JP2018038941A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】粒子状物質捕集の観点からセル壁を有効活用することにより、粒子状物質の捕集率を向上することができる排ガス浄化フィルタを提供すること。【解決手段】排ガス浄化フィルタ１は、排ガス中の粒子状物質を捕集するものである。排ガス浄化フィルタ１は、複数のセル壁２と複数のセル壁２によって囲まれた複数のセル孔３と、を有している。排ガス浄化フィルタ１は、セル孔３として、下流側端部が栓部によって閉塞されるとともに上流側が開放された下流栓詰めセル孔３１と、上流側端部が栓部によって閉塞されるとともに下流側が開放された上流栓詰めセル孔３２と、を有する。１箇所の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積をＳ１とし、１箇所の上流栓詰めセル孔３２の流路断面積をＳ２とする。このとき、流路断面積Ｓ１に対する流路断面積Ｓ２の比率である流路断面積比率Ｒ＝Ｓ２／Ｓ１は、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス浄化フィルタに関する。

内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）を捕集する排ガス浄化装置が設けられている。この排ガス浄化装置には、特許文献１に示されているように、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルタを備えたものがある。

特許文献１に記載された排ガス浄化フィルタは、複数のセル壁と、セル壁によって囲まれて形成されたセル孔とを有している。複数のセル孔のうちの一部は、上流側の端面が栓部によって閉塞された上流栓詰めセル孔であり、他の一部は、下流側の端面が栓部によって閉塞された下流栓詰めセル孔である。そして、特許文献１に記載された排ガス浄化フィルタは、下流栓詰めセル孔から排ガスを流入し、流入した排ガスをセル壁に確実に透過させ、上流側栓詰めセルから排出するように構成されている。排ガス浄化フィルタは、セル壁に排ガスを透過させることにより、排ガス中の粒子状物質をセル壁に捕集する。これにより、排ガス浄化フィルタは、排ガスから粒子状物質を除去している。

しかしながら、排ガス浄化フィルタに排ガスを通すことにより、排ガスの圧損が上昇することが懸念される。そこで、特許文献１に記載の排ガス浄化フィルタは、排ガスの圧損を低減すべく、上流栓詰めセル孔の流路断面積を、下流栓詰めセル孔の流路断面積よりも大きく形成している。

特開２０１１−９８３３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の排ガス浄化フィルタにおいては、下流栓詰めセル孔の流路断面積に対する上流栓詰めセル孔の流路断面積の比率が充分ではない。そのため、上記排ガス浄化フィルタにおいては、粒子状物質の捕集の観点から、セル壁を有効活用できていない。

すなわち、特許文献１に記載の排ガス浄化フィルタは、排ガス浄化フィルタの上流側の領域においては、下流栓詰めセル孔と上流栓詰めセル孔との間に生じる差圧が大きくなり難いため、排ガスがセル壁を通過しにくい。一方、下流栓詰めセル孔に流入した排ガスは、下流栓詰めセル孔を閉塞する栓部によって下流栓詰めセル孔の下流側の領域に収容され、さらに下流栓詰めセル孔に流入される排ガスに押されて、セル壁の下流側の部位を透過する。そのため、特許文献１に記載の排ガス浄化フィルタにおいては、セル壁の下流側の部位に集中して排ガスが透過しており、セル壁における上流側の部位及び中央部位においては、粒子状物質捕集の観点から有効活用できていない。それゆえ、特許文献１に記載の排ガス浄化フィルタにおいては、粒子状物質の捕集率を向上しにくい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、粒子状物質捕集の観点からセル壁を有効活用することにより、粒子状物質の捕集率を向上することができる排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、排ガス中の粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルタ（１）であって、
複数のセル壁（２）と、複数の該セル壁によって囲まれた複数のセル孔（３）と、を有し、
上記セル孔として、下流側端部が栓部（４）によって閉塞されるとともに上流側が開放された下流栓詰めセル孔（３１）と、上流側端部が栓部によって閉塞されるとともに下流側が開放された上流栓詰めセル孔（３２）と、を有し、
１箇所の上記下流栓詰めセル孔の流路断面積をＳ１、１箇所の上記上流栓詰めセル孔の流路断面積をＳ２としたとき、流路断面積Ｓ１に対する流路断面積Ｓ２の比率である流路断面積比率Ｒ＝Ｓ２／Ｓ１は、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす、排ガス浄化フィルタにある。

