JP4908951B2

JP4908951B2 - ハニカム成形体の製造方法及びその研削装置

Info

Publication number: JP4908951B2
Application number: JP2006186293A
Authority: JP
Inventors: 貞昭平井; 正博藤山; 博和市川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: JP2008012786A

Description

本発明は、ハニカム成形体を切断し、その端面を仕上げるハニカム成形体の製造方法及びその研削装置に関する。

内燃機関、ボイラー等の排気ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して排気ガス中から除去する必要性が高まっている。例えば、大型トラックや重機などのエンジンからの排ガスを浄化する目的で、耐熱性を有する大型のハニカム構造体が用いられている。そして、大型のハニカム構造体において、リブ厚を薄くして、浄化性能を向上させる試みが行われている。また、ディーゼルエンジンから排出される微粒子（以下、ＰＭということがある）の除去に関する規制は欧米、日本国内ともに強化される方向にあり、ＰＭを除去するための捕集フィルタ（以下、ＤＰＦということがある）にもハニカム構造体が用いられている。

ハニカム構造体は、押出成形装置によりセラミック材料を混練して連続的に成形体を押出し、所定の長さに切断後、その端面を成形し、焼成して完成品とされる。一般に、ハニカム構造体の切断と端面仕上げには、ダイヤモンド砥材のブレード（カッター）及びホイール等が用いられている。また、ダイヤモンド砥石を用いたバンドソーやワイヤーソーが用いられることもある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９６５２４号公報

近年、製品性能の向上化の要求により、ハニカム構造体の隔壁が薄肉化の傾向にあり、切断時に隔壁の変形が生じやすくなっている。また、ハニカム構造体の大型化が進むとともに、端面の精度が要求されるようになってきている。

ハニカム成形体の切断や端面仕上げにブレード及びホイール砥石を使用する場合、ハニカム成形体のサイズが大きくなるにしたがって、砥石のサイズの大きくする必要がある。しかし砥石のサイズを大きくする場合には、次のような問題が生じる。（１）砥石の外径が大きくなり、回転時の砥石振れ量が増加し、加工時にチッピングが発生する。（２）ボンド砥石の場合、チップの基板への貼り付け精度が悪くなり、加工時にチッピングが発生する。（３）電着砥石の場合、大型のものを作製することは、困難である。

またハニカム成形体の切断や端面仕上げにバンドソーを使用する場合、ハニカム成形体のサイズ大に対して対応は可能であるものの、（１）バンド剛性が低く、仕上げ面に段差が発生する等の品質上の問題が生じるとともに、（２）切断加工速度が遅く、工業生産に適さないという問題がある。

さらにハニカム成形体の切断や端面仕上げにワイヤーソーを使用する場合も、ハニカム成形体のサイズ大に対して対応は可能であるものの、（１）ワイヤー剛性が低く、仕上げ面に段差が発生する、チッピングが発生する等の品質上の問題が生じるとともに、（２）切断加工速度が遅く、工業生産に適さないという問題がある。

上記問題に鑑み、本発明の課題は、ハニカム成形体の端面を良好に仕上げるハニカム成形体の製造方法及び研削装置を提供することにある。特に、ハニカム構造体の大型化、隔壁の薄肉化にも対応できる製造方法及び研削装置を提供する。

上記課題を解決するため、本発明によれば、ハニカム成形体の両端面を切断する切断工程と、該切断工程の後、ハニカム成形体の両端面をカップ型砥石にて研削する端面仕上工程と、を含むハニカム成形体の製造方法が提供される。

本発明のハニカム成形体の製造方法において、より具体的には、端面仕上工程は、２つのカップ型砥石を予め定められた距離を開けてカップ型砥石に形成された砥粒層を対向させて配置し、カップ型砥石の中心軸を回転軸として回転させるとともに、ハニカム成形体の高さ方向を回転軸と平行に、かつハニカム成形体を回転軸に直交する方向に移動させて２つのカップ型砥石間を通過させて行うようにすることができる。

