專利名稱：蜂窩狀過濾器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將從柴油機等內燃機排出的廢氣中的粒子等捕集、去除的蜂窩狀過濾器。
背景技術：
最近，從公共汽車、卡車等車輛以及施工設備等的內燃機排出的廢氣中所含有的煤煙等粒子給環(huán)境和人體帶來損害已成為問題。因此，作為捕集廢氣中的粒子、凈化廢氣的過濾器，已提出了使用由多孔性陶瓷等組成的各種蜂窩狀結構體。
并且，這種蜂窩狀結構體使用時，其被收裝在筒狀的金屬外殼內，并處于兩者之間夾著墊狀物的狀態(tài)。
例如，文獻中公開了一種陶瓷蜂窩狀結構體的收裝結構，其在將以碳化硅和堇青石等為材料的蜂窩狀結構體收裝在流體可流通的環(huán)狀外殼內的同時，在上述外殼的內周面和蜂窩狀結構體的外周面之間夾有具有隔熱性的墊狀物(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1特開2002-70545號公報但是，在蜂窩狀結構體的外周上使墊狀物處于蜂窩狀結構體與外殼之間的情況下，由于墊狀物具有隔熱性，以及因墊狀物的厚度而使金屬外殼的內周面和蜂窩狀結構體的最外周的孔道之間的距離變大，因而廢氣通過時傳到蜂窩狀結構體的熱量變得難以通過金屬外殼釋放到外部。
另外，不管墊狀物是否存在，蜂窩狀結構體的最外層的孔道和金屬外殼之間的距離較大時，在廢氣通過時傳到蜂窩狀結構體的熱量也變得難以通過金屬外殼釋放到外部。
并且，在這種情況下，在蜂窩狀結構體內沿其徑向的溫度梯度小，存在廢氣易于沿其流線在蜂窩狀結構體的中心部分中流動的趨勢。
另外，最近提出了一種孔隙率高(例如70％以上的孔隙率)的蜂窩狀結構體，其目的是使廢氣中的粒子物(PM)在孔道壁內深層過濾，使所捕集的PM與負載在孔道壁內的催化劑接觸、并連續(xù)地燃燒去除這些PM。
對于這種孔隙率高的過濾器的情況，由于PM既可連續(xù)燃燒，又能深層過濾，因此，即使長期使用也難以出現因捕集PM而造成的壓力損失增大的趨勢。
因此，這種高孔隙率的蜂窩狀結構體特別是在捕集PM前的初期狀態(tài)，同樣存在廢氣容易沿其易于流動的方向僅在蜂窩狀結構體的中心部分中流動的趨勢。
這樣，在存在廢氣易于僅在蜂窩狀結構體的中心部分中流動的趨勢的情況下，不能有效地利用蜂窩狀結構體的全部表觀過濾面積，這形成了捕集效率降低的原因。這里，表觀過濾面積是指所有在廢氣入口側開口的孔道的表面不考慮其凹凸等的面積的總和。
另外，為了防止捕集效率的降低，必須將過濾器尺寸(蜂窩狀結構體的尺寸)大型化。

發(fā)明內容
本申請的發(fā)明人為了解決上述問題而進行了深入的研究，本申請的發(fā)明人發(fā)現，為了謀求有效利用蜂窩狀結構體的全部表觀過濾面積、不將過濾器尺寸大型化就能提高捕集效率，只要使廢氣更均勻地在整個蜂窩狀結構體中流過即可，而為了到達這個目的，只要縮小蜂窩狀結構體的最外周的孔道壁和金屬外殼之間的距離即可，從而完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的蜂窩狀過濾器是由蜂窩狀結構體和筒狀金屬外殼構成的蜂窩狀過濾器，所述蜂窩狀結構體中多個孔道以孔道壁相隔而在長度方向上平行設置，所述筒狀金屬外殼覆蓋上述蜂窩狀結構體的外周面，所述蜂窩狀過濾器的特征在于，在上述多個孔道中，構成最外周的孔道與上述金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm～3mm。
在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，優(yōu)選上述蜂窩狀結構體的孔隙率是70％以上，并且上述孔道的一端被封住。
另外，在上述蜂窩狀過濾器中，優(yōu)選上述的蜂窩狀結構體是在上述長度方向上將多個疊層部件疊層并使孔道相重疊而構成的。
另外，優(yōu)選上述疊層部件主要由無機纖維構成，或者主要由金屬構成。
另外，優(yōu)選在上述的疊層部件的兩端進一步疊層由金屬構成的端部用疊層部件。
另外，優(yōu)選上述的蜂窩狀結構體的至少一部分上負載有催化劑。
在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，由于構成最外周的孔道和金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm～3mm，因此蜂窩狀結構體的外周部分比中心部分的溫度低，在兩者之間容易產生溫差，廢氣變得易于流入蜂窩狀結構體的外周部分。而且，其結果是，能夠將通過蜂窩狀過濾器的孔道壁的氣體的流速相對地減慢，其結果是提高了蜂窩狀過濾器的捕集效率。
