JP4432024B2 - Ceramic honeycomb structure - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の排気ガス浄化用触媒コンバータ用の担体として、或いは、ディーゼルエンジンの排気ガス中の主に微粒子を除去するためのフィルタとして使用するのに適したセラミックハニカム構造体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
セラミックハニカム構造体は、耐熱性を有し、軽量で、ガスの通気抵抗が小さいことから、自動車排気ガス浄化用触媒の担体として、更にはハニカム構造体の隔壁の多孔性を利用して、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる主に微粒子を除去するフィルタとして使用されている。上記触媒担体及び微粒子除去フィルタは、これらが収納される金属製容器に支持部材を介して強固に把持されている。そして、上記触媒担体或いは微粒子除去フィルタとして使用される際にはセラミックハニカム構造体の軸方向に形成されている多数の流通孔を高温の排気ガスが流通することから、特に始動時には、局所的に急激な温度上昇が生じ、セラミックハニカム構造体の排気ガス入口側と出口側、或いは中心部と外周部で温度差による熱応力が発生し、セラミックハニカム構造体に割れが発生することがあった。また、微粒子除去用フィルタの場合は、フィルタ上に堆積した微粒子を燃焼させる再生処理の際の発熱により局所的に温度が上昇し、温度差による熱応力により割れが発生することがあった。このような現象は、特に、ディーゼル機関の排気ガス浄化用触媒担体、或いは微粒子除去用フィルタとして用いられるような、外径１８０ｍｍ以上、且つ、長さが１８０ｍｍ以上の大型セラミックハニカム構造体の場合には、発生しやすいという問題があった。
【０００３】
また、このようなセラミックハニカム構造体を製造する際には、セラミック原料粉末に、バインダー、潤滑剤等の成形助剤、さらに必要に応じてグラファイト、小麦粉等の造孔材を添加、混合した後、水を加え混練、杯土とした後、押出成形法により、ハニカム構造の成形体を成形し、この成形体に乾燥、焼成を行う方法が一般的に用いられている。しかし、特に外径１８０ｍｍ以上、且つ長さが１８０ｍｍ以上の大型セラミックハニカム構造体の場合、焼成工程における成形助剤や、造孔材の燃焼発熱反応に伴いハニカム構造体の中心部の温度が急上昇し、外周部との間に温度差が発生し、この温度差により発生する熱応力のために、セラミックハニカム構造体に割れが発生するという問題点も有していた。
【０００４】
このような問題点を解決するため、セラミックハニカム構造体を小さな片に分割し、貼り合わせることにより、高温の排気ガスや微粒子の燃焼に伴い発生する熱衝撃による割れや、焼成工程で発生する割れを防止する技術が提案されており、分割方法についても各種のものが提案されている。
例えば、特許文献１に記載の発明では、セル壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のハニカム部材を、同材質の接合部材により、流通孔の流路方向と平行な接合面で一部を接合すると共に、流通孔の入口端面外周部に接続する端部および／または流通孔の出口端面外周部に接続する端部を含んで、一部に未接合部を形成することで、ハニカム構造体に発生する熱応力を低減し、クラックの発生を少なくする記載がある。
また、特許文献２に記載の発明では、所定の開孔セルを備え、所定厚みのハニカム状セラミックモジュールを複数、開孔セルの軸方向が連通するように、積層して所定厚みのハニカム状セラミックモジュールを複数配設して成るハニカム状セラミック構造体が開示されている。この発明によれば、各モジュールの開孔セルの軸方向距離が短くなり、ハニカム状セラミック構造体両端で急激な温度差が発生した場合には、モジュール毎の排気ガスの流入側と流出側間の温度差が減少するので、個々のモジュールの熱応力は減少して、構造体全体として熱衝撃に非常に強い構造を提供できることが開示されている。また、この発明によれば、モジュール毎に製造することによって、ハニカム成形時及び焼成時に、成形不良、割れやひび等の欠陥の発生が減少するような、即ち製造時の歩留まりが向上できることも開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−６０２７９号公報
【特許文献２】
特開平８−１２４６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、以下のような問題点を有していた。
特許文献１に記載の発明においては、複数のハニカム部材が、流通孔の流路方向と実質的に平行な面で接合され、該接合面に接合部材が存在することから、実質的に流通孔の数が少なくなり、ハニカム構造体の開口面積が少なくなる。しかも、接合面は図６（ｂ）に示すように、排気ガス流量の最も多い、ハニカム構造体の中心部を分断する形で形成されるため、触媒担体や微粒子除去用フィルタとして使用される際のハニカム構造体の圧力損失が大きくなるという問題点を有していた。
一方、上記特許文献２特に記載の発明においては、接合面を流通孔の流路方向と実質的に直角の面としていることから、上記特許文献１に記載の発明の流通孔の流路方向に平行な面で接合した時に発生する問題は回避できるものの、以下に述べるように、ハニカム状セラミックモジュールを積層する方法が不適切であることから、ハニカム構造体としての必要な強度が確保できなかったり、圧力損失が大きくなるといった問題点があった。即ち、この発明におけるモジュール間の接合方法については、その実施例において
（１）機械的アッセンブリ(外筒金属内に嵌装)、
（２）モジュールの外周部でモジュール同士を溶着、
（３）セル枠のセル開口部の面に焼結助剤ペーストを塗布接合、
（４）連通している開口セルの少なくとも一つに、各モジュールを貫通して棒状体を差し込む方法、
（５）各モジュールに互いに嵌合するようなほぞを設けて接合する方法
の５種類の方法が記載されているが、以下のようにいずれも問題点を有していた。
【０００７】
（１）外筒金属内に嵌装する機械的アッセンブリ法の場合、ハニカム状セラミックハニカム構造体が排気ガスの高温に曝された際には、外筒金属の膨張量の方がセラミック構造体に比べて大きいことから、嵌装力が低下し、各モジュールが、相対的に動き易くなるため、自動車に搭載した際の機械的振動等によりモジュール同士が衝突、欠損することにより、排気ガスの浄化性能が悪くなるという問題点があった。また嵌装力の低下は、モジュールが円周方向に回転移動することにも繋がり、複数のモジュールに亘って軸方向に連通していた開口セルの連通度が悪くなり、セラミックハニカム構造体の圧力損失が大きくなると言う問題点もあった。
（２）モジュールの外周部でモジュール同士を溶着する場合、詳細な記述はないが、セラミックスは耐熱性を有する材料であり、溶融させること自体が困難である。このため、セラミックモジュール同士を溶着させようとした場合、セラミックモジュール同士を突き合わせ、加圧しながらセラミックスの焼成温度まで加熱し、固相拡散により接合させる、所謂ホットプレス処理が必要となり、溶着処理費用が膨大となり、実用的でない。仮にホットプレス処理により溶着させた場合、モジュール間の接合は固相拡散が主体となるため、セラミックモジュール間の接合強度が十分でなく、高温の排気ガスによる熱衝撃が加わった際に、溶着界面に亀裂が進展し、自動車に搭載した際の機械的振動等により部材同士が衝突、欠損することにより、排気ガスの浄化性能が悪くなるという問題点があった。
（３）セル枠のセル開口部の面に焼結助剤ペーストを塗布接合する場合、セル枠のセル開口部の面にのみ焼結助剤ペーストを塗布することは難しく、必然的にセル開口部にもペーストがはみ出すようになることから、セル開口部を塞いでしまいセル開口面積が小さくなるため、ハニカム状セラミックモジュールの開口率が低下し、圧力損失が大きくなると言う問題点があった。
（４）連通している開口セルの少なくとも一つに、各モジュールを貫通して棒状体を差し込む方法の場合、モジュール同士が実質的には接着していないことから、高温の排気ガスに曝された際のモジュールと棒状体の熱膨張係数差により両者の嵌装がゆるみ、機械的振動によりモジュール同士が衝突し、欠損したり、或いは逆に嵌装力が強まり、ハニカムモジュールを破損させたりすることによって、浄化性能が悪くなるという問題点があった。また棒状体が流通孔を塞ぐことから圧力損失が上昇するといった問題点も有していた。
（５）各モジュールに互いに嵌合するようなほぞを設けて接合する方法の場合、セラミックモジュールは硬くて脆い材料であることから、ほぞ部で破損し易くなり、ハニカム構造体の一部が欠損し、浄化性能が悪くなるという問題点を有していた。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材の開口端面を流通孔方向に接合したセラミックハニカム構造体のハニカム部材同士の接合を確実に行って、高温の排気ガスに曝されても、部材間の接合力を低下させず、部材同士が衝突破損することを防ぐと共に、低圧力損失、かつ優れた排気ガス浄化性能を有するセラミックハニカム構造体を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の問題を解決するため、本発明の第１発明のセラミックハニカム構造体は、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を有し、前記凹溝を充填して一体に形成された外周壁で接合されていることを特徴とする。
本発明のセラミックハニカム構造体において、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、少なくとも前記セラミックハニカム部材の最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲において１０ｍｍ以下の厚さの接合材を介して接合されていることが好ましい。
また、本発明のセラミックハニカム構造体において、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、少なくとも一部の流通孔に挿入深さが３０ｍｍ以下で圧入された接合部材を介して接合されていることが好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明の作用効果について以下に説明する。
本発明において、セラミックハニカム構造体は、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を有し、前記凹溝を充填して一体に形成された外周壁で接合されていることから、セラミックハニカム部材間の接合が確実に行われると共に、低圧力損失特性が得られる。即ち、本第１発明においては複数のセラミック部材が一体に形成された外周壁を共有して配設されることから、セラミックハニカム部材は外周壁により強固に接合され、ハニカム部材間の接合が確実に行えるのである。
また、特許文献２に記載の発明における外周部での溶着により形成されたハニカム構造体が、溶融し難いセラミック材料を高温高圧下で溶着させる必要があるのに対して、外周壁用のコーティング材料を適切に選択することにより、特別の加圧をする必要が無く接合ができるのである。
このため、高温の排気ガスに曝されても、接合力低下による部材間の衝突、欠損を防止することができる。更には、接合部は隔壁により仕切られた多数の流通孔の外周側に形成されることから、部材の接合によって、ハニカム構造体の圧力損失を上昇させることもなく、低圧力損失特性が得られるのである。また、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、前記複数のセラミックハニカム部材が共有するように外周壁で接合されることにより、部材間の流通孔の連続性が保たれることから、更に低圧力損失特性が得られる。
