JP2012213985A - セラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封口不良を低減できるセラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法を提供する。
【解決手段】セラミクス原料、バインダ、及び、溶媒を含む混合物を、大気圧よりも減圧された雰囲気下で攪拌する工程を備える、セラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法に関する。

ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）などに用いられる、セラミクスハニカム焼成体は、セラミクスハニカム構造体の貫通孔の端部に封口用ペーストを充填し、焼成することにより得られる（例えば特許文献１参照）。

特公昭６３−２４７３１号公報

セラミクスハニカム構造体の貫通孔の径は小さいため、封口用ペーストに気泡が含まれていると、封口不良が発生する。このため、封口用ペーストは、原料の攪拌後、十分に静置し、気泡を除去しておくことが好ましい。

しかしながら、十分に気泡を除去した封口用ペーストを用いた場合でも、封口不良が発生することがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、封口不良を低減できるセラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るセラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法は、セラミクス原料、バインダ、及び、溶媒を含む混合物を、大気圧よりも減圧された雰囲気下で攪拌する工程を備える。

本発明による封口用ペーストを用いて封口を行うと、封口不良が低減される。この理由の一つは、大気圧よりも減圧された雰囲気下で混合物を攪拌することにより、粘性の高いペースト内部に存在する微少な気泡が低減されるためと考えられる。

ここで、前記雰囲気は３０ｋＰａ以下の圧力であることが好ましい。

本発明によれば、封口不良を低減できるセラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態で用いるペースト製造装置の概略図である。 図２の（ａ）は製造されたペーストを用いた封口方法を示す概略断面図であり、図２の（ｂ）は製造されたペーストを用いた封口方法を示す（ａ）に続く概略断面図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係るセラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法の一例について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態で用いる封口用ペーストの製造装置の概略構成図である。

この製造装置１００は、主として、攪拌容器１１０、攪拌羽根１２０、攪拌モータ１２４、真空ポンプ１３０、原料粉ホッパ１４０、原料液タンク１５０を主として備えている。

攪拌容器１１０は、耐圧容器であり減圧が可能である。攪拌容器１１０内には、攪拌羽根１２０が設けられており、攪拌羽根１２０は、攪拌モータ１２４により回転可能である。攪拌容器１１０には圧力計１１０ｐが設けられている。

攪拌容器１１０の上部には、バルブＶ１及びラインＬ１を介して真空ポンプ１３０が接続されている。

攪拌容器１１０の上部には、バルブＶ２及びラインＬ２を介して、原料粉ホッパ１４０が接続されている。

攪拌容器１１０の上部には、ラインＬ３を介して原料液タンク１５０が接続されており、ラインＬ３には、ポンプ１５４及びバルブＶ３が接続されている。

攪拌容器１１０の底部には、ラインＬ１０、バルブＶ１０、及び、ポンプ１６０を介して、封口装置２又は封口用ペースト貯留タンク３が接続されている。

続いて、本実施形態に係るセラミクスハニカム構造体用のペーストの製造方法について説明する。

まず封口用ペーストの原料を用意する。封口用ペーストの原料は特に限定されないが、典型的には、封口用ペーストの原料は、セラミクス原料、バインダ、及び、溶媒を含む。

セラミクス原料とは、焼成することによりセラミクスを与える原料である。得られ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。

セラミクス原料としては、セラミクス粒子、セラミクスを構成する元素を含む材料、及び、これらの混合物が挙げられる。

例えば、セラミクス粒子としては、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、窒化珪素等のセラミクス粒子が挙げられる。

また、セラミクスを構成する元素を含む材料としては、例えば、金属塩、金属水酸化物、金属アルコキシド、金属単体等が挙げられる。

セラミクス原料の使用量は、例えば、ペースト１００重量部に対して５０〜８５重量部とすることができる。

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等の有機バインダを例示できる。有機バインダの使用量は、例えば、ペースト１００重量部に対して０〜３０重量部とすることができる。

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、例えば、ペースト１００重量部に対して１０〜４０重量部とすることができる。

封口用ペーストは、さらに、潤滑剤、造孔剤、分散剤等の添加物を含むことができる。

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；ステアリン酸アルミニウムなどのステアリン酸金属塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどが挙げられる。潤滑剤の使用量は、例えば、ペースト１００重量部に対して０．５〜２０重量部とすることができる。

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。造孔剤の使用量は、例えば、ペースト１００重量部に対して０〜２０重量部とすることができる。

