JPS5970827A - 微粒子捕集浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディーゼルエンジン等の排気カス中に含まれ
る微粒子、特に灰素を主体とザる微粒子をｔｎｉ集して
、排気ガスを浄化する微粒子捕集浄化装置に関するもの
である。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気カス中には、炭
素を主体とする微粒子が含Ｊ：れている。

この排気ガスを浄化づるためには、排気ガス中からこの
微粒子を排除しな（プればならない。そして、この微粒
子を捕集して浄化するため、排気カス系に、セラミック
ス製のハニカム構造体あるいは、セラミック光泡描造体
よりなるフィルタを用いることが考えられている。しか
しこのようなフィルタを排気ガス系の中に設置し、排気
ガスを通過するようにした場合には、フィルタによって
捕集された微粒子により４１１気通路の抵抗が増大する
よ−）になり、エンジンの出力低下を招くようになる。

この１ノ１気通路の抵抗を低下さＶぬために、バーブ−
を用いて捕集された微粒子を燃焼浄化する方法、あるい
はエンジン排気口近方に設置し、かつエンジン排気ガス
が高調になるような条件でエンジンを運転して、微粒子
を燃焼浄化する方法、および、電気ヒータを配設して電
熱により加熱して微粒子を燃焼浄化する等の方法が考え
られている。

本発明は、電気ヒータを配設して電気ヒータの熱により
、セラミックフィルタに堆積した微粒子を燃焼させる装
置の改良にかかるものである。

即ち、本発明の微粒子捕集浄化装置は、エンジンの排気
系に設置され、排気ガスを通過させ、排気ガス中の微粒
子を捕ｉするフィルタとこのフィルタの排気ガス流の上
流側に設けられ、排気ガスの通過できる通路を有づる再
生加熱片ヒータ等を具備りる微粒子捕集浄化装置にａ３
いて、上記ヒータは、電気抵抗の大きいセラミックス基
板と該基板の主要成分であるセラミック材料と電気伝導
↑’１月料どより成り、該基板に一体的に焼結された廿
ラミック抵抗部材で構成されていることを特徴とするも
のである。

本発明の浄化装置においては、ヒータとしてセラミック
ス製の基体と、セラミックス製の抵抗部材を用い、両者
の組成を主要組成のセラミックス材料が同じセラミック
ス材料で構成しているために、基体と、抵抗部材との親
和性、熱膨張係数等が類似し、基体と抵抗部材が焼結し
やすく、両者が分離したり、あるいは、割れたりする等
の危険性が少なく、かつ、耐久性のあるものとなる。又
、抵抗部材をフィルタに面する側の基体表面に形成する
ことにより、フィルタ表面に堆積する微粒子と抵抗部材
を直接に接触さけ、抵抗部材の熱を直ちにフィルタ表面
に付着した微粒子に伝えることができる。この場合、全
ての抵抗部材の表面高さを均一にし、抵抗部材の表面と
、フィルタの一端の表面とが接するように構成するのが
好ましい。

ざらに、本発明の浄化装置のリート部材を、基板を構成
づる主要成分であるセラミックス材料と同じセラミック
ス材料を主要成分とするセラミックス製雷導体で形成す
るのが好ましい。これにより、リード部材と基板との接
合性が良好となり、耐久性のあるヒータとなる。尚、リ
ード部材は、抵抗部材が形成された基板の反対側の而に
、一体向に焼結して形成するのが好ましい。さらに抵抗
部材は、づ＜４１くとも３個以上に分割され、独立して
電気を流せるように構成するのが好ましい。

尚、抵抗部材が独立に構成されるとは、形状的に１個の
ものでも、電極端子の構成により、３個あるいはそれ以
上に分割された独立して３個以上の部分がそ・れぞれ加
熱できる構成のものであれば良い。

