JP2020179332A

JP2020179332A - 排ガス浄化フィルタ

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Publication number: JP2020179332A
Application number: JP2019083121A
Authority: JP
Inventors: 弘勝今川; Hirokatsu Imagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: US11850540B2; WO2020217753A1; CN113825556B; CN113825556A; JP7127606B2; US20220040624A1; EP3960272A4; EP3960272A1

Abstract

【課題】流入側目封止部の削れを抑制することが可能な排ガス浄化フィルタを提供する。【解決手段】排ガス浄化フィルタ１は、流入端面１５から流出端面１６まで延びる複数のセル１１と、複数のセル１１を区画形成する多孔質の隔壁１２と、排ガスＧが流出する流出セル１１２における流入端面１５側の開口部を目封止する流入側目封止部１３１と、排ガスＧが流入する流入セル１１１における流出端面１６側の開口部を目封止する流出側目封止部１３２とを有する。流入側目封止部１３１の気孔率は６０％未満である。隔壁１２の気孔率は６０％以上７０％以下である。流入側目封止部１３１の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径をｄ５０Ｐｉｎ、隔壁１２の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径をｄ５０Ｂとしたとき、気孔径ｄ５０Ｐｉｎは１８μｍ未満であり、気孔径ｄ５０Ｂは１８μｍ以上２５μｍ以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、排ガス浄化フィルタに関する。

ガソリンエンジン、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には、パティキュレートと呼ばれる粒子状物質（以下、適宜「ＰＭ」ということがある。）が含まれる。この排ガス中のＰＭを捕集して排ガスの浄化を行うため、内燃機関の排気通路には排ガス浄化フィルタが配置される。

この種の排ガス浄化フィルタとしては、例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」ということがある。）が開示されている。同文献には、具体的には、排ガスが流入する流入セル内に配設された流出側目封止部の目封止長さの平均値が、排ガスが流出する流出セル内に配設された流入側目封止部の目封止長さの平均値よりも大きいＤＰＦが記載されている。このＤＰＦによれば、流出端面側の熱容量が大きくなるため、捕集されたＰＭが、排ガスの流れにより徐々に流入セルの流出端面側に押し流されることがあったとしても、再生操作時において流出端面側でのクラックの発生を抑制することができる、とされている。

特開２０１７−１７０３２３号公報

ガソリンエンジンから排出されるＰＭ量は、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ量に比べて圧倒的に少ない。しかしながら、ＰＭの個数規制が導入されているため、ガソリンエンジンを有する車両（以下、「ガソリン車両」）にも、ガソリンエンジンから排出されるＰＭを捕集可能なガソリンパティキュレートフィルタ（以下、適宜「ＧＰＦ」ということがある。）の搭載が必要となっている。

内燃機関に用いられる燃料は、通常、不純物を含んでいる。燃料中に含まれる不純物は、燃料が燃焼した際に固形物として排ガス浄化フィルタへ飛散してくる。ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンに比べ、排ガスの温度が高く流速も速い。そのため、ガソリンエンジンでは、排ガスが流入する流入端面側に配設された流入側目封止部が飛散物によって削られやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、流入側目封止部の削れを抑制することが可能な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（Ｇ）が流入する流入端面（１５）から上記排ガスが流出する流出端面（１６）まで延びる複数のセル（１１）と、
複数の上記セルを区画形成する多孔質の隔壁（１２）と、
複数の上記セルのうち上記排ガスが流出する流出セル（１１２）における上記流入端面側の開口部を目封止する流入側目封止部（１３１）と、
複数の上記セルのうち上記排ガスが流入する流入セル（１１１）における上記流出端面側の開口部を目封止する流出側目封止部（１３２）と、を有しており、
上記流入側目封止部の気孔率は、６０％未満であり、
上記隔壁の気孔率は、６０％以上７０％以下であり、
上記流入側目封止部の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径をｄ５０_Ｐｉｎ、上記隔壁の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径をｄ５０_Ｂとしたとき、
上記流入側目封止部の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、１８μｍ未満であり、
上記隔壁の気孔径ｄ５０_Ｂは、１８μｍ以上２５μｍ以下である、
排ガス浄化フィルタ（１）にある。

上記排ガス浄化フィルタは、上記特定の構成を有している。そのため、上記排ガス浄化フィルタは、ＧＰＦとして適用した場合でも、飛散物による流入側目封止部の削れを抑制することができる。

