CN1578871A - 高强度蜂窝结构体、其成形方法以及蜂窝结构净化器 - Google Patents

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Abstract

提供一种蜂窝结构、该蜂窝结构净化器以及该蜂窝结构的制造方法，所提供的蜂窝结构能够抑制随着蜂窝结构的薄壁化而引起的等静压强度的降低。蜂窝结构(1)具有由隔壁(2)所隔开的在轴向贯通的多个流通孔(3)。蜂窝结构(1)以及蜂窝结构净化器其特征在于：在相对蜂窝结构(1)的轴向的垂直截面的纵向方向为一个方向(Y方向)的隔壁2Y的厚度(TY)，比纵向方向为其它方向的隔壁2X的厚度(TX)要厚。成形上述蜂窝结构的蜂窝结构的成形方法其特征在于：使上述Y方向为重力方向来挤出成形。

Description

高强度蜂窝结构体、其成形方法以及蜂窝结构净化器
技术领域
本发明涉及高强度的蜂窝结构体，具体涉及的是：即使隔壁的平均厚度薄，也能具有良好的等静压强度以及/或封装强度的蜂窝结构体，以及使用该蜂窝结构体的蜂窝结构净化器(converter)。本发明还涉及具有良好的等静压强度以及/或封装强度的蜂窝结构体的成形方法。
技术背景
蜂窝结构体广泛用于过滤器、触媒载体等中，特别是广泛用于作为汽车引擎等内燃机的排气净化用触媒净化器的触媒载体、柴油机的排气净化用过滤器等。在汽车等排气净化用触媒净化器的触媒载体等中使用蜂窝结构的场合，考虑到环境问题，排气限制有逐年强化的趋势，与此对应，必然要求提高排气净化触媒的净化性能。另外，在引擎开发方面，明显具有低燃费、高输出化的导向，对应于这种状况，也必然要求减少在排气净化触媒的压力损失。
因此，为了解决这样的问题，强烈的动向是：通过将蜂窝结构体其隔壁及外周壁的厚度进一步减薄，一方面提高通气性、减少压力损失，而且使排气净化触媒重量减轻、减小热容量，提高暖机时的净化性能。
在这样的用途中，是在金属制的外壳等中通过固定材料来固定蜂窝结构体，例如作为触媒净化器来使用，但为了在使用时不发生外壳与蜂窝结构体的错动，必须要用一定的强度来固定，为了承受该强度而要求等静压强度。此外，还要求抑制在外壳通过固定材料来固定(以下称为封装)时的破坏。因此，必须要抑制由于要求降低热容量而使蜂窝结构薄壁化时的等静压强度的降低以及/或对于封装的耐性(以下称为封装强度)的降低。
作为解决随着隔壁的薄壁化而引起的蜂窝结构的强度降低的方法，例如在特公昭54-110189号公报中提案的结构是：向着蜂窝载体的横截面中心方向而使隔壁厚度规则地减薄的结构。此外，在特开昭54-150406号公报或特开昭55-147154号公报中提案的结构是：使外周部的网眼隔壁比内部的网眼隔壁要厚的结构。但是，即使是这样的结构，也不能充分地抑制随着隔壁的进一步薄壁化而引起的等静压强度的降低，不能有效地抑制封装强度的降低。
另外，在再公表特许(国际公开号WO98/05602)中所提案的蜂窝结构是：隔壁平均厚度T为0.05～0.13mm、周壁平均厚度比T大、隔壁与周壁的平均接触宽度W的关系为：W＞T、而且0.7≥W≥-(T/4)+0.18的陶瓷制蜂窝结构体。但是，该陶瓷制蜂窝结构体虽然在防止边缘碎片上发挥了一定的效果，但是也并不一定能充分满足提高等静压强度，不能有效地抑制封装强度的降低。
发明的公开
本发明是鉴于上述以往技术问题点的发明，其目的在于：提供能够抑制由于随着蜂窝结构体的薄壁化而引起的等静压强度以及/或封装强度降低的蜂窝结构体以及蜂窝结构净化器。
本发明的另一目的是：在提供上述蜂窝结构体时，提供能够抑制降低等静压强度以及/或封装强度的成形方法。
本发明者们经过专心研究，结果发现：通过使得在相对蜂窝结构体轴向的垂直截面的纵向方向为一个方向(Y方向)隔壁的厚度(TY)比其它隔壁的厚度要厚，而能够提高对于各向等压强度的等静压强度。另外还发现，通过使纵向方向为Y方向的隔壁在所定范围内的隔壁的厚度厚些，而能抑制封装时的破坏。
即，本发明提供一种蜂窝结构，是具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的蜂窝结构体，其特征在于：在相对前述蜂窝结构体的轴向的垂直截面的纵向方向为一个方向(Y方向)隔壁的厚度(TY)要比纵向方向为其它方向隔壁的厚度(TX)要厚。
