JP2011177612A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】低圧力損失であり、かつ耐熱性に優れた排ガス浄化フィルタを提供すること。
【解決手段】排ガス浄化フィルタ１は、多孔質の隔壁３と、その隔壁３に囲まれた多数のセル４とを有する基材２を備え、入口セル４１の下流側端部及び出口セル４２の上流側端部を封止材５によって封止してなる。基材２は、入口セル４１の断面積の総和をＳ１、出口セル４２の断面積の総和をＳ２とした場合に、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たす。入口セル４１は、その入口セル４１を囲む隔壁３を隔てて他の入口セル４１及び出口セル４２に隣接するよう配置されている。隔壁３は、入口セル４１と出口セル４２とを隔てる第１隔壁３１と、入口セル４１同士を隔てる第２隔壁３２とを有する。排ガス浄化フィルタ１における下流側領域１１全体の熱容量Ｃ１に対して、その下流側領域１１内の第２隔壁３２部分の熱容量の総和Ｃ２の割合は、１５〜３５％である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集して排ガスの浄化を行う排ガス浄化フィルタに関する。

従来から、ディーゼルエンジン等の内燃機関より排出される排ガス中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭという）を捕集して排ガスの浄化を行う排ガス浄化フィルタが知られている。
この排ガス浄化フィルタは、格子状に配された多孔質の隔壁とその隔壁に囲まれて軸方向に形成された多数のセルとを有する基材を備えている。そして、排ガスを導入するセルである入口セルの下流側端部及び排ガスを排出するセルである出口セルの上流側端部を封止材によって封止している。

上記排ガス浄化フィルタによる排ガスの浄化は、次のようにして行われる。すなわち、内燃機関より排出された排ガスは、排ガス浄化フィルタの入口セルに導入され、その後、多孔質の隔壁を通過する。このとき、排ガス中のＰＭが隔壁に存在する多数の細孔に捕集され、排ガスが浄化される。浄化された排ガスは、出口セルから排出される。また、隔壁に捕集されたＰＭは、定期的に燃焼除去され、これによって隔壁のＰＭ捕集機能を再生している。

ところで、上記排ガス浄化フィルタは、通常、入口セル及び出口セルを同一形状、同一断面積としている。しかしながら、このような構造では、隔壁に捕集されたＰＭが入口セルに堆積するにつれて圧力損失が大きくなり、内燃機関の性能低下を招いてしまう。また、ＰＭを燃焼除去する際に不燃成分がアッシュとして残留し、このアッシュが入口セルに堆積することによっても圧力損失が大きくなる。また、アッシュは、燃焼除去することが困難であるため、長期間の使用を考えた場合に特に問題となる。

そこで、上記の問題を解決すべく、特許文献１、２には、入口セルの断面積の総和を出口セルの断面積の総和よりも大きくし、かつ、入口セルの数を出口セルの数よりも多くした排ガス浄化フィルタが提案されている。これによれば、入口セルにＰＭやアッシュが堆積しても、入口セルにおける排ガス流通断面積（排ガスが流通する断面積）や排ガス濾過面積（排ガスが通過する隔壁の表面積）を確保することができ、圧力損失の増大を抑制することができる。

国際公開第２００７／１３４８９７号 国際公開第２００４／０２４２９４号

しかしながら、上記特許文献１に開示された構造では、入口セル同士が隣接している箇所が多く存在する。すなわち、入口セル同士を隔てる隔壁が多く存在する。入口セルにはＰＭが堆積することから、入口セル同士を隔てる隔壁は、その両側の表面にＰＭが堆積することになる。そのため、ＰＭを燃焼する際には、入口セル同士を隔てる隔壁に大きな熱が発生し、短時間での急激な温度上昇を招いてしまう。これにより、大きな熱応力が発生し、クラック等が生じやすくなる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、低圧力損失であり、かつ耐熱性に優れた排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。

本発明は、格子状に配された多孔質の隔壁と、該隔壁に囲まれて軸方向に形成された多数のセルとを有する基材を備え、排ガスを導入する上記セルである入口セルの下流側端部及び排ガスを排出する上記セルである出口セルの上流側端部を封止材によって封止してなる排ガス浄化フィルタであって、
上記基材は、軸方向に直交する断面において、上記入口セルの断面積の総和をＳ１、上記出口セルの断面積の総和をＳ２とした場合に、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たし、
上記入口セルは、該入口セルを囲む上記隔壁を隔てて他の上記入口セル及び上記出口セルに隣接するよう配置されており、
上記隔壁は、上記入口セルと上記出口セルとを隔てる第１隔壁と、上記入口セル同士を隔てる第２隔壁とを有し、
上記排ガス浄化フィルタにおける下流側端面から上流側へ２０ｍｍの距離までの下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対して、該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜３５％であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項１）。

