JP4464831B2 - 目封止ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、目封止ハニカム構造体及びその製造方法に関し、特に破損しにくく、耐久性の向上を図ることができ、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）等のフィルタに好適に用いることができる、目封止部を有するハニカム構造体及びその製造方法に関する。

ハニカム構造体をＤＰＦ等のフィルタとして用いる場合に、一般に図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、一の端面４２から他の端面４４まで軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された多孔質の隔壁２と、隔壁２の外周を囲む外周壁７と、セル３を何れかの端面において目封止するように配置された目封止部４を有する目封止ハニカム構造体１の形態で用いる。このような形態とすることにより、一方の端面４２からセル内に流入する被処理流体は、多孔質の隔壁２を通って別のセル３を経て他の端面４４から排出される。この際、隔壁２がフィルタとなって、粒子状物質などを捕捉する。
そして、目封止ハニカム構造体は、図１２に示すように、例えば、セラミックス製のマット２４を外周壁の周りに巻いた状態で金属製の缶体２０に収納され、缶体内に設置された金属製のリング状の固定部材２２で固定されて自動車などに装着されて使用される場合がある（例えば特開平８−２８１０３４号公報参照）。
このような用途に使用される目封止ハニカム構造体は、振動により破損しにくいこと、圧力損失が小さいこと、耐熱衝撃性が良好なことなどが求められる。
目封止ハニカム構造体をＤＰＦ用として用いる際に、粒子状物質の堆積による圧力損失の急増を防止する方法として、封止部に、セルの端面より上流側に向かって細くなる形状にて突出する突出部位が形成された目封止ハニカム構造体が提案されている（例えば特開２００２−３０９９２２号公報参照）。

本発明の目的は、上記提案とは異なる観点から圧力損失を低減し、破損が生じにくい目封止ハニカム構造体及びその製造方法を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決すべく外周壁近傍に生じ得るクラックについて詳細に検討した。従来の封止部は、図１１（ｃ）に示すように、端面４２とほぼ同一面に先端が形成されており、従って、図１２に示すように、缶体２０に固定されたリング状の固定部材２２で目封止ハニカム構造体を缶体２０内に固定する場合、外周壁近傍における隔壁の端部及び外周壁の端部と固定部材２２とが直接接触する。そして、高温の排ガス等の被処理流体が缶体２０内に流入する際に缶体２０及び固定部材２２が加熱されて膨張することにより、固定部材２２が端面４２を押さえながら外周方向へ移動する。従って、大きな熱が加わる場合には、この移動の際に受ける応力により、端面における外周壁近傍にクラックが発生する場合が考えられる。また、金属線をネット状に編んでリング状にしたワイヤメッシュリング（図示せず）を、クッション材として、固定部材２２と端面４２との間に配置する場合もある。この場合には、ワイヤメッシュリングが端面４２に直接接触し、更に目封止されていないセルの開口部に食い込む形となる。そして固定部材の移動とともにワイヤメッシュが移動しワイヤメッシュが食い込んだ部分の隔壁に応力がかかりクラックを誘発する場合も考えられる。
また、外周壁近傍のセルの開口部を固定部材２２が覆ってしまうことにより、外周壁近傍のセルには、被処理流体が流入せずフィルタとしての機能を果たすことができなくなり、圧力損失が増大する。また、外周壁近傍のセルに高温の被処理流体が流入しないことにより、高温の被処理流体が流入する内側のセルとの温度差が生じ、熱衝撃によるクラックも発生しやすくなると考えられる。
本発明は、このような知見に基づき、固定部材と外周壁近傍の接触状態を改良することにより、クラックが外周壁近傍に発生する可能性を低減すると共に、圧力損失の低減を図ったものであり、即ち、一の端面から他の端面まで軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁と、前記隔壁の外周を囲む外周壁と、前記セルを何れかの端面において目封止するように配置された目封止部を有する目封止ハニカム構造体であって、少なくとも外周壁近傍に配置された少なくとも一部の目封止部が、端面より突出しており、かつ突出部の先端が概ね平坦又は緩やかな曲面であることを特徴とする目封止ハニカム構造体を提供するものである。
本発明の目封止ハニカム構造体において、更に、外周近傍以外の部分に配置された一部又は全部の目封止部が、端面より突出しており、かつ突出部の先端が概ね平坦又は緩やかな曲面であるであることが好ましい。また、軸方向に直交する断面形状が略円形状である部分を含む突出部を含む目封止部を有することが好ましく、また、軸方向に直交する断面形状が略多角形状である部分を含む目封止部を有することも好ましく、前記略多角形状が、角部が直線状又は曲線状に切り取られた形状であることも更に好ましい。また、軸方向に平行な断面形状が、略四角形状である突出部を含む目封止部を有することが好ましく、前記略四角形状が、角部が直線状又は曲線状に切り取られた形状であることが更に好ましい。また、本発明の目封止ハニカム構造体において、端面から各突出部の先端までの最大高さが、概ね同じであることが好ましい。また、突出部の気孔率が、目封止ハニカム構造体のその他の部分の気孔率よりも小さいことが好ましい。
