JP4944048B2 - 挿入孔を有するハニカム構造体の強度測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばセンサを挿入するための孔が形成された、ハニカム構造体の強度を測定する方法に関する。
公害を防止し環境の改善を図るために、自動車の排気ガスの処理に、触媒コンバータが使用される。この触媒コンバータは、排気ガス中に含まれる有害物質（窒素酸化物、一酸化炭素等）を、法律の規制に応じて、環境へ放出可能な成分に変換するものである。排気ガスが触媒コンバータを通過することにより、それに含まれる有害物質は低減される。
ところが、有害物質が実際に低減されたか否かを確認するために、センサを用いて、直接的に排気ガス中の有害物質の濃度を測定することは、困難である。
そこで、代わりに、触媒コンバータの機能の監視が行われる。触媒コンバータが機能していれば、有害物質は低減される筈だからである。触媒コンバータの機能の監視は、例えば、触媒コンバータの前、後に各々１つの酸素センサを配設し、これらによって、排気ガス中の酸素含有量を測定し、触媒の蓄積容量及び老化プロセスの進行を推測する手段が採られる。又、触媒コンバータの前、後に熱センサを配設し、これらを用い、排気ガスの温度変化を測定し、触媒コンバータがはたらいているか否かを推測する手段が採られる（例えば、特許文献１を参照）。
上記のようなセンサを、触媒コンバータの担体と同様なハニカム構造体に、孔を形成し、そこに挿入して、ハニカム構造体ごと、自動車の排気系に設置することによって、排気系で遭遇するオイル、燃料、凝縮水等による暴露を防止することが出来、センサの長期安定性を確保することが出来る。又、通常、凝縮水の気化により熱が奪われ、センサの早期加熱が妨げられてしまうが、センサをハニカム内部におくことによってセンサヒータによる早期の急速加熱が可能となり、エンジン始動直後のλ制御の早期化が実現し、エミッション低減効果が得られる。加えて、スペースの制約が改善される。
尚、後述する本発明の課題と同一又は近似する課題を解決すべく提案された先行文献として、例えば、特許文献１を挙げることが出来る。
特表２００４−５２６５６４号公報
ところで、センサを挿入するための孔を形成したハニカム構造体においても、フィルタや触媒担体の場合と同様に、一定の強度が求められる。ハニカム構造体が破損すると、センサの機能が失われたり、検出精度が低下するおそれがあるからである。
しかしながら、孔を形成したハニカム構造体の強度をアイソスタティック破壊強度試験によって測定しようとすると、ハニカム構造体を包んだウレタンによって、孔のエッジ部分が欠けたり、ウレタンが破れたりして、ハニカム構造体としての強度を測定することが出来ない、という問題に直面した。
本発明は、このようなこれまでの事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、例えばセンサを挿入するための孔が形成された、ハニカム構造体の強度を、好ましくは孔のエッジ部分が欠けを生じさせることなく、測定する方法を提供することにある。研究が重ねられた結果、以下に示す手段によって、上記課題を解決し得ることが見出された。
即ち、本発明によれば、挿入孔が形成されたハニカム構造体の強度を測定する方法であって、次の（１）〜（３）を満たすゴム栓を、挿入孔に挿入した状態で強度の測定を行うハニカム構造体の強度測定方法が提供される。
（１）硬度が、４５以上９０以下である。
（２）挿入時の、挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面との間のクリアランスが、０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下である。
（３）挿入時の、ハニカム構造体の外面からの出っ張り高さが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
（１）硬度が、４５以上９０以下である。
（２）挿入時の、挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面との間のクリアランスが、０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下である。
（３）挿入時の、ハニカム構造体の外面からの出っ張り高さが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法においては、上記ゴム栓は、更に次の（４）を満たすことが好ましい。
（４）上記（挿入孔の深さ方向に平行な）挿入孔の内面と対向する面に、凹みを有する。
（４）上記（挿入孔の深さ方向に平行な）挿入孔の内面と対向する面に、凹みを有する。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法においては、挿入孔の底の形状が、半球状であることが好ましい。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法においては、測定対象であるハニカム構造体は、様々な形状（異形）であってよいが、ハニカム構造体は、中心軸に垂直な断面の形状が円又は楕円の直柱体形状を呈し、その直柱体形状のハニカム構造体の周面に、挿入孔が形成されることが好ましい。この場合、周面がハニカム構造体の外面になり、上記の（３）に示したハニカム構造体の外面からの出っ張り高さは、周面からの出っ張り高さとして規定される。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法は、上記強度が、社団法人自動車技術会発行の自動車規格ＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７で規定されるアイソスタティック破壊強度試験によって測定される（強度である）場合に、好適に使用することが出来る。
