JPH0754631A - 排ガス中の微粒子捕集用フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼル車の排ガス中のパティキュレート
を捕集するフィルターであって、１系列で継続的に捕集
・再生でき、従って装置が簡潔であり、更に耐久性の高
いフィルターを提供する。 【構成】 開口部を残して外筒内に導電性濾過板を直列
に配置してなる排ガス中の微粒子捕集用フィルターにお
いて、各々の導電性濾過板に電極を取り付け、導電性濾
過板には電極を渡す方向に実質的に平行に１本以上の切
れ目を入れて排ガス中の微粒子捕集用フィルターを構成
する。絶縁性支持体に導電性濾過板を取り付けておいて
外筒内に重ねることで構造的安定性を増すことができ
る。また、導電性濾過板をセラミック繊維の成形体より
作製すれば、適切な高強度、細孔径、気孔率を有する多
孔体を得ることが比較的容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ディーゼル車等から排出されるガ
スはスス状の炭素質の微粒子（以下、「微粒子」と略
称）を含んでおり、局所大気汚染の主な原因の１つであ
る。この低減は地球環境問題における早期に解決すべき
重要な課題の１つとされている。本発明は、これらディ
ーゼルエンジン等の内燃機関から排出されるガスに含ま
れる微粒子を除去するためのフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジン車から排
出されるガス中の微粒子を捕集するフィルターとして
は、セラミックス製のハニカム構造体が主として検討さ
れている（例、特開昭５７−７２１６）。ここでハニカ
ム構造体とは、隔壁により区分された複数のセルを有
し、単位容積あたりに濾過面積を多くとることができる
構造体である。ディーゼル車排ガスの捕集用としては、
セル密度が１０〜１５セル／ｃｍ^２、総セル数が１５０
０〜２５００、隔壁の厚さ０．３〜０．５ｍｍ、濾過面
積約１．５ｍ^２が例示されている。

【０００３】微粒子を捕集したハニカム構造体を再生す
るには、ハニカム構造体の全体或いは一部に６００℃以
上の高温を適用して微粒子を着火し、燃焼除去する方式
が主に検討されており、捕集・再生を繰り返すことによ
り継続的に排ガスが処理される。この方式では、上記の
ような隔壁の厚さが極めて薄く、セル数の多いハニカム
構造体が、微粒子が燃焼する時の高い温度に耐える性質
と、繰り返しの温度の変動に耐える性質を有することが
必要である。

【０００４】しかしながら、上記のような隔壁の厚さが
極めて薄く、セル数の多いハニカム構造体をピンホール
などの欠陥を含まずに製造することは極めて困難であ
り、しかも微粒子を燃焼させる温度の変動の過程でハニ
カム構造体にクラックや割れが発生し、捕集効率が格段
に低下するというように、生産性及びフィルターとして
の信頼性に大きな問題があった。また、フィルターを再
生するにおいて、排ガスを流通させて微粒子を捕集しな
がら再生する方式を採用しようしても、ハニカム構造体
の隔壁を貫通して流れる排ガスの温度が約１５０〜３５
０℃と微粒子の燃焼可能温度範囲よりもかなり低いた
め、大量の熱を与えて着火させたとしても吹き消えてし
まい、微粒子が充分に消失するまで燃焼を継続すること
ができないという問題がある。このためフィルターを二
系列設け、一方のフィルターで捕集する間にもう一方の
フィルターを再生するといった、交互に捕集と再生を繰
り返す方式を採用せざるを得ないという問題があり、微
粒子捕集装置は全体として重装備で高価になってしまう
といった大きな問題がある。

【０００５】更にまた、微粒子が異常に蓄積してフィル
ターを二系列共に閉塞させ、排ガスの流路が遮断してし
まうという非常事態に対する対策も設備の中に用意して
おく必要があった。このような問題を抜本的に解決する
フィルターとして、本発明者らは先に特願平４−１５８
００４号を提案した。本発明はこの先の出願の排ガスフ
ィルターにおいて導電性濾過板の繰り返しの加熱に対す
る耐久性が不足しており、導電性濾過板の固定手段が確
定していないといった未解決の問題を克服し、導電性濾
過板の耐久性、フィルターの構造的安定性に格段の進歩
を与えたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来技術の欠点を解決することを目的として、構造が簡単
で耐久性が高く、フィルターの再生に必要な電気容量も
少なくてすむ排ガス中の微粒子捕集用フィルターを提供
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、開口部を残し
て外筒内に導電性濾過板を直列に配置してなる排ガス中
の微粒子捕集用フィルターであって、各々の導電性濾過
板に電極を取り付け、該導電性濾過板には電極を渡す方
向に実質的に平行に１本以上の切れ目を設けた排ガス中
の微粒子捕集用フィルターであり、更に、導電性濾過板
の端部の２箇所に向かい合って取り付けた電極を渡す方
向に実質的に平行に１本以上の切れ目を設けたフィルタ
ーであり、更に、絶縁性支持体に導電性濾過板及び電極
を取り付けた構造単位を外筒内に直列に配置してなるフ
ィルターであり、更に、導電性濾過板が導電性セラミッ
ク繊維の成形体である排ガス中の微粒子捕集用フィルタ
ーである。

