JP6970133B2

JP6970133B2 - ハニカム成形体の受台、ハニカム成形体の製造方法及びハニカム焼成体の製造方法

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Publication number: JP6970133B2
Application number: JP2019044143A
Authority: JP
Inventors: 浩唯中村; 信行黒木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: DE102020000639B4; CN111673880B; JP2020146862A; US11904498B2; US20200290235A1; CN111673880A; DE102020000639A1

Description

本発明は、ハニカム成形体の受台、ハニカム成形体の製造方法及びハニカム焼成体の製造方法に関する。

ハニカム成形体の成形方法として、押出成形法が知られている。押出成形法では、押出方向が水平方向に設定された押出成形機の押出出口に所望の形状の金型（口金）を取り付け、押出成形機に投入されたセラミックス材料を金型（口金）から連続的に押出すことによってハニカム成形体が形成される。このハニカム成形体は、セルが延びる方向に平行な側面を受台によって保持されながら搬送され、切断、乾燥、焼成などの処理が行われることでハニカム構造体となる。

従来のハニカム成形体の受台としては、例えば、特許文献１には、ハニカム成形体を当接保持する箇所に発泡体を用いた受台が提案されている。また、特許文献２には、ケミカルウッドなどの多孔質ポリウレタン硬化物素材から形成された支持面を有する受台が提案されている。

特開２００２−１０３３２５号公報特開２０１１−０７９２５４号公報

特許文献１の受台は、ハニカム成形体を当接支持する箇所（溝部）を発泡体で形成しているが、発泡体の特性上、加工精度が低い。そのため、ハニカム成形体の側面に対応する当接支持面を形成することが難しいという問題があった。また、発泡体は、ハニカム成形体との接触に伴い徐々に劣化するため交換する必要があるが、特許文献１の受台は、溝部を形成した発泡体を作製する必要があるため、交換作業に手間がかかるという問題があった。

一方、特許文献２の受台は、加工精度が高い多孔質ポリウレタン樹脂硬化物を用いることによって、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持することを可能にしている。
しかしながら、多孔質ポリウレタン樹脂硬化物は、発泡体に比べてクッション性が低いため、より厳しい加工精度が要求されるが、多孔質ポリウレタン樹脂硬化物の加工精度を高めることには限界がある。特に、ハニカム成形体の側面に対応する当接支持面に仕上げることに要求される加工負担が無視できない。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持することができると共に、ハニカム成形体の側面と当接する支持部の脱着交換が容易なハニカム成形体の受台を提供することを目的とする。
また、本発明は、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持し、生産効率を高めつつ製造コストを低減することが可能なハニカム成形体の製造方法及びハニカム焼成体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、一方向に延びる溝部を有する本体部の表面に、可撓性シート基材及び発泡体層を有する支持部を設けることで、ハニカム成形体の側面を保持するのに適した発泡体層の当接支持面を容易に得ることができ、しかも、本体部と支持部（可撓性シート基材）との間を非接着状態とすることで、支持部の脱着交換が容易になることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、ハニカム成形体のセルが延びる方向に平行な側面を支持するための受台であって、
一方向に延びる溝部を有する本体部と、
前記本体部の前記溝部の表面と当接する可撓性シート基材、及び前記可撓性シート基材に接着され且つ前記ハニカム成形体の前記側面と当接する発泡体層を有する支持部と、
前記支持部を前記本体部に固定するための固定部材と
を備え、
前記支持部が、前記本体部に対して非接着状態で設けられている、ハニカム成形体の受台である。

また、本発明は、押出成形によって得られたハニカム成形体のセルが延びる方向に平行な側面を、前記ハニカム成形体の受台で支持して搬送する、ハニカム成形体の製造方法である。
さらに、本発明は、前記ハニカム成形体の製造方法で得られたハニカム成形体を焼成する、ハニカム焼成体の製造方法である。

本発明によれば、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持することができると共に、ハニカム成形体の側面と当接する支持部の脱着交換が容易なハニカム成形体の受台を提供することができる。
また、本発明によれば、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持し、生産効率を高めつつ製造コストを低減することが可能なハニカム成形体の製造方法及びハニカム焼成体の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るハニカム成形体の受台の斜視図である。本発明の一実施形態に係るハニカム成形体の受台に用いられる支持部の斜視図である。本発明の一実施形態に係るハニカム成形体の受台の固定部材周辺の部分拡大側面図である。押出成形されたハニカム成形体が受台に受け渡されて運搬される様子を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、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づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

