JP6790313B1 - セラミックス成形体及びセラミックス構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、セラミックス成形体の乾燥には時間を要するため、乾燥後にセラミックス成形体の形状を計測して混練物に添加する液体の量を調整する特許文献2の方法では、当該調整を反映させるまでに時間がかかりすぎてしまう。したがって、場合によっては、当該調整を反映させるまでに製造されたセラミックス成形体が無駄になる恐れがある。
また、本発明は、セラミックス構造体の寸法精度を安定して向上させることが可能なセラミックス構造体の製造方法を提供することを目的とする。
前記セラミックス成形体を所定の長さに切断する切断工程と、
切断された前記セラミックス成形体の寸法を計測する寸法計測工程と
を備えるセラミックス成形体の製造方法であって、
前記温度調節部の温度と切断されたセラミックス成形体の寸法との関係を予め求めておき、前記寸法計測工程において計測された前記セラミックス成形体の寸法から前記関係に基づいて前記温度調節部の適正温度を算出し、前記成形工程において前記温度調節部を前記適正温度に調節する、セラミックス成形体の製造方法である。
乾燥させた前記セラミックス成形体を焼成する焼成工程と
を備える、セラミックス構造体の製造方法である。
また、本発明によれば、セラミックス構造体の寸法精度を安定して向上させることが可能なセラミックス構造体の製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法は、温度調節部を備える押出成形機を用いてセラミックス成形材料を押出成形してセラミックス成形体を得る成形工程と、セラミックス成形体を所定の長さに切断する切断工程と、切断されたセラミックス成形体の寸法を計測する寸法計測工程とを備える。
成形工程は、温度調節部を備える押出成形機を用いてセラミックス成形材料を押出成形してセラミックス成形体を得る工程である。
押出成形機としては、温度調節部を備えるものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。ここで、典型的な押出成形機の概略構成を示す模式図を図1に示す。
図1に示されるように、押出成形機1は、押出部10と、押出部10に接続された成形部20と、押出部10と成形部20との間に配置された整流板30とを備えている。押出部10は、スクリュー11と、スクリュー11を収容可能なバレル12とを有する。また、成形部20は、一端に口金21を有し、他端が押出部10の押出口13に接続されており、口金21の上流側にはスクリーン(濾過網)23及び温度調節部24が設けられている。
スクリュー11は、スクリュー軸14と、スクリュー軸14に沿って螺旋状に形成された羽根部15とを有することが好ましい。
また、スクリュー11は、セラミックス成形材料の混練性の観点から、同方向に回転する2軸スクリューであることが好ましく、かみ合い型の2軸スクリューであることがより好ましい。この場合、一対のスクリュー11は、バレル12の内部に平行に併設される。
押出部10の上流側には、押出部10内にセラミックス原料混合物を供給するための原料投入部17が設けられる。原料投入部17から供給されたセラミックス原料混合物は、スクリュー11によって混練されてセラミックス成形材料となり、成形部20に供給される。
ドラム22の形状は、特に限定されず、縮径部や拡径部を一部に有していてもよい。例えば、図1に示されるように、ドラム22は、押出口13側に縮径部を有する。このような構造を有するドラム22は、1つの部材から構成されていてもよいが、複数の部材から構成されていてもよい。複数の部材からドラム22を構成する場合、拡径ドラムとストレートドラムとを組み合わせることによってドラム22を得ることができる。
温度調節部24としては、セラミックス成形材料の温度を調節することが可能なものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。その中でも、内部を流体が流通可能な温度調節ドラムを温度調節部24として用いることが好ましい。温度調節ドラムは、流体の温度を調整することで、温度制御が可能であるため、加熱素子などの加熱手段を用いた場合に比べて、電気量の消費を少なくすることができる。例えば、ボイラーなどを用いて温度制御した温水を温度調節ドラムに流通させることにより、セラミックス成形材料を容易且つ効率的に加温することができる。
当該関係を求めるために用いられる切断セラミックス成形体の寸法としては、特に限定されないが、切断セラミックス成形体の切断面の径(例えば、セラミックス成形体が円柱状である場合は、切断面の半径又は直径)を用いることが好ましく、測定された切断セラミックス成形体の切断面の径の実測値から、予め規定された基準セラミックス成形体の切断面の径の基準値を引いた値(ΔR)を用いることがより好ましい。これらを用いることにより、当該関係の相関性が得られ易くなる。
