JP2007010491A - ハニカムフィルタの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が、流路方向に接合されてなるとともに、流路の所望部位を封止したハニカムフィルタの流路の健全性を簡単に且つ安価に検査する方法を得る。
【解決手段】 隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに流路の所望部位を封止したハニカムフィルタの検査方法であって、ハニカムフィルタの流路に検査体を装入して、流路の健全性を確認することを特徴とするハニカムフィルタの検査方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排気ガス中の微粒子状物質を捕集、除去するのに使用されるセラミックハニカムフィルタの検査方法に関する。

ディーゼルエンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排気ガス中には、炭素を主体とする微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」という）が多量に含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、これらの排気系部品には、ＰＭを捕集、除去するためのフィルタが搭載されている。図２は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを捕集、除去する、従来のセラミックハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は一部を省略した正面模式図、（ｂ）は側断面模式図である。図２において、セラミックハニカムフィルタ２０は、多孔質セラミックからなり、外周壁１と、この外周壁１の内側に各々直交する隔壁２で仕切られた多数の流路３、４を有するセラミックハニカム構造体２１が、排気ガスの流入側端面７と流出側端面８で交互に封止部５、６で封止されている。

ところで近年、ＰＭの捕集効率を向上させるなどの目的で、図１に示すような流入側の封止部がハニカムフィルタの流入側端面から離れた流路内部に形成されたハニカムフィルタが開発されつつある。例えば、特許文献１には、図１に示す形態のハニカムフィルタ１０において、ハニカムフィルタ１０は、多孔質の隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流路を有する第一のハニカム構造体１１Ａの片側においてのみ、一部の流路の一方の端部を封止してなる第一のハニカムフィルタ１０Ａと、多孔質の隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流路を有する第二のハニカム構造体１１Ｂの一方の端面において一部の流路の一方の端部を封止し、他方の端面において残余の流路の一方の端部を封止してなる第二のハニカムフィルタ１０Ｂとが、互いの流路の封止部５ａ、５ｂにおいて接触しているか、又は接合されて形成されている。

特開２００４−２５１１３７号公報 特公昭６２−５３７６７号公報 特開２００２−３５７５６２号公報 特開２００４−２８６７０３号公報

特許文献１に提案される、図１に示す形態のハニカムフィルタは、別々に製造されたハニカム構造体１１Ａ、１１Ｂで、ハニカム構造体１１Ａの流出側端面８ａに封止部５ａを形成した第一のハニカムフィルタ１０Ａと、ハニカム構造体１１Ｂの流入側端面７ｂ及び流出側端面８ｂにそれぞれ封止部５ｂ、６を形成した第二のハニカムフィルタ１０Ｂとを、第一のハニカムフィルタ１０Ａの封止部５ａと第二のハニカムフィルタ１０Ｂの封止部５ｂにて接合を行っている。第一のハニカムフィルタ１０Ａと第二のハニカムフィルタ１０Ｂの接合の際には、流路の連続性を保つ為に、何れか一方の封止部５ａの貼り合わせ面を凸形状とし、他方の封止部５ｂの貼り合わせ面をそれに対応した凹部形状とすることにより、または、第一のハニカムフィルタ１０Ａと第二のハニカムフィルタ１０Ｂとの何れか一方の封止部にピンを設けておき、他方の封止部に当該ピンが嵌合するような孔部を設けておくことによって、位置決めを容易にするとの記載がある。
しかし、このように封止部で精度良く合わせて一体化した場合でも、実際にハニカムフィルタとして使用した場合に、初期状態から圧力損失が高く、使用出来ないハニカムフィルタがあった。本発明者らが原因を調査すると、そのように圧力損失の高いハニカムフィルタは、ハニカム構造体１１Ａとハニカム構造体１１Ｂの接合部で流路の連続性が保たれていない、すなわち、ハニカム構造体の外周は円筒形状であるために、外周部は良好に接合されている場合でも、ハニカム構造体１１Ａの流出側端面８ａとハニカム構造体１１Ｂの流入側端面７ｂとの接合部で隔壁がずれてしまい、例えば、図３（図１の矢視断面Ｇ−Ｇ（拡大図））に示すように、実際にはハニカム構造体１１Ａの隔壁２ａと封止部５ａが、ハニカム構造体１１Ｂの流路３ｂに跨がって、流路３ｂの断面積（Ｓ）を縮小させ、ハニカムフィルタの圧力損失を増加させてしまうことがあることが分かった。

