JPS5953176B2

JPS5953176B2 - セラミツク・ハニカム構造物

Info

Publication number: JPS5953176B2
Application number: JP52034328A
Authority: JP
Inventors: スレシユ・サコルダス・グラテイ
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1984-12-24
Also published as: JPS52119611A; FR2346048A1; GB1579263A; US4323614A; FR2346048B1; DE2708908A1; DE2708908C2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般セラミック・ハニカム構造物もしくは構成
体に関し、より詳しくは、セルの長手方向軸線に対する
垂直平面において熱応力または機械応力による変形を調
節しうる湾曲した壁を有する改良したセラミック・ハニ
カム構造物に関する。

以下に用いられるように、セラミック・ハニカム構造物
もしくは構成物は、このようなセルの本Ｉ体を形成する
相互に接続し、かつ相関関係にある隔壁により形成され
る複数個の平行なセルもしくはセル状部分を含む構造物
を意味する。

通常、セルの本体は周縁壁または薄膜により取り巻かれ
ている。代表的には、全てのセルは、薄膜に近接してい
るものを除いて、三角形、正方形、菱形、六角形、また
は円形のような同じ幾何学的な形状のものである。全体
として本体内部に収容される露出表面領域を最小にする
ために、セルを形成する相互に接続しそして相関関係に
ある隔壁は、例え″ばＯ、０５０４ｍｍ（Ｏ、００２ｉ
ｎｃｈｅｓ）から１．２７０ｍｍ（Ｏ、０５０ｉｎｃｈ
ｅｓ）の最小厚みにされている。このようなセラミック
・ハニカム構造物は、内燃機関からの排出物を処理する
触媒コンバータ、または反応器に使用する基体、即ちコ
ア部材として使用されてきた。ドワイヤ（Ｄｗｙｅｒ）
等の米国特許第３、７８３、３５０号明細書には、この
ような排出物と反応する触媒によりこのようなハニカム
基体を被覆する方法が開示されている。触媒コア部材と
して有益な単一体のセラミック基体を製造する押し出し
方法は、バグレイ（Ｂａｇｌｅｙ）の米国特許第３、７
９０、６５４号明細書及びウイレイ（Ｗｉｌｅｙ）の米
国特許第３、８４６、１９７号明細書に記載されている
。単一体の基体を押し出す際に使用するダイは、バグレ
イの特許及びウイレイの米国特許第３、８２６、６０３
号明細書において記載されている。触媒コンバータ基体
用のセラミック構成物は、米国特許第３、８８５、９７
７号明細書に記載されている。触媒コンバータの使用時
においては、セルを通つて流れる高熱の排出ガスは、セ
ルの軸線に対し平行な方向および垂直な方向に激しい一
様でない温度勾配を発生する。

セルに対し垂直な方向の勾Ｌ配は、基体上に作用する非
常に大きな接線方向及び半径方向応力を生じさせ、基体
の周縁領域の割れ、またはひびの形態をとる機械的破損
の原因として認識されてきた。触媒単一体の熱衝撃抵抗
におけるセル幾何学形１状の影響（ＥｆｆｅｃｔｓＯｆ
ＣｅｌｌＧｅＯｍｅｔｒｙＯｎＴｈｅｎｎａｌＳｈＯｃ
ｋＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＯｆＣａｔａｌｙｔｉｃＭＯｎ
Ｏｌｉｔｈｓ）というタイトルの本発明者の論文（自動
車技術協会論文第７５０，１７１号、１９７５年２月）
において、熱応力に抵抗する基体の能力を改１良する種
々の手段が記載されている。

この中で、セラミツク・ハニカム構造物の熱的衝撃抵抗
は、構造物を形成する材料の熱膨張係数及び膨張方向に
おける材料の機械的強度に比例し、このような方向にお
けるかさ弾性係数または構造弾性係数に２反比例するこ
とが示されている。過去においては、最小の膨張係数及
び最大強度を有する基体を製造するための組成及び製造
方法に非常な努力が向けられた。開発作業は、現在まで
使用されたセラミツク基体が現在の自動車用触媒装置に
存在す５る条件のもとで満足できるものであると知られ
ている限りにおいて、充分であつた。しかしながら、自
動車の排気放出物に関する連邦政府の規則値が将来には
さらに厳しくなり、特にこのような将来の規則値におい
て排気ガスから窒素酸化物を取り除くためにおそらくよ
り高温度での変換が必要とされるであろうことが周知に
なつている。

