【実施例】
【0061】
(実施例1)
コージェライト化原料100質量部に、分散媒を35質量部、有機バインダを6質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、それらを混合し、混練して押出成形用の坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径1〜10μmのコークスを使用し、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、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。
【0062】
次に、ハニカム成形体作製用の口金を用いて坏土を押出成形し、全体形状が円柱状のハニカム成形体を得た。なお、ハニカム成形体作製用の口金は、坏土排出面側のスリットの幅が、得られるハニカム成形体の中央部と外周部とで、それぞれ異なる幅となるように構成されたものを用いた。これにより、得られたハニカム成形体は、その中央部と外周部とで、隔壁の厚さが異なるように成形されたものであった。
【0063】
次に、得られたハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた。その後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。
【0064】
次に、乾燥したハニカム成形体を、脱脂し、焼成して、隔壁及び第一外周壁を備えたハニカム構造部を得た。得られたハニカム構造部は、端面の直径が177.8mmで、セルの延びる方向の長さが152.4mmの円柱状のものであった。得られたハニカム構造部は、中央部と外周部とで、隔壁の厚さが異なるものであった。中央部における隔壁の平均厚さTAは、114μmであった。外周部における隔壁の平均厚さTBは、127μmであった。外周部における隔壁の平均厚さTBと、中央部における隔壁の平均厚さTAとの差Aは、13μmであった。なお、この差Aは、「TB−TA」のことである。表1の「平均厚さTBと平均厚さTAとの差A[μm]」の欄に、外周部における隔壁の平均厚さTBと、中央部における隔壁の平均厚さTAとの差の値、即ち、「TB−TA」の値を示す。
【0065】
中央部における隔壁の平均厚さTA、及び外周部における隔壁の平均厚さTBは、以下の方法で測定した。まず、ハニカム構造体の断面を撮像した。次に、撮像によって得られた画像について、各隔壁の厚さを測定し、それぞれ平均厚さを算出した。中央部における隔壁の平均厚さTA、及び外周部における隔壁の平均厚さTBのそれぞれは、以下の12点の隔壁の厚さの平均値とした。平均厚さTBを求める際の測定点は、ハニカム構造体の最外周から、不完全なセルを除いた1セル目における1つの隔壁を、1番目の測定点とし、この1番目の測定点から、径方向に向かって、外周部と中央部の境界に最も近い位置の隔壁を、2番目の測定点とした。そして、1番目の測定点と2番目の測定点との中点の位置の隔壁を、3番目の測定点とした。そして、1番目の測定点から時計回りに90°間隔で、それぞれ3つずつの測定点(計9つの測定点)を決定した。最初に決定した1番目〜3番目の3つの測定点と、90°間隔で決定した計9つの測定点との合計12点の測定点を、平均厚さTBを求める際の測定点とした。なお、平均厚さTBを求める際の12点の測定点は、径方向の2軸上に存在する測定点となる。平均厚さTAを求める際の測定点は、外周部における隔壁厚さの測定時と同じ2軸上において、各軸について、6点ずつの測定点を決定した。具体的には、各軸について、外周部と中央部の境界に最も近い位置の隔壁を測定点として必ず含み、各軸上の6点の測定点は、各軸上において等間隔となるように決定した。
【0066】
ハニカム構造部のセル密度は62個/cm
2であった。隔壁の気孔率は35%であった。隔壁の気孔率は、Micromeritics社製のAutopore 9500(商品名)によって測定した。表1の「隔壁の平均厚さTA[μm]」の欄に、中央部における隔壁の平均厚さTAの値を示す。表1の「隔壁の気孔率[%]」の欄に、中央部及び外周部における隔壁の気孔率の値を示す。表1の「セル密度[個/cm
2]」の欄に、ハニカム構造部のセル密度の値を示す。
【0067】
次に、ハニカム構造部の第一外周壁の表面に、外周コート材を塗工して、塗工した外周コート材を乾燥して第二外周壁を作製した。外周コート材は、コージェライト粒子、コロイダルシリカ、水、分散剤を混合して調製した。
【0068】
以上のようにして、隔壁及び第一外周壁を有するハニカム構造部と、ハニカム構造部の第一外周壁の外側を囲繞するように配設された第二外周壁と、を備えた、実施例1のハニカム構造体を製造した。
【0069】
