(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機質繊維ペーパーを波形に成形した波形ペーパーの凸部同士を接着して順次積層するハニカムエレメントの製造方法において、上側波形ペーパーを予め積層位置に位置させた下側波形ペーパー上に移送して、位置決めロールからなる位置決め手段により、上側波形ペーパーと下側波形ペーパーの凸部が揃うように位置決めした後、位置決めロールを開放し、上側波形ペーパーと下側波形ペーパーの凸部を接着し、上記動作を反復することにより、ハニカムエレメントを順次積層することを特徴とするハニカムエレメントの製造方法。
【請求項２】
位置決め手段が、波形ペーパーの凸部に対応したリブが複数条設けられている位置決めロールを有することを特徴とする請求項１記載のハニカムエレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機質繊維を主体とする無機ペーパーを材料として使用した脱硝触媒、脱臭触媒、酸化触媒、熱交換器、除湿機のローター等に利用されるハニカムエレメントの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のハニカムエレメントとしては、特公平３−３６５７４号公報に開示されているような、波形成形シートと平板とを交互に積層したものが代表例として知られている。ところが、該公報に開示された技術では、波板と平板とにより形成される正三角形の開口は、三角形の頂角部分においてガスが通過し難くなり、デッドスペースが大きくて触媒の分解効率が低いことや、波形と平板の接着部が触媒の分解効率に寄与しないデッドスペースとなる等の問題があった。
【０００３】
そこで、本発明者等は、開口部の形状を六角形にすることにより、通気抵抗が低く、触媒の分解効率も高く、目詰まりの少ない長寿命のハニカムエレメントを開発し、特開平８−３９７０６号公報により提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この特開平８−３９７０６号公報の発明は、ハニカムエレメントとして期待する効果は充分に達成されたが、その製造の過程に若干の問題が存在した。すなわち、図７に示すように、波形ペーパー１０，１０の凸部同士を接着して積層する際に、上下の波形ペーパー１０，１０がわずかでも左右方向にずれると開口部の形状が六角形とならないため設計通りの開口形状が得られず、初期の目的を達成できないことになる。また、図８に示すように、波形ペーパー１０，１０の左右方向のずれがさらに大きくなると上方の波形ペーパー１０が下方の波形ペーパー１０にはまり込み、ハニカム構造を形成できなくなる。従って、上下波形ペーパー１０，１０の凸部同士を正確に、左右にずれないよう積層しなくてはならない。このような場合、位置の基準点を決め、それを基に正確に位置取りをして積層していくのが通常の方法である。例えば、図９に示すように、波形ペーパー１０の左右端の一方を、耳部１１の長さが同じになるように裁断し、耳部１１が基準壁１２に正確に沿うように積層していく方法や、あるいは、図１０に示すように、波形ペーパー１０を吸引治具１３で吸い上げる等して、基準位置からの移動距離をサーボモーター等で機械的に精密制御し、波形の半ピッチ分を交互にずらしながら積層していく方法等がある。しかしながら、これらの方法で積層した場合、図８のように上下波形ペーパー１０，１０がはまり込むことはないが、図７のような左右方向のずれが生じる。前者の方法ではハニカムエレメントの開口面の左側ではほとんどずれはないが、右側ではずれ部分が多く、ずれシロの大きいものも発生する。また、後者の方法では、ハニカムエレメントの開口面の全面にわたり、ずれてない部分とずれている部分とが混在する。
【０００５】
その理由は、ハニカムエレメントを構成する材料が、セラミック繊維を主体とした無機質繊維ペーパーであることから、成形時の寸法精度に限界があるためと考えられる。すなわち、同じ形状に成形しても、波形ペーパーごとに僅かに寸法が異なること、および製造作業中のハンドリング時に若干変形する場合があること等のため、積層する際に位置の基準点を設け、それを基準として順次積層していく方法では、概ねの位置は合うが、波形ペーパー毎の位置補正を行わないので全ての接着部の位置を合わすことができないためである。
画像検出等の測定機器を用いて、波形ペーパー毎に機械的に精密な位置制御を行って積層する等の方法も考えられるが、機械設備が複雑かつ高コストなものとなり現実的ではない。
