JP2014064978A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有するハニカム基材4と、ハニカム基材4の外周を全周に亘って取り囲むリング状の凸部であるリング状凸部10とを備え、リング状凸部10は、ハニカム基材4の外周から外側に突出し、ハニカム基材4の外周の一部を覆うように配設され、前記リング状凸部の両端部の形状がテーパー状であり、リング状凸部10の、セル2の延びる方向に直交する断面における厚さが、3〜20mmであるハニカム構造体100。
【選択図】図1
Description
本発明のハニカム構造体の一実施形態は、図1、図2に示すハニカム構造体100のように、流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有するハニカム基材4を備える。更に、ハニカム構造体100は、ハニカム基材4の外周を全周に亘って取り囲むリング状のリング状凸部10を備える。リング状凸部10は、ハニカム基材4の外周から外側に突出し、ハニカム基材4の外周の一部を覆うように配設されている。更にリング状凸部10は、セル2の延びる方向における両端部がテーパー状である。更に、ハニカム構造体100においては、リング状凸部10の、セル2の延びる方向に直交する断面における厚さ(リング状凸部の厚さ)が、3〜20mmである。ここで、「テーパー状」は、先端に向かうに従ってリング形状の外径が細くなる形状のことである。また、「リング状凸部の厚さ」は、「ハニカム構造体の、中心軸に直交する断面における、中心から外周に向かう方向(半径方向)における厚さ」であるということもできる。また、「リング状凸部の厚さ」は、リング状凸部におけるテーパー部分を除いた部分の、厚さである。また、ハニカム基材4の外周面に外周コート層が配設されている場合には、「リング状凸部の厚さ」は、図2に示されるように、外周コート層の表面からの厚さである。図1は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、本発明のハニカム構造体の一実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
本発明のハニカム構造体は、以下の方法で製造することができる。即ち、本発明のハニカム構造体は、ハニカム焼成体を作製するハニカム焼成体作製工程と、このハニカム焼成体の外周部を切削してリング状凸部を形成する切削工程とを有する方法により製造できる。更に、外周コート層を備える場合には、ハニカム焼成体の外周部を切削した後、外周コート層形成工程を有することが好ましい。「ハニカム焼成体」は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミック原料が焼成されて形成された多孔質の隔壁を備えるハニカム焼成体である。
ハニカム焼成体作製工程は、セラミック原料が焼成されて形成された多孔質の隔壁を備えたハニカム焼成体を作製する工程である。ハニカム焼成体を作製する方法は、特に限定されない。以下、ハニカム焼成体作製工程を、段階的に工程に分けて説明する。
まず、成形工程において、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁(未焼成)を備えるハニカム成形体を形成することが好ましい。ハニカム成形体は、ハニカム構造の成形体である。
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する。
切削工程は、ハニカム焼成体の外周部を切削する工程である。ハニカム焼成体を切削する方法は特に限定されない。ハニカム焼成体の外周部を切削する方法としては、従来公知の方法を適宜採用できるが、ハニカム焼成体を回転させながら、ダイヤモンドをまぶした砥石を、押し当てる手法が好ましい。切削工程において「切削される、ハニカム焼成体の外周部」の厚さは、切削後に形成されるリング状凸部の厚さと同じになる。
目封止部を備えるハニカム構造体を作製する場合には、切削工程の後に、下記目封止工程を行うことが好ましい。この目封止工程において、ハニカム焼成体の、一方の端面における「所定のセル」の開口部及び他方の端面における「残余のセル」の開口部に、目封止部を配設する。以下に具体的に説明する。
切削されたハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周コート層を形成することが好ましい。外周コート層を形成することにより、リング状凸部が欠けてしまうことを防止できる。外周コート材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、SiC粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したものなどを挙げることができる。外周コート材を塗布する方法は、「切削されたハニカム焼成体」をろくろ上で回転させながらゴムへらなどでコーティングする方法等を挙げることができる。
