(57)【要約】【課題】一体的に接合された複数のハニカムセグメント間の接合材層の組織にばらつきが生じて強度特性が低下することを防止するハニカムセグメント接合体の製造方法を提供する。【解決手段】隔壁により仕切られ軸方向に貫通する複数のセルを有する導電性セラミックスにより形成されたハニカムセグメント１０を接合材を介して積層し、複数積層されたハニカムセグメント１０の最外周に位置するハニカムセグメント１０によりも、内側に位置するハニカムセグメント１０に高電圧を印加する。個々のハニカムセグメント１０の軸方向の一方の端面から他方の端面に電流を流すことにより、ハニカムセグメント１０を発熱させ、これにより接合材を乾燥させてハニカムセグメント１０どうしを密着固定して接合する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁により仕切られ軸方向に貫通する複数のセルを有する導電性セラミックスにより形成されたハニカムセグメントを接合材を介して積層し、前記ハニカムセグメントに通電することにより、前記接合材を乾燥させて前記ハニカムセグメントどうしを密着固定して接合するハニカムセグメント接合体の製造方法。
【請求項２】
複数積層された前記ハニカムセグメントの最外周に位置する前記ハニカムセグメントよりも、内側に位置する前記ハニカムセグメントに高電圧を印加する請求項１に記載のハニカムセグメント接合体の製造方法。
【請求項３】
個々の前記ハニカムセグメントの前記軸方向の一方の端面から他方の端面に電流を流すことにより、前記ハニカムセグメントを発熱させ、これにより前記接合材を乾燥させる請求項１または２に記載のハニカムセグメント接合体の製造方法。
【請求項４】
前記導電性セラミックスは、ＳｉＣを含んだ請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカムセグメント接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカムセグメントの複数が接合材層によって一体的に接合されたハニカムセグメント接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境改善、公害防止等のため、排ガス用の捕集フィルタとしてハニカム構造体が多用されている。現在、例えば、ＳｉＣ製ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）は、熱衝撃による割れを防止するために分割した基材（ハニカムセグメント）を、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、自然乾燥等により接合材（セラミックスセメント）を乾燥して一体化して作製している（例えば特許文献１参照）が、接合箇所により乾燥後の接合材層組織に違いが生じ、その特性にもばらつきが生じるため耐熱試験時に特性の低い箇所に割れが生じる問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−７４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に接合体においては接合材の乾燥が各接合箇所において同様におこることが理想的であるが、複数の基材（ハニカムセグメント）を接合材で接合する場合、外側の接合材が先に乾燥して固化し、その後内部の接合材が固化するため、接合体の外側の接合材と内部の接合材では乾燥の仕方が異なり、それに伴う接合材の乾燥収縮及び硬化の挙動が外側と内部とで異なることとなる。先に乾燥して固化する外側の接合材は、接合材の乾燥収縮及び硬化に伴い基材が比較的均質に移動しながら固化するため接合材層の組織のばらつきが小さく、その特性もばらつきが小さい。それに対して内部の接合材においては、接合材の乾燥収縮および硬化に伴うハニカムセグメントの動きが均質でないため、接合材層の形成の仕方にばらつきが生じ、その特性にもばらつきが生じる。
【０００５】
例えば、ある箇所では接合材の収縮に伴いハニカムセグメントの接合間隔が小さくなる方向の動きをしながら硬化し、他の箇所ではハニカムセグメントの片側が既に硬化した状態にあるため接合材の収縮に見合う程の動きができずに硬化したり、あるいは反対に接合間隔が開く方向に動いたりして接合材層の組織にばらつきが生じ、その特性にもばらつきが生じる。
【０００６】
本発明の課題は、一体的に接合された複数のハニカムセグメント間の接合材層の組織にばらつきが生じて強度特性が低下することを防止するハニカムセグメント接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、ハニカムセグメントに通電し、これにより接合材を乾燥させることにより、接合材を均一に乾燥させて、強度特性が低下することを防止しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のハニカムセグメント接合体の製造方法が提供される。
