知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-16
(45)【発行日】2023-11-27
(54)【発明の名称】パティキュレートフィルタ
(51)【国際特許分類】
B01D 53/94 20060101AFI20231117BHJP
B01J 35/04 20060101ALI20231117BHJP
B01J 23/58 20060101ALI20231117BHJP
B01D 39/20 20060101ALI20231117BHJP
B01D 46/00 20220101ALI20231117BHJP
F01N 3/022 20060101ALI20231117BHJP
F01N 3/035 20060101ALI20231117BHJP
【ＦＩ】
B01D53/94 241
B01J35/04 301L
B01J35/04 301E
B01J23/58 A ZAB
B01D39/20 D
B01D46/00 302
F01N3/022 C
F01N3/035 A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019112755
(22)【出願日】2019-06-18
(65)【公開番号】P2020203255
(43)【公開日】2020-12-24
【審査請求日】2022-01-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000104607
【氏名又は名称】株式会社キャタラー
(74)【代理人】
【識別番号】100117606
【弁理士】
【氏名又は名称】安部 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100130605
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 浩治
(72)【発明者】
【氏名】尾上 亮太
(72)【発明者】
【氏名】田▲崎▼ 凌
(72)【発明者】
【氏名】岩井 桃子
(72)【発明者】
【氏名】松下 大和
【審査官】佐々木 典子
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５１５３２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５１０４３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５１０６０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１３２２４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２４３２７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１５０８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／９６、
３９／２０、４６／００
Ｂ０１Ｊ ２３／５８、３５／０４
Ｆ０１Ｎ ３／００－ ３／３８、
９／００－１１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排気通路に配置されて該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するために用いられるパティキュレートフィルタであって、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル、該入側セルと隣り合い排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル、並びに前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、
前記隔壁の内部に形成されたウォッシュコート層と
を備え、
前記ウォッシュコート層は、
前記入側セルに接する前記隔壁の表面から前記隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、前記排ガス流入側の端部近傍から前記隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成された入側層と、
前記出側セルに接する前記隔壁の表面から前記隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、前記排ガス流出側の端部近傍から前記隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側層と
を備え、
前記入側層と前記出側層とが一部重複するように、前記入側層および前記出側層の各々の厚みと長さが設定されており、
前記入側層は、前記粒子状物質の燃焼を促進する貴金属触媒を実質的に含有しておらず、かつ、前記出側層は、前記貴金属触媒を含有しており、
前記入側層は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、カルシア、希土類金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物から選ばれる少なくとも１種からなり、
前記基材全体における前記隔壁の細孔の有効容積Ｖに対する前記ウォッシュコート層の総コート量Ｗの割合（Ｗ／Ｖ）が２００ｇ／Ｌ以上４００ｇ／Ｌ以下である、パティキュレートフィルタ。
【請求項2】
前記出側層における貴金属触媒の含有量は０．１ｇ／Ｌ以上である、請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項3】
前記延伸方向における前記隔壁の全長を１００％としたとき、前記ウォッシュコート層の前記貴金属触媒を実質的に含有していない領域は、前記排ガス流出側の端部近傍から３０％以上６０％以下の領域に形成されている、請求項１または２に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項4】
前記隔壁の厚みを１００％としたとき、前記入側層は、前記入側セルと接する表面から前記隔壁の内方に７５％以上１００％以下の厚みで形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項5】
前記隔壁の厚みを１００％としたとき、前記出側層は、前記出側セルと接する表面から前記隔壁の内方に７５％以上１００％以下の厚みで形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項6】
前記隔壁の表面に前記ウォッシュコート層が実質的に存在しない、請求項１～４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項7】
前記貴金属触媒が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈの群より選択される少なくとも一種類以上の白金族元素を含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項8】
前記内燃機関はガソリンエンジンである、請求項１～７のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パティキュレートフィルタに関する。詳しくは、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するパティキュレートフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
ガソリンやディーゼル油等を燃料とする内燃機関からの排ガスには、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の気体成分の他に、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう。）が含まれている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の気体成分と同様に、このＰＭは、人体への影響を考慮した排出量が定められている。
【0003】
このＰＭを排ガスから除去する技術の一例として、ＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」ともいう。）を内燃機関の排気通路に配置する技術が挙げられる。かかるパティキュレートフィルタの一例として、ウォールフロー型のフィルタが挙げられる。このウォールフロー型のフィルタは、複数の中空部（セル）を有したハニカム構造の基材をベースにし、出口を閉塞させた入側セルと、入口を閉塞させた出側セルとを交互に形成することによって構築される。かかるウォールフロー型のフィルタに供給された排ガスは、入側セルに流入して多孔質の隔壁を通過した後に、出側セルを通ってフィルタ外部へ排出される。このとき、排ガス中のＰＭが隔壁の細孔内に捕集される。また、このようなウォールフロー型のフィルタでは、高温安定性やＰＭ捕集性能などの向上のために、隔壁の内部（細孔の壁面）にウォッシュコート層を形成することがある。
【0004】
この種のウォールフロー型のフィルタでは、隔壁の細孔内へのＰＭ堆積量が増加すると、細孔の目詰まりによってガス流通性が低下し、圧力損失（以下、「圧損」ともいう。）が増大する可能性がある。このため、近年のパティキュレートフィルタでは、細孔内に堆積したＰＭの酸化（燃焼）を促進する貴金属触媒がウォッシュコート層に担持されている。このような貴金属触媒を担持させたパティキュレートフィルタの一例が特許文献１、２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００９－２２００２９号公報
【文献】特開２０１６－１８２５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、近年では、ＰＭ排出量に対する規制が強化されているため、従来よりもＰＭ捕集性能に優れたパティキュレートフィルタが求められている。かかる要求を受けて検討を行った結果、本発明者らは、ウォールフロー型のフィルタでは、細孔径の小さな細孔にＰＭが優先的に捕集されることと、ＰＭ堆積量の増加によって隔壁の細孔が小径化することを見出した。これらの知見より、本発明者らは、ウォールフロー型のフィルタでは、継続した使用によるＰＭ堆積量の増加に伴ってＰＭ捕集性能が向上すると考えた。
【0007】
しかしながら、上述したように、細孔内へのＰＭ堆積量が増加すると、ガス流通性の低下による圧損増大が生じる可能性があるため、近年のパティキュレートフィルタでは、ＰＭの燃焼を促進する貴金属触媒がウォッシュコート層に担持されている。このような構造のパティキュレートフィルタでは、ＰＭ堆積量の増加に伴うＰＭ捕集性能の向上の恩恵を得ることが難しい。このように、ウォールフロー構造のフィルタでは、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立させることが困難であることが分かった。
【0008】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができるパティキュレートフィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述の課題を解決するための検討を行う際に、本発明者らは次の点に着目した。
