JP6314783B2

JP6314783B2 - 排ガス浄化フィルタ

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Publication number: JP6314783B2
Application number: JP2014208683A
Authority: JP
Inventors: 浩之松原; 周作山村; 石原　幹男; 幹男石原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: JP2016077930A

Description

本発明は、例えば排ガス中の粒子状物質を除去するために用いられる排ガス浄化フィルタに関する。

例えばディーゼルエンジンからは、カーボン微粒子等の粒子状物質（パティキュレートマター；ＰＭ）が排出されることが知られている。このようなＰＭは大気汚染の原因となるため、その排出量には各国において規制値が設けられている。そこで、ディーゼルエンジン車には、ＰＭを捕集するための排ガス浄化フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ；ＤＰＦ）が設けられている。具体的には、隔壁に囲まれた多数のセルを有し、セル密度が均一なハニカム構造体と、セルの両端のいずれか一方の端部を閉塞する栓部とを有するフィルタが用いられている。ＰＭは、ＤＰＦに捕集された後、加熱により燃焼除去される。この燃焼除去によりＤＰＦの再生が可能になる。

一方、ハニカム構造体は、ガソリンエンジン車にも用いられている。例えば中心部から外周部に向かって径方向にセル密度が段階的に変化する複数のセル密度領域を有するハニカム構造体が開発されている（特許文献１参照）。該ハニカム構造体においては、隣り合うセル密度領域は、境界隔壁によって隔てられる。かかる構成のハニカム構造体においては、ハニカム構造体内を流れる排ガスの流速の均一化が可能になる。

近年、ＰＭの排出量に対する規制がますます厳しくなる傾向にあり、ディーゼルエンジン車のみならず、ガソリンエンジン車から排出されるＰＭも問題視される傾向にある。そこで、ガソリンエンジン車にもＰＭを捕集するための排ガス浄化フィルタを装着することが検討されている。

特開２０１３−１７３１３４号公報

セル密度が均一なハニカム構造体を有するＤＰＦの再生時には、ハニカム構造体の径方向における中央部分の温度が最も高くなり、径方向外方に向けて温度がより低くなる傾向がある。その結果、ＤＰＦの径方向における中央部分に最大温度差が発生し、再生条件によっては熱応力によるクラックが発生することがある。このクラックの発生は、ＰＭの堆積量などの再生条件を制御することにより、回避することが可能である。一方、例えばガソリンエンジン車用の排ガス浄化フィルタとしては、複数のセル密度領域を有する上述のハニカム構造体と、該ハニカム構造体のセルの両端のいずれか一方に形成された栓部とを有するフィルタが想定される。このような排ガス浄化フィルタにおいても、均一なセル密度を有する上述の従来のＤＰＦと同様に、再生時には、ハニカム構造体の径方向における中央部分の温度が最も高くなり、この中央部分に最大温度差が発生する。しかしながら、境界隔壁を有するハニカム構造体は、境界隔壁の周囲の強度が低いため、境界隔壁を有していない従来のＤＰＦではクラックが発生しないような再生条件においても、境界隔壁の周囲にクラックが発生するおそれがある。即ち、境界隔壁に隣接するセルに堆積したＰＭの燃焼熱により、境界隔壁に熱応力が集中し、その結果、排ガス浄化フィルタの境界隔壁の周囲にクラックが発生してしまうおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、境界隔壁における熱応力の集中を緩和し、クラックの発生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。

本発明の一態様は、排ガス中の粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルタであって、
該排ガス浄化フィルタは、ハニカム構造体と、該ハニカム構造体の軸方向の端面を部分的に閉塞する栓部とを有し、
上記ハニカム構造体は、格子状に設けられたセル壁と、
該セル壁に囲まれて形成された複数のセルと、
上記軸方向に直交する断面において、中心部から外周部に向かって径方向にセル密度が異なる複数のセル密度領域と、
隣り合う該セル密度領域同士の間に形成され、かつ両者を隔てる境界隔壁とを有し、
上記セルは、上記境界隔壁に接する境界セルと、上記境界隔壁に接することなく上記セル壁に囲まれて形成された内部セルとを有し、
該内部セルは、上記軸方向における両端面のいずれか一方において上記栓部によって閉塞されており、
全ての上記境界セルは、上記ハニカム構造体の上記軸方向における両端面のうちの排ガスが流出する側の端面において上記栓部によって閉塞されているか、又は、上記ハニカム構造体の上記軸方向における両端面のうちの排ガスが流入する側の端面において上記栓部によって閉塞されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある。

