(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路となる複数のセルを有するセラミックハニカム構造体の端面において一部のセルをマスクし、前記セラミックハニカム構造体のマスクした端面を、少なくともセラミック粉末と分散媒と結合剤とを含有するスラリー中に浸漬することにより残部のセルに前記スラリーを圧入して目封じ部を形成し、前記目封じ部を乾燥することによって、前記残部のセルが目封じされたハニカム構造体を得るハニカム構造体の製造方法であって、
熱伝導手段に直接目封じ部を接触させることによって乾燥することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項２】
前記熱伝導手段が電熱プレートである請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項３】
前記マスクの厚さを０．０３〜０．５ｍｍとする請求項１又は２に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項４】
前記スラリーに含有される結合剤が熱ゲル硬化性の結合剤である請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】
前記スラリーの粘度が５０〜５００ｄＰａ・ｓである請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、集塵用のフィルタとして好適に用いられる、多数のセルのうちの一部のセルが目封じされたハニカム構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学、電力、鉄鋼、産業廃棄物処理をはじめとする様々な分野において、公害防止等の環境対策、高温ガスからの製品回収等の用途で用いられる集塵用のフィルタとして、耐熱性、耐食性に優れるセラミックハニカム構造体が用いられている。例えば、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の高温、腐食性ガス雰囲気下において使用される集塵用フィルタとして、セラミックハニカム構造体（以下、単に「ハニカム構造体」と記す場合がある。）が好適に用いられている。
【０００３】
上記のような集塵用フィルタとして用いられるハニカム構造体は、圧力損失が低く、高い捕集効率が得られる構造であることが要求される。そこで、多数のセルのうちの一部のセルが目封じされたハニカム構造体が利用されている。例えば、図２に示すように、ハニカム構造体の多数のセル２３の入口側端面Ｂと出口側端面Ｃとが互い違いに目封じ部２２によって目封じされた構造のハニカム構造体２１においては、被処理ガスＧ1を入口側端面Ｂからセル２３に導入させると、ダストやパティキュレートが隔壁２４において捕捉される一方、多孔質の隔壁２４を透過して隣接するセル２３に流入した処理済ガスＧ2が出口側端面Ｃから排出される。
【０００４】
上記のようなハニカム構造体は、流体の流路となる複数のセルを有する筒状のセラミックハニカム構造体の端面において一部のセルをマスクし、前記セラミックハニカム構造体のマスクした端面をセラミック粉末、分散媒等を含有するスラリー中に浸漬することにより残部のセルにスラリーを圧入して目封じ部を形成し、前記目封じ部を乾燥することによって製造することができる。そして、従来、目封じ部の乾燥は、熱風乾燥炉を利用した熱風乾燥等によって行われてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような製造方法によって製造されたハニカム構造体は、目封じ部に欠陥が生じるという問題があった。図３は、ハニカム構造体２１の入口側端面Ｂ近傍の模式的な拡大断面図であるが、本来、図３の（ｉ）に示すように形成されるべき目封じ部２２に、図３の（ii）に示すようにヒケ欠陥２６が発生し、極端な場合、図３の（iii）に示すように目封じ部２２を貫通する穴２７が開いてしまうという問題があった。
【０００６】
ヒケ欠陥２６が発生した場合には、目封じ部２２の信頼性が低下するという不具合があるし、また、目封じ部２２を貫通する穴２７が開いてしまった場合には、集塵用フィルタとして用いる際に、その穴２７からダストやパティキュレートが漏れてしまいフィルタとして機能しないことになる。従って、従来は、図３の（iv）に示すように、セル２３に目封じ部２２を形成するセラミックスラリーを余分に圧入し、目封じ深さｄを深くすることにより、上記のような問題を回避していた。しかしながら、目封じ深さｄを深くした場合には、セル２２を区分する隔壁２４の表面積、即ち、濾過面積が減少することになり好ましくない。