（ハニカム成形体の受台）
図１は、本発明の一実施形態に係るハニカム成形体の受台の斜視図である。
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係るハニカム成形体の受台１００は、本体部１０と、本体部１０上に設けられた支持部２０と、支持部２０を本体部１０に固定するための固定部材３０とを備える。

本体部１０は、一方向に延びる溝部１１を有する。溝部１１の形状は、特に限定されず、保持されるハニカム成形体の形状及び大きさに応じて適宜調整することができる。例えば、本体部１０の溝部１１は、ハニカム成形体のセルが延びる方向に平行な側面の下半分と略同一の湾曲（孤面）を有する。なお、図１及び２では、ハニカム成形体のセルが延びる方向に垂直な断面が円状である場合の本体部１０に形成される溝部１１の例を示しているが、断面がオーバル形状、レーストラック形状などの各種形状を有するハニカム成形体にも対応可能である。

本体部１０は、溝部１１の形状の加工精度を高める観点から、硬質材料から形成されていることが好ましい。硬質材料の中でも、軽量化の観点から、本体部１０は硬質樹脂から形成されていることが好ましい。
硬質樹脂としては、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が、多孔質ポリウレタン樹脂を用いることが好ましい。多孔質ポリウレタン樹脂の例としては、ケミカルウッドが挙げられる。ケミカルウッドは、市販されており、ＲＡＭＰＦ社製のラクツール（ＲＡＫＵ−ＴＯＯＬ（登録商標））などを用いることができる。

硬質樹脂は、ショアＤ硬度が４０〜７０ＨＳであることが好ましい。このような範囲のショアＤ硬度を有する硬質樹脂を用いることにより、所望の輪郭度及び真直度を有し、且つ形状精度のバラツキが少ない溝部１１を形成することが可能になる。ショアＤ硬度が４０ＨＳ未満であると、材料が柔らかくなりすぎるため、切削加工中に切削部位が変形してしまい、所望の形状精度を有する溝部１１を形成することが難しくなる。また、ハニカム成形体の自重によって溝部１１の形状が変形してしまうことがある。一方、ショアＤ硬度が７０ＨＳを超えると、材料が硬くなりすぎるため、切削加工に時間を要すると共に、加工冶具の摩耗も大きくなり、加工コストの増大につながるおそれがある。
なお、本明細書において「ショアＤ硬度」とは、ＩＳＯ８６８に準拠して測定される値を意味する。

また、本体部１０の密度は、特に限定されないが、０．１ｇ／ｃｍ³〜０．６５ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。本体部１０の密度を０．１ｇ／ｃｍ³以上とすることにより、本体部１０の硬さを確保することができるため、所望の形状精度を有する溝部１１を形成することが容易になる。一方、本体部１０の密度を０．６５ｇ／ｃｍ³以下とすることにより、本体部１０が重くなりすぎることを抑制することができるため、受台１００の取扱いが容易になる。

本体部１０上に設けられた支持部２０は、本体部１０の溝部１１の表面と当接する可撓性シート基材２１と、可撓性シート基材２１に接着され且つハニカム成形体の側面と当接する発泡体層２２とを有する。支持部２０は、本体部１０の溝部１１に倣って湾曲している。
ここで、ハニカム成形体の受台１００に用いられる支持部２０（ハニカム成形体の受台１００に装着される前の状態）の斜視図を図２に示す。
図２に示されるように、支持部２０は、可撓性シート基材２１上に発泡体層２２が設けられた単純な積層シート構造を有する。
支持部２０は、本体部１０に対して非接着状態で設けられるため、ハニカム成形体の側面と当接する発泡体層２２が使用の経過に伴って劣化した際に、単純な積層シート構造を有する支持部２０のみを交換することで再利用することが可能になる。

支持部２０の形状及び大きさは、本体部１０の溝部１１の形状及び大きさに応じて適宜設定される。例えば、支持部２０は、溝部１１が延びる方向の長さ（Ｌ１）と、溝部１１が延びる方向に垂直な溝部１１表面の長さ（Ｌ２）とを有する四角形のシート状である。

発泡体層２２は、可撓性シート基材２１の全表面に設けていてもよいが、可撓性シート基材２１の一部の表面に設けてもよい。例えば、図２に示すように、後述する固定部材３０（Ｌ型アングル３１）によって支持部２０を固定し易くする観点から、可撓性シート基材２１の一方の両端部（Ｌ２の両端部）に発泡体層２２が設けられていなくてもよい。

