蜂窩狀結構體及其製造方法
2023-07-21 16:06:36
專利名稱：蜂窩狀結構體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及使外周壁厚度均勻且圓度較高的蜂窩狀結構體，及用於獲得該蜂窩狀結構體等的製造方法。
背景技術：
在作為排氣淨化用過濾器或催化劑等使用的大型蜂窩狀結構體中，一直以來，在擠壓坯土而成形時，存在由於自重而使外周壁邊緣的隔室損壞，或圓度下降等蜂窩狀結構體變形的問題(參照實公平7-183號公報)。而且，近年來，在該蜂窩狀結構體中，為通過熱容量的降低、壓力損失的降低、或吸收效率的提高等提高淨化性能，多進行使隔壁高氣孔率化、薄壁化的試驗，且由於蜂窩狀結構體自身的強度具有下降的趨勢，所以與該蜂窩狀結構體的變形有關的問題越來越受到重視。
以往，作為解決該問題的第一個試驗，本申請人提出了以下技術方案在將圓度變差(圓度大於等於0.5mm)的陶瓷蜂窩狀體放入圓筒體中後，將陶瓷蜂窩狀體和圓筒體內周的間隙用堇青石泥漿灌注，乾燥後在外周壁上再設置覆蓋層的蜂窩狀結構體的製造方法，及通過該方法所得的圓度小於等於0.5mm的蜂窩狀結構體(參照實公平7-183號公報)。
但是，在該製造方法及蜂窩狀結構體中，其在作為排氣淨化用過濾器和催化劑等使用時被曝露於極高溫中，所以必須充分考慮需要較大的耐熱衝擊性這點，特別是在薄化或高氣孔率化的蜂窩狀結構體中，在該耐熱衝擊性這點上不足。
即，在該現有蜂窩狀結構體中，因為陶瓷蜂窩狀體的外周壁上設有覆蓋層，所以由外周壁和覆蓋層兩方構成的部分非常厚，且相對於薄化或高氣孔率化的隔壁熱容量差距變大，兩者的邊界附近熱應力增大，存在易於出現裂紋的問題。此外，由於覆蓋層的厚度不均勻，所以存在覆蓋體自身也在厚度不同的部位間存在熱容量差距，且這點也具有降低耐熱衝擊性的問題。再有，對於由於自重而在外周壁附近產生隔壁的變形，並對蜂窩狀結構體的耐封裝性等產生不良影響這點沒有一點解決。
對此，本申請人又提出了以下的方案具有使陶瓷坯土擠出成形並在乾燥後進行燒製成形以製造陶瓷蜂窩狀結構體的工序；通過加工除去該陶瓷蜂窩狀結構體的周邊部的工序；在該加工後的陶瓷蜂窩狀結構體外周面上形成外周壁的工序的陶瓷蜂窩狀結構體的製造方法(參照專利第2604876號公報)。
該製造方法由於「通過加工除去陶瓷蜂窩狀結構體的周邊部」，從而改善了由隔室損壞等所引起的隔壁和外周壁變形的問題，且有望通過外周壁的薄化來提高耐熱衝擊性。
但是，即使在該製造方法中，也沒有特別公開關於使外周壁厚度均勻化的問題。實際上，如圖3所示，在現有製造方法中，在剛形成外周壁時，外周壁上產生了位於塗料終端附近的稱為終端痕20的凸部，或如圖4所示，外周壁的全周上形成了由乾燥收縮差所產生的被認作豎紋形貌21的小凹凸部，且所得蜂窩狀結構體的圓度也不夠。
因此指出以下存在的問題，即，在所得蜂窩狀結構體在封裝時其外周面一部分被抓住，且為保持期望的封裝狀態需要很大的力，由於進行了高氣孔率化和薄化，所以局部上承受很大力的部位，特別是在凸部位上，可能會產生外周壁和隔壁破損的問題。再有，在用該製造方法所得的蜂窩狀結構體中，由於外周壁厚度依然存在一定程度的偏差，所以即使是耐熱衝擊性這點也依然留有改良的餘地。
發明內容
本發明鑑於上述問題而提出的，其第一目的是提供減小封裝時的表面壓力分布的偏差，在能夠防止封裝時的破損的同時，耐熱衝擊性也很優良的蜂窩狀結構體。此外，本發明第二目的是提供具有這種特性，並具備既均勻又薄的外周壁，且圓度優良的蜂窩狀結構體的製造方法。
