(57)【要約】本発明は、内燃機関、とくにディーゼル内燃機関の排ガス流に含まれる粒子状物質を除去するための、焼結金属でできた排ガス粒子状物質除去フィルタに関する。当該排ガス粒子状物質除去フィルタは少なくとも１つの金属支持体（１）を有するフィルタ材料からできており、支持体（１）は開口部（Ｏ）を有し、そしてその開口部には多孔性の焼結金属の粉末が焼結処理により結合される。本発明は、支持体（１）がエキスパンドメタルからなることと、支持体（１）の開口部（Ｏ）は互いに実質的に接続していることを特徴とする。支持体（１）は７０％を超えない程度に引き伸ばし処理された後でカレンダ加工される。
2004536697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特にディーゼル内燃機関の排ガス流に含まれる粒子を除去するための、焼結金属の排ガス粒子状物質除去フィルタであって、焼結処理により多孔性の焼結金属粉末が結合する開口部（Ｏ）を含む少なくとも１つの金属支持体（１）を有するフィルタ材料で構成され、該支持体（１）はエキスパンドメタルであることと、したがって支持体（１）の開口部（Ｏ）の境界をなす部分は互いに実質的に接続していることと、支持体（１）は７０％を超えない程度に引き伸ばし処理された後でカレンダ加工されることを特徴とする排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項２】
支持体は５０％を超えてカレンダ加工されていないことを特徴とする請求項１に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項３】
焼結金属の重量に対する支持体の重量の比は、フィルタ材料の全重量に関して３：７以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項４】
支持体の重量と焼結金属の重量の比は、フィルタ材料の全重量に関して２：８と１：９の間であることを特徴とする請求項３に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項５】
焼結金属は基本的に支持体（１）の開口部（Ｏ）を充填するだけであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項６】
排ガス粒子状物質除去フィルタは、連結される縁部分が１回または複数の縁の折り曲げ処理により変形される例えばポケットのような、フィルタ材料でできた独立した要素からなることを特徴とした請求項１ないし５のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項７】
フィルタ材料で製作される排ガス粒子状物質除去フィルタの要素は、例えば補強用の折り目または補強部材を形成するためのスタンピング処理によりプレスされることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項８】
使用される焼結金属粉末の粉末片は、支持体の特定の厚さに応じて、１つの開口部に少なくとも１０層の粉末層が提供されるように配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項９】
支持体の開口部の開口角度は４０度から８０度であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項１０】
支持体（１）の網目の幅（Ｓｂ）と網目の厚さ（Ｓｄ）の比は、０．５と２の間で、好ましくは１．０前後、または約１．０であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【請求項１１】
支持体の表面には模様、特に微細な模様がつけられており、焼結金属と支持体の間のブレーシングを向上させていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の排ガス粒子状物質除去フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にディーゼル内燃機関の排ガス流内に含まれる粒子状物質を除去するための燒結金属からなる排ガス粒子状物質除去フィルタに関し、該フィルタは開口部を有する金属支持体を少なくとも１つ伴うフィルタ材料を備え、該支持体には焼結処理において多孔性の焼結金属が結合される。
【背景技術】
【０００２】
