WO2001051174A1 - Structure de nid d'abeilles a alveoles triangulaires - Google Patents

Structure de nid d'abeilles a alveoles triangulaires Download PDF

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honeycomb
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Definitions

  • the present invention relates to a honeycomb structure used as a filter for collecting and removing particulate matter discharged in a heat engine such as an internal combustion engine or a combustion device such as a boiler.
  • a partition wall of a flow hole has a filtering ability, and a predetermined flow hole is used. It is known to use a honeycomb structure having one end sealed and the other end closed for the remaining flow holes.
  • honeycomb structure When such a honeycomb structure is used as a filter for collecting particulate matter in exhaust gas, it is necessary to perform a regeneration process of burning and removing the accumulated carbon fine particles. Since local high temperature is unavoidable, there is a problem that large thermal stress is easily generated and cracks are easily generated.
  • the present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to reduce the occurrence of thermal stress during use, to have durability without cracking, and to reduce the pressure loss of fluid. Is to provide a small honeycomb structure. Disclosure of the invention
  • the through hole has a triangular cross-sectional shape, and the density of the through hole is less than 54.3 cells / cm2.
  • a triangular cell honeycomb structure characterized by the following is provided.
  • a honeycomb structure having a cross-sectional shape of a circle, an ellipse, a racetrack shape, or a polygon and having an outer peripheral surface parallel to a flow direction. It has a structure in which honeycomb segments including the outer peripheral surface of a shape divided into an integer n on a plane parallel to the road direction are combined via a bonding layer, and the cell shape of each honeycomb segment is triangular. It is preferable that the angles of the two corners substantially coincide with each other (m is an integer), which is the angle formed by the surface of each honeycomb segment in contact with the bonding layer.
  • the honeycomb structure of the present invention may have a structure in which honeycomb segments each having a shape obtained by dividing a cylindrical shape into approximately six equal parts in a plane parallel to the flow path direction are combined into a cylindrical shape via a bonding layer.
  • the thickness of the partition walls is 0.32 mm or less.
  • the cell density is preferably 15.5 cells Z cm2 or more and less than 54.3 cells Z cm2, and the Young's modulus of the bonding layer material is the honeycomb segment material. Is preferably 20% or less of the Young's modulus.
  • the honeycomb segment materials in contact with the bonding layer are provided. It is preferable that the average surface roughness of the portion occupying 0% or more of the area exceeds Ra 0.4 ⁇ m, and that the total heat capacity of all the honeycomb segments constituting the honeycomb structure, It is preferable that the ratio of the total heat capacity of the bonding layer is 30% or less.
  • the corners of the cross-sectional shape of the honeycomb segment in the cross section orthogonal to the through holes are rounded with a radius of curvature of 0.3 mm or more, or are chamfered with 0.5 mm or more.
  • the corners of the cross-sectional shape of the honeycomb segment in the cross section orthogonal to the through holes are rounded with a radius of curvature of 0.3 mm or more, or are chamfered with 0.5 mm or more.
  • the ratio of the total cross-sectional area of the bonding layer to the cross-sectional area of the honeycomb structure in a cross section orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure is 15% or less, and further, the ratio is orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the joining layers to the sum of the cross-sectional areas of the partition walls in the honeycomb structure cross section is preferably 50% or less.
  • the ratio of the bonding layer cross-sectional area to the partition wall cross-sectional area is preferably large in the center and small on the outer peripheral side.
  • the material of the 82 cam segment was selected from the group consisting of cordierite, SiC, SiN, alumina, mullite, and lithium aluminum silicate (LAS) from the viewpoints of strength, heat resistance, etc. It is preferable that one type be a main crystal phase.
  • the honeycomb segment supports a metal having catalytic activity, purifies exhaust gas of a heat engine or a combustion device, or reforms liquid fuel or gaseous fuel. It is preferable to use it.
  • the metal having catalytic activity is preferably at least one of Pt, Pd and Rh.
  • FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) show an embodiment of a honeycomb structure according to the present invention.
  • FIG. 1 (a) is a front view
  • FIGS. It is an enlarged view.
  • FIG. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) show an embodiment of the honeycomb structure according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) is a front view
  • FIG. 2 (b) is a side view
  • FIG. c) is a partially enlarged view of FIG. 2 (a).
  • FIG. 3 is an explanatory sectional view showing an example of the honeycomb structure.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view showing a cell structure and a bonding layer of the honeycomb structure.
  • the present invention has a large number of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by partition walls, the partition walls of the flow holes have filtering ability, and one end of the predetermined flow hole is sealed, and
  • the flow holes relate to a honeycomb structure having the other end sealed, wherein the flow holes have a triangular cross-sectional shape, and the density of the flow holes is less than 54.3 cells Z cm 2 It is characterized by the following.
  • the flow hole has a triangular cross-sectional shape.
