JP6470975B2 - ハニカム構造体及びその製造方法、並びにキャニング構造体 - Google Patents
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Description
[10] 前記ハニカム構造体の前記隔壁によって区画形成される前記セルのセル密度が、15〜62個/cm 2 である、前記[7]に記載のハニカム構造体の製造方法。
[11] 前記ハニカム構造体の前記隔壁及び前記外周壁の気孔率が、共に48〜75%である、前記[7]又は[10]に記載のハニカム構造体の製造方法。
[12] 前記ハニカム構造体の前記外周壁の表面における平均細孔径が、10〜30μmである、前記[7]、[10]〜[11]のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
[13] 前記セルの前記第一端面側又は前記第二端面側の端部に、当該セルの開口部を封止する目封止部材が配設される、前記[7]、[10]〜[12]のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
[14] 前記ハニカム構造体の外径寸法差が、±0.5mm以内である、前記[7]、[10]〜[13]のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
本発明のハニカム構造体の第一実施形態は、図1〜図4に示すようなハニカム構造体100である。ハニカム構造体100は、第一端面11から第二端面12まで延びる流体の流路となるセル2を区画形成する多孔質の隔壁1、及び隔壁1の最外周を囲繞するように隔壁1と一体的に形成された多孔質の外周壁3、を備える。ここで、図1は、本発明のハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す、第一端面側からみた斜視図である。図2は、図1に示すハニカム構造体を、第一端面側からみた平面図である。図3は、図1に示すハニカム構造体のセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す、断面図である。図4は、図3の破線Aで囲われた範囲を模式的に示す、拡大断面図である。図3において、符号Gは、排ガスを示す。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法の一の実施形態について説明する。本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、これまでに説明した図1〜図3に示すようなハニカム構造体100や図8に示すようなハニカム構造体200を製造するための方法である。本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、以下に示す、ハニカム成形体作製工程A1と、成形体研削工程A2と、焼成工程A3と、を備えている。
ハニカム成形体作製工程A1は、成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る工程である。ハニカム成形体は、第一端面から第二端面まで延びるセルを区画形成する隔壁、及び隔壁の最外周を囲繞するように形成された外周壁を有するものである。具体的には、まず、成形原料を混練して坏土とする。次に、得られた坏土を押出成形して、隔壁と外周壁とが一体的に成形されたハニカム成形体を得る。
成形体研削工程A2は、ハニカム成形体作製工程A1によって得られたハニカム成形体を乾燥させ、乾燥したハニカム成形体の外周壁の表面を研削加工する工程である。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができ、これらの中でも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。また、乾燥条件としては、乾燥温度30〜150℃、乾燥時間1分〜2時間とすることが好ましい。ハニカム成形体の外周壁の表面について研削加工を行う方法としては、ハニカム成形体を回転させ、砥石を外周壁に押し当てる方法を挙げることができる。研削加工は、砥石を用いて行うことができる。研削加工は、ハニカム成形体の外周壁の表面から、0.1〜2.0mmの厚さの範囲について行うことが好ましく、0.2〜1.5mmの厚さの範囲について行うことが更に好ましく、0.3〜1.0mmの厚さの範囲について行うことが特に好ましい。
焼成工程A3は、成形体研削工程A2において外周壁の表面を研削加工したハニカム成形体を焼成して、ハニカム構造体を得る工程である。焼成温度は、ハニカム成形体の材質よって適宜決定することができる。例えば、ハニカム成形体の材質がコージェライトの場合、焼成温度は、1380〜1450℃が好ましく、1400〜1440℃が更に好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として4〜6時間程度とすることが好ましい。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法の他の実施形態について説明する。本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、以下に示す、ハニカム成形体作製工程B1と、焼成工程B2と、焼成体研削工程B3と、を備えている。
