JPS5973478A - セラミック質ハニカムフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック質ハニカム及びその製造方法に関し
、例えば、ガス中に含まれる微粒子、特に内燃機関から
排出される排気ガス中に含まれるカーボン等の微粒子を
除去するためのセラミックフィルタ等に利用されるハニ
カム及びその製造方法に関する。

従来、公害対策として自動車」−ンジン殊にディーゼル
エンジンのような内燃機関の排気ガス中に含まれるカー
ボン−微粒子を除去するために、排気系または排気還流
系にフィルタを用いることが行われている。しかし、こ
のようなフィルタは、長期の使用でカーボンが堆積して
目詰まりを起し、圧損を生じ、エンジン効率を低下させ
るという欠点がある。この欠点を解消するものの１つと
して例えば特開昭５６−１２４４１８号に特定構造のデ
ィーゼル排気内粒子のセラミックフィルタが提案されて
いる。即ち、同公報に記載のセラミックフィルタはエン
ジン排気ガスの貫流、する入口及び出口を両端部に備え
た、多数の平行な通路よりなる多孔質構造のセラミック
フィルタが隣接し合い、両端部における入１コと出口は
隣り合わゼのものと交互に閉止した構造としてなるもの
で、従来のものと較べη、より広いエンジン排気に対す
る濾過面積を有するという利点はある。しかし、上記入
口及び出口を有するハニカムの押出成形による成形法で
はその形状に変更を加えるたびに押出型をつくりなおさ
なくてはならず、融通性にとぼしく不経済であった。更
に、入口または出口における交互密封（穴埋め）の手段
として、注射針のような道具を用いセメントを注入する
方法が取られるため、均一性、密封性に欠けるとか、手
間がかかるなどの難点があって必ずしも満足し得る構造
及び製造方法のものとは言えない。

本発明は以上のような公知の構造のものと同様に濾過面
積が広く設定でき、濾過効率にすぐれしかも製作が容易
で、形状変更にお【ノる融通性つまり製造の自由度が高
いセラミック質ハニカム及びその製造方法を提供づるも
のである。

即ち、本願第１発明の要旨は、セラミック質連続蛇行帯
の連続平面状端面とセラミック質板状体の表面とを結合
面とし、上記蛇行帯と板状体とを、蛇行帯が板状体の面
沿方向へ蛇行展開するように、交互に積層してなること
を特徴とするセラミック質ハニカムにあり、第２発明の
要旨は、１つのセラミック質連続蛇行帯の一方の連続平
面状端面と１つのセラミック質板状体の一方の面とを結
合面とし、上記蛇行帯と板状体とを、蛇行帯が板状体の
面沿方向へ蛇行展開するように結合して中間体となし、
次いで゛該中・・固体の蛇行帯の他方の連続平面状端面
と別のセラミック質板状体の表面あるいは別の上記中間
体のセラミック質板状体表面とを結合し積層することを
特徴とするセラミック質ハニカムの製造方法にある。

まず、第１発明を図面に基づいて説明する。第１図は本
発明のセラミック質ハニカムをセラミックフィルタに適
用した一例の斜視図を示す。図において１Ａはセラミッ
ク質板状体であり、イの一面２上にその面と垂直なセラ
ミック質蛇行帯３が面２とは平行つまり面沿方向に蛇行
しつつ、板状体１Ａの長尺方向へ展開している。即ち、
該蛇行連続体３は濾過面３ａと濾過面３ｂとが向い合つ
た平行又は非平行状態であり、両濾過面端部３Ｃでは湾
曲面を形成して互いに連続した形状をしており、平な片
面２と共に三次元的異方向性に濾過面が立体形成されて
いる。第１図は、このようなセラミックハニカム中間体
Ｘｉ、Ｘ２、×３の蛇行帯３が縦方向で交互にずらした
位置となるように積み上げて三段重ねとし、更に最−ヒ
段のセラミックハニカム中間体×３には別に成形した蛇
行帯３を設けないセラミック板状体１ａを゛蛇行帯３の
縁部Ｔ１に接着させてなるもので、排気ガスの入口（矢
印で表わす）側からみたときハニカム構造としてなる例
を示す。図示するように、蛇行帯３が縦方向でピッチを
ずらして設けた構造となっているので、濾過面積が広が
り、濾過効果が増大するという利点がある。尚、この図
では三段積層の例を図示したが、それ以上積層した場合
も本発明の範囲に含まれることは勿論である。

