CN111744287A - 蜂窝结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等静压强度优异的单元结构的蜂窝结构体。该蜂窝结构体包括：多个棱柱状的蜂窝单元(4)、以及将多个蜂窝单元(4)的侧面彼此接合的接合层(14)，多个蜂窝单元(4)各自具有配设成包围多个隔室(2)的多孔质的隔壁(1)，在蜂窝单元(4)的与隔室(2)延伸的方向正交的截面中，隔室(2)的形状为六边形，多个蜂窝单元(4)包括第一蜂窝单元(4a)和第二蜂窝单元(4b)，构成为：在第一蜂窝单元(4a)中的隔室(2)内虚拟绘制的一个对角线的延长线(T1)和在第二蜂窝单元(4b)中的隔室(2)内虚拟绘制的一个对角线的延长线(T2)正交。

Description

蜂窝结构体
技术领域
本发明涉及将多个蜂窝单元利用接合层进行接合得到的单元结构的蜂窝结构体。更详细而言，涉及等静压强度优异的单元结构的蜂窝结构体。
背景技术
近年来，整个社会中针对环境问题的意识提高，在使燃料燃烧而产生动力的技术领域中，开发出从燃料燃烧时产生的废气中除去氮氧化物等有害成分的各种技术。例如，开发出从汽车的发动机排出的废气中除去氮氧化物等有害成分的各种技术。在像这样除去废气中的有害成分时，通常使用催化剂使有害成分发生化学反应而变化为比较无害的其他成分。并且，作为供废气净化用的催化剂负载的催化剂载体，使用蜂窝结构体。
另外，在内燃机的燃烧而排出的废气中包含氮氧化物等有毒气体以及烟灰等粒子状物质。以下，有时将粒子状物质称为“PM”。PM是“Particulate Matter”的简称。例如，与从汽油发动机排出的PM的除去相关的限制在全球都变得严格，作为用于除去PM的过滤器，使用蜂窝结构体。作为蜂窝结构体的材料，特别优选使用耐热性、化学稳定性优异的碳化硅(SiC)、堇青石、钛酸铝(AT)等陶瓷材料。
以往，作为上述蜂窝结构体，提出了如下蜂窝结构体，该蜂窝结构体具备具有区划形成多个隔室的多孔质的隔壁的蜂窝结构部，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面，形成流体的流路。另外，作为蜂窝结构体，例如还提出了将多个蜂窝单元接合而形成的单元结构的蜂窝结构体(例如参见专利文献1)。
例如，在专利文献1中公开了如下技术，即，将多个蜂窝过滤器组合来制造1个陶瓷过滤器集合体。陶瓷过滤器集合体中，借助陶瓷质密封材料层而彼此接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第01/23069号
发明内容
在以往的单元结构的蜂窝结构体中，作为各蜂窝单元中的隔室的形状(具体为与隔室延伸的方向正交的面中的隔室的形状)，例如可以举出四边形、六边形等。此处，由隔室的形状为六边形的蜂窝单元构成的单元结构的蜂窝结构体存在如下问题，即，等静压强度(Isostatic strength)较低。
例如，作为废气净化用部件进行使用的蜂窝结构体有时以收纳于金属壳体等罐体内的状态进行使用。有时将蜂窝结构体收纳于金属壳体等罐体内被称为装罐(canning)。在对蜂窝结构体进行装罐时，隔着垫片等把持部件而向蜂窝结构体的外周面施加面压，将其把持于罐体内。由隔室的形状为六边形的蜂窝单元构成的单元结构的蜂窝结构体在像这样的装罐时，有时会因对蜂窝结构体的外周面施加的压缩面压而破损。
本发明是鉴于上述现有技术所存在的问题而实施的。本发明提供等静压强度优异的单元结构的蜂窝结构体。
根据本发明，提供以下示出的蜂窝结构体。
[1]一种蜂窝结构体，其中，具备：
多个棱柱状的蜂窝单元；
接合层，该接合层将多个所述蜂窝单元的侧面彼此接合；以及
外周壁，该外周壁配设成围绕蜂窝单元接合体的外周，该蜂窝单元接合体是将所述蜂窝单元以呈格子状排列的状态利用所述接合层进行接合得到的，
多个所述蜂窝单元各自具有配设成包围从第一端面延伸至第二端面的多个隔室的多孔质的隔壁，
多个所述蜂窝单元各自在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，除了该蜂窝单元的最外周以外的所述隔室的形状为六边形，
多个所述蜂窝单元包括第一蜂窝单元和第二蜂窝单元，构成为：
所述第二蜂窝单元在利用所述接合层进行接合得到的所述蜂窝单元接合体的状态下，所述截面中的所述隔室的形状、所述隔室的大小及多个所述隔室隔着所述隔壁而排列的所述隔室的排列方向中的至少1者与所述第一蜂窝单元不同，
并且，在所述第一蜂窝单元中的六边形的所述隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线和在所述第二蜂窝单元中的六边形的所述隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线正交。
[2]根据[1]所述的蜂窝结构体，其中，
所述第二蜂窝单元的个数N2相对于构成所述蜂窝单元接合体的所述蜂窝单元的总个数Nall的比值的百分率为10～50％。
[3]根据[1]或[2]所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，与所述第二蜂窝单元的侧面相邻配置的所述蜂窝单元全部为所述第一蜂窝单元。