本発明の排ガス浄化フィルタにおいて、上記基材は、上記隔壁に捕集された排ガス中のＰＭや燃料に起因して生成するアッシュが堆積する上記入口セルの断面積の総和Ｓ１を上記出口セルの断面積の総和Ｓ２よりも大きくしている。そのため、上記入口セルにおいてＰＭが一時的に堆積しても、また燃焼除去が困難なアッシュが継続的に堆積しても、上記入口セルにおける排ガス流通断面積や排ガス濾過面積を確保することができ、圧力損失の増大を抑制することができる。これにより、圧力損失を全体として低く抑えることができる。

また、上記排ガス浄化フィルタにおける上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対して、該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合を１５〜３５％としている。
ここで、上記排ガス浄化フィルタの上記下流側領域は、排ガス中のＰＭが堆積しやすい領域である。また、上記入口セル同士を隔てる上記第２隔壁は、両側の表面にＰＭが堆積するため、片側の表面にＰＭが堆積する上記第１隔壁に比べてＰＭ燃焼時に大きな熱が発生する。

すなわち、本発明では、排ガス中のＰＭが堆積しやすい上記下流側領域において、ＰＭ燃焼時に大きな熱が発生する上記第２隔壁部分の熱容量の割合を上記特定の範囲としている。そのため、圧力損失に大きな影響を与えることなく、上記下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量を十分に確保することができる。そして、ＰＭ燃焼時において上記第２隔壁部分に大きな熱が発生しても、それに伴う急激な温度上昇を効果的に抑制することができ、熱応力によるクラック等の発生を防止することができる。これにより、低圧力損失を維持しながら、優れた耐熱性を得ることができる。

このように、本発明によれば、低圧力損失であり、かつ耐熱性に優れた排ガス浄化フィルタを提供することができる。

実施例１における、排ガス浄化フィルタを示す斜視図。 実施例１における、入口セル及び出口セルの配置を示す説明図。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例３における、入口セル及び出口セルの配置を示す説明図。 実施例３における、入口セル及び出口セルの配置を示す説明図。 図４のＢ−Ｂ線矢視断面図、図５のＣ−Ｃ線矢視断面図。 従来における、入口セル及び出口セルの配置を示す説明図。 図７のＤ−Ｄ線矢視断面図。

本発明において、上記入口セルの断面積の総和Ｓ１と上記出口セルの断面積の総和Ｓ２とは、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たしている。
上記の関係がＳ１≦Ｓ２の場合には、上記入口セルにＰＭやアッシュが堆積した際に、圧力損失が大きくなるおそれがある。

また、上記入口セルの断面積の総和Ｓ１は、上記出口セルの断面積の総和Ｓ２の１．１〜２．２倍であることがより好ましい。
この場合には、上記入口セルにＰＭやアッシュが堆積した際の圧力損失の増大を抑制するという本発明の効果をより一層発揮することができる。

また、上記入口セルは、該入口セルを囲む上記隔壁を隔てて他の上記入口セル及び上記出口セルに隣接するよう配置されている。
ここで、「隔壁を隔てて」とは、隔壁の厚み方向に隔てていることを表している。以下も同様である。

また、上記排ガス浄化フィルタにおける上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対して、該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜３５％である。
ここで熱容量の対象となっているのは、上記排ガス浄化フィルタの上記下流側領域である。そして、上記排ガス浄化フィルタから上記下流側領域を取り出したとき、上記隔壁（第１隔壁、第２隔壁）及び上記封止材の熱容量の総和、すなわち上記下流側領域全体の熱容量をＣ１、そのうちの上記第２隔壁部分の熱容量の総和をＣ２としている。
上記の割合が１５％未満の場合には、ＰＭ燃焼時の急激な温度上昇を抑制する効果を十分に得ることができないおそれがある。一方、３５％を超える場合には、圧力損失が大きくなるおそれがある。

また、上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対して、該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜２５％であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、ＰＭ燃焼時の急激な温度上昇を抑制する効果をより一層十分に得ることができる。

