JP5040068B2

JP5040068B2 - ハニカム構造体の製造方法

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Publication number: JP5040068B2
Application number: JP2005123704A
Authority: JP
Inventors: 和也左右田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: JP2006298705A

Description

本発明は、ハニカム構造体の製造方法に関する。

従来、例えば自動車の排ガス浄化フィルタ等においては、コージェライト等からなるセラミック焼成体であるハニカム構造体が用いられていた（特許文献１参照）。
このようなセラミック焼成体は、一般に、セラミックスラリーを篩に通して乾燥し、バインダーと水とを混練して練り土（坏土）を作製し、該練り土を成形してなる成形体を乾燥し焼成することにより作製することができる。

上記セラミックスラリーとしては、篩通しを行い易くするため、粘度の低いものが望まれている。上記セラミックスラリーの水分を増やすと粘度を低くすることができるが、水分量を増加するとセラミックスラリーの乾燥時に必要なエネルギーが多くなり、上記セラミック焼成体の製造コストが増大するおそれがある。そのため、上記セラミックスラリーとしては、コージェライト等のセラミック原料及び水に加えて、分散剤を含有するものが用いられていた。このようにセラミックスラリーに分散剤を含有させることにより、スラリー中の水分量を増やすことなくその粘度を低くすることができる。

しかしながら、上記セラミックスラリーとバインダーと水とを混練して練り土を作製すると、該練り土の粘度が高くなり、該練り土を所望の形状に成形することが困難になるという問題があった。練り土の粘度を低くするために、練り土の水分量を高くすることができるが、水分量を増やすと、練り土を成形してなる上記成形体の乾燥エネルギーが増大し、上記セラミック焼成体のコストが増大してしまう。また、水分量を増やすと、上記成形体の乾燥時の乾燥収縮及び焼成時の焼成収縮が大きくなり、所望の寸法のセラミック焼成体を作製することが困難になるという問題があった。
特開２００４−１９６５９７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、低コストでハニカム構造体を作製できると共に、乾燥及び焼成時の収縮を抑制し、寸法精度に優れたハニカム構造体を作製できるハニカム構造体の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、セラミックスラリーを乾燥させて得られるセラミック粉末とバインダーと水とを混練して練り土を作製し、該練り土をハニカム構造に成形してなる成形体を乾燥し焼成してなるハニカム構造体の製造方法において、
上記セラミックスラリーは、セラミック原料１００重量部と、水４９〜５２重量部と、分子量１０００〜１０００００の高分子界面活性剤からなる分散剤０．０５〜０．４重量部とからなり、
上記セラミックスラリーの粘度は２０ポアズ以下であり、
上記セラミックスラリーを篩に通し、乾燥して上記セラミック粉末を得た後、
該セラミック粉末１００重量部と、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、グリセリン、酢酸セルロース、ポリビニールアルコール、又はポリビニールメチルエーテルから選ばれるバインダー２〜１０重量部と、水１７〜１９重量部とを混練して粘度２０００〜１００００ポアズの練り土を作製し、
該練り土を押出成形してなる成形体を乾燥して焼成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法にある（請求項１）。

上記セラミックスラリーは、上記高分子界面活性剤からなる上記分散剤を、上記セラミック原料１００重量部に対して０．０５〜０．４重量部含有する。
そのため、上記セラミックスラリーにおいては、上記セラミック原料１００重量部に対して４９〜５２重量部という水分量で、上記セラミックスラリーの粘度を充分に低くすることができる。それ故、上記セラミックスラリーを例えば篩等に容易に通すことができると共に、上記セラミックスラリーの乾燥時には低いエネルギーで乾燥を行うことができる。

また、上記セラミックスラリーは、該セラミックスラリーを用いて練り土を作製した際における粘度上昇を抑制することができる。
即ち、上記セラミックスラリー中の上記分散剤は、上記セラミックスラリーに対してはその粘度を低くする効果を有するが、練り土に対してはその粘度を高くする効果を有する。上記セラミックスラリーにおいては、上記のごとく、上記高分子界面活性剤からなる特定の上記分散剤を０．０５〜０．４重量部という上記特定量含有するため、上記セラミックスラリーの粘度を充分に低減できると共に、上記練り土の粘度上昇を抑制することができる。そのため、上記練り土においては、その水分量を増やすことなく所望の形状に容易に成形することができる。それ故、上記練り土を成形してなる上記成形体の乾燥エネルギーを低減することができると共に、上記成形体の乾燥時及び焼成時における収縮を低減し、寸法精度の高いハニカム構造体を得ることができる。