上記の通り、本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法では、その対象は、好ましくは、中心軸に垂直な断面の形状が円又は楕円の直柱体形状を呈するハニカム構造体である。これは、外形が、円形又は楕円形の２つの端面と、それら端面を結ぶ周面と、で構成される形状、換言すれば、円柱体形状又は楕円柱体形状、の構造体である。２つの端面を構成する円形又は楕円形の中心を結ぶ線が、中心軸になる。挿入孔は、例えば、このハニカム構造体の周面に、中心軸に向けて、形成された孔（空間）である。センサ等が挿入される孔であるので、挿入孔と称している。その挿入孔の方向は、周面から中心軸に向いていてもよく、いなくてもよい。又、挿入孔の方向は、２つの端面に平行な方向であってもよく、なくてもよい。即ち、中心軸及び挿入孔を通る断面において、挿入孔が、周面から、一の端面の方向に傾いて形成されていてもよい。別言すれば、ハニカム構造体を、一の端面を底面にして立てたときに、周面（側面）に開いた挿入孔が、例えば下方向に向いていてもよい。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法において、ゴム栓は、ゴム製の成形体である。強度測定時に挿入孔に挿入されるものであるので、栓と称している。上記の（１）に示した、ゴム栓（ゴム）の硬度は、日本工業規格（ＪＩＳ） Ｋ６２５３に準拠して測定されるデュロメータＡ硬さ（硬度ＨＡ）である。
上記の（２）に示した、挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面とは、ハニカム構造体の外面に開いた挿入孔（空間）を形成する面のうち、ゴム栓を挿入しようとしたときに、ゴム栓と接し得る面を指す。挿入孔の深さ方向は、挿入の方向に相当するから、挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面は、挿入の方向に平行な面に相当する。挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面は、挿入孔（空間）の形状を、例えば、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状であるとしたとき、その円柱体部分の周面（側面）に相当する面である。クリアランスは、ゴム栓の表面と、挿入孔の内面と、の間の距離である。挿入時にゴム栓と挿入孔にクリアランスがあるので、ゴム栓に対して挿入孔のほうが大きく、挿入は容易に行うことが出来る。
上記の（３）に示した、挿入時のハニカム構造体の外面からの出っ張り高さとは、（完全に）ゴム栓を挿入孔に挿入したときの、ハニカム構造体の外面（例えば周面）から飛び出ている部分の最大高さを意味する。換言すれば、本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法の実施時において、ゴム栓は、ハニカム構造体の外面に一致するように（見た目で同化するように）挿入されるのではなく、少し飛び出ている。
上記の（４）に示した、 挿入孔の内面と対向する（ゴム栓の）面とは、ゴム栓を挿入しようとしたときに、挿入孔を形成する面と接し得る面を指す。既述の通り、挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面は、挿入の方向に平行な面に相当するから、挿入孔の内面と対向するゴム栓の面も、挿入の方向に平行な面である。又、ゴム栓の形状を、例えば、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状であるとしたときに、円柱体部分の周面（側面）に相当する面である。凹みとは、引っ込んだ空間、窪みを指す。ゴム栓が概ね円柱体形状であるとしたとき、凹みは、そのゴム栓の周面に円周状に設けられることが好ましい。又、凹みは、ゴム栓を挿入したときに、挿入孔から飛び出た部分ではないことを条件として、ハニカム構造体の外面に開いた挿入孔の当該開口の近傍に位置するように設けられることが好ましい。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法は、（１）硬度が、４５以上９０以下であり、（２）挿入時の、挿入孔の深さ方向に平行な挿入孔の内面との間のクリアランスが、０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下であり、（３）挿入時の、ハニカム構造体の外面からの出っ張り高さが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であるという条件を満たすゴム栓を、挿入孔に挿入した状態で強度の測定を行うので、挿入孔が形成されたハニカム構造体の機械的強度を測定することが可能である。
