(57)【要約】【課題】セラミックハニカムフィルターのような外部形状が柱状である多孔質の構造体の端部をシール材でシールする場合において、その端部全体に均一にシール材を塗布することができるような多孔質構造体の端部シール方法、当該方法を効率的に実施できる端部シール装置、及び当該方法により理想的な状態で端部シールが施された多孔質構造体を提供する。【解決手段】外部形状が柱状である多孔質の構造体９の端面において、構造体９の端部をシール材でシールする方法である。本方法では、平板状の台板１５に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体１３に、スラリー化したシール材を含浸させ、弾性体１３を構造体９の端面に押し付けることによって、構造体９の端部にシール材を塗布する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部形状が柱状である多孔質の構造体の端面において、前記構造体の端部をシール材でシールする方法であって、
平板状の台板に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体に、スラリー化した前記シール材を含浸させ、当該弾性体を前記構造体の端面に押し付けることによって、前記構造体の端部に前記シール材を塗布する多孔質構造体の端部シール方法。
【請求項２】
前記外部形状が柱状である多孔質の構造体が、多孔質の隔壁によって仕切られた複数のセルを有するハニカム型の基材を使用してなるセラミックハニカムフィルターである請求項１に記載の多孔質構造体の端部シール方法。
【請求項３】
前記多孔質の弾性体がスポンジである請求項１又は２に記載の多孔質構造体の端部シール方法。
【請求項４】
外部形状が柱状である多孔質の構造体を所定位置に保持する保持機構と、平板状の台板に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体を、当該弾性体の表面が前記保持機構により保持された前記構造体の端面と向かい合わせになるように保持しつつ、前記構造体の端面に向かって移動させ、前記構造体の端面に所定の荷重で押し付けるスタンプ機構とを有する多孔質構造体の端部シール装置。
【請求項５】
前記外部形状が柱状である多孔質の構造体が、多孔質の隔壁によって仕切られた複数のセルを有するハニカム型の基材を使用してなるセラミックハニカムフィルターである請求項４に記載の多孔質構造体の端部シール装置。
【請求項６】
前記多孔質の弾性体がスポンジである請求項４又は５に記載の多孔質構造体の端部シール装置。
【請求項７】
端部がシール材を塗布することによりシールされている外部形状が柱状である多孔質の構造体であって、
前記シール材が前記構造体の端部にのみ塗布されているとともに、塗布された前記シール材の構造体長さ方向における長さのバラツキが、規定した長さの±５０％の範囲に収まっている端部シールが施された多孔質構造体。
【請求項８】
前記外部形状が柱状である多孔質の構造体が、多孔質の隔壁によって仕切られた複数のセルを有するハニカム型の基材を使用してなるセラミックハニカムフィルターである請求項７に記載の端部シールが施された多孔質構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の濾過に使用されるセラミックハニカムフィルターのような外部形状が柱状である多孔質の構造体の端部をシール材でシールする方法、シールに用いる装置及びシールが施された多孔質構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固液分離あるいは気固分離用のフィルターとして、多孔質の隔壁によって仕切られた複数のセル（貫通孔）を有するハニカム型の基材を用いたセラミックハニカムフィルターが広く使用されるようになってきている（例えば、特許文献１参照。）。このセラミックハニカムフィルターは、同様の用途に用いられる有機高分子膜等と比較して、物理的強度、耐久性、耐蝕性等に優れるため、浄水処理や排ガス処理、あるいは医薬・食品分野等の広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に好適に用いられている。
【０００３】
このようなセラミックハニカムフィルターは、基材のセル内周面に所望の濾過能を有する濾過膜を直接形成するか、あるいは基材と濾過膜との間に、その細孔径が基材の細孔径と濾過膜の細孔径との中間程度となるように調整された中間層を一層以上形成した構造を有する。
