(57)【要約】【課題】繊維フィルタ部材において、フィルタの気孔径や気孔率の調整及び均質化や、触媒の分散の均一化や所望の分布とすることが容易で、しかも、触媒担持の際の作業性や繊維フィルタにおける繊維折損性を改善できるフィルタを提供する。【解決手段】繊維２１からなるフェルト状の繊維フィルタ部材２０Ａ〜２０Ｅを有して構成されるフィルタ１０Ａ〜１０Ｅであって、前記繊維フィルタ部材２０Ａ〜２０Ｅを、互いに結合されず、個々に独立した相対移動可能な繊維２１の集合で形成すると共に、前記繊維フィルタ部材２０Ａ〜２０Ｅの前記繊維２１の間に、粒子２２Ａ〜２２Ｃを固着させることなく点在させて形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維からなるフェルト状の繊維フィルタ部材を有して構成されるフィルタであって、前記繊維フィルタ部材を、互いに結合されず、個々に独立した相対移動可能な繊維の集合で形成すると共に、前記繊維フィルタ部材の前記繊維の間に、粒子を固着させることなく点在させたフィルタ。
【請求項２】
前記粒子に、該粒子よりも小さい微粒子を付着させた請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記粒子に、触媒を担持させた請求項１記載のフィルタ。
【請求項４】
前記粒子の量と大きさ、前記微粒子の量と大きさ、前記粒子と前記微粒子の混合比の少なくとも一つを、前記フィルタの上流側から下流側に向かって、連続的、段階的、又は、断続的に変化させた請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記フィルタの上流側から下流側に向かって、前記繊維フィルタ部材のフィルタの目開き、気孔径、又は、気孔率を、連続的、段階的、又は、断続的に小さくなるように構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタを用いた排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排気される排気ガス等を浄化するフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは、対応できなくなってきている。そこで、エンジンから排出されるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ  ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発され、直接、このＰＭを捕集するフィルタには、繊維フィルタ、多孔質フィルタが使用されてきている。
【０００３】
この一つに、無機繊維をランダムに積層して形成したフェルト状フィルタに、貴金属触媒と卑金属酸化触媒を担持させると共に、フィルタの両面に耐熱金網を積層し、耐熱金網の少なくとも一方にフィルタ加熱用の電力を供給できるようにしているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このディーゼル排ガス浄化装置においては，フィルタを複数のフェルト層で形成し、排ガスの通過に関して上流側となるフェルト層の無機繊維の繊維径を太く、下流側となるフェルト層の無機繊維の繊維径を細く形成することも提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０６４１８号公報  （第２頁〜第３頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミック及び金属材料の多孔材（ハニカム，フォーム材）のフィルタの場合には、フィルタの気孔径や気孔率の調整及び均質化が難しく、均質な気孔分布や所望の気孔分布を得ることが難しいという問題がある。
【０００７】
