JP2008120656A - 栓詰めハニカム成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短い焼成時間で、クラックの発生を抑制することが可能な栓詰めハニカム成形体の製造方法を提供すること。
【解決手段】少なくとも原料粉末と水とバインダとを混練してなるセラミック原料を押出成形することにより、外皮１１と、外皮１１内にハニカム状に配設された隔壁１２と、隔壁１２内に区画され軸方向に沿って形成された多数のセル１３とを有するハニカム成形体１を成形する押出成形工程と、ハニカム成形体１を乾燥させる乾燥工程と、ハニカム成形体１中のバインダを除去し、ハニカム成形体１がコーディエライト化するまで焼成を行う本焼成工程と、ハニカム成形体１に栓詰め用スラリーを配置する栓詰めを行う栓詰め工程と、ハニカム成形体１を本焼成工程での焼成温度よりも低い焼成温度で焼成する栓焼成工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、栓詰めハニカム成形体を製造する方法に関する。

ハニカム成形体を形成する方法としては、一般的に、押出成形もしくはプランジャー成形が用いられる。どちらの成形方法においても、ハニカム成形体の原料には、最終的に焼結反応を経て構造物となる複数のセラミック粒子と共に、焼成までハニカム成形体の形状を保持するためのバインダ等の有機成分が含まれている。有機成分には、バインダの他に、成形時の流れ性を向上させる潤滑剤や、ハニカム成形体の中に気孔をつくるための造孔材等が含まれている。一般的に、セラミック粒子に対し、有機成分はセラミック１００重量部に対し１０〜４０重量部含まれている。

従来は、ハニカム成形体を押出成形した後、栓詰めを行い、その後、本焼成として、ハニカム成形体のコージェライト化と栓の固着とを同時に行っていた。このように、栓詰めしたハニカム成形体を一度で焼成しようとする場合には、ハニカム成形体内に空気が流れにくいため、ハニカム成形体の中心部は、熱がこもりやすく、ハニカム成形体の内部と外部に内外温度差が生じやすい。そして、この内外温度差により、ハニカム成形体の内部と外部に収縮差が起こり、応力が発生する。この発生応力が基材強度を超えた時にクラック等の不良が生じる等の問題があった。

この内外温度差を低減すべく、従来から、酸素濃度を規定したり（特許文献１）、昇温速度を規定したり（特許文献２、３）、雰囲気とハニカム成形体内部の温度差を規定したり（特許文献４）する技術が報告されている。そのため、焼成時間を長くすることで、急激な温度差が生じることを抑制し、クラック等の発生を抑制していた。しかしながら、これらの技術は、焼成時間が長く生産性が悪いという問題があった。

特開平６−９２７６号公報 特開平２−２５５７３号公報 特開平５−８５８５６号公報 特開２００３−２１２６７２号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、短い焼成時間で、クラックの発生を抑制することが可能な栓詰めハニカム成形体の製造方法を提供しようとするものである。なお、本発明において、焼成温度とは、焼成工程における最高温度をいう。

本発明は、少なくとも原料粉末と水とバインダとを混練してなるセラミック原料を押出成形することにより、外皮と、該外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、該隔壁内に区画され軸方向に沿って形成された多数のセルとを有するハニカム成形体を成形する押出成形工程と、
上記ハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム成形体中のバインダを除去し、該ハニカム成形体がコーディエライト化するまで焼成を行う本焼成工程と、
上記ハニカム成形体に栓詰め用スラリーを配置する栓詰めを行う栓詰め工程と、
上記ハニカム成形体を上記本焼成工程での焼成温度よりも低い焼成温度で焼成する栓焼成工程とを有することを特徴とする栓詰めハニカム成形体の製造方法にある（請求項１）。

