JP4803480B2

JP4803480B2 - セラミックハニカムフィルタ

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Publication number: JP4803480B2
Application number: JP2005098235A
Authority: JP
Inventors: 謙一郎関口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006272244A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を含む排気ガスを浄化するのに使用されるセラミックハニカムフィルタに関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中には炭素質からなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）とを主成分とするＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ：粒子状物質）が含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、ディーゼルエンジンの排気管の途中に、ＰＭを捕集するためのフィルタを装着することが従来から行われている。図３は、自動車の排気ガス中のＰＭを捕集、浄化する、従来のセラミックハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。図３（ａ）（ｂ）において、セラミックハニカムフィルタ３０は、多孔質セラミックからなり、外周壁１と、この外周壁１の内側に各々直交する隔壁２で仕切られた多数の流路３、４を有するハニカム構造体の流路が、排気ガスの流入側端面７と流出側端面８で交互に封止部５、６で封止されている。また、ハニカム構造体の外周壁１は、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材（図示せず）で使用中に動かないように把持され、金属製収納容器（図示せず）内に配置されている。

図３に示すセラミックハニカムフィルタ３０において、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス（点線矢印で示す）は、流入側端面７に開口している流路３から流入する。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、隔壁２を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、流出側端面８に開口している流路４から流出、大気中に放出される。一方、隔壁２に捕集されたＰＭが多くなると、隔壁が目詰まりしてしまい圧力損失が増加してしまうので、圧力損失が増加する前に、ＰＭを燃焼除去してハニカムフィルタを再生する必要がある。しかし、通常のディーゼルエンジンの運転状態では、ＰＭが燃焼するほどの高い排気ガス温度が得られることが少ないため、例えば高比表面積材料であるアルミナに白金族金属や酸化セリウムなどの希土類酸化物を担持した酸化触媒を一体的に担持させた触媒担持型のハニカムフィルタの実用化が進められている。このような触媒担持型のハニカムフィルタを採用すれば、捕集されたＰＭの燃焼反応が触媒により促進されて、ＰＭを燃焼、除去することが可能となる。

ところで、このような触媒担持型のハニカムフィルタを採用したとしても、排気ガス温度の低い運転状態が続くような、渋滞の市街地を走行するような場合には、触媒が活性とならずＰＭの燃焼除去が良好に行われない不具合が発生するため、特許文献１に記載の発明では、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて、触媒物質を担持させたフィルタ上へのＰＭの堆積量を推定した上で、フィルタの上流側に燃料を未燃のまま噴射して、前記触媒物質上で、燃料の酸化反応を促し、その反応熱によりフィルタの内部温度を前記触媒物質の活性下限温度以上に維持することによって、堆積したＰＭを燃焼させる排気浄化方法が開示されている。しかしながら、このような燃料添加によるフィルタの強制再生を行うに際し、触媒物質における燃料の酸化反応は、下流側へ向かうにつれて触媒物質との接触頻度が増すことにより活性化してくるので、このフィルタでの温度分布は、排気ガス温度とほぼ等しい流入側端面の温度から下流側に向かうにつれ反応熱により徐々に上昇し、フィルタの流入側端面は常に触媒物質の活性度は低い状態にある。このため、排気ガス温度が低い運転状態が継続した場合、触媒物質の活性度が低くなっているフィルタ流入側端面７、特に排気ガス流入側目封止部５の排気ガス流入側端面に、ＰＭが付着し易くなり、ここに付着したＰＭの堆積量が多くなることによりフィルタの流入側流路３の流入側端部が閉塞して、圧力損失が上昇する虞があった。

このため、本出願人らは、特許文献２において、触媒担持型ハニカムフィルタの排気ガス流入側端部、特に排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面に、ＰＭが堆積して圧力損失が上昇するのを防ぐ目的で、図４に示すような、多孔質セラミックハニカム構造体の隔壁及び／または目封止部の少なくとも一部に触媒物質が担持されているとともに、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部４５が排気ガス流入側端面４７より離れて配置されていることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ４０及び排気ガス浄化方法を開示している。このような構成のセラミックハニカムフィルタによれば、内燃機関運転中にハニカムフィルタ上へのＰＭの堆積量がある一定値以上になった際に、ハニカムフィルタの温度を上昇させる目的で行うフィルタ上流への未燃の燃料及び／又は炭化水素ガス噴射時において、ＰＭが付着、堆積しやすい流入側目封止部端面４５１がハニカムフィルタ内の温度の高い部位に配置されることから、当該部位に担持された触媒物質の活性度が高められるため、流入側目封止部端面４５１での微粒子の燃焼が容易に行われ、流入側目封止部端面４５１へのＰＭ堆積による流入側流路４３の流入側端部の閉塞を防ぐことができる。このため、フィルタの破損や溶損の問題を回避すると共に、長期に亘り安定して圧力損失の増加の少ないハニカムフィルタが得られる。