另外，在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，沒有必要像以往的蜂窩狀過濾器那樣在蜂窩狀結構體和金屬外殼之間插入墊狀物。因此，本發(fā)明能夠謀求蜂窩狀過濾器的小型化、制造工序數量的削減。


圖1是本發(fā)明的蜂窩狀過濾器一實例的橫截面圖。
圖2(a)是示意性表示本發(fā)明的蜂窩狀過濾器一實例的透視圖，圖2(b)是其A-A線的橫截面圖。
圖3(a)是示意性表示構成本發(fā)明的蜂窩狀過濾器的蜂窩狀結構體的疊層部件的透視圖，圖3(b)是表示疊層圖3(a)中所示的疊層部件而制造的蜂窩狀過濾器的狀態(tài)的透視圖。
圖4是捕集效率測定裝置的說明圖。
符號說明100蜂窩狀過濾器
110蜂窩狀結構體110a疊層部件110b端部用疊層部件113孔道壁111孔道具體實施方式
本發(fā)明的蜂窩狀過濾器是由蜂窩狀結構體和筒狀金屬外殼構成的蜂窩狀過濾器，所述蜂窩狀結構體中多個孔道以孔道壁相隔而在長度方向上平行設置，所述筒狀金屬外殼覆蓋上述蜂窩狀結構體的外周面，所述蜂窩狀過濾器的特征在于，在上述多個孔道中，構成最外周的孔道與上述金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm～3mm。
另外，在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，構成最外周的孔道與上述金屬外殼的內表面之間的最短距離是指如圖1所示，下述假設的“孔道的最小內包形狀11”和金屬外殼12的內表面13之間所構成的最短距離，其中，所述最小內包形狀11(以下也稱為孔道的最小內包形狀。另外，在圖1中以虛線表示)位于蜂窩狀過濾器的垂直于其長度方向的截面上，所述最小內包形狀11的形狀與金屬外殼12垂直于長度方向的截面的內周形狀相似，并且將全部的孔道包含在內。圖1是本發(fā)明的蜂窩狀過濾器的一個實例的橫截面圖，圖中10a是蜂窩狀結構體。
另外，在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，在垂直于長度方向的截面上，通?？椎赖淖钚劝螤?1的重心與金屬外殼12的內表面13所構成的形狀的重心重合，但是二者沒有必要一定重合，只要二者之間的最短距離是在1mm～3mm的范圍，二者的重心不重合也可以。
在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，上述構成最外周的孔道與上述金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm～3mm。
若上述最短距離不足1mm，則最外周孔道的外側的孔道壁被破壞(出現裂紋或破裂等)，另一方面，若上述最短距離超過3mm，則蜂窩狀結構體內的溫度梯度變小，相應地，由于廢氣變得易于在蜂窩狀結構體的中央部分流過而不能確保充分的捕集效率。
本發(fā)明的蜂窩狀過濾器是由蜂窩狀結構體和筒狀金屬外殼構成的蜂窩狀過濾器，所述蜂窩狀結構體中多個孔道以孔道壁相隔而在長度方向上平行設置，所述筒狀金屬外殼覆蓋上述蜂窩狀結構體的外周面。
對于上述蜂窩狀結構體的形狀，后面圖示的形狀為圓柱狀，但是并不限于圓柱狀，例如，也可以是橢圓柱狀或棱柱狀等，也可以是其他的任意形狀。
特別是在發(fā)動機下方安放蜂窩狀結構體時，由于空間非常有限，因此過濾器的形狀有時也有必要做成復雜的形狀。
另外，制造復雜形狀的蜂窩狀結構體時，優(yōu)選做成下述的疊層型蜂窩狀結構體。這是因為這種結構體適于加工成期望的結構和形狀。
另外，在上述蜂窩狀結構體中，優(yōu)選相鄰孔道之間的距離是0.4mm以上。這是因為，如果是此范圍，即便是高孔隙率的蜂窩狀結構體，也能在孔道壁內和孔道壁表面捕集粒子，因而捕集效率高。
另外，在本說明書中，孔道壁是指隔開相鄰孔道的壁。
另外，上述相鄰孔道之間的距離的優(yōu)選的上限值是5.0mm。
孔道壁的厚度如果過厚，則開口率和/或過濾面積變得過小，有時造成壓力損失增加，另外，灰分變得難以去除。而且，如果將深層過濾粒子的范圍作為捕集煤煙的孔道壁的有效區(qū)域的話，那么該有效區(qū)域在孔道壁中所占比率降低。
