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【発明の名称】 ハニカム構造体の製造方法
【発明者】 【氏名】原田 暁生

【要約】 【課題】ハニカム構造体を製造するに際し、水を使わずに複数の粉末材料を混ぜる場合、各粉末材料の混合状態を均一にする。

【解決手段】複数の粉末材料110〜130を用意し、この複数の粉末材料110〜130のうち比重がもっとも小さいものから順に混合タンク10内に積層していき、比重がもっとも大きいものが最上層となるように各粉末材料110〜130を積層する。この後、積層した各粉末材料110〜130を撹拌部20で混ぜ合わせる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱形状であって、当該柱形状の軸方向に前記柱形状の両端面(2、3)を貫通する複数の孔(4)を有して構成されるハニカム構造体の製造方法であって、
複数の粉末材料(110〜130)を用意し、前記複数の粉末材料(110〜130)のうち比重がもっとも小さいものから順に積層し、比重がもっとも大きいものが最上層となるように前記複数の粉末材料(110〜130)を積層した後、当該積層した前記各粉末材料(110〜130)を混ぜ合わせる混合工程を含んでいることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項2】
前記混合工程では、前記複数の粉末材料(110〜130)を混合容器(10)内に積層すると共に、前記混合容器(10)内に積層した前記各粉末材料(110〜130)のうち最下層の粉末材料(110)を撹拌手段(23)を用いて最上層の粉末材料(130)側に持ち上げて混ぜ合わせることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項3】
前記混合工程では、前記撹拌手段(23)として螺旋状をなしているものを用意し、前記螺旋状の撹拌手段(23)を螺旋の中心軸を中心に回転させることで、前記複数の粉末材料(110〜130)のうち前記最下層の粉末材料(110)を前記最上層の粉末材料(130)側へ持ち上げて混ぜ合わせることを特徴とする請求項2に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項4】
前記混合工程にて前記複数の粉末材料(110〜130)を混ぜ合わせた原料粉末(150)を用意した後、当該原料粉末(150)を水と混練することで前記原料粉末(150)を粘土にし、当該粘土を成形型から押し出すことでハニカム成形体を成形する押出工程を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項5】
前記混合工程では、前記複数の粉末材料(110〜130)として、タルク、シリカ、アルミナの各粉末材料(110〜130)を用意し、前記タルクの粉末材料(110)、前記シリカの粉末材料(120)、前記アルミナの粉末材料(130)の順に積層することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項6】
前記混合工程では、前記複数の粉末材料(110〜130)を積層した後、造孔材および有機バインダを加えた状態で前記複数の粉末材料(110〜130)、造孔材、有機バインダを混ぜ合わせることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ハニカム構造体の製造方法に関し、特にハニカム構造体をかたどったワークを成形するための原料粉末を用意する混合工程に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、セラミックハニカム成形体を製造する方法が、例えば特許文献1で提案されている。この特許文献1では、原料粉末と水とを混練したセラミック材料から柱状のハニカム成形体を成形する押出工程を実施することにより、セラミックハニカム成形体を製造する方法が提案されている。
【0003】
上記押出工程では、前工程として、まず原料粉末を用意する。具体的には、粉末材料の混ざりを良くするためにタンクに水を入れた後、タンクに複数の粉末材料を入れ、さらにタンクに水を入れて粉末材料を混ぜ合わせる。そして、混合した粉末材料を乾燥させて原料粉末を用意する。
