JP4692230B2 - セラミックハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セル壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなるセラミックハニカム構造体の製造方法に関する。
従来から、内燃機関の排ガス浄化装置における触媒担体やフィルターとして、セラミックハニカム構造体が用いられている。
上記セラミックハニカム構造体は、セル壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなる。そして、このようなセラミックハニカム構造体は、セラミックス原料を押出成形してハニカム成形体を成形し、これを切断、乾燥、焼成することにより得ることができる。
上記セラミックハニカム構造体は、セル壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなる。そして、このようなセラミックハニカム構造体は、セラミックス原料を押出成形してハニカム成形体を成形し、これを切断、乾燥、焼成することにより得ることができる。
上記セラミックハニカム構造体を製造するに当たっては、まず最終的に得ようとする形状のハニカム成形体を押出成形により成形する。しかしながら、この押出成形では、複雑な形状のハニカム成形体を成形することが困難である。また、所望の形状のハニカム成形体を得られたとしても、その後の工程において変形・割れ等が生じ、寸法精度が低下するおそれがあった。
そこで、最終的に所望の形状を高い寸法精度で得るための方法として、例えば特許文献１では、焼成後のハニカム構造体を砥石等が配設された切削部材によって切削加工するハニカム構造体の作製方法が開示されている。また、特許文献２では、焼成後のセラミックハニカム焼成体を砥石等によって切削加工するセラミックハニカム構造体の製造方法が開示されている。
しかしながら、いずれの方法も焼成後のハニカム構造体（セラミックハニカム焼成体）を切削加工するため、切削加工する際にハニカム構造体に割れや欠けが発生するおそれがある。
そのため、所望の形状を容易に得ることができると共に、高い寸法精度を実現できるセラミックハニカム構造体の製造方法が求められている。
そのため、所望の形状を容易に得ることができると共に、高い寸法精度を実現できるセラミックハニカム構造体の製造方法が求められている。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、寸法精度が高く、所望の形状を容易に得ることができるセラミックハニカム構造体の製造方法を提供しようとするものである。
第１の発明は、セラミックス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セル壁と、該セル壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう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所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体に対して、先端に周方向断面が所望の形状を有する環状の刃部を備えた打抜き用刃具を、上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去し、
上記打抜き刃具における上記刃部の先端の逃がし角βが０°＜β≦１０°であ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。
第２の発明は、セラミックス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セル壁と、該セル壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう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所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体に対して、先端に周方向断面が所望の形状を有する円環状の刃部を備えた打抜き用刃具を、上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去し、
上記打抜き刃具における上記刃部の先端の逃がし角βがβ＝０°であり、上記刃部の周方向断面が円形状であり、かつ、上記刃部の先端において上記逃がし角β＝０°の部分であるストレート部の軸方向の長さをＬ、上記刃部の先端の半径をｄとした場合、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５であ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２）。
上記ハニカム成形体を所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体に対して、先端に周方向断面が所望の形状を有する環状の刃部を備えた打抜き用刃具を、上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去し、
上記打抜き刃具における上記刃部の先端の逃がし角βが０°＜β≦１０°であ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。
第２の発明は、セラミックス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セル壁と、該セル壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう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所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体に対して、先端に周方向断面が所望の形状を有する円環状の刃部を備えた打抜き用刃具を、上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去し、
上記打抜き刃具における上記刃部の先端の逃がし角βがβ＝０°であり、上記刃部の周方向断面が円形状であり、かつ、上記刃部の先端において上記逃がし角β＝０°の部分であるストレート部の軸方向の長さをＬ、上記刃部の先端の半径をｄとした場合、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５であ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２）。
