WO2016039328A1 - ハニカム焼成体、ハニカムフィルタ及びハニカム焼成体の製造方法 - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Definitions
- the present invention relates to a honeycomb fired body, a honeycomb filter, and a method for manufacturing a honeycomb fired body.
- PM particulates such as soot
- soot particulates
- CO, HC or NOx harmful gas components
- NOx harmful gas components
- cordierite is used as an exhaust gas purification device that collects PM in exhaust gas by being connected to an internal combustion engine and purifies harmful gas components in exhaust gas such as CO, HC or NOx contained in the exhaust gas.
- Various filters honeycomb filters having a honeycomb structure made of a porous ceramic such as silicon carbide have been proposed.
- the honeycomb filter with a low initial pressure loss and the increase in pressure loss when a predetermined amount of PM is deposited There is a need for a honeycomb filter with a low proportion.
- Increasing the aperture ratio is an effective means for reducing the pressure loss.
- the thickness of the cell partition walls must be reduced, and as a result, it becomes difficult to ensure the strength of the honeycomb fired body.
- keeping pressure loss low and securing strength are contradictory properties, and it has been difficult to secure these properties simultaneously.
- Patent Document 1 discloses a honeycomb filter having an improved cell structure.
- Patent Document 1 discloses a honeycomb structure in which a plurality of cells are juxtaposed in the longitudinal direction with cell partition walls interposed therebetween, and a plurality of porous ceramic members having outer edge walls on their outer edges are bonded via an adhesive layer.
- the outer peripheral wall of the porous ceramic member is thicker than the cell partition wall, and at least one of the cells located on the outermost periphery of the porous ceramic member includes at least one of the cells.
- a honeycomb structure is disclosed in which a filler filling the corner is provided at at least one corner.
- FIG. 13 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the porous ceramic member constituting the honeycomb structure disclosed in Patent Document 1.
- Gasoline engines have the advantages of higher exhaust gas temperatures and lower PM emissions than diesel engines. Therefore, in the filter for gasoline engines, it is considered that the PM collection efficiency may be lower than the filter for diesel engines.
- gasoline engines have the drawback of inferior fuel efficiency compared to diesel engines. Therefore, when considering exhaust gas exhausted from a gasoline engine, a filter for purifying exhaust gas is required to have a low pressure loss. In addition, if the temperature of the filter is excessively high, the mechanical strength is reduced and the filter is easily destroyed. Therefore, a sufficient heat capacity is required so that the temperature of the filter is not excessively increased.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to sufficiently reduce pressure loss in an initial state where PM is not deposited, sufficiently strong, and to reduce heat capacity.
- An object is to provide a honeycomb fired body that can be suppressed, a honeycomb filter using the honeycomb fired body, and a method for manufacturing the honeycomb fired body.
- the present inventors have made extensive studies, and as a result, the cell partition walls are thinned, and the shape of the outer peripheral cells arranged in the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body is set to a predetermined shape.
- the present invention has been completed by finding that the pressure loss in the initial state where PM is not deposited is sufficiently low, the strength can be sufficiently increased, and the decrease in heat capacity can be suppressed.
- the honeycomb fired body of the present invention is a honeycomb fired body having a plurality of cells that are sealed at one end and serving as a flow path for exhaust gas, and porous cell partition walls that partition the cells.
- the constituent material of the honeycomb fired body is SiC
- the plurality of cells include an outer peripheral cell arranged at an outermost peripheral portion of the honeycomb fired body and an inner cell arranged inside the outer peripheral cell.
- the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction of each internal cell is the same rectangle, and the peripheral cell is formed from an outer peripheral wall that forms the outer periphery of the cell partition wall and the honeycomb fired body, and the outer peripheral wall
- the cell partition to be connected has a thick wall region in which the wall thickness gradually increases toward the outer peripheral wall, and the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell is a rectangle that is the cross-sectional shape of the inner cell.
- Shrink and shrink Two corners of the rectangular cell are chamfered, and the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cell is 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell.
- the cell partition includes an outer inter-cell cell partition between the outer peripheral cells and an inner inter-cell partition between the inner cells, and the minimum thickness of the outer inter-cell partition is The thickness is larger than the thickness of the cell partition between the internal cells.
- the constituent material is SiC.
- SiC is a material excellent in heat resistance.
- the honeycomb fired body of the present invention is a honeycomb fired body having excellent heat resistance.
- the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of each internal cell is the same rectangle, and the cell partition connected to the outer peripheral wall gradually has a wall thickness toward the outer peripheral wall.
- the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell is reduced in the rectangle which is the cross-sectional shape of the inner cell, and two corners are chamfered from the reduced rectangle. Shape.
- honeycomb fired body of the present invention since the volume of the outer peripheral wall of the honeycomb fired body is large, a decrease in heat capacity can be suppressed in the honeycomb fired body of the present invention. Therefore, even if the honeycomb fired body of the present invention is heated rapidly, heat can be received by the outer peripheral wall, and generation of cracks can be suppressed. This can also be explained as follows.
- the honeycomb fired body is cut out in a predetermined range, and the weight of the honeycomb fired body included in the predetermined range is Assuming that the value obtained by dividing the volume in the predetermined range is the “apparent density”, in the honeycomb fired body of the present invention, the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body has an “apparent density” than the inner portion of the honeycomb fired body. The value increases. Therefore, in the honeycomb fired body of the present invention, the heat capacity of the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body is relatively high.
- a shape in which corners are chamfered from a rectangle means a shape in which corners of a rectangle are cut out from a rectangle by a straight line or a curve.
- the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cell is 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell.
- the pressure loss is considered to increase.
- the increase in the pressure loss is suppressed in the honeycomb fired body configured as described above.
- the cause is thought to be due to the following mechanism.
- an adhesive layer is disposed around the honeycomb fired body. When exhaust gas flows into the honeycomb fired body, exhaust gas that collides with the adhesive layer is also generated. Such exhaust gas is deflected by the adhesive layer and flows into a nearby cell.
- the exhaust gas whose flow is deflected in this way flows more into the cells arranged inside the outer peripheral cells than the outer peripheral cells arranged at the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body. That is, since the exhaust gas does not easily flow into the outer peripheral cells arranged on the outer periphery of the honeycomb fired body, even if the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cells arranged on the outer periphery of the honeycomb fired body is small to some extent. It is considered that the pressure loss is not affected so much.
- the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell is 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell. Even if it does, it hardly affects the gas passage resistance. For this reason, it is considered that pressure loss is unlikely to increase.
- the area ratio is less than 60%, the area of the opening of the outer peripheral cell is reduced, the exhaust gas flow path is narrowed, and the gas passage resistance when the exhaust gas passes through the cell partition wall is increased. Loss increases. Further, if the area ratio exceeds 80%, the value of the apparent density of the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body becomes low, so that it is difficult to obtain the effect that the outer peripheral wall of the honeycomb fired body is thick. .
- the cell partition includes an outer inter-cell cell partition between the outer peripheral cells and an inner inter-cell cell partition between the inner cells, and the outer inter-cell cell.
- the minimum thickness of the barrier rib is larger than the thickness of the inter-cell cell barrier rib.
- the minimum thickness of the cell partition between the peripheral cells is 0.100 to 0.300 mm.
- the minimum thickness of the cell partition between the peripheral cells is less than 0.100 mm, the cell partition between the peripheral cells tends to be damaged because the cell partition between the peripheral cells is too thin. If the minimum thickness of the cell partition between the peripheral cells exceeds 0.300 mm, the thickness of the cell partition between the peripheral cells is too thick, so that the resistance when the exhaust gas passes through the cell partition between the peripheral cells increases. Pressure loss increases.
- the thickness of the inter-cell cell partition walls is preferably 0.210 mm or less. Further, when the thickness of the cell partition between the inner cells is 0.210 mm or less, the thickness of the cell partition between the inner cells is sufficiently thin so that the pressure loss in the initial state where PM is not deposited becomes sufficiently low. . Further, an increase in pressure loss can be suppressed even when PM is deposited. If the thickness of the cell partition between the internal cells exceeds 0.210 mm, the thickness of the cell partition between the internal cells is too thick, so that the resistance when the exhaust gas passes through the cell partition between the internal cells increases, resulting in pressure loss. Becomes larger.
- the minimum thickness of the outer peripheral wall is 1.5 to 3 times the thickness of the inter-cell cell partition wall. If the minimum thickness of the outer peripheral wall is 1.5 to 3 times the thickness of the cell partition between the inner cells, the outer peripheral wall has a sufficient thickness, which is sufficient for impact from the outside. Have high strength.
- the honeycomb filter of the present invention is formed by bonding the above-mentioned honeycomb fired body of the present invention through an adhesive layer. Since the honeycomb filter of the present invention is composed of the honeycomb fired body of the present invention having the above effects, the honeycomb filter of the present invention has sufficiently low pressure loss and sufficient strength in the initial state where PM is not deposited. The heat capacity is suppressed from decreasing.
- the honeycomb filter of the present invention is desirably used for purifying exhaust gas from a gasoline engine.
- the honeycomb filter of the present invention has a sufficiently low pressure loss in an initial state where PM is not deposited, a sufficiently high strength, and a reduction in heat capacity is suppressed. Therefore, the honeycomb filter of the present invention can be suitably used for purifying exhaust gas from a gasoline engine.
- the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention includes an extrusion process for producing a honeycomb formed body having cell partition walls for forming cells by extruding a ceramic raw material using an extrusion mold, and the above-described cell.
- a method for manufacturing the honeycomb fired body of the present invention comprising a sealing step for sealing one end of the above and a firing step for firing the honeycomb formed body, wherein the extrusion is used in the extrusion molding step.
- the molding die includes a first surface, a second surface formed on the opposite side of the first surface, and a first penetration formed from the first surface toward the second surface.
- Extrusion molding comprising a ceramic raw material supply section having holes and a molding section having second through holes formed so as to communicate with the first through holes from the second surface toward the first surface
- the second die seen from the second surface The shape of the hole is for forming an outer peripheral cell partition wall between outermost peripheral slits for forming the outer peripheral wall of the honeycomb formed body and outer peripheral cells arranged at the outermost peripheral portion of the honeycomb formed body. It is a lattice shape composed of an outer peripheral slit and an inner slit for forming an inner inter-cell cell partition wall between inner cells arranged on the inner side of the outer peripheral cell.
- An internal lattice for forming an internal slit is disposed, and is disposed outside the internal slit, and an external lattice for forming the outer peripheral slit is disposed, as viewed from the second surface,
- the shape of the inner lattice is the same rectangle, and the shape of the outer peripheral lattice as viewed from the second surface is reduced from the shape of the inner lattice, and two corners are chamfered from the reduced shape.
- Shape and The chamfered corners are arranged on the outermost slit side, and the area of the outer peripheral grid viewed from the second surface is 60 to 80% of each area of the inner grid, The minimum slit width of the external slit is wider than the slit width of the internal slit.
- the honeycomb fired body of the present invention having the above effects can be manufactured by using the extrusion mold having the above-described configuration.
- the ceramic material having a low discharge rate is pulled by the ceramic material having a high discharge rate, which causes the molded cell partition to be cut.
- the ceramic material having a low discharge rate is pulled by the ceramic material having a high discharge rate, which causes the molded cell partition to be cut.
- the discharge rate of the ceramic material flowing through the outer slit portion having a wide slit width is too high, and the ceramic raw material flowing through the outer slit portion having the same slit width as the inner slit width is pulled.
- the formed cell partition is easily cut. However, if the minimum slit width of the external slit is wider than the slit width of the internal slit, the difference in the discharge rate of the ceramic raw material flowing through the external slit can be reduced. Therefore, it is possible to prevent a defect from occurring in the molded cell partition wall.
- the minimum slit width of the external slit of the extrusion mold is 0.100 to 0.300 mm.
- the minimum slit width of the external slit is less than 0.100 mm, a difference in the discharge rate of the ceramic raw material is likely to occur, and defects are likely to occur in the cell partition between the outer peripheral cells to be formed. If the minimum slit width of the external slit exceeds 0.300 mm, the formed outer peripheral inter-cell cell partition wall becomes too thick, so that the resistance when exhaust gas passes through the outer peripheral inter-cell cell partition wall in the manufactured honeycomb fired body is reduced. The pressure loss increases.
- the slit width of the internal slit of the extrusion mold is preferably 0.210 mm or less.
- a honeycomb fired body having a cell partition wall thickness of 0.210 mm or less can be manufactured. Therefore, since the manufactured honeycomb fired body has a sufficiently thin cell partition wall, the pressure loss in the initial state where PM is not deposited is sufficiently low. Further, an increase in pressure loss can be suppressed even when PM is deposited.
- the slit width of the internal slit of the extrusion mold exceeds 0.210 mm, a honeycomb fired body in which the thickness of the cell partition between internal cells exceeds 0.210 mm is manufactured. In such a honeycomb fired body, since the cell partition walls between the inner cells are too thick, the resistance when exhaust gas passes through the cell partition walls increases, and as a result, the pressure loss increases.
- the minimum slit width of the outermost peripheral slit is 1.5 to 3 times the slit width of the internal slit.
- the outer peripheral wall has a sufficient thickness. Therefore, the outer frame has a mechanically strong structure and has a sufficiently high strength against external impacts and the like. Further, since the outer peripheral wall of the honeycomb fired body is thick, it is possible to suppress a decrease in heat capacity.
- the slit width of the internal slit is narrower than the minimum slit width of the external slit. Therefore, the discharge rate of the ceramic raw material flowing through the internal slit is slower than the ceramic raw material flowing through the external slit. Thus, when the discharge rate of the ceramic raw material is different, the ceramic raw material having a low discharge rate is pulled by the ceramic raw material having a high discharge rate, which causes a cell partition to be cut.
- the raw material passage restraining surface when the raw material passage restraining surface is formed on the inner wall surface of the outer peripheral slit of the extrusion molding die, the raw material passage restraining surface becomes a resistance, and the ceramic raw material is hardly discharged from the outer peripheral slit. As a result, the discharge speed of the ceramic raw material pushed out from the outer peripheral slit becomes slow, and the difference in the discharge speed of the ceramic raw material pushed out from the outer peripheral slit and the inner slit can be alleviated. Therefore, it is possible to prevent a defect from occurring in the molded cell partition wall.
- FIG. 1 (a) is a perspective view which shows typically an example of the honeycomb fired body of this invention.
- FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body of the present invention shown in FIG. 3A to 3E are cross-sectional views schematically showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cells in the honeycomb fired body of the present invention.
- FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body of the present invention shown in FIG. 3A to 3E are cross-sectional views schematically showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cells in the honeycomb fired body of the present invention.
- FIG. 4 shows an increase in pressure loss in the honeycomb fired body of the present invention even though the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell is smaller than the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell. It is a schematic diagram which shows typically the mechanism used as the cause which is suppressed.
- FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views schematically showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the corner cells in the honeycomb fired body of the present invention.
- FIG. 6 is a perspective view schematically showing an example of the honeycomb filter of the present invention.
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of an exhaust gas purifying apparatus in which the honeycomb filter of the present invention is installed.
- FIGS. 10 (a) to 10 (e) are plan views schematically showing an example of the shape of the outer peripheral lattice viewed from the second surface of the extrusion mold used in the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention. .
- FIG. 11 (a) to 11 (d) are plan views schematically showing an example of the shape of the corner lattice as viewed from the second surface of the extrusion mold used in the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention. is there.
- FIG. 12 is an enlarged view when the extrusion mold shown in FIG. 8 is viewed from the second surface.
- FIG. 13 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the porous ceramic member constituting the honeycomb structure disclosed in Patent Document 1.
- honeycomb fired body of the present invention the honeycomb filter, and the method for manufacturing the honeycomb fired body of the present invention will be specifically described.
- present invention is not limited to the following description, and can be appropriately modified and applied without departing from the scope of the present invention.
- Fig.1 (a) is a perspective view which shows typically an example of the honeycomb fired body of this invention.
- FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- a honeycomb fired body 10 which is an example of the honeycomb fired body of the present invention has a plurality of cells whose one end is sealed with a sealing material 11 and serves as an exhaust gas flow path. 20 and a porous cell partition wall 30 for partitioning the cell.
- the plurality of cells 20 include an outer peripheral cell 21 arranged at the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body and an inner cell 22 arranged inside the outer peripheral cell 21.
- the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction of each internal cell 22 is the same rectangle, and the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell 21 is chamfered by two corners from the rectangle that is the cross-sectional shape of the internal cell 22. Shape.
- the cross-sectional shapes of the outer peripheral cell 21 and the inner cell 22 will be described later in detail.
- the honeycomb fired body 10 is a rectangular parallelepiped having a square cross section perpendicular to the longitudinal direction (the direction of a double arrow in FIG. 1A).
- the cross section in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body 10 is preferably a square having a side of 30 to 45 mm.
- the total length of the honeycomb fired body 10 is desirably 140 to 160 mm.
- the constituent material of the honeycomb fired body 10 is SiC.
- SiC is a material excellent in heat resistance.
- the honeycomb fired body 10 is a honeycomb fired body having excellent heat resistance.
- the cell density is desirably in the range of 15.5 to 62 cells / cm 2 (100 to 400 cpsi), and in the range of 31 to 46.5 cells / cm 2 (200 to 300 cpsi). It is more desirable.
- the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing into the honeycomb fired body 10 (in FIG. 1 (b), the exhaust gas is indicated by G and the flow of the exhaust gas is indicated by arrows) is the honeycomb firing. It flows into one cell 20 opened in the exhaust gas inflow side end face 10 a of the body 10 and passes through the cell partition wall 30 separating the cells 20. At this time, PM in the exhaust gas is collected by the cell partition wall 30 and the exhaust gas is purified. The purified exhaust gas flows out from the other cell 20 opened in the exhaust gas outflow side end face 10b and is discharged outside.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body of the present invention shown in FIG.
- the plurality of cells 20 include an outer peripheral cell 21 disposed on the outermost peripheral portion 12 of the honeycomb fired body 10 and an inner cell 22 disposed on the inner side of the outer peripheral cell 21.
- the plurality of cells 20 include corner cell 23 arranged at the corner 13 of the honeycomb fired body 10.
- the “corner portion of the outer honeycomb fired body” is not included in the “outermost peripheral portion of the outer honeycomb fired body”. That is, the corner cell 23 is not included in the peripheral cell 21.
- the internal cells 22 are defined by cell partition walls 30, and the outer peripheral cells 21 are defined by cell partition walls 30 and outer peripheral walls 32 that form the outer periphery of the honeycomb fired body 10.
- the cell partition wall 30 includes an outer inter-cell cell partition wall 31 between the outer peripheral cells 21 and an inner inter-cell cell partition wall 33 between the inner cells 22.
- the cell partition 31 between the outer peripheral cells is composed of a uniform width region 31 a where the distance between cells is equal, and a thick wall region 31 b where the wall thickness gradually increases toward the outer peripheral wall 32. Further, the equal width region 31 a is connected to the inter-cell cell partition wall 33, and the thick wall region 31 b is connected to the outer peripheral wall 32.
- the thickness T 2 of the internal inter-cell cell partition walls 33 is constant.
- the minimum thickness T 1 of the peripheral inter-cell cell partition 31 (that is, the width of the uniform width region 31a) is larger than the thickness T 2 of the internal inter-cell cell partition 33.
- the minimum thickness T 1 of between angular cell cellular walls 31 is desirably 0.100 ⁇ 0.300 mm.
- the minimum thickness T 1 of between angular cell cellular walls 31 is less than 0.100 mm, the thickness of the peripheral cells between cell partition walls 31 is too thin, the cell partition wall 31 between the peripheral cells is easily damaged.
- the minimum thickness T 1 of between angular cell cellular walls 31 is greater than 0.300 mm, the thickness between the peripheral cells cell partition walls 31 is too thick, the resistance when the exhaust gas passes through the cell partition wall 31 between the peripheral cells As a result, the pressure loss increases.
- thickness T 2 of the internal inter-cell cell partition walls 33 is less than 0.210 mm, it is desirable that 0.075 ⁇ 0.160 mm. If the thickness T 2 of the internal inter-cell cell partition walls 33 is less than 0.210 mm, the initial state pressure loss is sufficiently in so is sufficiently thin thickness of the internal inter-cell cell partition walls 33 which PM is not deposited Lower. Further, an increase in pressure loss can be suppressed even when PM is deposited. If the thickness T 2 of the inter-cell cell partition wall 33 exceeds 0.210 mm, the thickness of the internal inter-cell cell partition wall 33 is too thick, so that the resistance when exhaust gas passes through the inter-cell cell partition wall 33 is large. As a result, the pressure loss increases.
- the thickness of the outer peripheral wall 32 is not particularly limited, but the minimum thickness T 3 of the outer peripheral wall 32 is 1.5 to 3 times the thickness T 2 of the inter-cell cell partition wall 33. It is desirable that the ratio is 2 to 3 times.
- the minimum thickness T 3 of the outer peripheral wall 32 is desirably 0.113 to 0.480 mm.
- the cell partition wall 30 preferably has a porosity of 40 to 65%.
- the porosity of the cell partition wall 30 is 40 to 65%, the cell partition wall 30 can collect PM in the exhaust gas satisfactorily and suppress an increase in pressure loss due to the cell partition wall 30. Can do. Therefore, the honeycomb fired body 10 has a low initial pressure loss and is unlikely to increase even when PM is deposited.
- the porosity of the cell partition wall 30 is less than 40%, the ratio of the pores of the cell partition wall 30 is too small, so that the exhaust gas hardly passes through the cell partition wall 30, and the pressure loss when the exhaust gas passes through the cell partition wall 30 increases. .
- the porosity of the cell partition wall 30 exceeds 65%, the mechanical strength of the cell partition wall 30 is lowered, and cracks are likely to occur during regeneration.
- the average pore diameter of the pores contained in the cell partition walls 30 is desirably 8 to 25 ⁇ m.
- PM can be collected with high collection efficiency while suppressing an increase in pressure loss.
- the average pore diameter of the pores contained in the cell partition walls 30 is less than 8 ⁇ m, the pores are too small, and the pressure loss when the exhaust gas permeates the cell partition walls 30 increases.
- the average pore diameter of the pores contained in the cell partition wall exceeds 25 ⁇ m, the pore diameter becomes too large, and the PM collection efficiency is lowered.
- the porosity and average pore diameter can be measured by mercury porosimetry.
- the porosity of the outer peripheral wall 32 is desirably 40 to 65%.
- the reason why the porosity of the outer peripheral wall 32 is desirably in the above range is the same as the reason why the porosity of the cell partition wall 30 is desirably within the above range.
- the average pore diameter of the pores included in the outer peripheral wall 32 is desirably 8 to 25 ⁇ m.
