JP7003694B2 - Honeycomb structure - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカム構造体に関し、さらに詳しくは、断面六角形状のセルを有するハニカム構造体に関する。 The present invention relates to a honeycomb structure, and more particularly to a honeycomb structure having cells having a hexagonal cross section.
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。 Conventionally, in the field of vehicles such as automobiles, an exhaust gas purifying device has been used to purify an exhaust gas discharged from an internal combustion engine. The exhaust gas purification device has a honeycomb structure made of ceramics housed in an exhaust pipe and a catalyst component held in the honeycomb structure. The honeycomb structure usually has a plurality of cells adjacent to each other, a plurality of cell walls forming the plurality of cells, and an outer peripheral wall provided on the outer periphery of the plurality of cell walls to hold the cell wall. There is. The catalyst component is retained on the cell wall surface.
先行する特許文献1には、外周壁が楕円形状を呈するハニカム構造体において、断面六角形状のセルのB軸とC軸とのなす角度をθとしたときに30°<θ<45°であり、アイソスタティック強度が4MPa以上であるハニカム構造体が記載されている。
According to the preceding
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。特に、断面四角形状のセルを有するハニカム構造体に比べ、断面六角形状のセルを有するハニカム構造体は、構造体強度が低いため、キャニング時の応力集中によって破壊しやすい。 In recent years, due to stricter exhaust gas regulations and fuel consumption regulations, exhaust gas purification devices are required to have early warming up and low pressure loss. Along with this, in the honeycomb structure, the wall thickness of the cell wall is becoming thinner year by year. However, thinning the wall thickness reduces the structural strength of the honeycomb structure. Therefore, in the canning step of accommodating the honeycomb structure holding the catalyst component in the exhaust pipe, the honeycomb structure is liable to be broken by the compressive stress applied from the radial direction. In particular, the honeycomb structure having a cell having a hexagonal cross section has a lower structure strength than the honeycomb structure having a cell having a square cross section, and therefore is easily broken by stress concentration during canning.
これに対し、上述した従来のハニカム構造体では、構造体強度を向上させるため、正六角形状のセルをできる限り変形させずに(セル変形を30°<θ<45°の範囲の変形までにとどめる)、強度を確保しようとする。しかしながら、この技術によると、正六角形状のセルを部分的な変形にとどめることが難しく、ハニカム構造体を構成するセル全てを変形させる必要がある。そのため、従来のハニカム構造体では、圧力損失が大きくなる。また、従来のハニカム構造体は、そもそも、ハニカム構造体の外周壁が楕円形状を呈しているので、この点からも圧力損失が大きくなりやすい。 On the other hand, in the above-mentioned conventional honeycomb structure, in order to improve the strength of the structure, the cells having a regular hexagonal shape are not deformed as much as possible (the cell deformation is up to the deformation in the range of 30 ° <θ <45 °). (Keep it), try to secure the strength. However, according to this technique, it is difficult to limit the regular hexagonal cells to partial deformation, and it is necessary to deform all the cells constituting the honeycomb structure. Therefore, in the conventional honeycomb structure, the pressure loss becomes large. Further, in the conventional honeycomb structure, since the outer peripheral wall of the honeycomb structure has an elliptical shape in the first place, the pressure loss tends to be large from this point as well.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、圧力損失の上昇を抑制しつつ、構造体強度を向上可能なハニカム構造体を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a honeycomb structure capable of improving the strength of the structure while suppressing an increase in pressure loss.
本発明の一態様は、互いに隣接する断面六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)であって、
ハニカム中心軸(10)に垂直な断面視で、
正六角形状の複数の上記セルを含んで構成されており、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る正六角形状の中心セル(20)を有するベース領域と、
非正六角形状の複数の上記セルを含んで構成されており、上記ベース領域の外周に配置された外周強化領域(12)と、を有しており、
上記外周強化領域は、上記中心セルに対してB軸が30度傾いた仮想正六角形(H)を上記中心セルと同軸に描いたときに、当該仮想正六角形の辺(L)に垂直な方向を構成する上記セル壁の長さが上記ベース領域における上記セル壁の長さに比べて短くされた一対の短セル壁(30)を用いて形成される非正六角形状の扁平セル(21)を複数有しており、
複数の上記扁平セルは、上記仮想正六角形の辺に沿う方向に並んで配列されており、
上記仮想正六角形の辺に沿う方向で見て、上記扁平セルのセルピッチは、上記ベース領域における上記セルのセルピッチと同等とされており、
上記仮想正六角形の辺に沿う方向で同じ列に並んだ上記各扁平セルの上記短セル壁の長さは、それぞれ同等とされている、ハニカム構造体(1)にある。
One aspect of the present invention is provided on the outer periphery of a plurality of cells (2) having a hexagonal cross section adjacent to each other, a plurality of cell walls (3) forming the plurality of cells, and the plurality of cell walls. A honeycomb structure (1) having an outer peripheral wall (4) for holding a cell wall.
In cross-sectional view perpendicular to the honeycomb center axis (10)
A base region having a regular hexagonal center cell (20) in which the honeycomb center axis passes through the center of the cell, which is composed of a plurality of regular hexagonal cells.
It is configured to include a plurality of cells having a non-regular hexagonal shape, and has an outer peripheral strengthening region (12) arranged on the outer circumference of the base region.
