フィルタ
【課題】 初期の圧力損失を抑制することができ、パティキュレートが蓄積するに従って上昇する圧力損失の上昇率も低いため、パティキュレートを規定量捕集したときの圧力損失が低くなり、再生までの期間をトータルで見たときの圧力損失が低いフィルタを提供する。
【解決手段】 多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、前記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、前記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２ 種類の貫通孔からなり、前記大容積貫通孔は、前記フィルタの一端部で封止される一方、前記小容積貫通孔は、前記フィルタの他端部で封止され、前記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有することを特徴とするフィルタ。
【解決手段】 多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、前記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、前記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２ 種類の貫通孔からなり、前記大容積貫通孔は、前記フィルタの一端部で封止される一方、前記小容積貫通孔は、前記フィルタの他端部で封止され、前記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有することを特徴とするフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の記載
本出願は、２００２年９月１３日に出願された日本国特許出願２００２−２６７８１９号、２００３年３月４日に出願された日本国特許出願２００３−５７６３１号を基礎出願として優先権主張する出願である。
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去する目的等で用いられるフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
【０００３】
この排気ガスを多孔質セラミックに通過させ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化することができるセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００４】
このようなセラミックフィルタとしては、図９に示したような、多数の貫通孔１４１が隔壁１４３を隔てて、長手方向に並設された円柱状のハニカム構造体１４０が知られている。
【０００５】
貫通孔１４１は、図９（ｂ）に示したように、排気ガスの流入側又は排出側の端部のいずれかが封止材１４２により目封じされ、一の貫通孔１４１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔１４１同士を隔てる隔壁１４３を通過した後、他の貫通孔１４１から流出するようになっている。
【０００６】
即ち、このようなハニカム構造体１４０が内燃機関の排気通路に設置されると、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカム構造体１４０を通過する際に隔壁１４３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００７】
また、このような排気ガスフィルタとして、排気ガス流出側の端部が封止された貫通孔（以下、流入側貫通孔ともいう）を容積の大きな貫通孔（以下、大容積貫通孔ともいう）とし、排気ガス流入側の端部が封止された貫通孔（以下、流出側貫通孔ともいう）を容積の小さな貫通孔（以下、小容積貫通孔ともいう）とすることにより、排気ガス流入側の開口率を排気ガス流出側の開口率よりも相対的に大きくしたものが開示されている。
図１０は、特許文献１に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【０００８】
この排気ガスフィルタ６０は、碁盤目の交点に、該碁盤目を構成する正四角形よりも小さな四角形が配置されたような断面形状を有し、小さな四角形に相当する小容積貫通孔６１ｂとその周囲に存在する大容積貫通孔６１ａとからなり、これらの貫通孔の間に隔壁６２ａ、６２ｂが形成されている。
【０００９】
また、図１１（ａ）〜（ｄ）は、特許文献２及び特許文献３に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【００１０】
この排気ガスフィルタ３００〜３３０は、様々な形状の大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａと、小容積貫通孔３０１ｂ、３１１ｂ、３２１ｂ、３３１ｂとからなり、これらの貫通孔の間に隔壁３０２、３１２、３２２、３３２が形成されている。
【００１１】
隔壁３０２、３１２、３２２、３３２は、いずれも大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａと小容積貫通孔３０１ｂ、３１１ｂ、３２１ｂ、３３１ｂとを隔てるものであり、大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａ同士を隔てる隔壁は、存在しないといってもよい。
【００１２】
一般に、このようなフィルタでは、排気ガス中のパティキュレートを捕集することにより、圧力損失が大きくなる。それにつれて背圧が高くなり、この背圧が一定値以上になると、エンジン等に与える負荷が大きくなるため、再生処理を行ってパティキュレートを除去する必要が生じる。従って、経過時間に対する圧力損失の程度は、フィルタの性能を評価するための重要なファクターとなる。
【００１３】
図１は、圧力損失に影響を及ぼす主な要因を記載した概念図である。
図１に示すように、圧力損失に影響を及ぼす主な要因としては、（１）フィルタ入口側の開口率；ΔＰａ、（２）貫通孔を通過する際の摩擦（入口側（２）−１；ΔＰｂ−１、出口側（２）−２；ΔＰｂ−２）、（３）隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃ等があげられる。
【００１４】
また、図２は、各種排気ガスフィルタにおける圧力損失の経過時間による変化の様子を模式的に示したグラフである。
【００１５】
上記特許文献１、２等に記載された２種類の貫通孔を有する排気ガスフィルタは、図９に示す断面形状が四角形で、全ての貫通孔の容積がほぼ等しい排気ガスフィルタに比べ、パティキュレートを捕集する前の状態においては、フィルタ入口側の開口率及び貫通孔入口側を通過する際の摩擦（（１）；ΔＰａ＋（２）−１；ΔＰｂ−１）に起因する圧力損失は若干低くなるが、貫通孔出口側を通過する際の摩擦及び隔壁を通過する際の抵抗（（２）−２；ΔＰｂ−２＋（３）；ΔＰｃ）に起因する圧力損失が高くなる。その結果、パティキュレートを捕集する前の圧力損失は、図９に示すような全ての貫通孔の容積が略等しい排気ガスフィルタよりも高くなってしまうことが判明した。
【００１６】
さらに、排気ガスフィルタの壁部の大部分は長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部（ア）と、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う小容積貫通孔と共有する壁部（イ）とからなる排気ガスフィルタでは、この２種類の壁部の比率によって、圧力損失が変動する。
【００１７】
例えば、開口比率を一定とした場合、このうちの壁部（ア）の占める割合が大きいと、大容積貫通孔から直接的に壁部（イ）を通過して、小容積貫通孔へ排気ガスが流れにくくなるために、パティキュレートを捕集する前（Ｔ０）の圧力損失が高くなる傾向が生じる。
【００１８】
しかし、パティキュレートを捕集するに従って、壁部（イ）の表面にパティキュレートが捕集されるために、大容積貫通孔から直接的に壁部（イ）を通過して、小容積貫通孔へ排気ガスが流れるよりも、一旦壁部（ア）に進入し多孔質壁を伝わって壁部（イ）へ流れる方が、抵抗が低くなり、結果的に、大容積貫通孔の構成する壁部の全体に均一にパティキュレートが蓄積されることになる。従って、壁部に蓄積されるパティキュレートの厚みを下げることになり、パティキュレートの捕集に従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ３／（Ｔ１−Ｔ０））は小さくなる。
【００１９】
また、逆に、この割合が小さいと、パティキュレートを捕集する前（Ｔ０）の圧力損失は低くなるが、パティキュレートの捕集に従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ３／（Ｔ１−Ｔ０））が大きくなる傾向が表れる。
【００２０】
特許文献１（図１０）に開示された排気ガスフィルタ６０では、この大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部（ア）の占める割合が比較的大きいものである。そのため図２に示すように、パティキュレートを捕集する前（Ｔ０）の圧力損失（以下、初期の圧力損失ともいう）が、隔壁を通過する際の抵抗（（３）；ΔＰｃ）が高いことに起因して高くなるとともに、初期の圧力損失が高すぎるため、パティキュレートの捕集時（Ｔ１）においても圧力損失が高くなってしまう。
【００２１】
従って、エンジンマネージメントの点から、規定量のパティキュレートをためる前に再生処理を行う必要がある。すなわち、排気ガスフィルタ６０は、初期の圧力損失が高くなりすぎるために、実質的にパティキュレートの捕集量が制限されてしまうという問題があった。
【００２２】
また、特許文献２（図１１）に開示された排気ガスフィルタ３００〜３３０では、大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａ同士を隔てる隔壁（ア）は、ほぼ点接触の状態となっており、殆ど存在しない。
【００２３】
そのため、図２に示すように、パティキュレートを蓄積するに従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ３／（Ｔ１−Ｔ０））が大きいことに起因して、パティキュレートを捕集時（Ｔ１）の圧力損失が高くなりすぎる。
【００２４】
従って、同様にエンジンマネージメントの点から、規定量のパティキュレートをためる前に再生処理を行う必要がある。すなわち、排気ガスフィルタ３００〜３３０は、捕集中の圧力損失の上昇率が大きいために、実質的にパティキュレートの捕集量が制限されるという問題があった。
【００２５】
次に、他の従来技術として、特許文献４には、大容積貫通孔のセルピッチをほぼ１．０〜２．５ｍｍとしたハニカム構造体が開示されている。
【００２６】
また、特許文献５には、大容積貫通孔の容積率が６０〜７０％で、小容積貫通孔の容積率が２０〜３０％で、大容積貫通孔のセルピッチをほぼ２．５〜５．０ｍｍとしたハニカム構造体が開示されている。
【００２７】
図１９は、これらのハニカム構造体２００の長手方向に垂直な断面（以下、単に断面ともいう）を模式的に示した断面図であり、このハニカム構造体２００では、断面の形状が６角形の大容積貫通孔２０１の周囲に断面の形状が３角形の小容積貫通孔２０２を配している。
【００２８】
さらに、特許文献６には、大容積貫通孔の断面の総面積に対する小容積貫通孔の断面の総面積の比の百分率が４０〜１２０％のハニカム構造体が開示されている。
【００２９】
図２０は、このようなハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図であり、このハニカム構造体２１０では、上記断面の形状が正６角形の大容積貫通孔２１１の周囲に上記断面の形状が横長６角形の小容積貫通孔２１２を配している。また、外周近傍には、正６角形の大容積貫通孔２１１と台形の大容積貫通孔２１３とを並存させている。
【００３０】
また、流入側貫通孔の数を流出側貫通孔の数よりも多くすることにより、排気ガス流入側の開口率を排気ガス流出側の開口率よりも相対的に大きくしたものも開示されている（例えば、特許文献１の図３参照）。
【００３１】
このようなハニカムフィルタにおいても、流入側のセルの個数と流出側のセルの個数が異なるものであって、図９に示す断面形状が四角形で、全ての貫通孔の容積がほぼ等しい排気ガスフィルタに比べ、パティキュレートを捕集する前の状態においては、フィルタ入口側の開口率及び貫通孔入口側を通過する際の摩擦（（１）；ΔＰａ＋（２）−１；ΔＰｂ−１）に起因する圧力損失は若干低くなるが、貫通孔出口側を通過する際の摩擦及び隔壁を通過する際の抵抗（（２）−２；ΔＰｂ−２＋（３）；ΔＰｃ）に起因する圧力損失が高くなる。その結果、パティキュレートを捕集する前の圧力損失は、図９に示すような全ての貫通孔の容積が略等しい排気ガスフィルタよりも高くなってしまう。
【００３２】
また、特許文献７及び特許文献８には、壁の厚みや、物性値を調整する技術が公開されているが、この技術のみでは、低い圧損とすることが、困難であった。
【００３３】
また、特許文献９には、正方形と長方形とからなるフィルタが開示されているが、断面を変更した形であるので、押出し成形で製造するのが困難であり、量産製造が難しい。また、断面の変更がないとしても、上述したように、流出側の貫通孔の断面積が相対的に大きいものと小さいものとの差があるので、流出側のガスの抵抗が高くなり、圧損が高くなることになる。
【００３４】
このような技術に対応したものとして、２種類の貫通孔の形状からなるフィルタ、とりわけ、八角形と四角形からなるフィルタが開示されている（特許文献１０、特許文献１１参照）。
【００３５】
フィルタをこのような形状のものとすることによって、圧力損失が向上することがわかったが、様々な、形状、開口比率で試験を行なった結果、低い圧力損失と、高いクラック限界といった両方を満足させることは難しいものであって、結果的に、パティキュレートの捕集量が制限されるという問題があった。加えて、これらのフィルタは、アイソスタティック強度、圧縮強度に劣るものであった。
【００３６】
さらに、従来技術として、特許文献１２に記載されているフィルタには、相対的に大きな正方形と小さな貫通孔の２種類の貫通孔からなるハニカム構造体が開示されてなる。
【００３７】
しかし、このフィルタにおいても、圧損が高く、アイソスタティック強度、圧縮強度が低いものであり、クラック限界を高くすることが困難であった。
【００３８】
以上、全ての従来技術に開示されたハニカム構造体では、排気ガス流入側の開口率と排気ガス流出側の開口率とが等しいハニカム構造体と比較して、排気ガス流入側の開口率を相対的に大きくしているため、排気ガス浄化用フィルタとして用いた際に、パティキュレートの捕集限界量を多くして再生までの期間を長期化すること等が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】米国特許第４４１７９０８号明細書（対応日本特許は特開昭５８−１９６８２０号公報、特公平３−４９６０８号公報）
【特許文献２】米国特許第４３６４７６１号公報（対応する日本出願は特開昭５６−１２４４１７号公報、特開昭６２−９６７１７号公報）
【特許文献３】米国特許第４２７６０７１号公報（対応する日本出願は特開昭５６−１２４４１８号公報）
【特許文献４】実願昭５６−１８７８９０号マイクロフィルム（実開昭５８−９２４０９号公報（第４頁、第６図参照）
【特許文献５】特開平５−６８８２８号公報（特許第３１３０５８７号明細書（第１頁）
【特許文献６】特開２００１−３３４１１４号公報（第５頁、図２参照）（ＷＯ０２／１００５１４号公報
【特許文献７】米国特許第４４１６６７６号明細書
【特許文献８】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献９】特開昭５８−１５００１５号公報
【特許文献１０】仏国特許発明第２７８９３２７号明細書
【特許文献１１】ＷＯ０２／１０５６２号公報
【特許文献１２】ＷＯ０３／２０４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
しかしながら、これらのフィルタは通常のフィルタ（即ち、排気ガス流入側と流出側の開口率が同じフィルタ）に比べて、初期の圧力損失がかなり高いものであることがわかった。あるいは、低い強度になってしまうという問題が生じていた。従って、低い圧力損失を持ちながら、高いアイソスタティック強度、高い圧縮強度を持ち、高いクラック限界というものを満たすことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、パティキュレートを捕集した際の圧力損失が低く、パティキュレートを多量に捕集することが可能なフィルタを提供することを目的とするものである。なお、本明細書において、多量に捕集できるとは、単純にフィルタの捕集部分の容積が増すというだけでなく、再生によってクラックが入りにくくなるために、多量に捕集できるということも含むものとする。
【００４２】
本発明のフィルタは、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、
前記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、
前記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり、
前記大容積貫通孔は、前記フィルタの一端部で封止される一方、
前記小容積貫通孔は、前記フィルタの他端部で封止され、
前記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有することを特徴とする。
上記フィルタにおいて、長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）と、長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）との比（ａ／ｂ）をαとし、上記大容積貫通孔の上記断面の面積（Ａ）と、上記小容積貫通孔の上記断面の面積（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）をβとした際、上記αと上記βとが下記式（１）の関係を有することが望ましい。
β≧（２０／９）α２＋１ （ただし、０＜α≦１．５、１＜β≦６）…（１）
【００４３】
上記フィルタにおいて、大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は、八角形及び四角形の２種からなることが望ましく、加えて、その形状が、大容積貫通孔と小容積貫通孔とが共有する隔壁を小容積側にある曲率をもって広げた形状であることが望ましい。
【００４４】
以下、本発明のフィルタについて説明する。
本発明において、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）は、フィルタの断面を見た時、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できる隔壁の長さの合計を表しており、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）は、フィルタの断面を見た時、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できない隔壁の長さの合計を表している。このα（ａ／ｂ）を、隔壁長さ比ともいうこととする。このα（隔壁長さ比）が大きくなると、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できる隔壁の面積の割合が小さくなることになり、一方、α（隔壁長さ比）が小さくなると、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できる隔壁の面積の割合が大きくなる。このα（隔壁長さ比）は、前述したように圧力損失及びパティキュレートの蓄積状態等に大きな影響を与える。
【００４５】
一方、大容積貫通孔の断面の面積（Ａ）と、小容積貫通孔の断面の面積（Ｂ）の比β（Ａ／Ｂ）は、本発明のフィルタの開口比率を表しており、開口比率が高くなると、排気ガスが流入する側の大容積貫通孔の総容積が相対的に大きくなる。
【００４６】
上記（１）式は、初期（Ｔ０）及びパティキュレート捕集時（Ｔ１）において、これらに起因する圧力損失のトータルの値が、α、βの値との関係において、どのように推移するかを計算し、又は、実験により測定し、これらの結果に基づいて決定したものである。
