JP2006110413A - Honeycomb filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のセグメントを接合することにより構成されるハニカムフィルターに関し、特に、製造工程における熱処理の際にクラック発生を抑制することが可能なハニカムフィルターに関する。 The present invention relates to a honeycomb filter configured by joining a plurality of segments, and more particularly to a honeycomb filter capable of suppressing generation of cracks during heat treatment in a manufacturing process.
ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）は、ハニカムフィルターの一種であり、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれているパティキュレートを捕捉して除去するため、ディーゼルエンジンの排気系に組み込まれている。このようなハニカムフィルターは、炭化珪素等からなる多孔質のセグメントが接合材によって複数接合され、円形断面等の所定の形状に成形された後、外周がコート材により被覆された構造となっている。 A DPF (diesel particulate filter) is a kind of honeycomb filter, and is incorporated in an exhaust system of a diesel engine in order to capture and remove particulates contained in exhaust gas from a diesel engine or the like. Such a honeycomb filter has a structure in which a plurality of porous segments made of silicon carbide or the like are bonded together by a bonding material and formed into a predetermined shape such as a circular cross section, and then the outer periphery is covered with a coating material. .
それぞれのセグメントは多孔質の隔壁によって仕切られた状態で軸方向に貫通する多数の流通孔を有している。隣接している流通孔においては、一端部が交互に目封じされるものであり、一の流通孔においては、一側の端部が開口している一方、他側の端部が目封じされており、これと隣接する他の流通孔においては、他側の端部が目封じされるが、一側の端部が開口されている。 Each segment has a number of through holes penetrating in the axial direction in a state of being partitioned by a porous partition wall. In the adjacent flow holes, one end is alternately sealed, and in one flow hole, one end is open while the other end is plugged. In the other circulation hole adjacent thereto, the other end is sealed, but one end is opened.
このような構造とすることにより、セグメントにおける開口している端部から排ガスが流通孔に流入すると、排ガスは多孔質の隔壁を通過して他の流通孔から流出し、隔壁を通過する際に排ガス中のパティキュレートが隔壁に捕捉されるため、排ガスの浄化を行うことができる。 By adopting such a structure, when exhaust gas flows into the flow hole from the open end of the segment, the exhaust gas flows out of the other flow hole through the porous partition wall and passes through the partition wall. Since the particulates in the exhaust gas are captured by the partition walls, the exhaust gas can be purified.
このようなハニカムフィルターの製造は、炭化珪素、コージェライト等のセラミックス材料に有機バインダ、界面活性剤、水等を添加混合して可塑性の坏土とし、この坏土を押出成形して隔壁によって仕切られた多数の流通孔を有するハニカム形状とし、これを乾燥及び脱脂加熱した後、焼結してセグメントとする。そして、このセグメントに対して上述した目封じを行った後、セグメントの外面に接合材を塗布して組み付け、セグメント接合体を作製し、セグメント接合体を切削加工した後、外周面をコート材によって被覆し、加熱乾燥することにより所定の立体形状のハニカムフィルターとするものである。 Such a honeycomb filter is manufactured by adding an organic binder, a surfactant, water and the like to a ceramic material such as silicon carbide and cordierite to form a plastic clay, which is extruded and partitioned by partition walls. The honeycomb shape having a large number of flow holes is dried, degreased and heated, and then sintered into segments. And after performing the sealing mentioned above with respect to this segment, after apply | coating and assembling a joining material to the outer surface of a segment, producing a segment joined body and cutting a segment joined body, an outer peripheral surface is coated with a coating material. A honeycomb filter having a predetermined three-dimensional shape is formed by coating and heating and drying.
以上のハニカムフィルターの製造中には、ハニカムフィルターにクラックが発生する問題を有している。クラック発生は、特に、触媒焼き付け等の目的で行う熱処理で発生するものであり、触媒焼付け等の熱処理工程後における降温時の急激な温度変化によってセグメントの接合部分（接合材）に多発している。このクラック発生について、本発明者が検討した結果、以下のことが判明している。 During the manufacture of the above honeycomb filter, there is a problem that cracks occur in the honeycomb filter. Cracks are generated especially in heat treatments for the purpose of catalyst baking, etc., and frequently occur in the joining portion (bonding material) of the segment due to a rapid temperature change at the time of temperature reduction after the heat treatment process such as catalyst baking. . As a result of investigation by the present inventor on the occurrence of cracks, the following has been found.