センサを挿入孔に挿入したハニカム構造体は、使用時においては、挿入孔にあたる部分のマットがくり抜かれてキャニングされ、挿入孔付近に荷重はかからない。本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法では、（３）に示すようにゴム栓を挿入したときに出っ張りをつけることによって、挿入孔付近の荷重が緩和され、アイソスタティック破壊強度試験を行ったときに、ウレタンが挿入孔に食い込むことを回避することが出来、実際の使用環境と酷似した状態で強度を測定することが出来る。又、（２）に示すように、クリアランスを設けることによって、挿入孔を補強したことにはならず、挿入孔が形成されたハニカム構造体としての強度測定が可能となる。このような本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法によれば、挿入孔が形成されたハニカム構造体が、挿入孔のないハニカム構造体に対して、如何ほど強度が低下したか測定することが可能である。従って、実際の使用態様において、挿入孔にセンサが設置された場合に、キャニング時や保持された圧力下において、負荷がかかっても長期使用に耐え得る強度を備えているものか否か判断をすることが可能である。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法によらない場合には、実際の使用態様において、挿入孔にセンサが設置された場合に、キャニング時や保持された圧力下において、負荷がかかっても長期使用に耐え得る強度を備えているものか否か判断をすることが出来ないので、長期使用に耐え得る強度を備えているか否か不明瞭であるという問題が生じる。本発明によれば、このような問題を回避することが可能である。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法は、その好ましい態様において、ゴム栓が、挿入孔の内面と対向する面に、凹みを有するものであるので、測定後に挿入孔の近傍にチッピングが生じない。これは、強度測定時にかかる外力に基づき生じた内部応力が、凹みを有することによる破壊にまでは至らない変形によって吸収されるためと考えられる。
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
先ず、本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法が対象とする、挿入孔が形成されたハニカム構造体について、説明する。
図１Ａは、挿入孔が形成されたハニカム構造体の一例を示す斜視図であり、図１Ｂは、そのハニカム構造体の挿入孔にゴム栓を挿入した態様を表す斜視図である。図１Ａ、図１Ｂに示されるハニカム構造体１は、外形が、２つの端面２ａ，２ｂと、それら端面２ａ，２ｂを結ぶ周面６と、で構成される円柱体形状を呈するものである。別言すれば、ハニカム構造体１は、中心軸に垂直な断面の形状が円の、直柱体である。ハニカム構造体１の内部は、端面２ａ，２ｂ間を流れる流体の流路となる複数のセル５を区画形成する多孔質の隔壁３で構成され、隔壁３の外側に周面６を構成する外壁４が設けられる。ハニカム構造体１の外面である周面６には、挿入孔７がセル５を貫通するように中心軸に向けて形成され、その挿入孔７にゴム栓８が挿入される。
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂは、ハニカム構造体の形状、及びそれに形成される挿入孔の種々の態様、を表した模式図である。図２Ａ、図２Ｂは、円柱体形状を呈するハニカム構造体の図であり、図２Ａは平面図（上方から端面を見た図）であり、図２Ｂは正面図（前方から周面を見た図）である。図３Ａ、図３Ｂは、楕円柱体形状を呈する（中心軸に垂直な断面の形状が楕円の直柱体である）ハニカム構造体の図であり、図３Ａは平面図（上方から端面を見た図）であり、図３Ｂは正面図（前方から周面を見た図）である。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂにおいては、セル等は描かれず、代わりに、挿入孔が透視されて、破線で描かれている。
既述のように、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂは、ハニカム構造体に形成される挿入孔の種々の態様を表した図であり、実際の挿入孔は、例えば、円柱体形状を呈するハニカム構造体において（図２Ａ、図２Ｂを参照）、（上方から見ると）挿入孔７ａであって（前方から見ると）挿入孔７ｃであるもの、あるいは、例えば、楕円柱体形状を呈するハニカム構造体において（図３Ａ、図３Ｂを参照）、（上方から見ると）挿入孔７ｆであって（前方から見ると）挿入孔７ｄであるもの、等となる。即ち、本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法が対象とする、挿入孔が形成されたハニカム構造体の当該挿入孔の態様として、挿入孔７ａ、７ｂの何れかであって挿入孔７ｃ、７ｄの何れかであるもの、挿入孔７ｂ、７ｅ、７ｆの何れかであって挿入孔７ｃ、７ｄの何れかであるものを挙げることが出来る。本明細書において、例えば、挿入孔７ａであって挿入孔７ｃである挿入孔、あるいは、挿入孔７ａ及び挿入孔７ｃで示される挿入孔、等と表現して、その挿入孔の態様を示す場合がある。
挿入孔（挿入孔の深さ方向）は、図２Ｂ、図３Ｂに示される挿入孔７ｄのように、２つの端面に平行な方向ではなく、（例えば）下方に（端面２ｂに向けて、例えば１０〜２０°程度）傾いていてもよい。又、挿入孔７ｃのように、２つの端面に平行な方向であってもよい。通常、ハニカム構造体では、セルは２つの端面を結ぶ方向に形成されるから、後者の場合、セルの方向（端面を結ぶ方向）に垂直となる。尚、挿入孔は、多くの場合、ハニカム構造体毎に１つ存在するが、複数、形成されていてもよい。