另外，對于上述蜂窩狀結構體的平均孔徑沒有特別限定，但是優(yōu)選的下限值是1μm，優(yōu)選的上限值是100μm。若平均孔徑不足1μm，則有時會造成粒子不能到達孔道壁內部而被深層過濾，從而不能與負載在孔道壁內部的催化劑接觸。另一方面，若平均孔徑超過100μm，則有時會造成粒子直接穿過孔隙，從而不能充分地捕集這些粒子，起不到過濾器的作用。
另外，對于孔隙率和平均孔徑，可以通過以往熟知的方法測定，例如通過使用水銀孔隙率測定計的水銀壓入法測定、通過重量法、阿基米德法、通過掃描電子顯微鏡(SEM)測定等。
對于上述蜂窩狀結構體的孔隙率，優(yōu)選的下限值是70％，優(yōu)選的上限值是95％。
若上述孔隙率不足70％，則燃燒粒子時所產生的灰分難以通過孔道壁，易于堆積在孔道壁的表面及內部，因此，不能避免因灰分的堆積而引起的壓力損失的增加。另外，若孔隙率超過95％，則造成蜂窩狀結構體的強度不夠。
另外，如下所述，在上述蜂窩狀結構體上負載催化劑時，上述孔隙率是指負載催化劑后的孔隙率。
另外，對于上述蜂窩狀結構體的長徑比，優(yōu)選的下限值是0.2，優(yōu)選的上限值是0.9。
若上述長徑比不足0.2，則初始壓力損失變大，而且，由于裝有蜂窩狀結構體的廢氣凈化裝置的形狀，有時造成不能有效地使用整個蜂窩狀結構體。另外，若上述長徑比超過0.9時，廢氣通過孔道內時受到的阻力變大、壓力損失變大。
另外，蜂窩狀結構體的長徑比是指，蜂窩狀結構體的長度方向的長度與蜂窩狀結構體的垂直于其長度方向的截面的直徑之比。
對于上述蜂窩狀結構體的垂直于其長度方向的截面上的孔道密度沒有特別限定，但是優(yōu)選的下限值是0.16個/cm2(1.0個/in2)，優(yōu)選的上限值是93個/cm2(600個/in2)，更優(yōu)選的下限值是0.62個/cm2(4.0個/in2)，更優(yōu)選的上限值是77.5個/cm2(500個/in2)。
另外，對于上述蜂窩狀結構體的垂直于其長度方向的截面上的孔道大小沒有特別限定，但是優(yōu)選的下限值是0.8mm×0.8mm、優(yōu)選的上限值是16mm×16mm。
對于上述蜂窩狀結構體的開口率的優(yōu)選的值，下限值是30％，上限值是60％。
若上述開口率不足30％，則有時造成廢氣在流入、流出蜂窩狀結構體時的壓力損失變大；若超過60％，則在增厚孔道壁時，不能充分保證過濾面積，從而造成壓力損失變大，另外有時又會造成蜂窩狀結構體的強度的降低。
另外，蜂窩狀結構體的開口率是指，蜂窩狀結構體的中心截面的開口率，即，將蜂窩狀結構體在長度方向上的中間點沿垂直于長度方向的方向剖開所得的截面的開口率。
另外，還可以在上述蜂窩狀結構體的至少一部分上負載催化劑。
在上述蜂窩狀結構體中，通過負載能將廢氣中的CO、HC以及NOx等有害氣體成分凈化的催化劑，可以通過催化反應凈化廢氣中的有害氣體成分。而且，通過負載有助于粒子燃燒的催化劑，能夠將粒子更容易地、或者連續(xù)地燃燒去除。其結果是，上述蜂窩狀結構體能夠提高廢氣的凈化性能，而且，也可以降低用于粒子燃燒的能量。
另外，上述蜂窩狀結構體由在長度方向上多個疊層部件疊層而構成時，在這些疊層部件的至少一部分上負載催化劑即可。
對于上述催化劑沒有特別限定，例如，可以例舉由鉑、鈀、銠等貴金屬組成的催化劑。另外，除了這些貴金屬，還可以負載有含有堿金屬(元素周期表第一主族)、堿土金屬(元素周期表第二主族)、稀土類元素(元素周期表第三族)或過渡金屬元素的化合物。
另外，在上述蜂窩狀結構體上附著上述催化劑時，預先在其表面覆蓋氧化鋁等的催化劑負載層，然后再附著上述催化劑也是可以的。作為上述催化劑負載層，例如，可以例舉氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、二氧化硅、氧化鈰等的氧化物陶瓷。
上述蜂窩狀結構體的具體方案大體可以分為下述三種方案。
即，第一種是，多個疊層部件在上述長度方向上疊層并使孔道重疊的形態(tài)(以下，也將這種方案的蜂窩狀結構體稱為疊層型蜂窩狀結構體)；第二種是，通過插入密封材料層將多個柱狀的多孔性陶瓷部件結合在一起而構成的方案(以下，也將這種方案的蜂窩狀結構體稱為集合型蜂窩狀結構體)，其中，所述多孔性陶瓷部件中多個孔道以孔道壁相隔、在長度方向上平行設置；第三種是，由整個蜂窩狀結構體作為一體被燒制所形成的多孔性陶瓷體而構成的方案(以下，也將這種方案的蜂窩狀結構體稱為一體型蜂窩狀結構體)。
在這三種方案中，疊層型蜂窩狀結構體適合于本發(fā)明的蜂窩狀過濾器。