焼結金属フィルタは、例えばディーゼル内燃機関のような内燃機関において、排ガス流に含まれる例えば煤粒子のような粒子状物質を除去するために、排ガス粒子状物質除去フィルタとして利用されている。そういった内燃機関の一連の排ガス機構に連結されている排ガス粒子状物質除去フィルタは、それを通過する排ガスの温度に耐えることができなくてはならないが、同時に、そのような排ガスフィルタを再生利用するために煤を燃焼させる間に生成される温度にも耐えることができなくてはならない。焼結金属フィルタはこれらの要件を満たす。そのような焼結金属フィルタは、フィルタ本体を構成するフィルタプレートまたはフィルタポケットを形成するためのフィルタ材料ストリップを変形することにより形成される。フィルタストリップは通常、支持材料として金網を備え、その金網を燒結金属の粉末で覆った後に焼結処理が行われる。この処理で気孔率が５０％から８０％の焼結金属プレートを製作できる。フィルタ本体を適切に形成するために、変形された各フィルタプレートまたは各フィルタポケットなど各要素を例えば溶接などの連結により接続する必要がある。支持体として金網を利用するそのような焼結金属フィルタは、ＥＰ０５０５８３２Ｂ１に開示されている。熱分布を向上させるために、すなわち特に焼結金属材料を溶接する間の熱放散も向上させるために、綾織の金網が支持体として有用である。他の通常用いられる金網に比べて、綾織の金網は、金網内の各金属線相互の接点を増やすために、追加の金属線が網に織り込まれており、その網の１本の横線が複数の縦線に架橋している点が特徴である。他の金網に比べて、そのような支持材料を有する金網では、各線間の接点の数が増え、熱伝達箇所が増加するので、各金属線から他の金属線への熱伝達が向上する。しかし、網を形成するための金属線を追加すると、その剛性や重量も増加する。今度はこれがフィルタプレートまたはフィルタポケットの製作に必要な変形処理に不利な効果を及ぼす。したがって、変形する場合、支持材料のような他の網で製作されたフィルタ材料部分に比べて、より大きな変形のための力が必要となる。その結果、綾織の金網上に施された焼結材料は、支持材料に比べて多孔性であるために強度特性が低減するという事実、および変形処理を行うのに必要な力が原因で、損傷、または剥落することさえある。
【特許文献１】
ＥＰ０５０５８３２Ｂ１
【０００３】
ＤＥ１９５２０１４６Ｃ１は、例えば排ガス粒子状物質除去フィルタのような多孔質体の製作の方法について開示しており、その方法では第一段階で、支持材料は変形された後支持体材料の開口部が塞がれるまでフレーム溶射により被覆される。従って、この文献は最初にフィルタプレートまたはフィルタポケットの支持体材料を適切な形状にし、続いてこの本体をフィルタ材料で適切に被覆することを教示している。この方法は焼結金属フィルタを製作するには不適切であるという事実を除いて、この方法を用いて焼結金属フィルタを製作することは、他の方法に比べて、変形の間、支持体上への焼結金属層の被覆、およびフィルタ本体を製作するための前もって変形された各部品の溶接をしなくてよいという点で最も有利である。しかし、開口部の幅がわずか数ミリメータである、またはウェッジフィルタとして形成され先細になっている、フィルタチャンバまたはフィルタポケットを有する排ガス粒子状物質除去フィルタは、この文献に開示された方法では製作できない。さらに、この文献によって製作された、支持体と施された材料の間の接続もまた、排ガスの温度変動が大きく、そして動作していない時の温度に比べて再利用の温度が大きいことにより損傷を受ける虞がある。
【特許文献２】
ＤＥ１９５２０１４６Ｃ１
【０００４】
ＥＰ０１６６６０６Ｂ１はフィルタとして利用できる多孔質の金属物体について開示している。この多孔質物体における開口部を有する金属支持体は、開口部内に導入される焼結金属の粉末の支持体として機能し、該粉末は焼結処理の間、互いにそして支持体に固着される。このフィルタ材料を形成するための支持体として、開口部を有する金属の支持体が、それらの特性は問わず、開示されており、この文献では、その他の通常利用されている金網の支持体に相当する支持体としてエキスパンドメタルについても述べられている。この文献の主題は、支持体の開口部を適切な金属粉末で充填することであり、そうすることで大量の流れからも微細粒子を除去できる金属フィルタを提供することである。しかし、この文献は、この文献に開示された方法に従って製作されたフィルタ本体を、内燃機関の排ガス流に含まれる粒子状物質を除去するための焼結金属フィルタとして利用することが有益であり得ることについて開示していない。そしてこの文献はまた、そのような焼結金属フィルタを適切に形成する方法についての開示も全くしていない。
【特許文献３】
ＥＰ０１６６６０６Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明は、様々な焼結金属フィルタ本体を提供するための焼結金属フィルタを構成するために使用されるフィルタ材料を、固形物のように外見上変形可能とするだけでなく、より簡単に溶接もできるように、以上に述べた先行技術に基づき、上述のタイプの焼結金属フィルタをさらに改善する際の問題に取り組む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この問題は本発明により解決でき、本発明では、支持体１がエキスパンドメタルで、したがって支持体１の開口部Ｏの境界をなす部分は実質的に互いに接続しており、そして支持体１は、７０％を越えない程度に引き伸ばし処理された後、カレンダ加工される。