即，本發明的蜂窩狀結構體，具備具有多個流通孔的隔室體、包圍隔室體而設置的外周壁，且具有在蜂窩狀結構體的外周方向上以突出的狀態存在的壁部，其特徵在於該外周壁被設置成包圍以在該蜂窩狀結構體外周部方向上突出的狀態存在的壁部，同時，在同一蜂窩狀結構體的隔室體內與位於最外部的隔室體的外周部的隔壁緊密連接，並且該外周壁的厚度小於等於2.0mm，該外周壁的厚度差小於等於1.0mm，且圓度小於等於1.0mm。
這裡，在本說明書中，如圖1所示，「外周壁厚度T」與蜂窩狀結構體1的各隔壁2連續地存在，其指從以向外周方向上突出的狀態而存在的壁部5的端部3到外周面4的距離。而且，在本說明書中，「圓度」是指在除去兩端的10mm的部分的全長中，以10mm間隔在預定的各部位測定各直徑的長度，並由其值而根據下式所求的值中的最大值。
在本發明中，較理想的是圓度小於等於0.5mm的蜂窩狀結構體，更理想的是圓度小於等於0.1mm的蜂窩狀結構體。而且，外周壁厚度較理想的是大於等於0.1mm。此外，被設置成包圍隔室體的外周壁也可是未燒制的。
再有，在本發明中，也可是將多個流通孔在該流通孔開口的兩端面以互相不同的位置封閉而形成的蜂窩狀結構體，在此類蜂窩狀結構體中，較理想的是由陶瓷構成的。
而且，本發明提供一種蜂窩狀結構體的製造方法，在製作此類蜂窩狀結構體方面較合適，在製作在隔壁之間具有多個流通孔的基本蜂窩狀體後，除去含有該基本蜂窩狀體的外周壁及一部分隔壁的外周部，然後在除去外周部的隔壁露出部分上塗抹塗層材料以重新設置外周壁，其特徵在於只對重新設置的外周壁進行磨削機械加工。
再有，在本發明中，基本蜂窩狀結構體的術語，通常指由擠壓成形來製造蜂窩狀結構體而得到的燒製成或未燒製成的蜂窩狀結構體，或者是使用具有沒形成外周壁那種結構的金屬蓋來通過擠壓成形而得到的燒製成或未燒製成的蜂窩狀結構體。
圖1是圖解地展示了本發明蜂窩狀結構體的外周壁厚度的說明圖。
圖2是展示實施例1中所得到的蜂窩狀結構體的外周壁表面的放大照片。
圖3是展示比較例1中所得到的蜂窩狀結構體的外周壁表面狀態的全景照片。
圖4是展示比較例1中所得到的蜂窩狀結構體的外周壁表面狀態的放大照片。
具體實施例方式
下面將具體說明本發明的實施方式。但是，本發明並不局限於以下的記載，本領域技術人員在不脫離本發明範圍的情況下可進行多種變更、修正和改良。
本發明的蜂窩狀結構體的特徵在於配備有具有多個流通孔的隔室體、及被設置成包圍該隔室體的外周壁，外周壁厚度小於等於2.0mm，外周壁厚度差小於等於1.0mm，且圓度小於等於1.0mm，較理想的是小於等於0.5mm，更理想的是小於等於0.1mm。
本發明的蜂窩狀結構體，由於其外周壁厚度小於等於2.0mm且非常薄，所以外周壁熱容量小，可減小與薄壁或高氣孔率的隔壁之間的熱容量差距，並可提高燒結體整體的耐熱衝擊性。一方面，如果外周壁厚度考慮其強度及氣體洩漏的話，則較理想的是大於等於0.1mm。
而且，本發明的蜂窩狀結構體，由於這種薄外周壁具有厚度差小於等於1.0mm的極均勻的厚度，且燒結體整體的圓度具有小於等於1.0mm的優良圓度，所以外周壁各部的熱容量差距幾乎沒有，且可降低外周壁的局部熱應力的集中，並可由此提高燒結體的耐熱衝擊性。
再有，通過使外周壁厚度的差及圓度處於預定範圍內，封裝時的表面壓力分布的偏差變小，且降低了封裝時的局部損壞，特別是在薄壁化和隔壁的高氣孔率化的蜂窩狀結構體中有用。
