JP2014188400A - Honeycomb filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハニカムフィルタに関する。さらに詳しくは、灰(アッシュ)、粒子状物質(PM)を大量に捕集することが可能であり、キャニング時における隔壁の破損を抑制可能なハニカムフィルタに関する。 The present invention relates to a honeycomb filter. More specifically, the present invention relates to a honeycomb filter that can collect a large amount of ash and particulate matter (PM) and can suppress breakage of partition walls during canning.
ディーゼルエンジン等の内燃機関、または各種燃焼装置から排出される排ガスには煤を主体とする粒子状物質が多量に含まれている。この粒子状物質がそのまま大気中に放出されると環境汚染を引き起こすため、内燃機関等からの排ガス流路には、粒子状物質を捕集するためのフィルタが搭載されることが一般的である。 An exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine or various combustion apparatuses contains a large amount of particulate matter mainly composed of soot. When this particulate matter is released into the atmosphere as it is, environmental pollution is caused. Therefore, an exhaust gas flow path from an internal combustion engine or the like is generally equipped with a filter for collecting the particulate matter. .
こうした排ガス浄化用のフィルタとしては、例えば、セルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、セルの一方の端部を封止する複数の目封止部と、を備えた目封止ハニカム構造体を挙げることができる。 As such an exhaust gas purifying filter, for example, a plug having a honeycomb structure portion having porous partition walls for defining cells and a plurality of plugging portions for sealing one end portion of the cells. A stop honeycomb structure can be mentioned.
この目封止ハニカム構造体においては、目封止部を設けることにより、排ガスの通過過程において、排ガスが隔壁を通り抜けるというプロセスが組み込まれるようになる。この排ガスが隔壁を通り抜けるというプロセスにおいて、排ガスに含まれる粒子状物質が隔壁によって捕捉される。そのため、目封止ハニカム構造体によれば、排ガス中の粒子状物質を低減することが可能になる。 In this plugged honeycomb structure, by providing the plugging portion, a process in which the exhaust gas passes through the partition walls is incorporated in the exhaust gas passage process. In the process of exhaust gas passing through the partition walls, particulate matter contained in the exhaust gas is captured by the partition walls. Therefore, according to the plugged honeycomb structure, the particulate matter in the exhaust gas can be reduced.
さらに、目封止ハニカム構造体に関しては、PMを大量に捕集するために、断面積の大きなセル(大断面積セル)と、断面積の小さなセル(小断面積セル)とを交互に配置するという工夫を施した改良型の目封止ハニカム構造体が報告されている(例えば、特許文献1)。さらに、この改良型の目封止ハニカム構造体では、大断面積セルにおいて流入側の端部を開口させかつ流出側の端部を封止し、小断面積セルにおいて流入側の端部を封止しかつ流出側の端部を開口させている。そのため、改良型の目封止ハニカム構造体では、大断面積セルに排ガスを流入させ、当該大断面積セルを取り囲む隔壁によってPMを捕集する。大断面積セルを取り囲む隔壁は、従来の目封止ハニカム構造体(同一断面積のセルから構成された目封止ハニカム構造体)での1個のセルを取り囲む隔壁と比べ、表面積が大きくなる。そのため、改良型の目封止ハニカム構造体では、多量のPMを捕集可能であり、また、PMを捕集した状況での圧力損失の増大も抑制可能である。 Furthermore, for plugged honeycomb structures, cells with a large cross-sectional area (large cross-sectional area cells) and cells with a small cross-sectional area (small cross-sectional area cells) are alternately arranged to collect a large amount of PM. There has been reported an improved plugged honeycomb structure that has been devised (for example, Patent Document 1). Further, in this improved plugged honeycomb structure, the end on the inflow side is opened and the end on the outflow side is sealed in the large cross section cell, and the end on the inflow side is sealed in the small cross section cell. Stop and open the end on the outflow side. Therefore, in the improved plugged honeycomb structure, exhaust gas is allowed to flow into the large cross-sectional area cell, and PM is collected by the partition wall surrounding the large cross-sectional area cell. The partition wall surrounding the large cross-sectional area cell has a larger surface area than the partition wall surrounding one cell in the conventional plugged honeycomb structure (plugged honeycomb structure composed of cells having the same cross-sectional area). . Therefore, in the improved plugged honeycomb structure, a large amount of PM can be collected, and an increase in pressure loss in a situation where PM is collected can be suppressed.
さらに、上述の改良型の目封止ハニカム構造体には、複数個のハニカムセグメントを接合させた目封止ハニカム接合体によって構造的強度を高めるという技術も提案されている。 Further, for the above-described improved plugged honeycomb structure, a technique has been proposed in which the structural strength is increased by a plugged honeycomb joined body in which a plurality of honeycomb segments are joined.
ところが、上述の目封止ハニカム接合体における各ハニカムセグメントでは、大断面積セルと小断面積セルとを交互に繰り返し配置するという特殊な形態から、隔壁がジグザグに波打つ形状となる。そのため、目封止ハニカム接合体を缶体内に押圧しながら収納する(キャニングする)ことにより、目封止ハニカム接合体に対して側方から押しつぶす力が加わると、各ハニカムセグメントの外周部分の隔壁に破損が生じ易くなる。 However, in each of the honeycomb segments in the above-mentioned plugged honeycomb joined body, the partition wall has a zigzag shape due to a special form in which the large cross-sectional area cells and the small cross-sectional area cells are alternately arranged. Therefore, when the plugged honeycomb joined body is stored in the can while being pressed (canned), when a force for crushing the plugged honeycomb joined body from the side is applied, the partition walls of the outer peripheral portion of each honeycomb segment Damage is likely to occur.
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、多量の粒子状物質(PM)を捕集することが可能であり、隔壁の破損を抑制可能なハニカムフィルタに関する技術を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a technology related to a honeycomb filter that can collect a large amount of particulate matter (PM) and can suppress breakage of partition walls.
本発明は、以下に示すハニカムフィルタである。 The present invention is the following honeycomb filter.
[1] 流入端面から流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカムセグメント複数個と、前記ハニカムセグメントに形成された前記複数のセルのうちの所定のセルである第1セルの前記流入端面側の開口部および前記複数のセルのうちの残余のセルである第2セルの前記流出端面側の開口部を封止する目封止部複数個と、前記複数個のハニカムセグメントの側面同士の少なくとも一部を接合する接合層と、を備え、前記ハニカムセグメントは、前記第1セルと前記第2セルとが交互に配置され、前記ハニカムセグメントの前記側面から第1列目〜第3列目に配置された前記セルを形作る外周領域と前記側面から第4列目以降に配置された前記セルを形作る中心領域とを有するとともに、前記中心領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第1セルの開口面積が前記第2セルの開口面積より小さく、前記外周領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第1セルの開口面積が前記第2セルの開口面積と等しいか又は小さく、前記外周領域において、前記第1セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A1とし、前記第2セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A2とし、前記中心領域において、前記第1セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A3とし、前記第2セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A4とする場合に、前記側面から同列目における前記距離A2と前記距離A1との差の値BOが、前記側面から同列目における前記距離A4と前記距離A3との差の値BCよりも小さいハニカムフィルタ。 [1] A plurality of honeycomb segments having partition walls that partition and form a plurality of cells serving as fluid flow paths extending from the inflow end surface to the outflow end surface, and predetermined cells among the plurality of cells formed in the honeycomb segment A plurality of plugging portions for sealing the opening on the inflow end face side of a certain first cell and the opening on the outflow end face side of the second cell which is a remaining cell among the plurality of cells; A bonding layer for bonding at least a part of the side surfaces of each of the honeycomb segments, wherein the honeycomb cells are alternately arranged with the first cells and the second cells, and the honeycomb segments are arranged from the side surfaces of the honeycomb segments. The outer peripheral region forming the cells arranged in the first to third rows and the central region forming the cells arranged in the fourth and subsequent rows from the side surface, and in the central region In the cross section perpendicular to the cell extending direction, the opening area of the first cell is smaller than the opening area of the second cell, and in the outer peripheral region, in the cross section perpendicular to the cell extending direction, The opening area of the first cell is equal to or smaller than the opening area of the second cell, and in the outer peripheral region, the side surface from the portion farthest from the side surface of the honeycomb segment among the partition walls defining the first cell. the distance to the distance a 1, and a distance to the side surface and the distance a 2 from the farthest portion from the side surface of the honeycomb segments among the barrier ribs partitioning the second cell, in the central region, the first a distance a 3 a distance to the side from the farthest portion from the side surface of the honeycomb segments among the barrier ribs partitioning the cell, Gu said second cell When the distance A 4 the distance to the side from the farthest portion from the side surface of the honeycomb segments among the partition walls, the value of the difference between the distance A 2 in the same row as counted from the side surface and the distance A 1 A honeycomb filter in which B 2 O is smaller than a difference value B C between the distance A 4 and the distance A 3 in the same row from the side surface.
