蜂窝结构体及其制造方法与流程

1.本发明涉及蜂窝结构体及其制造方法。


背景技术：

2.通常，已知有如下的电加热催化器(ehc)：在由导电性陶瓷构成的蜂窝结构体配设电极，通过通电而使蜂窝结构体自身发热，由此使负载于蜂窝结构体的催化剂在发动机(内燃机)起动前升温至活性温度，从而实现对在发动机刚起动后的冷却状态时排出的废气进行净化。
3.在下述的专利文献1中公开了一种蜂窝结构体，在蜂窝结构部形成有为了提高蜂窝结构体的耐热冲击性而在侧面开口的1条以上的狭缝。另外，为了维持耐热冲击性、同时使通过蜂窝结构体的气体不会从上述狭缝向蜂窝结构体的外周侧漏出，提出了将填充材料填充于至少1条狭缝。专利文献1中，作为将填充材料填充于狭缝的方法，公开了使用注射器或者刮刀的方法。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2015-174011号公报


技术实现要素：

7.通常，在将填充材料填充于狭缝时，在对形成有狭缝的蜂窝结构部的外周面实施了贴膜之后，将填充材料填充于狭缝。此时，按照不包括应填充填充材料的狭缝的方式进行贴膜。即，在蜂窝结构部的外周面上与狭缝相对应地形成有未实施贴膜的部分(贴膜狭缝)。
8.由本发明人的研究结果可知，因贴膜的实施方式，会产生填充材料的宽度的偏差，由此，在蜂窝结构体的周向上产生应力缓和性能的偏差，有可能成为蜂窝结构体被加热时在蜂窝结构体产生裂纹的主要原因。
9.本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的之一在于提供能够降低加热时在蜂窝结构体产生裂纹的风险的蜂窝结构体及其制造方法。
10.在一个实施方式中，本发明的蜂窝结构体是具备蜂窝结构部的蜂窝结构体，所述蜂窝结构部具有外周壁、和配设在外周壁的内侧且区划形成多个隔室的间隔壁，所述多个隔室形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路，其中，所述蜂窝结构体还具备：多个狭缝，其从蜂窝结构体的外周面向径向内侧延伸、并且在隔室的延伸方向上延伸；和填充材料，其填充于多个狭缝，在对每个狭缝求出下述式(1)所示的填充材料的宽度y与狭缝的宽度x之差时，下述式(2)所示的差的最大值a与差的最小值b之差为0.4mm以下。
11.(y-x)
……
(1)
12.(a-b)
……
(2)
13.式(1)中，x表示蜂窝结构体的外周面上的狭缝的宽度，y表示从蜂窝结构体的径向外侧观察填充材料时的填充材料的宽度。
14.本发明的蜂窝结构体的制造方法包括：贴膜工序，对于蜂窝结构体素体，在蜂窝结构体素体的外周面实施贴膜，所述蜂窝结构体素体具备蜂窝结构部，所述蜂窝结构部具有外周壁、和配设在外周壁的内侧且区划形成多个隔室的间隔壁，所述多个隔室形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路；狭缝形成工序，在贴膜工序之后，从径向外侧对蜂窝结构体素体实施加工，在蜂窝结构体素体上形成多个狭缝，所述多个狭缝从蜂窝结构体素体的外周面向径向内侧延伸、并且在隔室的延伸方向上延伸；填充工序，在狭缝形成工序之后，将填充材料填充至多个狭缝；和除去工序，在填充填充材料之后除去贴膜。
15.发明效果
16.根据本发明的蜂窝结构体及其制造方法的一个实施方式，能够降低加热时在蜂窝结构体产生裂纹的风险。
附图说明
17.图1是示出本发明的实施方式的蜂窝结构体的立体图。
18.图2是示出图1的填充材料的详细情况的说明图。
19.图3是示出本发明的实施方式的蜂窝结构体的制造方法的说明图。
20.图4是示出强度试验的说明图。
21.符号说明
22.1：蜂窝结构体；1a：外周面；10：蜂窝结构体素体；2：蜂窝结构部；20：外周壁；21：间隔壁；21a：隔室；3：狭缝；4：填充材料；5：电极层；6：贴膜
具体实施方式
