JP2001191240A

JP2001191240A - ハニカム構造体の作製方法

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Publication number: JP2001191240A
Application number: JP2000001719A
Authority: JP
Inventors: Takuji Oota; 拓児太田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-17
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: JP3953245B2

Abstract

(57)【要約】【課題】作製するハニカム構造体の寸法に拘わらず単
一の切削部材を用いることができるため、加工コストを
削減することができ、円柱形状以外の形状のハニカム構
造体も容易に作製することができ、加工速度も増加する
ため、より効率的にハニカム構造体を作製することがで
きるハニカム構造体の作製方法を提供する。【解決手段】円板形状の台金部の外周部を含む部分に
砥石が配設された切断部材、又は、有底円筒形状の台金
部の円筒先端外周部を含む部分に砥石が配設された切断
部材を回転させて切削加工を行うことにより、多数の貫
通孔が多孔質の隔壁を隔てて長手方向に並設され、上記
隔壁がフィルタとして機能するハニカム構造体を作製す
る方法であって、多孔質セラミック材料の不要部分を上
記切断部材で削り取ることを特徴とするハニカム構造体
の作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円板の円周部分に
砥石が配設された切削部材等を用いて、多孔質セラミッ
ク材料を様々なサイズ及び形状に削り取ることによりハ
ニカム構造体を作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】乗用車、バス、トラック等の車両や建設
機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有され
るパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最
近問題となっている。この排気ガスを多孔質セラミック
を通過させることにより、排気ガス中のパティキュレー
トを捕集して排気ガスを浄化するセラミックフィルタが
種々提案されている。

【０００３】このようなセラミックフィルタは、通常、
図７に示したように多孔質セラミック部材６０が接着層
５１を介して複数個結束されてセラミックフィルタ５０
を構成している。また、この多孔質セラミック部材６０
は、図８に示したように、長手方向に多数の貫通孔６２
が並設され、貫通孔６２同士を隔てる隔壁６３がフィル
タとして機能するようになっている。

【０００４】すなわち、多孔質セラミック部材６０に形
成された貫通孔６２は、排気ガスの入り口側又は出口側
の端部のいずれかが充填材６１により目封じされ、一の
貫通孔６２に流入した排気ガスは、必ず貫通孔６２を隔
てる隔壁６３を通過した後、他の貫通孔６２から流出す
るようになっており、排気ガスがこの隔壁６３を通過す
る際、パティキュレートが隔壁６３部分で捕捉され、排
気ガスが浄化される。

【０００５】従来、このような多孔質セラミック部材６
０は、まず、セラミック粉末とバインダーと分散媒液と
を混合して混合組成物を調製し、その後混合組成物の押
出成形等を行うことにより柱状のセラミック成形体を作
製し、さらに、セラミック成形体を焼成することにより
製造していた。

【０００６】また、得られた多孔質セラミック部材を多
数接着剤で接着して多孔質セラミック材料を作製した
後、この多孔質セラミック材料を図７に示すような円筒
形状に切断してハニカム構造体を作製し、その周囲にシ
ール材５２の層を形成して、セラミックフィルタ５０と
して用いていた。

【０００７】この多孔質セラミック材料を円筒形状に切
断する際には、図９に示すような装置を用いて切断を行
っていた。すなわち、多孔質セラミック材料７３を固定
具７２に配設された２つの押さえ用部材７４で、上下か
ら回転可能に軸支し、作業者が多孔質セラミック材料７
３をハンドル（図示せず）で回転させながら、エンドレ
ス式のテープ形状の平刃７１を回転させることにより切
断していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この切断方法
では、テープ形状の平刃７１を用い、円筒形状（曲面形
状）に切断しており、加工自体に無理があるため、作製
する製品に欠け等が発生する場合も多く、また、平刃７
１自体にも無理な負荷がかかるため、刃が短期間で使用
不能となっていた。

【０００９】また、平刃７１はエンドレス式であるた
め、装置に平刃７１を回転させるためのクリアランス
（隙間）が必要となる。しかし、切断中に平刃７１に抵
抗がかかると、平刃７１の位置がクリアランス分ずれ、
製品のサイズにバラツキが生じるという問題があった。
さらに、平刃７１は薄いため、切断中に平刃７１がたわ
み、製品の場所により、その寸法にバラツキが生じると
いう問題もあった。さらに、平刃７１のたわみ等によ
り、製品の端面と切断面との角度が直角とならないとい
う問題もあった。