また、上記のごとく、上記セラミックスラリーにおいては、該セラミックスラリーの水分量を増やすことなく粘度を低減できると共に、上記セラミックスラリーを用いて作製する上記練り土においてもその水分量を増やすことなく粘度上昇を抑制することができる。そのため、上記ハニカム構造体の作製にあたっては、上記セラミックスラリーの乾燥及び上記成形体の乾燥に必要なエネルギーを小さくすることができ、短時間で容易に乾燥を行うことができる。それ故、低コストで上記ハニカム構造体を作製することができる。

以上のように本発明によれば、低コストでハニカム構造体を作製できると共に、乾燥及び焼成時の収縮を抑制し、寸法精度に優れたハニカム構造体を作製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。

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記セラミックスラリーは、ハニカム構造体を得るために用いられる。
上記ハニカム構造体としては、例えば多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセルを形成したものがある（後述の図３及び図４参照）。

上記ハニカム構造体は、上記セラミックスラリーを用いて次のようにして作製することができる。
即ち、まず、上記セラミックスラリーを篩に通し、乾燥する。次いで乾燥後のセラミック粉末とバインダーと水とを混合し練り土を作製する。次に、練り土を成形して成形体を作製する。次いで、成形体を乾燥し、焼成することにより上記ハニカム構造体を作製することができる。
上記バインダーとしては、例えばメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、グリセリン、酢酸セルロース、ポリビニールアルコール、及びポリビニールメチルエーテル等を用いることができる。上記バインダーは、上記乾燥後のセラミックスラリー１００重量部に対して２〜１０重量部加えることができる。

上記練り土の水分量は、乾燥後のセラミックスラリー１００重量部に対して１７重量部以上、１９重量部未満であることが好ましい。
水分量が１７重量部未満の場合には、粘度が高くなり、上記練り土を所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。一方、１９重量部以上の場合には、上記練り土を成形してなる上記成形体の乾燥時及び焼成時における収縮が大きくなり、寸法精度の高いハニカム構造体を得ることが困難になるおそれがある。また、上記練り土の粘度が低くなりすぎて、上記練り土を所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。

次に、上記セラミックスラリーは、上記セラミック原料と水と高分子界面活性剤からなる分散剤とを含有する。
上記セラミックスラリーの水分量は、上記セラミック原料１００重量部に対して４９〜
５２重量部である。
水分量が４９重量部未満の場合には、上記セラミックスラリーの粘度が高くなり、上記セラミックスラリーを例えば篩などに通すことができなくなるおそれがある。
一方、５２重量部を越える場合には、上記セラミックスラリーの乾燥時の乾燥エネルギーが大きくなり、上記セラミックスラリーを用いて上記ハニカム構造体を作製する際の製造コストが増大するおそれがある。

また、上記セラミックスラリーは、上記セラミック原料１００重量部に対して上記分散剤を０．０５〜０．４重量部含有する。
上記分散剤の含有量が０．０５重量部未満の場合には、上記セラミックスラリーの粘度を下げるために、上記セラミックスラリー中の水分量を増大させる必要が生じる。その結果この場合には、乾燥時におけるエネルギーが大きくなり、上記ハニカム構造体の製造コストが増大するおそれがある。一方、０．４重量部を越える場合には、上記セラミックスラリーを用いて作製する上記練り土の粘度が上昇し易くなる。その結果、上記練り土を所望の形状に成形することが困難になったり、また上記練り土の水分量を増やさなければならなくなるおそれがある。

上記分散剤は、分子量１０００〜１０００００の高分子界面活性剤からなる。
上記高分子界面活性剤の分子量が１０００未満の場合又は１０００００を越える場合には、上記セラミックスラリー中で上記分散剤が充分な分散性を発揮できなくなり、上記セラミック原料と上記分散剤と水とを混合してセラミックスラリーを作製する際に、スラリー状にすることが困難になるおそれがある。