[4]根据[1]～[3]中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，所述第二蜂窝单元的个数N2为所述第一蜂窝单元的个数N1以下，
在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，所述第二蜂窝单元至少存在于以该蜂窝单元接合体的所述第一端面侧的最外周为起点的、所述第一端面的外径的20％的区域。
[5]根据[1]～[4]中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，所述第二蜂窝单元的个数N2为所述第一蜂窝单元的个数N1以下，
在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，所述第二蜂窝单元至少存在于以该蜂窝单元接合体的所述第一端面侧的重心为起点的、所述第一端面的外径的40％的区域。
[6]根据[1]～[3]中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，所述第二蜂窝单元的个数N2为所述第一蜂窝单元的个数N1以下，
在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，所述第二蜂窝单元仅存在于以该蜂窝单元接合体的所述第一端面侧的最外周为起点的、所述第一端面的外径的20％的区域。
[7]根据[1]～[6]中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
多个所述蜂窝单元各自在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，除了该蜂窝单元的最外周以外的所述隔室的形状为正六边形。
[8]根据[1]～[7]中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，除了配置于该蜂窝单元接合体的最外周的所述蜂窝单元以外的所述蜂窝单元的形状为四边形或六边形。
发明效果
本发明的蜂窝结构体发挥出等静压强度优异的效果。因此，本发明的蜂窝结构体能够有效地抑制例如将蜂窝结构体收纳于作为框体的罐体内时由施加于该蜂窝结构体的压缩面压所导致的破损。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一个实施方式的、从第一端面侧观察得到的立体图。
图2是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第一端面的俯视图。
图3是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
图4是将图2的P所示的范围放大得到的局部放大俯视图。
图5是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的另一实施方式的第一端面的俯视图。
图6是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的又一实施方式的第一端面中的一部分的局部放大俯视图。
图7是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的又一实施方式的第一端面中的一部分的局部放大俯视图。
图8是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的又一实施方式的第一端面中的一部分的局部放大俯视图。
符号说明
1、21、41：隔壁，2、22、42：隔室，2a、22a、42a：流入隔室，2b、22b、42b：流出隔室，4、24、44：蜂窝单元，4a、44a：第一蜂窝单元，4b、24b、44b：第二蜂窝单元，5、25、45：封孔部，11、31、51、71：第一端面，12：第二端面，13：外周壁，14、34、54、74：接合层，100、200、300、400、500：蜂窝结构体，T1：对角线的延长线，T2：对角线的延长线。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于以下的实施方式。因此，应当理解：可以在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识，对以下的实施方式加以适当变更、改良等。
(1)蜂窝结构体：
本发明的蜂窝结构体的一个实施方式是：图1～图4所示的、具备多个蜂窝单元4、接合层14以及外周壁13的、蜂窝结构体100。本实施方式的蜂窝结构体100是所谓的单元结构的蜂窝结构体100。
此处，图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一个实施方式的、从第一端面侧观察得到的立体图。图2是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第一端面的俯视图。图3是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。图4是将图2的P所示的范围放大得到的局部放大俯视图。