[2] 前記値BOがゼロである前記[1]に記載のハニカムフィルタ。 [2] The honeycomb filter according to [1] the value B O is zero.
[3] 前記外周領域においては、前記第1セルの前記開口面積が前記第2セルの前記開口面積と等しい前記[1]または[2]に記載のハニカムフィルタ。 [3] The honeycomb filter according to [1] or [2], wherein the opening area of the first cell is equal to the opening area of the second cell in the outer peripheral region.
[4] 前記外周領域における前記第1セルの前記開口面積および前記第2セルの前記開口面積が、前記中心構造部における前記第1セルの前記開口面積以下である前記[1]〜[3]のいずれかに記載のハニカムフィルタ。 [4] The [1] to [3], wherein the opening area of the first cell and the opening area of the second cell in the outer peripheral region are equal to or less than the opening area of the first cell in the central structure portion. The honeycomb filter according to any one of the above.
[5] 前記側面から第1列目のみにおいて、前記値BOがゼロである前記[1]に記載のハニカムフィルタ。 [5] only in the first row from the side, the honeycomb filter according to the said value B O is zero [1].
[6] 前記側面から第1列目のみにおいて、前記第1セルの前記開口面積が前記第2セルの前記開口面積と等しい前記[1]または[5]に記載のハニカムフィルタ。 [6] The honeycomb filter according to [1] or [5], wherein the opening area of the first cell is equal to the opening area of the second cell only in the first row from the side surface.
[7] 前記側面から第1列目のみにおいて、前記第1セルの前記開口面積および前記第2セルの前記開口面積が、前記中心領域における前記第1セルの前記開口面積以下である前記[1],[5],[6]のいずれか1項に記載のハニカムフィルタ。 [7] The opening area of the first cell and the opening area of the second cell are not more than the opening area of the first cell in the central region only in the first row from the side surface. ], [5], The honeycomb filter according to any one of [6].
本発明のハニカムフィルタによれば、第1セルと比較して開口面積の大きいか又は等しい第2セルを取り囲む隔壁で粒子状物質を補足するため、多量の粒子状物質(PM)を捕集可能である。また、本発明のハニカムフィルタによれば、ハニカムセグメントの外周領域における距離A2と距離A1との差の値BOが中心領域における距離A4と距離A3との差の値BCよりも小さい。このことにより、本発明のハニカムフィルタでは、ハニカムセグメントの外周領域において隔壁のジグザグに波打つ振れ幅が小さくなる。その結果、本発明のハニカムフィルタによれば、ハニカムセグメントに対して側方から押しつぶす力が加わる時でも、隔壁の破損(一具体例としては隔壁の座屈)を抑制可能となる。 According to the honeycomb filter of the present invention, a large amount of particulate matter (PM) can be collected because the particulate matter is supplemented by the partition wall surrounding the second cell having an opening area larger than or equal to that of the first cell. It is. Further, according to the honeycomb filter of the present invention, the difference value B O between the distance A 2 and the distance A 1 in the outer peripheral region of the honeycomb segment is greater than the difference value B C between the distance A 4 and the distance A 3 in the central region. Is also small. As a result, in the honeycomb filter of the present invention, the wobbling width of the partition wall zigzag in the outer peripheral region of the honeycomb segment is reduced. As a result, according to the honeycomb filter of the present invention, it is possible to suppress partition wall breakage (particularly, partition wall buckling) even when force is applied to the honeycomb segment from the side.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the present invention.
1.ハニカムフィルタ:
図1は、本発明の一実施形態のハニカムフィルタ50について流入端面3の側からみた斜視図である。図示されているように、本実施形態のハニカムフィルタ50は、複数個のハニカムセグメント1を備えている。さらに、本実施形態のハニカムフィルタ50では、複数個のハニカムセグメント1の側面同士を接合層23を介して接合させている。また、本実施形態のハニカムフィルタ50では、複数個のハニカムセグメント1を接合させた接合体が円筒形状を有し、外周壁31が接合体の外周を取り囲んでいる。
1. Honeycomb filter:
FIG. 1 is a perspective view of a
図2は、図1中に示されたハニカムフィルタ50に用いられる1個のハニカムセグメント1の斜視図である。図3は、図2中に示されたハニカムセグメント1の一部分の断面[セルの延びる方向Z(以下、「Z方向」と簡略)に平行な断面]を表した模式図である。図示されているように、本実施形態のハニカムフィルタ50に用いられるハニカムセグメント1は、隔壁9を有し、この隔壁9によってハニカム構造が形作られている。すなわち、ハニカムセグメント1では、隔壁9が流入端面3から流出端面5まで延びる複数のセル7を区画形成している。ハニカムセグメント1では、外周が側壁33によって取り囲まれている。ハニカムセグメント1では、Z方向に垂直な断面において、側壁33がX方向に平行な一対の辺およびY方向(X方向およびZ方向に垂直な方向)に平行な一対の辺により構成された四角形の断面形状を呈する。そして、ハニカムセグメント1では、Z方向の両端において平らな面を形作っている。すなわち、ハニカムセグメント1では、Z方向の両端のうちの一方が流入端面3、他方が流出端面5となる。
FIG. 2 is a perspective view of one
さらに、図3に示されているように、ハニカムセグメント1では、複数のセル7が、第1セル11と第2セル15から構成され、第1セル11と第2セル15とが交互に配置されている。さらに、ハニカムセグメント1において、第1セル11は流入端面3側の開口部を目封止部19によって封止され、その一方で第2セル15は流出端面5側の開口部を目封止部19によって封止されている。
Further, as shown in FIG. 3, in the
こうした目封止部19の配置態様によって、ハニカムセグメント1では、ガスGが流入端面3から第2セル15内に流入する。続いて、第2セル15の流出端面5側の端部が目封止部19によって塞がれているため、第2セル15内に流入したガスGは、当該第2セル15を取り囲む隔壁9を通り抜け、隣の第1セル11に流れていく。このとき、ガスGに含まれる粒子状物質(PM)が隔壁9によって捕捉されていく。そして、第1セル11に流入したガスGは、第1セル11の流出端面5側の開口部から排出される。
According to such an arrangement mode of the plugging
特に、ハニカムセグメント1では、Z方向に垂直な断面において、中心領域27で第1セル11の開口面積が第2セル15の開口面積より小さく、外周領域25で第1セル11の開口面積が第2セル15の開口面積と等しいか又は小さいという特徴を有する。
In particular, in the
上述のような第1セル11および第2セル15の開口面積に関する特徴から、ハニカムセグメント1では、第2セル15を取り囲む隔壁9、換言すると、粒子状物質の捕捉を担う隔壁9の表面積が大きくなる。そのため、ハニカムセグメント1によれば、多量のPMを捕集可能であり、また、PMを捕集した状況での圧力損失も抑制可能である。ひいては、本実施形態のハニカムフィルタ50を用いると、上述のハニカムセグメント1を複数個備えているため、ガスG中に含まれている粒子状物質を大量に捕集し、ガスGを効果的に浄化可能である。
Due to the characteristics related to the opening areas of the first cell 11 and the second cell 15 as described above, in the
本明細書において「第1セル11の開口面積」とは、Z方向に垂直な断面における第1セル11の断面積を意味する。また、本明細書において「第2セル15の開口面積」とは、Z方向に垂直な断面における第2セル15の断面積を意味する。 In this specification, “the opening area of the first cell 11” means a cross-sectional area of the first cell 11 in a cross section perpendicular to the Z direction. Further, in this specification, “the opening area of the second cell 15” means a cross-sectional area of the second cell 15 in a cross section perpendicular to the Z direction.
