JP2014008444A - 封口用マスク、並びに、これを用いたハニカム構造体の封口方法及びハニカムフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各貫通孔における封口材の封口長さの均一性を向上できるハニカム構造体の封口用マスクを提供すること。
【解決手段】ハニカム構造体１の貫通孔１ａを封口する際に用いられる封口用マスク１０であって、厚さ方向に貫通する複数の第一開口部１１ａを有する平板状の第一層１１と、第一層１１の一面上に設けられ、第一開口部１１ａに対応する位置において厚さ方向に貫通する複数の第二開口部１２ａを有する第二層１２と、を有し、第二開口部１２ａの第一層側とは反対側の開口径は、第一開口部１１ａの第二層側の開口径より大きい、封口用マスク。
【選択図】図９

Description

本発明は、ハニカム構造体の封口用マスク、並びに、これを用いたハニカム構造体の封口方法及びハニカムフィルタの製造方法に関する。

従来より、ハニカムフィルタが、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）用等として広く知られている。このハニカムフィルタは、隔壁により区画された多数の貫通孔を有するハニカム構造体において、一部の貫通孔の一端側を封口材で封じると共に、残りの貫通孔の他端側を封口材で封じることにより製造される。

ハニカム構造体の端面の所望の貫通孔のみを封口材により封じる際には、封口すべき貫通孔に対応する箇所に開口部が設けられた封口用マスクをハニカム構造体の端面に当接させた状態で、封口用マスクの開口部を通じて封口材をハニカム構造体の貫通孔に導入し、その後封口材を固化させる方法が広く採用されている。図１４に従来の封口用マスク３０を示す。封口用マスク３０は、金属製の平板３２からなり、厚さ方向に貫通する複数の開口部３２ａを有する。下記特許文献１、２には、封口用マスクを用いてハニカム構造体を封口する方法が記載されている。

特開２００４−２９０７６６号公報 特開２００８−１３２７４９号公報

しかしながら、従来の方法では、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性が十分でなかった。

ここで、図１５は、図１４に示した従来の封口用マスクを用いてハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給する様子を示す断面図である。図１５は、隔壁１ｂによって区切られた貫通孔１ａを有するハニカム構造体１における所望の貫通孔１ａを封口すべく、従来の封口用マスク３０をハニカム構造体１の端面に当接させ、弾性板６０を押し上げることにより封口材１３０をハニカム構造体１の貫通孔１ａ内に供給する様子を示している。従来の封口用マスク３０を用いた場合、マスク３０の開口部３２ａ同士の間隔が広いため、開口部３２ａのない領域に封口材１３０が溜まりやすく、この溜まった封口材１３０がいずれの貫通孔１ａに注入されるかは制御不能である。そのため、図１５に示すように、貫通孔１ａ内に注入される封口材１３０の量がばらつきやすく、封口長さの均一性が十分に得られない。また、封口材１３０の注入量が少ない貫通孔１ａは、十分に封口されずに封口欠陥となるおそれもある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性を向上できるハニカム構造体の封口用マスク、並びに、これを用いたハニカム構造体の封口方法及びハニカムフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ハニカム構造体の貫通孔を封口する際に用いられる封口用マスクであって、厚さ方向に貫通する複数の第一開口部を有する平板状の第一層と、上記第一層の一面上に設けられ、上記第一開口部に対応する位置において厚さ方向に貫通する複数の第二開口部を有する第二層と、を有し、上記第二開口部の上記第一層側とは反対側の開口径は、上記第一開口部の上記第二層側の開口径より大きい、封口用マスクを提供する。

上記封口用マスクは、開口径が上記の条件を満たす第二開口部を有する第二層を備えている。この封口用マスクを、第二層側が封口材を供給する側（ハニカム構造体に当接する側とは反対側）となるように配置して封口材を供給した場合、封口材はまず第二層の第二開口部の内側に入り込み、次いで第一層の第一開口部を通じて貫通孔内に注入される。このとき、第二開口部の第一層側とは反対側（封口材を供給する側）の開口径が、第一開口部の第二層側の開口径よりも大きいため、第二開口部同士の間隔は、第一開口部同士の間隔よりも狭くなっている。そのため、封口材が溜まりやすい領域（第二開口部のない領域）が減少し、封口材は各第二開口部の内側に均等に入りやすくなる。そして、第二開口部の内側に入った封口材は、当該第二開口部に対応する第一開口部に誘導される。したがって、第二開口部の存在により、いずれの貫通孔に注入されるか制御不能な封口材を減らし、各貫通孔への封口材の注入量を均一化することができる。その結果、封口長さの均一性を向上させることができるとともに、封口材の注入量が極端に少ない貫通孔をなくして封口欠陥の発生を抑制することができる。