本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法は、上記乾燥工程の後に、先端に刃部を設けてある刃具を上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、該ハニカム成形体の周縁部を加工除去する上記加工工程を行う。即ち、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体を加工するため、上記刃具のような簡単な道具を用いた加工が可能であり、所望の形状に容易に加工することができる。これにより、得られるセラミックハニカム構造体の寸法精度を向上させることができる。
また、上記加工工程では、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を除去することから、上記焼成工程では、上記外皮を有していない上記ハニカム成形体を焼成する。そのため、上記ハニカム成形体の焼成時における上記外皮に起因する変形・割れ等の発生を抑制することができる。これにより、得られるセラミックハニカム構造体の寸法精度を向上させることができる。また、焼成時の昇温速度を早めることができると共に、昇温時間を短縮することができるため、上記セラミックハニカム構造体の製造効率を向上させることができる。
また、上記押出成形工程では、上記外皮を有する上記ハニカム成形体を成形する。そして、上記加工工程では、少なくとも上記外皮を除去すると共に、所望の形状に加工する。そのため、上記押出成形工程において成形する上記ハニカム成形体は、最終的に得ようとする形状にする必要はない。つまり、言い換えれば、所望の形状に加工することができる大きさを有していれば、最終的に得ようとする形状に関係なく、成形する上記ハニカム成形体の形状を自由に決定することができる。
これにより、成形する上記ハニカム成形体の形状を生産性の高い、より単純なものにすることができる。よって、上記セラミックハニカム構造体の製造効率を向上させることができる。また、例えば大きさがほぼ同じであり、形状が異なるセラミックハニカム構造体を複数種類作製する場合には、複数種類のハニカム成形体を準備する必要はなく、１種類を準備し、上記加工工程において所望の形状に加工すればよい。そのため、この場合においても製造効率を向上させることができる。
また、上記加工工程以前の工程、つまり上記押出成形工程、上記切断工程、及び上記乾燥工程において、例え上記外皮に変形や割れ等の不具合が生じたとしても、その外皮を上記加工工程で除去し、その後所望の形状に加工する。そのため、最終的に得られるセラミックハニカム構造体は、寸法精度の高いものとなる。
このように、本発明によれば、寸法精度が高く、所望の形状を容易に得ることができるセラミックハニカム構造体の製造方法を提供することができる。
参考発明は、セラミックス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セル壁と、該セル壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう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所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、本体と該本体の外周面に設けられた切削部材または研削部材とを有する回転工具を、該回転工具と上記ハニカム成形体の軸線がねじれの位置となるように配置し、上記回転工具を回転させると共に上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を切削して除去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にある。
上記ハニカム成形体を所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、本体と該本体の外周面に設けられた切削部材または研削部材とを有する回転工具を、該回転工具と上記ハニカム成形体の軸線がねじれの位置となるように配置し、上記回転工具を回転させると共に上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を切削して除去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にある。
参考発明のセラミックハニカム構造体の製造方法は、上記乾燥工程の後に、上記回転工具と上記ハニカム成形体の軸線がねじれの位置となるように上記回転工具を配置し、該回転工具を回転させると共に上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、上記ハニカム成形体の周縁部を切削して加工除去する上記加工工程を行う。即ち、上記回転工具と上記ハニカム成形体の軸線が同一平面上になく、ねじれの位置にあることから、上記セル壁に対して上記ハニカム成形体の周方向、すなわち上記セル壁が倒折する方向への応力が作用し難い。そのため、上記セル壁の破損を抑制することができ、高い寸法精度を得ることができる。
その他は、上記本発明と同様の作用効果を得ることができる。
その他は、上記本発明と同様の作用効果を得ることができる。
このように、参考発明によれば、寸法精度が高く、所望の形状を容易に得ることができるセラミックハニカム構造体の製造方法を提供することができる。
上記第１及び第２の発明においては、上記加工工程では、上記刃具として、周方向断面が所望の形状を有する円環状の上記刃部を備えた打抜き用刃具を用い、上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去する。
この場合には、乾燥後の上記ハニカム成形体を所望の形状に容易に加工することができる。これにより、焼成後に得られる上記セラミックハニカム構造体の寸法精度を向上させることができる。
この場合には、乾燥後の上記ハニカム成形体を所望の形状に容易に加工することができる。これにより、焼成後に得られる上記セラミックハニカム構造体の寸法精度を向上させることができる。
また、上記打抜き用刃具を用いて打ち抜くという簡単な動作によって上記ハニカム成形体を加工することができる。そのため、上記セラミックハニカム構造体の製造効率を向上させることができる。