本明細書において「中心領域27」とは、ハニカムセグメント1の側面21(側壁33の外側表面)から第4列目以降に配置されたセル7を形作る領域を意味する。また、本明細書において「外周領域25」とは、ハニカムセグメント1の側面21から第1列目から第3列目に配置されたセル7を形作る領域を意味する。
In the present specification, the “
図4は、本発明のハニカムフィルタの一実施形態を構成するハニカムセグメント1aについて流入端面3の一部分を拡大して示した模式図である。図4に示されている部分は、図2中の枠αの部分に相当する。まずここで、ハニカムセグメント1aに関する説明に先立ち、図4を参照しつつ用語の定義をする。外周領域25において、第1セル11を区画する隔壁9のうちで側面21から最も遠い部分から側面21までの距離を距離A1とする。外周領域25において、第2セル15を区画する隔壁9のうちで側面21から最も遠い部分から側面21までの距離を距離A2とする。中心領域27において、第1セル11を区画する隔壁9のうちで側面21から最も遠い部分から側面21までの距離を距離A3とする。中心領域27において、第2セル15を区画する隔壁9のうちで側面21から最も遠い部分から側面21までの距離を距離A4とする。
FIG. 4 is a schematic view showing an enlarged part of the
ハニカムセグメント1aでは、側面21から同列目における距離A2と距離A1との差の値BOが、側面21から同列目における距離A4と距離A3との差の値BCよりも小さい。そのため、ハニカムセグメント1aでは、外周領域25においてX方向またはY方向に延びる隔壁9がジグザグに波打つ形状となり得るものの、その振れ幅が小さい。なお、外周領域25においてX方向またはY方向に延びる隔壁9とは、第1列目のセル7と第2列目のセル7との間、第2列目のセル7と第3列目のセル7との間、および第3列目のセル7と第4列目のセル7との間をそれぞれ隔てている隔壁9のことである。そのため、ハニカムセグメント1aに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域25に存在する隔壁9に座屈が生じにくく、ひいては外周領域25における隔壁9の破損を抑制することが可能になる。図4を参照し述べると、ハニカムセグメント1aでは、例えば、第1セル11同士および第2セル15同士が交差する交点部35での隔壁9の屈曲が緩やかになる。そのため、ハニカムセグメント1aによれば、当該隔壁9にY方向に沿った圧縮応力が生じる場合でも、隔壁9がX方向に曲がって破損してしまうことが抑制される。
In the
なお、ハニカムセグメント1aでは、セル7が側壁33の延びる方向に沿って、具体的には、X方向およびY方向に沿って並び、第1セル11の断面形状が八角形、第2セル15の断面形状が四角形となっている。なお、「第1セル11の断面形状が八角形」とは、X方向およびY方向に延びる4辺の長辺と長辺同士の間に介在する短辺とから構成される八角形のことである。「第2セル15の断面形状が四角形」とは、X方向およびY方向に延びる4辺から構成される四角形のことである。ハニカムセグメント1aでは、距離A1および距離A3は、Z方向に垂直な断面において、第1セル11を区画する隔壁9のうちの、Y方向に平行で側面21から遠い側の長辺に該当する部分から側面21までの距離となる。また、ハニカムセグメント1aにおいて、距離A2および距離A4は、Z方向に垂直な断面において、第2セル15を区画する隔壁9のうちの、Y方向に平行で側面21から遠い側の辺に該当する部分から側面21までの距離となる。
In the
図5は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメント1bについて流入端面3の一部分を拡大して示した模式図である。図5に示されている部分は、図2中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント1bでは、値BOが値BCよりも小さく、かつ、側面21から同列目における距離A1と距離A2とが等しい(換言すると、値BOがゼロである)。このように値BOが値BCよりも小さくかつ値BOがゼロであることにより、ハニカムセグメント1bでは、外周領域25においてX方向またはY方向に延びる隔壁9が直線状に延びている。その結果として、ハニカムセグメント1bに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域25に存在する隔壁9に座屈がより生じにくい。そのため、ハニカムセグメント1bによれば、外周領域25における隔壁9の破損をより確実に抑制することが可能になる。
FIG. 5 is a schematic view showing an enlarged part of the
さらに、図5に示されているように、ハニカムセグメント1bでは、外周領域25において、第1セル11の開口面積が第2セル15の開口面積と等しい。ハニカムセグメント1bでは、第1セル11および第2セル15がX方向およびY方向に沿って交互に並んでいる。さらに、ハニカムセグメント1bでは、外周領域25において第1セル11および第2セル15の断面形状が四角形となっている。そのため、ハニカムセグメント1bでは、外周領域25において、側面から中心に向かう方向に延びる隔壁9も直線状に延びている。その結果、ハニカムセグメント1bでは、外周領域25に存在する隔壁9に座屈がより一層確実に生じにくく、ひいては外周領域25における隔壁9の破損をより一層確実に抑制することが可能になる。
Furthermore, as shown in FIG. 5, in the
図6は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメント1cについて流入端面3の一部分を拡大して示した模式図である。図6に示されている部分は、図2中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント1cでは、外周領域25における第1セル11の開口面積および第2セル15の開口面積が、中心領域27における第1セル11の開口面積以下である。なお、ハニカムセグメント1cでは、中心領域27および外周領域25の双方において、セル密度は同じであり、また、セル7(第1セル11および第2セル15)がX方向およびY方向に沿って直線状に並んでいる。このような構成において、外周領域25における第1セル11の開口面積および第2セル15の開口面積が中心領域27における第1セル11の開口面積以下である場合、外周領域25における隔壁9の厚さは、中心領域27と比べて大きくなる。そのため、ハニカムセグメント1cに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域25に存在する隔壁9に座屈がより生じにくい。すなわち、ハニカムセグメント1cによれば、外周領域25における隔壁9の破損をより確実に抑制することが可能になる。
FIG. 6 is a schematic view showing an enlarged part of the
図7は、本発明のハニカムフィルタのさらに他の実施形態を構成するハニカムセグメント1dについて流入端面3の一部分を拡大して示した模式図である。図7に示されている部分は、図2中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント1dでは、値BOが値BCよりも小さく、かつ、側面21から第1列目のみにおいて距離A1と距離A2とが等しい(換言すると、値BOがゼロである)。このように値BOが値BCよりも小さくかつ側面21から第1列目のみにおいて値BOがゼロであることにより、ハニカムセグメント1dでは、第1列目のセル7と第2列目のセル7との間を隔てる隔壁9が直線状に延びている。その結果として、ハニカムセグメント1dに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域25に存在する隔壁9に座屈がより生じにくく、ひいては外周領域25における隔壁9の破損をより確実に抑制することが可能になる。
FIG. 7 is a schematic view showing an enlarged part of the
加えて、ハニカムセグメント1dでは、側面21から第2列目および第3列目の第2セル15の開口面積が側面21から第1列目の第2セル15の開口面積よりも大きい。そのため、ハニカムセグメント1dによれば、上述のハニカムセグメント1bと比べて、第2列目および第3列目の第2セル15を取り囲む隔壁9で粒子状物質を多く捕集しつつも圧力損失の増大を抑制することが可能である。
In addition, in the
さらに、ハニカムセグメント1dでは、側面21から第1列目のみにおいて第1セル11の開口面積が第2セルの開口面積と等しい。さらに、ハニカムセグメント1dでは、側面21から第1列目のみにおいて、第1セル11および第2セル15の断面形状が四角形となっている。ハニカムセグメント1dでは、側面21から第1列目のみにおいて第1セル11の開口面積が第2セルの開口面積と等しいことにより、最も破損が生じ易い最外周部分の隔壁9における座屈をより一層確実に抑制可能になる。
Further, in the
図8は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を構成するハニカムセグメント1eについて流入端面3の一部分を拡大して示した模式図である。図8に示されている部分は、図2中の枠αの部分に相当する。ハニカムセグメント1eでは、側面21から第1列目のみにおいて、第1セル11の開口面積および第2セル15の開口面積が、中心領域27における第1セル11の開口面積以下である。なお、ハニカムセグメント1eでは、中心領域27および外周領域25の双方において、セル密度は同じであり、また、セル7(第1セル11および第2セル15)がX方向およびY方向に沿って直線状に並んでいる。このような構成において、側面21から第1列目のみにおいて、第1セル11の開口面積および第2セル15の開口面積が、中心領域27における第1セル11の開口面積以下である場合、上記の第1列目のセル7を囲む隔壁9の厚さは、他の部分と比べて大きくなる。そのため、ハニカムセグメント1eに対して側方から押しつぶそうとする力が加わる場合であっても、外周領域25に存在する隔壁9に座屈がより生じにくい。すなわち、ハニカムセグメント1eによれば、外周領域25における隔壁9の破損をより確実に抑制することが可能になる。
FIG. 8 is a schematic view showing an enlarged part of the
加えて、ハニカムセグメント1eでは、側面21から第2列目および第3列目の第2セル15の開口面積が側面21から第1列目の第2セル15の開口面積よりも大きい。そのため、ハニカムセグメント1eによれば、上述のハニカムセグメント1cと比べて、第2列目および第3列目の第2セル15を取り囲む隔壁9で粒子状物質を多く捕集しつつも圧力損失の増大を抑制することが可能である。
In addition, in the
ハニカムセグメント1では、第1セル11および第2セル15の形状は、第1セル11の開口面積が第2セル15の開口面積に比して小さくなる形状であれよい。例えば、第1セル11および第2セル15の形状は、それぞれ、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形形状とすることができる。特に、第2セル15の形状を八角形として、第1セル11の形状を四角形とすることが好ましい(図4を参照)。この場合には、第2セル15の「隔壁9を隔てて第1セル11と隣接する4つの辺」の長さが、第1セル11の幅と同じ長さであることが更に好ましい(図4を参照)。このようにすると、ハニカムセグメント1の機械的強度を向上させることができる。
