(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する多孔質セラミック材料の切断方法であって、
前記多孔質セラミック材料は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能する多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結束された柱状の多孔質セラミック部材であることを特徴とする多孔質セラミック材料の切断方法。
【請求項２】
一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する切断工程を有する多孔質セラミックの製造方法であって、
前記多孔質セラミック材料は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能する多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結束された柱状の多孔質セラミック部材であることを特徴とする多孔質セラミックの製造方法。
【請求項３】
切断用部材を回転周速度１００〜１５００ｍ／分で回転させながら前記多孔質セラミック材料を切断する請求項２に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項４】
一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら、多孔質セラミック材料に切断用部材を浸入させ、多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する切断工程を有する多孔質セラミックの製造方法であって、
前記多孔質セラミック材料は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能する多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結束された柱状の多孔質セラミック部材であることを特徴とする多孔質セラミックの製造方法。
【請求項５】
前記切断用部材の移動速度を、切断の開始時と終了時には遅くする請求項４に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項６】
前記多孔質セラミック材料の切断開始と終了時の移動速度が０．１５〜０．７ｍｍ／秒である請求項４又は５に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項７】
前記多孔質セラミック材料の中央部の移動速度が１００〜１５００ｍｍ／秒である請求項４〜６のいずれか１に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項８】
前記砥石は、幅が１〜２０ｍｍである請求項２〜７のいずれか１に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項９】
前記砥石は、ダイヤモンド砥粒を含んで構成されている請求項２〜８のいずれか１に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項１０】
前記砥石は、＃１０〜＃４００の粒度である請求項２〜９のいずれか１に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項１１】
前記砥石の集中度は、１００以下である請求項２〜１０のいずれか１に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【請求項１２】
前記切断工程後に、多孔質セラミックスの周囲にシール材層を設けるシール材層形成工程を行うことを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１に記載の多孔質セラミックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する多孔質セラミック材料の切断方法及び多孔質セラミックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車、バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
この排気ガスを多孔質セラミックを通過させるたとにより、排気ガス中のパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化するセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００３】
セラミックフィルタ６０は、通常、図２に示したように多孔質セラミック部材５０が接着層６１を介して複数個結束されてセラミックフィルタを構成している。また、この多孔質セラミック部材５０は、図３に示したように、長手方向に多数の貫通孔５１が並設され、貫通孔５１同士を隔てる隔壁５３がフィルタとして機能するようになっている。
【０００４】
