(57)【要約】【課題】  管状部材を用いて所定の流路に目封止材料を注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、目封止材料の流動性を確保するとともに、目封止部の形状を維持することのできる目封止材料および目封止方法を提供する。【解決手段】  多孔質の隔壁で囲まれた流路を多数有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に、管状部材を用いて注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料であって、前記目封止材料は、セラミック原料と少なくとも有機バインダ、高分子界面活性剤、水とを配合してなるとともに、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、前記高分子界面活性剤は、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の隔壁で囲まれた流路を多数有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に、管状部材を用いて注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料であって、前記目封止材料は、セラミック原料と少なくとも有機バインダ、高分子界面活性剤、水とを配合してなるとともに、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、前記高分子界面活性剤は、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタの目封止材料。
【請求項２】
前記目封止材料は、セラミック原料100質量部に対して、前記有機バインダを0.5〜5.0質量部、前記高分子界面活性剤を1.0〜10.0質量部配合してなることを特徴とする請求項１に記載のセラミックハニカムフィルタの目封止材料。
【請求項３】
前記セラミック原料が、コーディエライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミニウムシリケートの1種および２種以上を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックハニカムフィルタの目封止材料。
【請求項４】
多孔質の隔壁で囲まれた流路を多数有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に、管状部材を用いて目封止材料を注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止方法において、前記目封止材料は、セラミック原料と少なくとも有機バインダ、高分子界面活性剤、水とを配合するとともに、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、前記高分子界面活性剤は、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることを特徴とするセラミックハニカムフィルタの目封止方法。
【請求項５】
前記目封止材料は、セラミック原料100質量部に対して、前記有機バインダを0.5〜5.0部、前記高分子界面活性剤を1.0〜10.0部配合することを特徴とする請求項４に記載のセラミックハニカムフィルタの目封止方法。
【請求項６】
前記セラミック原料が、コージディエライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミニウムシリケートの1種および２種以上を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載のセラミックハニカムフィルタの目封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジンの排気ガス浄化装置、特にディーゼルエンジンからの排気ガス中の微粒子を除去するための浄化装置に使用するに適したセラミックハニカムフィルタの目封止材料及び目封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地域環境保全のため、ディーゼルエンジンの排気ガス中の炭素を主成分とする微粒子を除去するため、セラミックハニカム構造体の流入部および流出部の両端面を交互に目封止したセラミックハニカムフィルタが使用されてきている。
図１は、セラミックハニカム構造体１１の流入部１７および流出部１８の両端面を交互に目封止したセラミックハニカムフィルタ１０の断面図である。このような構成のセラミックハニカムフィルタ１０において、微粒子を含有する排気ガスは、セラミックハニカムフィルタ１０の流入部１７で開口している流路１２から流入し、多孔質セラミックからなる隔壁１３を通過した後、隣接した流路を経て、流出部１８から排出される。この際、排気ガス中に含まれる微粒子は、隔壁１３に形成された細孔（図示せず）に捕集される。セラミックハニカムフィルタ１０に微粒子が捕集され続けると、隔壁１３の細孔に目詰まりを生じて捕集機能を大幅に低下させるとともに、圧力損失が大きくなるため、エンジン出力を低下させるという問題が発生する。そこで、セラミックハニカムフィルタ１０に堆積した微粒子を、電気ヒータ、バーナー、マイクロ波などで燃焼させたり、セラミックハニカムフィルタ１０に担持した触媒物質により燃焼させたりして、セラミックハニカムフィルタ１０を再生する技術が検討されている。