基板は、抵抗部材およびリード部材を保持するもので、
その形状は特に限定されない。基板は排気ガスの抵抗と
４・ｚらないため、可能な限り広い面積の開口を右する
ものであるのが好ましい。尚、間口は、丸い穴状に限ら
れるものＣはなくなくスリットその他どのような形状の
ものでもＪ、い。

抵抗部材は、１ｇの抵抗部材が必らずしも均一に加熱さ
れるもので゛なくどもよい。１つの抵抗部材の一部が他
の部分よりも強く加熱されるようなものでもよい。又、
抵抗部材の形状は、板状、線状、ジグザグの形状管種々
の形状のものを用いることができる。

リード部材の形状も特に限定されない。

基体と抵抗部材及び好ましくはリード部（オ（，１、そ
の主要成分が同一であるのがよい。即ち、基板として、
アルミナ（Ａ１２０３）製の基板を用いＩｃｓ合には、
抵抗部材の主要成分もアルミナ、リード部材の主要成分
もアルミナとする。このアルミナに電Ｓ竹をイ；１！Ｅ
ｊツるために、炭化ブタン（１ｉＣ＞、あるいは窒化チ
タン（−「ｉＮ）を配合することにより、そしＣ１その
配合■を調ｆｌｉ５Ｔｌることにより、はぼ任意の電気
抵抗を持つセラミックス製抵抗部材、リード部材が１９
られる。抵抗部材は、リード部材に比べ−で、窒化チタ
ン、炭化チタンの配合ｍを少なくし、電気抵抗を高くす
る。尚、基板の原料は、必り゛しもアルミナに限られる
ことはない。窒化珪素（３ｉ　３Ｎ４）、ジルコニヤ（
７ｒＯ２）その他の耐熱レラミックスを用いることがで
きる。導電性イζＪ与材としでは、炭化チタン、窒化チ
タンに限られることなく、炭化珪素（Ｓｉｃｋ、硅化モ
リブデン（ＭＯ３ｉｚ）、ランタンク［１メーｈ　（Ｌ
ａ　Ｃｒ　０３　）等の導電材料を用いることができる
。又、これらの導電材料と共に銅（Ｃ１ｌ）、ニラグル
（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（ＭＯ）等
の金属を配合することもてきる。また、基板には抵抗部
材との接合をよくする目的で、電気抵抗を極度に低くし
ない範囲で、少量の導電１ユ付り材を配合してもよい。

本発明の微粒子捕集浄化装置は、そのヒータがセラミッ
クスであり、かつヒータを構成する抵抗部材とり一ト部
材も、基体と同一成分を主要成分とづるセラミックス製
であるために、基体と、抵抗部材及びリード部材の接合
性が良く、耐久性がある。従って、排気ガス浄化装置と
して使用される場合に必要とされる耐熱衝撃性、耐熱性
、耐酸化性に関してずくれた耐久性を有する。又、抵抗
部材、リード部材がセラミックス製であるために、これ
らが酸化されたり、その他の理由ににり劣化する恐れが
少ない。かつ抵抗部材と、フィルタとを直接当接させる
ことができるために、抵抗部（イの熱を直ちにフィルタ
に伝えることがでさ、効率良く、フィルタを加熱し、フ
ィルタの表面に堆積した微粒子を燃焼させることができ
る。

以下、実施例により説明する。

実施例１ 本発明の第１実施例の微粒子捕集か化装置を第１図〜第
４図に示す。この装置は、第１図にその一部欠損側面図
を承りように、ケース５とフィルタ６及びフィルタ６の
排気ガス上流側に接して設（プらねたヒータ１とを主な
構成要素とする。

ケース５は、ケース本体５１と導入部５２とよりなり、
本体５１は、断面隋円形筒状のステンレス製で、一端に
７ランジ５１１と他端に排出部５１２をもつ。導入部５
２は一端に排気ガスの流入口５２１他端に７ランジ５２
２が形成されている。