熱処理工程後の降温過程での温度分布は、ハニカムフィルターの周辺部分が最も低温で中心部分に向かって急激に温度が上昇し、中心が最高温度となっている。この状態に対する短時間での降温は、表面で急激に温度が下降して外周部分が大きな温度勾配となり、大きな熱応力が発生する。この熱応力により、接合材にクラックが発生してセグメント相互の接合力が弱くなり、はなはだしい場合はセグメント同士が分解して破壊に至る。 The temperature distribution in the temperature lowering process after the heat treatment process is such that the peripheral portion of the honeycomb filter is the lowest temperature, the temperature rapidly increases toward the central portion, and the center is the highest temperature. When the temperature is lowered in a short time with respect to this state, the temperature suddenly drops on the surface and a large temperature gradient is generated in the outer peripheral portion, and a large thermal stress is generated. Due to this thermal stress, cracks occur in the bonding material and the bonding force between the segments is weakened. In extreme cases, the segments are decomposed and broken.
従って、降温時間を遅くし、冷気の吹き付けなど強制的な冷却をやめ、ゆっくり温度を下げることでクラック発生を防止することができるが、この場合には、降温時間が制限されるため、製造に長時間を要するばかりでなく、製造効率が低下する原因となる。 Therefore, it is possible to prevent the generation of cracks by slowing down the temperature drop time, stopping forced cooling such as blowing cold air, and slowly lowering the temperature. Not only does it take a long time, it also causes a reduction in production efficiency.
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、熱処理等を行ってもクラックの発生を抑制することができ、これにより、降温時間を長くする必要がなく、効率的な製造が可能なハニカムフィルターを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and it is possible to suppress the occurrence of cracks even when heat treatment or the like is performed. An object of the present invention is to provide a honeycomb filter that can be manufactured in an efficient manner.
上記目的を達成するため、請求項１の発明のハニカムフィルターは、多孔質の隔壁によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有したセグメントの複数が接合材によって接合されたハニカムフィルターであって、外周側に配置されているセグメントの熱容量が中心側に配置されているセグメントの熱容量よりも高いことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the honeycomb filter according to the first aspect of the present invention is a honeycomb filter in which a plurality of segments having a large number of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by porous partition walls are joined by a joining material. The heat capacity of the segment disposed on the outer peripheral side is higher than the heat capacity of the segment disposed on the center side.
請求項１の発明では、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高いことから、熱処理工程後の降温時の外周側と中心側の温度勾配が小さくなる。このため、降温時における外周側と中心側との間の熱応力が小さくなり、これらの間に介在している接合材に作用する応力も小さくなる。これにより、接合材にクラックが発生することを抑制することができる。このため、降温をゆっくりと行う必要がないと共に、強制的な冷却を行ってもクラックが発生することがなく、短時間での製造ができ、効率的な製造が可能となる。 In the first aspect of the invention, since the heat capacity of the outer peripheral segment is higher than that of the central segment, the temperature gradient between the outer peripheral side and the central side during the temperature drop after the heat treatment step is reduced. For this reason, the thermal stress between the outer peripheral side and the center side when the temperature is lowered is reduced, and the stress acting on the bonding material interposed therebetween is also reduced. Thereby, it can suppress that a crack generate | occur | produces in a joining material. For this reason, it is not necessary to cool the temperature slowly, cracks do not occur even if forced cooling is performed, and manufacturing can be performed in a short time, thus enabling efficient manufacturing.
請求項２の発明のハニカムフィルターは、多孔質の隔壁によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有したセグメントの複数が接合材によって接合されたハニカムフィルターであって、外周側に配置されているセグメントの平均嵩密度が中心側に配置されているセグメントの平均嵩密度よりも高いことを特徴とする。 A honeycomb filter according to a second aspect of the present invention is a honeycomb filter in which a plurality of segments having a large number of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by a porous partition wall are bonded by a bonding material, and disposed on the outer peripheral side. The average bulk density of the segment is higher than the average bulk density of the segment arranged on the center side.
請求項２の発明では、外周側のセグメントの平均嵩密度が中心側のセグメントの平均嵩密度よりも高いことから、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高くなる。このため、熱処理工程後の降温時の外周側と中心側の温度勾配が小さくなり、降温時における外周側と中心側との間での熱応力が小さくなって、これらの間に介在している接合材に作用する応力が小さくなり、接合材にクラックが発生することを抑制することができる。
In the invention of
請求項３の発明のハニカムフィルターは、多孔質の隔壁によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有したセグメントの複数が接合材によって接合されたハニカムフィルターであって、外周側に配置されているセグメントの平均セル密度が中心側に配置されているセグメントの平均セル密度よりも高いことを特徴とする。 A honeycomb filter according to a third aspect of the present invention is a honeycomb filter in which a plurality of segments having a large number of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by a porous partition wall are bonded by a bonding material and disposed on the outer peripheral side. The average cell density of the segment is higher than the average cell density of the segment arranged on the center side.