【０００３】
図１に示す流入部および流出部の両端面を交互に目封止したセラミックハニカムフィルタ１０の目封止部１４、１５の形成方法として、特許文献１には次のように開示されている。すなわち、複数の流路のうち、所定の流路の端部開口を目封止する方法であって、平均粒子径が0.3μmのβ型炭化珪素粉末30重量部に、平均粒子径が30μmのα型炭化珪素粉末70重量部、エチルセルロース6重量部及びα−テルピネオール100重量部からなるバインダ30重量部を配合、混練した後に粘度10000c.pのペーストに調節して封止用ペーストとし、ペースト供給体の下方に開口するノズルから所定の流路にペーストを供給して目封止する。
【０００４】
一方、前記構造のセラミックハニカムフィルタの再生を容易にする、或いは浄化性能を向上する目的で、図２に示すような、セラミックハニカム構造体２１の流入側端面２７から離れた位置に目封止部２４を設けるハニカムフィルタが特許文献２に開示されている。このようなセラミックハニカムフィルタ２０における目封止部２４の形成方法として次のように開示されている。すなわち、特許文献２には、コーディエライト組成の粉末に所定量の有機バインダと水を混合し、安定した保形性のあるクリーム状のペーストを調整した後、このペーストを用い、所定の長さのパイプをもつペースト注入器（ディスペンサ）を用いて、セラミックハニカム構造体の上流側端面から１０ｍｍ入った位置に、一舛ずつ交互に目封止して目封止部を形成する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２３５０７
【特許文献２】特開２００４−１９４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１のペースト供給体の下方に開口するノズルや、特許文献２のペースト注入器のような管状部材を用いて所定の流路に目封止材料を注入し、目封止部を形成する場合、目封止材料は、管状部材で注入した後、目封止材料が流路内を流動することなく、目封止部の形状を維持させる必要があるので高粘度とする必要があった。その為、目封止材料を管状部材の細い管から流路内に注入する場合、目封止材料と管状部材の流動抵抗が大きくなるので注入に要する時間が長くなり、セラミックハニカム構造体には数千或いは数万個の流路が有るので、これらの流路内に目封止材料を注入するには非常に多くの工数を要していた。これを避けようと、流動性を向上させるべく目封止材料に添加する水分量を増やすと、目封止材料の流動性は良くなるが、目封止材料の固形分が相対的に減少してしまい、注入された目封止材料を乾燥する工程で、水分蒸発により目封止部の体積が減少し、目封止部の形状が維持できなくなるという問題があった。最悪の場合、目封止部の体積が減少して生じたヒケにより、目封止部に貫通孔が生じる場合があった。目封止部に貫通孔が生じると、排気ガス中の微粒子が捕集されずに排出されるので浄化装置としての機能が十分に発揮されなくなるのである。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、管状部材を用いて所定の流路に目封止材料を注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、目封止材料の流動性を確保するとともに、目封止部の形状を維持することのできる目封止材料および目封止方法を提供するものである。特に、流入側端面から離れた位置に目封止部を形成するための目封止材料および目封止方法をも提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意検討の結果、管状部材を用いて所定の流路に目封止材料を注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、目封止材料の流動性を確保するとともに、目封止部の形状を維持することを可能にするためには、目封止材料の配合を最適化することにより、目封止材料中のセラミック粒子間に作用する摩擦を低減するとともに、形状を維持する能力を改善すれば良いことを突き止め、本発明に想到した。
【０００９】
具体的に、本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止材料は、多孔質の隔壁で囲まれた流路を多数有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に、管状部材を用いて注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料であって、前記目封止材料は、セラミック原料と少なくとも有機バインダ、高分子界面活性剤、水とを配合してなるとともに、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、前記高分子界面活性剤は、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることを特徴とする。
【００１０】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、目封止材料は、セラミック原料100質量部に対して、前記有機バインダを0.5〜5.0質量部、前記高分子界面活性剤を1.0〜10.0質量部配合してなることが好ましい。
