JP2019130725A - ハニカム構造体および金型 - Google Patents
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Abstract
Description
要件1:上記ハニカム構造体は、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル(20)の上記セル壁と同等の壁厚の上記セル壁を有する中心領域(11)と、上記中心領域の外周において上記中心セルの上記セル壁の壁厚よりも壁厚が厚い上記セル壁を有する外周強化領域(12)と、を有する。
要件2:上記ハニカム中心軸を通り、かつ、上記セル壁に直交する仮想直線(L)上に沿って並ぶ複数の上記セルのうち、上記仮想直線と直交するハニカム中心側の中壁(3a)の壁厚が、上記仮想直線と直交するハニカム外周側の外壁(3d)の壁厚よりも小さい基準境界セル(21)に着目したとき、
上記基準境界セルは、上記中壁および上記外壁を除いた残り4つの上記セル壁のうち、他の3つの上記セル壁と壁厚が異なる基準壁を有する。
要件3:上記ハニカム構造体は、上記基準壁と、上記基準壁と接続された上記外壁または上記中壁と、上記基準壁と上記外壁または上記中壁との接続部からなる基準セル頂点(32)から延びる他の上記セル壁と、の3つの上記セル壁によって構成される基準三又ユニット(31)を有する。
要件4:上記ハニカム構造体は、複数の上記セルの各セル頂点(320)から放射状に延びる3つの上記セル壁によって構成されるセル壁群のうち、上記基準三又ユニットにおける上記基準セル頂点から放射状に延びる3つの上記セル壁の放射方向と同じ向きを向くように選ばれた3つの上記セル壁によって構成される三又ユニット(310)を複数有する。
要件5:上記中心領域および上記外周強化領域の全ての上記三又ユニットにおいて、当該三又ユニットごとに上記セル壁の壁厚が同等とされている。
上記ハニカム構造体の原料となる坏土が供給される複数の坏土供給孔(510)を有する第1金型部(51)と、
上記坏土供給孔から上記坏土が導入され、上記ハニカム構造体における複数の上記セル壁となる部分を形成するための複数のスリット(520)を有する第2金型部(52)と、を有しており、
上記第2金型部は、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル(29)の上記セル壁と同等の壁厚の上記セル壁となる部分を形成するための上記スリットを有する中心スリット部と、上記中心スリット部の外周において上記中心スリット部の上記スリットよりも幅が大きい上記スリットを有する外周スリット部と、を有しており、
複数の上記坏土供給孔は、3つの上記スリットのスリット接続部からなるスリット頂点(521)の全てには配置されておらず、上記スリットに沿って一つ飛び毎にある上記スリット頂点に合わせて配置されており、
上記坏土供給孔が配置された上記スリット頂点から放射状に延びる3つの上記スリットの幅が、上記坏土供給孔ごとに同等とされている、金型(5)にある。
実施形態1のハニカム構造体について、図1〜図4を用いて説明する。図1に例示されるように、本実施形態のハニカム構造体1は、セラミックス製(例えば、コージェライト等)であり、互いに隣接する断面六角形状の複数のセル2と、複数のセル2を形成する複数のセル壁3と、複数のセル壁3の外周に設けられて、セル壁3を保持する外周壁4と、を有している。なお、各図において、セル壁3の厚みは、便宜上、線の太さによって表されている。
ハニカム構造体は、ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セルのセル壁と同等の壁厚のセル壁を有する中心領域と、中心領域の外周において中心セルのセル壁の壁厚よりも壁厚が厚いセル壁を有する外周強化領域と、を有する。以下、要件1について説明する。
ハニカム中心軸を通り、かつ、セル壁に直交する仮想直線上に沿って並ぶ複数のセルのうち、仮想直線と直交するハニカム中心側の中壁の壁厚が、仮想直線と直交するハニカム外周側の外壁の壁厚よりも小さい基準境界セルに着目したとき、基準境界セルは、中壁および外壁を除いた残り4つのセル壁のうち、他の3つのセル壁と壁厚が異なる基準壁を有する。以下、要件2について説明する。
ハニカム構造体は、基準壁と、基準壁と接続された外壁または中壁と、基準壁と外壁または中壁との接続部からなる基準セル頂点から延びる他のセル壁と、の3つのセル壁によって構成される基準三又ユニットを有する。以下、要件3について説明する。
ハニカム構造体は、複数のセルの各セル頂点から放射状に延びる3つのセル壁によって構成されるセル壁群のうち、基準三又ユニットにおける基準セル頂点から放射状に延びる3つのセル壁の放射方向と同じ向きを向くように選ばれた3つのセル壁によって構成される三又ユニットを複数有する。以下、要件4について説明する。
中心領域および外周強化領域の全ての三又ユニットにおいて、当該三又ユニットごとにセル壁の壁厚が同等とされている。以下、要件5について説明する。
実施形態2のハニカム構造体1について、図5を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
