(57)【要約】【課題】セル開口率が高く、セル径が小さいハニカム構造体の製造方法を提供すること。【解決手段】ハニカム構造体の製造方法は、成形型６内に、焼成により焼失するセル形成材３０を配置するセル形成材配置工程と、セル形成材３０を配置した成形型６内に、セラミック材料２０を充填する充填工程と、セラミック材料２０を硬化させることにより、セル形成材３０を含む硬化体１０を形成する硬化工程と、硬化体１０を焼成し、ハニカム構造体を得る焼成工程とを有している。焼成工程では、硬化体１０を焼成することにより、セル形成材３０を焼失させてセルを形成する。【選択図】図４
2015229294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルを有するハニカム構造体の製造方法であって、
成形型内に、焼成により焼失するセル形成材を配置するセル形成材配置工程と、
前記セル形成材を配置した前記成形型内に、セラミック材料を充填する充填工程と、
前記セラミック材料を硬化させることにより、前記セル形成材を含む硬化体を形成する硬化工程と、
前記硬化体を焼成し、前記ハニカム構造体を得る焼成工程とを有し、
該焼成工程では、前記硬化体を焼成することにより、前記セル形成材を焼失させて前記セルを形成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項２】
前記セル形成材は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項３】
前記棒状のセル形成材の外径は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項４】
前記セル形成材配置工程では、前記成形型内に、軸方向が同じ向きとなるように並べた複数の前記セル形成材と、該複数のセル形成材を保持する保持部材とを配置することを特徴とする請求項２又は３に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】
前記保持部材は、焼成により焼失するものであることを特徴とする請求項４に記載のハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸方向に貫通して形成された複数のセルを有するハニカム構造体が知られている。ハニカム構造体は、例えば、セラミック粉末から調整した坏土を押出成形用型（押出用口金）を用いて所望の形状に押出成形し、乾燥・焼成することによって製造される（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のハニカム構造体の製造方法では、坏土を押出成形用型を用いて押出成形する。そして、成形体の内部に、坏土の押出方向に延びる長尺状のセル空間を形成する。そのため、坏土と押出成形用型との摩擦や長尺状のセル空間の形状維持等の観点から、セル間の距離を狭くして（セルを密集させて）セル開口率を高めたり、セル径を小さくしたりすることが困難であった。ここで、セル開口率とは、ハニカム構造体の端面や軸方向に直交する断面においてセルの開口が占める割合のことである。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、セル開口率が高く、セル径が小さいハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、セルを有するハニカム構造体の製造方法であって、成形型内に、焼成により焼失するセル形成材を配置するセル形成材配置工程と、前記セル形成材を配置した前記成形型内に、セラミック材料を充填する充填工程と、前記セラミック材料を硬化させることにより、前記セル形成材を含む硬化体を形成する硬化工程と、前記硬化体を焼成し、前記ハニカム構造体を得る焼成工程とを有し、該焼成工程では、前記硬化体を焼成することにより、前記セル形成材を焼失させて前記セルを形成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法にある。
【０００７】
前記ハニカム構造体の製造方法では、セル形成材を配置した成形型内にセラミック材料を充填する。そして、セラミック材料を硬化させ、セル形成材と一体になった硬化体を形成する。その後、硬化体を焼成する。このとき、硬化体に含まれるセル形成材を焼失させ、セル形成材の焼失によって生じた空間にセルを形成する。
