(57)【要約】  焼成体を接合してフィルタを形成する際に、焼成体に焼成収縮等により焼成変形が生じていても、隣り合う焼成体を同一方向に揃えて接合することができ、さらにこの接合作業を機械による自動化で行うことができるスペーサ付き焼成体及びその製造方法と接合方法、並びにセラミックスハニカムフィルタを提供する。  両端面がハニカム状に開口しており矩形断面を有する柱状の焼成体本体の側面にスペーサを備えるスペーサ付き焼成体であって、該スペーサは前記焼成体本体の４側面のうち少なくとも対向する２側面に設けられており、対向する側面のスペーサの頂面同士が平行であることを特徴とするスペーサ付き焼成体。このスペーサ付き焼成体を隣接する焼成体のスペーサと突き合わせた状態で接合剤で接合する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端面がハニカム状に開口しており、矩形断面を有する柱状の焼成体本体の側面にスペーサが設けられているスペーサ付き焼成体であって、
該スペーサは前記焼成体本体の４側面のうち少なくとも対向する２側面に設けられており、
対向する側面のスペーサの頂面で形成される平面が平行であることを特徴とするスペーサ付き焼成体。
【請求項２】
前記４側面すべてにスペーサを備え、該スペーサの頂面で構成される仮想の断面が長方形又は正方形である請求項１に記載のスペーサ付焼成体。
【請求項３】
両端面がハニカム状に開口しており、矩形断面を有する柱状の焼成体本体の４側面の所定位置にペースト状のスペーサを塗着し、
該焼成体本体を４平面で囲まれた矩形の中空断面の型枠内にセットし、
この状態で前記スペーサを乾燥して固化させることを特徴とするスペーサ付き焼成体の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載のスペーサ付き焼成体を接合剤を介して接合する方法であって、
隣接する焼成体のスペーサを突き合わせた状態で焼成体同士を接合することを特徴とするスペーサ付き焼成体の接合方法。
【請求項５】
隣接する焼成体の長手方向の中央位置を位置合わせして接合する請求項４に記載のスペーサ付き焼成体の接合方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のスペーサ付き焼成体の接合方法により接合された複数個の焼成体からなる接合体を機械加工して形成することを特徴とするセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項７】
前記焼成体の両端面がハニカム状に開口しており、該端面が千鳥格子状もしくは市松模様に目封じされている請求項６に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体を焼成して得られる焼成体にスペーサを形成したスペーサ付き焼成体、及びその製造方法と接合方法、並びにセラミックスハニカムフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等のエンジンからの排ガスを浄化するためにＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が用いられている。このＤＰＦには炭化ケイ素質、窒化ケイ素質等の非酸化物からなるセラミックスハニカムフィルタ（以下、フィルタと略す）が用いられる。このフィルタは使用に伴って排ガス中のすす等がフィルタ内に溜まっていく。このため、フィルタ効率を向上させるために排ガス温度を高くして（例えば５００℃〜１０００℃）、このすす等を燃焼させることが必要である。しかし、１つの成形体で大きなサイズのフィルタを形成した場合、熱応力が大きくなるため、このような高温処理が繰り返されることによりヒートショックが起こりやすくなり割れ等の原因となる。そこで、複数の焼成体を接合してフィルタを構成することにより、ヒートショックによる熱膨張や熱収縮を緩和するフィルタが提案されている。【０００３】
