JP2003277155A

JP2003277155A - セラミックハニカム構造体およびその製造方法

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Publication number: JP2003277155A
Application number: JP2002085556A
Authority: JP
Inventors: Shunji Okazaki; 俊二岡崎
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP4288644B2

Abstract

(57)【要約】【課題】隔壁と外周壁との界面部分を無くして、高温
の排気ガスによる熱衝撃で亀裂が発生することを防止す
るハニカム構造体を得ることにある。また、セラミック
ハニカム焼成体の外縁部を加工除去後、外壁部を形成す
ることなく、低コストでしかも寸法精度に優れたのハニ
カム構造体を得る【解決手段】セラミック坏土を押出し成形し、焼成し
て得られる隔壁で囲まれたセルを多数有するセラミック
ハニカム構造体において、焼成後の外周壁の少なくとも
一部の直径が減少するように加工されてなることを特徴
とするセラミックハニカム構造体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックハニカ
ム構造体、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化に
用いられるセラミックハニカム構造体及びその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来技術】地域環境や地球環境の保全面から、自動車
などのエンジンから排出される排気ガスに含まれる有害
物質の削減が求められ、これに応えるため排気ガス浄化
用として、触媒コンバータ用担体やディーゼルエンジン
の排気ガスに含まれる微粒子捕集用フィルタにセラミッ
クハニカム構造体が使用されている。特に、ディーゼル
エンジンの排気ガスに含まれる黒鉛微粒子などを捕集す
るフィルタは、外周壁の外径が少なくとも１２５ｍｍ以
上と大型のハニカム構造体が要求されている。しかし、
大型のハニカム構造体は、セラミック坏土を押出して成
形体とする際に、成形体の自重が大きすぎたり成形体の
強度が不十分であるために、成形体が自重を支えきれ
ず、或いは成形体の乾燥を終了させるまでの移載や移動
のハンドリング時に成形体の外周壁が変形したり、これ
に伴い、外周壁近くの隔壁が変形したり、潰れたりし、
焼成後の所定の寸法精度が得られないという問題があっ
た。また、乾燥、焼成に伴う膨張や収縮により変形し、
寸法精度を悪くし、焼成後の所定の寸法精度が得られな
いという問題があった。

【０００３】これを解決しようと、特開平３−２７５３
０９号公報には、セラミック杯土を押出成形、乾燥、焼
成してハニカム構造の焼成体とした後、このハニカム構
造の焼成体の外周壁とその周縁部（以下「外縁部」とい
う）を所定の直径寸法より小さくする研削加工を行い、
研削加工した部分にコーティング材を塗布、乾燥、硬化
させるハニカム構造体の製造方法を開示している。この
特開平３−２７５３０９号公報によれば、研削加工によ
り外周壁の周縁部の変形した隔壁を除き、また外周の真
円度が低い場合にもこれを高めて寸法精度を向上し、ま
た機械的強度の高いハニカム構造体が製造できるとして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平３−２７５３０９号公報記載の発明は、図４（ａ）
にその正面図を（ｂ）に（ａ）図のＢ部拡大図を示すよ
うに、ハニカム構造に押出成形されたハニカム焼成体の
外周面に、別の工程でコーティング材を塗布、乾燥、硬
化させていることから、隔壁２３と外周壁２１の材料特
性例えば熱膨張係数、熱伝導率、強度、ヤング率等が互
いに異なるため両者の界面２５には、コーティング材の
塗布、乾燥、硬化に伴う残留応力が発生するのである。
この現象は、隔壁２３と外周壁２１に同一の材料を用い
たとしても、隔壁２３は押出成形により形成され、外周
壁２１は塗布により形成されることから、両者の材料特
性を完全に一致させることは困難であり、コーティング
材の塗布、乾燥、硬化に伴う残留応力が発生する。従っ
て、触媒コンバータ用担体やディーゼルエンジンの排気
ガス浄化フィルタとして使用され、高温の排気ガスによ
る熱衝撃が発生すると、隔壁２３と外周壁２１との界面
２５の応力が過大となり、両者間、或いは両者を貫通し
て亀裂が発生、隔壁まで進展するおそれがある。この亀
裂が進展すると、亀裂中を排気ガスが浄化されずに通過
することにより排気ガスの浄化効率が低下したり、金属
容器中に把持部材により把持されているハニカム構造体
が破損、脱落し、浄化不能となる場合もあるという欠点
を有している。また、セラミックハニカム焼成体周縁部
を加工除去後、外周面に外周壁部２１を形成し、その後
に乾燥工程、硬化或いは焼成工程が必要である為、乾燥
時及び硬化或いは焼成に伴う寸法変化が発生するため、
厳密に寸法精度を高められないうえ、工程数が多くな
り、製造コストが膨大になるという欠点も有している。

