(57)【要約】【課題】  ハニカムフィルタの端面又は外周面に付着する余分な異質層を除去してフィルタ機能の向上を図り、またマスキング材を充填した焼成体本体を封止材溶液に浸漬してその後封止材を焼成しても、焼成体本体の端面の貫通孔を確実に封止材で千鳥格子状に塞ぐことができるセラミックスハニカム加工方法及びこれを用いたセラミックスハニカム焼成体の封止方法を提供する。【解決手段】  セラミックスハニカム３４の端面及び／又は外周面をチップ６の刃先を用いて切削加工する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスハニカムの端面及び／又は外周面をチップの刃先を用いて切削加工することを特徴とするセラミックスハニカム加工方法。
【請求項２】
前記刃先はダイヤモンド、超硬合金、サーメット又はＣＢＮで構成される請求項１に記載のセラミックスハニカム加工方法。
【請求項３】
前記セラミックスハニカムは端面に封止材が充填されている請求項１又は２に記載のセラミックスハニカム加工方法。
【請求項４】
両端面を貫通する複数の貫通孔を有する柱状の多孔質セラミックスで形成される焼成体本体の前記貫通孔の端部にマスキング材を充填して隣接する貫通孔の端部を交互に塞ぎ、
前記焼成体本体の端部をセラミックス粒子及び／又はその原料粒子からなる封止材の溶液に浸漬して前記マスキング材が充填された以外の前記貫通孔の端部に封止材を充填し、
前記焼成体本体を加熱して前記貫通孔内の前記封止材を焼成するセラミックスハニカム焼成体の封止方法において、
前記焼成体本体を前記封止材の溶液に浸漬した後前記貫通孔内に充填された封止材を残して前記焼成体本体の端面に付着した封止材を切削加工して除去することを特徴とするセラミックスハニカム焼成体の封止方法。
【請求項５】
前記切削加工を前記封止材の焼成前に行う請求項４に記載のセラミックスハニカム焼成体の封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスハニカムフィルタやハニカム触媒（例えば排気ガス浄化用三元触媒）体等の切削加工、及びこれらの焼成体の端面の一部を封止するセラミックスハニカム加工方法及びこれを用いたセラミックスハニカム焼成体の封止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の柱状セラミックスハニカムフィルタの外周面同士を接着して束にするセラミックスハニカムフィルタ集合体が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載のセラミックスハニカムフィルタ集合体は各ハニカムフィルタの外周面同士がセラミック質シール材層を介して互いに接着される。このセラミック質シール材層はセラミック質からなる弾性質素材とペースト状の接着剤で構成される。このため、各ハニカムフィルタを束にしてハニカムフィルタ集合体としたときにセラミック質シール材層が集合体の端面又は外周面からはみ出てしまう。これがフィルタ集合体の外面に残って固化するため、フィルタ機能を低下させる。したがって、このようにフィルタ集合体の外面にはみ出した余分な接着剤等の異質層は除去することが望ましい。
【０００３】
一方、別の従来のセラミックスハニカムフィルタが特許文献２に開示されている。この特許文献２のハニカムフィルタは断面が格子状になるよう両端面を貫通する複数の貫通孔を有する円筒状フィルタ本体に、端面が千鳥格子状に開口するように貫通孔の端部にマスキング材を充填し、このフィルタ本体の端部を封止材溶液に浸漬して封止材をマスキング材が充填された以外の貫通孔の端部に充填し、この後フィルタ本体を加熱してマスキング材を除去して封止材を焼成し、フィルタ本体端面を焼成された封止材で千鳥格子状にして封止して形成するものである。しかし、特許文献２に記載のセラミックスハニカムフィルタの封止方法は、フィルタ本体の端部を封止材溶液に浸漬して焼成するため、封止材がフィルタ本体端面の表面全体を覆った状態で焼成される。
【０００４】
このフィルタ本体端面の表面を覆う封止材を除去する方法としてフィルタ本体の洗浄や砥石による研磨等が考えられるが、洗浄の場合は多孔質のハニカムフィルタの性質上、フィルタ本体が吸水してしまい、封止材の焼成前にフィルタ本体の乾燥工程が必要となり作業が面倒であり、洗浄により洗い流された封止材の水処理設備が必要となるため設備が大掛かりとなる。一方、砥石による研削の場合は研磨加工時の発熱により封止材が溶けて砥石に付着し、さらにはフィルタ本体の端部表面に封止材が延ばされてしまい、確実に封止材を除去することは困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９６１１６号公報