特許文献１にセラミックス構造体が記載されている。このセラミックス構造体は多孔質セラミックス部材が接着層を介して複数個結束されたものであり、結束される多孔質セラミックス部材間には、間隔保持材が挟持されている。しかし、多孔質セラミックス部材は焼成時の収縮等により焼成変形するため、理想の直方体ではなく、その側面には歪み等が生じている。したがって、この歪んだ側面に単に間隔を保持するための円柱状あるいは角柱状の間隔保持材を設けただけでは、隣り合う多孔質セラミックス部材が真直ぐに整列されずに傾いた状態となり、同一方向に揃って接合されない。その結果、多数の多孔質セラミックス部材を接合すると、全体のセラミックス構造体の寸法精度が悪くなり、トラックやバス等で用いられる大きなＤＰＦ（例えば直径４５ｃｍの円筒形状）を形成することは困難である。また、焼成変形により多孔質セラミックス部材の形状がそれぞれ異なるため、間隔保持材を取り付ける作業を自動化により行うことが困難であり、間隔保持材の取り付けに手間がかかり生産性の点で問題がある。【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０２６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、焼成体を接合してフィルタを形成する際に、焼成体に焼成時の収縮等により焼成変形が生じていても、隣り合う焼成体を同一方向に揃えて接合することができ、さらにこの接合作業を機械による自動化で行うことができるスペーサ付き焼成体、及びその製造方法と接合方法、並びにセラミックスハニカムフィルタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記目的を達成するため、両端面がハニカム状に開口しており、矩形断面を有する柱状の焼成体本体の側面にスペーサが設けられているスペーサ付き焼成体であって、該スペーサは前記焼成体本体の４側面のうち少なくとも対向する２側面に設けられており、対向する側面のスペーサの頂面で形成される平面が平行であることを特徴とするスペーサ付き焼成体を提供する。【０００７】
本発明の好ましい実施の形態では、前記焼成体本体は前記４側面すべてにスペーサを備えており、該スペーサの頂面で構成される仮想角柱の断面が長方形又は正方形であることを特徴としている。【０００８】
また、本発明は、前記焼成体本体の４側面の所定位置にペースト状のスペーサを塗着し、該焼成体本体を４平面で囲まれた矩形の中空断面の型枠内にセットし、この状態で前記スペーサを乾燥して固化させることを特徴とするスペーサ付き焼成体の製造方法を提供する。【０００９】
さらに、本発明は、焼成体本体の４側面の所定位置にスペーサを備えるスペーサ付き焼成体を接合剤を介して接合する方法であって、隣接する焼成体の前記スペーサを突き合わせた状態で焼成体同士を接合することを特徴とするスペーサ付き焼成体の接合方法を提供する。【００１０】
上記接合方法において、隣接する焼成体本体は長手方向の中央位置を位置合わせして接合することが好ましい。【００１１】
また、本発明は、上記スペーサ付き焼成体の接合方法により接合された複数個の焼成体からなる接合体を機械加工して形成されたセラミックスハニカムフィルタを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスペーサ付き焼成体は、矩形断面の柱体の対向する側面に設けられたスペーサの頂面で形成される平面が平行であるため、例えば焼成体を横にして重ねたときに、焼成体を傾くことなく積み重ねることができる。これにより、多数の焼成体を積み重ねても焼成体は同一方向に揃えて接合することができ、寸法精度が損なわれることがない。【００１３】
また、焼成体本体の４側面すべてにスペーサが備えられていると、該スペーサの頂面で構成される仮想角柱の断面が長方形又は正方形であるため、焼成体を寸法精度よく立体的に積み重ねることができ、形状精度に優れた大きなサイズのフィルタが簡便に生産できる。【００１４】