ハニカムエレメントを構成する材料が、金属質あるいは樹脂フィルムのようなものであれば、上底部と下底部を予め接着しておき、上下方向に広げることで、六角形状の開口を有するハニカムエレメントを形成することが可能であるが、セラミック繊維を主体とした無機質繊維ペーパーでは、このような方法を採用できない。
【０００６】
そこで、左右方向にわたり上底部と下底部がずれることなく接着でき、開口部の形状が正確に六角形となるハニカムエレメントを確実かつ容易に製造する方法が望まれている。
本発明は、ハニカムエレメントの製造に際し、位置決め手段を用いて、上下の波板ペーパーの凸部を揃えて接着することにより上記の問題の解決を図ったものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のハニカムエレメントの製造方法は、無機質繊維ペーパーを波形に成形した波形ペーパーの凸部同士を接着して順次積層するハニカムエレメントの製造方法において、上側波形ペーパーを予め積層位置に位置させた下側波形ペーパー上に移送して、位置決めロールからなる位置決め手段により、上側波形ペーパーと下側波形ペーパーの凸部が揃うように位置決めした後、位置決めロールを開放し、上側波形ペーパーと下側波形ペーパーの凸部を接着し、上記動作を反復することにより、ハニカムエレメントを順次積層することを特徴とするものである。
また、請求項２記載のハニカムエレメントの製造方法は、前記位置決め手段が、波形ペーパーの凸部に対応したリブが複数条設けられている位置決めロールを有することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明のハニカムエレメントの製造方法について説明する。
先ず、図１（ａ），（ｂ）に示すように、下側波形ペーパー１の両端に、ペーパーの波形に対応した形状を有する前位置決めロール２および後位置決めロール３をペーパーの波形に沿うように乗せる。なお、前後位置決めロール２，３は波形ペーパー１の端から位置決めロール径の外周長さ以上内側にあることが望ましい。
【０００９】
次に、図２（ａ），（ｂ）に示すように、上側波形ペーパー４を前後位置決めロール２，３に沿うように乗せる。このとき下側波形ペーパー１の上底部、または上側波形ペーパー４の下底部、あるいはその両方に接着剤を付着させておく。
【００１０】
次に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、前後位置決めロール２，３をそれぞれ抜く。このとき前後位置決めロール２，３は下側波形ペーパー１の凹部の溝に沿わなければならないので、位置決めロール２，３の左右端部の支持は、位置決めロール２，３が左右に自由にずれることができるように、また、波形ペーパーに沿って自由に転がり回転できるようにする。これにより位置決めロール２，３は下側波形ペーパー１に乗り、乗せた時点で位置決めロール２，３の凸部と下側波形ペーパー１の凹部の位置が完全に合っていない場合でも、位置決めロール２，３が抜かれる際、波形ペーパー１に沿って転がり回転しながら、かつ左右方向に自由に動いて移動することにより、ずれが修正される。一方、上側波形ペーパー４は位置決めロール２，３に乗り、乗せた時点で位置決めロール２，３の凸部と上側波形ペーパー４の凹部の位置が完全に合っていない場合でも、位置決めロール２，３が抜かれる際、同じく回転しながら移動することによりずれが修正される。これにより上側波形ペーパー４と下側波形ペーパー１とは、その凸部同士が位置決めロール２，３を介して位置のずれがなくなり、位置決めロール２，３を抜くことにより完全に接着して、一層目のハニカムエレメントが形成される。
【００１１】
さらに、図４（ａ），（ｂ）に示すように、図３（ａ），（ｂ）で示す上側波形ペーパー４を下側波形ペーパー１として前後位置決めロール２，３を乗せ、前記動作を所定回数繰り返すことにより所定段数積層されたハニカムエレメントが構成される。
【００１２】
以上の動作の中で、上側波形ペーパー４の自重だけでは位置決めロール２，３に乗った際の追従性が不足する場合には、位置決めロール２，３の上にピンチロール５，６を置き、上側波形ペーパー４を位置決めロール２，３とピンチロール５，６で狭持しながら抜くとよい。図５は下側波形ペーパー１と上側波形ペーパー４とを位置決めロール２，３で位置決めし、さらに位置決めを確実とするため上側波形ペーパー４の上にピンチロール５，６を乗せた状態を示すものである。
【００１３】