在本发明中，上述TX与TY的关系最好为：1.10≤TY/TX≤1.50，且最好有：10μm≤TX≤115μm。此外，蜂窝结构的开口率最好为60％～95％。另外，流通孔的截面形状最好是多边形，而该多边形最好是从正方形、长方形、三角形以及六角形中选择的1个或2个以上的多边形。在本发明中，蜂窝结构体的相对轴向的垂直截面形状还可以是椭圆形状、长圆(跑道)形状或异型形状，截面的短径方向最好是Y方向，蜂窝结构体的外周部的隔壁的厚度最好比内周部隔壁的厚度要厚。另外，蜂窝结构体的外周部的隔壁的厚度最好比内周部的隔壁的厚度厚。此外，蜂窝结构体具有围绕隔壁的圆筒状的外周壁，在相对前述蜂窝结构体的轴向的垂直截面，从前述截面的中心相对Y方向，把在35度方向延伸的一条线与前述外周壁一个交点作为O1点、把在75度延伸的一条线与外周壁的一个交点作为P1点、把从O1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为O2点、把从P1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为P2点，在这种场合，理想的情况是：由沿外周壁连接O1点与P1点的圆弧、连接P1点与P2点的直线、沿外周壁连接P2点与O2点的圆弧、连接O2点与O1点的直线所围绕的范围内的隔壁的纵向方向为Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。此外，蜂窝结构体具有：围绕隔壁的长圆筒状或椭圆筒状的外周壁、以及在相对前述蜂窝结构体的轴向的垂直截面的Y方向是长圆或椭圆形的截面形状的短径方向的隔壁，在前述截面，从前述截面的中心相对Y方向，把在35度方向延伸的一条线与前述外周壁一个交点作为O1点、把在85度延伸的一条线与外周壁的一个交点作为P1点、把从O1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为O2点、把从P1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为P2点，在这种场合，理想的情况是：由沿外周壁连接O1点与P1点的圆弧、连接P1点与P2点的直线、沿外周壁连接P2点与O2点的圆弧、连接O2点与O1点的直线所围绕的范围内的隔壁的纵向方向为Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
另外，本发明提供蜂窝结构净化器，是把具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的蜂窝结构封装在金属外壳内而形成的蜂窝结构净化器。在本发明的蜂窝结构净化器中，理想的情况是：把在上述所定范围内的隔壁的纵向方向为Y方向的隔壁的至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚的蜂窝结构体由分割成两个的金属外壳来封装、而成为一体化。
此外，本发明提供蜂窝结构的成形方法，是具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的上述蜂窝结构体的成形方法，其特征在于：使上述Y方向为重力方向来挤出成形。
附图的简单说明
图1(a)是本发明一实施形式的蜂窝结构体的模式的斜视图。图1(b)是图1(a)的蜂窝结构体的模式的上面图。
图2(a)是流通孔为正方形的本发明的蜂窝结构体的截面放大模式图。图2(b)是流通孔为长方形的本发明的蜂窝结构体的截面放大模式图。图2(c)是流通孔为三角形的本发明的蜂窝结构体的截面放大模式图。图2(d)是流通孔为六边形的本发明的蜂窝结构体的截面放大模式图。
图3是本发明的其它实施形式的蜂窝结构体的模式的上面图。
图4是本发明的蜂窝结构体的截面形状的一例。
图5是本发明的蜂窝结构体的截面形状的其它的一例。
图6是本发明的蜂窝结构体的截面形状的其它的一例。
图7是本发明的蜂窝结构体的截面形状的其它的一例。
图8是本发明的蜂窝结构体的截面形状的其它的一例。
图9是本发明的蜂窝结构体的截面形状的其它的一例。
图10是本发明的蜂窝结构体的截面形状的其它的一例。
图11(a)以及图11(b)是表示本发明的蜂窝结构体的最佳实施形式的模式的截面放大图。
图12是表示本发明的蜂窝结构体的其它一例的模式的截面图。
图13是表示本发明的蜂窝结构体的另外其它一例的模式的截面图。
图14是表示在蜂窝结构体封装时，作用在蜂窝结构体的压力分布的一例的曲线图。
图15是表示在蜂窝结构体封装时，作用在蜂窝结构体的压力分布的其它一例的曲线图。
图16是表示把网眼结构体向金属容器内的压入方法的一例的部分剖视说明图。
图17是表示为了把网眼结构体装放在金属容器内的卷压方法的一例的斜视图。
图18是表示为了把网眼结构体装放在金属容器内的蛤壳方法的一例的斜视图。
图19是表示在本发明的成形方法中所使用的挤出成形装置的一例的侧面模式图。
实施发明的最佳形式
以下根据适当的实施形式来说明本发明，但本发明并不仅限定以下的实施形式。另外，在以下的说明中，除了特别的说明之外，蜂窝结构的截面体是指相对轴向的垂直截面。
图1(a)、图1(b)是表示本发明涉及的蜂窝结构体的一实施形式的模式图。如图(a)、图1(b)所示，本发明涉及的蜂窝结构体1具有由隔壁2隔开的在轴向贯通的多个流通孔3。本发明的重要特征是：在蜂窝结构体的截面，纵向方向(长度方向)为一个方向(Y方向)的隔壁2Y的厚度比其它方向，例如，比图2(b)的纵向方向为X方向的隔壁2X的厚度要厚。把蜂窝结构体1做成这样的构造，适合于在挤出成形时使Y方向成为重力方向来挤出成形，由此而提高了等静压强度。通过使一个方向的隔壁的厚度加厚，而提高了对于来自外周的各向等压强度的等静压强度，这是令人惊讶的效果，其理由可以认为是：因为通过制成上述的构造，能够抑制隔壁2从挤出到烧结时的变形，成为按照设计形状的蜂窝结构体，没有因隔壁2的变形而引起的应力集中的部位。
