JP7274401B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
前記ハニカムセグメントは、流体の入口側となる第一端面から流体の出口側となる第二端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質の隔壁と、前記ハニカムセグメントの側面を構成するセグメント外壁と、を有し、
複数個の前記ハニカムセグメントのうちの少なくとも2つの前記ハニカムセグメントは、前記ハニカムセグメントの一の側面に、内方に向けて窪んだ溝状の凹部を有し、
前記凹部は、前記ハニカムセグメントの前記第一端面又は前記第二端面のいずれか一方を起点とし、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向に延びるように形成され、
前記ハニカムセグメント接合体において、前記凹部を有する2つの前記ハニカムセグメントは、互いの前記一の側面における前記凹部同士が対向するように隣り合って配置され、且つ、前記ハニカムセグメント接合体は、対向配置された2つの前記凹部の内部を架け渡すように2つの前記凹部に跨って配設された棒状の連結部材を更に有し、
前記連結部材の2つの前記凹部の内部に跨って延びる方向の長さを、前記連結部材の架け渡し方向長さH1とし、
対向配置された2つの前記凹部のうちの前記凹部の窪み方向の深さが最大となる部位における窪み深さを、前記凹部の窪み深さH2とし、
前記凹部の前記セルの延びる方向の両端位置における前記接合層の厚さのうちのより大きい方の前記接合層の厚さを、前記接合層の厚さH3とし、
前記連結部材の差し渡し方向長さH1が、前記凹部の窪み深さH2と前記接合層の厚さH3とを足し合わせた合計長さH4よりも大きく、
前記凹部の、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向及び前記凹部の窪み方向のそれぞれに直交する横幅方向の長さW2が、前記ハニカムセグメントの前記一の側面の横幅方向の長さW1より小さく、
前記ハニカムセグメントの前記一の側面の平坦部と、溝状の前記凹部の側壁面とのなす角θ1が、60°以上である、ハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体の第一実施形態は、図1~図5に示すようなハニカム構造体100である。ここで、図1は、本発明のハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示すハニカム構造体の第一端面側を示す平面図である。図3は、図1に示すハニカム構造体の第二端面側を示す平面図である。図4は、図3のA-A’断面を模式的に示す断面図である。図5は、図3のB-B’断面を模式的に示す断面図である。
H1>H4=H2+H3 (1)
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。ハニカム構造体の製造方法としては、「ハニカムセグメント作製工程」と、「連結部材作製工程」と、「組立体作製工程」と、「接合体作製工程」と、を備えた方法を挙げることができる。
まず、ハニカムセグメントを作製するための坏土を調製するための原料粉末として、炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを混合した混合原料を準備した。そして、準備した混合原料に、バインダ、造孔材、及び水を適量加えて、可塑性の坏土を調製した。
ハニカム構造体に150℃~850℃の冷熱ガスを繰り返し負荷した。加えて同時に振動負荷装置により物理的な振動を付与して、試験後に、ハニカム構造体の接合層についてのクラックの進展の有無を確認した。振動負荷装置による振動条件は、加速度30G、振動数100Hzとした。クラックの進展の有無の確認は、以下の方法で行った。まず、本評価においては、各実施例及び比較例についてハニカム構造体を10個作製し、10個のハニカム構造体について、上記試験を行った。その後、10個のハニカム構造体について、第一端面からセルの延びる方向の10mmまでの範囲、及び第二端面からセルの延びる方向の10mmの各接合層について、クラックの発生及び進展を目視及びCT観察にて確認した。いずれか一方の端面(即ち、第一端面又は第二端面)から10mmまでの範囲の接合層において、クラックの発生及び進展が確認されなかった場合を、クラックの進展が見られないと判断した。
評価「優」:10個のハニカム構造体の全てにおいて、クラックの進展が見られない。
評価「良」:10個のハニカム構造体のうちの7個以上において、クラックの進展が見られない。
評価「不可」:10個のハニカム構造体のうちの4個以上において、クラックの進展が見られる。
実施例2~12については、ハニカムセグメントの構成及び配置を表1のようなものとし、且つ、ハニカムセグメントの凹部、及び連結部材の構成を表2のようなものとして、ハニカム構造体を作製した。表1及び表2に示す以外の構成については、実施例1と同様のものとした。実施例2~12のハニカム構造体についても、実施例1と同様の方法で、接合部のクラック進展有無評価を行った。結果を表3に示す。
