JP2008012914A - 端面処理装置、ハニカム成形体の端面処理方法及びハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 切断処理されたセラミック成形体の切断面を処理する端面処理装置であって、エアー吹出口と、付着物除去部材とを備え、切断時に切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を、付着物除去部材及び上記エアー吹出口からのエアーにより除去するように構成されたことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
そこで、排ガス中のパティキュレートを捕集して、排ガスを浄化するフィルタとして多孔質セラミックからなるハニカム構造体を用いたハニカムフィルタが種々提案されている。
また、ハニカム焼成体140は、図6に示すように、長手方向に多数のセル141が並設され、セル141同士を隔てるセル壁143がフィルタとして機能するようになっている。
そして、この湿潤混合物をダイスにより連続的に押出成形し、押出された成形体を所定の長さに切断することにより、角柱形状のハニカム成形体を作製する。
この後、このハニカム成形体の脱脂処理を行い、続いて脱脂後のハニカム成形体を焼成用治具に載置して焼成処理を行い、ハニカム焼成体を製造する。
次に、得られたハニカム焼成体の集合体に、切削機等を用いて円柱、楕円柱等の所定の形状に切削加工を施してセラミックブロックを形成し、最後に、セラミックブロックの外周にシール材ペーストを塗布してシール材層(コート層)を形成することにより、ハニカム構造体の製造を終了する。
また、切断部分やその近傍に切断時に発生した粉末が付着してしまうため、これらを除去する必要がある。
また、ブラッシングを行う面と反対側の面からブロワー等でエアーを吹き込んだ場合、一旦除去されたバリ等が、再度ブラシに付着することがあり、その後、このブラシを使用してバリ等の除去を行っても、逆にブラシに付着していたバリ等がハニカム成形体の端面に付着することがあった。
エアー吹出口と、付着物除去部材とを備え、
切断時に切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を、上記付着物除去部材及び上記エアー吹出口からのエアーにより除去するように構成されたことを特徴とする。
上記端面処理装置は、エアー吹出口と付着物除去部材とを備えており、
上記付着物除去部材を、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら上記切断面に接触させるとともに、上記エアー吹出口からエアーを吹き出すことにより、上記切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を除去することを特徴とする。
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上記付着物除去部材を、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら上記切断面に接触させるとともに、上記エアー吹出口からエアーを吹き出すことにより、上記切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を除去することを特徴とする。
エアー吹出口と、付着物除去部材とを備え、
切断時に切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を、上記付着物除去部材及び上記エアー吹出口からのエアーにより除去するように構成されたことを特徴とする。
上記セラミック粉末の材料は特に限定されるものではなく、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物セラミック、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウム等の酸化物セラミック等が挙げられる。
この場合には、炭化ケイ素粉末と金属ケイ素粉末とを用いて、セラミック成形体を作製する。
これらのなかでは、メチルセルロースが望ましい。
上記セラミック成形体には、可塑剤や潤滑剤が含まれていてもよい。
なお、切削工具のようなもので切削されて、端面が平坦化されたものも、「切断処理された」とみなされるものとする。
本発明では、エアー吹出口と付着物除去部材とを備えた端面処理装置によりこれらを除去する。
従って、具体的には、本発明の端面処理装置は、上記筒状体と該筒状体からエアーを吹き出させるための圧縮ポンプ、扇風機、ボンベ等のエアー吹出手段とを備えている。
エアー吹出口から吹き出すエアーの速度は、1〜10m/secが望ましい。
上記付着物除去部材としては特に限定されるものではないが、例えば、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら上記切断面に接触させることにより、バリ等を除去することが可能な部材をいう。
上記付着物除去部材としては、例えば、ブラシ、布、スポンジ、バフ、砥石、シート状物等が挙げられる。
これらは、通常の形態のブラシであってもよく、軸付きのブラシであってもよい。
上記ブラシ付きローラを用いる場合、その回転数は、50〜200min−1が好ましい。
また、ブラシを往復運動させて付着物を除去する場合、その往復運動の頻度は、30〜120min−1が好ましい。
