DE102014008269A1

DE102014008269A1 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102014008269A1
Application number: DE201410008269
Authority: DE
Inventors: Hajime Tanaka; Hidetoshi YANASE; Tomokatsu AOYAMA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2034-06-07
Also published as: JP2015016465A; JP6059181B2; DE102014008269B4

Abstract

Offenbart wird eine Wabenstruktur, in der nicht leicht ein Ringriss erzeugt wird. Eine Wabenstruktur 100 umfasst ein Wabensubstrat 4 und einen gewölbten Abschnitt 10, der eine Ringform aufweist und durchgängig oder unterbrochen in einer Ringform zumindest einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4 umgibt, wobei ein Teil der Fläche des gewölbten Abschnitts 10 ein ebener Abschnitt 15 ist, der eine ebene Fläche parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist, der ebene Abschnitt 15 ein oder mehrere Spannungsentlastungsabschnitte 17 aufweist, die Spalten mit jeweils einem offenen Ende in der Oberfläche sind, und die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 3% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats 4 beträgt.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf der JP-2013-123242 , eingereicht am 11. Juni 2013, und JP-2014-115123 , eingereicht am 03. Juni 2014 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur. Genauer gesagt, bezieht sie sich auf eine Wabenstruktur, in der nicht so leicht ein Ringriss erzeugt wird.
Hintergrundtechnik
Bisher wurde eine Abgas-Reinigungsvorrichtung, umfassend einen Dieselpartikelfilter (DPF), einen Katalysatorkörper oder dergleichen, in einer Abgasanlage für ein Abgas montiert. Der DPF ist ein Filter zum Sammeln von Feststoffteilchen (PM), die hauptsächlich aus Ruß bestehen. Der Katalysatorkörper reinigt schädliche Substanzen wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NO_x), die in dem Abgas enthalten sind. Überdies wurde eine Wabenstruktur als ein Katalysatorträger, der den Katalysatorkörper bildet, oder der DPF verwendet.
Eine Ursache für ein Versagen der Abgas-Reinigungsvorrichtung ist beispielsweise die Erzeugung eines Risses in Ringform in der Wabenstruktur. Ein solcher Riss, wie er in der Wabenstruktur erzeugt wird, wird als „Ringriss” bezeichnet. Wie in 7 gezeigt, ist dieser Ringriss ein Riss (Ringriss 50), der im Wesentlichen senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 in einer Wabenstruktur 200 ausgebildet ist. Überdies ist der Ringriss 50 so ausgebildet, dass er in einer Umfangsrichtung im Außenumfang der Wabenstruktur verläuft. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem der Ringriss an einer herkömmlichen Wabenstruktur erzeugt wurde.
Es wird angenommen, dass der allgemeine Faktor für diesen Ringriss die Erzeugung einer Zugspannung über die gesamte Längenrichtung (Zellenverlaufsrichtung) der Wabenstruktur ist. Die Zugspannung ist eine Spannung, die durch eine Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des keramischen Materials, das die Wabenstruktur bildet, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metallgehäusekörpers, der die Wabenstruktur beherbergt, auftritt. Diese Zugspannung wird erzeugt, wenn die Wabenstruktur in einer Umgebung platziert wird, in der Erwärmen und Abkühlen wiederholt werden. Die Zugspannung wird sich tendenziell erhöhen, wenn sich das Verhältnis (A/B) erhöht, wobei A die Länge (Gesamtlänge (A)) der Wabenstruktur in der Zellenverlaufsrichtung ist und B der Durchmesser (Außendurchmesser (B)) der Wabenstruktur im Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung ist. Das heißt, je größer A/B, umso leichter wird der Ringriss erzeugt. Hier ist die Gesamtlänge (A) „die Länge in der Zellenverlaufsrichtung” der Wabenstruktur. Ferner ist der Außendurchmesser (B) der Durchmesser „im Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung” der Wabenstruktur.
So ist als ein Verfahren zur Hemmung der Erzeugung des Ringrisses ein Verfahren bekannt, bei dem zur Senkung von A/B der Außendurchmesser erhöht wird. Überdies wurde eine Wabenstruktur vorgeschlagen, bei der A/B in einem vorbestimmten Bereich liegt (siehe z. B. Patentdokument 1).
[Patentdokument 1] JP-A-H09-299811
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wird ihr Außendurchmesser erhöht, erhöht sich jedoch auch der Schwierigkeitsgrad bei der Herstellung der Wabenstruktur. Wenn die Wabenstruktur ferner als ein Katalysatorträger verwendet wird, erhöht sich mit immer größer werdendem Außendurchmesser auch die zu ladende Menge an Edelmetall. Überdies vergrößert sich auch die gesamte Abgas-Reinigungsvorrichtung, wenn der Außendurchmesser der Wabenstruktur größer wird. Wird die Wabenstruktur in einem Auto montiert, ist der Raum für die Montage beschränkt, wie beispielsweise auf einen Raum, der am nächsten am Motor liegt, oder einen Raum an der Unterseite der Karosserie. Daher gibt es eine Einschränkung in Bezug auf die Erhöhung des Außendurchmessers der Wabenstruktur.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme entwickelt. In der vorliegenden Erfindung wird eine Wabenstruktur bereitgestellt, in der nicht so leicht ein Ringriss erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine wie nachstehend beschriebene Wabenstruktur bereitgestellt.

[1] Eine Wabenstruktur, umfassend ein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer ersten Endfläche als eine Endfläche zu einer zweiten Endfläche als die andere Endfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden, und einen gewölbten Abschnitt, der durchgängig oder unterbrochen in Ringform zumindest einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats umgibt, wobei der gewölbte Abschnitt so angeordnet ist, dass er nach außen vom Außenumfang des Wabensubstrats absteht und einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats bedeckt, die Form von mindestens einem Ende des gewölbten Abschnitts eine konische Form mit einer konischen Fläche ist, die eine zu einem Verbindungsabschnitt am Außenumfang geneigte Fläche ist und im Querschnitt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen die maximale Dicke des gewölbten Abschnitts 1 bis 20 mm beträgt und im Querschnitt parallel zur Zellenverlaufsrichtung die Breite des gewölbten Abschnitts 1% oder mehr der Gesamtlänge des Wabensubstrats beträgt und der Neigungswinkel, der ein zwischen der konischen Fläche und der Zellenverlaufsrichtung erzeugter Winkel ist, 80 Grad oder weniger beträgt, ein Teil der Fläche des gewölbten Abschnitts ein ebener Abschnitt ist, der eine ebene Fläche parallel zur Zellenverlaufsrichtung ist, der ebene Abschnitt ein oder mehrere Spannungsentlastungsabschnitte aufweist, die Spalten mit jeweils einem offenen Ende in der Oberfläche sind, und die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 3% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats beträgt.
[2] Die Wabenstruktur gemäß [1] oben, wobei die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 10% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats beträgt.
[3] Die Wabenstruktur gemäß [1] oder [2] oben, wobei die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte, in denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 μm oder mehr beträgt, 50% oder mehr der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte beträgt.
[4] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [3] oben, wobei im Querschnitt parallel zur Zellenverlaufsrichtung die Breite des gewölbten Abschnitts 1 bis 80% der Gesamtlänge des Wabensubstrats beträgt und der Neigungswinkel 10 bis 80 Grad beträgt.
[5] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [4] oben, wobei das Wabensubstrat aus mindestens einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Mullit, Aluminiumtitanat und Aluminiumoxid, gefertigt ist.
[6] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [5] oben, ferner umfassend: Verschlussabschnitte, die ein offenes Ende auf der Seite der ersten Endfläche einer ersten Zelle als jede der vorbestimmten Zellen der mehreren Zellen und ein offenes Ende auf der Seite der zweiten Endfläche einer zweiten Zelle als jede der übrigen Zellen der mehreren Zellen verschließen.

Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst den obigen „gewölbten Abschnitt”, und daher wird nicht so leicht ein Ringriss erzeugt. Ferner werden bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung nicht so leicht Defekte wie Splitter in dem obigen „gewölbten Abschnitt” erzeugt, selbst wenn eine externe Kraft während der Beförderung oder dergleichen auf den obigen „gewölbten Abschnitt” ausgeübt wird. Ferner weist die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung „die Spannungsentlastungsabschnitte” auf, und die Wabenstruktur verfügt daher über einen hervorragenden Hitzeschockwiderstand.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Wabenstruktur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Draufsicht der in 1 gezeigten Wabenstruktur, betrachtet von der Seite einer ersten Endfläche;
4 ist eine Draufsicht, die schematisch zeigt, dass mehrere der in 1 gezeigten Wabenstrukturen in einem vorhandenen Verpackungsbehälter gelagert werden;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine weitere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen einer Wabenstruktur einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch zeigt, dass ein Ringriss in einer herkömmlichen Wabenstruktur erzeugt wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und es können Veränderungen, Modifikationen oder Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur:
Wie in 1 bis 3 gezeigt, umfasst eine Wabenstruktur 100a einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Wabensubstrat 4 und einen gewölbten Abschnitt 10. Das Wabensubstrat 4 weist poröse Trennwände 1 auf, die mehrere Zellen 2 definieren, die von einer ersten Endfläche 3 als eine Endfläche zu einer zweiten Endfläche 5 als die andere Endfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden. Der gewölbte Abschnitt 10 umgibt durchgängig oder unterbrochen in Ringform zumindest einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4. Ferner ist der gewölbte Abschnitt 10 so angeordnet, dass er nach außen vom Außenumfang des Wabensubstrats 4 absteht und einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4 bedeckt. Die Form mindestens eines Endes des gewölbten Abschnitts 10 ist eine konische Form mit einer konischen Fläche 11, die eine zu einem Verbindungsabschnitt 13 am Außenumfang geneigte Fläche ist. In einem Querschnitt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen (nachstehend einfach als „Z-Richtung” bezeichnet) „beträgt die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts 10” 1 bis 20 mm. In einem Querschnitt parallel zur Z-Richtung beträgt die „Breite L des gewölbten Abschnitts 10” 1% oder mehr der Gesamtlänge des Wabensubstrats 4, und „der Neigungswinkel”, der ein zwischen der konischen Fläche 11 und der Z-Richtung erzeugter Winkel ist, beträgt 80 Grad oder weniger. Ein Teil der Fläche des gewölbten Abschnitts 10 ist ein ebener Abschnitt 15, der eine ebene Fläche parallel zur Z-Richtung ist. Der ebene Abschnitt 15 weist ein oder mehrere Spannungsentlastungsabschnitte 17 auf, die Spalten sind, die jeweils ein offenes Ende 18 in der Oberfläche aufweisen. Ferner beträgt die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 3% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats 4. Es versteht sich, dass 1 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch die Wabenstruktur 100a der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine schematische Ansicht, die den Querschnitt parallel zur Z-Richtung der Wabenstruktur 100a der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist eine Draufsicht der Wabenstruktur 100a der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der ersten Endfläche.
