JP4960275B2 - Honeycomb filter - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカムフィルタに関する。 The present invention relates to a honeycomb filter.
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。 In recent years, in consideration of the influence on the environment, there is an increasing need to remove particulate matter and the like in exhaust gas from internal combustion engines, boilers, and the like from the exhaust gas. In particular, regulations regarding the removal of graphite fine particles (hereinafter referred to as PM) discharged from diesel engines are in a direction to be strengthened both in the US and Europe. As a collecting filter for removing such PM, a honeycomb filter having a honeycomb structure called DPF (Diesel Particulate Filter) is used. The honeycomb filter is accommodated in a casing provided in the middle of the exhaust pipe. The honeycomb filter has a large number of cells penetrating in the longitudinal direction and partitioned by cell walls. Then, a pair of adjacent cells are plugged with a plug at one end opposite to each other, and the plug is formed over the entire end surface (inlet side end surface and outlet side end surface) of the honeycomb structure. Is formed in a checkered pattern. In the honeycomb structure having such a structure, exhaust gas flows into a cell whose end face on the inlet side is not plugged, that is, a cell whose end is plugged on the end face on the outlet side, and the exhaust gas is It passes through the porous cell wall and is discharged from an adjacent cell, that is, a cell whose end is plugged at the inlet side end face and whose outlet side end face is not plugged. At this time, the cell wall becomes a filtration filter, and, for example, PM discharged from a diesel engine is collected on the cell wall. Thus, the PM collected on the cell wall is burned and removed by heating means such as a burner and a heater, or the heat of exhaust gas, and the filter is regenerated.
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。 Conventionally, for example, a honeycomb filter disclosed in Patent Document 1 is known. The honeycomb filter disclosed in Patent Document 1 discloses a method for forming a sealing body by filling a cell paste with a sealing paste mainly composed of ceramic powder and drying or firing. Usually, after filling the cell paste with the sealing paste, vibration is applied to make the sealing paste uniform and improve the adhesion to the cell wall. However, when the thermal stress increases during the PM combustion removal process during running or filter regeneration, there is a problem that cracks are likely to occur in the sealing body of Patent Document 1 and the cell wall adjacent thereto. On the other hand, when adopting a method of increasing the porosity of the sealing body to increase the elastic modulus of the sealing body and relieving stress, the strength of the sealing body itself such as heat resistance or impact resistance is reduced. There was a risk of inviting.
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。
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。
However, the honeycomb filter disclosed in Patent Document 2 is still insufficient from the viewpoint of preventing cracks in the vicinity of the interface between the sealing body and the cell wall.
Therefore, the present invention provides a honeycomb structure and a sealing body by making specific material properties different between the core corresponding to the central region of the cell and the cladding corresponding to the peripheral region of the cell in the sealing body. It was completed based on the new knowledge that the stress at the interface can be suppressed. An object of the present invention is to suppress thermal stress at the interface between a sealing body and a cell wall in a honeycomb filter.
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、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。 One embodiment of the present invention includes a columnar honeycomb structure having a plurality of cells partitioned into a honeycomb shape by cell walls, and a sealing body that seals one selected open end of each cell. In the honeycomb filter, the sealing body includes a clad that occupies a peripheral region of the cell and a core that occupies a central region including a central axis of the corresponding cell at an opening end portion of the corresponding cell. The Young's modulus of the core is different from the Young's modulus of the clad, and the Young's modulus of the core is higher than the Young's modulus of the clad .
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。 In one embodiment of the present invention, the core has an area ratio of 20 to 80% in a vertical cross section with respect to a central axis of the cell.
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。
One embodiment of the present invention is characterized in that the core is substantially circular in a cross section perpendicular to the central axis of the cell.
In one embodiment of the present invention, the honeycomb structure includes a first plurality of cells having a first opening cross-sectional area, and a second opening cross-sectional area different from the first opening cross-sectional area. A plurality of cells, and one of the first plurality of cells and the second plurality of cells is closed by the sealing body having the core and the clad, The other of the plurality of cells and the second plurality of cells is blocked by a sealing body different from the sealing body having the core and the clad.
