(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛微粒子を捕集するセラミックハニカム構成体において、平板状のセラミックシートと、複数の平行線の位置で屈曲させて凸平坦部と凹平坦部を各々複数個設けたセラミックシートとを交互に積層し、積層された複数の平板状のセラミックシートが互いに平行であって、前記凸平坦部と前記凹平坦部を前記平板状のセラミックシートに接合部にて接合して前記平行線方向に連なるハニカム状セルを形成し、前記平行線方向と垂直な断面における前記接合部の長さの平均値をＬｔ、前記セル高さの平均値をＬｈとした時に、０．５≦Ｌｔ／Ｌｈ＜３であり、前記セルの断面形状が矩形状または台形状であることを特徴とするセラミックハニカム構成体。
【請求項２】
前記平行線方向と垂直な断面における前記接合部の各々の長さが
等しいことを特徴とする請求項１に記載のセラミックハニカム構成体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス処理装置等に用いられるセラミックハニカム構成体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図である。
図５において１は平板状のセラミックシート、２は波形のセラミックシートで、セラミックシート１とセラミックシート２は交互に積層されている。セラミックシート１とセラミックシート２は接触部分３で接触しており、しかもその接触部分３で互いに接合材によって接合されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成では、捕集された黒鉛微粒子を取り除くために、熱処理を施す際に、セラミックシート１とセラミックシート２の間で剥離現象が発生し、機械的強度が弱くなるという問題点があった。機械的強度の低下は、耐久性の劣化にもつながる。
【０００４】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、熱処理を施しても機械的強度が小さくなることはなく、耐久性を向上させる事ができるセラミックハニカム構成体を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のセラミックハニカム構成体は、黒鉛微粒子を捕集するセラミックハニカム構成体において、平板状のセラミックシートと、複数の平行線の位置で屈曲させて凸平坦部と凹平坦部を各々複数個設けたセラミックシートとを交互に積層し、積層された複数の平板状のセラミックシートが互いに平行であって、前記凸平坦部と前記凹平坦部を前記平板状のセラミックシートに接合部にて接合して前記平行線方向に連なるハニカム状セルを形成し、前記平行線方向と垂直な断面における前記接合部の長さの平均値をＬｔ、前記セル高さの平均値をＬｈとした時に、０．５≦Ｌｔ／Ｌｈ＜３とし、前記セルの断面形状を矩形状または台形状にしたものである。
【０００６】
この構成により、セラミックハニカム構成体の接合部の長さとセル高さの比を最適にすることでき、また、セラミックシート間の接合面積を大きくすることができる。
【０００７】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例におけるセラミックハニカム構成体を示す平面図であり、図２はその部分拡大図である。
図１及び図２において、４は平板状のセラミックシート、５は矩形状を繰り返しているセラミックシートで、セラミックシート４とセラミックシート５は交互に積層され、接合材によって互いに接合されている。５ａは外周補強セラミック材である。
【０００８】
図３は本発明の第２実施例におけるセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図であり、図３において、６は平板状のセラミックシート、７は台形状を繰り返しているセラミックシートで、セラミックシート６とセラミックシート７は交互に積層され、接合材によって互いに接合されている。図４は本発明の第１参考例におけるセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図であり、８は平板状のセラミックシート、９はサインカーブの頂点部を平坦化した形状を繰り返したセラミックシートで、セラミックシート８とセラミックシート９は交互に積層され、接合材によって互いに接合されている。
【０００９】
以上の様に構成されたセラミックハニカム構成体は、波型のセラミックシート（例えばセラミックシート５，７，９）と平板状のセラミックシート（例えばセラミックシート４，６，８）の接合面積が従来のセラミックハニカム構成体と異なっている。すなわち、図５に示す様に従来の構成であれば、セラミックシート１とセラミックシート２の接触部分３は線接触であるのに対して、本実施例の接触部分は面接触になっている。従って本実施例の方が接合面積が大きくなる、すなわち接合に関与する接合材が多くなるので、機械的強度が大幅に向上する。接合に関与する接合材が多くなることは、走査型電子顕微鏡で観察した。
