(57)【要約】【課題】排ガス中の粒子状物質の捕集効率を高く維持した状態で、排ガス処理における初期及びＰＭ堆積時の圧力損失を低く抑えることが可能な、耐熱強度に優れたウォールフロー型排ガス浄化フィルタを提供する。【解決手段】ハニカム構造部と目封止部３とを備え、断面が略六角形である入口開口セル２ａの１辺と、断面が略正方形である出口開口セル２ｂの１辺とが、略同一の長さを有するとともに略平行に隣接し、１つの出口開口セル２ｂの周囲を４つの入口開口セル２ａが取り囲む構造となっており、出口開口セル２ｂの第１の辺１１を形成する隔壁１と、対向する第２の辺１２を形成する隔壁１との距離である距離ａは、０．８ｍｍを超え２．４ｍｍ未満の範囲であり、入口開口セル２ａの第３の辺１３を形成する隔壁１と、対向する第４の辺１４を形成する隔壁１との距離である距離ｂの、距離ａに対する比率は、０．４を超え１．１未満の範囲である、ウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端面から第２の端面まで貫通し、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
所定の前記セルの前記第１の端面と残余の前記セルの前記第２の端面とに配設された目封止部と、を備え、
複数の前記セルは、前記流体の流入側端面において開口するとともに前記流体の流出側端面において流出側目封止部が配設された入口開口セルと、前記流入側端面において流入側目封止部が配設されるとともに前記流出側端面において開口した出口開口セルと、からなり、
前記入口開口セルは、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面の形状が見かけ上略六角形であり、
前記出口開口セルは、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面の形状が略正方形であり、
複数の前記セルは、所定の前記入口開口セルの１辺と、隣接する前記出口開口セルの１辺とが、略同一の長さを有するとともに略平行となるよう、１つの前記出口開口セルの周囲を４つの前記入口開口セルが取り囲む構造となっており、
前記出口開口セルの第１の辺を形成する前記隔壁と、前記出口開口セルの前記第１の辺と対向する第２の辺を形成する前記隔壁との距離である距離ａは、０．８ｍｍを超え２．４ｍｍ未満の範囲であり、
前記出口開口セルの１辺と略平行に隣接する前記入口開口セルの第３の辺を形成する前記隔壁と、前記入口開口セルの前記第３の辺と対向する第４の辺を形成する前記隔壁との距離である距離ｂの、前記距離ａに対する比率は、０．４を超え１．１未満の範囲である、ウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記入口開口セルには、前記第３の辺の中央部と前記第４の辺の中央部とを前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な方向に結ぶ分割壁が形成された、請求項１に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１０〜３０ｃｍ２／ｃｍ３であり、
前記入口開口セルのセル断面開口率が２０〜７０％であり、
複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．５〜２．５ｍｍである、請求項１又は２に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの前記細孔を除く全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１２〜１８ｃｍ２／ｃｍ３であり、
前記入口開口セルのセル断面開口率が２５〜６５％であり、
複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．８〜２．２ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
複数の前記セルの、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面における角部は、曲率半径０．０５〜０．４ｍｍの湾曲形状である請求項１〜４のいずれか１項に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
複数の前記セルを形成する前記隔壁に触媒が担持された請求項１〜５のいずれか１項に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォールフロー型排ガス浄化フィルタに関する。更に詳しくは、エンジン、特に自動車エンジンからの排ガスに含まれる粒子状物質や、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等の有毒ガス成分の浄化に好適に用いられるウォールフロー型排ガス浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境への影響や、資源節約の観点から、自動車の燃費低減が近年求められている。このため、直接噴射式ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の熱効率の良い内燃機関が、自動車用の動力源として使用される傾向にある。
【０００３】
一方、これらの内燃機関では、燃料の燃焼の際に生じる燃えかすの発生が問題となっている。大気環境の観点から、排ガスに含まれる有毒成分の除去と同時に、スート（煤）やアッシュ（灰）等の粒子状物質（以下、「ＰＭ」ということがある。）を大気に放出しないための対策が必要とされている。
【０００４】
