JP2004322051A - パティキュレートフィルタの基材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】隔壁の端部が変形したパティキュレートフィルタの基材を簡単な工程で製造する方法を提供する。
【解決手段】互いに平行して延びる複数の通路2、3を画成する複数の隔壁47を具備する予備成形体12を成形し、この予備成形体を乾燥させることなく、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように予備成形体の隔壁の端部を変形させる。次いで、予備成形体を乾燥させる。こうして、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備し、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように隔壁の端部が変形しているパティキュレートフィルタの基材が製造される。
【選択図】 図3
【解決手段】互いに平行して延びる複数の通路2、3を画成する複数の隔壁47を具備する予備成形体12を成形し、この予備成形体を乾燥させることなく、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように予備成形体の隔壁の端部を変形させる。次いで、予備成形体を乾燥させる。こうして、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備し、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように隔壁の端部が変形しているパティキュレートフィルタの基材が製造される。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタの基材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)が、特許文献1に開示されている。このフィルタは多孔質材料からなる複数の隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の通路を有する。これら通路では、隣り合う二つの通路のうち一方の通路では、一方の端部の開口が閉塞されており、他方の通路では、他方の端部の開口が閉塞されている。したがって、フィルタの通路に流入した排気ガスは隔壁の細孔を通って隣接する通路に流出する。
【0003】
ところで、上記公報に記載のフィルタの基材(以下、「フィルタ基材」と称す)は以下の手順で製造されている。まず、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備する予備成形体を成形し、その後、その予備成形体全体を乾燥させて予備成形体の硬度を高める。そして、隔壁の端部(すなわち通路の開口を閉塞するように変形される部分)を水等に浸すことで軟化させ、その後、突起を有する治具によって、通路の開口を閉塞させるように、軟化した隔壁の端部が変形せしめられる。あるいは、隔壁の端部を軟化させることなく、突起を有する治具によって隔壁の端部を変形させる。このようにして端部を変形させた後に、再び予備成形体全体を乾燥させ、焼結させることでフィルタ基材が形成される。
【0004】
【特許文献1】
特表平8−508199号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したように隔壁の端部を変形させるのに隔壁の端部を水等に浸して軟化させると、予備成形体からフィルタ基材を製造するまでの工程数が多くなると共に製造工程が複雑になってしまい、フィルタ基材の製造にかかるコストが高くなってしまう。一方、隔壁の端部を軟化させることなく隔壁の端部を変形させると、隔壁の変形に大きな力が必要となり、乾燥している予備成形体が破損してしまう可能性がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、隔壁の端部が変形したパティキュレートフィルタの基材を簡単な工程で製造する方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1の発明では、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備し、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように上記隔壁の端部が変形せしめられているフィルタの基材の製造方法において、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備する予備成形体を成形する成形工程と、上記基材成形工程によって成形された予備成形体を乾燥させることなく、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように上記予備成形体の隔壁の端部を変形させる変形工程と、上記予備成形体を乾燥させる乾燥工程とを具備する。
上述したように従来では、成形工程と乾燥工程との間に、予備成形体を乾燥させる暫定乾燥工程と、予備成形体の隔壁の端部を水等に浸して軟化させる軟化工程と、軟化した隔壁の端部を変形させる軟化部変形工程との三工程が行われていた。これに対して、第1の発明によれば、成形工程と乾燥工程との間に行われる成形工程では、予備成形体を乾燥させることなく予備成形体の隔壁の端部が変形せしめられるので、成形工程と乾燥工程との間に暫定乾燥工程と軟化工程とが不要となるため、フィルタ基材の製造工程を減らすことができる。
【0008】
第2の発明では、第1の発明において、上記変形行程は、上記基材成形工程によって成形された予備成形体の外周面の少なくとも一部と接触する保持具に予備成形体を保持させる保持工程と、上記予備成形体を上記保持具に保持させたままで、該予備成形体の一部の通路の端部に挿入すると隔壁の端部を変形させる治具と、上記予備成形体とを位置合わせする位置合わせ工程と、上記予備成形体を上記保持具に保持させたままで、上記予備成形体の一部の通路の端部に治具を挿入して上記隔壁の端部を変形させる挿入行程とを具備する。
