JP2017170645A - ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも外周壁にスリットを寸法精度良く形成することができるハニカム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック粉末および有機バインダを含む湿潤混合物を押出成形することにより、外周壁および複数のセル壁を有するハニカム成形体を得る成形工程と、前記ハニカム成形体を乾燥させることにより、ハニカム乾燥体10を得る乾燥工程と、ハニカム乾燥体10の外周壁20に対して、加熱されたスリット形成工具7を押し込むことによって、スリット50の少なくとも一部を形成するスリット形成工程と、スリット50が形成されたハニカム乾燥体10を脱脂することにより、ハニカム脱脂体を得る脱脂工程とを備える、ハニカム構造体1の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体の製造方法に関する。

ハニカム構造体は、筒状の外周壁と、該外周壁の内方に複数のセルを区画形成するように、該外周壁の筒軸方向に延びるように形成された複数のセル壁とを有する。このようなハニカム構造体は、例えば、自動車排気ガス浄化用触媒を付着させるための触媒担体、ディーゼルエンジンから排出されるスス等のパティキュレートを捕集するためのフィルタ、および、ガスタービンエンジンから排出される高温の排ガスから熱を回収して再利用するための熱交換器等に用いられる。

例えば、ハニカム構造体を熱交換器として用いる場合、ハニカム構造体の外周壁およびセル壁には、セルと外部空間とを連通させる複数のスリットが形成される。これにより、ハニカム構造体には、該ハニカム構造体内を流れるガスまたは液体（以下、これらをまとめてガス等という）の経路として、２つの経路が形成される。第１の経路では、ハニカム構造体の一方の端部からセルに流入したガス等が、ハニカム構造体の他方の端部へ流れる。第２の経路では、ガス等が、外部空間から、外周壁およびセル壁に形成されたスリットを通って両端部が封止されたセルに流入し、その後、外周壁およびセル壁に形成された別のスリットを通って、外部空間へ流れる。その結果、外周壁およびセル壁にスリットが形成されたハニカム構造体は、第１の経路を流れるガス等と第２の経路を流れるガス等との間で熱を移動させることにより、熱交換器として用いられる。

従来、外周壁およびセル壁にスリットが形成されたハニカム構造体は、例えば、セラミック坏土を押出成形し、乾燥および焼成を行った後、ブレード、グラインダー、ドリル、砥石等を用いて外周壁およびセル壁を切削し、外周壁およびセル壁にスリットを形成することにより、製造されていた。しかしながら、このような方法では、外周壁およびセル壁において、スリットを形成する部分だけを切削できず、当該部分の周辺部分が破壊されるため、スリットを寸法精度良く形成することができなかった。そこで、特許文献１には、押出されつつある成形体に対してスリット穿設部材を押し当てることによりスリットを形成し、その後、乾燥および焼成を行うことにより、ハニカム構造体を製造する方法が開示されている。

特開２００１−２３２６１５号公報

近年、ハニカム構造体の小型化に伴い、例えば、外周壁の厚さが０．１〜０．５ｍｍ、セル壁の厚さが０．１〜０．２ｍｍ、かつ、セルの幅が０．９〜１．２ｍｍであるハニカム構造体が求められている。しかしながら、このようなハニカム構造体では、特許文献１に開示された方法で外周壁およびセル壁にスリットを形成すると、該外周壁および該セル壁において、スリットを形成する部分だけを切削できず、当該部分の周辺部分が破壊される場合があった。その結果、外周壁およびセル壁にスリットを寸法精度良く形成することができないという問題があった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、少なくとも外周壁にスリットを寸法精度良く形成することができるハニカム構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法は、筒状の外周壁と、該外周壁の内方に複数のセルを区画形成するように、該外周壁の筒軸方向に延びるように形成された複数のセル壁とを有し、かつ、少なくとも前記外周壁に前記筒軸方向に延びるスリットが形成されたハニカム構造体の製造方法であって、セラミック粉末および有機バインダを含む湿潤混合物を押出成形することにより、前記外周壁および前記複数のセル壁を有するハニカム成形体を得る成形工程と、前記ハニカム成形体を乾燥させることにより、ハニカム乾燥体を得る乾燥工程と、前記ハニカム乾燥体の前記外周壁に対して、加熱されたスリット形成工具を押し込むことによって、前記スリットの少なくとも一部を形成するスリット形成工程と、前記スリットが形成された前記ハニカム乾燥体を脱脂することにより、ハニカム脱脂体を得る脱脂工程とを備える（第１の構成）。

成形工程により得られたハニカム成形体は、セラミック粉末が有機バインダおよび水により保持された粘土状の材料によって構成されている。前記ハニカム成形体は、乾燥工程において水分が除去されることにより、有機バインダの強度が発現する。その結果、前記ハニカム成形体よりも高い強度を有するハニカム乾燥体が得られる。

次に、スリット形成工程において、前記ハニカム乾燥体の外周壁に対して、加熱されたスリット形成工具を押し込む。これにより、外周壁において、前記スリット形成工具が接触した部分の有機バインダが焼失するため、当該部分の強度が低下する。よって、前記スリット形成工具を前記外周壁に押し込むことにより、前記スリット形成工具が接触した部分を容易に切断することができる。