In the
ハニカムセグメント1を構成する隔壁9の、Z方向に垂直な断面における厚さ(以下、単に、「隔壁9の厚さ」ということがある)は、少なくとも中心領域27においては基本的に均一なものとする。「基本的に均一」とは、成形時の変形等により、僅かに隔壁9の厚さに差異が生じた場合を除き、隔壁9の厚さが均一であることを意味する。例えば、ハニカムセグメント1を押出成形する口金(金型)のスリットを、スライサー加工により製造した場合に、上記均一な厚さの隔壁9が実現される。
The thickness of the
隔壁9の厚さは、64〜508μmであることが好ましく、89〜483μmであることが更に好ましく、110〜381μmであることが特に好ましい。隔壁9の厚さを上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント1の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。64μmより薄いと、ハニカムセグメント1の強度が低くなることがある。508μmより厚いと、ハニカムセグメント1の初期の圧力損失が高くなることがある。上記隔壁9の厚さは、第1セル11と第2セル15とを区画する部分における隔壁9の厚さのことである。
The thickness of the
隔壁9の気孔率は、35〜70%であることが好ましく、40〜70%であることが更に好ましく、40〜68%であることが特に好ましい。隔壁9の気孔率を上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント1の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。気孔率が35%より小さいと、ハニカムセグメント1の初期の圧力損失が高くなることがある。気孔率が70%より大きいと、ハニカムセグメント1の強度が低くなることがある。気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。
The porosity of the
隔壁9の平均細孔径は、7〜30μmであることが好ましく、8〜27μmであることが更に好ましく、9〜25μmであることが特に好ましい。隔壁9の平均細孔径を上記範囲とすることにより、ハニカムセグメント1の強度を維持し、初期の圧力損失の増加を更に抑制することができる。平均細孔径が7μmより小さいと、ハニカムセグメント1の初期の圧力損失が高くなることがある。平均細孔径が30μmより大きいと、アッシュ、微粒子状物質の捕集性能が低下することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータによって測定した値である。
The average pore diameter of the
ハニカムセグメント1のセル密度は、特に制限されないが、15〜62個/cm2であることが好ましく、31〜56個/cm2であることが更に好ましい。セル密度が上記範囲であると、ハニカムセグメント1の強度を保ちつつ圧力損失を低く抑えることができる。セル密度が15個/cm2より小さいと、ハニカムセグメント1の強度が低下するため、キャニング時に破壊してしまうおそれがある。セル密度が62個/cm2より大きいと、初期圧力損失が高くなりすぎるため、エンジン出力が低下したり、燃費が悪くなったりするおそれがある。本明細書において「セル密度」とは、Z方向に垂直な断面における単位面積当たり(1cm2当たり)のセル7の個数を意味する。
Cell density of the
隔壁9の材料としては、セラミックが好ましく、強度及び耐熱性に優れることより、コージェライト、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群から選択される少なくとも1種が更に好ましい。
The material of the
目封止部19の材料としては、隔壁9の材料と同じものを挙げることができ、隔壁9の材料と同じものを用いることが好ましい。
Examples of the material of the plugging
ハニカムセグメント1は、Z方向の長さLが50〜381mmであることが好ましく、70〜330mmであることが更に好ましく、100〜305mmであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからのPM排出量に応じた捕集容積を限られたスペースの範囲で確保できる。
The
ハニカムセグメント1は、Z方向に直交する断面における幅W(X方向およびY方向における幅)が25〜50mmであることが好ましく、30〜45mmであることが更に好ましく、33〜43mmであることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、各種エンジンからのPM排出量に応じた捕集容積を限られたスペースの範囲で確保できる。
The
ハニカムセグメント1は、上記長さL/上記幅Wの値が1.0〜12.0であることが好ましく、1.3〜8.5であることが更に好ましく、1.3〜7.3であることが特に好ましい。上記範囲とすることにより、リングクラックを抑制することができる。
The
接合層23は、複数個のハニカムセグメント1を接合して一体化するための接合材からなるものである。
The
接合層23の実際の厚さについては、ハニカムセグメント1の形状、複数個のハニカムセグメント1の配列などによって、適宜決定される。
The actual thickness of the
また、接合層23は、ハニカムセグメント1の流入端面3から流出端面5まで配設されていることが好ましい。
The
接合層23の材料については特に制限はないが、例えば、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、等のセラミック粒子を、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナにより結合した材料等を好適例として挙げることができる。このような材料を用いることによって、ハニカムフィルタ50に生じる熱応力を良好に低減することができる。また、このような材料を用いることにより、接合層23が、ハニカムフィルタ50に負荷がかかったときの緩衝材としての役割も果たす。
Although there is no restriction | limiting in particular about the material of the joining
また、接合層23としては、熱膨張係数が、2.0×10−6/K以上、4.0×10−6/K以下であることが好ましい。また、接合層23のヤング率は、0.01GPa以下であることが好ましい。熱膨張係数は、接合層23の40℃から800℃における熱膨張係数とする。
Further, the
ハニカムフィルタ50を構成するハニカムセグメント1の個数についても特に制限はない。例えば、図1に示すハニカムフィルタ50は、円筒形状の外観を備えたものであり、16個のハニカムセグメント1を備えたものである。このハニカムフィルタ50においては、4個のハニカムセグメント1が完全セグメントであり、この完全セグメントが、Z方向に直交する断面において、縦2個×横2個の配列で並んだ状態になっている。また、上記4個の完全セグメントの外周(Z方向に直交する断面における外周)に位置する12個のハニカムセグメント1が、不完全セグメントである。不完全セグメントの形状は、Z方向に直交する断面形状の一部に、ハニカムフィルタ50の外周形状に対応した形状(例えば、円弧部分)を有する。
The number of
例えば、図1に示されている、円筒形状の外観を有するハニカムフィルタ50については、まず、16個の完全セグメントを縦4個×横4個にて配置して接合してハニカムセグメント接合体を作製する。次いで、ハニカムセグメント接合体の外周を円形の断面形状となるように研削し、外周をコート材(外周壁31の材料)でコートすることにより、得ることが可能である。このとき、一部を研削されたハニカムセグメント1が不完全セグメントとなる。
For example, with respect to the
2.ハニカムフィルタの製造方法:
次に、本実施形態のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。まず、ハニカムセグメントを作製するための坏土を調製し、この坏土を成形して、複数個のハニカムセグメントの成形体を作製する(成形工程)。得られたハニカムセグメントの成形体を、乾燥して、ハニカムセグメントの乾燥体を得ることが好ましい。
2. Manufacturing method of honeycomb filter:
Next, a method for manufacturing the honeycomb filter of the present embodiment will be described. First, a kneaded material for preparing a honeycomb segment is prepared, and this kneaded material is formed to prepare a formed body of a plurality of honeycomb segments (forming step). The obtained honeycomb segment formed body is preferably dried to obtain a dried honeycomb segment body.
次に、得られたハニカムセグメントの成形体(或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカムセグメントの乾燥体)を焼成してハニカムセグメントを作製する(ハニカムセグメント作製工程)。 Next, the obtained honeycomb segment formed body (or the dried honeycomb segment dried body if necessary) is fired to prepare a honeycomb segment (honeycomb segment manufacturing step).
次に、得られた各ハニカムセグメントの流入端面における所定のセル(第1セル)の開口部、及び流出端面における残余のセル(第2セル)の開口部に目封止を施して、目封止部を形成する(目封止工程)。 Next, the openings of predetermined cells (first cells) on the inflow end face of each of the obtained honeycomb segments and the openings of the remaining cells (second cells) on the outflow end face are plugged. A stop part is formed (plugging process).
