JP6881337B2 - ハニカム構造体および金型 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体および金型に関し、さらに詳しくは、断面四角形状のセルを有するハニカム構造体および金型に関する。

従来、自動車等の車両分野では、内燃機関から排出される排ガスを浄化するため、排ガス浄化装置が使用されている。排ガス浄化装置は、排気管に収容されたセラミックス製のハニカム構造体と、ハニカム構造体に保持させた触媒成分とを有している。ハニカム構造体は、通常、互いに隣接する複数のセルと、複数のセルを形成する複数のセル壁と、複数のセル壁の外周に設けられてセル壁を保持する外周壁と、を有している。触媒成分は、セル壁表面に保持されている。セラミックス製のハニカム構造体は、一般に、ハニカム構造体の原料となる坏土を金型に供給し、押し出し成形によって形成されている。なお、金型は、坏土が供給される複数の坏土供給孔と、坏土供給孔から坏土が導入され、セル壁となる部分を形成するための複数のスリットと、を有している。

先行する特許文献１には、断面四角形状の複数のセルを有しており、最外周セルを起点セルとしてそこから５〜２０番目の範囲内のいずれかの終点セルまでのセル隔壁厚さが、基本セル隔壁厚さよりも厚く形成された、ハニカム構造体が開示されている。

特許第４４７３５０５号公報

近年、排気規制や燃費規制の厳格化により、排ガス浄化装置には、早期暖気および低圧力損失が求められている。それに伴い、ハニカム構造体では、セル壁の壁厚が年々薄化されてきている。しかし、壁厚の薄肉化は、ハニカム構造体の構造体強度を低下させる。そのため、触媒成分を保持させたハニカム構造体を排気管に収容するキャニング工程において、径方向から負荷される圧縮応力により、ハニカム構造体が破壊しやすい。

キャニング時の破壊を抑制する手法としては、上述したように、ハニカム構造体の外周部からハニカム中心軸方向に数セル目までの領域にわたってセル壁の壁厚を厚化し、構造体強度を向上させる方法がある。しかし、むやみにセル壁の壁厚を厚化しようとすると、ハニカム構造体の押し出し成形工程において、成形体の外周部に壁厚の薄い部位や坏土不足などの成形欠損が局所的に生じる。このような成形欠陥が生じるのは、セル壁構造に起因して、金型の一つの坏土供給孔から幅の異なる複数のスリットへ坏土を導入せざるを得ないためである。つまり、金型の一つの坏土供給孔から幅の異なる複数のスリットへ坏土が導入される場合、幅が狭く坏土の流れ抵抗の高いスリットには坏土が均一に流れず、その結果、上記のような成形欠陥が発生しやすい。

このように、外周部が強化された従来のハニカム構造体は、そのセル壁構造に起因して、押し出し成形時に局所的に生じた成形欠陥が破壊起点となって構造体強度が低下し、キャニング時の応力集中による破壊を抑制することが難しいという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、外周部のセル壁の壁厚が厚化された場合でも、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制することができ、キャニング時の応力集中による破壊を抑制することが可能なハニカム構造体、また、当該ハニカム構造体を成形することができる金型を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、互いに隣接する断面四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）にある。
要件１：上記ハニカム構造体は、上記ハニカム中心軸を取り囲む四つの囲繞セル（２００）の上記セル壁、または、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル（２０１）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囲繞セルの上記セル壁、または、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、上記セル壁に平行な仮想平行線（Ｌ１）に接する複数の上記セルのうち、または、上記ハニカム中心軸を通り、かつ、上記セル壁の中点を通って上記セル壁に直交する仮想直交線（Ｌ２）上に沿って並ぶ複数の上記セルのうち、上記仮想平行線または上記仮想直交線に平行な二辺の上記セル壁の壁厚が異なる厚みとされた基準境界セル（２１）に着目したとき、
上記基準境界セルにおける、上記仮想平行線または上記仮想直交線に平行な一方の薄い上記セル壁である薄壁（３ａ）の壁厚をｔ１、上記仮想平行線または上記仮想直交線に平行な他方の厚い上記セル壁である厚壁（３ｃ）の壁厚をｔ３、上記仮想平行線または上記仮想直交線と直交するハニカム中心側の上記セル壁である中壁（３ｂ）の壁厚をｔ２、上記仮想平行線または上記仮想直交線と直交するハニカム外周側の上記セル壁である外壁（３ｄ）の壁厚をｔ４、としたとき、
ｔ１＜ｔ３、ｔ２＜ｔ４、ｔ１とｔ２とが同等、ｔ３とｔ４とが同等である。
要件３：上記ハニカム構造体は、
上記薄壁と、上記中壁と、上記薄壁と上記中壁との接続部からなる第１の基準セル頂点（３１１）から上記薄壁と反対側に延びる上記セル壁と、上記第１の基準セル頂点から上記中壁と反対側に延びる上記セル壁と、の４つの上記セル壁によって構成される第１の基準十字ユニット（３１）、および、
上記厚壁と、上記外壁と、上記厚壁と上記外壁との接続部からなる第２の基準セル頂点（３２２）から上記厚壁と反対側に延びる上記セル壁と、上記第２の基準セル頂点から上記外壁と反対側に延びる上記セル壁と、の４つの上記セル壁によって構成される第２の基準十字ユニット（３２）を有する。
要件４：上記ハニカム構造体は、上記第１の基準セル頂点または上記第２の基準セル頂点を出発点とし、上記セル壁に沿って一つ飛び毎に配置されたセル頂点（３３０）から四方に延び、かつ、当該セル頂点で互いに接続される４つの上記セル壁によって構成される十字ユニット（３３）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十字ユニットにおいて、当該十字ユニットごとに上記セル壁の壁厚が同等とされている。

本発明の他の態様は、互いに隣接する断面四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を取り囲む四つの囲繞セル（２００）の上記セル壁、または、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル（２０１）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、４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４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。

上記ハニカム構造体は、上記構成を有しており、中心領域および外周強化領域の全ての十字ユニットにおいて、当該十字ユニットごとにセル壁の壁厚が同等とされている。そのため、複数の坏土供給孔および複数のスリットを有する金型を用いた上記ハニカム構造体の押し出し成形時に、４つのスリットのスリット接続部からなるスリット頂点の全てではなく、スリットに沿って一つ飛び毎にあるスリット頂点のそれぞれに対して一つの坏土供給孔から坏土を導入し、スリット頂点から同等の幅とされた４つのスリット内に均一に坏土を広げることで、十字ユニットを形成することができる。つまり、上記ハニカム構造体は、十字ユニットごとにセル壁の壁厚が同等とされているので、各十字ユニットの形成時に、スリット頂点から延びる４つのスリット間で生じる坏土流れの抵抗差が小さくなる。それ故、上記ハニカム構造体は、外周強化領域を有していても、押し出し成形時に局所的な成形欠損が生じ難い。よって、上記ハニカム構造体は、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制することができ、キャニング時の応力集中による破壊を抑制することが可能になる。