上記高分子界面活性剤としては、例えばカチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤等がある。
具体的には、上記高分子界面活性剤としては、例えばカルボン酸アニモニウム塩、ポリナフタレンスルホン酸塩、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸部分アルキルエステル、及びポリアルキレンポリアミン等から選ばれる１種以上を用いることができる。

次に、上記セラミック原料としては、例えばコージェライト原料等がある。
一般に、コージェライトからなるセラミック原料と分散剤とを含有するセラミックスラリーを用いて作製する練り土においては、その粘度が増大するという上述の問題が生じやすい。そのためこの場合には、特定の上記分散剤を上記特定量加えることにより、上記練り土の粘度上昇を抑制できるという本発明の作用効果をより顕著に発揮することができる。またこの場合には、耐熱性に優れるというコージェライトの特性を利用して、上記セラミックスラリーを用いて耐熱性に優れたハニカム構造体を作製することができる。
したがって、上記セラミック原料は、コージェライト原料であることが好ましい（請求項２）。

上記コージェライト原料は、加熱によりコージェライトを生成する原料である。具体的には、化学組成が重量比にて最終的にＳｉＯ₂：４５〜５５％、Ａｌ₂Ｏ₃：３３〜４２％、ＭｇＯ：１２〜１８％よりなるコージェライトとなるように、例えばタルク、溶融シリカ、カオリン、水酸化アルミニウム、アルミナ等を調整したものを用いることができる。

また、上記セラミックスラリーの粘度は２０ポアズ以下であることが好ましい。
上記セラミックスラリーの粘度が２０ポアズを越える場合には、上記セラミックスラリーを例えば篩等に通すことが困難になるおそれがある。

また、上記練り土の粘度は２０００〜１００００ポアズであることが好ましい。
上記練り土の粘度が２０００ポアズ未満の場合又は１００００ポアズを越える場合には、上記練り土を所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。

（実施例１）
次に、本発明の実施例につき図１〜図２を用いて説明する。
本例においては、セラミックス原料と分散剤と水とを含有する複数のセラミックスラリーを作製し、さらにこれらのセラミックスラリーを用いて複数の練り土を作製する。そして、これらのセラミックスラリー及び練り土の粘度を測定する。

本例のセラミックスラリーは、ハニカム構造体を得るために用いられるセラミックスラリーである。セラミックスラリーは、セラミック原料と、水と、分子量１０００〜１０００００の高分子界面活性剤からなる分散剤とを含有する。本例において、セラミックスラリー中の水分量は、セラミック原料１００重量部に対して４８〜５２重量部である。ハニカム構造体は、乾燥させた上記セラミックスラリー（セラミック粉末）とバインダーと水とを混練して練り土を作製し、該練り土を成形してなる成形体を乾燥し焼成して作製することができる。本例においては、セラミック原料１００重量部に対する分散剤の含有量を０〜０．７重量部の範囲で変えて複数のセラミックスラリーを作製する。

本例のセラミックスラリーの製造にあたっては、まず、セラミック原料として、コージェライト原料を調整した。具体的には、セラミック原料としては、タルク４４重量部、カオリン３８重量部、及びアルミナ１８重量部の混合物を準備した。また、分散剤としてカルボン酸アンモニウム塩（分子量約２００００）を準備した。
次いで、セラミック原料と分散剤と水とをその混合比を変えて混合し、後述の表１に示すごとく２７種類のセラミックスラリー（試料Ｘ１〜試料Ｘ２７）を作製した。

次いで、上記試料Ｘ１〜試料Ｘ２７のセラミックスラリーについて粘度を作製した。粘度の測定は、（株）東京計器製のＢ型粘度計（型式Ｂ−ＢＬ）を用いて行った。その結果を後述の表１に示す。また、各試料における分散剤の量と粘度との関係を図１に示す。

次に、セラミックスラリーを用いて練り土を作製する。
上記練り土の作製には、試料Ｘ１〜試料Ｘ２７のうち、試料Ｘ１０〜Ｘ１８の９種類の各試料を用いる。
具体的には、まず、各試料（試料Ｘ１０〜試料Ｘ１８）のセラミックスラリーを篩に通し、その後乾燥させた。
次いで、乾燥後の各試料と、バインダーとしてのメチルセルロースと水とを混合比を変えて混合し、後述の表２に示すごとく２７種類の練り土（試料ＸＸ１〜試料ＸＸ２７）を作製した。