本発明はまた、ハニカム構造体の貫通孔の封口方法であって、上記本発明の封口用マスクを、上記第二層が封口材を供給する側となるように配置する工程と、上記封口用マスクの上記第二層側から上記第二開口部及び上記第一開口部を通じて、上記ハニカム構造体の一方の端面における封口すべき貫通孔に封口材を供給する工程と、を有する、封口方法を提供する。

かかる封口方法により、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性を向上させることができる。また、封口欠陥の発生を抑制することができる。

本発明はまた、上記封口方法によりハニカム構造体の一部の貫通孔を封口する工程を経てハニカムフィルタを得る、ハニカムフィルタの製造方法を提供する。

かかる製造方法により、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性が向上されており、且つ、封口欠陥の発生が抑制されたハニカムフィルタを製造することができる。

本発明によれば、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性を向上できるハニカム構造体の封口用マスク、並びに、これを用いたハニカム構造体の封口方法及びハニカムフィルタの製造方法を提供することができる。

図１の（ａ）はハニカム構造体の一例を示す斜視図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の部分拡大図である。 図２の（ａ）は本発明に係る封口用マスクの一実施形態を示す斜視図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）の部分拡大図である。 図３は本発明に係る封口用マスクの一実施形態を示す概略断面図である。 図４は封口装置の一例を示す概略断面図である。 図５は、図４の封口装置のＶ−Ｖ矢視図である。 図６の（ａ）は、図４の封口装置の動作を説明する部分断面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の動作に続く動作を説明する部分断面図である。 図７の（ａ）は、図６の（ｂ）の動作に続く動作を説明する部分断面図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）の動作に続く動作を説明する部分断面図である。 図８の（ａ）は、図７の（ｂ）の動作に続く動作を説明する部分断面図であり、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）の動作に続く動作を説明する部分断面図である。 図９は本発明に係る封口用マスクを用いてハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給する様子を示す部分断面図である。 図１０の（ａ）は、図８の（ｂ）の動作に続く動作を説明する部分断面図であり、図１０の（ｂ）は、図１０の（ａ）の動作に続く動作を説明する部分断面図である。 図１１の（ａ）は本発明に係る封口用マスクの他の一実施形態を示す斜視図であり、図１１の（ｂ）は図１１の（ａ）の部分拡大図である。 図１２の（ａ）はハニカム構造体の他の一例を示す斜視図であり、図１２の（ｂ）は図１２の（ａ）の部分拡大図である。 図１３の（ａ）は本発明に係る封口用マスクの他の一実施形態を示す斜視図であり、図１３の（ｂ）は図１３の（ａ）の部分拡大図である。 図１４は、従来の封口用マスクを示す概略断面図である。 図１５は、従来の封口用マスクを用いてハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給する様子を示す部分断面図である。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（ハニカム構造体）
図１の（ａ）に示すように、ハニカム構造体１は、隔壁１ｂによって区切られた多数の貫通孔１ａが略平行に配置された円柱体である。ハニカム構造体１は、側面を形成する側壁１ｃの形状が円筒状である。また、図１の（ｂ）に示すように、貫通孔１ａの断面形状は、例えば、正方形である。以下では、貫通孔１ａの断面形状が正方形である場合について説明する。但し、図１の（ｂ）に示すように、貫通孔１ａの中には、側壁１ｃ近傍において、異なる断面形状の貫通孔も存在し得る。

貫通孔１ａは、ハニカム構造体１において、端面から見て、正方形配置、すなわち、貫通孔１ａの中心軸が、正方形の頂点にそれぞれ位置しかつ隣接する辺同士が平行となるように配置されている。貫通孔１ａの断面の正方形のサイズは、例えば、一辺０．８〜２．５ｍｍとすることができる。本実施形態では、貫通孔１ａの正方形のサイズ及び断面積は互いに略同一とされている。

貫通孔１ａ間の隔壁１ｂの厚みは、０．０５〜０．５ｍｍとすることができる。また、側壁１ｃの厚みは、隔壁１ｂの厚みよりも厚いことが好ましく、０．１〜３．０ｍｍとすることができる。

図１の（ａ）において、ハニカム構造体１の貫通孔１ａ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、ハニカム構造体１の外径も特に限定されないが、例えば、３０〜３２０ｍｍとすることできる。

ハニカム構造体１の材料は特に限定されないが、高温耐性の観点から、セラミクス材料が好ましい。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、金属等が挙げられる。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。このようなハニカム構造体１は通常多孔質である。

また、ハニカム構造体１は、後で焼成することにより上述のようなセラミック材料となるグリーン成形体（未焼成成形体）であってもよい。グリーン成形体は、セラミクス原料である無機化合物源粉末、及び、メチルセルロース等の有機バインダ、及び、必要に応じて添加される添加剤を含む。