また、上記打抜き用刃具における上記刃部の周方向断面の形状を予め設定しておくことにより、円形状、オーバル状、レーストラック状、三角形状、その他の多角形状、非対称の任意形状等の様々な断面形状のハニカム成形体に加工することができる。また、それ故に、様々な断面形状のセラミックハニカム構造体を容易に作製することができる。
また、上記打抜き用刃具における上記刃部の周方向断面の形状を予め設定しておくことにより、円形状、オーバル状、レーストラック状、三角形状、その他の多角形状、非対称の任意形状等の様々な断面形状のハニカム成形体に加工することができる。また、それ故に、様々な断面形状のセラミックハニカム構造体を容易に作製することができる。
また、上記第１の発明においては、上記刃部の先端の逃がし角βは、０°＜β≦１０°である。
上記逃がし角β＞１０°の場合には、上記ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部の先端が上記ハニカム成形体の内側に向かって受ける力が大きくなるため、上記刃部の先端に弾性変形及び塑性変形が生じ、上記ハニカム成形体の寸法や断面形状の精度が低下するおそれがある。また、上記刃部の先端の耐摩耗性が著しく低下したり、破損が生じたりするおそれがある。
上記逃がし角β＞１０°の場合には、上記ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部の先端が上記ハニカム成形体の内側に向かって受ける力が大きくなるため、上記刃部の先端に弾性変形及び塑性変形が生じ、上記ハニカム成形体の寸法や断面形状の精度が低下するおそれがある。また、上記刃部の先端の耐摩耗性が著しく低下したり、破損が生じたりするおそれがある。
また、上記第２の発明においては、上記刃部の先端の逃がし角βは、β＝０°である。
この場合には、上記ハニカム成形体を問題なく所望の形状に加工することができる。
この場合には、上記ハニカム成形体を問題なく所望の形状に加工することができる。
また、上記打抜き用刃具における上記刃部の周方向断面が円形状であり、上記刃部の先端において上記逃がし角β＝０°の部分であるストレート部の軸方向の長さをＬ、上記刃部の先端の半径をｄとした場合、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５である。
Ｌ／２ｄが０．０５未満の場合には、上記刃部の先端の強度を充分に得ることができない。そのため、上記ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部の先端に弾性変形及び塑性変形が生じ、上記ハニカム成形体の寸法や断面形状の精度が低下するおそれがある。また、上記刃部の先端の耐摩耗性が著しく低下したり、破損が生じたりするおそれがある。
一方、Ｌ／２ｄが０．１５を超える場合には、ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部がハニカム成形体の外周面に接触する。そのため、上記刃部または上記ハニカム成形体が破損するおそれがある。
Ｌ／２ｄが０．０５未満の場合には、上記刃部の先端の強度を充分に得ることができない。そのため、上記ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部の先端に弾性変形及び塑性変形が生じ、上記ハニカム成形体の寸法や断面形状の精度が低下するおそれがある。また、上記刃部の先端の耐摩耗性が著しく低下したり、破損が生じたりするおそれがある。
一方、Ｌ／２ｄが０．１５を超える場合には、ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部がハニカム成形体の外周面に接触する。そのため、上記刃部または上記ハニカム成形体が破損するおそれがある。
また、上記第１及び第２の発明においては、上記刃部の先端の刃先角αは、５°≦α≦５５°であることが好ましい（請求項３）。
上記刃先角α＜５°の場合には、上記刃部の先端の強度を充分に得ることができない。そのため、上記ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部の先端に弾性変形及び塑性変形が生じ、上記ハニカム成形体の寸法や断面形状の精度が低下するおそれがある。また、上記刃部の先端の耐摩耗性が著しく低下したり、破損が生じたりするおそれがある。
一方、上記刃先角α＞５５°の場合には、上記刃部が上記ハニカム成形体に食い込む際に、上記ハニカム成形体が上記刃部の先端よりも前の部分で割れるおそれがある。そのため、上記ハニカム成形体を精度よく加工することができないおそれがある。
上記刃先角α＜５°の場合には、上記刃部の先端の強度を充分に得ることができない。そのため、上記ハニカム成形体を加工する際に、上記刃部の先端に弾性変形及び塑性変形が生じ、上記ハニカム成形体の寸法や断面形状の精度が低下するおそれがある。また、上記刃部の先端の耐摩耗性が著しく低下したり、破損が生じたりするおそれがある。
一方、上記刃先角α＞５５°の場合には、上記刃部が上記ハニカム成形体に食い込む際に、上記ハニカム成形体が上記刃部の先端よりも前の部分で割れるおそれがある。そのため、上記ハニカム成形体を精度よく加工することができないおそれがある。
ここで、上記刃先角αとは、上記刃部の先端の成す角度のことである。
また、上記逃がし角βとは、上記刃部の内側面と上記刃部の移動方向（打ち抜き方向）とが成す角度のことである。
また、上記逃がし角βとは、上記刃部の内側面と上記刃部の移動方向（打ち抜き方向）とが成す角度のことである。
また、上記加工工程では、上記刃具を上記ハニカム成形体の軸方向または周方向に振動させながら相対移動させることが好ましい。
この場合には、上記ハニカム成形体を効率よく、かつ、精度よく加工することができる。
この場合には、上記ハニカム成形体を効率よく、かつ、精度よく加工することができる。
また、上記刃具は、超音波加振装置により振動させることが好ましい。
この場合には、上記ハニカム成形体をさらに効率よく、かつ、精度よく加工することができる。
この場合には、上記ハニカム成形体をさらに効率よく、かつ、精度よく加工することができる。
また、上記加工工程の後、上記ハニカム成形体の外周面に外皮用材料を塗布し、その後の上記焼成工程における焼成により新たな外皮を形成することが好ましい（請求項４）。また、上記焼成工程の後、上記ハニカム成形体の外周面に外皮用材料を塗布し、再度焼成または乾燥することにより新たな外皮を形成することもできる（請求項５）。
この場合には、上記セラミックハニカム構造体の輸送、組み付け等の際に、該セラミックハニカム構造体の外周部における上記セル壁の変形や破損を防ぐことができる。また、上記セラミックハニカム構造体のアイソスタティック強度を向上させることもできる。
