JP7335702B2 - セラミックス成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックス成形体の製造方法及び製造装置に関する。
セラミックス成形体は、様々な製品又は部品に一般的に使用されている。例えば、一方の端面から他方の端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁を備えたハニカム形状のセラミックス成形体は、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、ガソリン微粒子除去フィルタ、燃焼装置用蓄熱体などの広範な用途に使用されている。
ハニカム成形体の製造方法は、セラミックス原料混合粉末と、水を含む液体とを湿式混合して湿式混合粉末を得た後、湿式混合粉末を混練して所望の形状に押出成形することによって行われている（例えば、特許文献１～３）。押出成形は、所望の形状を有する押出ダイ（口金）を押出口に取り付けた押出成形機を用い、押出方向を水平方向に一致させた状態で所定の押出圧力及び押出速度で、混練物（坏土）を押出ダイから押し出すことによって行われている。
近年、セラミックス成形体の生産効率を高める観点から、連続式混合機で湿式混合を行うことにより、湿式混合から押出成形までの工程が連続的に実施されている。
しかしながら、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量は、連続式混合機内で行われる集塵などの影響によって変動することがある。連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量が減少すると、押出成形機に供給される湿式混合粉末の量が少なくなり、また、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量が増大すると、連続式混合機と押出成形機との間に湿式混合粉末が滞留してしまう。そのため、このような状況下では、押出成形機に供給される湿式混合粉末の量が変動し、ハニカム成形体の寸法精度が低下することがある。また、場合によっては、ハニカム成形体の製造装置を一時的に停止せざるを得ないこともある。
しかしながら、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量は、連続式混合機内で行われる集塵などの影響によって変動することがある。連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量が減少すると、押出成形機に供給される湿式混合粉末の量が少なくなり、また、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量が増大すると、連続式混合機と押出成形機との間に湿式混合粉末が滞留してしまう。そのため、このような状況下では、押出成形機に供給される湿式混合粉末の量が変動し、ハニカム成形体の寸法精度が低下することがある。また、場合によっては、ハニカム成形体の製造装置を一時的に停止せざるを得ないこともある。
一方、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量を安定化させるために、連続式混合機に投入するセラミックス原料混合粉末や液体の量を調整する方法が考えられる。
しかしながら、この方法では、連続式混合機で得られる湿式混合粉末の含水量が調整の前後で変化してしまい、セラミックス成形体の寸法精度が低下する。また、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量に基づいてセラミックス原料混合粉末の量を調整すると、連続式混合機に継続的に供給されるセラミックス原料混合粉末の量の設定値（目標値）に対する実測値のバラツキが大きくなり、押出成形機に継続的に供給される湿式混合粉末の量のバラツキも大きくなってしまうため、ハニカム成形体の寸法精度が低下する。
しかしながら、この方法では、連続式混合機で得られる湿式混合粉末の含水量が調整の前後で変化してしまい、セラミックス成形体の寸法精度が低下する。また、連続式混合機から排出される湿式混合粉末の量に基づいてセラミックス原料混合粉末の量を調整すると、連続式混合機に継続的に供給されるセラミックス原料混合粉末の量の設定値（目標値）に対する実測値のバラツキが大きくなり、押出成形機に継続的に供給される湿式混合粉末の量のバラツキも大きくなってしまうため、ハニカム成形体の寸法精度が低下する。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、寸法精度が高いセラミックス成形体を連続的且つ安定的に製造することが可能なセラミックス成形体の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、連続式混合機とベルトフィーダとの間に、湿式混合粉末を一時的に溜めるための貯留部を設け、この貯留部に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機に供給される湿式混合粉末の量を調整することで、湿式混合粉末の含水量を変化させることなく、寸法精度が高いセラミックス成形体を連続的且つ安定的に製造し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、水を含む液体をセラミックス原料混合粉末に添加して連続式混合機で湿式混合する湿式混合工程と、
前記湿式混合工程で得られた湿式混合粉末をベルトフィーダによって押出成形機に供給して押出成形する押出成形工程と
を含み、
前記連続式混合機と前記ベルトフィーダとの間に設けられた貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の量を調整し、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量が、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の調整量と等しい、セラミックス成形体の製造方法である。
前記湿式混合工程で得られた湿式混合粉末をベルトフィーダによって押出成形機に供給して押出成形する押出成形工程と
を含み、
