專利名稱：高強度蜂窩結(jié)構(gòu)體、其成形方法以及蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強度的蜂窩結(jié)構(gòu)體，具體涉及的是即使隔壁的平均厚度薄，也能具有良好的等靜壓強度以及/或封裝強度的蜂窩結(jié)構(gòu)體，以及使用該蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器(converter)。本發(fā)明還涉及具有良好的等靜壓強度以及/或封裝強度的蜂窩結(jié)構(gòu)體的成形方法。
背景技術(shù)：
蜂窩結(jié)構(gòu)體廣泛用于過濾器、觸媒載體等中，特別是廣泛用于作為汽車引擎等內(nèi)燃機的排氣凈化用觸媒凈化器的觸媒載體、柴油機的排氣凈化用過濾器等。在汽車等排氣凈化用觸媒凈化器的觸媒載體等中使用蜂窩結(jié)構(gòu)的場合，考慮到環(huán)境問題，排氣限制有逐年強化的趨勢，與此對應(yīng)，必然要求提高排氣凈化觸媒的凈化性能。另外，在引擎開發(fā)方面，明顯具有低燃費、高輸出化的導(dǎo)向，對應(yīng)于這種狀況，也必然要求減少在排氣凈化觸媒的壓力損失。
因此，為了解決這樣的問題，強烈的動向是通過將蜂窩結(jié)構(gòu)體其隔壁及外周壁的厚度進(jìn)一步減薄，一方面提高通氣性、減少壓力損失，而且使排氣凈化觸媒重量減輕、減小熱容量，提高暖機時的凈化性能。
在這樣的用途中，是在金屬制的外殼等中通過固定材料來固定蜂窩結(jié)構(gòu)體，例如作為觸媒凈化器來使用，但為了在使用時不發(fā)生外殼與蜂窩結(jié)構(gòu)體的錯動，必須要用一定的強度來固定，為了承受該強度而要求等靜壓強度。此外，還要求抑制在外殼通過固定材料來固定(以下稱為封裝)時的破壞。因此，必須要抑制由于要求降低熱容量而使蜂窩結(jié)構(gòu)薄壁化時的等靜壓強度的降低以及/或?qū)τ诜庋b的耐性(以下稱為封裝強度)的降低。
作為解決隨著隔壁的薄壁化而引起的蜂窩結(jié)構(gòu)的強度降低的方法，例如在特公昭54-110189號公報中提案的結(jié)構(gòu)是向著蜂窩載體的橫截面中心方向而使隔壁厚度規(guī)則地減薄的結(jié)構(gòu)。此外，在特開昭54-150406號公報或特開昭55-147154號公報中提案的結(jié)構(gòu)是使外周部的網(wǎng)眼隔壁比內(nèi)部的網(wǎng)眼隔壁要厚的結(jié)構(gòu)。但是，即使是這樣的結(jié)構(gòu)，也不能充分地抑制隨著隔壁的進(jìn)一步薄壁化而引起的等靜壓強度的降低，不能有效地抑制封裝強度的降低。
另外，在再公表特許(國際公開號WO98/05602)中所提案的蜂窩結(jié)構(gòu)是隔壁平均厚度T為0.05～0.13mm、周壁平均厚度比T大、隔壁與周壁的平均接觸寬度W的關(guān)系為W＞T、而且0.7≥W≥-(T/4)+0.18的陶瓷制蜂窩結(jié)構(gòu)體。但是，該陶瓷制蜂窩結(jié)構(gòu)體雖然在防止邊緣碎片上發(fā)揮了一定的效果，但是也并不一定能充分滿足提高等靜壓強度，不能有效地抑制封裝強度的降低。
發(fā)明的公開本發(fā)明是鑒于上述以往技術(shù)問題點的發(fā)明，其目的在于提供能夠抑制由于隨著蜂窩結(jié)構(gòu)體的薄壁化而引起的等靜壓強度以及/或封裝強度降低的蜂窩結(jié)構(gòu)體以及蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器。
本發(fā)明的另一目的是在提供上述蜂窩結(jié)構(gòu)體時，提供能夠抑制降低等靜壓強度以及/或封裝強度的成形方法。
本發(fā)明者們經(jīng)過專心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使得在相對蜂窩結(jié)構(gòu)體軸向的垂直截面的縱向方向為一個方向(Y方向)隔壁的厚度(TY)比其它隔壁的厚度要厚，而能夠提高對于各向等壓強度的等靜壓強度。另外還發(fā)現(xiàn)，通過使縱向方向為Y方向的隔壁在所定范圍內(nèi)的隔壁的厚度厚些，而能抑制封裝時的破壞。
即，本發(fā)明提供一種蜂窩結(jié)構(gòu)，是具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于在相對前述蜂窩結(jié)構(gòu)體的軸向的垂直截面的縱向方向為一個方向(Y方向)隔壁的厚度(TY)要比縱向方向為其它方向隔壁的厚度(TX)要厚。
在本發(fā)明中，上述TX與TY的關(guān)系最好為1.10≤TY/TX≤1.50，且最好有10μm≤TX≤115μm。此外，蜂窩結(jié)構(gòu)的開口率最好為60％～95％。另外，流通孔的截面形狀最好是多邊形，而該多邊形最好是從正方形、長方形、三角形以及六角形中選擇的1個或2個以上的多邊形。在本發(fā)明中，蜂窩結(jié)構(gòu)體的相對軸向的垂直截面形狀還可以是橢圓形狀、長圓(跑道)形狀或異型形狀，截面的短徑方向最好是Y方向，蜂窩結(jié)構(gòu)體的外周部的隔壁的厚度最好比內(nèi)周部隔壁的厚度要厚。另外，蜂窩結(jié)構(gòu)體的外周部的隔壁的厚度最好比內(nèi)周部的隔壁的厚度厚。此外，蜂窩結(jié)構(gòu)體具有圍繞隔壁的圓筒狀的外周壁，在相對前述蜂窩結(jié)構(gòu)體的軸向的垂直截面，從前述截面的中心相對Y方向，把在35度方向延伸的一條線與前述外周壁一個交點作為O1點、把在75度延伸的一條線與外周壁的一個交點作為P1點、把從O1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為O2點、把從P1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為P2點，在這種場合，理想的情況是由沿外周壁連接O1點與P1點的圓弧、連接P1點與P2點的直線、沿外周壁連接P2點與O2點的圓弧、連接O2點與O1點的直線所圍繞的范圍內(nèi)的隔壁的縱向方向為Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。