JPH0446816Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本考案は、内燃機関の排ガス浄化用触媒および
微粒子浄化用フイルタ、各種ガス・石油を燃料と
する燃焼ガスの浄化および／または脱臭用触媒、
ガスタービンエンジン、その他の一般産業用に用
いられる触媒燃焼用の担体として、またガスター
ビンエンジン、スターリングエンジン、その他一
般産業用に用いられる回転蓄熱式セラミツク熱交
換体に用いられるセラミツクハニカム構造体に関
するものである。 （従来の技術） 上述の用途のハニカム構造体では、特に高温用
では金属に比べ溶融温度が高いことおよび高温時
における耐腐食性が優れている点からセラミツク
スが使用される。そのセラミツクスハニカム構造
体は、押し出し成形による製法の場合には一体で
製作できる限度は直径が30cm程度である。しか
し、産業用等に使用される回転蓄熱式セラミツク
熱交換体に用いられるものでは、機器の容量によ
つては直径が２ｍ程度のものまで必要であり、押
し出し成形による製法の場合一体では製作できな
いサイズについては複数個のセグメントを接合し
た構造が用いられる。 一方、セラミツクスは脆性材料であるため高い
熱衝撃によつてはクラツクを発生することから特
開昭55−46338号公報では熱衝撃強度向上のため、
押し出し製法で製作したセグメントと接合材の熱
膨張差を0.1％以下とし、また接合部の厚さが0.1
〜６mmである接合形セラミツク熱交換体が開示さ
れている。 また、米国特許No.4335783号公報では熱衝撃強
度向上のため、断続の接合とハニカム構造体の端
面から接合材を一部控える接合形セラミツク熱交
換体が開示されている。 （考案が解決しようとする課題） 上述した従来技術のうち、特開昭55−46338号
公報で開示された技術では、セグメントの熱衝撃
強度が高い場合には、高い熱衝撃温度領域で接合
形セラミツク熱交換体がセグメントの熱衝撃強度
より低下する問題点がある。 また、米国特許No.4335783号公報で開示された
技術では、接合部が断続的でハニカム構造体の端
面から接合材を一部控える構造であるため、機械
的強度が低下する問題点がある。 本考案の目的は上述した課題を解消して、機械
的強度が低下せず、しかも高い熱衝撃温度領域で
も熱衝撃強度がセグメントより低下しないセラミ
ツクハニカム構造体を提供しようとするものであ
る。 （課題を解決するための手段） 本考案のセラミツクハニカム構造体は、接合の
交点部分にのみ接合材を充填しない複数個のハニ
カム構造のセラミツク製マトリツクスセグメント
を接合した構造体であり、好ましくは接合部の幅
が２mmまたは隔壁厚さの20倍のどちらか小さい方
以下であることを特徴とするものであり、またセ
グメントが押し出しで製作され、セラミツクハニ
カム構造体の材質がコージエライトであることを
特徴とするものである。 （作用） セクミツクスの熱衝撃強度は、一般に次の関係
にある。 ・熱衝撃強度＝ 比例定数ａ×破壊強度Ｓ／熱膨張係数α×ヤング
率Ｅ セラミツクスの場合、破壊強度を大きくすれ
ば、ヤング率も大きくなるので、熱衝撃強度を大
きくするには熱膨張係数を小さくする必要があ
る。 コージエライトを押し出し製法で製作すると、
原料の１つであるカオリナイト結晶は板上である
ため、押し出しの細い口金の中を通る際にハニカ
ム構造体隔壁と平行に揃えられる。この成形体を
焼成すると、カオリナイト結晶と直角方向にコー
ジエライト結晶が生成する。コージエライト結晶
は六角柱形状で熱膨張に方向性があり六角柱の軸
方向に小さく直角方向に大きいので、セラミツク
構造体としての熱膨張は隔壁の厚さ方向に大き
く、隔壁方向および貫通孔方向に小さくなりセラ
ミツク構造体として熱衝撃に対して壊れにくいよ
う作用する。 以上の理由から、上述した構成においては押し
出しで製作されるセグメントと押し出しで製作で
きない接合材とは熱膨張係数に差が生じる。 本考案では、接合材の体積が最も大きい接合の
交点部分に接合材を充填しないため、熱衝撃が加
わつたとき接合材の体膨張による交点を中心とし
た、セグメントに対し貫通孔に直角の内圧の如き
力が加わらないよう作用する。 また接合材の幅も２mmまたは隔壁厚さの20倍の
どちらか小さい方以下に制限することにより、セ
グメントと接合材に働くせん断力が緩和されるよ
う作用する。それらにより、セラミツク構造体と
しての熱衝撃強度が向上する。 他方、接合部の長さは、接合材非充填部分が交
点部のみであるため、接合部の機械的強度を充分
発揮するよう作用する。 （実施例） 以下に本考案の実施例を説明する。 コージエライト原料を押し出し成形・焼成した
後研削し、第１図に示すような対辺100mm、全長
50mm、隔壁２で囲まれた貫通孔３を有するハニカ
ムセグメント１を得た。このセグメント１を第２
図ａに示すように２列に４個並べ、接合材５にて
接合の交点部４を第３図ａに示す形状で接合し、
再度焼成した。 上述した方法により、本考案品１〜３のセラミ
ツクハニカム構造体と比較例１，２の構造体を得
た。本考案品１は、厚さが0.30mmの隔壁２により
46.5個／cm²の貫通孔密度の正方形の貫通孔３が画
成されていて、接合部材の厚さおよび接合部の形
状は第１表に示すとおりのセラミツクハニカム構
造体である。本考案品２は本考案品１と同様に、
隔壁厚さ0.13mm、貫通孔密度140個／cm²、正三角
形の貫通孔、また本考案品３も同様に、隔壁厚さ
