JP7329950B2 - パティキュレートフィルタ及びキャニング構造体 - Google Patents

Description

本発明はパティキュレートフィルタに関する。また、本発明はパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体に関する。

ディーゼルエンジン及び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の粒子状物質（以下、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒと記す。）にはススが含まれる。ススは人体に対し有害であり排出が規制されている。現在、排ガス規制に対応するために、通気性のある小細孔隔壁に排ガスを通過させ、スス等のＰＭを濾過するＤＰＦ及びＧＰＦに代表されるパティキュレートフィルタが幅広く用いられている。

従来、一方の底面から他方の底面まで延びる多数のセルが交互に目封止されたウォールフロー型の柱状ハニカム構造部を備えたパティキュレートフィルタが知られている。このようなパティキュレートフィルタにおいては、ススがある一定値以上堆積した時点で、排ガス温度を上昇させ、高温の排ガスをフィルタに流してススを燃焼除去することによりフィルタを再生し、圧力損失が過大になることを防いでいる。

フィルタ再生においては、フィルタに堆積したススを燃焼除去させる必要があるが、ススの燃焼に要する時間が長く、また、排ガス温度を上げるために余分な燃料を用いる必要がある。そのため、フィルタ再生は、ガス温度を上昇させ続けるための燃料の消費が過大になるという問題が生じる。また、フィルタ再生中は排ガス温度が高いため、アンモニアが酸化してしまい尿素ＳＣＲによるＮＯｘ浄化効率が大きく低下することから、ＮＯｘ排出量が増加してしまう問題も生じる。

また、排ガス温度を上昇させる方法として、燃焼室内の燃焼後期以降に燃焼室内に燃料を噴射させるポスト噴射を行い、この燃料をパティキュレートフィルタ前の酸化触媒で燃焼させてガス温度を上昇させる方法が一般的に知られている。フィルタ再生時間が長いとポスト噴射の燃料の一部が潤滑油に混入して潤滑油を希釈してしまい、潤滑性が悪化して部品摩耗を起こしてしまう問題も生じる。更には、再生直前にはスス堆積量が最大になり、圧損が過大になる問題もあった。そのため、フィルタ再生の際には、できるだけ低温で短時間にススを多く燃焼除去することが望まれる。

特開２００８－０５７３３３号公報（特許文献１）においては、ディーゼルエンジンを搭載した車両においてＤＰＦの自動再生時間を短縮して、エンジンの有効運転性を向上し得る車両のＤＰＦ再生処理装置が記載されている。当該装置によれば、ＤＰＦの温度は従来よりも低下するが、該ＤＰＦへ導入される酸素濃度が増大し、さらに排気流量が減少するため、ＤＰＦのフィルタ上のＰＭと排気中酸素の接触確率が増加し、フィルタ上のＰＭの燃焼が活性化し、ＰＭの燃焼除去が速く進み、ＰＭの自動再生時間を短縮することができるとされている。

特開２０１０－１１６９１３号公報（特許文献２）においては、フィルタの再生処理タイミングとなったときに、ディーゼルエンジンの窒素酸化物の排出量が小さくなるように、エンジン運転を制御することを特徴とするディーゼルエンジンのフィルタ再生制御装置が記載されている。当該装置によれば、フィルタ再生制御中であっても窒素酸化物ＮＯｘの排出量を増加させず、排気性能を悪化させないとされている。

特開２００８－０５７３３３号公報 特開２０１０－１１６９１３号公報

このように、パティキュレートフィルタを効率的に再生するための種々の改良が提案されているものの、特開２００８－０５７３３３号公報（特許文献１）の方法では、短時間で高効率にフィルタ再生を実施するという観点では、未だ改善の余地が残されている。また、特開２０１０－１１６９１３号公報（特許文献２）の方法では、ＮＯｘ低減に伴い、エンジン効率が低下する問題があり、短時間で高効率にフィルタ再生を実施するという観点でも不十分である。また、特に現在、乗用車ディーゼルの排ガス後処理の主流であるＳＣＲ触媒担持ＤＰＦにおいては、車上で尿素を分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元するが、種々提案されている強い酸化機能を有する触媒をスス酸化燃焼促進のために併用するとアンモニアが酸化されてしまってＮＯｘ浄化性能が悪化してしまう問題がある。

上記事情に鑑み、本発明は一実施形態において、低温の排ガスをフィルタ再生用ガスとして用いても短時間でフィルタ再生を効率良く行うことができるパティキュレートフィルタを提供することを課題とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのようなパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を提供することを課題とする。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討したところ、パティキュレートフィルタを構成する柱状ハニカム構造部の外周側面の一部又は全部を低熱伝導層で被覆することが有効であることを見出した。柱状ハニカム構造部の外周側面の一部又は全部を低熱伝導層で被覆することで、外周側面からの熱の逃げを減少させることができ、パティキュレートフィルタの外周近傍の温度低下を防止することができる、このため、低温の排ガスを用いて短時間でフィルタ再生を効率良く行うことができるようになる。本発明は当該知見に基づいて完成したものであり、以下に例示される。

［１］
第一底面から第二底面まで延び、第一底面が開口して第二底面が目封止された複数の第１セルと、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が目封止されて第二底面が開口する複数の第２セルとを有し、第１セル及び第２セルは多孔質の隔壁を挟んで交互に隣接配置されている柱状ハニカム構造部と、
柱状ハニカム構造部の外周側面の一部又は全部を被覆する低熱伝導層であって、低熱伝導層の厚み方向の熱伝導率が０．６W／（ｍ・K）以下である低熱伝導層と、
を備えるパティキュレートフィルタ。
［２］
低熱伝導層の厚さが０．５ｍｍ以上である［１］のパティキュレートフィルタ。
［３］
低熱伝導層は、柱状ハニカム構造部の外周側面の一部を被覆する一つ又は二つ以上の領域を有する［１］又は［２］のパティキュレートフィルタ。
［４］
柱状ハニカム構造部の外周側面のうち、低熱伝導層によって被覆される部分の面積の割合が３０％～１００％である［３］のパティキュレートフィルタ。
［５］
低熱伝導層は、気孔率が４０％以上の無機多孔質層であり、セラミックス粒子を含む［１］～［４］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
［６］
セラミックス粒子が板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の一方又は両方を含む［５］のパティキュレートフィルタ。
［７］
低熱伝導層は更にセラミックス繊維を含む［５］又は［６］のパティキュレートフィルタ。
［８］
低熱伝導層が、アルミナ粒子、ＳｉＯ₂ガラス粒子、ジルコニア粒子、コージェライトセルベン粒子、及びチタニア粒子よりなる群から選択される一種又は二種以上を含む［１］～［７］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
［９］
低熱伝導層は、厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である［１］～［８］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
［１０］
低熱伝導層は、熱伝導率が０．４W／（ｍ・K）以下である［１］～［９］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
［１１］
柱状ハニカム構造部は、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、Ｓｉ結合ＳｉＣ、及び窒化珪素よりなる群から選択される何れか一種を主成分とする［１］～［１０］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
［１２］
少なくとも低熱伝導層の外表面が疎水化処理されている［１］～［１１］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
［１３］
少なくとも低熱伝導層の外表面が疎水性樹脂でコーティングされている［１２］のパティキュレートフィルタ。
［１４］
排気管と、
当該排気管内に収納された［１］～［１３］の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタと、
当該排気管の内面及び当該パティキュレートフィルタの低熱伝導層の間に介在して当該パティキュレートフィルタを排気管内に保持するための緩衝マットと、
を備えたキャニング構造体。
［１５］
緩衝マットが前記パティキュレートフィルタと接触する箇所は低熱伝導層の外表面のみである［１４］のキャニング構造体。

