JP5209989B2

JP5209989B2 - セラミックハニカムの端面目封じ方法及び装置

Info

Publication number: JP5209989B2
Application number: JP2008036039A
Authority: JP
Inventors: 明夫榎本
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2009190364A

Description

本発明は、端面が所定パターンで目封じされたセラミックハニカムを製造するために用いられるセラミックハニカムの端面目封じ方法及び装置に関するものである。

排ガス浄化用フィルタ等に使用されるセラミックハニカムは、両端面を交互に目封じすることにより、隣接するセル間の隔壁を排ガスのろ過面とした構造となっている。このようなセラミックハニカムは、押出し成形されたハニカム構造体の端面に目封じセルを限定するマスクを密着させ、このマスクを通じてセラミックスラリーを目的とするセルに進入させる方法で製造される。

このための具体的方法として特許文献１には、桶の内部に目封じ用のスラリーを入れ、端面に上記のマスクを密着させたセラミックハニカムをこの桶内に押し込み、セラミックスラリーを目封じしようとするセル内に圧入する方法が開示されている。しかしこの従来方法には次のような問題があった。

第１に、マスクの開口面積比が約３０％であるため、桶内のスラリー液面深さの約３倍の高さまでスラリーが進入するが、桶内のスラリー液面深さにバラツキがあるとセル内へのスラリー進入深さのバラツキもその３倍に拡大される。目封じ用のスラリーは粘度が高いために桶内のスラリー液面深さを均一にすることは容易ではなく、その結果として目封じ厚さが場所によって大きく異なり、均一な目封じが容易ではない。

なお目封じ用のスラリーの水分比を高めて粘性を下げれば桶内のスラリー液面深さのバラツキは減少させることができるが、水分比の高いスラリーは焼成時の収縮（ヒケ）が大きくなって目封じが不十分となるおそれがあるため、この方法を採用することもできない。このように、従来法では均一厚さの目封じが容易ではなく、特に２〜３ｍｍ程度の浅目封じを均一に行うことは困難であった。

第２に、従来法では桶からセラミックハニカムを引き上げるときにセラミックハニカムの下面が真空となり、セル内に侵入したスラリーが吸い出されてしまい、スラリーの圧入面に凹みなどの表面形状以上が発生することがあった。またこの真空に抗してセラミックハニカムを引き上げるために大きな力が必要であった。このように従来法では封止面の形状異常が発生し易かった。

第３に、従来法では残留スラリーによる粘度変化を防止するために桶の内部を洗浄する必要があるが、この洗浄を自動的に行わせることは容易ではなく、装置が大掛かりなものとなる。従って人手による洗浄が必要となっていた。このように従来法では、完全自動化が困難であった。

第４に、従来法ではセラミックハニカムの下面からスラリーを進入させるのであるが、その前工程であるマスクへの穴あけはセラミックハニカムの上面から行われる。このためセラミックハニカムを反転させる必要であり、特に大型のセラミックハニカムでは安定に保持して反転させることが容易ではなかった。このように従来法では、マスク穴あけ工程と目封じ工程との間にセラミックハニカムの反転工程が必要であった。
特開２００１-３００９２２号公報

従って本発明の目的は、均一厚さの目封じが可能であり、封止面の形状異常が発生せず、完全自動化が可能であり、しかも上面からの目封じが可能であってセラミックハニカムを反転させる必要がないセラミックハニカムの端面目封じ方法及び装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、目封じされるセルを限定するフィルムマスクを端面に密着させたセラミックハニカムの上方に、スラリー層の圧入範囲を限定するスクリーンを配置し、これらのフィルムマスクとスクリーンとの間に所定厚さの目封じスラリー層を形成したのちに、この目封じスラリー層をセラミックハニカムの端面に圧入することを特徴とするものである。