【００１０】そこで、これらの問題を解決するために、
本発明者らは、先に、図１０に示すような一端部に砥石
８２が形成された円筒形状の切断部材８０を用い、円筒
の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック
材料を円筒形状に切断し、ハニカム構造体を作製すると
いう新たな切断方法を開発した。

【００１１】このような切断部材を使用した切断方法に
より、欠けやチッピングを生ずることなく、寸法にバラ
ツキを生ずることなく、精密な寸法のものを作製するこ
とができるようになったが、この切断部材８０による切
断加工は、多孔質セラミック材料の中抜き加工であるた
め、切断部材８０のサイズにより目的とするハニカム構
造体のサイズが決定される。逆にいうと目的とするハニ
カム構造体のサイズにより切断部材８０のサイズが決定
するため、切断部材８０の共通化が出来ず、目的とする
ハニカム構造体のサイズの変更があるたびに切断部材８
０を作製し直さなければならず、この切断部材８０を作
製するための期間も必要であるため、生産効率の面で改
良の余地があった。

【００１２】さらに、円筒形状の切断部材８０による多
孔質セラミック材料の中抜き加工であるため、得られる
ハニカム構造体は、円柱状のものに限られ、楕円柱形状
等の複雑な形状のものを作製することは困難であり、ま
た、作製する製品の直径毎に切断部材を用意しておく必
要があるため、コスト面でも不利であった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、様
々なサイズ及び形状のハニカム構造体を効率よく作製す
ることができる方法を開発することを目的に鋭意検討を
行ったところ、円板形状の台金部の外周部を含む部分に
砥石が配設された切削部材を用いて切削加工を行う方法
が上記目的にほぼ合致する方法であることを見出し、本
発明を完成するに至った。

【００１４】すなわち、本発明のハニカム構造体の作製
方法は、円板形状の台金部の外周部を含む部分に砥石が
配設された切削部材、又は、有底円筒形状の台金部の円
筒先端外周部を含む部分に砥石が配設された切削部材を
回転させて切削加工を行うことにより、多数の貫通孔が
多孔質の隔壁を隔てて長手方向に並設され、上記隔壁が
フィルタとして機能するハニカム構造体を作製する方法
であって、多孔質セラミック材料の不要部分を上記切削
部材で削り取ることを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のハニカム構造体の
作製方法について、図面を参照しながら説明する。

【００１６】本発明のハニカム構造体の作製方法では、
円板形状の台金部の外周部を含む部分に砥石が配設され
た切削部材、又は、有底円筒形状の台金部の円筒先端外
周部を含む部分に砥石が配設された切削部材を用いて切
削加工を行う。

【００１７】本発明では、切削部材として、図１、３、
４に示した３つのタイプの切削部材１０、２０、３０を
用いるので、これらの切削部材１０、２０、３０を用い
たハニカム構造体の作製方法について、以下において、
順次、説明を行っていくこととする。

【００１８】図１（ａ）は、本発明のハニカム構造体の
作製方法において用いる切削部材の一例であるストレー
トホイールタイプの切削部材を模式的に示した断面図で
あり、（ｂ）は（ａ）に示した切削部材の平面図であ
る。この切削部材１０は、台金部１１と砥石１２とから
なり、円板形状の台金部１１の外周部に砥石１２が配設
されている。

【００１９】台金部１１は特に限定されないが、例え
ば、鉄、ＳＵＳ等の金属を円板形状に加工したものが好
ましい。また、その直径も、切削する材料にもよるため
特に限定されないが、通常、８０〜３００ｍｍ程度、厚
みは１〜３０ｍｍ程度が好ましい。

【００２０】砥石１２のサイズは、切削する材料にもよ
るため特に限定されないが、通常、その厚さｄ₁ は、１
〜１０ｍｍ、その幅ｌ₁ は、１〜３０ｍｍが好ましい。

【００２１】砥石１２は、ダイヤモンド砥粒をメタルボ
ンドを用いて接着、成形したものであり、円板状の台金
部１１の外周部に接合できるように、環状に形成されて
いる。また、砥石１２はメタルボンドを用いて形成され
たものであるが、その他、レジンボンド、ビトリファイ
等を用いても良い。

【００２２】上記ダイヤモンド砥粒の粒度は、＃１０〜
＃１０００程度の粒度を有するダイヤモンド砥粒を５〜
１００の集中度で含むものが好ましい。特に、５０〜１
００程度の集中度が好適である。なお、集中度とは、１
ｃｍ³ 当たりに含まれるダイヤモンド砥粒の重さをい
い、集中度１００の場合には、１ｃｍ³ 当たり４．４カ
ラットのダイヤモンド砥粒が含まれている。