一方、前記スリット形成工具を押し込んだ部分の周辺部分では、有機バインダが焼失せずに残るため、高い強度のままである。よって、前記スリット形成工具を押し込んだ部分の周辺部分の破壊を抑制することができる。

したがって、スリット形成工程において、ハニカム乾燥体の外周壁を、加熱されたスリット形成工具を押し込むことによって切断することにより、前記外周壁において、スリットを形成する部分の周辺部分の破壊を抑制しつつ、前記外周壁にスリットを容易に形成することができる。その結果、外周壁にスリットを寸法精度良く形成することができる。

前記第１の構成では、前記スリット形成工程において、前記スリット形成工具は、前記有機バインダが焼失可能な温度に加熱される（第２の構成）。

スリット形成工具を有機バインダが焼失可能な温度に加熱することにより、ハニカム乾燥体に含まれる有機バインダをより確実に焼失させることができる。そのため、外周壁において、スリット形成工具を接触させた部分の強度がより低下し、スリットをより容易に形成することができる。

前記第１または第２の構成において、前記スリット形成工程では、前記複数のセル壁のうち、前記外周壁において前記スリットが形成された部分に対して前記スリット形成工具の押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びる少なくとも１つのセル壁にもスリットを形成する（第３の構成）。

前記少なくとも１つのセル壁では、前記外周壁と同様に、前記スリット形成工具を接触させた部分の強度が低下し、かつ、当該部分の周辺部分の強度が高いままである。よって、前記少なくとも１つのセル壁において、スリットを形成する部分の周辺部分の破壊を抑制しつつ、前記少なくとも１つのセル壁にスリットを容易に形成することができる。その結果、前記少なくとも１つのセル壁にもスリットを寸法精度良く形成することができる。

前記第３の構成において、前記スリット形成工程では、前記スリット形成工具を、前記外周壁と前記少なくとも１つのセル壁とに押し込むことにより、前記外周壁と前記少なくとも１つのセル壁とに同時に前記スリットを形成する（第４の構成）。

前記外周壁と前記少なくとも１つのセル壁とに、同時に前記スリットを形成することにより、スリットを形成するための加工時間を短くすることができる。また、前記スリットを、前記外周壁および前記少なくとも１つのセル壁の対応する同じ位置に形成することができる。その結果、前記外周壁と前記少なくとも１つのセル壁とにスリットを寸法精度良く形成することができる。

前記第３または第４の構成において、前記複数のセルのうち、前記スリットを前記外周壁および前記少なくとも１つのセル壁に形成することによって前記スリットとつながるセルには、該セルの両端部に封止材となる封止材ペーストを充填することにより、前記セルを封止する封止工程をさらに備え、前記スリット形成工程では、前記ハニカム乾燥体の前記少なくとも１つのセル壁に、前記スリットの一部が前記筒軸方向の異なる位置に複数形成される（第５の構成）。

前記構成を有することにより、ハニカム構造体には、該ハニカム構造体内を流れるガス等の経路として、２つの経路が形成される。第１の経路では、ハニカム構造体の一方の端部からセルに流入したガス等が、ハニカム構造体の他方の端部へ流れる。第２の経路では、ガス等が、外部空間から、前記外周壁に形成されたスリット、および、前記少なくとも１つのセル壁に、前記筒軸方向の異なる位置に複数形成されたスリットのうち、一部のスリットを通ってセルに流入する。その後、前記一部のスリットに対して前記筒軸方向の異なる位置に形成された他のスリット、および、前記外周壁に形成されたスリットを通って、外部空間に流出する。その結果、前記構成を有するハニカム構造体は、前記第１の経路を流れるガス等と前記第２の経路を流れるガス等との間で熱を移動させることにより、熱交換器として用いられる。

前記第３〜第５のいずれか一つの構成では、前記スリット形成工程において、前記外周壁および少なくとも１つのセル壁に形成されたスリットの幅は、該スリットの形成位置におけるセルの幅寸法と同等である（第６の構成）。

前記外周壁および少なくとも１つのセル壁に形成されたスリットの幅が前記セルの幅寸法と同等であると、該スリットの形成位置において、前記外周壁および前記少なくとも１つのセル壁が前記第２の経路の内方に向かって突出しない。したがって、ガス等が、スリットを通ってセルに流入する際の抵抗を小さくすることができる。よって、前記第１の経路を流れるガス等と前記第２の経路を流れるガス等との間で、熱をより効率よく移動させることができる。

前記第５または第６の構成において、前記スリット形成工程では、前記筒軸方向の異なる位置に複数形成されたスリットが、前記ハニカム乾燥体の筒軸方向に直交する方向の異なる位置に複数組形成される（第７の構成）。

前記構成を有することにより、ハニカム構造体において、前記第２の経路をより多く形成することができる。したがって、前記第１の経路を流れるガス等と前記第２の経路を流れるガス等との間で熱をより効率良く移動させることができる。

前記第７の構成において、前記スリット形成工程では、前記複数組のスリットのうち、前記筒軸方向の異なる位置で前記筒軸方向に直交する方向に並ぶ複数のスリットがそれぞれ同時に形成される（第８の構成）。

前記筒軸方向の異なる位置で前記筒軸方向に直交する方向に並ぶ複数のスリットをそれぞれ同時に形成することにより、スリットをより効率的に形成することが可能となる。

本発明によれば、少なくとも外周壁にスリットを寸法精度良く形成することができるハニカム構造体の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体１を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示すハニカム構造体１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図１に示すハニカム構造体１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１に示すハニカム構造体１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法において、スリット形成工程を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