23.以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。本发明并不限定于各实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形并使其实现具体化。另外，通过各实施方式中公开的多个构成要素的适当组合而能够形成各种发明。例如，可以从实施方式中所示的全部构成要素中删除若干构成要素。此外，可以对不同的实施方式的构成要素进行适当组合。
24.图1是示出本发明的实施方式的蜂窝结构体1的立体图。图1所示的蜂窝结构体1具备蜂窝结构部2、多个狭缝3、填充材料4以及一对电极层5。
25.蜂窝结构部2是陶瓷制的柱状部件，具有外周壁20和间隔壁21，该间隔壁21配设在外周壁20的内侧、区划形成多个隔室21a，该隔室21a形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路。
26.蜂窝结构部2的外形为柱状即可，没有特别限定，例如可以是端面为圆形的柱状(圆柱形状)、端面为椭圆形的柱状、端面为多边形(四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等其他形状。柱状可以理解为在隔室21a的延伸方向(蜂窝结构体1的轴向)上具有厚度的立体形状。蜂窝结构部2的轴向长度与蜂窝结构部2的端面的直径或宽度之比(纵横尺寸比)是任意的。柱状也可以包含蜂窝结构部2的轴向长度比端面的直径或宽度短的形状(扁平形状)。
27.对于蜂窝结构部2的大小，出于提高耐热性(抑制在外周壁20的圆周方向上形成的裂纹)的理由，端面的面积优选为2000～20000mm2、更优选为5000～15000mm2。
28.与隔室21a的延伸方向垂直的截面中的隔室21a的形状没有限制，优选为四边形、六边形、八边形、或者它们的组合。在这些形状中，优选四边形以及六边形。通过如此形成隔室形状，使废气流入蜂窝结构体1时的压力损失变小，催化剂的净化性能变得优异。
29.区划形成隔室21a的间隔壁21的厚度优选为0.07～0.3mm、更优选为0.1～0.2mm。通过使间隔壁21的厚度为0.1mm以上，能够抑制蜂窝结构体1的强度降低。通过使间隔壁21的厚度为0.3mm以下，在将蜂窝结构体1用作催化剂载体并负载有催化剂的情况下，能够抑制废气流动时的压力损失增大。在本发明中，间隔壁21的厚度被定义为在与隔室21a的延伸方向垂直的截面中将相邻的隔室21a的重心彼此连结的线段中通过间隔壁21的部分的长度。
30.对于蜂窝结构部2，在与隔室21a的延伸方向垂直的截面中，隔室密度优选为40～150隔室/cm2，更优选为70～100隔室/cm2。通过将隔室密度设为这种范围而能够在减小废气流通时的压力损失的状态下提高催化剂的净化性能。如果隔室密度为40隔室/cm2以上，则催化剂担载面积得到充分确保。如果隔室密度为150隔室/cm2以下，则在将蜂窝结构部2用作催化剂载体且担载有催化剂的情况下能够抑制废气流通时的压力损失过大。隔室密度是：隔室数除以除了外周壁20部分以外的蜂窝结构部2的一个端面部分的面积所得的值。
31.根据确保蜂窝结构部2的结构强度、且抑制隔室21a中流通的流体从外周壁20漏出的观点，设置蜂窝结构部2的外周壁20是有用的。具体而言，外周壁20的厚度优选为0.05mm以上、更优选为0.10mm以上、进一步优选为0.15mm以上。不过，如果外周壁20过厚，则强度变得过高，与间隔壁21的强度平衡遭到破坏，从而耐热冲击性降低，因此，外周壁20的厚度优选为1.0mm以下、更优选为0.7mm以下、进一步优选为0.5mm以下。此处，外周壁20的厚度定义为：在与隔室21a的延伸方向垂直的截面中观察待测定厚度的外周壁20的部位时相对于该测定部位处的外周壁20的切线的法线方向上的厚度。
32.优选地，蜂窝结构部2由陶瓷制成且具有导电性。蜂窝结构部2只要通电便能够利用焦耳热而发热即可，对体积电阻率没有特别限制，优选为0.1～200ωcm，更优选为1～200ωcm。本发明中，蜂窝结构部2的体积电阻率设为通过四端子法在25℃的温度下测定所得的值。
