JP5498828B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
図1は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図2は、本発明のハニカム構造体の一実施形態の一方の端面を示す平面図である。そして、図3は、本発明のハニカム構造体の一実施形態の一方の端面の一部を拡大して模式的に示す平面図である。図1〜図3に示すように、本実施形態のハニカム構造体100は、一方の端面2から他方の端面3まで貫通し流体の流路となる複数のセル4を区画形成する多孔質の隔壁5と一方の端面2における所定のセル4(4a)の開口部及び他方の端面3における残余のセル4(4b)の開口部を封止する目封止部8とを有する複数のハニカムセグメント10からなるハニカム構造部11と、このハニカム構造部11の外周面を覆うように形成された外周壁20と、ハニカム構造部11と外周壁20との間に形成された空隙を充填する充填部30と、を備えている。
ハニカムセグメント10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、炭化珪素(SiC)、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種であることが更に好ましい。これらの中でも、炭化珪素が好ましい。セラミック原料の含有量は、成形原料全体に対して40〜90質量%であることが好ましい。
外周壁20は、上述したように、ハニカム構造部11の外周面を覆うように形成されたものである。このように外周壁20を備えることによって、ハニカム構造体100の外周の凹凸をより少なくすることができる。
充填部30は、上述したように、ハニカム構造部11と外周壁20との間に形成された空隙を充填するものである。充填部30の材料としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、SiC粒子などの無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤などの添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリーなどを挙げることができる。
本発明のハニカム構造体は、隔壁に触媒を担持していてもよい。触媒を担持することによって、排ガス中に含まれるCO,HC,NOXを浄化することができる。
本発明のハニカム構造体の一実施形態は、例えば、以下のようにして作製することができる。
まず、セラミック原料にバインダ、界面活性剤、造孔材、水など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40〜90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、乾燥させて、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共に、対向する側面同士が接合部により接合されたハニカム構造体を形成する。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。
まず、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。
「スス強制再生試験」を行う前に、得られたハニカム構造体についてスス堆積処理を行う。スス堆積処理では、まず、図7に示すような排ガス浄化装置1を作製する。この排ガス浄化装置1は、本実施例で得られたハニカム構造体100と、ハニカム形状の酸化触媒担持体50と、ハニカム構造体100及び酸化触媒担持体50を収納する缶体51とを、ハニカム構造体100及び酸化触媒担持体50の外周面を覆うクッション材52と、を備えている。そして、缶体51は、排ガスが流入する流入口55と排ガスが流出する流出口56が形成されている。なお、図7は、スス堆積処理の方法及びスス強制再生試験の測定方法で使用した排ガス浄化装置1を模式的に示す断面図である。
上記[スス堆積処理の方法]において得られる、ススが堆積したハニカム構造体が配置された排ガス浄化装置1を用いて、エンジン回転数1800rpm、エンジントルク90Nmに保った状態で、ポストインジェクションを行った。その後、ハニカム構造体の一方の端面側及び他方の端面側の間における圧力損失が低下し始めた時点でポストインジェクションを終了させる。ポストインジェクション終了後、エンジンをアイドル状態に切り替えて、ハニカム構造体内のススを急速に燃焼させることによってハニカム構造体を再生する。そして、上述したスス堆積処理を行った後のスス強制再生試験の一連の流れを計50回繰り返して行う。50回繰り返した後、ハニカム構造体の塗布層及び充填層部分(充填部)におけるクラック及び剥れの発生の有無を目視にて確認する。塗布層及び充填部に破損が無い場合を合格「A」とし、塗布層及び充填部の欠落がある場合には「剥れ」とし、塗布層及び充填部にクラックがある場合には「クラック」とする。なお、表1中、比較例1では充填部を形成していないため計測不能であり「−」と示す。
表1に示す、直径、長さ、S1/S0(%)、最大内接円の直径(mm)、及び、W/D比を満たすようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2、3、5〜16、参考例4、比較例1〜9のハニカム構造体を作製した。その後、実施例1の場合と同様にして、上記方法で「スス強制再生試験」を評価した。結果を表1に示す。
Claims (3)
- 一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と前記一方の端面における所定のセルの開口部及び前記他方の端面における残余のセルの開口部を封止する目封止部とを有する複数のハニカムセグメントからなるハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部の外周面を覆うように形成された外周壁と、
前記ハニカム構造部と前記外周壁との間に形成された空隙を充填する充填部と、
を備え、
前記複数のハニカムセグメントは、前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記ハニカム構造部の前記外周面を構成しない多角柱状の柱状ハニカムセグメントを有しており、
前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記柱状ハニカムセグメントの面積に対する前記充填部の総面積の比率が、2.54%以下であり、
前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記充填部が占める領域内で、前記領域の外周縁に内接する円を描いたときに、前記円のうち、直径が最大となる円の直径Dが、1.8mm以下であり、
前記領域の外周縁上に位置する2つの点の間の直線距離が最大となる場合の前記2つの点の間の距離Wを前記直径Dで除した値が50以下であるハニカム構造体。 - 前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記柱状ハニカムセグメントの面積に対する前記充填部の総面積の比率が、0.5〜2.54%である請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記距離Wを前記直径Dで除した値が5〜50である請求項1または2に記載のハニカム構造体。
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