なお、特許請求の範囲および課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、実施形態１に係る排ガス浄化フィルタの斜視図である。図２は、実施形態１に係る排ガス浄化フィルタのフィルタ軸方向に沿う断面図である。図３は、実施形態１に係る排ガス浄化フィルタにおける排ガスの流れを示した図である。図４は、実施形態１に係る排ガス浄化フィルタにおける、流入側目封止部の目封止長さの平均値、および、流出側目封止部の目封止長さの平均値の測定方法を説明するための図である。図５は、実施形態１に係る排ガス浄化フィルタにおいて、１つの流入側目封止部の目封止長さを測定する測定方法を説明するための図である。図６は、実験例１における流入側目封止部の耐エロージョン評価方法について説明するための図である。図７は、実験例１における流入側目封止部１３１の削れ量の測定方法について説明するための図である。図８は、実験例２におけるＰＭ捕集率の測定方法について説明するための図である。

（実施形態１）
実施形態１の排ガス浄化フィルタ１について、図１〜図５を用いて説明する。なお、図１〜図３に示される両端矢印の方向を排ガス浄化フィルタ１のフィルタ軸方向Ｘとする。

図１〜図３に例示されるように、排ガス浄化フィルタ１は、複数のセル１１と、隔壁１２と、流入側目封止部１３１と、流出側目封止部１３２と、を有している。

図１〜図３に例示されるように、複数のセル１１は、排ガスＧが流入する流入端面１５から排ガスＧが流出する流出端面１６まで延びている。セル１１の伸長方向は、通常、フィルタ軸方向Ｘと一致している。フィルタ軸方向Ｘに垂直な断面視において、セル形状は、例えば、図１に例示されるように、四角形状とすることができる。セル形状は、これに限定されることなく、例えば、三角形状、六角形状等の多角形や円形状などであってもよい。また、セル形状は、２種以上の異なる形状の組み合わせより構成されていてもよい。

隔壁１２は、多孔質に形成されており、複数のセル１１を区画形成している。隔壁１２は、具体的には、円筒状等の筒状に形成されたスキン部１４の内側に、フィルタ軸方向Ｘに垂直な断面視において格子状等の形状を呈するように設けられることができる。排ガス浄化フィルタ１において、隔壁１２、スキン部１４は、例えば、コーディエライト等のセラミックスから形成されることができる。なお、隔壁１２の厚さは、例えば、１２０μｍ〜３６０μｍとすることができる。

複数のセル１１は、排ガスＧが流入する流入セル１１１と、排ガスＧが流出する流出セル１１２とを有している。流入セル１１１と流出セル１１２とは、フィルタ軸方向Ｘに直交する横方向においても、フィルタ軸方向Ｘおよび横方向の双方に直交する縦方向においても、例えば、互いに隣り合うように交互に並んで形成されることができる。この場合、フィルタ軸方向Ｘから流入端面１５または流出端面１６を見たとき、流入セル１１１と流出セル１１２とが、例えば、チェック模様状に配置される。流入セル１１１および流出セル１１２は、互いに隣接しており、隔壁１２を間に挟んで隔てられている。

流入側目封止部１３１は、複数のセル１１のうちの流出セル１１２における流入端面１５側の開口部を目封止している。一方、流出側目封止部１３２は、複数のセル１１のうちの流入セル１１１における流出端面１６側の開口部を目封止している。つまり、流入セル１１１は、流入端面１５側にて開口し、流出端面１６側では開口部が流出側目封止部１３２によって閉塞されている。また、流出セル１１２は、流出端面１６側にて開口し、流入端面１５側では開口部が流入側目封止部１３１によって閉塞されている。図２に例示されるように、複数のセル１１は、流入側目封止部１３１および流出側目封止部１３２によって交互に目封止されている。排ガス浄化フィルタ１において、流入側目封止部１３１、流出側目封止部１３２は、例えば、コーディエライト等のセラミックスから形成されることできるが、その他の材質であってもよい。

本実施形態では、図３に例示されるように、排ガスＧは、排ガス流入側となる流入端面１５より流入セル１１１内に流入する。流入セル１１１内に流入した排ガスＧは、流入セル１１１内を流れるとともに多孔質の隔壁１２内を流れて流出セル１１２に至る。流出セル１１２に至った排ガスＧは、流出セル１１２内を流れる。流出セル１１２内を流れた排ガスＧは、排ガス流出側となる流出端面１６より排出される。

隔壁１２は、多数の気孔（不図示）を有している。隔壁１２内の気孔は、具体的には、互いに隣接する流入セル１１１、流出セル１１２間を連通させる連通孔（不図示）を含んでいる。隔壁１２内の気孔は、連通孔以外にも、互いに隣接する流入セル１１１、流出セル１１２間を連通させない非連通孔（不図示）を含んでいてもよい。