言い換えると、将来用いられる基体は非常に高い温度に
さらされることが予測される。このような温度はより激
しい温度勾配を生じせしめ、この温度勾配はあまりに大
きいため、従来の基体は割れずには耐えられないと予測
される。より厳しい要求を満足する基体を製造する際に
も従来の組成及び製造方法を利用することができれば非
常に望ましいことは明白である。従つて、本発明の目的
は、構造物が機械的破損即ち割れを生じることなく、高
温度で発生すると予測される熱応力に抗することを可能
にするセルの幾何的形状即ち外形を有し、従来のセラミ
ツク・ハニカムノ構造物を製造する際に使用される製造
方法及び組成を用いて製造することのできるセラミツク
・ハニカム構造物を提供することである。

本発明の主な目的は、応力を受けると予め誘導された方
法で変形しうるセルの幾何学形状を有するセラミツク・
ハニカム構造物を提供することである。

より詳しくは、本発明の目的は、セル壁にほぼ平行、か
つセルの長手方向軸線に対し垂直な方向における構造弾
性係数を低くしたことを特徴とするセル幾何学形状を有
する構造を提供することによりセラミツク・ハニカム構
造物のひずみ耐性、または熱衝撃抵抗を増大させること
である。

さらに、本発明は、構造物のセルもしくはセル状部分の
長手方向軸線に対して垂直な平面内部に含まれる方向に
おいてより均一な、即ちほぼ等方的な構造弾性係数を有
するハニカム構造物または構成物を提供することを目的
としている。さらに、本発明の目的は真直ぐな側部を有
するセル幾何学形状が有する非等方性構造弾性係数特性
を最小にするに十分であるように湾曲される一方、壁の
曲率により生じる壁、即ち隔壁の端部における応力を最
小にするような湾曲壁、または隔壁を含むセル外形即ち
幾何学形状を有するハニカム構造物を提供することであ
る。

本発明は、これらの目的を達成するために構造物を長手
方向に貫通し延びる相関したセルもしくはセル状部分を
いつしよに形成する複数個の相互に連結した隔壁を有す
るセラミツタ・ハニカム構造物もしくは構成物を提供す
るものであり、構造物の周縁のセルを除いた各セルは２
組の隔壁により区画され；一組における隔壁が各セルの
中央部を通つて長手方向に延びる軸線に対し凹状に曲げ
られ；他の組における隔壁がこのようなセルの中央部を
通つて延びる長手方向軸線のまわりに凸状に曲げられ：
そして各セル状部分、即ちセルの全体の輪郭が平行四辺
形または六角形の形状を有することを特徴とするもので
ある。

より詳細には、平行四辺形型のセルにおいては、互いに
ほぼ平行な隔壁のうち、両端で凹状に曲つた隔壁に隣接
するものは凸状に曲げられ、逆のものは逆に曲つた隔壁
となるように、それぞれ凸または凹の同方向に曲げられ
る。

このように、隔壁間の角度は、セルの長手方向軸線に対
し垂直な平面におけるセル状部分に作用する引張り応力
下または圧縮応力下の横方向の変形中においても、また
その変形後においてもほぼ同じ角度に維持される。他の
実施例も可能であるが、半正弦波の形状に各隔壁を形成
することが非常に好ましい。

