JPH10501176A - 自立性熱ガスフィルターアッセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 清浄なガスストリームを維持するためのデバイスおよび方法は、形成された繊維製品から作られた支持チューブ（２０）を含んで成る粒状物フィルターを含む。この形成された繊維製品は、連続フィラメントの無機ヤーンから構成され、支持チューブをガスおよびその中の粒状物が通過できる程に多孔性である。フィルター要素は支持チューブの周囲に配置されて排ガス中の粒状物を捕捉する。支持チューブを規定する形成された繊維製品は、元の状態では比較的可撓性である。支持構造物として作用するために、形成された繊維製品は、無機バインダーの適用により可撓性を減少させる。形成された繊維製品の元の可撓性は、機械的および熱的衝撃による損傷の影響を最小限にし、他方、無機バインダーは形成された繊維製品を硬くして、支持チューブが自体およびその上のフィルター要素を支持できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 自立性熱ガスフィルターアッセンブリ発明の背景 本発明は、一般的にはガスストリームから粒状物を除去するためのフィルター 、より詳しくはマイクロ波エネルギーにさらすことにより再生するのに適当であ るフィルターに関する。本明細書は、ディーゼルエンジンの排ガスフィルターに 関して本発明を説明するが、本発明は、他の種類のガスストリームからの粒状物 を濾過するためにも容易に適用することができる。 ディーゼルエンジンは危険で煤（すす）を含む排ガスを排出するが、これは、 ディーゼル粒状物フィルター（diesel particulate filter）を使用することに より危険性を減らすことができる。フィルターは、エンジンから発生する煤の粒 状物を捕捉して、それによって、粒状物が大気に含まれるのを防止できる。しか しながら、そのようなフィルターにより捕捉される煤は、時間が経過するにつれ てたまってくる。フィルター内ですすが増えると、フィルターの効率が減少し、 フィルターの圧力損失が増加し、エンジンは排ガス（または排気ガス）の背圧（ バックプレッシャー）が増え、それによりエンジンの性能が低下する。従って、 閉塞したフィルターを周期的に交換するか、あるいは再生する必要がある。フィ ルターが煤粒状物によって詰まる速さに応じて、閉塞したフィルターの交換は不 都合であり、費用を要する。従って、フィルターの周期的な再生（即ち、捕捉し た煤の除去）は、きれいなフィルターを維持するための好ましい方法である。 ディーゼル粒状物フィルターを再生する方法は幾つかある。これらの方法は、 典型的には、フィルター内の捕捉された煤粒状物に着火して、それにより煤をフ ィルターから焼却除去することを含む。ある方法では、燃焼ガスを周期的にフィ ルター内に周期的に放出することを含み、これは、例えば米国特許第４,９１２, ９２０号（ハラバヤシ(Harabayashi)）にて開示されている。別の方法では、フ ィルター要素と接触させて電気的加熱要素を使用する。電気的に再生可能なフィ ル ターは米国特許第５,２５８,１６４号（ブルーム（Bloom）ら）に記載されてい る。更に別の方法では、マイクロ波エネルギーを利用してフィルターを加熱し、 フィルター内に捕捉された粒状物を燃焼して焼却し、それによりフィルターを再 生する。後者の例は、米国特許第５,０８７,２７２号(ニクスドルフ(Nixdorf)) に開示されており、ここでは、再生可能な粒状物フィルター構造物は、マイクロ 波エネルギーを熱エネルギーに転換できる炭化ケイ素ウィスカーから作られたモ ノリスフィルター要素（monolithic filter element）を使用する。 燃焼ガスの添加または電気的抵抗加熱により再生されるフィルターアッセンブ リは、典型的には、フィルター要素を支持するか、あるいは抵抗加熱を提供する 金属構造物を使用する。フィルター要素に対する支持体を提供するために、穿孔 された金属チューブ、スクリーン、コイル状ワイヤーまたは類似の構造物がしば しば使用される。例えば、米国特許第５,２５８,１６４号（ブルームら）には、 内側フィルター要素２０と外側フィルター要素２２との間に配置される電気抵抗 性膨張金属スリーブ２１が開示され、これは、加熱に使用され、それによりフィ ルター要素２０および２２を再生する。 しかしながら、マイクロ波エネルギーによりフィルターを加熱することにより 再生される粒状物フィルターは、金属要素を含んではならない。それは、金属要 素はマイクロ波エネルギーを阻害するからである。また、金属は、マイクロ波に はそれほど敏感ではなく（poor microwave susceptor）、従って、マイクロ波エ ネルギーにさらされた時に加熱されにくい。従って、再生のためにマイクロ波エ ネルギーを使用するフィルターは、マイクロ波に適合できる材料から作る必要が ある。そのような材料は、マイクロ波エネルギーにさらされた場合に熱くなるマ イクロ波に敏感なもの（microwave susceptor）であってよい。しかしながら、 マイクロ波に敏感である材料を使う必要は必ずしもない。マイクロ波エネルギー と全く相互作用をしないマイクロ波透過性材料も適当である。広範な種類の形態 をとるように設計することができるので、ガラスまたはセラミックのような無機 材料もしばしば選択肢となる。例えば、セラミック材料は、最終製品の形状まで （必要であれば）加工される大きな中実のボディから、糸またはヤーン状材料に 形成できる小さい可撓性のファイバーまでの範囲の形態にわたることができる。 セラミック材料を使用する場合、数多くのフィルター構造が可能である。既知 のフィルターアッセンブリは、従来は金属でできていた要素をセラミック材料に 置き換えることにより簡単に修正できる。例えば、穿孔シリンダーをセラミック 材料から形成することができ、フィルター要素を支持する類似の金属要素の代わ りに使用することができる。別法では、モノリスセラミックフィルターを形成で きる。モノリスフィルターの１つのタイプは、「ウォール・フロー(wall flow) 」フィルターであり、これでは、ガスが１つの通路から薄いセラミックの膜を通 過して隣の通路に流れる（典型的にはハニカム状である）ことにより濾過される 。更にもう１つのタイプのモノリスセラミックフィルターは、「フォーム(foam) 」フィルターと呼ばれ、これでは、ある選択された多孔率を有するボディを通過 する間にガスが濾過され、それによりフォームの「ポア（孔）」より大きい粒子 が捕捉される。上述のフィルター構造のいずれにおいても、セラミック要素が使 用され、フィルターに硬質の支持構造物を提供し、それにより、金属要素の必要 性が解消される。 フィルターの支持構造物としてセラミックフィルターまたはセラミックフィル ター要素を使用することには幾つかの欠点がある。特に、セラミック材料は、と りわけモノリスフィルターのような構造物として形成される場合、典型的には硬 質であり、機械的または熱的な衝撃により割れ易い（クラックが入り易い）。脆 いセラミック要素は、その脆性故に、金属要素と同じように微視的または巨視的 レベルのいずれにおいてもクラックが入ることなく応力に対応できない。この特 徴は、車両にある場合および運転中のエンジンのような多くの振動をこうむる用 途においてセラミック要素を使用する場合には問題となり得る。連続的な振動は 、セラミック材料に微視的（即ち、細かい）クラックをもたらし得、これが時間 を経過すると成長し、場合によっては、要素の完全な故障、即ち、壊れに到る。 セラミック材料が急激な熱膨張または収縮にさらされる場合、同様の結果が起こ る。例えば、再生可能なフィルターにおいて、フィルター内の煤を焼却すること により、フィルター内で急激な温度勾配が形成される。温度変化に応じてフィル ター 要素は膨張および収縮し、セラミック材料のクラックがしばしば生じる。セラミ ック材料のクラックは、支持構造物に、あるいはモノリスフィルターとして非可 撓性要素を使用するフィルターアッセンブリの場合に特に問題となる。そのよう なフィルターでは、セラミック要素の破壊は、一般的には、フィルターアッセン ブリ全体の破壊となる。 従って、機械的および熱的衝撃による破壊に対して抵抗を有し、低コストで容 易に製造できるマイクロ波により再生可能なフィルターアッセンブリが必要であ る。