【００１０】
この様に機械的強度が向上することは、引張試験による破壊状態を観察する事によってわかる。引張試験を本実施例及び従来例それぞれに行なうと、その破壊状態が異なっている。すなわち、従来例では、各セラミックシート間の接合が剥離して破壊しているのに対して、本実施例では、セラミックシート自体が崩れる事によって破壊が生じている事がわかった。従って、本実施例は、非常に引張強度が強く、機械的強度が大きい事がわかった。
【００１１】
従来例では、セラミックハニカム構成に熱処理を加えると、その熱応力によって、各セラミックシート間が剥離し、機械的強度が弱くなってしまうが、本実施例では、セラミックシート間の接合面積を大きくする構成としたので、各セラミックシートの接合部に熱応力が加わっても、剥離することはなく機械的強度は弱くなることはない。
【００１２】
以下本実施例の特性について、具体例を挙げながら説明する。
まずサンプルの作製について説明する。
セラミックシートは、ある一定量のセリサイト系粘土とアルミノシリケートファイバとパルプを分散させたものを凝集剤によって凝集させ、その凝集物を長網式抄紙機で抄造して作製した。次にこの様に作製されたセラミックシートの一部に繰り返し形状を形成する。矩形状及び台形状の波型のセラミックシートを作製する場合には、矩形状または台形状の溝を有する２つのギア間にセラミックシートを通す。この様に作製された波型のセラミックシートと平板状セラミックシートを積層する。積層する際には、各セラミックシートに接合材（セリサイト系粘土等）を塗布する。次に、この様に構成された積層体を焼成する。この時の焼成条件は、最高温度は１４００℃、保持時間は２時間とした。焼成後、セラミックシートはムライトとガラスになり、接合材も同様の材料になる。更に接合材は焼成中に各セラミックシートの隙間に入り込んで反応焼成する。またサインカーブの頂点部が平坦化した波型のセラミックハニカム構成体を構成する場合には、まず従来と同じようにセラミックシートにサインカーブの繰り返し形状を形成し、平板状のセラミックシートとを交互に積層する。そして積層する際に荷重を加えながら積層していくと、サインカーブの頂点部はつぶれて平坦になる。あとの処理は前述のように処理することによってセラミックハニカム構成体を作製する。又同様の従来例のセラミックハニカム構成体も構成した。セラミックシートの材料、接合材等は本実施例と同じとした。更に以上の様に構成された本実施例では、焼成されたセラミックシートの熱膨張係数は３７．５×１０-7／Ｋ、焼成された接合材は３３．５×１０-7／Ｋであり、その差は４×１０-7／Ｋであった。またどのサンプルもセル高さは５ｍｍと一定にした。
【００１３】
この様に構成された各サンプルについて、以下耐熱衝撃性を調べた。
耐熱衝撃性を示すものとして耐熱衝撃温度差ΔＴを用いた。すなわちΔＴが大きければ大きいほど、耐熱衝撃性は良いことになる。ΔＴは下記式によって表わされる。
ΔＴ＝σ（１−ｖ）／（αＥ）
ここで、ｖはポアソン比、σは引張強度、αは熱膨張係数、Ｅはヤング率である。
【００１４】
ここで、セラミックシートはその形状によって、ほとんどｖとαはほとんど変化しない。従ってσとＥを測定することによって、ΔＴの大きさを測定する。ΔＴはσ／Ｅの値が大きければ必然的に大きくなる。従って各特性を測定した後にσ／Ｅを算出すればΔＴが大きくなっているかどうかがわかる。
（表１）〜（表４）には各サンプルの引張強度とヤング率を測定した結果をそれぞれ記載した。引張強度及びヤング率はセラミックシートを多層に重ねていく積層方向に沿って測定した。この方向で測定した理由は、熱処理の際に剥離現象は各セラミックシート間で生じるからである。
【００１５】
【表１】
0003645278.tif 000002
【００１６】
【表２】
0003645278.tif 000003
【００１７】
【表３】
0003645278.tif 000004
【００１８】
【表４】
0003645278.tif 000005
【００１９】
（表１）〜（表４）において、Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５はそれぞれ波型のセラミックシートの山部及び谷部にそれぞれに垂直な断面において、前記波型のセラミックシートと平板状のセラミックシートの一つの接合部の長さの平均であり、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６はそれぞれセルの高さである。
