CN115023538B - 蜂窝结构体及尾气净化装置 - Google Patents

Abstract

一种蜂窝结构体，其是柱状的蜂窝结构体，具有：外周壁；以及多孔质的隔壁，该隔壁配设于外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从一个端面贯通至另一个端面而形成流路，其中，在隔室内，沿着隔室延伸的方向，由磁性体构成的多个金属丝小片以隔着空间或缓冲材料而分离开的方式设置。

Description

蜂窝结构体及尾气净化装置

技术领域

本发明涉及蜂窝结构体及尾气净化装置。特别涉及对蜂窝结构体进行电磁感应加热时的耐热冲击性及耐氧化性良好的蜂窝结构体及尾气净化装置。

背景技术

汽车的尾气中，通常因不完全燃烧而包含有一氧化碳、烃、氮氧化物等有害成分、碳等微粒。从降低对人体健康的损害的观点出发，降低汽车尾气中的有害气体成分及微粒的要求提高。

然而，以往这些有害成分在发动机刚启动后这一催化温度较低、催化活性不充分的期间排出。因此，尾气中的有害成分有可能在达到催化剂活化温度之前没有经催化剂净化就排出了。为了应对像这样的要求，需要使在达到催化剂活化温度之前没有经催化剂净化就排出的排放尽量减少，例如已知有利用了电加热技术的对策。

作为像这样的技术，专利文献1中提出如下技术，即，向作为催化剂载体蜂窝广泛使用的堇青石蜂窝的一部分隔室中插入磁性体金属丝。根据该技术，能够使电流流通于蜂窝外周的线圈，利用电磁感应加热使金属丝温度上升，并利用其热使蜂窝温度上升。

汽油发动机、柴油发动机的排气碳微粒也对人体健康造成影响，因此，减少排气碳微粒的要求较高，像这样的尾气处理采用在蜂窝结构体交替地设置有封孔部的壁流型的过滤器。对于由该过滤器捕集的碳微粒(烟灰)，通过使尾气高温化而燃烧除去。不过，如果燃烧除去所花费的时间较长，则产生使尾气温度高温化所需要的燃料的消耗增加的问题。另外，从确保搭载空间及排气系统构成上的设计自由度的观点出发，优选搭载于空间比较有余裕的地板下位置。但是，如果在车辆地板下配置该过滤器，则存在如下问题，即，来自发动机的排气温度降低，无法将碳微粒燃烧除去。

作为其对策，专利文献2中公开如下技术，即，将磁性体微粒分散配置于过滤器的隔壁表面，利用电磁感应加热进行加热。另外，专利文献3中公开如下技术，即，向过滤器的封孔部插入磁性体金属丝。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2017/0022868号说明书

专利文献2：国际公开第2016/021186号

专利文献3：美国专利申请公开第2017/0014763号说明书

发明内容

然而，金属制的金属丝的热膨胀率与蜂窝的热膨胀率相比，非常高。因此，如专利文献1及2所公开那样，将金属制的金属丝插入于蜂窝的隔室进行固定，利用电磁感应加热使其升温时，产生如下问题，即，因热膨胀差而在蜂窝的隔室的封孔部产生应力，将封孔部破坏。

另外，本发明的发明人发现：不是金属制的金属丝，而是在过滤器的隔壁表面分散配置磁性体微粒，利用电磁感应加热进行加热的情况下，磁性体微粒的表面积较大，因此，容易氧化，加热性能有可能劣化。

本发明鉴于上述情况，其课题在于，提供对蜂窝结构体进行电磁感应加热时的耐热冲击性及耐氧化性良好的蜂窝结构体及尾气净化装置。

本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现，通过采用如下构成，能够解决上述课题，该构成为：在成为蜂窝结构体的流体流路的隔室内，沿着隔室延伸的方向，将由磁性体构成的多个金属丝小片以隔着空间或缓冲材料而分离开的方式进行设置。即，本发明如下确定。

(1)一种蜂窝结构体，其是柱状的蜂窝结构体，具有：

外周壁；以及

多孔质的隔壁，该隔壁配设于所述外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从一个端面贯通至另一个端面而形成流路，

所述蜂窝结构体的特征在于，

在所述隔室内，沿着所述隔室延伸的方向，由磁性体构成的多个金属丝小片以隔着空间或缓冲材料而分离开的方式设置。

(2)一种尾气净化装置，其特征在于，具有：

(1)的蜂窝结构体；

线圈配线，该线圈配线呈螺旋状环绕所述蜂窝结构体的外周；以及

金属管，该金属管对所述蜂窝结构体及所述线圈配线进行收纳。

发明效果

根据本发明，能够提供对蜂窝结构体进行电磁感应加热时的耐热冲击性及耐氧化性良好的蜂窝结构体及尾气净化装置。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体的立体图。

图2是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。

图3是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的电磁感应加热前(上图)和加热后(下图)的与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。

图4是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体10的与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。

图5是嵌入有本发明的实施方式1、2所涉及的蜂窝结构体的尾气净化装置的尾气流路的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的蜂窝结构体的实施方式进行说明，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。

＜1.蜂窝结构体＞

(实施方式1)

图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的立体图。图2是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。蜂窝结构体10形成为柱状，具备外周壁11和多孔质的隔壁12，该隔壁12配设于外周壁11的内侧，且区划形成多个隔室15，该多个隔室15从一个端面13贯通至另一个端面14而形成流路。

在多个隔室15的一部分设置有金属丝小片18，详细情形在下文中进行说明。设置有金属丝小片18的隔室15的位置没有特别限定，例如可以在与隔室15的延伸方向垂直的截面中沿着纵向及横向分别将设置有金属丝小片18的隔室15和未设置金属丝小片18的隔室15交替设置。通过像这样将设置有金属丝小片18的隔室15和未设置金属丝小片18的隔室15交替设置，使得电磁感应加热效率更好。设置有金属丝小片18的隔室15的配置位置及配置数量可以考虑蜂窝结构体10的加热效率及压力损失而适当设计。