なお、本明細書において「基準セラミックス成形体」とは、理想的な(目標とする)寸法を有するセラミックス成形体のことを意味する。
図3に示す関係を求めるために用いた切断セラミックス成形体の寸法としては、測定された切断セラミックス成形体の切断面の半径の実測値から、予め規定された基準セラミックス成形体の切断面の半径の基準値を引いた値ΔRを用いた。切断セラミックス成形体としては、温度調節部24の温度以外の条件を同じにして作製した円柱ハニカム形状のセラミックス成形体を用いた。切断セラミックス成形体の製造は以下のようにして行った。
セラミックス原料としてアルミナ、カオリン及びタルクを混合したコージェライト化原料を用い、有機バインダを含む結合材、造孔材としての吸水性樹脂、分散媒としての水(42質量%)をコージェライト化原料と混合してセラミックス原料混合物とし、図1に示される押出成形機1の原料投入部17に供給した。原料投入部17は、押出部10で混練されてセラミックス成形材料となり、セラミックス成形材料を成形部20の口金21から押出してセラミックス成形体を得た。得られたセラミックス成形体を一対のボビン間に掛けられた線材を用いて所定の長さに切断することによって切断セラミックス成形体を得た。この切断セラミックス成形体は、第1端面から第2端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を備えるハニカム構造を有し、セル形状(セルが延びる方向に直交する断面におけるセル形状)が四角形である。また、このセラミックス成形体の含水率は20%である。
セラミックス原料混合物としては、特に限定されないが、セラミックス原料及び水を含む。
セラミックス原料としては、特に限定されず、コージェライト化原料、コージェライト、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、ムライト、チタン酸アルミニウムなどを用いることができる。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、コージェライト化原料とは、シリカが42〜56質量%、アルミナが30〜45質量%、マグネシアが12〜16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミックス原料である。そして、コージェライト化原料は、焼成されてコージェライトになるものである。
ここで、本明細書において、セラミックス成形体の含水率とは、赤外線加熱式水分計によって測定される含水率のことを意味する。
切断工程は、押出成形によって得られたセラミックス成形体を所定の長さに切断する工程である。
切断方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、一対のボビン間に掛けられた線材を用いることによってセラミックス成形体の切断を行うことができる。
切断されるセラミックス成形体の長さは、特に限定されず、用途に応じて適切な長さに切断すればよい。
また、ハニカム成形体のセル形状(セルが延びる方向に直交する断面におけるセル形状)としては、特に限定されないが、三角形、四角形、六角形、八角形、円形又はこれらの組合せにすることができる。
寸法計測工程は、切断セラミックス成形体の寸法を計測する工程である。
切断セラミックス成形体の寸法を計測する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、切断セラミックス成形体の寸法は、端面検査機やレーザ式外径寸法測定器などを用いて計測することができる。
ただし、寸法計測工程で用いられる計測方法は、温度調節部24の温度と切断セラミックス成形体の寸法との関係を得るために用いられたセラミックス成形体の寸法の計測方法と同じであることが好ましい。また、寸法計測工程で計測される切断セラミックス成形体の寸法としては、温度調節部24の温度と切断セラミックス成形体の寸法との関係を得るために用いられたセラミックス成形体の寸法と同じであることが好ましい。
寸法計測工程で計測される切断セラミックス成形体の寸法としては、特に限定されないが、切断セラミックス成形体の切断面の径(例えば、セラミックス成形体が円柱状である場合は、切断面の半径又は直径)を用いることが好ましく、測定された切断セラミックス成形体の切断面の径の実測値から、予め規定された基準セラミックス成形体の切断面の径の基準値を引いた値(ΔR)を用いることがより好ましい。切断セラミックス成形体の切断面の径は、後述する中心位置の補正処理後に、複数の位置で半径を測定して平均化することによって算出することができる。
また、切断セラミックス成形体の寸法の計測は、切断セラミックス成形体の端面又は側面の全体で行ってもよいが、切断セラミックス成形体の端面又は側面の一部で行うことが好ましい。
