JP2006281537A - ハニカム構造体押出成形用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製品であるセラミックフィルタの歩留まり及び生産性の向上に寄与することができるハニカム構造体押出成形用装置を提供する。
【解決手段】スリット部２０の基部２１と外縁部２２との境界２４に配設されたスリット１７を構成する基部部材（ピン）２５ｂを除去するとともに、口金１０と裏押え板１５との間に、裏間座１４を挿入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハニカム構造体押出成形用装置に関する。

セラミックフィルタは、セラミック多孔体を利用したフィルタであり、物理的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、例えば水処理や排ガス処理、或いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に用いられている。

上記セラミックフィルタに用いる多孔質体（ハニカム構造体）は、骨材、焼結助剤の他、分散媒、有機バインダ、必要により界面活性剤、可塑剤等を添加し、混練してなる坏土を押出成形・乾燥し、これを流路方向と垂直に所定の長さに切断した後、焼成することで得ることができる。

ここで、上記多孔質体（ハニカム構造体）の押出成形には、例えば、図４及び図５に示すように、押出成形時にハニカム構造体の外壁の形成に寄与する、口金のスリット（排出通路）１７を有する排出部のテーパーを有する周縁部の傾斜面１６とこの傾斜面に対向する押え板１２との間の空間のうち、最内周方向の空間をそれ以外の空間よりも狭くすること、即ち、テーパーを有する傾斜面１６上の空間に成形材料の溜め部（外周傾斜部）２６を形成することが主に行われている。これにより、空間中の成形材料（坏土）に対する局所的な圧力が緩和され、外壁厚がセル壁の５倍以内程度とセル壁厚が薄壁の場合でも、均一な外壁厚を有するハニカム構造体（多孔質体）を外周部にセル変形を生じることなく容易に形成することができる（特許文献１参照）。

特に、水処理用のセラミックフィルタの場合、後処理で、ハニカム構造体（多孔質体）の外壁を研削する必要があるため、セル変形を発生させることなく、外壁厚を出来る限り厚くすることが必須であった。尚、外壁厚が薄すぎると、後処理の外周研削で外壁への研削により、セル部が露出してしまうことがあった。

また、特許文献１では、押出成形後に得られたハニカム構造体（多孔質体）のセル最外周部に、パーシャルセル（外壁と正常セル部との境界面に存在する規格外のセル）やセル変形等のセル不良が発生しやすいという問題点があった。

特に、水処理用のセラミックフィルタの場合、上記ハニカム構造体（多孔質体）の主流路の内壁面（即ち、支持体）にろ過膜を形成させることがあるが、パーシャルセルが発生したハニカム構造体（多孔質体）を用いた場合、（特に、外壁とセル部との境界面での）ろ過膜の製膜ができなかったり、膜欠陥が発生し、一方、セル変形が発生したハニカム構造体（多孔質体）を用いた場合、ろ過膜の製膜後、セル形状に歪が生じ、ろ過膜を固化させる焼成工程においてクラックが発生する等のろ過膜欠陥となり、セラミックフィルタとして機能しないため、製品であるセラミックフィルタの歩留まりが悪いという問題点があった。
特許第２９２５８９３号公報

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外壁の厚いハニカム構造体のパーシャルセル及びセル変形を防止することにより、ろ過膜形成時における製膜不良やクラックが発生するという膜欠陥を防止することができるため、製品であるセラミックフィルタの歩留まり及び生産性の向上に寄与することができるハニカム構造体押出成形用装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、以下のハニカム構造体押出成形用装置を提供するものである。

［１］ 口金と、前記口金の外周側に配置されるハニカム構造体の外壁を規定する押え板のほかに、同じく前記口金の外周側に配置され押し出される坏土量を調整する裏押え板を備えたハニカム構造体押出成形用装置であって、前記口金が、互いに連結した薄壁から構成されたセル部と、前記セル部の最外周側に外壁が形成されたハニカム構造体を排出するスリット（排出通路）を一端に開口し、他端を一定深さまで独立して設けられた多数の供給通路に連結してなり、スリット（排出通路）を有するスリット部（排出部）が平坦な基部と、前記基部の外周方向に傾斜した傾斜面が形成された外縁部とを有するものであり、前記口金が、前記スリット部の基部と外縁部との境界に配設されたスリットを構成する基部部材（ピン）を除去するとともに、前記口金と前記裏押え板との間に、裏間座を挿入するハニカム構造体押出成形用装置。