【００２３】本発明で切削処理の対象となる多孔質セラ
ミック材料は、図８に示した多数の貫通孔６２が多孔質
の隔壁６３を隔てて長手方向に並設され、隔壁６３がフ
ィルタとして機能する多孔質セラミック部材６０を多数
接着剤で接着して作製したものである。

【００２４】多孔質セラミック部材６０は、多孔質のセ
ラミックからなるものであれば特に限定されないが、例
えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼
素、窒化チタン、炭化チタン等の非酸化物系セラミック
からなる多孔質体；アルミナ、コージェライト、ムライ
ト、シリカ、ジルコニア、チタニア等からなる多孔体等
を挙げることができる。

【００２５】多孔質セラミック部材６０の密度も特に限
定されるものではないが、余り密度が高いものである
と、切削処理に時間を要し、切削中に温度が上昇しすぎ
て、切削処理が困難となる場合もあるため好ましくな
い。

【００２６】本発明のハニカム構造体の作製方法では、
多孔質セラミック材料の不要部分を切削部材で削り取る
ことにより、ハニカム構造体を作製する。

【００２７】図２は、プランジカット加工により、多孔
質セラミック材料１３の不要部分を切削部材１０で削り
取る様子を模式的に示した平面図である。

【００２８】多孔質セラミック材料１３は、固定具（図
示せず）に固定されている。本発明では、まず、矢印で
示したように、切削部材１０を回転させながら多孔質セ
ラミック材料１３の長手方向に対して垂直、かつ、多孔
質セラミック材料１３に向かう方向に平行移動させ、一
定幅の部分を削除する。続いて、多孔質セラミック材料
１３中に切削部材１０が食い込んだ状態で円形状に周回
しながら一定幅の部分を全て削除し、ハニカム構造体の
一部１４を作製する。

【００２９】次に、切削部材１０を先程と反対方向に平
行移動させて、多孔質セラミック材料１３から引き離
す。続いて、切削部材１０を、多孔質セラミック材料１
３の長手方向に平行な方向に砥石１２の厚さの分だけ移
動させ、次に、前の工程と同様に加工が施されていない
部分の加工を行う。上記した一連の加工操作を多孔質セ
ラミック材料１３の全面に渡って繰り返し行うことによ
り、ハニカム構造体を作製することができる。

【００３０】切削部材１０の加工周速としては、多孔質
セラミック材料の材質、目的のハニカム構造体の形状及
び削り取る量等に合わせて適宜調整されるが、１００〜
５０００ｍ／分が好ましい。また、送り速度としては最
大各軸３２ｍ／分まで可能である。

【００３１】上記ハニカム構造体の作製方法では、多孔
質セラミック材料１３を完全に固定し、切削部材１０の
みを移動させて切削加工を行ったが、本発明では、多孔
質セラミック材料１３を回転が可能な装置に取り付け、
多孔質セラミック材料１３を回転させながら切削加工を
行ってもよい。むしろ、多孔質セラミック材料１３を回
転させる方法は、加工周速を上げることができ、より効
率的にハニカム構造体を作製することができるため、よ
り好ましい。

【００３２】この場合には、切削部材１０を回転させな
がら、切削部材１０と同方向に回転している多孔質セラ
ミック材料１３の長手方向に対して垂直、かつ、多孔質
セラミック材料１３に向かう方向に平行移動させ、一定
幅の部分を全て削除し、ハニカム構造体の一部を作製す
る。次に、切削部材１０を先程と反対方向に平行移動さ
せて、多孔質セラミック材料１３から引き離す。続い
て、切削部材１０を、多孔質セラミック材料１３の長手
方向に平行な方向に砥石１２の厚さの分だけ移動させ、
前の工程と同様に加工が施されていない部分の加工を行
う。上記した一連の加工操作を多孔質セラミック材料１
３の全面に渡って繰り返し行うことにより、ハニカム構
造体を作製することができる。

【００３３】この方法において、コンピュータを用いた
ＮＣ(numerical control) 制御により、切削部材１０の
位置を多孔質セラミック材料１３の回転に同期させて移
動させることにより、種々の形状のハニカム構造体を作
製することができる。

【００３４】このとき、多孔質セラミック材料１３の周
速は、１〜３００ｍ／分の範囲で調整することができ
る。

【００３５】上記ハニカム構造体の作製方法を用いるこ
とにより、作製するハニカム構造体の大きさや形状に拘
わらず単一の切削部材を用いることができるため、多種
類の切削部材を用意する必要がなく、加工コストを削減
することができる。

