孔眼封堵蜂窝状结构体及其制造方法

专利名称：孔眼封堵蜂窝状结构体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及孔眼封堵蜂窝状结构体及其制造方法，特别是涉及不易破损且可实现耐久性的提高、可优选地用于DPF(柴油机微粒过滤器)等过滤器的、具有孔眼封堵部的孔眼封堵蜂窝状结构体及其制造方法。
背景技术：
将蜂窝状结构体用于DPF等过滤器时，一般如图11(a)～(c)所示，以下述孔眼封堵蜂窝状结构体1的形式使用，其具有配置为形成多个从一端面42到另一端面44沿轴向贯通的小室3的多孔质的隔壁2；包围隔壁2外周的外周壁7；在任一端面对小室3进行孔眼封堵地配置的孔眼封堵部4。通过设计为这种形式，从一个端面42流入小室内的被处理流体通过多孔质的隔壁2而经过别的小室3从另一端面44排出。此时，隔壁2成为过滤器，捕捉粒子状物质等。
而且，孔眼封堵蜂窝状结构体如图12所示，有时是将例如陶瓷制的垫子24以卷绕在外周壁周围的状态收纳在金属制的罐体20内，并利用设置在罐体内的金属制的环状固定部件22固定而安装在汽车等上进行使用(参照例如特开平8-281034号公报)。
用于这样用途的孔眼封堵蜂窝状结构体，在下述方面提出了要求不易因振动而破损、压力损失小、耐热冲击性良好等。
将孔眼封堵蜂窝状结构体作为DPF加以使用时，作为防止因粒子状物质的堆积导致的压力损失激增的方法，提出了在密封部上以从小室的端面向上游侧变细的形状形成突出的突出部位的孔眼封堵蜂窝状结构体(参照例如特开2002-309922号公报)。

发明内容
本发明的目的在于从不同于上述方案的观点，提供压力损失降低、不易破损的孔眼封堵蜂窝状结构体及其制造方法。
本发明人，为了解决上述课题而详细研究了可在外周壁附近产生的裂纹。以往的密封部，如图11(c)所示，前端形成于与端面42大致同一面上，因此，如图12所示，在利用固定在罐体20上的环状的固定部件22将孔眼封堵蜂窝状结构体固定在罐体20内时，外周壁附近的隔壁的端部及外周壁的端部与固定部件22直接接触。而且，在高温的排出气体等被处理流体流入罐体20内时，罐体20及固定部件22被加热而膨胀，从而固定部件22压着端面42向外周方向移动。因此，在作用有大量的热时，由于该移动时所受的应力，会有在端面上的外周壁附近产生裂纹的情况。又，还有时将由金属线编成网状并做成环状的金属丝网环(未图示)作为缓冲件配置在固定部件22与端面42之间。此时，金属丝网环直接接触端面42，并且成为咬入没有被孔眼封堵的小室的开口部的形式。于是，在固定部件移动的同时金属丝网移动，从而在金属丝网咬入的部分的隔壁上作用应力，从而会有诱发裂纹的情况。
又，由于固定部件22覆盖了外周壁附近的小室的开口部，所以外周壁附近的小室不会有被处理流体流入从而不能发挥作为过滤器的功能，且压力损失增大。又，在外周壁附近的小室不流入高温的被处理流体，从而与高温的被处理流体流入的内侧的小室之间产生温度差，还容易发生由于热冲击而引起的裂纹。
本发明，基于这样的认识，提供一种孔眼封堵蜂窝状结构体，其通过改进固定部件与外周壁附近的接触状态，从而降低在外周壁附近发生裂纹的可能性，并且可望减少压力损失，即，是下述孔眼封堵蜂窝状结构体，其具有配置为形成从一端面到另一端面沿轴向贯通的多个小室的多孔质的隔壁、包围前述隔壁的外周的外周壁、在任一端面对前述小室进行孔眼封堵地配置的孔眼封堵部，其特征在于至少配置在外周壁附近的至少一部分的孔眼封堵部比端面突出，且突出部的前端大致平坦或为平缓的曲面。
在本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体中，还优选为，配置在外周附近以外部分的一部分或全部孔眼封堵部比端面突出，且突出部的前端大致平坦或为平缓的曲面。另外，优选地，具有孔眼封堵部，所述孔眼封堵部包括突出部，所述突出部包括垂直于轴向的截面形状是大致圆形的部分，而且，优选地，具有孔眼封堵部，所述孔眼封堵部包括突出部，所述突出部包括垂直于轴向的截面形状是大致多边形的部分，更为优选地，前述大致多边形是角部被切成直线形或曲线形的形状。另外，优选地，具有孔眼封堵部，所述孔眼封堵部包括平行于轴向的截面形状是大致四边形的突出部，更为优选地，前述大致四边形是角部被切成直线形或曲线形的形状。另外，本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体中，优选地，从端面到各突出部的前端的最大高度大致相同。另外，优选地，突出部的气孔率比孔眼封堵蜂窝状结构体的其他部分的气孔率小。