また、繊維フィルタにおいては、触媒の担持に関して、触媒を含んだ溶液にフィルタを浸漬した後乾燥して、繊維や多孔材の表面に触媒を担持した担持中間層を形成することにより行われているため、触媒の分布を均一に分散したり、所望の分散状態にすることが困難であり、また、作業が煩雑なため、作業時間も掛かるという触媒担持の際の作業性の問題がある。
【０００８】
その上、浸漬により繊維フィルタに触媒を担持させる場合には、担持中間層や触媒の付着により繊維が互いに結合してしまうため、繊維同士が互いに動きを拘束して、熱応力等によって破損するという繊維折損の問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するすべくなされたものであり、その目的は、繊維フィルタ部材において、フィルタの気孔径や気孔率の調整及び均質化や、触媒の分散の均一化や所望の分布とすることが容易で、しかも、触媒担持の際の作業性や繊維フィルタにおける繊維折損性を改善できるフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための本発明のフィルタは、次のように構成される。
【００１１】
本発明のフィルタは、繊維からなるフェルト状の繊維フィルタ部材を有して構成されるフィルタであって、前記繊維フィルタ部材を、互いに結合されず、個々に独立した相対移動可能な繊維の集合で形成すると共に、前記繊維フィルタ部材の前記繊維の間に、粒子を固着させることなく点在させて構成する。
【００１２】
この繊維としては、セラミックス系の材料や金属系の材料や合成樹脂等の材料を使用でき、フィルタの使用条件に合わせて種々選択できる。例えば、自動車の排気ガスを浄化するような高温で使用するフィルタであれば、セラミックス等の耐熱材料を使用し、低温で使用するフィルタであれば、合成樹脂材料を使用してもよい。
【００１３】
また、この点在させる粒子の素材もフィルタの使用条件に合わせて選択でき、自動車の排気ガスを浄化するような高温で使用するフィルタであれば、セラミックス等の耐熱材料を使用する。
【００１４】
また、この粒子の点在とは、担持と異なり、繊維に固着や付着して自由に移動できない状態ではなく、繊維とは独立して移動可能であり、繊維の間に捕捉されている状態をいう。また、この粒子は、処理対象流体に含まれる捕集対象の粒子、例えば、ＰＭ等とは別種の粒子である。
【００１５】
この構成によれば、繊維フィルタ部材が、互いに結合されずに、個々に独立した繊維で形成されているので、それぞれの繊維は他の繊維に固定されておらず、繊維同士が自由に動けるという独立性を確保できる。そのため、目詰まりや熱応力に起因する応力変動による繊維の破壊が少なくなり、繊維フィルタ部材の耐折損性が著しく向上する。そのため、特に高い温度で使用するフィルタで効果が大きい。
【００１６】
また、気孔率が比較的不均一な繊維フィルタ部材の気孔部に、粒子を分散させて点在させることにより、繊維フィルタ部材の気孔率の均質化を図ることができる。更に、粒子のサイズ、形状、捕捉率を変更することで、ＰＭ等の濾過対象物に関する捕集効率、捕集量等をフィルタ特性が最適化されるように調整できる。即ち、この粒子を気孔率調整材として使用することができる。
【００１７】
この粒子の繊維フィルタ部材への点在は、粒子を浮遊分散させた空気等の流体を繊維フィルタ部材に通過させたり、繊維フィルタ部材を粒子を浮遊分散させた気体中に置いたりして、この粒子を繊維フィルタ部材に捕捉させる方法等により、実現することができ、繊維フィルタ部材単体のみならず、繊維フィルタ部材を電極等と組み付けた後のフィルタアセンブリの状態、即ち、フィルタに形成された状態でも容易に行うことができる。
【００１８】
この粒子の大きさは５〜５０μｍが好ましい。つまり、繊維フィルタの気孔（目開）径は粗のフィルタで８０〜１００μｍφ程度で、密のフィルタで４０〜６０μｍφ程度であり、圧力損失と性能のバランスから気孔の１／２から１／１０程度の粒子径が適している。そして、５μｍより小さいと、飛散の問題が生じ不適となる。なお、この粒子の大きさとは粒子の最も長い部分の寸法の平均をいうが、粒子の形状は、必ずしも球形である必要は無い。