特にディーゼルエンジンから排出されるＰＭの除去に関する規制は世界的に強化される傾向にあり、ＰＭを除去するための捕集フィルタ（以下、「ＤＰＦ」ということがある。）として、ハニカム構造のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの使用が注目され、種々のシステムが提案されている。上記ＤＰＦは、通常、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数のセルが区画形成されたものであり、セルを交互に目封止することで、セルを構成する多孔質の隔壁がフィルタの役目を果たす構造である。
【０００５】
ＤＰＦは、第１の端面（流入側端面）から粒子状物質を含有する排ガス等を流入させ、隔壁で粒子状物質を濾過した後に、浄化されたガスを第２の端面（流出側端面）から排出するものであるが、排ガスの流入に伴い、排ガス中に含有される粒子状物質が隔壁上に堆積し、排ガスの流入側セルを閉塞させるという問題があった。これは、排ガス中に多量の粒子状物質が含有される場合や、寒冷地において発生し易い現象である。このようにセルが閉塞すると、ＤＰＦにおける圧力損失が急激に大きくなるという問題が生じる。そこで、このようなセルの閉塞を抑制するために、排ガスの流入側セルにおける濾過面積や開口率を高めるという工夫がなされている。
【０００６】
具体的には、流入側セル、即ち流入側端面において開口しているセル（入口開口セル）の断面積と、流出側セル、即ち流出側端面において開口しているセル（出口開口セル）の断面積とを異ならせた構造（以下、「ＨＡＣ（Ｈｉｇｈ  Ａｓｈ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）構造」ということがある。）が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここでセルの断面積とは、セルをその中心軸方向に垂直な平面で切断したときの、その断面の面積をいう。
【０００７】
また、断面積の大きな流入側セルと断面積の小さな流出側セルとを有するＨＡＣ構造のハニカムフィルタであって、流入側セルの断面形状と、流出側セルの断面形状とが異なるハニカムフィルタが提案されている（例えば特許文献２参照）。ここで、セルの断面形状とは、セルをその中心軸方向に垂直な平面で切断したときの、その断面に現れる形状をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００９／０６９３７８号
【特許文献２】特開２００４−０００８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、流入側セル（入口開口セル）の開口率を高めることは、即ち相対的に流出側セル（出口開口セル）の開口率の低下につながるため、それに伴って、初期の圧力損失（圧損）が高くなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、流入側セル（入口開口セル）と流出側セル（出口開口セル）とで、断面積や断面形状を異ならせるようにすると、セルを形成する隔壁の厚さが、隔壁同士が交差する部分（以下、「交点部」ということがある。）の一部で薄くなる場合があり、強度的に弱くなるという問題があった。そのため、ＤＰＦに堆積したＰＭをポストインジェクションによって燃焼除去する際に、薄くなった交点部の一部に熱応力が集中し、クラックが発生する等、破壊し易くなるという問題があった。ここで、隔壁同士が交差する部分（交点部）とは、ＤＰＦ等のハニカムフィルタを、その中心軸方向に垂直な平面で切断したときの断面において、互いに交差する２つの隔壁の双方に属する部分をいう。例えば、上記断面において、直線状に延びる同じ厚さの隔壁同士が交差する場合には、交点部とは、交差する部分における、正方形の断面形状の範囲をいう。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、初期の圧力損失及びＰＭ堆積時の圧力損失のいずれも低く抑えるとともに、ＰＭ燃焼時におけるフィルタの局所的な温度上昇を防止し、熱応力によるクラック発生を低減した、ウォールフロー型排ガス浄化フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、流入側セル（入口開口セル）の濾過面積及び開口率を高めつつ、流出側セル（出口開口セル）の開口径を大きく保つことで、上記課題を解決できることを見出した。即ち、本発明によれば、以下のウォールフロー型排ガス浄化フィルタが提供される。
【００１３】
［１］  第１の端面から第２の端面まで貫通し、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、所定の前記セルの前記第１の端面と残余の前記セルの前記第２の端面とに配設された目封止部と、を備え、複数の前記セルは、前記流体の流入側端面において開口するとともに前記流体の流出側端面において流出側目封止部が配設された入口開口セルと、前記流入側端面において流入側目封止部が配設されるとともに前記流出側端面において開口した出口開口セルと、からなり、前記入口開口セルは、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面の形状が見かけ上略六角形であり、前記出口開口セルは、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面の形状が略正方形であり、複数の前記セルは、所定の前記入口開口セルの１辺と、隣接する前記出口開口セルの１辺とが、略同一の長さを有するとともに略平行となるよう、１つの前記出口開口セルの周囲を４つの前記入口開口セルが取り囲む構造となっており、前記出口開口セルの第１の辺を形成する前記隔壁と、前記出口開口セルの前記第１の辺と対向する第２の辺を形成する前記隔壁との距離である距離ａは、０．８ｍｍを超え２．４ｍｍ未満の範囲であり、前記出口開口セルの１辺と略平行に隣接する前記入口開口セルの第３の辺を形成する前記隔壁と、前記入口開口セルの前記第３の辺と対向する第４の辺を形成する前記隔壁との距離である距離ｂの、前記距離ａに対する比率は、０．４を超え１．１未満の範囲である、ウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【００１４】
