JP4019732B2

JP4019732B2 - セラミックハニカム成形体の栓詰め方法

Info

Publication number: JP4019732B2
Application number: JP2002049695A
Authority: JP
Inventors: 養西村; 幹男石原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: EP1245360A3; EP1245360A2; DE60216840T2; DE60216840D1; EP1245360B1; JP2002356386A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えばディーゼルパティキュレートを捕集するためのセラミックハニカム成形体の栓詰め方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば自動車の排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ構造体としては，後述する図３（Ａ）（Ｂ）に示すごとく，多数のセル５５を隔壁５１により区画してなり，さらに一部のセル５５のセル端部５０を交互に栓詰材１０によって閉塞した閉塞部１５を設けたセラミックハニカム成形体５がある。
【０００３】
このセラミックハニカム成形体５を製造するにあたっては，たとえば特開平９−２５１８０号公報に開示されているように，まず，炭化珪素粉末に対して，バインダとしてのメチルセルロースと，水と，滑剤としてのステアリン酸エマルジョンとを調合して混練物とする。そして，これを押出成形等により成形して，セル５５の両端にセル端部５０を開口させたセラミックハニカム成形体を作製する。その後，両端面に開口しているセル端部５０の一部分に，栓詰材１０を詰めて閉塞する。
【０００４】
上記閉塞に当っては，セラミックハニカム成形体５の各セル端部５０に対してワックス等のマスキング材９０を，１つ置きに市松模様状（図３参照）に閉塞する。そして，このセラミックハニカム成形体５の両端部をそれぞれ栓詰材スラリーの中に浸漬してセル端部５０内に栓詰材スラリーを浸入させ，乾燥し，加熱する。
これによって，セラミックハニカム成形体５において，上記マスキング材９０を施さなかったセル端部５０に栓詰材１０が栓詰めされる。その後マスキング材９０を除去する。これにより，図３に示すごとく，排ガスの入口１４と出口１６とが交互に形成された，セラミックハニカム成形体５が得られる。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のセラミックハニカム成形体の栓詰め方法においては次の問題がある。
即ち，上記セラミックハニカム成形体５において，セル端部５０を閉塞している栓詰材１０は，本来図６（Ａ）に示すごとく，そのセル端部５０を全部閉塞している必要がある。
しかし，上記栓詰材スラリーを上記セル端部５０内に浸入させ，その乾燥，加熱して，栓詰材１０とする際に，上記栓詰材スラリーが収縮する。
【０００６】
そのため，図６（Ｂ）に示すごとく，セル端部５０を閉塞している栓詰材１０の中で，一部のセル端部５０内の栓詰材１０に間隙１０９が発生してしまうことがある。
このように間隙１０９が発生すると，セラミックハニカム成形体５のセル内に排ガスを導入したとき，該排ガスがこの間隙１０９からショットパスしてしまい，排ガス中のディーゼルパティキュレートを捕集することができなくなってしまう。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，セル端部を閉塞する栓詰材に間隙を発生することがないセラミックハニカム成形体の栓詰め方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，多数のセルを隔壁により区画すると共にセル端部を栓詰材によって栓詰めしたセラミックハニカム成形体を製造するに当り，
セラミックハニカム成形体の端面において上記栓詰材を設けないセル端部をマスキング材により被覆した状態で，上記セラミックハニカム成形体の端面を栓詰材スラリーの中に浸漬して，上記セル端部を栓詰めする方法において，
上記栓詰材スラリーは，セラミックス粒子と，発泡材と，水もしくは油性溶剤とを含有しており，