此外，蜂窩結(jié)構(gòu)體具有圍繞隔壁的長圓筒狀或橢圓筒狀的外周壁、以及在相對前述蜂窩結(jié)構(gòu)體的軸向的垂直截面的Y方向是長圓或橢圓形的截面形狀的短徑方向的隔壁，在前述截面，從前述截面的中心相對Y方向，把在35度方向延伸的一條線與前述外周壁一個交點作為O1點、把在85度延伸的一條線與外周壁的一個交點作為P1點、把從O1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為O2點、把從P1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為P2點，在這種場合，理想的情況是由沿外周壁連接O1點與P1點的圓弧、連接P1點與P2點的直線、沿外周壁連接P2點與O2點的圓弧、連接O2點與O1點的直線所圍繞的范圍內(nèi)的隔壁的縱向方向為Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
另外，本發(fā)明提供蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器，是把具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的蜂窩結(jié)構(gòu)封裝在金屬外殼內(nèi)而形成的蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器。在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器中，理想的情況是把在上述所定范圍內(nèi)的隔壁的縱向方向為Y方向的隔壁的至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚的蜂窩結(jié)構(gòu)體由分割成兩個的金屬外殼來封裝、而成為一體化。
此外，本發(fā)明提供蜂窩結(jié)構(gòu)的成形方法，是具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的成形方法，其特征在于使上述Y方向為重力方向來擠出成形。
附圖的簡單說明

圖1(a)是本發(fā)明一實施形式的蜂窩結(jié)構(gòu)體的模式的斜視圖。圖1(b)是圖1(a)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的模式的上面圖。
圖2(a)是流通孔為正方形的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面放大模式圖。圖2(b)是流通孔為長方形的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面放大模式圖。圖2(c)是流通孔為三角形的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面放大模式圖。圖2(d)是流通孔為六邊形的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面放大模式圖。
圖3是本發(fā)明的其它實施形式的蜂窩結(jié)構(gòu)體的模式的上面圖。
圖4是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的一例。
圖5是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的其它的一例。
圖6是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的其它的一例。
圖7是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的其它的一例。
圖8是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的其它的一例。
圖9是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的其它的一例。
圖10是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀的其它的一例。
圖11(a)以及圖11(b)是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的最佳實施形式的模式的截面放大圖。
圖12是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的其它一例的模式的截面圖。
圖13是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的另外其它一例的模式的截面圖。
圖14是表示在蜂窩結(jié)構(gòu)體封裝時，作用在蜂窩結(jié)構(gòu)體的壓力分布的一例的曲線圖。
圖15是表示在蜂窩結(jié)構(gòu)體封裝時，作用在蜂窩結(jié)構(gòu)體的壓力分布的其它一例的曲線圖。
圖16是表示把網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)體向金屬容器內(nèi)的壓入方法的一例的部分剖視說明圖。
圖17是表示為了把網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)體裝放在金屬容器內(nèi)的卷壓方法的一例的斜視圖。
圖18是表示為了把網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)體裝放在金屬容器內(nèi)的蛤殼方法的一例的斜視圖。
圖19是表示在本發(fā)明的成形方法中所使用的擠出成形裝置的一例的側(cè)面模式圖。