上記排ガス浄化フィルタは、流路断面積比率Ｒ＝Ｓ２／Ｓ１が、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす。それゆえ、セル壁を通過する排ガスの流速を、排ガス浄化フィルタの軸方向において均等化することができる。これにより、排ガス浄化フィルタの軸方向におけるセル壁の一部に排ガスの透過が集中することを抑制することができる。それゆえ、上記排ガス浄化フィルタにおいては、粒子状物質の捕集の観点からセル壁を有効活用でき、全体として濾過面積を大きくできる。その結果、粒子状物質の捕集率を向上させることができる。なお、上記の数値に関しては、後述する実験例によって裏付けられる。

以上のごとく、上記態様によれば、粒子状物質捕集の観点からセル壁を有効活用することにより、粒子状物質の捕集率を向上することができる排ガス浄化フィルタを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、排ガス浄化フィルタの斜視図。 実施形態１における、排ガス浄化フィルタの軸方向に平行な断面図。 実施形態１における、排ガス浄化フィルタを軸方向からみた拡大図。 実施形態１における、セル壁の細孔を説明するための模式断面図。 実施形態１における、栓部の細孔を説明するための模式断面図。 実施形態１の変形形態を示す図であって、排ガス浄化フィルタを軸方向からみた拡大図。 実施形態１の他の変形形態を示す図であって、排ガス浄化フィルタを軸方向からみた拡大図。 実施形態１のさらに他の変形形態を示す図であって、排ガス浄化フィルタを軸方向からみた拡大図。 実験例１における、位置と壁透過流速との関係を示した線図。 実験例２における、流路断面積比率Ｒと捕集率との関係を示した線図。 実施形態２における、排ガス浄化フィルタを軸方向から見た図。 図１１の、境界ラインの周辺を拡大した図。 実施形態２の変形形態を示す図であって、排ガス浄化フィルタを軸方向から見た図。 実施形態２の変形形態を示す図であって、排ガス浄化フィルタを配管に取り付けた様子を示す模式図。

（実施形態１）
排ガス浄化フィルタの実施形態につき、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態の排ガス浄化フィルタ１は、排ガス中の粒子状物質を捕集するものである。図１、図２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、複数のセル壁２と複数のセル壁２によって囲まれた複数のセル孔３と、を有している。

図２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、セル孔３として、下流側端部が栓部４によって閉塞されるとともに上流側が開放された下流栓詰めセル孔３１と、上流側端部が栓部４によって閉塞されるとともに下流側が開放された上流栓詰めセル孔３２と、を有する。１箇所の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積をＳ１とし、１箇所の上流栓詰めセル孔３２の流路断面積をＳ２とする。このとき、流路断面積Ｓ１に対する流路断面積Ｓ２の比率である流路断面積比率Ｒ＝Ｓ２／Ｓ１は、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす。
なお、本実施形態において、図３に示すごとく、１箇所の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積Ｓ１は、排ガス浄化フィルタ１の軸方向Ｚに直交する当該１箇所の下流栓詰めセル孔３１の断面３１１の面積である。また、１箇所の上流栓詰めセル孔３２の流路断面積は、排ガス浄化フィルタ１の軸方向Ｚに直交する当該上流栓詰めセル孔３２の断面３２１の面積である。

排ガス浄化フィルタ１は、自動車の内燃機関、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンにおいて発生した排ガスの浄化に用いることができる。排ガス浄化フィルタ１は、内燃機関の排気管に取り付けられて用いられる。以下、排ガス浄化フィルタ１の軸方向を、単に軸方向Ｚという。また、軸方向Ｚにおいて、内燃機関に取り付けられた排ガス浄化フィルタ１の、排ガスが導入される側を上流側といい、排ガスが排出される側を下流側という。なお、図２、図４、図５等において表した矢印は、排ガス浄化フィルタ１の使用時における、主要な排ガスの流れを表している。

図１に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、円柱形状を呈している。排ガス浄化フィルタ１は、円筒形状に形成された外周部５と、外周部５の内周側において格子状に配設されたセル壁２と、複数のセル孔３とを有する。なお、複数のセル孔３のうち、外周部５に面するセル孔３は、他のセル孔３と形状、流路断面積が種々変更される。それゆえ、本明細書において、特に言及しない限り、セル孔３は、外周部５に面するセル孔以外のセル孔を意味する。

