JP3501557B2 - セラミックハニカム構造体端面の目封じ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハニカム構造を有する
セラミックハニカム構造体の複数の貫通孔のうち、所定
の貫通孔の端部（以下、端面ともいう）を目封じする方
法に関するものであり、特に貫通孔の端面の開口面積が
小さいハニカム構造体の端面の目封じ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、自動車や家電等の分野において、
ハニカム構造を有するセラミックハニカム構造体（以
下、ハニカムともいう）が広く用いられており、特に自
動車分野においてはディーゼルエンジンから排出される
微粒子を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィ
ルターとして好適に使用されている。一般にこのような
ハニカムフィルターは、排ガスの進行方向に平行な複数
の貫通孔を有しており、一方の端面の貫通孔を一つ置き
に目封じして（以下、目封じ又は封止という）市松模様
状に封止すると共に、他端面において残りの貫通孔を封
止することで貫通孔のどちらか一方の端面が交互に封止
された構造となっている。このため、端面の開口部から
進入した排ガスは、貫通孔を形成している多孔質の壁部
を通過して他方端面の開口部より排出さることになり、
この際に排ガス中の微粒子が壁部に捕集されることにな
る。近年、このようなセラミックハニカムフィルターの
捕集効率を向上することが望まれており、このため捕集
部を高比表面積化すること、すなわち貫通孔の開口面積
が小さい形状のセラミックハニカム構造体を使用する傾
向にある。

【０００３】このようなセラミックハニカム構造体の製
造方法としては、例えばコーディエライト、ムライト、
アルミナ、炭化珪素等のセラミック粉末と有機バインダ
ー成分及び分散溶媒として水からなる混合原料を押出成
形等によりハニカム形状に成形した後、水分を除去し乾
燥した成形体を作製し、この成形体の両方の端面を交互
に封止した後に焼成することで製造している。

【０００４】このためセラミックハニカム構造体の端面
の封止方法がいろいろ提案されており、例えば特開昭５
７ー７２１５号公報及び特開昭５８ー３７４８１号公報
に開示されている方法は、ハニカム構造体端面にフィル
ム等を貼り付けた後に選択的に目封じするハニカム貫通
孔にあたる部分に穴を開け、あるいは予め目封じするハ
ニカム貫通孔にあたる部分に孔が対応するように穴の開
いたフィルムをハニカム端面に貼り付けて、スラリーも
しくはペースト状に調整した封止材料をこの穴を通して
貫通孔内に導入した後、乾燥、焼成して端面を目封じす
る方法がよく知られている。

【０００５】このような方法において、所定の封止する
貫通孔のみに封止材を導入するためには、フィルムに形
成した封止材導入用の穴の大きさを目封じするハニカム
貫通孔の開口面積にくらべて同等もしくは小さくしなけ
ればならないが、封止材を容易に導入するためにはフィ
ルム上の穴部の大きさはできるだけ大きいこと、好まし
くはハニカム貫通孔の開口面積と同等であることがよ
い。しかし、フィルムにハニカム貫通孔と同等の穴部を
形成することは厳密な寸法精度を必要とするために非常
に困難な作業であり、多大な労力と時間を要することに
なる。このため実際の工程においては、フィルムに形成
する穴は貫通孔の開口面積以下となり、特に貫通孔の孔
の面積の小さいハニカムにおいては、フィルムの穴の大
きさは最大でも貫通孔の開口面積の５０％程度のものと
なる。

【０００６】上述の方法においては、封止材をフィルム
に形成した穴部を通して所定の貫通孔に確実に導入し、
かつ緊密に封止するためには封止材スラリーの粘度を厳
密に調整することが必要である。すなわち封止材スラリ
ーの粘度が低いものを用いた場合は、ハニカムの端面の
封止部に充填された封止材スラリーが乾燥するときに乾
燥収縮が大きくなるために、封止部に乾燥クラックや亀
裂を生成する結果をまねくことになる。更に封止した貫
通孔の中央部はスラリーを完全に保持できずに穴開き部
を生じやすく、結果的に緊密な封止部を形成できなくな
る。また逆に高粘度の封止材スラリーを用いた場合は、
加圧等により導入することが必要となるため、その際に
貫通孔を破損するおそれがある。また貫通孔内にうまく
導入されたとしても、壁部との密着性が不十分となるた
めに貫通孔の端部の隅部に封止漏れを生じたり、導入し
た封止材とフィルムの間に空隙部を残しやすいために、
結果的に緊密な封止部を形成することが困難となる。特
に、貫通孔の開口面積が小さいハニカムになるとフィル
ム上に形成する穴の大きさが絶対的に小さくなるため
に、封止材スラリーの導入が極めて困難になるという問
題があった。