【００４７】
この際、α（ａ／ｂ）は、０＜α≦１．５を満足する必要がある。α＝０では、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部が存在しなくなるため、特許文献２に記載のフィルタのように、圧力損失の上昇率が高くなる。一方、αが１．５を超えると、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）が大きすぎるため、（３）隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃが増大し、初期の圧力損失が大きくなりすぎる。
【００４８】
また、β（Ａ／Ｂ）は、１＜β≦６を満足する必要がある。β＝１では、小容積貫通孔と大容積貫通孔とが同じ容積となってしまい、βが６を超えると、小容積貫通孔の容積が小さくなりすぎて、貫通孔出口側を通過する際の摩擦及び隔壁を通過する際の抵抗（（２）−２；ΔＰｂ−２＋（３）；ΔＰｃ）に起因する圧力損失が増大し、初期の圧力損失が大きくなってしまう。
【００４９】
（１）式を満足しないフィルタ、すなわち、β＜（２０／９）×α２＋１を満たすフィルタでは、βに対してαが大きすぎる。すなわち、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）が、一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）に対して長すぎることになる。このため、（３）隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃによる圧力損失が大きくなり、特許文献１に記載のフィルタのように、初期の圧力損失が大きくなりすぎてしまう。
【００５０】
上記αと上記βとが（１）式の関係を有するように、上記ａ、ｂ、Ａ及びＢを設定することにより、図２に示すように初期（Ｔ０）の圧力損失が高くなるのを、できるだけ抑制することができるとともに、パティキュレートの蓄積に従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ１／（Ｔ１−Ｔ０））を抑えることができ、その結果、規定量のパティキュレートを蓄積した時（Ｔ１）の圧力損失を低くすることができる。
【００５１】
このため、フィルタ使用している期間をトータルで考えた際の圧力損失を低減することができ、これによって、エンジンに与える負荷を低減することができ、エンジン停止等の不具合をおこす恐れを減らすことができるとともに、パティキュレートを多量に捕集することも可能となる。
【００５２】
なお、「大容積貫通孔と小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり」とは、本発明のフィルタを、長手方向に垂直な断面で見た際、その輪郭の形状等に起因して、大容積貫通孔と小容積貫通孔とが同数でない場合があるが、大容積貫通孔と小容積貫通孔とからなる一定のパターンで判断すると、両者が同数の２種類の貫通孔からなることを意味する。
【００５３】
従って、例えば、大容積貫通孔の周囲に多数の小容積貫通孔が存在したり、その逆であるようなフィルタ、例えば、図１９に示すフィルタは、本発明のフィルタに含まれない。また、図１１に示すような一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有さないものは、本発明のフィルタに含まれない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明のような種類のフィルタにおいて、圧力損失に影響を及ぼす主な要因を図示した概念図である。
【図２】図２は、各種排気ガスフィルタにおける圧力損失の経過時間による変化の様子を模式的に示したグラフである。
【図３】図３は、本発明の排気ガス浄化用フィルタの一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、図３に示したフィルタを構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の排気ガス浄化用フィルタの別の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したフィルタのＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明のフィルタを構成する多孔質セラミック部材の長さ方向に垂直な断面を模式的に示した断面図であり、（ｅ）は、従来のフィルタを構成する多孔質セラミック部材の長さ方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図７】図７は、本発明のハニカムフィルタを製造するための一工程の様子を模式的に示した側面図である。
【図８】図８は、本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタを用いた排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【図９】図９は、従来の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視図である。
【図１０】図１０は、従来の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの別の一例を模式的に示した縦断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、従来の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの別の例を模式的に示した縦断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｆ）は、本発明のフィルタの例を模式的に示した縦断面図である。
【図１３】図１３は、実施例及び比較例に係るフィルタのα（隔壁長さ比）とβ（開口比率）との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例１において、フィルタの入口から異なる位置で観察されるパティキュレートの捕集状態を示す写真である。
【図１５】図１５は、実施例及び比較例に係るフィルタにおけるアッシュ重量とアッシュ層の長さとの関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例及び比較例に係るフィルタにおけるフィルタのパティキュレート捕集前もしくは再生直後のパティキュレートがフィルタに堆積されていない状態での圧力損失とアッシュ重量との関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、上のグラフは、実施例及び比較例に係るフィルタにおけるパティキュレートの捕集量と圧力損失との関係を示すグラフであり、下のグラフは、上記実施例及び比較例に係るフィルタにおけるβ（開口率比）と、初期の圧力損失及びパティキュレートを６（ｇ／Ｌ）捕集した際の圧力損失との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例に係るフィルタにおけるβ（開口率比）と再生限界値との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、大容積貫通孔と小容積貫通孔の数が実質的に１：２となるように構成された従来の多孔質セラミック部材の長さ方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図２０】図２０は、従来のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図２１】図２１は、従来のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図２２】図２２は、従来のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明のフィルタは、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、
上記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、上記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり、
上記大容積貫通孔は、上記フィルタの一端部で封止される一方、上記小容積貫通孔は、上記フィルタの他端部で封止され、
長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）と、長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）との比（ａ／ｂ）をαとし、上記大容積貫通孔の上記断面の面積（Ａ）と、上記小容積貫通孔の上記断面の面積（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）をβとした際、上記αと上記βとが下記式（１）の関係を有することを特徴とするものである。
β≧（２０／９）α２＋１ （ただし、０＜α≦１．５、１＜β≦６）…（１）
【００５６】
本発明のフィルタは、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタである。上記フィルタにおいては、少なくとも１つの多孔質セラミックブロックを含んで構成されていることが好ましい。上記多孔質セラミックブロックは、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されることにより構成されていてもよく（以下、上記フィルタを集合体型フィルタともいう）、全体が一体として焼結形成されたセラミック部材から構成されていてもよい（以下、上記フィルタを一体型フィルタともいう）。
【００５７】
上記集合体型フィルタの場合、壁部は、多孔質セラミック部材の貫通孔を隔てる隔壁と、多孔質セラミック部材の外壁及び多孔質セラミック部材間の接着材層として機能しているシール材層とから構成されており、上記一体型フィルタの場合、一種類の隔壁のみにより構成されている。
【００５８】
図３は、本発明のフィルタの一例である集合体型フィルタの具体例を模式的に示した斜視図であり、図４（ａ）は、図１に示したフィルタを構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【００５９】
図３に示したように、本発明のフィルタ１０は、多孔質セラミック部材２０がシール材層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲には、排気ガスの漏れを防止するためのシール材層１３が形成されている。
【００６０】
また、この多孔質セラミック部材２０は、その長手方向に多数の貫通孔２１が並設されているが、この貫通孔２１は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔２１ａと、上記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔２１ｂとの２種類からなり、大容積貫通孔２１ａは、フィルタ１０の排気ガス出口側の端部で封止材２２により封止される一方、小容積貫通孔２１ｂは、フィルタ１０の排気ガス入口側の端部で封止材２２により封止され、これらの貫通孔同士を隔てる隔壁２３がフィルタとして機能するようになっている。即ち、大容積貫通孔２１ａに流入した排気ガスは、必ずこれらの隔壁２３を通過した後、小容積貫通孔２１ｂから流出するようになっている。
【００６１】
本発明のフィルタでは、貫通孔２１は大容積貫通孔２１ａと小容積貫通孔２１ｂとの２種類からなり、その貫通孔の数は実質的に同数である。このような構成にし、貫通孔の不必要な分割をなくすことで、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び／又は貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１、（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失が必要以上に上昇することのを抑えることが可能である。例えば、図１９に示すような貫通孔の数が実質的に１：２であるフィルタと比較すると、本発明のフィルタのような貫通孔の数が実質的に同数であるフィルタでは、貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−２；ΔＰｂ−２）による圧力損失が低いため、トータルの圧力損失が低くなる。
【００６２】
また、本発明のフィルタは、一の大容積貫通孔２１ａが隣り合う大容積貫通孔２１ｂと共有する壁部と、一の大容積貫通孔２１ａが隣り合う小容積貫通孔２１ｂと共有する壁部の両方を有する。
【００６３】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、実施例において、フィルタの入口から異なる位置で観察されるパティキュレートの捕集状態を示す写真であるが、この写真より明らかなように、本発明のフィルタでは、隣り合う大容積貫通孔と小容積貫通孔が共有する壁部のみでなく、隣り合う大容積貫通孔同士が共有する壁部にも一様にパティキュレートが蓄積する。これは、排気ガスは、大容積貫通孔から小容積貫通孔へ向かって、フィルタの壁を直接流入する以外にも、孔のなかで渦をまいたりするような多様な流れを生じさせ、パティキュレートが捕集されるに従って、一旦、隣り合う大容積貫通孔同士が共有する壁部に侵入した後、隣り合う大容積貫通孔と小容積貫通孔が共有する壁部を通って小容積貫通孔に抜ける排気ガスの流れが形成されるようになるためであると考えられる。
【００６４】
その結果、大容積貫通孔と小容積貫通孔の容積比を一定にした際、両方の壁部を有するフィルタにおいても、使用するに従って、大容積貫通孔の壁全てに一様にパティキュレートが蓄積される。従って、開口比率を一定とした時、大容積貫通孔同士が共有する壁部のないフィルタと比較すると、本発明のフィルタでは、実質的にろ過するための壁部の表面積が大きいこととなり、同じ量のパティキュレートを蓄積させたとき、隔壁部分に蓄積するパティキュレートの厚みを減少させることができる。このため、本発明のフィルタでは、使用を開始してから時間が経過するに従って上昇する圧力損失の上昇率が小さくなり、フィルタ使用している期間トータルで考えた際の圧力損失を低減することができるのである。
【００６５】
また、フィルタを再生するためには、パティキュレートを燃焼させるが、パティキュレート中には、燃焼して消滅する炭素等のほかに、燃焼により酸化物となる金属等が含まれており、これらがフィルタ中にアッシュとして残留する。アッシュは、通常、フィルタの出口に近いところに残留し、そのためフィルタを構成する貫通孔は、出口に近いところからアッシュが充填されていき、アッシュが充填された部分の容積が次第に大きくなるとともに、フィルタとして機能する部分の容積（面積）が次第に小さくなっていく。
【００６６】
そして、アッシュの蓄積量が多くなりすぎると、フィルタは、最早、フィルタとして機能しなくなり、排気管から取り出して逆洗浄を行ってアッシュをフィルタから取り除くか、フィルタを廃棄することとなる。
【００６７】
上述した本発明のフィルタは、貫通孔の容積が全て同じものと比べると、排気ガス流入側の貫通孔の容積が大きいことに起因して、アッシュが蓄積していく際のフィルタとして機能する部分の容積は減少量が小さく、アッシュに起因する圧力損失も小さくなる。従って、逆洗浄等を必要とするまでの期間も長くなる。
【００６８】
図３に示したフィルタ１０では、フィルタの形状は円柱状であるが、本発明のフィルタは、円柱状に限定されることはなく、例えば、楕円柱状や角柱状等任意の形状、大きさのものであってもよい。
【００６９】
本発明のフィルタにおいて、ハニカム構造は、流入側から、流出側にかけて、断面積を変更させていないことが望ましい。なぜなら、圧縮強度等の向上をはかることができるし、押出成形での製造が容易になるからである。
【００７０】
本発明のフィルタにおいて、多孔質セラミック部材の材料としては特に限定されず、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、等の酸化物セラミック等を挙げることができる。また、シリコンと炭化珪素の複合体、チタン酸アルミニウムといった２種類以上の材料から形成されていてもよいが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が望ましい。
【００７１】
また、多孔質セラミック部材の気孔率は特に限定されないが、２０〜８０％程度であることが望ましい。気孔率が２０％未満であると、本発明のフィルタがすぐに目詰まりを起こすことがあり、一方、気孔率が８０％を超えると、多孔質セラミック部材の強度が低下して容易に破壊されることがある。
【００７２】
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
【００７３】
また、上記多孔質セラミック部材の平均気孔径は１〜１００μｍであることが望ましい。平均気孔径が１μｍ未満であると、パティキュレートが容易に目詰まりを起こすことがある。一方、平均気孔径が１００μｍを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、該パティキュレートを捕集することができず、フィルタとして機能することができないことがある。
【００７４】
このような多孔質セラミック部材を製造する際に使用するセラミックの粒径としては特に限定されないが、後の焼成工程で収縮が少ないものが望ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と、０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが望ましい。上記粒径のセラミック粉末を上記配合で混合することで、多孔質セラミック部材を製造することができるからである。
【００７５】
上記封止材は、多孔質セラミックからなるものであることが望ましい。
本発明のフィルタにおいて、上記封止材が封止された多孔質セラミック部材は、多孔質セラミックからなるものであるため、上記封止材を上記多孔質セラミック部材と同じ多孔質セラミックとすることで、両者の接着強度を高くすることができるとともに、封止材の気孔率を上述した多孔質セラミック部材と同様に調整することで、上記多孔質セラミック部材の熱膨張率と封止材の熱膨張率との整合を図ることができ、製造時や使用時の熱応力によって封止材と隔壁との間に隙間が生じたり、封止材や封止材に接触する部分の隔壁にクラックが発生したりすることを防止することができる。
【００７６】
上記封止材が多孔質セラミックからなる場合、その材料としては特に限定されず、例えば、上述した多孔質セラミック部材を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００７７】
本発明のフィルタにおいて、シール材層１３、１４は、多孔質セラミック部材２０間、及び、セラミックブロック１５の外周に形成されている。そして、多孔質セラミック部材２０間に形成されたシール材層１４は、複数の多孔質セラミック部材２０同士を結束する接着剤としても機能し、一方、セラミックブロック１５の外周に形成されたシール材層１３は、本発明のフィルタ１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周から排気ガスが漏れ出すことを防止するための封止材として機能する。
【００７８】
上記シール材層を構成する材料としては特に限定されず、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び／又は無機粒子からなるもの等を挙げることができる。
【００７９】
なお、上述した通り、本発明のフィルタにおいて、シール材層は、多孔質セラミック部材間、及び、セラミックブロックの外周に形成されているが、これらのシール材層は、同じ材料からなるものであってもよく、異なる材料からなるものであってもよい。さらに、上記シール材層が同じ材料からなるものである場合、その材料の配合比は同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
【００８０】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機バインダーのなかでは、シリカゾルが望ましい。
【００８１】