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、目封じ部にヒケ欠陥が発生したり、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまう事態を有効に防止し得るハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、目封じ部を、従来の熱風乾燥炉のような熱対流手段によって乾燥するのではなく、熱伝導手段によって乾燥することによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下のハニカム構造体の製造方法を提供するものである。
【０００９】
（１）  流体の流路となる複数のセルを有する筒状のセラミックハニカム構造体の端面において一部のセルをマスクし、前記セラミックハニカム構造体のマスクした端面を、少なくともセラミック粉末と分散媒と結合剤とを含有するスラリー中に浸漬することにより残部のセルに前記スラリーを圧入して目封じ部を形成し、前記目封じ部を乾燥することによって、前記残部のセルが目封じされたハニカム構造体を得るハニカム構造体の製造方法であって、熱伝導手段に直接目封じ部を接触させることによって乾燥することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【００１０】
（２）  前記熱伝導手段が電熱プレートである上記（１）に記載のハニカム構造体の製造方法。
【００１１】
（３）  前記マスクの厚さを０．０３〜０．５ｍｍとする上記（１）又は（２）に記載のハニカム構造体の製造方法。
【００１２】
（４）  前記スラリーに含有される結合剤が熱ゲル硬化性の結合剤である上記（１）〜（３）のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
【００１３】
（５）  前記スラリーの粘度が５０〜５００ｄＰａ・ｓである上記（１）〜（４）のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハニカム構造体の製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１５】
本発明者は、本発明のハニカム構造体の製造方法を開発するに際し、まず、目封じ部にヒケ欠陥が発生し、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまう理由を検討した。その結果、従来のように、目封じ部の乾燥を熱風乾燥炉のような熱対流手段によって行った場合、その乾燥速度が遅いことに起因して、目封じ部にヒケ欠陥が発生したり、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまうことを見出した。
【００１６】
具体的に説明すると、目封じ部の乾燥を熱風乾燥炉のような熱対流手段によって行った場合、その乾燥速度が比較的遅いため、目封じ部の外部側（ハニカム構造体の端面側）から徐々に乾燥（目封じ部を形成するスラリー中の水分の揮発）が行われ、これに伴って、スラリー中の水分は目封じ部の中を内部側から外部側（ハニカム構造体の端面側）に向かって徐々に移動していく。この際、スラリー中のセラミック粒子のうち、セルの内壁に接触している粒子はアンカー効果によってその部分に止まる一方、セルの内壁に接触していない粒子は水分と共に目封じ部の中を内部側から外部側（ハニカム構造体の端面側）に向かって徐々に移動していく。この現象により、目封じ部にヒケ欠陥が発生し、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまうのである。
【００１７】
上記のように、目封じ部にヒケ欠陥が発生し、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまうのは、乾燥速度が遅いことに起因するものであるため、このような事態を防止するためには、乾燥速度を速くすればよいということになる。
【００１８】
