JP2009532605A - 放射状に配列されたセルを備えたセラミックハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

自動車の排気系における触媒担体として、またはディーゼル排気系におけるディーゼル微粒子フィルタとして用いるのに特に適した、放射状に配列されたセルを備えたセラミックハニカム構造体が提供される。このハニカム構造体は、中心軸線を有する相互接合されたウェブの網状組織を包含する。このウェブの網状組織は、一部の半径方向ウェブのみが網状組織の半径方向の長さのほぼ全体に延びる長さの異なる半径方向ウェブと、交差して、放射状に配列されたガス導通セルからなるリングを画成する接線方向ウェブと、相互接続されたウェブによって形成されたセルを取り囲む丸い外皮とを包含する。網状組織の外周まで延びる半径方向ウェブは、外皮の内周縁に対しほぼ直交する方位で接合して、熱により発生する応力を低減し、かつ得られた構造体の強度を向上させる。網状組織における半径方向ウェブの本数は、網状組織全体に亘って所望のセル密度が得られるように、接線方向ウェブによって画成された複数の遷移ゾーンにおける半径方向長さに沿って変化する。

Description

本発明は、一般的に自動車のまたはディーゼルの排気系に用いられる形式のセラミックハニカム構造体に関し、特に、半径方向および接線方向のウェブ壁から形成されたセルを有するハニカム構造体に関するものである。

セラミックハニカム構造体は従来技術において公知である。このような構造体は、一般に正方形または六角形の複数のガス導通セルからなるマトリクスを形成する相互接続された複数のウェブ壁と、このセルマトリクスを取り囲む円筒形の外皮とを備えている。上記ウェブ壁マトリクスの外周縁は、外皮の内周縁に一体に接合されて、通常は円筒形の一体構造体を形成している。

このようなセラミックハニカム構造体には、ディーゼル排気系における微粒子フィルタとして、または自動車の排気系のための触媒基体として特別の用途が見出されている。それ故に、これらの構造体は、排気ガスを受け入れるための入口端部と、これらのガスを排出するための出口端部とを有する。ディーゼル微粒子フィルタとして用いられるセラミックハニカム構造体は、一般に１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たり１００〜４００セルのセル密度を有し、かつウェブは１２〜２０ミル（０．３〜０．５ｍｍ）の厚さを有する。ガス導通セルのマトリクスの入口および出口は、この構造体の入口端部および出口端部において市松模様に施栓されて、ウェブ壁を形成する多孔質のセラミック材料をディーゼルガスが通過するように強制し、これによって、ディーゼルエンジン内で生成された微粒子煤を濾過する。このようなハニカム構造体のガス透過性を維持するために、ガス導通セルを形成するウェブの流入側に蓄積された微粒子物質を周期的に焼き切ることが必要である。それ故に流入セルは、蓄積された煤粒子を除去するように予定された「焼切りサイクル」において周期的に高熱の焔に曝される。ディーゼル微粒子フィルタとして用いられるセラミックハニカム構造体の中心部のウェブは、このような焼切りサイクル中は１１００℃の温度まで加熱され、外皮は５００℃までしか加熱されない。この５００℃を超える温度勾配は、主として外皮の内周縁に接触する最外部のセルにおいてクラックおよびその他の不連続性を生じさせる恐れのある熱応力をセラミックハニカムに発生させる。

