JP5629729B2 - セラミックハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法の一の実施形態は、図1に示すように、仕上げ工程Aと、焼成工程Bと、を備えたセラミックハニカム構造体の製造方法である。図1は、本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法の一の実施形態において、セラミックハニカム構造体が形成される過程を模式的に示した斜視図である。仕上げ工程Aは、一方の端面61及び他方の端面62を有する円筒状のセラミックハニカム乾燥体50の一方の端面61及び他方の端面62を仕上げ加工して、仕上げセラミックハニカム乾燥体70を得る工程である。セラミックハニカム乾燥体50は、一方の端面61から他方の端面62まで延びる複数のセル52が隔壁51によって区画形成された円筒状のものである。焼成工程Bは、仕上げ工程Aにて得られた仕上げセラミックハニカム乾燥体70を焼成して、セラミックハニカム構造体100を得る工程である。以下、セラミックハニカム乾燥体50を、単に「ハニカム乾燥体50」ということがある。仕上げセラミックハニカム乾燥体70を、単に「仕上げハニカム乾燥体70」ということがある。セラミックハニカム構造体100を、単に「ハニカム構造体100」ということがある。
まず、本実施形態のセラミックハニカム構造体の製造方法に用いられるセラミックハニカム乾燥体の作製方法について説明する。セラミックハニカム乾燥体の作製方法については、以下の作製方法に限定されることはない。即ち、セラミックハニカム乾燥体は、一方の端面から他方の端面に向かう方向の長さが、仕上げ寸法となるように仕上げ加工される前のものであれば、その作製方法等については、特に制限はない。
次に、図1、及び図2A〜図2Eに示すように、セラミックハニカム乾燥体50の一方の端面61及び他方の端面62を仕上げ加工して、仕上げセラミックハニカム乾燥体70を得る。この仕上げ工程により、セラミックハニカム乾燥体50の一方の端面61から他方の端面62までの長さが、仕上げ寸法mとなるように加工される。この際、これまでに説明したように、仕上げ加工を行う前のセラミックハニカム乾燥体の外径寸法のコンツァーを測定する。
本実施形態のセラミックハニカム構造体の製造方法においては、このようにして得られた仕上げセラミックハニカム乾燥体を焼成して、セラミックハニカム構造体を得る。これにより、仕上げセラミックハニカム乾燥体の端面の良好な直角度が反映された、セラミックハニカム構造体を得ることができる。
本実施形態のセラミックハニカム構造体の製造方法においては、目封止部作製工程を更に備えていてもよい。目封止部作製工程は、仕上げセラミックハニカム乾燥体又はセラミックハニカム構造体のセルの内に封止材料を充填する工程である。このような目封止部作製工程を備えることにより、セラミックハニカム構造体のセルの開口端部に目封止部が市松模様に配設された、目封止セラミックハニカム構造体を製造することができる。
まず、仕上げ工程を行うためのセラミックハニカム乾燥体を作製した。セラミックハニカム乾燥体を作製するため、セラミック原料としてコージェライト化原料を用いた。コージェライト化原料に、成形助剤を所定量添加するとともに、水を添加して、混合粉末を調製した。
外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表1に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、仕上げ寸法が表1に示す値となるように、実施例1と同様の方法で、セラミックハニカム構造体を製造した。実施例1と同様の方法で、得られたセラミックハニカム構造体の直角度の工程能力指数(cpk)を求めた。結果を表1に示す。
外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表1に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、仕上げ加工を以下の方法により行ったこと以外は、実施例1と同様の方法でセラミックハニカム構造体を製造した。比較例1及び2においては、セラミックハニカム乾燥体のコンツァーの測定を行うことなく、セラミックハニカム乾燥体を第一受け台及び第二受け台に載置して仕上げ加工を行った。得られたセラミックハニカム構造体の直角度の工程能力指数(cpk)を求めた。結果を表1に示す。
実施例1及び2の製造方法によれば、比較例1及び2の製造方法に比して、直角度の工程能力指数が高いことが分かる。比較例1及び2においては、仕上げ加工の際に、第一受け台及び第二受け台に対してセラミックハニカム乾燥体が傾いた状態で載置されることがあり、これにより、得られるセラミックハニカム構造体の直角度が悪化し工程能力指数が低下したものと考えられる。
外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表2に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、仕上げ寸法が表2に示す値となるように、実施例1と同様の方法でセラミックハニカム構造体を製造した。即ち、仕上げ工程において、セラミックハニカム乾燥体の周方向全周に渡ってコンツァーを測定して最適チャック角を求め、各セラミックハニカム乾燥体を、最適チャック角が第一受け台及び第二受け台にて支持された状態で仕上げ加工を行った。