ここで、排ガス浄化フィルタ１において、流入側目封止部１３１の気孔率は、隔壁１２の気孔率よりも小さい。具体的には、流入側目封止部１３１の気孔率は、６０％未満とされ、隔壁１２の気孔率は、６０％以上７０％以下とされる。また、流入側目封止部１３１の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、隔壁１２の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径ｄ５０_Ｂよりも小さい。具体的には、流入側目封止部１３１の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、１８μｍ未満とされ、隔壁１２の気孔径ｄ５０_Ｂは、１８μｍ以上２５μｍ以下とされる。これらを満たすことにより、流入側目封止部１３１の密度が隔壁１２の密度よりも大きくなり、流入側目封止部１３１は、隔壁１２に比べ、飛散物による削れ量が少なくなる。その結果、排ガス浄化フィルタ１は、排ガス浄化フィルタ１をＧＰＦとして用いた場合でも、飛散物による流入側目封止部１３１の削れ（エロージョン）を抑制することができる。

流入側目封止部１３１の気孔率が隔壁１２の気孔率以上、流入側目封止部１３１の気孔率が６０％以上、または、流入側目封止部１３１の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎが１８μｍ以上になると、流入側目封止部１３１が削れやすくなり、耐削れ性が低下する。流入側目封止部１３１の気孔率は、流入側目封止部１３１の削れ抑制等の観点から、好ましくは、５８％以下、より好ましくは、５７％以下、さらに好ましくは、５６％以下、さらにより好ましくは、５５％以下とすることができる。流入側目封止部１３１の気孔率は、製造上気孔率を０％とすることは困難である、隔壁１２との焼成時の収縮整合（流入側目封止部１３１の焼成後のふくらみ抑制）などの観点から、例えば、５０％以上とすることができる。流入側目封止部１３１の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、流入側目封止部１３１の削れ抑制等の観点から、好ましくは、１７．５μｍ以下、より好ましくは、１７μｍ以下、さらに好ましくは、１６μｍ以下、さらにより好ましくは、１５μｍ以下とすることができる。一方、流入側目封止部１３１の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、隔壁１２との焼成時の収縮整合（流入側目封止部１３１の焼成後のふくらみ抑制）などの観点から、例えば、１０μｍ以上とすることができる。

なお、流出側目封止部１３２の気孔率、流出側目封止部１３２の気孔径ｄ５０_Ｐｏｕｔ（流出側目封止部１３２の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径）は、それぞれ、流入側目封止部１３１の気孔率、流入側目封止部１３１の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎと同じ範囲から選択されていてもよいし、異なる範囲から選択されていてもよい。前者の場合には、流入側目封止部１３１と流出側目封止部１３２との材料の共通化、製法の共通化を図りやすくなるため、製造性に優れた排ガス浄化フィルタ１を得ることが可能になる。

隔壁１２の気孔率が６０％未満になると、初期の圧損低減を図り難くなり、ＰＭ捕集性能も低下する。一方、隔壁１２の気孔率が７０％超になると、排ガス浄化フィルタ１自体の強度を確保し難くなり、ケーシング時の応力やＰＭの再生処理時の発熱によってクラックが生じる恐れが高くなる。隔壁１２の気孔率は、初期の圧損低減、ＰＭ捕集性能の向上等の観点から、好ましくは、６１％以上、より好ましくは、６２％以上、さらに好ましくは、６３％以上とすることができる。また、隔壁１２の気孔率は、排ガス浄化フィルタ１の強度向上等の観点から、好ましくは、６９％以下、より好ましくは、６８％以下、さらに好ましくは、６７％以下、さらにより好ましくは、６６％以下とすることができる。

隔壁１２の気孔径ｄ５０_Ｂが１８μｍ未満になると、隔壁１２の気孔率が６０％未満になりやすくなる。一方、隔壁１２の気孔径ｄ５０_Ｂが２５μｍ超になると、隔壁１２の気孔率が７０％超になりやすくなる。隔壁１２の気孔径ｄ５０_Ｂは、隔壁１２の気孔率を６０％以上としやすくなるなどの観点から、好ましくは、１８．５μｍ以上、より好ましくは、１９μｍ以上、さらに好ましくは、１９．５μｍ以上、さらにより好ましくは、２０μｍ以上とすることができる。また、隔壁１２の気孔径ｄ５０_Ｂは、隔壁１２の気孔率を７０％以下としやすくなるなどの観点から、好ましくは、２４μｍ以下、より好ましくは、２３μｍ以下、さらに好ましくは、２２μｍ以下とすることができる。