内燃機関の運転を開始した直後である運転初期では、ＰＭ含有量の多い低温の排ガスが排出される一方で、運転が安定した運転中期では、ＰＭ含有量が少ない高温の排ガスが排出されるという傾向がある。さらに、運転初期に排出される排ガスは、流量が少ないため、ガス流れ方向における上流側の隔壁を通過する傾向がある。一方、運転中期に排出される排ガスは、比較的に流量が多いため、下流側の隔壁を通過する傾向がある。
内燃機関の運転を開始した直後である運転初期では、ＰＭ含有量の多い低温の排ガスが排出される一方で、運転が安定した運転中期では、ＰＭ含有量が少ない高温の排ガスが排出されるという傾向がある。さらに、運転初期に排出される排ガスは、流量が少ないため、ガス流れ方向における上流側の隔壁を通過する傾向がある。一方、運転中期に排出される排ガスは、比較的に流量が多いため、下流側の隔壁を通過する傾向がある。
【0010】
本発明者らは、この運転時期によるＰＭ含有量と排ガス流量の違いに着目して検討を重ねた結果、隔壁の上流側の領域に貴金属触媒を存在させず、かつ、下流側の領域に貴金属触媒を存在させることに思い至った。
先ず、隔壁の上流側の領域に貴金属触媒を存在させないことによって、当該上流側の領域において、ＰＭ堆積量の増加に伴うＰＭ捕集性能の向上が生じやすくなる。これによって、ＰＭ含有量が多く、かつ、上流側の領域を通過する運転初期の排ガスから好適にＰＭを除去できる。また、運転初期の排ガスは、流量が少ないため、細孔径が比較的に小さな状態に維持される上流側の領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、隔壁の下流側の領域に貴金属触媒を存在させることによって、当該下流側の領域において、ＰＭの燃焼によるガス流通性の回復が生じやすくなる。これにより、流量が多い排ガスが供給される運転中期における圧損の増大を好適に抑制できる。また、運転中期の排ガスは、ＰＭ含有量が少ないため、細孔径が比較的に大きな状態に維持される下流側の領域でもＰＭを十分に除去することができる。
先ず、隔壁の上流側の領域に貴金属触媒を存在させないことによって、当該上流側の領域において、ＰＭ堆積量の増加に伴うＰＭ捕集性能の向上が生じやすくなる。これによって、ＰＭ含有量が多く、かつ、上流側の領域を通過する運転初期の排ガスから好適にＰＭを除去できる。また、運転初期の排ガスは、流量が少ないため、細孔径が比較的に小さな状態に維持される上流側の領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、隔壁の下流側の領域に貴金属触媒を存在させることによって、当該下流側の領域において、ＰＭの燃焼によるガス流通性の回復が生じやすくなる。これにより、流量が多い排ガスが供給される運転中期における圧損の増大を好適に抑制できる。また、運転中期の排ガスは、ＰＭ含有量が少ないため、細孔径が比較的に大きな状態に維持される下流側の領域でもＰＭを十分に除去することができる。
【0011】
ここに開示されるパティキュレートフィルタは、上述の知見に基づいてなされたものである。かかるパティキュレートフィルタは、内燃機関の排気通路に配置されて該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するために用いられる。このパティキュレートフィルタは、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル、該入側セルと隣り合い排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル、並びに入側セルと出側セルとを仕切る多孔質の隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、隔壁の内部に形成されたウォッシュコート層とを備えている。そして、ウォッシュコート層は、入側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流入側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成された入側層と、出側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流出側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側層とを備え、入側層と出側層とが一部重複するように、入側層および出側層の各々の厚みと長さが設定されている。そして、ここに開示されるパティキュレートフィルタにおいて、入側層は、粒子状物質の燃焼を促進する貴金属触媒を実質的に含有しておらず、かつ、出側層は、貴金属触媒を含有している。
【0012】
ここに開示されるパティキュレートフィルタでは、貴金属触媒が実質的に存在していない入側領域のＰＭ捕集性能が向上しやすいため、運転初期の排ガスからＰＭを好適に除去できる。そして、貴金属触媒が存在している出側領域のガス流通性が高い状態に維持されているため、流量が多い運転中期の排ガスが供給されても、急激な圧損の増大を適切に抑制できる。このように、ここに開示されるパティキュレートフィルタによれば、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができる。
【0013】
なお、本明細書では、説明の便宜上、入側層のみが形成されており、貴金属触媒が実質的に存在しない領域を「入側領域」と称する。また、出側層が形成されており、貴金属触媒が存在する領域を「出側領域」と称する。すなわち、ここに開示されるパティキュレートフィルタでは、ウォッシュコート層が形成されていない領域が生じることを避けるために、入側層と出側層とが一部重複しているが、この入側層と出側層と重複した領域は、貴金属触媒が存在しているため「出側領域」とみなされる。
【0014】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、出側層における貴金属触媒の含有量は０．１ｇ／Ｌ以上である。これにより、出側領域のガス流通性をより高い状態に維持することができる。
【0015】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、延伸方向における隔壁の全長を１００％としたとき、ウォッシュコート層の貴金属触媒を実質的に含有していない領域（すなわち、入側領域）は、排ガス流出側の端部近傍から３０％以上６０％以下の領域に形成されている。これにより、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能をより高いレベルで両立することができる。
【0016】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、隔壁の厚みを１００％としたとき、入側層は、入側セルと接する表面から隔壁の内方に７５％以上１００％以下の厚みで形成されている。これにより、入側領域におけるＰＭ捕集性能をより好適に向上させることができる。
【0017】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、隔壁の厚みを１００％としたとき、出側層は、出側セルと接する表面から隔壁の内方に７５％以上１００％以下の厚みで形成されている。これにより、出側領域におけるＰＭ捕集性能と圧損抑制性能をより高いレベルで両立することができる。
【0018】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、基材全体における隔壁の細孔の有効容積Ｖに対するウォッシュコート層の全重量Ｗの割合（Ｗ／Ｖ）が２００ｇ／Ｌ以上４００ｇ／Ｌ以下である。本発明者らが行った実験によると、上記Ｗ／Ｖを所定の範囲内に制御することによって、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能をより高いレベルで両立することができる。
【0019】
また、上記したＷ／Ｖを制御する態様においては、隔壁の表面にウォッシュコート層が実質的に存在しないようにＷ／Ｖを制御するとより好ましい。これにより、急激な圧損増大をより適切に抑制できる。
【0020】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、貴金属触媒が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈの群より選択される少なくとも一種類以上の白金族元素を含む。これらの白金族元素は、ＰＭ燃焼促進作用に優れているため、出側領域のガス流通性をより高い状態に維持することができる。
【0021】
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、内燃機関は、ガソリンエンジンである。ガソリンエンジンからの排ガスは、比較的に高温であり、ＰＭが燃焼しやすいため、ＰＭ堆積に伴うＰＭ捕集性能の向上が生じにくい傾向がある。ここに開示されるパティキュレートフィルタは、このようなガソリンエンジンの排気通路に配置した場合でも、入側領域にＰＭを適切に堆積させることができるため、ガソリンエンジン用のパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ：Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）として特に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタが配置された排気系を模式的に示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタを延伸方向に沿って切断した際の断面を模式的に示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るパティキュレートフィルタを径方向に沿って切断した際の断面を模式的に示す図である。
【図6】サンプル１～４の圧損測定の結果を示すグラフである。
【図7】サンプル１～４のＰＭ堆積重量の結果を示すグラフである。
【図8】サンプル５～１６のＰＭ捕集率測定の結果を示すグラフである。
【図9】サンプル５～１６の圧損測定の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、排気経路におけるパティキュレートフィルタの配置に関する一般的事項等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」との表記は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。
【0024】
Ａ．全体構成
先ず、本実施形態に係るパティキュレートフィルタが使用された排ガス浄化装置の全体構成を説明する。図１は本実施形態に係るパティキュレートフィルタが配置された排気系を模式的に示す図である。図１に示される排気系では、内燃機関２の排気通路に排ガス浄化装置１が設けられている。
先ず、本実施形態に係るパティキュレートフィルタが使用された排ガス浄化装置の全体構成を説明する。図１は本実施形態に係るパティキュレートフィルタが配置された排気系を模式的に示す図である。図１に示される排気系では、内燃機関２の排気通路に排ガス浄化装置１が設けられている。
【0025】
