JPH1099626A - ハニカムフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 端面が確実にかつ均一に封止されているため
破損しにくいハニカムフィルタを提供することにある。 【解決手段】 複数の貫通孔２を有するハニカム構造体
１の端面が封止小片４によって封止されているハニカム
フィルタＦ1 において、貫通孔２の開口部に位置する封
止小片４の外側面４ａを平坦状または凸面状とした。封
止小片４の外側面４ａは、ハニカム構造体１の端面１
ａ，１ｂに埋没していることがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカムフィルタ
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車に搭載されたディーゼルエ
ンジンの排気経路上には、排気ガスを浄化するための手
段として、セラミックス焼結体製のハニカムフィルタが
設けられることが多い。このようなハニカムフィルタは
多数のセルを備えている。また、このようなセルは、ハ
ニカム成形体が有する多数の貫通孔の開口部を市松模様
状に封止することによって形成される。以下、従来にお
けるハニカムフィルタの製造方法を図１３，図１４に基
づいて簡単に説明する。

【０００３】まず、セラミックス材料を押出成形するこ
と等によってハニカム成形体４１を作製するとともに、
後に封止体４２となるセラミックス製の封止用ペースト
４３を準備しておく。次いで、ハニカム成形体４１の端
面全体に紙や樹脂からなる可撓性の封止用フィルム４４
を貼着し、かつ所定部分にペースト導入孔４４ａとなる
孔を形成する。この状態で、フィルム貼着側端面側を封
止用ペースト４３にディップする。すると、封止用フィ
ルム４４に透設されたペースト導入孔４４ａを介してペ
ースト４３が流入し、貫通孔４５の開口部が封止される
ようになっている。なお、このようなディッピング法の
他にも、例えば加圧具によって加圧することで封止用ペ
ースト４３の充填を行なう圧入法等が知られている。な
お、封止用フィルム４４を用いた封止方法は、特開平１
−２５９９０５号公報や特公昭６３−２４７３１号公報
などにも開示されている。

【０００４】以上のような封止工程に続いて、ペースト
乾燥工程、封止体４２の修正工程、フィルム剥離工程、
穴修正工程等を実施した後、ハニカム成形体４１を焼成
する。すると、ハニカム成形体４１及び封止体４２がと
もに焼結し、多数のセル４６ａ，４６ｂを有するハニカ
ムフィルタ４７が得られるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の方法
の場合、封止用ペースト４３の充填を行った直後の時点
では、通常、封止体４２となるべき部分の外端面は平坦
な形状となっている。しかしながら、この後に焼成を行
なうと、封止用ペースト４３中の溶剤等が揮発または分
解することでヒケが生じる。従って、焼成前に修正作業
を行なっているにもかかわらず、封止体４２の外側面が
大きく窪んでしまい、そこに凹部ができる。その結果、
封止体４２と貫通孔４５の内壁面との間に隙間ができや
すくなり、さらには封止体４２が脱落しやすくなるとい
う問題があった。

【０００６】また、従来においては貫通孔４５毎の封止
状態が不揃いになりやすいため（図１４参照）、封止状
態の悪い部分に対して集中的に圧力が加わることで、ハ
ニカムフィルタ４７が破損するおそれがあった。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その目的は、端面が確実にかつ均一に封
止されているため破損しにくいハニカムフィルタを提供
することにある。

【０００８】また、本発明の別の目的は、焼成時のヒケ
等に起因する封止小片の凹部の発生を防止することがで
きるため、上記の優れたハニカムフィルタを確実に製造
することができる製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、複数の貫通孔を有す
るハニカム構造体の端面が封止小片によって封止されて
いるハニカムフィルタにおいて、前記貫通孔の開口部に
位置する前記封止小片の外側面が平坦状または凸面状に
なっていることを特徴とするハニカムフィルタをその要
旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記封止小片の外側面は、前記ハニカム構造体の端
面に埋没しているとした。請求項３に記載の発明は、請
求項１または２に記載のハニカムフィルタを製造する方
法であって、少なくともその一部に略球状部分を有する
とともに体積の略等しい複数の封止小片を作製する工程
と、ハニカム成形体において封止されるべき貫通孔の開
口部に対応すべく前記封止小片を位置決めする工程と、
位置決めされた前記封止小片を前記略球状部分を外側に
向けた状態で前記開口部に圧入する工程と、前記ハニカ
ム成形体及び前記封止小片を焼成する工程とを含むこと
を特徴とするハニカムフィルタの製造方法をその要旨と
する。

