JP2505318B2 - セラミックハニカム押出成形用口金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排気ガス浄化用の触媒担
体あるいはフィルタおよび熱交換体等に用いられるセラ
ミックハニカム構造体を製造するために用いられるセラ
ミックハニカム押出成形用口金の製造方法に関するもの
であり、さらに詳しくは化学蒸着法によって口金表面に
耐摩耗材をコーティングする押出成形用口金の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックハニカム構造体は、内燃機関
の排気ガスの浄化のための触媒担体、ディ−ゼルエンジ
ンの排気ガスの中の煤塵を除去するためのフィルタある
いは回転式熱交換体等に用いられる。このようなセラミ
ックハニカム構造体の製造に用いるセラミックハニカム
押出成形用口金の製造方法としては、例えば特開昭６０
−１４５８０４号、６１−６９９６８号公報があり、そ
れらにおいては押出成形用口金を化学蒸着処理する技術
が開示されている。しかしながら化学蒸着法はコストが
高いため、口金１枚のみを処理するのでは不経済であ
り、同一バッチでできるだけ多くの口金を同時に処理す
ることが望まれる。そこで本願出願人は先に、特願平２
−８１３８５号明細書において口金２枚を同時に処理す
る技術を提案している。

【０００３】すなわち、図３、図４に示すように、蒸着
装置内に側周壁18および底板（孔あきプレート）17によ
って画成される、ＣＶＤ用空間内に２枚の口金部材４を
配置し、装置中央部を貫通する回転式の原料ガス供給管
６の孔７より矢印Ｂに示す如く原料ガスを口金部材４の
成形溝側に向かって流すことにより、化学蒸着を実施し
ている。なおここで用いる蒸着装置の全体構成は図５に
示すようになり、図中点線で包囲した部分が図３の部分
（口金収納部）に対応し、口金を収納しない部分にも孔
あきプレート17および側周壁18により点線部と同様のＣ
ＶＤ用空間が画成され原料ガスが流されている（これら
のＣＶＤ用空間は例えば他の部品の化学蒸着処理に利用
される）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した口金２枚を同
時処理する技術にあっては、図４に示すように、原料ガ
ス供給管６の孔７より流出したガスは、側周壁18に設け
た８個所の孔12の、口金部材４の裏面ではない６個所の
孔からもガス排出空間９に流れるため、蒸着に関与しな
いでＣＶＤ空間から排気されるガスが多くなり、ガス利
用効率が低下する（このガス利用効率の低下は、図５に
示す、他のＣＶＤ用空間を蒸着処理に利用しない場合一
層顕著になる）。また底板17には多数の孔13をあけてい
るため、ＣＶＤ用空間内を図３の矢印Ｂ（垂直方向）、
矢印Ｅの経路でガスが流出しやすくなる。これらの現象
に伴いＣＶＤ用空間内のガスの流れが乱れ、口金部材に
蒸着される耐摩耗材の厚みが必ずしも均一にならず、形
成される蒸着膜が不均一になることがあった。この不均
一は特に口金部材の成形溝の裏面側に発生しやすく、こ
のような不均一な蒸着膜を形成された口金を用いて実際
にセラミックハニカム構造体を押し出した場合、押出面
に凹凸が生じたり、押出成形体が曲がる不具合が生じる
惧れがある。また、図５に示す蒸着装置の他のＣＶＤ用
空間内にも口金部材４を配置して多段式の蒸着装置を構
成し、口金の処理枚数を増やすことも考えられるが、そ
の場合、各段における蒸着膜の厚みが上記理由により不
均一になってしまう。

