JP2009072760A6 - ハニカムフィルタ - Google Patents
ハニカムフィルタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009072760A6 JP2009072760A6 JP2008041596A JP2008041596A JP2009072760A6 JP 2009072760 A6 JP2009072760 A6 JP 2009072760A6 JP 2008041596 A JP2008041596 A JP 2008041596A JP 2008041596 A JP2008041596 A JP 2008041596A JP 2009072760 A6 JP2009072760 A6 JP 2009072760A6
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sealing body
- core
- honeycomb
- cell
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 210000003660 Reticulum Anatomy 0.000 title claims abstract description 122
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 110
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 claims abstract description 87
- 210000002421 Cell Wall Anatomy 0.000 claims abstract description 46
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 21
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 17
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 9
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract 1
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 102
- 239000000463 material Substances 0.000 description 31
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 14
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 10
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 7
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 7
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- -1 light Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000505 Al2TiO5 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 3
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 3
- CNRZQDQNVUKEJG-UHFFFAOYSA-N oxo-bis(oxoalumanyloxy)titanium Chemical compound O=[Al]O[Ti](=O)O[Al]=O CNRZQDQNVUKEJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CWSZBVAUYPTXTG-UHFFFAOYSA-N 5-[6-[[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxymethyl]-3,4-dihydroxy-5-[4-hydroxy-3-(2-hydroxyethoxy)-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxyoxan-2-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)-2-methyloxane-3,4-diol Chemical compound O1C(CO)C(OC)C(O)C(O)C1OCC1C(OC2C(C(O)C(OC)C(CO)O2)OCCO)C(O)C(O)C(OC2C(OC(C)C(O)C2O)CO)O1 CWSZBVAUYPTXTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N N#B Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013379 TaC Inorganic materials 0.000 description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N methane;titanium Chemical compound C.[Ti] TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGHSGZIDZZRZKT-UHFFFAOYSA-N methane;zirconium Chemical compound C.[Zr] UGHSGZIDZZRZKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N nitride(3-) Chemical compound [N-3] TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 1-butoxybutane Chemical compound CCCCOCCCC DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OADIZUFHUPTFAG-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-ethylhexoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCC(CC)COCCOCCO OADIZUFHUPTFAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- PRKQVKDSMLBJBJ-UHFFFAOYSA-N Ammonium carbonate Chemical compound N.N.OC(O)=O PRKQVKDSMLBJBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PGMYKACGEOXYJE-UHFFFAOYSA-N Amyl acetate Chemical compound CCCCCOC(C)=O PGMYKACGEOXYJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- ALIFPGGMJDWMJH-UHFFFAOYSA-N N-phenyldiazenylaniline Chemical compound C=1C=CC=CC=1NN=NC1=CC=CC=C1 ALIFPGGMJDWMJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Natural products OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001225 Polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 229920001721 Polyimide Polymers 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N Silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229940072049 amyl acetate Drugs 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N azanium;hydron;carbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 125000000951 phenoxy group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(O*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002496 poly(ether sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 229920003288 polysulfone Polymers 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
【課題】封止体と隔壁との界面における熱応力を抑制したハニカムフィルタを提供する。
【解決手段】セル壁(27)によってハニカム形状に区画された複数のセル(28)を有する柱状のハニカム構造体(23)と、セル(28)のいずれか一方の開口端部を封止する封止体(30)とを備えてなるハニカムフィルタ(21)を構成した。このハニカムフィルタにおいて、封止体(30)が、セル壁(27)近傍の周辺領域を占有するクラッド(30a)とセル(28)の中心軸線(X)近傍の中心領域を占有するコア(30b)とから構成され、クラッド(30a)とコア(30b)のヤング率が相違する。
【選択図】図5
【解決手段】セル壁(27)によってハニカム形状に区画された複数のセル(28)を有する柱状のハニカム構造体(23)と、セル(28)のいずれか一方の開口端部を封止する封止体(30)とを備えてなるハニカムフィルタ(21)を構成した。このハニカムフィルタにおいて、封止体(30)が、セル壁(27)近傍の周辺領域を占有するクラッド(30a)とセル(28)の中心軸線(X)近傍の中心領域を占有するコア(30b)とから構成され、クラッド(30a)とコア(30b)のヤング率が相違する。
【選択図】図5
Description
本発明は、ハニカムフィルタに関する。
近年においては、環境への影響を考慮し、内燃機関、ボイラー等の排気ガス中の粒子状物質等を排気ガス中から除去する必要性が高まっている。特にディーゼルエンジンから排出される黒鉛微粒子(以下PMという)の除去に関する規制は欧米、日本国内ともに強化される方向にある。そして、こうしたPMを除去するための捕集フィルタとして、DPF(Diesel Particulate Filter)と呼ばれる、ハニカム構造をなすハニカムフィルタが使用されている。ハニカムフィルタは、排気管の途上に設けられたケーシング内に収容されている。そのハニカムフィルタは、その長手方向に貫通するとともにセル壁により仕切られてなる多数のセルを有している。そして、隣接する一対のセルが、互いに反対側となる一方の端部で封止体により目封止され、そのハニカム構造体の端面(流入口側端面及び流出口側端面)全体に封止体が市松模様状に形成されている。こうした構造を有するハニカム構造体において、流入口側端面が目封止されていないセル、つまり流出口側端面で端部が目封止されているセルに排気ガスが流入し、その排気ガスは、多孔質のセル壁を通って隣のセル、つまり流入口側端面で端部が目封止されて流出口側端面が目封止されていないセルから排出される。このとき、セル壁が濾過フィルタとなり、例えばディーゼルエンジンから排出されるPMがセル壁に捕集される。このように、セル壁に捕集されたPMは、バーナやヒータ等の加熱手段、又は排気ガスの熱により、燃焼及び除去され、フィルタは再生される。
従来より、例えば特許文献1に開示されるハニカムフィルタが知られている。特許文献1に開示されるハニカムフィルタは、セラミック粉末を主体とする封止用ペーストをセル端部に充填して、乾燥又は焼成することにより封止体を形成する方法について開示している。通常、封止用ペーストをセル端部に充填した後、振動を与え、封止用ペーストの均一化とセル壁との密着性の改善を図っている。しかしながら、走行時又はフィルタ再生時のPM燃焼除去処理時に熱応力が上昇した場合、特許文献1の封止体とそれに隣接するセル壁とにクラックが発生しやすいという問題があった。その一方、封止体の気孔率を上げて封止体の弾性率を上げて、応力を緩和する方法を採用する場合には、封止体自体の耐熱性又は耐衝撃性等の強度の低下を招くおそれがあった。
特許文献2は、封止部材を予めハニカム構造体のセルの略断面形状に成形して、該封止部材をセル内に配置した後、封止部材とセルの隙間に接合材を充填してハニカムフィルタを形成する方法について開示している。接合材の主成分としては、接合性を向上させるためにハニカム構造体と封止部材の少なくとも一方の主成分と同一のものが用いられている。
特開2002−210723号公報
特開2004−168030号公報
ところが、特許文献2に開示されるハニカムフィルタでは、封止体とセル壁との界面付近におけるクラック発生防止の観点からは未だ不十分であった。
そこで、本発明は、封止体においてセルの中心領域に対応するコアとそのセルの周辺領域に対応するクラッドとの間で特定の材料物性を相違させることにより、ハニカム構造体と封止体との界面における応力を抑制することができるという新たな知見に基づいて完成された。本発明の目的は、ハニカムフィルタにおいて封止体とセル壁との界面における熱応力を抑制することにある。