請求項３の発明では、外周側のセグメントの平均セル密度が中心側のセグメントの平均セル密度よりも高いため、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高くなる。このため、熱処理工程後の降温時の外周側と中心側の温度勾配が小さくなり、降温時における外周側と中心側との間での熱応力が小さくなって、これらの間に介在している接合材に作用する応力が小さくなり、接合材にクラックが発生することを抑制することができる。
In the invention of
請求項４の発明では、多孔質の隔壁によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有したセグメントの複数が接合材によって接合されたハニカムフィルターであって、外周側に配置されているセグメントの平均隔壁厚さが中心側に配置されているセグメントの平均隔壁厚さも厚いことを特徴とする。
In the invention of
請求項４の発明では、外周側のセグメントの平均隔壁厚さが中心側のセグメントの平均隔壁厚さよりも厚いため、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高くなる。このため、熱処理工程後の降温時の外周側と中心側の温度勾配が小さくなり、降温時における外周側と中心側との間での熱応力が小さくなって、これらの間に介在している接合材に作用する応力が小さくなり、接合材にクラックが発生することを抑制することができる。
In the invention of
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカムフィルターであって、触媒が担持されていることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the honeycomb filter according to any one of the first to fourth aspects, wherein a catalyst is supported.
請求項５の発明では、触媒が担持されることにより、ハニカムフィルターが微粒子を効率良く燃焼させることができるため、排ガスを効率的に浄化することができる。また、触媒を担持していても、その焼き付けのための熱処理を行っても、ハニカムフィルターにクラックが発生することを抑制することができる。
In the invention of
請求項１の発明によれば、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高いため、熱処理等の後の降温時における外周側と中心側の温度勾配が小さくなり、これらの間での熱応力が小さくなる。これにより、これらの間に介在している接合材に作用する応力も小さくなって、接合材にクラックが発生することを抑制することができる。従って、降温をゆっくりと行う必要がなく、製造時間を短縮することができると共に、効率的な製造が可能となる。 According to the invention of claim 1, since the heat capacity of the outer peripheral segment is higher than that of the central segment, the temperature gradient between the outer peripheral side and the central side at the time of temperature decrease after heat treatment or the like is reduced. The thermal stress at becomes small. Thereby, the stress which acts on the joining material interposed between these also becomes small, and it can suppress that a crack generate | occur | produces in a joining material. Therefore, it is not necessary to cool down slowly, the manufacturing time can be shortened, and efficient manufacturing is possible.
請求項２の発明によれば、外周側のセグメントの平均嵩密度が中心側のセグメントの平均嵩密度よりも高いことから、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高くなる。請求項３の発明によれば、外周側のセグメントの平均セル密度が中心側のセグメントの平均セル密度よりも高いため、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高くなる。請求項４の発明によれば、外周側のセグメントの平均隔壁厚さが中心側のセグメントの平均隔壁厚さよりも厚いため、外周側のセグメントの熱容量が中心側のセグメントのそれよりも高くなる。
According to the invention of
これらにより、請求項２〜４の各発明では、請求項１の発明と同様に、熱処理等の後の降温時における外周側と中心側の温度勾配が小さくなって、これらの間での熱応力が小さくなるため、これらの間に介在している接合材にクラックが発生することを抑制することができる。従って、降温をゆっくりと行う必要がなく、製造時間を短縮することができると共に、効率的な製造が可能となる。
Accordingly, in each of the inventions of
請求項５の発明によれば、排ガスの効率的な浄化を行うことができるのに加えて、製造の際にハニカムフィルターにクラックが発生することを抑制することができる。
According to the invention of
図１及び図２は、本発明の一実施形態が適用されるハニカムフィルター１の斜視図を示す。ハニカムフィルター１は、複数のセグメント２が接合材９を介して接合されることにより形成されるものであり、接合材９によるセグメント２の接合の後、円形断面、楕円断面、三角断面その他の断面（図示する形態では、円形断面）となるように研削加工され、外周面がコート材４によって被覆される。このハニカムフィルター１をＤＰＦとして用いる場合、ディーゼルエンジンの排ガスの流路に配置することにより、ディーゼルエンジンから排出されるスートを含むパティキュレートを捕捉することができる。
1 and 2 are perspective views of a honeycomb filter 1 to which an embodiment of the present invention is applied. The honeycomb filter 1 is formed by joining a plurality of
