JP4238858B2 - 六角ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、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及びその製造方法に関する。
従来、自動車用の排ガス浄化フィルターにおける触媒担体等として用いられるセラミック製のハニカム構造体（モノリス担体）は、格子状のセル壁に囲まれたセルを多数設けて構成されている。このようなハニカム構造体は、例えば、特許文献１〜３等に示されている。
上記ハニカム構造体において、セルの形状は、押出成形用の金型の作製が比較的容易である等、生産効率の面から四角形状のものが主に採用されていた。ところが、四角形状のセルを有するハニカム構造体は、触媒をセル壁の壁面に担持させた場合、セルの角部に触媒が余分に担持され、さらに排気ガスの流通を阻害するといった問題が生じていた。
そこで、近年、排ガス浄化性能の向上を目的として、触媒をセル壁の壁面に均一な厚みで担持させることができる、また排気ガスを良好に流通させることができるといった形状的な特性から、セルの形状を六角形状としたハニカム構造体（以下、六角ハニカム構造体という）が採用されている。これにより、触媒量、圧力損失、炭化水素排出量等の面から排ガス浄化性能の向上が可能となった。
しかしながら、上記六角ハニカム構造体は、各セルを囲む六角形状のセル壁の各辺の形状が直線状に構成されているため、応力を受けた際に、その応力を逃がすことができる又は分散させることができる柔軟性を有していない。そのため、例えば自動車に積載する際の衝撃や、自動車に積載した状態での振動・熱衝撃等、外部または内部からの応力によって損傷・割れ等の不具合が発生するといった問題が生じていた。つまり、従来の六角ハニカム構造体は、応力に対する柔軟性、使用時における耐久性・耐熱衝撃性を充分に有しているとは言えなかった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、応力に対する柔軟性を充分に有し、耐久性・耐熱衝撃性に優れた六角ハニカム構造体及びその製造方法を提供しようとするものである。
第１の発明は、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、かつ、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にある（請求項１）。
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、かつ、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にある（請求項１）。
本発明の六角ハニカム構造体において、上記セル壁は、六角形状の上記セルを囲む６辺を構成しており、その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。即ち、１つのセルに注目した場合、上記各辺は、該各辺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（いわばＣ字状に）膨らんでいる。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によって分散させることができる。これにより、上記六角ハニカム構造体は、上記セル壁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。
さらに、本発明では、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。このような構成とすることにより、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、応力に対する柔軟性を向上させるという効果を特に有効に発揮することができる。
さらに、本発明では、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。このような構成とすることにより、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、応力に対する柔軟性を向上させるという効果を特に有効に発揮することができる。
このように、本発明によれば、応力に対する柔軟性を充分に有し、耐久性・耐熱衝撃性に優れた六角ハニカム構造体を提供することができる。
第２の発明は、上記第１の発明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にある（請求項５）。
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５）。
本発明の六角ハニカム構造体の製造方法において、上記押出成形工程では、上記押出成形用金型を用いて押出成形を行う。そして、この押出成形金型は、上記第１の発明の六角ハニカム構造体における上記セル壁の形状に対応する形状のスリット溝を有している。即ち、上記押出成形用金型を用いて押出成形を行うことにより、上記第１の発明の六角ハニカム構造体に対応する形状の上記ハニカム成形体を容易に成形することができる。そのため、上記製造方法を用いて得られる六角ハニカム構造体は、応力に対する柔軟性を充分に有し、耐久性・耐熱衝撃性に優れたものとなる。
このように、本発明の製造方法によれば、応力に対する柔軟性を充分に有し、耐久性・耐熱衝撃性に優れた六角ハニカム構造体を得ることができる。
上記第１の発明においては、上記六角ハニカム構造体は、例えば、自動車用の排ガス浄化フィルターとして用いることができる。例えば、ガソリンエンジン用排ガス浄化フィルター、またはディーゼルエンジン用排ガス浄化フィルター（ＤＰＦ）として用いることができる。
また、上記セル壁の各辺は、複数の直線を繋げて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構成することができる（請求項２）。
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、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。
また、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が好ましい（請求項３）。
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、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。
また、上記セル壁の厚さは、１１０μｍ以下であることが好ましい（請求項４）。
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、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。
上記第２の発明においては、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が好ましい（請求項６）。
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。
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。
（実施例１）
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。
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。
本例の六角ハニカム構造体１は、ガソリンエンジン用排ガス浄化フィルターとして用いられるものである。
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２に示すごとく、六角ハニカム構造体１の軸方向に直交する断面、すなわち径方向断面において、１つのセル３（図中の中央にあるセル３）に注目した場合、セル３は、六角形状のセル壁２に囲まれている。このセル壁２は、６つの辺２１〜２６で構成されている。そして、セル壁２において、その６辺のうちの連続する３辺（本例における辺２１〜２３）は、セル３の内側にＣ字状に膨らんでおり、その他の連続する３辺（辺２４〜２６）は、セル３の外側にＣ字状に膨らんでいる。なお、本例のセル壁２の厚みは９０μｍ、セルピッチは１１１μｍである。
ここで、セル壁２の各辺の形状について、図３を用いてさらに詳しく説明する。なお、図３は、セル壁２の中心線のみを示した簡略図である。
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。
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。
次に、六角ハニカム構造体１の製造方法について説明する。
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。
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。
まず、押出成形工程では、ハニカム成形体を構成するセラミックス原料を準備する。セラミックス原料の原料粉末としては、カオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、カーボン粒子等を含有し、化学組成が重量比にて最終的にＳｉＯ2：４５〜５５％、Ａｌ2Ｏ3：３３〜４２％、ＭｇＯ：１２〜１８％よりなるコーディエライトを主成分とする組成となるように調整したものを用いた。この原料粉末に水、バインダー等を所定量添加し、混錬することでセラミックス原料を得る。