實施發(fā)明的最佳形式以下根據(jù)適當(dāng)?shù)膶嵤┬问絹碚f明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限定以下的實施形式。另外，在以下的說明中，除了特別的說明之外，蜂窩結(jié)構(gòu)的截面體是指相對軸向的垂直截面。
圖1(a)、圖1(b)是表示本發(fā)明涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一實施形式的模式圖。如圖(a)、圖1(b)所示，本發(fā)明涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體1具有由隔壁2隔開的在軸向貫通的多個流通孔3。本發(fā)明的重要特征是在蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面，縱向方向(長度方向)為一個方向(Y方向)的隔壁2Y的厚度比其它方向，例如，比圖2(b)的縱向方向為X方向的隔壁2X的厚度要厚。把蜂窩結(jié)構(gòu)體1做成這樣的構(gòu)造，適合于在擠出成形時使Y方向成為重力方向來擠出成形，由此而提高了等靜壓強度。通過使一個方向的隔壁的厚度加厚，而提高了對于來自外周的各向等壓強度的等靜壓強度，這是令人驚訝的效果，其理由可以認(rèn)為是因為通過制成上述的構(gòu)造，能夠抑制隔壁2從擠出到燒結(jié)時的變形，成為按照設(shè)計形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體，沒有因隔壁2的變形而引起的應(yīng)力集中的部位。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的流通孔3的截面形狀雖沒有特別的限制，但截面形狀為多邊形時，理想的是可以確保在截面的縱向方向為一個方向的隔壁的總計長度在一定比例以上。另外，如圖2(a)～圖2(d)所示，當(dāng)是正方形、長方形、三角形或六角形時，因為能夠確保在截面的隔壁的縱向方向為一個方向的隔壁的總計長度比較多，所以是很理想的。此外，所有的流通孔3的截面形狀可以不是同一形狀，在一個蜂窩結(jié)構(gòu)中也可以存在2個以上的不同形狀。
在本發(fā)明中，流通孔3的截面形狀為正方形或長方形的場合，如圖2(a)或圖2(b)所示，把縱向方向為任意一個方向的隔壁作為2Y，可以把該的一部分或全部的厚度制作得比與其垂直方向(X方向)為縱向方向的隔壁2X的厚度要厚。流通孔3的截面形狀為三角形的場合，如圖2(c)所示，把一個三角形的任意一個邊的方向作為Y，把縱向方向為Y方向的隔壁，即，把所選擇的一個邊與在其延長線上的隔壁以及與此平行延伸的隔壁作為2Y，可以把其的一部分或全部的厚度制作得比其它方向為縱向方向的隔壁2X的厚度要厚。如圖2(d)所示，流通孔3的截面形狀為六角形的場合，同樣，把一個六角形的任意一個邊的方向作為Y，把縱向方向為Y方向的隔壁，即，把所選擇的一個邊與在其延長線上的隔壁以及與此平行延伸的隔壁作為2Y，可以把其的一部分或全部的厚度制作得比其它方向為縱向方向的隔壁2X的厚度要厚。
在本發(fā)明中，所謂截面的縱向方向為一個方向(Y方向)的隔壁2Y的厚度(TY)，是指任意的隔壁2Y的厚度，所謂縱向方向為其它方向的隔壁2X的厚度，是指縱向方向為其它方向的所有的隔壁2X的平均厚度。在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，理想的情況是縱向方向為一個方向所有的隔壁2Y的厚度比隔壁2X的平均厚度要厚，但也可以是縱向方向為一個方向的隔壁2Y的一部分的厚度比隔壁2X的平均厚度要厚。這種場合，如圖3所示，在直線上相連的隔壁的網(wǎng)眼上，隔壁整體的厚度更厚些是理想的。此外，在中央部，即直線上相連的隔壁的長度更長的隔壁的厚度更厚些也是理想的。此外，如后所述，理想的情況是在偏離中央部的位置的所定范圍內(nèi)的增強部范圍的隔壁的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)中，TY與TX之比，即TY/TX若比1大，雖然沒有特別的限定，但如果接近1，則得不到本發(fā)明的效果，若過大，則耐熱沖擊性惡化，是不理想的。理想的范圍是TY/TX為1.10以上，而更好是1.15以上，最好是1.20以上，且TY/TX為1.50以下，而更好是1.45以下，最好是1.40以下。在這種場合，TX與所有的TY滿足上述關(guān)系是理想的，但與一部分的TY，例如，與后述的增強部范圍的TY滿足上述關(guān)系也是理想的。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，縱向方向為Y方向以外的方向的隔壁的厚度(TX)雖沒有特別的限定，但如果過薄，則即使是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體也難以擠出，此外，如果過厚，則即使不是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體不能容易地得到充分的等靜壓強度，難以顯示本發(fā)明的效果。TX的理想范圍是10μm以上，更好是20μm以上，而最好是30μm以上，且TX的理想范圍是115μm以下，更好是100μm以下，而最好是95μm以下。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，對網(wǎng)眼密度雖沒有特別限制，但網(wǎng)眼密度過大的場合，每單位截面面積的隔壁的數(shù)目多，即使不是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)，也難以發(fā)生隔壁的變形，不能容易得到充分的等靜壓強度，而難以顯示本發(fā)明的效果。同樣，對開口率雖也沒有限制，但如果開口率過大，則即使是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)，也不能得到充分的強度，而如果開口率過小，則降低了作為觸媒載體的性能，是不理想的。理想的開口率是60～95％，更好的是65％～92％，而最好是70％～89％。