The outer peripheral strengthening region is a direction perpendicular to the side (L) of the virtual regular hexagon when the virtual regular hexagon (H) whose B axis is tilted by 30 degrees with respect to the center cell is drawn coaxially with the center cell. A non-regular hexagonal flat cell (21) formed by using a pair of short cell walls (30) in which the length of the cell wall constituting the cell wall is shorter than the length of the cell wall in the base region. Have multiple
The plurality of the flat cells are arranged side by side along the sides of the virtual regular hexagon.
When viewed along the sides of the virtual regular hexagon, the cell pitch of the flat cell is equivalent to the cell pitch of the cell in the base region.
The lengths of the short cell walls of the flat cells arranged in the same row along the sides of the virtual regular hexagon are in the honeycomb structure (1), which are the same.
上記ハニカム構造体は、上記構成を有している。つまり、上記ハニカム構造体は、従来のハニカム構造体とは異なり、キャニング時に応力集中が発生しやすい外周強化領域に限って、上記構成を満たす扁平セルを用いて積極的にセルを一定方向に変形させており、ベース領域における正六角形状のセルは基本的に変形させていない。そのため、上記ハニカム構造体によれば、圧力損失の上昇を抑制することができる。また、高い座屈強度を有する短セル壁を有する扁平セルが外周強化領域に配置されることにより、ハニカム構造体の構造体強度を向上させることができる。 The honeycomb structure has the above configuration. That is, unlike the conventional honeycomb structure, the honeycomb structure positively deforms the cell in a certain direction by using a flat cell satisfying the above configuration only in the outer peripheral strengthening region where stress concentration is likely to occur during canning. The regular hexagonal cells in the base region are basically not deformed. Therefore, according to the honeycomb structure, it is possible to suppress an increase in pressure loss. Further, by arranging the flat cell having the short cell wall having high buckling strength in the outer peripheral strengthening region, the structural strength of the honeycomb structure can be improved.
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。 The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
(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4を用いて説明する。図1~図4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六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、図1、図3、および、図4において、セル壁3は、便宜上、線によって表されており、セル壁3の壁厚等は省略されている。
(Embodiment 1)
The honeycomb structure of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. As illustrated in FIGS. 1 to 4, the
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、上記の断面六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、上記の断面六角形状にいう六角形状とは、正六角形、非正六角形、角部が丸みを帯びている六角形、製造上意図せず歪んだ六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。
In the present embodiment, the
ハニカム構造体1は、図1に例示されるように、ハニカム中心軸10に垂直な断面視で、ベース領域11と、外周強化領域12と、を有している。
As illustrated in FIG. 1, the
ベース領域11は、正六角形状の複数のセル2を含んで構成されており、ハニカム中心軸10がセル中心を通る正六角形状の中心セル20を有する領域である。ベース領域11において、当該ベース領域11内に含まれるセル壁3は、具体的には、同等の壁厚とすることができる。より具体的には、中心セル20と、中心セル20を取り囲む6つのセル2と、を構成する各セル壁3の壁厚の平均値をtaveとしたとき、ベース領域11に含まれるセル壁3の壁厚tは、0.97×tave~1.03×taveの範囲内とすることができる。ベース領域11に含まれるセル壁3の壁厚が上記範囲内にあるとき、taveに対して誤差の範囲であるといえるので同等の壁厚であるということができる。
The
外周強化領域12は、非正六角形状の複数のセル2を含んで構成されており、ベース領域11の外周に配置された領域である。外周強化領域12は、具体的には、ベース領域11と一体的に繋がっている。なお、図1では、外周強化領域12が、周方向で連続的にベース領域11を覆うように構成されている例が示されている。
The outer peripheral strengthening
外周強化領域12は、非正六角形状の扁平セル21を複数有している。以下、扁平セル21について説明する。
The outer peripheral strengthening