この場合には、上記セラミックハニカム構造体の輸送、組み付け等の際に、該セラミックハニカム構造体の外周部における上記セル壁の変形や破損を防ぐことができる。また、上記セラミックハニカム構造体のアイソスタティック強度を向上させることもできる。
また、上記刃部は、超硬合金、高速度鋼、ダイス鋼等の高強度材料で作製することが好ましい。また、さらにＴｉ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎといったセラミックコート等の表面処理を施すことが好ましい。
この場合には、上記刃部の耐摩耗性を向上させることができると共に、寿命を延ばすことができる。
この場合には、上記刃部の耐摩耗性を向上させることができると共に、寿命を延ばすことができる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかるセラミックハニカム構造体の製造方法について、図１〜図５を用いて説明する。
本例のセラミックハニカム構造体１の製造方法は、図１〜図５に示すごとく、少なくとも、押出成形工程、切断工程、乾燥工程、加工工程、及び焼成工程を含む。
本発明の実施例にかかるセラミックハニカム構造体の製造方法について、図１〜図５を用いて説明する。
本例のセラミックハニカム構造体１の製造方法は、図１〜図５に示すごとく、少なくとも、押出成形工程、切断工程、乾燥工程、加工工程、及び焼成工程を含む。
上記押出成形工程は、セラミックス原料を押出成形することにより、外皮１３と、外皮１３内にハニカム状に配設されたセル壁１１と、該セル壁１１内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセル１２とを有するハニカム成形体１０を成形する工程である。
上記切断工程は、ハニカム成形体１０を所望長さに切断する工程である。
上記乾燥工程は、ハニカム成形体１０を乾燥させる工程である。
上記加工工程は、ハニカム成形体１０の周縁部を加工除去する工程である。
上記焼成工程は、ハニカム成形体１０を焼成する工程である。
上記切断工程は、ハニカム成形体１０を所望長さに切断する工程である。
上記乾燥工程は、ハニカム成形体１０を乾燥させる工程である。
上記加工工程は、ハニカム成形体１０の周縁部を加工除去する工程である。
上記焼成工程は、ハニカム成形体１０を焼成する工程である。
そして、上記加工工程では、先端２０１に刃部２１を設けてある打抜き用刃具２を、ハニカム成形体１０の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を除去する。
以下、これを詳説する。
以下、これを詳説する。
＜押出成形工程・切断工程＞
まず、原料粉末に水、メチルセルロース、造孔材等を所定量添加して混錬し、セラミックス原料を作製する。なお、上記原料粉末としては、カオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、カーボン粒子等を含有し、化学組成が重量比にて最終的にＳｉＯ2：４５〜５５％、Ａｌ2Ｏ3：３３〜４２％、ＭｇＯ：１２〜１８％よりなるコーディエライトを主成分とする組成となるように調整したものを用いた。
まず、原料粉末に水、メチルセルロース、造孔材等を所定量添加して混錬し、セラミックス原料を作製する。なお、上記原料粉末としては、カオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、カーボン粒子等を含有し、化学組成が重量比にて最終的にＳｉＯ2：４５〜５５％、Ａｌ2Ｏ3：３３〜４２％、ＭｇＯ：１２〜１８％よりなるコーディエライトを主成分とする組成となるように調整したものを用いた。
次に、上記セラミックス原料を押出成形用金型によってハニカム状に押し出し、ハニカム成形体を成形する。そして、所望の長さに切断する。
これにより、図１に示すごとく、単純な円筒形状のハニカム成形体１０を得る。ハニカム成形体１０は、ハニカム状に配設されたセル壁１１と、該セル壁１１内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセル１２とを有している。また、外周部には外皮１３を有している。
これにより、図１に示すごとく、単純な円筒形状のハニカム成形体１０を得る。ハニカム成形体１０は、ハニカム状に配設されたセル壁１１と、該セル壁１１内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセル１２とを有している。また、外周部には外皮１３を有している。
＜乾燥工程＞
次に、ハニカム成形体１０を所定の水分量以下となるように乾燥させる。なお、ハニカム成形体１０の乾燥は、マイクロ波加熱、高周波加熱等によって行うことができる。
次に、ハニカム成形体１０を所定の水分量以下となるように乾燥させる。なお、ハニカム成形体１０の乾燥は、マイクロ波加熱、高周波加熱等によって行うことができる。
＜加工工程＞
まず、加工工程で使用する刃具について説明する。
本例で使用する刃具は、図２、図３に示すごとく、円筒形状を呈しており、高強度材料である高速度鋼より構成されている打抜き用刃具２である。打ち抜き刃具２に用いる高強度材料としては、上記の高速度鋼以外にもダイス鋼等を用いることができる。
この打抜き用刃具２の軸方向の先端２０１には、軸方向に鋭角状を成し、周方向に環状の刃部２１が設けてある。また、刃部２１の先端部２１１（以下、刃部先端部２１１と記す）の周方向断面の形状は、最終的に得ようとするセラミックハニカム構造体１の形状を有している。なお、本例では、円形状を有している。
まず、加工工程で使用する刃具について説明する。
本例で使用する刃具は、図２、図３に示すごとく、円筒形状を呈しており、高強度材料である高速度鋼より構成されている打抜き用刃具２である。打ち抜き刃具２に用いる高強度材料としては、上記の高速度鋼以外にもダイス鋼等を用いることができる。
この打抜き用刃具２の軸方向の先端２０１には、軸方向に鋭角状を成し、周方向に環状の刃部２１が設けてある。また、刃部２１の先端部２１１（以下、刃部先端部２１１と記す）の周方向断面の形状は、最終的に得ようとするセラミックハニカム構造体１の形状を有している。なお、本例では、円形状を有している。
なお、刃部先端部２１１は、ハニカム成形体１０を加工する際に、ハニカム成形体１０に含まれる上記原料粉末との摩擦等により磨耗が生じることがある。そのため、刃部２１に熱処理を施したり、さらにはＴｉ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎといったセラミックコート等の表面処理を施したりして硬度を向上させ、刃部２１の寿命を確保することが好ましい。
