CN103201009A - 蜂窝构造体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供这样的蜂窝构造体的制造方法：能够与具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体的外径变化灵活地对应，能够容易地制造不产生封口不良而将期望的贯通孔封口的蜂窝构造体。一种蜂窝构造体的制造方法具有以下工序：在具有多个贯通孔(71)的圆柱状的蜂窝成形体(70)的端面，将具有多个开口(171)的掩模(170)配置为多个开口(171)分别与蜂窝成形体(70)的多个贯通孔(71)对置，在掩模(170)的与蜂窝成形体(70)侧相反的一侧的面，将具有与蜂窝成形体(70)的外径大致相同的内径的环(270)配置为覆盖比蜂窝成形体(70)的外周更位于外侧的掩模(170)的开口(171)；以及将封口材料供给至环(270)的内侧，将封口材料经由掩模(170)的开口(171)填充至蜂窝成形体(70)的贯通孔(71)。

Description

蜂窝构造体的制造方法
技术领域
本发明涉及蜂窝构造体的制造方法。
背景技术
一直以来，蜂窝过滤器构造体，作为DPF(Diesel particulate filter，柴油机微粒过滤器)用等而众所周知。用封口材料(plugging material)从具有许多贯通孔的蜂窝成形体的一端面将一部分贯通孔封闭，并且用封口材料从蜂窝成形体的另一端面将剩余的贯通孔封闭，由此，制造该蜂窝过滤器构造体。
在由封口材料仅将蜂窝成形体的端面的期望的贯通孔封闭时，使用在与应当封口的贯通孔相对应的地方设有开口的掩模。在下述专利文献1、2中，记载了使用掩模来将蜂窝成形体封口的方法。
专利文献1：日本特开2004-290766号公报
专利文献2：日本特开2008-132749号公报。
发明内容
发明要解决的问题
一般而言，蜂窝成形体通过挤出成形而形成，所得到的蜂窝成形体的外径未必一定。另外，蜂窝成形体的外径由于挤出不良的发生、挤出条件的变化、构成材料的变化等而容易变动。如果具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体的外径变化，则在封口时，产生封口材料的溢出或封口材料向蜂窝成形体的外壁的附着、或者封口材料的注入不均匀或应当封口的贯通孔未被封口的封口不良。
本发明是鉴于上述现有技术所具有的问题而做出的，其目的在于，提供这样的蜂窝构造体的制造方法：能够与具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体的外径变化灵活地对应，能够容易地制造难以产生封口不良而将期望的贯通孔封口的蜂窝构造体。
用于解决问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明提供一种蜂窝构造体的制造方法，具有以下工序：在具有多个贯通孔的圆柱状的蜂窝成形体的端面，将具有多个开口的掩模配置为上述多个开口分别与上述蜂窝成形体的多个贯通孔对置，在上述掩模的与上述蜂窝成形体侧相反的一侧的面，将具有与上述蜂窝成形体的外径大致相同的内径的环配置为覆盖比上述蜂窝成形体的外周更位于外侧的上述掩模的开口；以及将封口材料供给至上述环的内侧，将上述封口材料经由上述掩模的开口填充至上述蜂窝成形体的上述多个贯通孔。
依照上述方法，在封口时，将具有与具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体的外径大致相同的内径的环与掩模组合使用。由此，通过选择所使用的环的形状，从而能够与蜂窝成形体的外径变化相对应。因此，没有必要根据蜂窝成形体的外径变化变更掩模。在上述方法中，通过调整所使用的环的内径，从而能够抑制封口时的封口材料的溢出或封口材料向蜂窝成形体的外壁的附着、或者封口材料的注入不均匀的发生或应当封口的贯通孔未被封口的封口不良，能够容易地制造将期望的贯通孔封口的蜂窝构造体。
