JP2008136919A

JP2008136919A - セラミックハニカムフィルタおよびその製造方法

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Publication number: JP2008136919A
Application number: JP2006324905A
Authority: JP
Inventors: Shunji Okazaki; 俊二岡崎
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP5418869B2

Abstract

【課題】セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたハニカムフィルタであって、セル壁と目封止材との結合強度を増すことで、熱衝撃や機械的衝撃によるクラックの発生を抑制し、さらに製造コストを低減する。
【解決手段】目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記未焼成粉砕物が４０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜６０％であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のセルが目封止材で目封じされたセラミックス基材からなるセラミックハニカムフィルタおよびその製造方法に関する。

ディーゼルエンジンなどの排気ガス中には黒煙を主体とする微粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」という）が多量に含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、ディーゼルエンジンなどの排気ガス系には、ＰＭを捕捉、浄化するためのフィルタが搭載されている。図１は、自動車の排気ガス中のＰＭを捕集・浄化する、セラミックス基材からなるセラミックハニカムフィルタ（以下「ハニカムフィルタ」という）１０の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）一部を断面した側面図である。図１で、ハニカム構造体１１は、外周壁１１ａの内側にセル壁１４で仕切られた多数のセル１５ａ、１５ｂを有する。そして、ハニカム構造体１１の両端面１２ａ、１２ｂの所定のセル１５ａ、１５ｂが目封止材１３ａ、１３ｂで交互に目封じされ、ハニカムフィルタ１０とされている。図示はしないが、ハニカムフィルタ１０は、ハニカム構造体１１の外周壁１１ａの外周が、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材で使用中に動かないように把持され、金属製の収納容器に配置されている。

図１に示すようなハニカムフィルタ１０において、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス（点線矢印で示す）は、端面１２ａに開口するセル１５ｂから流入する。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、セル壁１４を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、端面１２ｂに開口しているセル１５ａから流出、大気中に放出される。

図１に示すようなハニカムフィルタ１０は、以下のような工程で製造されてきている。先ず、（１）セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料とバインダーほかの原料を秤量、混合、混練を行なって坏土とする。次に（２）坏土を例えばスクリュー式押出機のハニカム形状口金から押し出す。同時に（３）乾燥または焼成工程において生じる変形を見込み、目標寸法よりも長めに切断して、ハニカム構造を有する成形体とする。次に（４）成形体を乾燥、焼成して、ハニカム構造体とする。次に（５）ダイヤモンドカッタやダイヤモンドソーなどの研削工具で端面１２ａ、１２ｂを加工して、所定の長さを有するハニカム構造体３１とする。さらに、目封じ工程において、ハニカム構造体１１の両端面１２ａ、１２ｂのセル１５ａ、１５ｂを各々目封止材１３ａ、１３ｂで封止する。図２（ａ）〜（ｃ）は、この目封じ工程の模式図である。図２（ａ）で、ハニカム構造体１１の一方の端面１２ａに、目封じ用フィルム２１を貼着し、この目封じ用フィルム２１に例えばレーザーなどで貫通孔２２をセル１５ａにあわせて千鳥状に形成する。次に図２（ｂ）で、ハニカム構造体１１を反転して目封止材を含むスラリー２３に浸漬し、このスラリー２３を目封じ用フィルム２１の貫通孔２２からセル１５ａ内に所定深さまで充填させる。次に図２（ｃ）で、充填後のスラリー２３を硬化、乾燥させ、片方の端面１２ａ側が目封止材１３ａで交互に目封じされたハニカム構造体１１とする。同様にして、他方の端面１２ｂ側も目封止材１３ｂで交互に封止を行い、さらに目封じ用フィルム２１を除去して、図１に示すハニカムフィルタ１０とする。

このようなハニカムフィルタ１０は、セル１５ｂや目封止材１３ｂに捕集されたＰＭが過度に蓄積されると、圧力損失が上昇して、エンジンの出力低下を招くおそれがある。このため、電気ヒーターやバーナなどの外部着火手段を用いて、捕集したＰＭを燃焼し、ハニカムフィルタ１０の再生が行われている。ハニカムフィルタ１０には、再生時やエンジンを停止させた時などでの急激な温度変化に対する、セル１５ａ、１５ｂと目封止材１３ａ、１３ｂとの接合強度が要求され、さらに、目封じする工程を含めて低コストに製造することも要求されている。

