(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルパティキュレートフィルタの基体として用いられる炭化ケイ素質多孔体であって、
画像解析法によって円面積相当径として測定された気孔直径に対する気孔個数分布のモード径が８±１μｍであり、
前記気孔直径が４０μｍ〜５０μｍの気孔の合計体積が、全気孔体積の１０％以上を占め、
前記気孔直径が４０μｍ〜５０μｍの大径の気孔が、前記気孔直径が５μｍ〜２０μｍの小径の気孔によって連結された、アリの巣状の気孔構造を有し、
マトリックスは、ケイ素源の窒化ケイ素と炭素源の炭素質固体とが反応して生成した炭化ケイ素が、骨材としての炭化ケイ素を取り囲むように反応焼結した焼結体である
ことを特徴とする炭化ケイ素質多孔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素質多孔体に関するものであり、特に、ディーゼルパティキュレートフィルタの基体として用いられる炭化ケイ素質多孔体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるガスに含まれるスス等の粒子状物質（パティキュレートマター。以下、「ＰＭ」と称する）を捕集除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」と称する）は、セラミックス多孔体の隔壁により区画された複数のセルが列設されたハニカム構造体であり、ガスがハニカム構造体の隔壁を通過する際に、セラミックス多孔体の気孔内にＰＭが捕集され除去される。このＤＰＦの基体となるセラミックス多孔体としては、熱膨張率が小さく耐熱性、熱伝導性、耐熱衝撃性に優れることから、炭化ケイ素質のセラミックス多孔体が多用されている。また、炭化ケイ素は半導体であることから、捕集されたＰＭが所定量堆積すると、通電によって発熱させＰＭを燃焼させる再生処理が行われる。
【０００３】
ＤＰＦでは、セラミックス多孔体の気孔径が大きすぎると、捕集されずに隔壁を通過してしまうＰＭが増加し、捕集効率が低下する。一方、気孔径が小さすぎる場合は、ガスの通過に対する抵抗により圧力損失が上昇し、エンジンに負荷がかかる。そこで、隔壁を構成するセラミックス多孔体の気孔径を制御したフィルタが提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
【０００４】
これらのフィルタは、隔壁の気孔の径を限られた狭い範囲内となるように設定することにより、一般的に粒径（直径）が０．１〜０．３μｍであるＰＭの捕集に適した気孔の相対数を多くすることを意図したものであり、水銀圧入法によって測定された気孔径の平均値を、前者（特許文献１）では１μｍ〜１５μｍ、後者（特許文献２）では２０μｍ〜６０μｍとし、気孔径を常用対数で表した場合の気孔径分布における標準偏差を、共に０．２０以下としている。
【０００５】
【特許文献１】特許３２７２７４６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４２６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、捕集効率が高いことと圧力損失の上昇が抑制されることとは相反する要請であり、その調和を図ることは、上記のフィルタによっても不充分であった。また、近年では環境規制の強化により、排出ガス中のＰＭの個数制限が課されるようになり、新品のＤＰＦや再生直後のＤＰＦ、すなわち、使用の初期段階のＤＰＦにおけるＰＭの捕集漏れを低減することが強く要請されるようになってきている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、ディーゼルパティキュレートフィルタの基体として用いられる炭化ケイ素質多孔体であって、捕集効率が高く圧力損失の上昇が抑制されていると共に、使用の初期段階におけるＰＭの捕集漏れを低減することができる炭化ケイ素質多孔体の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる炭化ケイ素質多孔体は、「ディーゼルパティキュレートフィルタの基体として用いられる炭化ケイ素質多孔体であって、画像解析法によって円面積相当径として測定された気孔直径に対する気孔個数分布のモード径が８±１μｍであり、前記気孔直径が４０μｍ〜５０μｍの気孔の合計体積が、全気孔体積の１０％以上を占める」ものである。なお、本発明の「炭化ケイ素質多孔体」は、「炭化ケイ素質セラミックスの多孔体」の意である。
