專利名稱：蜂窩狀結(jié)構(gòu)體及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使外周壁厚度均勻且圓度較高的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，及用于獲得該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體等的制造方法。
背景技術：
在作為排氣凈化用過濾器或催化劑等使用的大型蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，一直以來，在擠壓坯土而成形時，存在由于自重而使外周壁邊緣的隔室損壞，或圓度下降等蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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凈化性能，多進行使隔壁高氣孔率化、薄壁化的試驗，且由于蜂窩狀結(jié)構(gòu)體自身的強度具有下降的趨勢，所以與該蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(圓度大于等于0.5mm)的陶瓷蜂窩狀體放入圓筒體中后，將陶瓷蜂窩狀體和圓筒體內(nèi)周的間隙用堇青石泥漿灌注，干燥后在外周壁上再設置覆蓋層的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，及通過該方法所得的圓度小于等于0.5mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(參照實公平7-183號公報)。
但是，在該制造方法及蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，其在作為排氣凈化用過濾器和催化劑等使用時被曝露于極高溫中，所以必須充分考慮需要較大的耐熱沖擊性這點，特別是在薄化或高氣孔率化的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，在該耐熱沖擊性這點上不足。
即，在該現(xiàn)有蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(gòu)成的部分非常厚，且相對于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，存在易于出現(xiàn)裂紋的問題。此外，由于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沖擊性的問題。再有，對于由于自重而在外周壁附近產(chǎn)生隔壁的變形，并對蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的耐封裝性等產(chǎn)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并在干燥后進行燒制成形以制造陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的工序；通過加工除去該陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的周邊部的工序；在該加工后的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體外周面上形成外周壁的工序的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法(參照專利第2604876號公報)。
該制造方法由于“通過加工除去陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)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沖擊性。
但是，即使在該制造方法中，也沒有特別公開關于使外周壁厚度均勻化的問題。實際上，如圖3所示，在現(xiàn)有制造方法中，在剛形成外周壁時，外周壁上產(chǎn)生了位于涂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干燥收縮差所產(chǎn)生的被認作豎紋形貌21的小凹凸部，且所得蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(tài)需要很大的力，由于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(chǎn)生外周壁和隔壁破損的問題。再有，在用該制造方法所得的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，由于外周壁厚度依然存在一定程度的偏差，所以即使是耐熱沖擊性這點也依然留有改良的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而提出的，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，耐熱沖擊性也很優(yōu)良的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。此外，本發(fā)明第二目的是提供具有這種特性，并具備既均勻又薄的外周壁，且圓度優(yōu)良的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法。
即，本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體的外周方向上以突出的狀態(tài)存在的壁部，其特征在于該外周壁被設置成包圍以在該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體外周部方向上突出的狀態(tài)存在的壁部，同時，在同一蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔室體內(nèi)與位于最外部的隔室體的外周部的隔壁緊密連接，并且該外周壁的厚度小于等于2.0mm，該外周壁的厚度差小于等于1.0mm，且圓度小于等于1.0mm。
這里，在本說明書中，如圖1所示，“外周壁厚度T”與蜂窩狀結(jié)構(gòu)體1的各隔壁2連續(xù)地存在，其指從以向外周方向上突出的狀態(tài)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，并由其值而根據(jù)下式所求的值中的最大值。
在本發(fā)明中，較理想的是圓度小于等于0.5mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，更理想的是圓度小于等于0.1mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。而且，外周壁厚度較理想的是大于等于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(fā)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(jié)構(gòu)體，在此類蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，較理想的是由陶瓷構(gòu)成的。
而且，本發(fā)明提供一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，在制作此類蜂窩狀結(jié)構(gòu)體方面較合適，在制作在隔壁之間具有多個流通孔的基本蜂窩狀體后，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，然后在除去外周部的隔壁露出部分上涂抹涂層材料以重新設置外周壁，其特征在于只對重新設置的外周壁進行磨削機械加工。
再有，在本發(fā)明中，基本蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的術語，通常指由擠壓成形來制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)體而得到的燒制成或未燒制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，或者是使用具有沒形成外周壁那種結(jié)構(gòu)的金屬蓋來通過擠壓成形而得到的燒制成或未燒制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。


圖1是圖解地展示了本發(fā)明蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體的外周壁表面狀態(tài)的全景照片。