特開２００２−１２２０１５号公報特開２００４−２５１２６６号公報

上記従来のセラミックハニカムフィルタでは、低い圧力損失と高いＰＭ捕集率を実現するため、その多孔質隔壁の気孔率は５０〜８０％が好適とされており、多孔質であるが故に隔壁の強度は低くなるものの、図３に示す両端部に目封止部が形成された従来のセラミックハニカムフィルタ３０では、隔壁２の端部が目封止部１５或いは１６と接合されており、隔壁２の端部が補強された構造となっている。しかしながら、図４に示すセラミックハニカムフィルタ４０では、排気ガス流入側目封止部４５が排気ガス流入側端面４７から離れた位置に形成されているため、排気ガス流入側端面に多孔質隔壁４２の端部が単独で排気ガス流入側端面に露出している。上記のようにセラミックハニカムフィルタ４０の隔壁の気孔率は５０〜８０％が好適とされ、このような気孔率の大きな隔壁が排気ガス流入側端面４７に露出していると、排気ガスの流れによって上流側隔壁４２ｕの端部の摩耗が発生して破損したり、製造時や取扱い時の機械的衝撃で破損したりするという不具合に発展することもあった。隔壁の摩耗が進行すると、上流側隔壁４２ｕの面積が減少することから、流入側目封止部端面４５１の温度を十分上昇できなくなり、圧力損失の上昇につながることもある。このため、隔壁４２ｕ及び４２ｄ自体の気孔率を低下させて隔壁を強化することも考えられるが、この気孔率の低下はセラミックハニカムフィルタ４０の圧力損失を増大させてしまうという不具合につながることもあった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、低圧力損失であると共に、排気ガス流入側端部が摩耗しにくく、破損しにくい、耐久性に優れたセラミックハニカムフィルタを提供することにある。

本発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミックハニカム構造体の所望の流路が目封止され、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より５％以上小さいことを特徴とする。

（本発明の作用効果）
本発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミックハニカム構造体の所望の流路が目封止され、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より５％以上小さいことを特徴とする。図１は本発明のセラミックハニカムフィルタ１０の側断面模式図を示したものである。このような構成のセラミックハニカムフィルタによれば、内燃機関運転中にハニカムフィルタ上へのＰＭの堆積量がある一定値以上になった際に、ハニカムフィルタの温度を上昇させる目的で行うフィルタ上流への未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスの噴射時において、ＰＭが付着、堆積しやすい流入側目封止部端面１５１がハニカムフィルタ内の温度の高い部位に配置されることから、当該部位に担持される触媒物質の活性度が高められるため、流入側目封止部端面１５１でのＰＭの燃焼が容易に行われ、流入側目封止部端面１５１へのＰＭ堆積による流入側流路１３の流入側端部の閉塞を防ぐことができる。このため、フィルタの破損や溶損の問題を回避すると共に、長期に亘り安定して圧力損失の増加を防ぐことができる。それと同時に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁１２ｕの気孔率を下流側の隔壁１２ｄの気孔率より５％以上小さくしていることから、上流側の隔壁の気孔率と下流側の隔壁の気孔率が同一の場合に比べて、隔壁１２ｕの排気ガス流入側端部が強化されるため、排気ガスの流れによって隔壁１２ｕの流入側端部が摩耗して破損したり、製造時や取扱い時の機械的衝撃で破損したりするという不具合が発生することを防ぐことができる。

