JP2002085922A

JP2002085922A - セラミック構造体

Info

Publication number: JP2002085922A
Application number: JP2000285878A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Yoshida; 良行吉田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のセラミック部材を結束する接着層の熱
伝導率が高いため、その再生処理において、堆積したパ
ティキュレートを完全に燃焼除去することができるとと
もに、高温の排気ガスや再生時の加熱等により、接着層
に含まれる有機バインダーの耐熱温度を超える温度まで
接着層が加熱された場合であっても、該接着層の接着強
度が低下することがなく、耐久性に優れるセラミック構
造体を提供する。【解決手段】多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に
並設された角柱形状の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てセラミックブロックを構成し、
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
記接着層は、少なくともシランカップリング剤、シリカ
ゾル、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子を含むこ
とを特徴とするセラミック構造体。

Description

【発明の詳細な説明】

【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に関する。

【０００２】

【従来の技術】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セラミックフィルタが種々提案
されている。

【０００３】これらのセラミックフィルタを構成するセ
ラミック構造体は、通常、一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
るようになっている。すなわち、セラミック構造体に形
成された貫通孔は、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により目封じされ、一の貫通孔に
流入した排気ガスは、必ず貫通孔を隔てる隔壁を通過し
た後、他の貫通孔から流出するようになっており、排気
ガスがこの隔壁を通過する際、パティキュレートが隔壁
部分で捕捉され、排気ガスが浄化される。

【０００４】このような排気ガスの浄化作用に伴い、セ
ラミック構造体の貫通孔を隔てる隔壁部分には、次第に
パティキュレートが堆積し、目詰まりを起こして通気を
妨げるようになる。このため、このセラミックフィルタ
は、定期的にヒータ等の加熱手段を用いて目詰まりの原
因となっているパティキュレートを燃焼除去して再生す
る必要がある。

【０００５】しかし、この再生処理においては、セラミ
ック構造体の均一な加熱が難しく、パティキュレートの
燃焼に伴う局部的な発熱が発生するため、大きな熱応力
が発生する。また、通常の運転時においても、排気ガス
の急激な温度変化が与える熱衝撃等によって、セラミッ
ク構造体の内部に不均一な温度分布が生じ、熱応力が発
生する。その結果、上記セラミック構造体が単一のセラ
ミック部材から構成されている場合には、クラックが発
生し、パティキュレートの捕集に重大な支障を与えると
いった問題点があった。

【０００６】そのため、例えば、特開昭６０−６５２１
９号公報には、セラミック構造体を複数個のセラミック
部材に分割することにより、セラミック構造体に作用す
る熱応力を低減させたパティキュレートトラップが開示
されている。

【０００７】また、実開平１−６３７１５号公報には、
複数個のセラミック部材を結束させた際に、各部材の間
に生じる隙間に、非接着性のシール材を介挿させ、セラ
ミック構造体の隙間から排気ガスが漏れるのを防止した
微粒子捕集フィルタが開示されている。

【０００８】しかし、この実開平１−６３７１５号公報
に開示された微粒子捕集フィルタでは、熱応力に起因す
るクラックの発生や破壊を防止することはできるが、各
セラミック部材を強固に接合することができないという
問題点があった。

【０００９】また、一般に、堆積したパティキュレート
を燃焼除去する再生処理においては、セラミック構造体
の中央付近の温度がその外縁部付近の温度に比べて高く
なりやすい。しかしながら、従来のセラミック構造体で
は、該セラミック構造体を構成するセラミック部材間の
熱伝導率が余り高くなかったため、その外縁部付近に堆
積したパティキュレートが燃え残り、完全に除去するこ
とが困難であるという問題もあった。

【００１０】さらに、従来のセラミック構造体に使用さ
れていたシール材（接着層）は、硬化する際に、マイグ
レーション（溶媒の乾燥除去に伴ってバインダーが移動
する現象をいう）を起こしやすい傾向があったため、上
記シール材（接着層）の接着強度に劣るものであった。

【００１１】このような問題を解決するため、本発明者
らは、先に、特開平８−２８２４６号公報に開示されて
いるような、各セラミック部材が耐熱性の無機繊維や無
機バインダー、有機バインダー及び無機粒子等を含むシ
ール材（接着層）で接合されたセラミック構造体を開発
した。

