JP2003500256A - 挿入物を備えるセラミックハニカム体 - Google Patents

挿入物を備えるセラミックハニカム体

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、ダクト(5)を備えるハニカム体(4)を製造するための方法を提供し、ハニカム体(4)の壁(8)はセラミックから作られる。塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1のマスからハニカム体(4)を製造することができ、第1のマスは層状に予め定められ得るように適用され、固着される。第1のマスに加えて、少なくとも1つの第2のマスが、ハニカム体内で、たとえば導電性の、予め定めることのできる層を形成し、その一方で、第1のマスは導電性ではない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体が流れることができ互いに隣り合うように配置されるダクト
を備えるハニカム体に関し、そのハニカム体は、ダクトを形成しセラミックから
構成される壁を有する。ダクトを備えるハニカム体を製造するための方法もまた
提供され、そのハニカム体は層状に構成される。
【0002】 押出し法によってセラミックからハニカム体を製造し、ハニカム体の形状が、
未加工の製品が製造される際に用いられるマスクに依存することは公知である。
この製造方法のために、この種類のセラミックハニカム体では、ハニカム体を通
るダクト壁の輪郭は規則正しい。
【0003】 この発明の目的は、セラミック壁を有するハニカム体の応用範囲と、その使用
の可能性とが広がるような、ハニカム体と、ハニカム体を製造するための方法と
を提供することである。
【0004】 請求項1および2の特徴を有するハニカム体を製造するための第1および第2
の方法によって、請求項4の特徴を有するハニカム体によって、請求項7および
10の特徴を有するハニカム体によって、この目的が達成される。それぞれの従
属請求項で、有利な発展と特徴とを特定する。
【0005】 ダクトを備えるハニカム体を製造するための第1の方法は、一連の 塑性変形可能でさらにその後固着可能な(consolidatable)第1のマスによって
、予め定めることのできる層を生成するステップと、 層を固着する(consolidate)ステップとを繰返すことによって、ハニカム体が
層状に構成される。
【0006】 ハニカム体に、第2の導電性マスを適用することによって、および/または、
導電体を挿入することによって、測定センサおよび/または加熱装置を提供する
【0007】 ダクトを備えるハニカム体を製造するための第2の方法は、一連の 塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1のマスによって、予め定めること
のできる層を生じさせるステップと、 層を固着するステップとを繰り返すことによって、ハニカム体が層状に構成さ
れ、流体が流れることのできるダクトを形成する壁が構成される。
【0008】 この場合、1つの壁には、流れることのできる流体に影響を及ぼす構造が設け
られる。
【0009】 第1および第2の方法の有利な発展は、壁を形成するための層状構成に部分的
に割込み、第1のダクトから第2のダクトへの流体の通路としてのオリフィスを
壁に製造する。
【0010】 さらに、流体が流れることができ互いに隣り合うように配置されるダクトを備
えるハニカム体が提供され、そのハニカム体は、ダクトを形成しセラミックから
構成される壁を有する。ハニカム体は、ハニカム体のセラミック壁に組込まれる
、少なくとも1つの測定センサおよび/または導電性マスを有する。
【0011】 ダクトと一致する、ハニカム体の壁に、測定センサおよび/または導電性マス
を組込むことが有利である。一方では、測定センサが温度センサである場合には
、流れる流体の温度を記録することができ、他方では、ハニカム体そのものが流
体のための加熱装置として働くことができる。測定センサおよび/または導電性
マスを保護するために、これらをセラミックで完全に囲んでもよく、たとえば高
温ガス腐食または他の化学反応等によっていかなる意図される挿入物をも損傷す
ることなく、攻撃的な流体さえもがハニカム体を通って流れることができる。
【0012】 流体が流れることができ互いに隣り合うように配置されるダクトを備えるさら
なるハニカム体は、ダクトを形成しセラミックから構成される壁を有し、1つの
