(57)【要約】【課題】ＰＭの酸化を促進させることにより、ＰＭの堆積によるフィルタにおける圧力損失の増加を抑制する。【解決手段】下流側端部が封止され内燃機関の排気が流入する流入セルと、上流側端部が封止され内燃機関の排気が流出する流出セルと、流入セルと流出セルとの間に設けられ排気が通過するとともに粒子状物質が捕集される細孔を備える隔壁と、を備えたフィルタにおいて、流入セルは、粒子状物質を酸化させる触媒であるＰＭ酸化触媒を含む繊維状の部材が充填された繊維部を備え、繊維部では、粒子状物質が捕集されることなく通過する。【選択図】図２
2016104471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下流側端部が封止され内燃機関の排気が流入する流入セルと、
上流側端部が封止され内燃機関の排気が流出する流出セルと、
前記流入セルと前記流出セルとの間に設けられ排気が通過するとともに粒子状物質が捕集される細孔を備える隔壁と、
を備えたフィルタにおいて、
前記流入セルは、粒子状物質を酸化させる触媒であるＰＭ酸化触媒を含む繊維状の部材が充填された繊維部を備え、
前記繊維部では、粒子状物質が捕集されることなく通過する、
フィルタ。
【請求項２】
前記繊維状の部材が、前記繊維部における前記流入セルの断面の最も短い一辺よりも長い請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記繊維状の部材が、繊維状のジルコニアに希土類を固溶させてなる繊維状の部材を含む請求項１または２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記隔壁は、粒子状物質を酸化させる触媒を含まない請求項１から３の何れか１項に記載のフィルタ。
【請求項５】
粒子状物質を酸化させる触媒が、前記繊維状の部材にのみ含まれる請求項１から３の何れか１項に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記繊維状の部材の量が、前記流入セルにおける上流側よりも下流側で多い請求項１から４の何れか１項に記載のフィルタ。
【請求項７】
下流側端部が封止され内燃機関の排気が流入する流入セルと、
上流側端部が封止され内燃機関の排気が流出する流出セルと、
前記流入セルと前記流出セルとの間に設けられ排気が通過するとともに粒子状物質が捕集される細孔を備える隔壁と、
前記流入セル内に設けられ粒子状物質を酸化させる触媒であるＰＭ酸化触媒を含む繊維状の部材が充填された繊維部と、
を備えたフィルタの製造方法において、
前記繊維状の部材間に粒子状物質が流通可能な隙間を備えるように、前記繊維状の部材をゲル中に分散させる分散ステップと、
前記流入セルに前記ゲルを充填する充填ステップと、
前記ゲルを焼失または溶出させることで前記流入セルから前記ゲルを除去する除去ステップと、
を含むフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという。）を設け、該フィルタにより排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集することが知られている。そして、フィルタの隔壁を、排気が通過するときの該排気の流通する方向の上流側となる上流層と、下流側となる下流層とを含むように構成し、上流層はＰＭの酸化を促進させる触媒を担持またはコートし、下流層は平均細孔を小さくしたＰＭ捕集層として構成すると共に未燃ガスの酸化を促進させる触媒を担持またはコートすることが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
また、隔壁の表面に触媒が担持される繊維層を設け、粒径の大きなＰＭを繊維層で捕集および酸化させることが知られている（例えば特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２６３７６号公報
【特許文献２】特開２００４−２１６２２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２４４９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、フィルタに触媒を担持している場合であっても、フィルタの隔壁の表面上にＰＭが一旦堆積してしまうと、ＰＭの酸化が緩慢となる。すなわち、ＰＭは、触媒で生成される酸化活性種により酸化されるものと考えられるが、この酸化活性種は排気により流されるため、酸化活性種を生成する触媒よりも上流側に堆積しているＰＭには酸化活性種が届き難くなると考えられる。したがって、上記特許文献１のように、フィルタの隔壁の上流層に触媒を担持している場合には、この上流層の表面に堆積したＰＭを同触媒を用いて除去することが困難となり得る。これに対し、例えば上流層をより厚くすることで該上流層内に捕集されるＰＭ量を増加させることが考えられる。すなわち、隔壁に到達するＰＭは、まずは主に上流層の細孔内に取り込まれるが、この細孔がＰＭで満たされて該細孔内にＰＭを取り込むことができなくなると、上流層の表面に堆積するようになる。したがって、上流層をより厚くすることで、細孔内に取り込めるＰＭ量をより多くすることができるため、上流層の表面にＰＭが堆積することを抑制できる。しかし、上流層を厚くすることにより、流体が細孔を通過するときの距離が長くなる。さらに、細孔内に多くのＰＭが捕集されると、流体が通過可能な断面が小さくなる。すなわち、上流層を厚くすることにより、流体がより断面の小さい細孔をより長い距離移動しなくてはならないので、圧力損失が大きくなり燃費の悪化などが起こり得る。