本発明は、また、一の端面から他の端面まで軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された多孔質の隔壁を有するハニカム構造体に対して、前記セルの少なくとも一部を何れかの端面において目封止する目封止工程を含む目封止ハニカム構造体の製造方法であって、前記目封止工程が、一部のセルをマスクするようにフィルムを端面に配置するマスキング副工程と、目封止材をマスキングされていない所定セルに充填する充填副工程を含み、前記充填副工程が、目封止材を前記フィルムの上面と同一高さ以上に充填することを特徴とする目封止ハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
本発明の充填副工程において、目封止材を少なくとも２回に分けて充填することが好ましい。また、充填副工程において、目封止材を１回で充填することも好ましく、更に、目封止材が、液体を含むスラリーであり、前記液体が実質的に隔壁に浸透しない液体であることが好ましい。また、本発明のマスキング副工程において、総てのセルを覆うようにフィルムを配置し、そのフィルムにおける所定のセルに対応する部分に穴をあけることが好ましく、更に、穴の周囲がフィルムの厚み方向に盛り上がるように穴をあけることが好ましい。また、目封止材が、液体を含むスラリーであり、該スラリーの粘性が１０〜１０００ｄＰａ・ｓ、更には１００〜６００ｄＰａ／ｓであることが好ましい。また、目封止材が、植物由来の粉体状有機物質、粉体状合成樹脂、粉体状カーボン系物質、中空質合成樹脂、固体状の常温液体又は気体物質、高融点物質、多孔質物質、及び中空質無機物質からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むスラリーであることも好ましい。また、目封止材をセル内に充填後、目封止材を体積膨張させて目封止部をフィルタ端面よりも突出させることも好ましい。

図１（ａ）は、本発明の目封止ハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図、図１（ｂ）は、平行断面図である。
図２（ａ）は、本発明に係る目封止部の一例を模式的に示す平行断面一部拡大図、図２（ｂ）は、本発明に係る目封止部の別の一例を模式的に示す平行断面一部拡大図、図２（ｃ）〜（ｈ）は、本発明に係る目封止部の更に別の一例を模式的に示す平行断面一部拡大図である。
図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る目封止部の更に別の一例を模式的に示す平行断面一部拡大図である。
図４は、本発明の目封止ハニカム構造体と固定部材との関係を模式的に示す平行断面一部拡大図である。
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る目封止部の更に別の一例を模式的に示す平行断面一部拡大図である。
図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る目封止部の更に別の一例を模式的に示す直交断面一部拡大図である。
図７（ａ）は、本発明の製造方法において用いるハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図、図７（ｂ）は、平面一部拡大図である。
図８は、本発明の製造方法において、マスキング副工程を説明する模式的な平行断面一部拡大図である。
図９（ａ）は、本発明における、マスキング副工程の好適な一例を説明する模式的な平行断面一部拡大図、図９（ｂ）は、充填副工程の好適な一例を説明する模式的な平行断面一部拡大図である。
図１０は、本発明における充填副工程の好適な一例を説明する模式的な平行断面一部拡大図である。
図１１（ａ）は、従来の目封止ハニカムフィルタの一例を示す模式的な斜視図、図１１（ｂ）は平面一部拡大図、図１１（ｃ）は平行断面一部拡大図である。
図１２は、従来のハニカムフィルタを缶に収納した状態を示す模式的な平行断面図である。
図１３は、従来の目封止部の一例を模式的に示す平行断面一部拡大図である。
図１４（ａ）は、従来の充填副工程を模式的に説明する平行断面図、図１４（ｂ）は平行断面一部拡大図である。

以下、本発明の、目封止ハニカム構造体及びその製造方法を具体的な実施形態に基づき詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下において、軸方向（例えば、図１に示す軸方向）に直交する断面を直交断面、軸方向に平行な断面を平行断面という。
本発明の目封止ハニカム構造体１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、一の端面４２から他の端面４４まで軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された隔壁２と、隔壁２の外周を囲む外周壁７と、セル３を何れかの端面において目封止するように配置された目封止部４ａ、４ｂを有する。
本発明の重要な特徴は、図１（ｂ）に示すように、外周壁７近傍に配置された目封止部４ａの中の少なくとも一部の目封止部が端面４２より突出しており、かつ突出部５の先端６が図２（ａ）〜（ｈ）に示すように概ね平坦、又は図３（ａ）〜（ｅ）に示すように緩やかな曲面となっていることである。
このような形態とすることにより、図４に示すように、固定部材２２によりこの目封止ハニカム構造体を固定して缶体２０に収納した場合に、この先端６と固定部材２２が接触し、固定部材２２と外周壁７又は外周近傍のセル３ａを形成する隔壁２とは直接接触しないようになる。従って、熱膨張により固定部材が外周方向へ移動する際に生じやすい、外周壁７及び／又は外周近傍のセル３ａを形成する隔壁２のクラックの低減を図ることが可能となる。