セラミック壁は流体の通り抜ける流れに影響を及ぼす追加の構造を有する。
【0013】 構造は、ダクトを通り抜ける流体の流れの方向に対して、縦に、横におよび/
または斜めに、配置される。具体的には、構造は波形またはジグザグ形であって
もよい。
【0014】 流体が流れることができるダクトを備え、塑性変形可能でさらにその後固着可
能な第1のマスから製造され、その第1のマスが特に層状に予め定められ得るよ
うに適用され固着される、別のハニカム体は、ハニカム体を通るセクションに沿
って、第1のマスの隣に、セクションに沿った層として少なくとも1つの第2の
マスを有し、第1のマスは、第2のマスのそれとは異なる特性を有する。
【0015】 それぞれのハニカム体の特徴を互いと組合せてもよく、有利なことには、ハニ
カム体内の挿入物の機能がたとえば温度測定であるか流体の加熱であるかにかか
わらず、構造がハニカム体内の挿入物の機能を助けるように、構造を配置するこ
とができる。ハニカム体に用いられるそれぞれのマスがまたそれに従って選択さ
れ、配置される。
【0016】 以下の説明から、上述のハニカム体を製造するための1つのあり得る方法を引
出すことができる:パターン状の態様で予め定めることのできる孔構造からなる
ダクトを備え、塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1のマスから製造され
、その第1のマスが層状に予め定められ得るように適用され固着される、ハニカ
ム体は、第1のマスに加えて、予め定められた層をハニカム体内で形成する少な
くとも1つの第2のマスを有する。パターン状の態様で予め定めることのできる
孔構造を有するこの種のハニカム体を製造するための方法は、EP 0 627
983 B1から引出すことができ、その関連の特徴の完全な内容はここに含
まれる。第1のマスに加えて第2のマスを利用することにより、それぞれのマス
に異なった特性を割当てることができるという利点がある。このことは、ハニカ
ム体は一体でありながら異なる特性を備える異なる領域を有することができると
いうことを意味する。
【0017】 好ましくは、第1のマスは非導電性であり、第2のマスは導電性である。この
ことにより、たとえば壁の、ある部分には電流が流れその他の領域は冷たいハニ
カム体を製造することが可能となる。このことにより、ハニカム体を種々の動作
領域に分けることもまた可能になる。第1の部分は、たとえば加熱装置として、
それに続く第2の部分は吸着装置として、第3の部分は触媒として働く。単なる
例としてのみ挙げられたこれらの部分を互いと取り替えてもよく、組合せてもよ
い。
【0018】 少なくとも1つの第1のマスと少なくとも1つの第2のマスとを用いることに
より、第2のマスが第1のマスに少なくとも部分的に埋込まれることが可能とな
り、またその逆のことも可能となる。第2のマスが導電性であり得ることに関し
て、それゆえに導電トラックをハニカム体の壁内に走らせることができる。こう
することで、ハニカム体のこれらの導電トラックと、通り抜けて流れる流体との
接触を結果として避けることができる。他方で、好適な第1または第2のマスを
使用し、さらにハニカム体の望ましい多孔度をこれに関連してある特定のポイン
トに設定することができれば、流体は、導電トラックに直接突き当ることができ
る。このようにして、たとえば流れる流体の化学的特性または組成をテストする
ことができる。この製造方法により、ハニカム体のキャリア構造が第1のマスか
ら構成され、さらには第2のマスが、層として、たとえば触媒材料または吸着材
料として、いずれの場合にもこのキャリア構造の縁に配置されるように、ハニカ
ム体を構成することもまた可能である。
【0019】 好ましい発展では、本体がハニカム体に組込まれる。この目的のために、層状
構成の間本体を予め定められた位置に加えることができ、ハニカム体のさらなる
層状構成の間、用いられるマスで本体を囲まないにしてもそれを埋込むことがで
きる。このことは、特に測定センサをハニカム体に組込むことにおいて好適であ
る。測定センサを予め作製しハニカム体の製造の間にそれを層で囲むか、または
最終的に測定センサを生じさせる対応するマスを用いて、ハニカム体の製造と同
時に測定センサを同様に層状に構成する。測定センサに加えて、具体的には挿入
物として、抵抗線、抵抗層または他の本体をこの方法でハニカム体に組込むこと
もできる。
【0020】 さらに、ダクトを備え、塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1のマスか
