(57)【要約】  このパティキュレートフィルタ２００は、複数の第１流路２１０及び複数の第２流路２２０を有する柱状のセラミクスハニカム構造体２０１を備える。第１流路２１０の隣には、各第１流路２１０を形成する隔壁部を介して、第２流路２２０及び他の第１流路２１０が配置される。セラミクスハニカム構造体２０１の見かけの単位体積あたりの複数の第１流路２１０の内面の面積の総和が１．５〜２．５ｍ２／Ｌであり、複数の第１流路２１０及び複数の第２流路２２０の合計の個数密度が、セラミクスハニカム構造体２０１の軸に垂直な断面において単位平方インチあたり１５０〜３５０であり、各複数の第１流路２１０の水力直径が０．５〜１．０ｍｍである。
2015022937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１流路及び複数の第２流路を有する柱状のセラミクスハニカム構造体を備え、
前記複数の第１流路は前記セラミクスハニカム構造体の軸方向に延びて一端面で開口し他端面で封口され、
前記複数の第２流路は前記セラミクスハニカム構造体の軸方向に延びて前記他端面で開口し前記一端面で封口され、
各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、前記第２流路及び他の前記第１流路が配置され、
前記セラミクスハニカム構造体の全体積中の前記複数の第１流路の内面の面積の総和が１．５〜２．５ｍ２／Ｌであり、
前記複数の第１流路及び前記複数の第２流路の合計の個数密度が、前記セラミクスハニカム構造体の軸に垂直な断面において単位平方インチあたり１５０〜３５０であり、
各前記複数の第１流路の水力直径が０．５〜１．０ｍｍである、パティキュレートフィルタ。
【請求項２】
少なくとも１つの前記第１流路の内面は、前記セラミクスハニカム構造体の軸方向に延びる複数の凸部を有する、請求項１記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
少なくとも１つの前記第１流路において、前記第１流路と前記第２流路とを隔てる隔壁部の上に設けられた凸部の平均高さが、前記第１流路と前記第１流路とを隔てる隔壁部の上に設けられた凸部の平均高さよりも大きい、請求項２記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
Ｒｗ＝（前記複数の第１流路の内面の面積の総和／前記複数の第２流路の内面の面積の総和）としたときに、２≦Ｒｗ≦４を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項５】
Ｒｓ＝（前記複数の第１流路の断面積の総和／前記複数の第２流路の断面積の総和）としたときに、１．１≦Ｒｓ≦２．０を満たす、請求項１〜４のいずれか１項記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項６】
各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、３つの前記第２流路及び他の３つの前記第１流路が配置され、
各前記第２流路の隣には、各前記第２流路を形成する隔壁部を挟んで、６つの前記第１流路が配置された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項７】
各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、２つの前記第２流路及び他の４つの前記第１流路が配置され、
各前記第２流路の隣には、各前記第２流路を形成する隔壁部を挟んで、６つの前記第１流路が配置された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項８】
各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、４つの前記第２流路及び他の４つの前記第１流路が配置され、
各前記第２流路の隣には、各前記第２流路を形成する隔壁部を挟んで、４つの前記第１流路が配置された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパティキュレートフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレートフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルパティキュレートフィルタ等のパティキュレートフィルタは、被捕集物を含む流体から当該被捕集物を除去するセラミックスフィルタとして用いられており、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関から排気される排気ガスを浄化するための排ガスフィルタとして用いられている。このようなパティキュレートフィルタは、多孔質の隔壁により仕切られた互いに平行な多数の入口側流路及び出口側流路を有している（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５３７７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、すすを含む流体がパティキュレートフィルタ内に供給されるに伴い、パティキュレートフィルタにおける隔壁の表面や隔壁の内部にすすが堆積する。この場合、すすがパティキュレートフィルタ内に過剰に堆積すると、パティキュレートフィルタ内における流体の移動が妨げられてパティキュレートフィルタの圧力損失が大きくなり、燃費性能が低下する。そのため、パティキュレートフィルタ内に一定量のすすを堆積させた後に、すすを燃焼除去するいわゆるフィルタの再生が行われる。【０００５】
