JP2008132749A - ハニカム成形体用端面処理装置、ハニカム成形体の封止方法、及び、ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
ハニカム成形体の端面を有効かつ効率的に平坦化することができるとともに、封止材ペーストの乾燥後にもハニカム成形体の端面の平坦度を維持することができるハニカム成形体用端面処理装置を提供する。
【解決手段】
多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルのいずれか一方の端部が封止材ペーストにより封止されたセル封止ハニカム成形体の端面を平坦化するハニカム成形体用端面処理装置であって、上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備え、上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されたことを特徴とするハニカム成形体用端面処理装置。
【選択図】 図1−1
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。
上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、
上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備え、
上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されたことを特徴とする。
上記第一の平板移動機構により、上記平板のそれぞれを移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに上記平板を押し当てるように構成されていることが望ましい。
上記ハニカム成形体用端面処理装置は、上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備えており、
上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されていることを特徴とする。
上記第一の平板移動機構により、上記平板のそれぞれを移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに上記平板を押し当てるように構成されていることが望ましい。
上記ハニカム成形体用端面処理装置は、上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備えており、
上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されていることを特徴とする。
上記第一の平板移動機構により、上記平板のそれぞれを移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに上記平板を押し当てるように構成されていることが望ましい。
本発明のハニカム成形体用端面処理装置は、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルのいずれか一方の端部が封止材ペーストにより封止されたセル封止ハニカム成形体の端面を平坦化するハニカム成形体用端面処理装置であって、
上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、
上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備え、
上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されたことを特徴とする。
なお、セル封止ハニカム成形体であれば、乾燥処理を経ているか否かを問わないが、端面処理を有効に施すために乾燥処理後のセル封止ハニカム成形体を対象とすることが望ましい。
ここで、この図面を使用して上記平坦化処理工程の概略を説明する。
そこで、図2(b)に示すように平板20を移動させて上記端面に押し当てると、突出していた封止材ペーストの封止先端部51aは平板20の平面に合わせて押し込まれる。この平板20の移動には上述した第一の平板移動機構21を用いることができる。
さらに、図2(c)に示すように平板20を上記端面に押し当てた状態で同一平面内で移動させることで、さらに平坦化の度合いを高めることができる。この移動には上述した第二の平板移動機構22を用いることができ、特に同一平面内での回転運動を行うことが望ましい。なお、図2(c)の矢印は平板の回転を示している。
そして、図2(d)に示すように、上記平坦化工程を経たセル封止ハニカム成形体の端面は、平坦化処理された封止材ペーストの封止先端部51bからなる平面が平面53の一部を形成することとなり、平坦化処理が完成する。
また、平板20の内部にはヒーター等の加熱機構が備えられていても良い。平板20に加熱機構を設けた場合には、後で説明する封止材ペーストの乾燥工程において、上記加熱機構によって加熱した平板をセル封止ハニカム成形体の端部に押し当てることで封止材ペーストを乾燥させることができる。
ハニカム成形体用端面処理装置10において、一のセル封止ハニカム成形体1に対する平板20の配設数は、1枚でもよく、2枚でもよい。すなわち、平板20が1枚配設されている場合は、平板20を押し当てる端面と反対の端面を予め固定板等に当接させておき、その上で、もう一方の端面に対して平板20を押し当てる等して平坦化処理を行ってもよい。また、固定板等に当接させることなく支持チャック13による支持のみで成形体載置台17に固定されたセル封止ハニカム成形体1の端面に対して平坦化処理を行ってもよい。