ら製造されるハニカム体が提供される。第1のマスは層として予め定められ得る
ように適用されその後固着される。ハニカム体は、最短流路に沿った、主方向の
通り抜ける流れを有する。そこで、複数の層が、ハニカム体の、正確に規定され
る位置で、予め定められた構造を形成する。その構造は、予め計算され得るよう
に、主方向の通り抜ける流れに沿ったダクト内の流路を、最短流路に対して延長
する。上述の方法を用いることによって、その主な使用分野に従って非常に正確
に、精密なハニカム体を、流れを考慮して製造前に計算することができ、関連の
パラメータに、ハニカム体の動作範囲の可能なかぎりの広い領域をカバーする流
れ最適化レーティングを行なうことができる。それゆえ、主方向の通り抜ける流
れの、意図される延長を予め定めて、ハニカム体そのもの内で、ダクト内で、意
図される位置で、後に実現することができる。具体的には、計算で予め定められ
た所望の乱流を、設定された動作ポイントについてハニカム体そのものの中で達
成することが可能になる。
【0021】 具体的には、ハニカム体の発展では、構造が、所望の、具体的には予め計算さ
れた乱流および/または拡散をダクト内で生じさせるように、構造を配置するこ
とができる。さらに、構造は層内に割込みを有してもよく、従ってキャビティま
たはダクト切断へとつながる。このようにして、そうでない場合においてはハニ
カム体内で互いに関して閉じているであろうダクトを、ハニカム体内で、位置的
に正確に規定されたポイントで、互いに接続することができる。このことによっ
て、たとえばハニカム体そのもの内で、流れる流体の流路を延長することができ
る。さらに、ハニカム体の主方向の通り抜ける流れに沿った最短流路は、ハニカ
ム体の入口と出口との間の最短距離であると意図される。これは、ハニカム体の
縦軸に沿って伸びてもよく、径方向に通り抜ける流れの場合には、ハニカム体を
通る半径に沿って伸びてもよい。構造および流れ角度を完全に自由に予め定める
ことができさらには予め計算できる方法で、ハニカム体内で配置し構成すること
ができる。
【0022】 ハニカム体のさらなる有利な実施例は、第1のマスの多孔度の設定による、少
なくとも部分的に浸透可能な構造および/またはダクトを提供する。このことに
より流体は、構造またはダクト内へと少なくとも部分的に、第1のマスの特定の
深さにまで浸透することができる。多孔度が非常に高くなるために高い流れ抵抗
によって流体が再び偏向する場所でのみ、それは逸れるか、ハニカム体内の予め
定められた流路に沿ってさらに導かれる。
【0023】 別の発展では、ハニカム体の予め定めることのできる位置のダクト内またはダ
クト上に、複数の層を構成した結果として、予め定めることのできる構造が設け
られるが、その構造および位置は、乱流の計算によって予め規定されたものであ
る。有利なことには、この乱流の計算はまた、後に、たとえばハニカム体を触媒
または吸着装置として用いるときに必要である化学反応の計算を含む。具体的に
は、上で説明されたように、この方法によってハニカム体を提供することができ
る。
【0024】 以下の図を参照することによって、より詳細にさらなる有利な実施例および特
徴を説明する。ハニカム体および方法に関して上および以下で開示される特徴を
互いに好適に組合せることにより、さらなる発展が得られる。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は、ハニカム体を製造するための方法を示す概略図である。方法およびさ
らなる特徴、具体的には用いられる材料とそれらの特性とに関して、開示の範囲
内でEP 0 627 983 B1を参照する。ハニカム体の製造の前に、必
要なすべての計算をコンピュータ設備1で行なう。具体的には、乱流の計算、化
学反応の計算、熱の計算および安定度の計算によって、ハニカム体の動作範囲を
考慮に入れて、ハニカム体の形状な構成を定めることができる。たとえばこの方
法で、構造を利用して計算された設計を、たとえば同時に、対応する好適な製造
機械2に、コンピュータ設備1によって移す。製造機械2は、たとえば示される
座標系に従って、製造テーブル3上を、対応するように動く。同時に、予め計算
された層および構造を形成し固着する。製造テーブル3上で形成されつつあるハ
ニカム体4が示される。点線で示されるダクト5は、ハニカム体4を通る縦軸に
沿って伸びる。ハニカム体4の第1の側6は、ハニカム体4を通って後に流れる