一般に、製造されるフィルタ基材に多数の気孔を設けるために、予備成形体にはカーボン等、非常に高温になったときに除去される物質が含まれており、予備成形体を高温で焼結するときにカーボンが除去されて気孔が形成される。したがって、予備成形体には隔壁に気孔が設けられておらず、隔壁を介した気体の流通はほとんど行われない。また、成形工程によって成形されてから一度も乾燥されていない予備成形体は比較的柔らかい。このため、例えば、乾燥されていない予備成形体を一方の端面側で固定しつつ、乾燥されていない予備成形体の他方の端面側においてその通路の端部が尖形状となるように隔壁の端部を変形させると、通路の端部が尖形状となった分だけ通路内の圧力が上昇し、また、隔壁を介した気体の流通がないため、予備成形体全体が膨らんでしまう。
ここで、第2の発明によれば、予備成形体の外周面と接触する保持具によって予備成形体が保持されるので、通路の端部が尖形状となるように隔壁の端部を変形させることによる圧力上昇は、隔壁の端部の変形が行われる端面側とは反対側の予備成形体の端面側から気体が抜けることによって防止され、その結果、隔壁の端部を変形しても予備成形体が膨らんでしまうのが防止される。
【0009】
第3の発明では、第2の発明において、上記保持具は、上記予備成形体の隔壁の壁面に平行な力を上記予備成形体の外周面の少なくとも一部に加えつつ、上記予備成形体の外周面と接触する。
予備成形体は隔壁の壁面に沿った方向の強度が最も大きい。したがって、第3の発明によれば、保持具で保持するときにこの方向に力を加えることで予備成形体を不用意に変形させてしまうことなく最適に保持することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1(A)は、第一実施形態のパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)の基材(以下、「フィルタ基材」と称す)1の端面を示しており、図1(B)は、第一実施形態のフィルタ基材の縦断面を示している。フィルタ基材1は互いに平行に延びる複数の通路2、3を有するハニカム構造をなす。各通路2、3は複数(第一実施形態では、四つ)の隔壁4によって、断面がほぼ正方形になるように画成されている。また、フィルタ基材1には、その外周面を画成する外周壁5が設けられる。フィルタ基材1、すなわち、隔壁4および外周壁5は多孔質材料からなる。フィルタ基材1は、例えば、内燃機関の排気通路内に配置され、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するために用いられる。もちろん、フィルタ基材1を、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するための触媒を担持するための担体として用いることもできる。
【0011】
ところで、フィルタ基材1では、各通路2、3は交互にいずれか一方の端部において通路2、3の端部が尖形状となるように尖形状の壁6、7によって完全に閉塞されている。すなわち、基材1では、隣接する二つの通路2、3は異なる端部において尖形状の壁6、7によって完全に閉塞されている。したがって、図1(B)に示したように排気ガスが基材1に流入する場合、図1(B)に矢印で示したように、排気ガスは一部の通路2内に流入し、隔壁4を通って隣接する別の通路3内に流入する。また、尖形状の壁6、7は、フィルタ基材1の外側に向かって尖っており、尖形状の壁6、7によって通路2、3の端部が尖形状となるように画成される。特に、本実施形態では、尖形状の壁6、7の端部がほぼ正四角錐状になっており、したがって、通路2、3の端部も同様に正四角錐状になっている。
【0012】
ところで、各通路2、3を閉塞している尖形状の壁6、7は、各通路2、3を画成する四つの隔壁4の端部をこれら端部の中央(すなわち、各通路2、3の中央軸線)に向かってすぼめられた(寄せ集められた)形で接続されることによって形成される。すなわち、図2に示したように、正四角錐状の壁6、7は、その頂点Tに向かって隔壁4の端面が凹むようにすぼめられた形で接続されることによって形成される。したがって、図2に示したように、隔壁4の端面によって画成される帯状の壁面は格子状に延在し、これら帯状の壁面が交差する領域にて凹んでいる。
【0013】
次に、図3を参照して、本発明のフィルタ基材の製造方法について説明する。図3(A)に示したように、本発明の製造方法では、始めに、フィルタ基材1を形成する材料(硬化していない粘土状の材料。コージェライトや窒化ケイ素等)に、気孔を形成するための材料(カーボン等)を混入した複合材料10から、押出成型機11により、図4に示したような断面形状を有する予備成形体12が押出成型される。予備成形体12は、複数の隔壁4および外周壁5を有し、これら隔壁4および外周壁5によって互いに平行に延びる複数の通路2、3が画成される。これら通路2、3の断面形状は正方形である。
【0014】
予備成形体12が所定の位置まで押し出されると、図3(B)に矢印で示したように、開いていたチャック(保持具)13が閉じて、チャック13により予備成形体12が保持される。ここで、図4および図5に示したように、チャック13はほぼ同一の形状の四つの部分チャック13a〜13dを備え、これら四つの部分チャック13a〜13dはチャック13が閉じられたときにほぼ円筒形状になるように形成される。これら部分チャック13a〜13dは、それぞれ上記円筒形状の軸線に向かって、またはこの軸線から離れるように移動することができ、軸線に向かって移動したときにチャック13が閉じられる。
【0015】
チャック13が予備成形体12を保持しているとき、各部分チャック13a〜13dの内面全面が予備成形体12の外周壁5の外面と面接触する。このとき、部分チャック13a〜13dには、図4に矢印で示したように、予備成形体12の断面において隔壁が延びる向きと平行な向きの力が加えられる。各部分チャック13a〜13dの内面には、各部分チャック13a〜13dの内面と予備成形体12の外周壁5の外面との間に加わる圧力、すなわち各部分チャック13a〜13dが外周壁5を押さえる力を検出するための圧力センサ14がそれぞれ設けられており、圧力センサ14によって検出される圧力が所定圧力範囲内になるように各部分チャック13a〜13dに加えられる力が調整される。この所定圧力範囲は、予備成形体12が変形してしまうことのないような圧力の範囲であって且つ後述する隔壁4の端部の変形時にチャック13と予備成形体12との間で相対移動が起こることのないような圧力の範囲である。
【0016】
