CN105906362B - 蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种能够减少蜂窝结构体的端面的不良的产生且能够抑制烧成成本的不使用垫板的蜂窝结构体的制造方法。蜂窝结构体的制造方法(100)具有：成形工序，形成具有隔壁的蜂窝成形体(1)，该隔壁划分形成多个隔室；凸壁部形成工序，在所获得的蜂窝成形体(1)形成凸壁部(4)；载置工序，以使形成有凸壁部(4)的第一面(2a)朝向下方的方式载置于搁板(10)；烧成工序，对载置于搁板(10)的蜂窝成形体(1)进行烧成，形成蜂窝烧成体(20)；以及外周磨削工序，对蜂窝烧成体(20)的外周面(21)进行磨削，除去凸壁部(4)。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体。更详细而言，涉及用于在烧成炉内对使用挤压成形机被挤压成形的未烧成的蜂窝成形体进行烧成的蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体。
背景技术
以往，陶瓷制蜂窝结构体使用于汽车废气净化用催化剂载体、柴油微粒去除过滤器、或者燃烧装置用蓄热体等的广泛的用途。陶瓷制蜂窝结构体(以下，简称为“蜂窝结构体”。)通过对成形原料(坯土)进行调制，使用挤压成形机挤压成形为所希望的蜂窝形状，并经由以高温对粗切、干燥、精切的蜂窝成形体进行烧成的烧成工序而进行制造。
在上述烧成工序中，蜂窝成形体以使第一面朝向下方的状态载置于搁板上，并与该搁板一同被投入烧成炉内。此时，为了防止蜂窝成形体附着于搁板，并且良好地保持所形成的蜂窝结构体的端面而不产生端面断裂等的不良情况，通常在搁板以及蜂窝成形体之间夹设称为“垫板(栃)”的烧成用的垫板。该垫板例如使用将烧成了蜂窝成形体的蜂窝结构体较薄地进行切断的部件，能够反复使用。
然而，若反复使用垫板，则产生破裂等，因此使用对陶瓷原料进行冲压成形并对其进行烧成的称为“冲压垫板”的部件，能够反复的使用(例如，参照专利文献1。)。将这些垫板总称为“烧成垫板”。另外，尤其在对隔室隔壁较薄的蜂窝成形体、直径较大的蜂窝成形体进行烧成的情况下，在烧成工序中使用较薄地切断以与蜂窝成形体相同的材料形成的未烧成的蜂窝成形体而成的烧成用生坯垫板(以下，简称为“生坯垫板”。)(例如，参照专利文献2。)。此外，在本说明书中，将从挤压成形至烧成前的蜂窝体定义为“蜂窝成形体”，将烧成后的蜂窝体定义为“蜂窝结构体”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-274954号
专利文献2：国际公开第2006/035674号
发明内容
被挤压成形的蜂窝成形体在烧成工序中沿着隔室的长度方向以及与隔室的长度方向正交的方向烧成收缩。因此，在将蜂窝成形体载置于上述烧成垫板上并投入烧成炉内的情况下，存在如下情况，因蜂窝成形体的烧成收缩而在烧成垫板上表面与蜂窝成形体的下端面之间产生错位，在与烧成垫板接触的蜂窝结构体的下端面产生隔室隔壁的变形、断裂等不良。另外，存在如下情况，在蜂窝成形体的下端面与烧成垫板上表面之间产生连挂，不均匀地引起错位等，在蜂窝结构体的下端面的形状产生变形。在产生该变形的情况下，在圆柱形状的蜂窝结构体中，端面的真圆度变差。
另一方面，在使用上述生坯垫板的情况下，以与烧成对象的蜂窝成形体相同的材料形成，因此不会在蜂窝成形体与生坯垫板之间产生烧成时的烧成收缩差。因此，能够以与蜂窝成形体相同的时机以及相同的比率沿着隔室的长度方向以及与隔室的长度方向正交的剖面方向产生烧成收缩。因此，能够消除使用了烧成垫板的情况下的不良情况。然而，生坯垫板无法反复的使用，也成为使蜂窝成形体的烧成的烧成成本增加的重要因素。