- the reason why the average pore diameter of the pores included in the outer peripheral wall 32 is preferably in the above range is the same as the reason why the average pore diameter of the pores included in the cell partition wall 30 is preferably in the above range.
- each cell 20 of the honeycomb fired body 10 the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of each internal cell 22 is the same rectangle ⁇ .
- the rectangle ⁇ is desirably a square, and more desirably a square having a side of 0.5 to 2.0 mm.
- the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell 21 is a shape in which the rectangle ⁇ which is the cross-sectional shape of the internal cell 22 is reduced and two corners are chamfered from the reduced rectangle ⁇ ′.
- the inter-peripheral cell partition wall 31 connected to the outer peripheral wall 32 has a thick wall region 31 b in which the wall thickness gradually increases toward the outer peripheral wall 32. That is, in the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cell 21, a thick wall region 31b is formed in a portion where two corners are chamfered from the rectangle ⁇ ′.
- a shape in which a corner portion is chamfered from a rectangle means a shape in which a corner portion of the rectangle is cut from a rectangle by a straight line or a curve.
- the rectangle ⁇ ′ may have a shape obtained by reducing the size of the rectangle ⁇ by the same magnification, or may be a shape reduced in the height direction or the width direction.
- the area of the rectangle ⁇ ′ is desirably 60 to 80% of the rectangle ⁇ .
- FIGS. 3 (a) to 3 (e) are cross-sectional views schematically showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cells in the honeycomb fired body of the present invention.
- FIG. 3A shows an angular cell 21a in which two adjacent corners of a rectangle ⁇ ′ obtained by multiplying the rectangle ⁇ by 0.8 in the width direction are hexagons cut off by two line segments A and B, respectively.
- the cross-sectional shape is shown.
- the line segments A and B are not in direct contact with each other, and when the line segments A and B are extended, they intersect each other outside the rectangle ⁇ ′.
- a part of the side of the rectangle ⁇ ′ between the two cut corners forms one side of the hexagon.
- FIG. 3B shows a cross-sectional shape of the outer peripheral cell 21b which is a pentagon in which two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ are cut off by two line segments C and D, respectively.
- Line segment C and line segment D intersect at the side forming ⁇ ′. Note that the line segment C and the line segment D may intersect within the rectangle ⁇ ′. That is, there is no side that forms the pentagon between the two corners to be cut.
- FIG. 3C shows an octagon in which one corner of two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ is cut off by line segments E and F, and the other corner is cut off by line segments G and H.
- the cross-sectional shape of the outer peripheral cell 21c is shown.
- the line segment E and the line segment F intersect each other inside the rectangle ⁇ ′.
- the line segment G and the line segment H cross each other inside the rectangle ⁇ ′.
- a part of the side of the rectangle ⁇ ′ between the two cut corners forms one side of the octagon.
- FIG. 3D shows a cross-sectional shape of the outer peripheral cell 21d in which two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ are cut off by two curves A ′ and B ′.
- Curves A ′ and B ′ are curves obtained by bending line segments A and B so that the corners of ⁇ ′ are rounded.
- a part of the side of the rectangle ⁇ ′ between the two cut corners forms the outline of the cross-sectional shape of the outer peripheral cell 21d.
- FIG. 3E shows a cross-sectional shape of the outer peripheral cell 21e in which two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ are cut off by two curves C ′ and D ′.
- Curves C ′ and D ′ are curves obtained by bending line segments C and D so that the corners of rectangle ⁇ ′ are rounded.
- the curve C ′ and the curve D ′ intersect at the side forming the rectangle ⁇ ′. Note that the curve C ′ and the curve D ′ may intersect within the rectangle ⁇ ′.
- a thick wall region 31b is formed in a portion where the corner portion of the rectangle ⁇ ′ is cut off in FIGS. 3A to 3E (that is, a portion surrounded by a broken line and a solid line).
- the cross-sectional shape of the peripheral cell 21 is not limited to the above shape, and may be another shape in which two corners are chamfered from the rectangle ⁇ ′.
- the honeycomb fired body 10 has a sufficiently large volume with respect to external impacts and the like because the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 is sufficiently large. Further, since the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 is large, the honeycomb fired body 10 can suppress a decrease in heat capacity. Therefore, even if the honeycomb fired body 10 is rapidly heated, heat can be received by the outer peripheral wall 32, and generation of cracks can be suppressed.
- the honeycomb fired body 10 is cut in a predetermined range in a region including the portion where the SiC is present and the space portion of the cell where SiC is not present, and the weight of the honeycomb fired body 10 included in the predetermined range. If the value obtained by dividing the volume by a predetermined range is “apparent density”, in the honeycomb fired body 10, the outermost peripheral portion 12 of the honeycomb fired body 10 is more “apparent density” than the inner portion of the honeycomb fired body 10. "Is increased. Therefore, in the honeycomb fired body 10, the heat capacity of the outermost peripheral portion 12 of the honeycomb fired body 10 is relatively high.
- the outer frame has a mechanically strong structure, and thus has a sufficiently high strength against external impacts and the like.
- the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cell 21 is 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell 22.
- the pressure loss is considered to increase.
- the increase in the pressure loss is suppressed. The cause will be described below with reference to the drawings.
- FIG. 4 shows an increase in pressure loss in the honeycomb fired body of the present invention even though the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer peripheral cell is smaller than the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell.
- FIG. 4 It is a schematic diagram which shows typically the mechanism used as the cause which is suppressed.
- the adhesive layer 14 is usually disposed around the honeycomb fired body 10.
- exhaust gas flows into the honeycomb fired body 10
- exhaust gas that collides with the adhesive layer 14 is also generated.
- Such exhaust gas is blocked by the adhesive layer 14 and travels in a direction substantially perpendicular to the flow (in FIG. 4, the exhaust gas is indicated by G and the flow of the exhaust gas is indicated by an arrow).
- the exhaust gas whose flow direction has been changed in this way is pushed by another exhaust gas and is disposed at the outermost peripheral portion 12 of the honeycomb fired body 10 or the inner cell 22 disposed inside the outer peripheral cell 21.
- the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cell 21 is 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell 22.
- it hardly affects the gas passage resistance.
- pressure loss is unlikely to increase.
- the area ratio is less than 60%, the area of the opening of the outer peripheral cell 21 is reduced, the exhaust gas flow path is narrowed, and the gas passage resistance when the exhaust gas passes through the cell partition wall 30 is increased. , Pressure loss increases.
- the area ratio exceeds 80% the value of the apparent density of the outermost peripheral portion of the honeycomb fired body 10 is lowered, and thus the effect that the outer peripheral wall 32 of the honeycomb fired body 10 is thick is obtained. Hateful.
- the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the peripheral cell 21 and the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell 22 can be obtained by the following method. First, the honeycomb fired body 10 is cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Next, an SEM image of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body 10 is taken. The photographed SEM image is binarized to discriminate skeleton parts such as the cell partition walls 30 and the outer peripheral wall 32 and space parts such as the outer peripheral cell 21 and the inner cell 22. And the area of the part identified as the space part of each cell in a SEM image is made into the area of each cell. The area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cells 22 is the average value of the cross-sectional areas perpendicular to the longitudinal direction of all the internal cells 22 obtained by the above method.
- the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the corner cell 23 is not particularly limited, but is preferably a shape in which at least one corner is chamfered from the rectangle ⁇ which is the cross-sectional shape of the internal cell 22.
- the rectangle ⁇ may be reduced, and at least one corner may be chamfered from the reduced rectangle ⁇ ′.
- the shape of the corner cell 23 is such a shape, the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 of the honeycomb fired body 10 is increased.
- the honeycomb fired body 10 has a sufficiently large volume with respect to external impacts and the like because the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 is sufficiently large. Further, since the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 is large, the honeycomb fired body 10 can suppress a decrease in heat capacity. Therefore, even if the honeycomb fired body 10 is rapidly heated, heat can be received by the outer peripheral wall 32, and generation of cracks can be suppressed.
- the shape of the corner cell 23 may be a shape in which all corners are chamfered with a straight line or a curve from the rectangle ⁇ or the rectangle ⁇ ′, or may be the same shape as the outer peripheral cell 21.
- the shapes shown in 5 (a) to (d) may be used.
- FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views schematically showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the corner cells in the honeycomb fired body of the present invention.
- FIG. 5A shows a heptagon in which three corner portions are cut off by line segments I, J, and K, except for the corner portion that is the innermost side of the honeycomb fired body 10 among the corner portions of the rectangle ⁇ .
- the cross-sectional shape of the corner cell 23a is shown.
- the line segments I and J are not in direct contact with each other, and when the line segments I and J are extended, they intersect each other outside the rectangle ⁇ .
- the line segments I and K are not in direct contact with each other, and when the line segments I and K are extended, they intersect each other outside the rectangle ⁇ .
- the line segment J and the line segment K are parallel.
- a part of each side of the rectangle ⁇ between the three cut corners forms one side of a heptagon that is a cross-sectional shape of the corner cell 23a.
- FIG. 5B shows a cross-sectional shape of a corner cell 23b, which is a pentagon with a corner portion of the rectangle ⁇ that is the innermost side of the honeycomb fired body 10 cut by a line segment L.
- FIG. 5C shows a corner portion obtained by cutting three corner portions by curves I ′, J ′, and K ′ except for a corner portion that is the innermost side of the honeycomb fired body 10 among corner portions of the rectangle ⁇ .
- the cross-sectional shape of the cell 23c is shown.
- Curves I ′, J ′, and K ′ are curves obtained by bending line segments I, J, and K so that the corners of rectangle ⁇ are rounded.
- FIG. 5D shows a cross-sectional shape of a corner cell 23d in which a corner portion that is the innermost side of the honeycomb fired body 10 among corner portions of the rectangle ⁇ is cut out by a curve L ′.
- the curve L ′ is a curve obtained by bending the line segment L so that the corner of the rectangle ⁇ is rounded.
- the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the corner cell 23 is desirably 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell 22.
- the area ratio is less than 60%, the area of the opening of the corner cell 23 is reduced, the exhaust gas flow path is narrowed, and the gas passage resistance when the exhaust gas passes through the cell partition wall 30 is increased. Pressure loss increases. If the area ratio exceeds 80%, the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the corner cell 23 is large, so that the apparent density value of the corner of the honeycomb fired body 10 becomes low. The mechanical strength of the fired body 10 is unlikely to be sufficient.
- the honeycomb fired body 10 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, and among these, platinum is more 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. When these catalysts are supported, it is easy to burn and remove PM, and toxic exhaust gas can be purified.
- FIG. 6 is a perspective view schematically showing an example of the honeycomb filter of the present invention.
- the honeycomb filter 1 which is an example of the honeycomb filter of the present invention is a cylindrical honeycomb filter formed by bonding a plurality of honeycomb fired bodies 10 through an adhesive layer 14. is there.
- the adhesive layer 14 is obtained by applying and drying an adhesive paste containing an inorganic binder and inorganic particles.
- the adhesive paste may further contain inorganic fibers and / or whiskers.
- An outer peripheral coating layer 15 for preventing leakage of exhaust gas may be formed on the outer periphery of the honeycomb filter 1 as necessary.
- the material of the outer peripheral coat layer 15 is preferably the same as the material of the adhesive paste.
- the honeycomb filter 1 is preferably a honeycomb filter used for purifying exhaust gas from a gasoline engine. As described above, the honeycomb filter 1 has a sufficiently low pressure loss in an initial state where PM is not deposited, a sufficiently high strength, and a reduction in heat capacity is suppressed. Therefore, the honeycomb filter 1 can be suitably used for purifying exhaust gas from a gasoline engine.
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of an exhaust gas purifying apparatus in which the honeycomb filter of the present invention is installed.
- An exhaust gas purification device 50 shown in FIG. 7 includes a honeycomb filter 1, a metal casing 51 that covers the outside of the honeycomb filter 1, and a holding sealing material 52 disposed between the honeycomb filter 1 and the metal casing 51.
- An inlet pipe 53 connected to an internal combustion engine such as an engine is connected to the end of the metal casing 51 on the side where the exhaust gas is introduced, and the other end of the metal casing 51 is connected to the outside.
- the discharged exhaust pipe 54 is connected.
- the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing into the exhaust gas purification device 50 (in FIG. 7, the exhaust gas is indicated by G, and the flow of the exhaust gas is indicated by an arrow) reaches the honeycomb fired body 10 constituting the honeycomb filter 1 and the honeycomb It is purified by the fired body 10. Since the mechanism for purifying the exhaust gas by the honeycomb fired body 10 has already been described, the description thereof is omitted here.
- the purified exhaust gas flows out of the honeycomb fired body 10 and is discharged outside.
- the holding sealing material 52 is desirably a mat made of inorganic fibers, and the mat is desirably a needle mat obtained by performing a needling treatment.
- the inorganic fibers alumina fibers, alumina-silica fibers, silica fibers, and biosoluble fibers can be used.
- the needling process means that fiber entanglement means such as a needle is inserted and removed from the base mat.
- inorganic fibers having a relatively long average fiber length are entangled three-dimensionally by needling treatment.
- the inorganic fibers have a certain average fiber length.
- the average fiber length of the inorganic fibers is preferably about 50 ⁇ m to 100 mm.
- the average fiber diameter of the inorganic fibers of the mat constituting the holding sealing material 52 is preferably 1 to 20 ⁇ m, and more preferably 3 to 10 ⁇ m.
- the average fiber diameter of the inorganic fibers is 1 to 20 ⁇ m, the strength and flexibility of the inorganic fibers are sufficiently high, and the shear strength of the holding sealing material 52 can be improved. If the average fiber diameter of the inorganic fibers is less than 1 ⁇ m, the inorganic fibers are easily cut into thin pieces, so that the tensile strength of the inorganic fibers becomes insufficient. On the other hand, if the average fiber diameter of the inorganic fibers exceeds 20 ⁇ m, the flexibility of the inorganic fibers is insufficient because the inorganic fibers are difficult to bend.
- Basis weight of the mat of a holding sealing material 52 is not particularly limited, is preferably a 200 ⁇ 4000g / m 2, and more desirably at 1000 ⁇ 3000g / m 2.
- the basis weight of the mat is less than 200 g / m 2 , the holding force is not sufficient, and when the exhaust gas purification device 50 is manufactured using the holding sealing material 52 constituted by such a mat, the honeycomb filter 1 is dropped. It becomes easy to do.
- the basis weight of the mat exceeds 4000 g / m 2 , it is difficult to reduce the bulk of the mat.
- the bulk density of the mat constituting the holding sealing material 52 (the bulk density of the holding sealing material before winding) is not particularly limited, but is desirably 0.10 to 0.30 g / cm 3 .
- the bulk density of the mat is less than 0.10 g / cm 3 , the entanglement of the inorganic fibers is weak and the inorganic fibers are easily peeled off, so that it is difficult to keep the shape of the mat in a predetermined shape.
- the bulk density of each mat exceeds 0.30 g / cm 3 , the mat constituting the holding sealing material 52 becomes hard, the winding property of the holding sealing material 52 around the honeycomb filter 1 is lowered, and the holding sealing material 52 becomes easy to break.
- the mat constituting the holding sealing material 52 may further contain a binder such as an organic binder in order to suppress bulkiness and improve workability before assembly of the exhaust gas purification device 50. Further, the thickness of the mat constituting the holding sealing material 52 is preferably 1.5 to 15 mm.
- the metal casing 51 is preferably mainly made of metal such as stainless steel.
- the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention includes an extrusion process for producing a honeycomb formed body having cell partition walls for forming cells by extruding a ceramic raw material using an extrusion mold, and the above-described cell.
- a method for manufacturing the honeycomb fired body of the present invention comprising a sealing step for sealing one end of the above and a firing step for firing the honeycomb formed body, wherein the extrusion is used in the extrusion molding step.
- the molding die includes a first surface, a second surface formed on the opposite side of the first surface, and a first penetration formed from the first surface toward the second surface.
- Extrusion molding comprising a ceramic raw material supply section having holes and a molding section having second through holes formed so as to communicate with the first through holes from the second surface toward the first surface
- the second die seen from the second surface The shape of the hole is for forming an outer peripheral cell partition wall between outermost peripheral slits for forming the outer peripheral wall of the honeycomb formed body and outer peripheral cells arranged at the outermost peripheral portion of the honeycomb formed body. It is a lattice shape composed of an outer peripheral slit and an inner slit for forming an inner inter-cell cell partition wall between inner cells arranged on the inner side of the outer peripheral cell.
- An internal lattice for forming an internal slit is disposed, and is disposed outside the internal slit, and an external lattice for forming the outer peripheral slit is disposed, as viewed from the second surface,
- the shape of the inner lattice is the same rectangle, and the shape of the outer peripheral lattice as viewed from the second surface is reduced from the shape of the inner lattice, and two corners are chamfered from the reduced shape.
- Shape and The chamfered corners are arranged on the outermost slit side, and the area of the outer peripheral grid viewed from the second surface is 60 to 80% of each area of the inner grid, The minimum slit width of the external slit is wider than the slit width of the internal slit.
- a ceramic raw material to be a raw material for the honeycomb fired body 10 is prepared.
- the ceramic raw material can be prepared by mixing silicon carbide powder, an organic binder, a plasticizer, a lubricant, and water.
- a pore-forming material such as balloons, which are fine hollow spheres containing oxide ceramics, spherical acrylic particles, and graphite may be added to the ceramic raw material.
- 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.
- FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of an extrusion mold used in the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention.
- the cross-sectional view shown in FIG. 8 is a cross-sectional view of the extrusion mold in a direction parallel to the direction in which the ceramic raw material is extruded.
- the direction of extruding the ceramic raw material is indicated by an arrow a.
- the extrusion mold 100 includes a first surface 110a, a second surface 110b formed on the opposite side of the first surface 110a, and a second surface 110a to a second surface.
- the ceramic raw material supply part 150 having the first through-hole 111a formed toward the surface 110b and the first through-hole 111a are formed to communicate with the first surface 110a from the second surface 110b.
- a molding part 160 having a second through hole 111b.
- the first through hole 111a is formed in the ceramic raw material supply unit 150 in order to supply and pass the ceramic raw material.
- a second through hole 111b is formed in the forming unit 160 in order to form the formed ceramic material that has passed through the ceramic material supply unit 150 into the shape of a honeycomb formed body.
- an outer frame 170 formed around the extrusion mold 100 may be provided as necessary.
- the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 is desirably 5 to 10 mm.
- the molding pressure can be maintained in an appropriate range, and the life of the extrusion mold is prolonged.
- the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 is less than 5 mm, the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 becomes too thin, so that the load on the molding unit 160 increases and the life of the extrusion mold is shortened. There is.
- the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 exceeds 10 mm, the molding pressure must be set high, and it may be difficult to increase the molding speed. If the molding speed is forcibly increased, the burden on the extrusion mold 100 increases, and various inconveniences are likely to occur.
- the thickness of the molded part 160 is preferably 1 to 4 mm.
- the molding pressure can be maintained in an appropriate range, and the shape of the molded body can be made almost as set. If the thickness of the molded part 160 is less than 1 mm, the thickness of the molded part 160 becomes too thin, so that it becomes difficult to make the shape of the molded body almost as set, and defective products may easily occur. .
- the thickness of the molding part 160 exceeds 4 mm, the molding pressure must be set high, and it may be difficult to increase the molding speed. If the molding speed is forcibly increased, the burden on the extrusion molding die 100 increases, and various inconveniences may occur easily.
- the thickness of the forming unit 160 relative to the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 is preferably 2 to 8, and preferably 2 to 6. More desirable.
- the thickness of the molding unit 160 with respect to the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 is within the above range, the molding pressure can be maintained in an appropriate range, and the shape of the molded body can be made almost as set. Moreover, the lifetime of the extrusion mold can be kept long. If the thickness of the molding unit 160 relative to the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 is less than 2, the thickness of the molding unit 160 may be too small (too thin), and the shape of the molded body may deviate from the design.
- the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 is too large (too thick), the molding pressure must be set high, and it may be difficult to increase the molding speed. If the thickness of the forming part 160 with respect to the thickness of the ceramic raw material supply part 150 exceeds 8, the thickness of the forming part 160 is too large (too thick), and the forming pressure must be set high, and the forming speed It may be difficult to increase.
- the thickness of the ceramic raw material supply unit 150 may be too small (too thin), the load on the molding unit 160 may increase, and the life of the extrusion mold may be shortened.
- FIG.9 (a) is a top view when the extrusion mold shown in FIG. 8 is seen from the second surface
- FIG.9 (b) is an enlarged view of a broken line part of 9 (a).
- the shape of the second through-hole 111b as viewed from the second surface 110b is that the outermost peripheral slit 132 for forming the outer peripheral wall 32 of the honeycomb formed body and the outer peripheral cell 21 arranged in the outermost peripheral portion 12 of the honeycomb formed body.
- the lattice shape is composed of
- the outermost peripheral slit 132 is a slit for forming the outer peripheral wall 32 of the honeycomb formed body. That is, as shown in FIG. 9 (b), in the cross section of the extrusion mold 100, among the sides forming the external lattice 121 and the corner lattice 123, it is located on the outermost side of the extrusion mold 100.
- the outermost slit 132 is a slit on the outer side of the line formed by connecting the side portions to be connected.
- the outer peripheral slit 131 is a slit for forming the outer inter-cell cell partition wall 31 disposed in the outermost peripheral portion 12 of the honeycomb formed body. That is, as shown in FIG. 9B, the slit between the adjacent external lattices 121 or between the adjacent external lattice 121 and the corner lattice 123 is the outer peripheral slit 131. Further, the outer peripheral slit 131 has a uniform width region 131a where the slit width is constant from the inside to the outside of the extrusion mold 100 and an enlarged region 131b where the slit width gradually increases. In the outer peripheral slit 131, the slit width of equal width region 131a becomes a slit width S 1 of the smallest outer peripheral slit 131.
- the internal slit 133 is a slit for forming the inter-cell cell partition wall 33 disposed inside the outer peripheral cell 21. That is, as shown in FIG. 9B, all the slits arranged on the inner side from the external lattice 121 are internal slits 133.
- the slit disposed between the internal lattice 122 and the adjacent internal lattice 122 is the internal slit 133.
- the slit disposed between the internal lattice 122 and the adjacent external lattice 121 is also the internal slit 133.
- the slit width S 2 of the internal slit 133 is constant.
- the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131 is wider than the slit width S 2 of the internal slit 133.
- the discharge rate of the ceramic raw material increases at a portion where the slit width is wide, and the discharge rate of the ceramic raw material decreases at a portion where the slit width is narrow. If the discharge rate of the ceramic material flowing through the slits is different in this way, the ceramic material having a low discharge rate is pulled by the ceramic material having a high discharge rate, which causes the molded cell partition to be cut.
