JP5281967B2 - Honeycomb structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルター等の集塵用フィルターとして好適に使用されるハニカム構造体に関する。 The present invention relates to a honeycomb structure suitably used as a dust collection filter such as a diesel particulate filter.
排ガス用の捕集フィルター、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれているスート等の粒子状物質(パティキュレートマター(PM))を捕捉して除去するためのディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)として、ハニカム構造体が広く使用されている。 As a collection filter for exhaust gas, for example, a diesel particulate filter (DPF) for capturing and removing particulate matter (particulate matter (PM)) such as soot contained in exhaust gas from diesel engines, etc. Honeycomb structures are widely used.
このようなハニカム構造体(フィルター)を長期間継続して使用するためには、定期的にフィルターに再生処理を施す必要がある。すなわち、フィルター内部に経時的に堆積したPMにより増大した圧力損失を低減させてフィルター性能を初期状態に戻すため、フィルター内部に堆積したPMを燃焼させて除去する必要がある。このフィルター再生時には、フィルター内部に堆積したPMが流体(排ガス)の入口側から順に燃焼するため、出口側に近い部位ほど、前方で発生した熱とその場でPMが燃焼した熱とによる温度上昇が激しくなる。そのため、フィルター各部の温度上昇が不均一になりやすく、熱応力によってクラック等の欠陥を発生させるという問題があった。 In order to use such a honeycomb structure (filter) continuously for a long period of time, it is necessary to periodically regenerate the filter. That is, in order to reduce the pressure loss increased by the PM accumulated with time in the filter and return the filter performance to the initial state, it is necessary to burn and remove the PM accumulated in the filter. When this filter is regenerated, the PM accumulated inside the filter burns in order from the fluid (exhaust gas) inlet side, so the temperature rises due to the heat generated in the front and the heat burned on the spot closer to the outlet side. Becomes intense. Therefore, the temperature rise of each part of the filter is likely to be non-uniform, and there is a problem that defects such as cracks are generated due to thermal stress.
このような問題に対し、ハニカム構造体を複数のハニカム形状のセグメント(ハニカムセグメント)から構成し、各ハニカムセグメント間を弾性質素材からなる接合材で接合一体化した構造とすることにより、ハニカム構造体に作用する熱応力を分散、緩和する方法が提案され(例えば、特許文献1参照)、それによって耐熱衝撃性をある程度改善できるようになったが、近年のフィルターの大型化に伴う熱応力の増大により、この方法だけでは十分な効果が得られにくくなってきている。また、平均細孔径を入口側端面から出口側端面に向かって小さくなるように形成し、PMが出口側付近に偏って堆積するのを防ぐことにより、フィルター再生時における燃焼熱の偏りを抑制したハニカム構造体も知られているが(例えば、特許文献2参照)、このように平均細孔径を小さくするだけでは、十分な効果が得られにくいのが実情である。 To solve such problems, the honeycomb structure is composed of a plurality of honeycomb-shaped segments (honeycomb segments), and each honeycomb segment is joined and integrated with a joining material made of an elastic material. A method of dispersing and relaxing the thermal stress acting on the body has been proposed (see, for example, Patent Document 1), so that the thermal shock resistance can be improved to some extent. Due to the increase, it has become difficult to obtain a sufficient effect only by this method. In addition, the average pore diameter is formed so as to decrease from the inlet side end surface toward the outlet side end surface, and PM is prevented from being biased and deposited in the vicinity of the outlet side, thereby suppressing the combustion heat bias during filter regeneration. A honeycomb structure is also known (see, for example, Patent Document 2). However, it is difficult to obtain a sufficient effect simply by reducing the average pore diameter in this way.
また、複数のハニカムセグメントを接合してハニカム構造体を構成する場合には、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度が重要である。更に、ハニカムセグメント間の温度差を小さくし、当該温度差に起因する熱応力の発生を抑制する観点から、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズに行われること、すなわち熱伝達が良いことも望まれる。 Further, when a honeycomb structure is configured by bonding a plurality of honeycomb segments, the bonding strength between the honeycomb segments and the bonding material is important. Further, from the viewpoint of reducing the temperature difference between the honeycomb segments and suppressing the generation of thermal stress due to the temperature difference, heat transfer between the honeycomb segments and the bonding material is performed smoothly, that is, heat transfer. It is also desirable that it be good.
ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度は、ハニカムセグメントの外壁表面の凹凸に、接合材に含まれる無機粒子が食い込むことにより生ずる効果(アンカー効果)によって発現すると考えらており、前記特許文献1でもこのようなアンカー効果に着目してハニカムセグメントの外壁の表面粗さRzを規定している。 The bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material is considered to be manifested by an effect (anchor effect) caused by the inorganic particles contained in the bonding material biting into the irregularities on the outer wall surface of the honeycomb segment. 1, the surface roughness Rz of the outer wall of the honeycomb segment is defined by paying attention to such an anchor effect.
アンカー効果は、表面粗さが大きい(粗い)ほど高くなるため、前記従来技術における表面粗さRzのような凹凸の高さ方向のパラメータは、ハニカムセグメントの特性に悪影響を及ぼさない範囲でなるべく大きな値に設定するのが一般的である。 Since the anchor effect becomes higher as the surface roughness is larger (rougher), the parameters in the height direction of the unevenness such as the surface roughness Rz in the conventional technique are as large as possible within a range that does not adversely affect the characteristics of the honeycomb segment. Generally set to a value.
しかしながら、ハニカムセグメントの外壁の表面粗さを大きめに設定しても、接合材に含まれる無機粒子の粒子径がある程度以上大きかったり、ハニカムセグメントの外壁の局部山頂の間隔が小さすぎたりするような場合には、無機粒子がハニカムセグメント外壁表面の凹部に入り込みにくくなるため、ハニカムセグメントの外壁表面と無機粒子との界面に大きな空隙が発生して両者の接触面積が減少し、ハニカムセグメントと接合材との間の熱伝達が悪化することがある。また、ハニカムセグメント外壁の表面粗さや局部山頂の間隔は、ハニカムセグメント自身の製造に用いる原料粒子の粒子径分布や原料成分の配合割合の他、ハニカムセグメント同士の接合に先立ってハニカムセグメントの外壁に塗布する下地材の粒子径分布や成分の配合割合等の調整により、独立的に任意で所望の値が実現可能ではあるものの、独立的調整因子の数が過多であるため、接合強度と熱伝達とのバランスが良いハニカム構造体を製造しようとする場合には、却って職人技的なノウハウが要求されていた。 However, even if the surface roughness of the outer wall of the honeycomb segment is set to be large, the particle diameter of the inorganic particles contained in the bonding material is larger than a certain degree, or the interval between the local peaks on the outer wall of the honeycomb segment is too small. In this case, since the inorganic particles are less likely to enter the recesses on the surface of the outer wall of the honeycomb segment, a large void is generated at the interface between the outer wall surface of the honeycomb segment and the inorganic particle, and the contact area between the two is reduced. Heat transfer between the two may deteriorate. The surface roughness of the honeycomb segment outer wall and the interval between the local peaks are not limited to the particle size distribution of the raw material particles used in the manufacture of the honeycomb segment itself, the mixing ratio of the raw material components, and the outer wall of the honeycomb segment prior to the joining of the honeycomb segments. Although the desired value can be achieved independently by adjusting the particle size distribution of the base material to be applied and the blending ratio of the components, the number of independent adjustment factors is excessive, so the bonding strength and heat transfer On the other hand, craftsmanship know-how was required to produce a honeycomb structure with a good balance.
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハニカムセグメントの所定部位を緻密化するとともに、ハニカムセグメント外壁の表面粗さ(算術平均表面粗さ:Ra)、局部山頂の間隔(局部山頂の平均間隔:S)、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径といった、接合強度と熱伝達に影響する因子の最適範囲を見出すことにより、DPFに用いた場合において、フィルター再生時の出口側付近の温度上昇が適度に抑えられるとともに、圧力損失の過度な上昇も抑制され、更にハニカムセグメントと接合材との間の接合強度及び熱伝達も良好で、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and the object of the present invention is to densify a predetermined portion of the honeycomb segment and to obtain the surface roughness (arithmetic average surface roughness) of the honeycomb segment outer wall. : Ra), the distance between the local peaks (average interval between the local peaks: S), the average particle size of the inorganic particles contained in the bonding material, and finding the optimal range of factors that affect the bonding strength and heat transfer, When used, the temperature rise near the outlet side at the time of filter regeneration is moderately suppressed, the excessive increase in pressure loss is also suppressed, and the bonding strength and heat transfer between the honeycomb segment and the bonding material are also good. An object of the present invention is to provide a honeycomb structure having excellent thermal shock resistance.
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下のハニカム構造体が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the following honeycomb structure is provided.
[1] 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該2つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記2つの端面間に多孔質体の隔壁によって区画形成された、流体の流路となる複数のセルとを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaが0.4〜20μmであり、前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さRaが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaより0.01〜7.5μm大きく、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体(第一のハニカム構造体)。 [1] An inlet-side end surface serving as a fluid inlet side, an outlet-side end surface serving as a fluid outlet side, an outer wall connecting the outer peripheral portions of the two end surfaces, and porous between the two end surfaces inside the outer wall A plurality of honeycomb-shaped segments defined by partition walls of the body and having a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles. The segment is formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry including a honeycomb-shaped porous base substrate and particles smaller than the average pore diameter of the base substrate. A modified portion formed by heat treatment, and the modified portion has a length that is 1/10 to 1/2 of the total length of the segment along the axial direction of the cell from the outlet side end surface of the segment. Range The arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is 0.4 to 20 μm, and the arithmetic average surface roughness of the outer wall surface of the modified portion is Ra is 0.01 to 7.5 μm larger than the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified part is formed, and the average particle size of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm. A certain honeycomb structure (first honeycomb structure).
[2] 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該2つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記2つの端面間に多孔質体の隔壁によって区画形成された、流体の流路となる複数のセルとを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaが0.4〜20μmであり、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体(第二のハニカム構造体)。 [ 2 ] An inlet side end surface serving as a fluid inlet side, an outlet side end surface serving as a fluid outlet side, an outer wall connecting outer peripheral portions of the two end surfaces, and porous between the two end surfaces inside the outer wall A plurality of honeycomb-shaped segments defined by partition walls of the body and having a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles. The outer peripheral segment located in the outer peripheral portion of the honeycomb structure is composed of only a honeycomb-shaped porous base substrate, and the central segment located inside the outer peripheral segment. Is a modified part formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry containing the base substrate and particles smaller than the average pore diameter of the base substrate and then heat-treating the slurry. The modification part is formed in a range from the outlet side end surface of the central segment to the length of 1/10 to 1/2 of the total length of the central segment along the axial direction of the cell, A honeycomb structure having an arithmetic average surface roughness Ra of 0.4 to 20 μm on the outer wall surface of the base substrate excluding a portion where the modifier is formed, and an average particle diameter of the inorganic particles of 0.5 to 30 μm. (Second honeycomb structure).
[3] 前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さRaが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaより0.01〜7.5μm大きい[2]に記載のハニカム構造体。 [ 3 ] The arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the modified portion is 0.01 to 7.5 μm larger than the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the formation site of the modified portion. The honeycomb structure according to [ 2 ].
[4] 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該2つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記2つの端面間に多孔質体の隔壁によって区画形成された、流体の流路となる複数のセルとを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが10〜125μmであり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sより0.1〜70μm大きく、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体(第三のハニカム構造体)。 [ 4 ] An inlet-side end surface that serves as a fluid inlet side, an outlet-side end surface that serves as a fluid outlet side, an outer wall that connects the outer peripheral portions of the two end surfaces, and a porous material between the two end surfaces inside the outer wall. A plurality of honeycomb-shaped segments defined by partition walls of the body and having a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles. The segment is formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry including a honeycomb-shaped porous base substrate and particles smaller than the average pore diameter of the base substrate. A modified portion formed by heat treatment, and the modified portion has a length that is 1/10 to 1/2 of the total length of the segment along the axial direction of the cell from the outlet side end surface of the segment. Example Are formed, the average spacing S between local peaks of the outer wall surface of the base substrate excluding the forming portion of the modified portions is 10~125Myuemu, mean spacing S of local peaks of the outer wall surface of the modified portion A honeycomb structure in which the average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is 0.1 to 70 μm larger, and the average particle size of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm. (Third honeycomb structure).
