JP2011240332A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム焼成体が接着材層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックと、セラミックブロックの外周面に形成されたシール材層とからなるハニカム構造体であって、ハニカム焼成体は、第1の形状のユニット、第2の形状のユニット、及び、第3の形状のユニットを含み、第1の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状は、四角形であり、第2の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、少なくとも第1の辺と、上記第1の辺よりも長い辺であって上記第1の辺と直角を形成する第2の辺と、上記直角と対向する傾斜辺とを有し、第3の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、断面形状が斜辺及び隣辺を有する直角三角形である。
【選択図】図1
Description
特許文献1においてハニカム構造体を製造する場合には、角柱状のハニカム焼成体(ハニカムセグメント)を接着材層を介して複数個結束して角柱状のセラミックブロック(ハニカムセグメント接合体)を作製する。そして、セラミックブロックの外周を研削する研削加工を行うことによってセラミックブロックを作製する。そして、このセラミックブロックの外周面をシール材(コーティング材)で被覆することによってハニカム構造体を製造している。
特許文献1に記載されているように、ハニカム構造体を製造する際には、セラミックブロックを所定の外周形状に研削加工する研削加工を行っているが、大型のフィルタを作製する場合には、研削加工によって研削するセラミック部分の量が多いために、無駄になる材料が多くなるという問題がある。また、炭化ケイ素等のセラミックは、その硬度が高いことから研削加工に長時間を要するという問題がある。
多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム焼成体が接着材層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックと、上記セラミックブロックの外周面に形成されたシール材層とからなるハニカム構造体であって、
上記ハニカム焼成体は、第1の形状のユニット、第2の形状のユニット、及び、第3の形状のユニットを含み、
上記第1の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状は、四角形であり、
上記第2の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、少なくとも第1の辺と、上記第1の辺よりも長い辺であって上記第1の辺と直角を形成する第2の辺と、上記直角と対向する傾斜辺とを有し、
上記第3の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、断面形状が斜辺及び隣辺を有する直角三角形であり、
上記第2の形状のユニットは、上記傾斜辺が上記シール材層と接触するように上記セラミックブロックの外周部に配置されており、
上記第3の形状のユニットは、上記第2の形状のユニットよりも上記セラミックブロックの内側に配置されており、上記第3の形状のユニットの斜辺が上記第2の形状のユニットの上記第2の辺と上記接着材層を介して対向する位置にあり、
上記第1の形状のユニットは、外周の第1の形状のユニットを含み、
上記外周の第1の形状のユニットは二辺を有し、上記二辺のうち一辺が上記第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように、もう一辺が別の上記第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように配置され、
上記外周の第1の形状のユニットの上記二辺又はその延長線は、上記第2の形状のユニットの上記第2の辺の延長線及び上記第1の辺の延長線と平行又は垂直でないことを特徴とする。
傾斜辺は、第1の辺及び第2の辺で形成される直角に対向する辺であって、最も長い辺である。
傾斜辺は、円弧からなる辺又は直線からなる辺とすることができる。
傾斜辺が円弧からなる辺の場合、この円弧からなる傾斜辺が最も外周側に位置するように第2の形状のユニットを配置することによって、円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状に近い形状のセラミックブロックを製造することができる。
傾斜辺が直線からなる辺の場合、傾斜辺は、第1の辺と第2の辺で形成される直角を含む直角三角形を想定した場合の斜辺となる辺の傾きに近い傾きを有する辺である。この直線からなる傾斜辺が最も外周側に位置するように第2の形状のユニットを配置することによっても、円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状に近い形状のセラミックブロックを製造することができる。
第3の形状のユニットは、斜辺が第2の形状のユニットの第2の辺と接着材層を介して対向するように、第2の形状のユニットよりもセラミックブロックの内側に配置することによって、円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状により近い形状のセラミックブロックを作製することができる。
