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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Wabenstrukturkörper mit einer Vielzahl hexagonaler
Zellen, die in einer Gitterform angeordnet sind, und ein Herstellungsverfahren
von diesem und insbesondere bezieht sie sich auf einen Wabenstrukturkörper, der
eine Vielzahl hexagonaler Zellen hat, bei denen jede hexagonale
Zelle von einer Zellenwand mit hexagonalem Querschnitt umgeben ist,
die aus sechs Seiten besteht.
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Ein
Wabenstrukturkörper
gemäß dem Stand
der Technik (als eine monolithische Stütze) hat eine Vielzahl quadratförmiger Zellen,
die in einer Gitteranordnung platziert sind, und wird als ein Katalysatorträger und dergleichen
bei einem Abgasreinigungsfilter zum Reinigen von Feststoffen (PM),
die in einem Abgas eingebunden sind, das von einer Brennkraftmaschine,
wie beispielsweise einer Dieselmaschine oder einer Benzinmaschine,
die an einem Fahrzeug befestigt ist, ausgelassen wird, verwendet.
Jede Zelle eines derartigen herkömmlichen
Wabenstrukturkörpers
hat eine quadratische Querschnittsform. Beispielsweise offenbaren
die japanischen Patentoffenlegungsschriften JP H7-39761, JP 2000-237602
und JP 2002-321210 einen derartigen herkömmlichen Wabenstrukturkörper.
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Es
war typisch, quadratförmige
Zellen (oder Quadratzellen) bei einem Wabenstrukturkörper einzusetzen,
weil es leicht war, sein Werkzeug zum Gebrauch bei einem Extrusionsformen
herzustellen, und aufgrund einer Produktionseffizienz.
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Jedoch
haben derartige Quadratzellen, die den herkömmlichen Wabenstrukturkörper ausbilden,
einen Nachteil dahingehend, dass sie einen übermäßigen Betrag eines Katalysators
an vier Ecken jeder Quadratzellenwand (oder jeder Quadratunterteilungswand)
tragen, wenn der Katalysator an den Quadratzellenwänden jeder
Quadratzelle getragen wird. Diese Katalysatorüberschussmenge an vier Ecken
jeder Quadratzelle verhindert ferner die glatte Strömung eines
Abgases.
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Unlängst wurde
ein keramischer Wabenstrukturkörper
mit Zellen mit hexagonalem Querschnitt vorgeschlagen, um die Reinigungsfähigkeit
zum Reinigen des Abgases zu erhöhen,
das von einer Brennkraftmaschine, die an einem Fahrzeug montiert
ist, ausgelassen wird. Ein derartiger keramischer Wabenstrukturkörper hat
eine Vielzahl Zellen mit hexagonalem Querschnitt (nachstehend auch
bezeichnet als „hexagonaler
Wabenstrukturkörper") und jede hexagonale
Zelle ist dazu im Stande, eine gleichmäßige Menge eines Katalysators an
ihrer Zellenwand zu tragen, und das Abgas reibungslos dort durchströmen zu lassen.
Eine derartige hexagonale Zelle kann die Reinigungsfähigkeit
bei dem Katalysatorbetrag, einen Druckverlust, die Kohlenwasserstoffmenge
eines Abgases und dergleichen erhöhen.
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Jedoch
hat ein derartiger keramischer Wabenstrukturkörper mit einer Vielzahl Zellen
mit hexagonalem Querschnitt keine Flexibilität, um einer Spannung, die von
der Innenseite und der Außenseite
des keramischen Wabenstrukturkörpers
aufgebracht wird, zu entkommen oder diese zu verteilen, da jede
Seite der Zellenwand mit hexagonalem Querschnitt als eine gerade
Linienform ausgebildet ist. Dadurch treten durch die Spannung, die
von der Innenseite oder der Außenseite
des keramischen Wabenstrukturkörpers
aufgebracht wird, eine Beschädigung
und ein Brechen auf, wenn ein derartiger hexagonaler keramischer
Wabenstrukturkörper
an einem Fahrzeug montiert wird, oder treten durch eine Vibration
und einen thermischen Einfluss während
eines Montierens an einem Fahrzeug auf. Anders gesagt hat ein derartiger
hexagonaler Keramikwabenstrukturkörper des Stands der Technik
keine hohe Flexibilität
hinsichtlich aufgebrachter Spannung, keine hohe Festigkeit und während des
Gebrauchs keine Thermoschockbeständigkeit.
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Die
Erfindung ist ausgelegt, um die vorstehend erwähnten Aufgaben und Mängel des
Stands der Technik zu behandeln. Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
einen keramischen Wabenstrukturkörper
mit einer Vielzahl hexagonaler Zellen und ein Herstellungsverfahren
von diesem vorzusehen, wobei dieser eine höhere Flexibilität auf eine
Spannung, eine höhere
Festigkeit und eine höhere
Thermoschockbeständigkeit
aufweist.
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Um
die vorstehenden Aufgaben zu lösen,
sieht die Erfindung einen Wabenstrukturkörper mit einer Vielzahl Zellen
mit hexagonalem Querschnitt oder hexagonalen Zellen vor, die in
einer Gitteranordnung ausgebildet sind. Jede hexagonale Zelle mit
einer hexagonalen Querschnittsform ist von sechs Seiten umgeben, die
eine hexagonale Zellenwand mit einer hexagonalen Form ausbilden.