【０００９】
上記の構成によれば、本発明の炭化ケイ素質多孔体は、気孔のモード径（最頻度径）が８±１μｍという小さい値でありながら、気孔直径が４０μｍ〜５０μｍという大きな気孔も１０体積％以上含まれる構成であることから、多数の小さな気孔と大きな気孔とが混在している構成である。すなわち、小さな気孔が多数分散した比較的緻密なマトリックス中に、大径の気孔が処々存在するという構成となっている。
【００１０】
上述のように、従来のＤＰＦでは、気孔径は“限られた狭い範囲内”に制御し、 “気孔径を揃える”ことが望ましいとされてきた。本発明者らは、このような従来の常識に反し、気孔径の小さい比較的緻密なマトリックス中に、敢えて大径の気孔を分散させた炭化ケイ素質多孔体とすることにより、捕集効率が高く圧力損失の上昇が抑制されていると共に、使用の初期段階におけるＰＭの捕集漏れが低減されたＤＰＦを実現できることを見出した。
【００１１】
ここで、比較的緻密なマトリックス中に大きな気孔が分散した炭化ケイ素質多孔体は、骨材としての炭化ケイ素粉末に、炭化ケイ素を反応生成させるケイ素源としての窒化ケイ素粉末と、炭素源としての炭素質物質の混合粉末とを加えて成形し焼成する方法において、炭素源として粒径の大きな炭素質固体粉末を用い、同時に炭素質固体粉末を造孔剤としても用いる方法により製造することができる。
【００１２】
この製造方法は、本発明者らが研究開発した炭化ケイ素質多孔体の新規な製造方法であり、本願とは別に提案しているものである。従来、ケイ素源と炭素源とから炭化ケイ素を反応焼結させる場合、炭素源として微細な粒子を用いた方がケイ素源と反応し易いというのが当業者の常識であったところ、本発明者らは粒径の大きな炭素質固体粉末を炭素源として用いると、炭化ケイ素の生成反応の開始は炭素源が微細な粒子である場合より遅くなるものの、生成した炭化ケイ素の粒子がネック形成できるほどに成長するのが早く、強固なネックを形成できることを見出し、上記製造方法の発明に至ったものである。この製造方法では、炭素質固体粉末として平均粒子直径が１０〜５０μｍの大きな粒子を好適に使用することができる。また、炭素質固体としては、黒鉛、石炭、コークス、木炭などを使用可能であるが、純度の高い黒鉛が望ましく、鱗片状、粒状、塊状、不定形、球状等、種々の粒子形状の天然または合成の黒鉛を使用することができる。なお、炭素質固体粉末の形状は球状に限らないが、「平均粒子直径」は回折散乱径として求めることができる。
【００１３】
次に、本発明にかかる炭化ケイ素質多孔体は、「前記気孔直径が４０μｍ〜５０μｍの大径の気孔が、前記気孔直径が５μｍ〜２０μｍの小径の気孔によって連結された、アリの巣状の気孔構造を有する」ものとすることができる。
【００１４】
「アリの巣状」とは、大径の気孔が多数の小径の気孔によって複雑に連結されている構造を、複数の小部屋が通路によって複雑に連結された昆虫のアリの巣穴に模して表現したものである。
【００１５】
ここで、流路を流通する流体の速度は、流路の径が小さければ速く、流路の径が広がれば遅くなる。そのため、上記構成の本発明では、小径の気孔で形成された狭い流路を流通するガスに運ばれたＰＭは、ガスが大径の気孔に流入して減速することにより、大径の気孔の内壁に付着し易い。そして、大径の気孔の容積は大きいため、内部に多くのＰＭを捕集することができる。また、大径の気孔で捕集されなかったＰＭは、この大径の気孔に連通する小径の気孔による流路で増速するガスによって更に下流側に運ばれ、下流側で捕集される。このように、本発明の炭化ケイ素質多孔体は、小径の気孔と大径の気孔とが複雑に連結して、アリの巣状の気孔構造を形成していることにより、捕集効率が極めて高いと当時に、圧力損失の上昇が抑制されている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の効果として、ディーゼルパティキュレートフィルタの基体として用いられる炭化ケイ素質多孔体であって、捕集効率が高く圧力損失の上昇が抑制されていると共に、使用の初期段階におけるＰＭの捕集漏れを低減することができる炭化ケイ素質多孔体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の一実施形態である炭化ケイ素質多孔体と、該炭化ケイ素質多孔体の製造方法について説明する。本実施形態の炭化ケイ素質多孔体は、ディーゼルパティキュレートフィルタの基体として用いられる炭化ケイ素質多孔体であって、画像解析法によって円面積相当径として測定された気孔直径に対する気孔個数分布のモード径が８±１μｍであり、気孔直径が４０μｍ〜５０μｍの気孔の合計体積が、全気孔体積の１０％以上を占めるものである。加えて、本実施形態の炭化ケイ素質多孔体は、気孔直径が４０μｍ〜５０μｍの大径の気孔が、気孔直径が５μｍ〜２０μｍの小径の気孔によって連結された、アリの巣状の気孔構造を有している。