在本發明中，通過將上述本發明的製造方法的條件控制在期望範圍內，可製造外周壁厚度小於等於2.0mm、外周壁厚度差小於等於1.0mm、且圓度小於等於1.0mm的蜂窩狀結構體，這樣，由於能進一步提高上述耐熱衝擊性和封裝性，所以較理想。
而且，此類蜂窩狀結構體通過將多個流通孔在該流通孔開口的兩端面以互相不同的位置封閉，可製成上述耐熱衝擊性和封裝性優良的蜂窩狀過濾器，並通過在隔壁上承載期望的催化活性金屬，可製成上述耐熱衝擊性和封裝性優良的蜂窩狀催化體。
再有，在作為上述蜂窩狀過濾器和蜂窩狀催化體而使用的情況下，較理想的是由陶瓷構成，構成蜂窩狀結構體的陶瓷有例如碳化矽、模來石、堇青石等。
此外，在本發明中，上述以外的方面，例如蜂窩狀結構體的隔室結構等，對於其它結構上的特性沒有特別的限制。例如，作為蜂窩狀結構體隔室結構，其截面形狀可舉出圓、橢圓、三角、四邊、或六邊等。
其次，說明本發明的蜂窩狀結構體的製造方法。
本發明的製造方法的特徵在於在製作具有多個流通孔的基本蜂窩狀體後，除去包含基本蜂窩狀體的外周壁及一部分隔壁的外周部，然後在除去該蜂窩狀結構體外周部的隔壁露出部分上塗抹塗層劑並重新設置外周壁，再對該蜂窩狀結構體重新形成的外周壁表面進行磨削機械加工。
這樣，由於可用非常薄且熱容量小的外周壁構成所得蜂窩狀結構體，所以可通過薄型及高氣孔率來減小熱容量小的隔壁和外周壁的熱容量差距，並可提高蜂窩狀結構體的耐熱衝擊性。而且，由於除去基本蜂窩狀體的外周部後，再形成外周壁，所以可除去變形的外周壁附近的隔壁，同時，可完全避免由燒製成形等引起的圓度下降的問題，並可提高蜂窩狀結構體的耐封裝性等。
再有，在本發明中，由於磨削重新設置的外周壁，所以在該外周壁中，可除去被稱為塗層終端痕的比較大的凸部，及在外周整體上被識別為豎紋形貌的小凹凸部，並可得到具有平坦外周壁的蜂窩狀結構體。因此，能以高生產效率製造具有既薄而有厚度均勻的外周壁且具有高圓度的蜂窩狀結構體。通過機械加工，可提高作為燒結體所要求的圓柱度。下面將具體說明。
作為本發明中的基本蜂窩狀體，通常可舉出具備在隔壁之間具有多個流通孔的隔室體及設置在該隔室體周圍的預備外周壁，並可用擠壓成形等各種方法進行製作。
而且，作為基本蜂窩狀體的原料可舉出例如以陶瓷、金屬等為主要成分的物體，也可根據需要添加各種添加物。再有，在本發明中，根據原料等，可在成形後進行乾燥、燒製成形等必要工序。
在本發明中，作為除去基本蜂窩狀體的外周部的方法通常有立式、臥式圓柱磨削盤等。
在本發明中，除去基本蜂窩狀體的外周部的工序是以除去產生了隔室損壞等變形的隔壁為目的而進行的，較理想的是可靠地除去與外周壁一同產生該變形的隔壁。
在本發明中，作為除去基本蜂窩狀體的外周部的磨削工具及對重新形成的外周壁表面進行磨削機械加工的磨削工具可舉出例如，具有砂輪和切削片等的磨削工具。較理想的是具有砂輪的磨削工具，該工具不存在蜂窩狀結構體的破損問題，且可得到期望的尺寸精度。
在本發明中，對於在除去外周部的蜂窩狀結構體的隔壁露出部分上塗抹塗層劑而重新設置外周壁的方法沒有特別限制。例如，可舉出使除去外周部的蜂窩狀結構體的中心軸和旋轉臺的中心軸相一致並裝載·固定，然後，一邊使旋轉臺旋轉一邊向蜂窩狀結構體的隔壁露出部分供給塗層材料以設置外周壁的方法。