- the outer peripheral slit 131, the slit width of equal width region 131a is the same width as the slit width S 2 of the internal slit 133, on the way to the outermost slit 132 side, extruded expanded region 131b is formed molded
- the discharge rate of the ceramic material flowing through the enlarged region 131b is too high, and the cell partition wall 30 formed by pulling the ceramic material flowing through the equal width region 131a and the internal slit 133 is formed. It becomes easy to cut.
- the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131 is wider than the slit width S 2 of the internal slit 133. Therefore, the difference between the discharge speed of the ceramic material flowing through the enlarged region 131b and the discharge speed of the ceramic material flowing through the equal width region 131a and the internal slit 133 can be reduced. Therefore, it is possible to prevent a defect from occurring in the cell partition 30 to be molded.
- the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131 is desirably 1.5 to 3 times the slit width S 2 of the internal slit 133.
- the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131 of the extrusion molding die 100 is desirably 0.100 ⁇ 0.300 mm.
- the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131 is less than 0.100 mm, it tends to occur a difference in the discharge speed of the ceramic raw material, a defect in the cell partition walls 30 to be molded is likely to occur.
- Passing the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131 is more than 0.300 mm, since the outer peripheral intercell cell partition walls 31 which are formed too thick, the cell partition wall 31 between the angular cell exhaust gas in the honeycomb fired bodies produced The resistance at the time of operation increases, and the pressure loss increases.
- Slit width S 2 of the internal slit 133 of the extrusion die 100 is preferably less 0.210 mm.
- the honeycomb fired body 10 in which the inter-cell cell partition wall 33 has a thickness of 0.210 mm or less can be manufactured. Therefore, since the manufactured honeycomb fired body 10 has a sufficiently thin cell partition wall 30, the pressure loss in the initial state where PM is not deposited is sufficiently low. Further, an increase in pressure loss can be suppressed even when PM is deposited.
- Slit width S 2 of the internal slit 133 of the extrusion die 100 is more than 0.210 mm, the honeycomb fired body 10 in which the thickness of the internal inter-cell cell partition walls 33 exceeds 0.210 mm is produced. In such a honeycomb fired body 10, since the thickness of the inter-cell cell partition wall 33 is too thick, the resistance when the exhaust gas passes through the cell partition wall increases, and as a result, the pressure loss increases.
- the minimum slit width S 3 of the outermost peripheral slit 132 of the extrusion mold 100 is preferably 1.5 to 3 times the slit width S 2 of the internal slit 133, and is 2 to 3 times the value. More desirable.
- the minimum slit width S 3 of the outermost slit 132 is desirably 0.113 ⁇ 0.480mm.
- the outer peripheral wall 32 has a sufficient thickness. Therefore, the outer frame has a mechanically strong structure and has a sufficiently high strength against external impacts and the like. Moreover, since the outer peripheral wall 32 of the honeycomb fired body 10 is thick, it is possible to suppress a decrease in heat capacity.
- the second grid 110b is provided with an internal lattice 122 for forming the internal slit 133, and is arranged outside the internal slit 133 to form the outer peripheral slit 131.
- An external grid 121 is provided.
- angular part grid 123 is arrange
- the shape of the internal lattice 122 viewed from the second surface 110b is the same rectangle ⁇ .
- the rectangle ⁇ is desirably a square, and more desirably a square having a side of 0.5 to 2.0 mm.
- the shape of the outer lattice 121 viewed from the second surface 110b is reduced by reducing the shape of the inner lattice 122, and two corners from the reduced shape rectangle ⁇ ′.
- the part is chamfered.
- the chamfered corner is arranged on the outermost slit 132 side.
- the rectangle ⁇ ′ may be a shape obtained by reducing the size of the rectangle ⁇ by the same magnification, or may be a shape reduced in the height direction or the width direction.
- the area of the rectangle ⁇ ′ is desirably 60 to 80% of the rectangle ⁇ .
- the shape of the external lattice 121 viewed from the second surface 110b may be a shape as shown in FIGS. 10 (a) to 10 (e).
- FIGS. 10 (a) to 10 (e) are plan views schematically showing an example of the shape of the outer peripheral lattice viewed from the second surface of the extrusion mold used in the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention.
- the broken lines shown in FIGS. 10A to 10E indicate the rectangle ⁇ which is the shape of the internal lattice 122.
- FIG. 10A shows an external lattice 121a in which two adjacent corners of a rectangle ⁇ ′ obtained by multiplying the rectangle ⁇ by 0.8 in the width direction are hexagons cut off by two line segments M and N, respectively.
- the shape is shown.
- the line segments M and N are not in direct contact with each other, and when the line segments M and N are extended, they intersect each other outside the rectangle ⁇ ′. Further, a part of the side of the rectangle ⁇ ′ between the two cut corners forms one side of the hexagon.
- FIG. 10B shows the shape of the external lattice 121b in which two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ are pentagons cut off by two line segments O and P, respectively.
- the line segment O and the line segment P intersect at the side forming ⁇ ′. Note that the line segment O and the line segment P may intersect within the rectangle ⁇ ′. That is, there is no side that forms the pentagon between the two corners to be cut.
- FIG. 10C illustrates an octagon in which one corner of two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ is cut off by line segments Q and R, and the other corner is cut off by line segments S and T.
- the cross-sectional shape of the external lattice 121c is shown.
- the line segment Q and the line segment R intersect each other inside the rectangle ⁇ ′.
- the line segment S and the line segment T cross each other inside the rectangle ⁇ ′.
- a part of the side of the rectangle ⁇ ′ between the two cut corners forms one side of the octagon.
- FIG. 10D shows the cross-sectional shape of the external lattice 121d in which two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ are cut off by two curves M ′ and N ′.
- Curves M ′ and N ′ are curves obtained by bending line segments M and N so that the corners of ⁇ ′ are rounded.
- a part of the side of the rectangle ⁇ ′ between the two cut corners forms an outline of the cross-sectional shape of the external lattice 121d.
- FIG. 10E shows a cross-sectional shape of the external lattice 121e in which two adjacent corners of the rectangle ⁇ ′ are cut off by two curves O ′ and P ′.
- Curves O ′ and P ′ are curves obtained by bending line segments O and P so that the corners of rectangle ⁇ ′ are rounded.
- the curve O ′ and the curve P ′ intersect at a side forming the rectangle ⁇ ′. Note that the curve O ′ and the curve P ′ may intersect within the rectangle ⁇ ′.
- the honeycomb fired body 10 in which the thick wall region 31b is formed can be manufactured. That is, the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 of the manufactured honeycomb fired body 10 can be sufficiently increased. Therefore, the outer frame of the manufactured honeycomb fired body 10 has a mechanically strong structure, and has a sufficiently high strength against an external impact or the like. Moreover, since the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 is large, the manufactured honeycomb fired body 10 can suppress a decrease in heat capacity. Therefore, even if the manufactured honeycomb fired body 10 is rapidly heated, heat can be received by the outer peripheral wall 32, and generation of cracks can be suppressed.
- the area of the external lattice 121 viewed from the second surface 110 b of the extrusion mold 100 is 60 to 80% of each area of the internal lattice 122.
- the length of the outer peripheral cell 21 of the manufactured honeycomb fired body is as follows.
- the area of the cross section perpendicular to the direction can be 60 to 80% of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the internal cell 22. In such a honeycomb fired body 10, an increase in pressure loss is suppressed as described in the description of the honeycomb fired body 10.
- the shape of the corner lattice 123 viewed from the second surface 110b of the extrusion mold 100 is not particularly limited, but is a shape in which at least one corner is chamfered from the rectangle ⁇ which is the shape of the internal lattice 122. It is desirable. Alternatively, the rectangle ⁇ may be reduced and at least one corner may be chamfered from the reduced rectangle ⁇ ′. When the shape of the corner lattice 123 is such a shape, the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 of the manufactured honeycomb fired body 10 can be increased.
- the honeycomb fired body 10 since the manufactured honeycomb fired body 10 has a sufficiently large volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32, the honeycomb fired body 10 has a sufficiently high strength against external impacts and the like. Moreover, since the volume in the vicinity of the outer peripheral wall 32 is large, the manufactured honeycomb fired body 10 can suppress a decrease in heat capacity. Therefore, even if the manufactured honeycomb fired body 10 is rapidly heated, heat can be received by the outer peripheral wall 32, and generation of cracks can be suppressed.
- the shape of the corner lattice 123 viewed from the second surface 110b of the extrusion mold 100 may be a shape in which all corners are chamfered with a straight line or a curve from the rectangle ⁇ or the rectangle ⁇ ′.
- the shape may be the same as that of the external lattice 121, or may be the shape shown in FIGS. 11 (a) to 11 (d).
- 11 (a) to 11 (d) are plan views schematically showing an example of the shape of the corner lattice as viewed from the second surface of the extrusion mold used in the method for manufacturing a honeycomb fired body of the present invention. is there.
- 11A is a heptagon in which three corners are cut out by line segments U, V, and W, respectively, except for the corner that is inside the second surface 110b among the corners of the rectangle ⁇ .
- the shape of a corner grid 123a is shown.
- the line segments U and V are not in direct contact with each other, and when the line segments U and V are extended, they intersect each other outside the rectangle ⁇ .
- the line segments U and W are not in direct contact with each other, and when the line segments U and W are extended, they intersect outside the rectangle ⁇ .
- the line segment V and the line segment W are parallel.
- a part of each side of the rectangle ⁇ between the three cut corners forms one side of a heptagon that is the shape of the corner lattice 123a.
- FIG. 11B shows a cross-sectional shape of a corner lattice 123b that is a pentagon in which the corner portion that is the innermost side of the second surface 110b among the corner portions of the rectangle ⁇ is cut out by the line segment X.
- FIG. 11C shows a corner portion obtained by cutting three corner portions by curves U ′, V ′, and W ′, except for the corner portion that is the innermost side of the honeycomb fired body 10 among the corner portions of the rectangle ⁇ .
- the shape of the lattice 123c is shown.
- Curves U ′, V ′, and W ′ are curves obtained by bending line segments U, V, and W so that the corners of rectangle ⁇ are rounded.
- FIG. 11D shows the shape of the corner lattice 123d in which the corner portion that is the innermost side of the second surface 110b among the corner portions of the rectangle ⁇ is cut out by the curve X ′.
- a curve X ′ is a curve obtained by bending the line segment X so that the corner of the rectangle ⁇ is rounded.
- the raw material passage suppression surface refers to a surface whose surface is processed so that the raw material does not easily pass.
- the slit width S 2 of the internal slit 133 is narrower than the minimum slit width S 1 of the outer peripheral slit 131. Therefore, the discharge rate of the ceramic raw material flowing through the internal slit 133 is slower than the ceramic raw material flowing through the outer peripheral slit 131. Thus, when the discharge rate of the ceramic material is different, the cell partition 30 formed by pulling the ceramic material having a low discharge rate to the ceramic material having a high discharge rate is cut.
- the raw material passage suppression surface 135 when the raw material passage suppression surface 135 is formed on the inner wall surface of the outer peripheral slit 131 of the extrusion mold 100, the raw material passage suppression surface 135 becomes a resistance, and the ceramic raw material is hardly discharged from the outer peripheral slit 131. As a result, the discharge speed of the ceramic raw material pushed out from the outer peripheral slit 131 becomes slow, and the difference in the discharge speed of the ceramic raw material pushed out from the outer peripheral slit 131 and the inner slit 133 can be alleviated. Therefore, it is possible to prevent a defect from occurring in the cell partition 30 to be molded.
- the raw material passage suppressing surface 135 may be formed on the inner wall surface of the outermost peripheral slit 132.
- the difference in the discharge speed of the ceramic raw material extruded from the outer peripheral slit 131, the inner slit 133, and the outermost peripheral slit 132 can be alleviated, and the occurrence of defects in the formed cell partition wall 30 can be prevented. .
- Examples of the raw material passage suppressing surface 135 include a roughened surface formed by electric discharge machining.
- an extrusion mold is processed into a predetermined shape by blade processing. Therefore, when the extrusion mold 100 is manufactured, the first through hole 111 and the inner slit 133 are formed by blade machining, and then the outer circumferential slit 131 and the outermost circumferential slit 132 are formed by electric discharge machining.
- a roughened surface can be formed on the inner wall surface of 131 or the outermost peripheral slit 132.
- the roughened surface becomes a resistance, and the ceramic raw material becomes difficult to pass.
- the ceramic raw material extruded from the internal slit 133 is less likely to be pulled by the ceramic raw material extruded from the outer peripheral slit 131 and the outermost peripheral slit 132, and is difficult to cut.
- the surface roughness Ra is 0.1 to 1.0 ⁇ m.
- the surface roughness Ra is a center line average roughness according to JIS B 0601 (1994), and can be measured by, for example, a stylus type surface roughness measuring instrument.
- FIG. 12 is an enlarged view when the extrusion mold shown in FIG. 8 is viewed from the second surface.
- the internal slits 133 (second through holes 111 b) are provided in a lattice shape so as to communicate with the first through holes 111 a of the ceramic raw material supply unit 150.
- the first through hole 111a of the ceramic raw material supply unit 150 is usually provided corresponding to the position where the slits intersect. Specifically, as shown in FIG. 12, when the adjacent intersections among the intersections of the internal slits 133 are 150a and 150b, respectively, the first through hole 111a is provided on the intersection 150a.
- the material of the extrusion mold 100 is a cemented carbide obtained by mixing and sintering tungsten carbide and cobalt, and mixing and sintering tungsten carbide, cobalt and other trace particles (for example, TiC, TiN, etc.). Cemented carbide, tool steel, stainless steel, aluminum alloy or the like is desirable, and cemented carbide obtained by mixing and sintering tungsten carbide and cobalt is more desirable.
- the hardness of the cemented carbide obtained by mixing and sintering tungsten carbide and cobalt is generally 1000 to 1500 Hv.
- the honeycomb formed body obtained in the extrusion molding step is subjected to a microwave dryer, a hot air dryer, a dielectric dryer, a vacuum dryer, a vacuum dryer, a freeze dryer, or the like.
- a microwave dryer and a hot air dryer are used in combination, or the honeycomb formed body is dried to a certain level of moisture using a microwave dryer, and then a hot air dryer is used.
- moisture in the honeycomb formed body may be completely removed.
- a sealing material paste as a sealing material.
- the ceramic raw material can be used as the sealing material paste.
- the honeycomb degreased body obtained in the degreasing step is fired at 1800 to 2200 ° C. for 0.5 to 4 hours in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere.
- an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere.
- the sealing material paste with which the edge part of the cell was filled is baked by heating and becomes a sealing material.
- honeycomb fired body of the present invention can be manufactured through the above steps.
- an adhesive paste for adhering the honeycomb fired body 10 is prepared.
- 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.
- the inorganic particles contained in the adhesive 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.
- Examples of the inorganic fibers and / or whiskers contained in the adhesive paste 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.
- alumina fiber is desirable.
- the inorganic fiber may be a biosoluble fiber.
- 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.
- the adhesive paste prepared in the above step is applied to the side surface of the honeycomb fired body to aggregate a plurality of honeycomb fired bodies. Thereafter, the aggregated honeycomb fired bodies are heated to solidify the adhesive paste by heating to form an adhesive layer, thereby producing an aggregate of honeycomb fired bodies. Next, using a diamond cutter or the like, the aggregate of the honeycomb fired bodies 10 is cut into a cylindrical shape.
- an outer peripheral coat material paste is applied to the outer periphery of the aggregate of the honeycomb fired bodies obtained by the assembly step, and dried and solidified to form an outer peripheral coat layer.
- the said adhesive paste can be used as an outer periphery coating material paste.
- the outer peripheral coat layer is not necessarily provided, and may be provided as necessary.
- honeycomb filter of the present invention can be manufactured through the above steps.
- Example 1-1 Manufacture of honeycomb fired body (1-1) Ceramic raw material preparation step 52.8% by weight of silicon carbide coarse powder having an average particle size of 22 ⁇ m and silicon carbide fine powder 22.6 having an average particle size of 0.5 ⁇ m
- the organic binder methyl cellulose
- the lubricant Unilube made by NOF Corporation
- the glycerin is 1.3% by weight
- the pores are mixed.
- a ceramic raw material was prepared by adding and mixing 1.9% by weight of material (acrylic resin), 2.8% by weight of oleic acid, and 13.2% by weight of water.
- the thickness of the ceramic raw material supply part is 8.5 mm
- the thickness of the molding part is 2 mm
- the minimum slit width S 1 of the outer slit is 0.305 mm
- the slit width S 2 of the inner slit is 0.203 mm
- the outermost periphery the minimum slit width S 3 of the slit was 0.322Mm.
- the minimum slit width S 3 of the outermost slits had a minimum of about 1.59 times the slit width S 2 of the outer slit.
- the shape of the internal lattice viewed from the second surface was a square having a side of 1.70 mm.
- the area of the outer grid shape was 66.5% of the area of the inner grid shape.
- the shape of the corner lattice viewed from the second surface is the shape shown in FIG. 11A, and three corners are chamfered from the square of the inner lattice shape.
- the area of the shape of the corner lattice was 70% of the area of the shape of the internal lattice.
- honeycomb degreased body was fired under conditions of 2200 ° C. and 2 hours and 40 minutes under an atmospheric pressure of argon.
- the honeycomb fired body according to Example 1 was manufactured through the above steps.
- the porosity was 45%
- the average pore diameter was 15 ⁇ m
- the size was 34.3 mm ⁇ 34.3 mm ⁇ 150 mm
- the cell density was 31 cells / cm 2 (200 cpsi)
- the outer periphery The minimum cell partition wall thickness was 0.300 mm
- the internal cell partition wall thickness was 0.200 mm
- the outer peripheral wall minimum thickness was 0.316 mm.
- the cross-sectional shape of the internal cell was a square having a side of 1.67 mm.
- the shape of the outer peripheral cell was the shape shown in FIG.
- the cross-sectional area of the outer peripheral cell was 66.5% of the cross-sectional area of the inner cell.
- the cross-sectional shape of the corner cell was the shape shown in FIG. 5A, and three corners were chamfered from the square of the cross-sectional shape of the internal cell.
- the area of the cross section of the corner cell was 70% of the area of the cross section of the internal cell.
- honeycomb formed body becomes a honeycomb fired body through the above (1-3) drying step to (1-6) firing step, but the honeycomb formed body slightly shrinks during drying and firing, and the manufactured honeycomb The fired body was 98% of the mold size.
- Example 1-2 to (Example 1-4) and (Comparative Example 1-1)
- the minimum thickness T 1 of the inter-peripheral cell partition walls of the manufactured honeycomb fired body, and the ratio of the cross-sectional area of the peripheral cell to the cross-sectional area of the internal cell have the shape shown in Table 1 above (1- 2)
- Example 1-1 The same procedure as in Example 1-1 except that in the extrusion molding process, the minimum slit width S 1 of the external slit of the extrusion mold and the ratio of the area of the inner lattice to the area of the outer lattice were changed.
- Honeycomb fired bodies according to Example 1-2 to Example 1-4 and Comparative Example 1-1 were manufactured.
- Example 1-5 In the above-described (1-2) extrusion molding step, Example 1 was conducted in the same manner as Example 1-1, except that the outermost peripheral slit of the extrusion mold and the inner wall surface of the outer peripheral slit were provided with a material passage suppression surface. A honeycomb fired body according to No. 5 was produced. In addition, surface roughness Ra of the provided raw material passage suppression surface was 0.410 ⁇ m. Table 1 shows the minimum thickness T 1 of the inter-peripheral cell partition walls of the manufactured honeycomb fired body according to Example 1-5, and the ratio of the cross-sectional area of the peripheral cell to the cross-sectional area of the internal cell.
- Non-defective product rate (%) (number of non-defective honeycomb fired bodies / total number of manufactured honeycomb fired bodies) ⁇ 100 Formula 1
- the yield rate was improved by increasing the minimum thickness T 1 of the outer peripheral intercell cell partition walls. Moreover, when the raw material passage suppression surface was formed on the inner wall surface of the outermost circumferential slit and the outer circumferential slit, the yield rate was improved.
- Example 2 A honeycomb filter according to Example 2 was produced by the following method.
- honeycomb fired body of Example 1-1 was prepared as a honeycomb fired body used for the honeycomb filter.
- the honeycomb filter according to Example 2 was manufactured through the above steps.