そこで、本発明においては、目封じ部を、従来の熱風乾燥炉のような熱対流手段によって乾燥するのではなく、熱伝導手段に直接目封じ部を接触させることによって乾燥することとした。このようにすると、乾燥速度が速く、目封じ部全体において即時に乾燥（目封じ部を形成するスラリー中の水分の揮発）が行われるため、スラリー中の水分が目封じ部の中を内部側から外部側（ハニカム構造体の端面側）に向かって徐々に移動していくという現象は起こらない。従って、スラリー中のセルの内壁に接触していないセラミック粒子が、水分と共に目封じ部の中を内部側から外部側（ハニカム構造体の端面側）に向かって徐々に移動していくということもなくなるため、目封じ部にヒケ欠陥が発生したり、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまう事態を有効に防止することができる。
【００１９】
また、本発明の製造方法では、ヒケ欠陥等が発生しないので、従来、１０ｍｍ程度と必要以上に深くしていた目封じ深さを１〜５ｍｍ程度に浅くすることができる。従って、セルを区分する隔壁の表面積、即ち、フィルタの濾過面積を減少させることなく、効果的に目封じを行うことができる。
【００２０】
本発明の製造方法の対象となるセラミックハニカム構造体は、流体の流路となる複数のセルを有するセラミックハニカム構造体である。セラミックである限りその材質については特に限定されず、例えば、コージェライトからなるもの等が挙げられる。セラミックハニカム構造体の製造方法は特に限定されないが、適当な粘度に調整した坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形し、乾燥する方法等を好適に用いることができる。
【００２１】
本発明の製造方法においては、まず、上記セラミックハニカム構造体（以下、単に「ハニカム構造体」と記す場合がある。）の端面において一部のセルをマスクする。
【００２２】
マスクの方法は特に限定されないが、例えば、ハニカム構造体の端面全体に粘着性フィルムを貼着し、その粘着性フィルムを部分的に穴開けする方法等が挙げられる。より具体的には、ハニカム構造体の端面全体に粘着性フィルムを貼着した後に、目封じ部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザにより穴を開ける方法等を好適に用いることができる。
【００２３】
マスクの厚さは０．０３〜０．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。マスクの厚さが厚すぎると、目封じ部と熱伝導手段（例えば、電熱プレート等）との距離が遠くなり、両者間に空隙ができる場合があるため、伝熱速度が遅くなり、ヒケ欠陥が発生しやすくなる。一方、マスクの厚さが薄すぎると、マスクの強度が低下するため、ハニカム構造体端面への貼着作業が困難となり、作業性が低下する。粘着性フィルムとしては、ポリエチレンからなるフィルムの一方の表面に粘着剤が塗布されたもの等を好適に用いることができる。この際、粘着性フィルムは市販のものの中から前記の厚さ範囲のものを適宜選択して用いればよい。市販の粘着性フィルムを複数枚積層して貼着することにより、所望の厚さとなるように制御してもよい。
【００２４】
次に、上記ハニカム構造体のマスクした端面を、少なくともセラミック粉末と分散媒と結合剤とを含むスラリー中に浸漬することにより残部のセルにスラリーを圧入して目封じ部を形成する。
【００２５】
例えば、ハニカム構造体のマスクした端面を下にした状態で、適当な圧力をかけながら、スラリーを張った圧入容器中にハニカム構造体を押し込むことによって、ハニカム構造体のマスクした端面をスラリー中に浸漬する。
【００２６】
スラリーは、少なくともセラミック粉末と分散媒（例えば、水等）と結合剤を混合することにより調製することができる。更に、必要により、解膠剤等の添加剤を加えてもよい。セラミック粉末の材質は特に限定されないが、例えば、コージェライト等を好適に用いることができる。結合剤としては、ポリビニルアルコール（以下、「ＰＶＡ」と記す。）等の樹脂を用いることができるが、加熱によってゲル化する特性を有する熱ゲル硬化性の結合剤を用いることがより好ましい。熱ゲル硬化性の結合剤は、加熱によってゲル化（硬化）してセラミック粒子を拘束するため、スラリー中の水分のみを揮発させることができ、ヒケ欠陥の防止に有効である。熱ゲル硬化性の結合剤としては、メチルセルロースを好適に用いることができる。
【００２７】