図４は、ハニカム構造体の周面に形成された挿入孔にゴム栓を挿入した態様を、拡大して表す断面図である。この図４は、本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法の特徴を構成する、挿入時の（ゴム栓の面と）挿入孔の深さ方向に平行な前記挿入孔の内面との間のクリアランス、及び、挿入時のゴム栓のハニカム構造体の外面からの出っ張り高さ、について説明するための図である。既述のように、クリアランスＣは、ゴム栓８の表面と、（破線で描かれた）挿入孔７の内面と、の間の距離であり、出っ張り高さＨは、ハニカム構造体１の外面（例えば（破線で描かれた）周面６）から飛び出ている部分の高さ（高さは均一でないときは最大高さ）である。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法が対象とする、挿入孔が形成されたハニカム構造体は、限定されるものではないが、隔壁３の厚さは１０〜１０００μｍ程度、外壁４の厚さは０．０５〜２ｍｍ程度、セル密度は５〜２５０セル／ｃｍ２程度、大きさのうち径（中心軸に垂直な断面の形状が楕円の場合は長軸の長さ）はφ４０〜３００ｍｍであり中心軸の長さは５０〜２００ｍｍ程度であることが好ましい。又、隔壁３及び外壁４を形成する材料はコージェライトを含む材料からなるものであることが好ましく、気孔率（水銀ポロシメータによって測定した値）は１０〜９０％であることが好ましい。
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）［ハニカム構造体の作製］原料として、タルク、カオリン、アルミナを主原料とするコージェライト化原料に、水、バインダー、界面活性剤等を調合し、混合、混練した成形原料を、土練機及び押出成形機を使用して、押出成形し、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁、及び隔壁と一体的に形成された外壁、を有するハニカム成形体を得た。そして、得られたハニカム成形体を、乾燥させた後に、所定長さに切断し、その後、焼成して、ハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体の大きさ及び形状は、直径が１１８．４ｍｍ、全長（中心軸の長さ）が１５２．４ｍｍの円柱体形状であり（図２Ａ及び図２Ｂで示される形状を参照）、隔壁の厚さが０．１５ｍｍ（６ｍｉｌ）、セル密度が約６２セル／ｃｍ２（４００セル／平方インチ）、気孔率が３５％であった。
［挿入孔の形成］得られたハニカム構造体の周面の中央に、森精機製マシニングセンタを使用して、中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面と平行に（端面に平行に）、挿入孔を形成した（図２Ａの挿入孔７ｂ及び図２Ｂの挿入孔７ｃで示される態様を参照）。挿入孔（空間）の形状は、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状とした。図５は、形成した挿入孔７の形状を破線で表した図であり、ハニカム構造体の中心軸と挿入孔の中心を通る断面に現れる挿入孔７の形状を表す図である。挿入孔７の大きさは、ハニカム構造体の周面に開いた開口の直径Ａが２５ｍｍ（半径１２．５ｍｍ）、周面から中心軸へ向けた深さＢが２１ｍｍであった（図５を参照）。
［ゴム栓の挿入］挿入孔を形成したハニカム構造体に、硬度４５のゴム栓を挿入した。図６は、使用したゴム栓８ａの形状を表す断面図であり、図５に示される挿入孔７に対応した図である。使用したゴム栓８ａの形状は、挿入孔７の形状に概ね等しく、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状とした。ゴム栓８ａの大きさは、円柱体部分の直径Ｄを２４．６ｍｍ（半径１２．３ｍｍ）とし、挿入孔７の内面との間に０．２ｍｍのクリアランスを設けた。又、挿入したときの周面から中心軸へ向けた長さＬを２１．５ｍｍとして、挿入時の周面からの出っ張り高さを０．５ｍｍとした。
［強度試験］挿入孔を形成しゴム栓を挿入したハニカム構造体に対し、アイソスタティック破壊強度試験を行った。図１１は試験装置を表す模式図であり、図１２はハニカム構造体に強度試験用の処置を施した様子を表す模式図である。アイソスタティック破壊強度試験は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格ＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７で規定されており、これに準じて行った。具体的には、ハニカム構造体１００を、厚さが０．５ｍｍのウレタンゴム１２２で包み、更に厚さ２０ｍｍのアルミニウム板を載せて、ビニルテープ１２３で固定し、強度測定のための試料１２０とした（図１２を参照）。この試料１２０を、水１１２が充填された圧力容器１１１の中に入れ、弁１１４を閉めて、加圧装置１１３によって、圧力容器１１１内の圧力を、アナログ圧力計１１５及びデジタル圧力計１１６で確認しながら、５ＭＰａまで上昇させた（図１１を参照）。５ＭＰａは、挿入孔を設けないこと以外は同じ仕様のハニカム構造体が、チッピングなく耐え得る圧力である。その後、弁１１４を開けて、圧力容器１１１内の圧力を下げ、ハニカム構造体１を取り出し、外観を目視で観察し、評価した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表１に示す。尚、評価は、◎が構造体として破壊なく且つ挿入孔部分にチッピングがなかったことを表す。○は構造体として破壊はなかったが挿入孔部分に軽微（許容可能）なチッピングがみられたことを表す。×は構造体として破壊していたことを表す。