内燃機関２には、酸素と燃料ガスを含む混合気が供給される。内燃機関２は、この混合気が燃焼した際の熱エネルギーを運動エネルギーに変換する。そして、混合気の燃焼によって生じた排ガスは、図１中の矢印に示すように、エキゾーストマニホールド３と排気管４とから構成された排気通路に排出される。なお、本明細書では、説明の便宜上、排ガスの流れ方向における内燃機関２に近い側を上流側といい、内燃機関２から遠い側を下流側という。
【0026】
排ガス浄化装置１は、排気通路に排出された排ガスを浄化する。この排ガス浄化装置１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）７と、センサ８とを備えている。センサ８は、排ガスの成分や温度に関する情報を検知する。ＥＣＵ７は、内燃機関２の運転を制御するための情報の一つとしてセンサ８における検知結果を受信する。さらに、図１に示される排ガス浄化装置１は、触媒部５とフィルタ部６とを備えている。
【0027】
触媒部５は、排気管４の内部に設けられている。触媒部５には、排ガス中の三元成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を浄化する排ガス浄化触媒が用いられ得る。触媒部５に使用される排ガス浄化触媒の具体的な構成は、本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明を省略する。なお、図１に示される排ガス浄化装置１では、フィルタ部６よりも上流側に触媒部５が配置されているが、触媒部の配置位置は特に制限されない。例えば、触媒部は、フィルタ部よりも下流側に配置されていてもよいし、フィルタ部の上流側と下流側の両方に一対配置されていてもよい。
【0028】
フィルタ部６は、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集することによって排ガスを浄化する。本実施形態に係るパティキュレートフィルタは、この排ガス浄化装置１のフィルタ部６に用いられ得る。換言すると、本実施形態に係るパティキュレートフィルタは、排ガス浄化装置１の一構成要素として内燃機関２の排気通路（排気管４）に配置されている。
【0029】
Ｂ．パティキュレートフィルタ
以下、図２～図５を参照しながら本実施形態に係るパティキュレートフィルタを説明する。図２および図３中の符号Ｘは「排ガスの流通方向」を示す。そして、符号Ｘ１は「排ガス流入側（上流側）」を示し、符号Ｘ２は「排ガス流出側（下流側）」を示す。なお、図２は本実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す斜視図である。また、図３は図２に示すパティキュレートフィルタを延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）に沿って切断した際の断面を模式的に示す図であり、図４はパティキュレートフィルタの径方向（（排ガスの流通方向Ｘに対して垂直な方向）に沿って切断した際の断面を模式的に示す図である。そして、図５は図３中の領域Ｖを拡大した断面模式図である。
以下、図２～図５を参照しながら本実施形態に係るパティキュレートフィルタを説明する。図２および図３中の符号Ｘは「排ガスの流通方向」を示す。そして、符号Ｘ１は「排ガス流入側（上流側）」を示し、符号Ｘ２は「排ガス流出側（下流側）」を示す。なお、図２は本実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す斜視図である。また、図３は図２に示すパティキュレートフィルタを延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）に沿って切断した際の断面を模式的に示す図であり、図４はパティキュレートフィルタの径方向（（排ガスの流通方向Ｘに対して垂直な方向）に沿って切断した際の断面を模式的に示す図である。そして、図５は図３中の領域Ｖを拡大した断面模式図である。
【0030】
図２～図５に示すように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００は、ウォールフロー構造の基材１０と、当該基材１０の隔壁１６内に形成されたウォッシュコート層２０とを備えている。以下、各々について説明する。
【0031】
１．基材
図２に示すように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、排ガスの流通方向Ｘに沿って伸びた円柱形の基材１０が用いられている。上述したように、この基材１０はウォールフロー構造を有している。具体的には、基材１０は、複数の中空部（セル１２、１４）を有したハニカム構造を備えている。これらのセル１２、１４は、排ガスの流通方向Ｘに沿って延びている。そして、図３および図４に示すように、本実施形態における基材１０のセル１２、１４は、入側セル１２と、該入側セル１２に隣り合う出側セル１４とによって構成されている。そして、入側セル１２と出側セル１４との間は、多孔質の隔壁１６によって仕切られている。なお、基材１０の材料は、従来のこの種の用途に用いられ得る種々の材料を特に制限なく使用できる。この基材１０の材料の一例として、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスまたは合金（ステンレス等）等が挙げられる。また、本実施形態では、円柱形の基材１０が用いられているが、基材の外形は特に制限されず、楕円柱形や多角柱形等であってもよい。
図２に示すように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、排ガスの流通方向Ｘに沿って伸びた円柱形の基材１０が用いられている。上述したように、この基材１０はウォールフロー構造を有している。具体的には、基材１０は、複数の中空部（セル１２、１４）を有したハニカム構造を備えている。これらのセル１２、１４は、排ガスの流通方向Ｘに沿って延びている。そして、図３および図４に示すように、本実施形態における基材１０のセル１２、１４は、入側セル１２と、該入側セル１２に隣り合う出側セル１４とによって構成されている。そして、入側セル１２と出側セル１４との間は、多孔質の隔壁１６によって仕切られている。なお、基材１０の材料は、従来のこの種の用途に用いられ得る種々の材料を特に制限なく使用できる。この基材１０の材料の一例として、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスまたは合金（ステンレス等）等が挙げられる。また、本実施形態では、円柱形の基材１０が用いられているが、基材の外形は特に制限されず、楕円柱形や多角柱形等であってもよい。
【0032】
入側セル１２は、基材１０内部に形成されたセル１２、１４のうち、排ガス流入側Ｘ１の端部のみが開口したセルを指す（図３参照）。すなわち、入側セル１２は、排ガス流入側Ｘ１の端部がガス流入口１２ａとしてフィルタ外部に開放されていると共に、排ガス流出側Ｘ２の端部が封止部１２ｂによって封止されている。一方、出側セル１４は、排ガス流出側Ｘ２の端部のみが開口したセルを指す。すなわち、出側セル１４は、排ガス流入側Ｘ１の端部が封止部１４ａによって封止されていると共に、排ガス流出側Ｘ２の端部がガス流出口１４ｂとしてフィルタ外部に開放されている。
これらの入側セル１２、出側セル１４の形状や大きさは、パティキュレートフィルタ１００に供給される排ガスの流量や成分を考慮して適宜変更できる。例えば、図４に示すように、本実施形態では、基材１０の延伸方向Ｘと直交する断面（基材１０の径方向に沿った断面）におけるセル１２、１４の断面形状が正方形である。この入側セル１２と出側セル１４の各々の断面積は、同程度であってもよいし、排ガスの流量を考慮して異ならせてもよい。また、セル１２、１４の断面形状は、本実施形態のような正方形に限定されず、平行四辺形、長方形、台形、三角形、五角形、円形などの一般的な形状を特に制限なく採用することができる。
また、図２および図４に示すように、基材１０は、入側セル１２と出側セル１４の各々が相互に隣り合うように形成される。本実施形態の基材１０は、断面正方形の入側セル１２と出側セル１４とが市松模様状に配置されるように形成されている。
これらの入側セル１２、出側セル１４の形状や大きさは、パティキュレートフィルタ１００に供給される排ガスの流量や成分を考慮して適宜変更できる。例えば、図４に示すように、本実施形態では、基材１０の延伸方向Ｘと直交する断面（基材１０の径方向に沿った断面）におけるセル１２、１４の断面形状が正方形である。この入側セル１２と出側セル１４の各々の断面積は、同程度であってもよいし、排ガスの流量を考慮して異ならせてもよい。また、セル１２、１４の断面形状は、本実施形態のような正方形に限定されず、平行四辺形、長方形、台形、三角形、五角形、円形などの一般的な形状を特に制限なく採用することができる。
また、図２および図４に示すように、基材１０は、入側セル１２と出側セル１４の各々が相互に隣り合うように形成される。本実施形態の基材１０は、断面正方形の入側セル１２と出側セル１４とが市松模様状に配置されるように形成されている。
【0033】
上述したように、入側セル１２と出側セル１４は、隔壁１６によって仕切られている。本実施形態では、格子状に形成された隔壁１６の各々が排ガスの流通方向Ｘに沿って延びており、当該隔壁１６に囲まれた空間がセル１２、１４となる（図３および図４参照）。この隔壁１６は、複数の細孔を有する多孔質構造を有している。具体的には、隔壁１６の壁体１７には、図５に示すような細孔１８が複数形成されており、かかる細孔１８の一部を通じて入側セルと出側セルとが連通している。これによって、図３中の矢印のように、入側セル１２に流入した排ガスを隔壁１６に通過させて出側セル１４へ流出させることができる。なお、隔壁１６の厚みＴおよび全長Ｌは、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを両立するという観点で調節すると好ましい。例えば、隔壁１６の厚みＴは、概ね０．２ｍｍ～１．６ｍｍ程度であると好ましい。また、隔壁１６の全長Ｌは、概ね５０ｍｍ～５００ｍｍ（好ましくは１００ｍｍ～２００ｍｍ）程度であると好ましい。
【0034】
隔壁１６の気孔率は、圧損増大の抑制という観点から、４０％以上が好ましく、４５％以上がより好ましく、５０％以上がさらに好ましく、５５％以上が特に好ましい。一方、隔壁１６の気孔率の上限は、基材１０の機械的強度の維持という観点から、８０％以下が好ましく、７５％以下がより好ましく、７０％以下がさらに好ましく、６５％以下が特に好ましい。なお、本明細書における「隔壁の気孔率」は、基材１０の隔壁１６の全体積（壁体１７と細孔１８の合計体積）に対する細孔１８の体積の割合を指し、水銀圧入法によって測定された値である。
【0035】
また、細孔１８の平均細孔径は、圧損抑制性能の向上という観点から、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、７μｍ以上がさらに好ましく、１０μｍ以上が特に好ましい。一方、ＰＭ捕集性能の向上という観点から、細孔１８の平均細孔径の上限は、５０μｍ以下が好ましく、４０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましく、２５μｍ以下が特に好ましい。なお、本明細書における「細孔１８の平均細孔径」は、水銀圧入法によって求められた細孔分布の平均値を指す。
【0036】
２．ウォッシュコート層