【０００７】
請求項に述べた焼結金属フィルタでは、支持体は材料ユニットを形成する材料、すなわちエキスパンドメタルを備える。エキスパンドメタルを支持体として提供することによる１つの利点は、その材料の単一性により、公知の先行技術とは異なり、支持体内の必要な熱輸送のための熱伝達が回避されるため、該材料から形成されるフィルタ内の熱分布、したがって溶接中および焼結金属フィルタの再利用中の熱放散が改善される点である。支持体をエキスパンドメタルで形成することは、変形中、例えば補強用の折り目等のスタンピングがなされるべき場合には特に有利である。材料の単一性により、そのような焼結金属要素では、公知の先行技術とは異なり、変形処理によって網の各金属線の位置が相互にずれる（この位置ずれは焼結金属の破砕または剥落を引き起こすこともある）虞はない。したがってこの支持体材料は、特に変形処理中も寸法安定性が高い。熱分布または熱放散を損なわずに、焼結材料の支持体の開口部の幅を比較的大きくでき、フィルタ表面上での支持体材料の面積を低減できるので、それは排ガスの背圧に対して有利に働く。
【０００８】
引き伸ばし処理の後で、エキスパンドメタルは、具体的には７０％を超えない程度にカレンダ加工される。これにより確実に、カレンダ処理の後でさえ、エキスパンドメタルの網目は囲まれた開口部に十分な界接領域を提供するので、該開口部に含まれる焼結金属は、特に焼結金属フィルタを特定の用途に使用する間の必要条件を満たすために、開口部において形状が固定されたまま保持される。
【０００９】
フィルタ材料の構成に加わる構成要素「支持体と焼結金属」の重量比は通常、支持体：焼結金属の比が３：７以下である。この比は好ましくは２：８から１：９の間で、そしてこれらの比の仕様では、焼結金属の粉末は支持体の開口部内のみにあることを仮定している。しかし、排ガス粒子状物質除去フィルタの安定性に関する要件が非常に高い場合には、約１：１という比を適用しても全く問題ない。そのように小さな支持材料構成要素を有するフィルタ材料を形成することは、従来の網の支持体では実現できず、本発明によるフィルタ材料で得られる強度は少なくとも実現できない。
【００１０】
支持材料として、好ましくはエキスパンドメタルが利用される。その利点の１つは、寸法安定性が様々な方向において均一で非常に良好であり、また製作が簡単で費用効果的である点である。エキスパンドメタルを支持体として用いた場合の特別な利点はさらに、開口部を規定している各領域の上側と下側が一体的に閉じられているので、焼結材料は、連続的で静的に有効な層を支持体上に形成する必要がなく、支持体の該開口部に導入されるだけでよい点である。このことは必要な焼結材料の量を低減するだけでなく、基本的に変形の間、開口部の間に配置されたエキスパンドメタルの網目が変形されても、開口部に導入された焼結材料は変形されない、または副次的にのみ変形されるという利点を有する。したがって、例えば縁を９０度または１８０度折り曲げる変形段階も、開口部に導入された焼結材料がこぼれる虞なく行うことができる。そのような縁の折り曲げはフィルタプレートの縁領域の補強に必要とされ得る、またはその後の溶接のために材料の厚い部分を形成することができるように必要とされ得る。
【００１１】
エキスパンドメタルの支持体を提供する場合のさらなる利点として、引き伸ばし処理を通じて、メッシュ形状の構造を形成するために必要な開口部を異なる寸法にできることが挙げられる。これは引き伸ばしの程度により、および／または引き伸ばし処理の前に異なる切り込みを適切に入れることにより達成できる。このようにして、焼結金属フィルタ本体内の開口部の配列に応じて異なる開口部の寸法を有する焼結金属フィルタの要素を提供できる。
支持体としてエキスパンドメタルを提供する場合、引き伸ばしの程度を通じて、支持体の開口部の開口幅の他に、焼結金属の充填物を保持するための網目の傾斜を特定することが可能である。また、厚さはカレンダ加工によっても調整できる。したがって、まったく同一の出発材料を用いて、多様な形態のフィルタ材料のストリップを製作することができる。そのようなフィルタ材料のストリップの厚さは、開口部の境界をなす支持体の網目の高さの程度により決定され、よって、使用する金属線の厚さにより厚さが決定する網と異なり、ゲージがより厚いフィルタ材料ストリップを、フィルタ材料のストリップの全重量である支持材料の構成要素を過剰に増加させることなく、製作できる。
【実施例】
【００１２】
次に本発明について、添付の図面を参照にしながら実施例を示して開示する。