セルの全体形状が互いに対向した２個の凸状に曲つた壁
とその壁の間で２個の凹状に曲つた壁とを有する正方形
の形状であるときには、わずかな振幅で曲つた状態の隔
壁形状にすることにより、壁の端部を通る直線に対しほ
ぼ平行な方向の構造弾性係数が概ね減少し、したがつて
全体構造は弾性的にほぼ等方性となる。隔壁の振幅を最
小に留めることにより、壁の端部に作用する曲げ応力の
増大は最小となるが、構造物の強度は比較的わずかに減
少するだけである。従つて、セルの熱衝撃抵抗は、類似
の輪郭をした真直ぐな側壁からなるセルの抵抗より概ね
高い抵抗となろう。このように、本発明の主目的は、熱
衝撃抵抗を改良し、またはひずみ許容量を増大させたセ
ル幾．何学を有するハニカム構造物を提供することであ
る。

以下において、本発明の好ましい実施例を添付図面を参
照して説明する。

こ・で、特に第２乃至第６図を参照すると、セ，ラミツ
タ・ハニカム構造物もしくは構成物のいくつかの実施例
が示され、これらはそれぞれ複数個の平行なセル状部分
、即ちセル３０〜３８，４０〜４４及び５０〜６０を含
み、該セルは一方向即ち以下にセル軸線またはハニカム
軸線として引用する軸線Ｚにほぼ平行に構造物を通つて
延びる相互に連結され、相関関係にある隔壁即ち壁２０
により形成されている。

ハニカム構造物を形成する複数個のセルは、第３図に部
分的に示す周縁、即ち外側壁、即ち薄膜７０により連結
されている。好ましくは、隔壁は、相対的に薄く、ハニ
カム軸線に対して垂直な平面即ち以下において横断面と
呼ばれるｘ及びｙ軸を含む横断面における開放領域を最
大にする。第２乃至第４図に示す第一の実施例において
、各セル３０〜３８は、変形した正方形の全体外形を有
している。

即ち各セルの隔壁２０ａ及び２０ｂの接合部または接合
線２４を通つて引いた直線により正方形が形成されてい
る。各セル３０乃至３８は、第一の組の向いあつた凹状
に曲つた隔壁２０ａと第二の組の両側の凸状に曲つた隔
壁２０ｂとを有し、４個の接合部２４において凸状に曲
つた隔壁２０ｂは凹状に曲つた隔壁２０ａと連結する。
即ち、各凹状隔壁２０ａの両端部は、２個の凸状の隔壁
２０ｂの端部に隣接しており、さらに凸状の部分２０ｂ
の両端部は凹状の部分２０ａの端部に隣接する。凹状の
隔壁即ち壁２０ａは互いに向いあい、これらの端部にお
いて凸状の曲つた隔壁２０ｂと結合し、隔壁２０ｂはま
た互いに向かいあつている。

各隔壁は、第４図に示すように等しい長さＬ（各壁の接
合部から接合部へ、即ち端部から端部への直線に沿つて
測定されたもの）を有し、そして凸状及び凹状の隔壁は
同一の曲率を有し、各隔壁が並置した隔壁２０ａ及び２
０ｂの接合部２４においてほ）゛９０゜の４個の等しい
コーナー角度を形成している。こ・で使用される「コー
ナー角度」とは、壁の接合部、即ち交差部におけるそれ
ぞれの隣接壁に接していてそして横断面にある２本の線
の交点で決定される角度である。隔壁は、全体として一
様な厚みを有し、該厚みは前述のように最小にされ、各
セル３０乃至３８の開放した前面領域を最大にする。接
合部２４において、即ち隔壁の端部において、応力集中
を減少させるために接合部は平縁にするか、丸くするこ
とが好ましい。第３図に示すように、各セル状部分の変
形正方形の形状は、対称的な、繰り返しの、即ち再生す
るパターンに組込まれ、各セル３０乃至３８が同じ形状
のものであるが、隣りのセルは互いに対して９０゜の角
度変位がされている。