上記排ガス浄化フィルタにおいては、境界隔壁に接する境界セルが、上記軸方向における両端面のうちのいずれか一方の端面において上記栓部によって閉塞されている。即ち、全ての境界セルは、排ガスが流入する側の端面（フロント端面）、又は排ガスが流出する側の端面（リア端面）において、栓部によって閉塞されている。そのため、ＰＭを含む排ガスが境界セル内へ流入することを防止したり、抑制したりすることができる。フロント端面において、境界セルが閉塞している場合には、境界セル内へのＰＭの流入を防止することができる。また、リア端面において、境界セルが閉塞している場合には、境界セル内へのＰＭの流入が抑制される。そのため、境界セル内へのＰＭの蓄積が防止又は抑制されるため、ＰＭの燃焼熱を低下させることができる。それ故、ＰＭの燃焼時における境界隔壁の周囲の温度を低下させることができ、境界隔壁の周囲にかかる熱応力が緩和される。その結果、上記排ガス浄化フィルタは、境界隔壁を備えるという強度の低い構造を有しているにも関わらず、クラックの発生を防止することが可能になる。

また、ハニカム構造体は、その軸方向に直交する断面において、中心部から外周部に向かって径方向にセル密度が異なる複数のセル密度領域を有する。そのため、排ガス浄化フィルタにおいては、例えば中心部側に比べて排ガスの流通性の低い外周部側のセル密度を低くすることができる。これにより、排ガス浄化フィルタに流入する排ガスの流速分布の均一化が可能になる。その結果、排ガス浄化フィルタに捕集されるＰＭの偏りが緩和されるため、排ガス浄化フィルタのＰＭの捕集性能が向上する。

実施例１の排ガス浄化フィルタの斜視図。実施例１の排ガス浄化フィルタのフロント端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。実施例１の排ガス浄化フィルタのリア端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。図２のIV−IV線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。図２のＶ−Ｖ線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。実施例２の排ガス浄化フィルタのフロント端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。実施例２の排ガス浄化フィルタのリア端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。図６のVIII−VIII線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。図６のIX−IX線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。比較例１の排ガス浄化フィルタの端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。図１０のXI−XI線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。図１０のXII−XII線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。実験例１における、排ガス浄化フィルタのリア端面を示す図。実施例１、実施例２、及び比較例１の排ガス浄化フィルタにおけるＰＭ再生時の相対低減温度を示す図。実施例３の排ガス浄化フィルタのフロント端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。実施例３の排ガス浄化フィルタのリア端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。図１５のXVII−XVII線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。図１５のXVIII−XVIII線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。実施例４の排ガス浄化フィルタのフロント端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。実施例４の排ガス浄化フィルタのリア端面における境界隔壁周辺を示す部分拡大図。図１９のXXI−XXI線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。図１９のXXII−XXII線矢視断面における栓部の形成パターンを示すイメージ図。実験例２における、実施例２及び実施例３の排ガス浄化フィルタの圧力損失（相対値）を示す説明図。実験例２における、実施例１及び実施例４の排ガス浄化フィルタの圧力損失（相対値）を示す説明図。実験例２における、実施例２の排ガス浄化フィルタの軸方向における断面図。実験例２における、実施例３の排ガス浄化フィルタの軸方向における断面図。実験例２における、実施例１の排ガス浄化フィルタの軸方向における断面図。実験例２における、実施例４の排ガス浄化フィルタの軸方向における断面図。

上記排ガス浄化フィルタの好ましい実施形態について説明する。
ハニカム構造体は、複数のセル密度領域を有し、各セル密度領域内のセル密度は一定であり、隣り合うセル密度領域のセル密度は異なっている。ハニカム構造体においては例えば径方向にセル密度を段階的に変化させることができる。

セル密度を段階的に変化させる手段としては、例えばセルの間隔（セルピッチ）を変化させる方法や、セルの形状を変化させる方法等がある。セルの形状は、排ガス浄化フィルタの径方向断面において、例えば円形、多角形等にすることができる。多角形としては、具体的には、四角形、六角形等があるが、機械強度を確保するという観点からは、四角形が好ましい。

ハニカム構造体においては、中心部側のセル密度領域における熱容量が外周側のセル密度領域に比べて大きいことが好ましい。より具体的には、中心部側のセル密度領域におけるセル壁の厚みを外周側のセル密度領域におけるセル壁の厚みよりも大きくすることが好ましい。この場合には、粒子状物質（ＰＭ）の堆積量が多くなりやすい中心部側のセル密度領域内における再生時の発熱を抑制することができる。