【０００４】
セラミックハニカムフィルターのセル内に供給された被処理流体は、濾過膜で濾過された後、中間膜や基材の細孔を透過して外部空間へ流出するが、被処理流体をセル内に供給する際に、被処理流体がフィルター端面の隔壁端部の細孔から直接フィルター内に流入し、濾過膜で濾過されることなく外部に流出することを防止するため、セラミックハニカムフィルターの端面において、基材の端部をシール材でシールする必要がある。図１０は、この端部シールの状態を示す部分拡大断面図であり、基材（隔壁部分）１の端部が、中間膜３及び濾過膜５の端部とともにシール材１１によって覆われるようにシールされている。
【０００５】
このような端部のシール状態は、セラミックハニカムフィルターの基材端部にシール材を塗布することにより得られるが、従来、セラミックハニカムフィルターの基材端部へのシール材の塗布は、スラリー化したシール材をフィルター端面に向かってスプレー噴霧すること等により行っていたため、シール材を端部全体に均一に塗布することが難しく、端部のシール状態にムラが生じて良好なシール状態を得ることが困難であった。更に、シール材が飛散することにより作業環境が悪化したり、コストが増大するという問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−１５３１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セラミックハニカムフィルターのような外部形状が柱状である多孔質の構造体の端部をシール材でシールする場合において、その端部全体に均一にシール材を塗布することができるような多孔質構造体の端部シール方法、当該方法を効率的に実施できる端部シール装置、及び当該方法により理想的な状態で端部シールが施された多孔質構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、外部形状が柱状である多孔質の構造体の端面において、前記構造体の端部をシール材でシールする方法であって、平板状の台板に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体に、スラリー化した前記シール材を含浸させ、当該弾性体を前記構造体の端面に押し付けることによって、前記構造体の端部に前記シール材を塗布する多孔質構造体の端部シール方法、が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、外部形状が柱状である多孔質の構造体を所定位置に保持する保持機構と、平板状の台板に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体を、当該弾性体の表面が前記保持機構により保持された前記構造体の端面と向かい合わせになるように保持しつつ、前記構造体の端面に向かって移動させ、前記構造体の端面に所定の荷重で押し付けるスタンプ機構とを有する多孔質構造体の端部シール装置、が提供される。
【０００９】
更に、本発明によれば、端部がシール材を塗布することによりシールされている外部形状が柱状である多孔質の構造体であって、前記シール材が前記構造体の端部にのみ塗布されているとともに、塗布された前記シール材の構造体長さ方向における長さのバラツキが、規定した長さの±５０％の範囲に収まっている端部シールが施された多孔質構造体、が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の端部シール方法によれば、セラミックハニカムフィルターのような外部形状が柱状である多孔質構造体の端部全体に均一にシール材を塗布することができる。また、端部以外の部分にシール材が付着したり、周囲にシール材が飛散したりすることにより、作業環境を悪化させたり、シール材を無駄に消費したりすることを防止できる。更に、本発明の端部シール装置によれば、前記端部シール方法を実施するに当たり、作業効率を向上させるとともに、前記構造体の端面にシール材を含浸させた多孔質の弾性体を押し付ける際の押し付け荷重の制御が容易となる。更にまた、本発明の多孔質構造体のように端部シールが施されていれば、端部各部のシール材の塗布状態にほとんどムラが無く、端部全体に渡って良好なシール状態が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