このようなセラミックハニカム構造体がセラミック触媒基体として用いられる場合には、ディーゼル微粒子フィルタが備えているような栓は施されず、ガスはガス導通セルを直線的に通過することが許容される。ガス導通セルを真直ぐに吹き抜ける自動車の排気ガスとウェブ壁との間の接触面積を最大にするために、セル密度が高められる（すなわち、１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たり３００〜９００セル）。ハニカム構造体を吹き抜けるときに排気ガスが発生させる圧力低下を低減するために、ウェブ壁は、ディーゼル微粒子フィルタとして用いられる場合よりも薄く、すなわち２〜６ミル台（０．０５〜０．１５ｍｍ台）にされる。このような薄い壁を用いると、着火時間（すなわち、ウェブ壁内に含浸された触媒が、ＮＯ_Ｘおよびその他の望ましくない大気汚染物質を排気ガスから効果的に除去することを開始するのに必要とされる２５０℃までに達するのに要する時間）をさらに効果的に短縮する。このような構造体の周囲温度から２５０℃までの頻繁な急速加熱は、自動車が発進するときは何時でも、ハニカム構造体を直径方向に横切る相当な温度勾配を同様に発生させる。これらの熱によって誘起される応力は、ハニカム構造体の薄いウェブ壁と外皮との間の界面において最大になる。

セラミックハニカム構造体が、ディーゼル微粒子フィルタとして用いられるにせよ、あるいは触媒の基体として用いられるにせよ、双方の場合において、セルマトリクスと外皮の内周縁との間の界面において発生する熱により誘起される応力は、ウェブ壁と外皮との間の高頻度の斜め配向によって激化される。このような斜め配向は、正方形または六角形のセルの周りに円形または丸みを帯びた外皮が配置された結果であり、これは、ウェブ壁の中には外皮に対して４５°以内の角度で接合されるものがあることとの必然的な結果である。これらの問題を解決するために、いくつかのハニカム構造体は、従来から半径方向の壁と接線方向の壁との組合せを採用している。このような構成の利点は、外皮の内周縁に対し斜めの(直角でない)角度で接合される、ハニカムマトリクスの外周縁上のウェブが無いことである。半径方向のウェブ壁の外縁と外皮の内縁との間の配向が実質的に直角である結果、温度勾配による応力が低減される。しかしながら、このような公知の半径方向ウェブの構成は、（１）正方形セルのマトリクスで形成された内側部分を有し、放射状セルの単一の接線方向層から形成された周縁部分は、単一の円筒状の壁と、セルの側壁を形成する半径方向に配向された複数の短い壁との間に形成されている「車輪」構造、または（２）半径方向ウェブのそれぞれが重心と外皮の内周縁との間においてほぼ半径の長さに延びる積み重ねられた放射状セル構造、または（３）各半径方向ウェブがセルのリングの長さだけ延びる千鳥状の放射状セルのリングを有する鱗状に配列された放射状セルを包含する。

残念ながら、これらの構造の全てが欠点を有することを本発明者等は発見している。上記「車輪」構造は、セルウェブと外皮との間の応力の問題を改善することが明らかであるものの、セルマトリクスの外縁と、放射状セルからなるリングの内壁を形成する円筒状の壁の内縁との間にこれらの応力を転移させる傾向がある。上記第２の構造は、「車輪」構造が備えている応力問題および転移問題を回避する半径の長さの壁を採用しているが、これは本質的に、半径方向ウェブが同時に集中するセルマトリクス中心付近においては許容不能な程高いセル密度を生成させる。このことは、換言すると、ハニカム構造体に亘り許容不能な程高い圧力低下を本質的に発生させることになる。これに加えて、このような構造は、従来の押出成形法により製造することが不可能ではないとしても、マトリクスの中心にウェブ壁が集中しているので、押し出されるセラミック材料の流速に格差が生じ、したがって最終的な構造が歪曲または脆弱化する。鱗状の放射状セル構造は、上述した高セル密度問題および製造上の問題を解決するが、正方形または六角形のセルを用いた従来の構造よりも内部が許容不能なほど弱体である。