實施例下面將根據實施例來更具體地說明本發明，但是本發明並不局限於這些實施例1向堇青石化原料中添加水、粘合劑並混合，再用真空練泥機製作圓柱狀坯土。將該坯土投入擠壓成形機並通過期望形狀的金屬蓋來製作蜂窩狀的燒結體。這時，由於自重，蜂窩狀的燒結體向其與支撐臺相接觸的面側集中，且從外周面約兩個隔室的隔壁發生變形。然後，在對該蜂窩狀結構體進行進行介電乾燥(誘電乾燥)後，切斷兩端部，再有，在兩端面貼膜，並由雷射在膜上開出方格花紋的孔。其次，在用壓入機灌入具有期望粘度的泥漿後，進行乾燥，並在流通孔開口的兩端面上的互不相同的位置上進行封閉。再有，在1430℃下燒製成形5小時，得到外徑160mm×長度200mm、隔壁厚度0.304mm、隔室密度46.5隔室/cm2的基本蜂窩狀體。
然後，將所得基本蜂窩狀體放置在能夠除去因成形而變了形的約2個隔室的位置上，然後由使用車床的機械加工來除去包含外周壁及一部分隔壁的外周部。在除去外周部的隔壁露出部分上塗抹塗層材料，並重新設置2.5mm的外周壁。
最後，在外周壁加工成1mm厚度的位置上裝載蜂窩狀體，使用80#砂輪，砂輪轉速2250rpm，砂輪進給速度6mm/sec，蜂窩狀體的轉速80rmp，在該條件下進行磨削機械加工以得到蜂窩狀結構體。
比較例1在實施例1中，除了使塗層厚度為1.5mm，及對重新形成外周壁的燒製成形體不施以磨削加工以外，與實施例1同樣可得到蜂窩狀結構體。
評價方法對於由上述實施例1及比較例1所得的蜂窩狀結構體，用以下所示方法評價。再有，為檢查由實施例1及比較例1所得的蜂窩狀結構體的表面狀態，拍攝了蜂窩狀體的實物照片，其分別由圖2、圖3及圖4所示。
(1)外周壁厚度及塗層厚度對於外周壁厚度的測定，在封裝時進行外周壁上的該表面壓力的分布測定，並將耐熱衝擊性試驗結束後的蜂窩狀結構體作為試驗樣本使用。在將該蜂窩狀結構體沿軸向從兩端部切取10mm的長度後，相對於軸向以10mm間隔垂直切斷，在各切斷片的切斷面上，圖1所示的外周面4和向外周部突出的壁部5的外周方向的端部3之間的長度由顯微鏡(尼康社製造)測定，並將該長度作為該處的外周壁厚度。用各測定位置中的厚度的平均值來表示外周壁厚度。
再有，在如此求得的各測定面上從測定結果所得的測定值中分別指定最大值和最小值，並求其差以作為塗層厚度。
(2)圓度如上所述，將圓度定義為「最大直徑—最小直徑/2」，用市面上銷售的雷射位移測量儀在蜂窩狀結構體軸向上在除去兩端的10mm的部分的全長內以10mm間隔來測定各部位的直徑長度，並由上式求得各截面的圓度，並以其中的最大值作為外周壁的圓度。
(3)封裝時的外周壁上的表面壓力分布使由實施例1及比較例1所得的蜂窩狀結構體介於厚度為2.5mm的墊片之間，並將蜂窩狀結構體插入內面貼有壓力傳感器薄片的圓筒夾具中，以測定壓力分布。圓筒夾具內徑也與實施例1和比較例1相同。
(4)耐熱衝擊性在將實施例1及比較例1所得的蜂窩狀結構體在600℃的高溫環境的電爐內靜置30分鐘後，取出到室溫(20℃)環境氣體中，並用肉眼確認外周壁有無龜裂發生。
(評價結果)比較例1的蜂窩狀結構體的外周壁厚度為1.5mm，外周壁厚度差(塗層厚度差)為1.2mm，圓度為1.2mm。而且，外周壁表面上具有圖3及圖4所示的凹凸，且封裝時外周壁表面壓力分布的偏差大。此外，在耐熱衝擊性試驗中，在具有塗料終端痕的附近出現龜裂。
對此，在實施例1的蜂窩狀結構體中，外周壁厚度為1.5mm，外周壁厚度差為0.1mm，圓度為0.05mm。而且，如圖2所示，外周壁表面上幾乎沒出現凹凸，且封裝時外周壁表面壓力分布的偏差小。此外，在耐熱衝擊性試驗中，外周壁上完全沒出現龜裂。
表1
實施例2～12、比較例2～10利用與上述實施例1同樣的方法，如表2所示，多次改變隔室形狀、隔室密度、隔室壁厚度(隔壁厚度)、及外周壁厚，可得到外徑356mm×長度356mm的蜂窩狀結構體。