１．ハニカム構造体の構成
まず、本発明の実施形態（以下、本実施形態ともいう）に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体１の構成を説明する。以下に示すハニカム構造体１は、本実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体の一例であって、本実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体が、ハニカム構造体１の構成に限定されるものではない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体１を模式的に示す斜視図である。

図１に示すように、ハニカム構造体１は、全体として円柱状に形成されている。ハニカム構造体１は、円筒状の外周壁２と、該外周壁２の内方に複数のセル３を区画形成するように、外周壁２の筒軸方向（図１中に示すｚ方向）に延びるように形成された複数のセル壁４とを備える。ハニカム構造体１は、底面の円の直径が、２５〜５０ｍｍであることが好ましい。また、ハニカム構造体１は、前記筒軸方向の長さが、５０〜２００ｍｍであることが好ましい。

複数のセル３は、前記筒軸方向の両端部が封止材６によって封止された第１セル３１と、前記筒軸方向の両端部が開口した第２セル３２とを有する。複数のセル３は、前記筒軸方向に垂直な断面において、直交する２方向、すなわち、横方向（図１中に示すｘ方向）および縦方向（図１中に示すｙ方向）に沿って並ぶように、外周壁２および複数のセル壁４によって区画形成されている。

外周壁２およびセル壁４には、後述するスリット５が、前記筒軸方向に延びるように形成されている。スリット５は、外周壁２に開口するように形成されているとともに、外周壁２の内方に形成されたセル３と、セル壁４を隔てて隣り合うセル３とを連通させるように形成されている。

以下、ハニカム構造体１の構成について、詳しく説明する。

（セル壁および外周壁）
上述のように、ハニカム構造体１は、外周壁２およびセル壁４を備える。図１に示すように、外周壁２は外周面２１を有する。外周壁２の外周面２１には、後述するスリット５が形成されている。

図２は、図１に示すハニカム構造体１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２に示すように、セル壁４は、前記筒軸方向に垂直な断面において、横方向（図１中に示すｘ方向）に延びる横方向セル壁４１と、縦方向（図１中に示すｙ方向）に延びる縦方向セル壁４２とを有する。円筒状に形成された外周壁２の内方には、第１セル３１および第２セル３２が形成されている。

第１セル３１および第２セル３２のうち最も外周壁２側に位置する最外周第１セル３１ａおよび最外周第２セル３２ａは、それぞれ、外周壁２、横方向セル壁４１および縦方向セル壁４２によって区画形成されている。また、第１セル３１および第２セルのうち最外周第１セル３１ａおよび最外周第２セル３２ａよりも中心側に位置する内周第１セル３１ｂおよび内周第２セル３２ｂは、それぞれ、横方向セル壁４１および縦方向セル壁４２によって区画形成されている。

本実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体において、外周壁は、厚さが０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。外周壁の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、ハニカム構造体の剛性が低くなり、充分な強度が得られない可能性がある。一方、外周壁の厚さが０．５ｍｍを超えた場合、ハニカム構造体の成形工程において、セル壁が歪むことがある。ここで、外周壁の厚さとは、外周壁の厚み寸法のうち最小の厚みをいう。

本実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体において、セル壁は、厚さが０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。セル壁の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、ハニカム構造体の剛性が低くなり、充分な強度が得られない可能性がある。一方、セル壁の厚さが０．３ｍｍを超えた場合、ハニカム構造体のセル壁の表面積が小さくなり、熱交換器として用いた場合に、熱交換効率が下がることがある。ここで、セル壁の厚さとは、セル壁の厚み寸法のうち最小の厚みをいう。

外周壁およびセル壁の厚さは、下記の方法により測定する。まず、ハニカム構造体を前記筒軸方向の長さが等しくなるように２つに切断した後、切断面を光学顕微鏡で観察する。そして、外周壁およびセル壁において、任意の１０箇所で測定した値の最小値を、それぞれ外周壁およびセル壁の厚さとする。

本実施形態に係るハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体において、外周壁およびセル壁は、ガス等が通りにくい材料であることが好ましく、気孔率が０％である材料であることがより好ましい。外周壁およびセル壁の材料としては、例えば、炭化ケイ素、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、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、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。また、外周壁およびセル壁の材料が多孔体の場合には、シリコン等を気孔に含浸させて用いてもよい。これらの中でも、多孔質炭化ケイ素の気孔にシリコンを含浸させた材料が好ましい。外周壁およびセル壁が、ガス等を通しにくい材料であると、一つのセルに流入したガス等が、外周壁またはセル壁を通って、それぞれ、外部空間または他のセルに流れることがほとんどない。

なお、上記気孔率は、ハニカム構造体のセル壁および外周壁の断面をＳＥＭ観察（倍率：１０００倍）し、画像解析によって求めることができる。

（スリット）
図１に示すように、外周壁２の外周面２１には、上述のスリット５が複数形成されている。複数のスリット５は、ハニカム構造体１の筒軸方向の一方の端部側に、前記横方向に並んで形成された複数のスリット５１と、ハニカム構造体１の他方の端部側に、前記横方向に並んで形成された複数のスリット５２とを含む。複数のスリット５１および複数のスリット５２のうち、外周壁２の外周面２１に形成されたスリット５１の少なくとも一部およびスリット５２の少なくとも一部は、外周壁２の外周面２１において、前記縦方向の反対側で、かつ、前記筒軸方向にも反対側の位置に形成されている。

