JP2012051369A

JP2012051369A - 封口用マスク及びこれを用いたハニカム構造体の封口方法

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Publication number: JP2012051369A
Application number: JP2011169435A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Uoe; 康輔魚江; Masaharu Mori; 正春森; Tomotsugu Ohira; 智嗣大平
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2012-03-15
Also published as: WO2012018021A1

Abstract

【課題】小さな断面積の貫通孔に対しても十分に封口材を供給可能なハニカム構造体の封口用マスク及びこれを用いた封口方法を提供すること。
【解決手段】ハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給するための封口用マスクであって、第一の断面積をそれぞれ有する多数の第一開口と、多数の第一開口を取り囲むように配置され、第一の断面積よりも大きな断面積をそれぞれ有する複数の第二開口とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハニカム構造体の封口に用いるマスク及びこれを用いた封口方法に関する。

従来より、ハニカムフィルタが、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）用等として広く知られている。このハニカムフィルタは、多数の貫通孔を有するハニカム構造体の一端面から一部の貫通孔を封口材で封じると共に、ハニカム構造体の他端面から残りの貫通孔を封口材で封じることにより製造される。

ハニカム構造体の端面の所望の貫通孔のみを封口材により封じる際に、封口すべき貫通孔に対応する箇所に開口が設けられたマスクを使用する。下記特許文献１，２には、マスクを用いてハニカム構造体を封口する方法が記載されている。

特開２００４−２９０７６６号公報特開２００８−１３２７４９号公報

ところで、ハニカム構造体が有する多数の貫通孔の内、ハニカム構造体の側壁の近傍の貫通孔の形状はハニカム構造体の側壁の影響を受ける。したがって、ハニカム構造体の側壁の近傍の貫通孔は、ハニカム構造体の中央部に形成される貫通孔よりも開口の断面積が小さくなる場合がある。

このような小さな断面積の貫通孔を封口する際には、このような小さな断面積の貫通孔に合わせ、対向するマスクの開口を小さくする。しかし、小さな断面積の貫通孔に対して十分に封口材を供給することが困難な場合がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小さな断面積の貫通孔に対しても十分に封口材を供給可能なハニカム構造体の封口用マスク及びこれを用いた封口方法を提供することを目的とする。

本発明に係る封口用マスクは、ハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給するための封口用マスクであって、
第一の断面積をそれぞれ有する多数の第一開口と、
前記多数の第一開口を取り囲むように配置され、前記第一の断面積よりも大きな断面積をそれぞれ有する複数の第二開口と、を備える。

本発明によれば、第一開口の断面積よりも大きな断面積を有する第二開口が、多数の第一開口を取り囲むように配置されている。このため、ハニカム構造体の側壁の近傍に位置する、ハニカム構造体の側壁により形成された貫通孔を含む複数の貫通孔を、この第二開口と対向させることができる。これにより、側壁の近傍の貫通孔の断面積が小さい場合でも、封口材を供給しやすい。

ここで、前記第二開口の輪郭のアスペクト比は、前記第一開口の輪郭のアスペクト比よりも大きいことが好ましい。これにより、第二開口により、複数の貫通孔と対向し易い。

本発明は上記マスクを用いてハニカム構造体の所定の貫通孔を封じる方法を提供する。すなわち、本発明はハニカム構造体の貫通孔の封口方法であって、
（ａ）前記ハニカム構造体の一方の端面上にマスクを配置する工程と、
（ｂ）前記ハニカム構造体の前記一方の端面における封口すべき貫通孔に前記マスクが有する複数の第一開口及び複数の第二開口を通じて封口材を供給する工程とを備え、
前記マスクは、第一の断面積をそれぞれ有する前記複数の第一開口と、前記複数の第一開口を取り囲むように配置され、前記第一の断面積よりも大きな断面積をそれぞれ有する前記複数の第二開口と、を有する方法を提供する。

上記封口方法によれば、小貫通孔に対しても十分に封口材を供給できる。なお、上記封口方法は、ハニカム構造体の一方の端面を封口処理する工程の後、他方の端面についても封口処理する工程を更に備えてもよい。ハニカム構造体の両方の端面を封口処理した後、必要に応じて乾燥や焼成等の工程を経ることで、ハニカムフィルタ構造体を得ることができる。