このように、ハニカム成形体用端面処理装置10において、平板20が1枚配設されている場合であっても、セル封止ハニカム成形体1の端面を充分に平坦化することができるが、図1−2を参照して説明したように、一のセル封止ハニカム成形体1に対して平板20を2枚備えていると、両端面に対して平板を一度に押し当てて平坦化することができるので、端面処理に要する時間やコスト等を低減させることができるとともに、両端面における平坦化の度合いをより均等にすることができる。
平板20の押し当て面の表面粗さRaは、要求される平坦の度合いに応じて設定すればよいが、表面粗さRaが上記範囲であると、表面粗さの調整に必要な研磨コスト等を抑えつつ、セル封止ハニカム成形体の端面を精度よく平坦化することができる。
平板20を端面に押し当てる加重が9.8N(1kgf)未満であると、セル封止ハニカム成形体1の端面を有効に平坦化することができず、一方、49N(5kgf)を超えると、端面の変形やセル封止ハニカム成形体1自体の変形を招くおそれがある。
ハニカム成形体用端面処理装置10では、第二の平板移動機構22によって平板20を同一平面内で移動させなくても、端面に平行に平板20を移動させて端面に押し当てるので、セル封止ハニカム成形体1の端面を充分に平坦化することができる。しかし、既に図1−2を参照して説明したように、ハニカム成形体用端面処理装置10が第二の平板移動機構22を備えていると、端面に押し当てた状態で平板20を同一平面内で移動させることができるので、セル封止ハニカム成形体1の端面をより有効に平坦化することができる。ハニカム成形体用端面処理装置10に対して、第二の平板移動機構を備え付けるか否かについては、要求される端面の平坦の度合いに応じて設定すればよい。
なお、本明細書において、「同一平板内」とは、移動中の平板の主面が形成する面と移動前の平板の主面が同一であることをいう。
回転角度が10°未満であると、平坦化した封止材が平板に付着し、付着した封止材により平坦化ができなかったり、付着した封止材がはがれやすくなり、その影響で端面が変形するおそれがある。
一方、回転角度が大きくなると、平板と端面との間のずり応力が大きくなって端面が変形したり、欠けが発生するおそれがあるため、回転角度は150°以下であることが望ましく、回転角度を90°以下とすると端面の欠けが発生することなく充分に平坦化を行うことができてより望ましい。
そのため、上記回転角度が10°〜90°であれば確実に端面の平坦化を行うことができる。
上述のように、付着物除去機構15を備えることにより、端面処理の際に付着した付着物を除去することができるので、セル封止ハニカム成形体1の端面において、より高い平坦の度合いが必要である場合には付着物除去機構15は有効な手段となる。
ハニカム成形体用端面処理装置10は、一のセル封止ハニカム成形体1の一方の端面に対して、平板20、第一の平板移動機構21、及び、必要に応じて配設される第二の平板移動機構22を1つの端面処理ユニットとして使用して端面処理を施し、他方の端面について同様の端面処理ユニットを配設することにより、両端面を一度に平坦化することができる。すなわち、一組の端面処理ユニットにより一のセル封止ハニカム成形体1の両端面を一度に平坦化することができる。
ハニカム成形体用端面処理装置10は、図1−2に示すようにこの端面処理ユニットを一組備えていてもよく、また、複数組備えていても良い。複数組の端面処理ユニットを備えている場合には、複数のセル封止ハニカム成形体1の両端面を一度に平坦化することができ、平坦化処理に要する時間やコストを抑制することができるとともに、複数のセル封止ハニカム成形体1について、平坦化処理の条件が可及的に同一となり、端面処理後のセル封止ハニカム成形体1の端面の物性の均一性を向上させることができる。
なお、ハニカム成形体用端面処理装置10は、セル封止ハニカム焼成体の端面に押し当てられる平板部分が複数個設置された端面処理ユニットを有し、一組の端面処理ユニットで複数のセル封止ハニカム成形体1を同時に平坦化処理することができる機構を備えたものであってもよい。
本発明のハニカム成形体の封止方法は、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム成形体の上記セルのいずれか一方の端部に封止材ペーストを充填することによりセル封止ハニカム成形体とした後、上記セル封止ハニカム成形体の端面をハニカム成形体用端面処理装置により平坦化するハニカム成形体の封止方法であって、
上記ハニカム成形体用端面処理装置は、上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備えており、
上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されていることを特徴とする。
本発明のハニカム成形体用端面処理装置の説明で記載したように、上記加重の範囲であると、端面を変形させることなく確実に平坦化することができる。
押し当てる時間が0.5sec未満であると、平坦化処理を充分に施すことができず、一方、5secを超えても平坦化の度合いにはあまり変化がなく、また、端面に負荷される応力が累積的に大きくなって、端面が変形するおそれも生じる。
第一の平板移動機構により平板を移動させてセル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるだけで、上記端面は充分に平坦化されるが、さらに所望の平坦化の度合いにより、第二の平板移動機構が配設されていると、押し当てた状態からの同一平面内での移動により、さらに平坦化の度合いを高めることができる。
回転角度が10°未満であると、平坦化した封止材が平板に付着し、付着した封止材により平坦化ができなかったり、付着した封止材がはがれやすくなり、その影響で端面が変形するおそれがある。
一方、回転角度が大きくなると、平板と端面との間のずり応力が大きくなって端面が変形したり、欠けが発生するおそれがあるため、回転角度は150°以下であることが望ましく、回転角度を90°以下とすると端面の欠けが発生することなく充分に平坦化を行うことができてより望ましい。