上記金型は、上記構成を有している。そのため、上記金型を用いたハニカム構造体の押し出し成形時に、４つのスリットのスリット接続部からなるスリット頂点の全てではなく、スリットに沿って一つ飛び毎にあるスリット頂点のそれぞれに対して一つの坏土供給孔から坏土を導入し、スリット頂点から同等の幅とされた４つのスリット内に均一に坏土を広げることができる。つまり、上記金型は、坏土供給孔が配置されたスリット頂点から放射状に延びる４つのスリットの幅が坏土供給孔ごとに同等とされているので、４つのスリット間で生じる坏土流れの抵抗差を小さくすることができる。それ故、上記金型によれば、ハニカム構造体における外周強化領域の押し出し成形時に局所的な成形欠損が生じ難い。よって、上記金型は、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制可能な上記ハニカム構造体を成形することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１のハニカム構造体のセル壁構造を模式的に示した説明図である。 ハニカム構造体が、ハニカム中心軸を取り囲む四つの囲繞セルを有する場合における、基準境界セル、基準十字ユニット、および、十字ユニットの概念を説明するための説明図である。 外周強化領域における強化セル数の数え方を説明するための説明図である。 実施形態２のハニカム構造体のセル壁構造を模式的に示した説明図である。 ハニカム構造体が、ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セルを有する場合における、基準境界セル、基準十字ユニット、および、十字ユニットの概念を説明するための説明図である。 実施形態３のハニカム構造体のセル壁構造を模式的に示した説明図である。 実施形態４のハニカム構造体のセル壁構造を模式的に示した説明図である。 実施形態５のハニカム構造体のセル壁構造を模式的に示した説明図である。 実施形態６の金型の一部を模式的に示した説明図である。 実施形態６の金型における坏土供給孔およびスリット頂点の配置関係を説明するための説明図である。 実施形態６の金型において、坏土供給孔からスリット頂点へ導入された坏土の流れ方を模式的に示した説明図である。 実施形態６の金型において、供給率比を説明するための説明図である。 実験例３における圧力損失の評価方法を説明するための説明図である。 実験例３における、外周強化領域の強化セル数とアイソスタティック強度との関係を示したグラフである。 実験例３における、外周強化領域の強化セル数と圧力損失との関係を示したグラフである。 実験例３における、ＣＡＥ解析によるハニカム構造体の外周壁からのセル数と応力比との関係を示したグラフである。 実験例５における、外周強化領域における１セル目のセル壁の壁厚とアイソスタティック強度との関係を示したグラフである。 実験例１における、試験体１にかかる従来のハニカム構造体のセル壁構造を模式的に示した説明図である。

（実施形態１）
実施形態１のハニカム構造体について、図１〜図３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四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。

本実施形態において、セル２は、ハニカム構造体１の中心を通る軸であるハニカム中心軸１０に沿って延びる貫通孔より構成されている。セル２は、浄化すべき排ガスが流される流路とされる部位である。なお、上記の断面四角形状にいう断面とは、ハニカム中心軸１０に垂直な断面を意味する。また、上記の断面四角形状にいう四角形状とは、必ずしも正四角形に限られず、正四角形以外にも、角部が丸みを帯びている四角形や製造上意図せず歪んだ四角形等も含む意味である。複数のセル壁３は、互いに隣接するセル壁３と接続されて一体化されている。セル壁３のセル２側の壁面には、ハニカム構造体１の使用時に触媒成分が担持される。外周壁４は、ハニカム中心軸１０に垂直な断面視で円形状の形状を呈している。外周壁４の内側面には、外周壁４の内側面寄りに配置された複数のセル壁３が接続されている。これにより、複数のセル壁３は、外周壁４にて一体に保持されている。

ここで、ハニカム構造体１は、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を満たしている。以下、各要件について説明する。

−要件１−
ハニカム構造体は、ハニカム中心軸を取り囲む四つの囲繞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囲繞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。

図１に例示されるように、ハニカム構造体１は、中心領域１１と、外周強化領域１２と、を有している。ハニカム中心軸１０を取り囲む四つのセル２を、囲繞セル２００としたとき、中心領域１１は、囲繞セル２００のセル壁３と同等の壁厚のセル壁３を有している。各囲繞セル２００は、それぞれ４つのセル壁３によって周囲のセル２と区画されている。なお、４つの囲繞セル２００において、ハニカム中心軸１０から四方に延びる各セル壁３は、互いに隣接する囲繞セル２００同士により共有されている。囲繞セル２００のセル壁３の壁厚には、具体的には、４つの囲繞セル２００を構成する各セル壁３の壁厚の平均値が用いられる。中心領域１１は、基本的には、外周強化領域１２に比べ、壁厚が厚化されていないセル壁３を複数含んで構成されている。但し、中心領域１１において、中心セル２０１の周囲に配置されているセル壁３の壁厚を算出するにあたり、後述する要件５との関係で外周強化領域１２から中心領域１１に一部入り込んでいる厚化されたセル壁３の壁厚は除かれる。

外周強化領域１２は、中心領域１１の外周において囲繞セル２００のセル壁３の壁厚よりも壁厚が厚いセル壁３を有している。つまり、外周強化領域１２は、中心領域１１に比べ、壁厚が厚化されたセル壁３を複数含んで構成されている。本実施形態では、図１に例示されるように、外周強化領域１２における複数のセル壁３の壁厚は、いずれも同等とされている。なお、他の実施形態にて後述するが、外周強化領域１２は、後述する要件５を満たす限りにおいて、壁厚の異なる厚化されたセル壁３を含むことができる。

−要件２−
ハニカム中心軸を通り、かつ、セル壁に平行な仮想平行線に接する複数のセルのうち、仮想平行線に平行な二辺のセル壁の壁厚が異なる厚みとされた基準境界セルに着目したとき、
基準境界セルにおける、仮想平行線に平行な一方の薄いセル壁である薄壁の壁厚をｔ１、仮想平行線に平行な他方の厚いセル壁である厚壁の壁厚をｔ３、仮想平行線と直交するハニカム中心側のセル壁である中壁の壁厚をｔ２、仮想平行線と直交するハニカム外周側のセル壁である外壁の壁厚をｔ４、としたとき、
ｔ１＜ｔ３、ｔ２＜ｔ４、ｔ１とｔ２とが同等、ｔ３とｔ４とが同等である。以下、要件２について説明する。

図１には、ハニカム中心軸１０を通り、かつ、セル壁３に平行な破線Ｌ１_０、Ｌ１_９０、Ｌ１_１８０、Ｌ１_２７０が示されている。図１では、ハニカム中心軸１０を通り、かつ、セル壁３に平行なある１本の破線（図１では、１２時の位置にある破線Ｌ１_０）の方向を０度方向としたとき、そこから時計回りに９０度、１８０度、２７０度の位置にある各破線Ｌ１_０、Ｌ１_９０、Ｌ１_１８０、Ｌ１_２７０の方向が、それぞれ、９０度方向、１８０度方向、２７０度方向とされる。図２は、図１におけるＬ１_０、Ｌ１_９０、Ｌ１_１８０、Ｌ１_２７０の位置周辺に配置されたセル２およびセル壁３を拡大して示したものである。

