WO2011117964A1 - ハニカム構造体 - Google Patents

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WO2011117964A1
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honeycomb fired
honeycomb
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齋藤祥
成瀬和也
柴田俊明
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イビデン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a honeycomb structure.
  • Particulates such as soot (hereinafter also referred to as PM) and other harmful components contained in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as buses, trucks, etc. and construction machinery may cause harm to the environment and the human body. It has become a problem recently. Accordingly, various honeycomb structures made of porous ceramics have been proposed as honeycomb filters for collecting PM in exhaust gas and purifying the exhaust gas.
  • honeycomb structure Conventionally known as such a honeycomb structure is a honeycomb structure comprising ceramic blocks in which a plurality of honeycomb fired bodies having a large number of cells are bundled (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 examples of the honeycomb fired bodies positioned on the outermost periphery of the honeycomb structure are shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b).
  • FIGS. 16 (a) and 16 (b) Schematically.
  • the cell 1111 and the cell 1121 that are closest to the curved surface constituting the outer peripheral surface of the ceramic block are cross-sectional shapes perpendicular to the longitudinal direction.
  • cross-sectional shape is substantially triangular or substantially trapezoidal, unlike the cross-sectional shape of the cells located inside the cells, and one side of the cells 1111 and 1121 is formed along the curved surface. Has been.
  • Patent Document 2 As a honeycomb structure capable of sealing cells of the honeycomb fired body without filling defects, a honeycomb structure as described in Patent Document 2 has been proposed.
  • Patent Document 2 in the cells of the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure, the cells in contact with the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the ceramic block among the outer peripheral walls of the honeycomb fired body (hereinafter referred to as the outermost peripheral portion).
  • a honeycomb structure that facilitates filling with a plug material paste is disclosed by making the cross-sectional shape of the cells other than the outermost peripheral portion the same.
  • the outer peripheral wall 1154 of the honeycomb fired body 1150 or the outer peripheral wall of the honeycomb fired body 1160 The step 1164 is provided with a step corresponding to the position of the cell 1151 or the cell 1161 located on the outermost periphery.
  • the cells 1111 of the honeycomb fired body 1110 shown in FIG. 16A and the cells 1121 of the honeycomb fired body 1120 shown in FIG. 16B are sealed.
  • the opening area of the cell is small, it is difficult to fill the sealing material paste, or the sealing material is likely to leak or protrude, which causes insufficient sealing of the cell, resulting in poor sealing. May occur.
  • a step is provided on the outer peripheral wall of the honeycomb fired body. That is, on the outer peripheral wall of the honeycomb fired body constituting the conventional honeycomb structure described in Patent Document 2, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body, convex portions 1155 as shown in FIG. A step formed by the concave portion 1156 or a step formed by the convex portion 1165 and the concave portion 1166 as shown in FIG. 17B is provided. In such a honeycomb fired body constituting the conventional honeycomb structure, there is no sealing failure and the cells can be sufficiently sealed.
  • the outer peripheral wall is formed on the outer peripheral wall of the honeycomb fired body in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the reason is considered as follows. It is difficult for the wet mixture to flow at the position of the convex portion or concave portion of the mold used in the extrusion molding, and the amount of the wet mixture filled in the convex portion or concave portion of the mold tends to be insufficient.
  • the outer peripheral wall having a desired shape cannot be produced, a molding defect occurs in which the convex portion of the outer peripheral wall is missing or the concave portion of the outer peripheral wall is partially thinned.
  • the outer peripheral wall of the honeycomb molded body comes into contact with a conveying jig or the like, so that there is a problem that the convex portion present on the outer peripheral wall of the honeycomb molded body is missing, or the outer peripheral wall Since the amount of the wet mixture filled in the recesses is insufficient, there is a problem that cracks start from the recesses due to expansion and contraction due to temperature changes during drying or firing. As a result, defects in the honeycomb fired body increase and the manufacturing efficiency of the honeycomb structure decreases.
  • the outer peripheral wall of the honeycomb fired body, the outer peripheral wall of the honeycomb block made of the honeycomb fired body, and the outer peripheral wall of the manufactured honeycomb structure are: Convex and concave portions still exist. Therefore, during the process of manufacturing the honeycomb structure, or when the honeycomb structure is used as a honeycomb filter, the honeycomb structure is exposed to high temperatures such as chipping of the outer peripheral wall of the honeycomb structure or regeneration treatment. Defects such as cracks starting from the convex portions and / or concave portions of the outer peripheral wall due to expansion and contraction of the fired body occur.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and can be easily filled with a sealing material paste for sealing cells of a honeycomb fired body constituting the honeycomb structure, and the honeycomb fired body
  • An object of the present invention is to provide a honeycomb structure capable of preventing the occurrence of chipping or cracking of the outer peripheral wall of the present invention or the outer peripheral wall of the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure according to claim 1 is composed of a honeycomb fired body in which a large number of cells are arranged side by side in the longitudinal direction across the cell wall and an outer peripheral wall is formed around the cell.
  • a honeycomb structure made of ceramic blocks Among the outer peripheral walls of the honeycomb fired body, the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the ceramic block is a step outer peripheral wall provided with a step composed of a convex part and a concave part in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the convex portions and / or the concave portions are chamfered, the convex portions and / or the concave portions are configured by curves and / or straight lines in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. It is characterized by being.
  • the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the ceramic block includes a convex portion and a concave portion in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • a step is provided.
  • cells having a cross-sectional shape different from the cross-sectional shape of the inner cell and having a small cell cross-sectional area (hereinafter also referred to as incomplete cells) remain in the manufacturing process of the honeycomb structure, Cell sealing failure occurred, reducing the efficiency of the cell sealing process.
  • the number of incomplete cells located in the outermost peripheral portion of the honeycomb structure is reduced by providing a step including a convex portion and a concave portion on the outer peripheral wall of the honeycomb fired body. be able to.
  • the cross-sectional area of the cell located in the outermost periphery part of a honeycomb structure can be improved, the filtration area increases, PM collection efficiency improves, and pressure loss also improves.
  • the sealing material paste can be easily filled, sealing failure can be reduced and the manufacturing efficiency of the honeycomb structure can be improved.
  • the cell wall of the honeycomb fired body refers to a portion that exists between two cells and separates the two cells.
  • the outer peripheral wall of the honeycomb fired body refers to a portion of the cell wall that exists around the honeycomb fired body and forms the outer periphery of the honeycomb fired body.
  • the convex portions and / or concave portions in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body are obtained by chamfering the convex portions and / or concave portions of the outer peripheral wall. Is constituted by a curve and / or a straight line. That is, in the honeycomb structure according to claim 1, the chamfered portion in the convex portion and / or the concave portion is configured by a curve and / or a straight line in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. .
  • the convex portion of the outer peripheral wall is missing due to insufficient amount of the wet mixture filled in the convex portion or concave portion of the mold, or the concave portion of the outer peripheral wall is Partial thinning can be prevented.
  • the outer peripheral wall of the honeycomb molded body comes into contact with a conveying jig or the like during the drying step, the firing step, the binding step, etc. after extrusion for producing the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure.
  • a chip generated on the convex portion of the outer peripheral wall of the honeycomb structure Alternatively, it is possible to prevent defects such as cracks starting from the convex portions and / or concave portions of the outer peripheral wall due to expansion and contraction of the honeycomb fired body when exposed to a high temperature.
  • honeycomb structure a plurality of the honeycomb fired bodies are bundled through the adhesive layer in the ceramic block.
  • the ceramic block is formed by combining honeycomb fired bodies having different shapes,
  • the honeycomb fired body includes an outer honeycomb fired body positioned on the outer periphery of the ceramic block and an inner honeycomb fired body positioned on the inner side of the outer honeycomb fired body.
  • the convex portions and / or the concave portions are constituted only by curves. That is, in the honeycomb structure according to claim 4, the chamfered portion of the convex portion and / or the concave portion of the outer peripheral wall is configured by only a curve in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. .
  • the stress relaxation property is excellent.
  • the cell includes an outer peripheral cell in contact with an outer peripheral wall of the honeycomb fired body and an inner cell positioned on the inner side of the outer peripheral cell. A corner is formed, and the corner is chamfered.
  • the corners formed on the inner walls of the peripheral cells are chamfered.
  • corner portions of the peripheral cells are chamfered.
  • the stress is relieved compared to the case where the corners of the peripheral cells are sharp. Therefore, it starts from a chip in the convex portion of the outer peripheral wall due to contact with a jig or the like during conveyance, or a convex portion and / or a concave portion of the outer peripheral wall due to expansion and contraction of the honeycomb fired body when exposed to a high temperature. Generation of cracks and the like can be further prevented.
  • the chamfered corner portion includes a corner portion constituted by the stepped outer peripheral wall and a corner portion constituted by the stepped outer peripheral wall and the cell wall. It is. Of the corners of the peripheral cells, the corners formed by the stepped outer peripheral wall and the corners formed by the stepped outer peripheral wall and the cell wall are chamfered.
  • the stress added to the convex part or the concave part which has can be relieved. Therefore, generation
  • the thickness of the stepped outer peripheral wall of the honeycomb fired body can be made substantially the same including the thickness of the outer peripheral wall of the convex portion, deformation of the outer peripheral wall of the honeycomb molded body during extrusion molding can be prevented.
  • the chamfering applied to the corner portion is R chamfering, and the radius of curvature of the R chamfering is 0.3 to 2.5 mm.
  • R chamfering is excellent in stress relaxation because the corners of the peripheral cells are chamfered into a curved shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. Accordingly, it is possible to further prevent the occurrence of cracks and the like starting from the convex portion and / or the concave portion of the outer peripheral wall.
  • the cell includes an outer peripheral cell in contact with an outer peripheral wall of the honeycomb fired body, and an inner cell positioned inside the outer peripheral cell,
  • the inner cell is a complete cell formed based on the basic formation pattern,
  • Out of the peripheral cells, the peripheral cells in contact with the stepped peripheral wall include incomplete cells whose cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction is different from the complete cells.
  • the honeycomb structure according to Patent Document 1 in which the cross-sectional shape of the cell located at the outermost peripheral portion and the cross-sectional shape of the cell located outside the outermost peripheral portion are all the same. Unlike incomplete cells. Therefore, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body, the number of convex portions or concave portions of the stepped outer peripheral wall of the honeycomb fired body can be reduced. As a result, at the time of extrusion molding, the amount of the wet mixture filled in the convex portion or concave portion of the mold is insufficient, so that the convex portion of the outer peripheral wall is missing, or the concave portion of the outer peripheral wall is partially thinned. Can be prevented.
  • the protrusions present on the outer peripheral wall of the honeycomb molded body or the honeycomb fired body are missing due to contact with a jig or the like during transportation, or exposed to high temperatures.
  • the honeycomb fired body is expanded and contracted, it is possible to further prevent cracks from starting from the convex portions and / or concave portions of the outer peripheral wall.
  • a filtration area capable of collecting PM can be improved, and pressure loss can be reduced.
  • a shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell excluding the incomplete cell and a shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the inner cell are approximately It is a rectangle.
  • the outer peripheral cell excluding the incomplete cell, and the inner cell is composed of a large capacity cell and a small capacity cell,
  • the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large capacity cell is larger than the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small capacity cell.
  • the shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large-capacity cell is substantially square, and the shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small-capacity cell is substantially square.
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large capacity cell is substantially octagonal, and the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small capacity cell is approximately. It is a rectangle.
  • each side of the cell is constituted by a curve. Since the honeycomb structure according to any one of claims 11 to 13 has a cell having a cross-sectional shape as described above, when used as an exhaust gas purification filter, PM in exhaust gas can be suitably collected. it can.
  • the thickness of the stepped peripheral wall of the honeycomb fired body is larger than the thickness of the cell wall of the honeycomb fired body.
  • the thickness of the stepped peripheral wall of the honeycomb fired body is 1.3 to 3.0 times the thickness of the cell wall of the honeycomb fired body. If the thickness of the step outer peripheral wall is 1.3 times or more the thickness of the cell wall of the honeycomb fired body, the protrusions and recesses of the outer peripheral wall constituting the step in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body It becomes easy to make the shape of the curve shape and / or linear shape. Further, it becomes easy to sufficiently secure the mechanical strength of the outer peripheral wall of the honeycomb structure. On the other hand, when the thickness of the stepped peripheral wall is 3.0 times or less the thickness of the cell wall of the honeycomb fired body, the aperture ratio is difficult to decrease.
  • the outer peripheral walls other than the convex portions and the concave portions have substantially the same thickness.
  • each one end of the cells is alternately sealed.
  • a coat layer is formed on the outer peripheral surface of the ceramic block.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the honeycomb structure of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the honeycomb structure shown in FIG. 1 taken along the line AA.
  • Fig.3 (a) is a perspective view which shows typically an example of the inner honeycomb fired body which comprises the honeycomb structure of 1st embodiment of this invention.
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along line BB of the inner honeycomb fired body shown in FIG. 3 (a).
  • Fig. 4 (a) is a perspective view schematically showing an example of an outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 (b) is a side view of the outer honeycomb fired body shown in Fig.
  • FIG. 5A to FIG. 5D are partial enlarged cross-sectional views schematically showing an example of a chamfered shape applied to the convex portion according to the embodiment of the present invention.
  • 5 (e) to 5 (h) are partial enlarged cross-sectional views schematically showing an example of a chamfered shape applied to the recess according to the embodiment of the present invention.
  • Fig.6 (a) is a perspective view which shows typically an example of the outer honeycomb fired body which comprises the honeycomb structure of 2nd embodiment of this invention.
  • FIG. 6B is a side view of the outer honeycomb fired body shown in FIG.
  • Fig.7 (a) is a side view which shows typically an example of the inner honeycomb fired body which comprises the honeycomb structure of 3rd embodiment of this invention.
  • FIG. 7B is a side view schematically showing an example of the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the third embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 (a) is a side view schematically showing another example of the inner honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a side view schematically showing another example of the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view schematically showing an example of the honeycomb structure of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A and 10B are side views schematically showing an example of the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view schematically showing an example of the honeycomb structure of the fifth embodiment of the present invention.
  • 12 (a) and 12 (b) are side views schematically showing an example of an outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a side view schematically showing an example of a honeycomb structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a side view schematically showing another example of a honeycomb structure of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 (a) and 15 (b) are side views schematically showing an example of an end face of the inner honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the present invention.
  • FIG. 16 (a) is a perspective view schematically showing an example of a honeycomb fired body positioned on the outermost periphery of the honeycomb fired body among the honeycomb fired bodies used in manufacturing a conventional honeycomb structure.
  • Fig. 16 (b) is a perspective view schematically showing another example of the honeycomb fired body positioned on the outermost periphery of the conventional honeycomb structure.
  • FIG. 17A schematically shows an example of a honeycomb fired body constituting a conventional honeycomb structure in which the cross-sectional shape of the cell located at the outermost peripheral portion and the cross-sectional shape of the cell located outside the outermost peripheral portion are the same.
  • FIG. 17B shows another example of the honeycomb fired body constituting the conventional honeycomb structure in which the cross-sectional shape of the cell located at the outermost peripheral portion is the same as the cross-sectional shape of the cell located outside the outermost peripheral portion. It is a side view showing typically.
  • the outer honeycomb fired body and the inner honeycomb fired body are simply referred to as a honeycomb fired body when it is not necessary to distinguish between them. Further, when there is no need to particularly distinguish the outer cell and the inner cell, and the complete cell and the incomplete cell, they may be simply expressed as cells.
  • the section of the honeycomb structure, the section of the honeycomb fired body, or the section of the honeycomb formed body is simply expressed, the section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb structure, respectively, It refers to a cross section perpendicular to the longitudinal direction or a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb formed body. Further, in this specification, when simply expressed as the cross-sectional area of the honeycomb fired body, the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body is indicated.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the honeycomb structure of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the honeycomb structure shown in FIG. 1 taken along the line AA.
  • a plurality of honeycomb fired bodies 110 and 120 are bonded together via an adhesive layer 101 (101A to 101D) to form a ceramic block 103. Further, this ceramic block A coat layer 102 is formed on the outer periphery of 103. In addition, the coat layer should just be formed as needed.
  • a porous body made of silicon carbide or silicon-containing silicon carbide is preferable.
  • honeycomb structure 100 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, eight honeycomb fired bodies 120 at positions constituting the outer periphery of the ceramic block 103 and four honeycomb fired bodies positioned inside the honeycomb fired body 120.
  • the body 110 is bound via the adhesive layer 101 (101A to 101D) so that the cross-sectional shape of the ceramic block 103 (honeycomb structure 100) is substantially circular.
  • the honeycomb fired body located at the position constituting the outer periphery of the ceramic block is referred to as an “outer honeycomb fired body”, and the honeycomb fired body positioned inside the outer honeycomb fired body is referred to as an “inner honeycomb fired body”.
  • the ceramic block is combined with the honeycomb fired bodies having different shapes, the outer honeycomb fired body positioned on the outer peripheral portion of the ceramic block, and the inner side of the outer honeycomb fired body. It can be said that it consists of an inner honeycomb fired body.
  • the outer peripheral wall of the outer honeycomb fired body 120 is provided with a step including a convex portion and a concave portion in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. Is provided with a step. And the coating layer 102 formed in the outer periphery of the ceramic block 103 is formed so that the recessed part provided in the level
  • a convex part means the convex part formed by one cell outside the outer peripheral wall which comprises the outer periphery of a ceramic block among the outer peripheral walls of a honeycomb fired body.
  • a recessed part means the recessed part formed by two adjacent cells in the outer peripheral wall which comprises the outer periphery of a ceramic block among the outer peripheral walls of a honeycomb fired body.
  • the honeycomb structure 100 has a honeycomb structure from the corner portion of one inner honeycomb fired body 110 of the adhesive layers 101 ⁇ / b> C and 101 ⁇ / b> D that bind the outer honeycomb fired body 120.
  • An adhesive layer 101C formed in a direction toward the outer peripheral side surface of 100 and an adhesive layer 101D formed in a direction toward the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 100 from between two inner honeycomb fired bodies 110 And a predetermined angle (for example, 45 °).
  • the shape of the cross section of the inner honeycomb fired body 110 is a substantially square (substantially square).
  • the cross section of the outer honeycomb fired body 120 has a shape surrounded by three line segments 120a, 120b, 120c and one substantially circular arc 120d. Two angles formed by two of the three line segments (an angle formed by the line segment 120b and the line segment 120c and an angle formed by the line segment 120a and the line segment 120b) are 90 °, respectively. 135 °.
  • the shape of the substantially arc will be described later.
  • FIG.3 (a) is a perspective view which shows typically an example of the inner honeycomb fired body which comprises the honeycomb structure of 1st embodiment of this invention.
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along line BB of the inner honeycomb fired body shown in FIG. 3 (a).
