JP2003270180A - ハニカム構造体の熱伝導率の測定方法 - Google Patents

ハニカム構造体の熱伝導率の測定方法

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JP2003270180A JP2002077557A JP2002077557A JP2003270180A JP 2003270180 A JP2003270180 A JP 2003270180A JP 2002077557 A JP2002077557 A JP 2002077557A JP 2002077557 A JP2002077557 A JP 2002077557A JP 2003270180 A JP2003270180 A JP 2003270180A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハニカム構造体の熱伝導率を、特定形状の試
験片等を作製することなく、ハニカム構造体そのものの
形状又は所定のブロック形状で測定することを可能にす
る、ハニカム構造体の熱伝導率の測定方法を提供する。 【解決手段】 ハニカム構造体１の両端部１１、１２の
温度をそれぞれ異なる所定温度に制御した状態で、ハニ
カム構造体１全体の温度状態を定常状態とし、この状態
で熱伝導率を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、ハニカム構造体
の熱伝導率の測定方法に関する。更に詳しくは、ハニカ
ム構造体の熱伝導率を、試験片等を作製することなく、
ハニカム構造体そのものの形状で測定することを可能に
する、ハニカム構造体の熱伝導率の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 自動車（特にディーゼルエンジン搭載
の自動車）の排気ガスや廃棄物の焼却時に発生する焼却
排ガス等に含有される、塵やその他の粒子状物質を捕集
するため、又は各種鉱工業における製造工程から排出さ
れる高温排ガスから製品や原材料を回収するために、セ
ラミックスからなるハニカム構造体（ハニカムフィル
タ）が使用されている。ハニカム構造体は、例えば隔壁
により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通セルを有
するとともに、この流通セルの隔壁が濾過能を有し、所
定の流通セルについては一方の端部を目封じし、残余の
流通セルについては他方の端部を目封じしてなり、含塵
流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するように形成
された構造体である。セラミックスからなるハニカム構
造体は、耐熱性、耐食性に優れ、高温、腐食性ガス雰囲
気でのフィルタ材料として好ましい特性を有しているた
め、種々の排気ガスの浄化に利用されている。
【０００３】 ハニカム構造体は、高温の排気ガスを流
す場合が多く、その熱伝導性により、ハニカム構造体の
熱による歪みの発生の仕方が変わるため、ハニカム構造
体の設計上、その熱伝導率を把握する必要がある。しか
し、ハニカム構造体は、その構造が特殊なため、試験片
等を作製することなく、ハニカム構造体そのものの熱伝
導率を測定する方法は、これまで確立されていなかっ
た。
【０００４】 従来は、例えば、ファインセラミックス
の熱伝導率の測定方法として、ＪＩＳ Ｒ１６１１にレ
ーザーフラッシュ法が規定されている。この方法は、被
測定物の材質が気孔率１０％以下の材料に限定され、ま
た、測定時の試料形状が一辺１０ｍｍ以下の四辺形等の
平板に限定される等の制約がある。このため、ハニカム
構造体はその材質及び形状の面で前述の方法を採用する
ことができないという問題があった。更に、試験片に加
工しなくてはならないため、作業性の問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は上述の問題
に鑑みなされたものであり、ハニカム構造体の熱伝導率
を、特定形状の試験片等を作製することなく、ハニカム
構造体そのものの形状又は所定のブロック形状で測定す
ることを可能にする、ハニカム構造体の熱伝導率の測定
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め、本発明によって以下の熱伝導率の測定方法が提供さ
れる。 ［１］ ハニカム構造体の両端部の温度をそれぞれ異な
る所定温度に制御した状態で、ハニカム構造体全体の温
度状態を定常状態とし、この状態で熱伝導率を測定する
ことを特徴とするハニカム構造体の熱伝導率の測定方
法。 ［２］ 一定温度に制御した接触部材を、前記ハニカム
構造体の両端部に接触させることにより、前記両端部の