また、固定部材２２が外周近傍のセル３ａを直接覆わなくなることにより、外周近傍のセルにも被処理流体が流入でき、圧力損失の低減を図ることができる。更に、外周近傍のセルと内側のセルの温度差を低減することができ、熱応力によるクラックの可能性を低減することもできる。
このような観点から、本発明に係る突出部は、単に突出しているだけではなく、先端が概ね平坦又は緩やかな曲面であることが必要であり、図１３に示すように突出部５が円錐や角錐状では、固定部材により固定される際に先端に過大な応力がかかり、突出部や外周壁近傍のクラックの原因となってしまう。ここで、先端６が概ね平坦とは、突出部の先端に実質的に平坦な部分を有していることを意味し、この平坦な部分は、できるかぎり平坦であることが好ましく平面度で言えば０．０５ｍｍ程度以下であることが好ましい。ここで言う平面度０．０５ｍｍとはＪＩＳ−Ｂ００２１で規定されている平面度と同じ定義であり、面の輪郭が０．０５ｍｍの幅の空間内に存在していることを意味し、対象となる平面の平面度実測値が０．０５ｍｍ以下であることを意味する。例えばフィルタ端面からの目封止部突出高さが約０．００５〜０．０２ｍｍであり、その突出部の平面度実測値が０．０１ｍｍである場合なども、平面度０．０５ｍｍ以下に含まれる。また、この平坦な部分の面積は、ごく小さな面積でもよいが、固定部材の移動をスムーズに行わせる観点から、１つのセルの断面積、即ち目封止部本体の断面積の５％以上であることが好ましく、２０％以上であることが更に好ましい。平坦部の平面度は小さいほどよく、好ましくは０．０５ｍｍ以下だが、小さいほど実際には製作上困難となる。目封止部先端の突出高さと平坦部の面積によって、平面度は２ｍｍ程度にまで大きくなってもよいが、製作性や固定部材の位置精度や安定性のことを考慮するとおよそ０．１以下、更に０．５ｍｍ以下とすることも実用上好ましい。また、各目封止部の突出部の高さの差異が大きすぎると、固定部材の安定性がよくないので、突出部全体での平面度も重要であり、実用上は２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である。要は固定部材２２が隔壁の端部に接触することのないようにして、あるいは接触していても固定部材と隔壁端部間の接触面圧がわずかになるようにし、固定部材がスムーズに移動できるようになっていればよい。先端６が緩やかな曲面とは、突出部の先端に固定部材がスムーズに移動できる程度の曲面部を有することであり、具体的には目封止先端部での曲率半径がＲ０．１ｍｍ以上、好ましくはＲ０．５ｍｍ以上、更に好ましくはＲ１ｍｍ以上であることが好ましい。
突出部５は、上述のような先端６を有していれば、突出部全体の形態に特に制限はないが、先端が概ね平坦である好ましい形態として、例えば図２（ａ）〜（ｈ）に示すように、平行断面形状が概ね長方形や概ね台形等の略四角形状である形態が挙げられる。ここで、略四角形状とは、四角形の他に四角形の角部が切り取られた形状も含み、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、四角形の角部が直線状又は曲線状に切り取られた平行断面形状であることが固定部材のスムーズな移動により外周壁近傍のクラックを抑制する観点から好ましい。即ち、先端の角部が面取りされたような形状であることが好ましい。先端が緩やかな曲面である好適な具体例は、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように先端が１つのドーム状となっている形状、図３（ｅ）に示すような先端が２以上のドーム状となっている形状などである。
突出部の直交断面形状に特に制限はない。突出部の具体的な好ましい形態として、図６（ａ）に示すような略円形状又は図６（ｂ）に示すような略多角形状である断面形状の部分を含むことが好ましく、セルの断面形状と同様の形状である部分を含むことが好ましい。また、セルの断面形状が略四角形等の略多角形状の場合、突出部が、セルの断面形状と同一形状から始まり、先端に行くにしたがって、より多くの角部を有する多角形状又は略円形状に変化する形状も好ましい。ここで、略円形状とは、円形状の他楕円形状やレーストラック形状などを含み、略多角形状とは、通常の多角形の他、角部が直線状又は曲線状に切り取られた形状を含む。そして、突出部の断面形状が略多角形状である部分を含む場合、角部が直線状又は曲線状に切り取られた略多角形状であることが角部の欠損を抑制する観点から好ましい。
突出部５において、図５（ａ）に示すような、目封止ハニカム構造体の端面４２から突出部の先端までの高さ、即ち突出部の最大高さｈに特に制限はないが、突出部の最大高さｈが高すぎると突出部が欠損しやすくなり、低すぎると被処理流体が外周壁近傍のセルに流入しにくくなり好ましくない。突出部の最大高さｈは、好ましくは２０μｍ以上、更に好ましくは０．２ｍｍ以上、更に特に好ましくは０．５ｍｍ以上であり、好ましくはセルピッチの長さ以下、更に好ましくはセルピッチの長さの８０％以下、更に特に好ましくは５０％以下である。また、各突出部の最大高さは、各々異なってもよいが、少なくとも外周壁近傍に配置された各目封止部の突出部の最大高さは、概ね同じであることが、固定部材の応力を分散させる観点から好ましい。また、作成の容易さの観点からは総ての目封止部の突出部の最大高さが概ね同じであることが好ましい。また、固定部材の平面度との兼ね合いになるが、固定部材の平面度が良好で、突出部の高さが概ね同じであれば、突出部の高さは２０μｍ未満でもよく、その場合には平面度が０．０２ｍｍであり、突出部が低くとも５μｍ以上であることが好ましい。