上記第1の形状のユニットは、外周の第1の形状のユニットを含む。上記外周の第1の形状のユニットは二辺を有し、上記二辺のうち一辺が第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように、もう一辺が別の第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように配置され、この外周の第1の形状のユニットの二辺又はその延長線は、第2の形状のユニットの第2の辺の延長線及び第1の辺の延長線と平行又は垂直でないように配置されているため、円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状にさらに近い形状のセラミックブロックを作製することができる。
そして、セラミックブロックの外周面にシール材層を形成することによって、ハニカム構造体の形状を円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状とすることができる。
また、ハニカム焼成体として、その長手方向に垂直な断面における形状が、少なくとも第1の辺と、この第1の辺よりも長い辺であってしかも第1の辺と直角を形成する第2の辺と、第1の辺と第2の辺とで形成された直角と対向する傾斜辺とを有する形状のユニット(以下、このような形状のハニカム焼成体を第2の形状のユニットといい、断面扇形ユニット又は断面台形ユニットともいう)を作製した。
更に、ハニカム焼成体として、長手方向に垂直な断面の形状が三角形であり、斜辺及び隣辺を有するユニット(以下、このような形状のハニカム焼成体を第3の形状のユニットといい、断面三角形ユニットともいう)を作製した。
また、第3の形状のユニットは、第2の形状のユニットよりもセラミックブロックの内側に配置し、第3の形状のユニットの斜辺は、第2の形状のユニットの第2の辺と接着材層を介して対向するように配置した。
また、第1の形状のユニットのうち、外周の第1の形状のユニットは二辺を有し、上記二辺のうち一辺が第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように、もう一辺が別の第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように配置した。
更に、外周の第1の形状のユニットは、それら二辺又はその延長線が、第2の形状のユニットの第1の辺の延長線及び第2の辺の延長線と平行又は垂直とならないように配置した。
このような配置となる各ユニットの組み合わせの一例としては、第1の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状が正方形であり、第2の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状が扇形であり、第3の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状が直角二等辺三角形であるものが挙げられる。
これらの各ユニットは、例えば、以下のようにして柱状のセラミックブロックに組み上げることができる。まず、9個の第1の形状のユニットを正方形となるように配置し、その上下左右に更に第1の形状のユニットを配置して十字形状の第1の形状のユニット集合体とする。そして、上記第1の形状のユニット集合体に形成された凹部に第3の形状のユニットを直角部分が嵌まるように配置する。更に、第3の形状のユニットの斜辺と第2の形状のユニットの第2の辺とが対向するように第2の形状のユニットを配置する。
このように、簡易な配置で、第1の形状のユニット、第2の形状のユニット、及び、第3の形状のユニットを円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の所望の形状に近いセラミックブロックに組み立てることができる。
そして、このセラミックブロックの外周面に、ハニカム構造体の形状が円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状になるようにシール材層を形成することによって、ハニカム構造体を研削加工を行うことなく製造することができる。
また、本明細書において、第2の形状のユニットのうち、傾斜辺が円弧であるものを断面扇形ユニットといい、傾斜辺が直線からなる辺であるものを断面台形ユニットという。
また、ハニカム構造体の形状は、長手方向に垂直な断面の形状が円であるものに限られず、断面の形状が長円、楕円、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状等であってもよい。セラミックブロックの断面の形状も、上記ユニットを組み合わせることにより、長円、楕円、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状等に近い形状とすることができる。
また、セラミックブロックの断面の形状が長円、楕円、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状等に近い形状であるということは、それぞれの形状の外周から部分的に凸部又は凹部があるが、それぞれの形状に近似している形状のことをいう。
また、三角形の頂点部が曲線となっている形状の曲線部分は円弧の一部の形状のことをいう。