（実施例２〜２０、比較例１〜３５、参考例１、２）ゴム栓の硬度を変更し、ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表１、表２、及び表３に示す。
尚、実施例１〜１０、比較例１〜９において、ゴム栓の硬度６５では、硬度以外の条件が同じとき、硬度４５の場合と同じ結果が得られた。又、実施例１１〜２０、比較例２７〜３５における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。
（実施例２１）ゴム栓として、図７に示される形状であり、硬度７０のものを用いた。図７は、使用したゴム栓８ｂの形状を表す断面図であり、図５に示される挿入孔７に対応した図である。使用したゴム栓８ｂの形状は、挿入孔７の形状に概ね等しく、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状であるが、天面部分（上面部分、挿入したときにハニカム構造体の周面側に露になる部分）が、鍋底状に凹んでいる。それ以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表４に示す。
（実施例２２〜３０、比較例３６〜４４）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例２１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表４に示す。
尚、実施例２１〜３０、比較例３６〜４４における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。
（実施例３１）ゴム栓として、図８に示される形状であり、硬度７０のものを用いた。図８は、使用したゴム栓８ｃの形状を表す断面図であり、図５に示される挿入孔７に対応した図である。使用したゴム栓８ｃの形状は、挿入孔７の形状に概ね等しく、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状であるが、円柱体部分（挿入孔７の内面と対向する部分）に、凹みを有するものである。断面を示しているので図８からは明示されないが、凹みは、円柱体部分に一回り、円周状に形成されている。それ以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表５に示す。
（実施例３２〜４０、比較例４５〜５３）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例３１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表５に示す。
尚、実施例３１〜４０、比較例４５〜５３における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。
（実施例４１）ゴム栓として、図９に示される形状であり、硬度７０のものを用いた。図９は、使用したゴム栓８ｄの形状を表す断面図であり、図５に示される挿入孔７に対応した図である。使用したゴム栓８ｄの形状は、挿入孔７の形状に概ね等しく、底面のみが半球面状でありその他は概ね円柱体形状であるが、天面部分のみを直径を拡大して庇状に形成したものである。それ以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表６に示す。
（実施例４２〜５０、比較例５４〜６２）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例４１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表６に示す。
尚、実施例４１〜５０、比較例５４〜６２における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。
（実施例５１）中心軸に垂直な断面の形状が楕円であり、その楕円の長軸が１３１ｍｍ、短軸が８６ｍｍである楕円柱体形状のハニカム構造体を作製した（図３Ａ及び図３Ｂで示される形状を参照）。セルの厚さは４ｍｉｌ、セル密度は６００セル／平方インチであったが、その他の仕様は、実施例１で作製したハニカム構造体と同じであった。そして、得られたハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し１０°の角度をつけて（端面に対し１０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した（図３Ａの挿入孔７ｂ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照）。挿入孔（空間）の形状は、斜めにしたこと以外は、実施例１（図５を参照）の挿入孔と同じである。又、挿入孔に挿入するゴム栓として、図６に示される形状を基に、出っ張り高さが均一になるように、斜めの挿入孔に合わせて円柱体の天面部分を斜めに成形したものを用いた。硬度は７０である。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表７に示す。
