JP5607962B2 - ハニカム構造体およびハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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1−1.本発明のハニカム構造体の基本的な実施形態:
図1は、本発明の技術的範囲に属するハニカム構造体1の断面図であり、第1の端面4から第2の端面5までセル3を縦断する断面にて表す。本発明のハニカム構造体1は、多孔質の隔壁2と、隔壁2によって区画形成されて第1端面4から第2端面5まで通じる流体Gの流路となる複数のセル3とを有する。また、各セル3には、第1端面4の側または第2端面5の側の少なくともいずれかを目封止する目封止部6が設けられている。
図6は、本発明の技術的範囲に属するハニカム構造体1の一実施形態である。この実施形態では、貫通孔12を有する抵抗部11が、軸方向Xにおけるセル3の中間部分に設けられている。この図に示すように、貫通孔12は、貫通孔12を形成する内壁41の一部がセル3を区画形成する隔壁2から構成されていてもよい。
図7に示すハニカム構造体1では、抵抗部11が多孔質の壁状構造を備えてセル3を仕切っている。このように、抵抗部11は、多数の細孔を有する多孔質体から構成され、細孔から流体Gの一部を第2端面5の側に通過させる実施形態にもできる。
本発明のハニカム構造体1において、抵抗部11は、軸方向Xにおける厚さが1〜3mmの壁状の構造を有することが好ましい。ここでいう壁状の構造を有する抵抗部11には、貫通孔12を有する抵抗部11や多孔質体から構成される抵抗部11も含まれる。
図8は、同一セル3内に2つの抵抗部11が設けられているハニカム構造体1の一部の断面を表す。この図に示すように、本発明のハニカム構造体1では、同一セル内3に複数の抵抗部11を設け、隔壁2を通過して隣接するセル3に流れ込む流体Gの流れを更に分散させることも可能である。
図9は、本発明の技術的範囲に属するハニカム構造体1の断面図である。図9に示す実施形態では、抵抗部11を境として、第1端面4側の隔壁51と第2端面5側の隔壁52とは、気孔率が異なる。
図11は、本発明の技術的範囲に属するハニカム構造体1の一部の断面図である。図11に示す実施形態では、セル3の第1端面4の側を目封止する目封止部21が、第1端面4に露出せず、セル3の内部に設けられている。
本発明のハニカム構造体1では、軸方向Xに垂直な断面において、隣接するセル3の間で断面積が異なっていると好ましい。隣接するセル3の断面積が異なる場合、そのうちの断面積が広いセル3に外部より流体Gを流入すると、流体Gの流入抵抗を一層確実に低減できる。
本発明のハニカム構造体1において、第1端面4の側および第2端面5の側のいずれにおいても、共通の隔壁2により隔てられて隣接するセル3のうち、目封止部6が一方のセル3に設けられかつ他方のセル3に設けられていない実施形態であることが好ましい。具体例としては、ハニカム構造体1を第1端面4または第2端面5の平面図において、目封止部6を設けるセル3が互い違いに市松模様状に現れる実施形態がある。
上述の本発明のハニカム構造体1の製造には、従来の技術に基づいて当業者が用いうるあらゆる方法を適用可能であるが、具体的な実施形態として、次に述べるハニカム構造体の製造方法(以下、「本発明の製造方法」)を適用できる。
概要を述べると、本発明の製造方法は、2つのハニカム構造体を用意し、そのうちの一方のハニカム構造体の1つの端面において所定のセルの端部に抵抗部を設けた後、このハニカム構造体の抵抗部を設けた側の端面と、もう一方のハニカム構造体の端面とを合わせ、接合ハニカム構造体を作製する。接合ハニカム構造体では、2つのハニカム構造体のセル同士が軸方向にて連通し、1つの連通したセルの中間部分に抵抗部を備える。
図12Aは、本発明の製造方法の一実施形態で抵抗部配設工程に用いる、第1のハニカム構造体61の断面図である。抵抗部配設工程では、図12Bに示すように、第1のハニカム構造体61の端面65における一部または全部のセル3の端部に、流体の流路の流路断面積を小さくする抵抗部11を設ける。図12Bに示す実施形態では、貫通孔12を有する抵抗部11を設けている。
