JP4298116B2 - スリット付きハニカム構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のセルが並列する複数のセル列を有するハニカム構造体の製造方法及び製造装置に関し、詳しくはセル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハニカム構造体は、基材に対し多数のセルが並列する複数のセル列を形成した構造体であり、軽量高強度の構造材（航空機用等）、通気量が大きい触媒担体（自動車排ガス浄化用等）などの他、微小な細孔を有するセラミック多孔質体を基材とした場合には、単位体積あたりの濾過面積が大きい集塵フィルタ、固液分離フィルタとしても利用されている。
【０００３】
上述の用途は、外部空間と隔離された複数のセルを有するというハニカム構造体の特徴によるものであるが、ある特定の用途においては、セルの一部を意図的に破断して外部空間と連通するスリットを設ける場合がある。
【０００４】
例えば図２に示すハニカム構造体２１は、被処理液をセル２３内に注入し、基材２２の細孔を透過した濾過液のみを外部空間に流出させることにより、基材２２の細孔より粒径が大なる不溶物を除去する固液分離フィルタであるが、複数のセル列２６のうち一部のセル列２６ａに沿ってセル２３の一部を意図的に破断し、外部空間と連通するスリット２４を設けている（以下、このようなハニカム構造体を「スリット付きハニカム構造体」という。）。
【０００５】
このような固液分離フィルタでは基材２２内側、即ち中心部近傍のセルで濾過された濾過液がスリット２４から直接外部空間に流出するため、濾過液が基材２２の細孔内を移動する距離を短縮でき、濾過の際の流動抵抗を小さくすることができる。従って、フィルタを大型化した場合であっても、透水量が低下することがなく、充分な濾過処理能力を確保できるという利点がある。
また、スリット２４を穿設したセル列２６ａの基材開口端をガラス等からなる封止部材２５で目封じすれば、濾過液が被処理液に汚染されることもない。
【０００６】
従来、上述のようなスリット付きハニカム構造体は、例えばセラミック坏土を押出成形し、乾燥・焼成した後、▲１▼ハニカム構造体の両端面（セル開口面）のスリットを穿設すべきセル列間を結ぶように構造体外側面にけがきを行い、当該けがき部分をマイクログラインダ、ドリル等で切削してスリットを穿設する方法 (以下「第１の方法」という）、或いは▲２▼ハニカム構造体のセル開口面からスリットを穿設すべきセル列の状態を目視しつつ、砥石などで当該セル列に沿って切り込みスリットを穿設する方法 (以下「第２の方法」という）により製造されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の方法は、けがきという煩雑な手作業を要することに加え、たとえけがき部分を正確に切削しても目的とするセル列のみを破断できず、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスの可能性が高かった。これは押出成形時や成形体の乾燥・焼成時の収縮、変形に起因してセル列にも歪み、変形を生ずる場合が多く、構造体両端面（セル開口面）のスリットを穿設すべきセル列を結ぶ線上に必ずしも当該セル列が存在しないからである。
【０００８】
即ち、第１の方法は、大量生産に適する簡便な方法でないことに加え、正確・精密なスリット穿設が困難であるという問題があった。
正確・精密なスリット穿設が困難であると、微細構造を有するハニカム構造体（例えばセル孔径2〜3ｍｍ、セル壁厚さ0.5ｍｍ程度）へのスリット穿設が困難である点において好ましくない。
【０００９】
一方、第２の方法は、セル列を目視しながらスリットを穿設するため、第１の方法と比較して加工ミスは少ないものの、目視しながら構造体端面を切り込むという煩雑な手作業を要するという問題点があった。即ち、第２の方法は、正確・精密なスリット穿設は可能であるものの、大量生産に適する簡便な方法ではないという問題があった。
【００１０】
また、第２の方法は、構造体両端面にスリットを穿設せざるを得ないため構造体両端部の機械的強度が低下するという問題があった。構造体両端部の機械的強度が低下すると、構造体両端部をシール部分として固定する固液分離フィルタとし使用した場合に、装着時の歪みや衝撃、寸法公差上の曲げ応力、シールの面圧等によりフィルタが破損し易い点において好ましくない。
【００１１】
更に、第１の方法、第２の方法とも、焼成後に硬化し、緻密化したハニカム構造体を対象とするため、スリットの穿設が困難であるという問題があった。また、第２の方法は、乾燥・焼成前の成形体を対象とすることも考えられるが、乾燥・焼成時に構造体両端部の収縮、変形が大きくなり、固液分離フィルタとし使用した場合に、シール不良を生ずるおそれがある点において好ましくない。
【００１２】
以上説明してきたように、従来の製造方法は、いずれもスリット穿設の正確性・精密性と、大量生産に適する方法の簡便さを兼ね備えたものではなく、充分満足できるものではなかった。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、目的のセル列のみを破断するという正確・精密なスリット穿設が可能であり、かつ、大量生産に適するスリット付きハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、ハニカム構造体の押出成形工程において押出用口金のセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させるスリット穿設方法を採用することにより、従来技術の問題点が解決可能であることに想到して本発明を完成した。
【００１５】
即ち、本発明によれば、多数のセルが並列する複数のセル列を有し、かつ、当該セル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体の製造方法であって、ハニカム構造体の押出成形工程において、押出用口金における前記スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、当該セルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対してスリットを穿設することを特徴とするスリット付きハニカム構造体の製造方法が提供される。
【００１６】
本発明の製造方法においては、セルの形成と同時に、押出成形によりスリットを穿設することができる。
また、本発明の製造方法においては、押出されつつある成形体の位置を検知し、スリット穿設部材の動作を制御することが好ましい。
【００１７】
また、本発明によれば、多数のセルが並列する複数のセル列を有し、かつ、当該セル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体を製造するための製造装置であって、ハニカム構造体の押出用口金を有する押出成形機と、前記押出用口金の近傍に配設され、前記押出用口金における前記スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、当該セルブロックに当接するように突出するスリット穿設部材とを有することを特徴とするスリット付きハニカム構造体の製造装置が提供される。
【００１８】
本発明の製造装置は、スリット穿設部材を押出用口金内部に突出するように配置することができる。
【００１９】
また、本発明の製造装置は、押出されつつある成形体の位置を検知するための検知手段、及びスリット穿設部材の動作を制御するための制御手段を有するものが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法は、ハニカム構造体の押出成形工程において、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対してスリットを穿設することを特徴とする。本発明の方法は、目的のセル列のみを破断するという正確・精密なスリット穿設が可能であり、かつ、大量生産にも適する簡便な方法である。以下、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
１．製造方法
本発明の製造方法の第１の特徴は、ハニカム構造体の押出成形工程において、スリットを穿設する点にある。このような方法は、硬化し、緻密化した乾燥体・焼結体ではなく、比較的軟らかい生の成形体を対象とするので加工が容易である。また、押出成形とスリット穿設が同時に行えるため、乾燥体・焼結体を別途スリット穿設する場合と比較して加工時間や加工の手間を削減できる。