本発明においては請求項２のように、スクリーンをギャップ形成部材によりセラミックハニカムの端面から所定高さだけ浮き上がらせた状態で、スクリーン上のスラリーをスキージで押圧することにより、フィルムマスクとスクリーンとの間に所定厚さの目封じスラリー層を形成することが好ましい。また請求項３のように、ギャップ形成部材をセラミックハニカムの端面位置まで降下させたうえで、再びスクリーン上でスキージを移動させ、フィルムマスクとスクリーンとの間に形成された所定厚さの目封じスラリー層をセラミックハニカムの端面に圧入することが好ましい。

またギャップ形成部材として、セラミックハニカムの両側に配置されたギャップ形成バーを用いることが好ましく、スクリーン上へのスラリーの供給をポンプにより行い、その後にスクレーパでスラリー厚さを均一化することが好ましい。

また本発明のセラミックハニカムの端面目封じ装置は、目封じされるセルを限定するフィルムマスクを端面に密着させたセラミックハニカムが載置される支持台と、この支持台上に載置されたセラミックハニカムの上方に位置し、スラリー層の圧入範囲を限定するスクリーンと、このスクリーン上に供給されたスラリーを押圧するスキージと、セラミックハニカムの側方に昇降可能に設けられ、スクリーンとセラミックハニカムの端面とのギャップを形成するギャップ形成部材とを備えたことを特徴とするものである。なお、スクリーンの上方にさらに、スラリー供給用のポンプと、供給されたスラリー厚さを均一化するスクレーパとを設けた構造とすることが好ましい。

本発明によれば、スクリーン印刷技術を利用し、フィルムマスクとスクリーンとの間に所定厚さの目封じスラリー層を形成したのちに、この目封じスラリー層をセラミックハニカムの端面に圧入するようにしたので、一定厚さの目封じが可能であり、封止面の形状異常も発生しない。また従来のような桶を使用しないのでその洗浄が不要となり、自動化を図ることができる。さらに上面からの目封じが可能であるため、セラミックハニカムを反転させる必要がない。
その他の効果については、実施形態とともに説明する。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は目封じ工程の全体平面図であり、図２はその要部であるＡ−Ｂ断面部分の正面図である。図１に示される載せステーションでセラミックハニカムＣがパレット１上に垂直姿勢で載せられ、コンベヤ２によってフィルム貼りステーションに送られる。セラミックハニカムＣの材質は特に限定されるものではなく、コージエライトであってもＳｉＣであってもよい。

フィルム貼りステーションでセラミックハニカムＣの目封じしようとする端面に図３に示されるようにフィルム３が貼り付けられ、次のフィルム穴あけステーションでレーザ加工により、フィルム上の目封じするセルに対応する位置に穴が明けられる。フィルム３としては強度が大きく、レーザ加工が可能なＰＰフィルムやＰＥＴフィルムを用いることができる。なお図３ではセルの数は少数であるが、実際には１００〜３０，０００個のセルが形成されており、本発明は特に３００個以上のセルを有するセラミックハニカムＣに適している。

この穴あけは画像処理装置を用い、認識されたセル位置に基づいてセラミックハニカムＣを載せたＸＹＺステージを位置決めし、レーザ光線を照射することによって高速度で行われる。しかしこの穴あけ工程までは特許文献１にも開示されているように公知の技術であって、本発明の範囲に含まれるものではない。図３はフィルム穴あけステーションを出たセラミックハニカムＣを示すもので、穴あけされたセルにのみスラリーを進入させることができ、穴あけされないセルにはスラリーは進入しない。このようにして穴あけされたフィルム３は目封じされるセルを限定するフィルムマスク４となる。

次のステーションには、図２に示されるように、セラミックハニカムＣが載置される支持台５が設けられ、その上方位置にスクリーン６が配置されている。図４の斜視図に示すように、スクリーン６にはセラミックハニカムＣの端面外形状に対応する透過部７を備えたレジスト膜が形成されており、これによってスラリー層の圧入範囲を限定するものである。スクリーン６としては開口率が３０〜８０％のものが適しており、例えば厚さが５０μｍ程度のステンレス板をハニカム形状に加工したものなどを使用することができる。