本発明のスペーサ付き焼成体の接合方法によれば、焼成体本体の４側面にペースト状のスペーサが塗着された焼成体本体は矩形中空断面の型枠内にセットされ、この状態でペースト状のスペーサが乾燥固化されるので、焼成体本体の４側面上に形成されたスペーサの頂面は矩形断面の仮想四角柱の側面の一部を構成する。これにより、スペーサの頂面で形成される仮想四角柱が正確な矩形（正方形又は長方形）の断面である焼成体を容易に形成できる。【００１５】
また、本発明は、このように側面にスペーサが形成された焼成体を、隣接する焼成体のスペーサ同士を突き合わせて接合するので、焼成体を縦横に多数並べて配置した場合に、縦横方向に歪んだり傾いたりすることなく一方向に揃えて接合できる。【００１６】
この場合、接合する焼成体の長手方向の中央位置同士を位置合わせして接合することにより、接合時又は接合後に接合体の端面を揃える工程が不要となる。【００１７】
また、本発明は、スペーサにより外形が正確な仮想の直方体又は正四角柱に形成された焼成体を一方向に揃えて接合してなる接合体を機械加工するため、多数の焼成体を縦横に並べて接合して形成されるバスやトラック等に用いる大型のフィルタを寸法精度よく形成できる。また、複数の焼成体を接合して形成するため、使用時のヒートショックを緩和して割れ等の発生を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るスペーサ付き焼成体の一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図。
【図２】本発明に係るスペーサ付き焼成体の製造方法を示すフローチャート。
【図３】仕分け治具の概略図。
【図４】スペーサの頂面成形用の型枠の概略図。
【図５】図４の型枠に本発明に係るスペーサ付き焼成体を収容した状態を示す概略図。
【図６】本発明に係るスペーサ付き焼成体の接合方法を順番に示す概略図。
【図７】本発明に係るスペーサ付き焼成体の接合方法により形成される接合体の上面図。
【図８】本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの概略図。
【図９】セラミックスハニカムフィルタの製造方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００１９】
１：スペーサ付き焼成体、２：焼成体本体、３：スペーサ、４：貫通孔、５：封止材、６：仕分け治具、６ａ：樋、６ｂ：蓋、７：型枠、７ａ，７ｂ：壁部材、７ｃ：ヒンジ、８：離型紙、９：接合台、１０：接合剤、１１：接合体、１２：セラミックスハニカムフィルタ、１３：スペーサの頂面で形成される外形の断面（仮想断面）、１４：焼成体支持部材。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のスペーサ付き焼成体について図面を参照して説明する。図１は本発明に係るスペーサ付き焼成体を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。  図１に示すように、本発明に係るスペーサ付き焼成体１は焼成体本体２とスペーサ３で構成される。焼成体本体２は断面が実質的に矩形（正方形又は長方形）の柱体であり、両端面を貫通する多数の貫通孔４を有し、断面（端面）が格子状に形成されている。したがって、焼成体本体２の両端面は多数の貫通孔４により格子のハニカム状に開口している。この貫通孔４には、該焼成体１をフィルタとして使用するときには、図１に示すように焼成体本体２の両端面（入口側と出口側）が千鳥格子状もしくは市松模様となるように封止材５が充填される。なお、封止材５は入口側と出口側の両端面で異なる貫通孔４に形成される。すなわち、入口側が封止された貫通孔４は出口側が開口し、入口側が開口している貫通孔４は出口側が封止される。隣接する各貫通孔４の隔壁は多孔質の焼成体によって形成されている。これにより、排ガスは入口側が開口した貫通孔４に流入し、該貫通孔４内を流通する途中で隣の貫通孔との隔壁である多孔質の焼成体からなるフィルタを通って隣の貫通孔４に移り、その際にすす等がフィルタで除去され、出口側が開口した貫通孔４から浄化空気として排出される。なお、封止材５の充填は、スペーサの形成前でも形成後でもよく、特に制限されない。【００２１】