図１に例示されるように、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の４方向にある各破線Ｌ１_０、Ｌ１_９０、Ｌ１_１８０、Ｌ１_２７０は、ハニカム中心軸１０を通り、かつ、セル壁３に平行であるため、要件２における仮想平行線Ｌ１とされる。当該仮想平行線Ｌ１は、ハニカム中心軸１０を通るハニカム径方向の直線である。９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の各方向において、仮想平行線Ｌ１に接して並ぶ複数のセル２を、外周壁４側からハニカム中心軸１０方向に向かって順に見ていくと、図２に例示されるように、ある所において、隣接するセル２間でセル壁３の厚みが異なるセル２が現れる。そのセル２では、仮想平行線Ｌ１に平行な二辺のセル壁３が異なる厚みとされている。このセル２が、基準境界セル２１とされる。

この基準境界セル２１に着目し、基準境界セル２１における、仮想平行線Ｌ１に平行な一方の薄いセル壁３である薄壁３ａの壁厚をｔ１とする。また、仮想平行線Ｌ１に平行な他方の厚いセル壁３である厚壁３ｃの壁厚をｔ３とする。また、仮想平行線Ｌ１と直交するハニカム中心側のセル壁３である中壁３ｂの壁厚をｔ２とする。また、仮想平行線Ｌ１と直交するハニカム外周側のセル壁３である外壁３ｄの壁厚をｔ４とする。そうすると、基準境界セル２１は、ｔ１＜ｔ３、ｔ２＜ｔ４、ｔ１とｔ２とが同等、ｔ３とｔ４とが同等となっている。

なお、上記において、基準境界セル２１における薄壁３ａの壁厚、厚壁３ｃの壁厚、中壁３ｂの壁厚、外壁３ｄの壁厚には、ぞれぞれ、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の方向で同様に現れる各基準境界セル２１における各薄壁３ａの壁厚測定値の平均値、各厚壁３ｃの壁厚測定値の平均値、各中壁３ｂの壁厚測定値の平均値、各外壁３ｄの壁厚測定値の平均値が用いられる。

−要件３−
ハニカム構造体は、
薄壁と、中壁と、薄壁と中壁との接続部からなる第１の基準セル頂点から薄壁と反対側に延びるセル壁と、第１の基準セル頂点から中壁と反対側に延びるセル壁と、の４つのセル壁によって構成される第１の基準十字ユニット、および、
厚壁と、外壁と、厚壁と外壁との接続部からなる第２の基準セル頂点から厚壁と反対側に延びるセル壁と、第２の基準セル頂点から外壁と反対側に延びるセル壁と、の４つのセル壁によって構成される第２の基準十字ユニットを有する。以下、要件３について説明する。

図２に示されるように、薄壁３ａと、中壁３ｂと、薄壁３ａと中壁３ｂとの接続部からなる第１の基準セル頂点３１１から薄壁３ａと反対側に延びるセル壁３ｅと、第１の基準セル頂点３１１から中壁３ｂと反対側に延びるセル壁３ｆと、の４つのセル壁３にて、第１の基準十字ユニット３１が定義される。また、厚壁３ｃと、外壁３ｄと、厚壁３ｃと外壁３ｄとの接続部からなる第２の基準セル頂点３２２から厚壁３ｃと反対側に延びるセル壁３ｇと、第２の基準セル頂点３２２から外壁３ｄと反対側に延びるセル壁３ｈと、の４つのセル壁３にて、第２の基準十字ユニット３２が定義される。

なお、セル壁３ｅの壁厚、セル壁３ｆの壁厚、セル壁３ｇの壁厚、セル壁３ｈの壁厚は、ぞれぞれ、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の方向で同様に現れる各基準境界セル２１における各セル壁３ｅの壁厚測定値の平均値、各セル壁３ｆの壁厚測定値の平均値、各セル壁３ｇの壁厚測定値の平均値、各セル壁３ｈの壁厚測定値の平均値が用いられる。

−要件４−
ハニカム構造体は、第１の基準セル頂点または第２の基準セル頂点を出発点とし、セル壁に沿って一つ飛び毎に配置されたセル頂点から四方に延び、かつ、当該セル頂点で互いに接続される４つのセル壁によって構成される十字ユニットを複数有する。以下、要件４について説明する。

ハニカム構造体１は、複数のセル２の各セル頂点３３０から放射状に延びる４つのセル壁３によって構成されるセル壁群を有している。ここで、図１に示されるように、中心領域１１、外周強化領域１２のいずれの領域においても、セル壁群の選択の仕方は、２通り考えられる。つまり、一つは、ハニカム構造体１が、図１に示される丸印がつけられた各セル頂点３３０からそれぞれ放射状に延びる４つのセル壁３によって構成されるセル壁群を複数有しているとするものである。もう一つは、ハニカム構造体１が、図１に示される丸印のない各セル頂点３３０からそれぞれ放射状に延びる４つのセル壁３によって構成されるセル壁群を複数有しているとするものである。

要件４は、上記の２通りのセル壁群の選択の仕方を１つに絞り込むための要件となる。具体的には、要件３にて定義された第１の基準セル頂点３１１または第２の基準セル頂点３２２を出発点とし、セル壁３に沿って一つ飛び毎に配置されたセル頂点３３０から四方に延び、かつ、当該セル頂点３３０で互いに接続される４つのセル壁３によって構成されるセル壁群が十字ユニット３３とされる。したがって、本実施形態では、図１に示される丸印がつけられたセル頂点３３０からそれぞれ放射状に延びる４つのセル壁３によって構成されるセル壁群が、十字ユニット３３となる。そのため、図１に示される丸印のないセル頂点３３０からそれぞれ放射状に延びる４つのセル壁３によって構成されるセル壁群は、十字ユニット３３にはならない。

ハニカム構造体１は、複数の十字ユニット３３を有している。ハニカム構造体１は、具体的には、隣接する十字ユニット３３同士が繋がることによってセル構造が形成されている。

−要件５−
中心領域および外周強化領域の全ての十字ユニットにおいて、当該十字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。

上述した要件５で決定される十字ユニット３３は、断面四角形状のセル２を構成するための最小単位となるものである。本実施形態では、具体的には、図１に例示されるように、中心領域１１内にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３は、各十字ユニット３３ごとにセル壁３の壁厚が同等とされるとともに、各十字ユニット３３同士のセル壁３の厚みも同等とされている。一方、外周強化領域１２内にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３は、各十字ユニット３３ごとにセル壁３の壁厚が同等とされるとともに、各十字ユニット３３のセル壁３の壁厚は、いずれも、中心領域１１内にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３のセル壁３の壁厚よりも厚化されている。

ハニカム構造体１は、上記構成を有しており、中心領域１１および外周強化１２の全ての十字ユニット３３において、当該十字ユニット３３ごとにセル壁３の壁厚が同等とされている。そのため、例えば、実施形態６で後述する、複数の坏土供給孔５１０および複数のスリット５２０を有する金型５を用いたハニカム構造体１の押し出し成形時に、４つのスリット５２０のスリット接続部からなるスリット頂点５２１の全てではなく、スリット５２０に沿って一つ飛び毎にあるスリット頂点５２１のそれぞれに対して一つの坏土供給孔５１０から坏土を導入し、スリット頂点５２１から同等の幅とされた４つのスリット５２０内に均一に坏土を広げることで、十字ユニット３３を形成することができる。つまり、ハニカム構造体１は、十字ユニット３３ごとにセル壁３の壁厚が同等とされているので、各十字ユニット３３の形成時に、スリット頂点５２１から延びる４つのスリット５２０間で生じる坏土流れの抵抗差が小さくなる。それ故、ハニカム構造体１は、外周強化領域１２を有していても、押し出し成形時に局所的な成形欠損が生じ難い。よって、ハニカム構造体１は、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制することができ、キャニング時の応力集中による破壊を抑制することが可能になる。