【００２２】
更に、図２に示すようにスリット穿設セル列２６ａを目封じする場合には、焼結体にスリット穿設する場合とは異なり、成形体の焼成と封止部材２５の焼成を同時に行えるため、焼成工程１回分加工工数が少ない。即ち、生産性が高く、大量生産にも適する方法である。
従来技術の第１の方法においても、スリットを穿設すべきセル列を予め目封じした後、焼成すれば成形体の焼成と封止部材の焼成を同時に行うことが可能である。但し、この場合には目封じ後にスリットを穿設することになるため、スリット穿設時の切削屑等の除去が困難となる点において好ましくない。
【００２３】
本発明の製造方法の第２の特徴は、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対し、スリットを穿設する点にある。
このような方法は、ハニカム構造体のセル形成と同時に、スリットを穿設することになるため、目的のセル列にスリット穿設部材を位置合わせし易く、また、押出成形後に別途スリットを穿設する場合と比較して、押出成形時や成形体の乾燥・焼成時の収縮、変形の影響を受け難い。
【００２４】
従って、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスの可能性が低く、目的とするセル列のみを破断するという正確・精密なスリット穿設が可能である。このような方法によれば、構造体外周面にけがきを行ったり、或いは目視しながら構造体端面を切り込むといった煩雑な手作業を伴わないため、自動化も可能であり大量生産にも適する。
【００２５】
本発明の製造方法の第３の特徴は、スリット穿設部材を突出させることにより、スリットを穿設する点にある。
このような方法は、押出されつつある成形体の位置とスリット穿設部材の突出のタイミングにより構造体の長さ方向の任意の位置に、任意の長さでスリットを穿設できるため、構造体の中央部にもスリットを設けることが可能である。
【００２６】
従って、構造体両端部の機械的強度が低下し、或いは収縮・変形が大きくなるという問題を回避でき、固液分離フィルタ用のスリット付きハニカム構造体の製造に特に好適に用いることができる。
【００２７】
なお、スリット穿設部材を突出させるのではなく、押出成形用口金に固定した場合には、図３に示すように成形体３２の外周面全域にスリット３４が穿設されてしまうため、成形体３２の機械的強度が低下し、押出成形、ハンドリングの際の破損や、乾燥・焼成時の応力集中による破損が回避できない点において好ましくない。
【００２８】
構造体の長さ方向の任意の位置に正確にスリットを穿設するためには、押出されつつある成形体の位置を検知し、スリット穿設部材の動作を制御することが好ましい。
【００２９】
「押出されつつある成形体の位置を検知する」方法としては、具体的には、▲１▼成形体の位置をセンサ等により直接的に検知する方法や、▲２▼セラミック坏土の押出量、押出時間等の条件から換算して間接的に検知する方法等が挙げられる。検知した位置に応じてスリット穿設部材の動作、即ちその突出及び格納のタイミングを制御することにより構造体の長さ方向の任意の位置に正確にスリットを穿設することが可能となる。
【００３０】
本発明の製造方法においては、押出されつつある成形体のスリットを穿設すべきセル列に沿って、即ち、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かってスリット穿設部材を突出させればよい。
例えば、セル形成の直後にスリット穿設部材を突出させた場合には、押し出されつつある成形体の切削加工によりスリットを穿設することになる。但し、本発明の製造方法のように、ハニカム構造体のセル形成と同時に、即ち、押出用口金のセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させた場合には、スリット穿設部材は押出用口金におけるセルブロックの一部をなし、押出成形によりスリットを穿設することができる。
【００３１】
なお、通常は１のセル列に沿ってスリット穿設部材を突出させ、当該セル列のみを破断するが、隣接する複数のセル列に沿ってスリット穿設部材を突出させ、当該複数のセル列を同時に破断してもよい。
【００３２】
本発明の製造方法においては、スリットの深さは特に限定されず、構造体外周面近傍のみに設けてもよく、場合によっては構造体を貫通させても良い。また、スリットはハニカム構造体の１のセル列の長さ方向に複数本、或いは複数のセル列のうちの１列のみならず何列かに穿設することが可能である。
【００３３】
スリットの長さは特に限定されないが、機械的強度を考慮して１のセル列における総スリット長さは構造体全長の1／3以下とすることが好ましく、１のセル列に複数本のスリットを穿設する場合にはスリット同士の間隔を１のスリット長さの1／10以上とすることが好ましい。
【００３４】
また、各スリットの長さは一定である必要はなく、例えば構造体内側ほど短く、外周面側に近づくにつれて長くなるように構成しても良い。このような構成は固液分離フィルタとして用いる場合に濾過液を効率的に外部空間に排出可能となる点において有用である。固液分離フィルタは、構造体内側ではスリットに排出される濾過液が少なく、構造体外周側に近づくに連れて多数のセルからの濾過液が収束し、その量が増加するからである。
【００３５】
２．製造装置
本発明の製造方法は、例えばハニカム構造体の押出用口金を有する押出成形機と、前記押出用口金の近傍に配設された、押出成形体のスリットを穿設すべきセル列に沿って可動する（より具体的には、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するように突出する）スリット穿設部材とを有する製造装置により達成することができる。
【００３６】
(1)押出成形機
一般に、押出成形機とは、押出機と押出用口金とを備え、押出機に投入した成形原料を押出用口金から押し出すことにより、連続的に所望形状の成形体を得ることが可能な成形機をいう。本発明の製造装置においては、押出機の種類は特に限定されず、例えば単軸、２軸、或いは多軸のスクリュー押出機やプランジャー押出機等の従来公知の押出機を好適に用いることができる。
【００３７】
本発明の製造装置における押出用口金は、ハニカム構造体の外形に対応する内壁、及び図４に示すように多数のセルに対応するセルブロック４８が並列した形状（即ち、ハニカム構造体と相補的な形状）であることが必要である。セルブロック４８が図裏面側から押し出される成形原料を堰き止めることにより、多数のセルが形成される。
なお、本発明においては、セラミック粉末、バインダ、溶媒の他、必要により界面活性剤、可塑剤等を添加し、混練してなるセラミック坏土を成形原料として使用する。
【００３８】
(2)スリット穿設部材
本発明の製造装置におけるスリット穿設部材は、押出されつつある生の成形体にスリットを穿設するための部材である。
従って、乾燥体・焼結体を加工対象とする場合とは異なり、高速度鋼の刃をロウ付けしたバイトやダイヤモンドを電着した砥石のような硬度は不要であり、また、グラインダやドリルのように回転体である必要もない。
【００３９】
スリット穿設部材は押出用口金の近傍に配設することが必要である。押出成形時や成形体の乾燥・焼成時の収縮、変形の影響をできる限り排除し、目的のセル列にスリット穿設部材を位置合わせし易くするためである。
具体的には、押出用口金のセルブロックのうち、スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に、スリット穿設部材が突出するように構成すれば、セル列とスリットの位置が一致し、目的のセル列のみに正確・精密なスリットを穿設することが可能となる。
【００４０】
スリット穿設部材は押出用口金の近傍に配設する形態としては、例えば、スリット穿設部材を押出用口金外部に突出するように配置することが考えられる。口金外部にスリット穿設部材を突出させるように配置する場合には、スリット穿設部材は切削刃物として機能し、セルの形成後に、切削加工によりスリットが穿設されることになる。
【００４１】