流体のための入口を規定し、まだ完成していない第2の側7は、流体のための、
対応する出口を規定する。第1の本体9および第2の本体10がハニカム体4の
壁8に挿入され、さらなるハニカム体の仕上げの間に、それらはハニカム体に組
込まれる。図示されるように、2つのボディ9および10は、製造の間、意図さ
れたポイントに差し込まれる。このことは、ハニカム体4の内壁8においても可
能である。断面状のディスクの構成に加えて、適切な固着の場合には、たとえば
、ハニカム体がその中で作られる対応する型の助けでもって、ハニカム体4を水
平に構成することもまた可能である。この種類の製造は、ハニカム体4に長い本
体を挿入して組込むときに特に適切である。
【0026】 図2は、構成されるダクト壁11を示す。まっすぐで平滑な部分Bに加えて、
波12があり、その振幅Cまたは波長Dは、要件に従って自由に定められ製造さ
れ得る。ここではEで示される、波の間の距離はまた、ハニカム体の意図された
用途のために個別に、製造工具を顧慮することなしに、製造され得る。ここでは
その断面が示されるダクト壁11は、この構造を、主方向の通り抜ける流れに対
しての縦構造または横構造として、さらに、純粋な横構造または縦構造の混合と
して、有することができる。実際の構造に加えて、ダクト壁はまた、第1の隆起
13および第2の隆起14の形の、流路に配置される乱流を生じさせるためのさ
らなる構造を有する。構造の形状は、そのそれぞれの意図される用途に依存して
、自由に形作られ得る。したがって、第1の隆起13および/または第2の隆起
14の中には、結果として流体の流れに突き出る測定センサ15があってもよい
。第1の隆起13では、測定センサ15は流体の流れと直接接触するが、第2の
隆起14内の測定センサ15は第2の隆起14の材料によって完全に囲まれてい
るため、流れる流体に対して遮蔽される。ダクト壁11の第1のマス16に組込
まれ、導電性であり、測定センサ15からの信号をハニカム体4を通って送る第
2のマス17の配置もまた明らかである。
【0027】 図3は、ここでもまた構成される第2のダクト壁18を示す。開いた三角鋸歯
の形の第1の構造19は、第2のダクト壁18が構成される層に割込みを有する
。塑性変形可能でさらにその後固着可能なマスを用いる方法によって、第1の構
造19内に微細構造としてさらなる第2の構造20を設けることが可能となる。
第2の構造20は、第1の構造19内で、たとえば窪みまたは突起として、縦構
造21および横構造22として配置され、縦構造21は、1つのダクトから近接
するダクトへの通路として働くようにオリフィス23を有する。具体的には、第
2のダクト壁18の層状構成は、開いた三角形の第1の高さHと第2の構造20
の第2の高さhとの両方を、要件に従って自由に調節可能にする。この例示的な
実施例では第1の層24、第2の層25および第3の層26から構成されるダク
ト壁18のそれぞれの厚みにも同じことがまた当てはまる。第1の層24および
第3の層26は第1のマスから製造される一方で、これら2つの間に埋込まれる
第2の層25は、導電性の第2のマスからなる。このことにより、ダクト壁18
を完全に加熱することが可能となり、これにより、矢印で示されるように流れる
流体を加熱する。
【0028】 層状構成の方向に割込むオリフィスおよび他の構造の形成において、ベースな
しに層を構成できないことを、当然のことながら忘れてはならない。結果として
、横方向の層による層状構成を可能とするために(たとえば後に燃やされるかま
たは溶ける材料から作られる)補助構造を後のオリフィスに代えて用いるか、ま
たはオリフィスの縁が斜めに伸びなければならない。
【0029】 第1のマスおよび第2のマスを団結することによって、ジオメトリを、そして
結果として構造を、自由に形成することができる。具体的には、互いに接続され
てもよい、セラミック原料と金属材料とが、第1のマスと第2のマスとの材料と
して検討される。セラミック原料の例として挙げられてもよいものは、セラミッ
ク酸化物および金属セラミックであり、金属原料の例として挙げられてもよいも
のは、金属粉末、金属酸化物または金属溶液であり、これらはまた既に個別に、
焼結されるハニカム体について公知である。しかし、ともに適用することによっ
て、または混ぜ合わせることによって、これらを互いに接続することができ、そ
の各々の場合において、個別の層でこれを行なうことができる。前者はたとえば
、以下の図4から引出されるであろう。