次いで、図3(C)および図6に示したように、治具15が予備成形体12の端面に向かって移動せしめられる。ここで、治具15は、図6および図7に示したように、複数の突起16を有する。突起16はほぼ正四角錐状の形状をしている。突起12は所定の間隔を開けて整列して配置されている。したがって、突起12間には、帯状の壁面17が延在する。また、治具15の外周部には、突起16と同一の方向に延びる円筒状の係合部18が設けられる。また、治具15には、治具15を貫通する貫通孔19が設けられている。
【0017】
この治具15の移動中に、係合部18が予備成形体12を保持しているチャック13の外周面と係合する。また、チャック13には、治具15に向かって延びる係合バー20が設けられており、治具15の移動中に治具15に設けられている貫通孔19と係合する。このように係合部18とチャック13の外周面とが係合し且つ貫通孔19と係合バー20とが係合した状態で、すなわち予備成形体12と治具15とが正確に位置合わせされた状態で、治具15が予備成形体12の端面に押し付けられる。
【0018】
本発明では、閉塞すべき通路に隣接する通路、すなわち閉塞すべき通路ではない通路内に突起12が入り込むように、治具15が予備成形体12の端面に押し付けられる。ここで、治具15が予備成形体12の端面に押し付けられ始めると、図8(A)に示したように直線的に延びる隔壁4の端部が、突起12によって、図8(B)に示したように、その中央からおれるようにして、閉塞すべき通路の中央軸線Cに向かって変形せしめられる。すなわち、閉塞すべき通路を画成する四つの隔壁4の端部はそれらの端部が近寄るようにして変形せしめられ、これら隔壁4の先端同士が接続される。
【0019】
この後、予備成形体12の反対側の端部も治具15と同様な治具によって同様に変形せしめられる。このとき、予備成形体12は上記チャック13に保持されたままであってもよいし、上記チャック13よりも上記予備成形体12の反対側の端部に近接した別のチャックによって保持されてもよい。
【0020】
次に、このようにして隔壁4の端部が変形せしめられた予備成形体12を乾燥させ、硬化させる。その後、この予備成形体12を焼結させ、これによりフィルタ基材1が製造される。なお、この予備成形体12の焼結時において、高温により予備成形体12内に含まれていたカーボンが除去され、カーボンが除去された空間に気孔が形成される。こうして、多孔性の隔壁4および外周壁5を備えたフィルタ基材1が生成される。
【0021】
本発明によれば、押出成型機11によって押出成型された予備成形体12は、乾燥させられることなく、その隔壁の端部が変形せしめられる。このため、予備成形体が押出成型されてから隔壁の端部を変形させるまでの間に行われていた予備成形体を乾燥させる工程と、隔壁の端部を軟化させる工程とが省略されるので、フィルタ基材の製造時間が短くなると共に、これら省略された二つの工程に必要とされる装置が不要になり、製造コストが低減される。
【0022】
また、本発明によれば、予備成形体12の通路の端部を尖形状とするように隔壁4の端部を変形させても、隔壁4の端部が変形されている側と反対側の予備成形体12の端部は閉じられていない。このため、隔壁4の端部が変形されても通路2、3内の気体が圧縮されることがなく、よって通路2、3内の気体の圧縮による隔壁4の変形が起こってしまうことも防止される。
【0023】
さらに、本発明によれば、各部分チャック13a〜13dは隔壁4が延びる方向と平行な方向の力を予備成形体12の外周壁5に加えつつ、予備成形体12を保持する。予備成形体12は隔壁4が延びる方向において最も強度が高いので、このような方向に力を加えつつ予備成形体12を保持することで、チャック13によって予備成形体12を変形させてしまうことのない力のうち最も強い力で予備成形体12をチャック13によって保持することができる。
【0024】
また、本発明によれば、押出成型された直後に予備成形体12がチャック13によって保持されるので、チャック13に保持されるときの予備成形体12の向き(特に、予備成形体12の軸線に対する周方向の向き)は押出成型されたままの向きである。このため、予備成形体12と治具15との位置合わせを容易に行うことができる。
【0025】
さらに、本発明によれば、予備成形体12が押出成型されてから隔壁4の端部を変形させるまでに予備成形体12を移動させる必要が無い。このため、予備成形体12の移動中にできることの多かった予備成形体12の損傷等ができてしまうことが防止される。
【0026】
また、本発明によれば、予備成形体12はチャック13によって面接触で保持されているので、治具15の挿入時等にチャック13から予備成形体12に加えられる圧力は分散され、予備成形体12の外周壁の一部のみにチャック13から大きな力が集中してしまうことがない。このため、予備成形体12の外周壁の一部のみにチャック13から大きな力が集中することにより生じる弊害、例えば予備成形体の変形等が起こることが防止される。
【0027】
なお、上記第一実施形態では、閉じたときに部分チャック13a〜13dがほぼ円筒形状になるように、すなわち予備成形体12の外周壁のほぼ全周に亘って延びるように形成されているが、部分チャックは閉じたときに全周に亘って延びるように形成されていなくてもよく、少なくとも上記外周壁の一部に亘って延びるようにしてもよい。また、全ての部分チャックの形状は同一でなくてもよい。さらに、チャック13は予備成形体12の外周壁と面接触せずに線接触や点接触をしてもよいが、上述したように予備成形体12の変形が防止されるので面接触であるのが好ましい。さらに、上記第一実施形態では、チャック13と治具15との位置合わせを、チャック13に設けられた係合バー20と、治具15に設けられた係合部18および貫通孔19とによって行われているが、他の手段によって、例えばレーザーやセンサ等を用いて行ってもよい。
【0028】
また、上記第一実施形態では、圧力センサ14によって検出される圧力が所定圧力範囲内になるようにしているが、所定圧力になるようにしてもよい。また、上記実施形態では、部分チャック13a〜13dを制御するのに圧力センサ14が用いられているが、圧力センサの代わりにストロークセンサを設けて、各部分チャック13a〜13dの移動量、または各部分チャック13a〜13dの内面が予備成形体12の外周壁の外面とが接触してからの各部分チャック13a〜13dの移動量を検出し、検出した移動量に応じて部分チャック13a〜13dを制御してもよい。
【0029】