但し、本発明の製造装置においては、押出用口金内部にスリット穿設部材が突出するように構成する。より具体的には、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、セルブロックに当接するように突出させる。口金内部にスリット穿設部材を突出させる場合には、スリット穿設部材は押出用口金におけるセルブロックの一部をなし、その部分の坏土を堰き止める役割を果たすため、セルの形成と同時に、押出成形によりスリットが穿設されることになる。この場合、図１（ａ）に示すようにスリット穿設部材４の先端部がセルブロックの側縁部に当接する位置に突出するようにスリット穿設部材４を配置すれば、ハニカム構造体の外壁部のみにスリットを設けることができ、図１（ｂ）に示すようにセルブロックの後段に、より具体的にはスリット穿設部材の側縁部がセルブロックの先端部に当接する位置に突出するようにスリット穿設部材４を配置すれば、ハニカム構造体の外壁部３ａのみならず内部にもスリット５を設けることが可能となる。
【００４２】
スリット穿設部材の厚みは、スリット穿設部材によりセル壁を破損しないようセル孔径と同等以下とすることが好ましく、隣接する複数のセル列を同時に破断する場合にあっては、最外列のセル壁を破損しない厚みとすることが好ましい。
【００４３】
本発明においては、押し出されつつある成形体に対してスリットを穿設するため、スリット穿設部材は坏土の押出圧力に屈しない程度の剛性が必要である。剛性が低い場合には、スリット穿設部材が坏土の押出圧力に屈して変形し、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスの可能性があるからである。成形体押出方向に長さを有する形状（例えば、長方形状、正方形状）は当該方向に対する剛性が高い点において好ましい。
【００４４】
本発明の製造方法は、押出されつつある成形体の位置とスリット穿設部材の突出のタイミングにより任意の長さでスリットを穿設できるため、スリット穿設部材の長さとスリットの長さが一致している必要はない。従って、上述の剛性が確保されている限りにおいて、スリット穿設部材としては、成形体押出方向に長さを持たないピン形状のものも使用できる。
【００４５】
スリット穿設部材の刃先形状は特に限定されないが、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように成形体押出方向に対する断面形状としては円形、長方形、クサビ型等が挙げられる。刃先形状が長方形やくさび形のような角部を有する形状においては成形体乾燥時・焼成時にスリット縁端部からクラックが進展することを防止するため、角部をテーパ形状やＲ形状とすることが好ましい。
【００４６】
また、スリット穿設部材突出方向に対する先端断面形状としては、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように円形、長方形、半リング型、くさび型等が挙げられる。
【００４７】
なお、図６（ｅ）に示すように部材突出方向に対する先端断面形状４１を成形体４２の外周面と一致する形状とすると、スリット穿設部材の刃先（先端面）が成形体に同時に食い込み、スリット端部の形状を正確に形成できる点において好ましい。本発明においては押し出されつつある成形体に対してスリット穿設部材を突出させるため、図６（ｆ）に示すように先端断面形状４３が成形体４２と一致しない形状の場合には刃先の図左側のエッヂが先に成形体に食い込む。従って、スリットの端部が鋭角に形成されてしまい、スリット端部の形状を正確に形成することができないという不具合があるからである。
【００５０】
スリット穿設部材は、成形体の一方のサイドのみから突出するように配置しても良い。但し、この場合には、スリット穿設部材が長くなり、撓みを生じ易くなることに起因して、スリット形状が歪み、或いはスリット両側のセル壁を破損させるおそれがある。
成形体の両サイドから成形体内側に向かって突出するように配置すれば、このような不具合が少なく、また、構造体内側ほど短く、外周面側に近づくにつれて長くなるスリットを設けることが可能である点においても好ましい。
【００５１】
スリット穿設部材の突出・格納や突出深さの調整は、エアシリンダの他に、油圧シリンダや電動シリンダ等により行うことができる。
スリット穿設部材５１の最大突出深さを制限するために、図７に示す如くストッパ５４を設けてもよい。
【００５２】
本発明の製造装置は、押出されつつある成形体の位置を検知するための検知手段、及びスリット穿設部材の動作を制御するための制御手段を有するものが好ましい。検知した位置に応じてスリット穿設部材の動作（突出及び格納）を制御することにより成形体の長さ方向の任意の位置に、任意の長さのスリットを穿設することが可能となるからである。
【００５３】
検知手段としては、成形体の位置を検知するセンサ、セラミック坏土の押出量を検知するセンサ、セラミック坏土の押出時間を検知するタイマ等が挙げられる。
【００５４】
例えば図８に示す製造装置６１は、成形体の押出方向に連続して配置した複数のセンサにより成形体の先端位置を検知し、センサＳ１，Ｓ３の検知信号によりスリット穿設部材を突出させ、センサＳ２，Ｓ４の検知信号により格納する制御を可能としたものである。製造装置６１によれば両端部の近傍に各々スリットが穿設された成形体を得ることができる。スリット穿設後には、センサＳ５の検知信号により坏土の押出が停止され、成形体の末端部が口金６３近傍で切断される。
【００５５】
３．適用対象
本発明の製造方法は、多数のセルが並列する複数のセル列を有するハニカム構造体、具体的には、各セルを無作為に形成したものではなく、ハニカム構造体のセル開口面から見た場合において多数のセルが少なくとも構造体の１方向に並列した「セル列」を複数列有するものの製造方法である。
【００５６】
上記条件を満たす限りにおいて、本発明の製造方法を適用できる構造体の形状、材質、サイズ、セル形状、セル孔径、セル間隔（セル壁厚さ）等の条件は特に限定されない。例えば基材形状は断面形状が円形、正方形、長方形、或いは六角形などの筒状体とすることができ、基材材質はアルミナ、チタニア、ムライト、ジルコニア、コージェライト、或いはこれらの混合物など、種々のセラミック材料の中から目的に応じて適宜選択すればよい。
【００５７】
セルの形状についても、円形、四角形、五角形、六角形をはじめとする種々の形状を用いることができ、場合によっては図４のようなセルブロックを用いることにより複数のセル形状を適宜組み合わせても良い。
【００５８】
但し、スリット穿設セル列のセル形状は四角形であることが好ましい。四角セルはスリット穿設部材の突出方向に対してセルの内壁が直線的に構成されるため、スリット穿設部材がセルの内壁に沿って前進し易く、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスを防止できるからである。
【００５９】
４．用途
スリット付きハニカム構造体は、既述のように固液分離フィルタとして特に好適に用いることができる。例えば、本発明の製造方法により製造されたハニカム成形体を乾燥し、スリット穿設セル列の開口端を目封じして焼成し、必要に応じてスリット穿設列以外のセル内周面にディッピング法等によりセラミック濾過膜を形成することにより、固液分離フィルタとすることができる。
【００６０】
また、スリット付きハニカム構造体の別の用途として、熱交換器としての利用が考えられる。従前は図１１（ａ）に示す如くハニカム構造体のセル１０５をそのまま熱経路として使用し、ハニカム構造体のブロック１０２を交差・積層することにより熱交換器１０１としていたが、図１１（ｂ）に示すようなスリット付きハニカム構造体によれば、端部を封止部材１０６で目封じしたスリット１０４穿設セル列とその他のセル１０５を交差する熱経路として使用し、１つの構造体で熱交換器１０３を構成することが可能だからである。
即ち、本発明の製造方法は、このような熱交換器を一体的に製造できるという利点を有する。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明の製造方法を実施例により更に詳細に説明する。
但し、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。
【００６２】
実施例、比較例とも、成形原料としては平均粒径150μｍのアルミナ粉末、有機バインダ、水を添加し混練してなるセラミック坏土を使用した。
押出機としてはプランジャー押出機を、押出用口金としては、内径が180ｍｍの中空円形で、当該中空部に、対辺長さ3ｍｍの六角形状のセルブロックを3.6ｍｍピッチで配置したものを使用した。当該押出用口金によれば約2000個のセルが形成されたハニカム成形体を得ることができる。成形体の押出長さは1000ｍｍとした。
【００６３】