多个蜂窝单元4各自具有配设成包围从第一端面11延伸至第二端面12的多个隔室2的多孔质的隔壁1。蜂窝单元4在其外周部分还具有单元外壁，由此，其整体形状构成为例如棱柱状。应予说明，本发明中，隔室2是指由隔壁1包围的空间。
对于多个蜂窝单元4，各蜂窝单元4的侧面彼此借助接合层14而接合。以下，有时将多个蜂窝单元4借助接合层14而接合得到的接合体称为“蜂窝单元接合体8”。蜂窝结构体100中，将多个蜂窝单元4以呈格子状排列的状态利用接合层14进行接合，由此形成蜂窝单元接合体8。外周壁13配设成围绕上述蜂窝单元接合体8的外周。
多个蜂窝单元4各自在与隔室2延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元4的最外周以外的隔室2的形状为六边形。在蜂窝单元4中所形成的隔室2的形状为六边形即可，例如可以如图1～图4所示为正六边形，也可以为正六边形以外的其他六边形。在本实施方式的蜂窝结构体100中，隔室2的形状优选为正六边形。以下，有时将与隔室2延伸的方向正交的截面中的“隔室的形状”称为“隔室的截面形状”，或者，简称为“隔室的形状”。本说明书中，“六边形”包括：六边形、六边形的至少1个角部形成为曲线状得到的形状以及六边形的至少1个角部倒角成直线状得到的形状。
多个蜂窝单元4包括第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元4b。第二蜂窝单元4b在利用接合层14进行接合得到的蜂窝单元接合体8的状态下，下述所示的构成中的至少1者与第一蜂窝单元4a不同。该构成是指：与隔室2延伸的方向正交的截面中的隔室2的形状、隔室2的大小及多个隔室2隔着隔壁1而排列的隔室2的排列方向。例如，在图1～图4所示的蜂窝结构体100中，第二蜂窝单元4b和第一蜂窝单元4a的“隔室2的排列方向”不同。在图1～图4所示的蜂窝结构体100中，第二蜂窝单元4b和第一蜂窝单元4a是隔室2的形状及隔室2的大小相同的蜂窝单元4。并且，在从第一端面11侧观察蜂窝单元接合体8时，第二蜂窝单元4b以相对于第一蜂窝单元4a的配置而言顺时针旋转90°的状态，借助接合层14而与其他蜂窝单元4接合。即，形成有六边形的隔室2的蜂窝单元4的隔室2的排列方向并不呈90°对称。因此，通过使一个蜂窝单元4顺时针旋转90°，使得在蜂窝单元接合体8的状态下上述的一个蜂窝单元4的隔室2的排列方向与其他蜂窝单元4不同。例如，根据上述的例子，旋转90°的“一个蜂窝单元4”为第二蜂窝单元4b，没有旋转90°的“其他蜂窝单元4”为第一蜂窝单元4a。应予说明，在本实施方式的蜂窝结构体100中，使第二蜂窝单元4b的个数N2为第一蜂窝单元4a的个数N1以下，以便将第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元4b区别开来。
此外，蜂窝结构体100如下进行构成也成为主要的构成。如图4所示，将在第一蜂窝单元4a中的六边形的隔室2内虚拟绘制的一个对角线的延长线设为“对角线的延长线T1”。另外，将在第二蜂窝单元4b中的六边形的隔室2内虚拟绘制的一个对角线的延长线设为“对角线的延长线T2”。本实施方式的蜂窝结构体100构成为：第一蜂窝单元4a的“对角线的延长线T1”和第二蜂窝单元4b的“对角线的延长线T2”正交。以下，有时将“在隔室2内虚拟绘制的一个对角线”简称为“在隔室2内绘制的一个对角线”，或者称为“隔室2的一个对角线”。
如上构成的图1～图4所示的蜂窝结构体100发挥出等静压强度优异的效果。即，形成有六边形的隔室2的蜂窝单元4的隔室2的排列方向并非呈90°对称，因此，棱柱的蜂窝单元4各自的侧面的机械强度不同。特别是，与单元外壁接触的隔壁1配设成相对于单元外壁而言为锐角或钝角，因此，相对于单元外壁成锐角地配置的隔壁1变多的侧面存在其机械强度降低的倾向。在本实施方式的蜂窝结构体100中，蜂窝单元接合体8是通过第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元4b按“对角线的延长线T1”和“对角线的延长线T2”正交的方式构成的。因此，蜂窝单元接合体8整体、换言之、蜂窝结构体100整体中，能够进行针对外部应力的应力缓和。例如，即便第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元4b作为各蜂窝单元4而具有相同的隔室结构或相同材质，也能够使等静压强度与以往的蜂窝结构体相比有所提高。
此处，本说明书中，“对角线的延长线T1和对角线的延长线T2正交”是指：对角线的延长线T1和对角线的延长线T2以90°±4°进行交叉。另外，在本实施方式的蜂窝结构体100中，第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元4b构成为具有其延长线彼此正交的至少1组对角线即可。即，构成为在第一蜂窝单元4a的隔室2内绘制的对角线中的至少1个对角线的延长线T1和在第二蜂窝单元4b的隔室2内绘制的对角线中的至少1个对角线的延长线T2正交即可。