位置決めロール２，３が抜かれる際には、上側波形ペーパー４は位置決めロール２，３の外径分から上下波形ペーパー１，４の高さを減じた距離だけ落下して下側波形ペーパー１上に落ちることになる。従って、位置決めロール２，３は、上下波形ペーパー１，４が確実に接触せず（接着剤が付着している場合も）、また、位置決めロール２，３自身の強度、特に曲げ強度が保てる範囲で外径は小さい方が好ましい。
【００１４】
また、前後位置決めロール２，３の引き抜きは、一方ずつ行っても、同時に行ってもよい。また、位置決めロール２，３の引き抜き時に下側波形ペーパー１と上側波形ペーパー４が前後方向にずれる場合は、前後位置決めロール２，３の引き抜き前に、上側波形ペーパー４の波形状が変形しない程度に押さえればよい。
【００１５】
本発明においては、最終的に前後位置決めロール２，３を移動させ開放することにより下側および上側の波形ペーパー１，４の凸部同士の位置を正確に合わせて積層するものであり、既述したように、下側波形ペーパー１に位置決めロール２，３を乗せ、さらに位置決めロール２，３に上側波形ペーパー４を乗せた時点では、下側波形ペーパー１の凹部と位置決めロール２，３の凸部、または位置決めロール２，３の凸部と上側波形ペーパー４の凹部が多少ずれていてもよい。ただし、この左右方向のずれ幅は、以下の許容範囲内になるようにしなければならない。
【００１６】
図６に示すように、例えば、位置決めロール２，３の凸部と上側波形ペーパー４の凹部がずれている場合、この時のずれ幅は位置決めロール２，３の凸部の垂直二等分線と上側波形ペーパー４の凹部の垂直二等分線との距離ａとなる。一方、上側波形ペーパー４の斜辺をＸ1、上底部長をＹ1、Ｘ1、Ｙ1のなす角をθ1、位置決めロール２，３の凸部の上程部長をＹ2としたとき、
ｂ＝Ｙ2／２
ｃ＝Ｙ1／２＋Ｘ1・ｃｏｓ（π−θ1）
とすると、
ａ＋ｂ＜ｃ
なる関係にすることが好ましい。すなわち、ずれ幅は
（ずれ幅）＝ａ＜ｃ−ｂ＝Ｙ1／２＋Ｘ1・ｃｏｓ（π−θ1）−Ｙ2／２
となるような範囲、つまりｃ−ｂ未満となるようにすることが好ましい。
この範囲であれば下側波形ペーパーに追随する位置決めロールを抜く際に、位置決めロール上の波形ペーパーは位置決めロールが回転することによりずれが修正され、下側波形ペーパーと、積層される上側波形ペーパーとは、その上底部、下底部の位置がずれることなく積層されハニカムエレメントを形成することができる。
【００１７】
また、本発明においては、位置決めロールは、波形ペーパーの波形に対応した形状に限定されるものではなく、位置決めロールの凸部のピッチが波形ペーパーの波ピッチに対応し、位置決めロールの凸部の上底部長Ｙ2 が波形ペーパーの上底部の下側の長さＹ1'に対応し、凸部の高さが波形ペーパーの高さより大きく、かつ位置決めロールの斜辺と上底部のなす角θ2 が、波形ペーパーの斜辺と上底部のなす角θ1 に対し、θ2 ≦θ1 となる形状であればよい。但し、位置決めロールの凸部が折れる等の不具合が発生しないよう凸部の強度を考慮すれば、θ2 は９０°≦θ2 ≦θ1 となる形状が望ましい。
【００１８】
波形ペーパーの積層後、下側波形ペーパーとその上に積層される上側波形ペーパーを接着させるためには、上側波形ペーパーの上底部、またはその上に積層する波形ペーパーの下底部、またはその両方に接着剤を塗布する必要がある。この場合、位置決めロールに接着剤が付着しないようにするには、位置決めロールの形状は、凸部の高さが波形ペーパーの高さに接着剤の塗布厚さを加えた高さより大きくする必要があり、必然的に位置決めロールの斜辺と上底部のなす角θ2 はθ1 より小さくなる。その理由は位置決めロールの凸部のピッチは波形ペーパーのピッチに対応させなければならないからである。θ2 はθ1 より小さい程接着剤は付着しにくくなるが、上記のように位置決めロール凸部の強度を考慮すればθ2 は９０°以上が望ましい。
【００１９】
また、位置決めロールの凸部の数は、必ずしも波形ペーパーの波数と同数でなくてもよく、下側波形ペーパーに沿わせて載せた位置決めロールが引き抜かれる際、下側波形ペーパーに追従すること、位置決めロール上に載せられた波形ペーパーが、位置決めロールが引き抜かれる際、位置決めロール凸部に追従すること、位置決めロールに載せられた波形ペーパーが位置決めロールの凸部間で垂れ下がらないことを満足できれば、位置決めロールの凸部の数を任意に減らすことができる。
【００２０】
位置決めロールを下側波形ロールに乗せる機構としては、下側波形ペーパーをテーブルリフタ等に乗せ、位置決めロールをリニアガイド等により水平方向に移動させる等の機構とし、位置決めロール下部と下側波形ペーパー凹部の高さが合うように、テーブルリフタの高さを調整できる機構にすればよい。