また、本発明によれば、２つのカップ型砥石を予め定められた距離を開けてカップ型砥石に形成された砥粒層を対向させて配置し、カップ型砥石の中心軸を回転軸として回転させる研削部と、ハニカム成形体の端面を研削するために、ハニカム成形体の高さ方向を回転軸と平行に、かつハニカム成形体を回転軸に直交する方向に移動させて２つのカップ型砥石間を通過させて搬送する搬送部と、を備えるハニカム成形体の研削装置が提供される。

より具体的には、カップ型砥石は、その外周部の他方の前記カップ型砥石と対向する面に砥粒層が設けられたようにすることができる。また、砥粒層の外周縁の研削面側にテーパ部が形成されたようにすることができる。そして、テーパ部によって、ハニカム成形体の高さ方向における端面の面取り及び端面の仕上加工を行うことができる。

カップ型砥石は、該砥粒層の内周縁の研削面側にテーパ部が形成されたようにすることができる。

砥粒層は、レジンメタルボンド又はレジンボンドで形成することができ、砥粒層は、集中度が２０以上１００以下のダイヤモンドを含む構成を採用することができる。

本発明のハニカム成形体の製造方法及び研削装置によれば、短時間の加工時間により、ハニカム成形体の端面を良好に仕上げることができる。従来のホイール砥石やバンドソーによる端面仕上では、チッピングが発生していたが、カップ型砥石によって直径が大きいハニカム成形体であっても、隔壁の変形を生じることなく、良好な切断、仕上げを行うことができる。特に、カップ型砥石の外周部の他方の前記カップ型砥石と対向する面に砥粒層が設けられ、砥粒層の外周縁の研削面側にテーパ部が形成されたようにすることにより、ハニカム成形体の端面を研削しつつ良好に仕上げることが可能である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

図１に端面加工装置１を示す。ハニカム成形体２１の切断及び端面仕上を行う端面加工装置１は、切断装置２、及び研削装置３を備える。切断装置２は、ブレード、ホイール砥石、チップソー、バンドソー等の切断部５を備える。

切断部５は、例えば、図２（ａ）に示すようなブレード５ａを使用し、ブレード５ａにてハニカム成形体２１を切断するようにすることができる。ブレード５ａは、板状の金属基板３１によって構成され、先端部には、メタルボンド、レジンボンド、電着等により砥粒を固着させた砥粒チップ部３１ａが形成されている。そして金属基板３１の先端部とは反対の他端部３１ｂによって、切断装置２のブレードホルダーにブレード５ａが着脱自在に取り付けられる。

或いは、切断部５には、図２（ｂ）に示すようなホイール砥石５ｂを使用することもできる。ホイール砥石５ｂは、取付孔３８が形成された薄い円板状の台金３５の外周に、多数の砥粒層セグメント３６を蝋付けしたものである。このような２つのホイール砥石５ｂを平行に間隔を設けて配置し、取付孔３８に取り付けた回転軸を中心に回転させながら、２つのホイール砥石５ｂ間を通過させることにより、ハニカム成形体２１を切断することができる。

後述するように、ハニカム成形体２１の端面仕上工程時に、端面の面取り及び端面仕上げを行うため、カップ型砥石４１間の距離に応じて、ハニカム成形体２１の高さが決定される。このため、切断時におけるハニカム成形体２１の切り取り高さの精度は、高精度に要求されず、またチッピングの発生が許容されるため、切断部５は、ブレード、ホイール砥石、チップソー、バンドソー等を広く採用することができる。

図３に示すように、研削装置３は、ハニカム成形体２１の端面を研削する研削部７と、ハニカム成形体２１を研削部７に搬送する搬送装置８とを備える。搬送装置８は、ハニカム成形体２１の高さ方向を中心軸４３と平行に、かつハニカム成形体２１を中心軸４３に直交させて２つのカップ型砥石４１間を通過させて搬送する搬送部である。研削部７は、２つのカップ型砥石４１を備え、２つのカップ型砥石４１は予め定められた距離を開けて砥粒層４２を対向させて配置されている。また対向するカップ型砥石４１の中心軸４３が同軸上になるように配置されている。そして、カップ型砥石４１の中心軸４３を回転軸として回転させる。