［２］ 傾斜面が、基部部材（ピン）を除去した後、形成されたザグリ部と平坦になるように形成される［１］に記載のハニカム構造体押出成形用装置。

［３］ 裏間座の厚さが、１．０〜３．５ｍｍである［１］又は［２］に記載のハニカム構造体押出成形用装置。

［４］ 基部のスリットのスリット比（スリット長さ／スリット幅）が、７以上である［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体押出成形用装置。

［５］ ザグリ部のスリットのスリット比（スリット長さ／スリット幅）が、０〜６である［２］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体押出成形用装置。

［６］ 外縁部の直径が、基部の直径の１．２倍以下である［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体押出成形用装置。

［７］ 裏押え板の内径が、基部の直径の１．０〜１．１倍である［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム構造体押出成形用装置。

［８］ ハニカム構造体の外壁厚比（最小外壁厚／セル壁厚）が、１．３以上である［１］〜［７］のいずれかに記載のハニカム構造体押出成形用装置。

本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、外壁の厚いハニカム構造体のパーシャルセル及びセル変形を防止することにより、ろ過膜形成時における製膜不良やクラックが発生するという膜欠陥を防止することができるため、製品であるセラミックフィルタの歩留まり及び生産性の向上に寄与することができる。

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はなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

図１は、本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主要部を示す部分断面図、図２は、本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主要部を示すものであり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。

本発明に係るハニカム構造体押出成形用装置は、例えば、図１及び図２（ａ）に示すように、口金１０と、口金１０の外周側に配置されるハニカム構造体の外壁を規定する押え板１２のほかに、同じく口金１０の外周側に配置され押し出される坏土量を調整する裏押え板１５を備えたハニカム構造体押出成形用装置である。口金１０は、互いに連結した薄壁から構成されたセル部と、セル部の最外周側に外壁が形成されたハニカム構造体を排出するスリット（排出通路）１７，１８を一端に開口し、他端を一定深さまで独立して設けられた多数の供給通路１９に連結してなり、スリット（排出通路）１７，１８を有するスリット部（排出部）２０が平坦な基部２１と、基部２１の外周方向に傾斜した傾斜面１６が形成された外縁部２２とを有するものである。

ここで、本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主な特徴（１）は、図１及び図２（ａ）に示すように、口金１０が、スリット部２０の基部２１と外縁部２２との境界２４に配設されたスリット１８を構成する基部部材（ピン）２５ｂを除去することにある。このとき、傾斜面１６は、基部部材（ピン）２５ｂを除去した後、形成されたザグリ部２８と平坦になるように、外縁部２２を形成する（図２（ａ）の除去部２９参照）ことが、成形時のパーシャルセルの発生を抑え、外壁を形成するために十分な坏土を供給し、狙いの外壁厚を確保する上で好ましい。尚、ザグリ部２８は、例えば、図３に示す黒塗り部に形成されることがより好ましい。

これにより、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、押出成形後に得られた多孔質体（ハニカム構造体）のセル最外周部に、パーシャルセル（外壁とセル部との境界面に存在する規格外のセル）の発生を防止することができる。

また、本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主な特徴（２）は、図１及び図２（ａ）に示すように、口金１０と裏押え板１５との間に、裏間座１４を挿入することにある。このとき、本発明で用いる裏間座１４の厚さｔは、例えば、１．０〜３．５ｍｍ（より好ましくは、１．５〜３．０ｍｍ）であることが好ましい。

これにより、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、外壁厚を厚くした場合であっても、空間中の成形材料（坏土）に対する局所的な圧力が緩和されるため、均一な外壁厚を有するハニカム構造体を、その外周部にセル変形を生じることなく容易に形成することができる。

尚、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、基部２１のスリット１７のスリット比（スリット長さｂ₁／スリット幅ａ）が、７以上（より好ましくは、８〜１５）であることが好ましい。

これは、上記スリット比が７より小さい場合、供給された坏土がスリット部から排出された後に、成形体のセル壁を形成する過程で坏土の圧力が低く隣のスリット部の坏土との圧着性が悪くなり、押出成形された成形体にクラックが生じてしまうからである。一方、スリット比が１５より多い場合、口金の製作が難しく、コスト高の割に十分な効果を得ることができない。

