JP4155758B2

JP4155758B2 - ハニカム構造体の製造方法

Info

Publication number: JP4155758B2
Application number: JP2002128145A
Authority: JP
Inventors: 純藤田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: EP1500482B1; KR100587877B1; EP1500482A4; DE60324130D1; EP1500482B2; EP1500482A1; PL371635A1; WO2003092975A1; AU2003213373A1; KR20040108765A; JP2003320517A; US20050076991A1; PL201849B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルター（以下ＤＰＦという）等のフィルターに好適に用いることができる、目封じされたハニカム構造体の製造方法に関し、特に目封じに起因するハニカム成形体又はハニカム構造体の破損を抑制することができるハニカム構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子を除去するためのフィルター、特にＤＰＦ等に用いられるハニカム構造体は、一般に図６（ａ）、（ｂ）に示すように、隔壁２により仕切られ、一の端面４１から他の端面４３まで貫通するセル３を複数有し、隣接するセルが互いに反対側となる端面において目封じされた構造を有する。
【０００３】
この様なハニカム構造体を製造する方法として、本出願人は特開２００１−３００９２２公報に、ハニカム成形体の端面に貼り付けたシートの所定のセルに対応した位置に穴を開けてハニカム成形体毎に対応したマスクを作成し、マスクを貼り付けた面を封止用スラリーに浸漬し、マスクに開けられた穴から封止用スラリーをセル中に充填する方法を発明し開示した。また、特開２００２−３７６７２公報にも同様の方法が開示されている。同公報の実施例には、総厚１１０μｍのフィルムを用い、光径０．１ｍｍφ、出力３〜５Ｗに設定したＣＯ₂レーザーを用いてフィルムの所定位置に穴を開けたことが開示されている。
【０００４】
この様な方法は、自動化が可能である上、正確に目的とするセルを目封じできることから有望な方法である。しかし、フィルムを用いた場合には最終的にフィルムを除去する必要があり、フィルムを剥がすことにより除去する場合に、成形体表面部分も一緒に剥離してしまう場合があった。また、焼成工程において、加熱することによりフィルムを除去する方法もあるが、この場合にもフィルムを貼り付けていた部分に破損が生じる場合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は目封じに起因するハニカム成形体又はハニカム構造体の破損が抑制され、かつ確実に目封じしやすいハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記方法を用いる際のフィルムに着目して検討を行った結果、特定の範囲の粘着力を有するフィルムを用いることにより、目封じ材を詰める際にフィルムのずれ等が生じず、かつフィルムを除去する際にはハニカム成形体又はハニカム構造体の破損が抑制されうることを見出した。
【０００７】
即ち、本発明は、２つの端面と、一の端面から他の端面まで貫通するセルを複数有するハニカム成形体を成形する成形工程と、前記成形体の何れかの端面において前記セルを目封じする目封じ工程と、前記目封じされた成形体を焼成する焼成工程とを含むハニカム構造体の製造方法であって、前記目封じ工程が、前記何れかの端面にフィルムを貼り付ける第１副工程と、目封じすべきセルに対応する前記フィルムの所定位置に高密度エネルギービームにより穴を開ける第２副工程と、前記目封じすべきセルに目封じ材を詰める第３副工程とを含み、前記第１副工程において用いるフィルムが、基材層と粘着層を含み、かつ粘着力が３〜１５Ｎ／２５ｍｍで、基材層の厚みが５〜４０μｍであることを特徴とするハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明において、前記フィルムの厚みが１０〜７０μｍであることが好ましい。また、粘着層の厚みが５〜４０μｍであることが好ましく、基材層が、ポリエステル又はポリオレフィンを主成分とすることが好ましい。また、粘着層がアクリル系粘着材を主成分とすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハニカム構造体の製造方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１０】