[5] 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該2つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記2つの端面間に多孔質体の隔壁によって区画形成された、流体の流路となる複数のセルとを有するハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが10〜125μmであり、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体(第四のハニカム構造体)。 [ 5 ] An inlet-side end surface serving as a fluid inlet side, an outlet-side end surface serving as a fluid outlet side, an outer wall connecting outer peripheral portions of the two end surfaces, and a porous material between the two end surfaces inside the outer wall. A plurality of honeycomb-shaped segments defined by partition walls of the body and having a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles. The outer peripheral segment located in the outer peripheral portion of the honeycomb structure is composed of only a honeycomb-shaped porous base substrate, and the central segment located inside the outer peripheral segment. Is a modified part formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry containing the base substrate and particles smaller than the average pore diameter of the base substrate and then heat-treating the slurry. The modification part is formed in a range from the outlet side end surface of the central segment to the length of 1/10 to 1/2 of the total length of the central segment along the axial direction of the cell, A honeycomb structure (first structure) in which the average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is 10 to 125 μm, and the average particle diameter of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm. Four honeycomb structures).
[6] 前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sより0.1〜70μm大きい[5]に記載のハニカム構造体。
[6] The average spacing S between local peaks of the outer wall surface of the modifying part, 0.1~70Myuemu greater than the average spacing S of local peaks of the outer wall surface of the base substrate excluding the forming portion of the modified portion [5 The honeycomb structure according to
[7] 全ての前記セグメントにおいて、前記修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径が同一である[1]又は[4]に記載のハニカム構造体。 [ 7 ] The honeycomb structure according to [1] or [4] , wherein the length, porosity, and average pore diameter of the modified portion are the same in all the segments.
[8] 前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントと、その内側に位置する中央セグメントとで、前記修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径の何れか1つ以上が異なっている[1]又は[4]に記載のハニカム構造体。 [ 8 ] Among the segments, any one or more of a length, a porosity, and an average pore diameter of the modified portion of the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure and the central segment located inside thereof The honeycomb structure according to [1] or [4] , in which are different.
[9] 前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sと算術平均表面粗さRaとの比(S/Ra)が1〜35であり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sと算術平均表面粗さRaとの比(S/Ra)が4〜40である[1]〜[8]の何れかに記載のハニカム構造体。 [ 9 ] The ratio (S / Ra) of the average distance S between the local peaks of the outer wall surface of the base substrate excluding the formation site of the modification portion and the arithmetic average surface roughness Ra is 1 to 35, and the modification The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 8 ], wherein the ratio (S / Ra) of the average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the part and the arithmetic average surface roughness Ra is 4 to 40.
[10] 下記の方法により求められたせん断強度をP(単位:kPa)とし、セグメント間の温度差をT(単位:℃)としたとき、PとTとが下式(1)の関係を満たす[1]〜[9]の何れかに記載のハニカム構造体。
T<0.423P−169.2 (1)
[せん断強度]
ハニカム構造体より、隣接する2本のセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してその長軸方向から荷重をかけることにより測定する。
[セグメント間の温度差]
内部にススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数2000rpm、エンジントルク60Nmに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定する。温度計測点は、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントの端面方向中心部と、当該外周セグメントの内側に隣接する中央セグメントの端面方向中心部とのそれぞれにおける、ハニカム構造体の出口側端面から入口側端面に向かって15mmの位置であり、これら2つの温度計測点の内、前記中央セグメント内にある温度計測点の最高温度が1200℃になるように、前記ススの堆積量を徐々に増加させて行き、前記中央セグメント内にある温度計測点の温度が1200℃に達した時点までの各温度計測点における温度履歴中の最高温度の差を算出する。
[ 10 ] When the shear strength obtained by the following method is P (unit: kPa) and the temperature difference between segments is T (unit: ° C), P and T have the relationship of the following formula (1). The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 9 ], which is satisfied.
T <0.423P-169.2 (1)
[Shear strength]
Two adjacent segments are cut out from the honeycomb structure in a joined state, one segment is fixed, and a load is applied to the other segment from the major axis direction.
[Temperature difference between segments]
The honeycomb structure with soot deposited inside is installed on the engine bench, post-injection is performed with the engine speed maintained at 2000 rpm and the engine torque of 60 Nm, and the post-compression pressure loss before and after the honeycomb structure starts to decrease. The temperature history inside the honeycomb structure is measured when the injection is turned off and the engine state is switched to idle. The temperature measurement points are the end surfaces on the outlet side of the honeycomb structure at the end surface direction center portion of the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure and the end surface direction center portion of the center segment adjacent to the inner side of the outer peripheral segment. The soot accumulation amount is gradually increased so that the maximum temperature at the temperature measurement point in the central segment of these two temperature measurement points is 1200 ° C. The maximum temperature difference in the temperature history at each temperature measurement point until the temperature at the temperature measurement point in the central segment reaches 1200 ° C. is calculated.
[11] 前記修飾部の気孔率が、前記ベース基材の気孔率より2〜20%低い[1]〜[10]の何れかに記載のハニカム構造体。 [ 11 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 10 ], wherein the porosity of the modified portion is 2 to 20% lower than the porosity of the base substrate.
[12] 前記修飾部の平均細孔径が、前記ベース基材の平均細孔径より0.1〜10μm小さい[1]〜[11]の何れかに記載のハニカム構造体。 [ 12 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 11 ], wherein an average pore diameter of the modified portion is 0.1 to 10 μm smaller than an average pore diameter of the base substrate.
[13] 前記ベース基材の気孔率が30〜80で、平均細孔径が5〜40μmである[1]〜[12]の何れかに記載のハニカム構造体。 [ 13 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 12 ], wherein the base substrate has a porosity of 30 to 80 and an average pore diameter of 5 to 40 μm.
[14] 所定の前記セルの開口部を前記入口側端面で目封止するとともに、残余の前記セルの開口部を前記出口側端面で目封止する目封止部を備えた[1]〜[13]の何れかに記載のハニカム構造体。 [ 14 ] A plugging portion that plugs a predetermined opening portion of the cell with the end surface on the inlet side and plugs the remaining opening portion of the cell with the end surface on the outlet side is provided [1] to [14]. [ 13 ] The honeycomb structure according to any one of [ 13 ].
[15] 前記入口側端面の開口率が、前記出口側端面の開口率より大きい[14]に記載のハニカム構造体。 [ 15 ] The honeycomb structure according to [ 14 ], wherein an opening ratio of the inlet side end face is larger than an opening ratio of the outlet side end face.
[16] 前記隔壁に触媒成分が担持された[1]〜[15]の何れかに記載のハニカム
構造体。
[ 16 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 15 ], wherein a catalyst component is supported on the partition walls.
本発明のハニカム構造体は、修飾部、すなわち緻密化処理を施す部位の長さを限定することによって、DPFに用いた場合におけるフィルター再生時の出口側付近の温度上昇が適度に抑えられるとともに、圧力損失の過度な上昇も抑えられており、フィルターとしてのバランスに優れる。また、ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaや局部山頂の平均間隔Sを所定範囲に限定するとともに、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を限定することによって、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度が得られるとともに、両者の間の熱の授受がスムーズとなり、各部の温度が不均一になりやすいDPF等の用途に使用した場合において、高い耐熱衝撃性を発揮する。 In the honeycomb structure of the present invention, by limiting the length of the modified portion, that is, the portion to be densified, the temperature increase near the outlet side at the time of filter regeneration when used in a DPF is moderately suppressed, An excessive increase in pressure loss is also suppressed, and the balance as a filter is excellent. Further, by limiting the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate and the average interval S of the local peaks to a predetermined range, and by limiting the average particle diameter of the inorganic particles contained in the bonding material, High thermal shock resistance when used in applications such as DPF, where good bonding strength with the bonding material is obtained, heat transfer between the two is smooth, and the temperature of each part tends to be uneven. Demonstrate.
以下、本発明を具体的な実施形態に基づき説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments, but the present invention should not be construed as being limited thereto, and based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Various changes, modifications, and improvements can be added.
本発明の第一〜第四のハニカム構造体は、ハニカム形状のセグメント(ハニカムセグメント)の複数個が、接合材にて一体化されてなるものである。図5は本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体の基本構造の一例を示す概略斜視図であり、図6は本発明に係る第一〜第四のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの一例を示す概略斜視図である。 The first to fourth honeycomb structures of the present invention are formed by integrating a plurality of honeycomb-shaped segments (honeycomb segments) with a bonding material. FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of the basic structure of the first to fourth honeycomb structures according to the present invention, and FIG. 6 is a honeycomb segment constituting the first to fourth honeycomb structures according to the present invention. It is a schematic perspective view which shows an example.
図6に示すように、ハニカムセグメント2は、流体の入口側となる入口側端面10と流体の出口側となる出口側端面11とを有している。この2つの端面の外周部は外壁8により繋がれ、外壁8の内側において、流体の流路となる複数のセル(貫通孔)5が多孔質の隔壁3によって区画形成されている。なお、DPFのようなフィルターとして使用する場合には、所定セルの開口部を入口側端面で目封止するとともに、残余のセルの開口部を出口側端面で目封止する目封止部を配設するのが一般的であり、通常は、図7のように、一方の端面が目封止部9により市松模様を呈するよう目封止し、他方の端面が目封止部により、これと相補的な市松模様を呈するよう目封止する。すなわち、隣接するセルの開口部が互いに反対側の端面にて目封止されるように目封止部を形成する。
As shown in FIG. 6, the
このように目封止が施されたハニカムセグメントから構成されるハニカム構造体の一端面(入口側端面)よりスート等のPMを含む流体を通気させると、流体は、当該一端面側において開口部が目封止さていないセルよりハニカム構造体の内部に流入し、濾過能を有する多孔質の隔壁を通過して、他端面(出口側端面)側が目封止されていない他の流通孔に入る。そして、この隔壁を通過する際に流体中のPMが隔壁に補足され、PMが除去された浄化後の流体が他端面より排出される。 When a fluid containing PM such as soot is vented from one end face (inlet side end face) of the honeycomb structure constituted of the honeycomb segments thus plugged, the fluid is opened at the one end face side. Flows into the inside of the honeycomb structure from the cells that are not plugged, passes through the porous partition wall having filtration ability, and enters the other flow hole in which the other end surface (end surface side surface) is not plugged. . And when passing through this partition, PM in the fluid is captured by the partition, and the purified fluid from which PM has been removed is discharged from the other end surface.
図5のように、本発明の第一〜第四のハニカム構造体は、ハニカムセグメント2の複数個を、それらの外壁同士を接合することにより一体化して構成される。ハニカムセグメント2の接合には接合材が使用される。この接合材は、無機粒子を含むものであり、その他の成分として、無機繊維、コロイド状酸化物を含むことが好ましい。ハニカムセグメントの接合時には、これらの成分に加え、必要に応じて、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の有機バインダー、分散剤、水等を加え、それをミキサー等の混練機を使用して混合、混練してペースト状にしたものが好適に使用できる。
As shown in FIG. 5, the first to fourth honeycomb structures of the present invention are formed by integrating a plurality of
接合材に含まれる無機粒子の構成材料としては、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれるセラミックス、Fe−Cr−Al系金属、ニッケル系金属、珪素−炭化珪素系複合材料等を好適に用いることができる。 As the constituent material of the inorganic particles contained in the bonding material, for example, ceramics selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, cordierite, alumina, mullite, zirconia, zirconium phosphate, aluminum titanate, titania and combinations thereof, Fe A —Cr—Al-based metal, nickel-based metal, silicon-silicon carbide based composite material, or the like can be preferably used.
無機繊維としては、アルミノシリケート、炭化珪素等のセラミックファイバー、銅、鉄等のメタルファイバー等を好適に用いることができる。コロイド状酸化物としては、シリカゾル、アルミナゾル等が好適なものとして挙げられる。コロイド状酸化物は、接合材に適度な接着力を付与するために好適であり、また、乾燥・脱水することによって無機繊維及び無機粒子と結合し、乾燥後の接合材を、耐熱性等に優れた強固なものとすることができる。 As the inorganic fibers, ceramic fibers such as aluminosilicate and silicon carbide, metal fibers such as copper and iron, and the like can be suitably used. As the colloidal oxide, silica sol, alumina sol and the like are preferable. The colloidal oxide is suitable for imparting an appropriate adhesive force to the bonding material, and is bonded to inorganic fibers and inorganic particles by drying and dehydrating, so that the bonding material after drying has heat resistance and the like. It can be excellent and strong.
このような接合材をハニカムセグメントの被接合面となる外壁表面に所定の厚さで塗布して複数個のハニカムセグメントを組み合わせた後、接合材を乾燥硬化させることにより、複数個のハニカムセグメントが一体化されたハニカム構造体とする。その後、必要に応じ、外周部を研削加工するなどして、円柱状等の所望形状に加工してもよい。なお、この場合、加工により外壁が除去され、内部の隔壁とセルが露出した状態となるので、露出面をコーティング材で被覆するなどして外壁を再形成することが好ましい。 By applying such a bonding material to the outer wall surface to be bonded surfaces of the honeycomb segments at a predetermined thickness and combining the plurality of honeycomb segments, the bonding material is dried and cured, whereby the plurality of honeycomb segments are formed. An integrated honeycomb structure is obtained. Thereafter, if necessary, the outer peripheral portion may be ground into a desired shape such as a columnar shape. In this case, since the outer wall is removed by processing and the inner partition walls and cells are exposed, it is preferable to re-form the outer wall by covering the exposed surface with a coating material.