ここで、本発明に使用する外周壁コーティング材としては、例えば、コージェライト、アルミナ、ムライト、シリカ等の材料の骨材粒子にセラミックファイバー、無機バインダー等を混合したもの、或いは耐熱性を有するセラミックファイバー、セラミックス粒子、セメント等を単独で或いは混合して用いることが好ましく、更に必要に応じて有機バインダー、無機バインダー等を混合しても良いが、これらに限定されるものではない。ここで、この骨材粒子は、セラミックハニカム部材を構成する材料と同材質のものであれば、セラミックハニカム部材と外周壁の熱膨張係数の違いを小さくできることからより好ましい。
本発明において、前記外周壁の厚さが、５ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましい外周壁厚さは０．２ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。外周壁の厚さが５ｍｍを越えると、厚肉となるため、高温の排気ガスにより生じる熱衝撃が加わった際に外周壁部で破損することがあるからであり、３ｍｍ以下であると、より熱衝撃に対して強くなる。外周壁の厚さが０．２ｍｍ未満では外周壁自体の強度が不足し、ハニカム部材間の接合強度が低下し、接合部で破損し易くなるからである。
【００１１】
本発明のセラミックハニカム構造体において、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、少なくとも前記セラミックハニカム部材の最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲において１０ｍｍ以下の厚さの接合材を介して接合されている。この構造体では、ハニカム構造体の圧力損失を上昇させることなく部材間の着実な接合が行われる。また、接合材を介して、複数のセラミックハニカム部材を接合していることから、確実な接合が行われ、高温の排気ガスに曝されても、接合力低下による部材間の衝突、欠損を防止することができる。また、接合部材を使用する部位をセラミックハニカム部材の最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲に限定していることから、セラミックハニカム構造体の中心付近では接合材の影響が無く、接合に伴う圧力損失の上昇を防ぐことができる。
ここで、本発明に使用する接合材としては、例えばコージェライト、アルミナ、ムライト、シリカ等の材料の骨材粒子にセラミックファイバー、無機バインダー等を混合したもの、或いは耐熱性を有するセラミックファイバー、セラミックス粒子、セメント等を単独で或いは混合して用いることが好ましく、更に必要に応じて有機バインダー、無機バインダー等を混合しても良いが、これらに限定されるものではない。ここで、この骨材粒子は、セラミックハニカム部材を構成する材料と同材質のものであれば、セラミックハニカム部材と外周壁の熱膨張係数の違いを小さくできることからより好ましい。
本発明において、前記接合材の接合厚さは、１０ｍｍ以下であることが好ましい。更に好ましくは０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、更により好ましくは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。接合厚さとは、図３に示すようにセラミックハニカム部材同士の間の接合部材１４ａ、１４ｂの厚さである。
接合厚さが１０ｍｍを越えると、厚肉となるため、高温の排気ガスにより生じる熱衝撃が加わった際に破損することがあるからであり、接合厚さが３ｍｍ以下であるとより破損しにくくなる。接合厚さが０．１ｍｍ未満であると、接合強度が不足し易く、触媒担体や微粒子捕集用フィルタとして使用される収納容器による把持応力に耐えきれない場合には、接合部で破損し易くなることがあるからである。尚、この時、接合厚さに相当する寸法の空隙をセラミックハニカム構造体に形成しても良いし、予め接合部材の厚さを見込んでセラミックハニカム部材の接合端面を加工しておいても良い。
【００１２】
本発明のセラミックハニカム構造体において、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、少なくとも一部の流通孔に圧入された接合部材を介して接合され、確実な接合が行われる。即ち、流通孔に挿入深さが３０ｍｍ以下で圧入された接合部材を介して接合されていることから、セラミックハニカム部材の隔壁と接合部材との接合面積が増えることとなり、その結果接合強度が増大し、ハニカム部材間の接合が確実に行われるからである。このため、高温の排気ガスに曝されても、接合力低下による部材間の衝突、欠損を防止することができる。ここで、接合部材を流通孔に圧入することによって、接合部材が流通孔を閉塞してしまうことから、ハニカム構造体の圧力損失の観点から見れば悪影響が出るが、逆に接合部材を圧入した流通孔１ケ当たりの接合強度が大きくなることから、ハニカム部材が有する流通孔のうち接合部材を圧入する流通孔の割合は小さくて済む。このためセラミックハニカム構造体としての圧力損失上昇を防ぐことができるのである。セラミックハニカム部材が有する流通孔のうち接合部材を圧入する流通孔の割合は３０％以下が好ましい範囲である。この割合が３０％を越えるとセラミックハニカム構造体の圧力損失が大きくなり好ましくないからであり、より好ましくは２０％以下である。尚、接合部材が圧入された流通孔はセラミックハニカム部材の外周部側に多く配置されると、圧力損失増加への影響が更に小さくなることから好ましい。
ここで、本発明に使用する接合部材としては、例えばコージェライト、アルミナ、ムライト、シリカ等の材料の骨材粒子にセラミックファイバー、無機バインダー等を混合したもの、或いは耐熱性を有するセラミックファイバー、セラミックス粒子、セメント等を単独で或いは混合して用いることが好ましく、更に必要に応じて有機バインダー、無機バインダー等を混合しても良いが、これらに限定されるものではない。ここで、この骨材粒子は、セラミックハニカム部材を構成する材料と同材質のものであれば、セラミックハニカム部材と外周壁の熱膨張係数の違いを小さくできることから好ましい。
本発明において、前記流通孔に挿入された接合部材の挿入深さは、３０ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。その理由は、挿入深さが３０ｍｍを越えると、高温の排気ガスにより生じる熱衝撃が加わった際に接合材で破損することがあるからであり、２０ｍｍ以下であるとより破損しにくくなる。挿入深さ０．５ｍｍ未満では、接合強度を大きくする効果がそれほど得られず、触媒担体や微粒子捕集用フィルタとして使用された際の収納容器による把持応力に耐えきれず、接合部で破損しやすくなることもあるからである。
以上説明したように、本発明のセラミックハニカム構造体はハニカム部材間の接合が確実に行われているため、高温の排気ガスに曝されても、部材間の接合力を低下させず、部材同士が衝突破損することを防ぐことができ、低圧力損失、かつ優れた排気ガス浄化性能が得られると共に、セラミックハニカム部材の軸方向距離を短く形成させたことにより、部材毎の流入側と流出側の温度差を小さく押さえることができるため、個々のセラミックハニカム部材の熱応力を低減させ、構造体全体として熱衝撃に強い構造が得られる。また、セラミックハニカム部材の軸方向距離を短く形成させたことにより、ハニカム部材製造時に発生する、焼成割れの問題も解消することができる。
【００１３】
本発明のセラミックハニカム部材を構成する材料としては、本発明が主に自動車の排気ガス浄化用触媒コンバータ用の担体として或いはディーゼルエンジンの排気ガス中の微粒子を除去するためのフィルタとして使用されるため、耐熱性に優れた材料を使用することが好ましく、コージェライト、アルミナ、ムライト、シリカ、窒化珪素、炭化珪素及びＬＡＳからなる群から選ばれた少なくとも１種を主結晶とするセラミック材料を用いることが好ましい。中でも、コージェライトを主結晶とするセラミックハニカムフィルタは、安価で耐熱性、耐食性に優れ、また低熱膨張であることから最も好ましい。
【００１４】
本発明のハニカム構造体においては、前記接合前の複数のハニカム部材は、前記流通孔方向の長さが互いに相異していても良い。
流通孔の長さが互いに相異したハニカム部材を、２つ、３つ、またはそれ以上、適宜に組み合わせることで、所望の長さのハニカム構造体とすることができる。またハニカム部材は、多数の流通孔の所望部位を目封止し、隔壁中の細孔に排気ガスを通過させる所謂フィルター構造のものでも良く、ハニカム部材と流通孔の両端部の所望部位を目封止したハニカムフィルター構造の部材を接合しても良い。この場合、ハニカム部材の流通孔長さより、流通孔の両端部の所望部位を目封止したハニカムフィルター構造の部材の流通孔長さを大きくする方が、排気ガスを通過させる隔壁の面積が増えることから、フィルター能力を大きくすることができ好ましい。
【００１５】
また、本発明のハニカム構造体においては、前記外周壁の長径が１８０ｍｍ以上で、長さが１８０ｍｍ以上であることが好ましい。この構成により、設備能力や変形で問題の出やすいディーゼルエンジン用の大型の触媒担体や大型の微粒子除去フィルタに用いることができる。
更に、本発明の第１から第３発明のセラミックハニカム構造体を複数組み合わせた構造のセラミックハニカム構造体の場合は、接合が不完全で把持力や熱衝撃により破損しやすいといった問題、接合部材により圧力損失が上昇するといった問題に対して更に有効になることは言うまでもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ｃ）〜（ｈ）は、本発明に係わる実施の形態の、４種のセラミックハニカム構造体１０の例を示し、（ａ）（ｂ）は参考図である。（ａ）は、外周壁１３ａを有し、かつ概略同一長さの２つのハニカム部材１１ａ、１１ａを外周壁層１３ｂにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図、（ｂ）はその側面図を示す。（ｃ）は外周壁を有さず、外周に流路方向に延びる凹溝を有し、且つ同一長さのセラミックハニカム部材１１ｂ、１１ｂを外周壁層１３ｃにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図、（ｄ）はその側面図を示す。（ｅ）は外周壁を有さず、外周に流路方向に延びる凹溝を有するセラミックハニカム部材であって長さの異なる１１ｃ、１１ｄを外周壁層１３ｃにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図、（ｆ）はその側面図を示す。（ｇ）は外周壁を有さず、外周に流路方向に延びる凹溝を有するセラミックハニカム部材であって長さの異なる１１ｅ、１１ｆ、１１ｇを外周壁層１３cにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図を示す。（ｈ）はその側面図を示す。
また、図２は図１（ｄ）（ｆ）（ｈ）の側面図における外周壁層の拡大図で、外周に流路方向に延びる凹溝に外周壁層１３ｃが形成されている様子を示す。
【００１７】
図３は、参考例の実施の形態であって、２種のハニカム構造体２０の例を示し、（ａ）は、外周壁１３ａを有し、且つ同一長さのセラミックハニカム部材１１ａ、１１aの外周壁端部を接合材１４ａで、また最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲に存在する隔壁端部を接合材１４ｂにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図である。ここで、接合材を介して接合されている最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲以外には、ハニカム部材１１ｂ、１１ｂ間に空隙が形成されている。（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。（ｃ）はセラミックハニカム部材１１ｈ及び接合材の厚さを見込んで接合端面の外周縁部の加工がなされたセラミックハニカム部材１１ｉを外周部の接合材１４ａ及び１４ｂにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図である。（ｄ）は（ｃ）の要部断面図である。
【００１８】