そのため、上記回転角度が10°〜90°であれば確実に端面の平坦化を行うことができる。
平板の押し当て面に付着した付着物を効率よく除去することができるので、次の平坦化処理の際にもその付着物が邪魔をすることがなく、平坦化処理を連続的に行うことができる。
表面粗さが上記範囲にあると、表面粗さの調整に必要なコストを抑制しつつ、精度よく端面を平坦化することができる。
上記バフ研磨で使用するバフとしては、例えば、ディスク型バフ、フラップ型バフ、渦巻き型バフ等の砥粒含有バフ、ポリプロピレン不繊布等の無砥粒バフ等が挙げられる。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。
また、シートとしては、例えば、粒度が#A60〜A240のシート研磨材を含んだものを使用することができ、具体的には、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。
図3(a)〜(c)は、封止されたセルを含むように長手方向に平行な平面でセル封止ハニカム成形体を切断した断面を示す部分拡大断面図である。図3(a)〜(c)の各図は、従来技術の説明で記載したように、セル壁32、42及び52で隔てられたセル30、40及び50が、封止材ペースト31、41及び51により目封じされている態様を示す。
上記第一の平板移動機構により、上記平板のそれぞれを移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに上記平板を押し当てるように構成されていることが望ましい。
図1−1及び図1−2を参照して説明したように、上記ハニカム成形体用端面処理装置が、2枚の平板をセル封止ハニカム成形体の両端面それぞれに押し当てることで、一度に両端面を平坦化することができ、端面処理の効率化や均質化を図ることができる。しかし、ハニカム成形体用端面処理装置が備える平板は2枚に限らず、1枚であっても端面を充分に平坦化することができる。
本発明のハニカム構造体の製造方法は、セラミック原料を押出成形することで、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た後、上記ハニカム成形体のセルのいずれか一方の端部を封止材ペーストにより封止することによりセル封止ハニカム成形体を作製し、さらに、このセル封止ハニカム成形体の端面をハニカム成形体用端面処理装置により平坦化し、その後、上記セル封止ハニカム成形体を焼成したセル封止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、
上記ハニカム成形体用端面処理装置は、上記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、上記端面と平行に対向した状態を維持しながら上記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備えており、
上記第一の平板移動機構により上記平板を移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されていることを特徴とする。
なお、本明細書において、「柱状」には、円柱状や楕円柱状、多角柱状等の任意の柱の形状を含む。
また、ハニカム焼成体140は、図5(a)及び(b)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。
ここでは、構成材料の主成分が炭化ケイ素のハニカム構造体を製造する場合を例に、セラミック原料である炭化ケイ素粉末を使用した場合のハニカム構造体の製造方法について説明する。
勿論、ハニカム構造体の構成材料の主成分は、炭化ケイ素に限定されるわけではなく、他のセラミック原料として、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。
これらのなかでは、非酸化物セラミックが好ましく、炭化ケイ素が特に好ましい。耐熱性、機械強度、熱伝導率等に優れるからである。なお、上述したセラミックに金属ケイ素を配合したケイ素含有セラミック、ケイ素やケイ酸塩化合物で結合されたセラミック等のセラミック原料も構成材料として挙げられ、これらのなかでは、炭化ケイ素に金属ケイ素が配合されたもの(ケイ素含有炭化ケイ素)が望ましい。
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必要があるが、無機粉末の粒径を調節することにより、気孔径を調節することができる。
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、混合原料粉末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。
上記成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
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。
また、上記湿潤混合物中の有機分の割合は10重量%以下であることが望ましく、水分の含有量は8〜20重量%であることが望ましい。
搬送された湿潤混合物を押出成形機に投入した後は、押出成形により所定の形状のセラミック成形体とする。このセラミック成形体を成形体切断装置により所定の長さに切断する。
上記封止材ペーストの充填は、例えば、下記のハニカム成形体用封口装置等を用いて行えばよい。
図6は、ハニカム成形体用封口装置を模式的に示す概念図であり、図7(a)は、ハニカム成形体用封口装置を構成するペースト充填装置を模式的に示す概念図であり、図7(b)は、図7(a)のハニカム成形体用封口装置の一部を模式的に示す部分拡大断面図である。
ここでは、回転テーブル201に成形体固定部202が8個設けられているが、成形体固定部202の数は特に限定されるものではない。