本発明の第一及び第三のハニカム構造体に使用されるハニカムセグメントは、すべてハニカム形状で多孔質のベース基材と、このベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部(緻密化部)とを有する。また、本発明の第二及び第四のハニカム構造体に使用されるハニカムセグメントについては、それらセグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、前記ベース基材のみからなり、残余のセグメント、すなわち外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、第一及び第三のハニカム構造体に使用されるハニカムセグメントと同様に、ベース基材とベース基材の一部に形成された修飾部とを有する。 The honeycomb segments used in the first and third honeycomb structures of the present invention are all made of a honeycomb-shaped porous base substrate and a slurry containing particles smaller than the average pore diameter of the base substrate. A part of the material has a modified part (densified part) formed by heat treatment after impregnation. Further, regarding the honeycomb segments used in the second and fourth honeycomb structures of the present invention, the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure is composed of only the base substrate, and the rest Segment, i.e., the central segment located inside the outer peripheral segment, is the base substrate and the modified portion formed on a part of the base substrate, similarly to the honeycomb segment used in the first and third honeycomb structures. And have.
修飾部は、本発明のハニカム構造体をDPFに用いた場合において、フィルター再生時に過剰に昇温しやすい出口側端面付近の熱容量及び熱伝導率を増加させて昇温を適度に抑制し、耐熱衝撃性を向上させる目的で形成されるものであるが、本発明の第一〜第四のハニカム構造体では、この修飾部の形成によって圧力損失が上昇し過ぎないように、その形成範囲を限定している。修飾部の具体的な形成範囲は、ハニカムセグメントの出口側端面から、セルの軸方向に沿って、ハニカムセグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲である。修飾部の形成範囲がハニカムセグメント全長の1/10に満たないと、フィルター再生時における出口側端面付近の過剰な昇温を効果的に抑制するだけの熱容量と熱伝導率を確保することが困難であり、ハニカムセグメント全長の1/2を超えると、修飾部によって圧力損失が比較的短期間に上昇してしまうため、低排気量車種向け等のフィルターに使用が限定され、汎用性が低くなる。 When the honeycomb structure of the present invention is used for a DPF, the modifying portion increases the heat capacity and thermal conductivity near the end face on the outlet side, which is likely to be excessively heated during filter regeneration, and moderately suppresses the temperature increase. Although it is formed for the purpose of improving impact properties, the formation range of the first to fourth honeycomb structures of the present invention is limited so that the pressure loss does not increase excessively due to the formation of the modified portion. doing. A specific formation range of the modified portion is a range from the outlet side end face of the honeycomb segment to a length of 1/10 to 1/2 of the total length of the honeycomb segment along the cell axial direction. If the formation range of the modified portion is less than 1/10 of the total length of the honeycomb segment, it is difficult to secure a heat capacity and a heat conductivity that can effectively suppress an excessive temperature rise near the end face on the outlet side during filter regeneration. If the honeycomb segment exceeds 1/2 of the total length of the honeycomb segment, the pressure loss is increased in a relatively short time by the modified portion, so that the use is limited to a filter for a low displacement vehicle type and the versatility is lowered. .
修飾部の形成範囲を前記のように限定することにより、フィルター再生時の出口側付近の温度上昇が適度に抑えられるとともに、圧力損失の過度な上昇も抑えられ、フィルターとしてのバランスに優れたハニカム構造体となる。また、本発明の第二及び第四のハニカム構造体においては、更に修飾部を形成するハニカムセグメントを、中央セグメントのみに限定することで、修飾部の形成による圧力損失の上昇をより抑えやすくしている。 By limiting the formation range of the modified portion as described above, a temperature rise near the outlet side during filter regeneration can be moderately suppressed, and an excessive increase in pressure loss can be suppressed, and the honeycomb has an excellent balance as a filter. It becomes a structure. Further, in the second and fourth honeycomb structures of the present invention, by further limiting the honeycomb segment forming the modified portion to only the central segment, it is possible to more easily suppress an increase in pressure loss due to the formation of the modified portion. ing.
本発明の第一及び第二のハニカム構造体においては、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaを0.4〜20μm、好ましくは1〜15μmとしている。なお、本発明において、「平均表面粗さRa」とは、JIS B0601−1994に規定された値であって、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値を示したものである。 In the first and second honeycomb structures of the present invention, the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is 0.4 to 20 μm, preferably 1 to 15 μm. . In the present invention, the “average surface roughness Ra” is a value defined in JIS B0601-1994, and is extracted from the roughness curve by a reference length in the direction of the average line, and the average of the extracted portions. The absolute values of deviations from the line to the measurement curve are totaled and the average value is shown.
図10〜図13は、ハニカムセグメントの外壁表面の表面粗さや局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントの外壁と接合材に含まれる無機粒子との接合状態に与える影響を示したものであり、この内、図10と図11との比較より、外壁8表面の局部山頂の間隔や接合材に含まれる無機粒子15の粒子径が同程度の場合には、外壁8表面の表面粗さが大きい(粗い)方が無機粒子15がハニカムセグメント外壁8表面の谷(凹部)に入り込みにくく、外壁8表面と無機粒子15により囲まれた空隙が生じる現象(いわゆるブリッジ)が起こりやすくなって、ハニカムセグメントと接合材との接触面積が減少すると考えられる。また、その一方で、外壁8表面の表面粗さが小さくなるにつれて、アンカー効果は低減する。
10 to 13 show the influence of the surface roughness of the outer wall surface of the honeycomb segment and the interval between the local peaks on the bonding state between the outer wall of the honeycomb segment and the inorganic particles contained in the bonding material. 10 and 11, when the distance between the local peaks on the surface of the
本発明の第一及び第二のハニカム構造体は、このようにハニカムセグメント外壁表面の凹凸の高さ方向のパラメータである表面粗さが、ハニカムセグメントと接合材との接触面積やアンカー効果に及ぼす影響に着目し、良好な接合強度を得るために必要なアンカー効果を確保するとともに、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズに行えるだけの接触面積も確保するという観点からハニカムセグメントのベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaを最適化したものである。 In the first and second honeycomb structures of the present invention, the surface roughness, which is a parameter in the height direction of the unevenness of the honeycomb segment outer wall surface, affects the contact area and anchor effect between the honeycomb segment and the bonding material. Focusing on the influence, the honeycomb segment from the viewpoint of securing the anchor effect necessary to obtain good bonding strength and also ensuring the contact area that can smoothly transfer heat between the honeycomb segment and the bonding material The arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate is optimized.
修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaを前記のような範囲とし、かつ、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を所定範囲とすることで、十分なアンカー効果を確保でき、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度が得られるとともに、ハニカムセグメント外壁表面と無機粒子との接触面積を大きく保つことができ、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズになる。 By setting the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the formation site of the modified portion as described above, and by setting the average particle diameter of the inorganic particles contained in the bonding material to a predetermined range, A sufficient anchoring effect can be secured, a good bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material can be obtained, and a large contact area between the honeycomb segment outer wall surface and the inorganic particles can be maintained. The transfer of heat between the two becomes smooth.
この算術平均表面粗さRaが0.4μm未満ではアンカー効果が低減して必要な接合強度の確保が難しくなり、20μmを超えるとハニカムセグメントと接合材との接触面積が減少して両者間の熱の授受がスムーズに行えなくなったり、無機粒子がハニカムセグメント外壁表面の谷(凹部)まで入りきらず、接合材の乾燥時に、ハニカムセグメントと接合材との界面にクラックが生じたりする場合がある。 If this arithmetic average surface roughness Ra is less than 0.4 μm, the anchor effect is reduced and it becomes difficult to ensure the required bonding strength. If it exceeds 20 μm, the contact area between the honeycomb segment and the bonding material is reduced, and the heat between them is reduced. May not be smoothly transferred, or the inorganic particles may not enter the valleys (recesses) on the surface of the outer wall of the honeycomb segment, and cracks may occur at the interface between the honeycomb segment and the bonding material when the bonding material is dried.
更に、本発明の第一及び第二のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスをより良好にする観点から、本発明の第三及び第四のハニカム構造体と同様に、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sを10〜125μmとすることが好ましく、15〜100μmとすることがより好ましい。 Furthermore, in the first and second honeycomb structures of the present invention, from the viewpoint of further improving the balance between the bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material and the transfer of heat, the third and third of the present invention. Similarly to the fourth honeycomb structure, the average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is preferably 10 to 125 μm, and more preferably 15 to 100 μm.
また、本発明の第一及び第二のハニカム構造体においては、修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さRaを、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaより0.01〜7.5μm大きくすることが好ましく、0.05〜5μm大きくすることがより好ましい。修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さRaをこのような範囲とすることにより、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界において、外壁表面と接合材との間で良好な接合強度が得られ、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界でセグメントと接合材の剥離が生じ難くなる。 In the first and second honeycomb structures of the present invention, the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the modified portion is set to the arithmetic average surface roughness of the outer wall surface of the base substrate excluding the portion where the modified portion is formed. The thickness Ra is preferably 0.01 to 7.5 μm larger, more preferably 0.05 to 5 μm larger. By setting the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the modified portion in such a range, at the boundary between the portion where the modified portion of the base substrate is not formed and the modified portion, between the outer wall surface and the bonding material. Thus, good bonding strength can be obtained, and the segment and the bonding material are hardly separated at the boundary between the modified portion of the base substrate and the modified portion.
本発明の第三及び第四のハニカム構造体においては、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sを10〜125μm、好ましくは15〜100μmとしている。なお、本発明において、「局部山頂の平均間隔S」とは、JIS B0601−1994に規定された値であって、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分において隣り合う局部山頂間に対応する平均線の長さ(局部山頂の間隔)を求め、この多数の局部山頂の間隔の算術平均値を示したものである。 In the third and fourth honeycomb structures of the present invention, the average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is 10 to 125 μm, preferably 15 to 100 μm. In the present invention, the “average distance S between local peaks” is a value defined in JIS B0601-1994, and is extracted from the roughness curve by the reference length in the direction of the average line. The length of the average line corresponding to the interval between adjacent local peaks (interval between local peaks) is obtained, and the arithmetic average value of the intervals between the numerous local peaks is shown.
図10と図12との比較より、ハニカムセグメントの外壁8表面の表面粗さや接合材に含まれる無機粒子15の粒子径が同程度の場合には、局部山頂の間隔が広い方が無機粒子15がハニカムセグメント外壁8表面の谷(凹部)に入り込みやすく、いわゆるブリッジが起こりにくくなって、ハニカムセグメントと接合材との接触面積が増大すると考えられる。また、その一方で、局部山頂の間隔が広くなるにつれて、外壁表面上の同一の長さにおける凹凸の数は減少するので、アンカー効果は低減する。
10 and 12, when the surface roughness of the surface of the
本発明の第三及び第四のハニカム構造体は、このようにハニカムセグメント外壁表面の凹凸の横方向のパラメータである局部山頂の間隔が、ハニカムセグメントと接合材との接触面積やアンカー効果に及ぼす影響に着目し、良好な接合強度を得るために必要なアンカー効果を確保するとともに、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズに行えるだけの接触面積も確保するという観点からハニカムセグメントのベース基材の外壁表面の平均間隔Sを最適化したものである。 In the third and fourth honeycomb structures of the present invention, the distance between the local peaks, which is the lateral parameter of the unevenness on the surface of the honeycomb segment outer wall, affects the contact area and anchor effect between the honeycomb segment and the bonding material. Focusing on the influence, the honeycomb segment from the viewpoint of securing the anchor effect necessary to obtain good bonding strength and also ensuring the contact area that can smoothly transfer heat between the honeycomb segment and the bonding material The average interval S of the outer wall surface of the base substrate is optimized.
修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sを前記のような範囲とし、かつ、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を所定範囲とすることで、十分なアンカー効果を確保でき、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度が得られるとともに、ハニカムセグメント外壁表面と無機粒子との接触面積を大きく保つことができ、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受がスムーズになる。 By setting the average interval S of the local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding the formation site of the modified portion as described above, and by setting the average particle size of the inorganic particles contained in the bonding material to a predetermined range, A sufficient anchoring effect can be secured, a good bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material can be obtained, and a large contact area between the honeycomb segment outer wall surface and the inorganic particles can be maintained. The transfer of heat between the two becomes smooth.
