(57)【要約】【課題】貫通孔の断面形状を変形させにくいグリーンハニカム成形体の切断方法、ハニカム構造体の製造方法、切断装置を提供する。【解決手段】貫通孔７０ａを有するグリーンハニカム成形体７０の切断方法である。貫通孔７０ａの軸と垂直な面（ＸＺ面）に沿って、直径が１２０〜５００μｍのワイヤ１２を、ワイヤ１２が伸びる方向に垂直な方向に、グリーンハニカム成形体７０に対して相対的に移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有するグリーンハニカム成形体の切断方法であって、
前記貫通孔の軸と垂直な面に沿って、直径が１２０〜５００μｍのワイヤを、前記ワイヤが伸びる方向と垂直な方向に、前記グリーンハニカム成形体に対して相対的に移動させる、グリーンハニカム成形体の切断方法。
【請求項２】
前記ワイヤを、さらに、前記ワイヤの軸方向に移動させる請求項１記載の切断方法。
【請求項３】
前記移動中に前記ワイヤにかかる張力を２０Ｎ以上に維持する請求項１又は２に記載の切断方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のグリーンハニカム成形体の切断方法と、
切断されたグリーンハニカム成形体を焼成する工程と、を備えるハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】
直径が１２０〜５００μｍのワイヤと、
前記ワイヤを張り渡すワイヤ保持部と、
貫通孔を有するグリーンハニカム成形体を保持するワーク保持部と、
前記貫通孔の軸と垂直な面に沿って、前記ワイヤが前記ワイヤが伸びる方向と垂直な方向に移動するように、前記ワーク保持部と前記ワイヤ保持部とを相対的に移動させる垂直移動部と、を備えるグリーンハニカム成形体の切断装置。
【請求項６】
前記張り渡されたワイヤを、前記ワイヤの軸方向に移動させる軸方向移動部を更に備える請求項５記載の切断装置。
【請求項７】
前記張り渡されたワイヤの張力を一定に維持する張力維持部を更に備える請求項５又は６記載の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリーンハニカム成形体の切断方法、ハニカム構造体の製造方法、及び、切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、断面多角形の複数の貫通孔を有するセラミクス製のハニカム孔構造体が知られている。このようなハニカム構造体は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等に用いられる。このようなハニカム構造体は、セラミック原料粉を押出し法等により成形してグリーンハニカム成形体を作成し、このグリーンハニカム成形体を所望の長さに切断後、封口、焼成することにより製造される。
【０００３】
そして、グリーンハニカム成形体の切断方法として、例えば、特許文献１に開示される方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９６５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、切断面近傍において、貫通孔の断面形状が変形する場合があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、貫通孔の断面形状を変形させにくいグリーンハニカム成形体の切断方法、ハニカム構造体の製造方法、切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるグリーンハニカム成形体の切断方法の一態様は、貫通孔を有するグリーンハニカム成形体の切断方法であって、
前記貫通孔の軸と垂直な面に沿って、直径が１２０〜５００μｍのワイヤを、前記ワイヤが伸びる方向と垂直な方向に、前記グリーンハニカム成形体に対して相対的に移動させるものである。
【０００８】
ここで、前記ワイヤを、さらに、前記ワイヤの軸方向に移動させてもよい。
【０００９】
また、前記移動中に前記ワイヤにかかる張力を２０Ｎ以上に維持してもよい。
【００１０】
また、本発明にかかるハニカム構造体の製造方法の一態様は、上述のグリーンハニカム成形体の切断方法と、
切断されたグリーンハニカム成形体を焼成する工程と、を備える。
【００１１】
本発明にかかるグリーンハニカム成形体の切断装置の一態様は、
直径が１２０〜５００μｍのワイヤと、
前記ワイヤを張り渡すワイヤ保持部と、
貫通孔を有するグリーンハニカム成形体を保持するワーク保持部と、
前記貫通孔の軸と垂直な面に沿って、前記ワイヤが前記ワイヤが伸びる方向と垂直な方向に移動するように、前記ワーク保持部と前記ワイヤ保持部とを相対的に移動させる垂直移動部と、を備える。
【００１２】
ここで、前記張り渡されたワイヤを、前記ワイヤの軸方向に移動させる軸方向移動部を更に備えてもよい。
【００１３】