また、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、図２（ｂ）に示すように、ザグリ部２８のスリット１８のスリット比（スリット長さｂ₂／スリット幅ａ）が、０〜６であることが好ましい。

これは、上記スリット比が６より大きい場合、供給された坏土がスリット部から排出された後に、成形体の外壁を形成する過程で、坏土の供給量が少なくセル最外周部にパーシャルセル（外壁とセル部との境界面に存在する規格外のセル）の発生が増加してしまうからである。尚、スリット比が０であるということは、ザグリ部にスリットが無くてもよいことを示唆するものである。

更に、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、図１に示すように、外縁部２２の直径Ｃが、基部２１の直径Ａの１．２０倍以下（より好ましくは、１．０２〜１．１５倍）であることが好ましい。

これは、上記直径Ｃが、基部の直径Ａの１．０２より小さい場合、外壁を形成するための坏土の供給量が確保できず、外壁厚が薄くなってしまうからである。一方、上記直径Ｃが、基部の直径Ａの１．２０より大きい場合、外周部の坏土の供給量が多くなりすぎて、外周部のセルの変形を抑えて外壁厚を調整することが困難である。

尚、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、図１に示すように、裏押え板の内径Ｄが、基部の直径Ａの１．００〜１．１０倍（より好ましくは１．０１〜１．０５）であることが好ましい。具体的には、基部の直径Ａが１８５．０ｍｍである場合、裏押え板の内径Ｄが１８５．０〜２０３．５（より好ましくは、１８６．９〜１９４．３ｍｍ）であることが好ましい。これは、上記裏押え板の内径Ｄが、基部の直径Ａの１．００倍より小さい場合、外壁を形成するための坏土の供給量が確保できず、外壁厚が薄くなり更にパーシャルセルが発生してしまうからである。一方、上記裏押え板の内径Ｄが、基部の直径Ａの１．１０倍より大きい場合、外周部の坏土の供給量が多くなりすぎて、外周部のセルの変形を抑えて外壁厚を調整することが困難である。

以上のことから、本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、図１及び図２（ａ）に示すように、口金１０と裏押え板１５との間に、裏間座１４を挿入し、上記の条件を満たすように裏間座の厚みｔと口金１０の中心から裏押え板１５の内径Ｄを設定することにより、外周部にパーシャルセルを発生させることなく、外壁厚比（最小外壁厚／セル壁厚）を１．３以上（より好ましくは、２．０〜４．０）にすることができるとともに、セル変形率（パーシャルセルを除いたセルのうちで最大変形セルの内接円直径換算／中央部５セル部の平均セルの内接円直径換算）が、０．７〜１．０であるハニカム構造体を製造することができる。

また、本発明で得られたハニカム構造体は、水処理用のセラミックフィルタの基材として用いる場合、（特に、外壁とセル部との境界面での）ろ過膜の製膜が良好であるとともに、ろ過膜の膜厚も均一であり、ろ過膜にクラックも大幅に抑制することができるため、製品であるセラミックフィルタの歩留まりを大幅に向上させることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜２０、比較例１〜８）
骨材として、粒径が５〜３００μｍとなるように篩い分けしたアルミナを使用し、これに、焼結助材として粒径０．５〜５μｍの長石、分散媒として水、有機バインダとしてメチルセルロースを添加し、混練して得られた坏土を、表１に示す条件のハニカム構造体押出成形用装置を用いて押出成形することにより複数の主流路を有するハニカム状の成形体をそれぞれ得た。この成形体を乾燥した後、所定の長さとなるように流路方向と垂直に切断し、これを焼成することにより外径φ１８０ｍｍ、流路のセルの内接円径φ２．５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、主流路数が約２０００個のハニカム状の多孔質体を得た。水銀圧入法により測定した多孔質体の平均細孔径は１０μｍであった。次に、それぞれ得られたハニカム構造体について、クラック発生セル数、パーシャルセル発生数、セル変形率及び外壁厚比の測定を行った。以上の結果を表１に示す。