この局部山頂の平均間隔Sが10μm未満ではハニカムセグメントと接合材との接触面積が減少してしまい、両者間の熱の授受がスムーズに行えなくなる。一方、この局部山頂の平均間隔Sが125μmを超えると十分なアンカー効果が得られず必要な接合強度が確保されない。 If the average distance S between the local peaks is less than 10 μm, the contact area between the honeycomb segment and the bonding material decreases, and heat transfer between them cannot be performed smoothly. On the other hand, if the average distance S between the local peaks exceeds 125 μm, a sufficient anchor effect cannot be obtained, and the necessary bonding strength cannot be ensured.
更に、本発明の第三及び第四のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスをより良好にする観点から、本発明の第一及び第二のハニカム構造体と同様に、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaを0.4〜20μmとすることが好ましく、1〜15μmとすることがより好ましい。 Further, in the third and fourth honeycomb structures of the present invention, from the viewpoint of improving the balance between the bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material and the transfer of heat, the first and the second of the present invention. Similar to the second honeycomb structure, the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified portion is formed is preferably 0.4 to 20 μm, more preferably 1 to 15 μm. preferable.
また、本発明の第三及び第四のハニカム構造体においては、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sを、修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sより0.1〜70μm大きくすることが好ましく、1〜50μm大きくすることがより好ましい。修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sをこのような範囲とすることにより、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界において、外壁表面と接合材との間で良好な接合強度が得られ、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界でセグメントと接合材の剥離が生じ難くなる。 Further, in the third and fourth honeycomb structures of the present invention, the average interval S of the local peaks on the outer wall surface of the modified part is set to the local peak of the outer wall surface of the base substrate excluding the site where the modified part is formed. The average distance S is preferably increased by 0.1 to 70 μm, more preferably 1 to 50 μm. By setting the average interval S of the local peaks on the outer wall surface of the modified portion in such a range, the boundary between the outer wall surface and the bonding material at the boundary between the portion where the modified portion of the base substrate is not formed and the modified portion. Thus, good bonding strength can be obtained, and the segment and the bonding material are hardly separated at the boundary between the modified portion of the base substrate and the modified portion.
また、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスをより良好にする観点から、修飾部の形成部位を除いたベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sと算術平均表面粗さRaとの比(S/Ra)を1〜35とすることが好ましく、3〜25とすることがより好ましい。また、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sと算術平均表面粗さRaとの比(S/Ra)を4〜40とすることが好ましく、7〜30とすることがより好ましい。 In addition, in the first to fourth honeycomb structures of the present invention, from the viewpoint of improving the balance between the bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material and the transfer of heat, the portion where the modifier is formed is excluded. The ratio (S / Ra) of the average distance S between the local peaks on the outer wall surface of the base substrate to the arithmetic average surface roughness Ra is preferably 1 to 35, and more preferably 3 to 25. In addition, the ratio (S / Ra) of the average distance S between the local peaks on the outer wall surface of the modified portion to the arithmetic average surface roughness Ra is preferably 4 to 40, and more preferably 7 to 30.
ハニカムセグメントの内、修飾部の形成される出口側の部位は、DPFの再生時に高温化しやすい部位であるため、接合強度よりもハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受のスムーズさが特性として優先される。一方、修飾部の形成部位を除いた入口側の部位については、修飾部に比して高温に晒され難いので、熱の授受のスムーズさよりも接合材との間の接合強度が特性として優先される。修飾部のS/Raと、修飾部の形成部位を除いたベース基材のS/Raとを、それぞれ前記好適範囲とすることで、各々の部位において優先される特性が発揮されやすくなり、各々の部位の役割分担により、ハニカムセグメントと接合材との間の良好な接合強度とスムーズな熱の授受とを同時に達成することが容易となる。 Out of the honeycomb segments, the outlet side where the modified part is formed is a part that tends to increase in temperature when the DPF is regenerated, so the heat transfer between the honeycomb segment and the bonding material is smoother than the bonding strength. As preferred. On the other hand, since the site on the inlet side excluding the site where the modified part is formed is less exposed to high temperatures than the modified part, the strength of the bonding with the bonding material is given priority over the smoothness of heat transfer. The By setting the S / Ra of the modified part and the S / Ra of the base substrate excluding the part where the modified part is formed to be within the above-described suitable ranges, the characteristics preferential in each part are easily exhibited, By sharing the roles of these parts, it becomes easy to simultaneously achieve good bonding strength and smooth heat transfer between the honeycomb segment and the bonding material.
また、図12と図13との比較からわかるように、ハニカムセグメントの外壁8表面の局部山頂の間隔が大きくても、表面粗さがある程度以上大きくなる場合には、いわゆるブリッジが起こりやすくなると考えられるため、前記のように、外壁表面の局部山頂の平均間隔Sを算術平均表面粗さRaとの関係において規定することは、より良好な接合状態を得るために有効である。
Further, as can be seen from a comparison between FIG. 12 and FIG. 13, even when the interval between the local peaks on the surface of the
外壁表面の局部山頂の平均間隔Sや算術平均表面粗さRaは、ベース基材の製造に用いる原料粒子や修飾部の形成に用いるスラリー中の粒子の粒子径分布、焼成条件等を制御することによって、所定の範囲となるよう調節することが可能である。また、外壁表面の局部山頂の平均間隔Sや算術平均表面粗さRaは、一旦ハニカムセグメントを作製した後、その外壁にセラミック粒子等の粒子を含む下地材を塗布することにより変化させることができ、この下地材中の粒子の粒子径分布を調節することによって、局部山頂の平均間隔Sや算術平均表面粗さRaを所定の範囲となるよう調節することも可能である。 The average distance S between the local peaks of the outer wall surface and the arithmetic average surface roughness Ra control the particle size distribution of the particles in the slurry used to form the base material and the modified part, the firing conditions, etc. Can be adjusted to be within a predetermined range. Further, the average distance S between the local peaks on the outer wall surface and the arithmetic average surface roughness Ra can be changed by applying a base material containing particles such as ceramic particles to the outer wall once the honeycomb segment is manufactured. By adjusting the particle size distribution of the particles in the base material, it is possible to adjust the average distance S between the local peaks and the arithmetic average surface roughness Ra to be within a predetermined range.
更に、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、ハニカムセグメントと接合材との間の接合強度と熱の授受とのバランスを良好にする観点から、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を0.5〜30μm、好ましくは1.0〜15μmとする。なお、本発明において、「平均粒子径」とは、JIS R1629に準拠し、計測装置として(株)堀場製作所製のLA−920(商品名)を使用して測定した50%粒子径の値を意味するものとする。 Furthermore, in the first to fourth honeycomb structures of the present invention, from the viewpoint of improving the balance between the bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material and the transfer of heat, the inorganic particles contained in the bonding material The average particle diameter is 0.5-30 μm, preferably 1.0-15 μm. In the present invention, the “average particle size” is a value of 50% particle size measured using LA-920 (trade name) manufactured by HORIBA, Ltd. as a measuring device in accordance with JIS R1629. Shall mean.
接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径が0.5μm未満では無機粒子がハニカムセグメントの内部まで侵入してしまい、それにより接合材の材料比が変化して接合強度が減少する場合があり、30μmを超えるとハニカムセグメント外壁表面の凹部に無機粒子が入り込みにくくなって十分なアンカー効果が得られなくなったり、ハニカムセグメント外壁表面と無機粒子との接触面積が減少して、ハニカムセグメントと接合材との間の熱の授受に支障をきたしたりする場合がある。接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径を前記範囲内とすることは、ハニカムセグメントと接合材との間の必要な接合強度の確保しやすくするという点、及びそれらの間の熱の授受をスムーズにするという点との双方において効果的である。なお、無機粒子の平均粒子径が前記範囲内である場合、接合材にてハニカムセグメントを接合する際のハニカムセグメント外壁表面に対する無機粒子の挙動はほぼ同一である。 If the average particle size of the inorganic particles contained in the bonding material is less than 0.5 μm, the inorganic particles may penetrate into the inside of the honeycomb segment, thereby changing the material ratio of the bonding material and reducing the bonding strength. If it exceeds 30 μm, inorganic particles cannot easily enter the recesses on the surface of the outer wall of the honeycomb segment and a sufficient anchor effect cannot be obtained, or the contact area between the surface of the outer wall of the honeycomb segment and the inorganic particles decreases, May interfere with the exchange of heat between the two. Setting the average particle diameter of the inorganic particles contained in the bonding material within the above range makes it easy to ensure the necessary bonding strength between the honeycomb segment and the bonding material, and the transfer of heat between them. It is effective both in terms of smoothness. When the average particle diameter of the inorganic particles is within the above range, the behavior of the inorganic particles with respect to the outer wall surface of the honeycomb segment when the honeycomb segments are bonded with the bonding material is substantially the same.
また、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、下記の方法により求められたせん断強度をP(単位:kPa)とし、セグメント間の温度差をT(単位:℃)としたとき、PとTとが下式(1)の関係を満たすことが好ましい。
T<0.423P−169.2 (1)
[せん断強度]
ハニカム構造体より、隣接する2本のセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してその長軸方向から荷重をかけることにより測定する。
[セグメント間の温度差]
内部にススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数2000rpm、エンジントルク60Nmに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定する。温度計測点は、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントの端面方向中心部と、当該外周セグメントの内側に隣接する中央セグメントの端面方向中心部とのそれぞれにおける、ハニカム構造体の出口側端面から入口側端面に向かって15mmの位置であり、これら2つの温度計測点の内、前記中央セグメント内にある温度計測点の最高温度が1200℃になるように、前記ススの堆積量を徐々に増加させて行き、前記中央セグメント内にある温度計測点の温度が1200℃に達した時点までの各温度計測点における温度履歴中の最高温度の差を算出する。
In the first to fourth honeycomb structures of the present invention, when the shear strength obtained by the following method is P (unit: kPa) and the temperature difference between segments is T (unit: ° C.) , P and T preferably satisfy the relationship of the following formula (1).
T <0.423P-169.2 (1)
[Shear strength]
Two adjacent segments are cut out from the honeycomb structure in a joined state, one segment is fixed, and a load is applied to the other segment from the major axis direction.
[Temperature difference between segments]
The honeycomb structure with soot deposited inside is installed on the engine bench, post-injection is performed with the engine speed maintained at 2000 rpm and the engine torque of 60 Nm, and the post-compression pressure loss before and after the honeycomb structure starts to decrease. The temperature history inside the honeycomb structure is measured when the injection is turned off and the engine state is switched to idle. The temperature measurement points are the end surfaces on the outlet side of the honeycomb structure at the end surface direction center portion of the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure and the end surface direction center portion of the center segment adjacent to the inner side of the outer peripheral segment. The soot accumulation amount is gradually increased so that the maximum temperature at the temperature measurement point in the central segment of these two temperature measurement points is 1200 ° C. The maximum temperature difference in the temperature history at each temperature measurement point until the temperature at the temperature measurement point in the central segment reaches 1200 ° C. is calculated.
前記のようにして求められたせん断強度とセグメント間の温度差とには、マクロ的に見て以下のようなメカニズムが存在する。すなわち、ハニカム構造体をDPFに用いた場合において、その内部に不均一に堆積したスス(カーボン)を燃焼させてフィルター機能を再生するときの各セグメント間の燃焼温度差から発生する隣接するセグメント間の熱膨張差に着目すると、セグメント間の温度差が小さければ発生する熱膨張差に起因する内部せん断応力も小さいものとなり、ある程度せん断強度が低くとも破壊に至らず形状を保持し得る。また、ハニカムセグメント間の温度差が大きいためセグメント間の熱膨張差が大きくなり、それによって内部せん断応力が大きくなろうとも、セグメント間のせん断強度が十分に大きければ、これも破壊に至らず形状を保持し得る。 The following mechanism exists macroscopically between the shear strength and the temperature difference between segments determined as described above. That is, when a honeycomb structure is used for a DPF, between adjacent segments generated from a difference in combustion temperature between segments when burning soot (carbon) deposited non-uniformly therein to regenerate the filter function Focusing on the difference in thermal expansion, if the temperature difference between the segments is small, the internal shear stress due to the generated thermal expansion difference is also small. Even if the shear strength is low to some extent, the shape can be maintained without breaking. In addition, since the temperature difference between the honeycomb segments is large, the difference in thermal expansion between the segments is large, so that even if the internal shear stress increases, if the shear strength between the segments is sufficiently large, this will not cause destruction. Can hold.
このようなメカニズムに基づいて、本発明者が検討した結果、前記のようにして測定されたせん断強度Pとセグメント間の温度差Tとが上式(1)の関係を満たしていれば、フィルター再生時に接合部が破断に至りにくく、良好な耐熱衝撃性を発揮することがわかった。 Based on such a mechanism, as a result of investigation by the present inventor, if the shear strength P measured as described above and the temperature difference T between the segments satisfy the relationship of the above equation (1), the filter It was found that the joined portion hardly breaks during reproduction and exhibits good thermal shock resistance.
