JP4982776B2 - ハニカム構造体及び該ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
そして、その後、セラミックブロックの周囲にシール材層を形成することにより、ハニカム構造体を製造していた。
このハニカム構造体を、例えば、車両用の排ガス浄化フィルタとして使用し、再生処理を行ったり、車両の運転を開始すると、ハニカム構造体が急激に温度上昇するが、このような熱サイクルを長期間繰り返すと、接着材層とシール材層との間に境界面が形成されていることに起因して、ハニカム構造体は、接着材層とシール材層との界面で破壊しやすいという問題があった。
前記接着材層と前記シール材層とは一体的に形成されており、両者を区分けする境界面が存在しないことを特徴とする。
従って、再生処理のような熱サイクルを長期間に渡って繰り返した場合であっても、接着材層とシール材層との間でのクラック等による破壊を防止することができる。
前記ハニカム焼成体を接着材層を介して結束する結束工程と、前記セラミックブロックの周囲にシール材層を形成するシール材層形成工程とを同時に行うことを特徴とする。
上記ハニカム集合体の内部及び周囲に接着兼シール用ペーストを注入する注入工程と、
上記接着兼シール用ペーストを乾燥固化させて接着材層及びシール材層とする乾燥工程とを行うことを特徴とする。
以下、本発明の一実施形態である第一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明では、まず、セラミック粉末とバインダとを含む原料組成物を押出成形することにより、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム成形体を作製する押出成形工程と、上記ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する焼成工程とを行い、ハニカム焼成体を得る。
ハニカム焼成体32では、多数のセル32aがセル壁32bを隔てて長手方向に平行に形成されており、セル32aのいずれかの端部が封止材32cにより封止され、側面は、3つの平面と1つの曲面により構成されている。
ハニカム焼成体33では、多数のセル33aがセル壁33bを隔てて長手方向に平行に形成されており、セル33aのいずれかの端部が封止材33cにより封止され、側面は、4つの平面により構成されている。
各ハニカム焼成体については、輪郭のみで示している。ハニカム焼成体は、円筒状の容器(円筒容器)に収納されているが、右側の平面図では、円筒容器を省略している。また、図2(a)〜(d)に示す縦断面図でも、円筒容器18を一部省略している。
図4(b)は、作製された本発明のハニカム構造体30を示す概略斜視図である。
ハニカム集合体の内部(所定の位置に保持された複数の上記ハニカム焼成体間の空間)及びハニカム集合体の周囲(円筒容器とハニカム焼成体との間の空間)に接着兼シール用ペーストを注入する注入工程と、
上記接着兼シール用ペーストを乾燥固化させて接着材層及びシール材層とする乾燥工程とを行う。
そして、まず、図2(a)に示すように、載置部材10の載置面10a上の左右の両端の位置に、2個のハニカム焼成体31を配置し、一方、2個のハニカム焼成体31に挟まれる位置に2個のハニカム焼成体32を配置し、これらのハニカム焼成体31、32が載置された載置部材10を、接着兼シール用ペーストの注入等が可能な円筒容器18の内部に搬送し、所定位置で固定する。
このとき、保持部材20は、ハニカム焼成体31、32の端面31a、32aが同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体31、32を保持する。
このとき、保持部材21は、8個のハニカム焼成体31、32、33(以下、ハニカム焼成体31〜33と記す)の端面が同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体32、33を保持する。
このとき、保持部材22は、12個のハニカム焼成体31〜33の端面が同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体32、33を保持する。
次に、前と同様に載置部材14を他所に移動させるが、ハニカム焼成体32、33は、保持部材22によりしっかりと保持されており、載置部材14上に載置された際の位置と同一の位置にしっかりと固定されている。
このとき、保持部材23は、16個のハニカム焼成体31〜33の端面が同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体31、32を保持する。この後、載置部材16を円筒容器18とハニカム焼成体31、32との間から抜き去る。
上述の工程では、接着兼シール用ペーストの乾燥処理のみを行ったが、接着兼シール用ペーストの乾燥処理を行った後、さらに高温で、脱脂処理、焼成処理を行ってもよい。
一方、ハニカム構造体は、セルの端部がいずれも封止材で封止されていないハニカム構造体であってもよく、このようなハニカム構造体は、排ガス中の有害物質を浄化する触媒担体として好適に使用することができる。
このハニカム焼成体33では、長手方向(図5(a)中、矢印Aの方向)に多数のセル33aが並設され、セル33a同士を隔てるセル壁33bがフィルタとして機能するようになっている。他のハニカム焼成体31、32も同様である。
まず、セラミック原料として平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と有機バインダとを混合して混合粉末を調製するとともに、液状の可塑剤と潤滑剤と水とを混合して混合液体を調製し、続いて、上記混合粉末と上記混合液体とを湿式混合機を用いて混合することにより、成形体製造用の湿潤混合物を調製する。
ハニカム焼成体の気孔径等を調節するためには、無機粉末の粒径を調節することにより、気孔径を調節することができる。