【０００７】また、このような問題を解決する手段とし
て、目封じしない貫通孔の端部にエポキシ樹脂を導入し
硬化させた後、封止材スラリーを高圧で導入する方法が
開示されている。ところがこの方法においても、高粘度
のエポキシ樹脂を貫通孔に導入するのは困難であり、特
に貫通孔の開口面積が小さいハニカムになると多大な時
間と労力を必要とする。また硬化した樹脂と貫通孔壁部
との間に隙間を生じやすいために封止材スラリーの浸入
をまねくことになる。更に樹脂の熱膨張が大きいために
焼成して焼結体とする際にハニカム貫通孔の壁部を破損
しやすいという欠点を有していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の状況に
対処してなされたもので、本発明の目的とするところ
は、ハニカム構造を有するセラミックハニカム構造体の
複数の貫通孔のうち所定の貫通孔の端面を信頼性高く緊
密に目封じする方法に関することであり、特に端面にお
ける貫通孔の開口面積が小さいハニカムの端面を緊密に
目封じすることのできる方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、セラ
ミックハニカム構造体の端面のうち所定の貫通孔を目封
じする方法において、セラミックハニカム構造体の端面
に膜を形成した後に、目封じしない貫通孔にあたる部分
の膜に穴を開ける工程、封止材スラリーの溶媒に難溶解
性で加熱により燃焼または分解する片栗粉、小麦粉又は
米粉の中から選ばれた粉体を含む粘度１００〜１５００
ｃｐｓのスラリーをこの穴より充填する工程、乾燥後に
前記膜を端面より剥離する工程、その後目封じする貫通
孔の端部に封止材スラリーを充填する工程からなること
を特徴とするセラミックハニカム構造体端面の目封じ方
法である。

【００１０】以下、本発明を更に詳細に説明する。本発
明において、まず第一の工程は、セラミックハニカム構
造体の端面にフィルムを貼り付ける等して膜を形成した
後に、目封じしない貫通孔にあたる部分の膜に穴を開け
る工程である。ここでセラミックハニカム構造体の材質
としては特に制約はなく、例えばコーディエライト、ム
ライト、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等
の物質及びこれらの数種の複合材を用いることができ
る。これらのセラミック原料に、有機バインダー及び水
等の分散媒を加えてハニカム形状に成形する。ハニカム
形状の成形方法としては、押出成形、シート成形、プレ
ス成形等の方法が可能であるが、通常押出成形を用いる
のが好ましい。また、膜（以下、フィルムともいう）の
材質としては、ハニカムの端面に貼り付けた際に膜とし
ての機能を有し、かつ次工程のスラリー導入時において
破損あるいは溶解しないものなら何れでもよいが、ポリ
エステルやビニール等の撥水性の高分子樹脂を用いるの
が好ましい。また、この工程は予め穴の開いたフィルム
を使用したり、あるいはフィルムの代わりにゴム、プラ
スチック等の材質からなるマスクなどの膜を用いること
も可能である。

【００１１】次の工程は、片栗粉等の封止材スラリーの
溶媒に難溶解性で加熱により燃焼または分解する粉体を
含むスラリー（以下、仮封止材スラリーともいう）を前
記フィルムの穴より充填する工程である。この仮封止ス
ラリーは、ディッピング、圧入等の方法により貫通孔内
に充填され、充填後に次工程で乾燥して固化することに
より、目封じしない貫通孔の端面を仮封止するものであ
る。この仮封止材スラリーは加熱によって燃焼、分解し
てなくなるために焼結体においては何等影響を及ぼすこ
とはない。仮封止材スラリーに用いる粉体としては、難
水溶性であり、かつ加熱により燃焼または分解する粉体
なら何れでもよく、例えば片栗粉や小麦粉、米粉等を使
用することができる。ここでいう加熱は、仮封止材スラ
リー中に含まれる封止材スラリーの溶媒に難溶解性の粉
体が燃焼または分解し、かつ仮封止材の乾燥温度では燃
焼または分解しない温度での加熱を意味するが、通常ハ
ニカムを焼成する温度は 1000 ℃以上の高温であり、こ
の温度であれば仮封止材中に含まれる粉体の除去とハニ
カムの焼結が同時にできるので好ましい。

