JP2005271395A

JP2005271395A - 細分盤と真空土練機及びセラミックス原料を含む柱状体の製造方法

Info

Publication number: JP2005271395A
Application number: JP2004088019A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Hirai; 貞昭平井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】残存空気が少なく、均質性の高い良好な柱状体が得られる真空土練機および柱状体の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス原料を含む坏土を混練する一次ドラム１と、一次ドラム１の出口に配置され、坏土を細分化するための複数の流路を設けた細分盤７と、細分盤７の複数の流路を介して坏土が内部に流入され、坏土をさらに混練しつつ真空脱気する二次ドラム２とを備え、二次ドラム２から柱状体６が押し出される真空土練機において、細分盤７における複数の流路の断面形状が、φ１０ｍｍ以下である孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状である。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、セラミックス原料を含む柱状体の製造等に好適に用いられる細分盤と真空土練機に関するものであり、詳しくは、残存空気が少なく、均質性の高い良好な柱状体が得られる細分盤と真空土練機およびセラミックス原料を含む柱状体の製造方法に関する。

従来から、例えば上流側の一次ドラムで混練した坏土を該一次ドラムの出口に配置した細分盤の流路（孔）から二次ドラムへ押出し、二次ドラム内において坏土を混練するとともに真空脱気して坏土をより均質化して円柱形状体を作製するために使用する真空土練機は種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

図３は真空土練機の一例を示す概略構成図である。真空土練機は、図３に示すように、一次ドラム１は内部に一次スクリュー３を設けた構造を有しており、坏土を上流側から下流側に向かって回転させせん断力を付与しながら混練し、次いで細分盤７に設けられた複数の流路を介して二次ドラム２へ送り出し、脱気しつつさらに混練する。

二次ドラム２は、内部に二次スクリュー４を設けた構造を有しており、二次ドラム２内においては、二次スクリュー４により大きなせん断力を付与することにより脱気しつつ坏土を更に混練し、均質化する。そして、二次ドラム２において混練・均質化された坏土が押出されて、柱状体６が製造される。

また、セラミックスハニカム成形体の製造法として、セラミックス原料、水、バインダー等を調合した後、混練機（ニーダー）によって大きな粘土状の塊である坏土を作製し、真空土練機を使用して脱気および混練により坏土を均質化すると同時に押出しによって柱状体の作製を行い、この柱状体を押出成形（プランジャ型成形機）してセラミックスハニカム成形体を製造することも知られている。

その際、真空土練機により柱状体を作製するが、土練機の一次ドラムから、真空で脱気する二次ドラムに流入する坏土の形状・寸法が不適切な場合、柱状体に空気が残存し、均質性の高い良好な柱状体が得られない。また、その柱状体を用いて、セラミックスハニカム構造体の押出成形を実施した場合、様々な成形体欠陥が発生する。

特に近年、セラミックスハニカム構造体における隔壁の薄壁化がさらに進展しており、このような薄壁を有する成形体に用いられるセラミックス柱状体を作製する際には、均質性が極めて強く要求されるようになり、柱状体の製造工程において厳しい品質管理要求を満たす工夫が必要となってきた。
特開平９−９４８１８号公報特開平１０−１００１３１号公報

図３に示す構造の従来の真空土練機では、一次ドラムの出口に設置した細分盤上の流路から坏土を押出すことにより、坏土を細分化させているが、本発明者が検討したところ、流路の形状によっては、細分化された坏土内の空気が、真空室で完全に脱気されないまま二次ドラムへ送りこまれ、その結果、従来の真空土練機において均質な坏土を得ることができないという問題があった。
したがって、本発明は上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、残存空気が少なく、均質性の高い良好な柱状体が得られる真空土練機および柱状体の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明によれば、真空土練機に用いるための細分盤であって、該細分盤には坏土を細分化するための複数の流路が設けられており、該複数の流路の断面形状がφ１０ｍｍ以下である孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴とする細分盤、が提供される。

また、本発明によれば、セラミックス原料を含む坏土を混練する一次ドラムと、該一次ドラムの出口に配置され、坏土を細分化するための複数の流路を設けた細分盤と、該細分盤の複数の流路を介して坏土が内部に流入され、該坏土をさらに混練しつつ真空脱気する二次ドラムとを備え、該二次ドラムから柱状体が押し出される真空土練機において、該細分盤の複数の流路の断面形状が、φ１０ｍｍ以下である孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴とする真空土練機、が提供される。

上記において、該細分盤の複数の流路の断面形状が、φ７ｍｍ以下である孔または幅７ｍｍ以下のスリット形状であることが好ましい。
上記の真空土練機は、セラミックスハニカム構造体の成形に好適に用いることができる。

さらに、本発明によれば、真空土練機において作製されるセラミックス原料を含む柱状体であって、該柱状体内の密度のばらつきが±０．０１ｇ／ｃｍ³以内であることを特徴とするセラミックス原料を含む柱状体が提供される。