【００１１】以下、本発明の「作用」を説明する。請求
項１に記載の発明によると、封止小片の外側面が平坦状
または凸面状であるため、封止材料の厚さも充分に確保
され、貫通孔の開口部が確実にかつ均一に封止される。
従って、ハニカムフィルタに破損が生じにくくなり、耐
久性が向上する。

【００１２】請求項２に記載の発明によると、封止小片
の外側面がハニカム構造体の端面に埋没していることか
ら、ハニカム構造体の端面がフラットになる。ゆえに、
ハニカムフィルタの外観が向上し、かつ組付け時におい
ても好適なものとなる。

【００１３】請求項３に記載の発明によると、位置決め
工程においては、封止されるべき貫通孔の開口部に対応
すべく封止小片があらかじめ位置決めされる。続く圧入
工程においては、位置決めされた封止小片を開口部に圧
入することで、ハニカム成形体の端面が封止され、その
内部に複数のセルが形成される。なお、このとき略球状
部分が封止小片の外側面となる。続く焼成工程において
は、ハニカム成形体及び封止小片が熱により焼結する。
そして、焼成前の状態においては、封止小片の外側面は
少なくとも凸面状であることから、焼成時にヒケが生じ
たとしても当該面が大きく窪んでしまうことはない。よ
って、外側面が平坦状または凸面状である所望のハニカ
ムフィルタの製造に適している。

【００１４】この場合、体積が略等しい複数の封止小片
を用いて封止を行なわれることから、貫通孔毎の封止材
料の充填量の均一化が図られる。ゆえに、このことによ
っても封止状態のばらつきが少なくなる。

【００１５】また、本発明によると封止用フィルムが不
要になるため、面倒なフィルム貼着作業及びフィルム剥
離作業が必要ではなくなる。また、端面が均一に封止さ
れる結果、面倒な修正作業も必要ではなくなる。従っ
て、生産性が向上する。

【００１６】さらに、高価な封止用フィルムの使用が必
要でなくなること、及び封止材料のロスが少なくなるこ
とによって、コスト性が向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明をハニカムフィルタ
の製造方法に具体化した一実施形態を図１〜図１１に基
づき詳細に説明する。

【００１８】図１には、本実施形態の製造方法によって
製造されるハニカムフィルタＦ1 が示されている。この
ハニカムフィルタＦ1 は、ディーゼルエンジンの排気経
路上においてディーゼルパティキュレートを除去する役
割を果たす。

【００１９】ハニカムフィルタＦ1 を構成するハニカム
構造体１は四角柱状（本実施形態では３３mm×３３mm×
１５０mm）であって、セラミックス焼結体（本実施形態
では多孔質炭化珪素焼結体）製である。なお、炭化珪素
以外にも、例えば窒化珪素、アルミナ、コーディエライ
ト等を選択することができる。ハニカム構造体１には、
断面略正方形状かつ複数の貫通孔２がその軸線方向に沿
って規則的に形成されている。各貫通孔２は内壁３によ
って互いに隔てられている。各貫通孔２の開口部は一方
の端面１ａ，１ｂ側において封止小片４（本実施形態で
は多孔質炭化珪素焼結体）により封止されており、端面
１ａ，１ｂ全体としては市松模様状になっている。その
結果、ハニカム構造体１には、ガス流入側端面１ａまた
はガス流出側端面１ｂのうちのいずれかにおいて開口す
る断面正方形状のセル５，６が形成されている。セル
５，６の内壁３には、白金族元素やその他の金属元素及
びその酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。な
お、本実施形態では、平均気孔径が１４μm 、気孔率が
４０％、内壁３の肉厚が０．３mm、セルピッチが１．８
mmにそれぞれ設定されている。