従来、ハニカム構造体の軸方向の流路の検査方法としては、ハニカム構造体の一方の端面から光線を照射し、他方の端面に置かれたスクリーンに映る投影像により、流路の検査を行う方法が特許文献２に記載されている。しかし、この検査方法はガソリンエンジン車用の排気ガス浄化用触媒担体のような、流路に封止部の無いハニカム構造体に適したものであり、ハニカムフィルタのような流路の所望部位に封止したものについては、流路を一方の端部から他方の端部まで光が透過しないために封止不良部、もしくは封止の欠損の検査には有効であるが、ハニカム構造体の接合に伴う隔壁のズレの検査には使用できなかった。ハニカムフィルタでも、封止部形成前に流路の検査を行うのであれば適用可能であるが、特に図１に示すような流入側の封止部がハニカムフィルタの流入側端面から離れた流路内部に生成され、且つ封止部で接合するハニカムフィルタの場合には適用できなかった。
また、ハニカムフィルタの検査方法としては、微粒子をハニカムフィルタ内に導入し、ハニカムフィルタ近傍に指向性の良い光を発生させて、前記光がハニカムフィルタから排出される微粒子を照射して可視化することによりハニカムフィルタの隔壁の欠陥を検査する方法が、特許文献３に記載されている。さらに、水粒子を発生させて、その水粒子をハニカムフィルタの流路に導入して、流路から排出される水粒子の粒度分布と粒子数を測定して、隔壁の欠陥を検査する方法が特許文献４に記載されている。
しかし、特許文献３、特許文献４に記載の検査方法は、隔壁の欠陥を検査することは可能であるが、上記のようなハニカム構造体同士を接合させる構造のハニカムフィルタの接合部での隔壁のズレを検査しようとしても、特許文献３や特許文献４の方法では、ハニカムフィルタから排出される可視化された微粒子や水粒子の粒度分布が、隔壁の欠陥によるものか、隔壁のズレにより生じたものか判別がつかなかった。また、微粒子を可視化、或いは粒子の流度分布を測定するための装置が必要となり、検査システムが複雑となって検査コストが上昇するという問題も有していた。

したがって、本発明の目的は、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに流路の所望部位を封止したハニカムフィルタの流路の健全性を簡単に且つ安価に検査する方法を得ることにある。

本発明のハニカムフィルタの検査方法は、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに流路の所望部位を封止したハニカムフィルタの検査方法であって、前記ハニカムフィルタの流路に検査体を装入して流路の健全性を確認することを特徴とする。前記検査体が棒状体であると好ましい。前記検査体は前記ハニカムフィルタの流路の軸方向垂直断面の最大内接円の４５〜９０％の直径であると好ましい。より好ましくは６０〜８５％である。
前記検査体が可撓部材であると好ましい。前記検査体が鋼線であると好ましい。前記検査体の表面粗さが最大高さで０．１〜５０μｍであると好ましい。さらに、前記検査体の長さが前記ハニカムフィルタの長さの５０％〜１００％であることが好ましい。前記検査体の端面角部に面取り或いは曲面部が形成されていることが好ましい。