上述した隔壁１２の気孔率、気孔径ｄ５０_Ｂは、水銀圧入法の原理を用いた水銀ポロシメータにより測定することができる。具体的には、排ガス浄化フィルタ１から試験片を切り出す。但し、流入側目封止部１３１、流出側目封止部１３２が存在する部分は除く。試験片は、フィルタ軸方向Ｘと直交方向の寸法が縦１５ｍｍ×横１５ｍｍであり、フィルタ軸方向Ｘの長さが２０ｍｍである直方体とされる。次いで、水銀ポロシメータの測定セル内に試験片を収納し、測定セル内を減圧する。その後、測定セル内に水銀を導入して加圧し、加圧時の圧力と試験片における隔壁１２の気孔内に導入された水銀の体積より、気孔径と気孔容積とを測定する。測定は、圧力０．５〜２００００ｐｓｉａの範囲で行う。なお、０．５ｐｓｉａは、０．３５×１０^−３ｋｇ／ｍｍ^２に相当し、２００００ｐｓｉａは１４ｋｇ／ｍｍ^２に相当する。この圧力範囲に相当する気孔径の範囲は０．０１〜４２０μｍである。圧力から気孔径を算出する際の常数としては、接触角１４０°および表面張力４８０ｄｙｎ／ｃｍを使用する。隔壁１２の気孔径ｄ５０_Ｂは、隔壁１２の気孔径分布において、累積気孔容積が５０％となる気孔径（気孔容積の積算値５０％における気孔径）である。また、隔壁１２の気孔率は、次の関係式より算出することができる。
隔壁１２の気孔率（％）＝総気孔容積／（総気孔容積＋１／隔壁材料の真比重）×１００
なお、隔壁材料がコーディエライトの場合、コーディエライトの真比重としては２．５２を用いることができる。

上述した流入側目封止部１３１の気孔率、気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、水銀圧入法の原理を用いた水銀ポロシメータにより測定することができる。具体的には、排ガス浄化フィルタ１の流入端面１５からフィルタ軸方向Ｘに流入側目封止部１３１を含む２０ｍｍ分を切り出す。その切断片から、フィルタ軸方向Ｘと直交方向の寸法が縦１５ｍｍ×横１５ｍｍであり、フィルタ軸方向Ｘの長さが２０ｍｍである直方体をさらに切り出し、これを目封止試験片とする。次いで、水銀ポロシメータの測定セル内に目封止試験片を収納し、測定セル内を減圧する。その後、測定セル内に水銀を導入して加圧し、加圧時の圧力と目封止試験片における気孔内に導入された水銀の体積より、気孔径と気孔容積とを測定する。測定は、圧力０．５〜２００００ｐｓｉａの範囲で行う。なお、０．５ｐｓｉａは、０．３５×１０^−３ｋｇ／ｍｍ^２に相当し、２００００ｐｓｉａは１４ｋｇ／ｍｍ^２に相当する。この圧力範囲に相当する気孔径の範囲は０．０１〜４２０μｍである。圧力から気孔径を算出する際の常数としては、接触角１４０°および表面張力４８０ｄｙｎ／ｃｍを使用する。ここで、目封止試験片には隔壁１２が一部含まれるが、目封止試験片においては、隔壁１２に比べて流入側目封止部１３１が相対的に多くなる。そのため、目封止試験片から求められる気孔径分布は、流入側目封止部１３１の気孔径分布とみなすことができる。したがって、目封止試験片から求められる気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径（気孔容積の積算値５０％における気孔径）は、流入側目封止部１３１の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径（気孔容積の積算値５０％における気孔径）、つまり、流入側目封止部１３１の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎとみなすことができる。また、次の関係式より算出される目封止試験片の気孔率は、流入側目封止部１３１の気孔率とみなすことができる。
目封止試験片の気孔率（％）＝総気孔容積／（総気孔容積＋１／目封止材料の真比重）×１００
なお、目封止材料がコーディエライトの場合、コーディエライトの真比重としては２．５２を用いることができる。
また、上述した流出側目封止部１３２の気孔率、気孔径ｄ５０_Ｐｏｕｔは、上述した流入側目封止部１３１の気孔率、気孔径ｄ５０_Ｐｉｎと同様にして測定することができる。

排ガス浄化フィルタ１は、図２等に例示されるように、流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値が、流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値よりも大きい構成とされているとよい。この構成によれば、飛散物によって流入側目封止部１３１が削れて貫通してしまうまでの削れ代を確保しやすくなる。そのため、この構成によれば、排ガス浄化フィルタ１をＧＰＦとして適用した場合における耐久性を向上させやすくなり、ＰＭ捕集機能を長期にわたって確保しやくなる。

流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値、および、流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値は、以下のようにして測定される。

