WO2003061924A1 - Dispositif et procede destines a joindre des corps structuraux de ceramique - Google Patents

Description

明 細 書 セラミックス製構造体の接合装置及び接合方法 技術分野

本発明は、 セラミックス製構造体、 特にセラミックス製ハニカム構造体の接合 装置及び接合方法に関する。 背景技術

大径のセラミックス製構造体を作製する際に、 直接大径として成形するよりも 、 複数の小径のセラミックス製構造体を個々に作製してから、 接合して大径のセ ラミックス製構造体を得る方が好ましい場合がある。 例えば、 微粒子やフィル夕 排ガス浄化装置の触媒担体に用いられるセラミックス製のハニカム構造体は、 使 用される環境により極度の温度変化等に曝される場合があり、 セラミックス製構 造体を構成する材料の温度特性により、 大径より小径の構造体を接合する方が、 構造体の材料の温度特性上より好ましい場合がある。 又、 排ガス浄化装置の触媒 担体の場合、 圧力損失の低減、 有効面積の増大、 等を目的として、 より薄壁化が 進められているが、 このような薄壁のセラミックス製構造体においては、 いきな り大径で成形するより小径の構造体を接合する方が、 より歩留まりが向上し好ま しい場合がある。

従来、 複数の小径のセラミックス製構造体を接合して大径のセラミックス製構 造体を得る場合において、 小径のセラミックス製構造体を接合する作業は、 手作 業で行われていた。 例えば、 セラミックス製構造体 Aとセラミックス製構造体 B とを接合してセラミックス製構造体 Cを得て、 セラミックス製構造体 Cと次のセ ラミツクス製構造体 Dとを接合してセラミックス製構造体 Eを得て、 セラミック ス製構造体 Eと次のセラミックス製構造体 Fとを接合してセラミックス製構造体 Gを得て、 という具合である。 しかしながら、 このような方法では、 次の問題が 生じていた。

( 1 ) 作業効率の向上に限界がある。 極大径のセラミックス製構造体を接合する場合には、 接合する小径のセラミツ クス製構造体数が大変多くなることがあり、 その結果、 作業量が多くなつてしま う。 接合回数は、 （必要な小径の構造体数— 1 ) 回、 要するため、 1つの極大径 セラミックス製構造体を得るのに多大なるマンパワーを費やし、 コスト上昇を招 くことから好ましくない。

( 2 ) 品質向上に限界がある。

複数のセラミックス製構造体どうしを接合する際に、 セラミックス製構造体相 互の被接合面に接合剤を塗り、 2つのセラミックス製構造体を外側から押圧する が、 このとき、 被接合面に接合剤を均一に塗布しても、 押圧力が均一に伝達せず 、 被接合面間の厚さがばらついてしまうことがある。 即ち、 2つのセラミックス 製構造体が、 被接合面において完全には平行に接合され難い。 このような接合状 態で、 セラミックス製構造体を乾燥させると、 被接合面間に輝が入り易く、 完成 したセラミックス製構造体の強度低下を招くことから好ましくない。

又、 複数の小径のセラミックス製構造体どうしを接合し、 大径のセラミックス 製構造体を得る場合、 多くは、 小径のセラミックス製構造体を同形同寸法とする が、 手作業によれば、 例え平面上に配置して行っても、 接合面位置を合わせ難い ことがある。 その結果、 上下面位置あるいは左右面位置のズレが生じたまま、 完 成したセラミックス製構造体となることがあった。 このようなセラミックス製構 造体は、 フィル夕開口率の低下が、 有効面積の低下、 圧力損失の上昇等を引き起 こし、 製品の特性に悪影響を及ぼすことから好ましくない。 発明の開示