【特許文献２】特開２００３−４７８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、ハニカムフィルタの端面又は外周面に付着する余分な異質層を除去してフィルタ機能の向上を図り、またマスキング材を充填した焼成体本体を封止材溶液に浸漬してその後封止材を焼成しても、焼成体本体の端面の貫通孔を確実に封止材で千鳥格子状に塞ぐことができるセラミックスハニカム加工方法及びこれを用いたセラミックスハニカム焼成体の封止方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、セラミックスハニカムの端面及び／又は外周面をチップの刃先を用いて切削加工することを特徴とするセラミックスハニカム加工方法を提供する。
【０００８】
請求項２の発明では、前記刃先はダイヤモンド、超硬合金、サーメット又はＣＢＮで構成されることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明では、前記セラミックスハニカムは端面に封止材が充填されていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項４の発明では、両端面を貫通する複数の貫通孔を有する柱状の多孔質セラミックスで形成される焼成体本体の前記貫通孔の端部にマスキング材を充填して隣接する貫通孔の端部を交互に塞ぎ、前記焼成体本体の端部をセラミックス粒子及び／又はその原料粒子からなる封止材の溶液に浸漬して前記マスキング材が充填された以外の前記貫通孔の端部に封止材を充填し、前記焼成体本体を加熱して前記貫通孔内の前記封止材を焼成するセラミックスハニカム焼成体の封止方法において、前記焼成体本体を前記封止材の溶液に浸漬した後前記貫通孔内に充填された封止材を残して前記焼成体本体の端面に付着した封止材を切削加工して除去することを特徴とするセラミックスハニカム焼成体の封止方法を提供する。
【００１１】
請求項５の発明では、前記切削加工は前記封止材の焼成前に行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、チップの刃先でハニカムフィルタの端面又は外周面を化学溶剤や研磨によることなく機械的に切削加工するので、例えば各ハニカムフィルタを接合材により束にしてハニカムフィルタ集合体を形成した場合、集合体の端面又は外周面にはみ出した余分な接合材などの異質層を容易に確実に除去できる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、刃先の材質をダイヤモンド、超硬合金、サーメット又はＣＢＮとすることにより、セラミックス等の硬い物質も切削することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、端部に封止材が充填されたセラミックスハニカムフィルタにおいて、必要な封止材を残して端部を切削加工することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、焼成体本体を封止材溶液に浸漬することによる焼成体本体の端面に盛り上がって付着する封止材を切削加工により除去するので、焼成体本体の端面の塞ぐべき貫通孔のみの端部を確実に封止材で千鳥格子状（市松模様状ともいう）に埋めることができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、封止材が焼成して硬くなり、加工に手間がかかる状態になる前に封止材の切削加工を行うため、作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１はセラミックスハニカムフィルタの概略図であり、図２は図１のセラミックスハニカムフィルタを束にしたセラミックスハニカムフィルタ集合体の概略図である。
セラミックスハニカムフィルタ３１は柱状であり、両端面を貫通する複数の貫通孔３２（図では２５個）を有し、断面（端面）が格子状に形成される。複数のセラミックスハニカムフィルタ３１の外周側面同士をセラミック質の下地材とペースト状の接着剤からなる接合材３３を用いて接着して、セラミックスハニカムフィルタ集合体３４（図では９個のセラミックスハニカムフィルタ３１の束）を形成する。
【００１８】