以下、本発明の一実施形態である第一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
図2(a)は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の一つである第1の形状のユニットの一例を模式的に示す斜視図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線断面図である。
図3は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の一つである第2の形状のユニットの一例を模式的に示す斜視図である。
図4は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の一つである第3の形状のユニットの一例を模式的に示す斜視図である。
従って、セル壁113が排ガス中に含有されるスス等のパティキュレートマター(以下、PMという)を捕集するためのフィルタとして機能する。
第1の形状のユニット110の長手方向に垂直な断面の形状は四角形であり、第1の形状のユニット110は、断面四角形ユニットである。
また、上記四角形の外周を構成する四つの辺114の長さは同一であり、第1の形状のユニット110の長手方向に垂直な断面の形状は正方形となっていることが好ましい。
また、第2の形状のユニット120の外周部にはセル壁からなる外壁123aが設けられている。
第2の形状のユニット120の長手方向に垂直な断面における形状は、第1の辺124と、第2の辺125と、第3の辺127と、傾斜辺126とを有する。
第1の辺124と第2の辺125の形成する角度は直角であり、傾斜辺126はその直角に対向して設けられている。傾斜辺126は円弧からなる。
なお、本明細書において「直角に対向する」とは、傾斜辺が直角を形成する2辺以外の辺であることを意味する。
第3の辺127は傾斜辺126と第1の辺124を接続している辺であり、第3の辺127は第2の辺125と平行になっている。
すなわち、第2の形状のユニット120は1つの円弧及び3つの直線部からなる断面扇形ユニットである。
第3の形状のユニット130の長手方向に垂直な断面の形状は三角形であり、第3の形状のユニット130は、断面三角形ユニットである。
また、第3の形状のユニット130の長手方向に垂直な断面の形状は、共に隣辺である第1の辺134及び第2の辺135で形成される直角を有し、上記直角に対向する斜辺136を有する直角二等辺三角形となっている。
以下、図5(a)及び図5(b)を参照してハニカム構造体100における第1の形状のユニット110、第2の形状のユニット120及び第3の形状のユニット130の配置について説明する。
図5(a)に示したように、本発明のハニカム構造体100では、第2の形状のユニット120は、傾斜辺126がシール材層102と接触するようにセラミックブロック103の外周部に配置されている。また、隣接する2つの第2の形状のユニット120は、第1の辺124同士が接着材層101を介して対向する位置に配置されている。第2の形状のユニット120の数は8個である。
第3の形状のユニット130は、第2の形状のユニット120よりもセラミックブロック103の内側に配置されている。第3の形状のユニット130の斜辺136は、第2の形状のユニット120の第2の辺125と接着材層101を介して対向する位置に配置されている。第3の形状のユニット130の数は8個である。
第1の形状のユニットのうち、外周の第1の形状のユニット及び最外周の第1の形状のユニットは、一辺114aが第3の形状のユニット130の隣辺135と接着材層101を介して対向する位置に配置されている。第1の形状のユニット110の数は13個である。
直線Kは、外周の第1の形状のユニット110aの一辺114aの延長線であり、直線Lは、第2の形状のユニット120aの第2の辺125の延長線であり、直線Mは、第2の形状のユニット120aの第1の辺124の延長線である。
外周の第1の形状のユニット110aに着目すると、外周の第1の形状のユニット110aを構成する4つの辺又はその延長線は、いずれも直線Lと平行又は垂直でない。また、外周の第1の形状のユニット110aを構成する4つの辺又はその延長線は、いずれも直線Mと平行又は垂直でない。
また、外周の第1の形状のユニット110aの一辺114aの延長線である直線Kと、第2の形状のユニット120aの第1の辺124の延長線である直線Mとの角度θ1は、45°である。更に、外周の第1の形状のユニット110aの一辺114aの延長線である直線Kと、第2の形状のユニット120aの第2の辺125の延長線である直線Lとの角度θ2は、45°である。
このような配置であると、各々異なった形状である外周の第1の形状のユニット110a、第2の形状のユニット120a、及び、第3の形状のユニット130aを、より円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状に近い形状に組み立てられる。
最外周の第1の形状のユニット110bの一辺114bと接する部分のシール材層102の厚みd1は、第2の形状のユニット120aの傾斜辺126aと接する部分のシール材層102の厚みd2よりも厚くなっている。このような構成であると、シール材層102の強度を高めることができる。
