JPH08243325A

JPH08243325A - ディーゼルパティキュレートフィルタ

Info

Publication number: JPH08243325A
Application number: JP7077138A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Osumi; 和生大角
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、繊維長の異なる繊維を組み合わせ
て不織布を作製し、ディーゼルパティキュレートフィル
タとして使用可能な強度を確保する。【構成】ディーゼルパティキュレートフィルタは、繊
維の長さが異なる無機繊維材を混合してアトランダムな
方向に積層すると共に部分的に織り込んだ構造を持つ不
織布から構成する。不織布の幅５０ｍｍ当たりの引張破
壊荷重が８０ｋｇｆ以上である。不織布が長い繊維の平
均長さが３０〜１００ｍｍ、短い繊維の平均長さが１０
〜３０ｍｍの２種類以上の繊維から構成されている。短
い繊維の不織布中の繊維に占める体積割合は１０〜６０
ｖｏｌ％範囲内である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼルエンジン
の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して加
熱焼却するディーゼルパティキュレートフィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンの排気ガスよ
りカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレート即ち粒子状
物質を捕集する排気ガス処理用フィルタの材料として
は、例えば、コーディエライトの他、無機繊維を用いる
ものが知られている。ディーゼルパティキュレートフィ
ルタのフィルタ本体として無機繊維を用いるものは、無
機繊維材を糸状に撚り、その撚り糸を糸巻状に積層し、
無機繊維材をダイヤ形に織り込んでフェルト化してフィ
ルタ本体を作製している。無機繊維の不織布で作製した
ディーゼルパティキュレートフィルタは、ディーゼルエ
ンジンから排出される排気ガス中のカーボン、スモーク
等のパティキュレートをフィルタ本体の表面と内部で捕
捉するので、捕集時間及び捕集量の捕集特性を向上さ
せ、コーディエライトで作製したフィルタと比較して小
型に形成することができる。

【０００３】また、特開昭６４−７６９７１号公報に
は、繊維強化窒化ケイ素系セラミックスが開示されてい
る。該繊維強化窒化ケイ素系セラミックスは、窒化ケイ
素マトリックス中に炭化ケイ素を主成分とする繊維を複
合させたものであり、繊維の長さ２００μｍ以上で直径
１０μｍ以上の長繊維と、長さ２００μｍ以下で直径１
０μｍ以下の短繊維とを合計で１０〜６０ｗｔ％含有
し、且つ繊維中に占める長繊維の割合が２０〜８０ｗｔ
％であるものである。

【０００４】また、特開平６−１０８８２０号公報に
は、耐熱性フィルタが開示されている。該耐熱性フィル
タは、通気性の隔壁間に耐熱性繊維をランダムに集積し
た濾過層を設け、前記隔壁のうち少なくとも被濾過流体
の通過方向下流側に配置される隔壁を耐熱性繊維から成
る面状組織物で形成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディー
ゼルパティキュレートフィルタを構成する不織布は、そ
れ自体強度が弱く、ハンドリング時、或いはフィルタ製
作時に、破れや孔開きが生じてフィルタの機能を果たす
ことができなくなる。また、不織布は単位面積あたりの
重量にバラツキが有り、排気ガスを通過させる均一な気
孔を得ることが困難であるという問題がある。

【０００６】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれ
るパティキュレートを捕集して加熱焼却するディーゼル
パティキュレートフィルタにおいて、耐熱性に優れるセ
ラミックスの無機繊維から成る不織布でフィルタを作製
し、不織布に使用する二種類以上の繊維長の無機繊維を
使用して引張破壊荷重をアップし、また、単位面積あた
りの重量のバラツキを低減して均一な気孔を確保したデ
ィーゼルパティキュレートフィルタを提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれ
るパティキュレートを捕集して加熱焼却するディーゼル
パティキュレートフィルタにおいて、繊維の長さが異な
る耐熱性の無機繊維材を混合して該無機繊維材をアトラ
ンダムな方向に積層すると共に部分的に織り込んだ構造
を持つ不織布から構成したことを特徴とするディーゼル
パティキュレートフィルタに関する。

【０００８】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記繊維の径が５〜４０μｍであり、
前記不織布中の繊維長さが１０〜１００ｍｍであり、前
記不織布の幅５０ｍｍ当たりの引張破壊荷重が８０ｋｇ
ｆ以上である。また、前記不織布が長い繊維の平均長さ
が３０〜１００ｍｍ、短い繊維の平均長さが１０〜３０
ｍｍの２種類以上の繊維から構成されており、長い繊維
の平均長さと短い繊維の平均長さの比が１．５以上であ
る。更に、前記短い繊維の不織布中の繊維に占める体積
割合が１０〜６０％の範囲内である。