【０００８】本発明のフィルターは外筒（排ガスダク
ト）内に複数枚の導電性濾過板を直列に配置し、複数枚
の導電性濾過板のそれぞれに独立して通電できる電極を
取り付けることによって構成し、微粒子を含む排ガスを
外筒内に導きながら逐次独立して導電性濾過板を通電加
熱して再生する方式のフィルターである。

【０００９】本発明でいう導電性濾過板とは、導電性濾
過板の表裏面間の圧力差により排ガスを濾過して微粒子
を捕集することができ、導電性濾過板を通電することに
よって捕集した微粒子を燃焼除去するに必要な温度に加
熱することができる性質の多孔体をいう。このような性
質を有する多孔体はニッケル、クロム、鉄、アルミニウ
ム、コバルト等を含む導電性金属の多孔体、或いは炭化
ケイ素、ランタンクロマイト、ジルコニア、二ケイ化モ
リブデン、二ケイ化タングステンなどの導電性セラミッ
クスの多孔体より形成することができ、耐酸化性のよう
な化学的な安定性の面からは後者の導電性セラミックス
が好ましい。

【００１０】導電性濾過板の形状としては特に限定する
必要はなく、排ガスの流れ方向から見た形状で円形、楕
円形、三角形、正方形、長方形、六角形等の広い範囲か
ら選択できるが、図１のように排ガスの流れ方向から見
た形状が正方形又は長方形の板状であれば電極を含む形
状が簡潔である。導電性濾過板の大きさは、排ガスの処
理量によっても異なるが、ディーゼル乗用車の排ガスフ
ィルターでは濾過面積、即ち排ガスの流れ方向から見た
導電性濾過板の面積（片側面積）は１０〜２０００ｃｍ
^２が好ましく、より好ましくは５０〜７００ｃｍ^２であ
る。導電性濾過板の厚さは特に限定する必要はないが、
０．１〜５ｍｍが好ましい。

【００１１】また、導電性濾過板の気孔率は少なくとも
２０％以上、好ましくは３０〜８０％であり、平均細孔
径は少なくとも０．１ミクロン以上、好ましくは１〜１
００ミクロン、更に好ましくは１０〜６０ミクロンであ
る。これらの性質と形状を有する導電性濾過板の多孔体
はいろいろな材料を用いて種々の方式によって作製する
ことができる。例えば、金属粉末又はセラミック粉末を
原料とし、粉末の粒子が高度にち密化しないが適当に結
合し、適当な密度と強度を発現するように焼成温度、焼
結助剤等の条件を選定することによって作製することが
でき、また場合により消失性の粒子、例えばカーボン粉
末を原料の中に含めておいて焼成してち密化し、その後
燃焼除去して消失性の粒子を気孔にする方法もある。本
発明者らの実験的知見によれば、炭化ケイ素ウィスカ
ー、炭化ケイ素繊維（例、ニカロン、チラノ繊維の商品
名で入手可能）などの導電性セラミック繊維を適切なバ
インダーで一体化する方法によれば、本発明の導電性濾
過板に好適な高強度と高い気孔率を有する多孔体を作製
することが比較的容易である。炭化ケイ素ウィスカー、
炭化ケイ素繊維のような導電性の材料から作製すれば本
発明の好ましい態様の直接通電加熱できる導電性濾過板
を得ることができる。セラミック繊維を一体化する方法
としては、例えばセラミックの前駆体をバインダーとし
て用いる方法が１つの好適な例であり、炭化ケイ素ウィ
スカーや炭化ケイ素繊維を一体化する場合、例えば炭化
ケイ素の前駆体の有機ケイ素ポリマーであるポリカルボ
シランをバインダーに用いて成形し、ポリカルボシラン
が炭化ケイ素に変化する約１２００℃の温度以上に加熱
することにより得ることができる。

