CN111701362B - 蜂窝结构体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蜂窝结构体的制造方法，该蜂窝结构体是多个多孔质蜂窝单元借助接合材料层结合而构成的，用于微粒捕集过滤器，通过从接合材料涂布装置的喷嘴部向各个所述多孔质蜂窝单元的被接合面间涂布接合材料而使接合材料层介于其间，从而将各个多孔质蜂窝单元接合，接合材料涂布装置的喷嘴部具备：接合材料导入口；接合材料喷出空间，该接合材料喷出空间具有将所导入的接合材料喷出的狭缝状的接合材料喷出口；以及接合材料流路，该接合材料流路具有弯曲部，供接合材料从接合材料导入口流通至接合材料喷出空间，喷嘴部的接合材料流路在弯曲部的下游侧具备缓冲空间，该缓冲空间构成为流路截面趋向接合材料喷出空间而逐渐扩张。

Description

蜂窝结构体的制造方法
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体的制造方法。特别涉及通过抑制在蜂窝单元的表面涂布接合材料时产生涂布不均及接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂、能够使蜂窝结构体的制造效率提高的蜂窝结构体的制造方法。
背景技术
以往，内燃机中，为了对来自柴油发动机的废气中包含的微粒进行捕集而安装有柴油颗粒过滤器(DPF)。另外，为了对来自汽油发动机的废气中包含的微粒进行捕集，也有时安装汽油颗粒过滤器(GPF)。该DPF及GPF有通过将多个碳化硅(SiC)等多孔质的蜂窝单元利用粘接材料进行接合而形成的产品，结构为：对将多个蜂窝单元接合得到的单元接合体的外周进行磨削，成型为圆形、椭圆形等适当形状的蜂窝结构体，然后，在外周面被覆涂覆材料。
专利文献1中公开一种蜂窝结构体的制造方法，其中，将多个多孔质的蜂窝单元利用粘接剂进行接合，制作单元接合体。对于专利文献1中记载的蜂窝结构体的制造方法，如图1所示，使多个多孔质蜂窝单元10沿着L字型的托板30并隔着粘接剂层20进行堆叠，在成为所期望的层叠结构后，对整体进行加压。由此，制作多孔质蜂窝单元10纵横层叠的单元接合体(蜂窝结构体40)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－262670号公报
发明内容
在图1所示的多孔质蜂窝单元10的接合体的制作中，通常从接合材料涂布装置的喷嘴部向相邻的多孔质蜂窝单元10之间涂布接合材料，由此形成粘接剂层20。不过，根据最新规定，需要切换为不含耐火性陶瓷纤维(RCF)的接合材料，与以往的接合材料相比，性状发生变化，产生无法均匀地涂布接合材料的问题。特别是，在涂布触变性高的接合材料时，容易产生如下问题：针对应力没有立刻反应等接合材料的响应性差，接合材料的涂布不均等。
具体而言，在从接合材料涂布装置的喷嘴部将接合材料涂布于多孔质的蜂窝单元的表面时，如图2所示，有时在接合材料的涂布开始位置和结束位置产生涂布不均。另外，有时在涂布开始位置与结束位置之间产生由接合材料的脉动所引起的涂布不均。
另外，如图3所示，有时接合材料的涂布宽度变得不均匀。如果为了消除上述不良情况而增加涂布量，则又会如图4所示，在将蜂窝单元接合时，接合材料被过度地挤出，产生接合材料的使用效率降低的问题。
此外，在从接合材料涂布装置的喷嘴部涂布接合材料时，无法从喷嘴部顺利地涂布接合材料，如图5所示，有时接合材料从喷嘴部的接合材料喷出口的下垂量变多。如果接合材料的下垂量变多，则产生喷嘴部的清洁频率增加的问题。
上述问题都会引起蜂窝结构体的制造效率恶化。本发明的课题在于，鉴于上述情况，通过抑制在蜂窝单元的表面涂布接合材料时产生涂布不均及接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂，使得蜂窝结构体的制造效率提高。