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Abstract
PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下を抑制することができるハニカム焼成体を提供する。 本発明のハニカム焼成体は、一方の端部が封止されており排ガスの流路となる複数のセルと、上記セルを区画形成する多孔質のセル隔壁とを備えたハニカム焼成体であって、上記ハニカム焼成体の構成材料はSiCであり、上記複数のセルは、上記ハニカム焼成体の最外周部に配置された外周セルと、上記外周セルより内側に配置された内部セルを含み、上記各内部セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、同一の矩形であり、上記外周セルは、上記セル隔壁及び上記ハニカム焼成体の外周を形成する外周壁から形成され、上記外周壁と接続する上記セル隔壁は、上記外周壁に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域を有し、上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、上記内部セルの断面形状である矩形を縮小し、かつ、縮小した矩形から2つの角部が面取りされた形状であり、上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、上記内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であり、上記セル隔壁は、上記外周セル同士の間にある外周セル間セル隔壁と、上記内部セル同士の間にある内部セル間セル隔壁とを含み、上記外周セル間セル隔壁の最小の厚さは、上記内部セル間セル隔壁の厚さより厚いことを特徴とする。
Description
本発明は、ハニカム焼成体、ハニカムフィルタ及びハニカム焼成体の製造方法に関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、すす等のパティキュレート(以下、PMもしくはすすともいう)が含まれており、近年、このPMが環境または人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、CO、HCまたはNOx等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境または人体に及ぼす影響についても懸念されている。
そこで、内燃機関と連結されることにより排ガス中のPMを捕集したり、排ガスに含まれるCO、HCまたはNOx等の排ガス中の有害なガス成分を浄化したりする排ガス浄化装置として、コージェライトや炭化ケイ素等の多孔質セラミックからなるハニカム構造のフィルタ(ハニカムフィルタ)が種々提案されている。
また、内燃機関の燃費を改善し、圧力損失の上昇に起因する運転時のトラブル等をなくすために、初期の圧力損失が低いハニカムフィルタや、所定量のPMが堆積した際に圧力損失の上昇割合が低いハニカムフィルタが求められている。
圧力損失を低くするためには、開口率を高くすることが有効な手段である。しかし、開口率を高くしようとすると、セル隔壁の厚さを薄くせざるを得ず、その結果、ハニカム焼成体の強度を確保することが困難となる。
ハニカム焼成体において、圧力損失を低く抑えることと、強度を確保することとは相反する特性であり、これらの特性を同時に確保することは困難であった。
ハニカム焼成体において、圧力損失を低く抑えることと、強度を確保することとは相反する特性であり、これらの特性を同時に確保することは困難であった。
このような問題を解決するために、特許文献1には、セル構造を改良したハニカムフィルタが開示されている。
すなわち、特許文献1には、複数のセルがセル隔壁を隔てて長手方向に並設され、その外縁に外縁壁を有する多孔質セラミック部材が、接着材層を介して複数個接着されたハニカム構造体であって、上記多孔質セラミック部材の上記外縁壁の厚さは、上記セル隔壁の厚さよりも厚く、上記多孔質セラミック部材の最外周に位置するセルの少なくとも1つには、当該セルの角部の少なくとも1箇所に、当該角部を充填する充填体が設けられていることを特徴とするハニカム構造体が開示されている。
図13は、特許文献1に開示されたハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の長手方向に垂直な断面図である。この断面において最外周に位置し、かつ、多孔質セラミック部材220の外縁壁223aと垂直に交わるセル隔壁により隔てられた方形のセル221aの角部に直角三角形状の充填体が設けられている。
特許文献1では、セル構造をこのようにすることで、多孔質セラミック部材の強度を確保しつつ、開口率を確保して圧力損失を低く保ち、クラック等の破損の発生を回避している。
図13は、特許文献1に開示されたハニカム構造体を構成する多孔質セラミック部材の長手方向に垂直な断面図である。この断面において最外周に位置し、かつ、多孔質セラミック部材220の外縁壁223aと垂直に交わるセル隔壁により隔てられた方形のセル221aの角部に直角三角形状の充填体が設けられている。
特許文献1では、セル構造をこのようにすることで、多孔質セラミック部材の強度を確保しつつ、開口率を確保して圧力損失を低く保ち、クラック等の破損の発生を回避している。
ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンに比べて排ガス温度が高く、PMの排出量が少ないという長所がある。そのため、ガソリンエンジン用のフィルタにおいては、ディーゼルエンジン用のフィルタと比べて、PMの捕集効率が低くてもよいと考えられる。
一方、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンに比べて燃費が劣るという欠点がある。そのため、ガソリンエンジンから排出される排ガスを浄化することを考えた場合、排ガスを浄化するためのフィルタには、圧力損失が低いことが求められる。また、フィルタの温度が上がりすぎると機械的な強度が低下し破壊されやすくなるので、フィルタの温度が上がりすぎないように、充分な熱容量が求められる。
一方、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンに比べて燃費が劣るという欠点がある。そのため、ガソリンエンジンから排出される排ガスを浄化することを考えた場合、排ガスを浄化するためのフィルタには、圧力損失が低いことが求められる。また、フィルタの温度が上がりすぎると機械的な強度が低下し破壊されやすくなるので、フィルタの温度が上がりすぎないように、充分な熱容量が求められる。
特許文献1に開示されたハニカム構造体を、ガソリンエンジンのような排ガス温度が高く、PMの排出量が少ない環境で使用すると、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなりにくい。この初期の圧力損失を低くするためには、セル隔壁の厚さをより薄くすることが考えられるが、セル隔壁の厚さを薄くすると、熱容量が小さくなり、排ガスが流入した際に多孔質セラミック部材(ハニカム焼成体)の温度が必要以上に高くなると考えられる。多孔質セラミック部材(ハニカム焼成体)の温度が必要以上に高くなると、多孔質セラミック部材(ハニカム焼成体)自身が熱により破損したり、担持された触媒が失活することになる。また、セル隔壁の厚さを薄くすると多孔質セラミック部材(ハニカム焼成体)の強度が低下し、破損しやすくなると考えられる。
すなわち、特許文献1に開示されたハニカム構造体はガソリンエンジン用のハニカムフィルタとして充分な性能を有しているとは言えなかった。
すなわち、特許文献1に開示されたハニカム構造体はガソリンエンジン用のハニカムフィルタとして充分な性能を有しているとは言えなかった。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下を抑制することができるハニカム焼成体、該ハニカム焼成体を用いたハニカムフィルタ及び該ハニカム焼成体の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、セル隔壁を薄くし、ハニカム焼成体の最外周部に配置された外周セルの形状を所定の形状とすることで、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失を充分に低く、強度を充分に強くすることができ、熱容量の低下を抑制できることを見出し本発明を完成させた。
すなわち、本発明のハニカム焼成体は、一方の端部が封止されており排ガスの流路となる複数のセルと、上記セルを区画形成する多孔質のセル隔壁とを備えたハニカム焼成体であって、上記ハニカム焼成体の構成材料はSiCであり、上記複数のセルは、上記ハニカム焼成体の最外周部に配置された外周セルと、上記外周セルより内側に配置された内部セルを含み、上記各内部セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、同一の矩形であり、上記外周セルは、上記セル隔壁及び上記ハニカム焼成体の外周を形成する外周壁から形成され、上記外周壁と接続する上記セル隔壁は、上記外周壁に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域を有し、上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、上記内部セルの断面形状である矩形を縮小し、かつ、縮小した矩形から2つの角部が面取りされた形状であり、上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、上記内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であり、上記セル隔壁は、上記外周セル同士の間にある外周セル間セル隔壁と、上記内部セル同士の間にある内部セル間セル隔壁とを含み、上記外周セル間セル隔壁の最小の厚さは、上記内部セル間セル隔壁の厚さより厚いことを特徴とする。
本発明のハニカム焼成体では、構成材料がSiCである。SiCは、耐熱性に優れた材料である。このため、本発明のハニカム焼成体は、耐熱性に優れたハニカム焼成体となる。
本発明のハニカム焼成体では、上記各内部セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、同一の矩形であり、上記外周壁と接続する上記セル隔壁は、上記外周壁に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域を有し、上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、上記内部セルの断面形状である矩形を縮小し、かつ、縮小した矩形から2つの角部が面取りされた形状である。
上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状が上記のような形状であると、ハニカム焼成体の外周壁の体積が大きくなる。
そのため、上記ハニカム焼成体は、外周壁の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、上記ハニカム焼成体の外周壁の体積が大きいので、本発明のハニカム焼成体では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、本発明のハニカム焼成体が急激に加熱されたとしても外周壁により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
このことは以下のようにも説明できる。
ハニカム焼成体のSiCが存在している部分とSiCが存在していないセルの空間部分とを含む領域において、ハニカム焼成体を所定範囲で切り取り、上記所定範囲に含まれるハニカム焼成体の重量を、上記所定範囲の体積で割った値を、「見かけ密度」とすると、本発明のハニカム焼成体では、ハニカム焼成体の最外周部分の方が、ハニカム焼成体の内側部分よりも「見かけ密度」の値が大きくなる。
そのため、本発明のハニカム焼成体では、ハニカム焼成体の最外周部分の熱容量が相対的に高い。従って、外部から急激に熱が加えられても最外周部分で熱を受け止めることができ、クラックの発生を防ぐことができる。
また、ハニカム焼成体の最外周部分の「見かけ密度」が高いと、外枠が機械的に頑丈な構造となるので外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
なお、本明細書において、「矩形から角部が面取りされた形状」とは、矩形から、矩形の角部を直線又は曲線で切り取った形状のことを意味する。
上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状が上記のような形状であると、ハニカム焼成体の外周壁の体積が大きくなる。
そのため、上記ハニカム焼成体は、外周壁の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、上記ハニカム焼成体の外周壁の体積が大きいので、本発明のハニカム焼成体では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、本発明のハニカム焼成体が急激に加熱されたとしても外周壁により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
このことは以下のようにも説明できる。
ハニカム焼成体のSiCが存在している部分とSiCが存在していないセルの空間部分とを含む領域において、ハニカム焼成体を所定範囲で切り取り、上記所定範囲に含まれるハニカム焼成体の重量を、上記所定範囲の体積で割った値を、「見かけ密度」とすると、本発明のハニカム焼成体では、ハニカム焼成体の最外周部分の方が、ハニカム焼成体の内側部分よりも「見かけ密度」の値が大きくなる。
そのため、本発明のハニカム焼成体では、ハニカム焼成体の最外周部分の熱容量が相対的に高い。従って、外部から急激に熱が加えられても最外周部分で熱を受け止めることができ、クラックの発生を防ぐことができる。
また、ハニカム焼成体の最外周部分の「見かけ密度」が高いと、外枠が機械的に頑丈な構造となるので外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
なお、本明細書において、「矩形から角部が面取りされた形状」とは、矩形から、矩形の角部を直線又は曲線で切り取った形状のことを意味する。
本発明のハニカム焼成体では、上記外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、上記内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%である。
通常、セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が小さくなると、圧力損失が大きくなると考えられるが、上記構成のハニカム焼成体では圧力損失の増加が抑制されている。
その原因は以下の機構によるものと考えられる。
通常、ハニカム焼成体の周囲には接着材層が配置されることになる。排ガスがハニカム焼成体に流入する際には、接着材層に衝突する排ガスも生じる。このような排ガスは接着材層により流れが偏向され近くのセルに流入することになる。このように流れが偏向された排ガスは、ハニカム焼成体の最外周部に配置されている外周セルよりも、外周セルの内側に配置されているセルにより多く流入することになると考えられる。すなわち、ハニカム焼成体の外周に配置された外周セルには、もともと排ガスが流入しにくいので、ハニカム焼成体の外周に配置された外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積がある程度小さくてもあまり圧力損失に影響しないと考えられる。
このような理由から、本発明のハニカム焼成体のように、外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、上記内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であったとしてもガス通過抵抗には殆ど影響しない。そのため、圧力損失が増加しにくいと考えられる。
また、上記面積の割合が60%未満であると、外周セルの開口部の面積が小さくなり排ガスの流路が狭くなり、排ガスがセル隔壁を通過する際のガス通過抵抗が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
また、上記面積の割合が80%を超えると、ハニカム焼成体の最外周部の見かけ密度の値が低くなるので、上記のハニカム焼成体の外周壁が厚くなっていることの効果が得られにくい。
通常、セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が小さくなると、圧力損失が大きくなると考えられるが、上記構成のハニカム焼成体では圧力損失の増加が抑制されている。
その原因は以下の機構によるものと考えられる。
通常、ハニカム焼成体の周囲には接着材層が配置されることになる。排ガスがハニカム焼成体に流入する際には、接着材層に衝突する排ガスも生じる。このような排ガスは接着材層により流れが偏向され近くのセルに流入することになる。このように流れが偏向された排ガスは、ハニカム焼成体の最外周部に配置されている外周セルよりも、外周セルの内側に配置されているセルにより多く流入することになると考えられる。すなわち、ハニカム焼成体の外周に配置された外周セルには、もともと排ガスが流入しにくいので、ハニカム焼成体の外周に配置された外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積がある程度小さくてもあまり圧力損失に影響しないと考えられる。
このような理由から、本発明のハニカム焼成体のように、外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、上記内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であったとしてもガス通過抵抗には殆ど影響しない。そのため、圧力損失が増加しにくいと考えられる。
また、上記面積の割合が60%未満であると、外周セルの開口部の面積が小さくなり排ガスの流路が狭くなり、排ガスがセル隔壁を通過する際のガス通過抵抗が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
また、上記面積の割合が80%を超えると、ハニカム焼成体の最外周部の見かけ密度の値が低くなるので、上記のハニカム焼成体の外周壁が厚くなっていることの効果が得られにくい。
本発明のハニカム焼成体では、上記セル隔壁は、上記外周セル同士の間にある外周セル間セル隔壁と、上記内部セル同士の間にある内部セル間セル隔壁とを含み、上記外周セル間セル隔壁の最小の厚さは、上記内部セル間セル隔壁の厚さより厚い。
このような構造であると、ハニカム焼成体の最外周部の見かけ密度の値が高いので外枠が機械的に頑丈な構造となる。そのため、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、ハニカム焼成体の最外周部の見かけ密度の値が高いので熱容量の低下を抑制することができる。
このような構造であると、ハニカム焼成体の最外周部の見かけ密度の値が高いので外枠が機械的に頑丈な構造となる。そのため、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、ハニカム焼成体の最外周部の見かけ密度の値が高いので熱容量の低下を抑制することができる。
本発明のハニカム焼成体では、上記外周セル間セル隔壁の最小の厚さは0.100~0.300mmであることが望ましい。
外周セル間セル隔壁の最小の厚さが0.100mm未満であると、外周セル間セル隔壁の厚さが薄すぎるので、外周セル間セル隔壁が破損しやすくなる。
外周セル間セル隔壁の最小の厚さが0.300mmを超えると、外周セル間セル隔壁の厚さが厚すぎるので、排ガスが外周セル間セル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
外周セル間セル隔壁の最小の厚さが0.100mm未満であると、外周セル間セル隔壁の厚さが薄すぎるので、外周セル間セル隔壁が破損しやすくなる。
外周セル間セル隔壁の最小の厚さが0.300mmを超えると、外周セル間セル隔壁の厚さが厚すぎるので、排ガスが外周セル間セル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
本発明のハニカム焼成体では、上記内部セル間セル隔壁の厚さは0.210mm以下であることが望ましい。
また、内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mm以下であると、内部セル間セル隔壁の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁の厚さが厚すぎるので、排ガスが内部セル間セル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
また、内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mm以下であると、内部セル間セル隔壁の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁の厚さが厚すぎるので、排ガスが内部セル間セル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
本発明のハニカム焼成体では、上記外周壁の最小の厚さは、上記内部セル間セル隔壁の厚さの1.5~3倍であることが望ましい。
外周壁の最小の厚さが、内部セル間セル隔壁の厚さの1.5~3倍であると、外周壁が充分な厚さを有しているので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
外周壁の最小の厚さが、内部セル間セル隔壁の厚さの1.5~3倍であると、外周壁が充分な厚さを有しているので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
本発明のハニカムフィルタは、上記本発明のハニカム焼成体が接着材層を介して接着されることにより形成されることを特徴とする。
本発明のハニカムフィルタは上記効果を奏する本発明のハニカム焼成体により構成されるので、本発明のハニカムフィルタは、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。
本発明のハニカムフィルタは上記効果を奏する本発明のハニカム焼成体により構成されるので、本発明のハニカムフィルタは、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。
本発明のハニカムフィルタはガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために用いられることが望ましい。
上記の通り、本発明のハニカムフィルタは、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。そのため、本発明のハニカムフィルタは、ガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために好適に用いることができる。
上記の通り、本発明のハニカムフィルタは、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。そのため、本発明のハニカムフィルタは、ガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために好適に用いることができる。
本発明のハニカム焼成体の製造方法は、セラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形することによりセルを区画形成するセル隔壁を備えたハニカム成形体を作製する押出成形工程と、上記セルの一方の端部を封止する封止工程と、上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含む、上記本発明のハニカム焼成体を製造する方法であって、上記押出成形工程で用いる上記押出成形用金型は、第一の面と、上記第一の面の反対側に形成された第二の面と、上記第一の面から上記第二の面に向かって形成された第一貫通孔を有するセラミック原料供給部と、上記第二の面から上記第一の面に向かって、上記第一貫通孔と連通するように形成された第二貫通孔を有する成形部とを備える押出成形用金型であり、上記第二の面から見た上記第二貫通孔の形状は、上記ハニカム成形体の外周壁を成形するための最外周スリットと、上記ハニカム成形体の最外周部に配置された外周セル同士の間の外周セル間セル隔壁を成形するための外周スリットと、上記外周セルより内側に配置された内部セル同士の間の内部セル間セル隔壁を成形するための内部スリットとから構成された格子形状であり、上記第二の面には、上記内部スリットを形成するための内部格子が配置され、かつ、上記内部スリットの外側に配置され、上記外周スリットを形成するための外周格子が配置されており、上記第二の面から見た、上記内部格子の形状は、同一の矩形であり、上記第二の面から見た、上記外周格子の形状は、上記内部格子の形状を縮小し、その縮小した形状から2つの角部が面取りされた形状であり、かつ、上記面取りされた角部が上記最外周スリット側に配置されており、上記第二の面から見た上記外周格子の面積が、上記内部格子の各面積の60~80%であり、上記外部スリットの最小のスリット幅は、上記内部スリットのスリット幅よりも広いことを特徴とする。
本発明のハニカム焼成体の製造方法では、上記構成の押出成形用金型を用いることにより、上記効果を奏する本発明のハニカム焼成体を製造することができる。
特に、本発明のハニカム焼成体の製造方法によれば、以下の理由により外周セル間セル隔壁に欠陥が生じにくい。
通常、スリット幅が一定でない押出成形用金型にセラミック原料が流れ込むと、スリット幅が広い部分ではセラミック原料の排出速度が速くなり、スリット幅が狭い部分ではセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにスリットに流れるセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ、成形されるセル隔壁が切れる原因となる。
例えば、内部スリット側の外部スリットのスリット幅が、内部スリットの幅と同じ幅であり、最外周スリット側に向かう途中で、急激に外部スリットのスリット幅が広くなる押出成形用金型を用いてハニカム成形体を製造する場合には、スリット幅が広い外部スリットの部分を流れるセラミック原料の排出速度が速すぎ、スリット幅が内部スリットの幅と同じである外部スリットの部分を流れるセラミック原料を引っ張り形成されるセル隔壁が切れやすくなる。
しかしながら、上記外部スリットの最小のスリット幅が、上記内部スリットのスリット幅よりも広いと、外部スリットに流れるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁に欠陥が生じることを防ぐことができる。
特に、本発明のハニカム焼成体の製造方法によれば、以下の理由により外周セル間セル隔壁に欠陥が生じにくい。
通常、スリット幅が一定でない押出成形用金型にセラミック原料が流れ込むと、スリット幅が広い部分ではセラミック原料の排出速度が速くなり、スリット幅が狭い部分ではセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにスリットに流れるセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ、成形されるセル隔壁が切れる原因となる。
例えば、内部スリット側の外部スリットのスリット幅が、内部スリットの幅と同じ幅であり、最外周スリット側に向かう途中で、急激に外部スリットのスリット幅が広くなる押出成形用金型を用いてハニカム成形体を製造する場合には、スリット幅が広い外部スリットの部分を流れるセラミック原料の排出速度が速すぎ、スリット幅が内部スリットの幅と同じである外部スリットの部分を流れるセラミック原料を引っ張り形成されるセル隔壁が切れやすくなる。
しかしながら、上記外部スリットの最小のスリット幅が、上記内部スリットのスリット幅よりも広いと、外部スリットに流れるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁に欠陥が生じることを防ぐことができる。
本発明のハニカム焼成体の製造方法では、上記押出成形用金型の上記外部スリットの最小のスリット幅は、0.100~0.300mmであることが望ましい。
外部スリットの最小のスリット幅が0.100mm未満であると、セラミック原料の排出速度に違いが生じやすく、成形される外周セル間セル隔壁に欠陥が生じやすい。
外部スリットの最小のスリット幅が0.300mmを超えると、成形される外周セル間セル隔壁が厚くなりすぎるので、製造されたハニカム焼成体において排ガスが外周セル間セル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなる。
外部スリットの最小のスリット幅が0.100mm未満であると、セラミック原料の排出速度に違いが生じやすく、成形される外周セル間セル隔壁に欠陥が生じやすい。
外部スリットの最小のスリット幅が0.300mmを超えると、成形される外周セル間セル隔壁が厚くなりすぎるので、製造されたハニカム焼成体において排ガスが外周セル間セル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなる。