第２図は第１図における片ｗＩ２上に、その面と垂直に
連続して横方向へジグザグ状の蛇行帯３を設けた長尺状
のセラミックハニカム中間体に成形したものを円筒状に
複数回巻きｍね、その内側の蛇行帯３の縁部Ｔ１を外側
の板状体２の下面に接着させたものであり、排気ガスの
入口側からみたときハニカム構造としてなる例を示す°
。

以上の例にお９ノる片面２上に垂直に形成される蛇行帯
３の形状としては各種のものを挙げることができる。第
３図は蛇行連続帯と板状体との一体成形物であるハ゛ニ
カ′私中間体の他の例を平面図で示づ。即ち、（イ）は
濾過面３ａと濾過面３ｂとを連続する端部３Ｃが折曲し
、角をなづもの、（ｕ）は同じく端部３Ｃが角をなＪが
濾過面３ｂのみが板状体１Ａの長手方向に対して直角を
・なすもの、（ハ）は一方の端部３Ｃにおいて長手方向
と同方向の８１過面３ｄを形成づるもの、（ニ）は両端
部３ｃ　、３ｃにおいて長手方向と同一方向の濾過面３
ｄ　、３ｄを形成させてなるものの例である。

第４図は本発明のセラミック質ハニカムを利用したフィ
ルタの他の一例の斜視図を示す。この例は図示するよう
に、濾過面３ａ　、３ｂを備えたしラミック質連続蛇行
帯３が縦方向の凹凸状に設けられ、濾過壁３ａにはさま
れた底部の濾過面３Ｃ１３ｆが１ピツチ毎に交互に前方
傾斜、後方傾斜して設けられた蛇行帯３の平面蛇行状縁
部Ｔ４とセラミック質板状体１Ｂとの積層からなるセラ
ミックハニカム中間体Ｙ１、Ｙ２を連続蛇行帯３のピッ
チをずらして二段重ねとし、更に最上段のセラミック質
ハニカム中間体Ｙ２にはセラミック質板状体１ｂを濾過
＊３ｅの縁部Ｔ２に接゛首させ三次元的異方向性に濾過
面が立体配置されてなるもので、排気ガス中の入口（矢
印で表わす）側からみたときハニカム構造としてなる例
を示す。尚、この図では二段積層の例を図示したが、そ
れ以上積層した場合も本発明の範囲に含まれることは勿
論である。

次に第２発明について説明する。本発明の一例として三
次元的異方向性の濾過面を備えたセラミック質ハニカム
を！ｌｌ造するには、先ず、無機質粉末及び有機質粉末
結合剤を含有するグリーンシートを製造する。無ｍ質粉
末成分としてはアルミナ、コージライト、フォルステラ
イト、ベタライト、キータイト等の鉱石粉末が用いられ
、必要に応じ、更にシリカ、マグネシア等の７ラツクス
剤を添加してもよい。有機質結合剤はグリーンシートに
所望の引張り強さその他の物理的性質を与えるものが用
いられ、例えばポリビニルブチラール樹脂（ビニルブチ
ラール、Ｆｉ１ｍビニル、ビニルアルコールの共重合体
）１．７塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合体等が好適で
あり、これらに更に可塑剤としてジブチルフタレート（
ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）のようなフ
タル酸エステルが添加される。これらの混合比は当業者
によく、知られたものであるが、例えば無機質粉末１０
０重量部当り有機質結合剤４〜２０重量部、好ましくは
８〜１５重用部、可塑剤２〜１０重量部、好ましくは４
〜８臆量部が用いられる。上記成分に例えばメヂルエチ
ルケトン（ＭＥＫ）等のケトン類、エタノール、イソプ
ロパツール等のアルコール類、トルエン等の芳香族炭化
水素のような有機溶剤を添加し、例えばアルミナ顎ボー
ルミル等の混合機中で充分配合する。溶剤の使用量は用
いた成分等によっても異なるが、およそ４０〜７０重量
部である。次いで、これを公知のキャスティング法、例
えば、ドクターブレード法等により厚さ０．０３〜１ｍ
ｍのグリーンシートに成形する。