また、図４は、参考例の実施の形態であって、３種のハニカム構造体３０の例を示し、（ａ）（ｃ）（ｅ）は、外周壁を有し、且つ同一長さのセラミックハニカム部材１１ａ、１１ａを流通孔に圧入した接合部材１５ｂにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図である。（ｂ）（ｄ）（ｆ）は（ａ）（ｃ）（ｅ）の要部断面図である。（ｃ）(ｄ)は、流通孔に圧入した接合部材がハニカム部材１１ａ、１１ｂの隔壁２の端面間にも存在するセラミックハニカム構造体３０を示し、（ｅ）（ｆ）は、接合部材がハニカム部材端面の外周部に多く配置されたセラミックハニカム構造体３０を示す。
【００１９】
さらに、図５（ｃ）〜（ｆ）は本発明に係わるセラミックハニカム構造体の実施の形態で、（ａ）（ｂ）は参考図である。（ａ）は、外周壁１３ａを有し、概略同一長さの２つのハニカム部材１１ａ、１１ａ端面の外周部の流通孔に圧入した接合部材１５ｂ及び外周壁層１３ｂにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図である。（ｂ）はその要部断面図である。（ｃ）は、外周に流路方向に延びる凹溝を有するセラミックハニカム部材１１ｂ及び、外周に流路方向に延びる凹溝を有し、かつ流通孔両端の所望部位を目封止したセラミックハニカム部材１２ａの端面外周部の流通孔に圧入した接合部材１４ｂ及び外周壁層１３ｃにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図である。(ｄ)はその要部断面図である。（ｅ）は、外周に流路方向に延びる凹溝を有するセラミックハニカム部材１１ｊ及び、外周に流路方向に延びる凹溝を有し、流通孔両端の所望部位が目封止され、かつ外周近傍の流通孔の両端部が目封止されたセラミックハニカム部材１２bの端面の外周部流通孔に圧入した接合部材１４ｂ及び外周壁層１３ｃにより接合一体化したセラミックハニカム構造体の一部断面を示す正面図である。(ｆ)はその要部断面図である。
【００２０】
次に、本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法について説明する。
本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法は、セラミック坏土を押出して、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する成形体を複数成形し、前記複数の成形体を乾燥した後、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成し、必要に応じて流路方向と実質的に直角な面である端面を加工した上で、流通孔方向に端面同士を対向させて配置し、外周にセラミックススラリー、好ましくはセラミックハニカム構造体と同材質のセラミックスを少なくとも含むセラミックスラリーを塗布、焼成することにより、外周壁を一体に形成し、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を有し、前記凹溝を充填して一体に形成された外周壁で接合されたセラミックハニカム構造体が得られる。或いは、前記複数の成形体を乾燥、焼成して複数のハニカム部材とし、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成し、必要に応じて流路方向と実質的に直角な面である端面を加工した上で、前記複数のハニカム部材の端面を流通孔が連通するよう対向させ、外周に耐熱性のセラミックスコーティング材料、好ましくはセラミックハニカム構造体と同材質のセラミックスを少なくとも含むセラミック骨材と無機バインダーからなるセラミックコーティング材を塗布、硬化せしめることにより、外周壁層を形成させ、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を有し、前記凹溝を充填して一体に形成された外周壁で接合されたセラミックハニカム構造体が得られる。
【００２１】
いずれの場合も、セラミックスラリー、或いはセラミックコーティング材を塗布する前のセラミックハニカム部材が、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝が形成されているので、凹溝内にセラミックスラリー或いはセラミックコーティング材が充填され、所謂アンカー効果が得られるため、より強固に接合することが可能となり、触媒担体や微粒子捕集用フィルタとして使用された際の収納容器による把持応力に耐え、且つ高温の排気ガスにより生じる熱衝撃に対しても強い構造とすることができる。ここで外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成しているハニカム構造体を製造するには、成形工程で外周壁を有しないハニカム成形体を成形する方法、通常の押出成形法で得られる外周壁を一体的に有するセラミックハニカム成形体の外周部を加工により除去した後、焼成する方法、或いは、通常の押出成形法で得られる外周壁を一体的に有するセラミックハニカム部材の外周部を加工により除去する方法などを採用することができる。
【００２２】
本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法は、セラミック坏土を押出して、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する成形体を複数成形し、前記複数の成形体を乾燥した後、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成し、必要に応じて流路方向と実質的に直角な面である端面を加工した上で、流通孔方向に端面を対向させ、この対向する端面の最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲或いは外周壁端面の一部或いは全体に好ましくはセラミックハニカム構造体と同材質のセラミックスラリーを塗布、複数の乾燥体を一体化させた後、焼成することにより、複数のセラミックハニカム部材が最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲において１０ｍｍ以下の厚さの接合材を介して接合されたセラミックハニカム構造体が得られる。或いは、前記複数の成形体を乾燥、焼成して複数のハニカム部材とし、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成し、必要に応じて流路方向と実質的に直角な面である端面を加工した上で、前記複数のハニカム部材の端面を流通孔方向に対向させ、この対向する端面の最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲或いは外周壁端面の一部或いは全体に好ましくはセラミック骨材と無機バインダーからなるセラミックコーティング材を塗布、硬化せしめることにより、複数のセラミックハニカム部材が最外周から流通孔１０個分以内の幅の範囲において１０ｍｍ以下の厚さの接合材を介して接合されたセラミックハニカム構造体が得られる。このように、接合材を介してセラミックハニカム部材が外周部において接合されていることから、部材間の接合が確実に行われ、高温の排気ガスに曝されても、部材間の接合力を低下させず、自動車に搭載した際の機械的振動等により部材同士が衝突、欠損することを防ぐことができる。
【００２３】
本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法は、セラミック坏土を押出して、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有する成形体を複数成形し、前記複数の成形体を乾燥した後、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成し、必要に応じて流路方向と実質的に直角な面である端面を加工した上で、流通孔方向と実質的に直角な面である端面を対向させ、この対向する端面に存在する流通孔のうち２０％以下の流通孔に対してそれぞれ好ましくはセラミックハニカム構造体と同材質のセラミックスラリー或いはペーストを深さ３０ｍｍ以下で圧入、複数の乾燥体を接合一体化させた後、焼成することにより、複数のセラミックハニカム部材が流通孔に挿入深さが３０ｍｍ以下で挿入された接合部材を介して接合されたセラミックハニカム構造体が得られる。或いは、前記複数の成形体を乾燥、焼成して複数のハニカム部材とし、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を形成し、必要に応じて流路方向と実質的に直角な面である端面を加工した上で、前記複数のハニカム部材の端面を流通孔方向に対向させ、この対向する端面に存在する流通孔のうち２０％以下の流通孔に対して好ましくはセラミック骨材と無機バインダーからなるセラミックスラリー或いはペーストを深さ３０ｍｍ以下で圧入、硬化せしめることにより、複数のセラミックハニカム部材が流通孔に挿入深さが３０ｍｍ以下で圧入された接合部材を介して接合されたセラミックハニカム構造体が得られる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を一例で順次説明する。
（実施例１）
先ず、コージェライトセラミックスが焼成により生成されるように、コージェライト化原料粉末であるカオリン、タルク、シリカ、アルミナ及び他のコージェライト化原料粉末に成形助剤及び造孔材を加えて調合し、混合、混練によって押出成形が可能となるようなセラミックス坏土を作製し、このセラミックス坏土を公知の口金を使用することにより、押出成形してセラミックハニカム成形体を作成する。ここで成形助剤としては、メチルセルロース、ヒドオキシプロピルメチルセルロースの有機バインダーを、造孔材としては、グラファイトを使用した。また、成形工程で使用する口金は乾燥、焼成での成形体の寸法変化を勘案し、焼成後に隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍのハニカム構造体が得られるような寸法を選択した。押出されたセラミックハニカム成形体を所定の長さに切断した後、セラミックハニカム成形体をマイクロ波乾燥炉を使用して乾燥を行い、次いでガス炉を使用して約１４００℃の温度で焼成を行って、焼成後の寸法が外径２８０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、隔壁厚０．３ｍｍのセラミックハニカム焼成体を製造した。
次に、セラミックハニカム焼成体の周縁部を加工により除去し、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有せず、軸方向に伸びる凹溝を外周部に形成しており、外径２６３．７ｍｍ、長さ１５２．４ｍｍのセラミックハニカム部材を製造した。このようにして製造した２ケのセラミックハニカム部材を流通孔が両者の間で連通するように固定し、部材の外周面に１．５ｍｍの厚さで、コージェライト骨材とバインダーからなるコーティング材料を塗布、硬化させ、両者共通の外周壁を形成し、二つのセラミックハニカム部材が一体で形成された外周壁で接合、一体化された、外径２６６．７ｍｍ、長さ３０４．８ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。得られたセラミックハニカム構造体の接合構造は図１（ｃ）（ｄ）に示す構造に概略相当する。
尚、コーティング材料に使用したコージェライト骨材には、平均粒径１０μｍのコージェライト粒子を使用し、無機バインダーには、コロイダルシリカを使用し、コージェライト粒子１００質量部に対して、コロイダルシリカを７質量部の割合に調整した。これにメチルセルロース、水を加え、ペースト状のコーティング材料として使用した。
【００２５】
得られたセラミックハニカム構造体に対して、耐熱衝撃温度と圧力損失の測定を行った。
耐熱衝撃性の評価試験は、一定温度（室温＋５００℃）に加熱された電気炉中にセラミックハニカム構造体を挿入して３０分間保持し、その後室温に急冷し、目視観察でクラックが発見された温度差（加熱温度−室温）を耐熱衝撃温度とした。また、目視による判定でクラックが発見されない場合は、電気炉の温度２５℃温度を上昇させ同様の試験を行い、クラックが発生するまで繰り返した。熱衝撃温度が６５０℃以上であったものを（◎）、６００℃以上であったものを（○）、６００℃未満であったものを（×）として評価した。