【０００６】
また、上記特許文献２のように隔壁の表面上に繊維層を設けたとしても、フィルタの圧力損失は大きくなり得る。繊維を層として隔壁の表面に固定するためには、一般的にはバインダを用いるところ、バインダによる固定のためには繊維の長さを数μｍ程度とする必要がある。このため、繊維同士がからみ難くなるために繊維間の距離が短くなり、ＰＭが捕集され易くなる。また、バインダにより繊維同士が接着されて塊となる虞もある。これらの場合、繊維層の上流側にＰＭが堆積し易くなり、しかも堆積したＰＭには酸化活性種が届き難くなるため、さらにＰＭが堆積して圧力損失が大きくなり易い。
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＭの酸化を促進させることにより、ＰＭの堆積によるフィルタにおける圧力損失の増加を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本願発明は、下流側端部が封止され内燃機関の排気が流入する流入セルと、上流側端部が封止され内燃機関の排気が流出する流出セルと、前記流入セルと前記流出セルとの間に設けられ排気が通過するとともに粒子状物質が捕集される細孔を備える隔壁と、を備えたフィルタにおいて、前記流入セルは、粒子状物質を酸化させる触媒であるＰＭ酸化触媒を含む繊維状の部材が充填された繊維部を備え、前記繊維部では、粒子状物質が捕集されることなく通過する。
【０００９】
ここで、流入セルへ内燃機関の排気が流入する方向は、フィルタに内燃機関の排気が流入する方向であり、流入セルが延びる方向と平行な方向である。内燃機関の排気は、流入セルから、流出セルに向かって隔壁内の細孔を流れる。繊維部は、流入セルの好ましくは全体に亘って設けられる。ここで、繊維状の部材に含まれるＰＭ酸化触媒によって酸化活性種が生成される。そして、繊維状の部材がＰＭ酸化触媒を含むために、排気の流れ方向で繊維状の部材よりも下流側に存在するＰＭが、該ＰＭ酸化触媒で生成される酸化活性種により酸化される。ここで、繊維状の部材が流入セル内に密に充填されると繊維状の部材間をＰＭが通過し難くなり、ＰＭが繊維状の部材に捕集され易くなる。排気の流れる方向の上流の端部に位置する繊維状の部材にＰＭが捕集されると、この箇所よりも上流側にはＰＭ酸化触媒が存在しないため、ＰＭに酸化活性種が到達し難くなる。このため、繊維状の部材にＰＭが堆積して目詰まりを起こす虞がある。これに対して、ＰＭが捕集されることなく通過するように繊維部を形成しておけば、繊維状の部材にＰＭが捕集されることを抑制できる。例えば、繊維状の部材間に粒子状物質が流通可能な隙間を有していれば、繊維状の部材にＰＭが捕集されることを抑制できる。この隙間は、例えば、ＰＭの粒径よりも大きな隙間といえる。ただし、ＰＭが排気中で凝集することにより粒径が大きくなることも考えられる。このような場合には、繊維状の部材にＰＭが捕集される虞もある。しかし、このような粒径の大きなＰＭはごく一部であり、他の粒径の小さなＰＭが繊維部を通過することができれば、繊維状の部材にＰＭが堆積することを抑制できる。したがって、ＰＭの堆積が抑制されるように繊維部で実質的にＰＭが捕集されなければよい。例えば、凝集される前のＰＭが捕集されないように繊維部を形成してもよい。
【００１０】
このようにして、繊維状の部材によってＰＭが捕集されることを抑制することで、繊維部にＰＭが堆積することによる圧力損失の増加を抑制できる。繊維状の部材間を通り抜けたＰＭは、隔壁に形成される細孔内または隔壁の表面上に堆積するが、該隔壁には、さらに上流側に存在するＰＭ酸化触媒で生成された酸化活性種が供給されるため、ＰＭの酸化が促進される。
【００１１】
また、前記繊維状の部材が、前記繊維部における前記流入セルの断面の最も短い一辺よりも長くてもよい。流入セルは隔壁で囲まれており該流入セルの断面形状は隔壁の壁面により定まる。そして、流入セルの断面が複数の辺を有する場合において、流入セルの断面の最も短い一辺よりも繊維状の部材が長ければ、少なくとも、その最も短い一辺の周辺において繊維状の部材が隔壁に引っかかり易くなる。これにより、繊維状の部材が隔壁のどこにも引っかからずに密に充填されることを抑制できる。
【００１２】
また、前記繊維状の部材が、繊維状のジルコニアに希土類を固溶させてなる繊維状の部材を含んでいてもよい。このような繊維状の部材によりＰＭを酸化させることのできる酸化活性種を生成することができるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。その他に
も、本発明に係る繊維状の部材としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア等のセラミックス繊維またはステンレス鋼材等の金属繊維上に、ＰＭ酸化触媒を固定させてなる繊維状の部材を挙げることができる。このＰＭ酸化触媒成分としては、例えば、希土類を固溶させたジルコニア、または、貴金属を例示できる。さらに、繊維状のジルコニアに希土類を固溶させてなる繊維状の部材と、ＰＭ酸化触媒を含む他の繊維状の部材とを混合して用いることもできる。
【００１３】