图1～图4所示的蜂窝结构体100具有将隔室2的第一端面11侧或第二端面12侧中的任意一方的开口部密封的封孔部5。例如，在使第一端面11侧为废气流入的流入端面且使第二端面12侧为废气流出的流出端面的情况下，多个隔室2被分为流入隔室2a和流出隔室2b。例如，有时将在第二端面12侧的端部配设有封孔部5的隔室2称为“流入隔室2a”。另外，有时将在第一端面11侧的端部配设有封孔部5的隔室2称为“流出隔室2b”。应予说明，在本实施方式的蜂窝结构体100中，可以不具有上述封孔部5。即，在本实施方式的蜂窝结构体100中，“封孔部5”为任选的构成要素，各蜂窝单元4的隔室2可以为第一端面11侧及第二端面12侧的两个开口部均呈开口的隔室。在图1～图4所示的蜂窝结构体100具有封孔部5的情况下，可以优选用作例如对废气中的PM进行捕集的过滤器。另外，在不具有封孔部5的情况下，可以优选用作供废气净化用的催化剂负载的催化剂载体。
第二蜂窝单元4b的个数N2相对于构成蜂窝单元接合体8的蜂窝单元4的总个数Nall的比值的百分率优选为10～50％，更优选为25～50％。通过像这样进行构成，能够更有效地实现等静压强度的提高。应予说明，如果上述比值(个数N2/总个数Nall)的百分率小于10％，则有时无法得到充分的等静压强度提高。应予说明，第二蜂窝单元4b的个数N2为第一蜂窝单元4a的个数N1以下，因此，上述比值(个数N2/总个数Nall)的百分率的上限值为50％。
在蜂窝单元接合体8中，与第二蜂窝单元4b的侧面相邻配置的蜂窝单元4优选全部为第一蜂窝单元4a。在这种情况下，在第二蜂窝单元4b的隔室2内绘制的一个对角线的延长线T2相对于在与该第二蜂窝单元4b相邻的各蜂窝单元4的隔室2内绘制的各一个对角线的延长线T1而言进行正交。通过像这样进行构成，能够使蜂窝结构体100的机械强度均等地提高，从而使得等静压强度更加优异。
另外，在从第一端面11侧观察蜂窝单元接合体8时，第二蜂窝单元4b优选至少存在于以蜂窝单元接合体8的第一端面11侧的最外周为起点的、第一端面11的外径的20％的区域。通过像这样进行构成，能够有效地实现等静压强度的提高。另外，在从第一端面11侧观察蜂窝单元接合体8时，第二蜂窝单元4b可以仅存在于以蜂窝单元接合体8的第一端面11侧的最外周为起点的、第一端面11的外径的20％的区域。通过像这样进行构成，使等静压强度得到改善，并且，废气流在端面中心的分布变得均匀，就这一点而言较为优选。应予说明，如上所述，在蜂窝单元接合体8中，第二蜂窝单元4b的个数N2为第一蜂窝单元4a的个数N1以下。
另外，在从第一端面11侧观察蜂窝单元接合体8时，第二蜂窝单元4b可以至少存在于以蜂窝单元接合体8的所述第一端面11侧的重心为起点的、第一端面11的外径的40％的区域。在将蜂窝结构体100用作废气净化用的部件的情况下，存在与蜂窝结构体100的外周侧相比、废气更多地在中央侧流动的趋势。通过采用上述构成，在废气容易流动的第一端面11侧的中央侧，第二蜂窝单元4b和第一蜂窝单元4a混合存在，因此，能够使更多的废气在外周侧流动。另外，通过使中央侧的废气流产生湍流，在负载有废气净化用的催化剂时，还能够期待净化性能的提高。
各蜂窝单元4的隔壁1的厚度没有特别限制。各蜂窝单元4的隔壁1的厚度例如优选为100～400μm，更优选为150～360μm，特别优选为200～300μm。通过像这样进行构成，能够维持等静压强度，并且，抑制压力损失增大。另外，在本实施方式的蜂窝结构体100中，优选隔壁1的厚度在1个蜂窝单元4内是均匀的。通过像这样进行构成，在蜂窝单元4内使废气流变得均匀，就这一点而言较为优选。
各蜂窝单元4的隔室密度没有特别限制。各蜂窝单元4的隔室密度例如优选为15～95个/cm2，更优选为30～60个/cm2，特别优选为30～50个/cm2。通过像这样进行构成，能够维持等静压强度，并且，抑制压力损失增大。
各蜂窝单元4的隔室2的水力直径优选为0.9～2.3mm，更优选为1.2～1.7mm，特别优选为1.4～1.6mm。通过像这样进行构成，更容易表现出如下效果，即，维持等静压强度，并且，实现低压力损失。此处，水力直径是：基于各隔室2的截面积及周长并根据4×(截面积)/(周长)而计算出的值。
各蜂窝单元4的隔壁1的气孔率没有特别限制。各蜂窝单元4的隔壁1的气孔率例如优选为30～80％，更优选为35～75％，特别优选为40～70％。如果隔壁1的气孔率小于30％，则有时压力损失增大。如果隔壁1的气孔率超过80％，则蜂窝结构体100的强度不充分，在将蜂窝结构体100收纳于废气净化装置中使用的罐体内时，有时很难以充分的把持力保持蜂窝结构体100。隔壁1的气孔率是通过压汞仪(Mercury porosimeter)测量出的值。作为压汞仪，例如可以举出Micromeritics公司制的Autopore9500(商品名)。
