(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニカム状の排ガス浄化フィルタにおいて，
上記セルのうち少なくとも一部のセルは，その両端のいずれか一方の端部に栓を有し，
流体経路の下流側に配設されるべき上記栓の少なくとも一部は，流体が貫通可能な開口部を有する部分栓であり，
上記セルに進入した流体が上記隔壁を通過する際の圧力損失が，上記部分栓を通過する圧力損失よりも小さくなるよう構成されており，
上記排ガス浄化フィルタの下流側端面に位置する上記栓のうち，上記下流側端面の中央部分に位置する上記栓が上記部分栓であり，その周囲に位置する上記栓は流体の通過を完全に遮断する完全な栓であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
請求項１において，上記排ガス浄化フィルタの各端面上において上記栓のある端部と無い端部とがそれぞれ交互に位置していることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記上流側に位置する栓のすべては，流体の通過を完全に遮断する完全な栓であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記部分栓の上記開口部の面積をＢ，上記セルの開口面積をＡとした場合，栓詰め率（（Ａ−Ｂ）／Ａ）×１００が５〜８０％の範囲にあることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において，上記排ガス浄化フィルタの下流側端面に位置する上記栓のうち，上記部分栓が３０％以上を占めることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において，上記排ガス浄化フィルタの下流側端面のうち，その中心から外周までの中点を結んだ線の内側に位置する部分を中央部分とし，その外側に位置する部分を外周部分とした場合，上記栓における上記部分栓の割合が，上記外周部分よりも上記中央部分の方が大きいことを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，排ガス浄化フィルタに関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車のエンジンのような内燃機関から排出されるカーボン微粒子等のパティキュレートを浄化する手段として，フィルタにより一旦パティキュレートを捕集し，これをその後ヒータ等による加熱もしくは触媒により燃焼除去する方法がとられている。
【０００３】
触媒をコーティングしたフィルタは，多数のセルを有するハニカム構造体を排ガス浄化フィルタとし，その隔壁に触媒をコーティングしたものである。従来の排ガス浄化フィルタ９は，図１０，図１１に示すごとく，セル９０の両端の一方を栓９５によって交互に栓詰めした構造のハニカム構造体を用いる。すなわち，図１１に示すごとく，上流側の端面９１においては，セル端部を栓９５を用いて，例えば市松模様状に交互に栓詰めする。そして，下流側の端面９２においては，上流側に栓がないセル９０の端部を栓９５により栓詰めし，一方，上流側で栓９５があるセル９０の端部を開放したままとする。そして，隔壁９８には触媒を担持させる。
【０００４】
このような排ガス浄化フィルタ９を用いれば，内燃機関の排気ガスが通過する際に隔壁にパティキュレートが捕集され，これが高温の排気ガスの熱により触媒作用によって燃焼除去される。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の排ガス浄化フィルタ９においては，次の問題がある。
即ち，図１２に示すごとく，上記排ガス浄化フィルタ９に流入する排気ガス８から捕集されるパティキュレート８８は，必ずしもタイミングよく燃焼除去されず，徐々に隔壁９８に堆積する場合がある。例えば，内燃機関から温度の低い排気ガス８が排出されている間は，触媒作用によっても燃焼が開始せず，パティキュレート８８の堆積のみが進行する。この場合には，排気ガス８がフィルタ，即ち排ガス浄化フィルタ９を通過する際の圧力損失が増大し，また燃焼熱によりフィルタが異常加熱され割れもしくは溶損するという問題を招いてしまう。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，パティキュレートの堆積による過剰な圧力損失の発生を抑制また割れや溶損を防止することができる排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
排気ガス内のパティキュレートを捕集する排ガス浄化フィルタにおいて，