前述のとおり、本発明の多孔質構造体の端部シール方法は、外部形状が柱状である多孔質の構造体の端面において、当該構造体の端部をシール材でシールする方法であって、その特徴的な構成として、平板状の台板に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体に、スラリー化したシール材を含浸させ、その多孔質の弾性体を前記構造体の端面に押し付けることによって、前記構造体の端部にシール材を塗布するようにしたものである。以下、図面を参照しながら、本発明の端部シール方法を説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本発明の端部シール方法で使用する多孔質の弾性体の形態の一例を示す正面図と側面図である。本発明で使用する多孔質の弾性体は、適度な弾力を持ち、スラリー化したシール材をその細孔中に含浸保持できるようなものであり、具体的には例えばスポンジが好適に使用できる。この弾性体１３は、所定の均一な厚みを有しており、両面テープ等によって平板状の台板１５に重ねて貼り合わせられた状態で使用される。なお、台板１５の弾性体１３が貼り合わせられた面と反対側の面には、取り扱いを容易にするため把手１７などの把持部を設けることが好ましい。また、弾性体１３は、その表面がシール対象となる構造体の端面を内包できるような寸法（面積、形状）とする。
【００１３】
本発明の端部シール方法においては、まず、このような弾性体１３にスラリー化したシール材（以下、単に「スラリー」と言う。）を含浸させる。この際には、弾性体１３の全ての部位にスラリーが偏り無く均一に含浸されるように、図３に示すような内底面が平面状の含浸用容器１９を使用することが好ましい。この含浸用容器１９に所定の深さまでスラリー２１を注入し、弾性体１３をこの含浸用容器１９内のスラリー２１に浸漬して、所望量のスラリーを弾性体１３に含浸させる。
【００１４】
次いで、図４に示すように、このスラリーを含浸させた弾性体１３の表面を、シール対象である構造体９の端面と向かい合わせにし、台板１５の弾性体１３が貼り合わせられた面と反対側の面から荷重を加えて、構造体９の端面に押し付ける。この操作により、弾性体１３が圧縮され、弾性体１３に含浸されていたスラリーが浸み出して、構造体９の端部に塗布される。
【００１５】
このような方法でシール材の塗布を行えば、構造体の端部全体にほぼ均一にシール材を塗布することができるので、端部各部のシール状態にムラが生じることが無く、良好なシール状態が得られる。更に、シール材が飛散したり、端部以外の部分に付着したりしないため、作業環境を悪化させることが無く、シール材が無駄に消費されることもないので、端部シールのためのコストを抑えることができる。
【００１６】
シール材の塗布状態は、使用する弾性体の厚さや気孔状態、スラリーの粘度や含浸量、構造体端面に弾性体を押し付ける際の荷重、押し付け時間、押し付け回数などによって制御することができる。
【００１７】
図５は、シール対象である多孔質の構造体が、多孔質の隔壁によって仕切られた複数のセルを有するハニカム型の基材を使用してなるセラミックハニカムフィルターである場合における理想的なシール材の塗布状態を示す部分拡大断面図である。このセラミックハニカムフィルターは、基材（隔壁部分）１のセル内周面に中間膜３を介して濾過膜５が形成されたものであり、具体的なシール材の塗布状態としては、スラリー乾燥後において、図５に示す塗布されたシール材１１の構造体（フィルター）長さ方向における長さＬのバラツキが、規定した長さの±５０％の範囲に収まっていることが理想的である。例えば、当該長さを２ｍｍと規定した場合には、端面全体において、塗布されたシール材の構造体（フィルター）長さ方向における長さＬが、１〜３ｍｍの範囲に収まる状態となっていることが望ましい。このような塗布状態であれば、端部全体のシール状態にほとんどムラが無く、良好なシール状態となる。
【００１８】
なお、スラリーを含浸させた弾性体の１回の押し付けでは、前記のような理想的な塗布状態が得られない場合には、弾性体の押し付けを複数回繰り返し行ってもよく、また、その際に、スラリーの含浸量や押し付け荷重を変化させるようにしてもよい。
【００１９】
例えば、１回目の弾性体の押し付けの際には、比較的高い荷重で押し付けて、図６のように、基材１の端面よりセラミックハニカムフィルターの内部方向にシール材１１が多く塗布されるようにし、その後の２回目の弾性体の押し付けの際には、比較的低い荷重で押し付けて、図７のように、主に基材１の端面上にシール材１１が塗布されるようにすることで、理想的な塗布状態を得ることも可能である。
【００２０】