【００１８】
上記構成の炭化ケイ素質多孔体は、次のような製造方法で製造することができる。すなわち、本実施形態の炭化ケイ素質多孔体の製造方法（以下、単に「製造方法」と称する）は、骨材としての炭化ケイ素粉末６５〜９５質量％に、ケイ素及び炭素のモル比（Ｓｉ／Ｃ）が０．５〜１．５である窒化ケイ素粉末及び炭素質固体粉末を混合し成形する成形工程と、成形工程で得られた成形体を乾燥する乾燥工程と、乾燥した成形体を１８００〜２２００℃の非酸化性雰囲気で一度のみ焼成する焼成工程と、焼成工程後に酸化性雰囲気で行われ、残留する炭素質固体粉末を燃焼させる脱炭工程とを具備している。また、炭素質固体粉末は、平均粒子径（直径）が１０〜５０μｍであり、その配合量は骨材としての炭化ケイ素粉末、窒化ケイ素粉末、及び炭素質固体粉末の総質量に対して１〜１０質量％が使用される。
【００１９】
製造方法をより詳細に説明すると、成形工程では、骨材としての炭化ケイ素粉末、窒化ケイ素粉末、及び炭素質固体粉末に、メチルセルロース等の有機バインダーや水分等の添加剤を添加し、混合・混錬した原料混錬物を押出成形して成形体を得る。また、乾燥工程は、調温調湿槽内での送風乾燥、外部加熱乾燥、マイクロ波照射による内部加熱乾燥等により行うことができる。
【００２０】
焼成工程では、加熱炉を非酸化性雰囲気として、成形体に熱衝撃を与えない速度で昇温し、１８００〜２２００℃の所定の焼成温度で一定時間保持する。焼成時間は、成形体のサイズにもよるが、例えば、３０分〜４時間とすることができる。この焼成工程において、ケイ素源の窒化ケイ素と炭素源の炭素質固体とが反応して炭化ケイ素が生成し、骨材としての炭化ケイ素を取り囲むように反応焼結する。これと同時に、炭化ケイ素の生成反応に使用された炭素質固体の跡に、気孔が形成される。そして、更に、炭化ケイ素の粒子が、粒子間にネックが成長できる程度まで成長する。焼成温度で所定時間保持した後は、熱衝撃を与えない速度で降温する。
【００２１】
脱炭工程では、酸化性雰囲気の加熱炉で焼結体を熱衝撃を与えない速度で昇温し、６５０〜９００℃で１〜３時間保持した後、熱衝撃を与えない速度で降温する。この脱炭工程において、炭化ケイ素の生成反応に使用されずに残留した炭素質固体が燃焼し除去され、その跡にも気孔が形成する。
【００２２】
なお、成形工程では成形体を、単一の方向に延びて列設された複数の隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造に成形することができる。また、ハニカム構造の成形体において、一方向に開放したセルと他方向に開放したセルとが交互となるように、セルの一端を封止する場合は、成形工程と乾燥工程との間、或いは乾燥工程の後に、封止工程を設けることができる。
【００２３】
また、焼成工程を経て得られたハニカム構造の焼結体の複数を接着剤で接合すると共に、外周面を加工し、更に外周面に被覆剤を塗布して被覆層を形成する接合工程を設けることができる。その場合は、上記の脱炭工程に替えて、脱炭と同時に接着剤及び被覆剤の加熱硬化等の熱処理を行う脱炭・接合部熱処理工程とすることができる。
【００２４】
次に、本実施形態の炭化ケイ素質多孔体を用いた具体的な実施例のＤＰＦについて、同じく炭化ケイ素質多孔体を用いた対照例のＤＰＦ（市販品）と対比しつつ説明する。本実施例のＤＰＦ（以下、「Ｆｉｌｔｅｒ−Ａ」と称する）は、次のように製造した。まず、表１に示した原料の混錬物をハニカム構造に押出成形し、ほぼ同一の原料によりハニカム構造のセルの一端を封止してフィルタエレメントの成形体を得た。得られた成形体について、乾燥工程、脱脂工程を経て、上述の焼成工程、脱炭工程を行い、フィルタエレメントの焼結体を得た。得られたフィルタエレメントの焼結体は、所定本数を接合すると共に外周面にセメントの被覆層を設けた後、キャニングした。ここで、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａのサイズは直径５．６６ｉｎｃｈ×長さ６ｉｎｃｈであり、隔壁の厚さは０．３８ｍｍ、セル密度は１６９ｃｐｓｉであった。なお、本実施例では、炭素質固体として粒子形状が鱗片状の黒鉛を使用し、平均粒子径はレーザー回折散乱法により回折散乱径として評価した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
