JP2002332821A

JP2002332821A - 排気フィルタ

Info

Publication number: JP2002332821A
Application number: JP2001141938A
Authority: JP
Inventors: Tamihiro Takada; 民博高田; Osamu Tsuchiya; 修土屋; Hisataka Michisaka; 久貴通阪; Hiroshi Funabashi; 博船橋
Original assignee: MARUSAN KK; Hino Motors Ltd
Current assignee: MARUSAN KK; Hino Motors Ltd
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】新たに制定されるディーゼル機関の排気規制に
適合するフィルタを提供する。大型で重量のあるフィル
タ用セラミック担体を金属製円筒容器の中央に安定に保
持するための機械構造を提供する。【解決手段】フィルタ本体（２）に、あらかじめ多数の
打ち抜き爪（５ａ）を形成したステンレス板（５）を巻
きつけ、円筒形状の金属容器（１）の内面に、その打ち
抜き爪が当接するように挿入する。打ち抜き爪（５ａ）
に生じるバネ作用により、フィルタ本体（２）を金属容
器（１）の中央に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
濾過するフィルタとして利用する。本発明は、内燃機関
排気通路に設けるフィルタの構造に関する。本発明は、
大型自動車用ディーゼル機関の排気に含まれる微粒子を
除去するためのフィルタ（以下「ＤＰＦ（Diesel Parti
culate Filter)という）として利用するために開発され
た装置であるが、内燃機関の排気フィルタの構造として
広く利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】トラックやバスなどの大型車両のディー
ゼル機関の排気を濾過するための装置としてＤＰＦが設
定されている。現在までに提供することができるフィル
タ構造としては、そのフィルタ本体がセラミックを担体
として、その担体の細管構造の中にＳｉＣを主体とする
フィルタ材を充填するものやコージェライトと呼ばれる
ものがある。

【０００３】そしてこのセラミック製の担体は、内燃機
関の排気通路に配置するフィルタ用としては、このセラ
ミック製の担体を円筒形状に形成し、これをフィルタ本
体として鋼鉄あるいはステンレス製の円筒容器の中に実
装する構造が最も合理的である。現在までの試験検討の
結果からは、大型自動車に搭載するものとして、この円
筒形状のフィルタ用セラミック担体は、その直径が２０
０〜３００ｍｍ程度、長さが２００〜５００ｍｍ程度で
あり、その重量は１０ｋｇを越えるものになると考えら
れている。

【０００４】従来からのフィルタ構造としては、このよ
うな円筒形状のセラミック材の円筒外周に、グラスファ
イバ・マットを巻きつけて、鋼鉄あるいはステンレス製
円筒容器の内部に収容するものがある。このような従来
例構造は、その円筒形状のフィルタ用セラミック担体は
その直径が１００ｍｍ以下であり、比較的小型のもので
ある。この場合には、グラスファイバ・マットは、車両
の振動にしたがって内部のセラミック材が鋼鉄あるいは
ステンレス製容器の内壁全体にほぼ一様に当接し、セラ
ミック材を損傷することを防ぐ機械的な緩衝材になると
ともに、排気がセラミック材の外側と鋼鉄あるいはステ
ンレス製容器の内側を直接に通り抜けることがないよう
に阻止する封入阻止材としても作用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなグラスファ
イバ・マットを使用する構造を試験したところ、新しく
設計された装置では、円筒形セラミック材の重量が大き
いために、グラスファイバ・マットは、使用中の振動に
伴う摩擦により、その素材が劣化してしまい耐久性が得
られないことがわかった。すなわち、グラスファイバ・
マットはその繊維質が粉末状になってしまい、弾力性ま
たは保持力が短期間で失われて長期間の使用に耐えない
状態であることがわかった。

