JPWO2007086183A1 - ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
セラミック構造体は、接着剤層を介して結束された複数の多孔質セラミック部材を含むことが望ましい。
前記セラミック構造体は2つの端面を有し、各セルは前記2つの端面に開口を有するものであり、前記製造方法は更に、前記隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように各セルの1つの開口を封止する工程を備えることが望ましい。
接着剤中に配合される無機バインダとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。無機バインダは単独で使用されてもよく、二種以上を組み合わせて使用されてもよい。好ましい無機バインダはシリカゾルである。
次に、被覆層34について説明する。図2及び図4に示すように、被覆層34はセラミック構造体23の外周の全面に亘って設けられている。被覆層34は、セラミック構造体23の外周部から排気ガスが漏れ出すことを防止することに加えて、ケーシング18内におけるハニカム構造体21の位置ずれを抑制する。
塗布剤は、溶融無機酸化物を主成分とし、その他にバインダ及び溶剤を含有する。本明細書では「主成分」は、塗布剤中に含有される複数の成分のうち、含有量の最も多い成分を意味する。主成分としての溶融無機酸化物により、塗布剤の塗布性、被覆層34の耐熱衝撃性と強度は向上する。溶融無機酸化物の含有によって、排気ガス中の煤煙分による被覆層34の腐食を抑制する作用効果を得ることができる。溶融無機酸化物は、所定の無機酸化物粉末を溶融して得られる。溶融無機酸化物は結晶化した表面を有する。溶融無機酸化物の表面は、溶融していない無機酸化物の表面に比べて滑らかである。溶融無機酸化物粒子の断面の円形度は1に近いほど好ましい。最も好ましい溶融無機酸化物は断面の円形度が1の球形の粒子である。
円形度=(4π×断面積)/(断面の円周の長さ)2 …(1)
断面の円形度が0.9未満の溶融無機酸化物は、転がり性が低く(転がりにくく)、塗布剤の塗布性を低下させる。
まず、プランジャ型の押出機や二軸スクリュー型の連続押出機等による押出成形により中間成形体を成形し、その中間成形体焼成して、多孔質セラミック部材22を得る。接着剤によって16個の多孔質セラミック部材22を結束させ、集合体S(図5)を形成する。集合体Sの外周部を、例えばダイヤモンドツール等により断面円形状(二点鎖点)に切削加工することでセラミック構造体23が得られる。セラミック構造体23の外周全面に塗布剤を塗布し、所定温度で乾燥及び硬化させて被覆層34を形成する。このようにして、図2に示すハニカム構造体21が得られる。セラミック構造体23の中心部を構成する所定形状(例えば、四角柱状)の複数の多孔質セラミック部材22と、セラミック構造体23の外周部を構成する所定形状(例えば、略三角柱(扇形の断面を有する柱状体)、略台形柱(3つの直線と1つの曲線で囲まれた断面を有する柱状体))の複数の多孔質セラミック部材22を予め成形しておき、多孔質セラミック部材22を接着剤で結束してセラミック構造体23を製造してもよい。
(1)被覆層34の主成分が溶融無機酸化物であるため、被覆層34中における気泡の形成が抑制され、被覆層34の接合強度を充分に確保することができ、ひいては被覆層34の剥離を好適に抑制することができる。被覆層34中における気泡の形成が抑制されるということは、塗布剤が均一に塗布されてその塗布性の向上が図られていることを意味する。溶融無機酸化物が主成分として含有されている被覆層34によれば、排気ガス中の煤煙分に起因して部分的に溶融(腐食)することが防止され、その機能を好適に確保することができる。したがって、この被覆層34を有するハニカム構造体21によれば、例えば被覆層34とセラミック構造体23との隙間から充分に浄化されていない排気ガスが排出されることがなく、排気ガスの充分な浄化効率を確保することができる。
上記した優れた作用効果に影響を及ぼさない限り、塗布剤中に無機繊維を添加してもよい。無機繊維としては、例えば、シリカーアルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等のセラミックファイバー等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<ハニカム構造体の製造>
平均粒径10μmのα型炭化珪素粉末7000重量部と、平均粒径0.5μmのα型炭化珪素粉末3000重量部とを湿式混合し、得られた混合物10000重量部に対して有機バインダ(メチルセルロース)570重量部と、水1770重量部とを加え、混錬して混合組成物を得た。その混合組成物に可塑剤(日本油脂社製、ユニルーブ(登録商標))330重量部と、潤滑剤(グリセリン)150重量部とを加え、更に混錬した後、押出成形し、図3に示す角柱状の生成形体を作製した。
次に、表1に示す塗布剤を調製した。
<塗布剤の調製>
まず、表1に示す成分を、ミキサーを用いて30分間混練することで塗布剤を調製した。各例の塗布剤について、下記に示す評価及び測定を行った。その結果を表1に示す。表1における「総合判定」の分類を以下に記載する。
◎:「気泡の発生無し」かつ「曲げ強度が7kgf以上」かつ「腐食無し」
○:「気泡数が1〜2個」かつ「曲げ強度が7kgf以上」かつ「腐食無し」、或いは、「気泡の発生無し」かつ「曲げ強度が6kgf以上7kgf未満」かつ「腐食無し」
△:「気泡数が3〜4個」かつ「曲げ強度が9kgf以上」かつ「腐食無し」、或いは、「気泡の発生無し」かつ「曲げ強度が4kgf以上6kgf未満」かつ「腐食無し」
×:「気泡数が3個以上」かつ「腐食有り」、或いは、「気泡数が7個以上」かつ「腐食無し」、或いは、「気泡数が3〜4個」かつ「曲げ強度が9kgf未満」かつ「腐食無し」
<塗布剤の塗布性評価>
各例の塗布剤をセラミック構造体の外周に塗布し、ハニカム構造体を製造した。このとき、各例のハニカム構造体における被覆層の平均厚みは0.2mmである。次に、各例のハニカム構造体の被覆層中における単位面積(10cm2)当たりの気泡の個数を工場顕微鏡(トプコンテクノハウス(株)製、TMM−100D)を用いて測定することで、塗布剤の塗布性を評価した。すなわち、被覆層中における気泡の個数が少ないほど、塗布剤が均一に塗布されていることを示し、塗布性に優れていることを意味する。本明細書では「気泡」は、直径が0.5mm以上であり、深さが0.2mm以上を有する、被覆層中に存在する空間(塗布剤が存在していない部分)を意味する。