図３はセラミックスハニカムフィルタを接合材により接着したセラミックスハニカムフィルタ集合体の概略正面図である。
図示したように、接合材３３を用いてセラミックスハニカムフィルタ３１同士を接着すると、接合材３３が目地部分（集合体３４の端面及び側面）から盛り上がってはみ出してくる。このはみ出た接合材３３は貫通孔３２を塞ぐことがあり、これを除去する必要がある。
【００１９】
図４ははみ出た接合材を切削加工機で除去するときの概略図である。
切削加工機７は回転軸Ｒを中心に回転する円盤体８とその周縁に備わるチップ６で構成される。チップ６はバイト９を介して円盤体８に取付けられる。円盤体８を回転することによりバイト９がこれに伴い回転する。この状態でチップ６をチャッキングされた集合体３４からはみ出た接合材３３に当接させることにより切削される。このまま切削加工機７を矢印Ｌ方向に移動させて集合体３４の端面に盛り上がってはみ出した接合材３４を切削除去する。この切削加工はセラミックスハニカムが乾燥した状態で行う乾式工法でもよいし、セラミックスハニカムに水をかけながら行う湿式工法でもよい。
【００２０】
なお、チップ６の回転周速は１００〜１０００（ｍ／ｍｉｎ）、回転数は２５〜７５００（ｒｐｍ）、送り速度は１０〜２０００（ｍｍ／ｍｉｎ）、１回転当たりの接合材３３の切代は０，００５〜２（ｍｍ）、ワーク回転数は０（固定）〜６０（ｒｐｍ）が好ましい。
【００２１】
図５は図４の切削加工機のチップの説明図である。
（Ａ）に示すように、チップ６は両面（図の前後）をバイト９で挟持され、両側（図の左右）をチャック部材１０で保持されてバイト９に取付けられる。チップ６の刃先６ａはダイヤモンドや超硬合金、サーメット又はＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）等を用いる。これにより、焼成して硬くなった接合材３３を切削することができる。刃先６ａの先端部の辺と隣り合う辺の角度（アプローチ角α）は３〜９０°であり、特に２５°が好ましい。
【００２２】
（Ｂ）は（Ａ）のチップ６を側面から見た概略図である。チップ６の刃先６ａ側の面６ｂと回転軸Ｒとの角度（アキシャルレーキβ）は０〜３０°であり、特に１５°が好ましい。
【００２３】
（Ｃ）は切削加工機を上から見たときの概略図である。切削加工機の円盤体の中心線とチップ６の刃先６ａ側の面６ｂとの角度（ラジアルレーキγ）は０〜３０°であり、特に０°が好ましい。
【００２４】
図６は切削加工機の別のチップの概略斜視図である。
図示したように、略正方形状のチップ６の４隅に刃先６ａを取付け、このチップ６を切削加工機の回転軸に取付けて中心孔６ｃを中点にして回転させ、集合体３４からはみ出た接合材３３を切削する。このとき、チップ６の回転数は６０〜３０００（ｒｐｍ）、送り速度は３０〜２０００（ｍｍ／ｍｉｎ）が好ましい。なお、図ではチップ６は四辺形（正方形）であるが、その形状は自由に選択することができ、刃先６ａを取付ける数も自由であるが、刃先の数は１〜１６個が好ましい。
【００２５】
図７は本発明に係るセラミックスハニカム加工方法のフローチャートである。
まず、セラミックスハニカムフィルタ３１を押出成形等で成形し、所定の長さに切断後、焼成して形成する（ステップＴ１）。なお、このセラミックスハニカムフィルタ３１は断面千鳥格子状に封止材が充填されたものであってもよい。次に、複数のセラミックスハニカムフィルタ３１の外周面に接合材３３を塗布する（ステップＴ２）。これらのセラミックスハニカムフィルタ３１の外周面同士を接着し、セラミックスハニカムフィルタ集合体３４を形成する（ステップＴ３）。この後、集合体３４の端面又は外周面の目地部分からはみ出る接合材を切削加工機７を用いて切削除去する（ステップＴ４）。
【００２６】
次に、上述した切削加工方法を用いたセラミックスハニカム焼成体の封止方法について説明する。
図８はマスキング材を充填したフィルタ本体の端面を示す概略平面図である。
フィルタ（焼成体）本体１は多孔質のセラミックス材料（例えば窒化ケイ素）を押出成形し所定の長さに切断後、焼成して形成される。フィルタ本体１は略円柱状であり、両端面間を貫通する複数の貫通孔３を有し、断面（端面）が格子状に形成される。セラミックスハニカムフィルタの貫通孔３の端部に封止材を充填する際、先にフィルタ本体１の複数の貫通孔３に対し、隣接する貫通孔３の端部に交互に、すなわち端面から見て千鳥格子状にマスキング材２を充填する。このマスキング材２は例えばノズルや注射器等を用いて所定の貫通孔３の端部に注入して乾燥させて固化する。なお、フィルタ本体１は円柱状に限らず多角形の角柱状であってもよいし、貫通孔３の断面形状は六角形でも三角形でもどのような形状であってもよい。