【００２０】このハニカムフィルタ１の場合、封止小片
４の外側面は、平坦状ないし凸面状を呈しており、かつ
ハニカム構造体１の端面１ａ，１ｂに埋没した状態とな
っている。

【００２１】上記のように構成されたハニカムフィルタ
１を排気経路に配置したとき、排気ガスの流れは以下の
ようになる。図２において矢印Ａ1 で示されるように、
排気ガスは、ガス流入側端面１ａにおいて開口するセル
５内に流入する。次いで、排気ガスは内壁３を通過し、
隣接するセル６、即ちガス流出側端面１ｂにおいて開口
するセル６から流出する。このとき、排気ガス中に含ま
れるパティキュレートの移動が内壁３によって阻止され
ることで、そこにパティキュレートがトラップされる。
その結果、浄化された排気ガスがガス流出側端部１ｂか
ら排出されるようになっている。

【００２２】次に、本実施形態のハニカムフィルタＦ1
を製造する方法を説明する。まず最初に、炭化珪素を含
むスラリーを出発材料とし、従来公知の押出成形法によ
って複数の貫通孔２を有するハニカム成形体１１を形成
する。具体的にいうと、本実施形態では、炭化珪素粉末
に有機バインダと水とを所定分量づつ加えて混練したも
のを、押出成形用材料として用いている。

【００２３】また、封止小片４は例えば以下のようにし
て作製される。まず、炭化珪素粉末１００重量部、有機
バインダ１重量％〜５重量％、滑剤１重量％〜５重量
％、可塑剤１重量％〜５重量％、水２０重量％〜３０重
量％を混合したものを混練することによって、スラリー
状にする。次いで、このスラリーを材料として押出成形
を行なうことにより、円柱状（ここでは高さ及び直径が
１mm〜２mm）の中間成形物を作製する。そして、この中
間成形物を専用の造粒機を用いて略球状（直径１mm〜２
mm）にすることで、これを封止小片４とする。また、本
実施形態において形成される封止小片４は、形状及び体
積がほぼ等しくなっている。なお、封止小片４の直径は
貫通孔２の大きさよりもいくぶん大きめに設定される。
そうでないと、封止小片４が貫通孔２の開口部から脱落
しやすくなるからである。

【００２４】以上のようなハニカム成形体１１及び封止
小片４の製造工程を行った後、下記のような装置を用い
て位置決め工程を実施する。図６（ａ），図６（ｂ）に
は、封止小片４を位置決めするための位置決め装置２１
が示されている。この位置決め装置２１は、メタルマス
ク２２、支持テーブル２３、傾動装置２４、真空吸着機
２５、封止小片供給機（図示略）、封止小片回収機（図
示略）等によって構成されている。このメタルマスク２
２は、位置決め凹部としての多数の位置決め孔２２ａ群
からなる位置決め領域Ｒ1 を５箇所に有した厚さ０．３
mmのステンレス板である。図５に示されるように、１つ
の位置決め領域Ｒ1 内にある位置決め孔２２ａは、封止
されるべき貫通孔２の開口部に対応するように千鳥状に
配置されている。なお、位置決め孔２２ａの径は、封止
小片４の直径よりも小さな値に設定されている（図４参
照）。従って、位置決め孔２２ａに封止小片４の一部が
入り込むことで封止小片４が保持される。

【００２５】支持テーブル２３は、その上面にてメタル
マスク２２を支持している。傾動装置２４は、支持テー
ブル２３の下面に設置されており、支持テーブル２３全
体を所定角度だけ傾動させる。その結果、供給された封
止小片４がメタルマスク２上を転動し、封止小片４が位
置決め孔２２ａ内に入り込みやすくなる。真空吸着機２
５は、メタルマスク２２の下面側を負圧にすることで、
メタルマスク２２からの封止小片４の脱落を防止する。
封止小片供給機は、メタルマスク２２上に封止小片４を
供給する。封止小片回収機は、メタルマスク２２上に固
定されなかった余剰の封止小片４を回収し、再度その封
止小片４を封止小片供給機に戻す。