比較例1~4については、ハニカムセグメントの構成及び配置を表1のようなものとしてハニカム構造体を作製した。比較例1においては、ハニカムセグメントの側面に凹部を設けずに、四角柱状の各側面が平坦なハニカムセグメントを49個作製した。そして、この45個のハニカムセグメントを、接合用ペーストを介して格子状に組み合わせてハニカムセグメントの組立体を作製し、それ以降は、実施例1と同様の方法でハニカム構造体を作製した。比較例2及び3については、ハニカムセグメントの凹部を、軸方向の起点が、第二端面から20mm又は50mmとなるようにしてハニカムセグメントを49個作製した。そして、この49個のハニカムセグメントを、接合用ペーストを介して格子状に組み合わせてハニカムセグメントの組立体を作製し、それ以降は、実施例1と同様の方法でハニカム構造体を作製した。比較例1~4のハニカム構造体についても、実施例1と同様の方法で、接合部のクラック進展有無評価を行った。結果を表3に示す。
実施例1~12のハニカム構造体は、接合部のクラック進展有無評価において、良好な結果を示すものであることが分かった。特に、実施例1~4,6,8~12のハニカム構造体は、10個のハニカム構造体の全てにおいて、クラックの進展が見られなかった。なお、接合部のクラック進展有無評価にて、クラックの進展が見られなかったのは、ハニカム構造体の第一端面及び第二端面のうち、凹部の起点となる端面側であった。一方、比較例1~4のハニカム構造体は、接合部のクラック進展有無評価において、実施例1~12のハニカム構造体よりも評価結果が劣るものであった。
Claims (4)
- 複数個の角柱状のハニカムセグメントと、複数個の前記ハニカムセグメントの側面同士を互いに接合する接合層と、を有するハニカムセグメント接合体を備え、
前記ハニカムセグメントは、流体の入口側となる第一端面から流体の出口側となる第二端面まで延びる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質の隔壁と、前記ハニカムセグメントの側面を構成するセグメント外壁と、を有し、
複数個の前記ハニカムセグメントのうちの少なくとも2つの前記ハニカムセグメントは、前記ハニカムセグメントの一の側面に、内方に向けて窪んだ溝状の凹部を有し、
前記凹部は、前記ハニカムセグメントの前記第一端面又は前記第二端面のいずれか一方を起点とし、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向に延びるように形成され、
前記ハニカムセグメント接合体において、前記凹部を有する2つの前記ハニカムセグメントは、互いの前記一の側面における前記凹部同士が対向するように隣り合って配置され、且つ、前記ハニカムセグメント接合体は、対向配置された2つの前記凹部の内部を架け渡すように2つの前記凹部に跨って配設された棒状の連結部材を更に有し、
前記連結部材の2つの前記凹部の内部に跨って延びる方向の長さを、前記連結部材の架け渡し方向長さH1とし、
対向配置された2つの前記凹部のうちの前記凹部の窪み方向の深さが最大となる部位における窪み深さを、前記凹部の窪み深さH2とし、
前記凹部の前記セルの延びる方向の両端位置における前記接合層の厚さのうちのより大きい方の前記接合層の厚さを、前記接合層の厚さH3とし、
前記連結部材の差し渡し方向長さH1が、前記凹部の窪み深さH2と前記接合層の厚さH3とを足し合わせた合計長さH4よりも大きく、
前記凹部の、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向及び前記凹部の窪み方向のそれぞれに直交する横幅方向の長さW2が、前記ハニカムセグメントの前記一の側面の横幅方向の長さW1より小さく、
前記ハニカムセグメントの前記一の側面の平坦部と、溝状の前記凹部の側壁面とのなす角θ1が、60°以上である、ハニカム構造体。 - 前記ハニカムセグメントの前記凹部の窪み深さH2が、前記ハニカムセグメントの側面を構成する前記セグメント外壁の厚さより小さく、前記凹部が前記セグメント外壁を貫通していない、請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記凹部の前記横幅方向の長さW2が、前記ハニカムセグメントの前記横幅方向の長さW1の20~70%である、請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記凹部の前記軸方向の長さL2が、前記ハニカムセグメントの前記軸方向の長さL1の5~35%の長さである、請求項1~3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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