一方、対照例のＤＰＦ（以下、「Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂ」と称する）の基体の炭化ケイ素質多孔体は、炭化ケイ素粉末の圧縮成形体を蒸発凝縮及び表面拡散機構によって焼結させて得たものである（再結晶法）。また、Ｆｉｌｔｅｒ−ＢのサイズはＦｉｌｔｅｒ−Ａと同一であり、隔壁の厚さは０．３６ｍｍ、セル密度は１７８ｃｐｓｉであり、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａと同程度であった。
【００２７】
Ｆｉｌｔｅｒ−Ａ及びＦｉｌｔｅｒ−Ｂについて、以下の評価を行った。
＜粉末Ｘ線回折＞  リガク社製粉末Ｘ線回折装置（ＲＩＮＴ  ＩＩＩ型）を使用し、出力４０ｋＶ，４０ｍＡ、スキャンスピード６°／ｍｉｎで粉末Ｘ線回折パターンを測定し、炭化ケイ素質多孔体（焼結体）の結晶相の同定を行った。
＜画像解析による気孔径分布＞  Ｘ線ＣＴによる断層画像を用いて、三次元的な気孔径分布を解析した。マイクロフォーカスＸ線管球として浜松ホトニクス社製Ｌ８３２１を、Ｘ線検出器として浜松ホトニクス社製Ｃ７８７６を、ＣＴデータ再構築システムとしてユニハイトシステム製ＸＶＳを用いた。三次元画像解析に使用したソフトウェアとして、ラトックシステムエンジニアリング製ＴＲＩ／３Ｄ−ＢＯＮを使用した。
【００２８】
＜耐熱衝撃性試験＞  ＤＰＦをディーゼルエンジン（ＮＩＳＳＡＮ製ＱＤ３２型）に取り付け、エンジンを回転数１４００ｒｐｍ、トルク２００Ｎｍで動作させ、フィルタ体積１リットル当たり１０ｇのＰＭを堆積させる。次に、エンジンを回転数３０００ｒｐｍ、トルク１９０Ｎｍで動作させ、温度が約６８０℃に達した時点で一気にアイドリング状態とし、酸素過剰状態でＰＭを燃焼させた。その後、アイドリングでエンジンを冷却し、１００℃以下でＤＰＦを取り出して脱缶、切断して、クラック発生の有無を確認した。
＜初期捕集率試験＞  耐熱衝撃性試験と同様にＤＰＦをディーゼルエンジンに取り付け、充分に暖気したエンジンを回転数１４００ｒｐｍ、トルク２００Ｎｍで動作させ、初期の２分間にＤＰＦから排出されるガスに含まれるＰＭの個数濃度を、ＥＥＰＳ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅｒ：ＴＳＩ  Ｍｏｄｅｌ３０９０）で測定した。
＜圧力損失＞  ガス流路に設置したＤＰＦに、ＰＭを含むガスを流量５Ｎｍ３／ｍｉｎで流通させ、上流側の圧力及び下流側の圧力を測定して、ＰＭの堆積量の増加に伴う圧力損失の変化を測定した。
【００２９】
＜水銀圧入法による平均気孔径＞  水銀ポロシメータ（ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製，オートポアＩＶ９５００）を使用し、水銀圧入法により測定した気孔径分布からモード径（最頻度径，直径）として求めた。
＜見掛け気孔率＞  水銀圧入法による平均気孔径の測定に際し、試料に圧入された水銀体積と試料体積とから算出した。
＜常温での三点曲げ強度＞  ＤＰＦから２セル×３セル×４０ｃｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して、支点間距離３０ｍｍ、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎで測定した。
＜電子顕微鏡観察＞  走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、ＪＸＡ−８４０型）を使用し、破断面、及び、初期捕集率試験後の上流側表面の観察を行った。
【００３０】
粉末Ｘ線回折の結果を図１に示す。Ｆｉｌｔｅｒ−Ａはα−ＳｉＣの単相からなる結晶であると認められ、未反応の窒化ケイ素などは存在しないことが確認された。
【００３１】
水銀圧入法により求められた平均気孔径（直径）及び見掛け気孔率は、表２に示すように、Ｆｉｌｔｅｒ−ＡとＦｉｌｔｅｒ−Ｂとでほぼ同一であった。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