発明の概要 本発明は、清浄なガスストリームを維持するためのデバイスおよび方法である 。本発明は、形成された繊維製品（formed textile）、例えば編組された（ブレ ードの）、編まれた（ニットの）または織られた繊維製品を有して成る粒状物フ ィルターを含む。形成された繊維製品は、連続フィラメントの無機ヤーン（糸、 yarn）から構成されているが、ガスおよびその中の粒状物が支持チューブを通過 できるほどに多孔質である。フィルター要素（またはフィルターエレメント）は 、排ガス(exhaust gas)中の粒状物を捕捉するように支持チューブの回りに配置 される。 本発明の熱ガス粒状物フィルターは、それほど複雑ではない。支持チューブを 規定する形成された繊維製品は、そのままの状態では比較的可撓性である。支持 構造物として作用するために、形成された繊維製品は、無機バインダー、例えば コロイド状シリカ溶液を適用（例えば塗布）することにより実質的に硬質にする ことができる。形成された繊維製品の固有の可撓性により機械的および熱的衝撃 が損傷を与える影響を最小限にする一方で、形成された繊維製品に適用された無 機バインダー溶液により繊維製品が可撓性を弱め、支持チューブが自体支持体と なることができ、その上のフィルター要素が排ガス中の粒状物を捕捉できるよう になる。フィルター要素は、幾つかの異なる材料から形成することができ、その 中には、支持チューブの回りに巻き付けられる不織材料、織った繊維製品(woven fabric)、またはヤーンもしくはロービング（roving）が含まれる。フィルター 要素を形成する材料は、濾過性能を向上させるためにテクスチャード（textured ）形態であってもよい。排ガスシステムに装着するために、フィルターアッセン ブリは、フィルターアッセンブリの少なくとも１つの端をその周囲で締結する少 なくとも１つのエンドキャップ取付具により取り付けられる。このエンドキャッ プは、更に、排ガスを導いてフィルターアッセンブリの周状の壁を通過させるよ うに機能し、それにより排ガスから粒状物を除去する。図面の簡単な説明 図１は、本発明の粒状物トラップ（捕捉装置）の部分断面図である。 図２は、本発明のフィルターアッセンブリの立面図である。 図３は、図２のフィルターアッセンブリの線３−３に沿った断面図である。 図４は、別のフィルター要素を示す、フィルターアッセンブリの断面図である 。 図５は、更にもう１つのフィルター要素を示す、フィルターアッセンブリの断 面図である。 図６は、フィルター要素の組み合わせを示す、フィルターアッセンブリの断面 図である。 上述の図面の特徴は好ましい態様を示すものであり、この開示は、代表的なも のにより本発明の例示的態様を説明するものであり、限定的なものではない。本 発明の原理の範囲および概念の内において当業者であれば、数多くの他の修正お よび態様を案出できることが理解されよう。好ましい態様の詳細な説明 本発明は、再生（即ち、捕集した煤の焼却）に適する有効なフィルターアッセ ンブリを提供する。本発明は、マイクロ波エネルギーにさらすことにより再生す るのに特に適する。本発明のフィルターは、マイクロ波を反射しない無機要素を 有して成るので、マイクロ波エネルギーはフィルター上に捕集された煤と結び付 いてそれを焼却するのに使用される。電気抵抗ヒーターおよび燃料バーナーも本 発明のフィルターアッセンブリに捕集された煤を焼却するのに有用である。酸化 温度を下げるために触媒的燃料添加剤（catalytic fuel additive）を加えてよ い。そのような触媒的添加剤の例は、フェロセン、例えばヘミーシェ・ベトリー ベ・プルト社（Chemische Betriebe Pluto GmbH、ヘルネ（Herne）、ドイツ国） から市販されているもの、液体懸濁物の形態の銅化合物、例えばラブリゾール社 （Lubrizol Corporation、オハイオ州、クリーブランド）から市販されているも の、またはセリウム、例えば液体懸濁物形態のもの、例えばローヌ・プーテンク （Rhone Poutenc、フランス国、パリ）から市販されているものである。 本発明の明細書および請求の範囲において、次の用語は以下に定義付けられる 意味を有するものとして使用する： 「無機ファイバー」は、高温（例えば約６００℃を越える温度）に対して抵抗 を有し、ディーゼル排ガスに対して化学的に抵抗を有し、また、織ることができ る性質（textile qualities）を有する（即ち、支持チューブに形成できるか、 支持チューブの周囲を包むか、それに巻き付けることができるヤーン（yarn）ま たはファブリック（fabric、生地または繊維製品）に形成するのに適当である） いずれの無機系の繊維をも意味する； 「トウ（tow）」は、個々のファイバーもしくはフィラメントの複数のものま たは束を意味する； 「ヤーン（yarn）」は、一体に撚られた個々の繊維もしくはフィラメントの複 数または束を意味する； 「連続フィラメント無機ヤーン」は、高温（例えば約６００℃を越える温度） に対して抵抗を有し、支持チューブの周囲で少なくとも１回巻き付けるのに十分 な長さを有するいずれの無機系ヤーンにも関連し；好ましくは、この連続ヤーン は、長さが少なくとも２５ｃｍであり、より好ましくは少なくとも１ｍである; 「形成された繊維製品（formed textile）」は、編組された、編まれた、織ら れたまたはフィラメント巻き付けされた連続フィラメント無機ヤーンまたはトウ に関する； 「多孔性(または開口性、porous)」は、形成された繊維製品の開口構造に関す る；形成された繊維製品の全開口面積は、４０〜８０％である； 「自立性または自己支持性（self-supporting）」は、所定の形状を保持し、 周囲でフィルター媒体を追加的に支持するのに十分に硬い構造物に関する；この 構造物は幾らか可撓性を有するが、それでも自立性であり得る； 「硬質化する（rigidize）」は、構造物が自立性となるように可撓性を減ずる ことを意味する。 図１を参照すると、ディーゼル粒状物トラップ１０は、円筒状ボディ１４、排 ガス円錐状入口部分１６および排ガス円錐状出口部分１８を有して成るケーシン グ１２を含む。円筒状ボディ１４内に、複数の平行で横並びに設置されたフィル ターアッセンブリ２０が有り、これらはそれぞれ排ガス円錐状入口部分１６に隣 接して開口し、排ガス円錐状出口部分１８に隣接して閉じられている。フィルタ ーアッセンブリ２０は、排ガス円錐状入口部分１６に隣接する端部の壁２２と排 ガス円錐状出口部分１８に隣接する端部の壁２４との間で延在する。フィルター アッセンブリ２０は、開口エンドキャップ２６および閉止エンドキャップ２８に より端部の壁２２および端部の壁２４にそれぞれ接続されている。 端部の壁２２および端部の壁２４は、円筒状ボディ１４に接続され、排ガス２ ９をフィルターアッセンブリ中に導くのを助長する。端部の壁２２は、排ガス円 錐状入口部分１６に入った排ガス２９（図１の矢印２９参照）が開口エンドキャ ップ２６を通過してフィルターアッセンブリ２０の内部３０に入るように、隣接 するフィルターアッセンブリ２０の間の空間を閉じている。閉止エンドキャップ ２８は、端部の壁２４に隣接するフィルターアッセンブリ２０の端部を閉じて、 排ガス２９が半径方向で外向きにフィルターアッセンブリ２０を通過して、排ガ ス円錐状出口部分１８に隣接する端部の壁２４の閉じていない空間部分３２を通 過して出るようにする。別の態様では、排ガス２９がフィルターアッセンブリ２ ０の外側からフィルターアッセンブリ２０の内部３０に半径方向に流れて、その 後、フィルターアッセンブリ２０の開口端部から出るように、排ガス２９を導い てもよい。 また、図２および図３を参照すると、フィルターアッセンブリ２０のそれぞれ は、開口エンドキャップ２６および閉止エンドキャップ２８を用いてカートリッ ジとして組み立てられる。支持チューブ４０は、形成された繊維製品４２から構 成される。形成された繊維製品４２は、連続フィラメントの無機ヤーンから構成 されるのが好ましく、排ガス２９および排ガス２９により同伴される粒状物４３ が支持チューブ４０を阻害されないで通過できるほどに十分多孔性である。形成 された繊維製品４２は、好ましくは編組され、編まれ、あるいは織られており、 手を加えていない状態（natural state）では可撓性である。 