特許 7082583 セラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-31

(45)【発行日】2022-06-08

(54)【発明の名称】セラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 5/307 20060101AFI20220601BHJP

   B01J 32/00 20060101ALI20220601BHJP

   B01J 35/04 20060101ALI20220601BHJP

   B24B 5/18 20060101ALI20220601BHJP

   B24B 5/22 20060101ALI20220601BHJP

   B24B 5/30 20060101ALI20220601BHJP

【ＦＩ】

B24B5/307

B01J32/00

B01J35/04 301M

B24B5/18 D

B24B5/22

B24B5/30

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019010608

(22)【出願日】2019-01-24

(65)【公開番号】P2020116696

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2020-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】福井 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】田中 靖之

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１７９９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０７８７４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２１５８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９３４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３２０８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０２１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－１９３６５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－０８８３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２７１１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０９４４４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－２２４８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００９３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０３０６２７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ５／３０７

Ｂ２４Ｂ ５／１８

Ｂ２４Ｂ ５／２２

Ｂ２４Ｂ ５／３０

Ｂ０１Ｊ ３２／００

Ｂ０１Ｊ ３５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

調整車、ブレード及び押さえローラーによって回転支持されたセラミックスハニカム構造体の外周面に対し、回転駆動する砥石車を接触させることにより、前記セラミックスハニカム構造体の外周面をインフィード方式でセンタレス研削する、セラミックスハニカム構造体の加工方法であって、
前記調整車の表面粗さＲａが１０～３０μｍである、セラミックスハニカム構造体の加工方法。

【請求項2】

前記押さえローラーが、回転する前記セラミックスハニカム構造体の上昇方向への移動を押さえる位置に設けられている、請求項１に記載のセラミックスハニカム構造体の加工方法。

【請求項3】

前記調整車の回転速度が０．２～３ｍ／秒である、請求項１又は２に記載のセラミックスハニカム構造体の加工方法。

【請求項4】

前記砥石車の回転速度が１０～３２ｍ／秒である、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックスハニカム構造体の加工方法。

【請求項5】

セラミックスハニカム構造体の外周面をインフィード方式でセンタレス研削するセラミックスハニカム構造体の加工装置であって、
前記セラミックスハニカム構造体を回転支持することが可能な調整車、ブレード及び押さえローラーと、
回転駆動し且つセラミックスハニカム構造体の外周面と接触させることが可能な砥石車と
を備え、
前記調整車の表面粗さＲａが１０～３０μｍである、セラミックスハニカム構造体の加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミックスハニカム構造体は、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、燃焼装置用蓄熱体などの広範な用途に用いられており、用途に応じて外周面を様々な形状に加工することが要求される。例えば、自動車排ガス浄化用触媒担体などでは、金属製の缶体などに収容して使用されるため、セラミックスハニカム構造体の外周面を缶体の内部形状に対応した形状（例えば、円筒状）に加工することが要求される。また、用途によっては、外周面の一部に凸部や凹部を形成することが要求されることもある。

【0003】

セラミックスハニカム構造体の従来の加工方法としては、円筒研削が一般的に用いられている（例えば、特許文献１及び２）。円筒研削は、ワーク（セラミックスハニカム構造体）の芯出しを行った後、ワークの両端で支持して回転させ、研削盤で外周面の加工を行うため、円筒度（外周面の真円度）が高いセラミックスハニカム構造体が得られ易い。しかしながら、円筒研削は、削り代が多くなると共に、芯出しなどを行う必要があるため時間がかかる。また、セラミックスハニカム構造体は不均一な形状を有するため、外周面全体の加工が必要になるところ、円筒研削では、外周面全体をまとめて切削することができない。そのため、円筒研削を用いたセラミックスハニカム構造体の加工方法は、作業効率が低く、加工時間が長くなる。

【0004】

セラミックスハニカム構造体のその他の加工方法としては、線状切断具を備えた切断手段を用いる方法（例えば、特許文献３）も提案されている。しかしながら、この方法も、円筒研削と同様の問題を有している。

【0005】

他方、ワークの加工方法として、調整車及びブレードによって回転支持されたワークの外周面に対し、回転駆動する砥石車を接触させるインフィード方式のセンタレス研削が知られている。この方法は、削り代が少ないと共に、芯出しなどが不要であり、長尺のワークの加工に適しているため、外周面全体の加工時間を短縮化することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００１－１９１２４０号公報

