CN110170214A - 蜂窝单元接合体及其制造方法、以及集尘用过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蜂窝单元接合体，其具有：多个蜂窝单元；以及使得多个蜂窝单元的侧面接合的接合层。该蜂窝单元接合体中，接合层为糊状的接合材料的固化物，且接合宽度的标准偏差为0.30以下。另外，在使用糊状的接合材料对多个蜂窝单元的侧面进行接合时实施振动加压，由此制造该蜂窝单元接合体。

Description

蜂窝单元接合体及其制造方法、以及集尘用过滤器

技术领域

本发明涉及蜂窝单元接合体及其制造方法、以及集尘用过滤器。

背景技术

作为废气的集尘用过滤器、例如用于对柴油发动机等的废气中含有的粒子状物质(颗粒)进行捕捉并除去的柴油颗粒过滤器(DPF)，广泛使用蜂窝结构体。用于这种用途的蜂窝结构体暴露于废气的急剧的温度变化及局部的发热环境中，从而存在如下问题等：容易在内部产生不均匀的温度分布，因此产生裂纹。

因此，为了消除上述问题，提出有如下方法：采用由多个蜂窝单元构成蜂窝结构体并利用接合层对各蜂窝单元间进行接合而实现一体化的结构，由此，利用接合层而使得作用于蜂窝结构体的热应力缓和(例如参见专利文献1)。

对于如上所述的多个蜂窝单元接合而构成的蜂窝结构体(蜂窝单元接合体)，通常，使用图1所示的具有成直角的2个平面(第一平面31以及第二平面32)的设置基准夹具30，在该设置基准夹具30上，借助糊状的接合材料21而在与第一平面31平行的方向以及与第二平面32平行的方向上将多个蜂窝单元20排列设置于规定位置，然后使糊状的接合材料21干燥固化，由此制作上述蜂窝结构体。此外，在第一平面31以及第二平面32根据需要而设置与蜂窝单元20接触的垫片33。

图2示出了在与第一平面31平行的方向以及与第二平面32平行的方向上各设置4列、共16个蜂窝单元1～16的情况下全部蜂窝单元都设置完毕之后的理想设置状态。图2中，对蜂窝单元标注的1～16的附图标记表示设置的顺序，通常以该方式从最初设置的蜂窝单元1至最后设置的蜂窝单元16为止依次呈台阶状地设置。

但是，在实际上通过如上所述的方法设置蜂窝单元的情况下，难以实现图2那样的理想设置状态，因接合宽度的偏差而容易变为蜂窝单元发生错位后的状态。

因此，提出有如下方法：在将蜂窝单元依次设置于规定位置的过程中，当将新的蜂窝单元设置于规定位置时，对已经设置完毕的蜂窝单元施加压力而进行设置(例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－279729号公报

专利文献2：国际公开第2008/140095号

发明内容

但是，在施加压力的方法中，由于释放压力时会发生加压反弹(Springback)，所以存在容易产生缩孔等接合不良的问题。另外，由于糊状的接合材料为胀流型流体，所以对压力表现出阻力而使得接合材料的粘性升高，结果还导致接合宽度容易产生偏差。

本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种接合宽度的偏差小且接合品质良好的蜂窝单元接合体及其制造方法。