本发明还提供一种孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，该方法包括相对于蜂窝状结构体在任一端面对前述小室的至少一部分进行孔眼封堵的孔眼封堵工序，所述蜂窝状结构体具有配置为形成从一端面到另一端面沿轴向贯通的多个小室的多孔质的隔壁，其特征在于，前述孔眼封堵工序包括以遮蔽一部分小室的方式将薄膜配置在端面上的遮蔽副工序、和向没有被遮蔽的规定小室填充孔眼封堵材料的填充副工序，前述填充副工序将孔眼封堵材料填充到与前述薄膜的上表面同一高度以上。
优选地，在本发明的填充副工序中，至少分2次填充孔眼封堵材料。另外，优选地，在填充副工序中，1次填充孔眼封堵材料，进而优选地，孔眼封堵材料是含有液体的浆料，前述液体是实质上不会浸透隔壁的液体。另外，优选地，在遮蔽副工序中，以覆盖所有的小室的方式配置薄膜，在该薄膜的与规定的小室对应的部分上开孔。进而，优选地，以使孔的周围在薄膜的厚度方向上隆起的方式开孔。另外，优选地，孔眼封堵材料是含有液体的浆料，该浆料的粘性是10～1000dPa·s，更为优选地是100～600dPa/s。另外，优选地，孔眼封堵材料是浆料，所述浆料含有从由来自植物的粉体状有机物质、粉体状合成树脂、粉体状碳类物质、中空质合成树脂、固体状的常温液体或气体物质、高熔点物质、多孔质物质及中空质无机物质组成的组中选出的至少1种。而且，优选地，在将孔眼封堵材料填充在小室内后，使孔眼封堵材料体积膨胀从而使孔眼封堵部比过滤器端面更突出。


图1(a)是示意性表示本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体的一例的立体图，图1(b)是平行剖视图。
图2(a)是示意性表示本发明的孔眼封堵部的一例的平行截面局部放大图，图2(b)是示意性表示本发明的孔眼封堵部的其他例的平行截面局部放大图，图2(c)～(h)是示意性表示本发明的孔眼封堵部的又一其他例的平行截面局部放大图。
图3(a)～(e)是示意性表示本发明的孔眼封堵部的又一其他例的平行截面局部放大图。
图4是示意性表示本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体与固定部件的关系的平行截面局部放大图。
图5(a)及(b)是示意性表示本发明的孔眼封堵部的又一其他例的平行截面局部放大图。
图6(a)及(b)是示意性表示本发明的孔眼封堵部的又一其他例的垂直截面局部放大图。
图7(a)是示意性表示在本发明的制造方法中使用的蜂窝状结构体的一例的立体图，图7(b)是俯视局部放大图。
图8是在本发明的制造方法中说明遮蔽副工序的示意性平行截面局部放大图。
图9(a)是说明本发明的遮蔽副工序的优选的一例的示意性平行截面局部放大图，图9(b)是说明填充副工序的优选的一例的示意性平行截面局部放大图。
图10是说明本发明的填充副工序的优选的一例的示意性平行截面局部放大图。
图11(a)是表示以往的孔眼封堵蜂窝状过滤器的一例的示意性立体图，图11(b)是俯视局部放大图，图11(c)是平行截面局部放大图。
图12是表示将以往的蜂窝状过滤器收纳在罐内的状态的示意性平行剖视图。
图13是示意性表示以往的孔眼封堵部的一例的平行截面局部放大图。
图14(a)是示意性说明以往的填充副工序的平行剖视图，图14(b)是平行截面局部放大图。
具体实施例方式
以下，根据具体的实施方式详细说明本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体及其制造方法，但本发明不限于以下的实施方式。另外，在下面，将与轴向(例如图1所示的轴向)垂直的截面叫做垂直截面，将平行于轴向的截面叫做平行截面。
本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体1，如图1(a)、(b)所示具有配置为形成多个从一端面42到另一端面44沿轴向贯通的小室3的隔壁2；包围隔壁2的外周的外周壁7；在任一端面对小室3进行孔眼封堵地配置的孔眼封堵部4a、4b。
本发明的重要特征在于如图1(b)所示，配置在外周壁7附近的孔眼封堵部4a中的至少一部分孔眼封堵部从端面42突出，且突出部5的前端6如图2(a)～(h)所示那样大致平坦，或如图3(a)～(e)所示那样为平缓的曲面。
通过构成这样的形式，从而如图4所示，在利用固定部件22固定该孔眼封堵蜂窝状结构体并将其收纳在罐体20内时，该前端6与固定部件22接触，固定部件22不会与外周壁7或形成外周附近的小室3a的隔壁2直接接触。因此，可望减少由于热膨胀而容易在固定部件向外周方向移动时发生的、外周壁7及/或形成外周附近的小室3a的隔壁2的裂纹。
又，通过使固定部件22不直接覆盖外周附近的小室3a，从而在外周附近的小室中也可流入被处理流体，可望减少压力损失。并且，可减小外周附近的小室与内侧小室的温度差，也可降低因热应力产生的裂纹的可能性。