図１、図３に示すごとく、セル孔３は、下流栓詰めセル孔３１と上流栓詰めセル孔３２とを有する。図３に示すごとく、下流栓詰めセル孔３１と上流栓詰めセル孔３２とは、軸方向Ｚに直交する一方向（以下、横方向Ｘという）においても、軸方向Ｚ及び横方向Ｘの双方に直交する一方向（以下、縦方向Ｙという）においても、互いに隣り合うよう、交互に並んで形成されている。このように、下流栓詰めセル孔３１と上流栓詰めセル孔３２とは、軸方向Ｚから見たとき、チェック模様状に配されている。なお、上流栓詰めセル孔３２同士は、軸方向Ｚに直交する方向であって、横方向Ｘ及び縦方向Ｙの双方に対して４５°傾斜した斜め方向ＸＹ１、ＸＹ２において、互いに隣り合うよう並んでいる。セル壁２における斜め方向ＸＹ１、ＸＹ２に隣り合う上流栓詰めセル孔３２間の部位２１の厚み寸法は、セル壁２における横方向Ｘ又は縦方向Ｙに隣り合う下流栓詰めセル孔３１と上流栓詰めセル孔３２との間の部位２２の厚み寸法よりも大きい。

本実施形態において、複数のセル孔３は、２種類以上の形状を有する。すなわち、複数のセル孔３の中に、軸方向Ｚから見たときの形状が互いに異なる２種以上のセル孔３が存在する。本実施形態において、セル孔３は、内周形状が八角形のセル孔３と、内周形状が四角形のセル孔３とからなる。内周形状が八角形のセル孔３が上流栓詰めセル孔３２であり、内周形状が四角形のセル孔３が下流栓詰めセル孔３１である。特に、本実施形態において、上流栓詰めセル孔３２は１／４回転対称の八角形状であり、下流栓詰めセル孔３１は正方形である。なお、実際の排ガス浄化フィルタ１において、各セル孔３の形状は、その角部において多少の曲線やテーパが形成された形状となることもある。上記の四角形状（正方形状）、八角形状とは、そのような形状も含む概念である。

上述のごとく、下流栓詰めセル孔３１の流路断面積Ｓ１に対する上流栓詰めセル孔３２の流路断面積Ｓ２の比率である流路断面積比率Ｒは、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす。流路断面積比率Ｒは、例えば、無作為に選択した５箇所の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積の平均と、無作為に選択した５箇所の上流栓詰めセル孔３２の流路断面積の平均値とから算出することができる。また、これに限られず、流路断面積比率Ｒは、例えば、横方向Ｘ又は縦方向Ｙにおいて互いに隣り合う下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２における、それぞれの流路断面積から算出してもよい。本実施形態において、流路断面積比率Ｒは、Ｒ≦２．５を更に満たす。すなわち、本実施形態において、流路断面積比率Ｒは、１．７≦Ｒ≦２．５を満たす。

本実施形態において、下流栓詰めセル孔３１の流路断面積Ｓ１は、０．５ｍｍ²≦Ｓ１≦３．０ｍｍ²を満たす。また、すべての下流栓詰めセル孔３１の流路断面積の総和Ｓａは、７ｃｍ²≦Ｓａ≦１００ｃｍ²を満たす。

また、図３に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、縦方向Ｙにおいても、横方向Ｘにおいても、セルピッチｃｐが一定である。セルピッチｃｐは、（下流栓詰めセル孔３１の長さ／２）＋（セル壁２の厚み）＋（上流栓詰めセル孔３２の長さ／２）、で算出される。本実施形態において、セルピッチｃｐは、１．５０５ｍｍである。また、セル壁２の厚みは、０．２４ｍｍである。さらに、セル壁２の平均気孔径は、１５μｍである。また、セル壁２の気孔率は、６３％である。