また、回転テーブル201の周りの2箇所には撮像装置205が設けられており、ペースト充填部206を含むペースト充填装置も2台設けられており、それぞれハニカム成形体250の異なる端面を撮影した後、セルの端部にペーストを充填することができるようになっている。
さらに、1/8回転した位置で、封口処理がなされたハニカム成形体250が図示しないロボットアームにより持ち上げられ、次の工程のコンベア207に載置される。
なお、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たアームのことをいう。
ペースト供給部218は、ペースト供給ホッパー211及びペースト排出装置212を備えており、ペースト供給部218では、別途調製した封止材ペーストを貯留したペースト供給ホッパー211から運ばれた封止材ペーストが、ペースト排出装置212により封止材ペースト供給管213に送り出され、さらにペースト充填部206に送り込まれることとなる。
また、上記フィルタの開き目は特に限定されないが、0.1〜1.0mmが望ましい。
また、ペースト吐出槽203内に設けられた攪拌部224では、モータ223により、攪拌棒222及び攪拌羽根221が回転するように構成されている。そして、攪拌羽根221を回転させながら、封止材ペーストを充填することにより、ペースト吐出槽203内における封止材ペーストの温度を均一化することができ、その結果、封止材ペーストの粘度が均一化されることとなるため、封止材ペーストが所定のセル内に均一に充填されることとなる。
そして、角度調整部材226により、ペースト吐出槽203をハニカム成形体250の端面に当接させる際に、封口マスク204を所定の位置でハニカム成形体250の端面に当接させるように調整することができる。
また、温度制御部材228はその内部にヒータを内蔵しており、この温度制御部材228により、封止材ペーストの温度を所定の温度に制御することができる。
また、封口マスク204には、封止材ペーストを充填するセルに対応した、円形、若しくは、角部がR面取り形状又はC面取り形状の開口が形成されている。
ここで、開口面積は、対応するセルの開口よりも小さいことが望ましい。封口マスクの開口の位置と、対応するセルの開口の位置とに若干の位置ズレが生じても、確実に封止材ペーストをセル内にのみ充填し、ハニカム成形体の端面(セルの端部)に封止材ペーストが付着することを防止することができるからである。なお、封止材ペーストは流動性を有するため、セルの開口より封口マスクの開口が小さくても確実にセル内に充填されることとなる。
また、ハニカム成形体用封口装置200では、ペースト吐出槽203の入口側(封口マスクを配設した側と反対側)に、整流板225が配設されている。
整流板225を配設することにより、ペースト吐出槽203の入口における封止材ペーストの流入速度を、入口の中央部及び外縁部で均一にすることができ、その結果、セルに封止材ペーストを充填した場合に、各セルの充填量を均一にすることができる。
さらに、工程S3で登録した開口の位置、及び、そのサイズに基づき、封口マスクに形成された開口の面積重心を取得する(工程S4)。
上記画像解析装置においては、封止材ペーストの充填に先立ち上記(a)、(b)の工程を行っておく。
そして、上記画像解析装置では、撮像した端面画像を解析し、設計と異なるセルの数を算出し、その数が所定の数より多い場合には、当該ハニカム成形体を不良品と判定し、その他のハニカム成形体を良品と判定することにより良品と不良品とを区別する(工程S6)。
そして、良品と判定されたハニカム成形体については次工程S7を行い、不良品と判定されたハニカム成形体については、後の封止材ペーストの充填を行わず、封口処理を終了する。
ここで、封口マスクの開口の面積重心とハニカム成形体のセルの面積重心とのズレ量の算出対象となる開口及びセルは、全ての開口及びセルであってもよいし、一部の開口及びセル、具体的には、例えば、外周部2列を除く開口及びセル等であってもよい。
そして、良品と判定されたハニカム成形体については次工程S10を行い、不良品と判定されたハニカム成形体については、後の封止材ペーストの充填を行わず、封口処理を終了する。
なお、封口マスクの位置合わせは、角度調整部材226により行うことができる。
また、ここでは封口マスクとセルとの位置合わせを上記工程S8で算出した面積重心のズレ量に基づいて行っているが、例えば、上記工程S8において、外周部2列を除く開口及びセルのズレ量のみを算出した場合には、上記面積重心のズレ量に基づいて位置合わせをした後、さらに、外周部2列について、別途手動で位置合わせを行ってもよい。
また、この場合、ハニカム成形体を成形体固定部202に固定するごとに検査をしてもよいが、複数本のハニカム成形体に対して1本の割合で検査することが望ましい。
上記熱風乾燥機としては、封止材ペーストが充填されたハニカム成形体の端面に熱風を吹きつけることができるものであれば特に限定されないが、乾燥炉内に搬送部材と、熱風吹出口とを備え、この熱風吹出口が上記ハニカム成形体の端面と対向する位置に形成されている熱風乾燥機を用いることが望ましい。
図9(a)は、本発明のハニカム構造体の製造方法で封止材ペーストを乾燥させる際に使用する熱風乾燥機の内部を模式的に示す平面図であり、図9(b)は、図9(a)のB−B線断面図である。
図9(a)及び(b)に示した熱風乾燥機100は、乾燥炉102の床部に搬送部材として機能するベルトコンベア101が設けられており、ベルトコンベア101上に、移動方向に直角に長手方向が向くように載置されたハニカム成形体110は、熱風乾燥機100の入口より内部に搬入され、熱風乾燥機100の内部で所定の時間移動した後、出口より搬出される。なお、ベルトコンベア101による移動は、一定の速度で行われるように設定されている。