支持構造物として機能するために、形成された繊維製品は、無機バインダー、 例えばコロイド状シリカ溶液を適用（例えば塗布）することにより可撓性を減ず る（「硬質化する」）のが好ましい。この無機バインダーは、クレイ懸濁物（例 えばベントナイト）であってよいが、ゾルゲル形態のコロイド状無機酸化物であ るのが好ましい。ゾルゲル法は、金属酸化物もしくはその前駆体のコロイド状分 散物、ゾル、オルガノゾルまたはヒドロゾルをゲルに転換するものである。ゲル は、１またはそれ以上の成分が３次元ネットワークを構成する程度まで化学的ま たは物理的に橋架け（または架橋）された物質である。本発明を実施する場合に 有用であるゾルには、アルミナゾル、例えばコンデア・ヘミー社（Condea Chemi e，GmbH、ドイツ国）から商品名ディスペラル（DISPERAL、商標）として市販さ れているものまたはヴィスタ・ケミカル社（Vista Chemical Company、テキサス 州、ヒューストン）から商品名カタパル（CATAPAL）Ｄ（商標）として市販され ているもの、ジルコニアゾル、ナイアコール社（Nyacol Inc.、マサチューセッ ツ州、アッシュランド）から商品名ナイアコール（商標）Ｚｒシリーズとして市 販されているもの、およびシリカゾル、例えばナルコ・ケミカル社（Nalco Chem ical Company、イリノイ州、シカゴ）から市販されているものが含まれる。好ま しいシリカゾルは、ナルコ・ケミカル社のナルコ（NALCO）２３２７である。 典型的には、形成された繊維製品は、約６００℃まで加熱する。約１０００℃ まで形成された繊維製品を加熱することもでき、ファイバーをゾルと一体に焼結 するのに有用であり、それにより形成された繊維製品がより硬質になる。 形成された繊維製品４２の本来の可撓性は、機械的および熱的衝撃が損傷を与 える影響を最小限にするのを助長し、他方、形成された繊維製品４２に適用され た無機バインダーは形成された繊維製品４２の可撓性を減じて、支持チューブが 所定の形状を保持し、その上でフィルター要素４４を支持して排ガス２９により 同伴される粒状物４３を捕捉できるようにする。このように、フィルターアッセ ンブリ２０は自立性である（即ち、追加の硬質構造物の助けなしに立つ）。コロ イドシリカ溶液のような無機バインダーを適用するために、形成された繊維製品 ４２をマンドレルの周囲に巻き付けて支持チューブ４０用の所望の形状にする。 次に、無機バインダーを形成された繊維製品４２に適用して乾燥する。コロイド シリカ溶液の場合、形成された繊維製品４２をコロイドシリカ溶液に浸漬して、 その後、加熱により乾燥する。 別法では、支持チューブ４０である形成された繊維製品４２の可撓性を減じな いで、形成された繊維製品４２は本来の可撓性状態のままとする。支持チューブ ４０の可撓性を減じない場合、端部の壁２２と端部の壁２４との間でフィルター アッセンブリ２０を伸張することによりケーシング１２内でフィルターアッセン ブリ２０を支持する。これで伸張した支持チューブ４０は、フィルター要素４４ 用の十分に安定した支持体を提供する。 図３を参照すると、フィルターアッセンブリ２０は、支持チューブ４０、フィ ルター要素４４および外側スリーブ４６から成る。フィルター要素４４は支持チ ューブ４０の表面の回りに配置され、多孔性スリーブ４６、好ましくは形成され た繊維製品がフィルター要素４４を覆う。フィルターアッセンブリ２０は、エン ドキャップ２６および２８に固定され、それによりフィルターアッセンブリをケ ーシング１２に装着できる。開口エンドキャップ２６および閉止エンドキャップ ２８は、同じ方法でフィルターアッセンブリに取り付けられ、開口エンドキャッ プ２６はエンドプレート５０にオリフィス部４８を有し、排ガスがフィルターア ッセンブリ２０の内部３０に入ることができるようになっている。閉止エンドキ ャップ２８は閉じたエンドプレート５０を有し、これは、排ガスの通過をブロッ クして、図１に示すように、排ガス２９が半径方向にフィルターアッセンブリ２ ０を 通過するようにさせる。 エンドキャップ２６および２８のそれぞれは、第１カラー６２および第２カラ ー６４を有するＵ字形状リセス（窪み部分）６０を有する。このカラー６２およ び６４はエンドプレート５０に固定されている。第２カラー６４は、その周囲に 複数のタブ６８（図２）を含む。フィルターアッセンブリ２０は、第１カラー６ ２と第２カラー６４との間に挿入され、エンドプレート５０に対して当接する。 第２カラー６４のタブ６８は、次に、第１カラー６２に向かって変形され、それ によりフィルターアッセンブリ２０を変形して、第１カラー６２と第２カラー６ ４との間でフィルターアッセンブリを挟む（図３参照）。締結ボルト７０がエン ドプレート５０に取り付けられ、フィルターアッセンブリ２０およびエンドキャ ップ２６、２８により形成されるカートリッジをケーシング１２に取り付けるこ とができるようになっている。締結ボルト７０はいずれの所望のパターンで配置 してもよい。 支持チューブ４０は、編組された、編まれたまたは織られた繊維製品のような いずれの適当な形成された繊維製品を有してなってもよく、支持チューブ４０の 形状はいずれの所望の形状であってもよい。形成された繊維製品は、好ましくは 無機ヤーンから構成される。好ましくは、無機ヤーンはセラミックである。形成 された繊維製品が構成されるこのヤーンは、好ましくはアルミナ−ボリア−シリ カで作られるが、他の有用なセラミックヤーンにはアルミナ、シリカ、炭化ケイ 素およびジルコニアからのものが含まれる。アルミナ−ボリア−シリカヤーンは 、スリーエム社（3M Company、ミネソタ州、セントポール）から商標ネクステル （NEXTEL）３１２セラミック・ヤーン（CERAMIC YARN）およびネクステル４４０ セラミック・ヤーンとして市販されている。アルミナ−シリカヤーンは、スリー エム社から商標ネクステル５５０セラミック・ヤーンとして市販されている。好 ましくは、支持チューブ４０は円形または楕円形断面を有する。支持チューブ４ ０を構成する形成された繊維製品は、大きい開口部を有して排ガス２９中の粒子 ４３を捕捉しないのが好ましい。好ましくは、支持チューブ４０を構成する形成 された繊維製品は、約１００〜約１０００標準ｆｔ³／分（ＳＣＦＭ）／ｆｔ² （１６８.６〜１６８６ノルマルｍ³／時(Ｎｍ³／ｈｒ)）の範囲の透過率を有す る。 フィルター要素４４は、複数の種類の無機材料を有して成ってよい。無機ヤー ン４４ａは、支持チューブ４０の上で実質的に螺旋状に巻き付けまたは交差して 巻き付けてよく、フィルター要素４４が提供される（図３）。別法では、フィル ター要素４４は、支持チューブ４０の周囲に巻き付けられた不織マット４４ｂ（ 図４）または織りファブリック４４ｃ（図５）を有して成ってよい。場合により 、２種以上のフィルター材料を組み合わせてフィルター要素４４を形成してよい 。例えば、図６に示すように、不織マット４４ｂを支持チューブ４０と無機ヤー ン４４ａとの間に介在させてよく、この無機ヤーンは、支持チューブ４０および 不織マット４４ｂの上で実質的に螺旋状に巻かれているか、あるいは交差するよ うに巻かれている。所望のフィルター性能をもたらす他のどのようなフィルター 材料の組み合わせを使用してもよい。 フィルター要素４４を構成する無機材料は、例えばガラス繊維またはセラミッ クであってよい。フィルター要素４４を構成する材料は、好ましくは、マイクロ 波エネルギーと相互作用しないマイクロ波透過性材料であるか、マイクロ波エネ ルギーにさらされた場合に加熱されるマイクロ波に対して敏感であるもの（micr owave susceptor）のいずれかであるのが好ましい。マイクロ波透過性材料は、 マイクロ波エネルギーがフィルター要素４４を通過してフィルター要素４４内で 捕捉された粒状物４３と直接相互作用して加熱することを可能にする。マイクロ 波に敏感な材料は、マイクロ波エネルギーにより自体加熱され、次に、フィルタ ー要素４４内の捕捉された粒状物４３を加熱して燃やす。フィルターアッセンブ リ２０のマイクロ波再生との適合性があることに加えて、マイクロ波透過性材料 およびマイクロ波に敏感な材料は、他の再生方法、例えば電気抵抗要素による加 熱、燃料バーナーによる加熱または触媒的燃料添加剤による加熱に対して等しく 適合性を有する。 本発明の好ましい態様において、フィルター要素４４は、支持チューブ４０の 周囲で実質的に螺旋状に巻き付けられた、あるいは交差するように巻き付けられ た無機ヤーンにより形成される（図３）。