【０００８】
すなわち、形状が保持された状態の硬化体を焼成し、その硬化体に含まれるセル形成材を焼失させてセルを形成する。そのため、所望の位置に所望の形状のセルを容易に形成することができる。これにより、セル間の距離を狭くし、セルをより密集させてセル開口率を高めたり、セル自体の大きさ（セル径）を小さくしたりすることができる。ここで、セル開口率とは、ハニカム構造体の端面や軸方向に直交する断面においてセルの開口が占める割合のことである。
【０００９】
このように、本発明のハニカム構造体の製造方法によれば、従来の押出成形を用いた方法では困難であった、セル開口率が高く、セル径が小さいハニカム構造体を容易に製造することができる。
【００１０】
また、前記ハニカム構造体の製造方法において、前記セル形成材としては、焼成により焼失する焼失材料を用いることができる。焼失材料としては、硬化体を焼成する温度で焼失する材料であればよく、例えば、カーボンや各種樹脂等の有機物等を用いることができる。
【００１１】
また、前記セラミック材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等のセラミック粉末を主成分として含有させることができる。また、前記充填工程では、充填の容易性から、スラリー状のセラミック材料を用いることが好ましい。スラリー状のセラミック材料は、セラミック粉末の他に、分散剤、水等を混合して作製することができる。また、成形型内にスラリー状のセラミック材料を充填する際に、真空中でこの作業を行うことが好ましい。この場合には、気泡の巻き込みを抑制でき、高品質なハニカム構造体を製造することができる。
【００１２】
また、前記硬化工程では、セラミック材料を硬化させる。ここで、セラミック材料を硬化させるとは、形状を保持できる程度に硬化させることをいう。このとき、セラミック材料中に重合開始剤及びそれにより硬化するモノマーを含有させておき、セラミック材料を重合開始剤により硬化させてもよい。また、このような重合開始剤を用いることなく、単純にセラミック材料を加熱して硬化させてもよい。より早く硬化させることを考えると、重合開始剤を用いて硬化させたほうがよい。
【００１３】
重合開始剤及びそれにより硬化するモノマーは、従来公知の種々様々なものを用いることができる。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤等を用いることができる。例えば、モノマーとして、水溶性エポキシ樹脂を用いた場合には、重合開始剤として、トリエチレンテトラミンを用いることができる。
【００１４】
また、前記セル形成材は、棒状に形成されていてもよい。この場合には、セル径の小さい長尺状のセルを容易に形成することができる。例えば、棒状のセル形成材の外径を調整することにより、所望のセル径のセルを容易に形成することができる。
【００１５】
また、前記棒状のセル形成材の外径は、２ｍｍ以下であってもよい。この場合には、従来の押出成形を用いた製造方法では困難であった、セル径の非常に小さなハニカム構造体を製造することができる。ハニカム構造体として、セル径の非常に小さなセルが要求される場合に好適である。なお、セル形成材の外径は、焼成後にセルが確実に形成される外径以上とすればよい。
【００１６】
また、前記セル形成材配置工程では、前記成形型内に、軸方向が同じ向きとなるように並べた複数の前記セル形成材と、該複数のセル形成材を保持する保持部材とを配置してもよい。この場合には、成形型内の所望の位置にセル形成材を配置することができる。これにより、所望の形状のハニカム構造体、すなわち複数のセルを所望の位置に形成したハニカム構造体を容易に製造することができる。
【００１７】
また、前記セル形成材間の距離は、１．５ｍｍ以下であってもよい。この場合には、従来の押出成形を用いた製造方法では困難であった、セル開口率の非常に高いハニカム構造体を製造することができる。例えば、ハニカム構造体に多数のセルを形成することが要求される場合に好適である。なお、セル形成材間の距離は、焼成後にセル間に隔壁が確実に形成される距離以上とすればよい。
【００１８】