本発明は、 かかる状況に鑑みてなされたものであり、 その目的とするところは 、 多数からなる小さなセラミックス製構造体を接合して大きなセラミックス製構 造体を得る場合においても、 より正確に小さなセラミックス製構造体どうしの接 合面位置を合わせることが出来、 且つ、 被接合面間の厚さを均一にすることが出 来、 尚且つ、 接合回数が少なくて済み作業効率に優れるセラミックス製構造体の 接合装置、 及び、 接合方法を提供することにある。

従来の問題点を検討し、 研究を重ねた結果、 以下に示す手段により、 上記目的 が達せられることが見出された。

即ち、 本発明によれば、 接合剤によるセラミックス製構造体の接合に用いられ る接合装置であって、 被接合面間に接合剤を介在させるとともに外周面に弾性体 スリーブを配置した複数のセラミックス製構造体を、 弾性体スリーブと筒状容器 の間に弾性体シートを介在させつつ、 筒状容器内に設置した状態で、 筒状容器と 弾性体シートとの間に、 静水圧加圧媒体を注入して、 複数のセラミックス製構造 体を加圧接合することを特徴とするセラミックス製構造体の接合装置が提供され る。

本発明のセラミックス製構造体の接合装置においては、 高速加圧にて弾性体ス リーブを複数のセラミックス製構造体に密着させるとともに、 弾性体スリーブを 圧縮し、 低速加圧にて複数のセラミツクス製構造体を加圧することが好ましい。 又、 セラミックス材料を主原料としてなる接合剤を用いることが好ましい。 更に は、 弾性体シート及び弾性体スリ一ブは、 ともにゴム質材料からなることが脆弱 なセラミックス構造体を破壊することなく接合する上で、 より好ましい。

本発明のセラミックス製構造体の接合装置は、 接合されるセラミックス構造体 が四角形状のものである場合、 筒状容器内に設置したセラミックス構造体が、 如 何なる向きであっても、 弾性体スリーブにより、 正確に接合面位置を合わせるこ とが出来、 好ましい。 又、 本発明はセラミックス製構造体がハニカム構造体であ る場合に、 好適に用いることが出来る。

尚、 本発明の接合とは、 被接合面間に介在する接合剤を押し切ることに限るも のではなく、 本発明の接合においては、 被接合面間に介在させる接合剤の量、 粘 度と、 弾性体シート、 弾性体スリーブを介して加圧される加圧力を、 調整するこ とにより、 被接合面間の厚さを自由に調整することが出来る。

又、 本発明によれば、 複数のセラミックス製構造体を加圧接合する方法であつ て、 複数のセラミックス製構造体を被接合面間にセラミックス製接合剤を介在さ せて寄合する第 1の工程と、 寄合させた複数のセラミックス製構造体の外周面に 弾性体スリーブを配置する第 2の工程と、 弾性体スリーブを配置した複数のセラ ミックス製構造体を弾性体スリ一ブと筒状容器との間に弾性体シートを介在させ つつ筒状容器内に設置する第 3の工程と、 筒状容器と弾性体シートとの間に静水 圧加圧媒体を注入する第 4の工程とを有することを特徴とするセラミックス製構 造体の接合方法が提供される。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係るセラミックス製構造体の接合装置の一実施形態を示す模 式断面図である。

図 2は、 本発明に係るセラミックス製構造体の接合装置の一実施形態を示す上 部からの図である。 セラミックス製構造体を接合する前の状態を表した。

図 3 ( a ) 〜図 3 ( h ) は、 本発明に係るセラミックス製構造体の接合方法の 工程を示す模式斜視図である。 表記都合上、 上部シリンダを省略した。 発明を実施するための最良の形態

本発明のセラミックス製構造体の接合装置は、 複数のセラミックス製構造体を 接合剤で接合させるときに、 好適に用いられる装置である。 本発明に係るセラミ ックス製構造体の接合装置は、 好ましくはセラミックスを主原料としてなる接合 剤を、 被接合面間に介在させるとともに、 外周面に弾性体スリーブを配置した複 数のセラミックス製構造体を、 好ましくはゴム質材料からなる弾性体スリーブと 筒状容器の間に、 好ましくはゴム質材料からなる弾性体シートを介在させつつ、 筒状容器内に設置した状態で、 筒状容器と弾性体シートとの間に、 静水圧加圧媒 体を注入して、 複数のセラミックス製構造体を加圧接合することに特徴を有する 装置である。