另外，本发明的目的在于，提供一种具备具有上述特征的蜂窝单元接合体的集尘用过滤器。

本发明的发明人为了解决上述问题而进行了潜心研究，结果发现：通过在进行加压时施加振动，能够抑制加压反弹以及加压时的接合材料的粘性升高，从而完成了本发明。

即，本发明是蜂窝单元接合体的制造方法，其中，在使用糊状的接合材料对多个蜂窝单元的侧面进行接合时实施振动加压。

另外，本发明是一种蜂窝单元接合体，具有：多个蜂窝单元；以及使得所述多个蜂窝单元的侧面接合的接合层，其中，

所述接合层为糊状的接合材料的固化物，且接合宽度的标准偏差为0.30以下。

此外，本发明是一种具有所述蜂窝单元接合体的集尘用过滤器。

根据本发明，能够提供接合宽度的偏差小且接合品质良好的蜂窝单元接合体及其制造方法。

另外，根据本发明，能够提供具备具有上述特征的蜂窝单元接合体的集尘用过滤器。

附图说明

图1是示出使用了设置基准夹具的蜂窝单元的设置方法的说明图。

图2是示出全部蜂窝单元都设置完毕后的设置状态的说明图。

图3是示出蜂窝单元的设置过程中的状态的说明图。

图4是示出蜂窝单元的振动加压过程中的状态的说明图。

图5是示出实施例中的接合层的接合宽度的测定位置的图。

附图标记说明

1～16、20…蜂窝单元；21…糊状的接合材料；30…设置基准夹具；31…第一平面；32…第二平面；33…垫片；34…设置机构；35…振动加压机构。

具体实施方式

以下，对本发明的蜂窝单元接合体及其制造方法、以及集尘用过滤器的优选实施方式进行具体说明，不过，不应当限定于这些实施方式而对本发明进行解释，只要未脱离本发明的主旨，就可以基于本领域技术人员的知识而进行各种各样的变更、改良等。各实施方式中公开的多个构成要素可以通过适当的组合而形成各种各样的发明。例如，可以从实施方式中示出的全部构成要素中删除若干构成要素，也可以适当地对不同的实施方式的构成要素进行组合。

本实施方式的蜂窝单元接合体的制造方法中，在使用糊状的接合材料对多个蜂窝单元的侧面进行接合时实施振动加压。

糊状的接合材料含有无机纤维、无机粒子等填料，因此，填料容易以不均匀的状态而存在于糊状的接合材料中。如果使用该状态的糊状的接合材料进行蜂窝单元的加压接合，则容易引起加压反弹(Springback)而产生缩孔等接合不良。

但是，本实施方式的蜂窝单元接合体的制造方法中，在蜂窝单元的加压接合时施加振动，因此，糊状的接合材料中的填料因振动而容易流动。其结果，本实施方式的蜂窝单元接合体的制造方法中，难以发生加压反弹(Springback)，能够抑制缩孔等接合不良的发生。

此处，本说明书中的“缩孔”是指：在糊状的接合材料固化时因收缩而产生的缺陷(例如凹部、空隙等)。

另外，糊状的接合材料是具有对压力表现出阻力而使得糊状的接合材料的粘性升高的性质的胀流型流体。因此，如果在使用糊状的接合材料对多个蜂窝单元的侧面进行接合时仅仅进行了加压，则糊状的接合材料不会在接合面充分扩展，从而使得接合宽度容易产生偏差。

但是，本实施方式的蜂窝单元接合体的制造方法中，在蜂窝单元的加压接合时施加了振动，因此，糊状的接合材料的粘性难以升高。其结果，本实施方式的蜂窝单元接合体的制造方法中，能够使得糊状的接合材料在接合面充分扩展，因此，能够抑制接合宽度的偏差。

只要在将全部蜂窝单元都设置于规定位置之后实施振动加压即可，不过，也可以在将各蜂窝单元配置于规定位置之后实施振动加压。从蜂窝单元接合体的生产率的观点考虑，优选在将全部蜂窝单元都设置于规定位置之后实施振动加压。

作为振动加压的条件，并未特别限定，只要根据糊状的接合材料的种类等而适当地进行调整即可。

在1个实施方式中，优选在振动频率为0.5Hz～100Hz、振幅为1mm～80mm的条件下进行振动加压，更优选在振动频率为1Hz～50Hz、振幅为1mm～60mm的条件下进行振动加压。通过在上述振动频率以及振幅的条件下进行振动加压，能够稳定地抑制缩孔等接合不良的发生以及接合宽度的偏差。

另外，压力并未特别限定，优选为29kPa～59kPa。

作为振动加压的应用方法，只要直至达到规定压力为止而能够一边振动一边加压并保持该压力即可，并未特别限定。

在1个实施方式中，优选分为2次以上的步骤而进行振动加压，并在各步骤之间停止振动加压。通过使振动加压暂时停止，能够抑制加压反弹，并且，能够提高糊状的接合材料容易在接合面充分扩展的效果。其结果，能够稳定地抑制缩孔等接合不良的发生以及接合宽度的偏差。

作为振动加压的保持时间(在分为2次以上的步骤的情况下为合计的保持时间)，并未特别限定，优选为10秒～100秒，更优选为20秒～90秒。另外，在振动加压分为2次以上的步骤的情况下，各步骤的保持时间并未特别限定，优选为5秒～50秒，更优选为10秒～45秒。

