ハニカム構造体及びその製造方法
【課題】 排ガス等の流体の流れを改善し、圧力損失を低減できるハニカム構造体を提供すること。
【解決手段】 隔壁１７０ｃにより区画された複数の流路１７０ａを有するハニカム状の柱状体１７０と、流路１７０ａの一方の端部を塞ぐ封口部１７０ｂと、を備え、複数の流路１７０ａのうち一部の流路は、柱状体１７０の第一端面Ｆ１において封口部１７０ｂで塞がれ、第二端面Ｆ２においては開き、他の流路は、第二端面Ｆ２において封口部１７０ｂで塞がれ、第一端面Ｆ１において開いており、封口部１７０ｂがセラミックスを含み、柱状体１７０がセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含み、第一端面Ｆ１及び第二端面Ｆ２のうちの少なくとも一方の端面における少なくとも一部の封口部１７０ｂ上に、柱状体１７０の外側に向かって突出した凸部１７０ｄを有する、ハニカム構造体。
【解決手段】 隔壁１７０ｃにより区画された複数の流路１７０ａを有するハニカム状の柱状体１７０と、流路１７０ａの一方の端部を塞ぐ封口部１７０ｂと、を備え、複数の流路１７０ａのうち一部の流路は、柱状体１７０の第一端面Ｆ１において封口部１７０ｂで塞がれ、第二端面Ｆ２においては開き、他の流路は、第二端面Ｆ２において封口部１７０ｂで塞がれ、第一端面Ｆ１において開いており、封口部１７０ｂがセラミックスを含み、柱状体１７０がセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含み、第一端面Ｆ１及び第二端面Ｆ２のうちの少なくとも一方の端面における少なくとも一部の封口部１７０ｂ上に、柱状体１７０の外側に向かって突出した凸部１７０ｄを有する、ハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスに含まれるカーボン粒子等の微細粒子を捕集するためのセラミックスフィルター（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）として、多孔質のセラミックスからなるハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
ＤＰＦ用のハニカム構造体は通常柱状体であり、柱状のハニカム構造体には、その対向する端面間を貫通する複数の貫通孔（流路）が形成されている。ハニカム構造体の一方の端面（第一端面）では、開いた貫通孔の端部と封口部で塞がれた貫通孔の端部とが、格子状に交互に配置されている。第一端面において端部が開いている貫通孔は、第一端面と反対側の第二端面において封口部で塞がれている。また、第一端面において端部が封口部で塞がれている貫通孔は、第二端面において開いている。したがって、ＤＰＦ用のハニカム構造体の製造では、柱状体に形成された貫通孔の端部の一方だけを封口材で塞ぐ工程（以下、「封口工程」という。）が必要となる。
【０００４】
下記特許文献１には、上記の封口工程の一例として、複数の貫通孔が形成されたコージェライトの柱状体をシリンダー内に設置し、柱状体の端面に開いた一部の貫通孔をフィルムで塞ぎ、当該端面にスラリー状の封口材を塗り、ピストンをシリンダー内に押し込むことにより、封口材をピストンで一部の貫通孔内に導入する工程が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−２４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されたような封口工程を含む方法により製造されたハニカム構造体は、その一方の端面側から排ガスを供給した場合、端面近傍で排ガスの流れが乱れて圧力損失が生じるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、排ガス等の流体の流れを改善し、圧力損失を低減できるハニカム構造体及びその製造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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、隔壁により区画された互いに略平行な複数の流路を有するハニカム状の柱状体と、上記流路の一方の端部を塞ぐ封口部と、を備え、上記複数の流路のうち一部の流路は、上記流路に略直交する上記柱状体の第一端面及び第二端面のうち上記第一端面において上記封口部で塞がれ、上記第二端面においては開き、他の上記流路は、上記第二端面において上記封口部で塞がれ、上記第一端面において開いており、上記封口部がセラミックスを含み、上記柱状体がセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含み、上記第一端面及び上記第二端面のうちの少なくとも一方の端面における少なくとも一部の上記封口部上に、上記柱状体の外側に向かって突出した凸部を有する、ハニカム構造体を提供する。
【０００９】
従来のハニカム構造体では、その一方の端面側から排ガス等の流体を供給した場合、封口部に流体が衝突して流れが乱れることとなる。これに対し、本発明のハニカム構造体によれば、柱状体の一方の端面の封口部上に凸部を有することにより、当該凸部を有する端面側から排ガス等の流体を供給した場合に、凸部に沿った流体の流れが形成され、流体の流れがスムーズになり、圧力損失を低減することができる。
【００１０】
本発明はまた、原料スラリーを調製する原料スラリー調製工程と、上記原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、上記ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する封口工程と、少なくとも一部の上記封口部上に、上記原料スラリーを用いて、上記ハニカム成形体の外側に向かって突出した凸部を形成する凸部形成工程と、を有するハニカム構造体の製造方法を提供する。かかる製造方法により、上述した本発明のハニカム構造体を製造することができる。
【００１１】
本発明の製造方法の上記凸部形成工程においては、上記原料スラリーの液滴をインクジェット法により上記封口部上に飛ばして上記凸部を形成することが好ましい。インクジェット法を用いることで、凸部の形成を簡易に行うことができる。また、インクジェット法を用いることで、凸部を精度良く、且つ効率的に形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排ガス等の流体の流れを改善し、圧力損失を低減できるハニカム構造体及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のハニカム構造体の端面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）に示したハニカム構造体のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造過程で形成されるハニカム成形体の斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のハニカム成形体の端面図である。
【図４】図４は、原料スラリーをインクジェットヘッドに供給する手段を示す模式図である。
【図５】図５は、原料スラリーを液滴として飛ばす手段の一例（バブルジェット（登録商標）方式）を示す部分破断斜視図である。