また、ハニカム構造体においては、中心部側のセル密度領域における圧力損失が外周側のセル密度領域に比べて大きいことが好ましい。より具体的には、中心部側のセル密度領域におけるセル密度が外周側のセル密度領域におけるセル密度に比べて大きいことが好ましい。この場合には、外周側のセル密度領域内への排ガスの流入量を増やし、中心部側のセル密度領域内へＰＭの堆積が集中することを抑制することができる。その結果、再生時の発熱が中心部側のセル密度領域内に集中することを抑制することができる。

排ガス浄化フィルタは、例えばコージェライト、ＳｉＣ、チタン酸アルミニウム等のセラミックス材料等から形成することができる。具体的には、セル壁、境界隔壁、栓部等をこれらのセラミックス材料により形成することができる。

排ガス浄化フィルタには、例えばＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の貴金属からなる触媒を担持させることができる。このとき、触媒は、セリア−ジルコニア固溶体等の助触媒、アルミナ等の無機バインダと共に排ガス浄化フィルタに担持させることができる。

（実施例１）
排ガス浄化フィルタの実施例について、図面を用いて具体的に説明する。図１に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ１は、円柱状のハニカム構造体２と、栓部３とを有する。ハニカム構造体２は、四角形格子状に設けられた多孔質のセル壁２１と、セル壁２１に囲まれて形成された多数のセル２２とを有する。セル２２は、ハニカム構造体２の軸方向Ｘに伸びるように形成されている。栓部３は、ハニカム構造体２の軸方向Ｘにおける端面２８、２９を部分的に閉塞する。ハニカム構造体２及び栓部３はコージェライトからなり、ハニカム構造体２の容量は１．３Ｌである。

図１〜図３に示すごとく、ハニカム構造体２は、中心部２０から外周部２００に向かって径方向Ｙにセル密度が異なる２つのセル密度領域２３（第１セル密度領域２３１、第２セル密度領域２３２）を有している。各セル密度領域２３１、２３２内のセル密度はそれぞれ一定である。本例においては、中心部２０側に位置する第１セル密度領域２３１のセル密度は６２個／ｃｍ²であり、外周部２００側に位置する第２セル密度領域２３２のセル密度は４７個／ｃｍ²であり、第２セル密度領域２３２のセル密度が第１セル密度領域２３１よりも低くなっている。また、第１セル密度領域２３１におけるセル壁２１の厚みは０．２５ｍｍであり、第２セル密度領域２３２におけるセル壁２１の厚みは０．２ｍｍである。セル壁２１の厚みは例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で適宜変更することができる。また、ハニカム構造体２の気孔率は、例えば４０％〜７０％の範囲内で適宜変更することができる。

第１セル密度領域２３１は、ハニカム構造体２の中心部２０を含む領域にあり、円柱状のハニカム構造体２の径方向Ｙにおける最も内側に位置している。一方、第２セル密度領域２３２は、ハニカム構造体２の外周部２００を含む領域にあり、円柱状のハニカム構造体２の径方向Ｙにおける最も外側に位置している。

図１〜図３に示すごとく、ハニカム構造体２は、第１セル密度領域２３１と第２セル密度領域２３２との間に両者を隔てる円筒状の境界隔壁２４を有している。そして、境界隔壁２４によって隣り合うセル密度領域同士、即ち第１セル密度領域２３１と第２セル密度領域２３２とが隔てられている。ハニカム構造体２のセル２２には、境界隔壁２４に接する境界セル２２１と、境界隔壁２４に接しない内部セル２２２とが存在する。境界セル２２１は、境界隔壁２４と格子状に設けられたセル壁２１とに囲まれたセルである。内部セル２２２は、格子状に設けられたセル壁２１に囲まれたセル、及びセル壁２１と外周部２００に囲まれたセルである。セル壁２１のみに囲まれた内部セル２２２は、所定の四角形（正方形）状を有するのに対し、境界セル２２１は、形状が不定である。

内部セル２２２は、図２〜図５に示すごとく、軸方向Ｘの両端面２８、２９のうちいずれか一方が栓部３により閉塞している。即ち、内部セル２２２は、排ガスが流入する側の端面２８（フロント端面２８）、又は排ガスが流出する側の端面２９（リア端面２９）が栓部３により閉塞している。栓部３は、隣り合う内部セル２２２のフロント端面２８を交互に閉塞し、隣り合う内部セル２２２のリア端面２９を交互に閉塞している。