さらに、上記第一実施形態では、予備成形体12の両方の端部において隔壁を変形するようにしているが、一方の端部においてのみ隔壁を変形させて通路の端部を尖形状にすると共に他方の端部では隔壁を変形させずに通路の端部を尖形状にしないようにしてもよい。
【0030】
また、上記実施形態では、予備成形体12の一方の端部において隔壁4の端部を変形した後に他方の端部において隔壁4の端部を変形しているが、予備成形体12の両方の端部において同時に隔壁4の端部を変形するようにしてもよい。この場合、予備成形体12の各通路内の気体の圧力は上昇するが、その上昇の程度はほぼ均一であり、またチャック13によって予備成形体12の外周壁5が保持されていて予備成形体12全体が膨張するように変形することはないので、隔壁4の端部を変形しても、それ以外の予備成形体12の隔壁5および外周壁5が変形してしまうことが防止される。なお、この場合、チャック13は、予備成形体12の外周壁5の外面全体を覆うように、予備成形体12を保持するのが好ましい。
【0031】
また、図9に示したような構成の予備成形体12から製造されるフィルタ基材の製造方法にも本発明は適用可能である。以下、このようなフィルタ基材を製造する方法を第二実施形態として説明する。図9に示した第二実施形態の予備成形体12は、複数の隔壁4によって画成された互いに平行に延びる複数の通路2、3を有する。これら通路2、3の断面形状は正三角形である。そして、図9に示した予備成形体12からフィルタ基材を製造する場合には、六つの部分チャック13a〜13fを備えるチャック13によって保持される。これら六つの部分チャック13a〜13fは、チャック13が閉じられたときにほぼ円筒形状になるように形成される。これら部分チャック13a〜13fは、それぞれ上記円筒形状の軸線に向かって、またはこの軸線から離れるように移動することができ、軸線に向かって移動したときにチャック13が閉じられる。
【0032】
チャック13が予備成形体12を保持しているとき、各部分チャック13a〜13fの内面全面が予備成形体12の外周壁5の外面と面接触する。このとき、部分チャック13a〜3fには、図9に矢印で示したように、予備成形体12の断面において隔壁が延びる向きと平行な向きの力が加えられる。そして、各部分チャック13a〜13fの内面に設けられた圧力センサ14によって検出された各部分チャック13a〜13fの内面と予備成形体12の外周壁5の外面との間に加わる圧力が所定圧力範囲内になるように各部分チャック13a〜13fに加えられる力が調整される。
【0033】
また、図9に示した予備成形体12からフィルタ基材を製造する場合には、図10に示したような冶具15が用いられる。ここでの冶具15は、ほぼ正六角錐台状の複数の突起16を有する。突起16は所定の間隔を開けて整列して配置されている。したがって、突起16間には、帯状の壁面17が延在する。
【0034】
治具15の移動中には、治具15の係合部18が予備成形体12を保持しているチャック13の外周面と係合し、チャック13に設けられた係合バー20が治具15の貫通孔19と係合することにより、チャック13と治具15とが位置合わせされ、よって予備成形体12と治具15とが位置合わせされる。
【0035】
そして、閉塞すべき通路ではない通路内に突起16が入り込むように、冶具15が予備成形体12の端面に押し付けられる。ここで、冶具15が予備成形体12の端面に押し付けられ始めると、隔壁4の端部がその中央から折れるように突起16によって通路の中央軸線に向かって変形せしめられる。すなわち、通路を画成する三つの隔壁4はそれらの端部が近寄るように変形せしめられ、これら隔壁4の先端同士が接続され、図11に示したような端面を有する予備成形体12が形成される。
【0036】
そして、このように隔壁4の端部が変形せしめられた予備成形体12を乾燥させ、硬化させ、焼結させることで、フィルタ基材1が製造される。
【0037】
なお、上述した第二実施形態には、矛盾しない範囲内で第一実施形態において説明した事項が当てはまる。また、各通路の一辺の長さ、すなわち、各通路を画成する隔壁の幅に対して、正三角形断面の通路を閉塞するために隔壁を通路の中央軸線に向かって変形しなければならない量の割合は、正方形断面の通路を閉塞するために隔壁を通路の中央軸線に向かって変形しなければならない量の割合よりも小さく、この場合、隔壁の変形中において隔壁が破損することが抑制される。したがって、第二実施形態は、第一実施形態に比べて、隔壁の変形中において隔壁が破損することが抑制されるという利点を有する。
【0038】
もちろん、本発明は、上述した正方形または正三角形の断面形状の通路を有する予備成形体からフィルタ基材を製造する方法以外にも、長方形や三角形や六角形などの多角形の断面形状の通路を有する予備成形体からフィルタ基材を製造する方法にも適用可能である。また、上述した実施形態において、ほぼ正四角錐状の突起を有する冶具は、その先端が平坦なほぼ正四角錐台状の突起を有する冶具であってもよく、また、ほぼ正六角錐台状の突起を有する冶具は、その先端が尖ったほぼ正六角錐状の突起を有する冶具であってもよい。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、フィルタ基材の製造工程を減らすことができるようになり、フィルタの基材を簡単な工程で製造することができるようになる。これに伴って、フィルタの製造装置を簡単な構造にすることができ、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法で製造されるフィルタ基材を示す図である。
【図2】フィルタ基材の端面の一部を示した斜視図である。
【図3】本発明の製造方法の手順を示す図である。
【図4】チャックに保持された状態の予備成形体を示す正面図である。
【図5】チャックに保持された状態の予備成形体を示す斜視図である。
【図6】予備成形体の端部を変形させる方法を説明するための図である。
【図7】予備成形体を変形させるのに用いられる冶具を示した斜視図である。
【図8】予備成形体の隔壁の変形作用を説明するための図である。
【図9】第二実施形態における図4と同様な図である。
【図10】第二実施形態における治具の図7と同様な図である。
【図11】第二実施形態におけるフィルタ基材の図2と同様な図である。
【符号の説明】
1…フィルタ基材
2、3…通路
4…隔壁
5…外周壁
6、7…ほぼ正四角錐状の壁
12…予備成形体
13…チャック
14…圧力センサ
15…治具