ここで、ハニカム構造体１では、十字ユニット３３を構成する４つのセル壁３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を、１０％以下とすることができる。

この構成によれば、ハニカム構造体１の各十字ユニット３３の形成時に、スリット頂点５２１から延びる４つのスリット５２０間で生じる坏土流れの抵抗差を小さくしやすくなり、隣接する十字ユニット３３間でセル壁３が繋がっていない状態等の成形欠損が生じ難くなる。そのため、この構成によれば、材料バラツキを考慮した場合でも、平均アイソスタティック強度および最小アイソスタティック強度の両方を十分に確保することが可能なハニカム構造体１が得られる。また、この構成によれば、成形欠陥による不良率の低減にも有利なハニカム構造体１が得られる。

壁厚差割合は、ハニカム構造体１の構造体強度の確保を確実なものとするなどの観点から、好ましくは、１０％未満、より好ましくは、９％以下、さらに好ましくは、８％以下、さらにより好ましくは、７％以下、さらに一層好ましくは、６％以下とすることができる。壁厚差割合は、壁厚差があっても、ハニカム構造体１の構造体強度を低下させるような成形欠陥を含む十字ユニット３３が形成され難くなるなどの観点から、さらにより一層好ましくは、５％以下とすることができる。

ハニカム構造体１において、外周強化領域１２が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に何セル目のセルまでの領域より構成されているかは、以下のようにして、判断される。

９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の方向において、仮想平行線Ｌ１に接し、かつ、外周壁４に接するセル２を１セル目のセルとする。なお、外周壁４に接するセル２は、通常、断面四角形状となっていないが、このような不完全なものもセル２として数えられる。９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の各方向において、仮想平行線Ｌ１に接して並ぶ複数のセル２を、１セル目からハニカム中心軸１０方向に向かって順に数えていく。すると、図３に例示されるように、外周壁４に接するセル２から（ｍ＋１）セル目で、囲繞セル２００のセル壁３の壁厚と同等の壁厚のセル壁３によって構成される十字ユニット３３を含むセル２が現れる。なお、ｍは、自然数である。この（ｍ＋１）セル目のセル２と一つ前のｍセル目のセル２との境界をなすセル壁３を外内境界壁３０とし、この外内境界壁３０を壁厚方向で二等分する二等分線Ｔに接する仮想円Ｃを描く。仮想円Ｃは、ハニカム中心軸１０と中心が一致する同心円である。この仮想円Ｃよりも外側にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３のセル壁３の壁厚が、囲繞セル２００のセル壁３の壁厚よりも壁厚が厚く強化されているとき、外周強化領域１２は、外周壁４からハニカム中心軸１０方向にｍセル目のセル２までの領域より構成されているということになる。つまり、外周強化領域１２の強化セル数はｍセルということになる。また、仮想円Ｃは、中心領域１１と外周強化領域１２との境界円となっている。但し、中心領域１１は、上述した要件５との関係で、その外周縁に、囲繞セル２００のセル壁３の壁厚よりも壁厚が厚いセル壁３を一部含むことができる。例えば、中心領域１１の外周縁には、上述した要件５との関係で、外周強化領域１２内にセル頂点３３０がある十字ユニット３３のセル壁３の一部が入り込んでいてもよい。

これを図１のハニカム構造体１について見ると、本実施形態は、外周強化領域１２が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に４セル目のセル２までの領域より構成されている例であり、外周強化領域１２の強化セル数は４セルであることが理解される。また、本実施形態では、外周強化領域１２にあるセル２を構成するセル壁３の壁厚は、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に１セル目のセル２〜４セル目のセル２まででいずれも同等とされている例が示されている。

ハニカム構造体１において、外周強化領域１２は、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に少なくとも４セル目以上にあるいずれかのセル２までの領域より構成されていることが好ましい。強化セル数が４セル以上の外周強化領域１２を有するハニカム構造体１は、強化セル数が４セルよりも少ない外周強化領域１２を有するハニカム構造体１に比べ、アイソスタティック強度を向上させやすい利点があるからである。また、断面四角形状のセル２を有するハニカム構造体１では、ＣＡＥ解析より外周部ほど高い応力が発生することがわかっている。特に、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に４セル目のセル２までの領域は、キャニング時の応力集中が大きい。そのため、上記構成とすることにより、キャニング時の応力集中による破壊を効果的に抑制することが可能となり、ハニカム構造体１の構造体強度の向上に有利となる。

外周強化領域１２は、上記効果を確実なものとするなどの観点から、より好ましくは、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に少なくとも５セル目以上にあるいずれかのセル２までの領域より構成することができる。

一方、ハニカム構造体１において、外周強化領域１２は、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に多くとも２０セル目以内にあるいずれかのセル２までの領域より構成されていることが好ましい。外周強化領域１２を、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に２０セル目を超えるところにあるセル２までの領域より構成しても、ハニカム構造体１の大きな強度向上は望めない。また、ハニカム構造体１のセル数は、外周部ほど多くなる。そのため、外周部のセル壁３が厚化されると、ハニカム構造体１の圧力損失が増加する。特に、外周強化領域１２の強化セル数が２０セルを超えると、ハニカム構造体１の圧力損失が急激に大きくなりやすい。そのため、上記構成とすることにより、圧力損失の増加を抑制しつつ、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制し、キャニング時の応力集中による破壊を抑制することが可能になる。

外周強化領域１２は、上記効果を確実なものとするなどの観点から、より好ましくは、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に多くとも１８セル目以内にあるいずれかのセル２までの領域より構成することができる。なお、ハニカム構造体１におけるセル密度は、例えば、４６．５セル／ｃｍ^２〜１５５セル／ｃｍ^２（３００ｃｐｓｉ〜１０００ｃｐｓｉ）などとすることができる。

（実施形態２）
実施形態２のハニカム構造体１について、図４、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。

ハニカム構造体１は、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を満たしている。以下、各要件について説明する。

−要件１−
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。

図１に例示されるように、ハニカム構造体１は、中心領域１１と、外周強化領域１２と、を有している。ハニカム中心軸１０がセル中心を通るセル２を、中心セル２０１としたとき、中心領域１１は、中心セル２０１のセル壁３と同等の壁厚のセル壁３を有している。中心セル２０１は、４つのセル壁３によって周囲のセル２と区画されている。中心セル２０１のセル壁３の壁厚には、具体的には、中心セル２０１を取り囲む４つの各セル壁３の壁厚の平均値が用いられる。中心領域１１は、基本的には、外周強化領域１２に比べ、壁厚が厚化されていないセル壁３を複数含んで構成されている。但し、中心領域１１において、中心セル２０１の周囲に配置されているセル壁３の壁厚を算出するにあたり、後述する要件５との関係で外周強化領域１２から中心領域１１に一部入り込んでいる厚化されたセル壁３の壁厚は除かれる。

