JPH03281306A

JPH03281306A - セラミックハニカム押出成形用口金の製造方法

Info

Publication number: JPH03281306A
Application number: JP8138590A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Suzuki; 和夫鈴木; Kenji Arai; 健治荒井; Masayuki Matsuzaki; 松崎　正幸
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-12
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0829537B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は廃棄ガス浄化用の触媒担体あるいはフィルタお
よび熱交換体等に用いられるセラミックハニカム構造体
を製造するために用いられるセラミックハニカム押出成
形用口金の製造方法に関するものである。

（従来の技術及びその問題点）セラミックハニカム構造体は、内燃機関の排気ガスの浄
化のための触媒担体、ディーゼルエンジンの排気ガスの
中の煤塵を除去するためのフィルタあるいは回転式熱交
換体に用いられる。

このようなセラミックハニカム構造体の製造方法として
は、特開昭５０−７５６１１号公報においてコージェラ
イトを押出成形することが開示され、特公昭５５−４１
９０８号公報あるいは特公昭５７−６１５９２号公報に
は、一方の面にセラミック坏土が押出成形機により供給
されるセラミック杯土供給孔が開口し、他方の面にはセ
ラミックハニカム構造体の断面形状に対応する成形溝が
開口し、該供給孔と成形溝との交叉部を備えた押出成形
用口金が開示されている。

更に、図示しないが、セラミック杯土供給孔と成形溝と
の連結部に坏土が一時的に滞留する溜部を設けた口金が
、ＵＳＰ　３０３８２０１号公報に開示されている。

こうした押出成形用口金は、押出工程中に成形溝を通っ
て高圧で押し出されるセラミック粒子により！！！滅し
、比較的使用期間が短かかった。

この問題を解決するため、従来は、口金の表面に炭化珪
素を含むニッケル層を無電解メツキ等の手段により被覆
していた。しかしながら、実用上、充分に高い必要寿命
を満足するには至っていなかった。

この問題を解決し、実用上必要とされる程度にまで寿命
を延ばすため、化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって口金に
ＴｉＣ、Ｔｉ（ＣＮ）、ＴｉＮなどの炭化物、窒化物、
炭窒化物等の耐摩耗材をコーティングした口金及びその
製造方法が、特開昭６０−１４５８０４号及び特開昭６
１−６９９６８号公報に開示されている。

しかし、これらのコーティング方法を実際に行ってみる
と、ガスの入口側と出口側止に向かうに従って、コーテ
ィング層の厚みが薄くなることが明らかになった。。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、最も摩耗の激しい部分に耐摩耗材を短
時間でコーティングでき、口金部材の変形を最小に抑え
ることができるような、セラミ・ンクハニカム押出成形
用口金の製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明は成形溝とこの成形溝へそれぞれ連通された複数
のセラミック杯土供給孔とを有する口金部材を形成し、
この口金部材の少なくとも前記成形溝の表面に化学蒸着
法によって耐摩耗材をコーティングするセラミックハニ
カム押出成形用口金の製造方法において、前記耐摩耗材
を生成する反応性ガスを前記成形溝の方から前記セラミ
・ンク坏土供給孔の方へと流すことを特徴とするセラミ
ンクハニカム押出成形用口金の製造方法に係るものであ
る。

（実施例）最初にセラミックハニカム押出成形用口金の一例の構成
について述べる。第３図（Ａ）は押出成形用口金１の概
略断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である
。

この押出成形用口金１においては、一方の面にセラミッ
ク杯土供給口２が多数開口し、他方の面には、セラミッ
クハニカム成形体の断面形状に対応する成形溝３が開口
し、セラミック杯土供給口２と成形溝３との間に交叉部
２０が設けられている。