また、前記隔壁は、粒子状物質を酸化させる触媒を含まないようにしてもよい。ここで、繊維部を通り抜けたＰＭは、隔壁（基材）によって捕集される。隔壁よりも排気の流れの上流側には繊維状の部材に含まれるＰＭ酸化触媒が存在するため、隔壁の表面および隔壁の細孔に付着しているＰＭにはＰＭ酸化触媒で生成された酸化活性種が供給される。このため、フィルタの隔壁に触媒を設けなくてもＰＭを酸化可能である。そして、隔壁に触媒を含まないようにすることで、コストダウンをはかることができる。また、フィルタの圧力損失とフィルタのＰＭ堆積量との関連性を利用して、フィルタの圧力損失に基づいてＰＭ堆積量を推定する場合には、その精度を向上することができる。すなわち、隔壁内にＰＭが堆積している場合と、隔壁の表面上にＰＭが堆積している場合とで圧力損失とＰＭ堆積量との関係が異なる。また、隔壁に触媒が担持されている場合には、隔壁内に堆積しているＰＭが、隔壁の表面上に堆積しているＰＭよりも先に酸化されやすい。このため、フィルタの隔壁に触媒を設けると、隔壁内にＰＭが堆積しておらず且つ隔壁上にＰＭが堆積している場合や、隔壁内にＰＭが堆積しており且つ隔壁上にＰＭが堆積している場合等、複数の条件を考慮しなければならず、フィルタの圧力損失とＰＭ堆積量との関係が複雑となる。その結果、ＰＭ堆積量の推定精度が低下する虞がある。これに対し、隔壁に触媒が含まれないことにより、フィルタの圧力損失とＰＭの堆積量との関係が比較的明確になるため、ＰＭ堆積量の推定精度を高めることができる。
【００１４】
また、粒子状物質を酸化させる触媒が、前記繊維状の部材にのみ含まれていてもよい。このようにしても、上記と同様にコストダウンをはかることができる。さらに、フィルタの圧力損失とＰＭの堆積量との関係が比較的明確になるため、ＰＭ堆積量の推定精度を高めることができる。
【００１５】
また、前記繊維状の部材の量が、前記流入セルにおける上流側よりも下流側で多くなっていてもよい。流入セル内に流入したＰＭは、内燃機関の排気から力を受けるため、流入セルの下流側に溜まり易い。酸化活性種が届く範囲は限られているため、この下流側において、より多くの酸化活性種が必要とされる。そこで、下流側においてより多くの酸化活性種が生成されるように繊維状の部材の量をより多くすることにより、下流側に溜まったＰＭの酸化を促進させることができる。一方、流入セルの上流側においては、繊維状の部材の量が少ないため、ＰＭが繊維状の部材に捕集されることを抑制できる。また、繊維状の部材の量が最も多い箇所においても、粒子状物質が捕集されないように繊維状の部材間に粒子状物質が流通可能な隙間を備えていれば、ＰＭが繊維状の部材に堆積することを抑制できる。
【００１６】
また、上記課題を解決するために本願発明は、下流側端部が封止され内燃機関の排気が流入する流入セルと、上流側端部が封止され内燃機関の排気が流出する流出セルと、前記流入セルと前記流出セルとの間に設けられ排気が通過するとともに粒子状物質が捕集される細孔を備える隔壁と、前記流入セル内に設けられ粒子状物質を酸化させる触媒であるＰＭ酸化触媒を含む繊維状の部材が充填された繊維部と、を備えたフィルタの製造方法において、前記繊維状の部材間に粒子状物質が流通可能な隙間を備えるように、前記繊維状の部材をゲル中に分散させる分散ステップと、前記流入セルに前記ゲルを充填する充填ステップと、前記ゲルを焼失または溶出させることで前記流入セルから前記ゲルを除去する除去ステップと、を含む。
【００１７】
繊維状の部材をゲル中に分散させた状態で該ゲルを流入セルに充填することにより、流入セル内に繊維状の部材を分散して充填することができると共に、充填する繊維状の部材の量を容易に調整することができる。このときに、ゲルの粘度を調整することにより、セルの下流側端部まで繊維状の部材を充填することができる。そして、ゲルを焼失または溶出させることで、繊維状の部材のみをセル内に残すことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＰＭの酸化を促進させることにより、ＰＭの堆積によるフィルタにおける圧力損失の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）は、フィルタを排気の流れの上流側から見た図である。（Ｂ）は、フィルタの中心軸方向の断面図である。
【図２】図１におけるＸで示した範囲の流入セルの断面を模式的に示した図である。
【図３】温度とＰＭ酸化速度との関係を示した図である。
【図４】（Ａ）は、従来のように隔壁上にＰＭ酸化触媒を含んだＰＭ酸化触媒層を設けたフィルタの隔壁の表面付近の隔壁通過方向を含む断面図である。（Ｂ）は、実施例に係る繊維状の部材を設けたフィルタの隔壁の表面付近の隔壁通過方向を含む断面図である。
【図５】従来のフィルタにおけるＰＭ堆積量と圧力損失との関係を示した図である。
【図６】フィルタの製造方法を説明するための図である。
【図７】実施例に係るフィルタの製造方法のフローを示したフローチャートである。
【図８】流入セルの体積に対する、繊維状の部材の体積の比を、フィルタ流入方向の下流側ほど大きくした場合を模式的に示した図である。
【図９】流入セルの一部に繊維状部材を充填した場合の流入セルの１つを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
（実施例）
図１は、本実施例に係るフィルタ１の断面図である。図１（Ａ）は、フィルタ１を排気の流れの上流側から見た図である。図１（Ｂ）は、フィルタ１の中心軸方向の断面図である。本実施例に係るフィルタ１は、内燃機関の排気通路に設けられる。図１（Ｂ）における「排気の流れ」で示される矢印が、内燃機関の排気の流れの方向であって、フィルタ１に流入する排気の流れの方向を示している。また、図１（Ｂ）において排気は、後述する隔壁１４に形成されている細孔を通過している。なお、図１に示す「排気の流れ」の方向を以下では、「フィルタ流入方向」という。フィルタ流入方向は、後述するセル１０，１１が延びる方向及びフィルタ１の中心軸方向と平行である。フィルタ１は、内燃機関の排気中に含まれるＰＭを捕集する。