この際、スラリーの粘度は５０〜５００ｄＰａ・ｓとすることが好ましく、５０〜２００ｄＰａ・ｓとすることが更に好ましい。スラリーの粘度が低すぎると、セラミック粒子が移動し易くなるため、ヒケ欠陥が発生し易くなる点において好ましくない。一方、スラリーの粘度が高すぎると、セル壁との間の流動抵抗が大きくなり、セル壁近傍とセル中央部におけるスラリーの圧入速度差が大きくなってしまう。具体的には、セル中央部に比してセル壁近傍の目封じ深さが浅くなり、ハニカム構造体と目封じ材との接触面積が低下する点において好ましくない。スラリーの粘度は、例えば、セラミック粉末と分散媒（例えば、水等）との比率、或いは解膠剤の量等によって調整することができる。
【００２８】
最後に、熱伝導手段に直接目封じ部を接触させて乾燥することにより、残部のセルが目封じされたハニカム構造体を得る。
【００２９】
「熱伝導手段に直接目封じ部を接触させる」とは、従来の熱風乾燥炉のような熱対流手段（即ち、熱風等の熱媒体の流れによって乾燥を行うもの）によって乾燥するのではなく、ヒータ等の熱伝導手段に直接目封じ部を接触させることによって乾燥することを意味するものである。熱伝導手段としては、例えば、電熱プレート等を好適に用いることができる。熱伝導手段によって乾燥することにより、乾燥速度が速くなり、目封じ部全体において即時に乾燥（目封じ部を構成するスラリー中の水分の揮発）が行われるため、目封じ部にヒケ欠陥が発生し、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまう事態を有効に防止することができる。
【００３０】
上述のように、目封じ部を乾燥することにより、残部のセルが目封じされたハニカム構造体は、例えば、コージェライトの場合であれば、通常、約１４３０℃で、５時間程度、焼成を行うことによって、最終的な製品とする。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。
【００３２】
本実施例におけるハニカム構造体としては、コージェライトからなる、外径１６０ｍｍφ、長さ２００ｍｍの円筒状のものを使用した。セルの構造としては、セル形状が四角形で、隔壁厚さは３００μｍ、セル密度は３００個／平方インチのものであった。上記ハニカム構造体は、適当な粘度に調整した坏土を上記セル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形し、乾燥し、両端面を切断して平滑面とすることにより製造した。
【００３３】
まず、上記ハニカム構造体の端面において一部のセルをマスクした。マスクの方法としては、ハニカム構造体の端面全体に粘着性フィルムを貼着した後に、目封じ部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザにより穴を開ける方法により行った。粘着性フィルムとしては、市販の粘着性フィルム（ポリエチレンフィルムの一方の表面に粘着剤が塗布されたもの）を使用した。
【００３４】
上記ハニカム構造体のマスクした端面をスラリー中に浸漬することにより残部のセルにスラリーを圧入して目封じ部を形成した。具体的には、図１（ａ）に示すように、圧入容器９に５０ｇのスラリー１０を深さ５ｍｍ（この深さが目封じ深さに対応する。）となるように、かつ、液面が平滑になるように張り、その圧入容器９中に、ハニカム構造体１のマスク１１をした端面を下にした状態で（液面に対して垂直にセットして）、２ｋｇ／ｃｍ2の圧力をかけながら押し込むことによって、ハニカム構造体１のマスク１１をした端面をスラリー１０中に浸漬した。最後に、目封じ部を乾燥することにより、ハニカム構造体を得た。以下の実施例、比較例においては、上記製造方法のうち、マスクに用いる粘着性フィルムの厚さ、スラリーの粘度、乾燥手段、乾燥方法を適宜変えることによって、これらの影響を確認した。
【００３５】
（比較例１）
マスクの方法としては、粘着性フィルムを用いる方法を採用した。粘着性フィルムの厚さは０．０５ｍｍとした。目封じに用いるスラリーとしては、セラミック粉末としてコージェライト粉末、結合剤として熱ゲル硬化性の結合剤であるメチルセルロース、解膠剤として特殊カルボン酸型高分子界面活性剤（商品名：ポイズ５３０、花王社製）を表１に記載の比率で混合し、分散媒として水を加えて３０分間混合することにより調製したものを用いた。そのスラリー粘度は９０ｄＰａ・ｓとした。乾燥手段としては熱風乾燥炉を用い、設定温度２５０℃で５分間乾燥した。
【００３６】
【表１】
0004112899.tif 000002
【００３７】