【０００５】従って本発明の目的は、隔壁と外周壁との
界面部分２５を無くして、高温の排気ガスによる熱衝撃
で亀裂が発生することを防止するハニカム構造体を得る
ことにある。また、セラミックハニカム焼成体の外縁部
を加工除去後にコーティング材を塗布して外周壁部を形
成することなく、寸法精度が良好で、低コストのハニカ
ム構造体を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のセラミックハニカム構造体は、セラミック
坏土を押出し成形し、焼成して得られる隔壁で囲まれた
セルを多数有するセラミックハニカム構造体において、
焼成後の外周壁の少なくとも一部の直径が減少するよう
に加工されてなることを特徴とする。ここで、焼成後の
外周壁の少なくとも一部の直径が減少するように加工す
るためには、ハニカム成形体及び又はハニカム焼成体の
外周壁厚をハニカム構造体の外周壁厚より厚く形成する
必要がある。このハニカム構造体の外周壁厚より厚く形
成することによってハニカム成形体の強度が増し、ハニ
カム成形体自身の自重による変形や、成形体の乾燥を終
了させるまでの移載や移動のハンドリング時の変形を低
減させることが可能となる。このため、外周壁の変形に
より、隔壁が変形したり、潰れたりする現象を低減する
ことができる。また、ハニカム成形体及び又はハニカム
焼成体の外周壁厚をハニカム構造体の外周壁厚よりも厚
く成形し、加工除去するので、成形、乾燥、焼成時に生
じた膨張や収縮による変形を加工により矯正することが
できる。この時、ハニカム成形体及び又はハニカム焼成
体の外周壁厚がハニカム構造体の外周壁厚の１１０％以
上の厚さであれば、成形、乾燥、焼成時に生じた膨張や
収縮による変形を低減させることが出来るとともに、変
形が生じても加工により矯正することができる。好まし
くは１２０％以上の厚さである。また、外周壁と隔壁と
を一体的に形成することで、外周壁と隔壁とに界面部分
が無くなり、材料特性の不連続部位がなくなるので、排
気ガス浄化フィルタとして使用時の熱衝撃による亀裂の
発生を少なくできる。また、焼成後に外周仕上げ加工を
行う為、直径、長さとも寸法精度が特に優れている。ま
た、セラミックハニカム焼成体の外縁部を加工除去後に
外周壁部を形成する必要がなく、これに関わる全ての工
程を短縮でき、低コストのハニカム構造体を得ることが
できる。ここで、ハニカム成形体とは、セラミック坏土
を押出し成形した乾燥前のハニカム構造のもの、ハニカ
ム焼成体とは、ハニカム成形体を乾燥、焼成したもの、
ハニカム構造体とはハニカム焼成体を必要に応じて所望
の製品の外径寸法ににしたものと定義する。

【０００７】次に、本発明の第２の発明は、セラミック
坏土を押出し成形し、焼成して得られる隔壁で囲まれた
セルを多数有するセラミックハニカム構造体の製造方法
において、成形体及び／又は焼成体の外周壁厚さは、該
構造体の外周壁厚さより厚く形成し、焼成後に外周壁部
の少なくとも一部を加工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である。ここで、ハニ
カム成形体及び又はハニカム焼成体の外周壁厚をハニカ
ム構造体の外周壁厚の１１０％以上の厚さで形成すれ
ば、成形、乾燥、焼成時に生じた膨張や収縮による変形
を低減することが出来るとともに加工により矯正するこ
とができる。好ましくは１２０％以上の厚さである。
尚、前記押出し成形は、成形体の成形方向を横方向或い
は下方向に行うのが一般的であるが、下方向、特に重力
方向に押し出すと、隔壁及び外周壁が重力方向に連続す
ることから外周壁の自重が隔壁の変形に及ぼす影響をよ
り小さくできることから好ましい。また、更には、本発
明のセラミックハニカム構造体を構成するセラミック材
料としては、本発明が主に、自動車エンジンの排気ガス
浄化用触媒の担体として或いはディーゼルエンジンの排
気ガス中の微粒子を除去するためのフィルタとして使用
されるため、耐熱性に優れた材料を使用することが好ま
しく、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪
素、炭化珪素及びＬＡＳからなる群から選ばれた少なく
とも１種を主結晶とするセラミック材料を用いることが
好ましい。中でも、コージェライトを主結晶とするセラ
ミックハニカム構造体は、安価で耐熱性、耐食性に優
れ、また低熱膨張であることから最も好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図１は、本発明の実施の形態のハニカム構
造体１０であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）での
Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）でのＡ部拡大図である。
図１で、ハニカム構造体１０は、外周壁１１と、この外
周壁１１の内周側で隔壁１３により囲まれた多数のセル
１４を有する。