【0004】
この後、上記押出工程にて、ハニカム成形体の形成に必要な原料粉末を計量し、計量した原料粉末と水とを混ぜ合わせて混練する。こうして混練した粘土を成形型から押し出すことにより、粘土質のハニカム成形体を製造している。
【特許文献1】特開2001−260116号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の技術では、原料粉末を用意するに際し、複数の粉末材料の混ざりを良くするため、タンクに水を入れて粉末材料を水で混ぜ合わせ、さらに混合した粉末材料を乾燥させる工程が必要になっている。このように、原料粉末を用意するために水を用いた工程が必要になっているため、混合工程が煩雑になってしまう。
【0006】
そこで、水を用いずに複数の粉末材料を混ぜることが考えられる。しかし、粉末材料の材質によってそれぞれ比重が異なるため、粉末材料を混ぜていくと比重が大きい粉末材料はタンクの下部に移動してしまい、比重が小さい粉末材料はタンクの上部に移動してしまう。したがって、粉末材料の混合状態が不十分となってしまうという問題が生じる。
【0007】
本発明は、上記点に鑑み、ハニカム構造体を製造するに際し、当該ハニカム構造体の原料となる原料粉末を用意する上で水を使わずに複数の粉末材料を混ぜて原料粉末を得る場合、各粉末材料の混合状態を均一にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明は、ハニカム構造体を製造する上で、その原料となる粉末材料を混ぜ合わせる混合工程において、複数の粉末材料(110〜130)を用意し、この複数の粉末材料(110〜130)のうち比重がもっとも小さいものから順に積層していき、比重がもっとも大きいものが最上層となるように各粉末材料(110〜130)を積層する。この後、積層した各粉末材料(110〜130)を混ぜ合わせることが特徴となっている。
【0009】
このように、各粉末材料(110〜130)を比重がもっとも小さいものから順に積層して混ぜ合わせることにより、比重がもっとも大きい粉末材料(130)を自重で下層部に移動させつつ各粉末材料(110〜130)を混ぜ合わせることができる。すなわち、比重が小さい粉末材料(110)が上層部に滞留することを防止すると共に、比重が大きい粉末材料(130)が下層部に滞留することを防止することができる。このような積層方法により、各粉末材料(110〜130)を効率良く混ぜ合わせることができ、ひいては各粉末材料(110〜130)の混合状態を均一にすることができる。
【0010】
また、混合工程では、混合容器(10)内に各粉末材料(110〜130)を積層し、各粉末材料(110〜130)のうち最下層の粉末材料(110)を撹拌手段(23)を用いて最上層の粉末材料(130)側に持ち上げて混ぜ合わせることができる。
【0011】
このように、撹拌手段(23)にて下層部の粉末材料を持ち上げて混ぜ合わせることにより、比重が大きい(重い)上層部の粉末材料(130)を自重で下層部に移動させつつ、比重が小さい(軽い)下層部の粉末材料(110)を持ち上げて混合することができる。これにより、各粉末材料(110〜130)の混合状態をより均一にすることができる。
【0012】
さらに、混合工程では、螺旋状の撹拌手段(23)を螺旋の中心軸を中心に回転させることで、複数の粉末材料(110〜130)のうち最下層の粉末材料(110)を最上層の粉末材料(130)側へ持ち上げて混ぜ合わせることもできる。
【0013】
混合工程が終了した後、押出工程を行うことができる。すなわち、混合工程にて複数の粉末材料(110〜130)を混ぜ合わせた原料粉末(150)を用意し、押出工程にて原料粉末(150)を水と混練することで原料粉末(150)を粘土にし、当該粘土を成形型から押し出すことでハニカム成形体を成形することができる。
【0014】
混合工程では、複数の粉末材料(110〜130)として、タルク、シリカ、アルミナの各粉末材料(110〜130)を、タルクの粉末材料(110)、シリカの粉末材料(120)、アルミナの粉末材料(130)の順に積層することが特徴となっている。
【0015】
これらの材料を選択した場合、タルクの比重がもっとも小さく、次いでシリカ、アルミナの順に比重が大きくなる(図3参照)。したがって、タルク、シリカ、アルミナの各粉末材料(110〜130)の順に積層することにより、もっとも重いアルミナを最上層から自重で効率良く混ぜることができる。