本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタによれば、低温の排ガスをフィルタ再生用ガスとして用いても、短時間でフィルタ再生を効率良く行うことができる。これに伴い、本発明の一実施形態によれば、ススの燃焼に要する燃料消費量が削減できる、潤滑油が燃料によって希釈されるのを抑制できる、及びＮＯｘ浄化効率低下を抑制できるといった種々の利点が得られる。このように、本発明は一実施形態において、フィルタ再生技術に対して画期的な技術進歩をもたらすものであり、工業的利用価値が極めて高い。

本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタを、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。 本発明の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。 本発明の別の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。 本発明の更に別の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。 本発明の更に別の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。 本発明の第１実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第４実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第５実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第６Ａ実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第６Ｂ実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第７実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第８実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第９実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第１０実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。 本発明の第１１実施形態に係るパティキュレートフィルタを備えたキャニング構造体を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図である。

次に本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。また、図中の各部位の厚さの関係は実際に比率とは異なり、構造をわかりやすくするために肉厚の薄い部分も拡大して記載してあり、実際のものの厚さの比率をそのまま反映しては記載していない。

（１．パティキュレートフィルタ）
本発明に係るパティキュレートフィルタは、例えば、燃焼装置、典型的には車両に搭載されるエンジンからの排ガスラインに装着されるススを捕集するＤＰＦ（Diesel Ｐarticulate Filter）及びＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）として使用可能である。

特に、乗用車用のＤＰＦにおいては、スス捕集とＮＯｘ浄化の機能を同時に持たせるため、ＤＰＦにＣｕ置換ゼオライト、Ｆｅ置換ゼオライト等が担持される。この場合、尿素を車上で分解して得られるアンモニアによるＮＯｘ浄化が行われるが、アンモニアの酸化を促進してしまう酸化機能のある触媒はＮＯｘ浄化の弊害となってしまうので貴金属やアルカリ金属等の酸化機能の強い触媒を同時に担持することができないので、ススの再生効率向上を触媒に頼ることができない。この点、本発明に係るパティキュレートフィルタは、酸化機能のある触媒に頼らない手法でフィルタ再生効率を改善することができるので有利である。

本発明に係るパティキュレートフィルタは、例えば、排気管内に設置することができる。当該排気管の内面及び当該パティキュレートフィルタの間には、当該パティキュレートフィルタを排気管内に保持するための緩衝マットを介在させることができる。

図１には、本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタを、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。図示のパティキュレートフィルタ１は、外周側面１０２と、外周側面１０２の内側に配設され、第一底面１０４から第二底面１０６まで延び、第一底面１０４が開口して第二底面１０６が目封止された複数の第１セル１０８と、外周側面１０２の内側に配設され、第一底面１０４から第二底面１０６まで延び、第一底面１０４が目封止されて第二底面１０６が開口する複数の第２セル１１０とを有するハニカム構造部１００を備える。柱状ハニカム構造部１００は、第１セル１０８及び第２セル１１０を区画形成する多孔質の隔壁１１２を備えており、第１セル１０８及び第２セル１１０が隔壁１１２を挟んで交互に隣接配置されている。

パティキュレートフィルタ１の上流側の第一底面１０４にススを含む排ガスが供給されると、排ガスは第１セル１０８に導入されて第１セル１０８内を下流に向かって進む。第１セル１０８は下流側の第二底面１０６が目封止されているため、排ガスは第１セル１０８と第２セル１１０を区画する多孔質の隔壁１１２を透過して第２セル１１０に流入する。ススは隔壁１１２を通過できないため、第１セル１０８内に捕集され、堆積する。ススが除去された後、第２セル１１０に流入した清浄な排ガスは第２セル１１０内を下流に向かって進み、下流側の第二底面１０６から流出する。

また、パティキュレートフィルタ１は、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の一部又は全部を被覆する低熱伝導層１２０を備える。低熱伝導層１２０は、厚み方向の熱伝導率が０．６W／（ｍ・K）以下であり、断熱性能が高い。このため、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２からの熱の逃げを減少させることができ、パティキュレートフィルタの外周近傍の温度低下を防止することができる。

（１－１ 柱状ハニカム構造部）
柱状ハニカム構造部１００の外形は柱状である限り特に限定されない。例えば、底面が多角形や円形の柱状とすることができる。多角形としては、四角形（長方形、正方形等）、六角形などが挙げられ、円形としては、真円、楕円、長丸などが挙げられる。典型的な実施形態においては、柱状ハニカム構造部１００の外形は円柱状又は四角柱状とすることができる。また、パティキュレートフィルタ１の大きさは、例えば、底面の面積を６００～２００００ｍｍ²とすることができ、典型的には１０００～３０００ｍｍ²とすることができる。パティキュレートフィルタ１のセルの流路方向の長さ（高さ）は、例えば、１００～５００ｍｍとすることができ、典型的には１２０～４００ｍｍとすることができる。

第１セル１０８及び第２セル１１０の延びる方向（高さ方向）に直交する断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。これ等の中でも、正方形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、柱状ハニカム構造部１００をパティキュレートフィルタとして使用したときに、排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、浄化性能が優れたものとなる。

柱状ハニカム構造部１００を構成する隔壁１１２は、熱伝導率が３W／（ｍ・K）以上であることが好ましい。隔壁１１２の熱伝導率が３W／（ｍ・K）以上であることで、フィルタ再生時に柱状ハニカム構造部１００をススの燃焼に必要な温度まで上昇させるのに必要な時間を短縮することができる。隔壁１１２の熱伝導率の下限は、３W／（ｍ・K）以上であることがより好ましく、５W／（ｍ・K）以上であることが更により好ましい。隔壁１１２の熱伝導率に上限は特にないが、典型的には５０W／（ｍ・K）以下である。隔壁１１２の熱伝導率は、回転砥石による切断方法で測定サンプルを採取し、レーザーフラッシュ法により２５℃で測定することができる。

隔壁１１２の気孔率は例えば、３０％～８０％程度とすることができ、３５％～６５％であることが好ましい。隔壁の気孔率を上記範囲内とすることで、製造されるハニカム構造部の強度を維持しつつ、圧力損失を抑えることができる利点を有する。一方、気孔率が３０％よりも低い場合、圧力損失が上昇する問題が発生し、気孔率が８０％を超えると、強度が低下し、かつ、熱伝導率が下がる等の影響がある。ここで、気孔率は水銀圧入法によって測定することができる。

柱状ハニカム構造部１００の材質としては、限定的ではないが、多孔質セラミックスを挙げることができる。セラミックスとしては、コージェライト、ムライト、リン酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、珪素－炭化珪素複合材（例：Ｓｉ結合ＳｉＣ）、コージェライト－炭化珪素複合体、ジルコニア、スピネル、インディアライト、サフィリン、コランダム、チタニア、窒化珪素等が挙げられる。そして、これらのセラミックスは、１種を単独で含有するものでもよいし、２種以上を同時に含有するものであってもよい。柱状ハニカム構造部１００のその他の材料としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＮｉよりなる群から選択される一種又は二種以上を主成分とする合金成分を含有する多孔質焼結金属等が挙げられる。