一方、全ての境界セル２２１は、図３〜図５に示すごとくリア端面２９において栓部３によって閉塞されている。また、境界セル２２１のフロント端面２８は、図２、図４、及び図５に示すごとく、内部セル２２２と同様に、栓部３によって交互に閉塞されている。即ち、境界セル２２１は、フロント端面２８とリア端面２９との両方が栓部３によって閉塞された両端閉塞セルと、リア端面２９が栓部３によって閉塞し、かつフロント端面２８が開口する片側閉塞セルとを有している。なお、図４及び図５は、それぞれ図２におけるIVI−IV線矢視断面図、Ｖ−Ｖ線矢視断面図を正確に示すものではなく、境界セル２２１における栓部３の形成パターンを示すイメージ図である。後述の図８、図９、図１１、図１２、図１７、図１８、図２１、及び図２２についても同様である。図４、図８、図１１、図１７、図２１において、セル壁２１に囲まれる各セル２２は、全て境界セル２２１であり、図５、図９、図１２、図１８、図２２においては、内部セル２２２と境界セル２２１とが存在している。

ハニカム構造体２は、後述のように、粘土質の原料を押出成形して得られる成形体を焼成することにより得られる。このようにして得られるハニカム構造体２においては、境界セル２２１の中でも開口部の面積の小さなセルが端面２８、２９において閉塞する場合がある。本明細書において、このようなハニカム構造体の作製時に閉塞された境界セル２２１が、栓部３により閉塞されるべき位置に形成されている場合には、この境界セル２２１は栓部３により閉塞されているものとみなされる。一方、ハニカム構造体の作製時に閉塞された境界セル２２１が、栓部３により閉塞されるべきではない位置、即ち開口すべき位置に形成されている場合には、この境界セル２２１は栓部３により閉塞されておらず、開口されているものとみなされる。

本例の排ガス浄化フィルタ１は、次のようにして作製される。まず、シリカ、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム等を含有するコージェライト原料を準備する。そして、焼成後の最終的な組成が、ＳｉＯ₂：４７〜５３質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３２〜３８質量％、ＭｇＯ：１２〜１６質量％となるように、原料組成の調整を行う。コージェライト原料は、水等の溶媒、増粘剤、分散剤等と共に混合されて粘土質に調整されている。粘土質のコージェライト原料は、金型を用いて押出成形され、その後乾燥されることにより、ハニカム形状の成形体（ハニカム成形体）が得られる。

次に、シリカ、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム等の原料粉末を含有する栓部形成材料を準備する。栓部形成材料は、焼成後の最終的な組成が、ＳｉＯ₂：４７〜５３質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３２〜３８質量％、ＭｇＯ：１２〜１６質量％となるように、調整されている。栓部形成材料は、水又は油等の溶媒中に、増粘剤や分散剤等と共に分散されており、スラリー状である。栓部形成材料のスラリーは、混合機を用いて撹拌を行うことにより得られる。

次に、ハニカム成形体の両端面にマスキングテープを貼り付ける。その後、マスキングテープを部分的に除去することより、栓詰めすべきセルの端面に開口部を形成する。マスキングテープの除去は、例えばレーザ光の照射等により行うことができる。次いで、ハニカム成形体の両端面をそれぞれ上述の栓部形成材料のスラリーに浸漬する。これにより、開口部から栓詰めすべきセル内に適量の栓部形成材料を浸入させる。

次いで、ハニカム成形体を乾燥させた後、焼成させる。これにより、ハニカム成形体及び栓部形成材料が焼結する。このようにして、図１〜図５に示すごとく、ハニカム構造体２と栓部３とを有する排ガス浄化フィルタ１が得られる。なお、本例においては、ハニカム成形体と栓部形成材料を一度の焼成により、焼結させているが、予めハニカム成形体を焼成してハニカム構造体２を作製した後に、再度焼成により栓部３を形成することも可能である。この場合には、焼成されたハニカム構造体２にマスキングテープを貼り付けた後、上述の製法と同様にして栓部３を形成することにより、排ガス浄化フィルタ１を製造することができる。