即ち、セル３０のような各セルは、これのすぐ近くのセ
ル３２乃至３８と同一のものであるが、しかし近接した
各セル３２乃至３８は、共通のセル３０に対し９０゜だ
け回転した位置にある。このように、セル３８及び３６
、またはセル３２及び３４のように一列になつた各セル
は、互いに同一であり、セル３０のように、各側部にお
けるこのようなセルから９０゜角度回転されたセルをそ
の間に有する。各セルの隔壁は横断面の形状がネツクイ
ンおよびタンペル形状（Ａｎｅｃｋｅｄ−１ｎａｎｄｄ
ｕｎ１ｂ−ＢｅｌｌｆＯｒｍ）となるように、一組の対
向する隔壁を互いに内側に湾曲させ、他組を互いに外側
に湾曲したものである。ハニカム構造物の横断面全体に
おけるセルパターンの連続性を定義するもう一つの方法
は、各隔壁の壁が１個のセル状部分に対しては凸状であ
るが、このような隔壁に共通なセル状部分に対して（は
凹状になつていることを示すことである。

例えば、セル３０の隔壁２０ａは、セル３０に対し凹状
であるが；しかしセル３０と共通であり、そしてセル３
０の隔壁２０ａを分ける近接したセル３６及び３８にお
いては、隔壁２０ａがそれらに対１して凸状に曲げられ
ている。セル３０においては、隔壁２０ｂがその中央即
ち長手方向軸線に対して凸状に曲げられているが、同じ
隔壁はセル３０の上方及び下方のそれぞれに配置された
近接するセル３２及び３４の中央に対しては凹状に曲げ
１られている。図面から認められるように、２個のセル
と共通であるセルの隔壁を示すためには唯一の数字を使
用している。本発明のハニカム構造物の主要な利点は、
熱応力または機械的応力を受けて変形中に、変形した二
酉蓮ｉ′ｆ）場合にほ′Ｙ９Ｏ゜となるコーナー角度が
各セルにおいてほぼ等し保持されることである。

この結果は、向かいあつた隔壁２０ａ及び２０ｂのそれ
ぞれが各セルの中央部からまたはその方向へのどちらか
に延びる変形中にセルの中央部から離５れるかまたはそ
の方向へのどちらかに隔壁を曲げようとする予め誘導さ
れたモーメントアームを有゛゛する一ことによりもたら
される。従つて、凹状に曲゛つた隔−に平行に働“ぐ力
は、２個の隔壁を内方向に折り゛曲げるか、または曲り
やすくさせ；同様に凸状に曲つた隔壁に平行に働く等し
い大きさの力はこれらの隔壁を外方向に曲りやすくさせ
、これにより凸状に曲つた隔壁と凹状に曲つた隔壁との
間のコーナ角度をこれらの隔壁の初期の値にほぼ等しく
維持する。こ・で用いられている１−つの隔壁にほぼ平
行な」という語句は、横断面にあり、例えば第４図に示
すｘ軸のような接合部または接合線２４において隔壁の
端部に交差する直線に沿つた方向を意味する。セラミツ
ク・ハニカム構成体の分野の当業者には明らかであるよ
うに、隔壁により形成されたコーナ角度が減少するにつ
れ、応力は隔壁の端部により集中しようとする。

この応力集中は、コーナ角度をほぼ初期の大きさまたは
値に維持する前述の機構もしくは手段を有するハニカム
構造物を提供する本発明により最小にされる。通常直線
側面を有する幾何学的形状の公知のセル配列と比較する
と、本発明の湾曲した幾何学形状によれば、構造物は、
任意に真直なまたは平坦な隔壁が応力を受けて曲つたり
、変形したりするよりはむしろ、予め設定されまたは予
め誘導された様に変形される。基体を含むセラミツク材
の膨張係数を減少する代りに、またはそれに加えてコー
ナー角度を初期値に維持し、より大きなセル可撓性を維
持する本発明のこの手段は、ハニカム構造物に対して改
良された熱的衝撃抵抗を与えることになろう。上述のセ
ル幾何学形状のもう一つの重要な特徴は、横断面内の方
向の構造弾性係数が曲つた壁の構造物ではより低くそし
てより均一になることである。この構造弾性係数の特徴
は、半径方向及び接線方向応力が熱的に生じるにせよ機
械的に生じるにせよ、このような応力に対する構造物の
抵抗力を改良することになる。前に引用した論文に述べ
られているように、第１図の構造物の正方形のセルの構
造弾性係数Ｅは以下の等式により決められる。