そこで、本発明は、封止体においてセルの中心領域に対応するコアとそのセルの周辺領域に対応するクラッドとの間で特定の材料物性を相違させることにより、ハニカム構造体と封止体との界面における応力を抑制することができるという新たな知見に基づいて完成された。本発明の目的は、ハニカムフィルタにおいて封止体とセル壁との界面における熱応力を抑制することにある。
本発明の一実施形態は、セル壁によってハニカム形状に区画された複数のセルを有する柱状のハニカム構造体と、各セルの選択された一方の開口端部を封止する封止体とを備えるハニカムフィルタにおいて、前記封止体は、対応するセルの開口端部において、当該セルの周辺領域を占有するクラッドと、前記対応するセルの中心軸を含む中心領域を占有するコアとから構成され、該コアのヤング率と該クラッドのヤング率とが相違していることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記コアのヤング率は、前記クラッドのヤング率よりも高いことを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記コアは、前記セルの中心軸に対する垂直断面において20〜80%の面積比率であることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記コアは、前記セルの中心軸に対する垂直断面において20〜80%の面積比率であることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記コアは、前記セルの中心軸に対する垂直断面において略円形であることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記ハニカム構造体は、第1の開口断面積を有する第1の複数のセルと、前記第1の開口断面積とは異なる第2の開口断面積を有する第2の複数のセルとを有し、前記第1の複数のセルと前記第2の複数のセルの一方が、前記コアと前記クラッドを有する前記封止体によって塞がれており、前記第1の複数のセルと前記第2の複数のセルの他方が、前記コアと前記クラッドを有する前記封止体とは異なる封止体によって塞がれていることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記ハニカム構造体は、第1の開口断面積を有する第1の複数のセルと、前記第1の開口断面積とは異なる第2の開口断面積を有する第2の複数のセルとを有し、前記第1の複数のセルと前記第2の複数のセルの一方が、前記コアと前記クラッドを有する前記封止体によって塞がれており、前記第1の複数のセルと前記第2の複数のセルの他方が、前記コアと前記クラッドを有する前記封止体とは異なる封止体によって塞がれていることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記第1の開口断面積は前記第2の開口断面積よりも大きく、前記封止体は、前記第1の複数のセルの開口端部に設けられることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記ハニカム構造体は、排ガスが流入する上流端部と、排ガスが流出する下流端部とを有し、前記封止体は、前記ハニカム構造体の前記下流端部において、前記複数のセルのうちから選択された複数のセルの開口端部に設けられることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記ハニカム構造体は、排ガスが流入する上流端部と、排ガスが流出する下流端部とを有し、前記封止体は、前記ハニカム構造体の前記下流端部において、前記複数のセルのうちから選択された複数のセルの開口端部に設けられることを特徴とする。
本発明の一実施形態は、前記封止体は、前記コアと前記クラッドの各々がセラミックからなる、2重構造のセラミック封止体であることを特徴とする。
本発明によれば、封止体とセル壁との界面における熱応力を抑制したハニカムフィルタを得ることができる。
以下、本発明のハニカムフィルタを、車両の排気ガス浄化装置に適用した実施形態について説明する。
まず排気ガス浄化装置の概略について説明する。なお、本実施形態の排気ガス浄化装置は自然着火方式を採用しており、排気ガスの熱により、捕集されたPMが再生処理されるものとしているが、自然着火方式に限定されず、どのような方法であってもよい。
まず排気ガス浄化装置の概略について説明する。なお、本実施形態の排気ガス浄化装置は自然着火方式を採用しており、排気ガスの熱により、捕集されたPMが再生処理されるものとしているが、自然着火方式に限定されず、どのような方法であってもよい。
図1に示すように、排気ガス浄化装置10は、例えば、ディーゼルエンジン11から排出される排気ガスを浄化するための装置である。ディーゼルエンジン11は、図示しない複数の気筒を備えている。各気筒には、金属材料からなる排気マニホールド12の分岐部13がそれぞれ連結されている。各分岐部13は1本のマニホールド本体14にそれぞれ接続されている。従って、各気筒から排出された排気ガスは一箇所に集中する。
排気マニホールド12の下流側には、金属材料からなる第1排気管15及び第2排気管16が配設されている。第1排気管15の上流側端は、マニホールド本体14に連結されている。第1排気管15と第2排気管16との間には、同じく金属材料からなる筒状のケーシング18が配設されている。ケーシング18の上流側端は第1排気管15の下流側端に連結され、ケーシング18の下流側端は第2排気管16の上流側端に連結されている。その結果、第1排気管15、ケーシング18及び第2排気管16の内部領域が互いに連通し、その中を排気ガスが流れるようになっている。
ケーシング18はその中央部が排気管15,16よりも内径が大きくなるように形成されている。従って、ケーシング18の内部領域は、排気管15,16の内部領域に比べて広くなっている。このケーシング18の内部に、ハニカムフィルタ21が収容されている。ハニカムフィルタ21の外周面とケーシング18の内周面との間には、ハニカムフィルタ21とは別体の断熱材(いわゆる保持シール材)19が配設されている。なお、ケーシング18の内部においてハニカムフィルタ21より上流側には、触媒担体71が収容されている。この触媒担体71の内部には従来公知の酸化触媒が担持されており、触媒担体71の内部において排気ガスが酸化処理される。そして、このときの酸化熱がハニカムフィルタ21の内部に伝導され、ハニカムフィルタ21の内部においてPMの再生処理の際に寄与する。
図2に示すように、このハニカムフィルタ21は、四角柱状をなす複数個(本実施形態では16個)のハニカム部材22よりなる円柱状のハニカム構造体23を有しており、その端部の所定箇所には封止体30が設けられている。本実施形態のハニカムフィルタ21は、押出成形により押出されるハニカム部材22と同形状をなすハニカム成形体を所定条件で乾燥し、乾燥したハニカム成形体の端部の所定箇所を後述の封止体で封止し、所定条件で乾燥及び焼成する。得られた複数個のハニカム焼成体を接合材24により結束させて集合体とし、所定条件で乾燥する。得られた集合体の断面を円形にすべく、集合体の外周部を切削加工する。その外周面に塗布層ペーストを塗布し、乾燥することにより塗布層41を形成する。このようにして、ハニカムフィルタ21が得られる。なお、本明細書で使用した用語「断面」は、ハニカムフィルタ21の軸線Qに垂直な断面を意味する(図1、図4参照)。接合材24は、無機バインダ、有機バインダ、無機繊維等を含有してなるものであり、従来公知の組成を利用することができる。