また、上側波形ペーパーを位置決めロールに乗せる機構としては、エア吸引板を用いて、波形ペーパーを吸い上げて前後の位置決めロール上に移動させ、該ロール上に降ろす方法や、波形ペーパーを該ペーパーと同じピッチの櫛状治具に乗せて、前後の位置決めロール上に導き、櫛状治具を抜いて波形ペーパーを前後の位置決めロール上にセットする方法や、また、櫛状治具の代わりに位置決めロールと同様に波形ペーパーと同ピッチに加工した波形ロールを連ねて位置決めロール上に導く方法等も採用できる。いずれの場合も、波形ペーパーが位置決めロールに乗った時点では、正確にずれがなくなる必要はなく、既述したずれの範囲に収まるよう調整すればよい。
【００２１】
波形ペーパーの表裏を同じくして積層していく場合には、テーブルリフタ、または位置決めロールおよびそれに付随する治具、装置のいずれかが一段積層するごとに波ピッチの半ピッチ分交互にずれる必要があるが、波形ペーパーの表裏を、一段積層するごとに逆にする場合には半ピッチずらす必要はない。
【００２２】
以上、説明したように本発明の製造方法は下側波形ペーパーを基準とし、位置決めロールを介し上側波形ペーパーの位置を決めていくものである。この操作を繰り返し順次積層していくので、波形ペーパーを積層する毎に左右方向のずれを修正でき、かつ波形ペーパーの寸法ばらつきも左右方向に均一に分散させることができる。波形ペーパーを積層して六角形の開口形状を形成する方法においては、２枚以上の波形ペーパーの凸部同士を合わせて始めて開口部が形成されるが、この操作を全て下側波形ペーパーを基準とし位置を合わせていくため、全ての開口部を設計通りの六角形とすることができる。
【００２３】
本発明において使用される無機質繊維を主体とする無機ペーパーは、一般には、無機質繊維を主配合とし、これに無機粉体、有機繊維、有機バインダー等を任意に配合した抄造原料を、円網式、長網式等の通常の抄造方法で、厚さ０．１５〜１．０mm、密度０．１〜０．８ｇ／ｃｍ3 程度に抄造することにより得たものが用いられる。無機ペーパーの厚さ、密度、繊維配合等の仕様は、ハニカムエレメントの有効面積、ガスの通気性、強度、目的とする担持物質の必要担持量、処理ガスにダストが含まれる場合にはダスト閉塞性、耐磨耗性等を考慮して選定される。
【００２４】
前記無機質繊維としては、アルミナ繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、ガラス繊維、ロックウール等が用いられる。
【００２５】
また、前記無機粉体は、触媒担体、充填剤、焼結剤等として配合するもので、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セピオライト、カオリン、ゼオライト等が用いられる。粒子径は水中分散性を考慮し、１００μｍ以下が好ましい。
【００２６】
また、前記有機繊維は、シート強度の向上とコルゲート加工性の向上のために配合するもので、例えば、ＮＢＫＰ、リンターパルプ、レーヨン繊維等のセルロース系繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等の合成繊維等が用いられる。
【００２７】
さらに、前記有機バインダーは、有機繊維と同様な目的および繊維の分散性向上のために配合するもので、例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ＣＭＣ、コーンスターチ等が用いられ、水溶液、エマルジョン、粉末、繊維等の任意の形態で用いることが可能である。
【００２８】
以上のようにして得られた無機質繊維を主体とする無機ペーパーを、従来のダンボール等のコルゲート加工に用いられるギア噛み合わせ方式、あるいは特開平４−３４３７９０号公報に記載のような成形ベルトと、押付車または押付ベルトで挟んで縦断面波形に成形する方法等により、所望の形状の凹凸波板状の無機ペーパー成形体として、本発明製造方法の材料として使用に供する。
【００２９】
また、本発明において、ハニカムエレメントは、通常、有機成分が焼失する温度条件下で焼成される。このため、波形成形後の波形ペーパーの形状保持の他、ハニカムエレメントの焼成後の形状保持、さらには圧縮強度向上のため、硬化剤として無機系硬化剤を使用する必要がある。ここで、使用する無機系硬化剤として、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス等が適しており、これらをコルゲート加工時に含浸処理し、乾燥または加水分解等により硬化処理を行う。さらに強度補強が必要な場合には、ハニカムエレメントに成形後、該無機系硬化剤による硬化処理を同様の手順により行ってもよい。このとき、含浸する無機系硬化剤の付着量は使用する無機ペーパーの配合成分や強度特性および用途、目的とする担持物質の担持量等を考慮し適宜調整する。硬化剤付着量は、強度を重視する場合は多く、担持物質の担持量を重視する場合は、強度特性が許容できる範囲で少なくする必要がある。通常、無機ペーパーの重量に対する無機系硬化剤の固形分は１０〜５００重量％の範囲にすることが好ましい。
