JP7146579B2

JP7146579B2 - 排ガス浄化フィルタ及びその製造方法

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Publication number: JP7146579B2
Application number: JP2018208243A
Authority: JP
Inventors: 桂広泉; 圭祐水谷; 弘勝今川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
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Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2022-10-04
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Description

本発明は、排ガス浄化フィルタ及びその製造方法に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関の排気管内には、排気ガス中の有害成分や粒子状物質を除去するための排ガス浄化フィルタが設けられている。排ガス浄化フィルタは、多孔質セラミックからなるハニカム構造体を有している。ハニカム構造体の内部には、隔壁部によって区画された筒状を呈する多数のセルが形成されている。

この種の排ガス浄化フィルタは、多数のセルのうち一部のセルの入口側の端部と残りのセルの出口側の端部とが開口し、これら以外のセルの端部が栓によって閉鎖された構造を有していることがある。入口側が開口したセルと出口側が開口したセルとは互いに隣接して配置されている。

かかる構造を有する排ガス浄化フィルタにおいて、排気ガスは、入口側が開口したセルに流入し、隔壁部の細孔を通過した後に出口側が開口したセルから排出される。排ガス浄化フィルタは、排気ガスが隔壁部の細孔を通過する際に、排気ガス中に含まれる有害成分や粒子状物質を排気ガス中から除去することができる。

従来、排ガス浄化フィルタは、ハニカム構造体の原料となるセラミック粒子と、バインダと、水とを含むハニカム状の成形体を押出成形によって作製する工程と、当該成形体を焼成する工程と、多数のセルにおける所定の端部を栓によって閉鎖する工程とを含む製造方法によって作製されている。例えば特許文献１には、一の方向に延びる複数のセルを形成する隔壁と、端部において前記セルを交互に目封じする目封じ部とを備えるハニカムフィルタが記載されている。

特開２００６－９５３５２号公報

特許文献１を含む従来の製造方法においては、押出成形によって成形体を作製するため、成形体内におけるセラミック粒子やバインダの配置を制御することができない。それ故、成形体を焼成すると、隔壁部内に無秩序に延設された細孔が形成される。これらの細孔の中には、有底孔状、つまり、入口側が開口したセルまたは出口側が開口したセルのうちいずれか一方に開口し、他方には開口していないものが含まれている。

このような有底孔状の細孔は、排ガス浄化フィルタの入口側から出口側へ排気ガスを導くことができない。それ故、有底孔状の細孔の数が多くなると、排ガス浄化フィルタの圧力損失の増大や、有害成分等の除去性能の悪化を招くおそれがある。

排ガス浄化フィルタの圧力損失を低減するとともに有害成分等の除去性能を向上させるためには、例えば、隔壁部の気孔率を高める方法が考えられる。この場合には、入口側が開口したセルと出口側が開口したセルとの両方に開口した細孔の数を多くすることができるため、圧力損失の低減及び有害成分等の除去性能の向上が期待できる。しかし、この場合には、隔壁部の強度の低下を招くおそれがある。

このように、従来の排ガス浄化フィルタにおいては、隔壁部の強度と気孔率とがトレードオフの関係にある。そして、排ガス浄化フィルタの性能をより向上させるために、隔壁部の強度と気孔率とのトレードオフを改善することが求められている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、隔壁部の強度と気孔率とのトレードオフを改善することができる排ガス浄化フィルタ及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、筒状を呈する外壁部（２）と、前記外壁部の軸方向に沿って延設され、前記外壁部の内側を複数の筒状空間（Ｃ）に区画する隔壁部（３）と、を備えたハニカム構造体（１１）と、
複数の前記筒状空間のうち一部の筒状空間の一端を閉鎖する第１栓部（１２）と、残りの筒状空間の他端を閉鎖する第２栓部（１３）と、
前記第１栓部によって閉鎖された前記筒状空間からなる第１セル（Ｃ１）と、
前記第２栓部によって閉鎖された前記筒状空間からなり、前記第１セルに隣接して配置された第２セル（Ｃ２）と、を有し、
前記隔壁部は、前記第１セル側に開口した複数の第１開口（３１）と、前記第２セル側に開口した第２開口（３２）と、前記第１開口と前記第２開口とを接続する連通路（３５、３６、３７、３８、３９）と、を有し、
前記各第１開口は、前記連通路を介して少なくとも１か所の前記第２開口に接続されており、
前記各第２開口は、前記連通路を介して少なくとも１か所の前記第１開口に接続されており、
前記連通路（３５、３６、３７、３８、３９）は、前記第１開口から延設された第１連通部（３５１、３６１、３７１ａ、３８１ａ、３９１ａ）と、
複数の前記第１連通部を互いに接続する接続部（３５２、３６２、３７２ａ、３８２ａ、３９２ａ）と、
前記接続部から前記第２開口側に延設された第２連通部（３５３、３６３、３７１ｂ、３８１ｂ、３９１ｂ）と、を有している、排ガス浄化フィルタ（１０７、１０８、１２１、１２２、１２３）にある。

本発明の他の態様は、前記の態様の排ガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記ハニカム構造体の形状に対応する空洞（Ｓ、Ｓ２）を備えた鋳型（４、４０２）を作製し、
前記空洞内に前記ハニカム構造体の原料（１１０）を充填し、
前記原料を前記鋳型ごと加熱することにより、前記鋳型を焼失させるとともに前記原料を焼成して前記排ガス浄化フィルタを形成する、排ガス浄化フィルタの製造方法にある。

前記排ガス浄化フィルタは、前記第１セルと前記第２セルとを区画する隔壁部に、第１セル側に開口した複数の第１開口と、第２セル側に開口した第２開口と、各第１開口と第２開口とを接続する連通路と、を有している。また、各第１開口は、連通路を介して少なくとも１か所の第２開口に接続されており、各第２開口は、連通路を介して少なくとも１か所の第１開口に接続されている。