【００２２】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ１は、互いに平行をなして延びる複数個のセル１０、１１を備えるいわゆるウォールフロー型のフィルタである。セル１０、１１は、フィルタ流入方向に延びている。これらセル１０、１１は、下流端が栓１２により閉塞された流入セル１０と、上流端が栓１３により閉塞された流出セル１１と、により構成される。セル１０、１１は、フィルタ流入方向と直交する断面が四角形となるように形
成されている。なお、図１（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓１３を示している。流入セル１０および流出セル１１は隔壁１４を介して交互に配置される。換言すると各流入セル１０の上下左右に夫々流出セル１１が配置され、各流出セル１１の上下左右に流入セル１０が配置される。なお、栓１２，１３と隔壁１４とは一体成形としてもよい。図１（Ａ）に示すように、流入セル１０及び流出セル１１の断面は四角形であり、この四角形の一辺の長さは、例えば０．５から１．０ｍｍ程度である。また、隔壁１４の厚さは、例えば０．３ｍｍ程度である。
【００２３】
フィルタ１の隔壁１４は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、隔壁１４には無数の細孔が形成されている。従って流入セル１０内に流入した排気は、周囲の隔壁１４内を通って隣接する流出セル１１内に流出する。なお、隔壁１４内を通過する排気の流れる方向を以下では、「隔壁通過方向」という。隔壁通過方向は、流入セル１０の上下左右の４方向に存在し得るが、本実施例では説明の都合上、特に断らない限りは任意の一方向を示すものとする。細孔の平均径は、例えば１２から１３μｍ程度である。
【００２４】
さらに、本実施例に係るフィルタ１では、流入セル１０に繊維部１５Ａを設けている。繊維部１５Ａは、ＰＭを酸化させる触媒であるＰＭ酸化触媒を含む繊維状部材１５が充填された範囲として示される。すなわち、流入セル１０に、ＰＭ酸化触媒を含んだ繊維状部材１５を充填することで繊維部１５Ａを設けている。図２は、図１におけるＸで示した範囲の流入セル１０を模式的に拡大した図である。繊維状部材１５には、ＰＭ酸化触媒が含まれている。ここでいう「繊維状部材１５にＰＭ酸化触媒が含まれる」とは、例えば、繊維状部材１５にＰＭ酸化触媒が固溶若しくは固定されている場合、または、ＰＭ酸化触媒自体を繊維状に形成した場合をいう。繊維状部材１５は、流入セル１０の全体に充填されている。
【００２５】
ＰＭ酸化触媒を含む繊維状部材１５には、繊維状のジルコニアに、希土類（例えば、Ｎｄ，Ｐｒ，Ｙ等）を固溶させたもの、または、アルミナ，シリカ，ジルコニア，チタニア等のセラミックスを繊維状にしたもの若しくはステンレス等の金属を繊維状にしたものに、ＰＭ酸化触媒（例えば、希土類を固溶させたジルコニアの微粒子若しくは貴金属を含有する微粒子等）を固定したものを例示できる。なお、ＰＭ酸化触媒を「固定」させる場合にはバインダが必要となる。そして、ＰＭ酸化触媒を「固定」させる場合には、繊維状部材１５の長さを数μｍ程度とする必要がある。このため、繊維状部材１５が互いに絡み難くなるため、繊維状部材１５間の距離が短くなり得る。したがって、ＰＭ酸化触媒を「固定」させる場合よりも、ＰＭ酸化触媒を「固溶」させる場合のほうが、繊維状部材１５をより疎に充填することができる。また、希土類を固溶させたジルコニアの繊維または微粒子は、貴金属を含有した微粒子よりも低コストで製造が可能で且つ酸化活性種が届く範囲が広い。このため、繊維状部材１５として、希土類を固溶させたジルコニアの繊維、または、希土類を固溶させたジルコニアの微粒子を固定した繊維を用いることにより、ＰＭを酸化可能な範囲を広げることができる。
【００２６】
一方、希土類を固溶させたジルコニアは、貴金属よりも酸化活性種を生成する温度領域が高い。ここで、図３は、温度とＰＭ酸化速度との関係を示した図である。実線は希土類を固溶させたジルコニアを示し、破線は、貴金属を示している。図３に示すように、Ｔ１で示した温度において希土類を固溶させたジルコニアと貴金属とのＰＭ酸化速度が逆転する。すなわち、Ｔ１で示した温度以上では、希土類を固溶させたジルコニアのほうがＰＭ酸化速度が大きく、Ｔ１で示した温度未満では、貴金属の方がＰＭ酸化速度が大きい。したがって、想定されるフィルタ１の温度に基づいて希土類を固溶させたジルコニア又は貴金属のいずれを用いるのか決定してもよいが、より広い温度の範囲でＰＭの酸化を促進させるように、希土類を固溶させたジルコニアと貴金属とを混合して用いてもよい。この場
合の混合比率は、実験またはシミュレーション等により得てもよい。
【００２７】
また、繊維部１５Ａ（流入セル１０としてもよい）の体積に対する繊維状部材１５の体積の比を２０％以下にする。繊維状部材１５は、流入セル１０内に均一に充填されている必要はないが、繊維状部材１５間をＰＭが通過できるように、最も密に充填されている箇所であっても、その箇所における流入セル１０の単位体積に対する繊維状部材１５の体積の比が２０％以下となるように充填される。このようにすることで、繊維状部材１５間に０．１ｍｍ×０．１ｍｍ程度の隙間が形成される。ここで、ＰＭの粒径は例えば数ｎｍから数十ｎｍであるため、繊維状部材１５間に０．１ｍｍ×０．１ｍｍ程度の隙間があれば、ＰＭが繊維状部材１５間の隙間を通過することができる。このようにして、繊維状部材１５間の距離をＰＭが捕集されない程度の距離とすることができ、ＰＭが通過可能な空間を形成することができる。すなわち、繊維部１５Ａの体積に対する繊維状部材１５の体積の比を２０％以下にすることで、繊維状部材１５間の隙間がＰＭの粒径に対して十分に大きくなるため、繊維状部材１５によってＰＭが捕集されることを抑制できる。
