(57)【要約】【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方法を提供する。【解決手段】スキン７０ａと、スキン７０ａに接していない複数の第１貫通孔７１Ａ及びスキン７０ａに接する複数の第２貫通孔７１Ｂを形成する隔壁７４と、を備えるハニカム構造体７０の封口方法であって、ハニカム構造体７０の端面７０ｂに、開口１７１を有するマスク１７０を、隣り合って並ぶ複数の第１貫通孔７１Ａと開口１７１が対向するように配置する工程と、配置されたマスク１７０の開口１７１を介して、隣り合って並ぶ複数の第１貫通孔７１Ａに封口材を供給する工程と、を備えるハニカム構造体の封口方法である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンと、前記スキンに接していない複数の第１貫通孔及び前記スキンに接する複数の第２貫通孔を形成する隔壁と、を備えるハニカム構造体の封口方法であって、
前記ハニカム構造体の端面に、第１の開口を有するマスクを、隣り合って並ぶ複数の前記第１貫通孔と前記第１の開口が対向するように配置する工程と、
前記配置されたマスクの前記第１の開口を介して、前記隣り合って並ぶ複数の第１貫通孔に封口材を供給する工程と、を備えるハニカム構造体の封口方法。
【請求項２】
前記マスクは第２の開口を有し、前記配置する工程では、前記マスクを、前記第２の開口が、前記第１の開口に対向する前記複数の第１貫通孔以外の隣り合って並ぶ複数の前記第１貫通孔と対向するように配置する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スキンに接していない複数の第１貫通孔は、前記ハニカム構造体の前記端面において当該第１貫通孔の中心軸が三角形の頂点にそれぞれ位置するように配置されている請求項１又は請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体の封口方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９０７６６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３２７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ハニカム構造体では、フィルタとしての性能を高めるため貫通孔の形状や配置、貫通孔の密度や壁の厚みについて様々な工夫が提案されており、貫通孔の形状等によっては隣り合って並ぶ複数の貫通孔の両方が封口される場合がある。その一方で、貫通孔の工夫の結果、貫通孔の開口の断面積が小さくなるなど、封口材の供給が困難となることがあった。
【０００６】
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方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スキンと、前記スキンに接していない複数の第１貫通孔及び前記スキンに接する複数の第２貫通孔を形成する隔壁と、を備えるハニカム構造体の封口方法であって、
前記ハニカム構造体の端面に、第１の開口を有するマスクを、隣り合って並ぶ複数の前記第１貫通孔と前記第１の開口が対向するように配置する工程と、
前記配置されたマスクの前記第１の開口を介して、前記隣り合って並ぶ複数の第１貫通孔に封口材を供給する工程と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、一つの第１の開口が、複数の第１貫通孔と対向するので、例え、当該複数の第１貫通孔の少なくとも一方の断面積が小さくても、開口の面積を大きくできて封口材を供給しやすい。また、ハニカム構造体の貫通孔のうち大部分を占める複数の第１貫通孔について、第１の開口が対向するようにマスクを配置することで、効率的に封口を行うことができる。
【０００９】
ここで、前記前記マスクは第２の開口を有し、前記配置する工程では、前記マスクを、前記第２の開口が、前記第１の開口に対向する前記複数の第１貫通孔以外の隣り合って並ぶ複数の前記第１貫通孔と対向するように配置することが好ましい。これにより、隣り合って並ぶ第１貫通孔が多数あるときでも封口材を供給しやすくすることができる。
【００１０】
また、前記スキンに接していない複数の第１貫通孔は、前記ハニカム構造体の前記端面において当該第１貫通孔の中心軸が三角形の頂点にそれぞれ位置するように配置されていることが好ましい。これにより、封口すべき多数の第１貫通孔を隣り合って並べることができるので、マスクの第１の開口を介した封口を効果的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るハニカム構造体７０を示す斜視図である。
【図２】封口前のハニカム構造体７０の端面７０ｂの部分拡大図である。