また圧力損失は、圧力損失試験装置（図示せず）で、空気流量１５Ｎｍ3 ／ｍｉｎとしたときの、流入側と流出側の差圧を測定し、差圧が１００ｍｍＡｑ未満を（◎）、１００〜１２０ｍｍＡｑを（○）、１２０ｍｍＡｑを超えるものを（×）として評価した。
【００２６】
（参考例）
実施例１と同様の方法により、隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、外径２６６．７ｍｍ、長さ１５２．０ｍｍ、外周壁の厚さ０．５ｍｍのコージェライト質セラミックハニカム部材を２ヶ準備した。この２ヶのセラミックハニカム部材の１ケの流路方向と実質的に直角な面となる一方の端面の最外周から８ｍｍの範囲の外周縁部にアルミナ粒子、及び無機バインダー、有機バインダ−からなるアルミナ系接着材を塗布し、もう１ヶのセラミックハニカム部材の流路方向と実質的に直角な面となる端面を、両者の流通孔が連通するように配置しアルミナ系接着材にセラミックハニカム部材で圧力を加えた後、接着材を硬化、一体化させることにより、２ケのセラミックハニカム部材が外周縁部において厚さ０．４ｍｍの接合部材を介して接合され、且つ、アルミナ系接着材が流通孔に圧入されて接合された、外径２６６．７ｍｍ、長さ３０４．８ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。ここで接着材の圧入深さは１．５ｍｍであった。得られたセラミックハニカム構造体の接合構造は図４（ｅ）（ｆ）に示す構造に概略相当する。
得られたセラミックハニカム構造体に対して、実施例１と同様に耐熱衝撃温度、及び圧力損失を測定した。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様の方法により、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有せず、軸方向に伸びる凹溝を外周部に形成しており、外径２６３．７ｍｍ、長さ１５２．０ｍｍ、隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍのコージェライト質セラミックハニカム部材２ヶを製造した。この２ケのセラミックハニカム部材の１ケの流路方向と実質的に直角な面となる一方の端面の最外周からセラミックハニカム部材の中心部に向かって６ｍｍの範囲の外周縁部に、参考例と同様に、アルミナ粒子、及び無機バインダー、有機バインダ−からなるアルミナ系接着材を塗布した。これと、もう１ヶのセラミックハニカム部材の流路方向と実質的に直角な面となる端面を、両者の流通孔が連通するように配置しアルミナ系接着材にセラミックハニカム部材で圧力を加えた後、接着材を硬化、一体化させることにより、２ケのセラミックハニカム部材が外周縁部において厚さ０．４ｍｍの接合部材を介して接合され、且つ、アルミナ系接着材が流通孔に圧入されて接合された、外径２６３．７ｍｍ、長さ３０４．８ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。更に、このセラミックハニカム構造体外周面の凹部に１．５ｍｍの厚さで、シリカ骨材と無機バインダーからなるコーティング材料を塗布、硬化させ、外周壁を形成し、二つのセラミックハニカム部材が外周壁を介しても接合、一体化された、外径２６６．７ｍｍ、長さ３０４．８ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。
尚、コーティング材料に使用したシリカ骨材には、平均粒径１５μｍのシリカ粒子を使用し、無機バインダーには、コロイダルシリカを使用し、コージェライト粒子１００質量部に対して、コロイダルシリカを７質量部の割合に調整した。これにメチルセルロース、水を加え、ペースト状のコーティング材料として使用した。
得られたセラミックハニカム構造体に対して、実施例１と同様に耐熱衝撃温度、及び圧力損失を測定した。
【００２８】
（比較例１）
従来技術のセル壁により仕切られた多数の流通孔を有する複数のハニカム部材を、同材質の接合部材により、流通孔の流路方向と平行な接合面で一部を接合すした例を以下に示す。
実施例１と同様に、コージェライトセラミックスが焼成により生成されるように、コージェライト化原料粉末であるカオリン、タルク、シリカ、アルミナ及び他のコージェライト化原料粉末に成形助剤及び造孔材を加えて調合し、混合、混練によって押出成形が可能となるようなセラミックス坏土を作製し、このセラミックス坏土を公知の口金を使用することにより、押出成形してセラミックハニカム成形体を作成する。ここで成形助剤としては、メチルセルロース、ヒドオキシプロピルメチルセルロースの有機バインダーを、造孔材としては、小麦粉を使用した。また、成形工程で使用する口金は乾燥、焼成での成形体の寸法変化を勘案し、焼成後に隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍのハニカム構造体が得られるような寸法を選択した。押出されたセラミックハニカム成形体を流通孔に沿って４つのセグメント２１に分割切断し、次いでこの４つのセグメントの流通孔の流路方向に実質的に平行な面に、前記セラミックス杯土と同じ組成の接合部材を配置し、各々のセグメントを図６に示すように厚さ５ｍｍの接合層２２を介して接合させることにより、一体に組み立てた後、乾燥させた。その後１４００℃で焼成することにより、外径２６６．７ｍｍ、長さ３０４．ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、隔壁厚０．３ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。
【００２９】
（比較例２）
従来技術の、所定の開孔セルを備え、所定厚みのハニカム状セラミック部材を複数、開孔セルの軸方向が連通するように、積層して所定厚みのハニカム状セラミック部材を複数配設して成るハニカム状セラミック構造体であって、外筒金属内に嵌装する機械的アッセンブリ法でセラミック部材を接合した例を以下に示す。
実施例１と同様の方法により、隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、外径２６４．７ｍｍ、長さ１５２．４ｍｍのセラミックハニカム部材を２ヶ準備した。この２ヶのセラミックハニカム部材の外側に外径２６６．７ｍｍ、内径２６４．７ｍｍ、長さ、３００．８ｍｍのステンレス製円筒を焼きばめにより嵌装させ、隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、外径２６６．７ｍｍ、長さ３００．８ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。
【００３０】
（比較例３）
従来技術の、所定の開孔セルを備え、所定厚みのハニカム状セラミック部材を複数、開孔セルの軸方向が連通するように、積層して所定厚みのハニカム状セラミック部材を複数配設して成るハニカム状セラミック構造体であって、複数のセラミックハニカム状部材をホットプレス方による溶着で一体化させた例を以下に示す。
実施例１と同様の方法により、隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、外径２６６．７ｍｍ、長さ１５２．４ｍｍのセラミックハニカム部材を２ヶ準備した。この２ヶのセラミックハニカム部材のホットプレス装置に、ハニカム部材の端面が対向するように配置し、１４００℃の条件で加熱しつつ、加圧を加え、上記２ケのハニカム部材が一体化された、隔壁厚０．３ｍｍ、隔壁のピッチ１．５ｍｍ、外径２６６．７ｍｍ、長さ３００．８ｍｍのセラミックハニカム構造体を作成した。
上記比較例のセラミックハニカム構造体に対しても、実施例１と同様に耐熱衝撃温度、及び圧力損失を測定した。
表１に、実施例、従来例および比較例の評価結果を示す。
【００３１】
【表１】
表１から、本実施例のセラミックハニカム構造体によれば、ハニカム構造体が複数のセラミックハニカム部材が、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を有し、前記凹溝を充填して一体に形成された外周壁で接合された構造であり、且つ部材間の接合が確実に行われていることから、優れた耐熱衝撃性、及び低圧力損失特性の得られることが確認された。一方、比較例１のハニカム構造体は、複数のハニカム部材が、流通孔に平行な面で接合層を介して接合されていることから、接合層が圧力損失に影響を及ぼし、圧力損失の判定は（×）であった。また、比較例２のハニカム構造体は、耐熱衝撃温度測定の加熱の際に、ステンレス製円筒の嵌装がはずれ、ハニカム構造体としての耐熱衝撃温度の測定はできなかった。このことは、セラミックハニカム構造体が排気ガスの高温に曝された際には、嵌装力が低下し、ハニカム部材が、相対的に動き、自動車に搭載した際の機械的振動等によりモジュール同士が衝突、欠損することを意味する。また比較例３のハニカム構造体は、溶融させることが困難なハニカム部材を溶着で接合していることから、熱衝撃試験で溶着界面に亀裂が発生し、熱衝撃温度の判定が（×）であった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるセラミックハニカム構造体は、複数の軸方向距離の短いセラミックハニカム部材が、前記流通孔の流路方向と実質的に直角な面を接合面とし、外周部の外側に位置する流通孔が外部との間に隔壁を有しないことによって、軸方向に伸びる凹溝を有し、前記凹溝を充填して一体に形成された外周壁で接合したハニカム構造体のハニカム部材同士の接合が確実に行われていることから、高温の排気ガスに曝されても、自動車に搭載した際の機械的振動等により部材同士が衝突、欠損することを防ぐと共に、低圧力損失、かつ優れた排気ガス浄化性能を有するセラミックハニカム構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は参考図であり、（ｃ）〜（ｈ）は本発明のセラミックハニカム構造体の一実施形態を模式的に示した図である。（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は、一部断面を示した正面図、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）の各々側面図を示す。
【図２】本発明のセラミックハニカム構造体の一実施形態を模式的に示した図であり、外周壁層の要部拡大図である。
【図３】参考例のセラミックハニカム構造体を模式的に示した図である。（ａ）、（ｃ）は一部断面を示した正面図、（ｂ）、（ｄ）は、（ａ）、（ｃ）の各々接合部材拡大図を示す。
【図４】参考例のセラミックハニカム構造体を模式的に示した図である。（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、一部断面を示した正面図、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の各々接合部材拡大図を示す。
【図５】（ａ）（ｂ）は参考図であり、（ｃ）〜（ｆ）は本発明のセラミックハニカム構造体の一実施形態を模式的に示した図である。（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、一部断面を示した正面図、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の各々接合部材拡大図を示す。
【図６】本発明の比較例のセラミックハニカム構造体の一実施形態を模式的に示した図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic honeycomb structure suitable for use as a carrier for a catalytic converter for purifying automobile exhaust gas or as a filter for mainly removing particulates in exhaust gas of a diesel engine. .