本例の排ガス浄化フィルタ１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排出される排ガス中に含まれるＰＭを捕集するために用いられる。図１〜図５に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１においては、境界隔壁２４に接する境界セル２２１が、軸方向Ｘにおける両端面２８、２９のうちのいずれか一方の端面２９（リア端面２９）において栓部によって閉塞されている。即ち、全ての境界セル２２１においては、排ガスの流出口となるリア端面２９が閉塞されているため、ＰＭを含む排ガスが境界セル２２１内を流れ難くなり、境界セル２２１の近くに存在する内部セル２２２内を通過し易くなる。その結果、ＰＭを含む排ガスの境界セル２２１内へ流入量が抑制される。そのため、境界セル２２１内へのＰＭの蓄積が抑制されるため、ＰＭの燃焼熱を低下させることができる。それ故、ＰＭの燃焼時における境界隔壁２４の周囲の温度を低下させることができ、境界隔壁２４の周囲にかかる熱応力が緩和される。その結果、排ガス浄化フィルタ１は、境界隔壁２４を備えるという強度の低い構造を有しているにも関わらず、クラックの発生を防止することが可能になる。

本例の排ガス浄化フィルタ１においては、上述のように、境界セル２２１のフロント端面２８は、栓部３によって交互に閉塞されているが、境界セル２２１のリア端面２９が上述のように閉塞されていれば、フロント端面２８は、全てが開口していても、全てが閉塞されていても、交互に閉塞されていてもよい。この場合にも、境界隔壁２４の周囲にかかる熱応力が緩和され、クラックの発生を防止できるという上述の作用効果を奏することができる。

また、ハニカム構造体２は、その軸方向Ｘに直交する断面において、中心部２０から外周部２００に向かって径方向Ｙにセル密度が異なる複数のセル密度領域２３を有する。そのため、排ガス浄化フィルタ１においては、中心部側に比べて排ガスの流通性の低い外周部側のセル密度を低くすることができる。実際に、本例のハニカム構造体２においては、中心部２０側に位置する第１セル密度領域２３１に比べて、外周部２００側に位置する第２セル密度領域２３２のセル密度が低くなっている。これにより、第２セル密度領域２３２のセル２２内にも、第１セル密度領域と同様にスムーズに排ガスが流れる。そのため、排ガス浄化フィルタ１に流入する排ガスの流速分布の均一化が可能になる。その結果、排ガス浄化フィルタ１に捕集されるＰＭの偏りが緩和されるため、排ガス浄化フィルタ１のＰＭの捕集性能が向上する。

排ガス浄化フィルタ１は、ガソリンエンジンから排出されるＰＭを捕集するために用いられることが好ましい。この場合には、ＰＭの燃焼頻度を小さくすることができ、燃費が向上する。

以上のように、本例の排ガス浄化フィルタ１においては、境界隔壁２４における熱応力の集中が緩和され、クラックの発生を防止することができる。

（実施例２）
本例は、境界セルのフロント端面が閉塞された排ガス浄化フィルタの例である。図６〜図９に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ１は、フロント端面２８において、全ての境界セル２２１が栓部３によって閉塞されている。また、境界セル２２１のリア端面２９は、実施例１のフロント端面と同様に栓部３によって交互に閉塞されている。即ち、境界セル２２１は、フロント端面２８とリア端面２９との両方が栓部３によって閉塞された両端閉塞セルと、フロント端面２８が栓部によって閉塞し、かつリア端面２９が開口する片側閉塞セルとを有している。その他の構成は、実施例１と同様である。なお、実施例２の排ガス浄化フィルタ１（図６〜図９参照）において、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示し、先行する説明を参照する。

本例の排ガス浄化フィルタ１においては、境界隔壁２４に接する境界セル２２１が、軸方向Ｘにおけるフロント端面２８において栓部３によって閉塞されている。即ち、全ての境界セル２２１は、排ガスが流入する側の端面２８（フロント端面２８）において、栓部３によって閉塞されている。そのため、ＰＭを含む排ガスの境界セル２２１内への流入が防止され、境界セル２２１内へのＰＭの蓄積を防止することができる。それ故、ＰＭの燃焼熱を低下させることができ、ＰＭの燃焼時における境界隔壁２４の周囲の温度を低下させることができるため、境界隔壁２４の周囲にかかる熱応力が緩和される。その結果、排ガス浄化フィルタ１は、境界隔壁２４を備えるという強度の低い構造を有しているにも関わらず、クラックの発生をより防止することが可能になる。本例の排ガス浄化フィルタ１は、その他にも実施例１と同様の作用効果を奏する。

なお、本例の排ガス浄化フィルタ１においては、上述のように、境界セル２２１のリア端面２９は、交互に栓部３によって閉塞されているが、境界セル２２１のフロント端面２８が上述のように閉塞されていれば、リア端面２９は、全てが開口していても、全てが閉塞されていても、交互に閉塞されていてもよい。この場合にも、境界隔壁２４の周囲にかかる熱応力が緩和され、クラックの発生を防止できるという本例における上述の作用効果を奏することができる。