金属丝小片18由磁性体构成，在隔室15内，沿着隔室15延伸的方向，多个金属丝小片18以隔着缓冲材料17而分离开的方式设置。即，金属丝小片18和缓冲材料17在隔室15延伸的方向上交替地相邻设置。另外，在设置有金属丝小片18的隔室15的一个端面13及另一个端面14分别设置有封孔部16。封孔部16可以采用与作为以往公知的蜂窝结构体的封孔部使用的部件同样地构成的部件。

采用图3，对本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的效果进行说明。图3的上图表示蜂窝结构体10的设置有金属丝小片18的隔室15的示意图。隔室15内，在两个端面13、14设置有封孔部16，按与封孔部16相接触的方式，沿着隔室15延伸的方向，多个金属丝小片18隔着缓冲材料17而分离开地进行设置。如果对具有像这样的构成的隔室15的蜂窝结构体10进行电磁感应加热，则如图3的下图所示，由磁性体构成的多个金属丝小片18分别升温而膨胀。此时，由于在相邻的金属丝小片18之间设置有缓冲材料17，所以，该缓冲材料17吸收金属丝小片18的因膨胀而延长的部分。因此，能够良好地抑制因金属丝小片18的膨胀而导致在隔室15的两个端面13、14所设置的封孔部发生破坏。另外，作为磁性体，采用表面积较小的金属丝小片18，而不是表面积较大的磁性体微粒。因此，利用电磁感应加热进行加热的情况下，不易氧化，能够良好地抑制加热性能劣化。另外，磁性体微粒的体积较小，所以，为了进行电磁感应加热而需要高频感应加热，电源等成为高成本，不过，由于采用与磁性体微粒相比体积较大的金属丝小片18，所以，电源等的成本降低。

图2及图3中示出了在相邻的金属丝小片18之间设置有缓冲材料17的构成，但不限于此，相邻的金属丝小片18之间可以由空间构成。这种情况下，能够通过例如利用接合材料将金属丝小片18的侧面的一部分与隔壁12固定而配置于隔室内。该接合材料可以采用例如在堇青石粉末中适当加入造孔材料、有机粘合剂以及水而制作的糊料。

即便像这样采用设置空间来代替缓冲材料17的构成，如上所述，在电磁感应加热时由磁性体构成的金属丝小片18升温而膨胀时，空间吸收金属丝小片18的因膨胀而延长的部分，也能够良好地抑制在隔室15的两个端面13、14所设置的封孔部发生破坏。

金属丝小片18优选具有8～12×10^-6/℃的热膨胀系数。对蜂窝结构体10进行电磁感应加热时，如果金属丝小片18的热膨胀系数大于12×10^-6/℃，则为了吸收金属丝小片18的因膨胀而延长的部分而必须使缓冲材料或空间部的长度变长，有可能很难设置用于确保必要的加热性能的金属丝长度。另外，热膨胀系数小于8×10^-6/℃的磁性材料实质上不存在。应予说明，本说明书中的热膨胀系数是指：以25℃为基准温度时于900℃的热膨胀系数。

作为具有8～12×10^-6/℃的热膨胀系数的磁性体，有包含10质量％以上的Co的FeCo合金或不锈钢等。作为包含10质量％以上的Co的FeCo合金，有坡明德合金、余量Fe-49质量％Co-2质量％V、余量Fe-17质量％Co-2质量％Cr-1质量％Mo等。另外，作为不锈钢，有以SUS430f为代表的铁素体系不锈钢等。

金属丝小片18为磁性体，通过磁场而被磁化，根据磁场的强度，磁化状态也发生变化。表示该磁化状态的曲线为“磁化曲线”。磁化曲线具有横轴以磁场H为刻度、纵轴以磁通密度B为刻度的情形(B-H曲线)。将完全没有对磁性材料施加磁场的状态称为消磁状态，以原点O表示。如果施加磁场，则从原点O开始磁通密度增加并饱和，描绘该曲线。该曲线为“起始磁化曲线”。将起始磁化曲线上的点和原点连结的直线的斜率为“磁导率”。磁导率为磁场渗透这样的含义，其成为磁性体的磁化容易度的基准。原点附近的磁场较小处的磁导率为“起始磁导率”，起始磁化曲线上最大的磁导率为“最大磁导率”。

金属丝小片18优选具有10000以上的最大磁导率。根据像这样的构成，对具有该金属丝小片18的蜂窝结构体10进行电磁感应加热时，能够使温度以短时间上升至水分汽化的温度(约100℃)、进而上升至催化剂活化的温度(约300℃)。金属丝小片18更优选具有25000以上的最大磁导率，进一步优选具有50000以上的最大磁导率。作为具有10000以上的最大磁导率的磁性体，例如有：余量Fe-10质量％Si-5质量％Al、49质量％Co-49质量％Fe-2质量％V、余量Fe-36质量％Ni、余量Fe-45质量％Ni等。

金属丝小片18优选具有600℃以上的居里温度。如果金属丝小片18的居里温度为600℃以上，不仅能够达到对于使催化剂温度上升到催化剂活化温度以上而言足够的蜂窝温度，并且，容易将隔室15内捕集到的PM(粒子状物质)燃烧除去而使蜂窝结构过滤器再生。作为具有600℃以上的居里温度的磁性体，例如有：余量Co-20质量％Fe、余量Co-25质量％Ni-4质量％Fe、余量Fe-15～35质量％Co、余量Fe-17质量％Co-2质量％Cr-1质量％Mo、余量Fe-49质量％Co-2质量％V、余量Fe-18质量％Co-10质量％Cr-2质量％Mo-1质量％Al、余量Fe-27质量％Co-1质量％Nb、余量Fe-20质量％Co-1质量％Cr-2质量％V、余量Fe-35质量％Co-1质量％Cr、纯钴、纯铁、电磁软铁、余量Fe-0.1～0.5质量％Mn、余量Fe-3质量％Si等。此处，磁性体的居里温度是指：失去强磁性的特性的温度。