作為本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體1的截面形狀，例如，如圖1(b)所示，可以做成橢圓形，其它如圖4～圖10所示的圓、長圓(跑道形)或異型形狀，例如大略三角形、大略梯形、大略四角(邊)形或左右非對稱形狀等。其中，因為橢圓、長圓、異型形狀具有短徑和長徑，所以，適宜作為本發(fā)明的形狀。橢圓形、長圓形或異型形狀的場合，雖也可以將截面的長徑方向作為Y方向，但從提高等靜壓強度的觀點，最好是將短徑方向作為Y方向。
此外，如圖11(a)、圖11(b)所示，從提高封裝強度的觀點，也最好是使蜂窩結(jié)構(gòu)體的外周部的隔壁的厚度比內(nèi)周部的隔壁的厚度要厚。這里，隔壁也包含蜂窩結(jié)構(gòu)體的最外周壁。在這種場合，如圖11(b)所示，也可以僅使蜂窩結(jié)構(gòu)體的最外周壁的厚度厚些，此外，如圖11(a)所示，也可以使得從外周側(cè)包圍第數(shù)個流通孔的隔壁的厚度厚些。另外，在圖11(a)以及圖11(b)中，2Y的厚度當(dāng)然比2X的厚度要厚。使外周部的隔壁的厚度厚的范圍，理想的是從外周側(cè)到第15個流通孔的范圍，更理想的是至第10個流通孔的范圍。在此處范圍內(nèi)，可以使任意的隔壁的厚度厚些，但理想的是使從最外周壁至第某個隔壁的厚度厚些。作為最佳的具體例可以例舉出例如，把與外周壁相連接的流通孔，即，把截面的最外側(cè)的流通孔3a1作為第1個，向內(nèi)側(cè)至第3個的連續(xù)的流通孔，即，把各個圍繞流通孔3a1～流通孔3a3的隔壁2的厚度制作為約80μm，其它的隔壁，即，相對上述80μm的隔壁，把內(nèi)側(cè)的隔壁的厚度制成50μm的形式。此外，還可以例舉出把各個圍繞流通孔3a1～流通孔3a3的隔壁2的厚度制作為80～100μm，把各個圍繞向其內(nèi)側(cè)連續(xù)至第4～第6個流通孔3a4～3a6的隔壁2的厚度制成60～80μm，另外再把各個圍繞向其內(nèi)側(cè)連續(xù)至第7～第10個流通孔3a7～流通孔3a10的隔壁2的厚度制成50～60μm，其內(nèi)側(cè)的隔壁為50μm左右，從外周側(cè)向內(nèi)側(cè)順次減薄隔壁厚度的形式。另外，還可例舉出把各個圍繞流通孔3a1～流通孔3a10的隔壁2作為80μm，而把其內(nèi)側(cè)的隔壁作為50μm的形式。
此外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的其它的理想形式，例如圖12所示，蜂窩結(jié)構(gòu)體1具有圍繞隔壁的圓筒狀的外周壁7，在圖12所示的截面中，把從截面中心8向Y方向以35度方向延伸的線30與外周壁7的一個交點作為O1點、把從截面中心8向Y方向以75度方向延伸的線32與外周壁7的一個交點作為P1點、把從O1點向Y方向延伸的線43與外周壁7的交點作為O2點、把從P1點向Y方向延伸的線41與外周壁7的交點作為P2點，在這種情況下，由沿外周壁連接O1點與P1點的圓弧40、連接P1點與P2點的直線41、沿外周壁連接P2點與O2點的圓弧42、連接O2點與O1點的直線43所圍繞的范圍內(nèi)，即在圖12中以斜線所示范圍內(nèi)(以后稱為增強部范圍)的縱向方向為Y方向的隔壁2Y的至少一部分的厚度，比其它隔壁，即比縱向方向為其它方向以及上述范圍以外的縱向方向為Y方向的隔壁的厚度要厚。以后，將增強部范圍內(nèi)的縱向方向為Y方向的隔壁2Y稱為隔壁2Yr，把隔壁的2Yr的平均厚度稱為HYr。
例如，如圖18所示，在由分割為2個的金屬容器11a以及11b而通過壓縮彈性材料5來裝放蜂窩結(jié)構(gòu)體，即在封裝蜂窩結(jié)構(gòu)體的場合，相對蜂窩結(jié)構(gòu)是在圖18中的上下方向、即在箭頭方向施加壓力，但已判明，如圖14所示，該應(yīng)力在蜂窩結(jié)構(gòu)體的特定位置達(dá)到非常高。把從圖18中的蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面中心位于上下方向的外周壁的位置設(shè)為0度，把從截面中心位于水平方向、即位于2個分割的金屬容器的接合部方向的外周壁的位置設(shè)為90度，圖14是表示在這種情況下的位于各外周壁處的相對的應(yīng)力的強度。
從圖14可知，在例如圖12所示的蜂窩結(jié)構(gòu)中，把隔壁2Y的Y方向作為圖18中的上下方向、即成為以箭頭所示的壓縮方向，這樣而用2個分割金屬11a、11b來封裝，由于隔壁2Yr配置在承受更大應(yīng)力的位置，所以，能夠抑制蜂窩結(jié)構(gòu)在封裝時或封裝后的破壞。
圖12中，從提高封裝強度的觀點，增強范圍寬一些是有利的，但從隔壁整體薄壁化的觀點，增強范圍窄些是理想的。因此，表示O1點的角度(以下稱為O1點角度)，即從截面中心8向O1點延伸的線與從截面中心8向Y方向(即0度方向)延伸的線20所成的角度理想的是35度，更好的是45度，而最好是50度。同樣，表示P1點的角度(以下稱為P1點角度)，即從截面中心8向P1點延伸的線與從截面中心8向Y方向(即0度方向)延伸的線20所成的角度理想的是75度，更好的是70度，而最好是65度。此外，可以使隔壁2Yr的一部分厚些，也可以使全部的隔壁厚些。此外，增強部范圍在圖12中有兩處，雖然任意一處增強范圍內(nèi)的隔壁2Yr的至少一部分厚些也可得到一定程度的效果，但理想的是兩處增強范圍內(nèi)的隔壁2Yr的至少一部分要厚些。
蜂窩結(jié)構(gòu)體具有圍繞隔壁的長圓筒狀或橢圓筒狀外周壁的場合，即，蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為長圓或橢圓的場合，與圖14相同來測定應(yīng)力分布，其例在圖15中示出，可判明長圓或橢圓的場合，位于35～85度、而更是在位于40～80度的外周部作用有大的應(yīng)力。因此，如圖13所示，在蜂窩結(jié)構(gòu)體1的截面的Y方向具有長圓或橢圓的截面形狀的短徑方向的隔壁、即具有0度方向的隔壁，從截面中心8相對Y方向，把沿35度延伸的一條線34與外周壁7的一個交點設(shè)為O1點、把沿85度方向延伸的一條線36與外周壁7的一個交點設(shè)為P1點、從O1點向Y方向延伸的線48與外周壁7的交點設(shè)為O2點、從P1點向Y方向延伸的線46與外周壁7的交點設(shè)為P2點，在這種場合，理想的情況是沿外周壁連接O1點與P1點的圓弧45、連接P1點與P2點的直線46、沿外周壁連接P2點與O2點的圓弧47、連接O2點與O1點的直線48所圍繞的范圍內(nèi)，即以斜線所示的增強部范圍內(nèi)的隔壁2Yr的至少一部分的厚度，比其它隔壁的厚度要厚。