  • the present inventor has found that a triangular cell is suitable for reducing the flow pressure loss of a fluid in a honeycomb structure having the above structure.
  • the pressure loss of the fluid in the flow path is related to the hydraulic diameter of the cross-sectional shape of the flow hole.
  • the present invention a structure is adopted in which one end of a predetermined flow hole is sealed, and the other end of the remaining flow hole is sealed.
  • a flow resistance when passing through the partition wall is generated, so that the relationship between the pressure loss and the flow hole shape (cell shape) becomes more complicated.
  • the triangular shape in comparison with the same opening area or comparison with the same cell density, the triangular shape has a larger filtration area than the case of a square or larger polygonal cell shape.
  • the honeycomb structure has a cell density of 1 5. Less than 5 Cerno cm 2 (1 0 0 cell Z square inch), since the filtration area is insufficient pressure loss increases, in 1 5. 5 cells cm 2 or more Desirably.
  • a honeycomb structure having a cross-sectional shape of a circle, an ellipse, a race track shape, or a polygon and having an outer peripheral surface parallel to a flow path direction
  • the honeycomb structure has a cross-sectional shape of It has a structure in which honeycomb segments including an outer peripheral surface divided into an integer n by a plane parallel to the flow path direction are combined via a bonding layer, and the cell shape of each honeycomb segment is triangular.
  • the angle of one corner is the angle formed by the surface of each honeycomb segment in contact with the bonding layer.
  • FIG. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) show an embodiment of the above-described honeycomb structure according to the present invention, wherein FIG. 1 (a) is a front view, and FIGS. It is a partially enlarged view.
  • honeycomb structure 10 having a circular cross section and an outer peripheral surface parallel to the flow path direction is shown.
  • the honeycomb structure 10 includes honeycomb segments 11 a, llb, 11 c, and 11 d including an outer peripheral surface having a shape obtained by dividing a cross-sectional shape into four by a plane parallel to a flow direction, and forming a bonding layer. It has a structure that is combined through 1 and 2. Then, as shown in FIGS.
  • each honeycomb segment 11a, 11b, 11c, 11d is a triangle, and the angle of one corner of the triangle ⁇ Is preferably formed so as to substantially coincide with lZm of an angle ⁇ formed by a surface of each of the honeycomb segments 11a, lib, llc, and lid in contact with the bonding layer 12.
  • 14 indicates a partition wall
  • 15 indicates a flow hole.
  • the honeycomb structure of the present invention has a structure in which an 82 cam segment having a shape obtained by dividing a cylindrical shape into approximately six equal parts in a plane parallel to the flow path direction is combined with the cylindrical shape via a bonding layer. Is more preferable for the following reason.
  • the radial partition wall and the outer wall in contact with the joining portion of the honeycomb segment can be set in parallel, so that stress concentration at the joint between the segment outer wall and the partition wall can be prevented.
  • FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) show an embodiment of the above-described honeycomb structure according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) is a front view and FIG. 2 (b) is a side view, and
  • FIG. 2 (c) is a partially enlarged view of FIG. 2 (a).
  • the honeycomb structure 10 has a cylindrical shape obtained by dividing the cylindrical shape into approximately six equal parts on a plane parallel to the flow path direction. It is a structure combined with.
  • the outer peripheral surface (outer shape) combined as the honeycomb structure has a cylindrical shape, the holding force from the outer periphery can be evenly transmitted to the inside.
  • the triangular shape has a smaller anisotropy in force transmission than the triangular shape, so that local distribution of stress can be prevented.
  • the passage resistance of the fluid passing through the cell partition wall is set.
  • the thickness of the partition walls is preferably 0.32 mm or less, and more preferably in the range of 0.20 to 0.30 mm.
  • the Young's modulus of the material forming the bonding layer is desirably 20% or less, more preferably 1% or less of the Young's modulus of the material forming the honeycomb segments.
  • the average surface roughness of a portion occupying at least 30% or more of the surface of the honeycomb segment in contact with the bonding layer is preferably more than Ra 0.4 ⁇ m. .
  • the surface roughness Ra is more preferably at least 0.8 micron.
  • the ratio of the total heat capacity of all the bonding layers in the honeycomb structure to the total heat capacity of all the honeycomb segments constituting the honeycomb structure is set to 30% or less, more preferably 15% or less. However, it is preferable because the generation of thermal stress during use can be reduced and large durability can be provided so that cracks do not occur in the honeycomb structure.
  • the corners of the honeycomb segment cross-sectional shape in a cross section orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure are rounded with a radius of curvature of 0.3 mm or more, or 0.5 mm or more.
  • the chamfering is preferable because it can reduce the generation of thermal stress during use and can provide large durability so that cracks do not occur in the honeycomb structure.
  • the ratio of the total cross-sectional area of the bonding layer to the cross-sectional area of the honeycomb structure in a cross section orthogonal to the through-holes of the honeycomb structure is preferably 17% or less, more preferably 8% or less. preferable. This will be described with reference to FIG. 3.