そして、熱風吹出口105から、ハニカム成形体110に向かって熱風を吹きつけることにより封止材ペーストを乾燥させる。
ハニカム成形体110の両端面に同時に熱風を吹きつけることにより、ハニカム成形体のセル内に充填された封止材ペーストの両端部(表面)が優先的に乾燥されることとなり、乾燥初期の段階において、封止材ペーストの内部が流動性を有していても、封止材ペーストの両端部は固められた状態となる。
そのため、さらに封止材ペーストの乾燥が進行した際や、後工程でハニカム成形体に脱脂、焼成処理を施した際に、封止材ペーストに凹み(引け)が発生することなく、所望の形状に、乾燥、脱脂、焼成することができる。
なお、上記封止材ペーストを乾燥する工程では、上述した理由で、ハニカム成形体110の両端面に同時に熱風を吹きつけることが望ましいが、本発明では、ハニカム成形体110の片側ずつに熱風を吹きつけてもよい。但し、片面ずつ熱風を吹きつけた場合には、封止材ペーストの両端部のうち、最初に熱風が吹きつけられた側と反対側の端部において、凹み(引け)が発生するおそれがある。
上記熱風の温度が140℃未満では、封止材ペーストが充分に乾燥せず、乾燥後、封止材ペーストが流動し、後の焼成工程終了後、所望の形状の封止材層が形成できない場合があり、一方、熱風の温度が210℃を超えると、封止材ペーストの乾燥が急激に進行したり、乾燥自体が進行しすぎたりすることにより、封止材ペーストに凹み(引け)やクラックが発生したりすることがあるからである。
上記熱風を吹きつける時間が2分間未満では、封止材ペーストが充分に乾燥せず、乾燥後、封止材ペーストが流動し、後の焼成工程終了後、所望の形状の封止材層を形成することができない場合があり、一方、熱風を吹きつける時間が7分間を超えると、封止材ペーストの乾燥が進行しすぎ、封止材ペーストに凹み(引け)やクラックが発生することがあり、さらに、乾燥自体が進行しすぎることにより、封止材ペーストやハニカム成形体の脱脂が進行し、脱脂が進行した部分が脆くなることがあるからである。
なお、本発明において、上記封止材ペースト乾燥工程における熱風吹きつけ時間とは、ハニカム成形体の端面に熱風が吹きつけられている合計時間をいい、例えば、熱風乾燥機として、図9(a)及び(b)に示したような、ハニカム成形体の端面に対向する位置であって、入口側から出口側の全体に渡って、熱風吹出口が並列に形成されている場合には、乾燥炉内通過時間が、熱風吹きつけ時間となる。
上記熱風の風速が、10m/秒未満である場合には、封止材ペーストの乾燥が不充分になる場合があり、一方、上記熱風の風速が30m/秒を超えると、風速が速すぎて、形成した封止材ペーストが変形する場合があるからである。
上記ベルトコンベアの移動速度が0.4m/分未満では、速度が遅すぎるため、充分に乾燥した後もハニカム成形体が熱風乾燥機中に滞在することとなり、効率よく、乾燥を行うことができず、一方、1.0m/分を超えると、移動速度が速すぎるため、封止材ペーストを充分に乾燥させることができない場合がある。
また、上記熱風乾燥装置において、搬送部材は、連続的に移動しても良いし、断続的に移動してもよい。
また、断続的に移動する場合、常に一定の速度で移動してもよいし、速度を変化しながら移動してもよい。
なお、セルに充填された封止材ペーストの乾燥には、上記のように熱風によって乾燥させてもよいが、これに限定されず、封止材ペーストの充填後に熱風乾燥を行うとともに、又は、熱風乾燥を行うことなく、セル封止ハニカム成形体の端面を平坦化するための平板を加熱し、この加熱した平板を上記端面に押し当てて封止材ペーストを乾燥させてもよい。平板を加熱する方法としては、平板内にヒーター等の加熱機構を内蔵させておき、内蔵したヒーターの発熱によって平板を加熱する方法を用いることができる。
このように本製造方法において用いられるハニカム成形体用端面処理装置は、既に説明したハニカム成形体用端面処理装置を好適に使用することができ、また、このハニカム成形体用端面処理装置を用いて平坦化する方法としては、本発明のハニカム成形体の封止方法を好適に採用することができる。
平板を端面に押し当てた状態でさらに第二の平板移動機構により平板を同一平面内で移動させることにより、均一かつ充分な平坦化を端面に対してさらに施すことができる。
端面処理の際に平板に付着した付着物を効率よく除去することができ、次の端面処理に際して、残存した付着物が邪魔をするということがないので連続的に端面処理を行うことができる。
表面粗さRaが上記範囲であると、表面粗さの調整に必要な研磨コストを抑えつつ、セル封止ハニカム成形体の端面を高度に平坦化することができる。
平板を端面に押し当てる加重が上記範囲であると、端面やセル封止ハニカム成形体自体の変形を抑制しつつ、有効に平坦化処理を施すことができる。
封止材ペーストの端部がこのような形状であると、優れた外観を得ることができ、また、突出や凹みの部分における不慮の接触等による破損を防止することができる。
上記第一の平板移動機構により、上記平板のそれぞれを移動させて、上記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに上記平板を押し当てるように構成されていることが望ましい。
このような構成により、一度の端面処理でセル封止ハニカム成形体の両端面を均一かつ有効に平坦化することができる。
セル封止ハニカム焼成体の端面において封止材ペーストの端部が上記のような関係を充足すると、セル封止ハニカム焼成体を用いて最終的に作製するハニカム構造体の端面の形状を整った状態にすることができる。また、上記ハニカム構造体を用いたハニカムフィルタを製造する際に、ケーシングへの設置の際に、ハニカム構造体の端面が破損することを有効に防止することができる。
また、セル封止ハニカム焼成体の集合体を作製する際には、予めセル封止ハニカム焼成体同士をスペーサを介して組み上げておき、その後、セル封止ハニカム焼成体同士の間隙にシール材ペーストを注入することにより、セル封止ハニカム焼成体の集合体を作製してもよい。
