JP6344291B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1のハニカム構造体においては、接合層を構成する、ハニカムセグメントの側縁部を、折れ曲がった直線状又は曲線状に形成することが開示されている。このハニカム構造体においては、ハニカムセグメント内に捕集された粒子状物質がハニカムセグメントに不均一に付着されている。そして、粒子状物質を燃焼させる際に、ハニカムセグメント内に温度分布を発生させるとともに、隣接するハニカムセグメントとの間において高温部と低温部とが近接することによってハニカムセグメント全体の温度をより均一にし、ハニカム構造体の端面にクラックが発生することを防止している。
上記複数のハニカムセグメントのうちの少なくとも最外周側に位置する複数の外周側ハニカムセグメントは、上記ハニカム構造体の断面中心を対称軸とする、一回転方向への回転対称になる外形を有しており、
上記外周側ハニカムセグメント同士を接合する接合層は、上記セルの形成方向から見て、一回転方向に膨らむ円弧形状を有していることを特徴とするハニカム構造体にある。
具体的には、複数のハニカムセグメントのうちの少なくとも最外周側に位置する複数の外周側ハニカムセグメントは、ハニカム構造体の断面中心を対称軸とする、一回転方向への回転対称になる外形を有している。そして、外周側ハニカムセグメント同士を接合する接合層は、セルの形成方向から見て、一回転方向に膨らむ円弧形状を有している。この接合層の形状により、ハニカム構造体を円筒体の内部に配置して使用する際に、各ハニカムセグメントに熱膨張が生じたときには、この熱膨張による力を、円筒体に対して垂直な径方向外方だけでなく周方向にも作用させることができる。
上記ハニカム構造体においては、上記格子状の隔壁は、四角格子、六角格子等に形成することができる。
上記ハニカムセグメントにおける、上記セルの形成方向に沿った外縁部には、上記格子状の隔壁の厚みよりも大きな厚みの外縁壁が形成されていてもよい。
この場合には、ハニカムセグメントのすべてを同一外形にすることにより、ハニカムセグメントの成形及び管理を容易にすることができ、ハニカム構造体のコストダウンを図ることができる。
この場合には、中心側ハニカムセグメントの存在により、外周側ハニカムセグメントに、ハニカム構造体の断面中心付近に位置する角部が形成されないようにすることができる。そして、ハニカム構造体を形成する際に、ハニカム構造体の断面中心付近において、外周側ハニカムセグメントの角部同士を合わせる必要がなくなり、ハニカム構造体の製造を容易にすることができる。
また、この場合には、外周側ハニカムセグメントの径方向長さが小さくなり、外周側ハニカムセグメントの径方向に生じる熱応力をより緩和できる場合もある。
(実施例1)
本例のハニカム構造体1は、図1に示すように、複数のセラミック製のハニカムセグメント2が接合されて断面円形状に形成されている。各ハニカムセグメント2は、断面円形状のハニカム構造体1の長さ方向(軸方向)Lに向けて、流体Gの流路となる複数のセル22を形成する格子状の隔壁21を有している。各ハニカムセグメント2は、セル22の形成方向Lに直交する断面方向において接合されている。
複数のハニカムセグメント2は、ハニカム構造体1の断面中心Oを対称軸とする、一回転方向C1への回転対称になる外形を有している。また、複数のハニカムセグメント2同士を接合する接合層3は、セルの形成方向Lから見て、一回転方向C1に膨らむ円弧形状を有している。
図2、図3に示すように、ハニカム構造体1は、金属製の円筒体4としての内燃機関の排気管の内部に、アルミナマット等のセラミックからなるクッション体5を間に介して配置される。本例のハニカムセグメント2は、セリア・ジルコニア等の高熱膨張材料から構成されている。ハニカムセグメント2は、コージェライト等から構成することもできる。セリア・ジルコニアは、コージェライト等に比べて線膨張係数が大きく、熱膨張しやすい性質を有している。
ハニカム構造体1の各ハニカムセグメント2における隔壁21には、排ガス浄化用の触媒が担持される。ハニカム構造体1は、例えば、円筒体4内に配置されて、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)の浄化を行う三元触媒として用いられる。
接合層3は、アルミナ等の接合材(接着剤)から形成されており、ハニカムセグメント2間に生じる熱応力を低減するものである。
ハニカムセグメント2における、接合層3に位置する接合外縁壁24は、セル22の形成方向Lから見て、円弧形状に形成されている。この円弧形状の接合外縁壁24は、曲率が変化する円弧形状、一定の曲率の円弧形状等、種々の形状にすることができる。
すなわち、ハニカム構造体1を円筒体4の内部に配置して使用する際には、格子状の隔壁21による複数のセル22の形成方向Lに、流体Gとしての排ガスが通過する。このとき、排ガス中の有害ガスは、隔壁21等に担持された触媒によって反応して浄化される。
従って本例のハニカム構造体1によれば、クッション体5の厚みにばらつきがある場合でも、各ハニカムセグメント2を熱応力による破損から効果的に保護することができる。
なお、すべてのハニカムセグメント2は、必ずしも同一外形にする必要はなく、例えば、2種類のものから構成することもできる。
本例は、上記実施例1の場合とは異なる形状のハニカムセグメント2を有するハニカム構造体1についての例である。
本例の複数のハニカムセグメント2は、図6に示すように、ハニカム構造体1の中心部に位置する中心側ハニカムセグメント2Aと、ハニカム構造体1の最外周側として、中心側ハニカムセグメント2Aの外周側に位置する複数の外周側ハニカムセグメント2Bとから構成されている。
中心側ハニカムセグメント2Aは、ハニカム構造体1の断面中心Oを中心とする断面円形状に形成されている。外周側ハニカムセグメント2Bのすべては、ハニカム構造体1の断面中心Oを対称軸とする、一回転方向C1への回転対称になる外形を有している。また、外周側ハニカムセグメント2B同士を接合する接合層3は、セルの形成方向Lから見て、一回転方向C1に膨らむ円弧形状を有している。