本发明的蜂窝结构体的流通孔3的截面形状虽没有特别的限制，但截面形状为多边形时，理想的是可以确保在截面的纵向方向为一个方向的隔壁的总计长度在一定比例以上。另外，如图2(a)～图2(d)所示，当是正方形、长方形、三角形或六角形时，因为能够确保在截面的隔壁的纵向方向为一个方向的隔壁的总计长度比较多，所以是很理想的。此外，所有的流通孔3的截面形状可以不是同一形状，在一个蜂窝结构中也可以存在2个以上的不同形状。
在本发明中，流通孔3的截面形状为正方形或长方形的场合，如图2(a)或图2(b)所示，把纵向方向为任意一个方向的隔壁作为2Y，可以把该的一部分或全部的厚度制作得比与其垂直方向(X方向)为纵向方向的隔壁2X的厚度要厚。流通孔3的截面形状为三角形的场合，如图2(c)所示，把一个三角形的任意一个边的方向作为Y，把纵向方向为Y方向的隔壁，即，把所选择的一个边与在其延长线上的隔壁以及与此平行延伸的隔壁作为2Y，可以把其的一部分或全部的厚度制作得比其它方向为纵向方向的隔壁2X的厚度要厚。如图2(d)所示，流通孔3的截面形状为六角形的场合，同样，把一个六角形的任意一个边的方向作为Y，把纵向方向为Y方向的隔壁，即，把所选择的一个边与在其延长线上的隔壁以及与此平行延伸的隔壁作为2Y，可以把其的一部分或全部的厚度制作得比其它方向为纵向方向的隔壁2X的厚度要厚。
在本发明中，所谓截面的纵向方向为一个方向(Y方向)的隔壁2Y的厚度(TY)，是指任意的隔壁2Y的厚度，所谓纵向方向为其它方向的隔壁2X的厚度，是指纵向方向为其它方向的所有的隔壁2X的平均厚度。在本发明的蜂窝结构体中，理想的情况是：纵向方向为一个方向所有的隔壁2Y的厚度比隔壁2X的平均厚度要厚，但也可以是纵向方向为一个方向的隔壁2Y的一部分的厚度比隔壁2X的平均厚度要厚。这种场合，如图3所示，在直线上相连的隔壁的网眼上，隔壁整体的厚度更厚些是理想的。此外，在中央部，即直线上相连的隔壁的长度更长的隔壁的厚度更厚些也是理想的。此外，如后所述，理想的情况是：在偏离中央部的位置的所定范围内的增强部范围的隔壁的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
在本发明的蜂窝结构中，TY与TX之比，即TY/TX若比1大，虽然没有特别的限定，但如果接近1，则得不到本发明的效果，若过大，则耐热冲击性恶化，是不理想的。理想的范围是：TY/TX为1.10以上，而更好是1.15以上，最好是1.20以上，且TY/TX为1.50以下，而更好是1.45以下，最好是1.40以下。在这种场合，TX与所有的TY满足上述关系是理想的，但与一部分的TY，例如，与后述的增强部范围的TY满足上述关系也是理想的。
在本发明的蜂窝结构体中，纵向方向为Y方向以外的方向的隔壁的厚度(TX)虽没有特别的限定，但如果过薄，则即使是本发明的蜂窝结构体也难以挤出，此外，如果过厚，则即使不是本发明的蜂窝结构体不能容易地得到充分的等静压强度，难以显示本发明的效果。TX的理想范围是10μm以上，更好是20μm以上，而最好是30μm以上，且TX的理想范围是115μm以下，更好是100μm以下，而最好是95μm以下。
在本发明的蜂窝结构体中，对网眼密度虽没有特别限制，但网眼密度过大的场合，每单位截面面积的隔壁的数目多，即使不是本发明的蜂窝结构，也难以发生隔壁的变形，不能容易得到充分的等静压强度，而难以显示本发明的效果。同样，对开口率虽也没有限制，但如果开口率过大，则即使是本发明的蜂窝结构，也不能得到充分的强度，而如果开口率过小，则降低了作为触媒载体的性能，是不理想的。理想的开口率是60～95％，更好的是65％～92％，而最好是70％～89％。
作为本发明的蜂窝结构体1的截面形状，例如，如图1(b)所示，可以做成椭圆形，其它如图4～图10所示的圆、长圆(跑道形)或异型形状，例如大略三角形、大略梯形、大略四角(边)形或左右非对称形状等。其中，因为椭圆、长圆、异型形状具有短径和长径，所以，适宜作为本发明的形状。椭圆形、长圆形或异型形状的场合，虽也可以将截面的长径方向作为Y方向，但从提高等静压强度的观点，最好是将短径方向作为Y方向。