図３に示すように、ウォッシュコート層２０は、基材１０の隔壁１６の内部に形成された被覆層である。具体的には、図５に示すように、ウォッシュコート層２０は、細孔１８の壁面（細孔１８と接する壁体１７の表面）に形成された多孔質の耐熱層である。かかるウォッシュコート層２０は、高温安定性や吸水性等を向上させる機能を備え得る。また、ウォッシュコート層２０は、表面積の拡大や細孔１８の小径化によるＰＭ捕集性能の向上にも寄与し得る。本実施形態におけるウォッシュコート層２０には、従来公知の材料を特に制限なく使用できる。典型的には、ウォッシュコート層２０は、耐熱性材料を主体として構成されている。典型的には、ウォッシュコート層２０は、耐熱性材料を５０質量％以上含むと好ましく、８５質量％以上含むとより好ましい。かかる耐熱性材料には、ＪＩＳ Ｒ２００１に規定される耐火物が使用され得る。かかる耐火物の一例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の中性耐火物、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸性耐火物、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の塩基性耐火物が挙げられる。これらの耐火物の中でもアルミナ（好ましくは、活性アルミナ）が好ましい。また、ウォッシュコート層２０の耐熱性材料は、上述した耐火物のいずれか１種のみから構成されていてもよいし、２種以上の混合物（または複合体）によって構成されていてもよい。複合体としては、例えば、セリア－ジルコニア複合酸化物等が挙げられる。また、ウォッシュコート層２０は、副成分として他の材料（典型的には無機酸化物）を含んでいてもよい。かかる副成分の一例として、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等の希土類金属酸化物、酸化バリウム（ＢａＯ）等のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられる。
図３に示すように、ウォッシュコート層２０は、基材１０の隔壁１６の内部に形成された被覆層である。具体的には、図５に示すように、ウォッシュコート層２０は、細孔１８の壁面（細孔１８と接する壁体１７の表面）に形成された多孔質の耐熱層である。かかるウォッシュコート層２０は、高温安定性や吸水性等を向上させる機能を備え得る。また、ウォッシュコート層２０は、表面積の拡大や細孔１８の小径化によるＰＭ捕集性能の向上にも寄与し得る。本実施形態におけるウォッシュコート層２０には、従来公知の材料を特に制限なく使用できる。典型的には、ウォッシュコート層２０は、耐熱性材料を主体として構成されている。典型的には、ウォッシュコート層２０は、耐熱性材料を５０質量％以上含むと好ましく、８５質量％以上含むとより好ましい。かかる耐熱性材料には、ＪＩＳ Ｒ２００１に規定される耐火物が使用され得る。かかる耐火物の一例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の中性耐火物、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸性耐火物、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の塩基性耐火物が挙げられる。これらの耐火物の中でもアルミナ（好ましくは、活性アルミナ）が好ましい。また、ウォッシュコート層２０の耐熱性材料は、上述した耐火物のいずれか１種のみから構成されていてもよいし、２種以上の混合物（または複合体）によって構成されていてもよい。複合体としては、例えば、セリア－ジルコニア複合酸化物等が挙げられる。また、ウォッシュコート層２０は、副成分として他の材料（典型的には無機酸化物）を含んでいてもよい。かかる副成分の一例として、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等の希土類金属酸化物、酸化バリウム（ＢａＯ）等のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられる。
【0037】
そして、図３に示すように、本実施形態におけるウォッシュコート層２０は、入側層２２と出側層２４とを備えている。そして、これらの入側層２２と出側層２４の厚みと長さは、入側層２２と出側層２４とが一部重複するように設定されている。以下、各々の層について説明する。
【0038】
（１）入側層
入側層２２は、ガス流入口１２ａ近傍の隔壁１６を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、入側層２２は、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から隔壁１６の内方に所定の厚みＴＡで形成され、かつ、排ガス流入側Ｘ１の端部近傍から隔壁１６の延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）に沿って所定の長さで形成されている。この入側層２２の厚みＴＡは、ＰＭ捕集性能の向上という観点から、隔壁１６の厚みＴの５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましく、７５％以上が特に好ましい。また、入側層２２の厚みＴＡの上限は、特に制限されず、上記隔壁１６の厚みＴの１００％以下であってもよいし、９５％以下であってもよいし、９０％以下であってもよい。なお、上記したように、本明細書では、この入側層２２のみが形成された領域を「入側領域」と称する。
入側層２２は、ガス流入口１２ａ近傍の隔壁１６を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、入側層２２は、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から隔壁１６の内方に所定の厚みＴＡで形成され、かつ、排ガス流入側Ｘ１の端部近傍から隔壁１６の延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）に沿って所定の長さで形成されている。この入側層２２の厚みＴＡは、ＰＭ捕集性能の向上という観点から、隔壁１６の厚みＴの５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましく、７５％以上が特に好ましい。また、入側層２２の厚みＴＡの上限は、特に制限されず、上記隔壁１６の厚みＴの１００％以下であってもよいし、９５％以下であってもよいし、９０％以下であってもよい。なお、上記したように、本明細書では、この入側層２２のみが形成された領域を「入側領域」と称する。
【0039】
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、入側層２２に貴金属触媒が実質的に含有されていない。詳しくは後述するが、貴金属触媒は、ＰＭの燃焼を促進する機能を有する触媒材料であり、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）等の貴金属を含有する。この貴金属触媒を実質的に含有しない入側層２２を形成することにより、入側領域に堆積したＰＭが燃焼することを抑制できる。このため、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、入側領域において、ＰＭ堆積量の増加に伴うＰＭ捕集性能の向上が生じやすくなっている。
【0040】
なお、本明細書において「貴金属触媒を実質的に含有しない」とは、貴金属触媒と解釈され得る成分が意図的に添加されていないことを指す。したがって、貴金属触媒と解釈され得る成分が原料や製造工程等に由来して微量に含まれるような場合や、他の触媒層から入側層に微量の貴金属触媒が移動した場合（例えば、出側層から入側層に貴金属触媒が移動した場合）などは、本明細書における「貴金属触媒を実質的に含有しない」の概念に包含される。例えば、入側層２２の体積に対する貴金属触媒の含有量の割合（ｇ／Ｌ）が０．０５ｇ／Ｌ以下（好ましくは０．０３ｇ／Ｌ以下、より好ましくは０．０１ｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは０．００５ｇ／Ｌ以下、特に好ましくは０．００１ｇ／Ｌ以下）である場合、「貴金属触媒を実質的に含有しない」ということができる。
【0041】
（２）出側層
出側層２４は、ガス流出口１４ｂ近傍の隔壁１６を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、出側層２４は、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から隔壁１６の内方に所定の厚みＴＢで形成され、かつ、排ガス流出側Ｘ２の端部近傍から隔壁１６の延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）に沿って所定の長さＬＢで形成されている。ＰＭ捕集性能の向上という観点から、出側層２４の厚みＴＢは、隔壁１６の厚みＴの５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましく、７５％以上が特に好ましい。また、出側層２４の厚みＴＢの上限は、特に制限されず、上記隔壁１６の厚みＴの１００％以下であってもよく、９５％以下であってもよく、９０％以下であってもよく、８５％以下であってもよい。なお、本明細書では、出側層２４が形成された領域を「出側領域」と称する。この「出側領域」は、入側層２２と出側層２４とが重複する領域を含むものとする。
出側層２４は、ガス流出口１４ｂ近傍の隔壁１６を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、出側層２４は、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から隔壁１６の内方に所定の厚みＴＢで形成され、かつ、排ガス流出側Ｘ２の端部近傍から隔壁１６の延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）に沿って所定の長さＬＢで形成されている。ＰＭ捕集性能の向上という観点から、出側層２４の厚みＴＢは、隔壁１６の厚みＴの５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましく、７５％以上が特に好ましい。また、出側層２４の厚みＴＢの上限は、特に制限されず、上記隔壁１６の厚みＴの１００％以下であってもよく、９５％以下であってもよく、９０％以下であってもよく、８５％以下であってもよい。なお、本明細書では、出側層２４が形成された領域を「出側領域」と称する。この「出側領域」は、入側層２２と出側層２４とが重複する領域を含むものとする。
【0042】
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、上述した入側層２２と異なり、出側層２４に貴金属触媒が含まれている。上記したように、貴金属触媒は、ＰＭの燃焼を促進する機能を有する触媒材料であり、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ等の貴金属元素の少なくとも一種を含有する。これらの中でもＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の白金族元素は、ＰＭ燃焼を促進する作用に特に優れているため、出側層２４に含有させる貴金属として特に好適である。また、貴金属触媒は、上述した貴金属の他に、当該貴金属を担持する担体を含んでいてもよい。かかる担体の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、希土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ジルコニア（ＺｒＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ２）等が挙げられる。