柱状ハニカム構造部１００は、公知のハニカム構造体の製造方法に準じて製造可能である。まず、所定のセラミックス原料を含有する坏土を作製する。次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。ハニカム成形体の底面を目封止する方法は、特に限定されるものではなく、所定のマスクを貼った底面のセル開口部に、目封止スラリーを充填するといった周知の手法を採用することができる。その後、乾燥後のハニカム成形体に対して焼成を行うことで柱状ハニカム構造部を作製可能である。

柱状ハニカム構造部１００は、一体成形品として提供することも可能である。また、柱状ハニカム構造部１００は、それぞれが外周側壁を有する複数の柱状ハニカム構造部のセグメントを、側面同士で接合して一体化し、セグメント接合体として提供することも可能である。柱状ハニカム構造部１００をセグメント接合体として提供することにより、耐熱衝撃性を高めることができる。

セグメント接合体は例えば以下のように製造することができる。各セグメントの両底面に接合材付着防止用フィルムを貼り付けた状態で、接合面（側面）に接合材を塗工する。次に、これらのセグメントを、セグメントの互いの側面同士が対向するように隣接して配置し、隣接するセグメント同士を圧着した後、加熱乾燥する。このようにして、隣接するセグメントの側面同士が接合材によって接合されたセグメント接合体を作製する。

接合材付着防止用フィルムの材料は、特に制限はないが、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、又はテフロン（登録商標）等の合成樹脂を好適に使用可能である。また、フィルムは粘着層を備えていることが好ましく、粘着層の材料は、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂（例えば、天然ゴム又は合成ゴムを主成分とするゴム）、又はシリコーン系樹脂であることが好ましい。

接合材としては、例えば、セラミックス粉末、分散媒（例えば、水等）、及び必要に応じて、バインダ、解膠剤、発泡樹脂等の添加剤を混合することによって調製したものを用いることができる。セラミックスとしては、コージェライト、ムライト、リン酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、珪素－炭化珪素複合材（例：Ｓｉ結合ＳｉＣ）、コージェライト-炭化珪素複合体、ジルコニア、スピネル、インディアライト、サフィリン、コランダム、チタニア、窒化珪素等が挙げられ、柱状ハニカム構造部と同材質であることがより好ましい。バインダとしては、ポリビニルアルコールやメチルセルロースなどを挙げることができる。

セグメント接合体に対しては、外周部を研削加工して所望の形状（例えば円柱状）とし、外周側面にコーティング材を塗工した後、乾燥及び熱処理して外周コート層を形成してもよい。コーティング材としては、特に限定されず、公知の外周コート材を用いることができる。外周コート材としては、例えば、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、セラミック粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加剤と水とを加えて混練し、スラリー状としたものを挙げることができる。また、外周コート材の塗工方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。

図２－１には、本発明の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。本実施形態においては、外周側面１０２は円筒状であり、円筒状の排気管の内面に対応する形状となっている。また、本実施形態においては、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている。外周側面１０２は、外周コート層の外表面によって形成されてもよいし、外周部を研削加工した直後のセルが露出した状態でもよい。

ハニカム構造部の外周側面から熱が逃げるのを抑制するという観点からは、排気管や緩衝マット等の外周側の部材に、パティキュレートフィルタが接触する面積が少ないほうが望ましい。このため、ハニカム構造部の外周側面は、外周側の部材に接触せずに外周側の部材との間に空隙（断熱空気層）が生じるように、一つ又は複数の凹部（例：溝）を備えることが好ましい。凹部の深さは、限定的ではないが、例えば、０．２～３ｍｍとすることができ、典型的には、０．５～１ｍｍとすることができる。

凹部を形成する方法としては、ハニカム成形体の焼成前又は焼成後に、外周側面を砥石で研削加工する方法が挙げられる。外周コート層に凹部を形成してもよい。凹部はハニカム構造部を形成するセルに到達する場合もあるため、この場合は、焼成前又は焼成後に、凹部をガスシールすることが好ましい。ガスシールの方法としては、限定的ではないが、先述した外周コート層又は後述する低熱伝導層を凹部に形成する方法が挙げられる。この際、外周コート層又は後述する低熱伝導層は凹部のみに形成してもよいし、外周側面全体に形成してもよい。更に、外周コート層の上に、後述する低熱伝導層を凹部に形成してもよい。外周コート層の厚みは、限定的ではないが、例えば０．１～２ｍｍとすることができ、典型的には０．２～０．５ｍｍとすることができる。外周コート層はハニカム構造部の外周温度を上昇させる観点から、低熱容量であることが好ましく、厚さは０．２ｍｍ～０．３ｍｍであることが、より好ましい。触媒コートが外へ漏れないようにするため、外周コート層の気孔率は２０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。

図２－２には、本発明の別の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。本実施形態においては、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている。また、本実施形態においては、ハニカム構造部１００の中心軸を中心として、ハニカム構造部１００の外周側面１０２を同軸円状に周回する凹部１０９ａ１が、ハニカム構造部１００の中心軸方向に並んで１つ以上形成されている。このように同軸円状に凹部１０９ａ１を配置する場合は、断熱性能を高めるため、２つ以上の凹部１０９ａ１を配置することが好ましく、３つ以上の凹部１０９ａ１を配置することがより好ましい。また、複数の同軸円状の凹部１０９ａ１はハニカム構造部１００の中心軸方向に等間隔に配置されていることが好ましい。凹部１０９ａ１が形成されていないところは、１つ又は２つ以上の凸部１０９ｂとして同軸円状に残留する。

図２－３には、本発明の更に別の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。本実施形態においては、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている。また、本実施形態においては、ハニカム構造部１００の中心軸に平行に第一底面１０４から第二底面１０６まで延びる凹部１０９ａ２がハニカム構造部１００の円周方向に並んで複数形成されている。このようなハニカム構造部１００の中心軸に平行に延びる凹部１０９ａ２を形成する場合には、断熱性能を高めるため、１つ以上の凹部を形成することが好ましく、２つ以上の凹部を形成することがより好ましい。凹部１０９ａ２が形成されていないところは、中心軸に平行に延びる１つ又は２つ以上の凸部１０９ｂとして残留する。

図２－４には、本発明の更に別の一実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００の、底面図（ａ）及び側面図（ｂ）が示されている。本実施形態においては、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている。また、本実施形態においては、柱状ハニカム構造部１００の外周側面には、複数の凸部１０９ｂが点在して残留するように、同軸円状の複数の凹部１０９ａ１及び中心軸方向に延びる複数の凹部１０９ａ２が連結されている。

柱状ハニカム構造部１００は用途に応じて適切な触媒を担持してもよい。触媒としては、限定的ではないが、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化燃焼させて排気ガス温度を高めるための酸化触媒（ＤＯＣ）、スス等のＰＭの燃焼を補助するＰＭ燃焼触媒、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するためのＳＣＲ触媒及びＮＳＲ触媒、並びに、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に除去可能な三元触媒が挙げられる。触媒は、例えば、貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等）、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等）、アルカリ土類金属（Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ等）、希土類（Ｃｅ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ等）、遷移金属（Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ等）等を適宜含有することができる。

また、パティキュレートフィルタ１は触媒を担持しなくてもよい。従って、パティキュレートフィルタ１は、一実施形態において酸化触媒を担持しておらず、別の一実施形態においてＰＭ燃焼触媒を担持しておらず、更に別の一実施形態においてＳＣＲ触媒を担持しておらず、更に別の一実施形態において三元触媒を担持しておらず、更に別の一実施形態において酸化触媒、ＰＭ燃焼触媒、ＳＣＲ触媒及び三元触媒の何れも担持していない。

