JP4341009B2

JP4341009B2 - ハニカム構造体の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP4341009B2
Application number: JP2003046834A
Authority: JP
Inventors: 一早川
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004255623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハニカム構造体の製造装置及び製造方法に係わり、詳しくはディーゼル機関が排出する排気ガス中のＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ＝微粒子物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）などの環境汚染物質を浄化するフィルタとして使用されるハニカム構造体を製造するに好適な製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境を保全するため全世界的に自動車の排気ガス規制が強化されつつあり、特にディーゼル機関から排出される排気ガス（以下ガスと称する。）中のＰＭやＮＯｘは大気汚染や光化学スモッグなどの公害を引き起こすためガソリン機関に比べ大幅な規制強化が各国で実施されている。そのＰＭやＮＯｘを浄化する排気ガス浄化装置のフィルタとして、セラミックからなるハニカム構造体を主体としたフィルタが使用されている。
【０００３】
上記フィルタとして使用するハニカム構造体は、複数のセルと、前記セルのうち所定のセルの一方端部とその他のセルの他方端部を封止する封止栓とを有している。
【０００４】
さらに、上記フィルタのガス浄化性能や再生効率を向上するため、図６に示すようなハニカム構造体５が提案されている。なお、図６は、ハニカム構造体５の概略断面視である。
ハニカム構造体５は、基本的には上記ハニカム構造体と同様な構造であり、少なくとも、例えばコージュライト質セラミックからなる通気性の高い筒状のセル壁５２と、前記セル壁５２で隔離された複数のセル５５と、前記セル５５のうち所定のセル５５の一方端部とその他のセル５５の他方端を封止する通気性の低い封止栓５４とを有し、図において矢印で示すようにセル５５の一方端から他方端へガスを流通させるものである。ここで、前記一方端部の封止栓５４１は、図に示すようにセル９５の一方端面から長さＬ離間してセル５５の一方端と他方端の中間部でセル５５を封止する。以下、前記封止栓５４１のようにセル５５の端面より奥まった位置に配設された封止栓５４を内栓と称し、封止栓５４２のようにセル５５の端に配設された封止栓５４を外栓と称する。
【０００５】
上記ハニカム構造体５によれば、図中矢印で示すように、例えばＰＭを含むガスは、前記一方端部で開口する所定のセル５５から流入し、そのセル５５のセル壁５２を透過し、隣接するセル５５、すなわち他方端部で開口するその他のセル５５から流出する。この際、ガス中に含まれるＰＭの移動をセル壁５２で阻止し、ＰＭを捕獲するので、浄化されたガスが他方端部から排出される。
【０００６】
次述するようにして、所定のセルの一方端部を内栓で封止したハニカム構造体の製造する方法の一例が、下記特許文献１に開示されている。
［成形工程］
コージュライト粉末及び可燃性粉末（例えば樹脂粉末）からなるスラリーを押出成形機により成形し、ハニカム構造体を形成する。
［乾燥工程］
前記ハニカム構造体を乾燥する。
［封止工程］
乾燥したハニカム構造体の所定のセルの一方端とその他のセルの他方端にコージュライト粉末を素材とするペースト状の封止材を埋め込む。なお、前記一方端叉は他方端の所定のセルにだけ封止材を押し込むには、セルと同じ空間位置に開口を持つマスク用の多孔プレートを用いればよい。
［封止材押込工程］
可燃性粉末からなる封止材を前記一方端部のセルの一方端にだけ埋め込む。これにより一方端に先に埋め込まれた封止材は一方端から必要寸法だけ押し込まれる。
［焼成工程］
封止材を埋め込んだハニカム構造体を焼成すれば、可燃性粉末は焼失して所望のハニカム構造体が完成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３３７３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の製造方法においては、セルの中間部に内栓を配するに封止材押込工程を専用で必要とするので効率的でなく、加えて封止材を押し込む際にセル壁が破損して歩留が低下するという問題があった。