即ち、前記排ガス浄化フィルタは、排気ガスを流通させることができない有底孔状の細孔を有しない。それ故、前記排ガス浄化フィルタは、従来の排ガス浄化フィルタと同程度の気孔率を有する場合には、有底孔状の細孔を有しない分、隔壁部の強度を高めることができる。また、前記排ガス浄化フィルタは、従来の排ガス浄化フィルタと同程度の隔壁部の強度を有する場合には、有底孔状の細孔を有しない分、気孔率を高めることができる。

従って、前記排ガス浄化フィルタによれば、隔壁部の強度と気孔率とのトレードオフを改善することができる。その結果、前記排ガス浄化フィルタは、例えば、従来と同程度の隔壁部の強度を確保しつつ圧力損失を低減するとともに有害物質等の浄化性能を改善することができる。また、従来と同程度の圧力損失及び有害成分等の除去性能を確保しつつ、隔壁部の強度をより高くすることもできる。

また、前記の態様の製造方法においては、ハニカム構造体の形状に対応する空洞を備えた鋳型を用い、鋳型内に充填したハニカム構造体の原料を鋳型ごと焼成する。そのため、予め、鋳型に連通路に対応する構造を設けることにより、所望の形状の連通路を精度よく形成することができる。その結果、前述したような、有底孔状の細孔を有しない排ガス浄化フィルタを容易に作製することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、隔壁部の強度と気孔率とのトレードオフを改善することができる排ガス浄化フィルタ及びその製造方法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。

図１は、参考形態１における排ガス浄化フィルタの斜視図である。図２は、参考形態１における排ガス浄化フィルタの要部を示す断面図である。図３は、図２における隔壁部の拡大図である。図４は、参考形態１の排ガス浄化フィルタを作製するために用いる鋳型の要部を示す断面図である。図５は、図４における、隔壁部に対応する部分の拡大図である。図６は、参考形態１の鋳型に原料を充填した状態の要部を示す断面図である。図７は、参考形態２における、第１栓部及び第２栓部が外壁部及び隔壁部と一体的に形成された排ガス浄化フィルタの要部を示す断面図である。図８は、参考形態２の排ガス浄化フィルタを作製するために用いる鋳型の要部を示す断面図である。図９は、参考形態３における、有底孔を有しない連通路を備えた排ガス浄化フィルタの隔壁部を示す一部拡大断面図である。図１０は、参考形態３における、有底孔を有しない連通路の他の態様の例である。図１１は、参考形態３における、有底孔を有しない連通路の他の態様の例である。図１２は、参考形態３における、有底孔を有しない連通路の更に他の態様の例である。図１３は、実施形態１における、接続部を備えた連通路を有する排ガス浄化フィルタの隔壁部を第１セル側から視た平面図である。図１４は、図１３のXIV－XIV線矢視断面図である。図１５は、図１４のXV－XV線矢視断面図である。図１６は、実施形態２における、接続部を備えた連通路の他の態様を示す排ガス浄化フィルタの一部断面図である。図１７は、図１６のXVII－XVII線矢視断面図である。図１８は、実施形態３における、第１開口から第２開口に至る経路上に複数の接続部を有する連通路の一態様を示す一部断面図である。図１９は、実施形態３における、第１開口から第２開口に至る経路上に複数の接続部を有する連通路の他の態様を示す一部断面図である。図２０は、実施形態３における、第１開口から第２開口に至る経路上に複数の接続部を有する連通路の更に他の態様を示す一部断面図である。図２１は、比較形態における、従来の排ガス浄化フィルタの要部を示す一部拡大断面図である。

（参考形態１）
前記排ガス浄化フィルタ及びその製造方法に係る参考形態について、図１～図６を参照して説明する。図１及び図２に示すように、排ガス浄化フィルタ１は、筒状を呈する外壁部２と、外壁部２の軸方向に沿って延設され、外壁部２の内側を複数の筒状空間Ｃに区画する隔壁部３と、を備えたハニカム構造体１１と、を有している。図２に示すように、複数の筒状空間Ｃのうち一部の筒状空間Ｃの一端は第１栓部１２によって閉鎖されており、残りの筒状空間Ｃの他端は第２栓部１３によって閉鎖されている。

また、図２に示すように、排ガス浄化フィルタ１は、第１栓部１２によって閉鎖された筒状空間Ｃからなる第１セルＣ１と、第２栓部１３によって閉鎖された筒状空間Ｃからなり、第１セルＣ１に隣接して配置された第２セルＣ２と、を有している。

図３に示すように、隔壁部３は、第１セルＣ１側に開口した複数の第１開口３１と、第２セルＣ２側に開口した第２開口３２と、第１開口３１と第２開口３２とを接続する連通路３３と、を有している。そして、各第１開口３１は、連通路３３を介して少なくとも１か所の第２開口３２に接続されており、各第２開口３２は、連通路３３を介して少なくとも１か所の第１開口３１に接続されている。

以下、排ガス浄化フィルタ１の構成の例をより詳細に説明する。本形態の排ガス浄化フィルタ１は、図１に示すように円柱状を呈している。排ガス浄化フィルタ１は、２か所の端面１４、１５のうちどちらの端面１４、１５から排気ガスを導入しても、反対側の端面１５、１４へ排気ガスを排出することができるように構成されている。以下において、便宜上、排ガス浄化フィルタ１の一方の端面１４を「第１端面１４」といい、他方の端面１５を「第２端面１５」という。なお、排ガス浄化フィルタ１の形状は、本形態の形状に限定されるものではなく、内燃機関の排気管の形状に合わせて適宜設定することができる。

排ガス浄化フィルタ１におけるハニカム構造体１１は、筒状を呈する外壁部２と、外壁部２の内側を区画する隔壁部３と、を有しており、外壁部２の内側が隔壁部３によって複数の筒状空間Ｃに区画されている。筒状空間Ｃの態様は特に限定されることはない。例えば、筒状空間Ｃは、外壁部２の軸方向に垂直な断面において、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状の断面形状を有していてもよい。