【００２８】
ここで、流入セル１０のフィルタ流入方向の上流端（すなわち、フィルタ１の上流端）において繊維状部材１５にＰＭが捕集されると、このＰＭよりも上流側にはＰＭ酸化触媒が存在しないため、このＰＭには酸化活性種が到達し難くなる。すなわち、ＰＭ酸化触媒で生成される酸化活性種は排気の流れる方向に流されると考えられるため、ＰＭよりも上流側にＰＭ酸化触媒が存在しない又は少ないと、このＰＭの酸化が困難となる。そして、ＰＭが捕集された箇所においては、排気の流路が狭くなるため、ＰＭがさらに捕集され易くなる。このため、フィルタ１の上流端にＰＭが堆積して流入セル１０がＰＭで閉塞される虞がある。フィルタ１の上流側端部付近で流入セル１０が閉塞されると、それよりも下流に排気が流れ難くなるため、圧力損失が増加してしまう。
【００２９】
一方、繊維部１５Ａの体積に対する繊維状部材１５の体積の比を２０％以下にすることで、繊維状部材１５によってＰＭが捕集されることを抑制できるため、圧力損失の増加を抑制できる。また、隔壁１４に形成される細孔または隔壁１４の表面上に付着したＰＭには、該ＰＭよりもフィルタ流入方向または隔壁通過方向の上流側に設けられるＰＭ酸化触媒から酸化活性種が供給されるため、ＰＭの酸化を促進させることができる。なお、ＰＭが凝集するなどして粒径が大きくなると、繊維状部材１５間の隙間を通過することが困難となる虞もある。しかし、このように粒径が大きくなったＰＭが繊維状部材１５に引っかかったとしても、大部分のＰＭは繊維部１５Ａを通過することができる。すなわち、繊維状部材１５によってＰＭが実質的には捕集されないといえる。
【００３０】
そして、本実施例においては、繊維部１５Ａ（流入セル１０としてもよい）の体積に対する繊維状部材１５の体積の比を２０％以下にするために、夫々の繊維状部材１５の長さを、例えば１ｍｍ以上としている。この１ｍｍという長さは、流入セル１０の断面の、最も短い一辺よりも長い長さとして設定される。すなわち、繊維状部材１５が、繊維部１５Ａにおける流入セル１０の断面の最も短い一辺よりも長くなっている。仮に繊維状部材１５の長さが１ｍｍ未満の場合には、繊維状部材１５間で空間を有したまま絡み合う状態を維持することができず、繊維状部材１５が流入セル１０内に密に充填される虞がある。そして、繊維状部材１５が密に充填されると隣接する繊維状部材１５の間が狭くなり、ＰＭが繊維状部材１５に捕集される虞がある。一方、繊維状部材１５の一本当たりの長さを１ｍｍ以上とすることにより、流入セル１０に繊維状部材１５を充填するときに、繊維状部材１５が隔壁１４に引っかかったり繊維状部材１５同士が絡み合ったりするために、流入セル１０内で繊維状部材１５が整列し難くなるため、繊維状部材１５が密に充填されることを抑制できる。このため、繊維状部材１５間をＰＭが通り抜け易くなる。このようにして、繊維状部材１５そのものによってＰＭが捕集されることを抑制することができるため、圧力損失の増加を抑制できる。そして、繊維状部材１５間を通り抜けたＰＭは、隔壁１
４に到達し、隔壁１４の細孔または隔壁１４の表面上に付着する。なお、繊維状部材１５の直径は例えば数十から数百μｍであるが、繊維状部材１５の耐久性、繊維状部材１５の製造のし易さ、生成し得る酸化活性種の量などと関連するため、これらを考慮して決定してもよい。また、繊維部１５Ａに１ｍｍ未満の長さの繊維状部材１５が含まれている場合であっても、その量が、ＰＭが通り抜けることができる空間を確保し得る量であれば問題ないため、厳密に全ての繊維状部材１５の長さが１ｍｍ以上である必要はない。さらに、本実施例では、流入セル１０の断面の一辺の長さが１ｍｍよりも短いために繊維状部材１５の長さを１ｍｍ以上としているのであって、繊維状部材１５の長さは少なくとも流入セル１０の断面の最も短い一辺の長さ以上となるように設定すればよい。
【００３１】
ここで、図４は、隔壁１４の表面付近の隔壁通過方向を含む断面図である。図４（Ａ）は、従来のように隔壁１４上にＰＭ酸化触媒２１を含んだＰＭ酸化触媒層２０を設けたフィルタを示しており、図４（Ｂ）は、本実施例に係る繊維状部材１５を設けたフィルタ１を示している。図４は、隔壁１４の表面にＰＭが堆積している状態を示している。図４（Ａ）において、ＰＭは、ＰＭ酸化触媒層２０内に入り込んで堆積し、さらにＰＭ酸化触媒層２０よりも矢印で示される隔壁通過方向の上流側にも堆積している。すなわち、ＰＭは、ＰＭ酸化触媒層２０よりも厚く堆積している。
【００３２】
排気と共にＰＭ酸化触媒層２０の細孔内（図４（Ａ）における一点鎖線で示される上流側端面２０Ａよりも隔壁通過方向の下流側）に入り込んだＰＭは、ＰＭ酸化触媒層２０内に堆積する。また、ＰＭ酸化触媒層２０に多くのＰＭが堆積すると、ＰＭ酸化触媒層２０の上流側端面２０Ａ上にもＰＭが堆積する。ここで、ＰＭ酸化触媒２１で生成される酸化活性種は、排気の流れの方向に移動すると考えられるため、ＰＭ酸化触媒層２０の上流側端面２０Ａよりも隔壁通過方向の上流側に堆積しているＰＭには、酸化活性種が届き難い。このため、ＰＭ酸化触媒層２０よりも上流側に一旦ＰＭが堆積してしまうと、そのＰＭを除去することが困難となりＰＭがさらに堆積してしまうため、フィルタの目詰まりを引き起こす虞がある。