なお、図5(b)においては、一部の外周の第1の形状のユニット110a、最外周の第1の形状のユニット110b、第2の形状のユニット120a、及び、第3の形状のユニット130aに着目して説明したが、ハニカム構造体100を構成する他の第1の形状のユニット110、第2の形状のユニット120、及び、第3の形状のユニット130についても同様である。
また、シール材層102の厚みd1とは、第1の形状のユニット110の一辺114の中央(辺の長さの半分の位置)において一辺114と垂直な方向における厚みである。また、シール材層102の厚みd2とは、第2の形状のユニット120の傾斜辺126の中央において傾斜辺126と垂直な方向における厚みである。
そして、29個のハニカム焼成体が接着材層101を介して結束されてセラミックブロック103を形成している。
さらに、セラミックブロック103の外周面にはシール材層102が形成されており、ハニカム構造体100の長手方向に垂直な断面の形状は円形になっている。
また、この本発明の断面円形のハニカム構造体の直径は190mm以上となっている。
なお、ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の形状が長円、楕円、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の場合は、各形状の中心を通る、外周の2点の間の線分のうち最も長い線分の長さが190mm以上であることが望ましい。
本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、
セラミック原料を成形することにより、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム成形体を作製する成形工程と、
上記ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する焼成工程と、
複数の上記ハニカム焼成体を接着材層を介して接着させてセラミックブロックを作製する結束工程と、
上記セラミックブロックの外周面にシール材層を形成するシール材層形成工程を含むハニカム構造体の製造方法であって、
上記成形工程及び上記焼成工程において、少なくとも第1の形状のユニット、第2の形状のユニット、及び、第3の形状のユニットを作製し、
上記第1の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状は四角形であり、
上記第2の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、少なくとも第1の辺と、上記第1の辺よりも長い辺であって上記第1の辺と直角を形成する第2の辺と、上記直角と対向する傾斜辺とを有し、上記第3の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、断面形状が斜辺及び隣辺を有する直角三角形であり、
上記結束工程において、上記第2の形状のユニットを、上記傾斜辺が上記シール材層と接触するように上記セラミックブロックの外周部に配置し、
上記第3の形状のユニットを、上記第2の形状のユニットよりも上記セラミックブロックの内側に配置し、また、上記第3の形状のユニットの斜辺が上記第2の形状のユニットの上記第2の辺と上記接着材層を介して対向する位置に配置し、
上記第1の形状のユニットのうち、外周の第1の形状のユニットは二辺を有し、上記二辺のうち一辺が上記第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように、もう一辺が別の上記第3の形状のユニットの上記隣辺と上記接着材層を介して対向するように配置され、
更に、上記外周の第1の形状のユニットの上記二辺又はその延長線が、上記第2の形状のユニットの上記第2の辺の延長線及び上記第1の辺の延長線と平行又は垂直でないように配置することを特徴とする。
上記外周の第1の形状のユニットは、上記セラミックブロックの外周部に配置された最外周の第1の形状のユニットを含み、
上記最外周の第1の形状のユニットは、一辺が上記シール材層と接し、
上記最外周の第1の形状のユニットと接する部分の上記シール材層の厚みは、上記第2の形状のユニットの上記傾斜辺と接する部分の上記シール材層の厚みよりも厚くなるように上記第1の形状のユニットを配置する。
まず、セラミック原料としての平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と、有機バインダと液状の可塑剤と潤滑剤と水等を混合して、成形体製造用の湿潤混合物を調製する。
このとき、金型の形状を変更して、第1の形状のユニットとなる第1の形状のハニカム成形体、
第2の形状のユニットとなる第2の形状のハニカム成形体、及び、第3の形状のユニットとなる第3の形状のハニカム成形体をそれぞれ所定の数作製する。
以下の工程で、ハニカム成形体というときはこれら3種のハニカム成形体を区別せずに指すものとする。
次いで、セルのいずれか一方の端部に、封止材となる封止材ペーストを所定量充填し、セルを目封じする。このような工程を経て、セル封止ハニカム成形体を作製する。
なお、封止材ペーストとしては、上記湿潤混合物を用いることができる。
以下の工程で、ハニカム焼成体というときはこれら3種のユニットを区別せずに指すものとする。
接着材ペーストとしては、無機繊維及び/又はウィスカ、無機粒子、無機バインダ、並びに、有機バインダを含む接着材ペーストが好適に用いられる。