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。
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、セル封止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セル封止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。
触媒を担持させる場合には、ハニカム構造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に含浸させて加熱する方法等を挙げることができる。
上記アルミナ膜に触媒を付与する方法としては、例えば、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3、白金濃度4.53重量%)等をハニカム構造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に含浸させて加熱する方法で触媒を付与してもよい。
次いで、乾燥させたハニカム成形体の両端部を切断する切断工程を行う。
その後、熱風乾燥機等を用いて目封じした封止材ペーストを乾燥処理した後に、本発明のハニカム成形体用端面処理装置を用いてセル封止ハニカム成形体の端面を平坦化処理することで、端面が平坦化されたハニカム成形体を得ることができる。
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。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。
また、上述した方法によりハニカム構造体を製造する場合、セル封止ハニカム成形体の端面をハニカム成形体用端面処理装置で平坦化するので、その後の焼成処理を経て得られるセル封止ハニカム焼成体やハニカム構造体の端面においても平坦度を有効に維持することができ、また、端面の形状やその形状に応じて変化する物性等の変化を効率的に抑制することができる。
を浄化する触媒担体(ハニカム触媒)としても好適に使用することができる。
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)5kgと、水65kg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、ここで調製した湿潤混合物の水分含有量は、14重量%であった。
なお、押出成形機投入直前の湿潤混合物の水分含有量は、13.5重量%であった。
そして、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。その後、上記ハニカム成形体を、マイクロ波乾燥機を用いて乾燥させた。
封止材ペーストの粘度・・・42Pa・s(調製時、測定温度25℃)
一軸偏芯ネジポンプ・・・兵神装備社製、ロボディスペンサー 3NDPL06G15
封止材ペースト吐出時間・・・1.6秒
封止材ペースト充填量・・・5g/片面
ベルトコンベア長さ・・・2.6m
熱風温度・・・190℃
熱風吹きつけ時間・・・3.7分間
なお、上記熱風吹きつけ時間は、連続的に等速で移動するベルトコンベアの移動速度により調整しており、ベルトコンベアの移動速度は、0.7m/分である。
詳細には、図1−1、1−2に示すハニカム成形体用端面処理装置10において、セル封止ハニカム成形体を搬入用コンベア11により中央部まで搬入し、搬送アーム12によって成形体載置台17上に載置した。その後、第一の平板移動機構21を駆動させて、その押し当て面の表面粗さRaが0.04μmである平板20をセル封止ハニカム成形体1の両端面に29.4N (3kgf)の加重で2.0sec押し当て、さらに、第二の平板移動機構22を駆動させて押し当てた状態の平板20を45°回転させて両端面を平坦化した。次いで、平板20を後退させ、付着物除去機構として採用した回転ブラシにより平板に付着した付着物を除去しつつ、搬送アーム12によってセル封止ハニカム成形体1を搬出用コンベア14に搬送して、一連の端面処理を完了した。
端面に押し当てた状態の平板20を第二の平板移動機構22を駆動させて回転させる回転角度を10°としたこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
その押し当て面の表面粗さRaが0.14μmである平板20を有するハニカム成形体用端面処理装置10を用いて端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
その押し当て面の表面粗さRaが1.3μmである平板20を有するハニカム成形体用端面処理装置10を用いて端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
その押し当て面の表面粗さRaが4.0μmである平板20を有するハニカム成形体用端面処理装置10を用いて端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
平板20をセル封止ハニカム成形体1の端面に押し当てる加重を9.8N(1kgf)として端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
平板20をセル封止ハニカム成形体1の端面に押し当てる加重を49.0N(5kgf)として端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
端面に押し当てた状態の平板20を第二の平板移動機構22を駆動させて回転させる回転角度を90°としたこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