  • Fig. 4 (a) is a perspective view schematically showing an example of an outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 (b) is a side view of the outer honeycomb fired body shown in Fig. 4 (a).
  • the inner honeycomb fired body will be described.
  • a large number of cells 111 are arranged in the longitudinal direction (in the direction of arrow a in FIG. 3 (a)) across the cell wall 113.
  • outer peripheral walls 114a to 114d are formed around the periphery.
  • One end of the cell 111 is sealed with a sealing material 112.
  • the exhaust gas G (in FIG. 3B, the exhaust gas is indicated by G and the flow of the exhaust gas is indicated by an arrow in FIG. 3B) always passes through the cell wall 113 that separates the cell 111. Then, the other end surface flows out from the other cell 111 opened.
  • exhaust gas G passes through the cell wall 113, PM and the like in the exhaust gas are collected, so that the cell wall 113 functions as a filter.
  • the cross-sectional shapes perpendicular to the longitudinal direction of the cells 111 of the inner honeycomb fired body 110 are all substantially square (substantially square), and the cross-sectional areas of the cells 111 are equal to each other.
  • the cells 111 are formed so that the cells 111 are arranged at the same interval.
  • the outer honeycomb fired body will be described.
  • the outer honeycomb fired body 120 shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) as in the inner honeycomb fired body, a large number of cells 121 are separated from each other by the cell wall 123 in the longitudinal direction (in FIG. 4 (a)). , In the direction of arrow b), and outer peripheral walls 124a to 124d are formed around it.
  • One end of the cell 121 is sealed with a sealing material 122. Therefore, the exhaust gas flowing into the cell 121 with one end face opened always flows through the cell wall 123 separating the cell 121 and then flows out from the other cell 121 with the other end face opened.
  • 123 functions as a filter. That is, the outer honeycomb fired body 120 is different in appearance from the inner honeycomb fired body 110, but has the same filter function as the inner honeycomb fired body 110.
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral wall 124a constituting the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) is substantially an arc as described above. ing. Specifically, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, a step outer peripheral wall provided with a step formed by a convex portion 125 and a concave portion 126 corresponding to the position of the cell 121. Yes.
  • the chamfering is performed on the convex portion and / or the concave portion present on the outer peripheral wall of the step, so that the convex portion and / or the concave portion is curved and / or in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. Or it is comprised by the straight line. That is, the cross section of the chamfered portion (the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body) is configured by a curve and / or a straight line.
  • the convex portion 125 and the concave portion 126 existing on the stepped outer peripheral wall 124a are chamfered, so that the convex portion in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • 125 and the recessed part 126 have shown the example comprised by the curve.
  • FIG. 5A to FIG. 5D are partial enlarged cross-sectional views schematically showing an example of a chamfered shape applied to the convex portion according to the embodiment of the present invention.
  • 5 (e) to 5 (h) are partial enlarged cross-sectional views schematically showing an example of a chamfered shape applied to the recess according to the embodiment of the present invention.
  • the cross-sectional shape of the convex portion is a shape in which the corner portion is cut as shown in FIGS. It has been given.
  • the cross-sectional shape of the concave portion is the shape as shown in FIGS. 5 (e) to 5 (h), that is, the virtual convex portion exists in the portion where the outer honeycomb fired body does not exist.
  • this hypothetical convex portion has a chamfered shape (the corner portion has the same corner shape as the pseudo chamfered shape)
  • the crevice is chamfered.
  • the chamfered shape applied to the recess can be considered as a shape in which a filling portion is provided in the recess.
  • the specific method to make the shape of the convex part of an outer peripheral wall and the shape of a recessed part into said shape is not specifically limited,
  • die which becomes said shape is produced, and extrusion molding The method of performing etc. is mentioned.
  • FIG. 5A and FIG. 5E show chamfering in which the corner portion has an arc shape. Such chamfering is referred to as R chamfering.
  • FIGS. 5B and 5F show chamfering in which the shape of the convex portion is cut off by a single straight line so that only an obtuse angle exists. Such chamfering is referred to as C chamfering.
  • FIG. 5C, FIG. 5D, FIG. 5G, and FIG. 5H show chamfering that makes the shape of a corner cut by a plurality of straight lines.
  • R chamfering or C chamfering is desirable, and R chamfering is more desirable.
  • the desirable lower limit is 0.3 mm and the more desirable lower limit is 0.5 mm, while the desirable upper limit is 2. 5 mm.
  • the radius of curvature of the R chamfer is 0.3 mm or more, the stress due to expansion and contraction of the honeycomb fired body when exposed to a protrusion or recess of the outer peripheral wall with a jig or the like at the time of conveyance or at a high temperature Concentration can be prevented.
  • the radius of curvature of the R chamfer means the radius of the arc in the R chamfer having the corners arcuate.
  • the desirable lower limit is 0.3 mm and the more desirable lower limit is 0.5 mm, while the desirable upper limit is 2. 5 mm.
  • the length of the C chamfer means the length of the two sides originally constituting the corner portion, the length of the side that is longer cut by the C chamfer.
  • the chamfering given to the convex part and / or the recessed part of the outer peripheral wall should just be given to at least one place, and the position of chamfering is not limited. However, it is desirable that the number of chamfered portions be as large as possible, and it is more desirable that all the portions of the convex portion and the concave portion of the outer peripheral wall constituting the step are chamfered.
  • the convex portions and / or the concave portions of the outer peripheral wall are rounded, so that the convex portions and / or the concave portions are configured only by curves in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. It is desirable that Among them, the convex portions and the concave portions are configured only by curves in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body by performing the chamfering on all the portions of the convex portions and the concave portions of the outer peripheral wall. Is more desirable.
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cells 121 of the outer honeycomb fired body 120 is all substantially square (substantially square).
  • the cross-sectional areas are equal to each other.
  • the positions of the cells 121 are designed so that the cells 121 are arranged at the same interval.
  • the cells in contact with the outer peripheral wall and the cells not in contact with the outer peripheral wall have the same cross-sectional shape.
  • the thickness of the step outer peripheral wall 124a is substantially the same over the entire step outer peripheral wall 124a except for the convex portion and the concave portion. Further, the thickness of the stepped outer peripheral wall 124a excluding the convex portions and the concave portions is substantially the same as the thickness of the cell wall 123 and the other outer peripheral walls 124b to 124d.
  • a forming step for producing a honeycomb formed body by extruding a wet mixture containing a ceramic powder and a binder is performed. Specifically, first, a wet mixture for manufacturing a honeycomb formed body is prepared by mixing silicon carbide powder having different average particle sizes as ceramic powder, an organic binder, a liquid plasticizer, a lubricant, and water. To prepare. Subsequently, the wet mixture is charged into an extruder. The wet mixture is put into an extruder and extruded to produce a honeycomb formed body having a predetermined shape.
  • a honeycomb molded body having a substantially square (substantially square) cross section (a honeycomb molded body serving as an inner honeycomb fired body) or a cross section is surrounded by three line segments and one substantially circular arc.
  • a honeycomb formed body having a shape in which two angles of two of the line segments are 90 ° and 135 ° respectively (a honeycomb formed body that is an outer honeycomb fired body)
  • Use an extrusion mold In the following steps, the term “honeycomb molded body” refers to these two types of honeycomb molded bodies without distinction.
  • the honeycomb formed body is cut into a predetermined length and dried using a microwave dryer, hot air dryer, dielectric dryer, vacuum dryer, vacuum dryer, freeze dryer, or the like. Then, a sealing step of filling a predetermined cell with a sealing material paste as a sealing material and sealing the cell is performed.
  • a sealing material paste the thing similar to the said wet mixture can be used.
  • a degreasing step of heating the organic substance in the honeycomb formed body in a degreasing furnace is performed, and the organic material is conveyed to the firing furnace, and the firing step is performed, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • Such an inner honeycomb fired body and an outer honeycomb fired body as shown in FIGS. 4A and 4B are manufactured.
  • the conditions currently used when manufacturing a honeycomb fired body can be applied to the conditions of a cutting process, a drying process, a sealing process, a degreasing process, and a firing process.
  • an adhesive paste layer is formed by applying an adhesive paste to predetermined side surfaces of the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body in which predetermined end portions of the respective cells are sealed. Then, a step of laminating other honeycomb fired bodies sequentially on this adhesive paste layer is repeated to perform a binding step for producing a ceramic block in which a predetermined number of honeycomb fired bodies are bound.
  • the adhesive paste for example, a paste made of an inorganic binder, an organic binder, and inorganic particles is used.
  • the adhesive paste may further contain inorganic fibers and / or whiskers.
  • a coating layer forming step is performed in which a coating material paste is applied to the outer peripheral surface of the substantially cylindrical ceramic block, dried and solidified to form a coating layer.
  • the coating material paste is applied so as to fill the recesses provided in the outer honeycomb fired body.
  • the same paste as the adhesive paste is used as the coating material paste.
  • a paste having a composition different from that of the adhesive paste may be used as the coating material paste.
  • the coat layer is not necessarily provided, and may be provided as necessary.
  • the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the ceramic block has a convex portion and a concave portion in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • a step consisting of is provided. Therefore, the number of incomplete cells located on the outermost peripheral portion of the honeycomb structure can be reduced.
  • the cross-sectional area of the cell located in the outermost periphery part of a honeycomb structure can be improved, the filtration area increases, PM collection efficiency improves, and pressure loss also improves.
  • the sealing material paste can be easily filled, sealing failure can be reduced and the manufacturing efficiency of the honeycomb structure can be improved.
  • the convex portions and / or the concave portions in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body are obtained by chamfering the convex portions and / or the concave portions of the outer peripheral wall. , A curve and / or a straight line. Therefore, at the time of extrusion molding when producing a honeycomb formed body, the convex portion of the outer peripheral wall is missing due to insufficient amount of the wet mixture filled in the convex portion or concave portion of the mold, or the concave portion of the outer peripheral wall is Partial thinning can be prevented.
  • the outer peripheral wall of the honeycomb molded body comes into contact with a conveying jig or the like during the drying step, the firing step, the binding step, etc. after extrusion for producing the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure.
  • the protrusions present on the outer peripheral wall of the honeycomb molded body are missing, or the amount of the wet mixture filled in the concave portions of the outer peripheral wall is insufficient, due to expansion and contraction due to temperature changes during drying or firing, It is possible to prevent cracks from starting from the concave portion of the outer peripheral wall.
  • defects in the honeycomb formed body and the honeycomb fired body are reduced, and the manufacturing efficiency of the honeycomb structure can be improved.
  • defects such as chips and cracks generated in the outer peripheral portion of the honeycomb structure are eliminated. Can be prevented.
  • Example 1 Examples that more specifically disclose the first embodiment of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
  • the dried honeycomb molded body was produced by drying the raw honeycomb molded body using a microwave dryer. Thereafter, a predetermined cell of the dried honeycomb molded body was filled with a paste having the same composition as the wet mixture, and the cell was sealed. After sealing the cells, the dried honeycomb molded body filled with the plug paste was again dried using a dryer.
  • a degreasing treatment was performed by degreasing the dried honeycomb molded body after cell sealing at 400 ° C., and further, a firing treatment was performed at 2200 ° C. under a normal pressure argon atmosphere for 3 hours. Thereby, an inner honeycomb fired body and an outer honeycomb fired body were produced.
  • the inner honeycomb fired body is formed of a porous silicon carbide sintered body, having a porosity of 45%, an average pore diameter of 15 ⁇ m, a size of 34.5 mm ⁇ 34.5 mm ⁇ 150 mm, and the number of cells (cell density). 46.5 cells / cm 2 (300 cells / inch 2 ), a cell wall thickness of 0.25 mm (10 mil), and a cell width of 1.42 mm.
  • the outer honeycomb fired body is also composed of a porous silicon carbide sintered body, and the porosity, average pore diameter, number of cells (cell density), cell wall thickness, and cell width are the same as the inner honeycomb fired body. It is.
  • the outer honeycomb fired body is surrounded by three line segments and one substantially circular arc, and two angles formed by two of the three line segments are 90 ° and 135 °, respectively.
  • Line segment 120a 20.8 mm
  • line segment 120b 35.0 mm
  • line segment 120c 35.7 mm shown in FIG. 2).
  • a substantially circular arc 120d of the outer honeycomb fired body is a stepped peripheral wall provided with a step including a convex portion and a concave portion. All convex portions and concave portions are rounded with a chamfer, and the radius of curvature of the rounded chamfer is 0.5 mm.
  • Adhesive paste is applied to predetermined side surfaces of the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body, and four inner honeycomb fired bodies and eight outer honeycomb fired bodies are provided through the adhesive paste.
  • the individual pieces were bonded so as to have the arrangement shown in FIG. 1 to produce an aggregate of honeycomb fired bodies. Further, the aggregate of the honeycomb fired bodies was dried and solidified at 180 ° C. for 20 minutes to produce a cylindrical ceramic block having an adhesive layer thickness of 1 mm.
  • the adhesive paste is composed of 30.0% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 ⁇ m, 21.4% by weight of silica sol, 8.0% by weight of carboxymethylcellulose, and 40.6% by weight of water. Adhesive paste was used.
  • a coating material paste layer was formed on the outer periphery of the ceramic block using a coating material paste having the same composition as the adhesive paste used in the step (4). At this time, the coating material paste was applied so as to fill the recesses provided in the outer honeycomb fired body. Thereafter, this coating material paste layer was dried and solidified at 120 ° C. to produce a cylindrical honeycomb structure having a diameter of 143.8 mm and a length of 150 mm, on which the coating layer was formed on the outer periphery.
  • the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the present embodiment are the same as the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the first embodiment of the present invention. It has the outer shape.
  • the method of combining the outer honeycomb fired body and the inner honeycomb fired body constituting the ceramic block (honeycomb structure) is the same as that of the first embodiment of the present invention.
  • the cells in contact with the outer peripheral wall and the cells not in contact with the outer peripheral wall have the same cross-sectional shape, whereas in the present embodiment, in the outer honeycomb fired body, the cells in contact with the step outer peripheral wall include incomplete cells having a different cross-sectional shape from the cells not in contact with the step outer peripheral wall.
  • a complete cell is a cell having one type of shape or a combination of a plurality of different shapes when the cells constituting the honeycomb fired body are observed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. This is the smallest unit cell that is formed at a certain repetition in the vertical and horizontal directions.
  • substantially square figures are repeated in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer honeycomb fired body.
  • a substantially square cell is called a complete cell.
  • the inner honeycomb fired body 310 shown in FIG. 7A two types of cells having different cell cross-sectional areas are repeated.
  • both two types of cells having different cell cross-sectional areas are collectively referred to as a complete cell.
  • one of the two types of cells having different cell cross-sectional areas may be referred to as a complete cell.
  • the basic formation pattern refers to the shape of the complete cell.
  • an incomplete cell is a kind of outer peripheral cell in contact with the outer peripheral wall of the outer honeycomb fired body, and the cells constituting the outer honeycomb fired body are observed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • the cell has a partially chipped shape compared to the shape of the complete cell and has a cell cross-sectional area smaller than the cell cross-sectional area of the complete cell.
  • the complete cell is a cell of one type, a cell having a smaller cross-sectional area than the complete cell is referred to as an incomplete cell.
  • the complete cell is a repeated pattern in which two or more types of cells having different cell cross-sectional areas are combined
  • a cell smaller than a cell having a relatively large cell cross-sectional area A cell having a cross-sectional area or a cell having a smaller cross-sectional area than a cell having a relatively small cell cross-sectional area is referred to as an incomplete cell.
  • FIG.6 (a) is a perspective view which shows typically an example of the outer honeycomb fired body which comprises the honeycomb structure of 2nd embodiment of this invention.
  • FIG. 6B is a side view of the outer honeycomb fired body shown in FIG.
  • the outer honeycomb fired body 220 shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) cells 221, 227a to 227e are longitudinally separated from each other by the cell wall 223 (the direction of arrow c in FIG. 6 (a)). And outer peripheral walls 224a to 224d are formed around the periphery. Any one of the end portions of the cells 221, 227a to 227e is sealed with a sealing material 222.
  • the outer peripheral wall 224a constituting the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) is a stepped outer peripheral wall provided with a step composed of a convex portion 225 and a concave portion 226.
  • the cells 221, 227a to 227e are composed of outer peripheral cells 227a to 227e in contact with the outer peripheral walls 224a to 224d and inner cells 221 located inside the outer peripheral cells 227a to 227e.
  • the inner cell 221 is formed in a lattice shape as a basic formation pattern.
  • Each of the inner cells 221 has a substantially square (substantially square) cross-sectional shape, and the cross-sectional areas are equal to each other. As described above, since the inner cells 221 are formed based on the basic formation pattern, they are all complete cells.
  • the outer peripheral cells 227d and 227e are different from the inner cell 221 which is a complete cell in the cross-sectional shape. That is, the peripheral cells 227d and 227e are incomplete cells whose cross-sectional shapes are different from complete cells.
  • cells that are not formed based on the basic formation pattern that is, cells that have a smaller cross-sectional size perpendicular to the longitudinal direction than the substantially square (substantially square) of the inner cell that is the basic formation pattern are incomplete. This is a cell.
  • the peripheral cell includes an incomplete cell having a cross-sectional shape different from the complete cell in addition to the complete cell.
  • the outer peripheral cell 227e which is an incomplete cell, is provided in contact with the stepped outer peripheral wall 224a.
  • the outer peripheral cell 227d which is an incomplete cell, is provided so as to be in contact with the outer peripheral wall 224d.
  • the stepped peripheral wall 224e constitutes the outer periphery of the ceramic block. Therefore, the peripheral cell 227e is formed at a position in contact with the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the ceramic block among the outer peripheral walls provided in the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure.
  • the cross-sectional shape of the peripheral cells excluding the incomplete cells is substantially quadrangular (substantially square) as in the inner cell, and the cross-sectional areas are equal to each other.
  • the outer peripheral cells in contact with the stepped outer peripheral wall of the outer honeycomb fired body only need to include at least one incomplete cell, and the number of incomplete cells is particularly limited as long as there is a step in the stepped outer peripheral wall. It is not limited. That is, the incomplete cell may be provided in consideration of the shape of the outer peripheral wall of the outer honeycomb fired body and the shape of the outer peripheral cell defined by the outer peripheral wall.
  • the cross-sectional area of the incomplete cell is not particularly limited, but the cross-sectional area of the incomplete cell may be a predetermined size that facilitates filling with the sealing material paste and does not cause a sealing failure.
  • the incomplete cell is desirably a cell in which a circle having a diameter of 0.90 mm can be inserted into the inside of the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the cell, and the inside of the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the cell. It is more preferable that the cell has a diameter of 0.95 mm. In such a case, it is easy to fill the cell with the sealing material paste, and it is difficult for the sealing material to leak or protrude, so that the incomplete cell can be satisfactorily sealed, and sealing failure is unlikely to occur.
