JP5263662B2 - セラミックハニカムフィルタの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1の端面ディッピング法によりそのようなフィルタに封止体を形成する場合には、多数個の微小なセルに漏れなく充分にスラリーを充填するためにフィルタ端部の浸漬量を比較的大きくする必要がある。そのため、封止体の厚みが数〜十数mmとなることが多く、次述するようにそれが原因となりセル壁が使用中に破損する場合もあった。
加えて、乾燥ハニカム成形体のセル壁は上記したようにより脆弱となりつつあり、特許文献2の製造方法のように、そのセルにペーストを押し込む際にセル壁が破損し歩留まりが低下する問題があった。
ラミックハニカムフィルタの製造方法は、複数のセルを備え、軸心方向においてセルの両側を交互に封止体で封止したセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、複数のセルを備えたハニカム成形体を押出し成形するとともに、成形中におけるハニカム成形体の所定のセルに、既に焼成されてなるセラミックス焼成体であり、断面寸法が焼成前のセルの断面寸法より小さく焼成後のセルの断面寸法より大きい封止体を挿入する成形工程と、前記ハニカム成形体を乾燥して乾燥ハニカム成形体とする乾燥工程と、前記封止体とともに、前記乾燥ハニカム成形体を焼成する焼成工程を含むことを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法である。
き、効率的にフィルタを製造することが可能となる。
なお、本実施態様のフィルタ5は、フィルタ5の直径を100〜400mm、長さを200〜500mmとした。セル55の軸心方向に対して直交するその断面形状は、一辺の長さSの矩形状のセル55を内包する一辺0.5〜5mm程度の矩形枠状とし、そのセル壁の厚みtは0.1〜1mm程度とした。ガス流入側の封止体541は厚み0.5〜5mm程度とし、セル55の一方端と他方端の中間部すなわちフィルタ5のガス流入側端面から封止体541のガス流入側端面までの距離Lが20〜150mm程度となるよう配設した。ガス流出側の封止体542はガス流出側端面が外部に露出するようフィルタ5のガス流出側端部に配設した。
なお、セル壁52には白金族元素、その他の金属元素若しくは酸化触媒などを目的に応じ適宜選択して担持させた。
(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(以下スラリーと称する。)を製造する。
(成形工程)
スラリーを、下記で詳述するフィルタの製造装置により押出し成形して複数のセルを備えた成形体を押出し成形するとともに上記封止体541をその所定のセルに挿入し、その成形体を所定の長さまで押出し成形する。
成形体を乾燥して乾燥ハニカム成形体(以下乾燥体と称する。)を得る。
(外皮形成工程)
セル壁と基本的には同様な原料からなる外皮を乾燥体の外周に密設する。
(外栓形成工程)
ガス流出側の封止体542を乾燥体の所定のセルに充填し、乾燥する。
(焼成工程)
封止体とともに乾燥体を焼成してフィルタ5を得る。なお、成形体を乾燥する場合や乾燥体を焼成する場合には、一定の割合で収縮するため上記成形体やそのセルの大きさはその収縮率を考慮し設定している。
上記構成の製造装置1は、原料供給手段17により金型13へスラリー2を供給し、供給されたスラリー2を押出し成形して複数のセル55’を備えた成形体5’を形成するとともにその所定のセル55’へ封止体541を挿入し、その成形体5’を所定の長さまで押出し成形するものである。以下、原料供給手段17、金型13、封止体541及び保持手段11について詳細に説明する。
原料供給手段17は油圧シリンダー状のものであり、スラリー2を内部に収納する略円筒形状のシリンダー14と、段付きの略円柱形状で径大部の外周面がシリンダー14の内周面に内接しつつ上下方向に移動可能になされた加圧部材16と、シリンダー14の上端面に密設すると共にロッド16の小径部の外周面が内接する孔部を備えた蓋15とを有し、加圧部材16は図示しない移動手段により上下方向に移動可能としており、シリンダー14に収納したスラリー2を加圧部材16により加圧し、金型13へ供給するものである。なお、例えば加圧部材をスクリュー状のものとし、その旋回によりスラリー2を加圧し供給するようにしてもよい。
金型13について図3に基づいて説明する。図3は、理解のために図2の金型14の上下面を引っくり返した状態を示している。
図3に示すように、厚みDで略平板状の金型13は、上面(図2において下面)からの深さがd1、幅がt’のスリットを所定のピッチ(S’+t’)で縦横に直交するよう上部に形成した成形通路131と、スリットの交差部の下部にスリットと連通するよう形成した大略円柱形状の供給通路132を有している。前記原料供給手段17により金型13の供給通路132へ圧入されたスラリー2は、成形通路131へ供給され、一辺の長さがS’の断面矩形状のセル55’を内包した碁盤目状のセル壁52’となり、金型13の下方へ押出されることとなる。スリットの配置レイアウトにより前記セル55’の断面形状は六角、八角など多角形状や円形状とすることができ、それぞれの大きさが異なったセル55’とすることもできる。
図2に示す本実施態様の封止体541 は、セル壁52と同様な酸化物系セラミックを含有した個片部材であり、例えばその原料を金型成形して所定の形状及び寸法とし、焼成したものである。なお、寸法精度のバラツキを抑えるため封止体541の外形加工を焼成後に行ってもよい。
