JPH0777026A - 耐熱性フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタに堆積したパティキュレートの燃焼
除去時の局部的な昇温によっても破壊し難く、長時間の
排ガス処理中の背圧上昇を僅かに抑えることができ、高
温酸性雰囲気における腐食作用にも耐え得るフィルタを
提供する。 【構成】 筒状フィルタ16は四角筒体17の内部に、四角
筒状に形成された第２の通気性隔壁５、ろ過層６、第１
の通気性隔壁４及びヒータ３が、外側から順に配置され
て構成されている。第１の通気性隔壁４はセラミック繊
維からなる筒状織物で構成され、第２の通気性隔壁５は
細かい目の金網で構成されている。ろ過層６にはセラミ
ック短繊維で構成された不織布が使用されている。被ろ
過流体は第１の通気性隔壁４から第２の通気性隔壁５に
向かって流れる。被ろ過流体が激しい勢いで筒状フィル
タ１６内に導入されても、第１の通気性隔壁４の存在に
よりろ過層６の繊維配列が乱されず、ろ過機能が長期間
持続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐熱性フィルタに係り、
詳しくは高温度のエンジン排気ガスに含まれるパティキ
ュレート（カーボン微粒子とエンジンオイル、未燃燃料
の混合物）を効果的に捕集できるとともに、捕集したパ
ティキュレートの燃焼除去に支障を来さない耐熱性フィ
ルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれ
るパティキュレートを除去する排ガスろ過装置として、
従来、種々のものが知られており、例えば次のようなも
のがある。

【０００３】ハニカム状のフィルタをセラミックで形
成し、ハニカム構造を構成する多数の室の端部を封止材
で交互に塞ぎ、排ガスをハニカム構造の薄い壁面を通過
させ、壁面の微細な孔にパティキュレートを捕集するも
の（特開平２−１４７１１号公報）。

【０００４】微小間隙を形成するように交錯されたス
チールワイヤ製交錯体の表面をセラミック膜で被覆した
もの（実開昭６４−２１２０９号公報）。 エンジンの排気管に接続される吸気口を一端に有する
とともに排気口を他端に有する容器状本体と、容器状本
体に内蔵され金網により保持されたスチールウールを含
むフィルタとを備え、容器状本体の上部にポンプを介し
て水槽を接続し、容器状本体の下部に排水口を設けたも
の（実開平２−１２２１１０号公報）。

【０００５】内燃機関の排気口近傍に設けられた円筒
状フィルタケース内に、セラミック繊維パッドの外層
と、織り合わせた内側セラミック繊維マットとからなる
セラミック繊維材料が円筒状に設けられ、前記繊維材料
の空洞が軸線方向に排気導管に接続され、内燃機関から
入口接続管がフィルタケースに接続されたもの（特開昭
５４−７４９１３号公報）。なお、セラミック繊維材料
は半径方向内側と外側を穴あき板で支持され、内側セラ
ミック繊維マットと内側穴あき板との間に金網が配設さ
れてもよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】のフィルタは材質が
セラミックであるため、温度分布の不均衡による熱歪や
機械的な衝撃で破損し易い。従って、使用によりフィル
タに捕集されたパティキュレートを除去してフィルタを
再使用するためパティキュレートを燃焼除去する際に、
カーボン微粒子の燃焼に伴う局部的な昇温による熱歪で
破壊し易いという問題がある。又、堆積したパティキュ
レートを燃焼させる場合、パティキュレート全体を一度
に燃焼させるのではなく、フィルタの一端からパティキ
ュレートの燃焼熱を利用して逐次風下側へ類焼させる。
そのとき、堆積量が少ないと燃焼熱が不充分となって燃
え残りができ、再生が不完全のため背圧（エンジンのイ
グゾーストからフィルタ装置の入口までの間の圧力）上
昇に到る場合もある。

【０００７】の構成では、スチールワイヤを交錯させ
てパティキュレートを捕捉する微小間隙を形成している
が、スチールワイヤはあまり細くできないため、数μｍ
の粒子径を有するパティキュレートを捕集するための微
小間隙を効率良く形成することができない。又、セラミ
ックで被覆されるとワイヤに跨がって被覆物が付着する
ため、微細な隙間が埋められて捕集容積を確保できな
い。又、捕捉された堆積物を燃焼除去する際に、スチー
ルワイヤとセラミック膜との熱膨張率の違いにより、セ
ラミック膜が剥離するという問題がある。

【０００８】のものは、フィルタに捕捉された堆積物
の除去を水洗で行う構成となっているが、水洗の場合は
堆積物を完全に除去するのが難しい。又、排ガスには硫
黄酸化物による酸性成分が含まれているため、スチール
ウールが高温度酸性雰囲気中で腐食され、パティキュレ
ートの捕集効率が低下し易いという問題もある。又、ス
チールウールの堆積物を燃焼させるとカーボンの燃焼熱
により、温度が１０００°Ｃ以上に達し、高温状態で硫
酸酸性雰囲気中に曝されて腐食作用を受け易くなり、ス
チールウールでは高温の耐酸性が不十分となる。