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタの基材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)が、特許文献1に開示されている。このフィルタは多孔質材料からなる複数の隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の通路を有する。これら通路では、隣り合う二つの通路のうち一方の通路では、一方の端部の開口が閉塞されており、他方の通路では、他方の端部の開口が閉塞されている。したがって、フィルタの通路に流入した排気ガスは隔壁の細孔を通って隣接する通路に流出する。
【0003】
ところで、上記公報に記載のフィルタの基材(以下、「フィルタ基材」と称す)は以下の手順で製造されている。まず、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備する予備成形体を成形し、その後、その予備成形体全体を乾燥させて予備成形体の硬度を高める。そして、隔壁の端部(すなわち通路の開口を閉塞するように変形される部分)を水等に浸すことで軟化させ、その後、突起を有する治具によって、通路の開口を閉塞させるように、軟化した隔壁の端部が変形せしめられる。あるいは、隔壁の端部を軟化させることなく、突起を有する治具によって隔壁の端部を変形させる。このようにして端部を変形させた後に、再び予備成形体全体を乾燥させ、焼結させることでフィルタ基材が形成される。
【0004】
【特許文献1】
特表平8−508199号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したように隔壁の端部を変形させるのに隔壁の端部を水等に浸して軟化させると、予備成形体からフィルタ基材を製造するまでの工程数が多くなると共に製造工程が複雑になってしまい、フィルタ基材の製造にかかるコストが高くなってしまう。一方、隔壁の端部を軟化させることなく隔壁の端部を変形させると、隔壁の変形に大きな力が必要となり、乾燥している予備成形体が破損してしまう可能性がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、隔壁の端部が変形したパティキュレートフィルタの基材を簡単な工程で製造する方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1の発明では、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備し、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように上記隔壁の端部が変形せしめられているフィルタの基材の製造方法において、互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備する予備成形体を成形する成形工程と、上記基材成形工程によって成形された予備成形体を乾燥させることなく、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように上記予備成形体の隔壁の端部を変形させる変形工程と、上記予備成形体を乾燥させる乾燥工程とを具備する。
上述したように従来では、成形工程と乾燥工程との間に、予備成形体を乾燥させる暫定乾燥工程と、予備成形体の隔壁の端部を水等に浸して軟化させる軟化工程と、軟化した隔壁の端部を変形させる軟化部変形工程との三工程が行われていた。これに対して、第1の発明によれば、成形工程と乾燥工程との間に行われる成形工程では、予備成形体を乾燥させることなく予備成形体の隔壁の端部が変形せしめられるので、成形工程と乾燥工程との間に暫定乾燥工程と軟化工程とが不要となるため、フィルタ基材の製造工程を減らすことができる。
【0008】
第2の発明では、第1の発明において、上記変形行程は、上記基材成形工程によって成形された予備成形体の外周面の少なくとも一部と接触する保持具に予備成形体を保持させる保持工程と、上記予備成形体を上記保持具に保持させたままで、該予備成形体の一部の通路の端部に挿入すると隔壁の端部を変形させる治具と、上記予備成形体とを位置合わせする位置合わせ工程と、上記予備成形体を上記保持具に保持させたままで、上記予備成形体の一部の通路の端部に治具を挿入して上記隔壁の端部を変形させる挿入行程とを具備する。
一般に、製造されるフィルタ基材に多数の気孔を設けるために、予備成形体にはカーボン等、非常に高温になったときに除去される物質が含まれており、予備成形体を高温で焼結するときにカーボンが除去されて気孔が形成される。したがって、予備成形体には隔壁に気孔が設けられておらず、隔壁を介した気体の流通はほとんど行われない。また、成形工程によって成形されてから一度も乾燥されていない予備成形体は比較的柔らかい。このため、例えば、乾燥されていない予備成形体を一方の端面側で固定しつつ、乾燥されていない予備成形体の他方の端面側においてその通路の端部が尖形状となるように隔壁の端部を変形させると、通路の端部が尖形状となった分だけ通路内の圧力が上昇し、また、隔壁を介した気体の流通がないため、予備成形体全体が膨らんでしまう。
ここで、第2の発明によれば、予備成形体の外周面と接触する保持具によって予備成形体が保持されるので、通路の端部が尖形状となるように隔壁の端部を変形させることによる圧力上昇は、隔壁の端部の変形が行われる端面側とは反対側の予備成形体の端面側から気体が抜けることによって防止され、その結果、隔壁の端部を変形しても予備成形体が膨らんでしまうのが防止される。
【0009】
第3の発明では、第2の発明において、上記保持具は、上記予備成形体の隔壁の壁面に平行な力を上記予備成形体の外周面の少なくとも一部に加えつつ、上記予備成形体の外周面と接触する。