本発明で使用するシール材には、従来セラミックハニカムフィルター等の端部シールに使用してきたものと同様のものを使用することができ、例えば、従来セラミックハニカムフィルターのスプレー噴霧による端部シールにおいてシール材に使用してきたガラスフリットに水やバインダー成分等を加えてスラリー化し、前述のようにスポンジ等の多孔質の弾性体に含浸させて端部シールに供することが可能である。なお、スプレー噴霧の場合は、ある程度までフリット量を抑えて粘性を低くする必要があったが、本発明の場合は、よりフリット量を多くして粘性を適度に高めておくことが好ましい。
【００２１】
端部シールの対象となる多孔質構造体の材質や細孔径は、特に限定されるものではなく、用途や使用環境等に応じて適宜選択することができる。また、多孔質構造体が、前記のようなセラミックハニカムフィルターである場合には、透水量の増加等を目的として、例えば特開２０００−１５３１１７号公報に記載のフィルターのように、スリット状の空洞部を設けるなど通常のハニカム体に構造上の工夫を施したものであってもよい。
【００２２】
本発明の端部シール方法を実施するに当たっては、図２のように、台板１５のスポンジ１３が貼り合わせられた面と反対側の面に把手１７を装着するなどして、構造体端面への弾性体の押し付けを手作業で行ってもよいが、以下に示すような本発明の端部シール装置を使用することが好ましい。
【００２３】
本発明の端部シール装置は、外部形状が柱状である多孔質の構造体を所定位置に保持する保持機構と、平板状の台板に重ねて貼り合わせられた所定の厚みを有する多孔質の弾性体を、当該弾性体の表面が保持機構により保持された前記構造体の端面と向かい合わせになるように保持しつつ、前記構造体の端面に向かって移動させ、前記構造体の端面に所定の荷重で押し付けるスタンプ機構とを有するものである。
【００２４】
図８は、本発明の端部シール装置の実施形態の一例を示す概略図であり、本例では、保持機構として、装置の基台３１上にローラー受け台３３を設置し、このローラー受け台３３によって、端部シールを施そうとする構造体９を、その長さ方向が略水平となるように基台３１上の所定位置に保持する。また、スタンプ機構としては、ローラー受け台３３により保持される構造体９の両端面側に、水平方向に伸縮するエアシリンダー３５を設置し、台板１５に重ねて貼り合わせられたスポンジ等の多孔質の弾性体１３を、エアシリンダー３５の軸３７の先端に取り付け、弾性体１３の表面が構造体９の端面と向かい合わせになるように保持する。そして、この状態を保持しつつエアシリンダー３５を駆動させることにより、弾性体１３を構造体９の端面に向かって移動させ、構造体９の端面に所定の荷重で押し付ける。
【００２５】
本発明の端部シール装置においては、装置から弾性体を取り外した状態で行うスラリーの含浸作業と、装置に弾性体を装着した状態で行う押し付け作業との間の移行が速やかに行えるように、弾性体１３がエアシリンダー３５に容易に着脱できるよう構成されていることが好ましい。また、エアシリンダー３５のシリンダー圧は、レギュレーターで制御できるようにしておくことが好ましい。
【００２６】
このような端部シール装置を使用して本発明の端部シール方法を実施すれば、効率よく作業が行え、生産性が向上する。また、弾性体の押し付け荷重の制御が容易となるので、複数の構造体に端部シールを施す場合に、各構造体に対し同一の押し付け荷重で弾性体の押し付けを行うことができ、安定した品質が得られる。
【００２７】
次に、本発明の多孔質構造体について説明する。本発明の多孔質構造体は、その端部がシール材を塗布することによりシールされている外部形状が柱状である多孔質の構造体であって、その特徴的な構成として、シール材が多孔質構造体の端部にのみ塗布されているとともに、塗布されたシール材の構造体長さ方向における長さのバラツキが、規定した長さの±５０％の範囲に収まっている。
【００２８】
このような端部シール状態は、前述の本発明の端部シール方法により得ることができる。シール材が基材の端部にのみ塗布され、端部以外の部分に付着していなければ、端部以外の部分に付着したシール材が多孔質構造体の性能に悪影響を与えることがない。また、塗布されたシール材のフィルター長さ方向における長さのバラツキが、規定した長さの±５０％の範囲に収まっていれば、端部全体のシール状態にほとんどムラが無く、良好なシール状態となる。
【００２９】