金属丝小片18优选于25℃具有10μΩcm～100μΩcm的电阻率。如果金属丝小片18于25℃具有10μΩcm以上的电阻率，则能够通过高电阻值而使电磁感应加热的发热量进一步提高。另外，如果金属丝小片18于25℃具有100μΩcm以下的电阻率，则能够使由电磁感应带来的电流流通的部位增多，从而能够使电磁感应加热的发热量进一步提高。作为于25℃具有10μΩcm以上的电阻率的磁性体，例如有：余量Fe-18质量％Cr、余量Fe-13质量％Cr-2质量％Si、余量Fe-20质量％Cr-2质量％Si-2质量％Mo、余量Fe-10质量％Si-5质量％Al、余量Co-20质量％Fe、余量Fe-15～35质量％Co、余量Fe-49质量％Co-2质量％V、余量Fe-18质量％Co-10质量％Cr-2质量％Mo-1质量％Al、余量Fe-36质量％Ni、余量Fe-45质量％Ni等。

金属丝小片18优选具有100A/m以上的顽磁力。根据像这样的构成，对具有该金属丝小片18的蜂窝结构体10进行电磁感应加热时，能够使温度以短时间上升至水分汽化的温度(约100℃)，进而上升至催化剂活化的温度(约300℃)。作为具有100A/m以上的顽磁力的磁性体，有：余量Fe-35质量％Co、余量Fe-20质量％Co-1质量％V、余量Fe-13质量％Cr-2质量％Si、余量Fe-18质量％Cr等。

多个金属丝小片18在隔室延伸的方向上的长度优选分别为1～20mm。如果金属丝小片18的长度为1mm以上，则电磁感应加热效率变得更好。另外，如果金属丝小片18的长度为20mm以下，则金属丝小片18的由膨胀所引起的延长得以抑制，能够更好地抑制封孔部16发生破坏。多个金属丝小片18在隔室延伸的方向上的长度更优选分别为3～15mm，进一步优选分别为4～6mm。隔室15内所设置的多个金属丝小片18可以为彼此相同的长度，也可以为不同的长度。

多个金属丝小片18的外径可以与隔室15的内径相同，也可以形成为小于隔室15的内径。另外，多个金属丝小片18的外径可以为彼此相同的大小，也可以为不同的大小。

在多个金属丝小片18间所设置的缓冲材料17或空间形成为能够将隔室15内所设置的多个金属丝小片18在电磁感应加热时升温而热膨胀时由膨胀所引起的延长全部吸收的大小即可，可以为任意大小。缓冲材料17或该空间在隔室延伸的方向上的长度优选形成为1mm以上。根据像这样的构成，能够将多个金属丝小片18在电磁感应加热时升温而发生热膨胀时由膨胀所引起的延长更好地吸收。缓冲材料17或该空间在隔室延长的方向上的长度更优选形成为2mm以上，进一步优选形成为2～3mm。隔室15内所设置的多个缓冲材料17或该空间可以为彼此相同的长度，也可以为不同的长度。

隔室15延伸的方向上的缓冲材料17或该空间的长度的合计优选为隔室15延伸的方向上的金属丝小片18的长度的合计的1/5以上。根据像这样的构成，能够将多个金属丝小片18在电磁感应加热时升温而发生热膨胀时由膨胀所引起的延长更好地吸收。隔室15延伸的方向上的缓冲材料17或该空间的长度的合计更优选为隔室15延伸的方向上的金属丝小片18的长度的合计的1/5～1/2，进一步优选为1/5～1/3。

缓冲材料17的杨氏模量优选为50～500MPa。如果缓冲材料17的杨氏模量为500MPa以下，则能够将电磁感应加热时升温而发生热膨胀时由膨胀所引起的延长更好地吸收。另外，如果缓冲材料17的杨氏模量为50MPa以上，则能够维持机械强度，从而能够良好地抑制电磁感应加热时升温而发生热膨胀时因由膨胀所引起的延长所产生的开裂。缓冲材料17的杨氏模量更优选为100～400MPa，进一步优选为200～300MPa。

缓冲材料17的气孔率优选为40～70％。如果缓冲材料17的气孔率为40％以上，则缓冲材料17的杨氏模量降低，能够将电磁感应加热时升温而发生热膨胀时由膨胀所引起的延长更好地吸收。另外，如果缓冲材料17的气孔率为70％以下，则能够维持缓冲材料17的机械强度，从而能够良好地抑制电磁感应加热时升温而发生热膨胀时因由膨胀所引起的延长所产生的开裂。缓冲材料17的气孔率更优选为40～60％，进一步优选为45～50％。

缓冲材料17可以由堇青石、二氧化硅或陶瓷材料等构成。

蜂窝结构体10的隔壁12及外周壁11的材质没有特别限制，由于需要为具有许多细孔的多孔质体，所以通常由陶瓷材料形成。例如，可以举出：堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石、氧化铝、硅-碳化硅系复合材料、碳化硅-堇青石系复合材料、特别是以硅-碳化硅复合材料或碳化硅为主成分的烧结体。本说明书中“碳化硅系”是指：蜂窝结构体10中的碳化硅的含有率为蜂窝结构体10整体的50质量％以上。蜂窝结构体10以硅-碳化硅复合材料为主成分是指：蜂窝结构体10中的硅-碳化硅复合材料(合计质量)的含有率为蜂窝结构体10整体的90质量％以上。此处，硅-碳化硅复合材料含有作为骨料的碳化硅粒子及作为使碳化硅粒子粘结的粘结材料的硅，优选多个碳化硅粒子按碳化硅粒子间形成细孔的方式由硅粘结。另外，蜂窝结构体10以碳化硅为主成分是指：蜂窝结构体10中的碳化硅(合计质量)的含有率为蜂窝结构体10整体的90质量％以上。