上記有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記有機バインダーのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００８２】
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記無機繊維のなかでは、シリカ−アルミナファイバーが望ましい。
【００８３】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、具体的には、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等からなる無機粉末又はウィスカー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化珪素が望ましい。
【００８４】
シール材層１４は、緻密体からなるものであってもよく、その内部への排気ガスの流入が可能なように、多孔質体であってもよいが、シール材層１３は、緻密体からなるものであることが望ましい。シール材層１３は、本発明のフィルタ１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周から排気ガスが漏れ出すことを防止する目的で形成されているからである。
【００８５】
図５（ａ）は、本発明のフィルタの一例である一体型フィルタの具体例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【００８６】
図５（ａ）に示したように、フィルタ３０は、多数の貫通孔３１が壁部３３を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミックブロック３５から構成されている。
【００８７】
貫通孔３１は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔３１ａと、上記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔３１ｂとの２種類の貫通孔からなり、大容積貫通孔３１ａは、フィルタ３０の排気ガス出口側の端部で封止材３２により封止される一方、小容積貫通孔３１ｂは、フィルタ３０の排気ガス入口側の端部で封止材３２により封止され、これらの貫通孔３１を隔てる隔壁３３がフィルタとして機能するようになっている。
【００８８】
図５には示していないが、多孔質セラミックブロック３５の周囲には、図３に示したフィルタ１０と同様に、シール材層が形成されていてもよい。
【００８９】
このフィルタ３０では、多孔質セラミックブロック３５が焼結により製造された一体構造のものであるほかは、集合体型フィルタ１０と同様に構成されており、大容積貫通孔３１ａに流入した排気ガスは、貫通孔３１を隔てる壁部３３を通過した後、小容積貫通孔３１ｂから流出するようになっている。従って、一体型フィルタ３０においても、集合体型フィルタの場合と同様の効果が得られる。
【００９０】
また、一体型フィルタ３０においても、集合体型フィルタ１０同様、形状、大きさは任意のものであってよく、その気孔率は集合体型フィルタ同様２０〜８０％であることが望ましく、その気孔径は１〜１００μｍ程度であることが望ましい。
【００９１】
多孔質セラミックブロック３５を構成する多孔質セラミックとしては特に限定されず、集合体型フィルタと同様の窒化物、炭化物、酸化物セラミックを挙げることができるが、通常、コージェライト等の酸化物セラミックが使用される。安価に製造することができるとともに、比較的熱膨張係数が小さいため、製造中、及び使用中に熱応力によってフィルタが破損する恐れが少ないからである。
【００９２】
このような一体型フィルタ３０における封止材３２は、同様に多孔質セラミックからなるものであることが望ましく、その材料としては、特に限定されないが、例えば、上述した多孔質セラミック３５を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００９３】
図３及び図５に示したような構成からなる本発明のフィルタにおいて、大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は、多角形であることが望ましい。
【００９４】
多角形にすることにより、大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔を排気ガスが通過する際に貫通孔の形状による摩擦の大きい部分をなくし、貫通孔を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１、（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失を低くすること、もしくは、隔壁の厚みの不均一な部分、つまり、排気ガスが局所的に通過しにくくなる部分をなくし、隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃに起因する圧力損失を低くすること、このどちらかの効果を得ることができるからであると考えられる。
【００９５】
また、多角形のなかでも、４角形以上の多角形が望ましく、その角の少なくとも１つが鈍角であることがより望ましい。このようにすることで、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１＋（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失を低くすることができるからである。
具体的には、八角形と四角形との組み合わせがより望ましい。
【００９６】
大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔の断面の角部の近傍は、曲線により構成されていることが望ましい。曲線にすることにより、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１＋（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失をさらに低くすることができるからである。また、角部での応力集中に起因するクラックの発生を防ぐこともできるからである。
【００９７】
なお、本発明において、「隣り合う上記大容積貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一の大容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合う大容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心との最小の距離をいい、一方、「隣り合う上記小容積貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一の小容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合う小容積貫通孔の重心との最小の距離のことをいう。
【００９８】
上記２つの重心間距離が等しいとき、再生時に熱が均一に拡散することで、フィルタ内の局所的な温度の偏りがなくなり、長期間繰り返し使用しても、熱応力に起因するクラック等が発生することのない耐久性に優れたフィルタとなると考えられる。
【００９９】
図６（ａ）〜（ｄ）及び図１２（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る集合体型フィルタを構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図であり、図６（ｅ）は、従来のフィルタにおける断面の一部を模式的に示した断面図である。なお、一体型フィルタにおける大容積貫通孔及び小容積貫通孔の断面の形状も同じ組み合わせであるので、これらの図を用いて本発明のフィルタにおける大容積貫通孔及び小容積貫通孔の断面形状を説明する。
【０１００】
図６（ａ）では、上記開口比率がほぼ１．５５、図６（ｂ）では、ほぼ２．５４、図６（ｃ）では、ほぼ４．４５、図６（ｄ）では、ほぼ６．００である。また、図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、上記開口比率がすべて、ほぼ４．４５であり、図１２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、すべてほぼ６．００である。図６（ａ）〜（ｄ）では全て、大容積貫通孔の断面の形状は８角形であり、小容積貫通孔の断面の形状は４角形でそれぞれ交互に配列されており、小容量貫通孔の断面積を変化させ、大容積貫通孔の断面形状を少し変化させることにより、開口比率を任意に変動させることが容易にできる。同様に、図１２に示すフィルタに関しても任意にその開口比率を変動させることができる。
【０１０１】
上述したように、八角形と四角形の組み合わせでは、対称性がよいものとなる。対称性がよいものであるので、排気ガスが均等に大容積貫通孔に流入しやすくなる。加えて、アイソスタティック強度、圧縮強度等の向上がはかれる。
【０１０２】
一例として、Ａ軸の圧縮強度について考察してみる。Ａ軸の圧縮強度とは、ハニカム形状において、少なくとも、貫通孔と垂直な２平面を構成するような立体、（好ましくは残りの４面を互いに平行に切断した直方体、立方体形状）に切り出し、その貫通孔を台に鉛直になるように設置し、その上部から、挟み込むように荷重圧力をかけて、破壊された荷重から、強度を計算するものである。
【０１０３】
この場合、従来技術にあるように、断面積の形状が全て正方形のみの形であると、Ａ軸については、全て同じ圧力で力が加わることになる。
【０１０４】
ところが、八角形と四角形の形であると、八角形が広がり、四角形を押しつぶそうとする力等に圧縮の力が分散されるし、また、大容積貫通孔同士が共通する壁では、打ち消しあうことになって、圧縮強度が高いものとなると考えられる。
【０１０５】
同様にアイソスタティック強度においても、断面積が全て正方形の形状のものに比べて、対角線の方向にも、梁を設けることになるので、同様に強度を向上させることができやすくなると考えられる。なお、アイソスタティック強度は、等方的圧力破壊強度ともいい、フィルタに静水圧等の等方的な圧力を印加し、破壊が発生したときの強度をいう。
【０１０６】
アイソスタティック強度は、７ＭＰａ以上が好ましく、９ＭＰａ以上がより好ましい。また、Ａ軸の圧縮強度は、１８ＭＰａ以上が好ましく、２５ＭＰａ以上がより好ましい。
しかも、上述した効果は、ある数値範囲にあると、より効果的に見出されるものであることが発明者らの研究によってわかった。
【０１０７】
このような、強度に関する安定性と、ガスの流れ、熱の伝播といった様々な要因が合い重なって、パティキュレートの再生に対する耐久が優れたハニカムフィルタになると考えられる。
【０１０８】
また、本発明のフィルタにおいて、ハニカム形状は、流入側から、流出側にかけて、断面積を変更させていないことが望ましい。なぜなら、例えば、上述したような圧縮強度において、貫通孔の断面積を変更することは、圧縮強度の減少を引き起こすし、押出成形での製造が困難になるからである。
【０１０９】
なお、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すフィルタ１６０、２６０では、大容積貫通孔１６１ａ、２６１ａの断面の形状は５角形であり、そのうちの３つの角がほぼ直角となっており、小容積貫通孔１６１ｂ、２６１ｂの断面の形状は４角形で、それぞれ大きな四角形の斜めに対向する部分を占めるように構成されている。図１２（ｃ）〜（ｄ）に示すフィルタ１７０、２７０では、図６（ａ）〜（ｄ）に示す断面の形状を変形したものであって、大容積貫通孔１７１ａ、２７１ａと小容積貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する隔壁を小容積貫通孔側にある曲率を持って広げた形状である。この曲率は任意のものであってよい。
【０１１０】
ここでは、大容積貫通孔１７１ａ、２７１ａと小容積貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する隔壁を構成する曲線が１／４円に相当するものを例示する。この場合、その開口比率が最小となる形状は、おおよそ図１２（ｃ）のような形状となり、そのときの開口比率は、ほぼ３．６６となる。
【０１１１】
図１２（ｅ）〜（ｆ）に示すフィルタ１８０、２８０では、大容積貫通孔１８１ａ、２８１ａ及び小容積貫通孔２８１ｂ、２８１ｂは４角形（長方形）からなり、図のように、２つの大容積貫通孔と２つの小容積貫通孔を組み合わせると、ほぼ正方形となるように構成されている。
【０１１２】
貫通孔の形状及び並び方が同様であるならば、上記開口比率の変動に伴って、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）と、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）とは、それぞれほぼ一定の関係で変動する。
【０１１３】
従って、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示す形状のフィルタでは、実質的に下記の（２）式で表すことができる。
β＝（α＋２１／２）２−１・・・（２）
【０１１４】
同様に、図１０は下記（３）式、図１１（ａ）〜（ｄ）は下記（４）式、図１２（ａ）、（ｂ）は下記（５）式、図１２（ｃ）、（ｄ）は下記（６）式、図１２（ｅ）、（ｆ）は下記（７）式で実質的にαとβとの関係を一意に表すことができる。
β＝（α＋１）２−１・・・（３）
α＝０・・・（４）
β＝２｛（２−２１／２）α＋１｝２−１・・・（５）
β＝｛π２／４（４−π）｝（α＋４／π）２−１・・・（６）
β＝−（３α＋２）／（α−２）…（７）
ただし、隔壁の厚みによって、α（隔壁長さ比）が若干変動することがある。そのため、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部、一の大容積貫通孔が隣り合う小容積貫通孔と共有する壁部のどちらにも属さない壁部はその効果を考慮し、大容積貫通孔同士が共有する壁部として扱う場合もある。また、上記（２）、（３）、（５）、（６）、（７）式においても、（１）式と同様に、０＜α≦１．５、１＜β≦６である。
β（開口率比）の下限値は、１．５５が好ましく、２．０がより望ましい。β（開口率比）の上限値は、２．７５が好ましく、２．５４がより望ましく、２．４２がより望ましい。
【０１１５】
このような開口率比とすることにより、パティキュレート捕集時の圧力損失をより低減することができるとともに、再生限界値を大きくすることができる。
【０１１６】
なお、再生限界値とは、これ以上パティキュレートを捕集すると、再生を行う際に、フィルタにクラック等が発生し、フィルタが損傷するおそれがあるパティキュレートの捕集量（ｇ／ｌ）をいう。従って、再生限界値が大きくなると、再生を行うまでに捕集することが可能なパティキュレートの量を増大させることができ、再生までの期間を長期化することができる。
【０１１７】
次に、上述した本発明のフィルタの製造方法の一例について説明する。
本発明のフィルタの構造が図５に示したような、その全体が一の焼結体から構成された一体型フィルタである場合、まず、上述したようなセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図５に示したフィルタ３０と略同形状のセラミック成形体を作製する。
【０１１８】
上記原料ペーストは、製造後の多孔質セラミックブロックの気孔率が２０〜８０％となるものであれば特に限定されず、例えば、上述したようなセラミックからなる粉末にバインダー及び分散媒液を加えたものを挙げることができる。
【０１１９】
上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【０１２０】
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が望ましい。
【０１２１】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、原料ペーストの粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【０１２２】
これらセラミック粉末、バインダー及び分散媒液は、アトライター等で混合し、ニーダー等で充分に混練した後、押出成形して上記セラミック成形体を作製する。
【０１２３】
また、上記原料ペーストには、必要に応じて成形助剤を添加してもよい。
上記成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を挙げることができる。
【０１２４】
さらに、上記原料ペーストには、必要に応じて酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。
【０１２５】
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）及びムライトバルーン等を挙げることができる。これらのなかでは、フライアッシュバルーンが望ましい。
【０１２６】
そして、上記セラミック成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機及び凍結乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔に目封じする封口処理を施す。
【０１２７】
上記封止材ペーストとしては、後工程を経て製造される封止材の気孔率が２０〜８０％となるものであれば特に限定されず、例えば、上記原料ペーストと同様のものを用いることができるが、上記原料ペーストで用いたセラミック粉末に潤滑剤、溶剤、分散剤及びバインダーを添加したものであることが望ましい。上記封口処理の途中で封止材ペースト中のセラミック粒子が沈降することを防止することができるからである。
【０１２８】
次に、上記封止材ペーストが充填されたセラミック乾燥体に、所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、多孔質セラミックからなり、その全体が一の焼結体から構成されたフィルタを製造することができる。
【０１２９】
なお、上記セラミック乾燥体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミックからなるフィルタを製造する際に用いられている条件を適用することができる。
【０１３０】
また、本発明のフィルタの構造が、図３に示したような、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成された集合体型フィルタである場合、まず、上述したセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図４に示した多孔質セラミック部材２０のような形状の生成形体を作製する。
【０１３１】
なお、上記原料ペーストは、上述した集合体型フィルタにおいて説明した原料ペーストと同様のものを挙げることができる。
【０１３２】
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機等を用いて乾燥させて乾燥体とした後、該乾燥体の所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔を目封じする封口処理を施す。
【０１３３】
なお、上記封止材ペーストは、上述した一体型フィルタにおいて説明した封止材ペーストと同様のものを挙げることができ、上記封口処理は、封止材ペーストを充填する対象が異なるほかは、上述した一体型フィルタの場合と同様の方法を挙げることができる。
【０１３４】
次に、上記封口処理を経た乾燥体に所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材を製造することができる。
【０１３５】
なお、上記生成形体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたフィルタを製造する際に用いられている条件等を適用することができる。
【０１３６】
次に、図７に示したように、多孔質セラミック部材２０が斜めに傾斜した状態で積み上げることができるように、上部の断面がＶ字形状に構成された台８０の上に、多孔質セラミック部材２０を傾斜した状態で載置した後、上側を向いた２つの側面２０ａ、２０ｂに、シール材層１４となるシール材ペーストを均一な厚さで塗布してシール材ペースト層８１を形成し、このシール材ペースト層８１の上に、順次他の多孔質セラミック部材２０を積層する工程を繰り返し、所定の大きさの角柱状の多孔質セラミック部材２０の積層体を作製する。