外周強化領域１２は、中心領域１１の外周において中心セル２０１のセル壁３の壁厚よりも壁厚が厚いセル壁３を有している。つまり、外周強化領域１２は、中心領域１１に比べ、壁厚が厚化されたセル壁３を複数含んで構成されている。本実施形態では、図４に例示されるように、外周強化領域１２における複数のセル壁３の壁厚は、いずれも同等とされている。なお、他の実施形態にて後述するが、外周強化領域１２は、後述する要件５を満たす限りにおいて、壁厚の異なる厚化されたセル壁３を含むことができる。

−要件２−
ハニカム中心軸を通り、かつ、セル壁の中点を通ってセル壁に直交する仮想直交線上に沿って並ぶ複数のセルのうち、仮想直交線に平行な二辺のセル壁の壁厚が異なる厚みとされた基準境界セルに着目したとき、
基準境界セルにおける、仮想直交線に平行な一方の薄いセル壁である薄壁の壁厚をｔ１、仮想直交線に平行な他方の厚いセル壁である厚壁の壁厚をｔ３、仮想直交線と直交するハニカム中心側のセル壁である中壁の壁厚をｔ２、仮想直交線と直交するハニカム外周側のセル壁である外壁の壁厚をｔ４、としたとき、
ｔ１＜ｔ３、ｔ２＜ｔ４、ｔ１とｔ２とが同等、ｔ３とｔ４とが同等である。

図４には、ハニカム中心軸１０を通り、かつ、セル壁３の中点を通ってセル壁３に直交する破線Ｌ２_０、Ｌ２_９０、Ｌ２_１８０、Ｌ２_２７０が示されている。図４では、ハニカム中心軸１０を通り、かつ、セル壁３に直交するある１本の破線（図４では、１２時の位置にある破線Ｌ２_０）の方向を０度方向としたとき、そこから時計回りに９０度、１８０度、２７０度の位置にある各破線Ｌ２_０、Ｌ２_９０、Ｌ２_１８０、Ｌ２_２７０の方向が、それぞれ、９０度方向、１８０度方向、２７０度方向とされる。図５は、図４におけるＬ２_０、Ｌ２_９０、Ｌ２_１８０、Ｌ２_２７０の位置周辺の配置されたセル２およびセル壁３を拡大して示したものである。

図４に例示されるように、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の４方向にある各破線Ｌ２_０、Ｌ２_９０、Ｌ２_１８０、Ｌ２_２７０は、ハニカム中心軸１０を通り、かつ、セル壁３の中点を通ってセル壁３に直交しているため、要件１における仮想直交線Ｌ２とされる。当該仮想直交線Ｌ２は、ハニカム中心軸１０を通るハニカム径方向の直線である。９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の各方向において、仮想直交線Ｌ２上に沿って並ぶ複数のセル２を、外周壁４側からハニカム中心軸１０方向に向かって順に見ていくと、図５に例示されるように、ある所において、隣接するセル２間でセル壁３の厚みが異なるセル２が現れる。そのセル２では、仮想直交線Ｌ２に平行な二辺のセル壁３が異なる厚みとされている。このセル２が、基準境界セル２１とされる。以降は、実施形態１で説明した要件２と同様であるので、説明を省略する。また、要件３〜要件５についも、基本的には、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

上述した実施形態１のハニカム構造体１は、ハニカム中心軸１０が４つの囲繞セル２００により取り囲まれるセル構造を有している。これに対し、本実施形態のハニカム構造体１は、ハニカム中心軸１０がセル中心を通る中心セル２０１を備えるセル構造を有している。本実施形態のハニカム構造体１も、実施形態１のハニカム構造体１と同様に、外周強化領域１２を有していても、押し出し成形時に局所的な成形欠損が生じ難い。よって、本実施形態のハニカム構造体１は、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制することができ、キャニング時の応力集中による破壊を抑制することができる。その他の構成および作用効果は、実施形態１と同様である。

なお、本実施形態のハニカム構造体１の外周強化領域１２における強化セル数の数え方は、実施形態１にて説明した強化セル数の数え方における「仮想平行線Ｌ１に接して並ぶ複数のセル２」を、本実施形態に合わせて「仮想直交線Ｌ２上に沿って並ぶ複数のセル２」等と適宜読み替えることによって理解することができる。

（実施形態３）
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。

図６に例示されるように、本実施形態のハニカム構造体１は、外周強化領域１２が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に４セル目のセル２までの領域より構成されている例であり、外周強化領域１２の強化セル数が４セルである点で、実施形態１のハニカム構造体１と同様である。

しかし、本実施形態では、外周強化領域１２にあるセル２を構成するセル壁３の壁厚が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に向かって小さくなっている点で、実施形態１のハニカム構造体１と異なっている。

すなわち、本実施形態では、外周強化領域１２にあるセル２を構成するセル壁３の壁厚が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に１セル目のセル２で最大となっており、かつ、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に向かって徐々に小さくなる構成とされている。

この構成によれば、外周強化領域１２内におけるセル２のセル壁３の壁厚が一様に厚くされているハニカム構造体１に比べ、圧力損失の増加を抑制しつつ、ハニカム構造体１の構造体強度を確保することが可能になる。これは、外周強化領域１２内におけるセル２のセル壁３の壁厚を一様に厚くする場合に比べ、ハニカム中心部に向けて徐々に応力を低減することが可能となり、かつ、圧力損失への影響を最小限にすることが可能になるためである。

なお、外周強化領域１２において、外周壁４からハニカム中心軸１０方向にＸセル目（但し、Ｘは、２以上、外周強化領域の強化セル数以下の自然数）のセル２を構成するセル壁３の壁厚には、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の各方向におけるＸセル目のセル２を構成する各セル壁３の壁厚測定値の平均値が用いられる。

本実施形態では、具体的には、外周強化領域１２内に、セル壁３の壁厚が異なる領域が、中心セル２０のセル中心を中心とする同心円状に複数存在している。以下、外周強化領域１２内において、外周壁４からＸセル目のセル２を含む領域と、一つ前の（Ｘ−１）セル目のセル２を含む領域との間で、セル壁３の壁厚を異ならせる場合を例に用いて説明する。

基本的には、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の各方向において仮想平行線Ｌ１に接して並ぶ複数のセル２の部分で見て、実施形態１で上述した外周強化領域１２における強化セル数の考え方と同様にして考えればよい。すなわち、上記の例では、Ｘセル目のセル２と（Ｘ−１）セル目のセル２との境界をなすセル壁３を内部境界壁３００とし、この内部境界壁３００を壁厚方向で二等分する二等分線（不図示）に接する仮想円Ｃｉを描く。仮想円Ｃｉは、ハニカム中心軸１０と中心が一致する同心円である。この仮想円Ｃｉ上および仮想円Ｃｉよりも外側にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３のセル壁３の壁厚を、仮想円Ｃｉよりも内側にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３のセル壁３の壁厚よりも厚くする。これにより、外周強化領域１２内において、外周壁４から（Ｘ−１）セル目のセルを含む領域のセル壁３の壁厚を、外周壁４からＸセル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚よりも厚くすることができる。