また、上記出口セルは、該出口セルを囲む上記隔壁を隔てて上記入口セルのみに隣接するよう配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記出口セルが上記入口セルのみに囲まれる構成となるため、上記出口セル同士を隔てる上記隔壁が存在しないことになる。上記出口セル同士を隔てる上記隔壁は、実質的にＰＭを捕集する機能を果たさないため、このような上記隔壁が存在しないことは、ＰＭ捕集性能を確保する上で非常に有効である。

また、上記入口セルは、断面が八角形状であり、上記出口セルは、断面が四角形状であり、上記入口セルの周囲には、該入口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて他の上記入口セルと上記出口セルとが交互に合計４つずつ配置されており、上記出口セルの周囲には、該出口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて上記入口セルのみが合計４つ配置されている構成とすることができる（請求項４）。
この場合には、上記入口セル及び上記出口セルの断面積の総和に関するＳ１＞Ｓ２という関係を比較的容易に実現することができる構成となる。そして、上記排ガス浄化フィルタの上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対する該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合を１５〜３５％とすることにより、低圧力損失、高耐熱性という本発明の効果を十分に得ることができる。

また、上記入口セル及び上記出口セルは、軸方向に直交する断面において、上記入口セル又は上記出口セルの中心を軸とする９０°回転対称性を有するよう配置されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記入口セル及び上記出口セルを規則正しく配置することにより、上記排ガス浄化フィルタ全体のアイソスタティック強度を向上させることができる。

また、上記入口セルは、断面が六角形状であり、上記出口セルは、断面が円形状であり、上記入口セルの周囲には、該入口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて他の上記入口セルと上記出口セルとが交互に合計３つずつ配置されており、上記出口セルの周囲には、該出口セルを囲む上記隔壁を隔てて周方向に上記入口セルのみが合計６つ配置されている構成とすることができる（請求項６）。
この場合には、上記入口セル及び上記出口セルの断面積の総和に関するＳ１＞Ｓ２という関係を比較的容易に実現することができる構成となる。そして、上記排ガス浄化フィルタの上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対する該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合を１５〜３５％とすることにより、低圧力損失、高耐熱性という本発明の効果を十分に得ることができる。

また、上記入口セル及び上記出口セルは、共に断面が六角形状であり、上記入口セルの周囲には、該入口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて他の上記入口セルと上記出口セルとが交互に合計３つずつ配置されており、上記出口セルの周囲には、該出口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて上記入口セルのみが合計６つ配置されている構成とすることができる（請求項７）。
この場合には、上記入口セル及び上記出口セルの断面積の総和に関するＳ１＞Ｓ２という関係を比較的容易に実現することができる構成となる。そして、上記排ガス浄化フィルタの上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対する該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合を１５〜３５％とすることにより、低圧力損失、高耐熱性という本発明の効果を十分に得ることができる。

また、上記入口セル及び上記出口セルは、軸方向に直交する断面において、上記入口セル又は上記出口セルの中心を軸とする６０°回転対称性を有するよう配置されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記入口セル及び上記出口セルを規則正しく配置することにより、上記排ガス浄化フィルタ全体のアイソスタティック強度を向上させることができる。

また、上記セルは、断面が多角形状である場合に、その内角部に所定の曲率を有するＲ面が形成されていることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記排ガス浄化フィルタ全体のアイソスタティック強度を向上させることができる。

また、上記排ガス浄化フィルタは、コーディエライトを主成分とするセラミックよりなることが好ましい。
この場合には、熱膨張係数の低いコーディエライトを用いることにより、耐熱衝撃性に優れたものとなり、耐熱性の向上を図ることができる。また、コーディエライトは、安価であり、製造コストを抑えることができる。

また、上記排ガス浄化フィルタ（基材）は、円柱状、角柱状等、一般的に用いられている形状を採用することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる排ガス浄化フィルタについて、図を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、図１〜図３に示すごとく、格子状に配された多孔質の隔壁３と、その隔壁３に囲まれて軸方向に形成された多数のセル４とを有する基材２を備え、排ガスＧを導入するセル４である入口セル４１の下流側端部４１２及び排ガスＧを排出するセル４である出口セル４２の上流側端部４２１を封止材５によって封止してなる。

基材２は、軸方向に直交する断面において、入口セル４１の断面積の総和をＳ１、出口セル４２の断面積の総和をＳ２とした場合に、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たす。
入口セル４１は、その入口セル４１を囲む隔壁３を隔てて他の入口セル４１及び出口セル４２に隣接するよう配置されており、隔壁３は、入口セル４１と出口セル４２とを隔てる第１隔壁３１と、入口セル４１同士を隔てる第２隔壁３２とを有する。
そして、排ガス浄化フィルタ１における下流側端面１０２から上流側へ２０ｍｍの距離までの下流側領域１１全体の熱容量Ｃ１に対して、その下流側領域１１内の第２隔壁３２部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜３５％である。
以下、これを詳説する。

