JP3804918B2 - セラミック構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去するフィルタとして用いられるセラミック構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、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ことにより、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ハニカムフィルタが種々提案されている。
【０００３】
このようなハニカムフィルタは、通常、図１に示したセラミック構造体１０のように、炭化珪素等からなる多孔質セラミック部材３０が接着剤層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲にシール材層１３が形成されている。また、この多孔質セラミック部材３０は、図２に示したように、長手方向に多数の貫通孔３１が並設され、貫通孔３１同士を隔てる隔壁３３がフィルタとして機能するようになっている。
【０００４】
即ち、多孔質セラミック部材３０に形成された貫通孔３１は、図２（ｂ）に示したように、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３２により目封じされ、一の貫通孔３１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔３１を隔てる隔壁３３を通過した後、他の貫通孔３１から流出されるようになっている。
【０００５】
排気ガス浄化装置では、このような構成のセラミック構造体１０が内燃機関の排気通路に設置され、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このセラミック構造体１０を通過する際に隔壁３３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００６】
このようなセラミック構造体１０を製造する際には、まず、原料であるセラミック粒子の他に溶剤やバインダー等を含む混合組成物を調製し、この混合組成物を用いて押出成形等を行いセラミック成形体を作製する。そして、このセラミック成形体に乾燥、脱脂、焼成の各処理を施すことで多孔質セラミック部材３０を製造する。
【０００７】
次に、この多孔質セラミック部材３０を接着剤層１４となる接着剤ペーストを介して複数個積層することによりセラミック積層体を組み上げ、乾燥後、所定形状に切削してセラミックブロック１５を作製する。そして、このセラミックブロック１５の外周部にシール材層１３を形成することによりセラミック構造体１０を製造していた。
【０００８】
しかしながら、このような方法でセラミック構造体１０を製造しようとすると、上記セラミック積層体の組み上げ工程において、多孔質セラミック部材３０の側面に塗布した接着剤ペーストが多孔質セラミック部材３０の端面部分にはみ出し、貫通孔３１が形成されている部分に付着し、貫通孔３１を塞いでしまうことがあった。
【０００９】
このように上記接着剤ペーストが、貫通孔３１を塞いでしまうと、貫通孔３１は目詰まりとなり、セラミック構造体１０のフィルタとしての機能が低下してしまう。
【００１０】
そこで、このような接着剤ペーストによる貫通孔３１の目詰まりを防止するために、上記セラミック積層体の組み上げ工程において、接着剤ペーストが多孔質セラミック部材３０の端面にはみ出さないように、多孔質セラミック部材３０の側面に塗布する接着剤ペーストの量及び位置を制御する必要があった。
【００１１】
図４（ａ）は、接着剤ペーストの塗布量及び位置を制御して作製したセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図である。
図４（ａ）に示したように、上記方法で作製したセラミック構造体には、接着剤層１４が形成されていない溝状の接着剤層非形成部分１６が存在しており、この接着剤層非形成部分１６のセラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍを超え１０ｍｍ程度であった。従って、このようなセラミック構造体の端面では、多孔質セラミック部材３０の端部が、接着剤層非形成部分１６の深さ分だけ剥き出しの状態となっている。
【００１２】
セラミック構造体の端面がこのような状態であると、セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等に起因して、剥き出しの状態となっている多孔質セラミック部材の端部が欠けてしまうことがあった。
【００１３】
このように、多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生すると、充填材により塞がれているはずの部分に開口が形成されてしまい、そのため、セラミック構造体は、フィルタとしての機能を果たすことができない。また、この欠けた部分を起点として多孔質セラミック部材の他の部分にもクラックが伸展してしまうこともあった。
【００１４】
【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、移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗により再生処理を行う際の水圧等によって多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生することのない、耐久性に優れるセラミック構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック構造体は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体であって、上記多孔質セラミック部材間の上記接着剤層が形成されていない部分の上記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のセラミック構造体の製造方法は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体の製造方法であって、
上記多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、上記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材を積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程と、上記セラミック積層体の一部を切削し、セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程と、上記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、接着剤が充填されていない接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程と、上記セラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック構造体及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
初めに、本発明のセラミック構造体について説明する。
本発明のセラミック構造体は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体であって、上記多孔質セラミック部材間の上記接着剤層が形成されていない部分（以下、接着剤未充填部分ともいう）の上記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、本発明のセラミック構造体の構造は、接着剤未充填部分の上記セラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるほかは、例えば、図１に示したセラミック構造体１０と略同様のものを挙げることができる。この場合、上記多孔質セラミック部材の構造は、多孔質セラミック部材３０と略同様である。なお、上記多孔質セラミック部材は、図示したような角柱形状のものに限定されず、例えば、楕円柱状や三角柱状等任意の形状であってよい。
【００２０】
上記接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さは１ｍｍ以下である。上記深さが、１ｍｍを超えると、セラミック構造体の移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等の負荷が多孔質セラミック部材の端部にかかった際、該端部に欠けが発生することがある。
【００２１】
上記接着剤層を構成する材質としては特に限定されず、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなるもの等を挙げることができる。
【００２２】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、シリカゾルが好ましい。
【００２３】
上記有機バインダーとしては、例えば、親水性有機高分子が望ましく、特に多糖類が望ましい。具体的には、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらのなかでは、カルボキシメチルセルロースが好ましい。多孔質セラミック部材の組み上げ時の流動性を確保し、常温領域での優れた接着性を示すからである。
【００２４】
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナセラミックファイバー、ムライトファイバー、アルミナファイバー及びシリカファイバー等を挙げることができる。このような無機繊維は、無機バインダーや有機バインダー等と絡み合うことで、接着剤層の接着強度を向上させることができる。
【００２５】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物及び／又は窒化物の無機粒子が望ましく、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等が挙げられる。これらの炭化物や窒化物は、熱伝導率が非常に大きく、接着剤層の熱伝導率の向上に大きく寄与する。
【００２６】
また、接着剤層中には、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子のほかに、少量の水分や溶剤等を含んでいてもよいが、このような水分や溶剤等は、通常、接着剤ペーストを塗布した後の加熱等により殆ど飛散する。
【００２７】
このような接着剤層は多孔質セラミック部材間に形成され、該多孔質セラミック部材同士を接着している。しかしながら、上記従来の技術において説明した通り、上記接着剤層は、多孔質セラミック部材の端部からはみ出すことがないように形成する必要がある。そのため、上記接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように、上記接着剤層を形成することは困難である。
従って、本発明のセラミック構造体において、上記接着剤層は、接着剤層Ａと該接着剤層Ａの外側に形成された接着剤層Ｂとから構成されていることが望ましい。確実に接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さを１ｍｍ以下とすることができるからである。
【００２８】