本発明において、特徴的なことは隔壁１２ｕの排気ガス流入側端部のみでなく、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２ｕ全体の気孔率を下流側の隔壁１２ｄの気孔率より小さくしていることである。この理由は、セラミックハニカムフィルタの排気ガス流入側端面１７に機械的衝撃が加わった場合は、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２ｕの流入側端部から流入側目封止部１５の間で破損することが多いからである。また、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、圧力損失に重大な影響を及ぼす排気ガス流入側目封止部１５より下流の隔壁１２ｄの気孔率が、上流の隔壁１２ｕの気孔率より大きく維持していることから、低圧力損失のセラミックハニカムフィルタを得るという観点からも有効である。

本発明のセラミックハニカムフィルタ１０において、前記上流側の隔壁１２ｕの気孔率が下流側の隔壁１２ｄの気孔率より５％以上小さくすると、隔壁の緻密化による隔壁の強化がなされ、隔壁１２ｕの排気ガス流入側端部の破損を防ぐ効果が大きくなるからである。前記上流側の隔壁１２ｕの気孔率を下流側の隔壁１２ｄの気孔率より５％以上小さくすると更に効果が顕著となる。ここで、排気ガス流入側目封止部１５より下流側の気孔率は、セラミックハニカムフィルタの所望の圧力損失、ＰＭ捕集率が得られるように適宜選択すれば良いが、５０〜８０％が好ましく、５５〜７５％が更に好ましい。隔壁１２ｄの気孔率が５０％を下まわると圧力損失が大きくなることもあるからであり、８０％を越えるとＰＭの捕集率が低下することもあるからである。また、隔壁の平均細孔径は排気ガス流入側目封止部より上流側、下流側共に１０〜４０μｍが好ましい。隔壁の平均細孔径が１０μｍを下まわると圧力損失が大きくなることもあるからであり、４０μｍを超えるとＰＭ捕集率が低下することもあるからである。

本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側端面から離れて配置される排気ガス流入側目封止部１５の配置位置は、セラミックハニカムフィルタの所望の圧力損失やＰＭ捕集率が得られるように適宜選択すれば良いが、前記流入側目封止部端面１５１が、セラミックハニカムフィルタの排気ガス流入側端面１７から、該セラミックハニカムフィルタ全長の０．７倍以下の長さの区間に配置されていることが好ましい。流入側端面１７から該セラミックハニカムフィルタ全長の０．７倍の長さの区間を越えて配置すると、セラミックハニカムフィルタの全体の長さには制約があるため、排気ガス流入側目封止部１５より流出側の隔壁１２ｄの面積が少なくなり、セラミックハニカムフィルタ全体の圧力損失が上昇することもあるからである。また、ハニカムフィルタ上流に未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射した際の、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２ｕの温度上昇効果を確実なものとするためには、排気ガス流入側目封止部１５は流入側端面１７から１０ｍｍ以上に離れて配置されていることがさらに好ましい。また、更に好ましい流入側目封止部端面１５１の配置区間は、セラミックハニカムフィルタ流入側端面１７から該セラミックハニカムフィルタ全長の０．１〜０．４倍の長さの区間である。

本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記隔壁及び／または目封止部の少なくとも一部に触媒物質が担持されていることが好ましい。この理由は、内燃機関運転中にハニカムフィルタ上へのＰＭの堆積量がある一定値以上になった際のフィルタ上流への未燃の燃料及び／又は炭化水素ガス噴射時において、セラミックハニカムフィルタの温度を上昇させることができるからである。更に、排気ガス温度の高い高速走行などの運転状態の場合、触媒物質の作用によりＰＭを連続的に燃焼させることができるからである。ここで前記ハニカムフィルタに担持される触媒物質は、白金族金属を含む酸化触媒やＰＭ燃焼触媒であると好ましい。尚、白金族金属を含む酸化触媒は、たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ又はその組合せ、白金族金属酸化物等が含まれるが、アルカリ土類金属酸化物や希土類酸化物等を含んでも良い。また、白金族金属を含む触媒物質には、公知のγアルミナ等の活性アルミナからなる高比表面積材料が含まれると、白金族金属等と排気ガスとの接触面積を大きくすることができ、排気ガスの浄化効率を高めることができることから好ましい。また、ＰＭ燃焼触媒としては、ベース金属触媒、典型的にはランタン、セシウム、バナジウム（Ｌａ／Ｃｓ／Ｖ_２Ｏ_３）類よりなる触媒物質であると好ましい。