  • the convex part and / or the concave part are constituted by a curve and / or a straight line.
  • the convex portions 225 and the concave portions 226 existing on the stepped outer peripheral wall 224a are chamfered, so that the convex portions are formed in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • 225 and the recessed part 226 have shown the example comprised by the curve.
  • angular part is formed in the inner wall of an outer periphery cell, and the chamfering is given to the said corner
  • the chamfering applied to the corners of the peripheral cell is provided with a filling portion at the corner of the peripheral cell.
  • the cross-sectional shape of the filling portion is not particularly limited, but is preferably a substantially right triangle shape, or a shape in which the hypotenuse of the substantially right triangle is curved or bent toward the inside or the outside of the cell. .
  • the filling part has a symmetrical shape with respect to the corner, so the weight balance and heat conduction balance near the corner are good, and heat and force are distributed efficiently. This is desirable.
  • the shape where the hypotenuse is curved or bent means that, as shown in FIG. 5 (e), among the three vertices of a right triangle, two sharp vertices are connected and smoothly curved. Or, as shown in FIG. 5 (f), FIG. 5 (g), or FIG. 5 (h), formed by connecting two vertices that form an acute angle of a right triangle with one or more line segments Means.
  • R chamfering or C chamfering is desirable, and R chamfering is more desirable.
  • the desired lower limit of the radius of curvature of the R-chamfering is 0.3 mm, the more desirable lower limit is 0.5 mm, and the desirable upper limit is 2.5 mm. If the radius of curvature of the R chamfer is less than 0.3 mm, it may not be possible to sufficiently suppress the concentration of stress on the convex portion or the concave portion. On the other hand, if the radius of curvature of the R chamfer exceeds 2.5 mm, the roundness of the corners of the outer peripheral cell is too large, and on the contrary, cracks may easily occur.
  • the desirable lower limit is 0.3 mm, and the more desirable lower limit is 0.5 mm, while the desirable upper limit is 2.5 mm.
  • the chamfering applied to the corners of the peripheral cells only needs to be applied to at least one corner of the peripheral cells. Therefore, chamfering may be applied to corners of complete cells, or chamfering may be applied to corners of incomplete cells.
  • chamfering may be applied to corners of complete cells, or chamfering may be applied to corners of incomplete cells.
  • the peripheral cells it is desirable that the corners of the peripheral cells in contact with the stepped peripheral wall are chamfered.
  • the position of the chamfered cell is not limited, but the corner portion constituted by the step outer peripheral wall and the corner portion constituted by the step outer peripheral wall and the cell wall should be chamfered. desirable.
  • the “corner portion constituted by the step outer peripheral wall” refers to a corner portion closest to the convex portion of the step outer peripheral wall among the corner portions of the outer peripheral cell in contact with the step outer peripheral wall.
  • the “corner portion constituted by the step outer peripheral wall and the cell wall” refers to a corner portion present at the branch portion between the step outer peripheral wall and the cell wall among the corner portions of the outer peripheral cell that contacts the step outer peripheral wall. .
  • the corner portion 228a corresponds to the “corner portion constituted by the stepped outer peripheral wall”, and the corner portion 228d.
  • the corner portion 228d corresponds to “a corner portion constituted by a stepped peripheral wall and a cell wall”.
  • the inner honeycomb fired body is the same as the inner honeycomb fired body described in the first embodiment of the present invention. All the cells provided in the inner honeycomb fired body are complete cells. Further, chamfering may or may not be applied to the corners of the outer peripheral cells (referred to as cells contacting the outer peripheral wall of the inner honeycomb fired body) in the inner honeycomb fired body.
  • the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present embodiment is the same as that of the first embodiment of the present invention except that a honeycomb molded body having a predetermined shape is manufactured by changing the shape of a mold used for extrusion molding.
  • a honeycomb structure can be manufactured.
  • the effects (1) and (2) described in the first embodiment of the present invention can be exhibited, and the following effects can be exhibited.
  • the peripheral cell in contact with the stepped peripheral wall includes incomplete cells. Therefore, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body, the number of convex portions or concave portions of the stepped outer peripheral wall of the honeycomb fired body can be reduced. As a result, at the time of extrusion molding, the amount of the wet mixture filled in the convex portion or concave portion of the mold is insufficient, so that the convex portion of the outer peripheral wall is missing, or the concave portion of the outer peripheral wall is partially thinned. Can be prevented.
  • the protrusions present on the outer peripheral wall of the honeycomb molded body or the honeycomb fired body are missing due to contact with a jig or the like during transportation, or exposed to high temperatures.
  • the honeycomb fired body is expanded and contracted, it is possible to further prevent cracks from starting from the convex portions and / or concave portions of the outer peripheral wall.
  • a filtration area capable of collecting PM can be improved, and pressure loss can be reduced.
  • the corners of the peripheral cells are chamfered.
  • the stress is relieved compared to the case where the corners of the peripheral cells are sharp. Therefore, it starts from a chip in the convex portion of the outer peripheral wall due to contact with a jig or the like during conveyance, or a convex portion and / or a concave portion of the outer peripheral wall due to expansion and contraction of the honeycomb fired body when exposed to a high temperature. Generation of cracks and the like can be further prevented.
  • the chamfered corners are corners constituted by stepped outer peripheral walls and corners constituted by stepped outer peripheral walls and cell walls.
  • the corners formed by the stepped outer peripheral wall and the corners formed by the stepped outer peripheral wall and the cell wall are chamfered.
  • the thickness of the stepped outer peripheral wall of the honeycomb fired body can be made substantially the same including the thickness of the outer peripheral wall of the convex portion, deformation of the outer peripheral wall of the honeycomb molded body during extrusion molding can be prevented.
  • the chamfering applied to the corner is R chamfering, and the radius of curvature of the R chamfering is 0.3 to 2.5 mm.
  • R chamfering is excellent in stress relaxation because the corners of the peripheral cells are chamfered into a curved shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. Accordingly, it is possible to further prevent the occurrence of cracks and the like starting from the convex portion and / or the concave portion of the outer peripheral wall.
  • the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the present embodiment are the same as the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the second embodiment of the present invention. It has the outer shape.
  • the combination of the outer honeycomb fired body and the inner honeycomb fired body constituting the ceramic block (honeycomb structure) is also the same as in the second embodiment of the present invention.
  • the cells excluding incomplete cells and the inner cells are composed of large capacity cells and small capacity cells, and the longitudinal direction of the large capacity cells.
  • the area of the cross section perpendicular to is larger than the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small capacity cell.
  • Fig.7 (a) is a side view which shows typically an example of the inner honeycomb fired body which comprises the honeycomb structure of 3rd embodiment of this invention.
  • FIG. 7B is a side view schematically showing an example of the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the third embodiment of the present invention.
  • the inner honeycomb fired body will be described.
  • cells 311a and 311b are arranged side by side across the cell wall 313, and outer peripheral walls 314a to 314d are formed around the cells 311a and 311b.
  • the cells 311a and 311b include a large-capacity cell 311a and a small-capacity cell 311b.
  • the cross-sectional area of the large-capacity cell 311a (the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction) is larger than the cross-sectional area of the small-capacity cell 311b. ing.
  • the large capacity cells 311a and the small capacity cells 311b are alternately arranged.
  • the large capacity cell 311a has a substantially octagonal cross section
  • the small capacity cell 311b has a substantially quadrangular cross section.
  • the large-capacity cell 311a one end face side end portion of the inner honeycomb fired body 310 is opened, and the other end face side end portion is sealed with a sealing material (not shown).
  • the small-capacity cell 311b is sealed with a sealing material 312 at one end face side of the inner honeycomb fired body 310, and the other end face side end is opened. Therefore, the exhaust gas flowing into the large-capacity cell 311a always passes through the cell wall 313 that separates the large-capacity cell 311a and the small-capacity cell 311b, and then flows out from the small-capacity cell 311b. Functions as a filter.
  • the outer honeycomb fired body will be described. Also in the outer honeycomb fired body 320 shown in FIG. 7 (b), the cells 321a, 321b, 327a to 327e are arranged side by side across the cell wall 323, as in the case of the inner honeycomb fired body. 324a to 324d are formed. Of the outer peripheral walls 324a to 324d, the outer peripheral wall 324a constituting the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) is a stepped outer peripheral wall provided with a step composed of a convex portion 325 and a concave portion 326.
  • the cells 321a, 321b, 327a to 327e are composed of outer peripheral cells 327a to 327e in contact with the outer peripheral walls 324a to 324d and inner cells 321a and 321b located inside the outer peripheral cells 327a to 327e. .
  • the inner cells 321a and 321b of the outer honeycomb fired body 320 are complete cells, similar to the cells 311a and 311b provided in the inner honeycomb fired body 310. That is, the inner cells 321a and 321b, which are complete cells, are composed of a large capacity cell 321a and a small capacity cell 321b, and the cross sectional area of the large capacity cell 321a (the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction) is the small capacity cell 321b. The cross-sectional area is larger. In the large capacity cell 321a, one end face side end of the outer honeycomb fired body 320 is opened, and the other end face side end is sealed with a sealing material (not shown).
  • the small-capacity cell 321b is sealed with a sealing material 322 at one end face side of the outer honeycomb fired body 320, and the other end face side end is opened. Therefore, the exhaust gas flowing into the large capacity cell 321a always passes through the cell wall 323 that separates the large capacity cell 321a and the small capacity cell 321b, and then flows out from the small capacity cell 321b. Functions as a filter.
  • the outer peripheral cell 327d and the outer peripheral cell 327e are cross-sectional shapes that are inner cells of the outer honeycomb fired body 320 and are complete cells. This is different from the large capacity cell 321a. That is, the outer peripheral cells 327d and 327e of the outer honeycomb fired body 320 are incomplete cells having a cross-sectional shape different from that of a complete cell. That is, in the outer honeycomb fired body 320 shown in FIG. 7B, the peripheral cell includes incomplete cells having a cross-sectional shape different from the complete cell in addition to the complete cell.
  • the outer peripheral cell 327e which is an incomplete cell is provided so as to be in contact with the step outer peripheral wall 324a. Further, the outer peripheral cell 327d that is an incomplete cell is provided so as to be in contact with the outer peripheral wall 324d.
  • the outer peripheral cells excluding incomplete cells are composed of large-capacity cells and small-capacity cells, like the inner cells.
  • the angular cell may not include an incomplete cell.
  • this embodiment is a form in which a cell having a cross-sectional area is used as the cell shape of the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 (a) is a side view schematically showing another example of the inner honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 (a) is a side view schematically showing another example of the inner honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the third embodiment of the present invention.
  • the cross-sectional shape of the large-capacity cell is a substantially square (substantially square).
  • the cross-sectional shape is substantially a quadrangle (substantially square).
  • the cross-sectional shapes of the large-capacity cell and the small-capacity cell may have a right-angle portion, and the portion corresponding to the right-angle portion is a circular arc (a shape in which the cell is pseudo R-chamfered) or C-chamfered. It may be a shape (a shape in which a cell is pseudo-chamfered).
  • the chamfering is applied to the convex portion and / or the concave portion existing on the stepped outer peripheral wall, so that the length of the honeycomb fired body is increased.
  • the convex portion and / or the concave portion are constituted by a curved line and / or a straight line.
  • the chamfering is applied to the convex portion 325 and the concave portion 326 present on the stepped outer peripheral wall 324a, so that in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body,
  • the example in which the convex part 325 and the recessed part 326 are comprised by the curve is shown.
  • the convex portions 345 and the concave portions 346 present on the stepped outer peripheral wall 344a are chamfered, so that the vertical direction of the honeycomb fired body is perpendicular to the longitudinal direction.
  • the convex portion 345 and the concave portion 346 are configured by curves.
  • the corner portions of the peripheral cells may be chamfered or chamfered as in the second embodiment of the present invention. It does not have to be. Also in the inner honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the present embodiment, the corners of the peripheral cells may be chamfered or may not be chamfered.
  • the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present embodiment is the same as that of the first embodiment of the present invention except that a honeycomb molded body having a predetermined shape is manufactured by changing the shape of a mold used for extrusion molding.
  • a honeycomb structure can be manufactured.
  • the effects (1) and (2) described in the first embodiment of the present invention and the effects (3) to (6) described in the second embodiment of the present invention can be exhibited. it can.
  • the outer shape of the inner honeycomb fired body is the same as that of the first to third embodiments of the present invention, but the outer shape of the outer honeycomb fired body is the first embodiment of the present invention. -Different from the third embodiment.
  • the combination structure of the honeycomb fired bodies is different from the first to third embodiments of the present invention. That is, a honeycomb fired body having a substantially square (substantially square) cross-sectional shape is used as the inner honeycomb fired body, and a plurality of types of honeycomb fired bodies having a predetermined shape having different cross-sectional shapes are used as the outer honeycomb fired body.
  • a ceramic block having a predetermined shape (for example, a substantially circular cross section) can be formed by assembling the inner honeycomb fired body and a plurality of types of outer honeycomb fired bodies through the adhesive layer.
  • FIG. 9 is a side view schematically showing an example of the honeycomb structure of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10A and 10B are side views schematically showing an example of the outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the fourth embodiment of the present invention.
  • honeycomb structure 400 shown in FIG. 9 eight outer honeycomb fired bodies 420 having a shape as shown in FIG. 10 (a) and four outer honeycomb fired bodies having a shape as shown in FIG. 10 (b). 430 and four inner honeycomb fired bodies 410 arranged on the inner side thereof are bonded through adhesive layers 401A to 401D to form a ceramic block 403, and the outer periphery of the ceramic block 403 is coated. Layer 402 is formed. In addition, the coat layer should just be formed as needed.
  • the shape of the cross section of the inner honeycomb fired body 410 is a substantially square (substantially square).
  • the cross section of the outer honeycomb fired body 420 has a shape surrounded by three line segments 420a, 420b, 420c and one substantially arc 420d. Two angles formed by two of the three line segments (an angle formed by the line segment 420b and the line segment 420c and an angle formed by the line segment 420a and the line segment 420b) are both 90 °. It is.
  • the cross section of the outer honeycomb fired body 430 has a shape surrounded by two line segments 430a and 430b and one substantially arc 430c.
  • honeycomb fired bodies 410, 420, and 430 are desirably porous bodies made of silicon carbide or silicon-containing silicon carbide.
  • the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the honeycomb structure is the honeycomb.
  • a stepped outer peripheral wall is provided with a step formed by a convex portion and a concave portion.
  • the outer peripheral wall 424a constituting the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) has a convex portion 425 and a concave portion.
  • a step outer peripheral wall provided with a step consisting of 426 is provided. Further, in the outer honeycomb fired body 430 shown in FIG. 10B, the outer peripheral wall 434a constituting the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) among the outer peripheral walls 434a to 434c formed around is a convex portion 435. And a stepped outer peripheral wall provided with a step formed by a recess 436.
  • the convex part and / or the concave part is constituted by a curve and / or a straight line in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the convex portions 425 and the concave portions 426 existing on the stepped outer peripheral wall 424a are chamfered, so that in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body, The example which the convex part 425 and the recessed part 426 are comprised by the curve is shown.
  • the convex portions 435 and the concave portions 436 existing on the stepped peripheral wall 434a are chamfered, so that they are perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the convex portion 435 and the concave portion 436 are configured by curves.
  • the cross-sectional shapes of the cells provided in the outer honeycomb fired body are all substantially square (substantially square) as in the first and second embodiments of the present invention, and the cross-sectional areas of the cells are mutually The same shape may be sufficient, and the shape which consists of a large capacity cell and a small capacity cell may be sufficient like 3rd embodiment of this invention.
  • the cell cross-sectional shape in contact with the outer peripheral wall and the outer peripheral wall are not in contact.
  • the cross-sectional shape of the cell is the same.
  • the outer peripheral cell in contact with the outer peripheral wall may include an incomplete cell.
  • the corner portions of the outer peripheral cells of the outer honeycomb fired body may or may not be chamfered as in the second embodiment of the present invention.
  • the inner honeycomb fired body may be the same as the inner honeycomb fired body described in the first to third embodiments of the present invention, corresponding to the configuration of the outer honeycomb fired body. Further, in the inner honeycomb fired body, the corner portions of the outer peripheral cells may be chamfered or may not be chamfered.
  • honeycomb structure In the method for manufacturing a honeycomb structure according to the present embodiment, the shape of a mold used for extrusion molding is changed to produce a honeycomb molded body having a predetermined shape, and the inner honeycomb is formed when the binding process is performed.
  • a honeycomb structure can be manufactured in the same manner as in the first embodiment of the present invention except that the fired body and the outer honeycomb fired body are bundled at predetermined positions.
  • the effects (1) and (2) described in the first embodiment of the present invention and the effects (3) to (6) described in the second embodiment of the present invention can be exhibited. it can.
  • the outer shape of the inner honeycomb fired body is the same as that of the first to fourth embodiments of the present invention, but the outer shape of the outer honeycomb fired body is the first embodiment of the present invention. -Different from the fourth embodiment.
  • a honeycomb fired body having a substantially square (substantially square) cross-sectional shape is used as the inner honeycomb fired body, and a plurality of types of honeycomb fired bodies having different shapes having different cross-sectional shapes are used as the outer honeycomb fired body.
  • the point of use is the same as that of the fourth embodiment of the present invention, but the combined structure of the honeycomb fired bodies is different from that of the first to fourth embodiments of the present invention. Specifically, the number of inner honeycomb structures constituting the honeycomb structure is larger than the number of inner honeycomb structures constituting the honeycomb structures of the first to fourth embodiments of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view schematically showing an example of the honeycomb structure of the fifth embodiment of the present invention.
  • 12 (a) and 12 (b) are side views schematically showing an example of an outer honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the fifth embodiment of the present invention.
  • honeycomb structure 500 shown in FIG. 11 eight outer honeycomb fired bodies 520 having a shape as shown in FIG. 12A and eight outer honeycomb fired bodies having a shape as shown in FIG. 12B.
  • 530 and nine inner honeycomb fired bodies 510 arranged on the inner side thereof are bonded together via adhesive layers 501 and 501A to 501D to form a ceramic block 503. Further, this ceramic block 503 A coat layer 502 is formed on the outer periphery of the substrate. In addition, the coat layer should just be formed as needed.
  • the shape of the cross section of the inner honeycomb fired body 510 is a substantially square (substantially square).
  • the cross section of the outer honeycomb fired body 520 has a shape surrounded by three line segments 520a, 520b, and 520c and one substantially arc 520d. Two angles formed by two of the three line segments (an angle formed by the line segment 520a and the line segment 520b and an angle formed by the line segment 520b and the line segment 520c) are both 90 °.
  • the cross section of the outer honeycomb fired body 530 is a substantially fan-shaped unit surrounded by three line segments 530a, 530b, and 530c and one substantially arc 530d.
  • honeycomb fired bodies 510, 520, and 530 are desirably porous bodies made of silicon carbide or silicon-containing silicon carbide.