本発明の第一〜第四のハニカム構造体におけるベース基材の気孔率は、30〜80%であることが好ましく、45〜80%であることがより好ましい。ベース基材の気孔率が30%未満では本発明のハニカム構造体をDPF等のフィルターに用いる場合に圧力損失が大きすぎ、80%を超えるとフィルター再生時の最高温度が上昇しすぎて、実用上問題が生じる場合がある。また、ベース基材の平均細孔径は、5〜40μmであることが好ましく、5〜20μmであることがより好ましい。ベース基材の平均細孔径が5μm未満では、本発明のハニカム構造体をDPF等のフィルターに用いる場合に圧力損失が大きすぎ、40μmを超えるとPMを捕集するフィルター機能が低下しすぎて、実用上問題が生じる場合がある。 The porosity of the base substrate in the first to fourth honeycomb structures of the present invention is preferably 30 to 80%, and more preferably 45 to 80%. When the porosity of the base substrate is less than 30%, when the honeycomb structure of the present invention is used for a filter such as DPF, the pressure loss is too large, and when it exceeds 80%, the maximum temperature at the time of filter regeneration increases too much. There may be problems above. The average pore diameter of the base substrate is preferably 5 to 40 μm, and more preferably 5 to 20 μm. If the average pore diameter of the base substrate is less than 5 μm, the pressure loss is too large when the honeycomb structure of the present invention is used for a filter such as DPF, and if it exceeds 40 μm, the filter function for collecting PM is too low. There may be practical problems.
本発明の第一〜第四のハニカム構造体において、修飾部の気孔率は、ベース基材の気孔率より2〜20%低い気孔率(ベース基材の気孔率から2〜20%差し引いた値)であることが好ましく、3〜12%低い気孔率であることがより好ましい。ベース基材の気孔率に対する修飾部の気孔率の減少量が2%未満では、修飾部の形成による効果、すなわちフィルター再生時における出口側端面付近の過剰な昇温を抑制する効果が十分に得られない場合があり、20%を超えると圧力損失が大きくなり過ぎる場合がある。また、修飾部の平均細孔径は、ベース基材の平均細孔径より0.1〜10μm小さい平均細孔径であることが好ましく、0.1〜5μm小さい平均細孔径であることがより好ましい。ベース基材の平均細孔径に対する修飾部の平均細孔径の減少量が0.1μm未満では、修飾部の形成による効果が十分に得られない場合があり、10μmを超えると、圧力損失が大きくなり過ぎる場合がある。 In the first to fourth honeycomb structures of the present invention, the porosity of the modified portion is 2 to 20% lower than the porosity of the base substrate (a value obtained by subtracting 2 to 20% from the porosity of the base substrate) It is preferable that the porosity is 3 to 12% lower. If the amount of decrease in the porosity of the modified portion relative to the porosity of the base substrate is less than 2%, the effect due to the formation of the modified portion, that is, the effect of suppressing excessive temperature rise near the end face on the outlet side during filter regeneration is sufficiently obtained In some cases, the pressure loss may become too large when the content exceeds 20%. In addition, the average pore diameter of the modified portion is preferably an average pore diameter that is 0.1 to 10 μm smaller than the average pore diameter of the base substrate, and more preferably an average pore diameter that is 0.1 to 5 μm smaller. If the amount of reduction of the average pore diameter of the modified portion relative to the average pore size of the base substrate is less than 0.1 μm, the effect due to the formation of the modified portion may not be sufficiently obtained. It may be too much.
なお、本発明で規定する「気孔率」は、ベース基材の修飾部を形成していない部位又は修飾部を形成した部位から隔壁厚みの平板を試験片として切り出し、アルキメデス法で測定したものであり、「平均細孔径」は、ベース基材の修飾部を形成していない部位又は修飾部を形成した部位から所定形状(□5×15mm)の試験片を切り出し、水銀ポロシメーターで測定したものである。 The “porosity” defined in the present invention is a value measured by the Archimedes method by cutting a plate having a partition wall thickness as a test piece from a portion where the modified portion of the base substrate is not formed or a portion where the modified portion is formed. Yes, the “average pore diameter” is a value obtained by cutting a test piece of a predetermined shape (□ 5 × 15 mm) from a part where the modified part of the base substrate is not formed or a part where the modified part is formed, and measuring with a mercury porosimeter. is there.
本発明の第一及び第三のハニカム構造体において、修飾部の長さ、気孔率及び平均細孔径は、ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントにおいて同一であっても良いし、前記限定範囲内であれば、ハニカム構造体を構成するセグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントと、その内側に位置する中央セグメントとで、修飾部の気孔率、平均細孔径及び長さの何れか1つ以上が異なっていても良い。 In the first and third honeycomb structures of the present invention, the length, porosity, and average pore diameter of the modified portion may be the same in all the honeycomb segments constituting the honeycomb structure, and the above-mentioned limited range If it is within, the porosity, average pore diameter and length of the modified part in the outer segment located in the outer peripheral part of the honeycomb structure and the central segment located inside the segment constituting the honeycomb structure Any one or more of these may be different.
図1は、本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体1の外周部に位置する外周セグメント2aの修飾部7aと、外周セグメント2aの内側に位置する中央セグメント2bの修飾部7bとの長さが同一であり、これら修飾部7a、7bの気孔率と平均細孔径も同一である。通常は、このような実施形態で本発明の効果を十分に発揮させることができる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the formation state of the modified portion in the first and third honeycomb structures according to the present invention. In this embodiment, the length of the modified
図2は、本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の他の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体1の外周部に位置する外周セグメント2aの修飾部7aと、外周セグメント2aの内側に位置する中央セグメント2bの修飾部7bとの長さが同一であるが、中央セグメント2bの修飾部7bの方が外周セグメント2aの修飾部7aよりも気孔率と平均細孔径が低く(小さく)なるような構成としている。フィルターの再生時には出口側端面付近が温度上昇しやすいが、更にこの出口側端面付近においても、特に径方向の断面中央部は外部に熱が逃げにくく、外周部より温度上昇しやすい傾向にあるので、このように中央セグメント2bの修飾部7bをより緻密化して熱容量と熱伝導率を高め、温度分布の不均一による熱応力の発生を緩和することが好ましい。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing another example of the modified portion formation state in the first and third honeycomb structures according to the present invention. In this embodiment, the length of the modified
図3は、本発明に係る第一及び第三のハニカム構造体における修飾部の形成状態の更に他の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体1の外周部に位置する外周セグメント2aの修飾部7aと、外周セグメント2aの内側に位置する中央セグメント2bの修飾部7bとの気孔率及び平均細孔径は同一であるが、中央セグメント2bの修飾部7bの方が外周セグメント2aの修飾部7aより長さが長くなるような構成としている。先述のとおり、出口側端面付近でも、特に径方向の断面中央部は外部に熱が逃げにくく、外周部より温度上昇しやすい傾向にあるので、このように中央セグメント2bの修飾部7bをより長くして熱容量と熱伝導率を高め、温度分布の不均一による熱応力の発生を緩和することが好ましい。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing still another example of the formation state of the modified portion in the first and third honeycomb structures according to the present invention. In this embodiment, the porosity and average pore diameter of the modified
図4は、本発明に係る第二及び第四のハニカム構造体における修飾部の形成状態の一例を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、ハニカム構造体1の外周部に位置する外周セグメント2aには修飾部が形成されておらず、外周セグメント2aの内側に位置する中央セグメント2bにのみ修飾部7bが形成された構成としている。先述のとおり、出口側端面付近でも、特に径方向の断面中央部は外部に熱が逃げにくく、外周部より温度上昇しやすい傾向にあるので、このように中央セグメント2bにのみ修飾部7bを形成して熱容量と熱伝導率を高め、温度分布の不均一による熱応力の発生を緩和するのも好ましい形態である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the formation state of the modified portion in the second and fourth honeycomb structures according to the present invention. In this embodiment, the modified portion is not formed on the outer
なお、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、ハニカム構造体の外周部を形成するのに必要な個数である限り、外周セグメントの個数は特に限定されず、また、外周セグメントの内側に存在する限り、中央セグメントの個数も特に限定されない。 In the first to fourth honeycomb structures of the present invention, the number of outer peripheral segments is not particularly limited as long as it is the number required to form the outer peripheral portion of the honeycomb structure. The number of central segments is not particularly limited as long as it exists inside.
本発明の第一〜第四のハニカム構造体におけるハニカムセグメントのベース基材の構成材料としては、強度、耐熱性等の観点から、炭化珪素、炭化珪素を骨材とし珪素を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Fe−Cr−Al系金属からなる群より選択される少なくとも一種の材料を好適なものとして挙げることができる。また、図7のように、セルの開口部に目封止部を形成する場合、目封止部の構成材料には、ハニカムセグメントとの熱膨張差を小さくするため、ハニカムセグメントと同じ材料を用いることが好ましい。 The constituent material of the base material of the honeycomb segment in the first to fourth honeycomb structures of the present invention is formed from silicon carbide, silicon carbide as an aggregate, and silicon as a binder from the viewpoint of strength, heat resistance and the like. Selected from the group consisting of silicon-silicon carbide based composite material, silicon nitride, cordierite, mullite, alumina, spinel, silicon carbide-cordierite based composite material, lithium aluminum silicate, aluminum titanate, Fe-Cr-Al based metal At least one kind of material can be mentioned as a suitable material. Further, as shown in FIG. 7, when plugging portions are formed in the opening portions of the cells, the constituent materials of the plugging portions are made of the same material as the honeycomb segments in order to reduce the difference in thermal expansion from the honeycomb segments. It is preferable to use it.
ベース基材の製造方法には、従来公知の方法を用いることができる。具体的な方法の一例としては、前記のような材料に、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等のバインダー、造孔材、界面活性剤、溶媒としての水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を所定のハニカム形状となるように押出成形し、次いで、マイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼成する。セルに目封止部を形成する場合、前記焼成は、セルに目封止部を形成する前に行っても良いし、セルに目封止部を形成した後で、目封止部の焼成と一緒に行うようにしても良い。 A conventionally well-known method can be used for the manufacturing method of a base substrate. As an example of a specific method, a binder such as methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol, a pore former, a surfactant, and water as a solvent are added to the above-described materials. Then, a plastic clay is formed, and the clay is extruded so as to have a predetermined honeycomb shape, and then dried by microwaves, hot air or the like, and then fired. When the plugged portion is formed in the cell, the firing may be performed before the plugged portion is formed in the cell, or the plugged portion is fired after the plugged portion is formed in the cell. May be performed together with.
セルを目封止する方法にも、従来公知の方法を用いることができる。具体的な方法の一例としては、ハニカムセグメントの端面にシートを貼り付けた後、当該シートの目封止しようとするセルに対応した位置に穴を開け、このシートを貼り付けたままの状態で、目封止部の構成材料をスラリー化した目封止用スラリーに、ハニカムセグメントの端面を浸漬し、シートに開けた孔を通じて、目封止しようとするセルの開口端部内に目封止用スラリーを充填し、それを乾燥及び/又は焼成して硬化させる。 A conventionally known method can also be used as a method for plugging the cells. As an example of a specific method, after a sheet is attached to the end face of the honeycomb segment, a hole is made at a position corresponding to a cell to be plugged of the sheet, and the sheet is left attached. In the plugging slurry obtained by slurrying the constituent material of the plugging portion, the end face of the honeycomb segment is immersed in the opening end portion of the cell to be plugged through the hole formed in the sheet. Fill the slurry and dry and / or bake it to cure.
ベース基材の気孔率や平均細孔径は、材料の粒径、造孔材の粒径や添加量、焼成条件などによって調節することができる。 The porosity and average pore diameter of the base substrate can be adjusted by the particle size of the material, the particle size and addition amount of the pore former, the firing conditions, and the like.
DPFに使用されるハニカム構造体は、全てのセルが同形状(通常は四角形)で同じ開口面積を持ち、それらが入口側端面と出口側端面とで市松模様を呈するよう交互に目封止され、入口側端面と出口側端面の開口率が同等であるのが一般的であるが、最近は、スート捕集後の圧力損失の上昇抑制等を目的として、入口側端面の開口率を出口側端面の開口率よりも大きくしたハニカム構造体も提案されており、本発明のハニカム構造体にも、このような構造を適用することができる。 The honeycomb structure used in the DPF is alternately plugged so that all cells have the same shape (usually a quadrangle) and the same opening area, and they have a checkered pattern at the inlet side end face and the outlet side end face. In general, the opening ratio of the inlet side end face and the outlet side end face is the same, but recently, the opening ratio of the inlet side end face is set to the outlet side for the purpose of suppressing increase in pressure loss after soot collection. A honeycomb structure having a larger opening ratio than the end face has also been proposed, and such a structure can also be applied to the honeycomb structure of the present invention.
