陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法

专利名称：陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及捕集柴油发动机的排气气体中的微小颗粒的陶瓷蜂窝过滤器。
背景技术：
从地球环境的保护方面出发，为了将柴油发动机的排气气体中的以碳为主要成分的微小颗粒除去，而将陶瓷蜂窝结构体(以下，简称作“蜂窝结构体”)的流入部和流出部的两端面交互地虑网密封的陶瓷蜂窝过滤器(以下简单称作“蜂窝过滤器”)，已逐渐开始被使用。
在图5所示的现有的陶瓷蜂窝过滤器50中，含有微小颗粒的排气气体从流入部51a流入到通路57，通过由多孔质陶瓷形成的隔壁56后，经过相邻的通路，从流出部56b排出。此时，排气气体中所包含的微小颗粒，被形成于隔壁56的细孔所捕集。若在蜂窝过滤器50中不断地捕集微小颗粒，则由于因隔壁56的细孔中产生虑网堵塞而引起捕集功能大幅度降低，且压力损失变大，因此会产生发动机输出降低的问题。为此讨论有，将堆积于蜂窝过滤器50中的微小颗粒，用电炉、燃烧器、微波等使之燃烧，而使蜂窝过滤器50再生的技术。
然而，在用电炉和燃烧器对所捕集的颗粒进行燃烧时，在现有的蜂窝过滤器中，即便是使用电炉和燃烧器使堆积于蜂窝过滤器的上流域的微小颗粒燃烧，但由于上流域的微小颗粒量较少，因此发热量不足以维持微小颗粒的自身发热。为此，存在不能使下流域的微小颗粒燃烧，且蜂窝过滤器的再生困难的问题。
另一方面，在用微波方式进行蜂窝过滤器的再生时〔例如，特开昭59-126022号(专利文献1)〕，在燃烧所需要的空气的供给侧的过滤器端面附近，因供给空气而被冷却，因此阻碍了微小颗粒的升温，微小颗粒的燃烧变得困难，微小颗粒的可燃烧领域较窄。为此，有效地再生蜂窝过滤器整个区域较为困难。结果，在重复微小颗粒的捕集以及过滤器的再生的过程中，在从排气气体的流入侧供给燃烧所需要的空气时，存在过滤器端面近旁微小颗粒因不能再生而堆积，排气气体通路堵塞，过滤器的捕集功能和再生功能显著地降低的问题。
为了解决这些问题，在特公平3-68210号(专利文献2)中，公开了在位于排气气体流入侧的虑网密封部和排气气体通路的流入端之间设有空间的蜂窝过滤器。图4是表示专利文献2所记载的蜂窝过滤器40的剖面图。箭头X表示排气气体的流入方向。图4所示的蜂窝过滤器，由于在位于通路的上流侧的虑网密封部48a和通路的流入端41a之间设有空间49，因此排气气体中的微小颗粒被流入侧虑网密封部48a和通路的流入端41a之间的空间所捕集，且附着于上流域的微小颗粒的量增大，若通过设于过滤器流入侧的加热机构使该增大后的微小颗粒燃烧，则能够容易地进行下流域中的微小颗粒的燃烧。
专利第2924288号(专利文献3)公开了一种蜂窝过滤器的再生装置，其备有加热室，其设于排出发动机的排气气体的排气管；微波产生机构，其产生向该加热室供电的微波；蜂窝过滤器，其捕集被收置在加热室中的发动机的排气气体中所包含的微小颗粒；空气供给机构，其向加热室供给空气。图3是表示专利文献3的蜂窝过滤器的再生装置中的蜂窝过滤器的剖面图。箭号X表示排气气体的流入方向。对于蜂窝过滤器30，在具有由外周壁35所包围且由隔壁36所隔挡的多条通路37的蜂窝结构体31中，流入部31a和流出部31b相互被虑网密封部38a、38b所虑网密封，并通过位于比流入部31a的端面更靠近内部的虑网密封部38而形成放热防止部39。根据专利文献3，若所被捕集的微小颗粒被微波所加热，则通过放热防止部39防止所被加热的微小颗粒的放热，升温变快，能够在短时间内达到微小颗粒的可燃烧温度。
在该专利文献2和3中，为了高效地进行通贯蜂窝过滤器全域的再生，则如图3和图4所示，排气气体流入侧的虑网密封部，配置于比蜂窝过滤器的排气气体流入端更内侧。
然而，若如图3和图4所示可知，若实际地制造将排气气体流入侧的虑网密封部配置于比排气气体流入侧端面更靠近内侧的结构的蜂窝过滤器，则发现存在如下问题。
在专利文献2的蜂窝过滤器40中，流入侧的虑网密封部48a以如下方式形成。如图6(a)所示，以石腊62填塞不需要虑网密封部的通路的端面后，使蜂窝结构体41的流入端41a浸渍于虑网密封部形成用黏浆60内，从而在未被石腊填塞的通路47a中，填充黏浆60。由于蜂窝状结构体自身是多孔质陶瓷制且具有吸水性，因此流入到通路47的黏浆上部被隔壁部夺取水分而固化，黏浆下部，因没有夺取水分的隔壁所以依然是黏浆。若如图6(b)所示，将该蜂窝结构体上下颠倒使残留于通路中的黏浆自然沉降至固化的部分，则形成虑网密封部48a。此时通过所被浸渍的黏浆的高度而确定流入侧虑网密封部的位置。
然而，实际上，发明者曾试着在通路47a中充填黏浆60，则不论是黏浆的上部还是下部，由于与黏浆相邻的隔壁将水分吸收，因此，黏浆的上部和下部同时开始固化。为此，仅黏浆上部开始固化是困难的。如图6(c)所示，也有直至通路端部被虑网密封的情况，很难在比通路的流入侧虑网密封部更靠近上流侧形成专利文献2的图2以及图9～图15所示的空间。这种倾向，在将流入侧密封部设为离开陶瓷蜂窝端面例如10mm以上的情况下较为显著。若实际上将如此而形成的蜂窝过滤器用于微小颗粒捕集，则由于在排气气体流入侧虑网密封部的上流侧很难确保空间，因此用现有的技术不能发挥希望的微细颗粒捕集和放热防止的功能，不能够高效地进行贯通蜂窝过滤器全域的再生，压力损失上升。
另外，由于黏浆的固化程度因每条通路而异，因此恐怕会在流入侧虑网密封部上流侧的空间体积中产生不一致，每个蜂窝过滤器的压力损失偏差，制造成品率降低。