例えば、 図 1に示されるように、 本発明に係るセラミックス製構造体の接合装 置 6においては、 筒状容器 8の内壁に弾性体シート 9を配置してなる接合容器 1 5に、 被接合面 1 7間に接合剤を介在させて寄せ合わせるとともに、 弾性体スリ —ブ 7で外周面を囲った複数のセラミックス製構造体 1を下部シリンダ 1 1上に 設置することが出来る。 筒状容器 8と弾性体シート 9からなる接合容器 1 5の中 で、 弾性体スリーブ 7とセラミックス製構造体 1が収まったところで、 先ず、 下 部シリンダ 1 1と上部シリンダ 1 0により、 下方及び上方より、 セラミックス製 構造体 1を固定する。 次いで、 筒状容器 8と弾性体シート 9との間に静水圧加圧 媒体を注入して、 弾性体スリーブ 7を介して、 外周面側から内側に向けて、 外周 面全体に加わる圧力分布が均一になるように、 複数のセラミックス製構造体 1を 加圧する。

本発明に係るセラミックス製構造体の接合装置 6によれば、 上記のように、 接 合剤が固化し完全に複数のセラミックス製構造体 1どうしが接合する前に、 下部 シリンダ 1 1と上部シリンダ 1 0により上下面の位置が矯正されるとともに、 セ ラミックス製構造体 1の外周面側から内側に向けて弾性体スリーブ 7を介して加 圧力が加わることから複数のセラミックス製構造体 1の被接合面 1 7の左右方向 の面位置のズレも生じ難く、 上下面位置及び左右面位置のズレのないセラミック ス製構造体 1を得ることが出来る。 更に、 外周面全体に均一に加圧力がかかるこ とから複数のセラミックス製構造体の被接合面間にも均一に加圧力がかかるので 厚さが均一になり易く、 複数のセラミックス製構造体どうしが等間隔に接合され 得る。 従って、 接合剤により接合したセラミックス製構造体を乾燥させたときに 、 被接合面間に輝が入り難く、 完成したセラミックス製構造体の強度を、 より向 上させることが出来、 接合したセラミックス製構造体の寸法精度が良好なものが 得られる。

本発明のセラミックス製構造体の接合装置では、 例えば 5 0〜1 0 0 [ k P a 秒] 程度の加圧にて、 弾性体スリーブ 7をセラミックス製構造体 1に密着させ るとともに、 その弾性体スリーブ 7を圧縮し、 1 0〜5 0 [ k P a /秒] の程度 の低速加圧にて、 セラミックス製構造体 1に加圧することが好ましい。 このよう に、 加圧速度を変えて段階的に加圧することにより、 セラミックス製構造体を傷 めることなく、 より短時間で効率良く接合出来る。