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。分散剤の使用量は、例えば、ペースト１００重量部に対して０．５〜２０重量部とすることができる。
封口用ペーストの粘度は特に限定されないが、Ｂ型回転粘度計（例えば、東機産業社製ＴＶＢ−１０Ｍ型、ローター番号Ｍ３、ローターの回転数が３、１．５、又は、０．６ｒｐｍ）にて、２５℃で１〜１００Ｐａ・ｓ程度であることが好ましく、２５℃で５〜８０Ｐａ・ｓ程度であることがより好ましい。

まず、原料の中で粉体の形態をとるもの（例えば、セラミクス粉、バインダ）を混合して原料粉ホッパ１４０に供給する。なお、粉体の形態をとる原料は、予め、乾式混合機等で十分に混合しておくことが好ましい。また、原料の中で液体の形態をとるものを原料液タンク１５０に貯留しておく。

続いて、バルブＶ２を開放して、所定量の粉体の形態をとる原料を攪拌容器１１０内に供給し、さらに、ポンプ１５４及びバルブＶ３を駆動して、ラインＬ３を介して液体の形態をとる原料を攪拌容器１１０内に供給する。その後、バルブＶ３及びバルブＶ２を閉めて、容器内を密閉する。なお、粉体と液体との供給のタイミングは特に限定されず、粉体が先で液体が後でもよく、その逆でもよく、同時でもよい。

つづいて、バルブＶ１及び真空ポンプ１３０を駆動して、ライン１を介して攪拌容器内の気体を容器外へ排気し、容器内を大気圧よりも減圧状態にする。その後、攪拌モータ１２４を駆動して、攪拌を始める。攪拌により、バインダ等が溶媒に溶けるとともに、固体成分が溶媒中に分散し、ペーストが得られる。

攪拌中は、真空ポンプ１３０による排気を続け、攪拌容器１１０内を大気圧よりも減圧した状態に維持する。攪拌中の攪拌容器内の圧力は、絶対圧で３０ｋＰａ以下に維持することが好ましく、より好ましくは、２０〜３０ｋＰａである。攪拌時間は特に限定されないが、５〜６０分とすることができる。攪拌時の液の温度も特に限定されないが、１０〜３０℃とすることができる。

その後、攪拌モータ１２４を停止させる。続いて、バルブＶ１を閉めて真空ポンプ１３０を停止し、その後、バルブＶ４を少しずつ開けて、攪拌容器１１０内を徐々に空気により常圧に戻す。さらに、バルブＶ１０を開け、ポンプ１６０を用いて、ペーストをラインＬ１０を介して封口装置２又は封口用ペースト貯留タンク３に貯留する。

本実施形態に係る方法により製造された封口用ペーストを用いてセラミクスハニカム構造体の貫通孔の一端を封口することにより、封口不良、特に、封口部における気孔（泡）の発生が低減される。この理由としては、大気圧よりも減圧された容器内で封口用ペースト用混合物を攪拌することにより、封口用ペーストにおける目視できない程度の微少な気泡も低減されるためと考えられる。

ここで、上述の封口用ペーストを用いた封口方法について簡単に説明する。

セラミクスハニカム構造体７０は、図２に示すように、互いに平行に伸びる複数の貫通孔７０ａを有する円柱体である。

セラミクスハニカム構造体７０の貫通孔７０ａが延びる方向の長さは特に限定されないが、例えば、４０〜３５０ｍｍとすることができる。また、セラミクスハニカム構造体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の断面のサイズは、例えば、正方形の場合一辺０．８〜２．５ｍｍとすることができる。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。

セラミクスハニカム構造体７０は、後で焼成することにより多孔性セラミクスとなるグリーン（未焼成体）であることが好ましく、セラミクス原料、バインダ、及び、溶媒を含む成形体であることができる。具体的には、成形体の材料としては、封口用ペーストで説明したものを使用可能である。

このようなセラミクスハニカム構造体７０は例えば以下のようにして製造することができる。各原料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し、所望の長さに切断後、公知の方法で乾燥することにより、セラミクスハニカム構造体７０を得ることができる。