温度を異なる所定温度に制御する［１］に記載のハニカ
ム構造体の熱伝導率の測定方法。 ［３］ 前記ハニカム構造体の熱伝導率λ（Ｗ／ｍＫ）
を、前記接触部材に熱流計を接続して前記接触部材のそ
れぞれにおける熱流量Ｑ１（Ｗ／ｍ2）、Ｑ２（Ｗ／
ｍ2）を測定することにより導出される前記ハニカム構
造体の熱流量ＱＨ（Ｗ／ｍ2）＝（Ｑ１＋Ｑ２）／２
と、前記ハニカム構造体の両端部間の距離Ｌ（ｍ）と、
前記定常状態における前記ハニカム構造体の両端部の温
度Ｔ１（Ｋ）、Ｔ２（Ｋ）との関係として規定した、下
記式（１）から算出する［２］に記載のハニカム構造体
の熱伝導率の測定方法。
【数２】 λ＝ＱＨ・（Ｌ／（Ｔ１−Ｔ２）） ・・・・・・・・（１） ［４］ 前記ハニカム構造体の端部と前記接触部材とを
高熱伝導率部材を介して接触させる［２］又は［３］に
記載のハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。 ［５］ 前記高熱伝導率部材として、柔軟性を有するシ
ートを用いる［４］に記載のハニカム構造体の熱伝導率
の測定方法。 ［６］ 前記高熱伝導率部材が、熱伝導率の高い物質を
含有するペーストを、前記ハニカム構造体及び／又は前
記接触部材の接触面に、塗布して形成した塗膜からなる
［４］又は［５］に記載のハニカム構造体の熱伝導率の
測定方法。 ［７］ 前記接触部材と前記ハニカム構造体の端部との
接触圧を１〜１０ｋｇ／ｃｍ2とする［２］〜［６］の
いずれかに記載のハニカム構造体の熱伝導率の測定方
法。 ［８］ 前記ハニカム構造体の側面の露出部分を断熱材
で覆う［１］〜［７］のいずれかに記載のハニカム構造
体の熱伝導率の測定方法。 ［９］ 前記ハニカム構造体の材質の熱伝導率が１（Ｗ
／ｍＫ）以上である［１］〜［８］のいずれかに記載の
ハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。 ［１０］ 前記ハニカム構造体が、炭化珪素、炭化珪素
と金属珪素との複合体及び窒化珪素からなる群から選ば
れる少なくとも１種を含有する［１］〜［９］のいずれ
かに記載のハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。
【０００７】 このように、ハニカム構造体全体の温度
状態を定常状態にして、熱伝導率を測定したため、ハニ
カム構造体の形状に関係なく、例えば円筒形状のハニカ
ム構造体そのもの又はそこから所定サイズで切り出した
ブロック形状として（特定形状の試験片を作製すること
なく）簡易に熱伝導率を測定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を図
面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の
実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を
逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適
宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべ
きである。
【０００９】 図１は、本発明のハニカム構造体の熱伝
導率の測定方法の一の実施の形態における、ハニカム構
造体とその両端部に接触させた接触部材を示す側面図で
ある。
【００１０】 本実施の形態では、ハニカム構造体の熱
伝導率を測定するために、まずハニカム構造体の軸方向
両端部の温度をそれぞれ異なる所定温度に制御する。そ
のために、図１に示すように、ハニカム構造体１の軸方
向両端部１１、１２に一定温度に制御した接触部材２
（２１、２２）を接触させる。このように、異なる所定
温度に制御された接触部材２１、２２をそれぞれハニカ
ム構造体１の軸方向両端部１１、１２に接触させること
により、両端部１１、１２の温度を異なる所定温度とす
ることができ、これにより、ハニカム構造体１全体の温
度状態を定常状態にすることができる。
【００１１】 次に、定常状態にしたハニカム構造体１
の熱流量ＱＨを求める。熱流量ＱＨは、定常状態のハニ
カム構造体１の両端部１１、１２に接触している接触部
材２１、２２に予め接続しておいた熱流計３（３１、３
２）で、それぞれ接触部材２１、２２を流れる熱流量Ｑ
１、Ｑ２を測定し、ＱＨ＝（Ｑ１＋Ｑ２）／２の式を用
いて算出される。
【００１２】 そして、本実施の形態においては、ハニ
カム構造体１の熱伝導率λ（Ｗ／ｍＫ）は、定常状態に
おける、上記ハニカム構造体１の熱流量ＱＨ（Ｗ／
ｍ2）＝（Ｑ１＋Ｑ２）／２と、ハニカム構造体１の両
端部間の距離Ｌ（ｍ）と、ハニカム構造体１の両端部１
１、１２の温度Ｔ１（Ｋ）、Ｔ２（Ｋ）との関係として