カップ型砥石４１は、カップ状の基板４４の中心軸４３が設けられた面とは反対の側面の外周縁に沿って、間欠的にまたは連続的に砥粒層４２を設けたものであり、回転するカップ型砥石４１の砥粒層４２を被研削物の表面に摺接させて研削加工を行うものである。砥粒層４２を構成する砥粒としては、ダイヤモンド砥粒のものを好適に採用することができる。そして、砥粒層４２を形成するためのボンド（結合剤）は、レジンメタルボンド又はレジンボンドを採用することができる。また、砥粒層４２は、集中度（ダイヤモンドが砥粒層の１ｃｍ^３中に４．４ｃｔ含まれる場合を集中度１００と定義する）が２０以上１００以下のダイヤモンドを含み、番手が＃８０〜＃３２０ものを使用するとよい。さらに、ボンドの厚み（砥粒層４２の厚み）としては、２．０ｍｍ以上のものを使用するとよい。なお、ダイヤモンド砥粒の他に、酸化アルミナを主成分とした砥粒、炭化珪素を主成分とした砥粒を使用することもできるが、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（立方晶窒化珪素）砥粒等の超砥粒は、高度が高く耐摩耗性に優れているため好ましく、特にダイヤモンド砥粒が好ましい。

図４及び図５にカップ型砥石４１の拡大図を示す。砥粒層４２は、カップ型砥石４１の外周部の、他方のカップ型砥石４１と対向する面に設けられ、砥粒層４２の外周縁の研削面側にテーパ部４６が形成されている。テーパ部４６によって、カップ型砥石４２の外周側から内周側へと移動するハニカム成形体２１（図３参照）の端面の面取り加工を行うことができる。また、カップ型砥石４１は、砥粒層４２の内周縁の研削面側に内周側テーパ部４７が形成されている。外周縁のテーパ部４６は、外側からカップ型砥石４１の中心側へ移動するハニカム成形体２１がカップ型砥石４１に当たったときのダメージを低減するために設けられている（カケ防止効果）。また内周縁の内周側テーパ部４７は、砥粒層４２によって形成される中心軸４３を中心とする円の径よりも小さい径のハニカム成形体２１を加工する場合に、中心側から外周側へ移動するハニカム成形体２１が内周縁に当たったときのダメージを低減するために設けられている。さらに平坦部４８は、ハニカム成形体２１の高さを決定するために設けられている。このようなカップ型砥石４１を使用して研削することにより、研削時の振動を抑えてチッピングの発生を抑制することができる。

以上の構成の端面加工装置１を用いて行うハニカム成形体２１の切断工程及び端面仕上工程について説明する。まず、成形原料を杯土化する。具体的には、上述のセル構造部に好適な主成分又は好適な主成分を形成する原料、例えば、焼成することによりコージェライトとなるコージェライト化原料や炭化珪素−金属珪素複合物を形成するための炭化珪素粉及び金属珪素粉等に、バインダー、例えばメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロースを添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、これを混練して坏土化する。ここで、コージェライト化原料とは、例えば、化学組成が、ＳｉＯ_２が４２〜５６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が３０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％の範囲に入るように、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ等が所定の割合に調合されたものなどである。

次に、この坏土を成形することにより、複数のセルを形成する隔壁を含むハニカム成形体２１を得る。成形の方法に特に制限はないが、一般には押出成形が好ましく、プランジャ型の押出機や二軸スクリュー型の連続押出機などを用いることが好ましい。二軸スクリュー型の連続押出機を用いると、坏土化工程と成形工程を連続的に行うことができる。この際、外周壁を含まない成形体となるように成形しても良いが、隔壁の変形を抑制する観点から隔壁と一体となった外周壁を含む成形体となるように成形することも好ましい。