【図３】封口用マスク１７０の開口１７１を示す図である。
【図４】封口用マスク１７０をハニカム構造体７０の端面７０ｂに配置した状態を示す図である。
【図５】封口後のハニカム構造体７０の端面７０ｂを示す図である。
【図６】他の例に係る封口用マスク１８０の開口１８１を示す図である。
【図７】本発明に係る封口方法により封口されたハニカム構造体８０の端面８０ｂを示す図である。
【図８】図７に示す端面８０ｂと反対側の端面８０ｃを示す図である。
【図９】図８の端面８０ｂの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１に示すように、ハニカム構造体７０は、Ｚ軸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、多数の貫通孔７１の一端が封口されることによりフィルタとして機能する。ハニカム構造体７０の側面は、円筒状のスキン（側壁）７０ａによって構成されている。
【００１５】
ハニカム構造体７０は、Ｚ軸方向で対向する二つの端面７０ｂ、７０ｃを有している。図２は、ハニカム構造体７０の端面７０ｂを示す部分拡大図である。図１及び図２に示すように、ハニカム構造体７０に配置された多数の貫通孔７１は、スキン７０ａに接してない第１貫通孔７１Ａと、スキン７０ａに接している第２貫通孔７１Ｂと、を含んでいる。以下、第１貫通孔７１Ａを「完全なセル７１Ａ」、第２貫通孔７１Ｂを「不完全なセル７１Ｂ」という。
【００１６】
完全なセル７１Ａは、断面形状が正六角形状の正六角形セル７２と、断面形状が規則的六角形状（例えば、隣接する正六角形セル７２の断面の一辺と長さが同じ長辺、及び当該長辺より長さが短い短辺からなる六角形状）の規則的六角形セル７３と、を含んでいる。つまり、完全なセル７１Ａの構造は、互いに異なる断面形状を有するセル７２，７３を含む非対称セル構造となっている。
【００１７】
正六角形セル７２及び規則的六角形セル７３は、隔壁７４によって仕切られた状態で、六角形の最密配置となるように配列されている。すなわち、正六角形セル７２及び規則的六角形セル７３は、端面８０ｂにおいてセル７２，７３の中心軸が正三角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配置（三角配置）されている。ここでいうセルの中心軸は、セル断面（ＸＹ断面）において、断面形状の各辺の垂直二等分線（各辺の中点を通り、当該辺に垂直な直線）の交点を通り、Ｚ軸方向に伸びる軸線である。
【００１８】
規則的六角形セル７３は、Ｚ軸方向から見て、正六角形セル７２の周りを取り囲むように配置されている。具体的には、１つの正六角形セル７２に対し、その断面形状の各辺に規則的六角形セル７３の断面形状の長辺が対向するように、６つの規則的六角形セル７３が隣接している。この場合、１つの正六角形セル７２を囲む規則的六角形セル７３同士が隣り合って並ぶ。
【００１９】
不完全なセル７１Ｂは、ハニカム構造体７０の側面に沿って複数形成されており、Ｚ軸方向から見て多数の完全なセル７１Ａを取り囲むように配置されている。不完全なセル７１Ｂは、その一部がスキン７０ａにより形成されているため、スキン７０ａの形状や位置に依存して断面形状が一定ではなく場所によって異なっている。多数の貫通孔７１のうちスキン７０ａによって形成された不完全なセル７１Ｂ以外の貫通孔は全て完全なセル７１Ａとして形成されている。
【００２０】
完全なセル７１Ａの間、不完全なセル７１Ｂの間、及び、完全なセル７１Ａと不完全なセル７１Ｂとの間の隔壁７４の厚みは、例えば、０．０５〜０．５ｍｍとすることができる。また、スキン７０ａの厚みは、隔壁７４の厚みよりも厚いことが好ましく、例えば、０．１〜３．０ｍｍとすることができる。
【００２１】
図１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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤および可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。
【００２７】
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；およびドライアイス等などが挙げられる。
【００２８】
潤滑剤および可塑剤としては、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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；および水などを用いることができる。
【００３１】
（封口用マスク）
図３に示す封口用マスク１７０は、図１及び図２に示すハニカム構造体７０の貫通孔７１を所望のパターンで封口するために使用されるものである。マスク１７０は、板状の部材であり、厚さ方向に貫通する開口（第１の開口、第２の開口）１７１を複数有する。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。