【図６】図６は、原料スラリーを液滴として飛ばす手段の他の一例（ピエゾ方式）を示す部分破断斜視図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における封口工程の一部を示す模式断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における封口工程の一部を示す模式断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法の封口工程により封口部が形成されたハニカム成形体を示す模式断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における封口工程の一部を示す模式断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における凸部形成工程の一部を示す模式断面図であり、図１１（ｂ）は、形成した凸部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。なお、以下の説明において、同一又は相当部分には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１５】
＜ハニカム構造体＞
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のハニカム構造体の端面図である。また、図２は、図１（ａ）に示したハニカム構造体のＩ−Ｉ線断面図である。図１及び図２に示すように、ハニカム構造体２００は、隔壁１７０ｃにより区画された互いに略平行な複数の流路１７０ａを有するハニカム状の柱状体１７０と、流路１７０ａの一方の端部を塞ぐ封口部１７０ｂと、を備えている。また、複数の流路１７０ａのうち一部の流路は、流路１７０ａに略直交する柱状体の第一端面Ｆ１及び第二端面Ｆ２のうち第一端面Ｆ１において封口部１７０ｂで塞がれ、第二端面Ｆ２においては開き、他の流路は、第二端面Ｆ２において封口部１７０ｂで塞がれ、第一端面Ｆ１において開いている。そして、ハニカム構造体２００は、第一端面Ｆ１における少なくとも一部の封口部１７０ｂ上に、柱状体１７０の外側に向かって突出した凸部１７０ｄを有している。
【００１６】
図１及び図２に示したハニカム構造体２００において、凸部１７０ｄは、断面が三角形（二等辺三角形又は正三角形）である四角錐形状を有している。なお、凸部１７０ｄの形状は特に限定されず、例えば、断面が釣鐘型や半円型等の流線型である形状を有していてもよい。また、凸部１７０ｄは、封口部１７０ｂ表面の一部のみを覆うように形成されていてもよい。更に、開口している流路１７０ａを塞がない限りにおいては、封口部１７０ｂ表面からはみ出して、隔壁１７０ｃの一部を覆っていてもよい。柱状体１７０の第一端面Ｆ１からの凸部１７０ｄの高さＨは、封口部１７０ｂの長辺の長さＬの１〜３倍であることが好ましい。この高さＨが長さＬの１倍未満であると、排ガス等の流れを改善する効果が低下する傾向があり、３倍を超えると、凸部１７０ｄがわずかな応力で折れる傾向がある。
【００１７】
ハニカム構造体２００において、流路１７０ａの断面の正方形のサイズは、例えば、一辺０．５〜２．５ｍｍとすることができる。ハニカム構造体２００の寸法は、図１に示したような円柱体である場合、例えば、直径約１００ｍｍ以上、長さ約１００ｍｍ以上、隔壁１７０ｃの壁厚は約０．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、ハニカム構造体２００におけるセル構造は流路１７０ａの合計数として１００ＣＰＳＩ以上、有効気孔率は３０〜６０体積％、平均細孔直径は１〜２０μｍ、細孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０は０．５未満であることが好ましい。ここで、Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０は全細孔容積のうち累積細孔容積が各々１０％、５０％、９０％になるときの細孔直径である。
【００１８】
図１及び図２に示した構造のハニカム構造体２００においては、隔壁１７０ｃは多孔質のセラミックスで構成され、この隔壁がフィルターの役割を果たす。このハニカム構造体２００に対し、図１の（ｂ）に示した側の第一端面Ｆ１（図１（ａ）における上端面）から流体を供給した場合、流体は開口している流路１７０ａから入り、多孔質の隔壁１７０ｃを通って、第二端面Ｆ２側が開口している流路１７０ａに移動し、第二端面Ｆ２から排出される。このとき、第一端面Ｆ１側には凸部１７０ｄが形成されているため、流体はスムーズに流路１７０ａに入り、流体を通過させる際の圧力損失が低減される。
【００１９】
凸部１７０ｄは、必ずしも第一端面Ｆ１における全ての封口部１７０ｂ上に形成する必要はない。少なくとも一部の封口部１７０ｂ上に凸部１７０ｄを形成しておくことにより、流体の流れを改善する効果は得られる。現実的には、図１（ｂ）に示すように、柱状体１７０の第一端面Ｆ１の周縁部においては、流路１７０ａの断面形状が歪になり、断面積が小さくなる。そのため、そのような流路１７０ａを塞ぐ封口部１７０ｂの表面領域も小さくなり、凸部１７０ｄを形成することが困難となる。したがって、柱状体１７０の周縁部の封口部１７０ｂ上には凸部１７０ｄを形成せず、十分な表面領域を有する封口部１７０ｂ上にのみ凸部１７０ｄを形成することが好ましい。
【００２０】
また、凸部１７０ｄは、第一端面Ｆ１のみならず、第二端面Ｆ２にも形成してもよい。両端面に凸部１７０ｄを形成した場合、いずれの端面側から流体を供給しても、流体の流れを改善して圧力損失を低下させる効果が得られる。但し、流体を第一端面Ｆ１側のみから供給することが決まっている場合には、第一端面Ｆ１側のみに凸部１７０ｄを形成しておけばよい。
【００２１】
ハニカム構造体２００において、封口部１７０ｂはセラミックスを含み、柱状体１７０はセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含む。また、凸部１７０ｄは、封口部１７０ｂと同じ材料を用いて形成することが好ましい。ハニカム構造体２００の構成材料については、以下のハニカム構造体の製造方法において詳しく説明する。
【００２２】
＜ハニカム構造体の製造方法＞
本発明のハニカム構造体の製造方法は、原料スラリーを調製する原料スラリー調製工程と、上記原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、上記ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する封口工程と、少なくとも一部の上記封口部上に、上記原料スラリーを用いて、上記ハニカム成形体の外側に向かって突出した凸部を形成する凸部形成工程と、を有する方法である。また、本発明の製造方法は、凸部形成工程後、封口部及び凸部が形成されたハニカム成形体を焼成する焼成工程を更に有することが好ましい。以下、各工程について詳細に説明する。
【００２３】
原料スラリー調製工程において調製する原料スラリーとしては、無機化合物粉末（セラミックス材料、セラミックスの原料粉末又はそれらの混合物）、有機バインダ、潤滑剤、造孔剤及び溶媒等の混合物を用いればよい。原料スラリーが含有する無機化合物粉末の組成は、後述するハニカム成形体を形成するための無機化合物粉末の組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。また、原料スラリーが含有する有機バインダ、潤滑剤、造孔剤及び溶媒等は、後述するハニカム成形体を形成するための材料と同様のものを用いることができる。
【００２４】
原料スラリーの２３℃での粘度は、インクジェット法により封口部を形成する場合、０．１〜１０Ｐａ・ｓであることが好ましく、１〜１０Ｐａ・ｓであることがより好ましい。この粘度が０．１Ｐａ・ｓ未満であると原料スラリーの液滴がハニカム成形体の隔壁に衝突後に拡散してしまい、堆積しにくくなる傾向があり、１０Ｐａ・ｓを超えると原料スラリーがノズルに詰まりやすく、ノズル先端に堆積しやすくなり、飛滴しにくくなる傾向がある。
【００２５】
封口工程では、原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する。