さらに、押出成形機を用いハニカム構造体を押出成形で形成する場合、押出成形機の金型の成形通路における流路抵抗のバラツキやスラリー自身の密度バラツキのため金型から押出されるスラリー流量が一定せず、ハニカム構造体が変形して押出されることがある。近年、ガス浄化性能の向上のためにハニカム構造体の表面積の増大が要求されており、ハニカム構造体が大型化する一方で、セルは小型化する傾向にある。そのようなハニカム構造体の成形工程において前記したように変形が発生すると、封止材を埋め込むセルの配置パターンが成形ごとに異なったものとなる。もって、多孔プレートの開口と封止材を埋め込む所定のセルの空間位置が一致せず、所望のセルに封止材が埋め込まれない場合がある。もって、封止栓が欠落した信頼性の低いハニカム構造体が市場に供給される問題があり、その問題を解消するためには、検査において多大な工数を必要とするという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を鑑み発明者らが鋭意検討の上なされたものであり、その第１の目的は、ハニカム構造体の効率的な製造方法及び製造装置を提供することを、第二の目的は、封止栓の欠落の少ない信頼性の高いハニカム構造体の製造装置及び製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のハニカム構造体の製造装置は、複数のセルと、前記複数のセルのうち所定のセルの一方端面から所定長さ離間した中間部を封止する封止栓とその他のセルの他方端部を封止する封止栓とを有するハニカム構造体の製造装置であって、前記ハニカム構造体を成形する金型を備え当該金型の一方端面より一方へ前記ハニカム構造体を押出す押出成形部と、前記押出成形部から押出されたハニカム構造体の前記所定のセルの中間部に封止材を充填する充填部を有し、前記充填部は、前記押出成形部から押出されたハニカム構造体の前記所定のセルに挿入され封止材を供給する筒状の導入部を有する充填手段を有し、さらに前記導入部の他方端は、前記ハニカム構造体の押出方向において前記金型の一方端面に近接した位置に位置決め可能に構成されていることを特徴としている。
【００１１】
上記製造装置において、さらに、前記押出成形部から押出されるハニカム構造体の押出方向に沿い前記充填手段を移動させる移動手段とを有していれば望ましい。
【００１２】
本発明のハニカム構造体の製造方法は、複数のセルと、前記複数のセルのうち所定のセルの一方端面から所定長さ離間した中間部を封止する封止栓とその他のセルの他方端部を封止する封止栓とを有する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方向において金型の一方端面に近接した位置に前記所定のセルに挿入され封止材を供給する筒状の導入部の他方端を位置決めする配置工程と、前記配置工程の後にハニカム構造体を一方へ押出し成形する成形工程と、所定の長さまでハニカム構造体を成形した後に前記所定のセルに挿入された導入部から封止材を供給し前記所定のセルの中間部に封止材を充填する充填工程を含むことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のフィルタの製造装置の一例を示す概略断面図である。図２は、図１の製造装置で用いる金型の詳細構造を示す斜視断面図である。図３は、フィルタを製造する全体の流れを示すフロー図である。図４は、図１の製造装置によるフィルタの製造方法を説明するための概略工程図である。図５は、図１の製造装置の変形例である。なお、本発明で対象とするハニカム構造体は、図６を参照し説明したハニカム構造体５と同一のものであり、そのセル５５は、厚みｔのセル壁５２で隣接するセル５５と隔離され、一辺の長さがＳの断面矩形状をなしている。
【００１４】
まず、ハニカム構造体５の全体の製造フローについて図３を参照し説明する。
［原料製造工程］
カオリン、タルク、溶融シリカ、コロイダルシリカ、水酸化アルミ及びアルミナなどの酸化物系セラミックの粉末を適量調整したコージュライト生成原料粉末に、成形助剤としてのメチルセルロースと造孔材としての小麦粉と水をそれぞれ適量で添加混練してスラリー状の原料を製造する。
［成形工程］
下記で詳述する製造装置で原料を押出してハニカム構造体を成形するとともに、所定のセルの一方端部に封止材を充填する。
［乾燥工程］
成形したハニカム構造体を乾燥する。