また、前記張り渡されたワイヤの張力を一定に維持する張力維持部を更に備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、貫通孔の断面形状を変形させにくいグリーンハニカム成形体の切断方法、ハニカム構造体の製造方法、切断装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる切断装置の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１の切断装置の、ワイヤ１２が通るＸＺ面近傍の断面図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態にかかる張力維持部を利用するための、切断時の事前の張力変化率測定器である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して、本発明の実施形態に係る切断装置の一例について説明する。図１は、本実施形態の一例に係る切断装置の断面図である。
【００１７】
この切断装置１００は、主として、グリーンハニカム成形体７０を保持するワーク保持部６と、刃先としてのワイヤ１２と、ワイヤ１２を所定の方向（Ｘ方向）に張り渡した状態に保持するワイヤ保持部２０と、ワーク保持部６に対して、ワイヤ保持部２０をワイヤ１２が伸びる方向に対して垂直な方向（Ｚ方向）に移動させる垂直移動部３０と、を備えている。
【００１８】
まず、切断対象となる、グリーンハニカム成形体７０について説明する。
グリーンハニカム成形体７０は、図１、及び、図２に示すように、Ｙ軸方向に伸びる円柱体であり、Ｙ軸方向に伸びる多数の貫通孔７０ａを有する。本実施形態では、図２に示すように、貫通孔７０ａの軸に垂直な断面（ＸＺ断面）形状は正方形である。これらの複数の貫通孔７０ａは、グリーンハニカム成形体７０において、貫通孔７０ａの軸方向（Ｙ方向）から見て、正方形配置、すなわち、貫通孔７０ａの中心軸が、正方形の頂点にそれぞれ位置するようにかつ隣接する貫通孔７０ａの辺同士が平行となるように配置されている。貫通孔７０ａの断面の正方形のサイズは、特に限定されないが、例えば、一辺０．８〜２．５ｍｍとすることができる。また、グリーンハニカム成形体７０の外径も特に限定されないが、例えば、１００〜３２０ｍｍとすることできる。貫通孔７０ａ間の間隔である隔壁の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍとすることができる。
【００１９】
グリーンハニカム成形体７０の材料は特に限定されないが、後で焼成することによりセラミクスとなるグリーン（セラミクス原料）とすることができる。セラミクスとしては、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、ガラス、チタン酸アルミニウム等の酸化物、シリコンカーバイド、窒化珪素、金属等が挙げられる。なお、チタン酸アルミニウムは、さらに、マグネシウム及び／又はケイ素を含むことができる。
【００２０】
具体的には、グリーンハニカム成形体７０は、セラミクス原料である無機化合物源粉末、及び、メチルセルロース等の有機バインダ、及び、必要に応じて添加される添加剤を含むことができる。
【００２１】
例えば、チタン酸アルミニウムのグリーン成形体の場合、無機化合物源粉末は、αアルミナ粉等のアルミニウム源粉末、及び、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタニウム源粉末を含み、必要に応じて、さらに、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末及び／又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を含むことができる。
【００２２】
有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩を例示できる。有機バインダの量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、２０重量部以下であることが好ましく、より好ましくは１５重量部以下、さらに好ましくは６重量部である。また、有機バインダの下限量は、０．１重量部であることが好ましく、より好ましくは３重量部である。
【００２３】
添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤、可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。
【００２４】