【０００９】

【作用】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタは、上記のように構成され、次のような作用を有
する。即ち、このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、耐熱性に優れた繊維長の異なる無機繊維材を混合し
てアトランダムな方向に積層すると共に部分的に織り込
んだ不織布から構成したので、従来の不織布に比較して
２倍以上の引張破壊荷重を確保でき、また、単位面積あ
たりの重量もバラツキも低減でき、均一な気孔が得ら
れ、製作時の原料歩留りも向上できる。

【００１０】また、無機繊維の径としては、ディーゼル
パティキュレートフィルタに使用した場合に、パティキ
ュレートを捕集する条件から５〜４０μｍであることが
好ましい。また、不織布中の繊維の長さは、１０〜１０
０ｍｍであり、特に、長い繊維の平均長さが３０〜１０
０ｍｍであり、短い繊維の平均長さが１０〜３０ｍｍで
ある。そして、異なる繊維長としては、長い繊維の平均
長さと短い繊維の平均長さの比が１．５以上であること
が、ディーゼルパティキュレートフィルタとして使用す
る場合に十分な引張破断荷重を確保できるものであり、
異なる繊維長の比が１．５以下では、均一繊維長に近く
なり、引張破断荷重が低下するので、ディーゼルパティ
キュレートフィルタの不織布としては使用できなくな
る。また、不織布は、幅５０ｍｍ当たりの引張破壊荷重
が８０ｋｇｆ以上であれば、不織布を通電金網で挟んだ
としても不織布を破損、孔開き等が発生せず適用するこ
とができる。更に、短い繊維の不織布中の繊維に占める
体積割合は、１０〜６０％の範囲内であれば、ディーゼ
ルパティキュレートフィルタとしての必要な強度を確保
できる。

【００１１】不織布を構成する繊維は、一種類の繊維長
で作製した場合には引張破断荷重が低いものであるが、
長い繊維と短い繊維とを混合して組み合わせることによ
って繊維同志の絡み合いや不織布中の繊維の分散が均一
になって不織布の強度がアップすると考えられる。例え
ば、単一の繊維長では、強度の低い３０ｍｍ以下の繊維
長の繊維であっても、短い繊維を長い繊維と混合させて
不織布を作製すると、その強度がアップさせることが分
かった。

【００１２】

【実施例】以下、この発明によるディーゼルパティキュ
レートフィルタの実施例を説明する。この実施例のディ
ーゼルパティキュレートフィルタは、例えば、ディーゼ
ルエンジンの排気管中に組み込まれたケース内で遮熱材
で遮熱構造に構成した排気ガス通路内にフィルタ本体を
入口から出口に延びるように配置され、ディーゼルエン
ジンから排出される排気ガスがフィルタ本体を横断して
流れることによって、排気ガス中に含まれる黒煙、カー
ボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートがフィルタ本体で
捕集される。フィルタ本体内には通電金網が組み込まれ
ている。フィルタ本体に捕集されたパティキュレート
は、コントローラの指令で通電金網に通電すると、パテ
ィキュレートは加熱焼却され、ＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏ等のガス
となって出口から放出され、フィルタ本体が再生され
る。

【００１３】フィルタ本体は、不織布のセラミックス繊
維積層材によって順次コルゲート状に折り曲げられた形
状、円筒形等の筒状、平板状、波状、襞状等の各種の形
状に構成することができる。パティキュレートが捕集さ
れたフィルタ本体の再生は、例えば、金網に通電してフ
ィルタ本体を加熱し、フィルタ本体に捕集されているパ
ティキュレートを加熱焼却して達成できる。

【００１４】この発明によるディーゼルパティキュレー
トフィルタは、繊維の長さの異なる耐熱性の無機繊維材
を混合し、アトランダムな方向に積層すると共に、部分
的に織り込んだ不織布から作製し、不織布のセラミック
ス繊維積層材でフィルタ本体が作製されている。繊維の
径は５〜４０μｍであり、不織布中の繊維の長さが１０
〜１００ｍｍであり、幅５０ｍｍあたりの引張破壊荷重
が８０ｋｇｆ以上である。不織布は、長い繊維の平均長
さが３０〜１００ｍｍ、短い繊維の平均長さが１０〜３
０ｍｍの２種類以上の繊維から構成され、長い繊維の平
均長さと短い繊維の平均長さの比が１．５以上である。
更に、短い繊維の不織布中の繊維に占める体積割合は、
１０〜６０％範囲内である。