33.作为蜂窝结构部2的材质，没有限定，可以选自由氧化铝、多铝红柱石、氧化锆以及堇青石等氧化物系陶瓷、碳化硅、氮化硅以及氮化铝等非氧化物系陶瓷构成的组。另外，还可以采用碳化硅－金属硅复合材料、碳化硅/石墨复合材料等。其中，根据兼顾耐热性和导电性的观点，蜂窝结构部2的材质优选含有以硅-碳化硅复合材料或碳化硅为主成分的陶瓷。蜂窝结构部2的材质以硅-碳化硅复合材料为主成分时，意味着蜂窝结构部2含有占整体的90质量％以上的硅-碳化硅复合材料(合计质量)。此处，硅-碳化硅复合材料含有作为骨料的碳化硅粒子、以及作为使得碳化硅粒子结合的结合材料的硅，优选多个碳化硅粒子以在碳化硅粒子间形成细孔的方式借助硅而结合。蜂窝结构部2的材质以碳化硅为主成分时，意味着蜂窝结构部2含有占整体的90质量％以上的碳化硅(合计质量)。
34.蜂窝结构部2含有硅-碳化硅复合材料的情况下，蜂窝结构部2中含有的“作为结合材料的硅的质量”相对于蜂窝结构部2中含有的“作为骨料的碳化硅粒子的质量”与蜂窝结构部2中含有的“作为结合材料的硅的质量”的合计值的比率优选为10～40质量％、更优选为15～35质量％。
35.间隔壁21可以设为多孔质。设为多孔质的情况下，间隔壁21的气孔率优选为35～60％，更优选为35～45％。气孔率为利用压汞仪测定所得的值。
36.蜂窝结构部2的间隔壁21的平均细孔径优选为2～15μm，更优选为4～8μm。平均细孔径为利用压汞仪测定所得的值。
37.多个狭缝3从蜂窝结构体1的外周面向径向内侧延伸、并且在隔室21a的延伸方向上延伸。狭缝3从蜂窝结构部2的一个端面到另一个端面为止在隔室21a的延伸方向上延伸。在与隔室21a的延伸方向垂直的截面中，狭缝3的深度优选为蜂窝结构部2的半径的60％以下、更优选为0.5％以上25％以下。狭缝3的宽度可以为0.2mm以上2.0mm以下、更优选为0.2mm以上1.0mm以下。狭缝3的深度可以理解为从外周壁20的外周面到狭缝3的前端的距离。
38.需要说明的是，外周壁20的外周面构成蜂窝结构体1的外周面的至少一部分。更具体而言，在外周壁20的外周面露出的位置、即外周壁20的外周面未被电极层5覆盖的位置，外周壁20的外周面构成蜂窝结构体1的外周面。另一方面，在设置有一对电极层5的位置，一对电极层5的外周面构成蜂窝结构体1的外周面。从其他观点出发，在观察蜂窝结构体1的外观时，可以将出现多个狭缝3的面视作蜂窝结构体1的外周面。可以理解为：在蜂窝结构体1的外周面不包含隔室21a开口的蜂窝结构部2的端面。
39.填充材料4被填充于狭缝3。填充材料4优选被填充于狭缝3的空间的至少一部分。填充材料4优选填充狭缝3的空间的50％以上、更优选填充狭缝3的全部空间。在图1所示的方式中，填充材料4填充狭缝3的全部空间，与蜂窝结构部2的两个端面形成一体的平面，形成与蜂窝结构体1的外周面一体的曲面。然而，填充材料4可以填充至比蜂窝结构部2的端面更靠轴向内侧的位置，也可以填充至比蜂窝结构体1的外周面更靠径向内侧的位置。
40.对于填充材料4，蜂窝结构部2的主成分为碳化硅、或金属硅-碳化硅复合材料的情况下，碳化硅的含量优选为20质量％以上，更优选为20～70质量％。据此，能够使填充材料4的热膨胀系数为接近于蜂窝结构部2的热膨胀系数的值，从而能够使蜂窝结构部2的耐热冲击性提高。填充材料4可以含有30质量％以上的二氧化硅、氧化铝等。
41.一对电极层5设置为：夹着蜂窝结构部2的中心轴、在外周壁20的外表面上以带状在隔室21a的延伸方向上延伸。虽未图示，但在电极层5上可以设置电极端子。通过这些电极端子和电极层5向蜂窝结构部2施加电压，能够使蜂窝结构部2发热。
42.一对电极层5分别具有被狭缝3分离的第一局部电极层51及第二局部电极层52。即，在设置有电极层5的位置，狭缝3从电极层5向径向内侧延伸、并在电极层5的外周面开口。可以在第一局部电极层51及第二局部电极层52间也将填充材料4填充至狭缝3。
43.从电容易在电极层5中流动的观点出发，电极层5的体积电阻率优选为蜂窝结构部2的电阻率的1/200以上且1/10以下。
44.电极层5的材质可以使用导电性陶瓷、金属、或者金属与导电性陶瓷的复合材料(金属陶瓷)。作为金属，可以举出例如cr、fe、co、ni、si或ti的金属单质或含有选自由这些金属组成的组中的至少一种金属的合金。作为导电性陶瓷，没有限定，可举出碳化硅(sic)，可举出硅化钽(tasi2)和硅化铬(crsi2)等金属硅化物等金属化合物。