本发明的发明人进行了潜心研究，结果推定，在涂布接合材料时产生涂布不均及接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂是由在接合材料涂布装置的喷嘴部内部所产生的接合材料的压力而引起的。并且，发现这些课题能够通过使接合材料涂布装置的喷嘴部为规定的结构来解决。即，本发明如下确定。
一种蜂窝结构体的制造方法，其中，该蜂窝结构体是多个多孔质蜂窝单元借助接合材料层结合而构成的，该多孔质蜂窝单元具有区划形成多个隔室的包含SiC材料的隔壁和位于最外周的外周壁，该多个隔室形成流体的流路，并从作为流体的流入侧的端面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的端面的流出端面，且该蜂窝结构体用于微粒捕集过滤器，
通过从接合材料涂布装置的喷嘴部向各个所述多孔质蜂窝单元的被接合面间涂布接合材料而使所述接合材料层介于其间，从而将各个所述多孔质蜂窝单元接合，
所述接合材料涂布装置的喷嘴部具备：
接合材料导入口；
接合材料喷出空间，该接合材料喷出空间具有将所导入的接合材料喷出的狭缝状的接合材料喷出口；以及
接合材料流路，该接合材料流路具有弯曲部，供所述接合材料从所述接合材料导入口流通至所述接合材料喷出空间，
所述喷嘴部的接合材料流路在所述弯曲部的下游侧具备缓冲空间，该缓冲空间构成为流路截面趋向所述接合材料喷出空间而逐渐扩张。
发明效果
根据本发明，通过抑制在蜂窝单元的表面涂布接合材料时产生涂布不均及接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂，能够使蜂窝结构体的制造效率得到提高。
附图说明
图1是表示以往的蜂窝单元及将蜂窝单元接合而制造单元接合体的方案的示意图。
图2是表示以往的蜂窝单元中的接合材料的涂布不均及脉动的外观观察照片。
图3是表示以往的蜂窝单元中的接合材料涂布宽度偏差的外观观察照片。
图4是表示以往的单元接合体中的接合材料挤出的外观观察照片。
图5是表示以往的接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂的外观观察照片。
图6是本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的外观示意图。
图7是本发明的实施方式所涉及的多孔质蜂窝单元的外观示意图。
图8是本发明的实施方式所涉及的接合材料涂布装置的喷嘴部60的外观观察照片。
图9是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的接合材料涂布装置的喷嘴部60的内部结构的外观观察照片。
图10是本发明的实施方式所涉及的区划出喷嘴部主体的接合材料喷出空间的平板状的间隔件的外观观察照片。
图11中，(a)、(b)以及(c)分别是本发明的实施方式所涉及的区划出缓冲空间的平板状的间隔件的外观观察照片。
符号说明
10、50…多孔质蜂窝单元，20…粘接剂层，30…托板，40、100…蜂窝结构体，51…隔室，52…隔壁，53…外周壁，54…接合材料层，60…喷嘴部，61…接合材料导入口，62…接合材料流路，63…接合材料喷出空间，64…接合材料喷出口，65…弯曲部，66…喷嘴部主体，67…间隔件，68、69…缓冲空间，70…空间宽度，71…开口部，72…隔壁。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的蜂窝结构体的制造方法的实施方式进行说明，但是，本发明并不限定于此进行解释，只要不脱离本发明的范围，就可以基于本领域技术人员的知识加以各种变更、修正、改良。
(蜂窝结构体的制造方法)