また、前記保持部材は、焼成により焼失するものであってもよい。この場合には、セル形成材と共に保持部材を含んだ状態で硬化体を焼成することができる。これにより、保持部材を途中で取り外す必要がなく、製造工程が容易となる。
【００１９】
また、前記保持部材としては、前記セル形成材と同様に、焼成により焼失する焼失材料を用いることができる。焼失材料は、硬化体を焼成する温度で焼失する材料であればよく、例えば、カーボンや各種樹脂等の有機物等を用いることができる。また、保持部材としては、例えば、焼失材料からなる粘着テープ、接着剤、プレート等を用いることができる。
【００２０】
また、前記保持部材としては、焼失材料以外の材料（焼成により焼失しない材料）を用いてもよい。例えば、複数のセル形成材を保持可能な金属部材（金属プレート）等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ハニカム構造体を示す斜視図である。
【図２】（ａ）ハニカム構造体の径方向断面を示す断面図であり、（ｂ）ハニカム構造体の軸方向断面を示す断面図である。
【図３】（ａ）セル形成材を示す斜視図であり、（ｂ）セル形成材保持体を示す説明図であり、（ｃ）図３（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】（ａ）成形型内にセラミック材料を充填する充填工程を示す説明図であり、（ｂ）セラミック材料を硬化させて硬化体を形成する硬化工程を示す説明図である。
【図５】（ａ）硬化体を示す斜視図であり、（ｂ）焼成後の硬化体（焼成体）を示す斜視図である。
【図６】セル形成材保持体を示す説明図である。
【図７】（ａ）成形型の充填空間内にセラミック材料を充填する充填工程を示す説明図であり、（ｂ）セラミック材料を硬化させて硬化体を形成する硬化工程を示す説明図である。
【図８】硬化体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
まず、本実施形態のハニカム構造体の製造方法により製造されるハニカム構造体について説明する。
【００２３】
図１に示すように、ハニカム構造体１は、四角形柱状の本体部２と、本体部２に形成された複数のセル３とを有している。図２（ａ）に示すように、ハニカム構造体１を軸方向に直交する断面で見た場合に、セル３の断面形状は円形状である。図２（ｂ）に示すように、各セル３は、ハニカム構造体１（本体部２）を軸方向に貫通して形成されている。なお、図１、図２では、説明の便宜上、縦横４列のセル３を図示している。
【００２４】
次に、ハニカム構造体１の製造方法について説明する。
図３〜図５に示すように、ハニカム構造体１の製造方法は、成形型６内に、焼成により焼失するセル形成材３０を配置するセル形成材配置工程と、セル形成材３０を配置した成形型６内に、セラミック材料２０を充填する充填工程と、セラミック材料２０を硬化させることにより、セル形成材３０を含む硬化体１０を形成する硬化工程と、硬化体１０を焼成し、ハニカム構造体１を得る焼成工程とを有している。焼成工程では、硬化体１０を焼成することにより、セル形成材３０を焼失させてセル３を形成する。以下、これを詳説する。
【００２５】
まず、０．５μｍのアルミナ粉末を６００ｇ、分散剤３ｇ、純水１１５ｇを２４時間ポット混合した後、水溶性エポキシ樹脂４３ｇ、硬化剤トリエチレンテトラミン７ｇを添加し、セラミックスラリーからなるセラミック材料２０（図４）を得た。
【００２６】
また、図３（ａ）に示すように、複数のセル３を形成するための複数のセル形成材３０を準備した。セル形成材３０は、その後の焼成により焼失する焼失材料である。本実施形態では、セル形成材３０として、外径０．６ｍｍ、長さ７０ｍｍのカーボン製の丸棒を用いた。
【００２７】
次いで、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数のセル形成材３０を縦方向及び横方向に０．５ｍｍ間隔で組み上げた。セル形成材３０は、軸方向が同じ向きとなるように並べた。縦方向において、セル形成材３０間には、セル形成材３０を保持する保持部材４としての複数枚の粘着テープ４１を積層し、セル形成材３０同士の間隔が０．５ｍｍとなるように調整した。また、横方向において、粘着テープ４１上にセル形成材３０を０．５ｍｍ間隔で並べて配置した。また、組み上げた状態の複数のセル形成材３０の外周を保持部材４としての粘着テープ４２で巻いて固定した。