実施例1のハニカム構造体において、第一外周壁と第二外周壁の合計の最大厚さX1は、2.0mmであった。第一外周壁と第二外周壁の合計の最大厚さX1と、第一外周壁と第二外周壁の合計の最小厚さX2との差Yは、0.8mmであった。なお、この差Yは、「X1−X2」のことである。表1の「外周壁の最大厚さX1[mm]」の欄に、「第一外周壁と第二外周壁の合計の最大厚さX1」の値を示す。表1の「最大厚さX1と最小厚さX2との差Y[mm]」の欄に、「第一外周壁と第二外周壁の合計の最大厚さX1と、第一外周壁と第二外周壁の合計の最小厚さX2と、の差Y」の値を示す。
【0070】
第一外周壁と第二外周壁の合計の最大厚さX1及び最小厚さX2は、測定対象のハニカム構造体の下記に示す3つの断面において、第一外周壁と第二外周壁の合計の厚さを各8点ずつ測定し、測定した24点の厚さのうちの最大値及び最小値より求めた。各厚さを測定する断面としては、ハニカム構造体の流入端面側、ハニカム構造体の流出端面側、及びハニカム構造体のセルの延びる方向の中央の、3つの断面とした。ハニカム構造体の流入端面側の断面は、ハニカム構造体の流入端面から、セルの延びる方向の
長さの5%以内の任意の断面とした。ハニカム構造体の流出端面側の断面は、ハニカム構造体の流出端面から、セルの延びる方向の長さの5%以内の任意の断面とした。ハニカム構造体のセルの延びる方向の中央の断面は、ハニカム構造体のセルの延びる方向の中央の±5%以内の任意の断面とした。
【0071】
また、実施例1のハニカム構造体において、セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体の面積SA[cm
2]に対する、当該断面における外周部の面積SB[cm
2]の比の百分率は、20%であった。なお、この百分率は、「SB/SA×100」のことである。表1の「外周部の面積割合B[%]」の欄に、セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体の面積SA[cm
2]に対する、当該断面における外周部の面積SB[cm
2]の比の百分率の値を示す。また、表1の「AB」の欄に、上記した「差A」と「面積割合B」を乗算した値を
100で除算した値を示す。
【0072】
【表1】
【0073】
【表2】
【0074】
実施例1のハニカム構造体について、以下の方法で、「アイソスタティック強度」、「寸法精度」、「圧力損失」、及び「耐熱衝撃性」の評価を行った。結果を、表2に示す。
【0075】
[アイソスタティック強度]
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるJASO規格のM505−87で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカム構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカム構造体が外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム構造体が破壊したときの加圧圧力値(MPa)で示される。以下の評価基準1により、アイソスタティック強度の評価を行った。
(評価基準1)
評価A:アイソスタティック強度が、比較例1のアイソスタティック強度に対して、+1.5MPa以上である。
評価B:アイソスタティック強度が、比較例1のアイソスタティック強度に対して、+1.0MPa以上、+1.5MPa未満である。
評価C:アイソスタティック強度が、比較例1のアイソスタティック強度に対して、+0.5MPa以上、+1.0MPa未満である。
評価D:アイソスタティック強度が、比較例1のアイソスタティック強度に対して、+0.5MPa未満である。
【0076】
[寸法精度(4点平均径)]
寸法精度の評価は、円柱状のハニカム構造体の4点平均径を測定し、以下の評価基準1に基づいて評価を行った。4点平均径の測定は、まず、ハニカム構造体のセルの延びる方向に直交する断面において、ハニカム構造体の外周における1つの点から45°間隔で、計4点の直径をノギスで測定する。次に、測定した4点の直径の平均値を求め、求められた平均値を、ハニカム構造体の4点平均径(mm)とする。なお、下記評価基準における「狙いの直径」とは、各実施例のハニカム構造体を作製する際の「目標とする直径」のことを意味する。
(評価基準1)
評価A:4点平均径が、狙いの直径に対して、±0.5mm以内である。
評価B:4点平均径が、狙いの直径に対して、±1.0mm以内である。
評価C:4点平均径が、狙いの直径に対して、±1.5mm以内である。
評価D:4点平均径が、狙いの直径に対して、±2.0mmを超える。
【0077】
[圧力損失]
7.0Lのトラック用ディーゼルエンジンを搭載した乗用車の排気系に、ハニカム構造体を装着した。この乗用車を使用し、シャシダイナモ(Chassis dynamometer)による車両試験として、フルロードステップアップ(Full road step−up)時の圧力損失を測定した。具体的には、エンジン回転数を2500rpmまで、5分/ステップで500rpmずつ上昇させ、各ステップでの圧力損失を測定した。比較例1のハニカム構造体の圧力損失を、圧力損失評価の基準値とした。各実施例及び比較例の圧力損失の値と、基準値である比較例1の圧力損失の値を比較し、以下の評価基準1により、圧力損失評価を行った。なお、評価にあたっては、エンジン回転数2500rpm時の圧力損失を用いた。