【００３６】また、上記したように、円柱形状のハニカ
ム構造体のみでなく、楕円柱形状等の他の形状のハニカ
ム構造体も、比較的容易に作製することができる。ま
た、廃材がすべて粉塵となるため廃材処理が集塵機のみ
で行うことができ、更にコスト削減が可能である。

【００３７】さらに、加工速度も、円柱形状の切断部材
（図１０参照）を用いた場合と比較して、２〜４倍程度
になるため、より効率的にハニカム構造体を作製するこ
とができる。

【００３８】図３は、本発明のハニカム構造体の作製方
法で用いる切削部材の別の一例であるカップ型タイプの
切削部材を模式的に示した断面図である。この切削部材
２０では、有低円筒状の台金部２１の先端外周部と先端
部とに、先端部砥石２２ａと外周部砥石２２ｂとからな
る砥石２２が配設されている。

【００３９】台金部２１の材質及びその大きさは、図１
に示す切削部材１０の台金部１１とほぼ同様である。ま
た、側面部２１ｂのの高さは、１０〜１００ｍｍ程度が
好ましい。砥石２２の材質は、図１に示す砥石１２と同
様である。

【００４０】また、先端部砥石２２ａ及び外周部砥石２
２ｂの厚さｄ₂ は、１〜１０ｍｍが好ましく、これらの
幅ｌ₂ 、ｍ₂ は、１〜３０ｍｍが好ましい。

【００４１】この切削部材２０を用いてハニカム構造体
を作製する際には、多孔質セラミック材料の不要部分を
切削部材で削り取ることにより、ハニカム構造体を作製
する。

【００４２】図５は、切削部材２０を用いたトラバース
加工によりハニカム構造体２４を作製する様子を模式的
に示した正面図である。

【００４３】まず、この加工方法では、多孔質セラミッ
ク材料２３を回転装置（図示せず）に取り付けた後、切
削部材２０を多孔質セラミック材料２３の一端部より少
し離れた位置にセットする。続いて、多孔質セラミック
材料２３及び切削部材２０を同方向に回転させながら、
多孔質セラミック材料２３の一端部の図５に示した加工
位置まで移動させ、多孔質セラミック材料２３の加工を
開始する。なお、多孔質セラミック材料２３及び切削部
材２０の回転方向は、同方向であれば右回りであって
も、左回りであっても差し支えない。

【００４４】その後、通常は、切削部材２０を多孔質セ
ラミック材料２３の長手方向に垂直となるｘ、ｙ方向に
ついては固定し、長手方向に平行となる方向、すなわち
ｚ軸方向については、ｚ軸に平行な方向に序々に移動さ
せながら切削加工を行い、ハニカム構造体２４を作製す
る。この場合にも、コンピュータを用いたＮＣ制御によ
り、切削部材１０の位置を多孔質セラミック材料１３の
回転に同期させて移動させることにより、種々の形状の
ハニカム構造体を作製することができる。

【００４５】切削部材２０の加工周速としては、多孔質
セラミック材料の材質、目的のハニカム構造体の形状及
び削り取る量等に合わせて適宜調整されるが、１００〜
３６００ｍ／分が好ましい。このとき、多孔質セラミッ
ク材料２３の回転数は、１〜３００ｍ／分の範囲で調整
することが可能である。

【００４６】また、送り速度は、最大各軸３２ｍ／分ま
で、切削部材２０の多孔質セラミック材料２３の長手方
向に移動する速度は、最大で５０ｍｍ／（多孔質セラミ
ック材料１回転）の速度まで可能である。

【００４７】切削部材２０を用いる場合にも、多孔質セ
ラミック材料２３を完全に固定し、切削部材２０のみを
移動させる方法をとることもできる。

【００４８】図６は、ヘリカル加工にて作製したハニカ
ム構造体と切削時の切削部材の軌跡を示す平面図であ
る。この加工法では、切削部材２０の砥石２２が２点鎖
線４１で示した軌跡を描くように多孔質セラミック材料
を切削しながら移動させ、最終的にハニカム構造体４０
を作製する。

【００４９】図３に示した切削部材２０を用い、トラバ
ース加工法やヘリカル加工法を用いてハニカム構造体を
作製することにより、切削部材１０を用いた場合と同様
の効果が得られる。また、切削部材２０を用いた場合に
は、切削部材２０を多孔質セラミック材料の長手方向に
垂直な方向に往復運動させることなく、多孔質セラミッ
ク材料の長手方向に平行に移動させることができるた
め、連続して切削加工を行うことができ、より効率的に
ハニカム構造体を作製することができる。