図４（ｂ）は、上記接着剤層Ｂが形成された本発明のセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図であり、１２は、接着剤層Ａの外側に、後述する方法により、新たに充填された接着剤層Ｂを示している。
即ち、この場合における接着剤未充填部分１１とは、図４（ａ）に示した接着剤層非形成部分１６に、接着剤層Ｂとなる接着剤ペーストを充填して接着剤層Ｂを形成した際、上記接着剤ペーストが充填されなかった部分を指す。
【００２９】
接着剤層Ｂは、上述したような、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなる接着剤層（接着剤層Ａ）と同様の組成のものであってもよいが、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含んでいるものであることが望ましい。接着剤層Ｂの熱伝導率が優れたものとなり、ヒーター等の加熱によりセラミック構造体の再生処理を行う際、セラミック構造体の端面の均熱性を向上させることができ、セラミック構造体の再生率を向上させることができるからである。
【００３０】
なお、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含んでいる接着剤層Ｂの熱伝導率が、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなる接着剤層Ａの熱伝導率よりも優れたものとなる理由については、後述する本発明のセラミック構造体の製造方法において説明する。
【００３１】
上記接着剤層Ｂに含まれる無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子の具体例としては、上記接着剤層において説明したものと同様のものを挙げることができる。
【００３２】
接着剤層Ｂは、セラミック構造体の端面から若干盛り上がっていてもよく、この場合には、接着剤未充填部分は存在しないことになる。この場合、セラミック構造体の端面から接着剤充填層の端面までの高さは、０．５ｍｍ以内であることが望ましい。上記高さが０．５ｍｍを超えると、接着剤層Ｂを形成する際に、該接着剤層Ｂとなる接着剤ペーストが多孔質セラミック部材の貫通孔の内部にはみ出し、貫通孔が目詰まりとなる場合がある。また、後述するが、多孔質セラミック部材の端面にマスキング材を貼り付けてセラミック構造体を製造する場合、上記マスキング材を剥離することが困難となる。
【００３３】
本発明のセラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の材質は特に限定されず、種々のセラミックが挙げられるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が好ましい。
【００３４】
上記多孔質セラミック部材は、平均粒径が２〜１５０μｍのセラミック結晶からなるものであることが望ましく、１０〜７０μｍがより望ましい。上記セラミック結晶の平均粒径が２μｍ未満であると、多孔質セラミック部材の内部に存在する気孔の気孔径が小さくなりすぎ、直ぐに目詰まりを起こすため、フィルタとして機能することが困難となる。一方、上記セラミック結晶の平均粒径が１５０μｍを超えると、その内部に存在する気孔の気孔径が大きくなりすぎ、多孔質セラミック部材の強度が低下してしまうおそれがある。また、所定の割合の開放気孔を有し、平均粒径が１５０μｍを超えるようなセラミック結晶を有する多孔質セラミック部材を製造すること自体が余り容易でない。
また、このような多孔質セラミック部材の平均気孔径は１〜４０μｍであることが望ましい。
【００３５】
また、本発明のセラミック構造体の外周部にはシール材層が形成されている。上記シール材層を構成する材料も特に限定されるものではないが、無機繊維、無機バインダー等の耐熱性の材料を含むものが好ましい。シール材層は、上述した接着剤層Ａと同じ材料により構成されていてもよい。
また、本発明のセラミック構造体の形状は特に限定されず、円柱形状でも角柱形状でも構わないが、通常、図１に示したように円柱形状のものがよく用いられている。
【００３６】
上述の通り、本発明のセラミック構造体は、接着剤未充填部分の上記セラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるので、セラミック構造体の端面において、多孔質セラミック部材と接着剤層とは略同一面を形成している。
従って、上記接着剤層は多孔質セラミック部材の端部を補強する効果を有し、本発明のセラミック構造体は、移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗により再生処理を行う際の水圧等により、多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生することがなく、耐久性に優れたものとなる。
【００３７】
次に、本発明のセラミック構造体の製造方法について説明する。
本発明のセラミック構造体の製造方法は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体の製造方法であって、
上記多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、上記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材を積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程と、上記セラミック積層体の一部を切削し、セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程と、上記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、接着剤が充填されていない接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程と、上記セラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００３８】
本発明では、初めに、セラミック成形体を作製する。
この工程においては、セラミック粉末とバインダーと分散媒液とを混合して成形体作製用の混合組成物を調製した後、この混合組成物の押出成形を行うことにより、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック成形体を作製し、この後、この成形体を乾燥させることにより分散媒液を蒸発させ、セラミック粉末と樹脂とを含むセラミック成形体を作製する。
なお、このセラミック成形体には、少量の分散媒液が含まれていてもよい。
【００３９】
このセラミック成形体の形状は、図２に示した多孔質セラミック部材３０とほぼ同形状であるほか、楕円柱状や三角柱状等任意の形状であってもよい。
なお、本工程では、充填材３２に相当する部分は空洞となっている。
【００４０】
上記セラミック粉末としては、上述した本発明のセラミック構造体で説明した通り、種々のセラミックが挙げられるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が好ましい。
また、上記セラミック粉末の粒径も特に限定されるものではないが、後の焼成工程で収縮の少ないものが好ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが好ましい。
【００４１】
上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、上記炭化珪素粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が好ましい。
【００４２】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。上記分散媒液は、上記樹脂の粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【００４３】
次に、封口工程として、作製されたセラミック成形体の上記貫通孔を充填ペーストにより封口パターン状に封口する工程を行う。
この際には、セラミック成形体の貫通孔に、封口パターン状に開孔が形成されたマスクを当接し、充填ペーストを上記マスクの開孔から上記貫通孔に侵入させることにより、充填ペーストで一部の貫通孔を封口する。
【００４４】
上記充填ペーストとしては、セラミック成形体の製造の際に使用した混合組成物と同様のものか、又は、上記混合組成物にさらに分散媒を添加したものが好ましい。
【００４５】
次に、脱脂工程として、上記工程により作製されたセラミック成形体中の樹脂等を熱分解する工程を行う。
この脱脂工程では、通常、上記セラミック成形体を脱脂用治具上に載置した後、脱脂炉に搬入し、酸素含有雰囲気下、４００〜６５０℃に加熱する。
これにより、バインダー等の樹脂成分が揮散するとともに、分解、消失し、ほぼセラミック粉末のみが残留する。
【００４６】
次に、焼成工程として、脱脂したセラミック成形体を、焼成用治具上に載置して焼成する工程を行う。
この焼成工程では、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、脱脂したセラミック成形体を２０００〜２２００℃で加熱し、セラミック粉末を焼結させることにより、図２に示したような、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材を製造する。
【００４７】
なお、脱脂工程から焼成工程に至る一連の工程では、焼成用治具上に上記セラミック成形体を載せ、そのまま、脱脂工程及び焼成工程を行うことが好ましい。脱脂工程及び焼成工程を効率的に行うことができ、また、載せ代え等において、セラミック成形体が傷つくのを防止することができるからである。
【００４８】
次に、上記製造した多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、上記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程を行う。
【００４９】
上記接着剤ペーストＡとしては、通常、接着強度及び耐熱性に優れ、また、比較的熱伝導率も良好な、上記本発明のセラミック構造体において説明した接着剤層Ａと同様の組成からなるもの、即ち、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維、及び、無機粒子等からなるものを使用する。
【００５０】
このセラミック積層体作製工程においては、図５に示したように、断面がＶ字形状に構成された台６０の上に載置した多孔質セラミック部材３０の上側を向いた２つの側面３０ａ、３０ｂに上記接着剤ペーストＡを、例えば、刷毛、スキージ、ロール等を用いて、多孔質セラミック部材３０の両端部から１〜１０ｍｍ程度の接着剤ペースト非形成部分を残して印刷し、所定の厚さの接着剤ペースト層６１を形成する。
そして、この接着剤ペースト層６１を形成してから、他の多孔質セラミック部材３０を積層する工程を繰り返して行い、所定の大きさの角柱状のセラミック積層体を作製する。
【００５１】
ここで、上記接着剤ペースト層非形成部分を残して接着剤ペースト層６１を形成する理由は、上記接着剤ペーストＡを多孔質セラミック部材３０の端面ぎりぎりまで印刷すると、他の多孔質セラミック部材３０を積層する工程で、上記接着剤ペーストＡが多孔質セラミック部材３０の端面にはみ出し、貫通孔を塞いでしまうからである。
