CN101568416B

CN101568416B - 封孔蜂窝结构体的制造方法

Info

Publication number: CN101568416B
Application number: CN200780048390.8A
Authority: CN
Inventors: 伊藤公一; 得永健
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP5150511B2; JPWO2008081649A1; WO2008081649A1; US8000516B2; EP2098347B1; US20080157441A1; EP2098347A1; EP2098347A4; CN101568416A

Abstract

本发明提供一种封孔蜂窝结构体的制造方法，在蜂窝结构体的端面粘贴透明的薄板并照相后，对于位于最外周的孔格(最外周孔格)以外的孔格(通常孔格)，通过图像处理照相后的图像，识别其位置，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上进行穿孔处理，而对于最外周孔格，通过由通常孔格的所述图像处理而识别的位置算出平均孔格间距来算出其位置而进行识别，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上进行穿孔处理，然后，通过在所述薄板上穿有的孔，在应当封孔的孔格的端部，填充封孔用浆料后形成封孔部。

Description

封孔蜂窝结构体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种在微粒捕集器(DPF)等中使用的各孔格的一个端部被封堵的蜂窝结构体的制造方法。

背景技术

在由柴油机等的内燃机构排出的排出气体中，由于含有大量成为环境污染原因的碳为主成分的颗粒(粒子状物质)，因此，一般在这些排气体系中设置用于捕集(过滤)颗粒的过滤器。

通常，在用于这样目的的过滤器，使用如图2A和图2B所示的封孔蜂窝结构体1，该封孔蜂窝结构体1具有蜂窝结构体2和封孔部11，其中的蜂窝结构体2中通过多孔质的隔壁7区划形成多个孔格9以连通两个端面之间，封孔部11以封堵所述各孔格9的两个开口端中的任何一个的方式在蜂窝结构体2的一端面侧和其它端面侧配置成互补的相间方格花纹。

排出气体从包括像这样的封孔蜂窝结构体1的过滤器的一侧的端面3流入内部，除去含在气体中的颗粒等后，从另一方的端面5流出。具体的，首先排出气体流入在该过滤器一侧的端面3上没被封堵端部而在另一侧的端面5上封堵端部的孔格9b中，通过多孔质的隔壁7，移动到一侧的端面3上封堵端部而在另一侧的端面5上没被封堵端部的孔格9a，从该孔格9a中排出。这时，隔壁7成为过滤层，气体中的颗粒被捕捉到隔壁7后，堆积到隔壁7上。

作为像上述这样的封孔蜂窝结构体的制造方法，已知有如下方法：在蜂窝成型体的端面粘贴透明的薄板等，在对该端面照相后，通过图像处理照相后的图像来识别各孔格的位置，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上由激光加工等进行穿孔处理，然后，在将封孔部的材料进行浆料化而得到的封孔用浆料中，浸渍蜂窝结构体的端部，从由穿孔处理而穿透薄板的孔起，在应封孔的端部填充封孔用浆料，形成封孔部(例如，参照专利文献1)。

在该制造方法中，如前所述，通过图像识别进行孔格位置的识别。具体的，二元化处理由CCD(charge-coupled device)照相机等照相的蜂窝结构体端面的图像，二元化处理后的图像中的一块黑色的像作为规定的孔格形状(例如四边形)，或者达到规定的孔格面积的一定比例(例如，80％以上)时，将该像视为孔格，识别其位置。再有，将没有构成规定的孔格的形状，或没有达到规定的孔格面积的一定比例的像当成在蜂窝结构体的端面上附着的尘埃等的异物，而将该位置错过，不实施穿孔处理。

但是，在孔格中，位于蜂窝结构体的最外周的孔格(与蜂窝结构体的外周壁相接的孔格)与其它孔格相比，由于一部分成为缺损的形状，且面积也变小，因此，在像上述那样的图像处理中，很多情况都没有作为孔格来识别其位置。因此，即使该孔格本来为应当封孔的孔格，由于在薄板的与该孔格对应的位置上没有实施穿孔处理，在该孔格中不填充封孔用浆料，其结果为不形成封孔部，成为残留有两端部都开放状态的孔格。