四角柱状の焼成体本体２の４側面の各々にはスペーサ３が複数個（図では１側面に４個）所定の位置に設けられる。この場合、隣接する焼成体本体２のスペーサ同士を突き合わせできるように、スペーサ３は隣接する焼成体本体２の側面のほぼ対応する位置に設けられる。また、スペーサ３を焼成体本体２の側面に設ける位置は特定されないが、複数個のスペーサを側面にできるだけ均一に分散させて設けることが好ましい。具体的には、本例のように一つの側面に４個のスペーサを設けるときは、側面の各コーナー部に設けることが好ましい。
スペーサ３は頂面（先端面）が平らな突起状をしており、焼成体本体２の側面の凹凸状態に応じてそれぞれ高さが異なり、各側面の４個のスペーサ３の頂面は同一平面上に形成される。その結果、焼成体本体２の対向する２側面のスペーサ頂面で形成される平面同士は平行である。したがって、４側面の各スペーサ３の頂面で形成される４つの平面により、矩形断面の仮想四角柱が形成される。すなわち、焼成体本体２の同一側面に設けられる複数個のスペーサ３の頂面は共通の平面を形成し、かつ隣り合う側面のスペーサ３の頂面で形成される平面は互いに直交する。これにより、４側面のスペーサ３の頂面で形成される外形は図１（Ｂ）の点線１３で示すように断面（仮想断面）が矩形（図では正方形）の柱体を示す。【００２２】
次に、本発明に係るスペーサ付き焼成体の製造方法について説明する。図２は本発明に係るスペーサ付き焼成体の製造方法を示すフローチャートである。図２に基づいて各ステップを説明する。
ステップＳ１
成形された四角柱の焼成体本体をその断面の四角形の大きさに応じて所定寸法ごとに仕分けする。この仕分けは、例えば図３に示すような樋状の仕分け治具を用いて行うことができる。図３に示すように、仕分け治具６は所定の幅Ｗを有する樋６ａで構成される。Ｗを変えて数種類の樋６ａを用意しておく。スペーサ成形前の焼成体本体を仕分けするときは、例えば正四角柱の焼成体本体を仕分けする場合、樋６ａに焼成体本体２を入れてその断面の縦横寸法について収まるものと収まらないものとに仕分ける。収まらないものについては、樋６ａを変えて同じように行うことにより、外形の変形度合いに応じて仕分けることができる。なお、焼成体本体を入れた樋６ａに蓋６ｂをすることにより縦寸法についても同時に仕分けできる。
このように数種類の樋を用いて焼成体本体を仕分けしてスペーサを形成することにより、後述する焼成体の接合に際し、接合する焼成体の大きさをある程度揃えておくことができるため、接合体の寸法精度を向上させることができる。また、寸法が仕分けられた焼成体を適宜選択して接合することにより歩留まりの向上を図ることができる。
ステップＳ２
焼成体本体の両端面をマスキングする。例えば、シート等で両端面を覆う。後述する焼成体の接合に際し、接合剤がはみ出て貫通孔を塞ぐことを防止するためである。
ステップＳ３
焼成体本体の４側面にペースト状のスペーサを塗着する。このスペーサは未乾の練り状であり、側面の所定の位置に盛り付けられる。この場合、ペースト状スペーサの位置は、図１では各側面の分離した４箇所に設けているがこれに限定されない。一つの側面に設けられるスペーサの数は増減でき、焼成体本体の側面によって変えて塗着してもよい。またスペーサの大きさおよび形態も特定されるものでなく、本例のように点状に塗着するほかに連続して塗り付けてもよい。なお、ペースト状スペーサとしては、アルコール等の溶剤や水中に無機バインダー、有機バインダー、無機粒子、又は無機繊維等を適宜添加して混合、混練したものが好ましく使用される。【００２３】
ステップＳ４
型枠を用いてスペーサの頂面合わせ（以下、頂面成形という）を行う。この頂面成形は、例えばスペーサ頂面成形用の型枠内に焼成体本体をセットして行われる。これを図４および図５に従って具体的に説明する。