【００５２】
次に、このようにして作製したセラミック積層体を、例えば、５０〜１５０℃、１時間の条件で加熱して接着剤ペースト層６１を乾燥、硬化させ、上記セラミック積層体の端面から１〜１０ｍｍ程度の深さの溝状の接着剤層非形成部分を有する接着剤層Ａとした後、上記セラミック積層体の一部を切削し、上記セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程を行う。
作製するセラミックブロックの形状は特に限定されるものではないが、通常、円柱形状である。
【００５３】
上記セラミック積層体の一部を切削する方法としては特に限定されず、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、上記セラミック積層体の外周部を切削する方法等を挙げることができる。
【００５４】
次に、上記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、上記接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程を行う。
【００５５】
上記接着剤ペーストＢとしては、上記接着剤ペーストＡと同様の組成からなるものであってもよいが、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含むペーストであることが望ましい。接着剤ペーストＢがこのような組成であると、熱伝導率が特に優れたものとなり、製造するセラミック構造体の端面の均熱性を向上させることができ、ヒーター等によるセラミック構造体の再生処理の際、殆どセラミック構造体の端面に温度分布が発生することがなく、セラミック構造体の再生率を向上させることができるからである。
【００５６】
ここで、上記無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含む接着剤ペーストＢの熱伝導率が、上記接着剤ペーストＡの熱伝導率よりも優れたものとなる理由は、明確ではないが、以下の通りであると考えられる。
上述した通り、通常、接着剤ペーストＡの組成は無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなるペーストであり、接着剤ペーストＢの組成との相違点は、無機繊維が含まれているか否かである。
【００５７】
このような組成からなる接着剤ペーストＡにおいて、上記無機繊維は、上記無機バインダー及び有機バインダーと絡み合って存在し、この絡み合いの効果により、接着剤ペーストＡは、その接着強度が優れたものとなり、また、上記無機粒子が上記無機繊維の表面及び内部に介在することで、接着剤ペーストＡは、その熱伝導率が比較的良好なものとなる。
【００５８】
しかしながら、後述するが、この接着剤ペーストＡは、多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に流し込むようにして充填するものであるため、充填の際の流動配向により、上記無機繊維は多孔質セラミック部材の側面に平行な方向に配向する。即ち、多孔質セラミック部材間を伝播する熱は、上記無機繊維の配向に垂直な方向に進行するため、配向した無機繊維が熱の進行を妨げるものと考えられる。
一方、上記無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含む接着剤ペーストＢは、上記無機繊維が含まれていないため、多孔質セラミック部材間を熱が極めて良好に伝播し、熱伝導率が特に優れたものとなると考えられる。
【００５９】
なお、このような組成の接着剤ペーストＢは、その組成中に無機繊維を含まないため、当然に、接着剤ペーストＡに比べて多孔質セラミック部材同士を接着する接着力に劣るものとなる。しかしながら、多孔質セラミック部材間において、接着剤ペーストＡは、多孔質セラミック部材間の両端部から数ｍｍの僅かな部分に形成されているにすぎず、その他の大部分は、接着剤ペーストＡが占めているため、多孔質セラミック部材同士の接着力は上記接着剤ペーストＡが充分に確保し、接着強度が低下して製造するセラミック構造体に分解、破損等の問題が生じることはない。
【００６０】
上記接着剤ペーストＢを多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に充填する方法としては特に限定されず、例えば、充填部材を用いて接着剤ペーストＢを上記接着剤層非形成部分に押し込むようにして充填する方法や、チューブ等に接着剤ペーストＢを保持し、上記チューブの先端を上記接着剤層非形成部分に差し込み、接着剤層非形成部分に沿ってチューブを移動させながら充填する方法等を挙げることができる。
【００６１】
また、この接着剤ペースト充填工程において、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する量は、上記接着剤層非形成部分のセラミックブロックの端面からの深さに合わせて適宜調整されるが、セラミックブロックの端面から充填した接着剤ペーストＢの端面までの深さが１ｍｍ以下となるように調整する必要がある。セラミックブロックの端面から接着剤ペーストＢの端面までの深さが１ｍｍを超えると、製造されるセラミック構造体の移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等により、多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生してしまう。
【００６２】
また、上記充填した接着剤ペーストＢは、セラミックブロックの端面から若干盛り上がっていてもよく、この場合、セラミックブロックの端面から接着剤ペーストＢの端面までの高さは、０．５ｍｍ以内であることが望ましい。上記高さが０．５ｍｍを超えると、接着剤ペーストＢが多孔質セラミック部材の貫通孔の内部にはみ出し、貫通孔が目詰まりとなる場合がある。また、後述するが、多孔質セラミック部材の端面にマスキング材を貼り付けてセラミック構造体を製造する場合、上記マスキング材を剥離することが困難となる。
【００６３】
上記充填部材としては特に限定されず、様々な形態のものを挙げることができるが、例えば、図３に示したような、円柱状の芯材２２の上下及び左右に板状のハネ部材２１が、芯材２２の長軸方向に平行に取り付けられた構造のものを挙げることができる。
なお、図３（ａ）は、上記充填部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【００６４】
芯材２２としては特に限定されず、例えば、樹脂、金属、セラミック、ゴム等からなるものを挙げることができ、また、その形状も円柱状に特に限定されず、角柱状のものであってもよい。
また、そのサイズも特に限定されず、セラミックブロックの大きさに合わせて適宜調整される。
【００６５】
ハネ部材２１は弾性体であることが望ましい。後で説明するが、充填部材２０を用いて接着剤ペーストＢを接着剤層非形成部分に充填する際に、セラミックブロック表面を傷つけないようにするためである。
また、ハネ部材２１のサイズは特に限定されず、セラミックブロックの大きさに合わせて適宜調整され、また、その数も４つに限定されず、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよい。
【００６６】
上記弾性体としては特に限定されず、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の合成ゴムやポリイソブチレン、ポリエチレン等のエラストマー、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン等のプラスチック発泡体、その他、天然ゴム、スポンジゴム等を挙げることができる。
【００６７】
このような充填部材２０を用いて、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する方法としては、例えば、まず、一または二以上のハネ部材２１の主面に接着剤ペーストＢを保持させ、この接着剤ペーストＢを保持したハネ部材２１の長辺部分をセラミックブロックの端面に当接させる。そして、充填部材２０を回転させ、セラミックブロックの端面にハネ部材２１を擦り付けるようにしながら、ハネ部材２１を接着剤層非形成部分に沿って移動させ、セラミックブロックの端面近傍に形成された接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する方法を挙げることができる。
【００６８】
ここで、上記セラミック積層体作製工程の前に、予め多孔質セラミック部材の両端面にマスキング材を貼り付けておき、上記接着剤ペースト充填工程において、セラミックブロックの端面に存在する上記マスキング材の上から、接着剤ペーストＢを塗布し、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する方法が望ましい。多孔質セラミック部材の端面に接着剤ペーストＢがはみ出した場合、はみ出した接着剤ペーストＢが貫通孔を塞ぐことを確実に防止することができるからである。
【００６９】
上記マスキング材としては特に限定されず、例えば、基材フィルム上に粘着剤を塗布したものを挙げることができる。
【００７０】
上記基材フィルムとしては特に限定されず、例えば、紙、布、樹脂等からなるものを挙げることができるが、耐熱性に優れることから樹脂製の基材フィルムであることが望ましい。このような樹脂製の基材フィルムのなかでは、ＰＥＴフィルムであることが最も望ましい。耐熱性及び耐久性に特に優れるからである。
【００７１】
また、上記粘着剤としては特に限定されず、例えば、ポリイソブチレン、ＳＢＲ、ブチルゴム、クロロプレンゴム等のゴム系粘着剤、その他、アクリル系粘着剤等を挙げることができる。
【００７２】
次に、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填したセラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程を行うことで、本発明のセラミック構造体の製造を終了する。
【００７３】
上記シール材層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、回転手段を備えた支持部材を使用し、上記セラミックブロックをその回転軸方向に軸支、回転させ、上記シール材層となるシール材ペーストの塊を、回転しているセラミックブロックの外周部に付着させる。そして、板状部材等を用いてシール材ペーストを引き延ばし、シール材ペースト層を形成し、この後、例えば、１２０℃以上の温度で乾燥させることにより、水分を蒸発させることで、セラミックブロックの外周部にシール材層を形成する方法を挙げることができる。なお、このシール材ペースト層の乾燥工程において、前工程で接着剤層非形成部分に充填した接着剤ペーストＢも同時に乾燥される。
【００７４】
上記シール材ペーストとしては特に限定されず、例えば、上記接着剤ペーストＡと同様の組成からなるペーストを挙げることができる。
【００７５】
以上説明した本発明のセラミック構造体の製造方法の各工程を実施することで、接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるセラミック構造体を製造することができる。