此外，如图11(a)、图11(b)所示，从提高封装强度的观点，也最好是使蜂窝结构体的外周部的隔壁的厚度比内周部的隔壁的厚度要厚。这里，隔壁也包含蜂窝结构体的最外周壁。在这种场合，如图11(b)所示，也可以仅使蜂窝结构体的最外周壁的厚度厚些，此外，如图11(a)所示，也可以使得从外周侧包围第数个流通孔的隔壁的厚度厚些。另外，在图11(a)以及图11(b)中，2Y的厚度当然比2X的厚度要厚。使外周部的隔壁的厚度厚的范围，理想的是从外周侧到第15个流通孔的范围，更理想的是至第10个流通孔的范围。在此处范围内，可以使任意的隔壁的厚度厚些，但理想的是使从最外周壁至第某个隔壁的厚度厚些。作为最佳的具体例可以例举出：例如，把与外周壁相连接的流通孔，即，把截面的最外侧的流通孔3a1作为第1个，向内侧至第3个的连续的流通孔，即，把各个围绕流通孔3a1～流通孔3a3的隔壁2的厚度制作为约80μm，其它的隔壁，即，相对上述80μm的隔壁，把内侧的隔壁的厚度制成50μm的形式。此外，还可以例举出：把各个围绕流通孔3a1～流通孔3a3的隔壁2的厚度制作为80～100μm，把各个围绕向其内侧连续至第4～第6个流通孔3a4～3a6的隔壁2的厚度制成60～80μm，另外再把各个围绕向其内侧连续至第7～第10个流通孔3a7～流通孔3a10的隔壁2的厚度制成50～60μm，其内侧的隔壁为50μm左右，从外周侧向内侧顺次减薄隔壁厚度的形式。另外，还可例举出把各个围绕流通孔3a1～流通孔3a10的隔壁2作为80μm，而把其内侧的隔壁作为50μm的形式。
此外，本发明的蜂窝结构体的其它的理想形式，例如图12所示，蜂窝结构体1具有围绕隔壁的圆筒状的外周壁7，在图12所示的截面中，把从截面中心8向Y方向以35度方向延伸的线30与外周壁7的一个交点作为O1点、把从截面中心8向Y方向以75度方向延伸的线32与外周壁7的一个交点作为P1点、把从O1点向Y方向延伸的线43与外周壁7的交点作为O2点、把从P1点向Y方向延伸的线41与外周壁7的交点作为P2点，在这种情况下，由沿外周壁连接O1点与P1点的圆弧40、连接P1点与P2点的直线41、沿外周壁连接P2点与O2点的圆弧42、连接O2点与O1点的直线43所围绕的范围内，即在图12中以斜线所示范围内(以后称为增强部范围)的纵向方向为Y方向的隔壁2Y的至少一部分的厚度，比其它隔壁，即比纵向方向为其它方向以及上述范围以外的纵向方向为Y方向的隔壁的厚度要厚。以后，将增强部范围内的纵向方向为Y方向的隔壁2Y称为隔壁2Yr，把隔壁的2Yr的平均厚度称为HYr。
例如，如图18所示，在由分割为2个的金属容器11a以及11b而通过压缩弹性材料5来装放蜂窝结构体，即在封装蜂窝结构体的场合，相对蜂窝结构是在图18中的上下方向、即在箭头方向施加压力，但已判明，如图14所示，该应力在蜂窝结构体的特定位置达到非常高。把从图18中的蜂窝结构体的截面中心位于上下方向的外周壁的位置设为0度，把从截面中心位于水平方向、即位于2个分割的金属容器的接合部方向的外周壁的位置设为90度，图14是表示在这种情况下的位于各外周壁处的相对的应力的强度。
从图14可知，在例如图12所示的蜂窝结构中，把隔壁2Y的Y方向作为图18中的上下方向、即成为以箭头所示的压缩方向，这样而用2个分割金属11a、11b来封装，由于隔壁2Yr配置在承受更大应力的位置，所以，能够抑制蜂窝结构在封装时或封装后的破坏。
图12中，从提高封装强度的观点，增强范围宽一些是有利的，但从隔壁整体薄壁化的观点，增强范围窄些是理想的。因此，表示O1点的角度(以下称为O1点角度)，即从截面中心8向O1点延伸的线与从截面中心8向Y方向(即0度方向)延伸的线20所成的角度理想的是35度，更好的是45度，而最好是50度。同样，表示P1点的角度(以下称为P1点角度)，即从截面中心8向P1点延伸的线与从截面中心8向Y方向(即0度方向)延伸的线20所成的角度理想的是75度，更好的是70度，而最好是65度。此外，可以使隔壁2Yr的一部分厚些，也可以使全部的隔壁厚些。此外，增强部范围在图12中有两处，虽然任意一处增强范围内的隔壁2Yr的至少一部分厚些也可得到一定程度的效果，但理想的是两处增强范围内的隔壁2Yr的至少一部分要厚些。
蜂窝结构体具有围绕隔壁的长圆筒状或椭圆筒状外周壁的场合，即，蜂窝结构体的截面形状为长圆或椭圆的场合，与图14相同来测定应力分布，其例在图15中示出，可判明：长圆或椭圆的场合，位于35～85度、而更是在位于40～80度的外周部作用有大的应力。因此，如图13所示，在蜂窝结构体1的截面的Y方向具有长圆或椭圆的截面形状的短径方向的隔壁、即具有0度方向的隔壁，从截面中心8相对Y方向，把沿35度延伸的一条线34与外周壁7的一个交点设为O1点、把沿85度方向延伸的一条线36与外周壁7的一个交点设为P1点、从O1点向Y方向延伸的线48与外周壁7的交点设为O2点、从P1点向Y方向延伸的线46与外周壁7的交点设为P2点，在这种场合，理想的情况是：沿外周壁连接O1点与P1点的圆弧45、连接P1点与P2点的直线46、沿外周壁连接P2点与O2点的圆弧47、连接O2点与O1点的直线48所围绕的范围内，即以斜线所示的增强部范围内的隔壁2Yr的至少一部分的厚度，比其它隔壁的厚度要厚。