【００１２】このような、本発明者らが先に開発したセ
ラミック構造体は、上記有機バインダーが燃焼除去され
ることのない低温領域においては、早期に乾燥硬化する
有機バインダーを採用することで、上記マイグレーショ
ンの発生を抑止し、無機繊維同士の三次元的な結合の維
持と、無機繊維への無機粒子の固定化を可能としつつ、
上記シール材（接着層）中の無機繊維と有機バインダー
とが相互に絡み合うことで、組織の均一性と接着性とを
改善することができる。

【００１３】また、上記無機バインダーが焼結する高温
領域においては、無機繊維と無機バインダーとの絡み合
いの効果により、接着強度を維持することができる。こ
れは、高温領域では、上記有機バインダーは燃焼除去さ
れるが、上記無機バインダーが加熱によりセラミック化
され、このセラミックが無機繊維同士の交錯点に存在
し、無機繊維同士及びセラミック部材との接合に寄与す
るからであると考えられる。また、この無機バインダー
は、乾燥及び加熱により、低温領域でもある程度の接着
強度を保持することができるものであった。

【００１４】しかしながら、このような本発明者らが先
に開発したセラミック構造体は、低温領域や高温領域に
おいては良好な接着力を発揮するものであったが、有機
バインダーの耐熱温度を超えた中温領域においては、シ
ール材（接着層）の接着力が充分でなく上記セラミック
部材同士がずれることがあり、接着力の維持の面で依然
として改良の余地があった。

【００１５】

【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、複数のセラミック
部材を結束する接着層の熱伝導率が高いため、その再生
処理において、堆積したパティキュレートを完全に燃焼
除去することができるとともに、高温の排気ガスや再生
時の加熱等により、接着層に含まれる有機バインダーの
耐熱温度を超える温度まで接着層が加熱された場合であ
っても、該接着層の接着強度が低下することがなく、耐
久性に優れるセラミック構造体を提供することを目的と
する。

【００１６】

【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
た角柱形状の多孔質セラミック部材が接着層を介して複
数個結束されてセラミックブロックを構成し、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、上記接着層
は、少なくともシランカップリング剤、シリカゾル、有
機バインダー、無機繊維及び無機粒子を含むことを特徴
とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミック構造体
の実施形態について、図面に基づいて説明する。

【００１８】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角柱形状の多孔
質セラミック部材が接着層を介して複数個結束されてセ
ラミックブロックを構成し、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、上記接着層は、少なくともシ
ランカップリング剤、シリカゾル、有機バインダー、無
機繊維及び無機粒子を含むことを特徴とするものであ
る。

【００１９】図１は、本発明の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り、図２は本発明の
セラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材を模
式的に示した斜視図である。

【００２０】図２に示したように、セラミック構造体を
構成する多孔質セラミック部材２０には、多数の貫通孔
２１が形成されており、これら貫通孔２１を有する多孔
質セラミック部材２０の一端部は、市松模様に充填材２
２が充填されている。また、図示しない他の端部におい
ては、一端部に充填材が充填されていない貫通孔２１に
充填材が充填されている。

【００２１】このセラミック部材２０を構成する多数の
貫通孔２１は、いずれか一端部のみに充填材２２が充填
されているため、開口している一の貫通孔２１の一端部
より流入した排気ガスは、隣接する貫通孔２１との間を
隔てる多孔質の隔壁２３を必ず通過し、他の貫通孔２１
を通って流出する。そして、排気ガスが隔壁２３を通過
する際に、排気ガス中のパティキュレートが捕捉される
ことになる。

【００２２】図１は、図２に示した多孔質セラミック部
材２０を複数個結束させたセラミック構造体１０を示し
ている。また、図１においては、多孔質セラミック部材
２０に形成された貫通孔２１を省略している。

【００２３】このセラミック構造体１０では、多孔質セ
ラミック部材２０が接着層１１を介して複数個結束され
てセラミックブロック１２を構成し、この接着層１１
は、少なくともシランカップリング剤、シリカゾル、有
機バインダー、無機繊維及び無機粒子を含むものであ
る。また、セラミックブロック１２の外周部の全体に、
シール材１３ａがコーティングされてセラミック構造体
１０が形成されている。