すなわち、多孔質セラミック部材５０に形成された貫通孔５１は、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材５２により目封じされ、一の貫通孔５１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔５１を隔てる隔壁５３を通過した後、他の貫通孔５１から流出するようになっており、排気ガスがこの隔壁５３を通過する際、パティキュレートが隔壁５３部分で捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００５】
従来、このような多孔質セラミック部材５０は、まず、セラミック粉末とバインダーと分散媒液とを混合して混合組成物を調製し、その後混合組成物の押出成形等を行うことにより柱状のセラミック成形体を作製し、さらにセラミック成形体を焼成することにより製造していた。
【０００６】
また、得られた多孔質セラミック部材を多数接着剤で接着して切断用材料を作製した後、この切断用材料を図２に示すような円筒形状に切断し、その周囲にシール材６３の層を形成して、フィルタとして用いていた。
【０００７】
この切断用材料を円筒形状に切断する際には、図４に示すような装置を用いて切断を行っていた。
すなわち、切断用材料２５を固定具７２に配設された２つの押さえ用部材７３で、上下から回転可能に軸支し、作業者が切断用材料２５をハンドル（図示せず）で回転させながら、エンドレス式のテープ形状の平刃７１を回転させることにより切断していた。
【０００８】
しかし、テープ形状の平刃７１を用い、円筒形状（曲面形状）に切断しており、加工自体に無理があるため、欠け等が発生する場合も多く、また、平刃７１自体にも無理な負荷がかかるため、刃が短期間で使用不能となっていた。
【０００９】
また、平刃７１はエンドレス式であるため、装置に平刃７１を回転させるためのクリアランス（隙間）が必要となる。しかし、切断中に平刃７１に抵抗がかかると、平刃７１の位置がクリアランス分ずれ、製品のサイズにバラツキが生じるという問題があった。
また、平刃７１は薄いため、切断中に平刃７１がたわみ、製品の場所により、その寸法にばらつきが生じるという問題もあった。
さらに、平刃７１のたわみ等により、製品の端面と切断面との角度が直角とならないという問題もあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、多孔質セラミック材料を切断する際に、欠け、チッピング等を生じさせることなく、切断した材料の寸法にバラツキが生じることもなく、精密な寸法の製品を作製することができ、しかも、砥石の寿命を長く延ばすことができる多孔質セラミック材料の切断方法及び該方法を用いた多孔質セラミックの製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質セラミック材料の切断方法は、一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する多孔質セラミック材料の切断方法であって、
上記多孔質セラミック材料は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能する多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結束された柱状の多孔質セラミック部材であることを特徴とするものである。
本発明の多孔質セラミックの製造方法は、一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する切断工程を有する多孔質セラミックの製造方法であって、
上記多孔質セラミック材料は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能する多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結束された柱状の多孔質セラミック部材であることを特徴とするものである。
また、本発明の別の多孔質セラミックの製造方法は、一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら、多孔質セラミック材料に切断用部材を浸入させ、多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する切断工程を有する多孔質セラミックの製造方法であって、