在这种情况下，根据同样的理由，截面为圆形的场合，理想的情况是：O1点角度理想的是35度，更好的是40度，而最好是50度。P1点角度理想的是85度，而更好的是80度。此外，可以使增强部范围的隔壁2Yr的一部分厚些，也可以使全部都厚些。此外，增强部范围在图13中有两处，虽然任意一处增强范围内的隔壁2Yr的若至少一部分厚一些也可得到一定程度的效果，但最好是两处增强范围内的隔壁的至少一部分要厚些。
在图12或图13所示的形式中，即使一部分的TY/TX的值小，也能得到提高等静压强度的效果。此外，在本发明的蜂窝结构中，隔壁的轴向的厚度一般是一定的，虽然厚度一定是理想的，但即使不一定，类似本发明效果的轴向的范围也可以属于本发明的范围。
本发明的蜂窝结构体特别适宜使用在汽车等内燃机的排气净化用，但也可以在备种过滤器或触媒载体等各种用途中使用。此外，本发明的蜂窝结构体通过封装而装入触媒净化器容器，可以作为蜂窝结构净化器来使用。在这种场合，如图16～图18所示，最好是把蜂窝结构体1和压缩弹性材料5一起以压缩状态封装在金属容器11内，作为具体的封装方法，适宜的方法有：使用图16所示的导向体17的压入方法(填塞(Stuffing)法)、通过卷绕拉紧图17所示的金属板11c而来施加面压、用焊接等来固定金属板11c接合部的卷压方法(卷紧(Tourniquet)法)、或用图18所示的2个分割的金属容器11a、11b来一边施加负荷一边夹入、用焊接等把2个金属容器11a、11b的接合面(边缘)16a、16b之处形成一体化的方法(蛤壳(Cram-shell)法)等。
本发明的蜂窝结构最好是从堇青石、莫来石、氧化铝、尖晶石、碳化硅、氮化硅、锂铝硅酸盐、铝钛酸盐、氧化锆以及这些组成的群中所选择的1种或2种以上的陶瓷作为材质。这里，碳化硅也包含金属硅与碳化硅构成的材质。其中，特别是因为堇青石热膨胀系数小，适用于作为汽车引擎的排气净化用蜂窝结构体的材质，所以在本发明中也是特别理想的。
本发明的蜂窝结构的制造方法没有特别的限制，可以例如把粘结剂等混入上述材质的粉体，利用注射成形、挤出成形等成形为一定形状之后，通过干燥、烧结来制造。其中最好的是由挤出成形来成形。
以堇青石作为材质的蜂窝结构可如下述来制造：例如，从滑石、陶土、焙烧陶土、氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅中，在相对堇青石原料100％加入化学成分SiO2为42～56％质量、Al2O3为30～45％质量、MgO为12～16％质量的范围而以一定比例调和的堇青石化原料100质量部分中，作为造孔剂添加石墨为15～25％质量部分、以及添加PET、PMMA、交联聚苯乙烯、酚树脂等合成树脂为5～15％质量部分、添加一定量的甲基纤维素类、表面活性剂，之后添加适量的水混炼制成土坯。然后，将该土坯真空脱气后，挤出成形为蜂窝结构，利用感应干燥或微波干燥、热风干燥法干燥之后，利用最高温度为1400～1435℃之间的加热工序来进行脱脂·烧制，通过这一系列的工序，可以制造以堇青石作为材质的蜂窝结构。
其次，对蜂窝结构的成形方法的发明予以说明。本成形方法的发明是提供适宜前述的蜂窝结构体成形的挤出方法。本成形方法的发明的特征是：使前述的蜂窝结构体的Y方向为重力方向、即，使前述的蜂窝结构的Y方向为铅直方向来挤出成形。这样，即使隔壁的厚度作为整体薄些，但是因为隔壁的厚度更厚些的2Y的强度更高，所以能够防止挤出时由于自重而引起的变形，能够抑制应力集中部位的产生，因此，可以抑制等静压强度的降低。
图19是能够适用于本发明的挤出成形的挤出成形装置的侧面模式图，挤出机10中的土坯通过机头22而被水平挤出，成形为蜂窝结构成形体24。刚挤出后的蜂窝结构成形体24可塑性大，隔壁薄时，由于自重而隔壁容易变形、扭屈。因此，由于Y方向为重力方向、即，由于厚度更薄些的隔壁2Y为垂直而被挤出，所以，重力方向的强度更强，能够抑制隔壁的变形、扭屈。
只要是能够加热以及加压具有挤出功能的成形装置，则本发明所使用的成形装置没有特别的限定，可以使用柱塞式挤出机、练泥机、单轴连续挤出机、双轴连续混练机等。
另外，本发明中，利用能够同时进行混炼和成形的双轴连续混炼挤出机等，也可以同时进行混炼与成形。此外，成形装置的温度控制装置没有特别限制，例如，可以是由加热器来进行温度控制的装置，也可以是由使用油等的热媒循环来进行温度控制的装置，也可以是将这些组合的装置。
在本发明中，从机头22挤出的成形物体的冷却方法没有特别的限制，例如，可以使用由空冷、喷雾的水冷等方法。此外，也可以把成形物通过水中而急速冷却。另外，虽然冷却方法也还要考虑成形温度、挤出速度、添加剂的种类、添加量等，但在本发明的挤出方法中，并不是特别要强制的冷却，在室温冷却中也应能得到隔壁无变形的符合设计的蜂窝结构体。
刚从机头22挤出后的冷却温度可以是固化成形粘结剂的温度，从减小冷却时的应力的观点，成形温度与冷却温度的差小是最好的，冷却速度最好慢些。热可塑性材料作为粘结剂来使用的场合，因为是通过温度降低来冷却固化，所以，当仅把表面固化而牢固时，在高温内部的网眼部存在着产生裂缝缺陷的危险。因为本发明的成形方法即使成形温度与冷却温度的差小，也能容易地得到隔壁无变形的符合设计的蜂窝结构体，所以在抑制内部裂纹的产生方面也是有利的。