特に、第2の形状のユニットを、傾斜辺がシール材層と接触するようにセラミックブロックの外周部に配置する。また、2つの第2の形状のユニット120を、第1の辺124同士が隣接するように配置する。
また、第1の形状のユニットのうち外周の第1の形状のユニットは、一辺が第3の形状のユニットの隣辺と接着材層を介して対向する位置に配置する。
更に、第3の形状のユニットの斜辺は、第2の形状のユニットの第2の辺と接着材層を介して対向する位置に配置する。
なお、上記シール材層(コート層)を形成するシール材ペーストとしては、上記接着材ペーストと同様のペーストを使用することができる。以上の工程によって、ハニカム構造体を製造する。
(1)本実施形態のハニカム構造体は、第2の形状のユニットの傾斜辺が最も外周側に配置されているため、円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状に近い形状のセラミックブロックを作製することができる。
このような本実施形態のハニカム構造体は、研削加工を行うことなく製造することに適しており、その製造に際して無駄になる材料がなく、また、研削加工に要する時間が不要である。そのため、研削加工に起因する問題を解決することができる。
そのため、円柱、長円柱、楕円柱、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状の柱状体等の各形状により近い形状のセラミックブロックを作製することができる。
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1)
(第1の形状のユニットの作製)
炭化ケイ素を主成分とする湿潤混合物を用いて、押出成形する成形工程を行い、図2(a)に示した形状と同様の形状であって、セルの目封じをしていない、第1の形状の生のハニカム成形体を作製した。
成形工程において使用する金型の形状を変更した他は上記第1の形状のユニットの作製工程と同様にして、図3に示す3つの直線と1つの曲線からなる形状の第2の形状のユニットを作製した。
作製した第2の形状のユニットの第1の辺の長さは18.6mm、第2の辺の長さは48.1mm、第3の辺の長さは9.8mm、傾斜辺(曲線)の長さは40.1mmである。また、長手方向の長さは第1の形状のユニットと同様である。
成形工程において使用する金型の形状を変更した他は上記第1の形状のユニットの作製工程と同様にして、図4に示す三角柱形状の第3の形状のユニットを作製した。
作製した第3の形状のユニットの第1の辺の長さは34.3mm、第2の辺の長さは34.3mm、斜辺の長さは48.3mmである。また、長手方向の長さは第1の形状のユニットと同様である。
続いて、アルミナファイバ及び炭化ケイ素粒子を含む耐熱性の接着材ペーストを用いて、中央部に第1の形状のユニットを配置し、その周囲に第2の形状のユニット及び第3の形状のユニットを配置して、ハニカム焼成体を多数結束させ、さらに、接着材ペーストを180℃で乾燥固化させて接着材層を形成して図5に示すような直線部と曲線部が交互につながった8つの直線部と8つの曲線部からなる断面形状を有するセラミックブロックを作製した。
直線部とは、第2の形状のユニット120の第3の辺127を2つ、接着材層を間にはさんでなる部位、又は、最外周の第1の形状のユニット110bの一辺114bのことを指す。
続いて、シール材ペーストとして接着材ペーストをセラミックブロックの外周面に塗布して、シール材ペーストを120℃で乾燥固化させてシール材層(コート層)を形成して、円柱状のハニカム構造体を製造した。
ハニカム構造体の断面の形状は円形であり直径が190.5mm(7.5インチφ)であった。
その断面においてユニット(ハニカム焼成体)が占める面積の割合(ハニカム焼成体の占有率)は88%であった。
上記本発明の第一実施形態において、第2の形状のユニットとしては、断面扇形ユニット又は断面台形ユニットを使用することができる。
図6(a)、図6(b)、図6(c)、図6(d)及び図6(e)は、本発明のハニカム構造体に係る第2の形状のユニットの一例を模式的に示す側面図である。
図6(a)、図6(b)及び図6(c)は、断面扇形ユニットを示しており、図6(d)及び図6(e)は、断面台形ユニットを示している。
各図面に示す各断面扇形ユニット及び各断面台形ユニットは、長手方向に垂直な断面の形状が四角形であるセルを備えている。
第1の辺511と第2の辺512の形成する角度は直角であり、傾斜辺513はその直角に対向して設けられている。傾斜辺513は円弧からなる。
傾斜辺513は第1の辺511及び第2の辺512に接続している。
図6(b)に示す断面扇形ユニット520の長手方向に垂直な断面における形状は、第1の辺521と、第2の辺522と、傾斜辺523と、第3の辺524を有する。
第1の辺521と第2の辺522の形成する角度は直角であり、傾斜辺523はその直角に対向して設けられている。傾斜辺523は円弧からなる。
第3の辺524は傾斜辺523と第1の辺521を接続している辺であり、第3の辺524は第2の辺522と平行になっている。
第1の辺531と第2の辺532の形成する角度は直角であり、傾斜辺533はその直角に対向して設けられている。傾斜辺533は円弧からなる。
第3の辺534は傾斜辺533と第1の辺531を接続している辺であり、第3の辺534は第2の辺532と平行になっている。