図3に示すように、ハニカム部材22は、外周壁26と、外周壁26の内側に配置されたセル壁27とを有し、断面形状が正方形状に形成されている。ハニカム部材22の外周壁26及びセル壁27を形成する材料、すなわちハニカム構造体23を形成する主な材料(主成分)としては、セラミックが挙げられる。なお、ここでいう「主成分」とは、ハニカム構造体23を形成する全成分中に50質量%以上含まれる成分をいう。「主成分」は80%以上含まれていることが好ましい。
この種のセラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、シリカ、チタニア、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック等のセラミック材料が挙げられる。これらは単独で使用されてもよく、二種以上を組み合わせて使用されてもよい。これらの中でも、耐熱性に優れるとともに耐熱衝撃性に優れるという観点から、炭化珪素、コージェライト、チタン酸アルミニウムを採用するのが好ましい。
ハニカム構造体23を形成する材料中には、例えばAl元素、Fe元素、B元素、Si元素及び遊離炭素よりなる他の成分が不純物として含有されてもよい。また、本実施形態のセル壁27には、白金族元素(例えばPt等)や、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が担持されていてもよい。このような酸化触媒をセル壁27に担持した場合には、セル壁27の表面及び内部に捕集されたPMの燃焼温度を、酸化触媒の作用により低下させることができる。また、触媒によりNOX等の有害物質を浄化することができる。
ハニカム部材22は、セル壁27により区画されることにより長手方向に貫通され、該セル壁27によってハニカム形状に区画された断面略正方形状の複数のセル28(貫通孔)を有している(図2,3参照)。図4に示すように、各セル28は、一方の端面(上流側端面29A)から他方の端面(下流側端面29B)にかけて軸方向Qに貫通されており、流体としての排気ガスの流路となる。そして、各セル28の開口端部は、いずれか一方の端面(上流側端面29A,下流側端面29B)の側において、封止体30により封止されている。従って、端面(上流側端面29A,下流側端面29B)全体としてみると市松模様状を呈している。すなわち、多数あるセル28のうち、約半数のものは上流側端面29Aにおいて開口し、残りのものは下流側端面29Bにおいて開口している。
図5に示すように各封止体30は、各セル28において、セル壁27に隣接する、すなわちセル28の周辺領域を占有するクラッド(第1の封止部材)30aと、セル壁27に接触しない、すなわちセル28の中心軸線Xを含む中心領域を占有するコア(第2の封止部材)30bとから構成される二重構造を有する。クラッド30aのヤング率とコア30bのヤング率(E)は相違する。このヤング率(E)の相違により、封止体30とセル壁27との界面における熱応力を抑制することができる。クラッド30a及びコア30bを構成する材料又は組成を選択することにより、ヤング率(E)の異なるクラッド30a及びコア30bを得ることができる。一般にセラミックス材料が相違するとそのヤング率も相違する。また、同一の材料であっても封止部材の気孔率を変化させることによりヤング率(E)も変化させることができる。尚、一般にセラミックス材料の気孔率を上昇させるとヤング率(E)は低下することが知られている。
クラッド30a及びコア30bを形成する主な材料(主成分)としては、上記ハニカム構造体23と同一の特性を確保するといった観点から、ハニカム構造体23と同一のセラミックが好ましい。例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト、シリカ、チタニア、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミックが好ましい。なお、ここでいう「主成分」とは、封止体30を形成する材料中に50質量%以上含まれる成分をいう。
このクラッド30a及びコア30bを形成する材料中には、上記ハニカム構造体23と同様、例えばAl元素、Fe元素、B元素、Si元素及び遊離炭素よりなるその他の成分としての不純物が含有されてもよい。クラッド30a及びコア30bは、上記主な材料(主成分)及びその他の成分(不純物)等の配合量を適宜選択・調整することにより、クラッド30a及びコア30bのヤング率(E)を異ならせることができる。
ヤング率(E)は、縦弾性係数とも呼ばれ、弾性範囲で応力に対するひずみの値を決める定数である。一方向の引っ張り又は圧縮応力の方向に対するひずみ量の関係から、ヤング率(E)=応力(σ)/ひずみ(ε)で求められる。ヤング率(E)は各セラミックス材料に対する公知の値(例えば、炭化珪素430GPa(JIS R1602))を適用したり、各セラミックス材料のヤング率(E)を公知の測定機器を使用して測定した値を適用してもよい。尚、JIS R1602においてセラミックスの室温の測定法が規定され、JIS R1605においてセラミックスの高温の測定法が規定される。
ヤング率は、セラミックス材料の温度によって変化するため、本実施形態においては、好ましくは使用温度(600℃〜800℃)においてクラッド30a及びコア30bのヤング率が相違することが好ましい。ヤング率の測定方法は、公知の測定法を用いることができ、例えばひずみゲージ法、静的試験法、横振動法、超音波法(パルスエコーオーバーラップ法)等を使用することができる。
クラッド30a及びコア30bの気孔率を変化させることにより、ヤング率を変化させる場合、上記材料に発泡材や原料となる封止体ペースト中の水分の含有量を調整することにより、達成することができる。上記発泡材としては使用時の加熱により分解されるものであれば特に限定されず、例えば、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、酢酸アミル、酢酸ブチル及びジアゾアミノベンゼン等発泡材として公知のものを挙げることができる。さらに熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂や、無機物や有機物等のバルーン等を使用してもよい。
上記熱可塑性樹脂としては特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン等を挙げることができ、上記熱硬化性樹脂としては特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂の形状としては特に限定されず、例えば、球形、楕円球形、立方体状、不定形塊状、柱状及び板状等任意の形状を挙げることができる。また、上記樹脂が球形である場合、その平均粒径は30〜300μmであることが望ましい。