在本发明的蜂窝结构体的制造中，作为能够用于混炼工序的混炼设备，只要是能够加热以及加压的设备，则没有特别限定，可以使用一般的捏合机、加压捏合机、双轴连续混炼挤出机等。
在连续成形中，粘结剂必须要微粒化，作为微粒化方法，例如可以使用喷雾干燥机、冷冻粉碎机。
在低温领域，考虑到成形粘结剂的飞散曲线，选择不产生网眼碎片的条件来进行成形体的烧结，而在高温领域，选择能够赋予气孔率、热膨胀率等目标特性的条件来进行成形体的烧结。
此外，可以根据原料粉末的种类，适宜地选择在大气中、惰性气体中、真空中等来进行蜂窝结构成形体的脱脂·烧结。
例如，在氧化物的堇青石组成混合粉末的场合，在大气中脱脂之后，在大气中进行烧结，通常，是在单窑或隧道式等连续炉中同时进行脱脂·烧结。
将如上述所制造的蜂窝结构体用于汽车排气用的触媒的场合，在网眼通路内表面形成γ氧化铝层，在该γ氧化铝层的细孔内装入触媒成分的白金、铑、钒等贵金属成分，之后以600℃左右的温度来烧附触媒。
以下，使用实施例来对本发明进行更详细的说明，但本发明并不只限定这些实施例。
作为实施例1～6以及比较例1，做成如下的蜂窝结构体：流通孔的截面形状为正方形、网眼密度为62网眼/cm2(400网眼/in2)，挤出时为水平方向的隔壁的平均厚度(TX)为88.9μm(3.5mil)，整体的截面形状为直径86mm圆形的圆筒形的堇青石质蜂窝结构体。
(实施例1)
把滑石、陶土、氢氧化铝的原料粉末，各自秤出所定量之后，混合而得到原料批料。然后，作为混炼工序，在所得到的原料批料中，相对原料批料100质量％，添加甲基纤维素4质量％、添加水，由混炼装置进行混炼，得到混炼物。在该混炼工序中，控制混炼装置的温度以使混炼物为10℃。然后，通过真空室把所得到的混炼物脱气，通过二次搅拌混炼物，做成圆柱状的土坯。把该圆筒状的土坯放入挤出成形机，使Y方向为重力方向(铅直方向)、轴向为水平方向来挤出，这样而得到蜂窝结构成形体A。然后，把蜂窝结构成形体A通过感应干燥以及热风干燥而除去水分。之后，在最高温度约1450℃、最高温度保持时间为8小时的条件下进行脱脂·烧结，得到Y方向的隔壁的厚度(TY)约100μm(约3.85mil)，即，TY/TX为1.1的蜂窝结构体A。
(实施例2～6)
作为实施例2～6，取为如表1所示的TY/TX，挤出时作为垂直方向的所有隔壁的厚度(TY)分别为：约107μm(约4.2mil)、约115μm(约4.5mil)、约125μm(约4.9mil)、约135μm(约5.2mil)以及约142μm(约5.6mil)，除此以外，用与实施例1同样的方法来做成蜂窝结构体B～F。
(比较例1)
所有的隔壁厚度为88.9μm(3.5mil)，即TY/TX取为1，除此以外，用和实施例1同样的方法来做成蜂窝结构体G。
(隔壁变形的评价)
使用万能投影机来观察由实施例1～6以及比较例1所得到的蜂窝结构体A～G，来评价隔壁的变形。能够确认变形的以○表示、不能确认变形的以×表示，结果在表1中示出。仅比较例1的蜂窝结构体G的隔壁能看到变形，而实施例1～6的蜂窝结构A～F的隔壁未见变形。
(表1)
 TYμm(mil) TXμm(mil) TY/TX   隔壁的变形   等静压强度 ESP
实施例1  100(3.85) 90(3.5) 1.1     ○     ○     ○
实施例2  107(4.2) 90(3.5) 1.2     ○     ○     ○
实施例3  115(4.5) 90(3.5) 1.3     ○     ○     ○
实施例4  125(4.9) 90(3.5) 1.4     ○     ○     ○
实施例5  135(5.2) 90(3.5) 1.5     ○     ○     ○
实施例6  142(5.6) 90(3.5) 1.6     ○     ○     ×
比较例1  90(3.5) 90(3.5) 1.0     ×     ×     ○
(等静压强度的评价)
根据社团法人汽车技术协会发行的汽车规格JASO规格505-87来做试验评价。该试验是把蜂窝结构体放入橡胶的筒状容器中，用铝制板做盖而在水中进行的各向等压压缩试验，是模拟由净化器罐体在外周面固定蜂窝结构场合的模拟压缩载荷加重试验。能承受10kgf/cm2加压的以○表示，不能承受而破坏的以×表示，其结果在表1示出。仅是比较例1的蜂窝结构体G不能承受10kgf/cm2的加压而破坏，而实施例1～6的蜂窝结构体A～F即使加压10kgf/cm2，也未破坏。
(电炉散裂性(ESP)的评价)