Bei dem Wabenstrukturkörper
hat jede Seite der hexagonalen Zellenwand eine konkav gekrümmte Form
(oder eine konkave Form) in Richtung entweder einer Innenseite oder
einer Außenseite
der hexagonalen Zelle an einer Querschnittsfläche des Wabenstrukturkörpers entlang
seiner Achsrichtung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Wabenstrukturkörper besteht
die hexagonale Zellenwand aus sechs Seiten, die die hexagonale Zelle
mit hexagonaler Querschnittsform umgeben. Jede Seite bei den sechs
Seiten, die die hexagonale Zellenwand bilden, hat eine konkave Form
in Richtung entweder der Innenseite oder der Außenseite der hexagonalen Zelle.
Das heißt,
wenn eine hexagonale Zelle betrachtet wird, hat jede Seite der hexagonalen
Zellwand eine konkave Form oder eine Bogenform (nämlich eine
Form eines Buchstabens „C") in Richtung der
Innenseite oder der Außenseite
einer geraden Linie, die ein paar angrenzender Ecken der hexagonalen
Zellenwand verbindet. Diese Anordnung der Seiten, die die hexagonale
Zellenwand jeder hexagonalen Zelle bilden, kann einen von der Außenseite
oder der Innenseite des Wabenstrukturkörpers in Richtung der Seiten
der hexagonalen Zellenwand verteilen.
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Verglichen
mit dem herkömmlichen
Wabenstrukturkörper,
der einen derartigen Aufbau aufweist, dass jede Seite, die eine
Zellwand ausbildet, eine gerade Linienform aufweist, hat der Wabenstrukturkörper der
Erfindung eine höhere
Flexibilität
gegenüber
aufzubringenden Spannungen. Dieses erfindungsgemäße Merkmal kann die Beschädigungshöhe, die
durch ein Montieren dieses Wabenstrukturkörpers an einem Fahrzeug bewirkt
wird, unterdrücken,
und kann ferner schlechte Einflüsse,
die durch eine Vibration und einen Thermoschock während des
Fahrzeugbewegens hervorgerufen werden, unterdrücken. Erfindungsgemäß ist es
möglich,
eine höhere
Flexibilität
hinsichtlich der von der Innenseite und der Außenseite des Wabenstrukturkörpers aufgebrachten
Spannung zu haben, und den Wabenstrukturkörper mit einer hohen Festigkeit
und einem höheren
Anti-Thermoschock zu versehen.
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Ein
anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren
des Wabenstrukturkörpers
mit den Schritten eines Extrusions- und Formungsschritts, eines
Schneideschritts, eines Trocknungsschritts und eines Brennschritts.
Bei dem Extrusions- und Formschritt werden keramische Rohmaterialien
extrudiert, um einen wabenartig ausgeformten Körper herzustellen, indem ein
Extrusionsformwerkzeug verwendet wird. Das Extrusionsformwerkzeug
hat mehrere Schlitznuten, die einer Form der hexagonalen Zellenwand
von hexagonalen Zellen bei dem Wabenstrukturkörper entsprechen, der letztendlich
hergestellt wird. Bei dem Schneidschritt wird der wabenartig ausgeformte
Körper
in eine Vielzahl von wabenartig geformten Körpern geschnitten, die eine
bestimmte Länge
haben. Bei dem Trocknungsschritt wird der wabenartig ausgeformte
Körper
bei einer bestimmten Temperatur für eine vorbestimmte Zeit getrocknet.
Bei dem Brennschritt wird der wabenartig geformte Körper gebrannt,
um den Wabenstrukturkörper
mit einer Vielzahl hexagonaler Zellen herzustellen.
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Bei
dem Herstellungsverfahren wird das Extrusionsformen durch Verwenden
des Extrusionsformwerkzeugs durchgeführt. Dieses Extrusionsformwerkzeug
hat die Schlitznuten, die der Form jeder hexagonalen Zellenwand
bei jeder hexagonalen Zelle bei dem Wabenstrukturkörper entspricht,
der letztendlich hergestellt wird. Das Ausführen des Extrusionsformprozesses,
der das Extrusionsformwerkzeug mit dem vorstehenden Aufbau verwendet,
kann den Wabenstrukturkörper,
der der Form des Wabenstrukturkörpers
gemäß der Erfindung
entspricht, leicht herstellen. Der durch die vorstehende Herstellungsweise
hergestellte Wabenstrukturkörper
kann die höhere
Flexibilität
auf eine von der Innenseite und der Außenseite des Wabenstrukturkörpers aufgebrachte
Spannung aufweisen, und hat ferner eine hohe Festigkeit und einen
höheren
Anti-Thermoschock.
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Ein
bevorzugtes nicht einschränkendes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun mittels einem Beispiel unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Wabenstrukturkörpers mit
einer Vielzahl hexagonaler Zellen (jede hexagonale Zelle hat eine
hexagonale Querschnittsform) gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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2 ist
eine Darstellung, die Zellwände
(oder Trennwände)
bei hexagonalen Zellen bei dem Wabenstrukturkörper des ersten Ausführungsbeispiels
zeigt, das in 1 gezeigt ist;
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3 ist
eine grafische Darstellung, die eine detaillierte Form jeder Zellwand
(oder einer Trennwand) jeder hexagonalen Zelle zeigt, die in 2 gezeigt
ist;
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4 ist
eine Darstellung, die einen Aufbau eines Extrusionsformwerkzeugs
zeigt, das während
eines Extrusionsformprozess eines Herstellens des Wabenstrukturkörpers gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der
Erfindung zu verwenden ist, das in 1, 2 und 3 gezeigt
ist;
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5 ist
eine vergrößerte detaillierte
Darstellung, die einen Aufbau jeder Schlitznut bei dem in 4 gezeigten
Extrusionsformwerkzeug zeigt;
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6 ist
eine schnittweise Darstellung des Aufbaus des Extrusionsformwerkzeugs
entlang Linie A-A in 5;
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7 ist
eine Darstellung, die einen weiteren Aufbau von Zellwänden (oder
Trennwänden)
bei den hexagonalen Zellen bei dem in 1 gezeigten
Wabenstrukturkörper
zeigt;
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8 ist
eine Darstellung, die Zellwände
(oder Trennwände)
bei hexagonalen Zellen bei einem Wabenstrukturkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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9 ist
eine Darstellung, die jede Zellwand bei jeder Zelle als herkömmlichem
Wabenstrukturkörper zeigt;
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10 ist
eine Darstellung, die jede Zellwand bei jeder Zelle als herkömmlichem
Wabenstrukturkörper zeigt;
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11 ist
eine Darstellung, die einen weiteren Aufbau von Zellwänden bei
Zellen eines Wabenstrukturkörpers
zeigt; und
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12 ist
ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt.