スリットは、実施例、比較例ともハニカム構造体の両端部から各々３０〜１００ｍｍの部分に、セル列６列おきに９本ずつ穿設し、いずれもハニカム構造体を貫通する貫通スリットとした。即ち、１基のハニカム構造体につき合計１８本（９本×端部２箇所）のスリットを穿設した。
【００６４】
ｉ）加工ミス
１基のハニカム構造体に１８本のスリットを穿設する際に生じた、隣接するセル列の破断、セル壁の誤削等の加工ミスの箇所を計数した。加工ミスがなかった場合は◎、加工ミスが１箇所でもあった場合は×として評価した。
【００６５】
ｉｉ）溝幅精度
実施例１〜２についてはスリットを穿設した成形体を乾燥した後、スリットの溝幅を測定した。比較例１については乾燥体にスリットを穿設し、そのままスリットの溝幅を測定した。１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以内の場合は◎、２．５ｍｍ超、３．０ｍｍ以下の場合は△、その他の場合は×として評価した。
【００６６】
ｉｉｉ）加工時間
１基のハニカム構造体に１８本のスリットを穿設するために要した時間を測定した。別途、加工時間を必要としない場合は◎、別途、加工時間を必要とした場合は×として評価した。
【００６７】
（実施例１）
図１（ｂ）に示すようにスリット穿設部材４として幅２．４ｍｍ×長さ６．７ｍｍの平板体を使用し、当該スリット穿設部材４が押出用口金２内部に（より具体的には、押出用口金２におけるスリット５を穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するように）、かつ、成形体３の両サイドから成形体３内側に向かって突出するように配置した製造装置１を用い、押出成形工程においてスリットの穿設を行った。この製造装置１においては、セルブロックの後段に、より具体的にはスリット穿設部材４の側縁部がセルブロックの先端部に当接する位置にスリット穿設部材４が突出するように構成した。その結果を表１及び表２に示す。
なお、図１（ｂ）の製造装置は、作図の便宜上、成形体の一方のサイドのスリット穿設部材のみを図示したものであり、他方のサイドは捨象してある。図９〜図１０の製造装置についても同様である。
【００６８】
（実施例２）
図９に示すようにスリット穿設部材７４として２．４ｍｍφのピンを使用し、当該スリット穿設部材７４が押出用口金７２内部に（より具体的には、押出用口金７２におけるスリット７５を穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するように）、かつ、成形体７３の両サイドから成形体７３内側に向かって突出するように配置した製造装置７１を用い、押出成形工程においてスリットの穿設を行った。この製造装置７１においては、セルブロックの後段に、より具体的にはスリット穿設部材７４の側縁部がセルブロックの先端部に当接する位置にスリット穿設部材７４が突出するように構成した。その結果を表１及び表２に示す。
【００７０】
（比較例１）
図１０に示すようにスリットを穿設していない成形体を乾燥後、ハニカム構造体９３の両端面（セル開口面）のスリットを穿設すべきセル列間を結ぶように構造体９３外側面にけがきを行い、当該けがき部分をダイヤモンドを電着した研削砥石９４で切削してスリット９５を穿設した。その結果を表１及び表２に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
【表２】
【００７３】
（結果）
ｉ）加工ミス
実施例１〜２については加工ミスは全く生じなかったのに対し、比較例１ではセル壁を削ってしまう加工ミスが７箇所発生した。
【００７４】
ｉｉ）溝幅精度
実施例１〜２において乾燥後にややスリット幅の縮小が認められたものの実用上問題はなく、いずれも溝幅精度は良好であった。比較例１についてはセル壁を削ってしまう加工ミスのため、セル壁を破りそうになったものもあり、溝幅精度は低かった。
【００７５】
ｉｉｉ）加工時間
実施例１〜２においては押出成形とスリット穿設を同時に行うため、スリットを穿設するための加工時間を必要としないのに対し、比較例１においては１８本（９本×２箇所）のスリットを目視しながら１本ずつ穿設するために別途３２分の時間を必要とした。
【００７６】
ｉｖ）その他
比較例１においては硬化した乾燥体にスリットを穿設するため研削砥石の寿命が短かった。一方、実施例１〜２はいずれも生の成形体を加工対象とするため、スリット穿設部材の寿命はいずれも長かった。中でも実施例１の平板体が最も寿命が長く、実施例２のピンがこれに次いだ。
【００７７】
また、実施例１〜２においては自動化された製造装置によりスリット穿設を行うため加工に際し特別な作業を必要としないのに対し、比較例１は構造体外周面にけがきを行い、かつ、目視しながら構造体を切削する必要があり作業が繁雑であった。更に、比較例１はハニカム構造体１基あたりの加工時間が長く、ツール寿命が短く、作業が繁雑であることに起因して、加工コストが高かった。
【００７８】
以上の各項目を総合的に評価すると、実施例１〜２が全体的に良好な結果を示したのに対し、比較例１は加工精度、加工時間、ツール寿命、作業の繁雑さ、コストの全ての項目において問題があった。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の製造方法及び製造装置は、目的のセル列のみを破断する正確・精密なスリット穿設が可能であり、かつ、大量生産にも適するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法の一の実施例を示すスリット部分の概略断面図であり、（ａ）は成形体外壁部のみにスリットを穿設する方法、（ｂ）は成形体内部にスリットを穿設する方法を示す。
【図２】 スリット付きハニカム構造体の一の実施態様を示す概略図であって、（ａ）はセル部分の拡大図、（ｂ）は全体形状の斜視図である。
【図３】 スリット付きハニカム構造体の別の実施態様を示す概略図であって、（ａ）は全体形状の斜視図、（ｂ）はセル部分の拡大図である。
【図４】 押出用口金の形状を示す概略図である。
【図５】 スリット穿設部材の刃先形状を示す概略図（ａ）〜（ｃ）である。
【図６】 スリット穿設部材の刃先形状を示す概略図（ａ）〜（ｆ）である。
【図７】 本発明の製造装置の一の実施態様を示す概略図である。
【図８】 本発明の製造装置の検知手段の一の実施態様を示す概略図である。
【図９】 本発明の製造方法の別の実施例を示すスリット部分の概略断面図である。
【図１０】 従前の製造方法の一の実施例を示す概略図である。
【図１１】 熱交換器を示す概略図であって、（ａ）は従前の熱交換器、（ｂ）はスリット付きハニカム構造体を利用した熱交換器である。
【符号の説明】
１…製造装置、２…押出用口金、３…成形体（３ａ…外壁部、３ｂ…セル壁）、４…スリット穿設部材（平板体）、５…スリット（５ａ…スリット端部）、２１…ハニカム構造体、２２…基材、２３…セル、２４…スリット、２５…封止部材、２６…セル列（２６ａ…スリット穿設セル列）、３１…ハニカム構造体、３２…基材、３３…セル、３４…スリット、３５…封止部材、４１，４３…先端断面形状、４２…成形体、４８…セルブロック、５１…スリット穿設部材、５２…押出用口金、５３…エアシリンダ、５４…ストッパ、６１…製造装置、６２…押出機、６３…押出用口金、６４…コンベア、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…センサ、７１…製造装置、７２…押出用口金、７３…成形体（７３ａ…外壁部、７３ｂ…セル壁）、７４…スリット穿設部材（ピン）、７５…スリット（７５ａ…スリット端部）、９３…成形体、９４…研削砥石、９５…スリット、１０１，１０３…熱交換器、１０２…ハニカム構造体のブロック、１０４…スリット、１０５…セル、１０６…封止部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のセルが並列する複数のセル列を有するハニカム構造体の製造方法及び製造装置に関し、詳しくはセル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハニカム構造体は、基材に対し多数のセルが並列する複数のセル列を形成した構造体であり、軽量高強度の構造材（航空機用等）、通気量が大きい触媒担体（自動車排ガス浄化用等）などの他、微小な細孔を有するセラミック多孔質体を基材とした場合には、単位体積あたりの濾過面積が大きい集塵フィルタ、固液分離フィルタとしても利用されている。
【０００３】
上述の用途は、外部空間と隔離された複数のセルを有するというハニカム構造体の特徴によるものであるが、ある特定の用途においては、セルの一部を意図的に破断して外部空間と連通するスリットを設ける場合がある。