第4の辺535は傾斜辺533と第2の辺532を接続している辺であり、第4の辺535は第1の辺531と平行になっている。
断面台形ユニットの形状は、その直線部が少なくとも1つの傾斜辺と2つの辺(第1の辺及び第2の辺)を備えていればよく、傾斜辺の数が2つ以上であってもよく、直線部の数が6つ以上であってもよい。なお、「断面台形ユニット」の断面形状は台形に限定されるものではなく、五角形、六角形等の多角形であってもよい。
第1の辺611と第2の辺612の形成する角度は直角であり、傾斜辺613はその直角に対向して設けられている。傾斜辺613は直線からなる。
第3の辺614は傾斜辺613と第1の辺611を接続している辺であり、第3の辺614は第2の辺612と平行になっている。
第1の辺621と第2の辺622の形成する角度は直角であり、傾斜辺623はその直角に対向して設けられている。傾斜辺623は直線からなる。
第3の辺624は傾斜辺623と第1の辺621を接続している辺であり、第3の辺624は第2の辺622と平行になっている。
第4の辺625は傾斜辺623と第2の辺622を接続している辺であり、第4の辺625は第1の辺621と平行になっている。
図7(a)、図7(b)、図7(c)、図7(d)及び図7(e)は、本発明のハニカム構造体に係る第1の形状のユニットの端面の一例を模式的に示す側面図である。
これらの図に示すハニカム焼成体は、長手方向に垂直な断面の面積が相対的に大きい大容量セルと、上記断面の面積が相対的に小さい小容量セルが交互に配設されてなる。
以下、これらの図面を用いてハニカム焼成体のセルの断面形状のその他の実施形態を説明する。
大容量セル711aの長手方向に垂直な断面の形状は、八角形である。小容量セル711bの長手方向に垂直な断面の形状は、四角形である。
なお、小容量セル711bの長手方向に垂直な断面の形状は、四角形の少なくとも1つの角部に相当する部分が円弧状になっている形状であってもよい。
大容量セル721aの長手方向に垂直な断面の形状は、角部に相当する部分が円弧状になっている四角形である。小容量セル721bの長手方向に垂直な断面の形状は、四角形である。
大容量セル731a及び小容量セル731bの長手方向に垂直な断面は、セルの各辺が曲線である形状である。
すなわち、図7(c)ではセル壁733の断面形状が曲線である。
大容量セル731aの断面形状は、セル壁733がセルの断面の中心から外側に向かって凸の形状である。
一方、小容量セル731bの断面形状は、セル壁733がセルの断面の外側から中心に向かって凸の形状である。
セル壁733はハニカム焼成体の断面の水平方向及び垂直方向に対して起伏する「波形」の形状を有しており、隣り合うセル壁733の波形の山の部分(正弦曲線でいう振幅の極大値の部分)が互いに最近接することで、セルの断面形状が外側に膨らんだ大容量セル731aとセルの断面形状が内側に凹んだ小容量セル731bとが形成される。なお、波形の振幅は一定でもよくまた変化しても良いが、一定であることが好ましい。
図7(d)に示すハニカム焼成体770では、大容量セル771aの長手方向に垂直な断面の形状は四角形であり、小容量セル771bの長手方向に垂直な断面の形状は四角形である。
図7(e)に示すハニカム焼成体780では、大容量セル781aの長手方向に垂直な断面の形状は四角形の角部に相当する部分が円弧状である形状であり、小容量セル781bの長手方向に垂直な断面の形状は四角形の角部に相当する部分が円弧状である形状である。
なお、上記大容量セルと小容量セルの形状は、上記した以外の形状であってもよい。
「隣り合う大容量セルの長手方向に垂直な断面の重心間距離」とは、一の大容量セルの長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合う大容量セルの長手方向に垂直な断面における重心との最小の距離をいい、一方、「隣り合う小容量セルの長手方向に垂直な断面の重心間距離」とは、一の小容量セルの長手方向に垂直な断面における重心と、隣り合う小容量セルの重心との最小の距離のことをいう。
これらの図面に示す第2の形状のユニット810、820、830、870、880は、それぞれ大容量セル811a、821a、831a、871a、881a及び小容量セル811b、821b、831b、871b、881bが交互に配設されてなる。
大容量セル及び小容量セルの形状は、上述した第1の形状のユニットの場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
これらの図面に示す第3の形状のユニット910、920、930、970、980は、それぞれ大容量セル911a、921a、931a、971a、981a及び小容量セル911b、921b、931b、971b、981bが交互に配設されてなる。
大容量セル及び小容量セルの形状は、上述した第1の形状のユニットの場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
図10は、本発明のハニカム構造体に係る第2の形状のユニットの一例を模式的に示す斜視図である。
図10に示した第2の形状のユニット120bのように、長手方向に垂直な断面において、傾斜辺126aは、複数のセル121がセル壁123を隔てて階段状に配置されてなる構成であってもよい。図10は、辺1126a、辺1126b、辺1126cにより、傾斜辺126aが構成された第2の形状のユニットの一例を示している。