【００３２】
開口１７１は、マスク厚さ方向から見て、両端が膨らみ、中央がくびれた瓢箪形状を有している。両端の膨張部分は、それぞれ異なる規則的六角形セル７３に対向する部位であり、規則的六角形セル７３の断面形状の辺と略平行な辺から構成される（図４参照）。なお、両端の膨張部分は、等しい大きさとなるように形成されている。中央のくびれた部分は、隣り合う規則的六角形セル７３を隔てる隔壁７４に対向する部位である。
【００３３】
開口１７１は、ハニカム構造体７０の完全セル７１Ａに対して封口材を供給するために利用される。マスク１７０は、一つの開口１７１が隣り合って並ぶ二つの規則的六角形セル７３に対向するように、ハニカム構造体７０の端面７０ｂに配置される。このとき、別の開口１７１は、他の開口１７１に対向する規則的六角形セル７３以外の隣り合って並ぶ二つの規則的六角形セル７３に対向する。
【００３４】
マスク１７０が配置された後、長方形状の開口１７１を介して、隣り合って並ぶ二つの規則的六角形セル７３に同時に封口材が供給される。長方形状の開口１７１は、隣り合って並ぶ二つの規則的六角形セル７３の間の隔壁７４を跨ぐ大きさを有している。なお、隣り合って並ぶ二つのセルには、断面形状の辺（輪郭）同士が隔壁７４を挟んで対向するように配置された二つのセルが含まれる。
【００３５】
ここで、図４は、封口用マスク１７０をハニカム構造体７０の端面７０ｂに配置した状態を示す図である。図５は、封口後のハニカム構造体７０の端面７０ｂを示す図である。図４に示すように、封口用マスク１７０は、開口１７１がハニカム構造体７０の完全セル７１Ａのうち、隣り合って並ぶ二つの規則的六角形セル７３と対向するように配置されている。
【００３６】
なお、開口１７１は、少なくとも二つの規則的六角形セル７３に対向して配置されていれば良く、三つ以上の規則的六角形セル７３に対向して配置されてもよい。また、開口１７１の形状は長方形に限られず、ペースト状の封口材の充填性を考慮した適切な形状であればよい。また、開口１７１は、開口径がマスク１７０の厚さ方向に変化する形状であってもよい。例えば、開口１７１は、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採用することができる。
【００３７】
開口１７１は、封口すべき一つの規則的六角形セル７３に対向する開口面積が、当該規則的六角形セル７３の開口面積の９０％未満であることが好ましい。開口１７１のうち一つの規則的六角形セル７３に対向する部分の開口面積が、当該規則的六角形セル７３の開口面積の９０％以上であると、開口１７１の位置と規則的六角形セル７３の開口の位置が少しずれただけで封口すべきでない近傍の正六角形セル７２に封口材が供給される場合がある。開口１７１の開口面積は、規則的六角形セル７３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、ここでいう開口面積は、ハニカム構造体７０の端面と当接する側のマスク１７０の表面側における開口１７１の開口面積を意味する。
【００３８】
開口１７１の面積は、マスク１７０がずれた場合でも封口ペーストを供給可能とするため、隔壁７４の厚み以上の直径を有する円孔より大きいことが好ましい。すなわち、隔壁７４の厚みが０．３ｍｍである場合には、直径０．３ｍｍ以上の円孔より大きな面積を有することが好ましく、直径０．５ｍｍ以上の円孔より大きな面積を有することがより好ましい。
【００３９】
また、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７４、貫通孔７１、スキン７０ａ等を見ながら行えばよい。このようにして位置決めがなされた状態で、開口１７１を介して、封口材を供給することで、規則的六角形セル７３の端面７０ｂ側を封口することができる。図５に、封口後のハニカム構造体７０の端面７０ｂを示す。なお、反対側の端面７０ｃでは、完全なセル７１Ａのうち正六角形セル７２の封口が行われる。
【００４０】
一方、不完全なセル７１Ｂについては両端封口が行われる。この場合にも、マスク１７０を、開口が隣り合って並ぶ複数の不完全なセル７１Ｂと対向するように配置して、マスク１７０の開口を介して封口材を供給することができる。
【００４１】
本実施形態に係るハニカム構造体の封口方法によれば、マスク１７０の一つの開口１７１が、ハニカム構造体７０の複数の完全なセル７１Ａと対向するので、当該複数の完全なセル７１Ａの断面積が小さい場合でも、開口１７１の面積を大きくできて、封口材を供給しやすい。したがって、従来よりも断面積の小さい完全なセル７１Ａにおける封口不良を低減でき、歩留まりを向上できる。
【００４２】