优选为，蜂窝结构体10由选自由堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石及氧化铝构成的组中的至少1种陶瓷材料形成。

蜂窝结构体10的隔室15的形状没有特别限定，在与蜂窝结构体10的中心轴正交的截面中，优选为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等多边形、圆形或椭圆形，也可以为其他不规则形状。

另外，作为蜂窝结构体10的外形，没有特别限定，可以为端面呈圆形的柱状(圆柱形状)、端面呈椭圆形状的柱状、端面呈多边形(四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等形状。另外，蜂窝结构体10的大小没有特别限定，中心轴方向长度优选为40～500mm。另外，例如蜂窝结构体10的外形为圆筒状的情况下，其端面的半径优选为50～500mm。

蜂窝结构体10的隔壁12的厚度优选为0.10～0.50mm，就制造的容易度这一点而言，更优选为0.25～0.45mm。例如，如果为0.10mm以上，则蜂窝结构体10的强度进一步提高，如果为0.50mm以下，则将蜂窝结构体10用作过滤器的情况下，能够使压力损失进一步减小。应予说明，该隔壁12的厚度为利用对中心轴方向截面进行显微镜观察的方法所测定的平均值。

另外，构成蜂窝结构体10的隔壁12的气孔率优选为30～70％，就制造的容易度这一点而言，更优选为40～65％。如果为30％以上，则压力损失容易减少，如果为70％以下，则能够维持蜂窝结构体10的强度。

另外，多孔质的隔壁12的平均细孔径优选为5～30μm，更优选为10～25μm。如果为5μm以上，则用作过滤器的情况下，能够使压力损失减小，如果为30μm以下，则能够维持蜂窝结构体10的强度。应予说明，本说明书中，在称为“平均细孔径”、“气孔率”时，是指利用压汞法所测定的平均细孔径、气孔率。

蜂窝结构体10的隔室密度也没有特别限制，优选为5～93隔室/cm²的范围，更优选为5～63隔室/cm²的范围，进一步优选为31～54隔室/cm²的范围。

像这样的蜂窝结构体10如下制作，即，将含有陶瓷原料的坯料成型为具有隔壁12的蜂窝状，形成蜂窝成型体，将该蜂窝成型体干燥后进行烧成，由此制作蜂窝结构体10，其中，隔壁12区划形成多个隔室15，该多个隔室15从一个端面贯通至另一个端面而形成流体流路。然后，将像这样的蜂窝结构体用作本实施方式的蜂窝结构体10的情况下，可以将外周壁与蜂窝结构部一体地挤出，直接作为外周壁使用，也可以在成型或烧成后，对蜂窝成型体(蜂窝结构体)的外周进行磨削，制成规定形状，在该外周被磨削后的蜂窝结构体涂布涂层材料，形成外周涂层。应予说明，本实施方式的蜂窝结构体10中，例如可以不对蜂窝结构体的最外周进行磨削，采用具有外周的蜂窝结构体，在该具有外周的蜂窝结构体的外周面(即、蜂窝结构体的外周的更外侧)进一步涂布上述涂层材料，形成外周涂层。即，前者的情况下，在蜂窝结构体的外周面，仅有由涂层材料形成的外周涂层成为位于最外周的外周壁。另一方面，后者的情况下，形成有在蜂窝结构体的外周面进而层叠由涂层材料形成的外周涂层得到的位于最外周的二层结构的外周壁。也可以将外周壁与蜂窝结构部一体地挤出并直接烧成，不进行外周加工，就用作外周壁。

涂层材料的组成没有特别限定，可以适当使用各种公知的涂层材料。涂层材料可以进一步含有胶体二氧化硅、有机粘合剂、粘土等。应予说明，有机粘合剂的使用量优选为0.05～0.5质量％，更优选为0.1～0.2质量％。另外，粘土的使用量优选为0.2～2.0质量％，更优选为0.4～0.8质量％。

应予说明，蜂窝结构体10不限定于一体地形成有隔壁12的一体型的蜂窝结构体10，例如可以为具有多个柱状的蜂窝单元借助接合材料层进行组合得到的结构的蜂窝结构体10(以下有时称为“接合型蜂窝结构体”)，该柱状的蜂窝单元具有多孔质的隔壁12，且通过隔壁12而区划形成多个隔室15，该多个隔室15形成流体流路。

蜂窝结构体10可以为：将烧成蜂窝结构体各自用作蜂窝单元，并将多个蜂窝单元的侧面彼此以接合材料进行接合而实现一体化，蜂窝单元接合的状态的蜂窝结构体。例如，可以如下制造蜂窝单元接合的状态的蜂窝结构体。

首先，在各蜂窝单元的两个底面粘贴有防止接合材料附着用掩膜的状态下，在接合面(侧面)涂敷接合材料。接下来，将这些蜂窝单元按蜂窝单元彼此的侧面彼此对置的方式相邻配置，并将相邻的蜂窝单元彼此压接后，进行加热干燥。像这样，制作相邻的蜂窝单元的侧面彼此通过接合材料而接合的蜂窝结构体。对于蜂窝结构体，可以对外周部进行磨削加工，制成所期望的形状(例如圆柱状)，在外周面涂敷涂层材料后，使其加热干燥，形成外周壁11。

防止接合材料附着用掩膜的材料没有特别限制，例如可以优选使用聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、或特氟龙(注册商标)等合成树脂。另外，掩膜优选具备胶粘层，胶粘层的材料优选为丙烯酸系树脂、橡胶系(例如以天然橡胶或合成橡胶为主成分的橡胶)、或硅系树脂。