それぞれのセグメント２は、図２及び図３に示すように、多孔質の隔壁６によって仕切られた多数の流通孔（セル）５を有している。流通孔５はセグメント２を軸方向に貫通しており、隣接している流通孔５における一端部が充填材７によって交互に目封じされている。すなわち、一の流通孔５においては、左端部が開放されている一方、右端部が充填材７によって目封じされており、これと隣接する他の流通孔５においては、左端部が充填材７によって目封じされるが、右端部が開放されている。このような目封じにより、図２に示すように、セグメント２の端面が市松模様状を呈するようになる。
Each
このようなセグメント２が組み付けられたハニカムフィルター１を排ガスの流路内に配置した場合、排ガスは図３の矢印で示すように、左側から各セグメント２の流通孔５内に流入して右側に移動する。流通孔５内に流入した排ガスは、多孔質の隔壁６を通過して他の流通孔から流出する。そして、隔壁６を通過する際に排ガス中のスートを含むパティキュレートが隔壁６に捕捉される。
When the honeycomb filter 1 in which
なお、図示するセグメント２は、正方形断面となっているが、三角形断面、六角形断面等の適宜の断面形状とすることが可能である。また、流通孔５の断面形状においても、三角形、六角形、円形、楕円形、その他の形状とすることができる。
In addition, although the
セグメント２の材料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材、珪素−炭化珪素複合材、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属からなる群から選択される１種もしくは複数種を組み合わせた材料を使用することが好ましい。
As the material of
ハニカムフィルター１の製造においては、まず、セグメント２を作製する。セグメント２の作製は、上述した中から選択された材料にメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等のバインダ、界面活性剤や水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を押出成形することにより、隔壁６によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔５を有するハニカム形状とする。そして、これをマイクロ波、熱風等によって乾燥した後、脱脂加熱し、その後、焼結することによりセグメント２とする。
In manufacturing the honeycomb filter 1, first, the
流通孔５の目封じに用いる充填材７としては、セグメント２と同様な材料を使用することができる。充填材７による目封じは、目封じをしない流通孔５をマスキングした状態で、セグメント２の端面をスラリー状の充填材７に浸漬することにより開口している流通孔５に充填することにより行うことができる。
As the
以上のようなセグメント２の作製の後、セグメント２の外面にスラリー状の接合材９を塗布し、所定の立体形状となるように複数のセグメント２を組み付け、この組み付け状態で圧着しながら加熱乾燥する。これにより、複数のセグメント２が接合された接合体を作製する。その後、接合体を研削加工し、外周面をコート材４によって被覆し、加熱乾燥する。これにより、図１に示すハニカムフィルター１を作製することができる。この場合、接合材９及びコート材４としては、同じ材料を用いることができる。
After the production of the
この実施形態において、ハニカムフィルター１に対して、触媒を担持させることができる。触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の白金属金属、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属酸化物、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム等のアルカリ金属酸化物などの内の少なくとも一種または二種以上を選択することができる。また、これらの材料に銅、ランタン、マンガン等の金属を添加した材料であっても良い。 In this embodiment, the catalyst can be supported on the honeycomb filter 1. Examples of catalysts include white metal metals such as Pt, Pd, and Rh, alkaline earth metal oxides such as magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, and strontium oxide, and alkali metal oxides such as lithium oxide, sodium oxide, and potassium oxide. Of these, at least one or two or more can be selected. Moreover, the material which added metals, such as copper, lanthanum, and manganese, to these materials may be used.
触媒の担持は、触媒材料の溶液にハニカムフィルター１を浸漬、噴霧等を行って含浸させ、その後、熱処理して焼き付けることにより行う。熱処理は、５００〜６００℃程度に加熱することにより行い、その後、降温させることにより触媒の担持を行う。このように触媒を担持させることにより、微粒子を効率良く燃焼させることができるため、排ガスを効率的に浄化することが可能となる。 The catalyst is supported by immersing the honeycomb filter 1 in a solution of the catalyst material by impregnation, spraying or the like, and then heat-treating and baking. The heat treatment is performed by heating to about 500 to 600 ° C., and then the catalyst is supported by lowering the temperature. By supporting the catalyst in this way, the fine particles can be burned efficiently, so that the exhaust gas can be purified efficiently.