上記湿潤混合物を押出成形機に投入すると、湿潤混合物は押出成形により所定の形状のハニカム成形体となる。このハニカム成形体を、乾燥機を用いて乾燥させ、乾燥させたハニカム成形体とする。
このような工程を経て、セル封止ハニカム成形体を作製する。
この後は、図2(a)〜(d)、図3(a)〜(d)及び図4(a)〜(b)を用いて説明したように、複数個のハニカム焼成体を円筒容器内部の所定の位置に位置決めし、その両端面を保持部材で挟んで保持し、次に、所定の位置に保持された複数の上記ハニカム焼成体間の空間及び円筒容器とハニカム焼成体との間の空隙に接着兼シール用ペーストを注入し、さらに、上記接着兼シール用ペーストを乾燥固化させて接着材層とシール材層とが一体化され、両者の間を区分けする境界がないハニカム構造体を製造する。
第一実施形態に係るハニカム構造体においては、ハニカム焼成体を接着材層を介して結束させる結束工程とセラミックブロックの外周にシール材層を形成するシール材層形成工程とを同時に行い、接着材層とシール材層とを一体的に形成するので、得られたハニカム構造体に、接着材層とシール材層とを区分けする境界面は存在せず、再生処理のような熱サイクルを長期間に渡って繰り返した場合であっても、接着材層とシール材層との間でのクラック等による破壊を防止することができる。
(1)平均粒径22μmを有する炭化ケイ素の粗粉末52.8重量%と、平均粒径0.5μmの炭化ケイ素の微粉末22.6重量%とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂2.1重量%、有機バインダ(メチルセルロース)4.6重量%、潤滑剤(日本油脂社製 ユニルーブ)2.8重量%、グリセリン1.3重量%、及び、水13.8重量%を加えて混練して混合組成物を得た後、押出成形を行い、その長手方向の長さが150mmとなるように切断し、図1(a)に示すハニカム焼成体31の形状と略同様の形状の生のハニカム成形体、図1(b)に示すハニカム焼成体32の形状と略同様の形状の生のハニカム成形体、及び、図1(c)に示すハニカム焼成体33の形状と略同様の形状の生のハニカム成形体をそれぞれ作製した。
製造したハニカム焼成体31〜33は、長さが150mm、セルの数が31個/cm2、セル壁の厚さが0.3mmであった。
図9に示すように、実施例1では、ハニカム構造体には全く境界が見当たらず、従来において、セラミックブロックとシール材層との境界と想定される部分(黒い破線で示した部分)には、境界と分かるような部分は発見されなかった。
(1)平均粒径22μmを有する炭化ケイ素の粗粉末52.8重量%と、平均粒径0.5μmの炭化ケイ素の微粉末22.6重量%とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂2.1重量%、有機バインダ(メチルセルロース)4.6重量%、潤滑剤(日本油脂社製 ユニルーブ)2.8重量%、グリセリン1.3重量%、及び、水13.8重量%を加えて混練して混合組成物を得た後、押出成形を行い、その長手方向の長さが150mmとなるように切断し、図1(c)に示すハニカム焼成体33の形状と略同様の形状の生のハニカム成形体を作製した。
製造したハニカム焼成体33は、長さが150mm、セルの数が31個/cm2、セル壁の厚さが0.3mmであった。
この後、実施例1と同様に、ハニカム構造体の接着材層とシール材層との境界に相当する部分をSEMにより観察した。図10、11は、その結果を示すSEM写真である。なお、図11は、図10における境界部分を拡大した図である。
図10、11に示すように、比較例1では、セラミックブロックとシール材層との境界部分を明確に区別することができ、接着材層とシール材層との境界部分に明らかな境界が発生していた。
まず、実施例1及び比較例1に係るハニカム構造体をエンジンの排気通路に配置し、さらにハニカム構造体よりガス流入側に、市販のコージェライトからなるハニカム構造体の触媒担持体(直径:145mm、長さ:100mm、セル数(セル密度):400セル/inch2、白金担持量:5g/L)を設置して排気ガス浄化装置とし、エンジンを回転数3000min−1、トルク50Nmでパティキュレートを7時間捕集した。パティキュレートの捕集量は、8g/Lであった。
上記ポストインジェクションの条件は、開始後1分間にハニカム構造体の中心温度が600℃でほぼ一定になるように設定した。そして、上記工程を10回繰り返し、ハニカム構造体に剥離等が発生したか否かを目視により観察した。
第一実施形態においては、載置面上に位置決め用の突起部が立設された載置部材を用いたが、載置部材は、載置面に位置決め用の溝が設けられた載置部材であってもよい。
図6(a)〜(d)は、載置面に位置決め用の溝が設けられた載置部材と該載置部材上に配置されたハニカム焼成体を模式的に示した正面図である。
ハニカム構造体の最下部に相当するハニカム焼成体31、32を載置する載置部材は、下に凸の形状となっている必要があり、図3(c)に示した載置部材16は、載置面16aが、ハニカム焼成体31、32の下部と同じ形状であり、また、その厚さがシール材層の厚さd1より薄い円弧形状であるので、図6(d)に示すように、第二実施形態でもこの載置部材16を用いる。また、突起部17aを長さ方向に連続的に形成することにより、載置面16aに溝部を設けてよい。
第二の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法においても、上述した第一の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
第一実施形態及び第二実施形態においては、複数のハニカム焼成体の端面に当接して、それぞれのハニカム焼成体を保持することが可能なように構成された保持部材を使用していたが、保持部材は、複数のハニカム焼成体の端面に当接して、上記複数のハニカム焼成体を一括して保持することが可能なように構成されていてもよい。
