DE102017003970B4 - Verschlossene Wabenstruktur und Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur - Google Patents

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Abstract

Verschlossene Wabenstruktur (1), umfassend: ein Wabensubstrat (6) mit einer Endfläche (2a) und der anderen Endfläche (2b), wobei das Wabensubstrat (6) eine poröse Trennwand (5) aufweist, die mehrere Zellen (4) definiert, die von der einen Endfläche (2) und der anderen Endfläche (2b) aus verlaufen und als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen; undeinen Verschlussabschnitt (8), der so ausgebildet ist, dass er die Zellen (4) an der einen Endfläche (2a) des Wabensubstrats (6) gemäß einem vorbestimmte Anordnungsstandard verschließt und die verbleibenden Zellen (4) an der anderen Endfläche (2b) verschließt;wobeidie verschlossene Wabenstruktur (1) so ausgebildet ist, dass sie Feststoffteilchen (10), die in dem Fluid enthalten sind, das von einer zulaufseitigen Endfläche (3a) als die eine Endfläche (2a) des Wabensubstrats (6) zu einer ablaufseitigen Endfläche (3b) als die andere Endfläche (2b) strömt, auffängt,die Trennwand (5) als Rohmaterialien (13) Partikel eines Ausgangsmaterials (11) und ein Bindemittel (12) zum Binden der Ausgangsmaterial-Partikel mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials (11) umfasst,das Ausgangsmaterial (11) einen Teilchendurchmesser im Bereich von 5 µm bis 60 µm hat,das Massenverhältnis des Bindemittels (12) zur Gesamtmasse der Rohmaterialien (13), umfassend das Ausgangsmaterial (11) und das Bindemittel (12), im Bereich von 22 Masse-% bis 45 Masse-% liegt unddie Zellen (4) zum Teil runde Zellen (9) umfassen, wobei die runden Zellen (9) von einer kreisbogenförmigen Kreisbogen-Trennwand (5a), die zumindest ein Teil der Trennwand (5) ist, definiert werden, so dass sich eine Kreisform, eine elliptische Form oder eine Halbkreisform ergibt,wobei sich die runden Zellen ausschließlich nahe dem Verschlussabschnitt (8) befinden, der an der ablaufseitigen Endfläche (3b) angeordnet ist, unddie runden Zellen (9) durch Verformen mehrerer polygonaler Zellen (14) mit polygonaler Form gebildet werden, die von der Trennwand (5) einer polygonalen verschlossenen Wabenstruktur (20) vor dem Auffangen der Feststoffteilchen definiert werden, wobei das Verformen durch Leiten des Fluids in die polygonale verschlossene Wabenstruktur (20) von einer zulaufseitigen Endfläche (3a) und Aussetzen des Bindemittels der Schmelzpunkt- oder einer höheren Temperatur nach dem Auffangen der Feststoffteilchen durchgeführt wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verschlossene Wabenstruktur und ein Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verschlossene Wabenstruktur, umfassend einen Verschlussabschnitt, der für eine Abgasreinigungsvorrichtung und einen Auffangfilter zum Auffangen von zu entfernenden Feststoffteilchen, die in einem Fluid wie einem aus einem Dieselmotor oder dergleichen ausgestoßenen Abgas enthalten sind, verwendet wird, und auf ein Verfahren zum Formen einer solchen verschlossenen Wabenstruktur.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Abgas (Fluid), das beispielsweise aus einem Dieselmotor für ein Automobil ausgestoßen wird, enthält verschiedene Feststoffteilchen wie Staub, Ruß und Kohlenstoffpartikel. Diese in die Luft ausgestoßenen Feststoffteilchen beeinträchtigen die natürliche Umwelt erheblich. Daher regeln verschiedene rechtliche Beschränkungen die direkte Emission von Abgas, beispielsweise in die Luft. Dann wird vor der Emission eine Reinigungsbehandlung unter Verwendung einer Abgasreinigungsvorrichtung und eines Auffangfilters durchgeführt.
  • Eine solche für die Reinigungsbehandlung verwendete Abgasreinigungsvorrichtung umfasst typischerweise eine verschlossene Wabenstruktur, und diese verschlossene Wabenstruktur umfasst ein Wabensubstrat aus Keramik mit einer Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die von einer Endfläche zu der anderen Endfläche verlaufen und als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen, und einem Verschlussabschnitt, der Zellen des Wabensubstrats an den Endflächen gemäß einem vorbestimmten Anordnungsstandard verschließt (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
  • Das Feststoffteilchen enthaltende Abgas strömt beispielsweise von einer Endfläche in die verschlossene Wabenstruktur und passiert die Trennwand aus einem porösen Keramikmaterial. Durch dieses Passieren werden die Feststoffteilchen an der Oberfläche der Trennwand und im Inneren der Trennwand aufgefangen. Im Ergebnis enthält ein gereinigtes Gas, das aus der anderen Endfläche der verschlossenen Wabenstruktur ausgestoßen wird, die Feststoffteilchen, die in dem Abgas vor dem Passieren enthalten waren, nicht.
  • Fluid, wie Abgas, wird zügig zu der Vorrichtung für die Abgasreinigungsbehandlung geführt, die direkt mit dem Abgassystem wie einem Dieselmotor verbunden ist. Daher hat das Fluid direkt nach der Emission aus dem Dieselmotor oder dergleichen noch immer eine hohe Temperatur. Eine verschlossene Wabenstruktur muss daher ausgezeichnete thermische Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit aufweisen, so dass sie plötzlichen Temperaturveränderungen, wenn sie Fluid bei hohen Temperaturen für lange Zeit ausgesetzt wird, standhalten kann. Daher besteht die verschlossene Wabenstruktur hauptsächlich aus einem Keramikmaterial.
  • Beispielsweise umfasst ein Keramikmaterial, das als ein Rohmaterial einer verschlossenen Wabenstruktur (hauptsächlich seiner Trennwand) verwendet wird, Ausgangsmaterial-Partikel (die als ein Aggregat bezeichnet werden können) und ein Bindemittel, das die Ausgangsmaterial-Partikel bindet, während Poren zwischen diesen Ausgangsmaterial-Partikeln gebildet werden. In einem speziellen Beispiel wird Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder dergleichen als das Ausgangsmaterial (Aggregat) verwendet, und kristallines und poröses Cordierit wird als das Bindemittel verwendet. Das Bindemittel umfasst teilweise ebenfalls ein Seltenerdelement oder ein Zirconiumelement (siehe beispielsweise Patentdokument 2). US 2015 / 0 093 540 A1 offenbart eine keramische Wabenstruktur umfassend Endflächen und Zellen, die einen kreisförmigen Querschnitt, Trennwände und Verschlussabschnitte aufweisen, wobei das Rohmaterial für die Trennwände eine Mischung aus Siliciumcarbid mit einem mittleren Partikeldurchmesser unter 50 µm und Cordierit umfasst. DE 10 2017 205 259 A1 betrifft einen porösen Werkstoff, enthaltend:
    • aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildete Aggregate und ein Bindemittel,
    • welches aus einer Oxidkeramik gebildet ist, die die Aggregate aneinander bindet, während eine Vielzahl von Poren beibehalten werden.
    • US 2012 / 0 058 019 A1 und US 2014/ 0 186 535 A1 beschreiben eine keramische Wabenstruktur umfassend Endflächen und Zellen, die einen kreisförmigen Querschnitt,
    • Trennwände und Verschlussabschnitte aufweisen, wobei auf die Trennwände eine partikuläre Lage aufgebracht wird, umfassend Siliciumcarbid und Cordierit.
    • [Patentdokument 1] JP 2003 - 25 4034 A
    • [Patentdokument 2] JP 2015 - 67 473 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wird ein Fluid mit der Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend eine wie oben angegebene verschlossene Wabenstruktur, gereinigt, werden sich im Inneren der Zellen der verschlossenen Wabenstruktur viele aufgefangene Feststoffteilchen wie Ruß ansammeln. Wie oben beschrieben, ist eine verschlossene Wabenstruktur mit mehreren Verschlussabschnitten an den Zellen an einer Endfläche und an der anderen Endfläche vorgesehen, und die Verschlussabschnitte sind gemäß im Voraus spezifizierten Anordnungsstandards vorgesehen.
  • Daher wird, verglichen mit einer Endfläche (zulaufseitige Endfläche) auf der Zulaufseite (Einlassseite) des Fluids der verschlossenen Wabenstruktur, die Strömung des Fluids an dem Verschlussabschnitt an der anderen Endfläche (ablaufseitige Endfläche) an der Ablaufseite (Auslassseite) des Fluids besonders eingeschränkt. Im Ergebnis sammeln sich gewöhnlich viele Feststoffteilchen insbesondere an der Innenseite der Zellen, die sich vor den mit einem solchen Verschlussabschnitt versehenen Zellen befinden.