在专利文献3中，没有具体公开流入部31a的虑网密封部38a的形成方法。
专利文献1特开昭59-126022号公报专利文献2特公平3-68210号公报专利文献3专利第2924288号公报

发明内容
本发明的目的为提供一种陶瓷蜂窝过滤器，其在排气气体流入侧的虑网密封部确实地具有空间，并且无压力损失地高效进行通贯全域的再生。
本发明的又一目的为提供一种在制造比排气气体流入端更靠近内侧10mm以上而配置的结构的蜂窝过滤器时，在排气气体流入侧的虑网密封部的上流侧确实地形成空间的方法。
本发明的陶瓷蜂窝过滤器的特征为，将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接从而将给定的通路虑网密封，其中，至少在一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在邻接于该蜂窝结构体的端面的蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部的至少一部分连接。
在本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，优选为，以第一陶瓷蜂窝结构体成为排气通路的上流的方式，将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体的一个端面的通路的希望部被虑网密封的第一陶瓷蜂窝结构体，与陶瓷蜂窝结构体的两端面的通路的希望部被虑网密封的第二陶瓷蜂窝结构体，进行连接。
在本发明的陶瓷蜂窝结构体中，优选为，在至少一个被连接的虑网密封部，形成于一方的蜂窝结构体的端面的虑网密封部的虑网密封部长度A，与形成于与该蜂窝结构体邻接的蜂窝结构体的端面的虑网密封部的虑网密封部长度B之比A/B为1/9～9/1。
在本发明的陶瓷蜂窝结构体中，优选为，多个陶瓷蜂窝结构体具有一体的外周壁。
在本发明的陶瓷蜂窝结构体中，优选为，在所述隔壁和/或虑网密封部的至少一部分，担持有催化剂。
本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的特征为，是将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体，在通路方向连接，并将给定的通路虑网密封的陶瓷蜂窝结构体的制造方法，将至少在一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在邻接于该蜂窝结构体的蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部的至少一部分连接。
在本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法中，优选为，将一个陶瓷蜂窝结构体，在与通路大致垂直的方向分断，将分断后的陶瓷蜂窝结构体的端面对顶接，并使用形成于分断后的端面的虑网密封部，将多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接。
在本发明的陶瓷蜂窝结构体的制造方法中，优选为，形成于所述陶瓷蜂窝结构体的端面的虑网密封部的至少一部分，具有凸出部。
按照本发明，在将排气气体流入侧虑网密封部配置于比排气气体流入端更靠近内侧的结构的陶瓷蜂窝过滤器中，特别是在将排气气体流入侧虑网密封部配置于离开排气气体流入端10mm以上内侧的结构的蜂窝过滤器中，在虑网密封部的上流侧确实地形成空间。为此，能够高效地进行通贯蜂窝过滤器全域的再生，并消除因燃烧剩下的微小颗粒残留而使压力损失变大的问题。


图1是表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的一例的概略局部剖面图。
图2是表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的概略局部剖面图。
图3是表示专利文献3所记载的蜂窝过滤器的概略剖面图。
图4是表示专利文献2所记载的蜂窝过滤器的概略剖面图。
图5是表示现有的蜂窝过滤器的概略剖面图。
图6是表示专利文献2所记载的蜂窝过滤器的虑网密封部的形成方法的概略剖面图，(a)表示浸渍于黏浆中的状态；(b)和(c)表示黏浆浸入后将蜂窝结构体上下颠倒的状态。
图7是表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的剖面图。
图8是表示构成本发明的陶瓷蜂窝过滤器的蜂窝结构体的连接部局部剖面图。
图9是表示实施例2的陶瓷蜂窝过滤器的制造工序的概略剖面图。
图10是表示在蜂窝结构体的通路端部形成虑网密封部的现有的方法的概略剖面图。
图11是表示具有一体的外周壁的本发明的陶瓷蜂窝过滤器的概略剖面图。
图12是利用外周近旁的通路的虑网密封部而连接的本发明的陶瓷蜂窝过滤器的概略剖面图。
图13是表示在蜂窝结构体的连接端面的角部设置台阶部和倒角部的本发明的陶瓷蜂窝过滤器的概略局部剖面图。
图14是表示隔壁相对于外周壁倾斜的本发明的陶瓷蜂窝过滤器的一例的概略剖面图。
图15是表示隔壁相对于外周壁倾斜的本发明的陶瓷蜂窝过滤器的另一例的概略剖面图。
图16是表示隔壁相对于外周壁倾斜的本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造工序例的概略剖面图。
具体实施例方式