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。
In one embodiment of the present invention, the first opening cross-sectional area is larger than the second opening cross-sectional area, and the sealing body is provided at an opening end portion of the first plurality of cells. And
In one embodiment of the present invention, the honeycomb structure includes an upstream end portion into which exhaust gas flows and a downstream end portion from which exhaust gas flows out, and the sealing body includes the downstream end portion of the honeycomb structure. (2), provided at the open end of a plurality of cells selected from the plurality of cells.
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。 In one embodiment of the present invention, the sealing body is a double-layer ceramic sealing body in which each of the core and the cladding is made of ceramic.
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。 According to the present invention, a honeycomb filter in which thermal stress at the interface between the sealing body and the cell wall is suppressed can be obtained.
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。
Hereinafter, an embodiment in which the honeycomb filter of the present invention is applied to an exhaust gas purification apparatus for a vehicle will be described.
First, an outline of the exhaust gas purification device will be described. Note that the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment adopts a natural ignition method, and the collected PM is regenerated by the heat of the exhaust gas, but is not limited to the natural ignition method, which Such a method may be used.
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。 As shown in FIG. 1, the exhaust gas purification device 10 is a device for purifying exhaust gas discharged from, for example, a diesel engine 11. The diesel engine 11 includes a plurality of cylinders (not shown). Each cylinder is connected to a branch portion 13 of an exhaust manifold 12 made of a metal material. Each branch portion 13 is connected to one manifold body 14. Therefore, the exhaust gas discharged from each cylinder is concentrated in one place.
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。 A first exhaust pipe 15 and a second exhaust pipe 16 made of a metal material are disposed on the downstream side of the exhaust manifold 12. The upstream end of the first exhaust pipe 15 is connected to the manifold body 14. Between the 1st exhaust pipe 15 and the 2nd exhaust pipe 16, the cylindrical casing 18 which consists of a metal material is arrange | positioned. The upstream end of the casing 18 is connected to the downstream end of the first exhaust pipe 15, and the downstream end of the casing 18 is connected to the upstream end of the second exhaust pipe 16. As a result, the internal regions of the first exhaust pipe 15, the casing 18, and the second exhaust pipe 16 communicate with each other, and the exhaust gas flows through them.
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。 The casing 18 is formed so that the inner diameter of the casing 18 is larger than that of the exhaust pipes 15 and 16. Therefore, the inner area of the casing 18 is wider than the inner areas of the exhaust pipes 15 and 16. A honeycomb filter 21 is accommodated in the casing 18. Between the outer peripheral surface of the honeycomb filter 21 and the inner peripheral surface of the casing 18, a heat insulating material (so-called holding sealing material) 19 separate from the honeycomb filter 21 is disposed. A catalyst carrier 71 is accommodated in the casing 18 on the upstream side of the honeycomb filter 21. A conventionally known oxidation catalyst is supported inside the catalyst carrier 71, and the exhaust gas is oxidized in the catalyst carrier 71. The oxidation heat at this time is conducted inside the honeycomb filter 21 and contributes to the regeneration process of PM inside the honeycomb filter 21.
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。 As shown in FIG. 2, the honeycomb filter 21 has a columnar honeycomb structure 23 composed of a plurality (16 in the present embodiment) of honeycomb members 22 having a quadrangular prism shape, and the end of the end portion of the honeycomb structure 21 is formed. A sealing body 30 is provided at a predetermined location. In the honeycomb filter 21 of the present embodiment, a honeycomb molded body having the same shape as the honeycomb member 22 extruded by extrusion molding is dried under predetermined conditions, and a predetermined portion at an end portion of the dried honeycomb molded body is sealed as described later. And dried and fired under predetermined conditions. The obtained plurality of honeycomb fired bodies are bundled together with the bonding material 24 to form an aggregate and dried under predetermined conditions. In order to make the cross section of the obtained aggregate circular, the outer peripheral portion of the aggregate is cut. The coating layer paste is applied to the outer peripheral surface, and the coating layer 41 is formed by drying. In this way, the honeycomb filter 21 is obtained. The term “cross section” used in this specification means a cross section perpendicular to the axis Q of the honeycomb filter 21 (see FIGS. 1 and 4). The bonding material 24 contains an inorganic binder, an organic binder, inorganic fibers, and the like, and a conventionally known composition can be used.
