JP2007083099A - 六角形ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】六角形格子状のセル壁2に囲まれた六角形状のセル3を多数設けてなる六角ハニカム構造体において、各セル3における6辺(辺21〜26)を構成するセル壁2は、軸方向に直交する断面において、各辺21〜26がセル3の内側または外側のどちらか一方に膨らんでいるように配設されている。セル壁2は、その6辺のうちの連続する3辺がセル3の内側に膨らんでおり、その他の連続する3辺がセル3の外側に膨らんでいることが好ましい。
【選択図】図2
Description
上記各セルにおける6辺を構成する上記セル壁は、軸方向に直交する断面において、各辺が上記セルの内側または外側のどちらか一方に膨らんでいるように配設されていることを特徴とする六角ハニカム構造体にある(請求項1)。
セラミックス原料を押出成形してハニカム成形体を成形する押出成形工程と、
上記ハニカム成形体を所望長さに切断する切断工程と、
上記ハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る焼成工程とを含み、
上記押出成形工程では、上記セル壁の形状に対応する形状のスリット溝を有する押出成形用金型を用いて押出成形することを特徴とする六角ハニカム構造体の製造方法にある(請求項7)。
この場合には、外部または内部から受けた応力を上記の形状を有する上記セル壁によって充分に分散させることができる。そのため、応力に対する柔軟性をより一層向上させることができる。
この場合にも、外部または内部から受けた応力を上記の形状を有する上記セル壁によって充分に分散させることができる。そのため、応力に対する柔軟性をより一層向上させることができる。
この場合には、外部または内部から受けた応力を上記セル壁によって分散させる効果を充分に発揮することができる。
この場合には、特に外部から受ける応力を低減させることができる。例えば、自動車に積載する際の衝撃による損傷をより一層抑制することができる。
この場合には、外部または内部から受けた応力を上記セル壁によって分散させる効果を充分に発揮することができる。
上記ウォータージェットレーザー法を用いることにより、上記セル壁の形状が複雑な場合であっても、その形状に対応する形状のスリット溝を精度高く、かつ、容易に加工することができる。そのため、得られる六角ハニカム構造体は、寸法精度が非常に高いものとなる。
本発明の実施例にかかる六角ハニカム構造体について、図1〜図3を用いて説明する。
本例の六角ハニカム構造体1は、図1に示すごとく、六角形格子状のセル壁2に囲まれた六角形状のセル3を多数設けてなる。
そして、図2に示すごとく、各セル3における6辺(辺21〜26)を構成するセル壁2は、軸方向に直交する断面において、各辺21〜26がセル3の内側または外側のどちらか一方に膨らんでいるように配設されている。
以下、これを詳説する。
図1に示すごとく、六角ハニカム構造体1は、円筒形状を呈しており、その外周部に外周スキン部4を有する。そして、外周スキン部4の内側に、セル壁2に囲まれた六角形状のセル3を600メッシュ有する。また、六角ハニカム構造体1は、コーディエライトを主成分とするセラミックよりなり、その寸法は、外径φ103mm、長さ100mmである。また、外周スキン部4の厚さは0.3mmであり、セル壁2の気孔率は30〜40%である。なお、図1では、図を簡略化するためにセル3を単純な六角形として描いている。
図3に示すごとく、六角形状のセル壁2における6つの頂点201〜206を順に直線で結び、この線を基線20(図中の点線)とする。例えば、辺21は、この辺21の端点となる頂点201、202を結ぶ基線20よりも内側にC字状に膨らんでいる。辺22、23も同様である。また、辺24は、この辺24の端点となる頂点203、204を結ぶ基線20よりも外側にC字状に膨らんでいる。辺25、26も同様である。
なお、本例の辺21〜26の形状は円弧であるが、各辺の形状はこれに限定されるものではない。
本例の六角ハニカム構造体1の製造方法は、少なくとも、セラミックス原料を押出成形してハニカム成形体を成形する押出成形工程と、上記ハニカム成形体を所望長さに切断する切断工程と、上記ハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程と、上記ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体(六角ハニカム構造体1)を得る焼成工程とを含む。
そして、上記押出成形工程では、セル壁2の形状に対応する形状のスリット溝51を有する押出成形用金型5(図4〜図6)を用いて押出成形する。
以下、これを詳説する。
図4、図5に示すごとく、本例で用いる押出成形用金型5は、周囲よりも突出した溝形成部510に、作製する六角ハニカム構造体1のセル壁2の形状(図2参照)に対応する形状のスリット溝51を有する。このスリット溝51は、図6に示すごとく、材料供給用の供給穴52と連通している。なお、図4では、図を簡略化するためにスリット溝51の成す形状を単純な六角形として描いている。
そして、準備した上記セラミック原料を押出成形用金型5を用いて押出成形し、ハニカム成形体を成形する。
次に、乾燥工程では、切断したハニカム成形体を90〜100℃で乾燥させる。
次に、焼成工程では、乾燥後のハニカム成形体を最高温度1400℃で焼成する。
以上により、図1の六角ハニカム構造体1を得る。