図４に、排ガス浄化フィルタ１の流入端面１５を示す。なお、図４では、セル１１、隔壁１２、流入側目封止部１３１は、省略されている。図４に示されるように、先ず、排ガス浄化フィルタ１の流入端面１５に対して、当該流入端面１５の中心を通過する１本の直線Ｐ１を決める。次に、流入端面１５の中心を回転軸として、直線Ｐ１を、時計回り方向に９０°回転させた直線Ｐ２を決める。そして、スキン部１４によって切り取られる直線Ｐ１部分を８等分する。そして、直線Ｐ１部分を８等分する７つの点のうち、図４に示すような一つ飛び毎の４点を測定点ａ〜ｄとする。同様にして、スキン部１４によって切り取られる直線Ｐ２部分を８等分する。そして、直線Ｐ２部分を８等分する７つの点のうち、図４に示すような一つ飛び毎の４点を、測定点ｅ〜ｈとする。また、測定点ａと測定点ｈとを結ぶ線分を３等分する２点を測定点ｉ、ｊとする。同様にして、測定点ｈと測定点ｄとを結ぶ線分を３等分する２点を測定点ｋ、ｌとする。測定点ｄと測定点ｅとを結ぶ線分を３等分する２点を測定点ｍ、ｎとする。測定点ｅと測定点ａとを結ぶ線分を３等分する２点を測定点ｏ、ｐとする。このようにして、図４に示されるような１６個の測定点ａ〜ｐを決定する。「流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値」を求める際には、測定点ａ〜ｐのそれぞれから最も近い位置に存在する１６個の流出セル１１２を見つける。この際、完全な流出セル１１２を選択する。そして、１６個の流出セル１１２に配設された流入側目封止部１３１のそれぞれの目封止長さを測定する。そして、得られた１６個の目封止長さの平均値が、流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値とされる。

１つの流入側目封止部１３１の目封止長さは、以下のようにして測定することができる。先ず、排ガス浄化フィルタ１のスキン部１４にて流入端面１５から流出端面１６までの長さを測定し、これをフィルタ長とする。次に、流入端面１５を下側、流出端面１６を上側として排ガス浄化フィルタ１を配置する。つまり、測定対象の目封止部のある面側を下側とする。そして、図５に示されるように、測定対象の流入側目封止部１３１が配設されている流出セル１１２内に、流出端面１６側の開口部から、フィルタ長の長さに合わせたピンゲージＰＧ（Ｐｉｎｇａｕｇｅ）を挿入する。そして、流出端面１６から外側に飛び出した部分のピンゲージＰＧの長さＬを、測定対象の流入側目封止部１３１の目封止長さとする。なお、ピンゲージＰＧとは、耐久性を有する素材によって作製された、棒状の測定器具のことである。ピンゲージＰＧの直径は、ピンゲージＰＧを挿入するセル１１の開口径の大きさに応じて適宜選択することができる。

一方、流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値を求める際には、流出端面１６について、上記と同様に測定点ａ〜ｐのそれぞれから最も近い位置に存在する１６個の流入セル１１１を見つける。そして、１６個の流入セル１１１に配設された流出側目封止部１３２のそれぞれの目封止長さを上記と同様にして測定する。そして、得られた１６個の目封止長さの平均値が、流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値とされる。

１つの流出側目封止部１３２の長さは、流入側目封止部１３１の目封止長さと同様に、測定対象の流出側目封止部１３２が配設されている流入セル１１１内に、流入端面１５側の開口部から、フィルタ長の長さに合わせたピンゲージＰＧを挿入し、流入端面１５から外側に飛び出した部分のピンゲージＰＧの長さＬを、測定対象の流出側目封止部１３２の目封止長さとする。

排ガス浄化フィルタ１において、流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値と流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値とを合計した合計目封止長さは、９ｍｍ以下とされているとよい。合計目封止長さが長くなると、隔壁１２のろ過面積長が低減し、ＰＭ捕集率が減少する。合計目封止長さが上記範囲にある構成によれば、隔壁１２のろ過面積長の低減を制限することができ、ＰＭ捕集率の低下を抑制しやすくなる。特に、流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値が、流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値よりも大きい場合には、飛散物による流入側目封止部１３１の削れに対して削れ余裕代が大きくなる一方で、限られたフィルタ長においては隔壁１２のろ過面積長を減らすことになる。流入側目封止部１３１の目封止長さの平均値が、流出側目封止部１３２の目封止長さの平均値よりも大きい場合において、合計目封止長さが９ｍｍ以下とされている場合には、隔壁１２のろ過面積長の低減を制限し、ＰＭ捕集率の低下抑制を図りやすくなる。

上記合計目封止長さは、ＰＭ捕集率の低下抑制の観点から、好ましくは、８ｍｍ以下、より好ましくは、７ｍｍ以下、さらに好ましくは、６ｍｍ以下とすることができる。なお、上記合計目封止長さは、流入側目封止部１３１の削れ余裕代を確保しやすくなるなどの観点から、好ましくは、２．５ｍｍ以上、より好ましくは、３．５ｍｍ以上、さらに好ましくは、４ｍｍ以上とすることができる。

排ガス浄化フィルタ１は、ガソリンエンジンの排気通路に配置されて用いられる、つまり、ＧＰＦとして用いられることによりその効果を十分に発揮することができる。もっとも、排ガス浄化フィルタ１は、ディーゼルエンジンの排気通路に配置されて用いられる、つまり、ＤＰＦとして用いられることもできる。