本例の排ガス浄化フィルタ１は、図１に示すごとく、格子状（ハニカム状）に配された多孔質の隔壁３と、その隔壁３に囲まれて軸方向に形成された多数のセル４とを有する基材２を備えている。
基材２は、コーディエライトを主成分とするセラミックより構成されており、円柱状を呈している。

また、図３に示すごとく、基材２のセル４は、排ガスＧを導入する入口セル４１と、排ガスＧを排出する出口セル４２とを有する。入口セル４１の下流側端部４１２及び出口セル４２の上流側端部４２１には、封止材５が配設されており、セル４の一方の端部を封止している。また、入口セル４１の上流側端部４１１及び出口セル４２の下流側端部４２２は開口しており、排ガスＧを導入及び排出することができるよう構成されている。
また、隔壁３には、その隔壁３を通過する排ガスＧ中のＰＭを捕集するための細孔が多数形成されている。

また、図２に示すごとく、基材２を軸方向上流側から見ると、入口セル４１は、その入口セル４１を囲む隔壁３を隔てて他の入口セル４１及び出口セル４２に隣接するよう配置されている。本例では、入口セル４１は、断面が八角形状であり、入口セル４１の周囲には、その入口セル４１の各辺部を構成する隔壁３を隔てて他の入口セル４１と出口セル４２とが交互に合計４つずつ配置されている。

また、同図に示すごとく、出口セル４２は、その出口セル４２を囲む隔壁３を隔てて入口セル４１のみに隣接するよう配置されている。すなわち、出口セル４２が入口セル４１のみに囲まれている。本例では、出口セル４２は、断面が四角形状であり、出口セル４２の周囲には、その出口セル４２の各辺部を構成する隔壁３を隔てて入口セル４１のみが合計４つ配置されている。

また、同図に示すごとく、入口セル４１及び出口セル４２は、隙間を形成することなく、規則正しく配置されている。本例では、入口セル４１及び出口セル４２は、軸方向に直交する断面において、入口セル４１（出口セル４２）の中心を軸とする９０°回転対称性を有するよう配置されている。
また、基材２における軸方向に直交する断面において、入口セル４１の断面積の総和をＳ１、出口セル４２の断面積の総和をＳ２とした場合に、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たす。

また、同図に示すごとく、隔壁３は、入口セル４１と出口セル４２とを隔てる第１隔壁３１と、入口セル４１同士を隔てる第２隔壁３２とを有する。本例では、第１隔壁３１の厚みＷ１が０．３ｍｍ、第２隔壁３２の厚みＷ２が０．５１ｍｍである。なお、第１隔壁３１の厚みＷ１、第２隔壁３２の厚みＷ２とは、各隔壁の最も薄い部分の厚みである。

そして、図３に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１において、その下流側端面１０２から上流側へ２０ｍｍの距離までの領域を下流側領域１１とした場合、下流側領域１１全体の熱容量Ｃ１に対して、その下流側領域１１内の第２隔壁３２部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜３５％である。

また、上記構成の排ガス浄化フィルタ１を製造するに当たっては、製造方法そのものは、従来と同様の公知の方法を採用することができる。
すなわち、基材２となるコーディエライト原料を準備し、隔壁３の形状に対応するスリットが形成された押出成形金型を用いてハニカム状の成形体として押出成形する。そして、その成形体を所定の長さに切断し、乾燥・焼成する。また、この乾燥・焼成の後又は前の工程において、封止材５となるコーディエライト原料をセル４の封止すべき場所に配設し、これも乾燥・焼成する。これにより、排ガス浄化フィルタ１を得る。

次に、本例の排ガス浄化フィルタ１における作用効果について説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１において、基材２は、隔壁３に捕集された排ガスＧ中のＰＭや燃料に起因して生成するアッシュが堆積する入口セル４１の断面積の総和Ｓ１を出口セル４２の断面積の総和Ｓ２よりも大きくしている。そのため、入口セル４１においてＰＭが一時的に堆積しても、また燃焼除去が困難なアッシュが継続的に堆積しても、入口セル４１における排ガス流通断面積や排ガス濾過面積を確保することができ、圧力損失の増大を抑制することができる。これにより、圧力損失を全体として低く抑えることができる。

