CN1213809C - 陶瓷制蜂窝状结构体 - Google Patents

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Abstract

一种由形成多个彼此相邻的通孔(贯通路径)组成的复合体的通孔分隔壁(分隔筋)、以及围绕位于该通孔复合体最外周的最外周通孔对其进行保持的蜂窝外壁，所构成的陶瓷制蜂窝状结构体。通孔分隔壁的基本壁厚(基本通孔分隔壁厚度)(Tc)为Tc≤0.12mm、蜂窝外壁厚度(Ts)为Ts≥0.05mm、以及通孔的开口率(P)为P≥80%，并且，以最外周通孔为第1起点通孔，由此到向内方连续的第3～20个的范围内的某一个第1终点通孔为止的、各个分隔壁厚度(Tr1～Tr3-20)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间有1.10≤(Tr1～Tr3-20)/Tc≤3.00的关系。

Description

陶瓷制蜂窝状结构体
技术领域
本发明涉及陶瓷制蜂窝状结构体。更具体地说，涉及一种，压力损失增大及耐热冲击性降低所产生的负面影响、与等静压强度提高及分隔壁形状和蜂窝状结构体外形形状的高精度化所产生的正面影响二者可平衡良好地得到协调的、适合作为汽车废气净化催化剂载体等使用的、陶瓷制蜂窝状结构体。除此之外，本发明的陶瓷制蜂窝状结构体，也适合在柴油细目过滤器等中作过滤之用，或者在燃料电池改性器用催化剂载体等各种化学反应器、热交换体等用途中使用。
背景技术
过去，汽车废气净化用催化剂，是由陶瓷制造的蜂窝状载体(蜂窝状结构体)的各通孔表面承载催化剂成分而形成所谓的蜂窝催化剂的，而由于其轴向强度高于横截面方向(径向)的强度，因而采用的是沿蜂窝状载体的轴向进行支撑的结构。在这种情况下，为防止沿其轴向进行支撑时在外周部分附近出现破损，将外周部分的通孔分隔壁(分隔筋)做得比内部厚，以提高蜂窝状载体的轴向抗压强度。
而最近，随着引擎在大马力输出方面的发展，要求蜂窝催化剂上的压力损失要小，而随着废气排放管理的强化，要求整个催化剂载体能够得到有效利用，为此，开始采用一种，对蜂窝催化剂载体不是沿轴向进行支撑，而是从蜂窝催化剂载体的外周面进行支撑的结构。其一个原因是，随着对废气排放进行强制性管理，催化剂容量提高因而催化剂质量增加，故相对于引擎的振动，轴向支撑时的支撑面积较小而不能够充分得到支撑。
另一方面，为了提高催化剂的净化性能，开始出现这样一种动向，即，将蜂窝状载体的通孔分隔壁的厚度减薄以减轻蜂窝状载体的重量，从而减小催化剂的热容量以提高净化性能的暖机性能。
因此，出现这样一种倾向，即，由于通孔分隔壁的薄壁化，蜂窝状载体耐受来自外周面的外部压力破坏的强度进一步降低。
此外，由于近来废气排放管理进一步加强，为了改善引擎燃烧条件、提高催化剂净化性能，废气温度在逐年升高，对蜂窝状载体的耐热冲击性要求也越来越严格。
随着如上所述通孔分隔壁的薄壁化、采用蜂窝状载体外周面支撑结构、以及废气温度的提高等，如何设定通孔分隔壁和蜂窝外壁的厚度、提高蜂窝状结构体的等静压强度、以及实现外形形状和分隔壁形状的高精度化成为重要的课题。
鉴于以上情况，特开昭54-110189号公报中，提出一种沿着蜂窝状载体横截面的中心方向将分隔壁厚度有规律地减薄的结构，但对于这种结构，不能够将分隔壁在整个蜂窝状载体的范围内减薄，因此，蜂窝状载体质量较大，出现暖机特性方面的问题。而且，从压力损失上讲，也不适宜。
此外，特开昭54-150406号公报和特开昭55-147154号公报中，提出一种外周部的通孔分隔壁比内部的通孔分隔壁厚的结构，但丝毫未涉及蜂窝状载体的外壁厚度，对通孔分隔壁相互间具体的厚度关系也未特别提及。
此外，这些现有技术，是内部分隔壁厚度为0.15mm以上的较厚的蜂窝状结构体，而且是轴向支撑，因此，外壁厚度不是问题。如果说有什么问题的话，无非是有人指出若其外壁厚度过厚则耐热冲击性降低。
此外，再公开特许(国际公开号WO98/05602)中，提出一种陶瓷制蜂窝状结构体，其分隔壁平均厚度T为0.05～0.13mm，周壁平均厚度大于T，分隔壁与周壁的平均接触宽度W之间的关系为，W＞T，并且0.7≥-(T/4)+0.18。
但是，虽然这种陶瓷制蜂窝状结构体，对于防止边缘在搬运时被碰伤具有一定的效果，但压力损失大、耐热冲击性差，而且，在提高等静压强度以及实现分隔壁形状和蜂窝状结构体外形形状高精度化方面，未必能够充分满足要求。
特别是，就实现分隔壁形状和蜂窝状结构体外形形状的高精度化而言，现实状况是迄今尚未进行过深入的研究。即，作为陶瓷制蜂窝状结构体，一般来说，是例如将堇青石陶瓷用原材料，采用加工有栅格状孔隙的挤压头挤压成形，经过干燥、烧结而成为成品的；而象迄今为止那样分隔壁厚度为较厚的0.15mm以上时不会出现问题，但当分隔壁厚度变薄时，分隔壁将由于后述原因在挤压成形时容易变形，因而所得到的烧结体其等静压强度试验的结果不能令人满意，尽管如此，目前仍未对其进行过充分的研究。对于变形的分隔壁，很小的力即可使其变形部位损坏。这是由于，只要分隔壁未发生变形并高精度成形，当从外周面作用有压力时，理论上将形成压缩应力场，蜂窝状结构体的破坏是由于分隔壁压曲或外壁压曲而引起；而分隔壁存在变形时，在其变形部位产生弯曲应力(拉伸方向的应力)，因而容易受到破坏。一般来说，材料的抗拉强度低于抗压强度，特别是，作为陶瓷材料，抗拉强度与抗压强度之比(约为1/10)同金属材料(约为1/3)相比要小得多，一旦分隔壁变形，强度将变得比通常情况下低得多而容易破坏。
本发明是鉴于上述问题而创造出来的，其目的是，提供一种，压力损失增大及耐热冲击性降低所产生的负面影响、与等静压强度提高及分隔壁形状和蜂窝状结构体外形形状的高精度化所产生的正面影响二者可平衡良好地得到协调的、适合作为汽车废气净化催化剂载体等使用的陶瓷制蜂窝状结构体。
发明的公开
作为本发明人，为实现上述目的，在考虑到最近的蜂窝状载体的分隔壁的薄壁化的情况下，进行了包括后述的各种试验在内的研究，结果发现：象现有技术中所见到的那样仅仅使形成外周部通孔的分隔壁加厚是不够的，还必须考虑蜂窝状结构体的挤压成形特性，为此，不仅考虑最外周通孔的分隔壁厚度与内部(基本)通孔的分隔壁厚度之间的关系，而且还考虑基本通孔分隔壁厚度以及外壁厚度，与此同时，着眼于，基本通孔分隔壁厚度，与，以最外周通孔为起点而由此向内连续的特定范围内的外周通孔的某一个终点通孔为止的各个分隔壁厚度，之间的关系，进行蜂窝状结构体的设计，这样便能够实现上述目的；从而完成了本发明。
以往认为，外壁厚度加厚可提高承受外周面压力的强度，但实际上，对于外径φ90mm、长度110mm、通孔形状为正方形、分隔壁厚度0.11mm、通孔密度为9.3×105通孔/m2(分隔壁间隔1.04mm)的堇青石薄壁蜂窝状结构体，制作出外壁厚度在0.1～0.9mm之间改变的试品实施等静压强度试验的结果，如图5所示，有这样一种倾向，即，即使外壁厚度从0.4mm再加厚，强度不仅没有提高反而降低。
只加厚外壁厚度其等静压强度也未得到提高的原因，可以认为是由于，随着外壁厚度加厚，作为挤压成形刚刚结束时的成形体，其外周通孔的分隔壁(分隔筋)形状的变形量增加，而且变形分隔壁的数量增加。关于这一点，虽然可以认为是由于，在外壁厚度加厚的场合，挤压成形时原料在流过挤压头的孔隙时，流过形成外壁的孔隙的原料流量增加，因而外周通孔的分隔筋被向外壁侧拉动，外壁处原料的流动与分隔壁处原料的流动失衡；但作为其主要原因，可以认为是由于，分隔壁自身因变薄而容易发生压曲变形，以及挤压成形后对蜂窝状结构体的外周面以胎具进行阻挡时蜂窝状结构体的自重导致蜂窝状结构体变形从而使外壁及内部的分隔壁、特别是外周部分隔壁的形状变形。可以认为，这种影响，随着分隔壁变薄以及随着结构体尺寸增大而增大。
根据材料力学，抗压曲强度基本上如下式所示，与分隔壁厚度的平方成正比。由该式可知，分隔壁的薄壁化对蜂窝状载体的强度具有非常大的影响。
抗压曲强度P＝(kπ2E)×(t/L)2
(k：系数，E：杨氏模量，L：分隔壁长度，t分隔壁厚度)
此外，如图6所示，实施将分隔壁厚度为0.11mm的载体在电炉内加热既定时间使之温度均匀后从炉内取出的过冷却耐热冲击性试验的结果，耐热冲击性随着外壁厚度加厚而降低这一点得到确认，而外壁厚度为0.7mm以上时耐热冲击性降低的倾向更为显著。可以认为这是由于，外壁加厚使得外壁本身热容量的影响也变大，外壁内外的温差增大。