本発明のハニカム構造体の製造方法は、成形工程と、目封じ工程と、焼成工程とを含む。ここで目封じ工程は、図１に示すように、ハニカム成形体１の何れかの端面、例えば端面４１にフィルム９を貼り付ける第１副工程と、図２（ａ）、（ｂ）に示すように目封じすべきセル３１に対応するフィルム９の所定位置９１に高密度エネルギービームにより穴を開ける第２副工程と、図３に示すように目封じすべきセル３１に目封じ材１５を詰める第３副工程とを含む。
【００１１】
本発明における重要な特徴は、上記第１副工程において用いるフィルムが、基材層と粘着層を含み、かつフィルムの粘着力が、３〜１５Ｎ／２５ｍｍの範囲にあることである。上述のようにフィルムは最終的に除去する必要があるが、フィルムの除去方法として、▲１▼目封じ工程の後ハニカム成形体からフィルムを剥がすことにより除去する方法、及び▲２▼焼成工程において、フィルムを分解及び／又は燃焼させることにより除去する方法がある。▲１▼フィルムを剥がすことにより除去する場合、フィルムの粘着力が強すぎるとフィルムと共に成形体の一部が剥離し、破損する場合がある一方、フィルムの粘着力が弱すぎると目封じ材を詰める第３副工程において、フィルムのずれや剥離が起こりやすくなり、確実に目封じできない場合が生じる。従って、フィルムの粘着力が、３〜１５Ｎ／２５ｍｍ、好ましくは５〜１４Ｎ／２５ｍｍ、更に好ましくは７〜１３Ｎ／２５ｍｍであるフィルムを用いることにより、フィルムを剥がす際のハニカム成形体の破損も起こらず、目封じ材を詰める際にもフィルムのずれや剥離が起こらずにハニカム構造体を製造することができる。
【００１２】
一方、▲２▼焼成工程においてフィルムを分解及び／又は燃焼させることによりフィルムを除去する場合にも、焼成後のハニカム構造体における、フィルムが貼り付けられていた部位に破損が生じる場合がある。この現象を詳細に検討した結果、焼成工程においてフィルムが加熱される際にフィルムが収縮しようとし、これが破損に関係することが見出された。例えば図４（ａ）に示す矢印ｐ方向へフィルムが収縮しようとすると、この収縮にともなう応力が発生し、図４（ｂ）に示すようにフィルムが剥離する。この剥離の際にフィルムが粘着していた部分、特に端面近傍の外周壁７２の部分がフィルムと共に剥離する場合があることが見出された。そして、フィルムを分解及び／又は燃焼させることにより除去する場合においても、フィルムの粘着力が強すぎると焼成中にハニカム成形体又は構造体の破損が生じることが見出された。一方、フィルムの粘着力が弱すぎる場合には、上述の▲１▼の場合と同様、確実に目封じができない場合が起こる。従って、▲２▼焼成工程においてフィルムを除去する場合には、フィルムの粘着力が、３〜１２Ｎ／２５ｍｍ、好ましくは５〜１１Ｎ／２５ｍｍ、更に好ましくは７〜１０Ｎ／２５ｍｍであるフィルムを用いることにより、フィルムを除去する際のハニカム成形体の剥離も起こらず、目封じ材を詰める際にもフィルムのずれが起こらずにハニカム構造体を製造することができる。なお、本発明において、フィルムの粘着力はＪＩＳＺ０２３７に準拠した方法で測定した値を意味する。
【００１３】
本発明において、フィルムの厚みは、フィルムを剥がす際の除去しやすさに影響を与える要因となりうる。即ち、フィルムが厚すぎると、剛性が大きくなりすぎ、除去しにくくなる。一方、フィルムが薄すぎると強度が不足し除去しにくくなる。更に、フィルムの厚みは、フィルムに穴を開ける際、及び目封じ材を詰める際にも影響を与えうる。即ち、フィルムが厚すぎると、高密度エネルギービームによりフィルムの所定位置に穴を開ける第２副工程において、充分な穴を開けることができず、その結果確実な目封じができない場合があり好ましくない。この場合に、高密度エネルギービームの出力を上げることや照射時間を増やすことにより充分な穴を開けることは可能であるが、高密度エネルギービームの出力を上げることは高密度エネルギービーム発生装置の大型化やコストの増加につながり、照射時間を増やすことは製造時間の増加につながり、いずれも好ましくない。一方、フィルムの厚みが薄すぎると、目封じ材を詰める第３副工程において、充分なフィルム強度が得られないため、フィルムが破れ、目封じすべきでないセルに目封じ材が入ってしまう場合があり、好ましくない。従って、上記の種々の観点から、好ましいフィルムの厚みは、１０〜７０μｍであり、更に好ましくは１５〜６０μｍ、特に好ましくは２０〜５０μｍである。
【００１４】
本発明において、ハニカム成形体の端面にフィルムを貼り付ける第１副工程の後にフィルムに穴を開ける第２副工程を行う場合には、穴を開ける位置の決定を容易にするために、フィルムは透明又は半透明、即ちフィルムを端面に貼り付けた後に、カメラなどの撮像装置などの画像認識手段により、セルの位置を認識できる程度の透明性を有していることが好ましい。