  • Daher wird typischerweise eine Regenerationsbehandlung durchgeführt, und bei dieser Behandlung wird gasförmiges Fluid bei hohen Temperaturen in die verschlossene Wabenstruktur mit darin angesammelten Feststoffteilchen gedrängt, um die an der Innenseite der Zellen angesammelten Feststoffteilchen zu entfernen. Die Feststoffteilchen umfassen häufig Staub, Ruß oder Kohlenstoffpartikel, wie oben angegeben. Im Ergebnis der Behandlung kann das gasförmige Fluid bei hohen Temperaturen mit den Feststoffteilchen in der sauerstoffhaltigen Luft in Kontakt kommen, wodurch Sauerstoff in der Luft und die Feststoffteilchen unter Erzeugung von Kohlendioxid binden. Das heißt, durch die wie oben angegebene Regenerationsbehandlung werden Feststoffteilchen in einem festen Zustand zu Kohlendioxid vergast, und das Kohlendioxid wird aus der anderen Endfläche ausströmen gelassen. Dadurch können die Feststoffteilchen relativ leicht von der Innenseite der Zellen der verschlossenen Wabenstruktur entfernt werden, und so kann bei der Wabenstruktur leicht der Zustand vor dem Auffangen der Feststoffteilchen wiederhergestellt werden.
  • Eine solche Regenerationsbehandlung kann regelmäßig bei einer im Voraus spezifizierten Frequenz oder Zeitraum durchgeführt werden, oder kann, wenn notwendig, in Abhängigkeit der Menge der an der Innenseite der Zellen angesammelten Feststoffteilchen durchgeführt werden. Dadurch können Probleme, die das Auffangvermögen für Feststoffteilchen beeinträchtigen können, aufgrund von Rissen, die in der verschlossenen Wabenstruktur während der Regenerationsbehandlung erzeugt werden, verhindert werden, und so kann die Haltbarkeit der verschlossenen Wabenstruktur verlängert werden.
  • Eine solche Regenerationsbehandlung besteht jedoch aus der Zwangseinspeisung von gasförmigem Fluid bei hohen Temperaturen, so dass das gasförmige Fluid durch eine verschlossene Wabenstruktur strömt, und diese Behandlung kann zu den folgenden Problemen führen. Das heißt, es können hohe Energiekosten zum Erzeugen von gasförmigem Fluid bei hohen Temperaturen zum Vergasen der Feststoffteilchen erforderlich sein. In diesem Fall kann gasförmiges Fluid bei hohen Temperaturen beispielsweise von einem Dieselmotor erzeugt werden, indem die Drehzahl des Dieselmotors gesteuert oder Kraftstoff direkt in eine Leitung für die Regenerationsbehandlung eingespritzt wird. Im Ergebnis wird im Vergleich zum normalen Betrieb eines Dieselmotors viel Kraftstoff verbraucht.
  • Nimmt die Häufigkeit der Regenerationsbehandlung, wie oben angegeben, zu und wird die Behandlung beispielsweise einer verschlossenen Wabenstruktur zum Verhindern von Rissen häufig durchgeführt, nimmt die Menge an verbrauchtem Kraftstoff zu und kann sich beispielsweise das Kraftstoffeinsparvermögen eines Dieselmotors hinsichtlich seines Gesamtbetriebs stark verschlechtern. Eine solche Behandlung, bei der Feststoffteilchen wie Ruß in Kohlendioxid umgewandelt und das Kohlendioxid in die Luft ausgestoßen wird, ist im Hinblick auf den Einfluss auf die natürliche Umwelt nicht sehr günstig, da Kohlendioxid als ein Faktor der globalen Erwärmung ausgestoßen wird.
  • Eine weitestmögliche Verringerung der Häufigkeit der Regenerationsbehandlung für eine verschlossene Wabenstruktur wurde gefordert, um ein hohes Kraftstoffeinsparvermögen aufrechtzuerhalten, während der Kraftstoffverbrauch verringert wird, und die Menge an Kohlendioxidemission zu verringern.
  • Eine Verringerung der Häufigkeit der Regenerationsbehandlung führt jedoch zwangsläufig zu einem Anstieg der Menge an Feststoffteilchen, die sich im Inneren der Zellen der verschlossenen Wabenstruktur ansammeln. Wird gasförmiges Fluid bei hohen Temperaturen einer verschlossenen Wabenstruktur in einem solchen Zustand zugeführt, kann sich die Wärmemenge lokal an einem Abschnitt, wo sich viele Feststoffteilchen ansammeln, z. B. an einem Abschnitt nahe einer vorgelagerten Position des Verschlussabschnitts an der ablaufseitigen Endfläche, erhöhen, und die Temperatur kann sich an diesem Abschnitt sehr stark erhöhen. Im Ergebnis nimmt die auf die verschlossene Wabenstruktur ausgeübte thermische Beanspruchung zu, und die verschlossene Wabenstruktur kann der thermischen Beanspruchung nicht standhalten. Dies führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Rissen an den Überschneidungen der Trennwände der Zellen. Dies kann zu einem Problem wie dem Zerbrechen der verschlossenen Wabenstruktur führen.
  • Sammelt sich eine solch übermäßige Menge an Feststoffteilchen an, obgleich ein lokaler Anstieg der Wärmemenge in der verschlossenen Wabenstruktur involviert ist, kann sich die Temperatur der verschlossenen Wabenstruktur insgesamt erhöhen. Dies kann zu einem Problem wie dem Schmelzen eines Teils der Trennwand in der verschlossenen Wabenstruktur führen, da das Rohmaterial der Trennwand der verschlossenen Wabenstruktur seine Schmelzpunkt- oder eine höhere Temperatur erreicht.
  • Im Hinblick auf die obige derzeitige Voraussetzung zielt die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung einer verschlossenen Wabenstruktur, die die Konzentration der thermischen Beanspruchung auf einen lokalen Teil begrenzen und verringern und den Grad von Rissen an der Innenseite der Zellen minimieren kann, und die Bereitstellung eines Verfahrens zum Formen einer solchen verschlossenen Wabenstruktur.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine verschlossene Wabenstruktur und ein Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur gemäß der Ansprüche bereit, um das obige Ziel zu erfüllen.
  • Gemäß der verschlossenen Wabenstruktur und dem Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist ein vorbestimmtes Verhältnis runder Zellen als Teil der Zellen enthalten. Dadurch kann die thermische Beanspruchung, die auf die Innenseite der verschlossenen Wabenstruktur während des Auffangens der Feststoffteilchen ausgeübt wird, verteilt werden, und thermische Beanspruchung, die lokal auf die Trennwandüberschneidungen oder dergleichen ausgeübt wird, kann begrenzt werden. Dadurch kann die Festigkeit der verschlossenen Wabenstruktur auf der Innenseite der verschlossenen Wabenstruktur aufrechterhalten und die Anzahl von Rissen verringert werden.
  • Insbesondere umfasst, anders als eine verschlossene Wabenstruktur, umfassend runde Zellen als Teil der im Voraus gebildeten Zellen, die verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung runde Zellen, die durch Herstellen einer herkömmlichen polygonalen verschlossenen Wabenstruktur, umfassend polygonale Zellen, gefolgt von Leiten von Fluid, umfassend Feststoffteilchen, in die polygonale verschlossene Wabenstruktur, gebildet werden. Dadurch können eine Verringerung der Zelldichte und ein Anstieg des Druckabfalls zu Beginn des Auffangens verhindert werden. Ferner können, da das verwendete Bindemittel einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial hat und der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials und das Massenverhältnis des Bindemittels geeigneten eingestellt werden, runde Zellen einfach während einer Regenerationsbehandlung, die nach dem Auffangen der Feststoffteilchen durchgeführt wird, gebildet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform der verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 beschreibt schematisch ein Ausgangsmaterial und Bindemittel zum Binden des Ausgangsmaterials in der Trennwand.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine polygonale verschlossene Wabenstruktur vor dem Auffangen der Feststoffteilchen zeigt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt, umfassend runde Zellen, die nach dem Auffangen der Feststoffteilchen gebildet wurden.
    • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie CF-CF von 4 an der Innenseite der Zellen nahe der anderen Endfläche der verschlossenen Wabenstruktur zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden eine verschlossene Wabenstruktur und ein Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Eine verschlossene Wabenstruktur und ein Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen, Korrekturen und Verbesserungen daran vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • 1. Verschlossene Wabenstruktur
  • Wie in den 1 bis 5 gezeigt, hat eine verschlossene Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform eine im Wesentlichen runde Säulenform. Die verschlossene Wabenstruktur umfasst: ein Wabensubstrat 6 mit einer Trennwand 5 aus einem porösen Keramikmaterial, wobei die Trennwand mehrere Zellen 4 definiert, die von einer Endfläche 2a (zulaufseitige Endfläche 3a der verschlossenen Wabenstruktur 1) zu der anderen Endfläche 2b (ablaufseitige Endfläche 3b der verschlossenen Wabenstruktur 1) verläuft und als ein Durchgangskanal für das Fluid F (siehe Pfeile in den 1, 3 und 4) wie Abgas, enthaltend Feststoffteilchen 10, dient; und einen Verschlussabschnitt 8, der offene Enden 7a der Zellen 4 des Wabensubstrats 6 an der einen Endfläche 2a gemäß einem vorbestimmten Anordnungsstandard verschließt und offene Enden 7b der verbleibenden Zellen 4 an der anderen Endfläche 2b verschließt.
  • In der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform sind zumindest ein Teil der Zellen 4 runde Zellen 9, die mit einer kreisbogenförmigen Kreisbogen-Trennwand 5a als kreisförmig, elliptisch oder halbkreisförmig definiert werden. Eine runde Zelle 9 ist, was die Form anbelangt, von der zulaufseitigen Endfläche 3a und der ablaufseitigen Endfläche 3b der verschlossenen Wabenstruktur 1 nicht direkt zu sehen, und ist durch Schneiden der verschlossenen Wabenstruktur 1 entlang einer orthogonalen Fläche CF (siehe virtueller Querschnitt, der von der Zweipunktstrichlinie in 1 umgeben ist, oder siehe Querschnitt entlang der Linie CF-CF in 4), die orthogonal zur Wabenachsenrichtung A (siehe Strichpunktlinie in 1) der verschlossenen Wabenstruktur 1 ist, zu sehen. Das heißt, die runden Zellen 9 befinden sich im Inneren der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform. Andererseits haben die Zellen 4 an der zulaufseitigen Endfläche 3a (der einen Endfläche 2a) und der ablaufseitigen Endfläche 3b (der anderen Endfläche 2b) eine polygonale Form (viereckige Form in der vorliegenden Ausführungsform).
  • In der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform wird das Verhältnis der Anzahl der runden Zellen 9 zur Gesamtanzahl der Zellen 4 auf der orthogonalen Fläche CF (entsprechend einem virtuellen Querschnitt) auf 10 % oder mehr eingestellt. Um beispielsweise den Effekt der Verringerung der Konzentration der thermischen Beanspruchung der runden Zellen 9 (die Details sind später beschrieben) zu verringern, muss eine vorbestimmte Anzahl oder mehr der runden Zellen 9 in Bezug auf die Gesamtanzahl der Zellen 4 auf der orthogonalen Fläche CF vorliegen.
  • Hinsichtlich eines Verfahrens zum Formen der runden Zellen 9 und der vorteilhaften Wirkung der runden Zellen 9, die später beschrieben sind, werden die runden Zellen im Inneren der verschlossenen Wabenstruktur 1 gebildet, wie bei der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform, an einer vorgelagerten Position nahe der ablaufseitigen Endfläche 3b.
  • In der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform kann ein allgemein bekannter Verschlussabschnitt, der bei einer herkömmlichen verschlossenen Wabenstruktur verwendet wird, für einen Verschlussabschnitt 8 zum Verschließen der Zellen 4 verwendet werden. In der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform werden alle anderen offenen Enden 7a der Zellen 4 abwechselnd an einer Endfläche 2a unter Bildung einer Linie verschlossen, und die Positionen der Verschlussabschnitte 8 werden an der nächsten oberen und unteren Linie zum abwechselnden Verschließen um eins nach links und rechts verschoben, so dass mehrere der Verschlussabschnitte 8 wie ein Gitter mit einem Schachbrettmuster angeordnet werden (siehe beispielsweise 1).
  • In ähnlicher Weist werden gitterartige Verschlussabschnitte 8 angeordnet, so dass die Positionen der Verschlussabschnitte abwechselnd auch bei den verbleibenden Zellen 4 an der anderen Endfläche 2b des Wabensubstrats 6 verschoben werden. Die verbleibenden Zellen 4 sind die Zellen 4 ohne den Verschlussabschnitt 8 an der einen Endfläche 2a. Im Ergebnis werden sowohl die eine Endfläche 2a (zulaufseitige Endfläche 3a) als auch die andere Endfläche 2b (ablaufseitige Endfläche 3b) gemäß ihren vorbestimmten Anordnungsstandards verschlossen. Ein solcher Anordnungsstandard des Verschlussabschnitts 8 ist nicht auf ein wie oben angegebenes Schachbrettmuster beschränkt, und es kann jeder beliebige Standard festgelegt werden.
  • Außerdem muss die Form der einzelnen Zellen nicht dieselbe sein, und eine verschlossene Wabenstruktur kann die Kombination zweier Arten abwechselnd benachbarter Zellen mit unterschiedlichen Größen umfassen. Die Form der Zellen ist nicht auf eine quadratische, wie in 1 gezeigt, oder dergleichen beschränkt, und die Zellen können eine andere polygonale Form wie eine sechseckige oder achteckige Form haben.
  • Das Material zum Bilden des Verschlussabschnitts 8 ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann ein Verschlussmaterial, umfassend die Kombination aus einem allgemein bekannten Keramikmaterial, Alkohol, organischen Bindemittel und dergleichen verwendet werden. Als das allgemein bekannte Keramikmaterial kann zumindest eine Art, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Silicium-Siliciumcarbid-basiertem Verbundmaterial, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid-Cordierit-basiertem Verbundmaterial, Lithiumaluminiumsilicat und Aluminiumtitanat, verwendet werden. Diese Materialien können beispielsweise in Abhängigkeit des Rohmaterials der die verschlossene Wabenstruktur bildenden Trennwand ausgewählt werden.
  • Mit einem solchen Verschlussabschnitt 8, der an dem Wabensubstrat 6 der verschlossenen Wabenstruktur 1 angeordnet ist, kann die verschlossene Wabenstruktur 1 beispielsweise als ein Element einer Abgasreinigungsvorrichtung und ein Auffangfilter für Feststoffteilchen verwendet werden. Wird Fuid F in die verschlossene Wabenstruktur 1 geleitet, so dass das Fluid durch die zulaufseitige Endfläche 3a zu der ablaufseitigen Endfläche 3b strömt, wird das Fluid F, das durch die Zellen 4 strömt (eintritt), die sich an den offenen Enden 7a der zulaufseitigen Endfläche 3a öffnen, kontinuierlich in Richtung der ablaufseitigen Endfläche 3b entlang der Wabenachsenrichtung A strömen.
  • Die Zellen 4 an den offenen Enden 7b an der ablaufseitigen Endfläche 3b, die der zulaufseitigen Endfläche 3a gegenüberliegt, sind jedoch mit dem Verschlussabschnitt 8 verschlossen. Daher wird ein solches Verhalten des strömenden Fuids F eingeschränkt. Daher durchquert das einströmende Fluid F die poröse Trennwand 5 und wird aus der verschlossenen Wabenstruktur 1 durch die offenen Enden 7b der Zellen 4, die an der ablaufseitigen Endfläche 3b offen sind, ausgestoßen (siehe Fluid F', gezeigt mit den Zweipunktstrichlinien in 3 und 4).
  • Das heißt, das Fluid F, das durch die Zellen 4 einströmt, die an der zulaufseitigen Endfläche 3a offen sind, wird aus der verschlossenen Wabenstruktur 1 aufgrund des Vorliegens des Verschlussabschnitts 8 an der ablaufseitigen Endfläche 3b nicht durch die Zellen 4 ausgestoßen. Dadurch wird das Verhalten des strömenden Fluids F eingeschränkt, und es sammeln sich viele Feststoffteilchen 10, die in dem Fluid F enthalten sind, in der Nähe der ablaufseitigen Endfläche 3b, die den Verschlussabschnitt 8 aufweist (siehe 3). Da das Fluid F außerdem die poröse Trennwand 5 durchquert, werden die Feststoffteilchen 10 an der Oberfläche der Trennwand und der Innenseite der Trennwand aufgefangen. Im Ergebnis wird das Fluid F durch Entfernen der Feststoffteilchen 10, die in dem Fluid F enthalten sind, gereinigt, und das gereinigte Fluid C kann über die ablaufseitige Endfläche 3b ausgestoßen werden.
  • Die Trennwand 5, die die verschlossene Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform bildet, kann aus einem Keramikmaterial sein, das im Wesentlichen dasselbe wie das des Verschlussabschnitts 8 ist, wie oben angegeben. Spezieller umfasst die Trennwand 5 als die Rohmaterialien 13 ein partikuläre Ausgangsmaterial 11 und ein Bindemittel 12 zum Binden der Ausgangsmaterialien 11 mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial 11 (siehe 2).