フィルタの再生において、フィルタの半径方向中央部のすすが外周部のすすに比べて燃焼しやすい。そして、すす捕集前後の圧力損失の差が大きいと、半径方向中央部のすすが先に燃焼した後に、ガスがすすのない半径方向中央部を選択的に流れ、ガスが外周部に流れにくくなり、外周部のすすの除去が困難になる場合があった。【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、すす捕集前後の圧力損失の差を低減可能なパティキュレートフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るパティキュレートフィルタは、軸方向に延びて一端面で開口し他端面で封口された複数の第１流路及び前記軸方向に延びて前記他端面で開口し前記一端面で封口された複数の第２流路を形成する柱状のセラミクスハニカム構造体を備える。各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、前記第２流路及び他の前記第１流路が配置される。前記セラミクスハニカム構造体の全体積中の前記複数の第１流路の内面の面積の総和Ｓが１．５〜２．５ｍ２／Ｌであり、前記複数の第１流路及び前記複数の第２流路の合計の個数密度Ｄが、前記セラミクスハニカム構造体の軸に垂直な断面において単位平方インチあたり１５０〜３５０であり、各前記複数の第１流路の水力直径ＨＤが０．５〜１．０ｍｍである。【０００８】
本発明によれば、すす捕集前後の圧力損失の差を低減可能である。【０００９】
ここで、少なくとも１つの前記第１流路の内面は、前記セラミクスハニカム構造体の軸方向に延びる複数の凸部を有することが好ましい。【００１０】
これにより、上述のＳ，Ｄ，ＨＤを満たすことが容易となる。【００１１】
このとき、少なくとも１つの前記第１流路において、前記第１流路と前記第２流路とを隔てる隔壁部の上に設けられた凸部の平均高さが、前記第１流路と前記第１流路とを隔てる隔壁部の上に設けられた凸部の平均高さよりも大きいことが好ましい。【００１２】
これにより、ガスの流れやすい、第１流路と第２流路とを隔てる隔壁部の面積を選択的に高められるので、触媒担持量を増加させることができ、触媒性能を向上させることができる。【００１３】
また、Ｒｗ＝（前記複数の第１流路の内面の面積の総和／前記複数の第２流路の内面の面積の総和）としたときに、２≦Ｒｗ≦４を満たすことが好ましい。【００１４】
これにより、捕集量が少ないときのフィルタの圧力損失も適切な量となり、また、すす捕集に伴う圧力損失の上昇も穏やかで、再生時にすすが均一に燃えやすい。【００１５】
また、Ｒｓ＝（前記複数の第１流路の断面積の総和／前記複数の第２流路の断面積の総和）としたときに、１．１≦Ｒｓ≦２．０を満たすことが好ましい。
これにより、第１流路と第２流路の圧力損失のバランスが良くなり、結果として全体の圧力損失が小さくなる。【００１６】
ここで、各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、３つの前記第２流路及び他の３つの前記第１流路が配置され、各前記第２流路の隣には、各前記第２流路を形成する隔壁部を挟んで、６つの前記第１流路が配置されることが好ましい。【００１７】
また、各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、２つの前記第２流路及び他の４つの前記第１流路が配置され、各前記第２流路の隣には、各前記第２流路を形成する隔壁部を挟んで、６つの前記第１流路が配置されることもこのましい。【００１８】
また、各前記第１流路の隣には、各前記第１流路を形成する隔壁部を挟んで、４つの前記第２流路及び他の４つの前記第１流路が配置され、各前記第２流路の隣には、各前記第２流路を形成する隔壁部を挟んで、４つの前記第１流路が配置されることも好ましい。
これにより、上述の数値範囲を実現しやすい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るパティキュレートフィルタによれば、すす捕集前後の圧力損失の差を低減可能なパティキュレートフィルタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸に沿う断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ端面図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ端面図である。
【図４】図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図８】図８は、本発明の第５実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図１１】図１１は、比較実施例Ｂ１に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図１２】図１２は、比較実施例Ｂ２に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図１３】図１３は、比較実施例Ｂ３に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【図１４】図１４は、比較実施例Ｂ４に係るディーゼルパティキュレートフィルタの垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタ２００の軸に沿う断面図であり、図２〜図４は、それぞれ図１のディーゼルパティキュレートフィルタ２００の入口側端面２０１ｉｎ、出口側端面２０１ｏｕｔ、及び、軸方向中央部の断面の拡大図である。