上記発泡材は，熱可塑性プラスチックよりなるポリマー殻の内部に，液化炭化水素系の発泡性剤を内包させた発泡粒子からなると共に，上記セラミックス粒子１００重量％に対して０．１〜５重量％含有されていることを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法である。
【０００９】
本発明においては，上記栓詰材スラリーが，セラミックス粒子と，発泡材と，水もしくは油性溶剤とを含有している。そして，この栓詰材スラリーを上記マスキング材により被覆していないセル端部に浸入させ，このセル端部を閉塞する。
そして，上記セル端部における栓詰材スラリー中の発泡材を発泡させて，上記栓詰材スラリーを膨張させることによって（図４），上記セル端部における栓詰材を形成する。
そのため，この栓詰材は上記セル端部を完全に閉塞し，栓詰材に間隙を発生することがない。
【００１０】
また，請求項６の発明のように，上記栓詰材スラリーへの上記セラミックハニカム成形体の端面の浸漬は複数回行なうことができる。
【００１１】
この方法によれば，例えばセル端部を栓詰材スラリー中へ１回浸漬したのみでは，栓詰材に上記間隙が発生する場合でも，浸漬を複数回行なうことにより，確実に栓詰材における間隙の発生を防止することができる。
【００１２】
それ故，本発明によれば，セル端部を閉塞する栓詰材に間隙を発生することがないセラミックハニカム成形体の栓詰め方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上記請求項１又は上記請求項６の発明において，上記栓詰材スラリーの中に浸漬するセラミックハニカム成形体としては，焼結を行う前のものであってもよいし，焼結を行った後のものであってもよい。上記セラミックハニカム成形体が焼結を行う前のものであるときには，焼結を行うと共に上記発泡材を発泡させて上記栓詰材を形成することができる。また，上記セラミックハニカム成形体が焼結を行った後のものであるときには，焼結を行ったセラミックハニカム成形体に対して，上記セル端部における栓詰材スラリー中の発泡材を発泡させて上記栓詰材を形成することができる。
【００１４】
また，上記請求項１の発明において，上記発泡材としては，上記加熱により発泡する加熱発泡性発泡材を用いることができる。
加熱発泡性発泡材としては，例えば８０℃以上で発泡する材料を用いることが好ましい。かかる加熱発泡性の発泡材としては，例えば熱可塑性樹脂により，液化炭化水素系の発泡性剤を内包させた発泡粒子がある。
【００１５】
また，上記加熱発泡性発泡材とは，熱可塑性プラスチックよりなるポリマー殻の内部に，液状ガスを内包して生成したものである。そして，上記加熱発泡性発泡材は，加熱されたときに，上記ポリマー殻の内部の液状ガスによるガス圧が増加すると共に上記ポリマー殻が軟化することで体積が劇的に増え，中空球状粒子となるものである。
【００１６】
次に，上記発泡材は，上記セラミックス粒子１００重量％に対して０．１〜５重量％含有されている。
これにより，セル端部に対して一層確実に栓詰材を充填，閉塞することができ，間隙の発生を防止することができる。
上記発泡材が０．１重量％未満の場合には，発泡材添加の効果が少ない場合がある。また，５重量％を越えると，栓詰材スラリーの膨張が大きすぎて，栓詰材の緻密性が損なわれるおそれがある。
【００１７】
次に，上記油性溶剤はアルコール，石油又はソルベントの１種以上であることが好ましい（請求項３）。
この場合には，焼成前の乾燥体にて栓詰めが可能となるため，低コスト化の効果が得られる。
なお，上記ソルベントとしては，例えば，表屋石油（株）製のドライソルベント（商品名）を用いることができる。
【００１８】
次に，上記栓詰材スラリーは，セラミックス粒子１００重量％に対して，上記発泡材を０．１〜５重量％，バインダ０．１〜１重量％，水３０〜４０重量％を含有していることが好ましい（請求項４）。
この場合には，より一層確実に栓詰材スラリーをセル端部内に充填でき，また栓詰材の間隙の発生を防止できる。
【００１９】
上記発泡材の添加量の理由は上記と同様である。
また，バインダが０．１重量％未満では栓詰材スラリーを充分にセル端部内に浸入させることが困難であり，一方１％を越えると栓詰材スラリーの粘度が高くなりすぎ，栓詰材スラリーがセル端部内へ浸入し難くなるおそれがある。
また，上記水が３０重量％未満では栓詰材スラリーの粘度が高くなりすぎ，栓詰材スラリーがセル端部内へ浸入し難くなるおそれがある。一方，４０重量％を越えると栓詰材スラリーの粘度が低くなり，栓詰材スラリーを充分にセル端部内に，保持させることが困難となるおそれがある。