因此，本发明是鉴于上述以往的实际情况而完成的，其提供一种能够减少蜂窝结构体的端面的不良的产生且能够抑制烧成成本的不使用垫板的蜂窝结构体的制造方法以及使用于该制造方法的蜂窝成形体。
根据本发明，提供一种解决上述课题的蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体。
[1]一种蜂窝结构体的制造方法，具有：成形工序，对成形原料进行成形，通过挤压成形、切断及干燥来形成具有隔壁的蜂窝成形体，该隔壁划分形成多个隔室，该隔室成为流体的流路且从第一面延伸至第二面；凸壁部形成工序，形成凸壁部且将所述第一面加工为剖面凹状，该凸壁部从通过所述成形工序而获得的所述蜂窝成形体的所述第一面的外周缘的附近沿着所述蜂窝成形体的中心轴方向突出；载置工序，以使形成有所述凸壁部的所述第一面的一侧朝向下方且使所述凸壁部与搁板面抵接的方式将所述蜂窝成形体载置于搁板；烧成工序，对载置于所述搁板的所述蜂窝成形体进行烧成，形成蜂窝烧成体；以及外周磨削工序，对通过所述烧成工序而获得的所述蜂窝烧成体的外周面进行磨削，除去所述凸壁部。
[2]根据上述[1]所记载的蜂窝结构体的制造方法，进一步具备外周壁形成工序，该外周壁形成工序在通过所述外周磨削工序而被除去所述凸壁部的所述蜂窝烧成体的外周磨削面涂覆外周涂层材料，从而形成外周壁。
[3]根据上述[1]或[2]所记载的蜂窝结构体的制造方法，进一步具备形成连通孔部的连通孔形成工序，该连通孔部连通所述凸壁部的壁内面以及壁外面之间。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所记载的蜂窝结构体的制造方法，所述凸壁部距所述第一面的壁高为0.7～3mm。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所记载的蜂窝结构体的制造方法，所述凸壁部的壁宽为3～15mm。
[6]一种蜂窝成形体，使用于所述[1]～[5]中任一项所记载的蜂窝结构体的制造方法，具备从第一面的外周缘的附近沿着中心轴方向突出的凸壁部，所述第一面加工为剖面凹状。
[7]根据上述[6]所记载的蜂窝成形体，所述凸壁部进一步具备连通壁内面以及壁外面之间的连通孔部。
本发明的效果如下。
根据本发明的蜂窝结构体的制造方法，能够不使用垫板而制造出良好地保持端面的蜂窝结构体。另外，本发明的蜂窝成形体能够用于上述制造方法。
附图说明
图1是表示本实施方式的蜂窝成形体的简要结构的立体图。
图2是表示图1的双点划线圆区域的蜂窝成形体的简要结构的放大立体图。
图3是表示载置于搁板的蜂窝成形体的简要结构的局部放大剖视图。
图4是表示蜂窝成形体的简要结构的端面附近的局部放大剖视图。
图5是示意性地表示本实施方式的蜂窝结构体的制造方法的简要结构的说明图。
图6是表示本发明的其他例子结构的蜂窝成形体的简要结构的立体图。
图7是表示图6的双点划线圆区域的蜂窝成形体的简要结构的放大立体图。
图8是表示载置于搁板的图6的其他例子结构的蜂窝成形体的简要结构的局部放大说明图。
图中：
1、40—蜂窝成形体，2a、41—第一面，2b—第二面，3、42—外周缘，4、43—凸壁部，4a、44—壁端，5—隔室，6—隔壁，7、48—间隙空间，10—搁板，11—搁板面，20—蜂窝烧成体，21—外周面，22—磨削结束蜂窝烧成体，23—磨削除去部，24—外周磨削面，25—外周壁，30—蜂窝结构体，45—壁内面，46—壁外面，47—连通孔部，100—蜂窝结构体的制造方法，H—壁高，W—壁宽，X—中心轴方向。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体的实施方式进行详述。此外，本发明的蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体不限定于以下的实施方式，只要不脱离本发明的范围，则能够施加各种设计上的变更、修正以及改进等。此外，在图1、图5、图6中，针对在蜂窝成形体的端面呈现的隔室以及隔壁，省略了局部图示。