Hier ist „die konische Form” eine Form, bei der sich der Außendurchmesser einer Ringform zur Spitze hin verringert. Ferner kann angenommen werden, dass „die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts” „der Abstand zwischen ,einer Linie parallel zum Außenumfang des Wabensubstrats, das so angeordnet ist, dass es mit dem Außenumfang (nicht wie bei einem konischen Abschnitt) des gewölbten Abschnitts in Kontakt kommt' und ,dem Außenumfang des Wabensubstrats' im Querschnitt parallel zur Z-Richtung der Wabenstruktur ist”. Wenn ferner die Außenumfangs-Hüllschicht auf einer Außenumfangsfläche des Wabensubstrats 4 angeordnet wird, ist „die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts” die Dicke von der Fläche der Außenumfangs-Hüllschicht, wie in 2 und 3 gezeigt.
Der gewölbte Abschnitt 10 ist so angeordnet, dass er „nach außen vom Außenumfang des Wabensubstrats 4 absteht und einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4” bedeckt. Das heißt, der Außendurchmesser eines Teils der Wabenstruktur 100a ist groß. So wird in der Wabenstruktur 100a die Beständigkeit gegenüber einer Zugspannung verbessert. Im Ergebnis wird in der Wabenstruktur 100a nicht so leicht ein Ringriss erzeugt, selbst wenn Zugspannung erzeugt wird.
Ferner weist in der Wabenstruktur 100a der gewölbte Abschnitt 10 „eine Ringform auf, die durchgängig oder unterbrochen zumindest einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4 umgibt”. So wird in der Wabenstruktur 100a die Beständigkeit gegenüber der Zugspannung verbessert. Der Grund hierfür ist, dass „zumindest ein Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4 durchgängig und unterbrochen umgeben ist”, wobei die Zugspannung gleichmäßig ausgeübt wird. Folglich wird der Ringriss nicht so leicht erzeugt, selbst wenn Zugspannung in der Wabenstruktur 100a erzeugt wird.
In der vorliegenden Beschreibung ist „die Umfangslänge des Wabensubstrats 4” die Umfangslänge des Wabensubstrats 4 in einem Querschnitt vertikal zur Z-Richtung.
„Die Spannungsentlastungsabschnitte 17” sind Spalten, die jeweils das offene Ende (offenes Ende des Spannungsentlastungsabschnitts 17) 18 in den ebenen Abschnitten 15 des gewölbten Abschnittes 10 aufweisen. Die Spannungsentlastungsabschnitte 17 liegen in den ebenen Abschnitten 15 des gewölbten Abschnitts 10 vor, so dass die Zugspannung entspannt werden kann und der Ringriss nicht leicht erzeugt wird. Genauer gesagt, beträgt die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 3% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats 4, wodurch von den Spannungsentlastungsabschnitten 17 eine den Ringriss hemmende Funktion entwickelt werden kann.
Für „die Tiefe des Spalts” in jedem der Spannungsentlastungsabschnitte 17 gibt es keine besondere Einschränkung. Wird der Außenumfang des gewölbten Abschnitts 10 von einer Außenumfangs-Hüllschicht 7 gebildet, hat „die Tiefe des Spalts” des Spannungsentlastungsabschnitts 17 bevorzugt ein derartiges Ausmaß, dass der Spalt in der Außenumfangs-Hüllschicht 7 bleibt, wie in 2 gezeigt. Bleibt „der Spalt” in der Außenumfangs-Hüllschicht 7, kann die Strukturfestigkeit des gewölbten Abschnitts 10 aufrechterhalten werden.
In der Wabenstruktur 100a beträgt die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 bevorzugt 10% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats 4. Beträgt die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 10% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats 4, kann die Zugspannung entspannt werden und kann der Ringriss nicht so leicht weiter erzeugt werden. Ferner beträgt die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 bevorzugt 15% oder mehr und speziell am stärksten bevorzugt 25 bis 90% der Umfangslänge des Wabensubstrats 4. Beträgt die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 bis zu 90% der Umfangslänge des Wabensubstrats 4, kann die Wirkung der Hemmung des Ringrisses ausreichend ausgeübt werden. Beträgt ferner die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17 90% oder weniger der Umfangslänge des Wabensubstrats 4, kann Herstellungszeit der Spannungsentlastungsabschnitte (z. B. die Trocknungszeit mit einem Industrietrockner) gespart werden.
In der Wabenstruktur 100a beträgt die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte 17, bei denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 μm oder mehr beträgt, bevorzugt 50% oder mehr der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17. Beträgt die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte 17, bei denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 μm oder mehr beträgt, 50% oder mehr der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17, kann die Zugspannung entspannt werden und kann der Ringriss weiter nicht so leicht erzeugt werden. Ferner beträgt die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte 17, bei denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 μm oder mehr beträgt, stärker bevorzugt 55% oder mehr und speziell am stärksten bevorzugt 65 bis 95% der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17. In der vorliegenden Beschreibung ist „die Breite des offenen Endes 18 des Spannungsentlastungsabschnitts 17” die Breite des Spalts, gemessen entlang einer Richtung vertikal zur Verlaufsrichtung des Spalts in der Fläche des Außenumfangs des Wabensubstrats 4. Beträgt die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte 17, bei denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 µm oder mehr beträgt, bis zu 95% der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17, kann die Wirkung der Hemmung des Ringrisses ausreichend ausgeübt werden. Beträgt ferner die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte 17, bei denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 µm oder mehr beträgt, 95% oder weniger der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 17, kann Herstellungszeit der Spannungsentlastungsabschnitte (z. B. die Trocknungszeit mit dem Industrietrockner) gespart werden.
Die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts 10 im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung beträgt 1 bis 20 mm, bevorzugt 3 bis 15 mm und besonders bevorzugt 5 bis 10 mm. Ist die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts 10 im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung kleiner als 1 mm, ist der gewölbte Abschnitt übermäßig dünn, und so wird der Ringriss in einem Ausmaß erzeugt, dass die Auffangfunktion eines DPF beeinträchtigt wird. Beträgt die Dicke über 20 mm, kann die Wabenstruktur nicht in einem eingeschränkten Montageraum in einem Auto oder dergleichen montiert werden.
Mindestens ein Ende des gewölbten Abschnitts 10 in der Z-Richtung ist konisch. Daher werden in dem gewölbten Abschnitt 10 nicht so leicht Defekte wie Splitter erzeugt, selbst wenn eine externe Kraft während der Beförderung oder dergleichen auf den gewölbten Abschnitt 10 ausgeübt wird.
Im Querschnitt parallel zur Z-Richtung der Wabenstruktur 100a beträgt „der Neigungswinkel”, welcher der zwischen der konischen Fläche 11 und der Z-Richtung erzeugte Winkel ist, 80 Grad oder weniger. Ist „der Neigungswinkel” größer als 80 Grad, wird ein Ende (der äußerste Umfangsabschnitt) des gewölbten Abschnitts manchmal splittern. „Der Neigungswinkel” beträgt bevorzugt 10 bis 80 Grad und besonders bevorzugt 20 bis 60 Grad. Ist „der Neigungswinkel” kleiner als 10 Grad, kommt es zu dem Nachteil, dass die Wabenstruktur 100a nicht in dem beschränkten Montageraum in einem Auto oder dergleichen montiert werden kann. Es ist anzumerken, dass „der Neigungswinkel” ein spitzer Winkel α von den zwischen der konischen Fläche 11 und der Z-Richtung erzeugten Winkeln ist (siehe 2). „Die konische Fläche 11” ist eine konische Endfläche des gewölbten Abschnitts 10.
Die Breite L des gewölbten Abschnitts 10 beträgt 1% oder mehr, bevorzugt 1 bis 80% und besonders bevorzugt 5 bis 20% der Länge der Wabenstruktur 100a in der Z-Richtung (Gesamtlänge des Wabensubstrats 4). Liegt die Breite L des gewölbten Abschnitts 10 in dem obigen Bereich, kann die Wabenstruktur in geeigneter Weise in dem beschränkten Montageraum in einem Auto oder dergleichen montiert werden. Ferner ist der gewölbte Abschnitt 10 nicht übermäßig groß, und daher kann die Wabenstruktur 100a leichter gemacht werden. Ist die Breite L des gewölbten Abschnitts 10 kleiner als 1%, besteht die Gefahr, dass der Ringriss nicht in geeigneter Weise verhindert werden kann. Beträgt die Breite L des gewölbten Abschnitts 10 ferner mehr als 80%, vergrößert sich die Wabenstruktur 100a, wodurch die Gefahr besteht, dass die Wabenstruktur 100a nicht in dem beschränkten Montageraum in einem Auto oder dergleichen montiert werden kann. „Die Breite L des gewölbten Abschnitts 10” ist die Länge des gewölbten Abschnitts in der Z-Richtung. Das heißt, „die Breite L des gewölbten Abschnitts 10” ist der Abstand zwischen den beiden Spitzen der beiden konischen Enden.