本発明の栓詰めハニカム成形体の製造方法は、上述したように、ハニカム成形体の本焼成工程を行い、全体がセラミックとなったハニカム成形体を形成した後に、栓詰め工程を行い、その後、栓焼成工程を行うことで栓詰めハニカム成形体を得る。このように、ハニカム成形体の本焼成と、栓詰め後のハニカム成形体の栓焼成の２回の焼成工程を設けることで、クラックの発生を抑制された栓詰めハニカム成形体を、短い焼成時間で製造することができる。

上記本焼成工程は、ハニカム成形体をコーディエライト化し、全体がセラミックとなったハニカム成形体を得るものである。
この本焼成工程では、栓詰め前の両端面に貫通したセルを有するハニカム成形体を本焼成するため、ハニカム成形体の内部は空気が流れ易く、ハニカム成形体の内部に熱がこもらず、ハニカム成形体の内部と外部の温度差を発生し難くすることができる。そのため、従来のように昇温速度を遅くして温度差の発生を抑制しようとする必要がなく、焼成時間を短くすることができる。そのため、短い時間で、ハニカム成形体をクラックの発生を抑制し、コーディエライト化することができる。

また、上記栓焼成工程は、本焼成工程において形成されたハニカム成形体に栓詰め用スラリーを栓詰めしたものを上記本焼成工程の焼成温度より低い温度で焼成し、ハニカム成形体に栓詰め用スラリーを固着するものである。
上記栓詰め用スラリーは、セラミック原料に比べて反応性が良いため、栓焼成工程では、本焼成工程よりも低温、短時間で焼成を完了させることができる。

そして、上記本焼成工程と栓焼成工程という２回の工程に焼成工程を分割しても、両工程の特性に合わせて、それぞれ短時間化を図ることができるため、合計時間を従来の一回の焼成時間よりも短くすることが可能となる。

このように、本発明によれば、短い焼成時間で、クラックの発生を抑制することが可能な栓詰めハニカム成形体の製造方法を提供することができる。

本発明の栓詰めハニカム成形体の製造方法に用いられるセラミック原料は、少なくとも原料粉末と水とバインダとを混練してなる。
上記バインダとしては、例えば、メチルセルロースを用いることができる。
また、上記セラミック原料は、更に、分散剤、カーボン等を含有しても良い。

本発明の栓詰めハニカム成形体の製造方法において、上記原料粉末は、シリカ、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウムのうち１種又は２種以上を含有するコーディエライト化可能な組成を有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、ハニカム成形体を良好にコーディエライト化することができる。

また、上記栓詰め用スラリーは、コーディエライト化可能な組成を有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、栓強度が優れた栓詰めハニカム成形体を得ることができる。

また、上記本焼成工程での焼成温度は１４３０℃±２０℃の範囲であり、上記栓焼成工程での焼成温度は１４００±２０℃の範囲であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、特に、短い焼成時間で、クラックの発生が抑制された栓詰めハニカム成形体を得ることができる。

上記本焼成工程の焼成温度が１４１０℃未満の場合には、ハニカム成形体を十分に焼成できず、完全にコーディエライト化できないおそれがあり、一方、上記焼成温度が１４５０℃を超える場合には、消費エネルギーが大きくなり、コストが増大するおそれや、基材が溶ける恐れがある。

また、上記栓焼成工程の焼成温度が１３８０℃未満の場合には、栓詰め用スラリーを十分に焼成することができず、栓詰め用スラリーをハニカム成形体に固着できないおそれがあり、一方、上記焼成温度が１４２０℃を超える場合には、消費エネルギーが大きくなり、コストが増大するおそれがある。

また、上記本焼成工程は、焼成温度保持時間が５〜３５時間であることが好ましい（請求項５）。
上記本焼成構成の焼成温度保持時間が５時間未満の場合には、ハニカム成形体の焼成が不十分となり、完全にコーディエライト化できないおそれがあり、一方、上記焼成温度保持時間が３５時間を超える場合には、消費エネルギーが大きくなり、コストが増大するおそれがある。