【0016】
また、混合工程では、積層した複数の粉末材料(110〜130)に造孔材および有機バインダを加えた状態でそれぞれを混ぜ合わせることが好ましい
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
(第1実施形態)
本実施形態では、ハニカム構造体として排ガス浄化フィルタについて説明する。この排ガス浄化フィルタ(いわゆるDPF)は、例えば車両のエンジンから排出される排気ガスに含まれる汚染物質を浄化して大気に排出させるものとして用いられる。
【0018】
図1は、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化フィルタの斜視図である。この図に示されるように、排ガス浄化フィルタ1は、円柱形状を有しており、例えばセラミックスの焼結品をなしている。
【0019】
また、排ガス浄化フィルタ1の内部は蜂の巣構造(以下、ハニカム構造という)になっており、円柱の軸方向に両端面2、3を貫通する多数の孔4を有している。各孔4は、当該各孔4を分離する壁5を介してそれぞれが隣接しており、各孔4が円柱の軸に垂直な方向に配列されることでそれぞれが独立した通路をなしている。言い換えると、壁5が格子状をなすことで、多数の孔4が構成される。このようにして、ハニカム構造体が構成されている。
【0020】
そして、排ガス浄化フィルタ1の一方の端面2において、各孔4の一部には当該各孔4の開口部を栓詰めするための栓材6が設けられている。本実施形態では、栓材6は各孔4に千鳥状に設けられている。すなわち、栓材6が設けられた孔4の隣の孔4は栓材6が設けられていない状態になっており、開口した状態になっている。
【0021】
さらに、排ガス浄化フィルタ1の他方の端面3の各孔4の一部にも上記一方の端面2と同様に栓材6が千鳥状に設けられている。この場合、端面3の各孔4に千鳥状に栓詰めされた各栓材6は、端面2側で栓詰めされていない各孔4の開口部に千鳥状に設けられている。以上が、本実施形態に係る排ガス浄化フィルタ1の構成である。
【0022】
このような排ガス浄化フィルタ1を通過する排気ガスは、まず、排ガス浄化フィルタ1の一方の端面2から各孔4のうち開口した孔4内に導かれる。そして、排気ガスは、孔4内の通路を端面3側に進むと共に、当該孔4と隣の孔4とを分離する壁5を通過する。これにより、排気ガスに含まれる汚染物質が壁5の内部で取り除かれる。そして、排気ガスは、排ガス浄化フィルタ1内に進入した孔4の隣の孔4内の通路を通って排ガス浄化フィルタ1の他方の端面3から排出される。このようにして、排ガス浄化フィルタ1にて排気ガスに含まれる汚染物質が除去されるようになっている。
【0023】
次に、上記排ガス浄化フィルタ1の製造方法について説明する。まず、ハニカム構造体をかたどったハニカム成形体を成形するための原料粉末を用意する混合工程を行う。本実施形態では、原料粉末としてコージェライト化材料を用意する。また、本混合工程では、シリカ、タルク、アルミナの各粉末材料を規定量ずつ混ぜ合わせてコージェライト化材料を用意する。
【0024】
具体的に、本実施形態では撹拌装置を用いて各粉末材料を混ぜ合わせる。図2は、本実施形態の混合工程で用いられる撹拌装置の概略図である。この図に示されるように、撹拌装置100は、混合タンク10(本発明の混合容器に相当)と、撹拌部20と、駆動部30と、を備えて構成されている。
【0025】
混合タンク10は、複数の粉末材料を混ぜ合わせるための容器であり、鉛直方向の断面がU字形状になったものである。この混合タンク10内に上記シリカ、タルク、アルミナの各粉末材料が入れられ、撹拌されることで各粉末材料が混合される。
【0026】
撹拌部20は、混合タンク10内の各粉末材料を撹拌するものである。このような撹拌部20は、軸部材21と、支持部材22と、撹拌翼23(本発明の撹拌手段に相当)と、蓋部材24と、を備えている。
【0027】
軸部材21は支持部材22および蓋部材24を固定するものであり、軸部材21の長軸を中心軸として回転するものである。このような軸部材21の一端は後述する駆動部30の回転機構32に接続され、鉛直方向に配置されている。