規定した、下記式（１）から算出される。
【００１３】
【数３】 λ＝ＱＨ・（Ｌ／（Ｔ１−Ｔ２）） ・・・・・・・・（１）
【００１４】 このように、ハニカム構造体全体の温度
状態を定常状態にして、熱伝導率を測定するため、ハニ
カム構造体の形状に関係なく、例えば円筒形状のハニカ
ム構造体そのもの又はそこから所定サイズで切り出した
ブロック形状として（特定形状の試験片を作製すること
なく）簡易に熱伝導率を測定することができる。
【００１５】 このように、ハニカム構造体全体の温度
状態を定常状態にして、熱伝導率を測定するため、ハニ
カム構造体の形状に関係なく、例えば円筒形状のハニカ
ム構造そのもの又はそこから所定サイズで切り出したブ
ロック形状として（特定形状の試験片を作製することな
く）簡易に熱伝導率を測定することができる。このよう
な熱伝導率の測定方法を定常法といい（ＪＩＳ Ａ１４
１２）、これまでハニカム構造体には適用することがな
かった。
【００１６】 本実施の形態では、ハニカム構造体１の
両端部１１、１２と接触部材２１、２２との熱的接触を
できるだけ良好にし、接触部材２１とハニカム構造体の
端部１１との間、及びハニカム構造体の端部１２と接触
部材２２との間で、できるだけロスなく熱が伝わること
が好ましい。この部分の熱流量のロスは、ハニカム構造
体そのものの熱伝導のし難さとして計測されるため、ハ
ニカム構造体の熱伝導率の測定精度を低下させるおそれ
がある。例えば、ハニカム構造体の端部１１の端面と、
接触部材２１の接触面２１１との接触状態が、それぞれ
の面が有する細かい凹凸等により、多くの（広い）隙間
が形成された状態となった場合には、熱が伝達し難くな
るおそれがある。更に、熱伝導率の高い材質からなるハ
ニカム構造体の場合にその精度の低下が大きくなるおそ
れがある。
【００１７】 また、熱伝導率の測定精度をより向上さ
せるために、ハニカム構造体１に熱が流れる際に、でき
るだけハニカム構造体１の側面の露出部分からの放熱が
少ないことが好ましい。
【００１８】 図２は本発明のハニカム構造体の熱伝導
率の測定方法の他の実施の形態における、ハニカム構造
体及び接触部材等を軸を含む平面で切断した断面図であ
る。
【００１９】 上述のように、ハニカム構造体１の両端
部１１、１２と接触部材２１、２２との熱的接触を良好
にし、接触部材２１とハニカム構造体の端部１１、ハニ
カム構造体の端部１２と接触部材２２のそれぞれの間
で、できるだけロスなく熱が伝わるようにするため、図
２に示すように、接触部材２１とハニカム構造体の端部
１１とを、高熱伝導率部材４１を介して接触させ、接触
部材２２とハニカム構造体の端部１２とを、高熱伝導率
部材４２を介して接触させた。このように接触部材２
１、２２とハニカム構造体の端部１１、１２とを高熱伝
導率部材４１、４２を介して接触させることにより、ハ
ニカム構造体の端部１１の端面と接触面２１１との接触
において、それぞれの面が有する細かい凹凸等により形
成された隙間が、高熱伝導率部材４の介在により少なく
なる。このため、熱の伝達がより良好となり、ハニカム
構造体の熱伝導率をより精度良く測定することができ
る。高熱伝導率部材４は熱伝導率が高いため、ハニカム
構造体の端部１１、１２と接触部材２１、２２との間に
介在させてハニカム構造体の熱伝導率を測定しても、測
定誤差は大きくならない。
【００２０】 高熱伝導率部材４は、柔軟性を有するシ
ートであることが好ましい。柔軟性を有するシートにす
ることにより、上述のように接触面同士の間に形成され
る隙間の形に変形し、隙間を埋めることができるため、
より熱の伝達を良好にすることができる。柔軟性を有す
るシートからなる高熱伝導率部材４の材質としては、カ
ーボン、アルミニウム、銅等の金属の箔が好ましい。高
熱伝導率部材４の厚さは測定値への影響を抑えるため試
料に対してできるだけ薄いほうが好ましい。また高熱伝
導率部材４と試料（ハニカム構造体１）の厚みの関係に
より、測定値λへの影響が無視できない場合は、高熱伝
導率部材４の材質の熱伝導率λ２（Ｗ／ｍＫ）と厚みＬ
２（ｍ）の値を用いて下記式（２）に従って試料（ハニ
カム構造体１）の補正熱伝導率λ１（Ｗ／ｍＫ）を算出
する。
【００２１】
【数４】 λ１＝Ｌ１／｛Ｌ／λ−Ｌ２／λ２｝ ・・・・・・・・（２）
【００２２】λ：ハニカム構造体の熱伝導率（Ｗ／ｍ
Ｋ） λ１：ハニカム構造体の補正熱伝導率（Ｗ／ｍＫ） λ２：高熱伝導率部材の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ） Ｌ：ハニカム構造体とその両端部に配置した２枚の高熱
伝導率部材とを合わせた厚み（ｍ） Ｌ１：ハニカム構造体の厚み（ｍ） Ｌ２：高熱伝導率部材の厚み（ｍ）
【００２３】 また、高熱伝導率部材４は、カーボンや