（実施例５２〜６０、比較例６３〜７１）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例５１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表７に示す。
尚、実施例５１〜６０、比較例６３〜７１における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。又、実施例５１〜６０、比較例６３〜７１における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し２０°の角度をつけて（端面に対し２０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｂ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照（端面に対する角度は異なる））、実施例５１〜６０、比較例６３〜７１と同じ結果が得られた。更に、実施例５１〜６０、比較例６３〜７１における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し平行に（端面に平行に）、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｂ及び図３Ｂの挿入孔７ｃで示される態様を参照）、実施例５１〜６０、比較例６３〜７１と同じ結果が得られた。
（実施例６１）ゴム栓として、図８に示される形状を基として、出っ張り高さが均一になるように、斜めの挿入孔に合わせて円柱体の天面部分を斜めに成形したものを用いた。それ以外は、実施例５１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表８に示す。尚、挿入孔が斜めであり、それに合わせて円柱体の天面部分を斜めに成形したゴム栓を使用するため、凹みは、挿入したときに、ハニカム構造体の周面からの距離が一定になるような位置に、ゴム栓の円柱体部分に一回り、円周状に形成した。
（実施例６２〜７０、比較例７２〜８０）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例６１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表８に示す。
尚、実施例６１〜７０、比較例７２〜８０における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。又、実施例６１〜７０、比較例７２〜８０では、実施例５１と同様に、得られたハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し１０°の角度をつけて（端面に対し１０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成したのであるが（図３Ａの挿入孔７ｂ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照）、実施例６１〜７０、比較例７２〜８０における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し２０°の角度をつけて（端面に対し２０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｂ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照（端面に対する角度は異なる））、実施例６１〜７０、比較例７２〜８０と同じ結果が得られた。更に、実施例６１〜７０、比較例７２〜８０における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し平行に（端面に平行に）、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｂ及び図３Ｂの挿入孔７ｃで示される態様を参照）、実施例６１〜７０、比較例７２〜８０と同じ結果が得られた。
（実施例７１）ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸と短軸で座標軸を構成したときに長軸から（短軸からも同様）４５°の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し１０°の角度をつけて（端面に対し１０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した（図３Ａの挿入孔７ｆ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照）。それ以外は、実施例５１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表９に示す。
（実施例７２〜８０、比較例８１〜８９）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例７１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表９に示す。
