JP6059181B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
図1〜図3に示されているように、本発明の一実施形態のハニカム構造体100aは、ハニカム基材4と、凸部10とを備える。ハニカム基材4は、一方の端面である第1端面3から他方の端面である第2端面5まで延びる流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有する。凸部10は、ハニカム基材4の外周の少なくとも一部をリング状に連続的または断続的に取り囲む凸部である。また、凸部10は、ハニカム基材4の外周から外側に突出し、ハニカム基材4の外周の一部を覆うように配設されている。凸部10の少なくとも片方の端部の形状は、外周との接合部分13まで傾斜した表面であるテーパー面11を有するテーパー状である。セルの延びる方向(以下、「Z方向」と簡略)に直交する断面において、「凸部10の最大厚さ(H)」が1〜20mmである。Z方向に平行な断面において、「凸部10の幅L」がハニカム基材4の全長の1%以上であり、かつ、テーパー面11とZ方向とのなす角度である「傾斜角」が80度以下である。凸部10の表面の一部が、Z方向に平行な平面である平面部15である。平面部15は、表面に開口部18を有する裂け目である応力緩和部17を1個または複数個有する。そして、全ての応力緩和部17の長さの合計は、ハニカム基材4の外周長の3%以上である。なお、図1は、本発明の一実施形態のハニカム構造体100aを模式的に示す斜視図である。図2は、本発明の一実施形態のハニカム構造体100aのZ方向に平行な断面を示す模式図である。図3は、本発明の一実施形態のハニカム構造体100aを第1端面側から見た平面図である。
本発明のハニカム構造体は、以下の方法で製造することができる。即ち、本発明のハニカム構造体は、ハニカム焼成体を作製するハニカム焼成体作製工程と、このハニカム焼成体の外周部を切削して凸部を形成する切削工程とを有する方法により製造できる。更に、外周コート層を備える場合には、ハニカム焼成体の外周部を切削した後、外周コート層形成工程を有することが好ましい。「ハニカム焼成体」は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミック原料が焼成されて形成された多孔質の隔壁を備えるハニカム焼成体である。
ハニカム焼成体作製工程は、セラミック原料が焼成されて形成された多孔質の隔壁を備えたハニカム焼成体を作製する工程である。ハニカム焼成体を作製する方法は、特に限定されない。以下、ハニカム焼成体作製工程を、段階的に工程に分けて説明する。
まず、成形工程において、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隔壁(未焼成)を備えるハニカム成形体を形成することが好ましい。ハニカム成形体は、ハニカム構造の成形体である。
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する。
切削工程は、ハニカム焼成体の外周部を切削する工程である。ハニカム焼成体を切削する方法は特に限定されない。ハニカム焼成体の外周部を切削する方法としては、従来公知の方法を適宜採用できるが、ハニカム焼成体を回転させながら、ダイヤモンドをまぶした砥石を、押し当てる手法が好ましい。切削工程において「切削される、ハニカム焼成体の外周部」の厚さは、切削後に形成される凸部の厚さと同じになる。
目封止部を備えるハニカム構造体を作製する場合には、切削工程の後に、下記目封止工程を行うことが好ましい。この目封止工程において、ハニカム焼成体の、一方の端面(第1端面)における「所定のセル(第1セル)」の開口部及び他方の端面(第2端面)における「残余のセル(第2セル)」の開口部に、目封止部を配設する。以下に具体的に説明する。
切削されたハニカム焼成体の外周に、外周コート材を塗布して外周コート層を形成することが好ましい。外周コート層を形成することにより、凸部が欠けてしまうことを防止できる。外周コート材としては、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ものなどを挙げることができる。外周コート材を塗布する方法は、「切削されたハニカム焼成体」をろくろ上で回転させながらゴムへらなどでコーティングする方法等を挙げることができる。
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、造孔材を添加すると共に、水を添加して成形原料を作製した。そして、成形原料を真空土練機により混練し、坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに7質量部であった。造孔材の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに3質量部であった。水の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに42質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は20μmであり、金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。また、造孔材の平均粒子径は、20μmであった。炭化珪素粉末、金属珪素粉末及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
応力緩和部の位置、長さ、幅については、物差しやノギスを用いて測定した。応力緩和部の幅については10μmのシクネスゲージ(JIS B 7524)を用いて、幅10μm以上の応力緩和部を特定した。
まず、バーナー試験機にハニカム構造体を取り付ける。次に、このバーナー試験機によって下記操作を行う。即ち、以下の昇温冷却操作を1サイクルとする。昇温冷却操作は、「ハニカム構造体に、ハニカム構造体の入口端面から20mm手前で800℃となる高温ガスを2Nm3/minにて10分間流した後、ハニカム構造体の入口端面から20mm手前で150℃となる冷却ガスを2Nm3/minにて10分間流す」という操作である。そして、当該昇温冷却操作を100サイクル行う。その後、ハニカム構造体に形成されるリングクラックの有無を目視で確認し、以下の基準で評価する。ハニカム構造体に、DPFとしての機能を低下させる程度のリングクラックが発生した場合は「C」とする。ハニカム構造体にリングクラックは発生するが、DPFとしての機能を低下させない程度のものである場合は「B」とする。ハニカム構造体にリングクラックが無い場合は「A」とする。「A」及び「B」を合格とし、「C」を不合格とする。なお、「DPFとしての機能」については、処理(DPFによる排ガス処理)におけるPM(スート)捕集効率が90%以上であれば、「DPFとしての機能を低下させない程度である」とする。