また、上記栓焼成工程は、焼成温度保持時間が５時間以下であることが好ましい（請求項６）。
この場合には、短い時間で栓詰めハニカム成形体を得ることができる。
上記栓焼成工程の焼成温度保持時間が５時間を越える場合には、消費エネルギーが大きくなり、コストが増大するおそれがある。

（実施例１）
本例は、本発明の栓詰めハニカム成形体の製造方法にかかる実施例について、図１を用いて説明する。
本例の栓詰めハニカム成形体の製造方法は、少なくとも原料粉末と水とバインダとを混練してなるセラミック原料を押出成形することにより、外皮１１と、該外皮１１内にハニカム状に配設された隔壁１２と、該隔壁１２内に区画され軸方向に沿って形成された多数のセル１３とを有するハニカム成形体１を成形する押出成形工程と、上記ハニカム成形体１を所望長さに切断する切断工程と、上記ハニカム成形体１を乾燥させる乾燥工程と、上記ハニカム成形体１中のバインダを除去し、ハニカム成形体１がコーディエライト化するまで本焼成を行う本焼成工程と、上記ハニカム成形体１に栓詰め用スラリーを配置する栓詰めを行う栓詰め工程と、上記ハニカム成形体１を上記本焼成工程での焼成温度よりも低い焼成温度で焼成する栓焼成工程とを有する。
以下、これを詳説する。

まず、上記押出成形工程では、上記ハニカム成形体１を構成するセラミック原料を準備する。セラミック原料は、原料粉末、バインダ、分散剤、及び水を、表１に示す組成で配合し、混練することで得た。
また、上記バインダとしては、メチルセルロースを用いた。
また、上記分散剤としては、ポリアキシアルキレン系化合物を用いた。

そして、準備したセラミック原料を押出成形用金型を用いて押出成形し、ハニカム成形体１を得る。
次に、切断工程では、成形したハニカム成形体１を所望の長さに切断した。
次に、乾燥工程では、切断したハニカム成形体１を、マイクロ波乾燥により乾燥した。得られたハニカム成形体１は、図１に示すように、直径Ｄがφ１４４ｍｍ、高さＨが１５２ｍｍであり、隔壁１２の厚みは０．３ｍｍ、セルピッチは１．４７ｍｍである。

次に、上記本焼成工程では、上記ハニカム成形体１を焼成温度１４３０℃、焼成温度保持時間３０時間で焼成することで、全体がセラミックとなったハニカム成形体を得た。
上記本焼成工程は、その昇温過程においてハニカム成形体中のバインダを除去し、更には、ハニカム成形体１を完全にコーディエライト化する工程である。

次に、栓詰め工程では、栓詰め用スラリー中に上記ハニカム成形体をディッピングすることにより、栓詰め用スラリーを配置した。
上記栓詰め用スラリーとしては、シリカ、タルク、水酸化アルミニウム、アルミナからなるものを使用した。

次に、上記栓焼成工程では、焼成温度が上記本焼成工程の焼成温度よりも低い温度である１４００℃、焼成温度保持時間４時間で、栓詰め工程後のハニカム成形体を、焼成することにより、配置した栓詰め用スラリーをハニカム成形体に固着させ、栓詰めハニカム成形体を得た。
得られた栓詰めハニカム成形体に、クラック等の欠損は確認されなかった。

図２に、本焼成時における、温度とハニカム成形体１の収縮率（Ａ）の関係を示す。横軸を温度（℃）、縦軸を収縮率（％）とする。
同図に示すごとく、２００〜３００℃において、水酸化アルミニウムの脱水による収縮が見られ、４００〜６００℃において、カリオンの脱水による収縮が見られ、８００〜９００℃において、タルクの脱水による収縮が見られる。