また、排ガス浄化フィルタ１における下流側領域１１全体の熱容量Ｃ１に対して、その下流側領域１１内の第２隔壁３２部分の熱容量の総和Ｃ２の割合を１５〜３５％としている。
ここで、排ガス浄化フィルタ１の下流側領域１１は、排ガスＧ中のＰＭが堆積しやすい領域である。また、入口セル４１同士を隔てる第２隔壁３２は、両側の表面にＰＭが堆積するため、片側の表面にＰＭが堆積する第１隔壁３１に比べてＰＭ燃焼時に大きな熱が発生する。

すなわち、本例では、排ガスＧ中のＰＭが堆積しやすい下流側領域１１において、ＰＭ燃焼時に大きな熱が発生する第２隔壁３２部分の熱容量の割合を上記特定の範囲としている。そのため、圧力損失に大きな影響を与えることなく、下流側領域１１内の第２隔壁３２部分の熱容量を十分に確保することができる。そして、ＰＭ燃焼時において第２隔壁３２部分に大きな熱が発生しても、それに伴う急激な温度上昇を効果的に抑制することができ、熱応力によるクラック等の発生を防止することができる。これにより、低圧力損失を維持しながら、優れた耐熱性を得ることができる。

また、本例では、入口セル４１は、断面が八角形状であり、出口セル４２は、断面が四角形状であり、入口セル４１の周囲には、その入口セル４１の各辺部を構成する隔壁３を隔てて他の入口セル４１と出口セル４２とが交互に合計４つずつ配置されており、出口セル４２の周囲には、その出口セル４２の各辺部を構成する隔壁３を隔てて入口セル４１のみが合計４つ配置されている構成である。そのため、入口セル４１及び出口セル４２の断面積の総和に関するＳ１＞Ｓ２という関係を比較的容易に実現することができる構成となる。そして、排ガス浄化フィルタ１の下流側領域１１全体の熱容量Ｃ１に対する下流側領域１１内の第２隔壁３２部分の熱容量の総和Ｃ２の割合を１５〜３５％とすることにより、低圧力損失、高耐熱性という本例の効果を十分に得ることができる。

また、入口セル４１及び出口セル４２は、軸方向に直交する断面において、入口セル４１（出口セル４２）の中心を軸とする９０°回転対称性を有するよう配置されている。このように入口セル４１及び出口セル４２を規則正しく配置することにより、排ガス浄化フィルタ１全体のアイソスタティック強度を向上させることができる。

また、出口セル４２は、その出口セル４２を囲む隔壁３を隔てて入口セル４１のみに隣接するよう配置されている。そのため、出口セル４２が入口セル４１のみに囲まれる構成となるため、出口セル４２同士を隔てる隔壁３が存在しないことになる。出口セル４２同士を隔てる隔壁は、実質的にＰＭを捕集する機能を果たさないため、このような隔壁が存在しないことは、高いＰＭ捕集性能を確保する上で非常に有効である。

このように、本例によれば、低圧力損失であり、かつ耐熱性に優れた排ガス浄化フィルタ１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、表１に示すごとく、排ガス浄化フィルタにおける特性（圧力損失、ＳＭＬ（Ｓｏｏｔ Ｍａｓｓ Ｌｉｍｉｔ））について評価したものである。

本例では、表１、表２に示すごとく、従来の基本構造を有する排ガス浄化フィルタ（基本品１、２）を準備した。
この基本品１、２の排ガス浄化フィルタ９１は、図７、図８に示すごとく、入口セル４１と出口セル４２とが同一形状、同一断面積である。具体的には、入口セル４１及び出口セル４２は、共に断面が正方形状であり、縦横方向に交互に配置されている。すなわち、入口セル４１と出口セル４２とを隔てる隔壁３（第１隔壁３１）しかなく、入口セル４１同士を隔てる隔壁３（第２隔壁３２）は存在しない。なお、基本品１はセル密度が３００ｃｐｓｉ、基本品２はセル密度が２００ｃｐｓｉである。

そして、表１に示すごとく、上記基本品１を基準とし、第１隔壁の厚みＷ１（＝０．３０ｍｍ）、セル密度（＝３００ｃｐｓｉ）を変えずに構造を変化させた、実施例１の図２と同様の構造の排ガス浄化フィルタを複数準備した。