上記砥粒含有バフに用いられる砥粒としては、例えば、アルミニウムシリケート、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド等が挙げられる。
バフを付着物除去部材として用いる場合には、例えば、上記バフをセラミック成形体に接触させながら、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させることより、バリや付着物を除去する。
砥石を付着物除去部材として用いる場合には、例えば、上記砥石をセラミック成形体に接触させながら、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させることにより、バリや付着物を除去する。
上記シート状物としては、例えば、ウレタンスポンジ、ナイロン不繊布、アクリル(スポンジ)等にアルミニウムシリケート、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド等の砥粒を付着させたもの等が挙げられる。
本発明のハニカム成形体の端面処理方法は、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、その端面に切断処理が施された柱状のハニカム成形体の切断面を端面処理装置を用いて処理するハニカム成形体の端面処理方法であって、
上記端面処理装置は、エアー吹出口と付着物除去部材とを備えており、
上記付着物除去部材を、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら上記切断面に接触させるとともに、上記エアー吹出口からエアーを吹き出すことにより、上記切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を除去することを特徴とする。
図1(a)に示すように、このハニカム成形体10は、断面視正方形の多数のセル11がセル壁12を隔てて長手方向に並設された四角柱形状のハニカム成形体であり、両端面に切断処理が施されており、両端面14a、14bが切断面となっている。
このようなバリ13と付着粉末を除去するために、端面処理装置を用いて端面処理を行う。
また、セルの断面形状も特に限定されるものではなく、例えば、正方形、長方形、円、楕円、長円等が挙げられる。
また、ハニカム成形体には、セラミック成形体と同様に、可塑剤や潤滑剤が含まれていてもよく、分散媒液がハニカム成形体中に残留していてもよい。
これらについては、本発明の端面処理装置の項で説明したので、ここでは省略する。
以下では、付着物除去部材として、ブラシ付きローラを用いた場合について説明する。
また、エアー吹出装置と付着物除去装置39とは、図3に示すように、ハニカム成形体10が通過する領域の両側にそれぞれ2組ずつ、合計4組設けられている。
なお、ロボットアームを構成するハンドは、把持機構を有するものに限定されず、把持機構に代えて、吸引機構を有するものであってもよいし、把持機構と吸引機構の両方を備えたものであってもよい。
また、本明細書において、ロボットアームとは、モータ等を有する能動関節を備え、さらに必要に応じて、モータ等を有さない非能動関節を備えるアームのことをいう。
成形体着設部31は、ハニカム成形体10を固定したり、固定を解除したりするための可動の固定部材(図示せず)を備えている。
そこで、ロボットアーム21は、固定部材(図示せず)を操作し、ハニカム成形体10を成形体着設部31に固定する。
この間、回転体30は、回転を停止している。
この際、切断により発生した粉末がハニカム成形体10の端部やセル内部に付着し、バリが発生する(図1参照)。
なお、切断ディスク37は、必ずしも常時回転している必要はなく、例えば、成形体着設部31が2台の切断装置35に最も近づいた位置になると回転するように制御されていてもよい。
そして、ロボットアーム24のハンド25は、ハニカム成形体10を持ち上げ、ベルトコンベア33に設置された成形体固定装置40の載置部47a、47b(図4参照)にハニカム成形体10を載置し、ハンド43で把持する。
この成形体固定装置40は、図2、図3に示したベルトコンベア33に設けられており、ベルトコンベア33の移動に伴って移動する。
また、この成形体固定装置40は、ハニカム成形体10を把持するための4個(2組)のハンド43と、ハンド43を支持する支持板42と、支持板42同士の間に設けられた2個のバネ部材44と、ハンド43の間隔を調整するために設けられた略菱形状の間隔調整部材45と、支持板42と間隔調整部材45との間に介在し、間隔調整部材45が回転することにより押し広げられたり、間隔が狭くなったりする当接部材41と、間隔調整部材45を回転させるために間隔調整部材45の下方に設けられた回転部材46とからなる。
なお、間隔調整部材45の上には、ハニカム成形体を載置するために平板からなる載置部47(47a、47b)が設けられている。
左側のハンド43及び支持板42は、所定の位置より左側に描かれているが、実際には、当接部材41の一端が支持板42に結合しており、載置部47は、当接部材41よりわずかに上に設けられている。
この長さの違いを利用して、2組のハンド43の間隔を調整する。
2組のハンド43は、2枚の支持板42に支持されており、これらを結合するように、2個のバネ部材44が設けられて、2枚の支持板42が内側に向けて付勢されるとともに、2枚の支持板42の間に、2個の当接部材41と間隔調整部材45とが設けられている。