図12Cは、接合工程の一実施形態を表す。この図に示すように、接合工程では、第1のハニカム構造体の抵抗部11を設けた側の端面66と、第2のハニカム構造体62の端面65とを合わせる。その結果、図12Dに示す、接合ハニカム構造体71を形成する。
目封止工程は、セル72に目封止部6を設ける工程であり、従来の目封止ハニカム構造体の製造方法での目封止工程を適用できる。
図14は、抵抗部配設工程の一実施形態を模式的に表し、流動性を有する抵抗部材料85を用いて、貫通孔12を有する抵抗部11を設ける様子を示す。まず、この実施形態の抵抗部配設工程では、第1のハニカム構造体の61の端面66に一部または全部のセル63の開口に対応するように開口したマスク87を設ける。
図15は、第1のハニカム構造体61のセル63の端部に流動性を有する抵抗部材料85を充填した後、セル63内の圧力を人為的には変化させずにそのまま所定時間保持している様子を表す。抵抗部材料85は流動性を有するため、抵抗部材料85を充填後そのまま放置すると、端面66に露出する抵抗部材料85の表面は、中心付近が凹む。
(1)ハニカム構造体
焼成後にコージェライトとなるように調整されたタルク、カオリン、アルミナ、シリカを、その化学組成が、SiO242〜56質量%、Al2O330〜45質量%、およびMgO12〜16質量%となるように所定の割合で調合し、これに造孔材、バインダー、界面活性剤、混合水を添加し、混合、混錬を実施した後に押出成形を行うことでハニカム成形体を得た。
目封止部材料としては、平均粒径5μmのカオリン40質量%、平均粒径40μmのタルク40質量%、平均粒径10μmの酸化アルミニウム15質量%、平均粒径5μmのシリカ5質量を主たる無機成分として用いた。目封止材料の粘度は、25℃で250dPa・sであった。この目封止材料を、2体のハニカム構造体それぞれの片側の端面に充填した。なお、目封止材料の充填は、特開2009−40046号公報に記載される、加圧部材を使用する方法を用いた。目封止材料を充填する条件は、加圧部材からの圧力0.4MPa、加圧部材駆動速50mm/sec、ハニカム構造体と加圧面との角度15°とした。充填された目封止部は、厚みの平均3mm、目封止部の厚みの平均値に対する標準偏差0.3mmであった。
2体のハニカム構造体のうち、1体には、目封止部とは反対の端面に抵抗部を形成した。ハニカム構造体と同じ材料のセラミックススラリーを抵抗部材料とし、図15に示されるように、端面にマスクを設け、次いで加圧部材によって抵抗部材料をセル端部に充填し、抵抗部材料を充填した側とは反対側の端面からセル内を吸引することにより、貫通孔を有する抵抗部を形成した。抵抗部材料を充填する際の条件は、加圧部材からの圧力0.4MPa、加圧部材駆動速度100mm/sec、ハニカム構造体と加圧面がなす角度30°とした。このようにして形成された抵抗部は、厚みの平均1.0mm、抵抗部の厚みの平均値に対する標準偏差0.3mmであった。
抵抗部を形成したハニカム構造体の抵抗部のある端面と、もう一方のハニカム構造体の目封止をしていない端面とを接合した。両端面の接合は、接合させる2つの端面のうち、一方の端面の隔壁の縁部に抵抗部と同じ材質の接着剤を塗布し、隔壁の縁部同士を接着、さらに加圧後、焼成して行った。以上により、軸方向におけるセルの中間部分に抵抗部を設けたハニカム構造体を得た。
抵抗部材料を充填する際の条件を、加圧部材からの圧力0.3MPa、加圧部材駆動速度50mm/sec、ハニカム構造体と加圧面がなす角度30°とした以外は、実施例1と同じ方法によってハニカム構造体を得た。なお、抵抗部は、厚みの平均2.0mm、抵抗部の厚みの平均値に対する標準偏差0.3mmであった。
Claims (12)
- 多孔質の隔壁と、前記隔壁によって区画形成されて第1端面から第2端面への軸方向に通じる流体の流路となる複数のセルと、各々の前記セルの前記第1端面の側または前記第2端面の側の少なくともいずれかを目封止する目封止部とを有するハニカム構造体であって、