本例では、同表に示すごとく、第１のグループとして、入口セルの断面積の総和Ｓ１と出口セルの断面積の総和Ｓ２との比（以下、断面積比Ｓ１／Ｓ２という）が１．３２〜１．３６の範囲であり、後述する熱容量割合が１５〜３５％の範囲内である本発明品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｅ１１、Ｅ１２）、熱容量割合が１５〜３５％の範囲外である比較品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｃ１１〜Ｃ１４）を準備した。

また、同表に示すごとく、第２のグループとして、断面積比Ｓ１／Ｓ２が１．６９〜１．７８の範囲であり、熱容量割合が１５〜３５％の範囲内である本発明品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｅ２１、Ｅ２２）、熱容量割合が１５〜３５％の範囲外である比較品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｃ２１〜Ｃ２４）を準備した。

さらに、表２に示すごとく、上記基本品２を基準とし、第１隔壁の厚みＷ１（＝０．３０ｍｍ）、セル密度（＝２００ｃｐｓｉ）を変えずに構造を変化させ、実施例１の図２と同様の構造の排ガス浄化フィルタを複数準備した。

本例では、同表に示すごとく、第３のグループとして、断面積比Ｓ１／Ｓ２が１．２８〜１．３０の範囲であり、熱容量割合が１５〜３５％の範囲内である本発明品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｅ３１、Ｅ３２）、熱容量割合が１５〜３５％の範囲外である比較品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｃ３１〜Ｃ３４）を準備した。

また、同表に示すごとく、第４のグループとして、断面積比Ｓ１／Ｓ２が１．６７〜１．７４の範囲であり、熱容量割合が１５〜３５％の範囲内である本発明品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｅ４１、Ｅ４２）、熱容量割合が１５〜３５％の範囲外である比較品の排ガス浄化フィルタ（試料Ｃ４１〜Ｃ４４）を準備した。

また、基本品、本発明品及び比較品における第１隔壁の厚みＷ１（ｍｍ）、第２隔壁の厚みＷ２（ｍｍ）、セル密度（ｃｐｓｉ）、基材（隔壁）の気孔率（％）、封止材の気孔率（％）、入口セルの断面積の総和Ｓ１と出口セルの断面積の総和Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２、封止材の長さ（ｍｍ）、熱容量割合（％）については、表１、表２に示すとおりである。

なお、セル密度とは、基材の軸方向に直交する断面における単位平方インチ当たりのセル数のことである。
また、熱容量割合とは、排ガス浄化フィルタにおける下流側領域全体の熱容量をＣ１、その下流側領域内の第２隔壁部分の熱容量の総和をＣ２とした場合に、熱容量Ｃ１に対する熱容量Ｃ２の割合のことである。

次いで、上記各試料における特性（圧力損失、ＳＭＬ）について評価を行った。
圧力損失は、ディーゼルエンジンの排気管に排ガス浄化フィルタを設置し、２０００Ｌ／分の流量の排ガスを通過させ、通過前後の圧力差を測定することにより求めた。
ＳＭＬ（Ｓｏｏｔ Ｍａｓｓ Ｌｉｍｉｔ）は、後述するＤＴＩ（Ｄｒｏｐ Ｔｏ Ｉｄｌｅ）試験にて排ガス浄化フィルタ内の最高温度が１０００℃に到達するＰＭ量を測定することにより求めた。

ＳＭＬを求めるためのＤＴＩ試験とは、具体的には、ディーゼルエンジンの排気管に排ガス浄化フィルタを設置し、２０００Ｌ／分の流量の排ガスを流し、所定のＰＭ量を堆積させる。次いで、排ガス浄化フィルタの上流側端面付近の排ガス温度を６５０℃まで昇温した後、アイドリング状態までエンジン回転数を落とす。次いで、排ガス浄化フィルタ内に設置してある複数の熱電対にて排ガス浄化フィルタ内の温度を測定する。そして、堆積させるＰＭ量を増やしながら上記の作業を繰り返し、排ガス浄化フィルタ内の最高温度が１０００℃に到達するＰＭ量を測定した。
このＳＭＬの値（ＰＭ量の値）が大きければ大きいほど、ＰＭの堆積量が多くなってもＰＭ燃焼時の温度上昇が小さく、耐熱性に優れていることがいえる。

次いで、圧力損失の評価は、基本品の圧力損失（１４．８ｋＰａ）を基準とした。すなわち、第１及び第２グループの本発明品Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ２１、Ｅ２２については基本品１の圧力損失（１４．８ｋＰａ）を、第３及び第４グループの本発明品Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ２１、Ｅ２２については基本品２の圧力損失（１７．０ｋＰａ）を基準とした。そして、基準となる基本品の圧力損失の値よりも５％以上減少したものを合格（○）とし、それ以外のものを不合格（×）とした。