【００２６】そして、上記の位置決め装置２１を用いる
と、５つある位置決め領域Ｒ1 のそれぞれに１群の封止
小片４が位置決めされるようになっている。続く仮プレ
ス工程では、図示しない治具にハニカム成形体１１を垂
直に５本固定し、かついずれかの端面（図７，図８では
端面１ａ）をメタルマスクの２２の各位置決め領域Ｒ1
に合致させるようにして配置する。そして、ハニカム成
形体１１をメタルマスク２２に押し付けるとともに、支
持テーブル２３に設けられた受け治具２３ａを上動させ
る。

【００２７】この受け治具２３ａには、封止小片４の外
側面４ａを支持する多数の凹部２６が形成されている。
そして、この凹部２６から押圧力を受けることにより、
図７に示されるように封止小片４が貫通孔２内に半分以
上圧入される。なお、球状であった封止小片４はこの工
程を経ていくぶん変形する。

【００２８】ここで、位置決めされた封止小片４は、略
球状部分を外側に向けた状態で開口部に圧入される必要
がある。ただし、本実施形態では略球状の封止小片４を
使用しているため、特にこのことを考慮しなくてもよい
という利点がある。

【００２９】片側面について仮プレスが終了した後、次
いでハニカム成形体１１を反転させ、残りのものについ
ても同様に仮プレスを行なう。以上の結果、ハニカム成
形体１１の両方の端面１ａ，１ｂが市松模様状に封止さ
れる。

【００３０】続く本プレス工程では、プレス装置３１を
用いて封止小片４の圧入を行なう。まず、５本のハニカ
ム成形体１１を図示しない固定治具に固定する。そし
て、このように固定されたハニカム成形体１１を一対の
押圧治具３２間に配置し、両方の端面１ａ，１ｂを前記
押圧治具３２で押圧する（図１０参照）。すると、図９
に示されるように、突出していた外側面４ａが端面１
ａ，１ｂに完全に没入し、端面１ａ，１ｂがフラットに
なる。この後、端面１ａ，１ｂに付着している封止材料
の残さを、必要に応じてスクレーパや回転ブラシで除去
してもよい。

【００３１】本プレス工程の終了後、乾燥工程を行うこ
とによって、ハニカム成形体１１及び封止小片４中に含
まれる揮発成分を除去する。次いで、所定時間、所定温
度で焼成することにより、ハニカム成形体１１及び封止
小片４を焼結させる。ハニカムフィルタＦ1 は、以上の
ようにして得ることができる。

【００３２】さて、本発明において特徴的な作用効果を
以下に列挙する。 （イ）本実施形態のハニカムフィルタＦ1 は、封止小片
４の外側面が凸面状であるため、封止材料の厚さも充分
に確保され、貫通孔２の開口部を確実にかつ均一に封止
することができる。従って、当該部分が大きく窪むこと
によって凹部ができやすかった従来品とは異なり、ハニ
カムフィルタＦ1 に破損が生じにくくなり、耐久性も向
上する。

【００３３】（ロ）本実施形態では、さらに封止小片４
の外側面４ａがハニカム構造体１の端面１ａ，１ｂに完
全に埋没していることから、両端面１ａ，１ｂがフラッ
トになる。ゆえに、ハニカムフィルタＦ1 の外観が向上
する。また、突出した部分がなくなることで、組付けが
容易であって好適なハニカムフィルタＦ1 とすることが
できる。

【００３４】（ハ）本実施形態の製造方法によると、焼
成前において封止小片４の外側面４ａが凸面状であるこ
とから、焼成時にヒケが生じたとしても当該面４ａが大
きく窪んでしまうことはない。よって、外側面４ａにお
ける凹部の発生を確実に防止することができ、当該面４
ａが平坦状ないしは凸面状である所望のハニカムフィル
タＦ1 を得ることができる。