将室温的蜂窝结构体放入保持为比室温高一定温度的电炉中，保持20分钟后，取出蜂窝结构体而自然放置在耐火砖上15分钟之后，冷却至室温。观察外观，用金属棒轻轻敲打蜂窝结构体外周部，由此来评价耐热冲击性。在蜂窝结构体如果没有观察到裂缝，而且敲打声音不是钝音，而是金属音则作为合格，将电炉温度以每次50℃顺次升高，每次反复进行同样的检查而至700℃。即使到700℃而外观以及敲打声音均无异常的记为○，到达700℃或在此之前外观或敲打声音有异常的记为×，结果在表1示出。仅实施例6的蜂窝结构F在到达700℃时确认有裂纹，而其它的蜂窝结构即使在700℃也没有裂纹，因为蜂窝结构体F的隔壁厚度的差别过大，所以显示出低的耐热冲击性。
(实施例7～10、比较例2)
制作如下的蜂窝结构体：蜂窝结构体的截面形状为直径118.4mm的圆形、长度为100mm，O1点角度以及P1点角度分别为表2的角度的增强范围内的隔壁2Yr的厚度TYr、以及其它的隔壁的厚度为表2所示的厚度，除此以外与实施例1相同。另外，隔壁2Yr的所有的隔壁厚度以及其它所有的隔壁厚度分别取一定值。
(实施例11、比较例3)
制作如下的蜂窝结构体：蜂窝结构体的截面形状为直径118.4mm的圆形、长度为100mm，网眼密度为93网眼/cm2(600网眼/in2)，O1点角度、P1点角度以及隔壁厚度分别为表2所示的角度以及厚度，除此以外与实施例7相同。
(实施例12、比较例4)
制作如下的蜂窝结构体：蜂窝结构体的截面形状为直径143.8mm的圆形、长度为100mm，O1点角度、P1点角度分别为表2所示的角度，除此以外与实施例7相同。
(实施例13、14)
制作如下的蜂窝结构体：蜂窝结构体的截面形状为长径125.0mm、短径80.0mm的椭圆形、长度为100mm，O1点角度、P1点角度以及隔壁厚度分别为表2所示的角度以及厚度，除此以外实施例7相同。
(实施例15、16、比较例5)
制作如下的蜂窝结构体：蜂窝结构体的截面形状为长径147.0mm、短径95.0mm的椭圆形、长度为100mm，O1点角度、P1点角度以及隔壁厚度分别为表2所示的角度以及厚度，除此以外与实施例7相同。
(实施例17、18、比较例6)
制作如下的蜂窝结构体：蜂窝结构体的截面形状为长径169.7mm、短径80.8mm的椭圆形、长度为100mm，O1点角度、P1点角度以及隔壁厚度分别为表2所示的角度以及厚度，除此以外与实施例7相同。
(封装试验)
使用图18所示的2个分割金属容器11a、11b，通过压缩材料5，利用蛤壳方法把由实施例7～18以及比较例2～6所得到的蜂窝结构体封装，检查蜂窝结构体由于封装时的压力是否破坏，结果在表2中所示。
(表2)
截面形状径(mm)、形状   网眼密度(网眼数/in2)        隔壁厚度(μm)     增强部范围(度) 封装试验
   其它隔壁    隔壁2Yr    O1点角度   P1点角度
    实施例7  φ118.4(圆)     400     90     120     35     75     没问题
    实施例8  φ118.4(圆)     400     90     120     45     70     没问题
    实施例9 φ118.4(圆) 400 90 120 50 60 没问题
    实施例10 φ118.4(圆) 400 90 100 50 60 没问题
    比较例2 φ118.4(圆) 400 90 90 无 无 破坏
    实施例11 φ118.4(圆) 600 90 110 50 60 没问题
    比较例3 φ118.4(圆) 600 90 90 无 无 破坏
    实施例12 φ143.8(圆) 400 90 120 50 60 没问题
    比较例4 φ143.8(圆) 400 90 90 无 无 破坏
    实施例13  125.0×80.0(椭圆)     400     90     120     35     85     没问题
    实施例14  125.0×80.0(椭圆)     400     90     100     35     85     没问题
    实施例15  147.0×95.0(椭圆)     400     90     100     40     80     没问题
    实施例16  147.0×95.0(椭圆)     400     90     100     50     70     没问题
    比较例5 147.0×95.0(椭圆) 400 90 90 无 无 破坏
    实施例17  169.7×80.8(椭圆)     400     90     100     50     70     没问题
    实施例18  169.7×80.8(椭圆)     400     90     100     60     70     没问题
    比较例6  169.7×80.8(椭圆)     400     90     90     无     无     破坏