実施例6〜8においては、コンツァーの測定を行う際に、図2Aに示すように、測定台65と、セラミックハニカム乾燥体50の一方の端面61との間に、スペーサー66を等配に3箇所に配置した。また、実施例6〜8においては、コンツァーの測定時における、セラミックハニカム乾燥体50の温度を、120℃とした。それ以外は、実施例6は実施例3と同じ方法、実施例7は実施例4と同じ方法、実施例8は実施例5と同じ方法で、セラミックハニカム構造体を製造した。
外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表2に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、比較例1と同様の方法でセラミックハニカム構造体を製造した。
以下に示すように製造されたセラミックハニカム乾燥体を用いて、セラミックハニカム構造体を製造した。
比較例6は、外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表3に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、仕上げ加工を以下の方法により行ったこと以外は、実施例9と同様の方法でセラミックハニカム構造体を製造した。比較例7は、外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表3に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、仕上げ加工を以下の方法により行ったこと以外は、実施例10と同様の方法でセラミックハニカム構造体を製造した。比較例6及び7においては、セラミックハニカム乾燥体のコンツァーの測定を行うことなく、セラミックハニカム乾燥体を第一受け台及び第二受け台に載置して仕上げ加工を行った。得られたセラミックハニカム構造体の直角度の工程能力指数(cpk)を求めた。結果を表3に示す。
実施例11及び12においては、まず、仕上げ工程を行うためのセラミックハニカム乾燥体を作製した。セラミックハニカム乾燥体を作製するため、セラミック原料100質量部に、発泡樹脂を5質量部加え、更に、成形助剤を所定量添加するとともに、水を添加して、混合粉末を調製した。得られた混合粉末を、ラム式の押出成形に間欠的に投入し、ハニカム状に押出成形して円筒状のセラミックハニカム成形体を作製した。次に、セラミックハニカム成形体を、セルの延びる方向に、仕上げ寸法よりもセルの延びる方向の長さが長くなるように切断した。
外径寸法、焼成後のセル密度、及び焼成後の隔壁の厚さが表4に示す値となるようなセラミックハニカム乾燥体を作製し、仕上げ加工を以下の方法により行ったこと以外は、実施例11と同様の方法でセラミックハニカム構造体を製造した。比較例8及び9においては、セラミックハニカム乾燥体のコンツァーの測定を行うことなく、セラミックハニカム乾燥体を第一受け台及び第二受け台に載置して仕上げ加工を行った。得られたセラミックハニカム構造体の直角度歩留まり(%)を、実施例3と同様の方法により求めた。表4に、比較例8及び9の外径寸法、仕上げ寸法、焼成後のセル密度、焼成後の隔壁の厚さ、直角度の許容範囲、及び直角度歩留まり(%)を示す。
表2及び表4に示すように、実施例3〜8、11及び12においては、比較例3〜5、8及び9と比較して、直角度歩留まりが著しく向上していることが分かる。即ち、比較例3〜5、8及び9のように、最適チャック角を求めることなく、セラミックハニカム乾燥体を第一受け台及び第二受け台に載置して仕上げ加工を行った場合には、直角度の悪いセラミックハニカム構造体が、高い頻度で製造されることとなる。比較例3〜5の結果から、このような傾向は、セラミックハニカム構造体の外径寸法が大きくなる場合に顕著となる。一方、実施例3〜5においては、コンツァーの測定を行って最適チャック角を求め、各セラミックハニカム乾燥体を、最適チャック角が第一受け台及び第二受け台にて支持された状態で仕上げ加工を行っている。このため、実施例3〜5においては、外径寸法が大きなセラミックハニカム構造体においても、高い歩留まりで製造することができた。また、セラミックハニカム乾燥体の温度が120℃の状態で、スペーサー66を介し、コンツァーの測定を行った実施例6〜8においても、実施例3〜5と同様に、高い歩留まりでハニカム構造体を製造することができた。また、表3に示すように、セラミックハニカム乾燥体を作製するための原料の種類が変わっても、実施例9及び10の製造方法によれば、比較例6及び7の製造方法に比して、直角度の工程能力指数が高いことが分かる。
Claims (15)
- 一方の端面及び他方の端面を有する円筒状のセラミックハニカム乾燥体の前記一方の端面及び前記他方の端面を仕上げ加工して、仕上げセラミックハニカム乾燥体を得る仕上げ工程と、
前記仕上げセラミックハニカム乾燥体を焼成して、セラミックハニカム構造体を得る焼成工程と、を備え、
前記仕上げ工程において、前記セラミックハニカム乾燥体の外壁表面の前記一方の端面から前記他方の端面に向かう方向に離間した2つの位置を、コンツァー測定開始点P1及びコンツァー測定開始点P2とし、