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Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele
kennzeichnen überall
in den verschiedenen Darstellungen gleiche Bezugszeichen oder -nummern gleiche
oder äquivalente
Komponententeile.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Eine
Beschreibung eines Wabenstrukturkörpers mit einer Vielzahl hexagonaler
Zellen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 gegeben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht des Wabenstrukturkörpers mit einer Vielzahl hexagonaler
Zellen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Wie es in 1 gezeigt ist, hat der Wabenstrukturkörper 1 eine
Vielzahl hexagonaler Zellen 3, bei denen jede hexagonale Zelle
eine hexagonale Querschnittsform aufweist und in einer Gitteranordnung
angeordnet ist. Nachstehend wird der Wabenstrukturkörper 1 der Erfindung
auch als „der
hexagonale Wabenstrukturkörper 1'' bezeichnet.
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Jede
hexagonale Zelle 3 mit hexagonaler Querschnittsform ist
von einer Zellwand (oder eine hexagonale Zellenwand als Trennwand)
umgeben, die aus sechs Seiten besteht. Die sechs Seiten jeder Zellwand 2 bilden
eine hexagonal querschnittsförmige
Wand, die die zugehörige
hexagonale Zelle 3 umgibt.
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2 ist
eine Darstellung, die die Zellwände 2 (oder
Trennwände)
der hexagonalen Zellen 3 bei dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem in 1 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiel
zeigt. Wie es in 2 klar gezeigt ist, hat jede
Seite 21 bis 26, die die hexagonale Zellwand 2 ausbilden,
die die zugehörige
hexagonale Zelle 3 umgibt, eine konkav gekrümmte Form
und nicht eine gerade Linienform. Jede der Seiten 21 bis 26 der hexagonalen
Zellenwand 2 an der Querschnittsfläche des Wabenstrukturkörpers 1 entlang
der in 1 gezeigten Achsenrichtung hat eine konvex gekrümmte Form
oder eine konkav gekrümmte
Form in Richtung der angrenzenden hexagonalen Zellen.
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Eine
Beschreibung des detaillierten Aufbaus jeder Seite der hexagonalen
Zellwand 2, die die entsprechende hexagonale Zelle 3 umgibt,
wird nun gegeben.
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Der
Wabenstrukturkörper 1 mit
einer Vielzahl erfindungsgemäßer hexagonaler
Zellen 3 kann beispielsweise als ein Abgasreinigungsfilter
einer Benzinmaschine verwendet werden.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, hat der Wabenstrukturkörper 1 eine
zylindrisch geformte Kontur und die Außenumfangsfläche des
Wabenstrukturkörpers
ist mit einem Außenumfangsverkleidungsteil 4 abgedeckt. Insgesamt
600 Maschen (die Anzahl der hexagonalen Zellen 3 ist 600)
sind in dem Inneren des Außenumfangsverkleidungsteils 4 ausgebildet.
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Der
Wabenstrukturkörper 1 ist
aus einer Keramik hergestellt, die hauptsächlich aus Cordierit besteht. Der
Außendurchmesser
des Wabenstrukturkörpers 1 ist
in etwa 103,0 mm und seine Länge
ist in etwa 100,0 mm. Die Dicke seines Außenumfangsverkleidungsteils 4 ist
in etwa 0,3 mm und das Porenvolumen liegt innerhalb eines Bereichs
von 30% bis 40%. 1 zeigt einfach eine perspektivische
Ansicht des Wabenstrukturkörpers 1 mit
einer Vielzahl hexagonal ausgeformter Zellen 3 in Kürze.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, wenn man eine hexagonale Zelle 3 betrachtet,
die bei einem mittleren Teil mehrerer hexagonaler Zellen 3 platziert
ist, die in einer Gitterform angeordnet sind, ist diese hexagonale
Zelle 3 (auch eine andere hexagonale Zelle) durch die hexagonale
Zellwand 2 umgeben. Die hexagonale Zellwand 2 besteht
aus den sechs Seiten 21 bis 26. Die fortlaufenden
drei Seiten 21 bis 23 der sechs Seiten 21 bis 26 haben
eine konkav gekrümmte
Form (nämlich
eine Form des Buchstabens „C" oder eine Kreisbogenform)
in Richtung der Innenseite der hexagonalen Zelle 3. Die
verbleibenden fortlaufenden drei Seiten 24 bis 26 haben eine
konvex gekrümmte
Form (nämlich
die Form des Buchstabens „C" oder eine Kreisbogenform)
in Richtung der Außenseite
der hexagonalen Zelle 3. Die Dicke jeder hexagonalen Zellenwand 2 ist
in etwa 90 μm
und ein Zellenabstand ist in etwa 1,11 μm.
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Die
optimale Dicke jeder hexagonalen Zellenwand 2, nämlich die
optimale Dicke jeder Seite der hexagonalen Zellenwand 2 wird
basierend auf der Längslänge und
dem Durchmesser des Wabenstrukturkörpers 1, der Anzahl
der Zellen oder der Maschen, der Länge des Zellenabstands, und
dergleichen bestimmt. Es ist wünschenswert,
dass die Dicke der hexagonalen Zellenwand 2 innerhalb eines
Bereichs von 30 μm
bis 110 μm
liegt.