在以虑网密封部抵接的方式，将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体，在通路方向连接，从而将给定的通路虑网密封的本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，由于至少在一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在相邻于该蜂窝结构体的端面的蜂窝结构体的端面上形成的虑网密封部的至少一部分连接，因此能够将流入侧虑网密封部的位置保持在离开流入端的适当的位置。其结果，能够确实地确保流入侧虑网密封部排气气体上流侧的空间，并能够有效地进行通贯蜂窝过滤器全域的再生，并防止压力损失的上升。其理由如下。
本发明的陶瓷蜂窝过滤器，如图1所示，是多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接的陶瓷蜂窝过滤器，由于至少在一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部21，与在相邻于该蜂窝结构体的端面的蜂窝结构体的端面上形成的虑网密封部22的至少一部分邻接，因此能够在离开流蜂窝过滤器的端面的希望位置形成虑网密封部。为了在离开流蜂窝结构体的端面的希望位置形成虑网密封部，能够利用图10所示的现有的方法。首先用粘接剂将遮蔽过滤器(masking filter)63贴附于蜂窝结构体11的端面11a后，以穿孔方格花纹状。接下来，通过将端面11a浸渍于收置在容器61中的黏浆状的虑网密封材60中，并从穿孔部使黏浆状虑网密封材浸入通路而形成虑网密封部21，并烧结。虑网密封部的高度依赖于所浸入的黏浆状虑网密封材料的高度。由于没有形成虑网密封部的通路成为排气气体流通的空间，因此在将这些蜂窝结构体连接在通路方向的本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，能够在流入侧虑网密封部的上流侧确实地确保排气气体用空间，因此，能够高效地进行通贯蜂窝过滤器全域的再生，并防止压力损失的上升。
本发明的陶瓷蜂窝过滤器，由于以端面的虑网密封部彼此连接的方式在通路方向上连接多个蜂窝结构体而形成，因此蜂窝结构体彼此能够强固地连接。在连接前的虑网密封部烧结结束时，将陶瓷系粘接剂或虑网密封部相同的黏浆状虑网密封材涂布在虑网密封部的连接面后压接，并再次烧结，由此能够将虑网密封彼此强固地连接。另外，在连接前的虑网密封部未烧结时，通过虑网密封部的变形能，对虑网密封体彼此进行压接而容易地粘合。因此，由相同材形成的虑网密封部彼此能够被一体化地强固地连接。若在连接界面介有黏浆状虑网密封材料，则连接将更加强固。
为了得到蜂窝状结构体彼此的强固的连接，优选为各陶瓷蜂窝结构体的虑网密封部的40％以上与相邻的陶瓷蜂窝结构体的虑网密封部连接。作为被连接的虑网密封部的比例的连接率更优选为50％以上，进一步优选为52％以上。
如图12所示，在多个陶瓷蜂窝结构体的外周近旁，在整个通路上形成虑网密封部，并使虑网密封彼此连接，则虑网密封部的连接率升高，因此优选。也就是说，能够确实地连接与形成于陶瓷蜂窝结构体的通路的50％以上的虑网密封部相邻接的陶瓷蜂窝结构体的虑网密封部。此外，如果如图12(b)所示，形成排气气体不流通外周近旁的通路27a的结构，则作为绝热空间而起作用，防止微小颗粒的燃烧热经由外周壁25、28、蜂窝过滤器的把持构件和金属容器而被放出到外部。其结果，蜂窝过滤器的再生变得容易。这里，所谓“外周近旁”是指，从外周起20mm的内侧区域。
若以第一陶瓷蜂窝结构体成为上流侧的方式，将其中一个端面的通路的希望部被虑网密封的第一陶瓷蜂窝结构体，与两端面的通路的希望部被虑网密封的第二陶瓷蜂窝结构体连接，则能够适当地确保流入侧虑网密封部的位置。为此，陶瓷蜂窝过滤器，能够在流入侧虑网密封部的上流侧确实地确保空间，并能够高效地进行通贯全域的再生，且能够防止压力上损失的上升。其理由如下。
如图2所示，其中一个端面的通路的希望部被虑网密封的第一陶瓷蜂窝结构体11，和两端面的通路的希望部被虑网密封的第二陶瓷蜂窝结构体连接12，通过虑网密封部21、22彼此以第一陶瓷蜂窝结构体11成为上流侧的方式抵接，而被连接为一体，因此不论排气气体流入侧的虑网密封部是否构成配置于比排气气体流入端更靠近内侧，从蜂窝过滤器流入端到流入侧虑网密封部的距离通常也是适当的。在端面的希望部位具有虑网密封部的蜂窝结构体11、12中，因为没有形成虑网密封部的通路成为排气气体流通的空间，所以本发明的陶瓷蜂窝过滤器，能够在流入侧虑网密封部上流侧确实地确保排气气体流通的空间，并能够高效地进行通贯蜂窝过滤器全域的再生。
在通过虑网密封部连接的蜂窝结构体中，优选为，其中一方的蜂窝结构体的虑网密封部的长度A，与另一方的蜂窝结构体的虑网密封部的长度B之比A/B为1/9～9/1。在虑网密封部长度之比A/B为低于1/9或超过9/1时，其中一方的虑网密封部变得过短，虑网密封部和隔壁的连接面积不足，虑网密封部和隔壁的连接强度不足。虑网密封部长度之比A/B更优选为，3/7～7/3，并且虑网密封部长度的合计(A+B)优选为10～30mm。