【００１２】なお本発明における導電性濾過板として濾
過性、通電加熱性、適切な気孔率、形状を有する多孔体
はアルミナ繊維のような非導電性の材料と加熱素子とを
組み合わせ、例えばアルミナ繊維の成形体の中に適切な
間隔でニクロム線や二ケイ化モリブデン線等を埋め込む
か隣接させて配置することによって得ることもできる
が、このようして非導電性の材料と加熱素子とを組み合
わせることによって本発明に必要な通電加熱性を多孔体
に付与した濾過板も本発明にいう導電性濾過板に含まれ
るものとする。

【００１３】導電性濾過板の各々には、適切な耐熱温度
を有する耐熱合金等の通電加熱用の電極を取り付ける。
ここで本発明では、導電性濾過板の耐久性の向上のため
に、電極を渡す方向に実質的に平行に、導電性濾過板に
１本以上の切れ目を入れる。具体的には、図１に示すよ
うに電極を導電性濾過板の両端部分に向かい合わせに配
置した場合、向かい合った２つの電極を渡す方向（図１
の形状であれば２つの棒状の電極の伸長方向と実質的に
直角な方向）に平行に１本以上の切れ目を入れる。切れ
目の本数の上限は特に限定する必要はないが、５０本以
上を必要とすることは稀であり、好ましくは２〜２０
本、更に好ましくは３〜１０本であり、隣の切れ目との
間隔は約１〜５ｃｍが適切である。切れ目はその方向の
導電性濾過板の長さの少なくとも５０％の長さで入れ、
その方向の導電性濾過板の長さの全体に及ぶこと、即
ち、導電性濾過板が例えば３〜１０本の切れ目で４〜１
１枚に分割されることも本発明の好ましい態様である。
なお電極の位置は、導電性濾過板の両端部分に向かい合
わせに配置することが導電性濾過板の全体を均等に加熱
させる上で好ましい。

【００１４】切れ目の幅、即ち電極を渡す方向の直角方
向に切れ目によって隔てられた導電性濾過板間の距離は
特に限定する必要はなく、導電性濾過板の長さの全体に
切れ目を入れて複数枚に分割した導電性濾過板を平面状
に接触させた切れ目の幅が０に近い状態のフィルターも
本発明の好ましい態様である。また、例えば５０ｍｍ以
上の幅とすることは排ガスフィルターの全体の寸法が必
要以上に大きくなるため好ましくなく、接触した状態か
ら１０ｍｍまでの幅とすることが好ましい。

【００１５】複数枚の導電性濾過板を外筒内で固定する
方式としては大別して２通りの方式がある。１つは外筒
と導電性濾過板を一体に固定する方式であり、例えば外
筒の内側に図２のようなアングル形状の２つの支持材を
向かい合わせに溶接やボルト締め等で固定し、その２つ
の支持材に導電性濾過板の両端部分をボルト締め等で固
定する方式である。外筒を導電性の金属製とした場合
（強度、価格の面から外筒はアルミニウム又は鉄等を主
成分とする金属が好ましい）、導電性濾過板の外筒との
導通や導電性濾過板間の導通を防ぐため、支持材はアル
ミナ、ムライト、コージェライト、石英等の絶縁性セラ
ミック材料、又は金属に絶縁性セラミック等を溶射した
材料等を用いるか、或いは支持材との接触部分のみに絶
縁性のパッキンを介在させて絶縁性を確保する。

【００１６】もう１つは絶縁性支持体を用意し、絶縁性
支持体に導電性濾過板及び電極を取り付けた構造単位を
外筒内に直列に配置する、即ち、適切な形状と材質の絶
縁性支持体に導電性濾過板及び電極を取り付けたものを
構造単位として複数の構造単位を外筒の中に重ねて配置
する方式である。絶縁性支持体の形状は導電性濾過板と
外筒の形状に見合って作製し、例えば図３、４のような
丸型や角型の底がない皿のような形状が採用できる。絶
縁性支持体の材質は同様にアルミナ、ムライト、コージ
ェライト、石英等の絶縁性セラミック材料、又は金属に
絶縁性セラミック等を溶射した材料等とするか、或いは
絶縁性支持体との接触部分のみに絶縁性のパッキンを介
在させて絶縁性を確保することもできる。導電性濾過板
の絶縁性支持体への取り付けを容易にする目的で、絶縁
性支持体は、好ましくは導電性濾過板と少なくとも３ｍ
ｍ以上の幅、より好ましくは５〜３０ｍｍ以上の幅で接
触する帯状の領域を有する。絶縁性支持体の帯状の領域
には、好ましくは例えばボルトとナットで導電性濾過板
を絶縁性支持体に取り付けるためのボルト穴を設ける。
このように、本発明でいう絶縁性支持体とは、導電性濾
過板を電気的にほぼ絶縁した状態で取り付けることがで
き、絶縁性支持体を外筒に固定する手段を特別に設けな
くても複数の絶縁性支持体を外筒の中で重ねた状態が構
造として安定な構造体を意味する。この意味において、
複数の絶縁性支持体は実質的に同じ形状を有し、重ねた
状態で互いに接触する部分は出来るだけ間隙がない状態
で接触することが好ましく、接触する部分は出来るだけ
平坦であることが好ましい。

