JPH08224720A - 繊維強化ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐衝撃性の向上したハニカム構造体の製造方
法を提供する。 【構成】 多数のマトリックス押し出し用穴を有するハ
ニカム構造体押し出し成型用金型の、マトリックスの流
れ方向に関して上流側にマトリックス供給位置変更板を
設置し、強化繊維を含んだマトリックスをこの装置を通
して押し出し成型するときに、前記板を連続的に回転さ
せ、これによって前記マトリックスの流れを乱し、マト
リックス中に含まれる強化繊維が押し出し方向に一直線
に配向するのを乱す、繊維強化ハニカム構造体の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化ハニカム構造
体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックハニカム構造体は、内燃機関
の排気ガスの微粒子浄化用フィルタ等に有用で、材質と
しては主にコーディエライトが用いられている。セラミ
ックハニカム構造体を押し出し成形するための金型は周
知の形状をしており、特開昭５１−７３００８号公報や
特開平１−４０７３０号公報に記載されているような押
し出し成形金型を用いることによってセラミックハニカ
ム構造体を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような押し出し成
形金型を用いて、特開平５−２５６２６９号公報に記載
されているような繊維強化多孔質体をハニカム構造体に
押し出し成形する場合、繊維強化多孔質体に含まれるセ
ラミック繊維が押し出し方向に並んでしまう問題があ
る。

【０００４】繊維強化多孔質体は、内燃機関の排気ガス
の微粒子浄化用フィルタ等の材料で、多孔質セラミッ
ク、特に多孔質コーディエライトからなるマトリックス
に、該マトリックス中の平均細孔径よりも長いＳｉＣ等
のセラミック短繊維が混入されたものである。繊維強化
多孔質体の効果は、マトリックス中のセラミック短繊維
によりクラックの進展が抑えられることによって、強化
繊維を含まない多孔質体よりも耐衝撃性、特に耐熱衝撃
性を向上することである。セラミック短繊維がクラック
の進展を抑えるのは、クラックの進展方向と垂直方向に
セラミック短繊維が伸びて存在する場合である。

【０００５】従来の押し出し成形金型の問題点は、上記
のような繊維強化多孔質体を従来用いられている押し出
し成形金型で押し出し成形して押し出しハニカム構造体
を作ると、ハニカム構造体中のセラミック短繊維が局部
的にであれ押し出し方向に一直線状に並んで配向してし
まうため、耐衝撃性、特に耐熱衝撃性を向上させる効果
がハニカム構造体の軸方向と直角の方向にしか働かない
ことである。前記耐衝撃性については、セラミック以外
の材料、例えば熱可塑性樹脂についても同様のことがい
える。

【０００６】本発明の目的は、強化繊維を含んだマトリ
ックスをハニカム状に押し出し成形しても、押し出され
たハニカム構造体中の強化繊維が、押し出し方向と直角
方向に並ぶことのないことは勿論、押し出し方向への一
直線の並びが乱され、これによりハニカム構造体の軸方
向（押し出し方向）への耐衝撃性、セラミックハニカム
にあっては更に耐熱衝撃性、の向上したハニカム構造体
の製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数のマトリ
ックス押し出し用穴を有するハニカム構造体押し出し成
型用金型の、マトリックスの流れ方向に関して上流側に
マトリックス供給位置変更板を設置し、強化繊維を含ん
だマトリックスをこの装置を通して押し出し成型すると
きに、前記板を連続的に回転させ、これによって前記マ
トリックスの流れを乱し、マトリックス中に含まれる強
化繊維が押し出し方向に一直線に配向するのを乱す、繊
維強化ハニカム構造体の製造方法である。

【０００８】前記マトリックス材料としては、コーディ
エライトのようなセラミック材料、熱可塑性樹脂、例え
ばポリオレフィン（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リスチレン等）、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ポ
リメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリエステル、ポ
リカーボネート、ポリウレタン、ポリアセタール、ＡＢ
Ｓ樹脂などがある。耐熱衝撃性の観点からはセラミック
材料、特にコーディエライトが重要である。