フィルタ６は、ケース５の本体５１内に断熱緩衝材層６
１を介して充填され−Ｃいる。このフィルタ６はコージ
ェライト質の多孔質発泡セラミックスから成る。

ヒータ１は、第２図〜第４図に示づように、ケース５の
本体５１とほぼ同一の断面形状を右する。

ヒータはフランジ１１と、この７ランジ１１に保持され
た基板２と、基板２のフィルタ６に面した側に一体的に
焼結された６枚の抵抗部材３１〜３Ｇ、及びその反対側
の面に形成された９個のリード部材４１〜４９とで構成
されている。フランジ１１（ま金属製で、基板２を保持
すると共に抵抗部材３１〜３６．のアースともなる。

基板２は、アルミナ焼結体製で、アルミナ微粉末と有機
バインダーとを含むスラリーをドクターブレード法で、
板状のグリーンコンパクトを作り、１］抜法で外周形状
と貫通孔培形成し、これを抵抗部材３１〜３′６のグリ
ーンコンパクトとリード部材４１〜４９のグリーンコン
バク１〜と一体的に窒素雰囲気中で、１７５０℃で２時
間焼結したものである。　抵抗部材３１〜３６は、第２
図←こ示すように、６枚で構成されている３、いずれの
抵抗部材３１〜３６も、アルミナ微粉末７０重量部に対
して、窒化ブタン微粉末３０重量部より成るスラリーを
、基板２と同様に、ドクターブレード法で板状のグリー
コンバクトを作り打法法ｒ打扱いて第２図に示す６種類
の抵抗部材３１−３６となるグリーンコンパクトとした
ものである。尚、各抵抗部材３１〜３６の各間口の位置
と、基板２の間口の位置はそれぞれ一致するように形成
されている。

リード部材４１〜４９は、アルミナ微粉末７０重量部に
対して、窒化チタン微粉末８０宙吊部を含むスラリーを
ドクタープレ＝１−法で板状のグリーンコンバク１〜を
作り、打抜法で第３図に示づ線状、細長く折れ曲った線
状の薄板を作り、基体２の反対側の面に接合したもので
ある。尚、第２図の点線で示す部分の基体２には、スリ
ット−状の細長い間［１２１ａ　、２１１］、２２ａ　
、２２ｂ　、２３ａ　　、　２３ｂ　　、２４ａ、２４
ｂ　　、　２５ａ　　、２５ｂ。

２６ａ、２６１）が形成され、これらの開口には、リー
１に部材と同一材お１より成るグリーンコンバク１−が
嵌め込Ｊ：れで、一体面に焼結されている。これら間口
に嵌め込まれｌζグリーンコンパクトの焼結体がリード
部材４１〜４つと抵抗部材３１〜３６を電気的に結合す
る。尚、６木のリード部材４１〜４．６は、プラス極に
、３本のリード部材４１〜／４６はマイナス極側に接合
される。プラス極に接合される６本のり−１一部材４１
〜４６はフランジ１１の一部に股（プられた開口１１１
より外側に突出している。又、マイナス極に接合される
３本のり一ト部材４７〜／４つはそのフランジ１１に面
した側の部分４７ａ　、４８ａ　、４９ａ　％’　４９
ｂが、第４図に示すように電導性の金属線あるいは炭素
ファイバー１２を介してフランジ１１と電気的に接合し
ている。尚、プラス極に接合される６本のリード部材４
１〜４６の他端部の表面に、白金や金属モリブデン購の
メタライズ層が形成されニッケル等の電線が結線されて
いる。

６枚の抵抗部材３１〜３６は、その−に面が同一の平面
上にあるように構成され、第１図に示づように、抵抗部
ｖＪ３１〜３６の土面とフィルタ６の端面が当接するよ
うに７ランジ１１とケース本体５１の７ランジ５１１お
よび導入部５２のフランジ５２２がボルト、ナツトで固
定されている。