【０００４】
例えば図２に示すハニカム構造体２１は、被処理液をセル２３内に注入し、基材２２の細孔を透過した濾過液のみを外部空間に流出させることにより、基材２２の細孔より粒径が大なる不溶物を除去する固液分離フィルタであるが、複数のセル列２６のうち一部のセル列２６ａに沿ってセル２３の一部を意図的に破断し、外部空間と連通するスリット２４を設けている（以下、このようなハニカム構造体を「スリット付きハニカム構造体」という。）。
【０００５】
このような固液分離フィルタでは基材２２内側、即ち中心部近傍のセルで濾過された濾過液がスリット２４から直接外部空間に流出するため、濾過液が基材２２の細孔内を移動する距離を短縮でき、濾過の際の流動抵抗を小さくすることができる。従って、フィルタを大型化した場合であっても、透水量が低下することがなく、充分な濾過処理能力を確保できるという利点がある。
また、スリット２４を穿設したセル列２６ａの基材開口端をガラス等からなる封止部材２５で目封じすれば、濾過液が被処理液に汚染されることもない。
【０００６】
従来、上述のようなスリット付きハニカム構造体は、例えばセラミック坏土を押出成形し、乾燥・焼成した後、▲１▼ハニカム構造体の両端面（セル開口面）のスリットを穿設すべきセル列間を結ぶように構造体外側面にけがきを行い、当該けがき部分をマイクログラインダ、ドリル等で切削してスリットを穿設する方法 (以下「第１の方法」という）、或いは▲２▼ハニカム構造体のセル開口面からスリットを穿設すべきセル列の状態を目視しつつ、砥石などで当該セル列に沿って切り込みスリットを穿設する方法 (以下「第２の方法」という）により製造されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の方法は、けがきという煩雑な手作業を要することに加え、たとえけがき部分を正確に切削しても目的とするセル列のみを破断できず、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスの可能性が高かった。これは押出成形時や成形体の乾燥・焼成時の収縮、変形に起因してセル列にも歪み、変形を生ずる場合が多く、構造体両端面（セル開口面）のスリットを穿設すべきセル列を結ぶ線上に必ずしも当該セル列が存在しないからである。
【０００８】
即ち、第１の方法は、大量生産に適する簡便な方法でないことに加え、正確・精密なスリット穿設が困難であるという問題があった。
正確・精密なスリット穿設が困難であると、微細構造を有するハニカム構造体（例えばセル孔径2〜3ｍｍ、セル壁厚さ0.5ｍｍ程度）へのスリット穿設が困難である点において好ましくない。
【０００９】
一方、第２の方法は、セル列を目視しながらスリットを穿設するため、第１の方法と比較して加工ミスは少ないものの、目視しながら構造体端面を切り込むという煩雑な手作業を要するという問題点があった。即ち、第２の方法は、正確・精密なスリット穿設は可能であるものの、大量生産に適する簡便な方法ではないという問題があった。
【００１０】
また、第２の方法は、構造体両端面にスリットを穿設せざるを得ないため構造体両端部の機械的強度が低下するという問題があった。構造体両端部の機械的強度が低下すると、構造体両端部をシール部分として固定する固液分離フィルタとし使用した場合に、装着時の歪みや衝撃、寸法公差上の曲げ応力、シールの面圧等によりフィルタが破損し易い点において好ましくない。
【００１１】
更に、第１の方法、第２の方法とも、焼成後に硬化し、緻密化したハニカム構造体を対象とするため、スリットの穿設が困難であるという問題があった。また、第２の方法は、乾燥・焼成前の成形体を対象とすることも考えられるが、乾燥・焼成時に構造体両端部の収縮、変形が大きくなり、固液分離フィルタとし使用した場合に、シール不良を生ずるおそれがある点において好ましくない。
【００１２】
以上説明してきたように、従来の製造方法は、いずれもスリット穿設の正確性・精密性と、大量生産に適する方法の簡便さを兼ね備えたものではなく、充分満足できるものではなかった。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、目的のセル列のみを破断するという正確・精密なスリット穿設が可能であり、かつ、大量生産に適するスリット付きハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、ハニカム構造体の押出成形工程において押出用口金のセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させるスリット穿設方法を採用することにより、従来技術の問題点が解決可能であることに想到して本発明を完成した。
【００１５】
即ち、本発明によれば、多数のセルが並列する複数のセル列を有し、かつ、当該セル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体の製造方法であって、ハニカム構造体の押出成形工程において、押出用口金における前記スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、当該セルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対してスリットを穿設することを特徴とするスリット付きハニカム構造体の製造方法が提供される。
【００１６】
本発明の製造方法においては、セルの形成と同時に、押出成形によりスリットを穿設することができる。
また、本発明の製造方法においては、押出されつつある成形体の位置を検知し、スリット穿設部材の動作を制御することが好ましい。
【００１７】
また、本発明によれば、多数のセルが並列する複数のセル列を有し、かつ、当該セル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体を製造するための製造装置であって、ハニカム構造体の押出用口金を有する押出成形機と、前記押出用口金の近傍に配設され、前記押出用口金における前記スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、当該セルブロックに当接するように突出するスリット穿設部材とを有することを特徴とするスリット付きハニカム構造体の製造装置が提供される。
【００１８】
本発明の製造装置は、スリット穿設部材を押出用口金内部に突出するように配置することができる。
【００１９】
また、本発明の製造装置は、押出されつつある成形体の位置を検知するための検知手段、及びスリット穿設部材の動作を制御するための制御手段を有するものが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法は、ハニカム構造体の押出成形工程において、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対してスリットを穿設することを特徴とする。本発明の方法は、目的のセル列のみを破断するという正確・精密なスリット穿設が可能であり、かつ、大量生産にも適する簡便な方法である。以下、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
１．製造方法
本発明の製造方法の第１の特徴は、ハニカム構造体の押出成形工程において、スリットを穿設する点にある。このような方法は、硬化し、緻密化した乾燥体・焼結体ではなく、比較的軟らかい生の成形体を対象とするので加工が容易である。また、押出成形とスリット穿設が同時に行えるため、乾燥体・焼結体を別途スリット穿設する場合と比較して加工時間や加工の手間を削減できる。
【００２２】
更に、図２に示すようにスリット穿設セル列２６ａを目封じする場合には、焼結体にスリット穿設する場合とは異なり、成形体の焼成と封止部材２５の焼成を同時に行えるため、焼成工程１回分加工工数が少ない。即ち、生産性が高く、大量生産にも適する方法である。
従来技術の第１の方法においても、スリットを穿設すべきセル列を予め目封じした後、焼成すれば成形体の焼成と封止部材の焼成を同時に行うことが可能である。但し、この場合には目封じ後にスリットを穿設することになるため、スリット穿設時の切削屑等の除去が困難となる点において好ましくない。
【００２３】
本発明の製造方法の第２の特徴は、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対し、スリットを穿設する点にある。