［２］  前記入口開口セルには、前記第３の辺の中央部と前記第４の辺の中央部とを前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な方向に結ぶ分割壁が形成された、前記［１］に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【００１５】
［３］  前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１０〜３０ｃｍ２／ｃｍ３であり、前記入口開口セルのセル断面開口率が２０〜７０％であり、複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．５〜２．５ｍｍである、前記［１］又は［２］に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【００１６】
［４］  前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの前記細孔を除く全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１２〜１８ｃｍ２／ｃｍ３であり、前記入口開口セルのセル断面開口率が２５〜６５％であり、複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．８〜２．２ｍｍである、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【００１７】
［５］  複数の前記セルの、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面における角部は、曲率半径０．０５〜０．４ｍｍの湾曲形状である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【００１８】
［６］  複数の前記セルを形成する前記隔壁に触媒が担持された前記［１］〜［５］のいずれかに記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる粒子状物質を効率良く捕集、除去するとともに、初期及びＰＭ堆積時のいずれにおける圧損も少ないウォールフロー型排ガス浄化フィルタが提供される。また、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタは、ＰＭ燃焼時の熱応力集中によるクラック等の発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を示す模式的断面図であり、図３及び図４に示すＡ−Ａ’方向における断面を示す図である。
【図３】本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を流入側から見た模式的部分拡大図である。
【図４】本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を流出側から見た模式的部分拡大図である。
【図５】本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの他の実施形態を流入側から見た模式的部分拡大図である。
【図６】従来のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２２】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタは、第１の端面から第２の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、所定のセルの第１の端面と残余のセルの第２の端面とに配設された目封止部と、を備えている。図１は、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を示す模式的斜視図である。また図２は、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を示す模式的断面図であり、図３及び図４に示すＡ−Ａ’方向における断面を示す図である。図１及び図２に示す通り、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０は、ハニカム構造部９及び目封止部３を備え、複数のセル２は、流体の流入側端面６ａにおいて開口するとともに流体の流出側端面６ｂにおいて流出側目封止部３ｂが配設された入口開口セル２ａと、流入側端面６ａにおいて流入側目封止部３ａが配設されるとともに流出側端面６ｂにおいて開口した出口開口セル２ｂと、からなる。
【００２３】
本発明において、ハニカム構造部９を構成する材料に特に制限はないが、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、主成分は酸化物又は非酸化物の各種セラミックスや金属等であることが好ましい。具体的には例えばコージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、及びチタン酸アルミニウム等が考えられ、金属としてはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属及び金属珪素等が考えられる。これらの材料の中から選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが好ましい。高強度、高耐熱性等の観点から、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミニウム、コージェライト、炭化珪素、及び窒化珪素からなる群から選ばれた１種又は２種以上を主成分とすることが特に好ましい。また、高熱伝導率や高耐熱性等の観点からは、炭化珪素又は珪素−炭化珪素複合材料が特に適している。ここで、「主成分」とは、ハニカム構造部の５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上を構成することを意味する。