図２に示すように、スリット５１は、外周壁２の外周面２１と、該外周面２１に対して前記縦方向（図２中に示すｙ方向、すなわち、後述するスリット形成工具の押し込み方向）に位置し、かつ、該縦方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１とに形成されている。すなわち、スリット５１は、外周壁２の外周面２１から、該外周面２１に対して前記縦方向に位置し、かつ、該縦方向に直交する方向に延びる横方向セル壁４１をすべて貫通するが、外周壁２において、スリット５１の少なくとも一部が形成された部分に対して前記縦方向の反対側に位置する部分には、スリットが形成されない。つまり、スリット５１は、ハニカム構造体１を貫通していない。

図３は、図１に示すハニカム構造体１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図３に示すように、横方向セル壁４１に形成されたスリット５１の少なくとも一部およびスリット５２の少なくとも一部は、前記筒軸方向の異なる位置に形成されている。前記筒軸方向の異なる位置に形成されたスリット５１の少なくとも一部およびスリット５２の少なくとも一部は、前記横方向（図２中に示すｘ方向）に複数組並んで形成されている。

図２に示すように、スリット５１は、外部空間と、第１セル３１とを連通させるように、外周壁２および横方向セル壁４１に形成されている。スリット５の幅、すなわち、スリット５の前記横方向（図２中に示すｘ方向）の寸法は、スリット５の形成位置における第１セル３１の幅寸法と同等である。なお、セルの幅寸法とは、該セルを挟んで対向する一対の縦方向セル壁４２同士の最短距離をいう。スリット５の幅は、上述の寸法に特に限定されない。

なお、ハニカム構造体１において、スリット５は、外周壁２に対して前記縦方向（図２中に示すｙ方向、すなわち、後述するスリット形成工具の押し込み方向）に位置し、かつ、該縦方向に直交する方向に延びる複数の横方向セル壁４１のすべてに形成されていなくてもよい。また、スリット５は、少なくとも外周壁２に形成されていればよい。

本実施形態において、横方向セル壁４１に形成されるスリット５の少なくとも一部は、ハニカム構造体１の前記筒軸方向の２箇所に形成されている。しかしながら、ハニカム構造体１において、横方向セル壁４１に形成されるスリット５の少なくとも一部は、ハニカム構造体１の前記筒軸方向の３箇所以上に形成されていてもよい。

（複数のセル）
上述のように、複数のセル３は、前記筒軸方向の両端部が封止材６によって封止された第１セル３１と、前記筒軸方向の両端部が開口した第２セル３２とを有する。

封止材６の材料は、特に限定されるものではないが、上述した外周壁２およびセル壁４と同様の材料であることが好ましい。

第１セル３１および第２セル３２のうち最も外周壁２側に位置する最外周第１セル３１ａおよび最外周第２セル３２ａは、前記筒軸方向に垂直な断面において、該断面の一部がハニカム構造体１の外周に沿うような形状である。最外周第１セル３１ａおよび最外周第２セル３２ａは、前記断面の形状および面積が一つ一つ異なる。また、第１セル３１および第２セル３２のうち最外周第１セル３１ａおよび最外周第２セル３２ａよりも中心側に位置する内周第１セル３１ｂおよび内周第２セル３２ｂの前記断面は、同じ大きさを有する正方形である。

ここで、筒軸方向に垂直な断面の形状とは、前記筒軸方向に垂直な断面において、セル壁の内壁によって区画形成されるセルの断面形状をいう。また、筒軸方向に垂直な断面の面積とは、前記筒軸方向に垂直な断面において、セル壁の内壁で囲まれたセルの断面積をいう。なお、内周第１セル３１ｂおよび内周第２セル３２ｂは、前記筒軸方向に垂直な断面の形状が四角形であってもよい。

ハニカム構造体１は、セル３の一辺の長さが、０．７〜１．５ｍｍであることが好ましい。セル３の一辺の長さが０．７ｍｍ未満であると、セル３内を通過するガス等の通過抵抗が大きくなる場合がある。一方、セル３の一辺の長さが１．５ｍｍを超えると、セル壁の表面積が小さくなり、後述する熱交換器として用いた場合に、熱交換効率が下がる場合がある。なお、上述のように、セルの一辺の長さとは、対向して配置される一対のセル壁４同士の最短距離をいう。

ハニカム構造体１は、前記筒軸方向に垂直な断面におけるセル３の単位面積あたりの数が、３１〜９３個／ｃｍ^２（２００〜６００個／ｉｎｃｈ^２）であることが好ましい。

（熱交換器）
以上の構成を有するハニカム構造体１にガス等を流すことにより、ハニカム構造体１を熱交換器として用いることができる。

図４は、図１に示すハニカム構造体１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図１および図４に示すように、ハニカム構造体１は、外周壁２および複数のセル壁４によって区画形成され、かつ、前記筒軸方向の両端部が開口した第２セル３２を有し、これにより、第１の経路が構成される。図４に示すように、第１の経路では、ハニカム構造体１の前記筒軸方向の一方の端部から、第２セル３２に流入したガス等が、ハニカム構造体１の前記筒軸方向の他方の端部へ流れる。

