JP7075507B2 - ハニカム構造体、ハニカム構造フィルター、及び押出成形金型 - Google Patents

Description

本願は、ハニカム構造体、ハニカム構造フィルター、及び押出成形金型に関し、自動車排気浄化材分野に属する。

粒子フィルターは、ガソリン車やディーゼル車から排出される微粒子物質（ＰＭ）をろ過するために用いられる。粒子フィルターの構造はハニカム本体及び目封止部からなる。多孔質壁により仕切られた区画がハニカム本体を構成し、目封止部がハニカム本体の入口端及び出口端に「国際チェス」のような交差を形成する。エンジンから排出された排ガスが、ハニカムフィルターの入口端を通過し、ガスにより運ばれる微粒子物質が目封止部によって遮断され、ガスが多孔質壁を通過して隣接する区画に入って流れ出す。ハニカム粒子フィルターは、ガソリン粒子フィルター（ＧＰＦ）及びディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）に分けられ、ハニカム粒子フィルターの材質がセラミックハニカムフィルターに成熟した。

排ガス規制法によるＰＭ及びＰＮの厳しい制限により、粒子フィルターには、より高い気孔率が求められ、例えば、ガソリン粒子フィルターの気孔率は６０～７０％であり、気孔率が高いと粒子フィルターの強度が低下する。生産プロセス、製品輸送、触媒コーティング、及びパッケージング工程で欠陥を招く恐れがあり、亀裂が発生して、製品の廃棄につながる場合もある。

ガソリン粒子フィルターなどの高気孔率の粒子フィルターの強度不足に対して、従来の技術では、「一体型ハニカムセラミック構造体」を押出成形した後、第１外周壁の強度の不足を補うために、コーティング方法を用いて、第１外周壁に第２外周壁を配置する。また、円筒研削の加工手段で、ハニカムセラミック構造体の外周壁を除去するＤＰＦ外周表皮層処理と同じ技術も存在し、そして、植皮プロセスを利用し、除去された外周壁を無機セラミック材料が含まれたコーティング材で置き換え、外周コーティングされたセラミックハニカム本体を形成する。二次コーティングされたセラミックハニカム本体、及び外周コーティングされたセラミックハニカム本体の両方もハニカムセラミック外周の強度を高めることができるが、二次コーティング及び外周コーティングの両方にもより多くのプロセスが必要であるため、生産プロセスの制御すべき点が増加し、製品の一貫性を確保することが難しくなる。また、ガソリン粒子フィルターはサイズが小さく、プロセスを追加すると、ガソリン粒子フィルターの生産効率が低下することになる。

上記問題を解決するため、本願は、ハニカム構造体及びハニカム構造のフィルターを提供し、該ハニカム構造体の構造配置方式によれば、ハニカム構造体の強度を向上させるだけでなく、優れた耐熱衝撃性能及びより低い背圧を確保し、本願のハニカム構造体が一体成形により製造され、生産効率が高く、製造コストが低い。

該ハニカム構造体は、ハニカム本体及びハニカム本体を取り囲む表皮層を含み、前記ハニカム本体が、多孔質壁により画定されて軸方向に延びる通路を含み、前記ハニカム本体の径方向断面の中心軸線から表皮層までの径方向経路は、順次に多孔質壁の内部セクション及び多孔質壁の外部セクションにより構成され、前記多孔質壁の内部セクションに設けられる内側多孔質壁の平均壁厚が、多孔質壁の外部セクションに設けられる外側多孔質壁の平均壁厚よりも小さく、前記径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さの比率が７１％～９５％である。

さらに、前記径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さの比率が７５％～９０％である。より一層に言えば、前記径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さ比率の下限が８０％又は８５％から選ばれ、上限が８０％又は８５％から選ばれる。前記径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さ比率が７１％未満である場合、ハニカム構造体の背圧が著しく高くなり、前記径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さ比率が９５％を超える場合、ハニカム構造体の強度が大幅に増加しない。

必要に応じて、前記内側多孔質壁の平均壁厚と外側多孔質壁の平均壁厚との比は１：１．１～１．８である。さらに、前記内側多孔質壁の平均壁厚と外側多孔質壁の平均壁厚との比は１：１．１～１．７である。より一層に言えば、前記内側多孔質壁の平均壁厚と外側多孔質壁の平均壁厚との比は１：１．３～１．５である。外側多孔質壁の壁厚が増加すると、ハニカム構造体の強度を高めることができ、内側多孔質壁の平均壁厚と外側多孔質壁の平均壁厚との比が１：１．１未満である場合、ハニカムセラミックの強度が大幅に向上されず、内側多孔質壁の平均壁厚と外側多孔質壁の平均壁厚との比が１：１．８を超える場合、壁厚の差が大きすぎてハニカム構造体の耐熱衝撃性が低下する。

必要に応じて、前記内側多孔質壁及び／又は外側多孔質壁の壁厚は均一である。さらに、前記内側多孔質壁及び外側多孔質壁の壁厚は均一である。

必要に応じて、前記内側多孔質壁の壁厚は０．１５～０．４０ｍｍである。好ましくは、前記内側多孔質壁の壁厚は０．２２ｍｍである。

必要に応じて、前記表皮層の壁厚は０．５ｍｍ～１．１ｍｍである。さらに、前記表皮層の壁厚は０．７ｍｍ～１ｍｍである。より一層に言えば、前記表皮層の壁厚は０．８ｍｍ～０．９ｍｍである。表皮層の壁厚が０．５ｍｍ以上である場合、高気孔率の表皮層が大きな破壊応力に耐えることができ、アイソスタティック強度が大幅に向上し、表皮層の壁厚が０．５ｍｍ未満である場合、表皮層が強度不足により破損しやすくなり、表皮層の壁厚が１．１ｍｍを超えると、セラミック原料の配向性が低下し、その結果、熱衝撃性能が低下することになり、表皮層の壁厚が厚すぎると、成形時に表皮層に接続される外側多孔質壁に歪みが生じ、他の性能が低下することになる。