【００２４】
本発明においては、目封止部３の材料にも特に制限はないが、上述のハニカム構造部９の好適な材料として挙げた各種セラミックス及び金属等の中から選択された１種又は２種以上を含むことが好ましい。
【００２５】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０は、複数のセグメントを一体化させたものや、スリットが形成されたものであってもよい。このようにして作製されたウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０は、フィルタにかかる熱応力を分散させることができ、局所的な温度上昇によるクラックの発生を防止することができる。
【００２６】
複数のハニカムセグメントを一体化させる場合の各セグメントの大きさや形状に制限はないが、各セグメントが大きすぎると、セグメント化によるクラック防止効果が十分に発揮されず、小さすぎると各セグメントの製造や接合による一体化が煩雑となり好ましくない。このようなハニカムセグメントの形状は特に限定されるものではなく、例えば、断面形状が四角形状、即ちセグメントが四角柱状であるものを基本形状とし、一体化した後のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０において、その外周形状を適宜選択、加工することができる。本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０全体の形状に特に制限はなく、図１に示すような断面が円形状のものの他にも、例えば楕円形状、レーストラック形状、長円形状等の略円形状の他、四角形状、６角形状などの多角形状とすることもできる。
【００２７】
図３は、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を流入側から見た模式的部分拡大図であり、図４は、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を流出側から見た模式的部分拡大図である。図３及び図４に示す通り、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０において、入口開口セル２ａは、ハニカム構造部９の中心軸方向に垂直な断面の形状が見かけ上略六角形であり、出口開口セル２ｂは、ハニカム構造部９の中心軸方向に垂直な断面の形状が略正方形となっている。図６は、従来のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの一実施形態を示す模式的断面図である。図６に示す実施形態においては、入口開口セル２ａ及び出口開口セル２ｂ（図６中の流入側目封じ部３ａに相当）の断面形状がいずれも略正方形となっている。本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０は、入口開口セル２ａの断面形状を略六角形とすることによって、図６に示すような従来のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１００と比較して、フィルタの濾過面積を大きくすることができ、ＰＭ堆積による圧力損失を低減することができる。ここで「断面形状」とは、セル２をその中心軸方向に垂直な平面で切断したときの、その断面に現れる形状のことであり、セル２を形成する隔壁１に囲まれた部分の形状を指す。また、本明細書においては、入口開口セル２ａが複数の空間に分割されている場合であっても、隔壁１に囲まれた部分が略六角形である限り、分割された当該入口開口セル２ａは「見かけ上」略六角形であるという。
【００２８】
また、図３及び図４に示す通り、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０において、複数のセル２は、所定の入口開口セル２ａの１辺と、隣接する出口開口セル２ｂの１辺とが、略同一の長さを有するとともに略平行となるよう、１つの出口開口セル２ｂの周囲を４つの入口開口セル２ａが取り囲む構造となっている。即ち、略正方形の断面形状を有する出口開口セル２ｂの４辺のそれぞれに対して、略六角形の断面形状を有する入口開口セル２ａの１辺が隣接しており、隣接する辺同士は、略同一の長さを有するとともに略平行となっている。このような構造においては、出口開口セル２ｂ同士が隣接することはなく、出口開口セル２ｂは、周囲すべてを４つの入口開口セル２ａによって取り囲まれることになる。このような構造とすることによって、出口開口セル２ｂの開口率を大きくすると共に、出口開口セル２ｂの数を入口開口セル２ａの数と比べて少なくできるため、初期の圧力損失を低減させることができる。
【００２９】
また、図３及び図４に示す通り、入口開口セル２ａの６辺のうち、出口開口セル２ｂと略平行に隣接する２辺１３，１４を除く４辺４は、当該出口開口セル２ｂと隣接する別の出口開口セル２ｂの辺４とそれぞれ隣接している。即ち、入口開口セル２ａにおける隣り合う２辺４の形成する頂点同士が４つ集合する部分においては、図３及び図４に示す通り、２つの隔壁１が互いに直交する構造となっている。このような構造とすることによって、隔壁１の熱容量を高く維持することができ、ＰＭの堆積しやすい頂点部分におけるＰＭ燃焼時の熱応力を緩和させることができる。
【００３０】