（表１）には第１実施例におけるセラミックハニカム構成体（図１及び図２）の引張強度及びヤング率を記載した。従来例である（表４）のＬ５／Ｌ６＝０．２の時のσ／Ｅに比べ、第１実施例のσ／Ｅはどれも大きくなっている。また第１実施例においてＬ１／Ｌ２＝０．３の場合は、引張試験による破壊状況を観察すると、セラミックシート自身が破壊されているとともに、セラミックシート間の接合部も破壊されている。またＬ１／Ｌ２が０．５以上の場合にはセラミックシート自身の破壊のみが観察された。従って、Ｌ１／Ｌ２は０．３以上、好ましくは０．５以上が良い。またＬ１／Ｌ２の上限については、実施可能な排ガスフィルタのセル寸法、黒鉛微粒子捕集量、再生時の異常燃焼等を考慮して３とした。
【００２０】
（表２）（表３）には第２実施例におけるセラミックハニカム構成体（図３）の引張強度及びヤング率を記載した。（表２）には図３中の角度Ｋを４５度としたときのＬ３／Ｌ４の変化に伴う引張強度及びヤング率を測定したデータを記載し、（表３）にはＬ３／Ｌ４＝１として、角度Ｋの変化に伴う引張強度及びヤング率を測定したデータを記載した。（表２）から判るようにＬ１／Ｌ２＝０．３の場合は、引張試験による破壊状況を観察すると、セラミックシート自身が破壊されているとともに、セラミックシート間の接合部も破壊されている。またＬ３／Ｌ４が０．５以上の場合にはセラミックシート自身の破壊のみが観察された。従って、Ｌ３／Ｌ４は０．３以上、好ましくは０．５以上が良い。またＬ３／Ｌ４の上限については、実施可能な排ガスフィルタのセル寸法、黒鉛微粒子捕集量、再生時の異常燃焼等を考慮して４とした。
【００２１】
また（表３）から判るように、角度Ｋが２０度では、波型のセラミックシート自体の破壊が容易に発生するために、引張強度が他の角度に比べて極端に小さくなっており、σ／Ｅが従来例とあまり変わらない。角度Ｋが３０度では接合面積増加による効果がでている。従って角度Ｋは３０度以上９０度未満（９０度は矩形状と同じ）が好ましい。この範囲の中でも特に４５度以上は好ましい。
【００２２】
（表４）は第１参考例におけるセラミックハニカム構成体（図４）の引張強度及びヤング率を記載した。（表４）において、Ｌ５／Ｌ６＝０．２は前述したように従来例（図５）の事である。（表４）から判るようにＬ５／Ｌ６＝０．３〜０．６の場合が好ましい。その範囲の中でも特に０．４〜０．５の範囲が好ましい。Ｌ５／Ｌ６が０．７以上の場合、波型のセラミックシート自身が極端に変形するので、結果的に引張強度を低下させる事になると考えられる。
【００２３】
以上の様に本実施例では、波型のセラミックシートと平板状のセラミックシートの接合面積を従来の接合面積よりも大きくすることが出来るので、熱処理を施しても機械的強度が小さくなることはなく、耐熱衝撃性を向上させることが出来る。従ってセラミックハニカム構成体の耐久性を向上させることが出来る。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のセラミックハニカム構成体によれば、接合部の長さと
セル高さの比を最適にすることによってセラミックシート間の積層方向に沿った引張強度を大きくすることができ、従って、熱応力がかかっても機械的強度が小さくならず、耐久性を向上させる事ができる。また、接合部の長さとセル高さの比を最適にすることによってセラミックハニカム構成体の製造が可能となり、黒鉛等の微粒子の捕集を効率良く行い、黒鉛等を燃焼するための再生操作時の異常燃焼を防ぐことができる。セラミックシート間の接合面積を大きくすることができるので、熱処理を施しても機械的強度が小さくならず、耐久性を向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例におけるセラミックハニカム構成体を示す平面図
【図２】  本発明の第１実施例におけるセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図
【図３】  本発明の第２実施例におけるセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図
【図４】  本発明の第１参考例におけるセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図
【図５】  従来のセラミックハニカム構成体を示す部分拡大図
【符号の説明】
４，５，６，７，８，９ セラミックシート
【図１】
0003645278.tif 000006
【図２】
0003645278.tif 000007
【図３】
0003645278.tif 000008
【図４】
0003645278.tif 000009
【図５】
0003645278.tif 000010