本発明によれば、小貫通孔に対しても十分に封口材を供給可能なハニカム構造体の封口用マスク及びこれを用いた封口方法を提供できる。

図１の（ａ）は、本発明の実施形態にかかるハニカム構造体７０の斜視図、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の端面のＡの部分の拡大図である。図２の（ａ）は、本発明の実施形態にかかるマスク１７０の斜視図、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の端面のＡの部分の拡大図である。図３の（ａ）は、本発明の実施形態にかかるハニカム構造体７０の斜視図、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の端面のＡの部分の拡大図である。図４は、図３のＣの部分の拡大図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。まず、ハニカム構造体について説明する。

図１の（ａ）に示すように、ハニカム構造体７０は、Ｚ方向に伸びる多数の貫通孔７１が略平行に配置された円柱体である。ハニカム構造体７０は、側面を形成する側壁７０ｃの形状が円筒状であり、図１の（ｂ）に示すように、径方向中央部には断面形状が正方形の多数の（例えば、１００個以上の）標準形状貫通孔７１ａ（以下、「完全なセル７１ａ」又は単に「セル７１ａ」という。）と、径方向最外周部に、断面形状が正方形ではない複数の特殊形状貫通孔７１ｂ（以下、「不完全なセル７１ｂ」又は単に「セル７１ｂ」という。）とを有する。

完全なセル７１ａは、ハニカム構造体７０において、Ｚ軸方向の端面７０ｅから見て、正方形配置、すなわち、完全なセル７１ａの中心軸が、正方形の頂点にそれぞれ位置しかつ隣接する辺同士が平行となるようにハニカム構造体７０の端面７０ｅにおける中央部にマトリクス状に多数配置されている。セル７１ａの断面の正方形のサイズは、例えば、一辺０．８〜２．５ｍｍとすることができる。本実施形態では、完全なセル７１ａの正方形のサイズ及び断面積は互いに略同一とされている。

不完全なセル７１ｂは、ハニカム構造体の側壁７０ｃに沿って複数配置されており、多数の完全なセル７１ａを取り囲むように配置されている。不完全なセル７１ｂは、その一部が側壁７０ｃにより形成されているため、その断面形状は、正方形でないことに加え、側壁７０ｃの形状や位置に依存して互いに一定ではなく、場所によって異なっている。しかしながら、通常は、いずれの不完全なセル７１ｂも、その断面積は完全なセル７１ａの断面積よりも小さい。

セル７１ａ間、セル７１ｂ間、及び、セル７１ａとセル７１ｂとの間の隔壁７０ｗの厚みは、例えば、０．０５〜０．５ｍｍとすることができる。また、側壁７０ｃの厚みは、隔壁７０ｗの厚みよりも厚いことが好ましく、０．１〜３．０ｍｍとすることができる。

図１の（ａ）において、ハニカム構造体７０の貫通孔７１が延びるＺ方向の長さは特に限定されないが、例えば、４０〜３５０ｍｍとすることができる。また、ハニカム構造体７０の外径も特に限定されないが、例えば、１００〜３２０ｍｍとすることできる。

ハニカム構造体７０の材料は特に限定されないが、高温耐性の観点から、セラミクス材料が好ましい。例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、ガラス、チタン酸アルミニウム等の酸化物、シリコンカーバイド、窒化珪素、金属等が挙げられる。なお、チタン酸アルミニウムは、さらに、マグネシウム及び／又はケイ素を含むことができる。このようなハニカム構造体７０は通常多孔質である。

また、ハニカム構造体７０は、後で焼成することにより上述のようなセラミック材料となるグリーン成形体（未焼成成形体）であってもよい。グリーン成形体は、セラミクス原料である無機化合物源粉末、及び、メチルセルロース等の有機バインダ、及び、必要に応じて添加される添加剤を含む。

例えば、チタン酸アルミニウムのグリーン成形体の場合、無機化合物源粉末は、αアルミナ粉等のアルミニウム源粉末、及び、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタニウム源粉末を含み、必要に応じて、さらに、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末及び／又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を含むことができる。

有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩を例示できる。

添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤及び可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。

造孔剤としては、グラファイト等の炭素材；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類；でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料；氷；及びドライアイス等などが挙げられる。

潤滑剤及び可塑剤としては、グリセリンなどのアルコール類；カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラキジン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸；ステアリン酸Ａｌなどのステアリン酸金属塩などが挙げられる。