【００１２】前記粉体が封止材スラリーの溶媒に難溶解
性である理由は、易溶解性の粉体では後工程で封止材ス
ラリーを充填する際に分解、溶出して、仮封止する機能
が得られないためである。溶解性があっても、難溶解性
で目的が達成されるのであれば使用できる。また封止材
スラリーの溶媒として、有機溶媒を使用することもでき
るが経済性、安全性の面から水を溶媒とするのが好まし
い。また仮封止材スラリーの粘度は１００〜１５００ｃ
ｐｓ、好ましくは３００〜７００ｃｐｓの範囲に調整す
ることが必要である。この理由としては、これより高粘
度のスラリーを用いると貫通孔内への充填が困難とな
り、また充填できたとしても貫通孔の隅部に隙間等の仮
封止漏れを生じやすいためである。逆にこれより低粘度
のスラリーでは、乾燥、固化した際に仮封止部にクラッ
クや亀裂を生じてしまい封止材の導入時に仮封止部の破
損、欠落をまねくことになるからである。

【００１３】次の工程は、セラミックハニカム構造体の
端面を乾燥して仮封止材スラリーを固化した後に、フィ
ルムを端面より剥離してハニカムの目封じ部分を開口す
る工程である。これより目封じしない貫通孔は仮封止材
スラリー中に含まれる加熱によって燃焼または分解する
粉末によりマスクされることになり、目封じする貫通孔
のみが開口したセラミックハニカム構造体が得られる。
乾燥方法としては、通常の加熱乾燥、通風乾燥、減圧乾
燥等を用いて行われる。

【００１４】最後の工程は、このようにして得られたセ
ラミックハニカム構造体の貫通孔のうち、開口している
目封じする貫通孔の端部に封止材スラリーを充填する工
程である。貫通孔の端部とは、目的を達成できればいく
らでもよいが、通常ハニカムの端面から数十ｍｍ好まし
くは ましくは２０ｍｍ以下の深さが好ましい。封止
材を充填する方法としては、仮封止材スラリーの充填と
同様にディッピング、圧入等の方法を使用することがで
きる。ここで封止材スラリーの粘度は、通常は仮封止材
スラリーと同等のものを用いるのが好ましいが、１００
〜１５００ｃｐｓの範囲に調整したものなら同様に使用
することができる。封止材成分としては、ハニカムを焼
結する工程において封止部に熱膨張差等によるクラック
を生成しないものなら何れでもよいが、通常、ハニカム
を構成するセラミック粉末と同材質、あるいはこれを主
成分とする封止材を用いれば、焼成して得られるハニカ
ムはより緊密な封止部を有するものとなる。また本発明
で使用するスラリーは、必要に応じて結合剤や分散剤等
を加えてもよい。以下、もう一方の端面においても同様
の工程をおこなうことにより、所定の貫通孔を目封じし
たセラミックハニカム構造体が得られる。

【００１５】すなわち本発明においては、封止材の充填
をフィルム等に形成された穴部よりおこなわずに、開口
した貫通孔に直接充填することができるために、封止材
スラリーを容易に貫通孔内に導入することが可能とな
り、貫通孔端部に緊密な封止部を形成することができ
る。特に、これまで目封じが困難であった貫通孔の開口
面積が小さいセラミックハニカム構造体の目封じ方法と
して有効であり、乾燥後に封止部にクラックや亀裂を生
成することなく、信頼性高い封止部を形成する方法とし
て好適である。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の方法を用いてセラミックハ
ニカム構造体の開口端面を目封じした実施例を比較例と
対比して具体的に説明するが、本発明の方法はこれらの
実施例に限定されるものではない。