另外，由于与具有许多开口的掩模相比，作为简易构造的环制造成本极其低，因而与根据蜂窝成形体的外径变化改变掩模本身的情况相比较，能够降低蜂窝构造体的制造成本。再者，由于环能够容易且低成本地制作，因而能够预先准备内径不同的许多环，能够与蜂窝成形体的外径变化灵活地对应。
另外，如果将环配置于掩模上，则能够产生环的厚度程度的阶梯。通过该阶梯而抑制供给至环的内侧的封口材料的泄漏(扩散)，不产生封口材料的浪费，得到填充效率提高的效果。再者，由于通过用环增强而掩模强度提高，因而能够使掩模本体薄而轻型化。因此，能够将树脂板或树脂薄膜用于掩模本体。另外，由于环的配置而使掩模的表面和背面判别变得容易。
另外，在本发明的制造方法中，优选地，在上述掩模的周缘部，以与上述蜂窝成形体的贯通孔相同的排列设有开口，将上述掩模配置为：上述掩模的上述周缘部与上述蜂窝成形体的周缘部对置。
蜂窝成形体所具有的许多贯通孔内的、蜂窝成形体的周缘部的侧壁附近的贯通孔的形状受到蜂窝成形体的侧壁的影响。所以，蜂窝成形体的侧壁附近的贯通孔，有时候开口的剖面面积比形成于蜂窝成形体的中央部的贯通孔更小。使这样的、开口的剖面面积在蜂窝成形体的侧壁附近比形成于蜂窝成形体的中央部的贯通孔更小的贯通孔的剖面形状表现为剖面不完整的形状。为了将这样的剖面为不完整形状的贯通孔和与此邻接的贯通孔完全地封口，优选地使用如上所述将周缘部的开口以与蜂窝成形体的贯通孔相同的排列设置的掩模。即，掩模的周缘部的开口的位置与蜂窝成形体的周缘部的贯通孔的位置全部一致，由此，能够将位于蜂窝成形体的周缘部的剖面为不完整形状的贯通孔和与此邻接的贯通孔全部封口。
另外，在周缘部具有上述排列的开口的掩模与上述的环并用，由此，有效地体现其效果。即，在封口时，掩模的周缘部的开口部分地被环覆盖，由于环的内径与蜂窝成形体的外径大致相同，因而在掩模的周缘部未被环覆盖的开口的形状与位于蜂窝成形体的周缘部的剖面为不完整形状的贯通孔的剖面形状大致相同。因此，容易将位于蜂窝成形体的周缘部的剖面为不完整形状的贯通孔和与此邻接的贯通孔封口。再者，没有必要将掩模的周缘部的开口的形状预先加工成与蜂窝成形体的剖面不完整的贯通孔的形状一致，另外，即使蜂窝成形体的外径变动，也能够通过环的选择而始终得到上述效果。
发明的效果
依照本发明，能够提供这样的蜂窝构造体的制造方法：能够与具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体的外径变化灵活地对应，能够容易地制造难以产生封口不良而将期望的贯通孔封口的蜂窝构造体。
附图说明
图1(a)是在本发明的一个实施方式所涉及的制造方法中封口的蜂窝成形体的立体图，图1(b)是图1(a)的端面的A部分的放大图。
图2(a)是在本发明的一个实施方式所涉及的制造方法中使用的掩模的立体图，图2(b)是图2(a)的端面的B部分的放大图。
图3是在本发明的一个实施方式所涉及的制造方法中使用的环的立体图。
图4是显示本发明的一个实施方式所涉及的制造方法中的蜂窝成形体、掩模以及环的配置关系的立体图。
图5(a)是显示在本发明的一个实施方式所涉及的制造方法中将掩模和环配置于蜂窝成形体的端面的状态的立体图，图5(b)是图5(a)的端面的C部分的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图，同时详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在以下的说明中，将相同的符号用于相同或相当的部分，省略重复的说明。另外，上下左右等位置关系，只要未特别地讲明，就是基于附图所示的位置关系。而且，附图的尺寸比率不限于图示的比率。