また、複数の筒状空間Ｃの全てが同一の断面形状を有していてもよいし、一部の筒状空間Ｃの断面形状が他の筒状空間Ｃの断面形状とは異なっていてもよい。更に、外壁部２の軸方向に垂直な断面におけるすべての筒状空間Ｃの断面積が同一であってもよいし、一部の筒状空間Ｃの断面積が他の筒状空間Ｃの断面積とは異なっていてもよい。

図１に示すように、本形態の排ガス浄化フィルタ１においては、外壁部２の内側が格子状に配置された隔壁部３によって区画されている。各筒状空間Ｃは、外壁部２の軸方向に垂直な断面において四角形状を呈する断面形状を有している。

ハニカム構造体１１は、例えば、セラミックから構成されていてもよい。セラミックとしては、例えば、４５～５５質量％のＳｉＯ₂と、３３～４２質量％のＡｌ₂Ｏ₃と、１２～１８質量％のＭｇＯとからなるコーディエライト、炭化珪素、珪素－炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素－コーディエライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、アルミニウムチタネート等を採用することができる。ハニカム構造体１１は、これらの中でも、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたコーディエライトから構成されていることが好ましい。

また、ハニカム構造体１１には、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を含む触媒が担持されていてもよい。この場合には、排ガス浄化フィルタ１によって、排気ガス中の粒子状物質とともに、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの有害成分を除去することができる。

図１及び図２に示すように、複数の筒状空間Ｃは、第１セルＣ１または第２セルＣ２のいずれかとして構成されている。図２に示すように、第１セルＣ１は、第２端面１５に開口し、第１栓部１２によって第１端面１４を閉鎖された有底孔状を有している。第２セルＣ２は、第１端面１４に開口し、第２栓部１３によって第２端面１５を閉鎖された有底孔状を呈している。また、第１セルＣ１と第２セルＣ２とは、隔壁部３を介して互いに隣接して配置されている。

第１栓部１２及び第２栓部１３は、例えば、セラミックから構成されていてもよい。セラミックとしては、ハニカム構造体１１と同様に、コーディエライト、炭化珪素、珪素－炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素－コーディエライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、アルミニウムチタネート等を採用することができる。

第１栓部１２及び第２栓部１３の形成は、ハニカム構造体１１の作製と同時に行ってもよいし、ハニカム構造体１１を作製した後に第１栓部１２及び第２栓部１３を形成することもできる。本形態における第１栓部１２及び第２栓部１３は、ハニカム構造体１１を作製した後に形成されている。

図３に示すように、第１セルＣ１と第２セルＣ２とを区画する隔壁部３は、第１セルＣ１側に開口した複数の第１開口３１と、第２セルＣ２側に開口した複数の第２開口３２と、第１開口３１と第２開口３２とを接続する連通路３３と、を有している。各第１開口３１は、連通路３３を介して１か所以上の第２開口３２に接続されており、各第２開口３２は、連通路３３を介して１か所以上の第１開口３１に接続されている。本形態においては、１か所の第１開口３１と１か所の第２開口３２とが連通路３３を介して接続されている。

本形態の排ガス浄化フィルタ１における各第１開口３１は１か所の第２開口３２に接続されており、各第２開口３２は１か所の第１開口３１に接続されている。そのため、本形態の隔壁部３は、第１セルＣ１側の表面及び第２セルＣ２側の表面のいずれにも排気ガスを通過させることができない有底孔状の細孔を有しない。それ故、排ガス浄化フィルタ１は、従来の排ガス浄化フィルタと同程度の気孔率を有する場合には、有底孔状の細孔を有しない分、隔壁部３の強度を高めることができる。また、排ガス浄化フィルタ１は、従来の排ガス浄化フィルタ１と同程度の隔壁部３の強度を有する場合には、有底孔状の細孔を有しない分、気孔率を高めることができる。

このように、排ガス浄化フィルタ１によれば、隔壁部３の強度と気孔率とのトレードオフを改善することができる。

本形態の排ガス浄化フィルタ１の製造方法の態様を以下に例示する。まず、図４及び図５に示すように、ハニカム構造体１１の形状に対応する空洞Ｓを備えた鋳型４を作製する。次いで、図６に示すように、鋳型４の空洞Ｓ内にハニカム構造体１１の原料１１０を充填する。その後、原料１１０を鋳型４ごと加熱することにより、鋳型４を焼失させるとともに原料１１０を焼成してハニカム構造体１１を形成する。

鋳型４は、原料１１０の焼成温度よりも低い温度で焼失する材質から構成されている。例えば、鋳型４の材質としては、樹脂を採用することができる。

鋳型４は、例えば、積層造形法、つまり、層状の部分構造を積み重ねることにより所望の形状に成形する方法によって作製することができる。積層造形法としては、例えば、液状の光硬化性樹脂に光を照射して当該樹脂を局所的に硬化させることにより層状の部分構造を形成する光造形法や、層状に敷き詰めた鋳型４の粉末を局所的に溶融させ、または接着することにより層状の部分構造を形成する粉末法等の方法を採用することができる。

本態様において、鋳型４は、図４に示すように、空洞Ｓの外周に配置された枠体部４１と、枠体部４１に連なり、筒状空間Ｃに対応した角柱状を呈する柱状部４２と、を有している。また、図５に示すように、柱状部４２同士の隙間には細線部４３が配置されている。枠体部４１は、空洞Ｓに連なるとともに外部空間に開口した充填口４４を１か所以上有している。

また、細線部４３の端はいずれかの柱状部４２に連なっている。即ち、細線部４３は、連通路３３における、第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ経路から分岐した有底孔３３１（図３参照）を除いた部分に対応した形状を有している。より具体的には、本態様における細線部４３は、第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ直線に沿って延設されている。