上述した貴金属触媒を出側層２４に含有させることによって、出側領域に堆積したＰＭの燃焼を促進することができる。このため、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、出側領域の隔壁１６の細孔１８がＰＭによって目詰まりすることが防止され、当該出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持される。
上述した貴金属触媒を出側層２４に含有させることによって、出側領域に堆積したＰＭの燃焼を促進することができる。このため、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、出側領域の隔壁１６の細孔１８がＰＭによって目詰まりすることが防止され、当該出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持される。
【0043】
なお、出側層２４における貴金属触媒の含有量（出側層２４の体積１Ｌに対する貴金属触媒の含有量ｇの割合）は、０．１ｇ／Ｌ以上であることが好ましい。これにより、出側領域におけるガス流通性をより高い状態に維持することができる。また、出側領域におけるガス流通性を更に高い状態に維持するという観点から、出側層２４における貴金属触媒の含有量は、０．５ｇ／Ｌ以上がより好ましく、０．７ｇ／Ｌ以上がさらに好ましく、１ｇ／Ｌ以上が特に好ましい。また、出側層２４における貴金属触媒の含有量の上限は、特に限定されず、２０ｇ／Ｌ以下であってもよい。但し、出側層２４を容易に形成するという観点からは、１０ｇ／Ｌ以下が好ましく、７ｇ／Ｌ以下がより好ましく、５ｇ／Ｌ以下がさらに好ましく、２ｇ／Ｌ以下が特に好ましい。
【0044】
（３）入側層と出側層との関係
上記したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、図３に示すように、隔壁１６の延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）において、入側層２２と出側層２４とが一部重複している。これによって、ウォッシュコート層が形成されていない領域が隔壁１６に生じることを確実に防止できる。このとき、入側層２２のみが形成され、貴金属触媒を含まない領域（入側領域）の長さＬＡは、隔壁１６の全長Ｌ（１００％）の３０％以上であると好ましく、３５％以上であるとより好ましく、４０％以上であると更に好ましい。このように入側領域の長さＬＡを一定以上確保することによって、運転初期の排ガスＧ１を適切に入側領域に通過させることができる。一方、入側領域の長さＬＡの上限は７０％以下であると好ましく、６５％以下であるとより好ましく、６０％以下であると更に好ましい。これにより、出側領域の長さＬＢを十分に確保し、運転中期の排ガスＧ１を適切に出側領域に通過させることができる。かかる入側層の長さＬＡの好適な一例は、５５％である。
上記したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、図３に示すように、隔壁１６の延伸方向（排ガスの流通方向Ｘ）において、入側層２２と出側層２４とが一部重複している。これによって、ウォッシュコート層が形成されていない領域が隔壁１６に生じることを確実に防止できる。このとき、入側層２２のみが形成され、貴金属触媒を含まない領域（入側領域）の長さＬＡは、隔壁１６の全長Ｌ（１００％）の３０％以上であると好ましく、３５％以上であるとより好ましく、４０％以上であると更に好ましい。このように入側領域の長さＬＡを一定以上確保することによって、運転初期の排ガスＧ１を適切に入側領域に通過させることができる。一方、入側領域の長さＬＡの上限は７０％以下であると好ましく、６５％以下であるとより好ましく、６０％以下であると更に好ましい。これにより、出側領域の長さＬＢを十分に確保し、運転中期の排ガスＧ１を適切に出側領域に通過させることができる。かかる入側層の長さＬＡの好適な一例は、５５％である。
【0045】
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、入側層２２に貴金属触媒を実質的に含有させず、出側層２４に貴金属触媒を含有させている。これによって、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができる。
具体的には、図３に示すように、運転初期の排ガスＧ１は、流量が少ないため隔壁１６の入側領域を通過しやすい。この運転初期の排ガスＧ１には、比較的に多くのＰＭが含まれているが、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、貴金属触媒が実質的に存在していない入側領域のＰＭ捕集性能が向上しやすいため、当該運転初期の排ガスＧ１からＰＭを適切に除去することができる。また、運転初期の排ガスＧ１は、上記のように流量が少ないため、細孔１８が比較的に小さな状態に維持される入側領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、運転中期の排ガスＧ２は、流量が多いため隔壁１６の出側領域を通過する。本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、貴金属触媒が存在する出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持されているため、流量が多い運転中期の排ガスが供給されても、急激な圧損の増大を適切に抑制できる。また、運転中期の排ガスＧ２は、ＰＭ含有量が少ないため、細孔１８が比較的に大きな状態に維持される出側領域でもＰＭを十分に除去することができる。
具体的には、図３に示すように、運転初期の排ガスＧ１は、流量が少ないため隔壁１６の入側領域を通過しやすい。この運転初期の排ガスＧ１には、比較的に多くのＰＭが含まれているが、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、貴金属触媒が実質的に存在していない入側領域のＰＭ捕集性能が向上しやすいため、当該運転初期の排ガスＧ１からＰＭを適切に除去することができる。また、運転初期の排ガスＧ１は、上記のように流量が少ないため、細孔１８が比較的に小さな状態に維持される入側領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、運転中期の排ガスＧ２は、流量が多いため隔壁１６の出側領域を通過する。本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、貴金属触媒が存在する出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持されているため、流量が多い運転中期の排ガスが供給されても、急激な圧損の増大を適切に抑制できる。また、運転中期の排ガスＧ２は、ＰＭ含有量が少ないため、細孔１８が比較的に大きな状態に維持される出側領域でもＰＭを十分に除去することができる。
【0046】
（４）ウォッシュコート層の総コート量
本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００において、ウォッシュコート層２０の総コート量は、圧損抑制効果とＰＭ捕集性能の両方に影響し得るため、必要に応じて適宜調整されていることが好ましい。ここで、「ウォッシュコート層の総コート量」とは、入側層２２と出側層２４とを含むウォッシュコート層２０の総重量を意味する。この総コート量が増加するに従って、細孔１８の壁面に付着したウォッシュコート層２０の厚みが増加するため、細孔１８が小径化してＰＭ捕集性能が向上する（図５参照）。一方で、総コート量を増加させ過ぎると、細孔１８の外側（セル１２、１４に隣接した隔壁１６の表面１６ａ）にウォッシュコート層が形成される。この場合、セル１２、１４がウォッシュコート層によって塞がれて圧損が急激に増大するおそれがある。これらの点を考慮して本発明者らが実験を行った結果、基材１０全体における隔壁１６の細孔１８の有効容積Ｖに対するウォッシュコート層２０の総コート量Ｗの割合（Ｗ／Ｖ）を２００ｇ／Ｌ以上（好ましくは２５０ｇ／Ｌ以上）とすることによって、好適なＰＭ捕集性能が得られることが分かった。また、当該Ｗ／Ｖの上限を４００ｇ／Ｌ以下（好ましくは３５０ｇ／Ｌ以下）とすることによって、急激な圧損の増大を防止できることが分かった。
なお、上述した「基材全体における隔壁の細孔の有効容積Ｖ」は、「隔壁の気孔率」と「有効隔壁の体積」とを掛けることによって求められる。上述したように「隔壁の気孔率」は、基材１０の隔壁１６の全体積（壁体１７と細孔１８の合計体積）に対する細孔１８の体積の割合を指す。一方、「有効隔壁の体積」とは、排ガスが通過し得る隔壁の体積を指す。具体的には、図４中の隔壁１６同士が交差する領域１６ｂや、図３中の封止部１２ｂ、１４ａと接する領域１６ｃには排ガスが通過しない。「有効隔壁の体積」とは、これらの排ガスが通過しない領域を除いた隔壁１６の体積を指す。この「有効隔壁の体積」は、基材１０の容積からセル１２、１４の容積を減算することによって求められる。このとき、「セル１２、１４の容積」は、図４に示すような正面視におけるセル１２、１４の開口面積の合計と基材１０の全長Ｌとを掛けることによって算出できる。
本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００において、ウォッシュコート層２０の総コート量は、圧損抑制効果とＰＭ捕集性能の両方に影響し得るため、必要に応じて適宜調整されていることが好ましい。ここで、「ウォッシュコート層の総コート量」とは、入側層２２と出側層２４とを含むウォッシュコート層２０の総重量を意味する。この総コート量が増加するに従って、細孔１８の壁面に付着したウォッシュコート層２０の厚みが増加するため、細孔１８が小径化してＰＭ捕集性能が向上する（図５参照）。一方で、総コート量を増加させ過ぎると、細孔１８の外側（セル１２、１４に隣接した隔壁１６の表面１６ａ）にウォッシュコート層が形成される。この場合、セル１２、１４がウォッシュコート層によって塞がれて圧損が急激に増大するおそれがある。これらの点を考慮して本発明者らが実験を行った結果、基材１０全体における隔壁１６の細孔１８の有効容積Ｖに対するウォッシュコート層２０の総コート量Ｗの割合（Ｗ／Ｖ）を２００ｇ／Ｌ以上（好ましくは２５０ｇ／Ｌ以上）とすることによって、好適なＰＭ捕集性能が得られることが分かった。また、当該Ｗ／Ｖの上限を４００ｇ／Ｌ以下（好ましくは３５０ｇ／Ｌ以下）とすることによって、急激な圧損の増大を防止できることが分かった。