出口開口セル２ｂの第１の辺１１を形成する隔壁１と、出口開口セル２ｂの第１の辺１１と対向する第２の辺１２を形成する隔壁１との距離である距離ａは、０．８ｍｍを超え２．４ｍｍ未満の範囲であることが好ましい。ここで距離ａとは、第１の辺１１を形成する隔壁１の厚さ方向の中心から、対向する第２の辺１２を形成する隔壁１の厚さ方向の中心とを結ぶ最短距離を指す。また、出口開口セル２ｂの１辺と略平行に隣接する入口開口セル２ａの第３の辺１３を形成する隔壁１と、入口開口セル２ａの第３の辺１３と対向する第４の辺１４を形成する隔壁１との距離である距離ｂの、距離ａに対する比率は、０．４を超え１．１未満の範囲であることが好ましい。ここで距離ｂとは、第３の辺１３を形成する隔壁１の厚さ方向の中心から、対向する第４の辺１４を形成する隔壁１の厚さ方向の中心とを結ぶ最短距離を指す。距離ａ及び距離ｂの関係を上記の範囲とすることによって、初期の圧力損失及びＰＭ堆積時における圧力損失がバランス良く低減されるため好ましい。
【００３１】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０の製造方法に特に制限はないが、例えば以下のような方法により製造することができる。ハニカム構造部９の原料粉末として、前述の好適な材料の中から選ばれた材料、例えば炭化珪素粉末を使用し、これにバインダ、例えばメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース等を添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、可塑性の坏土を作製する。この坏土を押出成形することにより、上述のような所定の断面形状の隔壁１及びセル２を有するハニカム構造部９の成形体を得る。これを、例えばマイクロ波及び熱風で乾燥後、ハニカム構造部９の製造に用いた材料と同様の材料で目封止することで目封止部３を配設し、更に乾燥した後、例えば窒素雰囲気中で加熱脱脂し、その後アルゴン等の不活性雰囲気中で焼成することにより本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を得ることができる。焼成温度及び焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。
【００３２】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を複数のハニカムセグメントが一体化された構成とするには、例えば以下のような方法がある。複数のハニカムセグメントを、例えばセラミックスセメントを用いて互いに接合し、乾燥硬化させた後、所望の形状となるよう外周を加工することによって、セグメント一体型のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を得ることができる。
【００３３】
図５は、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタの他の実施形態を流入側から見た模式的部分拡大図である。図５に示す通り、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０では、入口開口セル２ａを中心軸方向に分割する分割壁７が形成されていてもよい。このような分割壁７を形成することによって、入口開口セル２ａにおける濾過面積を大きくすることができる。分割壁７の形状や数、形成位置等は特に限定されるものではないが、図５に示す実施形態の様に、入口開口セル２ａにおいて、第３の辺１３の中央部と第４の辺１４の中央部とを入口開口セル２ａの中心軸方向に垂直な方向に結ぶよう分割壁７が形成されていることが好ましい。このような実施形態における入口開口セル２ａは、分割壁７によって、実質的に、略五角形の断面形状を有する２つの空間に分割されることになる。
【００３４】
分割壁７の材料は特に限定されるものではなく、濾過能を有する多孔質材料の中から適宜好適なものを選択することができるが、フィルタ作製時の容易性を鑑み、隔壁１と同じ材料を採用することが好ましい。また、分割壁７の厚さについても、特に限定されるものではないが、熱容量及び強度の観点から０．１〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。０．１ｍｍよりも小さいと、熱容量及び強度の観点から好ましくない。また、０．５ｍｍよりも大きいと、濾過面積確保の観点から好ましくない。なお、本明細書においては、分割壁７が形成されている場合であっても、入口開口セル２ａは「見かけ上」略六角形であるとみなす。
【００３５】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０では、入口開口セル２ａにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（入口開口セル２ａの全内表面積（Ｓ）をハニカム構造部９の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ）が、１０〜３０ｃｍ２／ｃｍ３であることが好ましく、１２〜１８ｃｍ２／ｃｍ３であることが更に好ましい。一般に、フィルタの濾過面積が大きいほど、隔壁へのＰＭ堆積厚さを低減できるため圧力損失を低く抑えることができる。よって、入口開口セル２ａの幾何学的表面積ＧＳＡが１０ｃｍ２／ｃｍ３より小さいと、ＰＭ堆積時の圧力損失の増加につながるため好ましくない。また、３０ｃｍ２／ｃｍ３より大きいと、初期の圧力損失が増加するため好ましくない。
【００３６】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０では、入口開口セル２ａのセル断面開口率が２０〜７０％であることが好ましく、２５〜６５％であることが更に好ましい。入口開口セル２ａのセル断面開口率が２０％より小さいと、初期の圧力損失が増加するため好ましくない。また、７０％より大きいと、濾過流速が速くなるためＰＭの捕集効率が低下し、更に隔壁１の強度が不足するため好ましくない。ここで、「入口開口セル２ａのセル断面開口率」とは、ハニカム構造部９の中心軸方向に垂直な断面における、「ハニカム構造部９を形成する隔壁１全体の断面積」と「全てのセル２の断面積の総和」との合計に対する、「入口開口セル２ａの断面積の総和」の比率を意味する。