上記バルーンとは、所謂、バブルや中空球を含む概念であり、上記有機物バルーンとしては特に限定されず、例えば、アクリルバルーン、ポリエステルバルーン等を挙げることができ、上記無機物バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン(FAバルーン)及びムライトバルーン等を挙げることができる。これらバルーンの形状、及び、平均粒径等は、上述した樹脂と同様であることが望ましい。
ここで、上記発泡材や、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂や、有機物又は無機物バルーンが封止体30に含まれていることで、封止体30のヤング率(E)を調整することができるのは、以下の通りであると考えられる。即ち、上述した材料は、本実施形態のハニカムフィルタを製造した段階では、各封止部材中に略均一な状態で分散しているが、上記ハニカムフィルタを実際に使用して、高温に加熱されると、上記発泡材等の有機分は分解されて焼失し、封止部材中に気孔が形成される。このとき、封止部材に形成される気孔の気孔率や気孔径等を調整することで、ヤング率(E)の値を調整することができる。
セルの中心領域を占有するコア30bのヤング率が、セルの周辺領域を占有するクラッド30aのヤング率よりも高いことが好ましい。かかる構成により、封止体30とセル壁27との界面における熱応力をより抑制することができる。また、封止体30の中心軸線Xに対する垂直断面において、一つのコア30bの面積(コアの面積比率という)は、対応するセル28の開口面積の20〜80%のであることが好ましい。コア30bの面積比率は30〜70%がより好ましく、40〜60%が特に好ましい。コア30bの面積比率が、20%未満では、コア30bが小さく、製造が困難となる。また、低ヤング率のクラッド30aが封止体30の大部分を占めるため、封止体30の機械強度が低下するおそれがある。また、セル壁27とクラッド30aとのヤング率差が大きい場合、収縮率差も大きくなり、製造時における乾燥工程でクラックが発生しやすくなる。一方、コア30bの面積比率が、80%を超えると、封止体30とセル壁27との界面における熱応力が上昇し、クラックが発生するおそれがある。図9参照。
クラッド30a及びコア30bのヤング率は、互いに相違すれば特に限定されるものではないが、クラッド30aとコア30bのうち、高ヤング率のものは40〜60GPaであることが好ましく、50〜60GPaであることがより好ましい。クラッド30aとコア30bのうち、低ヤング率のものは10〜40GPaであることが好ましく、20〜35GPaであることがより好ましい。封止部材のヤング率が10GPa未満であると機械的強度が低下するおそれがある。一方、封止部材のヤング率が60GPaを超えると急な温度変化への耐性(耐熱衝撃性)が悪化するおそれがある。
セル28の中心軸線Xに対する垂直断面において、コア30bの形状は、特に限定されないが、略三角形、略四角形、略六角形、略八角形等の多角形、略円形等を採用することができる。それらの中で、封止体30とセル壁27との界面における熱応力をより抑制することができる略円形を採用することがより好ましい。
図2に示すように、ハニカム構造体23の外周には、その全面に亘って塗布層41が設けられている。この塗布層41は、ケーシング18内におけるハニカムフィルタ21の位置ずれを抑制するために設けられる。塗布層41は、無機粒子、無機バインダ、有機バインダ等を含有し、無機繊維を含有してもよい。
次に、本実施形態のハニカムフィルタ21の製造方法について説明する。ここでは、まず、ハニカム部材22と同一の形状をなすハニカム成形体の製造方法について説明する。ハニカム成形体は、主原料であるセラミック粉末(例えば、上述した炭化珪素粉末)を含有する原料ペーストを押出成形することにより得られる。原料ペーストには、その他、アルミニウム、ホウ素、鉄、炭素等の焼成助剤、有機バインダ(例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール等)及び水等が含有されていてもよい。なお、前記「原料ペースト」とは、本明細書における「ハニカム構造体23を形成する材料」を意味する。
次に、所定のセル28の開口端部を封止体30で塞ぐ。より詳細には、対応するセル28のセル壁27に隣接する周辺領域を占有するようにクラッド30aを配置し、セル28の中心領域を占有するようにコア30bを配置する。例えば、図6に示されるように、最終的にクラッド30aを構成する封止体ペーストP1をセル28内に充填し(図6(a)参照)、その後、コア30bを構成する柱状部材30cを封止体ペーストP1中に押し込んで封止体30を作製する(図6(b)参照)。封止体ペーストP1をセル28内に充填する方法は、封止パターン状に開口されたマスク部材を使用した押出し充填法等の公知の方法を適宜採用することができる。
または、図7に示されるように、最終的にクラッド30aを構成する封止体ペーストP1及び最終的にコア30bを構成する封止体ペーストP2を二色押出し機(または二種押出し機)31を用いた二色押出し法を適用することによりセル28の開口端部に充填することができる。封止体ペーストP1及びP2としては、例えば、主原料であるセラミック粉末(例えば、上述した炭化珪素粉末)の他、アルミニウム、ホウ素、鉄、炭素等の焼成助剤、潤滑剤(例えば、ポリオキシエチレンモノブチルエーテル)、溶剤(例えば、ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル)、分散剤(例えば、燐酸エステル系化合物)、バインダ(例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール等)等から構成されていてもよい。また、発泡材、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂や、無機物や有機物等のバルーン等を配合して封止体30の気孔率を調整することができる。但し、クラッド30aとコア30bのヤング率を相違させるために、封止体ペーストP1及びP2の組成又は気孔率は選択される。尚、柱状部材30cとしては、封止体ペーストP2を所定形状に成型し、乾燥したものを使用することができる。
この封止体ペーストが所定箇所に充填されたフィルタ成形体を所定条件で乾燥し、脱脂し、焼成し、焼成体を得る。複数の焼成体を接合材24で結束させて、接合した後、所定条件で乾燥し、断面円形状に切削加工し、その外周部に塗布層41を形成することで、所望のハニカムフィルタ21が得られる。
本実施形態のハニカムフィルタ21によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態のハニカムフィルタ21は、封止体30がセル壁27近傍の周辺領域を占有するクラッド30aとセル28の中心軸線X近傍の中心領域を占有するコア30bとから構成され、クラッド30aとコア30bとのヤング率は相違する。したがって、封止体30とセル壁27との界面における熱応力を抑制することができる。さらには、封止体30とセル壁27との界面付近におけるクラックの発生を抑制することができる。
