JP2006142579A - ハニカム構造体成形用口金及びハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】押出成形したハニカム構造体を乾燥及び焼成した後の中央部と外周近傍部とのセルピッチのバラツキを抑え、均一なセルピッチのハニカム構造体を製造できるようなハニカム構造体成形用口金及び当該口金を用いたハニカム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】表面に溝状のスリット２を複数のセルブロック３で設けるとともに、裏面に前記スリット２に連通する裏孔４を設けた構造を有するハニカム構造体成形用口金１である。このハニカム構造体成形用口金１は、セルブロック３のピッチＰが、前記表面の中心部から外周に向かって段階的に拡大された構造となっている。
【選択図】図１
【解決手段】表面に溝状のスリット２を複数のセルブロック３で設けるとともに、裏面に前記スリット２に連通する裏孔４を設けた構造を有するハニカム構造体成形用口金１である。このハニカム構造体成形用口金１は、セルブロック３のピッチＰが、前記表面の中心部から外周に向かって段階的に拡大された構造となっている。
【選択図】図１
Description
本発明は、ハニカム構造体を押出成形する際に使用するハニカム構造体成形用口金に関する。
近年、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や、自動車排ガスを浄化する触媒を担持するための触媒担体等、様々な分野において、耐熱性、耐食性に優れるセラミックからなるハニカム構造体が利用されている。
一般に、ハニカム構造体は、押出成形により得られたハニカム構造体（成形体）を乾燥し、焼成することによって製造される。ハニカム構造体を押出成形する際に使用する口金は、ステンレスや鉄などからなる母材の表面に溝状のスリットを複数のセルブロックで設けるとともに、裏面に前記スリットに連通する裏孔を設けた構造を有するものであり、裏孔から導入された成形原料（坏土）が前記スリットから押し出されることによりハニカム構造の成形体が得られる。すなわち、口金のスリットを通過して押し出された坏土がセル（貫通孔）を仕切る隔壁となり、セルブロックにより坏土が通過できなかった空洞部分がセルとなる。
ところで、従来のハニカム構造体成形用口金は、セルブロックのピッチが全て一定となっているが、このような口金を用いて押出成形され、乾燥及び焼成を経て得られたハニカム構造体は、そのセルのピッチ（セルピッチ）が一定とならず、中央部よりも外周近傍部の方がセルピッチが小さくなっている場合がある。これは、乾燥時の不均一加熱による変形歪みの発生等により中央部と外周近傍部とでセルピッチが変化するためであると考えられるが、このように外周近傍部のセルピッチが小さくなると、ハニカム構造体全体の外形寸法が小さくなり、製品としての規格を外れてしまう場合がある（このような従来技術に関する先行技術文献は特に見当たらない）。
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、押出成形したハニカム構造体を乾燥及び焼成した後の中央部と外周近傍部とのセルピッチのバラツキを抑え、均一なセルピッチのハニカム構造体を製造できるようなハニカム構造体成形用口金及び当該口金を用いたハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
本発明によれば、表面に溝状のスリットを複数のセルブロックで設けるとともに、裏面に前記スリットに連通する裏孔を設けた構造を有するハニカム構造体成形用口金であって、前記セルブロックのピッチが、前記表面の中心部から外周に向かって段階的に拡大されているハニカム構造体成形用口金（第一のハニカム構造体成形用口金）、が提供される。
また、本発明によれば、表面に溝状のスリットを複数のセルブロックで設けるとともに、裏面に前記スリットに連通する裏孔を設けた構造を有するハニカム構造体成形用口金であって、前記セルブロックのピッチが、前記表面の中央部の所定の領域においては一定であり、当該領域の外側の領域においては外周に向かって段階的に拡大されているハニカム構造体成形用口金（第二のハニカム構造体成形用口金）、が提供される。
更に、本発明によれば、前記第一又は第二のハニカム構造体成形用口金を使用してハニカム構造体の製造を行うハニカム構造体の製造方法、が提供される。
本発明のハニカム構造体成形用口金及びハニカム構造体の製造方法によれば、押出成形したハニカム構造体（成形体）を乾燥及び焼成した後の中央部と外周近傍部とのセルピッチのバラツキを抑え、均一なセルピッチのハニカム構造体を製造することができる。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明のハニカム構造体成形用口金の基本的な構造を示す表面側から見た平面図と部分断面図である。本発明のハニカム構造体成形用口金１も従来のものと同様、表面に溝状のスリット２を複数のセルブロック３で設けるとともに、裏面にスリット２に連通する裏孔４を設けた構造を有し、裏孔４から導入された成形原料（坏土）がスリット２から押し出されることによりハニカム構造の成形体が得られるようになっている。