【0030】 図4は、第3のダクト壁27に組込まれる第3の本体28を示す。第3の本体
28を第3のダクト壁27に組込むことは、まず、第1のマスを層状に適用し固
着することによって行なわれた。特定の層の高さに達した後、それに続く層の構
成で第2のマスも用いた。意図される用途を満足させる、第2のマスの高さに達
した後、再び第1のマスのみをさらなる層のために用いた。この方法によって、
第2のマスを第1のマスで完全に囲み、結果的にそれを、第1のマスで埋込み、
それに組込むことが可能となる。第2のマスは、たとえばハニカム体内の電流の
配電器に必要とされ得る十字形をここでは形成する。ハニカム体の層を構成する
、ハニカム体製造の間、第2のマスを適切に分配することによって、非常に多様
な導電トラック等を製造することができる。この方法で層状に製造されたハニカ
ム体にキャビティを構築することも可能であり、用いられる方法の性質のために
、15から50μmの間の非常に細かいダクトをハニカム体内のダクト構造とし
て形成することができる。具体的には、この方法によって、約1.5から4μm
の高さの個別の層から100μmを超える高さの個別の層までを構成することが
できる。このことはさらに、ハニカム体の表面の質とダクトそのものの構造の表
面の質とを、位置的に正確に規定される態様で予め計算することができ、さらに
はそれらを実現することができるということを意味する。計算された位置に正確
に、予め定めることのできる厚みで、所望の材料を適用することもできる。
【0031】 ハニカム体を製造するための方法とハニカム体そのものの性質とによって、挿
入物、および流れに影響を及ぼすいかなる種類の構造をも、特に完全にセラミッ
クから構成されるハニカム体内で、実現することができる。この種類のハニカム
体は、たとえば排気ラインでの使用において、たとえば吸着装置または触媒とし
て、好ましくは自動車の内燃機関において、好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ハニカム体の製造方法を示す概略図である。
【図2】 ハニカム体内で、たとえば縦構造または横構造として設けられ得
る構造を示す図である。
【図3】 請求項に記載の方法によって同様に製造され得るさらなる構造を
示す図である。
【図4】 本体が組込まれる、ハニカム体の層状構成を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/00 F01N 3/28 301P 3/24 B28B 11/00 Z 3/28 301 B01D 53/36 C (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C U,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD ,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN, IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,L K,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK ,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO, RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,T M,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU ,ZW Fターム(参考) 3G091 AA02 AB01 AB08 BA03 BA39 CA04 CA26 FA02 FA04 FB02 FC04 FC05 FC07 GA06 GA10 GA12 GA13 GA14 GA16 GA18 GA24 GB01X GB10X GB17X HA18 HA39 4D048 BB02 CC43 4G055 AA08 AB03 AC10 BA22 BA26 4G069 AA01 AA08 CA03 DA06 EA19 EE03

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダクト(5)を備えるハニカム体(4)を製造するための方
    法であって、ハニカム体(4)は、一連の 塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1のマスによって、予め定めること