支持チューブ４０の周囲で無機ヤーン を巻き付ける技術の例は、米国特許第５,２４８,４８１号（ブルーム（Bloom） ら）に見られ、そこでは、横断方向でオフセットした巻き付け方法（laterally offset winding process）が記載され、また、米国特許第５,２４８,４８２号（ ブルームら）では、半径方向に整列した巻き付け方法（radially aligned windi ng process）が記載されている。 横断方向でオフセットした巻き付け方法では、連続ファイバーのループ（loop of continuous fibers）またはヤーンのコア部分から延び出たファイバーセグ メント（fiber segments）の複数を有するようにテクスチャードされた（textur ed、例えば凹凸またはきめを有するようにされた）連続フィラメントヤーンを、 支持チューブの周囲で実質的に螺旋状に交差巻き付けしてヤーンの層を複数形成 する。層においてヤーンの連続する回旋（convolutions、巻き）は反対方向に巻 き付けられて編み込まれたコア部分を形成する。隣り合う層のそれぞれの連続す る回旋のコア部分は、間隔を隔てて離れ、４辺（または４側面）から成る開口部 を規定し、テクスチャードヤーンのファイバーのループまたはファイバーセグメ ントがそれぞれの４辺を有する開口部内に突出し、ガス中の粒状物を捕捉するト ラップを形成する。少なくとも１つの層のヤーンのコア部分は、隣接する層のヤ ーンのコア部分から横断方向にオフセットしており（ずれており）、フィルター 材料を通過する曲がりくねったパス内でガスを曲がらせる。 半径方向に整列した巻き付け方法でも、支持チューブの周囲で交差巻き付けさ れる連続フィラメントテクスチャードヤーンを使用する。ヤーンの連続する回旋 は、層となるように反対方向に巻き付けられて、編み込まれたコア部分を形成し 、各層の連続する回旋のコア部分は、半径方向に整列されて壁を形成し、これは 、４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように間隔を隔てて離れてい る。テクスチャードヤーンのファイバーのループまたはファイバーセグメントが それぞれの４辺を有する開口部内に突出する。 支持チューブ４０上で巻き付けまたは交差巻き付けされる無機ヤーンは約０． ５〜約５ｍｍの範囲の直径を有する。より好ましくは、直径は、約１〜約３ｍｍ の範囲である。そのようなヤーンは、約７８０〜約７８００本の個々の無機ファ イバーから成るのが典型的である。好ましくは、無機ヤーンは、約１５６０〜約 ４６８０本の個々のファイバーから成る。好ましくは、無機ヤーンは、プライ− ツイスト（ply-twisted）されている（撚られている）。それは、そのような構 造によりテクスチャード形態にすることができ、プライ−ツイストしていない無 機ヤーンと比較すると、優秀なフィルター材料を提供できるからである。 無機ヤーンのテクスチャード化によりフィルターまたは捕捉効率が向上する。 好ましくは、無機ヤーンは、例えば連続ファイバーのループ、個々のファイバー のセグメントまたはこれらの組み合わせが密なコア部分から外向きに延び出るよ うにきめをつける（またはテクスチャード化する）ことによって、弾性を有する （lofty）ようにきめをつける。連続ファイバーのループが最も好ましい。エア ージェットまたは機械的なテクスチャード化を含む当該分野において既知の方法 で無機ヤーンにきめをつけることができる。エアージェットきめつけは、一般に 機械的方法によりきめをつけたヤーンより少ないファイバーセグメントおよび多 くのファイバーループを有するので好ましい。この目的に使用するエアージェッ トきめつけ機は、エンタープライズ・マシン・アンド・デベロプメント社（Ente rprise Machine and Development Corporation、デラウェア州、ニューキャッス ル）から商品名モデル1７サイドワインダー（MODEL 17 SIDEWINDER）として市販 されているものである。好ましくは、きめをつけた無機繊維は、約１〜約１０ｍ ｍの範囲の直径を有する。より好ましくは、きめをつけた無機繊維は、約３〜約 ６ｍｍの範囲の直径を有する。 無機ヤーンを構成する無機ファイバーは、好ましくは約５〜約２０μｍの直径 を有する。より好ましくは、無機ファイバーは約７〜約１５μｍの直径を有する 。このような特定の範囲の直径を有するファイバーは、これらの範囲に実質的に 含まれない直径を有するファイバーの場合より製造およびきめ付けが容易である 。更に、直径が実質的に５μｍより小さいファイバーは容易に損傷を受けやすい （即ち、きめ付けの時に破壊する）。直径が直径が実質的に２５μｍより大きい ファイバーは、特定の範囲内の直径を有するファイバーより効率が小さいフィル ター をもたらす。 無機ヤーンを構成する無機ファイバーは、好ましくは耐熱性である。この耐熱 性ファイバーは、例えば非結晶性、多結晶性またはこれらの組み合わせであって よい。有用な耐熱性ファイバーには、特殊な耐熱性ガラス繊維、例えばオーウェ ンズ−コーニング・オブ・トレド（Owens-Corning of Toledo、オハイオ州）か ら市販されているＳ２グラース（S2 GLASS）またはＥ−グラース(E GLASS)、連 続溶融シリカファイバー、例えばクォーツ・プロダクツ社（Quartz Products Co rporation、ケンタッキー州、ルイスヴィル）から市販されているクォーツゼル （QUARTZEL、商標）溶融石英ヤーン、およびセラミック金属酸化物のファイバー 、例えば３Ｍ社（ミネソタ州、セントポール）から市販されているネクステル（ NEXTEL、商標）３１２、４４０または５５０が含まれ、ガラスヤーンおよびセラ ミックヤーンのブレンドから作られる織られたまたは編組された繊維製品も使用 できる。約３３０℃以下の用途の場合、通常のガラスファイバーを使用できる。 好ましくは、フィルター要素４４の無機ヤーンを構成する無機材料および支持 チューブ４０の形成された繊維製品４２を構成する無機材料は、同じ無機材料で ある。支持チューブ４０およびフィルター要素４４を同じ無機材料から構成する ことにより、支持チューブ４０およびフィルター要素４４の間の熱膨張および収 縮割合が同じになる。支持チューブ４０およびフィルター要素４４の間の熱膨張 および収縮を割合を一致させることにより、フィルターアッセンブリ２０にわた る一様な膨張および収縮が可能となり、それにより、支持チューブ４０上でフィ ルター要素４４がゆるむのを防止できる。例えば、フィルター要素４４を構成す る材料の熱膨張の割合が、支持チューブ４０を構成する材料の熱膨張の割合より 大きい場合、再生の間、フィルター要素４４は支持チューブ４０より早く膨張し 、それにより、フィルター要素４４が支持チューブ４０上でゆるむ。支持チュー ブ４０およびフィルター要素４４の不均一な熱膨張の可能性のある影響には、時 間の経過につれて生じる濾過効率の減少およびフィルターアッセンブリ２０の有 効寿命の減少が含まれる。 濾過効率を向上させるために、無機ヤーンは、上述のように、支持チューブ４ ０の回りで実質的に螺旋状に巻き付けるか、あるいは交差するように巻き付ける のが好ましい。（米国特許第５，２４８，４８２号に記載されているように）隣 り合う層の隣り合う回旋のコア部分が半径方向に整列するように無機ヤーンを支 持チューブ４０の回りで巻き付けてよく、あるいは(米国特許第５，２４８，４ ８１号に記載されているように)）隣り合う層の隣り合う回旋のコア部分が相互 に横方向にずれるように無機ヤーンを支持チューブ４０の回りで巻き付けてよい 。 別の態様では、フィルター要素４４は、不織材料または平坦な形態の繊維製品 から構成しよてい。適当な不織材料は、市販されており、インペリアル・ケミカ ルズ社（Imperical Chemicals，Inc.、イギリス国、チェシャー(Cheshire)）か らのサフィルＬＤマット（SAFFIL LD MAT、商標）およびカーボルンダム社（Car borundum Company、ニューヨーク州、ナイアガラ・フォールズ）からのファイバ ーマックス（FIBERMAX、商標）が含まれる。チョップド・ネクステル（商標）・ セラミック酸化物ファイバーの適当な不織マットは、米国特許第５,３８０,５８ ０号（エリクソン（Erickson）ら）に一般的に記載された方法で製造できる。