【００２６】
ハニカム成形体は、例えば図３に示すような構造を有するものである。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ハニカム成形体７０は、ハニカム構造を有する円柱体である。ハニカム成形体７０は、その中心軸に平行であり、互いに直交する複数の隔壁７０ｃを有する。つまり、ハニカム成形体７０は、その中心軸方向に垂直な断面において格子構造を有する。換言すれば、ハニカム成形体７０には、同一方向（中心軸方向）に延びる多数の流路７０ａ（貫通孔）が形成されており、隔壁７０ｃが各流路７０ａを隔てる。各流路７０ａはハニカム成形体７０の両端面に略垂直である。なお、ハニカム成形体７０が有する複数の隔壁７０ｃが互いになす角は特に限定されず、例えば１２０°であってもよい。
【００２７】
ハニカム成形体７０は、例えば、原料混合物を押出成形して、隔壁７０ｃにより区画された複数の流路７０ａ（貫通孔）を有するハニカム成形体７０を得る押出成形工程を経て作製することができる。
【００２８】
ハニカム成形体を形成するための原料混合物は、後で焼成することにより多孔性セラミックスとなる材料であり、セラミックス原料を含む。セラミックス原料は特に限定されないが、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。
【００２９】
原料混合物は、好ましくは、セラミッ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。
【００３０】
例えば、セラミックスがチタン酸アルミニウムの場合、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、及び／又は、チタン酸アルミニウム粉末を含み、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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；ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどが挙げられる。
【００３５】
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などの界面活性剤などが挙げられる。
【００３６】
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。
【００３７】
原料混合物は、無機化合物源粉末と、有機バインダと、溶媒と、必要に応じて添加される添加物を混練機等により混合することで調製することができる。
【００３８】
ハニカム成形体７０は、上記原料混合物を隔壁７０ｃの断面形状に対応する出口開口を有する押出機から押し出し、必要に応じて乾燥をし、所望の長さに切ることにより得ることができる。
【００３９】
封口工程において、封口部の形成方法は特に制限されないが、原料スラリーの液滴をインクジェット法によりハニカム成形体７０の封口すべき箇所に飛ばして封口部７０ｂを形成する方法を用いることが好ましい。インクジェット法により封口部を形成する装置としては、例えばインクジェットプリンタが用いられる。インクジェットプリンタの印字方式は、インクが空中を飛ぶ非接触型である。インクジェットプリンタは、通常、ヘッドが走査する機構を有し、ヘッドが複数のノズルを有する。封口工程では、ヘッドに設けられた複数のノズルから、原料スラリーの液滴を吐出する。
【００４０】
図４は、原料スラリーをインクジェットプリンタのノズルに供給する手段を示す模式図である。図４に示すように、原料スラリーは、スラリー貯槽１０１から電磁弁１０２を介して供給ポンプ１０３により吸い上げられ、調圧弁１０４により圧力調整されながら、複数のノズルを有するインクジェットヘッド１０５に供給される。
【００４１】
図５及び図６は、原料スラリーを液滴として飛ばす手段の一例を示す部分破断斜視図であり、図５はバブルジェット（登録商標）方式（サーマル方式）のインクジェットヘッドを、図６はピエゾ方式のインクジェットヘッドをそれぞれ示している。図５に示したバブルジェット（登録商標）方式は、インク室１２に収容された原料スラリーをヒーター１６により加熱することで、原料スラリーに気泡（バブル）１８を発生させ、ノズル１４から原料スラリーの液滴１０を噴射させる方式である。一方、図６に示したピエゾ方式は、ピエゾ素子２６に電圧を加えて変形させることで、インク室２２に収容された原料スラリーに変形圧力を伝え、ノズル２４から原料スラリーの液滴１０を噴射させる方式である。本発明においては、いずれの方式も好適に使用することができる。また、本発明においては、バブルジェット（登録商標）方式及びピエゾ方式以外にも、加熱式のピエゾ駆動方式等の公知の方式を使用することができる。
【００４２】
インクジェットヘッドを走査させる際の走査方向は、１次元であってもよく、２次元であってもよい。また、ノズルから吐出される液滴１０の量は特に制限されないが、封口部の形成のし易さから、１〜２０ｐＬであることが好ましい。更に、ノズルから吐出される液滴１０の吐出速度は特に制限されないが、封口部の形成のし易さから、０．５〜５ｍ／ｓであることが好ましい。
【００４３】
封口部の形成は、例えば図７〜図９に示した手順で行うことができる。すなわち、図７に示すように、ハニカム成形体７０を端面が横向きになるように配置し、インクジェットヘッド１０５を用いて原料スラリーの液滴１０を水平方向に飛ばす方法を用いることができる。これにより、図８（ａ）に示すように、ハニカム成形体７０の封口すべき流路７０ａに封口層７０ｂ１を形成する。封口層７０ｂ１は、多数の液滴１０をハニカム成形体７０の隔壁７０ｃに付着させることで形成することができる。また、封口層７０ｂ１の形成が容易になるため、６０〜１１０℃程度の温度で乾燥しながら液滴１０を飛ばすことが好ましい。続いて、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、同様の手順で封口層７０ｂ２，７０ｂ３を順次積層していくことで、所望の長さの封口部７０ｂを形成することができる。なお、封口層の積層数は特に限定されず、必要な長さの封口部７０ｂが得られるまで積層数を増やすことができる。この方法により、ハニカム成形体７０の一方の端面（第一端面）の所望の位置に封口部７０ｂを形成した後、他方の端面（第二端面）における第一端面側で封口部７０ｂが形成されていない流路７０ａに封口部７０ｂを形成することで、図９に示した構造を有するハニカム成形体を得ることができる。第一端面側で封口部７０ｂが形成された流路７０ａと、第二端面側で封口部７０ｂが形成された流路７０ａとは、格子状に交互に配置される。
【００４４】
図１０は、原料スラリーの液滴１０を飛ばして封口部７０ｂを形成する際の他の方法を示している。すなわち、図７ではハニカム成形体７０を横向きに配置したが、図１０に示すように、ハニカム成形体７０を端面が水平面に対して斜めになるように配置し、その上方に配置したインクジェットヘッド１０５から原料スラリーの液滴１０を下向きに飛ばす方法を用いることもできる。この場合、飛ばした液滴１０をハニカム成形体７０の隔壁７０ｃに付着させ易くなる。なお、ハニカム成形体７０を端面が横向き又は縦向きになるように配置し、インクジェットヘッド１０５からの液滴１０の吐出方向をハニカム成形体７０の端面に対して斜めにしてもよい。
【００４５】
また、本発明の製造方法おいて、封口工程は従来公知の方法で行ってもよい。例えば、封口部の形成は、複数の貫通孔が所望の位置に設けられたマスクをハニカム成形体７０の一端面（第一端面）に密着させ、そこへ原料スラリーを供給することにより、一部の流路７０ａの端部に封口部７０ｂを形成し、ハニカム成形体７０の他端面（第二端面）に対しても同様にして、第一端面側に封口部７０ｂを形成していない他の流路７０ａの端部に封口部７０ｂを形成することにより行うことができる。これにより、図９に示した構造を有するハニカム成形体を得ることができる。