本願は、表皮層の壁厚及び表皮層に接続される領域の外側多孔質壁の壁厚を増加させることにより、ハニカム構造のアイソスタティック強度を向上するとともに、優れた耐熱衝撃性及びより低い背圧を確保する。

必要に応じて、前記ハニカム本体は円柱体であり、前記通路の径方向断面は正方形格子であり、前記通路は入口通路及び出口通路を含む。さらに、前記通路の径方向断面は丸角又は面取りの正方形格子、又は他の任意の形状を含む。

さらに、ハニカム構造体のハニカム本体と表皮層とは一体成形により製造される。

必要に応じて、前記ハニカム構造体の調製方法は、セラミック原料、バインダー、造孔剤及び潤滑剤を質量比７０～１２０：４～８：１２～１８：０．５～３で混合し、半製品に練り込んだ後、押出成形、切断、乾燥、定形、目封止及び焼結プロセスを経て、前記ハニカム構造体を得る工程を含む。

さらに、セラミック原料、バインダー、造孔剤及び潤滑剤の質量比は１００：６：１５：２である。

さらに、前記セラミック原料は、コージェライトハニカムセラミックに焼成できるタルク、カオリン、焼成カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、ベーマイト及びシリカの混合物から選ばれるものである。

必要に応じて、バインダーはメチルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースから選ばれるものである。さらに、前記バインダーはヒドロキシプロピルメチルセルロースである。

必要に応じて、造孔剤はジャガイモ澱粉、タピオカ澱粉、コーンスターチから選ばれる１つ又は複数の混合物である。さらに、前記造孔剤には、ジャガイモ澱粉が使用される。より一層に言えば、前記造孔剤には、ジャガイモ澱粉が使用される。

必要に応じて、潤滑剤は、トール油脂肪酸、サラダ油及び菜種油の少なくとも１種から選ばれるものである。さらに、前記潤滑剤はトール油脂肪酸である。

必要に応じて、前記ハニカム構造体の材料はコージェライト、炭化ケイ素、金属、チタン酸アルミニウム及びムライトの少なくとも１種から選ばれるものである。さらに、前記ハニカム構造体の材料はコージェライトである。

本願の別の態様によれば、ハニカム構造体の作製方法を提供し、該方法は、原料を押出機によってハニカム本体と表皮層とが一体成形されたハニカム構造体に作製する。

本願のさらに別の態様によれば、ハニカム構造のフィルターを提供し、前記ハニカム構造のフィルターは、ハニカム構造体により製造され、前記ハニカム構造体が、上記のハニカム構造体のいずれか及び上記の方法のいずれかにより作製されたハニカム構造体から選ばれる。

必要に応じて、前記ハニカム構造のフィルターは、ハニカム構造体に触媒コーティング及びパッケージングプロセスを施すことによって作製される。

本願の更なる別の態様によれば、本願は、ハニカム構造体の押出成形金型を提案し、該金型が、高強度、優れた耐熱衝撃性及び低背圧を有する一体成形されたハニカム構造体を作製することができ、生産効率が高く、製造コストが低い。

該ハニカム構造体の押出成形金型であって、前記成形金型は、上部原料注入部と下部押出部を含み、前記上部原料注入部に複数の原料注入孔が設けられ、前記下部押出部に交差した押出溝の配列、及び前記押出溝の配列の周りに配置される金型スリーブが設けられ、前記押出溝の配列及び前記金型スリーブは環状溝を囲んで、前記複数の原料注入孔はそれぞれ前記押出溝及び環状溝と対応的に連通し、前記押出溝の配列の断面の中心軸線から環状溝までの金型径方向経路は、順次に押圧溝の内部セクション及び押圧溝の外部セクションにより構成され、前記押圧溝の内部セクションに設けられる押出溝の幅が押圧溝の外部セクションに設けられる押出溝の幅よりも狭く、前記金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率が７１％～８７％である。

さらに、前記金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率が７５％～８５％である。より一層に言えば、前記金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率の下限が８０％又は８５％であり、前記金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率の上限は７５％又は８０％である。前記金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率は７１％未満である場合、ハニカム構造体の背圧が大幅に高くなり、前記金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率は８７％を超える場合、ハニカム構造体の強度が大幅に向上されない。

必要に応じて、前記押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．２～１．８である。さらに、前記押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．３～１．７である。より一層に言えば、前記押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．３～１．５である。押圧溝の外部セクションの幅は増加すると、作製されたハニカム構造体の強度を高めることができ、押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．２未満である場合、ハニカム構造体の強度が大幅に高められず、押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．８を超える場合、押圧溝の内部セクションの幅と押圧溝の外部セクションの幅との差が大きすぎて、作製されたハニカム構造体の耐熱衝撃性能が低下することになる。

必要に応じて、前記押圧溝の内部セクションの平均幅は０．１５ｍｍ～０．４０ｍｍである。好ましくは、前記押圧溝の内部セクションの平均幅は０．２０ｍｍ～０．２４ｍｍである。より好ましくは、前記押圧溝の内部セクションの平均幅は０．２２ｍｍである。

必要に応じて、前記下部押出部の押出溝は成形金型の軸方向に延在し、前記押出溝の配列の側面は、前記成形金型の頂部から底部までの方向に沿って内側へ傾斜して延在し、前記金型スリーブの内面の一部は、前記押出溝の配列の側面に平行に配置されて、環状溝を形成する。