如上述特开昭54-150406号公报所公开的那样，在外壁上设置缺口以减小热容量的想法，在外壁足够厚时具有意义，但对于使用分隔壁厚度为0.12mm以下极薄的分隔壁的场合，如前所述，外壁无法随意加厚，因此对缺口的效果不能寄托太大的期望。反而存在着使外壁刚性减小的危险。
此外，如现有技术那样，对外周部的分隔壁厚度比内部(基本)的分隔壁厚的载体的强度进行测定的结果表明，强度的确提高了，但其厚度过厚时，反而出现了强度降低的倾向。对最外周分隔壁厚度相当厚的载体进行研究时发现，最外周部的分隔壁的形状已发生变形。可以认为这是由于，与前述的、即使外壁厚度加厚等静压强度也未得到提高的原因相同的原因所致。与外壁同样，随意加厚外周部的分隔壁厚度未必有助于提高等静压强度。
图7示出，以最外周的通孔为起点，将由此起到第2～20个的某一个通孔为止的各个分隔壁厚度，从基本分隔壁厚度(75μm)依次分别加厚到100、150以及200μm而对等静压强度(％)进行测定的结果。由图7可知，即使将第1～4个为止的通孔的分隔壁厚度加厚，等静压强度提高的幅度仍较小，而加厚第5～15个的某一个通孔为止的各个分隔壁厚度时，发现等静压强度有显著提高，还发现，即使将第5～20个通孔的分隔壁厚度加厚，提高幅度稳定不变。第1～2个为止的壁厚加厚时完全未见强度提高，而从第3个以上开始出现提高的苗头，从第5个起明显提高。
此外，对蜂窝状结构体的外形尺寸作各种改变而进行研究的结果，作为直径144mm以上或具有与之同等横截面积的椭圆形等横截面的蜂窝状结构体，当到第10～30个的某一个通孔为止的各个分隔壁厚度加厚时，其强度提高，而即使将第10～40个通孔分隔壁加厚，强度提高的幅度稳定，即呈现出与前述同样的倾向。
图8示出，以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第13个为止的通孔的各个分隔壁的厚度(Tr1～Tr13)，在其与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为1.00～3.00之间的范围内依次加厚而对等静压强度(％)进行测定的结果。由图8可知，在与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为1.10处，等静压强度急剧提高，[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为2.5处，其提高的幅度稳定下来。
图9是图8的局部放大图。由图9可知，等静压强度的急剧提高持续到[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为1.20之处，因此最好是，取[(Tr1～Tr13)/(Tc)]在1.20以上作为条件。
图10示出，以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第13个为止的通孔的各个分隔壁的厚度(Tr1～Tr13)，在其与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为1.00～3.00的范围内依次加厚而对压力损失(％)进行测定的结果。由图10可知，从[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为3.00处起，压力损失急剧增大，因此，作为[(Tr1～Tr13)/(Tc)]，通常取3.00以下为条件，实用上取2.50以下作为条件为宜，而最好是取1.60以下作为条件。
图11分别示出，以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第15个为止的通孔的各个分隔壁的厚度(Tr1～Tr15)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr15)/(Tc)]为2.0而对压力损失(％)进行测定的场合(情形1)；在情形1的基础上，进而使第16～20个通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的截面呈倒置梯形的形状且朝向内方依次减薄，的状况变化，并使其最薄部位的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同的场合(情形2)；在情形1的基础上，进而使第16～20个通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的截面呈绕线轴形状且朝向内方依次减薄，的状况变化，并使其最薄部位的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同的场合(情形3)；最外周通孔的分隔壁厚度(Tr1)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1)/(Tc)]为2.0，并且使第2个以后的通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的截面呈倒置梯形的形状且朝向内方依次减薄，的状况变化，并使其最薄部位的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同而对压力损失(％)进行测定的场合(情形4)；最外周通孔的分隔壁厚度(Tr1)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1)/(Tc)]为2.0，并且使第2个之后的通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的截面呈绕线轴形状且朝向内方依次减薄，的状况变化，并使其最薄部位的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同而对压力损失(％)进行测定的场合(情形5)。由图11可知，情形1～情形3的压力损失大，因而在不希望压力损失增大的场合，最好是，象情形4～情形5那样，使最外周通孔内方的通孔的分隔壁厚度依次减薄。
图12示出，在图11的场合下，替代压力损失的测定而对耐热冲击性比(％)进行测定的结果。由图12可知，与情形1相比，在如情形2～5那样，从既定位置的通孔起，使通孔分隔壁厚度朝向内方依次减薄地变化的场合，可使耐热冲击性比得到提高。
图13示出，以最外周的通孔为起点，使由此到第30个为止的某一个通孔为止的各个通孔的分隔壁的厚度(Tr1～Tr30)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr30)/(Tc)]为2.0而对压力损失(％)进行测定的结果。由图13可知，从加厚的通孔数超过第20个之处起，压力损失开始增大。
图14示出，以最外周的通孔为起点，使由此到第20个为止的某一个通孔为止的各个通孔的分隔壁的厚度(Tr1～Tr20)，以与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr20)/(Tc)]＝1.60依次加厚而对外形轮廓度(mm)进行测定的结果。由图14可知，从加厚的通孔数超过第5个之处起外形轮廓度(尺寸精度)提高，在第15个通孔处，与厚度同分隔壁厚度不改变的基本通孔相同的场合相比，形状精度为其一半。可以认为这是由于，通过外周部分隔壁的厚壁化，刚性得到提高，从结构体成形到烧结的工序中其变形有效得到抑制。此外，也有助于提高成形的均匀性。
作为进行上述研究的结果，根据本发明，可提供下述陶瓷制蜂窝状结构体。
[1]作为一种由形成多个彼此相邻的通孔(贯通路径)组成的复合体的通孔分隔壁(分隔筋)、以及围绕位于该通孔复合体最外周的最外周通孔对其进行保持的蜂窝外壁，构成的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，通孔分隔壁的基本壁厚(基本通孔分隔壁厚度)(Tc)为Tc≤0.12mm、蜂窝外壁厚度(Ts)为Ts≥0.05mm、以及通孔的开口率(P)为P≥80％，并且，以最外周通孔为第1起点通孔，由此到向内方连续的第3～20个范围内的某一个第1终点通孔为止的、各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr3～20)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤3.00的关系。