【００２３】
ディーゼルパティキュレートフィルタ２００は、図１に示すように、入口側端面（一端面）２０１ｉｎ及び出口側端面（他端面）２０１ｏｕｔを有する柱状のセラミクスハニカム構造体２０１を備える。セラミクスハニカム構造体２０１は、その軸方向すなわち入口側端面２０１ｉｎ及び出口側端面２０１ｏｕｔ間に延びて互いに略平行に設けられた多数の貫通孔ｔｈを形成する多孔質セラミクス隔壁２０１ｗ、及び、各貫通孔ｔｈのいずれか一端を閉じる封口部(plugging part)２０１ａを有している。図１〜図３に示すように、一部の貫通孔ｔｈの出口側端面２０１ｏｕｔを封口部２０１ｐで閉じることにより、入口側端面２０１ｉｎに開口して出口側端面２０１ｏｕｔで封口された複数の入口側流路（第１流路）２１０が形成されている。また、残りの貫通孔ｔｈの入口側端面２０１ｉｎを封口部２０１ｐで閉じることにより、出口側端面２０１ｏｕｔに開口して入口側端面２０１ｉｎで開口する複数の出口側流路（第２流路）２２０が形成されている。
【００２４】
本実施形態では、図４に示すように、各入口側流路２１０の隣には、各入口側流路２１０を形成する隔壁部を挟んで、３つの他の入口側流路２１０が配置されると共に、各入口側流路２１０を形成する隔壁部を挟んで、３つの出口側流路２２０が配置されている。一方、各出口側流路２２０の隣には、各出口側流路２２０を形成する隔壁を挟んで、６つの入口側流路２１０が配置されている。出口側流路のとなりに、出口側流路２２０を形成する隔壁部を挟んで、他の出口側流路２２０が配置されることはない。
【００２５】
ディーゼルパティキュレートフィルタ２００の軸方向長さは、例えば５０〜３００ｍｍである。ディーゼルパティキュレートフィルタ２００の外径は、例えば５０〜２５０ｍｍである。
【００２６】
図４に示すように、出口側流路２２０の軸方向（長手方向）に略垂直な断面は、六角形状である。出口側流路２２０の断面形状は、被捕集物を含む流体が６つの入口側流路２１０から１つの出口側流路２２０へ均等に流れ易くなることにより被捕集物の堆積時の圧力損失を低減し易くなる観点から、６つの辺１４０の長さが互いに略等しい正六角形状が好ましいが、辺の長さが互いに異なる六角形状、及び／又は、角度が６０°ではない六角形であってもよい。
【００２７】
本実施形態では、入口側流路２１０の内面は、図１及び図４に示すように、入口側流路２１０の軸方向に延びる多数の凸部２１０ａを有している。図４に示すように、本実施形態においては、入口側流路２１０及び出口側流路２２０を隔てる隔壁部２０１ｗｉｏに複数の凸部２１０ａが設けられると共に、入口側流路２１０及び他の入口側流路２１０を隔てる隔壁部２０１ｗｉｉにも複数の凸部２１０ａが設けられている。特に、隔壁部２０１ｗｉｏに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｏが、隔壁部２０１ｗｉｉに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｉよりも高くなるように、各凸部２１０ａの高さが設定される。また、隔壁部２０１ｗｉｏには、それぞれ３つの凸部２１０ａが設けられ、その３つの内の中央の凸部２１０ａの高さが、他の２つの凸部２１０ａの高さよりも高い。
【００２８】
ここで、凸部２１０ａの高さＨは、凸部２１０ａの両側の２つの谷部に外接する直線Ｌ１を描き、凸部２１０ａの内最も直線Ｌ１から離れた点Ｐを取得し、直線Ｌ１と点Ｐとの距離として求めることができる。また、凸部２１０ａの両側の２つの谷部において直線Ｌ１と接する点Ｑの両方が、隔壁部２０１ｗｉｏ又は隔壁部２０１ｗｉｉに属さない、すなわち、２つの点Ｑが互いに異なる隔壁部に存在する場合には、当該凸部は、高さの平均の算出から除外すればよい。各隔壁部に存在する凸部２１０ａの高さは、すべて同じある必要はなく、隔壁面積（入口流路の内面の面積）の増加や燃焼反応時の放熱を促進させるため、一部の凸部２１０ａの高さを他の凸部２１０ａより大きくしても良い。
【００２９】
なお、各凸部２１０ａの高さは特に限定されないが、０．０５〜０．６ｍｍとすることが出来る。０．０５ｍｍ未満では生産性が低く効果が低くなる場合がある。また、０．６ｍｍ超では生産性が低下する場合がある。
【００３０】
また、上述の凸部２１０ａの平均高さの差（Ｈｉｏ−Ｈｉｉ）も特に限定されないが、０．０５〜０．５ｍｍとすることが出来る。０．０５ｍｍ未満では生産性が低く効果が低くなる場合がある。また、０．５ｍｍ超では生産性が低下する場合がある。
【００３１】
凸部２１０ａ間の間隔はとくに限定されないが、直線Ｌに沿って測定した凸部の頂となる点Ｐと凹部の底となる点Ｑとの距離Ｆが０．０８〜０．４ｍｍであることが好ましい。
【００３２】
本実施形態では、セラミクスハニカム構造体の全体積中の入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓが１．５〜２．５ｍ２／Ｌであり、入口側流路２１０及び出口側流路２２０の合計の個数密度（セル密度）Ｄが、セラミクスハニカム構造体２０１の軸に垂直な断面において単位平方インチあたり１５０〜３５０であり、入口側流路２１０の水力直径ＨＤが０．５〜１．０ｍｍである。なお、個数密度Ｄの単位はｃｐｓｉとも記載される。
【００３３】