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Eine
Beschreibung des detaillierten Aufbaus jeder Seite der hexagonalen
Zellenwand 2, die die hexagonale Zelle 3 umgibt,
wird nun unter Bezugnahme auf 3 gegeben. 3 ist
eine Darstellung, die eine detaillierte hexagonale Querschnittsform
der hexagonalen Zellenwand 2 (oder der Trennwand) bei jeder
hexagonalen Zelle 3 zeigt, die in 2 gezeigt
ist.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, kennzeichnet jede gepunktete Linie
gerade Linien, die ein Paar der sechs Ecken 202 bis 206 der
hexagonalen Zellwand 2 verbinden. Beispielsweise hat die
Seite 21 die konvex gekrümmte Form in Richtung der Innenseite
der hexagonalen Zelle 3, nämlich die Form des Buchstabens „C" (oder eine Kreisbogenform),
wenn sie mit der geraden Linie verglichen wird, die die Ecke 201 der
Seite 21 und die Ecke 202 der Seite 22 verbindet. Ähnlich der
Seite 21 haben beide Seiten 22 und 23 die
gleiche Form eines Buchstabens „C" (oder eine Kreisbogenform). Im Gegensatz
dazu hat die Seite 24 die konvex gekrümmte Form in Richtung der Außenseite
der hexagonalen Zelle 3. Ähnlich der Seite 24 haben
beide Seiten 25 und 26 die gleiche Form eines
Buchstabens „C" (oder eine Kreisbogenform)
in Richtung der Außenseite
der hexagonalen Zelle 3.
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Jede
Seite 21 bis 26 der hexagonalen Zelle 3 bei
dem Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel hat
eine Bogenform. Die Erfindung ist nicht durch einen derartigen Aufbau
jeder Seite der hexagonalen Zellwand 2 beschränkt. Es
ist für
jede Seite der hexagonalen Zellwand 2, die die hexagonale
Zelle 3 umgibt, möglich,
eine andere Form zu haben.
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Als
nächstes
wird nun eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf 12 gegeben.
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12 ist
ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt.
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Das
Herstellungsverfahren des Wabenstrukturkörpers 1 des ersten
Ausführungsbeispiels
hat zumindest die folgenden Schritte: einen Extrusionsformprozess
S101; einen Schnittprozess S102; einen Trocknungsprozess S103; und
einen Brennprozess S104.
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Durch
Verwenden von Cordierit als Keramikrohmaterial, das hauptsächlich aus
Kaolin, Quarzglas, und Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Talk und
Kohlenstoffpartikeln und dergleichen besteht, die in einem optimalen
Verhältnis
gemischt sind, erzeugt der Extrusionsformprozess S101 einen wabenartig
ausgeformten Körper.
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Bei
dem Schneidprozess S102 wird der wabenartig geformte Körper in
mehrere wabenartig geformte Körper
geschnitten, wobei jeder eine bestimmte Länge aufweist. Bei dem Trocknungsprozess
S103 wird jeder wabenartig geformte Körper getrocknet. Schließlich wird
bei dem Brennprozess S104 der wabenartig geformte Körper gebrannt,
um den Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
zu erzeugen.
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Der
Extrusionsformprozess S101 extrudiert den wabenartig geformten Körper unter
Verwendung eines Extrusionsformwerkzeugs 5, das Schlitznuten 51 hat,
wie es in 4 bis 6 gezeigt
ist. Die Form der Schlitznuten 51 des Extrusionsformwerkzeugs 5 entsprechen
der Form der Zellenwand 2 des Wabenstrukturkörpers 1,
der letztendlich hergestellt wird.
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Bei
dem Extrusionsformprozess S101 werden zuerst Keramikrohpulver hergestellt,
die hauptsächlich aus
Kaolin, Quarzglas, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Talk, Kohlenstoffpartikeln
und dergleichen bestehen, und deren Zusammensetzung gewöhnlich 45,0–55,0 wt-%
SiO2, 33,0–42,0 wt-% Al2O3 und 12,0–18,0 wt-% MgO aufweist. Wasser
und Bindemittel mit einem gewünschten
Volumen werden diesen Keramikrohpulvern zugegeben und dann zusammengemischt,
um das keramische Rohmaterial zu erhalten.
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung der Form des Extrusionsformwerkzeugs 5 zum
Gebrauch bei dem Extrusionsformprozess S101 des keramischen Rohmaterials
unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
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4 ist
eine Darstellung, die einen Aufbau des Extrusionsformwerkzeugs 5 zum
Gebrauch bei dem Extrusionsformprozess S101 bei dem Herstellungsverfahren
des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, das in den 1 bis 3 gezeigt
wird.
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5 zeigt
eine vergrößerte detaillierte
Darstellung der Form jeder Schlitznut, die bei dem Extrusionsformwerkzeug 5,
das in 4 gezeigt ist, ausgebildet ist. 6 ist
eine schnittweise Darstellung des Aufbaus des Extrusionsformwerkzeugs 5 entlang
einer Linie A-A in 5.
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Wie
es in 4, 5 und 6 gezeigt
ist, hat das bei dem Herstellungsprozess des Wabenstrukturkörpers 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
zu verwendende Extrusionsformwerkzeug 5 die Schlitznuten 51 bei
einem Nutenausbildungsabschnitt 510 (siehe 4),
der von dessen Randteil 511 vorsteht. Diese Schlitznuten 51 entsprechen
der Form (siehe 2) der hexagonalen Zellenwände 2 (oder
der Trennwände 2)
des Wabenstrukturkörpers 1.