【００４６】
原料スラリーを流路７０ａに供給する方法は特に限定されない。例えば、マスク上に供給した原料スラリーを、スキージを用いてマスクの貫通孔を介して流路内に押し込んでもよいし、ピストンにより押し込んでもよい。
【００４７】
凸部形成工程においては、少なくとも一部の封口部７０ｂ上に、上記原料スラリーを用いて、ハニカム成形体７０の外側に向かって突出した凸部７０ｄを形成する。凸部７０ｄの形成方法は特に限定されず、例えば、金型等を用いて形成する方法を用いてもよいが、インクジェット法により形成する方法を用いることが好ましい。インクジェット法を用いる場合、上記封口部７０ｂをインクジェット法により形成する場合と同様に、原料スラリーの液滴をインクジェット法により封口部７０ｂ上に飛ばして凸部７０ｄを形成する。
【００４８】
図１１（ａ）は、インクジェット法により封口部７０ｂ上に凸部７０ｄを形成した状態を示す模式断面図であり、図１１（ｂ）は、形成した凸部７０ｄの拡大図である。図１１（ｂ）に示すように、インクジェット法により凸部７０ｄを形成する場合、インクジェットヘッド１０５の走査位置を調節することにより液滴１０を飛ばす箇所を徐々に狭めることで、断面が三角形である四角錐形状の凸部７０ｄを形成することができる。こうして形成される凸部７０ｄは、微視的には図１１（ｂ）に示すような階段状の断面を有していてもよい。なお、段階的にインクジェットヘッド１０５の走査範囲を狭めていくことで凸部７０ｄを形成した場合でも、通常、原料スラリーの液滴がハニカム成形体７０に到達した際に液滴の形状がつぶれて、凸部７０ｄの表面は滑らかになる。
【００４９】
なお、凸部形成工程は、封口工程により第一端面側の封口部７０ｂを形成した後、第二端面側の封口部７０ｂを形成する前に行ってもよい。特に、封口部７０ｂ及び凸部７０ｄの双方をインクジェット法により形成する場合には、第一端面において封口部７０ｂを形成した後、続けて凸部７０ｄを形成するのが効率的である。
【００５０】
上記封口工程及び凸部形成工程によりハニカム成形体７０に封口部７０ｂ及び凸部７０ｄを形成した後、焼成工程を行う。焼成工程において、ハニカム成形体７０、封口部７０ｂ及び凸部７０ｄを仮焼（脱脂）および焼成することにより、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、多孔質のセラミックスからなる隔壁１７０ｃにより区画され且つ一端が封口部１７０ｂで塞がれた複数の流路１７０ａを有するハニカム構造体２００を得ることができる。ハニカム構造体２００では、第一端面側で封口部１７０ｂに塞がれた流路１７０ａは、第二端面側で開いている。第二端面側で封口部１７０ｂに塞がれた流路１７０ａは、第一端面側で開いている。また、第一端面側の少なくとも一部の封口部１７０ｂ上には、凸部１７０ｄが形成されている。このように、焼成前のグリーン成形体（未焼成の成形体）に対して封口工程及び凸部形成工程を行い、その後に焼成工程を行った場合、焼成工程が１回で済むとともに、焼成後の封口部１７０ｂとハニカム構造体との良好な密着性が得られるため好ましい。
【００５１】
仮焼（脱脂）は、ハニカム成形体７０、封口部７０ｂ及び凸部７０ｄ中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を、焼失、分解等により除去するための工程であり、典型的には、焼成温度に至るまでの昇温段階（たとえば、１５０〜９００℃の温度範囲）になされる。仮焼（脱脂）工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。
【００５２】
ハニカム成形体７０の焼成における焼成温度は、通常、１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上である。また、焼成温度は、通常、１６５０℃以下、好ましくは１５５０℃以下である。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常、１℃／時間〜５００℃／時間である。
【００５３】
焼成は通常、大気中で行なわれるが、用いる原料粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよい。
【００５４】
焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。
【００５５】
焼成に要する時間は、セラミックスが生成するのに十分な時間であればよく、ハニカム成形体の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は１０分〜２４時間である。
【００５６】
なお、焼成工程は、封口工程の前に行ってもよい。ただしその場合には、封口工程及び凸部形成工程後に再度焼成工程を行う必要がある。
【００５７】
以上の工程を経て、目的のハニカム構造体２００を得ることができる。得られたハニカム構造体２００は、研削加工等により、所望の形状に加工することもできる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、本発明のハニカム構造体の形状は特に限定されず、用途に応じて任意の形状を取ることができる。例えば、外形も、円柱に限られず、例えば、正三角柱、正方形柱、正六角柱、正八角柱等の正多角柱や、正多角柱以外の、３角柱、４角柱、６角柱、８角柱等の柱体とすることができる。また、各流路の断面形状も、正方形には限定されず、矩形、円形、楕円形、３角形、６角形、８角形等にすることができ、流路には、径の異なるもの、断面形状の異なるものが混在してもよい。さらに、流路の配置も、正方形配置に限定されず、断面において流路の中心が正三角形の頂点に配置される正三角形配置、千鳥配置等にすることができる。
【００５９】
本発明のハニカム構造体は、たとえば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられる排ガスフィルターや、触媒担体、ビールなどの飲食物の濾過に用いる濾過フィルター、石油精製時に生じるガス成分、たとえば一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素などを選択的に透過させるための選択透過フィルターなどのセラミックスフィルターなどに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…液滴、７０…ハニカム成形体、７０ａ…流路、７０ｂ…封口部、７０ｃ…隔壁、１０５…インクジェットヘッド、１７０…柱状体、１７０ａ…流路、１７０ｂ…封口部、１７０ｃ…隔壁、１７０ｄ…凸部、２００…ハニカム構造体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスに含まれるカーボン粒子等の微細粒子を捕集するためのセラミックスフィルター（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）として、多孔質のセラミックスからなるハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
ＤＰＦ用のハニカム構造体は通常柱状体であり、柱状のハニカム構造体には、その対向する端面間を貫通する複数の貫通孔（流路）が形成されている。ハニカム構造体の一方の端面（第一端面）では、開いた貫通孔の端部と封口部で塞がれた貫通孔の端部とが、格子状に交互に配置されている。第一端面において端部が開いている貫通孔は、第一端面と反対側の第二端面において封口部で塞がれている。また、第一端面において端部が封口部で塞がれている貫通孔は、第二端面において開いている。したがって、ＤＰＦ用のハニカム構造体の製造では、柱状体に形成された貫通孔の端部の一方だけを封口材で塞ぐ工程（以下、「封口工程」という。）が必要となる。