前記第2端面の側に前記目封止部を設けられている前記セルの一部または全部において前記セルの前記軸方向での中間部分に設けられて、前記セル内に前記第1端面から前記第2端面の方向へ前記流体を流すときに前記第2端面の方向に向かう前記流体の流れに抵抗を与えつつ前記第2端面の側に前記流体の一部を通過させるセラミックスを主成分とする抵抗部を備えるハニカム構造体。 - 前記抵抗部は、前記流体の流路となる貫通孔が設けられている請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記貫通孔は、前記第1端面の側からの前記第2端面側に向かって連続的または断続的に減少する流路断面積を有する請求項2に記載のハニカム構造体。
- 前記抵抗部は、多数の細孔を有する多孔質体からなり、前記細孔が前記セルにおける前記抵抗部を設けられている箇所での前記流体の流路となる請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記抵抗部は、前記軸方向における厚さが1〜3mmの壁状の構造を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記抵抗部が設けられている各々の前記セルにおいて、前記セルを区画形成する前記隔壁の気孔率が、前記抵抗部を境に前記第1端面の側と前記第2端面の側とで異なる請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記軸方法に垂直な断面において、隣接する前記セルの間で断面積が異なっている請求項1〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セルの前記第1端面の側を目封止する前記目封止部が、前記第1端面に露出せず前記セルの内部に設けられている請求項1〜7のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 共に多孔質の隔壁と前記隔壁によって区画形成されて一方の端面から他方の端面に向かう軸方向に通じて流体の流路となる複数のセルとを有する第1のハニカム構造体および第2のハニカム構造体の前記端面同士を合わせて一体化して、接合ハニカム構造体を形成するハニカム構造体の製造方法であって、
前記第1のハニカム構造体の前記端面のいずれか1つの前記端面における一部または全部の前記セルの端部に、前記流体の前記流路の流路断面積を小さくするセラミックスを主成分とする抵抗部を設ける抵抗部配設工程と、
前記第1のハニカム構造体の前記抵抗部を設けた側の前記端面と、前記第2のハニカム構造体の前記端面とを合わせて互いの前記セルを連通させて、前記軸方向における中間部分に前記抵抗部を備える前記セルを有する前記接合ハニカム構造体を形成する接合工程と、
前記接合ハニカム構造体における各々の前記セルが前記軸方向で少なくともいずれか一方の端部の側を目封止されるように、前記第1のハニカム構造体および前記第2のハニカム構造体の前記セルに目封止部を設ける目封止工程と、を有するハニカム構造体の製造方法。 - 前記抵抗部配設工程は、前記第1のハニカム構造体のいずれか1つの前記端面に一部または全部の前記セルの開口に対応するように開口したマスクを設け、そのマスクの上またはマスクの表面上と同一平面上に前記抵抗部材料を供給し、前記マスクの表面上にて、その表面に対して鋭角に配置されて前記抵抗部材料を加圧するための加圧面を有する加圧部材を移動させることにより、前記加圧面にて前記抵抗部材料を加圧して前記端面における前記セルの端部に前記抵抗部材料を充填し、次いで前記セルの端部に充填されている前記抵抗部材料が流動性を有する間に、前記抵抗部材料が充填されている前記セル内を陽圧または陰圧にして、前記セルの端部に充填されている前記抵抗部材料に前記セルの内部と前記セルの外部とを通じさせる貫通孔を形成する工程を有する請求項9に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 抵抗部配設工程は、前記セルの端部に前記抵抗部材料を充填してから所定時間を経過後に、前記抵抗部材料が充填されている前記セル内を陰圧にして前記貫通孔を形成する請求項10に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記第1のハニカム構造体と前記第2のハニカム構造体とは、前記隔壁の気孔率が異なる請求項9〜11のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
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