上記多孔質セラミック材料は、長手方向に多数の貫通孔が並設され、貫通孔同士を隔てる隔壁がフィルタとして機能する多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結束された柱状の多孔質セラミック部材であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る切断装置は、壁面に固定された板状の固定台の下方に配設され、切断前後の多孔質セラミック材料を載置し、昇降させることができるように構成された載置台と、水平方向に移動可能な棒状部材を備え、切断前の上記多孔質セラミック材料が上記載置台に載置され、固定台正面まで上昇した際、上記棒状部材を移動させ、その先端に形成された押さえ部を多孔質セラミック材料に当接し、所定の力を加えることにより固定台に固定する固定部材と、端部に砥石が形成された円筒部材の円筒の中心を回転軸として回転させながら、水平方向に上記円筒部材を移動させることにより、上記固定台に固定された上記多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する切断部材とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多孔質セラミック材料の切断方法及び切断装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
本発明の多孔質セラミック材料の切断方法は、一端部に砥石が設置された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック材料を円筒形状に切断することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明で切断処理の対象となる多孔質セラミック材料は、多孔質のセラミックからなるものであれば特に限定されず、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化チタン、炭化チタン等の非酸化物系セラミックからなる多孔質体；アルミナ、コージェライト、ムライト、シリカ、ジルコニア、チタニア等からなる多孔体等を挙げることができる。
【００１６】
多孔質セラミック材料の密度も特に限定されるものではないが、余り密度が高いものであると、切断に時間を要し、切断中に温度が上昇しすぎて、切断が困難となる場合もあるため好ましくない。
本発明の切断方法は、これらのなかでも、図３に示した多孔質セラミック部材を多数接着剤で接着して作製した多孔質セラミック材料を切断するのに、特に適している。
【００１７】
本発明の多孔質セラミック材料の切断方法では、一端部に砥石が形成された円筒形状の切断用部材を用い、円筒の中心を回転軸として回転させながら多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する。
円筒形状の切断用部材は、一端部に砥石が形成されたものであれば、特に限定されないが、例えば、鉄、ＳＵＳ等の金属を円筒形状に加工したものが好ましい。
【００１８】
砥石は通常ダイヤモンド等の砥粒を接着剤等に分散させたものを、塗布することにより形成されるものが好ましい。
砥石は、円筒形状の切断用部材の一端部の全周に形成されていてもよく、部分的に形成されていてもよい。砥石は、通常、１〜２０ｍｍ程度の幅があればよい。
【００１９】
円筒形状の切断用部材の回転速度は、切断する材料の大きさ、硬さ、密度等により変化するために一律に規定するのは難しい。ダイヤモンド砥粒を含む砥石を用いた場合、回転周速度が１００〜１５００ｍ／ｍｉｎ程度で回転させることが望ましい。
また、上記切断用部材の進行速度は特に限定されるものではないが、切断を開始した際及び切断を終了する際には、多孔質セラミック材料に欠けやチッピングが発生しないように、ゆっくり回転させることが望ましい。
【００２０】
実際に切断を行う際には、多孔質セラミック材料を固定台に固定した後、円筒形状の切断用部材を回転させながら上記多孔質セラミック材料中に侵入させ、砥石により上記多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する。
この際、多孔質セラミック材料を水平面を主面とする固定台に固定した後、円筒形状の切断用部材を垂直方向に移動させて切断を行ってもよく、後述する切断装置の場合のように、多孔質セラミック材料を垂直面を主面とする固定台に固定した後、円筒形状の切断用部材を水平方向に移動させて切断を行ってもよい。
【００２１】
本発明の切断方法では、多孔質の材料を切断するため、砥石が形成された部分の温度は上がらず、そのため、砥石を冷却するための液体を必要としない。
また、従来の方法では、平刃を用いて円筒形状に切断していたため、寸法精度に問題が生じ、欠けやチッピング等も生じやすかったが、本発明では、目的とする円筒形状に砥石が形成された切断用部材を使用して切断するので、寸法にバラツキが生じることはなく、精密な寸法のものを作製することができる。また、砥石に無理な負荷がかからないので、砥石の寿命が長くなるとともに、切断した材料にも、欠けやチッピングが生じにくい。
【００２２】
次に、本発明の多孔質セラミック材料の切断装置について説明する。
本発明の多孔質セラミック材料の切断装置は、壁面に固定された板状の固定台の下方に配設され、切断前後の多孔質セラミック材料を載置し、昇降させることができるように構成された載置台と、水平方向に移動可能な棒状部材を備え、切断前の上記多孔質セラミック材料が上記載置台に載置され、固定台正面まで上昇した際、上記棒状部材を移動させ、その先端に形成された押さえ部を多孔質セラミック材料に当接し、所定の力を加えることにより固定台に固定する固定部材と、端部に砥石が形成された円筒部材の円筒の中心を回転軸として回転させながら、水平方向に上記円筒部材を移動させることにより、上記固定台に固定された上記多孔質セラミック材料を円筒形状に切断する切断部材とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の切断装置が対象とする多孔質セラミック材料は、上記多孔質セラミック材料の切断方法において対象としたものと同様であり、特に、多孔質セラミック部材を多数接着剤で接着した切断用材料を切断するのに最適である。