本発明によれば、また、真空土練機の一次ドラムにセラミックス原料を含む坏土を流入し混練する一次工程と、該一次ドラムの出口に配置された細分盤の複数の流路を介して該坏土を押出して二次ドラムに流入せしめ、該坏土をさらに混練しつつ真空脱気し、柱状体を押し出す二次工程と、を含むセラミック原料を含む柱状体の製造方法において、該細分盤における複数の流路の断面形状が、φ１０ｍｍ以下の孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴とするセラミックス原料を含む柱状体の製造方法、が提供される。
上記において、該細分盤の複数の流路の断面形状は、φ７ｍｍ以下である孔または幅７ｍｍ以下のスリット形状であることが好ましい。

本発明の真空土練機またはそれを用いた製造方法によれば、残存空気が少なく、均質性の高い良好な柱状体が得られるとともに、その柱状体を用いて、セラミックスハニカム構造体の押出成形を実施した場合、欠陥のないセラミックスハニカム構造体を容易に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもない。

本発明においては、真空土練機を用いて柱状体を作製するが、セラミックス原料を含む坏土から柱状体を作製する流れを、図１〜３を用いて以下に説明する。

図３は真空土練機の一例を示す概略構成図であり、８は坏土押出部で、セラミックス原料にバインダー等を所定量調合した後ニーダーなどで混練されて形成された粘土状の坏土が投入される。次いで、坏土は坏土押出部８から一次ドラム１に押出され、一次ドラム１内において一次スクリュー３により下流側出口の細分盤７まで回転しながら圧送される。細分盤７には、図１及び図２に示すような、二次ドラム２に入る坏土を細分化するための複数の流路９が設けられていて、細分盤７を通過することにより、坏土はヌードル状に細分化される。

坏土は細分盤７で細分化され二次ドラム２に導入されることにより、真空（減圧）下にある二次ドラム２において、ヌードル状に細分化された坏土５内の残存空気を減少させ、均質性の高いヌードル状坏土とする。同時に、ヌードル状坏土は、二次ドラム２内の二次スクリュー４により、二次ドラム２の下流側に回転しながら圧送される。このように、二次ドラム２では、二次スクリュー４により回転しながら圧送された坏土が二次ドラム２内で圧密され、一体化した柱状体６が押出、作製される。なお、１１はブライン制御ラインを示しており、冷却水を流すことにより、一次ドラム１及び二次ドラム２の内部温度を所定以下とするように制御するためのものである。

本発明においては、真空土練機に用いる細分盤７として、坏土を細分化するための複数の流路９の断面形状が、φ１０ｍｍ以下である孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴としており、このように流路の孔径またはスリット幅を所定以下としたことにより、その下流側にある二次ドラムにおいて細分化された坏土５中の空気を効率良く脱気し坏土の均質化が達成され、その結果密度バラツキが極めて小さい柱状体を作製できる。なお、細分盤７における複数の流路９の断面形状は、φ７ｍｍ以下である孔または幅７ｍｍ以下のスリット形状であることがより好ましい。

図１〜２は、本発明に係る細分盤の実施形態例を示している。図１において、細分盤７は、孔径がφ１０ｍｍ以下であり、ピッチ１６ｍｍで形成した多数の流路９を有するものであり、図２においては、細分盤７は、幅１０ｍｍ以下のスリット形状の流路９が放射状に多数形成されているものである。なお、スリット形状の流路９の長さは特に限定されないが、通常２０〜１００ｍｍである。

本発明の真空土練機において作製されるセラミックス原料を含む柱状体は、上記したように極めて均質性の高いものであり、柱状体内の密度のばらつきが±０．０１ｇ／ｃｍ³以内とすることができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明する。
（実施例１〜５、比較例１〜２）
微粒のタルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカを所定割合で混合し、コージェライト化原料を調製した。次に、コージェライト化原料１００質量部に対して、有機バインダとしてメチルセルロース５質量部、分散剤（界面活性剤）としてラウリン酸カリウム０．３質量部、分散媒として水３３質量部を添加し、混練装置（ニーダー）により６０分の混練を実施して、コージェライト化原料、有機バインダ、水等が混在する粘土状の塊である坏土を作製した。

次に、図３に示す真空土練機を用いて、柱状押出体を作製した。
ここで、真空土練機の運転条件は、以下の通りとした。
一次スクリュー回転数：６ｒｐｍ、二次スクリュー回転数：３ｒｐｍ、
二次ドラム（真空室）の真空度：−７４５〜−７５０ｍｍＨｇ、
細分盤の孔形状および孔寸法：表１に記載（細分盤厚さは、１５ｍｍ）、
二次ドラム出口径（柱状押出体径）：φ３００ｍｍ