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。 As shown in FIG. 3, the honeycomb member 22 includes an outer peripheral wall 26 and a cell wall 27 disposed on the inner side of the outer peripheral wall 26, and the cross-sectional shape is formed in a square shape. A material for forming the outer peripheral wall 26 and the cell wall 27 of the honeycomb member 22, that is, a main material (main component) for forming the honeycomb structure 23 includes ceramic. The “main component” here refers to a component contained in 50% by mass or more of all components forming the honeycomb structure 23. It is preferable that 80% or more of “main component” is contained.
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。 Examples of this type of ceramic include nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride, carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide, alumina, zirconia, and cord Ceramic materials such as oxide ceramics such as light, mullite, silica, titania and aluminum titanate can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, silicon carbide, cordierite, and aluminum titanate are preferably employed from the viewpoints of excellent heat resistance and thermal shock resistance.
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。 In the material forming the honeycomb structure 23, other components including, for example, Al element, Fe element, B element, Si element and free carbon may be contained as impurities. Further, the cell wall 27 of the present embodiment may carry an oxidation catalyst made of a platinum group element (for example, Pt or the like), a metal element such as an alkali metal or alkaline earth metal, and an oxide thereof. When such an oxidation catalyst is supported on the cell wall 27, the combustion temperature of PM collected on the surface and inside of the cell wall 27 can be lowered by the action of the oxidation catalyst. Further, it is possible to purify the harmful substances such as NO X by the catalyst.
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。 The honeycomb member 22 has a plurality of cells 28 (through-holes) having a substantially square cross section that is penetrated in the longitudinal direction by being partitioned by the cell walls 27 and partitioned in a honeycomb shape by the cell walls 27 ( (See FIGS. 2 and 3). As shown in FIG. 4, each cell 28 is penetrated in the axial direction Q from one end face (upstream end face 29A) to the other end face (downstream end face 29B), and the flow path of exhaust gas as fluid Become. And the opening edge part of each cell 28 is sealed by the sealing body 30 in the any one end surface (upstream side end surface 29A, downstream end surface 29B) side. Therefore, when viewed as a whole, the end faces (upstream end face 29A, downstream end face 29B) have a checkered pattern. That is, of the many cells 28, about half of the cells 28 open at the upstream end surface 29A, and the remaining cells 28 open at the downstream end surface 29B.
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。 As shown in FIG. 5, each sealing body 30 is adjacent to the cell wall 27 in each cell 28, that is, to the cladding (first sealing member) 30 a that occupies the peripheral region of the cell 28, and to the cell wall 27. It has a double structure composed of a core (second sealing member) 30b that does not contact, that is, occupies a central region including the central axis X of the cell 28. The Young's modulus of the clad 30a and the Young's modulus (E) of the core 30b are different. Due to the difference in Young's modulus (E), thermal stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 can be suppressed. By selecting the material or composition constituting the clad 30a and the core 30b, the clad 30a and the core 30b having different Young's moduli (E) can be obtained. Generally, different ceramic materials have different Young's moduli. Moreover, even if it is the same material, a Young's modulus (E) can also be changed by changing the porosity of a sealing member. In general, it is known that the Young's modulus (E) decreases when the porosity of a ceramic material is increased.
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。 The main material (main component) for forming the clad 30a and the core 30b is preferably the same ceramic as the honeycomb structure 23 from the viewpoint of ensuring the same characteristics as the honeycomb structure 23. For example, nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, titanium nitride, carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, tungsten carbide, alumina, zirconia, cordierite, mullite, silica, titania An oxide ceramic such as aluminum titanate is preferable. The “main component” here refers to a component contained in the material forming the sealing body 30 by 50 mass% or more.
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。 The material forming the clad 30a and the core 30b may contain impurities as other components including, for example, an Al element, an Fe element, a B element, an Si element, and free carbon, as in the honeycomb structure 23. Good. The clad 30a and the core 30b can have different Young's moduli (E) of the clad 30a and the core 30b by appropriately selecting and adjusting the blending amounts of the main material (main component) and other components (impurities). Can do.