【００２７】
図９は図８のフィルタ本体を封止材溶液に浸漬したときの概略縦断面図である。
図示したように、マスキング材２を隣接する貫通孔３に対し交互に、平面視（図８）で千鳥格子状に充填したフィルタ本体１の端部を容器４内の封止材を含む封止材溶液５に浸漬する。封止材はセラミックス粒子及び／又はその原料粒子であり、例えばコージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３、タルクやカオリン等の粘土鉱物）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、金属ケイ素（Ｓｉ、Ｓｉ＋Ｃ）等であるが、封止材溶液５はこれらの原料材料が生成用バインダと溶媒とを混合したスラリー状である。生成用バインダは例えばポリエチレングリコール（ＰＥＧ）やポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のセラミックス成形に使用される有機バインダであれば特に制限されない。溶媒は水又はアルコール類等の有機溶媒を用いる。フィルタ本体１の端部を封止材溶液５に浸漬することにより、封止材溶液５はフィルタ本体１の端面からマスキング材２が充填された以外の貫通孔３に浸漬した深さまで浸入して充填される。
【００２８】
図１０は図９の浸漬後のフィルタ本体を上下逆にして示す概略断面図である。
図示したように、フィルタ本体１を封止材溶液５に浸漬してフィルタ本体１を容器４から取出すと、封止材溶液５はスラリー状であるためフィルタ本体１の端面全体を覆うように付着する。このままの状態で十分に乾燥させると封止材溶液５が固化する。
【００２９】
図１１は固化した封止材溶液を切削加工機で除去するときの概略図である。
前述の図４の例と同様に、切削加工機７は回転軸Ｒを中心に回転する円盤体８とその周縁に備わるチップ６で構成される。チップ６はバイト９を介して円盤体８に取付けられる。円盤体８を回転することによりバイト９がこれに伴い回転する。この状態でチップ６をチャッキングされたフィルタ本体１の固化した封止材溶液５に当接させることにより、封止材溶液５はフィルタ本体１の端面から見て円弧状に切削される。このまま切削加工機器７を矢印Ｌ方向に移動させてフィルタ本体１の端面に盛り上がって固化した封止材溶液５を切削除去する。その他の切削加工機の使用方法、チップの材質、形状等は上述した図４のものと同様である。
【００３０】
この切削作業は後述する封止材の焼成前に行うため、封止材が焼成してさらに固くなって切削加工に手間がかかることはない。
【００３１】
図１２は封止材焼成後のフィルタ本体の端面を示す概略図である。
上述した切削加工機７を用いてフィルタ本体１の端面全体を覆う固化した封止材溶液５を除去した後、封止材の焼成を行う。焼成はフィルタ本体１を焼結炉等に入れて加熱して行う。例えば封止材１１が金属ケイ素粒子を含むものであると、窒素雰囲気中で行った場合、封止材１１は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）となる。この焼成の加熱工程で封止材溶液５のマスキング材２及び溶媒は分解除去され、フィルタ本体１の端面は焼成された封止材１１が千鳥格子状に形成される。
【００３２】
図１３は本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの封止方法を施した円筒状フィルタ本体を横に倒した状態の断面図である。
図示したように、上述した封止方法をフィルタ本体１の両端面に施してセラミックスハニカムフィルタが封止材１１により封止される。このとき封止材１１を両端面で異なる貫通孔３に充填焼成することによりセラミックスハニカムフィルタがフィルタとして機能する。すなわち、例えばフィルタ本体１の一方の端部の貫通孔３から微粒子を含む気体を流入すると（矢印Ａ）、気体はそのまま貫通孔３を通過してフィルタ本体１の反対側の端部から流出するのではなく、多孔質のセラミックス壁１２を通過して（矢印Ｂ）隣の貫通孔３を通り、フィルタ本体１の反対側の端部から排出される（矢印Ｃ）。
【００３３】
図１４は本発明に係るセラミックスハニカム焼成体の封止方法のフローチャートであり、図１５は図１４の各工程のフィルタ本体の端面を示す概略平面図である。