【００２４】上記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。上記セラミック構造体１０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。

【００２５】また、これらの多孔質部材は、平均気孔径
が１〜４０μｍの開放気孔を有するものが好ましく、こ
のような構造の多孔質部材は、例えば、０．３〜５０μ
ｍ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を原料として、焼成し、焼結させ
たものが好ましい。また、シール材１３ａ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１３ａは、接着層１１と同じ材料により構成されて
いてもよい。

【００２６】次に、接着層１１を構成するシランカップ
リング剤について説明する。一般に、シランカップリン
グ剤は、例えば、下記一般式（１）で表される。

【００２７】ＲＳｉＸ₃ ・・・（１）

【００２８】上記一般式（１）中、Ｒは有機材料と結合
する置換基を持つ有機官能性基であり、具体的にはビニ
ル基、グリシドキシ基、メタクリル基、メルカプト基で
ある。また、Ｘは無機材料と反応する加水分解基であ
り、具体的には主に塩素またはアルコキシ基である。

【００２９】このような化学構造を有することから、図
３に示した通り、シランカップリング剤は、有機材料４
０と無機材料４１との界面に介在し、両者を結合させる
橋渡しの役割を果すものである。また、上記加水分解基
Ｘは３箇存在しているため、各加水分解基Ｘが分解した
シラノール基（ＳｉＯＨ）に無機材料が反応して結合す
ることで、上記シランカップリング剤は、有機材料と無
機材料との橋渡しの役割を果たすとともに、無機材料同
士の橋渡しの役割も果している。なお、上記一般式
（１）中、シランカップリング剤は、３箇の加水分解基
を有しているが、２箇の加水分解基を有するものであっ
てもよい。

【００３０】接着層１１は、少なくともシランカップリ
ング剤、シリカゾル、有機バインダー、無機繊維及び無
機粒子を含むものであり、良好な熱伝導率と接着強度と
を有するとともに、接着層１１の温度が有機バインダー
の耐熱温度を超えた場合であっても、接着強度が低下す
ることがない。

【００３１】このような組成からなる接着層１１の温度
が、有機バインダーの耐熱温度を超えた場合であって
も、接着強度が低下することがない理由は明確ではない
が、以下の通りに考えることができる。

【００３２】まず、接着層１１の温度が低温領域である
場合について説明する。なお、上記低温領域とは、接着
層１１が乾燥によって硬化し、接着層１１中にシランカ
ップリング剤、シリカゾル、有機バインダー、無機繊維
及び無機粒子が存在している温度領域のことをいう。

【００３３】この低温領域においては、シランカップリ
ング剤の有機官能基（Ｒ）が反応して有機バインダーと
結合しており、また、加水分解基（Ｘ）は分解してシラ
ノール基となった後、Ｓｉ−Ｏ−基（シロキサン基）を
介し、シリカゾル、無機繊維及び無機粒子と結合し、さ
らに、このシロキサン基を介し、セラミック部材２０と
も結合していると考えられる。

【００３４】従って、有機バインダーと多孔質セラミッ
ク部材２０、シリカゾル、無機繊維及び無機粒子との結
合量が増大し、この低温領域における接着層１１の接着
強度は格段に向上するものと考えられる。また、当然
に、上述した従来のセラミック構造体のシール体（接着
層）と同様に、無機繊維と有機バインダーとが絡み合う
ことにより、マイグレーションの発生を抑止し、無機繊
維同士の三次元的な結合の維持と、無機繊維への無機粒
子の固定化を可能にしつつ接着力の向上も図ることがで
きる。

【００３５】次に、接着層１１の温度が中温領域である
場合について説明する。なお、上記中温領域とは、接着
層１１が加熱されて、有機バインダーが燃焼除去される
温度から、シリカゾルが焼結してセラミック化するまで
の温度領域のことをいう。

【００３６】この中温領域においては、接着層１１中の
有機バインダーは燃焼、除去されているため、上記低温
領域で説明したような、シランカップリング剤の有機官
能基（Ｒ）の反応による有機バインダーとの結合、及
び、有機バインダーと無機繊維との絡み合いによる接着
力の向上は得ることができないが、上述した通り、シラ
ンカップリング剤のシロキサン基を介して、シリカゾ
ル、無機繊維、無機粒子及びセラミック部材２０同士が
相互に結合した状態となっており、接着層１１の接着強
度が低下することがなく、良好な接着強度が維持されて
いると考えられる。