（１－２ 低熱伝導層）
柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の一部又は全部を被覆する低熱伝導層１２０は、厚み方向の熱伝導率が０．６W／（ｍ・K）以下である。断熱性能を高めるという観点から、低熱伝導層１２０の厚み方向の熱伝導率の上限は０．４W／（ｍ・K）以下であることが好ましく、０．３W／（ｍ・K）以下であることがより好ましい。低熱伝導層１２０に特に下限は設定されず、厚み方向の熱伝導率が０．０５W／（ｍ・K）以上であることが最も好ましいが、製造容易性の観点から、通常は０．０８W／（ｍ・K）以上であり、典型的には０．１W／（ｍ・K）以上である。

低熱伝導層１２０の厚み方向の熱伝導率は、近傍の柱状ハニカム構造部を含めて砥石で切り出した後、厚み方向の研削加工で低熱伝導層以外を除去する方法で測定サンプルを採取し、定常法により２５℃で測定することができる。

低熱伝導層の厚さの下限は、断熱性能を高めるという観点から、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、０．８ｍｍ以上であることがより好ましく、１ｍｍ以上であることが更により好ましい。一方で、低熱伝導層の厚さの上限は、低熱伝導層の熱容量自体を低減するという観点から、５ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以下であることが更により好ましい。低熱伝導層の熱容量を低減する観点から、低熱伝導層の比熱は、０．２Ｊ／ｇ／Ｋ以下であることが好ましく、０．１Ｊ／ｇ／Ｋ以下であることがより好ましい。

低熱伝導層１２０が、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の一部を被覆する場合、低熱伝導層１２０が、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の一部を被覆する領域は、一箇所であってもよいし、二箇所以上の領域に分かれていてもよい。例えば、図２－２に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、同軸円状の１つ又は２つ以上の凸部１０９ｂの表面のみを低熱伝導層で被覆することができる。図２－３に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、中心軸に平行に伸びる１つ又は２つ以上の凸部１０９ｂの表面のみを低熱伝導層で被覆することができる。図２－４に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、点在する１つ又は２つ以上の凸部１０９ｂの表面のみを低熱伝導層で被覆することができる。

凸部１０９ｂは、パティキュレートフィルタを排気管に設置するときに、排気管や緩衝マット等の外周側の部材へ接触する部位となるため、凸部１０９ｂの表面すべてを低熱伝導層で被覆することが好ましい。

低熱伝導層１２０が、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の全部を被覆する場合の実施形態について幾つか例示する。例えば、図２－１に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、外周側面１０２全体を低熱伝導層が被覆することができる。図２－２に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、同軸円状の凹部１０９ａ１及び凸部１０９ｂの表面を含む外周側面１０２全体を低熱伝導層１２０で被覆することができる。図２－３に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、中心軸に平行に延びる凹部１０９ａ２及び凸部１０９ｂの表面を含む外周側面１０２全体を低熱伝導層１２０で被覆することができる。図２－４に示す実施形態に係る柱状ハニカム構造部１００においては、同軸円状の凹部１０９ａ１、中心軸に平行に延びる凹部１０９ａ２、及び凸部１０９ｂの表面を含む外周側面１０２全体を低熱伝導層１２０で被覆することができる。低熱伝導層１２０が、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の全部を被覆することで、断熱性能が向上すると共に、塗分けが不要となるので、低熱伝導層１２０の形成工程を単純化することが可能である。

断熱性能を高めるという観点からは、柱状ハニカム構造部の外周側面のうち、低熱伝導層によって被覆される部分の面積の割合は高いほうが望ましい。このため、一実施形態において、柱状ハニカム構造部の外周側面のうち、低熱伝導層によって被覆される部分の面積の割合が３０～１００％である。当該面積の割合は５０～１００％であることが好ましく、７０～１００％であることがより好ましく、９０～１００％であることが更に好ましい。

断熱性能を高めるという観点から、低熱伝導層は無機多孔質であることが好ましい。一実施形態において、低熱伝導層は、セラミックス粒子を含有することができ、球状セラミックス粒子を使用してもよい。しかしながら、セラミックス粒子の中では板状セラミックス粒子及び針状セラミックスの少なくとも一方を使用することが好ましい。セラミックス粒子は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子、ＳｉＯ₂ガラス粒子、ジルコニア（ＺｒＯ₂）粒子、コージェライトセルベン粒子（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、及びチタニア（ＴｉＯ₂）粒子よりなる群から選択される一種又は二種以上を含むことが好ましく、中でも板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の一方又は両方を含むことを含むことがより好ましい。その他、セラミックス粒子としては、例えば、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、マグネシア（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ₆Ｏ₁₃Ｓｉ₂）、コージェライト（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）等の金属酸化物粒子を含有してもよい。

低熱伝導層はセラミックス粒子に加えてセラミックス繊維を含有することが好ましい。セラミックス繊維は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）繊維、ＳｉＯ₂ガラス繊維、ジルコニア繊維、コージェライトセルベン繊維、及びチタニア繊維よりなる群から選択される一種又は二種以上を含むことが好ましい。その他、セラミックス繊維としては、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、チタニア（ＴｉＯ₂）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ₆Ｏ₁₃Ｓｉ₂）、コージェライト（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）等の金属酸化物の繊維を含有してもよい。

一実施形態において、低熱伝導層は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を５質量％以上含有し、好ましくは２０質量％以上含有し、より好ましくは３０質量％以上含有し、例えば４０量％以上含有する。アルミナは板状アルミナ粒子として提供してもよく、アルミナ繊維として提供してもよく、板状アルミナ粒子及びアルミナ繊維の組み合わせとして提供してもよい。

一実施形態において、低熱伝導層は、５質量％以上５５質量％以下のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子と、４５質量％以上８５質量％以下のチタニア（ＴｉＯ₂）粒子と、セラミックス繊維とを含んでいても良い。

低熱伝導層は更に、タルク（Ｍｇ₃Ｓｉ₄Ｏ₁₀（ＯＨ）₂）、マイカ、カオリン等の鉱物・粘土、ガラス、コロイダルシリカ等を含有してもよい。

板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子は、低熱伝導層内において、骨材又は補強材として機能し得る。すなわち、板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子は、低熱伝導層の強度を向上させ、さらに、製造工程において低熱伝導層が収縮することを抑制する。また、板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子は、低熱伝導層内の伝熱経路を分断することができる。そのため、骨材として球状セラミックス粒子及び／又はセラミックス繊維のみを用いる形態と比較して、断熱性能を向上させることができる。

板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子は、長手方向の平均サイズが１μｍ以上１００μｍ以下であってよい。長手方向の平均サイズが５μｍ以上であれば、セラミックス粒子の過剰な焼結を抑制することができる。長手方向の平均サイズが１００μｍ以下であれば、上述したように低熱伝導層内の伝熱経路を分断する効果が得られ、高温環境で用いる複合部材に好適に適用し得る。また、板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子は、平均アスペクト比が５以上１００以下であってよい。平均アスペクト比が５以上であればセラミックス粒子の焼結を良好に抑制することができ、１００以下であれば板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子自体の強度低下が抑制される。板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の長手方向の平均サイズはそれぞれ、ＳＥＭ画像解析測定される。具体的には、ＳＥＭ画像から各セラミックス粒子を取り囲むことのできる最小円の直径を求め、これを各セラミックス粒子の長手方向のサイズとする。そして、複数のセラミックス粒子についてサイズを算出し、それらの平均値を長手方向の平均サイズとする。また、板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の平均アスペクト比はそれぞれ、板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の平均アスペクト比＝板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の長手方向の平均サイズ／板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の短手方向の平均サイズで表される。板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の短手方向の平均サイズはそれぞれ、ＳＥＭ画像解析によって測定される。具体的には、ＳＥＭ画像から各セラミックス粒子に取り囲まれることのできる最大円の直径を求め、これを各セラミックス粒子の短手方向のサイズとする。そして、複数のセラミックス粒子についてサイズを算出し、それらの平均値を短手方向の平均サイズとする。