作为防止接合材料附着用掩膜，例如可以优选使用厚度为20～50μm的胶粘薄膜。

作为接合材料，例如可以采用将陶瓷粉末、分散介质(例如、水等)及根据需要添加的粘合剂、胶溶剂、发泡树脂等添加剂混合而制备的材料。作为陶瓷，优选为含有选自由堇青石、多铝红柱石、锆石、钛酸铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、尖晶石、印度石、假蓝宝石、刚玉及二氧化钛构成的组中的至少一种的陶瓷，更优选为与蜂窝结构体相同的材质。作为粘合剂，可以举出：聚乙烯醇、甲基纤维素、CMC(羧甲基纤维素)等。

蜂窝结构体10可以在隔壁12的表面的至少一部分具备具有通气性的表面层。此处，具有通气性是指：表面层的渗透率为1.0×10^-13m²以上。从进一步降低压力损失的观点出发，渗透率优选为1.0×10^-12m²以上。通过表面层具有通气性，能够抑制由表面层所引起的蜂窝结构体10的压力损失。

另外，本说明书中“渗透率”是指利用下式(1)计算出的物性值，其是作为表示规定的气体从该物(隔壁12)通过时的通过阻力的指标的值。此处，下式(1)中，C表示渗透率(m²)，F表示气体流量(cm³/s)，T表示试样厚度(cm)，V表示气体粘性(dynes·sec/cm²)，D表示试样直径(cm)，P表示气体压力(PSI)。应予说明，关于下式(1)中的数值，13.839(PSI)＝1(atm)、68947.6(dynes·sec/cm²)＝1(PSI)。

[数1]

测定渗透率时，切出附带有表面层的隔壁12，以附带有该表面层的状态，测定渗透率后，进行削掉表面层的状态下的渗透率测定，根据表面层与隔壁基材之间的厚度比率、这些渗透率测定结果，计算出表面层的渗透率。

表面层的气孔率优选为50％以上，更优选为60％以上，进一步优选为70％以上。通过具有50％以上的气孔率，能够抑制压力损失。不过，如果气孔率过高，则表面层变脆，容易剥落，因此，优选为90％以下。

作为利用压汞法测定表面层的气孔率的方法，将具有表面层和基材的样品的压汞曲线与仅有仅削掉了表面层的基材的压汞曲线之差视为表面层的压汞曲线，根据削掉的质量和压汞曲线，计算出表面层的气孔率。也可以进行SEM图像拍摄，利用表面层部分的图像解析，根据空隙部与个体部之间的面积比率，计算出表面层的气孔率。

另外，表面层的平均细孔直径优选为10μm以下，更优选为5μm以下，进一步优选为4μm以下，特别优选为3μm以下。通过使平均细孔直径为10μm以下，能够实现高粒子捕集效率。不过，如果表面层的平均细孔直径过小，则压力损失增加，因此，优选为0.5μm以上。

作为利用压汞法测定表面层的平均细孔直径的方法，以压汞仪的峰值形式，将附带有表面层的压汞曲线(孔容频率)与仅有仅削掉了表面层的基材的压汞曲线之差设为表面层的压汞曲线，并将其峰设为平均细孔直径。另外，也可以对蜂窝结构体10的截面的SEM图像进行拍摄，通过表面层部分的图像解析，进行空隙部和个体部的2值化，随机选择20个以上的空隙，将其内切圆的平均设为平均细孔直径。

另外，表面层的厚度没有特别限定。不过，为了更显著地得到表面层的效果，表面层的厚度优选为10μm以上。另一方面，从避免压力损失增加的观点出发，表面层的厚度优选为80μm以下。表面层的厚度更优选为50μm以下。作为表面层的厚度的测定方法，例如可以将形成有表面层的蜂窝结构体10沿着与隔室15延伸的方向垂直的方向进行切断，由其截面测定表面层的厚度，取任意5点厚度的测定值的平均值。

接下来，对蜂窝结构体10的制造方法进行说明。首先，制作具有多孔质的隔壁且通过隔壁而区划形成多个隔室的蜂窝结构体。例如，制作包含堇青石的蜂窝结构体的情况下，首先，作为坯料用材料，准备堇青石化原料。对于堇青石化原料，由于按堇青石结晶的理论组成配合各成分，所以，配合有二氧化硅源成分、氧化镁源成分及氧化铝源成分等。其中，作为二氧化硅源成分，优选采用石英、熔融二氧化硅，进而，优选使该二氧化硅源成分的粒径为100～150μm。

作为氧化镁源成分，例如可以举出：滑石、菱镁矿等。其中，优选为滑石。滑石在堇青石化原料中的含有率优选为37～43质量％。滑石的粒径(平均粒径)优选为5～50μm，更优选为10～40μm。另外，氧化镁(MgO)源成分可以含有作为杂质的Fe₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O等。

作为氧化铝源成分，就杂质较少这一点而言，优选含有氧化铝及氢氧化铝中的至少一种。另外，堇青石化原料中，氢氧化铝的含有率优选为10～30质量％，氧化铝的含有率优选为0～20质量％。

接下来，准备向堇青石化原料中添加的坯料用材料(添加剂)。作为添加剂，至少采用粘合剂和造孔剂。并且，除了粘合剂和造孔剂以外，可以使用分散剂、表面活性剂。

作为造孔剂，可以采用能够于堇青石的烧成温度以下与氧发生反应而氧化除去的物质或于堇青石的烧成温度以下的温度具有熔点的低熔点反应物质等。作为能够氧化除去的物质，例如可以举出树脂(特别是粒子状的树脂)、石墨(特别是粒子状的石墨)等。作为低熔点反应物质，可以采用选自由铁、铜、锌、铅、铝及镍构成的组中的至少一种金属、以这些金属为主成分的合金(例如、铁的情况下为碳钢、铸铁、不锈钢)、或以二种以上为主成分的合金。其中，低熔点反应物质优选为粉粒状或纤维状的铁合金。进而，其粒径或纤维径(平均径)优选为10～200μm。低熔点反应物质的形状可以举出球状、卷菱形状、金平糖状等，如果是这些形状，则容易控制细孔的形状，故优选。