必要に応じて、前記押出溝の配列の側面と前記成形金型の軸線とがなす角度αは３０°～６０°である。

前記押出溝の配列の側面と前記成形金型の軸線とがなす角度αは３７°～５３°である。より一層に言えば、前記押出溝の配列の側面と前記成形金型の軸線とがなす角度αは４０°～５０°である。前記押出溝の配列の側面と前記成形金型の軸線とがなす角度αが６０°以上である場合、押圧金型によって作製された高気孔率のハニカム構造体の、表皮層に接続されるガス流路が押圧により変形しやすく、アイソスタティック強度が著しく低下し、前記押出溝の配列の側面と前記成形金型の軸線とがなす角度αが３０°以下である場合、押圧金型によって作製されたハニカム構造体の表皮層が強度不足により損傷しやすい。

必要に応じて、前記押出溝の配列の側面と金型スリーブの内壁とが平行配置されて環状溝を形成し、前記環状溝の幅が０．５ｍｍ～１．１ｍｍである。好ましくは、前記環状溝の幅が０．７ｍｍ～１ｍｍである。環状溝の幅は０．５ｍｍ未満である場合、作製されたハニカム構造体の表皮層の強度がより低く、環状溝の幅が１．１ｍｍを超える場合、スラリーはフィルターの穴を押圧して変形させやすい。

本願は押圧溝の内部セクションの長さ比率、環状溝の幅、押出溝の幅及びα角度を制御することにより、ハニカム構造体のアイソスタティック強度を高めるとともに、優れた耐熱衝撃性能及びより低い背圧を確保する。

必要に応じて、前記押圧溝の内部セクションの幅は等しいか、及び／又は、前記押圧溝の外部セクションの幅は等しい。

必要に応じて、前記押出溝の配列は前記環状溝と連通し、前記押出溝の配列の断面は正方形格子状構造である。

必要に応じて、前記原料注入孔は円柱状であり、前記交差した押出溝の交差位置と連通する。好ましくは、前記原料注入孔と前記押出溝との接続部分は円錐台状である。

必要に応じて、前記原料注入孔の深さは５ｍｍ～４０ｍｍであり、原料注入孔の孔径は０．６ｍｍ～３．０ｍｍである。好ましくは、前記原料注入孔の深さは１０ｍｍ～３０ｍｍであり、原料注入孔の孔径は０．９ｍｍ～２．０ｍｍである。

本願の有益な効果は以下を含むが、これらに限定されない。
１．本願のハニカム構造体によれば、その表皮層の壁厚及び表皮に近接するハニカム本体の外側多孔質壁の壁厚の増加により、ハニカム構造体の強度を高めることができ、外側多孔質壁の壁厚の増加領域と異なる壁厚との比を制限することにより、ハニカム構造体は、強度を高める効果に対応するだけでなく、優れた耐熱衝撃性能及びより低い背圧を備える。
２．本願のハニカム構造体の作製方法によれば、該ハニカム構造体の作製方法は、ハニカム本体と表皮層とを一体成形することにより、表皮層を再度加工する必要がなく、生産効率が高く、製造コストが低い。
３．本願のハニカム構造フィルターによれば、該フィルターはガソリン粒子捕集装置などの車載フィルターとして用いられる場合、強度が高いだけでなく、優れた耐熱衝撃性及びより低い背圧を有する。
４．本願のハニカム構造体成形金型によれば、環状溝の幅、押出溝の配列の傾斜α角、及び押圧溝の外部セクションの押出溝の幅の増加は、作製されたハニカム構造体の強度を高めることができ、それと同時に、押圧溝の外部セクションの領域と押出溝の幅を制限することにより、成形金型によるハニカム構造体は、高強度、優れた耐熱衝撃性及び低背圧の特性を有する。
５．本願のハニカム構造体成形金型によれば、作製したハニカム構造体は一体成形され、ハニカム構造体の表皮層を再度加工する必要がなく、生産効率が高く、製造コストが低い。

ここで説明する図面は、本願をさらに理解するために提供され、本願の一部を構成し、本願の例示的な実施例及びその説明は、本願を説明するために使用され、本願の不適切な制限を構成するものではない。図面において、
本願の実施例に係るハニカム構造体の斜視模式図である。 本願の実施例に係るハニカム構造体の上面模式図である。 本願の実施例に係る金型の断面図である。 本願の実施例に係る金型の端部模式図である。

本願を実施するための形態

以下、実施例を参照しながら、本願について詳細に説明するが、本願はこれらの実施例に限定されるものではない。

特に明記されていない限り、本願の実施例の原材料及び触媒はすべて商業チャネルを通じて購入される。

本願の実施例における分析方法は以下の通りである。

ステンレス製圧力容器を利用してアイソスタティック強度試験を行う。アイソスタティック強度分析方法は、（１）評価対象を中空の円筒状のゴムスリーブに入れ、評価対象がゴムスリーブによって緊密に包まれ、ゴムスリーブの両端をカバーで密閉することと、（２）上記全体を水を媒体とした容器に入れて、該容器を密閉することと、（３）該密閉容器を加圧し、ある設定圧力に達する場合、５ｍｉｎ保温し、５ｍｉｎ以内に音が聞こえる場合、評価対象物が該設定圧力を通過できなく、５ｍｉｎ以内に音が聞こえない場合、評価対象物が該設定圧力を通過できることを意味することと、を含む。

ＳｕｐｅｒＦｌｏｗ会社の規格がＳＦ－１０２０の流量背圧テスターを利用して背圧試験を行う。背圧試験方法は、ガス流量を６Ｎｍ^３／ｍｉｎに設定し、実施例の背圧値を比較して評価することを含む。

マッフル炉を利用して耐熱衝撃性試験を行う。評価対象としてのハニカム構造体を所定の温度に達した抵抗炉に入れ、３０ｍｉｎ保温した後、ガソリン粒子フィルターを抵抗炉から取り出し、初めて表皮及び端面に亀裂があるかどうかを観察する。亀裂が見つからなかった場合、室温（２５℃）まで冷却して電気炉に入れる。上記のプロセスを３回繰り返し、亀裂が見つかった場合、試験を停止する。亀裂が見つからなかった場合、抵抗炉を５０℃に加熱し、上記のプロセスを再度３回繰り返す。亀裂が発生した温度を評価基準とする。