本態様においては、鋳型４の充填口４４からハニカム構造体１１の原料１１０を注入することにより、図６に示すように、鋳型４の空洞Ｓ内にハニカム構造体１１の原料１１０を充填することができる。排ガス浄化フィルタ１の原料１１０としては、例えば、焼成後の組成が所望の組成となるように調製された無機成分の粉末や、かかる無機成分の粉末を水などの溶媒に分散させたスラリーを使用することができる。

原料１１０中には、バインダが含まれていなくてもよい。従来の製造方法においては、押出成形を行ってから焼成するまでの間に亘って成形体の形状を維持するため、通常、原料１１０中にバインダが添加されている。これに対し、本態様の製造方法においては、鋳型４によって空洞Ｓ内の原料１１０を保持することができるため、バインダを添加しなくても所望の形状の排ガス浄化フィルタ１を得ることができる。

また、バインダを含まない場合には、バインダの消失による焼成時の寸法収縮を抑制することができる。更に、バインダから発生する熱分解ガスによる、隔壁部３への意図しない細孔の形成等を抑制することもできる。これらの結果、所望の寸法及び特性を備えた排ガス浄化フィルタ１をより容易に作製することができる。

このように、鋳型４内に排ガス浄化フィルタ１の原料１１０を充填した後、鋳型４ごと原料１１０を加熱する。鋳型４は原料１１０の焼成温度よりも低い温度で焼失するため、焼成が完了し、ハニカム構造体１１が形成された時点では鋳型４が消失している。従って、鋳型４ごと原料１１０を加熱することにより、ハニカム構造体１１を得ることができる。

その後、ハニカム構造体１１における筒状空間Ｃの一端または他端に、ディスペンサ等を用いて第１栓部１２及び第２栓部１３の原料を配置する（図示略）。そして、この状態でハニカム構造体１１を再度加熱して第１栓部１２及び第２栓部１３を焼成することにより、排ガス浄化フィルタ１を得ることができる。

なお、前述した態様では、ハニカム構造体１１を焼成する際に、鋳型４の焼失によって熱分解ガスが発生する。この熱分解ガスが鋳型４と原料１１０との隙間に滞留した場合には、例えば図３に示すように、連通路３３に、第１開口３１から第２開口３２に至る経路から分岐した有底孔３３１が形成されることがある。また、図には示さないが、場合によっては、隔壁部３に、第１セルＣ１側のみに開口した細孔や第２セルＣ２側にのみ開口した細孔が形成されるおそれもある。

隔壁部３に、第１セルＣ１側のみに開口した細孔や第２セルＣ２側にのみ開口した細孔が形成されているか否かの判定は、以下のようにして行えばよい。即ち、コンピュータ断層撮影によって排ガス浄化フィルタ１を撮影し、排ガス浄化フィルタ１の再構成像を得る。

この再構成像中に存在する隔壁部３に、５か所の観察領域を無作為に設定する。各観察領域は、隔壁部３の厚み方向全体に延在した四角柱状を呈しており、第１セルＣ１又は第２セルＣ２に面し、一辺２００μｍの正方形状を呈する端面を有している。これらの観察領域に第１セルＣ１側のみに開口した細孔及び第２セルＣ２側にのみ開口した細孔が存在するか否かを判断する。そして、５か所の観察領域に第１セルＣ１側のみに開口した細孔及び第２セルＣ２側のみに開口した細孔が存在していない場合には、隔壁部３は、第１セルＣ１側のみに開口した細孔及び第２セルＣ２側を有しないと判断する。

また、連通路３３が、第１開口３１から第２開口３２へ至る経路から分岐した有底孔３３１を有するか否かの判定も、前述した判定と同様の方法により行うことができる。即ち、コンピュータ断層撮影によって排ガス浄化フィルタ１を撮影し、排ガス浄化フィルタ１の再構成像を得る。

この再構成像中に存在する隔壁部３に、前述した四角柱状を呈する５か所の観察領域を無作為に設定する。これらの観察領域に有底孔３３１が存在するか否かを判断する。そして、５か所の観察領域に有底孔３３１が存在していない場合には、隔壁部３は、有底孔３３１を有しないと判断する。

前述した態様の製造方法において、製造上の理由によって形成されるガスを流通することができない細孔や有底孔３３１の数は、従来の製造方法によって作製される排ガス浄化フィルタにおける細孔の数及び有底孔３３１の数に比べて格段に少ない。それ故、このような細孔や有底孔３３１が隔壁部３の強度と気孔率とのトレードオフに及ぼす悪影響は小さい。

（参考形態２）
本形態においては、図７に示すように、第１栓部１２及び第２栓部１３が外壁部２及び隔壁部３と一体的に形成された排ガス浄化フィルタ１０２を説明する。なお、本形態以降において用いた符号のうち、既出の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、既出の形態における構成要素と同様の構成要素等を表す。

本形態の排ガス浄化フィルタ１０２は、外壁部２、隔壁部３、第１栓部１２及び第２栓部１３が一体的に形成されている。ここで、第１栓部１２及び第２栓部１３が外壁部２及び隔壁部３と「一体的に形成された」状態とは、第１栓部１２及び第２栓部１３と、外壁部２及び隔壁部３との間に材質等の差異がなく、両者の境界が存在しない状態をいう。

本形態の排ガス浄化フィルタ１０２は、例えば、図８に示すように、ハニカム構造体１１と、第１栓部１２と、第２栓部１３とを一体化した形状に対応する空洞Ｓ２を備えた鋳型４０２を使用する以外は、参考形態１と同様の方法により作製することができる。その他は参考形態１と同様である。

本形態のように、第１栓部１２及び第２栓部１３をハニカム構造体１１と一体化することにより、ハニカム構造体１１の作製と、第１栓部１２及び第２栓部１３によって筒状空間Ｃを閉鎖する作業とを同一の工程において行うことができる。これにより工程数の増加を回避し、排ガス浄化フィルタ１０２の生産性をより向上させることができる。その他、本形態の排ガス浄化フィルタ１０２は、参考形態１と同様の作用効果を奏することができる。