【００２８】
これにより、複数のセル形成材３０を保持部材４（粘着テープ４１、４２）により保持したセル形成材保持体５を得た。なお、保持部材４（粘着テープ４１、４２）は、その後の焼成により焼失する焼失材料である。
【００２９】
次いで、図４（ａ）に示すように、内容積２０ｍｍ×２０ｍｍ×７０ｍｍの成形型６内に、複数のセル形成材３０及び保持部材４を含むセル形成材保持体５を設置した。そして、減圧下において、成形型６内にセラミックスラリーからなるセラミック材料２０を流し込んで充填した。
【００３０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、成形型６内に充填したセラミック材料２０を大気圧下で８０℃、２４時間の条件で加熱し、硬化させた。これにより、複数のセル形成材３０及び保持部材４を内包した状態の硬化体１０を形成した。
【００３１】
次いで、図５（ｂ）に示すように、成形型６内から硬化体１０を取り出した。そして、硬化体１０を６００℃、１０時間の条件で脱脂した後、１６００℃、５時間の条件で焼成した。これにより、硬化体１０内のセル形成材３０及び保持部材４を焼失させた。その後、図５（ｂ）に示すように、焼成後の硬化体（焼成体）１０の両端部１０１（保持部材４が配置されていた部分を含む）を切除する。
【００３２】
以上により、図１に示すハニカム構造体１を得た。なお、得られたハニカム構造体１は、セル３の内径ａ（セル径）が０．５ｍｍであり、セル３間の距離ｂ（隔壁厚み）が０．４ｍｍであった（図２参照）。また、セル開口率が２４％であった。
【００３３】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態のハニカム構造体１の製造方法では、セル形成材３０を配置した成形型６内にセラミック材料２０を充填する。そして、セラミック材料２０を硬化させ、セル形成材３０と一体になった硬化体１０を形成する。その後、硬化体１０を焼成する。このとき、硬化体１０に含まれるセル形成材３０を焼失させ、セル形成材３０の焼失によって生じた空間にセル３を形成する。
【００３４】
すなわち、形状が保持された状態の硬化体１０を焼成し、その硬化体１０に含まれるセル形成材３０を焼失させてセル３を形成する。そのため、所望の位置に所望の形状のセル３を容易に形成することができる。これにより、セル３間の距離（隔壁厚み）を狭くし、セル３をより密集させてセル開口率を高めたり、セル３自体の大きさ（セル径）を小さくしたりすることができる。
【００３５】
また、本実施形態において、セル形成材３０は、棒状に形成されている。そのため、セル径の小さい長尺状のセル３を容易に形成することができる。例えば、棒状のセル形成材３０の外径を調整することにより、所望のセル径のセル３を容易に形成することができる。
【００３６】
また、棒状のセル形成材３０の外径は、２ｍｍ以下（本実施形態では０．６ｍｍ）である。そのため、従来の押出成形を用いた製造方法では困難であった、セル径の非常に小さなハニカム構造体１を製造することができる。ハニカム構造体１として、セル径の非常に小さなセル３が要求される場合に好適である。
【００３７】
また、セル形成材配置工程では、成形型６内に、軸方向が同じ向きとなるように並べた複数のセル形成材３０と、複数のセル形成材３０を保持する保持部材４とを配置する。そのため、成形型６内の所望の位置にセル形成材３０を配置することができる。これにより、所望の形状のハニカム構造体１、すなわち複数のセル３を所望の位置に形成したハニカム構造体１を容易に製造することができる。
【００３８】
また、保持部材４は、焼成により焼失するものである。そのため、セル形成材３０と共に保持部材４を含んだ状態で硬化体１０を焼成することができる。これにより、保持部材４を途中で取り外す必要がなく、製造工程が容易となる。
【００３９】
このように、本実施形態のハニカム構造体の製造方法によれば、従来の押出成形を用いた方法では困難であった、セル開口率が高く、セル径が小さいハニカム構造体１を容易に製造することができる。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態は、ハニカム構造体１（図１、図２参照）の製造方法において、配置するセル形成材３０（図３参照）同士の間隔を変更したものである。なお、基本的な製造方法は、実施形態１と同様である。