作为粘合剂，例如可以举出：羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。另外，作为分散剂，例如可以举出：糊精、多元醇等。另外，作为表面活性剂，例如可以举出脂肪酸皂。应予说明，添加剂可以一种单独使用或二种以上组合使用。

接下来，按相对于堇青石化原料100质量份而言、粘合剂为3～8质量份、造孔剂为3～40质量份、分散剂为0.1～2质量份、水为10～40质量份的比例进行混合，对这些坯料用材料进行混炼，制备坯料。

接下来，将所制备的坯料利用挤出成型法、注射成型法、压制成型法等成型为蜂窝形状，得到生的蜂窝成型体。从连续成型容易、例如能够使堇青石结晶取向考虑，优选采用挤出成型法。挤出成型法可以采用真空练泥机、冲压式挤出成型机、双轴式连续挤出成型机等装置进行。

接下来，使蜂窝成型体干燥，调整为规定的尺寸，得到蜂窝干燥体。蜂窝成型体的干燥可以利用热风干燥、微波干燥、介电干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等进行。应予说明，从能够将整体迅速且均匀地干燥考虑，优选将热风干燥和微波干燥或介电干燥组合进行干燥。

接下来，将由磁性体构成的金属丝小片和由堇青石等构成的缓冲材料交替地设置于蜂窝干燥体的规定隔室内。另外，设置空间代替缓冲材料的情况下，在金属丝小片的侧面设置接合材料，将该金属丝小片固定于隔室壁。

接下来，准备封孔部的原料。封孔部的材料(封孔用浆料)可以采用与隔壁(蜂窝干燥体)相同的坯料用材料，也可以采用与其不同的材料。具体而言，将陶瓷原料、表面活性剂及水混合，根据需要添加烧结助剂、造孔剂等，制成浆料状，使用混合机等进行混炼，由此能够得到封孔部的材料。

接下来，对蜂窝干燥体的一个端面的隔室开口部的一部分施加掩膜，将该端面浸渍于贮藏有封孔用浆料的贮藏容器中，向未施加掩膜的隔室填充封孔用浆料。同样地，对蜂窝干燥体的另一个端面的隔室开口部的一部分施加掩膜，将该端面浸渍于贮藏有封孔用浆料的贮藏容器中，向未施加掩膜的隔室填充封孔用浆料。据此，将设置有金属丝小片的隔室的两端封孔。然后，使其干燥，进行烧成，由此得到具有封孔部的蜂窝结构体。上述干燥的条件可以采用与使蜂窝成型体干燥的条件同样的条件。另外，对于上述烧成的条件，采用堇青石化原料的情况下，通常在大气气氛下于1410～1440℃的温度进行3～15小时烧成。

作为封孔方法，将糊料状的材料以像橡皮刮板这样的刮刀按入为简单的方法。以橡皮刮板的按入次数控制深度比较简单。对于想要将磁性体放到深处的隔室的部分，使按入次数变多，对于周边的较浅部位，使按入次数变少。

另外，对于得到的蜂窝结构体，以其外周面形成有外周壁的状态制作的情况下，可以对其外周面进行磨削，使其成为去除了外周壁的状态。后续工序中，在像这样去除了外周壁的蜂窝结构体的外周涂布涂层材料，形成外周涂层。另外，对外周面进行磨削的情况下，可以对外周壁的一部分进行磨削去除，在该部分通过涂层材料而形成外周涂层。制备涂层材料的情况下，可以采用例如双轴旋转式的纵型混合机进行制备。

另外，涂层材料中可以进一步含有胶体二氧化硅、有机粘合剂、粘土等。应予说明，有机粘合剂的使用量优选为0.05～0.5质量％，更优选为0.1～0.2质量％。另外，粘土的使用量优选为0.2～2.0质量％，更优选为0.4～0.8质量％。

在之前制作的蜂窝结构体的外周面涂布涂层材料，使所涂布的涂层材料干燥，形成外周涂层。通过像这样构成，能够有效地抑制干燥、热处理时外周涂层发生开裂。

作为涂层材料的涂敷方法，例如可以举出：将蜂窝结构体载放于旋转台之上并使其旋转，一边使涂层材料从刀片状的涂布喷嘴喷出，一边沿着蜂窝结构体的外周部按压涂布喷嘴，进行涂布的方法。通过像这样构成，能够以均匀的厚度涂布涂层材料。另外，能够形成所形成的外周涂层的表面粗糙度变小、外观优异且不易因热冲击而破损的外周涂层。

应予说明，对蜂窝结构体的外周面进行磨削而去除了外周壁的情况下，在蜂窝结构体的外周面整体涂布涂层材料，形成外周涂层。另一方面，蜂窝结构体的外周面存在外周壁、或者一部分外周壁被去除的情况下，可以局部涂布涂层材料而形成外周涂层，当然也可以在蜂窝结构体的外周面整体涂布涂层材料而形成外周涂层。

所涂布的涂层材料(即、未干燥的外周涂层)的干燥方法没有特别限制，例如，从防止干燥开裂的观点出发，可以优选采用如下方法，即，于室温保持24小时以上，使涂层材料中的水分的25％以上干燥后，在电炉中于600℃保持1小时以上，由此除去水分及有机物。