45.作为具有电极层5的蜂窝结构体1的制造方法，首先，在蜂窝干燥体的侧面涂布含有陶瓷原料的电极层形成原料，使其干燥，按照夹着蜂窝干燥体的中心轴、在外周壁20的外
表面上以带状在隔室21a的延伸方向上延伸的方式形成一对未烧成电极层，从而制作带未烧成电极层的蜂窝干燥体。接着，将带未烧成电极层的蜂窝干燥体烧成，制作具有一对电极层5的蜂窝烧成体。由此，得到了具有电极层5的蜂窝结构体1。需要说明的是，一对电极层5并不是必要构成要素，蜂窝结构体1也可以不具备一对电极层5。
46.接着，图2是示出图1的填充材料4的详细情况的说明图。图2的(a)～(c)各自的下侧示出了填充材料4在与隔室21a的延伸方向正交的面的截面。另外，图2的(a)～(c)各自的上侧示出了从蜂窝结构体1的径向外侧观察填充材料4时的填充材料4的外表面。
47.如图2的(a)～(c)所示，从蜂窝结构体1的径向外侧观察填充材料4时，有时填充材料4的宽度y在每个狭缝3都是不同的。图2的(b)示出了填充材料4的宽度y大于图2的(a)中的宽度y的状态。图2的(c)示出了填充材料4的宽度y小于图2的(a)中的宽度y的状态。
48.图2的(a)和(b)示出了填充材料4的宽度y大于蜂窝结构体1的外周面1a上的狭缝3的宽度x的状态。另一方面，图2的(c)示出了填充材料4的宽度y与蜂窝结构体1的外周面1a上的狭缝3的宽度x相同的状态。
49.如上所述，蜂窝结构体1的外周面1a可以理解为蜂窝结构部2的外周壁20或电极层5的外周面。狭缝3和填充材料4的宽度x、y可以理解为蜂窝结构体1(蜂窝结构部2)的周向上的狭缝3和填充材料4的尺寸。狭缝3和填充材料4的宽度x、y的差异有时起因于填充材料4从蜂窝结构体1的外周面1a向径向外侧略微突出。可以将从蜂窝结构体1的外周面1a突出的填充材料4的部分称为突出部4a。突出部4a有时会起因于在向狭缝3填充填充材料4时施加于蜂窝结构体1的外周面1a的贴膜。即，突出部4a的厚度有时相当于贴膜的厚度。
50.每个狭缝3的填充材料4的宽度y的偏差有可能成为使蜂窝结构体1产生应力缓和性能的偏差、在蜂窝结构体1被加热时使蜂窝结构体1产生裂纹的主要原因。因此，认为：通过减小填充材料4的宽度y的偏差，能够降低加热时在蜂窝结构体1产生裂纹的风险。
51.在本实施方式的蜂窝结构体1中，在对每个狭缝3求出下述式(1)所示的填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差(每个狭缝的宽度差)时，下述式(2)所示的所述差的最大值a与所述差的最小值b之差为0.4mm以下。如下文举例实施例所说明的那样，通过使下述式(2)的值为0.4mm以下，能够降低加热时在蜂窝结构体1产生裂纹的风险。更优选的是，所述差的最大值a与所述差的最小值b之差为0.2mm以下、进一步优选为0.1mm以下。
52.(y-x)
……
(1)
53.(a-b)
……
(2)
54.式(1)中，x表示蜂窝结构体1的外周面1a上的狭缝3的宽度，y表示从蜂窝结构体1的径向外侧观察填充材料4时的填充材料4的宽度。
55.通过将对每个狭缝求出上述式(1)所示的填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差时的差的偏差(最大值a与最小值b之差)控制在上述范围，可以降低加热时在蜂窝结构体1上产生裂纹的风险，关于这样的作用，有如下推测。在将填充材料4填充于狭缝3时，在形成了狭缝3的蜂窝结构体1的外周面1a实施贴膜后，将填充材料4填充于狭缝3。此时，如果因贴膜的配设方法而使贴膜狭缝的宽度产生偏差，则在将填充材料4填充于狭缝3后，从蜂窝结构体1的径向外侧观察填充材料4时的填充材料4的宽度y也会产生偏差。该填充材料4的宽度y产生偏差，从而在蜂窝结构体1的周向上产生应力缓和性能的偏差，例如，在蜂窝结构体1的应力缓和性能低的部位，蜂窝结构体1被加热时有时会产生裂纹。与此相对，认为：通过