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。 The Young's modulus (E) is also called a longitudinal elastic modulus, and is a constant that determines the value of strain with respect to stress in the elastic range. The Young's modulus (E) = stress (σ) / strain (ε) is obtained from the relationship of the strain amount to the direction of tensile or compressive stress in one direction. The Young's modulus (E) is a value obtained by applying a known value for each ceramic material (for example, silicon carbide 430 GPa (JIS R1602)), or measuring the Young's modulus (E) of each ceramic material using a known measuring instrument. May be applied. JIS R1602 defines a method for measuring the room temperature of ceramics, and JIS R1605 defines a method for measuring the high temperature of ceramics.
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。 Since the Young's modulus varies depending on the temperature of the ceramic material, in this embodiment, it is preferable that the Young's modulus of the clad 30a and the core 30b are preferably different at the operating temperature (600 ° C. to 800 ° C.). As a method for measuring the Young's modulus, a known measurement method can be used. For example, a strain gauge method, a static test method, a lateral vibration method, an ultrasonic method (pulse echo overlap method), or the like can be used.
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。 When the Young's modulus is changed by changing the porosity of the clad 30a and the core 30b, it can be achieved by adjusting the water content in the foam paste or the sealing paste as a raw material to the material. it can. The foaming material is not particularly limited as long as it is decomposed by heating at the time of use, and examples thereof include known foaming materials such as ammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, amyl acetate, butyl acetate and diazoaminobenzene. Can do. Furthermore, a resin such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin, or a balloon such as an inorganic substance or an organic substance may be used.
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。 The thermoplastic resin is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resin, phenoxy resin, polyether sulfone, polysulfone, and the like. The thermosetting resin is not particularly limited, and examples thereof include epoxy resins and phenols. Examples thereof include resins, polyimide resins, polyester resins, bismaleimide resins, polyolefin resins, polyphenylene ether resins, and the like. The shape of these resins is not particularly limited, and examples thereof include arbitrary shapes such as a spherical shape, an elliptical spherical shape, a cubic shape, an indeterminate shape, a column shape, and a plate shape. Moreover, when the said resin is spherical, the average particle diameter is desirable to be 30-300 micrometers.
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。 The balloon is a concept including so-called bubbles and hollow spheres, and the organic balloon is not particularly limited, and examples thereof include an acrylic balloon and a polyester balloon, and the inorganic balloon is not particularly limited. Examples thereof include an alumina balloon, a glass micro balloon, a shirasu balloon, a fly ash balloon (FA balloon), and a mullite balloon. The shape of these balloons, the average particle diameter, and the like are desirably the same as those of the above-described resin.
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。 Here, the Young's modulus (E) of the sealing body 30 is adjusted by including the foamed material, a resin such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin, or an organic or inorganic balloon in the sealing body 30. What can be done is considered as follows. That is, the above-described material is dispersed in a substantially uniform state in each sealing member at the stage of manufacturing the honeycomb filter of the present embodiment. However, the honeycomb filter is actually used and heated to a high temperature. Then, organic components such as the foaming material are decomposed and burned out, and pores are formed in the sealing member. At this time, the value of Young's modulus (E) can be adjusted by adjusting the porosity and the pore diameter of the pores formed in the sealing member.
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。 It is preferable that the Young's modulus of the core 30b occupying the central region of the cell is higher than the Young's modulus of the cladding 30a occupying the peripheral region of the cell. With this configuration, thermal stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 can be further suppressed. In addition, in the cross section perpendicular to the central axis X of the sealing body 30, the area of one core 30 b (referred to as an area ratio of the core) is preferably 20 to 80% of the opening area of the corresponding cell 28. The area ratio of the core 30b is more preferably 30 to 70%, and particularly preferably 40 to 60%. If the area ratio of the core 30b is less than 20%, the core 30b is small and manufacturing becomes difficult. Further, since the clad 30 a having a low Young's modulus occupies most of the sealing body 30, the mechanical strength of the sealing body 30 may be reduced. In addition, when the Young's modulus difference between the cell wall 27 and the clad 30a is large, the shrinkage rate difference is also large, and cracks are likely to occur in the drying process during manufacturing. On the other hand, when the area ratio of the core 30b exceeds 80%, the thermal stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 increases, and there is a possibility that cracks may occur. See FIG.