本実施例の微粒子捕集浄化装置は、以上の構成より成る
。この装置において、内燃機関の排気ガス系に結合され
、ケース５の導入部５１の流入［］５１１より排気ガス
を導入し、ＪＪＩ気ノＪス中の微粒子をフィルタ６の表
面に補足し、フィルタ６の表面に捕集された微粒子によ
り、フィルタ６の気孔が狭くなると、例えば、リード部
材４１が電源ど接続される。これにより、電源、リード
部材４１、基板２の開口２３ａの導電材、抵抗部４第３
３３、さらには開口２３ｂの導電材、リード部材４９そ
してアースとなる７ランジ１１、電源と閉回路が形成さ
れ、抵抗部材３３がその電気抵抗により加熱される。そ
してこの抵抗部材の加熱により、フィルタ６の表面が加
熱されて、その部分に捕集された微粒子が加熱ににり燃
焼を開始し、その部分が発火点となり、後方のフィルタ
６の表面に付着された微粒−ｒが燃焼して除去される。

この抵抗部材３３の着火が完了すると、第２の抵抗部材
例えば抵抗部材３４に電気が通され、この抵抗部材３４
が加熱されてその部分に接したフィルタ６の微粒子が燃
焼し除去される。このようにして、次々に抵抗部材３１
〜３Ｇが加熱され、フィルタ６仝体に燃焼がおよびフィ
ルタ６の表面に堆積した微粒子を除去規るものである。

本実施例の装置においては、ヒータを構成する基板２ど
、抵抗部材３１〜３６及びリード部（１４１へ・４つが
共にアルミナを主成分とし、はぼ同一の組成て形成され
ているために、基板２、抵抗部材３１〜３６及びリード
部材４１〜４つの熱膨張係数等の電気抵抗を除く他の特
性が類似している。

従って、基板２と抵抗部材３１〜３６あるいは基板２と
伝導部材４１〜４つが剥離したり、接合部分で大きな歪
が発生して、基板２を破壊する等の− １′ も゛ 石 不都合が生じにくい。たとえば本実施例に使用されたヒ
ータを４００℃に加熱し、ただ１う【こ水中に投入した
場合でも本実施例にががるヒータは破壊しない。

参考ま℃゛に本実施例のＥ他装置を実際のブイーゼル］
−ンジン（２０００ＣＣクラス）の排気ノＪス系に装着
し、実際に試験をした。また、比較例どして、ヒータに
従来のニクロム線を用い、他の構成は実施例ど同様とし
た浄化装置を用い、１１１様にブイーゼルエンジンの排
気系に装着して試験を行なった。その結果を表に示づ−
０ 本実施例の浄化装置のセラミックス製ヒータの熱容Ｂ、
が小さいために着火に必要な最小電ツノ密度は４０ワッ
１〜／Ｃｍ２ど従来の金属コイルヒータを用いたしのに
比較し、約／１．０％の電力を減少させることがてさた
。また、耐久性については２０００　＃ｒ　ｌｉｊ＋以
上の耐久性を示した。一方、従来の金属二１イルヒータ
を用いたものは、金属コイルと基板どの熱膨張係数が大
きく異なるために、基板とフィルタどの間に金属」イル
ヒータをゆるく固定づれば振動ににり外れ、また、固く
取イ」（ブると応力集中が生じてフィルタの表面おＪζ
び基板を破壊するケースがみられた。さらに従来の金属
コイルヒータのものは、酸化腐食が進行し、耐久性は約
２００時間程度であった。このことより本実施例の浄化
装置は、従来の金属コイルヒータ方式の浄化装置に比べ
、着火に必要な電力量が少な（、かつ、耐久性が大幅に
向上づ−ることか立証された。

実施例２ 本発明の第２実施例の浄化装置に使用するヒータ１−を
第５図および第６図に示す。なお、本実施例の浄化装置
に８５いでは、ヒータ１′以外のケース５、フィルタ６
、その他の構成部分は実施例１の浄化装置のそれらど同
一である。