Für die Anordnungsposition des gewölbten Abschnitts 10 gibt es keine besondere Einschränkung, so lange der gewölbte Abschnitt so angeordnet wird, dass er einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats 4 bedeckt. Das heißt, der gewölbte Abschnitt kann in einem mittigen Abschnitt oder einem Endabschnitt des Wabensubstrats 4 angeordnet werden, so lange die Erzeugung des Ringrisses verhindert werden kann. Der mittige Abschnitt des Wabensubstrats 4 ist der mittige Abschnitt des Wabensubstrats 4 in der Z-Richtung. Werden leicht Risse in dem mittigen Abschnitt des Wabensubstrats 4 erzeugt, wird der gewölbte Abschnitt 10 bevorzugt im mittigen Abschnitt des Wabensubstrats 4 angeordnet. Wird „der gewölbte Abschnitt 10 im mittigen Abschnitt des Wabensubstrats 4 angeordnet”, bedeutet dies, dass „der gewölbte Abschnitt 10 so angeordnet wird, dass zumindest ein Teil des gewölbten Abschnitts die Mitte des Wabensubstrats 4 in der Z-Richtung (die Mitte des Wabensubstrats 4) bedeckt”. Das heißt, wenn „der gewölbte Abschnitt 10 im mittigen Abschnitt des Wabensubstrats 4 angeordnet wird”, beinhaltet dies die folgenden beiden Fälle. Das heißt, dies beinhaltet sowohl den Fall, bei dem „die Mitte des gewölbten Abschnitts 10 in der Z-Richtung (die Mitte des gewölbten Abschnitts 10)” die Mitte des Wabensubstrats 4 überlagert (die Mitte bedeckt), als auch den Fall, bei dem ein anderer Abschnitt des gewölbten Abschnitts 10 als die Mitte des gewölbten Abschnitts die Mitte des Wabensubstrats 4 überlagert (die Mitte bedeckt). Es ist anzumerken, dass in der Wabenstruktur 100a der Riss (der Ringriss) leicht in der Mitte des Wabensubstrats 4 erzeugt wird, wenn das Verhältnis (A/B) zwischen der Gesamtlänge (A) und dem Außendurchmesser (B) steigt.
In der Wabenstruktur 100a wird leicht ein Riss (ein Endflächenriss) in der Endfläche des Wabensubstrats 4 erzeugt, wenn das Verhältnis (A/B) zwischen der Gesamtlänge (A) und dem Außendurchmesser (B) sinkt. Genauer gesagt, wird der Endflächenriss leicht in der Endfläche auf der Abgas-Auslassseite erzeugt. Wie oben beschrieben, wird, wenn der Riss leicht in der Endfläche des Wabensubstrats 4 erzeugt wird, der gewölbte Abschnitt 10 bevorzugt im Endabschnitt des Wabensubstrats 4 mit der Endfläche, in der leicht der Riss erzeugt wird, angeordnet.
Die Anzahl der gewölbten Abschnitte 10 ist nicht auf einen beschränkt und kann mehrere betragen. Werden mehrere gewölbte Abschnitte 10 angeordnet, werden die gewölbten Abschnitte 10 bevorzugt in zumindest sowohl dem Endabschnitt der Abgas-Auslassseite als auch dem mittigen Abschnitt angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, weist der gewölbte Abschnitt 10 bevorzugt die porösen Trennwände 1 auf, die die mehreren Zellen 2 parallel zur Z-Richtung definieren. Werden die Zellen 2 in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildet, kann die Wabenstruktur 100a leichter gemacht werden, während gleichzeitig die Erzeugung des Ringrisses verhindert wird. Der gewölbte Abschnitt 10 ist bevorzugt integral mit dem Wabensubstrat 4 ausgebildet. In der Folge kann der gewölbte Abschnitt 10 fest mit dem Wabensubstrat 4 verbunden werden. Hier ist, wenn „der gewölbte Abschnitt 10 integral mit dem Wabensubstrat 4 ausgebildet ist”, folgendes gemeint. Das heißt, dies bedeutet, dass die Trennwand 1 des gewölbten Abschnitts 10 mit der Trennwand 1 des Wabensubstrats 4 so verbunden wird, dass zwischen der Trennwand 1, die den gewölbten Abschnitt 10 bildet, und der Trennwand 1, die das Wabensubstrat 4 bildet, keine Grenze vorhanden ist und die Materialien der jeweiligen Trennwände 1 durchgängig sind. Die Wabenstruktur 100a, in der „der gewölbte Abschnitt 10 und das Wabensubstrat 4 integral ausgebildet” sind, kann auf diese Weise durch Bilden eines wabenförmigen Körpers, „der einen Abschnitt umfasst, der zu dem gewölbten Abschnitt 10 wird, und einen Abschnitt, der das Wabensubstrat 4 wird” und dann Durchführen des Trocknens, Brennens und Verarbeitens und dergleichen erhalten werden. Es ist nicht notwendig, die Trennwände 1, die „die in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” definieren, mit einem Edelmetall zu beladen, das zu einem Katalysator wird. Das liegt daran, dass das Abgas nicht so leicht in „die in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” strömt. Ein Verfahren zum Beladen der Wabenstruktur 100a mit dem Katalysator ist bevorzugt ein Verfahren, in dem ein Endabschnitt der Wabenstruktur 100a in eine Schlemme für den Katalysator getaucht wird und der andere Endabschnitt die Schlemme für den Katalysator aufsaugt. Gemäß diesem Verfahren kann die Wabenstruktur 100a, bei der kein Katalysator auf „die in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” geladen wird, leicht hergestellt werden.
Die Wabenstruktur 100a umfasst bevorzugt die Außenumfangs-Hüllschicht 7, die aus einem Außenumfangsabdeckmaterial auf „einer Außenumfangsfläche, umfassend die Fläche des gewölbten Abschnitts 10”, des Wabensubstrats 4 gefertigt wird. Die Außenumfangs-Hüllschicht 7 ist so enthalten, dass ein Auslaufen der obigen Schlemme für den Katalysator verhindert werden kann, wenn die Schlemme für den Katalysator aufgesaugt wird. Wie ferner in 1 bis 3 gezeigt, ist die Außenumfangs-Hüllschicht 7 bevorzugt so ausgebildet, dass die offenen Enden „der in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” verschlossen werden. Wird die Außenumfangs-Hüllschicht 7 so ausgebildet, dass die offenen Enden „der in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” verschlossen werden, kann verhindert werden, dass das Abgas, das in „die in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” strömen konnte, aus den offenen Enden „der in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” entladen wird. Das heißt, es kann verhindert werden, dass das Abgas aus der Wabenstruktur 100a ausströmt. Wie oben beschrieben, wird kein Katalysator auf die Trennwände 1, die „die in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2 ” definieren, geladen. In diesem Fall wird, wenn die Außenumfangs-Hüllschicht 7 nicht wie oben beschrieben ausgebildet wird, das nicht ausreichend gereinigte Abgas entladen. Das heißt, beim Ausströmen des Abgases aus den offenen Enden „der in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” besteht die Gefahr, dass sich die Reinigungsleistung verschlechtert. Wenn daher die Außenumfangs-Hüllschicht 7 so ausgebildet wird, dass die offenen Enden „der in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildeten Zellen 2” verschlossen werden, kann eine Verschlechterung der Reinigungsleistung verhindert werden. Das Außenumfangsabdeckmaterial wird beispielsweise durch die Zugabe von Additiven wie einem organischen Bindemittel, einem Harzballon und einem Dispergiermittel zu einem anorganischen Rohmaterial wie anorganischen Fasern, kolloidalem Siliciumdioxid, Ton oder SiC-Partikeln und die Zugabe von Wasser dazu, gefolgt von Kneten erhalten.
Die Dicke der Außenumfangs-Hüllschicht 7 beträgt bevorzugt 1 bis 5000 µm und besonders bevorzugt 10 bis 3000 µm. Liegt die Dicke der Außenumfangs-Hüllschicht 7 in dem obigen Bereich, kann das Trocknen nach dem Aufbringen der Außenumfangs-Hüllschicht 7 in einem einheitlichen Zustand durchgeführt werden. So kann die Erzeugung „ungewollter Risse” in der Außenumfangs-Hüllschicht 7 nach der Trockenschwindung verhindert werden. Ist die Dicke der Außenumfangs-Hüllschicht 7 kleiner als 1 µm, besteht die Gefahr, dass die Schlemme für den Katalysator während des Ladens des Katalysators aus dem Wabensubstrat 4 ausläuft. Beträgt die Dicke der Außenumfangs-Hüllschicht 7 mehr als 5000 µm, ist das Verhältnis des Querschnitts eines Abschnitts, der keine Abgasreinigungsfunktion hat, groß, und deswegen verschlechtert sich manchmal die Reinigungsleistung. Ein Verfahren zur Bildung der Spalten der Spannungsentlastungsabschnitte 17 ist beispielsweise ein Verfahren der vorsätzlichen Erzeugung von Rissen in der Außenumfangs-Hüllschicht 7. Die hierin erwähnten „ungewollten Risse” sind Risse, die nicht den Spalten der Spannungsentlastungsabschnitte 17 entsprechen.
Ferner ist, wenn der gewölbte Abschnitt 10, bei dem ein Teil der Fläche eine ebene Form hat, enthalten ist, wie in der Wabenstruktur 100a, die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts 10 klein (die Dicke des ebenen Abschnitts 15 ist klein). So kann als Verpackungsbehälter zur Verwendung während des Transports der Wabenstruktur 100a ein kleiner Behälter verwendet werden.
In der Wabenstruktur 100a hat der gewölbte Abschnitt 10 bevorzugt eine einheitliche Form in einer Umfangsrichtung in anderen Abschnitten als Abschnitten, in denen die ebenen Abschnitte 15 ausgebildet sind. „Die einheitliche Form in der Umfangsrichtung” bedeutet, dass die Form eines Querschnitts senkrecht zur Umfangsrichtung in jedem Abschnitt dieselbe ist. Es ist anzumerken, dass in der Wabenstruktur 100a die anderen Abschnitte als die Abschnitt, in denen die ebenen Abschnitte 15 in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildet sind, nicht mit der einheitlichen Form in der Umfangsrichtung ausgebildet werden müssen.
In der Wabenstruktur, in der „ein Teil der Fläche des gewölbten Abschnitts 10 der ebene Abschnitt 15 ist”, wie in der in 1 gezeigten Wabenstruktur 100a, ist die Dicke des gewölbten Abschnitts 10 im ebenen Abschnitt 15 gering. Daher können, wie in 4 gezeigt, die Wabenstrukturen 100a in einem existierenden Verpackungsbehälter 20 gelagert werden, selbst wenn der Verpackungsbehälter nicht eine besonders große Größe für die Gegenwart ringförmiger gewölbter Abschnitte hat. Daher kann der existierende Verpackungsbehälter 20 verwendet werden. In 4 wurden die Trennwände der Wabenstrukturen 100a weggelassen. 4 ist eine Draufsicht, die schematisch zeigt, dass die mehreren Wabenstrukturen 100a in dem existierenden Verpackungsbehälter 20 gelagert werden.