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。 The Young's modulus of the clad 30a and the core 30b is not particularly limited as long as they are different from each other, but the high Young's modulus of the clad 30a and the core 30b is preferably 40 to 60 GPa, and 50 to 60 GPa. More preferably. Of the clad 30a and the core 30b, those having a low Young's modulus are preferably 10 to 40 GPa, and more preferably 20 to 35 GPa. There exists a possibility that mechanical strength may fall that the Young's modulus of a sealing member is less than 10 GPa. On the other hand, if the Young's modulus of the sealing member exceeds 60 GPa, the resistance to sudden temperature changes (thermal shock resistance) may be deteriorated.
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。 In the cross section perpendicular to the central axis X of the cell 28, the shape of the core 30b is not particularly limited, but may be a polygon such as a substantially triangular shape, a substantially rectangular shape, a substantially hexagonal shape or a substantially octagonal shape, a substantially circular shape, or the like. Among them, it is more preferable to adopt a substantially circular shape that can further suppress the thermal stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27.
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。 As shown in FIG. 2, a coating layer 41 is provided on the entire outer periphery of the honeycomb structure 23. The coating layer 41 is provided in order to suppress the displacement of the honeycomb filter 21 in the casing 18. The coating layer 41 contains inorganic particles, an inorganic binder, an organic binder, and the like, and may contain inorganic fibers.
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。 Next, a method for manufacturing the honeycomb filter 21 of the present embodiment will be described. Here, first, a method for manufacturing a honeycomb formed body having the same shape as the honeycomb member 22 will be described. A honeycomb formed body is obtained by extrusion molding a raw material paste containing ceramic powder (for example, the above-described silicon carbide powder) as a main raw material. In addition, the raw material paste may contain a baking aid such as aluminum, boron, iron, and carbon, an organic binder (for example, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, and the like), water, and the like. The “raw material paste” means “a material for forming the honeycomb structure 23” in the present specification.
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。 Next, the opening end of the predetermined cell 28 is closed with the sealing body 30. More specifically, the clad 30 a is disposed so as to occupy the peripheral region adjacent to the cell wall 27 of the corresponding cell 28, and the core 30 b is disposed so as to occupy the central region of the cell 28. For example, as shown in FIG. 6, the sealing body paste P1 that finally constitutes the clad 30a is filled into the cells 28 (see FIG. 6A), and then the columnar members 30c that constitute the core 30b are formed. The sealing body 30 is manufactured by being pushed into the sealing body paste P1 (see FIG. 6B). As a method of filling the sealing body paste P1 into the cells 28, a known method such as an extrusion filling method using a mask member opened in a sealing pattern can be appropriately employed.
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。 Alternatively, as shown in FIG. 7, a two-color extruder (or two-type extruder) 31 is used to seal the sealing body paste P1 that finally forms the clad 30a and the sealing body paste P2 that finally forms the core 30b. The open end of the cell 28 can be filled by applying a two-color extrusion method using As the sealing body pastes P1 and P2, for example, ceramic powder (for example, the above-mentioned silicon carbide powder) as a main raw material, a baking aid such as aluminum, boron, iron, and carbon, a lubricant (for example, polyoxy) Ethylene monobutyl ether), solvent (eg, diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether), dispersant (eg, phosphate ester compound), binder (eg, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, etc.), etc. May be. Further, the porosity of the sealing body 30 can be adjusted by blending a resin such as a foam material, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a balloon made of an inorganic material or an organic material, and the like. However, in order to make the Young's modulus of the clad 30a and the core 30b different, the composition or the porosity of the sealing body pastes P1 and P2 is selected. In addition, as the columnar member 30c, the thing which shape | molded the sealing body paste P2 in the predetermined shape and dried can be used.