  • the total cross-sectional area SH of the honeycomb structure 10 is
  • the total cross-sectional area S s of the bonding layer 12 is the total area of the hatched portion A (cross-sectional portion of the bonding layer 12) in FIG.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the joining layers to the sum of the cross-sectional areas of the partition walls in the cross section of the honeycomb structure orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure is preferably 50% or less, and 24% or less. It is more preferred that: This will be described with reference to FIG. 4.
  • the sum of the cross-sectional areas (shaded areas B) of the bonding layers 12 in the cross section of the honeycomb structure 10 is represented by S s
  • the sum of the cross-sectional areas (meshed areas C) of the partition walls 14 Let S be S c, and S S ZS C is 50% or less, which is preferable from the viewpoint of reducing the pressure loss of the force fluid.
  • the ratio of the cross-sectional area of the bonding layer to the cross-sectional area of the partition wall is large in the central portion and small on the outer peripheral side in the cross section of the honeycomb structure orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure. .
  • the bonding layer is dense in the center and coarse in the vicinity of the outer periphery, the trapped amount of carbon fine particles per unit volume in the vicinity of the center is smaller than that in the vicinity of the outer periphery.
  • the calorific value near the center where the temperature tends to be high, can be kept low, and since the bonding layer is dense near the center, the heat capacity at that part can be increased. Temperature rise can be kept low. As a result, the temperature difference between the central portion and the outer peripheral side can be reduced, and the thermal stress in the honeycomb structure can be reduced, which is preferable.
  • honeycomb segments constituting the honeycomb structure of the present invention are made of cordierite, SiC, SiN, alumina, mullite, and lithium aluminum silicate (LAS) from the viewpoint of strength, heat resistance, and the like. It is preferable that one kind selected from the group be a main crystal phase, and SiC having a high thermal conductivity is particularly preferable in that heat is easily radiated.
  • heat-resistant ceramic fiber, ceramic powder, cement, or the like may be used alone or in combination.
  • an organic binder, an inorganic binder, or the like may be used as a mixture, if necessary.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the honeycomb structure of the present invention has a large number of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by partition walls, and the partition walls of the flow holes have a filtering ability.
  • the dust-containing fluid such as a particulate filter for a diesel engine, because it has a structure in which the end of the filter is sealed and the other end of the flow hole is sealed. It can be suitably used for a filter for collecting and removing the water.
  • the dust-containing fluid when the dust-containing fluid is allowed to pass through one end face of the honeycomb structure having such a structure, the dust-containing fluid flows into the 82 cam structure from the unsealed flow hole at the one end face side. , And passes through a porous partition wall having a filtering ability, and enters another unsealed flow hole at the other end surface side of the honeycomb structure.
  • the particulate matter in the dust-containing fluid is captured by the partition, and the purified fluid from which the particulate matter has been removed is discharged from the other end face of the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure is periodically heated by a heating means such as a heater. However, it burns and removes particulate matter and regenerates a filter function.
  • a metal having catalytic activity as described later may be supported on the honeycomb segments.
  • the honeycomb structure of the present invention is to be used as a catalyst carrier for purifying exhaust gas of a heat engine such as an internal combustion engine or reforming a liquid fuel or a gaseous fuel
  • a metal having catalytic activity in a honeycomb segment is used.
  • Representative examples of metals having catalytic ability include Pt, Pd, and Rh, and it is preferable that at least one of these metals is supported on the honeycomb segment.
  • the thickness of the partition wall is 0.3000 mm, the cell density is 240 cells / square inch (37.2 cells / cm 2 ), and the outer peripheral thickness is 0.5 mm.
  • a cylindrical shape as shown in Fig. 2 (a), (b), and (c) was parallelized in the flow direction.
  • Honeycomb segments 11 1e, 11 f, 11 g, llh, lli, and 11 j divided into six equal parts on the surface are combined into a cylindrical shape via the bonding layer 12.
  • the surface roughness in Table 1 indicates the average surface roughness of the entire surface of the 82-cam segment in contact with the bonding layer.
  • This 82-cam structure is a diesel exhaust purifying filter having a structure in which a predetermined flow hole is sealed at one end and the remaining flow hole is sealed at the other end.
  • the 82 cam structure was subjected to a fluid pressure loss test and a regeneration test. The results are shown in Table 1.
  • Table 1 Bulkhead material Young's modulus (Gpa) 42
  • the honeycomb structure of the present invention can be preferably used as a filter for collecting and removing particulate matter discharged in a heat engine such as an internal combustion engine or a combustion device such as a boiler.