球状セラミックス粒子を使用する場合、その平均サイズは例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下とすることができ、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。球状セラミックス粒子の平均サイズはＳＥＭ画像解析によって測定される。具体的には、ＳＥＭ画像から各セラミックス粒子の面積に基づき円相当径を求め、これを各セラミックス粒子のサイズとする。そして、複数のセラミックス粒子についてサイズを算出し、それらの平均値を平均サイズとする。

セラミックス繊維を、セラミックス粒子に加えて低熱伝導層内に添加することで、低熱伝導層の強度を向上させることができる。また、セラミックス繊維は、製造工程において低熱伝導層が収縮することを抑制する。セラミックス繊維の平均長さは、５０μｍ以上２００μｍ以下であってよい。また、セラミックス繊維の直径（平均径）は、１～２０μｍであってよい。低熱伝導層におけるセラミックス繊維の体積率（低熱伝導層を構成する材料に占めるセラミックス繊維の体積率）は、５体積％以上２５体積％以下であってよい。５体積％以上のセラミックス繊維を含むことにより、低熱伝導層の製造過程（焼成工程）において低熱伝導層内のセラミックス粒子の収縮を十分に抑制することができる。また、セラミックス繊維の体積率を２５体積％以下とすることにより、低熱伝導層内の伝熱経路を分断することができ、高温環境で用いる複合部材に好適に適用し得る。

低熱伝導層１２０は気孔率の下限が４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることが更により好ましい。但し、気孔率が高すぎると、強度が低下するため、気孔率の上限は８５％以下であることが好ましく、８０％以下であることがより好ましく、７５％以下であることが更により好ましい。ここで、気孔率は水銀圧入法によって測定することができる。

低熱伝導層を形成する方法としては、柱状ハニカム構造部の外周側面の少なくとも一部に原料を塗布し、乾燥及び焼成を行う方法が挙げられる。原料の塗布方法として、ディップコート、スピンコート、スプレーコート、スリットダイコート、溶射、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法、印刷、刷毛塗り、コテ塗り、モールドキャスト成形等を用いることができる。なお、目的とする低熱伝導層の厚みが厚い場合、又は、低熱伝導層が多層構造の場合、原料の塗布および原料の乾燥を複数回繰り返し、目的とする厚み、又は、多層構造に調整してもよい。

低熱伝導層の原料としては、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の他に、バインダ、造孔材及び溶媒を含有する混合物を用いてよい。バインダとして、無機バインダを使用してよい。無機バインダの一例として、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル等が挙げられる。これらの無機バインダは、焼成後の低熱伝導層の強度を向上させることができる。造孔材として、高分子系造孔材、カーボン系粉等を使用してよい。具体的には、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレン粒子、ポリスチレン粒子、カーボンブラック粉末、黒鉛粉末等が挙げられる。造孔材は、目的に応じて種々の形状であってよく、例えば、球状、板状、繊維状等であってよい。造孔材の添加量、サイズ、形状等を選択することにより、低熱伝導層の気孔率、気孔サイズを調整することができる。溶媒は、他の原料に影響を及ぼすことなく原料の粘度を調整可能なものであればよく、例えば、水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等を使用することができる。

少なくとも低熱伝導層の外表面は、水による湿潤を防止するために疎水化処理されていることが好ましい。疎水化処理の方策としては、例えば疎水性樹脂を低熱伝導層の外表面にコートする方法があるが、これに限らない。疎水性樹脂としては、例えば、フッ素樹脂（例：ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン等）が挙げられる。疎水性樹脂の耐熱温度としては２００℃以上であることが好ましい。また、疎水化処理の方法としては、アルキル基を有するシラン化合物等の疎水化剤で低熱伝導層の外表面を処理する方法も挙げられる。

キャニング時にパティキュレートフィルタを保持するための緩衝マットは、水及び尿素水等を吸収しやすいので、熱伝導をしやすい状態になりやすい。低熱伝導層の湿潤を防止することにより、低熱伝導層の断熱性が保たれ、緩衝マットが湿潤して熱を通しやすくなった場合でも、低熱伝導層の厚み方向の断熱性が保たれる。

（２．キャニング構造体）
本発明の一実施形態によれば、
排気管と、
当該排気管内に収納された本発明に係るパティキュレートフィルタと、
当該排気管の内面及び当該パティキュレートフィルタの低熱伝導層の間に介在して当該パティキュレートフィルタを排気管内に保持するための緩衝マットと、
を備えたキャニング構造体が提供される。

緩衝マットとしては、パティキュレートフィルタをキャニングしたときに、パティキュレートフィルタの、セルの延びる方向における移動を抑止することができるものであればよく、公知の緩衝マットが使用可能である。緩衝マットとしては、例えば、非膨張性セラミック繊維マット又は熱膨張性鉱物材料マット等が挙げられる。

排気管内において、緩衝マットがパティキュレートフィルタと接触する箇所は低熱伝導層の外表面のみであることが好ましい。これにより、パティキュレートフィルタの外周側面から熱が緩衝マットを通って逃げるのを減少させることができ、パティキュレートフィルタの外周近傍の温度低下防止効果を高めることができる。

図３－１には、本発明の第１実施形態に係るキャニング構造体３１０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３１０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。キャニング構造体３１０においては、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２の全面が低熱伝導層１２０に被覆されている。また、キャニング構造体３１０においては、柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２はセルが露出した状態となっているところ、低熱伝導層１２０がガスシールの役割も果たしており、別途外周コート層を形成する手間が省略できるという利点が得られる。

図３－２には、本発明の第２実施形態に係るキャニング構造体３２０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３２０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。キャニング構造体３２０においては、外周コート層１１４が柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２を形成しており、外周側面１０２の全面が低熱伝導層１２０に被覆されている。

図３－３には、本発明の第３実施形態に係るキャニング構造体３３０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３３０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。キャニング構造体３３０においては、外周コート層１１４が柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２を形成している。

キャニング構造体３３０の外周コート層１１４は、同軸円状の凸部１０９ｂを柱状ハニカム構造部１００の高さ方向（セルの延びる方向）の中央部に有しており、凸部１０９ｂは低熱伝導層１２０に被覆されている。凸部１０９ｂの第一底面１０４側及び第二底面１０６側には、それぞれ同軸円状の凹部１０９ａ１が隣接して形成されている。緩衝マット２１０がパティキュレートフィルタ１と接触する箇所は低熱伝導層１２０の外表面のみである。ハニカム構造部１００の外周側面１０２の凹部１０９ａ１が形成されている箇所には、外周側の部材との間に空隙が生じている。当該構成により、パティキュレートフィルタ１が外周側の部材と接触する面積が小さくなり、断熱性能を高めることができる。

図３－４には、本発明の第４実施形態に係るキャニング構造体３４０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３４０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。キャニング構造体３４０においては、外周コート層１１４が柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２を形成している。

