JP2018153725A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、外周側壁の外周側面上に対向配置された一対の端子接続部とを有する柱状のハニカム構造体であって、セルの流路の方向に垂直な断面において、該一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線と交差する外周側面上の二点間の長さをL1とし、前記外周側壁及び隔壁を通って該二点間を結ぶ最短の経路の長さをL2とすると、1.3≦L2/L1の関係式を満たすハニカム構造体。
【選択図】図1−3
Description
外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、外周側壁の外周側面上に対向配置された一対の端子接続部とを有する柱状のハニカム構造体であって、
セルの流路の方向に垂直な断面において、該一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線と交差する外周側面上の二点間の長さをL1とし、前記外周側壁及び隔壁を通って該二点間を結ぶ最短の経路の長さをL2とすると、1.3≦L2/L1の関係式を満たすハニカム構造体である。
図1−1には、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体100の側面模式図が示されている。図1−2には、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体100の底面模式図が示されている。図1−3には、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体100のセルの断面構造の部分的な模式図が示されている。図1−1〜図1−3は説明用の模式図に過ぎず、寸法及び縮尺等において正確性を欠くことに留意されたい。ハニカム構造体100の全体形状は柱状であり、外周側面102を有する外周側壁114と、外周側壁114の内側に配設され、第一底面104から第二底面106まで貫通して流路を形成する複数のセル108を区画形成する複数の隔壁110と、外周側壁114に配設された一対の端子接続部112a、112bとを備える。
(1)直線Mと左側の外周側面の交点から、当該交点に最も近いセルの隔壁部分Aまでの最短経路=((T2+(LB/2)2)1/2
(2)最短経路における隔壁部分Aの直線M方向の合計長さ=(LA−d)×隔壁部分Aを最短経路が通過する数(詳細は図2参照)
(3)隔壁部分Bの合計経路長さL3=((LB/2−d/2)2+d2)1/2×隔壁部分Bを最短経路が通過する数(詳細は図2参照)
(4)直線Mと右側の外周側面の交点から、当該交点に最も近いセルの隔壁部分Aまでの最短経路=T
次に、本発明のハニカム構造体を製造する方法について例示的に説明するが、本発明のハニカム構造体の製造方法については、以下に説明する製造方法に限定されることはない。本発明のハニカム構造体の製造方法は一実施形態において、ハニカム成形体を得る工程と、ハニカム成形体を焼成する工程とを含む。
(1.円柱状の坏土の作製)
炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを80:20の質量割合で混合してセラミック原料を調製した。そして、セラミック原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。そして、成形原料を真空土練機により混練し、円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに7質量部とした。造孔材の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに3質量部とした。水の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに42質量部とした。炭化珪素粉末の平均粒子径は20μmであり、金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。また、造孔材の平均粒子径は20μmであった。炭化珪素、金属珪素及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。
得られた円柱状の坏土を図4−1に示す碁盤目状の口金構造を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に垂直な断面における各セル形状が正方形である円柱状ハニカム成形体を得た。このハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥し、両底面を所定量切断して、ハニカム乾燥体を作製した。
次に、図5に示すように、底面視におけるハニカム乾燥体の中心軸Oを挟んで対向する外周側面102の高さ方向中央部に円筒状の一対の端子接続部112a、112bを穿孔機によって穿設した。なお、図5の底面模式図では一対の端子接続部112a、112bは内側に隠れて見えないため点線で表している。また、図5においては、簡単のため、ハニカム構造体のセル構造の記載は省略している。
次に、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。脱脂の条件は、酸化雰囲気下、550℃、3時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下、1450℃、2時間とした。酸化処理の条件は、酸化雰囲気下、1300℃、1時間とした。
得られたハニカム構造体について、一対の端子接続部112a、112bにそれぞれ端子を接続し、両端子に電圧を印加して電気エネルギー(400W)を20秒間投入したときの、ハニカム構造体の部位毎の温度のばらつきを調査した。温度の測定点は、図5に示すA点〜D点の4点とし、電気エネルギーの投入を開始してから20秒経過時の各測定点の温度を測定した。結果を表2に示す。
得られたハニカム構造体について、一対の端子接続部112a、112bにそれぞれ端子を接続し、両端子に電圧を印加して、底面視におけるハニカム構造体の中心軸Oの温度を表3に記載の各設定温度まで5分で昇温し、その後、常温まで5分で冷却した。同一の加熱冷却試験を3個のハニカム構造体に対して行い、各ハニカム構造体についてクラックの有無を目視で確認し、割れが発生した個数を調査した。結果を表3に示す。