  • the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the honeycomb structure is the honeycomb.
  • a stepped outer peripheral wall is provided with a step formed by a convex portion and a concave portion.
  • the outer peripheral wall 524a constituting the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) has a convex portion 525 and a concave portion.
  • the outer peripheral wall of the step is provided with a step consisting of 526.
  • the outer peripheral wall 534a that forms the outer periphery of the honeycomb structure (ceramic block) among the outer peripheral walls 534a to 534d formed in the periphery is a convex portion 535.
  • a stepped outer peripheral wall provided with a step formed by a recess 536.
  • the convex part and / or the concave part is constituted by a curve and / or a straight line in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the convex portion 525 and the concave portion 526 existing on the stepped outer peripheral wall 524a are chamfered, so that in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body, The example which the convex part 525 and the recessed part 526 are comprised by the curve is shown.
  • the convex portions 535 and the concave portions 536 existing on the stepped outer peripheral wall 534a are chamfered, so that they are perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the convex portion 535 and the concave portion 536 are configured by curves.
  • the cross-sectional shapes of the cells provided in the outer honeycomb fired body are all substantially square (substantially square) as in the first and second embodiments of the present invention, and the cross-sectional areas of the cells are mutually The same shape may be sufficient, and the shape which consists of a large capacity cell and a small capacity cell may be sufficient like 3rd embodiment of this invention.
  • the cell cross-sectional shape in contact with the outer peripheral wall and the outer peripheral wall are not in contact.
  • the cross-sectional shape of the cell is the same.
  • the outer peripheral cell in contact with the outer peripheral wall may include an incomplete cell.
  • the corner portions of the outer peripheral cells of the outer honeycomb fired body may or may not be chamfered as in the second embodiment of the present invention.
  • the inner honeycomb fired body may be the same as the inner honeycomb fired body described in the first to fourth embodiments of the present invention, corresponding to the configuration of the outer honeycomb fired body. Further, in the inner honeycomb fired body, the corner portions of the outer peripheral cells may be chamfered or may not be chamfered.
  • honeycomb structure In the method for manufacturing a honeycomb structure according to the present embodiment, the shape of a mold used for extrusion molding is changed to produce a honeycomb molded body having a predetermined shape, and the inner honeycomb is formed when the binding process is performed.
  • a honeycomb structure can be manufactured in the same manner as in the first embodiment of the present invention except that the fired body and the outer honeycomb fired body are bundled at predetermined positions.
  • the effects (1) and (2) described in the first embodiment of the present invention and the effects (3) to (6) described in the second embodiment of the present invention can be exhibited. it can.
  • the corners of the peripheral cells are not chamfered.
  • the corners of the peripheral cells may be chamfered as in the second embodiment of the present invention.
  • the corners of the peripheral cells may be chamfered.
  • the number of inner honeycomb fired bodies is not limited to a plurality, and is one. May be.
  • the honeycomb structure has a cross-sectional shape of one honeycomb fired body positioned at the center of the honeycomb structure and honeycomb fired positioned at the outer periphery of the honeycomb structure.
  • the shape which consists of a body may be sufficient.
  • FIG. 13 is a side view schematically showing an example of a honeycomb structure according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration of the honeycomb structure 600 shown in FIG. 13 is the same as that of the honeycomb structure 100 shown in FIGS. 1 and 2 except that the number of inner honeycomb fired bodies is different. That is, in the honeycomb structure 600 shown in FIG. 13, instead of the four inner honeycomb fired bodies 110 bound through the adhesive layer 101A of the honeycomb structure 100 shown in FIG. A honeycomb fired body 610 is provided. Although the inner honeycomb fired body 610 shown in FIG. 13 has a larger cross-sectional area than the inner honeycomb fired body 110 shown in FIG. 2, its function is the same.
  • the outer honeycomb fired body 620 shown in FIG. 13 is the same as the honeycomb fired body 120 constituting the honeycomb structure 100 shown in FIG.
  • the cross-sectional area of the inner honeycomb fired body is preferably 900 to 2500 mm 2 .
  • the honeycomb fired body is expanded and contracted when exposed to a high temperature such as a regeneration process. This is because cracks are hardly generated in the honeycomb fired body.
  • the ceramic block may not be composed of the inner honeycomb fired body and the outer honeycomb fired body.
  • the cross-sectional shape of the honeycomb structure may be a shape as shown in FIG.
  • FIG. 14 is a side view schematically showing another example of a honeycomb structure of another embodiment of the present invention.
  • one type of honeycomb fired body 710 is bundled through adhesive layers 701A to 701D to form a ceramic block 703, and the outer periphery of the ceramic block 703 is coated.
  • a layer 702 is formed.
  • the honeycomb fired body 710 has a cake-like shape and the ceramic block 703 is divided into four parts.
  • the ceramic block is divided.
  • the number of honeycomb fired bodies is not particularly limited.
  • the ceramic block may be composed of honeycomb fired bodies having different cake shapes.
  • the number of the honeycomb fired bodies having a cake-like shape may be one or plural, and the number is not particularly limited.
  • the cake-like shape refers to the shape of one columnar body obtained by cutting a cylinder into a plurality of pieces so as to pass through its central axis. When a plurality of cake-like honeycomb fired bodies are combined, a cylindrical shape is obtained.
  • the ceramic block may be composed of one honeycomb fired body.
  • the honeycomb fired body is preferably made of cordierite or aluminum titanate. Even when the ceramic block is composed of one honeycomb fired body, it is considered that the same effect as that obtained when the ceramic block is composed of a plurality of honeycomb fired bodies is obtained.
  • the outer peripheral wall constituting the outer periphery of the ceramic block has a stepped outer periphery provided with a step formed by a convex portion and a concave portion in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
  • the ceramic block may consist of one honeycomb fired body or a combination of honeycomb fired bodies of any shape.
  • Absent. 15 (a) and 15 (b) are side views schematically showing an example of an end face of the inner honeycomb fired body constituting the honeycomb structure according to the present invention.
  • Each of these drawings is a side view as seen from one end face side of the inner honeycomb fired body, that is, from the end face side where the small-capacity cells are sealed.
  • Other embodiments of the cross-sectional shapes of the large capacity cell and the small capacity cell will be described with reference to these drawings.
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large capacity cell 811a is a substantially quadrangular shape in which the portion corresponding to the corner is arcuate.
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the capacity cell 811b is substantially rectangular.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large capacity cell 821a and the small capacity cell 821b has a shape in which each side of the cell is constituted by a curve. That is, in FIG.15 (b), the cross-sectional shape of the cell wall 823 shown with the continuous line is a curve.
  • the cross-sectional shape of the large-capacity cell 821a is a shape in which the cell wall 823 is convex outward from the center of the cell cross-section, while the cross-sectional shape of the small-capacity cell 821b is the cell wall 823 from the outside of the cell cross-section. Convex shape toward the center.
  • the cell wall 823 has a “corrugated” shape that undulates in the horizontal direction and the vertical direction of the cross section of the inner honeycomb fired body, and the corrugated crest portion of the adjacent cell wall 823 (the amplitude referred to as a sine curve). Are located closest to each other, thereby forming a large-capacity cell 821a in which the cross-sectional shape of the cell expands outward and a small-capacity cell 821b in which the cross-sectional shape of the cell is recessed inward.
  • the amplitude of the waveform may be constant or may vary, but is preferably constant.
  • the outer honeycomb fired body may also have a cross-sectional shape of a large-capacity cell and a small-capacity cell as shown in FIG. 15 (a) or 15 (b).
  • the outer peripheral cells of the outer honeycomb fired body include incomplete cells
  • the outer peripheral cells excluding the incomplete cells and the inner cells are as shown in FIG. 15A or FIG. 15B. It is only necessary to have a cross-sectional shape of a large capacity cell and a small capacity cell.
  • the thickness of the outer peripheral wall of the step may be the same as the thickness of the cell wall or may be larger than the thickness of the cell wall.
  • the thickness of the step outer peripheral wall is preferably 1.3 to 3.0 times the thickness of the cell wall.
  • the shape of the honeycomb structure of the present invention is not limited to a substantially columnar shape, and may be any columnar shape such as a substantially elliptical column shape or a substantially polygonal column shape.
  • the ends of the cells may not be sealed.
  • Such a honeycomb structure can be used as a catalyst carrier.
  • the porosity of the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure is not particularly limited, but is desirably 35 to 60%.
  • the porosity of the honeycomb fired body is less than 35%, the filter may be clogged immediately.
  • the porosity of the honeycomb fired body exceeds 60%, the strength of the honeycomb fired body is reduced, and thus the filter may be easily broken.
  • the average pore diameter of the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure is preferably 5 to 30 ⁇ m.
  • the filter may easily be clogged.
  • the average pore diameter of the honeycomb fired body exceeds 30 ⁇ m, the particulates may pass through the pores, and the honeycomb fired body may not collect the particulates and may not function as a filter. It is.
  • the porosity and pore diameter can be measured by a conventionally known method such as a mercury intrusion method, an Archimedes method, or a measurement using a scanning electron microscope (SEM).
  • a conventionally known method such as a mercury intrusion method, an Archimedes method, or a measurement using a scanning electron microscope (SEM).
  • the cell density in the cross section of the honeycomb fired body of the present invention is not particularly limited, but a desirable lower limit is 31.0 / cm 2 (200 / inch 2 ), and a desirable upper limit is 93.0 / cm 2 (600 Pieces / inch 2 ), a more desirable lower limit is 38.8 pieces / cm 2 (250 pieces / inch 2 ), and a more desirable upper limit is 77.5 pieces / cm 2 (500 pieces / inch 2 ).
  • the thickness of the cell wall of the honeycomb fired body is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 0.4 mm.
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body of each cell of the honeycomb fired body is not particularly limited, and is, for example, substantially circular, substantially elliptical, substantially square, Any shape such as a pentagon, a substantially hexagon, a substantially trapezoid, and a substantially octagon may be used. Various shapes may be mixed.
  • the main component of the material of the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the present invention is not limited to silicon carbide or silicon-containing silicon carbide.
  • Other ceramic raw materials include, for example, aluminum nitride, silicon nitride, and boron nitride.
  • ceramic powders such as nitride ceramics such as titanium nitride, carbide ceramics such as zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide and tungsten carbide, and oxide ceramics such as cordierite and aluminum titanate.
  • nitride ceramics such as titanium nitride
  • carbide ceramics such as zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide and tungsten carbide
  • oxide ceramics such as cordierite and aluminum titanate.
  • silicon carbide or silicon-containing silicon carbide is particularly preferable. It is because it is excellent in heat resistance, mechanical strength, thermal conductivity and the like.
  • the particle size of the ceramic powder is not particularly limited, but it is preferable that the size of the honeycomb fired body manufactured through the subsequent firing step is small compared to the size of the degreased honeycomb formed body.
  • the organic binder contained in the wet mixture used when producing the honeycomb fired body constituting the honeycomb structure of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol and the like. . Of these, methylcellulose is desirable.
  • the blending amount of the organic binder is usually preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder.
  • a plasticizer contained in a wet mixture For example, glycerol etc. are mentioned.
  • the lubricant contained in the wet mixture is not particularly limited, and examples thereof include polyoxyalkylene compounds such as polyoxyethylene alkyl ether and polyoxypropylene alkyl ether. Specific examples of the lubricant include polyoxyethylene monobutyl ether and polyoxypropylene monobutyl ether. In some cases, the plasticizer and the lubricant may not be contained in the wet mixture.
  • a dispersion medium liquid may be used.
  • the dispersion medium liquid include water, an organic solvent such as benzene, and an alcohol such as methanol.
  • a molding aid may be added to the wet mixture.
  • the molding aid is not particularly limited, and examples thereof include ethylene glycol, dextrin, fatty acid, fatty acid soap, polyalcohol and the like.
  • a pore-forming agent such as balloons that are fine hollow spheres containing oxide ceramics, spherical acrylic particles, and graphite may be added to the wet mixture as necessary.
  • the balloon is not particularly limited, and examples thereof include an alumina balloon, a glass micro balloon, a shirasu balloon, a fly ash balloon (FA balloon), and a mullite balloon. Of these, alumina balloons are desirable.
  • Examples of the inorganic binder contained in the adhesive paste and the coating material paste include silica sol and alumina sol. These may be used alone or in combination of two or more. Among inorganic binders, silica sol is desirable.
  • Examples of the inorganic particles contained in the adhesive paste and the coating material paste include carbide particles and nitride particles. Specific examples include silicon carbide particles, silicon nitride particles, and boron nitride particles. These may be used alone or in combination of two or more. Among the inorganic particles, silicon carbide particles having excellent thermal conductivity are desirable.
  • inorganic fibers and / or whiskers contained in the adhesive paste and the coating material paste examples include inorganic fibers and / or whiskers made of silica-alumina, mullite, alumina, silica, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among inorganic fibers, alumina fiber is desirable. The inorganic fiber may be a biosoluble fiber.
  • the honeycomb structure of the present invention may carry a catalyst for purifying exhaust gas.
  • a catalyst for purifying exhaust gas for example, a noble metal such as platinum, palladium, or rhodium is desirable.
  • alkali metals such as potassium and sodium, and alkaline earth metals such as barium can be used. These catalysts may be used alone or in combination of two or more.
  • each honeycomb fired body in addition to the method of applying the adhesive paste to the side surface of each honeycomb fired body, for example, the shape of the ceramic block (or aggregate of honeycomb fired bodies) to be produced Alternatively, each honeycomb fired body may be temporarily fixed in a substantially identical form, and an adhesive paste may be injected between the honeycomb fired bodies.