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Description

明 細 書 三角セルハニカム構造体 技術分野
本発明は、 内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置において排出される 粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体に関する。 背景技術
従来、 ディーゼルエンジン等から排出される排気ガスのような含塵流体中に含 まれる粒子状物質を捕集除去する方法として、 流通孔の隔壁が濾過能を有し、 所 定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流通孔については他方の端部を 封じてなるハニカム構造体を用いることが知られている。
このようなハニカム構造体が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ一として 用いられる場合には、 溜まったカーボン微粒子を燃焼させて除去するという再生 処理を行うことが必要であり、 この際に局所的な高温化が避けられないため、 大 きな熱応力が発生し易く、 クラックが発生し易いという問題があつた。
このような構造部品に発生する熱応力を低減する方策として、 その構造部品を より小さなセグメントに分割する方法が知られており、 これを排気ガス中の微粒 子捕集用のハニカム構造体に適用する提案は、 既に、 例えば、 特開平 6-241017号 公報、 特開平 8-28246号公報、 特開平 7- 54643号公報、 特開平 8-28248号公報等に おいてなされている。
しかしながら、 上記の提案で示された例によっても、 セグメント表面の応力低 減効果が不十分であり、 クラック発生の問題は完全には解決できなかった。 また、 熱応力を低減する他の方策として、 八二カム構造体内の温度分布を均一 化すべく、 セグメント間に電気ヒータを設置して、 相対的に低温になり易い部位 を電気加熱する方法も提案されているが、 電気ヒータ近傍ではむしろ、 局所的な 温度勾配が大きくなることによる新たな熱効力発生の問題があった。 さらに、 隔壁をフィルタとして使用するため、 流体の圧力損失が過大になり、 ェンジン性能を悪化させてしまうという問題があった。
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、 その目的とする ところは、 使用時における熱応力の発生が小さく、 クラックが発生しない耐久性 を有し、 かつ流体の圧力損失が小さいハニカム構造体を提供することにある。 発明の開示
すなわち、 本発明によれば、 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流 通孔を有し、 該流通孔の隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔については一方の端 部を封じ、 残余の流通孔については他方の端部を封じてなるハニカム構造体にお いて、 該流通孔が三角形の断面形状を有するとともに、 該流通孔の密度が 5 4 . 3セル/ c m2未満であることを特徴とする三角セルハニカム構造体が提供され る。
本発明においては、 断面形状が円、 楕円、 レーストラック形状、 または多角形 で、 かつ流路方向に平行な外周面を有するハニカム構造体であって、 該ハニカム 構造体は、 該断面形状を流路方向に平行な面で整数 n個に分割した形状の外周面 を含むハニカムセグメントを接合層を介して組み合わせた構造よりなっており、 それぞれのハニカムセグメントのセル形状は三角形で、 その三角形の一つの角の 角度がそれぞれのハニカムセグメントの接合層に接する面のなす角度の l Zmに ほぼ一致 （mは整数） していることが好ましい。
また、 本発明のハニカム構造体においては、 円筒形状を流路方向に平行な面で 約 6等分に分割した形状のハニカムセグメントを接合層を介して円筒形状に組み 合せた構造よりなることが好ましく、 隔壁の厚さが 0 . 3 2 mm以下であること が好ましい。
さらに、 本発明のハニカム構造体では、 そのセル密度が 1 5 . 5セル Z c m2 以上、 5 4 . 3セル Z c m2未満であることが好ましく、 接合層材質のヤング率 がハニカムセグメン卜材質のヤング率の 2 0 %以下であることが好ましい。 本発明においては、 接合層に接するハニカムセグメント表面の内少なくとも 3 0 %以上の面積を占める部分の平均的な表面粗さが R a 0 . 4ミクロンを超える ことが好ましく、 また、 ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントの 総熱容量に対する、 ハニカム構造体内の全ての接合層の総熱容量の比率が 3 0 % 以下であることが好ましい。
さらに、 本発明のハニカム構造体においては、 その流通孔に直交する断面にお けるハニカムセグメント断面形状の角部が曲率半径 0 . 3 mm以上で丸められて いるか、 または 0 . 5 mm以上の面取りがされていることが好ましい。
また、 ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハニカム構造体断面積 に占める接合層総断面積の比率が 1 5 %以下であることが好ましく、 さらには、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面における隔壁断面積の総 和に対する接合層断面積の総和の比率が 5 0 %以下であることが好ましい。 さち にまた、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面内において、 隔 壁断面積に対する接合層断面積の比率が中央で大きく、 外周側で小さくなってい ることが好ましい。