例えば、チタン酸アルミニウムのグリーン成形体の場合、無機化合物源粉末は、αアルミナ粉等のアルミニウム源粉末、及び、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタニウム源粉末を含み、必要に応じて、さらに、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末及び／又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を含むことができる。

有機バインダとしては、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を例示できる。

添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤および可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。

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などが挙げられる。

潤滑剤および可塑剤としては、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Ａｌ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。

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。

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。

（封口用マスク）
図２（ａ）及び（ｂ）は、図１に示すハニカム構造体１の所望の貫通孔１ａを封口するのに使用される封口用マスク１０を示す。図３は封口用マスク１０の断面図である。封口用マスク１０は、厚さ方向に貫通する複数の第一開口部１１ａを有する円形平板状の第一層１１と、第一層１１の一面上に設けられ、第一開口部１１ａに対応する位置において厚さ方向に貫通する複数の第二開口部１２ａを有する円形平板状の第二層１２と、からなる。そして、第二開口部１２ａの第一層側とは反対側Ｓ１の開口径（以下、「開口径ｄ１」と言う）は、第一開口部１１ａの第二層側Ｓ２の開口径（以下、「開口径ｄ２」と言う）より大きくされている。かかる封口用マスク１０をハニカム構造体１の封口処理に用いるとき、第一層１１の第二層側とは反対側Ｓ４の面をハニカム構造体１の端面に当接させ、第二層１２の第一層側とは反対側Ｓ１から封口材を供給する。

また、ハニカム構造体１に封口用マスク１０を当接させる際に、封口用マスク１０の貫通孔の位置決めを容易にすべく、封口用マスク１０には、オリエンテーションフラットＯＦが形成され、これに対応して図４に示す封口装置１００のリング部材６５にもオリエンテーションフラットＯＦに対応する突起６５ｂを設けてもよい（図５参照）。なお、本実施形態では、第一層１１及び第二層１２の両方にオリエンテーションフラットＯＦを設けたが、第一層１１又は第二層１２のいずれか一方にのみオリエンテーションフラットＯＦを設けてもよい。また、第一層１１と第二層１２の外径は同一でも異なっていてもよい。また、封口用マスク１０の外径は、封口装置１００の本体部５０の凹部５０ｄの内径よりも大きくされていることが好ましい。

第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａは、ハニカム構造体１の所望の貫通孔１ａに対して封口材を導入するために設けられたものである。本実施形態では、第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａの開口形状は、ハニカム構造体１の貫通孔１ａの断面形状に対応するように正方形である。これらの第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａは、千鳥配置されており、封口用マスク１０がハニカム構造体１の端面上に位置決めして配置された状態で、正方形配置された複数の貫通孔１ａのうち、互いに上下左右に隣接しない関係にある複数の貫通孔１ａのみに対して対向して配置される。なお、第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａの開口形状は、正方形に限定されるものではなく、正方形以外の多角形や円形等であってもよいが、ペースト状の封口材の充填性の観点から、貫通孔１ａの形状と相似形又は円形であることが好ましい。また、第一開口部１１ａの開口形状と第二開口部１２ａの開口形状とは、同一でも異なっていてもよい。第一開口部１１ａの開口形状と第二開口部１２ａの開口形状とが異なる場合は、第二開口部１２ａの第一層側とは反対側Ｓ１の開口形状が、第一開口部１１ａの第二層側Ｓ２の開口形状を内包できることが好ましい。

第二開口部１２ａの第一層側とは反対側Ｓ１の開口径ｄ１は、第一開口部１１ａの第二層側Ｓ２の開口径ｄ２より大きくされているが、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性をより向上できることから、開口径ｄ１は開口径ｄ２の１．５倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。

なお、第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａの開口径は、封口用マスク１０の厚さ方向に変化するものであってもよい。例えば、開口径がハニカム構造体１の端面に近づくほど徐々に小さくなるテーパ形状をとってもよい。開口径が変化する場合は、上述した開口径ｄ１及びｄ２の関係を満たすとともに、以下の関係を満たすことが好ましい。

すなわち、第二開口部１２ａの第一層側Ｓ３の開口径（以下、「開口径ｄ３」と言う）は、開口径ｄ２以上であり、且つ、開口径ｄ１以下であることが好ましい。また、第一開口部１１ａの第二層側とは反対側Ｓ４の開口径（以下、「開口径ｄ４」と言う）は、開口径ｄ２以下であり、且つ、封口すべき貫通孔１ａの開口径未満であることが好ましい。開口径ｄ１〜ｄ４が上記の条件を満たすことにより、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性をより向上できるとともに、封口材を第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａを通じてスムーズに貫通孔１ａ内に供給することができる。なお、ここでいう開口径とは、第一開口部１１ａ、第二開口部１２ａもしくは貫通孔１ａの開口形状に内包させることができる最大の円の直径を指す。