図６に例示されるハニカム構造体１は、外周強化領域１２において、外周壁４から４セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から３セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から２セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から１セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚とされている例である。

なお、図６に例示されるハニカム構造体１において、外周強化領域１２内に描かれた仮想円Ｃｉ_１は、１セル目の領域と２セル目の領域との境界をなす境界円である。同様に、外周強化領域１２内に描かれた仮想円Ｃｉ_２は、２セル目の領域と３セル目の領域との境界をなす境界円である。外周強化領域１２内に描かれた仮想円Ｃｉ_３は、３セル目の領域と４セル目の領域との境界をなす境界円である。また、外周壁４と仮想円Ｃｉ_１との間にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３は、いずれも、セル壁３の壁厚が同等とされている。同様に、仮想円Ｃｉ_１と仮想円Ｃｉ_２との間にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３は、いずれも、セル壁３の壁厚が同等とされている。仮想円Ｃｉ_２と仮想円Ｃｉ_３との間にセル頂点３３０がある各十字ユニット３３は、いずれも、セル壁３の壁厚が同等とされている。仮想円Ｃｉ_３と仮想円Ｃとの間にセル頂点がある各十字ユニット３３は、いずれも、セル壁３の壁厚が同等とされている。

本実施形態において、外周強化領域１２にある、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に１セル目のセル２を構成するセル壁３の壁厚は、中心領域１１にある囲繞セル２００を構成するセル壁３の壁厚の１．４倍以上、好ましくは、１．５倍以上とすることができる。

この構成によれば、キャニング時に最も応力集中の起こる１セル目の領域に発生する応力を低減しやすくなる。そのため、この構成によれば、ハニカム構造体１の構造体強度の向上に有利である。

なお、中心領域１１にある囲繞セル２００を構成するセル壁３の壁厚には、囲繞セル２００を構成する各セル壁３の壁厚測定値の平均値が用いられる。その他の構成および作用効果は、実施形態１と同様である。

（実施形態４）
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。

図７に例示されるように、本実施形態のハニカム構造体１は、ハニカム中心軸１０がセル中心を通る中心セル２０を有する例である。なお、本実施形態における、外周強化領域１２における強化セル数の考え方も、基本的には、実施形態３に倣って、９０度×ｎ（但し、ｎ＝０、１、２、３）の各方向において仮想直交線Ｌ２上に沿って並ぶ複数のセル２の部分で見て、同様に考えることができる。

本実施形態のハニカム構造体１は、外周強化領域１２が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に４セル目のセル２までの領域より構成されている例であり、外周強化領域１２の強化セル数は４セルである。また、ハニカム構造体１は、外周強化領域１２において、外周壁４から４セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から３セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から２セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から１セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚とされている。

本実施形態において、外周強化領域１２にある、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に１セル目のセル２を構成するセル壁３の壁厚は、中心領域１１にある中心セル２０１を構成するセル壁３の壁厚の１．４倍以上、好ましくは、１．５倍以上とすることができる。

この構成によれば、キャニング時に最も応力集中の起こる１セル目の領域に発生する応力を低減しやすくなる。そのため、この構成によれば、ハニカム構造体１の構造体強度の向上に有利である。

なお、中心領域１１にある中心セル２０１を構成するセル壁３の壁厚には、中心セル２０１を構成する各セル壁３の壁厚測定値の平均値が用いられる。その他の構成および作用効果は、実施形態３と同様である。

（実施形態５）
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。

図８に例示されるように、本実施形態のハニカム構造体１は、外周強化領域１２が、外周壁４からハニカム中心軸１０方向に３セル目のセル２までの領域より構成されている例であり、外周強化領域１２の強化セル数は３セルである。また、ハニカム構造体１は、外周強化領域１２において、外周壁４から３セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から２セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚＜外周壁４から１セル目のセル２を含む領域のセル壁３の壁厚とされている。その他の構成および作用効果は、実施形態３と同様である。

（実施形態６）
実施形態６の金型５について、図９〜図１１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四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。

図９〜図１１に例示されるように、本実施形態の金型５は、第１金型部５１と、第２金型部５２と、を有している。第１金型部５１は、ハニカム構造体１の原料となる坏土が供給される複数の坏土供給孔５１０を有している。本実施形態では、坏土供給孔５１０は、円柱形状を有する貫通孔より構成されている。なお、坏土には、通常、ハニカム構造体１のセル壁３の原料が粘土状に調製されたものが用いられる。

第２金型部５２は、坏土供給孔５１０から坏土が導入され、ハニカム構造体１における複数のセル壁３となる部分を形成するための複数のスリット５２０を有している。また、第２金型部５２は、中心スリット部（不図示）と、外周スリット部（不図示）と、を有している。中心スリット部は、ハニカム中心軸１０を取り囲む四つの囲繞セル２００のセル壁３、または、ハニカム中心軸１０がセル中心を通る中心セル２０のセル壁３と同等の壁厚のセル壁３となる部分を形成するため部位である。つまり、中心スリット部は、ハニカム構造体１の中心領域１１を形成するための部位である。一方、外周スリット部は、中心スリット部の外周において中心スリット部のスリット５２０よりも幅が大きいスリット５２０を有する部位である。つまり、外周スリット部は、ハニカム構造体１の外周強化領域１２を形成するための部位である。

図１０に、坏土供給孔５１０およびスリット頂点５２１の配置関係を示す。なお、図１０は、ハニカム中心軸１０を取り囲む四つの囲繞セル２００を有するハニカム構造体１を成形する金型５の一例である。また、図１０において、各スリット５２０は、便宜上、線で表されている。また、図１０では、各スリット５２０の幅の大小関係、中心スリット部および外周スリット部は省略されている。図１０に例示されるように、金型５において、第１金型部５１が有する複数の坏土供給孔５１０は、第２金型部５２が有する、４つのスリット５２０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いない。第１金型部５１の坏土供給孔５１０は、第２金型部５２のスリット５２０に沿って一つ飛び毎にあるスリット頂点５２１に合わせて配置されている。

金型５は、上記構成を有している。そのため、金型５を用いたハニカム構造体１の押し出し成形時に、４つのスリット５２０のスリット接続部からなるスリット頂点５２１の全てではなく、図１０に示されるように、スリット５２０に沿って一つ飛び毎にあるスリット頂点５２１のそれぞれに対して一つの坏土供給孔５１０から坏土を導入し、図１１に示されるように、スリット頂点５２１から同等の幅とされた４つのスリット５２０内に均一に坏土を広げることができる。つまり、金型５は、坏土供給孔５１０が配置されたスリット頂点５２１から放射状に延びる４つのスリット５２０の幅が坏土供給孔５１０ごとに同等とされているので、４つのスリット５２０間で生じる坏土流れの抵抗差を小さくすることができる。それ故、金型５によれば、ハニカム構造体１の外周強化領域１２の押し出し成形時に局所的な成形欠損が生じ難い。

よって、金型５は、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制可能なハニカム構造体１を成形することができる。実施形態１〜５に例示されるハニカム構造体１は、具体的には、例えば、次にようにして成形することができる。