【００１９】
上記のフィルタにおいて、粒子に、該粒子よりも小さい微粒子を付着させることにより、表面積を著しく大きくでき、ＰＭ捕集効果を増大できる。また、より細かく繊維フィルタ部材の気孔率の均質化を図ることができる。この粒子と微粒子の材料はセラミック系材料で形成することができ、フィルタの使用条件に合わせて種々の材料を選択できる。
【００２０】
この微粒子の大きさは０．０１〜１μｍが好ましい。０．０１μｍより小さいと、製造が難しくなり、製造コストが上昇し、１μｍより大きいと、表面積の増大効果が低下すると共に、粒子に付着させるのが困難となるからである。なお、この微粒子の大きさとは微粒子の最も長い部分の寸法の平均をいうが、微粒子の形状は、必ずしも球形である必要は無い。
【００２１】
そして、上記のフィルタにおいて、粒子に触媒を担持させて構成する。この構成によれば、繊維フィルタ部材の気孔部に、触媒を担持した粒子を点在させて、触媒担持コーティング層で担持する代りに粒子を介して触媒をフィルタに担持するので、触媒の均質化が容易になり、触媒担持処理時に、触媒溶液への浸漬及び乾燥等の特殊な処理が不要となる。この触媒は、フィルタが浄化対象とする物質によって、酸化触媒やＰＭ酸化触媒やＮＯｘ浄化触媒等を適宜使用できる。
【００２２】
その上、フィルタにおける深さ方向や同一面において、触媒の種類、量を容易に変化させることができ、触媒の種類、量を適正に分布させたフィルタを構成できる。
【００２３】
更に、上記のフィルタにおいて、前記粒子の量と大きさ、前記微粒子の量と大きさ、前記粒子と前記微粒子の混合比の少なくとも一つを、前記フィルタの上流側から下流側に向かって、連続的、段階的、又は、断続的に変化させて構成することにより、排気ガス等の処理対象流体がフィルタの上流から下流に進行するに従って、それぞれの部分における粒子の大きさ、密度により、適正な順序で順次浄化されるので、効率よく処理対象流体を浄化できる。
【００２４】
また、上記のフィルタにおいて、前記フィルタの上流側から下流側に向かって、前記繊維フィルタ部材のフィルタの目開き、気孔径、又は、気孔率を、連続的、段階的、又は、断続的に小さくなるように構成することにより、上流側のみの目詰まりが回避され、フィルタ全体で効率よく捕集できるようになる。  なお、連続的とは変化が滑らかであり、段階的とは階段状に減少又は増加することをいい、断続的とは、連続的又は段階的な変化の途中に、別の状態のものが混在することをいう。例えば、第１と第２の繊維フィルタ部材を交互に積層して、第１の繊維フィルタ部材のみが、粒子の量が段階的に増加しているが、第２の繊維フィルタ部材では粒子の量が一定であるような場合をいう。
【００２５】
そして、上記のフィルタの製造方法は、フィルタの製造において、前記繊維フィルタ部材に前記粒子を浮遊させた流体を通過させて、又は、前記繊維フィルタ部材を前記粒子を浮遊させた流体中に置いて、前記粒子を前記繊維フィルタ部材に捕捉させることにより、前記繊維フィルタ部材に前記粒子を点在させる方法として構成される。この流体としては、取り扱いが容易であるので、気体、特に空気が用いられる。
【００２６】
このフィルタの製造方法によれば、触媒溶液への浸漬、乾燥等の工程が無くなるので、容易かつ短時間で製造可能となり，その上、繊維フィルタ部材担体でも、フィルタに組み付けた後でも、粒子をフィルタに点在でき、フィルタの気孔率や、処理対象物の捕集率等を調整できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態のフィルタについて、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用のフィルタを例にして、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