端面に押し当てた状態の平板20を第二の平板移動機構22を駆動させて回転させる回転角度を150°としたこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
端面処理を行った後の平板20に付着した付着物を回転ブラシによって除去する操作を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
その押し当て面の表面粗さRaが8.0μmである平板20を有するハニカム成形体用端面処理装置10を用いて端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
第二の平板移動機構22を駆動させず、端面に押し当てた状態の平板20を回転させなかったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
端面に押し当てた状態の平板20を第二の平板移動機構22を駆動させて回転させる回転角度を180°としたこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
平板20をセル封止ハニカム成形体1の端面に押し当てる加重を4.9N(0.5kgf)として端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
平板20をセル封止ハニカム成形体1の端面に押し当てる加重を98.0N(10kgf)として端面処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
ハニカム成形体のセルに封止材ペーストを充填して、その後端面を乾燥し、ハニカム成形体用端面処理装置による端面処理を行わずにセル封止ハニカム焼成体を作製したこと以外は、実施例1と同様にしてセル封止ハニカム焼成体を1000個作製した。
実施例1〜9、参考例1〜6及び比較例1で作製したセル封止ハニカム焼成体のそれぞれについて、セル封止ハニカム焼成体の端面を目視観察して、欠けが発生しているかを判定した。製造したセル封止ハニカム焼成体のうち、欠けが発生していたセル封止ハニカム焼成体の割合を欠け発生率(%)として算出した。その結果を表1に示した。
実施例1〜9、参考例1〜6及び比較例1で作製したセル封止ハニカム焼成体のそれぞれについて、両端面の付着物の有無を目視観察した。その結果を表1に示した。
実施例1〜9、参考例1〜6及び比較例1で作製したセル封止ハニカム焼成体のそれぞれについて、両端面の状態を目視観察し、封止材にはがれが生じているかを観察した。その結果を表1に示した。
実施例1〜9、参考例1〜6及び比較例1で作製したセル封止ハニカム焼成体をダイヤモンドカッターを用いてその長手方向に平行な方向に切断し、図5(b)に示すような切断面を露出させた後、その切断面をサンドペーパーを用いて研磨し、両端面における封止材ペーストの突出量又は凹み量を工場顕微鏡TMM((株)トプコン社製)を用いて測定した。その結果を表1に示した。
さらに、実施例1〜9で作製したセル封止ハニカム焼成体においてはその端面の突出量又は凹み量は0mmか凹み量が0.3mmであって、きわめて平坦な端面を有するセル封止ハニカム焼成体であった。
10 ハニカム成形体用端面処理装置
11 搬入用コンベア
12 搬送アーム
13 支持チャック
14 搬出用コンベア
15 付着物除去機構
16 ダクト
17 成形体載置台
20 平板
21 第一の平板移動機構
22 第二の平板移動機構
30、40、50 セル
31、41、51 封止材ペースト
31a、41a、51a 封止端部
32、42、52 セル壁
32a、42a、52a セル壁端部
33、43、53 平面
100 熱風乾燥機
101 ベルトコンベア
102 乾燥炉
105 熱風吹出口
200 ハニカム成形体用封口装置
Claims (21)
- 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、前記セルのいずれか一方の端部が封止材ペーストにより封止されたセル封止ハニカム成形体の端面を平坦化するハニカム成形体用端面処理装置であって、
前記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、
前記端面と平行に対向した状態を維持しながら前記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備え、
前記第一の平板移動機構により前記平板を移動させて、前記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されたことを特徴とするハニカム成形体用端面処理装置。 - 前記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てた状態の前記平板を同一平面内で移動させる第二の平板移動機構を備えた請求項1に記載のハニカム成形体用端面処理装置。
- 前記平板の前記セル封止ハニカム成形体に押し当てられる面に付着した付着物を除去する付着物除去機構を備えた請求項1又は2に記載のハニカム成形体用端面処理装置。
- 前記平板の前記セル封止ハニカム成形体に押し当てられる面の表面粗さRaが、0.04〜4.0μmである請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム成形体用端面処理装置。
- 前記平板を前記セル封止ハニカム成形体に押し当てる際の加重が、9.8〜49Nである請求項1〜4のいずれかに記載のハニカム成形体用端面処理装置。
- 前記平板が2枚配設され、
前記第一の平板移動機構により、前記平板のそれぞれを移動させて、前記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに前記平板を押し当てるように構成されている請求項1〜5のいずれかに記載のハニカム成形体用端面処理装置。 - 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム成形体の前記セルのいずれか一方の端部に封止材ペーストを充填することによりセル封止ハニカム成形体とした後、前記セル封止ハニカム成形体の端面をハニカム成形体用端面処理装置により平坦化するハニカム成形体の封止方法であって、