したがって、セルマトリクスの外側ウェブ壁と外皮の内周縁との間の直交接合が備えている応力低減効果を維持しながら、従来の放射状セル構造に伴う応力転移問題、高セル密度問題および内部弱体化問題を回避した放射状セルを備えたセラミックハニカム構造体が必要とされている。このような放射状ハニカム構造体は、このハニカム構造体の直径全体に亘って所望のセル密度を維持するか、または、構造体の外周近傍のセル密度を低下させて熱いガス流をより周縁部へ向わせ、これによって、熱勾配、したがって熱応力を低減させることが理想的であろう。もしこのような放射状セルハニカムが、製造工程中にこのような構造体に加えられる外部応力により良く耐える優れた圧縮強度を有しているならば望ましいことである。最後に、このような構造体は、ディーゼル微粒子フィルタにおける焼切りサイクル後において、または触媒担体におけるエンジン始動・エンジン停止において発生するハニカム構造体の加熱・冷却サイクルの結果として発生する応力に耐えるための優れた強度をも備えていなければならない。

概括的に言えば、本発明は、前述した問題の全てを解決した、もしくは少なくとも改善した放射状に配列されたセルを備えたセラミックハニカム構造体に関するものである。このために、このセラミックハニカム構造体は、その断面を横切る中心軸線を有するハニカム網状組織の複数のセルを画成する相互接続された複数の壁を備えており、上記中心軸線から互いに半径方向に分岐する長さの異なる半径方向ウェブと、上記中心軸線の周囲に配置された少なくとも２本の接線方向ウェブとを包含し、少なくとも一部の半径方向ウェブは、上記中心軸線と上記網状組織の外周との間の長さに近く延びている。上記ハニカム網状組織は円筒形で、管状外皮によって覆われることができ、上記網状組織の外周まで延びる各半径方向ウェブは、上記外皮の内周縁に対してほぼ直交する方位で接合する。このような場合、半径方向ウェブは、上記網状組織の断面の中心に位置する重心から分岐する。あるいは、ハニカム構造体は、半径方向ウェブが中心軸線から分岐するような、楕円形または「競走トラック」形であってもよい。このような場合、半径方向ウェブは、外皮の内周縁に対してほぼ直交するまたはほぼ直交する方位で接合する。半径方向ウェブと外皮の内周縁との間の直交接合は、従来技術のハニカム構造体における正方形、六角形、またはその他の多角形のセルにおけるウェブ壁のうちの一部のウェブ壁が外皮の内周縁に斜めの方位で接合することによって発生する応力を排除する。少なくとも一部の半径方向ウェブが、網状組織の半径の長さに近く延びている条件は、得られた構造体を、短い半径方向ウェブを鱗状に配列した構成よりも強固にする。

構造体の重心に向かってセル密度が高くなる欠点を回避するために、一部の半径方向ウェブのみが重心から外皮の内周縁まで延びている。半径方向ウェブの本数は、選択された環状部分における選択された平均セル密度がほぼ維持されるように、外皮と重心との間の選択された半径方向距離によって変化する。このような選択された半径方向距離は複数の遷移ゾーンに対応し、各遷移ゾーンは複数の接線方向ウェブの１本によって画成される。これらの接線方向ウェブは、半径方向ウェブの本数が、例えば、半分または１／３，１／４だけ減らされる選択された径方向距離に沿って配置される。セラミックハニカム構造体のこの領域における応力を低減するために、遷移ウェブは、残りの接線方向ウェブよりも強固に作製されるのが好ましい。半径に沿って所望の平均セル密度を維持するためには、半径方向ウェブの本数が重心に向かう方向に減って行くのがよい。あるいは、より大きいセルが外周近くに形成されて、この領域における排気ガスの流れを促進するように、網状組織の外周においては半径方向ウェブの本数が減っていてもよい。

本発明の放射状に配列されたセルを備えたセラミックハニカムは、自動車の排気系における触媒担体として、またはディーゼル排気系における微粒子フィルタとして用いるのに特に適しており、しかも本発明の双方の実施の形態は、従来の製造方法によって製造することができる利点がある。