第１の実施の形態のフィルタ１０Ａは、図１に示すように、無機繊維２１をランダムに積層配置して不織布の繊維フィルタ部材２０を形成する。
【００２９】
この無機繊維２１は、炭化ケイ素や窒化ケイ素やアルミナ系の無機繊維を材料とする、繊維径が５〜３０μｍφ、好ましくは９〜１４μｍφで、平均繊維長さが１０〜１００ｍｍ、好ましくは３０〜５０ｍｍの繊維であり、繊維フィルタ部材２０は、この無機繊維２１をバインダー等で互いに結合せずに、個々に独立して移動可能なように形成する。即ち、繊維２１同士は固定されずに相対移動（ずれ）が可能なように形成される。この繊維フィルタ部材２０はニードルパンチ法等により作製される。この構成により、目詰まりや熱応力に起因する応力変動による無機繊維２１の破壊が少なくなり、繊維フィルタ部材２０の耐折損性が著しく向上する。
【００３０】
そして、アルミナ、シリカ（ＳｉＯ２  ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックス系材料等で形成された粒径５〜３０μｍφ、好ましくは１０〜２０μｍの大きさの粒子２２Ａを用意する。この粒子２２Ａを浮遊させた空気等の流体を繊維フィルタ部材２０に通過させて、あるいは，この粒子２２Ａを分散させた流体中に繊維フィルタ部材２０を放置して、この粒子２２Ａを繊維フィルタ部材２０の気孔部に捕捉させることにより、図２に示すように、繊維２１の間の気孔部に粒子２２Ａが入り込んだ形で、粒子２２Ａを繊維フィルタ部材２０Ａの繊維２１の間に点在させる。なお、この粒子２２Ａの点在は、繊維フィルタ部材２０Ａを耐熱金網等と組み付けた後のフィルタアセンブリの状態、即ち、フィルタに形成された状態でも容易に行うことができる。
【００３１】
この粒子２２Ａを分散させて点在させることにより、繊維フィルタ部材２０Ａの気孔率の均質化を図ることができ、更に、粒子２２Ａのサイズ、形状、捕捉率を変更することで、ＰＭ等の濾過対象物に関する捕集効率、捕集量等を調整でき、フィルタ特性を最適化できる。
【００３２】
次に、図３に示すように、この粒子２２Ａを点在させた繊維フィルタ部材２０Ａの両側に鉄、クロム、アルミニウムを含む合金等を材料とする耐熱金網３１，３２を積層して、一方又は両方の金網３１，３２に電流を流して発熱させて、捕集されたＰＭを燃焼除去するために繊維フィルタ部材２０Ａを加熱できるように構成する。
【００３３】
この繊維フィルタ部材２０Ａと耐熱金網３１，３２を積層した積層体を、図４に示すように、蛇腹状に折り畳んでフィルタ１０Ａを形成する。
【００３４】
このフィルタ１０Ａの入口側を閉止板４１で塞いでケース４０に収納し、出口側の外側を閉止板４２で塞いで、排気ガス浄化装置１を形成する。排気ガスＧは、排気ガス浄化装置１の入口４３から入って、フィルタ１０Ａの外側から繊維フィルタ部材２０Ａを通過してろ過されて内側に入り、浄化されたガスＧｃになって出口４４から出る。また、フィルタ１０Ａの耐熱金網３１は、電源４５と接続されており、必要に応じて通電して捕集されたＰＭ（パティキュレート・マター：粒子状物質）を燃焼除去できるように構成される。この排気ガス浄化装置１は、図５に示すように、エンジン２の排気通路３に配置され、エンジン２から排出されるＰＭを捕集する。
【００３５】
次に、第２の実施の形態のフィルタ１０Ｂについて説明する。この第２の実施の形態のフィルタ１０Ｂは、第１の実施の形態のフィルタ１０Ａと略同じであるが、繊維２１の間に点在させる粒子２２Ａの代りに、微粒子２３を付着させた粒子２２Ｂを点在させる点が異なる。
【００３６】