本発明のハニカム焼成体の製造方法では、上記押出成形用金型の上記内部スリットのスリット幅は、0.210mm以下であることが望ましい。
このような押出成形用金型を用いると、内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mm以下のハニカム焼成体を製造することができる。
そのため、製造されたハニカム焼成体は、セル隔壁の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
上記押出成形用金型の上記内部スリットのスリット幅が0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mmを超えるハニカム焼成体が製造される。このようなハニカム焼成体は内部セル間セル隔壁の厚さが厚すぎるので、排ガスがセル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
このような押出成形用金型を用いると、内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mm以下のハニカム焼成体を製造することができる。
そのため、製造されたハニカム焼成体は、セル隔壁の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
上記押出成形用金型の上記内部スリットのスリット幅が0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁の厚さが0.210mmを超えるハニカム焼成体が製造される。このようなハニカム焼成体は内部セル間セル隔壁の厚さが厚すぎるので、排ガスがセル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
本発明のハニカム焼成体の製造方法では、上記最外周スリットの最小のスリット幅は、上記内部スリットのスリット幅の1.5~3倍の値であることが望ましい。
このような押出成形用金型を用いて製造されたハニカム焼成体では、外周壁が充分な厚さを有している。そのため、外枠が機械的に頑丈な構造となり外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、上記ハニカム焼成体の外周壁が厚いので、熱容量の低下を抑制することができる。
このような押出成形用金型を用いて製造されたハニカム焼成体では、外周壁が充分な厚さを有している。そのため、外枠が機械的に頑丈な構造となり外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、上記ハニカム焼成体の外周壁が厚いので、熱容量の低下を抑制することができる。
本発明のハニカム焼成体の製造方法では、上記押出成形用金型には、上記外周スリットの内壁面には原料通過抑制面が形成されていることが望ましい。
本発明のハニカム焼成体の製造方法で用いる押出成形用金型は、内部スリットのスリット幅が、外部スリットの最小のスリット幅よりも狭い。そのため、内部スリットを流れるセラミック原料は、外部スリットを流れるセラミック原料よりもセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ成形されるセル隔壁が切れる原因となる。
しかし、上記押出成形用金型の外周スリットの内壁面に原料通過抑制面が形成されていると、原料通過抑制面が抵抗となり、外周スリットからセラミック原料が排出されにくくなる。その結果、外周スリットから押し出されるセラミック原料の排出速度が遅くなり、外周スリット及び内部スリットから押し出されるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁に欠陥が生じることを防ぐことができる。
本発明のハニカム焼成体の製造方法で用いる押出成形用金型は、内部スリットのスリット幅が、外部スリットの最小のスリット幅よりも狭い。そのため、内部スリットを流れるセラミック原料は、外部スリットを流れるセラミック原料よりもセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ成形されるセル隔壁が切れる原因となる。
しかし、上記押出成形用金型の外周スリットの内壁面に原料通過抑制面が形成されていると、原料通過抑制面が抵抗となり、外周スリットからセラミック原料が排出されにくくなる。その結果、外周スリットから押し出されるセラミック原料の排出速度が遅くなり、外周スリット及び内部スリットから押し出されるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁に欠陥が生じることを防ぐことができる。
以下、本発明のハニカム焼成体、ハニカムフィルタ及び本発明のハニカム焼成体の製造方法について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
本発明の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1(a)は、本発明のハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図1(b)は、図1(a)のA-A線断面図である。
図1(a)に示すように、本発明のハニカム焼成体の一例であるハニカム焼成体10は、一方の端部が封止材11により封止されており排ガスの流路となる複数のセル20と、上記セルを区画形成する多孔質のセル隔壁30とを備えている。
複数のセル20は、ハニカム焼成体の最外周部に配置された外周セル21と、外周セル21より内側に配置された内部セル22を含んでいる。
各内部セル22の長手方向に垂直方向の断面形状は同一の矩形であり、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面形状は、内部セル22の断面形状である矩形から2つの角部が面取りされた形状である。外周セル21及び内部セル22の断面形状については詳しくは後述する。
また、図1(a)及び(b)に示すように、ハニカム焼成体10は、長手方向(図1(a)中、両矢印の方向)に垂直方向の断面が正方形である直方体である。
ハニカム焼成体10の長手方向に垂直方向の断面は一辺が30~45mmである正方形であることが望ましい。
ハニカム焼成体10の全長は、140~160mmであることが望ましい。
図1(a)は、本発明のハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図1(b)は、図1(a)のA-A線断面図である。
図1(a)に示すように、本発明のハニカム焼成体の一例であるハニカム焼成体10は、一方の端部が封止材11により封止されており排ガスの流路となる複数のセル20と、上記セルを区画形成する多孔質のセル隔壁30とを備えている。
複数のセル20は、ハニカム焼成体の最外周部に配置された外周セル21と、外周セル21より内側に配置された内部セル22を含んでいる。
各内部セル22の長手方向に垂直方向の断面形状は同一の矩形であり、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面形状は、内部セル22の断面形状である矩形から2つの角部が面取りされた形状である。外周セル21及び内部セル22の断面形状については詳しくは後述する。
また、図1(a)及び(b)に示すように、ハニカム焼成体10は、長手方向(図1(a)中、両矢印の方向)に垂直方向の断面が正方形である直方体である。
ハニカム焼成体10の長手方向に垂直方向の断面は一辺が30~45mmである正方形であることが望ましい。
ハニカム焼成体10の全長は、140~160mmであることが望ましい。
ハニカム焼成体10の構成材料はSiCである。SiCは、耐熱性に優れた材料である。このため、ハニカム焼成体10は、耐熱性に優れたハニカム焼成体となる。
ハニカム焼成体10では、セル密度が、15.5~62個/cm2(100~400cpsi)の範囲であることが望ましく、31~46.5個/cm2(200~300cpsi)の範囲であることがより望ましい。
上記の構成を有するハニカム焼成体10を排ガスが通過する場合について、図1(b)を参照して以下に説明する。
図1(b)に示すように、内燃機関から排出され、ハニカム焼成体10に流入した排ガス(図1(b)中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)は、ハニカム焼成体10の排ガス流入側端面10aに開口した一のセル20に流入し、セル20を隔てるセル隔壁30を通過する。この際、排ガス中のPMがセル隔壁30で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス流出側端面10bに開口した他のセル20から流出し、外部に排出される。
図1(b)に示すように、内燃機関から排出され、ハニカム焼成体10に流入した排ガス(図1(b)中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)は、ハニカム焼成体10の排ガス流入側端面10aに開口した一のセル20に流入し、セル20を隔てるセル隔壁30を通過する。この際、排ガス中のPMがセル隔壁30で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス流出側端面10bに開口した他のセル20から流出し、外部に排出される。
次に、ハニカム焼成体10におけるセル20の配置、セル隔壁30の形状等について図面を用いて説明する。
図2は、図1に示す本発明のハニカム焼成体の長手方向に垂直方向の断面の一例を模式的に示す断面図である。
図2に示すように、複数のセル20は、ハニカム焼成体10の最外周部12に配置された外周セル21と、外周セル21より内側に配置された内部セル22を含んでいる。さらに、複数のセル20は、ハニカム焼成体10の角部13に配置された角部セル23を含んでいる。
なお、本明細書において、「外方ハニカム焼成体の角部」は、「外方ハニカム焼成体の最外周部」に含まれない。すなわち、外周セル21に角部セル23は含まれない。
内部セル22はセル隔壁30により区画形成されており、外周セル21はセル隔壁30及びハニカム焼成体10の外周を形成する外周壁32によりそれぞれ区画形成されている。
図2は、図1に示す本発明のハニカム焼成体の長手方向に垂直方向の断面の一例を模式的に示す断面図である。
図2に示すように、複数のセル20は、ハニカム焼成体10の最外周部12に配置された外周セル21と、外周セル21より内側に配置された内部セル22を含んでいる。さらに、複数のセル20は、ハニカム焼成体10の角部13に配置された角部セル23を含んでいる。
なお、本明細書において、「外方ハニカム焼成体の角部」は、「外方ハニカム焼成体の最外周部」に含まれない。すなわち、外周セル21に角部セル23は含まれない。
内部セル22はセル隔壁30により区画形成されており、外周セル21はセル隔壁30及びハニカム焼成体10の外周を形成する外周壁32によりそれぞれ区画形成されている。
図2に示すように、ハニカム焼成体10では、セル隔壁30は、外周セル21同士の間にある外周セル間セル隔壁31と、内部セル22同士の間にある内部セル間セル隔壁33とを含んでいる。外周セル間セル隔壁31は、セル間の間隔が等しい等幅領域31aと、外周壁32に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域31bとからなっている。また、等幅領域31aは内部セル間セル隔壁33に接続し、厚壁領域31bは、外周壁32に接続している。また、内部セル間セル隔壁33の厚さT2は一定である。
そして、外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1(すなわち、等幅領域31aの幅)は、内部セル間セル隔壁33の厚さT2より厚い。
このような構造であると、ハニカム焼成体10の最外周部12の見かけ密度の値が高いので外枠が機械的に頑丈な構造となる。そのため、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、ハニカム焼成体10の最外周部12の見かけ密度の値が高いので熱容量の低下を抑制することができる。
なお、外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1は、内部セル間セル隔壁33の厚さT2の1.5~3倍であることが望ましい。
そして、外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1(すなわち、等幅領域31aの幅)は、内部セル間セル隔壁33の厚さT2より厚い。
このような構造であると、ハニカム焼成体10の最外周部12の見かけ密度の値が高いので外枠が機械的に頑丈な構造となる。そのため、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、ハニカム焼成体10の最外周部12の見かけ密度の値が高いので熱容量の低下を抑制することができる。
なお、外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1は、内部セル間セル隔壁33の厚さT2の1.5~3倍であることが望ましい。
ハニカム焼成体10では、外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1は0.100~0.300mmであることが望ましい。
外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1が0.100mm未満であると、外周セル間セル隔壁31の厚さが薄すぎるので、外周セル間セル隔壁31が破損しやすくなる。
外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1が0.300mmを超えると、外周セル間セル隔壁31の厚さが厚すぎるので、排ガスが外周セル間セル隔壁31を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1が0.100mm未満であると、外周セル間セル隔壁31の厚さが薄すぎるので、外周セル間セル隔壁31が破損しやすくなる。
外周セル間セル隔壁31の最小の厚さT1が0.300mmを超えると、外周セル間セル隔壁31の厚さが厚すぎるので、排ガスが外周セル間セル隔壁31を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
ハニカム焼成体10では、内部セル間セル隔壁33の厚さT2は0.210mm以下であることが望ましく、0.075~0.160mmであることが望ましい。
内部セル間セル隔壁33の厚さT2が0.210mm以下であると、内部セル間セル隔壁33の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
内部セル間セル隔壁33の厚さT2が、0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁33の厚さが厚すぎるので、排ガスが内部セル間セル隔壁33を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
内部セル間セル隔壁33の厚さT2が0.210mm以下であると、内部セル間セル隔壁33の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
内部セル間セル隔壁33の厚さT2が、0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁33の厚さが厚すぎるので、排ガスが内部セル間セル隔壁33を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
ハニカム焼成体10では、外周壁32の厚さは特に限定されないが、外周壁32の最小の厚さT3は、内部セル間セル隔壁33の厚さT2の1.5~3倍であることが望ましく、2~3倍であることがさらに望ましい。例えば、外周壁32の最小の厚さT3は、0.113~0.480mmであることが望ましい。
外周壁32の最小の厚さT3が、内部セル間セル隔壁33の厚さT2の1.5~3倍であると、外周壁32が充分な厚さを有しているので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
外周壁32の最小の厚さT3が、内部セル間セル隔壁33の厚さT2の1.5~3倍であると、外周壁32が充分な厚さを有しているので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
ハニカム焼成体10では、セル隔壁30の気孔率は、40~65%であることが望ましい。
セル隔壁30の気孔率が40~65%である場合、セル隔壁30は、排ガス中のPMを良好に捕集することができ、かつ、セル隔壁30に起因する圧力損失の上昇を抑制することができる。従って、初期の圧力損失が低く、PMを堆積しても圧力損失が上昇しにくいハニカム焼成体10となる。
セル隔壁30の気孔率が40%未満では、セル隔壁30の気孔の割合が小さすぎるため、排ガスがセル隔壁30を通過しにくくなり、排ガスがセル隔壁30を通過する際の圧力損失が大きくなる。一方、セル隔壁30の気孔率が65%を超えると、セル隔壁30の機械的強度が低くなり、再生時等において、クラックが発生し易くなる。
セル隔壁30の気孔率が40~65%である場合、セル隔壁30は、排ガス中のPMを良好に捕集することができ、かつ、セル隔壁30に起因する圧力損失の上昇を抑制することができる。従って、初期の圧力損失が低く、PMを堆積しても圧力損失が上昇しにくいハニカム焼成体10となる。
セル隔壁30の気孔率が40%未満では、セル隔壁30の気孔の割合が小さすぎるため、排ガスがセル隔壁30を通過しにくくなり、排ガスがセル隔壁30を通過する際の圧力損失が大きくなる。一方、セル隔壁30の気孔率が65%を超えると、セル隔壁30の機械的強度が低くなり、再生時等において、クラックが発生し易くなる。
ハニカム焼成体10では、セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径は、8~25μmであることが望ましい。
上記構成のハニカム焼成体10では、圧力損失の増加を抑制しながら、高い捕集効率でPMを捕集することができる。
セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径が8μm未満であると、気孔が小さすぎるため、排ガスがセル隔壁30を透過する際の圧力損失が大きくなる。一方、セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径が25μmを超えると、気孔径が大きくなりすぎるので、PMの捕集効率が低下してしまう。
上記構成のハニカム焼成体10では、圧力損失の増加を抑制しながら、高い捕集効率でPMを捕集することができる。
セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径が8μm未満であると、気孔が小さすぎるため、排ガスがセル隔壁30を透過する際の圧力損失が大きくなる。一方、セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径が25μmを超えると、気孔径が大きくなりすぎるので、PMの捕集効率が低下してしまう。
なお、気孔率及び平均気孔径は、水銀圧入法により測定することができる。
ハニカム焼成体10では、外周壁32の気孔率は、40~65%であることが望ましい。
外周壁32の気孔率が上記範囲であることが望ましい理由は、セル隔壁30の気孔率が上記範囲であると望ましい理由と同じである。
外周壁32の気孔率が上記範囲であることが望ましい理由は、セル隔壁30の気孔率が上記範囲であると望ましい理由と同じである。
ハニカム焼成体10では、外周壁32に含まれる気孔の平均気孔径は、8~25μmであることが望ましい。
外周壁32に含まれる気孔の平均気孔径が上記範囲であることが望ましい理由は、セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径が上記範囲であると望ましい理由と同じである。
外周壁32に含まれる気孔の平均気孔径が上記範囲であることが望ましい理由は、セル隔壁30に含まれる気孔の平均気孔径が上記範囲であると望ましい理由と同じである。
次に、ハニカム焼成体10の各セル20の形状について説明する。
まず、各内部セル22の長手方向に垂直方向の断面形状は、同一の矩形αである。
ハニカム焼成体10では、矩形αは正方形であることが望ましく、一辺が0.5~2.0mmである正方形であることがより望ましい。
まず、各内部セル22の長手方向に垂直方向の断面形状は、同一の矩形αである。
ハニカム焼成体10では、矩形αは正方形であることが望ましく、一辺が0.5~2.0mmである正方形であることがより望ましい。
外周セル21の長手方向に垂直方向の断面形状は、内部セル22の断面形状である矩形αを縮小し、かつ、縮小した矩形α´から2つの角部が面取りされた形状である。
また、外周壁32と接続する外周セル間セル隔壁31は、外周壁32に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域31bを有している。
すなわち、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面形状において、矩形α´から2つの角部が面取りされた部分には、厚壁領域31bが形成されている。
なお、「矩形から角部が面取りされた形状」とは、矩形から、矩形の角部を直線又は曲線で切り取った形状のことを意味する。
また、矩形α´は、矩形αを等倍縮小した形状であってもよく、高さ方向又は幅方向に縮小した形状であってもよい。この場合、矩形α´の面積は矩形αの60~80%であることが望ましい。
また、外周壁32と接続する外周セル間セル隔壁31は、外周壁32に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域31bを有している。
すなわち、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面形状において、矩形α´から2つの角部が面取りされた部分には、厚壁領域31bが形成されている。
なお、「矩形から角部が面取りされた形状」とは、矩形から、矩形の角部を直線又は曲線で切り取った形状のことを意味する。
また、矩形α´は、矩形αを等倍縮小した形状であってもよく、高さ方向又は幅方向に縮小した形状であってもよい。この場合、矩形α´の面積は矩形αの60~80%であることが望ましい。
また、外周セル21の断面形状は、図3(a)~(e)に示すような形状であってもよい。
図3(a)~(e)は、本発明のハニカム焼成体における外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状の一例を模式的に示す断面図である。
図3(a)~(e)は、本発明のハニカム焼成体における外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状の一例を模式的に示す断面図である。
図3(a)は、矩形αを幅方向に0.8倍した矩形α´の隣り合う2つの角部が2つの線分A及びBにより、それぞれ切り取られた6角形である外周セル21aの断面形状を示している。線分A及びBは直接接しておらず、線分A及びBを延長すると矩形α´の外側でこれらが交わることになる。また、切り取られた2つの角部の間にある矩形α´の辺の一部は、上記6角形の一辺を形成している。
図3(b)は、矩形α´の隣り合う2つの角部が2つの線分C及びDにより、それぞれ切り取られた5角形である外周セル21bの断面形状を示している。線分Cと線分Dとはα´を形成する辺において交差している。なお、線分Cと線分Dとは矩形α´の内部で交差していてもよい。すなわち、切り取られる2つの角部の間には、上記5角形を構成する辺が存在していない。
図3(c)は、矩形α´の隣り合う2つの角部のうち一方の角部が線分E及びFにより切り取られ、もう一方の角部が線分G及びHにより切り取られた8角形である外周セル21cの断面形状を示している。線分Eと線分Fとは、矩形α´の内部で互い交差している。さらに、線分Gと線分Hとも、矩形α´の内部で互い交差している。また、切り取られた2つの角部の間にある矩形α´の辺の一部は、上記8角形の一辺を形成している。
図3(d)は、矩形α´の隣り合う2つの角部が2つの曲線A´及びB´により、それぞれ切り取られた外周セル21dの断面形状を示している。曲線A´及びB´は、α´の角部がR面取りされるように線分A及びBを折り曲げた曲線である。切り取られた2つの角部の間にある矩形α´の辺の一部は、外周セル21dの断面形状の輪郭を形成している。
図3(e)は、矩形α´の隣り合う2つの角部が2つの曲線C´及びD´により、それぞれ切り取られた外周セル21eの断面形状を示している。曲線C´及びD´は、矩形α´の角部がR面取りされるように線分C及びDを折り曲げた曲線である。曲線C´と曲線D´とは矩形α´を形成する辺において交差している。なお、曲線C´と曲線D´とは、矩形α´の内部で交差していてもよい。
ハニカム焼成体10では、図3(a)~(e)において矩形α´の角部が切り取られた部分(すなわち、破線と実線で囲まれた部分)には、厚壁領域31bが形成されている。
なお、外周セル21の断面形状は上記形状に限られず、矩形α´から2つの角部が面取りされた別の形状であってもよい。
なお、外周セル21の断面形状は上記形状に限られず、矩形α´から2つの角部が面取りされた別の形状であってもよい。
外周セル21の長手方向に垂直方向の断面形状が上記のような形状であり、厚壁領域31bが形成されていると、ハニカム焼成体10の外周壁32近傍の体積が大きくなる。
そのため、ハニカム焼成体10は、外周壁32近傍の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、ハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、ハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
そのため、ハニカム焼成体10は、外周壁32近傍の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、ハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、ハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
このことは以下のようにも説明できる。
ハニカム焼成体10のSiCが存在している部分とSiCが存在していないセルの空間部分とを含む領域において、ハニカム焼成体10を所定範囲で切り取り、所定範囲に含まれるハニカム焼成体10の重量を、所定範囲の体積で割った値を、「見かけ密度」とすると、ハニカム焼成体10では、ハニカム焼成体10の最外周部12の方が、ハニカム焼成体10の内側部分よりも「見かけ密度」の値が大きくなる。
そのため、ハニカム焼成体10では、ハニカム焼成体10の最外周部12の熱容量が相対的に高い。従って、外部から急激に熱が加えられても最外周部12で熱を受け止めることができ、クラックの発生を防ぐことができる。
また、ハニカム焼成体10の最外周部12の「見かけ密度」が高いと、外枠が機械的に頑丈な構造となるので外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
ハニカム焼成体10のSiCが存在している部分とSiCが存在していないセルの空間部分とを含む領域において、ハニカム焼成体10を所定範囲で切り取り、所定範囲に含まれるハニカム焼成体10の重量を、所定範囲の体積で割った値を、「見かけ密度」とすると、ハニカム焼成体10では、ハニカム焼成体10の最外周部12の方が、ハニカム焼成体10の内側部分よりも「見かけ密度」の値が大きくなる。
そのため、ハニカム焼成体10では、ハニカム焼成体10の最外周部12の熱容量が相対的に高い。従って、外部から急激に熱が加えられても最外周部12で熱を受け止めることができ、クラックの発生を防ぐことができる。
また、ハニカム焼成体10の最外周部12の「見かけ密度」が高いと、外枠が機械的に頑丈な構造となるので外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
ハニカム焼成体10では、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積が、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%である。
通常、セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が小さくなると、圧力損失が大きくなると考えられるが、上記構成のハニカム焼成体10では圧力損失の増加が抑制されている。
その原因を以下に図面を用いて説明する。
図4は、本発明のハニカム焼成体では、外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積よりも小さいにも関わらず、圧力損失の増加が抑制されている原因となる機構を模式的に示す模式図である。
