JPH0829537B2 - セラミックハニカム押出成形用口金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排気ガス浄化用の触媒担体あるいはフィルタ
および熱交換体等に用いられるセラミックハニカム構造
体を製造するために用いられるセラミックハニカム押出
成形用口金の製造方法に関するものである。

（従来の技術及びその問題点） セラミックハニカム構造体は、内燃機関の排気ガスの
浄化のための触媒担体、ディーゼルエンジンの排気ガス
の中の煤塵を除去するためのフィルタあるいは回転式熱
交換体等に用いられる。

このようなセラミックハニカム構造体の製造方法とし
ては、特開昭50−75611号公報においてコージェライト
を押出成形することが開示され、特公昭55−41908号公
報あるいは特公昭57−61592号公報には、一方の面にセ
ラミック坏土が押出成形機により供給されるセラミック
坏土供給孔が開口し、他方の面にはセラミックハニカム
構造体の断面形状に対応する成形溝が開口し、該供給孔
と成形溝との交叉部を備えた押出成形用口金が開示され
ている。

更に、図示しないが、セラミック坏土供給孔と成形溝
との連結部に坏土が一時的に滞留する溜部を設けた口金
が、USP 3038201号公報に開示されている。

こうした押出成形用口金は、押出工程中に成形溝を通
って高圧で押し出されるセラミック粒子により摩滅し、
比較的使用期間が短かかった。

この問題を解決するため、従来は、口金の表面に炭化
珪素を含むニッケル層を無電解メッキ等の手段により被
覆していた。しかしながら、実用上、充分に高い必要寿
命を満足するには至っていないかった。

この問題を解決し、実用上必要とされる程度にまで寿
命を延ばすため、化学蒸着法（CVD法）によって口金にT
iC、Ti（CN）、TiNなどの炭化物、窒化物、炭窒化物等
の耐摩耗材をコーティングした口金及びその製造方法
が、特開昭60−145804号及び特開昭61−69968号公報に
開示されている。

しかし、これらのコーティング方法を実際に行ってみ
ると、ガスの入口側と出口側とに向かうに従って、コー
ティング層の厚みが薄くなることが明らかになった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、最も摩耗の激しい部分に耐摩耗材を
短時間でコーティングでき、口金部材の変形を最小に抑
えることができるような、セラミックハニカム押出成形
用口金の製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明に係るセラミックハニカム押出成形用口金の製
造方法は、成形溝とこの成形溝へそれぞれ連通された複
数のセラミック坏土供給孔とを有する口金部材を形成
し、この際セラミック坏土供給孔の幅が成形溝の幅より
も大きく、口金部材の少なくとも成形溝の表面に化学蒸
着法によって耐摩耗材をコーティングするセラミックハ
ニカム押出成形用口金の製造方法において、耐摩耗材を
生成する反応性ガスを成形溝内へと流し、成形溝からセ
ラミック坏土供給孔へと流し、セラミック坏土供給孔か
ら排出させることを特徴とする。

（実施例） 最初にセラミックハニカム押出成形用口金の一例の構
成について述べる。第３図（Ａ）は押出成形用口金１の
概略断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図であ
る。

この押出成形用口金１においては、一方の面にセラミ
ック坏土供給口２が多数開口し、他方の面には、セラミ
ックハニカム成形体の断面形状に対応する成形溝３が開
口し、セラミック坏土供給口２と成形溝３との間に交叉
部20が設けられている。そして、好ましくはマルテンサ
イト型析出硬化系ステンレスからなる口金部材４の表面
に耐摩耗性コーティング層21を設ける。

押出成形用口金１にはそれぞれセラミック坏土供給孔
２および成形溝３を加工により形成する。

セラミック坏土供給孔２は該坏土が押出成形機により
加圧されて流入し、均一に成形溝３に坏土が分配するた
めに設けられる。坏土供給孔２の内径寸法（Ｄ）、深さ
（Ｈ）、成形溝３に対する配置、数量はそれぞれ、セル
密度、壁厚、表面積等のハニカム構造体の形状要因、セ
ラミック材質およびその押出成形条件等によって定めら
れる。一例を示すと、外径118mm、セル密度400個（平方
インチ当り）、壁厚み0.15mm、のコージェライトハニカ
ム構造体では、内径が約1.0〜1.5mm、深さ（Ｈ）18〜36
mmの坏土供給孔２が約3400個ダイス中に形成される。

成形溝３は押出されるセラミックハニカム構造体の断
面形状に対応する形状、即ちセル形状を規定し、通常三
角形、四角形、六角形等の多角形あるいは円形であり、
ハニカム構造体の隔壁寸法を規定する幅は、通常1.0〜
0.08mmである。また、成形溝数はハニカム構造体のセル
密度および口金の外径に対応しており相当数の溝が必要
である。

従って、このような微小幅の溝と多数形成することは
困難であるので、特公昭61−39167号公報に開示されて
いるように、所定幅寸法より大きくワイヤーソー加工あ
るいは放電加工法等により加工することが有用である。
このような所定寸法より大きく加工する方法は、前記の
坏土供給孔２の加工にも適用される。