【００１７】上記の２通りの導電性濾過板のうち、前者
の外筒に固定する方式では外筒の温度変化（ディーゼル
車の運転と停止）や機械的衝撃によって生じる外筒の変
形による応力が導電性濾過板に伝わり易いため、導電性
濾過板が靱性の低いセラミック材料の場合は割れ等の損
傷が生じ易く、このため外筒が変形しないための配慮が
必要になることがある。後者の絶縁性支持体を使用する
方式ではこの点を配慮する必要が軽減されるという利点
がある。

【００１８】導電性濾過板、外筒、開口部、或いは絶縁
性支持体の大きさの関係として、導電性濾過板を外筒に
固定する場合、外筒の排ガスの流れ方向から見た外筒の
内側の面積の５０〜９９％（開口部として残す面積は１
〜５０％）、好ましくは７０〜９５％（開口部として残
す面積は５〜３０％）を遮蔽する大きさの導電性濾過板
を取り付ける。絶縁性支持体を使用する場合、絶縁性支
持体は外筒の中に丁度収まるような外筒よりも若干小さ
い寸法とすることが好ましく、絶縁性支持体が外筒の中
で排ガスの流れを遮蔽しない領域を排ガスの流れ方向か
ら見た面積（例えば図３、４のような丸型や角型の底が
ない皿のような形状であれば底のない部分の面積）の５
０〜９９％、好ましくは７０〜９５％を遮蔽する大きさ
の導電性濾過板を取り付ける。排ガスの流れ方向から見
た導電性濾過板の面積は、ディーゼル乗用車用のフィル
ターでは前記のように１０〜２０００ｃｍ^２が好まし
く、より好ましくは５０〜７００ｃｍ^２であり、上記の
導電性濾過板、外筒、開口部、或いは絶縁性支持体の大
きさの関係からこれらの大きさを選定することができ
る。

【００１９】導電性濾過板の排ガスの流れ方向の間隔は
５〜１００ｍｍが好ましく、より好ましくは１０〜５０
ｍｍである。また、導電性濾過板の枚数は目標とする微
粒子の捕集率によっても異なるが、５〜１００枚が好ま
しく、より好ましくは１０〜４０枚である。導電性濾過
板を取り付けた状態で残す開口部の位置は導電性濾過板
の端部、中央部等の任意の位置であってよいが、開口部
が排ガスの流れ方向に重ならないように、例えば導電性
濾過板の右の端部と左の端部に交互に位置させて配置す
ることが微粒子の捕集効率の面から好ましい。

【００２０】本発明のフィルターの組み立ては、例え
ば、外筒に支持材を取り付け、その支持材に電極を取り
付けた導電性濾過板を取り付けることを所定の数だけ繰
り返すか、又は絶縁性支持体を使用する場合には絶縁性
支持体に導電性濾過板及び電極を取り付け、それを所定
の数だけ外筒内に重ねることによって行うことができ
る。各々電極にはリード線を接続し、リード線は例えば
外筒に設けた穴を通して電源に導く。このようにして排
ガスを流しながら導電性濾過板を再生する方式のフィル
ターが構成される。

【００２１】

【作用】本発明の微粒子の捕集機構は、一部を残して導
電性濾過板で遮蔽した流路を排ガスが流れる過程で生じ
る導電性濾過板の圧力差を利用して、排ガス中の一部の
微粒子を捕集する操作を連続して複数回繰り返す捕集方
法である。即ち、図５のような排ガスの流れにおいて、
排ガスの流路を開口部を残して絞ること、流れの向きが
変わること等によって排ガスの圧力が低下し、この圧力
の低下が導電性濾過板の表裏面間の圧力差を生じ、排ガ
スが導電性濾過板を貫通する方向に圧力差が生じること
になる。