なお、上述した「基材全体における隔壁の細孔の有効容積Ｖ」は、「隔壁の気孔率」と「有効隔壁の体積」とを掛けることによって求められる。上述したように「隔壁の気孔率」は、基材１０の隔壁１６の全体積（壁体１７と細孔１８の合計体積）に対する細孔１８の体積の割合を指す。一方、「有効隔壁の体積」とは、排ガスが通過し得る隔壁の体積を指す。具体的には、図４中の隔壁１６同士が交差する領域１６ｂや、図３中の封止部１２ｂ、１４ａと接する領域１６ｃには排ガスが通過しない。「有効隔壁の体積」とは、これらの排ガスが通過しない領域を除いた隔壁１６の体積を指す。この「有効隔壁の体積」は、基材１０の容積からセル１２、１４の容積を減算することによって求められる。このとき、「セル１２、１４の容積」は、図４に示すような正面視におけるセル１２、１４の開口面積の合計と基材１０の全長Ｌとを掛けることによって算出できる。
【0047】
また、急激な圧損の増大を確実に防止するという観点からは、隔壁１６の表面にウォッシュコート層２０が実質的に存在しないように、上記Ｗ／Ｖを調節することが好ましい。なお、「隔壁の表面にウォッシュコート層が実質的に存在しない」とは、上記総コート量Ｗを１００％とした場合に、隔壁１６の細孔１８の内部に存在するコート量が９０％以上（好ましくは９５％以上）であることをいう。
【0048】
（５）他の材料
ここに開示されるパティキュレートフィルタのウォッシュコート層には、本願発明の本質を損なわない範囲で、他の材料を添加することができる。かかるウォッシュコート層に添加され得る材料としては、ＯＳＣ材（酸素吸放出材）、ＮＯｘ吸収材、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択的接触還元）触媒等が挙げられる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタのウォッシュコート層には、本願発明の本質を損なわない範囲で、他の材料を添加することができる。かかるウォッシュコート層に添加され得る材料としては、ＯＳＣ材（酸素吸放出材）、ＮＯｘ吸収材、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択的接触還元）触媒等が挙げられる。
【0049】
ＯＳＣ材は、排ガス中の酸素濃度が高い（即ち空燃比がリーンである）ときに酸素を吸蔵し、排ガス中の酸素濃度が低い（即ち空燃比がリッチである）ときに酸素を放出する材料である。かかるＯＳＣ材の一例として、酸化セリウム（セリア：ＣｅＯ２）をベースとした材料が挙げられる。かかるＣｅＯ２をベースとした材料としては、ＣＺ系複合材料（ＣｅＯ２－ＺｒＯ２複合酸化物）が挙げられる。このＣＺ系複合材料は、ＣｅＯ２とＺｒＯ２とを主成分とした多結晶体または単結晶である。また、ＣＺ系複合材料には、種々の付加成分が添加されていてもよい。かかる付加成分の一例として、希土類酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属、アルミナ、シリカ等が挙げられる。
【0050】
なお、ＯＳＣ材は、隔壁１６を通過する排ガスを酸化雰囲気に維持するという作用を有しているため、ＰＭの燃焼を促進する機能を発揮し得る。このため、ＯＳＣ材を使用する場合であっても、入側層２２にはＯＳＣ材を実質的に含有させない方が好ましい。これによって、圧損抑制性能とＰＭ捕集性能とをさらに高いレベルで両立させることができる。なお、「入側層がＯＳＣ材を実質的に含有しない」とは、上述した貴金属触媒と同様に、ＯＳＣ材と解釈され得る成分が意図的に添加されていないことを指す。すなわち、入側層２２の体積１Ｌに対するＯＳＣ材の含有量ｇの割合（ｇ／Ｌ）が５ｇ／Ｌ以下（好ましくは３ｇ／Ｌ以下、より好ましくは２ｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは１ｇ／Ｌ以下、特に好ましくは０．５ｇ／Ｌ以下）である場合、「入側層がＯＳＣ材を実質的に含有しない」ということができる。
【0051】
ＮＯｘ吸収材は、排ガスの空燃比が酸素過剰のリーン状態にあると排ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリッチ状態になるとＮＯｘを放出する材料である。かかるＮＯｘ吸収材としては、ＮＯｘに電子を供与し得る金属の一種または二種以上を含む塩基性材料を好ましく用いることができる。例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属が挙げられる。これらの中でもバリウム化合物（例えば硫酸バリウム）は、高いＮＯｘ吸蔵能を有しているため好適である。
【0052】
ＳＣＲ触媒は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するものであればよい。ＳＣＲ触媒としては特に限定されないが、例えば、β型ゼオライト、ＳＡＰＯ（シリコアルミノホスフェート）系ゼオライトが挙げられる。ＳＡＰＯとしては、ＳＡＰＯ－５、ＳＡＰＯ－１１、ＳＡＰＯ－１４、ＳＡＰＯ－１７、ＳＡＰＯ－１８、ＳＡＰＯ－３４、ＳＡＰＯ－３９、ＳＡＰＯ－４２、ＳＡＰＯ－４７等が例示される。ＳＣＲ触媒は、任意の金属成分を含んでいてもよい。そのような金属成分として、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、タングステン（Ｗ）、インジウム（Ｉｎ）、イリジウム（Ｉｒ）等が例示される。ＳＡＰＯに上記金属を含有させることで、ＮＯｘをより効率良く浄化できるようになる。なお、ウォッシュコート層２０にＳＣＲ触媒を含有させる場合には、アンモニアを生成するための還元剤（例えば尿素水）を供給する還元剤供給手段をパティキュレートフィルタよりも上流側（例えば、図１中のフィルタ部５よりも上流側）に配置すると好ましい。
【0053】
Ｃ．用途
上述したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００は、排ガス中のＰＭを除去するフィルタ部５として内燃機関２の排気通路に配置され得る（図１参照）。しかし、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、これに限定されず、種々の用途に使用することができる。例えば、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、出側層に貴金属触媒が含まれているため、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒としても機能し得る。このため、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、図１中の触媒部５とフィルタ部６の両方の機能を兼ねた排ガス浄化触媒として使用することもできる。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタを三元触媒として使用する場合には、上述したＯＳＣ材やＮＯｘ吸収材などがウォッシュコート層に添加されていると好ましい。
上述したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００は、排ガス中のＰＭを除去するフィルタ部５として内燃機関２の排気通路に配置され得る（図１参照）。しかし、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、これに限定されず、種々の用途に使用することができる。例えば、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、出側層に貴金属触媒が含まれているため、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒としても機能し得る。このため、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、図１中の触媒部５とフィルタ部６の両方の機能を兼ねた排ガス浄化触媒として使用することもできる。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタを三元触媒として使用する場合には、上述したＯＳＣ材やＮＯｘ吸収材などがウォッシュコート層に添加されていると好ましい。
【0054】
また、本発明を限定する意図はないが、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、内燃機関２が自動車のガソリンエンジンである場合に特に好ましく使用される。ガソリンエンジンから排出される排ガスは、比較的に高温であるため、隔壁の細孔内にＰＭが堆積しにくい傾向がある。これに対して、ここに開示されるパティキュレートフィルタでは、入側領域に貴金属触媒が実質的に存在していないため、当該入側領域にＰＭを好適に堆積させることができる。このため、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、ガソリンエンジンに使用した場合でもＰＭ捕集性能を好適に向上させることができる。
【0055】
なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、ガソリンエンジンに限らず、他のエンジン（例えばディーゼルエンジン）からの排ガスを浄化するために使用することもできる。特に、上述したように、ウォッシュコート層にＳＣＲ触媒を添加し、パティキュレートフィルタの上流側に還元剤供給手段を配置した場合には、ディーゼルエンジンからの排ガスに含まれるＮＯｘを浄化するＳＣＲ装置と、ＰＭを除去するフィルタ部とを兼ねることができる。
【0056】
Ｄ．パティキュレートフィルタの製造
以下、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００を製造する方法の一例を説明する。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、以下の製造方法によって製造されたパティキュレートフィルタに限定されない。
以下、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００を製造する方法の一例を説明する。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、以下の製造方法によって製造されたパティキュレートフィルタに限定されない。
【0057】
本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００は、例えば、ウォッシュコート層２０の材料を含むスラリーを調製し、当該スラリーを基材１０の隔壁１６の細孔１８内に導入することによって製造できる。以下、各工程について説明する。
【0058】
（１）スラリーの調製
本工程では、上述したウォッシュコート層２０の材料を所定の分散媒に分散させることによってスラリーを調製する。分散媒には、この種のスラリーの調製に用いられ得る分散媒を特に制限なく使用できる。例えば、分散媒は、極性溶媒（例えば、水）であってもよいし、非極性溶媒（例えば、メタノール等）であってもよい。また、スラリーには、上述したウォッシュコート層２０の材料と分散媒の他に、粘度調整用の有機成分が含まれていてもよい。かかる粘度調整用の有機成分としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）等のセルロース系ポリマーが挙げられる。
本工程では、上述したウォッシュコート層２０の材料を所定の分散媒に分散させることによってスラリーを調製する。分散媒には、この種のスラリーの調製に用いられ得る分散媒を特に制限なく使用できる。例えば、分散媒は、極性溶媒（例えば、水）であってもよいし、非極性溶媒（例えば、メタノール等）であってもよい。また、スラリーには、上述したウォッシュコート層２０の材料と分散媒の他に、粘度調整用の有機成分が含まれていてもよい。かかる粘度調整用の有機成分としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）等のセルロース系ポリマーが挙げられる。