在本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，若多个陶瓷蜂窝结构体具有一体的外周壁，则通过外周壁，多个的陶瓷蜂窝结构体被连接。图11(a)表示将具有外周壁的陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接的例子。在该例中，蜂窝结构体11和12通过虑网密封部21和22而连接，同时在外周壁25、28的外侧，进一步形成一体的外周壁25a。另外，图11(b)表示将没有外周壁的陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接的例子。在该例中，蜂窝结构体11和12通过虑网密封部21和22而连接，同时形成一体的外周壁25。没有外周壁的陶瓷蜂窝结构体，是利用机械加工将通过把具有可塑性的陶瓷坯土压出成型而得到的蜂窝成型体的外周部局部除去后，烧结而得到的。或者也可以将蜂窝成型体烧结后，通过机械加工除去外周部。在没有外周壁的陶瓷蜂窝结构体中，位于最外周的通路没有与外部间隔的隔壁，因此有向外部开口而在大致轴方向延伸的凹槽。
位于最外周的通路没有与外部间隔的隔壁而形成向外部开口沿大致轴方向延伸的凹槽的陶瓷蜂窝结构体中，通过在凹槽中填充陶瓷材而形成外周壁，优选(a)、在外周壁和凹槽之间的至少一部分设置空隙；(b)、在外周壁的至少一部分设置开口的空隙。其理由是因为，由在最外周具有轴向上的凹槽状通路的多个陶瓷构蜂窝造体构成的陶瓷蜂窝过滤器上，一体地形成外周壁25a时，若在外周壁和凹槽之间的至少一部分及/或外周壁的至少一部分，存在在外表面开口的空隙，则对于由排气气体引起的急热、急冷、或微小颗粒燃烧时的热冲击的强度被改善。
在本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，如图3所示，通过在多个陶瓷蜂窝结构体的连接面的外周形成台阶部70和倒角部71，并在此涂布陶瓷粘接剂和黏浆72而形成连接层，从而将多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向更加强固地连接。图13的(a)和(b)，表示在具有一体的外周壁的陶瓷蜂窝过滤器上形成台阶部70的例子，(c)表示形成倒角部71的例子。若陶瓷粘接剂和黏浆72从台阶部70和倒角部71浸入到通路内，则多个陶瓷蜂窝结构体被更强固地连接。台阶部70的尺寸，优选为宽度W为1～15mm，深度D为1～10mm。倒角C优选为1～8mm。更优选为宽度W为1～8mm，深度为1～5mm，倒角C为1～4mm。
在本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，优选为在隔壁及/或虑网密封部的至少一部分上担持催化剂。并通过在相对于排气气体流入方向而倾斜的隔壁表面所担持的催化剂作用，容易地对隔壁中的微小颗粒进行捕集和燃烧，并能够防止微小颗粒在排气气体出口侧端面的虑网密封部附近集中地堆积。作为催化剂，优选包含铂族金属的氧化催化剂和微小颗粒燃烧催化剂。作包含铂族金属的氧化催化剂，是Pt、Pd、Ru、Rh或其组合，或者它们的氧化物等，但是也可以包含碱土金属氧化物和稀土类氧化物等。另外，若在包含铂族金属的催化剂中包含有由γ氧化铝等活性氧化铝形成的高比表面积材料，则铂族金属等和排气气体之间的接触面积变大，能够提高排气气体的净化效率。另外，作为微小颗粒燃烧催化剂，优选为基材金属催化剂，典型地是由镧、铯、钒(La/Cs/V2O3)形成的催化剂。
根据需要，可以在流入侧虑网密封部的上流侧和下流侧的隔壁担持具有不同功能的催化剂。在多个蜂窝结构体通过虑网密封部连接而形成的本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，隔壁由排出气体流入侧虑网密封部所分断，因此能够确实地使上流侧和下流侧的隔壁所担持的催化剂形成得不同。
在具有一体的外周壁的本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，优选端面与大致圆筒状的外周壁基本垂直，且隔壁的表面粗糙度以最大高度Ry计量为10μm以上，且在通路方向的剖面中，相邻的隔壁大致平行，且相对于外周壁至少一部分是倾斜的。在这种结构的情况下，例如图14所示，由于包含流入通路的微小颗粒的排气气体通过倾斜的隔壁26而使其方向弯曲散乱，因此通过表面粗糙度Ry为10μm以上的隔壁26容易捕集微小颗粒。为此，能够防止微小颗粒在排气气体流出侧虑网密封部23的上流侧以高浓度堆积，特别是能够在比蜂窝过滤器的排气气体流入侧虑网密封部更靠近流出侧通路处，能够横跨纵长方向地大致均一地捕集微小颗粒。其结果，在过滤器的再生时，能够防止在排气体流出侧虑网密封部的上流侧以高浓度堆积的微小颗粒自身的发热而引起过滤器熔损、破损。因此，在具有利用比排气气体流入侧虑网密封部更靠近流入侧的空间而使微小颗粒燃烧的结构的本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，能够防止熔损和破损并高效地进行过滤器的再生。
在隔壁的表面粗糙度以最大高度Ry计量为10μm以上的情况下，能够通过隔壁表面的凹凸而高效地捕集排气气体中的微小颗粒。隔壁的表面粗糙度更优选的范围，以最大高度Ra计量为20～100μm。另外，隔壁的表面粗糙度是利用表面粗糙度仪在长度纵长方向测定表面形状并以JISB0601-1994为标准求得的。
在将本发明的陶瓷蜂窝过滤器沿隔壁二等分分割的剖面中，优选纵长方向端部与外周壁连接的隔壁数是1～6个。在该范围中，若上述表面粗糙度的隔壁的至少一部分相对于外周壁而倾斜，则利用通贯入口侧至出口侧的隔壁而捕集排气气体中的微小颗粒较为容易。由于若其纵长方向端部与外周壁连接的隔壁的数量低于一个，则相对于外周壁的隔壁的倾斜过小，通路内排气气体的流动中不易产生紊乱，为此防止微小颗粒在排气气体出口侧虑网密封部附近以高密度堆积的效果甚微。另一方面，由于若其纵长方向端部与外周壁连接的隔壁的数量超过6个，则未能通贯入口侧至出口侧的通路的比例增加，过滤器的实际有效面积变小，因此压力损失上升。在陶瓷蜂窝结构体的二等分剖面中，其纵长方向端部与外周壁连接的隔壁的数量，更优选为1～4个。图14(a)表示纵长方向端部26a与外周部25a连接的隔壁的数量为一个的例子，图14(b)表示纵长方向26a与外周部25a连接的隔壁的数量是两个的例子。
