JPH0986912A - ガス吸着材料微粉末の成形方法と熱処理用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な操作でコストがかかることなく、嵩密
度の大きな活性炭微粉末の成形体を提供すること。 【解決手段】 図は、熱処理炉内で活性炭微粉末と有機
バインダーの成形体２４を熱処理するための熱処理用治
具２１を示す。この熱処理用治具２１は、金型プレス２
２と拘束用治具２３とから成る。金型プレス２２は、成
形体２４を充填するダイ金型２５と、加圧手段を備えた
上下パンチ２６，２７で形成される。他方、拘束用治具
２３は、鉄製でなり上下パンチ２６，２７の加圧状態を
そのまま維持するものであり、上下パンチ２６，２７を
上下方向から挟み込んで、それらの上下方向の移動を規
制する。拘束用治具２３は、上下方向に伸縮が可能であ
り、所定の位置でロック状態になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガスや天然ガ
ス等の低圧（〜１０気圧）において、液化しないガス体
の貯蔵に広く利用できるガス吸着材料微粉末の成形方法
と熱処理用治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性炭微粉末等のガス吸着材料の原料粉
末を圧縮し、その嵩密度を高めるとともに、一定の形状
を付与する一般的な方法として、冷間成形法と熱間成形
法がある。冷間成形法には、金型プレスにより成形する
方法とゴム型プレスにより成形する方法がある。金型プ
レスは、図３に示すように原料粉末と有機バインダーの
混合粉末１をダイ金型２内に充填し、上下パンチ３，４
で加圧する方法である。有機バインダーは加圧力を除い
た後も混合粉末１成形体が形状を保持されるよう、原料
粉末を固化するための接着剤の役割を果たしている。ゴ
ム型プレスは、図４に示すようにゴム型５に、混合粉末
１を充填し静水圧で加圧して圧縮する方法である。

【０００３】図５は、熱間成形法に用いられる真空容器
６を示す。真空容器６は、その内部に断熱材７を設け、
電極８，９に接続されたヒーター１０を断熱材７内に配
設している。また、真空容器６には不活性ガスのタンク
に接続されているガス導入口１１と真空容器内６内を排
気するための油拡散ポンプ１２及び油回転ポンプ１３が
接続されている。そして、一般的には炭素質でできた型
１４に原料粉末１５を充填し、その型１４をヒーター１
０により加熱しながら、加圧ロッド１６で一軸方向から
加圧し、原料粉末１５の成形を行う。この熱間成形法で
は、有機質のバインダー等の添加無しで嵩密度の高い原
料粉末１５からなる成形体を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】冷間成形法において
は、成形直後においては高い嵩密度が得られるが、有機
バインダーを多量に含むため、比表面積は測定し得る値
とならない。そのため、有機バインダーを除去するため
の熱処理操作が必要となる。この操作により比表面積は
回復するが、同時に接着力の低下による割れの発生及び
膨張が起こり嵩密度が大きく低下する。これを表１に示
す。

【０００５】

【表１】

【０００６】表１のＡは原料粉末の活性炭微粉末の値を
示し、表１のＢは冷間成形後の活性炭の微粉末と有機バ
インダーとの混合物の成形体の値を示し、表１のＣは冷
間成形後の成形体を熱処理した後の有機バインダーを除
去した値を示す。熱処理後に成形体の嵩密度が０．６０
から０．４５（ｇ／ｃｍ³ ）に低下しているのが分か
る。

【０００７】熱間成形法では、加熱条件を適当に選ぶこ
とで比表面積を大きく低下させず、嵩密度の高い成形体
を得ることができる。この方法は図５に示したごとく、
大気と隔絶させるための真空容器内に熱源となるヒータ
ーを設けるとともに、原料粉末を加圧するための外力を
導入する構造が必要である。

【０００８】さらに、限られた真空容器内で加圧力に耐
える、例えば、黒鉛製の型を用意し、この中に原料粉末
を投入し、大気を除去するため、真空引きを行う。ま
た、活性炭微粉末の酸化を起こさせない程度まで真空引
きをするためには、一般的に数時間を要する。その後、
所定温度・所定圧力・所定時間のもとで、原料粉末を処
理して、表１のＤに示す成形体を得ることができる。こ
の値は種々の条件で粉末を処理した結果、得ることので
きた最良の値でありガス吸着体として使用に耐えるもの
である。しかしながら、熱間成形法は用いる設備のコス
トが高く、また、生産性も低いことから得られる原料粉
末の成形体は非常に高いコストとなり実用に耐えないと
いう問題がある。

