JP6075291B2 - セラミックハニカム構造体の製造方法、及びセラミックハニカム構造体 - Google Patents
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Description
セラミック坏土を押出し、セラミックハニカム構造を有する成形体を形成する工程、
前記成形体、又は前記成形体を焼成した後の焼成体の外周部を加工することにより、外周部に位置するセルの隔壁の一部を除去し、外周面に軸方向に延びる溝を有するセラミックハニカム体を得る工程、及び
前記セラミックハニカム体の外周面にコート材を塗布し外周壁を形成するとともに、前記セラミックハニカム体の両端面の周縁部にコート材を塗布し、前記周縁部に塗布したコート材に円板状の押圧治具を押し当てて荷重を加え、前記周縁部に塗布したコート材を前記周縁部のセルの端部に挿入して封止部を形成し、同時に、一部がはみ出して隣接する前記封止部及び前記外周壁を連結する残留コート材層を、前記両端面の周縁部に形成する工程
を有することを特徴とする。
本発明のセラミックハニカム構造体1は、図1(a)及び図1(b)に示すように、多孔質の隔壁13により形成された軸方向に延びる多数のセル14を有するセラミックハニカム体11と、前記セラミックハニカム体11の外周に形成された外周壁12とを有し、さらに前記セラミックハニカム体11の周縁部のセル141の両端面15a,15bに封止部18が設けられている。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし本発明は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基いて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明に含まれる。
(a)セラミック坏土を押出し、セラミックハニカム構造を有する成形体を形成する工程、
(b)前記成形体、又は前記成形体を焼成した後の焼成体の外周部を加工することにより、外周部に位置するセルの隔壁の一部を除去し、外周面に軸方向に延びる溝を有するセラミックハニカム体を得る工程、
(c)前記セラミックハニカム体の外周面にコート材を塗布し外周壁を形成する工程、及び
(d)前記セラミックハニカム体の両端面の周縁部にコート材を塗布し、前記塗布したコート材に円板状の押圧治具を押し当てて荷重を加え、前記塗布したコート材を前記周縁部のセルの端部に挿入して封止部を形成し、同時に、一部がはみ出して隣接する前記封止部及び前記外周壁を連結する残留コート材層を、前記両端面の周縁部に形成する工程
を有する。
セラミックハニカム構造を有する成形体は、セラミック坏土の押出成形によって作製する。まずセラミックス粉末に、バインダー、潤滑剤、及び必要に応じて造孔材を添加し、乾式で十分混合した後、水を添加し、十分な混練を行って可塑化したセラミック坏土を作製する。このセラミック坏土を押出して、所定長さに切断し、乾燥することにより、外周壁と隔壁とが一体に形成されたセラミックハニカム構造を有する成形体を得る。
得られたセラミックハニカム構造を有する成形体を焼成し、この焼成体の外周部を加工により除去して、図2(a)及び図2(b)に示すように、外周部に位置する最外周セル14aの隔壁の一部が除去されたことにより、外周面11aに軸方向に延びる溝16が形成されたセラミックハニカム体11を作製する。なお、この方法では、成形体を焼成した後に外周面を加工する例を示したが、焼成前の成形体に加工を施して、その後焼成してセラミックハニカム体11を作製してもよい。
得られたセラミックハニカム体11の、軸方向に延びる溝16を有する外周面11aと、両端面15a,15bの周縁部151にコート材17を塗布する。乾燥時の熱衝撃により発生する外周面11aと前記外周面11aに塗布したコート材170との間の剥離を防止するためには、少なくとも外周から軸中心に向かって1〜2セルの範囲にコート材を塗布するのが好ましく、1〜4セルの範囲にコート材を塗布するのがより好ましい。前記外周面11aに塗布するコート材17の厚さは0.1〜5 mmであるのが好ましく、0.5〜4 mmであるのがより好ましい。また前記両端面15a,15bの周縁部151に塗布するコート材17の厚さは3.5〜15 mmであるのが好ましく、4〜13 mmであるのがより好ましい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(1)セラミックハニカム体の作製
カオリン、タルク、シリカ、及びアルミナの粉末を調整し、50質量%のSiO2、36質量%のAl2O3、及び14質量%のMgOを含むコージェライト生成原料粉末とし、この原料粉末にバインダーとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース、潤滑剤、並びに造孔材として発泡済み樹脂を添加し、乾式で十分混合した後、水を添加して十分な混練を行い、可塑化したセラミック杯土を作製した。このセラミック坏土を押出成形し、所定長さに切断後、乾燥し、周縁部と隔壁とが一体に形成されたセラミックハニカム構造を有する成形体を得た。この成形体を焼成した後、外周部を加工することにより、外周部に位置するセルの隔壁の一部を除去し、外周面に軸方向に延びる溝を有し、外径266 mm、全長305 mm、隔壁厚さ0.3 mm、セルピッチが1.57 mm、及び隔壁の気孔率が61%のコーディエライト質のセラミックハニカム体を得た。
平均粒径50μmのコーディエライト粉末100質量部に対して、コロイダルシリカを固形分で13質量部配合し、さらに、コーディエライト粉末とコロイダルシリカの固形分合計100質量部に対して、1.2質量部のメチルセルロースを配合し、20Pa・sの粘度になるように水を加えて混練しコート材17を作製した。
図9(a)及び図9(b)に示す塗布装置20を用いて、このセラミックハニカム体の外周面11aにコート材17を塗布した。塗布装置20の支持板21a,21bは、外径が270 mm、及び段差212の高さL1が6 mmのものを使用し、前記段差212から外周端部213aまでの距離は、セラミックハニカム体の両端面15a,15bの周縁部に塗布したコート材が、外周から中心に向かって5セル分(外周面の溝は除く)の領域を覆うように設定した。
隙間が生じていないものを「優(◎)」、
0.5 mm未満の隙間が生じていたものを「良(○)」、
0.5 mm以上1 mm未満の隙間が生じていたものを「可(△)」、及び