次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、ハニカムセグメント接合体(ハニカムフィルタ)を作製する(ハニカムセグメント接合工程)。即ち、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合材により接合されたハニカムセグメント接合体(ハニカムフィルタ)を作製する。接合させるハニカムセグメントの個数は、作製しようとするハニカムフィルタの大きさに合わせた個数であることが好ましい。接合材は、ハニカムセグメントが熱膨張、熱収縮したときに、体積変化分を緩衝する(吸収する)役割を果たすとともに、各ハニカムセグメントを接合する役割を果たす。この接合材が、本実施形態のハニカムフィルタにおける接合層となる。 Next, the obtained honeycomb segments are joined with a joining material to produce a joined honeycomb segment (honeycomb filter) (honeycomb segment joining step). That is, a honeycomb segment bonded body (honeycomb filter) in which a plurality of honeycomb segments are arranged adjacent to each other so that the side surfaces thereof face each other and the opposite side surfaces are bonded to each other by the bonding material is manufactured. The number of honeycomb segments to be joined is preferably a number according to the size of the honeycomb filter to be manufactured. The bonding material plays a role of buffering (absorbing) the volume change when the honeycomb segments are thermally expanded and contracted, and also functions of bonding the honeycomb segments. This bonding material becomes a bonding layer in the honeycomb filter of the present embodiment.
また、接合体を形成した後、接合体の外周部分を切削して所望の形状にすることが好ましい。本実施形態のハニカムフィルタを製造する場合には、最外周に位置するハニカムセグメントが切削されるようにして、軸方向に垂直な断面における形状が円形、楕円形、レーストラック形状になるように、接合体の外周部分を切削することが好ましい。 Moreover, after forming a joined body, it is preferable to cut the outer peripheral part of a joined body into a desired shape. When manufacturing the honeycomb filter of the present embodiment, the honeycomb segment located at the outermost periphery is cut so that the shape in the cross section perpendicular to the axial direction is a circle, an ellipse, a racetrack shape, It is preferable to cut the outer peripheral portion of the joined body.
このようにして本実施形態のハニカムフィルタを製造することができる。以下、各製造工程について更に詳細に説明する。 In this way, the honeycomb filter of the present embodiment can be manufactured. Hereinafter, each manufacturing process will be described in more detail.
2−1.成形工程:
まず、成形工程においては、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ハニカム成形体を形成する。
2-1. Molding process:
First, in the forming step, a ceramic forming raw material containing a ceramic raw material is formed to form a honeycomb formed body in which a plurality of cells serving as fluid flow paths are formed.
セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素(SiC)、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。そして、炭化珪素(SiC)、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、及びチタン酸アルミニウムからなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素(SiC)を骨材としてかつ珪素(Si)を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが42〜56質量%、アルミナが30〜45質量%、マグネシアが12〜16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。 Ceramic raw materials contained in ceramic forming raw materials include silicon carbide (SiC), silicon-silicon carbide based composite materials, silicon nitride, cordierite forming raw materials, cordierite, mullite, alumina, titania, silicon carbide, aluminum titanate, etc. Can be mentioned. And at least one selected from the group consisting of silicon carbide (SiC), silicon-silicon carbide based composite material, cordierite forming raw material, cordierite, mullite, alumina, titania, silicon carbide, and aluminum titanate. Is preferred. The “silicon-silicon carbide based composite material” is formed using silicon carbide (SiC) as an aggregate and silicon (Si) as a binder. "Cordierite raw material" is a ceramic raw material blended to have a chemical composition that falls within the range of 42 to 56% by mass of silica, 30 to 45% by mass of alumina, and 12 to 16% by mass of magnesia. It is fired to become cordierite.
また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造部の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。 The ceramic forming raw material is preferably prepared by mixing the ceramic raw material with a dispersion medium, an organic binder, an inorganic binder, a pore former, a surfactant and the like. The composition ratio of each raw material is not particularly limited, and is preferably a composition ratio in accordance with the structure and material of the honeycomb structure part to be manufactured.
セラミック成形原料を成形する際には、まず成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。 When forming the ceramic forming raw material, it is preferable to first knead the forming raw material to form a kneaded material, and the obtained kneaded material is formed into a honeycomb shape. There is no restriction | limiting in particular as a method of kneading | mixing a shaping | molding raw material and forming a clay, For example, the method of using a kneader, a vacuum clay kneader, etc. can be mentioned. A method for forming a kneaded clay to form a honeycomb formed body is not particularly limited, and a conventionally known forming method such as extrusion molding or injection molding can be used. For example, a method of forming a honeycomb formed body by extrusion molding using a die having a desired cell shape, partition wall thickness, and cell density can be cited as a suitable example. As the material of the die, a cemented carbide which does not easily wear is preferable.