【００１５】
フィルムの基材層の厚みはフィルムの剛性、強度及び、高密度エネルギービームによる穴の開けやすさの大きな要因となりうる。従って、基材層の厚みは５〜４０μｍであることが好ましく、７〜３０μｍであることが更に好ましく、１０〜２５μｍであることが特に好ましい。
【００１６】
粘着層の厚みは、粘着力及びフィルムを除去する際の除去しやすさに影響を与える要因となりうる。従って、粘着層の厚みが、５〜４０μｍであることが好ましく、７〜３０μｍであることが更に好ましく、１０〜２５μｍであることが特に好ましい。
【００１７】
基材層に用いられる材料は、ある程度の強度を有し、高密度エネルギービームにより穴を開けることができるものであることが必要であり、また、透明又は半透明であることが好ましい。従って、ＰＥＴのホモポリマーやコポリマー等のポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、塩化ビニル等のハロゲン化ポリオレフィン等のポリマー材料が好ましく、基材層は、これらのポリマー材料を主成分とすること、即ち基材層の５０質量％以上がこれらのポリマー材料であることが好ましい。ポリマー材料の中でもポリエステル、ポリオレフィンが好ましく、ポリエステルが特に好ましい。
【００１８】
粘着層に用いられる材料は、粘着力が３〜１５Ｎ／２５ｍｍの範囲にはいるものであれば特に制限はないが、アクリル系材料、ゴム系材料を含む粘着剤等が好ましく、特にアクリル系材料を含むアクリル系粘着剤が、フィルムを除去する際に、粘着剤がハニカム成形体に残留しにくいという観点から好ましい。
【００１９】
次に、本発明の一連の工程について説明する。本発明における成形工程は、例えば次のようにして行うことができる。原料粉末として、種々のセラミックス、例えばコージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、炭化珪素−コージェライト系複合材料、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、及び金属、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、並びにびこれらの組合せよりなる群から選ばれる少なくとも１種の材料の粉末を使用し、これにバインダー、例えばメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロースを添加し、更に界面活性剤及び水を添加し、可塑性の坏土を作製する。この坏土を押出成形することにより、図１に示すような一の端面４１から他の端面４３まで貫通するセル３を複数有するハニカム成形体１を得ることができる。
【００２０】
本発明の目封じ工程における、第１副工程、即ち何れかの端面にフィルムを貼り付ける工程は、例えば図１に示すように、フィルム９を端面４１に貼り付けることによって行うことができる。この際、フィルム９は、端面４１のみに貼り付けてもよいが、端面近傍の外周壁７２まで覆うように貼り付けることが好ましい。これは、ハニカム成形体の最外周におけるフィルムとハニカム成形体との粘着部分が、図１に示す外周壁７の端部７１のみだけでなく端面近傍の外周壁７２も粘着部分に含めることにより、後工程において、目封じ材を詰める際に、最外周及びその近傍においてフィルムのずれや剥離を生じにくくするために効果的だからである。
【００２１】
第２副工程、即ち目封じすべきセルに対応するフィルムの所定位置に高密度エネルギービームにより穴を開ける工程は、次のようにして行うことができる。例えば図５に示すように、第１副工程においてフィルム９が貼り付けられた端面４１をカメラ１２などの撮像手段により撮像し、撮像した画像を画像処理することにより、目封じすべきセル上のフィルムの位置を決定し、決定された位置データに基づいて、高密度エネルギービーム発生装置によって、フィルム上の決定された位置に高密度エネルギービームを照射し、フィルムに穴を開ける。高密度エネルギービームとしては、例えばレーザー光等が上げられる。レーザー光を用いる場合のレーザー光発生装置に特に制限はないが、例えばＣＯ₂レーザーやＹＡＧレーザーなどの発生装置が好ましい。また出力は、例えば５〜１５Ｗ程度の出力が好ましい。フィルムの穴の形状は、セルの断面形状と同一形状である必要はなく特に制限はない。例えばセルの断面形状が四角形で穴の形状が円形であってもよいが、穴の大きさがセルの断面に対して小さすぎると後の工程で充分な目封じが出来なくなる。従って、セルの断面積の５０％以上の面積の穴を開けることが好ましい。