本発明において、端部シールの対象となる構造体は特に限定されるものではなく、外部形状が柱状である多孔質の構造体であって、その片側又は両側の端面において、端部の細孔をシール材でシールする必要のあるものであれば、どのようなものであってよい。特に本発明が好適に適用できる構造体としては、多孔質の隔壁によって仕切られた複数のセルを有するハニカム型の基材を使用してなるセラミックハニカムフィルターを挙げることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
外部形状が円柱状であるアルミナ質のハニカム構造体（直径：１８０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ、セル形状：六角形、セル数：２０００個、隔壁厚さ：０．７ｍｍ、平均細孔径：０．１μｍ）の端部に、図１及び図２に示すような台板に重ねて貼り合わせられたスポンジ（直径：２１０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍ）を使用して、シール材の塗布を行った。シール材には、ＳｉＯ2：７０質量％、Ａｌ2Ｏ3：１質量％、Ｋ2Ｏ：３質量％、Ｎａ2Ｏ3：１０質量％、ＺｒＯ2：１６質量％という組成のガラスフリット（平均粒径：１５μｍ）を使用し、これに乾燥強度保持のための有機バインダーの２％溶液を９：１０（質量比）で加えてスラリー化し、図３に示すような含浸用容器に注入して、スポンジに約１０ｇ含浸させた。スポンジは、ハニカム構造体の端面に対し約２０ｋｇの荷重で５秒間押し付けた。なお、この塗布作業は、塗布されたガラス質シール材のハニカム構造体長さ方向における長さが、乾燥時において２ｍｍとなるようにすることを目標に実施した。
【００３２】
こうしてハニカム構造体の端部に塗布したガラス質シール材のスラリーが乾燥した後、そのハニカム構造体から任意に２２２個のセルを選び、各セルの周囲を取り囲んでいる隔壁の端部において、塗布されたガラス質シール材の構造体長さ方向における長さＬ（図５参照）を測定した。結果は図９のグラフ（ヒストグラム）に示すとおりであり、塗布されたガラス質シール材の構造体長さ方向における長さＬは１．００〜２．５０ｍｍの範囲にあって、すべての測定個所において目標としていた規定長さ（２ｍｍ）の±５０％（±１ｍｍ）の範囲内にあり、理想的な端部シール状態であった。また、ハニカム構造体端部以外の部分へのガラス質シール材の付着は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、外部形状が柱状である多孔質の構造体であって、その片側又は両側の端面において、端部の細孔をシール材でシールする必要のあるもの、例えばセラミックハニカムフィルターの端部シールに好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の端部シール方法で使用する多孔質の弾性体の形態の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の端部シール方法で使用する多孔質の弾性体の形態の一例を示す側面図である。
【図３】多孔質の弾性体へのスラリーの含浸方法を示す説明図である。
【図４】多孔質の構造体の端面へのスポンジの押し付け方法を示す説明図である。
【図５】シール材の理想的な塗布状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】セラミックハニカムフィルター端面への弾性体の押し付けを、荷重を変えて２回行った場合における１回目のシール材の塗布状態の例を示す部分拡大断面図である。
【図７】セラミックハニカムフィルター端面への弾性体の押し付けを、荷重を変えて２回行った場合における２回目のシール材の塗布状態の例を示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の端部シール装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【図９】実施例の結果を示すグラフである。
【図１０】セラミックハニカムフィルターの端部シールの状態を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…基材、３…中間膜、５…濾過膜、９…構造体、１１…シール材、１３…弾性体、１５…台板、１７…把手、１９…含浸用容器、２１…スラリー、３１…基台、３３…ローラー受け台、３５…エアシリンダー、３７…軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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