在这里，所说的“向内方连续的第3～20个范围内的某一个第1终点通孔”，是指，以“第1起点通孔”为第1个，即，“第1起点通孔”也被赋予序号时的、第3～20个范围内的某一个通孔。后述的“第2终点通孔”及“第3终点通孔”也同样。
[2]如上述[1]所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，以所说最外周通孔为第1起点通孔，由此到向内方连续的第3～15个范围内的某一个第1终点通孔为止的、各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr3-15)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间有1.10≤(Tr1～Tr3～15)/Tc≤3.00的关系。
[3]如上述[1]或[2]所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，以在内方与所说第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈以短边作为厚度的长方形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该长方形的短边依次变短，的状况变化，并使具有最短的短边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。
[4]如上述[1]或[2]所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，以在内方与所说第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该倒置梯形的下底依次变短，的状况变化，并使具有最短的下底的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。
[5]如上述[1]或[2]所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，以在内方与所说第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化，并使具有最短的下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。
[6]如上述[1]所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，最外周通孔的通孔分隔壁厚度(Tr1)，与所说基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间有1.10≤Tr1/Tc≤3.00的关系，各个通孔分隔壁的、以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面，呈以短边作为厚度的长方形形状、内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状、或者内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状，并且随着成为内方的通孔分隔壁，该长方形的短边、倒置梯形的下底、或者绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化，并使具有最短的短边、下底、或者下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。
[7]如上述[1]～[6]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，所说各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr3～20)，与所说基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤2.50的关系。
[8]如上述[1]～[6]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，所说各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr3～20)，与所说基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.20≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤1.60的关系。
[9]如上述[1]～[8]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，所说通孔的截面形状为三角形以上的多角形。
[10]如上述[1]～[9]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，所说蜂窝外壁的截面形状，是圆、椭圆、长圆、梯形、三角形、四角形、六角形、或左右非对称的异形形状。
[11]如上述[1]～[10]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，在所说蜂窝外壁的截面形状为圆形的场合，其直径为144mm以上，在其截面面积为圆形以外的形状的场合，具有与所说圆形的场合同等的截面面积，并且，以所说最外周通孔为第1起点通孔，以由所说最外周通孔向内方连续的第10～40个范围内的某一个通孔为所说第1终点通孔，各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr10～40)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤(Tr1～Tr10～40)/Tc≤3.00的关系。
[12]如上述[1]～[10]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，在所说蜂窝外壁的截面形状为圆形的场合，其直径为144mm以上，在其截面面积为圆形以外的形状的场合，具有与所说圆形的场合同等的截面面积，并且，以所说最外周通孔为第1起点通孔，以由所说最外周通孔向内方连续的第10～30个范围内的某一个通孔为所说第1终点通孔，各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr10～30)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤(Tr1～Tr10～30)/Tc≤3.00的关系。
[13]如上述[1]～[12]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，所说通孔分隔壁和所说蜂窝外壁，是由从堇青石、矾土、莫来石、氮化硅、铝钛酸盐(AT)、氧化锆及碳化硅中选择的至少一种材料形成。
[14]如上述[1]～[13]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，用作汽车废气净化催化剂用载体。
[15]如上述[1]～[14]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，催化剂成分被载持在所说通孔分隔壁的表面，从所说蜂窝外壁的外周面进行支撑而组装在催化剂转换器中。
[16]如上述[1]～[15]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，所说通孔的角部，具有不大于1.2mm的曲率半径。
[17]如上述[1]～[16]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，在所说通孔分隔壁与所说蜂窝外壁二者相交处，具有不大于1.2mm的曲率半径。