本例のハニカム構造体1において、各ハニカムセグメント2A,2Bに熱膨張が生じたときには、この熱膨張による力を、各外周側ハニカムセグメント2B同士の間の接合層3に倣って作用させることができる。そして、各外周側ハニカムセグメント2Bが膨張する力は、円筒体4に対して垂直な径方向Rの外方R1だけでなく周方向Cの逆回転方向C2にも向けられる。そのため、熱膨張に伴って各ハニカムセグメント2A,2Bの径方向Rに生じる熱応力を緩和することができる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号は実施例1と同様であり、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、上記実施例2の中心側ハニカムセグメント2Aを、さらに複数のセグメント部2Cに分割したハニカム構造体1についての例である。
本例の中心側ハニカムセグメント2Aは、図7に示すように、4つのセグメント部2Cに分割されている。この4つのセグメント部2Cは、上記実施例1に示される4つのハニカムセグメント2と同様の形状(相似形状)を有している。また、本例の外周側ハニカムセグメント2Bは、上記実施例2に示される外周側ハニカムセグメント2Bと同じ形状を有している。
また、セグメント部2Cは、中心側ハニカムセグメント2Aを4個に分割する外形に形成する以外にも、中心側ハニカムセグメント2Aを3個又は5〜8個に分割する外形に形成することもできる。この場合にも、各セグメント部2Cは同一外形にすることが好ましい。なお、すべてのセグメント部2Cは、必ずしも同一外形にする必要はなく、例えば、2種類のものから構成することもできる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号は実施例2と同様であり、実施例2と同様の作用効果を得ることができる。
本例も、上記実施例2の中心側ハニカムセグメント2Aを、さらに複数のセグメント部2Cに分割したハニカム構造体1についての例である。
本例のセグメント部2Cは、図8に示すように、ハニカム構造体1の断面中心Oを対称軸とする、外周側ハニカムセグメント2Bの回転対称を形成する一回転方向C1とは逆の回転方向C2への回転対称になる同一外形を有している。
本例のハニカム構造体1においては、複数の外周側ハニカムセグメント2Bと複数のセグメント部2Cとが膨張する力は、円筒体4に対して垂直な径方向Rの外方R1だけでなく周方向Cにも向けられる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号は実施例3と同様であり、実施例3と同様の作用効果を得ることができる。
2,2A,2B ハニカムセグメント
2C セグメント部
21 隔壁
22 セル
3 接合層
L 形成方向
O 断面中心
R 径方向
C 周方向
C1 一回転方向
C2 逆回転方向
Claims (6)
- 流体(G)の流路となる複数のセル(22)を形成する格子状の隔壁(21)を有する複数のハニカムセグメント(2,2B)が、上記セル(22)の形成方向(L)に直交する断面方向に接合された、断面円形状のハニカム構造体(1)であって、
上記複数のハニカムセグメント(2,2B)のうちの少なくとも最外周側に位置する複数の外周側ハニカムセグメント(2,2B)は、上記ハニカム構造体(1)の断面中心(O)を対称軸とする、一回転方向(C1)への回転対称になる外形を有しており、
上記外周側ハニカムセグメント(2,2B)同士を接合する接合層(3)は、上記セル(22)の形成方向(L)から見て、一回転方向(C1)に膨らむ円弧形状を有していることを特徴とするハニカム構造体(1)。 - 上記ハニカム構造体(1)は、3つ以上の上記ハニカムセグメント(2,2B)の接合によって形成されており、
該3つ以上のハニカムセグメント(2,2B)のすべては、上記ハニカム構造体(1)の断面中心(O)を対称軸とする、一回転方向(C1)への回転対称になる同一外形を有していることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体(1)。 - 上記ハニカムセグメント(2,2B)における、上記ハニカム構造体(1)の断面中心(O)付近に位置する角部(241)には、上記隔壁(21)同士の間の上記セル(22)の幅(W)以下の曲率半径(R)の曲面が形成されていることを特徴とする請求項2に記載のハニカム構造体(1)。
- 上記ハニカム構造体(1)は、該ハニカム構造体(1)の中心部に位置する中心側ハニカムセグメント(2A)と、該中心側ハニカムセグメント(2)の外周側に位置する3つ以上の上記外周側ハニカムセグメント(2B)とから構成されており、
該3つ以上の外周側ハニカムセグメント(2B)のすべては、上記ハニカム構造体(1)の断面中心(O)を対称軸とする、一回転方向(C1)への回転対称になる同一外形を有していることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体(1)。 - 上記中心側ハニカムセグメント(2A)は、3つ以上のセグメント部(2C)に分割されており、
該3つ以上のセグメント部(2C)は、上記ハニカム構造体(1)の断面中心(O)を対称軸とする、上記外周側ハニカムセグメント(2B)の回転対称を形成する一回転方向(C1)と同じ回転方向(C1)への回転対称になる同一外形を有していることを特徴とする請求項4に記載のハニカム構造体(1)。 - 上記中心側ハニカムセグメント(2A)は、3つ以上のセグメント部(2C)に分割されており、
該3つ以上のセグメント部(2C)は、上記ハニカム構造体(1)の断面中心(O)を対称軸とする、上記外周側ハニカムセグメント(2B)の回転対称を形成する一回転方向(C1)とは逆の回転方向(C2)への回転対称になる同一外形を有していることを特徴とする請求項4に記載のハニカム構造体(1)。
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