キャニング構造体３４０の外周コート層１１４は、同軸円状の凹部１０９ａ１を柱状ハニカム構造部１００の高さ方向（セルの延びる方向）の中央部に有している。凹部１０９ａ１の第一底面１０４側及び第二底面１０６側には、それぞれ同軸円状の凸部１０９ｂが隣接して形成されており、凸部１０９ｂは低熱伝導層１２０に被覆されている。緩衝マット２１０がパティキュレートフィルタ１と接触する箇所は低熱伝導層１２０の外表面のみである。ハニカム構造部１００の外周側面１０２の凹部１０９ａ１が形成されている箇所には、外周側の部材との間に空隙が生じている。当該構成により、パティキュレートフィルタ１が外周側の部材と接触する面積が小さくなり、断熱性能を高めることができる。

図３－５には、本発明の第５実施形態に係るキャニング構造体３５０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３５０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。キャニング構造体３５０においては、外周コート層１１４が柱状ハニカム構造部１００の外周側面１０２を形成している。

キャニング構造体３５０の外周コート層１１４は、３か所の同軸円状の凸部１０９ｂと２か所の同軸円状の凹部１０９ａ１とが柱状ハニカム構造部１００の高さ方向（セルの延びる方向）に、凸部、凹部、凸部、凹部、凸部の順に交互に隣接して形成されている。凸部１０９ｂは低熱伝導層１２０に被覆されている。緩衝マット２１０がパティキュレートフィルタ１と接触する箇所は低熱伝導層１２０の外表面のみである。ハニカム構造部１００の外周側面１０２の凹部１０９ａ１が形成されている箇所には、外周側の部材との間に空隙が生じている。当該構成により、パティキュレートフィルタ１が外周側の部材と接触する面積が小さくなり、断熱性能を高めることができる。

図３－６Ａには、本発明の第６Ａ実施形態に係るキャニング構造体３６０Ａを、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３６０Ａは、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。

キャニング構造体３６０Ａの外周側面１０２は、同軸円状の凸部１０９ｂを柱状ハニカム構造部１００の高さ方向（セルの延びる方向）の中央部に有しており、凸部１０９ｂは低熱伝導層１２０に被覆されている。凸部１０９ｂは外周コート層が形成されていないため、低熱伝導層１２０がガスシールの役割も果たしている。凸部１０９ｂの第一底面１０４側及び第二底面１０６側には、それぞれ同軸円状の凹部１０９ａ１が隣接して形成されている。凹部１０９ａ１は薄い、最低限の厚みの外周コート層で覆われている。緩衝マット２１０がパティキュレートフィルタ１と接触する箇所は低熱伝導層１２０の外表面のみである。ハニカム構造部１００の外周側面１０２の凹部１０９ａ１が形成されている箇所には、外周側の部材との間に空隙が生じている。当該構成により、パティキュレートフィルタ１が外周側の部材と接触する面積が小さくなり、断熱性能を高めることができる。

図３－６Ｂには、本発明の第６Ｂ実施形態に係るキャニング構造体３６０Ｂを、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３６０Ｂは、低熱伝導層１２０が柱状ハニカム構造部１００の外周側面全体を被覆している点で、図３－６Ａに示すキャニング構造体３６０Ａと異なる。キャニング構造体３６０Ｂのその他の構成は図３－６Ａに示すキャニング構造体３６０Ａと同様である。

図３－７には、本発明の第７実施形態に係るキャニング構造体３７０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３７０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。

キャニング構造体３７０の外周側面１０２は、同軸円状の凹部１０９ａ１を柱状ハニカム構造部１００の高さ方向（セルの延びる方向）の中央部に有している。凹部１０９ａ１は薄い、最低限の厚みの外周コート層で覆われている。凹部１０９ａ１の第一底面１０４側及び第二底面１０６側には、それぞれ同軸円状の凸部１０９ｂが隣接して形成されており、凸部１０９ｂは低熱伝導層１２０に被覆されている。凸部１０９ｂは外周コート層が形成されていないため、低熱伝導層１２０がガスシールの役割も果たしている。緩衝マット２１０がパティキュレートフィルタ１と接触する箇所は低熱伝導層１２０の外表面のみである。ハニカム構造部１００の外周側面１０２の凹部１０９ａ１が形成されている箇所には、外周側の部材との間に空隙が生じている。当該構成により、パティキュレートフィルタ１が外周側の部材と接触する面積が小さくなり、断熱性能を高めることができる。

図３－８には、本発明の第８実施形態に係るキャニング構造体３８０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３８０は、排気管２２０と、排気管２２０内に収納されたパティキュレートフィルタ１と、排気管２２０の内面及び低熱伝導層１２０の間に介在してパティキュレートフィルタ１を排気管内に保持するための緩衝マット２１０とを備える。

キャニング構造体３８０の外周側面１０２は、３か所の同軸円状の凸部１０９ｂと２か所の同軸円状の凹部１０９ａ１とが柱状ハニカム構造部１００の高さ方向（セルの延びる方向）に、凸部、凹部、凸部、凹部、凸部の順に交互に隣接して形成されている。凸部１０９ｂは低熱伝導層１２０に被覆されている。凸部１０９ｂは外周コート層が形成されていないため、低熱伝導層１２０がガスシールの役割も果たしている。緩衝マット２１０がパティキュレートフィルタ１と接触する箇所は低熱伝導層１２０の外表面のみである。ハニカム構造部１００の外周側面１０２の凹部１０９ａ１が形成されている箇所には、外周側の部材との間に空隙が生じている。凹部１０９ａ１は薄い、最低限の厚みの外周コート層で覆われている。当該構成により、パティキュレートフィルタ１が外周側の部材と接触する面積が小さくなり、断熱性能を高めることができる。

図３－９には、本発明の第９実施形態に係るキャニング構造体３９０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体３９０は、柱状ハニカム構造部１００の外周側面全体に外周コート層１１４が形成されている点で、図３－６Ａに示すキャニング構造体３６０Ａと異なる。また、キャニング構造体３９０は、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている点でも、図３－６Ａに示すキャニング構造体３６０Ａと異なる。キャニング構造体３９０のその他の構成は図３－６Ａに示すキャニング構造体３６０Ａと同様である。

図３－１０には、本発明の第１０実施形態に係るキャニング構造体４００を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体４００は、柱状ハニカム構造部１００の外周側面全体に外周コート層１１４が形成されている点で、図３－７に示すキャニング構造体３７０と異なる。また、キャニング構造体４００は、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている点でも、図３－７に示すキャニング構造体３７０と異なる。キャニング構造体４００のその他の構成は図３－７に示すキャニング構造体３７０と同様である。

図３－１１には、本発明の第１１実施形態に係るキャニング構造体４１０を、セルの延びる方向に平行な断面から観察したときの模式的な断面図が示されている。キャニング構造体４１０は、柱状ハニカム構造部１００の外周側面全体に外周コート層１１４が形成されている点で、図３－８に示すキャニング構造体３８０と異なる。また、キャニング構造体４１０は、柱状ハニカム構造部をもつ複数のセグメント１００ａが、接合材１０７により側面同士で接合されて一体化されている点でも、図３－８に示すキャニング構造体３８０と異なる。キャニング構造体４１０のその他の構成は図３－８に示すキャニング構造体３８０と同様である。

（３．パティキュレートフィルタ再生方法）
パティキュレートフィルタを使用し続けると、パティキュレートフィルタの内部に次第にススが堆積して圧損を増加させるため、ススがある一定値以上堆積した時点で、ススを除去してパティキュレートフィルタを再生することが必要である。ススの除去方法としては、排ガス温度を上昇させた後、高温の排ガスをパティキュレートフィルタに流して燃焼除去する方法が一般に採用されている。