図4に示すように、通常、ハニカム焼成体10の周囲には接着材層14が配置されることになる。排ガスがハニカム焼成体10に流入する際には、接着材層14に衝突する排ガスも生じる。このような排ガスは接着材層14によりせき止められ、流れに対してほぼ垂直方向に進むことになる(図4中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)。このように流れの方向が変更された排ガスは、他の排ガスに押されハニカム焼成体10の最外周部12に配置されている外周セル21又は外周セル21の内側に配置されている内部セル22に流入することになるが、流れの方向が変更された排ガスにもある程度勢いがあるので、外周セル21を飛び越え内部セル22に流入する排ガスも多く発生する。そうすると、外周セル21に流入する排ガスよりも、内部セル22に流入する排ガスの方が多いと考えられる。すなわち、ハニカム焼成体10の最外周部12に配置された外周セル21には、もともと排ガスが流入しにくいので、ハニカム焼成体10の最外周部12に配置された外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積がある程度小さくてもあまり圧力損失に影響しないと考えられる。
このような理由から、ハニカム焼成体10のように、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積が、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であったとしてもガス通過抵抗には殆ど影響しない。そのため、圧力損失が増加しにくいと考えられる。
また、上記面積の割合が60%未満であると、外周セル21の開口部の面積が小さくなり排ガスの流路が狭くなり、排ガスがセル隔壁30を通過する際のガス通過抵抗が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
また、上記面積の割合が80%を超えると、ハニカム焼成体10の最外周部の見かけ密度の値が低くなるので、ハニカム焼成体10の外周壁32が厚くなっていることの効果が得られにくい。
通常、セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が小さくなると、圧力損失が大きくなると考えられるが、上記構成のハニカム焼成体10では圧力損失の増加が抑制されている。
その原因を以下に図面を用いて説明する。
図4は、本発明のハニカム焼成体では、外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積よりも小さいにも関わらず、圧力損失の増加が抑制されている原因となる機構を模式的に示す模式図である。
図4に示すように、通常、ハニカム焼成体10の周囲には接着材層14が配置されることになる。排ガスがハニカム焼成体10に流入する際には、接着材層14に衝突する排ガスも生じる。このような排ガスは接着材層14によりせき止められ、流れに対してほぼ垂直方向に進むことになる(図4中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)。このように流れの方向が変更された排ガスは、他の排ガスに押されハニカム焼成体10の最外周部12に配置されている外周セル21又は外周セル21の内側に配置されている内部セル22に流入することになるが、流れの方向が変更された排ガスにもある程度勢いがあるので、外周セル21を飛び越え内部セル22に流入する排ガスも多く発生する。そうすると、外周セル21に流入する排ガスよりも、内部セル22に流入する排ガスの方が多いと考えられる。すなわち、ハニカム焼成体10の最外周部12に配置された外周セル21には、もともと排ガスが流入しにくいので、ハニカム焼成体10の最外周部12に配置された外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積がある程度小さくてもあまり圧力損失に影響しないと考えられる。
このような理由から、ハニカム焼成体10のように、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積が、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であったとしてもガス通過抵抗には殆ど影響しない。そのため、圧力損失が増加しにくいと考えられる。
また、上記面積の割合が60%未満であると、外周セル21の開口部の面積が小さくなり排ガスの流路が狭くなり、排ガスがセル隔壁30を通過する際のガス通過抵抗が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
また、上記面積の割合が80%を超えると、ハニカム焼成体10の最外周部の見かけ密度の値が低くなるので、ハニカム焼成体10の外周壁32が厚くなっていることの効果が得られにくい。
なお、外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積及び内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積は以下の方法により求めることができる。
まず、ハニカム焼成体10を長手方向に垂直方向に切断する。次に、ハニカム焼成体10の長手方向に垂直方向の断面のSEM画像を撮影する。
撮影したSEM画像を2値化してセル隔壁30、外周壁32等の骨格部分と、外周セル21、内部セル22等の空間部分とを識別する。そして、SEM画像において各セルの空間部分と識別された部分の面積を各セルの面積とする。
また、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積とは、上記方法により求められた全ての内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の平均値のことである。
まず、ハニカム焼成体10を長手方向に垂直方向に切断する。次に、ハニカム焼成体10の長手方向に垂直方向の断面のSEM画像を撮影する。
撮影したSEM画像を2値化してセル隔壁30、外周壁32等の骨格部分と、外周セル21、内部セル22等の空間部分とを識別する。そして、SEM画像において各セルの空間部分と識別された部分の面積を各セルの面積とする。
また、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積とは、上記方法により求められた全ての内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の平均値のことである。
次に、ハニカム焼成体10の角部13に配置される角部セル23の形状について説明する。
角部セル23の長手方向に垂直方向の断面形状は、特に限定されないが、内部セル22の断面形状である矩形αから少なくとも1つの角部が面取りされた形状であることが望ましい。また、矩形αを縮小し、かつ、縮小した矩形α´から少なくとも1つの角部が面取りされた形状であってもよい。角部セル23の形状がこのような形状であると、ハニカム焼成体10の外周壁32近傍の体積が大きくなる。
そのため、ハニカム焼成体10は、外周壁32近傍の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、ハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、ハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
角部セル23の長手方向に垂直方向の断面形状は、特に限定されないが、内部セル22の断面形状である矩形αから少なくとも1つの角部が面取りされた形状であることが望ましい。また、矩形αを縮小し、かつ、縮小した矩形α´から少なくとも1つの角部が面取りされた形状であってもよい。角部セル23の形状がこのような形状であると、ハニカム焼成体10の外周壁32近傍の体積が大きくなる。
そのため、ハニカム焼成体10は、外周壁32近傍の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、ハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、ハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
また、角部セル23の形状は、矩形α又は矩形α´から全ての角部が直線又は曲線で面取りされた形状であってもよく、外周セル21と同様の形状であってもよく、図5(a)~(d)に示す形状であってもよい。
図5(a)~(d)は、本発明のハニカム焼成体における角部セルの長手方向に垂直方向の断面形状の一例を模式的に示す断面図である。
図5(a)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部を除いて、3つの角部が線分I、J及びKによりそれぞれ切り取られた7角形である角部セル23aの断面形状を示している。線分I及びJは直接接しておらず、線分I及びJを延長すると矩形αの外側でこれらが交わることになる。また、線分I及びKは直接接しておらず、線分I及びKを延長すると矩形αの外側でこれらが交わることになる。また、線分Jと線分Kとは並行である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形αの辺の一部は、角部セル23aの断面形状である7角形の一辺をそれぞれ形成している。
図5(b)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部が線分Lにより切り取られた5角形である角部セル23bの断面形状を示している。
図5(c)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部を除いて、3つの角部が曲線I´、J´及びK´によりそれぞれ切り取られた角部セル23cの断面形状を示している。曲線I´、J´及びK´は、矩形αの角部がR面取りされるように線分I、J及びKを折り曲げた曲線である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形αの辺の一部は、角部セル23cの断面形状の輪郭を形成している。
図5(d)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部が曲線L´により切り取られた角部セル23dの断面形状を示している。曲線L´は、矩形αの角部がR面取りされるように線分Lを折り曲げた曲線である。
特に、角部セル23の形状が図5(b)又は図5(d)に示す形状であると、ハニカム焼成体10の構造上、圧縮応力がかかりにくくなる。そのため、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
図5(a)~(d)は、本発明のハニカム焼成体における角部セルの長手方向に垂直方向の断面形状の一例を模式的に示す断面図である。
図5(a)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部を除いて、3つの角部が線分I、J及びKによりそれぞれ切り取られた7角形である角部セル23aの断面形状を示している。線分I及びJは直接接しておらず、線分I及びJを延長すると矩形αの外側でこれらが交わることになる。また、線分I及びKは直接接しておらず、線分I及びKを延長すると矩形αの外側でこれらが交わることになる。また、線分Jと線分Kとは並行である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形αの辺の一部は、角部セル23aの断面形状である7角形の一辺をそれぞれ形成している。
図5(b)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部が線分Lにより切り取られた5角形である角部セル23bの断面形状を示している。
図5(c)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部を除いて、3つの角部が曲線I´、J´及びK´によりそれぞれ切り取られた角部セル23cの断面形状を示している。曲線I´、J´及びK´は、矩形αの角部がR面取りされるように線分I、J及びKを折り曲げた曲線である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形αの辺の一部は、角部セル23cの断面形状の輪郭を形成している。
図5(d)は、矩形αの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部が曲線L´により切り取られた角部セル23dの断面形状を示している。曲線L´は、矩形αの角部がR面取りされるように線分Lを折り曲げた曲線である。
特に、角部セル23の形状が図5(b)又は図5(d)に示す形状であると、ハニカム焼成体10の構造上、圧縮応力がかかりにくくなる。そのため、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
ハニカム焼成体10では、角部セル23の長手方向に垂直方向の断面の面積が、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であることが望ましい。
上記面積の割合が60%未満であると、角部セル23の開口部の面積が小さくなり排ガスの流路が狭くなり、排ガスがセル隔壁30を通過する際のガス通過抵抗が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
また、上記面積の割合が80%を超えると、角部セル23の長手方向に垂直方向の断面の面積が大きいので、ハニカム焼成体10の角部の見かけの密度の値が低くなるので、ハニカム焼成体10の機械的な強度が充分になりにくい。
上記面積の割合が60%未満であると、角部セル23の開口部の面積が小さくなり排ガスの流路が狭くなり、排ガスがセル隔壁30を通過する際のガス通過抵抗が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
また、上記面積の割合が80%を超えると、角部セル23の長手方向に垂直方向の断面の面積が大きいので、ハニカム焼成体10の角部の見かけの密度の値が低くなるので、ハニカム焼成体10の機械的な強度が充分になりにくい。
ハニカム焼成体10には、排ガスを浄化するための触媒を担持させてもよく、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く、この中では、白金がより望ましい。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。
これら触媒が担持されていると、PMを燃焼除去しやすくなり、有毒な排ガスの浄化も可能になる。
これら触媒が担持されていると、PMを燃焼除去しやすくなり、有毒な排ガスの浄化も可能になる。
次に、本発明のハニカムフィルタについて図面を参照しながら説明する。
図6は、本発明のハニカムフィルタの一例を模式的に示す斜視図である。
図6に示すように、本発明のハニカムフィルタの一例であるハニカムフィルタ1は、複数のハニカム焼成体10が接着材層14を介して接着されることにより形成されている円柱状のハニカムフィルタである。
図6は、本発明のハニカムフィルタの一例を模式的に示す斜視図である。
図6に示すように、本発明のハニカムフィルタの一例であるハニカムフィルタ1は、複数のハニカム焼成体10が接着材層14を介して接着されることにより形成されている円柱状のハニカムフィルタである。
ハニカムフィルタ1は上記効果を奏するハニカム焼成体10により構成されるので、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。
ハニカムフィルタ1では、接着材層14は、無機バインダと無機粒子とを含む接着材ペーストを塗布、乾燥させたものである。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。
ハニカムフィルタ1の外周には、必要に応じて排ガスの漏れを防止するための外周コート層15が形成されていてもよい。外周コート層15の材料は、接着材ペーストの材料と同じであることが望ましい。
ハニカムフィルタ1は、ガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために用いられるハニカムフィルタであることが望ましい。
上記の通り、ハニカムフィルタ1は、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。そのため、ハニカムフィルタ1は、ガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために好適に用いることができる。
上記の通り、ハニカムフィルタ1は、PMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低く、強度が充分に強く、熱容量の低下が抑制されている。そのため、ハニカムフィルタ1は、ガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために好適に用いることができる。
このようなハニカムフィルタ1が用いられた排ガス浄化装置について図面を用いて説明する。
図7は、本発明のハニカムフィルタが設置された排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
図7に示す排ガス浄化装置50は、ハニカムフィルタ1と、ハニカムフィルタ1の外方を覆う金属ケーシング51と、ハニカムフィルタ1と金属ケーシング51との間に配置された保持シール材52とから構成されており、金属ケーシング51の排ガスが導入される側の端部には、エンジン等の内燃機関に連結された導入管53が接続されており、金属ケーシング51の他端部には、外部に連結された排出管54が接続されている。
図7は、本発明のハニカムフィルタが設置された排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
図7に示す排ガス浄化装置50は、ハニカムフィルタ1と、ハニカムフィルタ1の外方を覆う金属ケーシング51と、ハニカムフィルタ1と金属ケーシング51との間に配置された保持シール材52とから構成されており、金属ケーシング51の排ガスが導入される側の端部には、エンジン等の内燃機関に連結された導入管53が接続されており、金属ケーシング51の他端部には、外部に連結された排出管54が接続されている。
内燃機関から排出され、排ガス浄化装置50に流入した排ガス(図7中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)は、ハニカムフィルタ1を構成するハニカム焼成体10に到達し、ハニカム焼成体10により浄化される。排ガスがハニカム焼成体10により浄化される機構は既に述べているのでここでの説明は省略する。浄化された排ガスは、ハニカム焼成体10から流出し外部に排出される。
排ガス浄化装置50において、保持シール材52は、無機繊維からなるマットであることが望ましく、そのマットは、ニードリング処理を施して得られるニードルマットであることが望ましい。
また、無機繊維としてはアルミナ繊維、アルミナ-シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維を用いることができる。
なお、ニードリング処理とは、ニードル等の繊維交絡手段を素地マットに対して抜き差しすることをいう。保持シール材52では、比較的平均繊維長の長い無機繊維がニードリング処理により3次元的に交絡していることが望ましい。
また、無機繊維としてはアルミナ繊維、アルミナ-シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維を用いることができる。
なお、ニードリング処理とは、ニードル等の繊維交絡手段を素地マットに対して抜き差しすることをいう。保持シール材52では、比較的平均繊維長の長い無機繊維がニードリング処理により3次元的に交絡していることが望ましい。
なお、交絡構造を呈するために、無機繊維はある程度の平均繊維長を有しており、例えば、無機繊維の平均繊維長は、50μm~100mm程度であることが望ましい。
保持シール材52を構成するマットの無機繊維の平均繊維径は、1~20μmであることが望ましく、3~10μmであることがより望ましい。
無機繊維の平均繊維径が1~20μmであると、無機繊維の強度及び柔軟性が充分に高くなり、保持シール材52のせん断強度を向上させることができる。
無機繊維の平均繊維径が1μm未満であると、無機繊維が細く切れやすいので、無機繊維の引っ張り強度が不充分となる。一方、無機繊維の平均繊維径が20μmを超えると、無機繊維が曲がりにくいため、柔軟性が不充分となる。
無機繊維の平均繊維径が1~20μmであると、無機繊維の強度及び柔軟性が充分に高くなり、保持シール材52のせん断強度を向上させることができる。
無機繊維の平均繊維径が1μm未満であると、無機繊維が細く切れやすいので、無機繊維の引っ張り強度が不充分となる。一方、無機繊維の平均繊維径が20μmを超えると、無機繊維が曲がりにくいため、柔軟性が不充分となる。
保持シール材52を構成するマットの目付量(単位面積あたりの重量)は、特に限定されないが、200~4000g/m2であることが望ましく、1000~3000g/m2であることがより望ましい。マットの目付量が200g/m2未満であると、保持力が充分ではなく、このようなマットにより構成される保持シール材52を用いて排ガス浄化装置50を製造する場合、ハニカムフィルタ1が脱落しやすくなる。
また、マットの目付量が4000g/m2を超えると、マットの嵩が低くなりにくい。
また、マットの目付量が4000g/m2を超えると、マットの嵩が低くなりにくい。
また、保持シール材52を構成するマットの嵩密度(巻き付ける前の保持シール材の嵩密度)については、特に限定されないが、0.10~0.30g/cm3であることが望ましい。マットの嵩密度が0.10g/cm3未満であると、無機繊維の絡み合いが弱く、無機繊維が剥離しやすいため、マットの形状を所定の形状に保ちにくくなる。
また、各マットの嵩密度が0.30g/cm3を超えると、保持シール材52を構成するマットが硬くなり、保持シール材52のハニカムフィルタ1への巻き付け性が低下し、保持シール材52が割れやすくなる。
また、各マットの嵩密度が0.30g/cm3を超えると、保持シール材52を構成するマットが硬くなり、保持シール材52のハニカムフィルタ1への巻き付け性が低下し、保持シール材52が割れやすくなる。
保持シール材52を構成するマットには、嵩高さを抑えたり、排ガス浄化装置50の組み立て前の作業性を高めたりするために、さらに有機バインダ等のバインダが含まれていてもよい。
また、保持シール材52を構成するマットの厚さは1.5~15mmであることが望ましい。
また、保持シール材52を構成するマットの厚さは1.5~15mmであることが望ましい。
排ガス浄化装置50において、金属ケーシング51は、主にステンレス等の金属からなることが望ましい。
次に、本発明のハニカム焼成体の製造方法の一例を説明する。
本発明のハニカム焼成体の製造方法は、セラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形することによりセルを区画形成するセル隔壁を備えたハニカム成形体を作製する押出成形工程と、上記セルの一方の端部を封止する封止工程と、上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含む、上記本発明のハニカム焼成体を製造する方法であって、上記押出成形工程で用いる上記押出成形用金型は、第一の面と、上記第一の面の反対側に形成された第二の面と、上記第一の面から上記第二の面に向かって形成された第一貫通孔を有するセラミック原料供給部と、上記第二の面から上記第一の面に向かって、上記第一貫通孔と連通するように形成された第二貫通孔を有する成形部とを備える押出成形用金型であり、上記第二の面から見た上記第二貫通孔の形状は、上記ハニカム成形体の外周壁を成形するための最外周スリットと、上記ハニカム成形体の最外周部に配置された外周セル同士の間の外周セル間セル隔壁を成形するための外周スリットと、上記外周セルより内側に配置された内部セル同士の間の内部セル間セル隔壁を成形するための内部スリットとから構成された格子形状であり、上記第二の面には、上記内部スリットを形成するための内部格子が配置され、かつ、上記内部スリットの外側に配置され、上記外周スリットを形成するための外周格子が配置されており、上記第二の面から見た、上記内部格子の形状は、同一の矩形であり、上記第二の面から見た、上記外周格子の形状は、上記内部格子の形状を縮小し、その縮小した形状から2つの角部が面取りされた形状であり、かつ、上記面取りされた角部が上記最外周スリット側に配置されており、上記第二の面から見た上記外周格子の面積が、上記内部格子の各面積の60~80%であり、上記外部スリットの最小のスリット幅は、上記内部スリットのスリット幅よりも広いことを特徴とする。
本発明のハニカム焼成体の製造方法は、セラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形することによりセルを区画形成するセル隔壁を備えたハニカム成形体を作製する押出成形工程と、上記セルの一方の端部を封止する封止工程と、上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含む、上記本発明のハニカム焼成体を製造する方法であって、上記押出成形工程で用いる上記押出成形用金型は、第一の面と、上記第一の面の反対側に形成された第二の面と、上記第一の面から上記第二の面に向かって形成された第一貫通孔を有するセラミック原料供給部と、上記第二の面から上記第一の面に向かって、上記第一貫通孔と連通するように形成された第二貫通孔を有する成形部とを備える押出成形用金型であり、上記第二の面から見た上記第二貫通孔の形状は、上記ハニカム成形体の外周壁を成形するための最外周スリットと、上記ハニカム成形体の最外周部に配置された外周セル同士の間の外周セル間セル隔壁を成形するための外周スリットと、上記外周セルより内側に配置された内部セル同士の間の内部セル間セル隔壁を成形するための内部スリットとから構成された格子形状であり、上記第二の面には、上記内部スリットを形成するための内部格子が配置され、かつ、上記内部スリットの外側に配置され、上記外周スリットを形成するための外周格子が配置されており、上記第二の面から見た、上記内部格子の形状は、同一の矩形であり、上記第二の面から見た、上記外周格子の形状は、上記内部格子の形状を縮小し、その縮小した形状から2つの角部が面取りされた形状であり、かつ、上記面取りされた角部が上記最外周スリット側に配置されており、上記第二の面から見た上記外周格子の面積が、上記内部格子の各面積の60~80%であり、上記外部スリットの最小のスリット幅は、上記内部スリットのスリット幅よりも広いことを特徴とする。
(1-1)セラミック原料準備工程
まず、ハニカム焼成体10の原料となるセラミック原料を準備する。セラミック原料は炭化ケイ素粉末と、有機バインダと、可塑剤と、潤滑剤と、水とを混合することにより準備することができる。
上記セラミック原料には、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材を添加してもよい。
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。
まず、ハニカム焼成体10の原料となるセラミック原料を準備する。セラミック原料は炭化ケイ素粉末と、有機バインダと、可塑剤と、潤滑剤と、水とを混合することにより準備することができる。
上記セラミック原料には、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材を添加してもよい。
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。
(1-2)押出成形工程
次に、準備したセラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形することによりセルを区画形成するセル隔壁を備えたハニカム成形体を作製する。
次に、準備したセラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形することによりセルを区画形成するセル隔壁を備えたハニカム成形体を作製する。
この押出成形工程において用いる押出成形用金型について説明する。
図8は、本発明のハニカム焼成体の製造方法において用いる押出成形用金型の一例を模式的に示す断面図である。
図8に示す断面図は、セラミック原料を押し出す方向に平行な方向における押出成形用金型の断面図である。図8中、セラミック原料を押し出す方向を矢印aで示す。
図8は、本発明のハニカム焼成体の製造方法において用いる押出成形用金型の一例を模式的に示す断面図である。
図8に示す断面図は、セラミック原料を押し出す方向に平行な方向における押出成形用金型の断面図である。図8中、セラミック原料を押し出す方向を矢印aで示す。
図8に示すように、押出成形用金型100は、第一の面110aと、第一の面110aの反対側に形成された第二の面110bと、第一の面110aから第二の面110bに向かって形成された第一貫通孔111aを有するセラミック原料供給部150と、第二の面110bから第一の面110aに向かって、第一貫通孔111aと連通するように形成された第二貫通孔111bを有する成形部160とを備える。
ここで、セラミック原料供給部150には、セラミック原料を供給し、通過させるために、第一貫通孔111aが形成されている。また、成形部160には、セラミック原料供給部150を通過した成形セラミック原料をハニカム成形体の形状に成形するために、第二貫通孔111bが形成されている。
なお、押出成形用金型100を固定するため、押出成形用金型100の周囲に形成された外枠170は、必要に応じて備えられていればよい。
ここで、セラミック原料供給部150には、セラミック原料を供給し、通過させるために、第一貫通孔111aが形成されている。また、成形部160には、セラミック原料供給部150を通過した成形セラミック原料をハニカム成形体の形状に成形するために、第二貫通孔111bが形成されている。