以下、添付の図面及び実施例を参照しながら、本願の具体的な実施形態をさらに詳細に説明する。以下の例は、本願を説明するために使用されるが、本願の範囲を限定するものではない。

ハニカム構造体の強度（例えば、アイソスタティック強度）、背圧及び耐熱衝撃性能は関連する特性であり、ハニカム構造体の構造パラメータを変更するとき、一部の特性を高めることができるが、他の特性を低下させる場合が多く、重要なのは、如何に全体的な性能が高いハニカム構造体を作製する方法である。多孔質壁の壁厚を増加する方法によりハニカム構造体の強度を高めることは容易に考えられるが、多孔質壁の壁厚を増加すると背圧が高くなり、耐熱衝撃性が低下することになる。本願は、強度の向上を満たすだけでなく、背圧及び耐熱衝撃性にも優れているハニカム構造体を提供する。

本願は、ガソリン粒子フィルター又はディーゼル粒子フィルターに使用できるハニカム構造体を提供し、その構造が図１及び図２を参照する。該ハニカム構造体はハニカム本体１及びハニカム本体を取り囲む表皮層２を含み、ハニカム本体１が多孔質壁により画定されて軸方向に延びる通路を含む。ハニカム本体１の径方向断面の、中心軸線Ｘから径方向に沿って表皮層２までの径方向経路Ｌ１は多孔質壁の内部セクションＬ２及び多孔質壁の外部セクションＬ３からなり、多孔質壁の内部セクションＬ２に設けられる内側多孔質壁１１の平均壁厚は、多孔質壁の外部セクションＬ３に設けられる外側多孔質壁１２の平均壁厚よりも小さく、径方向経路Ｌ１における多孔質壁の内部セクションＬ２の長さ比率が７１％～９５％であり、好ましくは、径方向経路Ｌ１における多孔質壁の内部セクションＬ２の長さ比率が７５％～９０％である。径方向経路Ｌ１は多孔質壁の内部セクションＬ２及び多孔質壁の外部セクションＬ３からなる。径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さ比率が７１％未満である場合、ハニカム構造体の背圧が大幅に高くなり、径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さ比率が９５％を超える場合、ハニカム構造体の強度には大幅に向上しない。

ハニカム本体１は円筒状であるが、これに限定されず、通路にとって、ガス流路３を目封止してもよいし、又はガス流路３を目封止することにより、吸気流路及び排気流路を形成してもよい。目封止方法には複数種があり、ハニカム本体の吸気端面及び排気端面が「国際チェス」のように交差配置して目封止してもよいが、この方法に限定されない。

内側多孔質壁１１及び外側多孔質壁１２の壁厚は均一又は不均一であってもよい。内側多孔質壁１１及び外側多孔質壁１２の壁厚は不均一である場合、内側多孔質壁１１の壁厚の最大値が外側多孔質壁１２の壁厚の最小値以下である。内側多孔質壁１１の壁厚及び外側多孔質壁１２の壁厚は、ハニカム本体の径方向断面の、中心軸線から径方向に沿って表皮層までの径方向経路の壁厚が均一に増加するように配置されてもよい。内側多孔質壁１１及び外側多孔質壁１２の孔密度はほぼ同じである。

内側多孔質壁１１の平均壁厚と外側多孔質壁１２の平均壁厚との比は１：１．１～１．８である。好ましくは、内側多孔質壁１１の平均壁厚と外側多孔質壁１２の平均壁厚との比は１：１．１～１．７である。より好ましくは、内側多孔質壁１１の平均壁厚と外側多孔質壁１２の平均壁厚との比は１：１．３～１．５である。外側多孔質壁１２の壁厚が増加すると、ハニカム構造体の強度を高めることができ、内側多孔質壁１１の平均壁厚と外側多孔質壁１２の平均壁厚との比は１：１．１未満である場合、ハニカムセラミックの強度には大幅な増加がなく、内側多孔質壁１１の平均壁厚と外側多孔質壁１２の平均壁厚との比は１：１．８を超える場合、壁厚の差が大きすぎて、ハニカム構造体の耐熱衝撃性が低下することになる。

好ましくは、内側多孔質壁の壁厚は０．１５～０．４０ｍｍである。より好ましくは、内側多孔質壁の壁厚は０．２２ｍｍである。好ましくは、内側多孔質壁１１及び外側多孔質壁１２の両方は均一な壁厚を有する。

必要に応じて、表皮層の壁厚は０．５ｍｍ～１．１ｍｍである。さらに、表皮層の壁厚は０．７ｍｍ～１ｍｍである。より一層に言えば、表皮層の壁厚は０．８ｍｍ～０．９ｍｍである。表皮層の壁厚が０．５ｍｍ以上である場合、高気孔率の表皮層は、より大きな破壊応力に耐えることができ、アイソスタティック強度が大幅に向上され、表皮層の壁厚が０．５ｍｍ未満の場合、表皮層が強度不足により破損しやすくなり、表皮層の壁厚が１．１ｍｍを超えると、セラミック原料の配向性が低下し、熱衝撃性能の低下につながり、表皮層の壁厚が厚すぎると、成形時に表皮層に接続される外側多孔質壁に歪みが生じ、他の性能が低下することになる。

ハニカム構造体の強度（例えば、アイソスタティック強度）、背圧及び耐熱衝撃性能は関連する特性であり、ハニカム構造体の構造パラメータを変更するとき、一部の特性を高めることができるが、他の特性を低下させる場合が多く、重要なのは、如何に全体的な性能が高いハニカム構造を作製する方法である。金型の押圧溝の外部セクションの幅を広めることにより、ハニカム構造体の強度を高めることは容易に考えられるが、金型の押圧溝の外部セクションの幅を広めると背圧の上昇、耐熱衝撃性の低下につながる。本願は、強度の向上を満たすだけでなく、背圧及び耐熱衝撃性にも優れているハニカム構造体を提供する。