第１図はCVD装置内に口金部材を配置した状態を示す
概略断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図である。

チャンバー10の外側にはヒーター11が設置され、チャ
ンバー10とその内側のセッター８の間にガス排出空間９
が設けられる。セッター８とのCVD用空間16の中央には
原料ガス供給管（反応性ガス供給管）６が設けられ、こ
の原料ガス供給管６の外周壁には多数の原料ガス噴出口
７が設けられている。CVD用空間16内には、一対の口金
部材４が原料ガス供給管６を中心として点対称に配置さ
れ、各口金部材４はそれぞれ原料ガス供給管６と実質的
に平行となるよう配置される。各口金部材４の成形溝３
を原料ガス供給管６の方へと向け、セラミック坏土供給
口２の側を側周壁18の方へと向けておく。口金部材４が
載置されている底板17と、側周壁18とにはそれぞれ多数
の円形排出口13又は12が形成されている（第１図では円
形排出口を図示省略した。）。

化学蒸着を行う際には、原料ガス供給管６を回転させ
ながら、噴出口７より矢印Ｂのように反応性ガスとキャ
リアガスとからなる原料ガスを噴出させる。ガス排出空
間９内は真空ポンプで吸引して減圧状態としており、矢
印Ｂのように流れる原料ガスの一部は矢印Ｅのように円
形排出口13より排出される一方、原料ガスの多くは口金
部材４の方へと向かって流れ、第１図、第３図（Ａ），
（Ｂ）に示すように成形溝３へと流入し、成形溝３から
矢印Ｃのように口金部材４の外へと排出され、円形排出
口12を通ってガス排出空間９へと流入し、矢印Ｄのよう
に排出される。

本実施例に係るセラミックハニカム押出成形用口金の
製造方法によれば、口金部材４の成形溝３を原料ガス供
給管６の方へと向けて配置したことが極めて重要であ
る。

即ち、従来技術で挙げた先行文献においては、コーテ
ィングの条件、材質等は示されているが、コーティング
層の形状はどき部分でも同じであって、均一な厚さのコ
ーティングを得ることができる旨が開示されている。

ところが、本発明者が鋭意検討を進めた結果、意外に
もコーティング層の形状が原料ガス流の方向によって大
きく影響されることが明らかとなった。本発明者はこの
知見に基づき、上述の技術的偏見を克服して本発明を完
成したのである。

具体的には、上記したように口金部材４の成形溝３を
原料ガス供給管６の方へと向けて配置すると、成形溝３
の表面での析出速度が大きくなり、仮に口金部材４の坏
土供給孔２を原料ガス供給管６の方へと向けて配置した
場合の成形溝３の表面での析出速度にくらべて例えば２
倍あまりも大きくなったのである。

この理由については以下のように考えられる。即ち、
ハニカム押出成形用の口金部材４は多数の坏土供給口
２、成形溝３を有しており、非常に表面積が大きい。こ
のように表面積の大きい口金部材にCVD処理を施すと、
通常のCVD処理とは異なり、原料ガスの上流側と下流側
ではかなり原料ガスの状態（濃度、反応性等）が異なっ
てくる。しかも第３図に示すように成形溝３の断面積は
坏土供給口２の断面積よりもかなり小さく、このため成
形溝３の方から原料ガスを流すと成形溝３内でのガスの
流速、通過量を大きくできる。これらの要因の相乗効果
により、成形溝３での析出速度を非常に大きくできるの
である。一方、仮に坏土供給口２の側から原料ガスを流
すと、CVD反応が坏土供給口２側で進行し、成形溝３側
では上記の相乗的効果が全く得られない。

所定厚さの隔壁を有するセラミックハニカム構造体を
製造するのに適合した大きさになるまで成形溝３にコー
ティング層を形成しなければならず、このためコーティ
ング層の層厚が必要な大きさへと達するまでCVD処理を
継続しなければならないが、上記のように成形溝３での
析出速度を大きくできた結果、CVD処理時間は例えば約
半分にまで短縮できる。そしてCVD処理時間を短くでき
ることから、生産性の点で経済的に有利となるばかりで
なく、口金部材の加熱時間を短くして口金部材の変形を
抑える点でも有利である。

口金部材４は、原料ガス供給管６を中心として点対称
となるように配置することが、口金部材ごとのバラツキ
を防止するうえで好ましい。また、口金部材４は原料ガ
ス供給管６と平行となるように配置することが望まし
く、口金部材４と原料ガス供給管６との間の距離は40〜
70mmとすることが口金部材４内部でのコーティング層厚
のバラツキなどを防止するうえで好ましい。この距離が
40mm以下の場合、原料ガス供給管６から吹き出した原料
ガスが一部直接に当たるため、コーティング層にムラが
できる。またこの距離が70mm以上の場合は、実質的にCV
D装置の径を拡大することを意味し、この拡大の結果炉
内温度を均一に保つことが難しくなり、やはりコーティ
ングのムラが発生する。