[18]如上述[1]～[17]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，陶瓷制蜂窝状结构体为有通孔变形的结构体，在其直径为120mm以下的场合，第1终点通孔或第3终点通孔是第3～5个通孔，而在其直径超过120mm的场合，第1终点通孔或第3终点通孔是第6～20个通孔。关于“通孔变形”将在后面叙述。
[19]如上述[1]～[18]之一所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，从所说第1起点通孔到所说第1终点通孔为止、从所说第2起点通孔到所说第2终点通孔为止、或从所说第3起点通孔到所说第3终点通孔为止的通孔中，至少一组以上的彼此相邻的通孔之间的边界部，具有在通孔(贯通路径)的形成方向上呈波形形状的波型通孔分隔壁。
如以上所说明的，根据本发明，能够提供一种，压力损失增大及耐热冲击性降低所产生的负面影响、与等静压强度提高及分隔壁形状和蜂窝状结构体外形形状的高精度化所产生的正面影响二者可平衡良好地得到协调的、适合作为汽车废气净化催化剂载体等使用的、陶瓷制蜂窝状结构体。
附图的简单说明
图1(a)是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的一个例子以示意方式加以展示的立体图。图1(b)是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的一个例子以示意方式加以展示的俯视图。图2(a)是图1(b)的A部的局部放大图。图2(b)是将图2(a)进一步放大的放大图。图3(a)是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的这样一个例子以示意方式加以展示的剖视图，即，以在内方与第1终点通孔相邻的通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该倒置梯形的下底依次变短，的状况变化，并使具有最短的下底的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。图3(b)是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的这样一个例子以示意方式加以展示的剖视图，即，以在内方与第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化，并使具有最短的下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。图3(c)是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的这样一个例子以示意方式加以展示的剖视图，即，以在内方与第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈以短边作为厚度的长方形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该长方形的短边依次变短，的状况变化，并使具有最短的短边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。图4是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体(蜂窝状载体)组装在转换器容器中的例子以示意方式加以展示的说明图。图5是对外径φ90mm、长110mm、通孔形状为正方形、分隔壁厚度0.11mm、通孔数量600cpsi(分隔壁间隔1.04mm)的堇青石薄壁蜂窝状结构体，制作出外壁厚度在0.1～0.9mm之间改变的试品实施等静压强度试验的结果，加以展示曲线图。图6是对实施将分隔壁厚度为0.11mm的载体在电炉内加热既定时间使之温度均匀后从炉内取出的过冷却耐热冲击性试验的结果，加以展示的曲线图。图7是对以最外周的通孔为起点，将由此起到第2～20个的某一个通孔为止的各个分隔壁厚度，从基本分隔壁厚度(75μm)依次分别加厚到100、150以及200μm而对等静压强度(％)进行测定的结果，加以展示的曲线图。图8是对以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第13个为止的通孔的各个分隔壁的厚度(Tr1～Tr13)，在其与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为1.00～3.00的范围内依次加厚而对等静压强度(％)进行测定的结果，加以展示的曲线图。图9是图8的局部放大图。图10是对以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第13个为止的通孔的各个分隔壁的厚度(Tr1～Tr13)，在其与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr13)/(Tc)]为1.00～3.00的范围内依次加厚而对压力损失(％)进行测定的结果，加以展示的曲线图。图11分别示出以下场合下的曲线：以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第15个为止的通孔的各个分隔壁的厚度(Tr1～Tr15)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr15)/(Tc)]为2.0而对压力损失(％)进行测定的场合(情形1)；在情形1的基础上，进而使第16～20个通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该倒置梯形的下底依次变短，的状况变化，并使具有最短的下底的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同的场合(情形2)；在情形1的基础上，进而使第16～20个通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化，并使具有最短的下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同的场合(情形3)；最外周通孔的分隔壁厚度(Tr1)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1)/(Tc)]为2.0，并且使第2个以后的通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该倒置梯形的下底依次变短的状况变化，并使具有最短的下底的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同而对压力损失(％)进行测定的场合(情形4)；最外周通孔的分隔壁厚度(Tr1)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1)/(Tc)]为2.0，并且使第2个之后的通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化，并使具有最短的下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同而对压力损失(％)进行测定的场合(情形5)。图12是对在图11的场合下，替代压力损失的测定而对耐热冲击性比(％)进行测定的结果，加以展示的曲线图。图13是对以最外周的通孔为起点，使由此到第30个为止的某一个通孔为止的各个通孔的分隔壁的厚度(Tr1～Tr30)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr30)/(Tc)]为2.0而对压力损失(％)进行测定的结果，加以展示的曲线图。图14是对以最外周的通孔为起点，使由此到第20个为止的某一个通孔为止的各个通孔的分隔壁的厚度(Tr1～Tr20)，以与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比[(Tr1～Tr20)/(Tc)]＝1.60依次加厚而对外形轮廓度(mm)进行测定的结果，加以展示的曲线图。图15是对通孔变形的概念以示意方式加以展示的说明图。图16是对陶瓷制蜂窝状结构体的直径与强度提高之间的关系加以展示的说明图。图17是对在通孔(贯通路径)的形成方向上呈波形形状的波型通孔分隔壁以模式方式加以展示的立体图。图18是对等静压强度试验中使用的试验装置以示意方式加以展示的说明图。图19是对等静压强度试验的试验方法中所使用的1200℃×循环的冷热循环加以展示的说明图。