予備成形体は隔壁の壁面に沿った方向の強度が最も大きい。したがって、第3の発明によれば、保持具で保持するときにこの方向に力を加えることで予備成形体を不用意に変形させてしまうことなく最適に保持することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1(A)は、第一実施形態のパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)の基材(以下、「フィルタ基材」と称す)1の端面を示しており、図1(B)は、第一実施形態のフィルタ基材の縦断面を示している。フィルタ基材1は互いに平行に延びる複数の通路2、3を有するハニカム構造をなす。各通路2、3は複数(第一実施形態では、四つ)の隔壁4によって、断面がほぼ正方形になるように画成されている。また、フィルタ基材1には、その外周面を画成する外周壁5が設けられる。フィルタ基材1、すなわち、隔壁4および外周壁5は多孔質材料からなる。フィルタ基材1は、例えば、内燃機関の排気通路内に配置され、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するために用いられる。もちろん、フィルタ基材1を、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するための触媒を担持するための担体として用いることもできる。
【0011】
ところで、フィルタ基材1では、各通路2、3は交互にいずれか一方の端部において通路2、3の端部が尖形状となるように尖形状の壁6、7によって完全に閉塞されている。すなわち、基材1では、隣接する二つの通路2、3は異なる端部において尖形状の壁6、7によって完全に閉塞されている。したがって、図1(B)に示したように排気ガスが基材1に流入する場合、図1(B)に矢印で示したように、排気ガスは一部の通路2内に流入し、隔壁4を通って隣接する別の通路3内に流入する。また、尖形状の壁6、7は、フィルタ基材1の外側に向かって尖っており、尖形状の壁6、7によって通路2、3の端部が尖形状となるように画成される。特に、本実施形態では、尖形状の壁6、7の端部がほぼ正四角錐状になっており、したがって、通路2、3の端部も同様に正四角錐状になっている。
【0012】
ところで、各通路2、3を閉塞している尖形状の壁6、7は、各通路2、3を画成する四つの隔壁4の端部をこれら端部の中央(すなわち、各通路2、3の中央軸線)に向かってすぼめられた(寄せ集められた)形で接続されることによって形成される。すなわち、図2に示したように、正四角錐状の壁6、7は、その頂点Tに向かって隔壁4の端面が凹むようにすぼめられた形で接続されることによって形成される。したがって、図2に示したように、隔壁4の端面によって画成される帯状の壁面は格子状に延在し、これら帯状の壁面が交差する領域にて凹んでいる。
【0013】
次に、図3を参照して、本発明のフィルタ基材の製造方法について説明する。図3(A)に示したように、本発明の製造方法では、始めに、フィルタ基材1を形成する材料(硬化していない粘土状の材料。コージェライトや窒化ケイ素等)に、気孔を形成するための材料(カーボン等)を混入した複合材料10から、押出成型機11により、図4に示したような断面形状を有する予備成形体12が押出成型される。予備成形体12は、複数の隔壁4および外周壁5を有し、これら隔壁4および外周壁5によって互いに平行に延びる複数の通路2、3が画成される。これら通路2、3の断面形状は正方形である。
【0014】
予備成形体12が所定の位置まで押し出されると、図3(B)に矢印で示したように、開いていたチャック(保持具)13が閉じて、チャック13により予備成形体12が保持される。ここで、図4および図5に示したように、チャック13はほぼ同一の形状の四つの部分チャック13a〜13dを備え、これら四つの部分チャック13a〜13dはチャック13が閉じられたときにほぼ円筒形状になるように形成される。これら部分チャック13a〜13dは、それぞれ上記円筒形状の軸線に向かって、またはこの軸線から離れるように移動することができ、軸線に向かって移動したときにチャック13が閉じられる。
【0015】
チャック13が予備成形体12を保持しているとき、各部分チャック13a〜13dの内面全面が予備成形体12の外周壁5の外面と面接触する。このとき、部分チャック13a〜13dには、図4に矢印で示したように、予備成形体12の断面において隔壁が延びる向きと平行な向きの力が加えられる。各部分チャック13a〜13dの内面には、各部分チャック13a〜13dの内面と予備成形体12の外周壁5の外面との間に加わる圧力、すなわち各部分チャック13a〜13dが外周壁5を押さえる力を検出するための圧力センサ14がそれぞれ設けられており、圧力センサ14によって検出される圧力が所定圧力範囲内になるように各部分チャック13a〜13dに加えられる力が調整される。この所定圧力範囲は、予備成形体12が変形してしまうことのないような圧力の範囲であって且つ後述する隔壁4の端部の変形時にチャック13と予備成形体12との間で相対移動が起こることのないような圧力の範囲である。
【0016】
次いで、図3(C)および図6に示したように、治具15が予備成形体12の端面に向かって移動せしめられる。ここで、治具15は、図6および図7に示したように、複数の突起16を有する。突起16はほぼ正四角錐状の形状をしている。突起12は所定の間隔を開けて整列して配置されている。したがって、突起12間には、帯状の壁面17が延在する。また、治具15の外周部には、突起16と同一の方向に延びる円筒状の係合部18が設けられる。また、治具15には、治具15を貫通する貫通孔19が設けられている。
【0017】
この治具15の移動中に、係合部18が予備成形体12を保持しているチャック13の外周面と係合する。また、チャック13には、治具15に向かって延びる係合バー20が設けられており、治具15の移動中に治具15に設けられている貫通孔19と係合する。このように係合部18とチャック13の外周面とが係合し且つ貫通孔19と係合バー20とが係合した状態で、すなわち予備成形体12と治具15とが正確に位置合わせされた状態で、治具15が予備成形体12の端面に押し付けられる。
【0018】
本発明では、閉塞すべき通路に隣接する通路、すなわち閉塞すべき通路ではない通路内に突起12が入り込むように、治具15が予備成形体12の端面に押し付けられる。ここで、治具15が予備成形体12の端面に押し付けられ始めると、図8(A)に示したように直線的に延びる隔壁4の端部が、突起12によって、図8(B)に示したように、その中央からおれるようにして、閉塞すべき通路の中央軸線Cに向かって変形せしめられる。すなわち、閉塞すべき通路を画成する四つの隔壁4の端部はそれらの端部が近寄るようにして変形せしめられ、これら隔壁4の先端同士が接続される。
【0019】