    のできる層(24)を生成するステップと、 層(24)を固着するステップとを繰返すことによって、層状に構成され、 ハニカム体(4)に第2の導電性マス(25)を適用することによって、およ
    び/または、導電体(9、10)を挿入することによって、測定センサ(15)
    および/または加熱装置を提供することを特徴とする、方法。
  2. 【請求項2】 ダクト(5)を備えるハニカム体(4)を製造するための方
    法であって、ハニカム体(4)は、一連の 塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1のマスによって、予め定めること
    のできる層(24)を生成するステップと、 層(24)を固着するステップとを繰返すことによって、層状に構成され、 流体が流れることのできるダクト(5)を形成する壁(8)が構成され、 1つの壁(8)には、流れることのできる流体に影響を及ぼす少なくとも1つ
    の構造(19、20、21、22)が設けられることを特徴とする、方法。
  3. 【請求項3】 壁(8)を形成するための層状構成に部分的に割込み、第1
    のダクトから第2のダクトへの流体の通路としてのオリフィス(23)を壁(8
    )に製造することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 流体が流れることができ互いに隣り合うように配置されるダ
    クト(5)を備えるハニカム体(4)であって、ハニカム体(4)は、ダクト(
    5)を形成しセラミックから構成される壁(8)を有し、少なくとも1つの測定
    センサ(15)および/または導電性マスがハニカム体(4)のセラミック壁(
    8)に組込まれることを特徴とする、ハニカム体。
  5. 【請求項5】 測定センサ(15)および/または導電性マスがセラミック
    で完全に囲まれることを特徴とする、請求項4に記載のハニカム体。
  6. 【請求項6】 測定センサ(15)は温度センサであることを特徴とする、
    請求項4または請求項5に記載のハニカム体。
  7. 【請求項7】 流体が流れることができ互いに隣り合うように配置されるダ
    クト(5)を備えるハニカム体(4)であって、ハニカム体(4)は、ダクト(
    5)を形成しセラミックから少なくとも部分的に構成される壁(8)を有し、ハ
    ニカム体(4)内の少なくとも1つのセラミック壁(8)は、流体の通り抜ける
    流れに影響を及ぼす追加の構造(19、20、21、22)を有することを特徴
    とする、ハニカム体。
  8. 【請求項8】 構造(19、20、21、22)は、ダクト(5)を通り抜
    ける流体の流れの方向に対して、縦に、横に、および/または斜めに、配置され
    ることを特徴とする、請求項7に記載のハニカム体。
  9. 【請求項9】 構造(19、20、21、22)は波形またはジグザグ形で
    あることを特徴とする、請求項7または8に記載のハニカム体。
  10. 【請求項10】 流体が流れることのできるダクト(5)を備えるハニカム
    体(4)であって、ハニカム体は、塑性変形可能でさらにその後固着可能な第1
    のマスから製造され、第1のマスは、具体的には層状に、予め定められ得るよう
    に適用されさらに固着され、ハニカム体(4)を通るセクションに沿って、第1
    のマスの隣に、少なくとも1つの第2のマスがセクションに沿った層を形成する
    ことを特徴とし、第1のマスは第2のマスのそれとは異なる特性を有する、ハニ
    カム体。
  11. 【請求項11】 壁(8)は、第1のダクトから第2のダクトへと、オリフ
    ィス(23)を、流体が流れることのできる通路として有することを特徴とする
    、請求項1から10のいずれかに記載のハニカム体(4)。
  12. 【請求項12】 ハニカム体(4)は、先行する方法のいずれかに従って製
    造されることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載のハニカム体(
    4)。
  13. 【請求項13】 ハニカム体(4)は完全にセラミックから製造されること
    を特徴とする、請求項1から12のいずれかに記載のハニカム体(4)。
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