In dem gewölbten Abschnitt 10 sind bevorzugt zwei ebene Abschnitte 15 parallel zueinander ausgebildet. Wie ferner in 3 gezeigt, sind bevorzugt zwei Paar ebener Abschnitte 15 parallel zueinander in dem gewölbten Abschnitt 10 ausgebildet, und ein Paar ebener Abschnitte 15 ist bevorzugt senkrecht zu dem anderen Paar ebener Abschnitte 15 ausgebildet. Sind die ebenen Abschnitte 15 derart ausgebildet, werden dünne Abschnitte (die ebenen Abschnitte 15) in dem gewölbten Abschnitt 10 gebildet, und so kann der Lagerraum im Vergleich zu einem Fall, wo die ebenen Abschnitte 15 nicht ausgebildet sind, klein sein. So kann die Wabenstruktur 100a selbst an einer Stelle, wo der Montageraum klein ist, wie in einem Auto oder dergleichen, in geeigneter Weise montiert werden.
Der Abstand (der kürzeste Abstand) T (siehe 3) zwischen dem ebenen Abschnitt 15 (der Fläche) und dem Außenumfang des Wabensubstrats 4 (ein Abschnitt, der mit dem gewölbten Abschnitt 10 abgedeckt ist) reicht bevorzugt von 1 bis 15 mm und besonders bevorzugt von 2,5 bis 10 mm. Liegt der Abstand T zwischen dem ebenen Abschnitt 15 und dem Außenumfang des Wabensubstrats 4 in dem obigen Bereich, kann die Erzeugung des Ringrisses verhindert werden. Ferner kann selbst an einer Stelle, wo der Montageraum klein ist, wie in einem Auto oder dergleichen, die Wabenstruktur 100a in geeigneter Weise montiert werden. Es kann angenommen werden, dass der Abstand T zwischen dem ebenen Abschnitt 15 (der Fläche) und dem Außenumfang des Wabensubstrats 4 die Dicke des dünnsten Abschnitts im ebenen Abschnitt 15 des gewölbten Abschnitts 10 ist. Es ist anzumerken, dass, wenn die Wabenstruktur 100a eine Außenumfangs-Hüllschicht 7 umfasst, der Abstand T ein Wert ist, der durch Subtrahieren der Dicke der Außenumfangs-Hüllschicht 7 vom Abstand (dem kürzesten Abstand) zwischen dem ebenen Abschnitt 15 (der Fläche) und dem Außenumfang des Wabensubstrats 4 erhalten wird.
In der Wabenstruktur 100a der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Material des Wabensubstrats 4 als eine Hauptkomponente bevorzugt mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Mullit, Aluminiumtitanat und Aluminiumoxid. Ferner wird das Material des Wabensubstrats 4 bevorzugt aus mindestens einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Mullit, Aluminiumtitanat und Aluminiumoxid, gebildet. Hier ist „die Hauptkomponente” eine Komponente, die mehr als 50 Masse-% des gesamten Materials ausmacht.
In der Wabenstruktur 100a der vorliegenden Ausführungsform beträgt der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 1 bevorzugt 5 bis 100 µm und besonders bevorzugt 8 bis 50 µm. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser kleiner als 5 µm, wird manchmal der Druckabfall groß. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser größer als 100 µm, wird manchmal die Festigkeit der Wabenstruktur 100a gering. Der durchschnittliche Porendurchmesser ist ein Wert, gemessen mit einem Quecksilber-Porosimeter.
In der Wabenstruktur 100a der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Porosität der Trennwände 1 bevorzugt 25 bis 80% und besonders bevorzugt 35 bis 75%. Ist die Porosität kleiner als 25%, wird manchmal der Druckabfall groß. Ist die Porosität größer als 80%, wird manchmal die Festigkeit der Wabenstruktur 100a gering. Die Porosität ist ein Wert, gemessen mit dem Quecksilber-Porosimeter.
Die Dicke der Trennwände 1 beträgt bevorzugt 40 bis 600 µm und besonders bevorzugt 150 bis 400 µm. Ist die Dicke geringer als 40 µm, wird manchmal die Festigkeit der Wabenstruktur 100a gering. Ist die Dicke größer als 600 µm, wird manchmal der Druckabfall groß.
In der Wabenstruktur 100a der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine besondere Einschränkung für die Form des Wabensubstrats 4. Die Form des Wabensubstrats 4 ist bevorzugt eine zylindrische Form, eine Röhrenform mit elliptischen Endflächen oder eine polygonale Röhrenform mit Endflächen, die jeweils eine polygonale Form haben, wie „eine quadratische, rechteckige, dreieckige, fünfeckige, sechseckige oder achteckige Form”. In der in 1 gezeigten Wabenstruktur 100a ist die Form des Wabensubstrats 4 die zylindrische Form.
In der Wabenstruktur 100a der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine besondere Einschränkung für die Zellenform (die Zellenform im Querschnitt senkrecht zur Z-Richtung) des Wabensubstrats 4. Beispiele für die Zellenform umfassen eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine sechseckige Form, eine achteckige Form, eine runde Form und irgendeine Kombination dieser Formen. Die viereckige Form ist bevorzugt eine quadratische oder eine rechteckige Form.
In der Wabenstruktur 100a der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine besondere Einschränkung für die Zellendichte des Wabensubstrats 4. Die Zellendichte des Wabensubstrats 4 beträgt bevorzugt 15 bis 200 Zellen/cm² und besonders bevorzugt 30 bis 100 Zellen/cm². Ist die Zellendichte kleiner als 15 Zellen/cm², werden manchmal in kurzer Zeit der Druckabfall oder die Festigkeit der Wabenstruktur 100a während des Strömens des Abgases gering. Ist die Zellendichte größer als 200 Zellen/cm², wird manchmal der Druckabfall groß.
In einer weiteren Ausführungsform (der Wabenstruktur 100b) der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist der gewölbte Abschnitt 10 in der obigen einen Ausführungsform (der Wabenstruktur 100a) der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung in einem Endabschnitt (einem Endabschnitt) eines Wabensubstrats 4 angeordnet. Die in 5 gezeigte Wabenstruktur 100b ist die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, ist der gewölbte Abschnitt 10 in dem einen Endabschnitt der Wabenstruktur 100b angeordnet, wodurch die Erzeugung eines Endflächenrisses verhindert werden kann. Ferner sind in der Wabenstruktur 100b auch Spannungsentlastungsabschnitte 17 in der Nähe des einen Endabschnitts ausgebildet. So kann durch die Wirkungsweise der Spannungsentlastungsabschnitte 17 die Erzeugung des Endflächenrisses verhindert werden. Wird die Wabenstruktur als ein DPF genutzt, wird manchmal ein Endflächenriss in einer Endfläche auf der Abgas-Auslassseite erzeugt. Dieser Endflächenriss wird wie folgt erzeugt. Eine große Menge Ruß, der im Abgas eines Motors eines Autos oder dergleichen enthalten ist, wird im auslassseitigen Endabschnitt der Wabenstruktur abgeschieden. Daher ist, wenn der Ruß oder dergleichen zur Aufarbeitung der Wabenstruktur verbrannt wird, die Temperatur des auslassseitigen Endabschnitts der Wabenstruktur aufgrund der Verbrennung des Rußes oder dergleichen höher als die anderer Abschnitte. In der Folge wird eine Spannung in dem Endabschnitt der Wabenstruktur erzeugt. Im Ergebnis wird ein Riss (der Endflächenriss) in der auslassseitigen Endfläche der Wabenstruktur erzeugt. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer Wabenstruktur 100c einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung parallel zur Z-Richtung zeigt. Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann, wie in der Wabenstruktur 100c, Verschlussabschnitte 23 umfassen, die an offenen Enden vorbestimmter Zellen (erste Zellen 2a) in einer ersten Endfläche 3 und offenen Enden der übrigen Zellen (zweite Zellen 2b) in einer zweiten Endfläche 5 angeordnet sind. Die ersten Zellen 2a und die zweiten Zellen 2b sind bevorzugt abwechselnd angeordnet. Ferner werden in beiden Endflächen der Wabenstruktur 100c bevorzugt mosaikartige Muster durch die Verschlussabschnitte 23 und „die offenen Enden 25 der Zellen” gebildet. Das Material der Verschlussabschnitte 23 ist bevorzugt ein Material, das als das Material für ein Wabensubstrat 4 (Trennwände 1) bevorzugt betrachtet wird. Das Material der Verschlussabschnitte 23 kann dasselbe sein wie das Material des Wabensubstrats 4 oder von dem Material des Wabensubstrats 4 verschieden sein.
(2) Herstellungsverfahren der Wabenstruktur:
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Das heißt, die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren mit einem Herstellungsschritt für eine gebrannte Wabenmasse zur Herstellung einer gebrannten Wabenmasse und einem Schneideschritt zum Schneiden eines Außenumfangsabschnitts dieser gebrannten Wabenmasse zur Bildung eines gewölbten Abschnitts hergestellt werden. Wenn die Wabenstruktur die Außenumfangs-Hüllschicht umfasst, weist das Verfahren ferner bevorzugt einen Schritt zur Bildung einer Außenumfangs-Hüllschicht nach dem Schneiden des Außenumfangsabschnitts der gebrannten Wabenmasse auf. „Die gebrannte Wabenmasse” ist die gebrannte Wabenmasse, die poröse Trennwände umfasst, die durch Brennen eines keramischen Rohmaterials gebildet werden und mehrere Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden.
Gemäß einem solchen Verfahren kann die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung leicht hergestellt werden.
Wenn „ein Teil der Oberfläche des gewölbten Abschnitts einen ebenen Abschnitt bildet, der eine ebene Form parallel zur Z-Richtung aufweist” (der ebene Abschnitt wird im gewölbten Abschnitt gebildet), kann die Wabenstruktur beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Das heißt, die Wabenstruktur wird hergestellt, „bei der der ebene Abschnitt nicht im gewölbten Abschnitt ausgebildet ist”. Danach wird ein Teil des gewölbten Abschnitts dieser Wabenstruktur so geschnitten, dass der ebene Abschnitt gebildet wird, wodurch die Wabenstruktur hergestellt werden kann, bei der der ebene Abschnitt im gewölbten Abschnitt ausgebildet ist, wie in 1 gezeigt. Überdies kann im Falle, dass „ein Teil der Oberfläche des gewölbten Abschnitts die ebene Form parallel zur Z-Richtung aufweist”, die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung auch durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Das heißt, das Verfahren weist den obigen Herstellungsschritt für die gebrannte Wabenmasse und den obigen Schneideschritt auf, und in dem obigen Herstellungsschritt für die gebrannte Wabenmasse wird die gebrannte Wabenmasse mit einer polygonalen Säulenform hergestellt. Ferner wird in dem Schneideschritt die gebrannte Wabenmasse so geschnitten, dass ein Teil der Seitenfläche der gebrannten Wabenmasse zurückbleibt, und dieser übrige Teil der Seitenfläche bildet den ebenen Abschnitt des gewölbten Abschnitts. In diesem Fall muss der ebene Abschnitt nach dem Schneideschritt nicht erneut gebildet werden, und der Herstellungsprozess kann rationalisiert werden.