出于这样的观点，本发明的突出部，不仅仅是突出，而且前端必须是大概平坦或平缓的曲面，如果如图13所示那样突出部5是圆锥或棱锥形，则利用固定部件固定时前端会承受过大的应力，从而成为突出部或外周壁附近出现裂纹的原因。在此，所谓前端6大致平坦，是指在突出部的前端具有实质上平坦的部分，该平坦的部分优选地尽可能平坦，如果用平面度来表示则优选在0.05mm左右以下。在此所谓的平面度0.05mm是与在JIS-B0021中规定的平面度同样的定义，指面的轮廓存在于0.05mm的宽度的空间内，指成为对象的平面的平面度实测值在0.05mm以下。例如从过滤器端面起的孔眼封堵部突出高度约为0.005～0.02mm，该突出部的平面度实测值是0.01mm等情况，也都包括在平面度0.05mm以下的情况之内。又，该平坦的部分的面积，也可是极小的面积，但从使固定部件顺利移动的角度出发，优选在1个小室的截面积即孔眼封堵部主体的截面积的5％以上，更优选在20％以上。平坦部的平面度越小越好，优选在0.05mm以下，但越小实际制作越困难。根据孔眼封堵部前端的突出高度和平坦部的面积，平面度也可大到2mm左右，但在实际应用上从制作性、固定部件的位置精度、稳定性考虑则还是优选大概0.1以下，甚至0.5mm以下。又，当各孔眼封堵部的突出部的高度的差异过大时，固定部件的稳定性不好，所以突出部整体的平面度也重要，实际应用上是2mm以下，优选1mm以下。主要是使固定部件22不接触隔壁的端部，或者即使接触也使固定部件与隔壁端部间的接触面压很小，以便使固定部件可顺利滑动即可。所谓前端6是平缓的曲面，是指在突出部的前端具有固定部件可顺利滑动的程度的曲面部，具体地说，在孔眼封堵前端部的曲率半径R在0.1mm以上，优选R在0.5mm以上，更优选R在1mm以上。
突出部5，如果具有上述那样的前端6，则在突出部整体的形式上没有特别限制，但作为前端大致平坦的优选形式，例如如图2(a)～(h)所示，平行截面形状是大致长方形或大致梯形等大致四边形的形式。在此，所谓大致四边形，除四边形以外也包括切去四边形的角部的形状，出于利用固定部件的平滑滑动而抑制外周壁附近的裂纹的观点，如图5(a)、(b)所示，四边形的角部切成直线形或曲线形的平行截面形状是优选的。即，优选为诸如前端的角部被倒角了的形状。前端是平缓的曲面的优选的具体例，是如图3(a)～(d)所示前端构成1个穹顶状的形状、如图3(e)所示前端构成2个以上的穹顶状的形状等。
突出部的垂直截面形状没有特别限制。作为突出部的具体的优选形式，优选含有图6(a)所示的大致圆形或图6(b)所示的大致多边形的截面形状的部分，并优选含有与小室的截面形状同样的形状的部分。又，在小室的截面形状是大致四边形等大致多边形时，突出部也优选为下述形状，即从与小室的截面形状同一形状开始变化成越向前端角部越多的多边形状或大致圆形的形状。在此，所谓大致圆形，除圆形外还包括椭圆形或跑道形状等；所谓大致多边形，除通常的多边形以外，还包括角部切成直线形或曲线形的形状等。而且，在突出部的截面形状含有大致多边形的部分时，出于抑制角部缺损的观点优选角部切成直线形或曲线形的大致多边形。
在突出部5上，图5(a)所示的从孔眼封堵蜂窝状结构体的端面42到突出部的前端的高度，即突出部的最大高度h没有特别限制，但突出部的最大高度h过高则突出部容易缺损，过低则被处理流体难以流入外周壁附近的小室，是不理想的。突出部的最大高度h优选在20μm以上，更优选在0.2mm以上，更特别优选在0.5mm以上，优选在小室节距的长度以下，更优选在小室节距的长度的80％以下，更特别优选在50％以下。又，各突出部的最大高度也可各不相同，但至少配置在外周壁附近的各孔眼封堵部的突出部的最大高度大致一样，这从分散固定部件的应力的观点出发是优选的。又，从容易制作的观点出发则优选所有孔眼封堵部的突出部的最大高度大致一样。又，虽然要达到与固定部件的平面度的均衡，但如果突出部的平面度良好，突出部的高度大致一样，则突出部的高度也可小于20μm，此时优选平面度为0.02mm，突出部为最低5μm以上。
通过使孔眼封堵部的突出部的气孔率小于孔眼封堵蜂窝状结构体的其他部分而致密化，突出部便显现出可承受与固定部件的接触的足够的强度，并且可望达到使突出部的表面光滑而减小与固定部件的摩擦的效果。作为减小气孔率的方法，有预先调整孔眼封堵剂的浆料成分，并烧结而使孔眼封堵部的气孔率小于孔眼封堵蜂窝状结构体的方法。又，也可在突出部上涂敷堇青石、二氧化硅、氧化铝等成分。又，也可在突出部表面喷镀Ti类或W类的硬质材料。即，优选为通过减小孔眼封堵部整体的气孔率，而使突出部的气孔率小于隔壁的气孔率的形式，或仅减小孔眼封堵部上的突出部的气孔率的形式。