如上述那样抑制填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差的偏差，从而抑制填充材料4的宽度y的偏差，抑制蜂窝结构体1的周向的应力缓和性能的偏差。
56.各狭缝3的宽度x可以为利用显微镜从蜂窝结构体1的端面侧对隔室21a的延伸方向上的狭缝3的两端进行长度测量时它们的平均值。各填充材料4的宽度y可以为利用显微镜从蜂窝结构体1的端面侧对隔室21a的延伸方向上的填充材料4的宽度的两端进行长度测量时它们的平均值。
57.需要说明的是，狭缝3的各宽度x没有限定，可以为0.2mm～1.0mm。通过使狭缝3的宽度x为0.2mm以上，能够将填充材料4顺利地填充到狭缝3内。通过使狭缝3的宽度x为1.0mm以下，能够降低在形成狭缝3时损伤区划形成邻接的隔室21a的间隔壁21的风险。更优选的是，狭缝3的宽度x分别为0.4mm～0.7mm。
58.另外，从应力缓和效果的观点出发，蜂窝结构体1可以具有2条以上的狭缝3，更优选具有6条以上的狭缝3。狭缝3的条数的上限没有特别限制，但可以为12条以下。
59.接着，图3是示出本发明的实施方式的蜂窝结构体1的制造方法的说明图。虽然没有限定，但可以利用图3所示的制造方法来制造如上所述地对填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差的偏差进行了抑制的蜂窝结构体1。
60.图3所示的制造方法包括：准备工序(步骤s1)、贴膜工序(步骤s2)、狭缝形成工序(步骤s3)、填充工序(步骤s4)以及除去工序(步骤s5)。
61.准备工序(步骤s1)是准备具备蜂窝结构部2的蜂窝结构体素体10的工序，所述蜂窝结构部2具有外周壁20和间隔壁21，所述间隔壁21配设在外周壁20的内侧、区划形成多个隔室21a，所述多个隔室21a形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路。蜂窝结构体素体10除了不具有狭缝3和填充材料4这一点以外，可以具有与使用图1所说明的上述蜂窝结构体1相同的构成。蜂窝结构体素体10可以具备一对电极层5。在准备工序中，也可以购入由第三方制造的蜂窝结构体素体10。即，准备工序可以不伴随蜂窝结构体素体10的制造。
62.贴膜工序(步骤s2)是对蜂窝结构体素体10的外周面10a实施贴膜6的工序。与上述蜂窝结构体1的外周面1a同样，蜂窝结构体素体10的外周面10a可以理解为蜂窝结构部2的外周壁20或电极层5的外周面。贴膜6没有限定，但是可以通过将贴膜片卷绕在蜂窝结构体素体10的外周面10a上来实施。贴膜6覆盖外周面10a的整个面。作为贴膜6，可以使用例如在日本纸基材上使用了橡胶类粘合剂的一般贴膜胶带。
63.狭缝形成工序(步骤s3)是在实施了贴膜6后，从径向外侧对蜂窝结构体素体10实施加工，在蜂窝结构体素体10的外周面10a形成多个狭缝3的工序，所述多个狭缝从蜂窝结构体素体10的外周面10a向径向内侧延伸、并且在隔室21a的延伸方向上延伸。用于形成狭缝3的加工可以包括：使加工工具从径向外侧相对地进入蜂窝结构体素体10的外周面10a的内侧、以及使加工工具在隔室21a的延伸方向上相对移动。加工工具的进入及移动可以通过使蜂窝结构体素体10和加工工具中的至少一者相对于另一者移动来实施。作为加工工具，可以使用在外缘部附着有磨粒的圆板状的切削工具。
64.在该狭缝形成工序中，与狭缝3的形成相应地，在贴膜6形成贴膜狭缝60。狭缝3和贴膜狭缝60实质上是在相同的时机由相同的加工工具而形成的。贴膜狭缝60具有与狭缝3相同的宽度。贴膜狭缝60的位置是与狭缝3相同的位置。
65.填充工序(步骤s4)是在形成了多个狭缝3之后，将填充材料4填充于这些狭缝3的
工序。填充材料4向狭缝3的填充通过贴膜狭缝60来进行。虽然没有限定，但在向贴膜6之上供给填充材料4后，将刮刀(未图示)的前端按压在贴膜6的外表面并且使蜂窝结构体素体10旋转，从而能够将填充材料4填充到狭缝3中。作为其它方法，也可以利用注射器(未图示)通过贴膜狭缝60将填充材料4填充于狭缝3内，之后利用刮刀(未图示)使贴膜6上的填充材料4均匀。