図1に例示されるように、中心セル20に対してB軸が30度傾いた仮想正六角形Hを中心セル20と同軸に描く。なお、図2(c)に示されるように、ハニカム中心軸に垂直な断面視で、正六角形状のセル2の対向する一対のセル頂点部を結び、かつ、セル2がその軸について対称な形状となる軸がC軸とされる。そして、C軸に垂直方向の軸であって、セル2の中心を通る軸がB軸とされる。なお、図1では、仮想正六角形Hは、外周壁4の内側に各頂点が存在するように描かれている。
As illustrated in FIG. 1, a virtual regular hexagon H whose B axis is tilted by 30 degrees with respect to the
外周強化領域12において、扁平セル21は、図1、図2(a)に例示されるように、仮想正六角形Hの辺Lに垂直な方向を構成するセル壁3の長さがベース領域11におけるセル壁3の長さに比べて短くされた一対の短セル壁30を用いて形成されている。これをより具体的に説明する。
In the outer peripheral strengthening
図1に例示されるように、ハニカム中心軸10と仮想正六角形Hの各頂点とをそれぞれ結んだ6本の各第1仮想直線V1を補助線として描く。そして、隣接する第1仮想直線V1間にあるハニカム構造体1の6分の1の部分に主に着目して説明する。図1および図2に示されるように、外周強化領域12において、仮想正六角形Hの辺Lに垂直な方向を構成するセル壁3の長さをh1とする。また、ベース領域11において、仮想正六角形Hの辺Lに垂直な方向を構成するセル壁3の長さをhとする。このとき、h1およびhは、h1<hの関係を満たしている。つまり、図1、図2(c)に例示されるように、ベース領域10におけるセル2は、仮想正六角形Hの辺Lに垂直な方向を構成する長さhの一対のセル壁3と、長さhの4つのセル壁3とで構成されている。これに対し、外周強化領域12における扁平セル30は、長さがh1である一対のセル壁3としての短セル壁30と、短セル壁30とは長さが異なる4つのセル壁3とで構成されている。なお、一対の短セル壁30は、対向するように配置されている。このように、外周強化領域12における扁平セル30は、仮想正六角形Hの辺Lに垂直な方向を構成するセル壁3が短くされることにより、仮想正六角形Hの辺Lに垂直な方向に歪んだ非正六角形状を呈している。
As illustrated in FIG. 1, six first virtual straight lines V1 connecting the honeycomb
外周強化領域12において、複数の扁平セル21は、図1、図4に示されるように、仮想正六角形Hの辺Lに沿う方向に並んで配列されている。外周壁4側から数えて何列目以上にあるいずれかの列までの領域から外周強化領域12が構成されているか、つまり、外周強化領域12における強化列数は、以下のようにして、求めることができる。
In the outer peripheral strengthening
図1には、上述した6本の各第1仮想直線V1以外にも、さらに、ハニカム中心軸10と仮想正六角形Hの各頂点間の中点とをそれぞれ結んだ6本の第2仮想直線V2が描かれている。ここで、ある第2仮想直線V2の方向を0度方向とする(図1では、12時の位置にある第2仮想直線V2を0度方向とする)。このとき、そこから時計回りに60度、120度、180度、240度、300度の位置にある各第2仮想直線V2の方向を、それぞれ、60度方向、120度方向、180度方向、240度方向、300度方向とする。なお、0度方向の第2仮想直線V2から時計回りに30度、90度、150度、210度、270度、330度の位置にある各第1仮想直線V1の方向を、それぞれ、30度方向、90度方向、150度方向、210度方向、270度方向、330度方向とする。
In FIG. 1, in addition to the six first virtual straight lines V1 described above, six second virtual straight lines connecting the honeycomb
外周強化領域12において、60度×n(但し、n=0、1、2、3、4、5)の方向にある各第2仮想直線に平行な短セル壁30を、図3に示すように、外周壁4からハニカム内側に向かって順に1番目、2番目・・・と数えていく。すると、外周壁4からm番目よりハニカム内側に短セル壁30が現れなくなる。つまり、外周壁4からm番目よりハニカム内側には扁平セル21が現れなくなる。このとき、外周強化領域12は、外周壁4側から数えてm列目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、この場合、外周強化領域12の扁平セル21による強化列数は、m列ということになる。そして、隣り合う第1仮想直線V1間では、各強化列のいずれについても、複数の扁平セル21が、仮想正六角形Hの辺Lに沿う方向に並んで配置されている。なお、外周壁4側から数えて強化最終の列を構成する各扁平セル21において、最もハニカム中心側にあるセル頂点部31を結んで構成される正六角形が、外周強化領域12とベース領域10との境界となる。なお、本実施形態では、上述した仮想正六角形Hは、外周強化領域12とベース領域10との境界をなす大きさに合わせている。そのため、仮想正六角形Hは、外周強化領域12とベース領域10との境界を構成していることになる。
As shown in FIG. 3, a
外周強化領域12において、仮想正六角形Hの辺Lに沿う方向で見た場合、図2(a)(c)、図4に示されるように、扁平セル21のセルピッチp1は、ベース領域11におけるセル2のセルピッチpと同等とされている(p1≒p)。ベース領域11におけるセル2のセルピッチpは、次のようにして算出することができる。中心セル20と、中心セル20を取り囲む6つのセル2と、を構成する各セルについて、それぞれセルピッチを求める。得られた各セルピッチの平均値paveが、ベース領域11におけるセル2のセルピッチpとされる。一方、扁平セル21のセルピッチp1は、強化最終列に並ぶ各扁平セル21について、それぞれセルピッチを求める。得られた各セルピッチの平均値p1aveが、外周強化領域12における扁平セル21のセルピッチp1とされる。扁平セル21のセルピッチp1が、0.97×p~1.03×pの範囲内にあるとき、ベース領域11におけるセル2のセルピッチpに対して誤差の範囲であるといえるので、pとp1とは同等であるということができる。
When viewed in the direction along the side L of the virtual regular hexagon H in the outer peripheral strengthening
外周強化領域12において、仮想正六角形Hの辺Lに沿う方向で同じ列に並んだ各扁平セル21の短セル壁30の長さh1は、それぞれ同等とされている。ここで、同一列にある扁平セル21の短セル壁30の長さh1の平均値をh1aveとしたとき、同一列にある各扁平セル21の短セル壁30の長さh1が、0.97×h1ave~1.03×h1aveの範囲内にあるとき、h1aveに対して誤差の範囲であるといえるので、互いに同等の寸法であるということができる。なお、上述したh1<hの関係を満たしていることを確認するにあたっては、h1には、最終強化列にある各扁平セル21の短セル壁30の長さの平均値を適用し、hには、中心セル20と、中心セル20を取り囲む6つのセル2と、を構成する各セルにおける、比較するh1と同方向を向くセル壁3の長さの平均値を適用すればよい。
In the outer peripheral strengthening