また、図１〜３に示すように、ハニカム構造体１には、外周壁２と、該外周壁２に対して前記縦方向（図２中に示すｙ方向、すなわち、後述するスリット形成工具の押し込み方向）に位置し、かつ、該縦方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１とに形成されたスリット５１および５２と、外周壁２および複数のセル壁４によって区画形成され、かつ、前記筒軸方向の両端部が封止材６によって封止された第１セル３１とが設けられている。これにより、第２の経路が構成される。図４に示すように、第２の経路では、ガス等が、外部空間から、外周壁２の外周面２１および外周面２１に対して前記縦方向（図４中に示すｙ方向）に位置し、かつ、該縦方向に直交する方向に延びる横方向セル壁４１に形成されたスリット５１を通って、ハニカム構造体１の前記筒軸方向の両端部が封止された第１セル３１に流入する。その後、外周壁２の外周面２１および外周面２１に対して前記縦方向に位置し、かつ、該縦方向に直交する方向に延びる横方向セル壁４１に形成された別のスリット５２を通って、外部空間へ流れる。

すなわち、ハニカム構造体１には、該ハニカム構造体１内を流れるガス等の経路として、２つの経路が形成される。ガス等は、外周壁２およびセル壁４を通過しにくいため、前記第１の経路または前記第２の経路に流入したガス等が、外周壁２またはセル壁４を通って、外部空間または他のセルに流れることはほとんどない。その結果、上述の構成を有するハニカム構造体１では、第１の経路を流れるガス等と第２の経路を流れるガス等との間で熱を移動させることができる。よって、ハニカム構造体１を熱交換器として用いることができる。

ハニカム構造体１は、スリット５の幅が、スリット５の形成位置における第１セル３１の幅寸法と同等である。これにより、該スリット５の形成位置において、外周壁２およびセル壁４が、前記第２の経路の内方に向かって突出しない。したがって、ガス等が、スリット５を通って第１セル３１に流入する際の抵抗を小さくすることができる。よって、前記第１の経路を流れるガス等と前記第２の経路を流れるガス等との間で、熱をより効率よく移動させることができる。

ハニカム構造体１の横方向セル壁４１において、前記筒軸方向の異なる位置に形成されたスリット５１の少なくとも一部およびスリット５２の少なくとも一部は、前記横方向に複数組並んで形成されている。これにより、ハニカム構造体１において、前記第２の経路が複数形成される。したがって、前記第１の経路を流れるガス等と前記第２の経路を流れるガス等との間で熱をより効率良く移動させることができる。

２．ハニカム構造体の製造方法
次に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法の一例について説明する。なお、以下、ハニカム構造体１の原料となる湿潤混合物の主成分であるセラミック粉末として、炭化ケイ素を用いる場合の製造方法について説明する。

ハニカム構造体１は、後述する成形工程、乾燥工程、スリット形成工程、封止工程脱脂工程およびシリコン含浸工程を行うことにより、製造することができる。

（成形工程）
まず、平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と、有機バインダと、水とを混合することにより、原料となる湿潤混合物を調製する。前記湿潤混合物には、必要に応じて、液状の可塑剤、潤滑剤等を混合させてもよい。

前記平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末としては、特に限定されないが、例えば、３．０〜５０μｍ程度の平均粒子径を有する炭化ケイ素粉末１００重量部に対して、０．１〜１．０μｍ程度の平均粒子径を有する炭化ケイ素粉末が５〜６５重量部含まれるものが好ましい。

前記有機バインダとしては、特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらの中でも、前記有機バインダは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースであることが好ましい。また、これらは、前記有機バインダとして単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記可塑剤としては、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。より具体的には、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、ポリオキシプロピレンステアリルエーテル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記潤滑剤としては、特に限定されず、例えば、グリセリン等が挙げられる。

続いて、前記湿潤混合物を押出成形機に投入して、所定の形状に押出成形することにより、所定の形状のハニカム成形体を作製する。この際、金型の形状を変えることにより、前記筒軸方向に垂直な断面において様々な断面形状を有するハニカム成形体を作製することができる。

（乾燥工程）
次に、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ることにより、ハニカム乾燥体を作製する。

成形工程により得られたハニカム成形体は、セラミック粉末が有機バインダおよび水により保持された粘土状の材料によって構成されている。前記ハニカム成形体は、乾燥工程において水分が除去されることにより、有機バインダの強度が発現する。その結果、前記ハニカム成形体よりも高い強度のハニカム乾燥体が得られる。

（スリット形成工程）
乾燥工程後、前記ハニカム乾燥体の外周壁と、該外周壁に対してスリット形成工具の押し込み方向（図２中に示すｙ方向、すなわち、横方向セル壁４１の延びる方向に対して直交する方向）に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁とに、加熱されたスリット形成工具を押し込むことによって、スリットを形成する。図５は、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法において、スリット形成工程を模式的に示す斜視図である。図５に示すように、まず、加熱されたスリット形成工具７を、ハニカム乾燥体１０の外周壁２０と、該外周壁２０に対してスリット形成工具７の押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１０とに押し当てる。すなわち、図１および図２に示すように、外周壁２と、該外周壁２に対して前記縦方向（図２中に示すｙ方向）に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１とにスリット５が形成されるように、スリット形成工具７によって切断する。