［外栓形成工程］
乾燥したハニカム構造体の、その他のセルの他方端に封止材を充填する。
［焼成工程］
乾燥したハニカム構造体を焼成し、所望のハニカム構造体を得る。
【００１５】
上記成形工程でハニカム構造体を形成する製造装置の構造について、図１を参照し説明する。なお、下記で説明する製造装置は、鉛直方向において下方にハニカム構造体を押出す縦型のものである。もって、以下で説明する一方とは下方であり、他方とは上方とここで定義する。なお、本発明はハニカム構造体を水平方向に押出す横型の製造装置にも同様に適用することが可能である。
【００１６】
図１に示すように、製造装置１は、ハニカム構造体５を成形するとともに一方へ押出す押出成形部２と、押出されたハニカム構造体５の所定のセル５５の一方端部に封止材を充填する充填部４を有している。
【００１７】
前記押出成形部２は、周知の押出成形装置であり、シリンダー状の原料供給手段２７と金型２３を有している。原料供給手段２７は、原料３を内部空間に収納する略円筒形状の収納容器２４と、段付円柱形状で径大部の外周面が収納容器２４の内周面に嵌合し昇降可能な加圧部材２６と、加圧部材２６に連結して加圧部材２６を昇降する押圧手段（図示せず）と、収納容器２４の一方端面に密設するとともに加圧部材２６の小径部の外周面が嵌合する孔部を備えた蓋２５とを有している。原料供給手段２７によれば、収納容器２４に原料３を収納し、押圧手段で加圧部材２６を押圧し、加圧部材２６で原料３を加圧して他方へ供給することができる。なお、原料供給手段２７の態様は上記構成に限定されることなく、例えば加圧部材をスクリュー状のものとし、加圧部材を旋回して原料３を他方へ供給してもよい。
【００１８】
次に、金型２３について図２を参照して説明する。図２は、理解のために図１の金型２３の上下面を反転した状態を示している。
図２（ａ）に示すように、金型２３は、厚みＤの略平板状をなし、一方端面（図１において下面）からの深さがｄ１、幅がｔ´のスリットをピッチ（Ｓ´＋ｔ´）で縦横に直交させてなる成形通路２３１と、前記スリットの交差の他方にスリットと連通させた大略円柱形状の受容部２３２を有している。ここで、前記スリットの幅ｔ´は、成形したハニカム構造体の焼成時の収縮率を考慮し、セル壁の厚みｔが所望の寸法となるよう適宜設定される。また、スリットのピッチＳ´も、同様に、セルの大きさＳが所望の寸法となるよう適宜設定される。
上記構成の金型２３によれば、前記受容部２３２は、前記原料供給手段２７から供給される原料３を受容するとともに成形通路２３１へ供給する。成形通路２３１は、受容部２３２から供給された原料３を成形し、碁盤目状のセル壁５２で隔離された一辺の長さがＳ´の断面矩形状の複数のセル５５を有するハニカム構造体５を形成する。該ハニカム構造体５は、前記加圧部材２６により他方から押圧されているので、金型２３から一方へ押出されることとなる。
【００１９】
次に、充填部４について図１を参照して説明する。充填部４は、少なくとも、前記押出成形部２から一方に押出されるハニカム構造体５の所定のセル５５の一方端部に封止材６を充填する充填手段４１と、前記ハニカム構造体５の押出方向に沿い該充填手段４１を昇降させる移動手段（図示せず）を有している。ここで、前記封止材６は、セル５５に充填した後に位置を保持できるよう適宜な粘性を有し前記原料３と同様な材料からなるペースト状のものとすれば望ましい。もって、前記セル５５に充填した封止材６をハニカム構造体５とともに焼成すれば、ハニカム構造体５とともに封止材６は緻密固化して、ハニカム構造体５の一方端部を封止する封止栓（内栓）５４１が形成される。
【００２０】
本実施態様の充填手段４１は、その他方端において開口しセル５５へ封止材６を導入する導入部４１ａと導入部４１ａに連通した充填通路４１ｂを備え、セル５５´に挿入可能な筒状をなしている。充填手段４１は、平面方向において内栓５４１で封止する所定のセル５５に対応した位置に、その軸心をセル５５の軸心に合わせ前記金型２３の一方側に配設する。平面方向における充填手段４１の配設位置を、さらに具体的に説明すると、図２（ｂ）に示すように、充填手段４１は、内栓５４１で封止する所定のセル５５が押出される成形通路２３１で囲まれた区画の略中央部に、所定のピッチ（２×（Ｓ´＋ｔ´））で配設する。もって、充填手段４１は、押出されたセル壁５２に接触することなくセル５５に挿入されることとなる。なお、上記したように成形ハニカム構造体５の変形による、セル壁５２と充填手段４１の接触を回避するため、充填手段４１の他端部は、図に示すように、テーパ状とすることが望ましい。さらに、充填手段４１の外周面を鏡面状とすれば、上記変形によりセル壁５２が接触しても、充填手段４１にセル壁５２が付着することを防止でき好適である。