また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができ、なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。 Further, after the above forming, the obtained honeycomb formed body may be dried. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include hot air drying, microwave drying, dielectric drying, reduced pressure drying, vacuum drying, freeze drying and the like. Among them, dielectric drying, microwave drying or It is preferable to perform hot air drying alone or in combination.
2−2.ハニカムセグメント作製工程:
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカムセグメントを得る。なお、ハニカム成形体の焼成は、ハニカム成形体に目封止部を配設した後に行ってもよい。
2-2. Honeycomb segment manufacturing process:
Next, the obtained honeycomb formed body is fired to obtain a honeycomb segment. The honeycomb formed body may be fired after disposing the plugging portions on the honeycomb formed body.
また、ハニカム成形体を焼成(本焼成)する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、中の有機物(有機バインダ、分散媒、造孔材等)を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は100〜300℃程度、造孔材の燃焼温度は200〜800℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、200〜1000℃程度で、3〜100時間程度加熱することが好ましい。 Further, before firing (main firing) the honeycomb formed body, it is preferable to calcine the honeycomb formed body. The calcination is performed for degreasing, and the method thereof is not particularly limited as long as the organic matter (organic binder, dispersion medium, pore former, etc.) therein can be removed. In general, the combustion temperature of the organic binder is about 100 to 300 ° C., and the combustion temperature of the pore former is about 200 to 800 ° C. Therefore, the calcining conditions are about 200 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere, 3 to It is preferable to heat for about 100 hours.
ハニカム成形体の焼成(本焼成)は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件(温度、時間、雰囲気)は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、1410〜1440℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、4〜6時間が好ましい。 Firing of the honeycomb formed body (main firing) is performed in order to sinter and densify the forming raw material constituting the calcined formed body to ensure a predetermined strength. Since the firing conditions (temperature, time, atmosphere) vary depending on the type of molding raw material, appropriate conditions may be selected according to the type. For example, when a cordierite forming raw material is used, the firing temperature is preferably 1410 to 1440 ° C. In addition, the firing time is preferably 4 to 6 hours as a keep time at the maximum temperature.
なお、ハニカム構造部が複数個のハニカムセグメントからなる場合、複数のハニカム成形体または焼成後のハニカム成形体を、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材によって接合する。接合材としては、従来公知の接合材を用いることができる。 When the honeycomb structure portion is composed of a plurality of honeycomb segments, a plurality of honeycomb formed bodies or fired honeycomb formed bodies are bonded together with a bonding material in a state where they are arranged adjacent to each other so that their side faces face each other. To do. A conventionally known bonding material can be used as the bonding material.
2−3.目封止工程:
次に、ハニカムセグメントの第1セルの流入端面側の端部と残余の第2セルの流出端面側の端部とに、目封止材料を充填して、目封止部を形成する。
2-3. Plugging process:
Next, a plugging material is filled into the end portion on the inflow end face side of the first cell of the honeycomb segment and the end portion on the outflow end face side of the remaining second cell to form a plugging portion.
ハニカムセグメントに目封止材料を充填する際には、例えば、まず、流入端面側の端部に目封止材料を充填し、その後、流出端面側の端部に目封止材料を充填する。端部に目封止材料を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカムセグメントの一方の端面(例えば、流入端面)にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造部の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入して、目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する工程である。目封止材料をハニカムセグメントのセル内に圧入する際には、目封止材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。 When filling the honeycomb segment with the plugging material, for example, the end portion on the inflow end face side is first filled with the plugging material, and then the end portion on the outflow end face side is filled with the plugging material. Examples of the method of filling the end portion with the plugging material include a method having the following masking process and press-fitting process. The masking step is a step of attaching a sheet to one end surface (for example, the inflow end surface) of the honeycomb segment, and forming a hole at a position overlapping with the “cell in which the plugging portion is to be formed” in the sheet. In the press-fitting process, “the end of the honeycomb structure portion on the side where the sheet is attached” is press-fitted into a container in which the plugging material is stored, and the plugging material is pressed into the cells of the honeycomb segment. It is a process. When the plugging material is pressed into the cells of the honeycomb segment, the plugging material passes through the holes formed in the sheet and is filled only in the cells communicating with the holes formed in the sheet.
次に、ハニカムセグメントに充填された目封止材料を乾燥させて、目封止部を形成し、目封止ハニカムセグメントを得る。なお、ハニカムセグメントの両端部に目封止材料を充填した後に、目封止材料を乾燥させてもよいし、ハニカムセグメントの一方の端部に充填した目封止材料を乾燥させた後に、他方の端部に目封止材料を充填し、その後、他方の端部に充填した目封止材料を乾燥させてもよい。更に、目封止材料を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体に目封止材料を充填し、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体と共に、目封止材料を焼成してもよい。 Next, the plugging material filled in the honeycomb segment is dried to form a plugged portion to obtain a plugged honeycomb segment. The plugging material may be dried after filling both ends of the honeycomb segment, or after the plugging material filled in one end of the honeycomb segment is dried, the other The plugging material may be filled in one end of the plug, and then the plugging material filled in the other end may be dried. Furthermore, the plugging material may be fired for the purpose of more reliably fixing. Further, the plugging material may be filled in the honeycomb formed body before drying or the dried honeycomb formed body, and the plugging material may be fired together with the honeycomb formed body before drying or the honeycomb formed body after drying.
2−4.ハニカムセグメント接合工程:
次に、得られた各ハニカムセグメントを接合材で接合して、複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士を対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合層により接合されたハニカムセグメント接合体を作製する。
2-4. Honeycomb segment joining process:
Next, the obtained honeycomb segments are bonded with a bonding material, and a plurality of honeycomb segments are arranged adjacent to each other so that the side surfaces face each other, and the opposite side surfaces are bonded by a bonding layer. A bonded honeycomb segment assembly is produced.
ハニカムセグメントは、接合材を用いて接合されることが好ましい。接合材をハニカムセグメントの側面に塗布する方法は、特に限定されず、刷毛塗り等の方法を用いることができる。 The honeycomb segments are preferably bonded using a bonding material. The method for applying the bonding material to the side surfaces of the honeycomb segments is not particularly limited, and a method such as brush coating can be used.
接合材としては、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スラリー等を挙げることができる。 Examples of the bonding material include a slurry obtained by adding water to an inorganic raw material such as inorganic fiber, colloidal silica, clay, and SiC particles and adding an additive such as an organic binder, a foamed resin, and a dispersant, and kneading. it can.
ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合材が、作製されるハニカムフィルタにおける接合層となる。 A bonding material for bonding the side surfaces of the honeycomb segments becomes a bonding layer in the manufactured honeycomb filter.
複数個のハニカムセグメントを接合材によって接合した後、得られたハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削して所望の形状にすることが好ましい。また、ハニカムセグメントを接合し、ハニカムセグメントの接合体の外周部分を切削した後に、その外周部分に外周コート材を配設して、ハニカムフィルタを作製することが好ましい。この外周コート材が、ハニカムフィルタの外周壁となる。このような外周壁を配設することにより、ハニカムフィルタの真円度が向上する等の利点がある。 After bonding a plurality of honeycomb segments with a bonding material, it is preferable to cut the outer peripheral portion of the obtained bonded honeycomb segment assembly into a desired shape. In addition, it is preferable to manufacture the honeycomb filter by bonding the honeycomb segments and cutting the outer peripheral portion of the joined body of the honeycomb segments and then disposing the outer peripheral coating material on the outer peripheral portion. This outer peripheral coating material becomes the outer peripheral wall of the honeycomb filter. By providing such an outer peripheral wall, there is an advantage that the roundness of the honeycomb filter is improved.