作为糊状的接合材料，并未特别限定，可以使用本技术领域中公知的接合材料。

在1个实施方式中，糊状的接合材料含有填料、粘合剂以及水。另外，糊状的接合材料还可以根据需要而含有分散材料等各种成分。

作为填料，可以举出由陶瓷原料形成的纤维或粒子。作为陶瓷原料，可以举出碳化硅、硅－碳化硅系复合材料、堇青石化原料、堇青石、富铝红柱石、氧化铝、二氧化钛、尖晶石、碳化硅－堇青石系复合材料、硅酸铝锂、钛酸铝、以及铁－铬－铝系合金等。这些陶瓷原料可以单独使用，或者也可以组合使用2种以上的陶瓷原料。另外，这些陶瓷原料中也优选碳化硅或硅－碳化硅系复合材料。此外，本说明书中的“堇青石化原料”是指：调配为二氧化硅处于42质量％～56质量％的范围内、氧化铝处于30质量％～45质量％的范围内、氧化镁处于12质量％～16质量％的范围内的化学组成的陶瓷原料并对其进行烧成而形成的堇青石。在设为硅－碳化硅系复合材料的情况下，将碳化硅粉末以及金属硅粉末混合后的物质作为陶瓷原料。陶瓷原料的含量相对于所有成型原料而优选为40质量％～90质量％。

作为粘合剂，可以举出胶体二氧化硅(二氧化硅溶胶)、氧化铝溶胶、蒙脱石等无机粘合剂；甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、其他各种吸水性树脂等。这些粘合剂可以单独使用，或者也可以组合使用2种以上的粘合剂。

可以利用混合器等混炼机对上述成分进行混合、混炼而使其形成为糊状，由此制造糊状的接合材料。

作为蜂窝单元，并未特别限定，可以使用本技术领域中公知的蜂窝单元。

在1个实施方式中，蜂窝单元含有陶瓷原料、粘合剂、表面活性剂、以及造孔材料。

作为陶瓷原料以及粘合剂，并未特别限定，可以使用上述例示的各种材料。

作为表面活性剂，并未特别限定，可以使用油酸PEG、乙二醇、糊精、脂肪酸皂以及多元醇等。这些表面活性剂可以单独使用，或者也可以组合使用2种以上的表面活性剂。

作为造孔材料，只要在烧成后形成气孔即可，并未特别限定，例如可以举出淀粉、发泡树脂、吸水性树脂、二氧化硅凝胶以及碳等。这些造孔材料可以单独使用，或者也可以组合使用2种以上的造孔材料。

可以向陶瓷原料添加粘合剂、表面活性剂、造孔材料以及水等并使它们混合而制成坯土，对该坯土进行挤出成型而形成为规定的蜂窝形状，接下来，利用微波、热风等进行干燥，然后进行烧成，由此制造蜂窝单元。

另外，蜂窝单元可以在蜂窝单元的2个端面中的任一侧的端面形成将隔室的一端部封堵的封孔部。通常以使得一端面和另一端面呈互补的棋盘格状的方式将相邻的隔室交替地封堵。封孔部的构成材料优选使用与蜂窝单元相同的材料，以便减小与蜂窝单元之间的热膨胀差。

当在隔室形成封孔部时，可以在封孔部形成于隔室之前进行所述烧成，也可以在封孔部形成于隔室之后与封孔部的烧成一同进行所述烧成。作为使得封孔部形成于隔室的方法，可以使用本技术领域中公知的方法。具体而言，在将片材粘贴于蜂窝单元的端面之后，在该片材的与待封孔的隔室相对应的位置处开孔，在粘贴有该片材的状态下，将蜂窝单元的端面浸渍于使得封孔部的构成材料实现了浆料化的封孔用浆料中，通过在片材开设的孔而向待封孔的隔室的开口端部内填充封孔用浆料，并使其干燥和/或进行烧成而使其固化。

作为蜂窝单元的形状，并未特别限定，可以为三棱柱状、四棱柱状、六棱柱状等各种形状。

在1个实施方式中，蜂窝单元的形状优选为四棱柱状。因形成为该形状的蜂窝单元而使得蜂窝单元接合体的制造变得容易。

本实施方式的蜂窝单元接合体的制造方法除了在蜂窝单元的加压接合时施加振动以外，可以依据公知的方法而进行。

在1个实施方式中，使用图1所示的、具有成直角的2个平面(第一平面31以及第二平面32)且在其表面设置有垫片33的设置基准夹具30，在该设置基准夹具30上，借助糊状的接合材料21将多个蜂窝单元20在与第一平面31平行的方向以及与第二平面32平行的方向上排列设置于规定位置，然后实施振动加压而进行接合。

作为蜂窝单元的设置顺序，并未特别限定，例如，如图2所示，只要按照附图标记的顺序而在与第一平面31平行的方向以及与第二平面32平行的方向上各设置4列、共16个蜂窝单元1～16即可。