【０００５】本発明の目的は上述した不具合を解消し
て、均一性の高い蒸着膜を化学蒸着法によって複数枚の
口金部材に同時に形成することのできる、セラミックハ
ニカム押出成形用口金の製造方法を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックハニ
カム押出成形用口金の製造方法は、成形溝とこの成形溝
へそれぞれ連通された複数のセラミック坏土供給孔とを
有する口金部材を形成し、この口金部材に化学蒸着法に
よって耐摩耗材をコーティングするセラミックハニカム
押出成形用口金の製造方法において、前記口金部材の前
記成形溝の側にガス供給孔を設けるとともに前記口金部
材の前記坏土供給孔の側のみにガス排気孔を設けるよう
にして、前記化学蒸着法に用いるガスの流れを前記口金
部材の前記成形溝の方から前記セラミック坏土供給孔の
方へ流れるように規制した独立の化学蒸着用空間を有
し、かつ前記独立の化学蒸着用空間を多段に配置した蒸
着装置を用いて、前記口金部材を複数枚同時に化学蒸着
処理することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明方法によれば、化学蒸着法に用いるガス
の流れを前記口金部材の前記成形溝の方から前記セラミ
ック坏土供給孔の方へ流れるように規制した独立の化学
蒸着用空間を多段に配置した蒸着装置を用いることによ
り、化学蒸着法に用いるガスの流れを前記口金部材の前
記成形溝の方から前記セラミック坏土供給孔の方へ流れ
るように規制しながら、前記蒸着装置の各段に設置した
口金部材を同時に化学蒸着処理することによって複数枚
を同時に化学蒸着処理することができるから、この処理
によって得られるセラミックハニカム押出形成用口金の
蒸着膜を均一にすることができ、口金生産コストの低減
が可能になる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１（Ａ）は本発明方法の実施に用いる蒸着
装置の概略断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線
断面図である。まず本発明方法によって製造すべきセラ
ミックハニカム押出成形用口金の一例の構成について述
べる。図２（Ａ）は押出成形用口金１の概略断面図、同
図（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である。この押出成
形用口金１においては、一方の面にセラミック杯土供給
口２が多数開口し、他方の面には、セラミックハニカム
成形体の断面形状に対応する成形溝３が開口し、セラミ
ック杯土供給口２と成形溝３との間に交叉部20が設けら
れている。そして、好ましくはマルテンサイト型析出硬
化系ステンレスからなる口金部材４の表面に耐摩耗性コ
ーティング層21を設ける。押出成形用口金１にはそれぞ
れセラミック杯土供給孔２および成形溝３を加工により
形成する。

【０００９】セラミック杯土供給孔２は該杯土が押出成
形機により加圧されて流入し、均一に成形溝３に杯土が
分配するために設けられる。杯土供給孔２の内径寸法
(D) 、深さ(H) 、成形溝３に対する配置、数量はそれぞ
れ、セル密度、壁厚、表面積等のハニカム構造体の形状
要因、セラミック材質およびその押出成形条件等によっ
て定められる。一例を示すと、外径118 mm、セル密度40
0 個（平方インチ当り）、壁厚み0.15mm、のコージェラ
イトハニカム構造体では、内径が約1.0 〜1.5 mm、深さ
(H) 18〜36mmの杯土供給孔２が約3400個ダイス中に形成
される。成形溝３は押出されるセラミックハニカム構造
体の断面形状に対応する形状、すなわちセル形状を規定
し、通常三角形、四角形、六角形等の多角形あるいは円
形であり、ハニカム構造体の隔壁寸法を規定する幅は、
通常1.0 〜0.08mmである。また、成形溝数はハニカム構
造体のセル密度および口金の外径に対応しており相当数
の溝が必要であるため、特公昭６１−３９１６７号公報
に開示されているように、所定幅寸法より大きくワイヤ
ーソー加工あるいは放電加工法等により加工することと
する。このような所定寸法より大きく加工する方法は、
前記の杯土供給孔２の加工にも適用される。

【００１０】次に本発明方法の実施に用いる蒸着装置に
ついて図１（Ａ），（Ｂ）によって説明する。この蒸着
装置（以下ＣＶＤ装置と称する）において、チャンバー
10の外側にはヒーター11が設置され、チャンバー10とそ
の内側のセッター８との間にガス排出空間９が設けられ
る。セッター８の中央と側周壁18と底板17とにより画成
されるＣＶＤ用空間の中央には原料ガス供給管（反応性
ガス供給管）６が設けられ、この原料ガス供給管６の外
周壁には口金部材４と対応する位置に多数の原料ガス噴
出口７が設けられている。上記ＣＶＤ用空間内には、一
対の口金部材４が原料ガス供給管６を中心として点対称
に配置され、各口金部材４はそれぞれ原料ガス供給管６
と実質的に平行となるよう配置される。各口金部材４の
成形溝３を原料ガス供給管６の方へと向け、セラミック
杯土供給口２の側を側周壁18の方へと向けておく。側周
壁18の口金部材４の裏面（セラミック杯土供給口２側）
にはそれぞれ円形排出口（孔）12が形成されている（図
１（Ａ）では円形排出口12を図示省略した。）。このＣ
ＶＤ装置によって化学蒸着を行う際には、原料ガス供給
管６を回転させながら、噴出口７より矢印Ｂのように反
応性ガスとキャリアガスとからなる原料ガスを噴出させ
る。ガス排出空間９内は真空ポンプで吸引して減圧状態
としており、矢印Ｂのように流れる原料ガスの多くは口
金部材４の方へと向かって流れ、図１（Ａ），図２
（Ａ），（Ｂ）に示すように成形溝３へと流入し、成形
溝３から矢印Ｃのように口金部材４の外へと排出され、
円形排出口12を通ってガス排出空間９へと流入し、矢印
Ｄのように排出される。

