JP6976212B2 - 目封止ハニカムセグメント、及び目封止ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
前記セルのいずれか一方に端面側に配設された目封止部と、を備え、
前記ハニカムセグメントは、前記セルの延びる方向に直交する断面において、四角形の前記セルの周囲を、4つの六角形の前記セルが取り囲むように構成されたセル構造を有し、
四角形の前記セルは、前記第一端面側の端部が、前記目封止部によって目封止されており、
六角形の前記セルは、前記第二端面側の端部が、前記目封止部によって目封止されており、
前記断面において、前記ハニカムセグメントの周縁のそれぞれの角部に、前記六角形のセルが位置するように配置されるとともに、それぞれの前記角部に配設された前記六角形のセルは、六角形の一の頂点が、前記ハニカムセグメントの周縁の角部の頂点を向くように配置されており、
それぞれの前記角部に配設された前記六角形のセルの内部には、前記六角形の前記一の頂点を含む部位に、多孔質材料が配設されており、
前記ハニカムセグメントの周縁の前記角部において、前記多孔質材料によって構成された肉厚部を有し、前記断面において、前記ハニカムセグメントの周縁の前記角部に位置する前記六角形のセルの二辺を含む三角形の面積S0に対する、前記肉厚部の面積S1の比率が、0.125〜2.0である、目封止ハニカムセグメント。
前記目封止ハニカムセグメント接合体の外周面に配設された外周壁と、を備えた、目封止ハニカム構造体。
本発明の目封止ハニカムセグメントの第一実施形態は、図1〜図4に示す目封止ハニカムセグメント100である。図1〜図4に示すように、目封止ハニカムセグメント100は、第一端面11及び第二端面12を有し、四角柱状を呈するハニカムセグメント4と、セル2のいずれか一方に端面側に配設された目封止部5と、を備えたものである。ここで、図1は、本発明の目封止ハニカムセグメントの第一実施形態を模式的に示す、第一端面側からみた斜視図である。図2は、図1に示す目封止ハニカムセグメントを、第一端面側からみた平面図である。図3は、図2に示す目封止ハニカムセグメントの一部を拡大した拡大平面図である。図4は、図2のA−A’断面を模式的に示す、断面図である。
次に、本発明の目封止ハニカムセグメントを製造する方法について説明する。なお、以下に説明する製造方法は、本発明の目封止ハニカムセグメントを製造する方法の一例であり、以下に説明する製造方法に限定されるものではない。
次に、本発明の目封止ハニカムセグメントの第二実施形態〜第五実施形態について、図8〜図15を参照しつつ説明する。ここで、図8、図10、図12及び図14は、本発明の目封止ハニカムセグメントの第二実施形態〜第五実施形態を模式的に示す、第一端面側からみた平面図である。図9、図11、図13及び図15は、図8、図10、図12及び図14に示す各目封止ハニカムセグメントの一部を拡大した拡大平面図である。
次に、本発明の目封止ハニカム構造体の実施形態について、図6及び図7を参照しつつ説明する。ここで、図6は、図1に示す目封止ハニカムセグメントを用いた目封止ハニカム構造体を模式的に示す、第一端面側からみた斜視図である。図7は、図6に示す目封止ハニカム構造体を、第一端面側からみた平面図である。
セラミックス原料として、炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを80:20の質量割合で混合した混合原料を準備した。炭化珪素(SiC)粉末の平均粒子径は、3〜40μmの範囲のものであった。この混合原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加するとともに、水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダーを用いて混練し、坏土を得た。
機械的強度の評価は、以下の方法で行った。まず、JASO規格(日本自動車技術会規格)に規定されているアイソスタティック強度試験にて、ハニカム構造体のアイソスタティック強度(Isostatic strength)を測定した。アイソスタティック強度は、等方的な静水圧荷重を負荷したときの圧縮破壊強度であって、破壊が発生したときの圧力値で示される。得られた測定結果について、下記評価基準に基づき評価を行った。なお、下記評価基準における比率(百分率)は、比較例1の測定結果を100%とした場合の比率である。
評価A:比較例1より+15%以上改善した場合、評価Aとする。
評価B:比較例1より+10%以上+15%未満改善した場合、評価Bとする。
評価C:比較例1より+5%以上+10%未満改善した場合、評価Cとする。
評価D:比較例1からの改善が+5%未満、又は改善が見られない場合、評価Dとする。
耐熱衝撃性(熱容量)の評価においては、以下に示す、電気炉による耐熱衝撃試験を実施した。耐熱衝撃試験は、まず、400℃に保った電気炉に、試料としての目封止ハニカム構造体を入れ、1時間加熱した。1時間経過後、目封止ハニカム構造体を室内に取り出し、冷えるまで外観を目視で観察しつつ、細い金属棒で目封止ハニカム構造体の外側面を全周にわたって軽く叩いた。この際、目封止ハニカム構造体にクラックが観察されず、且つ打音が金属音なら合格とした。合格の場合には、電気炉の温度を更に25℃上げ、同じ工程を繰り返し、目封止ハニカム構造体にクラックが観察されるか、又は打音が濁音となるまで続けた。そして、合格が確認された最高温度を、測定対象の目封止ハニカム構造体の耐熱衝撃性の評価値とした。得られた結果について、下記評価基準に基づき評価を行った。なお、下記評価基準における比率(百分率)は、比較例1の評価値を100%とした場合の比率である。
評価A+:比較例1より+100℃以上の場合、評価A+とする。
評価A:比較例1より+75℃の場合、評価Aとする。
評価B:比較例1より+50℃の場合、評価Bとする。
評価C:比較例1より+25℃の場合、評価Cとする。