図8及び図9は、入口側端面と出口側端面とで開口率が異なる目封止ハニカム構造体の実施形態の一例を示しており、図8は入口側端面の部分拡大図、図9は出口側端面の部分拡大図である。これらの図に示すように、この実施形態においては、四角形セル5aとそれよりも開口面積の大きい八角形セル5bとが、各端面上の直交する二方向において交互に配列されており、四角形セル5aについては入口側端面にて目封止部9による目封止が施され、八角形セル5bについては出口側端面にて目封止部9による目封止が施された状態になっている。このように入口側端面では開口面積の大きい八角形セル5bを開口させ、出口側端面では開口面積の小さい四角形セル5aを開口させることで、入口側端面の開口率を出口側端面の開口率よりも大きくすることができる。
8 and 9 show an example of an embodiment of a plugged honeycomb structure in which the opening ratio is different between the inlet side end face and the outlet side end face, FIG. 8 is a partially enlarged view of the inlet side end face, and FIG. It is the elements on larger scale of an exit side end surface. As shown in these drawings, in this embodiment,
修飾部の形成は、例えば、ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含む修飾用スラリーを調製し、このスラリーにベース基材の一端面側から、修飾部を形成しようとする所定の長さまで浸漬して、スラリーを含浸、すなわちベース基材の隔壁の細孔内にスラリー中の粒子を充填させ、その後、熱処理を施すという方法より行うことができる。 The modification part is formed by, for example, preparing a modification slurry containing particles smaller than the average pore diameter of the base substrate, and from this one end surface side of the base substrate to a predetermined length to form the modification part. It can be carried out by a method of dipping and impregnating the slurry, that is, filling the particles in the slurry into the pores of the partition walls of the base substrate, followed by heat treatment.
修飾用スラリーには、最終的に隔壁に残存する成分であり、化学的に又は物理的に変化するものも、除去されるものでなければ含まれ得る。修飾用スラリーには、緻密化するための粒子として、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア、及びこれらの組合せよりなる群から選ばれるセラミックス、Fe−Cr−Al系金属、ニッケル系金属、又は金属SiとSiC等の無機粉体を含むことが好ましい。更に、γアルミナ、セリア、ジルコニア、セリア系複合酸化物、ジルコニア系複合酸化物等のような、ハニカム構造体に触媒成分を担持させる際のウォッシュコートに含まれる粒子を用いることもできる。 The modifying slurry is a component that finally remains in the partition wall, and may be included in the slurry that changes chemically or physically unless it is removed. In the modifying slurry, as particles for densification, ceramics selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, cordierite, alumina, mullite, zirconia, zirconium phosphate, aluminum titanate, titania, and combinations thereof, Fe It is preferable to include inorganic powders such as —Cr—Al-based metal, nickel-based metal, or metal Si and SiC. Furthermore, particles contained in the washcoat when the catalyst component is supported on the honeycomb structure, such as γ-alumina, ceria, zirconia, ceria-based composite oxide, zirconia-based composite oxide, and the like can also be used.
また、この粒子の粒径は、ベース基材の平均細孔径の2〜60%の大きさであることが好ましい。この粒子の平均粒子径が、ベース基材の平均細孔径の2%未満であると、隔壁の細孔内に充填されるべき粒子が細孔径に対し小さすぎる結果、細孔内に充分に充填することができないおそれがある。すなわち、細孔内に保持出来ず、素通りしてしまうことがあり、好ましくない。一方、ベース基材の平均細孔径の60%を超えると、隔壁の細孔内に充填されるべき粒子が細孔径に対し大きすぎるので、細孔内に充填することができない(細孔内に入らない)おそれがあり、好ましくない。 The particle diameter of the particles is preferably 2 to 60% of the average pore diameter of the base substrate. If the average particle size of the particles is less than 2% of the average pore size of the base substrate, the particles to be filled in the pores of the partition walls are too small with respect to the pore size, so that the pores are sufficiently filled. There is a risk that it cannot be done. That is, it cannot be held in the pores and may pass through, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 60% of the average pore diameter of the base substrate, the particles to be filled in the pores of the partition walls are too large with respect to the pore diameter, so that the pores cannot be filled (in the pores). It is not preferable because it may not enter.
修飾用スラリーは、このような粒子の他、粒子を細孔内面に結合させることが可能な結合材を含み、それらを水に希釈したものであることが好まく、更に、分散剤、消泡剤を適宜、含ませても良い。結合材としては、シリカゾル又はアルミナゾル等のコロイダルゾルや膨潤して結合性を示す層状化合物等が好適に使用できる。修飾スラリー含浸後の熱処理の条件は、修飾スラリーの組成によって、適宜、定めればよい。ベース基材と同じ組成の修飾スラリーで修飾を行う場合は、結合性を付与するため、ベース基材の焼成条件と同じ条件での熱処理が必要となる。コロイダルシリカ等の700〜800℃で強度が発現する材料を組み合わせると、低い温度での熱処理が可能となる。 In addition to such particles, the modifying slurry preferably contains a binder capable of binding the particles to the inner surface of the pores, and these are diluted with water. An agent may be appropriately contained. As the binder, a colloidal sol such as silica sol or alumina sol, a layered compound which swells and exhibits binding properties, and the like can be suitably used. The heat treatment conditions after impregnation with the modified slurry may be appropriately determined depending on the composition of the modified slurry. When the modification is performed with a modification slurry having the same composition as the base substrate, heat treatment under the same conditions as the firing conditions of the base substrate is required in order to impart binding properties. When materials that exhibit strength at 700 to 800 ° C., such as colloidal silica, are combined, heat treatment at a low temperature becomes possible.
ベース基材の気孔率に対する修飾部の気孔率の減少量や、ベース基材の平均細孔径に対する修飾部の平均細孔径の減少量は、修飾用スラリーに含まれる粒子の粒径や含有量、修飾用スラリーを含浸する回数などによって調節することができる。 The amount of decrease in the porosity of the modified portion relative to the porosity of the base substrate and the amount of decrease in the average pore diameter of the modified portion relative to the average pore diameter of the base substrate are the particle size and content of the particles contained in the modifying slurry, The number of times of impregnation with the modifying slurry can be adjusted.
本発明の第一〜第四のハニカム構造体において、ハニカムセグメントの隔壁の厚さは、7〜20mil(178〜508μm)であることが好ましく、8〜16mil(203〜406μm)であることがより好ましく、10〜12mil(254〜305μm)であることが更に好ましい。隔壁の厚さが7mil未満では強度が不足して耐熱衝撃性が低下する場合があり、一方、隔壁の厚さが20milを超えると圧力損失が大きくなり過ぎる場合がある。 In the first to fourth honeycomb structures of the present invention, the partition wall thickness of the honeycomb segment is preferably 7 to 20 mil (178 to 508 μm), more preferably 8 to 16 mil (203 to 406 μm). Preferably, it is 10-12 mil (254-305 micrometers). If the partition wall thickness is less than 7 mil, the strength may be insufficient and the thermal shock resistance may be reduced. On the other hand, if the partition wall thickness exceeds 20 mil, the pressure loss may be too large.
セル密度は、140〜350セル/in2(cpsi)であることが好ましく、160〜320cpsiであることがより好ましく、200〜300cpsiであることが更に好ましい。セル密度が140cpsi未満では流体との接触効率が不十分となる場合があり、一方、セル密度が350cpsiを超えると圧力損失が増大し過ぎる場合がある。なお、「cpsi」は「cells per square inch」の略であり、1平方インチ当りのセル数を表す単位である。例えば10cpsiは、約1.55セル/cm2である。 The cell density is preferably 140 to 350 cells / in 2 (cpsi), more preferably 160 to 320 cpsi, and still more preferably 200 to 300 cpsi. If the cell density is less than 140 cpsi, the contact efficiency with the fluid may be insufficient. On the other hand, if the cell density exceeds 350 cpsi, the pressure loss may increase excessively. “Cpsi” is an abbreviation for “cells per square inch”, and is a unit representing the number of cells per square inch. For example, 10 cpsi is about 1.55 cells / cm 2 .
セル形状(セル断面の形状)については、特に限定されることはなく、例えば、四角形、三角形、六角形、八角形等の多角形でも、丸形であっても良く、また、前記のように異なる形状のセルが組み合わされて配列されていても良い。 The cell shape (cell cross-sectional shape) is not particularly limited, and may be, for example, a polygon such as a quadrangle, a triangle, a hexagon, an octagon, or a round shape, as described above. Different shapes of cells may be combined and arranged.
また、本発明の第一〜第四のハニカム構造体においては、フィルター再生時のPMの燃焼を促進させたり、排ガス中の有害物質を浄化したりする目的で、隔壁に触媒成分を担持させるようにしても良い。隔壁に触媒成分を担持する方法としては、例えば、触媒成分を含む溶液を、アルミナ粉末のような高比表面積の耐熱性無機酸化物からなる粉末を含浸させた後、乾燥、焼成して、触媒成分を含有する粉末を得、この粉末にアルミナゾルや水などを加えて触媒スラリーを調製し、これにハニカムセグメント又はハニカム構造体を浸漬させて、スラリーをコートしてから、乾燥、焼成するといった方法を用いることができる。 Further, in the first to fourth honeycomb structures of the present invention, the catalyst component is supported on the partition wall for the purpose of accelerating PM combustion during filter regeneration or purifying harmful substances in the exhaust gas. Anyway. As a method for supporting the catalyst component on the partition wall, for example, a solution containing the catalyst component is impregnated with a powder made of a heat-resistant inorganic oxide having a high specific surface area such as alumina powder, and then dried and fired. A method in which a powder containing components is obtained, a catalyst slurry is prepared by adding alumina sol or water to the powder, a honeycomb segment or a honeycomb structure is immersed therein, the slurry is coated, and then dried and fired. Can be used.
触媒成分としては、Pt、Rh、Pdからなる群より選択される一種以上の貴金属を用いることが好ましい。これら貴金属の担持量は、ハニカム構造体単位体積当たり、0.3〜3.5g/Lとすることが好ましい。 As the catalyst component, it is preferable to use one or more noble metals selected from the group consisting of Pt, Rh, and Pd. The amount of these noble metals supported is preferably 0.3 to 3.5 g / L per unit volume of the honeycomb structure.
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1〜4及び比較例1〜8)
SiC粉末及び金属Si粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、表1に示すような外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有し、隔壁の厚さが12mil(305μm)、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に坏土の原料に用いたSiC粉末、金属Si粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。例えば、実施例1では、平均粒径15μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径25μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、3.0μmのRaと、34μmのSを得た。また、実施例4では、平均粒径70μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径50μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、18.0μmのRaと、101μmのSを得た。
(Examples 1-4 and Comparative Examples 1-8)
SiC powder and metal Si powder were mixed at a predetermined mass ratio, and a pore former, an organic binder, a surfactant and water were added thereto to obtain a plastic clay. This kneaded material was extruded and dried to obtain a honeycomb-shaped formed body. A plugged portion was formed at one end of each cell so that both end faces of the honeycomb formed body had a complementary checkerboard pattern. That is, the plugged portion was formed so that adjacent cells were sealed at the opposite ends. The same material as that for the honeycomb formed body was used as the material for the plugging portion. After the plugging portions are formed and dried in this way, the honeycomb-shaped formed body is degreased at about 400 ° C. in an air atmosphere, and further fired at about 1450 ° C. in an Ar atmosphere to obtain SiC particles in the formed body. Is bonded with Si, so that it has an average interval S between the local peaks of the outer wall surface as shown in Table 1, an arithmetic average surface roughness Ra and S / Ra, a partition wall thickness of 12 mil (305 μm), and a cell shape Is a square columnar honeycomb segment base substrate having a square shape, a cell density of about 46.5 cells / cm 2 (300 cells / square inch), a square with a cross section of 35 mm on one side, and an axial length of 152 mm. . In addition, adjustment of the value of the average space | interval S of the local peak of the outer wall surface of a base base material, arithmetic mean surface roughness Ra, and S / Ra is mainly SiC powder used for the raw material of clay, metal Si powder, and pore making This was done by adjusting the particle size distribution and amount of the material. For example, in Example 1, 65% by mass of SiC powder having an average particle size of 15 μm, 16% by mass of metal Si powder having an average particle size of 6 μm, and 19% by mass of a pore former having an average particle size of 25 μm, 3.0 μm Ra and 34 μm S were obtained. In Example 4, 65% by mass of SiC powder having an average particle size of 70 μm, 16% by mass of metal Si powder having an average particle size of 6 μm, and 19% by mass of a pore former having an average particle size of 50 μm, 18.0 μm Ra and 101 μm S were obtained.