【００１１】本実施例に係るセラミックハニカム押出成
形用口金の製造方法において、口金部材４の成形溝３を
原料ガス供給管６の方へと向けて配置したことは極めて
重要である。すなわち、上記したように口金部材４の成
形溝３を原料ガス供給管６の方へと向けて配置すると、
特願平２−８１３８５号に詳述したように、原料ガスの
上流側と下流側ではかなり原料ガスの状態（濃度、反応
性等）が異なっており、図２（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に成形溝３の断面積は杯土供給口２の断面積よりもかな
り小さい。このため成形溝３の方から原料ガスを流すと
成形溝３内でのガスの流速、通過量を大きくできること
から、成形溝３の表面での析出速度が大きくなり、口金
部材４の杯土供給口２を原料ガス供給管６の方へと向け
て配置した場合の成形溝３の表面での析出速度にくらべ
て例えば２倍あまりも大きくすることができる。上記の
ように成形溝３での析出速度を大きくできた結果、所定
厚さの隔壁を有するセラミックハニカム構造体を製造す
るのに適合した大きさになるまで成形溝３にコーティン
グ層を形成するため、コーティング層の層厚が必要な大
きさへと達するまでＣＶＤ処理を継続する際に、ＣＶＤ
処理時間を例えば約半分にまで短縮できる。そしてＣＶ
Ｄ処理時間を短くできることから、生産性の点で経済的
に有利となるばかりでなく、口金部材の加熱時間を短く
して口金部材の変形を抑える点でも有利である。

【００１２】なお、上記ＣＶＤ装置において、口金部材
にコーティングする耐摩耗材はTiC、Ti(CN), TiN のう
ちの一種またはこれらの積層とすることが好ましく、口
金部材の材質はマルテンサイト型析出硬化ステンレスと
するのが好ましい。またＣＶＤ層の付着は680 〜900 ℃
で行うことが好ましく680 〜850 ℃で行うと更に好まし
い。さらに反応性ガスとしては、四塩化チタン、アミ
ン、ヒドラジン、ニトリルが好ましく、代表的なＣ−Ｎ
源としては例えばアセトニトリル、トリメチルアミン、
ジメチルヒドラジン、シアン化水素酸等が含まれる。ま
たガス供給管、プレート、側周壁はコスト、寿命からグ
ラファイトを用いることが好ましい。

【００１３】ところでこのＣＶＤ装置においては、原料
ガスの流れを規制するため、以下のようにして口金部材
４を配置するＣＶＤ用空間を、その上下に隣接するＣＶ
Ｄ用空間から独立した空間とした。すなわち、図１
（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＣＶＤ用空間を画成する
底板17に図４の従来例では設けていた多数の円形排出口
（孔）13を全て廃止してＣＶＤ用空間同士のガスの流通
を禁止し、ＣＶＤ用空間を画成する側周壁18に図４の従
来例では全周に亘って等間隔に設けていた円形排出口
（孔）12を、図１（Ｂ）に示す口金部材４の裏面側のみ
に配置するようにしてそれ以外を廃止し、さらに原料ガ
ス供給管６のガス噴出口７の内の口金部材の蒸着に関与
しないものを廃止した。この場合、蒸着装置全体として
は、図５に点線で包囲した部分を複数の口金部材４（例
として２枚を図示したが、ＣＶＤ装置サイズと口金部材
サイズとから決定される枚数まで口金部材４をＣＶＤ用
空間内に配置することが可能である）を化学蒸着処理し
得るようにして図示上下方向に多段に積み重ねたものと
なる。このように構成することにより、原料ガス供給管
６のガス噴出口７よりＣＶＤ用空間内に供給されたガス
は、図３，４の従来例のように孔12, 13から蒸着に関与
せずに排気されることなく、全て口金部材４内を図１
（Ａ）に矢印Ｂ，Ｃで示すように通過して矢印Ｄのよう
に排気されることとなり、ガスの流れはこの一方向のみ
に規制される。したがってガスの流れの乱れは生じず、
複数枚の口金部材４を同時に均一な蒸着膜が得られるよ
うに化学蒸着処理することができ、口金生産コストを低
減することが可能になる。

【００１４】なお上記ＣＶＤ装置において原料ガス供給
管６のガス噴出口７の大きさおよび位置は任意に設定可
能であり、例えば外径215 mm×130 mmの口金部材を処理
する場合、大きさを約φ2.5 mm、数を３〜４個、その位
置を２枚の口金部材４の中心線を結ぶ線上の対称な位置
として、原料ガス供給管６の長手方向に等ピッチに配置
する。また側周壁18の孔12の大きさおよび位置も任意に
設定可能であり、ＣＶＤ用空間内に常にガスを充満させ
ておくためその大きさを上記ガス噴出口７よりも若干小
さくすることが好ましく、これは蒸着膜の均一化に貢献
する。

