JP6797147B2 - ハニカム成形体及びハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
隔壁によって区画形成され、第一底面から第二底面まで延びて流路を形成する複数の矩形セルを有する柱状ハニカム構造部と、
前記隔壁が外周壁で被覆された外周部分X及び前記隔壁が露出した外周部分Yを有する外周部と、
を備えたセラミックス原料を含有するハニカム成形体であって、
該ハニカム成形体を高さ方向に垂直な断面で観察したときに、当該断面の重心に最も近い位置に重心が存在する矩形セルの重心から当該矩形セルの四つの頂点を通って外周に向かって延ばした四本の直線をそれぞれ直線A、直線B、直線C及び直線Dとすると、以下の四つの条件を満たす断面部分を有するハニカム成形体。
・外周部分Yは、直線Aと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LAと、直線Bと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LBと、直線Cと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LCと、直線Dと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LDの四つの部分に亘って配設されている。
・外周部分Xは外周部分Yと交互に外周方向に配設されている。
・外周部分Xは外周部分Yとの境界部分に近づくにつれて外周壁の厚みが漸減するテーパー部を有する。
・テーパー部においては、外周壁の厚みが半減するまでに外周方向に平均セルピッチの1倍以上の長さを要する。
[2]
前記四つの条件を満たす断面部分は、第一底面からハニカム成形体の高さ方向に、ハニカム成形体の高さの10%以上の長さに亘る第一断面部分と、第二底面からハニカム成形体の高さ方向に、ハニカム成形体の高さの10%以上の長さに亘る第二断面部分とを含む[1]に記載のハニカム成形体。
[3]
前記四つの条件を満たす断面部分は、ハニカム成形体の高さ方向全体に亘る[1]に記載のハニカム成形体。
[4]
テーパー部を除く外周壁の平均厚みが1.5mm以下である[1]〜[3]の何れか一項に記載のハニカム成形体。
[5]
外周部分Yについて、
長さ部分LAは、直線Aと外周部の交点部分を中心として対称に形成されており、
長さ部分LBは、直線Bと外周部の交点部分を中心として対称に形成されており、
長さ部分LCは、直線Cと外周部の交点部分を中心として対称に形成されており、
長さ部分LDは、直線Dと外周部の交点部分を中心として対称に形成されている、
[1]〜[4]の何れか一項に記載のハニカム成形体。
[6]
矩形セルは正方形セルである[1]〜[5]の何れか一項に記載のハニカム成形体。
[7]
ハニカム成形体は円柱状である[1]〜[6]の何れか一項に記載のハニカム成形体。
[8]
前記複数の矩形セルは、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が開口して第二底面が目封止された第1セルと、第1セルに隔壁を挟んで隣接し、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が目封止されて第二底面が開口する第2セルとを含む[1]〜[7]の何れか一項に記載のハニカム成形体。
[9]
[1]〜[8]の何れか一項に記載のハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する工程と、
ハニカム焼成体の外周壁を研削して研削ハニカム焼成体を作製する工程と、
研削ハニカム焼成体の外周に外周コート壁を形成する工程と、
を含むハニカム構造体の製造方法。
図1には、本発明の第一実施形態に係るハニカム成形体の模式的な斜視図が示されている。図2には、本発明の第二実施形態に係るハニカム成形体の模式的な斜視図が示されている。図3−1には、第一実施形態及び第二実施形態に共通するハニカム成形体の高さ方向(セルの延びる方向)に垂直なA−A断面図の模式図が示されている。図3−2には、図3−1の部分拡大図が示されている。
前記隔壁112が外周壁122で被覆された外周部分X及び前記隔壁112が露出した外周部分Yを有する外周部120と、
を備える。
ハニカム成形体100、200は、その高さ方向に垂直な断面で観察し、図3−1に示すように、当該断面の重心に最も近い位置に重心が存在する矩形セルの重心Oから当該矩形セルの四つの頂点を通って外周に向かって延ばした四本の直線をそれぞれ直線A、直線B、直線C及び直線Dとすると、以下の四つの条件を満たす断面部分を有する。
(1)外周部分Yは、直線Aと外周部120の交点部分を含む、外周壁122が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LAと、直線Bと外周部120の交点部分を含む、外周壁122が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LBと、直線Cと外周部120の交点部分を含む、外周壁122が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LCと、直線Dと外周部120の交点部分を含む、外周壁122が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LDの四つの部分に亘って配設されている。