【０００９】のものは、セラミック繊維材料に捕集さ
れた煤を燃焼させる点火源として、排ガス中に存在する
赤化状態の煤粒子を使用するため、フィルタ装置を内燃
機関の排気口近傍に配置しなければならない。しかし、
エンジン近傍にフィルタ装置を配設する大きなスペース
を確保することは、一般に難しい。又、排ガスの温度は
自動車の走行条件によって大幅に変化し、堆積カーボン
の燃焼に必要な６００°Ｃ以上の温度に一定時間保つこ
とは非常に困難であり、燃焼不良による背圧上昇を起こ
し易く好ましくない。

【００１０】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は堆積したパティキュレー
トの燃焼除去時の局部的な昇温によっても破壊し難く、
長時間の排ガス処理を行っても背圧上昇を僅かに抑える
ことができ、高温酸性雰囲気における腐食作用にも耐え
得る耐熱性フィルタを提供することにある。

【００１１】又、第２の目的は前記の目的に加えてフィ
ルタの再生が容易で、フィルタを構成するする電気発熱
体あるいはフィルタ本体の交換を必要とする際、交換を
必要とする一方のみを簡単に交換できる耐熱性フィルタ
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため請求項１に記載の発明では、通気性の隔壁間に耐
熱性繊維をランダムに集積したろ過層を設け、前記隔壁
のうち被ろ過流体の通過方向上流側に配置される第１の
隔壁を非導電性の耐熱性繊維からなる面状組織物で形成
した。

【００１３】又、請求項２に記載の発明では、前記両通
気性の隔壁は筒状に形成されるとともに、同心状に配置
される。又、前記第２の目的を達成するため請求項３に
記載の発明では、請求項１に記載の耐熱性フィルタの通
気性の隔壁のうち被ろ過流体の通過方向最上流側に配置
される第１の隔壁を非導電性の耐熱性繊維からなる面状
組織物で形成してフィルタ本体を構成し、そのフィルタ
本体の第１の隔壁に近接してかつ第１の隔壁の表面に沿
って電気発熱体を非一体的に配設した。

【００１４】又、請求項４に記載の発明では、前記請求
項３に記載の耐熱性フィルタの被ろ過流体の通過方向下
流側に配置される第２の隔壁を金網で形成した。

【００１５】

【作用】本発明のフィルタでは、通気性の隔壁間に設け
られた耐熱性繊維をランダムに集積したろ過層により、
ろ過すべき流体中の不純物が捕捉される。ろ過層は通気
性の隔壁に挟まれて形態保持がなされるとともに、被ろ
過流体の通過方向上流側に配置される第１の隔壁が耐熱
性繊維からなる面状組織物で形成されているため、排ガ
スの流れが激しくても繊維相互の絡み合い状態が乱され
ることが抑制される。すなわち、ランダムに集積された
セラミック繊維等の耐熱性繊維が立体的に交錯して形成
された空隙に、不純物が捕捉、蓄積され、長期間にわた
りろ過効果が持続される。従って、排ガスろ過装置とし
て使用した場合、長時間の排ガス処理を行っても背圧上
昇は僅かに抑えられる。ろ過層を挟んで両側に設けられ
た通気性の隔壁は、流体中の不純物を捕捉する機能は必
ずしも必要ではなく、ろ過層の形状保持の役割を果た
す。又、堆積物を燃焼させるために、電気ヒータを第１
の通気性隔壁の近くに配置して使用した場合、第１の通
気性隔壁が非導電性の耐熱性繊維から形成されているた
め、ヒータが第１の通気性隔壁に接触してもショート等
による不都合が起こらない。

【００１６】又、隔壁を筒状に形成するとともに同心状
に配置した場合は、平板状の場合に比較して形態保持機
能が向上する。又、四角筒状とした場合は、フィルタユ
ニットの容積に対するフィルタ面積の割合が大きくな
り、同じ捕集能力を有する場合にフィルタユニットを複
数備えたフィルタ装置が小型化される。

【００１７】又、請求項３に記載の発明では、ろ過層に
ある程度不純物が捕捉されると、電気発熱体に通電さ
れ、その発熱により不純物が燃焼する。不純物の燃焼時
に電気発熱体と第１の隔壁を構成する耐熱性繊維との熱
膨張率の違いにより、両者が相対移動する。電気発熱体
は第１の隔壁の表面に沿って非一体的に配設されている
ため、両者が相対移動しても耐熱性繊維が電気発熱体で
強く擦過されることがなく、耐熱性繊維の損傷が防止さ
れる。又、フィルタ本体あるいは電気発熱体の交換が必
要な場合は、フィルタ本体と電気発熱体を簡単に分離で
き交換を必要とするもののみを容易に交換できる。又、
第１の隔壁が非導電性の耐熱性繊維からなる面状組織物
で構成されているため、電気発熱体が第１の隔壁と接触
してもショートによる使用電力の急変等の不都合が発生
する虞がない。又、フィルタ本体の再生時に第１の隔壁
が１０００°Ｃ近い高温において強い硫酸酸性雰囲気に
曝されても、その腐食作用に耐え得る。