(1)本実施形態のハニカムフィルタ21は、封止体30がセル壁27近傍の周辺領域を占有するクラッド30aとセル28の中心軸線X近傍の中心領域を占有するコア30bとから構成され、クラッド30aとコア30bとのヤング率は相違する。したがって、封止体30とセル壁27との界面における熱応力を抑制することができる。さらには、封止体30とセル壁27との界面付近におけるクラックの発生を抑制することができる。
特に、軽量化を図るためにセル壁27が薄いハニカムフィルタ及びPMによる目詰まりを防止するためにセル壁27の気孔率が高いハニカムフィルタにおいて、応力緩和作用により使用時(特にPM再生時)のセル壁27のクラックの発生を抑制することができる。
(2)本実施形態において、セルの中心領域を占有するコア30bのヤング率は、セルの周辺領域を占有するクラッド30aのヤング率よりも高い。したがって、一層熱応力を抑制し、クラックの発生を抑制することができる。
(3)本実施形態において、封止体30の中心軸線Xに対する垂直断面において、コア30bの形状は、略円形を採用することがより好ましい。それにより、封止体30とセル壁27との界面における熱応力をより抑制することができる。
(4)本実施形態において、セル壁27には酸化触媒が担持されていることが好ましい。この場合、セル壁27の表面及び内部に捕集されたPMを酸化触媒の作用により容易に燃焼及び除去することができる。
(5)本実施形態において、ハニカム構造体23は、ハニカム部材22を接合材24により複数個結束させて形成されている。このため、本実施形態のハニカム構造体23においては、一つのハニカム部材22から形成された別のハニカム構造体と比べ、例えば、PMの燃焼により発生する熱衝撃が各部材間で低減されるようになる。従って、ハニカム構造体23におけるクラックの発生を効果的に抑制することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、各セル28の開口端部は、いずれか一方の端面(上流側端面29A,下流側端面29B)の側において、ヤング率が相違するクラッド30aとコア30bからなる封止体30により封止されている。しかしながら、ハニカムフィルタ21の両端(上流側端面29A,下流側端面29B)について、クラッド30aとコア30bからなる封止体30により構成されていなくてもよい。ハニカムフィルタ21の両端のうち少なくとも一端側について、クラッド30aとコア30bからなる封止体30により構成すればよい。
・上記実施形態において、各セル28の開口端部は、いずれか一方の端面(上流側端面29A,下流側端面29B)の側において、ヤング率が相違するクラッド30aとコア30bからなる封止体30により封止されている。しかしながら、ハニカムフィルタ21の両端(上流側端面29A,下流側端面29B)について、クラッド30aとコア30bからなる封止体30により構成されていなくてもよい。ハニカムフィルタ21の両端のうち少なくとも一端側について、クラッド30aとコア30bからなる封止体30により構成すればよい。
・上記実施形態において、発明の効果を損なわない範囲において、一部の封止体について、従来の封止部材を適用してもよい。つまり、全ての封止体がヤング率が相違するクラッド30aとコア30bから構成されていなくてもよい。
・上記実施形態において、ヤング率が相違するクラッド30aとコア30bからなる封止体30は、少なくとも、セル28の下流側に設けられることが好ましい。通常、セル壁に捕集されて堆積したPMが、バーナやヒータ等の加熱手段、又は排気ガスの熱により、燃焼及び除去される際、熱は下流側に多く負荷される。かかる構成においては、熱の負荷が多く掛かる下流側のクラックの発生を抑制することができる。
・例えば、図8に示すようにセル28の排ガスが流入する通気上流側の開口端部(上流側端面29A)が大きく、排ガスを排出する下流側の開口端部(下流側端面29B)が小さいハニカムフィルタのように、セル28の排ガス通気上流側の開口端部と下流側の開口端部の断面積が相違しているハニカムフィルタに適用してもよい。その場合、一般に面積が大きくなると熱膨張による伸縮が大きくなるため、少なくとも断面積の大きい側の開口端部(下流側端面29B)に、ヤング率が相違するクラッド30aとコア30bからなる封止体30が適用されることが好ましい。この場合、断面積の小さい側の開口端部(上流側端面29A)には、コア−クラッド構造を持たない封止体を適用することができる。
・上記実施形態では、複数のハニカム部材22を結束させて、外周部を切削加工して円柱状のハニカムフィルタを形成した。この手順に代えて、ハニカムフィルタの形状に応じた所定形状の複数のハニカム部材を予め形成し、それら複数のハニカム部材を組み立てることにより、円柱状のハニカムフィルタを形成してもよい。この場合、外周部の切削加工を省略することができる。
・上記実施形態では、複数のハニカム部材22を結束させてハニカムフィルタ21(分割型)を構成した。しかしながら、一つのハニカム部材からなるハニカムフィルタ(一体型)を構成してもよい。
・上記実施形態において、柱状部材30cを一定の垂直断面形状を有する柱状とした。しかしながら、セル28内への挿入を容易にするために先端はテーパ状や凸型であってもよい。
・コア30bの中心軸線は、セル28の中心軸線Xと一致する必要はなく、ずれていてもよい。
次に、実施例を説明する。ただし本発明は実施例に限定されない。
次に、実施例を説明する。ただし本発明は実施例に限定されない。
<ハニカムフィルタの製造>
平均粒径10μmのα型炭化珪素粉末7000重量部と、平均粒径0.5μmのα型炭化珪素粉末3000重量部とを湿式混合し、得られた混合物10000重量部に対して、有機バインダ(メチルセルロース)を570重量部、水を1770重量部加えて混練して混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤(日本油脂社製ユニルーブ)を330重量部、潤滑剤(グリセリン)を150重量部加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図3に示した角柱形状の生成形体を作製した。尚、一つのセル28は一辺が1.165mmの略正方形であり、セル壁27の厚みは、0.125mmとした。
平均粒径10μmのα型炭化珪素粉末7000重量部と、平均粒径0.5μmのα型炭化珪素粉末3000重量部とを湿式混合し、得られた混合物10000重量部に対して、有機バインダ(メチルセルロース)を570重量部、水を1770重量部加えて混練して混合組成物を得た。次に、上記混合組成物に可塑剤(日本油脂社製ユニルーブ)を330重量部、潤滑剤(グリセリン)を150重量部加えてさらに混練した後、押出成形を行い、図3に示した角柱形状の生成形体を作製した。尚、一つのセル28は一辺が1.165mmの略正方形であり、セル壁27の厚みは、0.125mmとした。