【００２２】この方式において、例えば一枚の導電性濾
過板の開口部を８０％の排ガスが流れ、２０％の排ガス
が導電性濾過板を貫通して２０％の微粒子が捕集される
とした場合、ｎ枚の導電性濾過板を直列に配置したフィ
ルターにおいて、理想的には未捕集の微粒子は０．８の
ｎ乗となり、ｎが１０であれば未捕集の微粒子は１１％
であり、ｎが２０であれば１％まで低下する。一方、フ
ィルターの差圧は理想的にはｎに比例する。従って、導
電性濾過板の枚数を増やしていくと未捕集の微粒子は指
数関数的に低下し、フィルターの圧損は比例的に増加す
る。また、導電性濾過板の枚数を同じくて導電性濾過板
を大きくして場合、同じ量の排ガスを貫通させる（微粒
子の捕集率は同じ）に必要な表裏面間の圧力差は、単位
面積あたりの排ガスの貫通量が減るため小さくてすむこ
とになる。従って、微粒子の同じ捕集率を達成するにお
いて導電性濾過板を大きくするとフィルターの差圧は小
さくなり、逆は逆となる。

【００２３】このようにして、許容できるフィルターの
差圧と目標とする微粒子の捕集率に対して導電性濾過板
の枚数と大きさが設計される。ディーゼル乗用車の場合
に許容できるフィルターの差圧は高々０．３ｋｇ／ｃｍ
^２、好ましくは０．１ｋｇ／ｃｍ^２以下とされており、
この差圧の範囲内で充分な微粒子の捕集率を達成するた
めにはディーゼル乗用車の排気量にもよるが、前記のよ
うに本発明者らの実験的知見上、より好ましくは導電性
濾過板の片側面積として５０〜７００ｃｍ^２が必要であ
り、導電性濾過板の枚数は１０〜４０枚が必要である。
また、導電性濾過板の材料は、好ましくは炭化ケイ素、
二ケイ化モリブデンのような靱性の低い材料の、しかも
強度の低い多孔体である。

【００２４】本発明は、このように靱性と強度が低く、
加熱素子としては寸法が比較的大きく、多数枚の導電性
濾過板を含んで構成されるフィルターであり、フィルタ
ーをディーゼル車に搭載し、実走行しながら導電性濾過
板を通電加熱して再生する方式において未解決な問題で
あった機械的安定性、耐久性の達成を課題としたもので
あり、導電性濾過板に切れ目を入れること、絶縁性支持
体の採用、導電性セラミック繊維の導電性濾過板として
の使用を提案するものである。

【００２５】導電性濾過板に切れ目を入れることによっ
て耐久性が向上し、特には経時に伴う導電性濾過板のク
ラックや割れの発生等の損傷を顕著に抑制できる。この
理由は通電加熱と放冷の温度変化による導電性濾過板の
熱応力が軽減したためと思われる。即ち、温度に不均一
性があると必然的に熱応力が発生するが、寸法が比較的
大きく、加熱素子でもある導電性濾過板を全体に均等な
温度にすることは元来困難であり、切れ目を入れること
によって１枚の導電性濾過板の寸法を小さくすることで
その大きさの中での温度の不均一性が減少し、熱応力の
絶対値が小さくなったためと考えられる。

【００２６】ここで、導電性濾過板に何本切れ目を入れ
ても濾過面積と開口面積が同じであれば実質的に微粒子
の捕集効率を下げることはないが、そもそも捕集効率に
影響せずに濾過板に切れ目を入れることができるのは排
ガスが素通りする開口部をわざわざ設けることを特徴と
するフィルター構造であるがゆえに可能なのである。ま
た、切れ目を入れると導電性濾過板の各部の通電加熱性
が均一に保たれ易いが、この理由は導電性濾過板の端部
の２箇所に向かい合って取り付けた電極と、電極を渡す
方向に平行に入れた切れ目の構造が導電性濾過板の各部
に流れる電流を均等にするに適する構造であるためであ
ろう。また、絶縁性支持体を採用することも導電性濾過
板の耐久性の向上に大きく寄与するが、この理由は靱性
と強度が低い導電性濾過板への外筒からの機械的、熱的
衝撃の伝達が軽減されるためと考えられる。即ち、導電
性濾過板を外筒と一体に固定すると導電性濾過板よりも
かなり寸法の大きな外筒の熱変形、振動、衝撃等による
応力が導電性濾過板に伝達され、導電性濾過板を外筒に
直接固定せずに外筒より寸法の小さい絶縁性支持体に導
電性濾過板を固定することが熱変形等による応力の発生
とその伝達を軽減するに有効であるためと考えられる。