口金部材にコーティングする耐摩耗材はTiC、Ti（C
N）,TiNのうちの一種又はこれらの積層とすることが好
ましい。口金部材の材質はマルテンサイト型析出硬化ス
テンレスとするのが好ましい。

CVD法によって形成するコーティング層は、口金部材
表面に中間層を介さずに直接形成してもよいが、応力緩
和層として無電解メッキ層等の中間層の上に重畳しても
よい。

CVD法によりコーティングした耐摩耗材は、主として
又はすべて、成形溝の表面より垂直に突き立つ針状結晶
により、または剛毛状に形成されていることが好まし
い。

CVD層の付着は680〜900℃で行うことが好ましく680〜
850℃で行うと更に好ましい。

反応性ガスとしては、四塩化チタン、アミン、ヒドラ
ジン、ニトリルが好ましく、代表的なＣ−Ｎ源として例
えばアセトニトリル、トリメチルアミン、ジメチルヒド
ラジン、シアン化水素酸等が含まれる。

以下、具体的な実験例について説明する。

実施例 PSL（日立金属製；マルテンサイト系析出硬化ステン
レス鋼）に系1.5mmの孔をドリル加工、電解加工等の方
法で加工し、この孔加工した面と反対側の面には、幅約
200μｍの成形溝を放電加工により加工し、外径215mm×
130mm、厚み21mmの楕円形状の口金部材を製作した。こ
れをアルカリ脱脂、水洗し、酸溶液を用いて超音波洗浄
を行い、次いで水洗して清浄化した。

次に、第１図に概略的に示したようなベルネックス社
標準タイプのCVD装置（外径220mφ×800mml）に、口金
部材を第１図に示すように２台セットし、温度800℃、1
0時間の条件下でTi（CN）（炭窒化チタン）のコーティ
ングを行った。この際、口金部材は、原料ガス供給管側
へと成形溝を向けて配置し、また、原料ガスとしては四
塩化チタン、アセトニトリルを使用し、キャリアガスと
しては水素を用いた。この時の流量16.5l/min、圧力60m
barであった。この結果、成形溝３（第３図（Ｂ）参
照）の第３図（Ｂ）において上側（原料ガスの入口側）
では約16μｍ、成形溝３の第３図（Ｂ）において下側
（原料ガスの出口側）では約15μｍの厚さの、針状に突
きたつ針状結晶からなるコーティング層21が得られた。

比較例 実施例と同様の方法で口金部材を作製し、CVDコーテ
ィングを行った。

ただし、口金部材をCVD装置内に配置する際、口金部
材の向きを変更し、セラミック坏土供給孔の側を原料ガ
ス供給管の方へと分けて処理した。これ以外のCVD条件
は実施例と全く同様とした。

この結果、成形溝３（第３図（Ｂ）参照）の第３図
（Ｂ）において上側（押出出口側）では約8.5μｍ、成
形溝３の第３図（Ｂ）において下側（交叉部20側）では
約７μｍの厚さのコーティング層しか得られなかった
（上記実施例の約50％程度に相当する）。

上述の実施例は種々変更でき、例えば口金加工法、口
金部材の寸法、形状、洗浄法等も公知のものを使用でき
る。

（発明の効果） 本発明に係るセラミックハニカム押出成形用口金の製
造方法によれば、耐摩耗材を生成する反応性ガスを成形
溝の方からセラミック坏土供給孔の方へと流すので、押
出成形用口金内を通過する原料ガスの流速を速くでき、
成形溝の表面での耐摩耗材の析出速度を大きくできる。
従って、所定のコーティング厚を得るのに必要なCVD処
理時間を短縮できるので生産性向上が可能であり、しか
も口金部材の加熱時間を短くできるので口金部材の加熱
変形を抑えるうえで有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はCVD装置内に口金部材を配置した状態を示す概
略断面図、 第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、 第３図（Ａ）は押出成形用口金の概略断面図、 第３図（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である。 １……セラミックハニカム押出成形用口金 ２……セラミック坏土供給孔 ３……成形溝、４……口金部材 ６……原料ガス供給管（反応性ガス供給管） ７……噴出口、８……セッター 10……チャンバー、11……ヒーター 12,13……円形排出口、16……CVD用空間 20……交叉部、21……コーティング層 B,C,D,E……原料ガスの流れ（反応性ガスの流れ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形溝とこの成形溝へそれぞれ連通された
   複数のセラミックス坏土供給孔とを有する口金部材を形
   成し、この際前記セラミックス坏土供給孔の幅が前記成
   形溝の幅よりも大きく、前記口金部材の少なくとも前記
   成形溝の表面に化学蒸着法によって耐摩耗材をコーティ
   ングするセラミックハニカム押出成形用口金の製造方法
   において、前記耐摩耗材を生成する反応性ガスを前記成
   形溝内へと流し、前記成形溝から前記セラミック坏土供
   給孔へと流し、このセラミック坏土供給孔から排出させ
   ることを特徴とするセラミックハニカム押出成形用口金
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記口金部材と、前記反応性ガスを供給す
   るガス供給管とを実質的に平行になるように配置したこ
   とを特徴とする請求項１記載のセラミックハニカム押出
   成形用口金の製造方法。