（比較例１）
本例は、境界セル及び内部セルのいずれもがハニカム構造体の両端面のいずれか一方において閉塞された排ガス浄化フィルタの例である。図１０〜図１２に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ９は、内部セル２２２と境界セル２２１とを含む全てのセル２２の両端面２８、２９のいずれか一方が、交互に栓部３により閉塞している。即ち、内部セル２２２と同様に、全ての境界セル２２１も、端面２８、２９の一方が閉塞している。その他の構成は、実施例１と同様である。なお、比較例１の排ガス浄化フィルタ９（図１２〜図１５参照）において、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示し、先行する説明を参照する。

本例の排ガス浄化フィルタ９においては、境界セル２２１が内部セル２２２と同様に栓部３により交互に閉塞されている。そのため、内部セル２２２と同様に、境界セル２２１内にもＰＭを含む排ガスが流入し、境界セル２２１内からも排出される。そのため、内部セル２２２と同様に、境界隔壁２４に隣接する境界セル２２１内にもＰＭが蓄積され、ＰＭの燃焼熱が発生する。その結果、ＰＭの燃焼により、境界隔壁２４の周囲の温度が上昇する傾向にある。その結果、本例の排ガス浄化フィルタ９においては、強度の低い境界隔壁２４の周囲にクラックが発生するおそれがある。

（実験例１）
本例は、実施例１、実施例２、比較例１の各排ガス浄化フィルタにＰＭを堆積させた後、ＰＭを燃焼させるＰＭ燃焼試験を行う例である。
具体的には、まず、各排ガス浄化フィルタをガソリンエンジンの排気管内に装填し、排ガス浄化フィルタに排ガス中に含まれるＰＭを３ｇ／Ｌ堆積させた。次いで、空燃比（空気／燃料）を１に保持した状態で排ガス浄化フィルタを７００℃まで昇温させた。その後、アイドル相当まで燃料ガスの供給量を下げることにより、ＰＭを燃焼させた。このときの排ガス中の酸素濃度は１６体積％となる。

ＰＭの燃焼時における排ガス浄化フィルタのリア端面における境界セル内の温度を測定した。具体的には、図１３に示すごとく、境界隔壁２４に内接する境界セル２２１（第１セル密度領域２３１内の境界セル２２１）内に、ハニカム構造体２の周方向に等間隔に４つ熱電対５を設置し、各熱電対５により境界セル内の温度を測定した。各熱電対５は、排ガス浄化フィルタ１のリア端面２９から軸方向（図９の紙面と垂直な方向）へ５ｍｍ内側に設置した。各熱電対５は、図１３に示すように、９０°間隔で配置した。なお、熱電対５を配置する境界セル２４がリア端面２９において閉塞されている場合には、ドリルにより穴を開け、その穴から熱電対５を配置した。境界セル２２１内の温度は、熱電対５を設置した４箇所の温度の平均値から算出した。なお、図１３においては、代表例として、実施例１の排ガス浄化フィルタ１のリア端面２９における熱電対の配置を示すが、栓部３の形成パターンが異なる点を除いては、実施例２及び比較例１についても同様である。各実施例の排ガス浄化フィルタ１の測定温度結果を、比較例１の排ガス浄化フィルタに対する相対温度として、図１４に示す。

図１４より知られるごとく、全ての境界セル２２１がリア端面２９又はフロント端面２８において閉塞されている実施例１及び実施例２の排ガス浄化フィルタ１は、境界セル２２１がフロント端面２８及びリア端面２９において交互に閉塞されている比較例１の排ガス浄化フィルタに比べて、ＰＭ燃焼時における境界セルの温度が低下していた。そのため、実施例１及び実施例２の排ガス浄化フィルタ１においては、ＰＭ燃焼時に境界隔壁にかかる熱応力が緩和され、排ガス浄化フィルタ１のクラックの発生を防止することができる。

また、図１４に示すごとく、境界セル２２１のフロント端面２８が閉塞する実施例２は、リア端面２９が閉塞する実施例１よりも、ＰＭ燃焼時における境界セルの低下温度幅が向上していた。したがって、クラックの発生をより一層防止できるという観点から、全ての境界セル２２１は、軸方向Ｘにおける両端面２８、２９のうち排ガスが流入する側の端面２８（フロント端面２８）において栓部３によって閉塞されていることが好ましい。