これらの要求に応えようとして、例えば特許文献１には、目封止材をセラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と同じ材質のセラミックス粉砕物から構成、好ましくは、セラミックス基材の焼成粉砕物７０〜８０重量％と未焼成粉砕物２０〜３０重量％とから構成した、ハニカムフィルタおよびその製造方法が提案されている。この特許文献１によれば、目封止材の乾燥による収縮で目封止材の体積が減少して目封止部にクラックが発生したり目封止部が脱落してしまうという従来技術の問題点を解決し、セル壁と目封止材との結合強度が確保され、目封止材が剥離や脱落し難くできるとしている。

特開２００２−１３６８１７号公報

しかしながら、本発明者が、特許文献１に提案される目封止材でハニカムフィルタとしてみたところ、目封止材の乾燥による収縮で目封止材の体積が減少する現象は緩和されるものの、セル壁と目封止材との結合強度が安定せず、十分に強度が確保されない場合があり、また、目封止材の長さも安定し難かった。セラミックス基材をコージェライト質とした場合、セル壁と目封止材との固着一体化は、例えば、約１４００℃の高温で行なわれるので、熱膨張係数の異なるセル壁と目封止材との間の界面には大きな残留応力が発生する。特許文献１に提案される目封止材でハニカムフィルタとし、これをディーゼルエンジンなどに搭載すると、排気ガスによる熱衝撃やエンジンの振動や路面からの振動などの機械的衝撃によって、セル壁と目封止材との界面にクラックが発生し、目封止材が脱落することが予想された。

本発明の課題は、セル壁と目封止材との結合強度が安定し、熱衝撃や機械的衝撃によるクラックの発生を抑制し、さらに、資源の有効活用ができるとともに、製造コストを低減し得る、ハニカムフィルタおよびその製造方法を得ることにある。

本発明者らは、目封止材として用いるセラミックス基材の焼成粉砕物や未焼成粉砕物が、セル壁と目封止材との結合強度にどのように影響するのか鋭意検討の結果、以下の知見を得た。つまり、目封止材として、セラミックス基材の粉砕物のみを用いると、目封止材の乾燥による収縮で目封止材の体積が減少する現象は緩和されるが、セラミックス基材の焼成粉砕物が多く含有していると結合強度のバラツキが大きく、結合強度を安定して得にくいことがわかった。したがって、セル壁と目封止材の結合強度を安定させるには、目封止材のセラミックス原料として、セラミックス基材の未焼成粉砕物、焼成粉砕物を適正に組合わせることで、セル壁と目封止材との結合強度が安定し、上記課題が解決できるとの知見を得て、本発明に想到した。さらに、セラミックス基材の粉砕物にセラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を適正に組合わせることで、セル壁と目封止材との結合強度が安定し、上記課題が解決できるとの知見を得て、本発明に想到した。

すなわち、本発明の第１発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたハニカムフィルタであって、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記未焼成粉砕物が４０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜６０％であることを特徴とする。

次に、本発明の第２発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたハニカムフィルタであって、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物および前記セラミックス基材の焼成粉砕物の少なくとも１つと、から構成されていることを特徴とする。

本発明の第２発明において、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記未焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜９０％、前記未焼成粉砕物が１０〜７０％であることが好ましい。

また、本発明の第２発明において、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜７０％であることが好ましい。

また、本発明の第１発明及び第２発明において、前記未焼成粉砕物は、前記セラミックス基材を仮焼成後に粉砕された仮焼成粉砕物を含むことが好ましい。
また、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料、および、未焼成粉砕物、並びに、焼成粉砕物は、最大粒径が５００μｍ以下であることが好ましい。

次に、本発明の第３発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を含んで調整された坏土を、多数のセルを有するハニカム構造に成形する成形工程と、該ハニカム構造の成形体を乾燥する乾燥工程と、該成形体を焼成する焼成工程と、前記セルを目封止材で目封じする目封じ工程とを含む、セラミックス基材からなるハニカムフィルタの製造方法であって、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成し、前記未焼成粉砕物を４０〜８０％、前記焼成粉砕物を２０〜６０％として、目封じすることを特徴とする。