（参考形態３）
本形態においては、図９～図１２に示すように、第１開口３１から第２開口３２へ至る経路から分岐した有底孔３３１（図３参照）を有しない連通路３４１～３４４を備えた排ガス浄化フィルタ１０３～１０６を説明する。

図９に示す排ガス浄化フィルタ１０３のように、１か所の第１開口３１と１か所の第２開口３２とが連通路３４１を介して接続されている場合、連通路３４１は、第１開口３１から第２開口３２へ至る経路上に分岐を有しない。

第１開口３１と第２開口３２との接続の態様は、図９の態様に限定されるものではない。例えば、図１０に示す排ガス浄化フィルタ１０４のように、複数の第１開口３１と１か所の第２開口３２とが連通路３４２を介して接続されていてもよいし、図１１に示す排ガス浄化フィルタ１０５のように、１か所の第１開口３１と複数の第２開口３２とが連通路３４３を介して接続されていてもよい。

更に、図１２に示す排ガス浄化フィルタ１０６のように、複数の第１開口３１と複数の第２開口３２とが連通路３４４を介して接続されていてもよい。連通路３４１～３４３のように第１開口３１から第２開口３２へ至る経路上で連通路が分岐している場合には、分岐した先は、第１開口３１または第２開口３２のいずれかに接続されている。

隔壁部は、これらの連通路３４１～３４４のうち１種のみを有していてもよいし、２種以上を有していてもよい。その他は参考形態１と同様である。

本形態のように、第１開口３１から第２開口３２へ至る経路上に有底孔３３１を有しない連通路３４１～３４４を設けることにより、経路上の有底孔３３１への排気ガスの滞留を回避することができる。その結果、隔壁部３の強度と気孔率とのトレードオフの改善効果をより高めることができる。

（実施形態１）
本形態においては、図１４に示すように、第１開口３１から延設された第１連通部３５１と、複数の第１連通部３５１を互いに接続する接続部３５２と、接続部３５２から第２開口３２側に延設された第２連通部３５３と、を備えた連通路３５を有する排ガス浄化フィルタ１０７を説明する。

本形態の排ガス浄化フィルタ１０７における隔壁部３は、図１３及び図１４に示すように、第１セルＣ１側の壁面に、互いに間隔をあけて配置された複数の第１開口３１からなる第１開口群３１０を有している。図１３に示すように、隔壁部３は複数の第１開口群３１０を有しており、第１開口群３１０同士が互いに間隔をあけて配置されている。なお、第１開口群３１０の配置は、本形態の配置に限定されるものではない。

第１開口群３１０を構成する第１開口３１は、隔壁部３の厚み方向における第１セルＣ１側から視た平面視において、六角形を呈するように配置されている。なお、各第１開口群３１０に含まれる第１開口３１の配置は本形態の配置に限定されるものではない。例えば、各第１開口群３１０に含まれる第１開口３１は、隔壁部３の厚み方向における第１セルＣ１側から視た平面視において、円形、長円形、楕円形、多角形等の形状を呈するように配置されていてもよい。また、各第１開口群３１０に含まれる第１開口３１は、無秩序に配置されていてもよい。

第１連通部３５１は、図１４に示すように、第１開口３１から接続部３５２までに亘って延設されている。第１連通部３５１の配置及び形状は特に限定されるものではない。例えば、本形態の第１連通部３５１は、第１開口３１から隔壁部３の厚み方向に平行な方向に延設されている。また、隔壁部３の厚み方向に直交する断面における第１連通部３５１の断面形状は円形である。なお、第１連通部３５１の断面形状は、本形態に限定されるものではなく、例えば、楕円形、長円形、多角形等の種々の形状をとり得る。

隔壁部３は、第２セルＣ２側の壁面に、互いに間隔をあけて配置された複数の第２開口３２からなる第２開口群３２０を有している。隔壁部３は複数の第２開口群３２０を有しており、第２開口群３２０同士が互いに間隔をあけて配置されている。なお、本形態の第２開口群３２０の配置は、第１開口群３１０の配置と同様である。第２開口群３２０の配置は本形態の配置に限定されるものではない。

図には示さないが、第２開口群３２０を構成する第２開口３２は、第１開口群３１０と同様に、隔壁部３の厚み方向における第２セル側から視た平面視において、六角形を呈するように配置されている。なお、各第２開口群３２０に含まれる第２開口３２の配置は本形態の配置に限定されるものではなく、第１開口３１と同様に種々の態様をとり得る。

図１４に示すように、本形態の第２開口３２は、第２連通部３５３に直接接続されている。つまり、第２連通部３５３は、第２開口３２から接続部３５２までに亘って延設されている。なお、第２連通部３５３は、本形態のように、接続部３５２から延設され、第２開口３２に直接接続されていてもよいし、第２連通部３５３と第２開口３２との間に設けられた他の接続部及び連通部を介して第２開口３２に接続されていてもよい。

第２連通部３５３の配置及び形状は特に限定されるものではない。例えば、本形態の第２連通部３５３は、接続部３５２から隔壁部３の厚み方向に平行な方向に延設されている。また、隔壁部３の厚み方向に直交する断面における第２連通部３５３の断面形状は円形である。なお、第２連通部３５３の断面形状は、本形態に限定されるものではなく、例えば、楕円形、長円形、多角形等の種々の形状をとり得る。その他は参考形態１と同様である。

本形態の排ガス浄化フィルタ１０７は、隔壁部３の内部に配置された複数の接続部３５２を有している。各接続部３５２には、第１開口群３１０に含まれる第１開口３１から延設された複数の第１連通部３５１が接続されている。また、各接続部３５２からは、複数の第２連通部３５３が第２開口３２へ向かって延出している。

接続部３５２の数、配置及び形状は、種々の態様をとり得る。例えば、本形態の接続部３５２は、図１５に示すように、隔壁部３の厚み方向に直交する断面において円形を呈している。接続部３５２は、厚み方向に直交する断面において、直線、楕円、長円、多角形等であってもよい。また、本形態においては、個々の接続部３５２に複数の第１連通部３５１のうちの一部の第１連通部３５１が接続されているが、全ての第１連通部３５１が単一の接続部３５２に接続されていてもよい。