次に、所定のSiC粒子150質量部に、コロイダルシリカ(固形分40%の溶液)150質量部と、水200質量部とを加え、よく撹拌して、修飾用スラリーを調製した。なお、この調製に際し、分散剤、消泡剤を適宜加えた。こうして得られた修飾用スラリーに、前記ベース基材を、一方の端面からベース基材全長の1/2の長さまで浸漬させ、その後、エアーブローによって過剰なスラリーを除去した。次いで、スラリーを乾燥させた後、700℃で熱処理を施し、ベース基材の全長に対して1/2の長さを持つとともに、表1に示すような外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有する修飾部を形成して、ハニカムセグメントを作製した。なお、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に修飾用スラリーの原料に用いたSiC粉末の粒子径分布を調節することにより行った。例えば、実施例1では、平均粒径0.4μmのSiC粉末を使用し、3.9μmのRaと、42μmのSを得た。また、実施例4では、平均粒径0.8μmのSiC粉末を使用し、19.5μmのRaと、121μmのSを得た。 Next, 150 parts by mass of colloidal silica (solution with a solid content of 40%) and 200 parts by mass of water were added to 150 parts by mass of predetermined SiC particles, and stirred well to prepare a modifying slurry. In this preparation, a dispersant and an antifoaming agent were appropriately added. The base substrate was immersed in the modifying slurry thus obtained from one end face to ½ the total length of the base substrate, and then excess slurry was removed by air blowing. Next, after drying the slurry, heat treatment is performed at 700 ° C., and the length is ½ of the total length of the base substrate, and the average interval S between the local peaks on the outer wall surface as shown in Table 1, A modified portion having arithmetic average surface roughness Ra and S / Ra was formed to prepare a honeycomb segment. In addition, adjustment of the value of the average space | interval S of the local peak of the outer wall surface of a modification part, arithmetic mean surface roughness Ra, and S / Ra mainly adjusts the particle size distribution of the SiC powder used for the raw material of the slurry for modification. Was done. For example, in Example 1, SiC powder having an average particle diameter of 0.4 μm was used, and 3.9 μm Ra and 42 μm S were obtained. In Example 4, SiC powder having an average particle diameter of 0.8 μm was used, and 19.5 μm Ra and 121 μm S were obtained.
次いで、無機粒子として表1に示す平均粒子径のSiC粉末を用い、これにアルミノシリケート質繊維、シリカゾル水溶液及び粘土を混合したものに、更に水を加え、ミキサーを用いて30分間混練を行い、ペースト状の接合材を得た。この接合材を、前記ハニカムセグメントの外周面に、厚さ約1mmとなるように塗布して接合材層を形成し、その上に別のハニカムセグメントを載置する工程を繰り返し、4個×4個に組み合わされた合計16個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製した。そして、適宜、外部より圧力を加えるなどして全体を接合させた後、120℃で2時間乾燥させてハニカムセグメント接合体を得た。このハニカムセグメント接合体の外形が円柱状になるように、その外周を研削加工した後、その加工面に接合材と同じ組成のコーティング材を塗布して外周壁を再形成し、700℃で2時間乾燥硬化させ、実施例1〜4及び比較例1〜8のハニカム構造体を得た。 Next, using SiC powder having an average particle size shown in Table 1 as inorganic particles, to this mixed aluminosilicate fiber, silica sol aqueous solution and clay, water was further added, and kneaded for 30 minutes using a mixer, A paste-like bonding material was obtained. The bonding material is applied to the outer peripheral surface of the honeycomb segment so as to have a thickness of about 1 mm to form a bonding material layer, and a process of placing another honeycomb segment thereon is repeated. A honeycomb segment laminate including a total of 16 honeycomb segments combined in a piece was produced. Then, the whole was joined as appropriate by applying pressure from the outside, and then dried at 120 ° C. for 2 hours to obtain a joined honeycomb segment. After grinding the outer periphery so that the outer shape of the honeycomb segment bonded body becomes a columnar shape, a coating material having the same composition as the bonding material is applied to the processed surface to re-form the outer peripheral wall. The honeycomb structure of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 8 was obtained by drying and curing for a period of time.
こうして作製された実施例1〜4及び比較例1〜8のハニカム構造体について、次の方法で、接合部のせん断強度及びセグメント間の温度差を調べた。その結果を表1に示す。なお、各実施例及び比較例において、接合部のせん断強度の測定に用いたハニカム構造体と、セグメント間の温度差の測定に用いたハニカム構造体とは、同一の方法で作製した別の個体である。すなわち、各実施例及び比較例毎に、2体のハニカム構造体を作製し、その内の一方を接合部のせん断強度の測定に用い、他方をセグメント間の温度差の測定に用いた。 With respect to the honeycomb structures of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 8 thus manufactured, the shear strength of the joint and the temperature difference between the segments were examined by the following method. The results are shown in Table 1. In each of the examples and comparative examples, the honeycomb structure used for measuring the shear strength of the joint and the honeycomb structure used for measuring the temperature difference between the segments are different individuals manufactured by the same method. It is. That is, for each of the examples and comparative examples, two honeycomb structures were prepared, one of which was used for measuring the shear strength of the joint and the other was used for measuring the temperature difference between the segments.
[せん断強度]
ハニカム構造体より、隣接する2本のハニカムセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のハニカムセグメントを固定し、もう一方のハニカムセグメントに対して長軸方向から荷重Fをかけることにより測定した。
[Shear strength]
Two honeycomb segments adjacent to each other were cut out from the honeycomb structure in a joined state, one honeycomb segment was fixed, and a load F was applied to the other honeycomb segment from the major axis direction.
[セグメント間の温度差]
ススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数2000rpm、エンジントルク60Nmに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定した。スス量は計測点の最高温度が1200℃になるように徐々に増加させ、1200℃の場合のデータを用いた。図14A及び図14Bに示すように、温度計測点20、21は、ハニカム構造体1の外周部に位置する外周セグメント2aの中心部(外周から中心に向かって20mmの位置)と、その内側に隣接する中央セグメント2bの中心部とにおける、ハニカム構造体1の後端(出口側端面11)から前端(入口側端面10)に向かって15mmの位置であり、各温度計測点20、21における温度履歴中の最高温度の差を算出することにより求めた。
[Temperature difference between segments]
The honeycomb structure on which the soot is deposited is installed on the engine bench, post-injection is performed with the engine speed maintained at 2000 rpm and the engine torque of 60 Nm, and post-injection is performed at the timing when the pressure loss before and after the honeycomb structure starts to decrease. The temperature history inside the honeycomb structure was measured when the engine state was switched to idle. The soot amount was gradually increased so that the maximum temperature at the measurement point was 1200 ° C., and data at 1200 ° C. was used. As shown in FIG. 14A and FIG. 14B, the temperature measurement points 20, 21 are located at the center of the outer
(考察)
前記のようにして求められたセグメント間の温度差をT、せん断強度をPとしたとき、これらが上式(1)の関係を満たせば、フィルター再生時に破壊に至りにくく、良好な耐熱衝撃性を発揮することは先述のとおりである。本発明の範囲に含まれる実施例1〜4は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式(1)の関係を満たしており、再生時において良好な耐熱衝撃性を発揮し得るものであった。一方、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが本発明の限定範囲の下限に満たない比較例1及び2、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが本発明の限定範囲の上限を超える比較例7及び8、ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaが本発明の限定範囲の下限に満たない比較例3及び5、ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaが本発明の限定範囲の上限を超える比較例4及び6は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式(1)の関係を満たしておらず、再生時において内部せん断応力により破壊に至るおそれがある。
(Discussion)
When the temperature difference between the segments obtained as described above is T and the shear strength is P, if these satisfy the relationship of the above formula (1), it is difficult to break during filter regeneration, and good thermal shock resistance It is as described above to demonstrate. In Examples 1 to 4 included in the scope of the present invention, the shear strength and the temperature difference between segments satisfy the relationship of the above formula (1), and can exhibit good thermal shock resistance during reproduction. It was. On the other hand, the average distance S of the local peaks on the outer wall surface of the base substrate is less than the lower limit of the limitation range of the present invention, Comparative Examples 1 and 2, and the average interval S of the local peaks on the outer wall surface of the base substrate is the limitation of the present invention. Comparative examples 7 and 8 exceeding the upper limit of the range, arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate is less than the lower limit of the limited range of the present invention, arithmetic average of the outer wall surface of the base substrate In Comparative Examples 4 and 6 in which the surface roughness Ra exceeds the upper limit of the limited range of the present invention, the shear strength and the temperature difference between the segments do not satisfy the relationship of the above formula (1), and due to the internal shear stress at the time of reproduction There is a risk of destruction.
(実施例5〜10、参考例1及び比較例9〜16)
SiC粉末及び金属Si粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、表2に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有し、隔壁の厚さが12mil(305μm)、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に坏土の原料に用いたSiC粉末、金属Si粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。具体的には、平均粒径15μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径30μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、3.1μmのRaと、49μmのSを得た。
(Examples 5 to 10, Reference Example 1 and Comparative Examples 9 to 16)
SiC powder and metal Si powder were mixed at a predetermined mass ratio, and a pore former, an organic binder, a surfactant and water were added thereto to obtain a plastic clay. This kneaded material was extruded and dried to obtain a honeycomb-shaped formed body. A plugged portion was formed at one end of each cell so that both end faces of the honeycomb formed body had a complementary checkerboard pattern. That is, the plugged portion was formed so that adjacent cells were sealed at the opposite ends. The same material as that for the honeycomb formed body was used as the material for the plugging portion. After the plugging portions are formed and dried in this way, the honeycomb-shaped formed body is degreased at about 400 ° C. in an air atmosphere, and further fired at about 1450 ° C. in an Ar atmosphere to obtain SiC particles in the formed body. Are bonded with Si, so that the porosity, the average pore diameter, the average distance S between the local peaks of the outer wall surface, the arithmetic average surface roughness Ra, and S / Ra as shown in Table 2, and the thickness of the partition wall Square pillar honeycomb segment of 12 mil (305 μm), cell shape is square, cell density is about 46.5 cells / cm 2 (300 cells / square inch), cross section is 35 mm square, and axial length is 152 mm A base substrate was obtained. It should be noted that the SiC powder used as the raw material for the clay is mainly used to adjust the porosity, average pore diameter, average distance S between the local peaks on the outer wall surface, arithmetic average surface roughness Ra, and S / Ra. The particle size distribution and the amount of the metal Si powder and the pore former were adjusted. Specifically, 65% by mass of SiC powder having an average particle size of 15 μm, 16% by mass of metal Si powder having an average particle size of 6 μm, and 19% by mass of a pore former having an average particle size of 30 μm are mixed. 1 μm Ra and 49 μm S were obtained.
次に、所定のSiC粒子150質量部に、コロイダルシリカ(固形分40%の溶液)150質量部と、水200質量部とを加え、よく撹拌して、修飾用スラリーを調製した。なお、この調製に際し、分散剤、消泡剤を適宜加えた。こうして得られた修飾用スラリーに、前記ベース基材を、一方の端面からベース基材全長の1/2の長さまで浸漬させ、その後、エアーブローによって過剰なスラリーを除去した。次いで、スラリーを乾燥させた後、700℃で熱処理を施し、ベース基材の全長に対して1/2の長さを持つとともに、表2に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有する修飾部を形成して、ハニカムセグメントを作製した。なお、修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に修飾用スラリーの原料に用いたSiC粉末の粒子径分布を調節することにより行った。例えば、実施例5では、平均粒径0.8μmのSiC粉末を使用し、4.7μmのRaと、70μmのSを得た。また、実施例8では、平均粒径2μmのSiC粉末を使用し、7.3μmのRaと、95μmのSを得た。 Next, 150 parts by mass of colloidal silica (solution with a solid content of 40%) and 200 parts by mass of water were added to 150 parts by mass of predetermined SiC particles, and stirred well to prepare a modifying slurry. In this preparation, a dispersant and an antifoaming agent were appropriately added. The base substrate was immersed in the modifying slurry thus obtained from one end face to ½ the total length of the base substrate, and then excess slurry was removed by air blowing. Next, after drying the slurry, heat treatment was performed at 700 ° C., and the length was ½ of the total length of the base substrate, and the porosity, average pore diameter, outer wall surface as shown in Table 2 A modified portion having an average interval S between the local peaks, an arithmetic average surface roughness Ra, and S / Ra was formed to produce a honeycomb segment. In addition, adjustment of the value of the average space | interval S of the local peak of the outer wall surface of a modification part, arithmetic mean surface roughness Ra, and S / Ra mainly adjusts the particle size distribution of the SiC powder used for the raw material of the slurry for modification. Was done. For example, in Example 5, SiC powder having an average particle diameter of 0.8 μm was used, and 4.7 μm Ra and 70 μm S were obtained. In Example 8, SiC powder having an average particle diameter of 2 μm was used, and 7.3 μm Ra and 95 μm S were obtained.