次に本発明のセラミックハニカムフィルタの隔壁を構成する材料としては、本発明が主にディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを除去するために使用されるため、耐熱性に優れた材料を使用することが好ましく、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、窒化アルミニウム及びＬＡＳからなる群から選ばれた少なくとも１種を主結晶とするセラミック材料を用いることが好ましい。中でも、コージェライトを主結晶とする材料は、安価で耐熱性、耐食性に優れ、また低熱膨張であることから最も好ましい。また、炭化珪素や窒化アルミニウムを主結晶とする材料は熱伝導率が高いため、隔壁の温度が上昇しやくなる観点から、好ましい。また、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁と下流側の隔壁を構成する材料を異ならせても良い。

本発明に係るセラミックハニカムフィルタの隔壁の厚さは０．１〜０．５ｍｍが好ましく、隔壁のピッチは１．０〜３．０ｍｍが好ましい。隔壁厚が０．１ｍｍ未満では、隔壁が細孔を有する高気孔率の多孔質体であることからハニカム構造体の強度が低下し、好ましくない。一方、隔壁厚が０．５ｍｍを超えると、如何に隔壁が高気孔率であっても、排気ガスに対する隔壁の通気抵抗が大きくなるため、セラミックハニカムフィルタの圧力損失が大きくなるからである。より好ましい隔壁厚さは、０．２〜０．４ｍｍである。また、隔壁のピッチが１．３ｍｍ未満であると、ハニカム構造体の入口の開口面積が小さくなることから、セラミックハニカムフィルタ入口の流路を排気ガスが出入りする際の圧力損失が大きくなるため、好ましくない。一方、隔壁のピッチが３．０ｍｍを超えると、セラミックハニカムフィルタの単位体積当たりの表面積が小さくなることから、圧力損失が大きくなることも有るからである。より好ましい隔壁のピッチは１．２〜２．０ｍｍである。ここで、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁と下流側の隔壁で、隔壁の厚さ、隔壁のピッチは同一でも良いし、異なっても良い。

本発明のセラミックハニカムフィルタによれば、セラミックハニカム構造体の所望の流路が目封止され、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタの排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいことから、排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面へのＰＭ付着による圧力損失の上昇を防ぐことができ、低圧力損失が得られると共に、隔壁の流入側端部が排気ガスの流れによって、摩耗して破損したり、製造時や取扱い時の機械的衝撃で破損したりする不具合の発生を防ぐことができるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明のセラミックハニカムフィルタ１０の側断面模式図一例である。このようなセラミックハニカムフィルタの製造方法の一例を、図８を用いて以下に説明する。公知の方法で得られたセラミックハニカム構造体及びセラミックハニカム構造体と同材種のセラミックスラリー９１を準備し（ａ）、セラミックハニカム構造体の排気ガス流入側目封止部より上流側に相当する箇所を、セラミックハニカム構造体と同材種のセラミックスラリー中に浸漬して、多孔質隔壁の細孔中にセラミックスラリーを充填後（ｂ）、スラリー中から引き出して、乾燥させる（ｃ）。次いで、排気ガス流出側端面１８に公知のフィルムを貼りつけた後、市松模様に穿孔して、開口部を形成後、流出側目封止部用セラミックスラリーを流路１３の端部に導入して、排気ガス流出側目封止部１６を形成する（ｄ）。その後、流出側目封止部１６が形成されていない流路１４に管状部材を挿入し、所定量の流入側目封止部用セラミックスラリーを管状部材から注入して流入側目封止部１５を形成する（ｅ）。このようにして得られたセラミックハニカム構造体を焼成することによって、図１に示すような、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されていると共に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタ１０を得ることができる。ここで、図８（ｂ）の工程で使用するセラミックスラリーの濃度を調整することにより、上流側の隔壁１２ｕの気孔率を下流側の隔壁１２ｄに比べて小さい範囲に調整することができる。なお、上流側隔壁１２ｄの排気ガス流入側端部の気孔率が小さくなっていることから、管状部材を挿入する際に、管状部材と隔壁が接触して、隔壁が破損することを防ぐことができる。