ここで、入口側流路２１０の内面の面積は、例えば、入口側流路２１０のその軸に垂直な断面における輪郭の長さＬＬに入口側流路２１０の軸方向長さを乗じて求めることができる。セラミクスハニカム構造体の全体積とは、流路の空間及び隔壁及び封口部を含む見かけの体積である。
また、水力直径ＨＤとは、流路の断面積をＡ、上述の輪郭の長さをＬＬとして、４Ａ／ＬＬで定義される。セル密度Ｄの１５０〜３５０ｃｐｓｉは、単位平方センチあたり２３〜５４である。各凸部の高さ、間隔、流路の断面積Ａ、断面の輪郭の長さＬＬは、一般的な画像解析により計測することが出来る。
【００３４】
Ｓが上記範囲を超えるとすす捕集量が少ないときのフィルタの圧力損失が大きくなりすぎる傾向があり、Ｓが上記範囲を下回るとすす捕集につれて急激に圧力損失が急激に大きくなり、再生時に半径方向中央部のすすが選択的に燃焼した後に、外周部のすすが燃焼しにくくなる。Ｓが上記範囲内であると、捕集量が少ないときのフィルタの圧力損失も適切な量となり、また、すす捕集に伴う圧力損失の上昇も穏やかで、再生時にすすが不均一に燃えにくい。
【００３５】
Ｄが上記範囲を超えると、ＳがＳの上記範囲を超える場合と同様の問題が生ずる上に製造も困難である。また、Ｄが上記範囲を下回ると、ＳがＳの上記範囲を下回る場合と同様の困難が生じる。
【００３６】
ＨＤが上記範囲を超えると、Ｓが上記範囲を超えた場合と同様の困難が生じる。ＨＤが上記範囲を下回ると、すすやアッシュなどが入口付近で詰まりやすくなる。
【００３７】
また、本実施形態では、Ｒｗ＝（入口側流路２１０の内面の面積の総和／出口側流路２２０の内面の面積の総和）としたときに、２≦Ｒｗ≦４を満たすことが好ましい。Ｒｗが上記範囲を超えるとすす捕集量が少ないときのフィルタの圧力損失が大きくなりすぎる傾向があり、Ｒｗが２未満であるとすす捕集につれて急激に圧力損失が急激に大きくなり、再生時に半径方向中央部のすすが選択的に燃焼した後に、外周部のすすが燃焼しにくくなる。Ｒｗが上記範囲内であると、捕集量が少ないときのフィルタの圧力損失も適切な量となり、また、すす捕集に伴う圧力損失の上昇も穏やかで、再生時にすすが均一に燃えやすい。
【００３８】
また、本実施形態では、Ｒｓ＝（前記複数の入口側流路の断面積の総和／前記複数の出口側流路の断面積の総和）としたときに、１．１≦Ｒｓ≦２．０を満たすことが好ましい。上記範囲を外れると、第１流路と第２流路の圧力損失の差が大きくなり、結果として全体の圧力損失が大きくなってしまう。
【００３９】
多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの厚み（セル壁厚）は、上述のＳ，Ｄ，ＨＤを満たす範囲であれば特に限定されないが、例えば、圧力損失低減の観点から、最低厚み部が、０．６ｍｍ以下が好ましく、０．４ｍｍ以下がより好ましい。多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの厚みは、被捕集物の捕集効率及びディーゼルパティキュレートフィルタ２００の強度を高く維持する観点から、最低厚み部でも０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。
【００４０】
図４に示すように、入口側流路２１０と出口側流路２２０との距離Ｌｉｏ、すなわち、入口側流路２１０の外接円ＣＣの中心Ｏ２１０と出口側流路２２０の中心Ｏ２２０（外接円の中心）との距離Ｌｉｏは、特に限定されないが、上述のＳ，Ｄ，ＨＤを満たす観点から１．０〜２．５ｍｍとすることが好ましい。また、出口側流路２２０における一対の対向する辺１４０間の距離Ｌｏｏは、特に限定されないが、通常、０．５〜２．５ｍｍとすることができる。
【００４１】
多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの気孔率は、圧力損失を低減する観点から、３０体積％以上が好ましく、４０体積％以上がより好ましく、５０体積％以上が更に好ましい。多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの気孔率は、燃焼再生においてディーゼルパティキュレートフィルタに生じる熱応力を低減する観点から、８０体積％以下が好ましく、７０体積％以下がより好ましい。多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの気孔率は、原料の粒子径、孔形成剤の添加量、孔形成剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
【００４２】
多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの気孔径（細孔直径）は、圧力損失を更に低減させる観点から、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの気孔径は、すすの捕集性能を向上させる観点から、３０μｍ以下が好ましく、２５μｍ以下がより好ましい。多孔質セラミクス隔壁２０１ｗの気孔径は、原料の粒子径、孔形成剤の添加量、孔形成剤の種類、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
【００４３】
多孔質セラミクス隔壁は、多孔質セラミックス焼結体であることができる。多孔質セラミクス隔壁は、流体（例えば、すす等の微粒子を含む排ガス）が透過できる。具体的には、流体が通過し得る多数の連通細孔（流通経路）が隔壁内に形成されている。したがって、図１において、入口側流路２１０から流入したガスＧは、多孔質セラミクス隔壁２０１ｗを通過して、出口側流路２２０から排出され、このときに、ガス中の煤等がフィルタに捕集される。