从表2可知，由所有隔壁厚度为相同的比较例2～6所得到的蜂窝结构体，由于封装时的压力而破坏，但在增强部范围的纵向方向为Y方向的隔壁的厚度做的厚的蜂窝结构体却没有破坏。此外，从实施例10、14、16～18的结果可知，把隔壁厚度TXr从90μm增至100μm，即仅增加11％即可得到良好的效果。此外，在截面为圆形状的场合，仅将O1点角度以及P1点角度分别取为50度以及60度的增强部范围的隔壁厚度TYr做的厚些，即可得到良好的效果，而在截面为椭圆形状的场合，仅将O1点角度以及P1点角度分别取为60度以及70度的增强部范围的隔壁厚度TYr做的厚些，即可得到良好的效果。
产业上的利用可能性
如上所述，因为本发明的蜂窝结构，其纵向方向为一个方向的隔壁的厚度(TY)比纵向方向为其它方向的隔壁的厚度(TX)要厚，所以，抑制了挤出时的变形，提高了等静压强度。而且，即使只将增强范围的TY、即仅把TYr做的厚些即可得到良好的等静压强度。此外，利用本发明的挤出方法可容易地达到上述效果。因此，本发明的蜂窝结构以及其制造方法，作为过滤器或触媒载体是很有用的。

Claims (13)

1.一种蜂窝结构，是具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的蜂窝结构，其特征在于：相对前述蜂窝结构的轴向的垂直截面的纵向方向为一个方向(Y方向)的隔壁的厚度(TY)要比纵向方向为其它方向的隔壁的厚度(TX)要厚。
2.如权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于：上述TX与TY的关系为：1.10≤TY/TX≤1.50。
3.如权利要求1或2所述的蜂窝结构，其特征在于：TX为：10μm≤TX≤115μm。
4.如权利要求1至3任一项所述的蜂窝结构，其特征在于：蜂窝结构的开口率为60％～95％。
5.如权利要求1至4任一项所述的蜂窝结构，其特征在于：流通孔相对轴向的垂直截面形状是多边形。
6.如权利要求5所述的蜂窝结构，其特征在于：前述多边形是从正方形、长方形、三角形以及六角形中选择的1个或2个以上的多边形。
7.如权利要求1至6任一项所述的蜂窝结构，其特征在于：蜂窝结构相对轴向的垂直截面形状为椭圆形状、长圆形状或异型形状，前述截面的短径方向为Y方向。
8.如权利要求1至7任一项所述的蜂窝结构，其特征在于：蜂窝结构的外周部的隔壁的厚度比内周部隔壁的厚度要厚。
9.如权利要求1至8任一项所述的蜂窝结构，其特征在于：蜂窝结构具有围绕隔壁的圆筒状的外周壁，
在相对前述蜂窝结构的轴向的垂直截面，从前述截面的中心相对Y方向，把在35度方向延伸的一条线与前述外周壁一个交点作为O1点、把在75度延伸的一条线与外周壁的一个交点作为P1点、把从O1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为O2点、把从P1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为P2点，在这种场合，
由沿外周壁连接O1点与P1点的圆弧、连接P1点与P2点的直线、沿外周壁连接P2点与O2点的圆弧、连接O2点与O1点的直线所围绕的范围内的隔壁的纵向方向为Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
10.如权利要求1至8任一项所述的蜂窝结构，其特征在于：蜂窝结构具有围绕隔壁的长圆筒状或椭圆筒状的外周壁、以及在相对前述蜂窝结构的轴向的垂直截面的Y方向是长圆或椭圆形的截面形状的短径方向的隔壁，
在前述截面，从前述截面的中心相对Y方向，把在35度方向延伸的一条线与前述外周壁一个交点作为O1点、把在85度延伸的一条线与外周壁的一个交点作为P1点、把从O1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为O2点、把从P1点向Y方向延伸的线与外周壁的交点作为P2点，在这种场合，
由沿外周壁连接O1点与P1点的圆弧、连接P1点与P2点的直线、沿外周壁连接P2点与O2点的圆弧、连接O2点与O1点的直线所围绕的范围内的隔壁的纵向方向为Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
11.一种蜂窝结构净化器，其特征在于：把如权利要求1至10任一项所述的具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的蜂窝结构封装在金属外壳内而形成的蜂窝结构净化器。
12.一种蜂窝结构净化器，其特征在于：把如权利要求9或10所述的具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的蜂窝结构由分割成两个的金属外壳来封装、而成为一体化的蜂窝结构净化器。
13.一种蜂窝结构的成形方法，是如权利要求1至10任一项所述的具有由隔壁隔开的在轴向贯通的多个流通孔的蜂窝结构的成形方法，其特征在于：使前述Y方向为重力方向来挤出成形。
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