【００１７】（実施例１〜４）セラミック原料粉末とし
て平均粒径１０μm のα型炭化珪素粉末（屋久島電工
製）を用いて、公知の押出成形により表１に示す貫通孔
の孔の面積が異なる４種類のセラミックハニカム構造体
を成形した。このセラミックハニカム成形体端面の貫通
孔の形状は、いずれも正方形である。乾燥した各ハニカ
ム端面にポリエステルよりなるフィルムを貼り付けた
後、このハニカムの目封じしない貫通孔にあたる部分に
針治具を用いて、各貫通孔の辺の長さの５０％を直径と
する穴を形成した。次いで表１に示す粘度に調整した水
を分散媒とする片栗粉を含む仮封止材スラリーを作製
し、この仮封止材スラリー中にハニカム端面を５分間浸
漬して上記穴部より貫通孔内に仮封止材スラリーを導入
することにより、端面から深さ５ｍｍにわたって貫通孔
の端部を仮封止した。次に５０℃で２時間の熱風乾燥
後、上記フィルムを剥離することにより目封じ部分を開
口した。次いで平均粒径３μｍのα型炭化珪素粉末（屋
久島電工製）を用いて表１に示す水を分散媒とする封止
材スラリーを作製し、燃焼性スラリーと同様にディッピ
ング法により仮封止したハニカム端面を５分間封止材ス
ラリー中に浸漬して導入することにより、封止深さ５ｍ
ｍにわたって端面の貫通孔を市松模様状に目封じした。
なお、ここでは開口した貫通孔から封止材が導入される
ため、表１において貫通孔の大きさと封止材スラリーの
導入口サイズは同じである。以下、同様の手順によりハ
ニカムのもう一方の端面を目封じして、両端面が交互に
目封じされた成形体を作製した。ついで６００℃で１時
間の脱脂工程を行い、更に不活性雰囲気中２１００℃で
２時間の本焼成を実施することでハニカム成形体を焼結
させるとともに端面の目封じ部を焼結させた。

【００１８】以上のようにして作製した焼結されたセラ
ミックハニカム構造体に関して、端部の目封じ状態の調
査を実施した。調査方法は、光学顕微鏡を用いて封止部
のクラックの有無を、また貫通孔に対して平行に光線を
通して光漏れを調べることで目封じ部の隙間の有無を観
察した。調査結果を表１に示す。

【００１９】（比較例１〜４）実施例１及び実施例４に
おいて、使用する仮封止材スラリーを表１に調整するこ
と以外は実施例１及び実施例４と同様にしてハニカムの
両端面を目封じしたセラミックハニカム焼結体を作製し
た。得られた焼結体について実施例と同様の方法で目封
じ部のクラック、隙間等の目封じ漏れの有無を調査し
た。これらの結果を表１に示す。

【００２０】（比較例５〜１１）実施例で使用したのと
同じ４種類のハニカム成形体を用いて、実施例と同様に
端面にポリエステルよりなるフィルムを貼り付けた後、
このフィルムの目封じする貫通孔にあたる部分に針治具
を用いて、表１に示す大きさの封止材導入用の穴を形成
した。ついでこの穴より表１に示す封止材スラリーをデ
ィッピング法により充填した。５０℃で５時間の熱風乾
燥後、実施例と同じ条件で脱脂、焼成をおこなった。得
られた焼結体について実施例と同様の方法で目封じ部の
クラック、隙間等の目封じ漏れの有無を調査した。これ
らの結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の結果から明らかなように、比較例に
おいては目封じ部分にクラックまたは隙間等の目封じ漏
れを生じており、特に貫通孔面積の小さいハニカムにお
いては多数の目封じ漏れが存在していたのに対して、実
施例１〜４ではいずれのセラミックハニカム構造体にお
いても目封じ漏れは認められず、端面が密着性の良い状
態で封止されていることが確認された。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、封止材の充填をフィルム等に形成された穴部より
おこなわずに、目封じしない貫通孔を加熱により除去で
きる仮封止材スラリーによりマスクした後に開口した貫
通孔に直接封止材スラリーを充填することができるため
に、封止材スラリーを容易に貫通孔内に導入することが
可能となり、緊密な封止部を形成することができる。特
に、これまで目封じが困難であった貫通孔の面積が小さ
いセラミックハニカムの目封じ方法として有効であり、
乾燥後に封止部にクラックや亀裂を生成することなく、
信頼性高い封止部を形成する方法として好適に使用する
ことができる。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックハニカム構造体の端面のうち所
   定の貫通孔を目封じする方法において、セラミックハニ
   カム構造体の端面に膜を形成した後に、目封じしない貫
   通孔にあたる部分の膜に穴を開ける工程、封止材スラリ
   ーの溶媒に難溶解性で加熱により燃焼または分解する片
   栗粉、小麦粉又は米粉の中から選ばれた粉体を含む粘度
   １００〜１５００ｃｐｓのスラリーをこの穴より充填す
   る工程、乾燥後に前記膜を端面より剥離する工程、その
   後目封じする貫通孔の端部に封止材スラリーを充填する
   工程からなることを特徴とするセラミックハニカム構造
   体端面の目封じ方法。
2. 【請求項２】前記ハニカム構造体の端面における貫通孔
   １個当たりの開口面積が５ｍｍ2 以下であることを特徴
   とする請求項１記載のセラミックハニカム構造体端面の
   目封じ方法。