(57)【要約】【課題】煤捕集にかかわるフィルタの空隙率やガス通過量などを設計通りに製造することができるのみならず、品質や形状の安定した安価な排ガス用フィルタを提供する。【解決手段】筒型のケース４内に設けられ、排ガスａ中に含まれているパティキュレートを捕捉する排ガス用フィルタである。帯状の金網又は金属繊維製フェルト状物或いはこれらの複合体を渦巻き状に巻いてロールケーキ状１８とし、該ロールケーキ状体１８をその巻き芯の方向に圧縮して３次元的に圧縮成型する。【選択図】        図１
2006110459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型のケース内に設けられ、排ガス中に含まれているパティキュレートを捕捉する排ガス用フィルタにおいて、帯状の金網又は金属繊維製フェルト状物或いはこれらの複合体を渦巻き状に巻いてロールケーキ状とし、該ロールケーキ状体をその巻き芯の方向に圧縮して３次元的に圧縮成型したことを特徴とする排ガス用フィルタ。
【請求項２】
金網が金属製の極細ワイヤを編み機で編成した編み物状の金網であることを特徴とする請求項１記載の排ガス用フィルタ。
【請求項３】
フィルタの見掛け密度を１〜３ｇ／ｃｍ3 にすることを特徴とする請求項１記載の排ガス用フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス用フィルタ、特に、ディーゼル機関の排ガス中に含まれているパティキュレート（粒子状物質) を除去するための排ガス用フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関から排出されるパティキュレート（粒子状物質）は、炭素質からなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（可溶性有機成分）とを主成分とし、更に、微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成から構成されているが、この種のパティキュレートの低減対策としては、ディーゼル機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備することが考えられている。
【０００３】
この種の排気浄化装置として、従来、排気管の途中に設けたフィルターケース内に、排ガス中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有するフロースルー型のＳＯＦ分酸化触媒と、該ＳＯＦ分酸化触媒の直後に設けられ、排ガス中の煤を濾過し得るように目を粗くした多孔質構造の煤捕集フィルタとを装備した排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−９７９２７号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の金属繊維を用いた煤捕集フィルタは、排ガスと直角な流れ方向に交互に重ね合わせた金網や、焼結金属により構成されているため、前者ではパティキュレートが素通りし易く、後者では圧損が高くつまり易いという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、煤捕集にかかわるフィルタの空隙率やガス通過量などを設計通りに製造することができるのみならず、品質や形状の安定した安価な排ガス用フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、筒型のケース内に設けられ、排ガス中に含まれているパティキュレートを捕捉する排ガス用フィルタにおいて、帯状の金網又は金属繊維製フェルト状物或いはこれらの複合体を渦巻き状に巻いてロールケーキ状とし、該ロールケーキ状体をその巻き芯の方向に圧縮して３次元的に圧縮成型したことを特徴とする排ガス用フィルタである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、金網が金属製の極細ワイヤを編み機で編成した編み物状の金網であることを特徴とする請求項１記載の排ガス用フィルタである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、フィルタの見掛け密度を１〜３ｇ／ｃｍ3 にすることを特徴とする請求項１記載の排ガス用フィルタである。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、請求項１に記載の発明は、筒型のケース内に設けられ、排ガス中に含まれているパティキュレートを捕捉する排ガス用フィルタにおいて、帯状の金網又は金属繊維製フェルト状物或いはこれらの複合体を渦巻き状に巻いてロールケーキ状とし、該ロールケーキ状体をその巻き芯の方向に圧縮して３次元的に圧縮成型したため、金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが３次元的に複雑に絡み合ったフィルタとなった。
【００１１】
その結果、次のような、優れた効果を得ることができた。
【００１２】
すなわち、
（１）  上記のように、金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが３次元的に複雑に絡み合っているため、パティキュレートが金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤに衝突する衝突回数が増加すると共に、排ガス抵抗の増加がパティキュレートの衝突回数の増加率よりも小さいため、フィルタの差圧（ΔＰ）が僅かであるにも関わらず、排気ガス中のパティキュレートの捕捉率が大幅に増加する。