さらにスクリーン６の上方には、スクリーン６上に目封じ用のスラリーを供給するスラリー供給用のポンプ８と、供給されたスラリー厚さを均一化するスクレーパ９と、スクリーン６上に供給されたスラリーを押圧するスキージ１０とが設けられている。目封じ用のスラリーは粘度の高いスラリーであり、供給用のポンプ８としては例えばモーノポンプと呼ばれるスラリー圧送に適した１軸偏心ポンプを用いることができる。

スクレーパ９は金属等の硬質材料製であり、ポンプ８によりスクリーン６上に供給されたスラリー上を移動して均一厚さとする役割を持つ。またスキージ１０は硬質ゴム製のもので、スクリーン６上に供給されたスラリーを透過部７からスクリーン６の下方に押出す役割を持つ。なおこれらのスクレーパ９とスキージ１０とはそれぞれ昇降機構１１、１２によって昇降させることができ、前進時には下降させ、後退時には上昇させることができる。

また支持台５に支持されたセラミックハニカムＣの側方には、スクリーン６とセラミックハニカムＣの端面との間に所定のギャップを形成するギャップ形成部材１３が設けられている。この実施形態ではギャップ形成部材１３はセラミックハニカムＣの両側に配置された一対のギャップ形成バーであるが、枠状のものであってもよい。

このギャップ形成部材１３はセラミックハニカムＣの端面から所定高さだけ浮き上がらせた状態と、セラミックハニカムＣの端面位置まで降下させた状態とを取り得るものである。この実施形態ではギャップ形成部材１３の高さは固定したまま、支持台５を昇降機構１４によって昇降させているが、ギャップ形成部材１３を昇降させても差し支えない。ギャップ形成部材１３によるギャップの高さは、目的とする目封じスラリー層の厚さにより決定される。

以下にこの目封じステーションにおける目封じ方法を説明する。
先ず図５に示すように、スクリーン６上にポンプ８により目封じ用のスラリーを供給したうえ、図６に示すようにスクレーパ９により均一厚さとする。次に図７に示すようにギャップ形成部材１３をセラミックハニカムＣの端面から所定高さだけ浮き上がらせた状態でスキージ１０を走行させ、スクリーン６上のスラリーをスキージ１０で押圧する。これにより、目封じされるセルを限定するフィルムマスク４とスクリーン６との間に、所定厚さの目封じスラリー層Ｓが形成される。

この目封じスラリー層Ｓはスクリーン６の透過部７の下面にのみ形成される。また、ギャップ形成部材１３をセラミックハニカムＣの端面から所定高さだけ浮き上がらせてあるため、スラリーは抵抗を受けることなくスクリーン６を透過し、一定厚さの目封じスラリー層Ｓとなる。

次に、図８に示すようにギャップ形成部材１３をセラミックハニカムＣの端面位置まで降下させたうえで、再びスクリーン６上でスキージ１０を移動させる。これによりフィルムマスク４とスクリーン６との間に形成されている目封じスラリー層ＳをセラミックハニカムＣの端面に圧入する。目封じスラリー層Ｓは全体が一定の厚さであるのでセラミックハニカムＣの端面へ圧入される深さも一定となる。ただしフィルムマスク４の開口率との関係で、目封じスラリー層Ｓの厚さよりもセラミックハニカムＣの端面への進入深さは大きくなる。

スクリーン６とセラミックハニカムＣの端面の間にはギャップがあるうえ、スキージ１０とスクリーン６とは線接触となり、接触部（押圧部）がセラミックハニカムＣの端面上を移動しながら圧入が行われる。このためスキージ１０が通過後にスクリーン６は速やかにセラミックハニカムＣの端面から離れ、桶を使用した場合のような封止面の形状異常も発生しない。なお、上記の工程により得られる目封じスラリー層Ｓの厚さが目的とする厚さよりも小さい場合には、図５〜図８に示される工程を複数回繰り返せばよい。