没有必要使所有的隔壁相对于外周壁倾斜，也可以是一部分的隔壁或仅隔壁的部分倾斜。隔壁的倾斜角也没有必要一定通贯蜂窝结构体全域，也可以根据蜂窝结构体的位置而变化。图15(a)～(c)表示隔壁的倾斜角通贯蜂窝结构体的全域不定的例子，图15(a)～(c)所示的隔壁26的倾斜，可以通过调整压出成型时的成型体的保持方向和保持力等而得到。
在通过将具有由隔壁所隔挡的多条通路的多个蜂窝结构体在通路方向连接，而制造将给定的通路虑网密封的陶瓷蜂窝过滤器的本发明的方法中，由于将至少在一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在同该蜂窝结构体邻接的蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部的至少一部分连接，因此能够将多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向上确实地坚固地连接。
如图13所示，在陶瓷蜂窝结构体的连接部的外周形成台阶部和倒角部，并在此涂布陶瓷粘接剂和黏浆而形成连接层，从而能够将多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向上更坚固地连接。
以下详细说明，将在其中一个端面具有虑网密封部的陶瓷蜂窝结构体与在两个端面具有虑网密封部的陶瓷蜂窝结构体，在通路方向上连接的例子。在一端有形成虑网密封部21蜂窝结构体11，与在两端形成虑网密封部22和23的蜂窝结构体12，具有相同的隔壁厚度以及间距。如图所示，通过将蜂窝结构体11、12的虑网密封部21、22抵接而压接，从而将两蜂窝结构体连接为一体化。由此，能够将离开流入侧虑网密封部的蜂窝结构体流入端的位置设为适当的位置，从而能够切实地确保流入侧虑网密封部上流侧的空间。
在应当连接的虑网密封部烧结结束的情况下，优选通过陶瓷的粘接剂或黏浆状的虑网密封材而将虑网密封部压接，并再次烧结。另外，在所应连接的虑网密封部未烧结的情况下，能够利用虑网密封部的变形而容易地使虑网密封部对压接，因此能够通过其后的烧结而更坚固地连接。此外，若在连接面上介有黏浆状虑网密封部，则密封效果变大。
抵接前的陶瓷蜂窝结构体，优选在虑网密封部烧结结束时是烧结体，但是虑网密封部在未烧结时可以是干燥成型体也可以是烧结体。
用于本发明的陶瓷蜂窝过滤器的多个蜂窝结构体的通路的位置关系，在无损于过滤器的压力损失的范围内，没有必要完全一致。也可以，如图8所示，在陶瓷蜂窝过滤器的连接部中相邻的蜂窝结构体11、12的通路在半径方向仅以距离X偏移。偏移量X优选为大约0mm～隔壁厚度。若偏移量X超过隔壁厚度，则压力损失变得过大。
优选在将长陶瓷蜂窝在大致垂直于纵长方向分断而形成的多个陶瓷结构体的一端或两端，形成虑网密封部，并以虑网密封部抵接的方式，将多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接。其理由是因为，若通过分断一体形成的陶瓷蜂窝体而形成多个陶瓷蜂窝结构体，则能够得到邻接的陶瓷蜂窝结构体的通路的整合性。
使用图7说明形成于陶瓷蜂窝结构体的端面的虑网密封部的至少一部分具有凸出部的优选理由。如图7(a)所示，在蜂窝结构体11的虑网密封部21具有凸出部24，且蜂窝结构体11、12的虑网密封部21、22在干燥前(具有可塑性的状态)的情况下，使虑网密封部21、22挡接而压接，从而主要是凸出部24变形，如图7(c)所示，虑网密封部21和22一体化。若在这种状态下进行虑网密封部的干燥、烧结，则虑网密封部21、22被坚固地连接，从而结构体11和12坚固地一体化。凸出部24，也可以如图7(d)所示位于陶瓷蜂窝结构体12的虑网密封部22，并且也可以如图7(e)所示位于两陶瓷蜂窝结构体11、12。
凸出部24，可以通过调整贴附于蜂窝结构体的端面的遮蔽过滤器的厚度而形成。图10(e)表示形成与遮蔽过滤器的厚度相当的凸出部的状态。凸出部24的高度最好为0.01～0.5mm。若虑网密封部未烧结，则压接时借助于凸出部24，虑网密封部更接近易于一体化。
为了除去柴油发动机的排气气体中的微小颗粒，作为构成用于本发明的陶瓷过滤器的隔壁以及虑网密封部的材料，优选为耐热性优良的材料，特别优选以从由堇青石、氧化铝、莫来石、钛酸铝、氮化硅、碳化硅以及LAS组成的组中选择的至少一种为主要成分的陶瓷材料。其中，以堇青石为主要成分的陶瓷蜂窝过滤器价廉且耐热性以及耐蚀性优异，并且因其低热膨胀，耐热冲击性也较为优异。
本发明的陶瓷蜂窝过滤器的隔壁的气孔率优选为50％～80％。由于排气气体通过形成于隔壁的细孔，因此若隔壁的气孔率不足50％，则陶瓷蜂窝过滤器的压力损失上升，发动机的输出降低。另外，若隔壁的气孔率超过80％，则由于隔壁的强度降低，恐怕会在使用时因热冲击或机械振动而破损。
实施例通过以下的实施例更详细地说明本发明，但是本发明不限于以下的实施例。
实施例1图2所示的实施例1的陶瓷蜂窝过滤器10，由堇青石质陶瓷形成，具有外径267mm、长度304.4mm、隔壁厚度0.3mm、隔壁间距1.5mm、隔壁的气孔率65％、以及平均细孔直径22μm的尺寸。流入侧虑网密封部被设于离开流入端92mm的位置。陶瓷蜂窝过滤器10，将在一端具有虑网密封部21的蜂窝结构体11，与在两端具有虑网密封部22、23的陶瓷蜂窝结构体12，通过虑网密封部在通路27的方向连接为一体。