第一開口部１１ａの輪郭のアスペクト比は１．５以下であることが好ましく、１．２以下であることが好ましい。輪郭のアスペクト比とは、開口の輪郭を、外接する最小面積の長方形（正方形含む）で囲んだ場合の、長辺長さ／短辺長さで定義される。なお、第二開口部１２ａは、各々の形状が全て同一であり、隣接する第二開口部１２ａと第二開口部１２ａとの間隔が全て均一であれば、その形状及びアスペクト比は特に限定されない。

また、第一開口部１１ａは、第二層側とは反対側Ｓ４の開口面積が０．１ｍｍ^２以上であり、且つ、封口すべき貫通孔１ａの開口面積と同等又はそれ未満であることが好ましい。第一開口部１１ａの第二層側とは反対側Ｓ４の開口面積が０．１ｍｍ^２未満であると、封口材が第一開口部１１ａを通過しにくくなり、所定量の封口材を貫通孔１ａ内に供給できない場合がある。第一開口部１１ａの第二層側とは反対側Ｓ４の開口面積は、０．１ｍｍ^２以上であることが好ましく、０．２ｍｍ^２以上であることがより好ましい。他方、ペースト状の封口材の貫通孔１ａへの注入性、短時間での封口材の注入、封口用マスクへの封口材の付着残存（封口材ロス）の低減などの観点から、第一開口部１１ａの第二層側とは反対側Ｓ４の開口面積は、可能な限り、貫通孔１ａの開口面積に近くなるように大きく取ることが好ましい。但し、マスクずれや貫通孔１ａの配列の歪み（セル配列の歪み）が発生した場合には、封口すべきでない近傍の貫通孔１ａへの封口材の漏れ込みが生じることがあるため、その点を考慮して、第一開口部１１ａの第二層側とは反対側Ｓ４の開口面積を、貫通孔１ａの開口面積未満としてもよい。

第二開口部１２ａは、第一層側とは反対側Ｓ１の開口面積が１ｍｍ^２以上であることが好ましく、３ｍｍ^２以上であることがより好ましい。第二開口部１２ａの開口面積をできるだけ大きくした方が、封口材が各第二開口部１２ａの内側に均等に入り込みやすくなり、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性を高めることができるため、好ましい。

第一層１１の材質は特に限定されないが、剛性を有するものが好ましく、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、及び銅等の金属や、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、及び炭素繊維強化熱可塑性樹脂等の樹脂が挙げられる。第一層１１の厚みは特に限定されないが、例えば０．１〜５ｍｍが好ましい。

第二層１２の材質は特に限定されないが、剛性を有するものが好ましく、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、及び銅等の金属や、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、及び炭素繊維強化熱可塑性樹脂等の樹脂が挙げられる。第一層１１の材質と第二層１２の材質とは、同一でも異なっていてもよい。第二層１２の厚みは特に限定されないが、例えば０．１〜５ｍｍが好ましい。

第一層１１と第二層１２とは、各層の開口部の位置ずれや層間への封口材の侵入が生じないように、接着剤等により接着されて一体化していることが好ましい。なお、各層の開口部の位置ずれや層間への封口材の侵入を十分に抑制可能な場合には、第一層１１と第二層１２とは、非接着状態で分離可能なように積層されていてもよい。

本実施形態においては、第一層１１の一面に直接第二層１２を積層した構造を示したが、第一層１１と第二層１２の間に他の層を設けてもよい。また、第一層１１の第二層１２とは反対側の面に、他の層を設けてもよい。

（封口装置）
封口用マスク１０を用いてハニカム構造体１の封口を実施するのに好適な封口装置について説明する。図４に示す封口装置１００は、主として、本体部５０、弾性板６０、ポンプ７０及び保持部８０を備える。

本体部５０は、剛性材料から形成されている。剛性材料としては、ステンレス等の金属や、繊維強化プラスチック等のポリマー材料が挙げられる。本体部５０の上面５０ａには、凹部５０ｄが形成されている。本実施形態では、凹部５０ｄの形状は、図４及び図５に示すように、円柱状とされている。そして、本体部５０の上面５０ａに対して、凹部５０ｄの側面５０ｂが垂直、かつ、底面５０ｃが平行とされている。凹部５０ｄの直径は、たとえば、３０〜３２０ｍｍとすることができる。凹部５０ｄの深さは、たとえば、０．２〜２０ｍｍとすることができる。なお、本体部５０には、超音波振動器等の加振器１４０が設けられていることが好ましい。