本发明，要求对配置在外周壁附近的小室进行孔眼封堵的孔眼封堵部的至少一部分必须具有上述那样的突出部，而不是对配置在外周壁附近的小室进行孔眼封堵的所有孔眼封堵部都必须具有上述那样的突出部，但出于使从固定部件作用到突出部上的应力分散的观点，优选对配置在外周壁附近的小室进行孔眼封堵的所有孔眼封堵部都具有突出部。又，出于简单形成孔眼封堵部的观点，优选所有孔眼封堵部都具有上述突出部。
在此，所谓外周壁附近，包括与外周壁相邻的小室，其范围根据固定部件的宽度而变化，但优选离外周壁5mm以内，更优选20mm以内。当然，不仅外周部附近，即使配置在外周部附近以外的部分的孔眼封堵部的一部分或全部具有本发明的突出部，即突出部存在于蜂窝状结构体的整个端面上从实用角度来说也没有问题。在实用上，各种异物，例如来自排气管内壁的氧化水锈等从蜂窝状结构体的排出气体上游，即发动机方向随着排出气体流高速飞来而冲击蜂窝状结构体的排气入口端面，所以，蜂窝状结构体的薄的隔壁可能破损。这时，如果如图2的(c)、(f)或图3的(c)所示突出部覆盖隔壁前端部地位于孔眼封堵部上，则可防止异物直接冲击隔壁，所以优选在蜂窝状结构体的整个端面上形成孔眼封堵部的突出部。另外，通过形成突出部，与排出气体的接触面积增大，所以孔眼封堵部和排出气体的热交换变得良好。由于孔眼封堵部体积比其周围的隔壁部大而热容量也增大，所以对于排出气体温度的追随性小，孔眼封堵部与隔壁部的温度差增大而易产生热应力。通过改善孔眼封堵部与排出气体的热交换，可望缓和温度差而抑制热应力，所以优选在蜂窝状结构体的整个端面上形成孔眼封堵部的突出部。因此，虽然优选在蜂窝状结构体端面的全部孔眼封堵部上设置突出部，但不是必需的，也可根据实用时的使用环境适当设置。另外，本发明的蜂窝状结构体，还具有针对上述异物的冲击的承受性及抑制热应力的效果，所以，即使是不使用固定部件的使用形式，例如不使用固定部件而保持在罐体上那样的外壳密封构造，也可有效使用本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体。又，在孔眼封堵蜂窝状结构体移送时或处理时，有时将孔眼封堵蜂窝状结构体设置在台子或地板等的面上。此时，有时端面外周的角部(外周壁的端部)会缺边。本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体在放置于台子或地板等的面上时，端面外周的角部不会直接抵接下方的面，所以还具有防止这样的缺边的效果。如果在DPF的两端面的孔眼封堵部上形成突出部，则将任一端面设为下侧都对防止缺边有效，是比较理想的。
本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体，例如图1(a)、(b)所示，如果是具有配置为形成从一端面42到另一端面44沿轴向贯通的多个小室3的隔壁2、包围隔壁2外周的外周壁7、在任一端面42、44对小室3进行孔眼封堵地配置的孔眼封堵部4的结构体，则不特别限制其形状和材质。孔眼封堵蜂窝状结构体的垂直截面形状，可根据用途或设置场所适宜确定例如圆形、椭圆形、跑道形、四边形等。小室的垂直截面形状，可设为例如三角形、四边形、六边形等多边形或大致多边形，圆形、椭圆形等大致圆形，小室密度可设为例如6～2000小室/平方英寸(0.9～311小室/cm2)，优选50～1000小室/平方英寸(7.8～155小室/cm2)左右。又，如图1(a)、(b)所示，优选在相邻的小室3相互成相反侧的端面上具有孔眼封堵部4a、4b，而孔眼封堵部配置为使得各端面42、44构成方格纹图案。又，孔眼封堵部、隔壁及外周壁的材质没有特别限制，但出于耐热性等观点优选陶瓷或金属，特别优选陶瓷。又，在用作催化剂载体或过滤器时，隔壁及外周壁优选为多孔质体。又，将本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体收纳在罐体内使用时，优选在罐体与外周壁之间配置陶瓷制垫子等弹性部件。
下面说明可优选制造本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法。该方法如图7(a)、(b)所示，包括孔眼封堵工序，即在具有配置为形成从一端面42到另一端面44沿轴向贯通的多个小室3的隔壁2的蜂窝状结构体10中，在任一端面对前述小室3的至少一部分进行孔眼封堵。而且，孔眼封堵工序包括遮蔽副工序和填充副工序。
遮蔽副工序，如图8所示，是在端面上配置薄膜12以遮蔽一部分的小室，即其端面上不形成孔眼封堵部的小室的工序。在该工序中，虽然也可以以在薄膜12的与其端面要形成孔眼封堵部的规定的小室对应的部分，即在薄膜的配置于规定的小室上的部分上开有孔13的状态在端面上粘贴薄膜12，但将没有开孔的薄膜12覆盖所有小室地粘贴在端面之后再在要形成孔眼封堵部的规定的小室上开设孔13的方法，由于可以正确地在目标小室上开孔，所以优选。