次に、上記試料ＸＸ１〜試料ＸＸ２７の練り土について粘度を作製した。粘度の測定は、（株）島津製作所製のフローテスタ（タイプＣＦＴ−５００／１００Ｄ）を用いて行った。その結果を後述の表２に示す。また、各試料における分散剤の量と粘度との関係を図２に示す。

表１及び図１より知られるごとく、試料Ｘ１〜試料Ｘ２７において、同じ水分量のもの同士を比較すると、分散剤の含有量を増やすことにより各セラミックスラリーの粘度を低下させることができることがわかる。さらに厳密には、分散剤の量０．４重量部までは、分散剤を増やすことによりセラミックスラリーの粘度を右肩下がりに低減させることができるが、０．４重量部を越えて添加しても粘度はほとんど低下しないことがわかる（図１参照）。

また、セラミック原料１００重量部に対して４８重量部という少量の水分を添加した試料Ｘ１〜試料Ｘ９のセラミックスラリーにおいては、粘度が３５ポアズ以上と非常に高くなっていた。そのため、かかる試料Ｘ１〜Ｘ９を用いて上記ハニカム構造体を作製する際には、試料Ｘ１〜Ｘ９を篩に通すことが困難になり、ハニカム構造体を作製することが困難なるおそれがある。

また、分散剤の含有量が０．０５重量部未満の試料Ｘ１、試料Ｘ１０及び試料Ｘ１９は、粘度が非常に高い。よって、試料Ｘ１、試料Ｘ１０、試料Ｘ１９のセラミックスラリーは、上記試料Ｘ１〜試料Ｘ９と同様にこれを用いてハニカム構造体を作製することが困難になる。したがって、分散剤の添加量はセラミック原料１００重量部に対して０．０５重量部以上がよいことがわかる。

次に、表２及び図２より知られるごとく、セラミックスラリー中に含まれる分散剤は、練り土の粘度にも影響を及ぼすことがわかる。同じ水分量のもの同士を比較すると、分散剤をより多く含有するセラミックスラリーほど、練り土の粘度が高くなることがわかる。
成形に必要な練り土の粘度は、およそ２０００〜１００００ポアズであるが、分散剤の含有量が０．４重量部を越える試料Ｘ１６〜Ｘ１８を用いて作製した練り土（試料ＸＸ７〜ＸＸ９、及び試料ＸＸ１７〜試料ＸＸ１８）においては、粘度が１００００を越えており、所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。また、試料ＸＸ１９〜ＸＸ２７においては、水分量を多くしているため、乾燥させる際のエネルギーが多くなる。そのため、かかる試料ＸＸ１８〜試料ＸＸ２７を用いてハニカム構造体を作製する際には、製造コストが増大してしまうおそれがある。

したがって、セラミックスラリーにおいては、セラミック原料１００重量部に対する分散剤の含有量を０．０５〜０．４重量にすることにより、セラミックスラリーの粘度を充分に低減することができると共に、練り土の粘度上昇を抑制できることがわかる。

（実施例２）
本例は、セラミックスラリーを用いて、ハニカム構造体を作製する例である。
図３及び図４に示すごとく、本例のハニカム構造体１は、エンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタの基材である。ハニカム構造体１においては、コージェライトからなる多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０が形成されている。
また、ハニカム構造体１のセル１０のうち排ガス９を導入する導入通路となるセル１０の下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガス９を排出する排出通路１２となるセル１０の上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してある。

図３及び図４に示すごとく、本例のハニカム構造体１は、四角形状のセル１０を多数有し、外形が円筒形状を呈するものであり、コージェライトから構成されている。そして、多数のセル１０のうち、隣り合うセルが交互に導入通路１１及び排出通路１２となるように、導入通路１１の下流端と排出通路１２の上流端にそれぞれ栓材を配してある。両端面からみると、それぞれ、いわゆる市松模様状に栓材が配された状態となる。
本例のハニカム構造体１は、例えばディーゼルエンジン車のパティキュレートフィルターに用いることができる。

次に、本例のハニカム構造体の製造方法について説明する。
本例のハニカム構造体の製造にあたっては、まず、セラミックスラリーを準備し、該セラミックスラリーを篩に通して乾燥させる。次いで、乾燥後のセラミックスラリー（セラミック粉末）とバインダーと水とを混合し練り土を作製する。さらにこの練り土を成形して成形体を作製し、該成形体を乾燥して焼成し、ハニカム構造体を作製する。