這是因為，對于集合型蜂窩狀結構體和一體型蜂窩狀結構體，在將蜂窩狀結構體壓入金屬外殼內時，蜂窩狀結構體的輪廓度、平面度、垂直度等微小變形有時造成壓入困難，或造成最外周的孔道壁的破損，但是對于疊層型蜂窩狀結構體卻幾乎不會出現這種問題。
對于由上述疊層型蜂窩狀結構體和金屬外殼組成的蜂窩狀過濾器，參照附圖加以說明。
圖2(a)是示意性地表示采用了疊層型蜂窩狀結構體的蜂窩狀過濾器的透視圖，圖2(b)是其A-A線的橫截面圖。
構成蜂窩狀過濾器100的疊層型蜂窩狀結構體110是下述的圓柱形結構體，其中，孔道111的任意一端被封住，若干這些孔道111以壁部分(孔道壁)113相隔，在長度方向上平行設置。
即，如圖2(b)所示，孔道111的相當于廢氣入口側或者出口側的任意一端被封住，流入一個孔道111的廢氣必然通過隔開孔道111的孔道壁113，然后從其他的孔道111流出，因而，孔道壁113起到過濾器的作用。
另外，疊層型蜂窩狀結構體110是將厚度為0.1mm～20mm左右的疊層部件110a疊層而形成的疊層體，并且將疊層部件110a疊層以使孔道111在長度方向上重疊。
這里，“將疊層部件疊層以使孔道重疊”是指，將疊層部件層疊以使相鄰的疊層部件中所形成的相應孔道相互連通。
另外，在疊層后的疊層部件110a的兩端，將其中具有形成錯落方格圖案的孔道的致密材質的板狀體疊層而作為端部用疊層部件110b。
另外，將這種蜂窩狀結構體110收裝在筒狀的金屬外殼123中。
各疊層部件之間也可通過無機的粘結材料等粘結，并且只是簡單地在物理上疊層也是可以的，但是更優(yōu)選只是簡單地在物理上疊層。這是因為，如果只是簡單地在物理上疊層，可以防止廢氣流受到由粘結材料等構成的接合部位的阻礙而壓力損失增高的情況。另外，各疊層部件之間只是簡單地在物理上疊層時，通過在下述的金屬外殼內將各疊層部件疊層并對其加壓，即可制成疊層體。
疊層型蜂窩狀結構體具有疊層部件在長度方向上疊層而形成的結構，因此，即使在再生處理等時整個過濾器出現大的溫差，在各個疊層部件上產生的溫差也小，由此引起的熱應力也小，因而損害很難發(fā)生。因此，以在孔道壁內使粒子深層過濾為目的，疊層型蜂窩狀結構體容易做成高孔隙率的結構體。另外，特別是將過濾器做成復雜形狀時，過濾器對于熱應力變得相當脆弱，但是對于疊層型蜂窩狀結構體，即使是做成復雜的形狀也很難產生損害。
構成疊層型蜂窩狀結構體的疊層部件，優(yōu)選是主要由無機纖維構成的疊層部件(以下，也稱為無機纖維疊層部件)，或者主要由金屬構成的疊層部件(以下，也稱為金屬疊層部件)。這是因為，對于將這些疊層部件做成高孔隙率的蜂窩狀結構體時，所述結構體的強度以及耐熱性優(yōu)良。
并且，在疊層各疊層部件時，可以只是疊層無機纖維疊層部件，也可以只是疊層金屬疊層部件。
另外，還可以將無機纖維疊層部件和金屬疊層部件組合進行疊層。在組合二者進行疊層時，對其疊層順序沒有特別限定。
對于上述金屬疊層部件的材料沒有特別限定，例如，可以例舉鉻系不銹鋼、鉻鎳系不銹鋼等。
另外，上述金屬疊層部件，最好是由如上所述的金屬構成的金屬纖維在三維上纏繞而構成的結構體；由如上所述的金屬構成的并通過成孔材料形成有貫通孔的結構體；煅燒由如上所述的金屬構成的金屬粉末并保留有孔隙的結構體等。
另外，對于構成上述無機纖維疊層部件的無機纖維的材料而言，例如，可以例舉二氧化硅-氧化鋁、莫來石、氧化鋁、二氧化硅、氧化鈦、氧化鋯等的氧化物陶瓷，氮化硅、氮化硼等的氮化物陶瓷，碳化硅等的碳化物陶瓷，玄武巖等。這些材料可以單獨使用，也可以兩種以上合用。
對于上述無機纖維的纖維長度，其優(yōu)選的下限值是0.1mm，優(yōu)選的上限值是100mm，更優(yōu)選的下限值是0.5mm，更優(yōu)選的上限值是50mm。另外，對于上述無機纖維的纖維直徑，其優(yōu)選的下限值是0.3μm，優(yōu)選的上限值是30μm，更優(yōu)選的下限值是0.5μm，更優(yōu)選的上限值是15μm。
對于上述無機纖維疊層部件，除了上述無機纖維之外，還可以含有為保持一定形狀而將這些無機纖維結合的粘結劑。
對于上述的粘結劑沒有特別限定，例如，可以例舉硅酸鹽玻璃、硅酸鹽堿性玻璃、硼硅酸鹽玻璃等無機玻璃，氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠、氧化鈦溶膠等。
上述無機纖維疊層部件也可以含有少量的無機粒子和金屬粒子。
另外，在上述無機纖維疊層部件中，無機纖維優(yōu)選用含有二氧化硅的無機物等來進行固著。這時，優(yōu)選無機纖維之間的交叉部位的附近也被固著。因為這樣一來，無機纖維疊層部件的強度和柔軟性優(yōu)良。