这样，在配置了薄膜后再在薄膜12上开设孔13时，例如图9(a)所示使孔13的周围在薄膜的厚度方向上隆起地开孔，这在填充副工序中，可形成足够高度的突出部地填充孔眼封堵材料，从而优选。作为这样开孔的具体的方法，例举有加热而使薄膜从孔的中心向外侧熔化来开孔的方法，更具体地说，优选通过照射激光等而在规定位置开孔。
不特别限制薄膜的种类，但例如作为优选的例子优选为会由于加热而熔化的薄膜，更优选为由激光开孔的薄膜。又，优选具有粘接层，以便在配置于端面上之后充分固定。具体地，优选薄膜具有基材层和粘接层，而基材层由聚酯、聚烯烃、卤化聚烯烃等聚合物材料构成，粘接层由丙烯酸类粘接材料等构成。又，薄膜的厚度，出于强度、开孔的容易程度考虑优选为10～100μm左右。
填充副工序是在开有孔的部分的小室填充孔眼封堵材料14的工序。以往的填充工序，如图14(a)所示，在浆料容器16中装入制成含水的浆料状的孔眼封堵材料14，并将遮蔽后的蜂窝状结构体10的端面42浸渍在该浆料状的孔眼封堵材料14中，而使孔眼封堵材料14填充到规定的小室。在该方法中，当从浆料容器中取出蜂窝状结构体10时，填充在小室内的浆料中的液体浸出多孔质的隔壁及外周壁，如图14(b)所示，浆料的前端15从薄膜的上表面向小室的方向移动，只能形成与蜂窝状结构体的端面同一高度或比之低的高度的孔眼封堵部。
在本发明中，如图10所示，因为将孔眼封堵材料14填充到与薄膜的上表面17同一高度以上，所以可优选地形成具有突出部的孔眼封堵部。在此，所谓薄膜的上表面，指薄膜的与蜂窝状结构体相反侧的面。作为可将孔眼封堵材料填充到与薄膜的上表面同一高度以上的优选方法，举出例如首先填充1次孔眼封堵材料，如图14(b)所示孔眼封堵材料的前端15向小室方向移动之后，再填充孔眼封堵材料的方法。这是基于以下发现，即利用第1次填充而使得孔眼封堵材料的前端移动之后即使再填充孔眼封堵材料，孔眼封堵材料的前端也几乎不会移动。通常，可利用2次填充而填充到薄膜的上表面以上，但也可填充3次以上孔眼封堵材料。
在孔眼封堵用容器中装入浆料，并利用卡盘将贴有锯齿状穿孔了的薄膜的蜂窝状结构体固定在压力机的可动部上，并以0.01～5MPa的压力、0.1～10mm/sec.的速度压入容器内，将容器内的浆料从穿设的孔注入小室内。在卡住蜂窝状结构体时，使蜂窝端面与容器平行。在将蜂窝状结构体压入容器时，在蜂窝状结构体的外周部进行密封而使孔眼封堵材料浆料不会漏出。为了使孔眼封堵深度较浅而使得浆料量较少时不必密封。压入完成后从容器取出。通过使蜂窝状结构体稍微转动便可容易地从容器取出。
孔眼封堵材料浆料的粘性优选在10～1000dPa·s的范围。由于粘性在该范围从而在将浆料填充入小室时浆料容易保持在小室内而可容易形成规定的孔眼封堵部。又，因为浆料不会过分固化，所以可容易将浆料填充在小室内。还可防止浆料填充时压破小室隔壁。
浆料的粘性更优选在100～600dPa·s的范围。当粘性在该范围时，可适当抑制填充在小室内的浆料中的液体在多孔质的隔壁及外周壁浸出的现象，从而抑制孔眼封堵材料的收缩，可减少填充次数而提高生产率。又，容易将浆料填充到小室内的角落，可容易抑制在小室角与孔眼封堵部之间产生间隙。
当在小室角与孔眼封堵部之间产生间隙时，作为过滤器的捕集性能下降。因此，如果捕集效率在容许范围，则为了降低过滤器的压力损失，或为了将堆积在小室内的灰分从间隙排出，抑制由于长期的灰分堆积而升高的压力损失，有时也会有意提高孔眼封堵材料浆料的粘性，使得在小室角部与孔眼封堵部之间产生间隙。
将孔眼封堵材料填充到薄膜的上表面以上的别的优选方法，是通过将浆料状的孔眼封堵材料中的液体成分设为实质上不会浸透隔壁的液体，从而防止孔眼封堵材料的前端的移动。通过利用该方法，可利用1次填充将孔眼封堵材料填充到薄膜的上表面以上。在此，所谓实质上不浸透，指浸透到孔眼封堵材料的前端向小室方向移动的长度仅在50μm以下，优选30μm以下，更优选10μm以下的程度。这样的液体即孔眼封堵剂浆料，是粘度高的液体，具体地，可以通过尽可能降低浆料中的水分量或以增粘剂为助剂添加在孔眼封堵剂浆料中来进行调整。
又，作为又一优选方法，有在孔眼封堵材料浆料中添加吸水性物质或保水性物质，而减缓浆料的干燥速度的方法。由于使吸水性物质或保水性物质保持水分，所以可利用该物质添加抑制填充在小室的浆料中的水分浸出多孔质的隔壁及外周壁的现象。
又，利用添加物质来以物理方式阻止浆料中的急剧的孔眼封堵原料或水分的移动，还有提高浆料粘性的效果，考虑到这点，所以吸水性物质或保水性物质更为优选，但不一定必须是吸水性或保水性。
作为这样的物质，更优选是在孔眼封堵填充后的干燥或烧结中分解、散逸、消失的物质，但只要在烧结中或烧结后对孔眼封堵部特性没有不良影响，不是分解、散逸、消失的物质也可，并且也可是与孔眼封堵材料反应的物质。