  • Honeycomb structure 101 101A to 101D, 401A to 401D, 501, 501A to 501D, 601A to 601D, 701A to 701D
  • Ceramic block 110 120, 220, 310, 320, 330, 340, 410, 420, 430, 510, 520, 530, 610, 620, 710, 810, 820, 1110, 1120, 1150, 1160

Abstract

本発明の目的は、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体のセルを封止するための封止材ペーストの充填が容易であって、ハニカム焼成体の外周壁又はハニカム構造体の外周壁の欠けやクラック等の発生を防止することができるハニカム構造体を提供することであり、本発明のハニカム構造体は、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、周囲に外周壁が形成されたハニカム焼成体から構成されたセラミックブロックからなるハニカム構造体であって、上記ハニカム焼成体の外周壁のうち、上記セラミックブロックの外周を構成する外周壁は、上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられた段差外周壁となっており、上記凸部及び/又は上記凹部に面取りが施されていることにより、上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、上記凸部及び/又は上記凹部が、曲線及び/又は直線により構成されていることを特徴とする。

Description

ハニカム構造体
本発明は、ハニカム構造体に関する。
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排ガス中に含有されるスス等のパティキュレート(以下、PMともいう)やその他の有害成分が環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。そこで、排ガス中のPMを捕集して排ガスを浄化するハニカムフィルタとして、多孔質セラミックからなるハニカム構造体が種々提案されている。
このようなハニカム構造体として、従来、多数のセルを有するハニカム焼成体が複数個結束されたセラミックブロックからなるハニカム構造体が知られている(特許文献1)。特許文献1に記載の従来のハニカム構造体を製造する際に用いられるハニカム焼成体のうち、ハニカム構造体の最外周に位置するハニカム焼成体の例を、図16(a)及び図16(b)に模式的に示す。図16(a)及び図16(b)に示すハニカム焼成体1110及びハニカム焼成体1120では、セラミックブロックの外周面を構成する曲面に最も近いセル1111及びセル1121のその長手方向に垂直な断面形状(以下、単に断面形状ともいう)は、それらのセルより内側に位置するセルの断面形状と異なり、略三角形又は略台形となっており、セル1111及びセル1121の一辺が上記曲面に沿って形成されている。
ハニカム焼成体のセルを充填不良なく封止することができるハニカム構造体として、特許文献2に記載されているようなハニカム構造体が提案されている。特許文献2には、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体のセルにおいて、ハニカム焼成体の外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁と接しているセル(以下、最外周部に位置するセルともいう)の断面形状と最外周部以外に位置するセルの断面形状とを同一とすることにより、封止材ペーストの充填を容易にしたハニカム構造体が開示されている。
図17(a)及び図17(b)に、最外周部に位置するセルの断面形状と最外周部以外に位置するセルの断面形状とを同一とした特許文献2に記載の従来のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の例をそれぞれ示す。ハニカム焼成体1150のセル1151、及び、ハニカム焼成体1160のセル1161の断面形状は全て正方形状であり、セル1151又は1161が等間隔に並ぶようにセルの位置が形成されている。そして、最外周部に位置するセルの断面形状と最外周部以外に位置するセルの断面形状とを同一にするために、ハニカム焼成体1150の外周壁1154、又は、ハニカム焼成体1160の外周壁1164には、最外周に位置するセル1151又はセル1161の位置に対応した段差が設けられている。
特開2004-154718号公報 国際公開第2008/126335号パンフレット
特許文献1に記載の従来のハニカム構造体では、図16(a)に示したハニカム焼成体1110のセル1111、及び、図16(b)に示したハニカム焼成体1120のセル1121を封止する際には、セルの開口面積が小さいことから、封止材ペーストを充填しにくかったり、封止材の漏れやはみ出しが生じやすかったりし、これによりセルの封止が不充分となり、封止不良が発生することがある。
そして、セルの封止が不充分であるハニカム焼成体を用いて製造したハニカム構造体を排ガス浄化フィルタとして使用すると、ハニカム構造体に流入した排ガスがセル壁を通過せずに同一のセルから流出してしまい、フィルタとしての機能を果たさないという問題がある。
特許文献2に記載の従来のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体においては、ハニカム焼成体の外周壁に段差が設けられている。すなわち、特許文献2に記載の従来のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の外周壁には、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、図17(a)に示すような凸部1155及び凹部1156からなる段差、又は、図17(b)に示すような凸部1165及び凹部1166からなる段差が設けられている。
このような従来のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体では、封止不良がなく、セルを充分に封止することができる。しかしながら、湿潤混合物を押出成形することによりハニカム成形体を作製する場合、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、ハニカム焼成体の外周壁に凸部及び凹部が存在するために、外周壁を形成することが難しいという問題がある。この理由は、以下のように考えられる。押出成形の際に用いる金型の凸部又は凹部の位置に湿潤混合物が流れにくく、金型の凸部又は凹部に充填される湿潤混合物の量が不足する傾向にある。その結果、所望する形状の外周壁を作製することができないため、外周壁の凸部の部分が欠けたり、外周壁の凹部の部分が部分的に薄くなるという成形不良が発生する。
さらに、押出成形後の乾燥工程等の際に、ハニカム成形体の外周壁が搬送治具等と接触等することにより、ハニカム成形体の外周壁に存在する凸部が欠けるという問題や、外周壁の凹部に充填される湿潤混合物の量が不足するため、乾燥時又は焼成時等の温度変化による膨張及び収縮によって、凹部を起点にクラックが入るという問題がある。これにより、ハニカム焼成体の不良が増加し、ハニカム構造体の製造効率の低下を招く。
さらに、このようなハニカム焼成体を用いてハニカム構造体を製造すると、ハニカム焼成体の外周壁、ハニカム焼成体からなるハニカムブロックの外周壁、及び、製造されたハニカム構造体の外周壁には、凸部及び凹部が依然として存在している。そのため、ハニカム構造体を製造する工程中、又は、ハニカム構造体をハニカムフィルタとして使用する際に、ハニカム構造体の外周壁の凸部の欠け、又は、再生処理等の高温に晒される際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮による外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の不良が発生する。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体のセルを封止するための封止材ペーストの充填が容易であって、ハニカム焼成体の外周壁又はハニカム構造体の外周壁の欠け又はクラック等の発生を防止することができるハニカム構造体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載のハニカム構造体は、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、周囲に外周壁が形成されたハニカム焼成体から構成されたセラミックブロックからなるハニカム構造体であって、
上記ハニカム焼成体の外周壁のうち、上記セラミックブロックの外周を構成する外周壁は、上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられた段差外周壁となっており、
上記凸部及び/又は上記凹部に面取りが施されていることにより、上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、上記凸部及び/又は上記凹部が、曲線及び/又は直線により構成されていることを特徴とする。
請求項1に記載のハニカム構造体では、ハニカム焼成体の外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁には、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられている。
従来のハニカム構造体では、より内側のセルの断面形状と異なる断面形状を有する、セルの断面積が小さいセル(以下、不完全セルともいう)は、ハニカム構造体の製造工程で残存するため、セルの封止不良が発生し、セルの封止工程の効率を低下させていた。しかし、請求項1に記載のハニカム構造体では、ハニカム焼成体の外周壁に凸部及び凹部からなる段差を設けることにより、ハニカム構造体の最外周部に位置する不完全セルの数を減少させることができる。これにより、ハニカム構造体の最外周部に位置するセルの断面積を向上させることができるため、ろ過面積が増加してPMの捕集効率が向上し、圧力損失も向上する。また、封止材ペーストの充填を容易に行うこともできるため、封止不良が低減し、ハニカム構造体の製造効率を向上させることもできる。
本明細書において、ハニカム焼成体のセル壁とは、2つのセルの間に存在し、2つのセルを隔てている部分をいう。また、本明細書において、ハニカム焼成体の外周壁とは、ハニカム焼成体の周囲に存在し、ハニカム焼成体の外周を構成しているセル壁の部分をいう。
また、請求項1に記載のハニカム構造体では、外周壁の凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。
つまり、請求項1に記載のハニカム構造体では、凸部及び/又は凹部において面取りが施された部分が、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、曲線及び/又は直線により構成されている。
そのため、ハニカム成形体を作製する際の押出成形時に、金型の凸部又は凹部に充填される湿潤混合物の量が不足することによって外周壁の凸部が欠けること、又は、外周壁の凹部が部分的に薄くなることを防止することができる。また、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体を作製するための押出成形後の乾燥工程、焼成工程、結束工程等の際に、ハニカム成形体の外周壁が搬送治具等と接触等することにより、ハニカム成形体の外周壁に存在する凸部が欠けること、又は、外周壁の凹部に充填される湿潤混合物の量が不足するため、乾燥時又は焼成時等の温度変化による膨張及び収縮によって、外周壁の凹部を起点にクラックが入ることを防止することができる。その結果、ハニカム成形体及びハニカム焼成体の不良が低減し、ハニカム構造体の製造効率を向上させることができる。
さらに、請求項1に記載のハニカム構造体を製造する工程中、又は、ハニカム構造体をハニカムフィルタとしてハニカム構造体を使用する際においても、ハニカム構造体の外周壁の凸部に発生する欠け、又は、高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮による外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の不良を防止することができる。
請求項2に記載のハニカム構造体では、上記セラミックブロックは、上記ハニカム焼成体が、接着材層を介して複数個結束されている。
また、請求項3に記載のハニカム構造体では、上記セラミックブロックは、異なる形状を有するハニカム焼成体が組み合わされてなり、
上記ハニカム焼成体は、上記セラミックブロックの外周部に位置する外方ハニカム焼成体と、上記外方ハニカム焼成体より内側に位置する内方ハニカム焼成体とからなる。
請求項4に記載のハニカム構造体では、上記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、上記凸部及び/又は上記凹部が、曲線のみにより構成されている。
つまり、請求項4に記載のハニカム構造体では、外周壁の凸部及び/又は凹部において面取りが施された部分が、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、曲線のみにより構成されている。このように、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、外周壁の凸部及び/又は凹部の形状が曲線形状のみであると、応力緩和性に優れている。そのため、搬送時における治具等との接触による外周壁の凸部における欠け、又は、高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮による外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
請求項5に記載のハニカム構造体では、上記セルは、上記ハニカム焼成体の外周壁に接する外周セルと、上記外周セルより内側に位置する内側セルとからなり、上記外周セルの内壁には、角部が形成されており、上記角部には、面取りが施されている。
請求項5に記載のハニカム構造体では、外周セルの内壁に形成されている角部(以下、単に「外周セルの角部」ともいう)に面取りが施されている。外周セルの角部に面取りが施されていると、外周セルの角部が尖っている場合と比べて応力が緩和される。そのため、搬送時における治具等との接触による外周壁の凸部における欠け、又は、高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮による外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
請求項6に記載のハニカム構造体では、上記面取りが施されている角部は、上記段差外周壁により構成される角部、及び、上記段差外周壁と上記セル壁とにより構成される角部である。
外周セルの角部のうち、段差外周壁により構成される角部、及び、段差外周壁とセル壁とにより構成される角部に面取りが施されていると、ハニカム焼成体の段差外周壁が有する凸部又は凹部に加わる応力を緩和することができる。そのため、外周壁の凸部における欠け、又は、外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
また、ハニカム焼成体の段差外周壁の厚さを、凸部における外周壁の厚さも含めて略同じとすることができるため、押出成形時におけるハニカム成形体の外周壁の変形を防ぐことができる。
請求項7に記載のハニカム構造体では、上記角部に施されている面取りは、R面取りであり、上記R面取りの曲率半径は、0.3~2.5mmである。
R面取りは、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、外周セルの角部を曲線形状に面取りするため、応力緩和性に優れている。従って、外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
請求項8に記載のハニカム構造体では、上記セルは、上記ハニカム焼成体の外周壁に接する外周セルと、上記外周セルより内側に位置する内側セルとからなり、
上記内側セルは、基本形成パターンに基づいて形成された完全セルであり、
上記外周セルのうち、上記段差外周壁に接する外周セルは、上記長手方向に垂直な断面の形状が上記完全セルと異なる不完全セルを含む。
請求項8に記載のハニカム構造体では、最外周部に位置するセルの断面形状と最外周部以外に位置するセルの断面形状とをすべて同一にした特許文献1に記載のハニカム構造体とは異なり、不完全セルを含んでいる。そのため、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、ハニカム焼成体の段差外周壁が有する凸部又は凹部の数を減少させることができる。その結果、押出成形時に、金型の凸部又は凹部に充填される湿潤混合物の量が不足することによって外周壁の凸部が欠けること、又は、外周壁の凹部が部分的に薄くなることを防止することができる。また、押出成形後の乾燥工程又は焼成工程等の際に、搬送時における治具等との接触によりハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周壁に存在する凸部が欠けること、又は、高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮により外周壁の凸部及び/又は凹部を起点にクラックが入ることをより防止することができる。
また、このようなハニカム構造体を排ガス浄化フィルタとして使用した場合、PMを捕集することができるろ過面積を向上させることができ、圧力損失を低下させることができる。
請求項9に記載のハニカム構造体では、上記不完全セルを除いた上記外周セルの上記長手方向に垂直な断面の形状、及び、上記内側セルの上記長手方向に垂直な断面の形状は、略四角形である。
請求項10に記載のハニカム構造体では、上記不完全セルを除いた上記外周セル、及び、上記内側セルは、大容量セルと、小容量セルとからなり、
上記大容量セルの上記長手方向に垂直な断面の面積は、上記小容量セルの上記長手方向に垂直な断面の面積よりも大きい。
このようなハニカム構造体では、排ガス浄化用フィルタとして用いた際に、大量のPMを捕集することができる。
請求項11に記載のハニカム構造体では、上記大容量セルの上記長手方向に垂直な断面の形状は略四角形であり、上記小容量セルの上記長手方向に垂直な断面の形状は略四角形である。
また、請求項12に記載のハニカム構造体では、上記大容量セルの上記長手方向に垂直な断面の形状は略八角形であり、上記小容量セルの上記長手方向に垂直な断面の形状は略四角形である。
また、請求項13に記載のハニカム構造体では、上記大容量セル及び上記小容量セルの上記長手方向に垂直な断面においては、セルの各辺が曲線により構成されている。
請求項11~13に記載のハニカム構造体は、上記のような断面形状のセルを有しているため、排ガス浄化用フィルタとして用いた際に、排ガス中のPMを好適に捕集することができる。
請求項14に記載のハニカム構造体では、上記ハニカム焼成体の上記段差外周壁の厚さは、上記ハニカム焼成体の上記セル壁の厚さよりも大きい。
段差外周壁の厚さをセル壁の厚さよりも大きくすることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、段差を構成する凸部及び凹部の形状を容易に曲線形状及び/又は直線形状としやすくなる。
また、外周壁の機械的強度の高いハニカム構造体とすることもできる。
請求項15に記載のハニカム構造体では、上記ハニカム焼成体の上記段差外周壁の厚さは、上記ハニカム焼成体の上記セル壁の厚さの1.3~3.0倍である。
段差外周壁の厚さが、ハニカム焼成体のセル壁の厚さの1.3倍以上であると、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、段差を構成する外周壁の凸部及び凹部の形状を曲線形状及び/又は直線形状にしやすくなる。また、ハニカム構造体の外周壁の機械的強度を充分に確保しやすくなる。
一方、段差外周壁の厚さが、ハニカム焼成体のセル壁の厚さの3.0倍以下であると、開口率が低下しにくくなる。
請求項16に記載のハニカム構造体では、上記ハニカム焼成体の上記段差外周壁のうち、上記凸部及び上記凹部以外の外周壁の厚さは略同じである。
請求項17に記載のハニカム構造体では、上記セルのそれぞれ一方の端部は、交互に封止されている。
請求項18に記載のハニカム構造体では、上記セラミックブロックの外周面には、コート層が形成されている。
図1は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。 図2は、図1に示したハニカム構造体のA-A線断面図である。 図3(a)は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図3(b)は、図3(a)に示した内方ハニカム焼成体のB-B線断面図である。 図4(a)は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図4(b)は、図4(a)に示した外方ハニカム焼成体の側面図である。 図5(a)~図5(d)は、本発明の実施形態に係る凸部に施された面取りの形状の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。図5(e)~図5(h)は、本発明の実施形態に係る凹部に施された面取りの形状の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。 図6(a)は、本発明の第二実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図6(b)は、図6(a)に示した外方ハニカム焼成体の側面図である。 図7(a)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。図7(b)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。 図8(a)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の別の一例を模式的に示す側面図である。図8(b)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の別の一例を模式的に示す側面図である。 図9は、本発明の第四実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す側面図である。 図10(a)及び図10(b)は、本発明の第四実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。 図11は、本発明の第五実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す側面図である。 図12(a)及び図12(b)は、本発明の第五実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。 図13は、本発明の他の実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す側面図である。 図14は、本発明の他の実施形態のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す側面図である。 図15(a)及び図15(b)は、本発明に係るハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の端面の一例を模式的に示した側面図である。 図16(a)は、従来のハニカム構造体を製造する際に用いられるハニカム焼成体のうち、ハニカム構造体の最外周に位置するハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図16(b)は、従来のハニカム構造体の最外周に位置するハニカム焼成体の別の一例を模式的に示す斜視図である。 図17(a)は、最外周部に位置するセルの断面形状と最外周部以外に位置するセルの断面形状とを同一とした従来のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。図17(b)は、最外周部に位置するセルの断面形状と最外周部以外に位置するセルの断面形状とを同一とした従来のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の別の一例を模式的に示す側面図である。
(第一実施形態)
以下、本発明のハニカム構造体の一実施形態である第一実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下の説明において、外方ハニカム焼成体と内方ハニカム焼成体とを特に区別する必要がない場合、単にハニカム焼成体と表記する。また、外周セル及び内側セル、並びに、完全セル及び不完全セルを特に区別する必要がない場合、単にセルと表記することもある。
なお、本明細書において、単に、ハニカム構造体の断面、ハニカム焼成体の断面、又は、ハニカム成形体の断面と表記した場合、それぞれ、ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面、又は、ハニカム成形体の長手方向に垂直な断面を指す。
また、本明細書において、単に、ハニカム焼成体の断面積と表記した場合、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面の面積を指す。
図1は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