第2の形状のユニットにこのような構成の傾斜辺126aを用いた場合には、シール材層の厚みd2は、辺1126a、辺1126b及び辺1126cを加算した長さの半分の位置(中央)において、その位置が含まれる辺と垂直な方向におけるシール材層の厚みである。
ハニカム焼成体で構成されるハニカム構造体をフィルタとして使用した場合、ハニカム焼成体の気孔率が35%未満であると、ハニカム焼成体が容易に目詰まりを起こし、一方、ハニカム焼成体の気孔率が60%を超えると、ハニカム焼成体の強度が低下して容易に破壊されるからである。
ハニカム焼成体で構成されるハニカム構造体をフィルタとして使用した場合、ハニカム焼成体の平均気孔径が5μm未満であると、パティキュレートが容易に目詰まりを起こし、一方、ハニカム焼成体の平均気孔径が30μmを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、フィルタとして機能することができないことがあるからである。
ハニカム焼成体のセル壁の厚さが0.1mm未満であると、ハニカム構造を支持するセル壁の厚さが薄くなり、ハニカム焼成体の強度を保つことができなくなり、一方、上記厚さが0.4mmを超えると、ハニカム焼成体の圧力損失の上昇を引き起こす。
ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるユニット(ハニカム焼成体)が占める面積の割合(ハニカム焼成体の占有率)は85%以上が望ましく、88%以上がより望ましい。ハニカム構造体におけるハニカム焼成体の占有率が高いほど、ろ過面積が大きくなり、排ガス浄化性能が向上する。
これらのなかでは、非酸化物セラミックが好ましく、炭化ケイ素が特に好ましい。耐熱性、機械強度、熱伝導率等に優れるからである。また、炭化ケイ素に金属ケイ素が配合されたケイ素含有炭化ケイ素も同様の理由で好適に使用できる。
ハニカム構造体にCO、HC及びNOx等の排ガス中の有害なガス成分を浄化することが可能となる触媒を担持させることにより、触媒反応により排ガス中の有害なガス成分を充分に浄化することが可能となる。また、PMの燃焼を助ける触媒を担持させることにより、PMをより容易に燃焼除去することが可能となる。
以下、図5(a)に示すセラミックブロックを作製する場合を例にして、セラミックブロックを作製する方法を説明する。
まず、第1の形状のユニット110の側面に接着材ペーストを塗布して接着材ペースト層を形成する。そして、この接着材ペースト層の上に、順次他の第1の形状のユニット110を積層する工程を繰り返し、第1の形状のユニット110を9個貼り合わせて長手方向に垂直な断面形状が正方形のユニット集合体を作製する。次に、このユニット集合体の上下左右に更に第1の形状のユニットを配置して十字形状のユニット集合体とする。
そして、第3の形状のユニット130の第1の辺134及び第2の辺135が第1の形状のユニット110(外周の第1の形状のユニット及び最外周の第1の形状のユニット)と接着材ペースト層を介して互いに接するように、第1の形状のユニット110(外周の第1の形状のユニット及び最外周の第1の形状のユニット)の周囲に第3の形状のユニット130を嵌め込む。
そして、第3の形状のユニットの斜辺136が第2の形状のユニット120の第2の辺125と接着材層を挟んで対向するように第3の形状のユニット130の周囲に第2の形状のユニット120を嵌め込む。
この際、2つの第2の形状のユニット120の間の第1の辺にも接着材ペーストを塗布して接着材ペースト層を形成する。
101、201、301、401 接着材層
102、202、302、402 シール材層
103、203、303、403 セラミックブロック
110、710、720、730、770、780 第1の形状のユニット(ハニカム焼成体)
110a 外周の第1の形状のユニット
110b 最外周の第1の形状のユニット
111、121、131 セル
112、122、132 封止材
113、123、133、733、763a、763b セル壁
114、114a、114b 辺(第1の形状のユニットの辺)
120、120a、510、520、530、610、620、810、820、830、870、880 第2の形状のユニット(ハニカム焼成体)
123a 外壁
124、134、511、521、531、611、621 第1の辺
125、135、512、522、532、612、622 第2の辺
126、126a、513、523、533、613、623 傾斜辺
130、130a、910、920、930、970、980 第3の形状のユニット(ハニカム焼成体)
135 隣辺
136 斜辺
711a、721a、731a、771a、781a、811a、821a、831a、871a、881a、911a、921a、931a、971a、981a 大容量セル
711b、721b、731b、771b、781b、811b、821b、831b、871b、881b、911b、921b、931b、971b、981b 小容量セル
d1 第1の形状のユニットと接するシール材層の厚み
d2 第2の形状のユニットの傾斜辺と接するシール材層の厚み
L 第2の形状のユニットの第2の辺の延長線
M 第2の形状のユニットの第1の辺の延長線
Claims (14)