図１４に示すように、接続部３５２は、第１連通部３５１の開口端である第１接続口３５４と、第２連通部３５３の開口端である第２接続口３５５と、を有している。本形態の第２接続口３５５は、第１接続口３５４に対面して配置されている。

本形態のように連通路３５に接続部３５２を設けることにより、第１連通部３５１または第２連通部３５３のいずれかから流入した排気ガスを接続部３５２内で拡散させることができる。これにより、排気ガスを連通路３５の内表面により効率よく接触させ、排気ガス中の有害成分や粒子状物質の除去効果をより高めることができる。

また、図１４及び図１５に示すように、本形態の接続部３５２は、当該接続部３５２に連なる第１連通部３５１及び第２連通部３５３のうち最も外側に配置された第１連通部３５１及び第２連通部３５３よりも外方に延出した延出部３５６を有している。延出部３５６は、第１連通部３５１または第２連通部３５３のいずれかから流入した排気ガスの流れを乱し、排気ガスを攪拌することができる。そのため、本形態の排ガス浄化フィルタ１０７は、接続部３５２において排気ガスを攪拌することにより、排気ガスを連通路３５の内表面に更に効率よく接触させることができる。その結果、排気ガス中の有害成分や粒子状物質の除去効果を更に高めることができる。

本形態の排ガス浄化フィルタ１０７は、前述した接続部３５２を設けたことによる効果及び接続部３５２に延出部３５６を設けたことによる効果に加え、参考形態１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施形態２）
本形態においては、第１接続口３６４及び第２接続口３６５の配置の他の態様を説明する。図１６に示すように、本形態の排ガス浄化フィルタ１０８における隔壁部３は、第１連通部３６１、接続部３６２及び第２連通部３６３を備えた連通路３６を有している。接続部３６２は、第１連通部３６１の開口端である第１接続口３６４と、第２連通部３６３の開口端である第２接続口３６５と、延出部３６６と、を有している。そして、図１６及び図１７に示すように、第１接続口３６４の一部と第２接続口３６５の一部とが互いに対面して配置されている。即ち、本形態の第１接続口３６４は、その一部が第２接続口３６５と対面し、残部が接続部３６２の内表面と対面するように配置されている。同様に、第２接続口３６５は、その一部が第１接続口３６４と対面し、残部が接続部３５２の内表面と対面するように配置されている。その他は実施形態１と同様である。

本形態の第２接続口３６５は、前述のごとく、第１接続口３６４の正面から若干ずれた位置に配置されている。同様に、第１接続口３６４は、第２接続口３６５の正面から若干ずれた位置に配置されている。第１接続口３６４及び第２接続口３６５を前述のごとく配置することにより、第１接続口３６４または第２接続口３６５のいずれか一方から接続部３６２内へ流入した排気ガスの一部を接続部３６２の内表面に当てて排気ガスの流れを乱すことができる。そのため、本形態の排ガス浄化フィルタ１０８は、接続部３６２において排気ガスを攪拌し、排気ガスを連通路３６の内表面により効果的に接触させることができる。

また、本形態の排ガス浄化フィルタ１０８は、図１６に示すように、連通路３６の一部が第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ直線に沿って配置されている。つまり、隔壁部３は、その厚み方向から視た平面視において、図１７に示すように、連通路３６の一部からなる貫通穴３６７を有している。そのため、第１開口３１または第２開口３２のいずれか一方から連通路３６内へ流入した排気ガスの一部を、貫通穴３６７を介してそのまま他方へ導き、連通路３６の外部へ排出することができる。それ故、本形態の排ガス浄化フィルタ１０８は、連通路３６内における排気ガスの流れの乱れに起因する圧力損失を低減することができる。

以上のように、本形態の排ガス浄化フィルタ１０８は、貫通穴３６７によって圧力損失を低減しつつ、接続部３５２内において排気ガスを攪拌し、排気ガス中の有害成分や粒子状物質をより効果的に除去することができる。その他、本形態の排ガス浄化フィルタ１０８は実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施形態３）
本形態においては、図１８～図２０に示すように、第１開口３１から第２開口３２に至る経路上に複数の接続部３７２、３８２、３９２を備えた連通路３７、３８、３９を有する排ガス浄化フィルタ１２１、１２２、１２３を説明する。

接続部３７２、３８２、３９２の数及び配置は種々の態様をとり得る。例えば、図１８～図２０に示す排ガス浄化フィルタ１２１～１２３は、第１開口３１から第２開口３２に至る経路上に４か所の接続部３７２（３７２ａ～３７２ｄ）、３８２（３８２ａ～３８２ｄ）、３９２（３９２ａ～３９２ｄ）を有している。また、個々の経路上における隣り合う接続部３７２、３８２、３９２は、複数の連通部３７１（３７１ａ～３７１ｅ）、３８２（３８２ａ～３８２ｅ）、３９２（３９２ａ～３９２ｅ）を介して接続されている。なお、接続部３７２、３８２、３９２の数は、本形態の態様に限定されるものではなく、所望する特性に応じて適宜変更することができる。

また、本形態の接続部３７２、３８２、３９２は、延出部３７６、３８６、３９６を有している。

以下においては、便宜上、複数の接続部３７２、３８２、３９２のうち最も第１開口３１に近い接続部から順に第１接続部３７２ａ、３８２ａ、３９２ａ、第２接続部３７２ｂ、３８２ｂ、３９２ｂ、第３接続部３７２ｃ、３８２ｃ、３９２ｃ及び第４接続部３７２ｄ、３８２ｄ、３９２ｄという。また、第１開口３１と第１接続部３７２ａ、３８２ａ、３９２ａとを接続する連通部を第１連通部３７１ａ、３８１ａ、３９１ａという。以降、第１開口３１に近い順に、第２連通部３７１ｂ、３８１ｂ、３９１ｂ、第３連通部３７１ｃ、３８１ｃ、３９１ｃ、第４連通部３７１ｄ、３８１ｄ、３９１ｄ、第５連通部３７１ｅ、３８１ｅ、３９１ｅという。