【００２７】また、導電性セラミック繊維の成形体から
本発明に好適な靱性と強度が高い導電性濾過板を容易に
得ることができるが、この理由はセラミック繊維は機械
的強度が高いものが入手可能であり、それによって得ら
れる多孔体は強度が高いものが得られ易いためである。
また、直径が１０〜４０ミクロンの炭化ケイ素繊維等は
入手可能であるが、この大きさのセラミック繊維から本
発明に好適な１０〜６０ミクロンの平均細孔径を有する
多孔体を得ることが容易なためである。

【００２８】本発明のフィルターにおいては、従来の例
えばハニカム構造のフィルターで不可能であった排ガス
中の微粒子を捕集しながらフィルターを再生することが
可能となり、フィルターは１つの系列で足りることにな
るが、その理由は次のように考えられる。第１に、単位
時間当たりに加熱される物体の熱容量が極めて小さいた
めである。即ち、本発明のフィルターでは一部の、例え
ば１枚だけの導電性濾過板を逐次加熱する方式が採用で
き、フィルターの全体を加熱する必要のあるハニカム構
造体に比較して熱容量が極めて小さいためである。第２
に、排ガスの全部を加熱する必要がないためである。即
ち、導電性濾過板を貫通する排ガスは導電性濾過板の熱
を奪うが、１枚の導電性濾過板を貫通する排ガスの量は
全体の排ガスの一部であり、導電性濾過板の再生の直後
であっても例えば上記のように全体の２０％のみであ
り、微粒子を捕集して再生が必要になる状態ではこの割
合は更に減るためである。第３に、導電性濾過板は直接
通電でき、熱効率が高いためである。これらの総和とし
て通電加熱に必要な単位時間当たりの電力は格段に少な
くですみ、ディーゼル乗用車のバッテリーの容量でフィ
ルターに供給できるとされる１〜２ＫＷ以下の電力によ
って継続的なフィルターの再生が可能になるのである。

【００２９】以下、実施例によって本発明を具体的に説
明する。

【実施例】 実施例１ 導電性濾過板として炭化ケイ素粉末を焼成して得た炭化
ケイ素質多孔体を使用した。１つの炭化ケイ素質多孔体
は寸法が約１５ｃｍ×２ｃｍ×厚さ１ｍｍの板状であ
り、この７枚の多孔体の辺を接触させて平面状に合わ
せ、約１４ｃｍ×１ｃｍ×厚さ１ｍｍのインコネル製の
電極を取り付けて、絶縁性支持体に耐熱ステンレス製の
ボルトとナットで固定し、図１のような、導電性濾過板
の電極を渡す方向に平行に６本の切れ目を入れた状態の
導電性濾過板を含む構造単位を作製した。炭化ケイ素質
多孔体は気孔率が５１％で、平均細孔径は２９ミクロン
であった。絶縁性支持体は石英で図４の形状のものを作
製した。絶縁性支持体を排ガスの流れ方向から見た外側
寸法は約１６ｃｍ×１６ｃｍの正方形で、導電性濾過板
を取り付ける前の開口部は約１４ｃｍ×１４ｃｍの正方
形であり、肉厚は約２ｍｍで、排ガスの流れ方向の長さ
（重ねたときの高さ）は約２ｃｍであった。導電性濾過
板を取り付けた構造単位の開口部は排ガスの流れ方向か
ら見て約１４ｃｍ×１ｃｍであった。

【００３０】このような絶縁性支持体に導電性濾過板と
電極を取り付けた構造単位を１５組用意し、内側寸法が
約１６．５ｃｍ×１６．５ｃｍの正方形で、肉厚が２ｍ
ｍ、長さ４０ｃｍの外筒内に重ねて配置し、本発明のフ
ィルターを構成した。ここで、開口部は排ガスの流れ方
向に重ならないように排ガスの流れ方向から見て左右に
交互に配置した。各々の電極にはリード線を接続し、絶
縁性支持体及び外筒に小孔を開けてリード線をバッテリ
ーに導いた。このフィルターを排気量２５００ｃｃのデ
ィーゼルエンジンを搭載した乗用車に設置し、排ガスダ
クトを接続して１００時間の実走行試験を行った。実走
行試験は約５０ｋｍ／Ｈの速度で行い、この間フィルタ
ーに排ガスを導きながら導電性濾過板の１枚毎に順次１
ｋｗの電力を１０分間供給し、１５枚の導電性濾過板を
逐次継続的に加熱した。

【００３１】結果として、１００時間の実走行試験の間
の微粒子の捕集率はフィルター前後のスモークメーター
の測定で８１〜８４％と安定して捕集できており、フィ
ルター前後の圧力損失も１．０９〜１．２２ｋｇ／ｃｍ
^２の範囲に安定していた。また、引き続き微粒子の捕集
を行うに障害となるような導電性濾過板の損傷等は見ら
れなかった。