次に、本発明の第４発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を含んで調整された坏土を、多数のセルを有するハニカム構造に成形する成形工程と、該ハニカム構造の成形体を乾燥する乾燥工程と、該成形体を焼成する焼成工程と、前記セルを目封止材で目封じする目封じ工程とを含む、セラミックス基材からなるハニカムフィルタの製造方法であって、前記製造工程で得られる前記セラミックス基材と同材質のセラミックを粉砕して未焼成粉砕物および焼成粉砕物とし、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記未焼成粉砕物および焼成粉砕物の少なくとも１つとから構成し、目封じすることを特徴とする。

本発明の第４発明において、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記未焼成粉砕物とから構成し、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を３０〜９０％、前記未焼成粉砕物を１０〜７０％とすることが好ましい。

また、本発明の第４発明において、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記焼成粉砕物とから構成し、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を３０〜８０％、前記焼成粉砕物を２０〜７０％とすることが好ましい。

また、本発明の第３発明および第４発明において、前記未焼成粉砕物は、前記セラミックス基材を仮焼成後に粉砕された仮焼成粉砕物を含むことが好ましい。
また、本発明の第３発明および第４発明において、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料および焼成粉砕物並びに焼成粉砕物は、最大粒径が５００μｍ以下であることが好ましい。

次に、本発明の作用効果について説明する。
本発明の第１発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたハニカムフィルタであって、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記未焼成粉砕物が４０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜６０％であることの理由は次による。
目封止材として、セラミックス基材の粉砕物のみを用いた場合、セラミックス基材の焼成粉砕物が多く含有していると結合強度のバラツキが大きく、結合強度を安定して得にくい。したがって、目封止材のセラミックス原料として、セラミックス基材の未焼成粉砕物を４０〜８０％、焼成粉砕物を２０〜６０％とすることで、セル壁と目封止材の結合強度を安定して得ることができる。ここで、セラミックス基材の未焼成粉砕物が４０％未満の場合、相対的に焼成粉砕物が６０％を超えて多くなるために、セル壁と目封止材との結合強度のバラツキが大きくなり、安定した結合強度が得にくくなる。一方、セラミックス基材の未焼成粉砕物が８０％を超えると、目封止材の乾燥による収縮で目封止材の体積が減少する現象が大きくなり、目封止部にクラックが発生したり目封止部が脱落することがあるため好ましくない。
ここで、セラミックス基材の未焼成粉砕物とは、ハニカム構造体の製造工程中の乾燥工程や焼成前のセラミックス基材を粉砕した粉砕物を言う。また、セラミックス基材の焼成粉砕物とは、焼成後のセラミックス基材を粉砕した粉砕物を言う。

次に、第２発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたハニカムフィルタであって、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物および前記セラミックス基材の焼成粉砕物の少なくとも１つと、から構成されていることの理由は次による。
目封止材として、セラミックス基材の粉砕物のみを用いた場合、粉砕物の組合せが適切でない場合、特にセラミックス基材の焼成粉砕物が多く含有していると結合強度のバラツキが大きく、結合強度を安定して得にくいが、セラミックス基材の未焼成粉砕物、および、焼成粉砕物の少なくとも１つにセラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を適正に組合わせることで、セル壁と目封止材の結合強度をより安定して得ることができる。これは、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料や未焼成粉砕物は、焼成後にハニカム構造体と同じ材質となること、焼成粉砕物は、ハニカム構造体と同じ材質であることで、目封止材のうちのセラミックス原料として、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料に、未焼成粉砕物および焼成粉砕物の少なくとも１つを加えて構成することで、セル壁と目封止材との結合強度が、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を単独に用いた場合と同等に確保されるのである。さらに、目封止材とハニカム構造体との熱膨張係数がほぼ等しくなって、熱サイクルによる亀裂の発生が少なくなる。しかも、製造工程中のセラミックス基材の発生屑などを用いることで、低コストに製造できるようになる。
ここで、上記構成のうち、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料とは、セラミックス基材すなわちハニカム構造体を作製する前の素となるセラミック粉末を言う。また、セラミックス基材の未焼成粉砕物とは、ハニカム構造体の製造工程中の乾燥工程や焼成前のセラミックス基材を粉砕した粉砕物を言う。また、セラミックス基材の焼成粉砕物とは、焼成後のセラミックス基材を粉砕した粉砕物を言う。