【００４４】
多孔質セラミクス隔壁２０１ｗは、チタン酸アルミニウムを主成分とすることが好ましく、マグネシウム等のアルカリ土類金属、及び／又はケイ素、ナトリウム等のアルカリ金属を更に含んでいてもよい。多孔質セラミクス隔壁は、例えば、主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔性のセラミックスから形成されている。「主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる」とは、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体を構成する主結晶相がチタン酸アルミニウム系結晶相であることを意味し、チタン酸アルミニウム系結晶相は、例えば、チタン酸アルミニウム結晶相、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶相等であってもよい。
【００４５】
多孔質セラミクス隔壁がマグネシウムを含有する場合、隔壁の組成式は、例えばＡｌ２（１−ｘ）ＭｇｘＴｉ（１＋ｙ）Ｏ５であり、ｘの値は、ｘは０＜ｘ＜１を満足し、０．０３≦ｘ≦０．５を満足することが好ましく、０．０５≦ｘ≦０．２を満足することがより好ましい。上記ｙは０．５ｘ＜ｙ＜３ｘを満足し、０．５ｘ＜ｙ＜２ｘを満足することが好ましく、０．７ｘ＜ｙ＜２ｘを満足することがより好ましい。隔壁は、原料由来の微量成分又は製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
【００４６】
多孔質セラミクス隔壁がケイ素を含有する場合、隔壁は、ケイ素源粉末由来のガラス相を含んでいてもよい。ガラス相は、ＳｉＯ２が主要成分である非晶質相を指す。この場合、ガラス相の含有量は、４質量％以下であることが好ましい。ガラス相の含有量が４質量％以下であることにより、パティキュレートフィルタ等のセラミックスフィルタに要求される細孔特性を充足するチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体が得られ易くなる。ガラス相の含有量は、２質量％以上であることが好ましい。
【００４７】
多孔質セラミクス隔壁は、チタン酸アルミニウム系結晶相やガラス相以外の相（結晶相）を含んでいてもよい。このようなチタン酸アルミニウム系結晶相以外の相としては、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼成体の作製に用いる原料由来の相等を挙げることができる。原料由来の相とは、より具体的には、ディーゼルパティキュレートフィルタの製造に際してチタン酸アルミニウム系結晶相を形成することなく残存したアルミニウム源粉末、チタン源粉末及び／又はマグネシウム源粉末由来の相である。原料由来の相としては、アルミナ、チタニア等の相が挙げられる。多孔質セラミクス隔壁を形成する結晶相は、Ｘ線回折スペクトルにより確認することができる。
【００４８】
上記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、ガソリンエンジン等の内燃機関からの排ガス中に含まれるすす等の被捕集物を捕集するパティキュレートフィルタとして適する。例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ２００では、図１に示すように、入口側端面２０１ｉｎから入口側流路２１０に供給されたガスＧが隔壁内の連通孔を通過して隣の出口側流路２２０に到達し、出口側端面２０１ｏｕｔから排出される。このとき、ガスＧ中の被捕集物が入口側流路２１０の表面や連通孔内に捕集されてガスＧから除去されることにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ２００はフィルタとして機能する。
【００４９】
本実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタによれば、すす堆積前後の圧力損失の差が小さくなることができる。したがって、フィルタの半径方向中央部のすすが外周部のすすに比べて先に燃焼しても、ガスが半径方向外周部を流れることが出来るので、外周部のすすを燃焼により除去することが容易である。したがって、再生時にすすを均一に燃焼させることが容易となる。
【００５０】
なお、多孔質セラミクス隔壁２０１ｗは、その表面及び／又は細孔の内部に触媒成分を担持していても良い。本実施形態によると、触媒担持量を通常よりも増やすことができ、触媒反応による効果をより高めることが出来る。触媒成分の例は、ＳＣＲ触媒、ガス酸化触媒、炭素燃焼触媒である。
【００５１】