【００１５】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、セラミックスの無機繊維の平均繊維径が５〜４０μ
ｍの無機繊維を用いて繊維の長さを変えて不織布を作製
した。無機繊維としては、ＳｉＣ系繊維、Ａｌ₂Ｏ₃系
繊維を使用できる。ＳｉＣ系繊維としては、Ｓｉ−Ｃ−
Ｏ，Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ，Ｓｉ−Ｃがある。無機繊維と
しては、ＳｉＣ系セラミックス及びＳｉ₃ Ｎ₄ 系セラミ
ックスの他に、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）又はジルコニア
（ＺｒＯ₂ ）を含んでいてもよい。

【００１６】次に、図面を参照してこの発明によるディ
ーゼルパティキュレートフィルタを説明する。図１は不
織布の繊維長さに対する引張破断荷重を示すグラフ、及
び図２は短い繊維の割合に対する単位面積当たりの重量
の標準偏差を示すグラフである。

【００１７】図１には、不織布を構成する無機繊維の平
均長さ（ｍｍ）に対する引張破断荷重（ｋｇｆ）が示さ
れている。図１から分かるように、繊維長さが３０ｍｍ
まではある程度の引張破断荷重を有しているが、３０ｍ
ｍ以下の繊維長の繊維では、不織布は強度が急激に低下
することが分かる。図２において、不織布における短い
繊維の割合に対する単位面積当たりの重量の標準偏差
（ｇ／ｍ²）が示されている。この発明によるディーゼ
ルパティキュレートフィルタは、繊維の平均長さが４０
〜１００ｍｍの長い繊維と１０〜４０ｍｍの短い繊維が
組み合わせられ混合されると、不織布が単一の平均長さ
で構成された不織布に比べて強度が高くなり、単位面積
あたりの重量のバラツキも少なくなる。また、二種類以
上の繊維長で構成された不織布は、単一の繊維長で構成
したものと比べ、開繊、カーディング、ニードリング等
の製作時の工程を経ることによる歩留りは、９０％以上
であり、従来の歩留りの５０％と比較すると、著しい向
上が見られた。

【００１８】この発明によるディーゼルパティキュレー
トフィルタを作製するために、上記のように、長い繊維
と短い繊維との混合割合で且つ部分的に織り込んだ構造
の混合不織布を使用し、該混合不織布を通電金網の間に
挟む構造に構成した。比較例として、単一の平均長さの
繊維材で均一不織布を作製し、該均一不織布を通電金網
の間に挟む構造に構成した。比較例では、金網に挟む工
程で不織布に破れ、孔開きが生じたのに対し、本発明に
よる混合不織布では、破れ、孔開きは発生しなかった。
また、不織布に破れ、孔開きを発生させないためには、
不織布自体の引張破断荷重が８０ｋｇｆ以上あれば良い
ことが分かった。

【００１９】次に、不織布の繊維長の異なる繊維の組み
合わせによって作製した不織布についての引張破断荷重
を、図３、図４、図５及び図６に示す。図３は繊維長の
異なる繊維で作製した不織布であり、不織布中の長い繊
維として３０ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割合
に対する引張破断荷重を示すグラフ、図４は繊維長の異
なる繊維で作製した不織布であり、不織布中の長い繊維
として４０ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割合に
対する引張破断荷重を示すグラフ、図５は繊維長の異な
る繊維で作製した不織布であり、不織布中の長い繊維と
して５０ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割合に対
する引張破断荷重を示すグラフ、及び図５は繊維長の異
なる繊維で作製した不織布であり、不織布中の長い繊維
として１００ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割合
に対する引張破断荷重を示すグラフである。図３〜図６
において、不織布における長い繊維と短い繊維との割合
は、例えば、短い繊維が２０％であれば長い繊維８０％
であり、短い繊維が４０％であれば長い繊維６０％であ
る。