作为分解、散逸、消失的物质，例举有小麦粉、淀粉、核桃皮等来自植物的粉体状有机物，PET、PMMA、酚醛树脂、聚乙烯、聚氨酯等粉体状合成树脂，石墨、焦炭、煤、活性炭、管状碳等粉体状碳类物质，发泡树脂、未发泡的发泡性树脂、吸水性聚合物等中空质合成树脂，冰、干冰等固体状的常温液体或气体物质。又，作为不会分解、散逸、消失的物质或与孔眼封堵材料反应的物质，例举有氧化铝、莫来石、钛酸铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、二氧化钛、碳化钨、钼等高熔点物质，硅胶、泡沸石等多孔质物质，飘尘球、砂质球、硅珠等中空质无机物质。在此所谓的高熔点物质，指具有高于孔眼封堵材料主要成分的烧结温度的熔点的物质。例如孔眼封堵材料主要成分是堇青石时，作为高熔点物质，氮化硅、碳化硅的非氧化物类材料在堇青石的约1400℃的氧化气氛烧结中是稳定的，因此较为理想。
作为物质的形状，不仅可是粒子状也可是纤维状，粉体包括粒子状和纤维状两者。又，从分解、散逸、消失时的发生气体的处理等方面考虑，与实心相比，中空更为理想。这些物质可单独也可复合。这些物质的添加量根据孔眼封堵材料浆料的粘性、烧结后的孔眼封堵材料气孔率的设定而适当决定，所以没有特别限制。
在它们中，发泡树脂、未发泡的发泡性树脂、吸水性聚合物等中空质合成树脂和硅胶等多孔质物质具有吸水性，所以根据上述理由更优选。又，通过添加在将孔眼封堵材料填充到小室后利用热处理等产生体积膨胀的物质，使小室内的孔眼封堵材料体积膨胀，孔眼封堵部突出得高于过滤器端面，所以可容易形成突出部。例如通过预先在孔眼封堵材料中添加未发泡的发泡性树脂，在将孔眼封堵材料填充到小室后以100～250℃进行热处理，未发泡树脂发泡从而孔眼封堵部体积膨胀。进而，例如通过预先在孔眼封堵材料中添加吸水性合成树脂或聚氨酯，在将孔眼封堵材料填充到小室后在孔眼封堵材料中添加水分而使吸水性合成树脂或聚氨酯体积膨胀从而孔眼封堵部体积膨胀。又，例如特意使孔眼封堵材料浆料中产生气泡，在将浆料填充到小室内时使气泡残留在孔眼封堵部中，由此可使孔眼封堵部高气孔率化。
又，通过添加这些各种物质，孔眼封堵部的气孔率增大而孔眼封堵部低热容量化，促进过滤器内的PM(微粒物质)的燃烧。并且，在过滤器上载持催化剂而利用催化剂的活性氧化燃烧PM，或处理排出气体中的有害成分时，以往，特别是在孔眼封堵部附近的小室内因为孔眼封堵部的高热容量而使得过滤器温度不易上升从而催化剂活性降低，但通过使孔眼封堵部低热容量化会有效提高催化剂活性。另外，通过使孔眼封堵部高气孔率化，会使得在孔眼封堵部和由过滤器两端的孔眼封堵部夹着的区域之间产生刚性上的差异，所以通过使孔眼封堵部的刚性降低，刚性的差异减小而会提高过滤器的耐热冲击性。又，在利用垫子等把持过滤器外周面时可缓和孔眼封堵部附近的应力集中。又，通过孔眼封堵部高气孔率化，而赋予孔眼封堵部充分的通气性，使排出气体可通过孔眼封堵部，有效降低过滤器的压力损失。并且，在过滤器的制造阶段，通过使蜂窝状基材与孔眼封堵部的刚性接近，而可抑制在烧结时的孔眼封堵部附近的裂纹。
又，在这样的方法中，填充孔眼封堵材料时，在遮蔽副工序中，如图9(a)所示，通过以孔13的周围在薄膜的厚度方向隆起的方式开孔，从而如图9(b)所示可填充孔眼封堵材料14到比薄膜的上表面17高的位置，可形成在比薄膜的上表面高的位置上具有前端的突出部。又，即使由于液体浸出隔壁等而使得孔眼封堵材料的前端向小室方向移动，也可保持孔眼封堵材料的前端处于薄膜的上表面以上的高度。
填充副工序后，通常可利用干燥、加热及/或烧结而形成具有突出部的孔眼封堵部。另外，一般蜂窝状结构体，如后述那样，通过成形后烧结而制得，但孔眼封堵工序，可对烧结前的蜂窝状结构体的成形体进行，也可对烧结后的蜂窝状结构体的烧结体进行。
本发明的蜂窝状结构体，例如从各种陶瓷，例如堇青石、莫来石、氧化铝、尖晶石、氧化锆、碳化硅、碳化硅-堇青石类复合材料、硅-碳化硅类复合材料、氮化硅、锂铝硅酸盐、钛酸铝、泡沸石及金属例如Fe-Cr-Al类金属，以及它们的组合中选出至少1种的材料的粉末作为原料，在其中添加粘合剂，例如甲基纤维素及羟丙氧基甲基纤维素，再添加表面活性剂及水，做成可塑性的陶土后，通过将该陶土挤压成形做成蜂窝形状，或者通过做成蜂窝形状之后烧结从而制成。又，孔眼封堵材料的主要成分也优选各种陶瓷及金属，更优选为从蜂窝状结构体的优选原料组中选出的至少1种，特别优选为与孔眼封堵的蜂窝状结构体通用的原料。于是该主要成分成为孔眼封堵部的主要成分。