【０００６】これに代わる材料として、ステンレス鋼繊
維を編んだマット材を試験してみたが、これも細かい振
動により劣化しやすいことがわかった。さらに、円筒形
状のセラミック材を枠形状の金属製部品を用いて、鋼鉄
あるいはステンレス製円筒容器の内部に収容固定するこ
とも考えた。しかし、フィルタ用のセラミックは焼結に
より製造するので、その形状寸法にはばらつきが大き
く、形状誤差の許容範囲をかなり大きく設けることが必
要であり、金属製部品を用いてセラミック材を装着する
にはその構造がかなり複雑になることがわかった。ま
た、この支持構造は高熱の排気ガスにさらされるもので
あるから、形状誤差を吸収するための調節機構などを設
けることは本来的に適当ではない。さらに、このフィル
タはある期間にわたり使用したときに、清掃をすること
も配慮する必要があり、分解可能な構造とするためにさ
らに複雑になることがわかった。

【０００７】本発明はこのような背景に行われたもので
あり、大型でかつ重量のある円筒形状のセラミック担体
をフィルタ本体として、鋼鉄あるいはステンレス製の円
筒容器の内部に安定に収容するとともに、内燃機関の振
動により、あるいは車両走行の振動により、そのセラミ
ック材を損傷することなく、その円筒容器の内部に機械
的に保持することができるディーゼル機関用排気フィル
タを提供することを目的とする。本発明は、内燃機関の
振動、車両の走行による振動、内燃機関排気にさらされ
ることによる激しい温度変化などに対しても、長期間安
定にフィルタ本体を円筒容器の内部の定位置に保持する
ことができる緩衝構造を提供することを目的とする。本
発明は、フィルタ本体にかなりの製造上の形状誤差があ
っても、取付け封入の際に調整を必要としないフィルタ
の構造を提供することを目的とする。本発明は、使用中
にあるいは使用後に、清掃のために分解することが可能
なフィルタの構造を提供することを目的とする。本発明
は、材料原価が低く製造工数が小さく安価に提供するこ
とができるフィルタの構造を提供することを目的とす
る。本発明は、フィルタの入口の気流と出口の気流とが
直接流通することを阻止することができる、フィルタの
緩衝構造を提供することを目的とする。本発明は量産性
に優れた排気フィルタを提供することを目的とする。本
発明は、量産に適する排気フィルタの製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒形状のセ
ラミック材をフィルタ本体とし、これを収容する金属製
の円筒容器の内壁との間に、多数の打ち抜き爪がその表
面に突出するように形成された金属板を介在させること
を最大の特徴とする。

【０００９】すなわち本発明は、金属製円筒形状の容器
（１）と、その容器の内部に収容されるほぼ円筒形状の
フィルタ本体（２）と、前記容器の一端に設けられた排
気導入口（３）および他端に設けられた排気導出口
（４）とを備えた排気フィルタにおいて、前記フィルタ
本体の外面と前記容器内面との間に、その表面に突出す
る多数の打ち抜き爪（５ａ）が形成された金属板（５）
が介在されたことを特徴とする。この打ち抜き爪（５
ａ）は前記金属板（５）の一面側に突出するように形成
され、その突出側が前記金属製円筒形状の容器（１）の
内壁に当接するように配置された構造とすることがよ
い。

【００１０】上記括弧内の数字または記号は、後から説
明する実施例の図面参照記号である。これは本発明の構
成を理解しやすいように付すものであって、本発明の範
囲を実施例に限定して理解するためのものではない。以
下の説明においても同様である。

【００１１】この構造により、打ち抜き爪（５ａ）はそ
の先端が容器（１）の内壁にそれぞれ当接し、その爪が
内壁から押されるばね力によって、フィルタ本体（２）
を容器（１）の中央に保持するように作用する。このば
ね力は、容器（１）に加わる振動を吸収して、フィルタ
本体（２）がセラミック材など壊れやすい材料で構成さ
れている場合にも、フィルタ本体にひび割れが生じたり
欠けたりすることを防ぐことができる。打ち抜き爪（５
ａ）は金属板（５）に連続する金属材料により形成され
ているから、排気の高熱に対して十分に耐熱性が維持さ
れるとともに、激しい温度変化に対応して爪の形状に伸
縮変化があっても、そのばね力の作用によりこの形状の
伸縮変化を吸収することができる。