从强度、耐热性、耐久性等观点考虑，隔壁1的材料优选主成分为氧化物或非氧化物的各种陶瓷、金属等。具体而言，作为陶瓷，例如优选由包含选自由堇青石、多铝红柱石、氧化铝、尖晶石、碳化硅、氮化硅、钛酸铝构成的材料组中的至少1种的材料形成。作为金属，考虑Fe－Cr－Al系金属及金属硅等。优选以选自这些材料中的1种或2种以上为主成分。从高强度、高耐热性等观点考虑，特别优选以选自由氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、堇青石、碳化硅及氮化硅构成的材料组中的1种或2种以上为主成分。另外，作为陶瓷材料，例如可以为将堇青石作为粘合材料而使碳化硅的粒子粘合得到的复合材料。另外，从高热传导率、高耐热性等观点考虑，碳化硅或硅－碳化硅复合材料特别合适。此处，“主成分”是指：其成分中存在50质量％以上、优选70质量％以上、更优选80质量％以上的成分。
封孔部5的材料没有特别限制，可以优选使用上述的作为隔壁1的材料而举出的材料。
各蜂窝单元4的形状没有特别限制。例如，在蜂窝单元接合体8中，从第一端面11侧观察蜂窝单元接合体8时，除了配设于蜂窝单元接合体8的最外周的蜂窝单元4以外的蜂窝单元4的形状优选为四边形或六边形。例如，在图1～图4所示的蜂窝结构体100中，除了配置于最外周的蜂窝单元4以外的蜂窝单元4的形状为四边形。该蜂窝单元4呈第一端面11及第二端面12为四边形的棱柱状。应予说明，配置于最外周的蜂窝单元4为根据蜂窝结构体100的整体形状通过磨削等按照外周壁13的形状对形成为棱柱状的蜂窝单元4的一部分进行加工得到的柱状。作为加工前的端面的形状，例如可以举出三角形、四边形、六边形等。
蜂窝结构体100的整体形状没有特别限制。对于蜂窝结构体100的整体形状，第一端面11及第二端面12的形状优选为圆形或椭圆形，特别优选为圆形。另外，蜂窝结构体100的大小没有特别限定，从第一端面11至第二端面12为止的长度优选为100～440mm。另外，在蜂窝结构体100的整体形状为圆柱状的情况下，第一端面11及第二端面12的直径优选为50～360mm。
蜂窝结构体100可以优选用作内燃机的废气净化用的部件。对于蜂窝结构体100，可以在蜂窝单元4的隔壁1的表面及隔壁1的细孔中的至少一方负载有废气净化用的催化剂。
接下来，参照图5，对本发明的蜂窝结构体的另一实施方式进行说明。图5是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的另一实施方式的第一端面的俯视图。在图5所示的蜂窝结构体200中，对与图1～图4所示的蜂窝结构体100同样的构成要素标记相同的符号，有时省略其说明。
图5所示的蜂窝结构体200是：具备多个蜂窝单元4、接合层14以及外周壁13的、蜂窝结构体200。多个蜂窝单元4各自具有配设成包围从第一端面11延伸至第二端面12的多个隔室2的多孔质的隔壁1。
多个蜂窝单元4各自在与隔室2延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元4的最外周以外的隔室2的形状为正六边形。多个蜂窝单元4包括第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元4b。第二蜂窝单元4b和第一蜂窝单元4a的“隔室2的排列方向”不同。本实施方式的蜂窝结构体200与图4所示的蜂窝结构体100同样地构成为：第一蜂窝单元4a的“对角线的延长线T1(参照图4)”和第二蜂窝单元4b的“对角线的延长线T2(参照图4)”正交。
此外，在蜂窝结构体200中，从第一端面11侧观察蜂窝单元接合体8时，第二蜂窝单元4b仅存在于以蜂窝单元接合体8的第一端面11侧的最外周为起点的、第一端面11的外径的20％的区域。
接下来，参照图6～图8，分别对本发明的蜂窝结构体的其他实施方式进行说明。图6～图8分别是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的又一实施方式的第一端面中的一部分的局部放大俯视图。在图6～图8所示的蜂窝结构体300、400、500中，分别对与图1～图4所示的蜂窝结构体100同样的构成要素标记相同的符号，有时省略其说明。
图6所示的蜂窝结构体300是：具备多个蜂窝单元4、24、接合层34以及外周壁(未图示)的、蜂窝结构体300。蜂窝单元4具有配设成包围从第一端面31延伸至第二端面(未图示)的多个隔室2的多孔质的隔壁1。蜂窝单元24具有配设成包围从第一端面31延伸至第二端面(未图示)的多个隔室22的多孔质的隔壁21。
蜂窝单元4在与隔室2延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元4的最外周以外的隔室2的形状为正六边形。蜂窝单元24在与隔室22延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元24的最外周以外的隔室22的形状为正六边形。蜂窝单元24中的正六边形的隔室22构成为：其开口面积小于蜂窝单元4中的正六边形的隔室2的开口面积。图6中，符号5及符号25表示封孔部。符号2a及符号22a表示流入隔室，符号2b及符号22b表示流出隔室。
在图6所示的蜂窝结构体300中，蜂窝单元4为第一蜂窝单元4a，蜂窝单元24为第二蜂窝单元24b。第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元24b的“隔室2、22的大小”不同。蜂窝结构体300与图4所示的蜂窝结构体100同样地构成为：第一蜂窝单元4a的“对角线的延长线T1”和第二蜂窝单元24b的“对角线的延长线T2”正交。