在這種情況下，根據(jù)同樣的理由，截面為圓形的場合，理想的情況是O1點角度理想的是35度，更好的是40度，而最好是50度。P1點角度理想的是85度，而更好的是80度。此外，可以使增強部范圍的隔壁2Yr的一部分厚些，也可以使全部都厚些。此外，增強部范圍在圖13中有兩處，雖然任意一處增強范圍內(nèi)的隔壁2Yr的若至少一部分厚一些也可得到一定程度的效果，但最好是兩處增強范圍內(nèi)的隔壁的至少一部分要厚些。
在圖12或圖13所示的形式中，即使一部分的TY/TX的值小，也能得到提高等靜壓強度的效果。此外，在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)中，隔壁的軸向的厚度一般是一定的，雖然厚度一定是理想的，但即使不一定，類似本發(fā)明效果的軸向的范圍也可以屬于本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體特別適宜使用在汽車等內(nèi)燃機的排氣凈化用，但也可以在備種過濾器或觸媒載體等各種用途中使用。此外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體通過封裝而裝入觸媒凈化器容器，可以作為蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器來使用。在這種場合，如圖16～圖18所示，最好是把蜂窩結(jié)構(gòu)體1和壓縮彈性材料5一起以壓縮狀態(tài)封裝在金屬容器11內(nèi)，作為具體的封裝方法，適宜的方法有使用圖16所示的導(dǎo)向體17的壓入方法(填塞(Stuffing)法)、通過卷繞拉緊圖17所示的金屬板11c而來施加面壓、用焊接等來固定金屬板11c接合部的卷壓方法(卷緊(Tourniquet)法)、或用圖18所示的2個分割的金屬容器11a、11b來一邊施加負(fù)荷一邊夾入、用焊接等把2個金屬容器11a、11b的接合面(邊緣)16a、16b之處形成一體化的方法(蛤殼(Cram-shell)法)等。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)最好是從堇青石、莫來石、氧化鋁、尖晶石、碳化硅、氮化硅、鋰鋁硅酸鹽、鋁鈦酸鹽、氧化鋯以及這些組成的群中所選擇的1種或2種以上的陶瓷作為材質(zhì)。這里，碳化硅也包含金屬硅與碳化硅構(gòu)成的材質(zhì)。其中，特別是因為堇青石熱膨脹系數(shù)小，適用于作為汽車引擎的排氣凈化用蜂窩結(jié)構(gòu)體的材質(zhì)，所以在本發(fā)明中也是特別理想的。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)的制造方法沒有特別的限制，可以例如把粘結(jié)劑等混入上述材質(zhì)的粉體，利用注射成形、擠出成形等成形為一定形狀之后，通過干燥、燒結(jié)來制造。其中最好的是由擠出成形來成形。
以堇青石作為材質(zhì)的蜂窩結(jié)構(gòu)可如下述來制造例如，從滑石、陶土、焙燒陶土、氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅中，在相對堇青石原料100％加入化學(xué)成分SiO2為42～56％質(zhì)量、Al2O3為30～45％質(zhì)量、MgO為12～16％質(zhì)量的范圍而以一定比例調(diào)和的堇青石化原料100質(zhì)量部分中，作為造孔劑添加石墨為15～25％質(zhì)量部分、以及添加PET、PMMA、交聯(lián)聚苯乙烯、酚樹脂等合成樹脂為5～15％質(zhì)量部分、添加一定量的甲基纖維素類、表面活性劑，之后添加適量的水混煉制成土坯。然后，將該土坯真空脫氣后，擠出成形為蜂窩結(jié)構(gòu)，利用感應(yīng)干燥或微波干燥、熱風(fēng)干燥法干燥之后，利用最高溫度為1400～1435℃之間的加熱工序來進(jìn)行脫脂·燒制，通過這一系列的工序，可以制造以堇青石作為材質(zhì)的蜂窩結(jié)構(gòu)。
其次，對蜂窩結(jié)構(gòu)的成形方法的發(fā)明予以說明。本成形方法的發(fā)明是提供適宜前述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形的擠出方法。本成形方法的發(fā)明的特征是使前述的蜂窩結(jié)構(gòu)體的Y方向為重力方向、即，使前述的蜂窩結(jié)構(gòu)的Y方向為鉛直方向來擠出成形。這樣，即使隔壁的厚度作為整體薄些，但是因為隔壁的厚度更厚些的2Y的強度更高，所以能夠防止擠出時由于自重而引起的變形，能夠抑制應(yīng)力集中部位的產(chǎn)生，因此，可以抑制等靜壓強度的降低。
圖19是能夠適用于本發(fā)明的擠出成形的擠出成形裝置的側(cè)面模式圖，擠出機10中的土坯通過機頭22而被水平擠出，成形為蜂窩結(jié)構(gòu)成形體24。剛擠出后的蜂窩結(jié)構(gòu)成形體24可塑性大，隔壁薄時，由于自重而隔壁容易變形、扭屈。因此，由于Y方向為重力方向、即，由于厚度更薄些的隔壁2Y為垂直而被擠出，所以，重力方向的強度更強，能夠抑制隔壁的變形、扭屈。
只要是能夠加熱以及加壓具有擠出功能的成形裝置，則本發(fā)明所使用的成形裝置沒有特別的限定，可以使用柱塞式擠出機、練泥機、單軸連續(xù)擠出機、雙軸連續(xù)混練機等。