如图1(a)所示，具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体70是沿Z方向延伸的许多贯通孔71相对于Z方向大致平行地配置的圆柱体。关于蜂窝成形体70，形成侧面的侧壁70c的形状是圆筒状，如图1(b)所示，在径向中央部，具有剖面形状为正方形的许多(例如，100个以上)标准形状贯通孔71a，在径向最外周部，具有剖面形状不是正方形而是不完整形状的多个特殊形状贯通孔71b。
在蜂窝成形体70中，从Z轴方向的端面70e观看，以正方形配置(square configuration)即标准形状贯通孔71a的中心轴分别位于正方形的顶点且邻接的边彼此平行的方式，在蜂窝成形体70的端面70e的中央部，以矩阵状配置有许多标准形状贯通孔71a。标准形状贯通孔71a的剖面的正方形的大小，例如能够为一边0.8~2.5mm，在本实施方式中，标准形状贯通孔71a的正方形的大小和剖面面积彼此大致相同。
特殊形状贯通孔71b相当于上述的不完整形状的贯通孔。特殊形状贯通孔71b沿着蜂窝成形体70的侧壁70c配置多个，配置为包围许多标准形状贯通孔71a。特殊形状贯通孔71b，由于其一部分由侧壁70c形成，因而其剖面形状，除了不是正方形之外，还依赖于侧壁70c的形状或位置而彼此不一定，根据场所而不同。然而，通常，任一特殊形状贯通孔71b，其剖面面积均比标准形状贯通孔71a更小。
标准形状贯通孔71a之间、特殊形状贯通孔71b之间以及标准形状贯通孔71a与特殊形状贯通孔71b之间的间隔壁70w的厚度例如能够为0.05~0.5mm。另外，侧壁70c的厚度优选地比间隔壁70w的厚度更厚，例如能够为0.1~3.0mm。
在图1(a)中，蜂窝成形体70的贯通孔71所延伸的Z方向的长度未特别地限定，例如能够为40~350mm。
蜂窝成形体70的外径d1未特别地限定，例如能够为100~320mm。蜂窝成形体70的外径d1根据其制造时的各种因素而变动。例如，在想要批量生产外径d1为160mm的蜂窝成形体的情况下，外径d1也在154~166mm(相对于目标值±3.8%)左右的范围内波动。另外，在改变挤出条件或改变构成材料的情况下，外径d1也变动。
蜂窝成形体70的材料未特别地限定，出于高温耐受性的观点，陶瓷材料是优选的。例如，列举氧化铝、二氧化硅、莫来石、堇青石、玻璃、钛酸铝等氧化物、碳化硅、氮化硅、金属等。此外，钛酸铝还能够含有镁和/或硅。这样的蜂窝成形体70通常为多孔质。
另外，蜂窝成形体70也可以是后面通过烧制而成为如上所述的陶瓷材料的未加工成形体(未烧制成形体)。未加工成形体含有作为陶瓷原料的无机化合物源粉末和甲基纤维素等有机粘合剂以及根据需要添加的添加剂。
例如，在钛酸铝的未加工成形体的情况下，无机化合物源粉末含有α氧化铝粉等铝源粉末和锐钛矿型或金红石型的二氧化钛粉末等钛源粉末，根据需要，还能够含有氧化镁粉末或镁氧尖晶石粉末等镁源粉末和/或氧化硅粉末或玻璃粉等硅源粉末。
作为有机粘合剂，能够举例示出：甲基纤维素、羧基甲基纤维素、羟烷基甲基纤维素、羧基甲基纤维素钠等纤维素类；聚乙烯醇等醇类；木素磺酸盐。
作为添加物，列举例如造孔剂(pore-forming agent)、润滑剂以及塑化剂、分散剂、溶剂。
作为造孔剂，列举：石墨等碳材料；聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等树脂类；淀粉、坚果壳、核桃壳、谷物等植物材料；冰；以及干冰等等。
作为润滑剂和塑化剂，列举：甘油等醇类；辛酸、月桂酸、棕榈酸、花生酸、油酸、硬脂酸等高级脂肪酸；硬脂酸Al等硬脂酸金属盐、聚氧化烯烷基醚等。
作为分散剂，例如列举：硝酸、盐酸、硫酸等无机酸；草酸、柠檬酸、醋酸、苹果酸、乳酸等有机酸；甲醇、乙醇、丙醇等醇类；聚羧酸铵等表面活性剂等。
