(57)【要約】      （修正有）【課題】ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートを捕集して除去する金属繊維製不織布をフィルタに用いたディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、パティキュレート捕集効率、および、簡潔な構造的にて生産性に優れた、ディーゼルパティキュレートフィルタを提供する。【解決手段】金属繊維製不織布を波状加工したハニカム体形状のフィルタ片端部に、排気ガスを閉塞させる手段として、閉塞体を用いずに一端の波板端部を封着させ、セルの閉塞構造を形成させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属繊維製不織布からなる平板とコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせるとともに、所定のセルを閉塞したハニカム体において、波板端部を平板に封着させることにより、セルの閉塞構造を形成させたことを特徴とするハニカム体。
【請求項２】
一端の波板端部を平板に封着させ、他端の波板端部を前記平板と波板を挟んで対向する平板に封着させたことを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項３】
波板と平板とを封着した封着部ａの密着代ｂが５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のハニカム体。
【請求項４】
金属繊維製不織布からなる平板とコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせるとともに、所定のセルを閉塞したハニカム体の製造方法であって、不織布をコルゲート加工する際に、波板端部を押し潰して平板に封着させ、所定のセルの閉塞構造を形成させることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のハニカム体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートを捕集して除去する金属繊維製不織布を用いたディーゼルパティキュレートフィルタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に積極的に取り組む動きが各方面で活発化してきている。特に、ディーゼルエンジンを動力に用いている自動車工業界では、低公害車の普及促進を目的として、国や地方公共団体等による後押しもあって、さらにこのような動きが加速化している。
また、この中の道路運送車両の保安基準（省令）に基づく２００５年からの新長期規制においては、ＰＭ排出量を０．０２７ｇ／ｋｗｈ以下に低減するようＰＭ（粒子状物質）に対する規制が課せられた。さらに、２０１０年からの業界内のポスト新長期規制（自主規制）においては、０．０１ｇ／ｋｗｈ以下というＰＭ排出量の規制値への対応が必要になってきた。
【０００３】
このような排ガス規制の強化から、ディーゼルエンジンから排出される炭素を主成分とするパティキュレートの除去が急務となっており、セラミックや金属繊維からなるハニカムフィルタが提案されている。このフィルタは排気ガス中に同伴される上記パティキュレートを捕集すると共に、酸化燃焼させて除去するものである。ハニカム体は、隔壁によって区画された排気ガス流入通路と排気ガス流出通路とを有し、多孔質構造の隔壁にパティキュレートを含む排気ガスを通過せしめることにより、隔壁表面に前記パティキュレートを捕捉するものであり、排気ガス流入通路は、ハニカム体の所定の流路の端部を閉塞することにより形成する方法が採用されている。
【０００４】
ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートを捕集して除去するフィルタ流路の片端部を閉塞させる方式を採用する場合、フィルタ流路の閉塞部は、目詰まりや乱流により過大な圧力に曝されることになり、これに対応し得る耐久性を維持するためには、この閉塞部の強度を高めることが必要となる。
【０００５】
このような問題に対して、例えば、特許文献１のように、片端部のセルを閉塞体なる別部材を外部より、蝋材や、耐火パテなどを利用して接合する構造とする方法が提案されているが、この方法の場合、接合部材および材料を別工程で製作せねばならなく、しかも、焼成などの接合工程を必須とする為、生産にはかなりのコスト高になる。
【特許文献１】特開２００２−１１３７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、これらの規制への対応を可能にするためのディーゼルエンジン排気ガス中のパティキュレートを捕集して除去する金属繊維製不織布をフィルタに用いたディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、パティキュレート捕集効率向上、ディーゼルエンジン始動時の圧力損失の低減、および、簡潔な構造にて生産性に優れた、ディーゼルパティキュレートフィルタを提供することを課題する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、金属繊維製不織布を波状加工したハニカム体形状のフィルタの排気ガスを閉塞させる手段として、発明者らは、種々の試行を重ねた結果、以下の結論を得た。