【００３５】（ニ）本実施形態の製造方法では、流動性
のある封止用ペーストではなく、流動性のない独立した
封止小片４が封止材料として用いられる。そのため、従
来に比べて貫通孔２毎の封止状態のばらつきが少なくな
る。即ち、封止小片４における揮発・分解成分（例えば
水や溶剤等）が相対的に少ないため、焼成による体積変
化が小さくなるからである。また、仮プレス工程におい
ても、一定量の封止材料を貫通孔２に埋め込むことがで
きるという利点がある。特に、体積が略等しい複数の封
止小片４を用いて封止を行なっているため、貫通孔２毎
の封止材料の充填量の均一化が図られる。このことも封
止状態のばらつきの低減に確実に貢献している。

【００３６】（ホ）また、この製造方法によると、封止
用フィルムが不要になるため、面倒なフィルム貼着作業
及びフィルム剥離作業も必要ではなくなる。また、端面
１ａ，１ｂが均一に封止される結果、面倒な修正作業も
必要ではなくなる。従って、生産性が確実に向上する。

【００３７】（ヘ）さらに、本実施形態の製造方法によ
ると、高価な封止用フィルムの使用が必要でなくなるこ
と、及び封止材料のロスが少なくなる。これによって、
コスト性が確実に向上する。

【００３８】（ト）略球状をしたセラミックス材料製封
止小片４を用いるこの方法であると、造粒機によって封
止小片４を比較的容易に作製することができる。また、
かかる形状の封止小片４は、メタルマスク２２上を転が
りながら移動することができるため、位置決め装置２１
による位置決めを簡単に行なうことができる。これらの
ことは生産性の向上にとって好都合である。

【００３９】なお、本発明は例えば次のように変更する
ことが可能である。 （１）封止小片４は実施形態のような球状でなくてもよ
く、例えば図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示されるよう
に、円柱状の封止小片３３、多角柱状の封止小片３４、
楕円形状の封止小片３５、ティアドロップ状の封止小片
３６などでもよい。この場合、図１２（ｃ），図１２
（ｄ）のように、一部に略球状部分があるもののほうが
好ましい。

【００４０】（２）図１２（ｅ）に示されるように、封
止小片４の外側面４ａの一部が完全に没入していない構
成を採ることも可能である。また、図１２（ｆ）に示さ
れるように、封止小片４の外側面４ａが平坦状であって
も勿論よい。

【００４１】（３）メタルマスク２２以外のものを用い
て位置決めすることも可能である。例えば、把持装置等
を用いて、封止されるべき貫通孔２の開口部に対応する
位置に独立した封止小片４を置くこととしてもよい。

【００４２】（４）前記実施形態において本プレス工程
を省略することで、生産性の向上を図ることも可能であ
る。 （５）実施形態において封止小片４をハニカム成形体１
１の内壁３に対して馴染みやすくするために、例えば封
止小片４の表面に流動状の封止材料を付着させて仮プレ
スを行なってもよい。

【００４３】（６）ハニカム成形体１１及び封止小片４
の成形材料は、必ずしも同種のものでなくてもよい。こ
こで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほか
に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を
その効果とともに以下に列挙する。

【００４４】（１） 請求項３において、前記封止小片
は球状であることを特徴とするハニカムフィルタの製造
方法。この方法であると、封止小片を比較的容易に作製
することができ、かつ位置決め装置による位置決めを簡
単に行なうことができる。よって、さらに生産性が向上
する。

【００４５】（２） 請求項３、技術的思想１におい
て、前記ハニカム成形体及び前記封止小片はともに同種
の材料からなることを特徴とするハニカムフィルタの製
造方法。この方法であると、焼成収縮率が等しくなるこ
とでハニカム構造体と封止小片との間の隙間の発生が防
止され、ハニカムフィルタの強度を向上させることがで
きる。

【００４６】（３） 請求項３、技術的思想１，２のい
ずれかにおいて、前記封止小片は低流動性であって揮発
成分含有量の少ない材料からなることを特徴とするハニ
カムフィルタの製造方法。この方法であると、流動性が
少ないので一定量の封止小片を確実に貫通孔内に埋め込
むことができ、さらに揮発成分含有量が少ないので焼成
による体積変化も最小限に抑えることができる。