柱状押出体の評価方法としては、柱状押出体を厚さ１００ｍｍで採取して、図４（ａ）（ｂ）に示すように、柱状押出体各部より、２０×３０×５０ｍｍのサンプル１０を切り出し、アルキメデス法により各サンプルの密度を測定し、密度バラツキを評価した。細分盤における複数の流路の断面形状を変化させた各実施例、比較例の密度バラツキの結果を、表１及び図５〜６に示す。

なお、図５に示す評価結果は、複数の円形の流路を備えた細分盤を使用した真空土練機により得られた柱状体の密度分布を示し、図６に示す評価結果は、複数のスリット形状の流路を備えた細分盤を使用した真空土練機により得られた柱状体の密度分布を示す。

表１及び図５〜６に示す結果から明らかなように、実施例１〜５に示す細分盤を用いた場合は、密度の平均値が１．８７ｇ／ｃｍ³以上であり、密度ばらつきも±０．０１ｇ／ｃｍ³以下と小さかった。なお、実施例１〜５に示す柱状体を用いて、ハニカム構造体を押出成形により作製した場合、ハニカム構造体の成形不良率（欠陥発生率）は、１％以下と低かった。

また、比較例１〜２に示す細分盤を用いた場合は、密度の平均値が１．８６ｇ／ｃｍ³以下であり、密度ばらつきも±０．０１８ｇ／ｃｍ³以上と大きかった。なお、比較例１〜２に示す柱状押出体を用いて、ハニカム構造体を押出成形により作製した場合、ハニカム構造体の成形不良率（欠陥発生率）は、約５％と高かった。なお、細分盤流路の寸法が小さくなることにより、二次ドラムへの一次スクリューからの坏土供給量が少なくなり、二次スクリュー回転数を調整した為、柱状押出体の押出速度は低下した。

本発明の細分盤及びそれを用いた真空土練機は、特に、セラミックハニカム構造体の成形に用いるためのセラミックス原料を含む柱状体の作製に好ましく適用することができる。また、均質性に優れる柱状体を作製できるので、セラミックハニカム構造体の成形だけでなく、その他の成形用柱状体の作製に好適に利用できるものである。

本発明に係る細分盤の一の実施形態を示す一部切り欠き平面図である。本発明に係る細分盤の別の実施形態を示す平面図である。真空土練機の一の実施形態を示す概略構成図である。実施例および比較例に使用した柱状体からのサンプル切り出し部分を示すもので、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。流路の断面形状が円形である細分盤を使用した真空土練機により得られた柱状体の密度分布を示すグラフである。流路の断面形状がスリット形状である細分盤を使用した真空土練機により得られた柱状体の密度分布を示すグラフである。

符号の説明

１…一次ドラム、２…二次ドラム、３…一次スクリュー、４…二次スクリュー、５…細分化された坏土、６…柱状体、７…細分盤、８…坏土押出部、９…流路、１０…サンプル、１１…ブライン制御ライン。

Claims

真空土練機に用いるための細分盤であって、該細分盤には坏土を細分化するための複数の流路が設けられており、該複数の流路の断面形状がφ１０ｍｍ以下である孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴とする細分盤。
該複数の流路の断面形状が、φ７ｍｍ以下である孔または幅７ｍｍ以下のスリット形状である請求項１に記載の細分盤。
セラミックス原料を含む坏土を混練する一次ドラムと、
該一次ドラムの出口に配置され、坏土を細分化するための複数の流路を設けた細分盤と、
該細分盤の複数の流路を介して坏土が内部に流入され、該坏土をさらに混練しつつ真空脱気する二次ドラムとを備え、
該二次ドラムから柱状体が押し出される真空土練機において、
該細分盤における複数の流路の断面形状が、φ１０ｍｍ以下である孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴とする真空土練機。
該細分盤における複数の流路の断面形状が、φ７ｍｍ以下である孔または幅７ｍｍ以下のスリット形状である請求項３に記載の真空土練機。
セラミックスハニカム構造体の成形に用いる請求項３または４に記載の真空土練機。
真空土練機において作製されるセラミックス原料を含む柱状体であって、該柱状体内の密度のばらつきが±０．０１ｇ／ｃｍ³以内であることを特徴とするセラミックス原料を含む柱状体。
真空土練機の一次ドラムにセラミックス原料を含む坏土を流入し混練する一次工程と、
該一次ドラムの出口に配置された細分盤の複数の流路を介して該坏土を押出して二次ドラムに流入せしめ、該坏土をさらに混練しつつ真空脱気し、柱状体を押し出す二次工程と、
を含むセラミック原料を含む柱状体の製造方法において、
該細分盤における複数の流路の断面形状が、φ１０ｍｍ以下の孔または幅１０ｍｍ以下のスリット形状であることを特徴とするセラミックス原料を含む柱状体の製造方法。
該細分盤における複数の流路の断面形状が、φ７ｍｍ以下の孔または幅７ｍｍ以下のスリット形状である請求項７に記載のセラミックス原料を含む柱状体の製造方法。