本実施例はハニカム構造体を製造するための上記ハニカム構造体の押出成形金型を提供し、該フィルターが粒子濾過に使用できる。その構造は図３及び図４を参照する。該押出成形金型は、上部の原料供給部及び下部の押出部を含み、原料供給部は、金型の軸方向に沿って均一に配置される複数の原料注入孔９を含み、押出部は、交差した押出溝の配列、及び押出溝の配列を取り囲む金型スリーブ４を含み、押出溝の配列及び金型スリーブ４により環状溝１３を形成し、複数の原料注入孔９と押出溝２との交差点が環状溝１３に対応して連通される。

押出溝の配列が環状溝１３と連通し、押出溝の配列の断面が正方形格子状構造である。原料注入孔９は円柱状であり、原料注入孔９が前記交差した押出溝２の交差位置と連通する。

押出部の径方向断面は、中心線Ｘから径方向に沿って環状溝Ｌ１まで、押圧溝の内部セクションＬ２及び押圧溝の外部セクションＬ３を含む。押圧溝の内部セクションＬ２の押出溝の平均幅は押圧溝の外部セクションＬ３の押出溝の平均幅よりも狭く、金型径方向経路Ｌ１における押圧溝の内部セクションＬ２の長さ比率が７１％～８７％である。金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率が７１％未満である場合、成形金型により作製されたハニカム構造体の背圧が大幅に高くなり、金型径方向経路における押圧溝の内部セクションの長さ比率が８７％を超える場合、成形金型により作製されたハニカム構造体の強度には大幅な増加がない。

図１及び図２を参照して、該押出成形金型により作製されたハニカム構造体は円柱状であるが、これに限定されない。バッチ材料押出環状溝１３は、成形時にハニカム構造体の表皮層２を形成し、表皮層への２回コーティングを必要せずに、作製したハニカム構造体が一体成形され、生産効率を向上させ、加工プロセスを減らし、コストを削減するとともに、作製したハニカム構造体の強度を高めた。

押圧溝の内部セクション及び押圧溝の外部セクションの幅は均一又は不均一であってもよい。押圧溝の内部セクション及び押圧溝の外部セクションの幅が不均一である場合、押圧溝の内部セクションの幅の最大値が押圧溝の外部セクション押出溝幅の最小値以下である。押圧溝の内部セクションの幅及び押圧溝の外部セクションの幅は、中心軸線から径方向に沿って環状溝まで、押出部の径方向断面の幅が均一に増加するように配置される。好ましくは、押圧溝の内部セクションの幅は等しく、及び押圧溝の外部セクションの押出溝の幅は等しい。押圧溝の内部セクションの幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．２～１．８である。好ましくは、押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．３～１．７である。より好ましくは、押圧溝の内部セクションの幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比は１：１．３～１．５である。押圧溝の外部セクションの幅を大きくすると、押圧金型で作製されたハニカム構造体の強度を高めることができ、押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比が１：１．２未満である場合、押圧金型のハニカム構造体の強度には大幅な増加がなく、押圧溝の内部セクションの平均幅と押圧溝の外部セクションの平均幅との比が１：１．８を超える場合、押圧溝の内部セクションの幅と押圧溝の外部セクションの幅との差が大きすぎて、押圧金型で作製したハニカム構造体の耐熱衝撃性能を低下してしまう。

押圧溝の内部セクションの幅は０．１５ｍｍ～０．４０ｍｍである。好ましくは、押圧溝の内部セクションの幅は０．２０ｍｍ～０．２４ｍｍである。より好ましくは、押圧溝の内部セクションの幅は０．２２ｍｍである。好ましくは、押圧溝の内部セクションの幅は等しく、及び押圧溝の外部セクションの幅は等しい。

必要に応じて、押出溝の配列の側面と前記成形金型の軸線とがなす角度αは３０°～６０°である。押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなすαは３７°～５３°である。より一層に言えば、押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αは４０°～５０°である。押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αが６０°以上である場合、押圧金型により作製した高気孔率のハニカム構造体の、表皮層に接続されるガス流路が押圧により変形しやすく、アイソスタティック強度が大幅に向上され、押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αが３０°以下である場合、押圧金型により作製したハニカム構造体の表皮層が強度不足により損傷しやすい。

押出溝の配列の側面と金型スリーブの内壁とが平行配置して環状溝に形成し、環状溝の幅が０．５ｍｍ～１．１ｍｍである。好ましくは、前記環状溝の幅は０．７ｍｍ～１ｍｍである。環状溝の幅が０．５ｍｍ未満である場合、作製したハニカム構造体の表皮層の強度がより低く、環状溝の幅が１．１ｍｍよりも大きい場合、スラリーがフィルターの孔を押圧して変形させやすくする。押出溝の配列が環状溝と連通し、押出溝の配列の断面が正方形格子状構造である。

原料注入孔９が円柱状であり、原料注入孔９が交差した押出溝２の交差位置に連通する。好ましくは、押出溝２配列の軸方向断面は逆台形構造である。原料注入孔９の深さは５ｍｍ～４０ｍｍで、原料注入孔９の孔径は０．６ｍｍ～３．０ｍｍである。好ましくは、原料注入孔９の深さは１０ｍｍ～３０ｍｍで、原料注入孔９の孔径は０．９ｍｍ～２．０ｍｍである。