上記の検査方法を用いることにより、ハニカム構造体の接合部での封止部が形成されていない流路の開放端部より検査体を装入し、ハニカム構造体の接合部分にズレがある場合には、検査体が接合部の隔壁のズレによりそれ以上先には挿入できないために、複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに流路の所望部位を封止したハニカムフィルタにおいて、実際に使用する前に隔壁のズレに伴う高い圧力損失を有する可能性のあるハニカムフィルタを判定することができる。
前記検査体が棒状体であると好ましいのは、ハニカム構造体の接合部の位置は端面から比較的中の方に位置するためにハニカム構造体流路の内部まで検査体を装入する必要があるために、このような形状が好ましい。
前記検査体は前記ハニカムフィルタの流路の軸方向垂直断面の最大内接円の４５〜９０％の直径であると好ましいのは、検査体の直径が流路の軸方向垂直断面最大内接円の４５％よりも小さい場合、隔壁のズレがある場合でも検査体が接合部を通過して、正確な判定が出来ない恐れがあるからである。また、検査体の直径が流路の軸方向垂直断面の最大内接円の９０％よりも大きい場合、検査体と隔壁との隙間が小さくなり過ぎ、検査体をハニカム構造体に装入する時に検査体と隔壁とが接触しながら進む為に、検査体と接触により、隔壁の表面が削れて隔壁の強度が低下し、破損しやすくなるためである。
前記検査体が可撓部材であると好ましいのは、ハニカム構造体に形成されている流路は実際には真直ぐではなく、ある程度曲がっている可能性があり、可撓性のある部材を用いると流路の曲がりに倣って検査体が曲がりながら流路中を進行することができ、隔壁の曲がりに伴い検査体が流路を進行出来なくなり、接合部のズレと誤認されることを防ぐことが出来る。また、可撓性のない検査体が隔壁の曲がりに追随できずに隔壁を破損することも防ぐことが出来る。前記検査体の材質としては、金属、樹脂、木材等の材質を適用可能であるが、特に鋼線や鉄線であると好ましいのは、可撓性を有するとともに安易に入手可能だからである。
前記検査体の表面粗さが最大高さで０．１〜５０μｍであると好ましいのは、隔壁表面には細孔が形成されており、検査体の表面に凹凸があると隔壁表面の細孔の凹凸と接触し、隔壁表面の凹凸を破壊しながら進む可能性もあり、検査体の表面粗さは最大高さで０．１〜５０μｍが好ましい。
前記検査体の長さが前記ハニカムフィルタの長さの５０％〜１００％であることが好ましいのは、ハニカム構造体の接合部の位置は端面から離れた位置に配置される、検査体の長さがハニカムフィルタの長さの５０％以上であれば、ハニカムフィルタの流入側、流出側端面の両端面から検査体を装入しても、ハニカム構造体の接合部の位置に到達できるからであり、さらに、ハニカム構造体の接合部の位置は端面には存在しない、検査体の長さはハニカムフィルタの長さの１００％を超える必要はないのである。
前記検査体の端面角部に面取り或いは曲面部が形成されていることが好ましいのは、検査体をハニカム構造体に装入する時、検査体の端面角部に面取り或いは曲面部が形成されていることで、検査体と隔壁とが接触し難くなり、また、検査体と隔壁とが接触しても隔壁が壊れ難くなるからである。

本発明のハニカムフィルタの検査方法によれば、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに流路の所望部位を封止したハニカムフィルタの流路に検査体を装入して流路の健全性を確認することから、ハニカム構造体同士の接合部に生じる隔壁のズレに伴って生じるハニカムフィルタの圧力損失の上昇を簡単に安価に判定することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）

以下、本発明の実施の形態に実施例を用いて詳細に説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１において、図１に示すセラミックハニカムフィルタを作成した。セラミックハニカムフィルタ１０は、コージェライト質セラミックスからなり、外径２６７ｍｍ、長さ３０４．４ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍである。流入側封止部は、流入側端面から９２ｍｍの位置に設けられている。このセラミックハニカムフィルタは、一方の端面に封止部５ａを有する第１のセラミックハニカム構造体１１Ａと、両端面に封止部５ｂ及び６を有する第２のセラミックハニカム構造体１１Ｂを、封止部において流路方向に接合して一体化されている。