こ・でθは第１図に示すｘ軸からの角度変位；Ｅはセル
材の弾性係数；Ｌは隔壁１０の長さを表わし；ｔは隔壁
１０の厚味；νはポアソン比である。

ポアソン比νは、θ＝４５゜即ち対角線方向で、セル厚
が一様でないような不完全なセル幾何学形状においては
０．９０であると仮定される。従来の菫青石型セラミツ
ク単体押し出し基体の代表的な値に一致するように、厚
み、即ちｔを０．２５４ｍｍ（０．０１０１ｎｃｈｅｓ
）、隔壁Ｌを１．７８ｆ１１ｍ（０．０７０１ｎｃｈｅ
ｓ）に等しく、及び弾性係数Ｅを０．２８１××１０６
ｋｇ／ＣＯｌ′（４×１０６ｐ０ｕｎｄｐｅｒｓｑｕａ
ｒｅｉｎｃｈ）にほ？等しくすると、第１図に示す型の
正方形のセル状部分の構造弾性係数は、前の式（１）と
（２）を使用すると、次の値に計算される。即ち、この
ように、先行技術の正方形のセルは、弾性的に非常に異
方性のものであることが解ろう。

セル壁に平行な方向の構造弾性係数（式３）は、対角線
方向の構造弾性係数（式４）の１９倍である。正方形の
セルの異方性を説明するために、横断面における種々の
方向の構造弾性係数をプロツトとした特性曲線を第１ａ
図に示す。本発明の好ましい実施例によると、第４図に
示すように、隔壁２０ａ及び２０ｂは、各各次式により
形成される半正弦波の曲線を有するものである。

この式のｙは接合部２４において隔壁の端部を通つて引
かれる直線（すなわち第４図のｘ軸から）から垂直方向
にとつた変位量であり；Ｌは隔壁の接合線または端部間
の直線距離；そしてθは隔壁の最大の離心率即ち、どち
らかの接合部２４からＬ／２の距離にある中間地点にお
ける隔壁の振幅である。

変位量ｙ、及び振幅θは、隔壁の内側または外側表面と
いうよりはむしろ隔壁の中央線に沿つて測つたものであ
る。第４図に概略的に示す隔壁の外形線または輪郭は、
このようにそれぞれの隔壁の中央線の外形線であり：そ
して振幅θは、このような端部間の中間部または隔壁の
中間地点において、隔壁の中央線の端部を通つて引かれ
る直線ｘから偏位量である。第１図に示し、かつ第１ａ
図に特徴づけられた正方形幾何学形状の弾性特性と本発
明の異方性の弾性特性を比較するために、構造弾性係数
の等式（１）及び（２）を得るのに使用した異方性の弾
性理論及びエネルギ方法（前述論文に示される）を、ま
た本発明の改良されたセル幾何学形状の種々の構造弾性
係数を得るのに使用した。

第２、第３及び第４図に示す変形正方形形状は、等式（
５）に示す形状のうねり状の曲り壁を備える場合には、
以下の等式により決定される構造係数を有する。即ち、
この式において、θは第４図に示すうねり形状の曲率の
最大振幅；他のパラメータは上記の等式（１）及び（２
）におけるものと同じであり；そして以下に述べる理由
のため曲率に必要とされる振幅は極めて小さいことから
、対角線方向の構造係数の等式は上述の式（２）で与え
られ、即ちＥ（４５）はＥ″ （４５）とほぼ一致する
。壁厚ｔを再度０．２５４ｍｍ（０．０１０１ｎｃｈｅ
ｓ）に等しくし、壁長さＬを１．７８ｍｍ（０．０７０
１ｎｃｈｅｓ）に再度等しくすると、種々の値の架（即
ち壁厚と振幅の比）壁に対しほぼ平行な方向の構造弾性
係数は、以下の通りである。