Nachstehend wird jeder Schritt des Herstellungsverfahrens der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung erläutert.
(2-1) Herstellungsschritt für die gebrannte Wabenmasse:
Der Herstellungsschritt für die gebrannte Wabenmasse ist ein Schritt der Herstellung der gebrannten Wabenmasse, die poröse Trennwände umfasst, die durch Brennen des keramischen Rohmaterials gebildet wurden. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren zur Herstellung der gebrannten Wabenmasse. Nachstehend wird der Herstellungsschritt für die gebrannte Wabenmasse in Stufen beschrieben.
(2-1-1) Bildungsschritt:
Zunächst wird in dem Bildungsschritt ein keramikbildendes Rohmaterial, enthaltend das keramische Rohmaterial, bevorzugt so ausgebildet, dass ein wabenförmiger Körper erhalten wird, der die Trennwände (nicht gebrannt) umfasst, die die mehreren Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für das Fluid werden. Der wabenförmige Körper ist ein Formkörper mit einer Wabenstruktur.
Das keramische Rohmaterial, das in dem keramikbildenden Rohmaterial enthalten ist, ist bevorzugt zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem cordieritbildenden Rohmaterial, Cordierit, Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Mullit und Aluminiumtitanat. Es ist anzumerken, dass das cordieritbildende Rohmaterial ein keramisches Rohmaterial ist, das so gemischt wird, dass eine chemische Zusammensetzung erhalten wird, bei der Siliciumdioxid in einem Bereich von 42 bis 56 Masse-% vorliegt, Aluminiumoxid in einem Bereich von 30 bis 45 Masse-% vorliegt und Magnesiumoxid in einem Bereich von 12 bis 16 Masse-% vorliegt. Überdies wird das cordieritbildende Rohmaterial gebrannt, wodurch es zu Cordierit wird.
Überdies wird das keramikbildende Rohmaterial bevorzugt durch Mischen des obigen keramischen Rohmaterials mit einem Dispersionsmedium, einem organischen Bindemittel, einem anorganischen Bindemittel, einem Porenbildner, einem oberflächenaktiven Mittel oder dergleichen hergestellt. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Zusammensetzungsverhältnis für jedes Rohmaterial, und die Zusammensetzungsverhältnisse werden bevorzugt gemäß der Struktur, dem Material oder dergleichen der herzustellenden Wabenstruktur bestimmt.
Bei der Bildung des keramikbildenden Rohmaterials wird das keramikbildende Rohmaterial unter Erhalt eines gekneteten Materials bevorzugt zunächst geknetet, und das erhaltene geknetete Material wird bevorzugt in eine Wabenform gebracht. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren zum Kneten des keramikbildenden Rohmaterials zur Bildung des gekneteten Materials, und ein Beispiel für das Verfahren ist ein Verfahren, in dem eine Knetmaschine, ein Vakuum-Tonkneter oder dergleichen genutzt wird. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren zur Formung des gekneteten Materials zum Erhalt des wabenförmigen Körpers, und daher kann ein bekanntes Formgebungsverfahren wie Extrusions- oder Injektionsformen angewandt werden. Ein Beispiel für ein geeignetes Verfahren ist ein Verfahren, in dem ein Rohmaterial unter Verwendung einer Düse mit der gewünschten Zellenform, Trennwanddicke und Zellendichte unter Erhalt des wabenförmigen Körpers extrudiert wird. Das Material der Düse ist bevorzugt Sinterhartmetall, das sich nicht so leicht abnutzt.
Beispiele für die Form des wabenförmigen Körpers umfassen eine säulenförmige Form, eine elliptische Form und eine polygonale Säulenform mit Endflächen mit „einer quadratischen Form, einer rechteckigen Form, einer dreieckigen Form, einer fünfeckigen Form, einer sechseckigen Form oder einer achteckigen Form”. Bei der Herstellung der Wabenstruktur, die „den gewölbten Abschnitt umfasst, in dem der ebene Abschnitt ausgebildet ist”, wird bevorzugt der wabenförmige Körper mit einer polygonalen Säulenform verwendet. Bleibt ein Teil der Seitenfläche einer polygonalen Säule zurück, kann dieser übrige Teil der Seitenfläche der ebene Abschnitt des gewölbten Abschnitts sein. Das heißt, der Vorgang zur Bildung des ebenen Abschnitts kann weggelassen werden. Der wabenförmige Körper hat besonders bevorzugt eine quadratische Säulenform.
Überdies kann nach der obigen Formgebung der erhaltene wabenförmige Körper getrocknet werden. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Trocknungsverfahren. Beispiele für das Trocknungsverfahren umfassen Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung unter vermindertem Druck, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung und dergleichen. Von diesen Verfahren werden bevorzugt die dielektrische Trocknung, die Mikrowellentrocknung oder die Heißlufttrocknung allein oder irgendeine Kombination dieser Verfahren durchgeführt.
(2-1-2) Bremschritt:
Als nächstes wird der wabenförmige Körper zur Herstellung einer gebrannten Wabenmasse gebrannt.
Der wabenförmige Körper wird vor dem Brennen (Hauptbrennen) des wabenförmigen Körpers bevorzugt kalziniert. Die Kalzinierung wird zum Entfetten durchgeführt. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren zur Kalzinierung des wabenförmigen Körpers, und es kann irgendein Verfahren genutzt werden, solange organische Materialien (das organische Bindemittel, das oberflächenaktive Mittel, der Porenbildner usw.) entfernt werden können. In der Regel beträgt die Brenntemperatur des organischen Bindemittels etwa 100 bis 300°C und die Brenntemperatur des Porenbildners etwa 200 bis 800°C. Daher wird als Kalzinierungsbedingungen das Heizen bevorzugt bei etwa 200 bis 1000°C unter Oxidationsatmosphäre für etwa 3 bis 100 Stunden durchgeführt.
Das Brennen (Hauptbrennen) des wabenförmigen Körpers wird zum Sintern und Verdichten des Formgebungsrohmaterials, das den kalzinierten wabenförmigen Körper bildet, zum Erhalt einer vorbestimmten Festigkeit durchgeführt. Die Brennbedingungen (Temperatur, Zeit, Atmosphäre usw.) variieren in Abhängigkeit der Art des Formgebungsrohmaterials, und daher können geeignete Bedingungen gemäß der Art ausgewählt werden. Wenn beispielsweise das cordieritbildende Rohmaterial verwendet wird, beträgt die Brenntemperatur bevorzugt 1.410 bis 1.440°C. Überdies beträgt die Brennzeit, als Zeit zum Halten der höchsten Temperatur, bevorzugt 4 bis 8 Stunden. Es gibt keine besondere Einschränkung für eine Vorrichtung zur Durchführung des Kalzinierens und Hauptbrennens, es können jedoch ein Elektroofen, ein Gasofen oder dergleichen verwendet werden.
(2-2) Schneideschritt:
Der Schneideschritt ist ein Schritt des Schneidens des Außenumfangsabschnitts der gebrannten Wabenmasse. Es gibt keine besondere Einschränkung für das Verfahren zum Schneiden der gebrannten Wabenmasse. Als das Verfahren zum Schneiden des Außenumfangsabschnitts der gebrannten Wabenmasse kann geeigneterweise ein bereits bekanntes Verfahren eingesetzt werden, bevorzugt ist das Verfahren jedoch eine Technik, bei der ein mit Diamanten beschichteter Mahlstein auf die gebrannte Wabenmasse gedrückt wird, während sich die gebrannte Wabenmasse dreht. Im Schneideschritt ist die Dicke „des Außenumfangsabschnitts der gebrannten Wabenmasse, die geschnitten wird”, dieselbe Dicke des gewölbten Abschnitts, der nach dem Schneiden gebildet wird.
Wird die Wabenstruktur, in der „der ebene Abschnitt parallel zur Z-Richtung” im gewölbten Abschnitt ausgebildet ist, wie oben beschrieben hergestellt, wird die gebrannte Wabenmasse bevorzugt wie folgt geschnitten. Das heißt, die gebrannte Wabenmasse wird bevorzugt so geschnitten, dass ein Teil der Seitenfläche der gebrannten Wabenmasse mit einer polygonalen Säulenform zurückbleibt und der zurückgebliebene Teil der Seitenfläche der ebene Abschnitt des gewölbten Abschnitts wird. In diesem Fall muss der ebene Abschnitt nach dem Schneiden nicht erneut gebildet werden.
Es ist anzumerken, dass das Schneiden vor oder nach dem Brennen des wabenförmigen Körpers durchgeführt werden kann, das Schneiden wird bevorzugt aber nach dem Brennen durchgeführt. Das Schneiden wird nach dem Brennen durchgeführt, wobei die Form der gebrannten Wabenmasse durch das Schneiden festgelegt wird, selbst wenn die gebrannte Wabenmasse durch das Brennen verformt wird.
(2-3) Verschlussschritt:
Bei der Herstellung der Wabenstruktur, die die verschlossenen Abschnitte umfasst, wird bevorzugt der folgende Verschlussschritt nach dem Schneideschritt durchgeführt. In diesem Verschlussschritt werden die verschlossenen Abschnitte in den offenen Enden „der vorbestimmten Zellen (den ersten Zellen)” in einer Endfläche (der ersten Endfläche) und den offenen Enden „der verbleibenden Zellen (den zweiten Zellen)” in einer anderen Endfläche (der zweiten Endfläche) der gebrannten Wabenmasse angeordnet. Nachstehend wird dieser Schritt ausführlich beschrieben.