【００１２】金属板（５）は、ばね材料としての特性が
優れた金属の板で構成する。真鍮、各種鋼材、その他の
金属板材について試験をしたところ、材料が安価であ
り、耐熱性が大きく、ばね材料としての特性が優れてい
ることからステンレス板が最も優れている。

【００１３】打ち抜き爪（５ａ）はその全部が外側を向
き、容器（１）の内壁に当接するものでなくとも、その
一部または全部が内側を向くように形成されてフィルタ
本体に当接するように形成されている構成とすることが
できる。発明者が試験をした結果からは、打ち抜き爪
（５ａ）のほとんど全部が外側を向くように形成する場
合が良好であった。

【００１４】前記金属板（５）が前記フィルタ本体
（２）の外面と前記容器内面との間に介在配置された状
態で、その容器の内面円周に沿ってその金属板に打ち抜
き爪を形成しない帯状部分を設け、この帯状部分と前記
容器内面との間に、気体の流通を阻止するガスケット
（６）を配置した構造とすることができる。これは、容
器（１）の内壁とフィルタ本体（２）との間を打ち抜き
爪（５ａ）により保持する構造とすると、容器（１）の
内壁とフィルタ本体（２）の外筒との間を気流が通り抜
けることができる形となって、フィルタ本体（２）の内
部を通過しない気流が生じることになるから、これを防
ぐための構造である。すなわちこのガスケット（６）に
より、一端に設けられた排気導入口（３）および他端に
設けられた導出口（４）との間の流通が遮断され、導入
口（３）から導入された気流は、フィルタ本体２の内部
を通過して導出口（４）から排出されることになる。容
器（１）の形状その他により、打ち抜き爪（５ａ）の間
を通過する気流が遮断される構造になっている場合に
は、このガスケット（６）は必ずしも必要ではない。

【００１５】前記金属板（５）またはステンレス板と前
記容器内面との間に、無機繊維マットを介在させる構造
とすることができる。無機繊維は、グラスファイバ、セ
ラミックスファイバ、スチールメッシュ、その他であ
る。このような構造を採る場合には、フィルタ本体
（２）を本発明の金属板（５）によりくるみ、容器
（１）の中に挿入する工程で、打ち抜き爪（５ａ）が容
器（１）の内壁に引っかききずを作るようなことを防ぐ
ことができるとともに、フィルタ本体（２）が容器
（１）のほぼ中央に保持された状態では、打ち抜き爪
（５ａ）の弾力のほかに無機繊維マットの弾力が加わ
り、容器（１）からフィルタ本体（２）に伝わる振動を
緩和することができる。さらに、この構造では上に説明
したガスケット（６）を設ける必要がなくなる。

【００１６】打ち抜き爪（５ａ）の各々は三角アーチ状
とすることがよい。この構造により打ち抜き爪（５ａ）
の弾力を発生するための腰が強くなり、振動により打ち
抜き爪（５ａ）が損傷するようなことが少なくなる。さ
らに望ましくは、この三角アーチ状の先端に丸みを設け
ることがよい。この構造とすることにより、打ち抜き爪
（５ａ）が容器（１）の内壁に当接する面積が大きくな
り、内壁にキズをつけるようなことが少なくなる。

【００１７】打ち抜き爪（５ａ）は交互に異なる向きに
形成することにより、振動に対して打ち抜き爪（５ａ）
が容器（１）の内壁に作用する応力が分散して、一部の
打ち抜き爪（５ａ）に過分な力が作用するようなことが
少なくなる。

【００１８】前記金属板（５）としてステンレス板を採
用すると、試験の結果から、その厚さは、０．１５ｍｍ
ないし０．６ｍｍが適当であり、打ち抜き爪（５ａ）一
個の幅は１０ｍｍないし２２ｍｍが適当であり、その最
大高さは５ｍｍないし１５ｍｍが適当である。