これにより、2個の当接部材41の間隔が広くなり、ハニカム成形体10が単に載置部に載置され、ハンド43により把持されていない状態となるので、ロボットアーム等を用いることにより、次工程のベルトコンベア29に移し変えることができる。
図4では、2個の当接部材41の間隔が狭い状態を示している。
ハンド43により把持されたハニカム成形体10がベルトコンベア33上を前進していくと、ハニカム成形体10の端部がベルトコンベア34の両側に設けられたブラシ付きローラ39aと接触する。このとき、ブラシ付きローラ39aは、回転しているので、切断により形成されたバリは、このブラシ付きローラ39aにより除去され、除去されたバリ等は、排気ホース39bにより系外に排出される。
従って、ハニカム成形体10の両端面は、異なるタイミングで回転中のブラシ付きローラ39aに接触した後、エアーホース38からのエアーが端面に当たり、また、エアーがハニカム成形体10のセルの内部に吹き込まれる。
従って、ハニカム成形体10の両端面、側面及びセル内部に付着した粉末は、完全に吹き飛ばされ、除去される。なお、エアーは、図示しない別の吸引装置により吸引され、系外に排出されるので、ハニカム成形体10等に再付着することはない。
本発明のハニカム構造体の製造方法は、セラミック原料を成形して、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム成形体を作製し、このハニカム成形体の両端を切断した後、切断面を端面処理装置を用いて処理する端面処理工程を行い、さらに上記ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体からなるハニカム構造体を製造するハニカム構造体の製造方法であって、
上記端面処理装置は、エアー吹出口と付着物除去部材とを備えており、
上記付着物除去部材を、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら上記切断面に接触させるとともに、上記エアー吹出口からエアーを吹き出すことにより、上記切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を除去することを特徴とする。
従って、ここでは、上記端面処理工程については、ごく簡単に説明し、上記端面処理工程以外の工程について、説明することとする。
本発明の製造方法で製造するハニカム構造体の材料は、炭化ケイ素に限定されるわけではなく、端面処理装置の項で説明した種類のセラミックを使用することができる。
なお、ハニカム構造体の材料は、非酸化物セラミックが好ましく、炭化ケイ素や、炭化ケイ素と金属ケイ素との複合体が特に好ましい。また、上記ハニカム構造体の材料は、ケイ素含有炭化ケイ素(Si−SiC)も特に好ましい。これらが好ましいのは、耐熱性、機械強度、熱伝導率等に優れるからである。
ハニカム焼成体の気孔径等を調節するためには、焼成温度を調節する方法が効果的であるが、無機粉末の粒径を調節することによっても、一定の範囲で気孔径を調節することができる。
これらのなかでは、メチルセルロースが望ましい。
上記バインダの配合量は、通常、無機粉末100重量部に対して、1〜10重量部が望ましい。
また、上記潤滑剤としては特に限定されず、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物等が挙げられる。
潤滑剤の具体例としては、例えば、ポリオキシエチレンモノブチルエーテル、ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル等が挙げられる。
なお、可塑剤、潤滑剤は、場合によっては、湿潤混合物に含まれていなくてもよい。
さらに、上記湿潤混合物中には、成形助剤が添加されていてもよい。
次に、上記ハニカム成形体を、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等を用いて乾燥させ、上述したように、乾燥後のハニカム成形体の両端部付近を切断した後、上述のように、上記ハニカム成形体の両切断面を端面処理装置を用いて処理する端面処理工程を行う。
次いで、必要に応じて、入口側セル群の出口側の端部、及び、出口側セル群の入口側の端部に、封止材となる封止材ペーストを所定量充填し、セルを目封じする。
なお、本発明のハニカム構造体の製造方法では、上記空隙保持材を介して必要個数のハニカム焼成体を組み上げた後、ハニカム焼成体同士の空隙に一括してシール材ペーストを充填してもよい。
上記無機バインダとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を挙げることができる。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記無機バインダのなかでは、シリカゾルが望ましい。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記有機バインダのなかでは、カルボキシメチルセルロースが望ましい。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記無機繊維のなかでは、アルミナファイバが望ましい。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記無機粒子のなかでは、熱伝導性に優れる炭化ケイ素が望ましい。