上記八二カムセグメントの材質としては、 強度、 耐熱性等の観点から、 コ一ジ エライト、 S i C、 S i N、 アルミナ、 ムライト及びリチウムアルミニウムシリ ゲート （L A S ) からなる群より選ばれた 1種を主結晶相とすることが好ましい また、 前記ハニカムセグメントには、 触媒能を有する金属を担持し、 熱機関若 しくは燃焼装置の排気ガスの浄化、 又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用い られるようにすることが好ましい。 触媒能を有する金属としては、 P t、 P d及 び R hのうちの少なくとも 1種であることが好ましい。 図面の簡単な説明
図 1 (a) (b) (c)は、 本発明に係るハニカム構造体の一実施例を示すもので、 図 1 (a)は正面図、 図 1 (b) (c)はその一部拡大図である。
図 2 (a) (b) (c)は、 本発明に係るハニカム構造体の一実施例を示すもので、 図 2 (a)は正面図、 図 2 (b)は側面図、 図 2 (c)は図 2 (a)の一部拡大図である。 図 3は、 ハニカム構造体の一例を示す断面説明図である。
図 4は、 ハニカム構造体のセル構造と接合層を示す一部拡大図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明をその実施形態に基づいて詳しく説明するが、 本発明はこれらの 実施形態に限られるものではない。
本発明は、 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有し、 該流 通孔の隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の 流通孔については他方の端部を封じてなるハニカム構造体に関するものであり、 前記の流通孔が三角形の断面形状を有し、 しかも流通孔の密度が 5 4 . 3セル Z c m2未満であることを特徴とするものである。
本発明の八二カム構造体における特徴の一つは、 流通孔が三角形の断面形状を 有していることである。 本発明者は、 種々検討の結果、 前記構造のハニカム構造 体において、 流体の流動圧力損失の低減には三角セルが適していることを見出し た。
従来、 端面に目封じの全く無いハニカム構造体においては、 流路内での流体の 圧力損失は流通孔の断面形状の水力直径に関係し、 水力直径が小さいほど圧力損 失が大きいため、 三角セル形状の方が四角あるいは六角あるいはそれ以上の多角 形や円よりも圧力損失が大きいというのが定説であった。
一方、 本発明のように、 所定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流 通孔については他方の端部を封じてなる構造とし、 隔壁をフィル夕として使用す る場合においては、 流路内の流動圧力損失に加え、 隔壁を通過する際の流動抵抗 が生じるため、 圧力損失と流通孔形状 （セル形状） との関係はより複雑となる。 この点に関して本発明者が鋭意検討した結果、 同一開口面積での比較、 あるい は同一セル密度での比較において、 三角形状は四角あるいはそれ以上の多角形の セル形状の場合よりも濾過面積が増大する分、 隔壁通過の流体速度が低く抑えら れ、 隔壁通過の流動抵抗が小さく抑えられるものの、 流通孔密度 （セル密度） が 大きく流通孔断面積が小さい領域では、隔壁通過抵抗に対する流路内での流動抵 抗の比率が増大するため、 三角形状の方がトータルの圧力損失が大きくなること が分かった。
そして、 更に検討を進めたところ、 流通孔密度 （セル密度） が 5 4 . 3セル/ c m2 ( 3 5 0セル/平方インチ） 未満においては、 隔壁通過抵抗の小さい三角 セルの方が、 四角あるいはそれ以上の多角形よりも 1 ^一タルの圧力損失が小さい ことが判明し、 本発明に到達した。
また、 ハニカム構造体のセル密度が 1 5 . 5セルノ c m2 ( 1 0 0セル Z平方 インチ） 未満では、 濾過面積が不足し圧力損失が大きくなることから、 1 5 . 5 セル c m2以上であることが望ましい。
また、 本発明においては、 断面形状が円、 楕円、 レーストラック形状、 または 多角形で、 かつ流路方向に平行な外周面を有するハニカム構造体であって、 この ハニカム構造体は、 断面形状を流路方向に平行な面で整数 n個に分割した形状の 外周面を含むハニカムセグメントを接合層を介して組み合わせた構造よりなって おり、 それぞれのハニカムセグメントのセル形状は三角形で、 その三角形の一つ の角の角度がそれぞれのハニカムセグメントの接合層に接する面のなす角度の 1
Zmに一致 （mは整数） していることが好ましい。
このように構成することにより、 ハニカムセグメントの接合層に接する外壁の 近傍に、 ハニカムセグメント外壁と平行なセル隔壁を配置することが可能となり 、 従って、 ハニカムセグメント外壁と隔壁とのつなぎ部分での応力集中を防止す ることができるからである。
これを図面を用いて説明する。 図 1 (a) (b) (c)は、 上記した本発明に係るハニ カム構造体の一実施例を示すもので、 図 1 (a)は正面図、 図 1 (b) (c)はその一部 拡大図である。
図 1 (a)から分かるように、 断面形状が円で、 流路方向に平行な外周面を有す るハニカム構造体 1 0を示している。 このハニカム構造体 1 0は、 断面形状を流 路方向に平行な面で 4個に分割した形状の外周面を含むハニカムセグメント 1 1 a、 l l b、 1 1 c、 及び 1 1 dを、 接合層 1 2を介して組み合わせた構造より なっている。 そして、 図 1 (b) (c)に示すように、 それぞれのハニカムセグメント 1 1 a、 1 1 b、 1 1 c、 1 1 dのセル形状は三角形で、 その三角形の一つの角の角度 Θが それぞれのハニカムセグメント 1 1 a、 l i b, l l c、 l i dの接合層 12に 接する面のなす角度 Θの lZmにほぼ一致するように形成することが好ましい。 ここで、 mは整数で、 m= 1〜4であることが好ましい。