【００１８】又、請求項４に記載の発明では、第２の隔
壁を耐熱性繊維からなる面状組織物で構成した場合と比
較して、ろ過層から脱落した耐熱性繊維の飛散を阻止す
る効果はほぼ同等で、背圧の上昇が抑えられる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を平板状の排ガスフィルタに
具体化した実施例を図１及び図２に従って説明する。図
１に示すように、平板状フィルタ１はフィルタ本体２
と、電気発熱体としてのヒータ３とから構成されてい
る。フィルタ本体２は第１の通気性隔壁４及び第２の通
気性隔壁５間に、耐熱性繊維をランダムに集積したろ過
層６が挟まれたサンドイッチ状に形成されている。第２
の通気性隔壁５の外側にはステンレス製のパンチングプ
レート７が配設されている。第１の通気性隔壁４は平板
状フィルタ１がろ過すべき排ガスの通過方向上流側に配
置され、非導電性の耐熱性繊維を適当な密度に組織した
平面状組織物で構成されている。非導電性の耐熱性繊維
としては、例えば炭化珪素繊維、アルミナ繊維、チラノ
繊維（宇部興産株式会社製：商品名）等のセラミック長
繊維が使用される。第２の通気性隔壁５は金網で形成さ
れている。ヒータ３の材質には高温耐久性に優れたカン
タル線（カンタルガデリウス社の商品名）が使用されて
いる。ヒータ３は第１の通気性隔壁４に対して非一体的
に配設されている。

【００２０】非一体的とは第１の通気性隔壁４とヒータ
３とが接触あるいは極、近接した状態にあり、しかも両
者の相対移動が円滑に行われる状態にあることを意味す
る。すなわち、ヒータ３と第１の通気性隔壁４とが完全
に離間している状態に限らず、ヒータ３の一部が第１の
通気性隔壁４と接触状態にある場合や、ヒータ３全体が
第１の通気性隔壁４と軽く接触した状態にある場合も含
む。この実施例ではヒータ３は蛇行状態で第１の通気性
隔壁４の表面に沿って僅かに離間させた状態に配設され
ている。第１の通気性隔壁４の熱膨張率がヒータ３の熱
膨張率に比較してかなり小さいため、温度の上昇・下降
時に第１の通気性隔壁４がヒータ３の膨張・収縮に追従
できずに両者が相対移動するが、両者の相対移動は円滑
に行われる。

【００２１】耐熱性繊維をランダムに集積したろ過層６
としてはセラミック短繊維からなる不織布があり、この
不織布としてセラミック短繊維をニードルパンチ方式で
絡ませたものがある。ニードルパンチ方式はしなやかな
曲げ易い通常の繊維に対しては問題なく適用されるが、
セラミック繊維のような剛直で脆い繊維に対してはその
効果が乏しい。そして、繊維相互の絡み合いの程度が弱
い状態で排気ガスが直接ろ過層６に当たると、ろ過層６
の繊維配列が乱れて捕捉機能が早期に低下する。又、セ
ラミック短繊維相互を接着剤で結合したものは、セラミ
ック繊維の耐熱温度に見合う耐熱性を有する結合剤がな
く、一旦高温の熱処理を受けると結合材の機能が著しく
低下する。

【００２２】従って、第１の通気性隔壁４には高温の排
ガス流に対して組織が乱れず、次の層であるろ過層６を
構成する不織布の繊維配列が激しい排ガス流通作用によ
って乱されることを長期にわたって防ぐ機能が必要とな
る。

【００２３】又、フィルタ本体２に捕捉された堆積物を
フィルタ本体２に取付けたヒータ３の発熱により効率良
く燃焼させるには、ヒータ３を被ろ過流体の通過方向上
流側に配設する必要がある。ヒータ３は第１の通気性隔
壁４に接触した状態あるいは完全に離間していても近接
した状態にあるため、発熱時には熱膨張により第１の通
気性隔壁４により近接あるいは接触する状態となる。第
１の通気性隔壁４が金属等の導電体で構成されている
と、ヒータ３への通電時に第１の通気性隔壁４を介して
ショートが発生し、ヒータ３が所定の発熱量を発生する
ことができないだけでなく、異常電流が第１の通気性隔
壁４に流れる。従って、第１の通気性隔壁４は非導電性
を有する必要がある。又、第１の通気性隔壁４は堆積し
たパティキュレートを燃焼させる際には、１０００°Ｃ
に近い高温に曝されるばかりでなく、排ガス中に含まれ
る硫黄成分による強い硫酸酸性の腐食作用も受ける。

【００２４】これらの要求特性に適合したものとして
は、セラミック繊維等の耐熱性繊維で構成された束状の
糸で構成された織物、編み物、組物（組紐）等の面状組
織物がある。そして、面状組織物は背圧の上昇に悪影響
を与えない程度の緻密さが要求される。編み物及び組物
は一般的に、いずれも、脆い耐熱性繊維をタイトに組織
する際は繊維に与える損傷が大きく、取扱がかなり困難
となる。これに対して、織物は糊付け処理によってコー
ティングを施し、糸束を保護するなどの処置によって取
扱性が格段に向上する。更に、第１の通気性隔壁４を三
次元織物で構成すれば、繊維束が多層に重なった緻密な
しかも強度の高い織物が得られ、前記の目的に好適に使
用される。三次元織物は必ずしも多層に構成せずに２，
３層の単純な組織でよい。このように、第１の通気性隔
壁４としてセラミック繊維の織物を使用した場合は、排
ガス中のパティキュレートの一部が第１の通気性隔壁４
で捕捉される。