第２発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記未焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜９０％、前記未焼成粉砕物が１０〜７０％であることが好ましいのは次の理由による。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０％未満では、相対的に未焼成粉砕物が７０％を超えて多くなるため、セル壁と目封止材との結合強度が不足すると共に、目封止深さが安定しない場合がある。一方、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が９０％を超えると低コストに製造できなくなるため好ましくない。

また、第２発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜７０％であることが好ましいのは次の理由による。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０％未満では、相対的に焼成粉砕物が７０％を超えて多くなるため、セル壁と目封止材との結合強度のバラツキが大きくなり、安定した結合強度が得にくくなる場合があるため好ましくない。一方、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が８０％を超えると低コストに製造できなくなるため好ましくない。

また、第２発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成され、質量比で、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜８０％とし、未焼成粉砕物と焼成粉砕物との質量比が、未焼成粉砕物が４０〜８０％、焼成粉砕物が２０〜６０％であることがより好ましい。これは、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０％未満の場合、相対的にセラミックス基材の粉砕物が多くなるため、セル壁と目封止材との結合強度が不足すると共に、目封止深さが安定しない場合がある。一方、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が９０％を超えると低コストに製造できなくなるため好ましくない。

本発明の第１発明及び第２発明において、前記未焼成粉砕物は、前記セラミックス基材を仮焼成後に粉砕された仮焼成粉砕物を含むことが好ましいのは次の理由による。
仮焼成とは、乾燥後や焼成前のセラミックス基材中に含まれるバインダー、潤滑剤、造孔材等の有機物をこれらが燃焼する温度域で燃焼除去させるための操作で、仮焼成粉砕物とは、前記した操作後に粉砕した粉砕物、若しくは、未焼成粉砕物からバインダー、潤滑剤、造孔材等の有機物をこれらが燃焼する温度域で燃焼除去したものである。未焼成粉砕物がこのような仮焼成粉砕物であれば、仮焼成により、目封止材に添加されるバインダー、潤滑剤、造孔材などの有機物が除去されるで、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と同等のセラミックス原料となり、セル壁と目封止材との安定した結合強度が得られるとともに、安定した目封止材の長さを得られるので好ましい。

本発明の第１発明及び第２発明において、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料、および、未焼成粉砕物、並びに、焼成粉砕物は、最大粒径が５００μｍ以下としていることが好ましいのは次の理由による。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料および焼成粉砕物並びに焼成粉砕物の最大粒径が５００μｍを超えると、目封止材同士やセル壁と目封止材との結合が不十分となり、十分な結合力が得られない場合がある。

次に、第３発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を含んで調整された坏土を、多数のセルを有するハニカム構造に成形する成形工程と、該ハニカム構造の成形体を乾燥する乾燥工程と、該成形体を焼成する焼成工程と、前記セルを目封止材で目封じする目封じ工程とを含む、セラミックス基材からなるハニカムフィルタの製造方法であって、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成し、前記未焼成粉砕物を４０〜８０％、前記焼成粉砕物を２０〜６０％として、目封じすることの理由は次による。
目封止材として、セラミックス基材の粉砕物のみを用いた場合、セラミックス基材の焼成粉砕物が多く含有していると結合強度のバラツキが大きく、結合強度を安定して得にくい。したがって、目封止材のセラミックス原料として、セラミックス基材の未焼成粉砕物を４０〜８０％、焼成粉砕物を２０〜６０％とすることで、セル壁と目封止材の結合強度を安定して得ることができる。ここで、セラミックス基材の未焼成粉砕物が４０％未満の場合、相対的に焼成粉砕物が６０％を超えて多くなるために、セル壁と目封止材との結合強度のバラツキが大きくなり、安定した結合強度が得にくくなる。一方、セラミックス基材の未焼成粉砕物が８０％を超えると、目封止材の乾燥による収縮で目封止材の体積が減少する現象が大きくなり、目封止部にクラックが発生したり目封止部が脱落することがあるため好ましくない。