【0059】
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００を作製する際には、貴金属触媒を実質的に含有させない入側層用のスラリーと、貴金属触媒を含有させた出側層用のスラリーの２種類のスラリーを調製する。貴金属触媒に関する詳細な説明は、上述の説明と重複するため省略する。なお、入側層用スラリーと出側層用スラリーは、貴金属触媒以外の材料が異なっていてもよい。例えば、粘度調整用の有機成分の添加量や種類を異ならせることによって、入側層用スラリーと出側層用スラリーとの間で粘度を異ならせ、入側層と出側層の各々が形成される領域の調節を容易に行うことができる。
【0060】
（２）スラリーの導入
本工程では、上述のスラリーを隔壁１６の細孔１８内に導入することによってウォッシュコート層２０を形成する。なお、スラリーを細孔１８内に導入する手段は、特に限定されず、従来から公知の手段を特に制限なく使用することができる。かかるスラリー導入手段の一例として、エアブロー法や吸引コート法などが挙げられる。エアブロー法では、基材１０の端部をスラリーに浸漬させてセル１２、１４内部にスラリーを浸透させた後に、基材１０を取り出してエアブローを実施することによって、スラリーを細孔１８内に導入する。一方、吸引コート法では、基材１０の端部をスラリーに浸漬させた状態で、反対側の端部から吸引することによってスラリーを細孔１８内に導入する。
本工程では、上述のスラリーを隔壁１６の細孔１８内に導入することによってウォッシュコート層２０を形成する。なお、スラリーを細孔１８内に導入する手段は、特に限定されず、従来から公知の手段を特に制限なく使用することができる。かかるスラリー導入手段の一例として、エアブロー法や吸引コート法などが挙げられる。エアブロー法では、基材１０の端部をスラリーに浸漬させてセル１２、１４内部にスラリーを浸透させた後に、基材１０を取り出してエアブローを実施することによって、スラリーを細孔１８内に導入する。一方、吸引コート法では、基材１０の端部をスラリーに浸漬させた状態で、反対側の端部から吸引することによってスラリーを細孔１８内に導入する。
【0061】
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１００では、入側層２２と出側層２４とを備えたウォッシュコート層２０が形成されている。吸引コート法を使用して、このようなウォッシュコート層２０を形成するには、先ず、基材１０のガス流入口１２ａを入側層用のスラリーに浸漬させた状態でガス流出口１４ｂから吸引する。これによって、排ガス流入側Ｘ１の端部近傍から所定の長さと厚みで入側層用のスラリーが塗布されるため、このスラリーを乾燥・焼成することによって入側層２２が形成される。次に、基材１０のガス流出口１４ｂを出側層用のスラリーを浸漬させた状態でガス流入口１２ａから吸引する。これによって、排ガス流出側Ｘ２の端部近傍から所定の長さと厚みで出側層用のスラリーが塗布されるため、このスラリーを乾燥・焼成することによって出側層２４が形成される。このとき、スラリー粘度や吸引コート装置の吸引力を調節し、各々のスラリーが塗布される領域を制御することによって、焼成後の入側層２２の一部と出側層２４の一部とを重複させることができる。
【0062】
なお、入側層２２と出側層２４を形成する順序は特に限定されず、出側層２４を形成した後に入側層２２を形成してもよい。また、上述した方法では、入側層用のスラリーの乾燥と焼成を行って入側層２２を形成した後に、出側層用のスラリーを基材内部へ導入している。しかし、入側層用のスラリーを乾燥した後に、出側層用のスラリーを導入し、入側層用のスラリーと出側層用のスラリーの両方を同時に焼成してもよい。これらの場合でも、入側層２２と出側層２４とを備えたウォッシュコート層２０を形成できる。
【0063】
また、スラリー導入後かつ乾燥前にエアブローを実施してもよい。これによって、セル１２、１４内にスラリーが残留することを防止できるため、セル１２、１４に接した隔壁１６の表面１６ａ（図５参照）に、ウォッシュコート層が形成されることを抑制できる。
【0064】
このようにして製造されたパティキュレートフィルタ１００は、入側層２２に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層２４に貴金属触媒が含有されている。上述したように、かかる構成のパティキュレートフィルタ１００では、入側領域のＰＭ捕集性能が向上しやすく、かつ、出側領域の圧損抑制性能が高い状態に維持されるため、フィルタ全体としてＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができる。
【0065】
［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
【0066】
Ａ．第１の試験
本試験例では、隔壁内部における貴金属触媒が存在する領域が異なるパティキュレートフィルタを複数作製し、各々のパティキュレートフィルタのＰＭ捕集性能と圧損抑制性能を評価した。
本試験例では、隔壁内部における貴金属触媒が存在する領域が異なるパティキュレートフィルタを複数作製し、各々のパティキュレートフィルタのＰＭ捕集性能と圧損抑制性能を評価した。
【0067】
１．サンプルの準備
（１）サンプル１
硝酸パラジウム溶液と、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合してＰｄ含有スラリーを調製した。そして、ウォールフロー型のフィルタ基材（コージェライト製、長さ１５２．４ｍｍ、セルの総容積１．７Ｌ）のガス流入口をＰｄ含有スラリーに含浸させた状態で、吸引コート装置を用いてガス流出口から吸引することによって、基材の隔壁の上流側に所定の長さ・厚みでＰｄ含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒（Ｐｄ）を含有する入側層を形成した。次に、ガス流出口をＰｄ含有スラリーに含浸させてガス流入口から吸引することによって、隔壁の下流側に所定の長さ・厚みでＰｄ含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒（Ｐｄ）を含有する出側層を形成した。入側領域と出側領域の各々の「長さＬＡ、ＬＢ」、「コート量（導入したスラリー量）」および「Ｐｄの含有量」を表１に示す。
（１）サンプル１
硝酸パラジウム溶液と、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合してＰｄ含有スラリーを調製した。そして、ウォールフロー型のフィルタ基材（コージェライト製、長さ１５２．４ｍｍ、セルの総容積１．７Ｌ）のガス流入口をＰｄ含有スラリーに含浸させた状態で、吸引コート装置を用いてガス流出口から吸引することによって、基材の隔壁の上流側に所定の長さ・厚みでＰｄ含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒（Ｐｄ）を含有する入側層を形成した。次に、ガス流出口をＰｄ含有スラリーに含浸させてガス流入口から吸引することによって、隔壁の下流側に所定の長さ・厚みでＰｄ含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒（Ｐｄ）を含有する出側層を形成した。入側領域と出側領域の各々の「長さＬＡ、ＬＢ」、「コート量（導入したスラリー量）」および「Ｐｄの含有量」を表１に示す。
【0068】
（２）サンプル２
本サンプルでは、硝酸パラジウム溶液（貴金属触媒の前駆体）を含有していないことを除いて、上記サンプル１のＰｄ含有スラリーと同じ成分のＰｄ未含有スラリーを調製した。すなわち、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合することによって、Ｐｄ未含有スラリーを調製した。そして、隔壁の上流側と下流側の両方にＰｄ未含有スラリーを導入し、各々のスラリーの乾燥・焼成を行うことによって、入側層と出側層のいずれにも貴金属触媒（Ｐｄ）が含まれていないパティキュレートフィルタを作製した。なお、他の条件は、サンプル１と同様に設定した。
本サンプルでは、硝酸パラジウム溶液（貴金属触媒の前駆体）を含有していないことを除いて、上記サンプル１のＰｄ含有スラリーと同じ成分のＰｄ未含有スラリーを調製した。すなわち、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合することによって、Ｐｄ未含有スラリーを調製した。そして、隔壁の上流側と下流側の両方にＰｄ未含有スラリーを導入し、各々のスラリーの乾燥・焼成を行うことによって、入側層と出側層のいずれにも貴金属触媒（Ｐｄ）が含まれていないパティキュレートフィルタを作製した。なお、他の条件は、サンプル１と同様に設定した。
【0069】
（３）サンプル３
本サンプルでは、上述したＰｄ含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒（Ｐｄ）を含有する入側層を形成すると共に、Ｐｄ未含有スラリーを隔壁の下流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル１と同様に設定した。
本サンプルでは、上述したＰｄ含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒（Ｐｄ）を含有する入側層を形成すると共に、Ｐｄ未含有スラリーを隔壁の下流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル１と同様に設定した。
【0070】
（４）サンプル４
本サンプルでは、Ｐｄ未含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない入側層を形成すると共に、Ｐｄ含有スラリーを隔壁の下流側領域に導入することによって貴金属触媒を含有する出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル１と同様に設定した。
本サンプルでは、Ｐｄ未含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない入側層を形成すると共に、Ｐｄ含有スラリーを隔壁の下流側領域に導入することによって貴金属触媒を含有する出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル１と同様に設定した。
【0071】
２．評価試験
（１）ＰＭ捕集性能
本評価では、各サンプルのＰＭ捕集率を測定してＰＭ捕集性能を評価した。具体的には、サンプル１～４の各々のパティキュレートフィルタを車両（２Ｌガソリンエンジン）の排気経路に設置して、当該車両をＷＬＴＰ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ ｄｕｔｙ ｄｒｉｖｉｎｇ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）によるＰｈａｓｅ４のモードで運転した。そして、パティキュレートフィルタを設置した状態のＰＭ排出量Ｘと、パティキュレートフィルタを取り外した状態のＰＭ排出量Ｙを測定し、下記の式に基づいてＰＭ捕集率を算出した。結果を表１に示す。