【００３７】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０では、複数のセル２のそれぞれの水力直径が０．５〜２．５ｍｍであることが好ましく、０．８〜２．２ｍｍであることが更に好ましい。複数のセル２のそれぞれの水力直径が０．５ｍｍより小さいと、初期の圧力損失が増加するため好ましくない。また、２．５ｍｍより大きいと、排ガスと隔壁１との接触面積が減少し、浄化効率が低下するため好ましくない。ここで、複数のセル２のそれぞれの水力直径とは、各セル２の断面積及び周長に基づき、４×（断面積）／（周長）によって計算される値である。セル２の断面積とは、ハニカム構造部９の中心軸方向に垂直な断面に現れるセルの形状（断面形状）の面積を指し、セルの周長とは、そのセルの断面形状の周囲の長さ（当該断面を囲む閉じた線の長さ）を指す。
【００３８】
初期の圧力損失、ＰＭ堆積時の圧力損失、及び捕集効率のトレードオフを鑑み、本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０においては、入口開口セル２ａの幾何学的表面積ＧＳＡが１０〜３０ｃｍ２／ｃｍ３であること、入口開口セル２ａのセル断面開口率が２０〜７０％であること、及び複数のセル２のそれぞれの水力直径が０．５〜２．５ｍｍであることを同時に満たすことが好ましい。また、入口開口セル２ａの幾何学的表面積ＧＳＡが１２〜１８ｃｍ２／ｃｍ３であること、入口開口セル２ａのセル断面開口率が２５〜６５％であること、及び複数のセル２のそれぞれの水力直径が０．８〜２．２ｍｍであること、を同時に満たすことが更に好ましい。
【００３９】
複数のセル２の、ハニカム構造部９の中心軸方向に垂直な断面における角部８、即ち、入口開口セル２ａの略六角形の断面形状における６つの角、及び、出口開口セル２ｂの略正方形の断面形状における４つの角を形成する部分は、Ｒを有する湾曲形状であることが好ましい。具体的には、角部８は、曲率半径０．０５〜０．４ｍｍの湾曲形状であることが好ましく、応力集中防止の観点から、曲率半径０．２〜０．４ｍｍの湾曲形状であることが更に好ましい。角部８の曲率半径が０．０５ｍｍよりも小さいと、角部８にＰＭが堆積しやすくなると同時に、隔壁１の熱応力及び強度が低下するため、熱応力緩和効果を十分に奏することができず好ましくない。また、角部８の曲率半径が０．４ｍｍよりも大きいと、セルの濾過面積が減少するため好ましくない。
【００４０】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０においては、複数のセル２を形成する隔壁１に触媒が担持されていてもよい。隔壁１に触媒を担持するとは、隔壁１の表面及び隔壁１に形成された細孔の内壁に、触媒がコーティングされることをいう。触媒の種類としては、ＳＣＲ触媒（ゼオライト、チタニア、バナジウム）や、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄのうち少なくとも２種の貴金属と、アルミナ、セリア、ジルコニアの少なくとも１種を含む三元触媒等が挙げられる。このような触媒を担持することにより、直接噴射式ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等を無毒化するとともに、隔壁１の表面に堆積したＰＭを触媒作用により燃焼除去させ易くすることが可能となる。
【００４１】
本発明のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０に上記のような触媒を担持させる方法は、特に限定されず、当業者が通常行う方法を採用することができる。具体的には、触媒スラリーをウォッシュコートして乾燥、焼成する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
セラミック原料として、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを８０：２０の質量割合で混合したものを準備した。この混合原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加するとともに、水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダーを用いて混練し、坏土を得た。
【００４４】
次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、図３及び図４に示すセル断面構造を有する四角柱形状のハニカムセグメントを１６個作製した。ハニカムセグメントの断面を３６ｍｍ×３６ｍｍとし、長さを１５２ｍｍとした。また、図３に示す距離ａを２．２ｍｍ、距離ｂを１．７６ｍｍとし、隔壁厚さを０．２ｍｍとした。
とした。
【００４５】
続いて、得られたハニカムセグメントを高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥した。なお、乾燥時には、ハニカムセグメントの流出側端面６ｂが、鉛直下向きになるように配置して乾燥を行った。
【００４６】
乾燥後のハニカムセグメントに、目封止部３を形成した。まず、ハニカムセグメントの流入側端面６ａにマスクを施し、マスクの施された端部（流入側端部）を目封止スラリーに浸漬して、マスクが施されていないセル２（入口開口セル２ａ）の開口部に目封止スラリーを充填し、目封止部３（流入側目封止部３ａ）を形成した。そして、乾燥後のハニカムセグメントの流出側端面６ｂについても同様にして、残余のセル（即ち、流入側端面６ａにおいて目封止されていないセル２（出口開口セル２ｂ））にも目封じ部３（流出側目封止部３ｂ）を形成した。
【００４７】
そして、目封止部３の形成されたハニカムセグメントを脱脂、焼成し、目封止ハニカムセグメントを得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とし、焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。なお、焼成時には、ハニカムセグメントの流出側端面６ｂが、鉛直下向きになるように配置して焼成を行った。