上記バルーンとしては特に限定されず、例えば、アルミナバルーン、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン(FAバルーン)、ムライトバルーン等を挙げることができる。
これらのなかでは、アルミナバルーンが望ましい。
次に、ダイヤモンドカッター等を用い、ハニカム焼成体がシール材層を介して複数個接着されたハニカム焼成体の集合体に切削加工を施し、円柱形状のセラミックブロックを作製する。
なお、この製造方法で製造する上記セラミックブロックの形状は、円柱形状に限定されず、楕円柱形状等、その他の柱状であってもよい。
このような工程を経ることにより、ハニカム焼成体がシール材層(接着剤層)を介して複数個接着された円柱形状のセラミックブロックの外周部にシール材層(コート層)が設けられたハニカム構造体(図5参照)を製造することができる。
上記触媒の担持は、集合体を作製する前のハニカム焼成体に行ってもよい。
触媒を担持させる場合には、ハニカム構造体又はハニカム焼成体の表面に高い比表面積のアルミナ膜を形成し、このアルミナ膜の表面に助触媒、及び、白金等の触媒を付与することが望ましい。
上記アルミナ膜に助触媒を付与する方法としては、例えば、Ce(NO3)3等の希土類元素等を含有する金属化合物の溶液をハニカム構造体又はハニカム焼成体に含浸させて加熱する方法等を挙げることができる。
また、予め、アルミナ粒子に触媒を付与して、触媒が付与されたアルミナ粉末を含有する溶液をハニカム構造体又はハニカム焼成体に含浸させて加熱する方法で触媒を付与してもよい。
ここで、原料粉末を混合する方法等は、上記集合型ハニカム構造体を製造する方法と同様であるため、ここではその説明を省略する。
次いで、入口側セル群の出口側の端部、及び、出口側セル群の入口側の端部に、封止材となる封止材ペーストを所定量充填し、セルを目封じする。
その後、集合型ハニカム構造体の製造と同様に、脱脂、焼成、付着物除去処理を行うことによりセラミックブロックを製造し、必要に応じて、シール材層(コート層)の形成を行うことにより、一体型ハニカム構造体を製造することができる。
上記付着物除去処理を行うことにより、シール材層を良好に形成することができる。
また、上記一体型ハニカム構造体にも、上述した方法で触媒を担持させてもよい。
(1)平均粒径10μmのα型炭化ケイ素粉末250kgと、平均粒径0.5μmのα型炭化ケイ素粉末100kgと、有機バインダ(メチルセルロース)と20kgとを混合し、混合粉末を調製した。
次に、別途、潤滑剤(日本油脂社製 ユニルーブ)12kgと、可塑剤(グリセリン)5.6kgと、水64kgとを混合して液体混合物を調製し、この液体混合物と混合粉末とを湿式混合機を用いて混合し、湿潤混合物を調製した。
次に、この湿潤混合物を用いた押出成形、及び、これにつづく切断を行い、ハニカム成形体を作製した。
なお、このシール材ペーストの粘度は、室温で30Pa・sであった。
そして、このシール材ペースト層を120℃で乾燥して、外周にシール材層(コート層)が形成された直径143.8mm×長さ300mmの円柱状のハニカム構造体130を製造した。
実施例1の(4)の工程において、付着物除去部材としてブラシ付きローラを用いる代わりに、細長い布を一端(1辺)で固定部材に固定した部材を用い、これを回転させることによりバリ等を除去した以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。
実施例1の(4)の工程において、付着物除去部材としてブラシ付きローラを用いる代わりに、ウレタンスポンジを固定部材に固定した部材を用い、これを回転させることによりバリ等を除去した以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。
(1)平均粒径50μmのα型炭化ケイ素粉末80kgと、平均粒径4.0μmのケイ素粉末20kgと、有機バインダ(メチルセルロース)と11kgとを混合し、混合粉末を調製した。
次に、別途、潤滑剤(日本油脂社製 ユニルーブ)3.3kgと、可塑剤(グリセリン)1.5kgと、適量の水とを混合して液体混合物を調製し、この液体混合物と混合粉末とを湿式混合機を用いて混合し、湿潤混合物を調製した。
なお、ここで、α型炭化ケイ素粉末としては、800℃で3時間の酸化処理を施したものを用いた。
次に、この湿潤混合物を用いた押出成形、及びこれにつづく切断を行い、ハニカム成形体を作製した。
なお、このシール材ペーストの粘度は、室温で30Pa・sであった。
そして、このシール材ペースト層を120℃で乾燥して、外周にシール材層(コート層)が形成された直径143.8mm×長さ300mmの円柱状のハニカム構造体130を製造した。
実施例4の(4)の工程において、付着物除去部材としてブラシ付きローラを用いる代わりに、細長い布を一端(1辺)で固定部材に固定した部材を用い、これを回転させることによりバリ等を除去した以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を製造した。
実施例4の(4)の工程において、付着物除去部材としてブラシ付きローラを用いる代わりに、ウレタンスポンジを固定部材に固定した部材を用い、これを回転させることによりバリ等を除去した以外は実施例4と同様にしてハニカム構造体を製造した。