- 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム焼成体が接着材層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックと、前記セラミックブロックの外周面に形成されたシール材層とからなるハニカム構造体であって、
前記ハニカム焼成体は、第1の形状のユニット、第2の形状のユニット、及び、第3の形状のユニットを含み、
前記第1の形状のユニットの長手方向に垂直な断面の形状は、四角形であり、
前記第2の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、少なくとも第1の辺と、前記第1の辺よりも長い辺であって前記第1の辺と直角を形成する第2の辺と、前記直角と対向する傾斜辺とを有し、
前記第3の形状のユニットの長手方向に垂直な断面における形状は、断面形状が斜辺及び隣辺を有する直角三角形であり、
前記第2の形状のユニットは、前記傾斜辺が前記シール材層と接触するように前記セラミックブロックの外周部に配置されており、
前記第3の形状のユニットは、前記第2の形状のユニットよりも前記セラミックブロックの内側に配置されており、前記第3の形状のユニットの斜辺が前記第2の形状のユニットの前記第2の辺と前記接着材層を介して対向する位置にあり、
前記第1の形状のユニットは、外周の第1の形状のユニットを含み、
前記外周の第1の形状のユニットは二辺を有し、前記二辺のうち一辺が前記第3の形状のユニットの前記隣辺と前記接着材層を介して対向するように、もう一辺が別の前記第3の形状のユニットの前記隣辺と前記接着材層を介して対向するように配置され、
前記外周の第1の形状のユニットの前記二辺又はその延長線は、前記第2の形状のユニットの前記第2の辺の延長線及び前記第1の辺の延長線と平行又は垂直でないことを特徴とするハニカム構造体。 - 前記外周の第1の形状のユニットは、前記セラミックブロックの外周部に配置された最外周の第1の形状のユニットを含み、
前記最外周の第1の形状のユニットは、一辺が前記シール材層と接し、
前記最外周の第1の形状のユニットと接する部分の前記シール材層の厚みは、前記第2の形状のユニットの前記傾斜辺と接する部分の前記シール材層の厚みよりも厚い請求項1に記載のハニカム構造体。 - 前記第2の形状のユニットの前記傾斜辺は、長手方向に垂直な断面において、複数のセルがセル壁を隔てて階段状に配置されてなる請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム焼成体の数は25個以上である請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体の前記長手方向に垂直な断面の形状が円形であり、直径が190mm以上である請求項1〜4のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記多数のセルの前記長手方向に垂直な断面の形状が四角形である請求項1〜5のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記多数のセルは、大容量セルと小容量セルからなる請求項1〜6のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記大容量セル及び前記小容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は、四角形、又は、少なくとも1つの角部に相当する部分が円弧状となっている四角形である請求項7に記載のハニカム構造体。
- 前記大容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は八角形であり、前記小容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は、四角形、又は、四角形の少なくとも1つの角部に相当する部分が円弧状になっている形状である請求項7に記載のハニカム構造体。
- 前記大容量セル及び前記小容量セルの長手方向に垂直な断面は、セルの各辺が曲線である請求項7に記載のハニカム構造体。
- 前記多数のセルのいずれか一方の端部は封止されている請求項1〜10のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体の前記長手方向に垂直な断面の形状は、円、長円、楕円、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状である請求項1〜11のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記セラミックブロックの前記長手方向に垂直な断面の形状は、円、長円、楕円、又は、三角形の頂点部が曲線になっている形状に近い形状である請求項1〜12のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記外周の第1の形状のユニットの前記二辺又はその延長線は、前記第2の形状のユニットの前記第1の辺及び前記第2の辺と45°の角度である請求項1〜13のいずれかに記載のハニカム構造体。
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- 2011-04-20 JP JP2011094077A patent/JP2011240332A/ja active Pending
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