像这样两端部都为开放状态的孔格中，由于没有捕捉流入其中的排出气体中颗粒的大部分，而直接通过蜂窝结构体，因此，该孔格的存在成为降低作为过滤器功能的主要因素。

专利文献1：特开2001-300922号公报

发明内容

本发明为鉴于上述这样的现有技术中的问题点而完成的发明，其目的在于提供一种可以识别位于蜂窝结构体最外周的孔格的位置，相对于该孔格形成封孔部的封孔蜂窝结构体的制造方法。

为了实现上述目的，由本发明提供以下的封孔蜂窝结构体的制造方法。

一种封孔蜂窝结构体的制造方法，该封孔蜂窝结构体具有由多孔质的隔壁区划形成的多个孔格连通于两个端面之间的蜂窝结构体，和以封孔所述各孔格的两个开口端中任何一个的方式配置的封孔部，所述制造方法的特征在于，在蜂窝结构体的端面粘贴透明的薄板，对该端面照相后，对于位于所述蜂窝结构体最外周的孔格以外的孔格，通过图像处理照相后的图像，识别其位置，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上进行穿孔处理，而对于位于所述蜂窝结构体最外周的孔格，通过由位于蜂窝结构体最外周的孔格以外的孔格的所述图像处理而识别的位置算出平均孔格间距来算出其位置而进行识别，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上进行穿孔处理，然后，在将所述封孔部的材料进行浆料化而得到的封孔用浆料中，浸渍所述蜂窝结构体的端部，通过由所述穿孔处理而在所述薄板上穿有的孔，将所述封孔用浆料填充到所述应当封孔的孔格的端部，形成封孔部。

根据[1]所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，使用激光实施所述穿孔处理。

由本发明的制造方法，可以识别位于在图像处理中难于识别的蜂窝结构体最外周部的孔格的位置，相对于该孔格几乎准确的形成封孔部。由此，由本发明的制造方法制造的封孔蜂窝结构体中，可以捕捉流入到位于最外周的孔格的气体中的颗粒，发挥作为过滤器的优异的性能。

附图说明

图1为表示蜂窝结构体端面的简要平面图。

图2A为从表示有封孔蜂窝结构体基本构造的一端面侧看到的简要平面图。

图2B为表示蜂窝结构体基本构造的简要平面图。

图3为实施例1中，形成封孔部后的蜂窝结构体端面一部分的照相照片。

图4为比较例1中，形成封孔部后的蜂窝结构体端面一部分的照相照片。

符号说明

1.封孔蜂窝结构体

2.蜂窝结构体

3.端面

5.端面

6.外周壁

7.隔壁

9.孔格

11.封孔部

具体实施方式

以下，具体的说明本发明的代表的实施方式，但是应理解为本发明不受以下的实施方式的限定，在不脱离本发明宗旨的范围内，基于本领域技术人员的公知常识，可以增加适宜设计的变更，改良等。另外，在本说明书中，只是“蜂窝结构体”时意味着是不具有封孔部的蜂窝结构体。

图1为表示蜂窝结构体端面的简要平面图。本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中的封孔蜂窝结构体具有由多孔质的隔壁区划形成的多个孔格将两个端面之间连通的蜂窝结构体，和以封孔所述各孔格的两个开口端中任何一个的方式配置的封孔部。在过滤器等的用途中使用的蜂窝结构体，有必要像这样封孔各孔格的两个开口端中任何一个，因此，首先需要识别在蜂窝结构体的端面上的孔格的位置。在本发明中，对位于蜂窝结构体的最外周的孔格(以下，称为“最外周孔格”)和最外周孔格以外的孔格(以下，称为“通常孔格”)由不同的方法来识别孔格的位置。

即，对于通常孔格9c，粘贴透明薄板(图未示)到蜂窝结构体的端面，对该端面照相后，通过图像处理照相后的图形来识别其位置。对于薄板可以使用市售的粘结薄板。关于用于照相蜂窝结构体2的端面的照相装置，没有特别的限定，可以适宜的使用CCD照相机或X线CT(computed tomography)扫描仪等。作为CCD照相机例如可以适宜的使用基恩士公司(KeyenceCorporation)制的高精度CCD照相机等。另外，这里所说的“画像处理”具体的为“二元化处理”。“二元化处理”是例如将图像数据用颜色区分成256阶度，界限值作为边界，由此，变化成辉度高的部分为白、辉度低的部分为黑的只有黑白的两元图像的处理，由此，可以识别蜂窝结构体的隔壁部分(白)和孔格部分(黑)。