栓部４は、ＳｉＯ₂の含有率が４５〜５５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が３３〜４２重量％、ＭｇＯの含有率が１２〜１８重量％のコーディエライトを主成分として構成されている。図２に示すごとく、栓部４は、軸方向Ｚにおけるセル孔３の端部を閉塞するよう配されている。図５に示すごとく、栓部４には、上流側端部から下流側端部まで連通する細孔４０が形成されている。なお、図５において、栓部４の細孔の模式図を表している。栓部４は、５０％〜７０％の気孔率を有する。また、軸方向Ｚにおける上流栓詰めセル孔３２を閉塞する栓部４の長さＡと流路断面積比率Ｒとは、１．０ｍｍ≦Ａ≦（６．０／Ｒ）ｍｍ、の関係を満たす。なお、本実施形態においては、下流栓詰めセル孔３２を閉塞する栓部４の長さＡＡと流路断面積比率Ｒとの関係も、１．０ｍｍ≦ＡＡ≦（６．０／Ｒ）ｍｍ、を満たすが、これに限られない。

セル壁２は、多孔質構造を有するセラミック材料からなる。本実施形態において、セル壁２は、ＳｉＯ₂の含有率が４５〜５５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が３３〜４２重量％、ＭｇＯの含有率が１２〜１８重量％のコーディエライトを主成分として構成されている。セル壁２は、少なくとも、カオリン、シリカ、多孔質シリカ、タルク、水酸化アルミニウム、アルミナの原材料のうちの少なくとも３種類を混合した材料から構成することができる。この混合原料に、水、潤滑油、バインダなどを添加し混練及び成形、乾燥した後、栓詰め、焼成をすることにより、セル壁２及び栓部４を得ることができる。図４に示すごとく、セル壁２の内部には、隣り合うセル孔３同士を連通する細孔２０が複数形成されている。なお、図４において、細孔２０の模式図を示している。図４に示すごとく、複数の細孔２０のうちの多くの細孔は、互いに同等の内径を有する。

本実施形態において、軸方向Ｚの排ガス浄化フィルタ１の全長Ｌは、５０ｍｍ≦Ｌ≦２００ｍｍを満たす。本実施形態において、排ガス浄化フィルタ１の全長Ｌは、１００ｍｍである。また、排ガス浄化フィルタ１の直径Ｄは、８０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍを満たす。本実施形態において、排ガス浄化フィルタ１の直径Ｄは、１２９ｍｍである。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
排ガス浄化フィルタ１は、流路断面積比率Ｒ＝Ｓ２／Ｓ１が、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす。それゆえ、セル壁２を通過する排ガスの流速を、排ガス浄化フィルタ１の軸方向Ｚにおいて均等化することができる。これにより、排ガス浄化フィルタ１の軸方向Ｚにおけるセル壁２の一部に排ガスの透過が集中することを抑制することができる。それゆえ、上記排ガス浄化フィルタ１においては、粒子状物質の捕集の観点からセル壁２を有効活用でき、全体として濾過面積を大きくできる。その結果、粒子状物質の捕集率を向上させることができる。なお、上記の数値に関しては、後述する実験例によって裏付けられる。以下、排ガス浄化フィルタ１における粒子状物質の捕集率を、単に「捕集率」ということもある。

また、流路断面積比率Ｒは、Ｒ≦２．５を更に満たす。それゆえ、排ガス浄化フィルタ１を金型加工によって作成する際のセル壁２の寸法誤差や、乾燥時および焼成時に発生する排ガス浄化フィルタ１の収縮等により流路断面積比率Ｒの値が変化したときに、捕集率が大きく変動することを抑制することができる。これにより、要求されるセル壁２の寸法公差を大きくしやすく、排ガス浄化フィルタ１の製造を容易にしやすい。

すなわち、セル壁２の寸法精度が低い場合、セル孔３の流路断面積に誤差が生じやすく、これに伴い、流路断面積比率Ｒにも誤差が生じやすくなる。ここで、仮に流路断面積比率Ｒの変化に応じて捕集率が大きく変動する場合、セル壁２の形成において誤差が生じることにより、捕集率の観点から排ガス浄化フィルタ１の性能が大きく変わってしまうこととなる。かかる事態は、排ガス浄化フィルタ１の安定した品質を保障する観点から好ましくない。そこで、本実施形態のように、流路断面積比率Ｒの変化に起因する捕集率の変化を小さくすることにより、捕集率の観点から排ガス浄化フィルタ１の性能が大きく変わることを抑制することができる。なお、上記の数値に関しては、後述する実験例によって裏付けられる。