0.11mm、貫通孔密度190個／cm²、長方形の貫通孔
である。このときの接合交点部の空隙長さはいず
れも約10mmである。 これに対する比較例１は、本考案品１と同じセ
グメントおよび接合材を使用し第４図ａに接合形
状で接合したものである。同様に比較例２は、本
考案１と同じセグメントを使用し第４図ｂの接合
形状で接合したもので、接合材および空隙部の長
さはそれぞれ約10mmである。 なお、本実施例に用いた材料の熱膨張係数は、
セグメントが0.4〜0.7×10^-6／℃、接合材が0.8〜
1.5×10^-6／℃である。 これらセラミツクハニカム構造体について、曲
げ強度および熱衝撃強度試験を実施した。 曲げ強度試験においては、まず上述のセラミツ
クハニカム構造体を４個田の字になるよう二分の
一に切断し、一片については全長が二分の一にな
るよう更に切断し、他片は650℃の熱処理に供し
た後同様に全長が二分の一になるよう切断した。
熱処理は、室温の試料を650℃の電気炉に入れ30
分間保持した後室内に取り出し自然冷却した。強
度測定は、支持点間隔180mm、荷重点間隔90mmの
４点曲げ試験で実施した。支持点および荷重点の
幅は試料の幅より大きい220mmで互に平行とした。
試料は貫通孔が垂直になり、かつ接合部が中央に
位置するよう置き、0.5mm／分で連続的に荷重を
加え破壊したときの荷重値を読み取つた。結果
は、破壊荷重値・断面寸法から破壊応力を算出し
第１表に示す。 熱衝撃強度試験は、室温の試料を600℃の電気
炉に入れ30分間保持した後室内に取出し外観を観
察しつつ30分間自然冷却後、直径約1.5mmの先端
を円形にした鉄線で周囲を軽くたたいた。外観で
クラツクが観察されず、打音判定が金属音なら合
格とし、電気炉の温度を更に50℃上昇させ破壊す
るまで繰り返し試験した。熱衝撃強度は破壊しな
い最高の温度で示した。 結果を第１表に示す。

【表】

【表】 〓注〓 ＊１ リブ厚：mm、セル数：個／cm²
＊２ 破壊位置M：マトリツクスセグメント、C
：接合部
上記第１表からわかるように曲げ強度試験にお
いて、本考案品１および比較例１は初期強度42〜
55Kg／cm²に対し、接合材厚さ２mm以下では熱処理
後の曲げ強度の低下がなく破壊位置もセグメント
で発生している。本考案品２および３も同様に熱
処理後の曲げ強度の低下がない。これに対し比較
例２では、初期強度が24〜38Kg／cm²と本考案品１
および比較例１の1/2〜2/3に強度低下しており破
壊位置も接合部であり、接合部の強度不足である
ことがわかる。 一方、熱処理後の曲げ強度は接合材厚さ４mm以
上では、本考案品および比較例総てに曲げ強度低
下がみられる。これは、接合部の厚さが厚いため
熱処理（熱衝撃性）によるクラツクが発生したた
めである。 熱衝撃強度試験では、熱処理後の曲げ強度と全
く同様の傾向がみられ、接合材厚さが４mm以上で
は本考案品および比較例総てに熱衝撃強度低下が
みられる。 なお接合交点部の空隙部長さが接合材厚さ以上
のものは上述と同様の効果があることを確認して
いる。 以上、本考案の実施例について説明したが、本
考案は上記実施例に限定されるものではなく種々
に変形、変更を施すことができる。例えばセルの
形状は、本実施例では正方形・長方形・正三角形
であるが、他の例えば直角３角形もしくは６角形
等の各種形状のセルを適用することができる。ま
た、セラミツク構造体の材質についても、上記実
施例ではコージエライトを用いたがこの他の材料
例えばアルミナ、ムライト等の材料を適用するこ
とができる。また、セル構造も実施例以外の種々
のもの例えば0.20mm／46.5個／cm²、0.15mm／62
個／cm²、0.25mm／31個／cm²等に適用させることも
可能である。 さらに、セラミツクセグメントの並べ方も第２
図ａに示すような２列４個に限定されるものでは
なく、第２図ｂに示すように接合部の間隙をＴ字
形となるよう構成することもできる。 （考案の効果） 以上の説明から明らかなように、本考案のセラ
ミツクハニカム構造体は、接合の交点部分に接合
材を充填しない複数個のハニカム構造のセラミツ
ク製マトリツクスセグメントを接合した構造体で
あり、好ましくは接合部の幅が２mmまたは隔壁厚
さの20倍のどちらか小さい方以下であることを特
徴とすることにより、機械的強度が低下せず、し
かも高い熱衝撃温度領域でも熱衝撃強度がセグメ
ントより低下しない接合形セラミツク熱交換体を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案で使用するセラミツク製マトリ
ツクスセグメントの一例を示す斜視図、第２図は
本考案のセラミツクハニカム構造体の一例を示す
斜視図、第３図ａ〜ｃはそれぞれ本考案の接合交
点部の一例を示す図、第４図ａ，ｂはそれぞれ従
来の接合交点部の一例を示す図である。 １……ハニカムセグメント、２……隔壁、３…
…貫通孔、４……交点部、５……接合材。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 複数個のハニカム構造のセラミツク製マトリ
   ツクスセグメントを接合材により接合した構造
   体において、接合の交点部分にのみ接合材を充
   填しないことを特徴とするセラミツクハニカム
   構造体。 ２ 接合部の厚さが、２mm以下である請求項１記
   載のセラミツクハニカム構造体。 ３ 接合部の厚さが、隔壁厚さの20倍以下である
   請求項１記載のセラミツクハニカム構造体。