【００３２】比較例１ 実施例１で用いた導電性濾過板に代えて、切れ目がない
１枚板の寸法が約１５ｃｍ×１４ｃｍ×厚さ１ｍｍの板
状の炭化ケイ素質の導電性濾過板を用いた。その他は実
施例１と同様にして１５組の構造単位を用意し、外筒内
に配置してフィルターを構成した。このフィルターを実
施例１と同様にしてディーゼル車に設置し、実走行試験
を行った。結果として、１０時間までは排ガス中の微粒
子が実施例１と同等に捕集できていたが１０時間を過ぎ
ると捕集率は８０％を下回り、２０時間の経過後にフィ
ルターを解体して点検したところ、１５枚の導電性濾過
板のうち７枚に割れが発生し、通電できない状態になっ
ていた。

【００３３】実施例２ 導電性濾過板として炭化ケイ素繊維の成形体を用いてフ
ィルターを構成した。炭化ケイ素成形体は次のようにし
て作製した。市販の炭化ケイ素繊維（商品名ニカロン、
直径１８ミクロン）の朱子織りの布を２０ｃｍ×２０ｃ
ｍに裁断し、これを１ｃｍ^２あたり約０．２ｇの重さと
なるように積層した。繊維のバインダーとしてポリカル
ボシラン（分子量１８００）をキシレンに１：１の重さ
で溶かした液を用い、繊維の１ｇあたり０．５ｇの量で
ハケ塗りして繊維の積層に含浸させた。次いでこの予備
成形体に１０ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を負荷した状態で５０
℃に２４時間加熱してキシレンを蒸発させた後、そのま
ま窒素雰囲気中で１３５０℃に２時間加熱し、厚さ約１
ｍｍの板状の炭化ケイ素繊維の成形体を得た。得られた
炭化ケイ素繊維の多孔体は気孔率が５７％で、平均細孔
径は３５ミクロンであった。

【００３４】次にこの炭化ケイ素繊維成形体より実施例
１と同じ寸法の約１５ｃｍ×２ｃｍ×厚さ１ｍｍの板状
の成形体を切りだし、実施例１と同様にして絶縁性支持
体に電極と共に固定し、７枚の板状の成形体を用いて図
１のような導電性濾過板の電極を渡す方向に平行に６本
の切れ目を入れた状態の導電性濾過板を含む構造単位を
作製した。このような絶縁性支持体に導電性濾過板と電
極を取り付けた構造単位を１５組用意し、実施例１と同
様にして外筒内に重ねて配置し、本発明のフィルターを
構成した。

【００３５】このフィルターを実施例１と同様にしてデ
ィーゼル車に設置し、排ガスダクトを接続して１００時
間の実走行試験を行い、実施例１と同様にフィルターに
排ガスを導きながら導電性濾過板の１枚毎に順次１ｋｗ
の電力を１０分間供給し、１５枚の導電性濾過板を逐次
継続的に加熱した。結果として、１００時間の実走行試
験の間の微粒子の捕集率はフィルター前後のスモークメ
ーターの測定で８２〜８６％と安定して捕集できてお
り、フィルター前後の圧力損失も０．８８〜０．９１ｋ
ｇ／ｃｍ^２の範囲に安定していた。また、引き続き微粒
子の捕集を行うに障害となるような導電性濾過板の損傷
等は見られなかった。

【００３６】実施例３ 導電性濾過板として炭化ケイ素ウィスカーより作製した
炭化ケイ素成形体を用い、フィルターを構成した。炭化
ケイ素成形体は次のようにして作製した。炭化ケイ素ウ
ィスカー（平均直径１ミクロン、平均長さ４０ミクロ
ン）の１ｋｇに、バインダーとしてポリカルボシラン
（分子量１８００）をキシレンに１：１の重さで溶かし
た液の５００ｇをスプレーしてほぼ均一に混合した。こ
の混合物を１ｃｍ^２あたり約０．１５ｇの量でシート状
に拡げ、このシート状の予備成形体に１０ｋｇ／ｃｍ^２
の荷重を負荷した状態で５０℃に２４時間加熱してキシ
レンを蒸発させた後、そのまま窒素雰囲気中で１５５０
℃に２時間加熱し、厚さ約１ｍｍの炭化ケイ素ウィスカ
ーの成形体を得た。得られた炭化ケイ素質多孔体は気孔
率が５９％で、平均細孔径は３２ミクロンであった。