如图1～图4所示，本发明的一实施方式的蜂窝成形体1作为整体呈大致圆柱状，并具有从第一面2a的外周缘3的附近朝向中心轴方向X(参照图1)突出的圆环状的凸壁部4。由此，蜂窝成形体1的第一面2a被加工为中心附近凹陷的剖面凹状。基于图5，对使用了该蜂窝成形体1的蜂窝结构体的制造方法100进行说明。
就蜂窝成形体1而言，对成形原料(坯土)进行调制，使用挤压成形机挤压成形为所希望的形状，在利用挤压成形机进行挤压成形之后，切断(粗切)为预定的长度，在使其干燥之后，将经过精切的圆柱状的蜂窝成形体形成为基体(成形工序)。对于本实施方式的蜂窝成形体而言，通过杯型砂轮等对由成形工序而形成的上述圆柱状的蜂窝成形体的第一面2a进行磨削加工，以使外周缘3的附近距外周缘以预定的壁宽W(参照图4)残留的方式将中心附近磨削为预定的磨削深度(壁高H：参照图4)(凸壁部形成工序)。
由此，形成外周缘3的附近相对于第一面2a的中心突出而形成的蜂窝成形体1。此外，在图1中，为了简化图示，示出了使第一面2a朝向上方的状态。另外，在图5中，除了将蜂窝成形体1载置于搁板10的图(从左数第二个)以外，同样地示出了使第一面2a朝向上方的状态。
蜂窝成形体1具有成为流体的流路的从第一面2a延伸至第二面2b的多个隔室5，并具有对该隔室5进行划分形成的格子状的隔壁6。此处，从第一面2a的中心至凸壁部4的壁端4a的壁高H设定为0.7～3mm的范围，更加优选在1～3mm的范围内。另一方面，从外周缘3朝向中心方向的凸壁部4的壁宽W设定为3～15mm的范围，更加优选在4mm～8mm的范围内。
此处，在壁高H比0.7mm小的情况下，在后述的载置工序中性，搁板10的搁板面11与第一面2a的中心附近之间的间隙空间7变小，存在第一面2a与搁板面11的一部分接触的可能性。另一方面，在壁高H比3mm大的情况下，在成形体的凸壁部形成工序需要时间。因此，壁高H设定为0.7～3mm的范围。在凸壁部4的壁宽W比3mm小的情况下，凸壁部4本身成为薄壁，存在无法充分地支撑蜂窝成形体1的可能性。另一方面，在比15mm大的情况下，后述的外周磨削工序的磨削量增多，制造成本增高，因此蜂窝结构体的有效制造变得困难。
将经由成形工序以及凸壁部形成工序而形成的蜂窝成形体1以使第一面2a朝向下方的方式载置于搁板10的搁板面11上(载置工序)。此时，因蜂窝成形体1的凸壁部4而在第一面2a的中心附近与搁板面11之间产生分离了相当于凸壁部4的壁高H的距离的间隙空间7。即，在将蜂窝成形体1载置于搁板10的情况下，第一面2a的整体不会与搁板面11抵接。以在该搁板10载置了蜂窝成形体1的状态下实施烧成工序。
所使用的搁板10由耐热性陶瓷材质构成，即使在高温的烧成温度下也不会产生烧成收缩。另外，搁板10的搁板面11的面积形成为比蜂窝成形体1的第一面2a大。因此，载置于搁板10的蜂窝成形体1不会从该搁板10露出，换言之，成为蜂窝成形体1的第一面2a侧的凸壁部4的壁端4a整个与搁板面11抵接的状态(参照图3)。
由此，蜂窝成形体1在外周缘3的附近具有凸壁部4，从而第一面2a的中心附近以浮起的状态配置于搁板10的搁板面11的上方。即，在第一面2a的中心附近丝毫不受来自外部的影响。