外周強化領域12におけるセル壁3の壁厚は、具体的には、外周強化領域12におけるセル壁3の全てがいずれも同等の壁厚とされていてもよいし、異なる壁厚のセル壁3を含むように構成することもできる。本実施形態は、外周強化領域12におけるセル壁3の全てがいずれも同等の壁厚とされている例である。外周強化領域12における全てのセル壁3の壁厚の平均値をt1aveとしたとき、セル壁3の壁厚t1が、0.97×t1ave~1.03×t1aveの範囲内にあるとき、t1aveに対して誤差の範囲であるといえるので、互いに同等の寸法であるということができる。なお、本実施形態は、外周強化領域12におけるセル壁3の壁厚が、ベース領域12におけるセル壁3の壁厚に対して厚化されていない例である。つまり、本実施形態は、扁平セル21の形状により、外周強化領域12が主に強化されている例であるといえる。
Specifically, the wall thickness of the
ハニカム構造体1において、外周強化領域12は、外周壁4側から数えて少なくとも4列目以上にあるいずれかの列までの領域より構成されていることが好ましい。つまり、外周強化領域12が、外周壁4側から数えて少なくとも4列目以上にあるいずれかの列まで、扁平セル21を有していることが好ましい。キャニング時に発生する応力は、外周壁4から4列目部分までの領域で高い値をとるからである。そのため、上記構成によれば、必要最小限の構成で構造体強度の向上を図ることが可能となる。なお、図1では、外周強化領域12が、外周壁4側から数えて4列目までの領域より構成されている例が示されている。
In the
ハニカム構造体1において、外周強化領域12は、外周壁4側から数えて多くとも20列目以内にあるいずれかの列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、20列目より大きい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、外周部における扁平セル21の量が増えると、ハニカム構造体1の圧力損失が増加しやすくなる。そのため、上記構成とすることにより、圧力損失の上昇を抑制しつつ、構造体強度を向上しやすいハニカム構造体1が得られる。
In the
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側から数えて多くとも12列目以内にあるいずれかの列までの領域より構成することができる。
From the viewpoint of ensuring the above effect, the outer peripheral strengthening
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/cm2~155セル/cm2(300cpsi~1000cpsi)などとすることができる。
The cell density in the
ハニカム構造体1において、外周強化領域12は、図2(b)および図1に示されるように、上述した扁平セル21以外にも、変形セル22を含むことができる。外周強化領域12において、変形セル22は、ベース領域11における正六角形状のセル2を一方向に歪ませた扁平セル21を外周強化領域12に用いたことで生じ得る、第1仮想直線V1方向における外周強化領域12の部分のセル変形を吸収し、複数の扁平セル21を同一列方向で収まりよく配置する役割を有している。また、変形セル22は、仮想六角形Hの隣接する2つの辺Lに沿った扁平セル21による同一列間を連続的に繋げる役割も有している。変形セル22は、具体的には、ハニカム中心軸10と仮想正六角形Hの各頂点とをそれぞれ結んだ6本の各第1仮想直線V1上に、仮想正六角形Hの各頂点から延びる仮想正六角形Hの2本の辺Lのうちの一方に垂直な方向を構成する第1セル壁341と2本の辺Lのうちの他方に垂直な方向を構成する第2セル壁342とを用いて形成されている。以下、変形セル22について説明する。
In the
図1に示されるように、ベース領域11と外周強化領域12との境界をなす正六角形の頂点が外周壁4の内側(ハニカム構造体1のハニカム径内)に存在する場合に、変形セル22は、6本の各第1仮想直線V1上に少なくとも1個現れる。なお、図1では、各第1仮想直線V1上に、大きさ、形状の異なる2つの変形セル22がそれぞれ並んで配置されている例が示されている。なお、2つの変形セル22のうち、ベース領域11側の変形セル22は、六角形状(非正六角形状)の形状を呈している。また、2つの変形セル22のうち、外周壁4側の変形セル22は、五角形状(非正五角形状)の形状を呈している。
As shown in FIG. 1, when the apex of the regular hexagon forming the boundary between the
図1、図2(b)に示されるように、変形セル22において、変形セル22の第1セル壁341および第2セル壁342の長さh2は、仮想正六角形Hの各辺Lに垂直な方向を構成するベース領域11のセル壁3の長さhに比べて短くされている(h2<h)。また、変形セル22の第1セル壁341および第2セル壁342の長さh2は、仮想正六角形Hの辺Lに沿う方向で同じ列に並んだ扁平セル21の短セル壁30の長さh1と同等とされている(同一列で見てh1≒h2)。ここで、h1としては、同一列にある扁平セル21の短セル壁30の長さの平均値が用いられる。また、h2としては、30度×n(但し、n=1、3、5、7、9、11)の方向において、扁平セル21と同一列にある各変形セル22の第1セル壁341および第2セル壁342の長さの平均値が用いられる。そして、h1とh2とを比較し、h2が、0.97×h1~1.03×h1の範囲内にあるとき、h1に対して誤差の範囲であるといえるので、互いに同等であるということができる。
As shown in FIGS. 1 and 2B, in the
ハニカム構造体1の外周強化領域12が変形セル22を有する場合には、外周壁4からより内周部まで、座屈強度を高めた扁平セル21を敷き詰めることが可能となる。また、上記変形セル22により、上述した仮想六角形Hの隣接する2つの辺Lに沿う扁平セル21の列間が連続的に繋がる。そのため、上記の場合には、ハニカム構造体1の構造体強度を確実なものとすることができる。
When the outer peripheral strengthening
ハニカム構造体1は、上記構成を有している。つまり、ハニカム構造体1は、従来のハニカム構造体とは異なり、キャニング時に応力集中が発生しやすい外周強化領域12に限って、上記構成を満たす扁平セル21を用いて積極的にセル2を一定方向に変形させており、ベース領域11における正六角形状のセル2は基本的に変形させていない。そのため、ハニカム構造体1によれば、圧力損失の上昇を抑制することができる。また、高い座屈強度を有する短セル壁30を有する扁平セル21が外周強化領域12に配置されることにより、ハニカム構造体1の構造体強度を向上させることができる。
The
(実施形態2)
実施形態2のハニカム構造体について、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。
(Embodiment 2)
The honeycomb structure of the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, among the reference numerals used in the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those used in the above-mentioned embodiments represent the same components and the like as those in the above-mentioned embodiments, unless otherwise specified.