【００４８】
１６個の焼成済のハニカムセグメントを、接合材（セラミックスセメント）を用いて接合し一体化した。接合材は、無機粒子、無機接着剤を主成分とし、副成分として、有機バインダ、界面活性剤、発泡樹脂、水等を含むよう構成した。無機粒子としては、板状粒子、無機接着剤としては、コロイダルシリカ（シリカゾル）を使用した。板状粒子としては、マイカを使用した。１６個のハニカムセグメントが一体化に接合されたハニカムセグメント接合体の外周を円筒状に研削加工し、その外周面にコート材を塗布して、完成体を得た。コート材は、セラミックス粉末、水、結合材を含むよう構成した。
【００４９】
上記の工程によって、図３及び図４に示すセル断面構造を有する実施例１のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を作製した。
【００５０】
（実施例２〜２４、比較例１〜４）
距離ａ、距離ｂ、及び隔壁厚さを表１に示す通りとしたほかは、実施例１と同様にして、実施例２〜２４及び比較例１〜４のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を作製した。
【００５１】
（比較例５〜８）
押出成型時の口金の形状を変更したほかは、実施例１と同様の工程によって、図６に示すセル断面構造を有する比較例５〜８のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１００を作製した。セルピッチ及び隔壁厚さをそれぞれ表１に示す通りとした。ここでセルピッチとは、略正方形の断面形状を有するセル２の対向する２辺間の距離に隔壁厚さを加えた長さのことである。
【００５２】
実施例１〜２４及び比較例１〜８のウォールフロー型排ガス浄化フィルタをディーゼルエンジンの排気管に取り付け、初期の圧力損失、ＰＭ堆積時の圧力損失、及びクラック限界を測定し、評価を行った。結果を表１に示した。
【００５３】
（初期圧損測定方法）
フィルタに２００℃の空気を２．４Ｎｍ３／ｍｉｎで流して、流入側と流出側とにおける圧力差から、初期の圧力損失（初期圧損）を測定した。初期圧損が、２．１ｋＰａ以上を不可、１．９ｋＰａ以上２．１ｋＰａ未満を可、１．７ｋＰａ以上１．９ｋＰａ未満を良、１．７ｋＰａ未満を優秀とした。
【００５４】
（ＰＭ堆積時圧損測定方法）
軽油を酸素欠如状態で燃焼させることでススを発生させ、スス発生量１０ｇ／ｈ、流量２．４Ｎｍ３／ｍｉｎ、温度２００℃の燃焼ガスに希釈空気を追加して調整を行ったスス含有燃焼ガスをフィルタに流し、フィルタへのスス堆積量が４ｇ／Ｌとなった際の流入側と流出側とにおける圧力差から、ＰＭ堆積時における圧力損失（ＰＭ堆積時圧損）を測定した。ＰＭ堆積時圧損が、６．９ｋＰａ以上を不可、６．５ｋＰａ以上６．９ｋＰａ未満を可、６．３ｋＰａ以上６．５ｋＰａ未満を良、６．３ｋＰａ未満を優秀とした。
【００５５】
（クラック限界測定方法）
フィルタを排気量２リッターの乗用車用ディーゼルエンジンの排気系に搭載し、フィルタにススを堆積させた。次いで、排気ガス温度を６５０℃まで上昇させた後、アイドリング運転に条件変更してガス流量を急激に減らす条件でスス再生を行った。スス堆積量を変化させてこの試験を繰り返し、フィルタにクラックが発生する最小スス堆積量を調査した。このスス堆積量をクラック限界と定義して、クラック限界を測定した。クラック限界が、８ｇ／Ｌ未満を不可、８ｇ／Ｌ以上９ｇ／Ｌ未満を可、９ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ未満を良、１０ｇ／Ｌ以上を優秀とした。
【００５６】
（実施例２５）
押出成型時の口金の形状を変更したほかは、実施例１と同様の工程によって、図５に示すセル断面構造を有する実施例２５のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を作製した。図５に示す距離ａを２．２ｍｍ、距離ｂを１．７６ｍｍとし、隔壁厚さを０．２ｍｍとした。また、分割壁の厚さを０．１５ｍｍとした。
【００５７】
（実施例２６〜５１、比較例９〜１５）
距離ａ、距離ｂ、及び隔壁厚さを表２に示す通りとしたほかは、実施例２５と同様にして、実施例２６〜５１及び比較例９〜１５のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０を作製した。
【００５８】
実施例２５〜５１及び比較例９〜１５のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ１０をディーゼルエンジンの排気管に取り付け、初期の圧力損失及びＰＭ堆積時の圧力損失を測定し、評価を行った。結果を表２に示した。
【００５９】
【表１】
2014200741.tif 000003
【００６０】
【表２】
2014200741.tif 000004
【００６１】
（考察）
表１及び表２の結果から、すべてのセルの断面形状が略正方形である従来のフィルタと比較して、図３及び４に示すセル断面構造を有する本発明のフィルタは、初期圧損、ＰＭ堆積時の圧損、及びクラック限界のいずれにおいても良好な結果を示すことが分かった。また、図３及び図５に示す距離ａが０．８ｍｍを超え２．４ｍｍ未満の範囲にあり、且つ距離ｂ／距離ａの値が０．４を超え１．１未満の範囲にある場合は、そうでない場合と比較して、初期圧損及びＰＭ堆積時の圧損のいずれにおいても有意な効果を奏することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係るウォールフロー型排ガス浄化フィルタは、直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される排ガスに含まれる微粒子および有害ガス成分の浄化に用いられるＤＰＦとして好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１：隔壁、２：セル、２ａ：入口開口セル、２ｂ：出口開口セル、３：目封止部、３ａ：流入側目封止部、３ｂ：流出側目封止部、４：辺、６ａ：流入側端面、６ｂ：流出側端面、７：分割壁、８：角部、９：ハニカム構造部、１０，１００：ウォールフロー型排ガス浄化フィルタ、１１：第１の辺、１２：第２の辺、１３：第３の辺、１４：第４の辺、ａ：距離ａ、ｂ：距離ｂ。