图6中示出利用本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的制造方法制造的蜂窝结构体100的外观示意图。蜂窝结构体100是多个多孔质蜂窝单元50借助接合材料层54结合而构成的，该多孔质蜂窝单元50具有区划形成多个隔室51的包含SiC材料的隔壁52和位于最外周的外周壁53，该多个隔室51形成流体的流路，并从作为流体的流入侧的端面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的端面的流出端面。此处，SiC材料是指以SiC(碳化硅)为主成分的材料，例如包括：像重结晶SiC那样仅包含SiC的材料、Si－SiC系复合材料、堇青石(Cordierite)－SiC系复合材料、金属硅含浸SiC等。
关于蜂窝结构体100，在对外周进行磨削而成型为圆形、椭圆形等适当形状后，在外周面被覆涂覆材料，作为柴油发动机颗粒过滤器(DPF)或汽油颗粒过滤器(GPF)等微粒捕集过滤器进行使用。通过在蜂窝结构体100的形成流体的流路的隔室51的流入端面或流出端面设置封孔部，能够对废气中的微粒(碳微粒等)进行捕集。封孔部可以在任意阶段设置，不过，通过在对多孔质蜂窝单元50进行烧成之前设置封孔部，使得烧成中封孔部和隔壁52烧结，所以更加理想。
关于蜂窝结构体100，可以进一步在区划形成多个隔室51的包含SiC材料的隔壁52的表面或内部设置催化剂。催化剂的种类没有特别限制，可以根据蜂窝结构体100的使用目的及用途而适当选择。例如，可以举出贵金属系催化剂或除此以外的催化剂。作为贵金属系催化剂，可例示：将铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属负载于氧化铝细孔表面且包含二氧化铈、氧化锆等助催化剂的三元催化剂及氧化催化剂、或者包含碱土金属和铂作为氮氧化物(NOx)的吸储成分的NOx吸储还原催化剂(LNT催化剂)。作为不使用贵金属的催化剂，可例示：包含铜置换或铁置换沸石的NOx选择还原催化剂(SCR催化剂)等。另外，可以使用选自由这些催化剂构成的组中的2种以上催化剂。应予说明，催化剂的负载方法也没有特别限制，可以按照以往将催化剂负载于蜂窝结构体100的负载方法来进行。
关于本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的制造方法，首先，制作图7所示的多孔质蜂窝单元50。作为多孔质蜂窝单元50的制造工序，首先，在包含SiC材料的陶瓷原料中添加粘合剂、分散剂(表面活性剂)、造孔材料、水等，将它们混合并混炼，制备坯土。接下来，将制备的坯土利用挤出成型法成型为蜂窝形状，得到生的(未烧成的)柱状蜂窝成型体。将从挤出成型机中挤出的柱状蜂窝成型体切断为适当的长度。挤出成型法可以使用柱塞式挤出成型机、双螺杆式连续挤出成型机等装置来进行。蜂窝形状的成型优选使用具有所期望的隔室形状、隔壁厚度、隔室密度的口模的方法。由此，制作未烧成的蜂窝成型体。
作为未烧成的蜂窝成型体的外形，没有特别限定，可以像本实施方式这样采用端面为四边形的柱状，也可以采用端面为圆形的柱状(圆柱形状)、端面为椭圆形状的柱状、端面为四边形以外的多边形(三角形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等形状。
接下来，对未烧成的蜂窝成型体进行干燥，制作蜂窝干燥体。该干燥可以通过利用使电流流通于多孔质蜂窝单元50而产生的高频能量的介电干燥来进行，也可以通过向多孔质蜂窝单元50中导入热风的热风干燥来进行。另外，也可以进行在室温条件下放置的自然干燥、利用了微波的微波干燥、冷冻干燥等，还可以将多个干燥方法组合进行。接下来，对蜂窝干燥体进行烧成。此时，在蜂窝干燥体的两端面，将封孔材料烧结于单元，由此设置封孔部，以便对废气中的微粒(碳微粒等)进行净化。封孔部在两端面的各隔室进行制作，在隔室中，如果在一个端面进行封孔，则相反的端面没有封孔。通过像这样进行封孔，能够使其具有过滤器功能。由此，制作多孔质蜂窝单元50。