また、PM(スート)捕集効率が90%に満たなければ、「DPFとしての機能を低下させる程度である」とする。PM(スート)捕集効率の測定においては、以下のようにしてハニカム構造体を通過させた後のガスに含まれるPM(スート)を濾紙で捕集し、PM(スート)の重量(W1)を測定した。即ち、まず、ハニカム構造体を、軽油を燃料としたバーナーによりPM(スート)を発生させるスートジェネレーター装置に取り付ける。その後、スートジェネレーター装置に取り付けたハニカム構造体に、スートジェネレーターによりPM(スート)を発生させた、ハニカム構造体の入口端面から190mm手前で200℃となるガスを、3Nm3/minにて2分間通過させる。このようにして、上記重量(W1)を測定した。また、同じ時間、PM(スート)を発生させたガスを、ハニカム構造体を通過させずに濾紙で捕集し、PM(スート)の重量(W2)を測定した。次いで、得られた各重量(W1)(W2)を以下に示す式に代入して捕集効率を求めた。
(W2−W1)/(W2)×100
まず、先端に直径11mmの鉄球(重さ5.4g)を備えた紐(長さ75cm)を有する振り子を用意する。次に、この振り子を、鉄球の最下点で(即ち、振り子が振られていない状態で)鉄球がハニカム構造体の凸部の端部(最外周部分)に当たるように配置する。次に、振り子の鉄球を振り上げて鉄球を凸部の端部に衝突させる。その後、凸部の端部を目視にて観察する。そして、以下の基準で評価する。上記紐の長さの80%の高さに鉄球を振り上げて、上記鉄球を凸部の端部に衝突させたときに、凸部の端部に欠けなどの欠陥が生じた場合は「C」とする。上記紐の長さの100%の高さに鉄球を振り上げて、上記鉄球をリンク状凸部の端部に衝突させたときに、凸部の端部に欠けなどの欠陥が生じた場合は「B」とし、このときに欠陥が生じなかった場合は「A」とする。「A」評価及び「B」評価を合格とし、「C」評価を不合格とする。
凸部が形成されていないハニカム構造体(比較例1)についての搭載性は、凸部の最大厚さ(H)及び幅(L)によって評価する。凸部の最大厚さ(H)についての評価を「「径方向」の評価」と称することがある。また、凸部の幅(L)についての評価を「「全長方向」の評価」と称することがある。凸部の最大厚さ(H)についての評価は、以下の通りである。凸部の最大厚さ(H)が、10mm以下の場合を「A」とし、10mm超、20mm以下の場合を「B」とし、20mm超の場合を「C」とする。凸部の幅(L)についての評価は、以下の通りである。凸部の幅が、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さの80%を超える場合を「B」とし、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さの80%以下の場合を「A」とする。「B」の場合、ハニカム構造体の搭載性に影響がある。「A」の場合、ハニカム構造体の搭載性に影響を与えない。
表1に示すように条件を変更した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を得た。なお、応力緩和部の幅、長さを調整する際には、外周コート材を急速乾燥させる時間、対象範囲、外周コート材中の水分量などを変更した。得られたハニカム構造体について、上記方法で、「応力緩和部の位置」、「応力緩和部の長さ」、「応力緩和部の幅」、「リングクラック」、「凸部強度」、及び「搭載性」の各評価を行った。結果を表1に示す。
「リングクラック」および「搭載性の総合評価」がA、かつ、「凸部強度」がAまたはBの場合を「良」(表1中では二重丸で表示)と判定した。「リングクラック」および「搭載性の総合評価」のうちの一方がB、他方がAまたはBであり、かつ、「凸部強度」がAまたはBの場合を「可」(表1中では丸印で表示)と判定した。「リングクラック」、「搭載性の総合評価」、および「凸部強度」のうちで1つでもCの場合は、「不可」(表1中ではクロス印で表示)と判定した。
Claims (6)
- 一方の端面である第1端面から他方の端面である第2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多孔質の隔壁を有するハニカム基材と、
前記ハニカム基材の外周の少なくとも一部をリング状に連続的または断続的に取り囲む凸部と、を備え、
前記凸部は、前記ハニカム基材の外周から外側に突出し、前記ハニカム基材の外周の一部を覆うように配設され、
前記凸部の少なくとも片方の端部の形状は、前記外周との接合部分まで傾斜した表面であるテーパー面を有するテーパー状であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記凸部の最大厚さが1〜20mmであり、
前記セルの延びる方向に平行な断面において、前記凸部の幅が前記ハニカム基材の全長の1%以上であり、かつ、前記テーパー面と前記セルの延びる方向とのなす角度である傾斜角が80度以下であり、
前記凸部の表面の一部が、前記セルの延びる方向に平行な平面である平面部であり、
前記平面部は、表面に開口部を有する裂け目である応力緩和部を1個または複数個有し、
全ての前記応力緩和部の長さの合計は、前記ハニカム基材の外周長の3%以上であるハニカム構造体。 - 全ての前記応力緩和部の長さの合計は、前記ハニカム基材の外周長の10%以上である請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記開口部の幅が10μm以上の応力緩和部の長さの合計は、全ての前記応力緩和部の長さの合計の50%以上である請求項1または2に記載のハニカム構造体。
- 前記セルの延びる方向に平行な断面において、前記凸部の前記幅が前記ハニカム基材の全長の1〜80%であり、かつ、前記傾斜角が10〜80度である請求項1〜3のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム基材が、コージェライト、炭化珪素、ムライト、アルミニウムチタネート及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種からなるものである請求項1〜4のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 前記複数のセルのうちの所定のセルである第1セルの前記第1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セルの前記第2端面側の開口部を、目封止する目封止部を備える請求項1〜5のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
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