造孔剤としては、グラファイト等の炭素材；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類；でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料；氷；およびドライアイス等などが挙げられる。造孔剤の添加量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、０〜４０重量部であることが好ましく、より好ましくは０〜２５重量部である。
【００２５】
潤滑剤としては、グリセリンなどのアルコール類；カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラキジン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸；ステアリン酸Ａｌなどのステアリン酸金属塩などが挙げられる。潤滑剤の添加量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、０〜１０重量部であることが好ましく、より好ましくは１〜５重量部である。
【００２６】
可塑剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが挙げられる。市販品としては、例えば、日油株式会社製「ユニルーブ５０ＭＢ−７２」（ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル、２０℃における粘度が１０２０ｍＰａ・ｓ）、日油株式会社製「ユニルーブ５０ＭＢ−１６８」（ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル、２０℃における粘度が２８８０ｍＰａ・ｓ）が挙げられる。
可塑剤の量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、０．１〜２０重量部であることが好ましく、０．１〜１０重量部であることがより好ましく、さらに好ましくは０．１〜６重量部である。
【００２７】
分散剤としては、たとえば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸；シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸；メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類；ポリカルボン酸アンモニウムなどの界面活性剤などが挙げられる。分散剤の添加量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、０〜２０重量部であることが好ましく、より好ましくは２〜８重量部である。
【００２８】
溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類；プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類；および水などを用いることができる。なかでも、水が好ましく、不純物が少ない点で、より好ましくはイオン交換水が用いられる。溶媒の使用量は、無機化合物源粉末の１００重量部に対して、１０重量部〜１００重量部であることが好ましく、より好ましくは２０重量部〜８０重量部である。
【００２９】
このようなグリーンハニカム成形体７０は例えば以下のようにして製造することができる。まず、無機化合物源粉末と、有機バインダと、溶媒と、必要に応じて添加される添加物を用意する。そして、これらを混練機等により混合して原料混合物を得、得られた原料混合物を隔壁の形状に対応する出口開口を有する押出機から押し出せばよい。
【００３０】
図１にもどって、ワーク保持部６は、上面にグリーンハニカム成形体７０に対応する断面半円形のくぼみを有し、グリーンハニカム成形体７０を保持する。また、ワーク保持部６は、ワイヤ１２が上下に移動するＸＺ面に対応する部分に切り込み６ａを有しており、グリーンハニカム成形体７０を切断可能となっている。
【００３１】
図２に示すように、ワーク保持部６は、グリーンハニカム成形体７０を以下のような回転位置で保持している。すなわち、ワーク保持部６上のグリーンハニカム成形体７０は、図２に示すように、貫通孔７０ａの軸（Ｙ軸）に垂直な断面（ＸＺ断面）において、各貫通孔７０ａのすべての辺７０ｂとワイヤ１２とが非平行となるように配置されている。ここで「非平行」とは、貫通孔７０ａの軸方向から見て、辺７０ｂの延長線とワイヤ１２が延びる方向とが互いに交差する位置関係にあることをいう。
【００３２】
具体的には、貫通孔７０ａの互いに平行な一対の辺７０ｂ１とワイヤ１２とのなす角度（非鈍角）をθ１とし、貫通孔７０ａの互いに平行な他の一対の辺７０ｂ２とワイヤ１２とのなす角度（非鈍角）をθ２とした場合、θ１及びθ２は、いずれも０度を超える。好ましくは、貫通孔７０ａの断面形状が正方形の場合、θ１及びθ２は、それぞれ、３０〜６０度であることが好ましく、４０〜５０度であることがより好ましい。
【００３３】