发明的最佳实施形式
下面，对本发明的最佳实施形式进行具体的说明。如上所述，本发明的陶瓷制蜂窝状结构体，是由形成多个彼此相邻的通孔(贯通路径)组成的复合体的通孔分隔壁(分隔筋)以及围绕位于该通孔复合体最外周的最外周通孔对其进行保持的蜂窝外壁，构成的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，通孔分隔壁的基本壁厚(基本通孔分隔壁厚度)(Tc)为Tc≤0.12mm、蜂窝外壁厚度(Ts)为Ts≥0.05mm、以及通孔的开口率(P)为P≥80％，并且，以最外周通孔为第1起点通孔，由此到向内方连续的第3～20个的范围内的某一个第1终点通孔为止的各个分隔壁厚度(Tr1～Tr3～20)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤3.00的关系。
如上所述，对于本发明的陶瓷制蜂窝状结构体，在其构成蜂窝状结构体的通孔分隔壁的基本通孔分隔壁厚度(Tc)为0.12mm以下，而最好是0.07mm以下，蜂窝外壁厚度(Ts)为0.05mm以上，而最好是0.1mm以上，基本通孔部分的开口率(P)为80％，的条件下，这样进行设定，即，以最外周通孔为第1起点通孔，使由此到向内方连续的第3～15个范围内的某一个第1终点通孔为止的各个通孔分隔壁的厚度(Tr1～Tr3～15)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤(Tr1～Tr3～15)/Tc≤3.00的关系，而最好是1.10≤(Tr1～Tr3～15)/Tc≤2.50，若为1.20≤(Tr1～Tr3～15)/Tc≤1.60则更好，从而使薄壁化的蜂窝状结构体，其压力损失增大所产生的负面影响和耐热冲击性提高所产生的正面影响二者能够平衡良好地得到协调，同时，能够实现等静压强度的提高以及分隔壁形状和蜂窝状结构体外形形状的高精度化。
下面，就本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的实施形式，结合附图进行进一步详细的说明。
图1(a)是对本发明的陶瓷制蜂窝状结构体的一个例子以示意方式加以展示的立体图，图1(b)是其俯视图。陶瓷制蜂窝状结构体1，由以通孔分隔壁2分隔的多个贯通孔(通孔)3的复合体构成。蜂窝外壁4围绕位于通孔3的复合体的最外周位置上的最外周通孔对其进行保持。
图2(a)是图1(b)的A部的局部放大图，图2(b)是将图1(b)进一步放大的放大图。如图2(a)、(b)所示，与外壁4最接近的有最外周通孔(第1起点通孔)8，由最外周通孔(第1起点通孔)8向内方连续有第2个通孔9。最外周通孔(第1起点通孔)8的分隔壁厚度以Tr1表示，而第2个通孔9的分隔壁厚度以Tr2表示。同样地，第3～15个范围内的某一个通孔(第1终点通孔)10的分隔壁的厚度以Tr3～15表示。通孔分隔壁2分为外周通孔分隔壁2a和基本通孔分隔壁2b两大类。
本发明的陶瓷制蜂窝状结构体，是以最外周通孔为起点，将由此到向内方连续的第3～15个范围内的某一个终点通孔为止的各个分隔壁厚度(Tr1～Tr3～15)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间的关系，定为1.10≤(Tr1～Tr3～15)/Tc≤3.00。
若该值[(Tr1～Tr3～15)/Tc]不足1.10，则等静压强度得不到改善，而超过3.00，压力损失将增大。
如上所述，作为本发明的陶瓷制蜂窝状结构体1，从最外周通孔(第1个通孔)到向内方连续的第3～15个的某一个通孔为止的各个通孔分隔壁的厚度(Tr1～Tr3～15)，是与基本通孔分隔壁厚度(Tc)成特定的比例加厚的，但即使使第1～2个通孔的分隔壁厚度(Tr1～Tr2)以特定的比例加厚，等静压强度和外形轮廓度(分隔壁形状精度)也未见改善，而当将比第15个更靠内方的通孔的分隔壁厚度以特定比例加厚时，不仅压力损失增大，而且由于载体的质量将大到既定值以上，热容量也要增加，会对冷启动时催化剂的暖机性能产生不良影响。
如图3(a)～图3(c)所分别示出的，作为本发明的陶瓷制蜂窝状结构体，最好是，以在内方与第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁的厚度，以各个分隔壁的以与通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈以短边作为厚度的长方形形状(图3(c))、内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状(图3(a))、或者内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状(图3(b))，并且随着成为内方的通孔分隔壁该长方形的短边、倒置梯形的下底或绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化(变短的比例只要在1.10～3.00的范围内即可)，并使具有最短的短边、下底或下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。这样构成，可减小压力损失、提高耐热冲击性比。
此外，为了防止由于外周部通孔的分隔壁的厚壁化而使蜂窝状载体的重量增加，也可以做成这样，即，使蜂窝状结构体的最外周通孔分隔壁与外壁二者相连接的部位突起(接点突起)，或者使相邻的分隔壁，在其随着分隔壁间隔变窄而与外壁连接的部位，至少在这些分隔壁之间向外壁的内侧突起(V形连接突起)，从而在保证上述分隔壁(分隔筋)形状的高精度化、等静压强度提高等效果的情况下，将通孔分隔壁的厚度相对减薄。
具体地说，最好是，通孔的拐角部，具有不大于1.2mm的曲率半径，此外，最好是，在通孔分隔壁与蜂窝外壁二者相交处，具有不大于1.2mm的曲率半径。
此外，作为本发明，最好是，最外周通孔的通孔分隔壁厚度(Tr1)，与所示基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤Tr1/Tc≤3.00的关系，而且，以最外周通孔为第3起点通孔，使由此到向内方连续的第3～20个范围内的某一个第3终点通孔为止的各个通孔分隔壁的厚度(Tr1～Tr3～20)，与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤3.00的关系，并且以各个分隔壁的以与所说通孔(贯通路径)的形成方向相垂直的平面切开的截面，呈以短边作为厚度的长方形形状、内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状、或者内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状并随着成为通孔分隔壁该长方形的短边、倒置梯形的下底或绕线轴形状的下边依次变短，的状况变化，并使具有最短的短边、下底或下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。这样构成，可减小压力损失、提高耐热冲击性比。
此外，本发明中，还将各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr3～20)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间的关系，如上所述限定为，1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤2.50、最好是1.20≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤1.60，取这样的条件，对于需要考虑压力损失的场合，具有实用效果。