【００２５】第２の通気性隔壁５には第１の通気性隔壁
４と協同してろ過層６の形態保持をなすとともに、ろ過
層６から脱落した短繊維が飛散するのを防止する機能が
要求される。排ガス中のパティキュレートは第１の通気
性隔壁４及びろ過層６で捕捉されるため、第２の通気性
隔壁５では必ずしも捕捉する必要がない。又、第２の通
気性隔壁５はヒータ３から離れ、ヒータ３との間には第
１の通気性隔壁４及びろ過層６が断熱材として介在する
ため、堆積パティキュレートを燃焼する場合、昇温温度
は第１層に比べてはるかに低い。従って、セラミック繊
維のような耐熱性、耐酸性は必要なく、細径のステンレ
スワイヤ等の金属材料で作成した金網でも十分機能が発
揮される。

【００２６】又、パティキュレートの堆積量が少ない状
態で、頻度多く燃焼して１回毎の燃焼熱の発生を低く抑
えたり、ろ過層６を厚くして断熱効果を十分に取れば、
第２の通気性隔壁５としてガラス繊維製の面状組織物を
使用してもよい。その場合、必要に応じてガラス繊維と
して耐熱性のグレードを使用するのが好ましい。

【００２７】第１の通気性隔壁４、ろ過層６及び第２の
通気性隔壁５に次の素材を使用して製造したフィルタ本
体２を、図２に示すようにハウジング８内に６層に配列
するとともに、隣接する２層を１組として各組毎に１個
のヒータ３を配設してフィルタ装置８を構成した。

【００２８】第１の通気性隔壁４：アルテックス（住友
化学工業株式会社製のアルミナ繊維の商品名）繊維、１
０μｍφ×２０００フィラメントを経糸及び緯糸に用い
て織った平織物。

【００２９】ろ過層６：セラミックス繊維のニードルパ
ンチ方式で得られた不織布であるカオウール（イソライ
ト工業株式会社製の商品名）。 第２の通気性隔壁５：ステンレスワイヤを平組織に構成
した金網（網目の大きさは約１００μｍ）。

【００３０】ハウジング８は四角筒状に形成され、ハウ
ジング８の内部には排ガスの流れる方向と直交する状態
で一対の四角形状の区画板１０，１１が、その周面がハ
ウジング８の内面に嵌合する状態で固定配置されてい
る。入口８ａ側に配置された区画板１０には３個の孔１
２が所定間隔で形成され、出口８ｂ側に配置された区画
板１１には４個の孔１３が孔１２の形成位置と位相がず
れた状態で等間隔に形成されている。

【００３１】各組の２個のフィルタ本体２は、一対の区
画板１０，１１間に第１の通気性隔壁４が互いに対向す
るように所定の間隔（約１０ｍｍ）で配列され、第１の
通気性隔壁４側が孔１２から流入する排ガスと対向する
ように配置されている。又、各平板状フィルタ１の両側
面はハウジング５の内壁に対して密着固定されている。
フィルタを構成するセラミック繊維部材は周辺の金属に
比べて熱膨張率が小さいため、パティキュレート捕集・
燃焼時の温度変化に対する膨張量が異なり、過大な緊張
による破損を防ぐ対策が必要になる。極く簡単には、セ
ラミック繊維部材に膨張量差分のたるみを与えて構成す
ることが有効である。

【００３２】発熱時の膨張によりヒータ３相互が接触す
るのを防止するため、ヒータ３は対向する第１の通気性
隔壁４間に１個ずつ配設されている。第２の通気性隔壁
５の外側にパンチングプレート７が装備されているた
め、フィルタ本体２の組付け時等に取扱い易い。

【００３３】ハウジング８の入口側の壁８ｃには、孔１
２と対向する位置にアクチュエータ１４が取付けられて
いる。アクチュエータ１４は負圧を駆動源として作動さ
れ、そのピストンロッド１４ａの先端には孔１２を開閉
する蓋１５が固着されている。

【００３４】このフィルタ装置９を自動車のディーゼル
エンジンの排気管のエンジンから約１．５ｍ離れた位置
に排ガスが入口８ａ側から流入するように連結し、かつ
ヒータ３の電源としてバッテリを用いて使用した。排ガ
スは孔１２を通って各フィルタ本体２の第１の通気性隔
壁４と対応する位置に導かれ、第１の通気性隔壁４側か
ら第２の通気性隔壁５側へ向かって各フィルタ本体２を
通過する。排ガスが第１の通気性隔壁４及びろ過層６を
通過する際に排ガス中に含まれるパティキュレート等が
ろ過され、清浄になった排ガスが孔１３を経て出口８ｂ
から排出される。