この後、予備成形体12の反対側の端部も治具15と同様な治具によって同様に変形せしめられる。このとき、予備成形体12は上記チャック13に保持されたままであってもよいし、上記チャック13よりも上記予備成形体12の反対側の端部に近接した別のチャックによって保持されてもよい。
【0020】
次に、このようにして隔壁4の端部が変形せしめられた予備成形体12を乾燥させ、硬化させる。その後、この予備成形体12を焼結させ、これによりフィルタ基材1が製造される。なお、この予備成形体12の焼結時において、高温により予備成形体12内に含まれていたカーボンが除去され、カーボンが除去された空間に気孔が形成される。こうして、多孔性の隔壁4および外周壁5を備えたフィルタ基材1が生成される。
【0021】
本発明によれば、押出成型機11によって押出成型された予備成形体12は、乾燥させられることなく、その隔壁の端部が変形せしめられる。このため、予備成形体が押出成型されてから隔壁の端部を変形させるまでの間に行われていた予備成形体を乾燥させる工程と、隔壁の端部を軟化させる工程とが省略されるので、フィルタ基材の製造時間が短くなると共に、これら省略された二つの工程に必要とされる装置が不要になり、製造コストが低減される。
【0022】
また、本発明によれば、予備成形体12の通路の端部を尖形状とするように隔壁4の端部を変形させても、隔壁4の端部が変形されている側と反対側の予備成形体12の端部は閉じられていない。このため、隔壁4の端部が変形されても通路2、3内の気体が圧縮されることがなく、よって通路2、3内の気体の圧縮による隔壁4の変形が起こってしまうことも防止される。
【0023】
さらに、本発明によれば、各部分チャック13a〜13dは隔壁4が延びる方向と平行な方向の力を予備成形体12の外周壁5に加えつつ、予備成形体12を保持する。予備成形体12は隔壁4が延びる方向において最も強度が高いので、このような方向に力を加えつつ予備成形体12を保持することで、チャック13によって予備成形体12を変形させてしまうことのない力のうち最も強い力で予備成形体12をチャック13によって保持することができる。
【0024】
また、本発明によれば、押出成型された直後に予備成形体12がチャック13によって保持されるので、チャック13に保持されるときの予備成形体12の向き(特に、予備成形体12の軸線に対する周方向の向き)は押出成型されたままの向きである。このため、予備成形体12と治具15との位置合わせを容易に行うことができる。
【0025】
さらに、本発明によれば、予備成形体12が押出成型されてから隔壁4の端部を変形させるまでに予備成形体12を移動させる必要が無い。このため、予備成形体12の移動中にできることの多かった予備成形体12の損傷等ができてしまうことが防止される。
【0026】
また、本発明によれば、予備成形体12はチャック13によって面接触で保持されているので、治具15の挿入時等にチャック13から予備成形体12に加えられる圧力は分散され、予備成形体12の外周壁の一部のみにチャック13から大きな力が集中してしまうことがない。このため、予備成形体12の外周壁の一部のみにチャック13から大きな力が集中することにより生じる弊害、例えば予備成形体の変形等が起こることが防止される。
【0027】
なお、上記第一実施形態では、閉じたときに部分チャック13a〜13dがほぼ円筒形状になるように、すなわち予備成形体12の外周壁のほぼ全周に亘って延びるように形成されているが、部分チャックは閉じたときに全周に亘って延びるように形成されていなくてもよく、少なくとも上記外周壁の一部に亘って延びるようにしてもよい。また、全ての部分チャックの形状は同一でなくてもよい。さらに、チャック13は予備成形体12の外周壁と面接触せずに線接触や点接触をしてもよいが、上述したように予備成形体12の変形が防止されるので面接触であるのが好ましい。さらに、上記第一実施形態では、チャック13と治具15との位置合わせを、チャック13に設けられた係合バー20と、治具15に設けられた係合部18および貫通孔19とによって行われているが、他の手段によって、例えばレーザーやセンサ等を用いて行ってもよい。
【0028】
また、上記第一実施形態では、圧力センサ14によって検出される圧力が所定圧力範囲内になるようにしているが、所定圧力になるようにしてもよい。また、上記実施形態では、部分チャック13a〜13dを制御するのに圧力センサ14が用いられているが、圧力センサの代わりにストロークセンサを設けて、各部分チャック13a〜13dの移動量、または各部分チャック13a〜13dの内面が予備成形体12の外周壁の外面とが接触してからの各部分チャック13a〜13dの移動量を検出し、検出した移動量に応じて部分チャック13a〜13dを制御してもよい。
【0029】
さらに、上記第一実施形態では、予備成形体12の両方の端部において隔壁を変形するようにしているが、一方の端部においてのみ隔壁を変形させて通路の端部を尖形状にすると共に他方の端部では隔壁を変形させずに通路の端部を尖形状にしないようにしてもよい。
【0030】
また、上記実施形態では、予備成形体12の一方の端部において隔壁4の端部を変形した後に他方の端部において隔壁4の端部を変形しているが、予備成形体12の両方の端部において同時に隔壁4の端部を変形するようにしてもよい。この場合、予備成形体12の各通路内の気体の圧力は上昇するが、その上昇の程度はほぼ均一であり、またチャック13によって予備成形体12の外周壁5が保持されていて予備成形体12全体が膨張するように変形することはないので、隔壁4の端部を変形しても、それ以外の予備成形体12の隔壁5および外周壁5が変形してしまうことが防止される。なお、この場合、チャック13は、予備成形体12の外周壁5の外面全体を覆うように、予備成形体12を保持するのが好ましい。
【0031】
また、図9に示したような構成の予備成形体12から製造されるフィルタ基材の製造方法にも本発明は適用可能である。以下、このようなフィルタ基材を製造する方法を第二実施形態として説明する。図9に示した第二実施形態の予備成形体12は、複数の隔壁4によって画成された互いに平行に延びる複数の通路2、3を有する。これら通路2、3の断面形状は正三角形である。そして、図9に示した予備成形体12からフィルタ基材を製造する場合には、六つの部分チャック13a〜13fを備えるチャック13によって保持される。これら六つの部分チャック13a〜13fは、チャック13が閉じられたときにほぼ円筒形状になるように形成される。これら部分チャック13a〜13fは、それぞれ上記円筒形状の軸線に向かって、またはこの軸線から離れるように移動することができ、軸線に向かって移動したときにチャック13が閉じられる。