Wie es in 6 klar gezeigt ist, sind die
Schlitznuten 51 mit den Zuführöffnungen 52 verbunden,
durch die das keramische Rohmaterial während des Extrusionsformprozesses
S101 in die Schlitznuten 51 des Extrusionsformwerkzeugs 5 zugeführt wird. 4 zeigt
jede Schlitznut 51 mit einer einfachen hexagonalen Querschnittsform
der Kürze
halber. Die Schlitznuten 51 werden durch einen Wasserstrahlschneidprozess
ausgebildet, wobei eine Wasserstrahlverarbeitungsmaschine verwendet
wird. Weil eine derartige Wasserstrahlverarbeitungsmaschine die
Position jeder Schlitznut 51 leicht steuert, kann sie die
Form der Schlitznuten 51 in dem Extrusionsformwerkzeug 5 mit
einer extrem hohen Genauigkeit ausbilden.
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Das
vorstehend beschriebene keramische Rohmaterial wird durch Verwenden
des Extrusionsformwerkzeugs 5 extrudiert und geformt, um
den Wabenstrukturkörper
zu erzeugen.
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Als
nächstes
wird bei dem Schneidprozess der Wabenkörper auf eine gewünschte Länge geschnitten. Bei
dem Trocknungsprozess wird der Wabenkörper bei einer Temperatur von
90°C bis
100°C getrocknet.
Bei dem Brennprozess wird der Wabenkörper nach dem Trocknen bei
der Maximaltemperatur von 1400°C
gebrannt, um den Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels,
das in 1 gezeigt ist, herzustellen.
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung der Wirkung und der Effekte des Wabenstrukturkörpers 1 des ersten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung gegeben.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
hat jede der sechs Seiten 21 bis 26 der Zellwand 2,
die die hexagonale Zelle 3 umgibt, eine konkav gekrümmte Form
zu der Innenseite oder der Außenseite
der hexagonalen Zelle 3. Das heißt, wenn eine hexagonale Zelle 3 betrachtet
wird, hat jede Seite 21 bis 26 eine konkav gekrümmte Form
(nämlich
die Form eines Buchstabens „C" oder eine Kreisbogenform)
in Richtung der Innenseite oder der Außenseite der hexagonalen Zelle 3,
verglichen mit einer geraden Linie, die die Ecken der Seiten 21 bis 26 verbindet,
wie es in 3 gezeigt ist. Gemäß der Form
jeder Seite 21 bis 26 bei der hexagonalen Zelle 3 bei
dem Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
wird selbst wenn eine Spannung auf den Wabenstrukturkörper 1 aufgebracht
wird, die Form jeder der sechs Seiten 21 bis 26 bei
der hexagonalen Zelle 3 verteilt.
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Verglichen
mit der Zelle bei dem herkömmlichen
Wabenstrukturkörper
deren Seite eine gerade Linienform aufweist, hat der Wabenstrukturkörper 1 mit
den hexagonalen Zellen 3, die von den Seiten 21 bis 26 der hexagonalen
Zellenwand 2 umgeben sind, eine Flexibilität hinsichtlich
einer Spannung, die von der Innenseite und der Außenseite
des Wabenstrukturkörpers 1 angelegt
wird. Dadurch kann dieser Aufbau des Wabenstrukturkörpers 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
die Höhe
der Einwirkung, die beim Montieren oder Zusammenbauen von diesem
an ein Fahrzeug hervorgerufen wird, unterdrücken, und kann das Ausmaß einer
Vibration und eines Temperatureinflusses, die während des Fahrzeugbetriebs
auftreten, unterdrücken.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist er so ausgebildet, dass die drei Seiten 21 bis 23 bei
den Seiten 21 bis 26 die konkav gekrümmte Form
in Richtung der Innenseite der hexagonalen Zelle 3 haben
und die Seiten 24 bis 26 die konkav gekrümmte Form
in Richtung der Außenseite
der hexagonalen Zelle 3 haben. Dieser Aufbau der Seiten 21 bis 26 kann
die Flexibilität
gegenüber
einer Spannung fördern,
die von der Außenseite des
Wabenstrukturkörpers 1 aufgebracht
wird.
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Außerdem hat
der Wabenstrukturkörper 1 mit
einer Vielzahl der hexagonalen Zellen 3 das Außenumfangsverkleidungsteil 4,
das an der Außenumfangsfläche des
Körpers 1 ausgebildet
ist. Dieser Aufbau kann die Spannungshöhe, die von der Außenseite
des Wabenstrukturkörpers 1 aufgebracht
wird, reduzieren. Beispielsweise kann ein derartiger Aufbau des
Wabenstrukturkörpers 1 den
Schaden, der durch die Einwirkung hervorgerufen wird, die auftritt,
wenn der Wabenstrukturkörper 1 an
dem Fahrzeug montiert wird, unterdrücken.
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Die
Dicke jeder Zellenwand 2 des Wabenstrukturkörpers 1 ist
in etwa 110 μm
oder weniger. Dieser Aufbau der Zellenwand 2 kann auch
die Spannung verteilen, die von der Innenseite und der Außenseite
des Wabenstrukturkörpers 1 aufgebracht
wird.
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Ferner
verwendet das Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ein Wasserstrahllasergerät
zum Herstellen der Schlitznuten 51 des Extrusionsformwerkzeugs 4.
Das Wasserstrahllasergerät
kann die Schlitznuten, die Zellenwänden mit einer komplizierten
Form entsprechen, mit einer hohen Genauigkeit und leicht herstellen.
Der Wabenstrukturkörper 1 mit
einer Vielzahl der hexagonalen Zellen 3 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist durch Verwenden des Extrusionsformwerkzeugs 5 mit einer
extrem hohen Genauigkeit ausgebildet.