首先，在由高岭土、滑石、熔融二氧化硅、水酸化铝、二氧化铝等的粉末构成的堇青石生成原料粉末中，添加作为成型助剂的甲基纤维素(methyl cellulose)，作为造孔剂的石墨和有机发泡剂，并充分干式混合后，添加水，并进行充分的混炼而生成具有可塑性的陶瓷坯土。通过将该陶瓷坯土挤压成型，制造在外周壁的内侧具有由隔壁26所隔挡的多个条通路27，且外周壁和隔壁被形成为一体的蜂窝结构成型体。将该成型体在微波干燥炉中加热干燥后，以最高温度1410℃大约8日而烧结。所得到的结构体11的外径是267mm，长度是100mm，壁厚是0.3mm，间距是1.5mm，隔壁的气孔率是65％，平均细孔直径是22μm。另外，蜂窝结构体的12的外径是267mm，长度是204mm，壁厚是0.3mm，间距是1.5mm，隔壁的气孔率是65％，平均细孔直径是22μm。
如图10所示，在蜂窝结构体11的端面11a用粘接剂贴附遮蔽过滤器后，并穿孔为方格花纹状。将蜂窝结构体11的端部浸渍于由收置于容器的堇青石生成原料形成的黏浆状虑网密封材，而形成流入侧虑网密封部21。虑网密封部21的长度被设计成距离蜂窝结构体11的端面11a有8mm。通过调整遮蔽过滤器的厚度，而在虑网密封部21上形成0.5mm的凸出部24。
同样，在蜂窝结构体12的流入侧端面12a和流出侧端面12b用粘接剂贴附遮蔽过滤器后，穿孔为方格花纹状，将流入侧端面12a浸渍于收置于容器的黏浆状虑网密封材，并使黏浆状虑网密封材通过穿孔部而浸入通路，而形成流入侧虑网密封部22。同样将流出侧端面12b浸渍于收置于容器的黏浆状虑网密封材，并使黏浆状虑网密封才通过穿孔部而浸入通路，而形成流出侧虑网密封部23。虑网密封部22的长度被设成距离端面12a有8mm，虑网密封部23的长度被设成距离端面12b有12mm。
将在蜂窝结构体11、12的通路的多个位置定位用的金属销插入，并以通路整合的方式将蜂窝结构体11、12定位后，将具有凸出部24的蜂窝结构体11的虑网密封部21与蜂窝结构体12的虑网密封部22抵接而压接，而将虑网密封部21和22结合为一体。此时的虑网密封部21和22的抵接或压接的情况，如图7(a)和(b)表示。由于虑网密封部未烧结，因此构成虑网密封部21和22的堇青石生产原料通过抵接而接近。干燥后除去金属销，在1400℃烧结，并通过堇青石烧结反应使虑网密封部对和虑网密封部以及隔壁连接，从而使蜂窝结构体11和12一体化。
通过将两个蜂窝结构体11、12在通路27的方向连接为一体，而得到陶瓷蜂窝过滤器，其具有外径267mm，长度304.4mm，隔壁厚度0.3mm，隔壁间距1.5mm的尺寸，且排气气体流入侧的虑网密封部被配置于比排气气体流入端更靠近内侧，同时具有在虑网密封部的上流侧形成空间的结构。通过调整蜂窝结构体11和12的长度，能够正确地控制虑网密封部21、22的长度和离开流入部的位置。
实施例2图11(b)所示的实施例2的陶瓷蜂窝过滤器10，由堇青石质陶瓷构成，具有如下尺寸，即外径267mm，长度304.8mm，隔壁厚度0.3mm，隔壁间距1.5mm，隔壁26的气孔率为63％，平均细孔直径为21μm。流入侧虑网密封部，被设于距离流入端92mm的位置。陶瓷蜂窝过滤器10，通过虑网密封部将在一个端面具有虑网密封部21的蜂窝结构体11，与在两个端面具有虑网密封部22、23的陶瓷蜂窝结构体12，在通路27的方向一体地连接。
陶瓷蜂窝过滤器10如图9所示而制造。图9(a)表示干燥后的蜂窝结构体的压出成型体1；(b)表示将压出成型体1的外周部加工后而烧结的器件；(c)表示将蜂窝结构的烧结体在垂直于通路的方向分断后，对分断部取倒角后的蜂窝结构体11、12；(d)表示形成了虑网密封部后的蜂窝结构体11、12；(e)表示通过虑网密封部的凸出部24将蜂窝结构体11、12连接为一体的状态；(f)表示在蜂窝结构体11、12的倒角部71填充陶瓷粘接剂后的状态；(g)表示在蜂窝结构体11、12的外周一体地形成外周壁的状态。
(a)成型至干燥与实施例1相同，在堇青石质的生产原料粉末中添加甲基纤维素、石墨和有机发泡剂，并充分地干式混合后，添加水，进一步进行充分的混炼，而制作成具有可塑性的陶瓷坯土。通过将该陶瓷坯土挤压成型，制造在外周壁的内侧具有由隔壁所隔挡的多个通路且外周壁和隔壁一体地形成的蜂窝成型体。将该蜂窝成型体在感应干燥炉或微波干燥炉中加热干燥后，将成型体中的水分蒸发。
(b)外周加工至烧结通过磨削将蜂窝成型体的外周部除去，做成最外周的通路是凹槽状的蜂窝成型体。将该成型体以最高温度1410℃大约8日而烧结。所得到的结构体的外径是262mm，长度是310mm，壁厚是0.3mm，间距是1.5mm，隔壁的气孔率是63％，平均细孔直径是21μm。
(c)分断至取倒角将蜂窝烧结体在垂直于通路的方向分断后，研磨分断面，得到长度为100mm的第一蜂窝结构体11、以及长度为204mm的第二蜂窝结构体12。在蜂窝结构体11的流出侧端面以及蜂窝结构体12的流出侧端面施加倒角长度C为4mm的倒角。
(d)虑网密封部的形成利用粘接剂将遮蔽过滤器贴附于蜂窝结构体11的端面11a后，并穿孔为方格花纹状。将端面11a浸渍于由收置于容器的堇青石生成原料形成的黏浆状虑网密封材，从而形成流入侧虑网密封部21。虑网密封部21的长度被设成距离蜂窝结构体11的端面11a有8mm。通过调整遮蔽过滤器的厚度，而在虑网密封部21上形成0.5mm的凸出部24。