なお、本実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法では、加熱されたスリット形成工具を押し込むことによって、スリットの少なくとも一部を形成した後、スリット形成工具７を、ハニカム乾燥体１０に対して筒軸方向（図５中に示すｚ方向）に動かすことにより、残りの部分のスリットを形成してもよい。

前記スリット形成工程において、スリット形成工具７は、前記有機バインダが焼失可能な温度に加熱されることが好ましい。スリット形成工具７を有機バインダが焼失可能な温度に加熱することにより、ハニカム乾燥体に含まれる有機バインダをより確実に焼失させることができる。そのため、外周壁２０および横方向セル壁４１０において、スリット形成工具７を接触させた部分の強度がより低下し、スリット５をより容易に形成することができる。前記有機バインダが焼失可能な温度として、具体的には、前記有機バインダがメチルセルロースである場合は４００℃以上である。スリット形成工具７の加熱温度は、スリット形成工具７が熱変形することを防ぐため、６００℃以下であることが好ましい。

前記スリット形成工程では、ハニカム乾燥体１０の外周壁２０と、該外周壁２０に対してスリット形成工具の押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１０とに、同時にスリット５０を形成することが好ましい。外周壁２０および横方向セル壁４１０に同時にスリット５０を形成することにより、スリットを形成するための加工時間を短くすることができる。また、スリット５０を、外周壁２０および横方向セル壁４１０の対応する同じ位置に形成することができる。その結果、外周壁２０および横方向セル壁４１０にスリット５０を寸法精度良く形成することができる。

前記スリット形成工程では、横方向セル壁４１において、前記筒軸方向の異なる位置に形成されたスリット５１の少なくとも一部およびスリット５２の少なくとも一部は、前記横方向に複数組並んで形成されている。ここで、前記筒軸方向の異なる位置で前記横方向に並ぶ複数のスリット５１および複数のスリット５２は、それぞれ、同時に形成されることが好ましい。これらのスリットがそれぞれ同時に形成されることにより、スリット５１および５２を、より効率的に形成することが可能となる。

スリット形成工具７としては、特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ製のブレード等を用いることができる。前記ブレードの厚さは、スリットの形成位置におけるセルの幅寸法と同等であることが好ましい。

前記ブレードの先端形状としては、刃無、片刃、両刃等が挙げられる。これらの中でも、スリットを形成する部分の周辺部分の破壊を抑制する観点から、刃無であることが好ましい。

前記スリット形成工程において、加工速度は、０．１〜１０ｍｍ／ｓであることが好ましい。前記加工速度が０．１ｍｍ／ｓ未満であると、加工時間がかかりすぎるため生産性が悪化する。一方、前記加工速度が１０ｍｍ／ｓを超えると、加工精度が悪化することがある。なお、加工速度とは、前記筒軸方向に垂直な方向の移動速度（すなわち、ブレードをハニカム乾燥体に押し込む速度）をいう。

前記スリット形成工程において、ハニカム乾燥体１０の外周壁２０と、該外周壁２０に対して厚み方向に配置されたすべての横方向セル壁４１０とに、加熱されたスリット形成工具７を接触させる。これにより、該外周壁２０および該すべての横方向セル壁４１０において、スリット形成工具７を接触させた部分の有機バインダが焼失するため、当該部分の強度が低下する。よって、スリット形成工具７を外周壁２０および横方向セル壁４１０に押し当てることにより、スリット形成工具７が接触した部分を容易に切断することができる。

一方、スリット形成工具７を接触させた部分の周辺部分では、有機バインダが焼失せずに残るため、高い強度のままである。よって、スリット形成工具７を接触させた部分の周辺部分の破壊を抑制することができる。

したがって、スリット形成工程において、ハニカム乾燥体１０の外周壁２０と、該外周壁２０に対して前記押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１０とを、加熱されたスリット形成工具７によって切断することにより、外周壁２０および横方向セル壁４１０において、スリット５０を形成する部分の周辺部分の破壊を抑制しつつ、外周壁２０および横方向セル壁４１０にスリット５０を容易に形成することができる。その結果、外周壁２０および横方向セル壁４１０にスリット５０を寸法精度良く形成することができる。

（封止工程）
続いて、スリット形成工程により形成されたスリット５とつながる第１セル３１の前記筒軸方向の両端部に、封止材６となる封止材ペーストを充填して、前記第１セル３１を封止する封止工程を行う。なお、封止材ペーストの材料としては、特に限定されず、例えば、上記湿潤混合物を用いることができる。本実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法において、封止工程は、必要に応じて行えばよい。

（脱脂工程）
次に、ハニカム成形体を脱脂炉中で、３００〜６５０℃に加熱し、ハニカム成形体中の有機物を除去する脱脂工程を行う。

（シリコン含浸工程）
次に、脱脂されたハニカム成形体の端面上に金属シリコンの板を載せ、真空または不活性ガス雰囲気の炉に入れ、１４５０〜１９００℃に加熱する。この時、金属シリコン板の量は、ハニカム脱脂体の外周壁、セル壁および封止部の気孔の体積以上とする。ハニカム脱脂体の外周壁、セル壁および封止部の気孔にシリコンを含浸させることにより、外周壁、セル壁および封止部をガス等が通りにくくなる。