次いで、無機粒子として表2に示す平均粒子径のSiC粉末を用い、これにアルミノシリケート質繊維、シリカゾル水溶液及び粘土を混合したものに、更に水を加え、ミキサーを用いて30分間混練を行い、ペースト状の接合材を得た。この接合材を、前記ハニカムセグメントの外周面に、厚さ約1mmとなるように塗布して接合材層を形成し、その上に別のハニカムセグメントを載置する工程を繰り返し、4個×4個に組み合わされた合計16個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製した。そして、適宜、外部より圧力を加えるなどして全体を接合させた後、120℃で2時間乾燥させてハニカムセグメント接合体を得た。このハニカムセグメント接合体の外形が円柱状になるように、その外周を研削加工した後、その加工面に接合材と同じ組成のコーティング材を塗布して外周壁を再形成し、700℃で2時間乾燥硬化させ、実施例5〜10、参考例1及び比較例9〜16のハニカム構造体を得た。 Next, using the SiC powder having the average particle size shown in Table 2 as inorganic particles, to this mixed aluminosilicate fiber, silica sol aqueous solution and clay, water was further added, and kneaded for 30 minutes using a mixer, A paste-like bonding material was obtained. The bonding material is applied to the outer peripheral surface of the honeycomb segment so as to have a thickness of about 1 mm to form a bonding material layer, and a process of placing another honeycomb segment thereon is repeated. A honeycomb segment laminate including a total of 16 honeycomb segments combined in a piece was produced. Then, the whole was joined as appropriate by applying pressure from the outside, and then dried at 120 ° C. for 2 hours to obtain a joined honeycomb segment. After grinding the outer periphery so that the outer shape of the honeycomb segment bonded body becomes a columnar shape, a coating material having the same composition as the bonding material is applied to the processed surface to re-form the outer peripheral wall. Drying and curing was performed for hours, and honeycomb structures of Examples 5 to 10, Reference Example 1 and Comparative Examples 9 to 16 were obtained.
こうして作製された実施例5〜10、参考例1及び比較例9〜16のハニカム構造体について、前述の方法で接合部のせん断強度及びセグメント間の温度差を求めるとともに、次の方法で、剥離の有無を調べた。その結果を表2に示す。 For the honeycomb structures of Examples 5 to 10, Reference Example 1 and Comparative Examples 9 to 16 thus manufactured, the shear strength of the joint and the temperature difference between the segments were determined by the above-described method, and the peeling was performed by the following method. The presence or absence of was investigated. The results are shown in Table 2.
[剥離の有無]
ハニカム構造体より、接合材と当該接合材により接合された隣接する2本のハニカムセグメントの外壁部を接合された状態のまま切り出し、ベース基材の修飾部を形成していない部位と修飾部との境界における外壁表面と接合材との接合状態をマイクロスコープにより観察して、剥離の有無を調べた。
[Presence or absence of peeling]
From the honeycomb structure, the bonding material and the outer wall portion of two adjacent honeycomb segments bonded by the bonding material are cut out in a bonded state, and the portion where the modified portion of the base substrate is not formed and the modified portion The bonding state between the outer wall surface and the bonding material at the boundary was observed with a microscope to examine the presence or absence of peeling.
(考察)
参考例1と本発明の範囲に含まれる実施例5〜10は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式(1)の関係を満たしており、再生時において良好な耐熱衝撃性を発揮し得るものであった。一方、接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径が本発明の限定範囲の下限に満たない比較例9、11、13及び15並びに接合材に含まれる無機粒子の平均粒子径が本発明の限定範囲の上限を超える比較例10、12、14及び16は、せん断強度とセグメント間の温度差が上式(1)の関係を満たしておらず、再生時において内部せん断応力により破壊に至るおそれがある。更に、比較例9及び13は、クラック限界も低いものであった。
(Discussion)
In Reference Example 1 and Examples 5 to 10 included in the scope of the present invention, the shear strength and the temperature difference between the segments satisfy the relationship of the above formula (1), and exhibit good thermal shock resistance during reproduction. It was what you get. On the other hand, the average particle diameter of the inorganic particles contained in the bonding material is less than the lower limit of the limitation range of the present invention. In Comparative Examples 10, 12, 14 and 16 exceeding the upper limit of the range, the shear strength and the temperature difference between the segments do not satisfy the relationship of the above formula (1), and there is a possibility of breaking due to internal shear stress during reproduction. is there. Furthermore, Comparative Examples 9 and 13 also had a low crack limit.
本発明は、DPF等の集塵用フィルターとして好適に使用することができる。 The present invention can be suitably used as a filter for collecting dust such as DPF.
1:ハニカム構造体、2:ハニカムセグメント、2a:外周セグメント、2b:中央セグメント、3:隔壁、5:セル、5a:四角形セル、5b:八角形セル、7:修飾部、7a:修飾部、7b:修飾部、8:外壁、9:目封止部、10:入口側端面、11:出口側端面、15:無機粒子、20:温度計測点、21:温度計測点。
1: honeycomb structure, 2: honeycomb segment, 2a: outer peripheral segment, 2b: center segment, 3: partition wall, 5: cell, 5a: square cell, 5b: octagonal cell, 7: modifier, 7a:
Claims (16)
前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaが0.4〜20μmであり、前記修飾部の外壁表面の算術平均表面粗さRaが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaより0.01〜7.5μm大きく、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体。 An inlet-side end face that becomes the fluid inlet side, an outlet-side end face that becomes the fluid outlet side, an outer wall that connects the outer peripheral portions of the two end faces, and a partition wall of the porous body between the two end faces inside the outer wall A honeycomb in which a plurality of honeycomb-shaped segments that are partitioned and formed by a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles A structure,
The segment is a modification formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry containing a honeycomb-shaped porous base substrate and particles smaller than the average pore diameter of the base substrate and then heat-treating the slurry. And
The modification part is formed in a range from the exit side end surface of the segment to the length of 1/10 to 1/2 of the total length of the segment along the axial direction of the cell. The arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate excluding the base material is 0.4 to 20 μm, and the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the modified portion excludes the formation site of the modified portion. A honeycomb structure in which the arithmetic average surface roughness Ra of the outer wall surface of the base substrate is 0.01 to 7.5 μm larger, and the average particle diameter of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm.
前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、
前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の算術平均表面粗さRaが0.4〜20μmであり、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体。 An inlet-side end face that becomes the fluid inlet side, an outlet-side end face that becomes the fluid outlet side, an outer wall that connects the outer peripheral portions of the two end faces, and a partition wall of the porous body between the two end faces inside the outer wall A honeycomb in which a plurality of honeycomb-shaped segments that are partitioned and formed by a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles A structure,
Out of the segments, the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure is composed only of a honeycomb-shaped and porous base substrate,
The central segment located inside the outer peripheral segment is formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry containing particles smaller than the average pore diameter of the base substrate and the base substrate, and then performing heat treatment. Modified part, and
The modifying portion is formed in a range from the outlet side end surface of the central segment to the length of 1/10 to 1/2 of the total length of the central segment along the axial direction of the cell. A honeycomb structure in which an arithmetic average surface roughness Ra of an outer wall surface of the base substrate excluding a formation site is 0.4 to 20 μm, and an average particle diameter of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm.
前記セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
前記修飾部は、前記セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが10〜125μmであり、前記修飾部の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sより0.1〜70μm大きく、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体。 An inlet-side end face that becomes the fluid inlet side, an outlet-side end face that becomes the fluid outlet side, an outer wall that connects the outer peripheral portions of the two end faces, and a partition wall of the porous body between the two end faces inside the outer wall A honeycomb in which a plurality of honeycomb-shaped segments that are partitioned and formed by a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles A structure,
The segment is a modification formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry containing a honeycomb-shaped porous base substrate and particles smaller than the average pore diameter of the base substrate and then heat-treating the slurry. And
The modification part is formed in a range from the exit side end surface of the segment to the length of 1/10 to 1/2 of the total length of the segment along the axial direction of the cell. The average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding the base is 10 to 125 μm, and the average interval S between the local peaks on the outer wall surface of the modified portion is the base excluding the site where the modified portion is formed A honeycomb structure in which the average particle diameter of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm larger than the average distance S between the local peaks on the outer wall surface of the substrate.
前記セグメントの内、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントは、ハニカム形状で多孔質のベース基材のみからなり、
前記外周セグメントの内側に位置する中央セグメントは、前記ベース基材と、前記ベース基材の平均細孔径より小さい粒子を含むスラリーを、前記ベース基材の一部に含浸後、熱処理することにより形成された修飾部とを有し、
前記修飾部は、前記中央セグメントの出口側端面から、前記セルの軸方向に沿って、前記中央セグメント全長の1/10〜1/2の長さまでの範囲に形成されており、前記修飾部の形成部位を除いた前記ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔Sが10〜125μmであり、前記無機粒子の平均粒子径が0.5〜30μmであるハニカム構造体。 An inlet-side end face that becomes the fluid inlet side, an outlet-side end face that becomes the fluid outlet side, an outer wall that connects the outer peripheral portions of the two end faces, and a partition wall of the porous body between the two end faces inside the outer wall A honeycomb in which a plurality of honeycomb-shaped segments that are partitioned and formed by a plurality of cells serving as fluid flow paths are integrated by bonding the outer walls with a bonding material containing inorganic particles A structure,
Out of the segments, the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure is composed only of a honeycomb-shaped and porous base substrate,
The central segment located inside the outer peripheral segment is formed by impregnating a part of the base substrate with a slurry containing particles smaller than the average pore diameter of the base substrate and the base substrate, and then performing heat treatment. Modified part, and
The modifying portion is formed in a range from the outlet side end surface of the central segment to the length of 1/10 to 1/2 of the total length of the central segment along the axial direction of the cell. A honeycomb structure in which an average interval S between local peaks on the outer wall surface of the base substrate excluding a formation site is 10 to 125 μm, and an average particle diameter of the inorganic particles is 0.5 to 30 μm.
T<0.423P−169.2 (1)
[せん断強度]
ハニカム構造体より、隣接する2本のセグメントを接合された状態のまま切り出し、一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してその長軸方向から荷重をかけることにより測定する。
[セグメント間の温度差]
内部にススを堆積させたハニカム構造体をエンジンベンチに設置し、エンジン回転数2000rpm、エンジントルク60Nmに保った状態でポストインジェクションを入れ、ハニカム構造体前後の圧力損失が低下しはじめたタイミングでポストインジェクションを切り、エンジン状態をアイドルに切り替えたときにおけるハニカム構造体内部の温度の履歴を測定する。温度計測点は、ハニカム構造体の外周部に位置する外周セグメントの端面方向中心部と、当該外周セグメントの内側に隣接する中央セグメントの端面方向中心部とのそれぞれにおける、ハニカム構造体の出口側端面から入口側端面に向かって15mmの位置であり、これら2つの温度計測点の内、前記中央セグメント内にある温度計測点の最高温度が1200℃になるように、前記ススの堆積量を徐々に増加させて行き、前記中央セグメント内にある温度計測点の温度が1200℃に達した時点までの各温度計測点における温度履歴中の最高温度の差を算出する。 Claims where P and T satisfy the relationship of the following formula (1), where P (unit: kPa) is the shear strength determined by the following method and T (unit: ° C) is the temperature difference between segments. The honeycomb structure according to any one of 1 to 9 .
T <0.423P-169.2 (1)
[Shear strength]
Two adjacent segments are cut out from the honeycomb structure in a joined state, one segment is fixed, and a load is applied to the other segment from the major axis direction.
[Temperature difference between segments]
The honeycomb structure with soot deposited inside is installed on the engine bench, post-injection is performed with the engine speed maintained at 2000 rpm and the engine torque of 60 Nm, and the post-compression pressure loss before and after the honeycomb structure starts to decrease. The temperature history inside the honeycomb structure is measured when the injection is turned off and the engine state is switched to idle. The temperature measurement points are the end surfaces on the outlet side of the honeycomb structure at the end surface direction center portion of the outer peripheral segment located at the outer peripheral portion of the honeycomb structure and the end surface direction center portion of the center segment adjacent to the inner side of the outer peripheral segment. The soot accumulation amount is gradually increased so that the maximum temperature at the temperature measurement point in the central segment of these two temperature measurement points is 1200 ° C. The maximum temperature difference in the temperature history at each temperature measurement point until the temperature at the temperature measurement point in the central segment reaches 1200 ° C. is calculated.
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