図5に示されるように、つまり、ベース領域11と外周強化領域12との境界をなす正六角形を描いたとき、当該六角形の頂点が外周壁4の外側(ハニカム構造体1のハニカム径外)に存在している。なお、図5では、仮想正六角形Hを、ベース領域11と外周強化領域12との境界をなす正六角形として描いている。この場合、ベース領域11のセル2のうち、第1仮想直線V1に沿って並ぶ最もハニカム径方向外方にあるセル2が、外周壁4に接続している。つまり、本実施形態のハニカム構造体1では、実施形態1のハニカム構造体1と異なり、第1仮想直線V1上に変形セル22が現れない。そして、外周強化領域12は、周方向で不連続にベース領域の外周を覆っている。その他の構成は、実施形態1と同様である。
As shown in FIG. 5, that is, when a regular hexagon forming a boundary between the
このような構成を有する場合でも、基本的には、実施形態1と同様の作用効果を奏することができる。もっとも、実施形態1のハニカム構造体1の方が、より内部まで扁平セル21を配置して外周強化領域12を構成することができる。
Even if it has such a configuration, it can basically exert the same effect as that of the first embodiment. However, in the
(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。
(Embodiment 3)
The honeycomb structure of the third embodiment will be described with reference to FIG.
図6に示されるように、本実施形態のハニカム構造体1では、外周強化領域12における複数の扁平セル21における短セル壁30の長さが、外周壁4に近くなるほど短くなっている。
As shown in FIG. 6, in the
キャニング時に発生する応力は、外周壁4に近づくほど高くなる。上記構成を有する場合には、外周壁4により近い位置にある扁平セル21ほど、短セル壁30の座屈応力が高くなる。そのため、上記構成によれば、構造体強度を効果的に向上させることが可能なハニカム構造体1が得られる。
The stress generated during canning increases as it approaches the outer
なお、扁平セル21における短セル壁30の長さは、例えば、外周壁4に向かって徐々に小さくなるように構成したり、また、外周壁4に向かって段階的に小さくなるように構成したりすることができる。
The length of the
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。 Other configurations and effects are the same as in the first embodiment.
(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。
(Embodiment 4)
The honeycomb structure of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 7.
図7に示されるように、本実施形態のハニカム構造体1において、外周強化領域12におけるセル壁3の壁厚は、ベース領域11におけるセル壁3の壁厚よりも厚化されている。
As shown in FIG. 7, in the
この構成によれば、外周強化領域12は、ベース領域11に比べ、六角形状のセル2を構成する1つのセル壁3の柱長さあたりの座屈応力が大きくなる。そのため、本実施形態のハニカム構造体1は、外周強化領域12のセル壁3の壁厚が厚化されていない例である実施形態1のハニカム構造体1に比べ、構造体強度の向上に有利である。
According to this configuration, the outer peripheral strengthening
外周強化領域12におけるセル壁3の壁厚t1が、ベース領域11におけるセル壁3の壁厚tよりも厚化されているか否かは、外周強化領域12におけるセル壁3の壁厚t1を、実施形態1で上述した平均値taveと比較することで確認することができる。
Whether or not the wall thickness t1 of the
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。 Other configurations and effects are the same as in the first embodiment.