【００２１】
前記移動手段は、例えばエアシリンダーなどの周知の直動装置で構成され、押出成形部２から押出されるハニカム構造体５の押出速度に同期して充填手段４１を昇降させるものである。なお、充填手段４１の昇降範囲は、その他方端面と金型１３の一方端面が当接する位置が上昇限で、金型１３の一方端面からハニカム構造体５の長さまでが下降限となる。
【００２２】
充填部４は、さらに、前記充填手段４１の充填通路４１ｂに連結し、充填通路４１ｂを介して前記導入部４１ａへ封止材６を供給する封止材供給手段４２を有している。封止材供給手段４２は、例えばプランジャーポンプやギアポンプなど周知の供給装置で構成される。
【００２３】
上記構成の製造装置１によれば、押出成形部２でハニカム構造体５を一方へ押出し成形するとともに、押出された成形ハニカム構造体５の所定のセル５５の一方端部に封止材６を充填することができる。以下、製造装置１の動作について図４を参照し詳述する。
【００２４】
（原料収納工程）
図４（ａ）に示すように、原料供給手段２７の蓋２５と加圧部材２６を取り外した状態で、所定量、本実施態様では１個分のハニカム構造体５に必要な量の原料３を収納容器２４に収納し、蓋２５と加圧部材２６を装着し、収納容器２４の内部を真空状態とする。
【００２５】
（充填手段配置工程）
図４（ｂ）に示すように、充填手段４１を金型２３の一方側に配置する。なお、充填手段４１の他方端面を金型２３の一方端面の直近位置にセットすれば望ましい。ここで、前記直近位置とは、前記充填手段４１の他方端面が金型２３の一方端面に当接する位置と、多少離れた位置とを含んでいる。
【００２６】
（成形工程）
次に、図４（ｃ）に示すように、加圧部材２６を一方に押圧して原料３を加圧する。加圧された原料３は、金型２３の受容部２３２に受容され、受容部２３２から成形通路２３１へ供給され、成形通路２３１でハニカム構造体５に成形される。成形されたハニカム構造体５は、金型２３から一方へ押出される。ここで、充填手段４１は、所定のセル５５に対応した位置に配設され、その一方で上述のように金型２３の直下にセットされている。金型２３から押出されたハニカム構造体５が変形していても金型２３の直下での変形量は少ないので、充填手段４１は、所定のセル５５にスムースに挿入されることとなる。
【００２７】
その後、ハニカム構造体５が所定の押出量Ｌ´まで押出されたことを確認し、ハニカム構造体５の成形を継続しながら、その成形速度に同期して充填手段４１を下降させる。ここで、前記押出量Ｌ´は、図６に示すように、セル５５の一方端面から内栓５４１の端面までの距離Ｌに、ハニカム構造体５の焼成時の収縮率を考慮して適宜設定した長さとする。なお、前記押出量Ｌ´の確認は、人間が行っても良いし、所定の位置に配設したセンサーで行うようにしてもよい。
【００２８】
（充填工程）
図４（ｄ）に示すように、所定の長さまでハニカム構造体５を成形した後、封止材供給手段４２を作動して封止材６を充填手段４１に供給し、導入部４１ａにより所定量の封止材６を導入し、所定のセル５５の一方端部の所定の位置Ｌ´に封止材６を充填する。
【００２９】
封止材６は、ハニカム構造体５とともに乾燥され（乾燥工程）、焼成され（焼成工程）、ハニカム構造体５とともに緻密固化して、所定のセル５５の一方端部が封止栓（内栓）５４１で封止された所望のハニカム構造体５を得ることができる。このように本発明によれば、ハニカム構造体５の成形中に、所定のセル５５へ封止材６を充填できるので、封止材６を充填する工程を専用に設ける必要がない。なお、充填手段４１を下降させる前記押出量Ｌ´の設定により、所望の位置に封止材６を充填することができ、例えばセル５５の一方端に封止材６を充填することも可能である。
【００３０】
本発明の製造装置は上記説明の製造装置に限定されることなく、例えば図５に示す製造装置１´を例示することができる。ここで、図５（ａ）は、製造装置１´の概略断面図であり、図５（ｂ）は、製造装置１´の要部拡大断面図である。なお、上記した製造装置１と同一のものには、同一符号を付し詳細な説明を省略する。
【００３１】
製造装置１´は、前記と同様な押出成形部２と、セル５５に挿入可能な筒状の充填手段４３と充填手段４３を昇降させる移動手段（図示せず）を備えた充填部４´を有し、前記充填手段４３は、その内部に昇降自在で針状の破開冶具４６と、充填手段４３の他方端に配設するとともに、セル５５に挿入可能で封止材６を内包する導入部４４を備えている。充填手段４３は、前記充填手段４１と同様に、平面方向において内栓５４１で封止する所定のセル５５に対応した位置に、その軸心をセル５５の軸心に合わせ前記金型２３の一方側に配設する。