像这样实施有图形处理的蜂窝结构体端面的图像中，一块黑色的影像成为规定的孔格的形状(例如四边形)，或者达到规定的孔格面积的一定比例(例如80％以上)时，该影像视为孔格，识别该位置。最外周孔格9d由于与蜂窝结构体2的外周壁6相接，缺少本来的孔格形状的一部分，而与其相反，通常孔格9c在蜂窝结构体的制造过程中即使多多少少产生变形，由于几乎保持本来的孔格形状和孔格面积，通过这样的图像处理，几乎准确地视为孔格。像这样识别在蜂窝结构体2的端面上的通常孔格9c的位置后，根据该识别的位置，在该端面粘贴有薄板的与应当封孔的孔格对应的位置上进行穿孔处理。

另外，在对蜂窝结构体2的端面照相时，从在图像处理后的孔格识别时，从避免孔格和异物的误认的角度出发，优选在粘贴薄板之前，通过吹空气等除去附着在该端面的尘埃等的异物。另外，从同样的角度出发，可以在实施过图像处理的图像中的一块影像中，当构成该影像的画像数为规定的画像数以下时将其视为尘埃等的异物，从判断对象中排除。

另一方面，最外周孔格9d如前所述，由于与蜂窝结构体2的外周壁6相接，缺少本来的孔格形状的一部分，由图像处理而进行的识别是困难的。这里，本发明由通过所述图像处理而识别的通常孔格9c的位置算出平均孔格间距，然后由该平均间距算出最外周孔格9d的位置来进行识别。具体的，在图1中用箭头所示的孔格的排列方向上，从通常孔格9c中最外周侧具有的孔格(与最外周孔格邻接的通常孔格)开始，向蜂窝结构体2的外周侧移动平均孔格间距的量而确定的位置作为最外周孔格9d的位置来识别。像这样在识别蜂窝结构体2的端面上的最外周孔格9d的位置后，根据该识别的位置，在该端面粘贴的薄板的与应当封孔的孔格对应的位置上进行穿孔处理。

另外，作为识别最外周孔格位置的方法，除了上述这样的本发明的方法之外，例如还可以考虑由来自蜂窝结构体设计图的理论值算出这样的方法，但是，在蜂窝结构体的制造过程中，像在孔格中产生弯曲的情况时，产生与设计值之间的偏差，不能在适当的位置上穿孔。本发明由于使用由通常孔格的实际位置算出的平均孔格间距来特定最外周孔格的位置，因此，不容易产生最外周孔格位置和穿孔位置的偏差。

本发明中对于薄板的穿孔方法没有特别的限定，但是从处理速度和准确性以及与自动化对应的容易程度这样的角度出发，优选使用激光实施穿孔处理。例如，根据由上述方法识别的孔格的位置，定位装载有蜂窝结构体的XYZθ载物台，在薄板的与应当封孔的孔格对应的位置上照射激光进行穿孔处理。另外，穿孔处理可以相对于端面整体进行一次，也可以分割端面成多个小块，对每个小块实施。在薄板中穿孔的孔面积优选为孔格面积的30～70％左右，封孔中使用的浆料的粘性低时小，粘性高时大。

像这样在薄板中实施穿孔处理后，在将封孔部的材料进行浆料化而得到的封孔用浆料中浸渍粘贴有薄板这样状态的蜂窝结构体的端部，通过由穿孔处理而穿透薄板的孔，在应当封孔的孔格的端部填充封孔用浆料，形成封孔部。之后，根据需要，通过干燥和/或煅烧制成封孔用蜂窝结构体。应当封孔的孔格的位置，即封孔图案没有特别的限定，一般在DPF等的过滤器用途中使用时，如图2A和图2B所示，在蜂窝结构体2的一端面3侧和其它端面5侧，配置封孔部11成互补的相间方格花纹状。

另外，在填充封孔用浆料阶段的蜂窝结构体的状态可以是已经烧成后的烧结体的状态，也可以是烧成前的成型体的状态。在成型体的情况时，需要填充封孔用浆料后，对蜂窝结构体整体进行烧成。

对构成蜂窝结构体的材质没有特别的限制，但是烧成后的状态应为隔壁是多孔质，因此，通常优选使用由陶瓷(例如堇青石等)构成的材质。对蜂窝结构体的形状没有特别的限定，例如可以采用圆筒状、四棱柱状、三棱柱状等的各种形状。蜂窝结构体的孔格的形状最为一般的为四边形，但是其它的也可以为三角形、六角形、八角形等的多角形或圆形，或它们的组合。