蜂窝成形体1以载置于搁板10的状态投入烧成炉内，以预先规定的烧成温度以及烧成时间进行烧成(烧成工序)。由此，蜂窝成形体1的烧成结束，形成蜂窝烧成体20。在烧成工序中，因陶瓷原料的烧结而沿着蜂窝成形体1的长度方向(相当于中心轴方向X)以及与该长度方向正交的剖面分别产生烧成收缩。此时，位于从搁板面11浮起的位置的蜂窝成形体1的第一面2a的中心附近如上所述地不与搁板10直接接触，不存在阻碍烧成收缩的重要因素。第二面2b在烧成时成为上表面，因此不受约束，不存在阻碍烧成收缩的重要因素。
因此，沿着长度方向以及与长度方向正交的剖面，进行各向同性的烧成收缩。即，在第一面2a中，产生对隔室5进行划分形成的格子状的隔壁6的形状变形等的不良情况不会在未与搁板面11抵接的第一面2a的中心附近产生。其结果，在烧成后的蜂窝烧成体20的第一面2a不会产生因隔壁6的变形、断裂而引起的不良等。由此，能够消除烧成工序的不良等的问题，能够形成形状稳定性较高的品质的蜂窝烧成体20。
所获得的蜂窝烧成体20保持凸壁部4形成于外周缘3的附近的状态(参照图5)。因此，一边使蜂窝烧成体20以中心轴方向X为旋转轴进行旋转，一边使磨削砂轮(未图示)接近外周面21，磨削除去包含外周面21的蜂窝烧成体20的外周部(外周磨削工序)。此时，与包含外周面21的外周部的磨削同时，还进行与外周面21连通的凸壁部4的磨削除去。
而且，继续上述外周面21的磨削至全部除去凸壁部4的位置，最终，形成磨削了相当于凸壁部4的壁宽W的部分的磨削结束蜂窝烧成体22。此外，在图5右上方示意性地示出了包含被磨削砂轮削掉的凸壁部4的磨削除去部23。然后，在磨削结束蜂窝烧成体22的外周磨削面24涂覆公知的外周涂层材料，形成外周壁25(外周壁形成工序)。使外周壁25充分地干燥，从而结束圆柱状的蜂窝结构体30的制造。此处，外周壁25的形成是公知的，因此省略详细的说明。
作为本发明的其他例子结构，能够例示具有图6～图8所示的结构的蜂窝成形体40。图6是表示本发明的其他例子结构的蜂窝成形体的简要结构的立体图，图7是表示图6的双点划线圆区域的蜂窝成形体40的简要结构的放大立体图，图8是表示载置于搁板10的图6的其他例子结构的蜂窝成形体40的简要结构的局部放大说明图。
如图6～图8所示，其他例子结构的蜂窝成形体40具有从第一面41的外周缘42的附近朝向中心轴方向X突出的圆环状的凸壁部43。由此，蜂窝成形体40的第一面41呈中心附近凹陷的剖面凹状。对于上述的凸壁部43而言，将壁端44的一部分挖削为凹状(连通孔形成工序)，形成有连通与中心附近面对的壁内面45以及与外侧面对的壁外面46之间的连通孔部47。
由此，在以上述的第一面41朝向下方的方式将其他例子结构的蜂窝成形体40载置于搁板10的搁板面11上的情况下，能够使烧成气氛在形成于搁板10的搁板面11以及第一面41的中心附近之间的间隙空间48与蜂窝成形体1的外部之间自由地流入。
在烧成工序时，在该间隙空间48与外部空气被完全切断的情况下，在烧成工序初期，蜂窝成形体所包含的有机粘合剂的蒸发、燃烧未均匀地进行，在陶瓷原料的烧结过程中，烧结因蜂窝成形体的上表面与下表面之间的温度差、中心部与外周部之间的温度差而未均匀地进行，存在导致因尺寸变化的差异而引起的断裂的担忧。就本发明的其他例子结构的蜂窝成形体40而言，使烧成气氛通过连通孔部47在间隙空间48与蜂窝成形体1的上表面侧之间流通，从而能够消除上述不良情况。此外，连通孔部47不限定于如上述那样将壁端44的一部分挖削为凹状而形成，也可以如贯通壁内面45以及壁外面46之间的贯通孔那样。如上述那样，只要是能够供烧成气氛在间隙空间48以及外部之间流通的结构即可。