1 mm以上の隙間が生じていたものを「不可(×)」
として評価した。
欠損が生じていないものを「優(◎)」、
端部から0.5 mm未満の長さの欠損が生じていたものを「良(○)」、
0.5 mm以上1 mm未満の長さの欠損が生じていたものを「可(△)」、及び
1 mm以上の長さの欠損が生じていたものを「不可(×)」
として評価した。
0.6 kPa以下の場合を「優(◎)」、
0.6 kPaを超え0.8 kPa以下の場合を「良(○)」、
0.8 kPaを超え1.0 kPa以下の場合を「可(△)」、及び
1.0 kPaを越える場合を「不可(×)」
として評価した。
塗布装置20の支持板21a,21bの段差212から外周端部213aまでの距離を変更することにより、セラミックハニカム体11の両端面の周縁部にコート材を塗布したときにコート材によって覆われるセル数(コート材を塗布したセル数)を、表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、外径270 mm及び全長306 mmのセラミックハニカム構造体1を作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
段差312の高さL2が0.5 mmの押圧治具31a,31bを用いた点、及び両端面15a,15bの周縁部151に残留している残留コート材層172を除去しなかった点以外は実施例1と同様にして、外径270 mm及び全長306 mmのセラミックハニカム構造体1を作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
造孔材を使用しないでセラミックハニカム体11を作製した点、及びセラミックハニカム体11の隔壁厚さを0.2 mm、セルピッチを1.47 mm、及び隔壁の気孔率を35%とした点以外は実施例1と同様にして、セラミックハニカム構造体1を作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1と同様にして押出成形したセラミックハニカム構造を有する成形体(図8(a))を、300μmの表面粗さを有する窒化珪素質の台41の上に載置して乾燥させた。台41は表面粗さが高く滑り難いため、台41と端面15bとの摩擦により、セラミックハニカム体11の台41と接触する側の端面15bの乾燥時の収縮が小さくなり、この端面15bの外径が他方の端面15aの外径より大きい、円錐台状のセラミックハニカム構造を有する乾燥体が得られた(図8(b))。次に、この円錐台状のセラミックハニカム体の外径の大きい端面15bを下側にして台41の上に載置して焼成し(図8(c))、得られた円錐台状の焼成体の周縁部を円筒状に加工除去して、外径266 mm、全長30 5mm、隔壁厚さ0.3 mm、セルピッチが1.57 mm、及び隔壁の気孔率が61%のコーディエライト質のセラミックハニカム体を得た(図8(d))。このセラミックハニカム体は、図8(d)に示すように、端面15aの最外周から軸中心方向に3セル分が、反対側の端面15bまで貫通しておらず、外周面に開口することにより、外周面に軸方向に延びる溝を形成していた。
段差212の高さL1が4 mmの支持板21a,21bを用いた以外は実施例3と同様にして、外径270 mm及び全長306 mmのセラミックハニカム構造体1を作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
セラミックハニカム体11の端面15a,15bにコート材21の塗布を行わなかった以外実施例1と同様にして外径270 mm及び全長306 mmのセラミックハニカム構造体1を作製した。なお端面15a,15bにコート材21を塗布しなかったため、段付円板状の押圧治具32a,32bによるコート材17のセル内への挿入、及び残留コート材層172の除去の操作は行わなかった。
両端面15a,15bの周縁部151に塗布されたコート材17をセル内に挿入する操作を行わなかった以外は実施例1と同様にして、外径270 mm及び全長306 mmのセラミックハニカム構造体1を作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。なお、周縁部のセル141の端面に塗布し乾燥したコート材17は、実施例1における残留コート材層172と同様にして研磨除去した。
*外周から軸中心に向かって数えたセル数(ただし外周面の溝は除く)
*2 ( )内は他方の端面でのセル数
*乾燥時に残留したコート材層の厚さ
Claims (3)
- 多孔質の隔壁により形成された軸方向に延びる多数のセルを有するセラミックハニカム体と、前記セラミックハニカム体の外周に形成された外周壁とからなるセラミックハニカム構造体を製造する方法であって、
セラミック坏土を押出し、セラミックハニカム構造を有する成形体を形成する工程、
前記成形体、又は前記成形体を焼成した後の焼成体の外周部を加工することにより、外周部に位置するセルの隔壁の一部を除去し、外周面に軸方向に延びる溝を有するセラミックハニカム体を得る工程、及び
前記セラミックハニカム体の外周面にコート材を塗布し外周壁を形成するとともに、前記セラミックハニカム体の両端面の周縁部にコート材を塗布し、前記周縁部に塗布したコート材に円板状の押圧治具を押し当てて荷重を加え、前記周縁部に塗布したコート材を前記周縁部のセルの端部に挿入して封止部を形成し、同時に、一部がはみ出して隣接する前記封止部及び前記外周壁を連結する残留コート材層を、前記両端面の周縁部に形成する工程
を有することを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。 - 請求項1記載のセラミックハニカム構造体の製造方法において、前記コート材を乾燥した後、前記両端面の周縁部に残留したコート材を除去する工程を有することを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 多孔質の隔壁により形成された軸方向に延びる多数のセルを有するセラミックハニカム体と、前記セラミックハニカム体の外周にコート材を塗布して形成された外周壁部と、前記セラミックハニカム体の周縁部のセルの両端部にコート材を挿入して形成された封止部と、前記両端部の前記封止部と前記外周壁部と前記隔壁とを一体的に連結した残留コート材層とからなることを特徴とするセラミックハニカム構造体。
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