【０００９】このハニカム構造体１０は、外周壁１１と
隔壁１３とを一体的に形成し、外周壁１１と隔壁１３と
に界面部分を無くし、排気ガス浄化フィルタとして使用
時の熱衝撃で亀裂が発生するのを防止している。

【００１０】次に、上述したハニカム構造体１０の製造
方法を図２の工程図に基づき説明する。図２において、
（１）〜（５）は製造工程を示し、（２ａ）、（４
ａ）、（５ａ）は、直前の製造工程で形成されたハニカ
ム成形体、ハニカム焼成体、ハニカム構造体を示す。（１）先ず、カオリン、タルク、アルミナ、シリカなど
の粉末を調整して、コージェライト生成原料粉末とす
る。またコージェライト生成原料粉末には、成形助剤、
造孔剤を適量添加し、乾式で十分混合する。次に、規定
量の水を注水して更に十分な混練を行ってセラミック坏
土を精製する。

【００１１】（２）次に、セラミック坏土を押出成形用
金型で重力方向に押出成形する。押出成形においては、
成形体もしくはこの後の乾燥、焼成後のハニカム焼成体
の外周壁がセラミックハニカム構造体の外壁厚より厚く
なるように成形する。図３で、（ａ）は押出成形用金型
５０の要部断面図であり、（ｂ）は成形体１０’の一部
の正面図である。また、（ｃ）は（ｂ）に示す成形体を
乾燥、焼成した後の焼成体１０”の一部の正面図であ
る。

【００１２】押出成形用金型５０は、図３（ａ）に示す
ように、多数の供給通路５１ａとこの供給通路５１ａか
ら坏土を集合すると共に格子状に形成する排出通路５１
ｂを持つダイ５１と、内径Ｄｍで坏土流入量の調整をす
るマスキングプレート５２、坏土の排出量の調節をする
と共に、厚さｔ、内径Ｄｓ、および突出量ｗを調整し
て、成形体１０’の外周壁１１’を所定形状に厚く形成
する押さえ枠５３などからなる。なお、押出成形用金型
５０は、図３（ａ）での供給通路５１ａから排出通路５
１ｂに向かう方向が押出方向である。坏土を供給通路５
１ａから排出通路５１ｂに押出すことで、図３（ｂ）に
示すように、外周壁１１’と、この外周壁１１’内で隔
壁１３により囲まれた多数のセル１４を有した成形体１
０’が得られる（図２の（２ａ））。なお、図３（ｂ）
で１１ａは完成したハニカム構造体の外径、１１ｔ’は
ハニカム成形体の外周壁厚、１１ｔは完成したハニカム
構造体の外周壁厚を示す。そして、成形体１０’を押出
し成形用金型５０を介して重力方向に成形体を押出し、
切断装置（図示せず）で所定長さに切断する。

【００１３】（３）そして、成形体１０’をマイクロ波
乾燥機に入れて加熱して乾燥を行い、成形体１０’中の
水分を蒸発させる。（４）次に、成形体１０’を焼成炉に入れて徐々に昇温
して焼成し、図３（ｃ）に示すように、外周壁１１”
と、この外周壁１１”内で隔壁１３”により囲まれた多
数のセル１４”を有した外周壁を厚くしたハニカム焼成
体１０”が得られる（図２の４ａ）。なお、図３（ｃ）
で１１ａは完成したハニカム構造体の外径、１１ｔは完
成したハニカム構造体の外周壁厚を、１１ｔ”はハニカ
ム焼成体の外周壁厚を示す。

【００１４】（５）次に、円筒研削盤上の加工治具にハ
ニカム焼成体を把持して回転し、研削砥石でハニカム焼
成体に切り込みおよび送りをかけ、焼成後における外周
壁１１ａ”をハニカム構造体の外径に加工し、セラミッ
クハニカム構造体を得る（図２の（５ａ））。以上の工
程により、セラミックハニカム成形体１０’及び／又は
焼成体１０”の外周壁厚さ１１ｔ’、１１ｔ”はセラミ
ックハニカム構造体１０の所望する外周壁厚さ１１ｔよ
り厚く形成されることから、押出成形から乾燥工程の間
に外周壁や外周壁近くの隔壁が変形することもなく、更
には外周壁を厚くしたハニカム焼成体の外周壁表面を加
工していることから寸法精度に優れたセラミックハニカ
ム構造体１０を得ることができると共に、セラミックハ
ニカム焼成体の外縁部を加工除去した後に、コーティン
グ材を塗布して外周壁部２１を形成する必要もなく、低
コストでセラミックハニカム構造体を形成することがで
きる。