【０１３７】
なお、上記シール材ペーストを構成する材料としては、上述した本発明のフィルタにおいて説明した通りであるのでここではその説明を省略する。
【０１３８】
次に、この多孔質セラミック部材２０の積層体を加熱してシール材ペースト層８１を乾燥、固化させてシール材層１４とし、その後、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、その外周部を図３に示したような形状に切削することで、セラミックブロック１５を作製する。
【０１３９】
そして、セラミックブロック１５の外周に上記シール材ペーストを用いてシール材層１３を形成することで、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたフィルタを製造することができる。
【０１４０】
このようにして製造したフィルタはいずれも柱状であり、その構造は、図３や図５に示した通りである。
【０１４１】
本発明のフィルタの用途は特に限定されないが、車両の排気ガス浄化装置に用いることが望ましい。
【０１４２】
図８は、本発明のフィルタが設置された車両の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【０１４３】
図８に示したように、排気ガス浄化装置６００は、主に、本発明のフィルタ６０、フィルタ６０の外方を覆うケーシング６３０、フィルタ６０とケーシング６３０との間に配置された保持シール材６２０、及び、フィルタ６０の排気ガス流入側に設けられた加熱手段６１０から構成されており、ケーシング６３０の排気ガスが導入される側の端部には、エンジン等の内燃機関に連結された導入管６４０が接続されており、ケーシング６３０の他端部には、外部に連結された排出管６５０が接続されている。なお、図８中、矢印は排気ガスの流れを示している。
また、図８において、フィルタ６０は、図３に示したフィルタ１０であってもよく、図５に示したフィルタ３０であってもよい。
【０１４４】
このような構成からなる排気ガス浄化装置６００では、エンジン等の内燃機関から排出された排気ガスは、導入管６４０を通ってケーシング６３０内に導入され、フィルタ６０の貫通孔から壁部（隔壁）を通過してこの壁部（隔壁）でパティキュレートが捕集されて浄化された後、排出管６５０を通って外部へ排出されることとなる。
【０１４５】
そして、フィルタ６０の壁部（隔壁）に大量のパティキュレートが堆積し、圧力損失が高くなると、フィルタ６０の再生処理が行われる。
【０１４６】
上記再生処理では、加熱手段６１０を用いて加熱されたガスをフィルタ６０の貫通孔の内部へ流入させることで、フィルタ６０を加熱し、壁部（隔壁）に堆積したパティキュレートを燃焼除去させるのである。
【０１４７】
また、ポストインジェクション方式を用いてパティキュレートを燃焼除去してもよい。
また、本発明のフィルタの気孔中には、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒が担持されていてもよい。
【０１４８】
このような触媒が担持されていることで、本発明のフィルタは、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタとして機能するとともに、排気ガスに含有される上記ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化するための触媒コンバータとして機能する。
【０１４９】
上記触媒は、本発明のハニカム構造体を構成する粒子表面に担持されることで気孔を残したものでもよいし、壁部状にある厚みをもって担持されていてもよい。また、上記触媒は、貫通孔の壁部の表面に均一に担持されていてもよいし、ある一定の場所に偏って担持されていてもよい。特に入口側貫通孔の壁部の表面又は表面付近の粒子の表面、さらにはこれらの両方ともに上記触媒を担持させると、パティキュレートと接触しやすいためにパティキュレートの燃焼を効率よく行なうことができる。
【０１５０】
上記触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を挙げることができる。この貴金属からなる触媒は、所謂、三元触媒であり、このような三元触媒が担持された本発明のフィルタは、従来公知の触媒コンバータと同様に機能するものである。従って、ここでは、本発明のフィルタが触媒コンバータとしても機能する場合の詳しい説明を省略する。
【０１５１】
但し、本発明のフィルタに担持させることができる触媒は、上記貴金属に限定されることはなく、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒であれば、任意のものを担持させることができる。
【０１５２】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【０１５３】
（実施例１）
（１）平均粒径１１μｍのα型炭化珪素粉末６０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末４０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を５重量部、水を１０重量部加えて混練して混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図６（ａ）〜（ｄ）に示したように、断面形状を大容積貫通孔を八角形、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）を選択して、焼成後のβ（開口比率）が１．５０となるように生成形体を作製した。
【０１５４】
次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が９μｍ、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が２８個／１ｃｍ２（１０ｍｍ×１０ｍｍ）（大容積貫通孔１４個／１ｃｍ２、小容積貫通孔１４個／１ｃｍ２）、実質的に全ての隔壁２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材２０を製造した。
【０１５５】
なお、得られた多孔質セラミック部材２０の一方の端面においては、大容積貫通孔２１ａのみを封止剤により封止し、他方の端面においては、小容積貫通孔２１ｂのみを封止剤により封止した。
また、多孔質セラミック部材２０においてα（隔壁長さ比）は、０．２０であった。
【０１５６】
（２）繊維長０．２ｍｍのアルミナファイバー３０重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子２１重量％、シリカゾル１５重量％、カルボキシメチルセルロース５．６重量％、及び、水２８．４重量％を含む耐熱性のシール材ペーストを用いて上記多孔質炭化珪素部材を、図７を用いて説明した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、円柱形状のセラミックブロックを作製した。
このとき、上記多孔質セラミック部材を結束するシール材層の厚さが１．０ｍｍとなるように調整した。
【０１５７】
次に、無機繊維としてアルミナシリケートからなるセラミックファイバー（ショット含有率：３％、繊維長：０．１〜１００ｍｍ）２３．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ２の含有率：３０重量％）７重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合、混練してシール材ペーストを調製した。
【０１５８】
次に、上記シール材ペーストを用いて、上記セラミックブロックの外周部に厚さ０．２ｍｍのシール材ペースト層を形成した。そして、このシール材ペースト層を１２０℃で乾燥して、直径が１４４ｍｍの円柱形状のフィルタを製造した。
【０１５９】
（実施例２〜２４、及び、比較例１〜２）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図６（ａ）〜（ｄ）に示したように、大容積貫通孔を八角形、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）の断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表１に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６０】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６１】
（実施例２５〜３１、及び、比較例３〜４）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１２（ａ）、（ｂ）に示したように、大容積貫通孔を五角形、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）の断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表２に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６２】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６３】
（実施例３２〜３５、及び、比較例５〜６）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１２（ｃ）、（ｄ）に示したように、大容積貫通孔を八角形の四隅を曲率をもって広げ、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）を曲率をもって縮めた断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表２に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６４】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６５】
（実施例３６〜４４、及び、比較例７〜８）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１２（ｅ）、（ｆ）に示したように、大容積貫通孔を長方形、小容積貫通孔として、長方形（場合によっては正方形）の断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表２に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６６】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６７】
（比較例９〜１９）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１０に示した断面形状と略同様（十二角形と四角形）にし、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表３に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６８】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６９】
（比較例２０〜２７）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を、図１１（ａ）（比較例２０）、図１１（ｂ）（比較例２１、２２）、図１１（ｃ）（比較例２３〜２５）、図１１（ｄ）（比較例２６〜２７）にそれぞれ示した断面形状と略同様にし、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）を、それぞれ表３に示した値（α＝０）としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１７０】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１７１】
（比較例２８〜２９）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図６（ｅ）に示した断面形状（全て正方形でかつ市松模様に封止）と略同様にし、そのβ（開口比率）＝１及びα（隔壁長さ比）を、それぞれ表３に示した値（α＝０）としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１７２】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１７３】
（比較例３０〜３３）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１９（比較例３０）、図２０（比較例３１）、図２１（比較例３２）、図２２（比較例３３）に、それぞれ示した断面形状と略同様にしたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。なお、比較例３０に示したフィルタ２００（図１９）の断面形状は、大容積貫通孔（六角形）と小容積貫通孔（三角形）の数が実質的に１：２である。また、比較例３２に示したフィルタ２２０（図２１）の断面は、大きな正方形の貫通孔２２１ａと小さな正方形の貫通孔２２１ｂと長方形の貫通孔２２２が組み合わされて格子状に形成されたものであり、比較例３３に示したフィルタ２３０（図２２）の断面は、正方形の貫通孔２３１とそれよりほんのわずかに小さい正方形の貫通孔２３２が交互に組み合わされて形成されたものである。
【０１７４】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１７５】
（比較例３４）
（１）貫通孔の長手方向に平行な断面の形状をテーパ形状にしたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１７６】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
得られたフィルタの貫通孔の長手方向に垂直な断面の面積は、徐々に大きくなったり小さくなったりしており、図６（ａ）を用いて説明すると、排気ガス入口側における大容積貫通孔２１ａは、排気ガス出口側では、小容量貫通孔２１ｂとなっており、排気ガス入口側における小容積貫通孔２１ｂは、排気ガス出口側では、大容量貫通孔２１ａとなっている。
【０１７７】
（評価方法）
（１）圧力損失変化
図８に示したように、各実施例及び比較例に係るフィルタをエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで運転し、初期（運転前）の圧力損失及び所定量のパティキュレート捕集した際の圧力損失を測定した。表１〜３に全ての実施例及び比較例の断面形状、β（開口率比）、α（隔壁長さ比）、（２０／９）α２＋１の値と、そのときの初期の圧力損失、パティキュレートを０．５、４．０、６．０、８．０（ｇ／Ｌ）捕集した際の圧力損失のデータを示す。
【０１７８】
（２）再生限界値の測定
図８に示したように、各実施例及び比較例に係るフィルタをエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、その後に再生処理を行う実験を、運転する時間を増加させながら継続して行い、フィルタにクラックが発生するか否かを調査した。上記実験は、各実施例及び比較例に係るフィルタ５個について行った。そして、クラックが発生した際に、捕集していたパティキュレートの量を測定し、５個サンプルの平均値を再生限界値とした。その結果を下記の表１〜３に示した。
【０１７９】
図１３に、実施例１〜４４及び比較例１〜３３におけるβ（開口率比）とα（隔壁長さ比）との値の関係をグラフ上で示す。図１３のグラフ中の点は、上記実施例及び比較例から選んだものであり、数値を〇中に記載したもの（例えば（１６）、（１７）、（１８）・・・）は、実施例の番号を表し、単に番号のみを記載したもの（例えば１、１０、２０・・・）は、比較例の番号を表す。また、線分Ａは、β＝（２０／９）α２＋１を表す。線分Ｂは図１１に示す断面形状のフィルタにおけるαとβとの関係を表し、曲線Ｃ〜Ｇはそれぞれ図１２（ｃ）〜（ｄ）、図１２（ｅ）〜（ｆ）、図６（ａ）、図１２（ａ）〜（ｂ）、図１０に示す断面形状のフィルタにおけるαとβとの関係を表す線である。
【０１８０】
（３）アッシュ重量とアッシュ層の長さ又はフィルタの圧力損失との関係
図８に示したように、各実施例及び比較例に係るフィルタをエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、その後に再生処理を繰り返す実験を行い、フィルタを構成する貫通孔に充填されたアッシュ層の長さ（排気ガスの流れる方向の長さ）とアッシュ重量との関係、フィルタの圧力損失とアッシュ重量との関係を実施例２、実施例１３、比較例２８について測定した。その結果を図１５、図１６に示す。
【０１８１】
（４）フィルタの圧縮強度とアイソスタティック強度
表に記載のフィルタを、実施のように、３０ｍｍ程度の立方体に切断し、インストロン５５８２によりA軸の圧縮強度を測定した。
また、直径１４４ｍｍで長さ１５０ｍｍのフィルタのアイソスタティック強度を測定した。測定の際には、サンプルの上下にアルミニウム板（１ｍｍの厚み）をあて、ウレタンシート（１ｍｍの厚み）で包んで密封し、水を満たした圧力容器に入れて加圧し、破壊された圧力をアイソスタティック強度とした。
これらの結果も、同様に表１〜３に記した。
【０１８２】
【表１】
【０１８３】
【表２】
【０１８４】
【表３】
【０１８５】
表１〜３及び図１７に示した結果より明らかなように、実施例に係るフィルタでは、比較例に係るフィルタに比べてパティキュレートを一定の量捕集したときの圧力損失を低くすることができるため、再生までの期間をトータルで見たときの圧力損失が低いものであることがわかる。また、圧力損失が低いため、パティキュレートを多量に捕捉することが可能であるといえる。
【０１８６】
さらに、図１５、図１６に示すように、比較例２８のフィルタに比べ、実施例２、１３に係るフィルタでは、アッシュ重量に対して、アッシュ層の長さが短く、それによる圧力損失が小さいため、逆洗浄等を必要とするまでの期間も長くなる。
【０１８７】
また、実施例に係るフィルタでは、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きいため、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができる。
【０１８８】
また、図１８に示すように、図６（ａ）〜（ｄ）に示した断面形状を有するフィルタでは、β（開口比率）が２．３〜２．４付近において、再生限界値が最も大きい。従って、実施例１〜４４及び比較例１〜３３で得られた結果を考慮すると、βは１．５５〜２．７５が好ましく、２．０〜２．５４がより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明のフィルタは、初期の圧力損失を抑制することができ、パティキュレートが蓄積するに従って上昇する圧力損失の上昇率も低いため、パティキュレートを規定量捕集したときの圧力損失が低くなり、再生までの期間をトータルで見たときの圧力損失が低いものである。また、実際に、再生までの捕集量の最大値を表す再生限界値も、比較例に比べて大きくなっている。従って、再生まで、パティキュレートを多量に捕捉することが可能となり、再生までの期間を延長することができる。また、アッシュ重量に対して、アッシュ層の長さが短く、アッシュ層に起因する圧力損失も小さいため、逆洗浄等を必要とするまでの期間も長くなる。
【符号の説明】
【０１９０】
１０、３０ フィルタ
１３、１４ シール材層
１５ セラミックブロック
２０、４０、５０、７０ 多孔質セラミック部材
１６０、１７０、１８０、２６０、２７０、２８０ 多孔質セラミック部材
２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａ 大容積貫通孔
１６１ａ、１７１ａ、１８１ａ、２６１ａ、２７１ａ、２８１ａ 大容積貫通孔
２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、７１ｂ 小容積貫通孔
１６１ｂ、１７１ｂ、１８１ｂ、２６１ｂ、２７１ｂ、２８１ｂ 大容積貫通孔
２２ 封止材