【００２４】
図１（ａ）は、本発明の切断装置を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）図におけるＢ−Ｂ線断面である。なお、図１に示す各部材は、ごく簡単な形状で記載しており、実際の部材の形状とは多少異なる場合もある。
（ａ）図における架台１６の左側上には、切断前後の切断用材料２５（多孔質セラミック材料）を載置した後昇降させることができるように構成された載置台１１が設置されている。
すなわち、この載置台１１下部の架台１６には、載置台１１を昇降させるためのエアーシリダー１２と昇降の際に載置台１１を支持する支持棒１７が配設されており、空気圧を用いて載置台１１を昇降させることができるようになっている。ただし、昇降の手段は、エアーシリンダーを用いる方法に限定されるものではなく、例えば、数種類のネジを組み合わせ、回転させることにより、昇降できるようにしたものであってもよい。
【００２５】
（ａ）図における右側部分には、水平方向に移動することができるように構成された移動台３５に、固定部材２０と切断部材３０とが配設されている。移動台３５は、例えば、オイルシリンダーを用いた移動手段やネジ回転を利用した移動手段等により一定速度で移動できるように構成されていればよい。
【００２６】
具体的には、移動台３５の上部を貫通するように、略円筒形状の回転部材３２がベアリング（図示せず）を介して回転可能に配設されており、この回転部材３２の左端には、端部に砥石３１ａが形成された円筒部材３１が延設されている。また、回転部材３２の右端には、ベルト３３がかけられ、このベルト３３は、移動台３５の右側に固定されたモータ３４の回転部３４ａにもかけられている。従って、モータ３４を回転させることにより、モータ３４の回転部３４ａ及び回転部材３２を介して円筒部材３１が回転するようになっている。切断部材３０は、これら円筒部材３１、回転部材３２等により構成されている。
【００２７】
また、円筒部材３１及び回転部材３２の内部の中心軸部分には、先端に円板形状の押さえ部２１ａが形成された棒状部材２１が挿通しており、棒状部材２１の他端は、回転部材３２を通過した後、連結部材２３を介してエアーシリンダー２２のピストン２２ａに連結されている。固定部材２０は、これら棒状部材２１、連結部材２３、エアーシリンダー２２等により構成されている。
従って、エアーシリンダー２２を操作することにより、棒状部材２１を左右方向（水平方向）に移動させることができる。
なお、棒状部材２１等が円筒部材３１等の内部に挿通されているのは、切断用材料２５を切断した後も、切断後の材料を固定しておくためである。
【００２８】
さらに、円筒部材３１の一領域の周囲には、円環形状の廃材押さえ部４１が配設されており、この廃材押さえ部４１は支持棒４３を介して支持部材４２に水平方向に移動可能な状態で支持されている。廃材押さえ部材は、これら廃材押さえ部４１、支持部材４２、支持棒４３等により構成されている。
【００２９】
次に、この切断装置１０を使用した多孔質セラミック材料の切断方法を説明する。ここでは、多孔質セラミック材料として、多孔質セラミック部材を多数接着剤で接着して作製した切断用材料２５を用いた場合について説明する。
まず、切断用材料２５を載置台１１の上に載置した後、エアーシリンダー１２を操作することにより上昇させ、切断用材料２５が固定台１４の正面、すなわち図１に示した位置にくるようにする。
【００３０】
次に、棒状部材２１を切断用材料２５の方に移動させ、押さえ部２１ａを切断用材料２５に当接させ、所定の力を加えることにより、固定台１４に固定する。すなわち、エアーシリンダー２２に一定圧力を加えることにより、切断用材料２５を押さえ付ける。
【００３１】
次に、モータ３４を作動させることにより、その中心を回転軸として円筒部材３１を回転させ、続いて、移動部材３５を移動させることにより、円筒部材３１を回転させながら、切断用材料２５側に移動させる。
円筒部材３１先端の砥石３１ａが切断用材料２５に接触すると、切断用材料２５の切断が始まる。移動台３５の移動に伴い、円筒部材３１等の殆どの部材は切断部材２５側に移動していくが、棒状部材２１等はエアーシリンダー２２に連結されているため、ピストン２２ａがエアーシリンダー２２内を移動することにより、一定圧力で切断用材料２５を押圧しつづけ、移動しない。
【００３２】
切断が進行すると、円筒部材３１が切断用材料２５の内部に侵入していき、廃材用押さえ部４１が切断用材料２５に接触するようになる。これ以降、廃材用押さえ部４１は、切断用材料２５を一定圧で押圧し、切断により不要となる部分（以下、廃材という）は、切断用材料２５の切断が完了する前後において落ちないようにする。従って、切断が完了する前に、廃材が落ちたり、飛んだりすること等によって、切断した部材を傷付けることはない。