次に、マイクロ波乾燥機等を用いて上記生成形体を乾燥させ、セラミック乾燥体とした後、セル28の周辺領域をクラッド30aで占有し、中心領域をコア30bで占有して、セル28の開口端部を塞いだ。クラッド30a及びコア30bの各々を形成するために、上記生成形体と同様の材料からなる封止体ペーストを作製した。気孔率を変えることができる材料をクラッド30a用の封止体ペーストと、コア30b用の封止体ペーストとに添加して、クラッド30aとコア30bの気孔率を調整することにより、表1に記載されるような所定のヤング率を有するようなクラッド30aとコア30bを得た。セル28内への封止体30の充填方法としては、まず、予め封止体ペーストから、コア30bとして機能する柱状部材30cを作製した。図示した柱状部材30cは正四角柱であるが、他の形状であってもよい。尚、各実施例の柱状部材30cは、セル28の垂直断面積(1.165mm×1.165mm=1.357mm2)を基準として、表1に示されるようにセルの25〜75%の面積比率となるように、柱状部材30cの断面の一辺の長さを調整した。例えば、コア30bの面積比率75%の場合、柱状部材の一辺を1.009mmとした。コア30bの面積比率50%の場合、柱状部材の一辺を0.824mmとして成形した。次に、クラッド30a用の封止体ペーストP1をセル28内に充填し、クラッド30aが乾燥する前に、柱状部材30cをセル28の中心領域を占有するように配設した。
次いで、再び乾燥機を用いて乾燥させた後、400℃で脱脂し、常圧のアルゴン雰囲気下2200℃、3時間で焼成を行うことにより、封止体30が表1に示されるような気孔率及びヤング率を有する炭化珪素焼成体からなるハニカム部材22を製造した。尚、焼成後のハニカム部材22のセル壁の気孔率は42%、ヤング率は58.1GPaであった。
接合材ペーストは、平均繊維長20μmのアルミナファイバ30重量%、平均粒子径0.6μmの炭化ケイ素粒子21重量%、シリカゾル15重量%、カルボキシメチルセルロース5.6重量%、水28.4重量%を混合し、混練して調製した。接合材ペーストをハニカム焼成体の側面に塗布して、16個(縦4個、横4個)のハニカム焼成体を結束して集合体を形成した。この集合体を120℃で乾燥して接合材ペーストを固化させてセラミックブロックを作成した。固化後の接合材ペースト(接合層)の厚みすなわち隣接するハニカム焼成体の間隔は1.0mmであった。セラミックブロックの外周をダイアモンドカッターで研削してセラミックブロックを円柱形に整えた。接合材ペーストと同じ材料からなる塗布層ペーストを用いて、セラミックブロックの外周部に厚さ0.2mmの塗布層を形成した。120℃で乾燥して、外周が塗布層で覆われた直径143.8mm、長さ150mmの円柱状のハニカムフィルタ21を製造した。
<再生試験>
各例のハニカムフィルタ21を排気ガス浄化装置10に設置し、エンジンを回転速度3000min−1、トルク50Nmで所定時間運転させて排気ガスの浄化試験を行い、PMを捕集した。次に、エンジンを回転速度4000min−1でフルロード状態とし、ハニカムフィルタ21の温度が700℃付近で一定になったところで、エンジンを回転速度1050min−1、トルク30Nmに変更してPMを強制的に燃焼させた。そのときの各例のハニカムフィルタ21について、封止体30とセル壁27の界面付近においてクラックの発生と拡大を観察した。
各例のハニカムフィルタ21を排気ガス浄化装置10に設置し、エンジンを回転速度3000min−1、トルク50Nmで所定時間運転させて排気ガスの浄化試験を行い、PMを捕集した。次に、エンジンを回転速度4000min−1でフルロード状態とし、ハニカムフィルタ21の温度が700℃付近で一定になったところで、エンジンを回転速度1050min−1、トルク30Nmに変更してPMを強制的に燃焼させた。そのときの各例のハニカムフィルタ21について、封止体30とセル壁27の界面付近においてクラックの発生と拡大を観察した。
<最大応力の推定>
上記のように作製した各例のハニカムフィルタ21について、封止体30とセル壁27の界面における最大応力をシミュレーション(応力シミュレーション用ソフトウェア、ANSYS(アンシス):ANSYS社製)によって推定した。その結果を表1及び図9に示す。
上記のように作製した各例のハニカムフィルタ21について、封止体30とセル壁27の界面における最大応力をシミュレーション(応力シミュレーション用ソフトウェア、ANSYS(アンシス):ANSYS社製)によって推定した。その結果を表1及び図9に示す。
セルの周辺領域と中心領域にそれぞれ対応付けられた、ヤング率(気孔率)の異なるクラッド30aとコア30bとからなる二重構造の封止体30で塞いだ実施例1〜4では、比較例1に比べ封止体30とセル壁27の界面における最大応力を低下させることができ、再生試験においてクラックの発生と拡大は認められなかった。
実施例2,4の比較から、コア30bの面積比率が同じである場合、コア30bのヤング率を高くすることにより応力を低減できることが確認される。実施例1〜3の比較から、ヤング率の低いクラッド30aの面積比率の上昇に伴い、最大応力が低減されることが確認される。
<コアの形状の検討>
上記柱状部材30cの長手方向に対する垂直断面の形状を正四角形、正八角形、円形と変化させた場合における、最大応力をシミュレーション(応力シミュレーション用ソフトウェア、ANSYS(アンシス):ANSYS社製)により推定した。尚、セル28の垂直断面におけるクラッド30aとコア30bの面積比率はいずれも50%とした。その結果を表2に示す。
上記柱状部材30cの長手方向に対する垂直断面の形状を正四角形、正八角形、円形と変化させた場合における、最大応力をシミュレーション(応力シミュレーション用ソフトウェア、ANSYS(アンシス):ANSYS社製)により推定した。尚、セル28の垂直断面におけるクラッド30aとコア30bの面積比率はいずれも50%とした。その結果を表2に示す。
21…ハニカムフィルタ、22…ハニカム部材、23…ハニカム構造体、27…セル壁、28…セル、29A…上流側端面、29B…下流側端面、30…封止体、30a…第1の封止部材、30b…第2の封止部材、30c…柱状部材、X…中心軸線、P1,P2…封止体ペースト。
Claims (8)
- セル壁によってハニカム形状に区画された複数のセルを有する柱状のハニカム構造体と、各セルの選択された一方の開口端部を封止する封止体とを備えるハニカムフィルタにおいて、
前記封止体は、対応するセルの開口端部において、当該セルの周辺領域を占有するクラッドと、前記対応するセルの中心軸を含む中心領域を占有するコアとから構成され、該コアのヤング率と該クラッドのヤング率とが相違していることを特徴とするハニカムフィルタ。 - 前記コアのヤング率は、前記クラッドのヤング率よりも高いことを特徴とする請求項1に記載のハニカムフィルタ。
- 前記コアは、前記セルの中心軸に対する垂直断面において20〜80%の面積比率であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のハニカムフィルタ。