目封止部の突出部の気孔率を目封止ハニカム構造体のその他の部分よりも小さくして緻密化することで、突出部が固定部材との接触に耐えうる十分な強度を発現するとともに、突出部の表面を滑らかにして固定部材との摩擦を低減する効果が期待できる。気孔率を小さくする手段としては、あらかじめ目封止剤のスラリー成分を調整し、焼成して目封止部の気孔率がハニカム構造体本体よりも小さくなるようにする方法がある。また、コージェライト、シリカ、アルミナ等の成分を突出部にコーティングすることでもよい。また、Ｔｉ系やＷ系の硬質材料を突出部表面に溶射することでもよい。即ち、目封止部全体の気孔率を小さくすることにより、突出部の気孔率を隔壁の気孔率よりも小さくすることも好ましい形態であり、目封止部における突出部のみの気孔率を小さくすることも好ましい形態である。
本発明は、外周壁近傍に配置されたセルを目封止する目封止部の少なくとも一部が上述のような突出部を有することを必要とし、外周壁近傍に配置されたセルを目封止する総ての目封止部が上述のような突出部を有することは必須ではないが、固定部材から突出部にかかる応力を分散させる観点からは外周壁近傍に配置されたセルを目封止する総ての目封止部が上述のような突出部を有することが好ましい。また、目封止部を簡易に形成する観点からは、総ての目封止部が上述の突出部を有することが好ましい。
ここで、外周壁近傍とは、外周壁に隣接するセルを含み、固定部材の幅によってその範囲は変わるが、好ましくは外周壁から５ｍｍ以内、更に好ましくは２０ｍｍ以内である。もちろん、外周部近傍のみでなく、外周部近傍以外の部分に配置された目封止部の一部又は全部が本発明に係る突出部を有していても、即ち突出部がハニカム構造体の端面全域にわたって存在していても実用上は問題ない。実用上においては、ハニカム構造体の排気ガス上流、即ちエンジン方向から様々な異物、例えば排気管内壁からの酸化スケールなどが排気ガスの流れにのって高速で飛来してきてハニカム構造体の排気入り口端面に衝突するので、ハニカム構造体の薄い隔壁が破損してしまう恐れがある。このような場合に、図２の（ｃ）、（ｆ）や図３の（ｃ）のように隔壁先端部を覆うように目封止部に突出部があると、隔壁への異物の直接衝突を防ぐことが可能となるので、目封止部の突出部をハニカム構造体の端面全域に形成することが好ましい。また、突出部を形成することで排気ガスとの接触面積が増えるので、目封止部と排気ガスとの熱交換がよくなる。目封止部はその周囲の隔壁部よりも体積が大きく熱容量も大きくなるので、排気ガス温度への追従性が低く、目封止部と隔壁部との温度差が大きくなり熱応力が発生しやすい。目封止部と排気ガスとの熱交換がよくなることで、温度差を緩和し熱応力を抑制することが期待できるので、目封止部の突出部をハニカム構造体の端面全域に形成することが好ましい。従って、ハニカム構造体端面での全目封止部に突出部を設けることが好ましいが、必ずしも必要ではなく、実用時の使用環境に応じて適当に設けることでもよい。なお、本発明のハニカム構造体は、上述のような異物の衝突に対する耐性及び熱応力を抑制する効果も有するため、固定部材を用いないような使用形態、例えば固定部材を用いないで缶体に保持するようなキャニング構造であっても本発明の目封止ハニカム構造体を有効に用いることができる。また、目封止ハニカム構造体の移送時やハンドリング時において、目封止ハニカム構造体を台や床などの面上に置く場合がある。この場合に、端面外周の角部（外周壁の端部）が縁欠けを起こす場合がある。本発明の目封止ハニカム構造体は、台や床などの面上に置いた場合に、端面外周の角部が直接下の面に当らないため、このような縁欠けを防止する効果も有する。ＤＰＦの両端面において目封じ部に突出部が形成されていれば、どちらの端面を下側にしても、縁欠け防止に効果を有するので好ましい。
本発明における目封止ハニカム構造体は、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、一の端面４２から他の端面４４まで軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された隔壁２と、隔壁２の外周を囲む外周壁７と、セル３を何れかの端面４２、４４において目封止するように配置された目封止部４を有するものであれば、特にその形状や材質に制限はない。目封止ハニカム構造体の直交断面形状は、例えば円形、楕円形、レーストラック形状、四角形等、用途や設置場所に応じて適宜決定することができる。セルの直交断面形状は、例えば三角形、四角形、六角形などの多角形や略多角形、円形、楕円形などの略円形とすることができ、セル密度は、例えば６〜２０００セル／平方インチ（０．９〜３１１セル／ｃｍ^２）、好ましくは５０〜１０００セル／平方インチ（７．８〜１５５セル／ｃｍ^２）程度とすることができる。また、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、隣接するセル３が互いに反対側となる端面において目封止部４ａ、４ｂを有し、各端面４２、４４が市松模様状となるように目封止部が配置されていることが好ましい。また、目封止部、隔壁及び外周壁の材質に特に制限はないが、耐熱性等の観点からセラミックス又は金属が好ましく、特にセラミックスが好ましい。また、触媒担体やフィルタとして用いる場合には、隔壁及び外周壁は多孔質体であることが好ましい。また、本発明の目封止ハニカム構造体を缶体に収納して用いる場合には、缶体と外周壁との間にセラミック製マットなどの弾性部材を配置することが好ましい。