すなわち、1個の保持部材70は、1個の板状の当接保持部材70aとそれを支持する4本の支持部材71aより構成されており、当接保持部材70aが、載置部材上に載置された4個のハニカム焼成体を一括して挟んでしっかりと保持する。支持部材71aの数は、4本に限られるものではない。当接保持部材70a、72a、74a、76aは、接着兼シール用ペーストの端面及び円筒容器18からの漏れを防止する端面密着部材40(図4(a)参照)の役割も果たしている。なお、図示はしないが、ハニカム焼成体のセルに接する部分に空気孔を設けている。
まず、第一実施形態と同様に、載置部材10の載置面10a上に4個のハニカム焼成体31、32を配置した後、円筒容器18の内部に搬送し、載置面10aが水平になるように所定の位置に固定する(図7(a)参照)。
このとき、保持部材72は、8個のハニカム焼成体31〜33の端面が同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体32、33を保持する(図7(d)参照)。
このとき、保持部材74は、12個のハニカム焼成体31〜33の端面が同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体32、33を保持する。
このとき、保持部材76は、16個のハニカム焼成体31〜33の端面が同一平面上に揃うように、ハニカム焼成体31、32を保持する(図8(d)参照)。
本発明の製造方法により得られるハニカム構造体の形状は、図4(b)に示した円柱状に限定されるものではなく、楕円柱状、多角柱状等の任意の柱の形状であればよい。
また、ハニカム構造体を構成するハニカム焼成体の数は、上記実施形態のように、16個に限定されるものではなく、16個より多くても少なくてもよい。
上記ハニカム構造体の強度を維持することが可能であるとともに、排ガスがセル壁を通過する際の抵抗を低く保つことができるからである。
なお、上記気孔率は、例えば、水銀圧入法、アルキメデス法、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定等、従来公知の方法により測定することができる。
また、上述したセラミックに金属ケイ素を配合したケイ素含有セラミック、ケイ素やケイ酸塩化合物で結合されたセラミック等のセラミック原料も構成材料として挙げられる。
耐熱性、機械強度、熱伝導率等に優れるからである。
また、炭化ケイ素に金属ケイ素が配合されたもの(ケイ素含有炭化ケイ素)も望ましい。
潤滑剤の具体例としては、例えば、ポリオキシエチレンモノブチルエーテル、ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル等が挙げられる。
なお、可塑剤、潤滑剤は、場合によっては、湿潤混合物に含まれていなくてもよい。
さらに、湿潤混合物中には、成形助剤が添加されていてもよい。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
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。これらのなかでは、アルミナバルーンが望ましい。
ハニカム構造体には、触媒が担持されていてもよい。この場合、上記触媒は、ハニカム構造体のセル壁表面及び/又は内部に触媒担持層が形成され、その表面に触媒が担持されるのが望ましい。
これらの材料は、単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
この中でも、250m2/g以上の高い比表面積を有するものを選択することが望ましく、γ−アルミナが特に望ましい。
10a、12a、14a、16a 載置面
11a、11b、13a、13b、15a、15b、17a、17b 突起部
20、21、22、23 保持部材
30 ハニカム構造体
31、32、33 ハニカム焼成体
31a、32a、33a セル
31b、32b、33b セル壁
31c、32c、33c 封止材
40 端面密着部材
40a 外枠
40b 内枠
60、62、64 載置部材
60a、62a、64a 載置面
61a、63a、65a 溝部
70、72、74、76 保持部材
70a、72a、74a、76a 当接部材
71a、73a、75a、77a 支持保持部
Claims (5)
- 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム焼成体が、接着剤層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックの周囲にシール材層が設けられたハニカム構造体であって、
前記接着剤層と前記シール材層とは一体的に形成されており、両者を区分けする境界面が存在しないことを特徴とするハニカム構造体。 - 前記接着剤層及び前記シール材層は、無機繊維と無機バインダとを含む請求項1記載のハニカム構造体。
- 前記多数のセルのいずれか一方の端部は、封止材により封止されている請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム焼成体が、接着剤層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックの周囲にシール材層が設けられたハニカム構造体の製造方法であって、
前記ハニカム焼成体を接着剤層を介して結束する結束工程と、前記セラミックブロックの周囲にシール材層を形成するシール材層形成工程とを同時に行うことを特徴とするハニカム構造体の製造方法。 - 円筒容器のなかで、複数個の前記ハニカム焼成体を所定の位置に位置決めし、その両端面を保持し、前記ハニカム焼成体が所定の間隔で配置されたハニカム集合体を形成する保持工程と、
前記ハニカム集合体の内部及び周囲に接着兼シール用ペーストを注入する注入工程と、
前記接着兼シール用ペーストを乾燥固化させて接着剤層及びシール材層とする乾燥工程とを行うことを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
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