即ち、本発明のセラミック構造体の製造方法を用いることにより、移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等により、セラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、上記端部に欠けが発生することがない、耐久性に優れたセラミック構造体を製造することができる。
【００７６】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００７７】
実施例１
平均粒径１０μｍのα型炭化珪素粉末７０重量部、平均粒径０．７μｍのβ型炭化珪素粉末３０重量部、メチルセルロース５重量部、分散剤４重量部、水２０重量部を配合して均一に混合することにより、原料の混合組成物を調製した。この混合組成物を押出成形機に充填し、押出速度１０００ｍｍ／ｍｉｎにてハニカム形状の炭化珪素成形体を作製した。この炭化珪素成形体は、図２に示した多孔質セラミック部材３０とほぼ同様であり、その大きさは３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の数が３１／ｃｍ2 で、隔壁の厚さが０．３５ｍｍであった。
【００７８】
この炭化珪素成形体をマイクロ波や熱風による乾燥機を用いて乾燥させ、炭化珪素成形体乾燥体とし、この乾燥体に、上記混合組成物と同成分の充填剤ペーストを用いて、炭化珪素焼結体の貫通孔の所定箇所に充填剤を充填した後、４５０℃で脱脂し、さらに、２２００℃で加熱焼成することで多孔質炭化珪素部材を製造した。
【００７９】
次に、上記多孔質炭化珪素部材の両端面に、粘着剤として熱硬化性ゴム系粘着剤を塗布したＰＥＴフィルムからなるマスキング材（日東電工社製：Ｎｏ．３１５）を貼り付けた。
【００８０】
次に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ2 の含有量：３０重量％）１８重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース４重量％、無機繊維としてシリカ−アルミナセラミックファイバー（ショット含有率３％、繊維長０．１〜１００ｍｍ）３６重量％、無機粒子として炭化珪素粒子２４重量％、及び、水１８重量％を混合、混練して接着剤ペーストを調製した。
【００８１】
次に、製造した多孔質炭化珪素部材の側面に、端面から５ｍｍの接着剤ペースト非形成部分を残して上記接着剤ペーストを塗布して接着剤層を形成し、この接着剤層の上に他の多孔質炭化珪素部材を積層した後、接着層の形成から多孔質炭化珪素部材の積層までの工程を繰り返して、縦４個、横４個の多孔質炭化珪素部材を組み上げた後、１００℃、１時間で乾燥、硬化させ、セラミック積層体を作製した。
【００８２】
そして、この作製したセラミック積層体をダイヤモンドカッターを用いて、直径１４３ｍｍの円柱状に切削してセラミックブロックを作製した。
なお、このセラミックブロックの端面近傍に形成された接着剤層非形成部分の最大深さは、５ｍｍであった。
【００８３】
次に、上記セラミックブロックの端面に存在するマスキング材の上から上記接着剤層非形成部分に、図３に示した充填部材を用いて上記接着剤ペーストを充填した。
【００８４】
そして、上記セラミックブロックの外周部に上記接着層と同じ組成からなるシール材ペースト層を形成し、上記シール材ペースト層の乾燥を行いシール材層とした後上記マスキング材を剥離することで、多孔質炭化珪素からなるセラミック構造体を製造した。
本実施例１に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、１ｍｍであった。
【００８５】
実施例２
接着剤層非形成部分に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ2 の含有量：３０重量％）２５重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース５重量％、無機粒子として炭化珪素粒子４５重量％、及び、水２５重量％を混合、混練して調製した接着剤ペーストＢを用いたほかは、実施例１と同様にしてセラミック構造体を製造した。
本実施例２に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、１ｍｍであった。
【００８６】
比較例１
多孔質炭化珪素部材の端面にマスキング材を貼り付けず、この多孔質炭化珪素部材を組み上げる際に、接着剤ペーストを多孔質炭化珪素部材の略端面にまで塗布し、接着剤ペースト層を形成したほかは、実施例１と同様にして多孔質炭化珪素からなるセラミック構造体を製造した。
なお、比較例１に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、２ｍｍであった。
【００８７】
比較例２
接着剤ペースト充填工程を行わなかったほかは、実施例１と同様にしてセラミック構造体を製造した。
なお、比較例２に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、５ｍｍであった。
【００８８】
実施例１、２及び比較例１、２に係るセラミック構造体の端面に存在する貫通孔の目詰まりの有無、欠けの発生の有無、耐久性、及び、端面の均熱性について以下の方法により評価し、その結果を下記表１に示した。
【００８９】
（１）目詰まりの有無
製造した各セラミック構造体の端面に存在する貫通孔に、目詰まりが発生しているか否かについて目視により確認した。
【００９０】
（２）欠けの発生の有無
製造した各セラミック構造体の移動や運搬の際の振動や衝突で、セラミック構造体を構成する多孔質炭化珪素部材の端部の角部に欠けが発生しているか否かを目視により確認した。
【００９１】
（３）耐久性の評価
製造した各セラミック構造体に、セラミック構造体の再生処理時に行う高圧水洗と同様の１０ＭＰａの水圧で水洗処理を施すことにより、各セラミック構造体を構成する多孔質炭化珪素部材の端部に欠けが発生するか否かを目視により確認した。
【００９２】
（４）端面の均熱性の評価
製造した各セラミック構造体の端面をヒーターを用いて９００℃まで加熱し、その端面における最高温度と最低温度とをサーモビュアにより測定し、温度分布が発生するか否かを確認した。
【００９３】
【表１】
【００９４】
表１に示した結果から明らかなように、実施例１及び２に係るセラミック構造体は、その端面に存在する貫通孔に目詰まりが発生することはなく、また、上記セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗処理時の水圧によって、多孔質炭化珪素部材に欠けが発生することのない耐久性に優れたものであった。
一方、比較例１に係るセラミック構造体は、該セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗処理時の水圧によって、多孔質炭化珪素部材に欠けが発生しない耐久性に優れたのものあったが、貫通孔に目詰まりが発生していたため、フィルタとしてのパティキュレートの捕集効率に劣るものであった。また、比較例２に係るセラミック構造体は、貫通孔に目詰まりは確認されることはなかったが、上記セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗処理時の水圧によって、多孔質炭化珪素部材に欠けが発生し、耐久性に劣るものであった。
【００９５】
また、表１に示した通り、各セラミック構造体の端面を９００℃まで加熱し、その端面における最高温度と最低温度との温度差を測定した結果、実施例２に係るセラミック構造体の端面における温度差は、２５℃であり略均一に加熱されていたが、実施例１及び比較例１に係るセラミック構造体の端面における温度差は、５０〜７０℃であり、若干の温度分布が確認された。また、比較例２に係るセラミック構造体の端面における最高温度と最低温度との温度差は、１００℃であり、はっきりと温度分布が確認された。
【００９６】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明のセラミック構造体は、接着剤未充填部分の上記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であるので、上記接着剤層は多孔質セラミック部材の端部を補強する効果を呈し、上記多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、上記端部に欠けが発生することのない、耐久性に優れたものとなる。
【００９７】
また、本発明のセラミック構造体の製造方法は、上述した通りであるので、接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるセラミック構造体を製造することができる。
即ち、本発明のセラミック構造体の製造方法を用いることにより、セラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、上記端部に欠けが発生することがない、耐久性に優れたセラミック構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック構造体の一実施形態を模式的に示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、セラミック構造体を構成する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、その接着剤未充填部分−接着剤未充填部分線断面図である。
【図３】（ａ）は、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストを充填する際に使用する充填部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図４】（ａ）は、従来のセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明のセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図であ。
【図５】セラミック積層体を作製する様子を示した説明図である。
【符号の説明】
１０ セラミック構造体
１３ シール材層
１４ 接着剤層
１５ セラミックブロック
１６ 接着剤未充填部分
２０ 充填部材
２１ ハネ部
２２ 芯材
３０ 多孔質セラミック部材
３１ 貫通孔
３２ 充填材
３３ 隔壁
６０ 台
６１ 接着剤層
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去するフィルタとして用いられるセラミック構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、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ことにより、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ハニカムフィルタが種々提案されている。
【０００３】
このようなハニカムフィルタは、通常、図１に示したセラミック構造体１０のように、炭化珪素等からなる多孔質セラミック部材３０が接着剤層１４を介して複数個結束されてセラミックブロック１５を構成し、このセラミックブロック１５の周囲にシール材層１３が形成されている。また、この多孔質セラミック部材３０は、図２に示したように、長手方向に多数の貫通孔３１が並設され、貫通孔３１同士を隔てる隔壁３３がフィルタとして機能するようになっている。
【０００４】