次に、得られたハニカム成形体２１を、例えばマイクロ波、誘電及び／又は熱風等で乾燥した後、乾燥されたハニカム成形体２１を切断仕上加工する。切断及び仕上加工は、前述の切断装置２、及び研削装置３を備える端面加工装置１を用いて行う。即ち、ブレード、ホイール砥石、チップソー、バンドソー、ワイヤーソー等による切断部５を備える切断装置２により、図１に示すようにハニカム成形体２１を切断する。この切断工程において、チッピングの発生は許容される。

続いて、研削装置３により、ハニカム成形体２１の両端面の研削加工を行う。具体的には、図３に示すように、搬送装置８によってハニカム成形体２１を研削部７へ搬送し、２つのカップ型砥石４１間を、通過させることにより、所定の長さを有するハニカム成形体２１を得る。ここで、カップ型砥石４１の砥粒層４２の外周縁の研削面側にテーパ部４６が形成されており、このテーパ部４６によって、ハニカム成形体２１の端面が面取りされて研削される。したがって、テーパ部４６の、砥粒層４２の厚さ方向における長さｌ内に、ハニカム成形体２１が切断工程において切断されていれば、ハニカム成形体２１は、２つの砥粒層４２間の距離に応じた高さとされる。つまり、テーパ部４６の形状によって削られるハニカム成形体２１の高さが決められる。この研削時において、０．５ｍｍ以上端面を研削するように砥石間距離及びテーパ部４６を構成するとよい。

さらに、図３に示すような構成とされるため、ハニカム成形体２１の端面を一様に研削するために、ハニカム成形体２１の直径とカップ型砥石４１の直径がほぼ同径であればよく、例えば、従来のホイール砥石による研削のように、ハニカム成形体２１に比べて研削部７を大きく形成する必要はない。したがって、大きなハニカム成形体２１を研削する場合であっても、カップ型砥石４１の製造コストを抑えることができる。また、研削部７の回転に伴うチッピングの発生を抑制することができる。砥粒層４２が外周縁に沿って形成され、内周側には形成されていないため、隔壁によって端面に開孔が形成されたハニカム成形体２１であっても、隔壁の変形を生じることなく、端面を研削することができる。

このように研削工程において、精度よく高さ方向の加工及び仕上が行われたハニカム成形体２１を焼成して焼成体を得る。この際の焼成温度及び雰囲気は、用いる原料によって適宜変更することができる。例えばコージェライト化原料を用いる場合には、大気中で加熱脱脂した後、大気中で最高温度１４００〜１４５０℃程度の温度で焼成を行い、炭化珪素粉及び金属珪素粉を原料とした場合には、大気又はＮ_２雰囲気中で加熱脱脂した後、Ａｒ雰囲気中で１５５０℃程度で焼成を行うことができる。焼成には、通常、単窯又はトンネル等の連続炉を用い、これにより脱脂・焼成を同時に又は連続的に行うことができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

コージェライト化原料と有機バインダー、水とを混合・混練した坏土を用いて、押出成形によりハニカム成形体２１を作製し、次いで乾燥により水分を飛散させ、φ４００×２５０Ｌ（５ｍｉｌ／３００セル）のハニカム乾燥体（未焼成品）を作製した。そして、そのハニカム乾燥体を以下の方法で２１０Ｌの長さに切断仕上げ加工した。加工方法及び仕上加工結果を表１に示す。

なお、実施例のφ５００カップ型砥石は、レジメタボンド（＃１２０）カップ型砥石（東京ダイヤモンド製）を使用し、回転数１０００ｒｐｍ、ワーク（ハニカム）送り速度３０ｍｍ／ｓｅｃ、又は６０ｍｍ／ｓｅｃの条件で端面仕上加工を実施した。また、レジメタボンドのボンド厚みは、２．０ｍｍ以上、集中度は、２０以上１００以下のものを使用した。