【０００８】
フィルタ目詰まりによる圧力損失を低減するため、フィルタの隙間を排気ガスの入口側と出口側で円周方向と半径方向に交互に封鎖形状とし、従来は、ハニカム状コア体製作後に閉塞体を用いる等、穴埋的な手段を用いていたものを、閉塞体を用いずに一端の波板端部の山部を谷部と同じ高さに押し潰して平板と封着させ、セルの閉塞構造を形成させることで、接合箇所の低減による品質の安定性が確保できた。さらに、これらの封鎖体形状を製作する工程の大半が波板の成型工程で賄えるため、コストの低減の観点からも非常に有望であることが分かった。
【０００９】
これらの検討結果より、次の内容で構成される発明を完成することができた。
第一の発明は、金属繊維製不織布からなる平板とコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせるとともに、所定のセルを閉塞したハニカム体において、波板端部を平板に封着させることにより、セルの閉塞構造を形成させることを特徴とするハニカム体である。
第二の発明は、第一の発明において、一端の波板端部を平板に封着させ、他端の波板端部を前記平板と波板をはさんで対向する平板に封着させたことを特徴とするハニカム体である。
第三の発明は、第一ないし第二の発明において、波板端部と平板とを封着させた封着部は、図１中のａで示され、ｂを密着代と呼び、このｂが５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることを特徴とするハニカム体である。
第四の発明は、金属繊維製不織布からなる平板とコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせ、所定のセルを閉塞したハニカム体の製造方法であって、不織布をコルゲート加工する際に、波板端部を押し潰して平板に封着させ、セルの閉塞構造を形成させることを特徴とする上記の第一から第三に示したハニカム体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のディーゼルパティキュレートフィルタにおいては、波付けと同時に目封じが出来、生産性が向上すると共に目封じ材を必要としないため大幅なコスト低減が図れる。
また、従来は目封じ材として、耐火パテ等の閉塞体を使用していたため、長期に渡り使用した場合、閉塞体が落下する恐れがあり、一旦、閉塞体が落下してしまうと必要な排ガス浄化性能が発揮できなくなるという問題があったが、本発明では、閉塞体を使用しないため、落下する恐れがなく、常に安定した排気ガス浄化性能を維持できる。
また、従来は目封じ材部分にPM分が付着し浄化効率を悪くすることがあったが、本発明によれば、目封じ部分も不織布となることから、浄化効率の低下は生じない。
さらに、従来型では、振動の激しい部位に取り付けた場合、上述したように目封じ材が落下してしまい、排気ガス浄化性能が悪くなったが、本発明では、目封じ部分を、蝋材を使用したり圧着したりして強化することにより、振動にも十分耐えるフィルタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のハニカム体を、図面で説明する。
図１は、本発明のハニカム体からなるフィルタエレメントを示す。このフィルタエレメントは、金属繊維製不織布からなる平板とコルゲート加工した波板とをらせん状に巻き付けて円筒状にしたハニカム体、あるいは金属繊維製不織布からなる平板とコルゲート加工した波板とを重ね合わせて積層したハニカム体を金属製の円筒内に収納したものである。
【００１２】
図においてａは、ハニカム体の封着部を示す。この封着部ａは、図３で示すように、波板の端部における山部を押し潰し、波板の下面に接する平板と封着させ、他端部は、谷部を上方に押し潰し、波板の上面に接する平板と封着させ、図６に示すように成形する。これにより、図４に示されるように、ハニカム体のセルを、排気ガス流入路と排気ガス流出路とに区画することができ、排気ガス流入路に流入した排気ガスは、金属繊維製不織布からなる平板もしくは波板を透過して排気ガス流出路内に流入し、このとき排気ガス中のパティキュレートが金属繊維製不織布に捕集、除去される。
【００１３】
本発明では、パティキュレートの捕集効率を上げ、かつ、フィルタ目詰まりによる圧力損失を低減するために最適なハニカム体の材質を選定する必要があり、本発明では金属繊維製不織布を用いている。
この金属繊維製不織布は、耐熱性の金属繊維を用いるのが良く、さらには、耐食性能を持つ合金材料であることが好ましい。例えば、耐熱性フェライト系ステンレス鋼や耐熱・耐食性オーステナイト系ステンレス鋼が好ましく使用できる。
【００１４】
本来、ＤＰＦを透過するパティキュレートは、一旦、フィルタで捕集され、排気温度によって加熱され、完全に燃焼し大気中には設定量（＝法規制量）以上放出してはならないものであるから、適用可能なフィルタも当然のことながら限定される。このフィルタ繊維の断面形状としては、直径が１０〜１２０μｍのものが良く、直径が２０〜１００μｍのものが好ましい。さらには、直径が３０〜９０μｍのものがより好ましい。直径が１０μｍ未満では、捕集したパティキュレートが未燃焼のまま目詰してしまうという問題があり、120μｍを超えると捕集できずにフィルタを透過したパティキュレートが未燃焼のまま、大気中に放出されてしまい、フィルタの目的が達成できないという問題がある。