全図を通じて同じ要素には同じ符号を付して示してある図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本発明の適用が可能なハニカム構造体１は、複数のガス導通セル７からなる網状組織５を形成する複数の相互接続された複数のウェブ壁３を備えている。これらのセル７は、正方形の断面形状を有するように描かれているが、本発明は、六角形、八角形、またはその他の多角形の断面形状を有するハニカム構造体に適用可能である。このハニカム構造体１は、複数のセル７からなる網状組織５の側面を囲う円筒状または丸い形状の外皮９をさらに備えている。このハニカム構造体１は、ディーゼルまたは自動車の排気ガスを受け入れるための入口端１１と、これらのガスを排出するための出口端１３をさらに備えている。

このセラミックハニカム構造体１がディーゼル微粒子フィルタとして用いられる場合には、ウェブ壁は約１０〜２５ミル（０．２５〜０．６４ｍｍ）の厚さを有し、外皮９は壁の約３〜４倍の厚さを有する。図示はされていないが、このフィルタのセル７は、入口端１１および出口端１３に亘って市松模様に栓が施されていて、ディーゼル排気をそれが出口端１３から排出されるのに先立ってウェブ壁３をＳ字状に通過するように強制する。このような用途においては、セル密度は通常１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たり約１００〜４００セルである。このハニカム構造体１が触媒担持基体として用いられる場合には、ウェブ壁３はより薄く、厚さが２〜６ミル（０．０５〜０．１５ｍｍ）台である。これに加えて、外皮９は壁の約３〜４倍の厚さを有し、セル密度はより高く、１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たり約３００〜９００セルである。自動車の排気ガスは、セル７によって画成されたガス導通路を真直ぐに通過する。

ディーゼル微粒子フィルタとして用いられるにせよ、触媒担体として用いられるにせよ、このハニカム構造体１は、コージェライト、炭化珪素、ムライト、またはチタン酸アルミニウム等の多孔質セラミック材料の押出成形によって製造される。双方の場合において、製造工程中、およびこの構造体を排気系に組み込む「缶入れ」作業中において加えられる力に耐えるために、外皮９はウェブ壁よりも厚くなっている。

図１Ａおよび図１Ｂの従来のハニカム構造は、外皮９の内周縁１０と、複数のセル７からなる網状組織５の外周縁との間の界面において破損する傾向があることを本発明者等は観察した。応力で誘起されるひび割れの主な発生原因は、外皮９の内周縁１０に対し一体に接合されるウェブ壁３の中に、斜め方向を向いているものがあることによるものであることを本発明者等は発見した。これらの応力は、図２Ａおよび図２Ｂに示された有限要素分析に関して最も良く理解される。これらの図は、図１Ｂにおいて「２Ａ」および「２Ｂ」と示された破線の円の部分の拡大図である。これら双方の図から明らかなように、外皮９に直接に接するセルは、外皮９の内周縁１０に接合する領域において、斜め方向（すなわち４５°以内）を向いたウェブ２０を有する不完全なセル１８である。それ故に、外皮９に対してこれらの斜め方向を向いたウェブ２０間に半径方向に向いた力が加えられた場合には、その力は、図２Ａおよび図２Ｂに示された最大応力の領域２４ａおよび２４ｂそれぞれを発生させる。このような半径方向の力は、製造時における構造体１の取扱いの結果として、ウェブ２０に対して外皮９により圧縮力が加えられることによって、あるいは、微粒子焼切りサイクル中において、またはエンジン始動時において高温の排気ガスが最初に構造体１の中心部を通過するときの熱膨張差の結果として、多数のセルからなる網状組織５が外皮９の内周縁１０を押圧することから発生する。以下にさらに詳細に説明するように、これらの応力は、セラミックハニカム構造体１の外周に対して４５°（またはその倍数）の回転角度の近くでより大きくなり、これは勿論、不完全なセル１８のウェブ２０と外皮９の内周縁１０との間の向きが最も斜めになっている領域に対応することを本発明者等は観察して来た。