可撓性シート基材２１としては、本体部１０の溝部１１に倣って湾曲することが可能なものであれば特に限定されない。可撓性シート基材２１の例としては、可撓性を有する樹脂シート基材、グラファイトシート基材などが挙げられるが、コスト面から、可撓性を有する樹脂シート基材を用いることが好ましい。可撓性を有する樹脂シート基材は、可撓性樹脂から形成される。可撓性樹脂としては、ＰＰ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＣ樹脂、アクリル樹脂などが挙げられるが、ＰＰ樹脂を用いることが好ましい。

可撓性シート基材２１の厚さは、可撓性を阻害しない範囲であれば特に限定されないが、好ましくは０．１〜１．０ｍｍである。このような範囲の厚みであれば、本体部１０の溝部１１に倣って可撓性シート基材２１を安定的に湾曲させることができる。

発泡体層２２としては、可撓性シート基材２１と共に、本体部１０の溝部１１に倣って湾曲することが可能なものであれば特に限定されない。発泡体層２２の例としては、樹脂発泡体から形成される層（以下、「樹脂発泡体層」という）、ゴム発泡体から形成される層（以下、「ゴム発泡体層」という）などが挙げられる。樹脂発泡体の例としては、ポリエチレンフォーム、ウレタンフォーム、シリコーンフォーム、アクリルフォーム、ポリ塩化ビニルフォームなどが挙げられる。また、ゴム発泡体としては、ウレタンゴム発泡体、ニトリルゴム発泡体、クロロプレンゴム発泡体、エチレンゴム発泡体、シリコーンゴム発泡体、及びフッ素ゴム発泡体などが挙げられる。これらの発泡体は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

発泡体層２２は、連続気泡を有することが好ましい。連続気泡は、独立気泡に比べてクッション性が高いため、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持することが可能になる。

発泡体層２２の密度は、特に限定されないが、好ましくは１０〜４０ｇ／ｃｍ³、より好ましくは１０〜３０ｇ／ｃｍ³、さらに好ましくは１０〜１５ｇ／ｃｍ³である。発泡体層２２の密度を上記の範囲に制御することにより、ハニカム成形体の側面を保持するのに適した柔軟性及び弾性を有する発泡体層２２とすることができる。

発泡体層２２の当接面の２５％硬さは、特に限定されないが、好ましくは１３０Ｎ以下、より好ましくは６０Ｎ以下である。当接面の２５％硬さを上記の範囲に制御することにより、ハニカム成形体の側面を保持するのに適した硬さの当接面を有する発泡体層２２とすることができる。
ここで、発泡体層２２の当接面の２５％硬さは、ＪＩＳＫ６４０１：２０１１に準拠して測定される２５％圧縮時の硬さを意味する。具体的には、発泡体層２２の当初の厚さ（元厚）の７５％まで１回圧縮し、次に、発泡体層２２が元厚に復帰した後、元厚の２５％まで発泡体層２２を押し込み２０秒間維持した時の荷重値（ニュートン）である。

発泡体層２２の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０〜２０ｍｍである。発泡体層２２の厚さを１０ｍｍ以上とすることにより、発泡体層２２によるクッション性（衝撃吸収力）を十分に確保することができる。一方、発泡体層２２の厚さを２０ｍｍ以下とすることにより、発泡体層２２を可撓性シート基材２１と共に本体部１０の溝部１１に倣って湾曲させることができる。

可撓性シート基材２１と発泡体層２２との間は、接着剤又は両面テープを用いて接着される。その中でも、可撓性シート基材２１と発泡体層２２との間は、両面テープを用いて接着されることが好ましい。これは、接着剤を用いると、発泡体層２２の気泡内に接着剤が侵入し、発泡体層２２のクッション性が低下する恐れがあるためである。

固定部材３０は、支持部２０を本体部１０に固定することが可能な冶具であれば特に限定されない。
ここで、固定部材３０周辺の部分拡大側面図（本体部１０の溝部１１が延びる方向に垂直な端面の部分拡大断面図）を図３に示す。
固定部材３０は、例えば、図１及び３に示されるように、本体部１０の上面１２及び支持部２０の可撓性シート基材２１と接触するＬ型アングル３１を含むことができる。
Ｌ型アングル３１は、支持部２０が本体部１０の溝部１１に沿って動くことを防止するために設けられる。Ｌ型アングル３１は、本体部１０の溝部１１との間に可撓性シート基材２１を挟み、ボルト３２ａなどで締め付けることによって支持部２０を固定することができる。