【００１３】
（２）  金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが３次元的に複雑に絡み合っているために、粒子捕捉率のバラツキを小さくすることができる。
【００１４】
（３）  また、金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが３次元的に複雑に絡み合っているため、フィルタの強度が増大し、高い差圧で使用することができる。また、使用中のフィルタの変形が極めて少ない。
【００１５】
（４）  焼結材を使用する従来のフィルタに比べて安価な金属材料で製造することができる。
【００１６】
（５）  素線の金属極細ワイヤの線径、材料、編み方、フィルタ形状、容積密度に対し、金網や金属繊維製フェルト状物などを渦巻き状に巻く張力を制御することによって最適なワイヤメッシュフィルタの製造が可能になる。これによって、目的別に、いろいろな仕様のフィルタを製造することができる。
【００１７】
（６）  金網金属繊維製フェルト状物などを張力を掛けて巻く結果、圧縮成形時の横ずれが無くなり、フィルタの外形形状を正確に作ることができる。このため、ケースにフィルタを装填する際に、フィルタとケースとの間隙の発生が防止され、粒子捕捉率の低下を防止できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、金網が金属製の極細ワイヤを編み機で編成した編み物状の金網であるから、メタルワイヤを縦横の網目状に組む付けた金網に比べて圧縮成型した時に、ワイヤが３次元的に変形し、排ガス中のパティキュレートを捕捉し易くなる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、フィルタの見掛け密度を１〜３ｇ／ｃｍ3 としたので、排気ガス中のパティキュレートの捕捉率が大幅に増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１において、３は、排ガス浄化装置であり、筒型のケース４内にＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）などを浄化する有害ガス浄化装置５と、ディーゼル機関の排ガスａ中に含まれているパティキュレート（Particulate Matter) を除去するパティキュレート除去装置６とを順に備えている。
【００２２】
有害ガス浄化装置５は、従来と同様に、ハニカムコア７のセル壁８にＰｔ（白金）などの酸化触媒を付着又は被覆させている。他方、パティキュレート除去装置６に適用するフィルタ１５は、図２に示すように、ロールケーキ状又は渦巻き状（以下、単に、ロールケーキ状と称する。）に形成されている。
【００２３】
このフィルタ１５の構造などを分かり易くするために、フィルタ１５の製造方法について説明する。
【００２４】
（ａ）  先ず、ステンレス製の複数本の極細ワイヤ１６を図示しない編み機で編んだ編み物状の金網１７を用意する（図３参照。）。
【００２５】
（ｂ）  この編み物状の金網１７を所定の張力を掛けながら渦巻き状に巻いてロールケーキ状の中間体１８を形成する（図４参照。）。
【００２６】
（ｃ）  このロールケーキ状の中間体１８を凹型の型枠１９に挿入する（図５参照。）。
【００２７】
（ｄ）  次に、凹型の型枠１９内に設置したロールケーキ状の中間体１８の上にプレス機のピストン２０をセットする（図６参照）。
【００２８】
（ｅ）  次に、図７に示すように、プレス機のピストン２０によってロールケーキ状の中間体１８を、その巻き芯（軸芯）ｂの方向に圧縮すると、凹型の型枠１９内のロールケーキ状の中間体１８は、その巻き芯（軸芯）ｂの方向に圧縮されると同時に、矢印のように、型枠１９の底面および側壁面に押圧される。
【００２９】
このため、ロールケーキ状の中間体１８は、凹型の型枠１９によって外形の形状が規制されながら、金網１７を構成している複数本の極細ワイヤ１６が３次元的に複雑に絡み合ったフィルタ１５となる。
【００３０】
ここで、中間体１８を圧縮する割合は、金網の編み方、巻きの張力にもよるが、中間体１８の厚みの約１０〜９０％減程度、より好ましくは、３０〜５０％減程度が好ましい。      
【００３１】
このフィルタ１５は、最終的にプレス成型するために、円盤状のほか、六角形や八角形などの多角形状も製造可能である。
【００３２】
また、フィルタ１５の見掛け密度は、１〜３ｇ／ｃｍ3 の範囲が望ましい。フィルタの見掛け密度が１ｇ／ｃｍ3 未満の場合には、捕集率が低下するという問題がある。他方、フィルタの見掛け密度が３ｇ／ｃｍ3 を超える場合には、捕集率は上がるが、差圧が大きくなるという問題がある。
【００３３】
また、フィルタ１５の通気抵抗は、エンジン定格負荷時で１０〜１５ｋＰａの範囲が望ましい。
【００３４】
金網１７を構成する素線（金属ワイヤ）１６としては、例えば、ステンレス鋼線、が望ましい。また、ワイヤ２６の線径は、０．１〜０．５ｍｍの範囲が望ましい。  また、金網１５の網目の間隔は、１〜４ｍｍの範囲が望ましい。
【００３５】