そして、好ましくはマルテンサイト型析出硬化系ステン
レスからなる口金部材４の表面に耐摩耗性コーティング
層２１を設ける。

押出成形用口金１にはそれぞれセラミック杯土供給孔２
および成形溝３を加工により形成する。

セラミック杯土供給孔２は該坏土が押出成形機により加
圧されて流入し、均一に成形溝３に坏土が分配するため
に設けられる。坏土供給孔２の内径寸法（Ｄ）、深さ（
Ｈ）、成形溝３に対する配置、数量はそれぞれ、セル密
度、壁厚、表面積等のハニカム構造体の形状要因、セラ
ミック材質およびその押出成形条件等によって定められ
る。−例を示すと、外径１１８　ｍｍ、セル密度４００
個（平方インチ当り）、壁厚み０．１５ｍｍ、のコージ
ェライトハニカム構造体では、内径が約１．０〜１．５
　ｉｎｎ、深さ（Ｈ）１８〜３６画の坏土供給孔２が約
３４００個ダイス中に形成される。

成形溝３は押出されるセラミックハニカム構造体の断面
形状に対応する形状、即ちセル形状を規定し、通常三角
形、四角形、六角形等の多角形あるいは円形であり、ハ
ニカム構造体の隔壁寸法を規定する幅は、通常１．０　
＝０．０８ｗｍである。また、成形溝数はハニカム構造
体のセル密度および口金の外径に対応しており相当数の
溝が必要である。

従って、このような微小幅の溝と多数形成することは困
難であるので、特公昭６１−３９１６７号公報に開示さ
れているように、所定幅寸法より大きくワイヤーソー加
工あるいは放電加工法等により加工することが有用であ
る。このような所定寸法より大きく加工する方法は、前
記の坏土供給孔２の加工にも適用される。

第１図はＣＶＤ装置内に口金部材を配置した状態を示す
概略断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図である。

チャンバー１０の外側にはヒーター１１が設置され、チ
ャンバー１０とその内側のセッター８の間にガス排出空
間９が設けられる。セッター８とのＣＶＤ用空間１６の
中央には原料ガス供給管（反応性ガス供給管）６が設け
られ、この原料ガス供給管６の外周壁には多数の原料ガ
ス噴出ロアが設けられている。ＣＶＤ用空間１６内には
、一対の口金部材４が原料ガス供給管６を中心として点
対称に配置され、各口金部材４はそれぞれ原料ガス供給
管６と実質的に平行となるよう配置される。各口金部材
４の成形溝３を原料ガス供給管６の方へと向け、セラミ
ック杯土供給口２の側を側周壁１８の方へと向けておく
。口金部材４が載置されている底板１７と、側周壁１８
とにはそれぞれ多数の円形排出口１３又は１２が形成さ
れている（第１図では円形排出口を図示省略した。）。

化学蒸着を行う際には、原料ガス供給管６を回転させな
がら、噴出ロアより矢印Ｂのように反応性ガスとキャリ
アガスとからなる原料ガスを噴出させる。ガス排出空間
９内は真空ポンプで吸引して減圧状態としており、矢印
Ｂのように流れる原料ガスの一部は矢印Ｅのように円形
排出口１３より排出される一方、原料ガスの多くは口金
部材４の方へと向かって流れ、第１図、第３図（ＡＬ　
（Ｂ）に示すように成形溝３へと流入し、成形溝３から
矢印Ｃのように口金部材４の外へと排出され、円形排出
口１２を通ってガス排出空間９へと流入し、矢印りのよ
うに排出される。

本実施例に係るセラミックハニカム押出成形用口金の製
造方法によれば、口金部材４の成形溝３を原料ガス供給
管６の方へと向けて配置したことが極めて重要である。

即ち、従来技術で挙げた先行文献においては、コーティ
ングの条件、材質等は示されているが、コーティング層
の形状はどの部分でも同じであって、均一な厚さのコー
ティングを得ることができる旨が開示されている。

ところが、本発明者が鋭意検討を進めた結果、意外にも
コーティング層の形状が原料ガス流の方向によって大き
く影響されることが明らかとなった。本発明者はこの知
見に基づき、上述の技術的偏見を克服して本発明を完成
したのである。

具体的には、上記したように口金部材４の成形溝３を原
料ガス供給管６の方へと向けて配置すると、成形溝３の
表面での析出速度が大きくなり、仮に口金部材４の坏土
供給口２を原料ガス供給管６の方へと向けて配置した場
合の成形溝３の表面での析出速度にくらべて例えば２倍
あまりも大きくなったのである。