作為上述含有二氧化硅的無機物，例如，可以例舉硅酸鹽玻璃、硅酸鹽堿性玻璃、硼硅酸鹽玻璃等無機玻璃。
另外，對于通過使用含有二氧化硅的無機物等將無機纖維固著的無機纖維疊層部件，即使是在固著后進一步實施酸處理等的該部件也是可以的。
另外，在疊層的無機纖維疊層部件或金屬疊層部件的兩端，優(yōu)選進一步疊層其中具有形成錯落方格圖案的孔道的端部用疊層部件。
通過將上述端部用疊層部件疊層，即使沒有將端部的孔道用封堵材料封住，也可以將各孔道的任意一端的端部封住。
上述端部用疊層部件既可以是由與上述無機纖維疊層部件或金屬疊層部件相同的材質構成且具有形成錯落方格圖案的孔道的部件，也可以是具有其中孔道形成錯落方格圖案的致密材質的板狀體。
另外，在本說明書中，所述致密材質是指孔隙率比疊層部件小的材料，作為其具體的材料，例如，可以例舉金屬和陶瓷等。
在使用上述致密材質的板狀體時，可以將上述端部用疊層部件的厚度減小。
另外，對于上述端部用疊層部件，優(yōu)選其是由金屬構成的。
另外，對于上述疊層部件，在只是使用金屬疊層部件的情況下，以及在疊層后的無機纖維疊層部件或金屬疊層部件的兩端進一步疊層具有形成錯落方格圖案的孔道的金屬疊層部件或者由金屬構成的板狀體的情況下，即使長期使用其也難以被風蝕。
另外，在上述疊層型蜂窩狀結構體中，作為疊層部件，也可以使用主要由多孔性陶瓷構成的疊層部件(以下，也稱為陶瓷疊層部件)。
對于構成上述陶瓷疊層部件的多孔性陶瓷的材料，例如，可以例舉氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等的氮化物陶瓷；碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等的碳化物陶瓷；氧化鋁、氧化鋯、堇青石、莫來石、二氧化硅、鈦酸鋁等的氧化物陶瓷等。另外，上述陶瓷疊層部件可以是硅和碳化硅的復合體這類的由兩種以上的材料所形成的部件。
另外，在上述疊層型蜂窩狀結構體中，如果制造孔道尺寸不同的疊層部件并將這些疊層部件疊層的話，則在孔道的內表面上形成凹凸，造成過濾面積變大，從而可以將在捕集粒子時產生的壓力損失進一步降低。
對于上述孔道的俯視形狀，不特別限定于四邊形，例如，也可以是三角形、六邊形、八邊形、十二邊形、圓形、橢圓形等任意形狀。
另外，將陶瓷疊層部件疊層時，也可以在其兩端疊層由致密材質構成的板狀體等的端部用疊層部件。
在上述蜂窩狀過濾器中，具有上述結構的疊層型蜂窩狀結構體收裝在筒狀的金屬外殼內。
作為上述金屬外殼的材質，例如，可以例舉不銹鋼、鐵等。
另外，對于上述金屬外殼的形狀，既可以是不可分割的筒狀體，也可以是可分割成兩個或多個分割片的筒狀體(例如，蚌殼型的金屬外殼等)。
另外，在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，如上所述，沒有必要在蜂窩狀結構體和金屬外殼之間插入墊狀物，因此，對于在此說明的蜂窩狀過濾器，蜂窩狀結構體和金屬外殼直接接觸。
可是，在本發(fā)明的蜂窩狀過濾器中，只要構成上述最外周的孔道和上述金屬外殼的內表面之間的最短距離在1mm～3mm的范圍內，蜂窩狀結構體和金屬外殼沒有必要一定接觸，即使在二者之間插入墊狀物或金屬板等也可以。另外，在這種情況下，墊狀物和金屬板優(yōu)選其厚度較薄，而且優(yōu)選其導熱率高。
下面，關于采用了疊層型蜂窩狀結構體的蜂窩狀過濾器的制造方法，參照圖3加以說明。
(1)金屬疊層部件的制造方法首先，通過將厚度為0.1mm～20mm左右的主要由金屬構成的多孔性金屬板進行激光加工或者沖孔加工，幾乎在其整個面上以相互近于等間隔地形成孔道，制造如圖3(a)所示的形成有高密度孔道的疊層部件110a。
另外，在制造位于疊層型蜂窩狀結構體的端面附近、構成孔道的封堵部分的疊層部件的情況下，在激光加工時，將孔道形成錯落方格圖案，制造出形成有低密度孔道的疊層部件(端部用疊層部件)110b。
而且，如果將這種形成有低密度孔道的疊層部件一片或數片用于端部的話，不用進行將端部的規(guī)定孔道封住這一工序，就能夠得到作為過濾器而起作用的疊層型蜂窩狀結構體。
其次，必要時在金屬疊層部件上負載催化劑。
具體地說，例如，在金屬疊層部件的表面上，形成氧化物催化劑或者比表面積大的氧化鋁膜，在該氧化鋁膜的表面上負載鉑等催化劑。