封止体541の断面形状は、基本的には押出されたセル壁52’を破損しないようそのセル55’へ挿入可能なものとし、詳細には次述するように設定する。
封止体541の断面形状は、成形体5’のセル55’の断面形状に沿う形状とすると共にそのセル55’よりも小さくし、フィルタ5のセル55の断面形状よりも大きくする。すなわち、本実施態様の封止体541は断面矩形状とし、その一辺の長さは成形体5’のセル55’の一辺の長さS’より小さく、フィルタ5のセル55の一辺の長さSより大きくした。
上記した説明のように、本発明においては、封止体541を事前に成形し、焼成した個片部材としているので、封止体541の形状または材質は製造するフィルタにより適宜設定することができる。
図2に示す保持手段11は、封止体541を上面に保持する複数の柱部112と、封止体541を配するフィルタ5のセル55に対応した位置に柱部112を配設する略平板状の基体111を有し、図示しない移動手段により上下方向に移動可能になされている。
本実施態様の柱部112の高さL’は、フィルタ5のガス流入側端面から封止体541のガス流入側端面までの長さLと上記した成形体5’の収縮率により設定した。なお、フィルタ5の端面に発生する不良などが除去する場合には、その除去量などを考慮して高さL’は適宜長めに設定してもよい。柱部112の断面形状は、成形体5’のセル55’の断面より小さくし、上記金型13で押出方向に排出したそのセル55’に柱部112が挿入可能なものとした。
保持手段11の移動手段は、例えばボールネジとサーボモータの組合せたもの、エアシリンダー若しくは油圧シリンダーなどの周知の移動機構を組合せたもので構成しており、成形体の押出速度に同期して移動可能としている。
まず、図4(a)に示すように、原料供給手段17の蓋15と加圧部材16を取り外した状態で、シリンダー14に所定量、本実施態様では1個分のフィルタ5に必要な量のスラリー2を収納し、蓋15と加圧部材16を装着し、シリンダー14の内部を真空状態とする。
図4(b)に示すように、柱部112の先端に封止体541を保持した保持手段11を金型13の下方の所定位置に配置する。ここで、封止体541は、個々に予め準備した個片部材を柱部112へ取付けるようにしてもよく、またスラリー状の原料に柱部112の先端部を浸漬して個片部材を形成するようにしてもよく、工業生産上の能率を考慮して適当な方法を選択すればよい。
次に、図4(c)に示すように、加圧部材16を下方に押圧してスラリー2を加圧する。加圧されたスラリー2は、金型13の供給通路132に供給され、成形通路131へ供給され、成形体5’の押出し成形が開始される。その際、封止体541は、それを配するフィルタ5のセル55に対応した位置に配設し、成形体5’のセル55’に挿入可能にしているので、封止体541がセル壁52’に接触することなく、成形体5’の押出し成形を継続することが可能である。
図4(d)に示すように、金型13の下側端面から所定の長さ(L’+封止体厚み)まで成形体5’を更に押出し成形すると、成形体5’の下側端面が基体111の上面に当接する状態となる。その状態を検知し、成形体5’の成形速度に同期して保持手段11を下方に移動させつつ成形体5’の押出し成形を継続する。なお、成形体5’が基体111に当接する状態の検知は、人間が行っても良いし、保持手段11の近傍に配置したセンサーで行うようにしてもよい。その後、図4(e)に示すように、所定の長さまで成形体5’を成形し、封止体541を保持している保持手段11とともに成形体5’を取出し、一個の成形体5’を得る。
上記のように本発明のフィルタの製造方法によれば、成形中に封止体542を成形体5’に挿入するので封止体542の挿入工程を設ける必要がなく効率的にフィルタ5を製造することが可能となるとともに、フィルタ5の所定のセル55に対応した位置で成形体5’の変形が少ない金型13の下側近傍に封止体542を配設しているのでそのセル55’に確実に封止体542を配設することが可能となる。
保持手段11の柱部112は無くてもよい。例えば、フィルタ5の所定のセル55に対応する位置となるよう封止体541を基体111の上に配設すれば、封止体541を成形体5’の端部に挿入することができる。
封止体541は、例えばスラリー状、ゲル状若しくは粉状のものであってもよく、成形体5’のセル55’に挿入可能であればよい。
2:スラリー
5:フィルタ、51:外皮、52:セル壁、54:封止体、55:セル、541:一方の封止体
Claims (1)
- 複数のセルを備え、軸心方向においてセルの両側を交互に封止体で封止したセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、複数のセルを備えたハニカム成形体を押出し成形するとともに、成形中におけるハニカム成形体の所定のセルに、既に焼成されてなるセラミックス焼成体であり、断面寸法が焼成前のセルの断面寸法より小さく焼成後のセルの断面寸法より大きい封止体を挿入する成形工程と、前記ハニカム成形体を乾燥して乾燥ハニカム成形体とする乾燥工程と、前記封止体とともに、前記乾燥ハニカム成形体を焼成する焼成工程を含むことを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
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