実施例１に用いられるセラミックハニカムフィルタ１０の製造方法について図４で説明する。カオリン、タルク、溶融シリカ、水酸化アルミ、アルミナなどの粉末を調整して、コージェライト生成原料粉末とし、これに、成形助剤としてメチルセルロースを、また造孔剤としてグラファイト及び有機発泡剤を適量添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を注水し、さらに十分な混練を行って可塑性を有するセラミック坏土を作成する。次に、このセラミック坏土をハニカム構造体用押出成形用金型を使用して、押出すことにより、外周壁の内側に隔壁２で仕切られた多数の流路３、４を有し、外周壁と隔壁が一体的に形成されたハニカム構造の成形体を製造する。次いで、この成形体をマイクロ波乾燥炉を用いて、加熱して、乾燥を行った後焼成し、外径２６７ｍｍ、長さ１００ｍｍ、壁厚０．３ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍのハニカム構造体１１Ａと、外径２６７ｍｍ、長さ２０４ｍｍ、壁厚０．３ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍのハニカム構造体１１Ｂとした（図４（ａ））。

次に、ハニカム構造体１１Ａの端面８ａを図５に示すようにマスキングフィルム２１を接着剤で貼り付けた後（図５（ａ））、市松模様となるように穿孔し（図５（ｂ））、容器２３に収容したスラリー状の封止部材２２に端面８ａを浸漬する（図５（ｃ））ことで、コーディエライト化原料からなるスラリー状の封止部材を穿孔部を通して浸入させ、マスキングフィルム２１を除去（図５（ｄ））して、流入側封止部５ａを形成する（図５（ｅ））。この封止部５ａの長さはハニカム構造体１１Ａの端面８ａから８ｍｍとした。このとき、マスキングフィルムの厚さを調整することにより、突出高さ０．５ｍｍの突出部５１を封止部５ａに形成した。一方、同様の方法により、ハニカム構造体１１Ｂの流入部端面７ｂと流出部端面８ｂにマスキングフィルム２１を接着剤で貼り付けた後、市松模様となるように穿孔し、続いて、容器２３に収容したスラリー状の封止部材２２に流入部端面７ｂを浸漬することで、スラリー状の封止部材を穿孔部を通して浸入させ、突出部５１を有する流入側封止部５ｂを形成する。同様に、流出部端面８ｂをスラリー状の封止部材２２に浸漬して、流出側封止部６を形成する（図４（ｂ））。封止部５ｂの長さは端面７ｂから８ｍｍ、封止部６の長さは端面８ｂから１２ｍｍとした。

次に、ハニカム構造体１１Ａ、１１Ｂの流路数箇所内に金属製位置合わせピンを入れて、各流路が一致するようにハニカム構造体１１Ａ、１１Ｂを位置決めした後、ハニカム構造体１１Ａと１１Ｂを相対的に僅かに回転させて、ハニカム構造体１１Ａに形成された突出部５１を有する封止部５ａとハニカム構造体１１Ｂに形成された封止部５ｂとを互いに、突き合わせた後に圧着し、封止部５ａと５ｂを一体化させる（図４（ｃ））。その後、乾燥、金属製位置合わせピンを除去し、焼成を行うことにより、封止部５ａと５ｂ、更には封止部５ａ及び５ｂと隔壁とをコーディエライト焼成反応により接合させ、ハニカム構造体１１Ａと１１Ｂを一体化させる。

上記のように二つのハニカム構造体１１Ａ、１１Ｂを流路方向に接合することによって、外径２６７ｍｍ、長さ３０４．４ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍの寸法を有し、排気ガス流入側の封止部を、ハニカムフィルタの排気ガス流入側端面からフィルタ内部に配置させることにより流入側封止部の排気ガス上流側に空間が確実に形成される構造のハニカムフィルタを得た。同様の方法で、５個のハニカムフィルタを作成し、それぞれ試験体１〜試験体５とした。
また、試験比較の為に、次のような、一つのハニカム構造体の流路の所望部位を封止したハニカムフィルタを作成した。外径２６７ｍｍ、長さ３０４．４ｍｍ、隔壁厚さ０．３ｍｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍの寸法を有するコージェライト質ハニカム構造体を形成した後、コージェライト組成の粉末に所定量の有機バインダと水を混合し、保形性のあるペーストを調整して、ペースト注入器によりハニカム構造体の流入側端面より９２ｍｍの位置に流入側封止部を有し、流出側封止部はハニカム構造体の流出側端面に形成されている比較体１を作成した。