破断面の走査型電子顕微鏡による観察像（以下、単に「ＳＥＭ像」と称する）を図２に示す。Ｆｉｌｔｅｒ−Ａ（図２（ａ））では、大きさの揃った小さな粒子による比較的緻密なマトリックスに、大きな気孔が分散している様子が観察された。これは、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａでは炭化ケイ素を反応焼結させているために、焼結温度は再結晶法による対照例の場合より低い温度で済み、そのために異常な粒子成長が抑制されているものと考えられた。また、マトリックス中に分散している大径の気孔は、反応焼結の炭素源であると共に造孔剤として用いた黒鉛の燃焼跡に形成されたものと考えられた。そして、散在する大径の気孔が、マトリックス中の小さな気孔によって連結され、いわば「アリの巣状」の気孔構造となっている様子が観察された。
【００３４】
一方、Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂ（図２（ｂ））では、異常に粒子成長した大きな粒子を含めて、マトリックス粒子の大きさが不揃いである様子が観察され、その中にほぼ均一な大きさの気孔が分散していた。Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂの気孔の大きさは、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａにおける大径の気孔よりは小さく、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａのマトリックス中の小径の気孔よりは大きいものであった。
【００３５】
上記のような気孔の分布は、画像解析により得られた気孔分布にも表れていた。ここで、気孔個数で表した気孔径分布を図３に示し、全気孔体積に対する体積％で表した気孔径分布を図４に示す。図３から分かるように、画像解析によるモード径はＦｉｌｔｅｒ−Ａ及びＦｉｌｔｅｒ−Ｂともに約８μｍと同程度であったが、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａは５〜２０μｍの小径側でＦｉｌｔｅｒ−Ｂより気孔数が多いと共に、約１５μｍ付近に特徴的なピークを有していた。また、図４から分かるように、Ｆｉｌｔｅｒ−ＡはＦｉｌｔｅｒ−Ｂに比べて、１０〜２０μｍ及び４０〜５０μｍの径の気孔の体積割合が大きかった。具体的には、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａにおいて、直径が１０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に占める割合は約３．５％、直径が１０μｍ以上２０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に占める割合は約２６％、直径が２０μｍ以上４０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に占める割合は約５９％、直径が４０μｍ以上５０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に対する割合は約１１％であった。
【００３６】
一方、図４から明らかなように、Ｆｉｌｔｅｒ−ＢではＦｉｌｔｅｒ−Ａに比べて、直径２０〜４０μｍの気孔の体積割合が大きかった。具体的には、直径が１０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に占める割合は約３．４％、直径が１０μｍ以上２０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に占める割合は約２２％、直径が２０μｍ以上４０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に占める割合は約６９％、直径が４０μｍ以上５０μｍ未満の気孔の合計体積の全気孔体積に対する割合は約４．８％であった。
【００３７】
以上をまとめると、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａの基体の炭化ケイ素質多孔体は、特徴的な構成として、異常な粒子成長をしていないほぼ均一な大きさの炭化ケイ素粒子のマトリックス中に、直径が４０〜５０μｍの大径の気孔（以下、「Ｌ−ｐｏｒｅ」と称する）が散在しており、多数存在するの直径が５〜２０μｍの小径の気孔（以下、「Ｓ−ｐｏｒｅ」と称する）によって複数のＬ−ｐｏｒｅが連結された、アリの巣状の気孔構造を有していると考えることができる。