分散剤としては、たとえば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸；シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸；メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類；ポリカルボン酸アンモニウム、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどの界面活性剤などが挙げられる。

溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類；プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類；及び水などを用いることができる。

（封口用マスク）
図２の（ａ）及び（ｂ）に示すマスク１７０は、図１に示すハニカム構造体７０の所望の貫通孔７１を封口するのに使用されるものである。マスク１７０は、円形の板状部材であり、厚さ方向に貫通する第一開口１７１ａ及び第二開口１７１ｂをそれぞれ複数有する。なお、マスク１７０の材料は特に限定されず、例えば、金属や樹脂が挙げられる。マスクの厚みは特に限定されないが、例えば、０．１〜３．０ｍｍが好ましい。

第一開口１７１ａはハニカム構造体７０の各完全なセル７１ａのみに対して封口材を供給するためのものである。第一開口１７１ａの形状は、ハニカム構造体７０のセル７１ａに対応する正方形である。これらの第一開口１７１ａは、千鳥配置されており、図３に示すように、マスク１７０がハニカム構造体７０の端面上に位置決めして配置された状態で、正方形配置された複数のセル７１ａのうち、互いに上下左右に隣接しない関係にある複数のセル７１ａのみに対向して配置される。なお、第一開口１７１ａの形状は、正方形に限定されるものではないが、ペースト状の封口材の充填性の観点から、セル７１ａの形状と相似でかつ、これよりも小さい形状であることが好ましい。

第一開口１７１ａは、開口面積が０．０３ｍｍ^２以上であり且つ第一開口１７１ａによって封口すべきセル７１ａの開口面積の９０％未満であることが好ましい。第一開口１７１ａの開口面積が０．０３ｍｍ^２未満であると、封口材が第一開口１７１ａを通過しにくくなり、所定量の封口材をセル７１ａ内に供給できない場合がある。第一開口１７１ａの開口面積は、０．０５ｍｍ^２以上であることが好ましく、０．０７ｍｍ^２以上であることがより好ましく、０．２ｍｍ^２以上又は０．２５ｍｍ^２以上であってもよい。

他方、第一開口１７１ａの開口面積がセル７１ａの開口面積の９０％以上であると、第一開口１７１ａの位置とセル７１ａの開口の位置が少しずれただけで、封口材を所定のセル７１ａ内に供給できず、封口すべきでない近傍のセル７１ａに供給する場合がある。第一開口１７１ａの開口面積は、セル７１ａの開口面積の８０％未満であることが好ましく、６０％未満であることがより好ましい。

なお、第一開口１７１ａの開口径がマスク１７０の厚さ方向に変化する場合、例えば、開口径がハニカム構造体７０の端面に近づくほど徐々に小さくなるテーパ形状の場合等には、ここでいう開口面積とはハニカム構造体７０の端面と当接する側のマスク１７０の表面における第一開口１７１ａの開口面積を意味する。

第一開口１７１ａの輪郭のアスペクト比は１．５以下であることが好ましく、１．２以下であることが好ましい。輪郭のアスペクト比とは、開口の輪郭を、外接する最小面積の長方形（正方形含む）で囲んだ場合の、長辺長さ／短辺長さで定義される。

図２の（ｂ）の第二開口１７１ｂは、図１の（ｂ）のハニカム構造体７０の不完全なセル７１ｂに封口材を供給するためのものである。

本実施形態では、図２の（ｂ）の第二開口１７１ｂは、第一開口１７１ａよりも断面積（開口面積）が大きくされている。第二開口１７１ｂの開口面積は、第一開口１７１ａの開口面積の１．２〜５倍であることが好ましく、１．５〜３．５倍であることがより好ましい。また、第二開口１７１ｂの形状は、第一開口１７１ａに比べて細長い形状を有し、第二開口１７１ｂの輪郭のアスペクト比は、第一開口１７１ａの輪郭のアスペクト比よりも大きいことが好ましい。第二開口１７１ｂの輪郭のアスペクト比はより好ましくは２以上であり、より好ましくは３以上である。なお、第二開口１７１ｂの輪郭のアスペクト比の上限は６程度とすることができる。