弾性板６０は、凹部５０ｄの開口面を覆うように、本体部５０の上面５０ａ上に、配置されている。弾性板６０は、弾性を有し、容易に変形しうる。弾性板６０としては、ゴム板が好ましい。ゴムとしては、天然ゴムや、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ふっ素ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴムが挙げられる。弾性板６０の厚みは特に限定されないが、たとえば、０．３〜３．０ｍｍとすることができる。

弾性板６０は、リング部材６５、及び、ボルト６７により本体部５０に固定されている。リング部材６５は、本体部５０の凹部５０ｄに対応する位置に開口６５ａ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６５は、弾性板６０における中央部（凹部５０ｄとの対向部）が露出するように弾性板６０上に配置されている。これにより、弾性板６０の周辺部が、本体部５０とリング部材６５とにより挟まれている。リング部材６５及び弾性板６０には貫通孔ｈがそれぞれ形成され、本体部５０には、これら貫通孔ｈに対応するねじ孔ｊが形成されており、ボルト６７がこれらの貫通孔ｈを貫通して配置され、ねじ孔ｊにねじ込まれて固定されることにより、本体部５０の上面５０ａにおける凹部５０ｄのまわりの部分に、弾性板６０の周辺部が密着して固定されている。

図４及び図５に示すように、リング部材６５の開口６５ａの内径は、本体部５０の凹部５０ｄの内径よりも大きくされていることが好ましい。

本体部５０は、さらに、凹部５０ｄの底面５０ｃに開口する連通路５０ｅを有している。なお、本実施形態では、連通路５０ｅは凹部５０ｄの底面５０ｃに開口しているが、凹部５０ｄの内面に開口していればよく、たとえば、凹部５０ｄの側面５０ｂに開口していてもよい。また、連通路５０ｅの開口の形状や数も特に限定されない。

連通路５０ｅには、接続パイプ５４を介してポンプ７０が接続されている。

ポンプ７０は、シリンダ７１、シリンダ７１内に配置されたピストン７３、及び、ピストン７３に接続されたピストンロッド７４を備える。ピストンロッド７４には、ピストンロッド７４を軸方向に往復移動させるモータ７５が接続されている。なお、ピストンロッド７４を手動で動かしてもよい。

本実施形態では、弾性板６０と、ピストン７３と、の間には、本体部５０、接続パイプ５４、及び、シリンダ７１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、流体ＦＬが充填されている。流体ＦＬは特に限定されず、空気等の気体でもよいが液体が好ましく、特に、スピンドルオイル等が好ましい。そして、ピストン７３を移動させることにより、本体部５０の凹部５０ｄ内から流体ＦＬを排出することができ、また、凹部５０ｄ内に流体ＦＬを供給することができる。

本体部５０の上には、保持部８０が設けられている。保持部８０は、ハニカム構造体１を保持する保持具８１、及び保持具８１が接続された空気圧シリンダ８２を有する。

保持具８１は、ハニカム構造体１を、図４に示すように、一方の端面が弾性板６０及び凹部５０ｄと対向するように保持する。

空気圧シリンダ８２は、上下方向に延びるシリンダ８２ａと、シリンダ８２ａ内に設けられたピストン８２ｂとを有し、外部からの供給する圧力を調整することによりピストン８２ｂの上下両側での圧力を調節可能となっている。そして、これにより空気圧シリンダ８２は、保持具８１を、ハニカム構造体１と弾性板６０とが近づく方向及びこれらが互いに離れる方向にそれぞれ移動可能である。また、空気圧シリンダ８２は、ピストン８２ｂの前後のガスの供給圧力に応じて保持具８１を下方に所定の力で押圧することにより、ハニカム構造体１を封口用マスク１０に対して密着させることができる。さらに、空気圧シリンダ８２は、ピストンの前後の圧力を開放することにより、保持具８１が上下方向に自由に移動することを許可することもできる。すなわち、保持部８０は、保持具８１が保持したハニカム構造体１を上方向に自由に移動可能とする状態と、ハニカム構造体１を本体部５０に対して固定する状態とを切替え可能である。

（ハニカム構造体の封口方法）
上述の封口用マスク１０を使用してハニカム構造体１を封口する方法について説明する。本実施形態に係る封口方法は、以下の工程を有する。
工程ａ：封口用マスク１０を、第二層１２が封口材１３０を供給する側となるように配置する工程。
工程ｂ：封口用マスク１０の第二層１２側から第二開口部１２ａ及び第一開口部１１ａを通じて、ハニカム構造体１の一方の端面における封口すべき貫通孔１ａに封口材１３０を供給する工程。