【００１１】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、前記セラミック原料が、コージェライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミニウムシリケートの1種および２種以上を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止方法は、多孔質の隔壁で囲まれた流路を多数有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に、管状部材を用いて目封止材料を注入して目封止部を形成するセラミックハニカム構造体の目封止方法において、前記目封止材料は、セラミック原料と少なくとも有機バインダ、高分子界面活性剤、水とを配合するとともに、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、前記高分子界面活性剤は、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることを特徴とする。
【００１３】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止方法において、前記目封止材料は、セラミック原料100質量部に対して、前記有機バインダを0.5〜5.0質量部、前記高分子界面活性剤を1.0〜10.0質量部配合することが好ましい。
【００１４】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止方法において、前記セラミック原料が、コージェライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミニウムシリケートの1種および２種以上を含むことが好ましい。
【００１５】
次に本発明の作用効果について説明する。
本発明に関わるセラミックハニカムフィルタの目封止材料は、多孔質の隔壁で囲まれた流路を多数有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に、管状部材を用いて注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料であって、前記目封止材料は、セラミック原料と少なくとも有機バインダ、高分子界面活性剤、水とを配合してなるとともに、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、前記高分子界面活性剤は、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることで次のような作用効果を有する。
前記有機バインダが、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであることで、前記有機バインダが、不溶性粒子であるセラミック原料粉末の周りに吸着して、セラミック原料粒子間の摩擦を低減させるので、目封止材料の流動性を確保することができるのである。それと共に、目封止材料を乾燥させた後は、前記有機バインダがセラミック原料粉末同士を結合する役割を果たし、焼成に至るまでの間、目封止部の形状を維持することができる。
さらに、前記高分子界面活性剤が、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることで、目封止材料中のセラミック原料粒子間に静電反発力を生じさせ、セラミック原料粒子間の摩擦が低減され、目封止材料の流動性を確保することができるとともに、目封止材料に添加する水量を大幅に減少させることができる。その結果、目封止材料中の固形分を相対的に増加させることができるため、目封止材料を流路内に注入した後でも目封止部の形状を維持することができるのである。すなわち、目封止材料を乾燥する工程で目封止材料中の水分が蒸発して目封止部の体積が減少して生じたヒケにより、目封止部に貫通孔が生じることを抑制できるのである。
つまり、本発明の目封止材料は、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースである有機バインダと、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤とを配合することで、目封止材料の流動性を確保することができると共に、目封止材料中の固形分を相対的に増加させることができ、管状部材を用いて目封止材料を流路内に注入する時間を短縮することができるとともに、目封止部の形状を維持することが可能となるのである。
ここで、前記有機バインダは、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・sを超えると、目封止材料の粘度が高くなりすぎ、目封止材料に流動性を付与できなくなるので2000mPa・s以下である必要がある。尚、前記有機バインダが、20℃における2%水溶液の粘度が、1mPa・s未満である場合、目封止材料を流路内に注入した後の目封止部の形状を維持しにくくなるので、1mPa・s以上であることが好ましい。より好ましくは、15〜1500mPa・sである。