フ ィルター材料を製造するための適当なファイバーは、３Ｍ社からネクステル（商 標）として市販されている。 不織マットから成るフィルター要素４４の場合、それほどの背圧を伴わないで 濾過効率が高くなるようにマットを選択するのが好ましい。好ましい不織マット は、チョップドセラミック酸化物ファイバーから構成される。好ましくは、セラ ミックファイバーは、アルミナ−ボリア−シリカ、アルミナ、シリカ、炭化珪素 またはジルコニアから成る。上述のように、フィルター要素４４を構成する材料 は、支持チューブ４０の熱膨張および収縮割合に類似する熱膨張および収縮割合 を有するのが好ましい。 無機ファイバーのヤーンと比較した場合の不織マットの相対的な細さおよび固 有の大きい表面積により、不織マットにより構成されるフィルター要素４４を、 無機ファイバーのテクスチャードヤーンを使用するフィルター要素として同じ濾 過効率を有しながらも、より薄くできる。しかしながら、実質的に螺旋状に巻き 付けたあるいは交差するように巻き付けた、無機ファイバーのきめを有するヤー ンから構成されるフィルター要素は、不織マットの１またはそれ以上の層を組み 込んだものより製造が経済的であり得る。 好ましくは、各フィルター要素は約１〜２５ｍｍの範囲の厚さを有する。実質 的に螺旋状に巻き付けたあるいは交差するように巻き付けた、無機ファイバーか ら構成されるきめを付けたヤーンを有して成るフィルター要素の場合、巻き付け たあるいは交差するように巻き付けたファイバーの好ましい全体の厚さは、約５ 〜約１５ｍｍである。この範囲より実質的に大きい厚さは、不当にコストが高く なる場合があり、背圧が大きくなり望ましくない結果となり得、他方、この範囲 より実質的に小さい厚さは、不適当な濾過効率となり得る。 各フィルター要素４４は、２以上の種類のフィルター材料の１またはそれ以上 の層を有して成ってよい。例えば、フィルター要素４４は、実質的に螺旋状に巻 き付けたあるいは交差するように巻き付けた無機ヤーンの１またはそれ以上の層 を有して成ってよく、あるいは無機ファイバーから構成される不織マットの１ま たはそれ以上の層を有して成ってよく、この場合、実質的に螺旋状に巻き付けた あるいは交差するように巻き付けた無機ヤーンにより支持チューブ４０に保持さ れる（図６）。別法では、不織マットのフィルター要素４４は外側スリーブ４６ により支持チューブ４０に保持してよい。 以下の実施例は、現時点において好ましいと考えられる態様および本発明を実 施するベストモードを説明するものであり、本発明を限定しようとするものでは ない。実施例 ディーゼル・カートリッジ（Diesel Cartridge）の製造 実質的に図２および３に示す粒状物用アッセンブリを構成した。支持チューブ は、１.７５インチ（４.４５ｃｍ）の外径を有するチューブに編組したネクステ ル（商標）３１２、２／４、１８００デニールファイバーから形成した。この支 持チューブをコロイド状シリカ溶液（ナルコ社から市販されているナルコ（NALC O）２３２７）に浸漬して、浸漬した支持チューブを加熱してコロイド状シリカ を乾燥することにより可撓性を減じた。ネクステル（商標）ファブリックの４つ の同心層から成る濾過要素を乾燥した支持チューブの周囲で巻き付けた。４つの 層は、６×７「pic」／インチ（２.３６×２.７５pic／ｃｍ）構造（軸方向で６「p ic」／インチ（２.３６pic／ｃｍ）のテクスチャードファイバー、半径方向で７「 pic」／インチ（２.７５pic／ｃｍ）のノンテクスチャードファイバー）、および １５×７「pic」／インチ（５.９×２.７５pic／ｃｍ）のファブリック（軸方向で ７「pic」／インチ（２.７５pic／ｃｍ）のノンテクスチャードヤーン、半径方向 で１５「pic」／インチ（５.９pic／ｃｍ）のテクスチャードヤーン）が交互であ る。全ての７「pic」／インチ（２.７５pic／ｃｍ）のヤーン材料は、２.７Ｚツイ スト／インチ（１.０６ツイスト／ｃｍ）のネクステル３１２（商標）、１８０ ０デニールの２／３構造に基づくものであった。テクスチャードヤーンは、１. ５Ｚツイスト／インチ（０.５９ツイスト／ｃｍ）のネクステル（商標）３１２ 、１８００デニールの２／２構造に基づくものであった。ファブリック材料を支 持チューブに巻き付けた後、チューブとフィルター媒体のアッセンブリをネクス テル（商標）編組スリーブにより覆った。次に、パッケージの端部を支持チュー ブに適用したものと同じナルコ２３２７コロイドシリカ溶液に浸漬した。支持チ ューブ、フィルター要素および外側スリーブのアッセンブリをエンドキャップ付 属品に嵌め込んだ。このエンドキャップは、３０４ステンレススチールから作っ たものであった。エンドキャップのスロット付き外側壁を半径内側向きに折り曲 げてフィルターアッセンブリに取り付けた。次に、このカートリッジを６００℃ に加熱してコロイド状シリカに浸漬した端部を所定のように乾燥した。支持チュ ーブおよび外側スリーブに使用した形成されたファブリック（繊維製品）の特性 を表１に示す。 実施例１ 本実施例は、本発明のフィルターの濾過効率を例証するものである。 上述（ディーゼル・カートリッジの製造）の構造の２つのフィルターアッセン ブリをエンジン試験法に付した。この試験に使用したエンジンは、カミングス・ エンジン社（Cummings Engine Company、インディアナ州、コロンバス）からカ ミングス６Ａ３.４ディーゼル・エンジン（COMMINGS 6A 3.4 DIESEL ENGINE）と いう商品名で市販されている３.４リッター、６気筒、４ストロークのディーゼ ルエンジンであった。エンジンを通常の可変負荷油圧ポンプに接続してエンジン からの動力を消費させた。油圧負荷バンクをエンジンのトルクシャフトに取り付 けて、試験の間中１２００ｐｓｉ（８２７４ｋＰａ）の圧力で維持してエンジン への負荷をコントロールした。２つのフィルターアッセンブリを１つのケーシン グに装着し、次に、このケーシングをエンジンの直径３インチ（７.６ｃｍ）の ステンレススチールの排気系に取り付けた。この排気系には検定したオリフィス を設け、エンジンからの全排ガスフローの所望量をフィルターカートリッジを含 むケーシングに導くようにした。エンジンを約１２００ｒｐｍで運転し、排ガス 流量は約３５ｃｆｍ（立方フィート／分）（５９Ｎｍ³／ｈｒ、標準状態の立方 メートル／時）であった。 試験の間に集めたデータは以下のものであった：濾過効率、別の背圧レベルま での時間および煤保持重量。濾過効率は、９０ｍｍのポールフレックス（Pallfl ex）メンブレンフィルターを介して排ガスを計量して取り出すことを含む「原料 ガスサンプリング（raw gas sampling）」法により測定した。これは、フィルタ ーカートリッジの上流および下流で同時に実施する。下流の原料ガスサンプルの 物質濃度を上流のそれにより割って、１から差し引いて１００を乗じて％にする 。得られる数値は、フィルターにより達成された煤濃度の減少％を示す。この試 験は、２つのフィルターカートリッジを含むケーシングの背圧が６０インチ（１ ５２ｃｍ）水柱に達するまで継続した。経過時間および濾過効率を１０インチ（ ２５.４ｃｍ）水柱毎に記録した。次に、カートリッジをケーシングから取り出 して、室温まで放冷して、重量を測定した。この重量を初期重量から差し引き、 それにより、試験の間に捕集した煤粒状物の量が示される。カートリッジに捕集 された煤の量は、背圧が６０インチ（１５２ｃｍ）水柱の場合で１.７ｇであっ た。集めたデータを表２に示す。 実施例２ 本実施例は、マイクロ波エネルギーを本発明のディーゼル・カートリッジの再 生に使用できることを示す。 カートリッジの端部をコロイド状シリカに浸漬せずに、バンドクランプにより 取り付けられる通常の金属エンドキャップをカートリッジの端部に取り付けた以 外は、上述のようにして（ディーゼル・カートリッジの製造において）２つのカ ートリッジを組み立てた。 このカートリッジを図１に示すケーシングに装着した。実施例１にて説明した ように、ケーシングの円錐状入口部分をエンジンおよびロードバンクの排気系に 接続した。エンジンおよびロードバンクを実施例１と同じ条件で運転した。 各ディーゼルフィルターカートリッジの背圧降下が６０インチ水中（１５２ｃ ｍ）となるまでエンジンを運転した。このような背圧を示す時間は、１００分で あった。 