押圧金型の使用方法は次の通りである。バッチ材料が油圧機械の圧力により原料注入孔９から押出溝２、環状溝１３に入り下向きに押出成形され（図３の矢印がバッチ材料の押し込み方向）、環状溝１３の存在により、バッチ材料は、押出成形時に、ハニカム構造体の表皮層２を生成し、押出溝の配列により平行なハニカムガス流路３を形成する。環状溝１３の幅、押出溝２の幅、押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αを設定することにより、ハニカム構造体の強度を確保することが可能であり、環状溝１３が押出溝２の外部セクションの押出溝と連通し、製品の品質を確保した。
実施例１ ハニカム構造体１＃の作製

ハニカム構造体１＃の作製方法は、以下の工程を含む。
１）半製品の作製：コージェライトハニカムセラミックに焼成できるセラミック原料１００ｇ、バインダー６ｇ、造孔剤１５ｇ及び潤滑剤２ｇをコールターで混合し、混合したバッチ材料を混練又は精製して半製品に作製し、ここで、セラミック半製品の原料は、コージェライトに作製可能なタルク、カオリン、か焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、ベーマイト及びシリカの混合物を用いてもよく、バインダーはヒドロキシプロピルメチルセルロースを用い、造孔材はジャガイモ澱粉を用い、潤滑剤はトール油脂肪酸を用いる。
２）ブランクの作製：半製品をツインスクリュー押出機で押出成形し、第１金型によって円柱状のハニカム構造のブランクボディに作製した後、それを切断し、マイクロ波乾燥して、特定の高さのハニカムセラミックブランクに作製する。
３）目封止：ハニカムセラミックブランクをレーザーで打ち抜き、目封止して、「国際チェス」のように交差して目封止したハニカム構造体クロスプラグハニカム構造体を形成する。
４）焼結：目封止後のハニカムセラミックブランクを脱バインダー、焼成してハニカム構造体１＃を作製する。ハニカム構造体１＃の表皮層の壁厚は０．８０ｍｍであり、外側多孔質壁の壁厚は０．３０ｍｍであり、内側多孔質壁の壁厚は０．２２ｍｍであり、多孔質壁の内部セクションと、多孔質壁の外部セクション及び多孔質壁の内部セクションの合計との比（Ｌ２／Ｌ１）は０．８：１である。
実施例２ ハニカム構造体２＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃の作製

実施例１の作製方法によれば、異なる金型を用いて、ハニカム構造体２＃、ハニカム構造体３＃、ハニカム構造体４＃、ハニカム構造体５＃、ハニカム構造体６＃、ハニカム構造体７＃、ハニカム構造体８＃、、ハニカム構造体９＃、比較ハニカム構造体１＃、比較ハニカム構造体２＃、比較ハニカム構造体３＃、比較ハニカム構造体４＃、比較ハニカム構造体５＃及び比較ハニカム構造体６＃をそれぞれ作製する。ハニカム構造体２＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃の構造パラメータ：表皮層の壁厚、外側多孔質壁の壁厚Ｄ１、外側多孔質壁の壁厚と内側多孔質壁の壁厚（Ｄ１／Ｄ２）との比、及び、多孔質壁の内部セクションと多孔質壁の外部セクションとの合計、即ち径方向経路における多孔質壁の内部セクションの比率（Ｌ２／Ｌ１）は、表１に示されており、ハニカム構造体１＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃の内側多孔質壁及び外側多孔質壁は全部均一な壁厚を有する。

実施例３ ハニカム構造体１＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃の性能試験

実施例１及び２で作製したハニカム構造体１＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性に対して、それぞれ試験を行う。背圧試験では、ハニカム構造体１＃の背圧試験値を１００％とし、ハニカム構造体２＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃の背圧試験値をハニカム構造体１＃の背圧試験値と比較して評価し、１００％を超える場合、その背圧がハニカム構造体１＃の背圧よりも大きいと示し、１００％未満である場合、その背圧がハニカム構造体１＃の背圧よりも小さいと示す。上記の３つの指標を総合的に評価して、アイソスタティック強度≧１．０５Ｍｐａ、背圧≦１１５％、耐熱衝撃が６５０℃よりも大きなハニカム構造体を「合格」と評価し、上記の３つの評価基準のいずれかも満たさないと、「不合格」とされる。ハニカム構造体１＃～９＃、比較ハニカム構造体１＃～６＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性の試験結果を表２に示す。

ハニカム構造体１＃～９＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性の総合評価は「合格」である。ハニカム構造体９＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性の全体的な性能は最も優れている。比較ハニカム構造体１＃～２＃の表皮層の壁厚はアイソスタティック強度及び耐熱衝撃性に影響を与え、表皮層の壁厚が薄く、アイソスタティック強度が１．０５Ｍｐａ未満で、表皮層の壁厚が大きく、耐熱衝撃性が不足で、「不合格」と評価されてしまう。比較ハニカム構造体３＃～４＃は壁厚増加領域の比率が大きすぎるか又は小さすぎることで、「不合格」と評価され、壁厚増加領域が大きすぎると、即ちＬ２／Ｌ１が小さすぎると、背圧が大幅に高くなり、壁厚増加領域が小さすぎると、即ちＬ２／Ｌ１が大きすぎるため、アイソスタティック強度を高めることができない。比較ハニカム構造体５＃の外側多孔質壁の壁厚及び内側多孔質壁壁厚が過度に増加すると、性能が悪化して、「不合格」と評価され、したがって、壁厚が過度に増加し、壁厚の差が大きすぎて、耐熱衝撃性が低下する。比較ハニカム構造体６＃の壁厚が増加することなく均一であり、アイソスタティック強度が小さく、「不合格」と見なされる。
実施例４ ハニカム構造体１＃の作製における金型１′＃の使用