なお、押出成形用金型100を固定するため、押出成形用金型100の周囲に形成された外枠170は、必要に応じて備えられていればよい。
セラミック原料供給部150の厚さは、5~10mmであることが望ましい。セラミック原料供給部150の厚さが5~10mmであると、成形圧力を適切な範囲に維持することができ、押出成形用金型の寿命が長くなる。
セラミック原料供給部150の厚さが5mm未満であると、セラミック原料供給部150の厚さが薄くなりすぎるため、成形部160への負荷が大きくなり、押出成形用金型の寿命が短くなる場合がある。一方、セラミック原料供給部150の厚さが10mmを超えると、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げることが困難となる場合がある。無理に成形速度を上げようとすると、押出成形用金型100への負担が大きくなり、種々の不都合が発生しやすくなる場合がある。
セラミック原料供給部150の厚さが5mm未満であると、セラミック原料供給部150の厚さが薄くなりすぎるため、成形部160への負荷が大きくなり、押出成形用金型の寿命が短くなる場合がある。一方、セラミック原料供給部150の厚さが10mmを超えると、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げることが困難となる場合がある。無理に成形速度を上げようとすると、押出成形用金型100への負担が大きくなり、種々の不都合が発生しやすくなる場合がある。
成形部160の厚さは、1~4mmであることが望ましい。成形部160の厚さが1~4mmであると、成形圧力を適切な範囲に維持することができ、成形体の形状をほぼ設定通りとすることができる。
成形部160の厚さが1mm未満であると、成形部160の厚さが薄くなりすぎるため、成形体の形状をほぼ設定通りとすることが困難となり、不良品が発生し易くなる場合がある。一方、成形部160の厚さが4mmを超えると、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げるのが困難となる場合がある。無理に成形速度を上げようとすると、押出成形用金型100への負担が大きくなり、種々の不都合が発生し易くなる場合がある。
成形部160の厚さが1mm未満であると、成形部160の厚さが薄くなりすぎるため、成形体の形状をほぼ設定通りとすることが困難となり、不良品が発生し易くなる場合がある。一方、成形部160の厚さが4mmを超えると、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げるのが困難となる場合がある。無理に成形速度を上げようとすると、押出成形用金型100への負担が大きくなり、種々の不都合が発生し易くなる場合がある。
セラミック原料供給部150の厚さに対する成形部160の厚さ(セラミック原料供給部150の厚さ/成形部160の厚さ)は、2~8であることが望ましく、2~6であることがより望ましい。セラミック原料供給部150の厚さに対する成形部160の厚さが上記範囲内であると、成形圧力を適切な範囲に維持することができ、成形体の形状をほぼ設定通りとすることができる。また、押出成形用金型の寿命を長く保つことができる。
セラミック原料供給部150の厚さに対する成形部160の厚さが2未満であると、成形部160の厚さが小さすぎて(薄すぎて)、成形体の形状が設計から外れる場合がある。また、セラミック原料供給部150の厚さが大きすぎて(厚すぎて)、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げることが困難となる場合がある。
セラミック原料供給部150の厚さに対する成形部160の厚さが8を超えると、成形部160の厚さが大きすぎて(厚すぎて)、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げることが困難となる場合がある。また、セラミック原料供給部150の厚さが小さすぎて(薄すぎて)、成形部160への負荷が大きくなり、押出成形用金型の寿命が短くなる場合がある。
セラミック原料供給部150の厚さに対する成形部160の厚さが2未満であると、成形部160の厚さが小さすぎて(薄すぎて)、成形体の形状が設計から外れる場合がある。また、セラミック原料供給部150の厚さが大きすぎて(厚すぎて)、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げることが困難となる場合がある。
セラミック原料供給部150の厚さに対する成形部160の厚さが8を超えると、成形部160の厚さが大きすぎて(厚すぎて)、成形圧力を高く設定しなければならず、成形速度を上げることが困難となる場合がある。また、セラミック原料供給部150の厚さが小さすぎて(薄すぎて)、成形部160への負荷が大きくなり、押出成形用金型の寿命が短くなる場合がある。
次に、押出成形用金型100の各スリットについて説明する。
図9(a)は、図8に示す押出成形用金型を第二の面から見たときの平面図であり、図9(b)は、9(a)の破線部の拡大図である。
第二の面110bから見た第二貫通孔111bの形状は、ハニカム成形体の外周壁32を成形するための最外周スリット132と、ハニカム成形体の最外周部12に配置された外周セル21同士の間の外周セル間セル隔壁31を成形するための外周スリット131と、外周セル21より内側に配置された内部セル22同士の間の内部セル間セル隔壁33を成形するための内部スリット133とから構成された格子形状である。
図9(a)は、図8に示す押出成形用金型を第二の面から見たときの平面図であり、図9(b)は、9(a)の破線部の拡大図である。
第二の面110bから見た第二貫通孔111bの形状は、ハニカム成形体の外周壁32を成形するための最外周スリット132と、ハニカム成形体の最外周部12に配置された外周セル21同士の間の外周セル間セル隔壁31を成形するための外周スリット131と、外周セル21より内側に配置された内部セル22同士の間の内部セル間セル隔壁33を成形するための内部スリット133とから構成された格子形状である。
ここで、最外周スリット132、外周スリット131及び内部スリット133について、図9(a)及び(b)を用いて詳しく説明する。
最外周スリット132は、ハニカム成形体の外周壁32を成形するためのスリットである。すなわち、図9(b)に示すように、押出成形用金型100の断面において、外部格子121及び角部格子123を形成する辺のうち、最も押出成形用金型100の外方側に位置する辺の部分を繋いで形成される線の外側のスリットが、最外周スリット132である。
外周スリット131は、ハニカム成形体の最外周部12に配置された外周セル間セル隔壁31を成形するためのスリットである。
すなわち、図9(b)に示すように、隣り合う外部格子121同士の間、又は、隣り合う外部格子121及び角部格子123の間にあるスリットが、外周スリット131である。また、外周スリット131は、押出成形用金型100の内方から外方にかけてスリット幅が一定である等幅領域131aと、スリット幅が徐々に拡大する拡大領域131bとを有している。外周スリット131では、等幅領域131aのスリット幅が、最小の外周スリット131のスリット幅S1となる。
すなわち、図9(b)に示すように、隣り合う外部格子121同士の間、又は、隣り合う外部格子121及び角部格子123の間にあるスリットが、外周スリット131である。また、外周スリット131は、押出成形用金型100の内方から外方にかけてスリット幅が一定である等幅領域131aと、スリット幅が徐々に拡大する拡大領域131bとを有している。外周スリット131では、等幅領域131aのスリット幅が、最小の外周スリット131のスリット幅S1となる。
内部スリット133は、外周セル21より内側に配置された内部セル間セル隔壁33を成形するためのスリットである。すなわち、図9(b)に示すように、外部格子121より内側に配置されたすべてのスリットが、内部スリット133である。例えば、内部格子122と隣り合う内部格子122との間に配置されたスリットは、内部スリット133である。また、内部格子122と隣り合う外部格子121との間に配置されたスリットも、内部スリット133である。なお、内部スリット133のスリット幅S2は一定である。
押出成形用金型100では、外周スリット131の最小のスリット幅S1は、内部スリット133のスリット幅S2よりも広い。
通常、スリット幅が一定でない押出成形用金型にセラミック原料が流れ込むと、スリット幅が広い部分ではセラミック原料の排出速度が速くなり、スリット幅が狭い部分ではセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにスリットに流れるセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ、成形されるセル隔壁が切れる原因となる。
例えば、外周スリット131において、等幅領域131aのスリット幅が、内部スリット133のスリット幅S2と同じ幅であり、最外周スリット132側に向かう途中で、拡大領域131bが形成されている押出成形用金型を用いてハニカム成形体を製造する場合には、拡大領域131bを流れるセラミック原料の排出速度が速すぎ、等幅領域131a及び内部スリット133を流れるセラミック原料を引っ張り形成されるセル隔壁30が切れやすくなる。
しかしながら、押出成形用金型100では、外周スリット131の最小のスリット幅S1が、内部スリット133のスリット幅S2よりも広い。そのため、拡大領域131bを流れるセラミック原料の排出速度と、等幅領域131a及び内部スリット133とを流れるセラミック原料の排出速度との違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じることを防ぐことができる。
なお、外周スリット131の最小のスリット幅S1は、内部スリット133のスリット幅S2の1.5~3倍であることが望ましい。
通常、スリット幅が一定でない押出成形用金型にセラミック原料が流れ込むと、スリット幅が広い部分ではセラミック原料の排出速度が速くなり、スリット幅が狭い部分ではセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにスリットに流れるセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ、成形されるセル隔壁が切れる原因となる。
例えば、外周スリット131において、等幅領域131aのスリット幅が、内部スリット133のスリット幅S2と同じ幅であり、最外周スリット132側に向かう途中で、拡大領域131bが形成されている押出成形用金型を用いてハニカム成形体を製造する場合には、拡大領域131bを流れるセラミック原料の排出速度が速すぎ、等幅領域131a及び内部スリット133を流れるセラミック原料を引っ張り形成されるセル隔壁30が切れやすくなる。
しかしながら、押出成形用金型100では、外周スリット131の最小のスリット幅S1が、内部スリット133のスリット幅S2よりも広い。そのため、拡大領域131bを流れるセラミック原料の排出速度と、等幅領域131a及び内部スリット133とを流れるセラミック原料の排出速度との違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じることを防ぐことができる。
なお、外周スリット131の最小のスリット幅S1は、内部スリット133のスリット幅S2の1.5~3倍であることが望ましい。
押出成形用金型100の外周スリット131の最小のスリット幅S1は、0.100~0.300mmであることが望ましい。
外周スリット131の最小のスリット幅S1が0.100mm未満であると、セラミック原料の排出速度に違いが生じやすく、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じやすい。
外周スリット131の最小のスリット幅S1が0.300mmを超えると、成形される外周セル間セル隔壁31が厚くなりすぎるので、製造されたハニカム焼成体において排ガスが外周セル間セル隔壁31を通過する際の抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなる。
外周スリット131の最小のスリット幅S1が0.100mm未満であると、セラミック原料の排出速度に違いが生じやすく、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じやすい。
外周スリット131の最小のスリット幅S1が0.300mmを超えると、成形される外周セル間セル隔壁31が厚くなりすぎるので、製造されたハニカム焼成体において排ガスが外周セル間セル隔壁31を通過する際の抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなる。
押出成形用金型100の内部スリット133のスリット幅S2は、0.210mm以下であることが望ましい。
このような押出成形用金型100を用いると、内部セル間セル隔壁33の厚さが0.210mm以下のハニカム焼成体10を製造することができる。
そのため、製造されたハニカム焼成体10は、セル隔壁30の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
押出成形用金型100の内部スリット133のスリット幅S2が0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁33の厚さが0.210mmを超えるハニカム焼成体10が製造される。このようなハニカム焼成体10は内部セル間セル隔壁33の厚さが厚すぎるので、排ガスがセル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
このような押出成形用金型100を用いると、内部セル間セル隔壁33の厚さが0.210mm以下のハニカム焼成体10を製造することができる。
そのため、製造されたハニカム焼成体10は、セル隔壁30の厚さが充分に薄いのでPMが堆積していない初期の状態での圧力損失が充分に低くなる。また、PMが堆積した際も圧力損失の上昇を抑えることができる。
押出成形用金型100の内部スリット133のスリット幅S2が0.210mmを超えると、内部セル間セル隔壁33の厚さが0.210mmを超えるハニカム焼成体10が製造される。このようなハニカム焼成体10は内部セル間セル隔壁33の厚さが厚すぎるので、排ガスがセル隔壁を通過する際の抵抗が大きくなり、その結果圧力損失が大きくなる。
押出成形用金型100の最外周スリット132の最小のスリット幅S3は、内部スリット133のスリット幅S2の1.5~3倍の値であることが望ましく、2~3倍の値であることがより望ましい。例えば、最外周スリット132の最小のスリット幅S3は、0.113~0.480mmであることが望ましい。
このような押出成形用金型100を用いて製造されたハニカム焼成体10では、外周壁32が充分な厚さを有している。そのため、外枠が機械的に頑丈な構造となり外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、ハニカム焼成体10の外周壁32が厚いので、熱容量の低下を抑制することができる。
このような押出成形用金型100を用いて製造されたハニカム焼成体10では、外周壁32が充分な厚さを有している。そのため、外枠が機械的に頑丈な構造となり外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、ハニカム焼成体10の外周壁32が厚いので、熱容量の低下を抑制することができる。
次に、押出成形用金型100の内部格子122及び外部格子121について説明する。
図9(a)に示すように、第二の面110bには、内部スリット133を形成するための内部格子122が配置され、かつ、内部スリット133の外側に配置され、外周スリット131を形成するための外部格子121が配置されている。なお、第二の面110bの角部113には、角部格子123が配置されている。また、本明細書において「外部格子」に「角部格子」は含まれない。
図9(a)に示すように、第二の面110bには、内部スリット133を形成するための内部格子122が配置され、かつ、内部スリット133の外側に配置され、外周スリット131を形成するための外部格子121が配置されている。なお、第二の面110bの角部113には、角部格子123が配置されている。また、本明細書において「外部格子」に「角部格子」は含まれない。
図9(a)に示すように、第二の面110bから見た、内部格子122の形状は、同一の矩形βである。
押出成形用金型100において、矩形βは正方形であることが望ましく、一辺が0.5~2.0mmである正方形であることがより望ましい。
押出成形用金型100において、矩形βは正方形であることが望ましく、一辺が0.5~2.0mmである正方形であることがより望ましい。
また、図9(a)に示すように、第二の面110bから見た、外部格子121の形状は、内部格子122の形状を縮小し、その縮小した形状である矩形β´から2つの角部が面取りされた形状である。さらに、面取りされた角部は最外周スリット132側に配置されている。
また、矩形β´は、矩形βを等倍縮小した形状であってもよく、高さ方向又は幅方向に縮小した形状であってもよい。この場合、矩形β´の面積は矩形βの60~80%であることが望ましい。
また、矩形β´は、矩形βを等倍縮小した形状であってもよく、高さ方向又は幅方向に縮小した形状であってもよい。この場合、矩形β´の面積は矩形βの60~80%であることが望ましい。
第二の面110bから見た、外部格子121の形状は、図10(a)~(e)に示すような形状であってもよい。
図10(a)~(e)は、本発明のハニカム焼成体の製造方法において用いる押出成形用金型の第二の面から見た外周格子の形状の一例を模式的に示す平面図である。ここで、図10(a)~(e)中に示す破線は、内部格子122の形状である矩形βを示す。
図10(a)~(e)は、本発明のハニカム焼成体の製造方法において用いる押出成形用金型の第二の面から見た外周格子の形状の一例を模式的に示す平面図である。ここで、図10(a)~(e)中に示す破線は、内部格子122の形状である矩形βを示す。
図10(a)は、矩形βを幅方向に0.8倍した矩形β´の隣り合う2つの角部が2つの線分M及びNにより、それぞれ切り取られた6角形である外部格子121aの形状を示している。線分M及びNは直接接しておらず、線分M及びNを延長すると矩形β´の外側でこれらが交わることになる。また、切り取られた2つの角部の間にある矩形β´の辺の一部は、上記6角形の一辺を形成している。
図10(b)は、矩形β´の隣り合う2つの角部が2つの線分O及びPにより、それぞれ切り取られた5角形である外部格子121bの形状を示している。線分Oと線分Pとはβ´を形成する辺において交差している。なお、線分Oと線分Pとは矩形β´の内部で交差していてもよい。すなわち、切り取られる2つの角部の間には、上記5角形を構成する辺が存在していない。
図10(c)は、矩形β´の隣り合う2つの角部のうち一方の角部が線分Q及びRにより切り取られ、もう一方の角部が線分S及びTにより切り取られた8角形である外部格子121cの断面形状を示している。線分Qと線分Rとは、矩形β´の内部で互い交差している。さらに、線分Sと線分Tとも、矩形β´の内部で互い交差している。また、切り取られた2つの角部の間にある矩形β´の辺の一部は、上記8角形の一辺を形成している。
図10(d)は、矩形β´の隣り合う2つの角部が2つの曲線M´及びN´により、それぞれ切り取られた外部格子121dの断面形状を示している。曲線M´及びN´は、β´の角部がR面取りされるように線分M及びNを折り曲げた曲線である。切り取られた2つの角部の間にある矩形β´の辺の一部は、外部格子121dの断面形状の輪郭を形成している。
図10(e)は、矩形β´の隣り合う2つの角部が2つの曲線O´及びP´により、それぞれ切り取られた外部格子121eの断面形状を示している。曲線O´及びP´は、矩形β´の角部がR面取りされるように線分O及びPを折り曲げた曲線である。曲線O´と曲線P´とは矩形β´を形成する辺において交差している。なお、曲線O´と曲線P´とは、矩形β´の内部で交差していてもよい。
押出成形用金型100の外部格子121及び内部格子122が上記形状であると、厚壁領域31bが形成されたハニカム焼成体10を製造することができる。すなわち、製造されたハニカム焼成体10の外周壁32近傍の体積を充分に大きくすることができる。そのため、製造されたハニカム焼成体10の外枠が機械的に頑丈な構造となり、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、製造されたハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、製造されたハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
また、押出成形用金型100の第二の面110bから見た外部格子121の面積は、内部格子122の各面積の60~80%である。
押出成形用金型100の第二の面110bから見た外部格子121の面積と、内部格子122の面積との関係が上記範囲内であると、製造されたハニカム焼成体の外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積を、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%とすることができる。このようなハニカム焼成体10は、上記ハニカム焼成体10の説明で述べたように圧力損失の増加が抑制されている。
押出成形用金型100の第二の面110bから見た外部格子121の面積と、内部格子122の面積との関係が上記範囲内であると、製造されたハニカム焼成体の外周セル21の長手方向に垂直方向の断面の面積を、内部セル22の長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%とすることができる。このようなハニカム焼成体10は、上記ハニカム焼成体10の説明で述べたように圧力損失の増加が抑制されている。
次に、角部格子123について説明する。
押出成形用金型100の第二の面110bから見た角部格子123の形状は、特に限定されないが、内部格子122の形状である矩形βから少なくとも1つの角部が面取りされた形状であることが望ましい。また、矩形βを縮小し、かつ、縮小した矩形β´から少なくとも1つの角部が面取りされた形状であってもよい。角部格子123の形状がこのような形状であると、製造されたハニカム焼成体10の外周壁32近傍の体積を大きくすることができる。
そのため、製造されたハニカム焼成体10は、外周壁32近傍の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、製造されたハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、製造されたハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
押出成形用金型100の第二の面110bから見た角部格子123の形状は、特に限定されないが、内部格子122の形状である矩形βから少なくとも1つの角部が面取りされた形状であることが望ましい。また、矩形βを縮小し、かつ、縮小した矩形β´から少なくとも1つの角部が面取りされた形状であってもよい。角部格子123の形状がこのような形状であると、製造されたハニカム焼成体10の外周壁32近傍の体積を大きくすることができる。
そのため、製造されたハニカム焼成体10は、外周壁32近傍の体積が充分に大きいので、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。また、外周壁32近傍の体積が大きいので、製造されたハニカム焼成体10では熱容量の低下を抑制することができる。そのため、製造されたハニカム焼成体10が急激に加熱されたとしても外周壁32により熱を受け止めることができ、クラックの発生を抑制できる。
また、押出成形用金型100の第二の面110bから見た角部格子123の形状は、矩形β又は矩形β´から全ての角部が直線又は曲線で面取りされた形状であってもよく、外部格子121と同様の形状であってもよく、図11(a)~(d)に示す形状であってもよい。
図11(a)~(d)は、本発明のハニカム焼成体の製造方法において用いる押出成形用金型の第二の面から見た角部格子の形状の一例を模式的に示す平面図である。
図11(a)は、矩形βの角部のうち最も第二の面110bの内側になる角部を除いて、3つの角部が線分U、V及びWによりそれぞれ切り取られた7角形である角部格子123aの形状を示している。線分U及びVは直接接しておらず、線分U及びVを延長すると矩形βの外側でこれらが交わることになる。また、線分U及びWは直接接しておらず、線分U及びWを延長すると矩形βの外側でこれらが交わることになる。また、線分Vと線分Wとは並行である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形βの辺の一部は、角部格子123aの形状である7角形の一辺をそれぞれ形成している。
図11(b)は、矩形βの角部のうち最も第二の面110bの内側になる角部が線分Xにより切り取られた5角形である角部格子123bの断面形状を示している。
図11(c)は、矩形βの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部を除いて、3つの角部が曲線U´、V´及びW´によりそれぞれ切り取られた角部格子123cの形状を示している。曲線U´、V´及びW´は、矩形βの角部がR面取りされるように線分U、V及びWを折り曲げた曲線である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形βの辺の一部は、角部格子123cの断面形状の輪郭を形成している。
図11(d)は、矩形βの角部のうち最も第二の面110bの内側になる角部が曲線X´により切り取られた角部格子123dの形状を示している。曲線X´は、矩形βの角部がR面取りされるように線分Xを折り曲げた曲線である。
特に、角部格子123の形状が図11(b)又は図11(d)に示す形状であると、製造されたハニカム焼成体10の構造上、圧縮応力がかかりにくくなる。そのため、製造されたハニカム焼成体10は、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
図11(a)~(d)は、本発明のハニカム焼成体の製造方法において用いる押出成形用金型の第二の面から見た角部格子の形状の一例を模式的に示す平面図である。
図11(a)は、矩形βの角部のうち最も第二の面110bの内側になる角部を除いて、3つの角部が線分U、V及びWによりそれぞれ切り取られた7角形である角部格子123aの形状を示している。線分U及びVは直接接しておらず、線分U及びVを延長すると矩形βの外側でこれらが交わることになる。また、線分U及びWは直接接しておらず、線分U及びWを延長すると矩形βの外側でこれらが交わることになる。また、線分Vと線分Wとは並行である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形βの辺の一部は、角部格子123aの形状である7角形の一辺をそれぞれ形成している。
図11(b)は、矩形βの角部のうち最も第二の面110bの内側になる角部が線分Xにより切り取られた5角形である角部格子123bの断面形状を示している。
図11(c)は、矩形βの角部のうち最もハニカム焼成体10の内側になる角部を除いて、3つの角部が曲線U´、V´及びW´によりそれぞれ切り取られた角部格子123cの形状を示している。曲線U´、V´及びW´は、矩形βの角部がR面取りされるように線分U、V及びWを折り曲げた曲線である。切り取られた3つの角部の間にそれぞれある矩形βの辺の一部は、角部格子123cの断面形状の輪郭を形成している。
図11(d)は、矩形βの角部のうち最も第二の面110bの内側になる角部が曲線X´により切り取られた角部格子123dの形状を示している。曲線X´は、矩形βの角部がR面取りされるように線分Xを折り曲げた曲線である。
特に、角部格子123の形状が図11(b)又は図11(d)に示す形状であると、製造されたハニカム焼成体10の構造上、圧縮応力がかかりにくくなる。そのため、製造されたハニカム焼成体10は、外部からの衝撃等に対し充分に高い強度を有する。
図9(b)に示すように押出成形用金型100において、外周スリット131の内壁面には原料通過抑制面135が形成されていることが望ましい。
ここで、原料通過抑制面とは、原料が通過しにくくなるよう、表面を加工した面のことをいう。
ここで、原料通過抑制面とは、原料が通過しにくくなるよう、表面を加工した面のことをいう。
ハニカム焼成体10の製造方法で用いる押出成形用金型100は、内部スリット133のスリット幅S2が、外周スリット131の最小のスリット幅S1よりも狭い。そのため、内部スリット133を流れるセラミック原料は、外周スリット131を流れるセラミック原料よりもセラミック原料の排出速度が遅くなる。このようにセラミック原料の排出速度に違いが生じると、排出速度の速いセラミック原料に排出速度の遅いセラミック原料が引っ張られ成形されるセル隔壁30が切れる原因となる。
しかし、押出成形用金型100の外周スリット131の内壁面に原料通過抑制面135が形成されていると、原料通過抑制面135が抵抗となり、外周スリット131からセラミック原料が排出されにくくなる。その結果、外周スリット131から押し出されるセラミック原料の排出速度が遅くなり、外周スリット131及び内部スリット133から押し出されるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じることを防ぐことができる。