本実施例のヒータ１−のフランジ１１は実施例１のフラ
ンジ１１と同一のものを使用した。基板２′として、実
施例１の基板２と比較し、貫通Ｌ１を基板２−の全面に
（まは均一に分配したちのを使用した。な、１３、基板
２″の）ｌＡ利、および製造方法は実施例１の基板２と
同一である。抵抗部材３′は第５図に示ずようにジクリ
゛り状に折り曲がった１本の紐状とした。これに対して
リート部月１′は第６図に示づように７個のリード部ヰ
Δ／１１−〜４７−で形成し、７個のリード部材で基板
２″のほぼ全面を覆う形状とし、各リード部（月間の接
触を避りるために、それらの間に約５ｍｍの隙間を形成
した。なお、リード部材４１′〜４７″と抵抗部材３−
の間の導通を削るために、第５図ｄ５よひ第６図に点線
で示ｔ２５の部分４．０１・〜４２５に、基板２″に貫
通孔を設け、その貫通孔にリード部材４−ど同一の材わ
ｌ　４ｆ’ｉ成で、貫通孔と同一形状をもつグリーンコ
ンパクトをつめこみ両者間の導通部材として形成した。

これによりプラス極に通電されるリード部イΔ／１１′
〜／１６′との組合わせで抵抗部材３′は６個に分割さ
れ、それらは個々に独、Ｘ′ｌシて加熱可能に形成され
−Ｃいる。

本実施例に用いられ）ζヒータ１′についても、実施例
１に用いられたヒータ１と同様の耐久性ならびに比較的
低い電流密度で着火が可能であるというづくれた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例に示′？ｉ微粒子
捕集浄化装置に関するもので、第１図はその一部切断全
体側面図、第２図はフィルタ６に接する側／〕目らみた
ヒータ１の側面図、第３図はフィルタ１に接ブる側の反
対面がらみたヒータ１の側面図、第１図はヒータ１の中
央断面部分斜視図、第５図おＪ、び第６図は本発明の第
２実施例にががるヒータを示し、第５図はフィルタ側が
らみたヒータ１′の平面図、第６図はフィルタ１の反対
側からみたヒータの平面図である。 １．１′・・・ヒータ　　　２．２′・・・基板３．３
′・・・抵抗部材　　４．４−・・・リード部材５・・
・ケース　　　　　　６・・・フィルタ特許出願人　　
日本電装株式会社 代理人　　弁理士　　大川　宏 同　　　弁理士　　評容　９に 同　　　弁理士　　丸山明夫

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）土ンジンの１７１気系に設置され、排気ガスを通
   過さけて排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタと、こ
   のフィルタの１シ１気ガス流の上流側に設りられ、排気
   ガスの通過できる通路を有する再生加熱用ヒータ等をＪ
   Ａ備する微粒子捕集か化装「１にｄ３いて、 」：記ヒータは、電気抵抗の大きいビラミックス基板と
   該基板の主要成分であるセラミックス材料と電気伝導性
   材ねとより成り、該基板に一体的に焼結されｔ：ｓ　ｂ
   ラミック抵抗部材で構成されていることを特徴どする微
   粒子捕集浄化装置。
2. （２）抵抗部材は、フィルタに面ターる側の基板表面に
   、一体向に形成され、少なくとも個々に加熱できる３個
   の抵抗部材で構成されている特許請求の範囲第１項Ｇご
   戟の浄化装置。
3. （３）抵抗部材に電気を供給づるリード部材は、基板の
   主要成分であるセラミックス＋Ｊ　Ｉ＋と電気伝導性材
   料とで形成され、かつ基板の抵抗部材が形成された面の
   反対側の面の基板表面に一体的に焼結されている特許請
   求の範囲第２項記載の浄化装置。
4. （４）基板の主要４ＦＳ成成分は、アルミノであり、抵
   抗部材及びリード部材はアルミナと、炭化チタンおにび
   窒化チタンの一種又は、２４手とを含むものからなる特
   許請求の範囲第３項記載の浄化装置。