【００１５】
また、かさ比重としては、０．１〜１．０ｇ/ｃｍ３が良く、好ましくは、０．２〜０．９ｇ/ｃｍ３で、さらには、０．３〜０．８ｇ/ｃｍ３のものがより好ましい。かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３未満では、捕集したパティキュレートが未燃焼のまま目詰してしまうという問題があり、１．０ｇ/ｃｍ３を超えると捕集できずにフィルタを透過したパティキュレートが未燃焼のまま、大気中に放出されてしまい、フィルタの目的が達成できないという問題がある。
【００１６】
不織布の厚みは、０．３ｍｍ〜２ｍｍが良く、０．５ｍｍ〜１ｍｍなら好ましく、さらには、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍであればより好ましい。厚みが０．３ｍｍ未満では捕集できずにフィルタを透過したパティキュレートが未燃焼のまま、大気中に放出されてしまい、フィルタの目的が達成できないという問題があり、２ｍｍを超えると、捕集したパティキュレートが未燃焼のまま目詰してしまうという問題がある。
【００１７】
本発明のハニカム体は、波板と平板とを重ね巻きし、最外周が平板となるように形成されており、セルの形状については、図５に示すパターンにおいて、セル数は、５０〜１５０cpsiから選択されるが、１００cpsi程度とするのが好ましい。
【００１８】
さらに、セルの高さ  １．５〜４．０mmであれば、上記の金属繊維製不織布に対し安定した波加工が出来き好ましく、１．９〜３．５mmであればさらに好ましい。
【００１９】
セルのピッチは、  ４．０〜９．０mmであれば、安定した波加工が出来き好ましく、５．０〜８．０mmであれば、さらに好ましい。
【００２０】
封着部は、図１中のａで示され、ｂを密着代と呼び、このｂは、５ｍｍ以上である必要がある。また、ｂの上限は、ハニカム体の径又はパティキュレートを捕集できる有効長さの２０％以下であって、最大で１５mmである。ただし、ハニカム体の有効長さが１５０mm以上の場合には、ｂをハニカム体の長さの２０％以下とするのが好適で、その他の場合は、ｂをハニカム体の有効長さの２０％以下とするのが好適である。
【００２１】
この閉塞体を用いない波板端部の封着部は、図３に示すように、片端部の山部が谷部まで潰された断面形状に圧延されており、もう一方の端部は、図４に示すように山形状の断面のままである。次に圧延された山部と連続な谷部を見ると谷形状の断面のままである片端部に対して、もう一方の端部の谷部は、隣り合う山部の高さまで押し上げられている形になる。即ち、片端より山部は圧延された形状になっており、同時にもう一方の端部はその反対面より見た山部を谷部まで圧延された形状になっている。
【００２２】
この封着部の圧延された平坦な部分は、平板状の不織布と重ね巻きをする際、密着代となり、排気ガス流入セルと排気ガス流出セルとを区画し、パティキュレートのリークを防ぐ役割を果たす。この密着代は、５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であれば、安定した封着性を確保できる。また、６ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であれば、さらに好ましい。ここで、封着代を５ｍｍ以上と下限を設けたのは、蝋材等を用い焼成する接合手段や、圧着、あるいは、密着させた後、焼成する溶接法などの封着部を得るために必要になるからである。即ち、封着性を得るための強度をこの密着代での接合で確保しているのである。また、上限を設けた理由としては、１５ｍｍを超えると、フィルタ全長に対して機能を果たさない部分の占める割合が多くなり効率を損なうからである。
【００２３】
両端部に封着部を設ける場合には、先ず、片端より山部を圧延し、同時にもう一方の端部をその反対面より見た山部を谷部まで圧延する。また、一端のみの圧延の場合は、意図しない方向への反り等が発生する恐れがあるので成型後の波型と封着部の形状に支障をきたさない程度の張力を成型ロール出側で掛ける必要がある。
【００２４】
なお、波型加工と端部の圧延を同時に行えば、蛇行や反りなどの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のハニカム体の斜視図
【図２】本発明のハニカム体の積層端面部
【図３】本発明のハニカム体を構成する波状加工した金属繊維製不織布
【図４】本発明のハニカム体のＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ矢視図
【図５】セルの基本パターン
【図６】波状加工した金属繊維製不織布の成型後の形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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