作为DPF等的过滤器使用的情况，蜂窝结构体的隔壁的厚度优选为100～2000μm，更优选为200～1000μm，特别优选为300～700μm。因为隔壁的厚度如果不到100μm，有强度不够、降低耐热冲击性的情况，而另一方面，如果超过2000μm，有增加压力损失的倾向。

蜂窝结构体的孔格的密度优选为20～600孔格/in²(cpsi)，更优选为50～400cpsi，特别优选为100～300cpsi。因为孔格密度如果不到20cpsi，有与排出气体的接触效率不足的倾向，而另一方面，孔格密度如果超过600cpsi，有增加压力损失的倾向。这里，“cpsi”为“cell per square inch”的简称，表示每1平方英寸的孔格数的单位。例如，10cpsi约为1.55孔格/cm²。

蜂窝结构体的孔率优选为30～90％，更优选为45～80％，特别优选为50～70％。因为通过使孔率为30～90％，在降低压力损失的同时，可以保持作为结构体的机械强度。

蜂窝结构体的平均孔径(细孔径)优选为5～500μm。因为平均孔径如果不到5μm，有上升压力损失的倾向，而另一方面，平均孔径如果超过500μm，有在过滤器中使用时降低捕集效率的倾向。

像这样的蜂窝结构体的制造方法没有特别的限定，例如可以通过以下的以往公知的制造方法等来制造。使用具有希望的孔格形状、隔壁厚度和孔格密度的金属模具来挤压成型调整到适当粘度的陶瓷坯料，对得到的成型体进行干燥和/或烧成。

封孔用浆料例如可以通过混合陶瓷质粉末和分散剂(例如水等)来调制。进一步，可以根据需要添加结合剂、反絮凝剂、发泡树脂等的添加剂。陶瓷质粉末的材质没有特别的限定，但是优选和蜂窝结构体为同样的材质。作为结合剂可以优选的使用聚乙烯醇或甲基纤维素等。

实施例

以下，基于实施例进一步详细的说明本发明，但是本发明不受这些实施例的限制。

实施例1

在由堇青石构成的多孔质蜂窝结构体(长：150mm、外径：140mm、隔壁厚度：400μm、孔格形状：正方形、孔格密度：300cpsi、设计上的孔格间距：1.5mm)的端面上，粘贴市售的透明粘结薄板后，用CCD照相机对该端面照相，图像处理(二元化处理)照相后的图像，当处理后的图像中的一块黑色影像达到规定设计上的孔格面积的80％以上时，将该影像视为通常孔格，识别其位置。另外，图像处理的图像分析能力为0.1mm/画素。这样由位置被识别的通常孔格算出平均孔格间距，从通常孔格中位于最外周侧的孔格在孔格平行方向上向蜂窝结构体外周侧移动平均孔格间距的量，将这样确定的位置作为最外周孔格的位置而识别。像这样识别蜂窝结构体端面上的通常孔格和最外周孔格的位置后，根据该被识别的位置，定位装载有蜂窝结构体的XYZθ载物台，在薄板的与应当封孔的孔格对应的位置上照射激光进行穿孔处理。应当封孔的孔格以封孔后的端面成为相间方格花纹的方式存在于一个位置中。穿孔处理后，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理位置的比例，其结果示于表1中。另外，蜂窝结构体的端部在端面还粘贴有薄板的状态下，浸渍于封孔用浆料(将与蜂窝结构体同样材质的材料进行浆料化得到的物质)，通过由穿孔处理而穿透薄板的孔，在应当封孔的孔格的端部填充封孔用浆料，形成封孔部。其后，观察最外周孔格的封孔状态，在应当封孔的最外周孔格中，对于相对于通常孔格面积比为50％以上的大型孔格和相对于通常孔格面积比为不到50％的小型孔格，求出各自没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。另外，对形成封孔部后的蜂窝结构体的端面的一部分进行照相，该照片示于图3中。

实施例2

除了在蜂窝结构体的端面上粘贴粘结薄板之前，吹空气到该端面上进行尘埃等的异物的除去之外，与实施例1同样的进行通常孔格和最外周孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

实施例3

除了在由图像处理进行孔格识别时，在处理后的图像中的一块影像中，将构成该影像的像素数为5个以下的视为尘埃等的异物从判断对象中排除之外，与实施例2同样的进行通常孔格和最外周孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