また、軸方向Ｚにおける上流栓詰めセル孔３２を閉塞する栓部４の長さＡと流路断面積比率Ｒとは、１．０ｍｍ≦Ａ≦（６．０／Ｒ）ｍｍ、の関係を満たす。栓部４の長さＡを１．０ｍｍ以上とすることにより、セル壁２と栓部４との結合性が増し、排ガス浄化フィルタ１の強度を向上させることができる。一方、栓部４の長さＡを１．０ｍｍ未満とすると、セル壁２と栓部４との結合性が悪くなりやすく、これに伴って排ガス浄化フィルタ１の強度が低下しやすい。また、栓部４の長さＡを（６．０／Ｒ）ｍｍ以下とすることにより、流路断面積比率Ｒの値が比較的大きい場合においても捕集率を確保しやすい。すなわち、流路断面積比率Ｒの値が比較的大きい場合、セル壁２の上流側の部位に集中して排ガスがセル壁２を透過しやすくなる。それゆえ、流路断面積比率Ｒの値が比較的大きい場合、栓部４の長さＡを短くすることにより、栓部４にも排ガスを透過させて、栓部４において粒子状物質を捕集することができる。その結果、流路断面積比率Ｒの値が比較的大きい場合においても、捕集率を確保しやすい。一方、栓部４の長さＡを（６．０／Ｒ）ｍｍよりも大きくすると、栓部４に排ガスが透過しにくいため、流路断面積比率Ｒの値が比較的大きい場合の捕集率を確保し難い。

以上のごとく、本実施形態によれば、粒子状物質捕集の観点からセル壁を有効活用することにより、粒子状物質の捕集率を向上することができる排ガス浄化フィルタを提供することができる。

なお、下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２の形状は、必ずしも、四角形状と八角形状との組み合わせに限らない。例えば、図６に示すごとく、下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２の形状を、いずれも八角形状としてもよい。あるいは、図７に示すごとく、下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２の形状を、いずれも円形状としてもよい。

また、図８に示すごとく、下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２の形状を、いずれも正方形状としてもよいが、この場合、上流栓詰めセル孔３２の対角線上におけるセル壁２が薄くなりやすいため、強度が低下しやすくなる。逆に、上流栓詰めセル孔３２の対角線上におけるセル壁２の厚みを確保しようとすると、設計上、他の箇所のセル壁２を厚くせざるを得ないため、圧力損失が増大しやすくなる。かかる観点で、下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２の形状は、図３に示すように、四角形状と八角形状との組み合わせとする、あるいは、図６に示すように、いずれも八角形状とすることが好ましい。また、排ガスの濾過面積を確保する観点においても、図７に示す、下流栓詰めセル孔３１及び上流栓詰めセル孔３２の形状をいずれも円形状とする構成に比べて、図３に示す四角形状と八角形状との組み合わせ、或いは、図６に示すごとく、八角形状同士の組み合わせ、とすることが好ましい。

（実験例１）
本例は、セル壁２における軸方向Ｚの位置別の、セル壁２を透過する排ガスの流速を解析した例である。以下において、排ガス浄化フィルタにおけるセル壁２を透過する排ガスの流速を、壁透過流速ということもある。

本例においては、基本構造を実施形態１と同様としつつ、流路断面積比率Ｒを互いに異ならせた２つの排ガス浄化フィルタを想定した。具体的には、流路断面積比率Ｒを１とした試料１と、流路断面積比率Ｒを１．７とした試料２とを想定した。すなわち、試料２は流路断面積比率Ｒが、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす排ガス浄化フィルタ１である。

本例においては、各試料に、４５０℃、流量２．７６ｍ³／ｍｉｎの排ガスを流通させた場合を想定した。そして、各試料において、セル壁２における軸方向Ｚの位置別に壁透過流速を解析した。結果を図９に示す。図９において、試料１の結果を破線ＢＬで表し、試料２の結果を実線ＳＬで表している。また、図９の横軸に示した位置ｚは、各試料の上流側端部からの軸方向Ｚの長さを示している。