なお、 図 1 (b)は m= 1の場合で、 図 1 (c)は m= 2の場合である。 なお、 14 は隔壁、 15は流通孔を示す。
さらに、 本発明のハニカム構造体においては、 円筒形状を流路方向に平行な面 で約 6等分に分割した形状の八二カムセグメントを接合層を介して円筒形状に組 み合せた構造とすることが以下の理由でさらに好ましい。
すなわち、 このような構造とすることにより、 半径方向隔壁と、 ハニカムセグ メントの接合部に接する外壁とを平行に設定できるため、 セグメント外壁と隔壁 とのつなぎ部分での応力集中が防げる。
これを図面を用いて説明すると、 図 2 (a) (b) (c)は上記した本発明に係るハニ カム構造体の一実施例を示すもので、 図 2 (a)は正面図、 図 2 (b)は側面図、 図 2 (c)は図 2 (a)の一部拡大図である。
ハニカム構造体 10は、 円筒形状を流路方向に平行な面で約 6等分に分割した 形状のハニカムセグメント 1 1 e、 l l f 、 l l g、 l l h、 l l i、 l l j を 接合層 12を介して円筒形状に組み合せた構造をしたものである。 そして、 それ ぞれのハニカムセグメント 1 1 e、 l l f 、 l l g、 l l h、 l l i、 l l jの セル形状は三角形で、 その三角形の一つの角の角度 0がそれぞれのハニカムセグ メント l i e、 l l f 、 l l g、 l l h、 l l i、 1 1 jの接合層 12に接する 面のなす角度 Θの lZm (m= 1) に一致している。
また、 このように、 ハニカム構造体として組み合わせた外周面 （外形状） が円 筒形状となっていることから、 外周からの保持力を均等に内部に伝えることが可 能となり、 また、 四角セルに比較して三角形状の方が力の伝達の異方性が小さい こととの相乗効果により、 局所的な応力の偏在が防止できる。
なお、 本発明のハニカム構造体においては、 セル隔壁を通過する流体の通過抵 抗 （圧力損失） を低減する観点から、 隔壁の厚さは 0 . 3 2 mm以下であること が好ましく、 0 . 2 0〜0 . 3 0 mmの範囲であることがさらに好ましい。 また、 本発明のハニカム構造体においては、 接合層を構成する材質のヤング率 を、 ハニカムセグメントを構成する材質のヤング率の 2 0 %以下、 より好ましく は 1 %以下とすることが望ましい。 このように、 接合層とハニカムセグメントの 材質を規定することにより、 使用時における熱応力の発生が小さくて、 クラック が発生しないような耐久性を有するハニカム構造体とすることができる。
また、 このハニカム構造体では、 接合層に接するハニカムセグメントの表面の 内で少なくとも 3 0 %以上の面積を占める部分の平均的な表面粗さが R a 0 . 4 ミクロンを超えること力 子ましい。 これにより、 それぞれのハニカムセグメント 間の接合がより強固になり、 使用時に剥がれるおそれを殆どなくすることをでき る。 上記の表面粗さ R aは、 0 . 8ミクロン以上が更に好ましい。
更に、 ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントの総熱容量に対す る、 ハニカム構造体内の全ての接合層の総熱容量の比率を 3 0 %以下、 より望ま しくは 1 5 %以下とすることにより、 使用時における熱応力の発生を小さくし、 ハニカム構造体にクラックが発生しないような大きな耐久性を付与することがで きることから、 好ましい。
さらにまた、 本発明のハニカム構造体においては、 ハニカム構造体の流通孔に 直交する断面におけるハニカムセグメント断面形状の角部が曲率半径 0 . 3 mm 以上で丸められているか、 または 0 . 5 mm以上の面取りがされていることが、 使用時における熱応力の発生を小さくし、 ハニカム構造体にクラックが発生しな いような大きな耐久性を付与することができるため、 好ましい。
また、 本発明では、 ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハニカム 構造体断面積に占める接合層総断面積の比率が 1 7 %以下であることが好ましく 、 8 %以下であることがより好ましい。 これを図 3を用いて説明すると、 直径 D の断面が円形のハニカム構造体 1 0において、 ハニカム構造体 1 0の総断面積 S Hは、
S H= ( C/ 4 ) X D2 となり、 一方、 接合層 1 2の総断面積 S sは、 図 3の斜線部分 A (接合層 1 2の 断面部） の総面積となる。
ここで、 S SZ S Hが 1 7 %以下であることカ^ 流体の圧力損失低減の観点から 好ましい。
さらに、 本発明においては、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造 体断面における隔壁断面積の総和に対する接合層断面積の総和の比率が 5 0 %以 下であることが好ましく、 2 4 %以下であることがさらに好ましい。 これを図 4 を用いて説明すると、 ハニカム構造体 1 0の断面における接合層 1 2の断面積 （ 斜線部分 B ) の総和を S sとし、 隔壁 1 4の断面積 （網目部分 C ) の総和を S cと すると、 S SZ S Cが 5 0 %以下であること力 流体の圧力損失低減の観点から好 ましい。