（実施例１）
マスクの方法としては、粘着性フィルムを用いる方法を採用した。粘着性フィルムの厚さ、目封じに用いるスラリーについては比較例１と同様とし、図１（ｂ）に示すように、乾燥手段としては熱伝導手段１２（電熱プレート）を用い、設定温度２５０℃の熱伝導手段１２（電熱プレート）上にハニカム構造体１の目封じ部２を直接接触させることによって５分間乾燥した。
【００３８】
（実施例２，３）
マスクの方法としては、粘着性フィルムを用いる方法を採用した。粘着性フィルムとしては、厚さ０．５ｍｍのものを使用し、その粘着性フィルムを１枚貼着したもの（厚さ０．５ｍｍ）を実施例２とし、２枚積層して貼着したもの（厚さ１ｍｍ）を実施例３とした。目封じに用いるスラリー、乾燥手段、乾燥方法については実施例１と同様とした。
【００３９】
（実施例４〜８）
マスクの方法としては、粘着性フィルムを用いる方法を採用した。粘着性フィルムの厚さ、乾燥手段、乾燥方法については実施例１と同様とし、目封じに用いるスラリーとしては、セラミック粉末としてコージェライト粉末、結合剤として熱ゲル硬化性の結合剤であるメチルセルロース、解膠剤として特殊カルボン酸型高分子界面活性剤（商品名：ポイズ５３０、花王社製）を表１に記載の比率で混合し、分散媒として水を加え、その水量により適宜粘度を調整し、３０分間混合することにより調製したものを用いた。そのスラリー粘度は２０ｄＰａ・ｓ（実施例４）、５０ｄＰａ・ｓ（実施例５）、２００ｄＰａ・ｓ（実施例６）、５００ｄＰａ・ｓ（実施例７）、２０００ｄＰａ・ｓ（実施例８）とした。
【００４０】
（実施例９）
マスクの方法としては、粘着性フィルムを用いる方法を採用した。粘着性フィルムの厚さ、乾燥手段、乾燥方法については実施例１と同様とし、目封じに用いるスラリーとしては、結合剤としてメチルセルロースの代わりにＰＶＡを用いる以外は実施例１と同様に調製したものを用いた。そのスラリー粘度は１００ｄＰａ・ｓとした。
【００４１】
（評価）
乾燥終了後、目封じ部の状態を観察することにより評価を行い、その結果を表１に示した。図４は、ハニカム構造体２１の入口側端面Ｂ近傍の模式的な拡大断面図であるが、図４の（ｉ）に示すようにヒケ欠陥が全く発生していない状態をＡ、図４の（ii）に示すように若干窪み２８が発生しているが実用上全く問題のない状態をＢ、図４の（iii）に示すようにヒケ欠陥は発生していないが目封じ部２２の端部が丸くなり、セル２３との接触面積が少なくなった状態をＣ、図４の（iv）に示すようにヒケ欠陥２６が発生している状態をＤとして表記した。また、非常に良好な状態を◎、良好な状態を○、不良な状態を×として表記した。
【００４２】
（結果）
表１に示すように、実施例１〜９の製造方法によれば、目封じ部にヒケ欠陥が発生したり、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまう事態を有効に防止することができた。一方、比較例１の製造方法では、目封じ部にヒケ欠陥が発生し、不良な状態であった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハニカム構造体の製造方法は、熱伝導手段に直接目封じ部を接触させることによって乾燥することとしたので、目封じ部にヒケ欠陥が発生したり、或いは目封じ部を貫通する穴が開いてしまう事態を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るハニカム構造体の製造方法の一実施態様を示す工程図であり、（ａ）は目封じ部を形成する工程、（ｂ）は目封じ部を乾燥する工程を示す模式図である。
【図２】  一般的なハニカム構造体の構造を示す模式図である。
【図３】  ハニカム構造体の入口側端面近傍の模式的な拡大断面図である。
【図４】  ハニカム構造体の入口側端面近傍の模式的な拡大断面図である。
【符号の説明】
１…ハニカム構造体、２…目封じ部、９…圧入容器、１０…スラリー、１１…マスク、１２…熱伝導手段、２１…ハニカム構造体、２２…目封じ部、２３…セル、２４…隔壁、２６…ヒケ欠陥、２７…穴、２８…窪み、Ｂ…入口側端面、Ｃ…出口側端面、Ｇ1…被処理ガス、Ｇ2…処理済ガス、ｄ…目封じ深さ。
【図１】
0004112899.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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