图7所示的蜂窝结构体400是：具备多个蜂窝单元44、接合层54以及外周壁(未图示)的、蜂窝结构体400。多个蜂窝单元44各自具有配设成包围从第一端面51延伸至第二端面(未图示)的多个隔室42的多孔质的隔壁41。
多个蜂窝单元44各自在与隔室42延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元44的最外周以外的隔室42的形状为长六边形。多个蜂窝单元44包括第一蜂窝单元44a和第二蜂窝单元44b。第二蜂窝单元44b和第一蜂窝单元44a的“隔室42的排列方向”不同。本实施方式的蜂窝结构体400与图4所示的蜂窝结构体100同样地构成为：第一蜂窝单元44a的“对角线的延长线T1”和第二蜂窝单元44b的“对角线的延长线T2”正交。图7中，符号45表示封孔部。符号42a表示流入隔室，符号42b表示流出隔室。
图8所示的蜂窝结构体500是：具备多个蜂窝单元4、44、接合层74以及外周壁(未图示)的、蜂窝结构体500。蜂窝单元4具有配设成包围从第一端面71延伸至第二端面(未图示)的多个隔室2的多孔质的隔壁1。蜂窝单元44具有配设成包围从第一端面71延伸至第二端面(未图示)的多个隔室42的多孔质的隔壁41。
蜂窝单元4在与隔室2延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元4的最外周以外的隔室2的形状为正六边形。蜂窝单元44在与隔室42延伸的方向正交的截面中，除了蜂窝单元44的最外周以外的隔室42的形状为长六边形。图8中，符号5及符号45表示封孔部。符号2a及符号42a表示流入隔室，符号2b及符号42b表示流出隔室。
在图8所示的蜂窝结构体500中，蜂窝单元4为第一蜂窝单元4a，蜂窝单元44为第二蜂窝单元44b。第一蜂窝单元4a和第二蜂窝单元44b的“隔室2、42的形状”不同。蜂窝结构体500与图4所示的蜂窝结构体100同样地构成为：第一蜂窝单元4a的“对角线的延长线T1”和第二蜂窝单元44b的“对角线的延长线T2”正交。
上述说明的图5～图8所示的蜂窝结构体200、300、400、500与图1～图3所示的蜂窝结构体100同样地，发挥出等静压强度优异的效果。
(2)蜂窝结构体的制造方法：
实施方式的蜂窝结构体的制造方法没有特别限制，例如可以利用如下方法进行制造。首先，制备用于制作蜂窝单元的增塑性的坯土。用于制作蜂窝单元的坯土可以如下制备，即，在作为原料粉末的选自前述的蜂窝单元的优选材料中的材料中适当添加粘合剂等添加剂及水，由此制备坯土。
接下来，将上述得到的坯土挤出成型，制作具有配设成包围多个隔室的隔壁及配设于最外周的单元外壁的、棱柱状的蜂窝成型体。各蜂窝成型体中的隔室的形状为六边形。应予说明，作为蜂窝结构体，制作由2种蜂窝单元构成的蜂窝结构体的情况下，准备2种挤出成型用的口模，制作2种蜂窝成型体。
将得到的蜂窝成型体利用例如微波及热风进行干燥。另外，根据需要利用与蜂窝成型体制作用的材料同样的材料，将隔室的开口部封孔，由此可以制作封孔部。在制作封孔部后，可以将蜂窝成型体进一步干燥。
接下来，对蜂窝成型体进行烧成，由此得到蜂窝单元。烧成温度及烧成气氛因原料而不同，如果是本领域技术人员，则能够选择最适合所选择的材料的烧成温度及烧成气氛。
接下来，使用接合材料，将多个蜂窝单元的侧面彼此接合。此时，在制造由1种蜂窝单元构成的蜂窝结构体的情况下，使至少1个蜂窝单元以相对于其他蜂窝单元的配置而言顺时针旋转90°的状态进行接合。由此，旋转90°的状态下的蜂窝单元为第二蜂窝单元。并且，没有旋转90°的状态下的蜂窝单元为第一蜂窝单元。另外，在制造由2种蜂窝单元构成的蜂窝结构体的情况下，以2种中的一种蜂窝单元的隔室的一个对角线的延长线和另一种蜂窝单元的隔室的一个对角线的延长线正交的配置将各蜂窝单元的侧面彼此接合。作为接合材料，可以使用在陶瓷材料中加入水等溶剂而制成糊料状或浆料状得到的接合材料。
接下来，将蜂窝单元的接合体的外周部分加工成所期望的形状，由此制造蜂窝结构体。
对蜂窝单元的接合体的外周进行加工后的加工面处于隔室暴露出来的状态，因此，可以在蜂窝单元的接合体的加工面涂布外周涂覆材料，形成外周壁。作为外周涂覆材料的材料，例如可以举出在无机纤维、胶体二氧化硅、粘土、陶瓷粒子等无机原料中加入有机粘合剂、发泡树脂、分散剂等添加剂和水并进行混炼而制成浆料状得到的材料。
实施例
以下，通过实施例对本发明进一步具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
作为陶瓷原料，准备出将碳化硅(SiC)粉末和金属硅(Si)粉末按80：20的质量比例混合得到的混合原料。在该混合原料中添加作为粘合剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔材料的吸水性树脂、以及水，制作成型原料。使用捏合机(kneader)对得到的成型原料进行混炼，得到坯土。
接下来，使用真空挤出成型机，将得到的坯土成型，制作60个四棱柱状的蜂窝成型体。蜂窝成型体的隔室形状为正六边形。
接下来，对得到的蜂窝成型体进行高频介电加热干燥后，使用热风干燥机，于120℃进行2小时干燥。