  • Ein Beispiel eines Keramikmaterials, das für das Ausgangsmaterial 11 und das Bindemittel 12 der Trennwand 5 verwendet wird, umfasst eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und Aluminiumtitanat. In den Beschreibungen der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Ausgangsmaterial 11 Partikel aus Siliciumcarbid (SiC) und umfasst das Bindemittel 12 Cordierit, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Das für die Trennwand 5 verwendete Bindemittel 12 hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial 11. Dadurch schmilzt, wenn die verschlossene Wabenstruktur 1 hohen Temperaturen ausgesetzt wird, zunächst das Bindemittel 12 vor dem Ausgangsmaterial 11. Dadurch wird die Bildung der runden Zellen 9, die von der Kreisbogen-Trennwand 5a definiert werden, aus polygonalen Zellen 14 erleichtert (die Details sind später beschrieben).
  • Unter Berücksichtigung des Schmelzpunktes eines typischen Keramikmaterials hat das Bindemittel 12 vorzugsweise einen Schmelzpunkt von zumindest 1100 °C oder mehr. Das bedeutet, dass das partikuläre Ausgangsmaterial 11 von Natur aus auch einen Schmelzpunkt von 1100 °C oder mehr hat und das Ausgangsmaterial 11 kaum schmilzt. Im Ergebnis schmilzt ein Teil des Bindemittels 12 in dem Rohmaterial 13 aufgrund des Fluids F, das die Feststoffteilchen 10 umfasst, so dass die runden Zellen 9 in der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform ohne Weiteres gebildet werden können (die Details sind später beschrieben).
  • Das Ausgangsmaterial 11 der Trennwand 5 hat einen Teilchendurchmesser im Bereich von 5 µm bis 60 µm. Ist der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials 11 kleiner als 5 µm, ist die Festigkeit des Ausgangsmaterials 11 selbst gering. Im Ergebnis hat die verschlossene Wabenstruktur 1, die ein solches Ausgangsmaterial 11 umfasst, selbst eine geringe Wärmebeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit, und während der Verwendung treten Risse oder dergleichen auf. Folglich muss der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials 11 mindestens 5 µm oder mehr betragen.
  • Andererseits werden sich, wenn der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials 11 größer als 60 µm ist, selbst wenn das Bindemittel 12 einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial 11 hat und die verschlossene Wabenstruktur 1 einer höheren Temperatur als dem Schmelzpunkt des Bindemittels 12 ausgesetzt wird, die Partikel des Ausgangsmaterials 11 gegenseitig stören, und die Trennwand 5 kann nur schwer zu der Kreisbogen-Trennwand 5a verformt werden. Im Ergebnis können die runden Zellen 9 nicht ohne Weiteres gebildet werden (die Details sind später beschrieben). Daher ist der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials 11 auf den obigen Bereich beschränkt.
  • Außerdem ist das Massenverhältnis des Bindemittels 12 zur Gesamtmasse der Rohmaterialien des Ausgangsmaterials 11 und des Bindemittels 12, die die Trennwand 5 bilden, auf den Bereich von 22 Masse-% bis 45 Masse-% beschränkt. Ist das Massenverhältnis des Bindemittels 12 kleiner als 22 Masse-%, selbst wenn die verschlossene Wabenstruktur 1 mit der Trennwand 5, umfassend das Bindemittel 12, einer hohen Temperatur ausgesetzt wird und den Schmelzpunkt des Bindemittels 12 oder mehr (z. B. 1100 °C oder mehr) erreicht, kann die Trennwand 5 nur schwer zu der Kreisbogen-Trennwand 5a verformt werden, da das Verhältnis des Bindemittels 12 klein ist. Im Ergebnis können die runden Zellen 9 nicht ohne Weiteres gebildet werden (die Details sind später beschrieben). Daher ist das Massenverhältnis des Bindemittels 12 auf den obigen Bereich beschränkt.
  • In der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform wird der Krümmungsradius R an Trennwandüberschneidungen 15 der Kreisbogen-Trennwand 5a, die die runden Zellen 9 definiert, auf 250 µm oder mehr eingestellt. Ist der Krümmungsradius R der Trennwandüberschneidungen 15 kleiner als 250 µm, wird die thermische Beanspruchung auf die Trennwandüberschneidungen 15 konzentriert, wo sich mehrere Trennwände 5, 5a überschneiden, und der Effekt der Verteilung durch die Kreisbogen-Trennwand 5a wird abgeschwächt. Daher wird die thermische Beanspruchung ebenso auf eine gitterartige Trennwand konzentriert, und es treten leicht Risse auf. Somit wird der Krümmungsradius R an den Trennwandüberschneidungen 15 der Kreisbogen-Trennwand 5a auf 250 µm oder mehr eingestellt.
  • 2. Verfahren zum Formen der verschlossenen Wabenstruktur (Verformung runder Zellen)
  • Die verschlossene Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform wird mit dem folgenden Verfahren gebildet. Das Verfahren zum Formen der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Erfindung ist nicht auf dieses beschränkt, und die verschlossene Wabenstruktur kann im Inneren im Voraus gebildete runde Zellen 9 aufweisen.
  • Die verschlossene Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform wird ausgehend von einer polygonalen verschlossenen Wabenstruktur 20 als ein Rohmaterial gebildet. Wie in 3 gezeigt, umfasst eine polygonale verschlossene Wabenstruktur 20 ein Wabensubstrat 6 mit einer Trennwand 5, die mehrere polygonale Zellen 14 definiert, und einen Verschlussabschnitt 8, der eine Endfläche 2a und die andere Endfläche 2b des Wabensubstrats 6 gemäß ihren vorbestimmten Anordnungsstandards verschließt. Das heißt, die polygonale verschlossene Wabenstruktur 20 ist von einer allgemein bekannten Art, die üblicherweise für eine Abgasreinigungsvorrichtung oder dergleichen verwendet wird, und unterscheidet sich von der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform dahingehend, dass sie keine runden Zellen 9 aufweist.
  • Die polygonale verschlossene Wabenstruktur 20 ist hinsichtlich der Konfiguration der Trennwand 5 (Ausgangsmaterial 11 und Bindemittel 12), des Bindemittels 12 mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial 11, des Teilchendurchmessers des Ausgangsmaterials 11, des Massenverhältnisses des Bindemittels 12 zur Gesamtmasse der Rohmaterialien 13, des Schmelzpunktes des Bindemittels, der Keramikmaterialien, die für das Ausgangsmaterial 11 und das Bindemittel 12 verwendet werden, und dergleichen dieselbe wie die oben beschriebene verschlossene Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform.
  • In den folgenden Beschreibungen der polygonalen verschlossenen Wabenstruktur 20 geben gleiche Nummern ähnliche Komponenten der verschlossenen Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform an, so dass auf ihre Beschreibungen verzichtet wird. Da ein Verfahren zum Herstellen der polygonalen verschlossenen Wabenstruktur 20 (herkömmliche verschlossene Wabenstruktur) allgemein bekannt ist, wird auf dessen Beschreibung verzichtet.
  • Eine solche polygonale verschlossene Wabenstruktur 20 wird zu einer Abgasreinigungsvorrichtung oder dergleichen zusammengesetzt, und Fluid F wird eingeleitet, so dass das Fluid von einer Endfläche 2a (zulaufseitige Endfläche 3a) des Wabensubstrats 6 zu der anderen Endfläche 2b (ablaufseitige Endfläche 3b) strömt (Fluideinströmungsschritt: siehe 2 und 3). Mit diesem Schritt werden Feststoffteilchen 10, die in dem Fluid F enthalten sind, an der Innenseite 16 der Zellen der polygonalen verschlossenen Wabenstruktur 20 aufgefangen (Schritt zum Auffangen der Feststoffteilchen). Da die Feststoffteilchen 10 ähnlich den mit der oben beschriebenen verschlossenen Wabenstruktur 1 aufgefangenen Feststoffteilchen aufgefangen werden, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
  • In dem Schritt zum Auffangen der Feststoffteilchen sammeln sich die Feststoffteilchen 10 an der Innenseite 16 der Zellen. Das Fluid F kann ein aus einem Dieselmotor oder dergleichen ausgestoßenes Abgas sein und hat eine hohe Temperatur. Das Bindemittel 12 hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als das die Trennwand 5 bildende Ausgangsmaterial 11, der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials 11 liegt im Bereich von 5 µm bis 60 µm, und das Massenverhältnis des Bindemittels 12 zur Gesamtmasse der Rohmaterialien 13 liegt im Bereich von 22 Masse-% bis 45 Masse-%.