図２は、本発明のセラミックハニカムフィルタ２０の側断面模式図の別の一例である。公知の方法でセラミックハニカム構造体２０ｕ及び２０ｄを作成する。このとき、原料粉末、造孔剤の種類、添加量を調整することによって、セラミックハニカム構造体２０ｕの隔壁２２ｕの気孔率をセラミックハニカム構造体２０ｄの隔壁２２ｄの気孔率より小さくなるように調整する。次いで、セラミックハニカム構造体２０ｕの一方の端部に、公知のフィルムを貼りつけた後、市松模様に穿孔して、開口部を形成後、目封止部用セラミックスラリーを流路端部に導入して、目封止部２５ｕを形成する。同様の方法で、セラミックハニカム構造体２０ｄの両端部に、目封止部２５ｄと２６を、流路端部で交互になるよう形成する。その後、セラミックハニカム構造体２０ｕの目封止部２５ｕの端面とセラミックハニカム構造体２０ｄの目封止部２５ｄの端面が対抗するよう、つきあわせた後焼成して、セラミックハニカム構造体２０ｕと２０ｄを焼成一体化することによって、図２に示すような、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されていると共に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタ２０を得ることができる。上記の製造方法では、目封止部２２ｕと２２ｄを焼成で一体化してセラミックハニカム構造体２０ｕと２０ｄを一体化する例を用いて説明したが、両者の間に耐熱性セラミック接着剤を介在させてセラミックハニカム構造体２０ｕと２０ｄを一体化することも可能である。
尚、このような構成の場合、セラミックハニカム構造体２０ｕと２０ｄを異なる材質で形成することも可能である。例えば、セラミックハニカム構造体２０ｕをコーディエライト質セラミックスで形成し、セラミックハニカム構造体２０ｄを炭化珪素質セラミックスで形成すると、フィルタ上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスが噴射された際に、熱衝撃を受ける上流側の隔壁２２ｕが低熱膨張による耐熱衝撃性を有しており、高温となる下流側の隔壁２２ｄが耐熱性を有していることから好ましい。

図５は、本発明のセラミックハニカムフィルタ６０の側断面模式図の別の一例である。公知の方法でセラミックハニカム構造体６０ｕ及び６０ｄを作成する。このとき、原料粉末、造孔剤の種類、添加量を調整することによって、セラミックハニカム構造体６０ｕの隔壁６２ｕの気孔率をセラミックハニカム構造体６０ｄの隔壁６２ｄの気孔率より小さくなるように調整する。次いで、セラミックハニカム構造体６０ｕ及び６０ｄの一方の端部に、公知のフィルムを貼りつけた後、市松模様に穿孔して、開口部を形成後、目封止部用セラミックスラリーを流路端部に導入して、目封止部６５及び６６を形成する。その後、セラミックハニカム構造体６０ｕの目封止部６５ｕ側の端面とセラミックハニカム構造体６０ｄの目封止部６６が形成されていない端面を対抗させ、両者に共通する外周壁６１を形成して、セラミックハニカム構造体６０ｕと６０ｄを一体化することによって、図５に示すような、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されていると共に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタ６０を得ることができる。この際、セラミックハニカム構造体６０ｕ及び６０ｄ間に耐熱性セラミック接着剤を介在させて一体化させても良い。

図６は、本発明のセラミックハニカムフィルタ７０の側断面模式図の別の一例である。公知の方法でセラミックハニカム構造体７０ｕ及び７０ｄを作成する。このとき、原料粉末、造孔剤の種類、添加量を調整することによって、セラミックハニカム構造体７０ｕの隔壁７２ｕの気孔率をセラミックハニカム構造体７０ｄの隔壁７２ｄの気孔率より小さくなるように調整する。次いで、セラミックハニカム構造体７０ｄの両端部に公知の方法で、目封止部７５及び７６を形成する。その後、セラミックハニカム構造体７０ｕとセラミックハニカム構造体７０ｄを対抗させ、両者に共通する外周壁７１を形成して、セラミックハニカム構造体７０ｕと７０ｄを一体化することによって、図６に示すような、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されていると共に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて大きいセラミックハニカムフィルタ７０を得ることができる。この際、セラミックハニカム構造体７０ｕ及び７０ｄ間に耐熱性セラミック接着剤を介在させて一体化させても良い。