２３、４３、５３、７３ 隔壁
１６３、１７３、１８３、２６３、２７３、２８３ 隔壁
３３ 壁部
【技術分野】
【０００１】
関連出願の記載
本出願は、２００２年９月１３日に出願された日本国特許出願２００２−２６７８１９号、２００３年３月４日に出願された日本国特許出願２００３−５７６３１号を基礎出願として優先権主張する出願である。
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去する目的等で用いられるフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
【０００３】
この排気ガスを多孔質セラミックに通過させ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化することができるセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００４】
このようなセラミックフィルタとしては、図９に示したような、多数の貫通孔１４１が隔壁１４３を隔てて、長手方向に並設された円柱状のハニカム構造体１４０が知られている。
【０００５】
貫通孔１４１は、図９（ｂ）に示したように、排気ガスの流入側又は排出側の端部のいずれかが封止材１４２により目封じされ、一の貫通孔１４１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔１４１同士を隔てる隔壁１４３を通過した後、他の貫通孔１４１から流出するようになっている。
【０００６】
即ち、このようなハニカム構造体１４０が内燃機関の排気通路に設置されると、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカム構造体１４０を通過する際に隔壁１４３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００７】
また、このような排気ガスフィルタとして、排気ガス流出側の端部が封止された貫通孔（以下、流入側貫通孔ともいう）を容積の大きな貫通孔（以下、大容積貫通孔ともいう）とし、排気ガス流入側の端部が封止された貫通孔（以下、流出側貫通孔ともいう）を容積の小さな貫通孔（以下、小容積貫通孔ともいう）とすることにより、排気ガス流入側の開口率を排気ガス流出側の開口率よりも相対的に大きくしたものが開示されている。
図１０は、特許文献１に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【０００８】
この排気ガスフィルタ６０は、碁盤目の交点に、該碁盤目を構成する正四角形よりも小さな四角形が配置されたような断面形状を有し、小さな四角形に相当する小容積貫通孔６１ｂとその周囲に存在する大容積貫通孔６１ａとからなり、これらの貫通孔の間に隔壁６２ａ、６２ｂが形成されている。
【０００９】
また、図１１（ａ）〜（ｄ）は、特許文献２及び特許文献３に開示された排気ガスフィルタの長手方向に垂直な断面を模式的に示したものである。
【００１０】
この排気ガスフィルタ３００〜３３０は、様々な形状の大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａと、小容積貫通孔３０１ｂ、３１１ｂ、３２１ｂ、３３１ｂとからなり、これらの貫通孔の間に隔壁３０２、３１２、３２２、３３２が形成されている。
【００１１】
隔壁３０２、３１２、３２２、３３２は、いずれも大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａと小容積貫通孔３０１ｂ、３１１ｂ、３２１ｂ、３３１ｂとを隔てるものであり、大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａ同士を隔てる隔壁は、存在しないといってもよい。
【００１２】
一般に、このようなフィルタでは、排気ガス中のパティキュレートを捕集することにより、圧力損失が大きくなる。それにつれて背圧が高くなり、この背圧が一定値以上になると、エンジン等に与える負荷が大きくなるため、再生処理を行ってパティキュレートを除去する必要が生じる。従って、経過時間に対する圧力損失の程度は、フィルタの性能を評価するための重要なファクターとなる。
【００１３】
図１は、圧力損失に影響を及ぼす主な要因を記載した概念図である。
図１に示すように、圧力損失に影響を及ぼす主な要因としては、（１）フィルタ入口側の開口率；ΔＰａ、（２）貫通孔を通過する際の摩擦（入口側（２）−１；ΔＰｂ−１、出口側（２）−２；ΔＰｂ−２）、（３）隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃ等があげられる。
【００１４】
また、図２は、各種排気ガスフィルタにおける圧力損失の経過時間による変化の様子を模式的に示したグラフである。
【００１５】
上記特許文献１、２等に記載された２種類の貫通孔を有する排気ガスフィルタは、図９に示す断面形状が四角形で、全ての貫通孔の容積がほぼ等しい排気ガスフィルタに比べ、パティキュレートを捕集する前の状態においては、フィルタ入口側の開口率及び貫通孔入口側を通過する際の摩擦（（１）；ΔＰａ＋（２）−１；ΔＰｂ−１）に起因する圧力損失は若干低くなるが、貫通孔出口側を通過する際の摩擦及び隔壁を通過する際の抵抗（（２）−２；ΔＰｂ−２＋（３）；ΔＰｃ）に起因する圧力損失が高くなる。その結果、パティキュレートを捕集する前の圧力損失は、図９に示すような全ての貫通孔の容積が略等しい排気ガスフィルタよりも高くなってしまうことが判明した。
【００１６】
さらに、排気ガスフィルタの壁部の大部分は長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部（ア）と、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う小容積貫通孔と共有する壁部（イ）とからなる排気ガスフィルタでは、この２種類の壁部の比率によって、圧力損失が変動する。
【００１７】
例えば、開口比率を一定とした場合、このうちの壁部（ア）の占める割合が大きいと、大容積貫通孔から直接的に壁部（イ）を通過して、小容積貫通孔へ排気ガスが流れにくくなるために、パティキュレートを捕集する前（Ｔ０）の圧力損失が高くなる傾向が生じる。
【００１８】
しかし、パティキュレートを捕集するに従って、壁部（イ）の表面にパティキュレートが捕集されるために、大容積貫通孔から直接的に壁部（イ）を通過して、小容積貫通孔へ排気ガスが流れるよりも、一旦壁部（ア）に進入し多孔質壁を伝わって壁部（イ）へ流れる方が、抵抗が低くなり、結果的に、大容積貫通孔の構成する壁部の全体に均一にパティキュレートが蓄積されることになる。従って、壁部に蓄積されるパティキュレートの厚みを下げることになり、パティキュレートの捕集に従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ３／（Ｔ１−Ｔ０））は小さくなる。
【００１９】
また、逆に、この割合が小さいと、パティキュレートを捕集する前（Ｔ０）の圧力損失は低くなるが、パティキュレートの捕集に従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ３／（Ｔ１−Ｔ０））が大きくなる傾向が表れる。
【００２０】
特許文献１（図１０）に開示された排気ガスフィルタ６０では、この大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部（ア）の占める割合が比較的大きいものである。そのため図２に示すように、パティキュレートを捕集する前（Ｔ０）の圧力損失（以下、初期の圧力損失ともいう）が、隔壁を通過する際の抵抗（（３）；ΔＰｃ）が高いことに起因して高くなるとともに、初期の圧力損失が高すぎるため、パティキュレートの捕集時（Ｔ１）においても圧力損失が高くなってしまう。
【００２１】
従って、エンジンマネージメントの点から、規定量のパティキュレートをためる前に再生処理を行う必要がある。すなわち、排気ガスフィルタ６０は、初期の圧力損失が高くなりすぎるために、実質的にパティキュレートの捕集量が制限されてしまうという問題があった。
【００２２】
また、特許文献２（図１１）に開示された排気ガスフィルタ３００〜３３０では、大容積貫通孔３０１ａ、３１１ａ、３２１ａ、３３１ａ同士を隔てる隔壁（ア）は、ほぼ点接触の状態となっており、殆ど存在しない。
【００２３】
そのため、図２に示すように、パティキュレートを蓄積するに従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ３／（Ｔ１−Ｔ０））が大きいことに起因して、パティキュレートを捕集時（Ｔ１）の圧力損失が高くなりすぎる。
【００２４】
従って、同様にエンジンマネージメントの点から、規定量のパティキュレートをためる前に再生処理を行う必要がある。すなわち、排気ガスフィルタ３００〜３３０は、捕集中の圧力損失の上昇率が大きいために、実質的にパティキュレートの捕集量が制限されるという問題があった。
【００２５】
次に、他の従来技術として、特許文献４には、大容積貫通孔のセルピッチをほぼ１．０〜２．５ｍｍとしたハニカム構造体が開示されている。
【００２６】
また、特許文献５には、大容積貫通孔の容積率が６０〜７０％で、小容積貫通孔の容積率が２０〜３０％で、大容積貫通孔のセルピッチをほぼ２．５〜５．０ｍｍとしたハニカム構造体が開示されている。
【００２７】
図１９は、これらのハニカム構造体２００の長手方向に垂直な断面（以下、単に断面ともいう）を模式的に示した断面図であり、このハニカム構造体２００では、断面の形状が６角形の大容積貫通孔２０１の周囲に断面の形状が３角形の小容積貫通孔２０２を配している。
【００２８】
さらに、特許文献６には、大容積貫通孔の断面の総面積に対する小容積貫通孔の断面の総面積の比の百分率が４０〜１２０％のハニカム構造体が開示されている。
【００２９】
図２０は、このようなハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図であり、このハニカム構造体２１０では、上記断面の形状が正６角形の大容積貫通孔２１１の周囲に上記断面の形状が横長６角形の小容積貫通孔２１２を配している。また、外周近傍には、正６角形の大容積貫通孔２１１と台形の大容積貫通孔２１３とを並存させている。
【００３０】
また、流入側貫通孔の数を流出側貫通孔の数よりも多くすることにより、排気ガス流入側の開口率を排気ガス流出側の開口率よりも相対的に大きくしたものも開示されている（例えば、特許文献１の図３参照）。
【００３１】
このようなハニカムフィルタにおいても、流入側のセルの個数と流出側のセルの個数が異なるものであって、図９に示す断面形状が四角形で、全ての貫通孔の容積がほぼ等しい排気ガスフィルタに比べ、パティキュレートを捕集する前の状態においては、フィルタ入口側の開口率及び貫通孔入口側を通過する際の摩擦（（１）；ΔＰａ＋（２）−１；ΔＰｂ−１）に起因する圧力損失は若干低くなるが、貫通孔出口側を通過する際の摩擦及び隔壁を通過する際の抵抗（（２）−２；ΔＰｂ−２＋（３）；ΔＰｃ）に起因する圧力損失が高くなる。その結果、パティキュレートを捕集する前の圧力損失は、図９に示すような全ての貫通孔の容積が略等しい排気ガスフィルタよりも高くなってしまう。
【００３２】
また、特許文献７及び特許文献８には、壁の厚みや、物性値を調整する技術が公開されているが、この技術のみでは、低い圧損とすることが、困難であった。
【００３３】
また、特許文献９には、正方形と長方形とからなるフィルタが開示されているが、断面を変更した形であるので、押出し成形で製造するのが困難であり、量産製造が難しい。また、断面の変更がないとしても、上述したように、流出側の貫通孔の断面積が相対的に大きいものと小さいものとの差があるので、流出側のガスの抵抗が高くなり、圧損が高くなることになる。
【００３４】
このような技術に対応したものとして、２種類の貫通孔の形状からなるフィルタ、とりわけ、八角形と四角形からなるフィルタが開示されている（特許文献１０、特許文献１１参照）。
【００３５】
フィルタをこのような形状のものとすることによって、圧力損失が向上することがわかったが、様々な、形状、開口比率で試験を行なった結果、低い圧力損失と、高いクラック限界といった両方を満足させることは難しいものであって、結果的に、パティキュレートの捕集量が制限されるという問題があった。加えて、これらのフィルタは、アイソスタティック強度、圧縮強度に劣るものであった。
【００３６】
さらに、従来技術として、特許文献１２に記載されているフィルタには、相対的に大きな正方形と小さな貫通孔の２種類の貫通孔からなるハニカム構造体が開示されてなる。
【００３７】
しかし、このフィルタにおいても、圧損が高く、アイソスタティック強度、圧縮強度が低いものであり、クラック限界を高くすることが困難であった。
【００３８】
以上、全ての従来技術に開示されたハニカム構造体では、排気ガス流入側の開口率と排気ガス流出側の開口率とが等しいハニカム構造体と比較して、排気ガス流入側の開口率を相対的に大きくしているため、排気ガス浄化用フィルタとして用いた際に、パティキュレートの捕集限界量を多くして再生までの期間を長期化すること等が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】米国特許第４４１７９０８号明細書（対応日本特許は特開昭５８−１９６８２０号公報、特公平３−４９６０８号公報）
【特許文献２】米国特許第４３６４７６１号公報（対応する日本出願は特開昭５６−１２４４１７号公報、特開昭６２−９６７１７号公報）
【特許文献３】米国特許第４２７６０７１号公報（対応する日本出願は特開昭５６−１２４４１８号公報）
【特許文献４】実願昭５６−１８７８９０号マイクロフィルム（実開昭５８−９２４０９号公報（第４頁、第６図参照）
【特許文献５】特開平５−６８８２８号公報（特許第３１３０５８７号明細書（第１頁）
【特許文献６】特開２００１−３３４１１４号公報（第５頁、図２参照）（ＷＯ０２／１００５１４号公報
【特許文献７】米国特許第４４１６６７６号明細書
【特許文献８】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献９】特開昭５８−１５００１５号公報
【特許文献１０】仏国特許発明第２７８９３２７号明細書
【特許文献１１】ＷＯ０２／１０５６２号公報
【特許文献１２】ＷＯ０３／２０４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
しかしながら、これらのフィルタは通常のフィルタ（即ち、排気ガス流入側と流出側の開口率が同じフィルタ）に比べて、初期の圧力損失がかなり高いものであることがわかった。あるいは、低い強度になってしまうという問題が生じていた。従って、低い圧力損失を持ちながら、高いアイソスタティック強度、高い圧縮強度を持ち、高いクラック限界というものを満たすことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、パティキュレートを捕集した際の圧力損失が低く、パティキュレートを多量に捕集することが可能なフィルタを提供することを目的とするものである。なお、本明細書において、多量に捕集できるとは、単純にフィルタの捕集部分の容積が増すというだけでなく、再生によってクラックが入りにくくなるために、多量に捕集できるということも含むものとする。
【００４２】
本発明のフィルタは、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、
前記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、
前記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり、
前記大容積貫通孔は、前記フィルタの一端部で封止される一方、
前記小容積貫通孔は、前記フィルタの他端部で封止され、
前記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有することを特徴とする。
上記フィルタにおいて、長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）と、長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）との比（ａ／ｂ）をαとし、上記大容積貫通孔の上記断面の面積（Ａ）と、上記小容積貫通孔の上記断面の面積（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）をβとした際、上記αと上記βとが下記式（１）の関係を有することが望ましい。
β≧（２０／９）α２＋１ （ただし、０＜α≦１．５、１＜β≦６）…（１）
【００４３】
上記フィルタにおいて、大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は、八角形及び四角形の２種からなることが望ましく、加えて、その形状が、大容積貫通孔と小容積貫通孔とが共有する隔壁を小容積側にある曲率をもって広げた形状であることが望ましい。
【００４４】
以下、本発明のフィルタについて説明する。
本発明において、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）は、フィルタの断面を見た時、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できる隔壁の長さの合計を表しており、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）は、フィルタの断面を見た時、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できない隔壁の長さの合計を表している。このα（ａ／ｂ）を、隔壁長さ比ともいうこととする。このα（隔壁長さ比）が大きくなると、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できる隔壁の面積の割合が小さくなることになり、一方、α（隔壁長さ比）が小さくなると、排気ガスが隔壁に対して垂直に通過できる隔壁の面積の割合が大きくなる。このα（隔壁長さ比）は、前述したように圧力損失及びパティキュレートの蓄積状態等に大きな影響を与える。
【００４５】
一方、大容積貫通孔の断面の面積（Ａ）と、小容積貫通孔の断面の面積（Ｂ）の比β（Ａ／Ｂ）は、本発明のフィルタの開口比率を表しており、開口比率が高くなると、排気ガスが流入する側の大容積貫通孔の総容積が相対的に大きくなる。
【００４６】
上記（１）式は、初期（Ｔ０）及びパティキュレート捕集時（Ｔ１）において、これらに起因する圧力損失のトータルの値が、α、βの値との関係において、どのように推移するかを計算し、又は、実験により測定し、これらの結果に基づいて決定したものである。
【００４７】
この際、α（ａ／ｂ）は、０＜α≦１．５を満足する必要がある。α＝０では、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部が存在しなくなるため、特許文献２に記載のフィルタのように、圧力損失の上昇率が高くなる。一方、αが１．５を超えると、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）が大きすぎるため、（３）隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃが増大し、初期の圧力損失が大きくなりすぎる。
【００４８】
また、β（Ａ／Ｂ）は、１＜β≦６を満足する必要がある。β＝１では、小容積貫通孔と大容積貫通孔とが同じ容積となってしまい、βが６を超えると、小容積貫通孔の容積が小さくなりすぎて、貫通孔出口側を通過する際の摩擦及び隔壁を通過する際の抵抗（（２）−２；ΔＰｂ−２＋（３）；ΔＰｃ）に起因する圧力損失が増大し、初期の圧力損失が大きくなってしまう。
【００４９】
（１）式を満足しないフィルタ、すなわち、β＜（２０／９）×α２＋１を満たすフィルタでは、βに対してαが大きすぎる。すなわち、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）が、一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）に対して長すぎることになる。このため、（３）隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃによる圧力損失が大きくなり、特許文献１に記載のフィルタのように、初期の圧力損失が大きくなりすぎてしまう。