  • Die polygonale verschlossene Wabenstruktur 20, die diese Bedingungen erfüllt, wird aufgrund der hohen Temperatur des Fluids F während einer Regenerationsbehandlung einer höheren Temperatur als dem Schmelzpunkt des Bindemittels 12 ausgesetzt, wodurch ein Teil des Bindemittels 12, das zumindest einen Teil der Trennwand 5 bildet, die die polygonalen Zellen 14 bildet, schmilzt. Im Ergebnis wird ein Teil der gitterartigen Trennwand 5 zu einer Kreisbogen-Trennwand 5a mit einem teilweise gebogenen Abschnitt verformt. Dadurch werden die polygonalen Zellen 14 zu runden Zellen 9 verformt, die zumindest teilweise von der Kreisbogen-Trennwand 5a definiert werden (Schritt zum Verformen der runden Zellen).
  • Das heißt, es wird das Bindemittel 12 mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial 11 verwendet, und das Fluid F mit hoher Temperatur, umfassend die Feststoffteilchen 10, unter vorbestimmten Bedingungen eingeleitet. Dadurch kann ein Teil der polygonalen Zellen 14 zu runden Zellen 9 verformt werden. Im Ergebnis kann die thermische Beanspruchung, die sich insbesondere auf die Trennwandüberschneidungen 15 konzentrieren würde, verteilt werden, und Probleme wie Risse können unterbunden werden.
  • Im Vergleich zu einer verschlossenen Wabenstruktur mit im Voraus gebildeten runden Zellen können mit diesem Verfahren das Verringern der Zelldichte und eine Verschlechterung des Druckabfalls nach dem Ansammeln der Feststoffteilchen 10 vermieden werden. Diesbezüglich ist dieses Verfahren besonders bevorzugt. Es versteht sich, dass bei einigen Anwendungen eine verschlossene Wabenstruktur mit im Voraus gebildeten runden Zellen ebenfalls ausreichend vorteilhafte Effekte haben kann.
  • Im Folgenden werden eine verschlossene Wabenstruktur und ein Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels Beispielen beschrieben, und die verschlossene Wabenstruktur oder dergleichen der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
  • (Beispiele)
  • 1. Verschlossene Wabenstruktur (verschlossene Wabenstruktur mit polygonalen Zellen)
  • Die verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurden unter Verwendung allgemein bekannter verschlossener Wabenstrukturen mit polygonalen Zellen gebildet, die im Voraus mit dem Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur gebildet wurden, wie oben angegeben. Vor dem Formen der runden Zellen hatten alle Zellen aller verschlossenen Wabenstrukturen mit polygonalen Zellen eine viereckige Form, und ihr Wabendurchmesser und ihre Wabenlänge betrugen 143,8 mm bzw. 152,4 mm. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Zellenform der verschlossenen Wabenstrukturen mit polygonalen Zellen vor dem Formen der verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5, den Teilchendurchmesser des die Trennwand bildenden Ausgangsmaterials und das Massenverhältnis des in der Trennwand enthaltenen Bindemittels zur Gesamtmasse der Rohmaterialien. Für die verschlossenen Wabenstrukturen (polygonale verschlossene Wabenstrukturen) der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurden Partikel von Siliciumcarbid (SiC) als das Ausgangsmaterial verwendet, und Cordierit wurde als das Bindemittel verwendet. Das als das Ausgangsmaterial verwendete Siliciumcarbid (SiC) hatte einen Schmelzpunkt von 2730 °C, und das als das Bindemittel verwendete Cordierit hatte einen Schmelzpunkt von 1400 °C. In Vergleichsbeispiel 1 wurde Cordierit als das Ausgangsmaterial verwendet, und es wurde kein Bindemittel verwendet. Die Schmelzpunkte des Ausgangsmaterials und des Bindemittels wurden wie folgt gemessen. Durch Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung eines Röntgenanalysators (die Details sind später beschrieben) können die kristallinen Phasen ihrer Konfigurationen identifiziert werden. Nach dem Identifizieren ihrer kristallinen Phasen können die Schmelzpunkte unter Verwendung eines allgemein bekannten Schmelzpunkbestimmungsapparates gemessen werden. Alternativ können die Schmelzpunkte unter Bezug auf allgemein bekannte Werte identifiziert werden, die auf Dokumenten festgehalten wurden, basierend auf den identifizierten kristallinen Phasen.
  • 2. Messung des Teilchendurchmessers des Ausgangsmaterials
  • Der Teilchendurchmesser des die Trennwand bildenden Ausgangsmaterials wurde mittels elektronenmikroskopischer Beobachtung gemessen, wie nachstehend angegeben. Speziell wurde ein 5 mm großes würfelförmiges Stück für die elektronenmikroskopische Beobachtung aus den verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 geschnitten. Das Schneiden erfolgte so, dass der Querschnitt der Trennwand auf der Oberfläche des würfelförmigen Stücks erschien. Als nächstes wurde das erhaltene Teststück in Harz eingebettet, und das Harz wurde gehärtet, und dann wurde seine Oberfläche geschliffen. Danach wurde eine REM-Fotoaufnahme (rasterelektronenmikroskopische Aufnahme) eines Teils der Oberfläche des Teststücks nach dem Schleifen, wo der Querschnitt der Trennwand erschien, bei 400-facher Vergrößerung gemacht. Die Bildverarbeitung wurde an einer REM-Aufnahme der REM-Fotoaufnahme zum Identifizieren des Ausgangsmaterials und des Bindemittels in der REM-Aufnahme durchgeführt. Speziell wurden ein Abschnitt, umfassend das Ausgangsmaterial, und ein Abschnitt, umfassend das Bindemittel, in Bezug auf ihre Farben in der REM-Aufnahme, die der Bildanalyse unterzogen wurde, unterschieden. Zum Tätigen einer REM-Fotoaufnahme mit dem Rasterelektronenmikroskop wurde ein SU9000 (hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation) verwendet. Eine gemachte REM-Aufnahme wurde unter Verwendung eines Bildverarbeitungssystems XG (hergestellt von Keyence Corporation) analysiert.
  • Nach dem Identifizieren des Ausgangsmaterials und des Bindemittels durch die Bildanalyse wurde der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials berechnet. Der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials bezeichnet einen Teilchendurchmesser (Kugeläquivalentdurchmesser), der mittels Betrachten des Ausgangsmaterials als kugelförmige Partikel erhalten wurde. Zunächst wurde die Fläche (Querschnittsfläche) eines Partikels des Ausgangsmaterials auf der REM-Aufnahme mittels Bildverarbeitung gemessen. Als nächstes wurde das Partikel, das einer Messung der Fläche unterzogen wurde, in ein granuläres Partikel mit derselben Fläche umgewandelt, und der Durchmesser von letzterem wurde als der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials berechnet.