図９から、流路断面積比率Ｒを１とした試料１は、位置ｚが８０〜１００ｍｍ辺りの下流端領域において、該下流端領域よりも上流側の領域と比較して、壁透過流速が格段に大きくなっていることが分かる。すなわち、試料１は、軸方向Ｚにおける排ガス浄化フィルタの上記下流端領域に集中して、排ガスがセル壁を透過していることが分かる。

一方、流路断面積比率Ｒを１．７とした試料２は、試料１と比較して、上記下流端領域における壁透過流速は低減できており、その分、上記下流端領域よりも上流側の領域において壁透過流速を確保できている。これにより、試料２は、試料１と比較して、壁透過流速を軸方向Ｚにおける全体に均等化できており、壁透過流速が上記下流側領域において局所的に増大することを抑制できていることが分かる。なお、各試料の軸方向Ｚにおける中央領域においては、排ガスが下流栓詰めセル孔３１の上流側端部から軸方向Ｚに沿って真っ直ぐ流れてくる。そして、当該中央領域においては、排ガスの慣性により、排ガスは軸方向Ｚに沿って直進しようとするものが多くなりやすく、位置ｚが０〜２０ｍｍ辺りの上流端領域及び上記下流端領域と比較して、セル壁２を通過する排ガスの量が減りやすい。しかし、試料２は、軸方向Ｚにおける中央領域においても、試料１よりも壁透過流速を確保できていることが分かる。これは、排ガス浄化フィルタ１における軸方向Ｚの中央領域においても、下流栓詰めセル孔３１と上流栓詰めセル孔３２との間に、差圧を生じさせることができていることによるものと考えられる。

（実験例２）
本例は、排ガス浄化フィルタにおいて、流路断面積比率Ｒを変更した場合の捕集率への影響について調べた例である。

本例においては、実施形態１と基本構造を同様としつつ、流路断面積比率Ｒの値を図１０に示すように種々変更した試料を用意した。各試料は、軸方向Ｚの全長Ｌを１００ｍ、直径Ｄを１２９ｍｍ、セルピッチｃｐを１．５０５ｍｍ、セル壁２の厚みを０．２４ｍｍ、平均気孔径を１５μｍ、気孔率を６３％とした。

そして、本例においては、各試料をエンジンの排気管に取り付け、各試料に、温度を４５０℃、流量を２．７６ｍ³／ｍｉｎとして排ガスを流通させた。

捕集率の算出に当たっては、各試料に導入される排ガスに含まれる粒子状物質の数、及び各試料から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の数を測定した。そして、各試料に導入される排ガスに含まれる粒子状物質の数に対する、各試料から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の数の割合を算出することにより捕集率を得た。結果を図１０に示す。

図１０から、流路断面積比率Ｒが、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす試料は、他の流路断面積比率Ｒを有する試料と比較して、高い捕集率が得られていることが分かる。一方、流路断面積比率Ｒが、１．７を下回ると、捕集率が急激に減少することが分かる。それゆえ、流路断面積比率Ｒは、１．７≦Ｒ≦３．０を満たすことが、捕集率確保の観点から好ましいことが分かる。

また、図１０から、流路断面積比率Ｒが、１．７≦Ｒ≦２．５のとき、Ｒが上記範囲外のときと比べ、流路断面積比率Ｒの値の変動による捕集率の変化が小さいことがわかる。すなわち、流路断面積比率Ｒが１．７≦Ｒ≦２．５を満たすことによって、寸法誤差等により流路断面積比率Ｒの値が変化したときに、捕集率が大きく変動することを抑制することができる。これにより、要求されるセル壁２の寸法公差を大きくしやすく、排ガス浄化フィルタ１の製造を容易にしやすい。

（実施形態２）
本実施形態は、セル壁２が触媒を担持している実施形態である。また、本実施形態においては、栓部４も触媒を担持している。セル壁２、栓部４に触媒を担持させることにより、排ガスに含まれる有害物質を除去することができる。本実施形態において、触媒は、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄのうちの少なくとも一種を含有する三元触媒である。

本実施形態の排ガス浄化フィルタ１は、実施形態１に示した排ガス浄化フィルタと基本構成が同じものに、触媒を担持させたものである。具体的には、本例の排ガス浄化フィルタ１は、実施形態１における下流栓詰めセル孔３１と上流栓詰めセル孔３２とに面するセル壁２の表面、セル壁２の細孔２０の表面、栓部４の表面、及び栓部４の細孔４０の表面を、触媒にて被覆したものである。なお、本実施形態において記載した符号は、上述の実施形態１の図１〜図５との対応関係を示すものである。