【００３８】
これに対して、Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂの基体の炭化ケイ素質多孔体の基本的な構成は、異常粒子成長した粒子を含む不揃いの大きさの炭化ケイ素粒子のマトリックス中に、直径が２０〜４０μｍの中程度の大きさの気孔（以下、「Ｍ−ｐｏｒｅ」と称する）が分散している構成であると考えられる。すなわち、Ｆｉｌｔｅｒ−ＡとＦｉｌｔｅｒ−Ｂは、表２を用いて上述したように、平均気孔径及び気孔率はほぼ同一でありながら、気孔分布及び気孔構造は大きく異なっている。
【００３９】
初期捕集率試験の結果を図５及び図６に示す。ここで、図５はＤＰＦに捕集されずに漏れたＰＭの個数の経時変化を示すグラフであり、図６は捕集されずに漏れたＰＭの粒子径分布を含めた測定結果を示すグラフである。なお、図６では、Ｘ軸はＰＭの粒子径（直径）、Ｙ軸はＰＭの個数、Ｚ軸は紙面手前側に向かって時間の経過を示している。これらの図から明らかなように、Ｆｉｌｔｅｒ−ＡはＦｉｌｔｅｒ−Ｂに比べて、初期段階で捕集されずに漏れるＰＭの個数が少なかった。具体的には、使用開始直後のＦｉｌｔｅｒ−Ａにおける捕集漏れＰＭの個数は、Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂの約１／２であり、捕集漏れ個数がそれ以上は減少しない約２００万個に達するまでの時間は、Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂが約７５秒であるのに対し、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａではその約１／２であった。なお、捕集されたＰＭは、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａ及びＦｉｌｔｅｒ−Ｂ共に、約８０ｎｍ程度の粒子径のものが多かった。
【００４０】
上記のように、Ｆｉｌｔｅｒ−ＡとＦｉｌｔｅｒ−Ｂの初期捕集率に差異がある理由は、次のように考えられる。図７に、初期捕集率試験後のＤＰＦの上流側表面のＳＥＭ像を示す。Ｆｉｌｔｅｒ−Ａ（図７（ａ））では、表面に開口している気孔のほとんどは、個数としてＬ−ｐｏｒｅに比べて圧倒的に多数存在するＳ−ｐｏｒｅであり、この小径の気孔の周縁にＰＭが付着している様子が観察される。従って、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａでは、小径の気孔によってＰＭが捕集されるために初期捕集率が高く、小径の気孔の目詰まり現象によって捕集漏れのＰＭの個数も早期に減少するものと考えられた。一方、Ｆｉｌｔｅｒ−ＢのＳＥＭ像（図７（ｂ））では、表面にＭ−ｐｏｒｅが多く開口している様子が観察された。従って、Ｆｉｌｔｅｒ−ＢではＰＭが捕集されずにＭ−ｐｏｒｅを通過してしまうと共に、Ｓ−ｐｏｒｅより大きいＭ−ｐｏｒｅは目詰まりするのに時間を要するため、捕集漏れのＰＭの個数が減少するまで時間を要するものと考えられた。
【００４１】
また、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａの基体の炭化ケイ素質多孔体では、内部にＳ−ｐｏｒｅと連通したＬ−ｐｏｒｅを有し、Ｌ−ｐｏｒｅとＬ−ｐｏｒｅとが多数のＳ−ｐｏｒｅで複雑につながったアリの巣状のガス流通路が形成されていると考えられる。そして、流路を流通する流体の速度は、流路の径が小さければ速く、流路の径が広がれば遅くなる。そのため、図８に模式的に表したように、Ｓ−ｐｏｒｅの狭い流路２を流通するガスに運ばれたＰＭ５は、ガスが大径のＬ−ｐｏｒｅ３に流入して減速したときにしたときにＬ−ｐｏｒｅ３の内壁に付着し易いと考えられる。そして、Ｌ−ｐｏｒｅ３の容積は大きいために、内部に多くのＰＭ５を付着させることができる。その後、Ｌ−ｐｏｒｅ３で捕集されなかったＰＭ５は、このＬ−ｐｏｒｅ３に連通するＳ−ｐｏｒｅの狭い流路２で増速するガスによって更に下流側に運ばれ、下流側のＬ−ｐｏｒｅ３で捕集される。なお、Ｓ−ｐｏｒｅにおけるガスの流速も徐々に減少し、また、そもそもＳ−ｐｏｒｅにより形成された流路２は径が小さいため、もちろんＳ−ｐｏｒｅにおいてもＰＭは捕集される。
【００４２】