【文献】特開２００６－３２０８０６号公報

【文献】特開２００３－２９１０５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、インフィード方式のセンタレス研削を用いてセラミックスハニカム構造体を加工する場合、セラミックスハニカム構造体を回転支持することが難しいという問題がある。具体的には、調整車及びブレードによる回転支持の際に、セラミックスハニカム構造体が上昇方向に移動したり、セラミックスハニカム構造体が回転しなかったりするため、セラミックスハニカム構造体についてはインフィード方式のセンタレス研削を適用することが困難であった。

【0008】

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、セラミックスハニカム構造体をインフィード方式でセンタレス研削することが可能なセラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工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】

【0009】

本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、調整車、ブレード及び押さえローラーの三点でセラミックスハニカム構造体を支持することにより、セラミックスハニカム構造体の回転支持を安定して行い得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0010】

すなわち、本発明は、調整車、ブレード及び押さえローラーによって回転支持されたセラミックスハニカム構造体の外周面に対し、回転駆動する砥石車を接触させることにより、前記セラミックスハニカム構造体の外周面をインフィード方式でセンタレス研削する、セラミックスハニカム構造体の加工方法であって、
前記調整車の表面粗さＲａが１０～３０μｍである、セラミックスハニカム構造体の加工方法である。

【0011】

また、本発明は、セラミックスハニカム構造体の外周面をインフィード方式でセンタレス研削するセラミックスハニカム構造体の加工装置であって、
前記セラミックスハニカム構造体を回転支持することが可能な調整車、ブレード及び押さえローラーと、
回転駆動し且つセラミックスハニカム構造体の外周面と接触させることが可能な砥石車と
を備え、
前記調整車の表面粗さＲａが１０～３０μｍである、セラミックスハニカム構造体の加工装置である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、セラミックスハニカム構造体をインフィード方式でセンタレス研削することが可能なセラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るセラミックスハニカム構造体の加工方法を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態に係るセラミックスハニカム構造体の加工方法を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るセラミックスハニカム構造体の加工方法は、調整車１０、ブレード２０及び押さえローラー３０によって回転支持されたセラミックスハニカム構造体１００の外周面に対し、回転駆動する砥石車４０を接触させることにより、セラミックスハニカム構造体１００の外周面をインフィード方式でセンタレス研削する。

【0016】

ここで、本明細書において「セラミックスハニカム構造体１００」とは、一方の端面から他方の端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁を備えたハニカム形状のセラミック構造体を意味する。
セラミックスハニカム構造体１００としては、特に限定されないが、例えば、セラミックス原料にバインダー、界面活性剤及び水などを配合し、混合及び混錬して得られた坏土を押出成形することによってセラミックスハニカム成形体を作製し、このセラミックスハニカム成形体をマイクロ波や熱風などで乾燥した後に焼成することによって得ることができる。
セラミックス原料としては、特に限定されないが、炭化珪素、窒化珪素、金属珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニアなどが挙げられる。

【0017】

セラミックスハニカム構造体１００の形状としては、調整車１０、ブレード２０及び押さえローラー３０によって回転支持することが可能な形状であれば特に限定されず、一般的に円筒状である。
セラミックスハニカム構造体１００の直径φ（セルが延びる方向に垂直な断面の直径）は、使用する加工装置の大きさに応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、好ましくは９０～１８５ｍｍ、より好ましくは１１０～１７０ｍｍである。

【0018】

上記のセラミックスハニカム構造体１００の加工方法は、セラミックスハニカム構造体１００を回転支持することが可能な調整車１０、ブレード２０及び押さえローラー３０と、回転駆動し且つセラミックスハニカム構造体１００の外周面と接触させることが可能な砥石車４０とを備える、セラミックスハニカム構造体の加工装置を用いて実施することができる。

【0019】

調整車１０は、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を回転支持する機能を有し、その回転支持面１１（外周面）が、セラミックスハニカム構造体１００の外周面の仕上げ形状に対応したプロファイルを備える。調整車１０の具体的な形状については、回転支持面１１を備えていれば特に限定されない。