つまり、有機ケイ素ポリマー等のバインダにより粒子２２Ｂの表面に微粒子２３を付着させた後に、この粒子２２Ｂを浮遊させた空気等の流体を繊維フィルタ部材２０に通過させて、あるいは、この粒子２２Ｂを分散させた流体中に繊維フィルタ部材２０を放置して、図６に示すように、この粒子２２Ｂを繊維フィルタ部材２０の気孔部に捕捉させることにより、粒子２２Ｂが気孔部に入り込んだ形で、繊維フィルタ部材２０Ｂの繊維２１の間に点在させる。この微粒子２３の付着により粒子、フィルタ１０Ｂの比表面積を著しく大きくでき、ＰＭ捕集効果を増大でき、また、より細かく繊維フィルタ部材の気孔率の均質化を図ることができる。
【００３７】
そして、この微粒子２３は、粒径０．００５〜５μｍφ、好ましくは０．０１〜１μｍφの大きさで、通常は粒子２２Ｂの材料と同じ材料で形成されるが、異なる材料で形成してもよい。
【００３８】
次に、第３の実施の形態のフィルタ１０Ｃについて説明する。この第３の実施の形態のフィルタ１０Ｃは、第１の実施の形態のフィルタ２０Ａと略同じであるが、繊維２１の間に点在させる粒子２２Ａの代りに、図７に示すように、触媒２４を担持した粒子２２Ｃを点在させる点が異なる。
【００３９】
この触媒２４としては、浄化目的とする排気ガス成分によって異なるが、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、炭酸カリウム等の酸化触媒や、ブラウンミラライト触媒や貴金属、アルカリ土類金属、ペロブスカイト型複合酸化物等のＮＯｘ還元触媒等を採用することができる。
【００４０】
この構成により、触媒担持コーティング層で担持する代りに粒子２２Ｃを介して触媒２４をフィルタ１０Ｃの気孔内に点在させるので、容易に触媒２４の均質化を図ることができ、その上、フィルタ１０Ｃにおける深さ方向や同一面において、触媒の種類、量を容易に変化させることができ、触媒の種類、量を適正に分布させたフィルタ１０Ｃを製造できる。
【００４１】
更に、触媒担持処理時に、触媒溶液への浸漬や乾燥等の特殊な処理が不要となる。また、これらの触媒担持処理によって、繊維２１同士が固着されることが無くなり、相対移動（ずれ）が可能なままにすることができ、耐折損性の低下を防止できる。
【００４２】
次に、第４の実施の形態のフィルタ１０Ｄについて説明する。この第４の実施の形態のフィルタ１０Ｄは、第１の実施の形態のフィルタ１０Ａの無機繊維２１の太さと密度、粒子２２Ａの粒径を変えた複数の繊維フィルタ部材２０Ｄａ，２０Ｄｂ，２０Ｄｃ，２０Ｄｄを重ね合わせて形成する。
【００４３】
つまり、太い繊維（例えば繊維径１４μｍφ）をランダムに配置して粗の繊維フィルタ部材２０ａ，２０ｂを形成し、細い繊維（例えば繊維径９μｍφ）をランダムに配置して密の繊維フィルタ部材２０ｃ，２０ｄを形成する。また、粒径の異なる第１〜第４の粒子２２Ａａ，２２Ａｂ，２２Ａｃ，２２Ａｄを用意する。
【００４４】
この粗の繊維フィルタ部材２０ａに粒径の大きい（例えば４０〜５０μｍφ）第１粒子２２Ａａを点在させて、第１繊維フィルタ部材２０Ｄａを形成し、また、この粗の繊維フィルタ部材２０ｂに次に粒径の小さい（例えば２０〜３０μｍφ）第２粒子２２Ａｂを点在させて、第２繊維フィルタ部材２０Ｄｂを形成する。また、密の繊維フィルタ部材２０ｃにその次に小さい（例えば１０〜１５μｍφ）第３粒子２２Ａｃを点在させて、第３繊維フィルタ部材２０Ｄｃを形成し、また、密の繊維フィルタ部材２０ｄに最も小さい（例えば６〜９μｍφ）第４粒子２２Ａｄを点在させて、第４繊維フィルタ部材２０Ｄｄを形成する。
【００４５】
そして、図８に示すように、これらの第１〜第４の繊維フィルタ部材２０Ｄａ，２０Ｄｂ，２０Ｄｃ，２０Ｄｄを上流側から順に重ね合わせて積層体を形成し、これを耐熱金網３１，３２で挟持して蛇腹状に折り曲げて、フィルタ１０Ｄを形成する。
【００４６】
この構成により、４段階で上流側を粗に下流側を密にできるので、上流側のみの目詰まりを回避でき、フィルタ全体で効率よく捕集できるようになる。
【００４７】
なお、ここでは、繊維フィルタ部材２０Ｄａ，２０Ｄｂ，２０Ｄｃ，２０Ｄｄに点在させる粒子２２Ａａ，２２Ａｂ，２２Ａｃ，２２Ａｄは、微粒子２３を付着させていないものとして説明したが、この粒子２２Ａａ，２２Ａｂ，２２Ａｃ，２２Ａｄの一部又は全部を微粒子２３をそれぞれ付着させた粒子２２Ｂａ，２２Ｂｂ，２２Ｂｃ，２２Ｂｄに代えてフィルタを構成することもできる。