【００３７】次にこの炭化ケイ素ウィスカー成形体より
実施例１と同じ寸法の約１５ｃｍ×２ｃｍ×厚さ１ｍｍ
の板状の成形体を切りだし、実施例１と全く同様にして
絶縁性支持体に電極と共に固定し、７枚の板状の成形体
を用いて図１のような導電性濾過板の電極を渡す方向に
平行に６本の切れ目を入れた状態の導電性濾過板を含む
構造単位を作製した。このような絶縁性支持体に導電性
濾過板と電極を取り付けた構造単位を１５組用意し、実
施例１と同様にして外筒内に重ねて配置し、本発明のフ
ィルターを構成した。このフィルターを実施例１と同様
にしてディーゼル車に設置し、排ガスダクトを接続して
１００時間の実走行試験を行い、実施例１と同様にフィ
ルターに排ガスを導きながら導電性濾過板の１枚毎に順
次１ｋｗの電力を１０分間供給し、１５枚の導電性濾過
板を逐次継続的に加熱した。

【００３８】結果として、１００時間の実走行試験の間
の微粒子の捕集率はフィルター前後のスモークメーター
の測定で８８〜８２％と安定して捕集できており、フィ
ルター前後の圧力損失も０．７８〜０．８２ｋｇ／ｃｍ
^２の範囲に安定していた。また、引き続き微粒子の捕集
を行うに障害となるような導電性濾過板の損傷等は見ら
れなかった。

【００３９】

【発明の効果】１系列のみで排ガス中の微粒子を継続的
に捕集・再生できる構造のフィルターにおいて、ディー
ゼル車に設置して長時間走行しながら微粒子を捕集し、
燃焼除去するに必要な耐久性、構造的安定性を確立した
フィルターを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】導電性濾過板、導電性濾過板の切れ目、開口
部、絶縁性支持体、電極、リード線を含む本発明のフィ
ルターの構成の１例を示す略図である。

【図２】導電性濾過板の支持材の１例を示す略図であ
る。

【図３】絶縁性支持体の構造の１例を示す略図である。

【図４】絶縁性支持体の構造の１例を示す略図である。

【図５】排ガスの流れを示す説明図である。

【符号の説明】

１…導電性濾過板 ２…切れ目 ３…開口部 ４…絶縁性支持体 ５…電極 ６…リード線 ７…絶縁性支持体の導電性濾過板取り付け部 ８…絶縁性支持体の開口部

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】結果として、１００時間の実走行試験の間
の微粒子の捕集率はフィルター前後のスモークメーター
の測定で８１〜８４％と安定して捕集できており、フィ
ルター前後の圧力損失も０．１０９〜０．１２２ｋｇ／
ｃｍ^２の範囲に安定していた。また、引き続き微粒子の
捕集を行うに障害となるような導電性濾過板の損傷等は
見られなかった。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】このフィルターを実施例１と同様にしてデ
ィーゼル車に設置し、排ガスダクトを接続して１００時
間の実走行試験を行い、実施例１と同様にフィルターに
排ガスを導きながら導電性濾過板の１枚毎に順次１ｋｗ
の電力を１０分間供給し、１５枚の導電性濾過板を逐次
継続的に加熱した。結果として、１００時間の実走行試
験の間の微粒子の捕集率はフィルター前後のスモークメ
ーターの測定で８２〜８６％と安定して捕集できてお
り、フィルター前後の圧力損失も０．０８８〜０．０９
１ｋｇ／ｃｍ^２の範囲に安定していた。また、引き続き
微粒子の捕集を行うに障害となるような導電性濾過板の
損傷等は見られなかった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部を残して外筒内に導電性濾過板を
   直列に配置してなる排ガス中の微粒子捕集用フィルター
   であって、各々の導電性濾過板に電極を取り付け、該導
   電性濾過板には電極を渡す方向に実質的に平行に１本以
   上の切れ目を入れた排ガス中の微粒子捕集用フィルタ
   ー。
2. 【請求項２】 導電性濾過板の端部の２箇所に向かい合
   って取り付けた電極を渡す方向に実質的に平行に１つ以
   上の切れ目を入れた請求項１に記載のフィルター。
3. 【請求項３】 絶縁性支持体に導電性濾過板及び電極を
   取り付けた構造単位を外筒内に直列に配置してなる請求
   項１又は２に記載のフィルター。
4. 【請求項４】 導電性濾過板が導電性セラミック繊維の
   成形体である請求項１、２、又は３のいずれか１項に記
   載のフィルター。