即ち、多孔質セラミック部材３０に形成された貫通孔３１は、図２（ｂ）に示したように、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３２により目封じされ、一の貫通孔３１に流入した排気ガスは、必ず貫通孔３１を隔てる隔壁３３を通過した後、他の貫通孔３１から流出されるようになっている。
【０００５】
排気ガス浄化装置では、このような構成のセラミック構造体１０が内燃機関の排気通路に設置され、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このセラミック構造体１０を通過する際に隔壁３３により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００６】
このようなセラミック構造体１０を製造する際には、まず、原料であるセラミック粒子の他に溶剤やバインダー等を含む混合組成物を調製し、この混合組成物を用いて押出成形等を行いセラミック成形体を作製する。そして、このセラミック成形体に乾燥、脱脂、焼成の各処理を施すことで多孔質セラミック部材３０を製造する。
【０００７】
次に、この多孔質セラミック部材３０を接着剤層１４となる接着剤ペーストを介して複数個積層することによりセラミック積層体を組み上げ、乾燥後、所定形状に切削してセラミックブロック１５を作製する。そして、このセラミックブロック１５の外周部にシール材層１３を形成することによりセラミック構造体１０を製造していた。
【０００８】
しかしながら、このような方法でセラミック構造体１０を製造しようとすると、上記セラミック積層体の組み上げ工程において、多孔質セラミック部材３０の側面に塗布した接着剤ペーストが多孔質セラミック部材３０の端面部分にはみ出し、貫通孔３１が形成されている部分に付着し、貫通孔３１を塞いでしまうことがあった。
【０００９】
このように上記接着剤ペーストが、貫通孔３１を塞いでしまうと、貫通孔３１は目詰まりとなり、セラミック構造体１０のフィルタとしての機能が低下してしまう。
【００１０】
そこで、このような接着剤ペーストによる貫通孔３１の目詰まりを防止するために、上記セラミック積層体の組み上げ工程において、接着剤ペーストが多孔質セラミック部材３０の端面にはみ出さないように、多孔質セラミック部材３０の側面に塗布する接着剤ペーストの量及び位置を制御する必要があった。
【００１１】
図４（ａ）は、接着剤ペーストの塗布量及び位置を制御して作製したセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図である。
図４（ａ）に示したように、上記方法で作製したセラミック構造体には、接着剤層１４が形成されていない溝状の接着剤層非形成部分１６が存在しており、この接着剤層非形成部分１６のセラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍを超え１０ｍｍ程度であった。従って、このようなセラミック構造体の端面では、多孔質セラミック部材３０の端部が、接着剤層非形成部分１６の深さ分だけ剥き出しの状態となっている。
【００１２】
セラミック構造体の端面がこのような状態であると、セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等に起因して、剥き出しの状態となっている多孔質セラミック部材の端部が欠けてしまうことがあった。
【００１３】
このように、多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生すると、充填材により塞がれているはずの部分に開口が形成されてしまい、そのため、セラミック構造体は、フィルタとしての機能を果たすことができない。また、この欠けた部分を起点として多孔質セラミック部材の他の部分にもクラックが伸展してしまうこともあった。
【００１４】
【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、移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗により再生処理を行う際の水圧等によって多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生することのない、耐久性に優れるセラミック構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック構造体は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体であって、上記多孔質セラミック部材間の上記接着剤層が形成されていない部分の上記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のセラミック構造体の製造方法は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体の製造方法であって、
上記多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、上記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材を積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程と、上記セラミック積層体の一部を切削し、セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程と、上記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、接着剤が充填されていない接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程と、上記セラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック構造体及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
初めに、本発明のセラミック構造体について説明する。
本発明のセラミック構造体は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体であって、上記多孔質セラミック部材間の上記接着剤層が形成されていない部分（以下、接着剤未充填部分ともいう）の上記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、本発明のセラミック構造体の構造は、接着剤未充填部分の上記セラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるほかは、例えば、図１に示したセラミック構造体１０と略同様のものを挙げることができる。この場合、上記多孔質セラミック部材の構造は、多孔質セラミック部材３０と略同様である。なお、上記多孔質セラミック部材は、図示したような角柱形状のものに限定されず、例えば、楕円柱状や三角柱状等任意の形状であってよい。
【００２０】
上記接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さは１ｍｍ以下である。上記深さが、１ｍｍを超えると、セラミック構造体の移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等の負荷が多孔質セラミック部材の端部にかかった際、該端部に欠けが発生することがある。
【００２１】
上記接着剤層を構成する材質としては特に限定されず、例えば、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなるもの等を挙げることができる。
【００２２】
上記無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、シリカゾルが好ましい。
【００２３】
上記有機バインダーとしては、例えば、親水性有機高分子が望ましく、特に多糖類が望ましい。具体的には、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらのなかでは、カルボキシメチルセルロースが好ましい。多孔質セラミック部材の組み上げ時の流動性を確保し、常温領域での優れた接着性を示すからである。
【００２４】
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナセラミックファイバー、ムライトファイバー、アルミナファイバー及びシリカファイバー等を挙げることができる。このような無機繊維は、無機バインダーや有機バインダー等と絡み合うことで、接着剤層の接着強度を向上させることができる。
【００２５】
上記無機粒子としては、例えば、炭化物及び／又は窒化物の無機粒子が望ましく、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等が挙げられる。これらの炭化物や窒化物は、熱伝導率が非常に大きく、接着剤層の熱伝導率の向上に大きく寄与する。
【００２６】
また、接着剤層中には、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子のほかに、少量の水分や溶剤等を含んでいてもよいが、このような水分や溶剤等は、通常、接着剤ペーストを塗布した後の加熱等により殆ど飛散する。
【００２７】
このような接着剤層は多孔質セラミック部材間に形成され、該多孔質セラミック部材同士を接着している。しかしながら、上記従来の技術において説明した通り、上記接着剤層は、多孔質セラミック部材の端部からはみ出すことがないように形成する必要がある。そのため、上記接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように、上記接着剤層を形成することは困難である。
従って、本発明のセラミック構造体において、上記接着剤層は、接着剤層Ａと該接着剤層Ａの外側に形成された接着剤層Ｂとから構成されていることが望ましい。確実に接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さを１ｍｍ以下とすることができるからである。
【００２８】
図４（ｂ）は、上記接着剤層Ｂが形成された本発明のセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図であり、１２は、接着剤層Ａの外側に、後述する方法により、新たに充填された接着剤層Ｂを示している。
即ち、この場合における接着剤未充填部分１１とは、図４（ａ）に示した接着剤層非形成部分１６に、接着剤層Ｂとなる接着剤ペーストを充填して接着剤層Ｂを形成した際、上記接着剤ペーストが充填されなかった部分を指す。
【００２９】
接着剤層Ｂは、上述したような、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなる接着剤層（接着剤層Ａ）と同様の組成のものであってもよいが、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含んでいるものであることが望ましい。接着剤層Ｂの熱伝導率が優れたものとなり、ヒーター等の加熱によりセラミック構造体の再生処理を行う際、セラミック構造体の端面の均熱性を向上させることができ、セラミック構造体の再生率を向上させることができるからである。
【００３０】
なお、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含んでいる接着剤層Ｂの熱伝導率が、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなる接着剤層Ａの熱伝導率よりも優れたものとなる理由については、後述する本発明のセラミック構造体の製造方法において説明する。
