JPH11291220A

JPH11291220A - セラミックスハニカム構造体の製造方法

Info

Publication number: JPH11291220A
Application number: JP10129433A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Akao; 好之赤尾; Norio Nakazawa; 則雄中沢; Koji Ogita; 浩司荻田; Kazuhiko Umehara; 一彦梅原; Yoshiyuki Kasai; 義幸笠井
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラ等のセラミックスハニカム構造
体からなる回転型熱交換部材のトルク伝達用中心孔又は
外周部分の溝を容易かつ安価に形成することができる製
造方法を提供する。【解決手段】コージェライト等セラミックスハニカム
構造体の製造に当り、押出し成形されたハニカム素形材
が柔軟性を保った状態のときに、打抜きポンチを用いプ
レス加工で中央孔又は溝を形成するか、又は押出し成形
されたハニカム素形材が乾燥後の硬度が低い状態のとき
に、安価な汎用工具による加工で中央孔又は溝を形成す
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、車両用エンジン、
特にトラック等のディーゼルエンジンにおける再循環排
気ガスの冷却用熱交換素子として使用され、又は排気ガ
ス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフ
ィルタとして使用されて好適なセラミックスハニカム構
造体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トラック等の車両用ディーゼルエ
ンジンから排出される排気ガス中の有害成分である窒素
酸化物（ＮＯｘ）を低減するため、エンジンの排気ガス
の一部を同エンジンの吸気に混入して燃焼温度及び圧力
を抑制するようにした排気ガス再循環装置（以下、場合
により、この装置をＥＧＲ装置と称し、再循環される排
気ガスをＥＧＲガスという。）が広く採用されている。

【０００３】上記ＥＧＲ装置付エンジンでは、高温の排
気ガスをそのまま吸気に混入すると、吸気温度が上昇し
て体積効率が低下するため、エンジンの出力、燃費等の
性能が悪化すると共に、場合により、燃焼が悪化して黒
煙の増加等排気ガス中の他の有害成分の増加を招く等の
問題がある。そこで、上記ＥＧＲガスを冷却することに
より吸気温度を低下させて、体積効率の向上を図り、エ
ンジンの出力、燃費及び排出ガス性能を改善するように
した種々の再循環排気ガス冷却装置（以下、場合により
ＥＧＲクーラという）が、既に提案されている。

【０００４】従来のＥＧＲクーラには、エンジンの冷却
水を冷却するラジエータと本質的に同様の構造を有する
プレートフィン式及び多管式の冷却装置が広く使用され
ているが、排気ガスがＥＧＲクーラを通過する際の圧力
損失が大きく、所要量の冷却されたＥＧＲガスをエンジ
ンに供給するために、必要なＥＧＲクーラの容積及び重
量が相対的に大きくなる不具合がある。さらに、上記プ
レートフィン式及び多管式のＥＧＲクーラでは、常時一
方向にのみＥＧＲガスが流れるため、排気ガス中のパテ
ィキュレートや未燃燃料等が通路壁に付着し、稼働時間
の経過と共に、通路面積が小さくなり、圧力損失が増大
すると共に、熱交換性能が悪化する不具合がある。

【０００５】そこで近年、小型軽量で交換熱量が大き
く、排気ガスの流通抵抗即ち圧力損失が小さく、さらに
化学的腐食や耐熱性に関して種々の利点を有するコージ
ェライト等のセラミックスハニカム構造体からなる熱交
換部材を有するＥＧＲクーラが検討されている。その概
略構造を図９ないし図１２を参照して説明する。

【０００６】先ず、図９及び図１０に示した第１のＥＧ
Ｒクーラは、円筒状をなすクーラハウジング１０内に軸
線Ｏ−Ｏの回りに回転し得るように支持された円筒状の
熱交換部材１２が設けられている。熱交換部材１２は、
コージェライト等のセラミックスハニカム構造体から構
成され上記軸線Ｏ−Ｏに平行に配置された多数の小断面
積のガス通路１４と、上記ガス通路１４を区画する薄い
隔壁１６とを有する。