その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本実施形態においては、セル壁２及び栓部４が触媒を担持しているため、排ガスに含まれる有害物質を除去することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本実施形態は、図１１、図１２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１の中心軸を含む中心側領域６と、該中心側領域６の外周側に配された外周側領域７とを有し、中心側領域６と外周側領域７とで、セル孔３の形状を変更した実施形態である。本実施形態においては、中心側領域６と外周側領域７とで、下流栓詰めセル孔３１の形状を変更している。具体的には、図１２に示すごとく、外周側領域７の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積を、中心側領域６の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積よりも大きくしている。

本実施形態において、排ガス浄化フィルタ１は、中心側領域６と外周側領域７とにわたって、セルピッチが一定である。したがって、中心側領域６と外周側領域７とにおける下流栓詰めセル孔３１の流路断面積の相違は、セル壁２の厚みの相違によって構成されている。すなわち、セル壁２は、中心側領域６よりも外周側領域７の方が薄く形成されている。

外周側領域７における１箇所の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積をＳ１ｏとする。すなわち、図１２に示すごとく、外周側領域７における１箇所の下流栓詰めセル孔３１における軸方向Ｚに直交する断面３１１ｏの面積がＳ１ｏである。そして、外周側領域７における１箇所の上流栓詰めセル孔３２の流路断面積をＳ２ｏとする。すなわち、外周側領域７における１箇所の上流栓詰めセル孔３２における軸方向Ｚに直交する断面３２１ｏの面積がＳ２ｏである。また、流路断面積Ｓ１ｏに対する流路断面積Ｓ２ｏの比率である流路断面積比率をＲｏ＝Ｓ２ｏ／Ｓ１ｏとする。

また、中心側領域６における１箇所の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積をＳ１ｃとする。すなわち、内周側領域６における１箇所の下流栓詰めセル孔３１における軸方向Ｚに直交する断面３１１ｃの面積がＳ１ｃである。そして、内周側領域６における１箇所の上流栓詰めセル孔３２の流路断面積をＳ２ｃとする。すなわち、内周側領域６における１箇所の上流栓詰めセル孔３２における軸方向Ｚに直交する断面３２１ｃの面積がＳ２ｃである。また、流路断面積Ｓ１ｃに対する流路断面積Ｓ２ｃの比率である流路断面積比率をＲｃ＝Ｓ２ｃ／Ｓ１ｃとする。

このとき、外周側領域７における流路断面積比率Ｒｏは、内周側領域における流路断面積比率Ｒｃよりも小さい。なお、中心側領域６における流路断面積比率Ｒｃ、及び外周側領域７における流路断面積比率Ｒｏは、それぞれ、１．７〜３．０の範囲内である。
また、本実施形態において、流路断面積Ｓ２ｏは、流路断面積Ｓ１ｃよりも大きい。なお、本発明はこれに限定されず、上述の流路断面積比率Ｒｃ及びＲｏのそれぞれが、１．７〜３．０の範囲内にあれば、流路断面積Ｓ２ｏは、流路断面積Ｓ１ｃよりも小さい構成を採用することも、流路断面積Ｓ１ｃと同じ構成を採用することも可能である。

図１１に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１を軸方向Ｚから見たとき、中心側領域６と外周側領域７との境界ラインＢは八角形状である。特に、本実施形態においては、境界ラインＢは、１／４回転対象の八角形状に形成されている。ここで、図１１、図１２において、境界ラインＢは、外周側領域７における内周端に配された複数の下流栓詰めセル孔３１を結ぶように描かれるラインとして示されているが、中心側領域６における外周端に配された複数の下流栓詰めセル孔３１若しくは上流栓詰めセル孔３２を結ぶように描かれるラインであっても良い。これらは、いずれも相似形となるため、境界ラインＢとしていずれを選んでも形状としては同じとなるためである。
その他は、実施形態１と同様である。