图3示出了作为一个例子的、设置蜂窝单元8时的状态。对于蜂窝单元的设置，优选使用设置机构34，该设置机构34能够通过把持、吸引等方式对蜂窝单元8进行保持并使其移动至规定的设置位置。在新设置的蜂窝单元8设置于虚线所示的规定位置之前，在与已经设置完毕的蜂窝单元4以及蜂窝单元5的侧面对置的侧面涂敷糊状的接合材料21。糊状的接合材料21的涂敷量设为将蜂窝单元8设置于规定位置时能够将与相邻的蜂窝单元4以及蜂窝单元5之间的间隙填满的量，即，与该间隙的体积相同或者比该间隙的体积稍多的量。如果涂敷量过少，则无法在蜂窝单元8与蜂窝单元4以及蜂窝单元5之间充分填充接合材料，因此，无法实现良好的接合状态。

在利用与上述方法相同的设置方法将全部蜂窝单元1～16都配置于规定位置之后，使用图4所示的振动加压机构35，沿着铅直方向朝向第一平面31实施振动加压，并且，沿着水平方向朝向第二平面32实施振动加压。

作为振动加压机构35，并未特别限定，可以使用本技术领域中公知的激振装置。激振装置可以为电动式或流体压力(包括气压、油压、水压)式等任意驱动方式的激振装置。不过，在考虑了控制性、响应性、紧凑性等的情况下，优选使用伺服式激振装置。

在振动加压之后，使糊状的接合材料21干燥，由此，使得糊状的接合材料21固化而形成接合层。此外，糊状的接合材料21的干燥可以在施加有压力的状态下进行，不过，优选使振动停止。作为干燥条件，只要根据使用的糊状的接合材料21的种类而适当地调整即可，优选以60℃～170℃的温度实施0.5小时～6.0小时的干燥。

对于借助接合层而使得全部蜂窝单元1～16都接合的蜂窝单元接合体，可以根据需要对外周部进行磨削加工等而加工成圆柱状等所需的形状。此外，这种情况下，通过加工而将外周壁除去，从而形成为内部的间隔壁和隔室露出的状态，因此，优选通过利用涂层材料将露出面覆盖等而再次形成外周壁。

以上述方式制造的本实施方式的蜂窝单元接合体是：具有多个蜂窝单元20、以及使得多个蜂窝单元20的侧面接合的接合层的蜂窝单元接合体。该蜂窝单元接合体中，接合层为糊状的接合材料的固化物，接合宽度的标准偏差为0.30以下，优选为0.20以下。该蜂窝单元接合体的接合宽度的标准偏差为0.30以下，因此，接合宽度的偏差非常小。另外，该蜂窝单元接合体在接合时能抑制加压反弹，因此，缩孔等接合不良也非常少。

本实施方式的蜂窝单元接合体可以用作DPF、GPF等集尘用过滤器。在用作集尘用过滤器的情况下，优选以上述方式在蜂窝单元的2个端面中的任一侧的端面形成将隔室的一端部封堵的封孔部。通常以使得一端面和另一端面呈互补的棋盘格状的方式而交替地将相邻的隔室封堵。

如果使得含有烟尘等颗粒的流体从由以上述方式实施了封孔的蜂窝单元构成的蜂窝单元接合体的一端面流通，则流体在该一端面侧从端部未被封孔的隔室向蜂窝单元接合体的内部流入，并从具有过滤能力的多孔质的间隔壁通过而进入蜂窝单元接合体的另一端面侧未被封孔的其他流通孔。并且，当从该间隔壁通过时，流体中的颗粒被间隔壁捕捉，从而将颗粒被除去的净化后的流体从蜂窝结构体的另一端面排出。

实施例

以下，利用实施例对本发明进行更具体的说明，但是，本发明并未受到这些实施例的任何限定。

(蜂窝单元的制作)

以80：20的质量比例对碳化硅粉末以及金属硅粉末进行混合，并在其中加入粘合剂(甲基纤维素及羟丙氧基纤维素)、造孔材料(发泡树脂及吸水性树脂)、表面活性剂(油酸PEG)以及水，由此制作可塑性的坯土。对获得的坯土进行挤出成型，利用微波及热风使其干燥，由此制作与中心轴正交的截面为一条边为37mm的正方形的四棱柱状的蜂窝单元成型体。

接下来，以使得该蜂窝单元成型体的端面呈棋盘格状的方式向各隔室的一端部填充封孔用浆料而进行封孔。此外，对于封孔用浆料而使用与蜂窝单元的原料相同的材料。接下来，在使得封孔用浆料干燥之后，以400℃的温度对蜂窝单元成型体进行脱脂，接下来，在Ar惰性气氛中以1450℃的温度进行烧成，由此获得蜂窝单元。