上記工程ａ，ｂを経てハニカム構造体１を封口する方法を、上述の封口装置１００を使用した場合を例にして説明する。まず、図４の状態から、予め、空気圧シリンダ８２を駆動して、ハニカム構造体１を保持する保持具８１上方に引き上げておくと共に、封口用マスク１０を弾性板６０上から外しておく。次に、ポンプ７０のピストン７３を下方に引くことにより、本体部５０の凹部５０ｄから流体ＦＬを下方に排出させる。これにより、図６の（ａ）に示すように、弾性板６０が変形して凹部５０ｄの側面５０ｂ及び底面５０ｃに密着し、これによって、弾性板６０の凹部６０ｄが形成する。

続いて、図６の（ｂ）に示すように、弾性板６０の凹部６０ｄ内に封口材１３０を供給する。必要に応じて、加振器１４０を駆動することにより、封口材１３０の表面の平坦化、脱泡を促す。

封口材１３０は、ハニカム構造体１の貫通孔１ａの端部を閉鎖できるものであれば特に限定されないが、液状であることが好ましい。例えば、封口材として、セラミクス材料又はセラミクス原料と、バインダと、潤滑剤と、溶媒とを含むスラリーが例示できる。

セラミクス材料としては、上述のハニカム構造体１の構成材料や、その原料が挙げられる。セラミクス材料の使用量は、例えば、スラリー１００質量部に対して５０〜８５質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が挙げられる。バインダの使用量は、例えば、スラリー１００質量部に対して０〜３０質量部とすることができる。

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などが挙げられる。潤滑剤の使用量は、例えば、スラリー１００質量部に対して０．５〜２０質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、スラリー１００質量部に対して０〜２０質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、スラリー１００質量部に対して１０〜４０質量部とすることができる。

ハニカム構造体１の一方の端面の封口に使用する封口材の量は、例えば、３〜５０００ｍＬとすることができる。

続いて、図７の（ａ）に示すように、本体部５０の凹部５０ｄを覆うように弾性板６０上に封口用マスク１０をセットし、次いで、空気圧シリンダ８２により保持具８１を下方に移動させてハニカム構造体１を封口用マスク１０に接触させる。このとき、封口用マスク１０は、第二層１２が封口材１３０側になるようにセットする。これにより、ハニカム構造体１の一部の貫通孔１ａと封口用マスク１０の第一及び第二開口部１１ａ，１２ａとを連通させる。さらに、空気圧シリンダ８２により保持具８１を下方に押圧し、ハニカム構造体１を封口用マスク１０及び本体部５０に対して固定する。あるいは、封口材を導入したい貫通孔１ａと第一及び第二開口部１１ａ，１２ａの位置が合うように予めハニカム構造体１の端面に封口用マスク１０を配置し、これを封口装置１００に装着してもよい。

次いで、ポンプ７０のピストンを上方に移動させることにより、凹部５０ｄ内に流体ＦＬを供給し、これによって、図７の（ｂ）に示すように、弾性板６０が封口用マスク１０に向かって移動する。この工程は、図８の（ａ）に示すように、弾性板６０が封口用マスク１０に接触し、弾性板６０の変形が解消するまで行なう。

これにより、封口材１３０が封口用マスク１０の第一及び第二開口部１１ａ，１２ａを介して、ハニカム構造体１の一部の貫通孔１ａ内に供給され、封口部１ｐが形成される。

図９は、上記工程ｂにおいて、封口用マスク１０をハニカム構造体１の端面に当接させた状態で、第二層１２側からハニカム構造体１の貫通孔１ａに封口材１３０を導入した様子を示す図である。封口用マスク１０においては、第二開口部１２ａの第一層側とは反対側の開口径が、第一開口部１１ａの第二層側の開口径よりも大きいため、第二開口部１２ａ同士の間隔は、第一開口部１１ａ同士の間隔よりも狭くなっている。そのため、第二開口部１２ａのない領域に封口材１３０が溜まりにくく、封口材１３０は第二開口部１２ａの内側に入りやすい。そして、第二開口部１２ａの内側に入った封口材１３０は、図９中に矢印で示すように、当該第二開口部１２ａに対応する第一開口部１１ａに誘導される。したがって、第二開口部１２ａの存在により、各貫通孔１ａへの封口材１３０の注入量を制御することができ、封口長さの均一性を向上させることができる。また、封口材１３０の注入量が極端に少ない貫通孔１ａをなくすことができ、封口欠陥の発生を抑制することができる。

続いて、空気圧シリンダ８２によるハニカム構造体１の下方向への押圧を停止してハニカム構造体１が上方に自由に移動できるようした後、ピストン７３をさらに上昇させ弾性板６０と本体部５０との間にさらに流体ＦＬを供給する。これにより、図８の（ｂ）に示すように、弾性板６０は、上方向に凸状に変形し、封口用マスク１０及びハニカム構造体１が上方に移動する。このとき、凸状に変形する弾性板６０の周辺部は封口用マスク１０から離れるので、これにより、封口用マスク１０及びハニカム構造体１を、本体部５０から容易に引き離すことができる。