在制造大型的蜂窝结构体的情况下，在对成形原料沿水平方向进行挤压成形时，不可避免地产生蜂窝成形体整体的变形、蜂窝成形体的下表面侧的隔室因蜂窝成形体的自重而变形。为了除去这些变形并保持蜂窝结构体的尺寸精度，在蜂窝成形体的烧成后，对外周部进行磨削加工。通过该外周磨削能够同时地除去上述凸壁部，因此本发明在大型的蜂窝结构体的制造方面特别地有效。
以下，基于下述的实施例对本发明的蜂窝成形体以及使用了蜂窝成形体的蜂窝结构体的制造方法进行说明，但本发明的蜂窝成形体以及蜂窝结构体的制造方法不限定于这些实施方式。
【实施例】
(1)成形工序、凸壁部形成工序
使用相同的坯土，通过使成形条件以及其他条件恒定的成形工序以及凸壁部形成工序，制成了在第一面具有凸壁部且壁高H以及壁宽W分别与上述范围一致的多个蜂窝成形体(实施例1～14)。另外，制成了上述参数中的壁高H从上述条件脱离的蜂窝成形体(比较例1、2)以及壁宽W从上述条件脱离的蜂窝成形体(比较例3)。此外，制成了不具有凸壁部的以往的蜂窝成形体(比较例4～9)。
(2)载置工序、烧成工序
将所制成的蜂窝成形体以使凸壁部的某面朝向下方的方式直接载置于陶瓷质的搁板的搁板面。此外，比较例7～9在搁板面以及蜂窝成形体之间夹设冲压垫板。在上述的状态下，将搁板以及蜂窝成形体投入烧成炉内。此外，烧成时间以及烧成温度等各烧成条件在各实施例1～14以及比较例1～9中设为相同的条件。
(3)外周磨削工序、外周壁的形成
对上述(2)中所获得的实施例1～14、比较例1～3的蜂窝烧成体实施外周磨削工序，除去凸壁部。对比较例4～9的蜂窝烧成体也实施外周磨削工序。然后，形成外周壁，制成蜂窝结构体。针对所获得的蜂窝结构体，对下述的项目进行了评价。
(4)评价项目(隔壁断裂、隔壁变形)
通过目视观察确认蜂窝结构体的端面的形状，通过目视观察分别判定因烧成收缩而产生于蜂窝结构体的端面的隔壁断裂以及隔壁变形的有无。此外，就这些判定基准而言，在不认为是断裂或者变形的情况下，作为良好的状态而设为“A”，变形量微小而能够允许的情况设为“B”，将认为是较大的变形或者断裂且在允许范围外的情况设为“C”，进行了三个阶段的评价。通过上述的评价项目，能够掌握竖直放置于搁板的情况下的本发明的蜂窝成形体与隔壁断裂以及隔壁变形的相关关系。
(5)评价项目(平面度)
对蜂窝结构体的端面的平面度进行了测定。此处，所谓平面度，是指将蜂窝结构体的端面朝向下方竖直放置于平板上并相对于该平板在垂直方向上测定端面相对于平板的高度的最大值与最小值的差。上述的平面度的值为0.80mm以下的情况设为“A”，0.81mm～1.00mm的情况设为“B”，1.01mm以上的情况设为“C”，进行了三个阶段的评价。由此，能够对烧成收缩的蜂窝结构体的端面相对于中心轴方向(长度方向)的变形量进行评价。
将实施例1～14以及比较例1～9的蜂窝成形体的外径、长度、隔壁厚度、隔室密度以及蜂窝成形体的凸壁部的壁高H及壁宽W、进一步获得的相对于蜂窝结构体的评价项目总结示于下述表1。在表1中，表示隔室密度的cpsi(cells per square inch)表示每平方英寸的隔室的个数。
【表1】
(考察：实施例1～14)
如表1所示，在壁高H以及壁宽W的各参数均为本发明的蜂窝成形体中预定的范围内的情况下，在隔壁断裂、变形以及平面度的任一个的评价项目中，均获得良好的评价。由此，本发明的蜂窝成形体除了凸壁部及其周边之外，在烧成工序中，能够进行各向同性的烧成收缩，确认了不会在蜂窝成形体的第一面的中心附近以及与搁板的搁板面之间产生因烧成收缩而引起的约束。
特别地，即使壁高H为0.7mm，也能够获得良好的评价。另外，即使在使蜂窝成形体的外径变化的情况下，也不认为是特别地变化。然而，在壁宽W为3mm的情况(实施例1、9、11)的情况下，隔壁变形的评价均为“B”。因此，特别优选地考虑为至少形成为4mm以上的壁宽W。