次に上記グリーンシートを乾燥し、三次元的異方向性に
立体成形する。例えば、前に説明した第１図に示すよう
な形状のセラミックフィルタの成形は、第５図に示すよ
うな成形装置によって行うことが可能である。ここにお
いて、即ち、前記のようにして成形したグリーンシート
を１を、導入ロール５により送り出し、加熱用ヒータを
組み込んだ一対の成形口〜ル６．７の間にはさみ冷却水
の循環系を組み込んだ引き取りロール８によって引き出
Ｊ０一対のロール６．７のうち、ロール６の外周面には
、第６図に示ずように、グリーンシート１がロール間を
通過するとき、その片面２上に、シート１の長手方向と
はほぼ直角の横方向へジグザグ状の濾過壁３を一体に立
設させるための凹溝９が刻設されている。この成形にお
いて一対のロール６．７は共に表面温度を１５０〜１８
０℃に保持し、連続蛇行帯３の形成されたグリーンシー
１−１は引き取りロール８によって冷却固化されながら
引ぎ出される。次に、連続蛇行帯３の縁部（第１図にお
いて符号Ｔ１で示づ゛部分）に接着用の共素地ペースト
を塗布して連続蛇行帯３の縁部Ｔ１と板状体１Ａの裏面
とを接着させる。即ち、第１図でいえば、グリーン状態
にあるセラミックフィルタＸ１の連続蛇行帯３とグリー
ン状態にあるセラミック質ハニカム中間体×２の板状体
１Ａ裏面との間、グリーン状態にあるセラミック・フィ
ルタＹの連続蛇行帯３とグリーン状態にある°セラミッ
クフィルタ×３の板状体１Ａ裏面との間、及びグリーン
状態にあるセラミック質ハニカム中間体×３の連続蛇行
帯３と別に成形したグリーン状態のセラミック質板状体
１ａの裏面との間にそれぞれ接着用具素地ペーストを介
在させて接着し積層する。また、第２図のものについて
は連続蛇行体３の縁部Ｔ１に接着用具素地ペーストを塗
布して円筒状に巻き上げる。接着用具素地ベーストとし
てはグリーンシート基体との結合力の強（％もの、即ち
、グリーンシート’１３１１！ｉに用いた原料と同様の
成分からなるものが良い。好ましい接着用共素地ペース
トの一例は無機質粉末１００重醋部に対して、ポリビニ
ルブチラール１３重量部、ジブプルレフタレ−１８重礒
部、ブチルカルビノール６０重量部である。このように
して、所望段数に積層したグリーン状態のセラミック質
ハニカムを所望寸法になるように両端を切断して切？揃
え、有機質結合剤を除去（樹脂抜き）した上で焼成する
。樹脂抜きの条件は例えば２５０℃×約４ｈｒで、焼成
は公知の方法で行うことができ、例えば温度１３００〜
１４００℃で４〜６時間である。このようにして、第１
〜第２図に示すような三次元的異方向性で濾過面を持っ
た多孔質のセラミック質ノ＼二カムのノイルりが得られ
る。

次に、第１発明の他の例で第４図に示すような形状のセ
ラミック質ハニカムの成形は、例えば第７図に示すよう
な成形装置によって行う。即ち、前記のようにして成形
したグリーンシート１を、加熱用ヒータが組み込まれた
一対の成形歯！ａ１０．１１の間に送り込み、第４図に
示すような濾過面３ａ　、３ｂを凹凸状縦方向に、濾過
面３Ｃ、３ｆを横方向に形成させる。この一対の成形歯
車１０．１１は第８図〜第１１図に示す如くの形状をな
す。

第８図はその正面図、第９図はその右側面図、第１０図
は第８図のｘ−Ｘ断面図、第１１図は＠視図を表わす。

ここに・おいて１５及び１６は歯部を示Ｊ０該歯部１５
．１６は円柱体１７の周囲に等間隔に偶数個形成されて
いる。一方の歯部１５は楔状をなし、円柱体１７の一つ
の端面１７ｂ、方向にイの楔状先端部１５ａを向け、そ
の長軸を円柱体１７の軸と平行になるように円柱体１７
の外周上に設けられている。他方の歯部１６も同形状を
なし、円柱体１７の外周面上に、その方向を逆、つまり
楔状先端部１６ａを円柱体１７の他の端面１７ａ方向に
向けている以外は同様に設けられている。又、両歯部１
５．１６は一定の間隙をあけて配置されているため両歯
部１５．１６め間に溝部１７ｃが形成されている。この
溝部１７０は円柱体１７の軸に平行に形成されている。