前述の表は、振幅０において、即ち隔壁が真直ぐである
とき、構造係数は、式（３）において示したように、０
．０４０１×１０６ｋｇ／―（０．５７×１０６ｐｓｉ
）に等しいことを示している。

驚×べきことに、振幅と厚みの比が１．５に等しい場合
、構造弾性係数は、０．００２７４×１０６ｋｇ／Ｃｒ
ｆｆ（０．０３９×１０６ｐｓｉ）に減少している。こ
のことは、構造係数が１桁以上改良されることを表わし
ている。しかしながら、上記のように熱衝撃抵抗は、構
造係数に反比例するだけでなく、また関連する方向の構
造強度に正比例する。

そのため隔壁の曲がつた形状により隔壁に組込まれるモ
ーメント・アームの結果として接合部近くの隔壁の端部
において生じる曲げ応力の増加をも考慮する必要がある
。従来の四辺形セルの曲げモーメントと本発明の曲げモ
ーメントとの間の関係は、次のように表現することがで
きる。この式において、ＭＯ（曲り壁）は、うねり状形
の曲つた隔壁の端部部分における曲げモーメント；ＭＯ
（直壁）は、第１図に示すような従来の正方形セルの真
直ぐな隔壁の端部における曲げモーメントを示し；θ及
びＬは前記のものと同じ；αは第４図に示すように接合
部２４またはその端部における隔壁の曲線に対する接線
Ｓと、隔壁の端部と対向する接合部を通つて引かれる線
ｄとの閏の角度蛮位量である。

この式の比を、α＝π／４、θ＝０．１５２１ｍ（０．
３伍閣ｉ）及びＬ＝１．７８ｍｍ（０．０７０１ｎｃｈ
ｅｓ）の値で解くと、である。式（９）及び表１を参照
すると、振幅を０．１５２ｍｍ（０．００６１ｎｃｈｅ
ｓ）とし、壁厚を０．２５４ｍｍ（０．０１０１ｎｃｈ
ｅｓ）として場合においては、セル壁に平行な方向の構
造弾性係数は、０．０１２７×１０６ｋｇ／―（０．１
８×１０ｍ１）であり、真直ぐな壁の構造弾性係数の１
／３に減少しているが、隔壁の端部における曲げ応力の
増加は、１０パーセントにすぎない。

したがつて、その振幅が壁厚みめ６／１０である正弦波
状に曲つた隔壁を有する変形正方形セルの幾何学形状に
おいては従来の正方形セル幾何学形状と比較して構造物
の熱衝撃抵抗は少なくとも倍増すると概算することがで
きる。さらに、本発明のセル幾何学形状は、セラミツク
・ハニカム基体の異方性構造係数特性を大幅に改良する
ものである。