次に本発明の目封止ハニカム構造体を好適に製造することができる製造方法について説明する。この方法は、図７（ａ）、（ｂ）に示すような、一の端面４２から他の端面４４まで軸方向に貫通する複数のセル３を形成するように配置された隔壁２を有するハニカム構造体１０において、セル３の少なくとも一部を何れかの端面において目封止する目封止工程を含む。そして、目封止工程は、マスキング副工程と、充填副工程とを含む。
マスキング副工程は、図８に示すように、一部のセル、即ちその端面において目封止部を形成しないセルをマスクするようにフィルム１２を端面に配置する工程である。この工程において、その端面で目封止部を形成する所定のセルに対応するフィルム１２の部分、即ち、所定のセル上に配置されるフィルムの部分、に穴１３のあいた状態でフィルム１２を端面に貼り付けてもよいが、総てのセルを覆うように、穴のあいていないフィルム１２を端面に貼り付けてから目封止部を形成する所定のセル上に穴１３をあけることが、正確に目的とするセル上に穴をあけられるため好ましい。
このようにして、フィルムを配置した後にフィルム１２に穴１３をあける場合に、例えば図９（ａ）に示すように穴１３の周囲がフィルムの厚み方向に盛り上がるように穴をあけることが、充填副工程において、十分な高さの突出部を形成するように目封止材を充填できる点で好ましい。このように穴をあける具体的な方法としては、フィルムを穴の中心から外側に向けて溶融させるように加熱して穴をあける方法が挙げられ、更に具体的には、レーザー光などを照射して所定位置に穴をあけることが好ましい。
フィルムの種類に特に制限はないが、例えば好適な例として加熱により溶融するようなフィルムが好ましく、更にレーザー光により穴があくようなフィルムが好ましい。また、端面上に配置された後、十分に固定されるように、粘着層を有していることが好ましい。具体的には、フィルムが基材層と粘着層を有し、基材層がポリエステル、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン等のポリマー材料からなり、粘着層がアクリル系粘着材等からなることが好ましい。また、フィルムの厚さは、強度、穴のあけやすさ等の観点から１０〜１００μｍ程度が好ましい。
充填副工程は、穴のあいた部分のセルに目封止材１４を充填する工程である。従来の充填工程は、図１４（ａ）に示すように、水を含むスラリー状とした目封止材１４をスラリー容器１６に入れ、このスラリー状の目封止材１４に、マスキングしたハニカム構造体１０の端面４２を浸漬し、所定のセルに目封止材１４を充填していた。この方法では、ハニカム構造体１０をスラリー容器から取り出すと、セルに充填されたスラリー中の液体が多孔質の隔壁又は外周壁に浸出し、図１４（ｂ）に示すようにスラリーの先端１５がフィルムの上面からセルの方向へ移動し、ハニカム構造体の端面と同一高さ又はそれより低い高さの目封止部しか形成することができなかった。
本発明においては、図１０に示すように、目封止材１４をフィルムの上面１７と同一高さ以上に充填するため、突出部を有する目封止部を好適に形成することができる。ここで、フィルムの上面とは、フィルムにおけるハニカム構造体とは反対側の面を意味する。このように、目封止材をフィルムの上面と同一高さ以上に充填する好適な方法は、例えば、まず目封止材を１回充填し、図１４（ｂ）に示すように目封止材の先端１５がセル方向に移動した後、更に目封止材を充填する方法が挙げられる。これは、１回目の充填により目封止材の先端が移動した後は、更に目封止材を充填しても目封止材の先端がほとんど移動しなくなることを見出したことに基づくものである。通常は、２回の充填でフィルムの上面以上に充填することができるが、３回以上目封止材を充填してもよい。
目封止用容器にスラリーを入れておき、千鳥状に穿孔されたフィルムが貼られたハニカム構造体をプレス機の可動部にチャックで固定し、容器内に０．０１〜５ＭＰａの圧力で０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃ．の速度で圧入し、容器内のスラリーを穿孔された孔からセル内へ注入する。ハニカム構造体をチャックする際にはハニカム端面が容器と平行となるようにする。ハニカム構造体を容器に圧入する際には、ハニカム構造体の外周部で目封止材スラリーがリークしないようにシールを行う。目封止深さを浅くするためにスラリー量が少ない場合にはシールは不要としてもよい。圧入完了後、容器から取り出す。ハニカム構造体を若干回転させることで容器から取り出すことが容易となる。
目封止材スラリーの粘性は１０〜１０００ｄＰａ・ｓの範囲にあることが好ましい。粘性がこの範囲であることによりスラリーをセルに充填した場合にスラリーがセル内で保持されやすく所定の目封止部を容易に形成できる。また、スラリーが固くなりすぎないため、セル内にスラリーを容易に充填できる。スラリー充填時にセル隔壁を押し割ってしまうことも防止できる。
スラリーの粘性は１００〜６００ｄＰａ・ｓの範囲にあることが更に好ましい。粘性がこの範囲にあると、セルに充填されたスラリー中の液体が多孔質の隔壁又は外周壁に浸出する現象を好適に抑制することができ、目封止材のひけを抑制し、充填回数を減らすことができ生産性が向上する。また、セル内の隅々にまでスラリーを充填しやすくなり、セルコーナーにおいて目封止部との間に隙間が発生することを容易に抑制できる。
セルコーナーにおいて目封止部との間に隙間が発生するとフィルタとしての捕集性能が低下する。しかしながら、捕集効率が許容範囲内であれば、フィルタの圧損低減を図ることや、セル内に堆積したアッシュ成分を隙間から排出することで、長期的なアッシュ成分の堆積による圧損の上昇を抑制することを図るために、意図的に目封止材スラリーの粘性を高めて、セルコーナーにおいて目封止部との間に隙間を発生させることもあり得る。