なお、セラミクスハニカム構造体は、未焼成体でなくて、焼成済みのもの（例えば、多孔質セラミクス）であってもよい。

続いて、セラミクスハニカム構造体７０の貫通孔７０ａの一端を、図２のような装置を用いて、上述の封口用ペーストにより封口する。

本実施形態に係る封口装置２００は、主として、本体部２１０、弾性板２２０、ポンプ２５０を備える。

本体部２１０は、金属（例えばステンレス）やポリマー材料（例えば繊維強化プラスチック等の）等から形成された剛性部材である。本体部２１０には、凹部２１０ｄが形成され、凹部２１０ｄの内面には、多孔質部材２１０ｐが貼り付けられている。

弾性板２２０は、凹部２１０ｄの開口面を覆うように、本体部２１０の上に配置されている。弾性板２２０は、弾性を有し、容易に変形しうる。弾性板２２０としては、ゴム板が好ましい。

弾性板２２０は、リング部材２２５により本体部２１０に固定されている。リング部材２２５は、本体部２１０の凹部２１０ｄに対応する位置に開口２２５ａを有し、これにより環状形状をなしている。そして、リング部材２２５は、弾性板２２０における中央部（凹部２１０ｄとの対向部）が露出するように弾性板２２０上に配置されている。

本体部２１０は、さらに、凹部２１０ｄの底面の多孔質部材２１０ｐに連通する連通路２１０ｅを有している。連通路２１０ｅにはポンプ２５０が接続されている。

ポンプ２５０は、シリンダ２５１、及び、シリンダ２５１内に配置されたピストン２５３を備える。ピストン２５３には、ピストン２５３を軸方向に往復移動させるモータ２５５が接続されている。

本実施形態では、弾性板２２０と、ピストン２５３と、の間には、本体部２１０、連通路２１０ｅ、及び、シリンダ２５１により形成される閉鎖空間Ｖが形成され、閉鎖空間Ｖ内には、液体等の流体ＦＬが充填されている。

そして、ピストン５３を移動させることにより、本体部２１０の凹部２１０ｄ内から流体ＦＬを排出して弾性板２２０を凹部２１０ｄの内面に密着させて弾性板２２０による凹部２２０ｄを形成することができ（図２の（ａ）の状態）、また、凹部２１０ｄ内に流体ＦＬを供給することに弾性板２２０を凹部２１０ｄの底部から引き離すこと（図２の（ｂ）の状態）が出来る。

そして、予め、図２の（ａ）のように、ピストン２５３を下げることにより、弾性板２２０による凹部２２０ｄを形成し、この凹部２２０ｄ内に上述のようにして製造した封口ペーストＰを貯留しておく。

続いて、本体部２１０の凹部２１０ｄ上に、マスク１７０及び、セラミクスハニカム構造体７０を配置する。マスク１７０の孔１７０ａは、セラミクスハニカム構造体７０の貫通孔７０ａの内、封口すべき孔のみに対向するように位置決めされている。

続いて、図２の（ｂ）に示すように、ポンプ２５０のピストンを上方に移動させることにより、凹部２１０ｄ内に流体ＦＬを供給し、これによって、弾性板２２０をマスク１７０に向かって移動させる。これにより、封口材Ｐがマスク１７０の貫通孔１７０ａを介して、セラミクスハニカム構造体７０の一部の貫通孔７０ａ内に供給され、封口部７２が形成される。

続いて、図示は省略するが、ピストン５３をさらに上昇させ弾性板２２０と本体部２１０との間にさらに流体ＦＬを供給し、弾性板２２０を上方向に凸状に変形させ、セラミクスハニカム構造体７０及びマスク１７０を、弾性板２２０から引き離す。そして、必要に応じて、同様の操作により、セラミクスハニカム構造体７０の他の面に対して同様の封口を行うことができる。そして、封口されたセラミクスハニカム構造体を乾燥、焼成することにより、セラミクスハニカムフィルタを製造することが出来る。このようなセラミクスハニカムフィルタは、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタとして用いることができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、圧力容器としての攪拌容器の内部を直接減圧しているが、減圧可能な室内に攪拌容器及び攪拌翼等を配置し、室内を減圧することにより混合物を減圧雰囲気下としても実施は可能である。

７０…セラミクスハニカム構造体、１１０…攪拌容器（容器）、２００…封口装置、Ｐ…封口用ペースト。

Claims (2)

1. セラミクス原料、バインダ、及び、溶媒を含む混合物を、大気圧よりも減圧された雰囲気下で攪拌する工程を備える、セラミクスハニカム構造体の封口用ペーストの製造方法。
2. 前記雰囲気は３０ｋＰａ以下の圧力である請求項１記載の方法。

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