銀等の熱伝導率の高い物質（粉末）を含有するペースト
（例えばアセトンに代表される有機溶媒で粉末を練った
状態のもの）をハニカム構造体の端部１１、１２のそれ
ぞれの接触面に塗布して形成した塗膜であってもよい。
上記ペーストを塗布するのは、ハニカム構造体の端部１
１、１２のそれぞれの接触面又は接触部材２１、２２の
接触面２１１、２２２のいずれであってもよいし、その
両方でもよい。ペーストを塗布することによっても、上
述の接触面同士の間に形成される隙間を埋めて、熱の伝
達を良好にすることができる。
【００２４】 接触部材２がハニカム構造体１又は高熱
伝導率部材４と接触するときの接触圧を１〜１０ｋｇ／
ｃｍ2にすることにより、各接触面間の隙間を埋めて熱
の伝達を良好にすることができる。
【００２５】 本実施の形態においては、熱伝導率が１
（Ｗ／ｍＫ）以上の材質からなるハニカム構造体の場
合、その熱伝導率を好適に測定することができる。特
に、ハニカム構造体と接触部材との間に高熱伝導率部材
を介して熱伝導率を測定する場合には、熱の伝達が良好
であるため、熱伝導率の高いハニカム構造体の熱伝導率
を精度良く測定することができる。また、ハニカム構造
体の材質としては、炭化珪素、炭化珪素と金属珪素との
複合体、窒化珪素、その他熱伝導率が比較的高い非酸化
物等が好適例として挙げられる。また材質の熱伝導率が
１Ｗ／ｍＫ以上あれば酸化物に対しても適用できる。
【００２６】 また、図２に示すように、ハニカム構造
体の熱伝導率を測定する際には、ハニカム構造体１の側
面の露出部分１３を断熱材５で覆うことが好ましい。断
熱材５で覆うことにより、熱伝導率測定時の熱が側面の
露出部分１３から放出されることが抑制されるため、熱
伝導率の測定をより精度良く行うことができる。断熱材
としては、例えばウレタンマット、発泡スチロール等が
挙げられる。また、断熱材で覆う範囲は、露出部分１３
だけでなく、接触部材２を含む全体としてもよい。また
断熱材の代わりに、同材質のハニカムで取り囲むこと
は、ハニカム構造体中の熱の流れを均質化させる効果が
あり、もう一つの好適例として挙げられる。
【００２７】
【実施例】 以下、本発明を実施例により具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。
【００２８】（実施例１〜７）金属珪素で炭化珪素を結
合した金属珪素結合炭化珪素からなり、リブ厚１５ｍｉ
ｌを共通とし、セル密度を２００ｃｐｓｉ（ｃｅｌｌ
ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅｉｎｃｈ）と３００ｃｐｓｉに異
ならせた２種類のハニカム構造体を一般的な押出し成形
法により作製した。
【００２９】 得られた２種類のハニカム構造体から３
５×３５×２５ｍｍのブロックを切り出し、図１に示す
ように、高熱伝導率部材及び断熱材のいずれも使用しな
いで、定常法により熱伝導率測定を行った。そして、図
２に示すように、高熱伝導率部材及び断熱部材の両方を
使用して、又はそれらのうち一方を使用して、定常法に
より熱伝導率測定を行った。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】 ここで熱伝導率・換算値とは、ＪＩＳ
Ｒ１６１１に準拠してレーザーフラッシュ法で、ハニカ
ム構造体を特定の形状に加工した試験片の熱伝導率を測
定し、ハニカム構造体端面の面積から開口部に相当する
面積を差し引いた有効面積を示す有効面積率を、測定し
た熱伝導率に乗じて、ハニカム構造体そのものとしての
熱伝導率に換算した値を意味する。レーザーフラッシュ
法でハニカム構造体を測定した場合には気孔率の問題等
による誤差を含むが、一定程度の確からしさはあるの
で、本実施例においては、レーザーフラッシュ法との比
較として評価した。
【００３２】 表１に示すように、定常法によりハニカ
ム構造体の熱伝導率を測定することができる。実施例
１、６に示すように、高熱伝導率部材及び断熱材を使用
しない場合でも熱伝導率を測定することができるが、ア
ルミ箔や炭素シートを高熱伝導率部材として使用するこ
とにより、また断熱材として発泡スチロールを使用する
ことにより、よりレーザーフラッシュ法に近い値を得る
ことができる（実施例２〜５、７）。
【００３３】 本実施例においては、レーザーフラッシ
ュ法の場合のように１０ｍｍ角×１ｍｍ以下のリブ厚の
平板を作製する必要がなく、ブロック形状で測定するこ
とができるため、サンプル作製の作業性が向上し、サン
プル作製時間も短縮される。
【００３４】
【発明の効果】 上述したように、本発明のハニカム構
造体の熱伝導率の測定方法によれば、ハニカム構造体の
熱伝導率を、特定形状の試験片等を作製することなく、