前記連続式混合機と前記ベルトフィーダとの間に設けられた貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の量を調整し、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量が、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の調整量と等しい、セラミックス成形体の製造方法である。
また、本発明は、水を含む液体をセラミックス原料混合粉末に添加して湿式混合する連続式混合機と、
前記連続式混合機で得られた湿式混合粉末を押出成形機に供給するベルトフィーダと、
前記ベルトフィーダから供給された前記湿式混合粉末を押出成形する押出成形機と、
前記連続式混合機と前記ベルトフィーダとの間に設けられ、前記湿式混合粉末を一時的に溜めるための貯留部と、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、前記押出成形機に供給する前記湿式混合粉末の量を調整する制御部と
を備え、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量が、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の調整量と等しい、セラミックス成形体の製造装置である。
前記連続式混合機で得られた湿式混合粉末を押出成形機に供給するベルトフィーダと、
前記ベルトフィーダから供給された前記湿式混合粉末を押出成形する押出成形機と、
前記連続式混合機と前記ベルトフィーダとの間に設けられ、前記湿式混合粉末を一時的に溜めるための貯留部と、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、前記押出成形機に供給する前記湿式混合粉末の量を調整する制御部と
を備え、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量が、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の調整量と等しい、セラミックス成形体の製造装置である。
本発明によれば、寸法精度が高いセラミックス成形体を連続的且つ安定的に製造することが可能なセラミックス成形体の製造方法及び製造装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
本発明の一実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法は、水を含む液体をセラミックス原料混合粉末に添加して連続式混合機で湿式混合する湿式混合工程と、湿式混合工程で得られた湿式混合粉末をベルトフィーダによって押出成形機に供給して押出成形する押出成形工程とを含み、連続式混合機とベルトフィーダとの間に設けられた貯留部に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機に供給される湿式混合粉末の量を調整する。
上記のセラミックス成形体の製造方法は、図１に示すセラミックス成形体の製造装置１００を用いて実施することができる。セラミックス成形体の製造装置１００は、連続式混合機１０と、貯留部２０と、ベルトフィーダ３０と、押出成形機４０と、制御部５０とを備える。以下、本実施形態のセラミックス成形体１の製造方法について、セラミックス成形体の製造装置１００の構成と共に説明を行う。
湿式混合工程は、連続式混合機１０を用いて実施される。連続式混合機１０には、予め規定された投入割合でセラミックス原料混合粉末が徐々に投入されると同時に、セラミックス原料混合粉末の投入量に応じて規定された液体が投入される。投入されたセラミックス原料混合粉末及び液体は、攪拌機構（図示していない）によって均一に湿式混合され、湿式混合粉末が生成される。連続式混合機１０を用いて湿式混合工程を実施することにより、湿式混合工程から押出成形工程までの工程を連続的に実施することができるため、セラミックス成形体１の生産効率を高めることが可能になる。
連続式混合機１０としては、湿式混合が可能なものであれば特に限定されず、市販品を用いることができる。
連続式混合機１０としては、湿式混合が可能なものであれば特に限定されず、市販品を用いることができる。
ここで、連続式混合機１０に投入されるセラミックス原料混合粉末としては、特に限定されないが、典型的には、バッチ式混合機で乾式混合して得られたセラミックス原料乾式混合粉末である。
セラミックス原料混合粉末の種類としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、セラミックス成形体１の構成成分となる骨材粒子原料の混合粉末を用いることができる。骨材粒子原料としては、例えば、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、金属珪素、又はこれらの混合物などが挙げられる。なお、コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトに変換される物質を意味し、例えば、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカなどを、焼成後の組成がコージェライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）となるように混合したものなどが挙げられる。
セラミックス原料混合粉末の種類としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、セラミックス成形体１の構成成分となる骨材粒子原料の混合粉末を用いることができる。骨材粒子原料としては、例えば、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、金属珪素、又はこれらの混合物などが挙げられる。なお、コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトに変換される物質を意味し、例えば、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカなどを、焼成後の組成がコージェライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）となるように混合したものなどが挙げられる。