(2)外周部分Xは外周部分Yと交互に外周方向に配設されている。
(3)外周部分Xは外周部分Yとの境界部分に近づくにつれて外周壁の厚みが漸減するテーパー部124を有する。
(4)テーパー部124においては、外周壁122の厚みが半減するまでに外周方向に平均セルピッチの1倍以上の長さを要する。
図4には、本発明の一実施形態に係るハニカム成形体400の高さ方向(セルの延びる方向)に平行な断面の模式図が示されている。図5には、本発明の別の一実施形態に係るハニカム成形体500の高さ方向(セルの延びる方向)に平行な断面の模式図が示されている。
ハニカム成形体の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状(円柱形状)、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形(四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)の柱状等の形状とすることができる。
ハニカム成形体は例えば、セラミックス原料、分散媒、造孔材及びバインダを含有する原料組成物を混練して坏土を形成した後、坏土を押出成形することにより製造可能である。原料組成物中には分散剤等の添加剤を必要に応じて配合することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。
本発明は一実施形態において、
ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する工程と、
ハニカム焼成体の外周壁を研削して研削ハニカム焼成体を作製する工程と、
研削ハニカム焼成体の外周に外周コート壁を形成する工程と、
を含むハニカム構造体の製造方法を提供する。
コージェライト化原料として、シリカ、タルク、及びアルミナを使用した。コージェライト化原料100質量部に、分散媒である水25質量部、造孔材10質量部、有機バインダ5質量部、及び分散剤0.5質量部を添加し、混合、混練して坏土を調製した。造孔材としてはコークスを使用し、有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としては脂肪酸石鹸を使用した。造孔材は、平均粒子径40μmのものを使用した。混合装置としては、レーディゲミキサーを使用し、混練装置としてはニーダー及び真空土練機を使用した。
・全体の形状:円筒形(直径267mm×高さ203mm)
・セル断面形状:正方形
・平均セルピッチ:1.27mm
・セル密度:400cpsi(約62/cm2)
・隔壁の厚み:6mil(約0.15mm)(口金の仕様に基づく公称値)
・外周壁の平均厚み:表1に記載の通り(ハニカム成形体の一方の底面を観察し、隣り合う測定点の中心角が90°異なる四箇所の外周壁の厚みを測定し、平均値を算出した。)
A:クラックなし
B:径方向に5mm以内の深さのクラックが一本以上
C:径方向に5mmを超える深さのクラックが一本以上
比較例1と同じ杯土を用意し、所定の口金を通して押出成形した後、乾燥することにより、試験番号に応じて、以下の構造を有するハニカム成形体を作製した。
・全体の形状:円筒形(直径267mm×高さ203mm)
・セル断面形状:正方形
・平均セルピッチ:1.27
・セル密度:400cpsi(約62/cm2)
・隔壁の厚み:6mil(約0.15mm)(口金の仕様に基づく公称値)
・外周壁の平均厚み(テーパー部を除く):表1に記載の通り(ハニカム成形体の一方の底面を観察し、隣り合う測定点の中心角が90°異なる四箇所の外周壁の厚みを測定し、平均値を算出した。)
比較例1と同じ杯土を用意し、所定の口金を通して押出成形した後、乾燥することにより、試験番号に応じて、以下の構造を有するハニカム成形体を作製した。
・全体の形状:円筒形(直径267mm×高さ203mm)
・セル断面形状:正方形
・平均セルピッチ:1.27mm
・セル密度:400cpsi(約62/cm2)
・隔壁の厚み:6mil(約0.15mm)(口金の仕様に基づく公称値)
・外周壁の平均厚み(テーパー部を除く):表1に記載の通り(ハニカム成形体の一方の底面を観察し、隣り合う測定点の中心角が90°異なる四箇所の外周壁の厚みを測定し、平均値を算出した。)
比較例1と同じ杯土を用意し、所定の口金を通して押出成形した後、乾燥することにより、試験番号に応じて、以下の構造を有するハニカム成形体を作製した。
・全体の形状:円筒形(直径267mm×高さ203mm)
・セル断面形状:正方形
・平均セルピッチ:1.27mm
・セル密度:400cpsi(約62/cm2)
・隔壁の厚み:6mil(約0.15mm)(口金の仕様に基づく公称値)
・外周壁の平均厚み(テーパー部を除く):表1に記載の通り(ハニカム成形体の一方の底面を観察し、隣り合う測定点の中心角が90°異なる四箇所の外周壁の厚みを測定し、平均値を算出した。)