【０００９】前記強化繊維としては、セラミック繊維、
例えばＳｉＣ繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊
維、アラミド繊維、ガラス繊維、金属繊維、麻、合成繊
維等を用いることができる。耐熱衝撃性の観点からは、
セラミック繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊
維、金属繊維が重要である。

【００１０】前記押し出し用穴の配列は四角形配列であ
ることが好ましく、その内でも正方形配列又は菱形配列
が好ましく、正方形配列が最も好ましい。前記菱形配列
の菱形は相対する２つの６０°の頂角と相対する２つの
１２０°の頂角を持つものが好ましい。前記マトリック
ス供給位置変更板はマトリックスを通過させる多数の貫
通穴を有し、この貫通穴は前記押し出し用穴と１つおき
に重なりうる様に配列しているのが好ましい。

【００１１】前記押し出し成形用金型とマトリックス供
給位置変更板の間隔は、密着の状態、即ち０mmから最大
５mmの間で変化させることができる。この間隔が５mmよ
り大きいときはマトリックス供給位置変更板で塞いだ成
形用金型の押し出し用穴にマトリックスが流れてしま
い、マトリックス供給位置変更の役割を果たさなくなる
からである。この間隔が密着の状態でないときは、マト
リックスが漏れないように、前記金型と変更板の周辺に
リングを設ける必要がある。

【００１２】

【作用】図１はハニカム構造体成形用の一般的な押し出
し成形用金型である。この型を用いて、例えばセラミッ
ク繊維を含んだ坏土を押し出し成形すると、図２に示す
ように坏土の流れ１は坏土が坏土供給穴２から坏土排出
溝３を通過する際、隣の坏土供給穴２から流れてきた坏
土と合流し、両坏土が接着しハニカム構造体が形成され
る。そのため図３に示すようにハニカム構造体の中のセ
ラミック繊維４は坏土の合流点、即ち接着点５で押し出
し方向に並んでしまう（即ち配向する）。そこで、従来
の押し出し成形金型の上流側に坏土供給位置を変更する
図４に示すような位置に貫通穴を有する坏土供給位置変
更板を取り付け、押し出し成型時にこの板を連続的に回
転することによってセラミック繊維４が押し出し方向に
配向するのを乱すことができる。

【００１３】このセラミック繊維が押し出し方向に配向
するのを乱すということを、簡単なモデルを用いて説明
すると以下のようになる。図１に示すように、押し出し
成形金型の坏土供給穴（押し出し用穴）２及び坏土排出
溝３の交点６が正方形配列であるとし、坏土供給位置変
更板の貫通穴が図４に示すように、前記坏土供給穴２及
び坏土排出溝３の交点６と１つおきに重なって存在する
ように配列されているとする。始めに坏土供給位置変更
板の貫通穴の全てが押し出し成形用金型の坏土供給穴の
半数と完全に重なっているとする。このとき坏土供給位
置変更板の貫通穴と重なっている半数の押し出し成形用
金型の坏土供給穴からは坏土が排出されるが、坏土供給
位置変更板の貫通穴と重なっていない残りの半数の押し
出し成形用金型の坏土供給穴からは坏土が排出されな
い。坏土供給位置変更板がこの位置から１／４回転する
と、前に坏土が供給されていた坏土供給穴２は坏土供給
位置変更板に塞がれて坏土が排出されず、反対に前に坏
土供給位置変更板の貫通穴と重なっておらずこの板に塞
がれていた残りの半数の坏土供給穴２に坏土供給位置変
更板の貫通穴が重なってこれから坏土が排出される。従
って、坏土供給位置変更板の回転によって押し出し成形
金型の坏土供給穴２に供給される坏土の位置が変更さ
れ、坏土排出溝３で坏土の接着点５が変更される。この
ときのハニカム構造体の断面モデルを図５に示す。この
図において、４’がセラミック繊維である。つまり坏土
供給位置変更板が１／４回転する毎に、坏土の接着点５
が変わるので、セラミック繊維４が押し出し方向へ一直
線状に並ぶのを防ぐことができる。このようにセラミッ
ク繊維、（強化繊維）４が押し出し方向へ一直線状に配
向するのを防ぐことを、強化繊維が押し出し方向に配向
するのを乱すという。