(1.円柱状の坏土の作製)
比較例1と同様の手順により円柱状の坏土を作製した。
図4−2に示す構造をもつレンガ積み形状の口金を使用した他は、比較例1と同様の手順によりハニカム乾燥体を作製した。
比較例1と同様の手順により端子接続部を形成した。
比較例1と同様の手順により、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。
LA:隔壁部分Aの長さ
*隔壁部分Aとは、各セルを区画形成する隔壁のうち、一対の端子接続部112a、112bの周方向中心同士を結ぶ直線Mの方向に延びた直線状の隔壁部分を指す。
LB:隔壁部分Bの長さ
*隔壁部分Bとは、各セルを区画形成する隔壁のうち、直線Mの方向に対して垂直な方向に延びた直線状の隔壁部分を指す。
L1:一対の端子接続部112a、112bの周方向中心同士を結ぶ直線Mと交差する外周側面102上の二点間の長さ
L2:外周側壁114及び隔壁110を通って該二点間を結ぶ最短経路の長さ
L3:最短経路を通る際に通過する隔壁部分Bの合計経路長さ
得られたハニカム構造体について、比較例1と同様の方法で加熱時の温度分布を測定した。結果を表2に示す。
得られたハニカム構造体について、比較例1と同様の方法で耐熱衝撃性試験を実施した。結果を表3に示す。
(1.円柱状の坏土の作製)
比較例1と同様の手順により円柱状の坏土を作製した。
図4−3に示す構造をもつレンガ積み形状の口金を使用した他は、比較例1と同様の手順によりハニカム乾燥体を作製した。
比較例1と同様の手順により端子接続部を形成した。
比較例1と同様の手順により、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。
得られたハニカム構造体について、比較例1と同様の方法で加熱時の温度分布を測定した。結果を表2に示す。
得られたハニカム構造体について、比較例1と同様の方法で耐熱衝撃性試験を実施した。結果を表3に示す。
(1.円柱状の坏土の作製)
比較例1と同様の手順により円柱状の坏土を作製した。
図4−2に示す構造をもつレンガ積み形状の口金を使用した他は、比較例1と同様の手順によりハニカム乾燥体を作製した。
比較例1と同様の手順により端子接続部を形成した。
比較例1と同様の手順により、ハニカム乾燥体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。
得られたハニカム構造体について、比較例1と同様の方法で加熱時の温度分布を測定した。結果を表2に示す。
得られたハニカム構造体について、比較例1と同様の方法で耐熱衝撃性試験を実施した。結果を表3に示す。
実施例及び比較例の何れも一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線Mの近辺の昇温速度が速く、直線Mから垂直方向に離れて行くにつれて昇温速度が遅かった。しかしながら、実施例1〜3ではA点とC点の温度差が比較例1に比べて小さく、均一加熱性能が向上したことが分かる。直線Mから離れるにつれてLBが徐々に短くなる実施例2は実施例1よりも均一加熱性能が高かった。また、L2/L1が好適化されていた実施例3は均一加熱性能が最も優れていた。
102 外周側面
104 第一底面
106 第二底面
108 セル
110 隔壁
112a、112b 端子接続部
114 外周側壁
116a、116b フィン
Claims (8)
- 外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、外周側壁の外周側面上に対向配置された一対の端子接続部とを有する柱状のハニカム構造体であって、
セルの流路の方向に垂直な断面において、該一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線と交差する外周側面上の二点間の長さをL1とし、前記外周側壁及び隔壁を通って該二点間を結ぶ最短の経路の長さをL2とすると、1.3≦L2/L1の関係式を満たすハニカム構造体。 - セルの流路の方向に垂直な断面において、前記一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線の方向に隣接するセル同士は、該直線の方向に対して垂直な方向に延びた直線状の隔壁部分によって区画される請求項1に記載のハニカム構造体。
- セルの流路の方向に垂直な断面において、前記最短の経路を通る際に通過する前記直線状の隔壁部分の合計経路長さをL3とすると、0.5≦L3/L1の関係式を満たす請求項2に記載のハニカム構造体。
- セルの流路の方向に垂直な断面において、外周側壁に隣接するセルを除き、各セルは、前記一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線の方向に延びた直線状の一対の隔壁部分Aと、該直線の方向に対して垂直な方向に延びた直線状の一対の隔壁部分Bとによって区画される請求項1〜3の何れか一項に記載のハニカム構造体。
- セルの流路の方向に垂直な断面において、前記一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線の方向に隣接するセル同士のそれぞれの前記一対の隔壁部分Aは、互いに異なる直線上に存在する請求項4に記載のハニカム構造体。
- セルの流路の方向に垂直な断面において、前記一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線の方向に垂直な方向に隣接するセル同士のそれぞれの前記一対の隔壁部分Bは、同一の一対の直線上に存在する請求項4又は5に記載のハニカム構造体。
- セルの流路の方向に垂直な断面において、各セルの隔壁部分Aの長さは、外周側壁に隣接するセルを除いて等しく、各セルの隔壁部分Bの長さは、前記一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線からの距離が長いセルほど短くなる請求項4〜6の何れか一項に記載のハニカム構造体。
- セルの流路の方向に垂直な断面において、前記一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線を対称軸として、線対称なセル構造を有する請求項1〜7の何れか一項に記載のハニカム構造体。
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