また、固定部材３０は、図１及び３に示されるように、本体部１０の溝部１１が延びる方向に垂直な２つの端面１３に設けられた開閉プレート３３を含むことができる。
開閉プレート３３は、支持部２０が、本体部１０の溝部１１が延びる方向と平行な方向に動くことを防止するために設けられる。開閉プレート３３は、図３（ａ）に示されるように、端面１３上をスライドさせて閉じ、ボルト３２ｂなどで固定することにより、２つの端面１３の間に支持部２０を固定することができる。また、開閉プレート３３は、図３（ｂ）に示されるように、ボルト３２ｂを緩め、端面１３上をスライドさせて開けることにより、支持部２０を端面１３側から取り除くことができる。

上記のような構造を有するハニカム成形体の受台１００は、本体部１０の溝部１１によってハニカム成形体の側面を保持するための形状を確保し、溝部１１上に設けられる支持部２０の発泡体層２２によってクッション性を確保しているため、ハニカム成形体の側面を変形させることなく保持することができる。また、支持部２０は、可撓性シート基材２１上に発泡体層２２が設けられた単純な積層シート構造を有し、しかも本体部１０と支持部２０との間は非接着状態であるため、ハニカム成形体の側面と当接する支持部２０の発泡体層２２が劣化した際には、支持部２０を交換するだけでよく、交換作業に手間がかからない。

（ハニカム成形体及びハニカム焼成体の製造方法）
本発明の一実施形態に係るハニカム成形体の製造方法は、押出成形によって得られたハニカム成形体のセルが延びる方向に平行な側面を、上記のハニカム成形体の受台１００で支持して搬送する。
図４は、押出成形されたハニカム成形体が受台１００に受け渡されて運搬される様子を説明するための模式図である。
図４に示されるように、押出成形機４０の口金４１から押出されたハニカム成形体５０は、押出成形機４０の押出方向前方に位置する搬送路４２上に配置された受台１００に受け渡される。このとき、受台１００上にハニカム成形体５０がスムーズに受け渡されるようにするために、ハニカム成形体５０の押出速度と搬送路４２の速度とが略同一であることが好ましい。搬送路４２は、特に限定されないが、ベルト４３及びローラー４４を有するコンベア式であることが好ましい。

ハニカム成形体５０を保持した受台１００は、搬送路４２上を搬送方向に運搬される。搬送路４２の途中には、ハニカム成形体５０の切断手段が設けられていてもよい。ハニカム成形体５０の切断手段としては、一対のボビン４５間に掛けられた線材を有する切断冶具４６を用いることができる。例えば、搬送路４２の上方に設けられた切断冶具４６を下降させることによってハニカム成形体５０を切断することができる。

切断されたハニカム成形体５０は、次に乾燥処理が行われ、さらに必要に応じて目封止などの処理が行われる。その後、ハニカム成形体５０は、焼成炉に配置して焼成することによってハニカム焼成体とすることができる。
焼成温度は、ハニカム成形体５０の製造に用いた原料に応じて適宜設定される。例えば、コージェライト化原料を用いてハニカム成形体５０を製造した場合、焼成温度は、好ましくは１３８０〜１４５０℃、より好ましくは１４００〜１４４０℃である。また、焼成温度を保つ焼成時間は、特に限定されないが、一般的に３〜１０時間である。

押出成形によるハニカム成形体５０の製造方法は、特に限定されず、公知の方法に準じて行うことができる。例えば、セラミックス粉体、バインダー、水などを含む坏土を押出成形機４０に投入して押出成形すればよい。

セラミックス粉体としては、コージェライト化原料、炭化珪素、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、窒化珪素、及びコージェライト−炭化珪素系複合材料、リチウムアルミニウムシリケート、金属珪素、又はこれらの混合物などが挙げられる。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、焼成によりコージェライトに変換される物質を意味し、例えば、タルク、カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカなどを、焼成後の組成がコージェライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）となるように混合したものなどが挙げられる。コージェライト化原料は、典型的に、シリカ４０〜６０質量％、アルミナ１５〜４５質量％、マグネシア５〜３０質量％を含む組成を有する。

バインダーとしては、特に限定されないが、寒天、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコールなどの有機バインダーが挙げられる。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。