【００３７】次に、接着層１１の温度が高温領域である
場合について説明する。なお、上記高温領域とは、接着
層１１がさらに加熱されて、シリカゾルが焼結し、セラ
ミック化する温度以上の温度領域のことをいう。

【００３８】この高温領域においては、接着層１１中の
シリカゾルが焼結されてシリカとなるとともに、シラン
カップリング剤を構成するシロキサン基は、依然とし
て、シリカゾル、無機繊維、無機粒子及びセラミック部
材との結合を保っている。

【００３９】また、シリカゾルが加熱されることにより
生成した微細なシリカ粒子や、シランカップリング剤の
分解等により生成したより小さな粒径のシリカ粒子が、
無機繊維、無機粒子、セラミック部材２０等に融着し、
さらにこれらの結合力が大きくなる。

【００４０】従って、接着層１１中に、少なくとも、シ
ランカップリング剤、シリカゾル、有機バインダー、無
機繊維及び無機粒子を含むことで、低温領域から高温領
域に渡って、接着層１１の接着強度を良好に維持するこ
とができ、本発明のセラミック構造体を耐久性に優れた
ものとすることができる。また、無機粒子が、無機繊維
やシリカゾルの表面及び内部に介在しているので、本発
明のセラミック構造体の熱伝導率も良好に保つことがで
きる。

【００４１】上記シランカップリング剤としては、例え
ば、１分子中に、２又は３個のアルコキシ基が珪素原子
に結合しているものが挙げられ、具体的には、ビニルト
リクロロシラン（１）、ビニルトリス（βメトキシエト
キシ）シラン（２）、ビニルトリエトキシシラン
（３）、ビニルトリメトキシシラン（４）、ビニルトリ
アセトキシシラン（５）、γ−（メタクリロイルオキシ
プロピル）トリメトキシシラン（６）、β−（３，４エ
ポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン
（７）、γ−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシ
ラン（８）、γ−グリシジルオキシプロピルメチルジエ
トキシシラン（９）、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミ
ノプロピルトリメトキシシラン（１０）、Ｎ−β（アミ
ノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン
（１１）、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（１
２）、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン（１３）、γ−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン（１４）、γ−クロロプロピルトリメトキシシラ
ン（１５）等を挙げることができる。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。また、これ
らシランカップリング剤と水とを混合することによって
得られるシランカップリング剤の加水分解物水溶液も用
いることができる。なお、上記化合物の後ろに付記した
番号は、下記構造式の番号に対応する。

【００４２】

【化１】

【００４３】

【化２】

【００４４】上記シランカップリング剤の含有量は、シ
リカゾル（ＳｉＯ₂ ）１００重量部に対して、固形分
で、０．０５〜５００重量部が好ましく、０．５〜１０
０重量部がより好ましく、１〜７５重量部が最も好まし
い。シランカップリング剤の含有量が０．０５重量部未
満であると、上記中温領域で、接着層１１の接着強度が
低下してしまう。一方、５００重量部を超えると、接着
層１１となるペーストを調製した際の該ペーストの安定
性が著しく低下する。

【００４５】上記シリカゾルは、水を媒体としてこれに
平均粒径５〜２００μｍ、好ましくは、１０〜１５０μ
ｍのコロイダルシリカ粒子が安定に分散している液状物
である。上記コロイダルシリカ粒子の形状は球形、非球
形のいずれでもよい。コロイダルシリカの形状及び大き
さは、シリカゾルの製造法によって定められる。

【００４６】このシリカゾルは、アルカリ性、酸性のい
ずれであってもよいが、ＳｉＯ₂ ／Ｍ ₂ Ｏ（Ｍはアルカ
リ金属原子又はアミン、アンモニウム等の分子を表
す。）モル比が３０以上のアルカリ性のものが好まし
く、ｐＨとしては９〜１２程度のものが特に好ましい。
また、粒子径の異なるシリカゾルを混合して用いてもよ
く、混合ゾルを用いてもよい。用いられるシリカゾルと
しては、ＳｉＯ₂ 濃度が１〜５０重量％程度のものが好
ましく、不純イオンをなるべく含有しないものが好まし
い。