この理由については以下のように考えられる。

即ち、ハニカム押出成形用の口金部材４は多数の坏土供
給口２、成形溝３を有しており、非常に表面積が大きい
。このように表面積の大きい口金部材にＣＶＤ処理を施
すと、通常のＣＶＤ処理とは異なり、原料ガスの上流側
と下流側ではかなり原料ガスの状態（濃度、反応性等）
が異なってくる。

しかも第３図に示すように成形溝３の断面積は坏土供給
口２の断面積よりもかなり小さく、このため成形溝３の
方から原料ガスを流すと成形溝３内でのガスの流速、通
過量を大きくできる。これらの要因の相乗効果により、
成形溝３での析出速度を非常に大きくできるのである。

一方、仮に坏土供給口２の側から原料ガスを流すと、Ｃ
ＶＤ反応が坏土供給口２側で進行し、成形溝３側では上
記の相乗的効果が全く得られない。

所定厚さの隔壁を有するセラミックハニカム構造体を製
造するのに適合した大きさになるまで成形溝３にコーテ
ィング層を形成しなければならず、このためコーティン
グ層の層厚が必要な大きさへと達するまでＣＶＤ処理を
継続しなければならないが、上記のように成形溝３での
析出速度を大きくできた結果、ＣＶＤ処理時間は例えば
約半分にまで短縮できる。そしてＣＶＤ処理時間を短く
できることから、生産性の点で経済的に有利となるばか
りでなく、口金部材の加熱時間を短くして口金部材の変
形を抑える点でも有利である。

口金部材４は、原料ガス供給管６を中心として点対称と
なるように配置することが、口金部材ごとのバラツキを
防止するうえで好ましい。また、口金部材４は原料ガス
供給管６と平行となるように配置することが望ましく、
口金部材４と原料ガス供給管６との間の距離は４０〜７
０ｍｍとすることが口金部材４内部でのコーティング層
厚のバラツキなどを防止するうえで好ましい。この距離
が４０ｍｍ以下の場合、原料ガス供給管６から吹き出し
た原料ガスが一部直接に当たるため、コーティング層に
ムラができる。またこの距離が７０皿以上の場合は、実
質的にＣＶＤ装置の径を拡大することを意味し、この拡
大の結果炉内温度を均一に保つことが難しくなり、やは
りコーティングのムラが発生する。

口金部材にコーティングする耐摩耗材はＴｉＣ１Ｔｉ（
ＣＮ）、　ＴｉＮのうちの一種又はこれらの積層とする
ことが好ましい。口金部材の材賓はマルテンサイト型析
出硬化ステンレスとするのが好ましい。

ＣＶＤ法によって形成するコーティング層は、口金部材
表面に中間層を介さずに直接形成してもよいが、応力緩
和層として無電解メツキ層等の中間層の上に重畳しても
よい。

ＣＶＤ法によりコーティングした耐摩耗材は、主として
又はすべて、成形溝の表面より垂直に突き立つ針状結晶
により、または剛毛状に形成されていることが好ましい
。

ＣＶＤ層の付着は６８０〜９００°Ｃで行うことが好ま
しく６８０〜８５０°Ｃで行うと更に好ましい。

反応性ガスとしては、四塩化チタン、アミン、ヒドラジ
ン、ニトリルが好ましく、代表的なＣＮＢとしては例え
ばアセトニトリル、トリメチルアミン、ジメチルヒドラ
ジン、シアン化水素酸等が含まれる。

以下、具体的な実験例について説明する。

尖謄拠ＰＳＬ（日立金属製；マルテンサイト系析出硬化ステン
レス鋼）に径１．５胴の孔をトリル加工、電解加工等の
方法で加工し、この孔加工した面と反対側の面には、幅
約２００μｍの成形溝を放電加工により加工し、外径２
１５肛×１３０胴、厚み２１ｍｍの楕円形状の口金部材
を製作した。これをアルカリ脱脂、水洗し、酸溶液を用
いて超音波洗浄を行い、次いで水洗して清浄化した。