以上によって作製されるハニカムフィルター１においては、外周側に配置されているセグメント２の熱容量が中心側に配置されているセグメント２の熱容量よりも高くなるように設定されるものである。
In the honeycomb filter 1 manufactured as described above, the heat capacity of the
ここで、中心側に配置されているセグメントとは、ハニカムフィルターの断面面積重心を含むか若しくは断面面積中心に隣接するセグメント、または全ての側面が他のセグメントと接しているセグメント、即ちハニカムフィルターの最外周面を構成しないセグメントであり、外周側に配置されているセグメントとは、ハニカムフィルターの断面面積重心に隣接せず、かつハニカムフィルターの最外周壁の一部を構成するセグメントである。 Here, the segment arranged on the center side means a segment including the center of gravity of the sectional area of the honeycomb filter or adjacent to the center of the sectional area, or a segment in which all side surfaces are in contact with other segments, that is, the honeycomb filter. The segment that does not constitute the outermost peripheral surface, and the segment arranged on the outer peripheral side is a segment that is not adjacent to the center of gravity of the cross-sectional area of the honeycomb filter and constitutes a part of the outermost peripheral wall of the honeycomb filter.
これを図４及び図５によって具体的に説明すると、図４は断面積重心に接合材９の交点が位置する場合のハニカムフィルター１、図５は、断面積中心にセグメント２が位置する場合のハニカムフィルター１を示す。
This will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows the honeycomb filter 1 in the case where the intersection of the
図４において、中心側に配置されているセグメントとは、断面積重心を囲む位置のセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄであり、外周側に配置されているセグメントとは、これらの周囲に位置する他の全てのセグメントである。図５において、中心側に配置されているセグメントとは、断面積中心に位置するセグメント２ｑ及びその周囲４個のセグメント２ｒ、２ｓ、２ｔ、２ｕであり、外周側に配置されているセグメントとは、これらを除く全てのセグメントである。
In FIG. 4, the segments arranged on the center side are the
この実施形態において、このような中心側に配置されているセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｑ、２ｒ、２ｓ、２ｔ、２ｕの熱容量が外周側に配置されているセグメントの熱容量よりも低く設定される。 また、端面が正円形で無い場合の例を図６及び図７によって具体的に説明する。図６は断面積重心に接合材９の交点が位置する場合のハニカムフィルター１、図７は、断面積中心にセグメント２が位置する場合のハニカムフィルター１を示す。
In this embodiment, the heat capacity of the
図６において、中心側に配置されているセグメントとは、断面積重心を囲む位置のセグメント３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄであり、外周側に配置されているセグメントとは、これらの周囲に位置する他の全てのセグメントである。図７において、中心側に配置されているセグメントとは、断面積中心に位置するセグメント３ｑ及びその両側２個のセグメント３ｒ、３ｓであり、外周側に配置されているセグメントとは、これらを除く全てのセグメントである。
In FIG. 6, the segments arranged on the center side are the
この実施形態において、このような中心側に配置されているセグメント３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び３ｑ、３ｒ、３ｓの熱容量が外周側に配置されているセグメントの熱容量よりも低く設定される。
In this embodiment, the heat capacities of the
これにより、加熱処理等の後における降温の際には、外周側のセグメントの温度低下が緩やかになり、外周側のセグメントと中心側のセグメントの温度勾配が小さくなる。このため、降温時における外周側のセグメントと中心側のセグメントとの間の熱応力が小さくなり、これらの間に介在している接合材９に作用する応力も小さくなる。
As a result, when the temperature falls after the heat treatment or the like, the temperature decrease in the outer segment becomes gentle, and the temperature gradient between the outer segment and the central segment becomes smaller. For this reason, the thermal stress between the segment on the outer peripheral side and the segment on the central side when the temperature is lowered is reduced, and the stress acting on the
このように応力が小さくなることにより、接合材９にクラックが発生することを抑制することができる。従って、降温をゆっくりと行う必要がないと共に、強制的な冷却を行ってもクラックが発生することがなくなり、短時間での製造ができ、効率的な製造が可能となる。また、触媒を担持させたハニカムフィルター１を確実に製造することができる。
By reducing the stress in this way, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the
以上のように、外周側に配置されているセグメント２の熱容量を中心側に配置されているセグメント２の熱容量よりも高くなるように設定するための具体的手段としては、外周側に配置されているセグメントの平均嵩密度を中心側に配置されているセグメントの平均嵩密度よりも高くする手法がある。ここで、嵩密度とは、空孔となっている流通孔５を含めたセグメント２の単位体積あたりの質量である。
As described above, the specific means for setting the heat capacity of the
また、外周側に配置されているセグメント２の熱容量を中心側に配置されているセグメント２の熱容量よりも高くなるように設定するための別の具体的手段としては、外周側に配置されているセグメントの平均セル密度を中心側に配置されているセグメントの平均セル密度よりも高く設定する手法がある。
Another specific means for setting the heat capacity of the