尚、実施例７１〜８０、比較例８１〜８９における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。又、実施例７１〜８０、比較例８１〜８９における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸と短軸で座標軸を構成したときに長軸から（短軸からも同様）４５°の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し２０°の角度をつけて（端面に対し２０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｆ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照（端面に対する角度は異なる））、実施例７１〜８０、比較例８１〜８９と同じ結果が得られた。更に、実施例７１〜８０、比較例８１〜８９における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の長軸と短軸で座標軸を構成したときに長軸から（短軸からも同様）４５°の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し平行に（端面に平行に）、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｆ及び図３Ｂの挿入孔７ｃで示される態様を参照）、実施例７１〜８０、比較例８１〜８９と同じ結果が得られた。
（実施例８１）ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の短軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し１０°の角度をつけて（端面に対し１０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した（図３Ａの挿入孔７ｅ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照）。それ以外は、実施例５１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表１０に示す。
（実施例８２〜９０、比較例９０〜９８）ゴム栓の大きさを変えることによって、クリアランス、出っ張り高さを、それぞれ変更した。それ以外は、実施例８１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ゴム栓を挿入したものに、強度試験を施した。評価の結果を、ゴム栓のタイプを示す図面番号、ゴム栓の硬度、クリアランス、出っ張り高さとともに、表１０に示す。
尚、実施例８１〜９０、比較例９０〜９８における硬度以外の条件が同じとき、ゴム栓の硬度９０では、硬度７０の場合と同じ結果が得られた。又、実施例８１〜９０、比較例９０〜９８における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の短軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し２０°の角度をつけて（端面に対し２０°の角度をつけて）、斜めに、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｅ及び図３Ｂの挿入孔７ｄで示される態様を参照（端面に対する角度は異なる））、実施例８１〜９０、比較例９０〜９８と同じ結果が得られた。更に、実施例８１〜９０、比較例９０〜９８における中心軸に垂直な断面に対する挿入孔の角度以外の条件が同じとき、ハニカム構造体の周面の中央に、中心軸に垂直な断面において楕円の短軸の位置において中心軸に向けて、且つ、中心軸に垂直な断面に対し平行に（端面に平行に）、挿入孔を形成した場合に（図３Ａの挿入孔７ｅ及び図３Ｂの挿入孔７ｃで示される態様を参照）、実施例８１〜９０、比較例９０〜９８と同じ結果が得られた。
（比較例９９）ゴム栓の挿入をする代わりに、直径がφ４５ｍｍ、厚さが０．８ｍｍの、円形のステンレスプレートを、ハニカム構造体の周面に合わせて曲面状に成形したものを用い、挿入孔を塞ぐように接着した。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ステンレスプレートで挿入孔を塞いだものに、強度試験を施した。評価の結果は、×であった。尚、直径がφ８０ｍｍの大きなステンレスプレートを用いた場合に、ステンレスプレートの大きさ以外の条件が同じとき、直径がφ４５ｍｍのステンレスプレートを用いた場合と同じ結果が得られた。又、厚さが１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの、それぞれ厚いステンレスプレートを用いた場合に、ステンレスプレートの厚さ以外の条件が同じとき、厚さが０．８ｍｍのステンレスプレートを用いた場合と同じ結果が得られた。