66.除去工序(步骤s5)是在填充填充材料4后除去贴膜6的工序。贴膜6的除去可以在填充材料4固化后进行。可以将除去了贴膜6的蜂窝结构体素体10视作蜂窝结构体1。通过将贴膜6除去，从而露出蜂窝结构体1的外周面1a。
67.认为：若在除去了贴膜6后对蜂窝结构体1的外周面1a上的填充材料4进行观察，则大致变成图2的(c)那样的状态。即，认为：填充材料4的宽度y成为与蜂窝结构体1的外周面1a上的狭缝3的宽度x相同的状态。其原因在于，狭缝3和贴膜狭缝60是在同一工序中一同形成的，贴膜狭缝60具有与狭缝3相同的宽度。对于全部的狭缝3而言，能够减小填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差。认为：对于全部的狭缝3而言，填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差实质为0。因此，期待每个狭缝3的上述式(2)所示的值(最大值a与最小值b之差)也为0.4mm以下。
68.除上述制造方法以外，在上述贴膜工序(步骤s2)之后，除去与狭缝形成部分对应的部分的贴膜，之后，形成狭缝3，填充填充材料4，利用这样的方法也可以使上述式(2)所示的值(最大值a与最小值b之差)为0.4mm以下。另外，也可以利用将设有规定宽度的狭缝3的贴膜胶带以高精度的找位粘贴在蜂窝结构体素体10的狭缝3上的方法使上述式(2)所示的值(最大值a与最小值b之差)为0.4mm以下。
69.以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了详细的说明，但本发明并不限于上述示例。具有本发明所属的技术领域中的普通常识的人显而易见地可以在权利要求书所记载的技术思想的范围内想到各种变更例或修正例，这些变更例或修正例自然也可以理解为属于本发明的技术范围。
70.实施例
71.接下来，举出实施例。
72.(1.坯料、蜂窝成型体的制作)
73.将碳化硅(sic)粉末和金属硅(si)粉末以80：20的质量比例进行混合，制备陶瓷原料。然后，向陶瓷原料中添加作为粘合剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔材料的吸水性树脂，并且，添加水，制成成型原料。然后，将成型原料利用真空练泥机进行混炼，制作圆柱状的坯料。粘合剂的含量在将碳化硅(sic)粉末与金属硅(si)粉末的合计设为100质量份时控制为7质量份。造孔材料的含量在将碳化硅(sic)粉末与金属硅(si)粉末的合计设为100质量份时控制为3质量份。水的含量在将碳化硅(sic)粉末与金属硅(si)粉末的合计设为100质量份时控制为42质量份。
74.使用具有棋盘格状的口模结构的挤出成型机将上述圆柱状的坯料成型，制作了在与隔室的流路方向垂直的截面中的各隔室形状为六边形的圆柱状蜂窝成型体。之后，对蜂窝成型体进行高频感应加热干燥后，使用热风干燥机在120℃下干燥2小时，制作了蜂窝干燥体。
75.(2.电极部形成糊料的制备和涂布)
76.利用自转公转搅拌机将金属硅(si)粉末、碳化硅(sic)粉末、甲基纤维素、甘油以及水混合，制备了电极部形成糊料。si粉末和sic粉末按照体积比为si粉末∶sic粉末＝40∶60的方式进行混配。另外，将si粉末和sic粉末的合计设为100质量份时，按照甲基纤维素为0.5质量份、甘油为10质量份、水为38质量份的方式进行控制。
77.接着，利用曲面印刷机，以适当的面积及膜厚对蜂窝干燥体涂布该电极部形成糊料。
78.(3.蜂窝烧成体的制作)
79.接着，将带电极部形成糊料的蜂窝干燥体在ar气氛下于1400℃烧成3小时后，在大气气氛下于1300℃进行1小时氧化处理，制作了柱状的蜂窝烧成体(蜂窝结构体素体10)。以上的工序相当于图3中所说明的准备工序。
80.(4.贴膜及狭缝形成)
81.对如上所述制作的蜂窝结构体素体10，以覆盖蜂窝结构体素体10的外周面10a(外周壁20及电极层5的外周面)的整体的方式实施贴膜6(nichiban株式会社制，产品名maskingtape)后，在蜂窝结构体素体10的周向上隔着间隔地形成了多个狭缝3。通过使加工工具从贴膜6的外侧进入到外周壁20的内侧、并且使加工工具在隔室21a的延伸方向上移动，从而进行狭缝3的形成。作为加工工具，使用了在外缘部附着有磨粒的圆板状的切削工具(株式会社noritake co.,limited制，产品名金刚石圆锯(