さらにまた、 本発明では、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体 断面内において、 隔壁断面積に対する接合層断面積の比率が中央部で大きく、 外 周側で小さくなつていることが好ましい。 このように、 接合層が中央で密、 外周 近傍で粗となるため、 中央付近での単位体積当たりのカーボン微粒子捕集量が外 周近傍よりも少なくなり、 カーボン微粒子を燃焼させる再生処理時 （再生燃焼時 ) において、 高温となりやすい中央近傍での発熱量を低く抑えられ、 しかも中央 近傍で接合層が密になっているため、 その部分での熱容量を大きくできることか らも、 中央近傍での温度上昇を低く抑えられる。 その結果、 中央部と外周側の温 度差を低減することができ、 ハニカム構造体における熱応力を低減することがで き、 好ましい。
また、 本発明のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントは、 強度、 耐熱 性等の観点から、 コ一ジエライト、 S i C、 S i N、 アルミナ、 ムライト及びリ チウムアルミニウムシリゲート （L A S ) からなる群より選ばれた 1種を主結晶 相とするものであることが好ましく、 熱伝導率の高い S i Cは、 被熱を放熱しや すいという点で特に好ましい。
各ハニカムセグメント間を接合する接合層の材質としては、 耐熱性を有するセ ラミックスファイバ一、 セラミックス粉、 セメント等を単独で、 あるいは混合し て用いることが好ましく、 更に必要に応じて有機バインダー、 無機バインダー等 を混合して用いてもよいが，これらに限られるものではない。
本発明のハニカム構造体は、 前記したように、 隔壁により仕切られた軸方向に 貫通する多数の流通孔を有し、 該流通孔の隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔に ついては一方の端部を封じ、 残余の流通孔については他方の端部を封じてなる構 造を有するものであるので、 ディーゼルエンジン用パティキュレートフィルタ一 のような、 含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するためのフィルタ一に 好適に用いることができる。
すなわち、 このような構造を有するハニカム構造体の一端面より含塵流体を通 気させると、 含塵流体は、 当該一端面側の端部が封じられていない流通孔より八 二カム構造体内部に流入し、 濾過能を有する多孔質の隔壁を通過して、 ハニカム 構造体の他端面側が封じられていない他の流通孔に入る。 そして、 この隔壁を通 過する際に含塵流体中の粒子状物質が隔壁に捕捉され、 粒子状物質を除去された 浄化後の流体がハニカム構造体の他端面より排出される。
なお、 捕捉された粒子状物質が隔壁上に堆積してくると、 目詰まりを起こして フィルターとしての機能が低下するので、 定期的にヒーター等の加熱手段でハニ カム構造体を加熱することにより、 粒子状物質を燃焼除去し、 フィルタ一機能を 再生させるようにする。 この再生時の粒子状物質を燃焼を促進するために、 ハニ カムセグメントに後述のごとき触媒能を有する金属を担持させてもよい。
一方、 本発明のハニカム構造体を、 触媒担体として内燃機関等の熱機関の排気 ガスの浄化、 又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いようとする場合、 ハニ カムセグメントに触媒能を有する金属を担持するようにする。 触媒能を有する金 属の代表的なものとしては、 P t 、 P d、 R hが挙げられ、 これらのうちの少な くとも 1種をハニカムセグメントに担持することが好ましい。 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。
(実施例） 隔壁の厚さが 0 . 3 0 0 mm、 セル密度が 2 4 0セル/平方インチ （3 7 . 2 セル/ c m2) 、 外周部厚さが 0 . 5 mmの S i C製ハニカムセグメントを用い 、 接合層としてセラミックスファイバ一、 セラミックス粉、 有機及び無機バイン ダ一の混合物を用いて、 図 2 (a) (b) (c)に示すような、 円筒形状を流路方向に平 行な面で 6等分に分割した形状のハニカムセグメント 1 1 e、 1 1 f 、 1 1 g、 l l h、 l l i、 1 1 j を接合層 1 2を介して円筒形状に組み合せた構造よりな る、 寸法が Φ 1 4 4 mm X 1 5 3 mmのハニカム構造体を作製した。 得られたハ 二カム構造体の特性を表 1に示す。 また、 表 1中の表面粗さは、 接合層に接する 八二カムセグメントの表面全体の平均的な表面粗さを示す。
この八二カム構造体は、 所定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流 通孔については他方の端部を封じてなる構造のディ一ゼルェンジン排気浄化パー ティキユレ一卜フィルタであり、 この八二カム構造体について、 流体の圧力損失 試験、 及び再生試験を行った。 その結果を表 1に示す。 表 1 隔壁材質ヤング率（Gpa) 42
接合層材質ヤング率 (Gpa) 8
接合層ヤング率 Z隔壁ヤング率 (%) 19
セグメント角部 R0.3
再生試験結果 良、クラック無し
セグメント表面の粗さ（Ra β τη) 0.8
試験後の軸方向のずれ 無し
隔壁厚さ（mm) 0.3
接合層厚さ (mm) 2
接合層面積ノ構造体面積 (％ ) 5.3
接合層面積ノ隔壁面積（《½) 12.5
流体圧力損失試験結果 許容範囲
再生時間 許容範囲
熱容量比（％) 7.5 (評価）