目封止材をフィルムの上面以上に充填する別の好ましい方法は、スラリー状の目封止材における液体成分を、実質的に隔壁に浸透しない液体とすることにより、目封止材の先端の移動を防止することである。この方法を用いることにより、１回の充填で目封止材をフィルムの上面まで充填することができる。ここで、実質的に浸透しないとは、目封止材の先端がセル方向へ移動する長さが５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、更に好ましくは、１０μｍ以下となる程度にしか浸透しないことを意味する。このような液体即ち目封止剤スラリーとは粘度の高い液体であり、具体的にはスラリー中の水分量をできる限り下げるか増粘剤を助剤として目封止剤スラリーに添加することで調整できる。
また、更に別の好ましい方法として、目封止材スラリー中に吸水性物質あるいは保水性物質を添加して、スラリーの乾燥速度を緩める方法がある。吸水性物質あるいは保水性物質が水分を保持しようとするので、この物質添加によりセルに充填されたスラリー中の水分が多孔質の隔壁又は外周壁に浸出する現象を抑制できる。
また、スラリー中での急激な目封止原料や水分の移動を添加物質により物理的に妨げていることで見掛け上、スラリー粘性を高めている効果も影響していると考えられるので、吸水性物質あるいは保水性物質であることがより好ましいが、必ずしも吸水性あるいは保水性である必要はない。
このような物質としては、目封止充填後の乾燥あるいは焼成において分解、飛散、消失するものであることがより、好ましいが、焼成中あるいは焼成後において目封止部特性に悪影響を及ぼさなければ、分解、飛散、消失するものでなくてもよく、また、目封止材と反応するものでもよい。
分解、飛散、消失する物質としては、小麦粉、澱粉、クルミ殻等の植物由来の粉体状有機物質、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、フェノール樹脂、ポリエチレン、ウレタン等の粉体状合成樹脂、グラファイト、コークス、石炭、活性炭、チューブ状カーボン等の粉体状カーボン系物質、発泡樹脂、未発泡の発泡性樹脂、吸水性ポリマー等の中空質合成樹脂、氷、ドライアイス等の固体状の常温液体又は気体物質が挙げられる。また、分解、飛散、消失しないものあるいは目封止材と反応するものとしては、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、チタニア、タングステンカーバイド、モリブデン等の高融点物質、シリカゲル、ゼオライト等の多孔質物質、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカビーズ等の中空質無機物質が挙げられる。ここで言う高融点物質とは目封止材主成分の焼成温度よりも高い融点を有する物質のことである。例えば目封止材主成分がコージェライトである場合には、高融点物質として、窒化珪素、炭化珪素の非酸化物系材料がコージェライトの約１４００℃での酸化雰囲気焼成において安定であり好適である。
物質の形状としては粒子状だけでなく繊維状でもよく、粉体とは粒子状と繊維状の両方を含むことを意味する。また、中実よりも中空の方が分解、飛散、消失時の発生ガスの処理などで好ましい。これらの物質は単独でも複合でもよい。これらの物質の添加量は、目封止スラリーの粘性、焼成後の目封止材気孔率の設定に基づき適当に決められるので、特に限定されるものではない。
これらの中で発泡樹脂、未発泡の発泡性樹脂、吸水性ポリマー等の中空質合成樹脂とシリカゲル等多孔質物質は吸水性を有するので、前述の理由からより好ましい。また、目封止材をセル内に充填後に熱処理等により体積膨張を起こす物質を添加することで、セル内の目封止材が体積膨張を起こし、フィルタ端面よりも目封止部が突出するので、容易に突出部を形成できる。例えば未発泡の発泡性樹脂を目封止材に添加しておき、セル内に目封止材を充填後に１００〜２５０℃で熱処理することで未発泡樹脂が発泡して目封止部が体積膨張する。更に、例えば、吸水性合成樹脂あるいはウレタンを目封止材に添加しておき、セル内に目封止材を充填後に水分を目封止材に添加することで吸水性合成樹脂あるいはウレタンを体積膨張させて目封止部が体積膨張する。また更に、例えば、意図的に目封止材スラリー中に気泡を発生させて、セル内にスラリーを充填した際に目封止部に気泡が残存するようにすることで目封止部を高気孔率化することができる。
また、これらの各種物質を添加することで、目封止部の気孔率が増大して目封止部が低熱容量化し、フィルタ内におけるＰＭ（パティキュレートマター）の燃焼を促進する。更にはフィルタに触媒を担持し触媒の活性を利用してＰＭを酸化燃焼したり、排気ガス中の有害成分を処理する場合にも、従来は特に目封止部近傍のセル内において目封止部の高熱容量のためにフィルタ温度がなかなか上昇せず触媒活性が低下したが、目封止部を低熱容量化することで触媒活性を高める効果がある。更には目封止部が高気孔率化することで、また、目封止部とフィルタ両端の目封止部で挟まれた領域とで剛性に差異があるので、目封止部の剛性を低下させることで、剛性の差異を小さくなりフィルタの耐熱衝撃性が向上する。また、フィルタ外周面をマット等で把持する場合において目封止部近傍での応力集中を緩和することができる。また、目封止部が高気孔率化することで、目封止部に十分な通気性が付与され、排気ガスが目封止部を通過することが可能となり、フィルタの圧損低減効果がある。更には、フィルタの製造段階において、ハニカム基材と目封止部との剛性を近づけることで、焼成時における目封止近傍での割れを抑制することができる。