【００１５】以下、具体的な実験例について説明する。実施例１ ＰＳＬ（日立金属製；マルテンサイト系析出硬化ステン
レス鋼）に径1.5 mmの孔をドリル加工、電解加工等の方
法で加工し、この孔加工した面と反対側の面には、幅約
200μm の成形溝を放電加工により加工し、外径215 mm
×130 mm、厚み21mmの楕円形状の口金部材を製作した。
これをアルカリ脱脂、水洗し、酸溶液を用いて超音波洗
浄を行い、次いで水洗して清浄化した。次に、図１
（Ａ）に概略的に示したようなベルネックス社標準タイ
プのＣＶＤ装置（外径φ275 mm×長さ750mm ）に、口金
部材を図１（Ａ）に示すように２枚セットし、温度770
℃、10時間の条件下でTi(CN) (炭窒化チタン) のコーテ
ィングを行った。この際、底板17として孔のないものを
使用し、原料ガス供給管のガス噴出口７をφ2.5 mm、25
mmピッチとし、側周壁の孔12をφ2.3 mm、25mmピッチと
し、口金部材は、原料ガス供給管側へと成形溝を向けて
配置し、また、原料ガスとしては四塩化チタン、アセト
ニトリルを使用し、キャリアガスとしては水素と窒素と
を用いた。この時の流量27.0リットル／min 、圧力90mb
arであった。この結果、表１に示すように図１（Ａ）に
上、中、下と表わした位置において狙い通りの膜厚で、
均一な２枚の口金が得られた（なお膜厚の測定にはけい
光Ｘ線：精度±0.2 μm を使用した）。

【００１６】 比較例１ 図３〜図５に示す装置（孔12, 13によりガスの流れの経
路が一方向にならない）を用いて、実施例１と同一条件
でコーティングを行ったところ、前記上、中、下に対応
する位置において表２に示すように膜厚が不均一になっ
た。

【００１７】

【００１８】実施例２ 図１（Ａ）の下段にも口金部材４をセットして２段で４
枚の口金部材４を処理する装置を構成し、時間を12時間
に変更したこと以外第１実施例と同一条件でコーティン
グを行ったところ、前記上、中、下に対応する各位置に
表３に示すような均一な蒸着膜が形成された４枚の口金
が得られ、これら口金を用いて押出成形したところ、良
好な押出形成体が得られた。

【００１９】

【００２０】比較例２ 比較例１で用いた装置に口金部材４を上下２段に４枚セ
ットして第２実施例と同一条件でコーティングを行った
ところ、前記上、中、下に対応する位置において表４に
示すように膜厚が不均一になり、特に上段と下段とでは
膜厚に約５μmもの顕著な差が発生した。

【００２１】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明のセラミックハニカム押出成形用口金の製造
方法によれば、化学蒸着法に用いるガスの流れを前記口
金部材の前記成形溝の方から前記セラミック坏土供給孔
の方へ流れるように規制した独立の化学蒸着用空間を多
段に配置した蒸着装置を用いることにより、化学蒸着法
に用いるガスの流れを前記口金部材の前記成形溝の方か
ら前記セラミック坏土供給孔の方へ流れるように規制し
ながら、前記蒸着装置の各段に設置した口金部材を同時
に化学蒸着処理することによって複数枚を同時に化学蒸
着処理することができるから、この処理によって得られ
るセラミックハニカム押出形成用口金の蒸着膜を均一に
することができ、口金生産コストの低減が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明方法の実施に用いる蒸着装置の
概略断面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図である。

【図２】（Ａ）は押出成形用口金の概略断面図であり、
（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である。

【図３】従来方法の実施に用いる蒸着装置の概略断面図
である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】上記従来方法の蒸着装置の全体構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ セラミックハニカム押出成形用口金 ２ セラミック杯土供給孔 ３ 成形溝 ４ 口金部材 ６ 原料ガス供給管 ７ 噴出口 12 円形排出口 (孔) 17 底板 18 側周壁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形溝とこの成形溝へそれぞれ連通され
   た複数のセラミック坏土供給孔とを有する口金部材を形
   成し、この口金部材に化学蒸着法によって耐摩耗材をコ
   ーティングするセラミックハニカム押出成形用口金の製
   造方法において、 前記口金部材の前記成形溝の側にガス供給孔を設けると
   ともに前記口金部材の前記坏土供給孔の側のみにガス排
   気孔を設けるようにして、前記化学蒸着法に用いるガス
   の流れを前記口金部材の前記成形溝の方から前記セラミ
   ック坏土供給孔の方へ流れるように規制した独立の化学
   蒸着用空間を有し、かつ前記独立の化学蒸着用空間を多
   段に配置した蒸着装置を用いて、前記口金部材を複数枚
   同時に化学蒸着処理することを特徴とする、セラミック
   ハニカム押出成形用口金の製造方法。