【００２２】
第２副工程は、第１副工程の前に、即ちフィルムをハニカム成形体の端面に貼り付ける前に、フィルムに穴を開けることにより行うこともできる。この場合には、例えばハニカム成形体の端面をカメラなどの撮像手段により撮像し、これを画像処理した位置データに基づきフィルムの所定位置に高密度エネルギービームで穴を開け後、このフィルムを位置データに基づきハニカム成形体の端面に貼り付けることができる。即ち第２副工程を行った後第１副工程を行うこともできる。
【００２３】
第３副工程は、例えば次のように行うことができる。目封じ材として、例えば上述のハニカム成形体の好ましい原料粉末として挙げたセラミックス等から選ばれた少なくとも１種の材料を主成分とし、これにバインダー、水やグリセリンなどの液体、任意的に界面活性剤などを加えて、スラリー状として目封じ材を作製することができる。この目封じ材１５を、例えば図３に示すような容器１０に入れる。次に、ハニカム成形体１のフィルム９が貼り付けられた端面を、この容器１０中の目封じ材１５中に浸漬させ、更に上から押圧することにより、目封じ材を所定のセル、即ちフィルム９の穴の開いた場所に位置するセル３１中に詰めることができる。
【００２４】
以上のようにして、目封じ工程を行うことができるが、目封じ工程は、他の端面に対しても行うことが好ましい。また、目封じ工程は、隣接するセルを互いに反対側となる端面において目封じし、いずれの端面においても、目封じされたセルと目封じされず開口しているセルが市松模様状を呈するように配置することが好ましい。
【００２５】
焼成工程は、目封じされた成形体を原料粉末に対応した所定温度及び雰囲気、例えば炭化珪素を原料粉末として用いた場合は、１８００〜２２００℃及びＡｒ等の不活性雰囲気で焼成することにより、コージェライト又は焼成によりコージェライトとなるコージェライト化原料の場合には、１４００〜１４４０℃程度の温度で焼成することにより、ハニカム構造体を得ることができる。この焼成工程は、任意的に、バインダー等の有機物を除去する脱脂副工程を含んでも良く、この場合には、例えば、１５０〜６００℃程度でハニカム成形体を加熱することにより有機物を脱脂することができる。また、焼成工程の前にハニカム成形体を乾燥することが好ましい。
【００２６】
本発明において、目封じ工程で用いるフィルムは、最終的に不要となるため除去する必要がある。除去の方法は、例えば目封じ工程の後にフィルムを剥がすことにより除去することができる。この場合には、ハニカム成形体を乾燥した後フィルムを剥がすことが好ましい。また、特にフィルムを剥がさずに、前述の焼成工程において、フィルムを分解及び／又は燃焼させることにより除去することもできる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１〜３及び比較例１）
原料として、８０質量部のＳｉＣ粉及び２０質量部の金属Ｓｉ粉を混合し、これにメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を作製した。この坏土を押出成形して隔壁の厚みが約３００μｍ（１２ｍｉｌ）、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ²（３００セル／平方インチ）、断面が一辺３５ｍｍの正方形、長さが１５２ｍｍのハニカム成形体を得た。
【００２９】
このハニカム成形体をマイクロ波及び熱風で乾燥した後、この端面に、表１に示す、材質、厚み、粘着力のフィルムを貼り付けた。この端面を図６に示すように、カメラ１２により撮像し、撮像した画像を画像処理することにより、目封じすべきセル上のフィルムの位置を決定し、出力１０〜１２Ｗ、光径１８０μｍφのＣＯ₂レーザー光を照射し、所定位置のフィルムに穴を開けた。ここで、フィルムに開けられた穴を再度カメラにより撮像し、穴の径を測定した。
【００３０】
次に、８０質量部の炭化珪素（ＳｉＣ）及び２０質量部の金属珪素の合計１００質量部に対して、３０質量部の水、１０質量部の有機助剤を加えてスラリーとし、目封じ材を得た。この目封じ材を、図３に示すような、ハニカム成形体の外形と略同寸法の開口部がある容器内に入れ、目封じ材を容器内で平坦化させた。次にハニカム成形体のフィルムが貼り付けられた端面が目封じ材と接触するようにハニカム成形体を容器内に配置して、ハニカム成形体を上方から下方へ押圧することにより目封じ材を所定のセル内に詰めた。そしてハニカム成形体を１００℃で乾燥させた後、フィルムを剥がすことにより除去した。この際の剥がしやすさ及びハニカム成形体の破損の有無を観察し評価した。フィルムの除去は、乾燥直後、即ちハニカム成形体が乾燥温度に近い状態の場合、及び放置後、即ちハニカム成形体が室温の状態の場合の２つの場合に分けて行った。これらの結果を表１に示す。