作为溶剂，例如能够使用：甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等醇类；丙二醇、聚丙二醇、乙二醇等甘醇类；以及水等。
蜂窝成形体70能够通过对混合了上述材料的原料混合物挤出成形而制作。挤出成形能够通过将原料混合物从具有与间隔壁70w的剖面形状相对应的出口开口的挤出机挤出并根据需要干燥且切成期望的长度而得到。
图2(a)和(b)所示的掩模170用于将图1所示的蜂窝成形体70的期望的贯通孔71封口。掩模170是圆形的板状部件，具有多个沿厚度方向贯通的开口171。此外，掩模170的材料未特别地限定，例如，列举金属或树脂。掩模的厚度未特别地限定，但例如0.1~3.0mm为优选的。
开口171的形状是与蜂窝成形体70的标准形状贯通孔71a相对应的正方形。开口171在掩模170的中央部区域R1锯齿形配置(zigzag configuration)，在掩模170定位于蜂窝成形体70的端面上而配置的状态下，仅与正方形配置的多个贯通孔71中的处于彼此不上下左右邻接的关系的多个贯通孔71对置而配置。开口171在掩模170的周缘部区域R2以与蜂窝成形体70的贯通孔71相同的排列细密配置(minute configuration)，在掩模170定位于蜂窝成形体70的端面上而配置的状态下，与正方形配置的多个贯通孔71中的每一个对置而配置。此外，开口171的形状不限定于正方形，出于糊状封口材料的填充性的观点，优选为与标准形状贯通孔71a的形状相似且比该形状更小的形状。
在掩模170中，开口171锯齿形配置的中央部区域R1的直径d3比蜂窝成形体70的外径d1更小。这是因为，使开口171细密配置的周缘部区域R2的至少一部分与蜂窝成形体70的周缘部对置，容易将蜂窝成形体70的特殊形状贯通孔71b的全部封口。另外，在掩模170中，还包括开口171细密配置的周缘部区域R2的形成有开口171的整个区域的直径d4为蜂窝成形体70的外径d1以上。配置于周缘部区域R2的开口171内的比蜂窝成形体70的外周更位于外侧的开口171在封口时由环覆盖，使得封口材料不进入。
开口171优选地开口面积为0.2mm2以上，而且不足应当由开口171封口的标准形状贯通孔71a的开口面积的90%。如果开口171的开口面积不足0.2mm2，则封口材料难以通过开口171，有时候不能将规定量的封口材料供给至贯通孔71内。开口171的开口面积优选为0.2mm2以上，更优选为0.25mm2以上。
另一方面，如果开口171的开口面积为标准形状贯通孔71a的开口面积的90%以上，则有时候只要开口171的位置与贯通孔71的开口的位置稍微偏移，就不能将封口材料供给至规定的贯通孔71内，而是供给至不应当封口的附近的贯通孔71。开口171的开口面积优选为不足标准形状贯通孔71a的开口面积的80%，更优选为不足60%。
此外，在开口171的开口径沿掩模170的厚度方向变化的情况下，例如在开口径越接近蜂窝成形体70的端面便越是逐渐变小的锥形形状的情况下等，所谓在此所说的开口面积，意味着与蜂窝成形体70的端面抵接的一侧的掩模170的表面上的开口171的开口面积。
开口171的轮廓的长宽比优选为1.5以下，优选为1.2以下。轮廓的长宽比被定义为由外接的最小面积的长方形(包括正方形)包围开口的轮廓的情况下的长边长度/短边长度。
图3所示的环270以在封口时覆盖比蜂窝成形体70的外周更位于外侧的掩模170的开口171的方式配置于掩模170上。环270是圆环形的板状部件。环270的材料未特别地限定，例如列举金属或树脂。环270的厚度未特别地限定，例如0.05~5.0mm是优选的。
环270优选以紧贴的方式固定于掩模170的表面。环270的固定方法未特别地限定，例如，能够使用通过粘接剂或粘附剂的粘接附着而固定的方法、使用粘附胶固定的方法、使用夹具固定的方法等。