更に、この金網を構成している極細ワイヤ１６には、従来と同様に、Ｐｔ（白金）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）などの金属や金属酸化物を含浸、塗布、付着、被覆することも可能である。
【００３６】
このフィルタ１５を排ガス浄化装置３のケース４内に設置する時は、図１に示すように、フィルタ１５の巻き芯（軸芯）ｂがケース４の軸芯ｃと一致するか、又は平行になるように設置する。
【００３７】
次に、この排ガス浄化装置３の作用について説明する。
【００３８】
図８に示すように、ディーゼル排ガスａを排ガス浄化装置３の入り口２１から導入すると、有害ガス浄化装置５を構成しているハニカムコア７のセル壁８に付着又は被覆させたＰｔ（白金）などの酸化触媒によって排ガスａ中のＣＯやＨＣなどを酸化、燃焼して除去する。
【００３９】
有害ガス浄化装置５を通過した排ガスａは、後段のパティキュレート除去装置６に流入する。
【００４０】
パティキュレート除去装置６としてのフィルタ１５は、既に説明したように、金網１７を構成している複数本の極細ワイヤ１６が３次元的に複雑に絡み合っているため、排ガスａの中に含まれているパティキュレートが金網１７を構成している複数本の極細ワイヤ１６に衝突する回数が増加し、金網１７を構成している極細ワイヤ１６に捕捉され易くなる。
【００４１】
換言すると、模式図（図９参照）に示すように、ロールケーキ状に巻き重ねた金網１７が巻き芯（軸芯）ｂの方向に波形状に屈曲していたため、排ガスａの中に含まれているパティキュレートが金網１７を構成している複数本の極細ワイヤ１６に衝突する回数が増加する。その結果、排ガスａの中に含まれているパティキュレートが金網１７を構成している極細ワイヤ１６に捕捉され易くなる。
【００４２】
有害ガス浄化装置５で生成されたＮＯ2 （二酸化窒素）は、パティキュレート除去装置６の金網１７上でＮＯ（酸化窒素）となる。他方、Ｃ（炭素）は、金網１７上で酸化されてＣＯ2 （二酸化炭素）となり、出口２２から排出される。
【００４３】
他方、フィルタ１５に捕捉、蓄積したパティキュレートは、メタルワイヤ１６に含浸、塗布、付着、被覆したＰｔ（白金）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）などの金属や金属酸化物によって酸化、燃焼する。
【００４４】
その上、パティキュレートの「捕捉、蓄積」→「酸化、燃焼」の一連の作業によってフィルタ１５自身も再生される。
【００４５】
上記のフィルタは、金網を渦巻き状に巻き重ねた後、巻き芯の方向に圧縮成型して製造したが、フィルタは、例えば、金属繊維製フェルト状物、あるいは、金網と金属繊維製フェルト状物とを重ね合わせた複合体によって製造することも可能である。
【００４６】
他方、フィルタ１５は、図１０に示すように、中心部Ａ、その外側の中間部Ｂ、その外側の最外部Ｃにおける金網の編みパターン、ワイヤの線径などを変えることにより、符号Ｘのような凸形の流速分布を符号Ｙのように平準化することができる。
【実施例】
【００４７】
（実施例）
ステンレス製の金網を渦巻き状に巻いた後、巻き芯の方向に圧縮成型してロールケーキ状のフィルタを製造した。フィルタの寸法および見掛け密度は、次の通り。
【００４８】
（１）  外径：３５０ｍｍ、
（２）  厚さ：６０ｍｍ
（３）  見掛け密度：１．５ｇ／ｃｍ3 
このフィルタ６を有害ガス浄化装置５の後段に装着した排ガス浄化装置３（図１参照。）を４４０ｋｗの６気筒軽油焚き過給ディーゼル機関の排気ガス流路に装備し、排気ガス中に含まれるパティキュレートの捕捉率を測定した。
【００４９】
その結果、パティキュレートの捕捉率は、エンジン負荷により、４２〜５６％、フィルタ差圧は、４〜１０ｋＰａであった。その際、有害ガス浄化装置５で酸化された窒素酸化物が炭素粒子を燃焼させるため、フィルタの差圧が更に上昇することはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の排ガス用フィルタを適用した排ガス浄化装置の断面図である。
【図２】本発明に係る排ガス用フィルタの斜視図である。
【図３】本発明のフィルタに適用した金網の平面図である。
【図４】本発明のフィルタの中間体の斜視図である。
【図５】フィルタの中間体を凹状の型枠に挿入した説明図である。
【図６】フィルタの中間体上にプレス機のピストンをセットした説明図である。
【図７】フィルタの中間体のプレス作業説明図である。
【図８】本発明の排ガス用フィルタを適用した排ガス浄化装置の作用説明図である。
【図９】本発明のフィルタの作用説明図である。
【図１０】本発明のフィルタの他の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
ａ  排ガス
４  筒型のケース
１５  排ガス用フィルタ
１７  金網
１８  ロールケーキ状体
【図１】
2006110459.tif 000003
【図２】
2006110459.tif 000004
【図３】
2006110459.tif 000005
【図４】
2006110459.tif 000006
【図５】
2006110459.tif 000007
【図６】
2006110459.tif 000008
【図７】
2006110459.tif 000009
【図８】
2006110459.tif 000010
【図９】
2006110459.tif 000011
【図１０】
2006110459.tif 000012