【０００８】
［１］  隔壁により仕切られ軸方向に貫通する複数のセルを有する導電性セラミックスにより形成されたハニカムセグメントを接合材を介して積層し、前記ハニカムセグメントに通電することにより、前記接合材を乾燥させて前記ハニカムセグメントどうしを密着固定して接合するハニカムセグメント接合体の製造方法。
【０００９】
［２］  複数積層された前記ハニカムセグメントの最外周に位置する前記ハニカムセグメントよりも、内側に位置する前記ハニカムセグメントに高電圧を印加する前記［１］に記載のハニカムセグメント接合体の製造方法。
【００１０】
［３］  個々の前記ハニカムセグメントの前記軸方向の一方の端面から他方の端面に電流を流すことにより、前記ハニカムセグメントを発熱させ、これにより前記接合材を乾燥させる前記［１］または［２］に記載のハニカムセグメント接合体の製造方法。
【００１１】
［４］  前記導電性セラミックスは、ＳｉＣを含んだ前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカムセグメント接合体の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
ハニカムセグメントに通電することにより発生する熱によって、接合材を乾燥させることができる。内側の接合材もハニカムセグメントによって外側の接合材と同様に乾燥させることができるため、接合材を均一に乾燥させることができ、収縮歪、クラック、はがれ、ボイド等の発生を防止し、接合強度の低下を防止することができる。また、ハニカムセグメントに通電することにより接合材を乾燥させるため、局所的な乾燥が可能であり、乾燥速度の制御も容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１４】
図１に、本発明のハニカムセグメント接合体１の製造方法が適用されるハニカムセグメント１０を示す。ハニカムセグメント１０は、セラミックによって形成され、外周壁７と、外周壁７の内側に配置された隔壁２と、隔壁２により仕切られた複数のセル３とを有する。
【００１５】
更に、本発明のハニカムセグメント接合体１をフィルタとして用いる場合には、図１に示すように、一部のセル３がハニカムセグメント１０の端面８において目封じされていることが好ましい。特に、隣接するセル３が互いに反対側となる端面８において交互に目封じされており、端面８が市松模様状に目封じされていることが好ましい。この様に目封じすることにより、例えば一の端面８から流入した被処理流体は隔壁２を通って、他の端面８から流出し、被処理流体が隔壁２を通る際に多孔質の隔壁２がフィルタの役目をはたし、目的物を除去することができる。
【００１６】
本発明において、ハニカムセグメント１０は、ＤＰＦに用いる場合には、強度、耐熱性等の観点から、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合相を用いることが好ましい。また、本発明において、ハニカムセグメント接合体１が金属珪素（Ｓｉ）と炭化珪素（ＳｉＣ）とからなる場合、ハニカムセグメント接合体１のＳｉ／（Ｓｉ＋ＳｉＣ）で規定されるＳｉ含有量が少なすぎるとＳｉ添加の効果が得られないため強度が弱く、５０質量％を超えるとＳｉＣの特徴である耐熱性、高熱伝導性の効果が得られない。Ｓｉ含有量は、５〜５０質量％であることが好ましく、１０〜４０質量％であることが更に好ましい。ハニカムセグメント１０は、ＳｉＣ以外であっても導電性セラミックスであればよい。
【００１７】
上記原料にメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース等のバインダー、有機造孔材、界面活性剤及び水等を添加して、可塑性の坏土を作製し、坏土を、例えば押出成形し、隔壁２により仕切られた軸方向に貫通する多数のセル３を有する四角柱形状のハニカム成形体を成形する。これを、例えばマイクロ波及び熱風などで乾燥した後、仮焼してバインダーや有機造孔材を除去し、その後焼成することにより、ハニカムセグメント１０を製造することができる。
【００１８】
また、セル３が端面８において目封じされている場合の目封じ部は、ハニカムセグメント接合体１の主結晶相と同様の種類の結晶相を主結晶相として含むことが好ましい。
【００１９】
図２は、ハニカムセグメント接合体１の接合方法を示す。まず、隔壁２により仕切られ軸方向に貫通する多数のセル３を有するセラミック多孔質体のハニカムセグメント１０が、接合材による接合材層５を介して複数個結束される。
【００２０】
具体的には、図２に示すように、縦受板２０と横受板２１とにより、Ｌ字状断面に形成された収容エリアＡ内にハニカムセグメント１０の各々が、各々の外周壁７を接合面として、その接合面間に接合材層５を介在させて積層される。この積層は、２面を縦受板２０および横受板２１に沿わせて行われる。
【００２１】