しかし、歯部１５．１６の各々の先端部１５ａ、１６ａ
は円柱体１７の端面１７ｂ、１７ａに各々達していず、
ぞの端面１７ｂ、１７ａより一定間隔、ここではほぼ溝
部１７ｃの幅と同じ間隔に離されて、配置されているた
め、全ての溝部１７ｃの底面は、この歯部１５．１６の
先端部１５ａ１１６ａと円柱体端面１７ｂ、Ｉ’ｙｃと
の間の、円柱体１７の外周面露出部１７ｄにより連絡さ
、れて、円柱体１７の外周面上に蛇行状態に形成されて
いる。グリーンシー１−の成形時、上記樹形歯部１５．
１６の上面により、第４図における底部の濾過面３ｃ。

３ｆが形成され、溝部１７０により底部濾過面３Ｃ１３
「に直角な濾過壁３Ｃが形成され、溝部１７Ｃの底面ど
円柱体１７の外周面露出部１７ｄにより濾過壁３ｅの平
面蛇行状縁部Ｔ２が形成される。

次に、第７図に戻り、一対の成形歯車１０．１１から引
き取られた上記成形シートは別に成形したグリーンシー
ト１Ｂを巻き取ったロール１２から繰り出されるグリー
ンシート１Ｂと共に押えロール１４とｍ車１０．１１と
同形の歯車１３との間に送り込まれて、グリーンシート
１Ｂと濾過壁３ｅの平面蛇行状縁部Ｔ４とが接着される
。このとき、濾過壁３ｅの縁部Ｔ４には公知の手段によ
り、接着用共素地ペーストが塗布（図示せず）される。

このようにして得られたグリーン状態のセラミック質ハ
ニカムを例えば前述の第４図に示すような形状にＷＡ層
したり、あるいは前述の第２図と同じ方法で円筒状に巻
き取ったものを両端部を切り揃えて前述の第１図に示Ｊ
ものと同様の条件で樹脂抜き、焼成を行うことにより、
第４図に示すような三次元的異方向性で濾過面を持った
多孔軍のセラミックフィルタが得られる。

以上詳述した如く、第１発明のセラミック質ハニカムは
、セラミック質連続蛇行帯の連続平面状畑面とセラミッ
ク質板状体の表面とを結合面とし、上記蛇行帯と板状体
とを、蛇行帯が板状体の面沿方向へ蛇行展開するように
、交互に積層してなる二とにより、三次元的異方向性に
１１！過面を備えたｍｆｌとしてなり、例えばフィルタ
として濾過面が立体的で広く、濾過効率がよく、しかも
板状体と板状体との間に蛇行帯が挟持されることにより
、蛇行帯が補強の効果を生じ、外力に対し破壊されにく
くなっている。又、他用途、例えば、断熱材に用いた場
合、蛇行帯の曲折部内側部分が平板状の板状体と板状体
との間に空隙をつくって、板状体直角方向の断熱効果を
生じ、又、遮音材、吸音材、電波吸収材等に用いた場合
、蛇行′帯の曲折面により吸収能を発揮する効果を生ず
る。

次に、第２発明のセラミック質ハニカムの製造方法は、
１つのセラミック質連続蛇行帯の一方の連続平面状端面
と１つのセラミック質板状体の一方の面とを結合面とし
、上記蛇行帯と板状体とを、蛇行帯が板状体の面沿方向
へ蛇行展開するにうに結合して中間体となし、次いで該
中間体の蛇行帯の他方の連続平面状端面と別のセラミッ
ク質板状体の表面あるいは別の上記中間体のセラミック
質板状体の表面とを結合し積Ｉすることにより、単に各
部を結合するのみで、セラミック質ハニカムが製造でき
、しかも平面部分のみの接着結合作業となるので機械化
が極めて簡単にでき、作業効率及び品質向上に大きく寄
与するものである。又、積層段数を調節づ−ることによ
り所望の大きさ、性能のハニカムが形成できるといつＩ
Ｃ！１ｌｆｉにおいて高い自由度をも有するものである
。