【００３５】排ガス中のパティキュレートは慣性作用及
び拡散作用によってフィルタ本体２に捕集される。慣性
作用はエアロゾルが繊維に衝突する際に生ずる渦流によ
る負圧によってエアロゾルが繊維に付着する作用であ
り、拡散作用はエアロゾルが繊維に衝突すると流速が小
さくなり、繊維の表面に堆積する作用である。ろ過層６
を構成する不織布には立体的に交錯した繊維に囲まれた
多数の空隙が存在する。従って、排ガスがろ過層６を通
過する間に、パティキュレートが繊維に衝突して前記慣
性作用及び拡散作用により空隙に捕捉、蓄積され、長期
間にわたりろ過性能が持続される。

【００３６】パティキュレートがある程度堆積して背圧
が上昇して８０ｍｍＨｇのレベルに達した時点で、アク
チュエータ１４の１個を作動させて１組のフィルタ本体
２と対応する孔１２を蓋１５で塞ぎ、該当するヒータ３
に通電した。ヒータ３の発熱で、堆積したパティキュレ
ートが燃焼除去された後（約１．５分後）、ヒータ３へ
の通電を停止する。そして、蓋１５による孔１２の閉鎖
を解除して、再び６個全部のフィルタ本体２で排ガス処
理を行った。通電中に４個で処理していた時には、一時
的に上昇していた背圧（約１１０ｍｍＨｇ）は、再び全
部のフィルタ本体２で排ガス処理を行った際に急速に低
下し、低い背圧での運転が持続できた。

【００３７】堆積したパティキュレートの燃焼時、その
発熱によりフィルタ温度が排ガス温度よりも高温にな
り、局部的な温度上昇も起こる。しかし、第１の通気性
隔壁４及びろ過層６の構成素材がセラミック繊維である
ため、温度勾配があっても破損せず、熱ショックにも強
い。従って、燃焼条件を厳密に調整しなくても、損傷な
どのトラブルの発生を少なくすることができる。

【００３８】ろ過層６を構成する不織布がニードルパン
チ方式で絡合された短繊維で構成されているため、短繊
維の一部が使用中に脱落する場合がある。ろ過層６が排
ガスの流路の最も下流側に配置されている場合は、脱落
した短繊維が排ガスとともに空中に飛散する。しかし、
ろ過層６より下流側に配置された第２の通気性隔壁５が
網目の細かい金網で構成されているため、脱落した短繊
維は第２の通気性隔壁５によりその移動が阻止される。
すなわち、第２の通気性隔壁５は短繊維が排ガスととも
に空中に飛散するのを効率良く防止する。

【００３９】（実施例２）次に第２実施例を図３，４に
従って説明する。この実施例ではフィルタがほぼ四角筒
状に構成されている点が第１実施例と大きく異なってい
る。筒状フィルタ１６のフィルタ本体２は、パンチング
プレートからなる四角筒体１７の内部に、第１の通気性
隔壁４、ろ過層６、第２の通気性隔壁５及びヒータ３が
収容された状態に構成されている。パンチングプレート
は厚さ１ｍｍのステンレス製で、開口率５０％に形成さ
れている。筒体１７の両端には鍔部を有する四角筒状の
固定金具１８，１９が嵌合固着され、両固定金具１８，
１９の外側に第１の通気性隔壁４、ろ過層６及び第２の
通気性隔壁５の端部が内側から順に嵌合固定されてい
る。固定金具１９には閉塞部材２０が螺着されている。
ヒータ３はリボン状のカンタル線を角筒面に沿ったスパ
イラル状に形成して構成され、閉塞部材２０に片持ち状
で固定された支持バー２１に取付け固定されている。ヒ
ータ３は閉塞部材２０に設けられた導入部（図示せず）
から第１の通気性隔壁４の内側に導入された電線に接続
されている。

【００４０】第１の通気性隔壁４は第１実施例と同じア
ルテックス繊維を使用して製造した、平組織の直径５５
ｍｍの円筒織物から構成されている。ろ過層６は第１実
施例と同じカオウールで構成され、第２の通気性隔壁５
はステンレスワイヤを平組織に構成した細かい目の金網
で四角筒状に構成されている。そして、円筒織物の両端
を固定金具１８，１９に嵌着し、その外側にろ過層６及
び第２の通気性隔壁５を配設することにより、第１の通
気性隔壁４及びろ過層６が四角筒状となる。

【００４１】図４に示すように、フィルタ本体２をハウ
ジング２２の入口２２ａ寄りの区画板１０に、支持筒２
３を介して並列に６個（一部のみ図示）取付けてフィル
タ装置２４を構成した。フィルタ本体２は支持筒２３に
固定金具１８を嵌合することにより固定されている。ハ
ウジング２２には各支持筒２３と対応する位置に、支持
筒２３の開口部を開閉するための蓋１５を備えたアクチ
ュエータ１４が装備されている。なお、四角筒体１７の
外側に金属製の隔壁２５が配設されている。

【００４２】このフィルタ装置２４をディーゼルエンジ
ンの排気管に連結し、排ガスが入口側から流入するよう
にして使用した。背圧が一定レベルに達した時点で、１
本のフィルタ本体２への排ガス導入を遮断し、ヒータ３
に通電した。そして、パティキュレートが燃焼した後、
当該フィルタ本体２への排ガスの導入を再開すること
を、各フィルタ本体２について順次行うことにより、安
定した排ガス処理を継続できた。