【００３１】
上記接着剤層Ｂに含まれる無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子の具体例としては、上記接着剤層において説明したものと同様のものを挙げることができる。
【００３２】
接着剤層Ｂは、セラミック構造体の端面から若干盛り上がっていてもよく、この場合には、接着剤未充填部分は存在しないことになる。この場合、セラミック構造体の端面から接着剤充填層の端面までの高さは、０．５ｍｍ以内であることが望ましい。上記高さが０．５ｍｍを超えると、接着剤層Ｂを形成する際に、該接着剤層Ｂとなる接着剤ペーストが多孔質セラミック部材の貫通孔の内部にはみ出し、貫通孔が目詰まりとなる場合がある。また、後述するが、多孔質セラミック部材の端面にマスキング材を貼り付けてセラミック構造体を製造する場合、上記マスキング材を剥離することが困難となる。
【００３３】
本発明のセラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の材質は特に限定されず、種々のセラミックが挙げられるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が好ましい。
【００３４】
上記多孔質セラミック部材は、平均粒径が２〜１５０μｍのセラミック結晶からなるものであることが望ましく、１０〜７０μｍがより望ましい。上記セラミック結晶の平均粒径が２μｍ未満であると、多孔質セラミック部材の内部に存在する気孔の気孔径が小さくなりすぎ、直ぐに目詰まりを起こすため、フィルタとして機能することが困難となる。一方、上記セラミック結晶の平均粒径が１５０μｍを超えると、その内部に存在する気孔の気孔径が大きくなりすぎ、多孔質セラミック部材の強度が低下してしまうおそれがある。また、所定の割合の開放気孔を有し、平均粒径が１５０μｍを超えるようなセラミック結晶を有する多孔質セラミック部材を製造すること自体が余り容易でない。
また、このような多孔質セラミック部材の平均気孔径は１〜４０μｍであることが望ましい。
【００３５】
また、本発明のセラミック構造体の外周部にはシール材層が形成されている。上記シール材層を構成する材料も特に限定されるものではないが、無機繊維、無機バインダー等の耐熱性の材料を含むものが好ましい。シール材層は、上述した接着剤層Ａと同じ材料により構成されていてもよい。
また、本発明のセラミック構造体の形状は特に限定されず、円柱形状でも角柱形状でも構わないが、通常、図１に示したように円柱形状のものがよく用いられている。
【００３６】
上述の通り、本発明のセラミック構造体は、接着剤未充填部分の上記セラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるので、セラミック構造体の端面において、多孔質セラミック部材と接着剤層とは略同一面を形成している。
従って、上記接着剤層は多孔質セラミック部材の端部を補強する効果を有し、本発明のセラミック構造体は、移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗により再生処理を行う際の水圧等により、多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生することがなく、耐久性に優れたものとなる。
【００３７】
次に、本発明のセラミック構造体の製造方法について説明する。
本発明のセラミック構造体の製造方法は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、上記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体の製造方法であって、
上記多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、上記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材を積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程と、上記セラミック積層体の一部を切削し、セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程と、上記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、接着剤が充填されていない接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程と、上記セラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００３８】
本発明では、初めに、セラミック成形体を作製する。
この工程においては、セラミック粉末とバインダーと分散媒液とを混合して成形体作製用の混合組成物を調製した後、この混合組成物の押出成形を行うことにより、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック成形体を作製し、この後、この成形体を乾燥させることにより分散媒液を蒸発させ、セラミック粉末と樹脂とを含むセラミック成形体を作製する。
なお、このセラミック成形体には、少量の分散媒液が含まれていてもよい。
【００３９】
このセラミック成形体の形状は、図２に示した多孔質セラミック部材３０とほぼ同形状であるほか、楕円柱状や三角柱状等任意の形状であってもよい。
なお、本工程では、充填材３２に相当する部分は空洞となっている。
【００４０】
上記セラミック粉末としては、上述した本発明のセラミック構造体で説明した通り、種々のセラミックが挙げられるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が好ましい。
また、上記セラミック粉末の粒径も特に限定されるものではないが、後の焼成工程で収縮の少ないものが好ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒径を有する粉末１００重量部と０．１〜１．０μｍ程度の平均粒径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが好ましい。
【００４１】
上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、上記炭化珪素粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が好ましい。
【００４２】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒；メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。上記分散媒液は、上記樹脂の粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
【００４３】
次に、封口工程として、作製されたセラミック成形体の上記貫通孔を充填ペーストにより封口パターン状に封口する工程を行う。
この際には、セラミック成形体の貫通孔に、封口パターン状に開孔が形成されたマスクを当接し、充填ペーストを上記マスクの開孔から上記貫通孔に侵入させることにより、充填ペーストで一部の貫通孔を封口する。
【００４４】
上記充填ペーストとしては、セラミック成形体の製造の際に使用した混合組成物と同様のものか、又は、上記混合組成物にさらに分散媒を添加したものが好ましい。
【００４５】
次に、脱脂工程として、上記工程により作製されたセラミック成形体中の樹脂等を熱分解する工程を行う。
この脱脂工程では、通常、上記セラミック成形体を脱脂用治具上に載置した後、脱脂炉に搬入し、酸素含有雰囲気下、４００〜６５０℃に加熱する。
これにより、バインダー等の樹脂成分が揮散するとともに、分解、消失し、ほぼセラミック粉末のみが残留する。
【００４６】
次に、焼成工程として、脱脂したセラミック成形体を、焼成用治具上に載置して焼成する工程を行う。
この焼成工程では、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、脱脂したセラミック成形体を２０００〜２２００℃で加熱し、セラミック粉末を焼結させることにより、図２に示したような、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状の多孔質セラミック部材を製造する。
【００４７】
なお、脱脂工程から焼成工程に至る一連の工程では、焼成用治具上に上記セラミック成形体を載せ、そのまま、脱脂工程及び焼成工程を行うことが好ましい。脱脂工程及び焼成工程を効率的に行うことができ、また、載せ代え等において、セラミック成形体が傷つくのを防止することができるからである。
【００４８】
次に、上記製造した多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、上記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程を行う。
【００４９】
上記接着剤ペーストＡとしては、通常、接着強度及び耐熱性に優れ、また、比較的熱伝導率も良好な、上記本発明のセラミック構造体において説明した接着剤層Ａと同様の組成からなるもの、即ち、無機バインダー、有機バインダー、無機繊維、及び、無機粒子等からなるものを使用する。
【００５０】
このセラミック積層体作製工程においては、図５に示したように、断面がＶ字形状に構成された台６０の上に載置した多孔質セラミック部材３０の上側を向いた２つの側面３０ａ、３０ｂに上記接着剤ペーストＡを、例えば、刷毛、スキージ、ロール等を用いて、多孔質セラミック部材３０の両端部から１〜１０ｍｍ程度の接着剤ペースト非形成部分を残して印刷し、所定の厚さの接着剤ペースト層６１を形成する。
そして、この接着剤ペースト層６１を形成してから、他の多孔質セラミック部材３０を積層する工程を繰り返して行い、所定の大きさの角柱状のセラミック積層体を作製する。
【００５１】
ここで、上記接着剤ペースト層非形成部分を残して接着剤ペースト層６１を形成する理由は、上記接着剤ペーストＡを多孔質セラミック部材３０の端面ぎりぎりまで印刷すると、他の多孔質セラミック部材３０を積層する工程で、上記接着剤ペーストＡが多孔質セラミック部材３０の端面にはみ出し、貫通孔を塞いでしまうからである。
【００５２】
次に、このようにして作製したセラミック積層体を、例えば、５０〜１５０℃、１時間の条件で加熱して接着剤ペースト層６１を乾燥、硬化させ、上記セラミック積層体の端面から１〜１０ｍｍ程度の深さの溝状の接着剤層非形成部分を有する接着剤層Ａとした後、上記セラミック積層体の一部を切削し、上記セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程を行う。
作製するセラミックブロックの形状は特に限定されるものではないが、通常、円柱形状である。
【００５３】
上記セラミック積層体の一部を切削する方法としては特に限定されず、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、上記セラミック積層体の外周部を切削する方法等を挙げることができる。
【００５４】
次に、上記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、上記接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程を行う。