[0002]
[Prior art]
The ceramic honeycomb structure has heat resistance, is lightweight, and has a low gas ventilation resistance. Therefore, the ceramic honeycomb structure can be used as a carrier for automobile exhaust gas purification catalyst, and further by utilizing the porosity of the partition walls of the honeycomb structure. It is used as a filter that mainly removes fine particles contained in engine exhaust gas. The catalyst carrier and the particulate removal filter are firmly held via a support member in a metal container in which they are stored. When used as the catalyst carrier or the particulate removal filter, high-temperature exhaust gas flows through a large number of flow holes formed in the axial direction of the ceramic honeycomb structure. A sudden temperature rise occurs, and thermal stress due to a temperature difference occurs between the exhaust gas inlet side and the outlet side of the ceramic honeycomb structure or between the central portion and the outer peripheral portion, and the ceramic honeycomb structure sometimes cracks. In the case of a filter for removing fine particles, the temperature locally rises due to heat generated during the regeneration process of burning fine particles deposited on the filter, and cracks may occur due to thermal stress due to the temperature difference. Such a phenomenon occurs particularly in the case of a large ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 180 mm or more and a length of 180 mm or more, which is used as a catalyst carrier for exhaust gas purification of a diesel engine or a filter for removing fine particles. Had the problem of being easy to occur.
[0003]
Further, when manufacturing such a ceramic honeycomb structure, after adding and mixing a ceramic raw material powder with a forming aid such as a binder and a lubricant, and further, if necessary, a pore forming material such as graphite and flour. In general, a method is generally used in which water is added to knead and make a clay, and then a formed article having a honeycomb structure is formed by extrusion molding, and the formed article is dried and fired. However, particularly in the case of a large ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 180 mm or more and a length of 180 mm or more, the temperature of the central portion of the honeycomb structure rapidly rises due to the molding aid in the firing process and the combustion exothermic reaction of the pore former. However, there is a problem that a temperature difference is generated between the outer peripheral portion and the ceramic honeycomb structure is cracked due to thermal stress generated by the temperature difference.
[0004]
In order to solve such problems, the ceramic honeycomb structure is divided into small pieces and bonded together, resulting in cracks due to thermal shock caused by combustion of high-temperature exhaust gas and fine particles, and cracks generated in the firing process. Techniques for preventing such a problem have been proposed, and various types of division methods have been proposed.
For example, in the invention described in
Further, in the invention described in
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-60279 A
[Patent Document 2]
JP-A-8-12460
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has the following problems.
In the invention described in
On the other hand, in the invention described in
(1) Mechanical assembly (inside the outer cylinder metal),
(2) Modules are welded together at the outer periphery of the module,
(3) Applying and bonding a sintering aid paste to the surface of the cell opening of the cell frame,
(4) A method of inserting a rod-like body through each module into at least one of the open cells in communication,
(5) A method in which each module is provided with a tenon that fits together and joined.
However, all of these methods have problems as described below.
[0007]
(1) In the case of a mechanical assembly method for fitting in an outer cylinder metal, when the honeycomb ceramic honeycomb structure is exposed to the high temperature of the exhaust gas, the expansion amount of the outer cylinder metal is greater in the ceramic structure. Because it is large compared to each other, the fitting force is reduced, and each module is relatively easy to move. Therefore, the modules are collided with each other due to mechanical vibration when mounted on an automobile, and the exhaust gas is purified. There was a problem that performance deteriorated. In addition, the decrease in the fitting force also leads to the rotational movement of the module in the circumferential direction, and the degree of communication of the open cells that communicated in the axial direction across the plurality of modules deteriorates, and the pressure of the ceramic honeycomb structure is reduced. There was also a problem that the loss increased.
(2) When the modules are welded together at the outer periphery of the module, there is no detailed description, but ceramics is a material having heat resistance and is difficult to melt itself. For this reason, when trying to weld ceramic modules together, a so-called hot press process is required, in which the ceramic modules are butted together, heated to the firing temperature of the ceramics while being pressed, and joined by solid phase diffusion, so the welding process cost is reduced. Enormous and impractical. If it is welded by hot pressing, the bonding between the modules is mainly solid phase diffusion, so the bonding strength between the ceramic modules is not sufficient, and when a thermal shock from high-temperature exhaust gas is applied, the welding interface In other words, the crack progresses and the members are collided with each other due to mechanical vibrations when they are mounted on an automobile, resulting in poor exhaust gas purification performance.
(3) When the sintering aid paste is applied and joined to the surface of the cell opening of the cell frame, it is difficult to apply the sintering aid paste only to the surface of the cell opening of the cell frame. Since the paste also protrudes from the portion, the cell opening is blocked and the cell opening area is reduced, so that the opening ratio of the honeycomb-shaped ceramic module is lowered and the pressure loss is increased.
(4) In the method of inserting a rod-like body through each module into at least one of the open cells in communication, the modules are not substantially bonded to each other, so that they are exposed to high-temperature exhaust gas. Due to the difference in thermal expansion coefficient between the module and the rod-shaped body, the fitting between the two is loosened, and the modules collide with each other due to mechanical vibration and are lost, or conversely, the fitting force is increased and the honeycomb module is damaged. As a result, there was a problem that the purification performance deteriorated. In addition, the rod-shaped body blocks the flow hole, which causes a problem that the pressure loss increases.
(5) In the case of a method in which each module is provided with a tenon that fits to each other and joined, the ceramic module is a hard and brittle material, so it is easy to break at the tenon, and a part of the honeycomb structure is lost. However, there was a problem that the purification performance deteriorated.
[0008]
Therefore, the object of the present invention is to reliably perform bonding of the honeycomb members of the ceramic honeycomb structure in which the opening end faces of the plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by the partition walls are bonded in the flow hole direction, Even when exposed to high-temperature exhaust gas, the bonding force between the members is not reduced, the members are prevented from colliding and being damaged, and a ceramic honeycomb structure having low pressure loss and excellent exhaust gas purification performance is obtained. There is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems of the prior art, the ceramic honeycomb structure of the first invention of the present invention has a plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by partition walls.A surface substantially perpendicular to the flow path direction of the flow hole is a bonding surface,The flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside, so that it has a groove extending in the axial direction and is joined by an outer peripheral wall integrally formed by filling the groove. It is characterized by being.
In the ceramic honeycomb structure of the present invention, the plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by partition walls have a bonding surface as a surface substantially perpendicular to the flow direction of the flow holes, and at least the ceramic honeycomb member It is preferable that the members are bonded via a bonding material having a thickness of 10 mm or less in a range of the width within 10 flow holes from the outermost periphery of the member.
Further, in the ceramic honeycomb structure of the present invention, the plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by the partition walls have a surface substantially perpendicular to the flow direction of the flow holes as a bonding surface, and at least one It is preferable to be joined via a joining member that is press-fitted into the flow hole of the portion with an insertion depth of 30 mm or less.
[0010]
[Action]
The effects of the present invention will be described below.
In the present invention, the ceramic honeycomb structure includes a plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by partition walls.A surface substantially perpendicular to the flow path direction of the flow hole is a bonding surface,The flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside, so that it has a groove extending in the axial direction and is joined by an outer peripheral wall integrally formed by filling the groove. As a result, the ceramic honeycomb members can be reliably joined together and low pressure loss characteristics can be obtained. In other words, in the first aspect of the invention, the ceramic honeycomb member is firmly joined by the outer peripheral wall because a plurality of ceramic members are integrally formed and arranged, so that the joining between the honeycomb members is ensured. It can be done.
