JP2006272157A

JP2006272157A - セラミックハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2006272157A
Application number: JP2005094879A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Suwabe; 博久諏訪部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】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、排気ガス流入側流路の閉塞による圧力損失の上昇を防ぐことが可能なセラミックハニカムフィルタを得る。
【解決手段】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に比べて大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

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及び排気ガス浄化装置に関する。

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、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ＰＭ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

しかしながら、特許文献２に記載されたセラミックハニカムフィルタ４０を採用した場合、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上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射したとしても、流入側目封止部端面４５１が触媒活性になる温度まで到達せず、堆積したＰＭが上流側流路４４ｕを充填し、流入側端面４７にまで到達して隣接する流路４３の流入側端部を閉塞させてしまい、セラミックハニカムフィルタの圧力損失が上昇する虞があった。

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の排気ガス流入側目封止部端面にＰＭが堆積して流路を閉塞させ、圧力損失が上昇することを防止し得るようにしたセラミックハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。

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に比べて大きいことを特徴とする。

本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記上流側の隔壁の気孔率が下流側の気孔率より１％以上大きいことが好ましい。また、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記上流側の隔壁の気孔率が下流側の気孔率より２％以上大きいことが好ましい。

本発明の排気ガス浄化装置は、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備えることを特徴とする。

（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に比べて大き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の模式断面図を示したものであり、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２uの気孔率を下流側の隔壁１２ｄの気孔率より大きくしている。従って、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２ｕの単位体積当たりの熱容量が、下流側の隔壁１２ｄに比べて小さくなることから、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て、フィルタ上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射した際に、未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスの燃焼熱によって、隔壁１２ｕの温度が上昇しやすくなるとともに、排気ガス流入側目封止部１５の温度も上昇し易くなって、排気ガス流入側端面１５１の触媒活性が高められるため、流入側目封止部端面１５１へのＰＭの堆積を防ぐことができる。このため、流入側目封止部端面１５１へ堆積したＰＭが上流側流路１４ｕを充填し、流入側端面１７にまで到達して排気ガス流入側の流路１３の流入側端部を閉塞させることによる圧力損失の上昇を低減することができる。

また、本発明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１５より上流側の隔壁１２uの気孔率を下流側の隔壁１２ｄの気孔率より大きくしていることから、排気ガス流入側目封止部１５の上流側流路１４ｕに流入した排ガスは隣接する流路１３に容易に排出されるため、隔壁１２ｕにはＰＭが堆積しにくくなる。このことも、ＰＭが上流側流路１４ｕを充填、流入側端面１７にまで到達して排気ガス流入側の流路１３の流入側端部を閉塞させることによる圧力損失の上昇を防ぐことに貢献している。一方、本発明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より下流の隔壁１２ｄの気孔率を上流の隔壁１２ｕの気孔率より小さくなっていることから、上流側の隔壁１２ｕを通過して流路１４ｕから流路１３に流入した排気ガスを下流側の隔壁１２ｄを経由して、流路１４ｄへ排出させる際に、隔壁１２ｕで捕集されなかったＰＭが、隔壁１２ｄで捕集されることになり、ＰＭ捕集効率の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１％以上大きいことが好ましい。上流側の隔壁１２ｕの気孔率を下流側１２ｄの隔壁の気孔率に対して１％以上大きくすることにより、上流側隔壁１２ｕの熱容量低減の効果が顕著となって、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、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁１２ｕの温度が上昇し易くなり、流入側目封止部端面１５１にＰＭが徐々に堆積したＰＭが上流側流路１４ｕを充填し、流入側端面１７にまで到達して排気ガス流入側の流路１３の流入側端部を閉塞させることによる圧力損失の上昇を低減することができるからである。また、同様の観点から、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２％以上大きくすることにより、圧力損失の上昇を更に確実に低減することができる。更に、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％以上大きくすると更に効果が顕著となる。ここで、排気ガス流入側の目封止部より下流側の隔壁１２ｄ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％を超えるとＰＭ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より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、前記排気ガス流入側端面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の面積が少なくなるため、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、これら未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスの酸化反応を促進させ、この反応熱によって、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ことから、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、ハニカム構造体の流路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。

本発明の排気ガス浄化装置は、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備えることを特徴としている。このため、セラミックハニカムフィルタにＰＭが所定量堆積した際に、セラミックハニカムフィルタの排気ガス流通方向の上流に配置された燃料添加手段から、燃料を添加することにより、セラミックハニカムフィルタに堆積したＰＭを良好に燃焼除去させフィルタの再生を行うことが可能となる。即ち、本発明の排気ガス浄化装置を構成している、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を下流側の隔壁の気孔率より大きくしているため、排気ガス流入側目封止部１５より上流側の隔壁１２ｕの単位体積当たりの熱容量が、下流側の隔壁１２ｄに比べて小さくなることから、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て、フィルタ上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射した際に、未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスの燃焼熱によって、隔壁１２ｕの温度が上昇しやすくなるとともに、排気ガス流入側目封止部１５の温度も上昇し易くなって、排気ガス流入側端面１５１の触媒活性が高められるため、流入側目封止部端面１５１へのＰＭの堆積を防ぐことができる。このため、流入側目封止部端面１５１へ堆積したＰＭが上流側流路１４ｕを充填し、流入側端面１７にまで到達して排気ガス流入側の流路１３の流入側端部を閉塞させることによる圧力損失の上昇を低減することができる。