上記のそれぞれのハニカムフィルタ５個について、本発明のハニカムフィルタの検査方法を実施した。ハニカムフィルタの流入側の端面７ａの開口流路３ａから、任意の流路２０箇所にそれぞれ表１に示す直径で、長さ２５０ｍｍのステンレス鋼製の棒状部材を装入し、接合部である流出側端面から２００ｍｍ以上の位置まで２０箇所のうち何箇所挿入できるかを調べ、挿入することができた流路数を表１に示す。さらにハニカムフィルタのそれぞれの圧力損失を、比較体の圧力損失を１００として相対比較を行い、併せて表１に示す。
ここで、圧力損失の測定には、圧力損失試験装置を用い、ハニカムフィルタに流量７．５Ｎｍ³／ｍｉｎとして空気を流し、ハニカムフィルタの空気の流入側と流出側の差圧を測定することで圧力損失を測定した。

表１から明かなように、本発明の検査方法を用いることにより、流路の健全性が容易に検査でき、前記した圧力損失試験装置を用いることなく、隔壁のズレに伴い生じる圧力損失の高いハニカムフィルタを簡単に判別することが出来る。特に、検査体の直径が、流路の軸方向垂直断面の最大内接円の４５〜９０％の好ましい範囲である１．０ｍｍ、０．８ｍｍ、０．６ｍｍを用いた場合、容易に圧力損失の高いハニカムフィルタを判別することが出来る。尚、検査体の直径が、流路の軸方向垂直断面の最大内接円の９０％を超える場合である１．１ｍｍを用いた場合は、容易に圧力損失の高いハニカムフィルタを判別することは出来たが、隔壁を破損した箇所があった。

上記実施例では、複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに、流入側封止部がハニカムフィルタの流入側端面から離れて形成されているハニカムフィルタの例を用いて説明したが、本発明の作用効果からすれば、複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに、流出側封止部がハニカムフィルタの流出側端面から離れて形成されているハニカムフィルタであっても同様の作用効果が得られることは言うまでもない。

流入側の封止部がハニカムフィルタの流入側端面から離れた流路内部に形成されたハニカムフィルタの断面模式図である。 従来のハニカムフィルタの一例を示し、（ａ）は一部を省略した流入側端面の模式図、（ｂ）は側断面模式図である。 図１におけるＧ−Ｇ断面の矢視模式図。 本発明の実施例を示した図。 ハニカム構造体の端面の封止方法を示した図。

符号の説明

１０、２０：セラミックハニカムフィルタ（ハニカムフィルタ）
１１Ａ、１１Ｂ、２１：セラミックハニカム構造体（ハニカム構造体）
１：外周壁
２、２ａ、２ｂ：隔壁
３、３ａ、３ｂ、４、４ａ、４ｂ：流路
５、５ａ、５ｂ、６：封止部
７、７ａ、７ｂ：流入側端面
８、８ａ、８ｂ：流出側端面
５１：突出部
Ｓ：流路断面積

Claims (8)

1. 隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるとともに流路の所望部位を封止したハニカムフィルタの検査方法であって、前記ハニカムフィルタの流路に検査体を装入して流路の健全性を確認することを特徴とするハニカムフィルタの検査方法。
2. 前記検査体が棒状体であることを特徴とする請求項１に記載のハニカムフィルタの検査方法。
3. 前記検査体は前記ハニカムフィルタの流路の軸方向垂直断面の最大内接円の４５〜９０％の直径であることを特徴とする請求項１又は２に記載のハニカムフィルタの検査方法。
4. 前記検査体が可撓部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハニカムフィルタの検査方法。
5. 前記検査体が鋼線であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のハニカムフィルタの検査方法。
6. 前記検査体の表面粗さが最大高さで０．１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のハニカムフィルタの検査方法。
7. 前記検査体の長さが前記ハニカムフィルタの長さの５０％〜１００％であることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれかに記載のハニカムフィルタの検査方法。
8. 前記検査体の端面角部に面取り或いは曲面部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のハニカムフィルタの検査方法。
   
   

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