【００４７】接着層１１中のシリカゾルの含有量は、固
形分で、５〜４０重量％が好ましく、１０〜３０重量％
がより好ましく、１５〜２５重量％が最も好ましい。シ
リカゾルの含有量が５重量％未満であると、接着強度の
低下を招き、一方、４０重量％を超えると、熱伝導率の
低下を招く。

【００４８】上記有機バインダーとしては、例えば、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、カルボキシセルロース等が挙げることができる。
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、カルボキシセルロースが好ま
しい。

【００４９】接着層１１中の有機バインダーの含有量
は、固形分で、０．０１〜５重量％が好ましく、０．０
５〜３重量％がより好ましく、０．１〜１重量％が最も
好ましい。有機バインダーの含有量が０．０１重量％未
満であると、接着層１１に発生するマイグレーションを
抑止することが困難となる。一方、５重量％を超える
と、接着層１１が高温にさらされて有機バインダーが焼
失した場合に、接着強度が低下する場合がある。

【００５０】上記無機繊維としては、例えば、シリカ−
アルミナ、ムライト、アルミナ及びシリカから選ばれる
少なくとも１種以上のセラミックファイバー等が挙げる
ことができる。このような無機繊維は、シリカゾルや有
機バインダーと絡み合うことで、接着層１１の接着強度
を向上させることができる。

【００５１】上記無機繊維のショット含有量は１〜１０
重量％であることが好ましく、１〜５重量％であること
がより好ましく、１〜３重量％であることが最も好まし
い。ショット含有量を１重量％未満にすることは、製造
上困難であり、一方、１０重量％を超えると、セラミッ
ク部材２０の壁面を傷つける恐れがある。

【００５２】上記無機繊維の繊維長は１〜１００μｍで
あることが好ましく、１〜５０μｍであることがより好
ましく、１〜２０μｍであることが最も好ましい。繊維
長が１μｍ未満であると、その性質が粒子に近くなり接
着強度の低下を招く。一方、１００μｍを超えると、接
着層１１中に均一に分散させることが困難となり、やは
り接着強度の低下を招く。

【００５３】また、上記無機繊維の繊維径は、３〜１５
μｍであることが好ましい。繊維径が３μｍ未満である
と、その強度が低下し容易に切断されてしまうため、接
着強度の低下を招く。一方、１５μｍを超えると、シリ
カゾルや有機バインダーとの絡み合いが阻害され、やは
り接着強度の低下を招く。

【００５４】接着層１１中の無機繊維の含有量は、固形
分で、２５〜６０重量％が好ましく、３０〜５０重量％
がより好ましく、３５〜４５重量％が最も好ましい。無
機繊維の含有量が２５重量％未満であると、接着層１１
の接着強度の低下を招く。一方、６０重量％を超える
と、熱伝導率の低下を招く。

【００５５】また、上記無機粒子としては、例えば、炭
化珪素、窒化珪素及び窒化硼素から選ばれる少なくとも
１種以上の無機粉末又はウィスカーが挙げられる。この
ような無機粒子が、上記無機繊維の表面やシリカゾルの
表面及び内部に介在することで、接着層１１の熱伝導率
を向上させることができる。

【００５６】上記無機粒子の平均粒径は０．０１〜１０
０μｍであることが好ましく、０．１〜１５μｍである
ことがより好ましく、０．１〜１０μｍであることが最
も好ましい。平均粒径が０．０１μｍ未満であると、あ
る程度の熱伝導率を確保するためには大量の無機粒子が
必要となり、また、このような粒径の小さな無機粒子を
得ること自体が困難で、製造コストの高騰を招く。一
方、１００μｍを超えると、逆に接着力及び熱伝導率の
低下を招く。

【００５７】接着層１１中の無機粒子の含有量は、固形
分で、１０〜５０重量％が好ましく、１５〜３５重量％
がより好ましく、２０〜３０重量％が最も好ましい。無
機粒子の含有量が１０重量％未満であると、熱伝導率の
低下を招く。一方、５０重量％を超えると、高温時での
接着強度の低下を招く。