【００２０】
また，栓詰材スラリーに含まれているセラミック粒子は，セラミックハニカム成形体と同種のものか，またはこれに近似した焼成収縮率，熱膨張係数を有するものが好ましい（請求項２）。これにより，クラック発生を防止することができる。
セラミック粒子としては，たとえば，コーディエライト，もしくはタルク，カオリン，アルミナ等を所定の割合で混合したコーディエライト生成材，ムライト，アルミナ，炭化珪素，窒化珪素などがある。
【００２１】
また，上記バインダは，セラミック粒子同士を接着する役目を果たす。かかるバインダとしては，メチルセルロース，エチルセルロースなどのセルロース類，アクリル系バインダ，ポリビニルアルコールなどを用いることができる。栓詰材スラリー内のセラミック粒子の材種と助剤との組合わせによっては，バインダを省略することができる。
【００２２】
次に，上記発泡材の粒径は，５〜３０μｍとすることが好ましい（請求項５）。上記発泡材の粒径が５μｍ未満の場合には，発泡材による上記栓詰材スラリーの膨張率が小さくなり，上記間隙の発生を防止する効果を減少させるおそれがある。一方，上記発泡材の粒径が３０μｍを超える場合には，発泡材の１つ１つの気孔が大きくなり，上記栓詰材に間隙を発生させてしまうおそれがある。
【００２３】
次に，上記請求項１又は上記請求項６の発明において，上記セラミックハニカム成形体は，上記端面を上記栓詰材スラリーの中に浸漬した後，乾燥，加熱を行うことにより，上記セル端部の栓詰めを行うことが好ましい（請求項７）。
この場合には，上記乾燥，加熱により，上記セル端部における栓詰材スラリー中の発泡材を発泡させて，上記セル端部における栓詰め材を形成することができる。
また，焼結前のセラミックハニカム成形体に対しては，上記乾燥，加熱を行うことにより，セラミックハニカム成形体の焼結を行うと共に上記発泡材を発泡させて上記栓詰材を形成することができる。
【００２４】
【実施例】
以下，本発明の実施例につき説明する。
（実施例１）
本発明の実施例にかかるセラミックハニカム成形体の栓詰め方法につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例の栓詰め方法は，図１〜図３に示すごとく，多数のセル５５を隔壁５１により区画すると共にセル端部５０を栓詰材１０によって栓詰めしたセラミックハニカム成形体５を製造するに当り，セラミックハニカム成形体５の端面において上記栓詰材１０を設けないセル端部５０をマスキング材９０により被覆した状態で，上記セラミックハニカム成形体５の端面を栓詰材スラリー１の中に浸漬して，その後乾燥，加熱することにより行なう。
そして，栓詰材スラリー１は，セラミックス粒子と，発泡材と，水もしくは，アルコール，石油等の油性溶剤とを含有している。
【００２５】
以下，詳しく説明する。
本例において，上記栓詰材スラリーとしては，セラミックス粒子としての溶融シリカ（ＳｉＯ₂）１８重量％，タルク（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）３８重量％及び水酸化アルミニウム４４重量％と，これらセラミックス粒子１００重量％に対して発泡材２重量％と水３５重量％とを添加し，これらを混合したものを用いた。
【００２６】
上記発泡材としては，加熱によって発泡する性質の加熱発泡性の発泡材を用いた。このものは，液化炭化水素系の発泡性剤を熱可塑性樹脂によって被覆したもので，その直径は約１５μｍであった。
また，上記のセラミックス粒子は，直径１〜４０μｍのものを用いた。
【００２７】
一方，上記セラミックハニカム成形体５は，セラミックス粒子とバインダとの混合物をハニカム状に押出成形し，焼結したものである。そして，そのセル端部５０には，市松模様となるように（図３Ａ，Ｂ参照），１つ置きにマスキング材９０を配置し，閉塞した。このマスキング材９０としては，ワックスを用いた。
このようにして，隣り合うセル５５が，マスキング材９０によりそのセル端部５０を交互に閉塞したセラミックハニカム成形体５を準備した。
【００２８】
次に，セル端部５０を栓詰材１０により閉塞するに当り，図１に示すごとく，容器３内に上記栓詰材スラリー１を入れ，この中にセラミックハニカム成形体５の一方の端部を浸漬した。これにより，セル端部５０の中，マスキング材９０によって閉塞されていない，セル端部５０の中に上記栓詰材スラリー１が浸入する。