図７は、本発明のセラミックハニカムフィルタ８０の側断面模式図の別の一例である。このようなセラミックハニカムフィルタの製造方法の一例を、図９を用いて以下に説明する。公知の方法で得られたセラミックハニカム構造体の排気ガス流入側端面８７に、公知のフィルムを貼りつけた後、市松模様に穿孔して、開口部を形成後、流入側目封止部用セラミックスラリーを流路８４ｕの端部に導入し（ａ）、このスラリーに空気圧などによって所定の圧力を流路方向に加えることによって、スラリーを流入側目封止部位置まで移動させる（ｂ）。フィルムを剥がした後、排気ガス流出側端面８８にフィルムを貼り付け、流路８３に相当する箇所を穿孔して、排気ガス流出側目封止８６のスラリーを導入して、排気ガス流出側目封止部８６を形成（ｃ）後、乾燥、焼成を行う。このような方法を採用することによって、流入側目封止部８５が排気ガス流入側端面から離れて配置させることができると共に、移動させた流路８４ｕの隔壁８２ｕ表面に目封止部用スラリーが残留して、隔壁表面の細孔を閉塞させることから、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタを得ることができる。同時に上流側の隔壁８２ｄは、排気ガス流入側部分に比べて、排気ガス流出側部分の気孔率が大きい２層構造となる。

（参考例１）
図１は、参考例１のセラミックハニカムフィルタの側断面模式図である。
カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ２：４８
〜５２％、Ａｌ２Ｏ３：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％となるようコージェライト
化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等
のバインダー、造孔剤、潤滑剤を添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十
分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に、押出し成形用金型を用い
て坏土を押出し成形し、切断して、乾燥して、ハニカム構造を有する乾燥体とする。次に
、この乾燥体を、バッチ炉に載置し、１４００℃で焼成して、外周壁の内側に隔壁で仕切
られた断面が四角形状の多数の流路が形成されたコージェライト質セラミックハニカム構
造体とする。なお、ハニカム構造体の外径は２６７ｍｍ、全長は３０４ｍｍで、隔壁厚さ
０．３ｍｍ、隔壁ピッチは１．５ｍｍ、隔壁の気孔率は６２％である。一方、前記コーデ
ィエライト化原料粉末に、バインダー、界面活性剤、等の添加剤及び水を加えて、流動性
を有するセラミックスラリーを調整後、このスラリーをスラリー容器に収納し、先に作成
したコーディエライト質セラミックハニカム構造体の一方の端面から１０４ｍｍの位置ま
でを、スラリー中に浸漬して多孔質隔壁中にコーディエライト化原料粉末からなるスラリ
ーを含浸させた後、引き出し、隔壁表面の余分なスラリーは除去後、乾燥させて１４００
℃で焼成した。焼成後スラリー中に浸漬させたセラミックハニカム構造体の隔壁１２ｕの
気孔率は５７．５％であった。

次に、スラリー中に浸漬させなかった側の端面に公知のフィルムを貼りつけて市松模様に穿孔した後、開口部を形成して、コーディエライト化原料粉末を含む流出側目封止部用材料を流路１３の端部に導入し、排気ガス流出側目封止部１６を形成した。その後、流出側目封止部１６が形成されていない流路１４に、スラリー中に浸漬させた側の端面から１００ｍｍの位置まで管状部材を挿入し、所定量の流入側目封止部材料を管状部材から注入して長さ１０ｍｍの流入側目封止部１５を形成した。このようにして得られたセラミックハニカム構造体を１４００℃で焼成して、図１に示す、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ１０を得た。このセラミックハニカムフィルタに対して、Ｐｔ、酸化セリウム、及び活性アルミナからなる触媒物質を隔壁表面及び隔壁中の細孔内部、更には目封止部表面及び目封止部中の細孔内部に担持させ、参考例１のセラミックハニカムフィルタを得た。尚、触媒物質の担持量はＰｔ量で２ｇ／Ｌ（ハニカムフィルタ容積１Ｌに対して２ｇ担持の意味）とした。

（実施例１及び２）
参考例１のセラミックハニカムフィルタに対して、セラミックハニカム構造体を製造する際に、造孔剤の量を調整し、セラミックスラリーを作製する際に水の添加量を調整した以外は、参考例１と同様にして実施例１及び２のセラミックハニカムフィルタを作製した。このとき、スラリーに浸漬前のセラミックハニカム構造体隔壁の気孔率は６２．０％であり、スラリーに浸漬した後のセラミックハニカム構造体隔壁１２ｕの気孔率は５１．３％及び４５．２％であった。