【0020】

調整車１０は、表面粗さＲａが１０～３０μｍであることが好ましく、１５～２５μｍであることがさらに好ましい。調整車１０の表面粗さＲａを１０μｍ以上とすることにより、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を安定して回転支持することができる。また、調整車１０の表面粗さＲａを３０μｍ以下とすることにより、加工後にセラミックスハニカム構造体１００の外周面が粗くなることを抑制することができる。

【0021】

調整車１０は、直径が２００～３５０ｍｍであることが好ましく、２５０～２９０ｍｍであることがより好ましい。調整車１０の直径を２００ｍｍ以上とすることにより、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を安定して回転支持することができる。また、調整車１０の直径を３５０ｍｍ以下とすることにより、加工装置の大型化を回避することができる。

【0022】

調整車１０は、その調整車軸１２に取り外し可能に取付け固定され、この調整車軸１２が調整車台上（図示していない）に回転可能に軸承されると共に、動力伝動ベルトや歯車機構などの動力伝達手段を介して駆動モータなどの動力源に駆動連結されている。

【0023】

ブレード２０は、調整車１０と共にセラミックスハニカム構造体１００の外周面を支持する機能を有する。ブレード２０は、調整車１０と同様に調整車台上に配置され、調整車１０及び砥石車４０の軸心と平行に延びると共に、その上端面が調整車１０側下方へ傾斜した支持面２１を備える。
ブレード２０の大きさは、支持面２１でセラミックスハニカム構造体１００の外周面を支持することが可能な範囲であれば特に限定されない。

【0024】

押さえローラー３０は、調整車１０及びブレード２０と共に、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を支持する機能を有する。押さえローラー３０を設けない場合、すなわち、調整車１０及びブレード２０の二点でセラミックスハニカム構造体１００を回転支持する場合、セラミックスハニカム構造体１００が上昇方向に移動したり、セラミックスハニカム構造体１００が回転しなかったりすることがある。

【0025】

押さえローラー３０は、回転するセラミックスハニカム構造体１００の上昇方向への移動を押さえる位置に設けられていることが好ましい。このような位置に押さえローラー３０を設けることにより、調整車１０、ブレード２０及び押さえローラー３０の三点でセラミックスハニカム構造体１００を安定的に回転支持することができる。
押さえローラー３０は、例えば、回転するセラミックスハニカム構造体１００の上方側に設けることにより、押さえローラー３０の自重によって、回転するセラミックスハニカム構造体１００の上昇方向への移動を押さえることができる。

【0026】

押さえローラー３０の大きさは、回転するセラミックスハニカム構造体１００の上昇方向への移動を押さえることが可能な範囲であれば特に限定されない。
押さえローラー３０は、アーム３１などによって昇降方向に移動可能に設けられており、アーム３１は調整台車などに連結される。

【0027】

砥石車４０は、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を研削加工する機能を有し、その砥石面４１（外周面）が、セラミックスハニカム構造体１００の外周面の仕上げ形状に対応したプロファイルを備える。砥石車４０の具体的な形状については、砥石面４１を備えていれば特に限定されない。

【0028】

砥石車４０は、直径が３００～５００ｍｍであることが好ましく、３８０～４２０ｍｍであることがより好ましい。砥石車４０の直径を３００ｍｍ以上とすることにより、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を安定して研削加工することができる。また、砥石車４０の直径を５００ｍｍ以下とすることにより、加工装置の大型化を回避することができる。

【0029】

砥石車４０は、その砥石車軸４２に取り外し可能に取付け固定され、この砥石車軸４２が砥石車台上（図示していない）に回転可能に軸承されると共に、動力伝動ベルトや歯車機構などの動力伝達手段を介して駆動モータなどの動力源に駆動連結されている。

【0030】

上記のような構成を有するセラミックスハニカム構造体の加工装置を用いてインフィード方式のセンタレス研削を行う場合、まず、セラミックスハニカム構造体１００を調整車１０、ブレード２０及び押さえローラー３０によって回転支持する。次に、セラミックスハニカム構造体１００の外周面に対し、回転駆動する砥石車４０を接触させることにより、セラミックスハニカム構造体１００の外周面を研削する。