【００４７】（４） ハニカム構造体の端面を封止する
ための封止小片であって、低流動性かつ揮発成分含有量
の少ないセラミックス材料を略球状に成形することによ
って形成された、形状及び体積のほぼ等しい封止小片。
このような封止小片を用いれば、本発明の優れたハニカ
ムフィルタを確実に製造することができる。

【００４８】（５） 技術的思想４において、前記ハニ
カム構造体が多孔質炭化珪素焼結体性であるとき前記封
止小片を炭化珪素製とした封止小片。このようにする
と、焼成収縮率が合致するため強度に優れたハニカムフ
ィルタを製造することができる。

【００４９】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。「セラミックス焼結体： 炭
化珪素焼結体、アルミナ焼結体、窒化珪素焼結体、コー
ディエライト焼結体等をいう。」

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２に記
載の発明によれば、端面が確実にかつ均一に封止されて
いるため破損しにくいハニカムフィルタを提供すること
ができる。特に、請求項２に記載の発明によると、ハニ
カム構造体の端面がフラットになるため、ハニカムフィ
ルタの外観が向上し、かつ組付け時においても好適なも
のとなる。

【００５１】請求項３に記載の発明によれば、焼成時の
ヒケ等に起因する封止小片の凹部の発生を防止すること
ができるため、上記の優れたハニカムフィルタを確実に
製造することができる製造方法を提供することができ
る。また、請求項３に記載の発明によれば、封止用フィ
ルムが不要であるにもかかわらず低コストかつ効率よく
ハニカムフィルタを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態の製造方法によ
り製造されるハニカムフィルタを示す斜視図。

【図２】同ハニカムフィルタのＡ−Ａ線における部分破
断断面図。

【図３】同ハニカムフィルタのＢ−Ｂ線における断面
図。

【図４】位置決め工程を説明するための概略断面図。

【図５】メタルマスクの部分拡大平面図。

【図６】（ａ）は位置決め装置の概略平面図、（ｂ）は
位置決め装置の概略正面図。

【図７】仮プレス工程を説明するための概略断面図。

【図８】仮プレス工程を説明するための全体概略正面
図。

【図９】本プレス工程を説明するための概略断面図。

【図１０】本プレス工程を説明するための全体概略平面
図。

【図１１】焼成工程を経た後のハニカムフィルタを示す
概略断面図。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は別例の封止小片を示す斜視
図、（ｅ），（ｆ）は別例のハニカムフィルタの一部を
示す要部拡大断面図。

【図１３】従来例のハニカムフィルタの封止方法を説明
するための概略断面図。

【図１４】従来例のハニカムフィルタの概略断面図。

【符号の説明】

１…ハニカム構造体、１ａ，１ｂ…端面、２…貫通孔、
４…封止小片、４ａ…外側面、１１…ハニカム成形体、
Ｆ1 …ハニカムフィルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の貫通孔を有するハニカム構造体の端
   面が封止小片によって封止されているハニカムフィルタ
   において、前記貫通孔の開口部に位置する前記封止小片
   の外側面が平坦状または凸面状になっていることを特徴
   とするハニカムフィルタ。
2. 【請求項２】前記封止小片の外側面は、前記ハニカム構
   造体の端面に埋没していることを特徴とする請求項１に
   記載のハニカムフィルタ。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載のハニカムフィル
   タを製造する方法であって、 少なくともその一部に略球状部分を有するとともに体積
   の略等しい複数の封止小片を作製する工程と、ハニカム
   成形体において封止されるべき貫通孔の開口部に対応す
   べく前記封止小片を位置決めする工程と、位置決めされ
   た前記封止小片を前記略球状部分を外側に向けた状態で
   前記開口部に圧入する工程と、前記ハニカム成形体及び
   前記封止小片を焼成する工程とを含むことを特徴とする
   ハニカムフィルタの製造方法。