ハニカム構造体１＃の作製方法は下記の工程を含む。
１）半製品の作製：コージェライトハニカムセラミックに焼成可能なセラミック原料１００ｇ、バインダー６ｇ、造孔剤１５ｇ及び潤滑剤２ｇをコールターで混合し、混合したバッチ材料を混練又は精製して半製品に作製し、セラミック半製品の原料は、コージェライトに作製可能なタルク、カオリン、か焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、ベーマイト及びシリカの混合物を用いてもよく、バインダーはヒドロキシプロピルメチルセルロースを用い、造孔材はジャガイモ澱粉を用い、潤滑剤はトール油脂肪酸を用いる。
２）ブランクの作製：ツインスクリュー押出機で半製品を押出成形し、第１金型１′＃によって円柱状のハニカム構造のブランクボディに作製した後、それを切断し、マイクロ波乾燥して、特定の高さのハニカムセラミックブランクに作製し、第１金型１′＃の環状溝の幅は０．８ｍｍであり、押圧溝の外部セクションの幅は０．３０ｍｍであり、押圧溝の内部セクションの幅は０．２２ｍｍであり、押圧溝の内部セクション／（押圧溝の内部セクションと押圧溝の外部セクションとの合計）の比（Ｌ２／Ｌ１）は０．８：１であり、押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αは４５°である。
３）目封止：ハニカムセラミックブランクをレーザーで打ち抜き、目封止して、「国際チェス」のように交差して目封止したハニカム構造体を形成する。
４）焼結：目封止後のハニカムセラミックブランクを脱バインダー、焼成してハニカム構造体１＃を作製してなる。
実施例５ 金型２～１１′によるハニカム構造体２＃～１１＃の作製、比較金型１～８′による比較ハニカム構造体１＃～８＃の作製

実施例４の作製方法により、異なる金型を用いて、ハニカム構造体２＃（金型２′＃による作製）、ハニカム構造体３＃（金型３′＃による作製）、ハニカム構造体４＃（金型４′＃による作製）、ハニカム構造体５＃（金型５′＃による作製）、ハニカム構造体６＃（金型６′＃による作製）、ハニカム構造体７＃（金型７′＃による作製）、ハニカム構造体８＃（金型８′＃による作製）、ハニカム構造体９＃（金型９′＃による作製）、ハニカム構造体１０＃（金型１０′＃による作製）、ハニカム構造体１１＃（金型１１′＃による作製）、比較ハニカム構造体１＃（比較金型１′＃による作製）、比較ハニカム構造体２＃（比較金型２′＃による作製）、比較ハニカム構造体３＃（比較金型３′＃による作製）、比較ハニカム構造体４＃（比較金型４′＃による作製）、比較ハニカム構造体５＃（比較金型５′＃による作製）、比較ハニカム構造体６＃（比較金型６′＃による作製）、比較ハニカム構造体７＃（比較金型７′＃による作製）をそれぞれ作製する。ハニカム構造体２＃～１１＃の対応する金型２′＃～１１′＃、比較ハニカム構造体１＃～８＃の対応する比較金型１′＃～８′＃の構造パラメータ：環状溝の幅、押圧溝の外部セクションの幅Ｄ１、押圧溝の外部セクションの幅と押圧溝の内部セクションの幅（Ｄ１／Ｄ２）との比、押圧溝の内部セクション／（押圧溝の内部セクションと押圧溝の外部セクションとの合計）（Ｌ２／Ｌ１）が表１に示されており、金型１′＃～１１′＃、比較金型１′＃～８′＃の押圧溝の内部セクション及び押圧溝の外部セクションの幅が均一であり、原料注入孔の孔径が１．５ｍｍであり、原料注入孔の深さが２０ｍｍである。

実施例６ ハニカム構造体１０＃、１１＃、比較ハニカム構造体７＃、８＃の性能試験

実施例５で作製したハニカム構造体１０＃、１１＃、比較ハニカム構造体７＃、８＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性に対してそれぞれ試験を行う。背圧試験では、ハニカム構造体１＃の背圧試験値を１００％とし、ハニカム構造体１０＃、１１＃、比較ハニカム構造体７＃、８＃の背圧試験値をハニカム構造体１＃と比較して評価し、１００％を超える場合、その背圧がハニカム構造体１＃よりも大きいと示し、１００％未満である場合、その背圧がハニカム構造体１＃よりも小さいと示す。上記の３つの指標を総合的に評価して、アイソスタティック強度≧１．０５Ｍｐａ、背圧≦１１５％、耐熱衝撃が６５０℃よりも大きなハニカム構造体を「合格」と評価し、上記の３つの評価基準のいずれかを満たさないと、「不合格」とされる。ハニカム構造体１０＃、１１＃、比較ハニカム構造体７＃、８＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性の試験結果を表４に示す。

ハニカム構造体１＃～１１＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性の総合評価は「合格」である。ハニカム構造体９＃のアイソスタティック強度、背圧及び耐熱衝撃性に最も優れている。比較ハニカム構造体１＃～２＃の表皮層２の壁厚（比較金型１′＃～２′＃の環状溝１３の幅に相当）はアイソスタティック強度及び耐熱衝撃性に影響を与え、表皮層２の壁厚が薄く、アイソスタティック強度が１．０５Ｍｐａ未満で、表皮層２の壁厚が大きく、耐熱衝撃性が不足であるため、「不合格」と評価されてしまう。比較ハニカム構造体３＃～４＃は、ガス流路壁の壁厚増加領域（図２の内側多孔質壁１１を除く領域）の比率（押出部の径方向断面領域における比較金型３′＃～４′＃の押圧溝の外部セクションの領域の比率に相当）が大きすぎるか又は小さすぎるため、「不合格」と評価されてしまい、ガス流路壁の壁厚増加領域（図４の押出部の径方向断面領域における、押圧溝の内部セクション４以外の領域の比率に相当）が大きすぎて、即ち、Ｌ２／Ｌ１が小さすぎるため、背圧が著しく高くなり、ガス流路壁の壁厚増加領域が小さすぎて、即ちＬ２／Ｌ１が大きすぎるため、アイソスタティック強度を高めることができない。比較ハニカム構造体５＃の外側多孔質壁１２（図２の内側多孔質壁１１と表皮層２との間の領域）の壁厚が、内側多孔質壁の壁厚よりも厚すぎるため、（押出溝の外部セクションの幅が押出溝の内部セクションの幅よりも遥かに大きいことに相当）、性能が悪化し、「不合格」と評価されてしまい、壁厚が厚くなりすぎ、壁厚の差が大きくなりすぎて、耐熱衝撃性が低下する。比較ハニカム構造体６＃の壁厚が均一（押出溝のすべての幅が均一であることに相当）で、アイソスタティック強度が小さいため、「不合格」とされる。比較ハニカム構造体７＃～８＃について、押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αが本願の範囲より小さい場合、押圧金型により作製したハニカム構造体の表皮層が?度不足により損傷しやすく、押出溝の配列の側面と成形金型の軸線とがなす角度αが本願の範囲より大きい場合、押圧金型により作製した高気孔率のハニカム構造体の、表皮層に接続されるガス流路が押圧されて変形しやすく、アイソスタティック強度が大幅に低下する。