【００１５】（実施例）コージェライト質セラミックの
原料粉末に成形助剤を添加し、乾式で十分混合し、規定
量の水を注入して十分な混合を行った。次に、図３の押
出成形用金型５０を用い、公知の押出し成形装置におい
て縦方向に押出成形し、さらに切断して、外周壁１１’
内に隔壁１３’により多数のセル１４’が一体的に形成
された成形体１０’を、外周壁１１’の厚さを変えて各
種作製した。次に、この成形体１０’を乾燥して、約１
４００℃近く昇温して焼成し、表１に示すような外周壁
厚を有する焼成体を得た。焼成後の外周壁１１ｔ“を円
筒研削盤で除去加工し、本発明例１〜４の直径φ２６７
ｍｍのハニカム構造体１０とした。得られたハニカム構
造体の隔壁厚１３ｔは０．３ｍｍ、セルピッチ１３ｐは
１．５ｍｍ、全長Ｌを３００ｍｍであった。

【００１６】一方、外周壁と隔壁を一体成形して、焼成
後の外周壁厚が１.０ｍｍとなるように成形体の外周壁
を形成し、次いで、乾燥、焼成し、焼成後に外周壁に加
工を施さない直径φ２６７ｍｍ、全長Ｌ３００ｍｍ、
隔壁厚１３ｔ０．３ｍｍ、セルピッチ１３ｐ１．５
ｍｍ、外周壁厚１１ｔ０．８ｍｍのハニカム焼成体を
作製して比較例１とした。また、前述した特開平３−２
７５３０９号公報に記載のハニカム構造体の製造方法に
従って、セラミック坏土を押出し成形、乾燥、焼成して
ハニカム焼成体とし、この外縁部を研削加工により３ｍ
ｍ除去し、研削加工した部分にコーティング材を塗布、
乾燥、硬化させ、外周壁とした直径φ２６７ｍｍ、全長
Ｌ３００ｍｍ、隔壁厚１３ｔ０．３ｍｍ、セルピッ
チ１３ｐ１．５ｍｍ、のハニカム構造体を作製して比
較例２とした。そして、本発明例１〜４及び比較例１、
２について、ハニカム焼成体の外周壁厚を「焼成体外周
壁厚」、ハニカム構造体としての外周壁厚を「構造体外
周壁厚」、ハニカム構造体外周面で円周方向１２個所の
直径を測定し、そのバラツキを「真円度」、ハニカム焼
成体からハニカム構造体となるまでの工程数を「焼成後
工程数」、熱衝撃試験結果を「熱衝撃温度（Δt℃）」
として表１に示す。但し、構造体外周壁厚について、比
較例１はハニカム焼成体の外周壁厚、比較例２はハニカ
ム焼成体の外縁部を研削加工し、コーティング材を塗布
乾燥した後の、外周壁厚、即ちコーティング厚、本発明
例１〜４はハニカム焼成体の外周壁を加工除去した後の
外周壁厚を指す。また、真円度の評価については、真円
度が0.2mm未満であり良好であったものを（○）、真円
度が0.2〜0.5mmで実使用上問題の無いものを（△）、0.
5mmを超え実使用できないものを（×）で示した。ま
た、焼成後工程数は、比較例１が焼成体以後の加工工程
等がない為に工程数０、比較例２は焼成体の外縁部加
工、外周部コーティンク゛、外周部乾燥の工程が付加される為
に工程数３、実施例１〜４は焼成体外周部の加工除去工
程が付加される為に工程数１とした。熱衝撃温度は、一
定温度に加熱された電気炉中にセラミックハニカム構造
体を３０分間保持し、その後室温に急冷し、目視にてク
ラックが発見された時の加熱温度と室温との温度差を熱
衝撃温度として評価した。また、クラックが発見されな
い場合は２５℃温度を上昇させ同様の試験を行い、クラ
ックが発生するまで繰り返した。試験数は各３個とし、
それらの平均値として示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１から、本発明例１〜４のハニカム構造
体は、外周壁と隔壁とが一体的に形成されていて、外周
壁と隔壁とに界面部分が無いので、熱衝撃による亀裂の
発生を少なくできた。また、本発明例１〜４は真円度が
極めてよく、さらに本発明例１〜４のハニカム構造体
は、比較例２のようにセラミックハニカム焼成体の外縁
部を加工除去後に外周壁部を形成する必要がないため、
焼成後の工程数は外周壁加工のみの一工程となり、比較
例２に比べて低コストで製造できる。一方、比較例１の
ハニカム構造体は、焼成後のセラミックハニカム焼成体
の外周壁に加工を施さないので、真円度が悪く寸法精度
の良好なセラミックハニカム構造体を得ることはできな
かった。さらに、比較例２のハニカム構造体は、セラミ
ックハニカム焼成体の外縁部を加工除去後に外周壁部を
形成する必要があり、焼成後の工程が増えるとともに、
熱衝撃による亀裂の発生を防止することができず、寸法
精度の良好なセラミックハニカム構造体を得ることはで
きなかった。