各ハニカム構造体１における複数のセル壁３の壁厚およびセル壁配置に対応するスリット幅およびスリット配置を有する第２金型部５２と、第２金型部５２における一つ飛び毎にあるスリット頂点５２１に孔中心を合わせて坏土供給孔５１０が配置された第１金型部５１とを有する金型５を準備する。この際、金型５における第１金型部５１の坏土供給孔５１０の配置は、成形すべきハニカム構造体１の各十字ユニット３３のセル頂点３２０（図１、図４、図６〜図８で示される各丸印の部分）の配置と一致している。次いで、押し出し工程にて、坏土供給孔５１０に坏土を供給するとともにスリット頂点５２１に坏土を導入する。これにより、スリット頂点５２１に導入された坏土は、スリット頂点５２１から放射状に延びる４つのスリット５２０内に押し広げられる。また、スリット５２０内で押し広げられた坏土が、同様にして隣接する坏土供給孔５１０からスリット頂点５２１に導入されてスリット５２０内で押し広げられた坏土と一体化され、金型５から成形体が押し出される。以降は、公知の工程を適用することができる。以上により、実施形態１〜５に例示されるハニカム構造体１を製造することができる。

ここで、金型５では、坏土供給孔５１０が配置されたスリット頂点５２１から放射状に延びる４つのスリット５２０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を、１０％以下とすることができる。

この構成によれば、ハニカム構造体１の各十字ユニット３３の形成時に、スリット頂点５２１から延びる４つのスリット５２０間で生じる坏土流れの抵抗差を小さくしやすくなり、隣接する十字ユニット３３間でセル壁３が繋がっていない等の成形欠損が生じ難くなる。そのため、この構成によれば、材料バラツキを考慮した場合でも、平均アイソスタティック強度および最小アイソスタティック強度の両方を十分に確保することが可能なハニカム構造体１が得られる。また、この構成によれば、成形欠陥による不良率の低減にも有利なハニカム構造体１が得られる。

幅差割合は、押し出し成形によるハニカム構造体１の構造体強度の確保を確実なものとするなどの観点から、好ましくは、１０％未満、より好ましくは、９％以下、さらに好ましくは、８％以下、さらにより好ましくは、７％以下、さらに一層好ましくは、６％以下とすることができる。幅差割合は、上述したハニカム構造体１の壁厚差割合を５％以下しやすくなるなどの観点から、さらにより一層好ましくは、５％以下とすることができる。

また、金型５において、坏土供給孔５１０の孔径は、供給率比が一定となるように構成されているとよい。この構成によれば、各坏土供給孔５１０から各スリット５２０へ供給される坏土量を均一にしやすくなる。そのため、この構成によれば、十字ユニット３３ごとにセル壁３の壁厚が同等とされたハニカム構造体１を得やすい金型５が得られる。なお、上記供給率比は、図１２に示されるように、スリット頂点５２１から放射状に延びる４つのスリット５２０の断面積／坏土供給孔５１０の断面積で算出される。上記断面は、坏土供給孔５１０の孔軸に垂直な断面である。

また、金型５は、中心スリット部につながる坏土供給孔５１０の孔径＜外周スリット部につながる坏土供給孔５１０の孔径の関係を満たしていることが好ましい。この構成によれば、厚化させたスリット５２０の幅に応じて供給すべき坏土量が増えるため、それに応じて供給する孔径を大きくすることにより、スリット幅差に応じたセル壁厚差を有する成形体を効果的に得ることが可能になる。

＜実験例１＞
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。なお、本実験例では、ハニカム中心軸を取り囲む四つの囲繞セルを有するハニカム構造体を作製した。

具体的には、試験体３は、図６に例示されるように、中心領域および外周強化領域の全ての十字ユニットにおいて、当該十字ユニットごとにセル壁の壁厚が同等とされており、要件５を満たしている。また、試験体４は、試験体３と強化セル数が異なるが、基本的には、試験体３と同様である。これらに対して、試験体１、２は、上記要件５を満たしていない。具体的には、試験体１は、従来のハニカム構造体であり、図１８に示されるように、各セル頂点から放射状に延びる４つのセル壁のうち、少なくとも１つのセル壁の壁厚が残りのセル壁の壁厚と異なる部位を含んでいる。図示はしないが、試験体２も、試験体１と同様である。

代表として試験体１および試験体３を用いてその詳細を説明する。本実験例では、試験体のハニカム構造体における外周壁の厚みは、０．３５ｍｍ、外形は、直径１１７ｍｍ×高さ１００ｍｍとした。金型のスリットは、次の通りとした。
・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

上記の金型を用いた場合、押し出し成形されるハニカム構造体のセル壁は、次の通りとなった。
・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１から以下のことがわかる。試験体１、２は、アイソスタティック強度が低かった。この原因について調査したところ、試験体１、２では、外周部にセル壁の壁厚の薄い部位や坏土不足などの成形欠陥が見られた。そして、当該成形欠陥の部分でのセル壁の割れが確認された。これは、試験体１、２では、そのセル壁構造に起因して、金型の一つの坏土供給孔から幅の異なる複数のスリットへ坏土を導入せざるをえない箇所が生じ、その結果、幅が狭く、坏土の流れ抵抗の高いスリットに坏土が均一に流れ難くかったことによる。

これらに対し、試験体３、４は、試験体１、２に比較して、高いアイソスタティック強度を示した。これは、試験体３、４では、十字ユニットごとにセル壁の壁厚が同等とされているので、各十字ユニットの形成時に、スリット頂点から延びる４つのスリット間で生じる坏土流れの抵抗差が小さくなり、局所的な成形欠損が生じ難かったことによる。

＜実験例２＞
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、十字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。

なお、壁厚差の計測は、ミツトヨ社製、ＣＮＣ画像処理装置「ＱＶ−Ｈ４Ａ」を用い、光透過させた試験体をカメラで観察し、セル壁の壁厚を全数自動計測することにより行った。上記装置によれば、成形欠陥による異常な計測値の確認や、成形欠陥の画像での確認が可能である。また、上記装置によれば、成形欠陥の部分では、測定エラーとしてセル壁の壁厚が０とされる。

表２から以下のことがわかる。試験体５、６によれば、アイソスタティック強度（平均値）の低下はなく、最大アイソスタティック強度および最小アイソスタティック強度ともに同レベルであることがわかる。この結果から、壁厚差割合が５％以下であれば、壁厚差があっても、ハニカム構造体の構造体強度を低下させるような成形欠陥を含む十字ユニットが形成され難いことがわかる。

また、試験体７、８によれば、最大アイソスタティック強度は、ほとんど変わらないものの、最小アイソスタティック強度の低下が見られた。試験体８の破壊前画像を見ると、壁厚差割合が１０％である一部の十字ユニットにおいて、セル壁の欠けが確認された。この結果から、壁厚差割合が１０％に近づくほど、セル壁の欠けが出る確率が増加すると考えられる。また、壁厚差割合が小さいほど、アイソスタティック強度を確保しやすくなるといえる。これは、成形欠陥の減少により、低いアイソスタティック強度を示すものが少なくなることによる。