次に、上記セラミック原料を押出成形するための押出成形用金型５について説明する。
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。
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。
また、スリット溝５１は、ウォータージェットレーザー装置を用いて、ウォータージェットレーザーにより加工してある。このウォータージェットレーザー装置は、スリット溝５１の形成位置を容易に制御することができる。そのため、押出成形用金型５に加工されたスリット溝５１は、非常に精度が高いものとなる。
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。
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、切断工程では、成形したハニカム成形体を所望の長さに切断する。
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。
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。
次に、本例の六角ハニカム構造体１における作用効果について説明する。
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。
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、本例では、セル壁２は、辺２１〜２６の６辺のうちの連続する３辺である辺２１〜２３がセル３の内側に膨らんでおり、その他の連続する３辺である辺２４〜２６がセル３の外側に膨らんでいるように配設されている。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。
また、六角ハニカム構造体１は、その外周部に外周スキン部４を有している。そのため、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。
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、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、本例の製造方法では、押出成形用金型５のスリット溝５１は、ウォータージェットレーザー装置を用いた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。即ち、ウォータージェットレーザー法を用いることにより、セル壁２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５１を押出成形用金型５に精度高く、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１は、非常に精度が高いものとなる。
このように、本例によって得られる六角ハニカム構造体１は、外部または内部からの応力に対する柔軟性を充分に有するものとなる。そして、それ故に、使用時における耐久性・耐熱衝撃性に優れたものとなる。
なお、本例では、セル壁２の各辺２１〜２６は、１本の曲線で構成しているが、複数の直線を曲線状に繋げて構成することもできる。例えば、図７に示すごとく、セル壁２の各辺２１〜２６は、２本の直線を曲線状に繋げて構成することもできる。この場合にも、上記と同様に、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、本例の六角ハニカム構造体１では、すべてのセル３を各辺２１〜２６がＣ字状のセル壁２によって構成しているが、各辺が直線状のセル壁によって構成された従来のセルを一部に設けてもよい。ただし、そのようなセルが多く存在すると、応力に対する柔軟性を向上させる効果を得ることができないおそれがある。
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。
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。
また、本例の六角ハニカム構造体１は、ガソリンエンジン用排ガス浄化フィルターとして用いられるものであるが、本例のような形状を有する六角ハニカム構造体は、ディーゼルエンジン用排ガス浄化フィルター（ＤＰＦ）として適用することもできる。
（参考例）
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。
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。
この場合には、実施例１と同様に、外部または内部から受けた応力を上記の形状を有するセル壁２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向上させる効果を充分に得ることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例２）
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。
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。
また、比較のために、図９に示すごとく、セルが四角形状であり、セル壁の各辺の形状が直線状のハニカム構造体である試料Ｃ１と、図１０に示すごとく、セルが六角形状であり、セル壁の各辺の形状が直線状の六角ハニカム構造体である試料Ｃ２との２種類の従来品を準備した。
さらに、比較のために、図１１に示すごとく、実施例１の六角ハニカム構造体と基本的な構成が同じであり、セル壁の各辺がセルの内側および外側のどちらにも膨らんでいる六角ハニカム構造体を準備した。なお、セル壁の各辺は、内側および外側に膨らむ円弧を組み合わせたＳ字状を呈している。そして、本例では、その円弧の半径が２、３、４ｍｍである試料Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の３種類を準備した。
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。
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。
次に、ＣＡＥ解析について説明する。
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。
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。
次に、ＣＡＥ解析により計算した最大応力値の結果を表１に示す。
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。
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。
また、試料Ｅ１〜Ｅ３の最大応力値は、試料Ｃ３〜Ｃ５よりも低い値を示している。即ち、セル壁の各辺の形状がＣ字状である方がＳ字状である場合に比べて、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。この理由としては、Ｓ字状の場合、セル壁の中心で膨らみの向きが変わるため、１つの膨らみに対する弦の長さが短くなる。そのため、今回のセル壁の厚さ及びセルピッチでは、Ｃ字状の方が応力を分散させる効果が大きいと考えられる。
また、試料Ｅ１の最大応力値は、六角ハニカム構造体よりも応力に対する柔軟性が高いとされるセルが四角形状のハニカム構造体である試料Ｃ１よりも低い値を示した。また、試料Ｅ２は試料Ｃ１と同等であり、試料Ｅ３は試料Ｃ１よりも少し大きい値となった。
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。
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。
以上により、本発明品の六角ハニカム構造体１は、応力に対する柔軟性に優れていることがわかる。そして、これによって、使用時における耐久性・耐熱衝撃性を優れたものとすることができる。
１ 六角ハニカム構造体
２ セル壁
２１〜２６ 辺
３ セル
４ 外周スキン部
２ セル壁
２１〜２６ 辺
３ セル
４ 外周スキン部
Claims (6)
- 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、かつ、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、上記セル壁の各辺は、複数の直線を繋げて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又は２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１〜３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１〜４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５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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