また、ＳＭＬの評価は、基本品を単純に構造変化させたものを基準とした。すなわち、第１グループの本発明品Ｅ１１、Ｅ１２については比較品Ｃ１１を、第２グループの本発明品Ｅ２１、Ｅ２２については比較品Ｃ２１を、第３グループの本発明品Ｅ３１、Ｅ３２については比較品Ｃ３１を、第４グループの本発明品Ｅ４１、Ｅ４２については比較品４１を基準とした。そして、基準となる比較品のＳＭＬの値よりも２５％以上増加したものを合格（○）とし、それ以外のものを不合格（×）とした。

また、総合評価として、圧力損失及びＳＭＬの両方が合格であったものを総合的に合格（○）、いずれかが不合格であったものを総合的に不合格（×）とした。
なお、基本品１、２、比較品Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１については、圧力損失又はＳＭＬの基準となっているため、総合評価の対象から外している。

上記特性（圧力損失、ＳＭＬ）の評価及び総合評価の結果を表３、表４に示す。
表３、表４に示すごとく、本発明品Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ３１、Ｅ３２、Ｅ４１、Ｅ４２は、圧力損失、ＳＭＬのいずれも基準を満たし、それぞれ合格（○）の評価であった。よって、総合評価において、総合的に合格（○）の評価であった。
一方、同表に示すごとく、比較品Ｃ１２〜Ｃ１４、Ｃ２２〜Ｃ２４、Ｃ３２〜Ｃ３４、Ｃ４２〜Ｃ４４は、圧力損失、ＳＭＬのいずれかが基準を満たしておらずに不合格（×）の評価であった。よって、総合評価において、総合的に不合格（×）の評価であった。

以上の結果から、本発明品の排ガス浄化フィルタは、圧力損失を全体として低く抑えることができることがわかった。また、ＰＭの堆積量が多くなってもＰＭ燃焼時の温度上昇が小さく、耐熱性に優れていることがわかった。

（実施例３）
本例は、図４〜図６に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１におけるセル４の構成を変更した例である。
なお、図４、図５は、排ガス浄化フィルタ１の基材２を軸方向上流側から見た図である。また、図６は、排ガス浄化フィルタ１の軸方向の断面を表した図である。

図４に示す例では、入口セル４１は、断面が六角形状であり、入口セル４１の周囲には、その入口セル４１の各辺部を構成する隔壁３を隔てて他の入口セル４１と出口セル４２とが交互に合計３つずつ配置されている。
また、出口セル４２は、断面が円形状であり、出口セル４２の周囲には、その出口セル４２を囲む隔壁３を隔てて周方向に入口セル４１のみが合計６つ配置されている。

図５に示す例では、入口セル４１は、断面が六角形状であり、入口セル４１の周囲には、その入口セル４１の各辺部を構成する隔壁３を隔てて他の入口セル４１と出口セル４２とが交互に合計３つずつ配置されている。
また、出口セル４２は、断面が六角形状であり、出口セル４２の周囲には、その出口セル４２の各辺部を構成する隔壁３を隔てて入口セル４１のみが合計６つ配置されている。

また、図４、図５に示す例では、入口セル４１及び出口セル４２は、軸方向に直交する断面において、入口セル４１（出口セル４２）の中心を軸とする６０°回転対称性を有するよう配置されている。
また、排ガス浄化フィルタ１の軸方向の断面は、図６に示すごとく、両者共にほぼ同じような構造となる。
その他は、実施例１と同様の構成である。

本例の場合には、入口セル４１及び出口セル４２の断面積の総和に関するＳ１＞Ｓ２という関係を比較的容易に実現することができる構成となる。そして、排ガス浄化フィルタ１の下流側領域１１全体の熱容量Ｃ１に対する下流側領域１１内の第２隔壁３２の熱容量の総和Ｃ２の割合を１０〜４０％とすることにより、低圧力損失、高耐熱性という本発明の効果を十分に得ることができる。
また、入口セル４１及び出口セル４２が規則正しく配置されているため、排ガス浄化フィルタ１全体のアイソスタティック強度を向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

また、本例では、図４、図５に示す構造を有する本発明の排ガス浄化フィルタについて、圧力損失及びＳＭＬの値を測定し、その特性を評価した。なお、圧力損失及びＳＭＬの値の測定は、実施例２と同様の方法で行った。