該排ガス浄化フィルタ内での上記パティキュレートの堆積量が所定値に達するまでは，上記堆積量の増加に伴って排気ガスが通過する際の圧力損失が上昇し，上記パティキュレートの堆積量が所定値を超えた後には，上記圧力損失が実質的に上昇しないよう構成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタの発明がある。
【０００８】
本発明の排ガス浄化フィルタにおいては，上記のごとく，パティキュレートの堆積量が増大して排ガス通過時の圧力損失が上昇してきても，この上昇は上記堆積量が所定値になった後はほとんど起こらない。そのため，堆積したパティキュレートの燃焼除去が遅れてその堆積量が上記所定値を超える異常状態が生じたとしても，過剰な圧力損失の発生を防止することができる。そのため，上記圧力損失の増大が内燃機関等へ及ぼす影響を抑制することができる。
【０００９】
なお，本発明における上記排ガス浄化フィルタとしては，セラミック製のハニカム構造体よりなるものだけでなく，金属製のハニカム構造体よりなるものを適用することもできる。
【００１０】
また，上記堆積量の所定値は，堆積したパティキュレートを燃焼させた際の熱により上記隔壁が溶損する量よりも少ない量であることが好ましい。この場合には，所定値を超えてパティキュレートが堆積した場合において，排ガス浄化フィルタが溶損してしまうというトラブルを低減することができる。
【００１１】
次に，請求項１の発明は，隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニカム状の排ガス浄化フィルタにおいて，
上記セルのうち少なくとも一部のセルは，その両端のいずれか一方の端部に栓を有し，
流体経路の下流側に配設されるべき上記栓の少なくとも一部は，流体が貫通可能な開口部を有する部分栓であり，
上記セルに進入した流体が上記隔壁を通過する際の圧力損失が，上記部分栓を通過する圧力損失よりも小さくなるよう構成されており，
上記排ガス浄化フィルタの下流側端面に位置する上記栓のうち，上記下流側端面の中央部分に位置する上記栓が上記部分栓であり，その周囲に位置する上記栓は流体の通過を完全に遮断する完全な栓であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある。
【００１２】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明の排ガス浄化フィルタは，上記セルの下流側において上記開口部を有する部分栓を有している。そして，この部分栓は上記の圧力損失関係を有する。言い換えれば，部分栓の方が隔壁よりも流体の通過抵抗が大きくなるよう構成されている。
そのため，流体である排気ガスがセル内に進入した際には，部分栓に開口部があってもここを殆ど通過せず，隔壁を通過して隣の栓のないセルから排出される状態が得られる。
それ故，排気ガス中のパティキュレートは隔壁に捕集され，ヒータ等による加熱，もしくは排ガス浄化フィルタの隔壁に担持される触媒の作用によって適宜燃焼除去される。
【００１３】
一方，ヒータ等による加熱もしくは触媒作用による燃焼がなかなか生じない場合には，徐々に隔壁にパティキュレートが堆積する。この場合には，隔壁を流体が通過する際の圧力損失が大きくなり，部分栓における圧力損失と逆転する。
このようなパティキュレートの堆積が進んだ異常状態においては，セルに進入した流体が部分栓の上記開口部から排出される状況を作り出すことができる。これにより，異常時における過剰な圧力上昇は回避される。そして，その後，触媒作用によるパティキュレートの燃焼除去が実施された際には，初期状態に再生され，隔壁を通過する流体流れが復活し，パティキュレートの捕集が再開される。
【００１４】
したがって本発明の排ガス浄化フィルタによれば，パティキュレートの堆積による過剰な圧力損失の発生を抑制すると共に割れや溶損を防止することができる排ガス浄化フィルタを提供することができる。
【００１５】
また，請求項２の発明のように，上記排ガス浄化フィルタの各端面上において上記栓のある端部と無い端部とがそれぞれ交互に位置していることが好ましい。これにより，排ガスが隔壁を通過する経路を容易に確立することができる。
【００１６】
次に，請求項３の発明のように，上記上流側に位置する栓のすべては，流体の通過を完全に遮断する完全な栓であることが好ましい。上流側を部分栓にした場合には，直接的に部分栓の開口部から流体が進入する状態が生まれ，パティキュレートの捕集効率が低下するおそれがある。上流側に位置する栓のすべてを完全な栓にすることによって，捕集効率の低下を抑制することができる。
【００１７】