接下来，在干燥后的蜂窝成型体形成封孔部。首先，对干燥后的蜂窝成型体的第一端面施加掩膜。接下来，在施加有掩膜的端部(第一端面侧的端部)涂布封孔浆料，向没有施加掩膜的隔室(流出隔室)的开口部填充封孔浆料。由此，在干燥后的蜂窝成型体的第一端面侧形成封孔部。然后，关于干燥后的蜂窝成型体的第二端面，也同样地在流入隔室形成封孔部。
然后，对形成有封孔部的蜂窝成型体进行脱脂、烧成，得到蜂窝单元。脱脂条件为于550℃进行3小时脱脂，烧成条件为在氩气氛下于1450℃进行2小时烧成。
如上，制作用于制造实施例1的蜂窝结构体的蜂窝单元。各蜂窝单元中，与轴向正交的截面为正方形，该正方形的一边的长度(单元尺寸)为39mm。蜂窝单元的轴向上的长度为304.8mm。另外，各蜂窝单元中，隔壁的厚度为300μm，隔室密度为47个/cm2。
接下来，制备用于将蜂窝单元接合的接合材料。接合材料使用在用于构成接合层的无机原料中加入作为添加剂的有机粘合剂、发泡树脂以及分散剂并进一步加入水进行混炼而制成浆料状得到的材料。
接下来，将得到的蜂窝单元以按彼此的侧面对置的方式相邻配置的状态利用接合材料进行接合。应予说明，蜂窝单元的接合体配置成：在其端面中，蜂窝单元按纵向8个、横向8个的方式进行排列。表1的“蜂窝单元”中的“总个数Nall(个)”及“配置(个数×个数)”栏中给出各实施例中使用的蜂窝单元的总个数及其配置。例如，“配置(个数×个数)”栏中记载为“8×8”的情况下，是指纵向上使用了8个蜂窝单元且横向上使用了8个蜂窝单元。
实施例1中，将配置于下述位置的蜂窝单元以相对于其他蜂窝单元的配置而言顺时针旋转90°的状态进行接合。该以顺时针旋转90°的状态配置的蜂窝单元为第二蜂窝单元。关于第二蜂窝单元的配置，在按照上述蜂窝单元的“配置(个数×个数)”的记载而配置成纵向8个蜂窝单元、横向8个蜂窝单元的排列中，将配置于一个角部的蜂窝单元表示为“1－1”。并且，关于一个角部，在观察蜂窝单元的接合体的一个端面侧的情况下，是指：纵向(上下方向)上位于最下方且横向(左右方向)上位于最左方的位置。因此，例如从位于“1－1”的蜂窝单元开始，位于纵向(上方)第4个且横向(右方)第3个的蜂窝单元可以表示为“4－3”。实施例1中，将位于“3－3”、“3－7”、“4－6”、“5－4”、“6－3”、“6－6”的蜂窝单元以顺时针旋转90°的状态进行接合。
接下来，将蜂窝单元的接合体的外周磨削加工成圆柱状，在其外周面涂布涂覆材料，得到实施例1的蜂窝结构体。实施例1的蜂窝结构体中，端面的直径为304.8mm。表1及表2中示出蜂窝结构体、第一蜂窝单元、及第二蜂窝单元的构成。
表2中，“外周部(外径20％)的个数”表示蜂窝单元的接合体的外周部所存在的第二蜂窝单元的个数。此处，“外周部”是指：以蜂窝单元的接合体的第一端面侧的最外周为起点的、第一端面的外径的20％的区域。
表2中，“中央部(外径40％)的个数”表示蜂窝单元的接合体的中央部所存在的第二蜂窝单元的个数。此处，“中央部”是指：以蜂窝单元接合体的第一端面侧的重心为起点的、第一端面的外径的40％的区域。
表1
Figure BDA0002407452840000151
表2
Figure BDA0002407452840000161
关于实施例1的蜂窝过滤器，利用以下方法进行与“等静压强度试验”及“压力损失试验”相关的评价。将结果示于表2。
[等静压强度试验]
基于社团法人汽车技术会发行的汽车标准(JASO标准)的M505－87中规定的等静压破坏强度试验，进行等静压强度的测定。等静压破坏强度试验为如下试验，即，在橡胶的筒状容器中放入蜂窝结构体并用铝制板盖上，在水中进行等静压压缩。通过等静压破坏强度试验所测定的等静压强度用蜂窝结构体发生破坏时的加压压力值(MPa)表示。表2的“等静压强度的比值”栏中示出各实施例及比较例的蜂窝结构体的等静压强度相对于下述基准蜂窝结构体的等静压强度的比值。基准蜂窝结构体是：各实施例及比较例的蜂窝结构体中的、在第一蜂窝单元中的六边形的隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线和在第二蜂窝单元中的六边形的隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线没有正交的蜂窝结构体。例如，关于实施例1的蜂窝结构体，比较例1的蜂窝结构体为“基准蜂窝结构体”。关于“等静压强度的比值”，将1.1以上设为合格。
[压力损失试验]
使从柴油发动机排出的废气向蜂窝结构体流入，利用蜂窝结构体的隔壁对烟灰进行捕集，使得烟灰的堆积量为4g/L。然后，在烟灰的堆积量为4g/L的状态下，使200℃的发动机废气以(蜂窝结构体的容积)×40000Nm3/h的流量流入。此时，测定蜂窝结构体的流入端面侧和流出端面侧的压力，计算其压力差，由此求出压力损失(kPa)。表2的“压力损失的比值”栏中示出各实施例及实施例的蜂窝结构体相对于下述基准蜂窝结构体的压力损失的比值。基准蜂窝结构体是：各实施例及比较例的蜂窝结构体中的、在第一蜂窝单元中的六边形的隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线和在第二蜂窝单元中的六边形的隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线没有正交的蜂窝结构体。例如，关于实施例1的蜂窝结构体，比较例1的蜂窝结构体为“基准蜂窝结构体”。关于“压力损失的比值”，将0.995以下设为合格。