ススの着火温度は高く、パティキュレートフィルタに堆積したススを燃焼させるためには一般に５５０℃を超える温度に加熱した酸素含有ガスの存在下で燃焼することが必要となる。加熱温度は高い方がススの燃焼を促進するという観点では好ましいが、加熱温度を高めると燃料消費量の増加、ＮＯｘ排出量の増加、及び潤滑油の希釈といった問題が発生するので、５５０℃を超える温度でありながら、できる限り低温且つ短時間で、効率よくススを燃焼除去できることが望ましい。この点、本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタによれば、柱状ハニカム構造部の外周側面の一部又は全部を低熱伝導層で被覆することで、外周側面からの熱の逃げが減少する。その結果、低温の排ガスを用いても、短時間でフィルタ再生を効率良く行うことができる。

フィルタの再生効率η（％）は、次式で表される。
η＝(ｍ₁－ｍ₂)/ｍ₁×１００（％）
η：再生効率
ｍ₁：再生前のＰＭ堆積重量
ｍ₂： 再生後のＰＭ堆積重量
なお、パティキュレートフィルタにはスス以外のＰＭも捕集されるため、再生効率を計算するときは、スス以外のＰＭも含めて計算することとする。また、上記のｍ₁、ｍ₂は、再生効率を求めるための計測としては、スス堆積していないフィルタの重量ＭＦ₁、再生前のススが堆積したフィルタ重量ＭＦ₂、再生後のフィルタ重量ＭＦ₃をそれぞれ、２００℃１時間以上乾燥し、触媒中の水分も蒸発させた乾燥状態で計測し、
ｍ₁＝ＭＦ₂－ＭＦ₁
ｍ₂＝ＭＦ₃－ＭＦ₁
で求まる。

以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（比較例１）
公知の方法により、底面のセル開口部が交互に目封止されたハニカム構造部と当該ハニカム構造部を囲む外周側壁とを有する４２ｍｍ×４２ｍｍ×１４０ｍｍ（セルの延びる方向）の寸法の直方体状焼成セグメントを複数作製した。次いで、複数のセグメントの側面同士を接合したセグメント接合体を作製した。セグメント接合体に対して、外周部を研削加工して円柱状とし、外周側面全体に表１に記載の原料成分を含有するコーティング材を塗工した後、６００℃で乾燥及び熱処理して表１に記載の厚みの外周コート層を形成することで、ＤＰＦを作製した。表１中、造孔材は平均サイズが８μmのアクリル樹脂粒子を使用した。他の比較例及び実施例についても、造孔材は同じアクリル樹脂粒子を使用した。

得られたＤＰＦの仕様は以下である。
材質：Ｓｉ結合ＳｉＣ製
形状：円柱状
寸法：直径１６５ｍｍ×高さ１４０ｍｍ
セル密度：４６．５セル／ｃｍ²
隔壁の厚さ：０．３０５ｍｍ
セル形状（セルの延びる方向に垂直な断面におけるセルの断面形状）：正方形
隔壁の気孔率^*1：６３％
隔壁の熱伝導率^*2：６W/m/K
隔壁の平均細孔径^*3：１８μｍ
構造：セグメント接合体
外周コート層の熱伝導率^*3：表１に記載
＊１）隔壁の気孔率は、比較例１と同一の製造条件で得られたＤＰＦから砥石による切り出し測定サンプルを採取し、水銀圧入法によって測定した。
＊２）隔壁の熱伝導率は、比較例１と同一の製造条件で得られたＤＰＦから砥石による切り出しで測定サンプルを採取し、定常法により２５℃で測定した。
＊３）隔壁の平均細孔径は、比較例１と同一の製造条件で得られたＤＰＦから砥石による切り出しで測定サンプルを採取し、水銀圧入法により測定した。
＊４）外周コート層の厚み方向の熱伝導率は、比較例１と同一の製造条件で得られたＤＰＦから砥石による切り出し後、厚み方向研磨で測定サンプルを採取し、定常法により２５℃で測定した。

上記ＤＰＦを排気量２Ｌのディーゼルエンジンの排気管内に緩衝マットを挟んで設置し、ＤＰＦに２４ｇのＰＭが堆積するまでエンジンを稼働させた。ＰＭ堆積重量は、ＰＭ堆積運転前のフィルタ重量とＰＭ堆積運転後のフィルタ乾燥重量を計測しその差より求めた。

上記手順によってススを含むＰＭを堆積させたＤＰＦに対して、酸素濃度が８体積％のエンジン排ガス（ＤＰＦの入口ガス温度は約５６０℃）を２．３Ｎｍ³／ｍｉｎの流量で４０分間流し、フィルタ再生試験を行った。フィルタの再生効率は先述した方法により測定した。結果を表１に示す。

（実施例１）
比較例１のＤＰＦの外周側面全体に、表１に記載の原料成分を含有する低熱伝導層用スラリー（粘度：約２０００ｍＰａ・ｓ）をスプレー噴射の方法により塗布し、６００℃で乾燥及び熱処理を行うことで、表１に記載の厚みの低熱伝導層を有する実施例１のＤＰＦを得た。その後、得られた低熱伝導層付きＤＰＦに対して比較例１と同様の条件で、ＰＭの堆積試験及びフィルタ再生試験を行った。

低熱伝導層の気孔率は、実施例１と同一の製造条件で得られたＤＰＦから砥石による切り出し後、厚み方向研磨の方法で測定サンプルを採取し、水銀圧入法によって測定した。
低熱伝導層の厚み方向の熱伝導率は、実施例１と同一の製造条件で得られたＤＰＦから砥石による切り出し後、厚み方向研磨の方法で測定サンプルを採取し、定常法により２５℃で測定した。結果を表１に示す。

（実施例２：参考例）
比較例１のセグメント接合体に対して、外周部を円柱状に研削加工した後、外周コート層を形成することなく、外周側面全体に、表１に記載の原料成分を含有する低熱伝導層用スラリー（粘度：約２０００ｍＰａ・ｓ）をディッピングの方法により塗布し、６００℃で乾燥及び熱処理を行うことで、表１に記載の厚みの低熱伝導層を有する実施例２のＤＰＦを得た。その後、得られた低熱伝導層付きＤＰＦに対して比較例１と同様の条件で、ＰＭの堆積試験及びフィルタ再生試験を行った。また、実施例１と同様の方法で、低熱伝導層の気孔率及び熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。

（実施例３）
比較例１のセグメント接合体に対して、外周部を研削加工して円柱状とし、外周側面全体に表１に記載の原料成分を含有するコーティング材を塗工した後、６００℃で乾燥及び熱処理して表１に記載の厚みの外周コート層を形成した。次いで、外周コート層に幅３８．５ｍｍで表１に記載の溝深さを有する同軸円状の外周溝を２本形成した。このとき、外周コート層の外表面の全面積に対する、外周溝を設けた部分の面積の比率を表１に示す。

次いで、外周コート層のうち、外周溝を設けなかった部分（凸部）の外表面に、表１に記載の原料成分を含有する低熱伝導層用スラリー（粘度：約２０００ｍＰａ・ｓ）をスプレー塗布の方法により塗布し、６００℃で乾燥及び熱処理を行うことで、表１に記載の厚みの低熱伝導層を有する実施例３のＤＰＦを得た。その後、得られた低熱伝導層付きＤＰＦに対して比較例１と同様の条件で、ＰＭの堆積試験及びフィルタ再生試験を行った。なお、排気管内に設置した緩衝マットが前記ＤＰＦと接触する箇所は低熱伝導層の外表面のみとした。また、実施例１と同様の方法で、低熱伝導層の気孔率及び熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。