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Der
Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
hat hinsichtlich der Spannung, die von der Innenseite und der Außenseite
des Körpers 1 aufgebracht
wird, die geeignete Flexibilität.
Dieses bessere Merkmal des Wabenstrukturkörpers 1 des ersten
Ausführungsbeispiels
kann beim Gebrauch seine Haltbarkeit und eine Anti-Thermoeinwirkung
erhöhen.
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7 ist
eine Darstellung, die einen weiteren Aufbau von hexagonalen Zellenwänden 702 (oder Trennwänden) zeigt,
die die Zellen mit hexagonalen Querschnitt bei dem in 1 gezeigten
Wabenstrukturkörper 1 umgeben.
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Obwohl
jede der Seiten 21 bis 26 der Zellwand 2,
die in 2 und 3 gezeigt ist, eine einzelne konkav
gekrümmte
Form bei dem Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
hat, ist es möglich, jede
Seite durch Verbinden mehrerer gerader Linien in einer Abfolge auszubilden.
Beispielsweise, wie es in 7 gezeigt
ist, besteht jede der Seiten 721 bis 726 in der
Zellenwand 702 bei jeder hexagonalen Zellen 703 aus
zwei geraden Linien, die in Abfolge so verbunden sind, dass die
verbundenen Linien eine konkav gekrümmte Form haben, ähnlich zu
dem Aufbau jeder Seite 21 bis 26 der hexagonalen
Zelle 3, die in 2 und 3 gezeigt
ist. Dieser Aufbau der Seiten 721 bis 726 bei
der Zellwand 702 bei jeder hexagonalen Zelle 703 hat
die Fähigkeit,
die Spannung, die von der Außenseite
und der Innenseite des Wabenstrukturkörpers aufgebracht wird, zu
verteilen, ähnlich
dem Aufbau der Seiten 21 bis 26 bei der Zellwand 20 bei
jeder hexagonalen Zelle 30.
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Bei
dem Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels,
obwohl jede hexagonale Zelle 3 von der hexagonalen Zellwand 2 umgeben
ist, die die Seiten 21 bis 26 mit der Form eines
Buchstabens „C" (oder eine Kreisbogenform)
aufweist, ist es wünschenswert,
einige hexagonale Zellen mit Zellwänden auszubilden, die aus geraden
Linien bestehen, wie die Form der Zellwand 1002 bei der
herkömmlichen
Zelle 1003, die in 10 gezeigt
ist. Wenn jedoch die Anzahl der Zellen, die von den geradlinig geformten
Zellwänden
umgeben sind, erhöht
wird, existiert eine Möglichkeit,
die Gesamtlänge
und Flexibilität
des Wabenstrukturkörpers
gegenüber
der Spannung, die von der Innenseite und der Außenseite von diesem aufgebracht
wird, zu vermindern.
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Ferner,
wenn der Wabenstrukturkörper
aus einer Kombination der hexagonalen Zellen 3 des ersten Ausführungsbeispiels,
das in 2 und 3 gezeigt ist, und der herkömmlichen
Art von hexagonalen Zellen, die von geradlinigen Zellwänden umgeben
sind, hergestellt ist, ist es wünschenswert,
diese derart anzuordnen, dass die Anzahl der hexagonalen Zellen
der herkömmlichen
Art von dem mittleren Teil in Richtung dem Außenumfangsteil schrittweise
abnimmt, wenn der Querschnitt des Wabenstrukturkörpers betrachtet wird. Anders
gesagt ist es wünschenswert,
eine Anordnung so vorzunehmen, dass die Anzahl der hexagonalen Zellen des
ersten Ausführungsbeispiels
von dem mittleren Teil in Richtung dem Außenumfangsteil des Wabenstrukturkörpers zunimmt.
Dieser Aufbau hat den Effekt, die Höhe des von der Außenseite
des Wabenstrukturkörpers
aufgebrachten Spannung zu verringern.
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Der
Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird hauptsächlich als
ein Abgasreinigungsfilter zum Gebrauch bei Benzinmaschinen verwendet.
Jedoch ist die Erfindung nicht durch diese Verwendung beschränkt und
es ist möglich,
den Wabenstrukturkörper 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
bei einem Abgasreinigungsfilter für Dieselmaschinen als einen
Dieselpartikelfilter (DPF) zu verwenden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Eine
Beschreibung des Wabenstrukturkörpers
mit einer Vielzahl hexagonaler Zellen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8 gegeben.
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8 ist
ein Darstellung, die hauptsächlich
hexagonale Zellenwände
(oder Trennwände)
zeigt, die die Zellen mit hexagonalem Querschnitt (nachstehend bezeichnet
als „die
hexagonalen Zellen", ähnlich zu
dem Fall bei dem ersten Ausführungsbeispiel)
bei dem Wabenstrukturkörper
des zweiten Ausführungsbeispiels
umgeben. Wie es in 8 gezeigt ist, ist die Form
der hexagonalen Zellwand des zweiten Ausführungsbeispiels eine Abwandlung
der Form der hexagonalen Zellwand 2 bei dem Wabenstrukturkörper 1 des
in 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.
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Wie
es in 8 gezeigt ist, haben die Seiten 821 bis 826 der
Zellwand 802 jeder hexagonalen Zelle 803 abwechselnd
eine konkav gekrümmte
Form und eine konvex gekrümmte
Form. Anders gesagt ist eine Seite der konkav gekrümmten Form
(wie die Form des Buchstabens „C" zu der Innenseite
der hexagonalen Zelle 802) bei der hexagonalen Zellwand 802 mit
der angrenzenden Seite der konvex gekrümmten Form (wie die Form des
Buchstabens „C" zu der Außenseite
der hexagonalen Zelle 802) bei jeder hexagonalen Zellwand 802 verbunden.