(实施例2～15)
实施例2～15中，像表1及表2所示那样变更第一蜂窝单元及第二蜂窝单元，制作蜂窝结构体。应予说明，各实施例中的第二蜂窝单元的配置如表2所示。
(比较例1～5)
比较例1～5中，像表1及表2所示那样变更第一蜂窝单元及第二蜂窝单元，制作蜂窝结构体。比较例1中，使用1种蜂窝单元，按所有蜂窝单元的隔室配置相同的方式制作蜂窝单元的接合体。比较例2～5中，第一蜂窝单元和第二蜂窝单元按彼此的对角线的延长线没有正交的方式进行配置。
关于实施例2～15的蜂窝结构体，利用与实施例1同样的方法，进行与“等静压强度试验”及“压力损失试验”相关的评价。将结果示于表2。
(结果)
实施例1～15的蜂窝结构体中，等静压强度的比值为1.1以上，实现了等静压强度的提高。另外，实施例1～15的蜂窝结构体在压力损失试验中也得到了良好的结果。
产业上的可利用性
本发明的蜂窝结构体可以作为供废气净化用的催化剂负载的催化剂载体及用于对废气进行净化的过滤器等废气净化用的部件加以利用。

Claims (8)

1.一种蜂窝结构体，其中，具备：
多个棱柱状的蜂窝单元；
接合层，该接合层将多个所述蜂窝单元的侧面彼此接合；以及
外周壁，该外周壁配设成围绕蜂窝单元接合体的外周，该蜂窝单元接合体是将所述蜂窝单元以呈格子状排列的状态利用所述接合层进行接合得到的，
多个所述蜂窝单元各自具有配设成包围从第一端面延伸至第二端面的多个隔室的多孔质的隔壁，
多个所述蜂窝单元各自在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，除了该蜂窝单元的最外周以外的所述隔室的形状为六边形，
多个所述蜂窝单元包括第一蜂窝单元和第二蜂窝单元，构成为：
所述第二蜂窝单元在利用所述接合层进行接合得到的所述蜂窝单元接合体的状态下，所述截面中的所述隔室的形状、所述隔室的大小及多个所述隔室隔着所述隔壁而排列的所述隔室的排列方向中的至少1者与所述第一蜂窝单元不同，
并且，在所述第一蜂窝单元中的六边形的所述隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线和在所述第二蜂窝单元中的六边形的所述隔室内虚拟绘制的一个对角线的延长线正交。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其中，
所述第二蜂窝单元的个数N2相对于构成所述蜂窝单元接合体的所述蜂窝单元的总个数Nall的比值的百分率为10～50％。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，与所述第二蜂窝单元的侧面相邻配置的所述蜂窝单元全部为所述第一蜂窝单元。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，所述第二蜂窝单元的个数N2为所述第一蜂窝单元的个数N1以下，
在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，所述第二蜂窝单元至少存在于以该蜂窝单元接合体的所述第一端面侧的最外周为起点的、所述第一端面的外径的20％的区域。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，所述第二蜂窝单元的个数N2为所述第一蜂窝单元的个数N1以下，
在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，所述第二蜂窝单元至少存在于以该蜂窝单元接合体的所述第一端面侧的重心为起点的、所述第一端面的外径的40％的区域。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，所述第二蜂窝单元的个数N2为所述第一蜂窝单元的个数N1以下，
在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，所述第二蜂窝单元仅存在于以该蜂窝单元接合体的所述第一端面侧的最外周为起点的、所述第一端面的外径的20％的区域。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
多个所述蜂窝单元各自在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，除了该蜂窝单元的最外周以外的所述隔室的形状为正六边形。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
在所述蜂窝单元接合体中，在从所述第一端面侧观察所述蜂窝单元接合体时，除了配置于该蜂窝单元接合体的最外周的所述蜂窝单元以外的所述蜂窝单元的形状为四边形或六边形。
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