また，請求項４の発明のように，上記部分栓の上記開口部の面積をＢ，上記セルの開口面積をＡとした場合，栓詰め率（（Ａ−Ｂ）／Ａ）×１００が５〜８０％の範囲にあることが好ましい。上記栓詰め率が５％未満の場合には，部分栓を流体が通過する際の圧力損失があまり大きくならず，直接貫通する割合が増加し，パティキュレートの捕集効率が低下するおそれがある。一方，上記栓詰め率が８０％を超える場合には，完全な栓を部分栓に変更した上記作用効果が十分に発揮されないおそれがある。
【００１８】
また，上記請求項１の発明では，上記排ガス浄化フィルタの下流側端面に位置する上記栓のうち，上記下流側端面の中央部分に位置する上記栓が上記部分栓であり，その周囲に位置する上記栓は流体の通過を完全に遮断する完全な栓とする。流体である排ガスの流速分布は中央ほど高くなる傾向にあり，中央部分の圧力上昇がその周囲よりも大きい。そのため，過剰圧力上昇の回避作用を排ガス浄化フィルタの中央部分にのみ持たせても上記作用効果を十分に発揮させることができる場合がある。
【００２０】
また，請求項５の発明のように，上記排ガス浄化フィルタの下流側端面に位置する上記栓のうち，上記部分栓が３０％以上を占めることが好ましい。部分栓が３０％未満の場合には，上記の過剰圧力上昇回避効果が低くなるおそれがある。
【００２１】
また，請求項６の発明のように，上記排ガス浄化フィルタの下流側端面のうち，その中心から外周までの中点を結んだ線の内側に位置する部分を中央部分とし，その外側に位置する部分を外周部分とした場合，上記栓における上記部分栓の割合が，上記外周部分よりも上記中央部分の方が大きいことが好ましい。これにより，中央部分における過剰圧力上昇回避効果を外周部分よりも高くすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる排ガス浄化フィルタにつき，図１〜図４を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は，隔壁１１に囲まれた多数のセル１０を有するハニカム状の排ガス浄化フィルタである。
上記セル１０の両端のいずれか一方の端部に栓２，３を有する。そして，排ガス浄化フィルタ１の両端面１８，１９上において上記栓２，３のある端部と無い端部とがそれぞれ交互に位置する。
【００２３】
また，流体経路の下流側に配設されるべき上記栓の少なくとも一部は，流体が貫通可能な開口部３０を有する部分栓３である。
かつ，上記セル１０に進入した流体が上記隔壁１１を通過する際の圧力損失が，上記部分栓を通過する圧力損失よりも小さくなるよう構成されている。
以下，これを詳説する。
【００２４】
本例の排ガス浄化フィルタ１は，図１，図２に示すごとく，四角形状の断面空間を有するセル１０を有する円筒状のハニカム構造体よりなる排ガス浄化フィルタである。全体サイズは，直径１４０ｍｍφ，長さ１３０ｍｍとし，セルサイズは１２ｍｉｌ，３００メッシュとした。
図１，図２に示すごとく，排ガス浄化フィルタ１の下流側端面１９に位置するセル端部は，市松模様状に栓２，３がある部分と無い部分とが交互に位置されている。
【００２５】
そして，本例では，下流側端面１９における栓の殆どを開口部３０を有する部分栓３とし，若干ではあるが外周端部に位置するセルには開口部のない完全な栓２を配置した。
上記部分栓３は，図１に示すごとく，略円形状の開口部３０をほぼ中央部に設けたものである。
この部分栓３は，開口部３０の面積をＢ，セル１０の開口面積をＡとした場合，栓詰め率（（Ａ−Ｂ）／Ａ）×１００が５〜８０％の範囲にある。大半は約７０％である。
【００２６】
また，図２に示すごとく，上記下流側端面１９において栓２，３を設けなかったセル１０の反対側端部，即ち排ガス浄化フィルタ１の上流側端面１８に位置するセル端部には，完全な栓２を設けた。したがって，この上流側端面１８においても市松模様状に栓２が配置されている。
【００２７】
また，上記隔壁１１には多数の空孔が形成されており，排気ガスが通過できるようになっている。
そして，本例においては，セル１０に進入した排気ガスがこの隔壁１１を排気ガスが通過する際の圧力損失が，セル１０から部分栓３の開口部３０を通過する際の圧力損失よりも小さくなっている。
【００２８】
上記排ガス浄化フィルタ１を製造するに当たっては，まず，セラミック原料を秤量し，混合撹拌した後，成形機によりハニカム状に押し出し成形する。次いで得られたハニカム状の成形体を乾燥した後，約１４００℃で焼成した。これにより，まだ栓のない排ガス浄化フィルタ１が得られる。
上記セラミック原料としては，ＳｉＯ2原料を１９％（重量％，以下同様），ＭｇＯ・ＳｉＯ2原料を３６％，Ａｌ2Ｏ3原料を４５％を主原料として用いた。これに外％の換算で，造孔剤を２１．６％，バインダを１３．５％，水を３４％加えた。
【００２９】
次に，栓のない排ガス浄化フィルタ１のセル１０の端部に栓２，３を配設する。
本例においては，完全な栓２も部分栓３もすべてディッピング方法により，以下のように形成した。