【００４８】
次に、第５の実施の形態のフィルタ１０Ｅについて説明する。この第５の実施の形態のフィルタ１０Ｅは、第４の実施の形態のフィルタ１０Ｃと同様に、無機繊維２１の太さと密度、粒子２２Ａの粒径や付着させる微粒子の粒径を変えた複数の繊維フィルタ部材２０Ｅａ，２０Ｅｂ，２０Ｅｃ，２０Ｅｄを重ね合わせて形成するが、粒子２２Ａの代りに触媒２４を担持している粒子２２Ｃを点在させる点が異なる。
【００４９】
つまり、太い繊維（例えば繊維径１４μｍφ）をランダムに配置して粗の繊維フィルタ部材２０ａ，２０ｂを形成し、細い繊維（例えば繊維径９μｍφ）をランダムに配置して密の繊維フィルタ部材２０ｃ，２０ｄを形成する。
【００５０】
また、粒径の異なる第１〜第４の粒子２２Ｃａ，２２Ｃｂ，２２Ｃｃ，２２Ｃｄを用意するが、粒径の大きい（例えば４０〜５０μｍφ）第１粒子２２Ｃａと次に粒径の小さい（例えば２０〜３０μｍφ）第２粒子２２Ｃｂに、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒２４Ａを担持させ、その次に小さい（例えば１０〜１５μｍφ）第３粒子２２Ｃｃと最も小さい（例えば６〜９μｍφ）第４粒子２２Ｃｄには、ブランミラライト触媒（ＮＯｘ浄化触媒）２４Ｂを担持させる。
【００５１】
そして、この粗の繊維フィルタ部材２０ａに、第１粒子２２Ｃａを点在させて第１繊維フィルタ部材２０Ｅａを形成し、粗の繊維フィルタ部材２０ｂに、第２粒子２２Ｃｂを点在させて第２繊維フィルタ部材２０Ｅｂを形成する。また、密の繊維フィルタ部材２０ｄに、第３粒子２２Ｃｃを点在させて第３繊維フィルタ部材２０Ｅｃを形成し、第４粒子２２Ｃｄを点在させて第４繊維フィルタ部材２０Ｅｄを形成する。
【００５２】
そして、図９に示すように、これらの第１〜第４の繊維フィルタ部材２０Ｅａ，２０Ｅｂ，２０Ｅｃ，２０Ｅｄを上流側から順に重ね合わせて、フィルタ１０Ｅを形成する。
【００５３】
この構成により、４段階で上流側を粗に下流側を密にできるので、上流側のみの目詰まりを回避でき、フィルタ全体で効率よく捕集できるようになると共に、上流側の酸化触媒により、捕集されたＰＭをより低温で燃焼除去できるようになり、また、下流側のブランミラライト触媒により排気ガス中のＮＯｘも浄化できる。
【００５４】
なお、この第５の実施の形態のフィルタ１０Ｅでは、白金触媒２４Ａとブラウンミラライト触媒２４Ｂをそれぞれ別々の繊維フィルタ部材に分散配置したが、図１０に示すように、同一の繊維フィルタ部材に混在させて配置することもできる。また、その比率も適宜変化させることができ、また、触媒と微粒子を同一粒子上に混在させても良い。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について、従来例と比較例と比較しながら説明する。
【００５５】
従来例として、平均繊維径１４μｍφ、平均繊維長さ３０ｍｍの炭化ケイ素繊維をランダムに配置した図１７に示すような、不織布の繊維フィルタ部材でフィルタを構成した。
【００５６】
また、比較例として、不織布フィルタを成形後アルミナゾル（水溶液）に浸漬した後に乾燥して中間層を形成し、さらに白金塩溶液に浸漬した後に乾燥して、触媒を担持させたフィルタを作製した。この比較例では図１８に示すように、繊維２１の接触交差部分Ｘに中間層５０や触媒５１が多量に付着する形態が見られ、交差部Ｘはこれらが付着したため、繊維２１の独立性が失われ、繊維２１の耐折損性が大きく低下した。
【００５７】
そして、第１実施例として、平均繊維径１４μｍφ、平均繊維長さ３０ｍｍの炭化ケイ素繊維をランダムに配置した不織布の繊維フィルタ部材に、粒径１０〜３０μｍφのアルミナ粒子を点在させて第１の実施の形態のフィルタを構成した。