具体的には、まず、セラミック原料として、コージェライト原料を調整した。具体的には、実施例１と同様に、タルク４４重量部、カオリン３８重量部、及びアルミナ１８重量部の混合物を準備した。また、実施例１と同様に分散剤としてカルボン酸アニモニウム塩（分子量約２００００）を準備した。
次いで、セラミック原料１００重量部と分散剤０．３重量部と水５０重量部とを混合し、セラミックスラリーを作製した。即ち、このセラミックスラリーは実施例１の試料Ｘ１４と同じ組成からなる。

次に、上記のようにして作製したセラミックスラリーを篩に通し、乾燥させた。
次いで、乾燥後のセラミックスラリー（セラミック粉末）１００重量部と、バインダーとしてのメチルセルロース５重量部と、水１８重量部とを混合し、練り土を作製した。この練り土は、実施例１の試料ＸＸ１４と同じ組成からなる。

次に、四角形格子状のスリット溝を有する金型を用いて、練り土の押出成形を行い、ハニカム構造の成形体を作製した。次いで、成形体を所望の長さに切断し、乾燥し、焼成することにより、ハニカム構造体を得た。
次いで、図４に示すごとく、ハニカム構造体のセル１０のうち、排ガス９を導入する導入通路１１となるセルの下流端と、排出通路１２の上流端に栓材３を配設した。栓材３は、ハニカム構造体の作製に用いた練り土を用いてセル１０の上流端又は下流端を塞ぎ、乾燥、焼成することにより形成した。このようにして図３及び図４に示すごとくハニカム構造体１を作製した。

本例においては、セラミックスラリーとして実施例１の試料Ｘ１４を用いてハニカム構造体を作製している。
そのため、セラミックスラリーを篩に容易に通すことができると共に、セラミックスラリーの乾燥時には低いエネルギーで乾燥を行うことができた。また、１８重量部という比較的少ない水分量で、成形に適した粘度の練り土を作製することができた。その結果、成形体の乾燥時及び焼成時における収縮を低減することができ、寸法精度の高いハニカム構造体を作製することができた。

なお、本例においては、上記セラミックスラリーを用いて作製するハニカム構造体の例として、セルの下流端と上流端に栓材を配したディーゼルパティキュレートフィルター用のハニカム構造体を作製したが、同様のセラミックスラリーを用いて、セルに栓材を配していないガソリン車用排ガス浄化フィルタの担体（ハニカム構造体）を作製することもできる。この担体は、栓材を配置しないことを除いては、本例で作製したハニカム構造体と同様にして作製することができる。

実施例１にかかる、セラミックスラリー中の分散剤の量とセラミックスラリーの粘度との関係を示す線図。実施例１にかかる、セラミックスラリー中の分散剤の量と練り土の粘度との関係を示す線図。実施例２にかかる、ハニカム構造体を端面から見た説明図。実施例２にかかる、ハニカム構造体の断面図（図１のＸ−Ｘ線矢視断面図）

符号の説明

１ハニカム構造体
１０セル
２多孔質隔壁
３栓材

Claims

セラミックスラリーを乾燥させて得られるセラミック粉末とバインダーと水とを混練して練り土を作製し、該練り土をハニカム構造に成形してなる成形体を乾燥し焼成してなるハニカム構造体の製造方法において、
上記セラミックスラリーは、セラミック原料１００重量部と、水４９〜５２重量部と、分子量１０００〜１０００００の高分子界面活性剤からなる分散剤０．０５〜０．４重量部とからなり、
上記セラミックスラリーの粘度は２０ポアズ以下であり、
上記セラミックスラリーを篩に通し、乾燥して上記セラミック粉末を得た後、
該セラミック粉末１００重量部と、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、グリセリン、酢酸セルロース、ポリビニールアルコール、又はポリビニールメチルエーテルから選ばれるバインダー２〜１０重量部と、水１７〜１９重量部とを混練して粘度２０００〜１００００ポアズの練り土を作製し、
該練り土を押出成形してなる成形体を乾燥して焼成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
請求項１において、上記セラミック原料は、コージェライト原料であることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。