接合材層５を形成する接合材は、無機粒子、無機接着剤を主成分とし、副成分として、有機バインダー、界面活性剤、発泡樹脂、水等を含んで構成される。無機粒子としては、板状粒子、球状粒子、塊状粒子、繊維状粒子、針状粒子等を利用でき、無機接着剤としては、コロイダルシリカ（ＳｉＯ２ゾル）、コロイダルアルミナ（アルミナゾル）、各種酸化物ゾル、エチルシリケート、水ガラス、シリカポリマー、りん酸アルミニウム等を利用できる。主成分としては導電性を生じる程度でなければ（接合材導電率は、セグメント導電率の１／５０〜１／２００程度であることが好ましい）、ハニカムセグメント１０の構成成分と共通のセラミックス粉を含むものが好ましく、また健康問題等からは、セラミックスファイバー等の繊維状粒子を含まないものが好ましく、板状粒子を含有する方が好ましい。板状粒子としては、例えば、マイカ、タルク、窒化ホウ素及びガラスフレーク等を利用することができる。この接合材をハニカムセグメント１０の接合面に付着させることにより接合材層５を形成することができる。この接合材層５の形成は、積層前のハニカムセグメント１０に対して行ってもよく、あるいは既に積層されているハニカムセグメント１０の露出している接合面に対して行ってもよい。また積層は、ハニカムセグメント１０を１個ずつ積み重ねることにより行われる。
【００２２】
次に、図３に示すように、ハニカムセグメント１０を所定の個数（本実施形態では、６列×６列の３６個）積層後、最外層に位置するハニカムセグメント１０を介して全体を同時に矢印Ｆ１およびＦ２方向に本加圧する（図２参照）。このときの本加圧は、積層体の２面が縦受板２０および横受板２１で覆われているので、他の２面の全体を同時に矢印Ｆ１およびＦ２方向に本加圧する。このときの加圧動力は、エアシリンダ、あるいは油圧シリンダ等が用いられる。
【００２３】
上記のように、ハニカムセグメント１０を接合材を介して積層した後、ハニカムセグメント１０に通電して接合材を乾燥することにより、ハニカムセグメント１０どうしを密着固定して接合する。図４及び図５に本発明のハニカムセグメント接合体の製造方法における通電乾燥の一実施形態を示す。図４は、軸方向の断面図、図５は、一方の端面８側から見た平面図である。図４に示すように、ハニカムセグメント１０の軸方向の両端面８に、電極２５ａ、２５ｂが取り付けられている。電極２５ａは、端面８の外側の領域、電極２５ｂは、端面８の内側の領域に配置されている。電極材質としては、例えば、金属フェルト、カーボンフェルトなどの導電性フェルトや、導電性の板等を利用できる。また、導電性物質のセグメント表面への塗布などを行ってもよい。このような電極を取り付けることにより、ハニカムセグメント１０は、導電性セラミックスにより形成されており、接合材は、絶縁性材料であるため、ハニカムセグメント１０の一方の端面８から他方の端面８に通電することができる。すなわち、各々のハニカムセグメント１０にのみ通電し、接合材層５には、通電させないことになる。
【００２４】
そして、上記のように、外側に位置するハニカムセグメント１０に通電するための電極２５ａと、内側に位置するハニカムセグメント１０に通電するための電極２５ｂとによって、複数積層されたハニカムセグメント１０の最外周に位置するハニカムセグメント１０よりも、内側に位置するハニカムセグメント１０に高電圧を印加する。個々のハニカムセグメント１０の軸方向の一方の端面８から他方の端面８に電流を流すことにより、ハニカムセグメント１０を発熱させ、これにより接合材を乾燥させることができる。このように、内側のハニカムセグメント１０に高電圧を印加することにより、乾燥しにくい内側の接合材を外側の接合材と同程度に乾燥させることができる。このようにすることにより、内側の接合材と外側の接合材との乾燥差による収縮歪、クラック、はがれ、ボイド等の発生を防止し、接合強度の低下を防止することができる。
【００２５】
なお、電極形状は、図４及び図５に記載の実施形態に限定されず、個々のハニカムセグメント１０に電極を取り付けてもよいし、所定の領域ごとに電極を取り付けてもよい。また、本発明の通電乾燥方法は、他の乾燥方法と併用も可能である。
【００２６】
そして、接合材の乾燥後、仮焼する。つまり、通電乾燥して、接合材の乾燥収縮および硬化に伴う、ハニカムセグメント１０の動き方を均質にすることにより、接合材層５の形成の仕方のばらつきを低減し、各ハニカムセグメント接合体１間の接合材層５の特性のばらつきを低減することができる。つまり、通電乾燥により、内側と外側の接合材の局所的な乾燥速度を制御することができ、均一な乾燥を行うことにより、ハニカムセグメント接合体の耐熱衝撃性を向上させることができる。そして、さらに外周を円筒状に研削し、その外周面をコーティング材で塗布し、その後７００℃程度で、２時間程度熱処理して、図６に示すようなハニカム構造体１を得ることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
（ハニカムセグメントの作製）