このような方法は、ハニカム構造体のセル形成と同時に、スリットを穿設することになるため、目的のセル列にスリット穿設部材を位置合わせし易く、また、押出成形後に別途スリットを穿設する場合と比較して、押出成形時や成形体の乾燥・焼成時の収縮、変形の影響を受け難い。
【００２４】
従って、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスの可能性が低く、目的とするセル列のみを破断するという正確・精密なスリット穿設が可能である。このような方法によれば、構造体外周面にけがきを行ったり、或いは目視しながら構造体端面を切り込むといった煩雑な手作業を伴わないため、自動化も可能であり大量生産にも適する。
【００２５】
本発明の製造方法の第３の特徴は、スリット穿設部材を突出させることにより、スリットを穿設する点にある。
このような方法は、押出されつつある成形体の位置とスリット穿設部材の突出のタイミングにより構造体の長さ方向の任意の位置に、任意の長さでスリットを穿設できるため、構造体の中央部にもスリットを設けることが可能である。
【００２６】
従って、構造体両端部の機械的強度が低下し、或いは収縮・変形が大きくなるという問題を回避でき、固液分離フィルタ用のスリット付きハニカム構造体の製造に特に好適に用いることができる。
【００２７】
なお、スリット穿設部材を突出させるのではなく、押出成形用口金に固定した場合には、図３に示すように成形体３２の外周面全域にスリット３４が穿設されてしまうため、成形体３２の機械的強度が低下し、押出成形、ハンドリングの際の破損や、乾燥・焼成時の応力集中による破損が回避できない点において好ましくない。
【００２８】
構造体の長さ方向の任意の位置に正確にスリットを穿設するためには、押出されつつある成形体の位置を検知し、スリット穿設部材の動作を制御することが好ましい。
【００２９】
「押出されつつある成形体の位置を検知する」方法としては、具体的には、▲１▼成形体の位置をセンサ等により直接的に検知する方法や、▲２▼セラミック坏土の押出量、押出時間等の条件から換算して間接的に検知する方法等が挙げられる。検知した位置に応じてスリット穿設部材の動作、即ちその突出及び格納のタイミングを制御することにより構造体の長さ方向の任意の位置に正確にスリットを穿設することが可能となる。
【００３０】
本発明の製造方法においては、押出されつつある成形体のスリットを穿設すべきセル列に沿って、即ち、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かってスリット穿設部材を突出させればよい。
例えば、セル形成の直後にスリット穿設部材を突出させた場合には、押し出されつつある成形体の切削加工によりスリットを穿設することになる。但し、本発明の製造方法のように、ハニカム構造体のセル形成と同時に、即ち、押出用口金のセルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させた場合には、スリット穿設部材は押出用口金におけるセルブロックの一部をなし、押出成形によりスリットを穿設することができる。
【００３１】
なお、通常は１のセル列に沿ってスリット穿設部材を突出させ、当該セル列のみを破断するが、隣接する複数のセル列に沿ってスリット穿設部材を突出させ、当該複数のセル列を同時に破断してもよい。
【００３２】
本発明の製造方法においては、スリットの深さは特に限定されず、構造体外周面近傍のみに設けてもよく、場合によっては構造体を貫通させても良い。また、スリットはハニカム構造体の１のセル列の長さ方向に複数本、或いは複数のセル列のうちの１列のみならず何列かに穿設することが可能である。
【００３３】
スリットの長さは特に限定されないが、機械的強度を考慮して１のセル列における総スリット長さは構造体全長の1／3以下とすることが好ましく、１のセル列に複数本のスリットを穿設する場合にはスリット同士の間隔を１のスリット長さの1／10以上とすることが好ましい。
【００３４】
また、各スリットの長さは一定である必要はなく、例えば構造体内側ほど短く、外周面側に近づくにつれて長くなるように構成しても良い。このような構成は固液分離フィルタとして用いる場合に濾過液を効率的に外部空間に排出可能となる点において有用である。固液分離フィルタは、構造体内側ではスリットに排出される濾過液が少なく、構造体外周側に近づくに連れて多数のセルからの濾過液が収束し、その量が増加するからである。
【００３５】
２．製造装置
本発明の製造方法は、例えばハニカム構造体の押出用口金を有する押出成形機と、前記押出用口金の近傍に配設された、押出成形体のスリットを穿設すべきセル列に沿って可動する（より具体的には、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するように突出する）スリット穿設部材とを有する製造装置により達成することができる。
【００３６】
(1)押出成形機
一般に、押出成形機とは、押出機と押出用口金とを備え、押出機に投入した成形原料を押出用口金から押し出すことにより、連続的に所望形状の成形体を得ることが可能な成形機をいう。本発明の製造装置においては、押出機の種類は特に限定されず、例えば単軸、２軸、或いは多軸のスクリュー押出機やプランジャー押出機等の従来公知の押出機を好適に用いることができる。
【００３７】
本発明の製造装置における押出用口金は、ハニカム構造体の外形に対応する内壁、及び図４に示すように多数のセルに対応するセルブロック４８が並列した形状（即ち、ハニカム構造体と相補的な形状）であることが必要である。セルブロック４８が図裏面側から押し出される成形原料を堰き止めることにより、多数のセルが形成される。
なお、本発明においては、セラミック粉末、バインダ、溶媒の他、必要により界面活性剤、可塑剤等を添加し、混練してなるセラミック坏土を成形原料として使用する。
【００３８】
(2)スリット穿設部材
本発明の製造装置におけるスリット穿設部材は、押出されつつある生の成形体にスリットを穿設するための部材である。
従って、乾燥体・焼結体を加工対象とする場合とは異なり、高速度鋼の刃をロウ付けしたバイトやダイヤモンドを電着した砥石のような硬度は不要であり、また、グラインダやドリルのように回転体である必要もない。
【００３９】
スリット穿設部材は押出用口金の近傍に配設することが必要である。押出成形時や成形体の乾燥・焼成時の収縮、変形の影響をできる限り排除し、目的のセル列にスリット穿設部材を位置合わせし易くするためである。
具体的には、押出用口金のセルブロックのうち、スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に、スリット穿設部材が突出するように構成すれば、セル列とスリットの位置が一致し、目的のセル列のみに正確・精密なスリットを穿設することが可能となる。
【００４０】
スリット穿設部材は押出用口金の近傍に配設する形態としては、例えば、スリット穿設部材を押出用口金外部に突出するように配置することが考えられる。口金外部にスリット穿設部材を突出させるように配置する場合には、スリット穿設部材は切削刃物として機能し、セルの形成後に、切削加工によりスリットが穿設されることになる。
【００４１】
但し、本発明の製造装置においては、押出用口金内部にスリット穿設部材が突出するように構成する。より具体的には、押出用口金におけるスリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、セルブロックに当接するように突出させる。口金内部にスリット穿設部材を突出させる場合には、スリット穿設部材は押出用口金におけるセルブロックの一部をなし、その部分の坏土を堰き止める役割を果たすため、セルの形成と同時に、押出成形によりスリットが穿設されることになる。この場合、図１（ａ）に示すようにスリット穿設部材４の先端部がセルブロックの側縁部に当接する位置に突出するようにスリット穿設部材４を配置すれば、ハニカム構造体の外壁部のみにスリットを設けることができ、図１（ｂ）に示すようにセルブロックの後段に、より具体的にはスリット穿設部材の側縁部がセルブロックの先端部に当接する位置に突出するようにスリット穿設部材４を配置すれば、ハニカム構造体の外壁部３ａのみならず内部にもスリット５を設けることが可能となる。
【００４２】
スリット穿設部材の厚みは、スリット穿設部材によりセル壁を破損しないようセル孔径と同等以下とすることが好ましく、隣接する複数のセル列を同時に破断する場合にあっては、最外列のセル壁を破損しない厚みとすることが好ましい。
【００４３】