【0032】
チャック13が予備成形体12を保持しているとき、各部分チャック13a〜13fの内面全面が予備成形体12の外周壁5の外面と面接触する。このとき、部分チャック13a〜3fには、図9に矢印で示したように、予備成形体12の断面において隔壁が延びる向きと平行な向きの力が加えられる。そして、各部分チャック13a〜13fの内面に設けられた圧力センサ14によって検出された各部分チャック13a〜13fの内面と予備成形体12の外周壁5の外面との間に加わる圧力が所定圧力範囲内になるように各部分チャック13a〜13fに加えられる力が調整される。
【0033】
また、図9に示した予備成形体12からフィルタ基材を製造する場合には、図10に示したような冶具15が用いられる。ここでの冶具15は、ほぼ正六角錐台状の複数の突起16を有する。突起16は所定の間隔を開けて整列して配置されている。したがって、突起16間には、帯状の壁面17が延在する。
【0034】
治具15の移動中には、治具15の係合部18が予備成形体12を保持しているチャック13の外周面と係合し、チャック13に設けられた係合バー20が治具15の貫通孔19と係合することにより、チャック13と治具15とが位置合わせされ、よって予備成形体12と治具15とが位置合わせされる。
【0035】
そして、閉塞すべき通路ではない通路内に突起16が入り込むように、冶具15が予備成形体12の端面に押し付けられる。ここで、冶具15が予備成形体12の端面に押し付けられ始めると、隔壁4の端部がその中央から折れるように突起16によって通路の中央軸線に向かって変形せしめられる。すなわち、通路を画成する三つの隔壁4はそれらの端部が近寄るように変形せしめられ、これら隔壁4の先端同士が接続され、図11に示したような端面を有する予備成形体12が形成される。
【0036】
そして、このように隔壁4の端部が変形せしめられた予備成形体12を乾燥させ、硬化させ、焼結させることで、フィルタ基材1が製造される。
【0037】
なお、上述した第二実施形態には、矛盾しない範囲内で第一実施形態において説明した事項が当てはまる。また、各通路の一辺の長さ、すなわち、各通路を画成する隔壁の幅に対して、正三角形断面の通路を閉塞するために隔壁を通路の中央軸線に向かって変形しなければならない量の割合は、正方形断面の通路を閉塞するために隔壁を通路の中央軸線に向かって変形しなければならない量の割合よりも小さく、この場合、隔壁の変形中において隔壁が破損することが抑制される。したがって、第二実施形態は、第一実施形態に比べて、隔壁の変形中において隔壁が破損することが抑制されるという利点を有する。
【0038】
もちろん、本発明は、上述した正方形または正三角形の断面形状の通路を有する予備成形体からフィルタ基材を製造する方法以外にも、長方形や三角形や六角形などの多角形の断面形状の通路を有する予備成形体からフィルタ基材を製造する方法にも適用可能である。また、上述した実施形態において、ほぼ正四角錐状の突起を有する冶具は、その先端が平坦なほぼ正四角錐台状の突起を有する冶具であってもよく、また、ほぼ正六角錐台状の突起を有する冶具は、その先端が尖ったほぼ正六角錐状の突起を有する冶具であってもよい。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、フィルタ基材の製造工程を減らすことができるようになり、フィルタの基材を簡単な工程で製造することができるようになる。これに伴って、フィルタの製造装置を簡単な構造にすることができ、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法で製造されるフィルタ基材を示す図である。
【図2】フィルタ基材の端面の一部を示した斜視図である。
【図3】本発明の製造方法の手順を示す図である。
【図4】チャックに保持された状態の予備成形体を示す正面図である。
【図5】チャックに保持された状態の予備成形体を示す斜視図である。
【図6】予備成形体の端部を変形させる方法を説明するための図である。
【図7】予備成形体を変形させるのに用いられる冶具を示した斜視図である。
【図8】予備成形体の隔壁の変形作用を説明するための図である。
【図9】第二実施形態における図4と同様な図である。
【図10】第二実施形態における治具の図7と同様な図である。
【図11】第二実施形態におけるフィルタ基材の図2と同様な図である。
【符号の説明】
1…フィルタ基材
2、3…通路
4…隔壁
5…外周壁
6、7…ほぼ正四角錐状の壁
12…予備成形体
13…チャック
14…圧力センサ
15…治具
Claims (3)
- 互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備し、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように上記隔壁の端部が変形せしめられているパティキュレートフィルタの基材の製造方法において、
互いに平行して延びる複数の通路を画成する複数の隔壁を具備する予備成形体を成形する成形工程と、
上記基材成形工程によって成形された予備成形体を乾燥させることなく、少なくとも一部の通路の端部が尖形状となるように上記予備成形体の隔壁の端部を変形させる変形工程と、
上記予備成形体を乾燥させる乾燥工程とを具備するパティキュレートフィルタの基材の製造方法。 - 上記変形行程は、上記基材成形工程によって成形された予備成形体の外周面の少なくとも一部と接触する保持具に該予備成形体を保持させる保持工程と、
上記予備成形体を上記保持具に保持させたままで、該予備成形体の一部の通路の端部に挿入すると隔壁の端部を変形させる治具と、上記予備成形体とを位置合わせする位置合わせ工程と、
上記予備成形体を上記保持具に保持させたままで、上記予備成形体の一部の通路の端部に、隔壁の端部を変形させる治具を挿入して上記隔壁の端部を変形させる挿入行程とを具備する請求項1に記載のパティキュレートフィルタの基材の製造方法。 - 上記保持具は、上記予備成形体の隔壁に平行な力を上記予備成形体の外周面の少なくとも一部に加えつつ、上記予備成形体の外周面と接触する請求項2に記載のパティキュレートフィルタの製造方法。
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