在蜂窝结构体12的流入侧端面12a和流出侧端面12b用粘接剂贴附遮蔽过滤器后，穿孔为方格花纹状，将流入侧端面12a浸渍于收置于容器的黏浆状虑网密封材，从而使黏浆状虑网密封材通过穿孔部而浸入通路，而形成流入侧虑网密封部22。虑网密封部22的长度被设成距离端面12a有8mm。同样在虑网密封部22形成0.5mm的凸出部。另外，将蜂窝结构体12的流出侧端面12b浸渍于黏浆状虑网密封材，而形成流出侧虑网密封部23。虑网密封部23的长度被设成距离端面12b有12mm。
(e)连接一体化将分断时的对合标记作为基准，并且在连接的蜂窝结构体11、12的通路的多个部位插入定位销，并以通路整合的方式将蜂窝结构体11、12定位后，将具有凸出部24的蜂窝结构体11的虑网密封部21与蜂窝结构体12的虑网密封部22抵接而压接，并将虑网密封部21和22结合为一体。由于虑网密封部未烧结，因此，通过抵接，构成虑网密封部21和22的堇青石生产原料容易接近。干燥后除去定位销钉，在1400℃烧结，并通过烧结反应使虑网密封部对和虑网密封部以及隔壁连接，并使蜂窝结构体11和12一体化。
(f)粘接剂的填充在倒角部71上填充氧化铝陶瓷系粘接剂72后干燥。
(g)外周壁的形成在陶瓷蜂窝过滤器的最外周的凹槽中，填充由平均颗粒直径20μm的堇青石颗粒和胶态二氧化硅形成的胶料(paste)，形成外周壁，并使之干燥，做成外径为267mm的陶瓷蜂窝过滤器。
如此通过将两个蜂窝结构体11、12在通路27的方向连接，而得到陶瓷蜂窝过滤器，其具有外径267mm，长度304.8mm，隔壁厚度0.3mm，隔壁间距1.5mm的尺寸，且排气气体流入侧的虑网密封部被配置于比排气气体流入端更靠近内侧，同时具有在虑网密封部的上流侧形成空间的结构。通过调整蜂窝结构体11和12的长度，能够正确地控制虑网密封部21、22的长度和离开流入部的位置。并且通过向倒角部填充粘接剂，在蜂窝结构体11、12上形成共通的外周壁，而得到具有优异的连接强度的陶瓷蜂窝结构体。
实施例3图14所示的实施例3的陶瓷蜂窝过滤器10，由堇青石质陶瓷构成，具有如下尺寸，即外径267mm，长度304.3mm，隔壁厚度0.3mm，隔壁间距1.5mm，隔壁26的气孔率为65％，平均细孔直径为22μm，隔壁的表面粗糙度为45μm。流入侧虑网密封部被设于距离流入端92mm的位置。陶瓷蜂窝过滤器10，通过虑网密封部，将在一个端面具有虑网密封部21的第一蜂窝结构体11，与在两个端面具有虑网密封部22、23的陶瓷蜂窝结构体12，在通路27的方向一体地连接。
陶瓷蜂窝过滤器10如图16所示而制造。图16(a)表示烧结后的蜂窝结构体1；(b)表示以(a)的蜂窝结构体1的隔壁倾倒的方式除去外周部后的蜂窝结构体；(c)表示将(b)的蜂窝结构的在垂直于通路的方向分断而形成的蜂窝结构体11、12；(d)表示形成了虑网密封部后的蜂窝结构体11、12；(e)表示通过虑网密封部将蜂窝结构体11、12连接为一体的状态；(f)表示在外周面形成外周壁的陶瓷蜂窝过滤器。
(a)成型、烧结在与实施例1相同的堇青石质的生产原料粉末中添加甲基纤维素、石墨和有机发泡剂，并充分地干式混合后，添加水，进一步进行充分的混炼，而制作成具有可塑性的陶瓷坯土。通过将该陶瓷坯土挤压成型，制造在外周壁的内侧具有由隔壁所隔挡的多个通路且外周壁和隔壁一体地形成的蜂窝成型体。将该蜂窝成型体在感应干燥炉或微波干燥炉中加热干燥后，将水分蒸发。将干燥后的成型体以最高温度1410℃大约8日而烧结。所得到的结构体的外径是275mm，长度是310mm，壁厚是0.3mm，间距是1.5mm，隔壁的气孔率是65％，平均细孔直径是22μm。
(b)外周和端面的加工为了得到隔壁倾斜的蜂窝结构体，通过磨削将蜂窝烧结体的外周部除去，形成最外周具有凹槽的外径264mm的蜂窝烧结体。以端面相对于外周部大致成为直角的方式，切除蜂窝烧结体的端部。
(c)分断在分断部施以对合标记，将蜂窝烧结体在垂直于通路的方向分断后，研磨分断面，得到长度为100mm的第一蜂窝结构体11、以及长度为204mm的第二蜂窝结构体12。
(d)虑网密封部的形成利用粘接剂将遮蔽过滤器贴附于蜂窝结构体11的端面11a后，并穿孔为方格花纹状，将端面11a浸渍于由收置于容器的堇青石生成原料形成的黏浆状虑网密封材中，使黏浆状虑网密封材通过穿孔部而浸入通路，从而形成流入侧虑网密封部21。虑网密封部21的长度被设成距离蜂窝结构体11的端面11a有8mm。
在蜂窝结构体12的流入侧端面12a和流出侧端面12b用粘接剂贴附遮蔽过滤器后，穿孔为方格花纹状，将流入侧端面12a浸渍于收置于容器的黏浆状虑网密封材，并使黏浆状虑网密封材通过穿孔部而浸入通路，而形成流入侧虑网密封部22。虑网密封部22的长度被设成距离端面12a有8mm。通过调整遮蔽过滤器的厚度而在虑网密封部22形成0.5mm的凸出部。另外，将流出侧端面12b浸渍于黏浆状虑网密封材，而形成流出侧虑网密封部23。虑网密封部23的长度被设计成距离端面12b有12mm。
(e)连接一体化以分断时的对合标记作为基准，并且在连接的蜂窝结构体11、12的通路的多个位置插入定位的销，并以通路整合的方式将蜂窝结构体11、12定位后，将具有凸出部24的蜂窝结构体11的虑网密封部21与蜂窝结构体12的虑网密封部22抵接而压接，并将虑网密封部21和22结合为一体。由于虑网密封部未烧结，因此，构成虑网密封部21和22的堇青石生产原料容易通过抵接而接近。通过在1400℃烧结，并通过堇青石烧结反应使虑网密封部对和虑网密封部以及隔壁连接，并使蜂窝结构体11和12一体化。竹子制的定位销在烧结时燃烧。
(f)外周壁的形成在陶瓷蜂窝过滤器的最外周的凹槽中，填充由平均颗粒直径20μm的堇青石颗粒和胶态二氧化硅形成的胶料(paste)，形成外周壁，形成外径为267mm的陶瓷蜂窝过滤器。