より詳しくは、図３に示すように、マスク１７０がハニカム構造体７０の端面上に位置決めして配置された状態で、第二開口１７１ｂは、ハニカム構造体７０の複数の貫通孔７１と対向するようになっている。例えば、図３の矢印Ａに示すように、一つの第二開口１７１ｂは、２つの不完全なセル７１ｂに対向してもよいし、図３の矢印Ｂに示すように、一つの第二開口１７１ｂは、一つの不完全なセル７１ｂ及び一つの完全なセル７１ａに対向してもよい。いずれにしろ、一つの第二開口１７１ｂは、少なくとも一つの不完全なセル７１ｂと、他の任意の数の完全なセル７１ａ及び／又は不完全なセル７１ｂとに対して対向して配置されていればよく、３つ以上の貫通孔に対して対向していてもよい。したがって、第二開口１７１ｂからは、ハニカム構造体７０の複数の貫通孔７１を隔てる隔壁７０ｗが露出する。

第二開口１７１ｂは、この第二開口１７１ｂと対向する複数の貫通孔７１のそれぞれすべてと対向する面積を有する必要はなく、少なくともそれぞれ一部と対向していればよい。

また、図４に例示するように（図３のＣの拡大図）、第二開口１７１ｂ１は、この第二開口１７１ｂ１と対向する複数の貫通孔７１ｂ１、７１ｂ１と、この第二開口１７１ｂ１と対向しない貫通孔７１ｃとの境界を形成する隔壁７０ｗｓからは距離Ｄ、例えば、５０〜５００μｍ離して輪郭が形成されることが好ましい。ただし、側壁７０ｃとの距離はこれよりも短くてもよく（例えば、Ｄ＝０）、図４にＶで示すように、第二開口１７１ｂの輪郭が側壁７０ｃの上に入り込んでいてもよい。通常、側壁７０ｃは、隔壁７０ｗよりも数倍程度厚いので、このようにすることにより、第二開口１７１と対向する貫通孔７１ｂ１に対して封口材が入りやすくしつつ、不可避な位置ずれによる意図しない貫通孔７１ｃへの封口材の誤供給を抑制できる。

なお、第二開口１７１ｂの開口径がマスク１７０の厚さ方向に変化する、例えば、開口径がハニカム構造体７０の端面に近づくほど徐々に小さくなるテーパ形状をとってもよい。ここでいう開口面積や輪郭とはハニカム構造体７０の端面と当接する側のマスク５の表面側における開口１７１ｂの開口面積や輪郭を意味する。

なお、ハニカム構造体７０に対する、マスク１７０の位置決め方法は特に限定されず、例えば、マスク１７０の開口から目視等によりハニカム構造体７０の隔壁、貫通孔、側壁等を見ながら行えばよい。
また、このようにして位置決めがなされた状態で、開口１７１ａ，１７１ｂを介して、封口材を貫通孔７１に供給する方法も特に限定されない。例えば、マスク上に供給した封口剤を、スキージを用いて開口を介して貫通孔内に押し込んでもよいし、ピストンにより押し込んでもよい。

封口材は、ハニカム構造体７０の貫通孔７１の端部を閉鎖できるものであれば特に限定されないが、液状であることが好ましい。例えば、封口材として、セラミクス材料又はセラミクス原料と、バインダと、潤滑剤と、溶媒とを含むスラリーが例示できる。
セラミクス材料としては、上述のハニカム構造体の構成材料や、その原料が挙げられる。

バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩等の有機バインダを例示できる。バインダの使用量は、封口材を１００質量％とした時、例えば、０．１〜１０質量％とすることができる。

潤滑剤としては、グリセリンなどのアルコール類、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、ステアリン酸Ａｌ等のステアリン酸金属塩などが挙げられる。潤滑剤の添加量は、封口材の１００質量％に対して、通常、０〜１０質量％であり、好ましくは１〜１０質量％、より好ましくは１〜５質量％である。

溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類；プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類；及び水などを用いることができる。なかでも、水が好ましく、不純物が少ない点で、より好ましくはイオン交換水が用いられる。溶媒の使用量は、封口材を１００質量％とした時、例えば、１５〜４０質量％とすることができる。

（ハニカム構造体の封口方法）
本実施形態に係る封口方法は、マスク１７０を用いてハニカム構造体７０の所定の貫通孔（セル）の開口を封口するためのものである。具体的には、この封口方法は以下の工程を備える：
（ａ）ハニカム構造体７０の一方の端面上にマスク１７０を配置する工程；及び
（ｂ）ハニカム構造体７０の一方の端面における封口すべきセル７１ａ及びセル７１ｂに、マスク５の第一開口１７１ａ及び第二開口１７１ｂを通じて封口材をそれぞれ供給する工程。