ディーゼル内燃機関の排ガス流に含まれる粒子状物質を除去する焼結金属フィルタのためのフィルタ材料を形成するための支持体１は、エキスパンドメタルで製作される。支持体１は出発材料として薄板を備え、該薄板には、引き伸ばし処理で開口部を作成するために切り込みを入れる。引き伸ばし処理により、薄板は図１に示した形態になり、そして初めに薄板に付けられた切り込みは広がって開口部Ｏを形成する。開口部Ｏは、最初の薄板の網目Ｓとして示されている部分により区切られており、該部分は、支持体の切り込みの端となる領域で接合している。これらの領域は、接点Ｋとして示される。したがって、支持体１の全網目Ｓは、接点Ｋを介して連続的に物質的に接続している。この支持体の構成では、熱放散および熱分布が非常に良好であるだけでなく、様々な方向において均一な非常に高い安定性を示すことができる。
【００１３】
切り込みにより分離された２つの網目Ｓの開口部の角度βは、有効には４０度から８０度の範囲で、好ましくは５０度から７０度の範囲にある。開口部の角度が小さいと、開口部が小さくなり、そのようなフィルタ材料では排ガスの背圧が非常に高くなる。
【００１４】
支持体１の構造は図２の拡大断面図に明示されている。図示した断面線は、複数の接点Ｋと交差しており、網目Ｓが１本ずつ各接点Ｋから次の接点Ｋへと伸びている。網目Ｓ自体は、接点Ｋで示されているように傾いており、傾斜した側面で開口部Ｏを形成している。これらの傾斜した側面は、図２に示したように、その中に導入された焼結金属の特に良好なブレーシングとなる。各開口部Ｏには焼結金属が充填され、そして図２に示した断面図は、焼結金属充填物は形状が固定されて支持体１により提供された開口部Ｏ内にそれぞれ保持されることを示している。したがって、その開口部Ｏを有する支持体１は良好な機械的ブレーシング特性と、効果的な界接部を提供し、上流側のフィルタと下流側のフィルタの間の圧力差がある場合にも、開口部に導入された焼結材料が個々の開口部から押し出される虞がないようになっている。したがって、焼結金属充填物は、孤立した島状でそれぞれが支持体１の開口部Ｏ内に受容されている。
【００１５】
支持体１を形成するための元の薄板のゲージは網目の厚さＳｄの間にある接点Ｋの細い方の側に一致する。網目の幅Ｓｂと網目の厚さＳｄの比は有効には１である。そのような比において、網目は断面が正方形になる。焼結金属が十分に形状固定できるように、網目の厚さに対する幅の比は０．５と２．０の間でもよい。
【００１６】
支持体１の構造に加わる網目Ｓと接点Ｋが隣接して機械的に接続しているので、支持体１は高い機械的圧力に耐えることができることが明白である。支持体１が材料ユニットを形成し、それは焼結材料に比べてより容易に変形できるので、例えば縁で折り曲げるまたは補強用の折り目をエンボス加工することによりフィルタ材料を変形する場合、変形は最初に網目Ｓと接点Ｋで起こる。
【００１７】
焼結中の焼結金属の粉末と支持体の結合特性を向上させるために、支持体の表面に、化学処理または粒子を含むジェット処理によって生成された模様、例えば微細な模様をつけることが好ましい。そのようなジェット処理によってさらに、ある程度の内在的な張力を支持体内に構築でき（テンション梁）、これは支持体の強度に好ましい効果を及ぼす。このような方策により、開口部を区切る網目の特に互いに向きあう側面においても、支持体の有効な表面が増加し、よって、支持体の網目上における焼結金属粉末のブレーシングが可能となる。
【００１８】
使用される焼結金属粉末の粒または粒子の大きさは、少なくとも１０層の粉末層が、支持体１のゲージの方向に支持体の開口部Ｏを充填するように提供されるような寸法である。しかし、内燃機関の排ガス流内に含まれる粒子を除去するための焼結金属フィルタを形成する場合は、そこから形成されるフィルタ材料の厚さの方向に最大１５層の粉末層が提供されるような大きさの粒の焼結金属粉末で支持体１の開口部Ｏを充填すれば十分であることがわかっている。
【００１９】
出発材料として、例えばゲージが０．２ｍｍの薄板を用いることができる。切り込みの構造と配置に応じて、引き伸ばし処理を行った後に形成される支持体の厚さは３ｍｍであってよく、そして重要なのは、引き伸ばし処理の間、厚さに関係なく支持体の重量は増加しないことである。必要であれば、エキスパンド材料は例えば０．９ｍｍの厚さに較正[sic]されてよく、それは７０％の較正[sic]に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】焼結金属フィルタを形成するためのフィルタ材料の支持体の部分略図である。
【図２】図１の支持体の線Ａ−Ｂに沿った拡大部分略図で、開口部には焼結金属の粉末が充填されている。
【符号の説明】
【００２１】
１    支持体
Ｋ    接点
Ｏ    開口部
Ｓ    網目
Ｓｂ  網目の幅
Ｓｄ  網目の厚さ
β    開口部の角度
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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