ハニカム成形体作製工程B1は、成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る工程である。ハニカム成形体は、第一端面から第二端面まで延びるセルを区画形成する隔壁、及び隔壁の最外周を囲繞するように形成された外周壁を有するものである。このハニカム成形体作製工程B1は、これまでに説明したハニカム成形体作製工程A1と同様の工程であることが好ましい。
焼成工程B2は、ハニカム成形体作製工程B1によって得られたハニカム成形体を焼成して、ハニカム焼成体を得る工程である。この焼成工程B2は、ハニカム成形体作製工程B1によって得られたハニカム成形体を焼成すること以外は、これまでに説明した焼成工程A3と同様の工程であることが好ましい。
焼成体研削工程B3は、焼成工程B2によって得られたハニカム焼成体の外周壁の表面を研削加工する工程である。ハニカム焼成体の外周壁の表面について研削加工を行う方法としては、ハニカム焼成体を回転させ、砥石を外周壁に押し当てる方法を挙げることができる。研削加工は、ダイヤモンドをまぶした砥石を用いて行うことができる。研削加工は、ハニカム焼成体の外周壁の表面から、0.1〜2.0mmの厚さの範囲について行うことが好ましく、0.2〜1.5mmの厚さの範囲について行うことが更に好ましく、0.3〜1.0mmの厚さの範囲について行うことが特に好ましい。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法の更に他の実施形態について説明する。本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る工程において、以下に示すような成形原料を使用する。
次に、本発明のキャニング構造体の第一実施形態について説明する。本実施形態のキャニング構造体は、これまでに説明した本発明のハニカム構造体と、このハニカム構造体を収容する缶体と、ハニカム構造体と缶体との間に配設される緩衝部材と、を備えたものである。ここで、図10は、本発明のキャニング構造体の第一実施形態の、ハニカム構造体のセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す、断面図である。
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を13質量部、分散媒を35質量部、有機バインダを6質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径1〜10μmのコークスを使用し、有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。造孔材の粒子径と量をコントロールすることにより、隔壁の細孔径及び気孔率をコントロールした。
隔壁及び外周壁の気孔率を、水銀ポロシメーターで測定した。
走査型電子顕微鏡(SEM)によって、ハニカム構造体の外周壁の表面のSEM写真を3視野撮影した。撮影視野の1視野の大きさは、1.3mm×1.0mmとした。次に、撮影された各画像について画像解析によって二値化を行い、空洞部分(即ち、気孔部分)と空洞以外の部分とに分けた。次に、3視野の各画像における空洞部分が占める割合を算出し、その平均値を求めた。求めた平均値を、外周壁の表面における細孔率P1とした。
外周壁の内表面における細孔率P2の測定に際し、外壁周辺部分をハニカム構造体から切り取った後、外周壁に接する隔壁を除去して外周壁の内表面を露出させ、走査型電子顕微鏡(SEM)によって、ハニカム構造体の外周壁の内表面のSEM写真を3視野撮影した。撮影視野の1視野の大きさは、1.3mm×1.0mmとした。次に、撮影された各画像について画像解析によって二値化を行い、空洞部分(即ち、気孔部分)と空洞以外の部分とに分けた。次に、3視野の各画像における空洞部分が占める割合を算出し、その平均値を求めた。ただし算出する際に隔壁が接していた部分は除いている。求めた平均値を、外周壁の内表面における細孔率P2とした。
走査型電子顕微鏡(SEM)によって、ハニカム構造体の外周壁の表面のSEM写真を3視野撮影した。撮影視野の1視野の大きさは、1.3mm×1.0mmとした。次に、撮影された各画像について画像解析によって二値化を行い、空洞部分(即ち、気孔部分)と空洞以外の部分とに分けた。次に、3視野の各画像における空洞部分の大きさを、空洞部に内接する円を描きその直径を測定し、平均値を求めた。求めた平均値を、外周壁の表面における平均細孔径とした。
ハニカム構造体を缶体の内部に収容したものを、加振試験機に設置して、当該ハニカム構造体について振動試験を行った。振動試験における振動条件は、加速度:30G、周波数:100Hzとした。また、振動試験は、上記振動条件にて、ガス流れ方向に振動させて30時間試験を行うこととした。缶体には、ガスバーナーから排出されたガスを通気した。振動試験において、ハニカム構造体の入口端面より10mm上流の中心の温度は、700℃であった。この振動試験後、缶体の内部に収納されたハニカム構造体の状態を確認した。ハニカム構造体が、缶体の内部にて、ガスの通気方向に移動している場合を「有り」とした。また、ハニカム構造体が、缶体の内部にて、ガスの通気方向に移動していない場合を「無し」とした。