此外，对于本发明中所采用的通孔的截面形状并无特别限制，例如可列举出做成三角形以上的多角形形状的例子。其中，以正方形、长方形、以及六角形中的某一种为宜。
此外，作为本发明中所采用的蜂窝外壁的截面形状，例如可列举出圆、椭圆、长圆、梯形、三角形、四角形、六角形或左右非对称的异形形状。而其中，以圆、椭圆、长圆为宜。
此外，近年来，出现了蜂窝状载体安装在卡车等大型车辆中的机会也在增多的趋势，出现了使用大型载体作为蜂窝状载体的需求。在采用大型蜂窝状载体的场合(蜂窝外壁的截面形状为圆形时，其直径为144mm以上，而其截面形状为圆形之外的其它形状时，以具有与圆形时同等的截面面积作为条件)，最好是这样构成，即，以最外周通孔为第1起点通孔，而以由最外周通孔到向内方连续的第10～40个而最好是第10～30个的范围内的某一个通孔为第1终点通孔，总体上使
厚壁化部分延长，并使各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr10～40)而最好是(Tr1～Tr10～30)的、与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之比(Tr1～Tr10～T40)/Tc而最好是(Tr1～Tr10～20)/Tc，在一般情况下为1.10～3.00、从实用上考虑为1.10～2.50、进一步从实用上考虑为1.20～1.60。
此外，作为本发明中所使用的通孔分隔壁及蜂窝外壁，例如可列举出，由从堇青石、矾土、莫来石、氮化硅、铝钛酸盐(AT)、氧化锆及碳化硅中选出的至少一种材料形成。
图4是对本发明的蜂窝状载体组装在转换器容器中的例子以示意方式加以展示的说明图，蜂窝状载体13是以外周面得到环12的支撑而组装在转换器容器11内的。对于环12并无特别限制，但通常使用金属网制作的环。另外，最好是，在转换器容器11与蜂窝状载体13的外周面之间，中间有垫、布等缓冲件14。
下面，结合实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明并不受这些实施例的任何限制。
对于由实施例获得的蜂窝状结构体，以如下所示的方法对其性能进行了评价。
静压强度试验
依据社团法人自动车技术会发行的汽车标准JASO标准M505-87进行试验和评价。表1中，分为“未提高”(与标准制品相比其性能未见有意义的差别的提高)、“稍有提高”、以及“提高”3个档次进行评价。
耐热冲击性试验
属于这样一种试验，即，将室温蜂窝状载体放入保温在比室温高既定温度的电炉内并保持20分钟后，将载体取出放在耐火砖上，观察其外观并以金属棒轻轻敲击载体外周部。若载体上未发现裂纹，并且敲击时发出金属声而不是发闷的声音则合格，将电炉炉内温度以50℃为一档依次升高并每升高一档进行同样的检查直到变为不合格为止反复进行。当高于室温950℃时变为不合格时，称耐热冲击性为900℃之差。
外形轮廓度试验
使用三维测定装置对外周的轮廓度进行测定。
压力损失试验
在2升4缸引擎上安装具备带催化剂蜂窝状结构体的转换器，测出转换器入口和出口的压力差作为压力损失。
实施例1～53、比较例1～25
作为试品，将由滑石、高岭土、矾土、水、粘合剂混练而成的原料，挤压成形后进行烧结，制作出四角通孔结构的、直径106mm、长度155mm、蜂窝外壁厚度0.2mm、开口率80％以上的堇青石蜂窝状结构体。此时，将通孔结构、基本分隔壁厚度、外周厚壁化通孔数、外周厚壁化通孔的分隔壁厚度、厚壁化分隔壁厚度与基本分隔壁厚度之比等按表1加以改变而进行制作。对所获得的蜂窝状结构体(载体)，实施等静压强度试验、耐热冲击性试验以及外形轮廓度试验。其结果示于表1～4。
实施例18是这样一种实施例，即，以最外周的通孔为起点通孔，使由此到第15个为止的通孔的各个通孔的分隔壁厚度为0.150mm，并使第16～20个通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的截面呈倒置梯形形状并且朝向内方依次变薄的状况变化，并使其最薄部的厚度与0.075mm的基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。实施例19中，其余与实施例18相同而以截面呈绕线轴形状并且朝向内方依次变薄地变化。实施例20和实施例21是这样一种实施例，即，以最外周通孔为起点通孔，使由此到第20个通孔为止的各个通孔的分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的截面为倒置梯形形状或线轴形状并且朝向内方依次变薄，的状况变化，并使其最薄部的厚度与0.075mm的基本通孔分隔壁厚度(Tc)相同。实施例50、51、52和53也同样。
表1
实施例或比较例 通孔结构(mil/cpsi) 基本分隔壁厚度  加厚分隔壁厚度 加厚分隔壁厚度/基本分隔壁厚度之比   厚壁化通孔数量   等静压强度   形状精度   压力损失(马力)   耐热冲击性
比较例1比较例2实施例1实施例2实施例3比较例3实施例4实施例5实施例6比较例4实施例7实施例8实施例9实施例10实施例11实施例12实施例13实施例14实施例15实施例16比较例5比较例6比较例7实施例17实施例18实施例19实施例20实施例21实施例22实施例23实施例24实施例25 3.0/600″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″ 0.075″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″″  0.0750.1000.1000.1000.1000.0800.0850.0900.1000.1500.1500.1500.1500.1500.2000.2000.2000.2002000.2250.2400.2600.3000.1500.150～0.0750.150～0.0750.150～0.0750.150～0.0750.150″″″ 1.01.331.331.331.331.071.131.201.332.002.002.002.002.002.672.672.672.67673.003.203.504.002.002.00呈倒置梯形形状减小2.00呈绕线轴形状减小呈倒置梯形形状减小呈绕线轴形状减小2.00″″″   025811131313132581113258111313131313151516-201516-20202010202530   标准未提高稍有提高提高提高未提高稍有提高稍有提高稍有提高未提高稍有提高提高提高提高未提高稍有提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高--- 标准未提高″稍有提高提高稍有提高稍有提高提高″未提高稍有提高提高″″未提高稍有提高提高″″-------提高提高----   标准微增微增增加增加增加增加增加增加微增增加增加增加增加----增加增加激增激增激增增加增加增加低于实施例17-19″增加″激增″ 标准与标准同等″″″″″″″--------------降低降低若干″与标准同等″----
表2
实施例或比较例 通孔结构(mil/cpsi)   基本分隔壁厚度   加厚分隔壁厚度   加厚分隔壁厚度/基本分隔壁厚度之比   厚壁化通孔数量   等静压强度   形状精度   压力损失(马力)   耐热冲击性
比较例8实施例26实施例27实施例28实施例29实施例30实施例31实施例32实施例33实施例34实施例35实施例36比较例9实施例37实施例38实施例39实施例40实施例41实施例42比较例10 2.0/900″″″″″″″″″″″″″″″″″″″   0.050″″″″″″″″″″″″″″″″″″″   0.0500.0550.0600.0650.0700.0750.0800.0850.0900.1000.1250.1500.1750.080″″″″″″   1.01.11.21.31.41.51.61.71.82.02.53.03.51.6″″″″″″   010101010101010101010101025710152025   标准稍有提高稍有提高稍有提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高未提高稍有提高稍有提高提高提高提高提高   标准稍有提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高提高未提高稍有提高提高提高提高--   标准增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加激增微增微增增加增加增加增加激增   标准与标准同等″″″″″降低若干降低若干降低降低降低若干大幅降低与标准同等″″″降低若干″″