外周側に配置されているセグメント２の熱容量を中心側に配置されているセグメント２の熱容量よりも高くなるように設定するためのさらに別の具体的手段としては、外周側に配置されているセグメントの平均隔壁厚さが中心側に配置されているセグメントの平均隔壁厚さよりも厚く設定する手法がある。
As another specific means for setting the heat capacity of the
これらのいずれの手法においても、加熱処理等の後における降温の際に、外周側のセグメントと中心側のセグメントの温度勾配が小さくなり、降温時における外周側のセグメントと中心側のセグメントとの間の熱応力が小さくなって、これらの間に介在している接合材９に作用する応力が小さくなり、接合材９にクラックが発生することを抑制することができる。
In any of these methods, the temperature gradient between the outer segment and the central segment becomes smaller when the temperature falls after heat treatment, etc., and the temperature decreases between the outer segment and the central segment. It is possible to suppress the occurrence of cracks in the
以上に加えて、この実施形態においては、外周面を被覆するコート材４として、気孔率の大きな材料を用いることができる。気孔率を大きくするため、上述したセグメント２の材料に対し、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ等のコロイダルゾル、金属繊維、無機材料または有機材料からなる粒状体フィラーを添加する。
In addition to the above, in this embodiment, a material having a high porosity can be used as the
このように気孔率が大きくなることにより、コート材４の加熱乾燥後の降温時におけるコート材４の温度勾配を緩和することができ、外周側の熱伝導率を下げて放熱を抑えることができる。これにより、コート材４のクラック発生を防止することができる。
By increasing the porosity in this way, the temperature gradient of the
この実施例では、８０質量％のＳｉＣ及び２０質量％の金属Ｓｉからなる混合粉末を原料として使用し、これにメチルセルロース及びヒドロキシルメチルセルロース、界面活性剤、及び水を添加して、可塑性の坏土を作製しハニカム形状のセグメントを成形した。このセグメントの両端面を交互に目封じして乾燥した後、窒素雰囲気中４００℃で脱脂し、その後、アルゴン不活性雰囲気中で約１５５０℃で焼成した。これにより、珪素結合炭化珪素質からなり、形状が一辺３５ｍｍの正方形であるセグメントを作製した。以下の実施例１〜３及び比較例では、作製されるセグメントの条件が異なるものである。 In this example, a mixed powder composed of 80% by mass of SiC and 20% by mass of metal Si is used as a raw material, and methylcellulose and hydroxylmethylcellulose, a surfactant, and water are added thereto to form a plastic clay. A honeycomb-shaped segment was produced and formed. After sealing both ends of this segment alternately and drying, they were degreased at 400 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then fired at about 1550 ° C. in an argon inert atmosphere. Thus, a segment made of silicon-bonded silicon carbide and having a square shape with a side of 35 mm was produced. In the following Examples 1 to 3 and Comparative Example, the conditions of the segments to be produced are different.
（実施例１）
平均細孔径２０μｍで、形状が一辺３５ｍｍの正方形であるセグメントの集合体からなり、気孔率６０％、隔壁厚さ０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度４６５Ｋセル／ｍ２（３００セル／インチ２）、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ３のセグメントを中心側に配置し、気孔率５２％、隔壁厚さ０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度４６５Ｋセル／ｍ２（３００セル／インチ２）、嵩密度０．５３ｇ／ｃｍ３のセグメントを外周側に配置したハニカムフィルターを作製した。このハニカムフィルターでは、図５に示すように、ガス流れ方向に垂直な断面中央にセグメント断面中央が位置するように組み立てた。そして、直径１４４ｍｍ、全長１５３ｍｍに外周研磨加工し、その外周面に気孔率３０％、密度１．７ｇ／ｃｍ３のコート材を塗布した。
Example 1
It consists of an assembly of segments with an average pore diameter of 20 μm and a square shape with a side of 35 mm, porosity of 60%, partition wall thickness of 0.3 mm (12 mil), cell density of 465 K cells / m 2 (300 cells / inch 2 ) A segment having a bulk density of 0.45 g / cm 3 is arranged on the center side, the porosity is 52%, the partition wall thickness is 0.3 mm (12 mils), the cell density is 465 K cells / m 2 (300 cells / inch 2 ), and the bulk density is A honeycomb filter having 0.53 g / cm 3 segments arranged on the outer peripheral side was produced. As shown in FIG. 5, this honeycomb filter was assembled so that the segment cross-section center was located at the cross-section center perpendicular to the gas flow direction. The outer periphery was polished to a diameter of 144 mm and a total length of 153 mm, and a coating material having a porosity of 30% and a density of 1.7 g / cm 3 was applied to the outer peripheral surface.