  • 3. Berechnung des Massenverhältnisses
  • Das Massenverhältnis des in der Trennwand enthaltenden Bindemittels zur Gesamtmasse der Rohmaterialien wurde mit dem folgenden Verfahren berechnet. Zunächst wurde ein Röntgenbeugungsmuster des Materials der Trennwand unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers (Produktname: RINT, hergestellt von Rigaku Corporation) erhalten. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Röntgenbeugung unter Verwendung einer CuKα-Strahlungsquelle und bei 50 kV, 300 mA und 20 = 10 bis 60° gemessen. Dann erfolgte die vereinfachte quantitative Analyse, wodurch das Massenverhältnis der kristallinen Phase jeder Konfiguration berechnet wurde. Bei der vereinfachten quantitativen Analyse wurden die erhaltenen Röntgenbeugungsdaten mit einem RIR-Verfahren (Referenzintensitätsverhältnis-Verfahren) zur Bestimmung der Mengen der jeweiligen Komponenten analysiert. Die Röntgenbeugungsdaten wurden unter Verwendung der Röntgenbeugungsdatensoftware (Produktname: JADE7, hergestellt von MDI Co.) analysiert. Tabelle 1
    Einheiten Zellenform Teilchendurchmesser Ausgangsmaterial Massenverhältnis Bindemittel höchste Temperatur während der Regeneration Krümmungsradius der Trennwandüberschneidungen Verhältnis Anzahl runder Zellen Anzahl der Trennwände mit Rissen Bestimmung hinsichtlich der Risse
    vor dem Auffangen nach der Regeneration
    - /µm /Masse-% /°C /µm /µm /% /Stellen
    Bsp. 1 Viereck 5,0 22,0 1456 61 303 9% 15 B
    Bsp. 2 Viereck 60,0 22,0 1455 60 251 3% 19 B
    Bsp. 3 Viereck 5,0 45,0 1450 60 401 56% 3 A
    Bsp. 4 Viereck 60,0 45,0 1465 59 320 11% 11 A
    Bsp. 5 Viereck 30,0 30,0 1451 60 278 23% 9 A
    Vgl.-Bsp. 1 Viereck 30,0 0,0 1455 60 Es wurden keine runden Zellen gebildet 0 % 24 Referenz für die Bestimmung
    Vgl.-Bsp. 2 Viereck 4,0 45,0 1467 60 418 62% 35 D
    Vgl.-Bsp. 3 Viereck 62,0 45,0 1462 60 Es wurden keine runden Zellen gebildet 0% 23 C
    Vgl.-Bsp. 4 Viereck 5,0 21,0 1466 59 Es wurden keine runden Zellen gebildet 0 % 26 C
    Vgl.-Bsp. 5 Viereck 5,0 46,5 1466 60 409 65% 31 D
  • 4. Bildung runder Zellen (Ansammlung von Ruß)
  • Eine Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend eine polygonale verschlossene Wabenstruktur der Beispiel 1 bis 5 und Vergleichsbeispiel 1 bis 5 mit dem in Tabelle 1 gezeigten Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials und Massenverhältnis des Bindemittels, wurde an einem Abgassystem eines Automobils mit einem Motor mit 2,0 l Hubraum angebracht. Dann wurde Abgas (Fluid) so eingeleitet, dass es von der zulaufseitigen Endfläche zur ablaufseitigen Endfläche strömte (Fluideinströmungsschritt), so dass sich Ruß (Feststoffteilchen) an der Innenseite der Zellen der polygonalen verschlossenen Wabenstruktur ansammeln konnte (Schritt zum Auffangen der Feststoffteilchen). Zu diesem Zeitpunkt wurde die Menge an angesammeltem Ruß auf 12 g/l, also Gewicht pro Volumeneinheit der polygonalen verschlossenen Wabenstruktur, eingestellt. Mit diesem Verfahren erreichte der an der Innenseite der Zellen und der Trennwand angesammelt Ruß die Schmelzpunkt- oder eine höhere Temperatur des Bindemittels. Dadurch wurde ein Teil der Trennwand zu einer kreisbogenförmigen Kreisbogen-Trennwand verformt, und zumindest ein Teil der polygonalen Zellen wurde zu runden Zellen mit einer Kreisform oder dergleichen verformt (Schritt des Verformens runder Zellen). Dadurch wurden die verschlossenen Wabenstrukturen mit runden Zellen der Beispiele 1 bis 5 und dergleichen gebildet.
  • 5. Regenerationsbehandlung
  • Eine Regenerationsbehandlung wurde für die Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5, bei denen sich Ruß mit 12 g pro Volumeneinheit der verschlossenen Wabenstruktur angesammelt hatte, zum Entfernen des angesammelten Rußes durchgeführt. Speziell wurde, ähnlich der Ansammlung von Ruß (Bildung runder Zellen), die Abgasreinigungsvorrichtung am Abgassystem eines Automobils mit einem Motor mit 2,0 l Hubraum angebracht. Dann wurde der Motor bei 2000 Upm./80 Nm betrieben. Ferner wurde die Temperatur des Abgases an einer Position 20 mm vor der zulaufseitigen Endfläche der verschlossenen Wabenstruktur mit einem ummantelten Thermoelement (K-Typ, Φ0,5) gemessen, und die Temperatur wurde durch Einstellen der Menge an eingespritztem Kraftstoff auf 650 °C erhöht. Danach wurde der Motor in den Leerlauf geschaltet (800 Upm./12 Nm), um den an der Innenseite der Zellen angesammelten Ruß zu regenerieren. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Temperatur an einer Position 10 mm vor der ablaufseitigen Endfläche der verschlossenen Wabenstruktur ebenfalls mit einem ummantelten Thermoelement gemessen (ähnlich wie oben). Von den mit dem ummantelten Thermoelement gemessenen Temperaturen wurde der Wert der höchsten Temperatur als die höchste Temperatur während der Regenerationsbehandlung festgesetzt (siehe Tabelle 1).
  • 6. Veränderung des Krümmungsradius vor dem Auffangen und nach der Regenerationsbehandlung
  • Jede der polygonalen verschlossenen Wabenstrukturen vor dem Auffangen von Ruß und der verschlossenen Wabenstrukturen nach einer Regenerationsbehandlung der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurde entlang eines Querschnitts (siehe beispielsweise orthogonale Fläche CF in 1) orthogonal zur Wabenachsenrichtung geschnitten, um den Verschlussabschnitt von der ablaufseitigen Endfläche zu entfernen. Der Krümmungsradius R wurde für vier Messpositionen P1, P2, P3 und P4 (siehe 5) an den Trennwandüberschneidungen aller Zellen auf dem Querschnitt gemessen, und der durchschnittliche Krümmungsradius R wurde an den Trennwandüberschneidungen der einen Zelle gemessen. Eine Berechnung ähnlich der obigen wurde an allen fünf Zellen durchgeführt, und der Durchschnitt des Krümmungsradius R dieser fünf Zellen wurde als der Krümmungsradius R der Trennwandüberschneidungen festgesetzt (siehe Tabelle 1). Der Krümmungsradius R wurde durch Beobachten des Querschnitts mit einem Lichtmikroskop oder unter Verwendung einer vergrößerten Aufnahme des Querschnitts, dessen Aufnahme bei 20-Facher Vergrößerung erfolgte, durch Beobachten mit einem Elektronenmikroskop gemessen. Eine Bildanalyse kann gegebenenfalls an einer solchen Aufnahme durchgeführt werden.
  • Im Falle runder Zellen wurde der Krümmungsradius R an allen vier Messpositionen P1', P2', P3' und P4', die dem verformten Teil entsprechen, gemessen (siehe 5), und auf ähnliche Weise wurde der Krümmungsradius R in Bezug auf die Verformung der Trennwandüberschneidungen der einen Zelle gemessen. Danach wurde die Messung für bis zu alle fünf Zellen durchgeführt, und ihr Durchschnitt wurde berechnet (siehe Tabelle 1). Zur Vereinfachung der Zeichnung veranschaulicht 5 Messposition P1 oder dergleichen an den Trennwandüberschneidungen einer Zelle vor dem Auffangen von Ruß und Messposition P1' oder dergleichen an den Trennwandüberschneidungen einer runden Zelle nach der Regenerationsbehandlung. Diesbezüglich werden die Messpositionen P1, P1' oder dergleichen für jeden der Querschnitte vor dem Auffangen von Ruß und nach der Regenerationsbehandlung festgelegt.
  • 7. Verhältnis der Anzahl runder Zellen
  • Die Gesamtanzahl der Zellen in einem Bereich an einem Querschnitt (siehe 6 oben) der verschlossenen Wabenstruktur, die einer Regenerationsbehandlung unterzogen wurde, wurde visuell gemessen, und die Anzahl runder Zellen, die für die Gesamtanzahl der Zellen berücksichtigt wurde (Anzahl runder Zellen), wurde visuell gemessen. Dann wurde ihr Verhältnis berechnet (siehe Tabelle 1). Die Gesamtanzahl der Zellen und die Anzahl runder Zellen wurden unter Verwendung eines Bildes an einem Querschnitt von 6 oben gemessen.
  • 8. Messung der Anzahl der Trennwände mit Rissen und Bestimmung, ob Risse auftraten oder nicht
  • Die Anzahl der Trennwände mit Rissen wurde visuell am Querschnitt (siehe 6, 7 oben) der verschlossenen Wabenstruktur, die einer Regenerationsbehandlung unterzogen wurde, gemessen (siehe Tabelle 1). Die Anzahl der Trennwände mit Rissen wurde unter Verwendung eines Bildes an einem Querschnitt von 6 oben gemessen. Die Bestimmung hinsichtlich der Risse erfolgte durch einen Vergleich mit der verschlossenen Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 1 als Referenz, die kein Bindemittel enthielt, wobei in Vergleichsbeispiel 1 an 24 Stellen Risse erzeugt waren. War eine Verringerung der Anzahl der Risse um die Hälfte oder mehr der Anzahl der Risse von Vergleichsbeispiel 1 festzustellen, wurde die verschlossene Wabenstruktur mit „A“ bewertet. War eine Verringerung von 3 Stellen oder mehr festzustellen, wurde die verschlossene Wabenstruktur mit „B“ bewertet. War die Anzahl erzeugter Risse ähnlich der von Vergleichsbeispiel 1 (±2), wurde die verschlossene Wabenstruktur mit „C“ bewertet. War eine Erhöhung der Anzahl der Risse um 3 Stellen oder mehr von Vergleichsbeispiel 1 festzustellen, wurde die verschlossene Wabenstruktur mit „D“ bewertet.