実施形態3のハニカム構造体について、図6を用いて説明する。
実施形態4のハニカム構造体について、図7を用いて説明する。
実施形態5のハニカム構造体について、図8を用いて説明する。
実施形態6の金型5について、図9〜図12を用いて説明する。本実施形態の金型5は、互いに隣接する断面六角形状の複数のセル2と、複数のセル2を形成する複数のセル壁3と、複数のセル壁3の外周に設けられてセル壁3を保持する外周壁4と、を有するハニカム構造体1を押し出し成形するために用いられる金型である。なお、ハニカム構造体1の各構成については、上述した実施形態1〜5の記載を適宜参照することができる。
表1に示されるように、外周強化領域における強化セル数およびセル壁の壁厚構成が異なるハニカム構造体より構成される各試験体を作製し、アイソスタティック強度(n=20の平均値、以下省略)を測定した。
・中心スリット部におけるスリット幅:70μm、スリットピッチ:1.19mm、スリット頂点におけるR寸法:0.1mm
・外周スリット部における1セル目のスリット幅:117μm、スリットピッチ:1.19mm、スリット頂点におけるR寸法:0.1mm
・外周スリット部における2セル目のスリット幅:103μm、スリットピッチ:1.19mm、スリット頂点におけるR寸法:0.1mm
・外周スリット部における3セル目のスリット幅:90μm、スリットピッチ:1.19mm、スリット頂点におけるR寸法:0.1mm
・外周スリット部における4セル目のスリット幅:77μm、スリットピッチ:1.19mm、スリット頂点におけるR寸法:0.1mm
・中心領域におけるセル壁の壁厚:65μm、セル壁ピッチ:1.1mm、セル頂点におけるR寸法:0.15mm
・外周強化領域における1セル目のセル壁の壁厚:112μm、セル壁ピッチ:1.1mm、セル頂点におけるR寸法:0.15mm
・外周強化領域における2セル目のセル壁の壁厚:98μm、セル壁ピッチ:1.1mm、セル頂点におけるR寸法:0.15mm
・外周強化領域における3セル目のセル壁の壁厚:85μm、セル壁ピッチ:1.1mm、セル頂点におけるR寸法:0.15mm
・外周強化領域における4セル目のセル壁の壁厚:72μm、セル壁ピッチ:1.1mm、セル頂点におけるR寸法:0.15mm
表2に示されるように、実験例1の試験体3と同様にして、三又ユニットにおける壁厚差割合が異なる各試験体を作製し、アイソスタティック強度を測定した。
表3に示されるように、実験例1の試験体3と同様にして、外周強化領域における強化セル数の異なる各試験体を作製し、アイソスタティック強度および圧力損失を測定した。
表4に示されるように、実験例1の試験体3と同様にして、外周強化領域における強化セル数およびセル壁の壁厚構成の異なる各試験体を作製し、アイソスタティック強度および実験例3で説明した圧力損失を測定した。本実験例では、具体的には、外周強化領域にあるセルを構成するセル壁の壁厚が、外周壁からハニカム中心軸方向に1セル目のセルから外周強化領域の最終セルまででいずれも同等とされている試験体と、外周強化領域にあるセルを構成するセル壁の壁厚が、外周壁からハニカム中心軸方向に1セル目のセルで最大となっており、かつ、外周壁からハニカム中心軸方向に向かって徐々に小さくなる構成を有する試験体と、を作製した。
表5に示されるように、実験例1の試験体3と同様にして、外周強化領域におけるセル壁の壁厚構成が異なる各試験体を作製し、アイソスタティック強度を測定した。本実験例では、具体的には、中心領域にある中心セルを構成するセル壁の壁厚(平均値)は、65μmとされている。また、外周強化領域内におけるセルのセル壁の壁厚は、一様に厚く形成されている。そして、外周強化領域にある、外周壁からハニカム中心軸方向に1セル目のセルを構成するセル壁の壁厚(平均値)は、表5に示される通りとされている。
10 ハニカム中心軸
11 中心領域
12 外周強化領域
2 セル
20 中心セル
21 基準境界セル
3 セル壁
3a 中壁
3d 外壁
31 基準三又ユニット
32 基準セル頂点
310 三又ユニット
320 セル頂点
4 外周壁
L 仮想直線
5 金型
51 第1金型部
510 坏土供給孔
52 第2金型部
520 スリット
521 スリット頂点
Claims (13)
- 互いに隣接する断面六角形状の複数のセル(2)と、複数の上記セルを形成する複数のセル壁(3)と、複数の上記セル壁の外周に設けられて上記セル壁を保持する外周壁(4)と、を有しており、ハニカム中心軸(10)に垂直な断面視で、以下の要件1〜要件5を満たす、ハニカム構造体(1)。
要件1:上記ハニカム構造体は、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル(20)の上記セル壁と同等の壁厚の上記セル壁を有する中心領域(11)と、上記中心領域の外周において上記中心セルの上記セル壁の壁厚よりも壁厚が厚い上記セル壁を有する外周強化領域(12)と、を有する。
要件2:上記ハニカム中心軸を通り、かつ、上記セル壁に直交する仮想直線(L)上に沿って並ぶ複数の上記セルのうち、上記仮想直線と直交するハニカム中心側の中壁(3a)の壁厚が、上記仮想直線と直交するハニカム外周側の外壁(3d)の壁厚よりも小さい基準境界セル(21)に着目したとき、