なお、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法では、シリコン含浸工程の前に、焼成工程を行ってもよい。焼成工程は、脱脂されたハニカム成形体を焼成炉に搬送し、２０００〜２２００℃に加熱することにより行う。

なお、前記成形工程、前記乾燥工程、前記スリット形成工程、前記封止工程、前記脱脂工程および前記シリコン含浸工程において記載していない条件は、従来と同様の条件を適用することができる。

以上の工程によって、ハニカム構造体１を製造することができる。

３．作用効果
本発明の実施形態に係るハニカム構造体１の製造方法において、成形工程により得られたハニカム成形体は、セラミック粉末が有機バインダおよび水により保持された粘土状の材料によって構成されている。前記ハニカム成形体は、乾燥工程において水分が除去されることにより、有機バインダの強度が発現する。その結果、前記ハニカム成形体よりも高い強度のハニカム乾燥体が得られる。

次に、スリット形成工程において、ハニカム乾燥体１０の外周壁２０と、該外周壁２０に対して前記押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１０とに、加熱されたスリット形成工具７を接触させる。これにより、外周壁２０および横方向セル壁４１０において、スリット形成工具７を接触させた部分の有機バインダが焼失するため、当該部分の強度が低下する。よって、スリット形成工具７を外周壁２０および横方向セル壁４１０に押し当てることにより、スリット形成工具７が接触した部分を容易に切断することができる。

一方、スリット形成工具７を接触させた部分の周辺部分では、有機バインダが焼失せずに残るため、高い強度のままである。よって、スリット形成工具７を接触させた部分の周辺部分の破壊を抑制することができる。

したがって、スリット形成工程において、ハニカム乾燥体１０の外周壁２０と、該外周壁２０に対して前記押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるすべての横方向セル壁４１０とを、加熱されたスリット形成工具７によって切断することにより、外周壁２０および横方向セル壁４１０において、スリット５０を形成する部分の周辺部分の破壊を抑制しつつ、外周壁２０および横方向セル壁４１０にスリット５０を容易に形成することができる。その結果、外周壁２０およびセル壁４１０にスリット５０を寸法精度良く形成することができる。

以下、本実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

＜ハニカム構造体の製造＞
（実施例１）
まず、５２．５重量部の平均粒子径１５μｍの炭化ケイ素の粉末と、２３．６重量部の平均粒子径０．５μｍの炭化ケイ素の微粉末とを混合した。得られた混合物に対して、有機バインダとして５．４重量部のメチルセルロースと、潤滑剤として１．１重量部のグリセリンと、可塑剤として３．２重量部のポリオキシアルキレン系化合物と、１１．５重量部の水とを加え、混練して、湿潤混合物（原料ペースト）を得た。その後、得られた湿潤混合物を押出成形することにより、円柱状のハニカム成形体を作製した。

次に、マイクロ波乾燥機を用いて、ハニカム乾燥体を作製した。ハニカム乾燥体は、直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状であった。また、外周壁の厚さは０．３ｍｍ、セル壁の厚さは０．１ｍｍ、かつ、セルの幅が０．９４ｍｍであった。なお、外周壁およびセル壁の厚さ、ならびに、セルの幅の測定は、測定顕微鏡（株式会社ニコン製、ＭＭ−８００／ＬＭＦＡ）を用いて行った。

次に、ハニカム乾燥体の外周壁と、該外周壁に対してスリット形成工具の押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びるセル壁とを、加熱された刃無、厚さ０．８ｍｍのブレードによって切断することにより、スリットを形成した。なお、前記筒軸方向に垂直な方向の加工速度（すなわち、ブレードをハニカム乾燥体に押し込む速度）は１ｍｍ／ｓ、スリットの前記筒軸方向の長さは３４ｍｍ、ハニカム乾燥体に対するブレードの挿入深さは３４ｍｍとした。

その後、ハニカム乾燥体の所定のセルに封止材ペーストを充填してセルを封止した。なお、封止材ペーストは、上記湿潤混合物を使用した。

続いて、スリットが形成されたハニカム乾燥体を４５０℃で５時間脱脂する脱脂処理を行った。その後、脱脂されたハニカム乾燥体の端面に２０ｇのシリコン板を載せ、常圧のアルゴン雰囲気下１９００℃、７時間の条件でシリコン含浸処理を行うことにより、実施例１のハニカム構造体を作製した。

得られたハニカム構造体は、脱脂工程およびシリコン含浸工程において収縮しないため、ハニカム乾燥体と同じサイズであった。

（実施例２）
実施例２のハニカム構造体は、スリット形成工程において、前記筒軸方向に垂直な方向の加工速度を０．１ｍｍ／ｓとしたこと以外は、実施例１と同様の方法により得た。

（比較例１）
比較例１のハニカム構造体は、シリコン含浸工程後、アルゴン雰囲気下２２００℃、３時間の条件で焼成工程を行い、そして、焼成工程後にスリット形成工程を行ったこと以外は、実施例１と同様の方法により得た。

＜ブレードの加熱温度の測定＞
ブレードの加熱温度は、熱伝対を用いて、ブレードの先端から２５ｍｍ以内の任意の７箇所の温度を測定した。７箇所の温度の平均値を表１に示す。