【００２０】図３のグラフに示す不織布について、長い
繊維として３０ｍｍを使用している。□印で示す不織布
の短い繊維は１０ｍｍ、＋印で示す不織布の短い繊維は
１５ｍｍ、◇印で示す不織布の短い繊維は２０ｍｍ、及
び△印で示す不織布の短い繊維は２５ｍｍである。不織
布中の短い繊維の体積割合が６０％以上になると、引張
破断荷重が低減することが分かる。また、不織布とし
て、ディーゼルパティキュレートフィルタに使用できる
必要強度は、引張破断荷重８０ｋｇｆ以上であるので、
図３に示す繊維長の組み合わせでは、短い繊維が１０ｍ
ｍと２５ｍｍとは必要強度を確保できないことが分か
る。即ち、短い繊維が１０ｍｍでは繊維長が短過ぎるも
のであり、また、短い繊維２５ｍｍでは長い繊維３０ｍ
ｍに近く、均一繊維長に近くなるからと考えられる。従
って、ディーゼルパティキュレートフィルタの不織布と
しては、長い繊維３０ｍｍと短い繊維１５ｍｍ、及び長
い繊維３０ｍｍと短い繊維２０ｍｍとの組み合わせは、
短い繊維の配合比が３０〜５０ｖｏｌ％の範囲で使用す
ることができる。この時、長い繊維と短い繊維との長さ
の比は１．５以上である。

【００２１】図４のグラフに示す不織布について、長い
繊維として４０ｍｍを使用している。□印で示す不織布
の短い繊維は１０ｍｍ、＋印で示す不織布の短い繊維は
１５ｍｍ、◇印で示す不織布の短い繊維は２０ｍｍ、△
印で示す不織布の短い繊維は２５ｍｍ、×印で示す不織
布の短い繊維は３０ｍｍ、及び▽印で示す不織布の短い
繊維は３５ｍｍである。不織布中の短い繊維の体積割合
が６０％以上になると、上記と同様に、引張破断荷重が
低減することが分かる。また、不織布として、ディーゼ
ルパティキュレートフィルタに使用できる必要強度は、
引張破断荷重８０ｋｇｆ以上であるので、図４に示す繊
維長の組み合わせでは、短い繊維が３５ｍｍは必要強度
を確保できないことが分かる。即ち、短い繊維が３５ｍ
ｍでは長い繊維４０ｍｍに近く、均一繊維長に近くなる
からと考えられる。従って、ディーゼルパティキュレー
トフィルタの不織布としては、長い繊維４０ｍｍとの短
い繊維の組み合わせは、短い繊維１０ｍｍ、１５ｍｍ、
２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍを使用でき、それらの配
合割合は、グラフの通りであり、短い繊維１０ｍｍの配
合割合の使用範囲が狭いのを除いて、ほぼ１０〜６０ｖ
ｏｌ％の範囲で使用することができる。この時、長い繊
維と短い繊維との長さの比は、３０ｍｍを除いて１．５
以上である。

【００２２】図５のグラフに示す不織布について、長い
繊維として５０ｍｍを使用している。□印で示す不織布
の短い繊維は１０ｍｍ、＋印で示す不織布の短い繊維は
１５ｍｍ、◇印で示す不織布の短い繊維は２０ｍｍ、△
印で示す不織布の短い繊維は２５ｍｍ、×印で示す不織
布の短い繊維は３０ｍｍ、及び▽印で示す不織布の短い
繊維は３５ｍｍである。不織布中の短い繊維の体積割合
が６０％以上になると、上記と同様に、引張破断荷重が
低減することが分かる。また、不織布として、ディーゼ
ルパティキュレートフィルタに使用できる必要強度は、
引張破断荷重８０ｋｇｆ以上であるので、図５に示す繊
維長の組み合わせでは、全ての組み合わせにおいて、必
要強度を確保できることが分かる。従って、ディーゼル
パティキュレートフィルタの不織布としては、長い繊維
５０ｍｍとの短い繊維の組み合わせは、短い繊維１０ｍ
ｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ及び３５
ｍｍを使用でき、それらの配合割合は、グラフの通りで
あり、短い繊維１０ｍｍの配合割合の使用範囲が狭いの
を除いて、ほぼ１０〜６０ｖｏｌ％の範囲で使用するこ
とができる。この時、長い繊維と短い繊維との長さの比
は、３５ｍｍを除いて１．５以上である。

【００２３】図６のグラフに示す不織布について、長い
繊維として１００ｍｍを使用している。□印で示す不織
布の短い繊維は２０ｍｍ、＋印で示す不織布の短い繊維
は３０ｍｍ、◇印で示す不織布の短い繊維は４０ｍｍ、
△印で示す不織布の短い繊維は５０ｍｍ、×印で示す不
織布の短い繊維は６０ｍｍ、及び▽印で示す不織布の短
い繊維は７０ｍｍである。不織布中の短い繊維の体積割
合が６０％以上になると、上記と同様に、引張破断荷重
が低減することが分かる。また、不織布として、ディー
ゼルパティキュレートフィルタに使用できる必要強度
は、引張破断荷重８０ｋｇｆ以上であるので、図６に示
す繊維長の組み合わせでは、全ての組み合わせにおい
て、必要強度を確保できることが分かる。従って、ディ
ーゼルパティキュレートフィルタの不織布としては、長
い繊維１００ｍｍとの短い繊維の組み合わせは、短い繊
維２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ
及び７０ｍｍを使用でき、それらの配合割合は、グラフ
の通りであり、短い繊維７０ｍｍの配合割合の使用範囲
が狭いのを除いて、ほぼ１０〜６０ｖｏｌ％の範囲で使
用することができる。この時、長い繊維と短い繊維との
長さの比は、７０ｍｍを除いて１．５以上である。