作為負載氧化物催化劑的方法，例如，可以例舉在含有10g CZ(nCeO2·mZrO2)、1L(升)乙醇、5g檸檬酸和適量的pH調節(jié)劑的溶液中，浸漬金屬疊層部件5分鐘左右，然后在500℃左右進行煅燒處理的方法等。
另外，在這種情況下，通過反復進行上述的浸漬、煅燒工序，能夠調整負載的催化劑含量。
(2)無機纖維疊層部件的制造方法首先，制造抄制用漿料。具體是，例如，將無機纖維和無機玻璃等的無機物充分混合，進而，必要時添加適量的水、有機粘結劑、無機粘結劑等，通過充分攪拌制造抄制用料漿。
然后，使用上述抄制用料漿，抄制主要由無機纖維構成的疊層部件。
具體是，首先通過使用篩網將上述抄制用料漿抄制，將得到的抄制物在100℃～200℃左右的溫度下干燥，然后通過沖孔加工在幾乎其整個表面上以等間隔形成孔道，然后通過在900～1050℃左右的溫度下加熱處理，得到如圖3(a)所示的、孔道以高密度形成的規(guī)定厚度的疊層部件。
另外，在制造位于疊層型蜂窩狀結構體的端面附近、構成孔道的封堵部分的疊層部件的情況下，例如，通過使用篩網將上述抄制用料漿抄制，將得到的抄制物在100℃～200℃左右的溫度下干燥，然后通過沖孔加工將孔道形成錯落方格圖案，然后通過在900℃～1050℃左右的溫度下加熱處理，能夠制造形成有低密度的規(guī)定孔道的疊層部件(端部用疊層部件)。
用這種方法，能夠制造無機纖維之間用無機玻璃等無機物來固著的疊層部件。
另外，上述無機纖維之間，優(yōu)選用無機玻璃等無機物來熔融粘合。這是因為，如上所述，通過在無機纖維的內部加入無機玻璃等無機物后進行加熱處理，能夠使通過該加熱處理而熔融的無機物在無機纖維之間的交叉部位附近冷卻、凝固，進而能夠用無機物將無機纖維之間的各交叉部位局部性地固定。
另外，在上述加熱處理之后，必要時也可以進行酸處理或燒固處理。
在上述無機纖維疊層部件上，必要時也可以負載催化劑。
作為催化劑的負載方法，可以采用與在金屬疊層部件上負載催化劑的方法相同的方法。
(3)疊層部件的疊層工序如圖3(b)所示，使用在一側具有加壓用的金屬部件的圓筒狀金屬外殼123，首先，在金屬外殼123內，將一片至數片按照(1)或(2)制造的端部用疊層部件110b疊層后，再疊層規(guī)定片數的內部用的疊層部件110a。并且，最后疊層一片至數片端部用疊層部件110b，再進行加壓，然后，在另一側也安裝、固定加壓用的金屬部件，由此能夠制造出完成了外殼密封的蜂窩狀過濾器。當然，在該工序中，以使孔道重疊的方式將各疊層部件疊層。
另外，對于端部用疊層部件，在使用金屬制造的板狀體時，也可以通過焊接該板狀體來制成加壓用金屬部件。
另外，在使用由無機纖維疊層部件組成的疊層型蜂窩狀結構體時，在加壓時隨著疊層部件變薄，其孔隙率減少，因此，制造疊層部件時有必要考慮減少的這部分。
對于本發(fā)明的蜂窩狀過濾器的用途沒有特別限定，但是優(yōu)選用于車輛的廢氣凈化裝置。
廢氣凈化裝置例如如下構成收裝有蜂窩狀結構體的金屬外殼的一端連接到與柴油機等內燃機相連的廢氣導入管、金屬外殼的另一端連接到與外部相連的廢氣導出管。
在具有這種結構的廢氣凈化裝置中，從發(fā)動機等的內燃機排出的廢氣通過導入管進入蜂窩狀結構體，經過蜂窩狀結構體的孔道壁，粒子在該孔道壁被捕集、凈化，然后通過導出管被排到外部。
另外，如果粒子在蜂窩狀結構體的孔道壁被捕集而堆積，需進行蜂窩狀結構體的再生處理。
蜂窩狀結構體的再生處理是指使所捕集的粒子燃燒。作為具體的再生方法，例如，可以采用后噴射方法、通過在廢氣流入端設置加熱裝置來加熱蜂窩狀結構體的方法、將能直接氧化固體粒子的催化劑放置在過濾器中而連續(xù)地再生的方法、以及通過在蜂窩狀結構體的上游側放置的氧化催化劑使NOx氧化生成NO2，再使用生成的NO2使粒子氧化的方法等。
實施例以下給出實施例更詳細地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不僅限于這些實施例。
(實施例1)(1)抄制用料漿的制造工序首先，使50重量份氧化鋁纖維、50重量份玻璃纖維(平均纖維直徑9μm，平均纖維長度3mm)和10重量份有機粘結劑(聚乙烯醇系纖維)分散到足量的水中，通過充分的攪拌制造出抄制用料漿。
(2)抄制工序和孔道形成工序將(1)得到的料漿，通過直徑130mm的篩網進行抄制，將得到的抄制物在135℃干燥，由此得到了直徑為130mm的片狀無機復合體。
然后，通過沖孔加工，在片狀復合體的幾乎整個表面上形成孔道，并使片狀無機復合體的外緣和孔道的最小內包形狀之間的最短距離為1mm、孔道密度為3.7個/cm2、孔道壁的厚度(相鄰孔道間的距離)為2mm。