ハニカム構造体そのものの形状又は所定のブロック形状
で測定することができる。それにより、熱伝導率測定の
作業性が向上し、サンプルを準備（加工）する時間も短
縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のハニカム構造体の熱伝導率の測定方
法の一の実施の形態における、ハニカム構造体とその両
端部に接触させた接触部材を示す側面図である。
【図２】 本発明のハニカム構造体の熱伝導率の測定方
法の他の実施の形態における、ハニカム構造体及び接触
部材等を軸を含む平面で切断した断面図である。
【符号の説明】
１…ハニカム構造体、１１、１２…ハニカム構造体の端
部、１３…露出部分、２、２１、２２…接触部材、２１
１、２２２…接触部材の接触面、３、３１、３２…熱流
計、４、４１、４２…高熱伝導率部材、５…断熱材、Ｌ
…距離。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 志成 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 牧野 琢磨 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2G040 AB09 AB10 BA02 BA25 CB03 CB14 DA02 EB02 EC07 HA16

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハニカム構造体の両端部の温度をそれぞ
    れ異なる所定温度に制御した状態で、前記ハニカム構造
    体全体の温度状態を定常状態とし、この状態で熱伝導率
    を測定することを特徴とするハニカム構造体の熱伝導率
    の測定方法。
  2. 【請求項２】 一定温度に制御した接触部材を、前記ハ
    ニカム構造体の両端部に接触させることにより、前記両
    端部の温度を異なる所定温度に制御する請求項１に記載
    のハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。
  3. 【請求項３】 前記ハニカム構造体の熱伝導率λ（Ｗ／
    ｍＫ）を、前記接触部材に熱流計を接続して前記接触部
    材のそれぞれにおける熱流量Ｑ１（Ｗ／ｍ2）、Ｑ２
    （Ｗ／ｍ2）を測定することにより導出される前記ハニ
    カム構造体の熱流量ＱＨ（Ｗ／ｍ2）＝（Ｑ１＋Ｑ２）
    ／２と、前記ハニカム構造体の両端部間の距離Ｌ（ｍ）
    と、前記定常状態における前記ハニカム構造体の両端部
    の温度Ｔ１（Ｋ）、Ｔ２（Ｋ）との関係として規定し
    た、下記式（１）から算出する請求項２に記載のハニカ
    ム構造体の熱伝導率の測定方法。 【数１】 λ＝ＱＨ・（Ｌ／（Ｔ１−Ｔ２）） ・・・・・・・・（１）
  4. 【請求項４】 前記ハニカム構造体の端部と前記接触部
    材とを高熱伝導率部材を介して接触させる請求項２又は
    ３に記載のハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。
  5. 【請求項５】 前記高熱伝導率部材として、柔軟性を有
    するシートを用いる請求項４に記載のハニカム構造体の
    熱伝導率の測定方法。
  6. 【請求項６】 前記高熱伝導率部材が、熱伝導率の高い
    物質を含有するペーストを、前記ハニカム構造体及び／
    又は前記接触部材の接触面に、塗布して形成した塗膜か
    らなる請求項４又は５に記載のハニカム構造体の熱伝導
    率の測定方法。
  7. 【請求項７】 前記接触部材と前記ハニカム構造体の端
    部との接触圧を１〜１０ｋｇ／ｃｍ2とする請求項２〜
    ６のいずれかに記載のハニカム構造体の熱伝導率の測定
    方法。
  8. 【請求項８】 前記ハニカム構造体の側面の露出部分を
    断熱材で覆う請求項１〜７のいずれかに記載のハニカム
    構造体の熱伝導率の測定方法。
  9. 【請求項９】 前記ハニカム構造体の材質の熱伝導率が
    １（Ｗ／ｍＫ）以上である請求項１〜８のいずれかに記
    載のハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。
  10. 【請求項１０】 前記ハニカム構造体が、炭化珪素、炭
    化珪素と金属珪素との複合体及び窒化珪素からなる群か
    ら選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜９のい
    ずれかに記載のハニカム構造体の熱伝導率の測定方法。
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