（参考例２）
図２は、参考例２のセラミックハニカムフィルタを示す側断面模式図である。カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ２：４８〜５２％、Ａｌ２Ｏ３：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％となるようコージェライト化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、造孔剤、潤滑剤を添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、乾燥して、ハニカム構造を有する乾燥体とする。次に、この乾燥体を、バッチ炉に載置し、１４００℃で焼成して、外周壁の内側に隔壁で仕切られた断面が四角形状の多数の流路が形成されたコージェライト質セラミックハニカム構造体２０ｕ及び２０ｄを得た。なお、ハニカム構造体２０ｕの外径は２６７ｍｍ、全長は１０５ｍｍで、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチは１．５ｍｍ、隔壁の気孔率は６１．２％であった。また、ハニカム構造体２０ｄの外径は２６７ｍｍ、全長は１９９ｍｍで、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチは１．５ｍｍ、隔壁の気孔率は６２．０％であった。

次に、ハニカム構造体２０ｕの一方の端面にマスキングフィルムを接着剤で貼り付けた後、市松模様となるように穿孔し、容器に収容した目封止部材に端面を浸漬することで、コーディエライト化原料からなるスラリー状の目封止部材を穿孔部から浸入させ、長さ５ｍｍ流入側目封止部２５ｕを形成する。一方、同様の方法により、ハニカム構造体２０ｄ両端面にマスキングフィルムを接着剤で貼り付けた後、市松模様となるように穿孔し、続いて、容器に収容したスラリー状の目封止部材に、一方の端面を浸漬することにより、スラリー状の目封止部材を穿孔部からして浸入させ、長さ５ｍｍの目封止部２５ｄを形成した。同様に、もう一方の端面をスラリー状の目封止部材に浸漬して、長さ１０ｍｍの流出側目封止部２６を形成する。

ハニカム構造体２０ｕ、２０ｄの流路数箇所内に位置合わせピンを入れて、各流路が一致するようにハニカム構造体２０ｕ、２０ｄを位置決めした後、ハニカム構造体２０ｕに形成された目封止部２５ｕとハニカム構造体２０ｄに形成された目封止部２５ｄとを互いに、突き合わせた後に、圧着する。その後、乾燥、位置合わせピンを除去し、１４００℃で焼成を行うことにより、目封止部２５ｕと２５ｄ、更には目封止部２５ｕ、２５ｄ及び２６と隔壁とを焼成反応により接合させ、ハニカム構造体２０ｕ及び２０ｄを一体化させ、図２に示す、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ２０を得た。このセラミックハニカムフィルタに対して、Ｐｔ、酸化セリウム、及び活性アルミナからなる触媒物質を隔壁表面及び隔壁中の細孔内部、更には目封止部表面及び目封止部中の細孔内部に担持させ、参考例２のセラミックハニカムフィルタを得た。尚、触媒物質の担持量はＰｔ量で２ｇ／Ｌ（ハニカムフィルタ容積１Ｌに対して２ｇ担持の意味）とした。

（参考例３〜４、実施例３〜４）
参考例２のセラミックハニカムフィルタに対して、セラミックハニカム構造体２０ｕを作製する際に、造孔剤の添加量を増加させた以外は、参考例２と同様にして参考例３〜４、実施例３〜４のセラミックハニカムフィルタを作製した。

（比較例１）
図４は、比較例１のセラミックハニカムフィルタの側断面模式図である。比較例１のセラミックハニカムフィルタは、実施例１のセラミックハニカムフィルタにおいて、コーディエライト化原料からなる流動性を有するスラリー中に浸漬しなかった以外は、同様にして作製した。比較例１のセラミックハニカムフィルタの、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁１２ｕと下流側の隔壁１２ｄの気孔率は、いずれも６２．０％である。

（比較例２）
図３は、比較例２のセラミックハニカムフィルタの側断面模式図である。比較例２のセラミックハニカムフィルタは、比較例１のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部５を流路４の排気ガス流入側端面に形成した以外は、同様にして作製したもので、流路の両端部に目封止部を有する従来構造のセラミックハニカムフィルタである。

