(57)【要約】【課題】触媒量の増加を招くことなく低コスト且つ小型サイズ、低通気抵抗となし得るパティキュレートフィルタを提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを処理するパティキュレートフィルタにおいて、金属繊維からなる多孔質構造とされたフィルタ２の表面２ａと裏面２ｂからそれぞれ厚み方向に小孔５、６を貫通させることなく複数形成し、表面２ａに形成された小孔５と裏面２ｂに形成された小孔６を互い違いに配置した。【選択図】図２
2009250103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを処理するパティキュレートフィルタにおいて、
金属繊維からなる多孔質構造とされたフィルタの表面と裏面からそれぞれ厚み方向に小孔を貫通させることなく複数形成し、表面に形成された小孔と裏面に形成された小孔を互い違いに配置した
ことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載のパティキュレートフィルタであって、
前記表面に形成した小孔と、前記裏面に成形した小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、この範囲内において小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを一定に保って小孔を配置した
ことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載のパティキュレートフィルタであって、
前記表面に形成した小孔と、前記裏面に成形した小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、この範囲内において小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さの一方又は両方がフィルタ外周側ほど小さくなるように小孔を配置した
ことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のパティキュレートフィルタであって、
任意の小孔形状において、小孔の側面の面積も含めたフィルタの表面積、つまり排ガスの透過表面積が最大になるような小孔寸法とした
ことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載のパティキュレートフィルタであって、
任意の小孔形状において、フィルタ外周側ほど小孔の形成により新たに生じる排ガスの透過表面積が大きくなるような小孔寸法とした
ことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のパティキュレートフィルタの一枚を、外筒の中に配置して排気浄化装置とした
ことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレートフィルタ及びこれを用いた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを捕集する排気浄化装置が開示されている。
【０００３】
引用文献１に記載の排気浄化装置は、図６に示すように、ディーゼルエンジンの排気管１０１の途中に、パティキュレートを捕集する多孔質構造とされた円盤状の平板フィルタ１０２を排ガス１０３の流れ方向に複数枚重ね合わせることにより形成した積層構造のパティキュレートフィルタ１０４を設けた構造としている。
【０００４】
この排気浄化装置では、排気ガス中のＮＯと酸素とを選択的に反応させてＮＯ２を生成する機能を高めたＮＯ２生成触媒と、各平板フィルタ１０２に捕集されたパティキュレートの炭素分と排気ガス中のＮＯ２とを選択的に反応させて前記炭素分の燃焼を助勢する機能を高めた炭素分酸化触媒とを交互に各平板フィルタ１０２に担持させている。図７中、１０２ＡがＮＯ２生成触媒を担持させた平板フィルタで、１０２Ｂが炭素分酸化触媒を担持させた平板フィルタを示している。
【特許文献１】特開２００２−２２７６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術では、平板フィルタ１０２の使用枚数が多いため、その平板フィルタ１０２に担持する触媒量が増加し、コストアップとなる。また、特許文献１に記載の技術では、複数枚の平板フィルタ１０２を使用するため、サイズが大型化するといった課題もある。
【０００６】
そこで本発明は、上述した課題を解決するべく、触媒量の増加を招くことなく低コスト且つ小型サイズで低通気抵抗となし得るパティキュレートフィルタ及び排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の本発明は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを処理するパティキュレートフィルタにおいて、金属繊維からなる多孔質構造とされたフィルタの表面と裏面からそれぞれ厚み方向に小孔を貫通させることなく複数形成し、表面に形成された小孔と裏面に形成された小孔を互い違いに配置したことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパティキュレートフィルタであって、フィルタに形成した小孔間の対向距離及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、この範囲内において小孔間の対向距離及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを一定に保って小孔を配置したことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のパティキュレートフィルタであって、フィルタに成形した小孔間の対向距離及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、この範囲内において小孔間の対向距離及び小孔未貫通部のフィルタ厚さの一方又は両方がフィルタ外周側ほど小さくなるように小孔を配置したことを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のパティキュレートフィルタであって、任意の小孔形状において、小孔の側面の面積も含めたフィルタの表面積、つまり排ガスの透過表面積が最大になるような小孔寸法とした