実施例1〜7は、隔壁が露出した外周部分Yが適切に4箇所形成されており、テーパー部も適切に形成されていたことから、クラックの発生が抑制された。
これに対して、比較例1は、隔壁が露出した外周部分Yが形成されておらず、クラックが発生した。
比較例2は、隔壁が露出した外周部分Yを4箇所形成したが、外周部分Yを構成する四つの長さ部分LA、LB、LC及びLDの長さが不足していたため、クラックが発生した。
比較例3及び比較例4は、隔壁が露出した外周部分Yを4箇所形成したが、テーパー部における、外周壁の厚みが半減するまでの外周方向の長さSが短かったため、クラックが発生した。なお、比較例3及び比較例4において、クラックを発生させずに焼成するためには、実施例1〜7に比べて更に10〜20時間程度かけてゆっくりと焼成する必要があった。
比較例5は、隔壁が露出した外周部分Yを4箇所形成したが、その配設方向が不適切であったため、クラックが発生した。
比較例6は、隔壁が露出した外周部分Yを形成したが、3箇所しか設けなかったため、クラックが発生した。
110 柱状ハニカム構造部
112 隔壁
114 第一底面
116 第二底面
118 セル
118a 第1セル
118b 第2セル
120 外周部
122 外周壁
124 テーパー部
600 冶具
602 環状枠
604 突起部
Claims (9)
- 隔壁によって区画形成され、第一底面から第二底面まで延びて流路を形成する複数の矩形セルを有する柱状ハニカム構造部と、
前記隔壁が外周壁で被覆された外周部分X及び前記隔壁が露出した外周部分Yを有する外周部と、
を備えたセラミックス原料を含有するハニカム成形体であって、
該ハニカム成形体を高さ方向に垂直な断面で観察したときに、当該断面の重心に最も近い位置に重心が存在する矩形セルの重心から当該矩形セルの四つの頂点を通って外周に向かって延ばした四本の直線をそれぞれ直線A、直線B、直線C及び直線Dとすると、以下の四つの条件を満たす断面部分を有するハニカム成形体。
・外周部分Yは、直線Aと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LAと、直線Bと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LBと、直線Cと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LCと、直線Dと外周部の交点部分を含む、外周壁が存在しないと仮定したときの外周長さの3%以上14%以下の長さ部分LDの互いに離れた四つの部分に亘って配設されている。
・外周部分Xは外周部分Yと交互に外周方向に配設されている。
・外周部分Xは外周部分Yとの境界部分に近づくにつれて外周壁の厚みが漸減するテーパー部を有する。
・テーパー部においては、外周壁の厚みが半減するまでに外周方向に平均セルピッチの1倍以上の長さを要する。 - 前記四つの条件を満たす断面部分は、第一底面からハニカム成形体の高さ方向に、ハニカム成形体の高さの10%以上の長さに亘る第一断面部分と、第二底面からハニカム成形体の高さ方向に、ハニカム成形体の高さの10%以上の長さに亘る第二断面部分とを含む請求項1に記載のハニカム成形体。
- 前記四つの条件を満たす断面部分は、ハニカム成形体の高さ方向全体に亘る請求項1に記載のハニカム成形体。
- テーパー部を除く外周壁の平均厚みが1.5mm以下である請求項1〜3の何れか一項に記載のハニカム成形体。
- 外周部分Yについて、
長さ部分LAは、直線Aと外周部の交点部分を中心として対称に形成されており、
長さ部分LBは、直線Bと外周部の交点部分を中心として対称に形成されており、
長さ部分LCは、直線Cと外周部の交点部分を中心として対称に形成されており、
長さ部分LDは、直線Dと外周部の交点部分を中心として対称に形成されている、
請求項1〜4の何れか一項に記載のハニカム成形体。 - 矩形セルは正方形セルである請求項1〜5の何れか一項に記載のハニカム成形体。
- ハニカム成形体は円柱状である請求項1〜6の何れか一項に記載のハニカム成形体。
- 前記複数の矩形セルは、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が開口して第二底面が目封止された第1セルと、第1セルに隔壁を挟んで隣接し、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が目封止されて第二底面が開口する第2セルとを含む請求項1〜7の何れか一項に記載のハニカム成形体。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載のハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製する工程と、
ハニカム焼成体の外周壁を研削して研削ハニカム焼成体を作製する工程と、
研削ハニカム焼成体の外周に外周コート壁を形成する工程と、
を含むハニカム構造体の製造方法。
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