上記のように作製した参考例１〜４、実施例１〜４及び比較例１、２のセラミックハニカムフィルタをディーゼルエンジンの排気管に配置し、その排気ガス流通方向の上流に排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を配置して、市街地走行を模したパターン走行条件で耐久試験を行った。この際、排気ガス温度が触媒物質の活性下限温度を下まわるような運転状態が続くような場合も発生させ、ＰＭがフィルタ上に僅かに堆積するような条件を作り出した上で、この運転状態に応じて、フィルタ上へのＰＭの堆積量を推定し、堆積量が一定値以上なったと判断された時点で、燃料添加手段から燃料を未燃のまま噴射して、フィルタの強制的再生を行う操作を繰り返した。そして、１０，０００ｋｍ走行に相当する時間経過後のセラミックハニカムフィルタの圧力損失を測定し、運転前の初期の圧力損失と比較して、圧力損失比：(試験後の圧力損失)／（初期圧力損失）を算出した。そして、比較例１のセラミックハニカムフィルタの圧力損失比を１．０として相対値で表１に示した。また、試験終了後のセラミックハニカムフィルタを取り出し、排気ガス流入側端面の摩耗量を測定し、比較例１のセラミックハニカムフィルタの摩耗量を１．０として相対値で表１に示した。摩耗量は、セラミックハニカムフィルタの中心部の全長を試験前後で測定して、全長の減少量を比較例１のセラミックハニカムフィルタの全長の減少量を１．０として相対比で表した。

参考例１〜４、実施例１〜４、比較例１及び２のセラミックハニカムフィルタのうち両端面に目封止部が施されている従来構造の比較例２のセラミックハニカムフィルタは、約５，０００ｋｍ走行後に圧力損失が急上昇し、再生不能となり、試験を中断したため評価できなかった。一方、本発明のセラミックハニカムフィルタである実施例１〜４のセラミックハニカムフィルタは、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面から離れて配置され、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率に比べて５％以上大きくなっていることから、比較例１のセラミックハニカムフィルタに対して、摩耗量が小さくなるのと共に、圧力損失比も小さくなっている。

本発明のセラミックハニカムフィルタを示した側断面模式図である。本発明のセラミックハニカムフィルタを示した側断面模式図である。従来のセラミックハニカムフィルタを示した模式図である。従来のセラミックハニカムフィルタを示した側断面模式図である。本発明のセラミックハニカムフィルタを示した側断面模式図である。本発明のセラミックハニカムフィルタを示した側断面模式図である。本発明のセラミックハニカムフィルタを示した側断面模式図である。本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法一例を示した模式断面図である。本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法一例を示した模式断面図である。

符号の説明

１：外周壁
２：隔壁
３、４：流路
５：排気ガス流入側目封止部
６：排気ガス流出側目封止部
７：流入側端面
８：流出側端面
１０、２０、６０、７０、８０：少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置され、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタ
１２ｕ、２２ｕ、６２ｕ、７２ｕ、８２ｕ：排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁
１２ｄ、２２ｄ、６２ｄ、７２ｄ、８２ｄ：排気ガス流入側目封止部より下流側の隔壁
１３、８３：排気ガス流出側目封止部が形成されている流路
１４、８４：排気ガス流入側目封止部が形成されている流路
１４ｕ、８４ｕ：排気ガス流入側目封止部の上流側流路
１４ｄ、８４ｄ：排気ガス流入側目封止部の下流側流路
１５、２５、６５、７５、８５：排気ガス流入側目封止部
１６、２６、６６、７６、８６：排気ガス流出側目封止部
１７、２７、６７、７７、８７：排気ガス流入側端面
１８、２８、６８、７８、８８：排気ガス流出側端面
３０：セラミックハニカムフィルタ
４０：少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ
４５：排気ガス流入側目封止部
４３：排気ガス流出側目封止部が形成されている流路
４４ｕ：排気ガス流入側目封止部の上流側流路
４４ｄ：排気ガス流入側目封止部の下流側流路
４５１：排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面
４６：排気ガス流出側目封止部
４７：排気ガス流入側端面
４８：排気ガス流出側端面
９１：セラミックススラリー

Claims

セラミックハニカム構造体の所望の流路が目封止され、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より５％以上小さいことを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。