セラミック原料として、炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを混合したものを用いた。そして、これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材を添加すると共に、水を添加して成形原料を作製した。そして、成形原料を真空土練機により混練し、坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに7質量部であった。造孔材の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに3質量部であった。水の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに42質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は20μmであり、金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。また、造孔材の平均粒子径は、20μmであった。炭化珪素、金属珪素及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
まず、バーナー試験機にハニカム構造体を取り付ける。次に、このバーナー試験機によって下記操作を行う。即ち、「ハニカム構造体に、800℃の高温ガスを10分間流した後、150℃の冷却ガスを10分間流す」という操作を、昇温冷却操作の1サイクルとする。当該昇温冷却操作を100サイクル行う。その後、ハニカム構造体に形成されるリングクラックの有無を目視で確認し、以下の基準で評価する。ハニカム構造体に、DPFとしての機能を低下させる程度のリングクラックが発生した場合は「C」とする。ハニカム構造体にリングクラックは発生するが、DPFとしての機能を低下させない程度のものである場合は「B」とする。ハニカム構造体にリングクラックが無い場合は「A」とする。「A」及び「B」を合格とし、「C」を不合格とする。尚、「DPFとしての機能」については、処理(DPFによる排ガス処理)後のガス中のPM個数が、PM個数規制値(欧州規制「EURO6」)である6.0×10−11個/km以下であれば、DPFとしての機能を低下させない程度であるとする。また、処理後のガス中のPM個数が、PM個数規制値である6.0×10−11個/kmを超えれば、DPFとしての機能を低下させる程度であるとする。
まず、先端に直径11mmの鉄球(重さ5.4g)を備えた紐(長さ75cm)を有する振り子を用意する。次に、この振り子を、鉄球の最下点で(即ち、振り子が振られていない状態で)鉄球がハニカム構造体のリング状凸部の端部(最外周部分)に当たるように配置する。次に、振り子の鉄球を振り上げて鉄球をリング状凸部の端部に衝突させる。その後、リング状凸部の端部を目視にて観察する。そして、以下の基準で評価する。上記紐の長さの80%の高さに鉄球を振り上げて、上記鉄球をリング状凸部の端部に衝突さたときに、リング状凸部の端部に欠けなどの欠陥が生じた場合は「C」とする。上記紐の長さの100%の高さに鉄球を振り上げて、上記鉄球をリンク状凸部の端部に衝突さたときに、リング状凸部の端部に欠けなどの欠陥が生じた場合は「B」とし、このときに欠陥が生じなかった場合は「A」とする。「A」評価及び「B」評価を合格とし、「C」評価を不合格とする。
平面部が形成されていないリング状凸部を有するハニカム構造体(実施例1〜14、比較例1〜4)、及びリング状凸部が形成されていないハニカム構造体(比較例11)についての搭載性は、リング状凸部の厚さ(H)及び幅(L)によって評価する。リング状凸部の厚さ(H)についての評価を「「径方向」の評価」と称することがある。また、リング状凸部の幅(L)についての評価を「「全長方向」の評価」と称することがある。リング状凸部の厚さ(H)についての評価は、以下の通りである。リング状凸部の厚さが、10mm以下の場合を「A」とし、10mm超、15mm以下の場合を「B」とし、15mm超の場合を「C」とする。リング状凸部の幅(L)についての評価は、以下の通りである。リング状凸部の幅が、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さの80%を超える場合を「B」とし、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さの80%以下の場合を「A」とする。「B」の場合、ハニカム構造体の搭載性に影響がある。「A」の場合、ハニカム構造体の搭載性に影響を与えない。
ハニカム構造体のリング状凸部の平面部の深さについての評価は、以下のようにして行った。「セラミック基材と同じ大きさのハニカム構造体」を梱包する際の梱包容器を「既存の梱包容器」とする。「既存の梱包容器」には、図5に示すように、6個のハニカム構造体が収納されるとする。また、「既存の梱包容器」を、「既存の梱包容器」の底面の面積より410%大きな面積のパレットに載置するものとする。この「既存の梱包容器」に、6個のハニカム構造体を収納できれば「A」評価とする。また、6個のハニカム構造体を収容するためには「既存の梱包容器」より大きい梱包容器を必要とするが、当該大きい梱包容器を上記パレットに載置することは可能な場合には「B」評価とする。また、「既存の梱包容器」より大きい梱包容器に収容する必要がある場合には「C」評価とする。