【0031】

このとき、調整車１０の回転速度は、０．２～３ｍ／秒であることが好ましく、０．５～２．５ｍ／秒であることがより好ましい。調整車１０の回転速度を０．２ｍ／秒以上とすることにより、ワーク（セラミックスハニカム構造体１００）を良好に加工することができる。また、調整車１０の回転速度を３ｍ／秒以下とすることにより、ワークの回転による破損を防止することができる。

【0032】

また、砥石車４０の回転速度は、１０～３２ｍ／秒であることが好ましく、１２～３０ｍ／秒であることがより好ましい。砥石車４０の回転速度を１０ｍ／秒以上とすることにより、ワークを良好に加工することができる。また、砥石車４０の回転速度を３２ｍ／秒以下とすることにより、砥石の表面剥離を抑制することができる。

【0033】

本実施形態のセラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置を用いることにより、セラミックスハニカム構造体１００をインフィード方式でセンタレス研削することが可能になる。そのため、セラミックスハニカム構造体の従来の加工方法（例えば、円筒研削など）に比べて、加工時間を短縮化することができると共に、削り代も低減させることができる。さらに、本実施形態のセラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置を用いることにより、寸法精度を向上させることもできる。

【実施例】

【0034】

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
（セラミックスハニカム構造体の作製）
セラミックス原料として炭化珪素粉末及び珪素粉末を用い、これにバインダー、界面活性剤並びに水を配合し、混合及び混錬して坏土を得た。次に、この坏土を押出成形し、マイクロ波及び熱風で乾燥した後、焼成して直径が１６５ｍｍの円筒状のセラミックスハニカム構造体を得た。

【0035】

（セラミックスハニカム構造体の回転支持評価）
図１に示すセラミックスハニカム構造体の加工装置を用いてインフィード方式でセンタレス研削を行うために、調整車１０の表面粗さＲａを２～３０で変化させ、調整車１０、ブレード２０及び押さえローラー３０によってセラミックスハニカム構造体１００を回転支持させることが可能か否かを評価した。なお、この加工装置において、調整車１０の直径を２７０ｍｍ、砥石車４０の直径を４０５ｍｍ、調整車１０の回転速度を０．７ｍ／秒、砥石車４０の回転速度を３２ｍ／秒とした。その結果を表１に示す。表１において、回転支持ができたものを〇、回転支持ができなかったものを×と表す。

【0036】

【表1】

【0037】

表１に示されるように、調整車１０の表面粗さＲａが１０～３０μｍの場合に、セラミックスハニカム構造体１００を回転支持することが可能であることがわかった。なお、調整車１０の直径及び回転速度、並びに砥石車４０の直径及び回転速度を調整すれば、調整車１０の表面粗さＲａが１０μｍ未満であってもセラミックスハニカム構造体１００を回転支持することが可能な場合があることに留意すべきである。

【0038】

（セラミックスハニカム構造体の研削加工）
図１に示す加工装置を用い、調整車１０の表面粗さＲａを２０μｍとして上記と同じ条件でセラミックスハニカム構造体１００の外周面をインフィード方式でセンタレス研削した。
また、比較のために、円筒研削を用いてセラミックスハニカム構造体１００の外周面を研削した。
加工後のセラミックスハニカム構造体１００について、円筒度を評価した。円筒度は、軸方向（セルが延びる方向）の両端面を含む任意の５点において、最大径及び最小径をレーザー変位計で測定し、その差を求めることによって円筒度（ｍｍ）を算出した。その結果を表２に示す。

【0039】

【表2】

【0040】

表２に示されるように、インフィード方式のセンタレス研削は、円筒研削に比べて円筒度が良好であることがわかった。

【0041】

以上の結果からわかるように、本実施形態のセラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置によれば、セラミックスハニカム構造体をインフィード方式でセンタレス研削することができる。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本実施形態のセラミックスハニカム構造体の加工方法及び加工装置は、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、燃焼装置用蓄熱体などの広範な用途で利用することができる。

【符号の説明】

【0043】

１０ 調整車
１１ 回転支持面
１２ 調整車軸
２０ ブレード
２１ 支持面
３０ 押さえローラー
３１ アーム
４０ 砥石車
４１ 砥石面
４２ 砥石車軸
１００ セラミックスハニカム構造体

【図1】