【０００７】また、熱交換部材１２には、上記軸線Ｏ−
Ｏに沿って延在した非円形断面の中央孔１８が設けら
れ、同中央孔１８内には実質的に同じ断面形状を備えた
駆動軸２０が嵌装されている。図示の装置では、上記中
央孔１８は、一方向に長辺を有する矩形孔と、同矩形孔
の長辺に直交する方向に長辺を有する矩形孔とを一体的
に結合した十字状の非円形断面形状を備えている。

【０００８】上記クーラハウジング１０の軸線方向の一
端には、円形の外枠２２ａと、同外枠２２ａを直径方向
に横切って形成された橋架部２２ｂとによって略半円形
に形成された開口２２ｃ及び２２ｄを備えたθ型のシー
ル部材２２を介してＥＧＲガス入口ダクト２４及び冷却
空気出口ダクト２６が接続されている。また、同クーラ
ハウジング１０の他端には、半円形の外枠２８ａと直径
方向の橋架部２８ｂとによって略半円形に形成され開口
２８ｃを備えたＤ型のシール部材２８を介してＥＧＲガ
ス出口ダクト３０が接続されると共に、残余の半円部に
は冷却空気入口ダクト３２が接続されている。さらに、
上記駆動軸２０には、減速機付のモータ３４が連結さ
れ、エンジンの運転中、熱交換部材１２が上記モータ３
４によって駆動軸２０を介し緩速度で回転されるように
構成されている。

【０００９】上記第１のＥＧＲクーラにおいて、エンジ
ンの運転中、適宜の冷却空気源から冷却空気入口ダクト
３２に供給された冷却空気によって、緩やかに回転して
いる熱交換部材１２の略半円部のガス通路１４を囲む隔
壁１６が冷却されると共に、ＥＧＲガス入口ダクト２４
に供給されたＥＧＲガスが、他の略半円部のガス通路１
４内を流れて冷却されたのちエンジンの吸気に混入され
る。図９に矢印で示されているように、ＥＧＲガスの流
れ方向と冷却空気の流れ方向とは逆方向であるので、熱
交換部材１２の回転に伴ない、同一のガス通路１４をＥ
ＧＲガスと冷却空気とが逆方向に流れることとなり、ガ
ス通路１４を囲む隔壁１６の表面にパティキュレートや
未燃燃料の付着、堆積が少ない利点がある。

【００１０】次に、図１１及び図１２に示した第２のＥ
ＧＲクーラは、上記と同様に、多数の小断面積のガス通
路１４及び同ガス通路１４を区画する隔壁１６とを備え
た略円筒状をなす、セラミックスハニカム構造体からな
る熱交換部材１２の外周部分に、軸線Ｏ−Ｏに対し実質
的平行に延びた略三角形の断面形状を有する１個以上複
数個（図示の場合は円周方向に間隔を存して３個）の溝
３６を設けると共に、上記熱交換部材１２は、上記溝３
６に嵌合する突起３８を内周面に形成した中空円筒状の
ケーシング４０内に収容されている。

【００１１】また、上記ケーシング４０は、図示を省略
されている複数個のローラを介してクーラハウジング１
０内に軸線Ｏ−Ｏの回りを回転し得るように支持されて
いる。クーラハウジング１０の軸線方向の一端には、略
半円形の二つの開口を有する上記と同様のθ型シール部
材２２を介して、ＥＧＲガス入口ダクト２４及び冷却空
気出口ダクト２６が接続されている。また、同クーラハ
ウジングの軸線方向の他端には、略半円形の二つの開口
を有する上記同様のθ型のシール部材２８を介してＥＧ
Ｒガス出口ダクト３０及び冷却空気入口ダクト３２が接
続されている。一方、上記ケーシング４０の外周面に、
駆動ベルト４２を収容するベルト溝４４が設けられ、同
ベルト溝４４と上記クーラハウジング１０に装架された
減速機付のモータ３４のモータ軸上に固着された駆動プ
ーリ４６との間に、上記駆動ベルト４２が捲装されてい
る。