【００３１】
実施例１及び２のサンプルについては、目封じした後、フィルムを剥がさずに、焼成工程においてフィルムを除去する試験も行い、焼成後のハニカム構造体の破損の有無を調べた。結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例２）
フィルム総厚み１８５μｍ、基材層厚み１００μｍ、基材層の材質がポリエステルのフィルムを用いたことを除いて、実施例１と同様にしてレーザーによる穴開けまで行った。その結果穴を開けることができなかった。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１より、実施例１〜３のサンプルは、フィルムを剥離させることによるハニカム成形体の破損がなかった。また、実施例１、２のサンプルは、良好に目封じ材を詰めることができる穴を開けることができ、ハニカム成形体を放置後にフィルムを剥がした場合にも良好にフィルムを剥がすことができた。更に実施例１のサンプルは、焼成によってフィルムを除去した場合にもハニカム構造体の破損がなく、良好な結果が得られた。これに対して、比較例１のサンプルは、フィルムの粘着力が強すぎたためにフィルムを剥離させる際にハニカム成形体の破損が起こった。また、フィルムの厚みが厚すぎたために、フィルムに充分な穴を開けることができなかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明のハニカム構造体の製造方法は、目封じ工程に起因するハニカム成形体又はハニカム構造体の破損が抑制され、目封じされたハニカム構造体を好適に製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の目封じ工程におけるフィルムの貼り付け方法の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係るハニカム成形体にフィルムを貼り付けた状態の一例を示す模式的な平面一部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の目封じ工程における目封じ材を所定セルに詰める方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の焼成工程におけるフィルムの動きを示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の目封じ工程における、穴開け位置を決定する方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明によって製造することができるハニカム構造体の一例を示す模式的な斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるｂで示された部分の一部拡大図である。
【符号の説明】
１…ハニカム成形体、２…隔壁、３…セル、３１…目封じすべきセル、４…ハニカム構造体、７…外周壁、７１…外周壁の端部、７２…端面近傍の外周壁、９…フィルム、９１…穴を開けるフィルムの所定位置、１０…容器、１２…カメラ、１５…目封じ材、４１、４３…端面。

Claims

２つの端面と、一の端面から他の端面まで貫通するセルを複数有するハニカム成形体を成形する成形工程と、前記成形体の何れかの端面において前記セルを目封じする目封じ工程と、前記目封じされた成形体を焼成する焼成工程とを含むハニカム構造体の製造方法であって、
前記目封じ工程が、前記何れかの端面にフィルムを貼り付ける第１副工程と、目封じすべきセルに対応する前記フィルムの所定位置に高密度エネルギービームにより穴を開ける第２副工程と、前記目封じすべきセルに目封じ材を詰める第３副工程とを含み、
前記第１副工程において用いるフィルムが、基材層と粘着層を含み、かつ粘着力が３〜１５Ｎ／２５ｍｍで、基材層の厚みが５〜４０μｍであることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
前記フィルムの厚みが１０〜７０μｍである請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
粘着層の厚みが５〜４０μｍである請求項１又は２に記載のハニカム構造体の製造方法。
基材層が、ポリエステル又はポリオレフィンを主成分とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。
粘着層がアクリル系粘着材を主成分とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のハニカム構造体の製造方法。