Further, the honeycomb structure formed by welding at the outer peripheral portion in the invention described in
For this reason, even if it is exposed to high-temperature exhaust gas, it is possible to prevent collisions and breakage between members due to a decrease in bonding force. Furthermore, since the joining portion is formed on the outer peripheral side of a large number of flow holes partitioned by the partition walls, low pressure loss characteristics can be obtained without increasing the pressure loss of the honeycomb structure by joining the members. It is. Further, a plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by partition walls have a surface substantially perpendicular to the flow path direction of the flow holes as a joining surface, and the plurality of ceramic honeycomb members are shared. By joining at the outer peripheral wall, the continuity of the flow holes between the members is maintained, so that further low pressure loss characteristics can be obtained.
Here, as the outer peripheral wall coating material used in the present invention, for example, a mixture of aggregate particles of materials such as cordierite, alumina, mullite, silica, etc., ceramic fiber, inorganic binder, or the like, or heat-resistant ceramic Fibers, ceramic particles, cement and the like are preferably used alone or in combination, and an organic binder, an inorganic binder, and the like may be further mixed as necessary, but are not limited thereto. Here, it is more preferable that the aggregate particles are made of the same material as the material constituting the ceramic honeycomb member because the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic honeycomb member and the outer peripheral wall can be reduced.
In this invention, it is preferable that the thickness of the said outer peripheral wall is 5 mm or less. A more preferable outer peripheral wall thickness is 0.2 mm or more and 3 mm or less. When the thickness of the outer peripheral wall exceeds 5 mm, the outer wall becomes thick, so that it may be damaged at the outer peripheral wall when a thermal shock caused by high-temperature exhaust gas is applied. Strong against thermal shock. This is because if the thickness of the outer peripheral wall is less than 0.2 mm, the strength of the outer peripheral wall itself is insufficient, the bonding strength between the honeycomb members is lowered, and the bonded portion is easily damaged.
[0011]
Of the present inventionIn ceramic honeycomb structureThe plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by the partition walls have a surface substantially perpendicular to the flow direction of the flow holes as a joining surface, and flow
here,The present inventionAs the bonding material used for the above, for example, a ceramic fiber, an inorganic binder or the like mixed with aggregate particles of materials such as cordierite, alumina, mullite, silica or the like, or heat-resistant ceramic fibers, ceramic particles, cement, etc. It is preferable to use alone or in combination, and an organic binder, an inorganic binder, or the like may be further mixed as necessary, but is not limited thereto. Here, it is more preferable that the aggregate particles are made of the same material as the material constituting the ceramic honeycomb member because the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic honeycomb member and the outer peripheral wall can be reduced.
The present inventionThe bonding thickness of the bonding material is preferably 10 mm or less. More preferably, they are 0.1 mm or more and 3 mm or less, More preferably, they are 0.1 mm or more and 2 mm or less. The joining thickness is the thickness of the joining
This is because if the bonding thickness exceeds 10 mm, it becomes thick and may be damaged when a thermal shock caused by high-temperature exhaust gas is applied. If the bonding thickness is 3 mm or less, it is more difficult to break. Become. If the bonding thickness is less than 0.1 mm, the bonding strength tends to be insufficient, and if it cannot withstand the gripping stress of the storage container used as a catalyst carrier or a particulate collection filter, it is easy to break at the bonding part. It is because it may become. At this time, a gap having a dimension corresponding to the joining thickness may be formed in the ceramic honeycomb structure, or the joining end face of the ceramic honeycomb member may be processed in advance in consideration of the thickness of the joining member. .
[0012]
Of the present inventionIn the ceramic honeycomb structure, a plurality of ceramic honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by partition walls have a surface substantially perpendicular to the flow direction of the flow holes as a bonding surface, and at least a part of the flow holes. It joins via the press-fitted joining member, and reliable joining is performed. That is, since it is joined via a joining member that is press-fitted into the flow hole at an insertion depth of 30 mm or less, the joining area between the partition walls of the ceramic honeycomb member and the joining member increases, resulting in an increase in joining strength. This is because the bonding between the honeycomb members is surely performed. For this reason, even if it is exposed to high-temperature exhaust gas, it is possible to prevent collisions and breakage between members due to a decrease in bonding force. Here, when the joining member is press-fitted into the flow hole, the joining member closes the flow hole, so that there is an adverse effect from the viewpoint of the pressure loss of the honeycomb structure, but conversely, the joining member was press-fitted. Since the bonding strength per one flow hole is increased, the ratio of the flow holes into which the bonding member is press-fitted out of the flow holes of the honeycomb member may be small. For this reason, an increase in pressure loss as the ceramic honeycomb structure can be prevented. The proportion of the flow holes for press-fitting the joining member out of the flow holes of the ceramic honeycomb member is preferably 30% or less. If this ratio exceeds 30%, the pressure loss of the ceramic honeycomb structure increases, which is not preferable, and more preferably 20% or less. It is preferable that a large number of flow holes into which the joining member is press-fitted are arranged on the outer peripheral side of the ceramic honeycomb member because the influence on the increase in pressure loss is further reduced.
here,The present inventionAs the joining member used for the above, for example, a ceramic fiber, an inorganic binder or the like mixed with aggregate particles of materials such as cordierite, alumina, mullite, silica, or heat-resistant ceramic fibers, ceramic particles, cement, etc. It is preferable to use alone or in combination, and an organic binder, an inorganic binder, or the like may be further mixed as necessary, but is not limited thereto. Here, it is preferable that the aggregate particles are made of the same material as the material constituting the ceramic honeycomb member because the difference in the thermal expansion coefficient between the ceramic honeycomb member and the outer peripheral wall can be reduced.
The present inventionThe insertion depth of the joining member inserted into the flow hole is preferably 30 mm or less. More preferably, it is 0.5 mm or more and 20 mm or less. The reason is that if the insertion depth exceeds 30 mm, it may be damaged by the bonding material when a thermal shock caused by high-temperature exhaust gas is applied, and if it is 20 mm or less, it is more difficult to break. If the insertion depth is less than 0.5 mm, the effect of increasing the bonding strength is not so much obtained, it cannot withstand the gripping stress caused by the storage container when used as a catalyst carrier or a filter for collecting fine particles, and breaks at the bonding part. It may be easier.
As explained above,The present inventionSince the ceramic honeycomb structure of the present invention is securely bonded between the honeycomb members, even if exposed to high-temperature exhaust gas, the bonding force between the members is not reduced and the members are prevented from colliding and being damaged. It is possible to reduce the pressure difference between the inflow side and the outflow side of each member by forming the ceramic honeycomb member with a short axial distance, while achieving low pressure loss and excellent exhaust gas purification performance. Therefore, the thermal stress of each ceramic honeycomb member can be reduced, and a structure that is strong against thermal shock can be obtained as a whole structure. In addition, since the distance in the axial direction of the ceramic honeycomb member is shortened, the problem of firing cracks that occurs during the manufacture of the honeycomb member can also be solved.
[0013]
As a material constituting the ceramic honeycomb member of the present invention, the present invention is mainly used as a carrier for a catalytic converter for purifying an exhaust gas of an automobile or as a filter for removing particulates in exhaust gas of a diesel engine. It is preferable to use a material having excellent heat resistance, and use a ceramic material having at least one selected from the group consisting of cordierite, alumina, mullite, silica, silicon nitride, silicon carbide and LAS as a main crystal. Is preferred. Among them, a ceramic honeycomb filter having cordierite as a main crystal is most preferable because it is inexpensive, excellent in heat resistance and corrosion resistance, and has low thermal expansion.
[0014]
In the honeycomb structure of the present invention, the plurality of honeycomb members before joining may have different lengths in the flow hole direction.
A honeycomb structure having a desired length can be obtained by appropriately combining two, three, or more honeycomb members having different flow hole lengths. The honeycomb member may have a so-called filter structure in which desired portions of a large number of flow holes are plugged and exhaust gas is allowed to pass through the pores in the partition walls, and the desired portions at both ends of the honeycomb member and the flow holes are marked. You may join the member of the sealed honeycomb filter structure. In this case, the area of the partition wall through which the exhaust gas passes is increased by increasing the flow hole length of the honeycomb filter structure member in which desired portions at both ends of the flow hole are plugged than the flow hole length of the honeycomb member. Therefore, it is preferable because the filter capacity can be increased.
[0015]
Moreover, in the honeycomb structure of the present invention, it is preferable that a major axis of the outer peripheral wall is 180 mm or more and a length is 180 mm or more. With this configuration, it can be used for a large catalyst carrier or a large particulate removal filter for a diesel engine, which is likely to be problematic due to equipment capacity or deformation.
Furthermore, in the case of a ceramic honeycomb structure having a structure in which a plurality of ceramic honeycomb structures according to the first to third aspects of the present invention are combined, there is a problem that the bonding is incomplete and is easily damaged by a gripping force or thermal shock. Needless to say, this is more effective for the problem of an increase in pressure loss.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG.(C)-(h)IsThe present invention4 shows an example of four types of
Further, FIG. 2 shows FIG.(F) (h)It is an enlarged view of the outer peripheral wall layer in this side view, and shows a state where the outer
[0017]
FIG.Embodiment of the reference exampleExamples of two types of
[0018]
Also, FIG.Embodiment of the reference exampleExamples of three types of
[0019]
Furthermore, FIG.(C)-(f)IsThe present inventionIn the embodiment of the ceramic honeycomb structure according to(A) and (b) are reference drawings.(A) is a ceramic honeycomb structure which has an outer
[0020]
Next, a method for manufacturing the ceramic honeycomb structure of the present invention will be described.