【０００４】
下記特許文献１には、上記の封口工程の一例として、複数の貫通孔が形成されたコージェライトの柱状体をシリンダー内に設置し、柱状体の端面に開いた一部の貫通孔をフィルムで塞ぎ、当該端面にスラリー状の封口材を塗り、ピストンをシリンダー内に押し込むことにより、封口材をピストンで一部の貫通孔内に導入する工程が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−２４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されたような封口工程を含む方法により製造されたハニカム構造体は、その一方の端面側から排ガスを供給した場合、端面近傍で排ガスの流れが乱れて圧力損失が生じるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、排ガス等の流体の流れを改善し、圧力損失を低減できるハニカム構造体及びその製造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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、隔壁により区画された互いに略平行な複数の流路を有するハニカム状の柱状体と、上記流路の一方の端部を塞ぐ封口部と、を備え、上記複数の流路のうち一部の流路は、上記流路に略直交する上記柱状体の第一端面及び第二端面のうち上記第一端面において上記封口部で塞がれ、上記第二端面においては開き、他の上記流路は、上記第二端面において上記封口部で塞がれ、上記第一端面において開いており、上記封口部がセラミックスを含み、上記柱状体がセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含み、上記第一端面及び上記第二端面のうちの少なくとも一方の端面における少なくとも一部の上記封口部上に、上記柱状体の外側に向かって突出した凸部を有する、ハニカム構造体を提供する。
【０００９】
従来のハニカム構造体では、その一方の端面側から排ガス等の流体を供給した場合、封口部に流体が衝突して流れが乱れることとなる。これに対し、本発明のハニカム構造体によれば、柱状体の一方の端面の封口部上に凸部を有することにより、当該凸部を有する端面側から排ガス等の流体を供給した場合に、凸部に沿った流体の流れが形成され、流体の流れがスムーズになり、圧力損失を低減することができる。
【００１０】
本発明はまた、原料スラリーを調製する原料スラリー調製工程と、上記原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、上記ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する封口工程と、少なくとも一部の上記封口部上に、上記原料スラリーを用いて、上記ハニカム成形体の外側に向かって突出した凸部を形成する凸部形成工程と、を有するハニカム構造体の製造方法を提供する。かかる製造方法により、上述した本発明のハニカム構造体を製造することができる。
【００１１】
本発明の製造方法の上記凸部形成工程においては、上記原料スラリーの液滴をインクジェット法により上記封口部上に飛ばして上記凸部を形成することが好ましい。インクジェット法を用いることで、凸部の形成を簡易に行うことができる。また、インクジェット法を用いることで、凸部を精度良く、且つ効率的に形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排ガス等の流体の流れを改善し、圧力損失を低減できるハニカム構造体及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のハニカム構造体の端面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）に示したハニカム構造体のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造過程で形成されるハニカム成形体の斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のハニカム成形体の端面図である。
【図４】図４は、原料スラリーをインクジェットヘッドに供給する手段を示す模式図である。
【図５】図５は、原料スラリーを液滴として飛ばす手段の一例（バブルジェット（登録商標）方式）を示す部分破断斜視図である。
【図６】図６は、原料スラリーを液滴として飛ばす手段の他の一例（ピエゾ方式）を示す部分破断斜視図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における封口工程の一部を示す模式断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における封口工程の一部を示す模式断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法の封口工程により封口部が形成されたハニカム成形体を示す模式断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における封口工程の一部を示す模式断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の製造方法における凸部形成工程の一部を示す模式断面図であり、図１１（ｂ）は、形成した凸部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。なお、以下の説明において、同一又は相当部分には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１５】
＜ハニカム構造体＞
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るハニカム構造体の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のハニカム構造体の端面図である。また、図２は、図１（ａ）に示したハニカム構造体のＩ−Ｉ線断面図である。図１及び図２に示すように、ハニカム構造体２００は、隔壁１７０ｃにより区画された互いに略平行な複数の流路１７０ａを有するハニカム状の柱状体１７０と、流路１７０ａの一方の端部を塞ぐ封口部１７０ｂと、を備えている。また、複数の流路１７０ａのうち一部の流路は、流路１７０ａに略直交する柱状体の第一端面Ｆ１及び第二端面Ｆ２のうち第一端面Ｆ１において封口部１７０ｂで塞がれ、第二端面Ｆ２においては開き、他の流路は、第二端面Ｆ２において封口部１７０ｂで塞がれ、第一端面Ｆ１において開いている。そして、ハニカム構造体２００は、第一端面Ｆ１における少なくとも一部の封口部１７０ｂ上に、柱状体１７０の外側に向かって突出した凸部１７０ｄを有している。
【００１６】
図１及び図２に示したハニカム構造体２００において、凸部１７０ｄは、断面が三角形（二等辺三角形又は正三角形）である四角錐形状を有している。なお、凸部１７０ｄの形状は特に限定されず、例えば、断面が釣鐘型や半円型等の流線型である形状を有していてもよい。また、凸部１７０ｄは、封口部１７０ｂ表面の一部のみを覆うように形成されていてもよい。更に、開口している流路１７０ａを塞がない限りにおいては、封口部１７０ｂ表面からはみ出して、隔壁１７０ｃの一部を覆っていてもよい。柱状体１７０の第一端面Ｆ１からの凸部１７０ｄの高さＨは、封口部１７０ｂの長辺の長さＬの１〜３倍であることが好ましい。この高さＨが長さＬの１倍未満であると、排ガス等の流れを改善する効果が低下する傾向があり、３倍を超えると、凸部１７０ｄがわずかな応力で折れる傾向がある。