なお、内部スリット133のスリット幅S2が最外周スリット132の最小のスリット幅S3よりも狭い場合には、最外周スリット132の内壁面に原料通過抑制面135が形成されていてもよい。この場合には、外周スリット131、内部スリット133及び最外周スリット132から押し出されるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができ、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じることを防ぐことができる。
しかし、押出成形用金型100の外周スリット131の内壁面に原料通過抑制面135が形成されていると、原料通過抑制面135が抵抗となり、外周スリット131からセラミック原料が排出されにくくなる。その結果、外周スリット131から押し出されるセラミック原料の排出速度が遅くなり、外周スリット131及び内部スリット133から押し出されるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができる。従って、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じることを防ぐことができる。
なお、内部スリット133のスリット幅S2が最外周スリット132の最小のスリット幅S3よりも狭い場合には、最外周スリット132の内壁面に原料通過抑制面135が形成されていてもよい。この場合には、外周スリット131、内部スリット133及び最外周スリット132から押し出されるセラミック原料の排出速度の違いを緩和することができ、成形されるセル隔壁30に欠陥が生じることを防ぐことができる。
原料通過抑制面135としては、例えば、放電加工により形成された粗化面が挙げられる。一般的に、押出成形用金型は、ブレード加工により所定の形状に加工される。そこで、押出成形用金型100を製造する際に、第一貫通孔111及び内部スリット133をブレード加工により形成した後、外周スリット131や最外周スリット132を放電加工により形成することで、外周スリット131や最外周スリット132の内壁面に粗化面を形成することができる。外周スリット131や最外周スリット132の内壁面に粗化面が形成されていると、粗化面が抵抗となって、セラミック原料が通りにくくなる。その結果、内部スリット133から押し出されるセラミック原料が、外周スリット131や最外周スリット132から押し出されるセラミック原料に引っ張られにくくなり、切れにくくなる。
原料通過抑制面135が粗化面である場合、表面粗さRaは、0.1~1.0μmである。
なお、表面粗さRaは、JIS B 0601(1994)に準拠した中心線平均粗さであり、例えば、触針式表面粗さ測定器等により測定することができる。
なお、表面粗さRaは、JIS B 0601(1994)に準拠した中心線平均粗さであり、例えば、触針式表面粗さ測定器等により測定することができる。
図12は、図8に示す押出成形用金型を第二の面から見たときの拡大図である。
図12に示すように、内部スリット133(第二貫通孔111b)は、セラミック原料供給部150の第一貫通孔111aと連通するように格子状に設けられている。
また、セラミック原料供給部150の第一貫通孔111aは、通常、スリットが交差する位置に対応して設けられている。
具体的には、図12に示すように、内部スリット133同士の交点のうち隣接する交点をそれぞれ150a及び150bとしたとき、第一貫通孔111aは交点150a上に設けられている。
図12に示すように、内部スリット133(第二貫通孔111b)は、セラミック原料供給部150の第一貫通孔111aと連通するように格子状に設けられている。
また、セラミック原料供給部150の第一貫通孔111aは、通常、スリットが交差する位置に対応して設けられている。
具体的には、図12に示すように、内部スリット133同士の交点のうち隣接する交点をそれぞれ150a及び150bとしたとき、第一貫通孔111aは交点150a上に設けられている。
押出成形用金型100の素材は、炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結した超硬合金、炭化タングステンとコバルトとその他微量粒子(例えば、TiC、TiN等)とを混合して焼結した超硬合金、工具鋼、ステンレス鋼、又は、アルミニウム合金等であることが望ましい、炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結した超硬合金であることがより望ましい。
ここで、炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結した超硬合金の硬度は、一般に、1000~1500Hvである。
ここで、炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結した超硬合金の硬度は、一般に、1000~1500Hvである。
(1-3)乾燥工程
次に、上記押出成形工程で得られたハニカム成形体を、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、又は、凍結乾燥機等を用いて乾燥させる。ハニカム成形体の乾燥では、マイクロ波乾燥機と熱風乾燥機とを併用するか、又は、マイクロ波乾燥機を用いてハニカム成形体をある程度の水分となるまで乾燥させた後、熱風乾燥機を用いてハニカム成形体中の水分を完全に除去してもよい。
次に、上記押出成形工程で得られたハニカム成形体を、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、又は、凍結乾燥機等を用いて乾燥させる。ハニカム成形体の乾燥では、マイクロ波乾燥機と熱風乾燥機とを併用するか、又は、マイクロ波乾燥機を用いてハニカム成形体をある程度の水分となるまで乾燥させた後、熱風乾燥機を用いてハニカム成形体中の水分を完全に除去してもよい。
(1-4)封止工程
上記乾燥工程後のハニカム成形体のセルの一方の端部に封止材となる封止材ペーストを充填して上記セルを封止する封止工程を行う。
ここで、封止材ペーストとしては、上記セラミック原料を用いることができる。
上記乾燥工程後のハニカム成形体のセルの一方の端部に封止材となる封止材ペーストを充填して上記セルを封止する封止工程を行う。
ここで、封止材ペーストとしては、上記セラミック原料を用いることができる。
(1-5)脱脂工程
次に、上記封止工程後のハニカム成形体を300~650℃で、0.5~3時間加熱することによりハニカム成形体中の有機物を除去し、ハニカム脱脂体を作製する。
次に、上記封止工程後のハニカム成形体を300~650℃で、0.5~3時間加熱することによりハニカム成形体中の有機物を除去し、ハニカム脱脂体を作製する。
(1-6)焼成工程
上記脱脂工程で得られたハニカム脱脂体を窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で、1800~2200℃、0.5~4時間焼成する。
なお、セルの端部に充填された封止材ペーストは、加熱により焼成され、封止材となる。
上記脱脂工程で得られたハニカム脱脂体を窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で、1800~2200℃、0.5~4時間焼成する。
なお、セルの端部に充填された封止材ペーストは、加熱により焼成され、封止材となる。
以上の工程を経て本発明のハニカム焼成体を製造することができる。
次に、本発明のハニカムフィルタの製造方法を説明する。
(2)ハニカムフィルタの製造方法
(2-1)接着材ペースト準備工程
まず、ハニカム焼成体10を接着させるための接着材ペーストを作製する。
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。
接着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。
上記接着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。
さらに、上記接着材ペーストには、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。
(2-1)接着材ペースト準備工程
まず、ハニカム焼成体10を接着させるための接着材ペーストを作製する。
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。
接着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。
上記接着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。
さらに、上記接着材ペーストには、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。
(2-2)集合工程
上記工程で準備した接着材ペーストをハニカム焼成体の側面に塗り、複数のハニカム焼成体を集合する。
その後、集合されたハニカム焼成体を加熱することにより接着材ペーストを加熱固化して接着材層とし、ハニカム焼成体の集合体を作製する。
次に、ダイヤモンドカッター等を用い、ハニカム焼成体10の集合体に切削加工を施し、円柱状とする。
上記工程で準備した接着材ペーストをハニカム焼成体の側面に塗り、複数のハニカム焼成体を集合する。
その後、集合されたハニカム焼成体を加熱することにより接着材ペーストを加熱固化して接着材層とし、ハニカム焼成体の集合体を作製する。
次に、ダイヤモンドカッター等を用い、ハニカム焼成体10の集合体に切削加工を施し、円柱状とする。
(2-3)外周コート層形成工程
次に、上記集合工程により得られたハニカム焼成体の集合体の外周に外周コート材ペーストを塗布し、乾燥固化して外周コート層を形成する。
ここで、外周コート材ペーストとしては、上記接着材ペーストを使用することができる。また、外周コート材ペーストとして、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、外周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。
次に、上記集合工程により得られたハニカム焼成体の集合体の外周に外周コート材ペーストを塗布し、乾燥固化して外周コート層を形成する。
ここで、外周コート材ペーストとしては、上記接着材ペーストを使用することができる。また、外周コート材ペーストとして、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、外周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。
以上の工程を経て本発明のハニカムフィルタを製造することができる。
(実施例)
以下に、本発明を実施するための形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本発明を実施するための形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下に、本発明を実施するための形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本発明を実施するための形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1-1)
(1)ハニカム焼成体の製造
(1-1)セラミック原料準備工程
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、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)0.8重量%、グリセリン1.3重量%、造孔材(アクリル樹脂)1.9重量%、オレイン酸2.8重量%、及び、水13.2重量%を加えて混合してセラミック原料を準備した。
(1)ハニカム焼成体の製造
(1-1)セラミック原料準備工程
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、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)0.8重量%、グリセリン1.3重量%、造孔材(アクリル樹脂)1.9重量%、オレイン酸2.8重量%、及び、水13.2重量%を加えて混合してセラミック原料を準備した。
(1-2)押出成形工程
次に、上記セラミック原料準備工程で準備したセラミック原料を押出成形し、ハニカム焼成体10の元になるハニカム成形体を作製した。
なお押出成形工程では、以下の形状の押出成形用金型を用いた。
材質は炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結した超硬合金であり、硬度は1200Hvであった。セラミック原料供給部の厚さが8.5mm、成形部の厚さが2mm、外周スリットの最小のスリット幅S1が0.305mm、内部スリットのスリット幅S2が0.203mmであり、最外周スリットの最小のスリット幅S3が0.322mmであった。つまり、最外周スリットの最小のスリット幅S3は、外周スリットの最小のスリット幅S2の約1.59倍であった。
また、第二の面から見た内部格子の形状は、一辺が1.70mmの正方形であった。
外部格子の形状の面積は、内部格子の形状の面積の66.5%であった。
第二の面から見た角部格子の形状は、図11(a)に示す形状であって、内部格子の形状の正方形から3つの角部か面取りされた形状であった。角部格子の形状の面積は、内部格子の形状の面積の70%であった。
次に、上記セラミック原料準備工程で準備したセラミック原料を押出成形し、ハニカム焼成体10の元になるハニカム成形体を作製した。
なお押出成形工程では、以下の形状の押出成形用金型を用いた。
材質は炭化タングステンとコバルトとを混合して焼結した超硬合金であり、硬度は1200Hvであった。セラミック原料供給部の厚さが8.5mm、成形部の厚さが2mm、外周スリットの最小のスリット幅S1が0.305mm、内部スリットのスリット幅S2が0.203mmであり、最外周スリットの最小のスリット幅S3が0.322mmであった。つまり、最外周スリットの最小のスリット幅S3は、外周スリットの最小のスリット幅S2の約1.59倍であった。
また、第二の面から見た内部格子の形状は、一辺が1.70mmの正方形であった。
外部格子の形状の面積は、内部格子の形状の面積の66.5%であった。
第二の面から見た角部格子の形状は、図11(a)に示す形状であって、内部格子の形状の正方形から3つの角部か面取りされた形状であった。角部格子の形状の面積は、内部格子の形状の面積の70%であった。
(1-3)乾燥工程
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。
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。
(1-4)封止工程
その後、ハニカム成形体のセルの一方のセルに封止材ペーストを充填してセルの封止を行った。
具体的には、排ガス入口側の端部及び排ガス出口側の端部が図2に示す位置で封止されるようにセルの封止を行った。
その後、ハニカム成形体のセルの一方のセルに封止材ペーストを充填してセルの封止を行った。
具体的には、排ガス入口側の端部及び排ガス出口側の端部が図2に示す位置で封止されるようにセルの封止を行った。
(1-5)脱脂工程
続いて、セルの目封止を行ったハニカム成形体の乾燥体を400℃、2時間の条件で脱脂する脱脂処理を行いハニカム脱脂体を作製した。
続いて、セルの目封止を行ったハニカム成形体の乾燥体を400℃、2時間の条件で脱脂する脱脂処理を行いハニカム脱脂体を作製した。
(1-6)焼成工程
さらに、ハニカム脱脂体を常圧のアルゴン雰囲気下2200℃、2時間40分の条件で焼成処理を行った。
さらに、ハニカム脱脂体を常圧のアルゴン雰囲気下2200℃、2時間40分の条件で焼成処理を行った。
以上の工程を経て実施例1に係るハニカム焼成体を作製した。
作製した実施例1に係るハニカム焼成体では、気孔率が45%、平均気孔径が15μm、大きさが34.3mm×34.3mm×150mm、セル密度が31個/cm2(200cpsi)、外周セル間セル隔壁の最小の厚さが0.300mm、内部セル間セル隔壁の厚さが0.200mm、外周壁の最小の厚さが0.316mmであった。
また、内部セルの断面形状は、一辺が1.67mmの正方形であった。
外周セルの形状は、図3(a)に示す形状であって、外周セルの断面の面積は、内部セルの断面の面積の66.5%であった。
角部セルの断面形状は、図5(a)に示す形状であって、内部セルの断面形状の正方形から3つの角部か面取りされた形状であった。角部セルの断面の面積は、内部セルの断面の面積の70%であった。
作製した実施例1に係るハニカム焼成体では、気孔率が45%、平均気孔径が15μm、大きさが34.3mm×34.3mm×150mm、セル密度が31個/cm2(200cpsi)、外周セル間セル隔壁の最小の厚さが0.300mm、内部セル間セル隔壁の厚さが0.200mm、外周壁の最小の厚さが0.316mmであった。
また、内部セルの断面形状は、一辺が1.67mmの正方形であった。
外周セルの形状は、図3(a)に示す形状であって、外周セルの断面の面積は、内部セルの断面の面積の66.5%であった。
角部セルの断面形状は、図5(a)に示す形状であって、内部セルの断面形状の正方形から3つの角部か面取りされた形状であった。角部セルの断面の面積は、内部セルの断面の面積の70%であった。
なお、上記(1-3)乾燥工程~(1-6)焼成工程を経てハニカム成形体はハニカム焼成体となるが、ハニカム成形体は、乾燥や焼成の際に若干収縮し、作製されたハニカム焼成体は、金型寸法に対し98%の大きさであった。
(実施例1-2)~(実施例1-4)及び(比較例1-1)
製造されたハニカム焼成体の外周セル間セル隔壁の最小の厚さT1、外周セルの断面の面積の内部セルの断面の面積に対する割合が表1に示す形状となるように、上記(1-2)押出成形工程において、押出成形用金型の外部スリットの最小のスリット幅S1、及び、外周格子の面積に対する内部格子の面積の割合を変更した以外は実施例1-1と同様にして実施例1-2~実施例1-4及び比較例1-1に係るハニカム焼成体を製造した。
製造されたハニカム焼成体の外周セル間セル隔壁の最小の厚さT1、外周セルの断面の面積の内部セルの断面の面積に対する割合が表1に示す形状となるように、上記(1-2)押出成形工程において、押出成形用金型の外部スリットの最小のスリット幅S1、及び、外周格子の面積に対する内部格子の面積の割合を変更した以外は実施例1-1と同様にして実施例1-2~実施例1-4及び比較例1-1に係るハニカム焼成体を製造した。
(実施例1-5)
上記(1-2)押出成形工程において、押出成形用金型の最外周スリット及び外周スリットの内壁面に、原料通過抑制面を設けた以外は実施例1-1と同様にして実施例1-5に係るハニカム焼成体を製造した。なお、設けた原料通過抑制面の表面粗さRaは0.410μmであった。
製造された実施例1-5に係るハニカム焼成体の外周セル間セル隔壁の最小の厚さT1、外周セルの断面の面積の内部セルの断面の面積に対する割合を表1に示す。
上記(1-2)押出成形工程において、押出成形用金型の最外周スリット及び外周スリットの内壁面に、原料通過抑制面を設けた以外は実施例1-1と同様にして実施例1-5に係るハニカム焼成体を製造した。なお、設けた原料通過抑制面の表面粗さRaは0.410μmであった。
製造された実施例1-5に係るハニカム焼成体の外周セル間セル隔壁の最小の厚さT1、外周セルの断面の面積の内部セルの断面の面積に対する割合を表1に示す。
(良品率の算出)
実施例1-1~実施例1-5、及び、比較例1-1のハニカム焼成体を、それぞれ50個ずつ作製した。そして、セル壁が切れていない、セル壁に穴が開いていない、かつ、セル壁が波打っていないハニカム焼成体を良品であるとして、良品率を以下の式1に基づき算出した。算出した良品率を表1に示す。
良品率(%)=(良品のハニカム焼成体の個数/製造したハニカム焼成体の総数)×100・・・式1
実施例1-1~実施例1-5、及び、比較例1-1のハニカム焼成体を、それぞれ50個ずつ作製した。そして、セル壁が切れていない、セル壁に穴が開いていない、かつ、セル壁が波打っていないハニカム焼成体を良品であるとして、良品率を以下の式1に基づき算出した。算出した良品率を表1に示す。
良品率(%)=(良品のハニカム焼成体の個数/製造したハニカム焼成体の総数)×100・・・式1
表1に示すように、外周セル間セル隔壁の最小の厚さT1を大きくすると良品率が向上していた。また、最外周スリット及び外周スリットの内壁面に原料通過抑制面を形成すると、良品率が向上していた。
(実施例2)
以下の方法により実施例2に係るハニカムフィルタを作製した。
以下の方法により実施例2に係るハニカムフィルタを作製した。
(1)ハニカム焼成体の準備
ハニカムフィルタに用いるハニカム焼成体として、実施例1-1のハニカム焼成体を準備した。
ハニカムフィルタに用いるハニカム焼成体として、実施例1-1のハニカム焼成体を準備した。
(2)ハニカムフィルタの製造
(2-1)接着材ペースト準備工程
平均繊維長20μmのアルミナファイバ30重量%、平均粒子径0.6μmの炭化ケイ素粒子21重量%、シリカゾル15重量%、カルボキシメチルセルロース5.6重量%、及び、水28.4重量%を混合し耐熱性の接着材ペーストを準備した。
(2-1)接着材ペースト準備工程
平均繊維長20μmのアルミナファイバ30重量%、平均粒子径0.6μmの炭化ケイ素粒子21重量%、シリカゾル15重量%、カルボキシメチルセルロース5.6重量%、及び、水28.4重量%を混合し耐熱性の接着材ペーストを準備した。
(2-2)集合工程
接着材ペーストを準備した各ハニカム焼成体の側面に塗り、各ハニカム焼成体を集合した。
その後、集合されたハニカム焼成体を120℃加熱することにより接着材ペーストを加熱固化して接着材層とし、ハニカム焼成体の集合体を作製した。
次に、ダイヤモンドカッターを用い、ハニカム焼成体の集合体に切削加工を施し、円柱状とした。
接着材ペーストを準備した各ハニカム焼成体の側面に塗り、各ハニカム焼成体を集合した。
その後、集合されたハニカム焼成体を120℃加熱することにより接着材ペーストを加熱固化して接着材層とし、ハニカム焼成体の集合体を作製した。
次に、ダイヤモンドカッターを用い、ハニカム焼成体の集合体に切削加工を施し、円柱状とした。
(2-3)外周コート層形成工程
次に、接着材ペーストと同様の組成からなる外周コート材ペーストをハニカム焼成体集合体の外周面に塗布し、外周コート材ペーストを120℃で乾燥固化させて外周コート層を形成することにより、ハニカムフィルタを製造した。
次に、接着材ペーストと同様の組成からなる外周コート材ペーストをハニカム焼成体集合体の外周面に塗布し、外周コート材ペーストを120℃で乾燥固化させて外周コート層を形成することにより、ハニカムフィルタを製造した。
以上の工程を経て実施例2に係るハニカムフィルタを作製した。
1 ハニカムフィルタ
10 ハニカム焼成体
11 封止材
12 ハニカム焼成体の最外周部
13 ハニカム焼成体の角部
14 接着材層
15 外周コート層
20 セル
21、21a、21b、21c、21d、21e 外周セル
22 内部セル
23、23a、23b、23c 角部セル
30 セル隔壁
31 外周セル間セル隔壁
31a 外周セル間セル隔壁の等幅領域
31b 外周セル間セル隔壁の厚壁領域
32 外周壁
33 内部セル間セル隔壁
50 排ガス浄化装置
51 金属ケーシング
52 保持シール材
100 押出成形用金型
110a 押出成形用金型の第一の面
110b 押出成形用金型の第二の面
111a 第一貫通孔
111b 第二貫通孔
113 第二の面の角部
121、121a、121b、121c、121d、121e 外部格子
122 内部格子
123、123a、123b、123c、123e 角部格子
131 外周スリット
131a 外周スリットの等幅領域
131b 外周スリットの拡大領域
132 最外周スリット
133 内部スリット
135 原料通過抑制面
150 セラミック原料供給部
160 成形部
170 外枠
10 ハニカム焼成体
11 封止材
12 ハニカム焼成体の最外周部
13 ハニカム焼成体の角部
14 接着材層
15 外周コート層
20 セル
21、21a、21b、21c、21d、21e 外周セル
22 内部セル
23、23a、23b、23c 角部セル
30 セル隔壁
31 外周セル間セル隔壁
31a 外周セル間セル隔壁の等幅領域
31b 外周セル間セル隔壁の厚壁領域
32 外周壁
33 内部セル間セル隔壁
50 排ガス浄化装置
51 金属ケーシング
52 保持シール材
100 押出成形用金型
110a 押出成形用金型の第一の面
110b 押出成形用金型の第二の面
111a 第一貫通孔
111b 第二貫通孔
113 第二の面の角部
121、121a、121b、121c、121d、121e 外部格子
122 内部格子
123、123a、123b、123c、123e 角部格子
131 外周スリット
131a 外周スリットの等幅領域
131b 外周スリットの拡大領域
132 最外周スリット
133 内部スリット
135 原料通過抑制面
150 セラミック原料供給部
160 成形部
170 外枠
Claims (11)
- 一方の端部が封止されており排ガスの流路となる複数のセルと、前記セルを区画形成する多孔質のセル隔壁とを備えたハニカム焼成体であって、
前記ハニカム焼成体の構成材料はSiCであり、
前記複数のセルは、前記ハニカム焼成体の最外周部に配置された外周セルと、前記外周セルより内側に配置された内部セルを含み、
前記各内部セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、同一の矩形であり、
前記外周セルは、前記セル隔壁及び前記ハニカム焼成体の外周を形成する外周壁から形成され、
前記外周壁と接続する前記セル隔壁は、前記外周壁に向かって壁厚が徐々に増す厚壁領域を有し、前記外周セルの長手方向に垂直方向の断面形状は、前記内部セルの断面形状である矩形を縮小し、かつ、縮小した矩形から2つの角部が面取りされた形状であり、
前記外周セルの長手方向に垂直方向の断面の面積が、前記内部セルの長手方向に垂直方向の断面の面積の60~80%であり、
前記セル隔壁は、前記外周セル同士の間にある外周セル間セル隔壁と、前記内部セル同士の間にある内部セル間セル隔壁とを含み、
前記外周セル間セル隔壁の最小の厚さは、前記内部セル間セル隔壁の厚さより厚いことを特徴とするハニカム焼成体。 - 前記外周セル間セル隔壁の最小の厚さは0.100~0.300mmである請求項1に記載のハニカム焼成体。
- 前記内部セル間セル隔壁の厚さは0.210mm以下である請求項1又は2に記載のハニカム焼成体。
- 前記外周壁の最小の厚さは、前記内部セル間セル隔壁の厚さの1.5~3倍である請求項1~3のいずれかに記載のハニカム焼成体。
- 複数の請求項1~4のいずれかに記載のハニカム焼成体が接着材層を介して接着されることにより形成されることを特徴とするハニカムフィルタ。
- ガソリンエンジンからの排ガスを浄化するために用いられる請求項5に記載のハニカムフィルタ。
- セラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形することによりセルを区画形成するセル隔壁を備えたハニカム成形体を作製する押出成形工程と、
前記セルの一方の端部を封止する封止工程と、
前記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含む、請求項1~4のいずれかに記載のハニカム焼成体を製造する方法であって、
前記押出成形工程で用いる前記押出成形用金型は、第一の面と、前記第一の面の反対側に形成された第二の面と、前記第一の面から前記第二の面に向かって形成された第一貫通孔を有するセラミック原料供給部と、前記第二の面から前記第一の面に向かって、前記第一貫通孔と連通するように形成された第二貫通孔を有する成形部とを備える押出成形用金型であり、
前記第二の面から見た前記第二貫通孔の形状は、前記ハニカム成形体の外周壁を成形するための最外周スリットと、前記ハニカム成形体の最外周部に配置された外周セル同士の間の外周セル間セル隔壁を成形するための外周スリットと、前記外周セルより内側に配置された内部セル同士の間の内部セル間セル隔壁を成形するための内部スリットとから構成された格子形状であり、
前記第二の面には、前記内部スリットを形成するための内部格子が配置され、かつ、前記内部スリットの外側に配置され、前記外周スリットを形成するための外周格子が配置されており、
前記第二の面から見た、前記内部格子の形状は、同一の矩形であり、
前記第二の面から見た、前記外周格子の形状は、前記内部格子の形状を縮小し、その縮小した形状から2つの角部が面取りされた形状であり、かつ、前記面取りされた角部が前記最外周スリット側に配置されており、
前記第二の面から見た前記外周格子の面積が、前記内部格子の各面積の60~80%であり、
前記外部スリットの最小のスリット幅は、前記内部スリットのスリット幅よりも広いことを特徴とするハニカム焼成体の製造方法。 - 前記外部スリットの最小のスリット幅は、0.100~0.300mmである請求項7に記載のハニカム焼成体の製造方法。
- 前記内部スリットのスリット幅は、0.210mm以下である請求項7又は8に記載のハニカム焼成体の製造方法。
- 前記最外周スリットの最小のスリット幅は、前記内部スリットのスリット幅の1.5~3倍の値である請求項7~9のいずれかに記載のハニカム焼成体の製造方法。
- 前記外周スリットの内壁面には原料通過抑制面が形成されている請求項7~10のいずれかに記載のハニカム焼成体の製造方法。
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