図４はスペーサの頂面成形用の型枠の概略図であり、図５はこの型枠に本発明に係るスペーサ付き焼成体をセットした状態を示す断面概略図である。図示のように、頂面成形用型枠７は、断面Ｌ字状の壁部材７ａ，７ｂをヒンジ７ｃで連結して構成される。壁部材７ａ，７ｂの内面には離型紙８が取り付けられている。離型紙８によりスペーサ付き焼成体１のスペーサ３が離型しやすくなり離型時の変形や破損等を防止できるため好ましい。しかし、離型紙８は必須なものではなく、壁部材７ａ，７ｂ又はその内面をフッ素樹脂等の離型に優れた材質としてもよい。焼成体本体２を前記型枠内の略中央付近に固定するための焼成体支持部材１４を壁部材７ａ，７ｂの内面に設けるのが好ましい。この焼成体支持部材１４としては、バネやスポンジのような弾性を有するものが好ましい。
スペーサ３の頂面成形は、まず壁部材７ａの内壁に沿ってスペーサ３を塗着した焼成体本体２を載置する。次に壁部材７ｂをヒンジ７ｃを支点に回動させて型枠７を正四角柱形状にして止め具（不図示）で固定する。このとき、焼成体本体２の側面に塗着されたペースト状のスペーサ３が壁部材７ａ，７ｂによって押圧され、スペーサ３の頂面が型枠７の矩形（図では正方形）の内壁に沿った状態で固定される。焼成体本体２の４側面に形成された各スペーサ３の頂面は、壁部材７ａ，７ｂにより同一平面に形成され、頂面で形成される外形が正確な矩形となるように矯正される。
ステップＳ５
ステップＳ４で型枠内に焼成体本体をセットした状態で、ペースト状のスペーサ３を乾燥させて固化する。これにより、スペーサ頂面が正確な矩形断面の四角柱の各側面に一致して成形され固化するため、スペーサ付き焼成体のスペーサ頂面による外形が正確な直方体又は正四角柱となる。かくして、本発明に係るスペーサ付き焼成体１が完成される。この後、壁部材７ｂを開いてスペーサ付き焼成体１を頂面成形用の型枠７から取り出す。このとき、離型紙８により容易にスペーサ付き焼成体１を取り出すことができる。このように焼成体本体の側面にスペーサを設けることにより、焼成収縮等により焼成体本体が変形していても、常に外形が直方体又は正四角柱のスペーサ付き焼成体を得ることができる。【００２４】
次に、本発明に係るスペーサ付き焼成体の接合方法を説明する。
図６（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係るスペーサ付き焼成体の接合方法を順番に示す概略図であり、（Ａ）〜（Ｃ）の（ｉ）（ｉｉ）はそれぞれ側面図と上面図を示す。
（Ａ）に示すように、断面Ｖ字状（交差角９０°）に形成された接合台９にスペーサ付き焼成体１ａを載置する。接合台９の長さはスペーサ付き焼成体と同じ長さに形成される。このとき、スペーサ付き焼成体１ａの長手方向の中央位置を接合台９の長手方向の中央位置と位置合わせ（センタリング）するのが好ましい。次に、（Ｂ）に示すように、別のスペーサ付き焼成体１ｂを先に載置したスペーサ付き焼成体１ａに隣接させて接合台９に載置し、該スペーサ付き焼成体１ｂを接合剤１０を介してスペーサ付き焼成体１ａと接合する。このとき、スペーサ付き焼成体１ｂと接合台９のそれぞれの長手方向の中央を位置合わせすることにより、先に載置したスペーサ付き焼成体１ａと端面が揃うため、接合後に端面の面合わせをする必要がなくなるので好ましい。なお、接合剤１０としては、アルコール等の溶剤や水中に無機バインダー、有機バインダー、無機粒子又は無機繊維等を適宜添加して混合、混練したものが好ましく使用される。【００２５】
さらに、（Ｃ）に示すようにスペーサ付き焼成体１ｃをスペーサ付き焼成体１ａの他方の側面と接合する。このときも両者の長手方向の中央位置合わせをしながら接合する。これを繰り返すことにより、スペーサ付き焼成体の接合体（図７参照）が形成される。この場合、各焼成体の側面に、頂面で形成される平面が仮想の正四角柱を形成するように正確に成形されたスペーサが設けられているため、焼成体同士を位置合わせして積み重ねることにより、隣接して接合される焼成体のスペーサの頂面同士が突き合わされた状態で積み上げられる。このため、焼成体本体自体が変形していても、スペーサ付きの焼成体は、正四角柱を積み上げるのと同様に整列して平行に積み重ねて接合される。なお、通常は本例のように４側面のすべてにスペーサが設けられている焼成体を使用するが、接合台に積み重ねられた状態において最外部に位置する焼成体は、スペーサを突き合わせて焼成体を更に積み重ねる必要がないため、焼成体が隣接しない側面にはスペーサが設けられていなくてもよい。【００２６】