【００１２】上記第２のＥＧＲクーラにおいて、エンジ
ンの運転中、減速機付モータ３４によって駆動プーリ４
６とケーシング４０のベルト溝４４との間に捲装された
駆動ベルト４２を介して熱交換部材１２が軸線Ｏ−Ｏの
回りを緩やかに回転する。適宜の冷却空気源から冷却空
気入口ダクト３２に供給された冷却空気によって熱交換
部材１２の略半円部のガス通路１４を囲む隔壁１６が冷
却されると共に、ＥＧＲガス入口ダクト２４に供給され
たＥＧＲガスが、他の略半円部のガス通路１４内を流れ
て冷却されたのちエンジンの吸気に混入される。図中に
矢印で示されているように、ＥＧＲガスの流れ方向と冷
却空気の流れ方向とは、逆方向であるので、熱交換部材
１２の回転に伴ない、同一のガス通路１４をＥＧＲガス
と冷却空気とが逆方向に流れる。

【００１３】上記第１ＥＧＲクーラにおける熱交換部材
１２の非円形断面の中央孔１８及び第２ＥＧＲクーラに
おける熱交換部材１２の外周部分に設けられた溝３６
は、夫々の減速機付モータ３４の駆動トルクを、中央孔
１８と駆動軸２０との間に滑りを生じることなく、また
ケーシング４０の内周面と熱交換部材１２の外周面との
間に滑りを生じることなく、夫々効果的に伝達するため
に必要なものであるが、従来は、焼成後の硬度が高いセ
ラミックスハニカム構造体からなる熱交換部材１２に、
ダイアモンドや超硬材の高価な特殊の切削工具を用い
て、上記中央孔１８及び溝３６のドリルやフライス等の
切削加工を行なっていたため、熱交換部材１２に加工に
よるクラックが発生し、強度、耐熱衝撃性が低下する不
具合があり、又工具の摩耗も激しく、多大の加工工数を
要し、熱交換部材１２の製造コストが著しく高くなる欠
点があり、かつ多量生産が困難な不具合がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記回転熱
交換部材を備えたＥＧＲクーラ等に採用されて好適な材
料強度信頼性が高いセラミックスハニカム構造体を安価
に製造することができる製造方法を提供することを、主
たる目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために創案されたもので、隔壁で囲まれた多数の
ガス通路を有するセラミックスハニカム体の押出し成形
後の柔軟な状態、もしくは乾燥後の硬度が低いグリーン
ボディの状態で、その中央部分に軸線方向に延びた非円
形断面の中央孔、もしくはその外周部分に軸線方向に延
びた溝を加工し、その後焼成することを特徴とするセラ
ミックスハニカム構造体の製造方法を提案するものであ
る。

【００１６】上記本発明に係る製造方法によれば、セラ
ミックスハニカム体に駆動源からのトルクを伝達するた
めに有効な非円形断面の中央孔もしくは外周部分の溝
が、押出し成形後の柔軟な状態のときに、打抜き加工を
行なうか、又は乾燥後の硬度が低いグリーンボディの状
態のときに、安価な汎用工具で加工を行なうことにより
多量生産が可能であり、かつ製造コストを従来より大巾
に低減することができる。また、焼成後の硬度が高い状
態での加工がないため、硬度が高い故に発生する加工時
の材料の欠陥を防止することができる。