對於所得蜂窩狀結構體，與實施例1同樣地進行評價。結果在表2中展示。
(評價結果)在表2中，取最大表面壓力/最小表面壓力的值來作為封裝表面壓力分布，且如果其值小於等於1.5則良好。如果其值超過1.5，則由於表面壓力偏差變大，所以封裝時蜂窩狀結構體損壞的可能增大。
比較例2～10的蜂窩狀結構體，其外周壁厚度為1～3mm、外周壁厚度差(塗層厚度差)為1～1.5mm、圓度為1.1～2mm。而且，外周壁表面上確認有高低落差，且封裝時外周壁的表面壓力分布幾乎為超過1.5的大小。此外，在耐熱衝擊性試驗中，產生的外周裂紋多。
與此相對，在實施例2～12的蜂窩狀結構體中，外周壁厚度為1～2mm、外周壁厚度差(塗層厚度差)為0.2～1mm，圓度為0.05～1mm。而且，外周壁表面上沒有高低落差，且封裝時外周壁的表面壓力分布最大為1.5，且大體偏小。此外，在耐熱衝擊性試驗中，外周壁上完全沒有龜裂。
表2
如上所述，根據本發明，通過圓度的提高可維持合適的封裝狀態，同時可提供耐熱衝擊性優良的蜂窩狀結構體。此外，能夠提供製造具備可發揮此類特性的均勻且薄的外周壁且具有高圓度的蜂窩狀結構體的方法。因此，本發明的蜂窩狀結構體可適用於排氣淨化用的過濾器或催化劑等。
權利要求
1.一種蜂窩狀結構體，其具備具有多個流通孔的隔室體及被設置成包圍該隔室體的外周壁，且具有以向蜂窩狀結構體的外周方向突出的狀態存在的壁部，其特徵在於該外周壁被設置成包圍以向該蜂窩狀結構體外周部方向突出的狀態存在的壁部，且在同一蜂窩狀結構體的隔室體內與位於最外部的隔室體的外周部的隔壁緊密連接，並且該外周壁的厚度小於等於2.0mm，該外周壁的厚度差小於等於1.0mm，且圓度小於等於1.0mm。
2.根據權利要求1所述的蜂窩狀結構體，其特徵在於所述圓度小於等於0.5mm。
3.根據權利要求1所述的蜂窩狀結構體，其特徵在於所述圓度小於等於0.1mm。
4.根據權利要求1至3任何一項所述的蜂窩狀結構體，其特徵在於所述外周壁的厚度大於等於0.1mm。
5.根據權利要求1至4任何一項所述的蜂窩狀結構體，其特徵在於所述外周壁是未燒制的。
6.根據權利要求1至5任何一項所述的蜂窩狀結構體，其特徵在於將所述多個流通孔在該流通孔開口的兩端面上以相互不同的位置封閉。
7.根據權利要求1至6任何一項所述的蜂窩狀結構體，其特徵在於其由陶瓷製成。
8.一種蜂窩狀結構體的製造方法，製作在隔壁之間具有多個流通孔的基本蜂窩狀體後，除去包含該基本蜂窩狀體的該外周壁及一部分該隔壁的外周部，接著，在除去了該外周部的隔壁露出部分塗抹塗層材料，重新設置外周壁，其特徵在於只對該重新設置的外周壁進行磨削機械加工。
全文摘要
本發明的蜂窩狀結構體配備有具有多個流通孔的隔室體、被設計成包圍該隔室體的外周壁，其外周壁厚度小於等於2.0mm，外周壁厚度差小於等於1.0mm，且圓度小於等於1.0mm。在製作在隔壁之間具有多個流通孔的基本蜂窩狀體後，除去含有基本蜂窩狀體的外周壁及一部分隔壁的外周部，然後，在除去外周部的隔壁露出部分上塗抹塗層材料，並重新設置外周壁的蜂窩狀結構體，在該製造蜂窩狀結構體的方法中，只對重新設置的外周壁進行磨削機械加工。該蜂窩狀結構體在封裝時表面壓力分布的偏差少，在能夠防止封裝時的破損的同時，耐熱衝擊性也優良。
文檔編號B01J32/00GK1756725SQ20048000569
公開日2006年4月5日 申請日期2004年3月5日 優先權日2003年3月5日
發明者加藤茂樹 申請人:日本礙子株式會社