また、刃部２１に除去されたハニカム成形体１０の破片や切粉が付着することを防ぐためには、刃部２１の表面に微細なディンプルを加工しておくことが好ましい。また、刃部２１を加工時以外の外力によって加振させ、破片や切粉を除去する手段を設けることも可能であるし、ブラシ等の積極的な除去手段を設けてもよい。
また、刃部２１に除去されたハニカム成形体１０の破片や切粉が付着することを防ぐためには、刃部２１の表面に微細なディンプルを加工しておくことが好ましい。また、刃部２１を加工時以外の外力によって加振させ、破片や切粉を除去する手段を設けることも可能であるし、ブラシ等の積極的な除去手段を設けてもよい。
また、図３に示すごとく、刃部先端部２１１における刃先角αは２５°であり、逃がし角βは３°である。
ここで、同図に示すごとく、刃先角αとは、刃部先端部２１１の先端が成す角度のことである。また、逃がし角βとは、刃部先端部２１１の内側面２１０と刃部２１の移動方向（打ち抜き方向）２０との間の角度のことである。
ここで、同図に示すごとく、刃先角αとは、刃部先端部２１１の先端が成す角度のことである。また、逃がし角βとは、刃部先端部２１１の内側面２１０と刃部２１の移動方向（打ち抜き方向）２０との間の角度のことである。
なお、ハニカム成形体１０と打抜き用刃具２との寸法関係は、本例のようにハニカム成形体１０と打抜き用刃具２における刃部２１とが周方向断面において単純な円形状を有している場合、ハニカム成形体１０の外径をＤ、外皮１３の厚さをｔ、セルピッチをｓ、刃部先端部２１１における半径をｄとしたとき、Ｄ≧２ｄ＋２ｔ、Ｄ≦２ｄ＋６ｓの両式を満たすように設定しておくことが好ましい。これにより、ハニカム成形体１０を精度よく打ち抜いて加工することができる。
そして、この打抜き用刃具２を用いて、ハニカム成形体１０を加工する。
まず、図４（ａ）に示すごとく、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の上方にセットする。このとき、刃部２１がハニカム成形体１０の周縁部の打ち抜こうとする部分の上方に位置するように、打抜き用刃具２の位置を調整する。
まず、図４（ａ）に示すごとく、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の上方にセットする。このとき、刃部２１がハニカム成形体１０の周縁部の打ち抜こうとする部分の上方に位置するように、打抜き用刃具２の位置を調整する。
そして、図４（ｂ）に示すごとく、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の軸方向に移動させる。なお、本例では、超音波加振装置（図示略）を用いて、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の軸方向に振動させながら移動させた。
そして、打抜き用刃具２の刃部２１をハニカム成形体１０に接触させながら、外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を徐々に打ち抜いて、除去する。これにより、ハニカム成形体１０の加工面１０１には、セル壁１１が露出した状態となる。なお、図４（ｂ）では、加工面１０１に露出したセル壁１１の図示を省略してある（後述の図４（ｃ）も同様）。
そして、打抜き用刃具２の刃部２１をハニカム成形体１０に接触させながら、外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を徐々に打ち抜いて、除去する。これにより、ハニカム成形体１０の加工面１０１には、セル壁１１が露出した状態となる。なお、図４（ｂ）では、加工面１０１に露出したセル壁１１の図示を省略してある（後述の図４（ｃ）も同様）。
そして、図４（ｃ）に示すごとく、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の下方に位置するまで移動させ、ハニカム成形体１０の打ち抜きを終了する。
これにより、外皮１３を含む周縁部を除去し、所望の形状となったハニカム成形体１０が得られる。
これにより、外皮１３を含む周縁部を除去し、所望の形状となったハニカム成形体１０が得られる。
なお、本例では、ハニカム成形体１０の加工面１０１に露出したセル壁１１が倒れたり、折れたりしないように、ハニカム成形体１０にかかる力を調整して打ち抜きを行った。
また、打抜き用刃具２だけを移動させてハニカム成形体１０を加工したが、逆にハニカム成形体１０だけ、または両方を移動させて加工することもできる。
また、打抜き用刃具２だけを移動させてハニカム成形体１０を加工したが、逆にハニカム成形体１０だけ、または両方を移動させて加工することもできる。
＜焼成工程＞
次に、所望の形状に加工されたハニカム成形体１０をコーディエライト化する温度以上で焼成する。
以上により、図５に示すごとく、セラミックハニカム構造体１を得る。その外周面である加工面１０１は、セル壁１１が露出した状態となっている。なお、図５では、セラミックハニカム構造体１の形状を分かり易くするために、輪郭線を図示してある（後述の図７（ａ）〜（ｄ）も同様）。
次に、所望の形状に加工されたハニカム成形体１０をコーディエライト化する温度以上で焼成する。
以上により、図５に示すごとく、セラミックハニカム構造体１を得る。その外周面である加工面１０１は、セル壁１１が露出した状態となっている。なお、図５では、セラミックハニカム構造体１の形状を分かり易くするために、輪郭線を図示してある（後述の図７（ａ）〜（ｄ）も同様）。
また、ハニカム成形体１０を焼成した後、その外周面である加工面１０１に新たな外皮を形成し、外径寸法・形状を整えることもできる。この場合には、セラミックハニカム構造体１の輸送、組み付け等の際に、セラミックハニカム構造体１の外周部におけるセル壁１１の変形や破損を防ぐことができる。また、セラミックハニカム構造体１のアイソスタティック強度を向上させることもできる。
上記の外皮を形成するには、まず焼成後のハニカム成形体１０の加工面１０１に外皮用材料を塗布する。この外皮用材料としては、セラミック骨材とバインダーとを混合したセメント材、またはコーディエライト原料を用いることができる。そして、前者の場合には、外皮用材料を塗布後、室温で乾燥または５００℃以下での乾燥により外皮を形成する。また、後者の場合には、外皮用材料を塗布後、再度焼成を行って外皮を形成する。これにより、外皮を有するセラミックハニカム構造体１を得ることができる。
また、焼成工程の前に、ハニカム成形体１０の加工面１０１に外皮用材料を塗布し、その後の焼成工程における焼成により外皮を形成することもできる。