【００１７】また、本発明においては、隔壁で囲まれた
多数のガス通路を有するセラミックスハニカム体を押出
し成形したのち、柔軟な状態において、打抜きポンチに
より、夫々軸線方向に延在した非円形断面の中央孔又は
外周部分の溝を形成することが好ましい。この方法によ
れば、先づ、常法に従がいセラミックスハニカム体を押
出し成形したのち、同セラミックスハニカム体が、未だ
粘土状の柔軟な状態にあり、プレスによるポンチ打抜き
加工が可能なときに、非円形断面の中央孔又は外周部分
の溝が加工されるので、従来、セラミックスハニカム体
の乾燥、焼成後にドリルやフライス加工を行なう方法に
較べて、加工コストが著しく安く、かつ多量生産に適す
る利点がある。

【００１８】また、本発明においては、隔壁で囲まれた
多数のガス通路を有するセラミックスハニカム体を押出
し成形したのち、乾燥した焼成前の硬度の低い状態にお
いて、汎用加工工具を用いて、夫々軸線方向に延在した
非円形断面の中央孔又は外周部分の溝を形成することが
好ましい。この方法によれば、先ず、常法に従いセラミ
ックスハニカム体を押出し成形し、乾燥したのち、同セ
ラミックスハニカム体が、焼成前の硬度が低い状態にあ
り、ダイアモンド等の特殊工具を使用せずに加工するこ
とが可能なときに、通常の金属材料用の安価な工具を用
いて、ドリルやフライス加工を行ない非円形断面の中央
孔又は外周部分の溝が加工されるので、従来、セラミッ
クスハニカム体の焼成後に高価なドリルやフライス加工
を行なう方法に較べ、加工コストが著しく安く、かつ多
量生産に適する利点がある。又、常法で発生していた硬
度が高い状態での加工故に発生する材料の損傷がなく、
所期の強度を確保し得る利点がある。

【００１９】以下、本発明方法の好ましい実施形態を図
１ないし図８について具体的に説明する。先ず、図１及
び図８に示した第１のコージェライトハニカム構造体の
製造方法において、符号Ｓ_１で示した第１工程で、予め
配合されたカオリン、アルミナ、タルクからなる原料が
準備され、次の第２工程Ｓ_２で図８に概念的に示されて
いるミキサー４８に供給され、添加された水、有機バイ
ンダー等と共に均等に混練されスラリー状又は粘土状の
押出し材料が作られる。得られた粘土状の柔軟な押出し
材料は、次の押出し行程Ｓ_３に送られる。ここで図８に
概念的に示されている押出し機５０内で、供給された粘
土状の押出し材料が加圧されて口金５２の出口端５４か
ら押出され、薄い隔壁１６により区画された多数のガス
通路１４を備えた円筒状のバインダー素形材１２′が形
成される。

【００２０】次の第４工程Ｓ_４において、ハニカム素形
材１２′が、未だ十分乾燥せず柔軟性を有する粘土状の
ときに、非円形断面の中央孔１８のプレス穿孔が行なわ
れる。一例として、中央孔１８が、円形孔と、同円形孔
を直径方向に横切る矩形孔とを一体的に重ね合わせた断
面形状を有する場合、先ず、第１穿孔工程で図３に示さ
れているように、下端に切刃を設けた中空円筒状の打抜
きポンチ６８を矢印方向に圧下して円形孔１８ａを形成
し、次に、図４に示されているように、第２穿孔工程で
矩形断面の中実体からなるポンチ又は下端に切刃を設け
た矩形管状の打抜きポンチ７０を矢印方向に圧下して、
上記円形孔１８ａを横切る矩形孔１８ｂを形成し、この
結果図７に示されているように、両者を重畳した中央孔
１８が形成される。

【００２１】上記第４工程Ｓ_４の第１及び第２穿孔工程
は、非円形断面の中央孔１８の断面形状が、例えば単純
な長方形或いは長円形、楕円形等の場合、勿論、単一の
プレス工程とすることができる。また、前記図１１及び
図１２に示した外周駆動タイプの熱交換部材１２の場
合、三角形その他溝３６の断面形状に適合する打抜き又
は切欠きパンチを用いたプレス加工によって上記同様に
溝３６を形成することができる。