図１に戻って、ワイヤ保持部２０は、逆Ｕ字状とされた枠板２１を有する。枠板２１は、水平方向に離間されてそれぞれ下方に延びる２つの先端部２１ａ、２１ｂを有する。先端部２１ａには送り側サーボモータ１７ａが設けられ、先端部２１ｂには、受け側サーボモータ１７ｂが設けられている。
【００３４】
送り側サーボモータ１７ａの回転軸には送り側ボビン１８ａが設けられ、受け側サーボモータ１７ｂの回転軸には、張力センサ１９を介して受け側ボビン１８ｂが設けられている。そして、送り側ボビン１８ａから受け側ボビン１８ｂまでに亘って、ワイヤ１２が張り渡されている。ワイヤ１２の材料は特に限定されないが、たとえば、スチールワイヤ等が挙げられる。ワイヤ１２の径は、１２０〜５００μｍである。
【００３５】
送り側サーボモータ１７ａ、受け側サーボモータ１７ｂ、及び、張力センサ１９は、張力コントローラ２４に接続されている。張力コントローラ２４は、張力センサ１９から取得した張力に基づいて、ワイヤ１２の張力が所定の範囲内となるように、送り側ボビン１８ａや受け側ボビン１８ｂの回転を制御しつつ、ワイヤ１２が所定の速度で送り側ボビン１８ａから受け側ボビン１８ｂに向かってＸ方向に移動するように２つのモータを制御する。張力は特に限定されないが、たとえば、２０Ｎ以上とすることが好ましく、４０Ｎ以上とすることが好ましい。また、張力の上限はないが、１００Ｎ以下とすることが好ましく、６０Ｎ以下とすることがより好ましい。また、ワイヤ１２のＸ方向の移動速度も特に限定されないが、２０〜２００ｍｍ／ｓとすることができる。
【００３６】
本実施形態では、送り側ボビン１８ａ、受け側ボビン１８ｂ、送り側サーボモータ１７ａ及び受け側サーボモータ１７ｂが、ワイヤ１２をワイヤの軸方向（Ｘ方向：矢印Ａ）に移動させる軸方向移動部４０を構成している。本実施形態では、枠板２１、及び、送り側サーボモータ１７ａ、受け側サーボモータ１７ｂ、送り側ボビン１８ａ、受け側ボビン１８ｂが、ワイヤ１２を保持するワイヤ保持部（刃先保持部）２０を構成している。また、本実施形態では、張力センサ１９、及び、張力コントローラ２４が、ワイヤ１２の張力を一定に維持する張力維持部５０を構成している。
【００３７】
垂直移動部３０は、枠板２１に設けられた支持部２１ｃを鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させることにより、ワイヤ１２を、ワイヤの伸びるＡ方向（Ｘ方向）に対して垂直なＢ方向（−Ｚ方向）に移動させる。すなわち、ワイヤ１２を、ワイヤ１２に対して垂直な方向に、グリーンハニカム成形体７０に対して相対的に移動させる。垂直移動部３０の構成は特に限定されず、たとえば、ラックピニオン機構等を使用できる。切断時の支持部２１ｃ、すなわち、ワイヤ１２の−Ｚ軸方向の移動速度は特に限定されないが、たとえば、２０〜２００ｍｍ／ｓとすることができる。
【００３８】
続いて、本実施形態の切断装置１００を用いたグリーンハニカム成形体の切断方法を説明する。まず、ワーク保持部６に、グリーンハニカム成形体７０を保持する。ここでは、上述のように（図２参照）、グリーンハニカム成形体７０の貫通孔７０ａの軸と垂直な面（ＸＺ面）内において、各貫通孔７０ａの各辺７０ｂが、ワイヤ１２の延在方向であるＸ軸に対して非平行となる方向にグリーンハニカム成形体７０を配置する。ここで、貫通孔７０ａの軸と垂直な面とは、貫通孔７０ａの貫通方向に垂直な面をいう。その後、張力コントローラ２４により、ワイヤ１２の張力が所定の範囲となるように、送り側サーボモータ１７ａと、受け側サーボモータ１７ｂとを駆動し、ワイヤ１２をＡ方向（Ｘ方向）に移動させる。
【００３９】
その状態で、垂直移動部３０により、枠板２１をＢ方向（−Ｚ方向）に移動させ、Ａ方向に移動するワイヤ１２が、グリーンハニカム成形体７０を通過するようにする。これにより、グリーンハニカム成形体７０が、貫通孔７０ａに垂直なＸＺ面に沿って切断される。
【００４０】
このような切断装置及び方法によれば、たとえば、切断前の長いグリーンハニカム成形体７０から、例えば、４０〜３５０ｍｍのＹ軸長さのグリーンハニカム成形体を得ることができる。
【００４１】
そして、このようにして所望の長さに切断されたグリーンハニカム成形体の貫通孔の端部を必要に応じて封口したのち、焼成することにより、セラミクス製のハニカム構造体を得ることができる。このようなハニカム構造体は、ディーゼルパティキュレートフィルターとして使用することができる。
【００４２】
そして、本実施形態によれば、ワイヤ１２の直径が１２０〜５００μｍであるので、このワイヤ１２をワイヤ１２に対して垂直な方向に移動させて切断する際に、切断面近傍での貫通孔７０ａの断面形状の変形を抑制できる。ワイヤ１２の直径が１２０μｍ未満であるとワイヤが破断しやすくなる傾向があり、５００μｍを超えると貫通孔７０ａが変形する傾向がある。ワイヤ１２の直径は、１５０〜２５０μｍであることが好ましい。あらかじめ、グリーンハニカム成形体の表面に切断誘導溝を形成しておく必要は無い。
【００４３】