【００４１】
本実施形態では、複数のセル形成材３０を縦方向及び横方向に０．１ｍｍ間隔で組み上げた。得られたハニカム構造体１は、セル３の内径ａ（セル径）が０．５ｍｍであり、セル３間の距離ｂ（隔壁厚み）が０．１ｍｍであった。また、セル開口率が５５％であった。
【００４２】
本実施形態の場合には、セル形成材３０同士の間隔を０．１ｍｍと非常に狭くしている。そのため、従来の押出成形を用いた製造方法では困難であった、セル３間の距離ｂ（隔壁厚み）が狭く、セル開口率の高いハニカム構造体１を容易に製造することができる。その他の基本的な作用効果は、実施形態１と同様である。
【００４３】
（実施形態３）
本実施形態は、図６〜図８に示すように、ハニカム構造体１（図１、図２参照）の製造方法において、保持部材４の構成を変更したものである。なお、基本的な製造方法は、実施形態１と同様である。
【００４４】
本実施形態では、図６に示すように、保持部材４は、２枚の金属製のプレート板４３からなる。プレート板４３には、セル形成材３０を挿通保持するための複数の貫通孔（図示略）が形成されている。貫通孔の内径は、セル形成材３０の外径に合わせて設定されている。
【００４５】
そして、同図に示すように、複数のセル形成材３０を２枚のプレート板４３の貫通孔に挿通保持した。これにより、複数のセル形成材３０を保持部材４（２枚のプレート板４３）により保持したセル形成材保持体５を得た。
【００４６】
次いで、図７（ａ）に示すように、内容積２０ｍｍ×２０ｍｍ×７０ｍｍの成形型６内に、複数のセル形成材３０及び保持部材４を含むセル形成材保持体５を設置した。そして、減圧下において、成形型６と保持部材４（２枚のプレート板４３）とで区画された充填空間６１内にセラミックスラリーからなるセラミック材料２０を流し込んで充填した。
【００４７】
次いで、図７（ｂ）に示すように、成形型６の充填空間６１内に充填したセラミック材料２０を大気圧下で８０℃、２４時間の条件で加熱し、硬化させた。これにより、複数のセル形成材３０を内包した状態の硬化体１０を形成した。
【００４８】
次いで、図８に示すように、成形型６内から硬化体１０を取り出し、硬化体１０から保持部材４（２枚のプレート板４３）を外した。そして、硬化体１０を６００℃、１０時間の条件で脱脂した後、１６００℃、５時間の条件で焼成した。これにより、硬化体１０内のセル形成材３０を焼失させた。以上により、ハニカム構造体１（図１、図２参照）を得た。
【００４９】
本実施形態の場合には、必要箇所にセラミック材料２０を充填することができる。よって、ハニカム構造体の製造コストの削減も可能となる。その他の基本的な作用効果は、実施形態１と同様である。
【００５０】
（その他の実施形態）
本発明は、前述の実施形態等に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００５１】
（１）前述の実施形態において、前記充填工程では、減圧下で成形型内にスラリー状のセラミック材料を充填したが、例えば、真空中で成形型内にスラリー状のセラミック材料を充填してもよい。この場合には、気泡の巻き込みを抑制でき、高品質なハニカム構造体を製造することができる。
【００５２】
（２）前述の実施形態において、ハニカム構造体の形状は、四角柱状であったが、例えば、ハニカム構造体の軸方向に垂直な断面が円形状の円柱状、楕円形状の楕円柱状、多角形状の多角柱状等であってもよい。また、ハニカム構造体の軸方向に垂直な断面におけるセルの形状も円形状に限られず、楕円形状、多角形状等であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…ハニカム構造体
１０…硬化体
２０…セラミック材料
３…セル
３０…セル形成材
６…成形型
【図１】
2015229294.tif 000003
【図２】
2015229294.tif 000004
【図３】
2015229294.tif 000005
【図４】
2015229294.tif 000006
【図５】
2015229294.tif 000007
【図６】
2015229294.tif 000008
【図７】
2015229294.tif 000009
【図８】
2015229294.tif 000010