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。 The filter molded body filled with this sealing body paste in a predetermined location is dried under predetermined conditions, degreased, and fired to obtain a fired body. A plurality of fired bodies are bound together by a bonding material 24, bonded, dried under predetermined conditions, cut into a circular cross section, and an application layer 41 is formed on the outer periphery thereof, whereby a desired honeycomb filter 21 is obtained. can get.
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。
According to the honeycomb filter 21 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The honeycomb filter 21 of the present embodiment includes a clad 30a in which the sealing body 30 occupies a peripheral region in the vicinity of the cell wall 27 and a core 30b in which a central region in the vicinity of the central axis X of the cell 28 is occupied. The Young's modulus of the clad 30a and the core 30b is different. Therefore, the thermal stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 can be suppressed. Furthermore, the generation of cracks in the vicinity of the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 can be suppressed.
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。 In particular, in a honeycomb filter with a thin cell wall 27 to reduce weight and a honeycomb filter with a high porosity of the cell wall 27 to prevent clogging due to PM, it is used during stress use (especially during PM regeneration). Generation of cracks in the cell wall 27 can be suppressed.
（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。 (2) In the present embodiment, the Young's modulus of the core 30b that occupies the central region of the cell is higher than the Young's modulus of the cladding 30a that occupies the peripheral region of the cell. Therefore, the thermal stress can be further suppressed and the occurrence of cracks can be suppressed.
（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。 (3) In the present embodiment, it is more preferable that the core 30b has a substantially circular shape in the cross section perpendicular to the central axis X of the sealing body 30. Thereby, the thermal stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 can be further suppressed.
（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。 (4) In the present embodiment, it is preferable that the cell wall 27 carries an oxidation catalyst. In this case, the PM collected on the surface and inside of the cell wall 27 can be easily burned and removed by the action of the oxidation catalyst.
（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。 (5) In the present embodiment, the honeycomb structure 23 is formed by binding a plurality of honeycomb members 22 with the bonding material 24. For this reason, in the honeycomb structure 23 of the present embodiment, for example, the thermal shock generated by the combustion of PM is reduced between the members as compared with another honeycomb structure formed from one honeycomb member 22. become. Therefore, the occurrence of cracks in the honeycomb structure 23 can be effectively suppressed.
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。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, the open end of each cell 28 is a sealed body composed of a clad 30a and a core 30b having different Young's moduli on either one of the end faces (upstream end face 29A, downstream end face 29B). 30 is sealed. However, both ends (upstream end surface 29A and downstream end surface 29B) of the honeycomb filter 21 may not be configured by the sealing body 30 including the clad 30a and the core 30b. What is necessary is just to comprise at least one end side among the both ends of the honey-comb filter 21 with the sealing body 30 which consists of the clad | crud 30a and the core 30b.
・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。 -In the said embodiment, you may apply the conventional sealing member about some sealing bodies in the range which does not impair the effect of invention. That is, all the sealing bodies do not need to be constituted by the clad 30a and the core 30b having different Young's moduli.
・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。 In the above embodiment, the sealing body 30 including the clad 30 a and the core 30 b having different Young's moduli is preferably provided at least on the downstream side of the cell 28. Usually, when PM collected and deposited on the cell wall is burned and removed by a heating means such as a burner or a heater or the heat of exhaust gas, a large amount of heat is loaded downstream. In such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of cracks on the downstream side where a large heat load is applied.
・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。 For example, as shown in FIG. 8, the upstream opening end portion (upstream end surface 29A) through which the exhaust gas flows into the cell 28 is large, and the downstream opening end portion (downstream end surface 29B) from which the exhaust gas is discharged is small. As in a honeycomb filter, the present invention may be applied to a honeycomb filter in which the cross-sectional areas of the opening end on the upstream side and the downstream opening on the exhaust gas passage of the cell 28 are different. In that case, since expansion and contraction due to thermal expansion generally increases as the area increases, a sealed body composed of a clad 30a and a core 30b having different Young's moduli at least on the opening end (downstream end face 29B) on the side having a larger cross-sectional area. 30 is preferably applied. In this case, a sealing body having no core-cladding structure can be applied to the opening end portion (upstream end surface 29A) on the side having a smaller cross-sectional area.