【００５０】図４は、本発明のハニカム構造体の作製方
法で用いる切削部材の更に別の一例であるＬ字型ストレ
ートホイールタイプの切削部材を模式的に示した断面図
である。この切削部材３０は、円板状の台金部３１の外
周部と下面縁部とに外周部砥石３２ｂと縁部砥石３２ａ
とからなる断面視Ｌ字型の砥石３２が配設されている。

【００５１】この切削部材３０の台金部３１の材質、直
径及び厚さは、図１に示す切削部材１０の台金部１１と
同様である。また、砥石３２は、外周部砥石３２ｂと縁
部砥石３２ａの厚さｄ₃ は、１〜１０ｍｍが好ましく、
これらの幅ｌ₃ 、ｍ₃ は、１〜３０ｍｍが好ましい。

【００５２】この切削部材３０を用いたハニカム構造体
の作製方法では、多孔質セラミック材料の不要部分を切
削部材で削り取ることによりハニカム構造体を作製す
る。

【００５３】多孔質セラミック材料の不要部分を削り取
る方法としては、図３で示した切削部材２０を用いたト
ラバース加工法やヘリカル加工法を採用することができ
るほか、図２に示した切削部材１０を用いたプランジカ
ット加工法も採用することができる。

【００５４】図４に示した切削部材３０を用い、トラバ
ース加工法やヘリカル加工法を用いてハニカム構造体を
作製することにより、図３に示した切削部材３０を用い
た場合と同様の効果を得ることできる。

【００５５】

【発明の効果】本発明のハニカム構造体の作製方法は、
上述の通りであるので、この作製方法を用いることによ
り、作製するハニカム構造体の寸法に拘わらず単一の切
削部材を用いることができ、加工コストを削減すること
ができる。また、円柱形状以外の形状のハニカム構造体
も容易に作製することができ、加工速度も増加するた
め、より効率的にハニカム構造体を作製することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のハニカム構造体の作製方法
に用いる切削部材の一例を模式的に示した断面図であ
り、（ｂ）は、（ａ）で示した切削部材の平面図であ
る。

【図２】図１に示した切削部材を用いた切削方法の一例
を模式的に示した平面図である。

【図３】本発明のハニカム構造体の作製方法に用いる切
削部材の別の一例を模式的に示した断面図である。

【図４】本発明のハニカム構造体の作製方法に用いる切
削部材の更に別の一例を模式的に示した断面図である。

【図５】図３に示した切削部材を用いた切削方法の一例
を模式的に示した正面図である。

【図６】図３に示した切削部材を用いた切削方法により
作製されたハニカム構造体及び切削部材の軌跡を示す平
面図である。

【図７】セラミックフィルタを模式的に示した斜視図で
ある。

【図８】（ａ）は、多孔質セラミック部材を模式的に示
した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）図におけるＡ−Ａ
線断面図である。

【図９】従来の多孔質セラミック材料の切断方法を模式
的に示した正面図である。

【図１０】本発明に先立って開発した多孔質セラミック
材料の切断部材を模式的に示した斜視図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０切削部材１１、２１、３１台金部１２、２２、３２砥石１３、２３多孔質セラミック材料１４、２４ハニカム構造体の一部２１ａ底面部２１ｂ側面部２２、３２砥石２２ａ先端部砥石２２ｂ、３２ｂ円周部砥石３２ａ縁部砥石４０ハニカム構造体４１軌跡５０セラミックフィルタ５１接着層５２シール材５３隔壁６０多孔質セラミック部材６１充填材６２貫通孔６３隔壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板形状の台金部の外周部を含む部分に
砥石が配設された切削部材、又は、有底円筒形状の台金
部の円筒先端外周部を含む部分に砥石が配設された切削
部材を回転させて切削加工を行うことにより、多数の貫
通孔が多孔質の隔壁を隔てて長手方向に並設され、前記
隔壁がフィルタとして機能するハニカム構造体を作製す
る方法であって、前記ハニカム構造体作製用の多孔質セ
ラミック材料の不要部分を前記切削部材で削り取ること
を特徴とするハニカム構造体の作製方法。
【請求項２】多孔質セラミック材料を回転させなが
ら、前記多孔質セラミック材料の不要部分を削り取る請
求項１記載のハニカム構造体の作製方法。