また、焼成工程の前に、ハニカム成形体１０の加工面１０１に外皮用材料を塗布し、その後の焼成工程における焼成により外皮を形成することもできる。
得られたセラミックハニカム構造体１は、コーディエライトを主成分とするセラミックよりなり、その寸法は、外径φ１００〜４００ｍｍ、長さ８０〜４００ｍｍである。また、セル壁２の厚みは０．２か〜０．４５μｍ、セルピッチは１．２〜１．５μｍである。
次に、セラミックハニカム構造体１の製造方法における作用効果について説明する。
本例のセラミックハニカム構造体１の製造方法は、乾燥工程の後に、先端に刃部２１を設けてある打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の軸方向に相対移動させることにより、該ハニカム成形体１０の周縁部を加工除去する加工工程を行う。即ち、乾燥後であって焼成前のハニカム成形体１０を加工するため、打抜き用刃具２のような簡単な道具を用いた加工が可能であり、所望の形状に容易に加工することができる。これにより、得られるセラミックハニカム構造体１の寸法精度を向上させることができる。
本例のセラミックハニカム構造体１の製造方法は、乾燥工程の後に、先端に刃部２１を設けてある打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の軸方向に相対移動させることにより、該ハニカム成形体１０の周縁部を加工除去する加工工程を行う。即ち、乾燥後であって焼成前のハニカム成形体１０を加工するため、打抜き用刃具２のような簡単な道具を用いた加工が可能であり、所望の形状に容易に加工することができる。これにより、得られるセラミックハニカム構造体１の寸法精度を向上させることができる。
また、加工工程では、少なくとも外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を除去することから、焼成工程では、外皮１３を有していないハニカム成形体１０を焼成する。そのため、ハニカム成形体１０の焼成時における外皮１３に起因する変形・割れ等の発生を抑制することができる。これにより、得られるセラミックハニカム構造体１の寸法精度を向上させることができる。また、焼成時の昇温速度を早めることができると共に、昇温時間を短縮することができるため、セラミックハニカム構造体１の製造効率を向上させることができる。
また、押出成形工程では、外皮１３を有するハニカム成形体１０を成形する。そして、加工工程では、少なくともその外皮１３を除去すると共に、ハニカム成形体１０を所望の形状に加工する。そのため、押出成形工程において成形するハニカム成形体１０は、最終的に得ようとする形状にする必要はない。つまり、言い換えれば、所望の形状に加工することができる大きさを有していれば、最終的に得ようとする形状に関係なく、成形するハニカム成形体１０の形状を自由に決定することができる。
これにより、成形するハニカム成形体１０の形状を生産性の高い、より単純なものにすることができる。よって、セラミックハニカム構造体１の製造効率を向上させることができる。また、例えば大きさがほぼ同じであり、形状が異なるセラミックハニカム構造体１を複数種類作製する場合には、複数種類のハニカム成形体１０を準備する必要はなく、１種類を準備し、加工工程において所望の形状に加工すればよい。そのため、この場合においても製造効率を向上させることができる。
また、加工工程以前の工程、つまり押出成形工程、切断工程、及び乾燥工程において、例え外皮１３に変形や割れ等の不具合が生じたとしても、その外皮１３を加工工程で除去する。そのため、最終的に得られるセラミックハニカム構造体１は、寸法精度の高いものとなる。
また、本例において、加工工程では、刃具として、周方向断面が所望の形状を有している環状の打抜き用刃具２を用い、ハニカム成形体１０の周縁部を打ち抜いて除去する。そのため、焼成前のハニカム成形体１０を所望の形状に容易に加工することができる。これにより、焼成後に得られるセラミックハニカム構造体１の寸法精度は、より一層高いものとなる。
また、打抜き用刃具２を用いて打ち抜くという簡単な動作によってハニカム成形体１０を加工することができるため、セラミックハニカム構造体１の製造効率を向上させることができる。
また、打抜き用刃具２を用いて打ち抜くという簡単な動作によってハニカム成形体１０を加工することができるため、セラミックハニカム構造体１の製造効率を向上させることができる。
また、刃部先端部２１１の刃先角αは２５°であり、逃がし角βは３°である。そのため、ハニカム成形体１０を精度高く加工することができる。
また、加工工程では、超音波加振装置により、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の軸方向に振動させながら移動させる。そのため、ハニカム成形体１０を効率よく、かつ、精度高く加工することができる。なお、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の周方向に振動させても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、加工工程では、超音波加振装置により、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の軸方向に振動させながら移動させる。そのため、ハニカム成形体１０を効率よく、かつ、精度高く加工することができる。なお、打抜き用刃具２をハニカム成形体１０の周方向に振動させても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、刃部２１は、高強度材料である高速度鋼よりなる。そのため、刃部２１の耐摩耗性を向上させることができ、刃部２１の寿命を延ばすことができる。さらに、刃部２１にＴｉ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎといったセラミックコート等の表面処理を施すことにより、上記の効果をより一層向上させることができる。なお、刃部２１の材料としては、上記以外にもダイス鋼等を用いることができる。
このように、本例によれば、寸法精度が高く、所望の形状を容易に得ることができるセラミックハニカム構造体の製造方法を提供することができる。
なお、本例では、刃部先端部２１１の逃がし角β＝３°の打抜き用刃具２を用いたが、図６に示すごとく、逃がし角β＝０°の打抜き用刃具２を用いて加工することもできる。この場合には、上記と同様に、焼成前のハニカム成形体１０を問題なく所望の形状に打ち抜いて加工することができる。