本実施形態においては、排ガス浄化フィルタ１の径方向において、排ガスの流速が偏ることを防止することができる。すなわち、一般に、排ガス流路に配置された排ガス浄化フィルタ１に対して、軸方向Ｚに沿って排ガスが導入される際には、その中心軸付近の流速が大きくなりやすい。そこで、本実施形態では、排ガスが流通し難い外周側領域７における下流栓詰めセル孔３１の流路断面積を、内周側領域の下流栓詰めセル孔３１の流路断面積よりも大きくしている。これにより、一様なセル構造を有する排ガス浄化フィルタ１と比較して、排ガスを外周側領域７にも流れやすくすることができる。それゆえ、外周側領域７においても、内周側領域においても、セル壁２を有効活用でき、全体として濾過面積を大きくできる。その結果、粒子状物質の捕集率を向上させやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

なお、境界ラインＢの形状は、八角形状に限らず、例えば、図１３に示すごとく、四角形状としても良い。境界ラインＢを四角形状とする場合、特に正方形状とすることが好ましい。境界ラインＢを四角形状、特に正方形状とする場合、排ガス浄化フィルタ１の製造を容易にすることができる。すなわち、排ガス浄化フィルタ１を成形するための金型を放電加工する際、その放電加工用の電極形状を四角形に統一できる。その結果、排ガス浄化フィルタ１の製造を容易にすることができる。

一方、境界ラインＢを四角形状とする場合に比べ、八角形状とした場合には、境界ラインＢと外周部５との間の距離が、周方向の位置によって変動しにくい。その結果、配管内へ排ガス浄化フィルタ１を設置する際の耐荷重を大きくしやすい。

また、境界ラインＢは、その内接円が、排ガス浄化フィルタ１の上流側及び下流側の配管の内径以上となるような大きさ及び形状とすることが好ましい。すなわち、排ガス浄化フィルタ１は、図１４に示すごとく、配管１１、１２内に配置される。そして、排ガス浄化フィルタ１が配された部分の上流側及び下流側は、排ガス浄化フィルタ１の外径よりも小さい内径Ｉの配管１１、１２が接続されている。排ガス浄化フィルタ１の上流側及び下流側の配管１１、１２の内径Ｉ以上に、境界ラインＢの内接円の直径を設定することが好ましい。特に、軸方向Ｚから見たとき、境界ラインＢの内側に、配管１１、１２の内周輪郭が収まるような状態とすることが好ましい。

また、境界ラインＢの内接円の直径は、排ガス浄化フィルタ１の直径の３／４以下とすることが好ましい。このようにすることで、外周側領域７への排ガスの流れを確保し、捕集率を確保しやすいとともに、圧力損失の増大を抑制しやすい。

なお、境界ラインＢは、必ずしも、排ガス浄化フィルタ１の中心軸を中心とした点対称の形状、位置に形成されている必要はない。例えば、排ガス浄化フィルタ１とその上流側及び下流側の配管１１、１２との相対位置との関係により、境界ラインＢの位置や形状を適宜変更することもできる。

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 排ガス浄化フィルタ
２ セル壁
３ セル孔
３１ 下流栓詰めセル孔
３２ 上流栓詰めセル孔
４ 栓部

Claims (5)

1. 排ガス中の粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルタ（１）であって、
   複数のセル壁（２）と、複数の該セル壁によって囲まれた複数のセル孔（３）と、を有し、
   上記セル孔として、下流側端部が栓部（４）によって閉塞されるとともに上流側が開放された下流栓詰めセル孔（３１）と、上流側端部が栓部によって閉塞されるとともに下流側が開放された上流栓詰めセル孔（３２）と、を有し、
   １箇所の上記下流栓詰めセル孔の流路断面積をＳ１、１箇所の上記上流栓詰めセル孔の流路断面積をＳ２としたとき、流路断面積Ｓ１に対する流路断面積Ｓ２の比率である流路断面積比率Ｒ＝Ｓ２／Ｓ１は、１．７≦Ｒ≦３．０を満たす、排ガス浄化フィルタ。
2. 上記流路断面積比率Ｒは、Ｒ≦２．５を更に満たす、請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ。
3. 上記セル壁は、触媒を担持している、請求項１又は２に記載の排ガス浄化フィルタ。
4. 軸方向（Ｚ）における上記上流栓詰めセル孔を閉塞する上記栓部の長さＡと上記流路断面積比率Ｒとは、１．０≦Ａ≦（６．０／Ｒ）の関係を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
5. 上記栓部は、触媒を担持している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。

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