The present inventionThe method for manufacturing a ceramic honeycomb structure of the present invention is to extrude a ceramic clay, to form a plurality of formed bodies having a large number of flow holes partitioned by partition walls, and after drying the plurality of formed bodies,By forming a groove extending in the axial direction by not having a partition wall between the circulation hole located outside the outer peripheral portion and the outside,After processing the end face, which is a plane substantially perpendicular to the flow path direction, if necessary, the end faces are arranged facing each other in the flow hole direction, and ceramic slurry on the outer periphery, preferably the same material as the ceramic honeycomb structure By applying and firing a ceramic slurry containing at least ceramics, the outer peripheral wall is integrally formed,The flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside, thereby having a groove extending in the axial direction and filling the groove.A ceramic honeycomb structure bonded with the integrally formed outer peripheral wall is obtained. Alternatively, the plurality of molded bodies are dried and fired to form a plurality of honeycomb members,By forming a groove extending in the axial direction by not having a partition wall between the circulation hole located outside the outer peripheral portion and the outside,After processing an end surface that is a surface substantially perpendicular to the flow path direction as necessary, the end surfaces of the plurality of honeycomb members are opposed to each other so that the flow holes communicate with each other, and a heat-resistant ceramic coating material, preferably Apply a ceramic coating material composed of an inorganic binder and a ceramic aggregate containing at least ceramics of the same material as the ceramic honeycomb structure, and form an outer peripheral wall layer by curing.The flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside, thereby having a groove extending in the axial direction and filling the groove.A ceramic honeycomb structure bonded with the integrally formed outer peripheral wall is obtained.
[0021]
In any case, the ceramic honeycomb member before applying the ceramic slurry or the ceramic coating material has a groove extending in the axial direction because the flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside.ButFormationBecauseThe groove is filled with ceramic slurry or ceramic coating material, so that a so-called anchor effect is obtained, so that it is possible to join more firmly, and depending on the storage container when used as a catalyst carrier or a particulate collection filter A structure that can withstand gripping stress and is resistant to thermal shock caused by high-temperature exhaust gas can be obtained. Here, in order to manufacture a honeycomb structure in which a through hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside and forms a groove extending in the axial direction, the outer peripheral wall is formed in the molding process. A method of forming a honeycomb formed body having no outer peripheral portion, a method of firing after removing the outer peripheral portion of the ceramic honeycomb formed body integrally having an outer peripheral wall obtained by a normal extrusion method, or a normal extrusion method For example, a method of removing the outer peripheral portion of the ceramic honeycomb member integrally having the outer peripheral wall obtained by the above process can be employed.
[0022]
The present inventionThe method for manufacturing a ceramic honeycomb structure of the present invention is to extrude a ceramic clay, to form a plurality of formed bodies having a large number of flow holes partitioned by partition walls, and after drying the plurality of formed bodies,By forming a groove extending in the axial direction by not having a partition wall between the circulation hole located outside the outer peripheral portion and the outside,After processing the end face which is a surface substantially perpendicular to the flow path direction as necessary, the end face is made to face in the flow hole direction, and the width is within 10 flow holes from the outermost periphery of the facing end face. Alternatively, a ceramic slurry made of the same material as the ceramic honeycomb structure is preferably applied to a part or the whole of the end face of the outer peripheral wall, and the plurality of dried bodies are integrated and then fired, so that the plurality of ceramic honeycomb members are removed from the outermost periphery. A ceramic honeycomb structure bonded through a bonding material having a thickness of 10 mm or less in a width range of 10 flow holes or less is obtained. Alternatively, the plurality of molded bodies are dried and fired to form a plurality of honeycomb members,By forming a groove extending in the axial direction by not having a partition wall between the circulation hole located outside the outer peripheral portion and the outside,After processing an end face which is a surface substantially perpendicular to the flow path direction as necessary, the end faces of the plurality of honeycomb members are opposed to the flow hole direction, and 10 flow holes are formed from the outermost periphery of the opposed end faces. A ceramic coating material made of ceramic aggregate and an inorganic binder is preferably applied to a part of the width within a minute or a part or the whole of the end face of the outer peripheral wall and cured, so that a plurality of ceramic honeycomb members are formed from the outermost periphery to 10 flow holes. A ceramic honeycomb structure bonded through a bonding material having a thickness of 10 mm or less within a width within a minute is obtained. As described above, since the ceramic honeycomb member is bonded at the outer peripheral portion via the bonding material, the bonding between the members is reliably performed, and the bonding force between the members is reduced even when exposed to high-temperature exhaust gas. It is possible to prevent the members from colliding and missing due to mechanical vibration or the like when mounted on an automobile.
[0023]
The present inventionThe method for manufacturing a ceramic honeycomb structure of the present invention is to extrude a ceramic clay, to form a plurality of formed bodies having a large number of flow holes partitioned by partition walls, and after drying the plurality of formed bodies,By forming a groove extending in the axial direction by not having a partition wall between the circulation hole located outside the outer peripheral portion and the outside,After processing the end face that is substantially perpendicular to the flow path direction as necessary, the end face that is substantially perpendicular to the flow hole direction is made to face, and the flow holes present on the opposite end face are made to face each other. Of these, the ceramic slurry or paste made of the same material as that of the ceramic honeycomb structure is preferably pressed into a depth of 30 mm or less for the flow holes of 20% or less, and a plurality of dried bodies are joined and integrated, and then fired. A ceramic honeycomb structure is obtained in which a plurality of ceramic honeycomb members are joined to each other through a joining member in which the insertion depth is 30 mm or less. Alternatively, the plurality of molded bodies are dried and fired to form a plurality of honeycomb members,By forming a groove extending in the axial direction by not having a partition wall between the circulation hole located outside the outer peripheral portion and the outside,After processing an end face which is a plane substantially perpendicular to the flow path direction as necessary, the end faces of the plurality of honeycomb members are made to face each other in the flow hole direction, and 20 of the flow holes present in the opposed end faces. % Ceramic pores and an inorganic binder made of ceramic aggregate or paste are press-fitted and hardened at a depth of 30 mm or less, so that a plurality of ceramic honeycomb members are inserted into the flow holes at a depth of 30 mm or less. A ceramic honeycomb structure joined through the joining member press-fitted in is obtained.
[0024]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described by way of example.
Example 1
First, so that the cordierite ceramics are produced by firing, the cordierite-forming raw material powder kaolin, talc, silica, alumina and other cordierite-forming raw material powders are added and blended, A ceramic clay that can be extruded by mixing and kneading is prepared, and this ceramic clay is extruded by using a known die to produce a ceramic honeycomb formed body. Here, as a molding aid, an organic binder of methyl cellulose or hydroxypropylmethyl cellulose was used, and as a pore former, graphite was used. In addition, the die used in the molding process was selected so that a honeycomb structure having a partition wall thickness of 0.3 mm and a partition wall pitch of 1.5 mm could be obtained after firing in consideration of the dimensional change of the molded body due to drying and firing. . After the extruded ceramic honeycomb formed body is cut to a predetermined length, the ceramic honeycomb formed body is dried using a microwave drying furnace, and then fired at a temperature of about 1400 ° C. using a gas furnace. Thus, a fired ceramic honeycomb body having an outer diameter of 280 mm, a length of 160 mm, a partition wall pitch of 1.5 mm, and a partition wall thickness of 0.3 mm was manufactured.
Next, the peripheral part of the ceramic honeycomb fired body is removed by processing, and the flow hole located outside the outer peripheral part does not have a partition wall between the outside, and a concave groove extending in the axial direction is formed in the outer peripheral part. A ceramic honeycomb member having an outer diameter of 263.7 mm and a length of 152.4 mm was manufactured. The two ceramic honeycomb members thus manufactured are fixed so that the flow holes communicate with each other, and the outer peripheral surface of the member has a thickness of 1.5 mm and is made of a cordierite aggregate and a binder. Is coated and cured to form a common outer peripheral wall, and the ceramic honeycomb having an outer diameter of 266.7 mm and a length of 304.8 mm is joined and integrated by the outer peripheral wall in which two ceramic honeycomb members are integrally formed. Created a structure. The joined structure of the obtained ceramic honeycomb structure roughly corresponds to the structure shown in FIGS.
The cordierite aggregate used for the coating material uses cordierite particles having an average particle size of 10 μm, the inorganic binder uses colloidal silica, and the colloidal silica is used for 100 parts by mass of the cordierite particles. The ratio was adjusted to 7 parts by mass. Methylcellulose and water were added to this and used as a paste-like coating material.
[0025]
The obtained ceramic honeycomb structure was subjected to measurement of thermal shock temperature and pressure loss.
In the thermal shock resistance evaluation test, the ceramic honeycomb structure was inserted into an electric furnace heated to a constant temperature (room temperature + 500 ° C.), held for 30 minutes, then rapidly cooled to room temperature, and cracks were found by visual observation. The temperature difference (heating temperature−room temperature) was taken as the thermal shock temperature. Moreover, when a crack was not found by visual judgment, the temperature of the electric furnace was increased to 25 ° C., a similar test was performed, and the test was repeated until the crack was generated. The case where the thermal shock temperature was 650 ° C. or higher was evaluated as (◎), the case where it was 600 ° C. or higher as (◯), and the case where it was lower than 600 ° C. was evaluated as (×).
The pressure loss is measured with a pressure loss tester (not shown) at an air flow of 15 Nm.Three The pressure difference between the inflow side and the outflow side was measured as / min, and the difference pressure was evaluated as (◎) when less than 100 mmAq, (◯) when 100 to 120 mmAq, and (x) when exceeding 120 mmAq.