例えば、前述のように０．２５４ｍｍ（０．０１０１ｎ
ｃｈｅｓ）の壁厚、及び０．１５２ｍｍ（０．００６１
ｎｃｈｅｓ）の振幅では、表１に示すようにセル壁に平
行な方向において０．０１２７×１０６ｋｇ／ｄ（０．
１８×１０６ｐｓｉ）の構造係数が得られる。式（７）
を用いると、このような壁厚、及び振幅を有する変形正
方形形状の場合の対角線方向の構造係数は０．００２１
１×１０６ｋｇ／―（０．０３×１０６ｐｓｉ）となる
。第２ａ図は、これらの値を使用して計算される、厚味
の６／１０に等しい振幅を有するうねり状壁の曲率を組
込んだことによつて得られる０゜、９０゜、１８０゜及
び２７０゜の方向における弾性係数の減少により改良さ
れた構造弾性係数の一様性を示すものである。最大弾性
係数は、６７％の割合で減少、換言すれば１／３に減少
する。真直ぐな側部をした正方形のセルの対角線及び壁
に平行な方向の構造係数の値の比は１：１９であるのに
対し、本発明の変形正方形の幾何学形状における比は１
対６である。したがつて、構造弾性係数における異方性
は、１９／６、即ちまたほ？３倍も改良されている。第
５図に概略を示す本発明の改良されたハニカム・構造物
のもう一つの実施例は、変形した六角形のセル形状を有
し；即ち、各セルの隣接する接合部または接合線２４″
を通つて引かれる直線が六角形を形成している。第一の
組の凹状に曲つた隔壁または壁は、３個の向いあつてい
ない隔壁２０ｃを含み；一方、第二の組の凸状に曲つた
隔壁は３個の向かいあつていない隔壁２０ｄを含む。凹
状に曲つた隔壁２０Ｃは、互いに離れていて、それらの
隔壁の端部は凸状に曲つた隔壁２０ｄの端部に隣接して
いる。即ち、各凹状の壁２０Ｃの端部は、凸状の壁２０
ｄの端部に接続され；かつ各凸状の壁２０ｄの端部は、
凸状の壁２０Ｃの端部に隣接している。これらの隔壁は
、均一の長さと曲率とを有し、各接合部２４″は等距離
でありそしてその２個の近接した接合部から等角度で間
隔があけられている。凸状及び凹状に曲つた隔壁の配向
と曲率は、隔壁の端部分間に１２０゜の等角度が形成さ
れるように決定される。第５図に示すように、セル４０
，４２及び４４は、繰り返し、または再生した対称的な
パターンを形成し、該パターンにおいて一個のセルに対
して凹状に曲げられた隔壁（セル４０に対する隔壁２０
Ｃのように）が、このような隔壁に交差するセル（セル
４２等）に対して凸状に曲げられるように互いに配向さ
れる。

セルは、互いに同一であり、そして隣接したセルは、セ
ルのコーナ角度に等しい角度だけ、即ち１２０゜だけ回
転される。このセル間の回転関係は、第５図のセル４０
，４２、及び４４により示され、この図においてセルは
共通の接合部２４″の回りに回転されている。セル４０
及び４２のような任意の一列の六角形のセルは、このよ
うに、列の方向に対し横に位置する隔壁が同じ方向に曲
げられるように、互いに対して向けられている。第６図
に示す別な実施例においては、セルが変形した菱形また
は長斜方形の形状を有している。

この実施例においては第一及び第２の組の各々に２個の
隔壁があり、互いに向きあつた２個の凹状に曲つた隔壁
２０θは２個の向きあつた凸状に曲つた隔壁２０ｆと端
部において隣接している。隔壁は、全て端部から端部ま
での長さが等しく、そして同一の曲率を有する。互いに
向きあう２個のコーナ角度は、ほ・゛６０゜で゛あり、
そして他の向きあう角度はほ・゛１２０゜である。上述
のように、コーナ角度は、接合部２４″″において交差
しそして横断面にある隣接壁への接線の交点により形定
される。ハニカム構造物中に一体として組込まれる場合
、このような変形した菱形形状をしたセルは、構造物の
周囲を除いて、任意の一個の隔壁が一個のセルに対して
凹状に分割されるが、近接または隣接するセル（即ち、
隔壁に共通なセル）に対し凸状に曲げられている状態で
、互いに網目をなし．ている。

このパターンは、中央の接合部回りに集合した３個の同
一のセルからなる群からなるものと考えることができ；
例えば、セル５０，５２及び５４は、一個の接合部２４
″″の回りに集まつており、そしてセル５６，５８及び
６０はもう一つ・の接合部２４″″の回りに集合する。
あるいは、セルの全体のパターンは、各々が共通の接合
部のまわりに集められた６個の同一のセルからなる複数
個の群を含むものとして記載されてもよい；例えば、セ
ル５２，５４，５６及び５８は、このような６個のセル
の集まりを形成する６個のセルのうちの４個である。第
５及び第６図の変形した六角形及び菱形の形状をしたセ
ルは上述の変形した四角形の形状と同じ利点を与える。

熱応力、または機械的に生じる応力を受けて変形中に、
隣接する隔壁間の角度はほぼ初期値と等しい値を維持す
る傾向にあり、このために隔壁の端部における応力集中
が最小にされる。また、曲つた隔壁構造のため、変形六
角形及び菱形形状のセルは、その壁または隔壁にほぼ平
行な方向において概ねより高い可撓性を有する。壁に曲
率を与える結果として生じる隔壁の端部における曲げ応
力を最小にし、かつ低く均一な構造係数を得るには、隔
壁が正弦波状に曲げられていることが好ましい。