連続式混合機１０に投入される液体は、セラミックス原料混合粉末を湿式混合粉末とするために水を含む。また、この液体は、必要に応じて、押出成形に適した粘度を有する成形原料とするために、界面活性剤、潤滑剤及び可塑剤から選択される１種以上をさらに含んでいてもよい。
湿式混合工程で得られた湿式混合粉末は、連続式混合機１０から排出され、貯留部２０に一時的に貯留される。貯留部２０は、連続式混合機１０とベルトフィーダ３０との間に設けられており、定量の湿式混合粉末を、ベルトフィーダ３０を介して押出成形機４０に安定的に供給する。貯留部２０を設けることにより、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量が安定し、セラミックス成形体の製造装置１００を一時的に停止させることなく、セラミックス成形体１を連続的に製造することが可能となる。
貯留部２０としては、連続式混合機１０から排出された湿式混合粉末を一時的に溜める機能を有していれば、その形状などは特に限定されない。
貯留部２０としては、連続式混合機１０から排出された湿式混合粉末を一時的に溜める機能を有していれば、その形状などは特に限定されない。
ベルトフィーダ３０は、連続式混合機１０で得られた湿式混合粉末を押出成形機４０に供給する。すなわち、ベルトフィーダ３０は、貯留部２０と押出成形機４０との間に設けられており、連続式混合機１０から排出されて貯留部２０に一時的に溜められた湿式混合粉末を押出成形機４０に供給する。
ベルトフィーダ３０としては、湿式混合粉末を押出成形機４０に供給することが可能なものであれば特に限定されず、市販品を用いることができる。
ベルトフィーダ３０としては、湿式混合粉末を押出成形機４０に供給することが可能なものであれば特に限定されず、市販品を用いることができる。
押出成形工程は、押出成形機４０を用いて実施される。押出成形機４０は、押出スクリュー４１及び押出ダイ４２（口金）を有し、ベルトフィーダ３０から供給された湿式混合粉末を押出スクリュー４１で混練しつつ前進させ、最終的に押出ダイ４２から押出成形することによってセラミックス成形体１が生成される。
押出成形は、セラミックス成形体１が用いられる用途に応じて所望の形状に押出成形すればよい。例えば、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、ガソリン微粒子除去フィルタ、燃焼装置用蓄熱体などで用いられるハニカム形状のセラミックス成形体１を得るためには、ハニカム形状に押出成形すればよい。
押出成形機４０としては、上記のような機能を有するものであれば特に限定されず、市販品を用いることができる。
押出成形は、セラミックス成形体１が用いられる用途に応じて所望の形状に押出成形すればよい。例えば、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、ガソリン微粒子除去フィルタ、燃焼装置用蓄熱体などで用いられるハニカム形状のセラミックス成形体１を得るためには、ハニカム形状に押出成形すればよい。
押出成形機４０としては、上記のような機能を有するものであれば特に限定されず、市販品を用いることができる。
上記の湿式混合工程及び押出成形工程を含む製造方法を用い、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、連続式混合機１０に供給されるセラミックス原料混合粉末の量を調整し、セラミックス成形体１の連続的な製造を行うと、図２に示すように、連続式混合機１０に供給されるセラミックス原料混合粉末の量の設定値（目標値）に対する実測値のバラツキが大きくなる。ここで、図２は、直径が１２６．５ｍｍ、長さが６７．０ｍｍである円柱状のハニカムセラミックス成形体を製造したときの結果である。
そこで、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整する。この調整は、制御部５０によって実施される。
そこで、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整する。この調整は、制御部５０によって実施される。
制御部５０は、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化を測定する手段、及びベルトフィーダ３０と電気的に接続されている。貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量を測定する手段としては、特に限定されないが、ロードセルなどを用いることができる。制御部５０は、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量を測定する手段からの情報を基に、押出成形機４０に供給する湿式混合粉末の調整量を決定し、ベルトフィーダ３０に伝達する。制御部５０は、ベルトフィーダ３０の速度を制御することにより、押出成形機４０に供給する湿式混合粉末の量の調整を行う。
貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量は、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の調整量と等しいことが好ましい。例えば、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量が１時間当たり５ｋｇ増量した場合、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の調整量を１時間当たり５ｋｇとすればよい。
図３は、上記の方法を用いて、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整した後の結果である。なお、図３は、図２と同様のハニカムセラミックス成形体を製造したとき（押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整したこと以外は同じ条件）の結果である。なお、この例では、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の調整量を、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量（５ｋｇ／時間の増量）と等しくした。図３に示すように、上記の方法を用いて押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整することにより、連続式混合機１０に供給されるセラミックス原料混合粉末の量の設定値（目標値）に対する実測値のバラツキが小さくなった。