次に、第４発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を含んで調整された坏土を、多数のセルを有するハニカム構造に成形する成形工程と、該ハニカム構造の成形体を乾燥する乾燥工程と、該成形体を焼成する焼成工程と、前記セルを目封止材で目封じする目封じ工程とを含む、セラミックス基材からなるハニカムフィルタの製造方法であって、前記製造工程で得られる前記セラミックス基材と同材質のセラミックを粉砕して未焼成粉砕物および焼成粉砕物とし、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記未焼成粉砕物および焼成粉砕物の少なくとも１つとから構成し、目封じすることの理由は次による。
目封止材として、セラミックス基材の粉砕物のみを用いた場合、粉砕物の組合せが適切でない場合、特にセラミックス基材の焼成粉砕物が多く含有していると結合強度のバラツキが大きく、結合強度を安定して得にくいが、セラミックス基材の未焼成粉砕物、および、焼成粉砕物の少なくとも１つにセラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を適正に組合わせることで、セル壁と目封止材の結合強度をより安定して得ることができる。これは、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料や未焼成粉砕物は、焼成後にハニカム構造体と同じ材質となること、焼成粉砕物は、ハニカム構造体と同じ材質であることで、目封止材のうちのセラミックス原料として、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料に、未焼成粉砕物および焼成粉砕物の少なくとも１つを加えて構成することで、セル壁と目封止材との結合強度が、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を単独に用いた場合と同等に確保されるのである。さらに、目封止材とハニカム構造体との熱膨張係数がほぼ等しくなって、熱サイクルによる亀裂の発生が少なくなる。しかも、製造工程中のセラミックス基材の発生屑などを用いることで、低コストに製造できるようになる。
ここで、上記構成のうち、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料とは、セラミックス基材すなわちハニカム構造体を作製する前の素となるセラミック粉末を言う。また、セラミックス基材の未焼成粉砕物とは、ハニカム構造体の製造工程中の乾燥工程や焼成前のセラミックス基材を粉砕した粉砕物を言う。また、セラミックス基材の焼成粉砕物とは、焼成後のセラミックス基材を粉砕した粉砕物を言う。

第４発明において、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記未焼成粉砕物とから構成し、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を３０〜９０％、前記未焼成粉砕物を１０〜７０％としていることが好ましいのは次の理由による。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０％未満では、相対的に未焼成粉砕物が７０％を超えて多くなるため、セル壁と目封止材との結合強度が不足すると共に目封じ深さが安定しない場合があり、一方、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が９０％を超えると低コストに製造できなくなるため好ましくない。

また、第４発明において、前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記焼成粉砕物とから構成し、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を３０〜８０％、前記焼成粉砕物を２０〜７０％とすることが好ましいのは次の理由による。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０％未満では、相対的に焼成粉砕物が７０％を超えて多くなるため、セル壁と目封止材との結合強度のバラツキが大きくなり、安定した結合強度が得にくくなる場合があるため好ましくない。一方、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が８０％を超えると低コストに製造できなくなるため好ましくない。

また、第４発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成され、質量比で、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜８０％とし、未焼成粉砕物と焼成粉砕物との質量比が、未焼成粉砕物が４０〜８０％、焼成粉砕物が２０〜６０％であることがより好ましい。これは、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０％未満の場合、相対的にセラミックス基材の粉砕物が多くなるため、セル壁と目封止材との結合強度が不足すると共に、目封止深さが安定しない場合がある。一方、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が９０％を超えると低コストに製造できなくなるため好ましくない。