[0026]
(Reference example)
A cordierite ceramic honeycomb member having a partition wall thickness of 0.3 mm, a partition wall pitch of 1.5 mm, an outer diameter of 266.7 mm, a length of 152.0 mm, and an outer peripheral wall thickness of 0.5 mm was obtained in the same manner as in Example 1. Two pieces were prepared. The two ceramic honeycomb members are composed of alumina particles, an inorganic binder, and an organic binder at the outer peripheral edge within a range of 8 mm from the outermost periphery of one end face that is a surface substantially perpendicular to the flow path direction of one piece. An alumina-based adhesive is applied, and an end surface that is substantially perpendicular to the flow path direction of the other ceramic honeycomb member is disposed so that the flow holes thereof communicate with each other, and the ceramic honeycomb member is attached to the alumina-based adhesive. After the pressure is applied, the adhesive is cured and integrated, whereby two ceramic honeycomb members are joined at the outer peripheral edge via a joining member having a thickness of 0.4 mm, and the alumina-based adhesive is A ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 266.7 mm and a length of 304.8 mm, which was press-fitted into the flow hole and joined, was prepared. Here, the press-fitting depth of the adhesive was 1.5 mm. The bonded structure of the obtained ceramic honeycomb structure is4 (e) and 4 (f)This roughly corresponds to the structure shown in FIG.
For the obtained ceramic honeycomb structure, the thermal shock temperature and the pressure loss were measured in the same manner as in Example 1.
[0027]
(Example2)
According to the same method as in Example 1, the flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall between the outer periphery and a groove extending in the axial direction is formed in the outer peripheral portion, and the outer diameter is 263.7 mm. Two cordierite ceramic honeycomb members having a length of 152.0 mm, a partition wall thickness of 0.3 mm, and a partition wall pitch of 1.5 mm were manufactured. On the outer peripheral edge in the range of 6 mm from the outermost periphery of one end face that is a surface substantially perpendicular to the flow direction of one of the two ceramic honeycomb members toward the center of the ceramic honeycomb member,Reference exampleIn the same manner as above, an alumina adhesive material composed of alumina particles, an inorganic binder, and an organic binder was applied. This and an end face which is a plane substantially perpendicular to the flow direction of the other ceramic honeycomb member are arranged so that the flow holes of both are in communication, and pressure is applied to the alumina adhesive with the ceramic honeycomb member. After that, by curing and integrating the adhesive, two ceramic honeycomb members are joined to each other at the outer peripheral edge via a joining member having a thickness of 0.4 mm, and the alumina adhesive is press-fitted into the flow hole. Thus, a ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 263.7 mm and a length of 304.8 mm was prepared. Further, a coating material made of silica aggregate and inorganic binder is applied to the concave portion of the outer peripheral surface of the ceramic honeycomb structure with a thickness of 1.5 mm and cured to form an outer peripheral wall, and the two ceramic honeycomb members are connected to the outer peripheral wall. Thus, a ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 266.7 mm and a length of 304.8 mm, which was joined and integrated with each other, was prepared.
The silica aggregate used in the coating material uses silica particles having an average particle size of 15 μm, the inorganic binder uses colloidal silica, and 7 mass of colloidal silica per 100 mass parts of cordierite particles. The ratio of parts was adjusted. Methylcellulose and water were added to this and used as a paste-like coating material.
For the obtained ceramic honeycomb structure, the thermal shock temperature and the pressure loss were measured in the same manner as in Example 1.
[0028]
(Comparative Example 1)
An example in which a plurality of honeycomb members having a large number of flow holes partitioned by cell walls of the prior art are partially joined at the joint surfaces parallel to the flow direction of the flow holes by the same material joining members. Show.
In the same manner as in Example 1, so as to produce cordierite ceramics by firing, a molding aid and a pore former are added to kaolinite raw material powders kaolin, talc, silica, alumina and other cordierite raw material powders. In addition, a ceramic clay that can be extruded by mixing, mixing, and kneading is prepared, and this ceramic clay is extruded by using a known base to produce a ceramic honeycomb formed body. Here, as a molding aid, an organic binder of methylcellulose and hydroxymethylmethylcellulose was used, and as a pore former, flour was used. In addition, the die used in the molding process was selected so that a honeycomb structure having a partition wall thickness of 0.3 mm and a partition wall pitch of 1.5 mm could be obtained after firing in consideration of the dimensional change of the molded body due to drying and firing. . The extruded ceramic honeycomb formed body is divided and cut into four
[0029]
(Comparative Example 2)
A plurality of honeycomb-shaped ceramic members having a predetermined thickness are provided, and a plurality of honeycomb-shaped ceramic members having a predetermined thickness and a plurality of honeycomb-shaped ceramic members having a predetermined thickness are disposed so as to communicate in the axial direction of the aperture cells. An example of a honeycomb-like ceramic structure formed by joining ceramic members by a mechanical assembly method to be fitted into an outer cylinder metal is shown below.
In the same manner as in Example 1, two ceramic honeycomb members having a partition wall thickness of 0.3 mm, a partition wall pitch of 1.5 mm, an outer diameter of 264.7 mm, and a length of 152.4 mm were prepared. A stainless steel cylinder having an outer diameter of 266.7 mm, an inner diameter of 264.7 mm, a length of 300.8 mm, and a partition wall thickness of 0.3 mm and a partition wall pitch of 1 are fitted outside the two ceramic honeycomb members. A ceramic honeycomb structure having a diameter of 0.5 mm, an outer diameter of 266.7 mm, and a length of 300.8 mm was prepared.
[0030]
(Comparative Example 3)
A plurality of honeycomb-shaped ceramic members having a predetermined thickness are provided, and a plurality of honeycomb-shaped ceramic members having a predetermined thickness and a plurality of honeycomb-shaped ceramic members having a predetermined thickness are disposed so as to communicate in the axial direction of the aperture cells. An example in which a plurality of ceramic honeycomb members are integrated by welding by hot pressing is shown below.
In the same manner as in Example 1, two ceramic honeycomb members having a partition wall thickness of 0.3 mm, a partition wall pitch of 1.5 mm, an outer diameter of 266.7 mm, and a length of 152.4 mm were prepared. These two honeycomb members were integrated into the two ceramic honeycomb member hot-pressing devices so that the end faces of the honeycomb members were opposed to each other and heated while being heated at 1400 ° C. A ceramic honeycomb structure having a partition wall thickness of 0.3 mm, a partition wall pitch of 1.5 mm, an outer diameter of 266.7 mm, and a length of 300.8 mm was prepared.
For the ceramic honeycomb structure of the comparative example, the thermal shock temperature and the pressure loss were measured in the same manner as in Example 1.
Table 1 shows the evaluation results of Examples, Conventional Examples, and Comparative Examples.
[0031]
[Table 1]
From Table 1, according to the ceramic honeycomb structure of the present example, the honeycomb structure has a plurality of ceramic honeycomb members.However, the flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside, so that it has a concave groove extending in the axial direction, and is joined by an outer peripheral wall integrally formed by filling the concave groove. WasIt was confirmed that excellent thermal shock resistance and low pressure loss characteristics were obtained because of the structure and the reliable joining between the members. On the other hand, in the honeycomb structure of Comparative Example 1, since the plurality of honeycomb members are bonded via the bonding layer in the plane parallel to the flow holes, the bonding layer affects the pressure loss, and the pressure loss is determined. Was (×). In addition, the honeycomb structure of Comparative Example 2 was not fitted with the stainless steel cylinder during heating for measuring the thermal shock temperature, and the thermal shock temperature of the honeycomb structure could not be measured. This means that when the ceramic honeycomb structure is exposed to the high temperature of the exhaust gas, the fitting force decreases, the honeycomb member moves relatively, and the modules move due to mechanical vibration when mounted on an automobile. Means collision and loss. Further, in the honeycomb structure of Comparative Example 3, since the honeycomb members that are difficult to melt are joined by welding, a crack is generated at the welding interface in the thermal shock test, and the thermal shock temperature is judged as (×). there were.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the ceramic honeycomb structure according to the present invention includes a plurality of ceramic honeycomb members having a short axial distance.A surface substantially perpendicular to the flow path direction of the flow hole is a bonding surface,The flow hole located outside the outer peripheral portion does not have a partition wall with the outside, so that it has a groove extending in the axial direction and is joined by an outer peripheral wall integrally formed by filling the groove. Because the honeycomb members of the structure are securely bonded to each other, even when exposed to high-temperature exhaust gas, the members are prevented from colliding with each other due to mechanical vibration when mounted on an automobile, and missing. A ceramic honeycomb structure having low pressure loss and excellent exhaust gas purification performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1](A) and (b) are reference drawings, and (c) to (h) are the present invention.1 is a diagram schematically showing an embodiment of the ceramic honeycomb structure of the present invention. FIG. (A), (c), (e), (g) is a front view showing a partial cross section, (b), (d), (f), (h) are (a), (c). , (E), (g) is a side view.
[Figure 2]The present inventionFIG. 2 is a diagram schematically showing an embodiment of the ceramic honeycomb structure, and is an enlarged view of a main part of an outer peripheral wall layer.
[Fig. 3]The ceramic honeycomb structure of the reference exampleIt is the figure shown typically. (A), (c) is the front view which showed a partial cross section, (b), (d) shows each joining member enlarged view of (a), (c).
[Fig. 4]The ceramic honeycomb structure of the reference exampleIt is the figure shown typically. (A), (c), (e) is a front view showing a partial cross section, and (b), (d), (f) are joined members of (a), (c), (e), respectively. An enlarged view is shown.
[Figure 5](A) and (b) are reference drawings, and (c) to (f) are the present invention.1 is a diagram schematically showing an embodiment of the ceramic honeycomb structure of the present invention. FIG. (A), (c), (e) is a front view showing a partial cross section, and (b), (d), (f) are joined members of (a), (c), (e), respectively. An enlarged view is shown.
FIG. 6 is a diagram schematically showing an embodiment of a ceramic honeycomb structure of a comparative example of the present invention. (A) is a front view, (b) shows a side view.
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