ダイヤリムソー
))。
82.填充材料使用如下制作的材料。首先，以固体成分量计，按照68∶32的质量比例混合碳化硅粉末(平均粒径8μm)和二氧化硅粉末(胶体二氧化硅)。此时，二氧化硅的质量是换算为氧化物(sio2)的质量。向其中添加作为粘合剂的羧甲基纤维素、作为保湿剂的甘油，同时添加水并混合，从而得到混合物。接着，将该混合物混炼作为填充材料。在将碳化硅粉末和二氧化硅粉末的固体成分量的合计设为100质量份时，粘合剂的含量为1.0质量份。在将碳化硅粉末和二氧化硅粉末的固体成分量的合计设为100质量份时，甘油的含量为4质量份。在将碳化硅粉末和二氧化硅粉末的合计设为100质量份时，水的含量为30质量份。
83.(5.填充及贴膜除去)
84.在形成狭缝3后，通过贴膜6的贴膜狭缝60将填充材料4填充到狭缝3中。填充材料4的填充如下进行：向贴膜6上供给填充材料4后，一边将刮刀的前端按压在贴膜6的外表面，一边使蜂窝结构体素体10旋转。之后，在120℃下干燥1小时，使填充于狭缝3中的填充材料4固化，除去贴膜6。
85.(6.尺寸测定以及强度试验)
86.对于经如上所述的工序制作的多个蜂窝结构体1(实施例)，进行了尺寸测定以及强度试验。
87.在尺寸测定中，对每个狭缝3测定了填充材料4的宽度y和狭缝3的宽度x。另外，针对每个狭缝3求出下述式(1)所示的填充材料4的宽度y与狭缝3的宽度x之差，并且求出下述式(2)所示的所述差的最大值a与所述差的最小值b之差。需要说明的是，各狭缝3的宽度x为利用显微镜(株式会社keyence制、装置名vhx-7000)从蜂窝结构体1的端面侧对隔室21a的延伸方向上的狭缝3的两端进行长度测量时它们的平均值。另外，各填充材料4的宽度y为利用上述显微镜从蜂窝结构体1的端面侧对隔室21a的延伸方向上的填充材料4的宽度的两端进行长度测量时它们的平均值。
88.(y-x)
……
(1)
89.(a-b)
……
(2)
90.在强度试验中，如图4所示进行了3点弯曲强度试验。即，以包含狭缝3和填充材料4的方式将蜂窝结构体1的外周部分切割成圆弧状，从而由蜂窝结构体1制作了多个试验片100。试验片100的切割通过沿着与蜂窝结构体1的径向平行的直线将蜂窝结构体1切断来进行。更具体而言，在比狭缝3(以及填充材料4)的前端(位于径向内侧的端部的间隔壁21)靠径向内侧1个隔室21a的位置沿上述直线将蜂窝结构体1切断后，削掉上述多余的区划形成隔室21a的间隔壁21以使狭缝3的前端露出。此时，狭缝3的前端部分是平坦的。狭缝3和填充材料4位于试验片100的宽度方向中央。试验片100是在狭缝3延伸的方向上具有约3.7mm的厚度、在隔室21a的延伸方向上具有约10mm的进深、在与它们正交的方向上具有25mm左右的宽度的长条状。使用游标卡尺测定了这些尺寸。另外，作为测定装置，使用了instron社制造的压缩试验机5569。对于各试验片100，在使试验片100的直线状的切断面朝上的状态下，用2个支点101、102(支点间距离10mm)从下方支承试验片100的曲面状的外周面，并将配置于试验片100的上方的按压体103按压于试验片100的宽度方向中央部。按压体103被固定在测力传感器。而且，以1kn的载荷以及0.5mm/min的载荷施加速度将按压体103按压在试验片100上，根据由测力传感器测定的最大载荷计算强度。更具体而言，按压体103具有半径0.5mm的半圆状的前端103a，将该按压体103的前端103a按压在被整平的狭缝3的前端部分。对每个狭缝3进行了该强度的测定，求出其中的最大值a及最小值b和强度的最大值与最小值之差、亦即强度偏差。
91.另外，为了比较，在形成狭缝3之后，以除去狭缝3的部分的方式，通过手工作业在蜂窝结构体素体10的外周面实施了贴膜6，然后在狭缝3中填充了填充材料4制作蜂窝结构体1(比较例)。并且，对这样的比较例也进行了如上所述的尺寸测定以及强度试验。将实施例和比较例中的尺寸测定以及强度试验的结果示于以下的表1。