（考察：実施例１〜２０、比較例１〜８）
表１の結果から、実施例１〜２０では、寸法比（Ｃ／Ａ）を１．０１〜１．２、スリット比を７〜１５にし、スリット部の基部と外縁部との境界に配設されたスリットを構成するピン（基部部材）を除去し、ザグリ部を形成するとともに、裏間座を使用し、裏間座の厚みが１．０〜３．５ｍｍ、且つ寸法比（Ｄ／Ａ）を１．０１〜１．１０の条件下で坏土の押出成形を行うことにより、クラックの発生が無く、パーシャルセルの発生を抑制するとともに、セル変形をすることなく、外壁の厚いセラミックハニカム構造体を得ることができた。

一方、比較例１では、スリット比が７未満であるため、得られたハニカム構造体に多数のクラックが発生した。比較例２では、ピン（基部部材）が除去されていないため、得られたハニカム構造体に多数のパーシャルセルが発生した。比較例３では、裏間座が無いため、得られたハニカム構造体に多数のパーシャルセルが発生した。比較例４では、裏間座の厚みが１．０ｍｍ未満であるため、得られたハニカム構造体に多数のパーシャルセルが発生した。比較例５では、裏間座の厚みが３．５ｍｍを超過しているため、得られたハニカム構造体の外周部のセル変形を十分抑制することができなかった。比較例６では、寸法比（Ｃ／Ａ）が１．２を超過しているため、得られたハニカム構造体の外周部のセル変形を十分抑制することができなかった。比較例７では、寸法比（Ｄ／Ａ）が１．００未満であるため、得られたハニカム構造体に多数のパーシャルセルが発生した。比較例８では、寸法比（Ｄ／Ａ）が１．１０を超過するため、得られたハニカム構造体の外周部のセル変形を十分抑制することができなかった。

本発明のハニカム構造体押出成形用装置は、例えば、水処理や排ガス処理、或いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に好適に用いることができるセラミックフィルタに用いるハニカム構造体を好適に製造することができる。

本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主要部を示す部分断面図である。 本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主要部を示すものであり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 本発明のハニカム構造体押出成形用装置で用いる口金の部分拡大平面図である。 従来のハニカム構造体押出成形用装置の主要部を示す部分断面図である。 本発明のハニカム構造体押出成形用装置の主要部を示すものであり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。

符号の説明

１０…口金、１２…押え板、１３…表間座、１４…裏間座、１５…裏押え板、１６…傾斜面、１７，１８…スリット（排出通路）、１９…供給通路、２０…スリット部、２１…基部、２２…外縁部、２４…境界、２５ａ，２５ｂ…基部部材（ピン）、２６…外周傾斜部（空間）、２８…ザグリ部、２９…除去部。

Claims (8)

1. 口金と、前記口金の外周側に配置されるハニカム構造体の外壁を規定する押え板のほかに、同じく前記口金の外周側に配置され押し出される坏土量を調整する裏押え板を備えたハニカム構造体押出成形用装置であって、
   前記口金が、互いに連結した薄壁から構成されたセル部と、前記セル部の最外周側に外壁が形成されたハニカム構造体を排出するスリット（排出通路）を一端に開口し、他端を一定深さまで独立して設けられた多数の供給通路に連結してなり、スリット（排出通路）を有するスリット部（排出部）が平坦な基部と、前記基部の外周方向に傾斜した傾斜面が形成された外縁部とを有するものであり、
   前記口金が、前記スリット部の基部と外縁部との境界に配設されたスリットを構成する基部部材（ピン）を除去するとともに、前記口金と前記裏押え板との間に、裏間座を挿入するハニカム構造体押出成形用装置。
2. 前記傾斜面が、前記基部部材（ピン）を除去した後、形成されたザグリ部と平坦になるように形成される請求項１に記載のハニカム構造体押出成形用装置。
3. 前記裏間座の厚さが、１．０〜３．５ｍｍである請求項１又は２に記載のハニカム構造体押出成形用装置。
4. 前記基部のスリットのスリット比（前記スリット長さ／前記スリット幅）が、７以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体押出成形用装置。
5. 前記ザグリ部のスリットのスリット比（前記スリット長さ／前記スリット幅）が、０〜６である請求項２〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体押出成形用装置。
6. 前記外縁部の直径が、前記基部の直径の１．２倍以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体押出成形用装置。
7. 前記裏押え板の内径が、前記基部の直径の１．０〜１．１倍である請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体押出成形用装置。
8. 前記ハニカム構造体の外壁厚比（最小外壁厚／セル壁厚）が、１．３以上である請求項１〜７のいずれか１項に記載のハニカム構造体押出成形用装置。

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