ただし、同図に示すごとく、打抜き用刃具２における刃部２１の周方向断面が単純な円形状である場合、刃部先端部２１１における逃がし角β＝０°の部分であるストレート部２１２の軸方向の長さをＬ、上述の刃部先端部２１１における半径をｄ（図示略）としたとき、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５であることが好ましい。この場合には、ハニカム成形体１０をさらに精度よく加工することができる。
ただし、同図に示すごとく、打抜き用刃具２における刃部２１の周方向断面が単純な円形状である場合、刃部先端部２１１における逃がし角β＝０°の部分であるストレート部２１２の軸方向の長さをＬ、上述の刃部先端部２１１における半径をｄ（図示略）としたとき、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５であることが好ましい。この場合には、ハニカム成形体１０をさらに精度よく加工することができる。
また、打抜き用刃具２における刃部２１の周方向断面の形状を予め設定しておくことにより、本例のような円形状、オーバル状（図７（ａ））レーストラック状（図７（ｂ））、三角形状（図７（ｃ））、その他の多角形状、非対称の任意形状（図７（ｄ））等の様々な断面形状のハニカム成形体１０に加工することができると共に、様々な断面形状のセラミックハニカム構造体１を作製することができる。また、複雑な形状であれば、複数の打抜き用刃具２を組み合わせて加工することもできる。
（参考例１）
本例は、ハニカム成形体を加工するための刃具として、刃部が曲線形状を有する切削用刃具を用いた例である。
本例で使用する刃具は、図８に示すごとく、先端３０１に曲線形状の刃部３１を設けてある切削用刃具３である。また、刃部３１の先端部３１１（以下、刃部先端部３１１と記す）は鋭角状を成している。
本例は、ハニカム成形体を加工するための刃具として、刃部が曲線形状を有する切削用刃具を用いた例である。
本例で使用する刃具は、図８に示すごとく、先端３０１に曲線形状の刃部３１を設けてある切削用刃具３である。また、刃部３１の先端部３１１（以下、刃部先端部３１１と記す）は鋭角状を成している。
次に、切削用刃具３を用いたセラミックハニカム構造体１の製造方法について説明する。
加工工程において、切削用刃具３をハニカム成形体１０の上方から軸方向に移動させる。そして、刃部３１をハニカム成形体１０に接触させながら、外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を切削して、除去する。これを複数回繰り返して行い、所望の形状となったハニカム成形体１０が得られる。
加工工程において、切削用刃具３をハニカム成形体１０の上方から軸方向に移動させる。そして、刃部３１をハニカム成形体１０に接触させながら、外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を切削して、除去する。これを複数回繰り返して行い、所望の形状となったハニカム成形体１０が得られる。
なお、本例においても、ハニカム成形体１０の加工面１０１に露出したセル壁１１が倒れたり、折れたりしないように、ハニカム成形体１０にかかる力を調整して切削を行った。
その他は、実施例１と同様の製造方法である。
その他は、実施例１と同様の製造方法である。
この場合には、実施例１の打抜き用刃具２を用いた場合と同様に、焼成前のハニカム成形体１０を所望の形状に容易に加工することができる。これにより、焼成後に得られるセラミックハニカム構造体１の寸法精度は、より一層高いものとなる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
また、本例において、切削用刃具３は、その先端３０１に直線形状の刃部３１を設けたものでもよい。この場合にも、上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、加工工程は、切削用刃具３をハニカム成形体１０の周囲に複数配置して行うことが好ましい。この場合には、ハニカム成形体１０をより効率よく切削加工することができる。これにより、セラミックハニカム構造体１の製造効率をさらに向上させることができる。
また、加工工程は、切削用刃具３をハニカム成形体１０の周囲に複数配置して行うことが好ましい。この場合には、ハニカム成形体１０をより効率よく切削加工することができる。これにより、セラミックハニカム構造体１の製造効率をさらに向上させることができる。
また、加工工程では、切削用刃具３をハニカム成形体１０の軸方向または周方向に振動させながら移動させることが好ましい。また、超音波加振装置を用いて振動させることがより好ましい。この場合には、ハニカム成形体１０を効率よく、かつ、精度高く加工することができる。
なお、本例においても、刃部先端部３１１の逃がし角β＝０°の切削用刃具３を用いて加工することもできる。ただし、切削用刃具３における刃部３１が単純な円弧状である場合、刃部先端部３１１における逃がし角β＝０°の部分であるストレート部の軸方向の長さをＬ、刃部先端部３１１における曲率半径をｄとしたとき、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５であることが好ましい。この場合には、ハニカム成形体１０を精度よく加工することができる。
また、本例における逃がし角βとは、刃部先端部３１１の内側面と刃部３１の移動方向（切削方向）との間の角度のことである。
また、本例における逃がし角βとは、刃部先端部３１１の内側面と刃部３１の移動方向（切削方向）との間の角度のことである。
（参考例２）
本例は、ハニカム成形体を加工するための刃具として、本体と該本体の外周面に設けられた切削部材とを有する回転工具を用いた例である。
本例で使用する回転工具４は、図９に示すごとく、鼓形状を呈している本体４０を有しており、その本体４０の外周面４００に複数の刃部４１１により構成された切削部材４１を有している。
本例は、ハニカム成形体を加工するための刃具として、本体と該本体の外周面に設けられた切削部材とを有する回転工具を用いた例である。
本例で使用する回転工具４は、図９に示すごとく、鼓形状を呈している本体４０を有しており、その本体４０の外周面４００に複数の刃部４１１により構成された切削部材４１を有している。
次に、回転工具４を用いたセラミックハニカム構造体１の製造方法について説明する。