圖4是展示比較例1中所得到的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的外周壁表面狀態(tài)的放大照片。
具體實施例方式
下面將具體說明本發(fā)明的實施方式。但是，本發(fā)明并不局限于以下的記載，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可進行多種變更、修正和改良。
本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的特征在于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，外周壁厚度小于等于2.0mm，外周壁厚度差小于等于1.0mm，且圓度小于等于1.0mm，較理想的是小于等于0.5mm，更理想的是小于等于0.1mm。
本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，由于其外周壁厚度小于等于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，并可提高燒結(jié)體整體的耐熱沖擊性。一方面，如果外周壁厚度考慮其強度及氣體泄漏的話，則較理想的是大于等于0.1mm。
而且，本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，由于這種薄外周壁具有厚度差小于等于1.0mm的極均勻的厚度，且燒結(jié)體整體的圓度具有小于等于1.0mm的優(yōu)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，并可由此提高燒結(jié)體的耐熱沖擊性。
再有，通過使外周壁厚度的差及圓度處于預定范圍內(nèi)，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(jié)構(gòu)體中有用。
在本發(fā)明中，通過將上述本發(fā)明的制造方法的條件控制在期望范圍內(nèi)，可制造外周壁厚度小于等于2.0mm、外周壁厚度差小于等于1.0mm、且圓度小于等于1.0mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，這樣，由于能進一步提高上述耐熱沖擊性和封裝性，所以較理想。
而且，此類蜂窩狀結(jié)構(gòu)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，可制成上述耐熱沖擊性和封裝性優(yōu)良的蜂窩狀過濾器，并通過在隔壁上承載期望的催化活性金屬，可制成上述耐熱沖擊性和封裝性優(yōu)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(gòu)成，構(gòu)成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的陶瓷有例如碳化硅、模來石、堇青石等。
此外，在本發(fā)明中，上述以外的方面，例如蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔室結(jié)構(gòu)等，對于其它結(jié)構(gòu)上的特性沒有特別的限制。例如，作為蜂窩狀結(jié)構(gòu)體隔室結(jié)構(gòu)，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(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法。
本發(fā)明的制造方法的特征在于在制作具有多個流通孔的基本蜂窩狀體后，除去包含基本蜂窩狀體的外周壁及一部分隔壁的外周部，然后在除去該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體外周部的隔壁露出部分上涂抹涂層劑并重新設置外周壁，再對該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體重新形成的外周壁表面進行磨削機械加工。
這樣，由于可用非常薄且熱容量小的外周壁構(gòu)成所得蜂窩狀結(jié)構(gòu)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，并可提高蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的耐熱沖擊性。而且，由于除去基本蜂窩狀體的外周部后，再形成外周壁，所以可除去變形的外周壁附近的隔壁，同時，可完全避免由燒制成形等引起的圓度下降的問題，并可提高蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的耐封裝性等。
再有，在本發(fā)明中，由于磨削重新設置的外周壁，所以在該外周壁中，可除去被稱為涂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，并可得到具有平坦外周壁的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。因此，能以高生產(chǎn)效率制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(jié)構(gòu)體。通過機械加工，可提高作為燒結(jié)體所要求的圓柱度。下面將具體說明。
作為本發(fā)明中的基本蜂窩狀體，通?？膳e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，并可用擠壓成形等各種方法進行制作。
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(jù)需要添加各種添加物。再有，在本發(fā)明中，根據(jù)原料等，可在成形后進行干燥、燒制成形等必要工序。
在本發(fā)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(fā)明中，除去基本蜂窩狀體的外周部的工序是以除去產(chǎn)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(chǎn)生該變形的隔壁。
在本發(fā)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(jié)構(gòu)體的破損問題，且可得到期望的尺寸精度。
在本發(fā)明中，對于在除去外周部的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔壁露出部分上涂抹涂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(jié)構(gòu)體的中心軸和旋轉(zhuǎn)臺的中心軸相一致并裝載·固定，然后，一邊使旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)一邊向蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔壁露出部分供給涂層材料以設置外周壁的方法。
實施例下面將根據(jù)實施例來更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例1向堇青石化原料中添加水、粘合劑并混合，再用真空練泥機制作圓柱狀坯土。將該坯土投入擠壓成形機并通過期望形狀的金屬蓋來制作蜂窩狀的燒結(jié)體。這時，由于自重，蜂窩狀的燒結(jié)體向其與支撐臺相接觸的面?zhèn)燃?，且從外周面約兩個隔室的隔壁發(fā)生變形。然后，在對該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體進行進行介電干燥(誘電乾燥)后，切斷兩端部，再有，在兩端面貼膜，并由激光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后，進行干燥，并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℃下燒制成形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。
然后，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，然后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涂抹涂層材料，并重新設置2.5mm的外周壁。
最后，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(zhuǎn)速2250rpm，砂輪進給速度6mm/sec，蜂窩狀體的轉(zhuǎn)速80rmp，在該條件下進行磨削機械加工以得到蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