另外，本發(fā)明中，利用能夠同時進(jìn)行混煉和成形的雙軸連續(xù)混煉擠出機等，也可以同時進(jìn)行混煉與成形。此外，成形裝置的溫度控制裝置沒有特別限制，例如，可以是由加熱器來進(jìn)行溫度控制的裝置，也可以是由使用油等的熱媒循環(huán)來進(jìn)行溫度控制的裝置，也可以是將這些組合的裝置。
在本發(fā)明中，從機頭22擠出的成形物體的冷卻方法沒有特別的限制，例如，可以使用由空冷、噴霧的水冷等方法。此外，也可以把成形物通過水中而急速冷卻。另外，雖然冷卻方法也還要考慮成形溫度、擠出速度、添加劑的種類、添加量等，但在本發(fā)明的擠出方法中，并不是特別要強制的冷卻，在室溫冷卻中也應(yīng)能得到隔壁無變形的符合設(shè)計的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
剛從機頭22擠出后的冷卻溫度可以是固化成形粘結(jié)劑的溫度，從減小冷卻時的應(yīng)力的觀點，成形溫度與冷卻溫度的差小是最好的，冷卻速度最好慢些。熱可塑性材料作為粘結(jié)劑來使用的場合，因為是通過溫度降低來冷卻固化，所以，當(dāng)僅把表面固化而牢固時，在高溫內(nèi)部的網(wǎng)眼部存在著產(chǎn)生裂縫缺陷的危險。因為本發(fā)明的成形方法即使成形溫度與冷卻溫度的差小，也能容易地得到隔壁無變形的符合設(shè)計的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所以在抑制內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生方面也是有利的。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造中，作為能夠用于混煉工序的混煉設(shè)備，只要是能夠加熱以及加壓的設(shè)備，則沒有特別限定，可以使用一般的捏合機、加壓捏合機、雙軸連續(xù)混煉擠出機等。
在連續(xù)成形中，粘結(jié)劑必須要微?；?，作為微?；椒?，例如可以使用噴霧干燥機、冷凍粉碎機。
在低溫領(lǐng)域，考慮到成形粘結(jié)劑的飛散曲線，選擇不產(chǎn)生網(wǎng)眼碎片的條件來進(jìn)行成形體的燒結(jié)，而在高溫領(lǐng)域，選擇能夠賦予氣孔率、熱膨脹率等目標(biāo)特性的條件來進(jìn)行成形體的燒結(jié)。
此外，可以根據(jù)原料粉末的種類，適宜地選擇在大氣中、惰性氣體中、真空中等來進(jìn)行蜂窩結(jié)構(gòu)成形體的脫脂·燒結(jié)。
例如，在氧化物的堇青石組成混合粉末的場合，在大氣中脫脂之后，在大氣中進(jìn)行燒結(jié)，通常，是在單窯或隧道式等連續(xù)爐中同時進(jìn)行脫脂·燒結(jié)。
將如上述所制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體用于汽車排氣用的觸媒的場合，在網(wǎng)眼通路內(nèi)表面形成γ氧化鋁層，在該γ氧化鋁層的細(xì)孔內(nèi)裝入觸媒成分的白金、銠、釩等貴金屬成分，之后以600℃左右的溫度來燒附觸媒。
以下，使用實施例來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不只限定這些實施例。
作為實施例1～6以及比較例1，做成如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體流通孔的截面形狀為正方形、網(wǎng)眼密度為62網(wǎng)眼/cm2(400網(wǎng)眼/in2)，擠出時為水平方向的隔壁的平均厚度(TX)為88.9μm(3.5mil)，整體的截面形狀為直徑86mm圓形的圓筒形的堇青石質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實施例1)把滑石、陶土、氫氧化鋁的原料粉末，各自秤出所定量之后，混合而得到原料批料。然后，作為混煉工序，在所得到的原料批料中，相對原料批料100質(zhì)量％，添加甲基纖維素4質(zhì)量％、添加水，由混煉裝置進(jìn)行混煉，得到混煉物。在該混煉工序中，控制混煉裝置的溫度以使混煉物為10℃。然后，通過真空室把所得到的混煉物脫氣，通過二次攪拌混煉物，做成圓柱狀的土坯。把該圓筒狀的土坯放入擠出成形機，使Y方向為重力方向(鉛直方向)、軸向為水平方向來擠出，這樣而得到蜂窩結(jié)構(gòu)成形體A。然后，把蜂窩結(jié)構(gòu)成形體A通過感應(yīng)干燥以及熱風(fēng)干燥而除去水分。之后，在最高溫度約1450℃、最高溫度保持時間為8小時的條件下進(jìn)行脫脂·燒結(jié)，得到Y(jié)方向的隔壁的厚度(TY)約100μm(約3.85mil)，即，TY/TX為1.1的蜂窩結(jié)構(gòu)體A。
(實施例2～6)作為實施例2～6，取為如表1所示的TY/TX，擠出時作為垂直方向的所有隔壁的厚度(TY)分別為約107μm(約4.2mil)、約115μm(約4.5mil)、約125μm(約4.9mil)、約135μm(約5.2mil)以及約142μm(約5.6mil)，除此以外，用與實施例1同樣的方法來做成蜂窩結(jié)構(gòu)體B～F。
(比較例1)所有的隔壁厚度為88.9μm(3.5mil)，即TY/TX取為1，除此以外，用和實施例1同樣的方法來做成蜂窩結(jié)構(gòu)體G。
(隔壁變形的評價)使用萬能投影機來觀察由實施例1～6以及比較例1所得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體A～G，來評價隔壁的變形。能夠確認(rèn)變形的以○表示、不能確認(rèn)變形的以×表示，結(jié)果在表1中示出。僅比較例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體G的隔壁能看到變形，而實施例1～6的蜂窩結(jié)構(gòu)A～F的隔壁未見變形。
(表1)

