JP6667342B2 - 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実施形態は、図1、図2に示すハニカム構造体100である。ハニカム構造体100は、多孔質の隔壁1を有するハニカム構造部10と、このハニカム構造部10の外周の一部から外側に突出する凸部15と、を備えている。隔壁1は、一方の端面である流入端面11から他方の端面である流出端面12まで延びる流体の流路となる複数のセル2を区画形成するものである。ハニカム構造体100の凸部15は、ハニカム構造部10の外周をリング状に連続的または断続的に取り囲むように配設されている。凸部15は、少なくとも一方の端部の形状がテーパー面15aを有するテーパー状である。凸部15は、少なくともテーパー面15aを構成する外周コート層20を有している。凸部15は、セル2の延びる方向に直交する断面において、最大厚さが1〜20mmである。凸部15は、外周コート層20により構成されるテーパー面15a上に表面粗さが5〜70μmである粗面領域18を有し、更に、テーパー面15a上には、粗面領域18以外の領域である滑面領域を有し、当該滑面領域の表面の表面粗さの値が、粗面領域18の表面粗さの値より小さい。そして、ハニカム構造体100の中心軸Oに平行にハニカム構造体100を見た場合(図6参照)に、ハニカム構造体100の中心軸Oから、粗面領域18を通過するように外周面に向かって引いた2つの直線A、Bがなす角度の最大を粗面領域角θとする。このとき、凸部15粗面領域18は、粗面領域角θの合計が108°以上である。ハニカム構造体100は、セル2の延びる方向に平行な断面において、テーパー面15aとセル2の延びる方向とのなす角度である傾斜角αが10〜80度である。なお、粗面領域角θは、直線A、Bのなす角度のうち、粗面領域が存在する側の角度をいう。
凸部は、ハニカム構造部の外周をリング状に連続的または断続的に取り囲むように配設されている。このような凸部が形成されていることにより、ハニカム構造体が缶体内に収納され、振動などを受けた際においても、ハニカム構造体の中心軸方向の移動を規制できる。つまり、凸部によって、ハニカム構造体の中心軸方向のずれを防止できる。
ハニカム構造部10は、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を主成分とすることができる。また、ハニカム構造部10は、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であることが好ましい。ここで、本明細書において「主成分」は、全体の中の50質量%を超える成分を意味する。
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。ハニカム成形体を焼成(本焼成)する前に、ハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものである。ハニカム成形体を仮焼する方法は、特に限定されるものではなく、有機物(有機バインダ、界面活性剤、造孔材等)を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は100〜300℃程度、造孔材の燃焼温度は200〜800℃程度である。そのため、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、200〜1000℃程度で、3〜100時間程度加熱することが好ましい。
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(流入端面)における「所定のセル(流入セル)」の開口部及び他方の端面(流出端面)における「残余のセル(流出セル)」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、ハニカム構造体に外力が加わった際にハニカム構造体が欠けてしまうことを防止できる。
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、金属珪素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。
周方向のずれ量は、加熱振動試験によって評価を行った。具体的には、まず、ハニカム構造体に、長さ110mmの非熱膨張性のセラミックマットを巻きつける。このセラミックマットは、凸部を中心に巻きつける。そして、セラミックマットが巻きつけられたハニカム構造体を、2分割されたステンレス製(SUS430)の缶体に収納した後、溶接して、缶体内にハニカム構造体を収納した試験用の缶体を組み立てる。
マット破損の評価は以下のようにして行った。まず、作製したハニカム構造体を缶体に収納した。次に、缶体に収納したハニカム構造体について、加振試験にて振動を与えた。その後、以下の評価基準で評価を行った。缶体に収納したハニカム構造体を缶体から外した後、マットが破れていた場合を「有」とした。缶体に収納したハニカム構造体を缶体から外した後、マットが破れていない場合を「無」とした。なお、加振試験の振動条件は、「周方向のずれ量」の評価と同様に、200Hz、40Gの振動を10時間与えることとした。
缶体とハニカム構造体との片当たりについて、以下のようにして評価を行った。まず、作製したハニカム構造体を缶体に収納した。次に、缶体に収納したハニカム構造体の初期位置が分かるようにハニカム構造体と缶体に印を記入し、その後、ハニカム構造体を加振試験した。その後、以下の評価基準で評価を行った。加振試験後にハニカム構造体の凸部に破損が確認された場合は「有」とした。加振試験後にハニカム構造体の凸部に破損が確認されなければ「無」とした。なお、加振試験の振動条件は、「周方向のずれ量」の評価と同様に、200Hz、40Gの振動を10時間与えることとした。
上記各評価に基づいて、以下の基準でハニカム構造体の「判定」を行った。「周方向のずれ量」の評価において「A」または「B」であり、「マット破損」の評価が「無」である場合を「OK」とした。なお、平面部が有る場合には更に「片当たり」の評価が「無」である場合を「OK」とした。「周方向のずれ量」の評価において「C」であるか、または「マット破損」の評価が「有」である場合を「NG」とした。なお、平面部が有る場合は「片当たり」の評価が「有」である場合にも「NG」とした。
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。得られたハニカム構造体について、「周方向のずれ量」、「マット破損」、及び「片当たり」の各評価を行った。その後、各評価に基づいて、ハニカム構造体の「判定」を行った。結果を表1に示す。
Claims (5)
- 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出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構造部と、
前記ハニカム構造部の外周の一部から外側に突出する凸部と、を備えるハニカム構造体であり、
前記凸部は、前記ハニカム構造部の前記外周をリング状に連続的または断続的に取り囲むように配設され、
前記凸部は、少なくとも一方の端部の形状がテーパー面を有するテーパー状であり、
前記凸部は、少なくとも前記テーパー面を構成する外周コート層を有し、
前記凸部は、前記セルの延びる方向に直交する断面において、最大厚さが1〜20mmであり、
前記凸部は、前記外周コート層により構成される前記テーパー面上に表面粗さが5〜70μmである粗面領域を有し、
前記ハニカム構造体の中心軸に平行に当該ハニカム構造体を見た場合に、前記ハニカム構造体の中心軸から、前記粗面領域を通過するように外周面に向かって引いた2つの直線がなす角度の最大を粗面領域角θとするとき、前記粗面領域角θの合計が108°以上となり、
前記セルの延びる方向に平行な断面において、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10〜80度であり、
前記テーパー面上には、前記粗面領域以外の領域である滑面領域を有し、当該滑面領域の表面の表面粗さの値が、前記粗面領域の表面粗さの値より小さい、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、前記凸部の幅は、前記ハニカム構造部の全長の1〜80%である請求項1に記載のハニカム構造体。
- 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る請求項1または2に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部が、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1〜3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部が、前記複数のセルのうちの所定のセルである流入セルの前記流入端面側の開口部及び前記複数のセルのうちの残余のセルである流出セルの前記流出端面側の開口部を目封止する目封止部を備える請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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