押出成形機４０によって製造されるハニカム成形体５０の形状としては、特に限定されず、使用される用途に応じて適宜設定される。
押出成形機４０によって製造されるハニカム成形体５０は、押出方向に延びるセルを区画形成する隔壁を有する。ハニカム成形体５０のセルが延びる方向に垂直な断面におけるセルの形状は、特に限定されないが、円形、楕円形、三角形〜八角形などの多角形などの各種形状とすることができる。また、ハニカム成形体５０のセルが延びる方向に垂直な断面の外形は、特に限定されないが、円状、オーバル形状、レーストラック形状などの各種形状とすることができる。

ハニカム成形体５０のセルが延びる方向に垂直な断面における１ｃｍ²当たりのセル数は、特に限定されないが、好ましくは３０〜１８０個、より好ましくは３０〜１５０個、さらに好ましくは３０〜９３個、最も好ましくは３０〜６２個である。
ハニカム成形体５０のセルが延びる方向に垂直な断面における隔壁の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．０５〜０．３０ｍｍ、より好ましくは０．０５〜０．１０ｍｍ、さらに好ましくは０．０５〜０．０８ｍｍである。なお、隔壁厚は、例えば、画像解析装置（ニコン株式会社製、商品名「ＮＥＸＩＶ、ＶＭＲ−１５１５」）によって測定することができる。

ハニカム成形体５０のセルが延びる方向に垂直な断面の幅（円状の場合は直径、楕円などの場合は最も長い部分の径）は、特に限定されないが、好ましくは７０ｃｍ以上、より好ましくは１１５ｃｍ以上、さらに好ましくは１７０ｃｍ以上である。
上記のようなセル数、隔壁及び幅を有するハニカム成形体５０は、受台１００に接触する際に、ハニカム成形体５０の外周の隔壁よりも内側の隔壁において局所的な変形が生じ易い。しかしながら、本発明の一実施形態に係る受台１００を用いることで、局所的な変形を抑制することができるため、歩留まりの低下を抑制することができる。
上記のような形状を有するハニカム成形体５０は、押出成形機４０の先端に設けられた口金４１の構造を適宜設定することによって得ることができる。

上記のようにして製造されるハニカム成形体５０及びハニカム焼成体は、ハニカム成形体５０の側面を変形させることなく保持することができると共に、ハニカム成形体５０の側面と当接する支持部２０の脱着交換が容易なハニカム成形体５０の受台１００を用いて製造されるため、ハニカム成形体５０の側面が変形せず、生産効率を高めつつ製造コストを低減することも可能になる。
また、上記のようにして製造されるハニカム焼成体は、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、ガソリン微粒子除去フィルタ、燃焼装置用蓄熱体などの各種用途で用いることができる。

１０本体部
１１溝部
１２上面
１３端面
２０支持部
２１可撓性シート基材
２２発泡体層
３０固定部材
３１Ｌ型アングル
３２ａ、３２ｂボルト
３３開閉プレート
４０押出成形機
４１口金
４２搬送路
４３ベルト
４４ローラー
５０ハニカム成形体
１００受台

Claims

ハニカム成形体のセルが延びる方向に平行な側面を支持するための受台であって、
一方向に延びる溝部を有する本体部と、
前記本体部の前記溝部の表面と当接する可撓性シート基材、及び前記可撓性シート基材に接着され且つ前記ハニカム成形体の前記側面と当接する発泡体層を有する支持部と、
前記支持部を前記本体部に固定するための固定部材と
を備え、
前記支持部が、前記本体部に対して非接着状態で設けられている、ハニカム成形体の受台。
前記固定部材は、前記本体部の上面及び前記支持部の前記可撓性シート基材と接触するＬ型アングルを含む、請求項１に記載のハニカム成形体の受台。
前記固定部材は、前記本体部の前記溝部が延びる方向に垂直な２つの端面に設けられた開閉プレートをさらに含む、請求項１又は２に記載のハニカム成形体の受台。
前記発泡体層は、樹脂発泡体層又はゴム発泡体層である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム成形体の受台。
前記発泡体層は、連続気泡を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム成形体の受台。
前記可撓性シート基材は、可撓性樹脂から形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム成形体の受台。
前記本体部は、硬質樹脂から形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム成形体の受台。
押出成形によって得られたハニカム成形体のセルが延びる方向に平行な側面を、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハニカム成形体の受台で支持して搬送する、ハニカム成形体の製造方法。
前記受台で支持されたハニカム成形体を切断する、請求項８に記載のハニカム成形体の製造方法。
請求項８又は９に記載のハニカム成形体の製造方法で得られたハニカム成形体を焼成する、ハニカム焼成体の製造方法。