接下来，针对多个多孔质蜂窝单元50，使用接合材料涂布装置在各个多孔质蜂窝单元50的被接合面间涂布接合材料，由此使接合材料层54介于其间，从而将各个多孔质蜂窝单元50接合。该接合工序中，可以使用图1所示的方法，使多个多孔质蜂窝单元50沿着L字型的托板并隔着接合材料层54而进行堆叠，使其成为所期望的层叠结构后，对整体进行加压，由此进行接合。由此，制作图6所示的蜂窝结构体100。
构成接合材料层54的接合材料是能够利用良好的粘接力将包含SiC材料的外周壁53的表面彼此接合的材料即可，没有特别限定。作为构成接合材料层54的接合材料，例如可以为包含无机粒子、且作为其他成分包含无机纤维、胶体状氧化物的材料。另外，在接合多孔质蜂窝单元50时，可以使用如下得到的接合材料，即，除了这些成分以外，根据需要加入甲基纤维素、羧甲基纤维素等有机粘合剂、分散剂、水等，将它们使用混合器等混炼机进行混合、混炼，制成糊料状，得到接合材料。
作为构成接合材料层54的接合材料中包含的无机粒子的构成材料，例如优选使用选自由碳化硅、氮化硅、堇青石、氧化铝、多铝红柱石、氧化锆、磷酸锆、钛酸铝、二氧化钛及它们的组合构成的组中的陶瓷、Fe－Cr－Al系金属、镍系金属、硅－碳化硅系复合材料等。
作为构成接合材料层54的接合材料中包含的无机纤维，可以优选使用硅铝酸盐、碳化硅等陶瓷纤维；铜、铁等金属纤维等。作为胶体状氧化物，可以举出二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶等作为优选的例子。胶体状氧化物对接合材料赋予适度的粘接力，故优选，另外，通过进行干燥、脱脂而与无机纤维及无机粒子粘合，可以使干燥后的接合材料为耐热性等优异的牢固的接合材料。
本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的制造方法中，针对上述的多个多孔质蜂窝单元50，在各个多孔质蜂窝单元50的被接合面间涂布接合材料时，使用以下构成的接合材料涂布装置的喷嘴部。由此，能够抑制在蜂窝单元的表面涂布接合材料时产生涂布不均及接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂。结果，能够使蜂窝结构体的制造效率得到提高。
(接合材料涂布装置的喷嘴部的构成)
图8是本发明的实施方式所涉及的接合材料涂布装置的喷嘴部60的外观观察照片。图9是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的接合材料涂布装置的喷嘴部60的内部结构的外观观察照片。
接合材料涂布装置的喷嘴部60具备喷嘴部主体66和间隔件67。喷嘴部主体66具备：接合材料导入口61，其供接合材料涂布装置内所准备的接合材料导入；接合材料喷出空间63，其具有将所导入的接合材料喷出的狭缝状的接合材料喷出口64；以及接合材料流路62，其具有弯曲部65，供接合材料从接合材料导入口61流通至接合材料喷出空间63。间隔件67插入于喷嘴部主体66的接合材料喷出空间63。
喷嘴部主体66的材质没有特别限定，作为接合材料涂布用的喷嘴，可以由公知的材料形成。喷嘴部主体66可以由例如铝、铁、铜、或、SUS等合金或聚乙烯、氯乙烯、氟树脂、聚碳酸酯等树脂形成。
接合材料导入口61及接合材料流路62的、接合材料的流路截面的形状没有特别限定，例如可以形成为圆形、椭圆形或多边形。该接合材料的流路截面的大小可以根据喷嘴部60的大小等进行适当设计，例如可以形成为直径5.0～20.0mm的圆形等。
接合材料流路62具有弯曲部65。图9中，例示如下结构，即，与接合材料导入口61连结的接合材料流路62直接以直线状延伸，在弯曲部65以大约90°进行折曲，并延伸至弯曲部65的下游侧的接合材料喷出空间63。接合材料流路62不限定于像这样在弯曲部65以大约90°进行折曲，可以使其以任意角度进行弯曲。从接合材料导入口61导入至接合材料流路62的接合材料通过弯曲部65而在接合材料喷出空间63中薄薄地延伸，并从接合材料喷出口64喷出。接合材料在接合材料喷出空间63中因弯曲部65而薄薄地延伸时，能够防止狭缝状的接合材料喷出口64的两端和中央的流速产生差异。