【００１６】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、目封止材料は、セラミック原料100質量部に対して、前記有機バインダを0.5〜5.0質量部、前記高分子界面活性剤を1.0〜10.0質量部配合してなることが好ましいのは次の理由による。
前記したように、有機バインダが、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロースおよび／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースであることで、目封止材料の流動性を確保することができるのであり、この流動性を十分確保するには、セラミック原料100質量部に対して、前記有機バインダを0.5〜5.0質量部配合することが好ましいのである。有機バインダが0.5質量部未満の場合、セラミック原料粒子間の摩擦を低減させる効果が十分生じ難くなるので0.5質量部以上が好ましい。また、有機バインダを5.0質量部を超えて配合すると目封止材料の保水力が大きくなりすぎて逆に流動性が低下してくるので、5.0質量部以下が好ましい。より好ましくは、0.8〜3.0質量部である。
また、前記したように、高分子界面活性剤が、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤であることで、目封止材料の流動性を確保することができるとともに、目封止材料中の固形分を相対的に増加させることができ、目封止材料を流路内に注入した後でも目封止部の形状を維持することができるのであり、この流動性の確保と目封止部の形状を維持する効果が十分作用するには、セラミック原料100質量部に対して、前記高分子界面活性剤を1.0〜10.0質量部配合することが好ましいのである。前記高分子界面活性剤が1.0質量部未満の場合、目封止材料中のセラミック原料粒子間に生じる静電反発力が弱く、目封止材料に添加する水量をあまり減少させることができないので、目封止材料中の固形分が相対的に増加せず、目封止材料を流路に注入した後に目封止部の形状を維持することが不十分となる場合があるので、1.0質量部以上が好ましい。また、前記高分子界面活性剤を10.0質量部を超えて配合すると、過剰添加となり、逆に目封止材料中の固形分が相対的に減少することになるので、10.0質量部以下が好ましい。より好ましくは、2.5〜7.0質量部である。
【００１７】
本発明のセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、セラミック原料としては、耐熱性を有するセラミック材料とすることが好ましく、例えば、コーディエライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミニウムシリケート、等の１種及び２種以上含むものが好適であり、封止すべき流路を構成する隔壁との密着性を勘案すると、セラミックハニカム構造体の多孔質隔壁構成成分と同様の組成であると更に好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、管状部材を用いて所定の流路に目封止材料を注入して目封止部を形成するセラミックハニカムフィルタの目封止材料において、目封止材料の流動性を確保するとともに、目封止部の形状を維持することのできる目封止材料および目封止方法を提供することができる。特に、流入側端面から離れた位置に目封止部を形成するための目封止材料および目封止方法をも提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
図２は本発明の実施例に係るセラミックハニカムフィルタ２０の側断面模式図である。図２のセラミックハニカムフィルタ２０は、外周壁２６の内側に隔壁２３で仕切られた多数の四角形の流路２２を有し、この流路２２は封止部２４、２５で封止されており、封止部２４は流入側端面２７から離れた流路内に配置されている。本実施例におけるセラミックハニカムフィルタは、以下の製造工程で製造した。カオリン、タルク、シリカ、アルミナの粉末を調整して、質量比で、ＳｉＯ２：４８〜５２％、Ａｌ２Ｏ３：３３〜３７％、ＭｇＯ：１２〜１５％を含むコーディエライト生成原料粉末とする。本実施例ではＳｉＯ２：５０％、Ａｌ２Ｏ３：３５％、ＭｇＯ：１５％に調整した。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等のバインダ、潤滑材、造孔剤としてグラファイトを添加し、乾式で十分混練した後、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成した。次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断してハニカム構造を有する成形体とした。次に、この成形体を、乾燥、焼成し、隔壁の厚さ０．３ｍｍ、気孔率６５％、平均細孔径２０μｍ、隔壁ピッチ１．５ｍｍ、外径が２８０ｍｍ、全長が３１０ｍｍのコーディエライト質セラミックハニカム構造体２１とした。
【００２１】