加工工程において、回転工具４の軸線４９とハニカム成形体１０の軸線１０９とがねじれの位置となるように、回転工具４をセットする。そして、回転工具４を、軸線４９を中心にして回転させると共にハニカム成形体１０の軸方向に移動させる。このとき、本例では、ハニカム成形体１０も軸線１０９を中心にして回転させる。そして、回転工具４の刃部４１１をハニカム成形体１０に接触させながら、外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を切削して、除去する。これにより、所望の形状となったハニカム成形体１０が得られる。
加工工程において、回転工具４の軸線４９とハニカム成形体１０の軸線１０９とがねじれの位置となるように、回転工具４をセットする。そして、回転工具４を、軸線４９を中心にして回転させると共にハニカム成形体１０の軸方向に移動させる。このとき、本例では、ハニカム成形体１０も軸線１０９を中心にして回転させる。そして、回転工具４の刃部４１１をハニカム成形体１０に接触させながら、外皮１３を含むハニカム成形体１０の周縁部を切削して、除去する。これにより、所望の形状となったハニカム成形体１０が得られる。
なお、本例においても、ハニカム成形体１０の加工面１０１に露出したセル壁１１が倒れたり、折れたりしないように、ハニカム成形体１０にかかる力を調整して切削を行った。
また、回転工具４だけを移動させてハニカム成形体１０を加工したが、逆にハニカム成形体１０だけ、または両方を移動させて加工することもできる。
その他は、実施例１と同様の製造方法である。
また、回転工具４だけを移動させてハニカム成形体１０を加工したが、逆にハニカム成形体１０だけ、または両方を移動させて加工することもできる。
その他は、実施例１と同様の製造方法である。
この場合には、回転工具４の軸線４９とハニカム成形体１０の軸線１０９とがねじれの位置にあることから、回転工具４の回転による応力がハニカム成形体１０の軸方向に近い方向で作用するため、セル壁１１が倒折する方向への応力は小さくなる。そのため、セル壁１１の破損を抑制することができ、高い寸法精度を得ることができる。
また、本例では、回転工具４の軸線４９がハニカム成形体１０の軸線１０９に直交する面に平行、すなわち軸線４９の傾き角度が軸線１０９に対して９０°ではなく、少し角度を設けて回転工具４を配置してある。そのため、回転工具４とハニカム成形体１０とが接触する面積を広く取ることができる。これにより、切削のために回転工具４を移動させる距離を短くすることができ、ハニカム成形体１０の加工時間を短縮することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
また、本例において、加工工程は、回転工具４をハニカム成形体１０の周囲に複数配置して行うこともできる。この場合には、ハニカム成形体１０をより効率よく切削加工することができる。これにより、セラミックハニカム構造体１の製造効率をさらに向上させることができる。
また、回転工具４は、複数の刃部４１１により構成された切削部材４１を有しているが、この切削部材４１に変えて、砥石よりなる研削部材を用いることもできる。即ち、回転工具４の本体４０の外周面４００に砥石を配し、その砥石によってハニカム成形体１０を切削加工することもできる。また、回転工具４の本体４０と研削部材とを一体的に形成し、そのすべてを砥石で構成することもできる。
１ セラミックハニカム構造体
１０ ハニカム成形体
１１ セル壁
１２ セル
１３ 外皮
２ 打抜き用刃具
２０１ 先端（打抜き用刃具の先端）
２１ 刃部
１０ ハニカム成形体
１１ セル壁
１２ セル
１３ 外皮
２ 打抜き用刃具
２０１ 先端（打抜き用刃具の先端）
２１ 刃部
Claims (5)
- セラミックス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セル壁と、該セル壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう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所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体に対して、先端に周方向断面が所望の形状を有する円環状の刃部を備えた打抜き用刃具を、上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去し、
上記打抜き刃具における上記刃部の先端の逃がし角βが０°＜β≦１０°であ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。 - セラミックス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セル壁と、該セル壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう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所望長さに切断する切断工程と、
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の周縁部を加工除去する加工工程と、
上記ハニカム成形体を焼成する焼成工程とを含み、
上記加工工程では、乾燥後であって焼成前の上記ハニカム成形体に対して、先端に周方向断面が所望の形状を有する円環状の刃部を備えた打抜き用刃具を、上記ハニカム成形体の軸方向に相対移動させることにより、少なくとも上記外皮を含む上記ハニカム成形体の周縁部を打ち抜いて除去し、
上記打抜き刃具における上記刃部の先端の逃がし角βがβ＝０°であり、上記刃部の周方向断面が円形状であり、かつ、上記刃部の先端において上記逃がし角β＝０°の部分であるストレート部の軸方向の長さをＬ、上記刃部の先端の半径をｄとした場合、Ｌ／２ｄ＝０．０５〜０．１５であ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又は２において、上記刃部の先端の刃先角αは、５°≦α≦５５°であ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１〜３のいずれか１項において、上記加工工程の後、上記ハニカム成形体の外周面に外皮用材料を塗布し、その後の上記焼成工程における焼成により新たな外皮を形成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１〜３のいずれか１項において、上記焼成工程の後、上記ハニカム成形体の外周面に外皮用材料を塗布し、再度焼成または乾燥することにより新たな外皮を形成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。
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