この封口方法によれば、開口面積が小さいセル７１ｂに対しても十分に封口材を供給できる。ハニカムフィルタ構造体を作製するには、ハニカム構造体７０の一方の端面について封口処理を施した後、他方の端面に対しても同様の封口処理を施す。なお、他方の端面の封口処理に使用するマスクは開口の配置がマスク１７０の開口の配置と正反対の千鳥配置であることの他は、マスク１７０と同様の構成である。

本実施形態によれば、第一開口１７１ａの断面積よりも大きな断面積を有する第二開口１７１ｂが、多数の第一開口１７１ａを取り囲むように配置されている。このため、ハニカム構造体７０の側壁７０ｃの近傍に位置する、ハニカム構造体７０の側壁７０ｃにより形成された不完全なセル７１ｂを含む複数の貫通孔を、この断面積の大きな第二開口１７１ｂと対向させることができる。これにより、側壁７０ｃの近傍の不完全なセル７１ｂの断面積が中央部の完全なセル７１ａの断面積よりも小さい場合でも、封口材を供給しやすい。

特に、第二開口１７１ｂの輪郭のアスペクト比が、第一開口１７１ａの輪郭のアスペクト比よりも大きい場合には、第二開口１７１ｂによって、封口することを望まない貫通孔と対向させることなく所望の複数の貫通孔と対向させやすく好適である。

本発明は、上記実施形態に限定されず、さまざまな変形態様が可能である。例えば、ハニカム構造体７０の完全なセル７１ａの配置も、正方形配置でなくてもよく、例えば、３角配置、千鳥配置等でも構わない。この場合、完全なセル７１ａ、及び、これを取り囲む不完全なセル７１ｂの配置に合わせて、マスク１７０の開口１７１ｂ、１７１ｂの数や位置も変更することができる。

また、ハニカム構造体７０の完全なセル７１ａの断面形状は、正方形でなくてもよく、例えば、長方形、三角形、多角形、円形等でもよい。また、これらが混在していても構わない。例えば、ハニカム構造体７０のセル７１ａが円形であり、これらが正三角形配列されている、すなわち、セル７１ａの中心が仮想的な正三角形の頂点にそれぞれ配置されていてもよい。また、セル７１ａに、面積が異なるものが混在していてもよい。

また、ハニカム構造体７０の外形形状も円柱でなくてもよく、例えば、四角柱等の角柱でもよい。

また、マスク１７０の外形形状は、円に限定されず、任意の形状が可能である。例えば、楕円や、矩形、三角形、六角形等の多角形を取ることができる。特に、正方形、正三角形、正六角形等の正多角形も好ましい。

また、すべての不完全なセル７１ｂに対して、第二開口１７１ｂを配置する必要は無く、完全なセル７１ａと同程度の断面積を有する不完全なセル７１ｂに対しては、第一開口１７１ｂを配置することが可能である。

７０…ハニカム構造体、７１…貫通孔、７１ａ…標準形状貫通孔（完全なセル）、７１ｂ…特殊形状貫通孔（不完全なセル）、７０ｃ…側壁、７０ｗ…隔壁、１７０…マスク、１７１ａ…第一開口、１７１ｂ…第二開口。

Claims

ハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給するための封口用マスクであって、
第一の断面積をそれぞれ有する複数の第一開口と、
前記複数の第一開口を取り囲むように配置され、前記第一の断面積よりも大きな断面積をそれぞれ有する複数の第二開口と、を備える封口用マスク。
前記第二開口の輪郭のアスペクト比は、前記第一開口の輪郭のアスペクト比よりも大きい請求項１記載の封口用マスク。
ハニカム構造体の貫通孔の封口方法であって、
（ａ）前記ハニカム構造体の一方の端面上にマスクを配置する工程と、
（ｂ）前記ハニカム構造体の前記一方の端面における封口すべき貫通孔に前記マスクが有する複数の第一開口及び複数の第二開口を通じて封口材を供給する工程と、を備え、
前記マスクは、第一の断面積をそれぞれ有する前記複数の第一開口と、前記複数の第一開口を取り囲むように配置され、前記第一の断面積よりも大きな断面積をそれぞれ有する前記複数の第二開口とを有する封口方法。