- 前記コアは、前記セルの中心軸に対する垂直断面において略円形であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカム構造体は、第1の開口断面積を有する第1の複数のセルと、前記第1の開口断面積とは異なる第2の開口断面積を有する第2の複数のセルとを有し、
前記第1の複数のセルと前記第2の複数のセルの一方が、前記コアと前記クラッドを有する前記封止体によって塞がれており、前記第1の複数のセルと前記第2の複数のセルの他方が、前記コアと前記クラッドを有する前記封止体とは異なる封止体によって塞がれていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。 - 前記第1の開口断面積は前記第2の開口断面積よりも大きく、前記封止体は、前記第1の複数のセルの開口端部に設けられることを特徴とする請求項5に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカム構造体は、排ガスが流入する上流端部と、排ガスが流出する下流端部とを有し、
前記封止体は、前記ハニカム構造体の前記下流端部において、前記複数のセルのうちから選択された複数のセルの開口端部に設けられることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。 - 前記封止体は、前記コアと前記クラッドの各々がセラミックからなる、2重構造のセラミック封止体である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008041596A JP4960275B2 (ja) | 2007-03-30 | 2008-02-22 | ハニカムフィルタ |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007093854 | 2007-03-30 | ||
JP2007093854 | 2007-03-30 | ||
JP2008525324 | 2007-08-27 | ||
JP2008041596A JP4960275B2 (ja) | 2007-03-30 | 2008-02-22 | ハニカムフィルタ |
JP2008525324 | 2008-08-27 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009072760A JP2009072760A (ja) | 2009-04-09 |
JP2009072760A6 true JP2009072760A6 (ja) | 2009-06-25 |
JP4960275B2 JP4960275B2 (ja) | 2012-06-27 |
Family
ID=40608302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008041596A Active JP4960275B2 (ja) | 2007-03-30 | 2008-02-22 | ハニカムフィルタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4960275B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7029221B2 (ja) * | 2016-02-17 | 2022-03-03 | 日本碍子株式会社 | 目封止ハニカム構造体、及び目封止ハニカム構造体の製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1099626A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-04-21 | Ibiden Co Ltd | ハニカムフィルタ及びその製造方法 |
JP4197425B2 (ja) * | 2002-11-07 | 2008-12-17 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
JP4394408B2 (ja) * | 2002-11-08 | 2010-01-06 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体のセルを封止する方法及びハニカム封止体の製造方法 |
JP4673035B2 (ja) * | 2004-10-25 | 2011-04-20 | 日本碍子株式会社 | セラミックハニカム構造体 |
-
2008
- 2008-02-22 JP JP2008041596A patent/JP4960275B2/ja active Active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080236115A1 (en) | Honeycomb filter and exhaust gas purification device | |
KR100884518B1 (ko) | 허니컴 구조체 및 그 제조 방법 | |
JP5142532B2 (ja) | ハニカム構造体 | |
KR100953292B1 (ko) | 허니콤 구조체 및 배기 가스 처리 장치 | |
JP4937116B2 (ja) | ハニカム構造体 | |
JP4409959B2 (ja) | セラミックフィルタおよび排ガス浄化装置 | |
KR100680078B1 (ko) | 벌집형 구조체 | |
KR100831836B1 (ko) | 벌집형 유닛 및 벌집형 구조체 | |
US8323557B2 (en) | Method for manufacturing honeycomb structure | |
KR101108902B1 (ko) | 허니컴 필터 | |
JPWO2006035823A1 (ja) | ハニカム構造体 | |
JPWO2006035822A1 (ja) | ハニカム構造体 | |
EP2236783B1 (en) | Method of manufacturing exhaust gas purification device | |
JP5757880B2 (ja) | ハニカム構造体 | |
JP4926868B2 (ja) | ハニカム構造体および排気ガス処理装置 | |
JP2008212917A (ja) | ハニカム構造体および排気ガス処理装置 | |
EP1757351B1 (en) | Honeycomb structure and manufacturing method thereof | |
JP5234970B2 (ja) | ハニカム構造体、排ガス浄化装置、及び、ハニカム構造体の製造方法 | |
JP4960275B2 (ja) | ハニカムフィルタ | |
JP2009255045A (ja) | ハニカムフィルタ | |
JP2004167482A (ja) | 排気ガス浄化用ハニカムフィルタおよびその製造方法 | |
JP2009072760A6 (ja) | ハニカムフィルタ | |
WO2009118809A1 (ja) | ハニカム構造体 | |
JP5006238B2 (ja) | ハニカム構造体 |