【００５０】
上記αと上記βとが（１）式の関係を有するように、上記ａ、ｂ、Ａ及びＢを設定することにより、図２に示すように初期（Ｔ０）の圧力損失が高くなるのを、できるだけ抑制することができるとともに、パティキュレートの蓄積に従って上昇する圧力損失の上昇率（ΔＰ１／（Ｔ１−Ｔ０））を抑えることができ、その結果、規定量のパティキュレートを蓄積した時（Ｔ１）の圧力損失を低くすることができる。
【００５１】
このため、フィルタ使用している期間をトータルで考えた際の圧力損失を低減することができ、これによって、エンジンに与える負荷を低減することができ、エンジン停止等の不具合をおこす恐れを減らすことができるとともに、パティキュレートを多量に捕集することも可能となる。
【００５２】
なお、「大容積貫通孔と小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり」とは、本発明のフィルタを、長手方向に垂直な断面で見た際、その輪郭の形状等に起因して、大容積貫通孔と小容積貫通孔とが同数でない場合があるが、大容積貫通孔と小容積貫通孔とからなる一定のパターンで判断すると、両者が同数の２種類の貫通孔からなることを意味する。
【００５３】
従って、例えば、大容積貫通孔の周囲に多数の小容積貫通孔が存在したり、その逆であるようなフィルタ、例えば、図１９に示すフィルタは、本発明のフィルタに含まれない。また、図１１に示すような一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有さないものは、本発明のフィルタに含まれない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明のような種類のフィルタにおいて、圧力損失に影響を及ぼす主な要因を図示した概念図である。
【図２】図２は、各種排気ガスフィルタにおける圧力損失の経過時間による変化の様子を模式的に示したグラフである。
【図３】図３は、本発明の排気ガス浄化用フィルタの一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、図３に示したフィルタを構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の排気ガス浄化用フィルタの別の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したフィルタのＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明のフィルタを構成する多孔質セラミック部材の長さ方向に垂直な断面を模式的に示した断面図であり、（ｅ）は、従来のフィルタを構成する多孔質セラミック部材の長さ方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図７】図７は、本発明のハニカムフィルタを製造するための一工程の様子を模式的に示した側面図である。
【図８】図８は、本発明の排気ガス浄化用ハニカムフィルタを用いた排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【図９】図９は、従来の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視図である。
【図１０】図１０は、従来の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの別の一例を模式的に示した縦断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、従来の排気ガス浄化用ハニカムフィルタの別の例を模式的に示した縦断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｆ）は、本発明のフィルタの例を模式的に示した縦断面図である。
【図１３】図１３は、実施例及び比較例に係るフィルタのα（隔壁長さ比）とβ（開口比率）との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例１において、フィルタの入口から異なる位置で観察されるパティキュレートの捕集状態を示す写真である。
【図１５】図１５は、実施例及び比較例に係るフィルタにおけるアッシュ重量とアッシュ層の長さとの関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例及び比較例に係るフィルタにおけるフィルタのパティキュレート捕集前もしくは再生直後のパティキュレートがフィルタに堆積されていない状態での圧力損失とアッシュ重量との関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、上のグラフは、実施例及び比較例に係るフィルタにおけるパティキュレートの捕集量と圧力損失との関係を示すグラフであり、下のグラフは、上記実施例及び比較例に係るフィルタにおけるβ（開口率比）と、初期の圧力損失及びパティキュレートを６（ｇ／Ｌ）捕集した際の圧力損失との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例に係るフィルタにおけるβ（開口率比）と再生限界値との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、大容積貫通孔と小容積貫通孔の数が実質的に１：２となるように構成された従来の多孔質セラミック部材の長さ方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図２０】図２０は、従来のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図２１】図２１は、従来のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【図２２】図２２は、従来のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明のフィルタは、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、
上記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、上記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり、
上記大容積貫通孔は、上記フィルタの一端部で封止される一方、上記小容積貫通孔は、上記フィルタの他端部で封止され、
長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）と、長手方向に垂直な断面における上記一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）との比（ａ／ｂ）をαとし、上記大容積貫通孔の上記断面の面積（Ａ）と、上記小容積貫通孔の上記断面の面積（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）をβとした際、上記αと上記βとが下記式（１）の関係を有することを特徴とするものである。
β≧（２０／９）α２＋１ （ただし、０＜α≦１．５、１＜β≦６）…（１）
【００５６】
本発明のフィルタは、多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタである。上記フィルタにおいては、少なくとも１つの多孔質セラミックブロックを含んで構成されていることが好ましい。上記多孔質セラミックブロックは、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されることにより構成されていてもよく（以下、上記フィルタを集合体型フィルタともいう）、全体が一体として焼結形成されたセラミック部材から構成されていてもよい（以下、上記フィルタを一体型フィルタともいう）。
【００５７】
上記集合体型フィルタの場合、壁部は、多孔質セラミック部材の貫通孔を隔てる隔壁と、多孔質セラミック部材の外壁及び多孔質セラミック部材間の接着材層として機能しているシール材層とから構成されており、上記一体型フィルタの場合、一種類の隔壁のみにより構成されている。
【００５８】
図３は、本発明のフィルタの一例である集合体型フィルタの具体例を模式的に示した斜視図であり、図４（ａ）は、図１に示したフィルタを構成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した多孔質セラミック部材のＡ−Ａ線断面図である。
【００５９】
図３に示したように、本発明のフィルタ１０は、多孔質セラミック部材２０がシール材層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲には、排気ガスの漏れを防止するためのシール材層１３が形成されている。
【００６０】
また、この多孔質セラミック部材２０は、その長手方向に多数の貫通孔２１が並設されているが、この貫通孔２１は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔２１ａと、上記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔２１ｂとの２種類からなり、大容積貫通孔２１ａは、フィルタ１０の排気ガス出口側の端部で封止材２２により封止される一方、小容積貫通孔２１ｂは、フィルタ１０の排気ガス入口側の端部で封止材２２により封止され、これらの貫通孔同士を隔てる隔壁２３がフィルタとして機能するようになっている。即ち、大容積貫通孔２１ａに流入した排気ガスは、必ずこれらの隔壁２３を通過した後、小容積貫通孔２１ｂから流出するようになっている。
【００６１】
本発明のフィルタでは、貫通孔２１は大容積貫通孔２１ａと小容積貫通孔２１ｂとの２種類からなり、その貫通孔の数は実質的に同数である。このような構成にし、貫通孔の不必要な分割をなくすことで、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び／又は貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１、（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失が必要以上に上昇することのを抑えることが可能である。例えば、図１９に示すような貫通孔の数が実質的に１：２であるフィルタと比較すると、本発明のフィルタのような貫通孔の数が実質的に同数であるフィルタでは、貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−２；ΔＰｂ−２）による圧力損失が低いため、トータルの圧力損失が低くなる。
【００６２】
また、本発明のフィルタは、一の大容積貫通孔２１ａが隣り合う大容積貫通孔２１ｂと共有する壁部と、一の大容積貫通孔２１ａが隣り合う小容積貫通孔２１ｂと共有する壁部の両方を有する。
【００６３】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、実施例において、フィルタの入口から異なる位置で観察されるパティキュレートの捕集状態を示す写真であるが、この写真より明らかなように、本発明のフィルタでは、隣り合う大容積貫通孔と小容積貫通孔が共有する壁部のみでなく、隣り合う大容積貫通孔同士が共有する壁部にも一様にパティキュレートが蓄積する。これは、排気ガスは、大容積貫通孔から小容積貫通孔へ向かって、フィルタの壁を直接流入する以外にも、孔のなかで渦をまいたりするような多様な流れを生じさせ、パティキュレートが捕集されるに従って、一旦、隣り合う大容積貫通孔同士が共有する壁部に侵入した後、隣り合う大容積貫通孔と小容積貫通孔が共有する壁部を通って小容積貫通孔に抜ける排気ガスの流れが形成されるようになるためであると考えられる。
【００６４】
その結果、大容積貫通孔と小容積貫通孔の容積比を一定にした際、両方の壁部を有するフィルタにおいても、使用するに従って、大容積貫通孔の壁全てに一様にパティキュレートが蓄積される。従って、開口比率を一定とした時、大容積貫通孔同士が共有する壁部のないフィルタと比較すると、本発明のフィルタでは、実質的にろ過するための壁部の表面積が大きいこととなり、同じ量のパティキュレートを蓄積させたとき、隔壁部分に蓄積するパティキュレートの厚みを減少させることができる。このため、本発明のフィルタでは、使用を開始してから時間が経過するに従って上昇する圧力損失の上昇率が小さくなり、フィルタ使用している期間トータルで考えた際の圧力損失を低減することができるのである。
【００６５】
また、フィルタを再生するためには、パティキュレートを燃焼させるが、パティキュレート中には、燃焼して消滅する炭素等のほかに、燃焼により酸化物となる金属等が含まれており、これらがフィルタ中にアッシュとして残留する。アッシュは、通常、フィルタの出口に近いところに残留し、そのためフィルタを構成する貫通孔は、出口に近いところからアッシュが充填されていき、アッシュが充填された部分の容積が次第に大きくなるとともに、フィルタとして機能する部分の容積（面積）が次第に小さくなっていく。
【００６６】
そして、アッシュの蓄積量が多くなりすぎると、フィルタは、最早、フィルタとして機能しなくなり、排気管から取り出して逆洗浄を行ってアッシュをフィルタから取り除くか、フィルタを廃棄することとなる。
【００６７】
上述した本発明のフィルタは、貫通孔の容積が全て同じものと比べると、排気ガス流入側の貫通孔の容積が大きいことに起因して、アッシュが蓄積していく際のフィルタとして機能する部分の容積は減少量が小さく、アッシュに起因する圧力損失も小さくなる。従って、逆洗浄等を必要とするまでの期間も長くなる。
【００６８】
図３に示したフィルタ１０では、フィルタの形状は円柱状であるが、本発明のフィルタは、円柱状に限定されることはなく、例えば、楕円柱状や角柱状等任意の形状、大きさのものであってもよい。
【００６９】
本発明のフィルタにおいて、ハニカム構造は、流入側から、流出側にかけて、断面積を変更させていないことが望ましい。なぜなら、圧縮強度等の向上をはかることができるし、押出成形での製造が容易になるからである。
【００７０】
本発明のフィルタにおいて、多孔質セラミック部材の材料としては特に限定されず、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、等の酸化物セラミック等を挙げることができる。また、シリコンと炭化珪素の複合体、チタン酸アルミニウムといった２種類以上の材料から形成されていてもよいが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が望ましい。
【００７１】
また、多孔質セラミック部材の気孔率は特に限定されないが、２０〜８０％程度であることが望ましい。気孔率が２０％未満であると、本発明のフィルタがすぐに目詰まりを起こすことがあり、一方、気孔率が８０％を超えると、多孔質セラミック部材の強度が低下して容易に破壊されることがある。
【００７２】
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
【００７３】
また、上記多孔質セラミック部材の平均気孔径は１〜１００μｍであることが望ましい。平均気孔径が１μｍ未満であると、パティキュレートが容易に目詰まりを起こすことがある。一方、平均気孔径が１００μｍを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、該パティキュレートを捕集することができず、フィルタとして機能することができないことがある。
【００７４】
このような多孔質セラミック部材を製造する際に使用するセラミックの粒径としては特に限定されないが、後の焼成工程で収縮が少ないものが望ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と、０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが望ましい。上記粒径のセラミック粉末を上記配合で混合することで、多孔質セラミック部材を製造することができるからである。
【００７５】
上記封止材は、多孔質セラミックからなるものであることが望ましい。
本発明のフィルタにおいて、上記封止材が封止された多孔質セラミック部材は、多孔質セラミックからなるものであるため、上記封止材を上記多孔質セラミック部材と同じ多孔質セラミックとすることで、両者の接着強度を高くすることができるとともに、封止材の気孔率を上述した多孔質セラミック部材と同様に調整することで、上記多孔質セラミック部材の熱膨張率と封止材の熱膨張率との整合を図ることができ、製造時や使用時の熱応力によって封止材と隔壁との間に隙間が生じたり、封止材や封止材に接触する部分の隔壁にクラックが発生したりすることを防止することができる。
【００７６】
上記封止材が多孔質セラミックからなる場合、その材料としては特に限定されず、例えば、上述した多孔質セラミック部材を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００７７】
本発明のフィルタにおいて、シール材層１３、１４は、多孔質セラミック部材２０間、及び、セラミックブロック１５の外周に形成されている。そして、多孔質セラミック部材２０間に形成されたシール材層１４は、複数の多孔質セラミック部材２０同士を結束する接着剤としても機能し、一方、セラミックブロック１５の外周に形成されたシール材層１３は、本発明のフィルタ１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周から排気ガスが漏れ出すことを防止するための封止材として機能する。
【００７８】
上記シール材層を構成する材料としては特に限定されず、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び／又は無機粒子からなるもの等を挙げることができる。
【００７９】
なお、上述した通り、本発明のフィルタにおいて、シール材層は、多孔質セラミック部材間、及び、セラミックブロックの外周に形成されているが、これらのシール材層は、同じ材料からなるものであってもよく、異なる材料からなるものであってもよい。さらに、上記シール材層が同じ材料からなるものである場合、その材料の配合比は同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
【００８０】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機バインダーのなかでは、シリカゾルが望ましい。
【００８１】
上記有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記有機バインダーのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
【００８２】
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記無機繊維のなかでは、シリカ−アルミナファイバーが望ましい。
【００８３】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物、窒化物等を挙げることができ、具体的には、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等からなる無機粉末又はウィスカー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化珪素が望ましい。
【００８４】
シール材層１４は、緻密体からなるものであってもよく、その内部への排気ガスの流入が可能なように、多孔質体であってもよいが、シール材層１３は、緻密体からなるものであることが望ましい。シール材層１３は、本発明のフィルタ１０を内燃機関の排気通路に設置した際、セラミックブロック１５の外周から排気ガスが漏れ出すことを防止する目的で形成されているからである。
【００８５】
図５（ａ）は、本発明のフィルタの一例である一体型フィルタの具体例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。
【００８６】
図５（ａ）に示したように、フィルタ３０は、多数の貫通孔３１が壁部３３を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミックブロック３５から構成されている。
【００８７】