そして、このような基本構造に加え、本発明の第一のハニカム構造体成形用口金は、その特徴的な構造として、セルブロック３のピッチＰが、口金表面の中心部から外周に向かって段階的に拡大された構造となっている。
前述のとおり、セルブロックのピッチが全て一定である従来のハニカム構造体成形用口金を用いてハニカム構造体（成形体）を成形し、乾燥及び焼成を経て最終的に得られるハニカム構造体（焼成体）は、乾燥時の不均一加熱による変形歪みの発生等により、中央部よりも外周近傍部の方がセルピッチが小さくなっている場合がある。この場合、通常は、ハニカム構造体の断面中心部におけるセルピッチが最も広く、外周に近づくにつれてセルピッチが徐々に狭くなっている。
このようなセルピッチのバラツキを抑え、セルピッチの均一なハニカム構造体を得るためには、乾燥時等に生じるセルの収縮のバラツキを見越して、成形段階において、外周近傍のセルピッチが中央部のセルピッチより広い成形体を作製しておけばよい。押出成形によるハニカム構造体の成形は、口金のスリットを通過した坏土がセルを仕切る隔壁となり、セルブロックにより坏土が通過できなかった空洞部分がセルとなるので、成形体のセルピッチは、口金のセルブロックのピッチと一致することになる。
そこで、第一のハニカム構造体成形用口金においては、セルブロックのピッチが口金表面の中心部から外周に向かって段階的に拡大された構造とし、この口金を使用して押出成形することで、セルピッチが中心部から外周に向かって段階的に拡大されたハニカム構造体（成形体）が得られるようにした。
なお、セルブロックのピッチの拡大量は、一段階当たり０．００５〜０．１ｍｍ程度の範囲とすることが好ましい。一段階当たりの拡大量が０．００５ｍｍ未満では、セルピッチを拡大させる効果が少なく、０．１ｍｍを超えるとセル間での坏土の押し出し量の違いによる成形性の問題が発生することがある。より具体的な拡大量は、まず、セルブロックのピッチが全て一定である従来構造のハニカム構造体成形用口金を用いてハニカム構造体（成形体）を成形し、それを乾燥及び焼成して得られたハニカム構造体（焼成体）について、中央部から外周に向かってどの程度セルピッチが狭くなって行っているかを調べ、その結果に基づいて、最終的なセルピッチのバラツキを吸収し、セルピッチが均一になるような値とすればよい。
本発明の第二のハニカム構造体成形用口金も、第一のハニカム構造体成形用口金と同様に、外周近傍のセルピッチが中央部のセルピッチより広い成形体を作製し、最終的なセルピッチのバラツキを抑えることを目的としたものであり、その特徴的な構造として、セルブロック３のピッチＰが、口金表面の中央部の所定の領域（以下、「中央領域」と言う。）においては一定であり、中央領域の外側の領域（以下、「外側領域」と言う。）においては外周に向かって段階的に拡大された構造となっている。
前述のとおり、乾燥時の不均一加熱による変形歪みの発生等により最終的なセルピッチにバラツキが生じる場合は、ハニカム構造体の断面中心部におけるセルピッチが最も広く、外周に近づくにつれてセルピッチが徐々に狭くなる傾向にあるが、外周からある程度離れた断面中央部付近のセルピッチのバラツキは比較的小さなものであることが多い。
そこで、第二のハニカム構造体成形用口金においては、その表面を中央領域と外側領域とに区分し、セルピッチのバラツキの比較的小さいハニカム構造体断面中央部付近の領域に対応する口金の中央領域ではセルブロックのピッチを一定とし、外側領域のみセルブロックのピッチが外周に向かって段階的に拡大するようにした。
中央領域と外側領域との境界を決定するに当たっては、まず、セルブロックのピッチが全て一定である従来構造のハニカム構造体成形用口金を用いてハニカム構造体（成形体）を成形し、それを乾燥及び焼成して得られたハニカム構造体（焼成体）についてセルピッチを調べ、セルピッチのバラツキが許容範囲内であるようなハニカム構造体断面中央部付近の領域に対応する口金表面の領域を中央領域とし、その外側を外側領域とすればよい。なお、外側領域におけるセルブロックのピッチの好適な拡大量や、具体的な拡大量の決定の方法は、前記第一のハニカム構造体成形用口金の場合と同様である。
この第二のハニカム構造体成形用口金は、中央領域のセルブロックのピッチが一定であるため、第一のハニカム構造体成形用口金に比べると、ハニカム構造体の断面中央部付近のセルピッチの微調整という点では幾分劣るものの、口金自体の作製がより容易であるという利点もある。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。本発明のハニカム構造体の製造方法は、前記第一又は第二のハニカム構造体成形用口金を使用してハニカム構造体の製造を行うことをその特徴とするものである。前記のとおり、第一又は第二のハニカム構造体成形用口金を用いれば、乾燥時の不均一加熱による変形歪みの発生等により最終的なセルピッチが縮小する傾向にある外周近傍において、予めセルピッチが外周に向かって拡大された状態の成形体が得られるので、乾燥及び焼成を経て最終的に得られるハニカム構造体のセルピッチを均一にすることができる。