【００５５】
上記接着剤ペーストＢとしては、上記接着剤ペーストＡと同様の組成からなるものであってもよいが、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含むペーストであることが望ましい。接着剤ペーストＢがこのような組成であると、熱伝導率が特に優れたものとなり、製造するセラミック構造体の端面の均熱性を向上させることができ、ヒーター等によるセラミック構造体の再生処理の際、殆どセラミック構造体の端面に温度分布が発生することがなく、セラミック構造体の再生率を向上させることができるからである。
【００５６】
ここで、上記無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含む接着剤ペーストＢの熱伝導率が、上記接着剤ペーストＡの熱伝導率よりも優れたものとなる理由は、明確ではないが、以下の通りであると考えられる。
上述した通り、通常、接着剤ペーストＡの組成は無機バインダー、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子からなるペーストであり、接着剤ペーストＢの組成との相違点は、無機繊維が含まれているか否かである。
【００５７】
このような組成からなる接着剤ペーストＡにおいて、上記無機繊維は、上記無機バインダー及び有機バインダーと絡み合って存在し、この絡み合いの効果により、接着剤ペーストＡは、その接着強度が優れたものとなり、また、上記無機粒子が上記無機繊維の表面及び内部に介在することで、接着剤ペーストＡは、その熱伝導率が比較的良好なものとなる。
【００５８】
しかしながら、後述するが、この接着剤ペーストＡは、多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に流し込むようにして充填するものであるため、充填の際の流動配向により、上記無機繊維は多孔質セラミック部材の側面に平行な方向に配向する。即ち、多孔質セラミック部材間を伝播する熱は、上記無機繊維の配向に垂直な方向に進行するため、配向した無機繊維が熱の進行を妨げるものと考えられる。
一方、上記無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含む接着剤ペーストＢは、上記無機繊維が含まれていないため、多孔質セラミック部材間を熱が極めて良好に伝播し、熱伝導率が特に優れたものとなると考えられる。
【００５９】
なお、このような組成の接着剤ペーストＢは、その組成中に無機繊維を含まないため、当然に、接着剤ペーストＡに比べて多孔質セラミック部材同士を接着する接着力に劣るものとなる。しかしながら、多孔質セラミック部材間において、接着剤ペーストＡは、多孔質セラミック部材間の両端部から数ｍｍの僅かな部分に形成されているにすぎず、その他の大部分は、接着剤ペーストＡが占めているため、多孔質セラミック部材同士の接着力は上記接着剤ペーストＡが充分に確保し、接着強度が低下して製造するセラミック構造体に分解、破損等の問題が生じることはない。
【００６０】
上記接着剤ペーストＢを多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に充填する方法としては特に限定されず、例えば、充填部材を用いて接着剤ペーストＢを上記接着剤層非形成部分に押し込むようにして充填する方法や、チューブ等に接着剤ペーストＢを保持し、上記チューブの先端を上記接着剤層非形成部分に差し込み、接着剤層非形成部分に沿ってチューブを移動させながら充填する方法等を挙げることができる。
【００６１】
また、この接着剤ペースト充填工程において、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する量は、上記接着剤層非形成部分のセラミックブロックの端面からの深さに合わせて適宜調整されるが、セラミックブロックの端面から充填した接着剤ペーストＢの端面までの深さが１ｍｍ以下となるように調整する必要がある。セラミックブロックの端面から接着剤ペーストＢの端面までの深さが１ｍｍを超えると、製造されるセラミック構造体の移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等により、多孔質セラミック部材の端部に欠けが発生してしまう。
【００６２】
また、上記充填した接着剤ペーストＢは、セラミックブロックの端面から若干盛り上がっていてもよく、この場合、セラミックブロックの端面から接着剤ペーストＢの端面までの高さは、０．５ｍｍ以内であることが望ましい。上記高さが０．５ｍｍを超えると、接着剤ペーストＢが多孔質セラミック部材の貫通孔の内部にはみ出し、貫通孔が目詰まりとなる場合がある。また、後述するが、多孔質セラミック部材の端面にマスキング材を貼り付けてセラミック構造体を製造する場合、上記マスキング材を剥離することが困難となる。
【００６３】
上記充填部材としては特に限定されず、様々な形態のものを挙げることができるが、例えば、図３に示したような、円柱状の芯材２２の上下及び左右に板状のハネ部材２１が、芯材２２の長軸方向に平行に取り付けられた構造のものを挙げることができる。
なお、図３（ａ）は、上記充填部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【００６４】
芯材２２としては特に限定されず、例えば、樹脂、金属、セラミック、ゴム等からなるものを挙げることができ、また、その形状も円柱状に特に限定されず、角柱状のものであってもよい。
また、そのサイズも特に限定されず、セラミックブロックの大きさに合わせて適宜調整される。
【００６５】
ハネ部材２１は弾性体であることが望ましい。後で説明するが、充填部材２０を用いて接着剤ペーストＢを接着剤層非形成部分に充填する際に、セラミックブロック表面を傷つけないようにするためである。
また、ハネ部材２１のサイズは特に限定されず、セラミックブロックの大きさに合わせて適宜調整され、また、その数も４つに限定されず、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよい。
【００６６】
上記弾性体としては特に限定されず、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の合成ゴムやポリイソブチレン、ポリエチレン等のエラストマー、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン等のプラスチック発泡体、その他、天然ゴム、スポンジゴム等を挙げることができる。
【００６７】
このような充填部材２０を用いて、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する方法としては、例えば、まず、一または二以上のハネ部材２１の主面に接着剤ペーストＢを保持させ、この接着剤ペーストＢを保持したハネ部材２１の長辺部分をセラミックブロックの端面に当接させる。そして、充填部材２０を回転させ、セラミックブロックの端面にハネ部材２１を擦り付けるようにしながら、ハネ部材２１を接着剤層非形成部分に沿って移動させ、セラミックブロックの端面近傍に形成された接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する方法を挙げることができる。
【００６８】
ここで、上記セラミック積層体作製工程の前に、予め多孔質セラミック部材の両端面にマスキング材を貼り付けておき、上記接着剤ペースト充填工程において、セラミックブロックの端面に存在する上記マスキング材の上から、接着剤ペーストＢを塗布し、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填する方法が望ましい。多孔質セラミック部材の端面に接着剤ペーストＢがはみ出した場合、はみ出した接着剤ペーストＢが貫通孔を塞ぐことを確実に防止することができるからである。
【００６９】
上記マスキング材としては特に限定されず、例えば、基材フィルム上に粘着剤を塗布したものを挙げることができる。
【００７０】
上記基材フィルムとしては特に限定されず、例えば、紙、布、樹脂等からなるものを挙げることができるが、耐熱性に優れることから樹脂製の基材フィルムであることが望ましい。このような樹脂製の基材フィルムのなかでは、ＰＥＴフィルムであることが最も望ましい。耐熱性及び耐久性に特に優れるからである。
【００７１】
また、上記粘着剤としては特に限定されず、例えば、ポリイソブチレン、ＳＢＲ、ブチルゴム、クロロプレンゴム等のゴム系粘着剤、その他、アクリル系粘着剤等を挙げることができる。
【００７２】
次に、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストＢを充填したセラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程を行うことで、本発明のセラミック構造体の製造を終了する。
【００７３】
上記シール材層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、回転手段を備えた支持部材を使用し、上記セラミックブロックをその回転軸方向に軸支、回転させ、上記シール材層となるシール材ペーストの塊を、回転しているセラミックブロックの外周部に付着させる。そして、板状部材等を用いてシール材ペーストを引き延ばし、シール材ペースト層を形成し、この後、例えば、１２０℃以上の温度で乾燥させることにより、水分を蒸発させることで、セラミックブロックの外周部にシール材層を形成する方法を挙げることができる。なお、このシール材ペースト層の乾燥工程において、前工程で接着剤層非形成部分に充填した接着剤ペーストＢも同時に乾燥される。
【００７４】
上記シール材ペーストとしては特に限定されず、例えば、上記接着剤ペーストＡと同様の組成からなるペーストを挙げることができる。
【００７５】
以上説明した本発明のセラミック構造体の製造方法の各工程を実施することで、接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるセラミック構造体を製造することができる。
即ち、本発明のセラミック構造体の製造方法を用いることにより、移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗によりセラミック構造体の再生処理を行う際の水圧等により、セラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、上記端部に欠けが発生することがない、耐久性に優れたセラミック構造体を製造することができる。
【００７６】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００７７】
実施例１
平均粒径１０μｍのα型炭化珪素粉末７０重量部、平均粒径０．７μｍのβ型炭化珪素粉末３０重量部、メチルセルロース５重量部、分散剤４重量部、水２０重量部を配合して均一に混合することにより、原料の混合組成物を調製した。この混合組成物を押出成形機に充填し、押出速度１０００ｍｍ／ｍｉｎにてハニカム形状の炭化珪素成形体を作製した。この炭化珪素成形体は、図２に示した多孔質セラミック部材３０とほぼ同様であり、その大きさは３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の数が３１／ｃｍ2 で、隔壁の厚さが０．３５ｍｍであった。