Bei einer hexagonalen Zelle 803 haben die Seiten 821, 823 und 825 die
Form des Buchstabens „C", das heißt, konkav
zu der Innenseite der hexagonalen Zelle 803, und die Seiten 822, 824 und 826 haben die
Form des Buchstabens „C", das heißt, konkav
zu der Außenseite
der hexagonalen Zelle 803. Der weitere Aufbau des Wabenstrukturkörpers des
zweiten Ausführungsbeispiels
ist gleich dem Aufbau des Wabenstrukturkörpers des ersten Ausführungsbeispiels.
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Wie
die Wirkung und die Effekte des Wabenstrukturkörpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann
der Wabenstrukturkörper
des zweiten Ausführungsbeispiels
einen von der Innenseite und der Außenseite des Wabenstrukturkörpers 1 aufgebrachte
Spannung angemessen verteilen.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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(Versuchsergebnisse)
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Eine
Beschreibung der Versuchsergebnisse hinsichtlich des Maximalspannungswerts
des Wabenstrukturkörpers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
wird nun basierend auf einer CAE (Computer Aided Engineering) Analyse
gegeben.
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9 ist
eine Darstellung, die die quadratisch geformten Zellwände (oder
Trennwände)
bei quadratisch geformten Zellen eines herkömmlichen Wabenstrukturkörpers als
die Probe C1 des Stands der Technik zeigt. 10 ist
eine Darstellung, die die Zellwände
(oder Trennwände)
jeder Zelle als einen herkömmlichen hexagonalen
Strukturkörper wie
die herkömmliche
Probe C2 zeigt. 11 ist eine Darstellung, die
einen weiteren Aufbau jeder hexagonalen Zelle 1103 und
deren Zellwand 1102 (oder eine Trennwand) bei dem Wabenstrukturkörper zeigt.
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Bei
dem Experiment wurden die folgenden drei Proben E1, E2 und E3 als
der Wabenstrukturkörper 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
vorbereitet, wobei die Länge
jeder Seite bei den Proben E1, E2 und E3 jeweils in etwa 3,0 mm
(E1), 4,0 mm (E2) und 5,0 mm (E3) ist, und der Außendurchmesser
in etwa 103,0 mm, die Dicke der Zellwand 2 bis 90 μm, der Zellenabstand
in etwa 111 μm
und die Dicke des Außenumfangsverkleidungsteils 4 in
etwa 4,0 mm und jeder Wabenstrukturkörper 1 hat in etwa
600,0 Maschen (die Anzahl der Zellen ist 600).
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Bei
dem Experiment wurden zwei Arten herkömmlicher Proben C1 und C2 als
der herkömmliche
Wabenstrukturkörper
vorbereitet. Bei der in 9 gezeigten Probe C1 des Stands
der Technik hat jede Zelle eine quadratische Querschnittsform, überhaupt
keine hexagonale Form und jede Seite der Zellwand ist in der Form einer
geraden Linie. Bei der in 10 gezeigten
herkömmlichen
Probe C2 hat jede Zelle eine hexagonale Querschnittsform, aber jede
Seite der Zelle hat eine Form einer geraden Linie.
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Eine
weitere Probe des Wabenstrukturkörpers,
der in 11 gezeigt ist, wurde ferner
vorbereitet. Der in 11 gezeigte Wabenstrukturkörper hat
den gleichen Basisaufbau, wie der in 2 und 3 gezeigte Wabenstrukturkörper, aber
jede Seite der Zellwand hat sowohl die konkave Form als auch die
konvexe Form. Jede Seite der hexagonalen Zellwand 1102 bei
jeder hexagonalen Zelle 1103 des in 11 gezeigten
Wabenstrukturkörpers
hat die Form eines Buchstabens „S" und nicht eine Form des Buchstabens „C".
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Bei
den drei Arten der Wabenstrukturkörper wie die in 11 gezeigten
Versuchsbeispiele C4, C5 und C6 ist der Radius jeder bogenförmigen Seite
von den Proben C4, C5 und C6 jeweils 2,0 mm (C4), 3,0 mm (C5) und
4,0 mm (C6).
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Die
bei dem Experiment als die Wabenstrukturkörper verwendeten Versuchsproben
C1 bis C5 und E1 bis E3 haben die gleiche Basisabmessung, wie beispielsweise
die Länge
und den Durchmesser des Wabenstrukturkörpers, anders als die Form
und Abmessung jeder Seite der Zellwand, die jede Zelle umgibt.
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Die
CAE Analyse, die als das Versuchswerkzeug verwendet wurde, wird
nun erklärt.
Die CAE Analyse des Experiments verwendete die Proben eines zweidimensionalen
Modells (eines ebenen Modells) eines Körpers mit Viertelabmessung
(ein Körper
mit einer Viertelabmessung als ein fächerförmiger Körper) mit zwei Dimensionselementen
als Begrenzungsbedingungen. Um einen Vergleich bei der Form zwischen
den Proben leicht durchzuführen,
war die Längslänge jeder
Versuchsprobe und die Anzahl unterteilter Teile des Wabenstrukturkörpers die
gleiche Anzahl. Der Young'sche
Koeffizient und der Poisson-Koeffizient des Keramikmaterials, das
jeden Wabenstrukturkörper
als die Versuchsproben ausbildet, wurden als Materialeigenschaften
verwendet. Unter diesen Bedingungen wurde der Maximalspannungswert
jeder Versuchsprobe berechnet.