【００１７】
ハニカム構造体２００において、流路１７０ａの断面の正方形のサイズは、例えば、一辺０．５〜２．５ｍｍとすることができる。ハニカム構造体２００の寸法は、図１に示したような円柱体である場合、例えば、直径約１００ｍｍ以上、長さ約１００ｍｍ以上、隔壁１７０ｃの壁厚は約０．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、ハニカム構造体２００におけるセル構造は流路１７０ａの合計数として１００ＣＰＳＩ以上、有効気孔率は３０〜６０体積％、平均細孔直径は１〜２０μｍ、細孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０は０．５未満であることが好ましい。ここで、Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０は全細孔容積のうち累積細孔容積が各々１０％、５０％、９０％になるときの細孔直径である。
【００１８】
図１及び図２に示した構造のハニカム構造体２００においては、隔壁１７０ｃは多孔質のセラミックスで構成され、この隔壁がフィルターの役割を果たす。このハニカム構造体２００に対し、図１の（ｂ）に示した側の第一端面Ｆ１（図１（ａ）における上端面）から流体を供給した場合、流体は開口している流路１７０ａから入り、多孔質の隔壁１７０ｃを通って、第二端面Ｆ２側が開口している流路１７０ａに移動し、第二端面Ｆ２から排出される。このとき、第一端面Ｆ１側には凸部１７０ｄが形成されているため、流体はスムーズに流路１７０ａに入り、流体を通過させる際の圧力損失が低減される。
【００１９】
凸部１７０ｄは、必ずしも第一端面Ｆ１における全ての封口部１７０ｂ上に形成する必要はない。少なくとも一部の封口部１７０ｂ上に凸部１７０ｄを形成しておくことにより、流体の流れを改善する効果は得られる。現実的には、図１（ｂ）に示すように、柱状体１７０の第一端面Ｆ１の周縁部においては、流路１７０ａの断面形状が歪になり、断面積が小さくなる。そのため、そのような流路１７０ａを塞ぐ封口部１７０ｂの表面領域も小さくなり、凸部１７０ｄを形成することが困難となる。したがって、柱状体１７０の周縁部の封口部１７０ｂ上には凸部１７０ｄを形成せず、十分な表面領域を有する封口部１７０ｂ上にのみ凸部１７０ｄを形成することが好ましい。
【００２０】
また、凸部１７０ｄは、第一端面Ｆ１のみならず、第二端面Ｆ２にも形成してもよい。両端面に凸部１７０ｄを形成した場合、いずれの端面側から流体を供給しても、流体の流れを改善して圧力損失を低下させる効果が得られる。但し、流体を第一端面Ｆ１側のみから供給することが決まっている場合には、第一端面Ｆ１側のみに凸部１７０ｄを形成しておけばよい。
【００２１】
ハニカム構造体２００において、封口部１７０ｂはセラミックスを含み、柱状体１７０はセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含む。また、凸部１７０ｄは、封口部１７０ｂと同じ材料を用いて形成することが好ましい。ハニカム構造体２００の構成材料については、以下のハニカム構造体の製造方法において詳しく説明する。
【００２２】
＜ハニカム構造体の製造方法＞
本発明のハニカム構造体の製造方法は、原料スラリーを調製する原料スラリー調製工程と、上記原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、上記ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する封口工程と、少なくとも一部の上記封口部上に、上記原料スラリーを用いて、上記ハニカム成形体の外側に向かって突出した凸部を形成する凸部形成工程と、を有する方法である。また、本発明の製造方法は、凸部形成工程後、封口部及び凸部が形成されたハニカム成形体を焼成する焼成工程を更に有することが好ましい。以下、各工程について詳細に説明する。
【００２３】
原料スラリー調製工程において調製する原料スラリーとしては、無機化合物粉末（セラミックス材料、セラミックスの原料粉末又はそれらの混合物）、有機バインダ、潤滑剤、造孔剤及び溶媒等の混合物を用いればよい。原料スラリーが含有する無機化合物粉末の組成は、後述するハニカム成形体を形成するための無機化合物粉末の組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。また、原料スラリーが含有する有機バインダ、潤滑剤、造孔剤及び溶媒等は、後述するハニカム成形体を形成するための材料と同様のものを用いることができる。
【００２４】
原料スラリーの２３℃での粘度は、インクジェット法により封口部を形成する場合、０．１〜１０Ｐａ・ｓであることが好ましく、１〜１０Ｐａ・ｓであることがより好ましい。この粘度が０．１Ｐａ・ｓ未満であると原料スラリーの液滴がハニカム成形体の隔壁に衝突後に拡散してしまい、堆積しにくくなる傾向があり、１０Ｐａ・ｓを超えると原料スラリーがノズルに詰まりやすく、ノズル先端に堆積しやすくなり、飛滴しにくくなる傾向がある。
【００２５】
封口工程では、原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する。
【００２６】
ハニカム成形体は、例えば図３に示すような構造を有するものである。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ハニカム成形体７０は、ハニカム構造を有する円柱体である。ハニカム成形体７０は、その中心軸に平行であり、互いに直交する複数の隔壁７０ｃを有する。つまり、ハニカム成形体７０は、その中心軸方向に垂直な断面において格子構造を有する。換言すれば、ハニカム成形体７０には、同一方向（中心軸方向）に延びる多数の流路７０ａ（貫通孔）が形成されており、隔壁７０ｃが各流路７０ａを隔てる。各流路７０ａはハニカム成形体７０の両端面に略垂直である。なお、ハニカム成形体７０が有する複数の隔壁７０ｃが互いになす角は特に限定されず、例えば１２０°であってもよい。
【００２７】
ハニカム成形体７０は、例えば、原料混合物を押出成形して、隔壁７０ｃにより区画された複数の流路７０ａ（貫通孔）を有するハニカム成形体７０を得る押出成形工程を経て作製することができる。
【００２８】
ハニカム成形体を形成するための原料混合物は、後で焼成することにより多孔性セラミックスとなる材料であり、セラミックス原料を含む。セラミックス原料は特に限定されないが、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。
【００２９】
原料混合物は、好ましくは、セラミッ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。
【００３０】
例えば、セラミックスがチタン酸アルミニウムの場合、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、及び／又は、チタン酸アルミニウム粉末を含み、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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；ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどが挙げられる。
【００３５】
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などの界面活性剤などが挙げられる。
【００３６】
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。
【００３７】