さらに詳しくは、正弦波状の形状をなした隔壁は、セル
壁にほぼ平行な方向におけるセル構造の構造弾性係数を
概ね減少するが、しかし曲つた隔壁形状の増大したモー
メント・アームに関連する曲げ応力を概ね増加させるこ
とがないように計算された振幅θを有することが望まし
い。変形した六角形の形状においては、非常に小さな振
幅の正弦波状の曲率がセル幾何学形状を本質的に弾性等
方性にせしめるが、これは、真直ぐな壁をした六角形構
造物が平行四辺形の形状をした構造物よりはるかに小さ
な異方性を有していることからなる結果であることに注
意すべきである。本発明は、自動車の触媒コンバータに
使用するのに適したセラミツク型のハニカム構造物に関
して説明してきたが、セラミツク・ハニカム構造物を高
いひずみ許容量、または高い熱衝撃抵抗を必要とする他
の場合に使用することも有効であることは認められよう
。

従つて、本発明は触媒コア部材として使用されるセラミ
ツク・ハニカム構造物、または構成物に限定されること
を意図するものではない。本発明は、可能な形状または
実施例に関して説明してきたが、本発明の開示は、制限
というよりむしろ説明のためのものであり、そしてその
変化及び変更が特許請求の範囲の記載、または本発明の
精神から離脱することなくなされてもよいことは理解さ
れるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の形式のハニカム構造物のセル状部分、即
ちセルを示す破断斜視図；第１ａ図は第１図に示すよう
に第１図の横断面即ちｘ−ｙ面の種々の方向におけるこ
のようなセル状部分の構造弾性係数Ｅを示す特性曲線の
対極線図；第２図は本発明のハニカム構造物のセル状部
分を示す破断斜視図；第２ａ図は横断面またはｘ−ｙ面
の種々の方向における第２図の改良されたハニカム構造
物の構造弾性係数Ｅを示す特性曲線の対極線図；第３図
はセル状部分を形成する相互に接続した隔壁が変形した
正方形の全体外形を有する本発明の好ましい実施例を示
す略図；第４図は、第３図に示す構造物の単一のセルま
たはセル状部分においてより詳細に好ましい正弦波形状
の壁曲率を示す部分略図；第５図は相互に接続した隔壁
が変形した六角形の形状に相互に接続しそして相関関係
にあるセルをなした本発明の他の好ましい実施例を示す
略図；第６図は各セルが変形した菱形状の平行四辺形の
全体形状を有する本発明の好ましい実施例を示す略図で
ある。２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ・・
・「隔壁」、２４，２４″，２４″・・・「接合線」
、３０〜３８，４０〜４４，５０〜６０・・・「セル」
。

Claims

【特許請求の範囲】

１ハニカム軸線にほぼ平行に構造物を貫通して長手方
向に延びる複数個の相互関係にあるセルを有し、各セル
がハニカム軸線に垂直な横断面に幾何学的形状を形成す
る隔壁により区画され、さらにセルが前記横断面に再生
的な対称パターンをいつしよに形成し、各セルが、隔壁
の２つの向いあつた両側部を形成する凹状に曲つた第１
の隔壁組及び隔壁の残りの２つの向かいあつた側部を形
成する凸状に曲つた第２の隔壁組からなる変形した平行
四辺形をした全体形状を有し、前記第１の隔壁組が両端
部で前記第２の隔壁組と隣接し、前記第２の隔壁組が両
端部で前記第１の隔壁組と隣接し、前記隔壁が長さ方向
に正弦波形状を有して前記横断面に沿つて伸びており、
かつ前記隔壁が一定の厚さを有するセラミック・ハニカ
ム構造物において、前記正弦波形状の振幅が前記隔壁の
厚さよりも小さいことを特徴とするセラミック・ハニカ
ム構造物。