【０００９】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、熱間成形法のように複雑な装置を必要とせず、コス
トがかかることなく熱間成形法と同様に、嵩密度の大き
な成形体を生産できるガス吸着材料の微粉末の成形方法
と熱処理用治具を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の目的は、ガス吸着
材料の微粉末とこの微粉末を固化するための接着剤の混
合物を加圧して成形体とし、この成形体の加圧状態の形
状を維持させたまま、上記接着剤のみが除去される温度
で成形体を熱処理し、成形体に付着した接着剤を除去す
ることを特徴とするガス吸着材料微粉末の成形方法によ
って達成される。

【００１１】また、以上の目的は、ガス吸着材料の微粉
末とこの微粉末を固化するための接着剤とを充填するダ
イ金型と、上記微粉末を加圧して成形体にする上下パン
チと、成形体の加圧状態を維持したまま上下パンチを固
定する拘束用治具とを備えて成るガス吸着材料微粉末の
熱処理用治具によって達成される。

【００１２】また、以上の目的は、冷間成形法により加
圧したガス吸着材料の微粉末と接着剤との成形体と、こ
の成形体の外形と同一形状の収容室を設けた熱処理用治
具を備えて成るガス吸着材料微粉末の熱処理用治具によ
って達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
によるガス吸着材料微粉末の成形方法と熱処理用治具に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る熱処理用治具２１を
示す。この熱処理用治具２１は、金型プレス２２と拘束
用治具２３とから成る。金型プレス２２は、従来の技術
と同じように、ガス吸着材料である活性炭微粉末の原料
粉末と、この原料粉末を固化するための接着剤である有
機バインダーの混合粉末２４を充填するダイ金型２５
と、加圧手段を備えた上下パンチ２６，２７で形成され
る。他方、拘束用治具２３は、鉄製でなり上下パンチ２
６，２７の加圧状態をそのまま維持するものであり、本
実施の形態では、上下パンチ２６，２７を上下方向から
挟み込んで、上下方向の移動を規制する。拘束用治具２
３は、上下方向に伸縮が可能であり、所定の位置でロッ
ク状態になる。

【００１５】このような構成で、混合粉末２４を金型プ
レス２２で加圧して、混合粉末２４の成形体（以下、混
合粉末を成形体とよぶ）にする。ここで、成形体２４か
ら有機バインダーを除去するため、熱処理を行う。しか
し、成形体２４をダイ金型２５より取り出して熱処理を
行うと、前述の嵩密度の低下が発生する。そこで、成形
体２４をダイ金型２５から取り出すことなく、図１に示
す拘束用治具２３で上下パンチ２６，２７の両端部を挟
み込み、上下パンチ２６，２７の加圧状態を維持する。

【００１６】そして、上下パンチ２６，２７を拘束用治
具２３に挟み込んだ状態で、有機バインダーを除去する
ための熱処理を行う。有機バインダーは、一般的には３
００〜４００度の加熱により完全に分解除去されるた
め、冷間成形に用いる金型プレス２２をそのまま熱処理
に用いても何等問題はない。また、この温度は上述の熱
間成形法による処理温度と比べ十分に低いため活性炭の
酸化速度は小さく、大気との隔絶方法についても緩やか
で良い。例えば、熱処理炉の容器内の真空度は、ロータ
リーポンプによる真空引き、若しくは不活性ガスの流れ
の中で行う程度の操作で問題ない。

【００１７】また、冷間成形法において有機バインダー
を加えた活性炭微粉末の成形体２４の嵩密度の値を大き
くするためには、成形体２４に比較的大きな圧力（１０
００ｋｇ／ｃｍ² 〜）を加える必要がある。しかし、成
形体２４の熱処理による膨張力は小さいので、拘束用治
具２３の材質は３００度〜４００度の温度に耐え得るも
のであれば、大きな強度を必要としない。

【００１８】この方法により、熱処理時に成形体２４の
膨張を防止することができ、表１のＥに示すような成形
体特性を得た。この値は表１のＤに示す熱間成形法によ
るものと同等であり、ガス吸収体として使用に耐え得る
ものである。従って、本実施の形態によれば、特性の優
れた活性炭微粉末の成形体を高度な設備を必要とせず、
熱間成形法に比べ、短時間で生産でき量産も可能になっ
た。この活性炭微粉末の成形体２４は水素ガス、天然ガ
ス等を燃料とする内燃機関に用いるための燃料貯蔵材料
や、ガス体精製のためのフィルターとして利用でき、そ
れらの軽量化を図ることができる。