また、ＰＭの堆積量を５ｇ／Ｌに変更した点を除いては、上述と同様の方法により、実施例１、実施例２、及び比較例１の排ガス浄化フィルタのＰＭの燃焼試験を行い、クラックの発生の有無を調べた。その結果、境界セルがハニカム構造体の両端面に交互に閉塞された比較例１の排ガス浄化フィルタにおいては、強度の低い境界隔壁の周囲にクラックが発生した。これに対し、両端面のいずれかにおいて全ての境界セルが閉塞された実施例１及び２の排ガス浄化フィルタにおいては、比較例１と同様に境界隔壁を有しているにもかかわらず、クラックは発生していなかった。これは、実施例１及び２の排ガス浄化フィルタにおいては、上述のようにＰＭ燃焼時における境界セルの温度が低下するため、境界隔壁にかかる熱応力が緩和されたためである。

（実施例３）
本例は、境界セルのフロント端面が閉塞され、リア端面が開口された排ガス浄化フィルタの例である。図１５〜図１８に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ１は、実施例２と同様に、フロント端面２８において、全ての境界セル２２１が栓部３によって閉塞されている。一方、境界セル２２１のリア端面２９には、栓部３は形成されておらず、境界セル２２１のリア端面２９は、全て開口している。即ち、全ての境界セル２２１は、フロント端面２８が栓部３によって閉塞し、かつリア端面２９が開口する片側閉塞セルである。その他の構成は、実施例１と同様である。なお、実施例３の排ガス浄化フィルタ１（図１５〜図１８参照）において、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示し、先行する説明を参照する。

（実施例４）
本例は、境界セルのリア端面が閉塞され、フロント端面が開口された排ガス浄化フィルタの例である。図１９〜図２２に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ１は、実施例１と同様に、リア端面２９において、全ての境界セル２２１が栓部３によって閉塞されている。一方、境界セル２２１のフロント端面２８には、栓部３は形成されておらず、境界セル２２１のフロント端面２８は、全て開口している。即ち、全ての境界セル２２１は、リア端面２９が栓部３によって閉塞し、かつフロント端面２８が開口する片側閉塞セルである。その他の構成は、実施例１と同様である。なお、実施例４の排ガス浄化フィルタ１（図１９〜図２２参照）において、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示し、先行する説明を参照する。

（実験例２）
本例においては、実施例２と実施例３、実施例１と実施例４の排ガス浄化フィルタをそれぞれ比較する例である。上述のように、実施例２及び実施例３は、境界セル２２１のフロント端面２８が栓部３により閉塞された排ガス浄化フィルタ１である（図６〜図９、図１５〜図１８参照）。実施例３においては全ての境界セル２２１のリア端面２９が開口しているのに対し、実施例２においては境界セル２２１のリア端面２９が内部セル２２２と同様に交互に閉塞している点において、実施例２と実施例３とは相違している。また、実施例１及び実施例４は、境界セル２２１のリア端面２９が栓部３により閉塞された排ガス浄化フィルタ１である（図２〜図５、図１９〜図２２参照）。実施例４においては全ての境界セル２２１のフロント端面２８が開口しているのに対し、実施例１においては境界セル２２１のフロント端面２８が内部セル２２２と同様に交互に閉塞している点において、実施例１と実施例４とは相違している。

次に、実施例２と実施例３、実施例１と実施例４との圧力損失をそれぞれ比較する。具体的には、圧力損失測定装置を用いて、各排ガス浄化フィルタにガス（空気）を流した時の圧力損失を測定した。圧力損失測定装置は、排ガス浄化フィルタに流入する直前のガスの圧力と排ガス浄化フィルタから流出した直後のガスの圧力との差（差圧）を測定する差圧計と、排ガス浄化フィルタにガスを流すためのブロワーとを備えている。具体的な手順としては、まず、排ガス浄化フィルタのフロント端面とリア端面とに配管を取り付け、ブロワーにより配管内にガスを流す。そして、排ガス浄化フィルタ内にガスを流したときの差圧を差圧計により測定する。この差圧が圧力損失である。具体的には、各排ガス浄化フィルタに流速７ｍ³／分で空気を流し、フロント端面とリア端面との差圧をそれぞれ測定した。そして、実施例２の圧力損失を１００％としたときの実施例３の圧力損失の割合（百分率）を算出した。その結果を図２３に示す。また、実施例１の圧力損失を１００％としたときの実施例４の圧力損失の割合（百分率）を算出した。その結果を図２４に示す。