(3)加熱處理工序將(2)得到的片狀無機復合體一邊加壓一邊在950℃下加熱處理1小時，得到了無機纖維疊層部件。另外，在該工序中，氧化鋁纖維之間通過玻璃進行固著。
(4)酸處理和燒固處理通過將(3)得到的無機纖維疊層部件浸漬到90℃、4mol/l的HCl溶液中進行1小時酸處理，進而，在1050℃下進行燒固處理5小時。這樣一來，制成了孔隙率為88％、厚度為1mm的部件。
(5)端部用疊層部件(致密材質的金屬板狀體)的制作將Ni-Cr合金制造的金屬板(致密材質的金屬板)加工成直徑130mm×厚度1mm的圓盤狀，然后通過激光加工，制造出具有形成錯落方格圖案的孔道的端部用疊層部件，并使孔道密度為約1.86個/cm2、孔道壁的厚度(相鄰孔道間的距離)為2mm。
另外，在端部用疊層部件中，具有以錯落方格圖案形成的孔道，其孔道密度大致是疊層部件的一半。
(6)疊層工序首先，在另一工序中，將一端裝有加壓用的金屬部件的金屬外殼(不銹鋼制造)，以裝有金屬部件一側向下的狀態(tài)立起。并且，疊層一片在上述(5)的工序中得到的端部用疊層部件后，疊層110片上述(4)工序得到的無機纖維疊層部件，最后疊層1片端部用疊層部件，再進行加壓，之后，在金屬外殼的另一側也安裝、固定加壓用金屬部件，由此得到了將長度為90mm的疊層型蜂窩狀結構體收裝在金屬外殼內的蜂窩狀過濾器。另外，經過加壓工序制成的蜂窩狀結構體的孔隙率為85％、平均孔徑為35μm。另外，在該工序中以使孔道重疊的方式疊層各片。
在本實施例制造的蜂窩狀過濾器中，構成疊層型蜂窩狀結構體的最外周的孔道和金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm。
(實施例2、3)基本上進行與實施例1相同的工序，根據蜂窩狀結構體的直徑調整篩網的直徑，制造了表1中列出的形狀的蜂窩狀結構體。
另外，在實施例2、3中，在變更疊層部件的直徑的同時將采用沖孔加工形成孔道的位置調整到與實施例1相同的位置，由此制造出變更了最外周的孔道與金屬外殼的內表面之間的最短距離的蜂窩狀過濾器。
另外，對應疊層部件的直徑變更，將端部用疊層部件的直徑同樣地變更為132mm(實施例2)、134mm(實施例3)。
(實施例4)(1)疊層部件的制作將Ni-Cr-W系合金制造的三維網狀金屬多孔體(三菱材料公司制造，商品名MA23，平均孔徑35μm、孔隙率85％、厚度1mm)加工成直徑為130mm的圓盤狀，然后通過激光加工，制造出在幾乎整個表面上形成了孔道的金屬疊層部件，并且片狀無機復合體的外緣和孔道的最小內包形狀之間的最短距離為1mm、孔道密度為3.7個/cm2、孔道壁的厚度(相鄰孔道間的距離)為2mm。
(2)疊層工序將一端裝有加壓用的金屬部件的金屬外殼(不銹鋼制)，以裝有金屬部件一側向下的狀態(tài)立起。并且，采用與實施例1的(5)工序相同的方法，制作出在規(guī)定的位置上孔道以錯落方格圖案形成的端部用疊層部件(金屬板狀體)，疊層1片該端部用疊層部件(金屬板狀體)后，疊層88片上述金屬疊層部件，最后疊層1片和上述相同的端部用疊層部件(金屬板狀體)，再進行加壓，之后，在金屬外殼的另一側也安裝、固定加壓用金屬部件，由此得到了由長度為90mm的疊層體構成的蜂窩狀過濾器。
(實施例5、6)基本上進行與實施例4相同的工序，根據蜂窩狀結構體的直徑調整Ni-Cr-W系合金制造的三維網狀金屬多孔體的直徑，制造了表1中列出的形狀的蜂窩狀結構體。
另外，在實施例5、6中，變更疊層部件的直徑的同時，將采用激光加工形成孔道的位置調整到與實施例4相同的位置，由此制造出變更了最外周的孔道與金屬外殼的內表面之間的最短距離的蜂窩狀過濾器。
另外，對應疊層部件的直徑變更，將端部用疊層部件的直徑同樣地變更為132mm(實施例5)、134mm(實施例6)。
(比較例1、2)基本上進行與實施例1相同的工序，根據蜂窩狀結構體的直徑調整篩網的直徑，制造了表1中列出的形狀的蜂窩狀結構體。
另外，在比較例1、2中，變更疊層部件的直徑的同時，將采用沖孔加工形成孔道的位置調整到與實施例1相同的位置，由此制造出變更了最外周的孔道與金屬外殼的內表面之間的最短距離的蜂窩狀過濾器。
另外，對應疊層部件的直徑變更，將端部用疊層部件的直徑同樣地變更為129.6mm(比較例1)、135mm(比較例2)。
(比較例3、4)基本上進行與實施例4相同的工序，根據蜂窩狀結構體的直徑調整Ni-Cr-W系合金制造的三維網狀金屬多孔體的直徑，制造了表1中列出的形狀的蜂窩狀結構體。
