JP2018155108A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
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、外周側壁に配設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、
該ハニカム構造体全体の平均高さをH1とし、
該ハニカム構造体を底面視したとき、
該一対の端子接続部の周方向中心同士を結び、一方の外周側面から他方の外周側面まで延びた線分を線分Mとし、
線分Mの中点Oから外周側面までの線分Mに垂直な第一方向及び第二方向の長さをそれぞれL1、L2とし、
線分Mに平行な直線であって線分Mから第一方向に向かって0.1×L1の距離にある直線M1、及び線分Mに平行な直線であって線分Mから第二方向に向かって0.1×L2の距離にある直線M2によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さをH2とすると、
H1>H2の関係が成立する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の模式的な斜視図が示されている。また、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1−1、図1−2に示すように、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。
該ハニカム構造体を底面視したとき、
一対の端子接続部の周方向中心同士を結び、一方の外周側面から他方の外周側面まで延びた線分を線分Mとし、
線分Mの中点Oから外周側面までの線分Mに垂直な第一方向及び第二方向の長さをそれぞれL1、L2とし、
線分Mに平行な直線であって線分Mから第一方向に向かって0.1×L1の距離にある直線M1、及び線分Mに平行な直線であって線分Mから第二方向に向かって0.1×L2の距離にある直線M2によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さをH2とすると、
H1>H2の関係が成立する。均一加熱性を高める上では、1.2≦H1/H2の関係が成立することが好ましく、1.4≦H1/H2の関係が成立することがより好ましく、1.6≦H1/H2の関係が成立することが更により好ましい。但し、H1/H2を大きくし過ぎると逆に直線M付近に電流が流れ難くなる。そこで、均一加熱性の観点からは、H1/H2≦3.0の関係が成立することが好ましく、H1/H2≦2.5の関係が成立することがより好ましく、H1/H2≦2.0の関係が成立することが更により好ましい。
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碁盤目状の口金を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に直交する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。
比較例1においては底面104、106に対して凹部を形成する加工を実施しなかった。
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。
(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。
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。
ハニカム乾燥体の両底面に切削加工により、図2に示す配置に従い、底面視における該一対の端子接続部の周方向中心同士を結ぶ直線Mに垂直な方向に延びる長円状の凹部116を直線Mを対称軸として線対称に多数形成した。この際、凹部116の深さ(X)は2.5mm、凹部116の直線Mに平行な方向のピッチ(P)は10mm、凹部116の直線Mに平行な方向の幅(W)は5mmとした。なお、底面視におけるハニカム乾燥体の外周側面102から中心軸Oに向かう5mmの長さの外周領域には凹部116は形成しなかった。
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。
(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。
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。
ハニカム乾燥体の両底面に切削加工により、図3に示す配置に従い、底面視円形(直径D=8mm)の円筒状凹部を直線Mを対称軸として線対称に多数形成した。この際、凹部116の深さ(X)は2.5mm、凹部116の直線Mに平行な方向及び垂直な方向のピッチ(P)はそれぞれ10mmとした。なお、底面視におけるハニカム乾燥体の外周側面102から中心軸Oに向かう5mmの長さの外周領域には凹部116は形成しなかった。
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。
(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。
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。
ハニカム乾燥体の両底面に切削加工により、図4に示す配置に従い、ハニカム乾燥体の中心軸Oを中心とした底面視円形(半径R=50mm)の円筒状凹部116を各底面104、106に一つずつ形成した。この際、凹部116の深さ(X)は2.5mmとした。
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。
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H1>H2の関係が成立していたことで、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。特に、H1/H2が好適な値に制御された実施例1は最も均一加熱性能が高かった。
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
116 凹部
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、外周側壁に配設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、
該ハニカム構造体全体の平均高さをH1とし、
該ハニカム構造体を底面視したとき、
該一対の端子接続部の周方向中心同士を結び、一方の外周側面から他方の外周側面まで延びた線分を線分Mとし、
線分Mの中点Oから外周側面までの線分Mに垂直な第一方向及び第二方向の長さをそれぞれL1、L2とし、
線分Mに平行な直線であって線分Mから第一方向に向かって0.1×L1の距離にある直線M1、及び線分Mに平行な直線であって線分Mから第二方向に向かって0.1×L2の距離にある直線M2によって囲まれるハニカム構造体の部分の平均高さをH2とすると、
H1>H2の関係が成立するハニカム構造体。 - 1.2≦H1/H2の関係が成立する請求項1に記載のハニカム構造体。
- 外周側面から中心軸に向かって、外周側面から中心軸までの長さの0〜5%の領域を外周部とすると、外周部の平均高さH3及び該ハニカム構造体全体の平均高さH1について、H3>H1の関係が成立するハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体の一方又は両方の底面に一つ又は二つ以上の凹部が形成されている請求項1〜3の何れか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体全体の平均高さH1の1/2の高さにおけるセルの流路方向に直交する断面を対称面として、前記ハニカム構造体は面対称に構成されている請求項1〜4の何れか一項に記載のハニカム構造体。
- 同一材料で構成されている請求項1〜5の何れか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体が有する前記隔壁はすべて前記隔壁の平均厚みに対して±10%以内の厚みを有する請求項1〜6の何れか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記一対の端子接続部はハニカム構造体の中心軸を挟んで対向するように配設されている請求項1〜7の何れか一項に記載のハニカム構造体。
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