マイクロ波エネルギーを用いてカートリッジの１つを再生した。ケーシングか らカートリッジを外して、エンドキャップを外した。カートリッジを１３００Ｗ のマルチモード・マイクロオーブン（マイクロウェーブ・マテリアルズ・テクノ ロジーズ社（Microwave Materials Technologies，Inc.）から市販されているモ デル１０−１３００ ２.４５ＧＨｚ、１３００Ｗａｔｔ）に入れた。 マイクロ波再生の間のカートリッジ内の温度をモニターするために、フィルタ ー媒体の壁に１つの熱電対を、長軸に沿って１つの熱電対を挿入した。オーブン の出力を８３％（５５０〜６００Ｗの出力レベルに対応）に設定した。再生の間 、フィルターの部分は赤く熱せられた。マイクロ波エネルギーに８分間さらすと 、カートリッジの端部を除く全ての部分は、赤く熱せられた。軸方向に向けた熱 電対は４１９℃を示し、軸方向に挿入した熱電対は５２３℃を示した。試験の開 始時には、フィルター媒体は捕集されたすすのために実質的に黒色であった。マ イクロ波オーブンで加熱した後、フィルター媒体の色は、実質的に白色であった 。再生したカートリッジの重量は２２３.００ｇであり、煤を含むカートリッジ の重量は、２２４.８３ｇであった。従って、再生の間に焼却した煤の量は１.８ ３ｇであった。 好ましい態様を参照して本発明を説明したが、本発明の概念および範囲から逸 脱することなく、当業者であれば形態および詳細を変更できるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月２２日 【補正内容】 請求の範囲 １．支持体、および支持体の少なくとも１つの表面に配置され、排ガス中の粒 状物を捕捉するように形成されたフィルター要素（４４）を有して成る排ガスの 粒状物フィルター（２０）であって、 支持体は、内部表面および外部表面を有し、連続フィラメントの無機ヤーンか ら構成された形成された繊維製品（４２）により規定される長尺の硬質化された 支持チューブ（４０）を有して成り、形成された繊維製品は、排ガス（２９）お よびその中の粒状物（４３）が支持チューブを通過できるほどに多孔性である粒 状物フィルター。 ２．支持チューブ（４０）は、無機バインダーを適用することにより実質的に 硬質化されている請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター（２０）。 ３．無機バインダーは、コロイド状シリカ溶液を含んで成る請求の範囲第２項 記載の粒状物フィルター（２０）。 ４．支持チューブ（４０）の上に配置されたフィルター要素（４４）は、無機 不織材料（４４ｂ）を有して成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター（２ ０）。 ５．支持チューブ（４０）の上に配置されたフィルター要素（４４）は、無機 織り繊維製品（４４ｃ）を有して成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター （２０）。 ６．支持チューブ（４０）の上に配置されたフィルター要素（４４）は、支持 チューブの周囲で螺旋状に巻き付けたテクスチャード無機ヤーン（４４ａ）を有 して成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター（２０）。 ７．フィルター要素（４４）は、アルミナ−ボリア−シリカ、アルミナ−シリ カ、アルミナおよびジルコニアから成る群から選択される無機フィルター材料の 層を有して成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター（２０）。 ８．フィルター要素（４４）は、不織ファイバー、織り繊維製品およびテクス チャードヤーンから成る群から選択される少なくとも１つの無機フィルター材料 の層を有して成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター（２０）。 ９．支持チューブ（４０）およびフィルター要素（４４）は、同じ無機材料か ら形成されている請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター（２０）。 １０．無機材料から形成され、支持チューブ上のフィルター要素（４４）を覆 うような形状である多孔性スリーブ（４６）を更に有して成る請求の範囲第１項 記載の粒状物フィルター（２０）。 １１．フィルター要素（４４）は、支持チューブ（４０）の周囲で実質的に螺 旋状に交差するように巻き付けられた連続フィラメントの無機セラミックヤーン （４４ａ）を有して成り、セラミックヤーンは、連続ファイバーのループまたは ファイバーセグメントの複数が外向きに延在するコア部分により規定され、セラ ミックヤーンの連続する回旋は、各層において反対に巻き付けられて織り込まれ たコア部分を形成し、各連続する層の連続する回旋のコア部分は、半径方向に整 列されて開口部を規定するように間隔を隔てた壁を提供し、隣接する回旋のファ イバーのループまたはファイバーセグメントの少なくとも１つが排ガス粒状物用 のトラップを提供するように網状物を形成するようになっている請求の範囲第６ 項記載の粒状物フィルター（２０）。 １２．フィルター要素（４４）は、ヤーンの複数の層を形成するように、支持 チューブ（４０）の周囲で実質的に螺旋状に交差するように巻き付けられた連続 フィラメントの無機ヤーン（４４ａ）を有して成り、ヤーンは、連続ファイバー のループまたはファイバーセグメントの複数が外向きに延在するコア部分を有し 、連続する回旋は、各層において反対に巻き付けられて織り込まれたコア部分を 形成し、各連続する層の連続する回旋のコア部分は、４辺（または４側面）を有 する開口部を規定するように間隔を隔てて離れ、ファイバーのループまたはファ イバーセグメントが４辺の開口部のそれぞれの内部に突出して排ガス粒状物用の トラップを提供し、少なくとも１つの層の回旋のコア部分は隣接する層の回旋の コア部分から横断方向にオフセットして、排ガスを曲がりくねったパス内で屈曲 させながらほぼ半径方向にフィルターアッセンブリを通過して流れるようにする 請求の範囲第６項記載の粒状物フィルター（２０）。 １３．請求の範囲１〜１２のいずれかに記載の粒状物フィルター（２０）を含 む排ガス粒状物フィルターアッセンブリ（１０）であって、 ２つの端部を有するケーシング（１２）、および ケーシングの端部を排ガス系に接続する手段（１６、１８）を有して成り、 粒状物フィルター（２０）の長尺の硬質化された支持チューブ（４０）は、ケ ーシングの端部の間で延在するアッセンブリ（１０）。 １４．ケーシングの端部の間で支持チューブ（４０）およびフィルター要素（ ４４）を取り付け、また、フィルター要素を通って排ガスおよびその中の粒状物 を導くエンドキャップ（２６、２８）を更に有して成る請求の範囲第１３項記載 のフィルターアッセンブリ（１０）。 １５．エンドキャップ（２６、２８）は、第２カラー（６４）と同軸的に整列 された第１カラー（６２）を有して成り、第１カラーおよび第２カラーは、ケー シング内に装着されたベースプレートに取り付けられて第１カラーが第２カラー 内に位置するようになっており、第２カラーはその周囲に配置された複数のタブ （６８）を有し、このタブはカラーの軸方向で延び、第１カラーと第２カラーと の間の空間は窪み部分（６０）を規定し、この窪み部分の寸法は、その中に配置 される支持チューブおよびフィルター要素の開口端部を挿入できるのに十分であ り、第１カラーに向かって第２カラーのタブを変形することにより支持チューブ およびフィルター要素が窪み部分内に取り付けられ、それによって、第１カラー と第２カラーとの間で支持チューブおよびフィルター要素が締結される請求の範 囲第１４項記載のフィルターアッセンブリ（１２）。 １６．エンドキャップ（２６）は、排ガスをエンドキャップに通すために、少 なくとも１つのオリフィス部分（４８）を含む請求の範囲第１４項記載のフィル ターアッセンブリ（１０）。 １７．請求の範囲第１項記載の排ガスの粒状物フィルター（２０）を製造する 方法であって、 （ａ）内部表面および外部表面を有し、連続フィラメントの無機ヤーンから構 成された形成された繊維製品（４２）（形成された繊維製品は、排ガス（２９） およびその中の粒状物（４３）が支持チューブを通過できるほどに多孔性である ）により規定される長尺の支持チューブ（４０）を供給する工程、および （ｂ）排ガス中の粒状物を捕捉するように形成されたフィルター要素（４４） を支持チューブの外側表面の周囲で巻き付ける工程 を含んで成る方法。 １８．工程（ｂ）は、支持チューブ（４０）の周囲で実質的に螺旋状に交差す るように連続フィラメントの無機ヤーン（４４ａ）を巻き付けることを含んで成 り、ヤーンは、連続ファイバーのループまたはファイバーセグメントの複数が外 向きに延在するコア部分を有し、連続する回旋は各層において反対に巻き付けら れて織り込まれたコア部分を形成し、各連続する層の連続する回旋のコア部分は 、半径方向に整列されて４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように 間隔を隔てた壁を提供し、この壁は、排気力に対してフィルター要素を安定化さ せ、ファイバーのループまたはファイバーセグメントが４辺の開口部のそれぞれ の内部に突出し、隣接する回旋のファイバーのループまたはファイバーセグメン トの少なくとも１つが排ガス粒状物用のトラップを提供するように網状物を形成 するようになっている請求の範囲第１７項記載の方法。 １９．工程（ｂ）は、ヤーンの複数の層を形成するように、支持チューブ（４ ０）の周囲で連続フィラメントの無機ヤーン（４４ａ）を実質的に螺旋状に交差 するように巻き付けることを含んで成り、ヤーンは、連続ファイバーのループま たはファイバーセグメントの複数が外向きに延在するコア部分を有し、連続する 回旋は、各層において反対に巻き付けられて織り込まれたコア部分を形成し、各 連続する層の連続する回旋のコア部分は、４辺（または４側面）を有する開口部 を規定するように間隔を隔てて離れ、ファイバーのループまたはファイバーセグ メントが４辺の開口部のそれぞれの内部に突出して排ガス粒状物用のトラップを 提供し、少なくとも１つの層の回旋のコア部分は隣接する層の回旋のコア部分か ら横断方向にオフセットして、排ガスを曲がりくねったパス内で屈曲させながら ほぼ半径方向にフィルターアッセンブリを通過して流れるようにする請求の範囲 第１７項記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルーム，リチャード・エル アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス 33427（番地の表示なし) (72)発明者 サノッキ，スティーブン・エム アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス 33427（番地の表示なし) (72)発明者 サビーン，ジョエル・エイチ アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス 33427（番地の表示なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ディーゼル排ガスの粒状物フィルターであって、 連続フィラメントの無機ヤーンかれ構成される形成された繊維製品により規定 される、内側表面および外側表面を有する長尺の硬質化された支持チューブ、な らびに 支持チューブの少なくとも１つの表面に配置された、排ガス中の粒状物を捕捉 するように形成されたフィルター要素 を有して成り、形成された繊維製品は、排ガスおよびその中の粒状物が支持チュ ーブを通過できるように多孔性である粒状物フィルター。 ２．支持チューブは、無機バインダーを適用することにより実質的に硬質化さ れている請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター。 ３．無機バインダーは、コロイド状シリカ溶液を含んで成る請求の範囲第２項 記載の粒状物フィルター。 ４．支持チューブに配置されたフィルター要素は無機不織材料を有して成る請 求の範囲第１項記載の粒状物フィルター。 ５．支持チューブに配置されたフィルター要素は無機織り繊維製品を有して成 る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター。 ６．支持チューブに配置されたフィルター要素は、支持チューブの周囲で螺旋 状に巻き付けられたテクスチャード無機ヤーンを有して成る請求の範囲第１項記 載の粒状物フィルター。 ７．フィルター要素は、アルミナ−ボリア−シリカ、アルミナ−シリカ、アル ミナおよびジルコニアから成る群から選択される無機フィルター材料の層を有し て成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター。 ８．フィルター要素は、不織ファイバー、織り繊維製品およびテクスチャード ヤーンから成る群から選択される少なくとも１つの無機フィルター材料の層を有 して成る請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター。 ９．支持チューブおよびフィルター要素は、同じ無機材料から形成されている 請求の範囲第１項記載の粒状物フィルター。 １０．熱ガス用フィルターアッセンブリであって、 形成された繊維製品を構成する連続フィラメントの無機ヤーンから構成される 自立性長尺支持チューブ、 排ガス中の粒状物を捕捉するために支持チューブの周囲に配置されるフィルタ ー要素、ならびに 支持チューブ上でフィルター要素を覆う形状であり、無機材料から形成されて いる多孔性のスリーブ を有して成り、形成された繊維製品は、排ガスおよびその中の粒状物が支持チュ ーブを実質的に通過できる程に多孔性であるアッセンブリ。 １１．排ガス粒状物フィルターアッセンブリであって、 ２つの端部を有するケーシング、 ケーシングの端部を排ガス系に接続する手段、 ケーシングの端部の間で延在し、連続フィラメントの無機ヤーンにより構成さ れた、実質的に硬質化された形成された繊維製品により規定された自立性支持チ ューブ、ならびに 排ガス中の粒状物を捕捉するために支持チューブの周囲で配置される無機フィ ルター要素 を有して成り、形成された繊維製品は、排ガスおよびその中の粒状物が支持チュ ーブを通過できる程に多孔性であるアッセンブリ。 １２．支持チューブおよびフィルター要素をケーシングの端部の間で取り付け 、排ガスおよびその中の粒状物がフィルター要素を通過するように導くエンドキ ャップを更に有して成る請求の範囲第１１項記載のフィルターアッセンブリ。 １３．エンドキャップは、第２カラーと同軸的に整列された第１カラーを有し て成り、第１カラーおよび第２カラーは、ケーシング内に装着されたベースプレ ートに取り付けられて第１カラーが第２カラー内に位置するようになっており、 第２カラーはその周囲に配置された複数のタブを有し、このタブはカラーの軸方 向で延び、第１カラーと第２カラーとの間の空間は窪み部分を規定し、この窪み 部分の寸法は、その中に配置される支持チューブおよびフィルター要素の開口端 部を挿入できるのに十分であり、第１カラーに向かって第２カラーのタブを変形 することにより支持チューブおよびフィルター要素が窪み部分内に取り付けられ 、それによって、第１カラーと第２カラーとの間で支持チューブおよびフィルタ ー要素が締結される請求の範囲第１２項記載のフィルターアッセンブリ。 １４．エンドキャップは、排ガスがエンドキャップを通過できるように、少な くとも１つのオリフィス部分を含む請求の範囲第１２項記載のフィルターアッセ ンブリ。 １５．フィルター要素は、支持チューブの周囲で実質的に螺旋状に交差するよ うに巻き付けられた連続フィラメントの無機ヤーンを有して成り、ヤーンは、連 続ファイバーのループまたはファイバーセグメントの複数が外向きに延在するコ ア部分を有し、連続する回旋は、各層において反対に巻き付けられて織り込まれ たコア部分を形成し、各連続する層の連続する回旋のコア部分は、半径方向に整 列されて４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように間隔を隔てた壁 を提供し、この壁は、排気力に対してフィルター要素を安定化させ、ファイバー のループまたはファイバーセグメントが４辺の開口部のそれぞれの内部に突出し 、隣接する回旋のファイバーのループまたはファイバーセグメントの少なくとも １つがディーゼル排ガス粒状物用のトラップを提供するように網状物を形成する ようになっている請求の範囲第１１項記載のフィルターアッセンブリ。 １６．フィルター要素は、ヤーンの複数の層を形成するように、支持チューブ の周囲で実質的に螺旋状に交差するように巻き付けられた連続フィラメントの無 機ヤーンを有して成り、ヤーンは、連続ファイバーのループまたはファイバーセ グメントの複数が外向きに延在するコア部分を有し、連続する回旋は、各層にお いて反対に巻き付けられて織り込まれたコア部分を形成し、各連続する層の連続 する回旋のコア部分は、４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように 間隔を隔てて離れ、ファイバーのループまたはファイバーセグメントが４辺の開 口部のそれぞれの内部に突出してディーゼル排ガス粒状物用のトラップを提供し 、少なくとも１つの層の回旋のコア部分は隣接する層の回旋のコア部分から横断 方 向にオフセットして（または片寄って）、排ガスを曲がりくねったパス内で屈曲 させながらほぼ半径方向にフィルターアッセンブリを通過して流れるようにする 請求の範囲第１１項記載のフィルターアッセンブリ。 １７．フィルター要素は不織無機材料を有して成る請求の範囲第１１項記載の フィルターアッセンブリ。 １８．フィルター要素は織りの無機繊維製品を有して成る請求の範囲第１１項 記載のフィルターアッセンブリ。 １９．清浄なガスストリームを維持するための方法であって、 連続フィラメントの無機ヤーンから構成された、実質的に硬質化された形成さ れた繊維製品（形成された繊維製品は、ガスストリームおよびその中の粒状物が 支持チューブを通過できる程に多孔性である）を有して成る少なくとも１つの自 立性支持チューブを供給し、 ガスストリーム中の粒状物を捕捉するために複数の網状になったファイバール ープまたはファイバーセグメントを有するフィルター要素を支持チューブの周囲 に配置し、 支持チューブおよびフィルター要素に粒状物を含むガスストリームを流し、フ ィルター要素が粒状物を捕捉してガスストリームから粒状物を除去し、また、 捕捉した粒状物のためにフィルター要素の効率が所定のレベルまで減少した場 合、支持チューブ、フィルター要素および捕捉した粒状物を加熱して着火して粒 状物を燃焼させてフィルター要素を再生すること を含んで成る方法。 ２０．支持チューブ、フィルター要素および捕捉した粒状物は、マイクロ波エ ネルギーにより加熱される請求の範囲第１９項記載の方法。 ２１．支持チューブ、フィルター要素および捕捉した粒状物は、電気抵抗要素 により加熱される請求の範囲第１９項記載の方法。 ２２．支持チューブ、フィルター要素および捕捉した粒状物は、燃料バーナー により加熱される請求の範囲第１９項記載の方法。 ２３．支持チューブ、フィルター要素および捕捉した粒状物は、触媒的燃料添 加剤により加熱される請求の範囲第１９項記載の方法。 ２４．支持チューブおよびフィルター要素は同じ無機材料から形成され、支持 チューブおよびフィルター要素は同じ熱膨張および収縮特性を有するようになっ ている請求の範囲第１９項記載の方法。 ２５．フィルター要素は、支持チューブの周囲で実質的に螺旋状に交差するよ うに巻き付けられた連続フィラメントの無機ヤーンを有して成り、セラミックヤ ーンは、連続ファイバーのループまたはファイバーセグメントの複数が外向きに 延在するコア部分により規定され、連続する回旋は、各層において反対に巻き付 けられて織り込まれたコア部分を形成し、各連続する層の連続する回旋のコア部 分は、半径方向に整列されて開口部を規定するように間隔を隔てた壁を提供し、 隣接する回旋のファイバーのループまたはファイバーセグメントの少なくとも１ つが排ガス粒状物用のトラップを提供するように網状物を形成するようになって いる請求の範囲第１９項記載の方法。 ２６．フィルター要素は、ヤーンの複数の層を形成するように、支持チューブ の周囲で実質的に螺旋状に交差するように巻き付けられた連続フィラメントの無 機ヤーンを有して成り、ヤーンは、連続ファイバーのループまたはファイバーセ グメントの複数が外向きに延在するコア部分を有し、連続する回旋は、各層にお いて反対に巻き付けられて織り込まれたコア部分を形成し、各連続する層の連続 する回旋のコア部分は、４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように 間隔を隔てて離れ、ファイバーのループまたはファイバーセグメントが４辺の開 口部のそれぞれの内部に突出してディーゼル排ガス粒状物用のトラップを提供し 、少なくとも１つの層の回旋のコア部分は隣接する層の回旋のコア部分から横断 方向にオフセットして、排ガスを曲がりくねったパス内で屈曲させながらほぼ半 径方向にフィルターアッセンブリを通過して流れるようにする請求の範囲第１９ 項記載の方法。 ２７．ディーゼル排ガス粒状物フィルターに有用であるカートリッジを製造す る方法であって、 連続フィラメントの無機ヤーンから構成された形成された繊維製品（形成され た繊維製品は、排ガスおよびその中の粒状物が支持チューブを通過できる程に多 孔性である）により規定される、内側表面および外側表面を有する長尺支持チュ ーブを供給し、 支持チューブの外側表面の周囲で、排ガス中の粒状物を捕捉するように形成さ れたフィルター要素を巻き付ける ことを含んで成る方法。 ２８．フィルター要素は、支持チューブの周囲で実質的に螺旋状に交差するよ うに巻き付けられた連続フィラメントの無機ヤーンを有して成り、ヤーンは、連 続ファイバーのループまたはファイバーセグメントの複数が外向きに延在するコ ア部分を有し、連続する回旋は、各層において反対に巻き付けられて織り込まれ たコア部分を形成し、各連続する層の連続する回旋のコア部分は、半径方向に整 列されて４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように間隔を隔てた壁 を提供し、この壁は、排気力に対してフィルター要素を安定化させ、ファイバー のループまたはファイバーセグメントが４辺の開口部のそれぞれの内部に突出し 、隣接する回旋のファイバーのループまたはファイバーセグメントの少なくとも １つがディーゼル排ガス粒状物用のトラップを提供するように網状物を形成する ようになっている請求の範囲第２７項記載の方法。 ２９．フィルター要素は、ヤーンの複数の層を形成するように、支持チューブ の周囲で実質的に螺旋状に交差するように巻き付けられた連続フィラメントの無 機ヤーンを有して成り、ヤーンは、連続ファイバーのループまたはファイバーセ グメントの複数が外向きに延在するコア部分を有し、連続する回旋は、各層にお いて反対に巻き付けられて織り込まれたコア部分を形成し、各連続する層の連続 する回旋のコア部分は、４辺（または４側面）を有する開口部を規定するように 間隔を隔てて離れ、ファイバーのループまたはファイバーセグメントが４辺の開 口部のそれぞれの内部に突出してディーゼル排ガス粒状物用のトラップを提供し 、少なくとも１つの層の回旋のコア部分は隣接する層の回旋のコア部分から横断 方向にオフセットして、排ガスを曲がりくねったパス内で屈曲させながらほぼ半 径方向にフィルターアッセンブリを通過して流れるようにする請求の範囲第２７ 項 記載の方法。 ３０．粒状物を含むガスを濾過するためのフィルターアッセンブリと共に使用 するためのエンドキャップであって、フィルターアッセンブリは少なくとも１つ の開口端部を有し、エンドキャップは、第２カラーと同軸的に整列された第１カ ラーを有して成り、第１カラーおよび第２カラーはベースプレートに取り付けら れて、第１カラーが第２カラー内に位置するようになっており、第２カラーはそ の周囲に配置された複数のタブを有し、このタブはカラーの軸方向で延び、第１ カラーと第２カラーとの間の空間は窪み部分を規定し、この窪み部分の寸法は、 その中に配置されるフィルターアッセンブリの開口端部を挿入できるのに十分で あり、第１カラーに向かって第２カラーのタブを変形することによりフィルター アッセンブリが窪み部分内に取り付けられ、それによって、第１カラーと第２カ ラーとの間でフィルターアッセンブリが締結されるエンドキャップ。 ３１．ベースプレートは、それを排ガスが通過できるように少なくとも１つの オリフィス部分を含む請求の範囲第３０項記載のエンドキャップ。 ３２．排ガスシステム内でフィルターアッセンブリおよびエンドキャップを取 り付けるための手段を更に有して成る請求の範囲第３０項記載のエンドキャップ 。