【００４３】排気量３０００cc、エンジン回転数１６０
０ｒｐｍ、負荷５０％でのパティキュレート捕集率は、
８４〜８８％と高く、背圧レベルも１１０ｍｍＨｇ以下
に抑えることができ、順調な運転が可能であった。この
ような条件の運転を走行距離３万ｋｍ相当で行ったが、
不織布の内面側の損傷は見られず、繊維の飛散も実質的
に見られなかった。

【００４４】第１の通気性隔壁４を設けずに、ろ過層６
に直接排ガスが当たる状態でフィルタ装置２４を構成し
て排ガス処理を行ったところ、すぐに不織布が破壊され
てぼろぼろになり、パティキュレート捕集率が激減して
ろ過機能が失われた。又、第２の通気性隔壁５として金
網に代えて、第１の通気性隔壁４と同じセラミック繊維
製の円筒織物を用いて同様な試験を行ったところ、捕集
率の変化や第２の通気性隔壁５の破損等は認められなか
ったが、背圧が若干高めとなった。

【００４５】この実施例の装置では、フィルタ本体２の
内側にヒータ３が配設されているため、フィルタ本体２
の再生時にヒータ３からの発熱がほとんどパティキュレ
ート及びフィルタ本体２に伝達される。しかも、第１の
通気性隔壁４及びろ過層６が保温材の役割を果たすた
め、ヒータ３からの発熱量がすくなくてもパティキュレ
ートが効率良く燃焼し、消費電力が少なくなる。

【００４６】又、各フィルタ本体２の外側に隔壁２５が
配設されているため、堆積パティキュレートの燃焼時
に、隣接するフィルタ本体２を通過した排ガスの流れが
再生中のフィルタ本体２にほとんど影響を及ぼさない。

【００４７】（実施例３）次に第３実施例を図５，６に
従って説明する。この実施例では筒状フィルタ１６の横
断面がほぼ長方形に形成されている点と、図６に示すよ
うに、四角筒体１７の外側に金属製のカバー筒２６が四
角筒体１７とある程度の間隔をあけて嵌合固定されてい
る点とが異なっている。カバー筒２６は前記第２実施例
の金属製隔壁２５と同じ機能を持つもので、複数の筒状
フィルタ１６を１個のハウジング２２に組み込んでフィ
ルタ装置２４を構成した場合、ある筒状フィルタ１６で
堆積物の燃焼処理を行う際に、他の筒状フィルタ１６で
処理された排ガスがその燃焼処理に悪影響を及ぼすのを
防ぐ役割を果たす。

【００４８】筒状フィルタ１６は筒状カバー２６が互い
に接する状態で、図５に示すようにハウジング２２内に
３段、２列に配設されてフィルタ装置２４を構成してい
る。ハウジング２２の入口側の壁２２ｃには、各筒状フ
ィルタ１６と対向する位置にアクチュエータ１４が取付
けられている。排ガス導入管２７は壁２２ｃと区画板１
０との間の空間においてハウジング２２に連通するよう
に配設されている。

【００４９】各ヒータ３に接続された電線２８はヒータ
リレー２９を介してバッテリ３０に接続されている。ヒ
ータリレー２９はコントローラ３１により開閉制御さ
れ、ヒータリレー２９が閉じたときにヒータ３は通電さ
れる。

【００５０】アクチュエータ１４は負圧源としてのバキ
ュームポンプ３２に管路３３を介して接続され、管路３
３の途中にバルブ３４が設けられている。バルブ３４は
コントローラ３１と電気的に接続され、コントローラ３
１からの指令により各アクチュエータ１４に接続された
管路３３をバキュームポンプ３２に連通する状態と、大
気に連通する状態とに切替えるようになっている。又、
排ガス導入管２７には導入される排ガスの圧力を検知す
る圧力センサ３５が取付けられている。圧力センサ３５
はコントローラ３１に電気的に接続されている。コント
ローラ３１は圧力センサ３５からの検知信号に基づい
て、ヒータ３への通電時期を制御するようになってい
る。

【００５１】バルブ３４は常には各アクチュエータ１４
に接続された管路３３を大気に連通する状態に保持さ
れ、蓋１５が各筒状フィルタ１６の開口部を開放する位
置に配置されている。排ガス導入管２７内の圧力（背
圧）は筒状フィルタ１６に捕集されたパティキュレート
量の増加に伴って上昇する。コントローラ３１は圧力セ
ンサ３５の検出信号により排ガス導入管２７内の圧力を
検知し、排ガス導入管２７内の圧力が所定圧力に達した
時点で、１本の筒状フィルタ１６のアクチュエータ１４
を作動させて開口部を閉鎖する。そして、該当するヒー
タ３にヒータリレー２９を介して通電発熱させ、所定時
間通電した後、通電を停止するとともに、蓋１５を開放
位置に配置させて再び当該筒状フィルタ１６への排ガス
の導入を開始する。以下、圧力センサ３５の検出信号に
基づいて順次筒状フィルタ１６を１本ずつ再生する。