接合材料喷出空间63的狭缝状的接合材料喷出口64的大小可以根据喷嘴部60的大小、接合材料的涂布宽度及涂布量而适当设计，例如可以形成为纵40～60mm×横25～45mm的矩形。可以在喷嘴部主体66的接合材料喷出空间63中插入图10所示的平板状的间隔件进行区划来构成接合材料喷出空间63。利用图10所示的平板状的间隔件进行区划而构成的接合材料喷出空间63的空间宽度70随着趋向接合材料喷出口64而扩张。由此，接合材料喷出空间63可以构成为：从接合材料流路62导入的接合材料从接合材料喷出口64喷出为止的、接合材料的流路截面进行扩张。根据该构成，能够防止狭缝状的接合材料喷出口64的两端和中央的流速产生差异。
接合材料流路62在弯曲部65的下游侧具备缓冲空间68，该缓冲空间68构成为：与接合材料喷出空间63相邻，且流路截面趋向接合材料喷出空间63而逐渐扩张。将通过接合材料流路62的接合材料如上所述导入至接合材料喷出空间63后，从接合材料喷出空间63的狭缝状的接合材料喷出口64喷出。此时，如果接合材料流路62的流路截面的大小恒定，则接合材料为高触变性且响应性差的材料等情况下，喷嘴部60的内部的压力增大。针对于此，根据本发明的实施方式，通过具有接合材料流路62的缓冲空间68，能够在即将被导入接合材料喷出空间63前的位置，使接合材料的流路截面扩张，从而能够抑制喷嘴部60的内部的压力增大。因此，能够良好地抑制例如从接合材料涂布装置的喷嘴部60将接合材料涂布于多孔质的蜂窝单元的表面时的涂布不均。另外，能够从接合材料喷出空间63的狭缝状的接合材料喷出口64顺利地喷出接合材料，因此，接合材料的涂布宽度变得均匀，还能够良好地抑制接合材料从喷嘴部60的接合材料喷出口64下垂。
缓冲空间68可以利用平板状的间隔件进行区划来构成。该平板状的间隔件可以为以流路截面逐渐扩张的方式形成的一体的间隔件。
关于本发明的实施方式所涉及的接合材料涂布装置的喷嘴部60，作为缓冲空间，除了具备缓冲空间68以外，还可以具备构成为从缓冲空间68延长至接合材料喷出空间63内的缓冲空间69。作为该缓冲空间68及69，可以如下来构成，即，从接合材料流路62侧开始依次层叠图11的(a)、(b)以及(c)所示的多个平板状的间隔件，最后插入图10所示的平板状的间隔件。图11的(a)、(b)、(c)的间隔件的与流路截面相对应的开口部71的面积依次逐渐增大。因此，设置与接合材料喷出空间63相邻的、开口部71的面积最小的图11的(a)的间隔件，接下来，在接合材料喷出空间63内设置图11的(b)的间隔件，进而，设置开口部71的面积最大的图11的(c)的间隔件，由此，成为接合材料的流路逐渐扩张的缓冲结构。根据该构成，能够将接合材料的流路扩张，直至在接合材料喷出口64处缩颈，能够良好地抑制接合材料滞留在喷嘴部60。另外，优选通过该构成而使接合材料喷出空间63的缓冲空间69扩张200～550％。
图11的(a)、(b)以及(c)所示的平板状的间隔件的厚度没有特别限定，例如可以分别形成为1.0～10mm厚度。另外，该多个间隔件的厚度可以相同，也可以不同。
多个平板状的间隔件中的至少1个采用如图11的(b)所示具备将开口部71隔成多个平行的狭缝状的隔壁72的结构，由此可以兼用作滤网。根据该构成，能够捕集接合材料中包含的异物，从而能够抑制喷嘴部60堵塞。
区划构成缓冲空间68的间隔件的材质没有特别限定，例如可以由铝、铁、铜或SUS等合金、或聚乙烯、氯乙烯、氟树脂、聚碳酸酯等树脂形成。
实施例
以下，提供用于更好地理解本发明及其优点的实施例，不过，本发明并不限定于这些实施例。
(试验例1)
作为试验例1，准备出包含SiC材料的多孔质蜂窝单元。该多孔质蜂窝单元在隔室延伸方向上的长度为141mm。