【００３２】
前記破開冶具４６は、例えばエアなどでその他方端面を押圧すれば、上昇し、その他方端部が導入部４４に突き刺さり、導入部４４を破開して、導入部４４が内包する封止材６を所定のセル５５に導入する。もって、導入部４４は、例えば樹脂や紙など容易に破開可能な材料で形成することが望ましい。
【００３３】
上記充填部４´を有する製造装置１´によれば、所定の量の原料３を収納容器２４に収納し（原料収納工程）、上記と同様に、金型２３の一方側に充填手段４３をセットし（充填手段配置工程）、ハニカム構造体５を成形する（成形工程）。その後、所定の長さまでハニカム構造体５を成形した後、破開冶具４６を上方に移動させて導入部４４を破開し、所定のセル５５の一方端部の所定の位置Ｌ´に封止材６を充填することができる。
【００３４】
なお、上記説明ではハニカム構造体５を個々に成形したが、上記製造装置１の近傍に、所定の長さに成形されたハニカム構造体を切断する切断手段を設け、上記原料収納工程において所望の個数のハニカム構造体５を成形できる量の原料３を収納容器２４に収納し、充填手段４１をセットし（充填手段配置工程）、ハニカム構造体５を成形し（成形工程）、ハニカム構造体５が所定の長さまで成形された時点で切断手段により切断し（切断工程）、封止材６を充填する（充填工程）、充填手段配置工程〜充填工程のサイクルを所望の個数だけ繰り返し、連続的にハニカム構造体５を成形するようにすれば、効率的にハニカム構造体５を製造できるので望ましい。
【００３５】
【発明の効果】
上記説明のように、本発明のハニカム構造体の製造装置及び製造方法によれば、押出成形部でハニカム構造体を一方へ押出し成形するとともに、同時に、押出された成形ハニカム構造体の所定のセルの一方端部に封止材を充填することができるので、封止材を充填する工程を専用で設ける必要がなく、効率的にハニカム構造体を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックハニカムフィルタの製造装置の概略断面図である。
【図２】図１の製造装置の金型の斜視図である。
【図３】セラミックハニカムフィルタの全体の製造フローを説明する図である。
【図４】図１の製造装置の動作を説明する図である。
【図５】図１の製造装置の変形例を説明する図である。
【図６】セラミックハニカムフィルタの概略断面図である。
【符号の説明】
１：ハニカム構造体の製造装置
２：押出成形部
３：原料
４：充填部
５：ハニカム構造体
６：封止材

Claims

複数のセルと、前記複数のセルのうち所定のセルの一方端面から所定長さ離間した中間部を封止する封止栓とその他のセルの他方端部を封止する封止栓とを有するハニカム構造体の製造装置であって、前記ハニカム構造体を成形する金型を備え当該金型の一方端面より一方へ前記ハニカム構造体を押出す押出成形部と、前記押出成形部から押出されたハニカム構造体の前記所定のセルの中間部に封止材を充填する充填部を有し、前記充填部は、前記押出成形部から押出されたハニカム構造体の前記所定のセルに挿入され封止材を供給する筒状の導入部を有する充填手段を有し、さらに前記導入部の他方端は、前記ハニカム構造体の押出方向において前記金型の一方端面に近接した位置に位置決め可能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装置。
請求項１に記載のハニカム構造体の製造装置において、前記押出成形部から押出されるハニカム構造体の押出方向に沿い前記充填手段を移動させる移動手段とを有するハニカム構造体の製造装置。
複数のセルと、前記複数のセルのうち所定のセルの一方端面から所定長さ離間した中間部を封止する封止栓とその他のセルの他方端部を封止する封止栓とを有する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方向において金型の一方端面に近接した位置に前記所定のセルに挿入され封止材を供給する筒状の導入部の他方端を位置決めする配置工程と、前記配置工程の後にハニカム構造体を一方へ押出し成形する成形工程と、所定の長さまでハニカム構造体を成形した後に前記所定のセルに挿入された導入部から封止材を供給し前記所定のセルの中間部に封止材を充填する充填工程を含むことを特徴とするハニカム構造体の製造方法。