前記コンツァー測定開始点P1を含む周方向に一周する第一測定部分Q1において、前記セラミックハニカム乾燥体の外径寸法のコンツァーを、前記コンツァー測定開始点P1から、前記周方向に測定位置をずらしながら複数の測定点にて測定し、且つ、
前記コンツァー測定開始点P2を含む周方向に一周する第二測定部分Q2において、前記セラミックハニカム乾燥体の外径寸法のコンツァーを、前記コンツァー測定開始点P2から、前記周方向に測定位置をずらしながら複数の測定点にて測定し、
前記第一測定部分Q1の第一測定点P1xにて測定されたコンツァーを、コンツァーC1xとし、前記第一測定部分Q1の前記第一測定点P1xから一定位相ずれた位置に存在する第二測定点P1yにて測定されたコンツァーを、コンツァーC1yとし、前記第二測定部分Q2の前記第一測定点P1xと同一の位相の位置に存在する第三測定点P2xにて測定されたコンツァーを、コンツァーC2xとし、前記第二測定部分Q2の前記第二測定点P1yと同一の位相の位置に存在する第四測定点P2yにて測定されたコンツァーを、コンツァーC2yとして、
前記測定点ごとに4つの前記コンツァーC1x,C1y,C2x,C2yの値のそれぞれの差の絶対値の合計を求め、
前記セラミックハニカム乾燥体の前記外壁表面の、前記コンツァーC1x,C1y,C2x,C2yの値のそれぞれの差の絶対値の合計が最小となる4つの前記測定点を、第一受け台及び第二受け台にて支持した状態で、前記セラミックハニカム乾燥体の前記一方の端面及び前記他方の端面を前記仕上げ加工するセラミックハニカム構造体の製造方法。 - 前記コンツァーC1x,C1y,C2x,C2yの値のそれぞれの差の絶対値の合計が、下記式(1)によって算出される請求項1に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記コンツァーC1x,C1y,C2x,C2yの値のそれぞれの差の絶対値の合計が最小となる4つの前記測定点における前記第二測定点P1yと、前記コンツァー測定開始点P1との位相を、最適チャック角とした場合に、
前記セラミックハニカム乾燥体を前記第一受け台及び第二受け台に支持する前に、前記セラミックハニカム乾燥体を前記最適チャック角だけ回転させる請求項1又は2に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。 - 前記第一測定点P1xと前記第二測定点P1yとが、前記周方向に60〜120°ずれた位置である請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体を、前記一方の端面が底面となるように測定台に載置して、前記コンツァーを測定する請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記測定台を、前記コンツァーC1x,C1y,C2x,C2yの値のそれぞれの差の絶対値の合計が最小となる4つの前記測定点における前記第二測定点P1yと、前記コンツァー測定開始点P1との位相を、最適チャック角とした場合に、前記セラミックハニカム乾燥体を前記第一受け台及び第二受け台に支持する前に、前記最適チャック角だけ回転させる請求項5に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体と前記測定台との間の少なくとも3箇所に、スペーサーを配置する請求項5又は6に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体を前記測定台に載置した際の、水平面に対する前記セラミックハニカム乾燥体の底面の傾きの高低差が4mm以下である請求項5〜7のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体の温度が、20〜150℃である請求項1〜8のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記コンツァーを、反射式の非接触レーザー変位計によって測定する請求項1〜9のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体が、外周に凹凸面を有する請求項1〜10のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体の外径寸法公差の片側寸法差が、直角度よりも大である請求項1〜11のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体の外径寸法が、100mm以上である請求項1〜12のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミックハニカム乾燥体が、コージェライト、炭化珪素、及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種を含む成形原料からなる請求項1〜13のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記仕上げセラミックハニカム乾燥体又は前記セラミックハニカム構造体のセルの内に封止材料を充填する目封止部作製工程を更に備えた請求項1〜14のいずれか一項に記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
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