上述した排ガス浄化フィルタ１は、例えば、以下のようにして製造することができる。

先ず、隔壁を形成するためのセラミック原料粉と、バインダと、溶媒と、必要に応じて添加される造孔材と、必要に応じて添加される添加物とを混合し、混合物を成形して多数の貫通孔を有するハニカム成形体を得る。

隔壁を形成するためのセラミック原料粉は、隔壁を構成するセラミックに合わせて適宜選択することができる。例えば、チタン酸アルミニウムであれば、チタニア等のチタン源、アルミナ等のアルミニウム源を含むことができる。コーディエライトであれば、マグネシア等のマグネシウム源、アルミナ等のアルミニウム源、および、シリカ等のシリコン源を含むことができる。炭化ケイ素であれば、炭素源、および、ケイ素源を含むことができる。各成分の配合量は、所望のセラミックを得られるように適宜調節することができる。隔壁を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０は、７〜４０μｍとすることができる。粒径Ｄ５０はレーザー回折式粒度分布計による体積基準の粒度分布に基づいて得ることができる（以下、同様のため、省略する。）。

バインダとしては、有機バインダを用いることができる。有機バインダとしては、例えば、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩などが挙げられる。

造孔材は粉であり、焼成時に分解、燃焼、蒸発、昇華等によりハニカム成形体から除去されて、隔壁内に多孔質構造を付与する。このような造孔材としては、例えば、有機物粉、炭素粉、ドライアイス粉などが挙げられる。有機物粉としては、例えば、粉（馬鈴薯澱粉、コーンスターチ、小麦澱粉、エンドウ豆澱粉）、小麦粉、樹脂粉などが挙げられる。樹脂粉としては、例えば、ポリエチレン粉、膨張性樹脂粉（例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル、エポキシ樹脂等）などが挙げられる。炭素粉としては、例えば、カーボンブラックなどが挙げられる。造孔材の量および粒径によって、気孔径分布を制御することができる。

添加物としては、例えば、潤滑剤、可塑剤、および、分散剤などが挙げられる。

溶媒としては、水、アルコールなどが挙げられる。

次に、必要に応じて乾燥したハニカム成形体の流入端面に、流入セルが覆われるようにマスクを施す。次いで、マスクの施されたハニカム成形体の流入端面側の端部を、目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていない流出セルの開口部に目封止スラリーを充填する。次に、ハニカム成形体の流出端面に、流出セルが覆われるようにマスクを施す。次いで、マスクの施されたハニカム成形体の流出端面側の端部を、目封止スラリーに浸漬し、マスクが施されていない流入セルの開口部に目封止スラリーを充填する。その後、流出セルおよび流入セルの開口部に充填された目封止スラリーを乾燥することで、セルの開口部を目封止する目封止形成部を形成する。この際、流入側目封止部の目封止長さ、流出側目封止部の目封止長さについては、ハニカム成形体を目封止スラリーに浸漬する時間や浸漬の深さによって調整することができる。また、流入端面側と流出端面側とにおいて、使用する目封止スラリーの粘度等を変更してもよい。なお、流入側目封止部、流出側目封止部を形成するためのセラミック原料粉は、上述した隔壁を構成するセラミックと同様に、流入側目封止部、流出側目封止部を構成するセラミックに合わせて適宜選択することができる。流入側目封止部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０は、５〜３０μｍとすることができる。但し、流入側目封止部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０は、隔壁を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０よりも小さくなるように選択される。また、造孔材は、必要に応じて添加することができる。

次に、得られたハニカム成形体を焼成することにより、排ガス浄化フィルタを得ることができる。焼成温度および焼成雰囲気は原料により異なり、当業者であれば、選択された材料について最適な焼成温度および焼成雰囲気を選択することができる。例えば、隔壁をコーディエライトより構成する場合には、例えば、大気雰囲気、１４００〜１４５０℃にて焼成することができる。

＜実験例１＞
−排ガス浄化フィルタの作製−
本実験例では、上述した排ガス浄化フィルタの製造方法に従い、後述する表１に示すコーディエライト製の排ガス浄化フィルタからなる試験体１〜２４を作製した。隔壁およびスキン部の部分（ハニカム基材部分）を作製する際のセラミック原料粉、ならびに、流入側目封止部および流出側目封止部を作製する際のセラミック原料粉は、いずれも、焼成によってコーディエライトが生成するように、Ｓｉ源としてのシリカ、Ａｌ源としての水酸化アルミニウム、Ｍｇ源としてのタルクを含んでいる。なお、各試験体の作製では、いずれも、隔壁およびスキン部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０を７〜４０μｍの範囲とした。また、試験体７、８、１１、１２、１７−２４の作製では、流入側目封止部および流出側目封止部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０を５〜２０μｍの範囲とし、造孔材は添加しなかった。但し、流入側目封止部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０は、隔壁を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０よりも小さくした。また、試験体１−６、９、１０、１３−１６の作製では、流入側目封止部および流出側目封止部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０を２０〜４５μｍの範囲とした。但し、流入側目封止部を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０は、隔壁を形成するためのセラミック原料粉の粒径Ｄ５０と同等またはそれよりも大きくした。さらに、１５〜３０μｍの造孔材を、セラミック原料粉とバインダと溶媒との合計を１００重量％とした場合に対し、追加で５〜１５重量％添加した。なお、造孔材には、粒径Ｄ５０が２０μｍの球状カーボンを使用した。