貫通孔３１は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔３１ａと、上記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔３１ｂとの２種類の貫通孔からなり、大容積貫通孔３１ａは、フィルタ３０の排気ガス出口側の端部で封止材３２により封止される一方、小容積貫通孔３１ｂは、フィルタ３０の排気ガス入口側の端部で封止材３２により封止され、これらの貫通孔３１を隔てる隔壁３３がフィルタとして機能するようになっている。
【００８８】
図５には示していないが、多孔質セラミックブロック３５の周囲には、図３に示したフィルタ１０と同様に、シール材層が形成されていてもよい。
【００８９】
このフィルタ３０では、多孔質セラミックブロック３５が焼結により製造された一体構造のものであるほかは、集合体型フィルタ１０と同様に構成されており、大容積貫通孔３１ａに流入した排気ガスは、貫通孔３１を隔てる壁部３３を通過した後、小容積貫通孔３１ｂから流出するようになっている。従って、一体型フィルタ３０においても、集合体型フィルタの場合と同様の効果が得られる。
【００９０】
また、一体型フィルタ３０においても、集合体型フィルタ１０同様、形状、大きさは任意のものであってよく、その気孔率は集合体型フィルタ同様２０〜８０％であることが望ましく、その気孔径は１〜１００μｍ程度であることが望ましい。
【００９１】
多孔質セラミックブロック３５を構成する多孔質セラミックとしては特に限定されず、集合体型フィルタと同様の窒化物、炭化物、酸化物セラミックを挙げることができるが、通常、コージェライト等の酸化物セラミックが使用される。安価に製造することができるとともに、比較的熱膨張係数が小さいため、製造中、及び使用中に熱応力によってフィルタが破損する恐れが少ないからである。
【００９２】
このような一体型フィルタ３０における封止材３２は、同様に多孔質セラミックからなるものであることが望ましく、その材料としては、特に限定されないが、例えば、上述した多孔質セラミック３５を構成するセラミック材料と同様の材料を挙げることができる。
【００９３】
図３及び図５に示したような構成からなる本発明のフィルタにおいて、大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は、多角形であることが望ましい。
【００９４】
多角形にすることにより、大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔を排気ガスが通過する際に貫通孔の形状による摩擦の大きい部分をなくし、貫通孔を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１、（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失を低くすること、もしくは、隔壁の厚みの不均一な部分、つまり、排気ガスが局所的に通過しにくくなる部分をなくし、隔壁を通過する際の抵抗；ΔＰｃに起因する圧力損失を低くすること、このどちらかの効果を得ることができるからであると考えられる。
【００９５】
また、多角形のなかでも、４角形以上の多角形が望ましく、その角の少なくとも１つが鈍角であることがより望ましい。このようにすることで、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１＋（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失を低くすることができるからである。
具体的には、八角形と四角形との組み合わせがより望ましい。
【００９６】
大容積貫通孔及び／又は小容積貫通孔の断面の角部の近傍は、曲線により構成されていることが望ましい。曲線にすることにより、貫通孔入口側を通過する際の摩擦及び貫通孔出口側を通過する際の摩擦（（２）−１；ΔＰｂ−１＋（２）−２；ΔＰｂ−２）に起因する圧力損失をさらに低くすることができるからである。また、角部での応力集中に起因するクラックの発生を防ぐこともできるからである。
【００９７】
なお、本発明において、「隣り合う上記大容積貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一の大容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合う大容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心との最小の距離をいい、一方、「隣り合う上記小容積貫通孔の上記断面の重心間距離」とは、一の小容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合う小容積貫通孔の重心との最小の距離のことをいう。
【００９８】
上記２つの重心間距離が等しいとき、再生時に熱が均一に拡散することで、フィルタ内の局所的な温度の偏りがなくなり、長期間繰り返し使用しても、熱応力に起因するクラック等が発生することのない耐久性に優れたフィルタとなると考えられる。
【００９９】
図６（ａ）〜（ｄ）及び図１２（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る集合体型フィルタを構成する多孔質セラミック部材の断面の一部を模式的に示した断面図であり、図６（ｅ）は、従来のフィルタにおける断面の一部を模式的に示した断面図である。なお、一体型フィルタにおける大容積貫通孔及び小容積貫通孔の断面の形状も同じ組み合わせであるので、これらの図を用いて本発明のフィルタにおける大容積貫通孔及び小容積貫通孔の断面形状を説明する。
【０１００】
図６（ａ）では、上記開口比率がほぼ１．５５、図６（ｂ）では、ほぼ２．５４、図６（ｃ）では、ほぼ４．４５、図６（ｄ）では、ほぼ６．００である。また、図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、上記開口比率がすべて、ほぼ４．４５であり、図１２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、すべてほぼ６．００である。図６（ａ）〜（ｄ）では全て、大容積貫通孔の断面の形状は８角形であり、小容積貫通孔の断面の形状は４角形でそれぞれ交互に配列されており、小容量貫通孔の断面積を変化させ、大容積貫通孔の断面形状を少し変化させることにより、開口比率を任意に変動させることが容易にできる。同様に、図１２に示すフィルタに関しても任意にその開口比率を変動させることができる。
【０１０１】
上述したように、八角形と四角形の組み合わせでは、対称性がよいものとなる。対称性がよいものであるので、排気ガスが均等に大容積貫通孔に流入しやすくなる。加えて、アイソスタティック強度、圧縮強度等の向上がはかれる。
【０１０２】
一例として、Ａ軸の圧縮強度について考察してみる。Ａ軸の圧縮強度とは、ハニカム形状において、少なくとも、貫通孔と垂直な２平面を構成するような立体、（好ましくは残りの４面を互いに平行に切断した直方体、立方体形状）に切り出し、その貫通孔を台に鉛直になるように設置し、その上部から、挟み込むように荷重圧力をかけて、破壊された荷重から、強度を計算するものである。
【０１０３】
この場合、従来技術にあるように、断面積の形状が全て正方形のみの形であると、Ａ軸については、全て同じ圧力で力が加わることになる。
【０１０４】
ところが、八角形と四角形の形であると、八角形が広がり、四角形を押しつぶそうとする力等に圧縮の力が分散されるし、また、大容積貫通孔同士が共通する壁では、打ち消しあうことになって、圧縮強度が高いものとなると考えられる。
【０１０５】
同様にアイソスタティック強度においても、断面積が全て正方形の形状のものに比べて、対角線の方向にも、梁を設けることになるので、同様に強度を向上させることができやすくなると考えられる。なお、アイソスタティック強度は、等方的圧力破壊強度ともいい、フィルタに静水圧等の等方的な圧力を印加し、破壊が発生したときの強度をいう。
【０１０６】
アイソスタティック強度は、７ＭＰａ以上が好ましく、９ＭＰａ以上がより好ましい。また、Ａ軸の圧縮強度は、１８ＭＰａ以上が好ましく、２５ＭＰａ以上がより好ましい。
しかも、上述した効果は、ある数値範囲にあると、より効果的に見出されるものであることが発明者らの研究によってわかった。
【０１０７】
このような、強度に関する安定性と、ガスの流れ、熱の伝播といった様々な要因が合い重なって、パティキュレートの再生に対する耐久が優れたハニカムフィルタになると考えられる。
【０１０８】
また、本発明のフィルタにおいて、ハニカム形状は、流入側から、流出側にかけて、断面積を変更させていないことが望ましい。なぜなら、例えば、上述したような圧縮強度において、貫通孔の断面積を変更することは、圧縮強度の減少を引き起こすし、押出成形での製造が困難になるからである。
【０１０９】
なお、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すフィルタ１６０、２６０では、大容積貫通孔１６１ａ、２６１ａの断面の形状は５角形であり、そのうちの３つの角がほぼ直角となっており、小容積貫通孔１６１ｂ、２６１ｂの断面の形状は４角形で、それぞれ大きな四角形の斜めに対向する部分を占めるように構成されている。図１２（ｃ）〜（ｄ）に示すフィルタ１７０、２７０では、図６（ａ）〜（ｄ）に示す断面の形状を変形したものであって、大容積貫通孔１７１ａ、２７１ａと小容積貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する隔壁を小容積貫通孔側にある曲率を持って広げた形状である。この曲率は任意のものであってよい。
【０１１０】
ここでは、大容積貫通孔１７１ａ、２７１ａと小容積貫通孔１７１ｂ、２７１ｂとが共有する隔壁を構成する曲線が１／４円に相当するものを例示する。この場合、その開口比率が最小となる形状は、おおよそ図１２（ｃ）のような形状となり、そのときの開口比率は、ほぼ３．６６となる。
【０１１１】
図１２（ｅ）〜（ｆ）に示すフィルタ１８０、２８０では、大容積貫通孔１８１ａ、２８１ａ及び小容積貫通孔２８１ｂ、２８１ｂは４角形（長方形）からなり、図のように、２つの大容積貫通孔と２つの小容積貫通孔を組み合わせると、ほぼ正方形となるように構成されている。
【０１１２】
貫通孔の形状及び並び方が同様であるならば、上記開口比率の変動に伴って、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ａ）と、長手方向に垂直な断面における一の大容積貫通孔が隣り合う上記小容積貫通孔と共有する壁部の長さの合計（ｂ）とは、それぞれほぼ一定の関係で変動する。
【０１１３】
従って、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示す形状のフィルタでは、実質的に下記の（２）式で表すことができる。
β＝（α＋２１／２）２−１・・・（２）
【０１１４】
同様に、図１０は下記（３）式、図１１（ａ）〜（ｄ）は下記（４）式、図１２（ａ）、（ｂ）は下記（５）式、図１２（ｃ）、（ｄ）は下記（６）式、図１２（ｅ）、（ｆ）は下記（７）式で実質的にαとβとの関係を一意に表すことができる。
β＝（α＋１）２−１・・・（３）
α＝０・・・（４）
β＝２｛（２−２１／２）α＋１｝２−１・・・（５）
β＝｛π２／４（４−π）｝（α＋４／π）２−１・・・（６）
β＝−（３α＋２）／（α−２）…（７）
ただし、隔壁の厚みによって、α（隔壁長さ比）が若干変動することがある。そのため、一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部、一の大容積貫通孔が隣り合う小容積貫通孔と共有する壁部のどちらにも属さない壁部はその効果を考慮し、大容積貫通孔同士が共有する壁部として扱う場合もある。また、上記（２）、（３）、（５）、（６）、（７）式においても、（１）式と同様に、０＜α≦１．５、１＜β≦６である。
β（開口率比）の下限値は、１．５５が好ましく、２．０がより望ましい。β（開口率比）の上限値は、２．７５が好ましく、２．５４がより望ましく、２．４２がより望ましい。
【０１１５】
このような開口率比とすることにより、パティキュレート捕集時の圧力損失をより低減することができるとともに、再生限界値を大きくすることができる。
【０１１６】
なお、再生限界値とは、これ以上パティキュレートを捕集すると、再生を行う際に、フィルタにクラック等が発生し、フィルタが損傷するおそれがあるパティキュレートの捕集量（ｇ／ｌ）をいう。従って、再生限界値が大きくなると、再生を行うまでに捕集することが可能なパティキュレートの量を増大させることができ、再生までの期間を長期化することができる。
【０１１７】
次に、上述した本発明のフィルタの製造方法の一例について説明する。
本発明のフィルタの構造が図５に示したような、その全体が一の焼結体から構成された一体型フィルタである場合、まず、上述したようなセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図５に示したフィルタ３０と略同形状のセラミック成形体を作製する。
【０１１８】
上記原料ペーストは、製造後の多孔質セラミックブロックの気孔率が２０〜８０％となるものであれば特に限定されず、例えば、上述したようなセラミックからなる粉末にバインダー及び分散媒液を加えたものを挙げることができる。
【０１１９】
上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【０１２０】
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が望ましい。
【０１２１】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、原料ペーストの粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【０１２２】
これらセラミック粉末、バインダー及び分散媒液は、アトライター等で混合し、ニーダー等で充分に混練した後、押出成形して上記セラミック成形体を作製する。
【０１２３】
また、上記原料ペーストには、必要に応じて成形助剤を添加してもよい。
上記成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を挙げることができる。
【０１２４】
さらに、上記原料ペーストには、必要に応じて酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。
【０１２５】
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン（ＦＡバルーン）及びムライトバルーン等を挙げることができる。これらのなかでは、フライアッシュバルーンが望ましい。
【０１２６】
そして、上記セラミック成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機及び凍結乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔に目封じする封口処理を施す。
【０１２７】
上記封止材ペーストとしては、後工程を経て製造される封止材の気孔率が２０〜８０％となるものであれば特に限定されず、例えば、上記原料ペーストと同様のものを用いることができるが、上記原料ペーストで用いたセラミック粉末に潤滑剤、溶剤、分散剤及びバインダーを添加したものであることが望ましい。上記封口処理の途中で封止材ペースト中のセラミック粒子が沈降することを防止することができるからである。
【０１２８】
次に、上記封止材ペーストが充填されたセラミック乾燥体に、所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、多孔質セラミックからなり、その全体が一の焼結体から構成されたフィルタを製造することができる。
【０１２９】
なお、上記セラミック乾燥体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミックからなるフィルタを製造する際に用いられている条件を適用することができる。
【０１３０】
また、本発明のフィルタの構造が、図３に示したような、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成された集合体型フィルタである場合、まず、上述したセラミックを主成分とする原料ペーストを用いて押出成形を行い、図４に示した多孔質セラミック部材２０のような形状の生成形体を作製する。
【０１３１】
なお、上記原料ペーストは、上述した集合体型フィルタにおいて説明した原料ペーストと同様のものを挙げることができる。
【０１３２】
次に、上記生成形体を、マイクロ波乾燥機等を用いて乾燥させて乾燥体とした後、該乾燥体の所定の貫通孔に封止材となる封止材ペーストを充填し、上記貫通孔を目封じする封口処理を施す。
【０１３３】
なお、上記封止材ペーストは、上述した一体型フィルタにおいて説明した封止材ペーストと同様のものを挙げることができ、上記封口処理は、封止材ペーストを充填する対象が異なるほかは、上述した一体型フィルタの場合と同様の方法を挙げることができる。
【０１３４】
次に、上記封口処理を経た乾燥体に所定の条件で脱脂、焼成を行うことにより、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材を製造することができる。
【０１３５】
なお、上記生成形体の脱脂及び焼成の条件等は、従来から多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたフィルタを製造する際に用いられている条件等を適用することができる。
【０１３６】
次に、図７に示したように、多孔質セラミック部材２０が斜めに傾斜した状態で積み上げることができるように、上部の断面がＶ字形状に構成された台８０の上に、多孔質セラミック部材２０を傾斜した状態で載置した後、上側を向いた２つの側面２０ａ、２０ｂに、シール材層１４となるシール材ペーストを均一な厚さで塗布してシール材ペースト層８１を形成し、このシール材ペースト層８１の上に、順次他の多孔質セラミック部材２０を積層する工程を繰り返し、所定の大きさの角柱状の多孔質セラミック部材２０の積層体を作製する。
【０１３７】
なお、上記シール材ペーストを構成する材料としては、上述した本発明のフィルタにおいて説明した通りであるのでここではその説明を省略する。
【０１３８】
次に、この多孔質セラミック部材２０の積層体を加熱してシール材ペースト層８１を乾燥、固化させてシール材層１４とし、その後、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、その外周部を図３に示したような形状に切削することで、セラミックブロック１５を作製する。
【０１３９】
そして、セラミックブロック１５の外周に上記シール材ペーストを用いてシール材層１３を形成することで、多孔質セラミック部材がシール材層を介して複数個結束されて構成されたフィルタを製造することができる。
【０１４０】
このようにして製造したフィルタはいずれも柱状であり、その構造は、図３や図５に示した通りである。
【０１４１】
本発明のフィルタの用途は特に限定されないが、車両の排気ガス浄化装置に用いることが望ましい。
【０１４２】
図８は、本発明のフィルタが設置された車両の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
【０１４３】
図８に示したように、排気ガス浄化装置６００は、主に、本発明のフィルタ６０、フィルタ６０の外方を覆うケーシング６３０、フィルタ６０とケーシング６３０との間に配置された保持シール材６２０、及び、フィルタ６０の排気ガス流入側に設けられた加熱手段６１０から構成されており、ケーシング６３０の排気ガスが導入される側の端部には、エンジン等の内燃機関に連結された導入管６４０が接続されており、ケーシング６３０の他端部には、外部に連結された排出管６５０が接続されている。なお、図８中、矢印は排気ガスの流れを示している。
また、図８において、フィルタ６０は、図３に示したフィルタ１０であってもよく、図５に示したフィルタ３０であってもよい。
【０１４４】
このような構成からなる排気ガス浄化装置６００では、エンジン等の内燃機関から排出された排気ガスは、導入管６４０を通ってケーシング６３０内に導入され、フィルタ６０の貫通孔から壁部（隔壁）を通過してこの壁部（隔壁）でパティキュレートが捕集されて浄化された後、排出管６５０を通って外部へ排出されることとなる。
【０１４５】
そして、フィルタ６０の壁部（隔壁）に大量のパティキュレートが堆積し、圧力損失が高くなると、フィルタ６０の再生処理が行われる。
【０１４６】