(实施例及比较例)以下根据一具体例更具体地说明本发明的制造方法。首先，作为原料调合和混炼的工序，在作为堇青石原料的二氧化硅、高岭土、滑石、氧化铝中加入作为造孔材料的发泡树脂，再加入粘合剂、分散剂、水而混炼成粘土状。作为造孔材料，具有通过烧结工序而散逸消失的性质即可，也可单独或组合使用碳质等无机物质或塑料材料等高分子化合物、淀粉等有机物质等。然后作为成形和干燥的工序，使用混炼过的粘土状的原料，利用挤压成形而成形为蜂窝状结构体并干燥。作为干燥方法，可利用各种方法进行，但优选利用微波干燥和热风干燥，或组合感应干燥与热风干燥的方法进行干燥。另外也可应用冷冻干燥等特殊方法。然后将干燥后的蜂窝状结构体的两端面切断加工成规定的长度。
然后进入孔眼封堵工序。首先，在遮蔽副工序中将薄膜配置在端面上。薄膜材料使用聚酯薄膜(制造商寺冈制作所件号631S#25薄膜厚度50μm)。在薄膜的单面涂抹粘接剂，并将薄膜贴在蜂窝状结构体的端面上。然后利用可NC扫描的激光装置在贴有聚酯薄膜的蜂窝状结构体端面的小室开口部上锯齿状地穿孔。穿孔时，由于薄膜熔化的影响，孔的周围隆起。
然后进入填充副工序。在堇青石原料中放入水、粘合剂、甘油，制作200dPa·s左右的浆料，先将浆料放入孔眼封堵用容器中，并将贴有锯齿状穿孔了的薄膜的蜂窝状结构体利用卡盘固定在压力机的可动部上，以0.25MPa的压力、1mm/sec.的速度压入容器内，将容器内的浆料从穿设的孔注入小室内。卡住蜂窝状结构体时使蜂窝状结构体的端面与容器平行。在将蜂窝状结构体压入容器时，在蜂窝状结构体的外周部进行密封而使孔眼封堵材料浆料不会漏出。压入完成后从容器取出。稍微转动蜂窝状结构体以便容易从容器中取出。这样在蜂窝状结构体的端面上形成对小室进行孔眼封堵的孔眼封堵部。由于注入的浆料中的水分被蜂窝状结构体吸收，所以孔眼封堵材料收缩而使得孔眼封堵部的前端位于薄膜上表面位置(孔周围的隆起上表面位置)的内侧。在此，将孔眼封堵材料浆料抹入穿设的孔内。又，通过调整孔眼封堵材料浆料的水分而将浆料粘性提高到450dPa·s从而可抑制孔眼封堵材料的收缩。又，再添加5％的发泡树脂也可抑制孔眼封堵材料的收缩。
然后为了干燥孔眼封堵剂，让蜂窝状结构体的孔眼封堵的端面接触140℃的热风而不剥离薄膜地干燥约5分钟。也可利用加热板干燥。干燥后，当剥下薄膜时孔眼封堵的前端部呈凸状地进行了孔眼封堵。其另一端面也同样进行，从而可在两端面的孔眼封堵部上形成突出部。之后通过烧结而获得堇青石质的孔眼封堵蜂窝状结构体。
根据上述方法实际获得的堇青石质孔眼封堵蜂窝状结构体的隔壁的气孔率利用水银孔率计测定为67％，其平均细孔直径是27μm。并且小室形状是四方小室，隔壁厚度约0.3mm，小室节距约1.6mm；过滤器尺寸是直径约191mm，长度约200mm。又，使得从过滤器端面向小室通道里侧方向的孔眼封堵长度为约3mm，又，突出部的高度为约0.2～0.4mm(突出部整体的平面度0.2mm)。
将这样根据本发明制造的具有突出部的孔眼封堵蜂窝状结构体作为DPF而利用陶瓷垫子(商品名インタラムマツト，3M公司制)压入保持在金属壳体(罐体)内后，利用固定部件固定DPF两端面，将固定部件熔接在金属壳体上，并在金属壳体上连接锥体，制作换流器组件。又，也制作了使用无突出部的以往的孔眼封闭构造DPF的换流器组件。将制作的换流器组件连接在实际的柴油发动机(排气量约5升)的排气系统上，流过排出气体而进行加热冷却试验，拆卸换流器组件检查DPF，在以往结构的换流器组件中，DPF端面外周部产生了裂纹，但在本发明的换流器组件中，DPF端面外周部没有产生裂纹。
工业实用性如以上说明所述那样，本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体，不易破损且可提高寿命所以可优选地用于DPF等过滤器。又，可方便地利用本发明的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法制成这样的孔眼封堵蜂窝状结构体。
权利要求
1.一种孔眼封堵蜂窝状结构体，具有配置为形成从一端面到另一端面沿轴向贯通的多个小室的隔壁、包围前述隔壁的外周的外周壁、在任一端面对前述小室进行孔眼封堵地配置的孔眼封堵部，其特征在于配置在外周壁附近的至少一部分孔眼封堵部比端面突出，且突出部的前端大致平坦或为平缓的曲面。
2.如权利要求1所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于配置在外周附近以外部分的一部分或全部孔眼封堵部比端面突出，且突出部的前端大致平坦或为平缓的曲面。
3.如权利要求1或2所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于具有孔眼封堵部，所述孔眼封堵部包括突出部，所述突出部包括垂直于轴向的截面形状是大致圆形的部分。