このように構成することによって、本実施形態のハニカムフィルタを製造することができる。但し、本実施形態のハニカムフィルタの製造方法は、上述した製造方法に限定されることはない。 With such a configuration, the honeycomb filter of the present embodiment can be manufactured. However, the manufacturing method of the honeycomb filter of the present embodiment is not limited to the manufacturing method described above.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
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80:20の質量割合で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、造孔材として吸水性樹脂を添加するとともに、水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。
Example 1
As a ceramic raw material, a mixture of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder in a mass ratio of 80:20 was used. Then, hydroxypropylmethylcellulose as a binder and a water-absorbing resin as a pore former were added thereto, and water was added to prepare a molding raw material. The obtained forming raw material was kneaded using a kneader to obtain clay.
次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて成形し、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカムセグメントの成形体を複数個作製した。 Next, the obtained kneaded material was molded using a vacuum extrusion molding machine to produce a plurality of honeycomb segment molded bodies in which a plurality of cells were partitioned by partition walls.
次に、得られたハニカムセグメントの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。なお、乾燥時には、ハニカムセグメントの成形体の流出端面が、鉛直下向きになるように配置して乾燥を行った。 Next, the obtained honeycomb segment formed body was dried by high-frequency dielectric heating, and then dried at 120 ° C. for 2 hours using a hot air dryer. In addition, at the time of drying, it arrange | positioned so that the outflow end surface of the molded object of a honeycomb segment might face vertically downward, and it dried.
乾燥後のハニカムセグメントの成形体に、目封止部を形成した。まず、ハニカムセグメントの成形体の流入端面側のセルの開口部に、マスクを施した。このとき、開口部を完全にマスクで覆われたセルと、開口部を完全にはマスクで覆われていないセルとが交互に並ぶようにした。そして、ハニカムセグメントの成形体のマスクを施した側の端部を目封止スラリー(目封止材料)に浸漬して、マスクが施されていないセルの開口部に目封止スラリーを充填した。そして、乾燥後のハニカムセグメントの成形体の流出端面における残りのセル(即ち、流入端面において目封止部を形成していないセル)についても、同様にして、目封止部を形成した。 A plugged portion was formed on the dried honeycomb segment formed body. First, a mask was applied to the opening of the cell on the inflow end face side of the honeycomb segment formed body. At this time, cells whose openings were completely covered with a mask and cells whose openings were not completely covered with a mask were alternately arranged. Then, the end of the honeycomb segment formed body on which the mask was applied was immersed in a plugging slurry (plugging material), and the openings of the cells not provided with the mask were filled with the plugging slurry. . Then, the plugged portions were formed in the same manner for the remaining cells on the outflow end surface of the formed honeycomb segment body after drying (that is, the cells where the plugged portions were not formed on the inflow end surface).
そして、目封止部を形成したハニカムセグメントの成形体を脱脂し、焼成して、目封止部がセルの開口部に配設されたハニカムセグメントを得た。脱脂の条件は、550℃で3時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、1450℃、2時間とした。なお、焼成時には、ハニカムセグメントの成形体の流出端面が、鉛直下向きになるように配置して焼成を行った。 Then, the honeycomb segment formed body in which the plugged portions were formed was degreased and fired to obtain a honeycomb segment in which the plugged portions were arranged in the openings of the cells. The degreasing conditions were 550 ° C. for 3 hours. The firing conditions were 1450 ° C. and 2 hours in an argon atmosphere. At the time of firing, firing was performed by arranging the outflow end surface of the honeycomb segment formed body vertically downward.
得られたハニカムセグメントは、中心領域における隔壁厚さが317.5μmであり、セル密度が46.5個/cm2であった。また、ハニカムセグメントは四角柱形状(41.5mm×41.5mmの正方形の断面形状)であった。また、側面から第2列目以降において、第1セルの断面形状は正方形、第2セルの断面形状は、八角形(X方向およびY方向に延びる4辺の長辺と長辺同士の間に介在する短辺で囲まれる八角形)であった(図4を参照)。中心領域における第2セルの開口面積と第1セルの開口面積の比は1.7であった。さらに、実施例1のハニカムセグメントに関し、「(「加工セル範囲」の)外周領域における第2セルの開口面積と第1セルの開口面積の比(第2セルの開口面積/第1セルの開口面積の比)」、「値BC」、「値BO」、「側面からの第3列目までのセルの列のうちで距離A1と距離A2の差が表1に示した値BOとなる列数(加工セル範囲)」を表1に示す。 The obtained honeycomb segment had a partition wall thickness of 317.5 μm in the center region and a cell density of 46.5 cells / cm 2 . The honeycomb segment had a quadrangular prism shape (41.5 mm × 41.5 mm square cross-sectional shape). In the second and subsequent columns from the side, the cross-sectional shape of the first cell is a square, and the cross-sectional shape of the second cell is an octagon (between the long side and the long side of the four sides extending in the X direction and the Y direction). It was an octagon surrounded by an intervening short side) (see FIG. 4). The ratio of the opening area of the second cell to the opening area of the first cell in the central region was 1.7. Further, regarding the honeycomb segment of Example 1, the ratio of the opening area of the second cell and the opening area of the first cell in the outer peripheral region (of the “processing cell range”) (opening area of the second cell / opening of the first cell) (Area ratio) ”,“ value B C ”,“ value B O ”,“ value of the difference between the distance A 1 and the distance A 2 among the cell columns from the side surface to the third column is shown in Table 1. Table 1 shows the number of columns to be B 2 O (processing cell range).
上述のハニカムセグメントを16個作製した。そして、16個のハニカムセグメントが、4個×4個の並びになるようにして、接合材で接合し、接合材を乾燥させてハニカムセグメントの接合体を得た。乾燥させた接合材が、接合層となる。接合材をハニカムセグメントの側面に塗布する際には、接合層の厚さが1.0mmとなるようにした。 Sixteen honeycomb segments described above were produced. Then, the 16 honeycomb segments were arranged in a 4 × 4 array, joined with a joining material, and the joining material was dried to obtain a joined body of honeycomb segments. The dried bonding material becomes a bonding layer. When the bonding material was applied to the side surface of the honeycomb segment, the thickness of the bonding layer was set to 1.0 mm.
次に、ハニカムセグメントの接合体を、その全体形状が円筒形状となるように、外周を研削加工した。その後、研削加工したハニカムセグメントの接合体の外周に、セラミック材料を塗工して外周壁を形成し、ハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタのZ方向に垂直な断面の形状は、直径が165.0mmの円形であった。また、ハニカムフィルタのZ方向の長さは140.5mmであった。 Next, the outer periphery of the joined body of honeycomb segments was ground so that the overall shape thereof was a cylindrical shape. Thereafter, a ceramic material was applied to the outer periphery of the bonded honeycomb segment assembly to form an outer peripheral wall, thereby obtaining a honeycomb filter. The shape of the cross section perpendicular to the Z direction of the honeycomb filter was a circle having a diameter of 165.0 mm. The length of the honeycomb filter in the Z direction was 140.5 mm.
(実施例2〜6)
実施例2〜6のハニカムフィルタについては、各条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様に作製した。
(Examples 2 to 6)
The honeycomb filters of Examples 2 to 6 were manufactured in the same manner as Example 1 except that the conditions were changed as shown in Table 1.