図３は、相互接続されたウェブ壁によって画成された全てのセルが放射状セル４４である、本発明の好ましい一実施の形態円筒状セラミックハニカム構造体４０を示す。本実施の形態においては、セラミックウェブからなる網状組織５が、長さの異なる半径方向ウェブ４６を備え、これら半径方向ウェブ４６のそれぞれは、ほぼ直交する接合部４７ｂにおいて外皮９の内周縁１０に接合する外端部４７ａを有する。一部の半径方向ウェブ４８ａは、構造体４０の重心Ｃと外皮９との間の半径方向距離のほぼ全体に延びているが、その他の半径方向ウェブ４８ｂは構造体４０の周方向区画内のみに延在している。しかしながら、全ての半径方向ウェブ４６は、本実施の形態において、前述のように、ほぼ直交する接合部４７ｂで外皮９の内周縁１０と接合している。この構造体４０における多数のウェブからなる網状組織５は、重心Ｃの周りに同心状に、かつ半径方向の間隔に関しては互いに平行に配置された複数の接線方向ウェブ４９をさらに備えている。放射状セル４４は、半径方向ウェブ４６と接線方向ウェブ４９との間に画成され、半径方向に延びる壁は半径方向ウェブ４６によって画成され、接戦方向に延びる壁は接線方向ウェブ４９によって画成されている。

例えば、内側周方向領域５４ａと外側周方向領域５４ｂとの間のセル密度をほぼ一様に維持するために、半径方向ウェブ４６の数は、「遷移ゾーン」として知られている、構造体４０の半径に沿って選択された点５０ａ〜５０ｆに沿って減らされている。これらの遷移ゾーン５０ａ〜５０ｆにおいて、半径方向ウェブ４６の数は、１／２，１／３または１／４等だけ減らされる。１／２だけ減らされるのが好ましく、これが図３および図４に示されている。選択された点５０ａ〜５０ｆの何れか一つにおける遷移ゾーンは、選択された点において半径と交差する特定の接線方向ウェブ４９によって画成されている。遷移ゾーンの間に配置された構造体４０の周方向領域５４ａ，５４ｂのそれぞれにおける放射状セル４４の断面積の一様性を維持するために、接線方向ウェブ４９間の間隔は、重心Ｃと外皮９との間の方向に向かって変化している。例えば、間隔を示すＤ_１とＤ_２を比較すると、半径方向に外皮９に近い方の間隔が短縮されている。このようなウェブ４９間の間隔の短縮は、構造体４０の重心Ｃから放射するのにつれて隣接する半径方向ウェブ４６が角度的に発散することによってセル４４の接線方向の幅が広がることを補償する。したがって、半径方向に間隔をおいた少なくともいくつかのセル４４が実質的に一様な断面積を有するようにすることができる。これらの半径方向の点５０ａ〜５０ｆのそれぞれにおいては、残りの接線方向ウェブ４９よりも実質的に厚い補強された接線方向ウェブ５２が設けられている。例えば、もし半径方向ウェブ４６および接線方向ウェブ４９の厚さが４．５ミル（０．１ｍｍ）であるとすると、各補強された接線方向ウェブ５２の厚さは８．０ミル（０．２ｍｍ）台でなければならない。図６についてさらに詳細に説明すると、接線方向ウェブ５２を厚くすることは、半径方向ウェブ４６の数が、外皮９に向う外側においてよりも重心Ｃに向う内側において減らされていることに起因する力によってこれらの壁に生じる応力を実質的に低減させる効果がある。

半径方向ウェブ４６の数を構造体４０の重心Ｃに向って減らす（例えば半減させる）ことは、半径方向ウェブの濃密な収束を排除し、選択された平均セル密度を構造体４０の半径方向に亘って実質的に維持するのみでなく、さらに本発明の実施の形態を、従来から採用されている押出成形法によって容易に製造することを可能にする。ウェブ壁からなる網状組織をさらに強化するためには、各内部ウェブの交差部に隅肉を設けるのがよい。この隅肉の曲率半径は約５．０ミル（０．１３ｍｍ）が好ましいが、他の構成に変えてもよい。随意的に、半径方向ウェブ４６と遷移部ウェブ５２との間の遷移ゾーン５０ａ〜５０ｆの一部のみにまたは全てに隅肉を設けて、これらのゾーンをさらに補強しかつ強化することができる。