【0028】
支持部材22は、U字形状の棒部材をなしており、U字部分が軸部材21の他端に固定されている。また、撹拌翼23は、混合タンク10内の粉末材料を撹拌するものである。このような撹拌翼23は螺旋状をなしており、支持部材22に接する部分が当該支持部材22に固定されている。蓋部材24は、撹拌翼23で混合タンク10内の各粉末材料を混合している際、混合タンク10から各粉末材料が飛び出さないようにするためのものである。
【0029】
駆動部30は、撹拌部20を鉛直方向に移動させる移動機構31と、撹拌部20の軸部材21を当該軸部材21の長軸を中心に回転させる回転機構32と、を備えたものである。移動機構31は、撹拌部20を鉛直方向に移動させるために鉛直方向に伸縮する図示しない機械構造を有している。また、移動機構31の上部に回転機構32の一端が固定されており、さらに回転機構32の他端に撹拌部20が取り付けられ、撹拌部20が回転機構32から吊り下げられた状態になっている。
【0030】
このような構成を有する駆動部30では、回転機構32が撹拌部20の軸部材21を駆動することで撹拌部20が軸部材21の回転軸を中心に回転する。また、移動機構31によって撹拌部20が地面側に移動することで撹拌部20が混合タンク10に挿入されるようになっている。
【0031】
上記駆動部30は、図示しない電気回路により制御される。例えば作業者がボタン等を操作することにより、撹拌部20を回転させたり、上下移動させることができるようになっている。以上が、撹拌装置100の全体構成である。
【0032】
そして、上記撹拌装置100を用いてシリカ、タルク、アルミナの各粉末材料110〜130を混合タンク10に入れて混合する。本実施形態では、図2に示されるように、混合タンク10にタルクの粉末材料110、シリカの粉末材料120、アルミナの粉末材料130の順に各粉末材料110〜130をそれぞれ規定量ずつ積層する。すなわち、比重が重いアルミナの粉末材料130が最上層になっている。各粉末材料110〜130の比重の関係を図3に示す。
【0033】
図3は、タルク、シリカ、アルミナの比重比を示した図である。この図に示されるように、アルミナの比重がもっとも大きく、シリカ、タルクの順に比重が小さくなる。すなわち、アルミナがもっとも重く、シリカ、タルクの順に軽いことを示している。本実施形態では、各粉末材料110〜130のうち比重がもっとも小さいものから順に積層し、比重がもっとも大きいものが最上層となるように各粉末材料110〜130を積層する。
【0034】
具体的には、比重が小さい(軽い)タルクの粉末材料110が最下層になるように、また比重が大きい(重い)アルミナの粉末材料130が最上層になるように混合タンク10内に、タルク、シリカ、アルミナの順に各粉末材料110〜130を積層する。
【0035】
そして、混合タンク10内にタルク、シリカ、アルミナの順で各粉末材料110〜130を積層した後、図示しない造孔材および有機バインダを加える。造孔材は、排ガス浄化フィルタ1の内部に気孔を形成するためのものであり、例えばカーボンや樹脂等が採用される。このような造孔材はこの後の焼成工程によって焼き飛ばされるため、排ガス浄化フィルタ1内には残らないようになっている。また、有機バインダは化学結合により原料粒子同士を強固に結びつけるものであり、例えばメチルセルロース等が採用される。
【0036】
この後、図2に示されるように、混合タンク10を撹拌部20の真下に設置し、動かないように固定する。そして、駆動部30の回転機構32を駆動させて撹拌部20を回転させつつ、移動機構31を駆動して撹拌部20を混合タンク10側に移動させる。これにより、撹拌部20の撹拌翼23が積層された粉末材料を撹拌しながら、撹拌部20が混合タンク10内に挿入され収納される。この様子を図4に示す。
【0037】
図4(a)は、混合タンク10内で撹拌部20によって各粉末材料110〜130が混合される様子を示した図であり、図4(b)は撹拌後の混合タンク10を示した図である。なお、図4(a)では駆動部30を省略し、図4(b)では混合タンク10のみを示してある。
【0038】