(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。
(Embodiment 5)
The honeycomb structure of the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
図8に示されるように、本実施形態のハニカム構造体1において、ベース領11域および外周強化領域12は、いずれも、セル頂点部31に角R面部321を有する補強部32を有している。そして、外周強化領域12における角R面部321の寸法は、ベース領域11における角R面部321の寸法よりも拡大されている。
As shown in FIG. 8, in the
この構成によれば、外周強化領域12は、ベース領域11に比べ、角R面部321間にあるセル壁3の柱長さが短くなる。そのため、外周強化領域12は、ベース領域11に比べ、六角形状のセル2を構成する1つのセル壁3の柱長さあたりの座屈応力が大きくなる。そのため、本実施形態のハニカム構造体1は、補強部32を有していない例である実施形態1のハニカム構造体1に比べ、構造体強度の向上に有利である。
According to this configuration, in the outer peripheral strengthening
上述した補強部32は、ベース領域11および外周強化領域12の全てのセル頂点部31に形成されていてもよいし、一部に補強部32が形成されていないセル頂点部31があってもよい。なお、補強部32は、セル壁3同士が接続するセル頂点部31が厚肉化された部分である。つまり、セル頂点部31において、各セル壁3の平坦面部分を延長した延長線300よりもセル2内側へはみ出した部分が補強部32とされる。補強部32の角R面部321は、具体的には、セル頂点部31側に凸となる曲面部を表面に有している。
The above-mentioned reinforcing
ベース領域11における角R面部321の寸法は、次のようにして算出することができる。中心セル20と、中心セル20を取り囲む6つのセル2と、を構成する各セル頂点部31について、各セル頂点部31に形成された各角R面部321(セル2外側、セル2内側のいずれも含む)に接する内接円を描いたときの内接円の半径を求める(図8(a))。そして、内接円の半径の平均値raveが、ベース領域11における角R面部321の寸法rとされる。一方、外周強化領域12における角R面部321の寸法は、図8(b)で示されるように、角R面部321に接する内接円を描いたときの内接円の半径r1とされる。外周強化領域12における角R面部321の寸法が、ベース領域11における角R面部321の寸法よりも拡大されている否かは、外周強化領域12における角R面部321の寸法r1を、上述した平均値raveと比較することで確認することができる。
The dimension of the angle
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。 Other configurations and effects are the same as in the first embodiment.
(実施形態6)
実施形態6のハニカム構造体について、図9および図10を用いて説明する。
(Embodiment 6)
The honeycomb structure of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
図9に示されるように、本実施形態のハニカム構造体1において、外周強化領域12は、ハニカム中心軸10に垂直な断面視において仮想正六角形Hの辺Lに沿う方向について見たときに、セル壁3に沿って一つ飛び毎にあるセル頂点部31から放射状に延びる3つのセル壁3を含んで構成される三又ユニット33の面積が、隣り合う三又ユニット33間で同等とされた強化構造を含んでいる。なお、図9における丸印は、ハニカム構造体1の製造時に用いられる金型(不図示)が有する坏土供給孔の位置を示したものである(上述した図1、4、5、7も同様である)。なお、坏土供給孔には、粘土状に調製されたハニカム構造体1のセル壁3の原料が供給される。
As shown in FIG. 9, in the
外周強化領域12において、セル壁3の厚化や角R面部321の寸法拡大を実施する場合、ハニカム構造体1の成形時に使用する金型のスリットの断面積が増加する。その結果、外周強化領域12のセル壁3を形成するために必要な原料の供給量が増加し、成形速度が遅くなってセル2が歪みやすくなる。これに対し、上記構成によれば、隣り合う三又ユニット33間で面積が同等とされた強化構造を含んでいる。そのため、上記構成によれば、ハニカム構造体1の成形時における外周強化領域12における歪を低減しやすくなり、構造体強度の向上を図りやすくなる。
When the
上述した三又ユニット33の面積は、具体的には、図10に例示されるような太線によって囲われた部分の面積である。つまり、ハニカム成形時の坏土供給孔が供給を担う3つのセル壁3(補強部32含む)の合計断面積が、図10の太線によって囲われた部分の面積とされる。また、隣接する三又ユニット33同士の境界は、図10に例示されるように、セル壁3の中心線Mを描き、隣接する三又ユニット33の交点部分を3分割することによって定められる。
The area of the three-
なお、隣り合う三又ユニット33の面積を比較したときに、一方の三又ユニット33の面積が、他方の三又ユニット33の面積の0.97倍~1.03倍の範囲内にあるとき、誤差の範囲であるといえるので、互いに同等の面積であるということができる。
When comparing the areas of adjacent three-
その他の構成は、実施形態4または実施形態5と同様の構成とすることができる。また、その他の効果は、実施形態4または実施形態5と同様である。 Other configurations may be the same as those of the fourth or fifth embodiment. Further, other effects are the same as those in the fourth or fifth embodiment.
<実験例1>
表1、2に示されるように、断面六角形状の複数のセルを有し、外周が強化されていないハニカム構造体より構成される試験体1Cと、断面六角形状の複数のセルを有し、外周が強化されたハニカム構造体より構成される試験体1~15を、金型による押出し成形により作製した。なお、作製したハニカム構造体は、外周壁が円筒形状であり、いずれも、ハニカム径:直径117mm、ハニカム基材長さ:100mm、外周壁の厚み:0.35mmである。
<Experimental Example 1>
As shown in Tables 1 and 2, it has a
ここで、試験体1Cは、図11に示されるように、外周強化領域12がなく、ハニカム中心軸10から外周壁4までにわたって正六角形状のセル2が敷き詰められたセル構造を有している。この試験体1Cは、従来のハニカム構造体の一例である。一方、試験体1~4、9、10は、図5に従う外周強化領域12を有しており、扁平セル21を有しているが、変形セル22を有していない例である。また、試験体5~8、11~15は、図1に従う外周強化領域12を有しており、扁平セル21および変形セル22の両方を有している例である。
Here, as shown in FIG. 11, the
そして、各試験体について、アイソスタティック強度(n=20の平均値、以下省略)、および、圧力損失を測定した。 Then, for each test piece, the isostatic strength (mean value of n = 20, hereinafter omitted) and the pressure loss were measured.