切断セラミックス成形体の端面又は側面の全体で寸法の計測を行う場合、切断セラミックス成形体の軸方向(押出成形方向)を鉛直方向にあわせて行う必要があることから、切断セラミックス成形体を90°回転させて寸法の計測を行わなければならず、計測に時間がかかってしまう。そのため、切断セラミックス成形体の軸方向(押出成形方向)を水平方向のままとし、上方から切断セラミックス成形体の端面又は側面の一部(例えば、上半分)で寸法の計測を行うことが好ましい。このような計測を行うことにより、計測の時間を短縮化することができる。この場合、基準となる形状との誤差が最小となるように、計測された形状の中心位置を補正する処理を行うことが好ましい。
切断セラミックス成形体の側面で寸法を計測する場合、レーザ式外径寸法測定器を構成するレーザ変位計から切断セラミックス成形体の側面にレーザを照射する。レーザ変位計から発振されたレーザは、切断セラミックス成形体の側面に到達して跳ね返る。この跳ね返ったレーザを受光素子で検出し、三角測距法の原理に基づいて切断セラミックス成形体の寸法を算出すればよい。
本発明の実施形態に係るセラミックス構造体の製造方法は、上記のセラミックス成形体の製造方法で得られたセラミックス成形体を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させたセラミックス成形体を焼成する焼成工程とを含む。
乾燥工程は、セラミックス成形体を乾燥させる工程である。
セラミックス成形体を乾燥させる方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、乾燥受台のセラミックス成形体を配置して一対の電極間に搬送し、その電極間に電流を流すことによって誘電乾燥させればよい。なお、誘電乾燥とは、一対の電極間に電流を流すことで発生した高周波エネルギーによってセラミックス成形体内の水の双極子を分子運動させ、その摩擦熱によってセラミックス成形体を乾燥させるものである。
なお、乾燥条件は、作製するハニカム構造体の外形、材質などに応じて公知の条件を適宜選択することができる。
焼成工程は、乾燥させたセラミックス成形体を焼成する工程である。
セラミックス成形体を焼成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、焼成炉においてセラミックス成形体を焼成すればよい。
なお、焼成条件は、作製するハニカム構造体の外形、材質などに応じて公知の条件を適宜選択することができる。また、焼成前には仮焼成によってバインダなどの有機物を除去してもよい。
10 押出部
11 スクリュー
12 バレル
13 押出口
14 スクリュー軸
15 羽根部
16 駆動装置
17 原料投入部
20 成形部
21 口金
22 ドラム
23 スクリーン
24 温度調節部
25 温度調節ドラム
26 供給口
27 排出口
Claims (6)
- 温度調節部を備える押出成形機を用いてセラミックス成形材料を押出成形してセラミックス成形体を得る成形工程と、
前記セラミックス成形体を所定の長さに切断する切断工程と、
切断された前記セラミックス成形体の寸法を計測する寸法計測工程と
を備えるセラミックス成形体の製造方法であって、
前記温度調節部の温度と切断されたセラミックス成形体の寸法との関係を予め求めておき、前記寸法計測工程において計測された前記セラミックス成形体の寸法から前記関係に基づいて前記温度調節部の適正温度を算出し、前記成形工程において前記温度調節部を前記適正温度に調節する、セラミックス成形体の製造方法。 - 前記セラミックス成形体の寸法は、前記セラミックス成形体の切断面の径を測定し、測定された前記セラミックス成形体の切断面の径の実測値から、予め規定された基準セラミックス成形体の切断面の径の基準値を引いた値である、請求項1に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 前記温度調節部は、スクリーンと口金との間に設けられる温度調節ドラムである、請求項1又は2に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 前記セラミックス成形体の含水率が10〜50%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 切断された前記セラミックス成形体は、第1端面から第2端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を備えるハニカム構造を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のセラミックス成形体の製造方法で得られたセラミックス成形体を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記セラミックス成形体を焼成する焼成工程と
を備える、セラミックス構造体の製造方法。
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