ＰＭ捕集率（％）＝［（Ｙ－Ｘ）／Ｙ］×１００
（１）ＰＭ捕集性能
本評価では、各サンプルのＰＭ捕集率を測定してＰＭ捕集性能を評価した。具体的には、サンプル１～４の各々のパティキュレートフィルタを車両（２Ｌガソリンエンジン）の排気経路に設置して、当該車両をＷＬＴＰ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ ｄｕｔｙ ｄｒｉｖｉｎｇ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）によるＰｈａｓｅ４のモードで運転した。そして、パティキュレートフィルタを設置した状態のＰＭ排出量Ｘと、パティキュレートフィルタを取り外した状態のＰＭ排出量Ｙを測定し、下記の式に基づいてＰＭ捕集率を算出した。結果を表１に示す。
ＰＭ捕集率（％）＝［（Ｙ－Ｘ）／Ｙ］×１００
【0072】
（２）圧損抑制性能
各サンプルのパティキュレートフィルタに対して再生処理を実施し、当該再生処理における圧損の変化を測定した。具体的には、上記ＰＭ捕集率測定によってＰＭが堆積したパティキュレートフィルタをエンジンベンチに取り付け、高温の排ガス（温度：５００℃、空燃比：１４．７）を６０分間供給する再生処理を実施した。そして、再生処理開始から０分後（開始直後）と３０分後と６０分後における圧損（ｋＰａ）を測定し、再生処理における圧損抑制性能の変化を調べた。また、本試験では、圧損（ｋＰａ）を測定する際に、フィルタ内のＰＭ堆積重量（ｇ）も測定した。圧損の測定結果を図６に示し、ＰＭ堆積重量の測定結果を図７に示す。
各サンプルのパティキュレートフィルタに対して再生処理を実施し、当該再生処理における圧損の変化を測定した。具体的には、上記ＰＭ捕集率測定によってＰＭが堆積したパティキュレートフィルタをエンジンベンチに取り付け、高温の排ガス（温度：５００℃、空燃比：１４．７）を６０分間供給する再生処理を実施した。そして、再生処理開始から０分後（開始直後）と３０分後と６０分後における圧損（ｋＰａ）を測定し、再生処理における圧損抑制性能の変化を調べた。また、本試験では、圧損（ｋＰａ）を測定する際に、フィルタ内のＰＭ堆積重量（ｇ）も測定した。圧損の測定結果を図６に示し、ＰＭ堆積重量の測定結果を図７に示す。
【0073】
【表1】
【0074】
３．評価結果
表１に示すように、ＰＭ捕集性能の評価では、サンプル２、４において８０％以上という高いＰＭ捕集率が確認された。このことから、少なくとも入側層に貴金属触媒（Ｐｄ）を含有させないことによって、フィルタ全体のＰＭ捕集性能を向上させやすくなることが分かった。
次に、図６および図７に示すように、サンプル２では、再生処理を行ったにも関わらず、ガス流通性が回復せず、圧損が高い状態のまま（ＰＭが堆積したまま）であった。一方、サンプル１、３、４では、再生処理によってガス流通性が回復して圧損が低下していた。このことから、圧損の増大を抑制するには、入側層と出側層の少なくとも一方に貴金属触媒（Ｐｄ）を含有させる必要があることが分かった。
そして、これらの試験結果から、サンプル４は、ＰＭ捕集率８０％以上という高いＰＭ捕集性能を有し、かつ、再生処理によって回復する好適な圧損抑制性能を有していることが確認された。このことから、サンプル４のように、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されたパティキュレートフィルタは、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立できることが分かった。
表１に示すように、ＰＭ捕集性能の評価では、サンプル２、４において８０％以上という高いＰＭ捕集率が確認された。このことから、少なくとも入側層に貴金属触媒（Ｐｄ）を含有させないことによって、フィルタ全体のＰＭ捕集性能を向上させやすくなることが分かった。
次に、図６および図７に示すように、サンプル２では、再生処理を行ったにも関わらず、ガス流通性が回復せず、圧損が高い状態のまま（ＰＭが堆積したまま）であった。一方、サンプル１、３、４では、再生処理によってガス流通性が回復して圧損が低下していた。このことから、圧損の増大を抑制するには、入側層と出側層の少なくとも一方に貴金属触媒（Ｐｄ）を含有させる必要があることが分かった。
そして、これらの試験結果から、サンプル４は、ＰＭ捕集率８０％以上という高いＰＭ捕集性能を有し、かつ、再生処理によって回復する好適な圧損抑制性能を有していることが確認された。このことから、サンプル４のように、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されたパティキュレートフィルタは、ＰＭ捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立できることが分かった。
【0075】
Ｂ．第２の試験
本試験例では、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されているパティキュレートフィルタにおいて、ＰＭ捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させる条件について調べた。
本試験例では、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されているパティキュレートフィルタにおいて、ＰＭ捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させる条件について調べた。
【0076】
１．サンプルの作製
入側層のコート量と、出側層のコート量と、基材の種類とを異ならせた１２種類のパティキュレートフィルタ（サンプル５～１６）を作製した。各サンプルの詳細を表２に示す。なお、表２中の「基材Ａ」は、隔壁の厚みが０．２ｍｍ～０．２５ｍｍ、セル数が３００ｃｐｓｉ、隔壁の気孔率が６０％～６５％、セル容積が１．３Ｌのウォールフロー型の基材（コージェライト製、長さ１５２．４ｍｍ）である。一方、「基材Ｂ」は、隔壁の厚みが０．２ｍｍ～０．２５ｍｍ、セル数が２００ｃｐｓｉ、隔壁の気孔率が５５％～６０％、セル容積が１．７Ｌのウォールフロー型の基材（コージェライト製、長さ１５２．４ｍｍ）である。なお、サンプル５～１６について、表１に示される以外の条件は、上述した第１の試験のサンプル４と同じ条件に設定した。
入側層のコート量と、出側層のコート量と、基材の種類とを異ならせた１２種類のパティキュレートフィルタ（サンプル５～１６）を作製した。各サンプルの詳細を表２に示す。なお、表２中の「基材Ａ」は、隔壁の厚みが０．２ｍｍ～０．２５ｍｍ、セル数が３００ｃｐｓｉ、隔壁の気孔率が６０％～６５％、セル容積が１．３Ｌのウォールフロー型の基材（コージェライト製、長さ１５２．４ｍｍ）である。一方、「基材Ｂ」は、隔壁の厚みが０．２ｍｍ～０．２５ｍｍ、セル数が２００ｃｐｓｉ、隔壁の気孔率が５５％～６０％、セル容積が１．７Ｌのウォールフロー型の基材（コージェライト製、長さ１５２．４ｍｍ）である。なお、サンプル５～１６について、表１に示される以外の条件は、上述した第１の試験のサンプル４と同じ条件に設定した。
【0077】
【表2】
【0078】
２．評価試験
第１の試験と同じ条件でＰＭ捕集性能評価と再生試験を実施し、ＰＭ捕集率と再生処理開始後６０分の圧損を測定した。ＰＭ捕集率の測定結果を図８に示し、圧損の測定結果を図９に示す。なお、図８中の縦軸は「ＰＭ捕集率（％）」を示し、横軸は「コート量／有効容積（ｇ／Ｌ）」を示す。また、図９中の縦軸は「圧損（ｋＰａ）」を示し、横軸は「コート量／有効容積（ｇ／Ｌ）」を示す。また、図８および図９では、基材Ａを使用したサンプル５～１０の測定結果を点線で繋いだ折れ線グラフを記載し、基材Ｂを使用したサンプル１１～１６を実線で繋いだ折れ線グラフを記載している。
第１の試験と同じ条件でＰＭ捕集性能評価と再生試験を実施し、ＰＭ捕集率と再生処理開始後６０分の圧損を測定した。ＰＭ捕集率の測定結果を図８に示し、圧損の測定結果を図９に示す。なお、図８中の縦軸は「ＰＭ捕集率（％）」を示し、横軸は「コート量／有効容積（ｇ／Ｌ）」を示す。また、図９中の縦軸は「圧損（ｋＰａ）」を示し、横軸は「コート量／有効容積（ｇ／Ｌ）」を示す。また、図８および図９では、基材Ａを使用したサンプル５～１０の測定結果を点線で繋いだ折れ線グラフを記載し、基材Ｂを使用したサンプル１１～１６を実線で繋いだ折れ線グラフを記載している。
【0079】
３．評価結果
図８に示すように、基材Ａ、Ｂのいずれを使用した場合でも、「コート量／有効容積」が増加するにつれてＰＭ捕集率（％）が向上する傾向が確認された。そして、コート量／有効容積が２００ｇ／Ｌ以上になると、十分に高いＰＭ捕集率が得られることがわかった。一方で、コート量／有効容積が４００ｇ／Ｌを超えるとＰＭ捕集率が向上する程度が鈍化することが確認された。これは、隔壁の細孔内に十分な厚さのウォッシュコート層が形成されたためと推測される。
一方、図９に示すように、基材Ａ、Ｂのいずれを使用した場合でも、「コート量／有効容積」が増加するにつれて圧損が増大する傾向が確認された。そして、コート量／有効容積が４００ｇ／Ｌを超えたあたりから圧損が急激に増大することが確認された。これは、セルと接する隔壁の表面にウォッシュコート層が形成され、セルに目詰まりが生じたためと推測される。
そして、これらの結果より、ＰＭ捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させるには、コート量／有効容積を２００ｇ／Ｌ以上４００ｇ／Ｌ以下にすると好ましいことが分かった。
図８に示すように、基材Ａ、Ｂのいずれを使用した場合でも、「コート量／有効容積」が増加するにつれてＰＭ捕集率（％）が向上する傾向が確認された。そして、コート量／有効容積が２００ｇ／Ｌ以上になると、十分に高いＰＭ捕集率が得られることがわかった。一方で、コート量／有効容積が４００ｇ／Ｌを超えるとＰＭ捕集率が向上する程度が鈍化することが確認された。これは、隔壁の細孔内に十分な厚さのウォッシュコート層が形成されたためと推測される。
一方、図９に示すように、基材Ａ、Ｂのいずれを使用した場合でも、「コート量／有効容積」が増加するにつれて圧損が増大する傾向が確認された。そして、コート量／有効容積が４００ｇ／Ｌを超えたあたりから圧損が急激に増大することが確認された。これは、セルと接する隔壁の表面にウォッシュコート層が形成され、セルに目詰まりが生じたためと推測される。
そして、これらの結果より、ＰＭ捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させるには、コート量／有効容積を２００ｇ／Ｌ以上４００ｇ／Ｌ以下にすると好ましいことが分かった。
【符号の説明】
【0080】
１ 排ガス浄化装置
２ 内燃機関
３ エキゾーストマニホールド
４ 排気管
５ 触媒部
６ フィルタ部
７ エンジンコントロールユニット
８ センサ
１０ 基材
１２ 入側セル
１４ 出側セル
１６ 隔壁
１８ 細孔
２０ ウォッシュコート層
２２ 入側層
２４ 出側層
１００ パティキュレートフィルタ
２ 内燃機関
３ エキゾーストマニホールド
４ 排気管
５ 触媒部
６ フィルタ部
７ エンジンコントロールユニット
８ センサ
１０ 基材
１２ 入側セル
１４ 出側セル
１６ 隔壁
１８ 細孔
２０ ウォッシュコート層
２２ 入側層
２４ 出側層
１００ パティキュレートフィルタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】