即ち、 弾性体スリーブ 7の弾性により、 加圧開始後から弾性体スリーブ 7がセ ラミックス製構造体 1に密着し、 弾性体スリーブ 7が圧縮されるまでの間は、 セ ラミックス製構造体 1に実際には負荷がかからないため、 衝撃によりセラミック ス製構造体 1が破壊されるおそれがなく、 高速で加圧することが可能である。 一 方、 弾性体スリーブ 7がセラミックス製構造体 1に密着し、 弾性体スリーブ 7が 圧縮された後は、 セラミックス製構造体 1に実際に負荷がかかり始めるため、 衝 撃によるセラミックス製構造体 1の破壊を防ぐため、 低速で加圧する必要がある 本発明のセラミックス製構造体の接合装置においては、 弾性体スリーブで外周 面を囲って支持されたセラミックス製構造体を設置する接合容器の数は複数であ つてもよい。 接合容器を複数有する接合装置の場合に、 同径の接合容器を複数設 けてもよい。 又、 図示しないが、 径が同じ接合容器 Aを 4つ、 径が 2倍の接合容 器 Bを 1つ設けた接合装置によれば、 例えば、 断面が正方形の方形体からなる同 形状の 4体のセラミツクス製構造体 Xを接合容器 Aでそれぞれ接合し、 セラミツ クス製構造体 Yを 4体得て、 得られた 4体のセラミツクス製構造体 Yを接合容器 Bで接合しセラミックス製構造体 Zを得る、 といったことも可能である。 1つの 接合装置で、 セラミックス製構造体 Xが 1 6体接合されたセラミックス製構造体 Zを、 1基の接合装置で得ることが出来、 効率がよい。

本発明の接合装置は、 種々のセラミックス製構造体の接合に用いることが出来 るが、 特にセラミックス製ハニカム構造体の接合に、 好適に用いることが可能で ある。 以下、 本発明を実施例を用いて更に詳しく説明するが、 本発明はこれらの実施 例に限られるものではない。

(実施例）

図 3 ( a ) 〜図 3 ( h ) に示すように、 筒状容器 8、 ウレタンゴムシート 9か らなる接合容器 1 5を備えた、 径が異なる 2つの接合装置 6， 1 6を用いて、 同 形状のセラミックス製のハニカムセグメント 2 1を 1 6体接合し、 ハニカム構造 の接合体 2 4を得た。

尚、 ハニカムセグメント 2 1の一体の大きさは、 断面が 3 5 mm x 3 5 mmで 長さが 1 5 2 mmであった。

図 3 ( c ) 及び図 3 ( f ) に示される接合装置 6 , 1 6の接合容器 1 5は、 そ れぞれ筒状容器 8がステンレス製であり、 筒状容器 8の内側には、 厚さ約 l mm のウレタンゴム （弾性体） シート 9が配置されている。 接合装置 6， 1 6の筒状 容器 8には、 図示しないが、 空気抜き栓が設けられ、 加圧装置からの加圧管が接 続されている。 先ず、 図 3 (a) に示すように、 それぞれの被接合面に接合剤が塗布されたハ 二カムセグメント 21を 4体ずつ集めた。 そして、 4体のハニカムセグメント 2 1の外周面に、 図 3 (b) に示すように、 厚さ最大 15mmのウレタンゴム （弹 性体） スリーブ 7を配置した。

尚、 ハニカムセグメント 21の被接合面への接合剤の塗布は、 予め下地剤をス プレーで塗布した後に行った。 下地剤の成分は、 S i Cが 35質量％、 コロイダ ルシリカが 35質量％、 水が 30質量％とした。 又、 接合剤の成分は、 S i Cが 39質量％、 アルミノシリゲートが 30質量％、 コロイダルシリカが 20質量％ 、 無機系可塑剤が 1質量％、 水が 10質量％とした。 接合剤の粘度は、 概ね 20 0〜500 pであればよいが、 本例では 400 pであった。

次いで、 図 3 (c) に示すように、 接合装置 6の接合容器 15を図示しない所 定の基台に固定し、 下面から図示しない下部シリンダを接合容器 15の上部に移 動し、 ウレタンゴムスリーブ 7で囲われた 4体のハニカムセグメント 21を、 そ の上に載置した。 そして、 下部シリンダを接合容器 15の下部まで下げて、 ウレ タンゴムスリーブ 7で囲われた 4体のハニカムセグメント 21を接合容器 15内 に設置した。