・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。 In the above embodiment, the plurality of honeycomb members 22 are bound and the outer peripheral portion is cut to form a cylindrical honeycomb filter. Instead of this procedure, a plurality of honeycomb members having a predetermined shape corresponding to the shape of the honeycomb filter may be formed in advance, and the plurality of honeycomb members may be assembled to form a cylindrical honeycomb filter. In this case, cutting of the outer peripheral portion can be omitted.
・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。 In the above embodiment, the honeycomb filter 21 (divided type) is configured by binding a plurality of honeycomb members 22. However, you may comprise the honeycomb filter (integral type) which consists of one honeycomb member.
・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。 In the above embodiment, the columnar member 30c has a columnar shape having a certain vertical cross-sectional shape. However, the tip may be tapered or convex to facilitate insertion into the cell 28.
・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。
The center axis of the core 30b does not need to coincide with the center axis X of the cell 28, and may be shifted.
Next, examples will be described. However, the present invention is not limited to the examples.
＜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。
<Manufacture of honeycomb filters>
7000 parts by weight of α-type silicon carbide powder having an average particle size of 10 μm and 3000 parts by weight of α-type silicon carbide powder having an average particle size of 0.5 μm are wet-mixed, and the organic binder ( 570 parts by weight of methyl cellulose) and 1770 parts by weight of water were added and kneaded to obtain a mixed composition. Next, 330 parts by weight of a plasticizer (Unilube manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd.) and 150 parts by weight of a lubricant (glycerin) were added to the above mixed composition and further kneaded, followed by extrusion, and the prismatic shape shown in FIG. The production form was prepared. One cell 28 has a substantially square shape with a side of 1.165 mm, and the cell wall 27 has a thickness of 0.125 mm.
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。 Next, after drying the generated shape using a microwave dryer or the like to obtain a ceramic dry body, the peripheral region of the cell 28 is occupied by the cladding 30a, the central region is occupied by the core 30b, The open end was closed. In order to form each of the clad 30a and the core 30b, a sealing body paste made of the same material as that of the generated shape was produced. By adding a material capable of changing the porosity to the sealing body paste for the cladding 30a and the sealing body paste for the core 30b, and adjusting the porosity of the cladding 30a and the core 30b, Table 1 A clad 30a and a core 30b having a predetermined Young's modulus as described were obtained. As a method of filling the sealing body 30 into the cell 28, first, a columnar member 30c functioning as the core 30b was prepared in advance from a sealing body paste. The illustrated columnar member 30c is a regular quadrangular column, but may have other shapes. The columnar member 30c of each example has an area of 25 to 75% of the cell as shown in Table 1 based on the vertical sectional area of the cell 28 (1.165 mm × 1.165 mm = 1.357 mm 2 ). The length of one side of the cross-section of the columnar member 30c was adjusted so as to achieve the ratio. For example, when the area ratio of the core 30b is 75%, one side of the columnar member is set to 1.09 mm. When the area ratio of the core 30b was 50%, one side of the columnar member was molded with 0.824 mm. Next, the sealing body paste P1 for the clad 30a was filled in the cells 28, and the columnar members 30c were disposed so as to occupy the central region of the cells 28 before the clad 30a was dried.
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。 Next, after drying again using a dryer, degreasing is performed at 400 ° C., and firing is performed at 2200 ° C. for 3 hours in an atmospheric pressure of argon, whereby the sealing body 30 has pores as shown in Table 1. A honeycomb member 22 made of a silicon carbide fired body having a modulus and a Young's modulus was manufactured. In addition, the porosity of the cell wall of the honeycomb member 22 after firing was 42%, and the Young's modulus was 58.1 GPa.