Zunächst wird ein Verschlussmaterial in die offenen Enden 25 der Zellen einer Endfläche (der ersten Endfläche) der gebrannten Wabenmasse (des Wabensubstrats) geladen. Als das Verfahren zum Laden des Verschlussmaterials in die offenen Enden der Zellen der einen Endfläche (der ersten Endfläche) ist ein Verfahren mit einem Abdeckschritt und einem Einpressschritt bevorzugt. Der Abdeckschritt ist ein Schritt des Aufbringens einer Schicht auf die eine Endfläche der gebrannten Wabenmasse und dann Erzeugen von Löchern an Stellen, die „die Zellen, in denen die verschlossenen Abschnitte gebildet werden sollen, überlagern”, in der Schicht. Der Einpressschritt ist ein Schritt des Einführens, unter Druck, „des Endabschnitts der gebrannten Wabenmasse, auf die die Schicht aufgebracht worden ist”, in einen Behälter, in dem das Verschlussmaterial gelagert wird, wodurch das Verschlussmaterial in die Zellen der gebrannten Wabenmasse gepresst wird. Beim Einpressen des Verschlussmaterials in die Zellen der gebrannten Wabenmasse durchläuft das Verschlussmaterial die in der Schicht erzeugten Löcher und wird so nur in die Zellen gefüllt, die mit den in der Schicht erzeugten Löchern verbunden sind.
Das Verschlussmaterial kann durch entsprechendes Mischen von Rohmaterialien, die Beispiele für Elementarbestandteile des obigen keramikbildenden Rohmaterials sind, hergestellt werden. Das keramische Rohmaterial, das in dem Verschlussmaterial enthalten ist, ist bevorzugt dasselbe wie das keramische Rohmaterial zur Verwendung als das Rohmaterial der Trennwände.
Als nächstes wird das Verschlussmaterial, das in die gebrannte Wabenmasse gefüllt wird, bevorzugt getrocknet.
In der einen Endfläche (der ersten Endfläche) der gebrannten Wabenmasse sind die Zellen, in denen die verschlossenen Abschnitte ausgebildet sind, und die Zellen, in denen die verschlossenen Abschnitte nicht ausgebildet sind, bevorzugt abwechselnd angeordnet. In diesem Fall bilden in der einen Endfläche, in der die verschlossenen Abschnitte ausgebildet sind, die verschlossenen Abschnitte und „die offenen Enden der Zellen” ein mosaikartiges Muster.
Als nächstes werden die verschlossenen Abschnitte in den offenen Enden „der verbleibenden Zellen (den zweiten Zellen)” in einer anderen Endfläche (der zweiten Endfläche) der gebrannten Wabenmasse bevorzugt auf dieselbe Weise wie in der einen Endfläche (der ersten Endfläche) angeordnet. Es ist anzumerken, dass das Trocknen des Verschlussmaterials nach dem Füllen beider Endflächen der gebrannten Wabenmasse mit dem Verschlussmaterial durchgeführt werden kann. Überdies kann der Brennschritt nach dem Füllen des wabenförmigen Körpers mit dem Verschlussmaterial durchgeführt werden.
(2-4) Schritt zur Bildung der Außenumfangs-Hüllschicht:
Bevorzugt wird zur Bildung der Außenumfangs-Hüllschicht ein Außenumfangs-Umhüllungsmaterial auf den Außenumfang der geschnittenen gebrannten Wabenmasse aufgebracht. Durch die Bildung der Außenumfangs-Hüllschicht kann das Splittern des gewölbten Abschnitts verhindert werden. Das Außenumfangs-Umhüllungsmaterial kann beispielsweise durch die Zugabe von Additiven wie einem organischen Bindemittel, einem Harzballon und einem Dispersionsmittel zu einem anorganischen Rohmaterial wie anorganischen Fasern, kolloidalem Siliciumdioxid, Ton oder SiC-Teilchen usw. und die Zugabe von Wasser dazu, gefolgt vom Kneten, erhalten werden. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Aufbringen des Außenumfangs-Umhüllungsmaterials ist ein Verfahren zum Umhüllen der „geschnittenen gebrannten Wabenmasse” mit dem Material unter Verwendung eines Gummispatels oder dergleichen, während der Körper auf einer Töpferscheibe gedreht wird.
Der Spannungsentlastungsabschnitt kann beispielsweise durch Schleifen des Außenumfangsabschnitts der gebrannten Wabenmasse derart, dass der gewölbte Abschnitt gebildet wird, Aufbringen des Außenumfangs-Umhüllungsmaterials auf den geschliffenen Außenumfangsabschnitt und dann teilweises Schnelltrocknen eines Teils des ebenen Abschnitts in dem gewölbten Abschnitt mit einem Industrietrockner oder dergleichen gebildet werden. Was einen anderen Abschnitt betrifft, in dem keine Spannungsentlastungsabschnitte ausgebildet sind, kann das Außenumfangs-Umhüllungsmaterial durch normales Trocknen getrocknet werden. Der Grund, warum der Spannungsentlastungsabschnitt durch das zuvor erwähnte Schnelltrocknen gebildet werden kann, ist, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Fläche des Außenumfangs-Umhüllungsmaterials und einem inneren Abschnitt davon durch das Schnelltrocknen erzeugt wird und im Ergebnis eine Trockenschwindungsdifferenz dazwischen erzeugt wird. Zur Regulierung der Breite oder Länge jedes Spannungsentlastungsabschnitts können die Schnelltrocknungszeit, der Objektbereich, die Menge des Wassergehalts in dem Außenumfangs-Umhüllungsmaterial oder dergleichen verändert werden.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf Beispielen ausführlicher beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Als ein keramisches Rohmaterial wurde ein Material verwendet, das durch Mischen von Siliciumcarbid-Pulver (SiC-Pulver) und metallischem Silicium-Pulver (Si-Pulver) erhalten wurde. Dann wurden Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel und ein Porenbildner zugegeben, und weiterhin wurde Wasser zugegeben, wodurch das Formgebungsrohmaterial hergestellt wurde. Dann wurde das Formgebungsrohmaterial mit einem Vakuum-Tonkneter geknetet, wodurch ein geknetetes Material hergestellt wurde. Der Anteil des Bindemittels betrug 7 Masseteile, bei einer Gesamtsumme des Siliciumcarbid-Pulvers (SiC-Pulvers) und des metallischen Silicium-Pulvers (Si-Pulvers) von 100 Masseteilen. Der Anteil des Porenbildners betrug 3 Masseteile, bei einer Gesamtsumme des Siliciumcarbid-Pulvers (SiC-Pulvers) und des metallischen Silicium-Pulvers (Si-Pulvers) von 100 Masseteilen. Der Anteil an Wasser betrug 42 Masseteile, bei einer Gesamtsumme des Siliciumcarbid-Pulvers (SiC-Pulvers) und des metallischen Silicium-Pulvers (Si-Pulvers) von 100 Masseteilen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Siliciumcarbid-Pulvers betrug 20 µm, und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des metallischen Silicium-Pulvers betrug 6 µm. Überdies betrug der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 20 µm. Die durchschnittlichen Teilchendurchmesser des Siliciumcarbid-Pulvers, des metallischen Silicium-Pulvers und des Porenbildners waren Werte, die mit einem Laserbeugungsverfahren gemessen wurden.
Das erhaltene geknetete Material wurde unter Verwendung einer Extrusionsformungsmaschine unter Erhalt eines viereckigen säulenartigen wabenförmigen Körpers geformt. Der erhaltene wabenförmige Körper wurde dem dielektrischen Hochfrequenzheizen unterzogen und dann bei 120°C für 2 Stunden unter Verwendung eines Heißlufttrockners getrocknet.
Der getrocknete wabenförmige Körper wurde unter Erhalt einer viereckigen säulenartigen gebrannten Wabenmasse entfettet und gebrannt. Die Entfettungsbedingungen waren 550°C und 3 Stunden. Die Brennbedingungen waren, dass das Brennen bei 1450°C unter Argonatmosphäre für 2 Stunden durchgeführt wurde.
Als nächstes wurde ein Außenumfangsabschnitt der erhaltenen viereckigen säulenartigen gebrannten Wabenmasse so geschnitten, dass „ein gewölbter Abschnitt mit einer Ringform gebildet wurde und ein Teil jeder Seitenfläche des gebrannten Wabenkörpers als ein ebener Abschnitt, der an dem gewölbten Abschnitt der Ringform gebildet war, zurückblieb”. Der gewölbte Abschnitt der Ringform wurde in „einem mittigen Abschnitt in der Z-Richtung” des gebrannten Wabenkörpers gebildet. Danach wurde unter Bildung einer Außenumfangs-Hüllschicht ein Außenumfangs-Umhüllungsmaterial auf den Außenumfang der geschnittenen gebrannten Wabenmasse aufgebracht. Auf diese Weise wurde eine wie in 1 gezeigte Wabenstruktur erhalten.
Außerdem wurde als ein Verfahren zum Schneiden des Außenumfangsabschnitts der gebrannten Wabenmasse ein Verfahren verwendet, bei dem ein mit Diamanten beschichteter Mahlstein in einem Winkel von 35 Grad zur Z-Richtung auf den Außenumfangsabschnitt der gebrannten Wabenmasse gedrückt wurde, während sich die gebrannte Wabenmasse drehte. So wurde eine Wabenstruktur mit dem gewölbten Abschnitt erhalten, in dem „vier ebene Abschnitte gebildet wurden und beide Enden eine konische Form hatten”. Der Winkel („der Neigungswinkel”) der Neigung des gewölbten Abschnitts in dieser Wabenstruktur betrug an beiden Enden 35 Grad. In dem gewölbten Abschnitt der Wabenstruktur des vorliegenden Beispiels wurden zwei Paar ebener Abschnitte parallel zueinander (insgesamt vier ebene Abschnitte) gebildet, wie 3 gezeigt.
Ferner wurde in dem vorstehend erwähnten Schritt das Außenumfangs-Umhüllungsmaterial aufgebracht, und dann wurde ein Teil jedes ebenen Abschnitts in dem gewölbten Abschnitt mit einem Industrietrockner oder dergleichen teilweise schnellgetrocknet, wodurch Spannungsentlastungsabschnitte gebildet wurden. Was die anderen Abschnitte betrifft, in denen keine Spannungsentlastungsabschnitte gebildet wurden, wurde das Außenumfangs-Umhüllungsmaterial durch natürliches Trocknen getrocknet, so dass keine Spannungsentlastungsabschnitte gebildet wurden.