(評価基準1)
評価A:圧力損失が、比較例1の圧力損失に対して、+5%未満である。
評価B:圧力損失が、比較例1の圧力損失に対して、+10%未満である。
評価C:圧力損失が、比較例1の圧力損失に対して、+15%未満である。
評価D:圧力損失が、比較例1の圧力損失に対して、+15%以上である。
【0078】
[耐熱衝撃性]
社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるJASO規格のM505−87に規定されている方法に基づいて、電気炉スポーリング試験による耐熱衝撃性の評価を行った。具体的には、まず、室温より所定温度高い温度に保った電気炉に、室温のハニカム構造体を入れた。この状態で20分間保持した後、ハニカム構造体を取り出し、耐火レンガ上に載置した。この状態で15分間以上自然放置した後、室温になるまでハニカム構造体を冷却し、そのハニカム構造体にクラック等の破壊が生じているかを調べた。この操作を、ハニカム構造体にクラック等の破壊が生じるまで繰り返した。なお、電気炉内温度は、上記の操作を繰り返す度に、25℃ずつ上昇させていった。ハニカム構造体にクラック等の破壊が生じていることが確認された操作の1回前の操作における電気炉内温度を、ハニカム構造体の安全温度とした。以下の評価基準1により、耐熱衝撃性の評価を行った。
(評価基準1)
評価A:安全温度が、650℃以上である。
評価B:安全温度が、550℃以上、650℃未満である。
評価C:安全温度が、450℃以上、550℃未満である。
評価D:安全温度が、450℃未満である。
【0079】
(実施例2〜10)
ハニカム構造体の各構成を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2〜10のハニカム構造体を製造した。実施例2〜10のハニカム構造体について、実施例1と同様の方法で、各評価を行った。結果を、表2に示す。
【0080】
(比較例1〜9)
ハニカム構造体の各構成を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1〜9のハニカム構造体を製造した。なお、比較例1のハニカム構造体は、ハニカム構造部の第一外周壁を全て研削加工によって取り除き、第一外周壁を全て取り除いたハニカム構造部の外周に、第二外周壁を配設することによってハニカム構造体を作製した。比較例1〜9のハニカム構造体について、実施例1と同様の方法で、各評価を行った。結果を、表2に示す。
【0081】
(実施例11〜20)
ハニカム構造体の各構成を、表3に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、実施例11〜20のハニカム構造体を製造した。なお、実施例11〜20のハニカム構造体は、端面の直径が266.7mmで、セルの延びる方向の長さが152.4mmの円柱状のものとした。実施例11〜20のハニカム構造体について、実施例1と同様の方法で、各評価を行った。ただし、各評価については、それぞれの評価基準を、下記評価基準2に変更した。即ち、「アイソスタティック強度」、及び「圧力損失」の評価において、評価基準2に示すように、基準となるハニカム構造体を、比較例10のハニカム構造体に変更した。また、「寸法精度」、及び「耐熱衝撃性」の評価については、評価基準の値を、以下の評価基準2ように変更した。結果を、表4に示す。
【0082】
(比較例10〜18)
ハニカム構造体の各構成を、表3に示すように変更した以外は、実施例11と同様の方法で、比較例10〜18のハニカム構造体を製造した。なお、比較例10のハニカム構造体は、ハニカム構造部の第一外周壁を全て研削加工によって取り除き、第一外周壁を全て取り除いたハニカム構造部の外周に、第二外周壁を配設することによってハニカム構造体を作製した。比較例10〜18のハニカム構造体について、実施例11と同様の方法で、各評価を行った。結果を、表4に示す。
【0083】
【表3】
【0084】
【表4】
【0085】
[アイソスタティック強度]
(評価基準2)
評価A:アイソスタティック強度が、比較例10のアイソスタティック強度に対して、+1.5MPa以上である。
評価B:アイソスタティック強度が、比較例10のアイソスタティック強度に対して、+1.0MPa以上、+1.5MPa未満である。
評価C:アイソスタティック強度が、比較例10のアイソスタティック強度に対して、+0.5MPa以上、+1.0MPa未満である。
評価D:アイソスタティック強度が、比較例10のアイソスタティック強度に対して、+0.5MPa未満である。
【0086】