まず，ディッピング用のスラリーを２種類準備した。
第１のスラリーは，排ガス浄化フィルタ１の上流側端面１８を浸けるためのものであり，比較的濃度の濃いものである。具体的には，上記セラミック原料を主成分とし，外％の換算で水８０％を加えたスラリーである。
第２のスラリーは，上記セラミック原料を主成分とし，外％の換算で水１５０％を加えたスラリーである。
【００３０】
次に，図４（ａ）に示すごとく，栓のない排ガス浄化フィルタ１の両端部の外周部に，外周面保護用のテープ７１を貼り付けた。
次に，図４（ｂ）に示すごとく，上流側端面１８及び下流側端面１９に樹脂フィルム７２を貼り付けた。樹脂フィルム７２としては厚さ０．１ｍｍのビニールテープを用いた。
次に，図４（ｃ）に示すごとく，栓２，３を設けるべき位置に対応する上記樹脂フィルム７２を半田ごてのような加熱した治具を接触させることにより熱で貫通孔７２０を設けた。これは，上流側端面１８と下流側端面１９のそれぞれにおいて行った。
【００３１】
次に，図４（ｄ）に示すごとく，第１のスラリー７５を入れた容器７６を準備し，これに排ガス浄化フィルタ１の上流側端部１８を浸漬した。そして，上記樹脂フィルム７２の貫通孔７２０から第１のスラリー７５を適量進入させた。
次に，第２のスラリーを入れた容器を準備して図４（ｄ）と同様にして排ガス浄化フィルタ１の下流側端部１９を浸漬した。そして，樹脂フィルム７２の貫通孔７２０から第２のスラリーを適量進入させた。
【００３２】
次に，排ガス浄化フィルタ１を約１４００℃で焼成し，樹脂フィルム７２を焼却除去すると共に上記２種類のスラリーを乾燥させた。
上流側端面１８における第１のスラリーは，水分濃度が低くセル端部に十分付着した状態となっていたので，焼成後に穴のない完全な状態の栓２になった。
一方，下流側端面１９における第２のスラリーは，水分濃度が高くセル端部に付着しにくいので，焼成後に開口部３０を残したまま部分栓３となった。なお，本例では，下流側端面１９の外周端部に位置する，一部が欠けた四角形状のセルは，開口面積が小さい関係から，完全な栓２となった部分があった。
【００３３】
次に，上記排ガス浄化フィルタ１の作用効果につき説明する。
上記排ガス浄化フィルタ１は，開口部３０を有する部分栓３を下流側に有している。そして，この部分栓３は上記のごとき圧力損失関係を有する。即ち，部分栓３の方が隔壁１１よりも排気ガス８の通過抵抗が大きくなるよう構成されている。
そのため，図２に示すごとく，正常な状態においては，排気ガス８がセル１０内に進入した際には，部分栓３に開口部３０があってもここを殆ど通過せず，隔壁１１を通過して隣の栓のないセル１０に移動してから排出される。
それ故，排気ガス中のパティキュレートは隔壁１１に捕集され，ヒータ等による加熱もしくは触媒作用によって適宜燃焼除去される。
【００３４】
一方，図３に示すごとく，ヒータ等による加熱もしくは触媒作用による燃焼がなかなか生じない場合には，徐々に隔壁にパティキュレート８８が堆積する。この場合には，隔壁１１を排気ガス８が通過する際の圧力損失が大きくなり，部分栓３における圧力損失と逆転する。
このようなパティキュレートの堆積が進んだ異常状態においては，同図に示すごとく，セル１０に進入した排気ガス８が部分栓３の開口部３０から排出される状況を作り出すことができる。これにより，異常時における過剰な圧力上昇は回避される。そして，その後，ヒータ等による加熱もしくは触媒作用によるパティキュレート８８の燃焼除去が実施された際には，初期状態に再生され，隔壁１１による捕集が再開される。
【００３５】
実施形態例２
本例は，実施形態例１における部分栓３の開口部３０の形状を変更した例である。
具体的には，図５（ａ）に示すごとく，実施形態例１と同様の円形状の開口部３０を有する部分栓３の他に，同図（ｂ）に示す楕円形の開口部３０，同図（ｃ）に示す樽型の開口部３０，同図（ｄ）に示す四角形の開口部３０を有する部分栓３を適宜採用することができる。
【００３６】
さらに，図５（ｅ）（ｆ）に示すごとく，開口部３０を中央部ではなく周辺に設けた構造をとることもできる。これらの形状は，主に製造方法によって左右される。
いずれの形状の開口部３０を有する部分栓３を採用しても，隔壁１１との圧力損失の関係が実施形態例１と同様に維持される以上，実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
実施形態例３
本例は，実施形態例１における排ガス浄化フィルタ１の部分栓３の配設方法の別例を示す例である。
即ち，本例においては，実施形態例１における第１のスラリーと同様のスラリー７７を準備する。そして，図６に示すごとく，部分栓３を配設したいセル端部の内面に少しずつスラリー７７を付着させ，開口面積を徐々に小さくする。そして，焼成することにより，開口部を有する部分栓を設けることができる。