例えば、ＳＣＲ触媒の例は、多孔質のゼオライト、リン酸塩系多孔質材料、貴金属を担持したアルミナ、チタニウムを含む酸化物、ジルコニウムを含む酸化物、セリウムを含む酸化物、並びに、ジルコニウム及びセリウムを含む酸化物である。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。ＳＣＲ触媒のゼオライトには、更に、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ニオブ、ロジウム、パラジウム、銀及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属元素が担持されていてもよい。ゼオライトが、上記金属元素のイオンとイオン交換された金属イオン交換ゼオライトであると、ＮＯＸ還元性が向上する。金属イオン交換ゼオライトは、ゼオライトが含んでいるナトリウムイオン等の陽イオンが他の金属イオンに置き換わったものである。ＮＯＸ還元性の向上効果が大きくなることから、上記金属元素は、銅、鉄、バナジウム、コバルト、ニッケル及び銀からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましく、銅であることが特に好ましい。ゼオライト及びゼオライト類似物質の構造としては、国際ゼオライト学会が定めるところのＭＦＩ、ＢＥＡ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＣＨＡ、ＥＲＩ、ＡＥＩ、ＬＴＡ、ＦＡＵ、ＭＷＷ型を例示することができる。これらの中でも、ＳＣＲとして用いる場合は、ＭＦＩ、ＣＨＡ、ＡＥＩ型を含むものが好ましく、ＭＦＩとしてＺＳＭ−５が挙げられ、ＡＥＩとしてＳＳＺ−３９、ＡｌＰＯ−１８、ＳＡＰＯ−１８が挙げられ、ＣＨＡとしてＳＳＺ−１３、ＡｌＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−３４が挙げられる。また、ハイドロカーボンの吸着用として用いる場合は、ＨＣ吸着量の観点からＭＦＩ、ＢＥＡ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＦＡＵ型が好ましく、これらの代表例として、ＺＳＭ−５、βゼオライト、モルデナイト、フェリエライト、ＵＳＹゼオライトが挙げられる。
【００５２】
触媒成分がゼオライトを含む場合、ゼオライトのシリカ（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とのモル比（シリカ／アルミナ）は、優れたＮＯＸ還元能を得る観点から、５〜１００００であることが好ましく、１０〜５０００であることがより好ましい。
【００５３】
ディーゼルパティキュレートフィルタの隔壁表面に上述のＳＣＲ触媒成分を担持させることにより、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択的触媒還元）の機能を併せ持つディーゼルパティキュレートフィルタを提供することができる。すなわち、尿素水などのアンモニア源等の添加により、ガス中のＮＯｘを還元することが出来る。
【００５４】
また、ガス酸化触媒は、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）触媒とも呼ばれ、例えば、白金、パラジウム等の貴金属触媒である。これら貴金属触媒は、ガスに含まれる炭化水素（ハイドロカーボン）、一酸化炭素等の大半を酸化除去できる。また、排ガスラインにおいてディーゼルパティキュレートフィルタの前段に設置される酸化触媒で酸化しきれなかったハイドロカーボンを吸着・燃焼させる目的で、前述の貴金属触媒に加えてゼオライトを担持することもできる。
【００５５】
また、炭素燃焼触媒の例は、γアルミナ触媒に担持された貴金属触媒である。炭素燃焼触媒は、捕集されたカーボン粒子等の燃焼を促進させることができる。
【００５６】
このような、触媒を担持させたディーゼルパティキュレートフィルタは、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）と呼ばれる。
【００５７】
本実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタは、従前のフィルタに比べてフィルタの全体積中の入口側流路２１０の内面の面積が大きいので、触媒層の厚みをそれほど高めることなく、フィルタの見かけの単位体積あたりの触媒担持量を大きくすることができ、触媒の作用を高められる。
【００５８】
また、凸部２１０ａが存在すると、触媒の担持量が凸部の先端と谷部とで不均一になりやすい、すなわち、入口側流路２１０の内面が触媒層により不均一に覆われるので、触媒担持による圧力損失の上昇も抑制できる。
【００５９】
また、フィルタ再生時に炭素燃焼触媒が機能するには触媒がある程度の温度に達する必要があるが、堆積したすすが燃焼する際に凸部２１０ａの先端が、凸部のない場合と比べて先に当該温度に達するので、炭素燃焼触媒の機能が発揮されるまでに掛かる時間が短くなる。
【００６０】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向中央部の断面図である。本実施形態のディーゼルパティキュレートフィルタが、第１実施形態と異なる点は、セル密度Ｄを相対的に高くしたものであり、第１実施形態で示した入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓ、セル密度Ｄ、及び、入口側流路の水力直径ＨＤの範囲を満たすために、入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓを相対的に小さくし、入口側流路の水力直径ＨＤを相対的に大きくしている。また、入口側流路２１０内の凸部２１０ａの数も少なくなり、高さも相対的に小さくなっている。具体的には、隔壁部２０１ｗｉｏにそれぞれ１つの凸部２１０ａが形成され、隔壁部２０１ｗｉｉにそれぞれ１つの凸部２１０ａが形成され、隔壁部２０１ｗｉｉから隔壁部２０１ｗｉｏにまたがって、１つの凸部２１０ａが形成されている。本実施形態でも、隔壁部２０１ｗｉｏに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｏが、隔壁部２０１ｗｉｉに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｉよりも高い。