耐熱衝撃性試験では、まず、ハニカム構造体を缶体の内部に収容したもの(キャニング構造体)を、バーナー試験機に取り付ける。バーナー試験機は、排気管を模擬したパイプを有しており、当該パイプを通ってキャニング構造体に加熱空気を送ることができる。このバーナー試験機によって下記操作を行う。まず、670℃の温度の加熱空気を、1.0±0.15Nm3/minの流速で5分間流入させる。以下、加熱空気を流入させるステップを、「加熱ステップ」ということがある。次に、室温の空気を1.0±0.15Nm3/minの流速で5分間流入させる。以下、室温の空気を流入させるステップを、「冷却ステップ」ということがある。加熱ステップ1回と冷却ステップ1回を1サイクルする。加熱空気の温度が670℃の条件で、加熱ステップと冷却ステップを10サイクル行う。続いて、加熱ステップで流入させる加熱空気の温度を50℃高くし、加熱ステップと冷却ステップを10サイクル行う。これ以降も、加熱ステップで流入させる加熱空気の温度を、720℃、770℃、820℃、870℃、920℃、970℃、1020℃、1070℃、1120℃に、段階的に(別言すれば、漸増的ではなく)昇温して、それぞれの温度で10サイクル行う。加熱ステップ又は冷却ステップにおいて、ハニカム構造体に破損又はクラックが発生した時点で、耐熱衝撃性試験を終了とする。クラックが発生したか否かは、クラック音の発生、又は、ハニカム構造体の外観を目視により観察することにより判断した。ハニカム構造体に破損又はクラックを生じた際の加熱空気の温度を、ハニカム構造体の耐久上限温度(℃)とした。耐熱衝撃性試験では、測定された耐久上限温度の値から、以下の評価基準により、A〜Cの判定を行った。
評価「A」:耐久上限温度が1020℃以上の場合を、評価「A」とする。
評価「B」:耐久上限温度が820℃以上、1020℃未満の場合を、評価「B」とする。
評価「C」:耐久上限温度が820℃未満の場合を、評価「C」とする。
「ハニカム構造体のずれ試験」の結果と、「耐熱衝撃性試験」の結果とから、以下の評価基準により、良、可、不可の総合評価を行った。
評価「良」:ハニカム構造体のずれ試験の結果が、「無し」であり、且つ、耐熱衝撃性試験の結果が「A」の場合を、評価「良」とする。
評価「可」:ハニカム構造体のずれ試験の結果が、「無し」であり、且つ、耐熱衝撃性試験の結果が「B」の場合を、評価「可」とする。
評価「不可」:ハニカム構造体のずれ試験の結果が、「有り」であるか、又は、耐熱衝撃性試験の結果が「C」の場合を、評価「不可」とする。
実施例2〜5,7〜14、参考例6においては、隔壁の厚さ(μm)、セル密度(個/cm2)、外周壁の厚さ(mm)、隔壁の気孔率(%)、及び外周壁の気孔率(%)を、表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。実施例2〜5,7〜14、参考例6においては、使用する造孔材の大きさ及び造孔材の添加量を変更することによって、隔壁の気孔率(%)、及び外周壁の気孔率(%)を調節した。
比較例1,2においては、隔壁の厚さ(μm)、セル密度(個/cm2)、外周壁の厚さ(mm)、隔壁の気孔率(%)、及び外周壁の気孔率(%)を、表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。比較例1,2において、使用する造孔材の大きさ及び造孔材の添加量を変更することによって、隔壁の気孔率(%)、及び外周壁の気孔率(%)を調節した。
比較例3〜5においては、まず、実施例1〜3のハニカム構造体と同様の方法でハニカム構造体を作製した。その後、得られたハニカム構造体の外周壁を研削加工して取り除き、研削加工したハニカム構造体の外周に外周コート材を塗工し、その後乾燥して、外周コート材からなる外周壁を作製した。
比較例6,7においては、ハニカム焼成体の外周壁の表面の研削加工を行わずにハニカム構造体を製造したこと以外は、実施例1,3のハニカム構造体と同様の方法でハニカム構造体を作製した。
比較例8,9においては、ハニカム成形体を成形するための坏土に造孔材を加えず、コージェライト化原料の粒度を調整したこと以外は、実施例4,3のハニカム構造体と同様の方法でハニカム構造体を作製した。比較例8,9においては、コージェライト化原料の粒度を調整することによって、外周壁の表面における平均細孔径(μm)が調節されている。
表2に示すように、実施例1〜5,7〜14のハニカム構造体は、「ハニカム構造体のずれ試験」及び「耐熱衝撃性試験」において、共に良好な結果を得ることができた。一方、比較例1,2,6〜9のハニカム構造体は、「ハニカム構造体のずれ試験」において、ハニカム構造体が、缶体の内部にてガスの通気方向に移動していた。このため、比較例1,2,6〜9のハニカム構造体は、総合評価において、不可という結果となった。比較例1,2のハニカム構造体は、隔壁及び外周壁の気孔率が、共に48%未満であるため、外周壁の表面における細孔率P1と、外周壁の内表面の細孔率P2とに有意な差が得られなかった。比較例6,7のハニカム構造体は、外周壁の表面における細孔率P1と、外周壁の内表面の細孔率P2とが同じ値であった。比較例8,9のハニカム構造体は、外周壁の表面における平均細孔径(μm)の値が10μm未満であった。
Claims (14)