図2は、図1に示したハニカム構造体のA-A線断面図である。
図1及び図2に示すハニカム構造体100では、ハニカム焼成体110及び120が複数個ずつ接着材層101(101A~101D)を介して結束されてセラミックブロック103を構成し、さらに、このセラミックブロック103の外周にコート層102が形成されている。なお、コート層は、必要に応じて形成されていればよい。
ハニカム構造体100を構成するハニカム焼成体110及び120については後述するが、炭化ケイ素又はケイ素含有炭化ケイ素からなる多孔質体であることが好ましい。
ハニカム構造体100では、図1及び図2に示すように、セラミックブロック103の外周を構成する位置にある8個のハニカム焼成体120と、ハニカム焼成体120より内側に位置する4個のハニカム焼成体110とが、セラミックブロック103(ハニカム構造体100)の断面形状が略円形となるように、接着材層101(101A~101D)を介して結束されている。
以下、セラミックブロックの外周を構成する位置にあるハニカム焼成体を「外方ハニカム焼成体」といい、外方ハニカム焼成体より内側に位置するハニカム焼成体を「内方ハニカム焼成体」ということとする。
本実施形態のハニカム構造体では、セラミックブロックは、異なる形状を有するハニカム焼成体が組み合わされるとともに、セラミックブロックの外周部に位置する外方ハニカム焼成体と、外方ハニカム焼成体より内側に位置する内方ハニカム焼成体とからなるということができる。
外方ハニカム焼成体120の外周壁には、後述するように、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び凹部からなる段差が設けられているため、セラミックブロック103の外周面には、段差が設けられていることになる。そして、セラミックブロック103の外周に形成されているコート層102は、段差に設けられた凹部を充填するように形成されている。
なお、本明細書において、凸部とは、ハニカム焼成体の外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁の外側において、1つのセルにより形成される凸部をいう。また、本明細書において、凹部とは、ハニカム焼成体の外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁の外側において、隣り合う2つのセルにより形成される凹部をいう。
図2に示すように、ハニカム構造体100は、その断面において、外方ハニカム焼成体120を結束する接着材層101C、101Dのうち、1つの内方ハニカム焼成体110の角部からハニカム構造体100の外周側面に向かう方向に形成されている接着材層101Cと、2つの内方ハニカム焼成体110の間からハニカム構造体100の外周側面に向かう方向に形成されている接着材層101Dとが、所定の角度(例えば、45°等)をなしている。
図2に示すように、内方ハニカム焼成体110の断面の形状は、略四角形(略正方形)である。
また、図2に示すように、外方ハニカム焼成体120の断面は、3つの線分120a、120b、120cと1つの略円弧120dとで囲まれる形状をなしている。この3つの線分のうちの2つの線分よりなる2つの角(線分120bと線分120cとが成す角、及び、線分120aと線分120bとが成す角)は、それぞれ90°と135°である。なお、略円弧の形状については後述する。
以下、本発明のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体、及び、外方ハニカム焼成体について図面を参照しながら説明する。
図3(a)は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図3(b)は、図3(a)に示した内方ハニカム焼成体のB-B線断面図である。
図4(a)は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図4(b)は、図4(a)に示した外方ハニカム焼成体の側面図である。
まず、内方ハニカム焼成体について説明する。
図3(a)及び図3(b)に示す内方ハニカム焼成体110には、多数のセル111がセル壁113を隔てて長手方向(図3(a)中、矢印aの方向)に並設されるとともに、その周囲に外周壁114a~114dが形成されている。そして、セル111のいずれかの端部は、封止材112で封止されている。
従って、一方の端面が開口したセル111に流入した排ガスG(図3(b)中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)は、必ずセル111を隔てるセル壁113を通過した後、他方の端面が開口した他のセル111から流出するようになっている。排ガスGがセル壁113を通過する際に、排ガス中のPM等が捕集されるため、セル壁113は、フィルタとして機能する。
内方ハニカム焼成体110のセル111の長手方向に垂直な断面の形状は、すべて略四角形(略正方形)であるとともに、セル111の断面積は、互いに等しい。また、セル111が同間隔に並ぶようにセル111が形成されている。
次に、外方ハニカム焼成体について説明する。
図4(a)及び図4(b)に示す外方ハニカム焼成体120においても、内方ハニカム焼成体と同様、多数のセル121がセル壁123を隔てて長手方向(図4(a)中、矢印bの方向)に並設されるとともに、その周囲に外周壁124a~124dが形成されている。そして、セル121のいずれかの端部は、封止材122で封止されている。
従って、一方の端面が開口したセル121に流入した排ガスは、必ずセル121を隔てるセル壁123を通過した後、他方の端面が開口した他のセル121から流出するようになっており、セル壁123は、フィルタとして機能する。すなわち、外方ハニカム焼成体120は、外観形状が内方ハニカム焼成体110と異なるものの、そのフィルタ機能は内方ハニカム焼成体110と同一である。
外方ハニカム焼成体120の外周壁124a~124dのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁124aの長手方向に垂直な断面の形状は、前述したように略円弧状となっている。具体的には、図4(a)及び図4(b)に示すように、セル121の位置に対応して、凸部125と凹部126とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
本実施形態では、段差外周壁に存在する凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。つまり、面取りが施された部分の断面(ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面)が、曲線及び/又は直線により構成されている。
図4(a)及び図4(b)では、段差外周壁124aに存在する凸部125及び凹部126に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部125及び凹部126が、曲線により構成されている例を示している。
以下、外周壁の凸部及び/又は凹部に施される面取りについて、図面を参照しながら説明する。
図5(a)~図5(d)は、本発明の実施形態に係る凸部に施された面取りの形状の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。図5(e)~図5(h)は、本発明の実施形態に係る凹部に施された面取りの形状の一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
本明細書においては、凸部の断面形状が、図5(a)~及び図5(d)に示したように、角部が削られた形状になっていれば、「凸部に面取りが施されている」ということとする。一方、凹部の断面形状が、図5(e)~図5(h)に示したような形状、すなわち、外方ハニカム焼成体が存在していない部分に仮想的な凸部が存在するものとみなし、この仮想的な凸部に面取りが施された形状(角部が擬似的に面取りを施された形状と同じ角部の形状)になっていれば、「凹部に面取りが施されている」ということとする。
また、凹部に施された面取りの形状については、凹部に充填部が設けられたような形状と考えることもできる。
なお、外周壁の凸部の形状及び凹部の形状を上記の形状とする具体的な方法は特に限定されるものではないが、例えば、上記の形状となるような金型を作製し、押出成形を行う方法等が挙げられる。
図5(a)及び図5(e)は、角部の形状を円弧状にする面取りを示している。このような面取りをR面取りということとする。
図5(b)及び図5(f)は、凸部の形状を、1本の直線で切り落として鈍角のみが存在するような形状にする面取りを示している。このような面取りをC面取りということとする。
図5(c)、図5(d)、図5(g)及び図5(h)は、角部の形状を複数の直線で切り落としたような形状にする面取りを示している。
外周壁の凸部及び/又は凹部に施された面取りの中では、R面取り又はC面取りが望ましく、R面取りがより望ましい。
外周壁の凸部及び/又は凹部にR面取りを施す場合、R面取りの曲率半径としては、望ましい下限が0.3mmであり、より望ましい下限が0.5mmであり、一方、望ましい上限が2.5mmである。
R面取りの曲率半径が0.3mm以上であると、外周壁の凸部又は凹部への、搬送時における治具等との接触又は高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮による応力集中を防止することができる。また、R面取りの曲率半径が2.5mm以下であると、外周壁の凸部又は凹部の丸みが大きすぎるために、面取りの作業が難しくなるということがない。
なお、R面取りの曲率半径とは、角部を円弧状にするR面取りにおける円弧の半径を意味する。
外周壁の凸部及び/又は凹部にC面取りを施す場合、C面取りの長さとしては、望ましい下限が0.3mmであり、より望ましい下限が0.5mmであり、一方、望ましい上限が2.5mmである。
なお、C面取りの長さとは、角部を本来構成する2つの辺のうち、C面取りでより長く切り取られた側の辺についての切り取られた長さを意味する。
外周壁の凸部及び/又は凹部に施されている面取りは、少なくとも1箇所に施されていればよく、面取りの位置も限定されない。
しかし、面取りが施されている箇所はなるべく多い方が望ましく、段差を構成する外周壁の凸部及び凹部のすべての箇所について面取りが施されていることがより望ましい。
本実施形態では、外周壁の凸部及び/又は凹部にR面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線のみにより構成されていることが望ましい。中でも、外周壁の凸部及び凹部のすべての箇所についてR面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び凹部が、曲線のみにより構成されていることがより望ましい。
図4(a)及び図4(b)に示すように、外方ハニカム焼成体120のセル121の長手方向に垂直な断面の形状は、すべて略四角形(略正方形)であるとともに、セル121の断面積は互いに等しい。また、セル121は、同間隔に並ぶようにセル121の位置が設計されている。そして、外周壁に接するセルと、外周壁に接していないセルとは、断面形状は同一である。
段差外周壁124aの厚さは、凸部及び凹部を除いて、段差外周壁124aの全体に渡って略同じである。さらに、凸部及び凹部を除いた段差外周壁124aの厚さは、セル壁123及び他の外周壁124b~124dの厚さと略同じである。
次に、本実施形態のハニカム構造体の製造方法について説明する。なお、セラミック粉末として、炭化ケイ素を用いる場合について説明する。
(1)セラミック粉末とバインダとを含む湿潤混合物を押出成形することによってハニカム成形体を作製する成形工程を行う。
具体的には、まず、セラミック粉末として平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と、有機バインダと、液状の可塑剤と、潤滑剤と、水とを混合することにより、ハニカム成形体製造用の湿潤混合物を調製する。
続いて、上記湿潤混合物を押出成形機に投入する。上記湿潤混合物を押出成形機に投入し、押出成形することにより所定の形状のハニカム成形体を作製する。
ここで、断面が略四角形(略正方形)のハニカム成形体(内方ハニカム焼成体となるハニカム成形体)や、断面が3つの線分と1つの略円弧とで囲まれ、この3つの線分のうちの2つの線分よりなる2つの角がそれぞれ90°と135°である形状のハニカム成形体(外方ハニカム焼成体となるハニカム成形体)を作製するためには、それぞれの形状に応じた押出成形用金型を使用する。
以下の工程で、ハニカム成形体というときは、これら2種のハニカム成形体を区別せずに指すものとする。
(2)次に、ハニカム成形体を所定の長さに切断し、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定のセルに封止材となる封止材ペーストを充填して上記セルを目封じする封止工程を行う。
ここで、封止材ペーストとしては、上記湿潤混合物と同様の組成のものを用いることができる。
(3)その後、ハニカム成形体中の有機物を脱脂炉中で加熱する脱脂工程を行い、焼成炉に搬送し、焼成工程を行うことにより、図3(a)及び図3(b)に示したような内方ハニカム焼成体、及び、図4(a)及び図4(b)に示したような外方ハニカム焼成体を作製する。
また、切断工程、乾燥工程、封止工程、脱脂工程及び焼成工程の条件は、従来からハニカム焼成体を作製する際に用いられている条件を適用することができる。
(4)続いて、各セルの所定の端部が封止された内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体のそれぞれの所定の側面に、接着材ペーストを塗布して接着材ペースト層を形成し、この接着材ペースト層の上に、順次他のハニカム焼成体を積層する工程を繰り返して所定数のハニカム焼成体が結束されたセラミックブロックを作製する結束工程を行う。
ここで、接着材ペーストとしては、例えば、無機バインダと有機バインダと無機粒子とからなるものを使用する。また、上記接着材ペーストは、さらに無機繊維及び/又はウィスカを含んでいてもよい。
(5)その後、略円柱状としたセラミックブロックの外周面に、コート材ペーストを塗布し、乾燥、固化してコート層を形成するコート層形成工程を行う。
セラミックブロックの外周面にコート材ペーストを塗布する際には、外方ハニカム焼成体に設けられた凹部を充填するようにコート材ペーストを塗布する。
ここで、コート材ペーストとしては、上記接着材ペーストと同様のペーストを使用する。なお、コート材ペーストして、上記接着材ペーストと異なる組成のペーストを使用してもよい。
なお、コート層は必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。
以上の工程によって、本実施形態のハニカム構造体を製造することができる。
以下、本実施形態のハニカム構造体の作用効果について列挙する。
(1)本実施形態のハニカム構造体では、ハニカム焼成体の外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁には、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられている。
そのため、ハニカム構造体の最外周部に位置する不完全セルの数を減少させることができる。これにより、ハニカム構造体の最外周部に位置するセルの断面積を向上させることができるため、ろ過面積が増加してPMの捕集効率が向上し、圧力損失も向上する。また、封止材ペーストの充填を容易に行うこともできるため、封止不良が低減し、ハニカム構造体の製造効率を向上させることもできる。
(2)本実施形態のハニカム構造体では、外周壁の凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。
そのため、ハニカム成形体を作製する際の押出成形時に、金型の凸部又は凹部に充填される湿潤混合物の量が不足することによって外周壁の凸部が欠けること、又は、外周壁の凹部が部分的に薄くなることを防止することができる。また、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体を作製するための押出成形後の乾燥工程、焼成工程、結束工程等の際に、ハニカム成形体の外周壁が搬送治具等と接触等することにより、ハニカム成形体の外周壁に存在する凸部が欠けること、又は、外周壁の凹部に充填される湿潤混合物の量が不足するため、乾燥時又は焼成時等の温度変化による膨張及び収縮によって、外周壁の凹部を起点にクラックが入ることを防止することができる。その結果、ハニカム成形体及びハニカム焼成体の不良が低減し、ハニカム構造体の製造効率を向上させることができる。
さらに、本実施形態のハニカム構造体を製造する工程中、又は、ハニカム構造体をハニカムフィルタとしてハニカム構造体を使用する際においても、ハニカム構造体の外周部に発生する欠けやクラック等の不良を防止することができる。
(実施例1)
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(1)平均粒子径22μmを有する炭化ケイ素の粗粉末52.8重量%と、平均粒子径0.5μmの炭化ケイ素の微粉末22.6重量%とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂2.1重量%、有機バインダ(メチルセルロース)4.6重量%、潤滑剤(日油社製 ユニルーブ)2.8重量%、グリセリン1.3重量%、及び、水13.8重量%を加えて混練して湿潤混合物を得た後、押出成形する成形工程を行った。
本工程では、図3(a)及び図3(b)に示した内方ハニカム焼成体110と略同様の形状であって、セルの目封じをしていない生のハニカム成形体と、図4(a)及び図4(b)に示した外方ハニカム焼成体120と略同様の形状であって、セルの目封じをしていない生のハニカム成形体とを作製した。
(2)次いで、マイクロ波乾燥機を用いて上記生のハニカム成形体を乾燥させることにより、ハニカム成形体の乾燥体を作製した。その後、ハニカム成形体の乾燥体の所定のセルに、上記湿潤混合物と同様の組成のペーストを充填してセルの封止を行った。セルの封止を行った後、封止材ペーストを充填したハニカム成形体の乾燥体を再び乾燥機を用いて乾燥させた。
(3)セルの封止を行ったハニカム成形体の乾燥体を400℃で脱脂する脱脂処理を行い、さらに、常圧のアルゴン雰囲気下2200℃、3時間の条件で焼成処理を行った。
これにより、内方ハニカム焼成体と外方ハニカム焼成体とを作製した。
内方ハニカム焼成体は、多孔質炭化ケイ素焼結体からなり、気孔率が45%、平均気孔径が15μm、大きさが34.5mm×34.5mm×150mm、セルの数(セル密度)が46.5個/cm(300個/inch)、セル壁の厚さが0.25mm(10mil)、セルの幅が1.42mmである。
外方ハニカム焼成体も、多孔質炭化ケイ素焼結体からなり、気孔率、平均気孔径、セルの数(セル密度)、セル壁の厚さ及びセルの幅は、内方ハニカム焼成体と同一である。また、外方ハニカム焼成体は、断面が3つの線分と1つの略円弧とで囲まれ、この3つの線分のうちの2つの線分よりなる2つの角が、それぞれ90°と135°である形状(図2で示した線分120a=20.8mm、線分120b=35.0mm、線分120c=35.7mm)を有している。外方ハニカム焼成体の略円弧120dは、凸部及び凹部とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。すべての凸部及び凹部には、R面取りが施されており、R面取りの曲率半径は、0.5mmである。
(4)内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体の所定の側面に接着材ペーストを塗布し、この接着材ペーストを介して内方ハニカム焼成体を4個と、外方ハニカム焼成体を8個とを図1に示した配置になるように接着させることにより、ハニカム焼成体の集合体を作製した。
さらに、ハニカム焼成体の集合体を180℃、20分で接着材ペーストを乾燥固化させることにより、接着材層の厚さが1mmで円柱状のセラミックブロックを作製した。
ここで、接着材ペーストとしては、平均粒径0.6μmの炭化ケイ素粒子30.0重量%、シリカゾル21.4重量%、カルボキシメチルセルロース8.0重量%、及び、水40.6重量%からなる接着材ペーストを使用した。
(5)上記(4)の工程で使用した接着材ペーストと同じ組成のコート材ペーストを用いて、セラミックブロックの外周部にコート材ペースト層を形成した。この際、外方ハニカム焼成体に設けられた凹部を充填するようにコート材ペーストを塗布した。
その後、このコート材ペースト層を120℃で乾燥固化して、外周にコート層が形成された直径143.8mm×長さ150mmの円柱状のハニカム構造体を製造した。
(第二実施形態)
以下、本発明の一実施形態である第二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を構成する内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体は、本発明の第一実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体と同様の外形形状を有する。また、セラミックブロック(ハニカム構造体)を構成する外方ハニカム焼成体及び内方ハニカム焼成体の組み合わせ方も、本発明の第一実施形態と同様である。
本発明の第一実施形態では、外方ハニカム焼成体において、外周壁に接するセルと、外周壁に接していないセルとは、同一の断面形状を有しているのに対し、本実施形態では、外方ハニカム焼成体において、段差外周壁に接するセルが、段差外周壁に接していないセルと異なる断面形状を有する不完全セルを含んでいる。
本明細書において、完全セルとは、ハニカム焼成体を構成するセルを長手方向に垂直な断面で観察した際、1種類の形状のセル、又は、複数個の異なる形状の組み合わせからなるセルが、上下左右に一定の繰り返しで形成されている最小単位のセルをいう。例えば、図4(a)及び図4(b)に示す外方ハニカム焼成体120では、外方ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、略正方形の図形が繰り返されている。この場合、略正方形のセルを完全セルという。また、例えば、図7(a)に示す内方ハニカム焼成体310では、セル断面積の異なる2種類のセルが繰り返されている。この場合、セル断面積の異なる2種類のセルの両方を合わせて完全セルという。ただし、便宜的に上記セル断面積の異なる2種類のセルのうち、一方のセルを完全セルという場合もある。
また、本明細書において、基本形成パターンとは、上記完全セルの形状をいう。
本明細書において、不完全セルとは、外方ハニカム焼成体の外周壁に接する外周セルの1種であって、上記外方ハニカム焼成体を構成するセルを長手方向に垂直な断面で観察した際、上記完全セルの形状と比べて部分的に欠けた形状となっており、完全セルのセル断面積より小さいセル断面積を有するセルをいう。完全セルが1種類の形状のセルである場合には、上記完全セルよりも小さい断面積を有するセルを不完全セルという。また、完全セルがセル断面積の異なる2種類以上のセルを組み合わせたパターンの繰り返しとなっている外方ハニカム焼成体においては、例えば、相対的にセル断面積の大きい形状のセルよりも小さいセル断面積を有するセル、又は、相対的にセル断面積の小さい形状のセルより小さい断面積を有するセルを不完全セルという。
以下、本発明の第二実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体について説明する。
図6(a)は、本発明の第二実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図6(b)は、図6(a)に示した外方ハニカム焼成体の側面図である。
図6(a)及び図6(b)に示す外方ハニカム焼成体220には、セル221、227a~227eがセル壁223を隔てて長手方向(図6(a)中、矢印cの方向)に並設されるとともに、その周囲に外周壁224a~224dが形成されている。そして、セル221、227a~227eのいずれかの端部は、封止材222で封止されている。
外周壁224a~224dのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁224aは、凸部225と凹部226とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
外方ハニカム焼成体220において、セル221、227a~227eは、外周壁224a~224dに接する外周セル227a~227eと、外周セル227a~227eより内側に位置する内側セル221とからなる。
内側セル221は、基本形成パターンとして格子状に形成されている。それぞれの内側セル221の断面形状は、略四角形(略正方形)であるとともに、断面積は、互いに等しい。このように、内側セル221は、基本形成パターンに基づいて形成されているため、すべて完全セルとなっている。
外周セル227a~227eのうち、外周壁224aに接する外周セル227a、外周壁224bに接する外周セル227b、及び、外周壁224cに接する外周セル227cは、内側セル221と同じ断面形状を有している。つまり、外周セル227a、227b及び227cは、完全セルである。これは、内側セル221が、その基本形成パターンを維持したまま外周壁224a、224b又は224cに接することで、内側セル221が、そのまま外周セル227a、227b又は227cになったと考えることができるためである。
一方、外周セル227d、227eは、断面の形状が、完全セルである内側セル221とは異なる。すなわち、外周セル227d、227eは、断面の形状が完全セルと異なる不完全セルである。