【００６１】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向中央部の断面図である。本実施形態のディーゼルパティキュレートフィルタが、第１実施形態と異なる点は、入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓを相対的に小さくし、入口側流路の水力直径ＨＤを相対的に大きくしたものであり、第１実施形態で示した入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓ、セル密度Ｄ、及び、入口側流路の水力直径ＨＤの範囲を満たすために、セル密度Ｄが相対的に大きくなっている。また、入口側流路２１０内の凸部２１０ａの数も少なくなり、高さも相対的に小さくなっている。具体的には、隔壁部２０１ｗｉｏにそれぞれ２つの凸部２１０ａが形成され、隔壁部２０１ｗｉｉにそれぞれ２つの凸部２１０ａが形成されている。本実施形態でも、隔壁部２０１ｗｉｏに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｏが、隔壁部２０１ｗｉｉに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｉよりも高い。
【００６２】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向中央部の断面図である。本実施形態のディーゼルパティキュレートフィルタが、第１実施形態と異なる点は、入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓを相対的に大きくし、入口側流路の水力直径ＨＤを相対的に小さくしたものであり、第１実施形態で示した入口側流路２１０の内面の面積の総和Ｓ、セル密度Ｄ、及び、入口側流路の水力直径ＨＤの範囲を満たすために、セル密度Ｄが相対的に大きくなっている。また、入口側流路２１０内の凸部２１０ａの数も少なくなっている。具体的には、隔壁部２０１ｗｉｏにそれぞれ２つの凸部２１０ａが形成され、隔壁部２０１ｗｉｉにそれぞれ１つの凸部２１０ａが形成されている。本実施形態でも、隔壁部２０１ｗｉｏに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｏが、隔壁部２０１ｗｉｉに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｉよりも高い。
【００６３】
（第５実施形態）
図８は、第５実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向中央部の断面図である。本実施形態のディーゼルパティキュレートフィルタが、第３実施形態と異なる点は、隔壁部２０１ｗｉｏに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｏが、隔壁部２０１ｗｉｉに設けられた凸部２１０ａの平均高さＨｉｉよりも低い点である。
具体的には、隔壁部２０１ｗｉｏにそれぞれ２つの凸部２１０ａが形成され、隔壁部２０１ｗｉｉにそれぞれ１つの凸部２１０ａが形成され、隔壁部２０１ｗｉｉから隔壁部２０１ｗｉｏにまたがって、１つの凸部２１０ａが形成されている。
【００６４】
（第６実施形態）
図９は、第６実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向中央部の断面図である。本実施形態のディーゼルパティキュレートフィルタが、第１実施形態と異なる点は、主として入口側流路２１０と出口側流路２２０との配置である。本実施形態では、各出口側流路２２０の隣には、出口側流路２２０を形成する隔壁部を挟んで、６つの入口側流路２１０が配置される一方、他の出口側流路２２０は配置されない。また、各入口側流路２１０の隣には、入口側流路２１０を形成する隔壁部を挟んで、４つの他の入口側流路２１０が配置される共に、２つの出口側流路２２０が配置される。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第７実施形態）
図１０は、第７実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向中央部の断面図である。本実施形態のディーゼルパティキュレートフィルタが、第１実施形態と異なる点は、入口側流路２１０及び出口側流路２２０の断面形状及び配置である。本実施形態では、各出口側流路２２０の断面形状が四角形である。また、本実施形態では、各出口側流路２２０の隣には、出口側流路２２０を形成する隔壁部を挟んで、４つの入口側流路２１０が配置される一方、他の出口側流路２２０は配置されない。また、各入口側流路２１０の隣には、入口側流路２１０を形成する隔壁部を挟んで、４つの他の入口側流路２１０が配置されると共に、４つの出口側流路２２０が配置される。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【００６６】
これらのディーゼルパティキュレートフィルタは、（ａ）セラミックス原料粉末と孔形成剤を含む原料混合物を調製する原料調製工程と、（ｂ）原料混合物を成形して入口側流路及び出口側流路を有する成形体を得る成形工程と、（ｃ）成形体を焼成する焼成工程と、を備える工程により製造できる。なお、封口前、すなわち、入口側流路及び出口側流路が形成されず貫通孔ｔｈが形成された成形体を焼成し、その後封口して入口側流路及び出口側流路を形成しても良い。