表1に示すように条件を変更した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体について、上記方法で、「リングクラック」、「凸部強度」、「搭載性」、及び「梱包性」の各評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1と同様にして坏土を得た。得られた坏土を押出成形機を用いて成形し、四角柱状のハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥した。
表2に示すように条件を変更した以外は、実施例15と同様にしてハニカム構造体を作製した。得られたハニカム構造体について、上記方法で、「リングクラック」、「凸部強度」、「搭載性」、及び「梱包性」の各評価を行った。結果を表2に示す。
実施例1と同様にして円柱状のハニカム焼成体を得た。得られた円柱状のハニカム焼成体の外周部を実施例1と同様にして切削して、実施例1と同様の「切削されたハニカム焼成体」を得た。得られた「切削されたハニカム焼成体」のリング状凸部を、セルの延びる方向に平行な平面が4つ形成されるように、切断して、平面部を形成した。リング状凸部を切断して平面部を形成する際には、「ハニカム焼成体の外周面と平面部(表面)との距離」が0mmになるようにした。その後、ハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周コート層を形成した。このようにして、「ハニカム基材の外周から外側に突出し、ハニカム基材の外周の一部を覆うように配設される凸部」を備えるハニカム構造体を得た。「セルの延びる方向に平行な4つの平面」は、以下のように形成した。まず、リング状凸部の一部をカッターで切断して1つの平面を形成した後、「切削されたハニカム焼成体」のみを90°回転させる。その後、同様のカッターでリング状凸部の一部を更に切断して次の平面を形成する。この操作を繰り返すことにより、セルの延びる方向に平行な4つの平面を形成した。得られたハニカム構造体は、ハニカム基材の外周の全周に亘って取り囲むのではなく、外周を断続的に取り囲む「断続的に形成された擬似リング状凸部」を備えるものであった。ここで、「擬似リング状」とは、「リング状」に似ているが「リング状ではない」形状を意味し、リング形状の一部が途切れて、断続的に形成された形状を意味する。
表2に示すように条件を変更した以外は、比較例5と同様にしてハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体について、上記方法で、「リングクラック」、「凸部強度」、「搭載性」、及び「梱包性」の各評価を行った。結果を表2に示す。
実施例1と同様にして円柱状のハニカム焼成体を得た。その後、ハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周コート層を形成した。このようにして「リング状凸部が形成されていない」円柱状のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体について、上記方法で、「リングクラック」、「搭載性」、及び「梱包性」の各評価を行った。結果を表1に示す。
Claims (5)
- 流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム基材と、
前記ハニカム基材の外周を全周に亘って取り囲むリング状の凸部であるリング状凸部と、を備え、
前記リング状凸部は、前記ハニカム基材の外周から外側に突出し、前記ハニカム基材の外周の一部を覆うように配設され、
前記リング状凸部の両端部の形状がテーパー状であり、
前記リング状凸部の、前記セルの延びる方向に直交する断面における厚さが、3〜20mmであるハニカム構造体。 - 前記リング状凸部の、前記セルの延びる方向に直交する断面における厚さが、5〜10mmである請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記リング状凸部の幅が、前記セルの延びる方向における長さの1〜80%である請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記リング状凸部の表面の一部が、前記セルの延びる方向に平行な平面状である請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム基材が、コージェライト、炭化珪素、ムライト、アルミニウムチタネート及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種からなるものである請求項1〜4のいずれかに記載のハニカム構造体。
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