环270的内径d5与具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体70的外径d1大致相同。在此，所谓大致相同，意味着环270的内径d5与蜂窝成形体70的外径d1以如下程度一致：在封口时封口材料不溢出至比蜂窝成形体70的外周更外侧，并且能够将封口材料供给至蜂窝成形体70的侧壁附近的应当封口的贯通孔71。例如，如果环270的内径d5与蜂窝成形体70的外径d1的差为2.5mm以内，则在封口时，封口材料不溢出至比蜂窝成形体70的外周更外侧，并且能够将封口材料供给至蜂窝成形体70的侧壁附近的应当封口的贯通孔71。由于同样的理由，环270的内径d5与蜂窝成形体70的外径d1的差更优选为1.5mm以内。环270预先准备多个内径d5不同的环，根据具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体70的外径d1选择恰当的环来使用即可。
环270的外径d6未特别地限定，优选为掩模170的形成有开口171的整个区域的直径d4以上，优选为掩模170的外径d2以下。
图4是显示蜂窝成形体70、掩模170以及环270的配置关系的立体图。另外，图5(a)是显示根据图4所示的配置关系将掩模170和环270配置于蜂窝成形体70的端面的状态的立体图。在将掩模170配置于蜂窝成形体70的端面时，掩模170相对于蜂窝成形体70的定位方法未特别地限定，例如，能够从掩模170的开口通过目视等观看蜂窝成形体70的间隔壁、贯通孔、侧壁等并同时进行即可。另外，环270配置为其内周与蜂窝成形体70的外周一致即可。此外，也可在将环270固定于掩模170之后将它们配置于蜂窝成形体70的端面。
图5(b)是图5(a)的端面的C部分的放大图。使掩模170的中央部区域R1的直径d3比蜂窝成形体70的外径d1即环270的内径d5更小，由此，如图5(b)所示，掩模170的开口171细密配置的周缘部区域R2的至少一部分不被环270覆盖，而是露出。由于该露出的周缘部区域R2与蜂窝成形体70的周缘部对置，因而蜂窝成形体70的特殊形状贯通孔71b变得容易封口。
在如上所述地配置蜂窝成形体70、掩模170以及环270的状态下，将封口材料供给至环270的内侧，并将封口材料经由掩模170的开口171填充至蜂窝成形体70的贯通孔71。将封口材料填充至贯通孔71的方法未特别地限定，例如，也可使用刮浆刀(squeegee)将供给至掩模170上的封口材料经由开口171压入贯通孔71内，也可由活塞压入。
封口材料只要能够将蜂窝成形体70的贯通孔71的端部闭锁就不特别地限定，优选为液状。例如，作为封口材料，能够举例示出陶瓷材料或含有陶瓷原料、粘合剂、润滑剂以及溶剂的浆料。
作为陶瓷材料，列举上述的蜂窝成形体的构成材料或其原料。
作为粘合剂，能够举例示出：甲基纤维素、羧基甲基纤维素、羟烷基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠等纤维素类；聚乙烯醇等醇类；木素磺酸盐等有机粘合剂。粘合剂的使用量在封口材料为100%质量时例如能够为0.1~10%质量。
作为润滑剂，列举：甘油等醇类；辛酸、月桂酸、棕榈酸、藻酸、油酸、硬脂酸等高级脂肪酸；硬脂酸Al等硬脂酸金属盐；聚氧化烯烷基醚等。润滑剂的添加量相对于封口材料的100%质量通常为0~10%质量，优选为1~10%质量，更优选为1~5%质量。
作为溶剂，例如能够使用：甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等醇类；丙二醇、聚丙二醇、乙二醇等甘醇类；以及水等。尤其优选水，在杂质少这点上，更优选使用离子交换水。溶剂的使用量在封口材料为100%质量时例如能够为15~40%质量。