図4に示されるように、撹拌部20の軸部材21が回転すると、撹拌翼23も回転する。上述のように、撹拌翼23は螺旋状をなしているので、撹拌翼23が軸部材21、支持部材22を介して回転することにより、撹拌翼23が図4に示される矢印140のように混合タンク10内の各粉末材料110〜130を混合する。具体的には、撹拌翼23が螺旋の中心軸を中心に回転することで、各粉末材料110〜130のうち最下層の粉末材料110を最上層の粉末材料130側へ持ち上げて混ぜ合わせる。
【0039】
また、撹拌翼23によって各粉末材料110〜130が撹拌される際、混合タンク10内の最上層のアルミナの粉末材料130は、材料自身の自重により混合タンク10の底に移動していく。このように、最初、軽いものが下層、重いものが上層にあったものが、軽いものは撹拌翼23で上層に持ち上げられ、重いものは自重で下層に沈んでいくこととなる。中間層のものは軽いものと共に持ち上げられ、さらに自重で下層に移動していく。
【0040】
このように、混合タンク10に各粉末材料110〜130を積層させる際、比重が大きいアルミナの粉末材料130を下層に配置させないことで、アルミナの粉末材料130が撹拌翼23によって持ち上げられずに自重で混合タンク10の底に滞留してしまうことを防止することができる。すなわち、比重が大きいアルミナの粉末材料130を当該アルミナの粉末材料130の自重で混合タンク10の下部に移動させ、さらに比重が小さいタルクの粉末材料110を撹拌翼23で混合タンク10の上部に持ち上げることで、各粉末材料110〜130を均一に混ぜ合わせることができる。
【0041】
本実施形態では、例えば撹拌部20を10分程度駆動させて各粉末材料110〜130を撹拌することにより、各粉末材料110〜130を混合する。この後、駆動部30の移動機構31を駆動して混合タンク10から撹拌部20を取り出す。こうして、図4(b)に示されるように、原料粉末150が完成する。この原料粉末150が、コージェライト化材料である。
【0042】
この後、上記混合工程にて用意した原料粉末150を水と混練することで原料粉末150を粘土にし、当該粘土を成形型から押し出すことでハニカム成形体を成形する押出工程を行う。続いて、当該ハニカム成形体を一定の長さに切断する切断工程を行い、排ガス浄化フィルタ1をかたどったハニカム成形体を得る。以下では、切断工程により個々に分割されたハニカム成形体をワークという。なお、ワークのサイズは、例えば径が160mm、高さが180mmとなっている。
【0043】
そして、上記のようにして得られたワークを乾燥させる乾燥工程を行い、ワークの水分を除去する。当該乾燥工程を行うに際し、本実施形態では、ワークをトチで挟み、乾燥装置にてワークを乾燥させる。
【0044】
この後、ワークの両端面に図示しないマスクテープを貼り付けるマスキング工程を行う。本工程では、マスクテープとして例えばポリエステル系の粘着性を有するシートが採用される。
【0045】
続いて、マスクテープに穴を開ける穴開け工程を行う。すなわち、排ガス浄化フィルタ1の両端面2、3それぞれを上述のように栓詰めするため、ワークの両端面それぞれに貼り付けたマスクテープにレーザ光を照射して、マスクテープを千鳥状に穴開けする。
【0046】
なお、本工程では、例えばワークの両端面をそれぞれカメラで撮影し、マスクテープにおいて穴開けすべき場所を演算した後、レーザにて穴開けする方法が採用される。ただし、ワークの両端面の各マスクテープに対する穴開けは、両端面において孔4一つ分だけ千鳥模様がシフトするように行う。
【0047】
次に、マスクテープに穴開けされた各孔4の開口部に栓材6を設ける栓詰め工程を行う。これは、セラミック液にワークの両端面をそれぞれ浸し、マスクテープが穴開けされた部分の各孔4にこのセラミック液を進入させて栓詰めする。そして、栓詰めがなされたワークの両端面を加熱することで栓材6を形成する。
【0048】
この後、ワークを台車に載せ、台車を焼成炉に搬入し、ワークを焼成する焼成工程を行う。具体的には、上記ワークが搭載された台車を焼成炉内に搬入し、焼成炉内で各ワークを例えば1500℃で加熱する。この後、焼成炉内から台車を搬出する。これにより、図1に示される排ガス浄化フィルタ1が完成する。
【0049】