各試験体は、いずれも、大気雰囲気、焼成温度１４４０℃にてハニカム成形体を焼成した。各試験体は、フィルタ直径が１１８．４ｍｍ、フィルタ長が１２０ｍｍの円柱状である。隔壁の厚さは８．５ｍｉｌ、セル数は３００ｃｐｓｉであり、セル形状は断面四角形状である。また、試験体１−２４については、流出側目封止部の目封止長さの平均値＜流入側目封止部の目封止長さの平均値の関係を満たすように構成されている。流入側目封止部の目封止長さの設定値は、具体的には、２．５ｍｍとした。

各試験体について、上述した測定方法に従って、隔壁の気孔率、隔壁の気孔径ｄ５０_Ｂ、流入側目封止部の気孔率、流入側目封止部の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎを測定した。この際、水銀ポロシメータには、島津製作所社製のオートポアＩＶ９５００を用いた。

−流入側目封止部の耐エロージョン評価−
各試験体における流入側目封止部の耐エロージョン性を、以下のようにして評価した。具体的には、図６に示されるように、試験体の排ガス浄化フィルタ１を、流入端面１５側を上方に向けた状態にて配置した。次いで、フィルタ軸ＦＰ上に、粉体噴射装置の粉体吹き出しノズルＮを、流入端面１５に対して直交するように配置した。つまり、粉体吹き出しノズルＮの傾斜角度αは、９０°とした。粉体吹き出しノズルＮのノズル直径Φ_Ｎは、８ｍｍである。流入端面１５と粉体吹き出しノズルＮの吹き出し口との間の距離ｌは、４０ｍｍとした。次いで、粉体噴射装置に、噴射物として粒径Ｄ５０が８μｍのシリカ（球状シリカ、宇部エクシモ社製、ハイプレシカ）を投入した。次いで、噴射圧力２０ｋＰａにて、流入端面１５に向けてシリカを噴射した。

次いで、シリカを１００ｇ噴射した後、流入側目封止部１３１の削れ量を次のようにして測定した。具体的には、非接触式レーザー深度顕微鏡（オリンパス社製、ＯＬＡ４１００）を用い、図７に示されるように、スキン部１４における流入端面１５側の端面を基準面ＢＰとしたときに、当該基準面ＢＰから内方への削れによる流入側目封止部１３１の凹み量ｙを測定した。測定は、３箇所の流入側目封止部１３１について行い、測定した全ての凹み量ｙの平均値を、流入側目封止部１３１の削れ量とした。

本実験例では、流入側目封止部の削れ量が０．７５ｍｍ未満であった場合を、飛散物による削れを十分に抑制することができ、耐エロージョン性に優れるとして「Ａ」とした。流入側目封止部の削れ量が０．７５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であった場合を、飛散物による削れを抑制することができ、耐エロージョン性が良好であるとして「Ｂ」とした。流入側目封止部の削れ量が１．０ｍｍ以上であった場合を、飛散物による削れを抑制することができず、耐エロージョン性に劣るとして「Ｃ」とした。

以上の結果をまとめて表１に示す。

表１に示されるように、試験体１−６、９、１０、１３−１６の排ガス浄化フィルタは、隔壁の気孔率が６０％以上７０％以下とされ、隔壁の気孔径ｄ５０_Ｂは１８μｍ以上２５μｍ以下とされてはいる。しかしながら、これらの排ガス浄化フィルタは、流入側目封止部の気孔率が６０％以上、または、流入側目封止部の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎが１８μｍ超とされている。そのため、これらの排ガス浄化フィルタは、飛散物による流入側目封止部の削れ（エロージョン）を抑制することができなかった。

これらに対し、試験体７、８、１１、１２、１７−２４の排ガス浄化フィルタは、流入側目封止部の気孔率が６０％未満とされ、隔壁の気孔率が６０％以上７０％以下とされている。また、流入側目封止部の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは１８μｍ未満とされ、隔壁の気孔径ｄ５０_Ｂは１８μｍ以上２５μｍ以下とされている。そのため、これらの排ガス浄化フィルタは、飛散物による流入側目封止部の削れ（エロージョン）を抑制することができた。この結果によれば、これらの排ガス浄化フィルタは、ＧＰＦとして好適に用いることができることが確認できた。