ことを特徴としいている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のパティキュレートフィルタであって、任意の小孔形状において、フィルタ外周側ほど小孔の形成により新たに生じる排ガス透過表面積が大きくなるような小孔寸法としたことを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５に記載のパティキュレートフィルタの一枚を、外筒の中に配置して排気浄化装置としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載のパティキュレートフィルタによれば、フィルタの表面と裏面からそれぞれ厚み方向に小孔を形成したので、フィルタの表面及び裏面だけでなく、小孔が形成されることにより生じた孔部位の表面積（孔側面分の表面積）が増大することで、排気ガスが透過する透過表面積が大幅に増加する。したがって、本発明によれば、排気ガスの透過表面積の増加により、通気抵抗が小さくなる。これにより、出力の低下を抑制できる。
【００１４】
また、請求項１に記載のパティキュレートフィルタによれば、排ガスの透過距離が短くなることで通気抵抗を減らすことができる。通気抵抗は、排ガスの透過表面積に反比例し、透過距離に比例するため、透過表面積が増加し、さらに透過距離が短くなることで減少する。
【００１５】
請求項２及び請求項３に記載の発明によれば、表面に形成した小孔と裏面に形成した小孔間の対向距離及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとすることで、フィルタの空隙率の変化によるパティキュレート処理率の変動をほとんど無視できる程度に無くすことができ、さらに、小孔を配置することで排ガスの透過表面積が増大するので、通気抵抗も小さくできる。
【００１６】
また、請求項３では、小孔間の対向距離及び小孔未貫通部のフィルタ厚さの一方又は両方がフィルタ外周側ほど小さくなるように小孔を配置したことで、フィルタ中心部への排ガス流れの集中を防止できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、排ガスの透過表面積が最大になるような小孔寸法とすることで、通気抵抗を小さくできる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、フィルタ外周側ほど小孔の形成により新たに生じる排ガス透過表面積が大きくなるような小孔寸法としたことで、フィルタ外周部にも排ガスが流れやすくなる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、本発明のパティキュレートフィルタの一枚を外筒の中に配置して排気浄化装置としたので、複数枚のフィルタを積層したフィルタ積層構造のものと比べて簡素で小型にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は本実施形態の排気浄化装置の断面図、図２（Ａ）は本実施形態のパティキュレートフィルタの平面図、図２（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、図３は図２（Ｂ）の要部拡大断面図、図４は透過距離とパティキュレート捕集率との関係を示す図、図５は小孔径とフィルタ表面積の関係を示す図である。
【００２２】
本実施の形態の排気浄化装置１は、図１に示すように、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを処理するパティキュレートフィルタ２と、このパティキュレートフィルタ２を内部に収容固定する外筒３、４とから構成されている。パティキュレートフィルタ２は、ディフューザーとしても機能する２つの外筒３、４の突き合わせ面にその外周囲を固定することで、これら外筒３、４で構成される内部空間内に収容されている。
【００２３】
パティキュレートフィルタ２は、例えば線径３４μと非常に細いステンレス材からなる金属繊維を集めて成形型内に詰め込んだ後、金属繊維同士を焼結することで所定厚の円盤形状とされている。このようにして形成されたパティキュレートフィルタ２は、金属繊維間に微細な空隙を有した多孔質構造となっている。また、このパティキュレートフィルタ２には、排気ガス中に含まれるパティキュレートの酸化を助勢するための触媒が担持されている。
【００２４】
そして特に本実施形態では、パティキュレートフィルタ２の表面２ａと裏面２ｂからそれぞれ厚み方向に小孔５、６を貫通させることなく複数形成し、表面２ａに形成された小孔５と裏面２ｂに形成された小孔６を互い違いに配置させている。これら小孔５、６は、フィルタを成形型で円盤形状にするときに、成形型に複数本のピンを設けることで形成することができる。
【００２５】
本実施形態では、直径Ｄ１を１４４ｍｍ、厚みＴを１０ｍｍとした円盤形状のパティキュレートフィルタ２の外周縁から１０ｍｍの範囲を除く領域（直径Ｄ２を１２４ｍｍとした範囲）に、直径Ｄ３を２ｍｍとし深さＨを７ｍｍとした小孔５、６を表面２ａに４８１個、裏面２ｂに４６８個、小孔５、６をそれぞれ開けた。そして、表面２ａに形成した小孔５と裏面２ｂに形成した小孔６の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを、１．５ｍｍとしている。
【００２６】
前記表面２ａに形成した小孔５と裏面２ｂに形成した小孔６の対向距離（排気ガスの透過距離）Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さが１．５〜３．０ｍｍであれば、パティキュレートフィルタ２の空隙率が７０％または８５％であるかに拘わらずパティキュレート処理率が殆ど同じになる。なお、前記対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さが１．５〜６．０ｍｍの範囲であれば、前記効果を奏することができる。