Die Unterseite der erhaltenen Wabenstruktur hatte eine runde Form mit einem Durchmesser von 14,4 cm, und die Länge der Wabenstruktur in der Z-Richtung betrug 20,3 cm. Ferner betrug die Dicke der Trennwände 305 µm, und die Zellendichte betrug 46,5 Zellen/cm². Die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts betrug 10 mm, die Breite (L) des gewölbten Abschnitts betrug 20 mm, das Verhältnis der Breite des gewölbten Abschnitts zur Gesamtlänge der Wabenstruktur (des Wabensubstrats) betrug 10%, und der Neigungswinkel betrug 35 Grad. Die Tiefe des ebenen Abschnitts (D) (vier Abschnitte) betrug 5 mm. Außerdem ist „die Tiefe des ebenen Abschnitts (D)” die Differenz zwischen der maximalen Dicke (H) des gewölbten Abschnitts und „dem Abstand T von dem ebenen Abschnitt (der Oberfläche) zum Außenumfang des Wabensubstrats” (siehe 3). Der gewölbte Abschnitt war an einer Stelle angeordnet, wo „der Abstand von einem Endabschnitt der Wabenstruktur zu dem Ende des gewölbten Abschnitts, der nahe zu diesem einen Endabschnitt war”, 6,4 cm betrug.
Die maximale Dicke (H) des gewölbten Abschnitts ist der Abstand zwischen „einer Linie parallel zum Außenumfang des Wabensubstrats, das so angeordnet ist, dass es in Kontakt kommt mit dem Außenumfang des gewölbten Abschnitts (jedoch ausschließlich konischer Abschnitte)” und „dem Außenumfang des Wabensubstrats” im Querschnitt parallel zur Z-Richtung der Wabenstruktur. Die Breite (L) des gewölbten Abschnitts ist die Länge des gewölbten Abschnitts in der Z-Richtung der Wabenstruktur.
In Tabelle 1 zeigt die Spalte „Anbringungsstelle für den gewölbten Abschnitt” die Stelle, wo der gewölbte Abschnitt angeordnet ist. „Mitte” zeigt an, dass der gewölbte Abschnitt in einem mittigen Abschnitt der Z-Richtung der Wabenstruktur angeordnet ist. „Endabschnitt” zeigt an, dass der gewölbte Abschnitt im Endabschnitt in der Z-Richtung der Wabenstruktur angeordnet ist. „Neigungswinkel (Grad)” zeigt einen spitzen Winkel von den zwischen den konischen Flächen beider Enden des gewölbten Abschnitts und der Z-Richtung erzeugten Winkeln an.
Was die erhaltene Wabenstruktur betrifft, wurden „Position jedes Spannungsentlastungsabschnitts”, „Länge des Spannungsentlastungsabschnitts”, „Breite des Spannungsentlastungsabschnitts”, „Ringriss”, „Festigkeit des gewölbten Abschnitts” und „Montageeigenschaften” jeweils mit den folgenden Verfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
(Position, Länge und Breite des Spannungsentlastungsabschnitts) Die Position, Länge und Breite des Spannungsentlastungsabschnitts wurden unter Verwendung eines Lineals oder Schieblehren gemessen. Was die Breite des Spannungsentlastungsabschnitts betrifft, wurde ein Spannungsentlastungsabschnitt mit einer Breite von 10 µm oder mehr unter Verwendung eines Dickenmessgeräts (JIS B 7524) von 10 µm spezifiziert.
(Ringriss)
Zunächst wurde die Wabenstruktur an einem Brenn-Tester befestigt. Als nächstes wurden von diesem Brenn-Tester die folgenden Vorgänge ausgeführt. Im Speziellen war der folgende Temperaturerhöhungs-/Abkühlungsvorgang ein Zyklus. Der Temperaturerhöhungs-/Abkühlungsvorgang war ein Vorgang, bei dem „ein Hochtemperaturgas, das 800°C bei einer Position von 20 mm vor der Einlass-Endfläche der Wabenstruktur erreicht, mit 2 Nm³/min für 10 Minuten durch die Wabenstruktur strömen kann und dann ein Kühlgas, das 150°C an einer Position von 20 mm vor der Einlass-Endfläche der Wabenstruktur erreicht, mit 2 Nm³/min für 10 Minuten durch die Wabenstruktur strömen kann”. Dann wurden die Temperaturerhöhungs-/Abkühlungsvorgänge über 100 Zyklen durchgeführt. Danach wurde die Gegenwart eines in der Wabenstruktur gebildeten Ringrisses visuell bestätigt und gemäß den folgenden Standards bewertet. Wurde ein Ringriss in der Wabenstruktur zu einem derartigen Grad erzeugt, dass die Funktion eines DPF verschlechtert wurde, war die Bewertung „C”. Wurde ein Ringriss in der Wabenstruktur zu einem derartigen Grad erzeugt, dass die Funktion eines DPF nicht verschlechtert wurde, war die Bewertung „B”. Wurde kein Ringriss in der Wabenstruktur erzeugt, war die Bewertung „A”. „A” und „B” bestanden und „C” fiel durch. Es ist anzumerken, dass, was „die Funktion des DPF” betrifft”, wenn die PM-(Ruß-)-Auffangeffizienz in einer Behandlung (einer Abgasbehandlung durch den DPF) 90% oder mehr beträgt, angenommen werden kann, dass der Ringriss „zu einem derartigen Grad erzeugt wurde, dass sich die Funktion des DPF nicht verschlechtert”. Wenn ferner die PM-(Ruß-)-Auffangeffizienz geringer ist als 90%, kann angenommen werden, dass der Ringriss „zu einem derartigen Grad erzeugt wurde, dass sich die Funktion des DPF verschlechtert”. Bei der Messung der PM-(Ruß-)-Auffangeffizienz wurden, wie im Folgenden beschrieben, die PM (Ruß), die in dem Gas enthalten sind, das die Wabenstruktur durchquert, von dem Filterpapier aufgefangen, und das Gewicht (W1) der PM (Ruß) wurde gemessen. Im Speziellen wurde die Wabenstruktur zunächst an einem Rußerzeuger befestigt, der PM (Ruß) mit einem Brenner erzeugt, in dem Dieselöl der Brennstoff ist. Danach wurde durch die an dem Rußerzeuger befestigte Wabenstruktur ein Gas, in dem PM (Ruß) von dem Rußerzeuger erzeugt worden waren und das 200°C an einer Position von 190 mm vor der Einlass-Endfläche der Wabenstruktur erreichte, mit 3 Nm³/min für 2 Minuten geleitet. So wurde das Gewicht (W1) gemessen. Ferner wurde das Gas, in dem die PM (Ruß) erzeugt wurden, für den selben Zeitraum nicht durch die Wabenstruktur geleitet, sondern von dem Filterpapier aufgefangen, und das Gewicht (W2) der PM (Ruß) wurde gemessen. Als nächstes wurden die jeweils erhaltenen Gewichte (W1) und (W2) zum Erhalt der Auffangeffizienz in die folgende Formel eingesetzt. (W2 – W1)/(W2) × 100
(Festigkeit des gewölbten Abschnitts)
Zunächst wurde ein Pendel mit einer Schnur (Länge 75 cm), umfassend eine Eisenkugel mit einem Durchmesser von 11 mm (Gewicht 5,4 g) an seiner Spitze, hergestellt. Als nächstes wurde dieses Pendel so angeordnet, dass die Eisenkugel das Ende (äußerster Umfangsabschnitt) des gewölbten Abschnitts der Wabenstruktur am untersten Punkt der Eisenkugel (d. h. in einem Zustand, in dem das Pendel nicht schwang) anstieß. Als nächstes schwang die Eisenkugel des Pendels nach oben und stieß an das Ende des gewölbten Abschnitts an. Danach wurde das Ende des gewölbten Abschnitts visuell betrachtet. Dann wurde die Bewertung hinsichtlich der folgenden Standards vorgenommen. Schwang die Eisenkugel derart nach oben bis auf eine Höhe von 80% der Länge der Schnur, dass die Eisenkugel an das Ende des gewölbten Abschnitts stieß, erzeugte dies einen Defekt wie Splitter im Ende des gewölbten Abschnitts. In diesem Fall war die Bewertung „C”. Schwang die Eisenkugel derart nach oben bis auf eine Höhe von 100% der Länge der Schnur, dass die Eisenkugel an das Ende des ringförmigen gewölbten Abschnitts anstieß, erzeugte dies einen Defekt wie Splitter im Ende des gewölbten Abschnitts. In diesem Fall war die Bewertung „B”. Wenn gar keine Defekte erzeugt wurden, war die Bewertung „A”. Die Bewertungen „A” und „B” bestanden und die Bewertung „C” fiel durch.
(Montageeigenschaften)
Was die Wabenstruktur, in der kein gewölbter Abschnitt gebildet wurde, (Vergleichsbeispiel 1) betrifft, wurden die Montageeigenschaften anhand der maximalen Dicke (H) und der Breite (L) des gewölbten Abschnitts bewertet. Die Bewertung bezüglich der maximalen Dicke (H) des gewölbten Abschnitts wird manchmal als „Bewertung ,der Durchmesserrichtung'” bezeichnet. Ferner wird die Bewertung bezüglich der Breite (L) des gewölbten Abschnitts manchmal als „Bewertung ,der Gesamtlängenrichtung'” bezeichnet. Die Bewertung bezüglich der maximalen Dicke (H) des gewölbten Abschnitts war wie folgt. War die maximale Dicke des gewölbten Abschnitts 10 mm oder geringer, war die Bewertung „A”, und betrug die maximale Dicke mehr als 10 mm und 20 mm oder weniger, war die Bewertung „B”. Betrug die maximale Dicke mehr als 20 mm, war die Bewertung „C”. Die Bewertung bezüglich der Breite (L) des gewölbten Abschnitts war wie folgt. Betrug die Breite des gewölbten Abschnitts mehr als 80% der Länge der Wabenstruktur in der Zellenverlaufsrichtung, war die Bewertung „B”, und betrug die Breite 80% oder weniger der Länge der Wabenstruktur in der Zellenverlaufsrichtung, war die Bewertung „A”. Im Falle von „B” waren die Montageeigenschaften der Wabenstruktur beeinträchtigt. Im Falle von „A” waren die Montageeigenschaften der Wabenstruktur nicht beeinträchtigt.