【００２２】上記中央孔１８又は溝３６を形成したハニ
カム素形材１２′は、次の第５工程Ｓ_５において乾燥さ
れたのち、第６工程Ｓ_６でトンネル窯等の焼成装置内で
焼成され、コージェライトからなるセラミックスハニカ
ム体即ち熱交換部材１２が形成される。焼成後、必要に
応じ、第７工程Ｓ_７の仕上げ加工（外径又は軸線方向寸
度に関し）が行なわれる。勿論、第６工程Ｓ_６で作られ
たセラミックスハニカム体１２が許容寸度内に収まる場
合は、第７工程Ｓ_７は省略される。

【００２３】次に、本発明の第２の製造方法において、
図２に示した製造工程の第１ないし第３工程Ｓ_１ないし
Ｓ_３は、上記第１の製造方法と実質的に同一である。ハ
ニカム素形材１２′は、次の第４工程Ｓ_４において乾燥
されたのち、未だ焼結せずに硬度が低いグリーンボディ
のときに、図５に示されているようなドリル５６を矢印
方向に圧下させて、中央孔１８ａを形成し、次に、図６
に示されているように、ドリル５６を図５の上記矢印と
直角方向に水平移動させて、非円形断面の長円孔１８ｂ
が形成される。

【００２４】上記第４工程Ｓ_５の加工工程は、前記図１
１及び図１２に示した外周駆動タイプの熱交換部材１２
の場合は、三角形その他溝３６の断面形状に適合するド
リル又はフライス加工によって上記同様に溝３６を形成
することができる。

【００２５】上記中央孔１８又は溝３６を形成したハニ
カム素形材１２′は、次の第６工程Ｓ_６において焼成さ
れ、コージェライトからなるセラミックスハニカム体即
ち熱交換部材１２が形成される。焼成後、必要に応じ、
第７工程Ｓ_７の仕上げ加工が行われる。勿論、第５工程
Ｓ_５で作られたセラミックスハニカム体１２が許容寸度
内に収まる場合は、第７工程Ｓ_７は省略される。

【００２６】なお、本発明は、上記ＥＧＲクーラの熱交
換部材としてのセラミックスハニカム構造体の製造方法
に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の
変更、修正を加え実施することができる。例えば、多数
並設された上記ガス通路１４のうち隣接する一方のガス
通路は上流端を開口すると共に下流端を閉塞し、さら
に、他方のガス通路は上流端を閉塞すると共下流端を開
口させ、上記一方のガス通路１４内に流入した排気ガス
が隔壁１６を通過して他方のガス通路１４内に流れる際
に、排気ガス中のパティキュレートの大部分が濾別され
るようにしたパティキュレートトラップ用のセラミック
スハニカム構造体にも適用することができる。勿論、こ
の場合、互いに隣接するガス通路の上流側及び下流側開
口端を交互に閉塞する工程が追加されることとなる。ま
た、上記実施形態では、多数のガス通路１４が略正方形
に形成されているが、他の形状例えば６角形等の形状と
することができる。

【００２７】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係るセラミック
スハニカム構造体の製造方法は、隔壁で囲まれた多数の
ガス通路を有するセラミックスハニカム体の押出し成形
後の柔軟な状態、もしくは乾燥後の硬度が低いグリーン
ボディの状態で、その中央部分に軸線方向に延びた非円
形断面の中央孔、もしくはその外周部分に軸線方向に延
びた溝を加工し、その後焼成することを特徴とし、上記
セラミックスハニカム体に駆動源からのトルクを伝達す
るために有効な非円形断面の中央孔もしくは外周部分の
溝を、従来の焼成後の切削加工に較べて極めて迅速かつ
容易に、低いコストで形成することができ、加工による
材料の欠陥を防止し得る利点がある。