発明者らは、上記のようにして得られた排ガス浄化フィルタ1の組成を調べた。すなわち、各粉末材料110〜130を混合タンク10に積層する上で、比重が一番小さいものから順に各粉末材料110〜130を積層した場合とそうでない場合との各完成品の組成を調べた。その結果、本実施形態で説明したように、比重が一番小さいものから順に各粉末材料110〜130を積層して各粉末材料110〜130を混合させた場合のものの組成がもっとも良いという結果が得られた。このことからも、各粉末材料110〜130が均一に混ざった原料粉末150が得られていると言える。
【0050】
以上説明したように、本実施形態では、混合工程において、コージェライト化材料の原料となるタルク、シリカ、アルミナの各粉末材料110〜130を混合タンク10の中に比重が小さいものから順に積層し、最下層のタルクの粉末材料110を持ち上げるようにして他の粉末材料120、130と混ぜ合わせることが特徴となっている。
【0051】
このように、用いる粉末材料110〜130のうち比重がもっとも大きいアルミナの粉末材料130を最上層に積層することで、当該アルミナの粉末材料130の自重によりアルミナの粉末材料130を混合タンク10内の下部に沈ませることができる。すなわち、比重が大きい(重い)アルミナの粉末材料130を混合タンク10の底で滞留させないようにすることができ、同じく比重が小さい(軽い)タルクの粉末材料110を積層粉末の上部に滞留させないようにすることができる。したがって、混合タンク10に比重が小さい粉末材料から順に積層して混ぜ合わせることで、各粉末材料110〜130を効率良く混ぜ合わせることができ、ひいては各粉末材料110〜130の混合状態を均一にすることができる。
【0052】
(他の実施形態)
上記実施形態では、円柱形状の排ガス浄化フィルタ1について説明したが、排ガス浄化フィルタ1は円柱形状に限定されるものではなく、角柱等の他の柱形状のものであっても構わない。また、ハニカム構造体に栓材6が設けられていないモノリスを製造する場合であっても、上記方法を採用することができる。
【0053】
上記実施形態では、原料粉末150を用意するためにコージェライト化材料成分となるタルク、シリカ、アルミナを例に説明したが、他の材質のものを用いて上記のように混ぜ合わせることもできる。その場合、上述したように、比重がもっとも小さいものから順に混合タンク10内に各粉末材料を積層していけば良い。この場合、用いる粉末の種類が4種類を超えたとしても、比重がもっとも小さいものから順に積層すれば良い。
【0054】
上記実施形態では、混合タンク10内の最下層のタルクの粉末材料130を持ち上げて撹拌するため、螺旋状の撹拌翼23を用いているが、最下層の粉末材料を持ち上げて撹拌することができる構造であれば撹拌翼23は螺旋状でなくても構わない。もちろん、混合タンク10の鉛直方向の断面形状がU字型に限定されるものではなく、他の形状の容器であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化フィルタの斜視図である。
【図2】本実施形態の混合工程で用いられる撹拌装置の概略図である。
【図3】タルク、シリカ、アルミナの比重比を示した図である。
【図4】(a)は混合タンク内で撹拌部によって各粉末材料が混合される様子を示した図、(b)は撹拌後の混合タンクを示した図である。
【符号の説明】
【0056】
1…排ガス浄化フィルタ、2、3…排ガス浄化フィルタの両端面、4…孔、100…撹拌装置、10…混合タンク、20…撹拌部、21…軸部材、22…支持部材、23…撹拌翼、24…蓋部材、30…駆動部、110〜130…粉末材料、150…原料粉末。
【出願人】 【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】 平成18年11月30日(2006.11.30)
【代理人】 【識別番号】100100022
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二

【識別番号】100108198
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 高広

【識別番号】100111578
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 史博


【公開番号】 特開2008−137168(P2008−137168A)
【公開日】 平成20年6月19日(2008.6.19)
【出願番号】 特願2006−322910(P2006−322910)