【００７８】
この炭化珪素成形体をマイクロ波や熱風による乾燥機を用いて乾燥させ、炭化珪素成形体乾燥体とし、この乾燥体に、上記混合組成物と同成分の充填剤ペーストを用いて、炭化珪素焼結体の貫通孔の所定箇所に充填剤を充填した後、４５０℃で脱脂し、さらに、２２００℃で加熱焼成することで多孔質炭化珪素部材を製造した。
【００７９】
次に、上記多孔質炭化珪素部材の両端面に、粘着剤として熱硬化性ゴム系粘着剤を塗布したＰＥＴフィルムからなるマスキング材（日東電工社製：Ｎｏ．３１５）を貼り付けた。
【００８０】
次に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ2 の含有量：３０重量％）１８重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース４重量％、無機繊維としてシリカ−アルミナセラミックファイバー（ショット含有率３％、繊維長０．１〜１００ｍｍ）３６重量％、無機粒子として炭化珪素粒子２４重量％、及び、水１８重量％を混合、混練して接着剤ペーストを調製した。
【００８１】
次に、製造した多孔質炭化珪素部材の側面に、端面から５ｍｍの接着剤ペースト非形成部分を残して上記接着剤ペーストを塗布して接着剤層を形成し、この接着剤層の上に他の多孔質炭化珪素部材を積層した後、接着層の形成から多孔質炭化珪素部材の積層までの工程を繰り返して、縦４個、横４個の多孔質炭化珪素部材を組み上げた後、１００℃、１時間で乾燥、硬化させ、セラミック積層体を作製した。
【００８２】
そして、この作製したセラミック積層体をダイヤモンドカッターを用いて、直径１４３ｍｍの円柱状に切削してセラミックブロックを作製した。
なお、このセラミックブロックの端面近傍に形成された接着剤層非形成部分の最大深さは、５ｍｍであった。
【００８３】
次に、上記セラミックブロックの端面に存在するマスキング材の上から上記接着剤層非形成部分に、図３に示した充填部材を用いて上記接着剤ペーストを充填した。
【００８４】
そして、上記セラミックブロックの外周部に上記接着層と同じ組成からなるシール材ペースト層を形成し、上記シール材ペースト層の乾燥を行いシール材層とした後上記マスキング材を剥離することで、多孔質炭化珪素からなるセラミック構造体を製造した。
本実施例１に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、１ｍｍであった。
【００８５】
実施例２
接着剤層非形成部分に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中のＳｉＯ2 の含有量：３０重量％）２５重量％、有機バインダーとしてカルボキシメチルセルロース５重量％、無機粒子として炭化珪素粒子４５重量％、及び、水２５重量％を混合、混練して調製した接着剤ペーストＢを用いたほかは、実施例１と同様にしてセラミック構造体を製造した。
本実施例２に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、１ｍｍであった。
【００８６】
比較例１
多孔質炭化珪素部材の端面にマスキング材を貼り付けず、この多孔質炭化珪素部材を組み上げる際に、接着剤ペーストを多孔質炭化珪素部材の略端面にまで塗布し、接着剤ペースト層を形成したほかは、実施例１と同様にして多孔質炭化珪素からなるセラミック構造体を製造した。
なお、比較例１に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、２ｍｍであった。
【００８７】
比較例２
接着剤ペースト充填工程を行わなかったほかは、実施例１と同様にしてセラミック構造体を製造した。
なお、比較例２に係るセラミック構造体の端面の接着剤未充填部分の最大深さは、５ｍｍであった。
【００８８】
実施例１、２及び比較例１、２に係るセラミック構造体の端面に存在する貫通孔の目詰まりの有無、欠けの発生の有無、耐久性、及び、端面の均熱性について以下の方法により評価し、その結果を下記表１に示した。
【００８９】
（１）目詰まりの有無
製造した各セラミック構造体の端面に存在する貫通孔に、目詰まりが発生しているか否かについて目視により確認した。
【００９０】
（２）欠けの発生の有無
製造した各セラミック構造体の移動や運搬の際の振動や衝突で、セラミック構造体を構成する多孔質炭化珪素部材の端部の角部に欠けが発生しているか否かを目視により確認した。
【００９１】
（３）耐久性の評価
製造した各セラミック構造体に、セラミック構造体の再生処理時に行う高圧水洗と同様の１０ＭＰａの水圧で水洗処理を施すことにより、各セラミック構造体を構成する多孔質炭化珪素部材の端部に欠けが発生するか否かを目視により確認した。
【００９２】
（４）端面の均熱性の評価
製造した各セラミック構造体の端面をヒーターを用いて９００℃まで加熱し、その端面における最高温度と最低温度とをサーモビュアにより測定し、温度分布が発生するか否かを確認した。
【００９３】
【表１】
表１に示した結果から明らかなように、実施例１及び２に係るセラミック構造体は、その端面に存在する貫通孔に目詰まりが発生することはなく、また、上記セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗処理時の水圧によって、多孔質炭化珪素部材に欠けが発生することのない耐久性に優れたものであった。
一方、比較例１に係るセラミック構造体は、該セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗処理時の水圧によって、多孔質炭化珪素部材に欠けが発生しない耐久性に優れたのものあったが、貫通孔に目詰まりが発生していたため、フィルタとしてのパティキュレートの捕集効率に劣るものであった。また、比較例２に係るセラミック構造体は、貫通孔に目詰まりは確認されることはなかったが、上記セラミック構造体を移動や運搬の際の振動や衝突、及び、高圧水洗処理時の水圧によって、多孔質炭化珪素部材に欠けが発生し、耐久性に劣るものであった。
【００９５】
また、表１に示した通り、各セラミック構造体の端面を９００℃まで加熱し、その端面における最高温度と最低温度との温度差を測定した結果、実施例２に係るセラミック構造体の端面における温度差は、２５℃であり略均一に加熱されていたが、実施例１及び比較例１に係るセラミック構造体の端面における温度差は、５０〜７０℃であり、若干の温度分布が確認された。また、比較例２に係るセラミック構造体の端面における最高温度と最低温度との温度差は、１００℃であり、はっきりと温度分布が確認された。
【００９６】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明のセラミック構造体は、接着剤未充填部分の上記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であるので、上記接着剤層は多孔質セラミック部材の端部を補強する効果を呈し、上記多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、上記端部に欠けが発生することのない、耐久性に優れたものとなる。
【００９７】
また、本発明のセラミック構造体の製造方法は、上述した通りであるので、接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下であるセラミック構造体を製造することができる。
即ち、本発明のセラミック構造体の製造方法を用いることにより、セラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の端部に強い負荷がかかった場合であっても、上記端部に欠けが発生することがない、耐久性に優れたセラミック構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック構造体の一実施形態を模式的に示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、セラミック構造体を構成する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、その接着剤未充填部分−接着剤未充填部分線断面図である。
【図３】（ａ）は、接着剤層非形成部分に接着剤ペーストを充填する際に使用する充填部材の一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図４】（ａ）は、従来のセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明のセラミック構造体の端面近傍を模式的に示した部分拡大断面図であ。
【図５】セラミック積層体を作製する様子を示した説明図である。
【符号の説明】
１０ セラミック構造体
１３ シール材層
１４ 接着剤層
１５ セラミックブロック
１６ 接着剤未充填部分
２０ 充填部材
２１ ハネ部
２２ 芯材
３０ 多孔質セラミック部材
３１ 貫通孔
３２ 充填材
３３ 隔壁
６０ 台
６１ 接着剤層
Claims (5)
- 多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、前記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体であって、
前記多孔質セラミック部材間の前記接着剤層が形成されていない部分の前記セラミック構造体の端面からの深さは、１ｍｍ以下であることを特徴とするセラミック構造体。 - 接着剤層は、接着剤層Ａと前記接着剤層Ａの外側に形成された接着剤層Ｂとから構成され、前記接着剤層Ｂは、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含んでいる請求項１記載のセラミック構造体。
- 多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された多孔質セラミック部材が接着剤層を介して複数個結束され、前記貫通孔を隔てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構成されたセラミック構造体の製造方法であって、
前記多孔質セラミック部材の側面に、接着剤ペーストＡを塗布し、前記接着剤ペーストＡの上に他の多孔質セラミック部材を積層する工程を繰り返して、セラミック積層体を組み上げるセラミック積層体作製工程と、
前記セラミック積層体の一部を切削し、セラミックブロックを作製するセラミックブロック作製工程と、
前記多孔質セラミック部材間の接着剤層非形成部分に、接着剤が充填されていない接着剤未充填部分のセラミック構造体の端面からの深さが１ｍｍ以下となるように接着剤ペーストＢを充填する接着剤ペースト充填工程と、
前記セラミックブロックの外周部にシール材層を形成するシール材層形成工程とを含むことを特徴とするセラミック構造体の製造方法。 - セラミック積層体作製工程の前に、予め多孔質セラミック部材の両端面にマスキング材を貼り付けておき、接着剤ペースト充填工程において、セラミックブロックの端面に存在する前記マスキング材の上から、接着剤ペーストＢを塗布する請求項３記載のセラミック構造体の製造方法。
- 接着剤ペースト充填工程において、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子を含む接着剤ペーストＢを用いる請求項３又は４記載のセラミック構造体の製造方法。
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