即ち、第２連通部３７１ｂ、３８１ｂ、３９１ｂは第１接続部３７２ａ、３８２ａ、３９２ａと第２接続部３７２ｂ、３８２ｂ、３９２ｂとを接続しており、第３連通部３７１ｃ、３８１ｃ、３９１ｃは第２接続部３７２ｂ、３８２ｂ、３９２ｂと第３接続部３７２ｃ、３８２ｃ、３９２ｃとを接続しており、第４連通部３７１ｄ、３８１ｄ、３９１ｄは第３接続部３７２ｃ、３８２ｃ、３９２ｃと第４接続部３７２ｄ、３８２ｄ、３９２ｄとを接続しており、第５連通部３７１ｅ、３８１ｅ、３９１ｅは第４接続部と第２開口３２とを接続している。

例えば図１８に示す排ガス浄化フィルタ１２１のように、第１連通部３７１ａ～第５連通部３７１ｅは、隔壁部３の厚み方向に平行な方向に延設されていてもよい。また、図２０に示す排ガス浄化フィルタ１２３のように、第１連通部３９１ａ～第５連通部３９１ｅは、隔壁部３の厚み方向に対して傾斜した方向に延設されていてもよい。

また、図１８に示すように、第１連通部３７１ａ～第５連通部３７１ｅは、第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ直線に平行な方向から視た平面視において、同一の位置に配置されていてもよい。

図１８に示す第１接続部３７２ａにおいて、第１連通部３７１ａの開口は第２連通部３７１ｂの開口の正面に配置されている。同様に、第２接続部３７２ｂにおいて、第２連通部３７１ｂの開口は第３連通部３７１ｃの開口の正面に配置されており、第３接続部３７２ｃにおいて、第３連通部３７１ｃの開口は第４連通部３７１ｄの正面に配置されており、第４接続部３７２ｄにおいて、第４連通部３７１ｄの開口は第５連通部３７１ｅの正面に配置されている。

図１９に示す排ガス浄化フィルタ１２２のように、各接続部３８２ａ～３８２ｄにおいて、第１開口３１側に接続された連通部３８１の開口の一部と、第２開口３２側に接続された連通部３８１の開口の一部とが対面するように配置されていることが好ましい。つまり、第１接続部３８２ａにおいて、第１連通部３８１ａの開口の一部は第２連通部３８１ｂの開口の一部と対面する位置に配置されていることが好ましい。同様に、第２接続部３８２ｂにおいて、第２連通部３８１ｂの開口の一部は第３連通部３８１ｃの開口の一部と対面する位置に配置されていることが好ましく、第３接続部３８２ｃにおいて、第３連通部３８１ｃの開口の一部は第４連通部３８１ｄの開口の一部と対面する位置に配置されていることが好ましく、第４接続部３８２ｄにおいて、第４連通部３８１ｄの開口の一部は第５連通部３８１ｅの開口の一部と対面する位置に配置されていることが好ましい。

このように、各接続部３８２において、第１開口３１側に接続された連通部３８１の開口の一部と、第２開口３２側に接続された連通部３８１の開口の一部とが対面するように配置されている場合には、各接続部３８２内において排気ガスを攪拌し、排気ガス中の有害成分や粒子状物質をより効果的に除去することができる。

また、図１９に示す連通路３８は、その一部が第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ直線に沿って配置されている。より具体的には、排ガス浄化フィルタ１２２においては、第１連通部３８１ａ、第３連通部３８１ｃ及び第５連通部３８１ｅが、第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ直線に平行な方向、つまり、隔壁部３の厚み方向において同一の直線上に配置されている。また、第２連通部３８１ｂ及び第４連通部３８１ｄが、隔壁部３の厚み方向において同一の直線上であって、第１連通部３８１ａ、第３連通部３８１ｃ及び第５連通部３８１ｅとは異なる位置に配置されている。これにより、隔壁部３の厚み方向から視た平面視において、第１連通部３８１ａ～第５連通部３８１ｅ及び第１接続部３８２ａ～第４接続部３８２ｄが重なる領域に貫通穴３８７が形成されている。

このように、排ガス浄化フィルタ１２２の隔壁部３は、第１開口３１と第２開口３２とを結ぶ直線に平行な方向から視た平面視において、連通路３８の一部からなる貫通穴３８７を有している。それ故、排ガス浄化フィルタ１２２は、前述の作用効果を奏しつつ、圧力損失をより低減することができる。

本形態のように、連通路３７、３８、３９に複数の接続部３７２、３８２、３９２を設けることにより、排気ガスを各接続部３７２、３８２、３９２において攪拌し、連通路の内表面により効率よく接触させることができる。その結果、排気ガス中の有害成分や粒子状物質の除去効果をより高めることができる。その他、本形態の排ガス浄化フィルタは、実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。

本形態の排ガス浄化フィルタの作用効果を確認するため、以下のようにしてシミュレーションを行った。まず、図１８に示す排ガス浄化フィルタ１２１の構造モデル及び図１９に示す排ガス浄化フィルタ１２２の構造モデルを作製した。なお、これらの構造モデルにおける、連通部３７１、３８１の直径は２μｍとし、接続部３７２、３８２の直径は１３．５μｍとした。また、各接続部３７２、３８２に接続される連通部３７１、３８１の本数は１９本とした。これらの構造モデルの気孔率、つまり、連通路３７、３８を含めた隔壁部３の体積に対する、連通路３７、３８の体積の比率は７０％とした。

また、これらの構造モデルと比較するために、図９に示すように、第１開口３１と第２開口３２とが直線状の連通路３４１を介して接続された構造モデルを作製した。この構造モデルにおける連通路３４１の直径は１３．５μｍとした。また、連通路３４１の本数は、構造モデルの気孔率が７０％となるように適宜設定した。