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。図６は、他の例に係る封口用マスク１８０の開口１８１を示す図である。図６に示すマスク１８０の開口１８１は、両端に円形状の膨張部分、中央に直線状のくびれ部分を有する瓢箪形状を成している。このような開口１８１を有するマスク１８１は、上述したマスク１７１と比べて容易に作製することができ、マスク作製のコスト低減を図ることができる。
【００４３】
次に、図７〜図９を参照して、本発明に係る封口方法により封口されたハニカム構造体の他の例について説明する。図７は、本発明に係る封口方法により封口されたハニカム構造体８０の端面８０ｂを示す図である。図８は、端面８０ｂと反対側の端面８０ｃを示す図である。図９は、端面８０ｃの部分拡大図である。
【００４４】
図７〜図９に示すハニカム構造体８０は、図１に示すハニカム構造体７０と比べて封口パターンが異なっている。なお、図７〜図９に示すハニカム構造体８０の貫通孔８１の形状及び配置は、図１に示すハニカム構造体７０の貫通孔７１と同様である。貫通孔８１のうち両端封口されている不完全なセル（スキン８０ａに接する第２貫通孔）８１Ｂについては図示を省略している。
【００４５】
図７〜図９に示すように、ハニカム構造体８０は、完全なセル８１Ａが連なって配置された流路列Ｗを有している。完全なセル８１Ａは、端面８０ｂ側が開口されると共に端面８０ｃ側が封口されたセルである。流路列Ｗは、Ｚ軸方向から見て、正六角形状（環状）に完全なセル８１Ａ配置された部位と、正六角形の各頂点からスキン８０ａへ向かって放射状に完全なセル８１Ａが配置された部位とを含む、亀甲形状に形成されている。図９に、流路列Ｗを構成する、封口された正六角形セル８２及び規則的六角形セル８３を破線で示す。流路列Ｗでは、正六角形セル８２及び規則的六角形セル８３の区別なく完全なセル８１Ａの端面８０ｂ側が開口され、端面８０ｃ側が封口されている。
【００４６】
なお、流路列Ｗ以外の部位においては、正六角形セル８２の端面８０ｃ側及び規則的六角形セル８３の端面８０ｂ側のみが封口されている。このように構成されたハニカム構造体８０では、流路列Ｗを有することにより、端面８０ｃに開口が多く強度の低い部分を意図的に設けることができる。このため、ハニカム構造体８０が熱衝撃を受けた際の端面８０ｃにおけるクラック発生を流路列Ｗに誘導することができる。そして、流路列Ｗの反対側は封口されているので、流路列Ｗの端面８０ｂ側にクラックが発生したとしても煤漏れが発生せず、クラックによるフィルタ性能の低下を抑制することができる。
【００４７】
ハニカム構造体８０では、端面８０ｃ上において、流路列Ｗを構成するセル８２，８３が正六角形セル８２及び規則的六角形セル８３の区別なく封口されることになる。このため、開口を有するマスクを、当該開口が流路列Ｗを構成する複数のセル８２，８３と対向するように配置することで、当該開口を介して流路列Ｗを構成する複数のセル８２，８３に封口材を供給することができる。すなわち、本発明に係るハニカム構造体の封口方法は、ハニカム構造体８０の流路列Ｗのように連なる複数のセルを封口する場合にも有効に適用することができる。
【００４８】
なお、複数のセルと対向するマスクの開口の形状は、長方形のものに限られず、対向するセルの形状や配置に応じて適切な形状が採用される。例えば、開口の形状は、上述した他、膨張部分が正方形や長方形であってもよく、多角形や楕円形であってもよい。また、開口の形状は、長方形や長方形を折り曲げたような形状、十字形状であってもよく、基準点に対して三つ以上の長方形を所定角度で接続したような形状であってもよい。この点は、上述したマスク１７０の開口１７１においても同様である。
【００４９】
また、ハニカム構造体７０，８０の貫通孔７１，８１の断面形状や配置は、上述したものに限られない。例えば、貫通孔７１，８１の断面形状は、正方形や長方形その他の多角形や円形であってもよく、これらが混在していてもよい。また、必ずしも非対象セル構造である必要はない。貫通孔７１，８１の形状や配置に合わせて、マスクの開口の形状や数、配置が変更される。
【００５０】
また、ハニカム構造体７０，８０の外形形状は円柱でなくてもよく、例えば、四角柱等の角柱でもよい。
【符号の説明】
【００５１】
７０，８０…ハニカム構造体  ７０ａ，８０ａ…スキン  ７０ｂ，７０ｃ，８０ｂ，８０ｃ…端面  ７１，８１…貫通孔  ７１Ａ，８１Ａ…完全なセル（第１貫通孔）  ７１Ｂ，８１Ｂ…不完全なセル（第２貫通孔）  ７２，８２…正六角形セル  ７３，８３…規則的六角形セル  ７４…隔壁  １７０，１８０…封口用マスク  １７１，１８１…開口（第１の開口、第２の開口）  Ｗ…流路列
【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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