（比較例１００）ゴム栓の挿入をする代わりに、直径がφ４５ｍｍ、厚さが０．８ｍｍの、円形のステンレスプレートを、ハニカム構造体の周面に合わせて曲面状に成形したものを用い、挿入孔（周面）との間に、ステンレスプレートと同じ大きさのウレタンシートを挟んで、挿入孔を塞ぐように接着した。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ステンレスプレート及びウレタンシートで挿入孔を塞いだものに、強度試験を施した。評価の結果は、×であった。尚、直径がφ８０ｍｍの大きなステンレスプレート及びウレタンシートを用いた場合に、ステンレスプレート及びウレタンシートの大きさ以外の条件が同じとき、直径がφ４５ｍｍのステンレスプレート及びウレタンシートを用いた場合と同じ結果が得られた。又、厚さが１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの、それぞれ厚いステンレスプレートを用いた場合に、ステンレスプレートの厚さ以外の条件が同じとき、厚さが０．８ｍｍのステンレスプレートを用いた場合と同じ結果が得られた。
（比較例１０１）ゴム栓の挿入をする代わりに、縦が６０ｍｍ、横が１５０ｍｍ、厚さが１．２ｍｍの、長方形のステンレスプレートを、ハニカム構造体の周面に合わせて曲面状に成形したものを用い、挿入孔を塞ぐように接着した。図１０は、使用したステンレスプレートの形状及び使用態様を表す斜視図である。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ステンレスプレートで挿入孔を塞いだものに、強度試験を施した。評価の結果は、×であった。尚、厚さが１．５ｍｍ、２．０ｍｍの、それぞれ厚いステンレスプレートを用いた場合に、ステンレスプレートの厚さ以外の条件が同じとき、厚さが１．２ｍｍのステンレスプレートを用いた場合と同じ結果が得られた。
（比較例１０２）ゴム栓の挿入をする代わりに、縦が６０ｍｍ、横が１５０ｍｍ、厚さが１．２ｍｍの、長方形のステンレスプレートを、ハニカム構造体の周面に合わせて曲面状に成形したものを用い、挿入孔（周面）との間に、ステンレスプレートと同じ大きさのウレタンシートを挟んで、挿入孔を塞ぐように接着した。図１０は、使用したステンレスプレートの形状及び使用態様を表す斜視図である。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ステンレスプレート及びウレタンシートで挿入孔を塞いだものに、強度試験を施した。評価の結果は、×であった。尚、厚さが１．５ｍｍ、２．０ｍｍの、それぞれ厚いステンレスプレートを用いた場合に、ステンレスプレートの厚さ以外の条件が同じとき、厚さが１．２ｍｍのステンレスプレートを用いた場合と同じ結果が得られた。
（比較例１０３）ゴム栓の挿入をする代わりに、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂からなるホットボンドを使用して、これを挿入孔に充填し固化させた。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、ホットボンドを挿入孔に充填したものに、強度試験を施した。評価の結果は、×であった。
（比較例１０４）ゴム栓の挿入をする代わりに、アルミナを主原料とするセラミック接着剤を使用して、これを挿入孔に充填し固化させた。これら以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体を作製し、それに挿入孔を形成し、セラミック接着剤を挿入孔に充填したものに、強度試験を施した。評価の結果は、×であった。
本発明に係るハニカム構造体の強度測定方法は、外面に挿入孔が形成されたハニカム構造体の強度を測定する手段として、好適に利用される。そのようなハニカム構造体としては、例えば、各種内燃機関の排気系に、触媒コンバータの機能を監視するために、熱センサ、酸素センサ等のセンサを取り付けて使用するものを挙げることが出来る。
１，１００：ハニカム構造体、２ａ，２ｂ：端面、３：隔壁、４：外壁、５：セル、６：周面、７：挿入孔、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ：挿入孔（一の方向から見た挿入孔の形状）、８：ゴム栓、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ：ゴム栓。
Claims (5)
- 挿入孔が形成されたハニカム構造体の強度を測定する方法であって、
次の（１）〜（３）を満たすゴム栓を、前記挿入孔に挿入した状態で強度の測定を行うハニカム構造体の強度測定方法。
（１）硬度が、４５以上９０以下である。
（２）挿入時の、挿入孔の深さ方向に平行な前記挿入孔の内面との間のクリアランスが、０．２ｍｍ以上２．６ｍｍ以下である。
（３）挿入時の、ハニカム構造体の外面からの出っ張り高さが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。 - 前記ゴム栓は、更に次の（４）を満たす請求項１に記載のハニカム構造体の強度測定方法。
（４）前記挿入孔の内面と対向する面に、凹みを有する。 - 前記挿入孔の底の形状が、半球状である請求項１又は２に記載のハニカム構造体の強度測定方法。
- 前記ハニカム構造体は、中心軸に垂直な断面の形状が円又は楕円の直柱体形状を呈し、その直柱体形状のハニカム構造体の周面に、前記挿入孔が形成される請求項１〜３の何れか一項に記載のハニカム構造体の強度測定方法。
- 前記強度が、社団法人自動車技術会発行の自動車規格ＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７で規定されるアイソスタティック破壊強度試験によって測定される請求項１〜４の何れか一項に記載のハニカム構造体の強度測定方法。
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