この場合にも，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００３８】
なお，実施形態例１における第１のスラリーにディッピングした後，乾燥前に細い棒状の治具により穴をあけてから焼成する方法，あるいは，焼成した後にドリルで穴をあける方法を採用することもできる。
さらに，あらかじめ開口部を設けた板状のセラミック板をセル端部の開口部分に接着する方法もある。
【００３９】
実施形態例４
本例は，図７に示すごとく，排ガス浄化フィルタ１の下流側端面１９において，その中央部分の領域３００のみに部分栓を採用し，その周囲の領域２００には完全な栓詰めを採用した例である。その他は実施形態例１と同様である。
この場合にも，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００４０】
実施形態例５
本例は，実施形態例１に示した排ガス浄化フィルタ１を用い，排気ガス中のパティキュレートの堆積量と，排気ガスの圧力損失（圧損）との関係を測定した例である。具体的には，パティキュレートを含む排気ガスと同様の構成の流体を上記排ガス浄化フィルタ１中に流し，パティキュレートの堆積量と圧力損失とを測定した。
【００４１】
その結果を図８に示す。同図は横軸にパティキュレート堆積量（ＰＭ堆積量）を，縦軸に圧力損失（圧損）をとったものである。
同図に示すごとく，本例の排ガス浄化フィルタ１は，排ガス浄化フィルタ１内でのパティキュレートの堆積量が所定値Ｓに達するまでは，上記堆積量の増加に伴って排気ガスが通過する際の圧力損失が上昇し，上記パティキュレートの堆積量が所定値Ｓを超えた後には，上記圧力損失が実質的に上昇しないよう構成されていることが分かった。
【００４２】
実施形態例６
本例は，実施形態例５の変形例であって，図７における排ガス浄化フィルタ１の下流側端面１９の中央部分の領域３００に完全な栓詰めを行い，その周囲の領域２００には一切栓を設けずセルの開口部を開放したままとした例である。その他は実施形態例１と同様である。
この場合にも，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００４３】
実施形態例７
本例も，実施形態例５の変形例であって，図７における排ガス浄化フィルタ１の下流側端面１９の中央部分の領域３００に完全な栓詰めを行い，その周囲の領域２００に部分栓を設けた例である。その他は実施形態例１と同様である。
この場合にも，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００４４】
実施形態例８
本例では，実施形態例１における部分栓，又はこれを完全な栓に代えた場合も含み，栓の配置状態の変形例を示す。
図９の（ａ）〜（ｆ）に示すごとく，開放したセル１００と，完全な栓又は部分栓よりなる栓部３００との配置状態は，様々な態様を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，排ガス浄化フィルタの下流側端面を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，排ガス浄化フィルタの長手方向断面を示す説明図。
【図３】実施形態例１における，隔壁にパティキュレートが堆積した際の排気ガス流れを示す説明図。
【図４】実施形態例１における，栓詰め手順を示す説明図。
【図５】実施形態例２における，部分栓の開口部形状の変形例を示す説明図。
【図６】実施形態例３における，部分栓の栓詰め手順を示す説明図。
【図７】実施形態例４における，部分栓を設けるエリアと完全な栓詰めのエリアを分けた例を示す説明図。
【図８】実施形態例５における，ＰＭ堆積量と圧力損失との関係を示す説明図。
【図９】実施形態例８における，栓の配設パターンの変形例を示す説明図。
【図１０】従来例における，排ガス浄化フィルタの下流側端面を示す説明図。
【図１１】従来例における，排ガス浄化フィルタの長手方向断面を示す説明図。
【図１２】従来例における隔壁にパティキュレートが堆積した際の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．排ガス浄化フィルタ，
１０．．．セル，
１１．．．隔壁，
１８．．．上流側端面，
１９．．．下流側端面，
２．．．完全な栓，
３．．．部分栓，
３０．．．開口部，
８．．．排気ガス，
８８．．．パティキュレート，
【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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