【００５８】
第２実施例として、平均繊維径１４μｍφ、平均繊維長さ３０ｍｍの炭化ケイ素繊維をランダムに配置した不織布の繊維フィルタ部材に、表面に０．２〜１μｍφの微粒子を付着させた粒径１０〜３０μｍφのアルミナ粒子を点在させて第２の実施の形態のフィルタを構成した。
【００５９】
第３実施例として、平均繊維径１４μｍφ、平均繊維長さ３０ｍｍの炭化ケイ素繊維をランダムに配置した不織布の繊維フィルタ部材に、予め酸化触媒である白金を担持させておいた、粒径１０〜３０μｍφのアルミナ粒子を点在させて第３の実施の形態のフィルタを構成した。
【００６０】
第４実施例として、粗の繊維フィルタ部材を繊維径１４μｍφの炭化ケイ素繊維で形成し、密の繊維フィルタ部材を繊維径９μｍφの炭化ケイ素繊維で形成すると共に、第１粒子を粒径４０〜５０μｍのアルミナ粒子、第２粒子を粒径２０〜３０μｍのアルミナ粒子、第３粒子を粒径１０〜１５μｍのアルミナ粒子、第４粒子を粒径６〜９μｍのアルミナ粒子とした第４の実施の形態のフィルタを構成した。
【００６１】
第５実施例として、粗の繊維フィルタ部材を繊維径１４μｍφの炭化ケイ素繊維で形成し、密の繊維フィルタ部材を繊維径９μｍφの炭化ケイ素繊維で形成すると共に、第１粒子を白金触媒を担持した粒径４０〜５０μｍのアルミナ粒子、第２粒子を白金触媒を担持した２０〜３０μｍのアルミナ粒子、第３粒子をブラウンミラライト触媒を担持した粒径１０〜１５μｍのアルミナ粒子、第４粒子をブラウンミラライト触媒を担持した６〜９μｍのアルミナ粒子とした第５の実施の形態のフィルタを構成した。
【００６２】
これらの従来例及び第１〜第５の実施例のフィルタをディーゼルエンジンの排気通路に配置して、排気ガスの浄化性能を試験した。この試験でＰＭの捕集性能を測定した結果を図１１〜図１３と表１に示す。
【００６３】
この結果によれば、従来例ＦＸが初期のＰＭ捕集率が７０％、設定最大圧力（３３ｋＰａ）  までのＰＭ捕集量が１５ｇ／ｍｍ２  であるのに対して、粒子を点在させた第１実施例Ｆ１では、９０％と２３ｇ／ｍｍ２  に、また、微粒子を付着又は触媒を担持した粒子を点在させた第２実施例Ｆ２及び第３実施例Ｆ３では、９３％と２５ｇ／ｍｍ２  になり、更に、４層の第４実施例Ｆ４及び第５実施例Ｆ５では、９７％と３０ｇ／ｍｍ２  になり、本発明の効果が大きいことが分かる。
【００６４】
【表１】
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そして、従来例ＦＸと第３実施例Ｆ３の２種類のフィルタを用いて、ＰＭを捕集した後、電気ヒータでＰＭ再生をした結果は、図１４に示すように、ＰＭの燃焼開始温度が、従来例ＦＸの５５０℃に対して第３実施例Ｆ３では４５０℃となり、約１００℃程度早くＰＭの燃焼が開始されるようになり、再生に必要な電力も０．５ｋＷ低減できた。
【００６５】
また、第５実施例Ｆ５では、ＰＭ再生に必要な電力が低減され、図１５に示すように、排気ガス温度が４００℃以上の際には圧力の上昇が見られず、連続的にＰＭが再生されていることが分かった。また、図１６に示すように、ＮＯｘも直接還元反応により従来例ＦＸに比べて３０〜４０％低減した。
【００６６】
なお、上記では、ディーゼルエンジンの排気ガス用のフィルタとして説明したが、本発明のフィルタはこれ以外の目的にも使用でき、フィルタの使用条件に合わせて、繊維フィルタ部材を構成する材料、繊維フィルタ部材に点在させる粒子の素材、担持する触媒の種類を選択できる。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明のフィルタによれば、繊維フィルタ部材を、互いに結合されずに、個々に独立した繊維から形成しているので、一本、一本の繊維が相互に自由に動けるという独立性が確保され、目詰まり、熱応力による大きな応力変動による繊維の破壊を少なくなり、繊維フィルタ部材の耐折損性を著しく向上できる。
【００６８】