表3
实施例或比较例 通孔结构(mil/cpsi)  基本分隔壁厚度  加厚分隔壁厚度  加厚分隔壁厚度/基本分隔壁厚度之比  厚壁化通孔数量 等静压强度 形状精度 压力损失(马力) 耐热冲击性
比较例11  5.0/200  0.125  0.125  1.0  0 标准 标准 标准 标准
比较例12  5.0/200  0.125  0.200  1.6  10 提高 提高 增加 与标准同等
比较例13  4.5/300  0.115  0.115  1.0  0 标准 标准 标准 标准
实施例43  4.5/400  0.115  0.175  1.52  10 提高 提高 增加 与标准同等
比较例14  4.0/400  0.100  0.100  1.0  0 标准 提高 标准 标准
实施例44  4.0/400  0.100  0.150  1.5  10 提高 提高 增加 与标准同等
比较例15  3.5/400  0.090  0.090  1.0  0 标准 标准 标准 标准
比较例16  3.5/400  0.090  0.135  1.50  2 未提高 未提高 微增 与标准同等
实施例45  3.5/400  0.090  0.135  1.50  10 提高 提高 增加 与标准同等
实施例46  3.5/400  0.090  0.135  1.50  15 提高 提高 增加 与标准同等
比较例17  3.5/400  0.090  0.135  1.50  25 提高 提高 激增 降低若干
比较例18  3.5/600  0.090  0.090  1.0  0 标准 标准 标准 标准
实施例47  3.5/600  0.090  0.125  1.39  10 提高 提高 增加 与标准同等
表4
实施例或比较例   通孔结构(mil/cpsi)  基本分隔壁厚度   加厚分隔壁厚度   加厚分隔壁厚度/基本分隔壁厚度之比   厚壁化通孔数量   等静压强度   形状精度   压力损失(马力)   耐热冲击性
比较例19实施例48   1.5/900  0.0350.035   0.0350.065   1.01.86   015   标准提高   标准提高   标准增加   标准与标准同等
比较例20实施例49   2.0/1200″  0.0500.050   0.0500.080   1.01.60   010   标准提高   标准提高   标准增加   标准与标准同等
比较例21比较例22比较例23实施例50实施例51   1.5/1200″″″″  0.035″″0.035″   0.0350.065″″～0.0350.065～0.035   1.01.86″″呈倒置梯形形状减小″   02101516-2030   标准未提高提高提高提高   标准未提高提高提高提高   标准微增增加增加激增   标准与标准同等与标准同等与标准同等降低若干
比较例24实施例52   1.0/1200″  0.0250.025   0.0350.065～0.025   1.02.6呈倒置梯形形状减小   01011-20   标准提高   标准提高   标准增加   标准与标准同等
比较例25实施例53   1.0/1800″  0.0250.025   0.0350.065～0.025   1.02.6呈倒置梯形形状减小   01011-20   标准提高   标准提高   标准增加   标准与标准同等
由表1～4可知，在本发明的重要条件得到满足的场合，得到了良好的结果。此外，采用三角通孔、六角通孔等其它通孔结构时，也得到同样的结果。
另外，上述蜂窝状结构体性能的评价，是在蜂窝状结构体通孔无变形的情况下进行的，但即使在蜂窝状结构体通孔有变形的情况下，当各个通孔分隔壁厚度(Tr1～Tr3～20)与基本通孔分隔壁厚度(Tc)之间，有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤3.00的关系时，仍能够确认其有效。
在这里，所谓“通孔变形”，是指如图15所示，通孔分隔壁(分隔筋)相对于中心轴发生变形。此时，意味着变形量为通孔分隔壁(分隔筋)厚度的1.1～5.0倍。
此外，在陶瓷制蜂窝状结构体有“通孔变形”的情况下，在其直径为120mm以下时，第1终点通孔或第3终点通孔为第3～5个的某一个通孔，其直径为超过120mm时，第1终点通孔或第3终点通孔为第6～20个的某一个通孔的场合，在强度方面获得了满意效果这一点得到确认。即，如图16所示，在蜂窝状结构体的直径为120mm以下时，第1终点通孔或第3终点通孔为第3～5个通孔的场合，与不采用增强性通孔的、具有一般通孔分隔壁的场合相比，得到了强度提高2倍这一令人满意的效果；并且，在陶瓷制蜂窝状结构体的直径超过120mm时，第1终点通孔或第3终点通孔为第6～20个通孔的场合，与不采用增强性通孔的、具有一般通孔分隔壁的场合相比，得到了强度提高2倍这一满意的效果。在这里，在蜂窝状结构体的直径超过120mm时、即使第1终点通孔或第3终点通孔为第3～5个通孔的场合，与不采用增强性通孔的、具有一般通孔分隔壁的场合相比，仍得到了强度提高1.2倍这样的效果。
此外，除了上述蜂窝状结构体性能的评价结果之外，还有一点得到了确认，即，作为如图17所示，从起点通孔到终点通孔的通孔中，在至少一组以上的彼此相邻的通孔之间(图17中，Rx和Ry的一组)的边界部，具有在通孔(贯通路径)的形成方向上具有呈波形形状的波型通孔分隔壁这样一种蜂窝状结构体，与具备不具有波形形状的普通通孔分隔壁的蜂窝状结构体相比，具有优异的耐热冲击性。也就是说，对于包括至少具有波形形状的边界部的部位，在后述的燃烧试验(观察有无裂纹产生的试验)中，进行10次1200℃下加热5分钟、冷却5分钟的循环，通过该试验可以确认，具有波型通孔分隔壁的蜂窝状结构体，与具备不具有波形形状的普通通孔分隔壁的蜂窝状结构体相比，具有优异的耐热冲击性(不易产生裂纹)。在这里，所采用的蜂窝状结构体的形状，与实施例1中采用的蜂窝状结构体的材质、形状相同。
燃烧试验
使用图18所示的试验装置。该装置是，玛蒙特(マ-モント)型号No.3排气模拟器或其同等装置，或者是日本碍子(株式会社)制造的水压式等静压试验装置或其同等装置。如图18所示，该装置由主燃烧嘴101、辅助燃烧嘴102、燃烧室103、旁路104、保持器105等构成。向燃烧室103中供给LPG106和加热用空气107并以超级火花塞108点火使之燃烧。此外，将试品110设置在保持器105中，在试品110附近分别设置热电偶109。另外，旁路104，是用来交替供给加热用空气107和冷却用空气111的，以对试品110实施冷热循环。
其试验方法是，首先，将支撑件(未图示)卷绕在试品110上，将试品110以其外侧不会有气体通过地设置在保持器105中。其次，从试品110的气体入口侧端面中心向上游离开5mm设置热电偶109。之后，对试品110实施图19所示的1200℃×10次冷热循环。最后，观察试品110上有无裂纹产生。加热时的气体流量为1.0Nm3/分。
产业上利用的可能性
本发明的蜂窝状结构体，适合作为催化剂载体等，特别是，各种汽车的废气净化催化剂载体等使用。此外，除了在上述催化剂载体等用途中使用之外，本发明的蜂窝状结构体还适合在柴油细目过滤器等中作过滤之用、在燃料电池改质器用催化剂载体等各种化学反应器、热交换体等用途中使用。

Claims (21)

1.一种陶瓷制蜂窝状结构体，由形成多个彼此相邻的通孔组成的复合体的通孔分隔壁、以及围绕位于该通孔复合体最外周的最外周通孔对其进行保持的蜂窝外壁构成，
通孔分隔壁的基本壁厚Tc为Tc≤0.12mm、蜂窝外壁厚度Ts为Ts≥0.05mm、以及通孔的开口率P为P≥80％，并且，