図４は、本発明の別の実施の形態の八分円断面を示す。本実施の形態は、最外周の遷移ゾーン５０ｃにおいては、放射状セル５４が、網状組織５における残りの放射状セル４４に対して２倍大きくなるように、半径方向ウェブ４６が一つおきに網状組織５から除かれていること以外は、図３について説明した実施の形態と全て同一である。それ故に、本実施の形態においては、半径に沿う全ての点において半径方向ウェブ４６の本数が外皮９に向かって半径方向に増大している図３の実施の形態とは反対に、本実施の形態においては、ウェブ４６の数が外皮９に向かって半径方向に実際に減少している。最外周部５４ｃにおける半径方向ウェブ４６の減少は、本実施の形態のセラミック基体６０の周辺部に向かって、より多量の排気ガスが流れるのを促進し、これによって、場合によっては望ましくないひび割れまたは破損を発生させる恐れのある熱誘起応力を低減するために、セラミック基体６０の半径方向に亘る熱勾配を低減する。

これら実施の形態によるセラミック基体４０，６０は、回転軸に対応する重心Ｃを備えた円筒状の外形を有するものとして描かれているが、本発明は、図５（二つの四分円断面）に描かれたような、楕円形の断面形状を有する構造体７０等の他の曲線形状を有するセラミックハニカム構造体を包含する。構造体７０は、楕円の二つの焦点（不図示）と交差する中心軸線Ａを有し、図示のように、全ての半径方向ウェブ４６は互いに発散しかつ中心軸線Ａから延びている。図５に示された構造体７０は、前述した実施の形態と同様に、長さの異なる半径方向ウェブ４６を備え、かつ半径方向の少なくともいくつかの点においてセル４４の数が減少している。例えば、半径方向ウェブ４８ａは、多数のウェブからなる網状組織５の半径全体に延びているが、半径方向ウェブ４８ｂは周方向領域５４ｂ内にある周辺のウェブのみに沿って延びている。接線方向ウェブ４９がさらに設けられており、かつ遷移ゾーンを画成する接線方向ウェブ（遷移ウェブ）５０ａ，５０ｂは、例えば厚さが増大されていることによって強化されている。遷移ウェブ５０ａ，５０ｂはまた、例えば遷移ウェブと半径方向ウェブとの接合部におけるテーパー付け、すなわち遷移ウェブに対して半径方向ウェブにテーパーを付けることによって、または半径方向ウェブと遷移ウェブとの交差部に隅肉を設けることによって強化される。一部の半径方向ウェブ４８ａは外皮９の内周縁１０に対して直角の角度Ｘをもって接合し、他の半径方向ウェブ（例えば４８ｃ）は外皮９の内周縁１０に対してほぼ直角の角度Ｙ（すなわち、９０度±３０度）をもって接合している。したがって、本発明の実施の形態による構造体７０は、前述した実施の形態の構造体４０，６０のように一周３６０°に亘って一様な圧縮強度を有するものではない。それにも拘わらず、本実施の形態による構造体７０には、本発明が備えている長所の大半が存在する。

図面には特に示されてはいないが、本発明を実施したハニカム構造体は、長円形すなわち「競走トラック」形であってもよい。「競走トラック」形の断面形状を有するハニカム構造体は、すべての半径方向ウェブが外皮の内周縁１０に対して直角の角度をもって接合するので、前述の構造体４０,６０と同様に一周３６０°に亘って一様な強度を有するであろうことに留意すべきである。