（実施例４：参考例）
比較例１のセグメント接合体に対して、外周部を円柱状に研削加工した。その後、外周コート層を形成することなく、セグメント接合体の外周側面に幅３８．５ｍｍで表１に記載の溝深さを有する同軸円状の外周溝を２本形成した。このとき、セグメント接合体の外周側面の全面積に対する、外周溝を設けた部分の面積の比率を表１に示す。

次いで、セグメント接合体の外周側面のうち、外周溝を設けた部分（凹部）の外表面に表１に記載の原料成分を含有するコーティング材を塗工した後、６００℃で乾燥及び熱処理して表１に記載の厚みの外周コート層を形成した。また、外周溝を設けなかった部分（凸部）の外表面に、表１に記載の原料成分を含有する低熱伝導層用スラリー（粘度：約２０００ｍＰａ・ｓ）をスプレー塗布の方法により塗布し、６００℃で乾燥及び熱処理を行うことで、表１に記載の厚みの低熱伝導層を形成した。このようにして実施例４のＤＰＦを得た。その後、得られた低熱伝導層付きＤＰＦに対して比較例１と同様の条件で、ＰＭの堆積試験及びフィルタ再生試験を行った。なお、排気管内に設置した緩衝マットが前記ＤＰＦと接触する箇所は低熱伝導層の外表面のみとした。また、実施例１と同様の方法で、低熱伝導層の気孔率及び熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。

（実施例５：参考例）
比較例１のセグメント接合体に対して、外周部を円柱状に研削加工した。その後、外周コート層を形成することなく、セグメント接合体の外周側面に表１に記載の溝深さを有する同軸円状の外周溝を４本形成した。このとき、セグメント接合体の外周側面の全面積に対する、外周溝を設けた部分の面積の比率を表１に示す。

次いで、セグメント接合体の両底面をマスキングした状態で、セグメント接合体を表１に記載の原料成分を含有する低熱伝導層用スラリー（粘度：約２０００ｍＰａ・ｓ）に浸漬した。次いで、セグメント接合体を乾燥機に投入し、２００℃（大気雰囲気）で１時間乾燥させた。スラリー浸漬及び乾燥は３回繰り返した。その後、セグメント接合体を電気炉内に配置し、１１００℃（大気雰囲気）で３時間焼成し、表１に記載の厚みの低熱伝導層を有する実施例５のＤＰＦを得た。

その後、得られた低熱伝導層付きＤＰＦに対して比較例１と同様の条件で、ＰＭの堆積試験及びフィルタ再生試験を行った。なお、排気管内に設置した緩衝マットが前記ＤＰＦと接触する箇所は、外周溝を設けなかった部分（凸部）に形成された低熱伝導層の外表面のみとした。また、実施例１と同様の方法で、低熱伝導層の気孔率及び熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。

（実施例６：参考例）
低熱伝導層用スラリーの成分として、球状アルミナ粒子の代わりに板状アルミナ粒子（長手方向の平均サイズ：２μｍ、平均アスペクト比：５．０）を使用した以外は、実施例５と同様の手順で実施例６のＤＰＦを作製した。その後、得られた低熱伝導層付きＤＰＦに対して比較例１と同様の条件で、ＰＭの堆積試験及びフィルタ再生試験を行った。なお、排気管内に設置した緩衝マットが前記ＤＰＦと接触する箇所は、外周溝を設けなかった部分に形成された低熱伝導層の外表面のみとした。また、実施例１と同様の方法で、低熱伝導層の気孔率及び熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。

（考察）
表１より、外周側面に低熱伝導層が形成されたＤＰＦは、フィルタ再生効率が顕著に向上したことが分かる。また、外周溝を設けて空隙（断熱空気層）を設けることで、フィルタ再生効率が更に向上したことが分かる。また、低熱伝導層が板状アルミナ粒子を含有することで、フィルタ再生効率が更に向上したことが分かる。

１ パティキュレートフィルタ
１００ ハニカム構造部
１００ａ セグメント
１０２ 外周側面
１０４ 第一底面
１０６ 第二底面
１０７ 接合材
１０８ 第１セル
１０９ａ１ 同軸円状の凹部
１０９ａ２ 中心軸に平行に延びる凹部
１０９ｂ 凸部
１１０ 第２セル
１１２ 隔壁
１１４ 外周コート層
１２０ 低熱伝導層
２１０ 緩衝マット
２２０ 排気管
３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０Ａ、３６０Ｂ、３７０、３８０、３９０、４００、４１０ キャニング構造体

Claims (15)

1. 第一底面から第二底面まで延び、第一底面が開口して第二底面が目封止された複数の第１セルと、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が目封止されて第二底面が開口する複数の第２セルとを有し、第１セル及び第２セルは多孔質の隔壁を挟んで交互に隣接配置されている柱状ハニカム構造部と、
   柱状ハニカム構造部の外周側面を形成する外周コート層と、
   柱状ハニカム構造部の外周側面を形成する外周コート層の一部又は全部を被覆する低熱伝導層であって、低熱伝導層の厚み方向の熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である低熱伝導層と、
   を備えるパティキュレートフィルタ。
2. 低熱伝導層の厚さが０．５ｍｍ以上である請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
3. 低熱伝導層は、柱状ハニカム構造部の外周側面を形成する外周コート層の一部を被覆する一つ又は二つ以上の領域を有する請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタ。
4. 柱状ハニカム構造部の外周側面を形成する外周コート層のうち、低熱伝導層によって被覆される部分の面積の割合が３０％～１００％である請求項３に記載のパティキュレートフィルタ。
5. 低熱伝導層は、気孔率が４０％以上の無機多孔質層であり、セラミックス粒子を含む請求項１～４の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
6. セラミックス粒子が板状セラミックス粒子及び針状セラミックス粒子の一方又は両方を含む請求項５に記載のパティキュレートフィルタ。
7. 低熱伝導層は更にセラミックス繊維を含む請求項５又は６に記載のパティキュレートフィルタ。
8. 低熱伝導層が、アルミナ粒子、ＳｉＯ₂ガラス粒子、ジルコニア粒子、コージェライトセルベン粒子、及びチタニア粒子よりなる群から選択される一種又は二種以上を含む請求項１～７の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
9. 低熱伝導層は、厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１～８の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
10. 低熱伝導層は、熱伝導率が０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項１～９の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
11. 柱状ハニカム構造部は、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、Ｓｉ結合ＳｉＣ、及び窒化珪素よりなる群から選択される何れか一種を主成分とする請求項１～１０の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
12. 少なくとも低熱伝導層の外表面が疎水化処理されている請求項１～１１の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
13. 少なくとも低熱伝導層の外表面が疎水性樹脂でコーティングされている請求項１２に記載のパティキュレートフィルタ。
14. 排気管と、
    当該排気管内に収納された請求項１～１３の何れか一項に記載のパティキュレートフィルタと、
    当該排気管の内面及び当該パティキュレートフィルタの低熱伝導層の間に介在して当該パティキュレートフィルタを排気管内に保持するための緩衝マットと、
    を備えたキャニング構造体。
15. 緩衝マットが前記パティキュレートフィルタと接触する箇所は低熱伝導層の外表面のみである請求項１４に記載のキャニング構造体。

Images