【００３３】
一方、図４（Ｂ）に示すように、本実施例に係るフィルタ１では、図４（Ａ）に示したＰＭと同量のＰＭが堆積している場合であっても、この堆積しているＰＭよりもさらに隔壁通過方向の上流側に繊維状部材１５が存在している。ここで、本実施では、流入セル１０の全体に繊維部１５Ａが設けられており、さらに、繊維部１５ＡにはＰＭが通過する空間が設けられている。すなわち、繊維状部材１５間を通り抜けて隔壁１４の表面上または細孔に堆積しているＰＭよりも上流側には、繊維状部材１５が存在することになる。したがって、図４（Ａ）の場合には、上流側端面２０Ａよりも隔壁通過方向の上流側に酸化活性種を供給することは困難であったが、図４（Ｂ）の場合には、堆積しているＰＭよりも上流側に設けられている繊維状部材１５で生成される酸化活性種が、堆積しているＰＭに届く。このため、捕集されたＰＭをより速やかに酸化させることができるため、ＰＭによるフィルタ１の目詰まりを抑制することができる。
【００３４】
ここで、従来のＰＭ酸化触媒層２０を設けたフィルタでは、ＰＭ酸化触媒２１の効果が及ぶ範囲を広げるために、ＰＭ酸化触媒層２０をより厚くすることが考えられる。しかし、ＰＭ酸化触媒層２０をより厚くすることにより、ＰＭ酸化触媒層２０の細孔内に堆積するＰＭの量が増加する。図５は、従来のフィルタにおけるＰＭ堆積量と圧力損失との関係を示した図である。ここでいう従来のフィルタとは、図４（Ａ）に示すようなＰＭ酸化触媒層２０を設けているフィルタである。実線は、ＰＭ酸化触媒２１の量が比較的少ない場合を示し、破線は、ＰＭ酸化触媒２１の量が比較的多い場合（たとえば、実線の場合に対しＰＭ酸化触媒２１の量が３倍の場合）を示している。なお、ＰＭ酸化触媒層２０の単位体積あたりのＰＭ酸化触媒２１の量は同じであるため、ＰＭ酸化触媒２１の量が多いほど、ＰＭ酸化触媒層２０が厚くなる。ＰＭ酸化触媒２１の量が比較的少ない場合には、ＰＭ
堆積量がＰＭ１で示される値になるまでは、主にＰＭ酸化触媒層２０の細孔内にＰＭが堆積する。そして、それよりもＰＭ堆積量が多くなると、ＰＭ酸化触媒層２０の細孔内にＰＭを取り込むことが困難となり、主にＰＭ酸化触媒層２０の上流側端面２０Ａ上にＰＭが堆積する。一方、ＰＭ酸化触媒の量が比較的多い場合には、ＰＭ堆積量がＰＭ２で示される値になるまでは、主にＰＭ酸化触媒層２０の細孔内にＰＭが堆積し、それよりもＰＭ堆積量が多くなると、ＰＭ酸化触媒層２０の細孔内にＰＭを取り込むことが困難となり、主にＰＭ酸化触媒層２０の上流側端面２０Ａ上にＰＭが堆積する。
【００３５】
図５に示したように、ＰＭ酸化触媒層２０の細孔内にＰＭが堆積している途中のとき（すなわち、ＰＭ１またはＰＭ２よりもＰＭ堆積量が少ないとき）のほうが、ＰＭ酸化触媒層２０の上流側端面２０Ａ上にＰＭが堆積しているとき（すなわち、ＰＭ１またはＰＭ２よりもＰＭ堆積量が多いとき）よりも、ＰＭ堆積量の増加量に対する圧力損失の上昇量が大きい。すなわち、ＰＭ酸化触媒層２０の上流側端面２０Ａ上にＰＭが堆積するよりも、ＰＭ酸化触媒層２０の細孔内にＰＭが堆積する方が、圧力損失の上昇量が大きいといえる。ここで、ＰＭによってＰＭ酸化触媒層２０の細孔の断面が小さくなった場合には、該ＰＭ酸化触媒層２０が厚いほど、圧力損失が大きくなる。そして、ＰＭ酸化触媒２１の量が少ない場合よりも、多い場合のほうが、ＰＭ酸化触媒層２０が厚くなるため、ＰＭが堆積したときに圧力損失がより大きくなる。したがって、ＰＭ酸化触媒層２０をより厚くしてＰＭ酸化触媒２１の効果が及ぶ範囲を広げようとすると、圧力損失が大きくなる虞がある。これに対して本実施例に係るフィルタ１では、隔壁１４上にＰＭ酸化触媒層２０を設けることなく、ＰＭの酸化を促進させることができるため、圧力損失が増加することを抑制できる。
【００３６】
次に、本実施例に係るフィルタ１の製造方法について説明する。なお、フィルタ１の基材（隔壁１４及び栓１２，１３）については、従来と同様の方法により製造することができるため説明を省略する。よって、以下では主に流入セル１０に繊維状部材１５を設ける方法について説明する。
【００３７】
繊維状部材１５を流入セル１０に設ける前に、繊維状部材１５にはＰＭ酸化触媒を含ませておく。例えばジルコニア繊維を希土類元素の溶液に一旦浸し、その後、この繊維を溶液から取り出して、乾燥及び焼成することでジルコニア繊維に希土類を固溶させることにより本実施例に係る繊維状部材１５を製造する。また、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、チタニア繊維、シリカ繊維または金属繊維（例えばステンレス鋼材繊維）を、希土類を固溶させたジルコニアの微粒子または貴金属の微粒子を含んだ液体に一旦浸し、その後、繊維をこの溶液から取り出して、乾燥及び焼成することで本実施例に係る繊維状部材１５を製造することもできる。このようにして、繊維状部材１５にＰＭ酸化触媒を予め含ませている。そして、この繊維状部材１５をゲル（例えばゼラチンまたは寒天など）中に均一に分散させる。
【００３８】