次に、第１図に概略的に示したようなヘルネノクス社標
準タイ゛プのＣＶＤ装置（外径２２０ｍφ×８００ｍｍ
ｆ）に、口金部材を第１図に示すように２台セントし、
温度８００°Ｃ１１０時間の条件下でＴｉ（ＣＮ）（炭
窒化チタン）のコーティングを行った。この際、口金部
材は、原料ガス供給管側へと成形溝を向けて配置し、ま
た、原料ガスとしては四塩化チタン、アセトニトリルを
使用し、キャリアガスとしては水素を用いた。この時の
流量１６．５ｐ／ｍｉｎ、圧力６０ｍｂａｒであった。

この結果、成形溝３（第３図（Ｂ）参照）の第３図（Ｂ
）において上側（原料ガスの入口側）では約１６μｍ、
成形溝３の第３図（Ｂ）において下側（原料ガスの出口
側）では約１５μｍの厚さの、針状に突きたつ針状結晶
からなるコーティング層２１が得られた。

此り上実施例と同様の方法で口金部材を作製し、Ｃ■Ｄコーテ
ィングを行った。

ただし、口金部材をＣＶＤ装置内に配置する際、口金部
材の向きを変更し、セラミック杯土供給孔の側を原料ガ
ス供給管の方へと分けて処理した。

これ以外のＣＶＤ条件は実施例と全く同様とした。

この結果、成形溝３（第３図（Ｂ）参照）の第３図（Ｂ
）において上側（押出出口側）では約８．５μｍ、成形
溝３の第３図（Ｂ）において下側（交叉部２０側）では
約７μｍの厚さのコーティング層しか得られなかった（
上記実施例の約５０％程度に相当する）。

上述の実施例は種々変更でき、例えば口金加工法、口金
部４．４の寸法、形状、洗浄法等も公知のものを使用で
きる。

〔発明の効果）本発明に係るセラミンクハニカム押出成形用口金の製造
方法によれば、耐摩耗材を生成する反応性ガスを成形溝
の方からセラミック杯土供給孔の方へと流すので、押出
形成用口金内を通過する原料ガスの流速を速くでき、成
形溝の表面での耐摩耗材の析出速度を大きくできる。従
って、所定のコーティング厚を得るのに必要なＣＶＤ処
理時間を短縮できるので生産性向上が可能であり、しか
も口金部材の加熱時間を短くできるので口金部材の加熱
変形を抑えるうえで有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＶＤ装置内に口金部材を配置した状態を示す
概略断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図（Ａ）は押出成形用口金の概略断面図、第３図（
Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である。１・・・セラミックハニカム押出成形用口金２・・・セ
ラミック杯土供給孔３・・・成形溝　　　　　　４・・・口金部材６・・・
原料ガス供給管（反応性ガス供給管）７・・・噴出口　
　　　　　８・・・センタ１０・・・チャンバー　　　
　１１・・・ヒーター１．２．１３・・・円形排出口　
　１６・・・ＣＶＤ用空間２０・・・交叉部　　　　　
　２１・・・コーティング層Ｂ、　Ｃ，Ｄ、　Ｅ・・・
原料ガスの流れ（反応性ガスの流れ）特許出願人日本碍子株式第３図（Ａ）（Ｂ）手続補正書平成年月日

Claims

【特許請求の範囲】１、成形溝とこの成形溝へそれぞれ連通された複数のセ
ラミック杯土供給孔とを有する口金部材を形成し、この
口金部材の少なくとも前記成形溝の表面に化学蒸着法に
よって耐摩耗材をコーティングするセラミックハニカム
押出成形用口金の製造方法において、前記耐摩耗材を生
成する反応性ガスを前記成形溝の方から前記セラミック
杯土供給孔の方へと流すことを特徴とするセラミックハ
ニカム押出成形用口金の製造方法。２、前記口金部材と、前記反応性ガスを供給するガス供
給管とを実質的に平行になるように配置したことを特徴
とする請求項１記載のセラミックハニカム押出成形用口
金の製造方法。