原料混合物は、無機化合物源粉末と、有機バインダと、溶媒と、必要に応じて添加される添加物を混練機等により混合することで調製することができる。
【００３８】
ハニカム成形体７０は、上記原料混合物を隔壁７０ｃの断面形状に対応する出口開口を有する押出機から押し出し、必要に応じて乾燥をし、所望の長さに切ることにより得ることができる。
【００３９】
封口工程において、封口部の形成方法は特に制限されないが、原料スラリーの液滴をインクジェット法によりハニカム成形体７０の封口すべき箇所に飛ばして封口部７０ｂを形成する方法を用いることが好ましい。インクジェット法により封口部を形成する装置としては、例えばインクジェットプリンタが用いられる。インクジェットプリンタの印字方式は、インクが空中を飛ぶ非接触型である。インクジェットプリンタは、通常、ヘッドが走査する機構を有し、ヘッドが複数のノズルを有する。封口工程では、ヘッドに設けられた複数のノズルから、原料スラリーの液滴を吐出する。
【００４０】
図４は、原料スラリーをインクジェットプリンタのノズルに供給する手段を示す模式図である。図４に示すように、原料スラリーは、スラリー貯槽１０１から電磁弁１０２を介して供給ポンプ１０３により吸い上げられ、調圧弁１０４により圧力調整されながら、複数のノズルを有するインクジェットヘッド１０５に供給される。
【００４１】
図５及び図６は、原料スラリーを液滴として飛ばす手段の一例を示す部分破断斜視図であり、図５はバブルジェット（登録商標）方式（サーマル方式）のインクジェットヘッドを、図６はピエゾ方式のインクジェットヘッドをそれぞれ示している。図５に示したバブルジェット（登録商標）方式は、インク室１２に収容された原料スラリーをヒーター１６により加熱することで、原料スラリーに気泡（バブル）１８を発生させ、ノズル１４から原料スラリーの液滴１０を噴射させる方式である。一方、図６に示したピエゾ方式は、ピエゾ素子２６に電圧を加えて変形させることで、インク室２２に収容された原料スラリーに変形圧力を伝え、ノズル２４から原料スラリーの液滴１０を噴射させる方式である。本発明においては、いずれの方式も好適に使用することができる。また、本発明においては、バブルジェット（登録商標）方式及びピエゾ方式以外にも、加熱式のピエゾ駆動方式等の公知の方式を使用することができる。
【００４２】
インクジェットヘッドを走査させる際の走査方向は、１次元であってもよく、２次元であってもよい。また、ノズルから吐出される液滴１０の量は特に制限されないが、封口部の形成のし易さから、１〜２０ｐＬであることが好ましい。更に、ノズルから吐出される液滴１０の吐出速度は特に制限されないが、封口部の形成のし易さから、０．５〜５ｍ／ｓであることが好ましい。
【００４３】
封口部の形成は、例えば図７〜図９に示した手順で行うことができる。すなわち、図７に示すように、ハニカム成形体７０を端面が横向きになるように配置し、インクジェットヘッド１０５を用いて原料スラリーの液滴１０を水平方向に飛ばす方法を用いることができる。これにより、図８（ａ）に示すように、ハニカム成形体７０の封口すべき流路７０ａに封口層７０ｂ１を形成する。封口層７０ｂ１は、多数の液滴１０をハニカム成形体７０の隔壁７０ｃに付着させることで形成することができる。また、封口層７０ｂ１の形成が容易になるため、６０〜１１０℃程度の温度で乾燥しながら液滴１０を飛ばすことが好ましい。続いて、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、同様の手順で封口層７０ｂ２，７０ｂ３を順次積層していくことで、所望の長さの封口部７０ｂを形成することができる。なお、封口層の積層数は特に限定されず、必要な長さの封口部７０ｂが得られるまで積層数を増やすことができる。この方法により、ハニカム成形体７０の一方の端面（第一端面）の所望の位置に封口部７０ｂを形成した後、他方の端面（第二端面）における第一端面側で封口部７０ｂが形成されていない流路７０ａに封口部７０ｂを形成することで、図９に示した構造を有するハニカム成形体を得ることができる。第一端面側で封口部７０ｂが形成された流路７０ａと、第二端面側で封口部７０ｂが形成された流路７０ａとは、格子状に交互に配置される。
【００４４】
図１０は、原料スラリーの液滴１０を飛ばして封口部７０ｂを形成する際の他の方法を示している。すなわち、図７ではハニカム成形体７０を横向きに配置したが、図１０に示すように、ハニカム成形体７０を端面が水平面に対して斜めになるように配置し、その上方に配置したインクジェットヘッド１０５から原料スラリーの液滴１０を下向きに飛ばす方法を用いることもできる。この場合、飛ばした液滴１０をハニカム成形体７０の隔壁７０ｃに付着させ易くなる。なお、ハニカム成形体７０を端面が横向き又は縦向きになるように配置し、インクジェットヘッド１０５からの液滴１０の吐出方向をハニカム成形体７０の端面に対して斜めにしてもよい。
【００４５】
また、本発明の製造方法おいて、封口工程は従来公知の方法で行ってもよい。例えば、封口部の形成は、複数の貫通孔が所望の位置に設けられたマスクをハニカム成形体７０の一端面（第一端面）に密着させ、そこへ原料スラリーを供給することにより、一部の流路７０ａの端部に封口部７０ｂを形成し、ハニカム成形体７０の他端面（第二端面）に対しても同様にして、第一端面側に封口部７０ｂを形成していない他の流路７０ａの端部に封口部７０ｂを形成することにより行うことができる。これにより、図９に示した構造を有するハニカム成形体を得ることができる。
【００４６】
原料スラリーを流路７０ａに供給する方法は特に限定されない。例えば、マスク上に供給した原料スラリーを、スキージを用いてマスクの貫通孔を介して流路内に押し込んでもよいし、ピストンにより押し込んでもよい。
【００４７】
凸部形成工程においては、少なくとも一部の封口部７０ｂ上に、上記原料スラリーを用いて、ハニカム成形体７０の外側に向かって突出した凸部７０ｄを形成する。凸部７０ｄの形成方法は特に限定されず、例えば、金型等を用いて形成する方法を用いてもよいが、インクジェット法により形成する方法を用いることが好ましい。インクジェット法を用いる場合、上記封口部７０ｂをインクジェット法により形成する場合と同様に、原料スラリーの液滴をインクジェット法により封口部７０ｂ上に飛ばして凸部７０ｄを形成する。
【００４８】
図１１（ａ）は、インクジェット法により封口部７０ｂ上に凸部７０ｄを形成した状態を示す模式断面図であり、図１１（ｂ）は、形成した凸部７０ｄの拡大図である。図１１（ｂ）に示すように、インクジェット法により凸部７０ｄを形成する場合、インクジェットヘッド１０５の走査位置を調節することにより液滴１０を飛ばす箇所を徐々に狭めることで、断面が三角形である四角錐形状の凸部７０ｄを形成することができる。こうして形成される凸部７０ｄは、微視的には図１１（ｂ）に示すような階段状の断面を有していてもよい。なお、段階的にインクジェットヘッド１０５の走査範囲を狭めていくことで凸部７０ｄを形成した場合でも、通常、原料スラリーの液滴がハニカム成形体７０に到達した際に液滴の形状がつぶれて、凸部７０ｄの表面は滑らかになる。
【００４９】
なお、凸部形成工程は、封口工程により第一端面側の封口部７０ｂを形成した後、第二端面側の封口部７０ｂを形成する前に行ってもよい。特に、封口部７０ｂ及び凸部７０ｄの双方をインクジェット法により形成する場合には、第一端面において封口部７０ｂを形成した後、続けて凸部７０ｄを形成するのが効率的である。
【００５０】