次に、図３に示すように、目封止材料保管タンク３１と、タンク３１から目封止材料４０を管状部材３５に供給するチューブ３４、バルブ３３から構成される目封止材料供給装置３０に、セラミックハニカム構造体２１を流路方向が略重力方向に一致するように載置した。目封止材料の供給に使用する管状部材３５は、ステンレス鋼製で全長が１００ｍｍで、外径φ０．５ｍｍ、内径φ０．３ｍｍの断面円形のものを用いた。そして、目封止材料は、表１に示す配合でセラミック原料、有機バインダ、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、水を混練して目封止材料保管タンク３１に充填した。
【００２２】
次に、管状部材３５を目封止する流路内へ、セラミックハニカム構造体２１の端面２７から２０ｍｍの位置に挿入し、目封止材料保管タンク３１のエアー供給バルブ３２からエアーを流入させて加圧して、所定量の目封止材料を管状部材３５から注入し、管状部材を流路から抜き取り目封止を行った。そして、他に目封止する流路においても同様にして、目封止を行い、目封止部を乾燥後、焼成を行って、セラミックハニカムフィルタ２０を作成した。
【００２３】
本実施例において作成されたハニカムフィルタで、目封止部形成時の評価を次のように行った。
目封止材料の流動性に関しては、目封止材料を所定数の流路内に注入するのに要した時間で評価し、要した時間が短く生産に適用可能なものを（○）とし、中でも要した時間が著しく短く生産に適用可能なものを（◎）、要した時間が長かったが実生産に適用可能なものを（△）、要した時間がかかりすぎ実生産に適用できないものを不合格（×）とした。
目封止部の保形性に関しては、目封止材料を流路内に注入した後に目封止部の形状が維持されているかを、目封止部に生じるヒケの程度で評価し、ヒケの程度が小さかったものを合格（○）とし、中でもヒケがほとんど形成されなかったものを（◎）、ヒケの程度が大きかったが、実用上問題のないものを（△）、ヒケの程度が大きく目封止部として機能できないものを不合格（×）とした。
そして、総合評価として、流動性、保形性の各評価結果がいずれも（◎）であったものを（◎）、いずれかが（◎）または（○）であったものを（○）、いずれかが（△）であったものを（△）、いずれか１つでも（×）であったものを（×）として評価した。
これらの結果を表１にあわせて示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、本実施例１〜１９において作成されたセラミックハニカムフィルタは、本発明の目封止材料である、セラミック原料と20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・s以下のメチルセルロース又はヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、及び水を配合してなるので、目封止材料の流動性が確保され、目封止材料が流路内に注入された後の目封止部の形状が良好に維持されたことがわかる。このうち、実施例２、４〜７、９、１０、１３、１４、１６〜１９において作成されたセラミックハニカムフィルタは、本発明の目封止材料の好ましい範囲である、セラミック原料100質量部に対して、有機バインダを0.5〜5.0質量部、高分子界面活性剤を1.0〜10.0質量部配合しているので、目封止材料の流動性がより確保され、目封止材料が流路内に注入された後の目封止部の形状がより良好に維持されたことがわかる。なかでも、実施例４、６、９、１３、１６において作成されたセラミックハニカムフィルタは、有機バインダが、20℃における2%水溶液の粘度が15〜1500mPa・sであり、セラミック原料100質量部に対して、有機バインダを0.8〜3.0質量部、高分子界面活性剤を2.5〜7.0質量部配合しており、本発明の目封止材料のより好ましい範囲であるので、目封止材料の流動性がより確保され、目封止材料が流路内に注入された後の目封止部の形状がより良好に維持されたことがわかる。
一方、セラミック原料と水しか配合しなかった比較例１、２の目封止材料では、比較例１では、水の配合量が少なかったので目封止材料が管状部材の中で詰まり、目封止できなかった。また、比較例２では、比較例１より水の配合量が多かったので目封止材料が管状部材内で詰まることは無かったが、目封止材料が流路内に注入された後の目封止部の形状が維持されず、ヒケが生じて目封止部に貫通孔が生じた。比較例３、４では、有機バインダが、20℃における2%水溶液の粘度が2000mPa・sを超えるメチルセルロースであったので、
目封止材料の粘度が高くなりすぎて目封止材料の流動性が低下し、目封止材料を流路内に注入するのに多くの時間がかかりすぎた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】セラミックハニカムフィルタの模式断面図。
【図２】セラミックハニカムフィルタの模式断面図
【図３】目封止材料を注入する目封止材料供給装置の模式図
【符号の説明】
【００２７】
１０、２０：セラミックハニカムフィルタ
１１、２１：セラミックハニカム構造体
１２、２２：流路
１３、２３：隔壁
１４、１５、２４、２５：封止部
１６、２６：外周壁
１７、２７：流入側端面
１８、２８：流出側端面
３０：目封止材料供給装置
３１：目封止材料保管タンク
３２：エアー供給バルブ
３３：バルブ
３４：チューブ
３５：管状部材
４０：目封止材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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