図６は、図１Ａおよび図１Ｂに示された従来技術に対して、図３に示された本発明のセラミックハニカム構造体の応力における改善度のパーセンテージを示す棒グラフである。本図には、図１Ａおよび図１Ｂに示された従来技術に対して、図３に示された本発明のセラミックハニカムに関する半径方向の引っ張り、半径方向の圧縮、加熱による熱負荷および冷却による熱負荷に基いて発生する平均応力が実質的に低下している（改善されている）ことが示されている。特に、本発明は、一周３６０°に亘って最大応力が、全てのカテゴリーにおいて２０％を超える改善がなされたことを示している。

引っ張り、圧縮、加熱による熱負荷および冷却による熱負荷によって生成されるかなりの周辺応力の全ての場合に、本発明の構造体の内部に生成される応力は、０°と４５°との間で極めて一様である。これに対して、従来の構造体１の内部に生成される周辺応力は、構造体１の周囲を巡って何倍もの高い値に変動する。このような高い応力点は、一部のウェブ壁の４５°およびその倍数の近くの斜めの配向に対応する。このことは、製造時または動作時においてひび割れたり破損したりする傾向がある従来の構造体１の弱点を示している。本発明の構造体は、このような応力パターンの変動を排除している。

図７は、半径方向ウェブ４６の本数が減らされた（例えば半減された）構造体４２内の遷移ゾーンにおいて、如何に応力が最大にされるかを示すセラミックハニカム構造体４０の八分円断面の有限要素解析を示す。特に、半径方向ウェブ４６が遷移接線方向ウェブ（例えば５０ｄ〜５０ｆ）に接合する点において応力は最大になり、これによって、これらの点（５２ａ，５２ｂ）に力を加える。前述のように、これらの剪断力を相殺しかつこれらの応力を低減するために、遷移ウェブ５０ａ〜５０ｆは、正常の（非遷移）接線方向ウェブよりも厚く作製することによって強化されている（隅肉、またはテーパー付き半径方向ウェブ等の他の強化法を随意的にまたは付加的に採用することが可能であるが）。これらの壁５２は、非遷移ウェブ４９よりも２倍以上厚くすればよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、当業者には、多くの変形、変更および付加が明らかになるであろう。これらの変形、変更および付加は、添付の請求項およびそれらの均等物によってのみ規定される本発明の範囲内に含まれるものである。

本発明が適用可能な従来のセラミックハニカム構造体の斜視図 図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿ったハニカム構造体の八分円断面の平面図 斜めを向いたウェブと構造体の外皮の内周縁との間の接合部における応力集中を示す、図１Ｂの円形領域２Ａの拡大された有限要素解析図 別の斜めを向いたウェブと構造体の外皮の内周縁との間の接合部における応力集中を示す、図１Ｂの円形領域２Ｂの拡大された有限要素解析図 本発明の第１の実施の形態の八分円断面の平面図 本発明の第２の実施の形態の八分円断面の平面図 楕円形の断面形状を有する本発明の第３の実施の形態の二分円断面の平面図 半径方向引っ張り応力、半径方向圧縮応力、加熱時の熱負荷および冷却時の熱負荷に対する耐性において、図１Ａおよび図１Ｂに示された従来のハニカム構造体に対する本発明のハニカム構造体の改善度のパーセンテージを示す棒グラフ 本発明の実施の形態が受ける最大応力の領域を示す有限要素解析図

符号の説明

１，４０，６０，７０ ハニカム構造体
３ ウェブ壁
５ 網状組織
７ セル
９ 外皮
４４，５４ 放射状セル
４６，４８ａ，４８ｂ 半径方向ウェブ
４９ 接線方向ウェブ
５０ａ〜５０ｆ 遷移ゾーン
５２ 遷移ウェブ
Ａ 中心軸線
Ｃ 重心

Claims (10)