そして、特に、気孔率が比較的不均一な繊維フィルタ部材の気孔部に、粒子を分散させて点在させることにより、繊維フィルタ部材の気孔率の均質化を図ることができ、更に、粒子のサイズ、形状、捕捉率を調整したり、粒子に微粒子を付着させたり、層別にこれらを変化させたりすることで、ＰＭ等の濾過対象物に関する捕集効率、捕集量等を調整できるので、フィルタ特性を最適化できる。
【００６９】
更に、酸化触媒やＮＯｘ還元触媒を担持した粒子の点在により、排気ガス等の処理対象流体中の物質を浄化できるようになる。また、触媒を担持した粒子を点在の度合いを調整することにより、フィルタにおける深さ方向や同一面において、触媒の均質化、気孔率、気孔量の均質化を図ったり、層別等で触媒の種類、量を容易に変化させることができ、触媒の種類、量を適正に分布させたフィルタを構成できる。また、触媒担持処理時に、触媒溶液への浸漬及び乾燥等の特殊な処理が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のフィルタにおける、粒子を点在させる前の繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【図２】第１の実施の形態のフィルタにおける、粒子を点在させた繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【図３】フィルタの積層体の構造を示す部分拡大図である。
【図４】本発明に係る実施の形態のフィルタを排気ガス浄化装置に組み入れた一例を示す図であり、（ａ）は側断面を示し、（ｂ）はＡ−Ａ断面を示す。
【図５】排気ガス浄化装置の配置を示す図である。
【図６】第２の実施の形態のフィルタにおける、微粒子を付着した粒子を点在させた繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【図７】第３の実施の形態のフィルタにおける、触媒を担持した粒子を点在させた繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【図８】第４の実施の形態のフィルタの積層構造を示す部分拡大図である。
【図９】第５の実施の形態のフィルタの積層構造を示す部分拡大図である。
【図１０】そのたの実施の形態のフィルタにおける、触媒を担持した粒子を点在させた繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【図１１】第１実施例と従来例のＰＭ捕集率の経時変化を示す図である。
【図１２】第２及び第３実施例と従来例のＰＭ捕集率の経時変化を示す図である。
【図１３】第４及び第５実施例と従来例のＰＭ捕集率の経時変化を示す図である。
【図１４】第３実施例における排気ガス温度とＰＭの燃焼温度の関係を示す図である。
【図１５】第５実施例におけるフィルタ温度と圧力の経時変化を示す図である。
【図１６】第５実施例と従来例のフィルタ通過後のＮＯｘ排出量の経時変化を示す図である。
【図１７】従来例のフィルタにおける繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【図１８】比較例のフィルタにおける繊維フィルタ部材の構造を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１  排気ガス浄化装置
１０Ａ〜１０Ｅ  フィルタ
２０Ａ〜２０Ｅ  繊維フィルタ部材
２１  繊維
２２Ａ  粒子
２２Ｂ  微粒子を付着させた粒子
２２Ｃ  触媒を担持した粒子
２３    微粒子
２４    触媒
２４Ａ  酸化触媒
２４Ｂ  ブラウンミラライト触媒
３１，３２  金網
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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