【００１９】

【発明の効果】以上、詳細に説明のとおり、本発明のハ
ニカム構造体によれば、隔壁と外周壁が同材質で一体形
成されている為、隔壁と外周壁に界面部分が無く、材料
特性の不連続部位がなくなるので、高温の排気ガスによ
る熱衝撃で亀裂が発生することを防止できる。また、本
発明のハニカム構造体の製造方法によれば、セラミック
ハニカム焼成体の外縁部を加工除去後に外周壁部を形成
する必要がなくして低コストで寸法精度に優れたハニカ
ム構造体とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のハニカム構造体１０であり、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、
（ｃ）は（ａ）でのＡ部拡大図である。

【図２】実施例のハニカム構造体１０の製造方法を示す
工程図である。

【図３】（ａ）は押出成形用金型５０の要部断面図であ
り、（ｂ）は成形体（１０）の一部の正面図である。
（ｃ）は（ｂ）に示す成形体を乾燥、焼成した後の焼成
体（１００）の一部の正面図である。

【図４】従来のハニカム構造体の一例を示し、（ａ）は
その正面図、（ｂ）は（ａ）でのＢ部拡大図である。

【符号の説明】

１０：ハニカム構造体（セラミックハニカム構造体）１０’：成形体１０”：焼成体１１、２１：外周壁１１’：成形体の外周壁１１”：焼成体の外周壁１１ａ、２１ａ：外径１１ａ’：成形体の外径１１ａ”：焼成体の外径１１ｔ：外周壁厚１１ｔ’：成形体の外周壁厚１１ｔ”：焼成体の外周壁厚１２、２２：端面１３、２３：隔壁１３’：成形体の隔壁１３”：焼成体の隔壁１３ｔ：隔壁厚１３ｐ：セルピッチ１４、２４：セル１４’：成形体のセル１４”：焼成体のセル２０：従来のハニカム構造体２５：界面部分５０：押出成形用金型５１：ダイ５１ａ：供給通路５１ｂ：排出通路５２：マスキングプレート５３：押さえ枠Ｄｍ：内径Ｄｓ：内径Ｌ：全長ｔ：押さえ枠の厚さｗ：突出量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２８Ｂ 3/26 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１Ｂ４Ｇ０５４Ｃ０４Ｂ 35/64 3/28 ３０１Ｐ４Ｇ０６９ 41/91 ＺＡＢＣ０４Ｂ 35/00 ＥＦ０１Ｎ 3/02 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ 3/28 ３０１Ｃ０４Ｂ 35/64 ＭＦターム(参考） 3G090 AA02 AA03 BA01 3G091 AA02 AA18 AB01 AB13 BA10 BA39 GA06 GB01X GB10X GB17X 4D019 AA01 BA05 BB06 BC12 CA01 CB04 CB06 4D048 BB02 EA06 4G030 AA07 AA36 AA37 BA34 CA01 CA10 GA04 GA15 GA21 GA27 GA32 4G054 AA05 AB09 BD19 4G069 AA01 AA08 BA13A CA03 DA06 EA19 EA26 ED10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック坏土を押出し成形し、焼成し
て得られる隔壁で囲まれたセルを多数有するセラミック
ハニカム構造体において、焼成後の外周壁の少なくとも
一部の直径が減少するように加工されてなることを特徴
とするセラミックハニカム構造体。
【請求項２】セラミック坏土を押出し成形し、焼成し
て得られる隔壁で囲まれたセルを多数有するセラミック
ハニカム構造体の製造方法において、成形体及び／又は
焼成体の外周壁厚さは、該構造体の所望する外周壁厚さ
より厚く形成し、焼成後に外周壁部の少なくとも一部を
加工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。