前記ハニカム成形体用端面処理装置は、前記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、前記端面と平行に対向した状態を維持しながら前記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備えており、
前記第一の平板移動機構により前記平板を移動させて、前記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されていることを特徴とするハニカム成形体の封止方法。 - 前記ハニカム成形体用端面処理装置は、前記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てた状態の前記平板を、同一平面内で移動させる第二の平板移動機構を備えている請求項7に記載のハニカム成形体の封止方法。
- 前記ハニカム成形体用端面処理装置は、前記平板の前記セル封止ハニカム成形体に押し当てられる面に付着した付着物を除去する付着物除去機構を備えている請求項7又は8に記載のハニカム成形体の封止方法。
- 前記平板の前記セル封止ハニカム成形体に押し当てられる面の表面粗さRaが、0.04〜4.0μmである請求項7〜9のいずれかに記載のハニカム成形体の封止方法。
- 前記平板を前記セル封止ハニカム成形体に押し当てる際の加重が、9.8〜49Nである請求項7〜10のいずれかに記載のハニカム成形体の封止方法。
- 平坦化された前記セル封止ハニカム成形体の端面において、前記セル壁の端部を含んでなる平面と、前記平面に対して封止材ペーストの最も突出した部分又は最も凹んだ部分との間の最短距離が、1mm以下である請求項7〜11のいずれかに記載のハニカム成形体の封止方法。
- 前記ハニカム成形体用端面処理装置は、前記平板が2枚配設されており、
前記第一の平板移動機構により、前記平板のそれぞれを移動させて、前記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに前記平板を押し当てるように構成されている請求項7〜12のいずれかに記載のハニカム成形体の封止方法。 - セラミック原料を押出成形することで、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た後、前記ハニカム成形体のセルのいずれか一方の端部を封止材ペーストにより封止することによりセル封止ハニカム成形体を作製し、さらに、このセル封止ハニカム成形体の端面をハニカム成形体用端面処理装置により平坦化し、その後、前記セル封止ハニカム成形体を焼成したセル封止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、
前記ハニカム成形体用端面処理装置は、前記セル封止ハニカム成形体の端面と平行に対向するように配設された平板と、前記端面と平行に対向した状態を維持しながら前記平板を移動させる第一の平板移動機構とを備えており、
前記第一の平板移動機構により前記平板を移動させて、前記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てるように構成されていることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。 - 前記ハニカム成形体用端面処理装置は、前記セル封止ハニカム成形体の端面に押し当てた状態の前記平板を、同一平面内で移動させる第二の平板移動機構を備えている請求項14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用端面処理装置は、前記平板の前記セル封止ハニカム成形体に押し当てられる面に付着した付着物を除去する付着物除去機構を備えている請求項14又は15に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記平板の前記セル封止ハニカム成形体に押し当てられる面の表面粗さRaが、0.04〜4.0μmである請求項14〜16のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記平板を前記セル封止ハニカム成形体に押し当てる際の加重が、9.8〜49Nである請求項14〜17のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
- 平坦化された前記セル封止ハニカム成形体の端面において、前記セル壁の端部を含んでなる平面と、前記平面に対して封止材ペーストの最も突出した部分又は最も凹んだ部分との間の最短距離が、1mm以下である請求項14〜18のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記セル封止ハニカム焼成体の端面において、前記セル壁の端部を含んでなる平面と、前記平面に対して封止材ペーストの最も突出した部分又は最も凹んだ部分との間の最短距離が、1mm以下である請求項14〜19のいずれか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用端面処理装置は、前記平板が2枚配設されており、
前記第一の平板移動機構により、前記平板のそれぞれを移動させて、前記セル封止ハニカム成形体の両端面のそれぞれに前記平板を押し当てるように構成されている請求項14〜20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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