[寸法精度(4点平均径)]
(評価基準2)
評価A:4点平均径が、狙いの直径に対して、±0.5mm以内である。
評価B:4点平均径が、狙いの直径に対して、±1.5mm以内である。
評価C:4点平均径が、狙いの直径に対して、±2.0mm以内である。
評価D:4点平均径が、狙いの直径に対して、±2.5mmを超える。
【0087】
[圧力損失]
(評価基準2)
評価A:圧力損失が、比較例10の圧力損失に対して、+5%未満である。
評価B:圧力損失が、比較例10の圧力損失に対して、+10%未満である。
評価C:圧力損失が、比較例10の圧力損失に対して、+15%未満である。
評価D:圧力損失が、比較例10の圧力損失に対して、+15%以上である。
【0088】
[耐熱衝撃性]
(評価基準2)
評価A:安全温度が、600℃以上である。
評価B:安全温度が、500℃以上、600℃未満である。
評価C:安全温度が、400℃以上、500℃未満である。
評価D:安全温度が、400℃未満である。
【0089】
(実施例21〜24)
ハニカム構造体の各構成を、表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、実施例21〜24のハニカム構造体を製造した。なお、実施例21〜24のハニカム構造体は、端面の直径が177.8mmで、セルの延びる方向の長さが152.4mmの円柱状のものとした。実施例21〜24のハニカム構造体について、実施例1と同様の方法で、各評価を行った。ただし、各評価については、それぞれの評価基準を、上記「評価基準1」に対して、基準となるハニカム構造体を、以下のように変更した。それ以外は、上記「評価基準1」に基づき評価を行った。結果を、表6に示す。
実施例21について、基準となるハニカム構造体を、比較例19とした。
実施例22について、基準となるハニカム構造体を、比較例20とした。
実施例23について、基準となるハニカム構造体を、比較例21とした。
実施例24について、基準となるハニカム構造体を、比較例22とした。
【0090】
(比較例19〜22)
ハニカム構造体の各構成を、表5に示すように変更した以外は、実施例21と同様の方法で、比較例19〜22のハニカム構造体を製造した。なお、比較例19〜22のハニカム構造体は、ハニカム構造部の第一外周壁を全て研削加工によって取り除き、第一外周壁を全て取り除いたハニカム構造部の外周に、第二外周壁を配設することによってハニカム構造体を作製した。比較例19〜22のハニカム構造体について、実施例21と同様の方法で、各評価を行った。結果を、表6に示す。
【0091】
【表5】
【0092】
【表6】
【0093】
(結果)
実施例1〜24のハニカム構造体は、全ての評価において、評価Aから評価Cの結果となった。評価Aから評価Cについては、ハニカム構造体として良好な特性を示すものであるといえる。
【0094】
一方、「AB」の値が0.4となる、比較例2,3,11,12のハニカム構造体は、「アイソスタティック強度」及び「寸法精度」の評価において、不合格となる評価Dの結果となった。また、「AB」の値が9.2となる、比較例8,9,17,18のハニカム構造体は、「圧力損失」の評価において、不合格となる評価Dの結果となった。
【0095】
また、「外周壁の最大厚さX1[mm]」の値が、3.1mmとなる、比較例4,13のハニカム構造体は、「耐熱衝撃性」の評価において、不合格となる評価Dの結果となった。また、「外周壁の最大厚さX1[mm]」の値が、1.1mmとなる、比較例6,15のハニカム構造体は、「寸法精度」の評価において、不合格となる評価Dの結果となった。
【0096】
また、「最大厚さX1と最小厚さX2との差Y[mm]」の値が、1.6mmとなる、比較例5,14のハニカム構造体は、「耐熱衝撃性」の評価において、不合格となる評価Dの結果となった。また、「最大厚さX1と最小厚さX2との差Y[mm]」の値が、0.1mmとなる、比較例7,16のハニカム構造体は、「寸法精度」の評価において、不合格となる評価Dの結果となった。
【0097】
また、ハニカム構造体のセル密度を変更した実施例21及び比較例19についても、実施例21のハニカム構造体は、比較例19のハニカム構造体に対して、アイソスタティック強度及び圧力損失の改善が図られていることが分かる。同様に、実施例22及び比較例20についても、実施例22のハニカム構造体は、比較例20のハニカム構造体に対して、アイソスタティック強度及び圧力損失の改善が図られていることが分かる。
【0098】
また、ハニカム構造体の隔壁の厚さを変更した実施例23及び比較例21についても、実施例23のハニカム構造体は、比較例21のハニカム構造体に対して、アイソスタティック強度及び圧力損失の改善が図られていることが分かる。同様に、実施例24及び比較例22についても、実施例24のハニカム構造体は、比較例22のハニカム構造体に対して、アイソスタティック強度及び圧力損失の改善が図られていることが分かる。