（実施例２）
平均細孔径２０μｍで、形状が一辺３５ｍｍの正方形であるセグメントの集合体からなり、気孔率６０％、隔壁厚さ０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度４６５Ｋセル／ｍ２（３００セル／インチ２）、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ３のセグメントを中心側に配置し、気孔率６０％、隔壁厚さ０．４ｍｍ（１５ｍｉｌ）、セル密度４６５Ｋセル／ｍ２（３００セル／インチ２）、嵩密度０．５７ｇ／ｃｍ３のセグメントを外周側に配置したハニカムフィルターを作製した。このハニカムフィルターでは、図５に示すように、ガス流れ方向に垂直な断面中央にセグメント断面中央が位置するように組み立てた。そして、直径１４４ｍｍ、全長１５３ｍｍに外周研磨加工し、その外周面に気孔率３０％、密度１．７ｇ／ｃｍ３のコート材を塗布した。
(Example 2)
It consists of an assembly of segments with an average pore diameter of 20 μm and a square shape with a side of 35 mm, porosity of 60%, partition wall thickness of 0.3 mm (12 mil), cell density of 465 K cells / m 2 (300 cells / inch 2 ) A segment having a bulk density of 0.45 g / cm 3 is arranged on the center side, and has a porosity of 60%, a partition wall thickness of 0.4 mm (15 mil), a cell density of 465 K cells / m 2 (300 cells / inch 2 ), and a bulk density. A honeycomb filter having 0.57 g / cm 3 segments arranged on the outer peripheral side was produced. As shown in FIG. 5, this honeycomb filter was assembled so that the segment cross-section center was located at the cross-section center perpendicular to the gas flow direction. The outer periphery was polished to a diameter of 144 mm and a total length of 153 mm, and a coating material having a porosity of 30% and a density of 1.7 g / cm 3 was applied to the outer peripheral surface.
（実施例３）
平均細孔径２０μｍで、形状が一辺３５ｍｍの正方形であるセグメントに集合体からなり、気孔率６０％、隔壁厚さ０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度４６５Ｋセル／ｍ２（３００セル／インチ２）、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ３の得具面とを中心側に配置し、気孔率６０％、隔壁厚さ０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度５４３Ｋセル／ｍ２（３５０セル／インチ２）、嵩密度０．５２ｇ／ｃｍ３のセグメントを外周側に配置したハニカムフィルターを作製した。このハニカムフィルターでは、図５に示すように、ガス流れ方向に垂直な断面中央にセグメント断面中央が位置するように組み立てた。そして、直径１４４ｍｍ、全長１５３ｍｍに外周研磨加工し、その外周面に気孔率３０％、密度１．７ｇ／ｃｍ３のコート材を塗布した。
(Example 3)
It consists of an aggregate of segments with an average pore diameter of 20 μm and a square shape with a side of 35 mm, porosity of 60%, partition wall thickness of 0.3 mm (12 mil), cell density of 465 K cells / m 2 (300 cells / inch 2 ) The surface of the tool having a bulk density of 0.45 g / cm 3 is disposed on the center side, the porosity is 60%, the partition wall thickness is 0.3 mm (12 mils), and the cell density is 543 K cells / m 2 (350 cells / inch 2 ). A honeycomb filter in which segments having a bulk density of 0.52 g / cm 3 were arranged on the outer peripheral side was produced. As shown in FIG. 5, this honeycomb filter was assembled so that the segment cross-section center was located at the cross-section center perpendicular to the gas flow direction. The outer periphery was polished to a diameter of 144 mm and a total length of 153 mm, and a coating material having a porosity of 30% and a density of 1.7 g / cm 3 was applied to the outer peripheral surface.