実施例1の(4)の工程、即ち、バリ及び付着物を除去する工程を行わなかった以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造しようとしたが、ハニカム成形体の封口工程でバリが邪魔して封口剤ペーストをハニカム成形体10のセルの端部に充填することができなかった。
実施例1の(4)の工程で、エアーホース38からエアーを吹き出させず、ブラシ付きローラ39aを含む付着物除去装置39のみを用いてバリを除去する工程を行った以外は実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。
実施例1の(4)のバリ及び付着物を除去する工程で、ハニカム成形体10の片方の切断面側にブラシ付きローラを設けて、片方の切断面側と接触させ、残りの切断面の側にエアーホース38を設けてエアーを当てたほかは、実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造した。
11 セル
12 セル壁
13 バリ
14(14a、14b) 端面
20 成形体切断処理装置
21、24 ロボットアーム
22、25 ハンド
23、26 屈曲部
30 回転体
31 成形体着設部
33 ベルトコンベア
34 切替部材
35 切断装置
36 モータ
37 切断ディスク
38 エアーホース
39 付着物除去装置
39a ブラシ付きローラ
39b 排気ホース
40 成形体固定装置
41 当接部材
42 支持板
43 ハンド
44 バネ部材
45 間隔調整部材
46 回転部材
Claims (12)
- 切断処理されたセラミック成形体の切断面を処理する端面処理装置であって、
エアー吹出口と、付着物除去部材とを備え、
切断時に切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を、前記付着物除去部材及び前記エアー吹出口からのエアーにより除去するように構成された端面処理装置。 - 前記付着物除去部材は、ブラシ付きローラである請求項1に記載の端面処理装置。
- 前記エアー吹出口及び前記付着物除去部材は、前記セラミック成形体の同一端部側に配設されている請求項1又は2に記載の端面処理装置。
- 前記切断面の処理を前記セラミック成形体の両端面で同時に行う請求項1〜3のいずれかに記載の端面処理装置。
- 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、その端面に切断処理が施された柱状のハニカム成形体の切断面を端面処理装置を用いて処理するハニカム成形体の端面処理方法であって、
前記端面処理装置は、エアー吹出口と付着物除去部材とを備えており、
前記付着物除去部材を、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら前記切断面に接触させるとともに、前記エアー吹出口からエアーを吹き出すことにより、前記切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を除去することを特徴とするハニカム成形体の端面処理方法。 - 前記付着物除去部材としてブラシ付きローラを用い、このブラシ付きローラを回転させながら前記切断面に接触させる請求項5に記載のハニカム成形体の端面処理方法。
- 前記エアー吹出口及び前記付着物除去部材は、前記ハニカム成形体の同一端部側に配設されている請求項5又は6に記載のハニカム成形体の端面処理方法。
- 前記ハニカム成形体の切断面の処理を前記ハニカム成形体の両端面で同時に行う請求項5〜7のいずれかに記載のハニカム成形体の端面処理方法。
- セラミック原料を成形して、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム成形体を作製し、このハニカム成形体の両端を切断した後、切断面を端面処理装置を用いて処理する端面処理工程を行い、さらに前記ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体からなるハニカム構造体を製造するハニカム構造体の製造方法であって、
前記端面処理装置は、エアー吹出口と付着物除去部材とを備えており、
前記付着物除去部材を、振動、回転及び移動のうちの少なくとも1つの態様で駆動させながら前記切断面に接触させるとともに、前記エアー吹出口からエアーを吹き出すことにより、前記切断面に残ったバリ並びに切断面及びその近傍に付着した粉末を除去することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。 - 前記付着物除去部材としてブラシ付きローラを用い、このブラシ付きローラを回転させながら前記切断面に接触させる請求項9に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記エアー吹出口及び前記付着物除去部材は、前記ハニカム成形体の同一端部側に配設されている請求項9又は10に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記ハニカム成形体の切断面の処理を前記ハニカム成形体の両端面で同時に行う請求項9〜11のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
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