【００１４】上に述べたセラミック繊維又は強化繊維が
押し出し方向へ一直線状に配向するのを防ぐ機構は理解
を容易にするために簡単に説明したが、実際には、１つ
の坏土供給位置変更板の貫通穴７が、ある坏土供給穴２
の位置から１／４回転する間に、多くの場合他の坏土供
給穴２に部分的に重なり、ここでいくらかの坏土を供給
する。従って、前記セラミック繊維又は強化繊維が押し
出し方向へ一直線状に並ぶのを防ぐ機構は、坏土供給穴
２からの坏土排出速度が、隣接する穴２の間で不規則に
変化し、坏土排出溝３に出て横に広がる坏土の量が相互
に不規則に変化し、坏土供給穴２から出てくる坏土の接
する部分でのセラミック繊維の並びが不規則な波を描く
ことであると考えられる。

【００１５】従って、本発明における坏土供給位置変更
板の貫通穴７の配置の形状は必ずしも図４のようでなく
てもよく、上述のような作用を示し、変更板がある角度
回転すると、隣接する坏土供給穴２の間で坏土の供給量
が変化するようなものであればよい。また押し出し成形
金型の坏土供給穴の配列の形状によって変更板の貫通穴
の配列の形状も変わる。従って、この形状は正方形配列
の他、例えば菱形配列、長方形配列、三角形配列等であ
ってもよい。

【００１６】

【実施例】図１に示した様な形状及び配列の坏土供給穴
及び坏土排出溝を有する押し出し成形金型を用いた。こ
の坏土供給穴２の直径は１．６mm、セルピッチは２．４
２mm、坏土排出溝３の幅は０．４５mm、坏土排出溝３の
深さは６mmである。また坏土供給穴２の場所は、坏土排
出溝の交点６に中心がくるように配列されている。次
に、図４のように貫通穴７の配置されている坏土供給位
置変更板を用いた。前記貫通穴７の直径は２mm、板の厚
さは６mmである。また貫通穴７の場所は坏土排出溝３の
交点６、即ち坏土供給穴２に対して１つおきになるよう
に配置されている。

【００１７】押し出し成形に用いた坏土は一般的に行わ
れているような以下の方法で作成した。コーディエライ
トの原料であるシリカ：１８重量部、タルク：３６重量
部、水酸化アルミニウム：４６重量部、及びセラミック
繊維として平均長さ約０．５mm、直径１５μm のＳｉＣ
短繊維（日本カーボン（株）製、商品名：ニカロン）を
１０重量部、並びに微粒子除去用フィルタとして用いる
ための造孔材としてのカーボンを２０重量部調合した。
これに水を加え、ミキサーで混合して前記原料及び造孔
材を分散させてスラリーとした。その後このスラリーを
乾燥させ、バインダー（メチルセルロース）：１０重量
部、水：３０重量部を加えニーダーで混練し、坏土を作
った。

【００１８】この坏土を用いて、図６のように本発明の
坏土位置変更板を押し出し成形金型の上流側に接するよ
うに配置して押し出し成形を行うことにより、セラミッ
ク繊維の配向を乱したハニカム構造体を作成した。図６
において、８は坏土供給位置変更板、９は押し出し成形
金型、１０は押し出し成形金型の坏土供給部、１１は押
し出し成形金型の坏土排出部、１２は坏土供給位置変更
板の回転中心である。坏土供給位置変更板を回転させる
速度はハニカムが成形される速度に関係があり、坏土供
給位置変更板が１／４回転する間にハニカム構造体が１
〜３cm程度押し出される速度が好ましい。つまり、セラ
ミック繊維の並びが１〜３cm毎に変わってくる。坏土供
給位置変更板の回転速度がこの範囲よりも大きいと、坏
土の押し出し金型への供給に対する抵抗が大きくなって
ハニカム構造体を押し出すのが困難となる。一方、前記
回転速度がこの範囲よりも小さいと、セラミック繊維が
押し出し方向に並ぶ長さが長くなり過ぎるためである。