【００２８】また、本発明において、隔壁で囲まれた多
数のガス通路を有するセラミックスハニカム体を押出し
成形したのち、柔軟な状態において、打抜きポンチによ
り、夫々軸線方向に延在した非円形断面の中央孔又は外
周部分の溝を形成することにより、従来行われていた焼
成後の切削加工に較べて、極めて容易かつ迅速に、トル
ク伝達用の中央孔又は外周溝を形成することができるの
で、多量生産が容易であり製造コストが安い利点があ
る。なおまた、本発明において、隔壁で囲まれた多数の
ガス通路を有するセラミックスハニカム体を押出し成形
し、乾燥した後の硬度が低い状態において、汎用加工工
具にて、夫々軸線方向に延在した非円形断面の中央孔又
は外周部分の溝を形成することにより、従来行われてい
た高価な特殊工具を用いた焼成後の切削加工に較べて極
めて安価なドリルやフライス等の工具を用いて加工を行
なうことができ、かつこの際工具の摩耗が少なく、極め
て容易かつ迅速に、トルク伝達用の中央孔又は外周溝を
形成することができるので、多量生産が容易であり製造
コストが安い利点がある。加えて、焼成後の硬度が高い
状態での加工による、材料のクラック発生を防止するこ
とを可能とし、所期の材料強度を容易に得られる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の製造方法の工程線図であ
る。

【図２】本発明に係る第２の製造方法の工程線図であ
る。

【図３】図１における第４工程の第１のプレス穿孔要領
を示した斜視図である。

【図４】図１における第４工程の第２のプレス穿孔要領
を示した斜視図である。

【図５】図２における第４工程の第１のプレス穿孔要領
を示した斜視図である。

【図６】図２における第４工程の第２のプレス穿孔要領
を示した斜視図である。

【図７】図１における第４工程終了後、および図５にお
ける第５工程終了後のハニカム素形材１２′の形状を示
した斜視図である。

【図８】第１及び第２製造方法に使用する押出し装置全
体の概念的構成図である。

【図９】従来のセラミックスハニカム構造体を熱交換部
材とした第１のタイプのＥＧＲクーラの断面図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図（但し熱交換部
材のみ）である。

【図１１】従来のセラミックスハニカム構造体を熱交換
部材とした第２のタイプのＥＧＲクーラの断面図であ
る。

【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…クーラハウジング、１２…熱交換部材（セラミッ
クスハニカム構造体）、１２′…ハニカム素形材、１４
…ガス通路、１６…隔壁、１８…中央溝、２０…駆動
軸、２２及び２８…シール部材、２４…ＥＧＲガス入口
ダクト、２６…冷却空気出口ダクト、３０…ＥＧＲガス
出口ダクト、３２…冷却空気入口ダクト、３４…モー
タ、３６…溝、３８…突起、４０…ケーシング、４２…
駆動ベルト、４８…ミキサー、５０…押出し機、５２…
口金。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荻田浩司東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者梅原一彦愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者笠井義幸愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔壁で囲まれた多数のガス通路を有する
セラミックスハニカム体の押出し成形後の柔軟な状態、
又は乾燥後の硬度が低いグリーンボディの状態で、その
中央部分に軸線方向に延びた非円形断面の中央孔、もし
くはその外周部分に軸線方向に延びた溝を加工し、その
後焼成することを特徴とするセラミックスハニカム構造
体の製造方法。
【請求項２】隔壁で囲まれた多数のガス通路を有する
セラミックスハニカム体を押出し成形したのち、柔軟な
状態において、打抜きポンチにより、夫々軸線方向に延
在した非円形断面の中央孔又は外周部分の溝を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のセラミックスハニカム
構造体の製造方法。
【請求項３】隔壁で囲まれた多数のガス通路を有する
セラミックスハニカム体を押出し成形したのち、乾燥し
た焼成前の硬度の低い状態において、汎用加工工具を用
いて、夫々軸線方向に延在した非円形断面の中央孔又は
外周部分の溝を形成することを特徴とする請求項１記載
のセラミックスハニカム構造体の製造方法。