本例の六角ハニカム構造体1において、セル壁2は、六角形状のセル3を囲む6辺(辺21〜26)を構成しており、その各辺21〜26がセル3の内側または外側のどちらか一方に膨らんでいるように配設されている。即ち、1つのセル3に注目した場合、各辺21〜26は、該各辺21〜26の端点同士を結ぶ直線よりも内側または外側のどちらか一方にC字状に膨らんでいる(図2、図3参照)。そのため、外部または内部から応力を受けた際に、その応力を上記の形状を有するセル壁2によって分散させることができる。これにより、六角ハニカム構造体1は、セル壁2の各辺の形状が直線状である場合に比べて、応力に対する柔軟性を有するものとなる。そして、それ故に、自動車に積載する際の衝撃による損傷を抑制することができる。また、自動車に積載した状態においても、振動や熱衝撃による損傷を抑制することができる。
また、セル壁2の厚さは、110μm以下である。そのため、外部または内部から受けた応力をセル壁2によって分散させる効果を充分に発揮することができる。
また、一部に上記従来のセルを設ける場合、該従来のセルを、六角ハニカム構造体1の外周側に向かって徐々に少なくなるように配設することが好ましい。即ち、本例のセル3を、六角ハニカム構造体1の外周側に向かって多く存在するように配設することが好ましい。これは、外部から受ける応力を低減させる効果を充分に得るためである。
本例は、図8に示すごとく、セル壁2の形状を変更した例である。
本例のセル壁2は、同図に示すごとく、隣り合う辺がセル3の内側と外側とに交互に膨らんでいるように配設されている。即ち、1つのセル3に注目した場合、辺21、23、25は、セル3の内側にC字状に膨らんでおり、辺22、24、26は、セル3の外側にC字状に膨らんでいる。
その他は、実施例1と同様の構成である。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例では、実施例1の六角ハニカム構造体1について、CAE解析を用いて最大応力値を計算し、評価した。
本発明品としては、実施例1の六角ハニカム構造体1において、セル壁2の各辺21〜26が半径3、4、5mmの円弧で構成されている試料E1、E2、E3の3種類を準備した。なお、試料E1〜E3の六角ハニカム構造体1のサイズは、実施例1と同様であり、外径φ103mm、セル壁2の厚み90μm、セルピッチ111μm、外周スキン部4の厚み0.3mmであり、600メッシュである。
なお、試料C1〜C5は、試料E1〜E3の六角ハニカム構造体1と基本的なサイズが同じである。
本例のCAE解析では、解析モデルは、対象境界条件を設定した1/4体格(扇形)の2次元(平面)モデルとし、その要素タイプは2次要素とした。また、各試料の形状比較を可能とするために、要素一辺の長さと分割数を統一した。また、材料特性は、ハニカム構造体を構成するセラミック材料のヤング率、ポアソン比等を入力した。
以上の条件で試料E1〜E3及び試料C1〜C5に対してシミュレーションを行い、各試料に応力を及ぼした場合における最大応力値を計算した。
同表からわかるように、試料E1〜E3の最大応力値は、いずれも従来の六角ハニカム構造体である試料C2よりも低い値を示している。即ち、本発明品である試料E1〜E3の六角ハニカム構造体1は、応力に対する柔軟性を向上させる効果を有していることがわかる。
このことから、六角ハニカム構造体1は、そのハニカム構造体のサイズ、セル壁の厚み、セルピッチ等の条件によって、最も応力低減効果を得ることができる最適なセル壁2の各辺の形状(例えば、本例における円弧の半径)が存在すると考えられる。
2 セル壁
21〜26 辺
3 セル
4 外周スキン部
Claims (8)
- 六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状のセルを多数設けてなる六角ハニカム構造体において、
上記各セルにおける6辺を構成する上記セル壁は、軸方向に直交する断面において、各辺が上記セルの内側または外側のどちらか一方に膨らんでいるように配設されていることを特徴とする六角ハニカム構造体。 - 請求項1において、上記セル壁は、その6辺のうちの連続する3辺が上記セルの内側に膨らんでおり、その他の連続する3辺が上記セルの外側に膨らんでいるように配設されていることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1において、上記セル壁は、隣り合う辺が上記セルの内側と外側とに交互に膨らんでいるように配設されていることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1〜3のいずれか1項において、上記セル壁の各辺は、複数の直線を曲線状に繋げて構成されていることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1〜4のいずれか1項において、上記六角ハニカム構造体は、その外周部に外周スキン部を有していることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1〜5のいずれか1項において、上記セル壁の厚さは、110μm以下であることを特徴とする六角ハニカム構造体。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の六角ハニカム構造体を製造する方法において、
セラミックス原料を押出成形してハニカム成形体を成形する押出成形工程と、
上記ハニカム成形体を所望長さに切断する切断工程と、
上記ハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る焼成工程とを含み、
上記押出成形工程では、上記セル壁の形状に対応する形状のスリット溝を有する押出成形用金型を用いて押出成形することを特徴とする六角ハニカム構造体の製造方法。 - 請求項7において、上記押出成形用金型の上記スリット溝は、ウォータージェットレーザー法により加工したものを用いることを特徴とする六角ハニカム構造体の製造方法。
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