另外，在比較例3、4中，變更疊層部件的直徑的同時，將采用激光加工形成孔道的位置調整到與實施例4相同的位置，由此制造出變更了最外周的孔道與金屬外殼的內表面之間的最短距離的蜂窩狀過濾器。
另外，對應疊層部件的直徑變更，將端部用疊層部件的直徑同樣地變更為129.6mm(比較例3)、135mm(比較例4)。
(比較例5)除了將無機纖維疊層部件的疊層數變更為120片以外，其他與比較例2相同，制造出長度為100mm的蜂窩狀過濾器。
在下表1中列出了在各實施例、比較例中的蜂窩狀結構體的直徑、長度、以及最外周的孔道與金屬外殼的內表面之間的距離。
(評價)(1)初始捕集效率的測定使用如圖4所示的捕集效率測定裝置170進行測定。圖4是捕集效率測定裝置的說明圖。
該捕集效率測定裝置170，是以掃描式遷移率粒徑分析儀(SMPS)構成的，該分析儀配有2L的共軌型柴油機176、連接到蜂窩狀過濾器20且流入從柴油機176排出的廢氣的廢氣管177、將蜂窩狀結構體10收裝在金屬外殼171內的蜂窩狀過濾器20、對流入蜂窩狀結構體10之前的廢氣進行取樣的取樣器178、對流過蜂窩狀結構體10之后的廢氣進行取樣的取樣器179、將通過取樣器178、179取樣的廢氣進行稀釋的稀釋器180、測定在經稀釋的廢氣中所含有的粒子的含量的PM計數器181(TSI公司制造、凝結粒子計數器3022A-S)。
下面，按測定順序加以說明。將發(fā)動機176在轉數為2000min-1、扭矩為47N·m的狀態(tài)下運轉，使從發(fā)動機176排出的廢氣流入蜂窩狀結構體10中。這時，流入蜂窩狀結構體10之前的PM含量P0和流過蜂窩狀結構體10之后的廢氣量P1是根據使用PM計數器181而得到的PM粒子數來確定。然后，通過下面公式(1)算出捕集效率。
捕集效率(％)＝(P0-P1)/P0×100…(1)其結果列于表1中。
(2)最外壁有無破損壓力損失測定后，拆下蜂窩狀結構體，通過目視觀察在最外周的孔道外側部分是否發(fā)生了裂紋和破裂等破損。
其結果列于表1中。


如表1所示，對于實施例中的蜂窩狀過濾器，沒有將蜂窩狀過濾器大型化，而捕集效率超過80％、具有優(yōu)良的捕集效率，與此相比，比較例中的蜂窩狀結構體的捕集效率低至80％以下。
另外，在比較例1、4中的蜂窩狀過濾器中，觀察到在最外壁上有破損。據推測這是由于最外周的孔道和金屬外殼的內表面之間的最短距離過短、強度不夠造成的。
另外，比較例1、4中的蜂窩狀過濾器的捕集效率低，據認為這是由最外壁破損造成的。
權利要求
1.一種蜂窩狀過濾器，其是由蜂窩狀結構體和筒狀金屬外殼構成的蜂窩狀過濾器，所述蜂窩狀結構體中多個孔道以孔道壁相隔而在長度方向上平行設置，所述筒狀金屬外殼覆蓋上述蜂窩狀結構體的外周面，所述蜂窩狀過濾器的特征在于，在所述多個孔道之中，構成最外周的孔道與所述金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm～3mm。
2.根據權利要求1所述的蜂窩狀過濾器，其中所述蜂窩狀結構體的孔隙率為70％以上，并且所述孔道的一端被封住。
3.根據權利要求1或2所述的蜂窩狀過濾器，其中所述蜂窩狀結構體是在長度方向上將多個疊層部件疊層以使所述孔道重疊而構成的。
4.根據權利要求3所述的蜂窩狀過濾器，其中所述疊層部件主要由無機纖維構成。
5.根據權利要求3所述的蜂窩狀過濾器，其中所述疊層部件主要由金屬構成。
6.根據權利要求3～5中任一項所述的蜂窩狀過濾器，其中，在所述疊層部件的兩端進一步疊層有由金屬構成的端部用疊層部件。
7.根據權利要求1～6中任一項所述的蜂窩狀過濾器，其中，所述蜂窩狀結構體的至少一部分上負載有催化劑。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種具有高捕集效率的蜂窩狀過濾器，本發(fā)明的蜂窩狀過濾器是由蜂窩狀結構體和筒狀金屬外殼構成的蜂窩狀過濾器，所述蜂窩狀結構體中多個孔道以孔道壁相隔而在長度方向上平行設置，所述筒狀金屬外殼覆蓋上述蜂窩狀結構體的外周面，所述蜂窩狀過濾器的特征在于，在上述多個孔道中，構成最外周的孔道與上述金屬外殼的內表面之間的最短距離是1mm～3mm。
文檔編號B01J35/04GK1976745SQ200680000400
公開日2007年6月6日 申請日期2006年4月12日 優(yōu)先權日2005年5月27日
發(fā)明者大矢智一, 大野一茂 申請人:揖斐電株式會社