上記再生処理では、加熱手段６１０を用いて加熱されたガスをフィルタ６０の貫通孔の内部へ流入させることで、フィルタ６０を加熱し、壁部（隔壁）に堆積したパティキュレートを燃焼除去させるのである。
【０１４７】
また、ポストインジェクション方式を用いてパティキュレートを燃焼除去してもよい。
また、本発明のフィルタの気孔中には、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒が担持されていてもよい。
【０１４８】
このような触媒が担持されていることで、本発明のフィルタは、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタとして機能するとともに、排気ガスに含有される上記ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化するための触媒コンバータとして機能する。
【０１４９】
上記触媒は、本発明のハニカム構造体を構成する粒子表面に担持されることで気孔を残したものでもよいし、壁部状にある厚みをもって担持されていてもよい。また、上記触媒は、貫通孔の壁部の表面に均一に担持されていてもよいし、ある一定の場所に偏って担持されていてもよい。特に入口側貫通孔の壁部の表面又は表面付近の粒子の表面、さらにはこれらの両方ともに上記触媒を担持させると、パティキュレートと接触しやすいためにパティキュレートの燃焼を効率よく行なうことができる。
【０１５０】
上記触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を挙げることができる。この貴金属からなる触媒は、所謂、三元触媒であり、このような三元触媒が担持された本発明のフィルタは、従来公知の触媒コンバータと同様に機能するものである。従って、ここでは、本発明のフィルタが触媒コンバータとしても機能する場合の詳しい説明を省略する。
【０１５１】
但し、本発明のフィルタに担持させることができる触媒は、上記貴金属に限定されることはなく、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等を浄化することができる触媒であれば、任意のものを担持させることができる。
【０１５２】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【０１５３】
（実施例１）
（１）平均粒径１１μｍのα型炭化珪素粉末６０重量％と、平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素粉末４０重量％とを湿式混合し、得られた混合物１００重量部に対して、有機バインダー（メチルセルロース）を５重量部、水を１０重量部加えて混練して混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図６（ａ）〜（ｄ）に示したように、断面形状を大容積貫通孔を八角形、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）を選択して、焼成後のβ（開口比率）が１．５０となるように生成形体を作製した。
【０１５４】
次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、上記生成形体と同様の組成のペーストを所定の貫通孔に充填した後、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、４００℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下２２００℃、３時間で焼成を行うことにより、気孔率が４２％、平均気孔径が９μｍ、その大きさが３４．３ｍｍ×３４．３ｍｍ×１５０ｍｍで、貫通孔の数が２８個／１ｃｍ２（１０ｍｍ×１０ｍｍ）（大容積貫通孔１４個／１ｃｍ２、小容積貫通孔１４個／１ｃｍ２）、実質的に全ての隔壁２３の厚さが０．４ｍｍの炭化珪素焼結体である多孔質セラミック部材２０を製造した。
【０１５５】
なお、得られた多孔質セラミック部材２０の一方の端面においては、大容積貫通孔２１ａのみを封止剤により封止し、他方の端面においては、小容積貫通孔２１ｂのみを封止剤により封止した。
また、多孔質セラミック部材２０においてα（隔壁長さ比）は、０．２０であった。
【０１５６】
（２）繊維長０．２ｍｍのアルミナファイバー３０重量％、平均粒径０．６μｍの炭化珪素粒子２１重量％、シリカゾル１５重量％、カルボキシメチルセルロース５．６重量％、及び、水２８．４重量％を含む耐熱性のシール材ペーストを用いて上記多孔質炭化珪素部材を、図７を用いて説明した方法により多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、円柱形状のセラミックブロックを作製した。
このとき、上記多孔質セラミック部材を結束するシール材層の厚さが１．０ｍｍとなるように調整した。
【０１５７】
次に、無機繊維としてアルミナシリケートからなるセラミックファイバー（ショット含有率：３％、繊維長：０．１〜１００ｍｍ）２３．３重量％、無機粒子として平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重量％、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ２の含有率：３０重量％）７重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース０．５重量％及び水３９重量％を混合、混練してシール材ペーストを調製した。
【０１５８】
次に、上記シール材ペーストを用いて、上記セラミックブロックの外周部に厚さ０．２ｍｍのシール材ペースト層を形成した。そして、このシール材ペースト層を１２０℃で乾燥して、直径が１４４ｍｍの円柱形状のフィルタを製造した。
【０１５９】
（実施例２〜２４、及び、比較例１〜２）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図６（ａ）〜（ｄ）に示したように、大容積貫通孔を八角形、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）の断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表１に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６０】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６１】
（実施例２５〜３１、及び、比較例３〜４）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１２（ａ）、（ｂ）に示したように、大容積貫通孔を五角形、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）の断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表２に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６２】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６３】
（実施例３２〜３５、及び、比較例５〜６）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１２（ｃ）、（ｄ）に示したように、大容積貫通孔を八角形の四隅を曲率をもって広げ、小容積貫通孔として、四角形（略正方形）を曲率をもって縮めた断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表２に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６４】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６５】
（実施例３６〜４４、及び、比較例７〜８）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１２（ｅ）、（ｆ）に示したように、大容積貫通孔を長方形、小容積貫通孔として、長方形（場合によっては正方形）の断面形状を選択して、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表２に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６６】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６７】
（比較例９〜１９）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１０に示した断面形状と略同様（十二角形と四角形）にし、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）をそれぞれ、表３に示した値としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１６８】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１６９】
（比較例２０〜２７）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を、図１１（ａ）（比較例２０）、図１１（ｂ）（比較例２１、２２）、図１１（ｃ）（比較例２３〜２５）、図１１（ｄ）（比較例２６〜２７）にそれぞれ示した断面形状と略同様にし、そのβ（開口比率）及びα（隔壁長さ比）を、それぞれ表３に示した値（α＝０）としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１７０】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１７１】
（比較例２８〜２９）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図６（ｅ）に示した断面形状（全て正方形でかつ市松模様に封止）と略同様にし、そのβ（開口比率）＝１及びα（隔壁長さ比）を、それぞれ表３に示した値（α＝０）としたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１７２】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１７３】
（比較例３０〜３３）
（１）多孔質セラミック部材の断面形状を図１９（比較例３０）、図２０（比較例３１）、図２１（比較例３２）、図２２（比較例３３）に、それぞれ示した断面形状と略同様にしたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。なお、比較例３０に示したフィルタ２００（図１９）の断面形状は、大容積貫通孔（六角形）と小容積貫通孔（三角形）の数が実質的に１：２である。また、比較例３２に示したフィルタ２２０（図２１）の断面は、大きな正方形の貫通孔２２１ａと小さな正方形の貫通孔２２１ｂと長方形の貫通孔２２２が組み合わされて格子状に形成されたものであり、比較例３３に示したフィルタ２３０（図２２）の断面は、正方形の貫通孔２３１とそれよりほんのわずかに小さい正方形の貫通孔２３２が交互に組み合わされて形成されたものである。
【０１７４】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
【０１７５】
（比較例３４）
（１）貫通孔の長手方向に平行な断面の形状をテーパ形状にしたほかは、実施例１の（１）と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。
【０１７６】
（２）上記（１）で製造した多孔質セラミック部材をそれぞれ用いたほかは、実施例１の（２）と同様にしてフィルタを製造した。
得られたフィルタの貫通孔の長手方向に垂直な断面の面積は、徐々に大きくなったり小さくなったりしており、図６（ａ）を用いて説明すると、排気ガス入口側における大容積貫通孔２１ａは、排気ガス出口側では、小容量貫通孔２１ｂとなっており、排気ガス入口側における小容積貫通孔２１ｂは、排気ガス出口側では、大容量貫通孔２１ａとなっている。
【０１７７】
（評価方法）
（１）圧力損失変化
図８に示したように、各実施例及び比較例に係るフィルタをエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで運転し、初期（運転前）の圧力損失及び所定量のパティキュレート捕集した際の圧力損失を測定した。表１〜３に全ての実施例及び比較例の断面形状、β（開口率比）、α（隔壁長さ比）、（２０／９）α２＋１の値と、そのときの初期の圧力損失、パティキュレートを０．５、４．０、６．０、８．０（ｇ／Ｌ）捕集した際の圧力損失のデータを示す。
【０１７８】
（２）再生限界値の測定
図８に示したように、各実施例及び比較例に係るフィルタをエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、その後に再生処理を行う実験を、運転する時間を増加させながら継続して行い、フィルタにクラックが発生するか否かを調査した。上記実験は、各実施例及び比較例に係るフィルタ５個について行った。そして、クラックが発生した際に、捕集していたパティキュレートの量を測定し、５個サンプルの平均値を再生限界値とした。その結果を下記の表１〜３に示した。
【０１７９】
図１３に、実施例１〜４４及び比較例１〜３３におけるβ（開口率比）とα（隔壁長さ比）との値の関係をグラフ上で示す。図１３のグラフ中の点は、上記実施例及び比較例から選んだものであり、数値を〇中に記載したもの（例えば（１６）、（１７）、（１８）・・・）は、実施例の番号を表し、単に番号のみを記載したもの（例えば１、１０、２０・・・）は、比較例の番号を表す。また、線分Ａは、β＝（２０／９）α２＋１を表す。線分Ｂは図１１に示す断面形状のフィルタにおけるαとβとの関係を表し、曲線Ｃ〜Ｇはそれぞれ図１２（ｃ）〜（ｄ）、図１２（ｅ）〜（ｆ）、図６（ａ）、図１２（ａ）〜（ｂ）、図１０に示す断面形状のフィルタにおけるαとβとの関係を表す線である。
【０１８０】
（３）アッシュ重量とアッシュ層の長さ又はフィルタの圧力損失との関係
図８に示したように、各実施例及び比較例に係るフィルタをエンジンの排気通路に配設して排気ガス浄化装置とし、上記エンジンを回転数３０００ｍｉｎ−１、トルク５０Ｎｍで所定の時間運転し、その後に再生処理を繰り返す実験を行い、フィルタを構成する貫通孔に充填されたアッシュ層の長さ（排気ガスの流れる方向の長さ）とアッシュ重量との関係、フィルタの圧力損失とアッシュ重量との関係を実施例２、実施例１３、比較例２８について測定した。その結果を図１５、図１６に示す。
【０１８１】
（４）フィルタの圧縮強度とアイソスタティック強度
表に記載のフィルタを、実施のように、３０ｍｍ程度の立方体に切断し、インストロン５５８２によりA軸の圧縮強度を測定した。
また、直径１４４ｍｍで長さ１５０ｍｍのフィルタのアイソスタティック強度を測定した。測定の際には、サンプルの上下にアルミニウム板（１ｍｍの厚み）をあて、ウレタンシート（１ｍｍの厚み）で包んで密封し、水を満たした圧力容器に入れて加圧し、破壊された圧力をアイソスタティック強度とした。
これらの結果も、同様に表１〜３に記した。
【０１８２】
【表１】
【０１８３】
【表２】
【０１８４】
【表３】
【０１８５】
表１〜３及び図１７に示した結果より明らかなように、実施例に係るフィルタでは、比較例に係るフィルタに比べてパティキュレートを一定の量捕集したときの圧力損失を低くすることができるため、再生までの期間をトータルで見たときの圧力損失が低いものであることがわかる。また、圧力損失が低いため、パティキュレートを多量に捕捉することが可能であるといえる。
【０１８６】
さらに、図１５、図１６に示すように、比較例２８のフィルタに比べ、実施例２、１３に係るフィルタでは、アッシュ重量に対して、アッシュ層の長さが短く、それによる圧力損失が小さいため、逆洗浄等を必要とするまでの期間も長くなる。
【０１８７】
また、実施例に係るフィルタでは、比較例に係るフィルタに比べて、再生限界値が大きいため、再生までに多量のパティキュレートを捕集することができ、再生までの時間を延長することができる。
【０１８８】
また、図１８に示すように、図６（ａ）〜（ｄ）に示した断面形状を有するフィルタでは、β（開口比率）が２．３〜２．４付近において、再生限界値が最も大きい。従って、実施例１〜４４及び比較例１〜３３で得られた結果を考慮すると、βは１．５５〜２．７５が好ましく、２．０〜２．５４がより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明のフィルタは、初期の圧力損失を抑制することができ、パティキュレートが蓄積するに従って上昇する圧力損失の上昇率も低いため、パティキュレートを規定量捕集したときの圧力損失が低くなり、再生までの期間をトータルで見たときの圧力損失が低いものである。また、実際に、再生までの捕集量の最大値を表す再生限界値も、比較例に比べて大きくなっている。従って、再生まで、パティキュレートを多量に捕捉することが可能となり、再生までの期間を延長することができる。また、アッシュ重量に対して、アッシュ層の長さが短く、アッシュ層に起因する圧力損失も小さいため、逆洗浄等を必要とするまでの期間も長くなる。
【符号の説明】
【０１９０】
１０、３０ フィルタ
１３、１４ シール材層
１５ セラミックブロック
２０、４０、５０、７０ 多孔質セラミック部材
１６０、１７０、１８０、２６０、２７０、２８０ 多孔質セラミック部材
２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａ 大容積貫通孔
１６１ａ、１７１ａ、１８１ａ、２６１ａ、２７１ａ、２８１ａ 大容積貫通孔
２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、７１ｂ 小容積貫通孔
１６１ｂ、１７１ｂ、１８１ｂ、２６１ｂ、２７１ｂ、２８１ｂ 大容積貫通孔
２２ 封止材
２３、４３、５３、７３ 隔壁
１６３、１７３、１８３、２６３、２７３、２８３ 隔壁
３３ 壁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、
前記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、
前記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり、
前記大容積貫通孔は、前記フィルタの一端部で封止される一方、
前記小容積貫通孔は、前記フィルタの他端部で封止され、
前記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１】
多数の貫通孔が壁部を隔てて長手方向に並設されたハニカム構造を有する柱状のフィルタであって、
前記貫通孔は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容積貫通孔と、
前記断面の面積が相対的に小さい小容積貫通孔との実質的に同数である２種類の貫通孔からなり、
前記大容積貫通孔は、前記フィルタの一端部で封止される一方、
前記小容積貫通孔は、前記フィルタの他端部で封止され、
前記一の大容積貫通孔が隣り合う大容積貫通孔と共有する壁部を有することを特徴とするフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−２２４５６７（Ｐ２０１１−２２４５６７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８９１６（Ｐ２０１１−１３８９１６）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【分割の表示】特願２００４−５７１９４１（Ｐ２００４−５７１９４１）の分割
【原出願日】平成１５年９月１６日（２００３．９．１６）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【分割の表示】特願２００４−５７１９４１（Ｐ２００４−５７１９４１）の分割
【原出願日】平成１５年９月１６日（２００３．９．１６）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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