上記封口工程及び凸部形成工程によりハニカム成形体７０に封口部７０ｂ及び凸部７０ｄを形成した後、焼成工程を行う。焼成工程において、ハニカム成形体７０、封口部７０ｂ及び凸部７０ｄを仮焼（脱脂）および焼成することにより、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、多孔質のセラミックスからなる隔壁１７０ｃにより区画され且つ一端が封口部１７０ｂで塞がれた複数の流路１７０ａを有するハニカム構造体２００を得ることができる。ハニカム構造体２００では、第一端面側で封口部１７０ｂに塞がれた流路１７０ａは、第二端面側で開いている。第二端面側で封口部１７０ｂに塞がれた流路１７０ａは、第一端面側で開いている。また、第一端面側の少なくとも一部の封口部１７０ｂ上には、凸部１７０ｄが形成されている。このように、焼成前のグリーン成形体（未焼成の成形体）に対して封口工程及び凸部形成工程を行い、その後に焼成工程を行った場合、焼成工程が１回で済むとともに、焼成後の封口部１７０ｂとハニカム構造体との良好な密着性が得られるため好ましい。
【００５１】
仮焼（脱脂）は、ハニカム成形体７０、封口部７０ｂ及び凸部７０ｄ中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を、焼失、分解等により除去するための工程であり、典型的には、焼成温度に至るまでの昇温段階（たとえば、１５０〜９００℃の温度範囲）になされる。仮焼（脱脂）工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。
【００５２】
ハニカム成形体７０の焼成における焼成温度は、通常、１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上である。また、焼成温度は、通常、１６５０℃以下、好ましくは１５５０℃以下である。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常、１℃／時間〜５００℃／時間である。
【００５３】
焼成は通常、大気中で行なわれるが、用いる原料粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよい。
【００５４】
焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。
【００５５】
焼成に要する時間は、セラミックスが生成するのに十分な時間であればよく、ハニカム成形体の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は１０分〜２４時間である。
【００５６】
なお、焼成工程は、封口工程の前に行ってもよい。ただしその場合には、封口工程及び凸部形成工程後に再度焼成工程を行う必要がある。
【００５７】
以上の工程を経て、目的のハニカム構造体２００を得ることができる。得られたハニカム構造体２００は、研削加工等により、所望の形状に加工することもできる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、本発明のハニカム構造体の形状は特に限定されず、用途に応じて任意の形状を取ることができる。例えば、外形も、円柱に限られず、例えば、正三角柱、正方形柱、正六角柱、正八角柱等の正多角柱や、正多角柱以外の、３角柱、４角柱、６角柱、８角柱等の柱体とすることができる。また、各流路の断面形状も、正方形には限定されず、矩形、円形、楕円形、３角形、６角形、８角形等にすることができ、流路には、径の異なるもの、断面形状の異なるものが混在してもよい。さらに、流路の配置も、正方形配置に限定されず、断面において流路の中心が正三角形の頂点に配置される正三角形配置、千鳥配置等にすることができる。
【００５９】
本発明のハニカム構造体は、たとえば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられる排ガスフィルターや、触媒担体、ビールなどの飲食物の濾過に用いる濾過フィルター、石油精製時に生じるガス成分、たとえば一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素などを選択的に透過させるための選択透過フィルターなどのセラミックスフィルターなどに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…液滴、７０…ハニカム成形体、７０ａ…流路、７０ｂ…封口部、７０ｃ…隔壁、１０５…インクジェットヘッド、１７０…柱状体、１７０ａ…流路、１７０ｂ…封口部、１７０ｃ…隔壁、１７０ｄ…凸部、２００…ハニカム構造体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁により区画された互いに略平行な複数の流路を有するハニカム状の柱状体と、
前記流路の一方の端部を塞ぐ封口部と、
を備え、
前記複数の流路のうち一部の流路は、前記流路に略直交する前記柱状体の第一端面及び第二端面のうち前記第一端面において前記封口部で塞がれ、前記第二端面においては開き、
他の前記流路は、前記第二端面において前記封口部で塞がれ、前記第一端面において開いており、
前記封口部がセラミックスを含み、
前記柱状体がセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含み、
前記第一端面及び前記第二端面のうちの少なくとも一方の端面における少なくとも一部の前記封口部上に、前記柱状体の外側に向かって突出した凸部を有する、ハニカム構造体。
【請求項２】
原料スラリーを調製する原料スラリー調製工程と、
前記原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、前記ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する封口工程と、
少なくとも一部の前記封口部上に、前記原料スラリーを用いて、前記ハニカム成形体の外側に向かって突出した凸部を形成する凸部形成工程と、
を有するハニカム構造体の製造方法。
【請求項３】
前記凸部形成工程において、前記原料スラリーの液滴をインクジェット法により前記封口部上に飛ばして前記凸部を形成する、請求項２記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項１】
隔壁により区画された互いに略平行な複数の流路を有するハニカム状の柱状体と、
前記流路の一方の端部を塞ぐ封口部と、
を備え、
前記複数の流路のうち一部の流路は、前記流路に略直交する前記柱状体の第一端面及び第二端面のうち前記第一端面において前記封口部で塞がれ、前記第二端面においては開き、
他の前記流路は、前記第二端面において前記封口部で塞がれ、前記第一端面において開いており、
前記封口部がセラミックスを含み、
前記柱状体がセラミックス及びその原料粉末のうちの少なくとも一方を含み、
前記第一端面及び前記第二端面のうちの少なくとも一方の端面における少なくとも一部の前記封口部上に、前記柱状体の外側に向かって突出した凸部を有する、ハニカム構造体。
【請求項２】
原料スラリーを調製する原料スラリー調製工程と、
前記原料スラリーをハニカム成形体の所定の流路の端部に充填し、前記ハニカム成形体の端面近傍まで封口部を形成する封口工程と、
少なくとも一部の前記封口部上に、前記原料スラリーを用いて、前記ハニカム成形体の外側に向かって突出した凸部を形成する凸部形成工程と、
を有するハニカム構造体の製造方法。
【請求項３】
前記凸部形成工程において、前記原料スラリーの液滴をインクジェット法により前記封口部上に飛ばして前記凸部を形成する、請求項２記載のハニカム構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−９１０９７（Ｐ２０１２−９１０９７Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９４６３（Ｐ２０１０−２３９４６３）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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