另外，蜂窝结构体的隔室的开口部未预先密封的情况下，可以在形成外周涂层后，对隔室的开口部进行封孔。

另外，对于得到的蜂窝结构体，因对其外周面照射激光而使得涂层材料中包含的碳化硅粉末显色，因此，可以对得到的蜂窝结构体的外周涂层照射激光，印刷产品信息等(打标)。

作为激光打标时使用的激光，例如可以举出二氧化碳气体(CO₂)激光、YAG激光、YVO₄激光作为优选例。关于照射激光的激光器的条件，可以根据所使用的激光的种类进行适当选择，例如，采用CO₂激光的情况下，优选以输出功率15～25W、扫描速度400～600mm/s进行打标。通过像这样进行打标，照射部分按呈黑色至绿色这样的暗色的方式进行显色，与非照射部分之间的显色对比度非常好。

(实施方式2)

接下来，对本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20进行说明。图4是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20的与隔室25的延伸方向平行的截面的截面图。蜂窝结构体20形成为柱状，具备外周壁21和多孔质的隔壁22，该隔壁22配设于外周壁21的内侧，且区划形成多个隔室25，该多个隔室25从一个端面23贯通至另一个端面24而形成流路。

在多个隔室25的一部分设置有金属丝小片28。金属丝小片28由磁性体构成，在隔室25内，沿着隔室25延伸的方向，多个金属丝小片28以隔着缓冲材料27而分离开的方式设置。在相邻的金属丝小片28之间可以设置空间来代替缓冲材料27。另外，在设置有金属丝小片28的隔室25的一个端面23及另一个端面24分别设置有封孔部26。

本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20就形成过滤器结构这一点与本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10不同。即，蜂窝结构体20中，隔室25具备：一个端面23侧呈开口而在另一个端面24具有封孔部26的多个隔室A、以及与隔室A分别交替配置且另一个端面24侧呈开口而在一个端面23具有封孔部26的多个隔室B。隔室A及隔室B的数量、配置、形状等没有限制，可以根据需要进行适当设计。像这样的蜂窝结构体20可以用作对尾气中的粒子状物质(碳微粒)进行净化的过滤器(例如、汽油颗粒过滤器(以下也称为“GPF”)或柴油颗粒过滤器(以下也称为“DPF”))。

本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20可以在形成多个隔室25的内壁的多孔质的隔壁22的表面和/或隔壁22的细孔内担载有催化剂。催化剂的种类没有特别限制，可以根据蜂窝结构体20的使用目的、用途进行适当选择。例如，可以举出贵金属系催化剂或除贵金属系催化剂以外的催化剂。作为贵金属系催化剂，可例示：将铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)这样的贵金属担载于氧化铝细孔表面并包含二氧化铈、氧化锆等助催化剂的三元催化剂、氧化催化剂或包含碱土金属和铂作为氮氧化物(NO_x)的吸储成分的NO_x吸储还原催化剂(LNT催化剂)。作为不采用贵金属的催化剂，可例示包括铜置换沸石或铁置换沸石在内的NO_x选择还原催化剂(SCR催化剂)等。另外，可以采用选自由这些催化剂构成的组中的2种以上的催化剂。应予说明，催化剂的担载方法也没有特别限制，可以按照以往将催化剂担载于蜂窝结构体的担载方法进行。

本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20的金属丝小片28及在相邻的金属丝小片28之间所设置的缓冲材料27或空间的效果与图3所示的本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10相同。即，如果对具有像这样的构成的隔室25的蜂窝结构体20进行电磁感应加热，则由磁性体构成的多个金属丝小片28分别升温而膨胀。此时，由于在相邻的金属丝小片28之间设置有缓冲材料27或空间，所以，该缓冲材料27或空间吸收金属丝小片28的因膨胀而延长的部分。因此，能够良好地抑制由金属丝小片28的膨胀所导致的隔室25的两个端面23、24所设置的封孔部发生破坏。另外，作为磁性体，采用表面积较小的金属丝小片28，而不是表面积较大的磁性体微粒。因此，利用电磁感应加热进行加热的情况下，不易氧化，能够良好地抑制加热性能劣化。另外，磁性体微粒的体积较小，所以，为了进行电磁感应加热而需要高频感应加热，电源等成为高成本，不过，由于采用与磁性体微粒相比体积较大的金属丝小片28，所以，电源等的成本降低。

对于本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20的制造方法，蜂窝干燥体中，对除设置金属丝小片的隔室以外的规定隔室也设置封孔部，除此以外，可以与本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的制造方法同样地进行。

＜2.尾气净化装置＞

可以采用上述的本发明的各实施方式所涉及的蜂窝结构体来构成尾气净化装置。图5中，作为例子，示出嵌入有蜂窝结构体10或蜂窝结构体20的尾气净化装置6的尾气流路的概要图。尾气净化装置6具有：蜂窝结构体10、20、以及呈螺旋状环绕蜂窝结构体10、20的外周的线圈配线4。另外，尾气净化装置6具有对蜂窝结构体10、20及线圈配线4进行收纳的金属管2。可以在金属管2的扩径部2a配置尾气净化装置6。线圈配线4可以通过固定部件5而固定于金属管2内。固定部件5优选为陶瓷纤维等耐热性部件。蜂窝结构体10、20可以担载有催化剂。

线圈配线4呈螺旋状卷绕于蜂窝结构体10、20的外周。还设想采用2个以上的线圈配线4的方案。与开关SW的接通(ON)相对应地，从交流电源CS供给来的交流电流流通于线圈配线4，结果，在线圈配线4的周围产生周期性变化的磁场。应予说明，开关SW的接通、断开利用控制部3进行控制。控制部3可以与发动机的启动同步地使开关SW接通，使交流电流流通于线圈配线4。应予说明，还设想控制部3与发动机的启动无关地(例如，与司机按下的加热开关的工作相对应地)对开关SW进行接通的方案。