【００１９】次に本発明のガス吸着材料微粉末の成形方
法と熱処理用治具の第２の実施の形態について説明す
る。図１で説明した第１の実施の形態では、ゴムが熱に
弱いためゴム型プレスを利用した成形方法を用いること
ができない。本実施の形態は、ゴム型プレスで加圧した
成形体を使用して行う方法である。

【００２０】図２は、本実施の形態に使用する熱処理用
治具３１を示す。熱処理用治具３１は、鉄製でなり平板
状の底板３２に筒状の外板３３が固定され、蓋部材とし
て凸部が外板３３と嵌合する上蓋３４が設けられてい
る。底板３２と上蓋３４の周部にはそれぞれ複数のねじ
孔３５，３６が設けられ、ねじ孔３５，３６にはボルト
３７が貫通され、ナット３８で底板３２と上蓋３４を締
結できるように構成されている。また、熱処理用治具３
１内に形成されている収容室４０は、従来の技術で説明
したゴム型プレスにより加圧された後の成形体３９と同
じ形状になるように、予め定めておく。

【００２１】このような構成により、熱処理用治具３１
内に上述したゴム型プレスにより加圧した成形体３９を
入れ、第１の実施の形態と同じように熱処理し、有機バ
インダーを除去する。このように、本実施の形態でも第
１の実施の形態と同様な効果を得ることができた。本実
施の形態では第１の実施の形態のように、金型プレス２
２毎、熱処理する必要がない。また、勿論、本実施の形
態では金型プレス２２により加圧された成形体を使用す
ることもでき、応用性に富むものである。また、金型プ
レス２２毎、拘束用治具２３で拘束する必要はなく、よ
り簡易に成形体３９の熱処理ができる。

【００２２】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２３】例えば、以上の実施例では、ガス吸着材料
として活性炭の微粉末を使用したが、これは他の吸着材
料の微粉末を成形体にするときにも適用できる。同様に
接着剤として有機バインダーを使用したが、他の接着剤
であってもよい。但し、接着剤によっては、これを除去
するための熱処理の温度が変わることがある。

【００２４】また、以上の実施例では熱処理用治具を鉄
製にしたが、これは他の材料、例えば、黒鉛等を用いて
もよい。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればガス
吸着材料として必要な、単位体積当たりの比表面積の大
きい成形体を、高価な設備を用いず簡易な方法で生産で
きるようになった。また、ガス吸着材料の微粉末の成形
体も熱間成形法と同じ特性を有しながらも、熱間成形法
に比べ、短時間で生産でき量産も可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス吸着材料微粉末の成形方法と熱処
理用治具の第１の実施の形態による熱処理用治具を示す
概略断面図である。

【図２】同、第２の実施の形態による熱処理用治具を示
す概略断面図である。

【図３】従来の冷間成形法に用いる金型プレスの概略断
面図である。

【図４】従来の冷間成形法に用いるゴム型プレスの概略
断面図である。

【図５】従来の熱間成形法に用いる真空容器の断面図で
ある。

【符号の説明】

２１，３１ 熱処理用治具 ２２ 金型プレス ２３ 拘束用治具 ２４，３９ 成形体 ２５ ダイ金型 ２６ 上パンチ ２７ 下パンチ ３２ 底板 ３３ 外板 ３４ 上蓋 ４０ 収容室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス吸着材料の微粉末とこの微粉末を固
   化するための接着剤の混合物を加圧して成形体とし、こ
   の成形体の加圧状態の形状を維持させたまま、上記接着
   剤のみが除去される温度で成形体を熱処理し、成形体に
   付着した接着剤を除去することを特徴とするガス吸着材
   料微粉末の成形方法。
2. 【請求項２】 ガス吸着材料の微粉末とこの微粉末を固
   化するための接着剤とを充填するダイ金型と、上記微粉
   末を加圧して成形体にする上下パンチと、成形体の加圧
   状態を維持したまま上下パンチを固定する拘束用治具と
   を備えて成るガス吸着材料微粉末の熱処理用治具。
3. 【請求項３】 冷間成形法により加圧したガス吸着材料
   の微粉末と接着剤との成形体と、この成形体の外形と同
   一形状の収容室を設けた熱処理用治具を備えて成るガス
   吸着材料微粉末の熱処理用治具。