ここで、図６は、フィルタ１の製造方法を説明するための図である。図６は、繊維状部材１５を分散させたゲル１５０をフィルタ流入方向の上流側からフィルタ１に圧入するときの概略図である。フィルタ１は、該フィルタ１の外周面と隙間なく嵌合する内周面を持った筒状の筒部３１に挿入される。また、フィルタ１よりもフィルタ流入方向の上流側の筒部３１内に、繊維状部材１５を分散させたゲル１５０を配置する。そして、ゲル１５０よりもさらにフィルタ流入方向の上流側からフィルタ１に向かって圧入部３２を用いてゲル１５０を押すことにより、ゲル１５０が流入セル１０に圧入される。圧入部３２は、フィルタ１の直径と等しい直径を持つピストン３２Ａを備えており、筒部３１内をフィルタ１の方向に進むと共に、ピストン３２Ａがゲル１５０を押していく。このときに、流入セル１０内の空気はゲル１５０によって押され、隔壁１４の細孔を通って流出セル１１に排出される。このようにして、繊維状部材１５を含んだゲル１５０を流入セル１０に充填す
る。その後に、フィルタ１の全体を加熱することで、ゲル成分（ゲル化剤及び水分）を焼失または溶出させることで、繊維状部材１５だけを流入セル１０に残すことができる。このようにして、繊維状部材１５を流入セル１０に充填させることができる。
【００３９】
ここで、ゲル１５０が流入セル１０の奥、すなわち栓１２が存在する箇所まで到達するように、ゲル１５０の粘度を決定してもよい。例えばゲル１５０の粘度が低すぎると、ゲル１５０を圧入するときに、ゲル１５０が隔壁１４の細孔を通って流出セル１１に流出するため、繊維状部材１５を流入セル１０の奥まで充填することが困難となる虞がある。一方、比較的粘度の高いゲル１５０を用いることにより、流入セル１０にゲル１５０を圧入するときに、繊維状部材１５がゲル１５０と共に流入セル１０の断面形状に収まるように変形するため、繊維状部材１５を流入セル１０の奥まで充填することが可能となる。したがって、ゲル１５０を圧入するときに、繊維状部材１５がゲル１５０と共に流入セル１０の断面形状に収まるように変形するように、ゲル１５０の粘度を決定することが好ましい。
【００４０】
図７は、本実施例に係るフィルタ１の製造方法のフローを示したフローチャートである。なお、以下では、希土類を固溶させたジルコニア繊維を用いる場合について説明するが、他の繊維やＰＭ酸化触媒を用いる場合であっても同様に考えることができる。また、フィルタ１の基材は予め形成しておく。
【００４１】
ステップＳ１０１では、ジルコニア繊維を希土類の溶液に浸す。これにより、ジルコニア繊維に希土類を付着させる。このジルコニア繊維には、一本当たりの長さが１ｍｍ以上のものを用いる。このジルコニア繊維は市販されているものを用いることができる。ステップＳ１０２では、希土類の溶液からジルコニア繊維を取り出して乾燥させる。ステップＳ１０３では、希土類に浸した繊維状部材１５の固溶処理を行う。すなわち、希土類が付着したジルコニア繊維を、焼成することにより固溶させる。このようにして製造される繊維状部材１５は、ＰＭ酸化触媒を含んだ繊維状の部材といえる。ステップＳ１０４では、繊維状部材１５をゲル１５０に分散させて固める。このときには、繊維状部材１５にゲル化剤を加えて固める。さらに、流入セル１０の体積に対する繊維状部材１５の体積の比が２０％以下となるように、繊維状部材１５をゲル１５０中に分散させる。ステップＳ１０５では、図６に示したように、繊維状部材１５を含むゲル１５０を筒部３１に配置し、次のステップＳ１０６において、ゲル１５０を圧入部３２によってフィルタ１の流入セル１０に圧入する。ステップＳ１０７では、フィルタ１を加熱して、流入セル１０内のゲル１５０を焼失または溶出されることによりゲル１５０を除去する。これにより、ゲル１５０内に分散していた繊維状部材１５のみが流入セル１０内に残る。以上のようにして、ＰＭ酸化触媒を含んだ繊維状部材１５を有する繊維部１５Ａをフィルタ１の流入セル１０に設けることができる。なお、本実施例におけるステップＳ１０４が、本発明における分散ステップに相当し、本実施例におけるステップＳ１０６が本発明における充填ステップに相当し、本実施例におけるステップＳ１０７が本発明における除去ステップに相当する。
【００４２】
なお、本実施例においては、フィルタ１の隔壁１４にＰＭ酸化触媒を担持していない。すなわち、フィルタ１の隔壁１４にＰＭ酸化触媒を含まないようにしている。このため、ＰＭ酸化触媒が繊維状部材１５のみに含まれている。フィルタ１の基材にＰＭ酸化触媒を担持しなくても、繊維状部材１５で生成される酸化活性種により隔壁１４の細孔内に入り込んだＰＭを酸化させることができる。また、フィルタ１の基材にＰＭ酸化触媒を担持しないことにより、コストダウンをはかることができる。ここで、フィルタ１の圧力損失とフィルタ１のＰＭ堆積量との関連性を利用して、フィルタ１の圧力損失に基づいてＰＭ堆積量を推定することができる。しかし、隔壁１４にＰＭ酸化触媒が担持されている場合には、隔壁１４内に堆積しているＰＭが、隔壁１４の表面上に堆積しているＰＭよりも先に酸化されやすい。ここで、隔壁１４内にＰＭが堆積している場合と、隔壁１４の表面上に
ＰＭが堆積している場合と、で圧力損失とＰＭ堆積量との関係が異なる。このため、フィルタ１の基材にＰＭ酸化触媒を設けると、隔壁１４内にＰＭが堆積しておらず且つ隔壁１４上にＰＭが堆積している場合や、隔壁１４内にＰＭが堆積しており且つ隔壁１４上にＰＭが堆積している場合等、複数の条件を考慮しなければならず、フィルタ１の圧力損失とＰＭ堆積量との関係が複雑となる。このため、ＰＭ堆積量を推定精度が低下する虞がある。これに対し、隔壁１４にＰＭ酸化触媒が含まれないことにより、フィルタ１の圧力損失とＰＭの堆積量との関係が比較的明確になるため、ＰＭ堆積量の推定精度を高めることができる。
【００４３】