92.[表1]
[0093][0094]
如表1所示，在比较例中，最大值a与最小值b之差为1.0mm，强度的偏差(强度的最大值与最小值之差)为0.3mpa。与此相对，在任一实施例中，最大值a与最小值b之差为0.4mm以下，强度的偏差为0.1mpa以下。由该结果可知，通过使最大值a与最小值b之差为0.4mm以下，能够降低加热时在蜂窝结构体1产生裂纹的风险。另外，还可知，通过在实施了贴膜6后形成狭缝3，从而能够减小最大值a与最小值b之差。

技术特征：
1.一种蜂窝结构体，所述蜂窝结构体具备蜂窝结构部，所述蜂窝结构部具有外周壁、和配设在所述外周壁的内侧且区划形成多个隔室的间隔壁，所述多个隔室形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路，其中，所述蜂窝结构体还具备：多个狭缝，所述多个狭缝从所述蜂窝结构体的外周面向径向内侧延伸、并且在所述隔室的延伸方向上延伸；和填充材料，所述填充材料填充于所述多个狭缝，在对每个所述狭缝求出下述式(1)所示的所述填充材料的宽度y与所述狭缝的宽度x之差时，下述式(2)所示的所述差的最大值a与所述差的最小值b之差为0.4mm以下，(y-x)
……
(1)(a-b)
……
(2)式(1)中，x表示所述蜂窝结构体的外周面上的所述狭缝的宽度，y表示从所述蜂窝结构体的径向外侧观察所述填充材料时的所述填充材料的宽度。2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其中，所述狭缝的宽度x各自为0.2mm～1.0mm。3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其中，所述蜂窝结构部具有2条以上的所述狭缝。4.根据权利要求1～3中任一项所述的蜂窝结构体，其中，所述外周壁的外周面构成所述蜂窝结构体的外周面的至少一部分。5.根据权利要求1～4中任一项所述的蜂窝结构体，其中，所述蜂窝结构体还具有一对电极层，所述一对电极层设置为：夹着所述蜂窝结构部的中心轴、在所述外周壁的外表面上以带状在所述隔室的延伸方向上延伸，在设置有所述一对电极层的位置，所述一对电极层的外周面构成所述蜂窝结构体的外周面。6.一种蜂窝结构体的制造方法，包括：贴膜工序，对于蜂窝结构体素体，在所述蜂窝结构体素体的外周面实施贴膜，所述蜂窝结构体素体具备蜂窝结构部，所述蜂窝结构部具有外周壁、和配设在所述外周壁的内侧且区划形成多个隔室的间隔壁，所述多个隔室形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路；狭缝形成工序，在所述贴膜工序之后，从径向外侧对所述蜂窝结构体素体实施加工，在所述蜂窝结构体素体上形成多个狭缝，所述多个狭缝从所述蜂窝结构体素体的外周面向径向内侧延伸、并且在所述隔室的延伸方向上延伸；填充工序，在所述狭缝形成工序之后，将填充材料填充至所述多个狭缝；和除去工序，在填充所述填充材料之后除去所述贴膜。

技术总结
提供一种蜂窝结构体及其制造方法，其能够降低加热时在蜂窝结构体产生裂纹的风险。本发明的蜂窝结构体是具备蜂窝结构部的蜂窝结构体，所述蜂窝结构部具有外周壁、和配设在外周壁的内侧且区划形成多个隔室的间隔壁，所述多个隔室形成了从一个端面延伸至另一个端面的流路，其中，所述蜂窝结构体还具备：多个狭缝，其从蜂窝结构体的外周面向径向内侧延伸、并且在隔室的延伸方向上延伸；以及填充材料，其填充于多个狭缝，在对每个狭缝求出下述式(1)所示的填充材料的宽度Y与狭缝的宽度X之差时，下述式(2)所示的所述差的最大值A与所述差的最小值B之差为0.4mm以下。式(1)中，X表示蜂窝结构体的外周面上的狭缝的宽度，Y表示从蜂窝结构体的径向外侧观察填充材料时的填充材料的宽度。(Y-X)


技术研发人员：内藤佑人
受保护的技术使用者：日本碍子株式会社
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/9/13