図９に、ＰＭの捕集に伴う圧力損失の測定結果を示す。Ｆｉｌｔｅｒ−ＡはＦｉｌｔｅｒｅ−Ｂに比べて小径の気孔（Ｓ−ｐｏｒｅ）を多く含むにも関わらず、ＰＭの捕集に伴う圧力損失の上昇の程度はＦｉｌｔｅｒｅ−Ｂと同程度であった。このことから、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａでは処々に大径のＬ−ｐｏｒｅが分散しているために、圧力損失の増加が抑制されているものと考えられた。
【００４３】
また、三点曲げ強度の測定結果は、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａで９．８ＭＰａ、Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂで７．６Ｍｐａであった。すなわち、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａは直径４０〜５０μｍという大径のＬ−ｐｏｒｅを１０体積％以上含むにも関わらず、Ｌ−ｐｏｒｅより小径のＭ−ｐｏｒｅがほぼ均一に分散しているＦｉｌｔｅｒ−Ｂより機械的強度が高かった。これは、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａの基体の炭化ケイ素が、窒化ケイ素と黒鉛との反応生成によって生成されたものであるため、比較的低い焼結温度で、かつ短い焼成時間であっても、粒子間にネックが形成されるほどに炭化ケイ素の粒子が成長するのが速く、しっかりとしたネックが形成されているためと考えられた。
【００４４】
耐熱衝撃試験における測定チャートを図１０に示すと共に、測定結果を表３に示す。燃焼時のＤＰＦの最高温度は、Ｆｉｌｔｅｒ−ＢよりＦｉｌｔｅｒ−Ａの方が若干低く、燃焼率（捕集されたＰＭ質量に対する燃焼除去されたＰＭ質量の百分率）は、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａの方が高かった。また、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａ、Ｆｉｌｔｅｒ−Ｂともに、燃焼後にクラックの発生は認められなかった。
【００４５】
【表３】
0004980299.tif 000004
【００４６】
以上のことから、Ｆｉｌｔｅｒ−Ａは市販のＦｉｌｔｅｒ−Ｂと同じく、燃焼により再生を繰り返して使用されるＤＰＦとして実用的に使用することができると共に、初期捕集率、機械的強度、燃焼率など複数の点で、Ｆｉｌｔｅｒ−ＢよりＤＰＦとして優れていると考えられた。
【００４７】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４８】
例えば、ＤＰＦの基体としての炭化ケイ素質多孔体に触媒を担持させることによって、捕集されたＰＭの燃焼による除去をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例及び対照例の粉末Ｘ線回折パターンである。
【図２】実施例及び対照例の破断面の走査型電子顕微鏡による観察像である。
【図３】実施例及び対照例について気孔個数で表した気孔径分布である。
【図４】実施例及び対照例について全気孔体積に対する体積％で表した気孔径分布である。
【図５】実施例及び対照例の初期捕集率試験において、ＤＰＦに捕集されずに漏れたＰＭの個数の経時変化を示すグラフである。
【図６】実施例及び対照例の初期捕集率試験において、ＤＰＦに捕集されずに漏れたＰＭの粒子径分布を含めた測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例及び対照例について、初期捕集率試験後のＤＰＦの上流側表面の走査型電子顕微鏡による観察像である。
【図８】アリの巣状の気孔構造を模式的に表した説明図である。
【図９】実施例及び対照例についてＰＭの捕集に伴う圧力損失の変化を示すグラフである。
【図１０】実施例及び対照例の耐熱衝撃試験における測定チャートである。
【符号の説明】
【００５０】
２  Ｓ−ｐｏｒｅ（小径の気孔，気孔）による流路
３  Ｌ−ｐｏｒｅ（大径の気孔，気孔）
５  ＰＭ（粒子状物質，パティキュレートマター）
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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