(等靜壓強度的評價)根據(jù)社團(tuán)法人汽車技術(shù)協(xié)會發(fā)行的汽車規(guī)格JASO規(guī)格505-87來做試驗評價。該試驗是把蜂窩結(jié)構(gòu)體放入橡膠的筒狀容器中，用鋁制板做蓋而在水中進(jìn)行的各向等壓壓縮試驗，是模擬由凈化器罐體在外周面固定蜂窩結(jié)構(gòu)場合的模擬壓縮載荷加重試驗。能承受10kgf/cm2加壓的以○表示，不能承受而破壞的以×表示，其結(jié)果在表1示出。僅是比較例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體G不能承受10kgf/cm2的加壓而破壞，而實施例1～6的蜂窩結(jié)構(gòu)體A～F即使加壓10kgf/cm2，也未破壞。
(電爐散裂性(ESP)的評價)將室溫的蜂窩結(jié)構(gòu)體放入保持為比室溫高一定溫度的電爐中，保持20分鐘后，取出蜂窩結(jié)構(gòu)體而自然放置在耐火磚上15分鐘之后，冷卻至室溫。觀察外觀，用金屬棒輕輕敲打蜂窩結(jié)構(gòu)體外周部，由此來評價耐熱沖擊性。在蜂窩結(jié)構(gòu)體如果沒有觀察到裂縫，而且敲打聲音不是鈍音，而是金屬音則作為合格，將電爐溫度以每次50℃順次升高，每次反復(fù)進(jìn)行同樣的檢查而至700℃。即使到700℃而外觀以及敲打聲音均無異常的記為○，到達(dá)700℃或在此之前外觀或敲打聲音有異常的記為×，結(jié)果在表1示出。僅實施例6的蜂窩結(jié)構(gòu)F在到達(dá)700℃時確認(rèn)有裂紋，而其它的蜂窩結(jié)構(gòu)即使在700℃也沒有裂紋，因為蜂窩結(jié)構(gòu)體F的隔壁厚度的差別過大，所以顯示出低的耐熱沖擊性。
(實施例7～10、比較例2)制作如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為直徑118.4mm的圓形、長度為100mm，O1點角度以及P1點角度分別為表2的角度的增強范圍內(nèi)的隔壁2Yr的厚度TYr、以及其它的隔壁的厚度為表2所示的厚度，除此以外與實施例1相同。另外，隔壁2Yr的所有的隔壁厚度以及其它所有的隔壁厚度分別取一定值。
(實施例11、比較例3)制作如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為直徑118.4mm的圓形、長度為100mm，網(wǎng)眼密度為93網(wǎng)眼/cm2(600網(wǎng)眼/in2)，O1點角度、P1點角度以及隔壁厚度分別為表2所示的角度以及厚度，除此以外與實施例7相同。
(實施例12、比較例4)制作如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為直徑143.8mm的圓形、長度為100mm，O1點角度、P1點角度分別為表2所示的角度，除此以外與實施例7相同。
(實施例13、14)制作如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為長徑125.0mm、短徑80.0mm的橢圓形、長度為100mm，O1點角度、P1點角度以及隔壁厚度分別為表2所示的角度以及厚度，除此以外實施例7相同。
(實施例15、16、比較例5)制作如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為長徑147.0mm、短徑95.0mm的橢圓形、長度為100mm，O1點角度、P1點角度以及隔壁厚度分別為表2所示的角度以及厚度，除此以外與實施例7相同。
(實施例17、18、比較例6)制作如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面形狀為長徑169.7mm、短徑80.8mm的橢圓形、長度為100mm，O1點角度、P1點角度以及隔壁厚度分別為表2所示的角度以及厚度，除此以外與實施例7相同。
(封裝試驗)使用圖18所示的2個分割金屬容器11a、11b，通過壓縮材料5，利用蛤殼方法把由實施例7～18以及比較例2～6所得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體封裝，檢查蜂窩結(jié)構(gòu)體由于封裝時的壓力是否破壞，結(jié)果在表2中所示。
(表2)

從表2可知，由所有隔壁厚度為相同的比較例2～6所得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體，由于封裝時的壓力而破壞，但在增強部范圍的縱向方向為Y方向的隔壁的厚度做的厚的蜂窩結(jié)構(gòu)體卻沒有破壞。此外，從實施例10、14、16～18的結(jié)果可知，把隔壁厚度TXr從90μm增至100μm，即僅增加11％即可得到良好的效果。此外，在截面為圓形狀的場合，僅將O1點角度以及P1點角度分別取為50度以及60度的增強部范圍的隔壁厚度TYr做的厚些，即可得到良好的效果，而在截面為橢圓形狀的場合，僅將O1點角度以及P1點角度分別取為60度以及70度的增強部范圍的隔壁厚度TYr做的厚些，即可得到良好的效果。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上所述，因為本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)，其縱向方向為一個方向的隔壁的厚度(TY)比縱向方向為其它方向的隔壁的厚度(TX)要厚，所以，抑制了擠出時的變形，提高了等靜壓強度。而且，即使只將增強范圍的TY、即僅把TYr做的厚些即可得到良好的等靜壓強度。此外，利用本發(fā)明的擠出方法可容易地達(dá)到上述效果。因此，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)以及其制造方法，作為過濾器或觸媒載體是很有用的。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩結(jié)構(gòu)，是具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于相對前述蜂窩結(jié)構(gòu)的軸向的垂直截面的縱向方向為一個方向(Y方向)的隔壁的厚度(TY)要比縱向方向為其它方向的隔壁的厚度(TX)要厚。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于上述TX與TY的關(guān)系為1.10≤TY/TX≤1.50。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于TX為10μm≤TX≤115μm。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于蜂窩結(jié)構(gòu)的開口率為60％～95％。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于流通孔相對軸向的垂直截面形狀是多邊形。