【００５２】（実施例４）次に第４実施例を図７〜９に
従って説明する。この実施例では１個の筒状フィルタ１
６が同心状に配置された２個のフィルタ本体２ａ，２ｂ
を備えている点が前記各実施例と大きく異なっている。
外側に配設された第１のフィルタ本体２ａは図７に示す
ように、パンチングプレートからなる四角筒体１７の内
部に、第２の通気性隔壁５、ろ過層６、第１の通気性隔
壁４が外側から順に配設されている。内側に配設された
第２のフィルタ本体２ｂは、パンチングプレートからな
る四角筒体１７の外側に、第２の通気性隔壁５、ろ過層
６、第１の通気性隔壁４が内側から順に配設されてい
る。すなわち、両フィルタ本体２ａ，２ｂの第１の通気
性隔壁４は、所定間隔を空けて互いに対向するように配
置されている。そして、両第１の通気性隔壁４の間にヒ
ータ３が配設されている。

【００５３】図８に示すように、両フィルタ本体２ａ，
２ｂは四角筒状の固定金具３６と、基板３７ａから２個
の筒部３７ｂ，３７ｃが同心状に突設された固定金具３
７との間に配置されている。基板３７ａには筒部３７ｃ
の内側に孔３７ｄが形成されている。第１のフィルタ本
体２ａはその第１端部が固定金具３６の外周に、第２端
部が筒部３７ｂの外周に嵌合固着されている。第２のフ
ィルタ本体２ｂはその第１端部が固定金具３６の内側に
挿入され、第２端部が筒部３７ｃの外周に嵌合固着され
て片持ち状態で支持されている。又、第２のフィルタ本
体２ｂの第２端部の内側には、閉塞部材３８が嵌合固着
されている。又、第１のフィルタ本体２ａの外側には所
定間隔をおいて四角筒状のカバー筒２６が配設されてい
る。カバー筒２６はその第１端部が固定金具３６の外周
に嵌合固着され、第２端部に形成されたリブが固定金具
３７の外周に当接する状態で取付けられている。

【００５４】ヒータ３はリボン状のカンタル線を両角筒
の間隙に沿ったスパイラル状に形成して構成され、固定
金具３７に片持ち状で固定された支持バー（図示せず）
に支持されている。ヒータ３は固定金具３７に設けられ
た導入部（図示せず）から内側に導入された電線２８に
接続されている。

【００５５】そして、この筒状フィルタ１６は固定金具
３６側から排ガスが導入される状態で使用される。筒状
フィルタ１６に導入された排ガスは両フィルタ本体２
ａ，２ｂの間に導かれ、第１のフィルタ本体２ａに対し
てはその内側から外側へと通過し、第２のフィルタ本体
２ｂに対してはその外側から内側へと通過する。第１の
フィルタ本体２ａを通過した排ガスは第１のフィルタ本
体２ａの外周面とカバー筒２６との間を通って出口側へ
移動し、第２のフィルタ本体２ｂを通過した排ガスは第
２のフィルタ本体２ｂの内側を通って出口側へ移動す
る。

【００５６】筒状フィルタ１６にパティキュレートがあ
る程度堆積した状態でヒータ３に通電すると、両フィル
タ本体２ａ，２ｂに堆積したパティキュレートが同時に
燃焼される。フィルタ本体２ａ，２ｂが二重に配置され
ているため、断熱効果が高く内側に配置されたフィルタ
本体２ｂに堆積したパティキュレートの燃焼熱が有効に
利用される。その結果、燃焼に必要な消費電力が少なく
なる。

【００５７】図９に示すように、この筒状フィルタ１６
はそのカバー筒２６が互いに接触する状態でハウジング
２２内に収容され、フィルタ装置２４が構成される。両
フィルタ本体２ａ，２ｂが同心状に配置されているた
め、フィルタ本体２が一重のものと比較した場合、筒状
フィルタ１６の外径を同じにすると、ろ過面積は内側の
第２のフィルタフィルタ本体２ｂの分だけ増加する。そ
して、第２実施例のフィルタ装置２４に比較して、その
容積が３割程度に削減できるとともに、消費電力の削減
も図れる。

【００５８】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、例えば、ろ過層６としてニードルパンチ
方式で絡合されたセラミック短繊維で構成された不織布
に代えて、セラミック長繊維を開繊・充填した層からな
る不織布、又、セラミック長繊維を適当な長さにカット
する等して作成されたセラミック短繊維をランダムに配
列し、バインダーで結合した抄紙状の不織布等種々のも
のを使用してもよい。又、ろ過層６をセラミック短繊維
で構成された不織布と、セラミック長繊維を開繊・充填
した層からなる不織布との２層構造としてもよい。