図４は、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、連続式混合機１０に供給されるセラミックス原料混合粉末の量を調整した場合（方法Ａ）、及び押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整した場合（方法Ｂ）におけるハニカムセラミックス成形体の直径の違いを評価した結果である。なお、製造条件については、上記と同様である。また、ハニカムセラミックス成形体の直径は、レーザ式外形寸法測定器（「レーザ変位計」と称されることもある）を用いて測定した。この測定では、図５に示すように、回転テーブル３００の上にハニカムセラミックス成形体２００を載置し、レーザ式外形寸法測定器の光源部からレーザをハニカムセラミックス成形体２００の外周面に照射した。ハニカムセラミックス成形体２００の外周面で跳ね返されたレーザはレーザ式外形寸法測定器の受光素子で検出され、三角測距の原理に基づいて寸法計測を行った。また、寸法測定は、ハニカムセラミックス成形体２００の軸方向長さの３カ所の位置Ｄ１～Ｄ３で行った。Ｄ１は、ハニカムセラミックス成形体２００の上面から６ｍｍの位置、Ｄ２は、ハニカムセラミックス成形体２００の軸方向長さの中央の位置、Ｄ３は、ハニカムセラミックス成形体２００の下面から６ｍｍの位置とした。
図４に示すように、方法Ｂは、方法Ａに比べて、最大径及び最小径の差が小さく、標準偏差も同等以下となった。したがって、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整することにより、ハニカムセラミックス成形体の寸法精度が向上した。
図４に示すように、方法Ｂは、方法Ａに比べて、最大径及び最小径の差が小さく、標準偏差も同等以下となった。したがって、貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整することにより、ハニカムセラミックス成形体の寸法精度が向上した。
上記のように貯留部２０に溜まった湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量を調整することにより、定量の湿式混合粉末を押出成形機４０に安定的に供給することができるため、押出成形機４０内の圧力なども変動し難く、セラミックス成形体１の寸法精度を高めることができる。また、連続式混合機１０から排出される湿式混合粉末の量と、押出成形機４０に供給される湿式混合粉末の量とのバランスを適切な範囲に維持できるため、セラミックス成形体の製造装置１００の管理が容易になると共に、セラミックス成形体１を連続的且つ安定的に製造することが可能になる。
本発明のセラミックス成形体の製造方法及び製造装置は、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、ガソリン微粒子除去フィルタ、あるいは燃焼装置用蓄熱体などに利用可能なセラミックス成形体を製造するために使用することができる。
１ セラミックス成形体
１０ 連続式混合機
２０ 貯留部
３０ ベルトフィーダ
４０ 押出成形機
４１ 押出スクリュー
４２ 押出ダイ
５０ 制御部
１００ セラミックス成形体の製造装置
２００ ハニカムセラミックス成形体
３００ 回転テーブル
１０ 連続式混合機
２０ 貯留部
３０ ベルトフィーダ
４０ 押出成形機
４１ 押出スクリュー
４２ 押出ダイ
５０ 制御部
１００ セラミックス成形体の製造装置
２００ ハニカムセラミックス成形体
３００ 回転テーブル
Claims (5)
- 水を含む液体をセラミックス原料混合粉末に添加して連続式混合機で湿式混合する湿式混合工程と、
前記湿式混合工程で得られた湿式混合粉末をベルトフィーダによって押出成形機に供給して押出成形する押出成形工程と
を含み、
前記連続式混合機と前記ベルトフィーダとの間に設けられた貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の量を調整し、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量が、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の調整量と等しい、セラミックス成形体の製造方法。 - 前記湿式混合粉末がハニカム形状に押出成形される、請求項１に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 前記セラミックス原料混合粉末は、バッチ式混合機で乾式混合して得られたセラミックス原料乾式混合粉末である、請求項１又は２に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 前記液体は、界面活性剤、潤滑剤及び可塑剤から選択される１種以上をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 水を含む液体をセラミックス原料混合粉末に添加して湿式混合する連続式混合機と、
前記連続式混合機で得られた湿式混合粉末を押出成形機に供給するベルトフィーダと、
前記ベルトフィーダから供給された前記湿式混合粉末を押出成形する押出成形機と、
前記連続式混合機と前記ベルトフィーダとの間に設けられ、前記湿式混合粉末を一時的に溜めるための貯留部と、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量に基づいて、前記押出成形機に供給する前記湿式混合粉末の量を調整する制御部と
を備え、
前記貯留部に溜まった前記湿式混合粉末の質量変化量が、前記押出成形機に供給される前記湿式混合粉末の調整量と等しい、セラミックス成形体の製造装置。
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