上記基準境界セルは、上記中壁および上記外壁を除いた残り4つの上記セル壁のうち、他の3つの上記セル壁と壁厚が異なる基準壁を有する。
要件3:上記ハニカム構造体は、上記基準壁と、上記基準壁と接続された上記外壁または上記中壁と、上記基準壁と上記外壁または上記中壁との接続部からなる基準セル頂点(32)から延びる他の上記セル壁と、の3つの上記セル壁によって構成される基準三又ユニット(31)を有する。
要件4:上記ハニカム構造体は、複数の上記セルの各セル頂点(320)から放射状に延びる3つの上記セル壁によって構成されるセル壁群のうち、上記基準三又ユニットにおける上記基準セル頂点から放射状に延びる3つの上記セル壁の放射方向と同じ向きを向くように選ばれた3つの上記セル壁によって構成される三又ユニット(310)を複数有する。
要件5:上記中心領域および上記外周強化領域の全ての上記三又ユニットにおいて、当該三又ユニットごとに上記セル壁の壁厚が同等とされている。 - 上記外周強化領域における上記セル壁の壁厚の分布は、上記ハニカム中心軸周りで120°回転対称とされている、請求項1に記載のハニカム構造体。
- 上記外周強化領域における上記セル壁の壁厚の分布は、上記中心セルにおいて上記セル中心を挟んで対向する3対の上記セル頂点のうち、1対の上記セル頂点と上記セル中心とを通る直線で線対称とされており、
上記外周強化領域における上記セル壁の壁厚の分布は、上記対称軸と直交するとともに上記セル中心を通る直線で非線対称とされている、請求項1または2に記載のハニカム構造体。 - 上記三又ユニットを構成する3つの上記セル壁の壁厚の最大値をtmax、最小値をtminとしたとき、
100×(tmax−tmin)/tmaxの式より算出される壁厚差割合が10%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のハニカム構造体。 - 上記壁厚差割合が5%以下である、請求項4に記載のハニカム構造体。
- 上記外周強化領域は、上記外周壁から上記ハニカム中心軸方向に少なくとも4セル目以上にあるいずれかの上記セルまでの領域より構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 上記外周強化領域は、上記外周壁から上記ハニカム中心軸方向に多くとも20セル目以内にあるいずれかの上記セルまでの領域より構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 上記外周強化領域にある上記セルを構成する上記セル壁の壁厚は、上記外周壁から上記ハニカム中心軸方向に1セル目の上記セルで最大となっており、かつ、上記外周壁から上記ハニカム中心軸方向に向かって徐々に小さくなっている、請求項1〜7のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 上記外周強化領域にある、上記外周壁から上記ハニカム中心軸方向に1セル目の上記セルを構成する上記セル壁の壁厚は、上記中心領域にある上記中心セルを構成する上記セル壁の壁厚の1.4倍以上である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 互いに隣接する断面六角形状の複数のセル(2)と、複数の上記セルを形成する複数のセル壁(3)と、複数の上記セル壁の外周に設けられて上記セル壁を保持する外周壁(4)と、を有するハニカム構造体(1)を押し出し成形するために用いられる金型(5)であって、
上記ハニカム構造体の原料となる坏土が供給される複数の坏土供給孔(510)を有する第1金型部(51)と、
上記坏土供給孔から上記坏土が導入され、上記ハニカム構造体における複数の上記セル壁となる部分を形成するための複数のスリット(520)を有する第2金型部(52)と、を有しており、
上記第2金型部は、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル(29)の上記セル壁と同等の壁厚の上記セル壁となる部分を形成するための上記スリットを有する中心スリット部と、上記中心スリット部の外周において上記中心スリット部の上記スリットよりも幅が大きい上記スリットを有する外周スリット部と、を有しており、
複数の上記坏土供給孔は、3つの上記スリットのスリット接続部からなるスリット頂点(521)の全てには配置されておらず、上記スリットに沿って一つ飛び毎にある上記スリット頂点に合わせて配置されており、
上記坏土供給孔が配置された上記スリット頂点から放射状に延びる3つの上記スリットの幅が、上記坏土供給孔ごとに同等とされている、金型(5)。 - 上記坏土供給孔が配置された上記スリット頂点から放射状に延びる3つの上記スリットの幅の最大値をwmax、最小値をwminとしたとき、
100×(wmax−wmin)/wmaxの式より算出される幅差割合が10%以下である、請求項10に記載の金型。 - 上記幅差割合が5%以下である、請求項11に記載の金型。
- 上記坏土供給孔の孔径は、供給率比が一定となるように構成されている、請求項10〜請求項12のいずれか1項に記載の金型。
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