本発明においては、押し出されつつある成形体に対してスリットを穿設するため、スリット穿設部材は坏土の押出圧力に屈しない程度の剛性が必要である。剛性が低い場合には、スリット穿設部材が坏土の押出圧力に屈して変形し、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスの可能性があるからである。成形体押出方向に長さを有する形状（例えば、長方形状、正方形状）は当該方向に対する剛性が高い点において好ましい。
【００４４】
本発明の製造方法は、押出されつつある成形体の位置とスリット穿設部材の突出のタイミングにより任意の長さでスリットを穿設できるため、スリット穿設部材の長さとスリットの長さが一致している必要はない。従って、上述の剛性が確保されている限りにおいて、スリット穿設部材としては、成形体押出方向に長さを持たないピン形状のものも使用できる。
【００４５】
スリット穿設部材の刃先形状は特に限定されないが、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように成形体押出方向に対する断面形状としては円形、長方形、クサビ型等が挙げられる。刃先形状が長方形やくさび形のような角部を有する形状においては成形体乾燥時・焼成時にスリット縁端部からクラックが進展することを防止するため、角部をテーパ形状やＲ形状とすることが好ましい。
【００４６】
また、スリット穿設部材突出方向に対する先端断面形状としては、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように円形、長方形、半リング型、くさび型等が挙げられる。
【００４７】
なお、図６（ｅ）に示すように部材突出方向に対する先端断面形状４１を成形体４２の外周面と一致する形状とすると、スリット穿設部材の刃先（先端面）が成形体に同時に食い込み、スリット端部の形状を正確に形成できる点において好ましい。本発明においては押し出されつつある成形体に対してスリット穿設部材を突出させるため、図６（ｆ）に示すように先端断面形状４３が成形体４２と一致しない形状の場合には刃先の図左側のエッヂが先に成形体に食い込む。従って、スリットの端部が鋭角に形成されてしまい、スリット端部の形状を正確に形成することができないという不具合があるからである。
【００５０】
スリット穿設部材は、成形体の一方のサイドのみから突出するように配置しても良い。但し、この場合には、スリット穿設部材が長くなり、撓みを生じ易くなることに起因して、スリット形状が歪み、或いはスリット両側のセル壁を破損させるおそれがある。
成形体の両サイドから成形体内側に向かって突出するように配置すれば、このような不具合が少なく、また、構造体内側ほど短く、外周面側に近づくにつれて長くなるスリットを設けることが可能である点においても好ましい。
【００５１】
スリット穿設部材の突出・格納や突出深さの調整は、エアシリンダの他に、油圧シリンダや電動シリンダ等により行うことができる。
スリット穿設部材５１の最大突出深さを制限するために、図７に示す如くストッパ５４を設けてもよい。
【００５２】
本発明の製造装置は、押出されつつある成形体の位置を検知するための検知手段、及びスリット穿設部材の動作を制御するための制御手段を有するものが好ましい。検知した位置に応じてスリット穿設部材の動作（突出及び格納）を制御することにより成形体の長さ方向の任意の位置に、任意の長さのスリットを穿設することが可能となるからである。
【００５３】
検知手段としては、成形体の位置を検知するセンサ、セラミック坏土の押出量を検知するセンサ、セラミック坏土の押出時間を検知するタイマ等が挙げられる。
【００５４】
例えば図８に示す製造装置６１は、成形体の押出方向に連続して配置した複数のセンサにより成形体の先端位置を検知し、センサＳ１，Ｓ３の検知信号によりスリット穿設部材を突出させ、センサＳ２，Ｓ４の検知信号により格納する制御を可能としたものである。製造装置６１によれば両端部の近傍に各々スリットが穿設された成形体を得ることができる。スリット穿設後には、センサＳ５の検知信号により坏土の押出が停止され、成形体の末端部が口金６３近傍で切断される。
【００５５】
３．適用対象
本発明の製造方法は、多数のセルが並列する複数のセル列を有するハニカム構造体、具体的には、各セルを無作為に形成したものではなく、ハニカム構造体のセル開口面から見た場合において多数のセルが少なくとも構造体の１方向に並列した「セル列」を複数列有するものの製造方法である。
【００５６】
上記条件を満たす限りにおいて、本発明の製造方法を適用できる構造体の形状、材質、サイズ、セル形状、セル孔径、セル間隔（セル壁厚さ）等の条件は特に限定されない。例えば基材形状は断面形状が円形、正方形、長方形、或いは六角形などの筒状体とすることができ、基材材質はアルミナ、チタニア、ムライト、ジルコニア、コージェライト、或いはこれらの混合物など、種々のセラミック材料の中から目的に応じて適宜選択すればよい。
【００５７】
セルの形状についても、円形、四角形、五角形、六角形をはじめとする種々の形状を用いることができ、場合によっては図４のようなセルブロックを用いることにより複数のセル形状を適宜組み合わせても良い。
【００５８】
但し、スリット穿設セル列のセル形状は四角形であることが好ましい。四角セルはスリット穿設部材の突出方向に対してセルの内壁が直線的に構成されるため、スリット穿設部材がセルの内壁に沿って前進し易く、隣接するセル列を破断したり、セル壁を削ってしまう等の加工ミスを防止できるからである。
【００５９】
４．用途
スリット付きハニカム構造体は、既述のように固液分離フィルタとして特に好適に用いることができる。例えば、本発明の製造方法により製造されたハニカム成形体を乾燥し、スリット穿設セル列の開口端を目封じして焼成し、必要に応じてスリット穿設列以外のセル内周面にディッピング法等によりセラミック濾過膜を形成することにより、固液分離フィルタとすることができる。
【００６０】
また、スリット付きハニカム構造体の別の用途として、熱交換器としての利用が考えられる。従前は図１１（ａ）に示す如くハニカム構造体のセル１０５をそのまま熱経路として使用し、ハニカム構造体のブロック１０２を交差・積層することにより熱交換器１０１としていたが、図１１（ｂ）に示すようなスリット付きハニカム構造体によれば、端部を封止部材１０６で目封じしたスリット１０４穿設セル列とその他のセル１０５を交差する熱経路として使用し、１つの構造体で熱交換器１０３を構成することが可能だからである。
即ち、本発明の製造方法は、このような熱交換器を一体的に製造できるという利点を有する。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明の製造方法を実施例により更に詳細に説明する。
但し、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。
【００６２】
実施例、比較例とも、成形原料としては平均粒径150μｍのアルミナ粉末、有機バインダ、水を添加し混練してなるセラミック坏土を使用した。
押出機としてはプランジャー押出機を、押出用口金としては、内径が180ｍｍの中空円形で、当該中空部に、対辺長さ3ｍｍの六角形状のセルブロックを3.6ｍｍピッチで配置したものを使用した。当該押出用口金によれば約2000個のセルが形成されたハニカム成形体を得ることができる。成形体の押出長さは1000ｍｍとした。
【００６３】
スリットは、実施例、比較例ともハニカム構造体の両端部から各々３０〜１００ｍｍの部分に、セル列６列おきに９本ずつ穿設し、いずれもハニカム構造体を貫通する貫通スリットとした。即ち、１基のハニカム構造体につき合計１８本（９本×端部２箇所）のスリットを穿設した。
【００６４】
ｉ）加工ミス
１基のハニカム構造体に１８本のスリットを穿設する際に生じた、隣接するセル列の破断、セル壁の誤削等の加工ミスの箇所を計数した。加工ミスがなかった場合は◎、加工ミスが１箇所でもあった場合は×として評価した。
【００６５】
ｉｉ）溝幅精度
実施例１〜２についてはスリットを穿設した成形体を乾燥した後、スリットの溝幅を測定した。比較例１については乾燥体にスリットを穿設し、そのままスリットの溝幅を測定した。１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以内の場合は◎、２．５ｍｍ超、３．０ｍｍ以下の場合は△、その他の場合は×として評価した。
【００６６】
ｉｉｉ）加工時間