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。 The bonding material paste contains 30% by weight of alumina fiber having an average fiber length of 20 μm, 21% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 μm, 15% by weight of silica sol, 5.6% by weight of carboxymethylcellulose, and 28.4% by weight of water. Prepared by mixing and kneading. The bonding material paste was applied to the side face of the honeycomb fired body, and 16 (4 vertical and 4 horizontal) honeycomb fired bodies were bundled to form an aggregate. The aggregate was dried at 120 ° C. to solidify the bonding material paste to prepare a ceramic block. The thickness of the bonding material paste (bonding layer) after solidification, that is, the interval between adjacent honeycomb fired bodies was 1.0 mm. The outer periphery of the ceramic block was ground with a diamond cutter to prepare the ceramic block in a cylindrical shape. Using a coating layer paste made of the same material as the bonding material paste, a coating layer having a thickness of 0.2 mm was formed on the outer periphery of the ceramic block. A columnar honeycomb filter 21 having a diameter of 143.8 mm and a length of 150 mm was manufactured by drying at 120 ° C. and the outer periphery being covered with a coating layer.
＜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。
<Regeneration test>
The honeycomb filter 21 of each example was installed in the exhaust gas purification apparatus 10, and the engine was operated at a rotational speed of 3000 min −1 and a torque of 50 Nm for a predetermined time to perform an exhaust gas purification test, and PM was collected. Next, the engine is brought into a full load state at a rotation speed of 4000 min −1 , and when the temperature of the honeycomb filter 21 becomes constant at around 700 ° C., the engine is changed to a rotation speed of 1050 min −1 and a torque of 30 Nm to force PM. Burned. Regarding the honeycomb filter 21 of each example at that time, generation and expansion of cracks were observed in the vicinity of the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27.
＜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。
<Estimation of maximum stress>
For the honeycomb filter 21 of each example produced as described above, the maximum stress at the interface between the sealing body 30 and the cell wall 27 was estimated by simulation (stress simulation software, ANSYS (manufactured by ANSYS)). The results are shown in Table 1 and FIG.
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１〜３，参考例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。 Examples 1 to 3, which are respectively associated with the peripheral region and the central region of the cell and are sealed with a double-structured sealing body 30 including a clad 30a and a core 30b having different Young's modulus (porosity) Then, compared with the comparative example 1, the maximum stress in the interface of the sealing body 30 and the cell wall 27 can be reduced, and generation | occurrence | production and expansion of a crack were not recognized in the reproduction | regeneration test.
実施例２，参考例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。 From the comparison between Example 2 and Reference Example 4, it is confirmed that when the area ratio of the core 30b is the same, the stress can be reduced by increasing the Young's modulus of the core 30b. From the comparison between Examples 1 to 3, it is confirmed that the maximum stress is reduced as the area ratio of the cladding 30a having a low Young's modulus increases.
＜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。
<Examination of core shape>
The maximum stress was estimated by simulation (stress simulation software, ANSYS (manufactured by ANSYS)) when the shape of the vertical cross section with respect to the longitudinal direction of the columnar member 30c was changed to a regular square, a regular octagon, or a circle. The area ratio of the clad 30a and the core 30b in the vertical cross section of the cell 28 was 50%. The results are shown in Table 2.
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Honeycomb filter, 22 ... Honeycomb member, 23 ... Honeycomb structure, 27 ... Cell wall, 28 ... Cell, 29A ... Upstream end surface, 29B ... Downstream end surface, 30 ... Sealing body, 30a ... 1st sealing Member, 30b ... second sealing member, 30c ... columnar member, X ... center axis, P1, P2 ... sealing body paste.
Claims (7)
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、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ハニカムフィルタ。 In a honeycomb filter comprising a columnar honeycomb structure having a plurality of cells partitioned into a honeycomb shape by a cell wall, and a sealing body for sealing one selected opening end of each cell,
The sealing body includes a clad that occupies a peripheral region of the cell and a core that occupies a central region including a central axis of the corresponding cell at an opening end portion of the corresponding cell. The honeycomb filter is characterized in that the Young's modulus of the clad is different from the Young's modulus of the cladding, and the Young's modulus of the core is higher than the Young's modulus of the cladding .
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３のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。One of the first plurality of cells and the second plurality of cells is closed by the sealing body having the core and the cladding, and the first plurality of cells and the second plurality of cells 4. The honeycomb according to claim 1, wherein the other cell is closed with a sealing body different from the sealing body having the core and the clad. 5. filter.
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５のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。The said sealing body is provided in the opening end part of the some cell selected from these cells in the said downstream end part of the said honeycomb structure, The Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. The honeycomb filter according to any one of claims.
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