【００６７】
なお、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６８】
例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ２００において入口側流路２１０及び出口側流路２２０の断面形状及び／又は配置は、上記のＳ，Ｄ，ＨＤの範囲を満たすのであれば上記に限られるものではない。例えば、入口側流路の形状は、凸部を有さない形状、例えば、４角形、６角形、８角形などの単なる多角形や、円形や楕円形にすることができる。また、複数の凸部２１０ａを有する場合でも、その形状や高さなどは上記実施形態に限られない。
また、出口側流路２２０の断面形状も、６角形に限られず、４角形、８角形、円形、楕円など種々の形状とすることが出来る。
【００６９】
さらに、入口側流路２１０と出口側流路２２０との配置も上記形態には限定されず、少なくとも、入口側流路の隣に、入口側流路を形成する隔壁部を挟んで、出口側流路及び他の入口側流路が配置される形態であって、上述のＳ，Ｄ，ＨＤを満たすものであればよい。
【００７０】
また、封口方法も、貫通孔の一端に封口部により栓をする形態に限定されず、封口すべき貫通孔の周りの封口されない貫通孔の径を拡張して、封口すべき貫通孔の隔壁をつぶして貫通孔の一端を閉鎖する形態でもよい。
また、フィルタの外形形状も柱状であれば特に、円柱上に限定されず、例えば、角柱等でもよい。
また、上記フィルタはディーゼルエンジン排ガス中の煤を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタであるが、ガソリンエンジンなど種々の内燃機関等の排ガス中の煤を捕集するパティキュレートフィルタであることもできる。
【００７１】
以下、本発明を計算例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの計算例に限定されるものではない。
【００７２】
（計算例Ａ１〜Ａ５）
表１及び表２に示す各ディーゼルパティキュレートフィルタに対して、すすの捕集前の圧力損失と、フィルタ体積１Ｌあたり４ｇのすすが捕集された後の圧力損失との差ｄＰを計算により求めた。
計算例Ａ１〜Ａ５は、それぞれ、第１〜第５実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの構造を有する。
【００７３】
ｄＰは、Konstandopoulos A.G.、Kostoglou M.、Skaperdas E.、Papaioannou E.、Zarvalis D.、およびKladopoulou E.著、「Fundamental Studies ofDiesel Particulate Filters: Transient Loading, Regeneration and Ageing（ディーゼル微粒子フィルタの基礎研究：過渡的負荷、再生、及び経年変化）」、SAE2000-01-1016、2000年に記載された方法に基づき計算した。なお、計算例Ａ１〜Ａ５のディーゼルパティキュレートフィルタは、上述したＳ，Ｄ及びＨＤの条件を満たす。
【００７４】
（比較計算例Ｂ１〜Ｂ４）
比較計算例Ｂ１〜Ｂ４では、それぞれ、図１１〜１４に示す形状のディーゼルパティキュレートフィルタについて計算した。
【００７５】
比較計算例Ｂ１（図１１）では、入口側流路２１０及び出口側流路２２０の配置は計算例Ａ１と同じながら、入口側流路２１０の内面に凸部２１０ａが形成されていない。
【００７６】
比較計算例Ｂ２（図１２）では、いわゆるスクエア配置であり、入口側流路２１０と出口側流路２２０とが、千鳥状に交互に配置されている。入口側流路内には、複数の凸部２１０ａが形成されている。
【００７７】
比較計算例Ｂ３（図１３）では、比較計算例Ｂ２に対して、さらに、入口側流路２１０の断面積を大きくしている。
【００７８】
比較計算例Ｂ４（図１４）では、比較計算例Ｂ１に対して、さらに、入口側流路２１０内に凸部を多数設けている。
各比較計算例のサイズを表１及び表２に示す。
【表１】
2015022937.tif 000003
【表２】
2015022937.tif 000004
また、フィルタ体積１Ｌあたり４ｇのすすの捕集前後の圧力損失の計算結果を表２に示す。計算例Ａ１〜Ａ５のディーゼルパティキュレートフィルタはすす捕集前後の圧力損失の増加が低いことが確認された。
【符号の説明】
【００７９】
２００…ディーゼルパティキュレートフィルタ（フィルタ）、２０１ｉｎ…入口側端面（一端面）、２０１ｏｕｔ…出口側端面（他端面）、２０１…セラミクスハニカム構造体、２０１ｗ…多孔質セラミクス隔壁、２０１ｐ…封口部、２１０…入口側流路（第１流路）、２１０ａ…凸部、２２０…出口側流路（第２流路）。
【図１】
2015022937.tif 000005
【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】
2015022937.tif 000011
【図８】
2015022937.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2015022937.tif 000014
【図１１】
2015022937.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2015022937.tif 000021
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