比較例1在實施例1中，除了使涂層厚度為1.5mm，及對重新形成外周壁的燒制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(jié)構(gòu)體。
評價方法對于由上述實施例1及比較例1所得的蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體的表面狀態(tài)，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)外周壁厚度及涂層厚度對于外周壁厚度的測定，在封裝時進行外周壁上的該表面壓力的分布測定，并將耐熱沖擊性試驗結(jié)束后的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體作為試驗樣本使用。在將該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體沿軸向從兩端部切取10mm的長度后，相對于軸向以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(尼康社制造)測定，并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(jié)果所得的測定值中分別指定最大值和最小值，并求其差以作為涂層厚度。
(2)圓度如上所述，將圓度定義為“最大直徑—最小直徑/2”，用市面上銷售的激光位移測量儀在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體軸向上在除去兩端的10mm的部分的全長內(nèi)以10mm間隔來測定各部位的直徑長度，并由上式求得各截面的圓度，并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(jié)構(gòu)體介于厚度為2.5mm的墊片之間，并將蜂窩狀結(jié)構(gòu)體插入內(nèi)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(nèi)徑也與實施例1和比較例1相同。
(4)耐熱沖擊性在將實施例1及比較例1所得的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體在600℃的高溫環(huán)境的電爐內(nèi)靜置30分鐘后，取出到室溫(20℃)環(huán)境氣體中，并用肉眼確認外周壁有無龜裂發(fā)生。
(評價結(jié)果)比較例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的外周壁厚度為1.5mm，外周壁厚度差(涂層厚度差)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，在耐熱沖擊性試驗中，在具有涂料終端痕的附近出現(xiàn)龜裂。
對此，在實施例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(xiàn)凹凸，且封裝時外周壁表面壓力分布的偏差小。此外，在耐熱沖擊性試驗中，外周壁上完全沒出現(xiàn)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(jié)構(gòu)體。
對于所得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，與實施例1同樣地進行評價。結(jié)果在表2中展示。
(評價結(jié)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，且如果其值小于等于1.5則良好。如果其值超過1.5，則由于表面壓力偏差變大，所以封裝時蜂窩狀結(jié)構(gòu)體損壞的可能增大。
比較例2～10的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其外周壁厚度為1～3mm、外周壁厚度差(涂層厚度差)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，在耐熱沖擊性試驗中，產(chǎn)生的外周裂紋多。
與此相對，在實施例2～12的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，外周壁厚度為1～2mm、外周壁厚度差(涂層厚度差)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，在耐熱沖擊性試驗中，外周壁上完全沒有龜裂。
表2

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過圓度的提高可維持合適的封裝狀態(tài)，同時可提供耐熱沖擊性優(yōu)良的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。此外，能夠提供制造具備可發(fā)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(jié)構(gòu)體的方法。因此，本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可適用于排氣凈化用的過濾器或催化劑等。
權利要求
1.一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體的外周方向突出的狀態(tài)存在的壁部，其特征在于該外周壁被設置成包圍以向該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體外周部方向突出的狀態(tài)存在的壁部，且在同一蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔室體內(nèi)與位于最外部的隔室體的外周部的隔壁緊密連接，并且該外周壁的厚度小于等于2.0mm，該外周壁的厚度差小于等于1.0mm，且圓度小于等于1.0mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其特征在于所述圓度小于等于0.5mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其特征在于所述圓度小于等于0.1mm。
4.根據(jù)權利要求1至3任何一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其特征在于所述外周壁的厚度大于等于0.1mm。
5.根據(jù)權利要求1至4任何一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其特征在于所述外周壁是未燒制的。
6.根據(jù)權利要求1至5任何一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其特征在于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(jù)權利要求1至6任何一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其特征在于其由陶瓷制成。
8.一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，制作在隔壁之間具有多個流通孔的基本蜂窩狀體后，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涂抹涂層材料，重新設置外周壁，其特征在于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(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)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，其外周壁厚度小于等于2.0mm，外周壁厚度差小于等于1.0mm，且圓度小于等于1.0mm。在制作在隔壁之間具有多個流通孔的基本蜂窩狀體后，除去含有基本蜂窩狀體的外周壁及一部分隔壁的外周部，然后，在除去外周部的隔壁露出部分上涂抹涂層材料，并重新設置外周壁的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，在該制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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，耐熱沖擊性也優(yōu)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(yōu)先權日2003年3月5日
發(fā)明者加藤茂樹 申請人:日本礙子株式會社