【００１９】本発明のもう一つの観点は、排気フィルタ
の製造方法であって、フィルタ本体（2）の円筒形状部
分を多数の打ち抜き爪（５ａ）が形成された金属板
（５）により巻きつけ、金属製円筒形状の容器（１）の
内壁にその打ち抜き爪（５ａ）の先端が当接するように
挿入して、その多数の打ち抜き爪（５ａ）により生じる
バネ応力の相互作用により、前記フィルタ本体（２）を
前記容器のほぼ中央に保持させることを特徴とする。こ
のような製造方法を採ることにより、よく知られた圧入
用の治具を利用して、上記構造の排気フィルタを安価に
かつ均一に量産することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明実施例装置の構造説
明図である。図１（ａ）はＡ−Ａ断面図であり、図１
（ｂ）はＢ−Ｂ断面の端面図である。図１は、鋼鉄製の
円筒形状の容器１の内部に円筒形状のフィルタ本体２が
収容され、その容器１の一端には排気の導入口３および
他端には導出口４が設けられ、そのフィルタ本体２の外
面とこの容器１の内面との間に、多数の打ち抜き爪５ａ
が形成されたステンレス板５が介在された構造を示す。
図１は（ａ）（ｂ）いずれも、フィルタ本体２の内部構
造は省略されている。

【００２１】すなわち、この排気フィルタはディーゼル
機関の排気通路に設けられ、導入口３にはディーゼル機
関（図外）からの排気管が接続され、導出口４には排気
マフラ（図外）が接続される。矢印ＩＮからこの容器１
に導入された排気は、フィルタ本体２の内部に形成され
た多数の細管を通過し、その細管に充填されたＳｉＣを
主体とする濾過材あるいはコージェライトと呼ばれる濾
過材に接触して、排気中に含まれる微粒子が除去され、
矢印ＯＵＴから排出される。

【００２２】ここで本発明の特徴は、この円筒形状の容
器１の中に、その容器１の内径よりやや小さい外径であ
って、その容器１の長さとほぼ等しい長さの円筒形状の
フィルタ本体１を収容するための構造にある。フィルタ
本体２はこの例ではセラミック材により形成されてい
る。そしてそのセラミック材の円筒周囲に、ステンレス
板５が巻きつけられている。

【００２３】図２はこのステンレス板５を巻きつけたフ
ィルタ本体２の外観斜視図である。すなわちこのステン
レス板５は、円筒形状のフィルタ本体２の長さに等しい
幅であって、その円周にほぼ等しい長さである。これ
が、フィルタ本体２の円筒部分に巻きつけられている。
このステンレス板５には、あらかじめプレス加工が施さ
れて、多数の打ち抜き爪５ａが形成されている。この例
ではこの打ち抜き爪５ａはその全部が、このステンレス
板５の一面側に突出するように形成されている。そし
て、その打ち抜き爪５ａが突出する側が外側になるよう
にして、フィルタ本体２の表面に巻きつけられる。

【００２４】フィルタ本体２の表面に巻きつけられたス
テンレス板５は、そのとじ代５ｂにより両端部分が相互
に結合され、ステンレス板５がフィルタ本体２から離脱
しないように締めつけられる。この図２においても、フ
ィルタ本体２の表面に表れるはずの多数の孔などの細部
構造は省略されている。

【００２５】この図２のように形成したフィルタ本体２
およびステンレス板５を、図１に示すように円筒形状の
容器１の内部に挿入する。このとき多数の打ち抜き爪５
ａの先端は、ちょうど容器１の内面に当接して、フィル
タ本体２が容器１の中央部に達したときに、その容器１
の内面に対して生じるばね応力により、フィルタ本体２
をその中心軸が容器１の中心軸に一致するように保持す
る。フィルタ本体１の容器１への挿入は、容器１の一端
を水平な平板上に載置固定し、その真上に保持されたフ
ィルタ本体をゆっくり鉛直に降下させるようにして圧入
用治具を用いて行われる。