＜寸法精度の評価＞
形成したスリットの幅の測定は、測定顕微鏡（株式会社ニコン製、ＭＭ−８００／ＬＭＦＡ）を用いて行った。スリット幅とブレード幅の差を寸法精度（ｍｍ）として、表１に示す。

＜スリット周辺部分の破壊の評価＞
目視により、スリット周辺部分の外周壁およびセル壁の破壊の有無を観察した。なお、破壊ありとは、スリットを形成する予定のセルと、該セルの隣に位置するスリットを形成しない予定のセルとが連通したことをいう。また、破壊なしとは、スリットを形成する予定のセルと、該セルの隣に位置するスリットを形成しない予定のセルとが連通しなかったことをいう。

表１の結果から分かるように、本発明の要件をすべて満たす実施例１および２のハニカム構造体は、スリット周辺部分の破壊がなく、スリットを寸法精度良く形成することができた。

一方、焼成工程後にスリットを形成した比較例１のハニカム構造体は、スリット周辺部分が破壊され、スリットを寸法精度良く形成できなかった。

（その他の実施形態）
前記ハニカム構造体１は、全体として円柱状に形成されている。しかしながら、ハニカム構造体の形状は、例えば、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形を底面とする角柱状、楕円柱状等であってもよい。

前記ハニカム構造体１は、複数のセル３の前記筒軸方向に垂直な断面の形状が四角形である。しかしながら、セルの形状は、例えば、三角形、六角形、八角形等の多角形、これらの多角形の角部が曲線により構成された形状、円形、楕円形等であってもよい。

前記ハニカム構造体１は、複数のセル３が、前記筒軸方向に垂直な断面において、直交する２方向、すなわち、前記横方向および前記縦方向に並設されている。しかしながら、複数のセル３は、前記筒軸方向に垂直な断面において、不規則に並設されていてもよい。

本発明のハニカム構造体は、自動車用途としてはＥＧＲクーラー、インタークーラーもしくは排熱回収器、または、ガスタービンエンジンから排出される高温の排ガスから熱を回収して再利用するための熱交換器として利用することができる。

１ ハニカム構造体
２、２０ 外周壁
３ 複数のセル
４、４２０ セル壁
５、５０ スリット
７ スリット形成工具
１０ ハニカム乾燥体

Claims (8)

1. 筒状の外周壁と、該外周壁の内方に複数のセルを区画形成するように、該外周壁の筒軸方向に延びるように形成された複数のセル壁とを有し、かつ、少なくとも前記外周壁に前記筒軸方向に延びるスリットが形成されたハニカム構造体の製造方法であって、
   セラミック粉末および有機バインダを含む湿潤混合物を押出成形することにより、前記外周壁および前記複数のセル壁を有するハニカム成形体を得る成形工程と、
   前記ハニカム成形体を乾燥させることにより、ハニカム乾燥体を得る乾燥工程と、
   前記ハニカム乾燥体の前記外周壁に対して、加熱されたスリット形成工具を押し込むことによって、前記スリットの少なくとも一部を形成するスリット形成工程と、
   前記スリットが形成された前記ハニカム乾燥体を脱脂することにより、ハニカム脱脂体を得る脱脂工程とを備える、ハニカム構造体の製造方法。
2. 前記スリット形成工程において、前記スリット形成工具は、前記有機バインダが焼失可能な温度に加熱される、請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
3. 前記スリット形成工程では、前記複数のセル壁のうち、前記外周壁において前記スリットが形成された部分に対して前記スリット形成工具の押し込み方向に位置し、かつ、該押し込み方向に直交する方向に延びる少なくとも１つのセル壁にもスリットを形成する、請求項１または２に記載のハニカム構造体の製造方法。
4. 前記スリット形成工程では、前記スリット形成工具を、前記外周壁と前記少なくとも１つのセル壁とに押し込むことにより、前記外周壁と前記少なくとも１つのセル壁とに同時に前記スリットを形成する、請求項３に記載のハニカム構造体の製造方法。
5. 前記複数のセルのうち、前記スリットを前記外周壁および前記少なくとも１つのセル壁に形成することによって前記スリットとつながるセルには、該セルの両端部に封止材となる封止材ペーストを充填することにより、前記セルを封止する封止工程をさらに備え、
   前記スリット形成工程では、前記ハニカム乾燥体の前記少なくとも１つのセル壁に、前記スリットの一部が前記筒軸方向の異なる位置に複数形成される、請求項３または４に記載のハニカム構造体の製造方法。
6. 前記スリット形成工程において、前記外周壁および少なくとも１つのセル壁に形成されたスリットの幅は、該スリットの形成位置におけるセルの幅寸法と同等である、請求項３〜５のいずれか一つに記載のハニカム構造体の製造方法。
7. 前記スリット形成工程では、前記筒軸方向の異なる位置に複数形成されたスリットが、前記ハニカム乾燥体の筒軸方向に直交する方向の異なる位置に複数組形成される、請求項５または６に記載のハニカム構造体の製造方法。
8. 前記スリット形成工程では、前記複数組のスリットのうち、前記筒軸方向の異なる位置で前記筒軸方向に直交する方向に並ぶ複数のスリットがそれぞれ同時に形成される、請求項７に記載のハニカム構造体の製造方法。

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