多孔質のセラミックス材料を押出成形しこれを所定長さに切断後、焼成してフィルタ（焼成体）本体１を形成する（ステップＳ１）。フィルタ本体１は例えば略円柱状であり、両端面を貫通する貫通孔３が複数形成され、端面（断面）が格子状に形成される。したがって、この状態のフィルタ本体１の端面はすべての貫通孔３が開口した状態となる（図１５（Ａ））。
【００３４】
次に、フィルタ本体１の両端面にマスキング材２を貫通孔３の端部に端面から見て千鳥格子状に埋める（ステップＳ２）。このとき、マスキング材２を両端面で異なる貫通孔３に充填する。したがって、この状態のフィルタ本体１の端面は千鳥格子状にマスキング材２が充填された状態となる（図１５（Ｂ））。
【００３５】
次に、フィルタ本体１の両端面を封止材溶液５に浸漬する（ステップＳ３）。このとき封止材溶液５はマスキング材２が充填された以外の貫通孔３の端部に流入するとともに端面全体を覆って付着する。その後、フィルタ本体１を乾燥させて両端面の封止材溶液５を固化させる。したがってこの状態のフィルタ本体１の端面は固化した封止材溶液５で全体が覆われた状態となる（図１５（Ｃ））。
【００３６】
次に、フィルタ本体１の両端面を切削加工する（ステップＳ４）。この切削加工は上述した切削加工機７を用いてフィルタ本体１の端面に盛り上がって固化した封止材溶液５を切削除去するものである。したがって、この切削加工後の状態のフィルタ本体１の端面は貫通孔３に充填されたマスキング材２と固化した封止材溶液５がそれぞれ千鳥格子状に貫通孔３の端部を塞いだ状態となる（図１５（Ｄ））。
【００３７】
次に、フィルタ本体１を加熱して封止材を焼成する（ステップＳ５）。この焼成により貫通孔３に充填されたマスキング材２は熱溶解又は熱分解して除去される。なお、マスキング材は溶媒により抽出する方法を用いて除去してもよい。したがって、この状態のフィルタ本体１の端面は千鳥格子状に焼成された貫通孔端部の封止材１１が充填され、これに隣接する貫通孔は千鳥状に開口した状態となる（図１５（Ｅ））。このとき、マスキング材２が焼成により完全に除去されない場合でも、切削加工機７を用いてマスキング材２を切削除去することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】セラミックスハニカムフィルタの概略図。
【図２】図１のセラミックスハニカムフィルタを束にしたセラミックスハニカムフィルタ集合体の概略図
【図３】セラミックスハニカムフィルタを接合材により接着したセラミックスハニカムフィルタ集合体の概略正面図。
【図４】はみ出た接合材を切削加工機で除去するときの概略図。
【図５】図４の切削加工機のチップの説明図。
【図６】切削加工機の別のチップの概略斜視図。
【図７】本発明に係るセラミックスハニカム加工方法のフローチャート。
【図８】マスキング材を充填したフィルタ本体の端面を示す概略平面図。
【図９】図１のフィルタ本体を封止材溶液に浸漬したときの概略縦断面図。
【図１０】図２の浸漬後のフィルタ本体を示す概略図。
【図１１】固化した封止材溶液を切削加工機で除去するときの概略図。
【図１２】封止材焼成後のフィルタ本体の端面を示す概略図。
【図１３】本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの封止方法を施した円筒状フィルタ本体を横に倒した状態の断面図。
【図１４】本発明に係るセラミックスハニカム焼成体の封止方法のフローチャート。
【図１５】図１４の各工程のフィルタ本体の端面を示す概略平面図。
【符号の説明】
【００３９】
１：フィルタ本体、２：マスキング材、３：貫通孔、４：容器、
５：封止材溶液、６：チップ、６ａ：刃先、６ｂ：刃先側の面、
６ｃ：中心孔、７：切削加工機、
８：円盤体、９：バイト、１０：チャック部材、１１：封止材、
１２：セラミックス壁、３１：セラミックスハニカムフィルタ、
３２：貫通孔、３３：接合材、
３４：セラミックスハニカムフィルタ集合体。
【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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【図１０】
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【図１１】
2005047777.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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