続いて、ハニカム構造体１を保持具８１から外した後、天地をひっくり返したうえで再びハニカム構造体１を保持具８１に保持する。次いで、封口用マスク１０と第一及び第二開口部１１ａ，１２ａの配置が正反対の千鳥配置とされた封口用マスク１０ａを用いて、同様の操作を行なう。これにより、図１０の（ａ）に示すように、残りの貫通孔１ａの他端側が封口材で封口され、封口部１ｐが形成される。なお、ハニカム構造体１の側壁１ｃ近傍に存在する異なる断面形状の貫通孔については、両端ともに封口材で封口することが望ましい。続いて、上述と同様にして弾性板６０を上に凸状に変形させることにより、封口用マスク１０ａ及びハニカム構造体１を容易に本体部５０及び弾性板６０から引き離すことができる。

そして、このようにして両端に対して封口処理が施されたハニカム構造体１を乾燥、焼成等することにより、封口材１３０を固化して貫通孔１ａの封口を完了する。

封口装置１００によれば、図８の（ｂ）及び図１０の（ｂ）に示す通り、弾性板を凸状に変形させることができるので、封口材１３０を供給した後のハニカム構造体１に接している封口用マスク１０を本体部５０や弾性板６０から容易に引き離すことができる。したがって、生産効率を高めることができ、封口されたハニカム構造体を低コスト化で製造することができる。

（ハニカムフィルタの製造方法）
上述の封口用マスク１０を使用してハニカムフィルタを製造する方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、上述した封口方法によりハニカム構造体１の一部の貫通孔１ａを封口する工程（封口工程）を経てハニカムフィルタを得る方法である。封口工程の前後の工程は、封口するハニカム構造体１が焼成前のグリーン成形体であるか、焼成後のハニカム焼成体であるかによって異なる。グリーン成形体に対して封口を行う場合には、グリーン成形体を成形した後、封口工程を行い、次いで焼成工程を行なうことでハニカムフィルタを得ることができる。ハニカム焼成体に対して封口を行なう場合には、グリーン成形体を成形した後、焼成工程を行い、次いで封口工程を行い、その後さらに焼成工程を行うなどして封口材を固化することでハニカムフィルタを得ることができる。

グリーン成形体は、上述した材料を、隔壁の断面形状に対応する出口開口を有する押出機から押し出し、必要に応じて乾燥をし、所望の長さに切ることにより得ることができる。

焼成工程は、グリーン成形体を仮焼（脱脂）および焼成して、多孔質のセラミックスからなるハニカム焼成体を得る工程である。

仮焼（脱脂）は、グリーン成形体中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を、焼失、分解等により除去するための工程であり、典型的には、焼成温度に至るまでの昇温段階（たとえば、１５０〜９００℃の温度範囲）になされる。仮焼（脱脂）工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。

グリーン成形体の焼成における焼成温度は、通常、１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上である。また、焼成温度は、通常、１６５０℃以下、好ましくは１５５０℃以下である。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常、１℃／時間〜５００℃／時間である。

焼成は通常、大気中で行なわれるが、用いる原料粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよい。

焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。

焼成に要する時間は、セラミックスが生成するのに十分な時間であればよく、グリーン成形体の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は１０分〜２４時間である。

以上の工程を経て、ハニカムフィルタを得ることができる。得られたハニカムフィルタは、研削加工等により、所望の形状に加工することもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、さまざまな変形態様が可能である。例えば、封口用マスク１０を構成する第二層は平板状の部材でなくてもよく、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すような格子状の枠であってもよい。このような格子状の枠の場合、第一層１１の第一開口部１１ａが無い位置にも、第二層１３の第二開口部１３ａが配置されることとなる。しかし、この場合でも、第二層１３の第二開口部１３ａは、第一層１１の第一開口部１１ａに対応する位置に配置されるため、図２に示した封口用マスク１０と同様に、本発明の効果を奏することができる。

また、ハニカム構造体１の貫通孔１ａの配置は、正方形配置でなくてもよく、例えば、三角配置、千鳥配置等でも構わない。この場合、貫通孔１ａの配置に合わせて、封口用マスク１０の第一開口部１１ａ及び第二開口部１２ａの数や位置を変更することができる。

また、ハニカム構造体１の貫通孔１ａの断面形状は、正方形でなくてもよく、例えば、長方形、三角形、多角形、円形等でもよい。また、これらが混在していても構わない。例えば、ハニカム構造体１の貫通孔１ａの断面形状が正六角形であり、これらが正三角形配列されている、すなわち、貫通孔１ａの中心が仮想的な正三角形の頂点にそれぞれ配置されていてもよい。また、貫通孔１ａに、面積が異なるものが混在していてもよい。