図７は本発明に係るスペーサ付き焼成体の接合方法により形成される接合体の端面を示す。図７に示すように、最終製品となるハニカムフィルタの形状（点線）に適合する数の焼成体１，１ａを接合して接合体１１が形成される。図７では１２個の標準焼成体１と隅部の４個の小形焼成体１ａを組み合わせて接合している。なお、この例の焼成体１，１ａを接合する場合は、前述の図６のＶ字形の接合台９を用いずに適当な形状の接合台を用いて焼成体１，１ａを組み合わせて接合する。焼成体１，１ａ（少なくとも標準焼成体１）は、前述のように側面にスペーサ３を備え、該スペーサ３の頂面により形成される外形は矩形であるため、隣り合うスペーサ付き焼成体１は平行状態でかつ縦横方向に整列して同一方向に揃って接合される。これにより、隣り合うスペーサ付き焼成体１はずれが生じることなく接合され、寸法精度が良好な接合体が得られる。したがって、多数のスペーサ付き焼成体１を接合してトラックやバス等の大きなフィルタを形成できる。
また、スペーサ付き焼成体１の形状は外形が正四角柱あるいは直方体に統一して形成されるため、焼成体の接合工程の機械による自動化を容易に実現できる。この後、接合体１１は、図７の点線に沿って円筒状に切削、研削、研磨等の機械加工される。
図８はこのように機械加工されたセラミックスハニカムフィルタ１２であり、車両等の排ガスを浄化するためのＤＰＦとして用いられる大型のフィルタが形成される。【００２７】
図９はセラミックスハニカムフィルタの製造方法を示すフローチャートである。
ステップＴ１
Ｓｉ粉末等のセラミックス粉末、造孔材、助剤等からなる原料を用意する。
ステップＴ２
原料を混ぜ合わせて混練して坏土に調整する。
ステップＴ３
混練した原料を押出成形する。この押出成形により貫通孔を有する成形体が形成される。【００２８】
ステップＴ４
押出成形により形成された成形体のマイクロ波乾燥を行う。この乾燥は、熱風や誘電加熱により行なってもよい。
ステップＴ５
乾燥した成形体を所定の大きさに切断する。
ステップＴ６
成形体端面の目封じを行う。この目封じは、図１で説明したように成形体端面の貫通孔を封止材で塞いで千鳥格子状にするものである。なお、目封じ材の材質等によっては、この工程を成形体の焼成後、スペーサ付き焼成体製造後又は接合体（図７参照）の製造後に実施してもよい。【００２９】
ステップＴ７
成形体の焼成を行う。これにより、略四角柱の焼成体本体が形成される。この焼成体本体は前述のように表面が平坦ではなく、歪んでいる。
ステップＴ８
図２に示す手順に従って、スペーサ付き焼成体を製造する。
ステップＴ９
図６又は図７で示したように、複数個のスペーサ付き焼成体を接合する。
ステップＴ１０
接合体を円柱状に切削し、表面を研磨加工してセラミックスハニカムフィルタを形成する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、複数の焼成体を接合して、バスやトラックなどに用いられるセラミックスハニカムフィルタを形成する際に適用できる。
なお、２００５年３月３日に出願された日本特許出願２００５−０５８９３９号の明細書、特許請求の範囲、要約書及び図面の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
【図１】
2006093231.tif 000002
【図２】
2006093231.tif 000003
【図３】
2006093231.tif 000004
【図４】
2006093231.tif 000005
【図５】
2006093231.tif 000006
【図６】
2006093231.tif 000007
【図７】
2006093231.tif 000008
【図８】
2006093231.tif 000009
【図９】
2006093231.tif 000010
【国際調査報告】
2006093231.tif 000011
2006093231.tif 000012
2006093231.tif 000013
2006093231.tif 000014