（比較例）
平均細孔径２０μｍで、気孔率６０％、隔壁厚さ０．３ｍｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度４６５Ｋセル／ｍ２（３００セル／インチ２）、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ３、からなり、形状が一辺３５ｍｍの正方形であるセグメントを組み立てて、外周研磨加工して直径１４４ｍｍ、全長１５３ｍｍのハニカムフィルターを作製した。このハニカムフィルターでは、図４に示すように、ガス流れ方向に垂直な断面中央に接合材の交点が位置するようにセグメントを組み立てた。そして、外周面に対し、気孔率３０％のコート材を塗布した。
(Comparative example)
It has an average pore diameter of 20 μm, a porosity of 60%, a partition wall thickness of 0.3 mm (12 mil), a cell density of 465 K cells / m 2 (300 cells / inch 2 ), and a bulk density of 0.45 g / cm 3 . A square segment having a side of 35 mm was assembled, and the outer periphery was polished to produce a honeycomb filter having a diameter of 144 mm and a total length of 153 mm. In this honeycomb filter, as shown in FIG. 4, the segments were assembled so that the intersection of the bonding materials was located in the center of the cross section perpendicular to the gas flow direction. Then, a coating material having a porosity of 30% was applied to the outer peripheral surface.
（検査）
以上の実施例１〜３及び比較例に対し、ハニカムの中心部分及び最外殻外縁部分の温度を測定しながら急冷試験を行った。急冷試験は、空の電気炉を所定の設定温度まで昇温後、試料を電気炉内にセットして電気炉の蓋を閉じ、試料全体が均一な温度に達するまで保持し、その後、電気炉の蓋を開け試料を取り出し金網上に置き自然冷却することにより行った。そして、冷却後に試料の表面を観察し、外周のコート材および接合材にクラックが入っていないかどうか検査した。結果を図８に示す。図８において、「○」はコート材及び接合材のいずれにもクラックがないものを、「×」はコート材、接合材のいずれか一方または双方にクラックが発生したものを示す。
(Inspection)
For the above Examples 1 to 3 and Comparative Example, a rapid cooling test was performed while measuring the temperature of the central portion of the honeycomb and the outermost edge portion of the outer shell. In the rapid cooling test, after raising the temperature of an empty electric furnace to a predetermined set temperature, the sample is set in the electric furnace, the lid of the electric furnace is closed, and the whole sample is held until it reaches a uniform temperature. The lid was opened, the sample was taken out, placed on a wire mesh and naturally cooled. And the surface of the sample was observed after cooling, and it was inspected whether the outer periphery coating material and the bonding material were cracked. The results are shown in FIG. In FIG. 8, “◯” indicates that there is no crack in both the coating material and the bonding material, and “X” indicates that one or both of the coating material and the bonding material are cracked.
図８では、実施例１〜３のいずれにおいても比較例に比べ、クラックの生じない限界の設定温度（安全温度）が５００℃以下と高く（比較例では４５０℃以下）、急冷によるクラックが発生しにくいことが示されている。 In FIG. 8, in any of Examples 1 to 3, the limit set temperature (safe temperature) at which cracks do not occur is as high as 500 ° C. or less (450 ° C. or less in the comparative example), and cracks due to rapid cooling occur. It has been shown that it is difficult to do.
１ ハニカムフィルター
２ セグメント
４ コート材
５ 流通孔
６ 隔壁
７ 充填材
９ 接合材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
外周側に配置されているセグメントの熱容量が中心側に配置されているセグメントの熱容量よりも高いことを特徴とするハニカムフィルター。 A honeycomb filter in which a plurality of segments having a plurality of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by a porous partition wall are joined by a joining material,
A honeycomb filter characterized in that a heat capacity of a segment arranged on the outer peripheral side is higher than a heat capacity of a segment arranged on the center side.
外周側に配置されているセグメントの平均嵩密度が中心側に配置されているセグメントの平均嵩密度よりも高いことを特徴とするハニカムフィルター。 A honeycomb filter in which a plurality of segments having a plurality of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by a porous partition wall are joined by a joining material,
A honeycomb filter, wherein an average bulk density of a segment arranged on the outer peripheral side is higher than an average bulk density of a segment arranged on the center side.
外周側に配置されているセグメントの平均セル密度が中心側に配置されているセグメントの平均セル密度よりも高いことを特徴とするハニカムフィルター。 A honeycomb filter in which a plurality of segments having a plurality of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by a porous partition wall are joined by a joining material,
A honeycomb filter, wherein an average cell density of segments arranged on the outer peripheral side is higher than an average cell density of segments arranged on the center side.
外周側に配置されているセグメントの平均隔壁厚さが中心側に配置されているセグメントの平均隔壁厚さよりも厚いことを特徴とするハニカムフィルター。 A honeycomb filter in which a plurality of segments having a plurality of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by a porous partition wall are joined by a joining material,
A honeycomb filter, wherein an average partition wall thickness of a segment disposed on an outer peripheral side is thicker than an average partition wall thickness of a segment disposed on a center side.
The honeycomb filter according to any one of claims 1 to 4, wherein a catalyst is supported.
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