また、ハニカム構造体１の外形形状も円柱でなくてもよく、例えば、四角柱等の角柱でもよい。

また、封口用マスク１０の外形形状は、円に限定されず、任意の形状が可能である。例えば、楕円や、矩形、三角形、六角形等の多角形を取ることができる。特に、正方形、正三角形、正六角形等の正多角形も好ましい。

以下、本発明の他の好適な実施形態として、ハニカム構造体の貫通孔の断面形状が六角形である場合を説明する。図１２の（ａ）は、隔壁２ｂによって区切られた、断面形状が正六角形である貫通孔２ａを有するハニカム構造体２の一例を示す斜視図であり、図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）の部分拡大図である。ハニカム構造体２における貫通孔２ａの配置は、図１２の（ｂ）に示したように、断面において貫通孔２ａの中心が正三角形の頂点に配置される正三角形配置となっている。なお、図１２には、貫通孔２ａの断面形状が正六角形である場合を示したが、断面形状は非対称六角形等の正六角形以外の六角形であってもよい。また、図１２には、全ての貫通孔２ａの断面積が等しい場合を示したが、貫通孔２ａの断面積は異なっていてもよい。

図１３の（ａ）及び（ｂ）は、図１２に示すハニカム構造体２の一方の端面において、所望の貫通孔２ａを封口するのに使用される封口用マスク２０を示す。封口用マスク２０は、厚さ方向に貫通する複数の第一開口部２１ａを有する円形平板状の第一層２１と、第一層２１の一面上に設けられ、第一開口部２１ａに対応する位置において厚さ方向に貫通する複数の第二開口部２２ａを有する円形平板状の第二層２２と、からなる。また、封口用マスク１０と同様に、封口用マスク２０には、オリエンテーションフラットＯＦが形成されている。

本実施形態の第一開口部２１ａ及び第二開口部２２ａの開口形状は円形である。なお、第一開口部２１ａ及び第二開口部２２ａの開口形状は、ハニカム構造体２の貫通孔２ａの断面形状に対応するように六角形としてもよい。

第一開口部２１ａ及び第二開口部２２ａは、開口部の中心が正六角形の頂点に配置される正六角形配置となっている。正六角形配置の中心に位置する箇所には開口部は設けられていない。また、封口用マスク２０における隣接する第一開口部２１ａ及び第二開口部２２ａの中心間の距離は、ハニカム構造体２における隣接する貫通孔２ａの中心間の距離とほぼ等しい。

上記した封口用マスク２０を用いて、ハニカム構造体２の一方の端面側を封口すると、開口したままの貫通孔における六角形の全ての辺に隣接する貫通孔が全て封口され、開口したままの貫通孔同士が隣り合わないような配置となる。

なお、ハニカム構造体のもう一方の端面側においては、第一開口部及び第二開口部の配置が上記した開口マスク２０とは反対となる封口用マスクを用いて封口する。すなわち、この封口用マスクは、封口用マスク２０において開口部が設けられていた正六角形配置の頂点に位置する箇所には開口部を設けず、開口していなかった正六角形配置の中心に位置する箇所に開口部を設けたものである。

このように断面形状が六角形の貫通孔を有するハニカム構造体を封口する場合でも、第一層及び第二層を有する本発明の封口用マスクを用いることで、各貫通孔における封口材の封口長さの均一性を向上させることができる。

１…ハニカム構造体、１ａ…貫通孔、１ｂ…隔壁、１ｃ…側壁、１０…封口用マスク、１１…第一層、１１ａ…第一開口部、１２…第二層、１２ａ…第二開口部。

Claims (3)

1. ハニカム構造体の貫通孔を封口する際に用いられる封口用マスクであって、
   厚さ方向に貫通する複数の第一開口部を有する平板状の第一層と、
   前記第一層の一面上に設けられ、前記第一開口部に対応する位置において厚さ方向に貫通する複数の第二開口部を有する第二層と、
   を有し、
   前記第二開口部の前記第一層側とは反対側の開口径は、前記第一開口部の前記第二層側の開口径より大きい、封口用マスク。
2. ハニカム構造体の貫通孔の封口方法であって、
   請求項１記載の封口用マスクを、前記第二層が封口材を供給する側となるように配置する工程と、
   前記封口用マスクの前記第二層側から前記第二開口部及び前記第一開口部を通じて、前記ハニカム構造体の一方の端面における封口すべき貫通孔に封口材を供給する工程と、
   を有する、封口方法。
3. 請求項２記載の封口方法によりハニカム構造体の一部の貫通孔を封口する工程を経てハニカムフィルタを得る、ハニカムフィルタの製造方法。

Images