- 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となるセルを区画形成するセラミックを主成分とする多孔質の隔壁、及び前記隔壁の最外周を囲繞するように前記隔壁と一体的に形成されたセラミックを主成分とする多孔質の外周壁、を備え、
前記隔壁の厚さが、101〜381μmであり、
前記隔壁及び前記外周壁の気孔率が、共に48%以上であり、
前記外周壁の表面における細孔率が、前記外周壁の内表面の細孔率よりも高く、且つ、前記外周壁の表面における平均細孔径が、10μm以上であり、
前記外周壁の表面における細孔率をP1とし、前記外周壁の内表面の細孔率をP2とし、P1/P2の値が、1.1〜2.1である、ハニカム構造体。 - 前記隔壁によって区画形成される前記セルのセル密度が、15〜62個/cm2である、請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁及び前記外周壁の気孔率が、共に48〜75%である、請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記外周壁の表面における平均細孔径が、10〜30μm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。
- 前記セルの前記第一端面側又は前記第二端面側の端部に、当該セルの開口部を封止する目封止部材が配設されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体の外径寸法差が、±0.5mm以内である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となるセルを区画形成するセラミックを主成分とする多孔質の隔壁、及び前記隔壁の最外周を囲繞するように前記隔壁と一体的に形成されたセラミックを主成分とする多孔質の外周壁、を備え、前記隔壁の厚さが、101〜381μmであり、前記隔壁及び前記外周壁の気孔率が、共に48%以上であり、前記外周壁の表面における細孔率が、前記外周壁の内表面の細孔率よりも高く、且つ、前記外周壁の表面における平均細孔径が、10μm以上である、ハニカム構造体を製造する方法であって、
セラミック原料を含む成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形して、第一端面から第二端面まで延びるセルを区画形成する隔壁、及び前記隔壁の最外周を囲繞するように形成された外周壁を有するハニカム成形体を得るハニカム成形体作製工程A1と、
得られた前記ハニカム成形体の外周壁の表面を研削加工する成形体研削工程A2と、
前記外周壁の表面を研削加工したハニカム成形体を焼成して、ハニカム構造体を得る焼成工程A3と、を備えた、ハニカム構造体の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体を製造する方法であって、
セラミック原料を含む成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形して、第一端面から第二端面まで延びるセルを区画形成する隔壁、及び前記隔壁の最外周を囲繞するように形成された外周壁を有するハニカム成形体を得るハニカム成形体作製工程B1と、
得られた前記ハニカム成形体を焼成して、ハニカム焼成体を得る焼成工程B2と、
得られた前記ハニカム焼成体の外周壁の表面を研削加工する焼成体研削工程B3と、を備えた、ハニカム構造体の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体を収容する缶体と、前記ハニカム構造体と前記缶体との間に配設される緩衝部材と、を備え、
前記ハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な方向において、前記外周壁にかかる把持圧力が、0.2MPa以上、1.0MPa以下である、キャニング構造体。 - 前記ハニカム構造体の前記隔壁によって区画形成される前記セルのセル密度が、15〜62個/cm 2 である、請求項7に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記ハニカム構造体の前記隔壁及び前記外周壁の気孔率が、共に48〜75%である、請求項7又は10に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記ハニカム構造体の前記外周壁の表面における平均細孔径が、10〜30μmである、請求項7、10〜11のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記セルの前記第一端面側又は前記第二端面側の端部に、当該セルの開口部を封止する目封止部材が配設される、請求項7、10〜12のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記ハニカム構造体の外径寸法差が、±0.5mm以内である、請求項7、10〜13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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