図２３より知られるように、実施例３の排ガス浄化フィルタは、実施例２に比べて、圧力損失が低下している。この理由は次の通りである。即ち、図２５に示すごとく、実施例２の排ガス浄化フィルタ１においては、境界セル２２１のリア端面２９に栓部３によって閉塞された箇所が存在しているため、リア端面２９から排出される排ガスの流れＧ（図２５における破線矢印）が境界セル２２１内において部分的に阻害される。これに対し、図２６に示すごとく、実施例３の排ガス浄化フィルタ１においては、境界セル２２１のリア端面２９が栓部３によって閉塞されておらず、開口しているため、境界セル２２１のリア端面２９から排出される排ガスの流れＧが形成される。その結果、図２３に示すごとく、実施例３の排ガス浄化フィルタは、実施例２に比べて圧力損失の低減が可能になる。

また、図２４より知られるように、実施例４の排ガス浄化フィルタは、実施例１に比べて、圧力損失が低下している。この理由は次の通りである。即ち、図２７に示すごとく、実施例１の排ガス浄化フィルタ１においては、境界セル２２１のフロント端面２８に栓部３によって閉塞された箇所が存在しているため、境界セル２２１のフロント端面２８において排ガスの流れＧ（図２７における破線矢印）が部分的に阻害される。これに対し、図２８に示すごとく、実施例４の排ガス浄化フィルタ１においては、境界セル２２１のフロント端面２８が栓部３によって閉塞されておらず、開口しているため、フロント端面２８から境界セル２２１内に流入して内部セル２２２のリア端面２９から排出される排ガスの流れＧが形成される。その結果、図２４に示すごとく、実施例４の排ガス浄化フィルタは、実施例１に比べて圧力損失の低減が可能になる。

このように、圧力損失の低減という観点から、全ての境界セル２２１は、軸方向Ｘにおける両端面２８、２９のうち、排ガスが流入する側の端面２８（フロント端面２８）又は排ガスが流出する側の端面２９（リア端面２９）において開口していることが好ましい。より好ましくは、実施例３のように、境界セル２２１はフロント端面２８において閉塞し、リア端面２９において開口していることがよい。この場合には、圧力損失の低減効果が向上する。

１排ガス浄化フィルタ
２ハニカム構造体
２２１境界セル
２２２内部セル
２３セル密度領域
２４境界隔壁
２８端面（フロント端面）
２９端面（リア端面）
３栓部

Claims

排ガス中の粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルタ（１）であって、
該排ガス浄化フィルタ（１）は、ハニカム構造体（２）と、該ハニカム構造体（２）の軸方向（Ｘ）の端面（２８、２９）を部分的に閉塞する栓部（３）とを有し、
上記ハニカム構造体（２）は、格子状に設けられたセル壁（２１）と、
該セル壁（２１）に囲まれて形成された複数のセル（２２）と、
上記軸方向（Ｘ）に直交する断面において、中心部（２０）から外周部（２００）に向かって径方向（Ｙ）にセル密度が異なる複数のセル密度領域（２３）と、
隣り合う該セル密度領域（２３）同士の間に形成され、かつ両者を隔てる境界隔壁（２４）とを有し、
上記セル（２２）は、上記境界隔壁（２４）に接する境界セル（２２１）と、上記境界隔壁（２４）に接することなく上記セル壁（２１）に囲まれて形成された内部セル（２２２）とを有し、
該内部セル（２２２）は、上記軸方向（Ｘ）における両端面（２８、２９）のいずれか一方において上記栓部（３）によって閉塞されており、
全ての上記境界セル（２２１）は、上記ハニカム構造体（２）の上記軸方向（Ｘ）における両端面（２８、２９）のうちの排ガスが流出する側の端面（２９）において上記栓部（３）によって閉塞されているか、又は、上記ハニカム構造体（２）の上記軸方向（Ｘ）における両端面（２８、２９）のうちの排ガスが流入する側の端面（２８）において上記栓部（３）によって閉塞されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ（１）。
全ての上記境界セル（２２１）は、上記両端面（２８、２９）のうち排ガスが流出する側の上記端面（２９）において上記栓部（３）によって閉塞されており、排ガスが流入する側の上記端面（２８）において開口していることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ（１）。
全ての上記境界セル（２２１）は、上記両端面（２８、２９）のうち排ガスが流入する側の上記端面（２８）において上記栓部（３）によって閉塞されており、排ガスが流出する側の上記端面（２９）において開口していることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ（１）。