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Die
nachstehende Tabelle 1 zeigt die maximalen Spannungswerte für diese
Versuchsproben als die Versuchsergebnisse. Wie es in Tabelle 1 klar
gezeigt ist, sind die Maximalspannungswerte jeder Versuchsprobe
E1 bis E3 gemäß den Ausführungsbeispielen
der Erfindung niedriger als diejenigen der herkömmlichen Probe C2. D. h., die hexagonalen
Wabenstrukturkörper
der Ausführungsbeispiele
der Erfindung als die Versuchsproben E1 bis E3 haben eine höhere Flexibilitätseigenschaft,
wenn sie mit der herkömmlichen
Probe C1 verglichen werden.
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Andererseits,
wie es in Tabelle 1 klar gezeigt ist, haben die Maximalspannungswerte
der Versuchsproben E1 bis E3, die den hexagonalen Wabenstrukturkörpern der
Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung entsprechen,
niedrigere Werte, als die Maximalspannungswerte der Proben C3 bis
C5, die in 11 gezeigt sind. Das heißt, die
Versuchsproben E1 bis E3 mit jeder Seite in der Form des Buchstabens „C" haben die verbesserte
und höhere
Flexibilitätseigenschaft
eher, als die Versuchsproben C3 bis C5, bei denen jede Seite mit
der Form des Buchstabens „S" jede Zellenwand
jeder Zelle ausbildet.
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Der
Grund ist, dass die Form des Buchstabens „S" von jeder Seite, die die hexagonale
Zellwand 1102 ausbildet, die jede hexagonale Zelle 1103 bei
den experimentellen Beispielen C3 bis C5, die in 11 gezeigt sind,
umgibt, ihre gekrümmte
Richtung bei dem Mittelpunkt der Seite mit der Form des Buchstabens „S" ändert. Das heißt, die
Form des Buchstabens „S" bei der Seite, die
die Zellwand bei jeder Zelle ausbildet, hat sowohl den konkav gekrümmten Teil
als auch den konvex gekrümmten
Teil, die bei dem Mittelteil der Seite getrennt sind, und eine Länge jedes
abgetrennten Teils der Seite der Zellwand ist kürzer als eine Länge der
Seite mit der Form des Buchstabens „C" bei der hexagonalen Zellwand jeder
Zelle der Versuchsproben E1 bis E3. Somit haben die Versuchsproben
E1, E2 und E3 der Erfindung mit jeder Seite in der Form des Buchstabens „C" bei jeder Zellwand
der Zelle des Wabenstrukturkörpers
gemäß der Erfindung
verglichen mit dem der herkömmlichen
Proben eine höhere
Fähigkeit
eine Spannung zu verteilen.
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Ferner
zeigt das Versuchsergebnis, dass der maximale Spannungswert der
Versuchsprobe E1 niedriger als der der herkömmlichen Probe C1 ist, wobei
die Versuchsprobe E1 die hexagonal geformte Zelle und die herkömmliche
Probe C1 die quadratisch geformte Zelle aufweist. Des Weiteren zeigt
das Versuchsergebnis, dass der maximale Spannungswert der Versuchsprobe
E2 in etwa gleich demjenigen der herkömmlichen Probe C1 ist, und
der maximale Spannungswert der Versuchsprobe E3 ist etwas größer als
der der herkömmlichen
Probe C1. Dies zeigt, dass der in 2 bis 8 gezeigte
erfindungsgemäße Wabenstrukturkörper seine
optimale Form hat, wie beispielsweise einen optimalen Radius jeder
Seite, die die Form des Buchstabens „C" (nämlich
eine Bogenform) hat, unter verschiedenen Bedingungen, die Dicke
jeder hexagonalen Zellwand und die Längslänge des Zellabstands des Wabenstrukturkörpers.
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Wie
es vorstehend detailliert beschrieben ist, hat der Wabenstrukturkörper gemäß der Erfindung
eine höhere
Flexibilitätseigenschaft
gegenüber
der Spannung, die von der Innenseite und der Außenseite des Wabenstrukturkörpers aufgebracht
wird, und die Eigenschaft ist dazu im Stande, die Haltbarkeit und
die Thermoschockbeständigkeit
während
des Gebrauchs des Wabenstrukturkörpers
zu erhöhen.
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Während bestimmte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung detailliert beschrieben wurden, wird es den Fachleuten
offensichtlich sein, dass verschiedene Abwandlungen und Alternativen
zu diesen Details hinsichtlich der übergeordneten Lehre dieser
Offenbarung entwickelt werden können.
Folglich sind die offenbarten bestimmten Anordnungen nur darstellend
und nicht, um den Anwendungsbereich der Erfindung, der in seiner
vollen Breite der nachstehenden Ansprüche gegeben ist, zu beschränken.
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Ein
Wabenstrukturkörper
hat eine Vielzahl hexagonaler Zellen mit einer hexagonalen Form,
die in einer Gitteranordnung ausgebildet sind. Jede hexagonale Zelle
ist von ihrer hexagonalen Zellenwand umgeben, die aus sechs Seiten
besteht. An einer Querschnittsfläche
entlang der Achsenrichtung des keramischen Wabenstrukturkörpers hat
jede Seite der sechs Seiten, die die hexagonale Zellenwand ausbilden,
die die zugehörige
hexagonale Zelle umgibt, eine konkave Form in Richtung entweder
der Innenseite oder der Außenseite der
hexagonalen Zelle. Insbesondere ist es wünschenswert, dass fortlaufende
drei Seiten jeder hexagonalen Zellenwand eine konkave Form haben,
die in Richtung entweder der Innenseite oder der Außenseite
der hexagonalen Zelle konkav sind, und die verbleibenden fortlaufenden
drei Seiten der Zellenwand eine konkave Form haben, die in Richtung
der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der konkaven Form,
die durch die vorstehenden fortlaufenden drei Seiten ausgebildet
ist, konkav ist.