また、このような方法で、目封止材を充填する際に、マスキング副工程において、図９（ａ）に示すように、穴１３の周囲がフィルムの厚み方向に盛り上がるように穴をあけることにより、図９（ｂ）に示すようにフィルムの上面１７よりも高い位置まで目封止材１４を充填することができ、フィルムの上面よりも高い位置に先端がある突出部を形成することができる。また、液体が隔壁等に浸出することにより目封止材の先端がセル方向に移動しても、目封止材の先端をフィルムの上面以上の高さに保つことも可能となる。
充填副工程の後、通常は、乾燥、加熱及び／又は焼成をすることにより、突出部を有する目封止部を形成することができる。なお、一般にハニカム構造体は、後述するように、成形後焼成することにより製造され得るが、目封止工程は、焼成前のハニカム構造の成形体に対して行ってもよく、焼成後のハニカム構造の焼成体に対して行ってもよい。
本発明におけるハニカム構造体は例えば、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、ジルコニア、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、ゼオライト、及び金属、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属、並びにこれらの組合せよりなる群から選ばれる少なくとも１種の材料の粉末を原料とし、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、可塑性の坏土とした後、この杯土を押出成形してハニカム形状とすることにより、あるいは、ハニカム形状とした後焼成することにより作成することができる。また、目封止材の主成分も種々のセラミックス及び金属が好ましく、ハニカム構造体の好ましい原料の群から選ばれる少なくとも１種が更に好ましく、目封止するハニカム構造体と共通の原料であることが特に好ましい。そして、この主成分が目封止部の主成分となる。
（実施例及び比較例）
以下、本発明の製造方法について、一具体例を基に更に具体的に説明する。まず始めに原料調合と混練の工程として、コージェライト原料としてのシリカ、カオリン、タルク、アルミナに、造孔材としての発泡樹脂を加えて、更に、バインダー、分散剤、水を加えて混練し粘土状とする。造孔材としては、焼成工程により飛散消失する性質のもであればよく、カーボン質などの無機物質やプラスチック材料などの高分子化合物、澱粉などの有機物質などを単独で用いるか組み合わせて用いることでもよい。次ぎに成形と乾燥の工程として、混練された粘土状の原料を用いて、押出し成形によりハニカム構造体を成形し、乾燥する。乾燥手段としては、各種方法で行うことが可能であるが、マイクロ波乾燥と熱風乾燥又は、誘電乾燥と熱風乾燥を組み合わせた方法で乾燥することが好ましい。他に凍結乾燥などの特殊な方法も適用できる。次ぎに乾燥されたハニカム構造体の両端面を所定の長さに切断加工する。
次ぎに目封止工程に移る。まず、マスキング副工程においてフィルムを端面に配置する。フィルム材質はポリエステルフィルム（メーカ：寺岡製作所 品番：６３１Ｓ＃２５ フィルム厚：５０μｍ）を使用する。フィルムの片面には粘着剤が塗布されており、フィルムをハニカム構造体の端面に貼り付ける。次ぎに、ＮＣ走査可能なレーザー装置にて、ポリエステルフィルムを貼り付けたハニカム構造体端面のセル開口部を千鳥状に穿孔する。穿孔した際に、フィルムが溶ける影響で、孔の周囲が盛り上がる。
次ぎに、充填副工程に移る。コージェライト原料に水、バインダー、グリセリンを入れて、２００ｄＰａ・ｓ程度のスラリーを作り、目封止用容器にスラリーを入れておき、千鳥状に穿孔されたフィルムが貼られたハニカム構造体をプレス機の可動部にチャックで固定し、容器内に０．２５ＭＰａの圧力で１ｍｍ／ｓｅｃ．の速度で圧入し、容器内のスラリーを穿孔された孔からセル内へ注入する。ハニカム構造体をチャックする際にはハニカム構造体の端面が容器と平行となるようにする。ハニカム構造体を容器に圧入する際には、ハニカム構造体の外周部で目封止材スラリーがリークしないようにシールを行う。圧入完了後、容器から取り出す。ハニカム構造体を若干回転させることで容器から取り出すことが容易となる。こうしてハニカム構造体の端面において、セルを目封止する目封止部が形成される。注入されたスラリー中の水分がハニカム構造体に吸収されるので、目封止材がひけて目封止部の先端はフィルム上面位置（孔周囲の盛り上がり上面位置）よりも奥の方になっている。ここで、目封止材スラリーを穿孔された孔内に塗り込む。また、目封止材スラリーの水分調整によりスラリー粘性を４５０ｄＰａ・ｓに上げることで目封止材のひけを抑制することができた。また、更には発泡樹脂を５％添加することでも目封止材のひけを抑制することができた。
次ぎに目封止剤を乾燥するために、ハニカム構造体の目封止された端面に１４０℃の熱風を当ててフィルムを剥さずに約５分乾燥する。ホットプレートでも乾燥は可能である。乾燥後に、フィルムを剥すと目封止の先端部が凸状に目封止されている。これをもう一方の端面についても同様に行うことで、両端面の目封止部に突出部を形成できる。この後に焼成することでコージェライト質の目封止ハニカム構造構造体が得られる。
上記方法に基づいて実際に得られたコージェライト質の目封止ハニカム構造体の隔壁の気孔率は水銀ポロシメーターにより測定したところ６７％で、その平均細孔径は２７μｍであった。またセル形状は四角セルで隔壁厚さは約０．３ｍｍ、セルピッチは約１．６ｍｍで、フィルタ寸法は直径が約１９１ｍｍ、長さが約２００ｍｍであった。また、フィルタ端面からセル通路奥方向への目封止長さは約３ｍｍとし、また、突出部の高さは０．２〜０．４ｍｍ（突出部全体での平面度：０．２ｍｍ）とした。