ここで、測定した図４に示す排ガス浄化フィルタは、第１隔壁の厚みＷ１が０．３ｍｍ、第２隔壁の厚みＷ２が０．３８ｍｍ、セル密度が３００ｃｐｓｉ、基材（隔壁）の気孔率が５０％、封止材の気孔率が５５％、断面積比Ｓ１／Ｓ２が１．３９、封止材の長さが４ｍｍ、熱容量割合が２８．５％であった。

また、測定した図５に示す排ガス浄化フィルタは、第１隔壁の厚みＷ１が０．３ｍｍ、第２隔壁の厚みＷ２が０．３８ｍｍ、セル密度が３００ｃｐｓｉ、基材（隔壁）の気孔率が５０％、封止材の気孔率が５５％、断面積比Ｓ１／Ｓ２が１．４６、封止材の長さが４ｍｍ、熱容量割合が２６．５％であった。

圧力損失及びＳＭＬの値を測定した結果、図４に示す排ガス浄化フィルタは、圧力損失が７．８ｋＰａ、ＳＭＬが６．８ｇ／Ｌであった。また、図５に示す排ガス浄化フィルタは、圧力損失が７．８ｋＰａ、ＳＭＬが６．８ｇ／Ｌであった。
これにより、図４、図５に示す構造を有する本発明の排ガス浄化フィルタは、低圧力損失であり、かつ耐熱性に優れていることが確認できた。

１ 排ガス浄化フィルタ
１１ 下流側領域
２ 基材
３ 隔壁
３１ 第１隔壁
３２ 第２隔壁
４ セル
４１ 入口セル
４２ 出口セル
５ 封止材

Claims (9)

1. 格子状に配された多孔質の隔壁と、該隔壁に囲まれて軸方向に形成された多数のセルとを有する基材を備え、排ガスを導入する上記セルである入口セルの下流側端部及び排ガスを排出する上記セルである出口セルの上流側端部を封止材によって封止してなる排ガス浄化フィルタであって、
   上記基材は、軸方向に直交する断面において、上記入口セルの断面積の総和をＳ１、上記出口セルの断面積の総和をＳ２とした場合に、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たし、
   上記入口セルは、該入口セルを囲む上記隔壁を隔てて他の上記入口セル及び上記出口セルに隣接するよう配置されており、
   上記隔壁は、上記入口セルと上記出口セルとを隔てる第１隔壁と、上記入口セル同士を隔てる第２隔壁とを有し、
   上記排ガス浄化フィルタにおける下流側端面から上流側へ２０ｍｍの距離までの下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対して、該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜３５％であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
2. 請求項１に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記下流側領域全体の熱容量Ｃ１に対して、該下流側領域内の上記第２隔壁部分の熱容量の総和Ｃ２の割合が１５〜２５％であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
3. 請求項１又は２に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記出口セルは、該出口セルを囲む上記隔壁を隔てて上記入口セルのみに隣接するよう配置されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
4. 請求項３に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記入口セルは、断面が八角形状であり、上記出口セルは、断面が四角形状であり、上記入口セルの周囲には、該入口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて他の上記入口セルと上記出口セルとが交互に合計４つずつ配置されており、上記出口セルの周囲には、該出口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて上記入口セルのみが合計４つ配置されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
5. 請求項４に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記入口セル及び上記出口セルは、軸方向に直交する断面において、上記入口セル又は上記出口セルの中心を軸とする９０°回転対称性を有するよう配置されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
6. 請求項３に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記入口セルは、断面が六角形状であり、上記出口セルは、断面が円形状であり、上記入口セルの周囲には、該入口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて他の上記入口セルと上記出口セルとが交互に合計３つずつ配置されており、上記出口セルの周囲には、該出口セルを囲む上記隔壁を隔てて周方向に上記入口セルのみが合計６つ配置されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
7. 請求項３に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記入口セル及び上記出口セルは、共に断面が六角形状であり、上記入口セルの周囲には、該入口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて他の上記入口セルと上記出口セルとが交互に合計３つずつ配置されており、上記出口セルの周囲には、該出口セルの各辺部を構成する上記隔壁を隔てて上記入口セルのみが合計６つ配置されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
8. 請求項６又は７に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記入口セル及び上記出口セルは、軸方向に直交する断面において、上記入口セル又は上記出口セルの中心を軸とする６０°回転対称性を有するよう配置されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
9. 請求項１〜８に記載の排ガス浄化フィルタにおいて、上記セルは、断面が多角形状である場合に、その内角部に所定の曲率を有するＲ面が形成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。

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