(糊状的接合材料的调配)

利用混合器对60质量％的陶瓷原料(碳化硅、堇青石以及氧化铝)、18质量％的无机粘合剂(二氧化硅溶胶及蒙脱石)、5质量％的有机粘合剂(羧甲基纤维素及发泡树脂)以及17质量％的水进行混合，由此获得糊状的接合材料。

(实施例1)

在将蜂窝单元1配置于图1所示的、具有成直角的2个平面(第一平面31以及第二平面32)的设置基准夹具30之后，将糊状的接合材料21涂敷于与蜂窝单元1的侧面对置的蜂窝单元2的侧面而设置于规定位置。同样地，在借助糊状的接合材料21将蜂窝单元3～16设置于规定位置之后，使用激振装置进行振动加压。此处，分为2次的步骤而进行振动加压，在各步骤之间使振动加压停止。对于各步骤的振动加压，将振动频率设为15Hz，振幅设为0.42mm，压力设为39kPa，第一步骤的保持时间设为10秒，第二步骤的保持时间设为10秒。然后，以140℃的温度实施2小时的干燥，由此使得糊状的接合材料固化而获得蜂窝单元接合体。

对蜂窝单元接合体的外周进行切削加工，以使得获得的蜂窝单元接合体的与中心轴正交的截面形成为圆形。

(比较例1)

除了代替振动加压而进行加压以外，与实施例1同样地获得蜂窝单元接合体。此处，对于加压，将压力设为39kPa，第一步骤的保持时间设为18秒，第二步骤的保持时间设为18秒。

对于通过上述实施例以及比较例而制作的蜂窝单元接合体，进行了下述评价。

(缩孔的发生率)

对于通过上述实施例以及比较例制作的蜂窝单元接合体(样品数为30)的端面以及外周面有无缩孔的发生，通过目视方式进行了评价。表1中示出了其结果。此外，表1中，对于端面的缩孔，将在各蜂窝单元的边之间发生的缩孔表示为端面边部，将在各蜂窝单元的顶点之间发生的缩孔表示为端面交点部。

表1

如表1所示，实施例1的蜂窝单元接合体中，在端面以及外周面均完全未发生缩孔，与此相对，比较例1的蜂窝单元接合体中，确认到了缩孔的发生。

(接合宽度)

对通过上述实施例以及比较例制作的蜂窝单元接合体的端面的接合层的接合宽度进行了测定。测定部位设为图5所示的24处部位。表2中示出了其结果。此外，表2中，测定值以及平均值的单位为mm。

表2

如表2所示，能够确认：实施例1的蜂窝单元接合体与比较例1的蜂窝接合体相比，接合层的接合宽度的标准偏差更低，接合宽度的偏差更小。

根据以上结果可知：根据本发明，能够提供接合宽度的偏差小且接合品质良好的蜂窝单元接合体及其制造方法。

另外，根据本发明，能够提供具备具有上述特征的蜂窝单元接合体的集尘用过滤器。

Claims (9)

1.一种蜂窝单元接合体的制造方法，其特征在于，

在使用糊状的接合材料对多个蜂窝单元的侧面进行接合时实施振动加压。

2.根据权利要求1所述的蜂窝单元接合体的制造方法，其特征在于，

所述接合材料为胀流型流体。

3.根据权利要求1或2所述的蜂窝单元接合体的制造方法，其特征在于，

在振动频率为0.5Hz～100Hz、振幅为1mm～80mm的条件下进行所述振动加压。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的蜂窝单元接合体的制造方法，其特征在于，

分为2次以上的步骤而进行所述振动加压，在各步骤之间停止所述振动加压。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的蜂窝单元接合体的制造方法，其特征在于，

所述蜂窝单元为四棱柱状。

6.一种蜂窝单元接合体，具有：多个蜂窝单元；以及使得所述多个蜂窝单元的侧面接合的接合层，

所述蜂窝单元接合体的特征在于，

所述接合层为糊状的接合材料的固化物，且接合宽度的标准偏差为0.30以下。

7.根据权利要求6所述的蜂窝单元接合体，其特征在于，

所述接合宽度的标准偏差为0.20以下。

8.根据权利要求6或7所述的蜂窝单元接合体，其特征在于，

所述蜂窝单元为四棱柱状。

9.一种集尘用过滤器，其特征在于，

所述集尘用过滤器具有权利要求6～8中任一项所述的蜂窝单元接合体。