なお、口金として前記第一又は第二のハニカム構造体成形用口金を使用することを除き、本発明の具体的な製造方法は、従来公知のハニカム構造体の製造方法と同様である。すなわち、所定の原料を混練して成形用の坏土を得、これを治具に固定した口金の裏孔より供給して押出成形を行い、得られた成形体を所定の条件で乾燥及び焼成する。
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１（ａ）に示すような縦方向及び横方向のセルブロック数が共に２４個であるハニカム構造体成形用口金であって、外周から中央部に向かってセルブロック１０個分までの範囲を外側領域、その内側の範囲を中央領域とし、中央領域のセルブロックのピッチを１．５５ｍｍ、外側領域のセルピッチについては内側から外周にセルブロック１個分近づくにつれて、中央領域のセルブロックのピッチよりも０．０１ｍｍずつ広がるように構成されたものを作製した。
図１（ａ）に示すような縦方向及び横方向のセルブロック数が共に２４個であるハニカム構造体成形用口金であって、外周から中央部に向かってセルブロック１０個分までの範囲を外側領域、その内側の範囲を中央領域とし、中央領域のセルブロックのピッチを１．５５ｍｍ、外側領域のセルピッチについては内側から外周にセルブロック１個分近づくにつれて、中央領域のセルブロックのピッチよりも０．０１ｍｍずつ広がるように構成されたものを作製した。
このハニカム構造体成形用口金を口金治具に固定し、粘土質であるＳｉ−ＳｉＣ素地の坏土にてハニカム構造体の押出成形を行った。なお、前記坏土は、金属シリコン（Ｍｅ−Ｓｉ）及びＳｉＣを２５：７５（質量比）で調合した粉末原料に、水、有機バインダー、界面活性剤、造孔効果のあるショ糖類（澱粉）、発泡樹脂、及び焼結助剤である炭酸カルシウムを添加し、混練及び土練することによって得られたものである。
押出成形により得られた成形体をマイクロ波乾燥及び熱風乾燥で１時間乾燥し、次いで１４５０℃で６０時間焼成して、断面外周形状が正方形であり、縦方向及び横方向のセル数が共に２４個であるハニカム構造体（焼成体）を得た。このハニカム構造体を、その長手方向（軸方向）の中心で長手方向に対し垂直に切断し、その切断面においてセルピッチを測定した。
セルピッチの測定は、図２に示すように、ハニカム構造体１０の前記切断面におけるＡ〜Ｄの４つのライン上に位置するセルについて行った。その結果を図３のグラフに示す。なお、グラフ横軸の「セル位置」の値は、１と２４が前記各ラインの両端部にある最も外周に近いセルの位置に相当する。結果は図３に示すとおりであり、どのライン上においてもセルピッチのバラツキは小さく、かつ、ライン間におけるセルピッチの差もほとんど無く、断面全体のセルピッチがほぼ均一であることが確認された。
（比較例）
セルブロックのピッチが全て１．５５ｍｍである従来構造のハニカム構造体成形用口金を使用した以外は前記実施例と同様にしてハニカム構造体を得、同様にセルピッチの測定を行った。その結果を図４のグラフに示す。図４に示すとおり、セルブロックのピッチが一定である従来構造のハニカム構造体成形用口金を用いて作製したハニカム構造体は、外周部に近づくにつれてセルピッチが小さくなり、中央部と外周部とでセルピッチに大きな差が生じていることが確認された。
セルブロックのピッチが全て１．５５ｍｍである従来構造のハニカム構造体成形用口金を使用した以外は前記実施例と同様にしてハニカム構造体を得、同様にセルピッチの測定を行った。その結果を図４のグラフに示す。図４に示すとおり、セルブロックのピッチが一定である従来構造のハニカム構造体成形用口金を用いて作製したハニカム構造体は、外周部に近づくにつれてセルピッチが小さくなり、中央部と外周部とでセルピッチに大きな差が生じていることが確認された。
本発明は、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートを捕集するＤＰＦや、自動車排ガスを浄化する触媒を担持するための触媒担体等に使用されるハニカム構造体の製造に好適に利用することができる。
１…ハニカム構造体成形用口金、２…スリット、３…セルブロック、４…裏孔、１０…ハニカム構造体。
Claims (3)
- 表面に溝状のスリットを複数のセルブロックで設けるとともに、裏面に前記スリットに連通する裏孔を設けた構造を有するハニカム構造体成形用口金であって、
前記セルブロックのピッチが、前記表面の中心部から外周に向かって段階的に拡大されているハニカム構造体成形用口金。 - 表面に溝状のスリットを複数のセルブロックで設けるとともに、裏面に前記スリットに連通する裏孔を設けた構造を有するハニカム構造体成形用口金であって、
前記セルブロックのピッチが、前記表面の中央部の所定の領域においては一定であり、当該領域の外側の領域においては外周に向かって段階的に拡大されているハニカム構造体成形用口金。 - 請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用口金を使用してハニカム構造体の製造を行うハニカム構造体の製造方法。
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