上記浸漬操作を行なった後，セラミックハニカム成形体５を栓詰材スラリー１から引き上げ，栓詰材スラリーを約１００℃で１０分間乾燥させた。
【００２９】
次に，図２に示すごとく，上記セラミックハニカム成形体５の上下を入れ替えて，他方の端部を栓詰材スラリー１中に浸漬し，引き上げ，乾燥させた。
これにより，図２に示すごとく，マスキング材９０によって閉塞されていないセル端部５０に対して，栓詰材スラリー１が浸入，充填されたセラミックハニカム成形体５を得る。
【００３０】
次いで，これを加熱器中に入れて，徐々に加熱し，最終的に約１４００〜１４５０℃に加熱し，栓詰材スラリー中のセラミックス粒子１を焼結させ，栓詰材１０とする。これにより，栓詰材スラリー１から得られた栓詰材１０が，上記セル端部５０を閉塞した，閉塞部１５を有するセラミックハニカム成形体５を得た（図３Ａ，Ｂ）。
【００３１】
また，上記加熱時に，上記マスキング材９０のワックスは蒸発除去されて，そのセル端部５０は開口する。
上記のセラミックハニカム成形体５は，図３に示すごとく，その端部が栓詰材１０によって，１つ置きに交互に市松模様に，閉塞された状態にある。上記栓詰材１０の浸入長さは約４ｍｍであった。
【００３２】
また，セラミックハニカム成形体５の隔壁５１は，多孔質である。そのため，図３（Ａ）に矢印で示すごとく，セラミックハニカム成形体５の入口１４から入った排ガスは，そのセル５５を通りながら，上記隔壁５１を通過して，出口１６のある隣のセル５５に入り，その出口１６から排出される。そして，その間に隔壁５１に，ディーゼルパティキュレートが捕集される。
【００３３】
そして，本例において重要なことは，上記栓詰材スラリー１がセラミックス粒子と発泡材と水もしくはアルコール，石油等の油性溶剤とを含有していることである。そして，この栓詰材スラリー１をセル端部５０に浸入させ，次いで乾燥し，上記セラミックス粒子の焼結用の加熱をしたとき，上記セラミックス粒子は焼結すると共にセラミックハニカム成形体の隔壁とも焼結し，セル端部５０を閉塞する。
また，このとき，セラミックス粒子と混合した発泡材が上記加熱により発泡し，栓詰材スラリー１を膨張させ，その状態で上記焼結が進行し，栓詰材となる。
そのため，栓詰材１０はセル端部５０を完全に閉塞し，栓詰材に間隙を発生することがない。
【００３４】
上記の栓詰材スラリー１が加熱されて膨張するときの状態を図４に示した。同図より知られるように，栓詰材スラリー１は上記加熱時にその中の発泡材が膨張し，外方へ押圧力（矢印）が働く。そのため，栓詰材１０に間隙が生ずることがないと共に，栓詰材１０中のセラミックス粒子と隔壁５１とが密接するので，栓詰材１０と隔壁５１との焼結強度も向上する。
【００３５】
（実施例２）
本例は，実施例１において，上記発泡材を添加することなく，上記の浸漬を３回行なった例である。
上記の浸漬は，約８０℃での乾燥工程を中間に入れて行なった。
本例によれば，上記の浸漬を３回行なったので，セル端部５０の中に充分に栓詰材スラリー１を浸入させることができ，間隙のない栓詰材１０を形成することができた。その他，実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（実施例３）
本例においては，上記実施例１における発泡材の添加量について，その最適な範囲を確認する試験を行った。本例では，上記発泡材の添加量を変化させたときの各セラミックハニカム成形体５におけるセル端部５０に上記栓詰材１０を形成し，この栓詰材１０の強度を測定すると共にこの栓詰材１０に上記間隙による欠陥がないかを検査した。
また，本例の栓詰材スラリー１は，セラミックス粒子と，発泡材と，油性溶剤である表屋石油（株）製のドライソルベント（商品名）とを含有している。
その他は，上記実施例１のセラミックハニカム成形体５の栓詰め方法と同様にして，上記栓詰材１０を形成した。
【００３７】
本例では，上記セラミックス粒子１００重量％に対する上記発泡材の添加量を，０〜２０重量％の間で変化させて，上記栓詰材１０を形成し，この栓詰材１０の強度を測定し，この栓詰材１０に上記間隙による欠陥がないかを検査した。
上記発泡材の添加量と上記測定を行った栓詰材１０の強度との関係を図５に示す。
同図より，上記発泡材の添加量は多くなるほど，上記栓詰材１０の強度は低下することがわかる。そして，発泡材の添加量が５重量％を超えるときには，上記栓詰材１０の強度は低く一定していることがわかった。
【００３８】