  • 9. Zusammenfassung der Beispiele
  • 9.1. Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, waren bei den verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 5, umfassend das Ausgangsmaterial, das einen Teilchendurchmesser im Bereich von 5 µm bis 60 µm hatte, runde Zellen im Inneren aller verschlossenen Wabenstrukturen zu finden. Andererseits betrug bei der verschlossenen Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 2, umfassend das Ausgangsmaterial, das einen Teilchendurchmesser von weniger als 5 µm hatte (Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials = 4 µm), obgleich runde Zellen zu finden waren, die Anzahl der Trennwände mit Rissen bis zu 35. Das heißt, die Festigkeit der verschlossenen Wabenstruktur verschlechterte sich.
  • Bei der verschlossenen Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 3, umfassend das Ausgangsmaterial, das einen Teilchendurchmesser von 60 µm oder mehr hatte (Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials = 62 µm), waren keine runden Zellen zu finden. Da sich die Partikel des Ausgangsmaterials gegenseitig störten, wurde eine Verformung zu runden Zellen unterbunden. Eine solche Tendenz war in Beispiel 2 und Beispiel 4 ebenfalls zu finden. Hatte das Ausgangsmaterial einen Teilchendurchmesser von 60 µm, war das Verhältnis der Anzahl runder Zellen, die für die Gesamtanzahl der Zellen berücksichtigt wurde, kleiner als das der anderen Beispiele 1, 3 und 5 (Beispiel 2 = 3 %, Beispiel 4 = 11 %). Daher wurde gezeigt, dass der Teilchendurchmesser des Ausgangsmaterials vorzugsweise im Bereich von 5 µm bis 60 µm lag, wie bei der vorliegenden Erfindung.
  • 9.2 Massenverhältnis des Bindemittels
  • Bei den verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 5 mit einem Massenverhältnis des Bindemittels im Bereich von 22 Masse-% bis 45 Masse-% waren runde Zellen im Inneren aller verschlossenen Wabenstrukturen zu finden. Andererseits waren bei der verschlossenen Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 4 mit einem Massenverhältnis des Bindemittels von weniger als 22 Masse-% (= 21 Masse-%) keine runden Zellen zu finden. Ebenso waren in Vergleichsbeispiel 1, das kein Bindemittel enthielt, ebenfalls keine runden Zellen (= 0 Masse-%) zu finden. Das heißt, zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur mit runden Zellen der vorliegenden Erfindung war Bindemittel neben dem Ausgangsmaterial als die Rohmaterialien unverzichtbar.
  • Andererseits betrug bei der verschlossenen Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 5 mit einem Massenverhältnis des Bindemittels von 45 Masse-% oder mehr (Massenverhältnis = 46,5 %), obgleich runde Zellen zu finden waren, die Anzahl der Trennwände mit Rissen bis zu 31. Das heißt, die Festigkeit der verschlossenen Wabenstruktur verschlechterte sich. Daher wurde gezeigt, dass das Massenverhältnis des Bindemittels vorzugsweise im Bereich von 22 Masse-% bis 45 Masse-% lag, wie bei der vorliegenden Erfindung.
  • 9.3 Veränderung des Krümmungsradius
  • Während der Krümmungsradius an den Trennwandüberschneidungen in den Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 vor dem Auffangen im Bereich von 59 bis 61 µm lag, hatten alle verschlossenen Wabenstrukturen nach der Regenerationsbehandlung mit darin gebildeten runden Zellen einen Krümmungsradius von 250 µm oder mehr.
  • 9.4 Verhältnis der Anzahl runder Zellen
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, war bei den verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 3 bis 5 mit einem Verhältnis der Anzahl runder Zellen, das 10 % übersteigt, die Anzahl der Trennwände mit Rissen auf die Hälfte oder mehr der Referenzanzahl zur Bestimmung von Vergleichsbeispiel 1 verringert. Das heißt, betrug das Verhältnis der Anzahl runder Zellen, die für die Gesamtanzahl der Zellen berücksichtigt wird, 10 % oder mehr, war der Effekt einer Verringerung der Konzentration thermischer Beanspruchung an den Trennwandüberschneidungen besonders groß.
  • Wie oben beschrieben, kann mit der verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung die Konzentration thermischer Beanspruchung verringert werden und können Risse an der Trennwand unterbunden werden, da sie im Inneren runde Zellen aufweist. Insbesondere aufgrund des Teilchendurchmessers des Ausgangsmaterials und des Verhältnisses des Bindemittels, die die Trennwand bilden, und des verwendeten Bindemittels mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Ausgangsmaterial können runde Zellen relativ einfach während der Reinigungsbehandlung zum Auffangen der Feststoffteilchen in dem Fluid gebildet werden. Im Ergebnis kann die Festigkeit der verschlossenen Wabenstruktur im Vergleich zu polygonalen Zellen, die von einer herkömmlichen gitterartigen Trennwand definiert werden, verbessert werden.
  • Insbesondere da runde Zellen nicht im Voraus als ein Teil der Zellen ausgebildet werden, können Probleme, die zu Beginn des Auffangens auftreten, wie eine Verringerung der Zelldichte und ein Anstieg des Druckabfalls, verhindert werden.
  • Eine verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann besonders effektiv für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet werden, die für das Reinigen von Feststoffteilchen, wie Partikeln, die in einem Fluid wie Abgas enthalten sind, das aus einem Dieselmotor oder dergleichen ausgestoßen wird, ausgebildet ist. Mit einem Verfahren zum Formen einer verschlossenen Wabenstruktur kann die verschlossene Wabenstruktur gebildet werden, die günstigerweise in einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird.
  • Beschreibung der Bezugszeichen
  • 1: verschlossene Wabenstruktur, 2a: eine Endfläche, 2b: andere Endfläche, 3a: zulaufseitige Endfläche, 3b: ablaufseitige Endfläche, 4: Zelle, 5: Trennwand, 5a: Kreisbogen-Trennwand, 6: Wabensubstrat, 7a, 7b: offenes Ende, 8: Verschlussabschnitt, 9: runde Zelle, 10: Feststoffteilchen, 11: Ausgangsmaterial, 12: Bindemittel, 13: Rohmaterial, 14: polygonale Zelle, 15: Trennwandüberschneidungen, 16: Innenseite der Zelle, 20: polygonale verschlossene Wabenstruktur, A: Wabenachsenrichtung, C: gereinigtes Fluid, CF: orthogonale Fläche, F, F': Fluid, P1, P1', P2, P2', P3, P3', P4, P4': Messpunkte, R: Krümmungsradius

Claims (7)

  1. Verschlossene Wabenstruktur (1), umfassend: ein Wabensubstrat (6) mit einer Endfläche (2a) und der anderen Endfläche (2b), wobei das Wabensubstrat (6) eine poröse Trennwand (5) aufweist, die mehrere Zellen (4) definiert, die von der einen Endfläche (2) und der anderen Endfläche (2b) aus verlaufen und als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen; und einen Verschlussabschnitt (8), der so ausgebildet ist, dass er die Zellen (4) an der einen Endfläche (2a) des Wabensubstrats (6) gemäß einem vorbestimmte Anordnungsstandard verschließt und die verbleibenden Zellen (4) an der anderen Endfläche (2b) verschließt; wobei die verschlossene Wabenstruktur (1) so ausgebildet ist, dass sie Feststoffteilchen (10), die in dem Fluid enthalten sind, das von einer zulaufseitigen Endfläche (3a) als die eine Endfläche (2a) des Wabensubstrats (6) zu einer ablaufseitigen Endfläche (3b) als die andere Endfläche (2b) strömt, auffängt, die Trennwand (5) als Rohmaterialien (13) Partikel eines Ausgangsmaterials (11) und ein Bindemittel (12) zum Binden der Ausgangsmaterial-Partikel mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials (11) umfasst, das Ausgangsmaterial (11) einen Teilchendurchmesser im Bereich von 5 µm bis 60 µm hat, das Massenverhältnis des Bindemittels (12) zur Gesamtmasse der Rohmaterialien (13), umfassend das Ausgangsmaterial (11) und das Bindemittel (12), im Bereich von 22 Masse-% bis 45 Masse-% liegt und die Zellen (4) zum Teil runde Zellen (9) umfassen, wobei die runden Zellen (9) von einer kreisbogenförmigen Kreisbogen-Trennwand (5a), die zumindest ein Teil der Trennwand (5) ist, definiert werden, so dass sich eine Kreisform, eine elliptische Form oder eine Halbkreisform ergibt, wobei sich die runden Zellen ausschließlich nahe dem Verschlussabschnitt (8) befinden, der an der ablaufseitigen Endfläche (3b) angeordnet ist, und die runden Zellen (9) durch Verformen mehrerer polygonaler Zellen (14) mit polygonaler Form gebildet werden, die von der Trennwand (5) einer polygonalen verschlossenen Wabenstruktur (20) vor dem Auffangen der Feststoffteilchen definiert werden, wobei das Verformen durch Leiten des Fluids in die polygonale verschlossene Wabenstruktur (20) von einer zulaufseitigen Endfläche (3a) und Aussetzen des Bindemittels der Schmelzpunkt- oder einer höheren Temperatur nach dem Auffangen der Feststoffteilchen durchgeführt wird.