4.如权利要求1或2所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于具有孔眼封堵部，所述孔眼封堵部包括突出部，所述突出部包括垂直于轴向的截面形状是大致多边形的部分。
5.如权利要求4所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于前述大致多边形是角部被切成直线形或曲线形的形状。
6.如权利要求1～5任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于具有孔眼封堵部，所述孔眼封堵部包括平行于轴向的截面形状是大致四边形的突出部。
7.如权利要求6所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于前述大致四边形是角部被切成直线形或曲线形的形状。
8.如权利要求1～7任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于从端面到各突出部的前端的最大高度大致相同。
9.如权利要求1～8任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体，其特征在于突出部的气孔率比孔眼封堵蜂窝状结构体的其他部分的气孔率小。
10.一种孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，包括相对于蜂窝状结构体在任一端面对前述小室的至少一部分进行孔眼封堵的孔眼封堵工序，所述蜂窝状结构体具有配置为形成从一端面到另一端面沿轴向贯通的多个小室的多孔质的隔壁，其特征在于前述孔眼封堵工序包括以遮蔽一部分小室的方式将薄膜配置在端面上的遮蔽副工序、和向没有被遮蔽的规定小室填充孔眼封堵材料的填充副工序，前述填充副工序将孔眼封堵材料填充到与前述薄膜的上表面同一高度以上。
11.如权利要求10所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于在填充副工序中，至少分2次填充孔眼封堵材料。
12.如权利要求10所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于在填充副工序中，1次填充孔眼封堵材料。
13.如权利要求12所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于孔眼封堵材料是含有液体的浆料，前述液体是实质上不会浸透隔壁的液体。
14.如权利要求10～13任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于在遮蔽副工序中，以覆盖所有的小室的方式配置薄膜，在该薄膜的与规定的小室对应的部分上开孔。
15.如权利要求14所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于以使孔的周围在薄膜的厚度方向上隆起的方式开孔。
16.如权利要求10～15任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于孔眼封堵材料是含有液体的浆料，该浆料的粘性是10～1000dPa·s。
17.如权利要求10～16任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于孔眼封堵材料是浆料，所述浆料含有从由来自植物的粉体状有机物质、粉体状合成树脂、粉体状碳类物质、中空质合成树脂、固体状的常温液体或气体物质、高熔点物质、多孔质物质及中空质无机物质组成的组中选出的至少1种。
18.如权利要求10～17任何一项所述的孔眼封堵蜂窝状结构体的制造方法，其特征在于在将孔眼封堵材料填充在小室内后，使孔眼封堵材料体积膨胀从而使孔眼封堵部比过滤器端面更突出。
全文摘要
本发明提供一种孔眼封堵蜂窝状结构体(1)，其具有配置为形成从一端面(42)到另一端面(44)沿轴向贯通的多个小室(3)的隔壁(2)、包围隔壁(2)外周的外周壁(7)、在任一端面(42、44)对小室进行孔眼封堵(3)地配置的孔眼封堵部(4a、4b)。孔眼封堵蜂窝状结构体(1)，配置在外周壁附近的至少一部分孔眼封堵部(4a)比端面(42或44)突出。或者提供一种突出部(5)的前端大概平坦或为平缓的曲面的孔眼封堵蜂窝状结构体(1)及其制造方法。该孔眼封堵蜂窝状结构体(1)，不易破损且可提高寿命所以可应用于DPF(柴油机微粒过滤器)等过滤器。
文档编号C04B41/81GK1747773SQ200380109678
公开日2006年3月15日 申请日期2003年12月10日 优先权日2002年12月11日
发明者市川结辉人, 宫本满, 森慎也 申请人:日本碍子株式会社