本発明の第３発明および第４発明において、前記未焼成粉砕物は、前記セラミックス基材を仮焼成後に粉砕された仮焼成粉砕物を含むことが好ましいのは次の理由による。
仮焼成とは、乾燥後や焼成前のセラミックス基材中に含まれるバインダー、潤滑剤、造孔材等の有機物をこれらが燃焼する温度域で燃焼除去させるための操作で、仮焼成粉砕物とは、前記した操作後に粉砕した粉砕物、若しくは、未焼成粉砕物からバインダー、潤滑剤、造孔材等の有機物をこれらが燃焼する温度域で燃焼除去したものである。未焼成粉砕物がこのような仮焼成粉砕物であれば、仮焼成により、目封止材に添加されるバインダー、潤滑剤、造孔材などの有機物が除去されるで、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と同等のセラミックス原料となり、セル壁と目封止材との安定した結合強度が得られるとともに、安定した目封止材の長さを得られるので好ましい。

また、本発明の第３発明および第４発明において、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料および焼成粉砕物並びに焼成粉砕物は、最大粒径が５００μｍ以下であることが好ましいのは次の理由による。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料および焼成粉砕物並びに焼成粉砕物の最大粒径が５００μｍを超えると、目封止材同士やセル壁と目封止材との結合が不十分となり、十分な結合力が得られない場合があるからである。

第１発明乃至第４発明に係るハニカムフィルタおよびその製造方法によれば、セル壁と目封止材との結合強度を増すことで、熱衝撃や機械的衝撃によるクラックの発生を抑制し、さらに製造コストを低減し得る。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
先ず、カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整し、質量比で、ＳｉＯ_２：４８〜５２％、Ａｌ_２Ｏ_３：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％となるコージェライト質のセラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどのバインダー、潤滑剤、造孔材としてグラファイトを添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック坏土を作製した。次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、所定長さに切断し、ハニカム構造を有する成形体とした。次に、成形体を、マイクロ波乾燥装置を用いて乾燥した後、１４２５℃の温度で焼成し、外径が２６６．７ｍｍ、全長が３０４．８ｍｍ、セル壁厚が０．３ｍｍ、セルピッチが１．５ｍｍのコージェライト質のセラミックス基材からなるハニカム構造体とした。

次に、目封止材として、（ａ）最大粒径が５００μｍ以下のコージェライト質からなるセラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料、（ｂ）成形体を乾燥後に粉砕した最大粒径５００μｍ以下のコージェライト質からなる未焼成粉砕物、（ｃ）成形体を乾燥後に粉砕した最大粒径５００μｍ以下のコージェライト質からなる未焼成粉砕物を４００℃でバインダー、潤滑剤、造孔材などの有機物を除去した仮焼成粉砕物、（ｄ）成形体を焼成後に粉砕した最大粒径５００μｍ以下のコージェライト質からなる焼成粉砕物、を準備した。そして、目封止材のうちのセラミックス原料を、（ａ）セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料（「新規」として示す）、（ｂ）未焼成粉砕物、（ｃ）仮焼成粉砕物、（ｄ）焼成粉砕物を、表１のように配合し、さらに、有機バインダーとしてメチルセルロース１．２質量％と、水を加えて混練してスラリー状の目封止材を調整した。そして、前述した図２の目封じ工程に基づき、ハニカム構造体に目封じ深さが１０ｍｍとなるように目封じを行なった。さらに、目封止材で目封じされたハニカムフィルタを１４００℃に加熱して、セル壁と目封止材との固着一体化を図った。

次に、目封止材とセル壁との接合強度の比較と、ハニカムフィルタの製造コストを評価した。目封止材とセル壁との接合強度は、先端が直径１ｍｍの丸棒形状の圧子を目封止材に押し込み、圧子が押し抜けたときの強度を測定した。そして、目封止材とセル壁との接合強度が、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を単独で用いた場合と同等であったものを（◎）、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を単独で用いた場合より劣るが実使用上問題のないものを（○）、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を単独で用いた場合より劣り使用できないものを（×）として評価した。また、ハニカムフィルタの製造コストは、目封止材のうちのセラミックス原料として、未焼成粉砕物の使用量が１０％以上若しくは、焼成粉砕物の使用量が２０％以上の場合を（○）、未焼成粉砕物の使用量が１０％未満若しくは、焼成粉砕物の使用量が２０％未満の場合を（×）として評価した。そして、総合評価として、接合強度と製造コストがいずれも（◎）か（○）である場合を（○）、接合強度と製造コストのいずれかが（×）である場合を（×）として、表１に結果を示す。