【００５９】又、フィルタ本体２の形状を四角筒状に代
えて円筒状や他の筒状としてもよい。又、多数の平板状
フィルター１あるいは円筒状フィルター１５等を１個の
ハウジング内に組付けて使用するフィルター装置におい
て、ハウジング内の入口と区画板との間の空間に、入口
からハウジング内に導入された流体を各区画板に形成さ
れた孔に向かって案内するフィンを設けてもよい。ハウ
ジングはフィルタが配置された箇所より入口側の径が小
さいため、入口とフィルタの配置箇所との間になにもな
い場合は、流体がハウジングの入口の近くに配置された
フィルタに多く集中しがちであり、堆積物の量も当該フ
ィルタが最も多い傾向がある。ところが、前記のような
フィンを設けた場合は、ハウジング内に導入された流体
が入口近傍のフィルタに集中せずに、全てのフィルタと
対応する箇所に均一に流れ、全てのフィルタが有効に機
能してろ過効果の持続性が向上する。又、第４実施例に
おいて第２のフィルタ本体２ｂを片持ち状態で支持する
構成に代えて、固定金具３６の内側にリブを突設して第
２のフィルタ本体２ｂの第１端部を固定金具３６で支持
する構成としてもよい。

【００６０】又、ヒータ３の形状を代えたり、さらに
は、自動車のディーゼルエンジンの排ガスろ過装置に限
らず、他のディーゼルエンジンの排ガスろ過装置や他の
流体ろ過装置に適用してもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、立
体的に交錯した繊維に囲まれた空隙に、捕捉された堆積
物が蓄積されるため、長期間にわたりろ過効果が持続さ
れる。又、堆積物の燃焼除去時の局部的な昇温による熱
衝撃や熱歪みが発生してもフィルタが破壊されることは
ほとんどない。従って、ディーゼルエンジンの排ガスフ
ィルタ装置として使用した場合、長時間の排ガス処理を
行っても背圧上昇を僅かに抑えることができ、再生も容
易となる。又、ろ過層の被ろ過流体の通過方向上流側に
配置される第１の隔壁が、耐熱性繊維で形成されている
ため、フィルタ本体の再生時に第１の隔壁が１０００°
Ｃ近い高温において強い硫酸酸性雰囲気に曝されても、
その腐食作用に耐え得る。又、第１の隔壁が非導電性の
ため、加熱熱源として電気ヒータを使用した際に、ヒー
タが第１の隔壁と接触しても、ショートが起こる心配が
なく、堆積物を安定した電力で燃焼除去でき、ろ過層の
再生が容易に行える。

【００６２】又、請求項２に記載の発明では、前記の効
果に加えて、平板状フィルタの場合に比較して形態保持
機能が向上する。又、請求項３に記載の発明では、前記
の効果に加えて電気発熱体が非一体的に配設されている
ため、フィルタ温度の上昇・下降時に第１の隔壁が電気
発熱体の膨張・収縮に追従できずに両者が接触状態で相
対移動しても、両者の相対移動が円滑に行われる。又、
電気発熱体あるいはフィルタの交換を必要とする際、交
換を必要とする一方のみを簡単に交換できる。

【００６３】又、請求項４に記載の発明では、前記の効
果に加えて、第２の隔壁を耐熱性繊維からなる面状組織
物で構成した場合と比較して、ろ過層から脱落した耐熱
性繊維の飛散を阻止する効果はほぼ同等で、背圧の上昇
が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の平板状フィルタの概略斜視図であ
る。

【図２】多数の平板状フィルタを備えたフィルタ装置の
概略断面図である。

【図３】（ａ）は第２実施例の筒状フィルタの一部破断
側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における概略
断面図である。

【図４】同じく多数の筒状フィルタを備えたフィルタ装
置の概略断面図である。

【図５】第３実施例のフィルタ装置の一部破断概略斜視
図である。

【図６】同じく筒状フィルタの部分概略斜視図である。

【図７】第４実施例の筒状フィルタの一部破断概略斜視
図である。

【図８】同じく筒状フィルタの概略縦断面図である。

【図９】同じく多数の筒板状フィルタを備えたフィルタ
装置の概略横断面図である。

【符号の説明】

１…平板状フィルタ、２…フィルタ本体、３…電気発熱
体としてのヒータ、４…第１の通気性隔壁、５…第２の
通気性隔壁、６…ろ過層、９，２４…フィルタ装置、１
６…筒状フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 隆太 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 松浦 宏 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通気性の隔壁間に耐熱性繊維をランダム
   に集積したろ過層を設け、前記隔壁のうち被ろ過流体の
   通過方向上流側に配置される第１の隔壁を非導電性の耐
   熱性繊維からなる面状組織物で形成した耐熱性フィル
   タ。
2. 【請求項２】 前記両通気性の隔壁は筒状に形成される
   とともに、同心状に配置された請求項１に記載の耐熱性
   フィルタ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の耐熱性フィルタの通気
   性の隔壁のうち被ろ過流体の通過方向最上流側に配置さ
   れる第１の隔壁を非導電性の耐熱性繊維からなる面状組
   織物で形成してフィルタ本体を構成し、そのフィルタ本
   体の第１の隔壁に近接してかつ第１の隔壁の表面に沿っ
   て電気発熱体を非一体的に配設した耐熱性フィルタ。
4. 【請求項４】 前記請求項３に記載の耐熱性フィルタの
   被ろ過流体の通過方向下流側に配置される第２の隔壁を
   金網で形成した耐熱性フィルタ。