１基のハニカム構造体に１８本のスリットを穿設するために要した時間を測定した。別途、加工時間を必要としない場合は◎、別途、加工時間を必要とした場合は×として評価した。
【００６７】
（実施例１）
図１（ｂ）に示すようにスリット穿設部材４として幅２．４ｍｍ×長さ６．７ｍｍの平板体を使用し、当該スリット穿設部材４が押出用口金２内部に（より具体的には、押出用口金２におけるスリット５を穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するように）、かつ、成形体３の両サイドから成形体３内側に向かって突出するように配置した製造装置１を用い、押出成形工程においてスリットの穿設を行った。この製造装置１においては、セルブロックの後段に、より具体的にはスリット穿設部材４の側縁部がセルブロックの先端部に当接する位置にスリット穿設部材４が突出するように構成した。その結果を表１及び表２に示す。
なお、図１（ｂ）の製造装置は、作図の便宜上、成形体の一方のサイドのスリット穿設部材のみを図示したものであり、他方のサイドは捨象してある。図９〜図１０の製造装置についても同様である。
【００６８】
（実施例２）
図９に示すようにスリット穿設部材７４として２．４ｍｍφのピンを使用し、当該スリット穿設部材７４が押出用口金７２内部に（より具体的には、押出用口金７２におけるスリット７５を穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、そのセルブロックに当接するように）、かつ、成形体７３の両サイドから成形体７３内側に向かって突出するように配置した製造装置７１を用い、押出成形工程においてスリットの穿設を行った。この製造装置７１においては、セルブロックの後段に、より具体的にはスリット穿設部材７４の側縁部がセルブロックの先端部に当接する位置にスリット穿設部材７４が突出するように構成した。その結果を表１及び表２に示す。
【００７０】
（比較例１）
図１０に示すようにスリットを穿設していない成形体を乾燥後、ハニカム構造体９３の両端面（セル開口面）のスリットを穿設すべきセル列間を結ぶように構造体９３外側面にけがきを行い、当該けがき部分をダイヤモンドを電着した研削砥石９４で切削してスリット９５を穿設した。その結果を表１及び表２に示す。
【００７１】
【表１】
【表２】
（結果）
ｉ）加工ミス
実施例１〜２については加工ミスは全く生じなかったのに対し、比較例１ではセル壁を削ってしまう加工ミスが７箇所発生した。
【００７４】
ｉｉ）溝幅精度
実施例１〜２において乾燥後にややスリット幅の縮小が認められたものの実用上問題はなく、いずれも溝幅精度は良好であった。比較例１についてはセル壁を削ってしまう加工ミスのため、セル壁を破りそうになったものもあり、溝幅精度は低かった。
【００７５】
ｉｉｉ）加工時間
実施例１〜２においては押出成形とスリット穿設を同時に行うため、スリットを穿設するための加工時間を必要としないのに対し、比較例１においては１８本（９本×２箇所）のスリットを目視しながら１本ずつ穿設するために別途３２分の時間を必要とした。
【００７６】
ｉｖ）その他
比較例１においては硬化した乾燥体にスリットを穿設するため研削砥石の寿命が短かった。一方、実施例１〜２はいずれも生の成形体を加工対象とするため、スリット穿設部材の寿命はいずれも長かった。中でも実施例１の平板体が最も寿命が長く、実施例２のピンがこれに次いだ。
【００７７】
また、実施例１〜２においては自動化された製造装置によりスリット穿設を行うため加工に際し特別な作業を必要としないのに対し、比較例１は構造体外周面にけがきを行い、かつ、目視しながら構造体を切削する必要があり作業が繁雑であった。更に、比較例１はハニカム構造体１基あたりの加工時間が長く、ツール寿命が短く、作業が繁雑であることに起因して、加工コストが高かった。
【００７８】
以上の各項目を総合的に評価すると、実施例１〜２が全体的に良好な結果を示したのに対し、比較例１は加工精度、加工時間、ツール寿命、作業の繁雑さ、コストの全ての項目において問題があった。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の製造方法及び製造装置は、目的のセル列のみを破断する正確・精密なスリット穿設が可能であり、かつ、大量生産にも適するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法の一の実施例を示すスリット部分の概略断面図であり、（ａ）は成形体外壁部のみにスリットを穿設する方法、（ｂ）は成形体内部にスリットを穿設する方法を示す。
【図２】 スリット付きハニカム構造体の一の実施態様を示す概略図であって、（ａ）はセル部分の拡大図、（ｂ）は全体形状の斜視図である。
【図３】 スリット付きハニカム構造体の別の実施態様を示す概略図であって、（ａ）は全体形状の斜視図、（ｂ）はセル部分の拡大図である。
【図４】 押出用口金の形状を示す概略図である。
【図５】 スリット穿設部材の刃先形状を示す概略図（ａ）〜（ｃ）である。
【図６】 スリット穿設部材の刃先形状を示す概略図（ａ）〜（ｆ）である。
【図７】 本発明の製造装置の一の実施態様を示す概略図である。
【図８】 本発明の製造装置の検知手段の一の実施態様を示す概略図である。
【図９】 本発明の製造方法の別の実施例を示すスリット部分の概略断面図である。
【図１０】 従前の製造方法の一の実施例を示す概略図である。
【図１１】 熱交換器を示す概略図であって、（ａ）は従前の熱交換器、（ｂ）はスリット付きハニカム構造体を利用した熱交換器である。
【符号の説明】
１…製造装置、２…押出用口金、３…成形体（３ａ…外壁部、３ｂ…セル壁）、４…スリット穿設部材（平板体）、５…スリット（５ａ…スリット端部）、２１…ハニカム構造体、２２…基材、２３…セル、２４…スリット、２５…封止部材、２６…セル列（２６ａ…スリット穿設セル列）、３１…ハニカム構造体、３２…基材、３３…セル、３４…スリット、３５…封止部材、４１，４３…先端断面形状、４２…成形体、４８…セルブロック、５１…スリット穿設部材、５２…押出用口金、５３…エアシリンダ、５４…ストッパ、６１…製造装置、６２…押出機、６３…押出用口金、６４…コンベア、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…センサ、７１…製造装置、７２…押出用口金、７３…成形体（７３ａ…外壁部、７３ｂ…セル壁）、７４…スリット穿設部材（ピン）、７５…スリット（７５ａ…スリット端部）、９３…成形体、９４…研削砥石、９５…スリット、１０１，１０３…熱交換器、１０２…ハニカム構造体のブロック、１０４…スリット、１０５…セル、１０６…封止部材。
Claims (6)
- 多数のセルが並列する複数のセル列を有し、かつ、当該セル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体の製造方法であって、
ハニカム構造体の押出成形工程において、押出用口金における前記スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、当該セルブロックに当接するようにスリット穿設部材を突出させることにより、押出されつつある成形体に対してスリットを穿設することを特徴とするスリット付きハニカム構造体の製造方法。 - セルの形成と同時に、押出成形によりスリットを穿設する請求項１に記載のスリット付きハニカム構造体の製造方法。
- 押出されつつある成形体の位置を検知し、スリット穿設部材の動作を制御する請求項１又は２に記載のスリット付きハニカム構造体の製造方法。
- 多数のセルが並列する複数のセル列を有し、かつ、当該セル列に沿って穿設された、外部空間と連通するスリットを備えたスリット付きハニカム構造体を製造するための製造装置であって、
ハニカム構造体の押出用口金を有する押出成形機と、
前記押出用口金の近傍に配設され、前記押出用口金における前記スリットを穿設すべきセル列に対応するセルブロックが並列する方向に向かって、当該セルブロックに当接するように突出するスリット穿設部材とを有することを特徴とするスリット付きハニカム構造体の製造装置。 - スリット穿設部材を、押出用口金内部に突出するように配置した請求項４に記載のスリット付きハニカム構造体の製造装置。
- 押出されつつある成形体の位置を検知するための検知手段、及びスリット穿設部材の動作を制御するための制御手段を有する請求項４又は５に記載のスリット付きハニカム構造体の製造装置。
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