本说明书中，蜂窝结构体10、20根据与流通于线圈配线4的交流电流相对应的磁场变化而进行升温。据此，由蜂窝结构体10、20捕集到的碳微粒等燃烧。另外，蜂窝结构体10、20担载有催化剂的情况下，蜂窝结构体10、20的升温提高由蜂窝结构体10、20中包含的催化剂载体所担载的催化剂的温度，得以促进催化反应。简而言之，一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)、烃(CH)被氧化或还原为二氧化碳(CO₂)、氮(N₂)、水(H₂O)。

实施例

以下，例示用于更好地理解本发明及其优点的实施例，不过，本发明不限定于实施例。

＜实施例1～7＞

在纵11mm、横19mm、长度25mm、隔壁厚度为0.1mm、隔壁间距离为约1mm的长方体的堇青石制蜂窝中，按5×5隔室间隔，在1隔室内，沿着隔室延伸的方向，将多个以表1给出的长度及磁性体构成的金属丝小片隔着缓冲材料进行设置。各缓冲材料由堇青石、二氧化硅形成，沿着隔室延伸的方向设为1mm的长度。另外，在设置有金属丝小片的隔室的两端设置封孔部。

＜比较例1及2＞

准备与实施例1相同的长方体的堇青石制蜂窝。接下来，按5×5隔室间隔，在1隔室内，沿着隔室延伸的方向，设置以表1给出的长度及磁性体构成的金属丝。比较例1及2中，没有设置缓冲材料，在隔室内设置从一端的封孔部到达至另一端的封孔部这样的1根金属丝。

＜电磁感应加热＞

接下来，采用电磁感应加热装置，进行实施例1～7及比较例1、2所涉及的蜂窝结构体的加热试验，利用红外线温度计，对蜂窝结构体的端面的温度(表1的感应加热时温度)进行测定。投入功率为4kW，电磁感应加热频率为500kHz。

升温后，确认封孔部是否发生开裂。

＜热膨胀系数、居里温度、气孔率、杨氏模量＞

表1中记载的磁性体的热膨胀系数为以25℃为基准温度时于900℃的热膨胀系数。另外，表1中记载的居里温度为失去强磁性的特性的温度。另外，表1中记载的缓冲材料的气孔率根据缓冲材料的截面的SEM图像利用图像解析进行测定。另外，表1中记载的缓冲材料的杨氏模量的测定依据JIS R1602进行。

[表1]

＜评价＞

表1的温度评价的基准如下。

A：600℃以上〔烟灰(源自于柴油)的燃烧温度〕

B：500℃以上且小于600℃〔烟灰(源自于汽油)的燃烧温度〕

C：250℃以上且小于500℃〔汽车尾气净化催化剂的必要温度〕

D：小于250℃

表1的综合评价的基准如下。

A：能够用于GPF(汽油颗粒过滤器)

B：能够用于汽车尾气净化催化剂用载体

F：无法用于GPF及汽车尾气净化催化剂用载体

实施例1～7所涉及的蜂窝结构体中，作为磁性体，均采用表面积较小的金属丝小片，因此，即便利用电磁感应加热进行加热，也不易氧化，能够良好地抑制加热性能劣化，另外，升温后，封孔部未发生开裂。

另一方面，比较例1及2所涉及的蜂窝结构体中，均没有设置缓冲材料，在隔室内设置有从一端的封孔部到达至另一端的封孔部这样的1根金属丝，因此，升温后，在封孔部发生了开裂。

符号说明

10、20 蜂窝结构体

2 金属管

3 控制部

4 线圈配线

5 固定部件

6 尾气净化装置

11 外周壁

12、22 隔壁

13、14、23、24 端面

15 隔室

16、26 封孔部

17、27 缓冲材料

18、28 金属丝小片

25 隔室(隔室A+隔室B)

Claims (14)

1.一种蜂窝结构体，其是柱状的蜂窝结构体，具有：

外周壁；以及

多孔质的隔壁，该隔壁配设于所述外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从一个端面贯通至另一个端面而形成流路，

所述蜂窝结构体的特征在于，

在所述隔室内，沿着所述隔室延伸的方向，由磁性体构成的多个金属丝小片以隔着空间或缓冲材料而分离开的方式设置。

2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述隔室延伸的方向上的所述金属丝小片的长度分别为1～20mm。

3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述隔室延伸的方向上的所述空间或所述缓冲材料的长度分别为1mm以上。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述隔室延伸的方向上的所述空间或所述缓冲材料的长度的合计为所述隔室延伸的方向上的所述金属丝小片的长度的合计的1/5以上。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述缓冲材料的杨氏模量为50～500MPa。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述缓冲材料的气孔率为40～70％。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述缓冲材料由堇青石、二氧化硅或陶瓷材料构成。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述金属丝小片具有600℃以上的居里温度。

9.根据权利要求1～8中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述金属丝小片具有8×10^-6/℃～12×10^-6/℃的热膨胀系数。

10.根据权利要求1～9中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述金属丝小片由不锈钢或包含10质量％以上的Co的FeCo合金构成。

11.根据权利要求1～10中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述隔壁及外周壁由陶瓷材料构成。

12.根据权利要求11所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述陶瓷材料为选自由堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石及氧化铝构成的组中的至少1种。

13.根据权利要求1～12中的任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，

所述隔室包括：

多个隔室A，该多个隔室A的所述一个端面侧呈开口而在所述另一个端面具有封孔部；以及

多个隔室B，该多个隔室B与所述隔室A分别交替配置，且所述另一个端面侧呈开口而在所述一个端面具有封孔部。

14.一种尾气净化装置，其特征在于，具有：

权利要求1～13中的任一项所述的蜂窝结构体；

线圈配线，该线圈配线呈螺旋状环绕所述蜂窝结构体的外周；以及

金属管，该金属管对所述蜂窝结构体及所述线圈配线进行收纳。