次に、 図示しない上部シリンダをハニカムセグメント 21の上部に配置し、 下 部シリンダと上部シリンダで狭持されたハニカムセグメント 21が加圧により動 かないように約 0. 1 [MP a] の力を下部シリンダ及び上部シリンダに加えた 次に、 図示しない圧縮空気バルブを開けて、 筒状容器 8とウレタンゴムシート 9との間に 150 [k P a] の圧縮空気を送りウレタンゴムスリーブ 7を、 4体 のハニカムセグメント 21の外周面に密着させるとともに、 ウレタンゴムスリ一 ブ 7を圧縮し、 加圧した。

次に、 50 [kP aZ秒] の加圧により、 4体のハニカムセグメント 21に対 し 10秒間加圧した。 圧力が加わると、 ウレタンゴムスリーブ 7は 4体のハニカ ムセグメント 21の外周面に密着し、 密着した 4体のハニカムセグメント 21の 外周面全体に均一に圧力が加わり、 接合面がズレることなく、 ハニカムセグメン ト 21が接合され、 図 3 (d) に示す接合体 22を得ることが出来た。 図 3 (a ) 〜図 3 (d) に示される工程を同じように繰り返して、 接合体 22を 4体得た そして、 接合装置 6とは径を除いて同様の仕様であって、 径の大きな接合装置 16を用い、 上記した下地剤、 接合剤を用いて、 上記した図 3 (b) 、 図 3 (c ) に示される工程と同様にして、 図 3 (e) 、 図 3 (f) に示す工程を実施し、 図 3 (g) に示す接合体 22が 4つ接合した接合体 23 (即ち、 ハニカムセグメ ント 21が 16体接合されたもの） を得た。 そして、 ハニカム構造を有する円柱 体の接合体 24を得た。 産業上の利用可能性

以上、 説明したように、 本発明の接合装置を用いれば、 従来よりも簡易な操作 でセラミックス製構造体の接合を行うことが出来るため、 品質のよい径の大きな セラミックス製構造体 （接合体） を得ることが出来る。 又、 段階的な加圧を行え ば、 短い時間で効率良く接合することが可能である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 接合剤によるセラミックス製構造体の接合に用いられる接合装置であって、 被接合面間に前記接合剤を介在させるとともに外周面に弾性体スリーブを配置 した複数のセラミックス製構造体を、 前記弾性体スリーブと筒状容器の間に弾性 体シートを介在させつつ、 前記筒状容器内に設置した状態で、

前記筒状容器と前記弾性体シートとの間に、 静水圧加圧媒体を注入して、 前記 複数のセラミックス製構造体を加圧接合することを特徴とするセラミックス製構 造体の接合装置。

2 . 高速加圧にて前記弾性体スリーブを前記複数のセラミックス製構造体に密着 させるとともに、 前記弾性体スリーブを圧縮し、 低速加圧にて前記複数のセラミ ックス製構造体を加圧する請求項 1に記載のセラミックス製構造体の接合装置。

3 . 前記接合剤が、 セラミックス材料を主原料としてなる請求項 1に記載のセラ ミックス製構造体の接合装置。

4 . 前記弾性体シート及び前記弾性体スリーブが、 ともにゴム質材料からなる請 求項 1に記載のセラミックス製構造体の接合装置。

5 . 前記セラミックス製構造体が、 ハニカム構造体である請求項 1に記載のセラ ミックス製構造体の接合装置。

6 . 複数のセラミックス製構造体を加圧接合する方法であつて、

複数のセラミックス製構造体を被接合面間にセラミックス製接合剤を介在させ て寄合する第 1の工程と、 前記寄合させた複数のセラミックス製構造体の外周面 に弾性体スリーブを配置する第 2の工程と、 前記弾性体スリーブを配置した複数 のセラミックス製構造体を前記弾性体スリーブと筒状容器との間に弾性体シート を介在させつつ前記筒状容器内に設置する第 3の工程と、 前記筒状容器と前記弾 性体シートとの間に静水圧加圧媒体を注入する第 4の工程と、

を有することを特徴とするセラミックス製構造体の接合方法。