【００２６】図２に示すステンレス板５には、その縦方
向中央の帯状部５ｃには、打ち抜き爪５ａが形成されて
いない部分が設けてある。この帯状部５ｃにはこのステ
ンレス板５に接するように、同じく帯状のガスケット６
を配置して、これをフィルタ本体２とともに容器１の内
部に挿入する。このガスケット６は、弾力性のある材料
により形成されて、図１（ｂ）にその断面構造を示すよ
うに、フィルタ本体２の外周と容器１の内周とに接する
状態になって、導入口３から導出口４へ、フィルタ本体
２の外周と容器１の内周との間の空間を通過して直接に
流通する気流を阻止するように作用する。ガスケット６
はステンレス板５の帯状部５ｃに接着剤によりあらかじ
め接着してから、上記圧入用治具を利用しての挿入を行
うことがよい。

【００２７】容器１の中にフィルタ本体２を装着させた
後で、容器１の両端面にそれぞれロート形状の端面板７
を取付けて、排気管を接続するための導入口３および導
出口４を設ける。

【００２８】このように構成された排気フィルタは、そ
のフィルタ本体２が容器１の内壁に対して、ステンレス
板５に形成された多数の打ち抜き爪５ａにより支持され
る構造となり、この打ち抜き爪５ａのばね作用により容
器１のほぼ中央に保持される。したがって、容器１に内
燃機関の振動や車両の走行に伴う振動が加えられたとき
に、この打ち抜き爪５ａはそれぞれのばね作用によりこ
の振動を吸収して、フィルタ本体２に達する振動は緩和
された振動となる。このフィルタ本体２が、セラミック
材を利用して円筒形状に形成された相応の重量のある構
造であるときも、このフィルタ本体２は容器１の中央で
安定に保持される。さらに、ステンレス板５の材質であ
るステンレスは、内燃機関の排気に曝されて汚染されあ
るいは激しい温度変化に曝されても、変質あるいは変形
することはなく、打ち抜き爪５ａはそのばね特性が維持
される範囲で安定に作用して、長期にわたり使用されて
も、フィルタ本体２をその容器１のほぼ中央に安定に保
持させることができる。

【００２９】つぎにこの打ち抜き爪５ａの形状について
説明する。図３はステンレス板５に設ける打ち抜き爪５
ａの形状を示す。図３（ａ）は爪の先端を比較的平坦に
形成したものであり、図３（ｂ）は爪の先端を鋭く形成
したものである。図の破線はステンレス板５の本体に連
続して折り曲げられている状態を示す。実線で表す部分
は打ち抜きによりステンレス板５とは切り離された部分
である。板材の厚さ、幅Ｗ１、Ｗ２、高さＬの値により
そのばね特性を適当に設計することができる。

【００３０】例えば、ステンレス板５の厚さを０．１５
ｍｍないし０．６ｍｍ、幅Ｗを１０ｍｍないし２２ｍ
ｍ、その最大高さを５ｍｍないし１５ｍｍとすることに
より、変位に対して平坦な保持荷重の特性を得ることが
できる。これにより、フィルタ本体２の径にばらつきが
あったとしても、このばらつきを吸収してフィルタ本体
２と容器内壁との間で均一な保持荷重を実現でき、排気
ガスフィルタに求められる要求を実現できる。

【００３１】また、この打ち抜き爪の形状は、上述した
変位に対して平坦な保持荷重の特性をもたせることがで
きれば台形、双曲線等種々の形状が可能である。

【００３２】図４は打ち抜き爪５ａを多数形成したステ
ンレス板５をその裏面から見た図である。打ち抜き爪５
ａは、手前側から向こう側にプレス加工を行うことによ
り、それぞれステンレス板５の向こう側に突出するよう
に形成されている。そして図４にｘ印で示す部分は空間
であり、打ち抜き爪５ａが持ち上げられて、向こう側が
見えるようになった部分である。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、大型でかつ重量のある円
筒形状のセラミック担体をフィルタ本体として、鋼鉄あ
るいはステンレス製の円筒容器の内部に安定に収容する
とともに、内燃機関の振動により、あるいは車両走行の
振動により、そのフィルタ本体を損傷することなく、そ
の円筒容器の内部に機械的に保持することができるディ
ーゼル機関用排気フィルタを提供することができる。こ
の排気フィルタは、新たに制定される排気基準を満足す
るためのセラミック材をフィルタ担体とする構造に適合
させることができる。本発明の構造により、内燃機関の
振動、車両の走行による振動、内燃機関排気にさらされ
ることによる激しい温度変化などに対しても、長期間安
定にフィルタ本体を円筒容器の内部の定位置に保持する
ことができる。本発明は、フィルタ本体に製造上の形状
誤差があっても、取付け封入の際に調整を必要としな
い。また、この構造は使用中にあるいは使用後に、清掃
のために分解することが可能である。本発明のフィルタ
は、材料原価が低く製造工数が小さく安価に提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例排気フィルタの構造説明図。
（ａ）はＡＡ断面図、（ｂ）はＢＢ端面図。