こうして本発明に基づき製造された、突出部を有する目封じハニカム構造をＤＰＦとして金属ケース（缶体）内にセラミックマット（商品名：インタラムマット、３Ｍ社製）で圧入把持してから、ＤＰＦ両端面を固定部材で固定して、固定部材を金属ケースに溶接し、金属ケースにコーンを接続し、コンバータアッセンブリを製作した。また、突出部の無い従来の目封じ構造ＤＰＦを使ったコンバータアッセンブリも製作した。製作したコンバータアッセンブリを実機ディーゼルエンジン（排気量：約５リットル）の排気系に接続し、排気ガスを流して加熱冷却試験を実施し、コンバータアッセンブリを解体しＤＰＦを調査したところ、従来構造のコンバータアッセンブリでは、ＤＰＦ端面外周部にクラックが発生していたが、本発明によるコンバータアッセンブリでは、ＤＰＦ端面外周にクラックは発生していなかった。

以上説明してきたとおり、本発明の目封止ハニカム構造体は、破損しにくく、耐久性の向上を図ることができるためＤＰＦ等のフィルタに好適に用いることができる。また、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法により、このような目封止ハニカム構造体を好適に作成することができる。

Claims (16)

1. 一の端面から他の端面まで軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された隔壁と、前記隔壁の外周を囲む外周壁と、前記セルを何れかの端面において目封止するように配置された目封止部を有する目封止ハニカム構造体であって、外周壁近傍に配置された少なくとも一部の目封止部が、端面より突出しており、該突出部の先端がＪＩＳ−Ｂ００２１による平面度が０．０５ｍｍ以下の平坦又は曲率半径がＲ０．１ｍｍ以上の曲面であり、かつ突出部全体での平面度が２ｍｍ以下であることを特徴とする目封止ハニカム構造体。
2. 外周近傍以外の部分に配置された一部又は全部の目封止部が、端面より突出しており、かつ突出部の先端がＪＩＳ−Ｂ００２１による平面度が０．０５ｍｍ以下の平坦又は曲率半径がＲ０．１ｍｍ以上の曲面である請求項１に記載の目封止ハニカム構造体。
3. 軸方向に直交する断面形状が略円形状である部分を含む突出部を含む目封止部を有する請求項１又は２に記載の目封止ハニカム構造体。
4. 軸方向に直交する断面形状が略多角形状である部分を含む突出部を含む目封止部を有する請求項１又は２に記載の目封止ハニカム構造体。
5. 前記略多角形状が、角部が直線状又は曲線状に切り取られた形状である請求項４に記載の目封止ハニカム構造体。
6. 軸方向に平行な断面形状が略四角形状である突出部を含む目封止部を有する請求項１〜５の何れか１項に記載の目封止ハニカム構造体。
7. 前記略四角形状が、角部が直線状又は曲線状に切り取られた形状である請求項６に記載の目封止ハニカム構造体。
8. 端面から各突出部の先端までの最大高さが、概ね同じである請求項１〜７の何れか１項に記載の目封止ハニカム構造体。
9. 突出部の気孔率が、目封止ハニカム構造体のその他の部分の気孔率よりも小さい請求項１〜８の何れか１項に記載の目封止ハニカム構造体。
10. 一の端面から他の端面まで軸方向に貫通する複数のセルを形成するように配置された多孔質の隔壁を有するハニカム構造体に対して、前記セルの少なくとも一部を何れかの端面において目封止する目封止工程を含む目封止ハニカム構造体の製造方法であって、前記目封止工程が、一部のセルをマスクするようにフィルムを端面に配置し、穴の周囲がフィルムの厚み方向に盛り上がるように穴をあけるマスキング副工程と、植物由来の粉体状有機物質、粉体状合成樹脂、粉体状カーボン系物質、中空質合成樹脂、固体状の常温液体又は気体物質、高融点物質、多孔質物質、及び中空質無機物質からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むスラリーからなる目封止材をマスキングされていない所定セルに充填する充填副工程を含み、前記充填副工程が、目封止材を前記フィルムの上面と同一高さ以上に充填することを特徴とする目封止ハニカム構造体の製造方法。
11. 充填副工程において、目封止材を少なくとも２回に分けて充填する請求項１０に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
12. 充填副工程において、目封止材を１回で充填する請求項１０に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
13. 目封止材が、液体を含むスラリーであり、前記液体が実質的に隔壁に浸透しない液体である請求項１２に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
14. マスキング副工程において、総てのセルを覆うようにフィルムを配置し、そのフィルムにおける所定のセルに対応する部分に穴をあける請求項１０〜１３の何れか１項に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
15. 目封止材が、液体を含むスラリーであり、該スラリーの粘性が１０〜１０００ｄＰａ・ｓである請求項１０〜１４の何れか１項に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
16. 目封止材をセル内に充填後、目封止材を体積膨張させて目封止部をフィルタ端面よりも突出させる請求項１０〜１５の何れか１項に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。

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