(考察：比较例1～9)
另一方面，在将壁高H设定为0.5mm以下的情况下(比较例1、2)，均成为在隔壁变形中为“C”以及在平面度中为“B”的评价。即，确认了如下事项：在壁高H为0.5mm以下的情况下，存在搁板面与蜂窝成形体的端面的中心附近接触的可能性，从而在烧成工序中成为约束烧成收缩的重要因素。另外，也确认了因与搁板面的接触而使平面度降低的情况。另外，在将壁宽W设定为2mm的情况下，隔壁变形为“C”的评价，示出了与上述实施例1、9、11相同的趋势。即，在比较例3中再次确认了壁宽W至少需要为3mm以上，优选需要为4mm以上。
比较例4～9并不是如本实施方式的蜂窝成形体那样具有凸壁部的蜂窝成形体，而是将以往的蜂窝成形体载置于搁板(比较例4～6)或者冲压垫板(比较例7～9)上并对其进行烧成的蜂窝成形体，在蜂窝成形体的端面以及搁板或者冲压垫板之间产生烧成收缩，确认了隔壁断裂的产生、端面的变形、平面度的恶化。
如在上述实施例1～14以及比较例1～9中所示的那样，使用满足壁高H至少为0.7mm以上、更加优选为1mm以上、3mm以下且壁宽W为3mm以上、更加优选为4mm～8mm的参数的条件的蜂窝成形体，从而能够不使用垫板，制造出不存在隔室的隔壁的变形且平面度高的蜂窝结构体。即，不需要使用垫板，能够省略垫板的成本以及载置于垫板的工序。
工业上的利用可能性
本发明的蜂窝结构体的制造方法以及蜂窝成形体可以在能够利用于汽车废气净化用催化剂载体、柴油微粒除去过滤器或者燃烧装置用蓄热体等的蜂窝结构体的制造中使用。
Claims (6)
1.一种蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，具有：
成形工序，对成形原料进行成形，通过挤压成形、切断及干燥来形成具有隔壁的蜂窝成形体，该隔壁划分形成多个隔室，该隔室成为流体的流路且从第一面延伸至第二面；
凸壁部形成工序，将上述一端面的中心部加工为剖面凹状从而在上述一端面的外周缘部形成凸壁部，该凸壁部从通过所述成形工序而获得的所述蜂窝成形体的所述第一面的外周缘部沿着所述蜂窝成形体的中心轴方向突出；
载置工序，以使形成有所述凸壁部的所述第一面的一侧朝向下方且使所述凸壁部与搁板面抵接的方式将所述蜂窝成形体载置于搁板；
烧成工序，对载置于所述搁板的所述蜂窝成形体进行烧成，形成蜂窝烧成体；以及
外周磨削工序，对通过所述烧成工序而获得的所述蜂窝烧成体的外周面进行磨削，除去所述凸壁部。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
进一步具备外周壁形成工序，该外周壁形成工序在通过所述外周磨削工序而被除去所述凸壁部的所述蜂窝烧成体的外周磨削面涂覆外周涂层材料，从而形成外周壁。
3.根据权利要求1所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
进一步具备形成连通孔部的连通孔形成工序，该连通孔部连通所述凸壁部的壁内面以及壁外面之间。
4.根据权利要求1或3所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述凸壁部距所述第一面的壁高为0.7～3mm。
5.根据权利要求1或3所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述凸壁部的壁宽为3～15mm。
6.根据权利要求4所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述凸壁部的壁宽为3～15mm。
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