【図２】本発明実施例排気フィルタのフィルタ本体にス
テンレス板を巻きつけた状態の斜視図。

【図３】本発明実施例排気フィルタに利用する打ち抜き
爪の形状を説明するための図。

【図４】本発明実施例排気フィルタに利用するステンレ
ス板の裏面図。

【符号の説明】

１容器２フィルタ本体３導入口４導出口５金属板（実施例：ステンレス板）５ａ打ち抜き爪５ｂとじ代５ｃ帯状部６ガスケット７端面板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土屋修東京都日野市日野台３丁目１番地１日野自動車株式会社内 (72)発明者通阪久貴東京都日野市日野台３丁目１番地１日野自動車株式会社内 (72)発明者船橋博東京都日野市日野台３丁目１番地１日野自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G090 AA02 EA00 4D019 AA01 BA05 BB02 BB13 CA03 CB04 4D058 JA02 JB06 KA01 KA23 KA25 KC62 SA08 UA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製円筒形状の容器と、その容器の内部
に収容されるほぼ円筒形状のフィルタ本体と、前記容器
の一端に設けられた排気の導入口および他端に設けられ
た導出口とを備えた排気フィルタにおいて、前記フィルタ本体の外面と前記容器内面との間に、前記
金属板の表面に突出する多数の打ち抜き爪が形成された
金属板が介在されたことを特徴とする排気フィルタ。
【請求項２】前記打ち抜き爪は前記金属板の一面側に突
出するように形成され、その突出側が前記金属製円筒形
状の容器の内壁に当接するように配置された請求項１記
載の排気フィルタ。
【請求項３】前記金属板はステンレス板である請求項１
または２記載の排気フィルタ。
【請求項４】前記金属板が前記フィルタ本体の外面と前
記容器内面との間に介在配置された状態で、その容器の
内面円周に沿ってその金属板に打ち抜き爪を形成しない
帯状部分を設け、この帯状部分と前記容器内面との間
に、気体の流通を阻止するガスケットを配置した請求項
２または３記載の排気フィルタ。
【請求項５】前記金属板と前記容器内面との間に、無機
繊維マットを介在させた請求項２記載の排気フィルタ。
【請求項６】前記打ち抜き爪の各々は三角アーチ状であ
る請求項３記載の排気フィルタ。
【請求項７】前記打ち抜き爪の先端は丸みを帯びるよう
に形成された請求項６記載の排気フィルタ。
【請求項８】前記打ち抜き爪は交互に異なる向きに形成
された請求項７記載の排気フィルタ。
【請求項９】前記ステンレスシートの厚さは０．１５ｍ
ｍないし０．６ｍｍであり、前記打ち抜き爪の一個の幅
は１０ｍｍないし２２ｍｍであり、その最大高さは５ｍ
ｍないし１５ｍｍである請求項８記載の排気フィルタ。
【請求項１０】フィルタ本体の円筒形状部分を多数の打
ち抜き爪が形成されたステンレスシートにより巻きつ
け、金属製円筒形状の容器の内壁にその打ち抜き爪の先
端が当接するように挿入して、その多数の打ち抜き爪に
より生じるバネ応力の相互作用により、前記フィルタ本
体を前記容器のほぼ中央に保持させるフィルタの製造方
法。