Ferner wurde, was die Montageeigenschaften betrifft, eine Gesamtbewertung unter Berücksichtigung sowohl der maximalen Dicke (H), der Breite (L) als auch des Winkels (a) des gewölbten Abschnitts vorgenommen. Waren sowohl „die Bewertung der Durchmesserrichtung” als auch „die Bewertung der Gesamtlängenrichtung” „A”, war auch die Gesamtbewertung „A”. Wenn zumindest eine „der Bewertung der Durchmesserrichtung” und „der Bewertung der Gesamtlängenrichtung” „B” war, war auch die Gesamtbewertung „B”. Wenn „die Bewertung der Durchmesserrichtung” „C” war, war auch die Gesamtbewertung „C”. Bei der Gesamtbewertung der Montageeigenschaften bestanden die Bewertungen „A” und „B”, und die Bewertung „C” fiel durch. Ferner ist Bewertung „A” am stärksten bevorzugt, und danach ist Bewertung „B” bevorzugt. Ferner ist von den A-, B- und C-Bewertungen Bewertung „C” die schlechteste. Es ist anzumerken, dass die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 1 die Wabenstruktur ist, bei der die Dicke des gewölbten Abschnitts (die maximale Dicke des gewölbten Abschnitts) „0 mm” betrug. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Was die Wabenstrukturen (Beispiele 1 bis 18 und Vergleichsbeispiele 2 bis 7) mit jeweils dem gewölbten Abschnitt betrifft, in denen der ebene Abschnitt gebildet wurde, wurde die Bewertung wie folgt vorgenommen (die Wirkung des ebenen Abschnitts). Zunächst wurde ein Außenrohr angenommen, bei dem die Form im Querschnitt senkrecht zur Mittelachse der Wabenstruktur, die mit dem ebenen Abschnitt versehen ist (nachstehend als „Wabenstruktur X” bezeichnet), analog zu der Form der obigen Wabenstruktur X ist und der Raum zwischen dem Außenrohr und der Wabenstruktur X gleichmäßig 5 mm beträgt. Als nächstes wurden im Querqschnitt senkrecht zur Mittelachse dieses Außenrohrs eine Strecke a, die durch die Mitte des Außenrohrs verläuft und zwei Punkte des Außenumfangsabschnitts des Außenrohrs verbindet, eine Strecke b senkrecht zur Strecke a und eine Strecke c, die sich mit 45° gegen die Strecke a neigt, gezogen. Jede der Strecken b und c war eine Strecke, die durch die Mitte des Außenrohrs verlief und zwei Punkte des Außenumfangsabschnitts des Außenrohrs verband. Es wird angenommen, dass die Strecken a und b senkrecht zu einer ebenen Fläche waren, die in dem Außenrohr ausgebildet war. Als nächstes wurde die Gesamtzahl der Strecken a, b und c berechnet. Als nächstes wurde eine Wabenstruktur (nachstehend als „Wabenstruktur Y” bezeichnet) angenommen, die keinen gewölbten Abschnitt in der Wabenstruktur X aufwies.
Als nächstes wurde, ähnlich wie bei der Wabenstruktur X, ein Außenrohr angenommen, bei dem die Form analog der Form der Wabenstruktur Y war und der Raum zwischen dem Außenrohr und der Wabenstruktur Y gleichmäßig 5 mm betrug. Als nächstes wurden, ähnlich wie bei der entsprechenden Wabenstruktur X, die Strecken a, b und c gezogen. Als nächstes wurde die Gesamtzahl der Strecken a, b und c berechnet. Danach wurde die Bewertung hinsichtlich der folgenden Standards vorgenommen. Betrug ein Verhältnis „der Gesamtzahl der Strecken a, b und c”, berechnet in der Wabenstruktur X, bezogen auf „die Gesamtzahl der Strecken a, b und c”, berechnet in der Wabenstruktur Y, 104% oder weniger, war die Bewertung „A”. Betrug das Verhältnis „der Gesamtzahl der Strecken a, b und c”, berechnet in der Wabenstruktur X, bezogen auf „die Gesamtzahl der Strecken a, b und c”, berechnet in der Wabenstruktur Y, 106% oder weniger, war die Bewertung „B”. Betrug das Verhältnis „der Gesamtzahl der Strecken a, b und c”, berechnet in der Wabenstruktur X, bezogen auf „die Gesamtzahl der Strecken a, b und c”, berechnet in der Wabenstruktur Y, mehr als 106%, war die Bewertung „C”. Es ist anzumerken, dass die obige Bewertung, betreffend die Wabenstruktur mit dem gewölbten Abschnitt, in der der ebene Abschnitt gebildet war, der „Bewertung der Durchmesserrichtung” entsprach. Überdies wurde, was die Wabenstruktur mit dem gewölbten Abschnitt betrifft, in der der ebene Abschnitt gebildet war, „die Bewertung der Gesamtlängenrichtung” und „die Gesamtbewertung” auf dieselbe Weise vorgenommen, wie bei der Wabenstruktur mit dem gewölbten Abschnitt, bei der kein ebener Abschnitt gebildet war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Beispiele 2 bis 18 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7)
Die Vorgehensweisen von Beispiel 1 zum Erhalt der Wabenstrukturen wurden wiederholt, außer dass die Bedingungen wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden. Außerdem wurden, wenn die Breite und die Länge jedes Spannungsentlastungsabschnittes eingestellt wurden, die Zeit zum Schnelltrocknen des Außenumfangsabdeckmaterials, der Objektbereich, die Menge des Wassergehalts in dem Außenumfangsabdeckmaterial und dergleichen verändert. Was die erhaltenen Wabenstrukturen betrifft, wurden „Position des Spannungsentlastungsabschnitts”, „Länge des Spannungsentlastungsabschnitts”, „Breite des Spannungsentlastungsabschnitts”, „Ringriss”, „Festigkeit des gewölbten Abschnitts” und „Montageeigenschaften” jeweils mit den obigen Verfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Beurteilung)
Waren „Ringriss” und „Gesamtbewertung der Montageeigenschaften” A und „Festigkeit des gewölbten Abschnitts” A oder B, wurde das Ergebnis mit „gut” beurteilt (in Tabelle 1 dargestellt durch einen Doppelkreis). War eines von „Ringriss” und „Gesamtbewertung der Montageeigenschaften” B, war das andere A oder B und „Festigkeit des gewölbten Abschnitts” A oder B, wurde das Ergebnis mit „passabel” beurteilt (in Tabelle 1 dargestellt durch eine Kreismarkierung). War eines von „Ringriss”, „Gesamtbewertung der Montageeigenschaften” und „Festigkeit des gewölbten Abschnitts” C, wurde das Ergebnis mit ”nicht passabel” beurteilt (in Tabelle 1 dargestellt durch eine Kreuzmarkierung).
Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, dass bei den Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 18 die Beurteilungsergebnisse „gut” oder „passabel” waren. Andererseits waren bei den Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 die Beurteilungsergebnisse „nicht passabel”.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise als ein Filter zur Reinigung eines Gases, das ein Verbrennungsmotor wie ein Dieselmotor oder ein Benzin-Direkteinspritzer, jede Art von Verbrennungsvorrichtung oder dergleichen ausstößt, genutzt werden.
Beschreibung der Bezugsziffern

1: Trennwand, 2: Zelle, 2a: erste Zelle, 2b: zweite Zelle, 3: erste Endfläche, 4: Wabensubstrat, 5: zweite Endfläche, 7: Außenumfangs-Hüllschicht, 10: gewölbter Abschnitt, 11: konische Fläche, 13: Verbindungsabschnitt, 15: ebener Abschnitt, 17: Spannungsentlastungsabschnitt, 18: offenes Ende des Spannungsentlastungsabschnitts, 20: Verpackungsbehälter, 23: Verschlussabschnitt, 25: offenes Ende der Zelle, 50: Ringriss, 100, 100a bis 100c: Wabenstruktur und 200: Wabenstruktur.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013-123242 [0001]
JP 2014-115123 [0001]
JP 09-299811 A [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS B 7524 [0088]

Claims

Wabenstruktur, umfassend: ein Wabensubstrat mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer ersten Endfläche als eine Endfläche zu einer zweiten Endfläche als die andere Endfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden, und einen gewölbten Abschnitt, der durchgängig oder unterbrochen in Ringform zumindest einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats umgibt, wobei der gewölbte Abschnitt so angeordnet ist, dass er nach außen vom Außenumfang des Wabensubstrats absteht und einen Teil des Außenumfangs des Wabensubstrats bedeckt, die Form von mindestens einem Ende des gewölbten Abschnitts eine konische Form mit einer konischen Fläche ist, die eine zu einem Verbindungsabschnitt am Außenumfang geneigte Fläche ist, im Querschnitt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen die maximale Dicke des gewölbten Abschnitts 1 bis 20 mm beträgt, im Querschnitt parallel zur Zellenverlaufsrichtung die Breite des gewölbten Abschnitts 1% oder mehr der Gesamtlänge des Wabensubstrats beträgt und der Neigungswinkel, der ein zwischen der konischen Fläche und der Zellenverlaufsrichtung erzeugter Winkel ist, 80 Grad oder weniger beträgt, ein Teil der Fläche des gewölbten Abschnitts ein ebener Abschnitt ist, der eine ebene Fläche parallel zur Zellenverlaufsrichtung ist, der ebene Abschnitt ein oder mehrere Spannungsentlastungsabschnitte aufweist, die Spalten mit jeweils einem offenen Ende in der Oberfläche sind, und die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 3% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte 10% oder mehr der Umfangslänge des Wabensubstrats beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Summe der Längen der Spannungsentlastungsabschnitte, in denen die Breite des offenen Endes jeweils 10 µm oder mehr beträgt, 50% oder mehr der Summe der Längen aller Spannungsentlastungsabschnitte beträgt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Querschnitt parallel zur Zellenverlaufsrichtung die Breite des gewölbten Abschnitts 1 bis 80% der Gesamtlänge des Wabensubstrats beträgt und der Neigungswinkel 10 bis 80 Grad beträgt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wabensubstrat aus mindestens einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Mullit, Aluminiumtitanat und Aluminiumoxid, gefertigt ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: Verschlussabschnitte, die ein offenes Ende auf der Seite der ersten Endfläche einer ersten Zelle als jede der vorbestimmten Zellen der mehreren Zellen und ein offenes Ende auf der Seite der zweiten Endfläche einer zweiten Zelle als jede der übrigen Zellen der mehreren Zellen verschließen.