【図１】
2014200741.tif 000005
【図２】
2014200741.tif 000006
【図３】
2014200741.tif 000007
【図４】
2014200741.tif 000008
【図５】
2014200741.tif 000009
【図６】
2014200741.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月29日(2014.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端面から第２の端面まで貫通し、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
所定の前記セルの前記第１の端面と残余の前記セルの前記第２の端面とに配設された目封止部と、を備え、
複数の前記セルは、前記流体の流入側端面において開口するとともに前記流体の流出側端面において流出側目封止部が配設された入口開口セルと、前記流入側端面において流入側目封止部が配設されるとともに前記流出側端面において開口した出口開口セルと、からなり、
前記入口開口セルは、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面の形状が見かけ上略六角形であり、
前記出口開口セルは、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面の形状が略正方形であり、
複数の前記セルは、所定の前記入口開口セルの１辺と、隣接する前記出口開口セルの１辺とが、略同一の長さを有するとともに略平行となるよう、１つの前記出口開口セルの周囲を４つの前記入口開口セルが取り囲む構造となっており、
前記出口開口セルの第１の辺を形成する前記隔壁と、前記出口開口セルの前記第１の辺と対向する第２の辺を形成する前記隔壁との距離である距離ａは、０．８ｍｍを超え２．４ｍｍ未満の範囲であり、
前記出口開口セルの１辺と略平行に隣接する前記入口開口セルの第３の辺を形成する前記隔壁と、前記入口開口セルの前記第３の辺と対向する第４の辺を形成する前記隔壁との距離である距離ｂの、前記距離ａに対する比率は、０．４を超え１．１未満の範囲である、ウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記入口開口セルには、前記第３の辺の中央部と前記第４の辺の中央部とを前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な方向に結ぶ分割壁が形成された、請求項１に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１０〜３０ｃｍ２／ｃｍ３であり、
前記入口開口セルのセル断面開口率が２０〜７０％であり、
複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．５〜２．５ｍｍである、請求項１又は２に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１２〜１８ｃｍ２／ｃｍ３であり、
前記入口開口セルのセル断面開口率が２５〜６５％であり、
複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．８〜２．２ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
複数の前記セルの、前記ハニカム構造部の中心軸方向に垂直な断面における角部は、曲率半径０．０５〜０．４ｍｍの湾曲形状である請求項１〜４のいずれか１項に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
複数の前記セルを形成する前記隔壁に触媒が担持された請求項１〜５のいずれか１項に記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
［４］  前記入口開口セルにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡ（前記入口開口セルの全内表面積（Ｓ）を前記ハニカム構造部の全容積（Ｖ）で除した値（Ｓ／Ｖ））が、１２〜１８ｃｍ２／ｃｍ３であり、前記入口開口セルのセル断面開口率が２５〜６５％であり、複数の前記セルのそれぞれの水力直径が０．８〜２．２ｍｍである、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のウォールフロー型排ガス浄化フィルタ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、図３及び図４に示す通り、入口開口セル２ａの６辺のうち、出口開口セル２ｂと略平行に隣接する２辺１３，１４を除く４辺４は、当該入口開口セル２ａと隣接する別の入口開口セル２ａの辺４とそれぞれ隣接している。即ち、入口開口セル２ａにおける隣り合う２辺４の形成する頂点同士が４つ集合する部分においては、図３及び図４に示す通り、２つの隔壁１が互いに直交する構造となっている。このような構造とすることによって、隔壁１の熱容量を高く維持することができ、ＰＭの堆積しやすい頂点部分におけるＰＭ燃焼時の熱応力を緩和させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、図３及び図４に示すセル断面構造を有する四角柱形状のハニカムセグメントを１６個作製した。ハニカムセグメントの断面を３６ｍｍ×３６ｍｍとし、長さを１５２ｍｍとした。また、図３に示す距離ａを２．２ｍｍ、距離ｂを１．７６ｍｍとし、隔壁厚さを０．２ｍｍとした。