また，上記発泡材の添加量と上記検査を行った栓詰材１０の欠陥数との関係を表１に示す。なお，同表における欠陥数は，１つのセラミックハニカム成形体５について，多数のセル端部５０における栓詰材１０のうち（本例のセラミックハニカム成形体５は，両端面で約１２０００個のセル端部５０を有しており，上記栓詰材１０は約６０００個形成した。），何個の栓詰材１０に間隙が発見されたかを示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
ここでわかるのは，上記発泡材の添加量が全くないとき（０重量％のとき）に上記欠陥数が多く，また，上記発泡材の添加量が１０重量％以上のときにも上記欠陥数が多いということである。すなわち，欠陥数が少ないのは上記発泡材の添加量が０．１〜５重量％のときであった。
それ故，上記強度の測定及び欠陥数の検査より，上記発泡材の添加量は，０．１〜５重量％にすることが最適であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，栓詰材スラリー中へセラミックハニカム成形体の端部を浸漬する状態を示す説明図。
【図２】実施例１における，上下を逆にして，栓詰材スラリー中へセラミックハニカム成形体の端部を浸漬する状態を示す説明図。
【図３】実施例１における，（Ａ）セラミックハニカム成形体の断面説明図，（Ｂ）セル端部が市松模様に閉塞されたセラミックハニカム成形体の端部の説明図。
【図４】実施例１における，セル端部へ充填した栓詰材スラリーの膨張状態を示す説明図。
【図５】実施例３における，発泡材の添加量と栓詰材の強度との関係を示すグラフ。
【図６】従来例における，（Ａ）正常な栓詰材の状態，（Ｂ）間隙が発生した栓詰材の状態を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．栓詰材スラリー，
１０．．．栓詰材，
５．．．セラミックハニカム成形体，
５０．．．セル端部，
５１．．．隔壁，
５５．．．セル，

Claims

多数のセルを隔壁により区画すると共にセル端部を栓詰材によって栓詰めしたセラミックハニカム成形体を製造するに当り，
セラミックハニカム成形体の端面において上記栓詰材を設けないセル端部をマスキング材により被覆した状態で，上記セラミックハニカム成形体の端面を栓詰材スラリーの中に浸漬して，上記セル端部を栓詰めする方法において，
上記栓詰材スラリーは，セラミックス粒子と，発泡材と，水もしくは油性溶剤とを含有しており，
上記発泡材は，熱可塑性プラスチックよりなるポリマー殻の内部に，液化炭化水素系の発泡性剤を内包させた発泡粒子からなると共に，上記セラミックス粒子１００重量％に対して０．１〜５重量％含有されていることを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。
請求項１において，上記セラミックス粒子は，上記セラミックハニカム成形体と同種のもの，又は該セラミックハニカム成形体に近似した焼成収縮率及び熱膨張係数を有するものであることを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。
請求項１又は２において，上記油性溶剤はアルコール，石油又はソルベントの１種以上であることを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。
請求項１〜３のいずれか一項において，上記栓詰材スラリーは，セラミックス粒子１００重量％に対して，上記発泡材を０．１〜５重量％，バインダ０．１〜１重量％，水３０〜４０重量％を含有していることを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。
請求項１〜４のいずれか一項において，上記発泡材の粒径は，５〜３０μｍとすることを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。
請求項１〜５のいずれか一項において，上記栓詰材スラリーへの上記セラミックハニカム成形体の端面の浸漬は複数回行なうことを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。
請求項１〜６のいずれか一項において，上記ハニカム成形体は，上記端面を上記栓詰材スラリーの中に浸漬した後，乾燥，加熱を行うことにより，上記セル端部の栓詰めを行うことを特徴とするセラミックハニカム成形体の栓詰め方法。