また、図３には、本焼成時における、温度と、ハニカム成形体１の強度（Ｂ）の関係を示す。横軸を温度（℃）、縦軸を強度（ＭＰａ）とする。
同図より知られるごとく、温度が１４００℃付近で急激に強度が向上することが分かる。
図２及び図３より知られるごとく、ハニカム成形体１は、本焼成時に収縮が完了し、完全にコーディエライト化することが分かる。

（比較例１）
本例は、本発明の栓詰めハニカム成形体の製造方法にかかる比較例について、説明する。
本例は、従来の製造方法によって、栓詰めハニカム成形体を製造した。
本例の製造方法は、上述の実施例１の製造方法の乾燥工程の後に、栓詰め用スラリー中にハニカム成形体をディッピングすることにより栓詰め用スラリーを配置する栓詰め工程を行い、その後、一回の本焼成で栓詰めハニカム成形体を得るものである。
その他は実施例１と同様の方法で行った。

本例のように、栓詰めしたハニカム成形体を一度で焼成しようとする場合には、ハニカム成形体内に空気が流れにくいため、内部と外部に温度差が発生しやすく、この温度差により、ハニカム成形体の内部と外部に収縮差が起こり、応力が発生する。この発生応力が基材強度を超えた時に焼成割れが生じるおそれがある。そのため、本例の製造方法において、上記焼成時には、後述の図４に示すように、ゆっくりと昇温することで、温度差の発生を抑制した。

また、図４に、実施例１の本焼成工程、栓焼成工程、及び、比較例１の焼成時の焼成パターンを示す。横軸を時間、縦軸を温度とする。実線Ｋは、実施例１における本焼成の焼成パターンを示し、一点鎖線Ｌは、実施例１における栓焼成の焼成パターンを示し、点線Ｍは、比較例１における本焼成の焼成パターンを示す。
同図より知られるごとく、実施例１の本焼成と栓焼成との合計焼成時間は、比較例１の焼成時間と比較すると、１０％以上短縮することができた。

実施例１における、ハニカム成形体を示す説明図。 実施例１における、本焼成工程の温度とハニカム成形体の収縮率を示すグラフ図。 実施例１における、本焼成工程の温度とハニカム成形体の強度の関係を示すグラフ図。 実施例１における本焼成工程及び栓焼成工程、及び比較例１における焼成の温度と時間の関係を示すグラフ図。

符号の説明

１ ハニカム成形体
１１ 外皮
１２ 隔壁
１３ セル

Claims (6)

1. 少なくとも原料粉末と水とバインダとを混練してなるセラミック原料を押出成形することにより、外皮と、該外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、該隔壁内に区画され軸方向に沿って形成された多数のセルとを有するハニカム成形体を成形する押出成形工程と、
   上記ハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程と、
   上記ハニカム成形体中のバインダを除去し、該ハニカム成形体がコーディエライト化するまで焼成を行う本焼成工程と、
   上記ハニカム成形体に栓詰め用スラリーを配置する栓詰めを行う栓詰め工程と、
   上記ハニカム成形体を上記本焼成工程での焼成温度よりも低い焼成温度で焼成する栓焼成工程とを有することを特徴とする栓詰めハニカム成形体の製造方法。
2. 請求項１において、上記原料粉末は、シリカ、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウムのうち１種又は２種以上を含有するコーディエライト化可能な組成を有することを特徴とする栓詰めハニカム成形体の製造方法。
3. 請求項１又は２において、上記栓詰め用スラリーは、コーディエライト化可能な組成を有することを特徴とする栓詰めハニカム成形体の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記本焼成工程での焼成温度は１４３０℃±２０℃の範囲であり、上記栓焼成工程での焼成温度は１４００±２０℃の範囲であることを特徴とするハニカム成形体の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記本焼成工程は、焼成温度保持時間が５〜３５時間であることを特徴とする栓詰めハニカム成形体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記栓焼成工程は、焼成温度保持時間が５時間以下であることを特徴とする栓詰めハニカム成形体の製造方法。

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