【００３０】
また、波形ペーパー同士の積層接着には、有機系接着剤は焼成時に焼失するため、無機系接着剤を使用する必要がある。例えば、アルミナゾル、シリカゾル等の無機バインダー、水または無機バインダーにシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の無機粉体を添加したもの等が好ましい。さらに、接着剤の粘度調整および加工時の初期接着強度の向上のために、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＣＭＣ、コーンスターチ等の有機バインダーを添加してもよい。このとき、有機バインダーの固形分は接着剤の固形分に対して２０重量％以下とすることが好ましい。その理由は、２０重量％を越える場合、焼成後の接着強度の低下が著しくなるためである。
【００３１】
本発明により得られたハニカムエレメントは、担持物質として、用途に見合った材料を選択すればよいが、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ、シリカゲル、ゼオライト、塩化リチウム、カーボン等の無機物質や、酸化マンガン、酸化銅等の金属酸化物等の粉末またはスラリーが用いられる。また、アルミナ、チタニア、シリカ等ゾル化できるものはゾルを用いてもよい。また、担持物質の担持方法としては、ハニカムエレメントに成形後、これらの担持物質を含有するスラリーまたはゾルに含浸処理して担持させてもよいし、無機ペーパーを波形成形する際に含浸、またはコート等により担持させてもよい。波形成形する際に処理する場合には、通常、硬化剤を併用するが、担持物質自身が硬化剤としての効果を必要十分に発揮する場合には、担持物質だけで成形してもよい。
また、強度補強がさらに必要な場合には、ハニカムエレメントに担持物質を担持させた後に、再度、硬化剤処理を行ってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、上側波形ペーパーおよび下側波側ペーパーの左右方向にわたり上底部と下底部をずれなく接着させることができ、開口部の形状が正確な六角形となるハニカムエレメントを製造することができる。従って、該ハニカムエレメントを使用する触媒等の通気抵抗が低く、効率が高く、目詰まりの少ない長寿命の製品を得ることができる。また、強度の面においても、六角ハニカムエレメント本来の構造が得られるので、応力が加わったときの力の分散性が向上し、高強度のハニカムエレメントが得られる。
また、六角ハニカムエレメントの製造の自動化を低コストで、簡単な機構で行うことが可能となり、従って省力化を図ることができ、しかも、手作業に比して寸法精度の高い製品が得られる等、その効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明によるハニカムエレメントの製造手順を示す説明図、
（ｂ）は（ａ）の拡大側面図
【図２】（ａ）は本発明によるハニカムエレメントの製造手順を示す説明図、
（ｂ）は（ａ）の拡大側面図
【図３】（ａ）は本発明によるハニカムエレメントの製造手順を示す説明図、
（ｂ）は（ａ）の拡大側面図
【図４】（ａ）は本発明によるハニカムエレメントの製造手順を示す説明図、
（ｂ）は（ａ）の拡大側面図
【図５】ピンチロールの使用状態を示す拡大側面図
【図６】波形ペーパーと位置決めロールのずれ幅についての説明図
【図７】従来のハニカムエレメントの積層状態を示す側面図。
【図８】従来のハニカムエレメントの積層状態を示す側面図。
【図９】従来のハニカムエレメントの積層状態を示す側面図。
【図１０】従来のハニカムエレメントの積層状態を示す側面図
【符号の説明】
１  下側波形ペーパー
２  前位置決めロール
３  後位置決めロール
４  上側波形ペーパー
５  前ピンチロール
６  後ピンチロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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