本実施形態は、上記実施形態に限定されず、さまざまな変形態様が可能である。たとえば、ワイヤ保持部２０、垂直移動部３０、ワーク保持部６、軸方向移動部４０、張力維持部５０の構成は上記実施形態に限定されず、種々の形態をとることができる。
【００４４】
また、上記実施形態では、ワイヤ１２をＢ方向に移動させる際に、軸方向移動部４０を駆動させることにより、ワイヤ１２をＢ方向と垂直なＡ方向（ワイヤ１２の軸方向）にも移動させているが、ワイヤ１２をＡ方向に移動させることなくＢ方向に移動させても実施は可能である。なお、軸方向移動部４０により、ワイヤ１２をその軸方向に移動させながら切断を行うと、より平滑な断面形状を得られるという効果がある。
【００４５】
また、上記実施形態では、張力維持部５０により、切断時にワイヤ１２の張力が一定となるように維持しているが、特に、張力をコントロールしなくても実施は可能である。なお、切断時に張力を２０Ｎ以上となるように制御すると、平滑で平面度の安定した（断面うねりの少ない）切断面を得られるという効果がある。
【００４６】
また、上記実施形態では、張力維持部５０は張力センサ１９により得られた張力に基づくフィードバック制御により切断時のワイヤ１２の張力をコントロールしているが、フィードフォワード制御によりコントロールしてもよい。例えば、フィードフォワード制御による張力維持部５０の構成の例を以下に説明する。まず、あらかじめ、図３のように、所定の張力の初期値でワイヤ１２が張り渡され、かつ、張力を制御する代わりに切断時の張力の変化を測定可能な張力変化挙動測定装置２００を用意する。この張力変化挙動測定装置２００は、台座２１０と、この台座２１０に設けられた、下方に突き出る２つの滑車２１２を有する。そして、張力センサであるロードセル２１４を間に介して、２つの滑車２１２に対してワイヤ１２が張り渡されている。ワイヤ１２の張力の初期値は、実際の切断時に維持すべき張力とされている。また、この装置２００は、ワイヤ１２の切断深さＤを測定可能なスケール２１８と、台座２１０を上下に移動可能な移動装置２１６を備える。これにより、グリーンハニカム成形体７０を切断する際に、切断深さＤと、各切断深さＤでの張力の変化率を求めることができる。その後、得られた切断深さＤと張力の変化率との関係に基づいて、各切断深さＤにおいて、ワイヤの張力の変化率をゼロとするために必要な、送り側サーボモータ１７ａ及び受け側サーボモータ１７ｂの回転の制御量を求めておく。そして、図１の装置において、切断深さＤをセンサ等により求め、送り側サーボモータ１７ａ及び受け側サーボモータ１７ｂの制御量を、切断深さＤに基づいてコントロールすることにより、張力センサ１９がなくても張力を一定に制御できる。
【００４７】
また、上記実施形態では、垂直移動部３０は、貫通孔７０ａの軸と垂直な面に沿って、ワイヤ（刃先）をグリーンハニカム成形体７０に対して相対的に移動させるにあたり、ワーク保持部６及びグリーンハニカム成形体７０を固定し、ワイヤ保持部（刃先保持部）２０及びワイヤ１２を移動させているが、これに限られず、Ｚ方向への動きを固定されたワイヤ１２及びワイヤ保持部２０に対して、ワーク保持部６及びグリーンハニカム成形体７０）を移動させてもよく、ワイヤ１２及びワイヤ保持部２０と、ワーク保持部６及びグリーンハニカム成形体７０との両方を移動させてもよく、これらが相対的に移動すればよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、貫通孔７０ａを複数備えるが、貫通孔７０ａが一つであっても同様の効果を奏しうる。
【００４９】
また、グリーンハニカム成形体の貫通孔７０ａの配置も特に限定されず、正方形配置に替えて、たとえば、千鳥配置でもよい。
【００５０】
また、貫通孔７０ａの断面形状も、正方形には限定されず、矩形、六角形、三角形等の多角形（正六角形や、正三角形等の正多角形を含む）や、円形、楕円形等どのような形態でもかまわない。
【００５１】
また、グリーンハニカム成形体７０の外形形状も、円柱体に限定されず、正方形や矩形等の角柱等でもかまわない。
【００５２】
また、上記実施形態では、グリーンハニカム成形体７０を水平方向に配置し、切断面を鉛直面としているが、これらをどのように配置してもよいことはいうまでもない。
【００５３】
また、上記実施形態では、切断時に、ワイヤ１２を、貫通孔７０ａの各辺に対して非平行となる方向に配置しているが、いずれかの辺と平行に配置しても実施は可能である。
【符号の説明】
【００５４】
６…ワーク保持部、１２…ワイヤ（刃先）、２０…刃先保持部（ワイヤ保持部）、３０…垂直移動部、４０…軸方向移動部、５０…張力維持部、７０…グリーンハニカム成形体、７０ａ…貫通孔、７０ｂ…貫通孔の辺、１００…切断装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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