表 1の結果から明らかなように、 本発明で規定する要件を満足する場合には、 流体の圧力損失もそれほど大きくならず、 許容範囲 （l O kP a) 内であり、 再 生時間も許容範囲 （15m i n) 内であった。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明のハニカム構造体によれば、 使用時における熱応 力の発生が小さく、 クラックが発生しない耐久性を有し、 しかも流体の圧力損失 が小さいという顕著な効果を奏するものである。 従って、 本発明のハニカム構造 体は、 内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置において排出される粒子状 物質を捕集除去するフィル夕として好ましく用いることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有し、 該流通孔の 隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流通孔 については他方の端部を封じてなるハニカム構造体において、
該流通孔が三角形の断面形状を有するとともに、 該流通孔の密度が 5 4 . 3セ ル/ c m2未満であることを特徴とする三角セルハニカム構造体。
2 . 断面形状が円、 楕円、 レ一ストラック形状、 または多角形で、 かつ流路方 向に平行な外周面を有するハニカム構造体であって、
該ハニカム構造体は、 該断面形状を流路方向に平行な面で整数 n個に分割した 形状の外周面を含むハニカムセグメントを接合層を介して組み合わせた構造より なっており、 それぞれのハニカムセグメントのセル形状は三角形で、 その三角形 の一つの角の角度がそれぞれのハニカムセグメントの接合層に接する面のなす角 度の l Zmにほぼ一致 （mは整数） していることを特徴とする請求項 1記載のハ 二カム構造体。
3 . 円筒形状を流路方向に平行な面で 6個にほぼ等分に分割した形状のハニカ ムセグメントを接合層を介して円筒形状に組み合せた構造よりなることを特徴と する請求項 1記載のハニカム構造体。
4 . 隔壁の厚さが 0 . 3 2 mm以下であることを特徴とする請求項 1〜3のい ずれか 1項に記載のハニカム構造体。
5 . セル密度が 1 5 . 5セル Z c m2以上、 5 4. 3セル Z c m2未満であるこ とを特徴とする請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
6 . 接合層材質のヤング率がハニカムセグメント材質のヤング率の 2 0 %以下 であることを特徴とする請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
7 . 接合層に接するハニカムセグメント表面の内少なくとも 3 0 %以上の面積 を占める部分の平均的な表面粗さが R a 0 . 4ミクロンを超えることを特徴とす る請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
8 . ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントの総熱容量に対する 、 ハニカム構造体内の全ての接合層の総熱容量の比率が 3 0 %以下であることを 特徴とする請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
9 . ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハニカムセグメント断面 形状の角部が曲率半径 0 . 3 mm以上で丸められているか、 または 0 . 5 mm以 上の面取りがされていることを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の ハニカム構造体。
1 0 . ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハニカム構造体断面積 に占める接合層総断面積の比率が 1 5 %以下であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
1 1 . ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面における隔壁断 面積の総和に対する接合層断面積の総和の比率が 5 0 %以下であることを特徴と する請求項 1〜 1 0のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
1 2 . 八二カム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面内において、 隔 壁断面積に対する接合層断面積の比率が中央で大きく、 外周側で小さくなつてい ることを特徴とする請求項 1〜 1 1のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
1 3 . 前記ハニカムセグメントが、 コージエライト、 S i C、 S i N、 アルミ ナ、 ムライト及びリチウムアルミニウムシリゲート （L A S ) からなる群より選 ばれた 1種を主結晶相とする請求項 1〜 1 2のいずれか 1項に記載のハニカム構 造体。
1 4 . 前記ハニカムセグメントに触媒能を有する金属を担持し、 熱機関若しく は燃焼装置の排気ガスの浄化、 又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いられ るようにした請求項 1〜 1 3のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
1 5 . 前記触媒能を有する金属が、 P t、 P d及び R hのうちの少なくとも 1 種である請求項 1 4記載のハニカム構造体。
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