上述したように、基本形成パターンに基づいて形成されていないセル、すなわち、基本形成パターンである内側セルの略四角形(略正方形)よりも長手方向に垂直な断面の大きさが小さいセルを不完全セルということとする。
このように、本実施形態では、外周セルは、完全セルの他に、断面の形状が完全セルと異なる不完全セルを含んでいる。
不完全セルである外周セル227eは、段差外周壁224aに接するように設けられている。また、不完全セルである外周セル227dは、外周壁224dに接するように設けられている。上述したように、段差外周壁224eは、セラミックブロックの外周を構成するものである。そのため、外周セル227eは、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体に設けられた外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁に接する位置に形成されていることになる。
以上より、外周セルについて、不完全セルを除いた外周セルの断面形状は、内側セルと同様、略四角形(略正方形)であるとともに、断面積は、互いに等しい。
本実施形態において、外方ハニカム焼成体の段差外周壁に接する外周セルは、少なくとも1つの不完全セルを含んでいればよく、段差外周壁に段差が存在する限り、不完全セルの個数は特に限定されない。すなわち、不完全セルは、外方ハニカム焼成体の外周壁の形状、及び、外周壁により規定される外周セルの形状を考慮して設ければよい。
不完全セルの断面積は、特に限定されないが、不完全セルの断面積は、封止材ペーストを充填しやすく、封止不良が発生しない所定の大きさとすればよい。
具体的には、不完全セルは、セルの長手方向に垂直な断面形状の内部に直径0.90mmの円が挿入可能なセルであることが望ましく、セルの長手方向に垂直な断面形状の内部に直径0.95mmの円が挿入可能なセルであることがより望ましい。
このような場合、封止材ペーストをセルに充填しやすく、封止材の漏れやはみ出しが発生しにくく、良好に不完全セルを封止することができ、封止不良が発生しにくくなる。
本発明の第一実施形態と同様、本実施形態においても、段差外周壁に存在する凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。
図6(a)及び図6(b)では、段差外周壁224aに存在する凸部225及び凹部226に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部225及び凹部226が、曲線により構成されている例を示している。
また、本実施形態では、外周セルの内壁には、角部が形成されており、上記角部には、面取りが施されている。
外周セルの角部に施されている面取りを、外周セルの角部に充填部が設けられていると考えることもできる。その場合、充填部の断面形状は、特に限定されるものではないが、略直角三角形状、又は、略直角三角形の斜辺がセルの内側又は外側に向かって湾曲若しくは屈曲した形状であることが望ましい。特に、直角三角形が直角二等辺三角形であると、充填部は、角部を基準として対称な形状となるため、角部付近の重量バランスや熱伝導バランスがよく、熱や力を効率的に分散させることができるので望ましい。
外周セルの角部に施された面取りの形状(セルの長手方向に垂直な断面形状)としては、図5(e)~図5(h)に示した形状と同様の形状を考えることができる。
その場合、「斜辺が湾曲又は屈曲している形状」とは、図5(e)に示すように、直角三角形の3つの頂点のうち、鋭角となる2つの頂点を結んで滑らかに湾曲するもの、又は、図5(f)、図5(g)若しくは図5(h)に示すように、直角三角形の鋭角となる2つの頂点を1個又は複数個の線分で結んで形成されるものを意味する。
外周セルの角部に施された面取りの中では、R面取り又はC面取りが望ましく、R面取りがより望ましい。
外周セルの角部にR面取りを施す場合、R面取りの曲率半径としては、望ましい下限が0.3mmであり、より望ましい下限が0.5mmであり、一方、望ましい上限が2.5mmである。
R面取りの曲率半径が0.3mm未満であると、凸部又は凹部に応力が集中することを充分に抑制することができない場合がある。また、R面取りの曲率半径が2.5mmを超えると、外周セルの角部の丸みが大きすぎるために、逆にクラックが発生しやすくなってしまう場合がある。
外周セルの角部にC面取りを施す場合、C面取りの長さとしては、望ましい下限が0.3mmであり、より望ましい下限が0.5mmであり、一方、望ましい上限が2.5mmである。
外周セルの角部に施されている面取りは、外周セルの角部の少なくとも1箇所に施されていればよい。従って、完全セルの角部に面取りが施されていてもよいし、不完全セルの角部に面取りが施されていてもよい。外周セルの中でも、段差外周壁に接する外周セルの角部に面取りが施されていることが望ましい。
また、面取りが施されているセルの位置も限定されないが、段差外周壁により構成される角部、及び、段差外周壁とセル壁とにより構成される角部に面取りが施されていることが望ましい。
「段差外周壁により構成される角部」とは、段差外周壁に接する外周セルの角部のうち、段差外周壁の凸部に最も近い角部をいう。また、「段差外周壁とセル壁とにより構成される角部」とは、段差外周壁に接する外周セルの角部のうち、段差外周壁とセル壁との分岐部に存在する角部をいう。図6(b)に示した外方ハニカム焼成体220では、外周セル227aの角部228a~228dのうち、角部228aが「段差外周壁により構成される角部」に該当し、角部228dが「段差外周壁とセル壁とにより構成される角部」に該当する。
次に、本発明の第二実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体について説明する。
内方ハニカム焼成体は、本発明の第一実施形態で説明した内方ハニカム焼成体と同様である。
内方ハニカム焼成体に設けられたセルは、すべて完全セルとなっている。また、内方ハニカム焼成体における外周セル(内方ハニカム焼成体の外周壁に接するセルをいう)の角部には、面取りが施されていてもよいし、施されていなくてもよい。
本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、押出成形に用いる金型の形状を変更して所定の形状を有するハニカム成形体を作製する点以外は、本発明の第一実施形態と同様にしてハニカム構造体を作製することができる。
本実施形態では、本発明の第一実施形態において説明した効果(1)及び(2)を発揮することができるとともに、以下の効果を発揮することができる。
(3)本実施形態のハニカム構造体では、段差外周壁に接する外周セルは、不完全セルを含んでいる。そのため、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、ハニカム焼成体の段差外周壁が有する凸部又は凹部の数を減少させることができる。その結果、押出成形時に、金型の凸部又は凹部に充填される湿潤混合物の量が不足することによって外周壁の凸部が欠けること、又は、外周壁の凹部が部分的に薄くなることを防止することができる。また、押出成形後の乾燥工程又は焼成工程等の際に、搬送時における治具等との接触によりハニカム成形体又はハニカム焼成体の外周壁に存在する凸部が欠けること、又は、高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮により外周壁の凸部及び/又は凹部を起点にクラックが入ることをより防止することができる。
また、このようなハニカム構造体を排ガス浄化フィルタとして使用した場合、PMを捕集することができるろ過面積を向上させることができ、圧力損失を低下させることができる。
(4)本実施形態のハニカム構造体では、外周セルの角部(外周セルの内壁に形成されている角部)に面取りが施されている。外周セルの角部に面取りが施されていると、外周セルの角部が尖っている場合と比べて応力が緩和される。そのため、搬送時における治具等との接触による外周壁の凸部における欠け、又は、高温に晒された際におけるハニカム焼成体の膨張及び収縮による外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
(5)本実施形態のハニカム構造体では、面取りが施されている角部は、段差外周壁により構成される角部、及び、段差外周壁とセル壁とにより構成される角部である。
外周セルの角部のうち、段差外周壁により構成される角部、及び、段差外周壁とセル壁とにより構成される角部に面取りが施されていると、ハニカム焼成体の段差外周壁が有する凸部又は凹部に加わる応力を緩和することができる。そのため、外周壁の凸部における欠け、又は、外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
また、ハニカム焼成体の段差外周壁の厚さを、凸部における外周壁の厚さも含めて略同じとすることができるため、押出成形時におけるハニカム成形体の外周壁の変形を防ぐことができる。
(6)本実施形態のハニカム構造体では、角部に施されている面取りは、R面取りであり、R面取りの曲率半径は、0.3~2.5mmである。
R面取りは、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、外周セルの角部を曲線形状に面取りするため、応力緩和性に優れている。従って、外周壁の凸部及び/又は凹部を起点とするクラック等の発生をより防止することができる。
(第三実施形態)
以下、本発明の一実施形態である第三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を構成する内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体は、本発明の第二実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体と同様の外形形状を有する。また、セラミックブロック(ハニカム構造体)を構成する外方ハニカム焼成体及び内方ハニカム焼成体の組み合わせ方も、本発明の第二実施形態と同様である。
本実施形態では、内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体において、不完全セルを除いたセル、及び、内側セルは、大容量セルと、小容量セルとからなり、大容量セルの長手方向に垂直な断面の面積は、小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積よりも大きい。
図7(a)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。図7(b)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。
まず、内方ハニカム焼成体について説明する。
図7(a)に示す内方ハニカム焼成体310には、セル311a、311bがセル壁313を隔てて並設されるとともに、その周囲に外周壁314a~314dが形成されている。セル311a、311bは、大容量セル311aと、小容量セル311bとからなり、大容量セル311aの断面積(長手方向に垂直な断面の面積)は、小容量セル311bの断面積よりも大きくなっている。そして、大容量セル311aと小容量セル311bとは、交互に配設されている。
図7(a)において、大容量セル311aは、その断面形状が略八角形であり、小容量セル311bは、その断面形状が略四角形である。このように、セル311a、311bは、基本形成パターンに基づいて形成されているため、完全セルであるということができる。
大容量セル311aは、内方ハニカム焼成体310の一方の端面側の端部が開放され、他方の端面側の端部で封止材(図示せず)により封止されている。一方、小容量セル311bは、内方ハニカム焼成体310の一方の端面側の端部で封止材312により封止され、他方の端面側の端部が開放されている。
従って、大容量セル311aに流入した排ガスは、必ず、大容量セル311aと小容量セル311bとを隔てるセル壁313を通過した後、小容量セル311bから流出するようになっており、セル壁313は、フィルタとして機能する。
次に、外方ハニカム焼成体について説明する。
図7(b)に示す外方ハニカム焼成体320においても、内方ハニカム焼成体と同様、セル321a、321b、327a~327eがセル壁323を隔てて並設されるとともに、その周囲に外周壁324a~324dが形成されている。
外周壁324a~324dのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁324aは、凸部325と凹部326とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
外方ハニカム焼成体320において、セル321a、321b、327a~327eは、外周壁324a~324dに接する外周セル327a~327eと、外周セル327a~327eより内側に位置する内側セル321a、321bとからなる。
外方ハニカム焼成体320の内側セル321a、321bは、内方ハニカム焼成体310に設けられたセル311a、311bと同様、完全セルである。すなわち、完全セルである内側セル321a、321bは、大容量セル321aと、小容量セル321bとからなり、大容量セル321aの断面積(長手方向に垂直な断面の面積)は、小容量セル321bの断面積よりも大きくなっている。
そして、大容量セル321aは、外方ハニカム焼成体320の一方の端面側の端部が開放され、他方の端面側の端部で封止材(図示せず)により封止されている。一方、小容量セル321bは、外方ハニカム焼成体320の一方の端面側の端部で封止材322により封止され、他方の端面側の端部が開放されている。
従って、大容量セル321aに流入した排ガスは、必ず、大容量セル321aと小容量セル321bとを隔てるセル壁323を通過した後、小容量セル321bから流出するようになっており、セル壁323は、フィルタとして機能する。
外方ハニカム焼成体320の外周セル327a~327eのうち、外周壁324aに接する外周セル327a、外周壁324bに接する外周セル327b、及び、外周壁324cに接する外周セル327cは、外方ハニカム焼成体320の内側セルである大容量セル321aと同じ断面形状を有している。つまり、外方ハニカム焼成体320の外周セル327a、327b及び327cは、完全セルである。
一方、外方ハニカム焼成体320の外周セル327a~327eのうち、外周セル327d、及び、外周セル327eは、断面の形状が、外方ハニカム焼成体320の内側セルであって、かつ、完全セルである大容量セル321aとは異なる。すなわち、外方ハニカム焼成体320の外周セル327d、327eは、断面の形状が完全セルと異なる不完全セルである。
すなわち、図7(b)に示す外方ハニカム焼成体320においては、外周セルは、完全セルの他に、断面の形状が完全セルと異なる不完全セルを含んでいる。
不完全セルである外周セル327eは、段差外周壁324aに接するように設けられている。また、不完全セルである外周セル327dは、外周壁324dに接するように設けられている。
図7(b)に示す外方ハニカム焼成体320においては、不完全セルを除いた外周セルは、内側セルと同様、大容量セルと小容量セルとからなる。
なお、本実施形態においては、外周セルは、不完全セルを含んでいなくてもよい。その場合、本実施形態は、本発明の第一実施形態のセル形状として、断面積に大小関係のあるセルを採用した形態であるともいえる。
大容量セル及び小容量セルの断面形状としては、大容量セルの断面積が小容量セルの断面積より大きくなっていればよい。そのため、大容量セル及び小容量セルの断面形状は、それぞれ略八角形及び略四角形である形状に限定されず、任意の断面形状を採用することができる。例えば、以下のような形状であってもよい。
図8(a)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の別の一例を模式的に示す側面図である。図8(b)は、本発明の第三実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の別の一例を模式的に示す側面図である。
図8(a)に示す内方ハニカム焼成体330、及び、図8(b)に示す外方ハニカム焼成体340では、大容量セルの断面形状が略四角形(略正方形)であり、小容量セルの断面形状が略四角形(略正方形)である。
なお、大容量セル及び小容量セルの断面形状は、直角部があってもよいし、直角部に相当する箇所が、円弧(セルが擬似的にR面取りされた形状)、又は、C面取りされた形状(セルが擬似的にC面取りされた形状)であってもよい。
また、本実施形態においても、本発明の第一実施形態及び第二実施形態と同様、段差外周壁に存在する凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。
図7(b)に示す外方ハニカム焼成体320では、段差外周壁324aに存在する凸部325及び凹部326に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部325及び凹部326が、曲線により構成されている例を示している。同様に、図8(b)に示す外方ハニカム焼成体340では、段差外周壁344aに存在する凸部345及び凹部346に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部345及び凹部346が、曲線により構成されている例を示している。
本実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体において、外周セルの角部には、本発明の第二実施形態のように、面取りが施されていてもよいし、面取りが施されていなくてもよい。
また、本実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体においても、外周セルの角部には、面取りが施されていてもよいし、面取りが施されていなくてもよい。
本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、押出成形に用いる金型の形状を変更して所定の形状を有するハニカム成形体を作製する点以外は、本発明の第一実施形態と同様にしてハニカム構造体を作製することができる。
本実施形態においても、本発明の第一実施形態において説明した効果(1)及び(2)、並びに、本発明の第二実施形態において説明した効果(3)~(6)を発揮することができる。
(第四実施形態)
以下、本発明の一実施形態である第四実施形態について説明する。
本実施形態では、内方ハニカム焼成体の外形形状は、本発明の第一実施形態~第三実施形態と同様であるが、外方ハニカム焼成体の外形形状が、本発明の第一実施形態~第三実施形態と異なる。
具体的には、本実施形態では、ハニカム焼成体の組み合わせ構造が、本発明の第一実施形態~第三実施形態と異なる。すなわち、内方ハニカム焼成体として、略四角形(略正方形)の断面形状を有するハニカム焼成体を用い、外方ハニカム焼成体として、断面形状の異なる複数種類の所定形状のハニカム焼成体を用いる。そして、内方ハニカム焼成体と複数種類の外方ハニカム焼成体とを接着材層を介して組み立てることにより、所定形状(例えば、断面略円形等)のセラミックブロックを形成することができる。
図9は、本発明の第四実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す側面図である。
図10(a)及び図10(b)は、本発明の第四実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。
図9に示すハニカム構造体400では、図10(a)に示すような形状の8個の外方ハニカム焼成体420及び図10(b)に示すような形状の4個の外方ハニカム焼成体430と、その内側に配置された4個の内方ハニカム焼成体410とが、接着材層401A~401Dを介して結束されてセラミックブロック403を構成し、さらに、このセラミックブロック403の外周にコート層402が形成されている。なお、コート層は、必要に応じて形成されていればよい。
図9に示すように、内方ハニカム焼成体410の断面の形状は、略四角形(略正方形)である。
また、図9に示すように、外方ハニカム焼成体420の断面は、3つの線分420a、420b、420cと1つの略円弧420dとで囲まれた形状をなしている。この3つの線分のうちの2つの線分よりなる2つの角(線分420bと線分420cとが成す角、及び、線分420aと線分420bとが成す角)は、どちらも90°である。
さらに、外方ハニカム焼成体430の断面は、2つの線分430a、430bと1つの略円弧430cとで囲まれた形状をなしている。この2つの線分よりなる2つの角(線分430aと線分430bとが成す角)は、90°である。
また、ハニカム焼成体410、420、430は、炭化ケイ素又はケイ素含有炭化ケイ素からなる多孔質体であることが望ましい。
本実施形態においても、本発明の第一実施形態~第三実施形態と同様に、外方ハニカム焼成体の外周壁のうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁は、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
図10(a)に示す外方ハニカム焼成体420では、周囲に形成された外周壁424a~424dのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁424aが、凸部425と凹部426とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
また、図10(b)に示す外方ハニカム焼成体430では、周囲に形成された外周壁434a~434cのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁434aが、凸部435と凹部436とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
そして、外周壁の凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。
図10(a)に示す外方ハニカム焼成体420では、段差外周壁424aに存在する凸部425及び凹部426に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部425及び凹部426が、曲線により構成されている例を示している。同様に、図10(b)に示す外方ハニカム焼成体430では、段差外周壁434aに存在する凸部435及び凹部436に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部435及び凹部436が、曲線により構成されている例を示している。
外方ハニカム焼成体に設けられているセルの断面形状としては、本発明の第一実施形態及び第二実施形態のように、すべて略四角形(略正方形)であるとともに、セルの断面積が互いに等しい形状であってもよいし、本発明の第三実施形態のように、大容量セルと小容量セルとからなる形状であってもよい。
なお、図10(a)に示す外方ハニカム焼成体420、及び、図10(b)に示す外方ハニカム焼成体430においては、外周壁に接するセルの断面形状と、外周壁に接していないセルの断面形状とは同一である。しかし、本実施形態においては、本発明の第二実施形態のように、外周壁に接する外周セルが不完全セルを含んでいてもよい。
さらに、外方ハニカム焼成体の外周セルの角部には、本発明の第二実施形態のように、面取りが施されていてもよいし、面取りが施されていなくてもよい。
内方ハニカム焼成体は、外方ハニカム焼成体の構成に対応して、本発明の第一実施形態~第三実施形態で説明した内方ハニカム焼成体と同様のものであればよい。
また、内方ハニカム焼成体において、外周セルの角部には、面取りが施されていてもよいし、面取りが施されていなくてもよい。
本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、押出成形に用いる金型の形状を変更して所定の形状を有するハニカム成形体を作製する点、及び、結束工程を行う際に、内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体を所定の位置に結束する点以外は、本発明の第一実施形態と同様にしてハニカム構造体を作製することができる。
本実施形態においても、本発明の第一実施形態において説明した効果(1)及び(2)、並びに、本発明の第二実施形態において説明した効果(3)~(6)を発揮することができる。
(第五実施形態)
以下、本発明の一実施形態である第五実施形態について説明する。
本実施形態では、内方ハニカム焼成体の外形形状は、本発明の第一実施形態~第四実施形態と同様であるが、外方ハニカム焼成体の外形形状が、本発明の第一実施形態~第四実施形態と異なる。
本実施形態では、内方ハニカム焼成体として、略四角形(略正方形)の断面形状を有するハニカム焼成体を用い、外方ハニカム焼成体として、断面形状の異なる複数種類の所定形状のハニカム焼成体を用いる点は、本発明の第四実施形態と同様であるが、ハニカム焼成体の組み合わせ構造が、本発明の第一実施形態~第四実施形態と異なる。
具体的には、ハニカム構造体を構成する内方ハニカム構造体の個数が、本発明の第一実施形態~第四実施形態のハニカム構造体を構成する内方ハニカム構造体の個数よりも多い。
図11は、本発明の第五実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す側面図である。
図12(a)及び図12(b)は、本発明の第五実施形態のハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体の一例を模式的に示す側面図である。