【００３３】
この際、廃材用押さえ部４１及び支持棒４３は、円筒部材２１と同様の機構により切断用材料２５を一定圧で押圧する。
固定台１４には、円形状の溝（図示せず）が形成されており、砥石３１ａが切断用材料２５の切断を完了した後であっても、固定台１４を傷つけないようになっている。
【００３４】
切断が完了すると、まず、円筒部材２１の回転を止め、廃材押さえ部４１を後退させることにより、廃材を下に落として回収する。次に、移動台３５を移動させて円筒部材３１等を後退させる。
【００３５】
さらに、載置台１１を切断された材料を載置できる位置まで上昇させ、棒状部材２１を後退させることにより切断された材料を載置台１１に載置させる。
その後、載置台１１を下降させることにより、切断用材料２５の切断が完了する。
【００３６】
上記した本発明の切断装置において、円筒部材３１を移動させる場合、切断用材料２５の表面に欠けやチッピングが発生しないように、切断を開始する前後と切断を完了する前後には、移動速度を落とすことが望ましい。
例えば、切断を開始する前後と切断を完了する前後には、０．１５〜０．７ｍｍ／秒程度の移動速度が好ましく、その他の中央部分を切断する際には、その１０倍程度の移動速度が好ましい。
円筒部材３１の回転周速度は、１００〜１５００ｍ／ｍｉｎ程度が好ましい。
【００３７】
円筒部材３１の直径は、切断する材料にもよるため、特に限定されるものではないが、通常、１００〜３００ｍｍ程度である。
円筒部材の端部に形成する砥石３１ａは、＃１０〜＃４００程度の粒度を有するダイヤモンド砥粒を１００以下の集中度で含むものが好ましい。特に、１０〜５０程度の集中度が好適である。また、砥石３１ａの幅は、１〜２０ｍｍ程度でよい。
なお、集中度とは、１ｃｍ3 当たりに含まれるダイヤモンド砥粒の重さをいい、集中度１００の場合には、１ｃｍ3 当たり４．４カラットのダイヤモンド砥粒が含まれている。
【００３８】
上記した本発明の切断装置の動作は、それぞれの部材の動作を監視するセンサー等や予め操作の順序が記憶されたマイクロコンピュータ等の制御装置を用いて自動的に行うことができ、これにより従来では、人手に頼っていた切断作業を人手を余りかけずに効率良く行うことができる。
【００３９】
また、本発明の切断装置では、目的とする円筒形状に砥石が形成された円筒部材を使用して切断するので、寸法にバラツキが生じることはなく、精密な寸法のものを作製することができる。また、砥石に無理な負荷がかからないので、砥石の寿命が長くなるとともに、切断した材料にも、欠けやチッピングが生じにくい。すなわち、図４に示す従来の平刃を用いた切断装置では、従来、約１００個程度の切断用材料２５しか切断することができなかったが、本発明の切断装置を使用した場合には、約１０００個程度の切断用材料２５を切断することができ、砥石の寿命を大幅に延ばすことができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の多孔質セラミック材料の切断方法は、上述の通りであるので、欠けやチッピングを生じさせることなく、寸法にバラツキを生じさせることなく、精密な寸法のものを作製することができる。また、砥石に無理な負荷がかからないので、砥石の寿命を延ばすことができる。
【００４１】
また、本発明の多孔質セラミック材料の切断装置は、上述の通りであるので、欠けやチッピングを生じさせることなく、寸法にバラツキを生じさせることなく、精密な寸法のものを作製することができる。また、砥石に無理な負荷がかからないので、砥石の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の切断装置を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）図におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】セラミックフィルタを模式的に示した斜視図である。
【図３】（ａ）は、多孔質セラミック部材を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）図におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来の多孔質セラミック材料の切断方法を模式的に示した正面図である。
【符号の説明】
１０  多孔質セラミック材料の切断装置
１１  載置台
１４  固定台
２０  固定部材
２１  棒状部材
２１ａ  押さえ部
２５  切断用材料
３０  切断部材
３１  円筒部材
３１ａ  砥石
４１  廃材押さえ部
５０  多孔質セラミック部材
５１  貫通孔
５２  充填材
５３  隔壁
６０  セラミックフィルタ
【図１】
0004132321.tif 000002
【図２】
0004132321.tif 000003
【図３】
0004132321.tif 000004
【図４】
0004132321.tif 000005