1. 断面を横切る中心軸線を有するハニカム網状組織の複数のセルを画成する相互接続された複数のウェブを備えたセラミックハニカム構造体において、
   前記複数のウェブが、
   前記中心軸線から互いに分岐するように配置された長さの異なる複数の半径方向ウェブであって、少なくともその一部が前記中心軸線から前記網状組織の最外周まで延びている半径方向ウェブ、および
   前記中心軸線に対して同心的に配置された複数の接線方向ウェブ
   を包含することを特徴とするセラミックハニカム構造体。
2. 前記ハニカム網状組織を取り囲む外皮をさらに備え、前記網状組織の最外周辺部を画成する複数の半径方向ウェブのそれぞれが、前記外皮の内周縁に対しほぼ直交する方位で接合することを特徴とする請求項１記載のセラミックハニカム構造体。
3. 前記ハニカム網状組織は複数の遷移ゾーンを備え、該複数の遷移ゾーンのそれぞれが、前記複数の接線方向ウェブの１本によって画成され、前記半径方向ウェブの本数が半径方向で変化することを特徴とする請求項２記載のセラミックハニカム構造体。
4. 前記半径方向ウェブの本数は、前記複数の遷移ゾーンの少なくとも一部において、半径方向に前記中心軸線に向かって減らされていることを特徴とする請求項３記載のセラミックハニカム構造体。
5. 半径方向における前記複数の遷移ゾーンの少なくとも一部は、隅肉、先細にされた半径方向の壁、または厚くされた遷移ウェブによって補強されていることを特徴とする請求項４記載のセラミックハニカム構造体。
6. 前記半径方向ウェブの本数は、選択された平均セル密度が前記網状組織全体に亘ってほぼ維持されるように、前記中心軸線に向かって減少していることを特徴とする請求項４記載のセラミックハニカム構造体。
7. 外皮と、
   該外皮の内部に収容されたハニカム網状組織を形成する複数の相互接続されたウェブとを備えた、前記ハニカム網状組織が断面の内部に重心を有するセラミックハニカム構造体において、
   前記ウェブが、
   複数の半径方向ウェブであって、それぞれが前記外皮に対しほぼ直交する方位で接合し、一部のみがほぼ前記重心から前記外皮まで延び、残りが前記網状組織の半径の長さよりも短くなっている半径方向ウェブ、および
   前記重心に対して接線方向に配置されて、放射状に配列された複数のセルを画成する複数の接線方向ウェブ、
   を包含していることを特徴とするセラミックハニカム構造体。
8. 前記複数の半径方向ウェブの本数が、前記重心に向かって減少していることを特徴とする請求項７記載のセラミックハニカム構造体。
9. 前記複数の半径方向ウェブの本数が、選択された複数の遷移ゾーンにおいて減らされており、該複数の遷移ゾーンのそれぞれが前記複数の接線方向ウェブの１本によって画成されていることを特徴とする請求項８記載のセラミックハニカム構造体。
10. 円筒状外皮と、
    該外皮の内部に収容された、ハニカム網状組織を画成する複数の相互接続されたウェブとを備え、前記網状組織が、複数のセルと前記網状組織の断面内の重心とを有するセラミックハニカム構造体において、
    前記複数のウェブが、
    前記外皮の内周縁に対しほぼ直交する方位で接合するように配置された複数の半径方向ウェブであって、一部の前記半径方向ウェブのみが前記円筒状外皮の半径にほぼ対応する半径方向長さを有し、かつ前記複数の半径方向ウェブの本数が、前記半径に沿う選択された遷移ゾーンにおいて前記重心に向かう方向に減らされている半径方向ウェブ、および
    前記重心に対して同心的に配置された複数の接線方向ウェブであって、１本の接線方向ウェブが前記半径に沿った各遷移ゾーンを画成し、各接線方向遷移ウェブが他の全ての接線方向非遷移ウェブよりも高い強度を有している接線方向ウェブ、
    を包含することを特徴とするセラミックハニカム構造体。

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