实施例4

除了将图像处理的图像分析能力为0.2mm/像素之外，与实施例2同样的进行通常孔格和最外周孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例1

除了对最外周孔格位置的识别不采用特别的方法，而只通过图像处理进行全部的孔格的识别以外，与实施例1同样的进行对薄板的穿孔处理和封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。另外，对形成封孔部后的蜂窝结构体的端面的一部分进行照相，该照片示于图4中。

比较例2

除了在蜂窝结构体的端面上粘贴粘结薄板之前，吹空气到该端面上进行尘埃等的异物的除去之外，与比较例1同样的进行孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理和封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例3

除了在由图像处理进行孔格识别时，在处理后的图像中的一块影像中，将构成该影像的像素数为5个以下的视为尘埃等的异物从判断对象中排除之外，与比较例2同样的进行孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例4

除了在由图像处理进行孔格识别时，在处理后的图像中的一块影像中，将构成该影像的像素数为10个以下的视为尘埃等的异物从判断对象中排除之外，与比较例2同样的进行孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例5

除了由来自设计图的理论值算出的最外周孔格的位置来进行识别之外，与比较例2同样的进行对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例6

除了将图像处理的图像分析能力为0.2mm/像素之外，与比较例2同样的进行孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例7

除了将图像处理的图像分析能力为0.2mm/像素之外，与比较例3同样的进行孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

比较例8

除了将图像处理的图像分析能力为0.5mm/像素之外，与比较例2同样的进行孔格的位置识别、对薄板的穿孔处理以及封孔部的形成，与实施例1同样的，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，求出实际上实施穿孔处理的位置的比例和没有形成封孔部的孔格的数量，其结果示于表1中。

表1

*1在应当封孔的最外周孔格中，没有形成封孔部孔格的数量为0个的为“◎”，1～5个的为“○”，6～20个的为“△”，超过20个的为“×”。

*2最外周孔格中，相对于通常孔格(最外周孔格以外的孔格)的面积比为50％以上。

*3最外周孔格中，相对于通常孔格(最外周孔格以外的孔格)的面积比不到50％。

*4薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，实际上实施穿孔处理的位置的比例。

如表1所示，从通常孔格的平均孔格间距算出最外周孔格的位置而识别的实施例1～4，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的全部位置上穿孔，在应当封孔的最外周孔格中正确的形成封孔部。与此相对应，对最外周孔格的位置识别没有使用特殊的方法，只由图像处理进行的所有孔格识别的比较例1～4和6～8，在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，实际上只有半数左右实施有穿孔处理，存在多个没有形成封孔部的孔格。另外，由来自设计图的理论值算出的最外周孔格的位置而进行识别的比较例5也在薄板的与应当封孔的最外周孔格对应的位置中，实际上只有7成左右实施有穿孔处理，存在多个没有形成封孔部的孔格。

产业应用的可能性

本发明可以适宜的作为在过滤DPF等的微粒子状物质的过滤器等中使用的封孔蜂窝结构体的制造方法而利用。

Claims

1.一种封孔蜂窝结构体的制造方法，

所述封孔蜂窝结构体具有蜂窝结构体和封孔部，在所述蜂窝结构体中，由多孔质的隔壁区划形成多个孔格将两个端面之间连通，所述封孔部以成为互补的相间方格花纹状的方式来配置，

所述封孔蜂窝结构体的制造方法的特征在于，

在蜂窝结构体的端面粘贴透明的薄板，在对该端面照相后，对于位于所述蜂窝结构体最外周的孔格以外的孔格，通过对照相后的图像进行图像处理，识别其位置，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上进行穿孔处理，而对于位于所述蜂窝结构体最外周的孔格，通过由位于所述蜂窝结构体最外周的孔格以外的孔格的所述图像处理而识别的位置算出平均孔格间距来算出其位置而进行识别，根据该结果在所述薄板的对应于应当封孔的孔格的位置上进行穿孔处理，然后，在对所述封孔部的材料进行浆料化而得到的封孔用浆料中浸渍所述蜂窝结构体的端部，通过由所述穿孔处理而在所述薄板上穿有的孔，填充所述封孔用浆料到所述应当封孔的孔格的端部，形成封孔部。

2.根据权利要求1所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，使用激光实施所述穿孔处理。