【００１９】このようにセラミック繊維が乱れて存在す
るハニカム構造体を用いて微粒子浄化用フィルタを作製
し、フィルタ燃焼試験を行った。この試験方法を次に述
べる。フィルタの一方の端面を千鳥に穴埋めし、反対側
の端面においても同様に、始めの端面に穴埋めしていな
い穴を穴埋めする。この穴埋めに用いた材料は耐熱性接
着剤で商品名：スミセラムを用いた。これによってフィ
ルタを通る排ガスは壁を通してのみ通過するすることが
できるようにする。そして、フィルタの端面にヒーター
線を取り付ける。このフィルタにディーゼル車の排ガス
を通過させ、煤を補集した後、フィルタに取り付けたヒ
ーターに通電し、空気を流通させながら、端面に着火し
た煤から燃焼伝搬させて、フィルタに補集した煤を燃焼
させ、フィルタが破壊する温度を測定する。前記燃焼試
験を行ったときのフィルタ内最高温度（耐熱衝撃性）は
１０８０℃であった。

【００２０】比較例として、坏土供給位置変更板を使用
しない他は、上記実施例と同様にして微粒子浄化用フィ
ルタを作製し耐熱衝撃性を測定したところ、９７０℃で
あった。

【００２１】上記実施例及び比較例の対比から、従来の
セラミック系多孔質ハニカム構造体に比べて、本発明に
より耐熱衝撃性が飛躍的に向上したことが明らかであ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明方法によって製造した繊維強化ハ
ニカム構造体は、その軸方向と直角な方向だけでなく、
軸方向に対する耐衝撃性が向上する。特に、本発明方法
によって製造したハニカム構造体がセラミック繊維を含
むセラミックマトリックスからなるハニカム構造体であ
るときは、従来の方法で製造したハニカム構造体よりも
耐熱衝撃性が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な押し出し成形金型の部分拡大平面図。

【図２】図１に示した押し出し成形金型のII−II断面
図。

【図３】従来の製造方法によるハニカム構造体の断面モ
デル図。

【図４】実施例の坏土供給位置変更板の部分拡大平面
図。

【図５】実施例による製造方法で押し出し成形したハニ
カム構造体の断面モデル図。

【図６】実施例で用いた坏土供給位置変更板と押し出し
成形金型を組み合わせたモデルを示す透視図。

【符号の説明】

１…坏土の流れ ２…坏土供給穴 ３…坏土排出溝 ４，４’…セラミック繊維 ５…坏土の接着点 ６…坏土排出溝の交点 ７…坏土供給位置変更板の貫通穴 ８…坏土供給位置変更板 ９…押し出し成形金型 １０…押し出し成形金型の坏土供給部 １１…押し出し成形金型の坏土排出部 １２…坏土供給位置変更板の回転中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 悦朗 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数のマトリックス押し出し用穴を有す
   るハニカム構造体押し出し成型用金型の、マトリックス
   の流れ方向に関して上流側にマトリックス供給位置変更
   板を設置し、強化繊維を含んだマトリックスをこの装置
   を通して押し出し成型するときに、前記板を連続的に回
   転させ、これによって前記マトリックスの流れを乱し、
   マトリックス中に含まれる強化繊維が押し出し方向に一
   直線に配向するのを乱す、繊維強化ハニカム構造体の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記マトリックス供給位置変更板が多数
   の穴を有し、この穴が前記マトリックス供給位置変更板
   の回転に従って、前記押し出し成型金型の押し出し用穴
   から出るマトリックスの量を相隣る穴の間で異ならしめ
   るように配置されている請求項１の方法。
3. 【請求項３】 前記押し出し成型金型の押し出し用穴が
   四角形配列であり、前記マトリックス供給位置変更板の
   穴が前記金型の押し出し用穴と１つおきに重なりうる様
   に配列されている請求項２の方法。
4. 【請求項４】 前記四角形配列が正方形配列又は菱形配
   列である請求項３の方法。