另外，另行准备出具有图8～9所示的结构的由SUS材料和氟树脂板制成的喷嘴部的接合材料涂布装置。该喷嘴部的接合材料流路的缓冲空间是通过将图11的(a)、(b)以及(c)所示的平板状的间隔件进行层叠并区划而构成的。即，在接合材料喷出空间63内，自接合材料流路侧开始，依次配置开口部71的面积最小的图11的(a)的间隔件、图11的(b)的间隔件、开口部71的面积最大的图11的(c)的间隔件，最后插入图10所示的平板状的间隔件。图11的(a)、(b)以及(c)所示的平板状的间隔件的厚度依次分别为5mm、0.5mm、3mm。另外，关于材质，(a)及(c)由氟树脂制成，(b)由SUS304制成。另外，图10所示的平板状的间隔件的厚度为1mm，材质由氟树脂制成。
接合材料包含无机纤维，且采用作为陶瓷粉末主要使用了碳化硅、作为分散介质主要使用了水、作为粘合剂主要使用了胶体二氧化硅得到的浆料。表示接合材料的粘性的剪切应力值为240Pa。
接下来，从多孔质蜂窝单元的被接合面的一个端部至另一个端部，沿着多孔质蜂窝单元的隔室延伸的方向，以一定的速度(100mm/s)，从接合材料涂布装置的喷嘴部涂布接合材料。另外，涂布宽度为37.0cm。
涂布后，观察多孔质蜂窝单元的接合材料的涂布面，结果，没有涂布不均。另外，接合材料从接合材料涂布装置的喷嘴部的接合材料喷出口下垂也得到良好的抑制。

Claims (8)

1.一种蜂窝结构体的制造方法，其中，该蜂窝结构体是多个多孔质蜂窝单元借助接合材料层结合而构成的，该多孔质蜂窝单元具有区划形成多个隔室的包含SiC材料的隔壁和位于最外周的外周壁，该多个隔室形成流体的流路，并从作为流体的流入侧的端面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的端面的流出端面，且该蜂窝结构体用于微粒捕集过滤器，
所述蜂窝结构体的制造方法的特征在于，
通过从接合材料涂布装置的喷嘴部向各个所述多孔质蜂窝单元的被接合面间涂布接合材料而使所述接合材料层介于其间，从而将各个所述多孔质蜂窝单元接合，
所述接合材料涂布装置的喷嘴部具备：
接合材料导入口；
接合材料喷出空间，该接合材料喷出空间具有将所导入的接合材料喷出的狭缝状的接合材料喷出口；以及
接合材料流路，该接合材料流路具有弯曲部，供所述接合材料从所述接合材料导入口流通至所述接合材料喷出空间，
所述喷嘴部的接合材料流路在所述弯曲部的下游侧具备缓冲空间，该缓冲空间构成为流路截面趋向所述接合材料喷出空间而逐渐扩张。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述缓冲空间构成为延长至所述接合材料喷出空间内。
3.根据权利要求1所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述接合材料喷出空间构成为：从所述接合材料流路导入的接合材料自所述接合材料喷出口喷出为止的所述接合材料的流路截面进行扩张。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述接合材料喷出空间是通过利用平板状的间隔件进行区划而构成的。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述缓冲空间是通过利用平板状的间隔件进行区划而构成的。
6.根据权利要求5所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述缓冲空间是通过将多个所述平板状的间隔件层叠进行区划而构成的。
7.根据权利要求6所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述多个平板状的间隔件区划出的所述缓冲空间的流路截面随着接近于所述接合材料喷出空间而变大。
8.根据权利要求6或7所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述多个平板状的间隔件中的至少1个兼用作过滤器。
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