評価D:比較例1と同等、又はそれ以下の場合、評価Dとする。
圧力損失の評価は、以下の方法で行った。特開2005−172652号公報(特願2003−414291)に記載の圧力損失測定装置にて、目封止ハニカム構造体の圧力損失を測定した。得られた測定結果について、下記評価基準に基づき評価を行った。
評価A:比較例1と同等の場合、評価Aとする。
評価B:比較例1より高い値を示した場合、評価Bとする。
熱応力の評価は、以下の方法で行った。まず、電気炉中に目封止ハニカム構造体を入れた。次に、室温から600℃まで電気炉中の雰囲気を変化させた時の、目封止ハニカム構造体の温度分布を取得した。次に、取得した温度分布について熱応力解析を実施して、目封止ハニカム構造体に発生した最大応力値を求めた。発生した最大応力値の結果について、下記評価基準に基づき評価を行った。なお、下記評価基準における比率(百分率)は、比較例1の評価値を100%とした場合の比率である。
評価A:比較例1より+5%以上の場合、評価Aとする。
評価B:比較例1に比して+5%未満の場合、評価Bとする。
目封止ハニカムセグメントの周縁の角部に位置する六角形のセルの二辺を含む三角形の面積S0に対する、肉厚部の面積S1の比率(S1/S0)を、表1に示すように変更したことが以外は、実施例1と同様の方法で、目封止ハニカムセグメントを作製した。そして、得られた目封止ハニカムセグメントを用いて、実施例1と同様の方法で、目封止ハニカム構造体を作製した。得られた目封止ハニカム構造体について、「機械的強度」、「耐熱衝撃性(熱容量)」、「圧力損失」、及び「熱応力」に関する評価を行った。評価結果を表1に示す。実施例2は、図8に示すようなセル構造であり、実施例3は、図10に示すようなセル構造であり、実施例4は、図12に示すようなセル構造であり、実施例5は、図14に示すようなセル構造であった。表1の「参照図」の欄は、各実施例において、セル構造を参照する図面の番号を示す。
実施例1〜5の目封止ハニカム構造体は、比較例1の目封止ハニカム構造体に比して、機械的強度及び耐熱衝撃性(熱容量)の評価において、優れた結果を得ることができた。また、圧力損失の評価に関し、実施例1〜4の目封止ハニカム構造体と、比較例1の目封止ハニカム構造体とは、ほぼ同等の値を示していた。このため、実施例1〜4の目封止ハニカム構造体は、圧力損失の低減を有効に抑制することができることが分かった。また、実施例5の目封止ハニカム構造体についても、圧力損失の増大は極めて僅かであり、耐熱衝撃性(熱容量)の評価が極めて優れていることに鑑みると、圧力損失の評価に関しても良好な結果であるといえる。
Claims (8)
- 第一端面及び第二端面を有する四角柱状を呈し、前記第一端面から前記第二端面に延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁、及び最外周に配設されたセグメント外壁を有するハニカムセグメントと、
前記セルのいずれか一方に端面側に配設された目封止部と、を備え、
前記ハニカムセグメントは、前記セルの延びる方向に直交する断面において、四角形の前記セルの周囲を、4つの六角形の前記セルが取り囲むように構成されたセル構造を有し、
四角形の前記セルは、前記第一端面側の端部が、前記目封止部によって目封止されており、
六角形の前記セルは、前記第二端面側の端部が、前記目封止部によって目封止されており、
前記断面において、前記ハニカムセグメントの周縁のそれぞれの角部に、前記六角形のセルが位置するように配置されるとともに、それぞれの前記角部に配設された前記六角形のセルは、六角形の一の頂点が、前記ハニカムセグメントの周縁の角部の頂点を向くように配置されており、
それぞれの前記角部に配設された前記六角形のセルの内部には、前記六角形の前記一の頂点を含む部位に、多孔質材料が配設されており、
前記ハニカムセグメントの周縁の前記角部において、前記多孔質材料によって構成された肉厚部を有し、前記断面において、前記ハニカムセグメントの周縁の前記角部に位置する前記六角形のセルの二辺を含む三角形の面積S0に対する、前記肉厚部の面積S1の比率が、0.125〜2.0である、目封止ハニカムセグメント。 - 前記断面において、前記面積S0に対する、前記肉厚部の面積S1の比率が、0.5〜1.0である、請求項1に記載の目封止ハニカムセグメント。
- 前記ハニカムセグメントのセル密度が、15〜78個/cm2である、請求項1又は2に記載の目封止ハニカムセグメント。
- 前記ハニカムセグメントの前記隔壁の厚さが、100〜450μmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の目封止ハニカムセグメント。
- 前記断面において、前記四角形のセルの面積B1に対する、前記六角形のセルの面積A1の比率が、0.5〜1.5である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の目封止ハニカムセグメント。
- 前記ハニカムセグメントは、前記セルの延びる方向に直交する断面の形状が、矩形である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の目封止ハニカムセグメント。
- 前記六角形は、対向する2つの頂点の内角の大きさが、それぞれ90°である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の目封止ハニカムセグメント。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の目封止ハニカムセグメントの複数個と、複数個の前記目封止ハニカムセグメントの側面同士を接合する接合層と、を有する目封止ハニカムセグメント接合体と、
前記目封止ハニカムセグメント接合体の外周面に配設された外周壁と、を備えた、目封止ハニカム構造体。
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