表１中の形状Ａとは、図５に示すような内周縁及び外周縁にテーパ部４６，４７を形成した砥粒層４２の形状を指す。形状Ｂとは、テーパ部４６，４７ではなく、図６に示すような面取り部４９が形成された形状（例えば、Ｃ０．５）を指す。図６のような形状の砥粒層４２によっても良好な加工面とすることが可能であるが、図５のようにテーパ部４６，４７が形成されている砥粒層４２であれば、サイズの大きなハニカム成形体２１を良好に仕上げることができるのみならず、小さい径のハニカム成形体２１を加工する場合にも適用できる。

上記実施例のように、メタルボンドホイール切断、チップソー切断、バンドソー切断のいずれの切断を行った場合にも、カップ型砥石仕上による研削加工を行うことにより、加工面を良好に仕上ることができる。つまり、以上のように、本発明のハニカム成形体２１の製造方法における仕上げ方法の適用により、サイズの大きなハニカム成形体２１を切断・仕上げる場合においても、短時間でリブのチッピング、外壁の欠けを生じず端面を良好に形成することができる。また、テーパ部４６の形状に係わらず、端面を良好に仕上げることができる。

排ガスを浄化するために使用される大型ハニカム、または、ディーゼルエンジンの黒鉛等を除去するために使用されるＤＰＦとして利用されるハニカム成形体の製造方法及び研削装置として適用することができる。

端面加工装置の概略を示す模式図である。ブレードの一実施例を示す図である。ホイール砥石の一実施例を示す図である。研削装置の一実施例を示す図である。カップ型砥石の断面図である。砥粒層を示す断面図である。砥石層の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１：端面加工装置、２：切断装置、３：研削装置、５：切断部、５ａ：ブレード、５ｂ：ホイール砥石、７：研削部、８：搬送装置、２１：ハニカム成形体、３１：金属基板、３１ａ：砥粒チップ部、３１ｂ：支持部、３５：台金、３６：砥粒層セグメント、３８：取付孔、４１：カップ型砥石、４２：砥粒層、４３：中心軸、４４：基板、４６：テーパ部、４７：内周側テーパ部、４８：平坦部、４９：面取り部。

Claims

ハニカム成形体の両端面を切断する切断工程と、
該切断工程の後、前記ハニカム成形体の前記両端面をカップ型砥石にて研削する端面仕上工程と、を含み、
前記端面仕上工程は、２つの前記カップ型砥石を予め定められた距離を開けて前記カップ型砥石に形成された砥粒層を対向させて配置し、前記カップ型砥石の中心軸を回転軸として回転させるとともに、前記ハニカム成形体の高さ方向を前記回転軸と平行に、かつ前記ハニカム成形体を前記回転軸に直交する方向に移動させて２つの前記カップ型砥石間を通過させて行うハニカム成形体の製造方法。
２つのカップ型砥石を予め定められた距離を開けて前記カップ型砥石に形成された砥粒層を対向させて配置し、前記カップ型砥石の中心軸を回転軸として回転させる研削部と、
前記ハニカム成形体の端面を研削するために、前記ハニカム成形体の高さ方向を前記回転軸と平行に、かつ前記ハニカム成形体を前記回転軸に直交する方向に移動させて２つの前記カップ型砥石間を通過させて搬送する搬送部と、
を備えるハニカム成形体の研削装置。
前記カップ型砥石は、その外周部の他方の前記カップ型砥石と対向する面に前記砥粒層が設けられた請求項２に記載のハニカム成形体の研削装置。
前記砥粒層の外周縁の研削面側にテーパ部が形成された請求項３に記載のハニカム成形体の研削装置。
前記カップ型砥石は、該砥粒層の内周縁の研削面側にテーパ部が形成された請求項３または４に記載のハニカム成形体の研削装置。
前記砥粒層は、レジンメタルボンド又はレジンボンドで形成された請求項２ないし５のいずれか１項に記載のハニカム成形体の研削装置。
前記砥粒層は、集中度が２０以上１００以下のダイヤモンドを含む請求項２ないし６のいずれか１項に記載のハニカム成形体の研削装置。