これら３種の構造モデルに粒子状物質を含む排気ガスを流通させた際の粒子状物質の捕集率を算出した。その結果、図１８に示す構造モデルにおける捕集率は図９に示す構造モデルにおける捕集率の６．１倍となり、図１９に示す構造モデルにおける捕集率は図９に示す構造モデルにおける捕集率の６．７倍となった。

これらの結果から、連通路３７、３８のように、第１開口３１から第２開口に至る経路上に接続部３７２、３８２を設けることにより、排気ガス中の有害成分や粒子状物質をより効果的に除去できることが理解できる。また、図１９に示すように、各接続部３８２において、第１開口３１側に接続された連通部３８１の開口の一部と、第２開口３２側に接続された連通部３８１の開口の一部とが対面するように配置されている場合には、図１８に示すように、第１開口３１側に接続された連通部３７１の開口が第２開口３２側に接続された連通部３７１の開口の正面に配置されている場合に比べて、排気ガス中の有害成分や粒子状物質の除去効果を更に高められることが理解できる。

（比較形態１）
本形態においては、従来の製造方法によって作製された排ガス浄化フィルタ９の構成を説明する。従来の排ガス浄化フィルタ９は、排ガス浄化フィルタ９の原料となるセラミック粒子９１と、バインダとを含む坏土を調製した後、押出成形によって坏土の成形体を作製し、当該成形体を焼結することによって作製される。

従来の製造方法では、成形体内に存在するセラミック粒子９１が無秩序に配置されている。そのため、図２１に一例を示すように、焼結後の隔壁部９２には、セラミック粒子９１同士の隙間に由来して無秩序に延設された細孔９３が形成される。そして、これらの細孔９３の中には、有底孔状、つまり、隔壁部９２のいずれか一方の面にのみ開口した細孔９３１が含まれている。

それ故、従来の排ガス浄化フィルタ９は、気孔率が同一の場合、排気ガスが流通することができない細孔９３１の分だけ参考形態１～３の排ガス浄化フィルタ１、１０２～１０６に比べて排気ガスの流量が少なくなる。その結果、圧力損失の増大を招くおそれがある。また、従来の排ガス浄化フィルタ９は、圧力損失が同一の場合、排気ガスが流通することができない細孔９３１の分だけ参考形態１～３の排ガス浄化フィルタ１、１０２～１０６に比べて気孔率が高くなる。その結果、隔壁部９２の強度の低下を招くおそれがある。

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、１０２～１０６、１２１～１２３排ガス浄化フィルタ
１１ハニカム構造体
２外壁部
３隔壁部
３１第１開口
３２第２開口
３３、３４１～３４４、３５～３９連通路
Ｃ筒状空間
Ｃ１第１セル
Ｃ２第２セル

Claims

筒状を呈する外壁部（２）と、前記外壁部の軸方向に沿って延設され、前記外壁部の内側を複数の筒状空間（Ｃ）に区画する隔壁部（３）と、を備えたハニカム構造体（１１）と、
複数の前記筒状空間のうち一部の筒状空間の一端を閉鎖する第１栓部（１２）と、残りの筒状空間の他端を閉鎖する第２栓部（１３）と、
前記第１栓部によって閉鎖された前記筒状空間からなる第１セル（Ｃ１）と、
前記第２栓部によって閉鎖された前記筒状空間からなり、前記第１セルに隣接して配置された第２セル（Ｃ２）と、を有し、
前記隔壁部は、前記第１セル側に開口した複数の第１開口（３１）と、前記第２セル側に開口した第２開口（３２）と、前記第１開口と前記第２開口とを接続する連通路（３５、３６、３７、３８、３９）と、を有し、
前記各第１開口は、前記連通路を介して少なくとも１か所の前記第２開口に接続されており、
前記各第２開口は、前記連通路を介して少なくとも１か所の前記第１開口に接続されており、
前記連通路（３５、３６、３７、３８、３９）は、前記第１開口から延設された第１連通部（３５１、３６１、３７１ａ、３８１ａ、３９１ａ）と、
複数の前記第１連通部を互いに接続する接続部（３５２、３６２、３７２ａ、３８２ａ、３９２ａ）と、
前記接続部から前記第２開口側に延設された第２連通部（３５３、３６３、３７１ｂ、３８１ｂ、３９１ｂ）と、を有している、排ガス浄化フィルタ（１０７、１０８、１２１、１２２、１２３）。
前記接続部は、前記第１連通部の開口端である第１接続口（３６４）と、前記第２連通部の開口端である第２接続口（３６５）と、を有しており、前記第１接続口の一部と前記第２接続口の一部とが互いに対面して配置されている、請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ（１０８、１２２）。
前記接続部は、当該接続部に連なる前記第１連通部及び前記第２連通部のうち最も外側に配置された連通部（３５１ａ、３５３ａ、３６１ａ、３６３ａ）よりも外方に延出した延出部（３５６、３６６、３７６、３８６、３９６）を有している、請求項１または２に記載の排ガス浄化フィルタ（１０７、１０８、１２１、１２２、１２３）。
前記各連通路（３４１、３４２、３４３、３４４）は、前記第１開口から前記第２開口に至る経路から分岐した有底孔（３３１）を有しない、請求項１または２に記載の排ガス浄化フィルタ（１０３、１０４、１０５、１０６）。
請求項１～４のいずれか１項に記載の排ガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記ハニカム構造体の形状に対応する空洞（Ｓ、Ｓ２）を備えた鋳型（４、４０２）を作製し、
前記空洞内に前記ハニカム構造体の原料（１１０）を充填し、
前記原料を前記鋳型ごと加熱することにより、前記鋳型を焼失させるとともに前記原料を焼成して前記排ガス浄化フィルタを形成する、排ガス浄化フィルタの製造方法。
前記鋳型を積層造形法によって作製する、請求項５に記載の排ガス浄化フィルタの製造方法。