図11に示すハニカム構造体500では、図12(a)に示すような形状の8個の外方ハニカム焼成体520及び図12(b)に示すような形状の8個の外方ハニカム焼成体530と、その内側に配置された9個の内方ハニカム焼成体510とが複数個ずつ接着材層501、501A~501Dを介して結束されてセラミックブロック503を構成し、さらに、このセラミックブロック503の外周にコート層502が形成されている。なお、コート層は、必要に応じて形成されていればよい。
図11に示すように、内方ハニカム焼成体510の断面の形状は、略四角形(略正方形)である。
また、図11に示すように、外方ハニカム焼成体520の断面は、3つの線分520a、520b、520cと1つの略円弧520dとで囲まれた形状をなしている。この3つの線分のうちの2つの線分よりなる2つの角(線分520aと線分520bとが成す角、及び、線分520bと線分520cとが成す角)がともに90°である。
外方ハニカム焼成体530の断面は、3つの線分530a、530b、530cと1つの略円弧530dとで囲まれた略扇形ユニットである。この3つの線分のうちの2つの線分よりなる2つの角(線分530bと線分530cとが成す角、及び、線分530aと線分530bとが成す角)がそれぞれ90°と135°である。
また、ハニカム焼成体510、520、530は、炭化ケイ素又はケイ素含有炭化ケイ素からなる多孔質体であることが望ましい。
本実施形態においても、本発明の第一実施形態~第四実施形態と同様に、外方ハニカム焼成体の外周壁のうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁は、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
図12(a)に示す外方ハニカム焼成体520では、周囲に形成された外周壁524a~524dのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁524aが、凸部525と凹部526とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
また、図12(b)に示す外方ハニカム焼成体530では、周囲に形成された外周壁534a~534dのうち、ハニカム構造体(セラミックブロック)の外周を構成する外周壁534aが、凸部535と凹部536とからなる段差が設けられた段差外周壁となっている。
そして、外周壁の凸部及び/又は凹部に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び/又は凹部が、曲線及び/又は直線により構成されている。
図12(a)に示す外方ハニカム焼成体520では、段差外周壁524aに存在する凸部525及び凹部526に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部525及び凹部526が、曲線により構成されている例を示している。同様に、図12(b)に示す外方ハニカム焼成体530では、段差外周壁534aに存在する凸部535及び凹部536に面取りが施されていることにより、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部535及び凹部536が、曲線により構成されている例を示している。
外方ハニカム焼成体に設けられているセルの断面形状としては、本発明の第一実施形態及び第二実施形態のように、すべて略四角形(略正方形)であるとともに、セルの断面積が互いに等しい形状であってもよいし、本発明の第三実施形態のように、大容量セルと小容量セルとからなる形状であってもよい。
なお、図12(a)に示す外方ハニカム焼成体520、及び、図12(b)に示す外方ハニカム焼成体530においては、外周壁に接するセルの断面形状と、外周壁に接していないセルの断面形状とは同一である。しかし、本実施形態においては、本発明の第二実施形態のように、外周壁に接する外周セルが不完全セルを含んでいてもよい。
さらに、外方ハニカム焼成体の外周セルの角部には、本発明の第二実施形態のように、面取りが施されていてもよいし、面取りが施されていなくてもよい。
内方ハニカム焼成体は、外方ハニカム焼成体の構成に対応して、本発明の第一実施形態~第四実施形態で説明した内方ハニカム焼成体と同様のものであればよい。
また、内方ハニカム焼成体において、外周セルの角部には、面取りが施されていてもよいし、面取りが施されていなくてもよい。
本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、押出成形に用いる金型の形状を変更して所定の形状を有するハニカム成形体を作製する点、及び、結束工程を行う際に、内方ハニカム焼成体及び外方ハニカム焼成体を所定の位置に結束する点以外は、本発明の第一実施形態と同様にしてハニカム構造体を作製することができる。
本実施形態においても、本発明の第一実施形態において説明した効果(1)及び(2)、並びに、本発明の第二実施形態において説明した効果(3)~(6)を発揮することができる。
(その他の実施形態)
本発明の第一実施形態では、ハニカム構造体を構成する外方ハニカム焼成体及び内方ハニカム焼成体において、外周セルの角部に面取りが施されていなかった。しかし、図4(a)及び図4(b)に示した外方ハニカム焼成体120においても、本発明の第二実施形態のように、外周セルの角部に面取りが施されていてもよい。また、図3(a)及び図3(b)に示した内方ハニカム焼成体110においても、外周セルの角部に面取りが施されていてもよい。
本発明のハニカム構造体において、セラミックブロックが、内方ハニカム焼成体と外方ハニカム焼成体とから構成される場合、内方ハニカム焼成体の個数は、複数個に限定されず、1個であってもよい。
具体的には、ハニカム構造体の断面の形状が、図13に示したように、ハニカム構造体の中心部に位置する1個のハニカム焼成体と、ハニカム構造体の外周部に位置するハニカム焼成体とからなる形状であってもよい。
図13は、本発明の他の実施形態のハニカム構造体の一例を模式的に示す側面図である。
図13に示すハニカム構造体600の構成は、内方ハニカム焼成体の個数が異なる以外は、図1及び図2に示したハニカム構造体100と同一である。
即ち、図13に示したハニカム構造体600では、図2に示したハニカム構造体100の接着材層101Aを介して結束された4個の内方ハニカム焼成体110に代えて、1個の内方ハニカム焼成体610を備えている。
図13に示した内方ハニカム焼成体610は、図2に示した内方ハニカム焼成体110と比べて、断面積が大きいものの、その機能は同一である。図13に示した外方ハニカム焼成体620は、図2に示したハニカム構造体100を構成するハニカム焼成体120と同様である。
本発明のハニカム構造体において、セラミックブロックが、内方ハニカム焼成体と外方ハニカム焼成体とから構成される場合、内方ハニカム焼成体の断面積は、900~2500mmであることが望ましい。
内方ハニカム焼成体の断面積が上記範囲にあると、ハニカム構造体をハニカムフィルタとして使用した際に、ハニカム構造体に再生処理等の高温に晒された際のハニカム焼成体の膨張及び収縮により、ハニカム焼成体にクラックが発生しにくくなるからである。
本発明のハニカム構造体においては、セラミックブロックが、内方ハニカム焼成体と外方ハニカム焼成体とから構成されていなくてもよい。
例えば、ハニカム構造体の断面の形状が、図14に示したような形状であってもよい。
図14は、本発明の他の実施形態のハニカム構造体の別の一例を模式的に示す側面図である。
図14に示すハニカム構造体700では、1種類のハニカム焼成体710が、接着材層701A~701Dを介して4個結束されてセラミックブロック703を構成し、さらに、このセラミックブロック703の外周にコート層702が形成されている。
図14に示したハニカム構造体700では、ハニカム焼成体710は、ケーキ状形状を有しており、セラミックブロック703を4分割しているが、本発明のハニカム構造体では、セラミックブロックを分割するハニカム焼成体の個数は特に限定されない。
また、本発明のハニカム構造体において、セラミックブロックは、異なるケーキ状形状を有するハニカム焼成体から構成されていてもよい。ケーキ状形状を有するハニカム焼成体の種類は、1つであっても複数種類であってもよく、その個数は特に限定されない。
なお、ケーキ状形状とは、円柱をその中心軸を通るように複数に切断することにより得られる1つの柱状体の形状のことをいう。複数のケーキ状形状のハニカム焼成体を組み合わせると円柱状になる。
さらに、本発明のハニカム構造体において、セラミックブロックは、1つのハニカム焼成体から構成されていてもよい。セラミックブロックが、1つのハニカム焼成体から構成される場合、ハニカム焼成体は、コージェライト又はチタン酸アルミニウムからなることが望ましい。セラミックブロックが、1つのハニカム焼成体から構成されている場合にも、セラミックブロックが、複数のハニカム焼成体から構成されている場合と同様の効果が得られると考えられる。
本発明においては、ハニカム焼成体の外周壁のうち、セラミックブロックの外周を構成する外周壁が、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部及び凹部からなる段差が設けられた段差外周壁となっている限り、セラミックブロックは、1つのハニカム焼成体からなっていてもよいし、任意の形状のハニカム焼成体が組み合わされていてもよい。
本発明のハニカム構造体において、完全セルが、大容量セルと小容量セルとからなるとき、大容量セル及び小容量セルの形態は、これまでの実施形態において説明した形態に限定されるものではない。
図15(a)及び図15(b)は、本発明に係るハニカム構造体を構成する内方ハニカム焼成体の端面の一例を模式的に示した側面図である。
これらの図面は、いずれも内方ハニカム焼成体の一方の端面側、すなわち小容量セルが封止された端面側から見た側面図である。
これらの図を参照しながら、大容量セル及び小容量セルの断面形状のその他の実施形態を説明する。
図15(a)に示す内方ハニカム焼成体810においては、大容量セル811aの長手方向に垂直な断面の形状が、角部に相当する部分が円弧状になっている略四角形であり、小容量セル811bの長手方向に垂直な断面の形状が、略四角形である。
図15(b)に示す内方ハニカム焼成体820において、大容量セル821a及び小容量セル821bの長手方向に垂直な断面は、セルの各辺が曲線により構成されている形状である。
すなわち、図15(b)では、実線で示しているセル壁823の断面形状が曲線である。
大容量セル821aの断面形状は、セル壁823がセルの断面の中心から外側に向かって凸の形状であり、一方、小容量セル821bの断面形状は、セル壁823がセルの断面の外側から中心に向かって凸の形状である。
セル壁823は内方ハニカム焼成体の断面の水平方向及び垂直方向に対して起伏する「波形」の形状を有しており、隣り合うセル壁823の波形の山の部分(正弦曲線でいう振幅の極大値の部分)が互いに最近接することで、セルの断面形状が外側に膨らんだ大容量セル821aとセルの断面形状が内側に凹んだ小容量セル821bとが形成される。なお、波形の振幅は一定でもよくまた変化しても良いが、一定であることが好ましい。
外方ハニカム焼成体においても、図15(a)又は図15(b)に示すような大容量セル及び小容量セルの断面形状を有していてもよい。なお、外方ハニカム焼成体の外周セルが、不完全セルを含む場合には、不完全セルを除いた外周セル、及び、内側セルが、図15(a)又は図15(b)に示すような大容量セル及び小容量セルの断面形状を有していればよい。
本発明のハニカム構造体においては、段差外周壁の厚さは、セル壁の厚さと同一であってもよいし、セル壁の厚さよりも大きくてもよい。
段差外周壁の厚さが、セル壁の厚さよりも大きい場合、段差外周壁の厚さは、セル壁の厚さの1.3~3.0倍であることが望ましい。
本発明のハニカム構造体の形状は、略円柱状に限定されるものでなく、略楕円柱状、略多角柱状等の任意の柱の形状であればよい。
本発明のハニカム構造体においては、セルの端部が封止されていなくてもよい。このようなハニカム構造体は、触媒担持体として使用することができる。
本発明のハニカム構造体において、ハニカム構造体をフィルタとして使用する場合には、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の気孔率は、特に限定されないが、35~60%であることが望ましい。
ハニカム焼成体の気孔率が35%未満であると、フィルタがすぐに目詰まりを起こすことがある。一方、ハニカム焼成体の気孔率が60%を超えると、ハニカム焼成体の強度が低下するため、フィルタが容易に破壊されることがあるからである。
また、本発明のハニカム構造体において、ハニカム構造体をフィルタとして使用する場合には、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の平均気孔径は、5~30μmであることが望ましい。
ハニカム焼成体の平均気孔径が5μm未満であると、フィルタが容易に目詰まりを起こすことがある。一方、ハニカム焼成体の平均気孔径が30μmを超えると、パティキュレートが気孔を通り抜けてしまい、ハニカム焼成体がパティキュレートを捕集することができず、フィルタとして機能することができないことがあるからである。
なお、上記気孔率及び気孔径は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定等の従来公知の方法により測定することができる。
本発明のハニカム焼成体の断面におけるセル密度は、特に限定されないが、望ましい下限は、31.0個/cm(200個/inch)、望ましい上限は、93.0個/cm(600個/inch)、より望ましい下限は、38.8個/cm(250個/inch)、より望ましい上限は、77.5個/cm(500個/inch)である。
また、上記ハニカム焼成体のセル壁の厚さは、特に限定されるものではないが、0.1~0.4mmであることが望ましい。
本発明のハニカム構造体において、ハニカム焼成体の各セルのハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略円形、略楕円形、略四角形、略五角形、略六角形、略台形、略八角形等の任意の形状であればよい。また、種々の形状を混在させてもよい。
本発明のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の材料の主成分は、炭化ケイ素又はケイ素含有炭化ケイ素に限定されるわけではなく、他のセラミック原料として、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、コージェライト、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック等のセラミック粉末が挙げられる。
これらの中で、ハニカム構造体が、複数個のハニカム焼成体から構成されている場合には、非酸化物セラミックが好ましく、炭化ケイ素又はケイ素含有炭化ケイ素が特に好ましい。耐熱性、機械強度、熱伝導率等に優れるからである。
上記セラミック粉末の粒径は特に限定されないが、後の焼成工程を経て作製されたハニカム焼成体の大きさが、脱脂されたハニカム成形体の大きさに比べて小さくなる場合が少ないものが好ましい。
本発明のハニカム構造体を構成するハニカム焼成体を作製する際に用いられる湿潤混合物に含まれる有機バインダとしては、特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール等が挙げられる。これらの中では、メチルセルロースが望ましい。有機バインダの配合量は、通常、上記セラミック粉末100重量部に対して、1~10重量部が望ましい。
湿潤混合物に含まれる可塑剤としては、特に限定されず、例えば、グリセリン等が挙げられる。
また、湿潤混合物に含まれる潤滑剤としては、特に限定されず、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物等が挙げられる。
潤滑剤の具体例としては、例えば、ポリオキシエチレンモノブチルエーテル、ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル等が挙げられる。
なお、可塑剤、潤滑剤は、場合によっては、湿潤混合物に含まれていなくてもよい。
また、湿潤混合物を調製する際には、分散媒液を使用してもよく、分散媒液としては、例えば、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられる。
さらに、湿潤混合物中には、成形助剤が添加されていてもよい。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
さらに、湿潤混合物には、必要に応じて酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーンや、球状アクリル粒子、グラファイト等の造孔剤を添加してもよい。
バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン(FAバルーン)、ムライトバルーン等が挙げられる。これらの中では、アルミナバルーンが望ましい。
接着材ペースト及びコート材ペーストに含まれる無機バインダとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。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。無機バインダの中では、シリカゾルが望ましい。
接着材ペースト及びコート材ペーストに含まれる無機粒子としては、例えば、炭化物粒子、窒化物粒子等が挙げられる。具体的には、炭化ケイ素粒子、窒化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子等が挙げられる。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。無機粒子の中では、熱伝導性に優れる炭化ケイ素粒子が望ましい。
接着材ペースト及びコート材ペーストに含まれる無機繊維及び/又はウィスカとしては、例えば、シリカ-アルミナ、ムライト、アルミナ、シリカ等からなる無機繊維及び/又はウィスカ等が挙げられる。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。無機繊維の中では、アルミナファイバが望ましい。また、無機繊維は、生体溶解性ファイバであってもよい。
本発明のハニカム構造体には、排ガスを浄化するための触媒を担持させてもよい。担持させる触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が望ましい。また、その他の触媒として、例えば、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、バリウム等のアルカリ土類金属を用いることもできる。これらの触媒は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
本発明のハニカム構造体を製造する際の結束工程では、接着材ペーストを各ハニカム焼成体の側面に塗布する方法以外に、例えば、作製するセラミックブロック(又はハニカム焼成体の集合体)の形状と略同形状の型枠内に各ハニカム焼成体を仮固定した状態とし、接着材ペーストを各ハニカム焼成体間に注入する方法等によって行ってもよい。
100、400、500、600、700 ハニカム構造体
101、101A~101D、401A~401D、501、501A~501D、601A~601D、701A~701D 接着材層
102、402、502、602、702 コート層
103、403、503、603、703 セラミックブロック
110、120、220、310、320、330、340、410、420、430、510、520、530、610、620、710、810、820、1110、1120、1150、1160 ハニカム焼成体
111、121、221、227a~227e、311a、311b、321a、321b、327a~327e、331a、331b、341a、341b、347a~347e、421、431、521、531、811a、811b、821a、821b、1111、1121、1151、1161 セル
113、123、223、313、323、333、343、423、433、523、533、823 セル壁
114a~114d、124a~124d、224a~224d、314a~314d、324a~324d、334a~334d、344a~344d、424a~424d、434a~434c、524a~524d、534a~534d、1154、1164 外周壁
125、225、325、345、425、435、525、535、1155、1165 凸部(外周壁の凸部)
126、226、326、346、426、436、526、536、1156、1166 凹部(外周壁の凹部)

Claims (18)

  1. 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、周囲に外周壁が形成されたハニカム焼成体から構成されたセラミックブロックからなるハニカム構造体であって、
    前記ハニカム焼成体の外周壁のうち、前記セラミックブロックの外周を構成する外周壁は、前記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、凸部と凹部とからなる段差が設けられた段差外周壁となっており、
    前記凸部及び/又は前記凹部に面取りが施されていることにより、前記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、前記凸部及び/又は前記凹部が、曲線及び/又は直線により構成されていることを特徴とするハニカム構造体。
  2. 前記セラミックブロックは、前記ハニカム焼成体が、接着材層を介して複数個結束されている請求項1に記載のハニカム構造体。
  3. 前記セラミックブロックは、異なる形状を有するハニカム焼成体が組み合わされてなり、
    前記ハニカム焼成体は、前記セラミックブロックの外周部に位置する外方ハニカム焼成体と、前記外方ハニカム焼成体より内側に位置する内方ハニカム焼成体とからなる請求項2に記載のハニカム構造体。
  4. 前記ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面において、前記凸部及び/又は前記凹部が、曲線のみにより構成されている請求項1~3のいずれかに記載のハニカム構造体。
  5. 前記セルは、前記ハニカム焼成体の外周壁に接する外周セルと、前記外周セルより内側に位置する内側セルとからなり、
    前記外周セルの内壁には、角部が形成されており、
    前記角部には、面取りが施されている請求項1~4のいずれかに記載のハニカム構造体。
  6. 前記面取りが施されている角部は、前記段差外周壁により構成される角部、及び、前記段差外周壁と前記セル壁とにより構成される角部である請求項5に記載のハニカム構造体。
  7. 前記角部に施されている面取りは、R面取りであり、前記R面取りの曲率半径は、0.3~2.5mmである請求項5又は6に記載のハニカム構造体。
  8. 前記セルは、前記ハニカム焼成体の外周壁に接する外周セルと、前記外周セルより内側に位置する内側セルとからなり、
    前記内側セルは、基本形成パターンに基づいて形成された完全セルであり、
    前記外周セルのうち、前記段差外周壁に接する外周セルは、前記長手方向に垂直な断面の形状が前記完全セルと異なる不完全セルを含む請求項1~7のいずれかに記載のハニカム構造体。
  9. 前記不完全セルを除いた前記外周セルの前記長手方向に垂直な断面の形状、及び、前記内側セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は、略四角形である請求項8に記載のハニカム構造体。
  10. 前記不完全セルを除いた前記外周セル、及び、前記内側セルは、大容量セルと、小容量セルとからなり、
    前記大容量セルの前記長手方向に垂直な断面の面積は、前記小容量セルの前記長手方向に垂直な断面の面積よりも大きい請求項8に記載のハニカム構造体。
  11. 前記大容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は略四角形であり、前記小容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は略四角形である請求項10に記載のハニカム構造体。
  12. 前記大容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は略八角形であり、前記小容量セルの前記長手方向に垂直な断面の形状は略四角形である請求項10に記載のハニカム構造体。
  13. 前記大容量セル及び前記小容量セルの前記長手方向に垂直な断面においては、セルの各辺が曲線により構成されている請求項10に記載のハニカム構造体。
  14. 前記ハニカム焼成体の前記段差外周壁の厚さは、前記ハニカム焼成体の前記セル壁の厚さよりも大きい請求項1~13のいずれかに記載のハニカム構造体。
  15. 前記ハニカム焼成体の前記段差外周壁の厚さは、前記ハニカム焼成体の前記セル壁の厚さの1.3~3.0倍である請求項14に記載のハニカム構造体。
  16. 前記ハニカム焼成体の前記段差外周壁のうち、前記凸部及び前記凹部以外の外周壁の厚さは略同じである請求項1~15のいずれかに記載のハニカム構造体。
  17. 前記セルのそれぞれ一方の端部は、交互に封止されている請求項1~16のいずれかに記載のハニカム構造体。
  18. 前記セラミックブロックの外周面には、コート層が形成されている請求項1~17のいずれかに記載のハニカム構造体。
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