JP5188437B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図1〜図3に示すように、流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁3を有し、一方の端部8が開口され且つ他方の端部9が目封止された第1のセル2aと、一方の端部8が目封止され且つ他方の端部9が開口された第2のセル2bとが交互に配設されたハニカムセグメント10を複数個備え、複数のハニカムセグメント10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、前記対向する側面同士が接合部14により接合されてなり、複数のハニカムセグメント10のうちの少なくとも一のハニカムセグメント10aは、中心軸方向に直交する断面(即ち、セル2の軸方向に垂直な断面)において、一の方向(Y方向)に沿って配置された隔壁3Yの厚さ(Tv)が、上記一の方向に直交する他の方向(X方向)に沿って配置された隔壁3Xの厚さ(Th)よりも大であるハニカム構造体100である。なお、ハニカムセグメント10は、最外周に位置する外壁15によって囲われている。
次に、本発明のハニカム構造体の一実施形態の製造方法について説明する。
まず、セラミック原料にバインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料とする。セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの中でも、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料が好ましい。珪素−炭化珪素系複合材料とする場合、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末を混合したものをセラミック原料とする。セラミック原料の含有量は、成形原料全体に対して30〜90質量%であることが好ましい。
所定数の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部により接合されたハニカムセグメント接合体を形成する。このハニカムセグメント接合体を最終的に得られるハニカム構造体としてもよい。接合部は、対向する側面全体に配設されることが好ましい。接合部は、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。なお、ハニカムセグメント接合体を形成する場合には、一の方向の隔壁の厚さが厚く構成された一のハニカムセグメントを配置する位置やその向きを調整することによって、得られるハニカム構造体における単位容積あたりに処理する粒子状物質の量を増大させ、また、特定方向における圧縮強度を向上させることが可能となる。
セラミックス原料として、SiC粉、金属Si粉を80:20の質量割合で混合し、これに、成形助材としてメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシメチルセルロース、造孔材として澱粉と吸水性樹脂、界面活性剤及び水を添加して混練し、真空土練機により四角柱状の坏土を作製した。
図8に示すように、ハニカム構造体100を、ハニカム構造体100の端面(一方の端面及び他方の端面)が水平方向を向くように、厚さ10mmの鉄板111上に横向きに載置し、このハニカム構造体100の上方に、厚さ10mm、幅30mm、長さがハニカム構造体の長さ+20mm(即ち、180mm)の鉄製の板112を更に載置した。その後、この板112を0.5mm/分で下方へ動かすことによりハニカム構造体100に荷重を掛けていき、ハニカム構造体100の破損が確認されるまで荷重を増加した。ハニカム構造体100の破損が確認された際の荷重を測定し、対応する比較例における荷重を100%とした際の増加量(%)を「破壊強度(%)」とした。ここで、図8は、破壊強度(%)の測定方法を模式的に示す側面図である。
ハニカム構造体の単位容積(リットル)あたり、再生可能な粒子状物質(例えば、煤)の量を測定した。なお、ハニカム構造体の容積は、ハニカム構造体の外形形状から計測される容積(リットル)である。なお、各実施例及び参考例における「再生限界値(g/リットル)」は、対応する比較例における再生限界値(g/リットル)からの増量(g/リットル)を示す。具体的な測定方法としては、ハニカム構造体をDPFとして用い、順次、煤の堆積量を増加させて、再生(煤の燃焼)を行い、クラックが発生する限界を確認する。先ず、得られたハニカム構造体の外周に、保持材としてセラミック製非熱膨張性マットを巻き、SUS409製のキャニング用缶体に押し込んで、キャニング構造体とする。その後、ディーゼル燃料(軽油)の燃焼により発生させた煤を含む燃焼ガスを、ハニカム構造体の第1セルが開口する側の端面より流入させ、他の端面より流出させることによって、煤をハニカム構造体内に堆積させる。そして、一旦、室温まで冷却した後、ハニカム構造体の上記一の端面より、680℃で一定割合の酸素を含む燃焼ガスを流入させ、ハニカム構造体の圧力損失が低下したときに燃焼ガスの流量を減少させることによって、煤を急燃焼させ、その後の目封止ハニカム構造体におけるクラックの発生の有無を確認する。この試験は、煤の堆積量がハニカム構造体の容積1リットル当り2.5g(以下2.5g/リットル等と表記)から始め、クラックの発生が認められるまで、0.5(g/リットル)ずつ増加して、繰り返し行う。各ハニカム構造体について、再生限界値(初期クラック発生時の煤量)(g/リットル)の測定結果(各ハニカム構造体をそれぞれ5個について(N=5)測定した時の平均値)から求めた。