被覆層の接着性(剥離のしにくさ)を評価すべく、被覆層の曲げ強度を測定した。まず、本実施例で用いたセラミック構造体と同様の組成を有する一対の基材(34×34×25mm)を作成した後、これら一対の基材を各例の塗布剤を用いて接合することで、所定の試験サンプルを得た。一対の基材の並列方向における被覆層の厚みは1mmである。次に、JIS−R−1601に準拠した3点曲げ試験法により、被覆層の曲げ強度を測定した。本実施例の3点曲げ試験法におけるクロスヘッドスピードは1mm/分である。
(1)走査型電子顕微鏡による観察
まず、各例の塗布剤を用いて所定形状(30×25×5mm)のペレットを作成した。走査型電子顕微鏡を用いてこのペレットの断面を撮影し、そのときの写真からランダムに選択した複数個の溶融無機酸化物粒子の平均粒径R1を算出した。次に、ペレットを0.2Nの水酸化カリウム(KOH)溶液に1時間含浸させた。KOH溶液には排気ガス中の煤煙分に含有される無機物(カリウム)が存在しているため、このKOH溶液を、排気ガスにおける煤煙分の代替物とみなす。
上記走査型電子顕微鏡による観察と併せて、熱処理後のペレットに関してのX線回折分析法(XRD)によっても、その腐食の有無を確認した。すなわち、主成分がシリカ(溶融シリカ又は粉砕シリカ)であるペレット(実施例1〜10,21,22、比較例1〜3)においては、SiO2(Tridymite)又はSiO2(Quartz)を示す回折ピークの半値幅が上記熱処理の前後において変化した場合に、ペレットが腐食したものと判断した。主成分がシリカ以外の無機粒子であるペレット(実施例11〜20、比較例4〜8)においても同様に腐食の有無を判断した。
各例のハニカムフィルタにおける被覆層の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により求めた。
Claims (16)
- 長手軸と、前記長手軸に沿って延び、隔壁によって隔てられた多数のセルとを有するセラミック構造体と、前記セラミック構造体の外周に設けられた被覆層とを備えるハニカム構造体であって、
前記被覆層は、溶融無機酸化物を主成分として含有することを特徴とするハニカム構造体。 - 前記被覆層中における前記溶融無機酸化物の含有量は、55〜95質量%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。
- 前記溶融無機酸化物は、溶融シリカ及び溶融アルミナの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のハニカム構造体。
- 前記溶融無機酸化物の平均粒径は20〜100μmであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記溶融無機酸化物の断面における円形度は0.9以上であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セラミック構造体は、接着剤層を介して結束された複数の多孔質セラミック部材を含むことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セラミック構造体は1つの多孔質セラミック部材からなることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セラミック構造体は、中心部を構成する所定形状の第1の複数の多孔質セラミック部材と、外周部を構成する所定形状の複数の第2の多孔質セラミック部材とが接着剤で結束されたものであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セラミック構造体は2つの端面を有し、各セルは前記2つの端面に開口を有し、各セルの1つの開口は封止されており、前記隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 溶融無機酸化物、バインダ、及び溶剤を含有する塗布剤を調製する工程と、
長手軸と、前記長手軸に沿って延び、隔壁によって隔てられた多数のセルとを有するセラミック構造体の外周に前記塗布剤を塗布する工程と、
前記塗布剤を硬化させて被覆層を形成する工程とを備えるハニカム構造体の製造方法であって、
前記塗布剤は、前記溶融無機酸化物を主成分として含有することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。 - 前記塗布剤中における前記溶融無機酸化物の含有量は、40〜70質量%であることを特徴とする請求項10に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記溶融無機酸化物は、溶融シリカ及び溶融アルミナの少なくとも一方であることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記溶融無機酸化物の平均粒径は、20〜100μmであることを特徴とする請求項10〜請求項12のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記溶融無機酸化物の断面における円形度は0.9以上であることを特徴とする請求項10〜請求項13のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 複数の多孔質セラミック部材を接着剤層を介して結束して前記セラミック構造体を構成する工程を更に備えることを特徴とする請求項10〜請求項14のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミック構造体は2つの端面を有し、各セルは前記2つの端面に開口を有するものであり、前記製造方法は更に、
前記隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように各セルの1つの開口を封止する工程を備えることを特徴とする請求項10〜請求項15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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