【００２７】
図４において、パティキュレートフィルタ２の空隙率が８５％の場合、前記対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さが１．５ｍｍ未満では、パティキュレート処理率が同空隙率７０％の場合に比べてかなり劣る。しかしながら、本実施形態のように前記対向距離（排気ガスの透過距離）Ｌを前記範囲内とすることで、パティキュレートフィルタ２の空隙率に拘わらず一定以上の処理率を確保することができる。
【００２８】
図５より、本実施形態においては、前記表面２ａに形成した小孔５と裏面２ｂに形成した小孔６の直径Ｄ３が２ｍｍであれば、フィルタ表面積（排ガスの透過表面積）が最大となる。つまり、前記小孔６の直径２ｍｍが、フィルタ表面積を最大とする小孔寸法となる。
【００２９】
このように、本実施形態のパティキュレートフィルタ２によれば、表面２ａと裏面２ｂに小孔５、６を貫通させることなく複数形成し、表面２ａに形成された小孔５と裏面２ｂに形成された小孔６を互い違いに配置したことで、多孔質構造の表面２ａと裏面２ｂだけでなく孔部位の表面積（孔側面分の表面積）が増大するため、それにより排気ガスが透過する透過表面積が大幅に増加する。また、小孔５、６を形成することにより排気ガス透過距離が短くなるため、通気抵抗が減少する効果が得られる。
【００３０】
小孔５、６を設けた場合は、小孔５、６を設けなかった場合に比較して透過表面積は排気ガス流入側で２．３倍に増える。通気抵抗は、透過表面積に反比例し、透過距離に比例するため、小孔５、６を設けることで小孔５、６を設けなかった場合に比べて５８％も減少する。
【００３１】
このように、本実施形態のパティキュレートフィルタ２によれば、小孔５、６の側面部位も処理部分として使用可能となるため、フィルタ全体を効率良く使用でき、従来構造のように複数枚のフィルタを重ねて使用する必要がなくなる。これにより、一枚のパティキュレートフィルタ２で充分なパティキュレート捕集量を確保することができ、また触媒担持量も低減でき、コストの低下並びにフィルタを小型化できる。
【００３２】
このように構成されたパティキュレートフィルタ２では、表面２ａから排気ガスが進入して裏面２ｂ側へ通り抜けるとき編み目状となった金属繊維に担持された触媒でパティキュレートを処理するが、これまでの小孔５、６が形成されていないフィルタ構造では、その表面２ａ近傍でしかパティキュレートを処理することができずフィルタ全体を効率的に使用できない構造となっていた。
【００３３】
しかし、本実施形態のパティキュレートフィルタ２ではフィルタの表面２ａに小孔５が形成されていることによって、図３の矢印で示すように表面２ａの小孔５から排ガスがその内部に入り込み易くなり、止まり孔として形成される小孔５から裏面２ｂより形成された小孔６へと流れ込む排気ガス流れが生じる。そのため、本実施形態のパティキュレートフィルタ２によれば、そのフィルタ内部（フィルタ深層部）でもパティキュレートを処理できるようになり、パティキュレートの処理量を大幅にアップできる。
【００３４】
このようなパティキュレート処理率の高いパティキュレートフィルタ２を一枚だけ使用した排気浄化装置では、複数枚のフィルタを積層したフィルタ積層構造のものと比べて簡素で小型にできる。
【００３５】
上述した実施形態は、本発明の一例であり、この実施形態に制限されることはない。
【００３６】
例えば、上述の実施形態では、表面に形成した小孔と、裏面に成形した小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、この範囲内において小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを一定に保って小孔を配置したが、本発明は、これに限定されない。
【００３７】
例えば、表面に形成した小孔と、裏面に成形した小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さを１．５〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍとし、この範囲内において小孔間の対向距離Ｌ及び小孔未貫通部のフィルタ厚さの一方又は両方がフィルタ外周側ほど小さくなるように小孔を配置するようにしてもよい。このようにすれば、フィルタ中心部への排ガス流れの集中を防止できる。
【００３８】
また、任意の小孔形状において、フィルタ外周側ほど小孔の形成により新たに生じる排ガスの透過表面積が大きくなるような小孔寸法としてもよい。そうすることで、フィルタ外周部にも排ガスが流れやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本実施形態の排気浄化装置の断面図である。
【図２】図２（Ａ）は本実施形態のパティキュレートフィルタの平面図、図２（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は図２（Ｂ）の要部拡大断面図である。
【図４】図４は透過距離とパティキュレート捕集率との関係を示す図である。
【図５】図５は小孔径とフィルタ表面積の関係を示す図である。
【図６】図６は従来構造の排気浄化装置の断面図である。
【図７】図７は図６の排気浄化装置に組み込まれたフィルタ積層構造のパティキュレートフィルタを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…排気浄化装置
２…パティキュレートフィルタ
３、４…外筒
５、６…小孔
【図１】
2009250103.tif 000003
【図２】
2009250103.tif 000004
【図３】
2009250103.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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