実施例１ ［ｉ３９．９重量部、粘土４４．５重量部、水酸化アル
ミニウムをアルミナに換算して１５．６Ｉｆｆｉ部から
なるフラックス剤をジブチルフタレート（可塑剤）２２
重量部、ポリビニルブチラール（結合剤）５ｍｍ部、イ
ソプロピルアルコール（溶剤）４００重聞部と共に、ア
ルミナ製ボールミルに入れ、１５時間混合分散させた。

このようにして得られた泥漿を公知のシート成形法であ
るドクターブレード法により厚さ１１１１１幅１００１
１ＩＩｌのグリーンシートを成形した。

このシートを前述の第５図に示すような、一方だけが形
つけ面を備えている表面温度が１５０〜１８０℃の一対
のロール間を通過させて、加熱変形させ、ついで冷却ロ
ール上を通過させ、硬化させながら、片面のみに横方向
へ連続するジグザグ状の波形の濾過壁を形成させ三次元
的異方向性のグリーン状態の立体成形品を得た。この成
形品の前記波形の濾過壁の頂部（第２図Ｔ１に）に滑石
３９．９重量％、粘土４４．５重量％、水酸化アルミニ
ウムをアルミナに換算して１５．６［ｔ％、ポリビニル
ブチラール１３重量％、ジブチルフタシー１−８重量％
及びブチルカルピノ−゛ル６０重量％を混合してなる共
素地ペーストを塗布して巻き取り第２図に示すようなロ
ール巻き成形加工品とし、電気炉中、酸化雰囲気下で、
１４００℃×６時間焼成し、コージライト組成の円筒状
、多孔質のセラミック質ハニカムフ。イルタが得られた
。このフィルタは気孔率５５％、平均気孔径３０μ、寸
法直径１２０ｍｍｘ長さ１０５１Ｒ＋、板状体部分の厚
さＱ、４ｍｍ、濾過壁である連続蛇行帯の幅１゜Ｑｍｉ
、厚さ０．１５ｖｎ、そのピッチ２ｍ＋１あるいはａｍ
ｎ＋に形成された。このものは、ピッチ、濾過壁の厚さ
及び外形が同一の従来のセラミック質ハニカムフィルタ
に比べて、圧力損失はほぼ同一であり、十分な実用性の
あるものであった。更に従来のフィルタの如く出口及び
入口を１個おきに閉鎖するという大変手数のかかる工程
がなく、しかも゛フィルタのパターンを自由に選択でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第４図は本発明のセラミックフィル
タの数例の斜視説明図、第３図は第１図及び第２図に示
づセラミックフィルタにＪ３ける濾過壁の設置例の平面
図、第５図の斜視図及び第６図の正面図は第１図および
第２図に示すセラミックフィルタの成形装置説明図、第
７図は第４図に示すセラミックフィルタの成形装置の説
明図、第８図は成形歯間の正面図、第９図はその右側面
図、第１０図は第８図のＸ−Ｘ断面図、第１１図は斜視
図を表わす。 １・・・グリーンシート １Ａ、ＩＢ・・・セラミック質板状体 ０・・・セラミックｊｌｔ連続蛇行帯 ６．７・・・成形Ｏ−ル ８・・・引き取りロール ９・・・凹溝 １０．１１・・・成形歯車 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４・・・セラミック質連続蛇行状縁部 代理人　弁理士　定立　勉　他１名 第１図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 ＩＩ　　　　　　　　　　　　　Ｉ３ 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　セラミック質連続蛇行帯の連続平面状端面とセラミ
   ック質板状体の表面とを結合面とし、上記蛇行帯と板状
   体とを、蛇行帯が板状体の面沿方向へ蛇行展開するよう
   に、交互に積層してなることを特徴とするセラミック質
   ハニカム。 ２１つのセラミック質連続蛇行帯の一方の連続平面状端
   面ど１つのセラミック質板状体の一方の面とを結合面と
   し、上記蛇行帯と板状体とを、蛇行帯が板状体の面沿方
   向へ蛇行展開づるように結合して中間体となし、次いで
   該中間体の蛇行帯の他方の連続平面状端面と別のセラミ
   ック質板状体の表面あるいは別の上記中間体のセラミッ
   ク質板状体表面とを結合し積層覆ることを特徴とするセ
   ラミック質ハニカムの製造方法。