【００２４】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、上記のように、不織布を構成する長い繊維と短い繊
維との組み合わせによって、引張破断荷重が十分に大き
く、ディーゼルパティキュレートフィルタのフィルタ本
体を作製するのに適したものがあり、これらをまとめて
表１に示す。表１において、○印はフィルタ本体を作製
する不織布として使用可能な組み合わせであり、×印は
フィルタ本体を作製する不織布として使用しても十分な
強度を確保できない組み合わせである。

【表１】

【００２５】

【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタは、上記のように構成されており、次のよ
うな効果を有する。即ち、このディーゼルパティキュレ
ートフィルタは、繊維長の異なる無機繊維材を混合して
アトランダムな方向に積層すると共に部分的に織り込ん
だ不織布からフィルタ本体を構成したので、従来のよう
な単一の均一長の繊維で作製した不織布よりも大幅に引
張破断荷重をアップでき、ディーゼルパティキュレート
フィルタに使用に十分に耐えることができる強度の高い
不織布を得ることができる。従って、不織布に対して通
電金網を配置しても不織布に破れ、孔開き等が発生せ
ず、単位面積当たりの重量もバラツキも低減でき、均一
な気孔が得られ、製作時の原料の歩留りも向上できる。

【００２６】従って、このディーゼルパティキュレート
フィルタは、通電するための金網を間に介在させたとし
てもフィルタ本体を損傷することなく、互いに密着状態
を維持でき、不織布に均一な気孔を確保できるので、該
不織布をディーゼルパティキュレートフィルタとして使
用した場合に、カーボン、スモーク、ＨＣ、ＳＯ_X等か
ら成るパティキュレートの捕集特性にバラツキが発生せ
ず、フィルタ本体を再生するための加熱焼却時に、フィ
ルタ本体に局部的な過熱が発生せず、加熱焼却を繰り返
しても、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】不織布の繊維長さに対する引張破断荷重を示す
グラフである。

【図２】短い繊維の体積割合に対する単位面積あたりの
重量の標準偏差を示すグラフである。

【図３】繊維長の異なる繊維で作製した不織布中の長い
繊維として３０ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割
合に対する引張破断荷重を示すグラフである。

【図４】繊維長の異なる繊維で作製した不織布中の長い
繊維として４０ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割
合に対する引張破断荷重を示すグラフである。

【図５】繊維長の異なる繊維で作製した不織布中の長い
繊維として５０ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積割
合に対する引張破断荷重を示すグラフである。

【図６】繊維長の異なる繊維で作製した不織布中の長い
繊維として１００ｍｍを選択した場合の短い繊維の体積
割合に対する引張破断荷重を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの排気ガス中に含ま
れるパティキュレートを捕集して加熱焼却するディーゼ
ルパティキュレートフィルタにおいて、繊維の長さが異
なる耐熱性の無機繊維材を混合して該無機繊維材をアト
ランダムな方向に積層すると共に部分的に織り込んだ構
造を持つ不織布から構成したことを特徴とするディーゼ
ルパティキュレートフィルタ。
【請求項２】前記繊維の径が５〜４０μｍであり、前
記不織布中の繊維の長さが１０〜１００ｍｍであり、前
記不織布の幅５０ｍｍ当たりの引張破壊荷重が８０ｋｇ
ｆ以上であることを特徴とする請求項１に記載のディー
ゼルパティキュレートフィルタ。
【請求項３】前記不織布が長い繊維の平均長さが３０
〜１００ｍｍ、短い繊維の平均長さが１０〜３０ｍｍの
２種類以上の繊維から構成され、長い繊維の平均長さと
短い繊維の平均長さの比が１．５以上であることを特徴
とする請求項１又は２に記載のディーゼルパティキュレ
ートフィルタ。
【請求項４】前記短い繊維の前記不織布中に占める体
積割合は１０〜６０ｖｏｌ％範囲内であることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルパティ
キュレートフィルタ。