ハニカムセグメントの原料として、ＳｉＣ粉末及び金属Ｓｉ粉末を８０：２０の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を作製した。この坏土を押出成形し、乾燥して隔壁の厚さが３１０μｍ、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ２（３００セル／平方インチ）、断面が一辺３５ｍｍの正四角形、長さが１７８ｍｍのセラミックス成形体を得た。このセラミックス成形体を、端面が市松模様状を呈するように、セルの両端面を目封じした。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封じを行った。目封じ材としては、ハニカムセグメント原料と同様な材料を用いた。セルの両端面を目封じし、乾燥させた後、大気雰囲気中約４００℃で脱脂し、その後、Ａｒ不活性雰囲気にて約１４５０℃で焼成して、ＳｉＣ結晶粒子をＳｉで結合させた、多孔質構造を有するハニカムセグメントを得た。
【００２９】
（接合材の調製）
接合材としてＳｉＣ微粒４１質量％、ＳｉＣ粗粒１６．５質量％、マイカ２２質量％、コロイダルシリカ２０質量％、ベントナイト０．５質量％、有機造孔材１．５質量％（外配）、有機バインダー０．４質量％（外配）、分散剤０．０４質量％（外配）を混合したものに水をさらに混合し、ミキサーにて３０分間混練を行いペースト状の接合材を得た。このとき、ペースト粘度が２０〜６０Ｐａ・ｓとなるように水の添加量を調整した。
【００３０】
（接合）
ハニカムセグメント接合面に接合材を塗布し、順次１個ずつ加圧しながら接合する工程を繰り返し、縦６列横６列に組み合わせた３６個のハニカムセグメントからなる接合体を作製した。その後、両端面に電極を取り付けて、通電乾燥を行った。通電乾燥の条件は、最外周の一列のハニカムセグメントに２０Ｖ、内側のハニカムセグメントに３０Ｖの電圧を印加した（実施例１）。
【００３１】
また、同様にハニカムセグメントを作製し、熱風乾燥（比較例１）、マイクロ波乾燥（比較例２）、自然乾燥（比較例３）によって接合材を乾燥させた。乾燥条件は、表１に示す。
【００３２】
その後、電気炉にて７００℃、２時間熱処理して接合体（実施例１、比較例１〜３）を得た。
【００３３】
（接合強度）
図７に示すように、一部のハニカムセグメントの両端面を固定し、残余のハニカムセグメントに荷重をかけて接合材層による接合強度を調べた。接合強度の測定に関しては、最外周ハニカムセグメントと最外周から２つめのハニカムセグメントとの接合部位で測定を実施した。結果を表１に示す。なお、表１の隙間比は、ハニカムセグメント一辺に接する接合材層の長さＬに対する、接合材層内の隙間（デラミネーション）の長さｌの比ｌ／Ｌ×１００（％）であり、図８に示すように、ハニカムセグメント１０間の接合材層５内に発生したデラミネーション５ｄの割合を示している。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に示すように、通電乾燥による実施例１は、比較例１〜３に比べ、接合強度が向上した。また、実施例１は、比較例１〜３に比べ、隙間比が小さく、デラミネーションが発生しにくかった。これは、従来の方法（比較例１〜３）では、内側の接合材と外側の接合材との間に乾燥速度の差が生じ、これにより接合強度が低下していたが、通電乾燥（実施例１）により、内側の接合材の乾燥と、外側の接合材の乾燥との差を少なくしたことにより、接合強度が向上したと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のハニカムセグメント接合体の製造方法は、排ガス用の捕集フィルタとして、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質（パティキュレート）を捕捉して除去するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ハニカムセグメントを示す斜視図である。
【図２】ハニカムセグメントの接合方法を示す説明図である。
【図３】積層されたハニカムセグメントの端面を示す模式図である。
【図４】通電乾燥を説明するための断面模式図である。
【図５】通電乾燥を説明するための平面図である。
【図６】ハニカム構造体の斜視図である。
【図７】接合強度測定法を説明するための説明図である。
【図８】隙間比を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：ハニカムセグメント接合体（ハニカム構造体）、２：隔壁、３：セル、５：接合材層、５ｄ：デラミネーション、７：外周壁、８：端面、１０：ハニカムセグメント、２０：縦受板、２１：横受板、２５ａ，２５ｂ：電極。
【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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