＜実験例２＞
実験例１における試験体１７の排ガス浄化フィルタ（フィルタ長：１２０ｍｍ）について、流入側目封止部の目封止長さの平均値と流出側目封止部の目封止長さの平均値とを合計した合計目封止長さを変化させた試験体を作製した。そして、各試験体についてＰＭ捕集率の増減効果（％）を求めた。なお、本実験例では、流出側目封止部の目封止長さの平均値＜流入側目封止部の目封止長さの平均値の関係を満たしている。

ＰＭ捕集率は、具体的には、次のように測定した。図８に示されるように、配管部９１と、排ガス浄化フィルタ１が内部に収容されるケース部９２と、配管部９１とケース部９２との間を繋ぐコーン部９３と、を有する試験装置９を準備した。ケース部９２の上流側の配管部９１は、排ガスを発生させるエンジンＥに接続されている。本実験例では、エンジンＥには、ガソリン直噴エンジン（排気量２．０Ｌターボ、４気筒）を用いた。また、ケース部９２の上流側の配管部９１には、上流側ＰＭ粒子数カウンタ９４１、および、温度センサ９５をそれぞれ設置した。一方、ケース部９２の下流側の配管部９１には、下流側ＰＭ粒子数カウンタ９５１を設置した。上流側ＰＭ粒子数カウンタ９４１、下流側ＰＭ粒子数カウンタ９５１には、ＡＶＬ社製の「ＡＶＬ−４８９」を用いた。そして、排ガス浄化フィルタにガソリン直噴エンジンから排出される排ガスを流した。このとき、排ガス浄化フィルタに流入する前の排ガス中のＰＭ数であるＮ_ｉｎ、排ガス浄化フィルタから流出する排ガス中のＰＭ数であるＮ_ｏｕｔを測定し、１００×｛１−（Ｎ_ｉｎ−Ｎ_ｏｕｔ）／Ｎ_ｉｎ｝の式より、ＰＭ捕集率を算出した。なお、測定条件は、温度約５００℃、吸入空気量２５ｇ／ｓｅｃとした。また、上記の測定は、排ガス浄化フィルタ内にＰＭが堆積していない初期状態にて行った。

そして、流入側目封止部の目封止長さの平均値と流出側目封止部の目封止長さの平均値とを合計した合計目封止長さが９ｍｍのときのＰＭ捕集率を基準とし、表２に示す各合計目封止長さとしたときのＰＭ捕集率増減効果を、以下の式により算出した。
ＰＭ捕集率増減効果（％）＝１００×｛（所定の合計目封止長さとしたときのＰＭ捕集率−合計目封止長さが９ｍｍのときのＰＭ捕集率）／（合計目封止長さが９ｍｍのときのＰＭ捕集率）｝

以上の結果をまとめて表２に示す。

表２に示されるように、合計目封止長さが長くなると、隔壁のろ過面積長が低減し、ＰＭ捕集率が小さくなることがわかる。合計目封止長さが９ｍｍ以下とされている場合には、隔壁のろ過面積長の低減を制限することができ、ＰＭ捕集率が大きくなることがわかる。この結果によれば、合計目封止長さを９ｍｍ以下とすることにより、ＰＭ捕集率の低下を抑制しやすくなるといえる。

本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。

１排ガス浄化フィルタ
１１セル
１１１流入セル
１１２流出セル
１２隔壁
１３１流入側目封止部
１３２流出側目封止部

Claims

排ガス（Ｇ）が流入する流入端面（１５）から上記排ガスが流出する流出端面（１６）まで延びる複数のセル（１１）と、
複数の上記セルを区画形成する多孔質の隔壁（１２）と、
複数の上記セルのうち上記排ガスが流出する流出セル（１１２）における上記流入端面側の開口部を目封止する流入側目封止部（１３１）と、
複数の上記セルのうち上記排ガスが流入する流入セル（１１１）における上記流出端面側の開口部を目封止する流出側目封止部（１３２）と、を有しており、
上記流入側目封止部の気孔率は、６０％未満であり、
上記隔壁の気孔率は、６０％以上７０％以下であり、
上記流入側目封止部の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径をｄ５０_Ｐｉｎ、上記隔壁の気孔径分布において累積気孔容積が５０％となる気孔径をｄ５０_Ｂとしたとき、
上記流入側目封止部の気孔径ｄ５０_Ｐｉｎは、１８μｍ未満であり、
上記隔壁の気孔径ｄ５０_Ｂは、１８μｍ以上２５μｍ以下である、
排ガス浄化フィルタ（１）。
上記流入側目封止部の目封止長さの平均値は、上記流出側目封止部の目封止長さの平均値よりも大きい、請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ。
上記流入側目封止部の目封止長さの平均値と上記流出側目封止部の目封止長さの平均値とを合計した合計目封止長さが、９ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の排ガス浄化フィルタ。
ガソリンエンジンの排気通路に配置されて用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス浄化フィルタ。