6.如權(quán)利要求5所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于前述多邊形是從正方形、長方形、三角形以及六角形中選擇的1個或2個以上的多邊形。
7.如權(quán)利要求1至6任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于蜂窩結(jié)構(gòu)相對軸向的垂直截面形狀為橢圓形狀、長圓形狀或異型形狀，前述截面的短徑方向為Y方向。
8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于蜂窩結(jié)構(gòu)的外周部的隔壁的厚度比內(nèi)周部隔壁的厚度要厚。
9.如權(quán)利要求1至8任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于蜂窩結(jié)構(gòu)具有圍繞隔壁的圓筒狀的外周壁，在相對前述蜂窩結(jié)構(gòu)的軸向的垂直截面，從前述截面的中心相對Y方向，把在35度方向延伸的一條線與前述外周壁一個交點作為O1點、把在75度延伸的一條線與外周壁的一個交點作為P1點、把從O1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為O2點、把從P1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為P2點，在這種場合，由沿外周壁連接O1點與P1點的圓弧、連接P1點與P2點的直線、沿外周壁連接P2點與O2點的圓弧、連接O2點與O1點的直線所圍繞的范圍內(nèi)的隔壁的縱向方向為Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
10.如權(quán)利要求1至8任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于蜂窩結(jié)構(gòu)具有圍繞隔壁的長圓筒狀或橢圓筒狀的外周壁、以及在相對前述蜂窩結(jié)構(gòu)的軸向的垂直截面的Y方向是長圓或橢圓形的截面形狀的短徑方向的隔壁，在前述截面，從前述截面的中心相對Y方向，把在35度方向延伸的一條線與前述外周壁一個交點作為O1點、把在85度延伸的一條線與外周壁的一個交點作為P1點、把從O1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為O2點、把從P1點向Y方向延伸的線與外周壁的交點作為P2點，在這種場合，由沿外周壁連接O1點與P1點的圓弧、連接P1點與P2點的直線、沿外周壁連接P2點與O2點的圓弧、連接O2點與O1點的直線所圍繞的范圍內(nèi)的隔壁的縱向方向為Y方向的隔壁，其至少一部分的厚度比其它隔壁的厚度要厚。
11.一種蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器，其特征在于把如權(quán)利要求1至10任一項所述的具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的蜂窩結(jié)構(gòu)封裝在金屬外殼內(nèi)而形成的蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器。
12.一種蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器，其特征在于把如權(quán)利要求9或10所述的具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的蜂窩結(jié)構(gòu)由分割成兩個的金屬外殼來封裝、而成為一體化的蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器。
13.一種蜂窩結(jié)構(gòu)的成形方法，是如權(quán)利要求1至10任一項所述的具有由隔壁隔開的在軸向貫通的多個流通孔的蜂窩結(jié)構(gòu)的成形方法，其特征在于使前述Y方向為重力方向來擠出成形。
全文摘要
提供一種蜂窩結(jié)構(gòu)、該蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器以及該蜂窩結(jié)構(gòu)的制造方法，所提供的蜂窩結(jié)構(gòu)能夠抑制隨著蜂窩結(jié)構(gòu)的薄壁化而引起的等靜壓強度的降低。蜂窩結(jié)構(gòu)(1)具有由隔壁(2)所隔開的在軸向貫通的多個流通孔(3)。蜂窩結(jié)構(gòu)(1)以及蜂窩結(jié)構(gòu)凈化器其特征在于在相對蜂窩結(jié)構(gòu)(1)的軸向的垂直截面的縱向方向為一個方向(Y方向)的隔壁2Y的厚度(TY)，比縱向方向為其它方向的隔壁2X的厚度(TX)要厚。成形上述蜂窩結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)的成形方法其特征在于使上述Y方向為重力方向來擠出成形。
文檔編號B28B3/20GK1578871SQ02821748
公開日2005年2月9日 申請日期2002年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者近藤隆宏, 市川結(jié)輝人 申請人:日本礙子株式會社