これらに対し、試験体９のように、壁厚差割合が１０％を超えると、ｎ＝２０のすべてのワークに成形欠陥が確認され、低いアイソスタティック強度しか示さなかった。

＜実験例３＞
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。

なお、圧力損失の測定は、次のようにして実施した。図１３に模式的に示されるように、配管部９１と、ハニカム構造体１が内部に収容される収容部９２と、配管部９１と収容部９２との間を繋ぐ拡径部９３と、を有する評価コンバータ９を準備した。配管部９１の直径φ１は、５０．５ｍｍとした。収容部９２の直径φ２は、１２３ｍｍとした。拡径部９３の長さｌ１は、５５ｍｍとした。ハニカム構造体１の一端面と当該一端面側の拡径部９３との距離ｌ２は、５ｍｍとした。ハニカム構造体１の他端面と当該他端面側の拡径部９３との距離ｌ３は、１０ｍｍとした。ハニカム構造体１に流す排ガスのガス流量は、７ｍ^３／分、ガス温度は、６００度とした。排ガスを発生させるエンジンには、４．６Ｌ Ｖ８エンジンを用いた。

表３、図１４〜図１６から以下のことがわかる。表３、図１４および図１５によれば、外周強化領域を、外周壁から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セルまでの領域より構成する、つまり、外周強化領域の強化セル数を少なくとも４セル以上とすることにより、外周強化領域の強化セル数が４セルよりも少ない場合に比べ、アイソスタティック強度を向上させやすくなることがわかる。ここで、図１６に、ＣＡＥ解析によるハニカム構造体の外周壁からのセル数と応力比との関係を示す。図１６によれば、断面四角形状のセルを有するハニカム構造体では、外周部ほど高い応力が発生することがわかる。特に、外周壁からハニカム中心軸方向に４セル目のセルまでの領域では、発生する応力が急激に高くなることがわかる。この結果からも、外周強化領域の強化セル数を少なくとも４セル以上とすることにより、キャニング時の応力集中による破壊を効果的に抑制することが可能となり、ハニカム構造体の構造体強度の向上に有利であることがわかる。

一方、表３および図１５によれば、外周強化領域の強化セル数が２０セルを超えると、ハニカム構造体の圧力損失が急激に大きくなる傾向が見られた。これは、排ガスが集中しやすいハニカム中心部付近までセル壁を厚化し始めているためにその影響が大きく出たことなどが原因として考えられる。この結果によれば、圧力損失の増加を抑制しつつ、成形欠陥による構造体強度の低下を抑制し、キャニング時の応力集中による破壊を抑制するなどの観点から、外周強化領域の強化セル数を２０セル以内とすることが好ましいことがわかる。

＜実験例４＞
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４から以下のことがわかる。表４の試験体２１と２２、試験体２３と２４、試験体２５と２６とをそれぞれ比較すると、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場合には、圧力損失の増加を抑制しつつ、ハニカム構造体の構造体強度を確保することが可能になることがわかる。これは、外周強化領域内におけるセルのセル壁の壁厚を一様に厚くする場合に比べ、ハニカム中心部に向けて徐々に応力を低減することが可能となり、かつ、圧力損失への影響を最小限にすることが可能になることによる。

＜実験例５＞
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。

表５、図１７から以下のことがわかる。表５、図１７によれば、１セル目のセル壁の壁厚を、中心セルのセル壁の壁厚の１．４倍以上とすることにより、ハニカム構造体のアイソスタティック強度を向上させやすくなることがわかる。この結果から、上記構成を採用することにより、キャニング時に最も応力集中の起こる１セル目の領域に発生する応力を低減しやすくなり、ハニカム構造体の構造体強度の向上に有利になることがわかる。

本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。

１ ハニカム構造体
１０ ハニカム中心軸
１１ 中心領域
１２ 外周強化領域
２ セル
２００ 囲繞セル
２０１ 中心セル
２１ 基準境界セル
３ セル壁
３ａ 薄壁
３ｃ 厚壁
３ｂ 中壁
３ｄ外壁
３１ 第１の基準十字ユニット
３１１ 第１の基準セル頂点
３２ 第２の基準十字ユニット
３２２ 第２の基準セル頂点
３３ 十字ユニット
３３０ セル頂点
４ 外周壁
Ｌ１ 仮想平行線
Ｌ２ 仮想直交線
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 (11)

1. 互いに隣接する断面四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を取り囲む四つの囲繞セル（２００）の上記セル壁、または、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル（２０１）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囲繞セルの上記セル壁、または、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、上記セル壁に平行な仮想平行線（Ｌ１）に接する複数の上記セルのうち、または、上記ハニカム中心軸を通り、かつ、上記セル壁の中点を通って上記セル壁に直交する仮想直交線（Ｌ２）上に沿って並ぶ複数の上記セルのうち、上記仮想平行線または上記仮想直交線に平行な二辺の上記セル壁の壁厚が異なる厚みとされた基準境界セル（２１）に着目したとき、
   上記基準境界セルにおける、上記仮想平行線または上記仮想直交線に平行な一方の薄い上記セル壁である薄壁（３ａ）の壁厚をｔ１、上記仮想平行線または上記仮想直交線に平行な他方の厚い上記セル壁である厚壁（３ｃ）の壁厚をｔ３、上記仮想平行線または上記仮想直交線と直交するハニカム中心側の上記セル壁である中壁（３ｂ）の壁厚をｔ２、上記仮想平行線または上記仮想直交線と直交するハニカム外周側の上記セル壁である外壁（３ｄ）の壁厚をｔ４、としたとき、
   ｔ１＜ｔ３、ｔ２＜ｔ４、ｔ１とｔ２とが同等、ｔ３とｔ４とが同等である。
   要件３：上記ハニカム構造体は、
   上記薄壁と、上記中壁と、上記薄壁と上記中壁との接続部からなる第１の基準セル頂点（３１１）から上記薄壁と反対側に延びる上記セル壁と、上記第１の基準セル頂点から上記中壁と反対側に延びる上記セル壁と、の４つの上記セル壁によって構成される第１の基準十字ユニット（３１）、および、
   上記厚壁と、上記外壁と、上記厚壁と上記外壁との接続部からなる第２の基準セル頂点（３２２）から上記厚壁と反対側に延びる上記セル壁と、上記第２の基準セル頂点から上記外壁と反対側に延びる上記セル壁と、の４つの上記セル壁によって構成される第２の基準十字ユニット（３２）を有する。
   要件４：上記ハニカム構造体は、上記第１の基準セル頂点または上記第２の基準セル頂点を出発点とし、上記セル壁に沿って一つ飛び毎に配置されたセル頂点（３３０）から四方に延び、かつ、当該セル頂点で互いに接続される４つの上記セル壁によって構成される十字ユニット（３３）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十字ユニットにおいて、当該十字ユニットごとに上記セル壁の壁厚が同等とされている。
2. 上記十字ユニットを構成する４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に記載のハニカム構造体。
3. 上記壁厚差割合が５％以下である、請求項２に記載のハニカム構造体。
4. 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１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
5. 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１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
6. 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１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
7. 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囲繞セルまたは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１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
8. 互いに隣接する断面四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を取り囲む四つの囲繞セル（２００）の上記セル壁、または、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る中心セル（２０１）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、４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４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）。
9. 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４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８に記載の金型。
10. 上記幅差割合が５％以下である、請求項９に記載の金型。
11. 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８〜請求項１０のいずれか１項に記載の金型。

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