なお、圧力損失の測定は、次のようにして実施した。図12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、7m3/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。
The pressure loss was measured as follows. As schematically shown in FIG. 12, the piping
表1、2に示されるように、試験体1~4、9、10は、h1<h、p1≒p、外周強化領域の同一列にある扁平セルのh1が同等とされている。また、試験体5~8、11~15は、h1<h、h2<h、p1≒p、外周強化領域の同一列にある扁平セルのh1と変形セルのh2とが同等されている。そのため、試験体1~15は、いずれも、外周強化領域を有さない比較例としての試験体1Cに比べ、圧力損失の上昇を抑制しつつ、構造体強度の向上が図られていることが確認された。なお、触媒コンバータに接続される排管部91は円形である。したがって拡径部93で排ガス流れが広がった後も、排ガス流れは円形状をしてハニカム構造体に流入される。ハニカム構造体に流入する際の圧力損失は、流入に有効なハニカム構造体の断面積が大きい方が、1セル当たりに流入するガス流量が小さくなるため小さくなる。これに対し、ハニカム構造体の外形が楕円形状であると、流入ガスが円形状であるが故に、短軸側で排ガス流入部が制限されるため、有効なハニカム構造体の断面積が小さくなる。そのために、圧力損失が高くなる。つまり、楕円形状のハニカム構造体では、長軸側は、排ガス流入が起こらず無駄になる部分が存在する。
As shown in Tables 1 and 2, in the
また、試験体1~15について比較すると以下のことがわかる。試験体1~4を比較すると、扁平セルにおける短セル壁の長さh1をより短くし、扁平セルの扁平度合いを増すことで、アイソスタティック強度が高くなることがわかる。
Further, when the
試験体1~4、9、10と、試験体5、7、11、12とを比較すると、外周強化領域において、変形セルを導入し、扁平セルによる強化列数を増やした方が、変形セルを導入しない場合に比べて、より高いアイソスタティック強度が得られることがわかる。
Comparing the
試験体5、7、11、12と試験体8、13とを比較すると、外周強化領域において、扁平セルにおける短セル壁の長さを、外周壁に近づくほど短くなるように構成することにより、圧力損失の上昇を抑制しつつ、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。
Comparing the
試験体1~5、7、8と試験体9~13とを比較すると、外周強化領域におけるセル壁の壁厚を、ベース領域におけるセル壁の壁厚よりも厚化することにより、扁平セルの導入による効果との相乗効果で、より高いアイソスタティック強度が得られることがわかる。
Comparing the
試験体3、4と試験体14、15とを比較すると、外周強化領域における角R面部の寸法を、ベース領域における角R面部の寸法よりも拡大することにより、扁平セルの導入による効果との相乗効果で、より高いアイソスタティック強度が得られることがわかる。
Comparing the
試験体5と試験体6とを比較すると、ハニカム中心軸に垂直な断面視において仮想正六角形の辺に沿う方向について見たときに、セル壁に沿って一つ飛び毎にあるセル頂点部から放射状に延びる3つのセル壁を含んで構成される三又ユニットの面積を、隣り合う三又ユニット間で同等とした試料5の方が、三又ユニットの面積を、隣り合う三又ユニット間で異ならせた試料6に比べて、平均アイソスタティック強度、最小アイソスタティック強度が高くなった。なお、試料5と試料6で、最大アイソスタティック強度は、それほど大きく変わらなかった。これは、三又ユニットの断面積が異なる場合には、ハニカム構造体の押し出し成形時に、セルよれ等の成形欠陥が発生したものが多かったためである。 Comparing the test piece 5 and the test piece 6, when looking at the direction along the side of the virtual regular hexagon in the cross-sectional view perpendicular to the honeycomb central axis, from the cell apex which is one by one along the cell wall. In sample 5, the area of the three-pronged unit including the three radially extending cell walls was equalized between the adjacent three-pronged units, and the area of the three-pronged unit was equalized between the adjacent three-pronged units. The average isostatic strength and the minimum isostatic strength were higher than those of the different sample 6. The maximum isostatic strength did not change so much between the sample 5 and the sample 6. This is because when the cross-sectional areas of the three-pronged units are different, molding defects such as cell twisting often occur during the extrusion molding of the honeycomb structure.
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。 The present invention is not limited to each of the above embodiments and experimental examples, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. In addition, each configuration shown in each embodiment and each experimental example can be arbitrarily combined.