(比較例1)
値BCと値BOがともに0.17mmで、第1セルの断面形状が正方形、第2セルの断面形状が八角形(X方向およびY方向に延びる4辺の長辺と長辺同士の間に介在する短辺で囲まれる八角形)(図4を参照)、全領域において第2セルの開口面積と第1セルの開口面積の比(第2セルの開口面積/第1セルの開口面積の比)が1.7とし、かつ値BCと値BOとを等しくした以外は、実施例1と同じ方法によってハニカムフィルタを得た。
(Comparative Example 1)
The value B C and the value B O are both 0.17 mm, the cross-sectional shape of the first cell is square, the cross-sectional shape of the second cell is octagonal (the long sides of the four sides extending in the X direction and the Y direction are (An octagon surrounded by a short side interposed therebetween) (see FIG. 4), the ratio of the opening area of the second cell to the opening area of the first cell in the entire region (opening area of the second cell / opening of the first cell) A honeycomb filter was obtained by the same method as in Example 1 except that the area ratio was 1.7 and the value BC and the value BO were made equal.
実施例1〜6および比較例1のハニカムフィルタについて、[アイソスタティック強度]および[圧力損失]の各評価を行った。各評価の評価方法を以下に示す。 The honeycomb filters of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were evaluated for [isostatic strength] and [pressure loss]. The evaluation method for each evaluation is shown below.
[アイソスタティック強度]
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格(JASO規格)のM505−87で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカムフィルタを入れてゴム製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカムフィルタが外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカムフィルタが破壊したときの加圧圧力値(MPa)で示される。実施例1〜6については、比較例1のハニカムフィルタのアイソスタティック強度を基準(100%)とした場合の増減(%)(例えば、110%の場合には+10%)を表1に示す。
[Isostatic strength]
The measurement of isostatic strength was performed based on the isostatic fracture strength test prescribed | regulated by M505-87 of the automobile standard (JASO standard) by the Japan Society for Automotive Engineers. The isostatic fracture strength test is a test in which a honeycomb filter is placed in a rubber cylindrical container, covered with a rubber plate, and isotropically compressed in water. In other words, the isostatic fracture strength test is a test that simulates the compression load applied when the honeycomb filter is gripped on the outer peripheral surface of the can body. The isostatic strength measured by this isostatic fracture strength test is indicated by a pressure value (MPa) when the honeycomb filter breaks. For Examples 1 to 6, Table 1 shows the increase / decrease (%) (for example, + 10% in the case of 110%) when the isostatic strength of the honeycomb filter of Comparative Example 1 is used as the reference (100%).
[圧力損失(kPa)の測定]:
圧力損失は、空気を供給したときの圧力損失を測定した。圧力損失の測定に際しては、まず、作製したハニカムフィルタを収納缶内に収納して排ガス浄化システムを得た。次に、この排ガス浄化システムに、空気を所定の流量で供給した。この場合における圧力損失を測定した。
[Measurement of pressure loss (kPa)]:
For the pressure loss, the pressure loss when air was supplied was measured. In measuring the pressure loss, first, the manufactured honeycomb filter was stored in a storage can to obtain an exhaust gas purification system. Next, air was supplied to the exhaust gas purification system at a predetermined flow rate. The pressure loss in this case was measured.
実施例1〜6の圧力損失に関しては、空気の流量を「10Nm3/分」としたときの比較例1の圧力損失を基準(100%)とした場合の増減(%)(例えば、110%の場合には+10%)を表1に示す。 Regarding the pressure loss of Examples 1 to 6, increase / decrease (%) (for example, 110%) when the pressure loss of Comparative Example 1 when the air flow rate is “10 Nm 3 / min” is used as the reference (100%) In the case of + 10%), the results are shown in Table 1.
[考察]
実施例1〜6のハニカムフィルタは、比較例1のハニカムフィルタと比較して、アイソスタティック強度が増加し、圧力損失の増大を16%以下に抑えることが可能であった。
[Discussion]
Compared with the honeycomb filter of Comparative Example 1, the honeycomb filters of Examples 1 to 6 had an increased isostatic strength and were able to suppress an increase in pressure loss to 16% or less.
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関、または各種燃焼装置から排出される排ガスの浄化するためのフィルタとして利用できる。 The present invention can be used as a filter for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine or various combustion apparatuses.
1,1a〜1e:ハニカムセグメント、3:流入端面、5:流出端面、7:セル、9:隔壁、11:第1セル、13:(第1セルの)開口部、15:第2セル、17:(第2セルの)開口部、19:目封止部、21:側面、23:接合層、25:外周領域、27:中心領域、31:外周壁、33:側壁、35:交点部、50:ハニカムフィルタ。 1, 1a to 1e: honeycomb segment, 3: inflow end surface, 5: outflow end surface, 7: cell, 9: partition wall, 11: first cell, 13: opening of (first cell), 15: second cell, 17: (second cell) opening, 19: plugging portion, 21: side surface, 23: bonding layer, 25: outer peripheral region, 27: central region, 31: outer peripheral wall, 33: side wall, 35: intersection portion 50: Honeycomb filter.
Claims (7)
前記ハニカムセグメントに形成された前記複数のセルのうちの所定のセルである第1セルの前記流入端面側の開口部および前記複数のセルのうちの残余のセルである第2セルの前記流出端面側の開口部を封止する目封止部複数個と、
前記複数個のハニカムセグメントの側面同士の少なくとも一部を接合する接合層と、を備え、
前記ハニカムセグメントは、前記第1セルと前記第2セルとが交互に配置され、前記ハニカムセグメントの前記側面から第1列目〜第3列目に配置された前記セルを形作る外周領域と前記側面から第4列目以降に配置された前記セルを形作る中心領域とを有するとともに、
前記中心領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第1セルの開口面積が前記第2セルの開口面積より小さく、
前記外周領域においては、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第1セルの開口面積が前記第2セルの開口面積と等しいか又は小さく、
前記外周領域において、前記第1セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A1とし、前記第2セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A2とし、前記中心領域において、前記第1セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A3とし、前記第2セルを区画する隔壁のうちで前記ハニカムセグメントの前記側面から最も遠い部分から前記側面までの距離を距離A4とする場合に、前記側面から同列目における前記距離A2と前記距離A1との差の値BOが、前記側面から同列目における前記距離A4と前記距離A3との差の値BCよりも小さいハニカムフィルタ。 A plurality of honeycomb segments having partition walls that define a plurality of cells that serve as fluid flow paths extending from the inflow end surface to the outflow end surface;
The opening on the inflow end face side of the first cell that is a predetermined cell among the plurality of cells formed in the honeycomb segment and the outflow end face of the second cell that is the remaining cell among the plurality of cells. A plurality of plugged portions for sealing the opening on the side;
A bonding layer for bonding at least a part of the side surfaces of the plurality of honeycomb segments,
In the honeycomb segment, the first cell and the second cell are alternately arranged, and the outer peripheral region and the side surface forming the cells arranged in the first to third rows from the side surface of the honeycomb segment. And a central region forming the cells arranged in the fourth and subsequent columns,
In the central region, in the cross section perpendicular to the cell extending direction, the opening area of the first cell is smaller than the opening area of the second cell,
In the outer peripheral region, in the cross section perpendicular to the cell extending direction, the opening area of the first cell is equal to or smaller than the opening area of the second cell,
In the peripheral region, wherein among the partition walls where the distance from the farthest part to the side from the side surface of the honeycomb segment of the first cell to partition the partition wall and the distance A 1, partitioning the second cell the distance from the farthest portion from the side face of the honeycomb segment to the side and the distance a 2, in the central region, the side from the farthest portion from the side surface of the honeycomb segments among the barrier ribs partitioning the first cell when the distance to the distance a 3, the distance to the side surface and the distance a 4 from the farthest portion from the side surface of the honeycomb segments among the barrier ribs partitioning the second cell, the same row as counted from the side the difference between the distance a 2 values B O of the difference between the distance a 1 is, and the distance a 4 and the distance a 3 in the same row as counted from the side in Small honeycomb filter than the value B C.
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