  2. Verschlossene Wabenstruktur (1) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Anzahl der runden Zellen (9) zur Gesamtanzahl der Zellen auf einer orthogonalen Fläche orthogonal zur Wabenachsenrichtung der verschlossenen Wabenstruktur 10 % oder mehr beträgt.
  3. Verschlossene Wabenstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Krümmungsradius an Trennwandüberschneidungen (15) der Kreisbogen-Trennwand (5a), die die runden Zellen (9) definiert, auf 250 µm oder mehr eingestellt wird.
  4. Verschlossene Wabenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bindemittel einen Schmelzpunkt von 1100 °C oder mehr hat.
  5. Verschlossene Wabenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausgangsmaterial (11) und das Bindemittel (12) ein oder mehrere Keramikmaterialien, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und Aluminiumtitanat, umfassen.
  6. Verschlossene Wabenstruktur (1) nach Anspruch 5, wobei das Ausgangsmaterial (11) das Siliciumcarbid umfasst und das Bindemittel (12) das Cordierit umfasst.
  7. Verfahren zum Formen der verschlossenen Wabenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: das Leiten des Fluids in eine polygonale verschlossene Wabenstruktur (20) mit einer Endfläche (2a) und der anderen Endfläche (2b), so dass das Fluid von einer zulaufseitigen Endfläche (3a) als die eine Endfläche (2a) zu einer ablaufseitigen Endfläche (3b) als die andere Endfläche (3a) strömt, wobei die polygonale verschlossene Wabenstruktur (20) ein Wabensubstrat (6)mit einer porösen Trennwand (5), die mehrere polygonale Zellen (14) definiert, die von der einen Endfläche (2a) zu der anderen Endfläche (2b) verlaufen und als ein Durchgangskanal für das Fluid dienen; und einen Verschlussabschnitt (8) umfasst, der so ausgebildet ist, dass er die polygonalen Zellen (14) an der einen Endfläche (2a) des Wabensubstrats (6) gemäß einem vorbestimmten Anordnungsstandard verschließt und die verbleibenden polygonalen Zellen (14) an der anderen Endfläche (2b) verschließt; das Auffangen der Feststoffteilchen (10), die in dem Fluid enthalten sind, so dass sich die Feststoffteilchen (10) an der Innenseite (16) der polygonalen Zellen (14) mit dem Verschlussabschnitt (8) an der ablaufseitigen Endfläche (3b) ansammeln; und das Verformen zumindest eines Teils der polygonalen Zellen (14) zu runden Zellen (9), so dass sie eine Kreisform, eine elliptische Form oder eine Halbkreisform aufweisen, wobei das Verformen mittels Aussetzen der polygonalen verschlossenen Wabenstruktur (20) mit den an der Innenseite (16) der Zellen während des Feststoffteilchenauffangschrittes angesammelten Feststoffteilchen (10) der Schmelzpunkttemperatur des Bindemittels (12) oder einer höheren Temperatur durchgeführt wird, so dass die Trennwand (5) zu einer Kreisbogen-Trennwand (5a) mit einer Kreisbogenform verformt wird, wodurch die Form der runden Zellen (9) definiert wird.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019072204A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072203A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072208A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072210A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072212A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072207A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072211A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072205A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機
JP2019072209A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社三洋物産 遊技機

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003254034A (ja) 2002-02-26 2003-09-10 Ngk Insulators Ltd ハニカムフィルタ
US20120058019A1 (en) 2010-03-31 2012-03-08 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter
US20140186535A1 (en) 2011-03-24 2014-07-03 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter and manufacturing method of the same
US20150093540A1 (en) 2013-09-27 2015-04-02 Ngk Insulators, Ltd. Porous material, manufacturing method of the same, and honeycomb structure
DE102017205259A1 (de) 2016-03-31 2017-10-05 Ngk Insulators, Ltd. Poröser stoff, herstellungsverfahren eines porösen stoffes, und wabenstruktur

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1145270A (en) * 1979-12-03 1983-04-26 Morris Berg Ceramic filters for diesel exhaust particulates and methods of making
JPS61424A (ja) * 1984-06-12 1986-01-06 Nippon Denso Co Ltd セラミツクフイルタ
JP2002173381A (ja) * 2000-12-01 2002-06-21 Denso Corp セラミックハニカム成形体の目封止方法
JP4111439B2 (ja) * 2001-03-02 2008-07-02 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
US6736875B2 (en) * 2001-12-13 2004-05-18 Corning Incorporated Composite cordierite filters
JP4567338B2 (ja) * 2002-03-28 2010-10-20 日本碍子株式会社 セル構造体、セル構造体の製造方法、及び触媒構造体
US7316722B2 (en) * 2002-09-13 2008-01-08 Ibiden Co., Ltd. Honeycomb structure
EP1570893B1 (de) * 2002-12-11 2012-11-14 NGK Insulators, Ltd. Filteranordnung mit abgedichtetewabenstruktur und herstellungsverfahren dafür
US8062603B2 (en) * 2003-06-23 2011-11-22 Ibiden Co., Ltd. Honeycomb structural body
US7393377B2 (en) * 2004-02-26 2008-07-01 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter and exhaust gas treatment apparatus
JP4895154B2 (ja) * 2004-12-22 2012-03-14 日立金属株式会社 ハニカムフィルタの製造方法及びハニカムフィルタ
FR2906159B1 (fr) * 2006-09-27 2008-10-31 Saint Gobain Ct Recherches Element monolithique a coins renforces pour la filtration de particules
WO2008044269A1 (fr) * 2006-10-05 2008-04-17 Ibiden Co., Ltd. Structure en nid d'abeilles
WO2008129671A1 (ja) * 2007-04-17 2008-10-30 Ibiden Co., Ltd. 触媒担持ハニカムおよびその製造方法
FR2925354B1 (fr) * 2007-12-20 2009-12-11 Saint Gobain Ct Recherches Structure de filtration d'un gaz a canaux hexagonaux asymetriques
JP5384148B2 (ja) * 2008-03-21 2014-01-08 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
EP2415510B1 (de) * 2009-03-31 2015-07-22 NGK Insulators, Ltd. Wabenfilter und verfahren zu seiner herstellung
US20110126973A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-02 Andrewlavage Jr Edward Francis Apparatus And Method For Manufacturing A Honeycomb Article
JP5369029B2 (ja) * 2010-03-12 2013-12-18 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
KR101588785B1 (ko) * 2011-03-31 2016-01-27 현대자동차 주식회사 밀봉된 하니컴 구조체
WO2012132004A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 イビデン株式会社 ハニカム構造体及び排ガス浄化装置
JP6239303B2 (ja) * 2013-07-31 2017-11-29 イビデン株式会社 ハニカムフィルタ
JP6267452B2 (ja) * 2013-07-31 2018-01-24 イビデン株式会社 ハニカムフィルタ
JP6137151B2 (ja) * 2014-03-26 2017-05-31 株式会社デンソー ハニカム構造体
JP2016092445A (ja) 2014-10-29 2016-05-23 株式会社リコー シリアル通信システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003254034A (ja) 2002-02-26 2003-09-10 Ngk Insulators Ltd ハニカムフィルタ
US20120058019A1 (en) 2010-03-31 2012-03-08 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter
US20140186535A1 (en) 2011-03-24 2014-07-03 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter and manufacturing method of the same
US20150093540A1 (en) 2013-09-27 2015-04-02 Ngk Insulators, Ltd. Porous material, manufacturing method of the same, and honeycomb structure
JP2015067473A (ja) 2013-09-27 2015-04-13 日本碍子株式会社 多孔質材料及びその製造方法、並びにハニカム構造体
DE102017205259A1 (de) 2016-03-31 2017-10-05 Ngk Insulators, Ltd. Poröser stoff, herstellungsverfahren eines porösen stoffes, und wabenstruktur

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JP6691811B2 (ja) 2020-05-13
JP2017200673A (ja) 2017-11-09
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US10753244B2 (en) 2020-08-25
US20170314436A1 (en) 2017-11-02
CN107335474A (zh) 2017-11-10

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