本発明の効果である、排気ガス流入側目封部１５より上流側の隔壁１２Ｕや排気ガス流入側目封止部１５の温度を上昇させやすくすることを確実にする観点から、燃料添加手段と、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との間に酸化触媒を配置しても良い。このような構成とすることにより、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て、フィルタ上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射した際に、酸化触媒での反応により温度が高められた排気ガスが、セラミックハニカムフィルタに流入するため、排気ガス流入側目封部１５より上流側の隔壁１２Ｕや排気ガス流入側目封止部１５の温度上昇が確実となる。

更に、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の上流或いは下流にＮＯｘを浄化する触媒を配置することにより、排気ガス中のＮＯｘが浄化できることから好ましい。

本発明のセラミックハニカムフィイルタ及び排気ガス浄化装置によれば、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大きいことことから、上流側の隔壁の単位体積当たりの熱容量が小さくなり、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て、フィルタ上流へ未燃の燃料及び／又は炭化水素ガスを噴射した際の上流側の隔壁温度が上昇しやすくなると共に、排気ガス流入側目封止部１５温度も上昇し易くなり、排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面へのＰＭ付着による排気ガス流入側流路の流入側端部の閉塞による圧力損失の上昇を低減できるとともにＰＭを高捕集率で捕集することが可能となる。

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の横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下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大き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、下流側の隔壁の気孔率を上流側の隔壁に比べて小さい範囲に調整することができる。

図２は、本発明のセラミックハニカムフィルタ２０の横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の気孔率より大き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大き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の横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の気孔率より大き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大き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の横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の気孔率より大き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の横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出側端面８８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８４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、再度、排気ガス流出側端面に８８にフィルムを貼り付け、隣接する流路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８４ｄの隔壁８２ｄ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大きいセラミックハニカムフィルタを得ることができる。同時に下流側の隔壁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小さい２層構造となる。このような構成とすることにより、下流側隔壁８２ｄのうち気孔率が小さい排気ガス流出側部分が、排気ガス中の微細なＰＭをも捕集するという効果も有している。

（実施例１）
図１は、実施例１のセラミックハニカムフィルタの横断面模式図である。
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、ＳｉＯ_２：４８〜５２％、Ａｌ_２Ｏ_３：３３〜３７％、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２００ｍｍ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１２ｄの気孔率は５９％であった。

次に、スラリー中に浸漬させ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なかった側の端面から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、実施例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２及び３）
実施例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、実施例１と同様にして実施例２及び３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６７．４％及び７０．５％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の気孔率は何れも５９％であった。

（実施例４）
図２は、実施例４のセラミックハニカムフィルタを示す模式断面図である。
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、ＳｉＯ_２：４８〜５２％、Ａｌ_２Ｏ_３：３３〜３７％、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５９．５％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５９．０％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、実施例４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５〜１１）
実施例４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、実施例４と同様にして実施例５〜１１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横断面模式図である。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５９．０％である。

上記のように作製した実施例１〜１１及び比較例１のセラミックハニカムフィルタを圧力損失試験装置（図示せず）に設置し、空気流量１５Ｎｍ³ ／ｍｉｎの条件で空気を流入し、流入側端面と流出側端面の差圧を測定し、各セラミックハニカムフィルタの初期圧力損失を評価した。このとき、排気ガス流入側目封止部の上流側の気孔率と下流側の気孔率が同一である比較例１のセラミックハニカムフィルタの初期圧力損失を１として表１に示した。また、同様に、実施例１〜１１及び比較例１のセラミックハニカムフィルタを圧力損失試験装置（図示せず）に設置し、微粒子発生器により空気流量１０Ｎｍ³ ／ｍｉｎで、粒径０．０４２μｍのカーボン粉を３ｇ／ｈで２時間投入した際の、ハニカムフィルタが捕集したカーボン粉の重量と投入したカーボン粉の重量を測定して、捕集率を評価した。更に、ディーゼルエンジンの排気管に上記実施例１〜１１及び比較例１のセラミックハニカムフィルタを配置し、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、微粒子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、触媒物質を担持させたフィルタ上への微粒子の堆積量を推定し、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初期圧力損失と同様に測定し、初期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。結果を表１に示す。

本発明のセラミックハニカムフィルタである実施例１〜１１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に比べて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、初期圧力損失と捕集率は同程度であるにもかかわらず、圧力損失比の小さいことが判り、長期に亘り安定して使用できることがわかる。中でも、実施例１〜３、実施例１０及び１１は、上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より５％以上大きいため、圧力損失比は特に小さいことがわかる。

本発明のセラミックハニカムフィルタ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を示した模式断面図である。従来のセラミックハニカムフィルタを示した模式断面図である。従来のセラミックハニカムフィルタを示した模式断面図である。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。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大き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に比べて大きいことを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
前記上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より１％以上大きいことを特徴とする請求項１記載のセラミックハニカムフィルタ。
前記上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より２％以上大きいことを特徴とする請求項１及び２記載のセラミックハニカムフィルタ。
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備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。