如此通过将两个蜂窝结构体11、12在通路方向连接，而得到陶瓷蜂窝过滤器，其具有外径267mm，长度304.3mm，隔壁厚度0.3mm，隔壁间距1.5mm的尺寸，且排气气体流入侧的虑网密封部被配置于比排气气体流入端更靠近内侧，同时具有在虑网密封部的上流侧形成空间的结构。另外，通过在蜂窝构造体11、12上形成共通的外周壁，得到得到具有优良的连接强度的陶瓷蜂窝结构体。这些隔壁的表面粗糙度为45μm，隔壁相对于外周壁倾斜，因此特别是能够通过排气气体流入侧虑网密封部在流出侧的通路中横跨长度方向地大致均一地不及微小颗粒。此时，能够防止在滤波器再生时，由在排气气体流出侧虑网密封部的上流侧以高浓度堆积的微小颗粒自身的发热而引起的滤波器熔损、破损。
比较例1在与实施例1相同的堇青石质的生产原料粉末中添加甲基纤维素、石墨和有机发泡剂，并充分地干式混合后，添加水，进一步进行充分的混炼，而制作成具有可塑性的陶瓷坯土。通过将该陶瓷坯土挤压成型，制造在外周壁的内侧具有由隔壁所隔挡的多个通路且外周壁和隔壁一体地形成的蜂窝成型体。接下来，将该蜂窝成型体在微波干燥炉中加热干燥后，以最高温度1410℃大约8日进行烧结。所得到的结构体的外径是267mm，长度是304.8mm，壁厚是0.3mm，间距是1.52mm，隔壁的气孔率是65％，平均细孔直径是22μm。
如图6(a)所示，在不需要虑网密封部的通路中填装石蜡后，将蜂窝结构体41的流入端面41a浸渍在虑网密封部形成用黏浆60内，在未被石蜡填塞的通路47a中填充黏浆60。黏浆的填充高度是105mm。由于黏浆的上部和下部的任何一个均由与黏浆连接的隔壁吸收水分，因此黏浆的上部和下部同时开始固化。如图6(c)所示，在通路端部之前形成虑网密封部。对于另一端面，通过图10所示的方法，每隔一个通路在离开端面10mm处形成虑网密封部。
将虑网密封后的蜂窝结构体在1400℃中烧结，通过堇青石烧结反应，将虑网密封部和隔壁形成为一体。在所得到的比较例1的陶瓷蜂窝过滤器中，在虑网密封部的上流侧不形成空间。
权利要求
1.一种陶瓷蜂窝过滤器，其特征在于，将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体，在通路方向连接，从而对给定的通路进行虑网密封，其中，在至少一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在邻接于该蜂窝结构体的端面的蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部的至少一部分被连接。
2.根据权利要求1所述的陶瓷蜂窝过滤器，其特征在于，以第一陶瓷蜂窝结构体成为上流侧的方式，将一个端面中给定的通路被虑网密封的第一陶瓷蜂窝结构体，与两个端面中给定的通路被虑网密封的第二陶瓷蜂窝结构体连接。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，在虑网密封部的连接部，一方的蜂窝结构体的端面的虑网密封部的长度A，与另一方的蜂窝结构体的端面的虑网密封部的长度B之比A/B为1/9～9/1。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，多个陶瓷蜂窝结构体具有一体的外周壁。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，在所述隔壁及/或所述虑网密封部的至少一部分，担持有催化剂。
6.一种陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，是将给定的通路虑网密封的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，当将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体，在通路方向连接时，将在至少一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在邻接于该蜂窝结构体的蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部的至少一部分连接。
7.根据权利要求6所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，通过将一个一体的陶瓷蜂窝结构体，大致垂直于通路而分断，从而形成多个陶瓷蜂窝结构体，将分断后的陶瓷蜂窝结构体的端面彼此对顶相接，此时使陶瓷蜂窝结构体的端面的虑网密封部的至少一部分抵接。
8.根据权利要求6或7所述的陶瓷蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，形成于所述陶瓷蜂窝结构体的端面的虑网密封部的至少一部分，具有凸出部。
全文摘要
本发明公开一种陶瓷蜂窝过滤器，是将具有被隔壁所隔挡的多条通路的多个陶瓷蜂窝结构体在通路方向连接从而将给定的通路虑网密封的陶瓷蜂窝过滤器，其中，至少在一个蜂窝结构体的端面形成的虑网密封部，与在邻接于该蜂窝结构体的端面的蜂窝结构体的端面形成的滤网密封部的至少一部分被连接。
文档编号B01D46/24GK1822890SQ20048002039
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月14日 优先权日2003年7月14日
发明者渡边一丰, 诹方部博久 申请人:日立金属株式会社