以最外周通孔为第1起点通孔，由此到向内方连续的第3～20个范围内的某一个第1终点通孔为止的、各个通孔分隔壁厚度Tr1～Tr3-20，与基本通孔分隔壁厚度Tc之间有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤3.00的关系。
2.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，以所说最外周通孔为第1起点通孔，由此到向内方连续的第3～15个范围内的某一个第1终点通孔为止的、各个通孔分隔壁厚度Tr1～Tr3～15，与基本通孔分隔壁厚度Tc之间有1.10≤(Tr1～Tr3～15)/Tc≤3.00的关系。
3.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，以在内方与所说第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与所说通孔的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈以短边作为厚度的长方形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该长方形的短边依次变短的状况变化，并使具有最短的短边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度Tc一致。
4.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，以在内方与所说第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的以与所说通孔的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该倒置梯形的下底依次变短的状况变化，并使具有最短的下底的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度Tc一致。
5.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，以在内方与所说第1终点通孔相邻的下一个通孔为第2起点通孔，使由此到向内方连续的第3～5个范围内的某一个第2终点通孔为止的各个通孔分隔壁厚度，以各个通孔分隔壁的、以与所说通孔的形成方向相垂直的平面所切开的截面呈内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状并且随着成为内方的通孔分隔壁该绕线轴形状的下边依次变短的状况变化，并使具有最短的下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度Tc一致。
6.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，最外周通孔的通孔分隔壁厚度Tr1，与所说基本通孔分隔壁厚度Tc之间有1.10≤Tr1/Tc≤3.00的关系，各个通孔分隔壁的、以与所说通孔的形成方向相垂直的平面所切开的截面，呈以短边作为厚度的长方形形状、内方一侧具有短的下底作为厚度的倒置梯形形状、或者内方一侧具有短的下边作为厚度的绕线轴形状，并且随着成为内方的通孔分隔壁，该长方形的短边、倒置梯形的下底、或者绕线轴形状的下边依次变短的状况变化，并使具有最短的短边、下底、或者下边的通孔分隔壁的厚度与基本通孔分隔壁厚度Tc一致。
7.如权利要求6所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，所说各个通孔分隔壁厚度Tr1～Tr3～20，与所说基本通孔分隔壁厚度Tc之间，有1.10≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤2.50的关系。
8.如权利要求6所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，所说各个通孔分隔壁厚度Tr1～Tr3～20，与所说基本通孔分隔壁厚度Tc之间，有1.20≤(Tr1～Tr3～20)/Tc≤1.60的关系。
9.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，所说通孔的截面形状为三角形以上的多角形。
10.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，所说蜂窝外壁的截面形状，是圆、椭圆、长圆、梯形、三角形、四角形、六角形、或左右非对称的异形形状。
11.如权利要求10所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，在所说蜂窝外壁的截面形状为圆形的场合，其直径为144mm以上，在其截面面积为圆形以外的形状的场合，具有与所说圆形的场合同等的截面面积，并且，以所说最外周通孔为第1起点通孔，以由所说最外周通孔向内方连续的第10～40个范围内的某一个通孔为所说第1终点通孔，各个通孔分隔壁厚度Tr1～Tr10～40与基本通孔分隔壁厚度Tc之间，有1.10≤(Tr1～Tr10～40)/Tc≤3.00的关系。
12.如权利要求10所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，在所说蜂窝外壁的截面形状为圆形的场合，其直径为144mm以上，在其截面面积为圆形以外的形状的场合，具有与所说圆形的场合同等的截面面积，并且，以所说最外周通孔为第1起点通孔，以由所说最外周通孔向内方连续的第10～30个范围内的某一个通孔为所说第1终点通孔，各个通孔分隔壁厚度Tr1～Tr10～30与基本通孔分隔壁厚度Tc之间，有1.10≤(Tr1～Tr10～30)/Tc≤3.00的关系。
13.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，所说通孔分隔壁和所说蜂窝外壁，是由从堇青石、矾土、莫来石、氮化硅、铝钛酸盐AT、氧化锆及碳化硅中选择的至少一种材料形成。
14.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，催化剂成分被载持在所说通孔分隔壁的表面，从所说蜂窝外壁的外周面进行支撑而组装在催化剂转换器中。
15.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，所说通孔的角部，具有不大于1.2mm的曲率半径。
16.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，在所说通孔分隔壁与所说蜂窝外壁二者相交处，具有不大于1.2mm的曲率半径。
17.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，陶瓷制蜂窝状结构体为有通孔变形的结构体，在其直径为120mm以下的场合，第1终点通孔是第3～5个通孔，而在其直径超过120mm的场合，第1终点通孔是第6～20个通孔。
18.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，从所说第1起点通孔到所说第1终点通孔为止的通孔中，至少一组以上的彼此相邻的通孔之间的边界部，具有在通孔的形成方向上呈波形形状的波型通孔分隔壁。
19.如权利要求3所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，从所说第2起点通孔到所说第2终点通孔为止的通孔中，至少一组以上的彼此相邻的通孔之间的边界部，具有在通孔的形成方向上呈波形形状的波型通孔分隔壁。
20.如权利要求6所记载的陶瓷制蜂窝状结构体，其特征是，从所说第1起点通孔到所说第1终点通孔为止的通孔中，至少一组以上的彼此相邻的通孔之间的边界部，具有在通孔的形成方向上呈波形形状的波型通孔分隔壁。
21.如权利要求1所记载的陶瓷制蜂窝状结构体作为汽车废气净化催化剂用载体的应用。
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