このようにして所望の厚さの目封じスラリー層ＳをセラミックハニカムＣの端面に圧入した後、図１に示す卸しステーションでセラミックハニカムＣはコンベヤ２上から降ろされ、従来と同様に焼成される。なお反対側の端面についても上記と同様の工程を繰り返すことにより、目封じが行われる。このようにして形成された目封じは全体が均一厚さであって形状異常もない、２〜３ｍｍ程度の浅目封じが可能である。

また、従来のように桶の洗浄は不要であるために自動化が可能である。なおスクリーン６の洗浄技術やスクリーン６上でスラリー粘度を一定に維持する技術はスクリーン印刷の技術分野で確立されており、それらを利用することができる。さらに本発明ではセラミックハニカムＣを垂直に立てた姿勢で上面から目封じを行うことができるので、従来のようにマスク穴あけ工程と目封じ工程との間でセラミックハニカムＣを反転させる必要がなく、大型のセラミックハニカムＣの目封じも容易に行うことが可能である。

目封じ工程の全体平面図である。図１のＡ−Ｂ断面部分の正面図である。端面にフィルムマスクを密着させたセラミックハニカムの斜視図である。スクリーン部分の斜視図である。スラリー供給工程を示す断面図である。スラリーを均一厚さとする工程を示す断面図である。スクリーンの下面に目封じスラリー層を形成する工程を示す断面図である。目封じスラリー層をセラミックハニカムの端面に圧入する工程を示す断面図である。

符号の説明

１パレット
２コンベヤ
３フィルム
４フィルムマスク
５支持台
６スクリーン
７透過部
８スラリー供給用のポンプ
９スクレーパ
１０スキージ
１１スクレーパの昇降機構
１２スキージの昇降機構
１３ギャップ形成部材
１４支持台の昇降機構
Ｃセラミックハニカム
Ｓ目封じスラリー層

Claims

目封じされるセルを限定するフィルムマスクを端面に密着させたセラミックハニカムの上方に、スラリー層の圧入範囲を限定するスクリーンを配置し、これらのフィルムマスクとスクリーンとの間に所定厚さの目封じスラリー層を形成したのちに、この目封じスラリー層をセラミックハニカムの端面に圧入することを特徴とするセラミックハニカムの端面目封じ方法。
スクリーンをギャップ形成部材によりセラミックハニカムの端面から所定高さだけ浮き上がらせた状態で、スクリーン上のスラリーをスキージで押圧することにより、フィルムマスクとスクリーンとの間に所定厚さの目封じスラリー層を形成す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の端面目封じ方法。
ギャップ形成部材をセラミックハニカムの端面位置まで降下させたうえで、再びスクリーン上でスキージを移動させ、フィルムマスクとスクリーンとの間に形成された所定厚さの目封じスラリー層をセラミックハニカムの端面に圧入することを特徴とする請求項２記載のセラミックハニカムの端面目封じ方法。
ギャップ形成部材として、セラミックハニカムの両側に配置されたギャップ形成バーを用いることを特徴とする請求項２または３に記載のセラミックハニカムの端面目封じ方法。
スクリーン上へのスラリーの供給をポンプにより行い、その後にスクレーパでスラリー厚さを均一化することを特徴とする請求項２または３に記載のセラミックハニカムの端面目封じ方法。
目封じされるセルを限定するフィルムマスクを端面に密着させたセラミックハニカムが載置される支持台と、この支持台上に載置されたセラミックハニカムの上方に位置し、スラリー層の圧入範囲を限定するスクリーンと、このスクリーン上に供給されたスラリーを押圧するスキージと、セラミックハニカムの側方に昇降可能に設けられ、スクリーンとセラミックハニカムの端面とのギャップを形成するギャップ形成部材とを備えたことを特徴とするセラミックハニカムの端面目封じ装置。
スクリーンの上方にさらに、スラリー供給用のポンプと、供給されたスラリー厚さを均一化するスクレーパとを設けたことを特徴とする請求項６に記載のセラミックハニカムの端面目封じ装置。