図9に示すように、ハニカム構造体100の外周部分における、軸方向に4等分した位置(即ち、ハニカム構造体100の軸方向に3箇所)に、線径0.2mmのK熱電対113を配置し、外周方向に対して等間隔に4点で温度を測定した(合計12点で測定)。外周温度測定時においては、ハニカム構造体100の一方の端面側から、350℃の排ガスを通気し、定常後の温度を測定した。12点にて測定される温度のうち、最も低い温度(最低温度(℃))を得、対応する比較例における最低温度(℃)との差を「外周最低温度(℃)」とした。ここで、図9は、外周最低温度(℃)の測定方法を模式的に示す側面図である。なお、図9において、ハニカム構造体100の外周部分の「×」で示す点が温度測定を行ったポイントである。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表1に示すように変えた以外は参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表2に示す。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表1に示すように変え、且つハニカムセグメントを接合する際の配列を、一の方向(Y方向)に沿って配置された隔壁の厚さが厚い一のハニカムセグメントと、この一のハニカムセグメントを90°回転させた他のハニカムセグメントとを、互いの側面同士が隣接するように交互に配置されるようにしたこと以外は、参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表2に示す。このようなハニカムセグメントの配列を、表1中の「セグメント配列」において、「異方向」と示す。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表1に示すように変えた以外は参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表2に示す。参考例14〜25においては、ハニカムセグメントの中心軸方向に直交する断面において第1のセルの面積が第2のセルの面積より大きく構成されている。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表1に示すように変え、且つ、上記「セグメント配列」を「異方向」としたこと以外は、参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表2に示す。実施例26〜31においても、ハニカムセグメントの中心軸方向に直交する断面において第1のセルの面積が第2のセルの面積より大きく構成されている。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表3に示すように変えた以外は参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表4に示す。参考例32〜41においても、ハニカムセグメントの中心軸方向に直交する断面において第1のセルの面積が第2のセルの面積より大きく構成されている。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表3に示すように変え、且つ、上記「セグメント配列」を「異方向」としたこと以外は、参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表4に示す。実施例42〜46においても、ハニカムセグメントの中心軸方向に直交する断面において第1のセルの面積が第2のセルの面積より大きく構成されている。
ハニカム構造体を構成する各セルの開口部分の幅(W1x,W1y,W2x,W2y)、及び隔壁の厚さ(Tv,Th)を、表3に示すように変え、且つ、表3に示すようにセルの開口部分の幅を同じにして、隔壁の厚さを変えたこと、また、実施例51〜53において「セグメント配列」を「異方向」とした以外は、参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。結果を表4に示す。
ハニカム構造体を構成する隔壁の厚さを、表1に示すように、一の方向(Y方向)と他の方向(X方向)とで同じ厚さとなるように構成した以外には、参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。
ハニカム構造体を構成する隔壁の厚さを、表3に示すように、一の方向(Y方向)と他の方向(X方向)とで同じ厚さとなるように構成した以外には、参考例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。参考例1の場合と同様にして、「破壊強度(%)」、「再生限界値(g/リットル)」及び「外周最低温度(℃)」の評価を行った。
Claims (4)
- 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止された第1のセルと、前記一方の端部が目封止され且つ他方の端部が開口された第2のセルとが交互に配設されたハニカムセグメントを複数個備え、
複数の前記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、前記対向する側面同士が接合部により接合されてなり、
前記複数のハニカムセグメントのうちの少なくとも一のハニカムセグメントは、中心軸方向に直交する断面において、一の方向(Y方向)に沿って配置された前記隔壁の厚さ(Tv)が、前記一の方向に直交する他の方向(X方向)に沿って配置された前記隔壁の厚さ(Th)よりも大であり、前記複数のハニカムセグメントにおいて、隣り合うハニカムセグメントの一方のハニカムセグメントに対して、隣接する他方のハニカムセグメントが中心軸を中心として90度回転した状態で配置されてなるハニカム構造体。 - 少なくとも前記一のハニカムセグメントは、前記中心軸方向に直交する断面において前記第1のセルの面積が前記第2のセルの面積より大きく構成されてなる請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記ThとTvとの関係が、「1.05≦Tv/Th≦2.00」である請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記Thが、「0.25mm≦Th≦0.38mm」である請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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