在利用上述方法进行蜂窝成形体70的一方的端面(第一端面)的封口之后，对相反侧的端面(第二端面)也用同样的方法进行封口。此时，在第二端面的封口中使用的掩模使用与在第一端面的封口中使用的掩模170相同图案的掩模即可。在第二端面，掩模配置成：掩模的开口171来到中央部区域R1的与在第一端面侧未被封口的贯通孔71对置的部分。由此，得到具有以下构造的蜂窝成形体：在第一端面侧被封口的贯通孔71在第二端面侧开放，在第二端面侧被封口的贯通孔71在第一端面侧开放。该蜂窝成形体的周缘部的特殊形状贯通孔71b以及根据情况其附近的标准形状贯通孔71a在第一和第二端面两方被封口。
然后，通过对这样将贯通孔71的端部封口的蜂窝成形体70干燥、烧制等，从而能够制造蜂窝构造体(蜂窝过滤器构造体)。所得到的蜂窝构造体还能够通过研磨加工等而加工成期望的形状。
以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，各种变形形态是可能的。例如，蜂窝成形体70的标准形状贯通孔71a的配置也可以不是正方形配置，例如也可以是三角形配置、锯齿形配置等。在这种情况下，还能够使标准形状贯通孔71a与包围其的特殊形状贯通孔71b的配置一致而变更掩模170的开口171的数量和位置。
另外，蜂窝成形体70的标准形状贯通孔71a的剖面形状也可以不是正方形，例如也可以是长方形、三角形、多角形、圆形等。另外，也可将这些形状混在一起。例如，也可以是，蜂窝成形体70的标准形状贯通孔71a为圆形，这些贯通孔被正三角形排列，即标准形状贯通孔71a的中心分别配置于假想的正三角形的顶点。另外，在标准形状贯通孔71a，也可以将面积不同的形状混在一起。
另外，掩模170的外形形状不限定于圆，而能够是任意的形状。例如，能够采取椭圆或矩形、三角形、六角形等多角形。特别是，正方形、正三角形、正六角形等正多角形是优选的。
同样，环270的外形形状也不限定于圆，而能够是与掩模170相同的任意形状。但是，有必要使环270的内周的形状与蜂窝成形体70的外形形状一致。
另外，掩模170的周缘部区域R2的开口171不一定必须为细密配置，也可为与中央部区域R1相同地锯齿形配置。
通过本发明的制造方法制造的蜂窝构造体例如能够很好地适用于用于柴油发动机、汽油发动机等内燃机的排气净化的排气过滤器、用于催化剂载体、啤酒等饮料食物的过滤的滤过过滤器、用于使在石油精炼时产生的气体成分例如一氧化碳、二氧化碳、氮、氧等选择性地透过的选择透过过滤器等陶瓷过滤器等。
产业上的可利用性
如以上所说明的，依照本发明，能够提供这样的蜂窝构造体的制造方法：能够与具有应当封口的贯通孔的蜂窝成形体的外径变化灵活地对应，能够容易地制造难以产生封口不良而将期望的贯通孔封口的蜂窝构造体。
符号说明
70……蜂窝成形体
71……贯通孔
71a……标准形状贯通孔
71b……特殊形状贯通孔
70c……侧壁
70w……间隔壁
170……掩模
171……开口
270……环。

Claims (2)

1. 一种蜂窝构造体的制造方法，具有：
在具有多个贯通孔的圆柱状的蜂窝成形体的端面，将具有多个开口的掩模配置为所述多个开口分别与所述蜂窝成形体的多个贯通孔对置，在所述掩模的与所述蜂窝成形体侧相反的一侧的面，将具有与所述蜂窝成形体的外径大致相同的内径的环配置为覆盖比所述蜂窝成形体的外周更位于外侧的所述掩模的开口的工序；以及
将封口材料供给至所述环的内侧，将所述封口材料经由所述掩模的开口填充至所述蜂窝成形体的贯通孔的工序。
2. 根据权利要求1所述的蜂窝构造体的制造方法，其特征在于，在所述掩模的周缘部，以与所述蜂窝成形体的贯通孔相同的排列设有开口，将所述掩模配置为：所述掩模的所述周缘部与所述蜂窝成形体的周缘部对置。
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