以上のように、本願の実施例にすぎず、本願の保護範囲はこれらの特定の実施例によって限定されず、本願の請求項の範囲によって決定される。当業者にとって、本願に対して様々な修正及び変更を行うことができる。本願の技術的構想と原理の範囲内で行われたすべての変更、等価置換、改良などは、本願の保護範囲に含まれるべきである。

Claims (13)

1. ハニカム本体及びハニカム本体を取り囲む表皮層を備え、前記ハニカム本体は、多孔質壁によって画定されて軸方向に延びる通路を含むハニカム構造体において、前記ハニカム本体の径方向断面の中心軸線から表皮層までの径方向経路は順次に多孔質壁の内部セクション及び多孔質壁の外部セクションからなり、前記多孔質壁の内部セクションに設けられる内側多孔質壁の平均壁厚が、多孔質壁の外部セクションに設けられる外側多孔質壁の平均壁厚よりも小さく、前記径方向経路における多孔質壁の内部セクションの長さ比率が８０％～９０％であり、前記表皮層の壁厚は０．５ｍｍ～１．１ｍｍであり、前記内側多孔質壁の平均壁厚と外側多孔質壁の平均壁厚との比は１：１．２７～１．８であることを特徴とするハニカム構造体。
2. 前記内側多孔質壁及び／又は外側多孔質壁は均一な壁厚を有し、
   前記内側多孔質壁の壁厚は０．１５～０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記表皮層の壁厚は０．７ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
4. 前記ハニカム本体は円柱体であり、前記通路の径方向断面は正方形格子状構造であり、前記通路は吸気流路及び排気流路を含むことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
5. 該方法は、原料を押出機によってハニカム本体及び表皮層が一体成形されたハニカム構造体に作製することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のハニカム構造体の作製方法。
6. ハニカム構造体により作製され、前記ハニカム構造体は請求項１～４のいずれか一項に記載のハニカム構造体、及び請求項５に記載の方法で作製されたハニカム構造体の中の少なくとも１種から選ばれたものであることを特徴とするハニカム構造フィルター。
7. ハニカム構造体の押出成形金型あって、
   前記押出成形金型は、上部原料注入部と下部押出部を含み、前記上部原料注入部に複数の原料注入孔が設けられ、前記下部押出部に交差した押出溝の配列及び前記押出溝の配列の周りに配置された金型スリーブが設けられ、前記押出溝の配列及び前記金型スリーブにより環状溝が形成され、前記複数の原料注入孔がそれぞれ前記押出溝及び環状溝に対応して連通するハニカム構造体の押出成形金型において、前記押出溝の配列の断面の中心軸線から環状溝までの金型径方向経路は、順次に押圧溝の内部セクション及び押圧溝の外部セクションからなり、前記押圧溝の内部セクションに設けられる押出溝の幅は、押圧溝の外部セクションに設けられる押出溝の幅よりも小さく、前記金型径方向経路の押圧溝の内部セクションの長さの比率が８０％～８７％であり、前記下部押出部の押出溝は成形金型の軸方向に延在し、前記押出成形金型の頂部から底部までの方向に沿って前記押出溝の配列の側面が内側へ傾斜して延在し、前記金型スリーブの内面の一部は前記押出溝の配列の側面と平行配置して環状溝を形成し、前記押出溝の配列の側面と前記押出成形金型の軸線とがなす角度は３０°～６０°であり、前記押圧溝の内部セクションの押出溝の平均幅と押圧溝の外部セクションの押出溝の平均幅との比は、１：１．２７～１．８であることを特徴とするハニカム構造体の押出成形金型。
8. 前記押圧溝の内部セクションの押出溝の平均幅は０．１５ｍｍ～０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のハニカム構造体の押出成形金型。
9. 前記環状溝の幅は、０．５ｍｍ～１．１ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のハニカム構造体の押出成形金型。
10. 前記押圧溝の内部セクションの幅が等しいか、及び／又は前記押圧溝の外部セクションの幅は等しいことを特徴とする請求項７に記載のハニカム構造体の押出成形金型。
11. 前記押出溝の配列が前記環状溝と連通し、前記押出溝の配列の断面は正方形格子状構造を含むことを特徴とする請求項７に記載のハニカム構造体の押出成形金型。
12. 前記原料注入孔は円柱状で、前記原料注入孔が前記押出溝の交差位置と連通することを特徴とする請求項７に記載のハニカム構造体の押出成形金型。
13. 前記原料注入孔の深さは５ｍｍ～４０ｍｍであり、原料注入孔の孔径は０．６ｍｍ～３．０ｍｍであることを特徴とする請求項７～１２のいずれか一項に記載のハニカム構造体の押出成形金型。

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