1 ハニカム構造体
10 ハニカム中心軸
11 ベース領域
12 外周強化領域
2 セル
20 中心セル
21 扁平セル
3 セル壁
30 短セル壁
4 外周壁
p ベース領域におけるセルのセルピッチ
p1 扁平セルのセルピッチ
h ベース領域において、仮想正六角形の辺に垂直な方向を構成するセル壁の長さ
h1 外周強化領域において、仮想正六角形の辺に垂直な方向を構成する短セル壁の長さ
H 仮想正六角形
L 仮想正六角形の辺
1 Honeycomb
Claims (7)
ハニカム中心軸(10)に垂直な断面視で、
正六角形状の複数の上記セルを含んで構成されており、上記ハニカム中心軸がセル中心を通る正六角形状の中心セル(20)を有するベース領域と、
非正六角形状の複数の上記セルを含んで構成されており、上記ベース領域の外周に配置された外周強化領域(12)と、を有しており、
上記外周強化領域は、上記中心セルに対してB軸が30度傾いた仮想正六角形(H)を上記中心セルと同軸に描いたときに、当該仮想正六角形の辺(L)に垂直な方向を構成する上記セル壁の長さが上記ベース領域における上記セル壁の長さに比べて短くされた一対の短セル壁(30)を用いて形成される非正六角形状の扁平セル(21)を複数有しており、
複数の上記扁平セルは、上記仮想正六角形の辺に沿う方向に並んで配列されており、
上記仮想正六角形の辺に沿う方向で見て、上記扁平セルのセルピッチは、上記ベース領域における上記セルのセルピッチと同等とされており、
上記仮想正六角形の辺に沿う方向で同じ列に並んだ上記各扁平セルの上記短セル壁の長さは、それぞれ同等とされている、ハニカム構造体(1)。 A plurality of cells (2) having a hexagonal cross section adjacent to each other, a plurality of cell walls (3) forming the plurality of cells, and an outer peripheral wall provided on the outer periphery of the plurality of cell walls to hold the cell walls. (4) and a honeycomb structure (1) having
In cross-sectional view perpendicular to the honeycomb center axis (10)
A base region having a regular hexagonal center cell (20) in which the honeycomb center axis passes through the center of the cell, which is composed of a plurality of regular hexagonal cells.
It is configured to include a plurality of cells having a non-regular hexagonal shape, and has an outer peripheral strengthening region (12) arranged on the outer circumference of the base region.
The outer peripheral strengthening region is a direction perpendicular to the side (L) of the virtual regular hexagon when the virtual regular hexagon (H) whose B axis is tilted by 30 degrees with respect to the center cell is drawn coaxially with the center cell. A non-regular hexagonal flat cell (21) formed by using a pair of short cell walls (30) in which the length of the cell wall constituting the cell wall is shorter than the length of the cell wall in the base region. Have multiple
The plurality of the flat cells are arranged side by side along the sides of the virtual regular hexagon.
When viewed along the sides of the virtual regular hexagon, the cell pitch of the flat cell is equivalent to the cell pitch of the cell in the base region.
Honeycomb structure (1) in which the lengths of the short cell walls of the flat cells arranged in the same row along the sides of the virtual regular hexagon are the same.
上記変形セルの上記第1セル壁および上記第2セル壁の長さは、上記仮想正六角形の各辺に垂直な方向を構成する上記ベース領域における上記セル壁の長さに比べて短くされており、
上記変形セルの上記第1セル壁および上記第2セル壁の長さは、上記仮想正六角形の辺に沿う方向で同じ列に並んだ上記扁平セルの上記短セル壁の長さと同等とされている、請求項1に記載のハニカム構造体。 The outer peripheral reinforcement region is the virtual regular hexagon extending from each vertex of the virtual regular hexagon on each of the six first virtual straight lines (V1) connecting the center axis of the honeycomb and the vertices of the virtual regular hexagon. A modified cell (22) formed by using a first cell wall (341) forming a direction perpendicular to one of the two sides of the above and a second cell wall (342) forming a direction perpendicular to the other. ) Has at least one
The lengths of the first cell wall and the second cell wall of the deformed cell are shorter than the length of the cell wall in the base region constituting the direction perpendicular to each side of the virtual regular hexagon. Ori,
The lengths of the first cell wall and the second cell wall of the deformed cell are equal to the length of the short cell wall of the flat cell arranged in the same row in the direction along the side of the virtual regular hexagon. The honeycomb structure according to claim 1.
上記外周強化領域における上記角R面部の寸法は、上記ベース領域における上記角R面部の寸法よりも拡大されている、請求項1~5のいずれか1項に記載のハニカム構造体。 Both the base region and the outer peripheral strengthening region have a reinforcing portion (32) having a corner radius portion (321) at the cell apex portion (31).
The honeycomb structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the dimension of the corner R surface portion in the outer peripheral strengthening region is larger than the dimension of the corner R surface portion in the base region.
上記セル壁に沿って一つ飛び毎にあるセル頂点部(31)から放射状に延びる3つの上記セル壁を含んで構成される三又ユニット(33)の面積が、隣り合う上記三又ユニット間で同等とされた強化構造を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載のハニカム構造体。 The outer peripheral strengthening region is when viewed in the direction along the side of the virtual regular hexagon in the cross-sectional view perpendicular to the honeycomb center axis.
The area of the three-pronged unit (33) including the three cell walls extending radially from the cell apex (31) located one by one along the cell wall is between the adjacent three-pronged units. The honeycomb structure according to any one of claims 1 to 6, which includes a reinforced structure equivalent to that in the above.
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