また、流入セル１０内の所定の体積（単位体積としてもよい）に占める、繊維状部材１５の体積の比は、フィルタ流入方向において均一であってもよいが、以下のように不均一にしてもよい。図８は、流入セル１０の単位体積に占める、繊維状部材１５の体積の比を、フィルタ流入方向の下流側ほど大きくした場合を模式的に示した図である。これは、フィルタ流入方向の下流側ほど、繊維状部材１５を密に充填した場合の図ともいえる。すなわち、繊維状部材１５の量が、フィルタ流入方向における流入セル１０の上流側よりも下流側で多い。ここで、ＰＭは、流入セル１０においてフィルタ流入方向の下流側、すなわち、栓１２側に堆積しやすい。このため、流入セル１０の栓１２側ほど、ＰＭをより多く酸化する必要が生じる。ここで、流入セル１０においてフィルタ流入方向の下流側ほど、流入セル１０の単位体積当たりの繊維状部材１５の量（繊維状部材１５の密度としてもよい。）を大きくすることにより、流入セル１０の栓１２側ほど、ＰＭの酸化能力を高くすることができる。したがって、流入セル１０の栓１２側において多くのＰＭが堆積しても、その近くの繊維状部材１５によりＰＭの酸化を促進させることができる。また、流入セル１０においてフィルタ流入方向の上流側では、繊維状部材１５の量を少なくすることで、必要以上の繊維状部材１５を設けないようにしているため、コストアップを抑制できる。さらに、流入セル１０においてフィルタ流入方向の上流側では、繊維状部材１５の量が少ないことにより繊維状部材１５間の距離が長くなるため、上流側においてＰＭが繊維状部材１５に付着することを抑制できる。このため、繊維状部材１５にＰＭが捕集されて流入セル１０が閉塞することを抑制できる。
【００４４】
なお、図８に示したフィルタ１は例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、図６に示したようにゲルを圧入するときに、繊維状部材１５の密度が異なる複数のゲルを用意し、フィルタ流入方向の下流側から上流側に向かって、繊維状部材１５の体積の比が高いゲルから低いゲルへ徐々に変化するように、筒部３１内に層状にゲルを配置する。この状態で、圧入部３２によって層状のゲルを流入セル１０に圧入し、その後に、ゲル成分（ゲル化剤及び水分）を焼失または溶出させることで、フィルタ流入方向の下流側ほど、繊維状部材１５の量を多くすることができる。すなわち、流入セル１０の体積に対する、繊維状部材１５の体積の比を、フィルタ流入方向の下流側ほど大きくすることができる。このような場合、フィルタ流入方向の最も下流側の単位体積において、繊維状部材１５が占める比を２０％以下とすることで、流入セル１０の全体の何れの箇所においても繊維状部材１５が占める比を２０％以下とすることができる。これにより、繊維状部材１５にＰＭが捕集されることを抑制できる。
【００４５】
また、本実施例では、流入セル１０の全体に繊維状部材１５を充填しているが、以下のように、流入セル１０の一部に繊維状部材１５を充填してもよい。図９は、流入セルの一部に繊維状部材１５を充填した場合の流入セル１０の１つを模式的に示した図である。図９に示すように、繊維状部材１５を流入セル１０において排気の流れ方向の下流側のみに充填している。図９においては、このように繊維状部材１５が充填されている範囲（一点鎖線よりも栓１２側）のみが繊維部１５Ａとなる。すなわち、繊維部１５Ａを流入セル１０において排気の流れ方向の下流側のみに形成している。上記のように、ＰＭは、流入セル１０においてフィルタ流入方向の下流側、すなわち、栓１２側に堆積しやすい。ＰＭが
堆積しやすい位置にのみ繊維状部材１５を充填させることにより、該ＰＭが堆積しやすい位置においてＰＭの酸化を促進させることができる。このように、必要以上の繊維状部材１５を設けないようにすることで、コストアップを抑制できる。
【００４６】
なお、図９に示したフィルタ１は例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、図６に示したようにゲルを圧入するときに、繊維状部材１５を含んだゲルと、繊維状部材１５を含まないゲルと、を用意し、フィルタ流入方向の下流側に繊維状部材１５を含んだゲルを配置し、フィルタ流入方向の上流側に繊維状部材１５を含まないゲルを配置する。この状態で、圧入部３２によって両ゲルを流入セル１０に圧入し、その後に、ゲル成分（ゲル化剤及び水分）を焼失または溶出させることで、フィルタ流入方向の下流側のみに、繊維状部材１５を充填することができる。このような場合であっても、繊維部１５Ａの単位体積において、繊維状部材１５が占める比を２０％以下とする。これにより、繊維状部材１５にＰＭが捕集されることを抑制できる。また、流入セル１０の一部に繊維部１５Ａを設ける場合であっても、フィルタ流入方向の下流側ほど、繊維部１５Ａの単位体積に占める、繊維状部材１５の体積の比を高くしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１     フィルタ
１０   流入セル
１１   流出セル
１２   栓
１３   栓
１４   隔壁
１５   繊維状部材
１５Ａ 繊維部
２０   ＰＭ酸化触媒層
２０Ａ 上流側端面
２１   ＰＭ酸化触媒
３１   筒部
３２   圧入部
３２Ａ ピストン
１５０ ゲル
【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】
2016104471.tif 000007
【図６】
2016104471.tif 000008
【図７】
2016104471.tif 000009
【図８】
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【図９】
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