表１から、本発明の実施例１〜１９は、接合強度と製造コストの総合評価が優れていることがわかる。一方、比較例１〜６は、接合強度と製造コストの何れかの面で問題があることがわかる。

本発明に係る自動車の排気ガス中のＰＭを捕集・浄化する、セラミックハニカムフィルタ１０の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）断面図である。本発明に係る目封止工程を示した模式図である。

符号の説明

１０：セラミックハニカムフィルタ（ハニカムフィルタ）
１１：セラミックハニカム構造体（ハニカム構造体）
１１ａ：外周壁
１２ａ、１２ｂ：端面
１３ａ、１３ｂ：目封止材
１４：セル壁
１５ａ、１５ｂ：セル
２１：目封じ用フィルム
２２：貫通孔
２３：スラリー

Claims

セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたセラミックハニカムフィルタであって、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記未焼成粉砕物が４０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜６０％であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
セラミックス基材からなるハニカム構造体の所定のセルが目封止材で目封じされたセラミックハニカムフィルタであって、前記目封止材のうちのセラミックス原料は、セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物および前記セラミックス基材の焼成粉砕物の少なくとも１つと、から構成されていることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記未焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜９０％、前記未焼成粉砕物が１０〜７０％であることを特徴とする請求項２に記載のセラミックハニカムフィルタ。
前記目封止材のうちのセラミックス原料は、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記焼成粉砕物とから構成され、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料が３０〜８０％、前記焼成粉砕物が２０〜７０％であることを特徴とする請求項２に記載のセラミックハニカムフィルタ。
前記未焼成粉砕物は、前記セラミックス基材を仮焼成後に粉砕された仮焼成粉砕物を含むことを特徴とする請求項１、２、３の何れかに記載のセラミックハニカムフィルタ。
前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料、および、未焼成粉砕物、並びに、焼成粉砕物は、最大粒径が５００μｍ以下としていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のセラミックハニカムフィルタ。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を含んで調整された坏土を、多数のセルを有するハニカム構造に成形する成形工程と、該ハニカム構造の成形体を乾燥する乾燥工程と、該成形体を焼成する焼成工程と、所定の前記セルを目封止材で目封じする目封じ工程とを含む、セラミックス基材からなるセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、前記目封止材のうちのセラミックス原料として、前記セラミックス基材の未焼成粉砕物と前記セラミックス基材の焼成粉砕物とから構成し、前記未焼成粉砕物を４０〜８０％、前記焼成粉砕物を２０〜６０％として、目封じすることを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を含んで調整された坏土を、多数のセルを有するハニカム構造に成形する成形工程と、該ハニカム構造の成形体を乾燥する乾燥工程と、該成形体を焼成する焼成工程と、所定の前記セルを目封止材で目封じする目封じ工程とを含む、セラミックス基材からなるセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、前記製造工程で得られる前記セラミックス基材と同材質のセラミックを粉砕して未焼成粉砕物および焼成粉砕物とし、前記目封止材のうちのセラミックス原料として、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と、前記未焼成粉砕物および焼成粉砕物の少なくとも１つと、から構成し、目封じすることを特徴とするセラミックハニカムフィルタの製造方法。
前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記未焼成粉砕物とから構成し、質量比で、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を３０〜９０％、前記未焼成粉砕物を１０〜７０％としていることを特徴とする請求項８に記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法。
前記目封止材のうちのセラミックス原料を、前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料と前記焼成粉砕物とから構成し、質量比で、前記前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料を３０〜８０％、前記焼成粉砕物を２０〜７０％としていることを特徴とする請求項８に記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法。
前記未焼成粉砕物は、前記セラミックス基材を仮焼成後に粉砕された仮焼成粉砕物を含むことを特徴とする請求項７、８、９の何れかに記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法。
前記セラミックハニカム構造体形成用セラミックス原料および焼成粉砕物並びに焼成粉砕物は、最大粒径が５００μｍ以下としていることを特徴とする請求項７乃至１１の何れかに記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法。