【００５８】また、上記無機繊維及び無機粒子の代わり
に、炭化珪素繊維を使用することが好ましい。上述した
通り、上記無機繊維は、接着層１１の接着強度を向上さ
せる目的で添加され、上記無機粒子は、接着層１１の熱
伝導率を向上させる目的で添加されるものである。しか
しながら、上記無機粒子は、接着層１１の接着強度を減
退させる傾向があるため、接着層１１の接着強度及び熱
伝導率の両方を高いレベルで確保するには一定の限界が
ある。しかしながら、上記無機繊維及び無機粒子の代わ
りに炭化珪素繊維を使用することで、接着層１１の接着
強度と熱伝導率とを高いレベルで確保することができる
ようになる。

【００５９】これは、接着層１１中の炭化珪素繊維とシ
リカゾル、及び、炭化珪素繊維と有機バインダーとの絡
み合うことにより、接着層１１の接着強度の向上を図る
ことができるとともに、無機粒子を添加するのに比べ、
接着層１１中で炭化珪素繊維同士が絡み合うことでその
接触面積が増加し、熱伝導率が向上するものと考えられ
る。

【００６０】上記炭化珪素繊維の繊維長は、２０〜３０
０μｍであることが好ましく、５０〜２００μｍである
ことがより好ましい。繊維長が２０μｍ未満であると、
その性質が粒子に近くなり接着強度の低下を招く場合が
ある。一方、３００μｍを超えると、接着層１１中に均
一に分散させることが困難となり、やはり接着強度の低
下を招く場合がある。また、その繊維径は、３〜１５μ
ｍであることが好ましい。繊維径が３μｍ未満である
と、炭化珪素繊維の強度が低下し容易に切断されてしま
うため接着強度の低下を招く場合があり。一方、１５μ
ｍを超えると、シリカゾルとの絡み合いが阻害され、接
着強度の低下を招く場合があり、また、このような太い
炭化珪素繊維を得ること自体が困難であり原料コストの
高騰を招く。

【００６１】接着層１１中に上記炭化珪素繊維を添加す
る場合、接着層１１中の炭化珪素繊維の含有量は、固形
分で、３〜８０重量％が好ましく、１０〜７０重量％が
より好ましく、４０〜６０重量％がさらに好ましい。炭
化珪素繊維の含有量が３重量％未満であると、熱伝導率
の低下を招き、一方、８０重量％を超えると、接着層１
１が高温にさらされた場合に、接着強度の低下を招く。

【００６２】接着層１１中には、シランカップリング
剤、シリカゾル、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、このようなシリカゾル中等の水分や溶剤等は、通
常、接着層用のペーストを塗布した後の加熱等により殆
ど飛散する。

【００６３】上述の通り、本発明のセラミック構造体
は、複数のセラミック部材を結束する接着層中に、少な
くともシランカップリング剤、シリカゾル、有機バイン
ダー、無機繊維及び無機粒子を含むものであるため、複
数のセラミック部材を結束する接着層の熱伝導率が高
く、その再生処理において、堆積したパティキュレート
を完全に燃焼除去することができる。さらに、本発明の
セラミック構造体を構成する上記接着層は、中温領域で
の接着強度も大きいため、高温の排気ガスや再生時の加
熱等により接着層が加熱された場合であっても、上記接
着層の接着力が低下することがなく、耐久性に優れたも
のとなる。

【００６４】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。なお、以下の説明においては、セ
ラミック構造体を構成するセラミック部材の原料として
炭化珪素を用いることとする。

【００６５】初めに、まず、炭化珪素成形体を作製す
る。この工程においては、炭化珪素粉末とバインダーと
分散媒液とを混合して成形体製造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柱状
の炭化珪素成形体を作製し、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、炭化珪素粉末と
樹脂とを含む炭化珪素成形体を作製する。なお、この炭
化珪素成形体には、少量の分散媒液が含まれていてもよ
い。

【００６６】この炭化珪素成形体の外観の形状は、図２
に示した多孔質セラミック部材２０とほぼ同形状である
ほか、楕円柱状や三角柱状等であってもよい。なお、本
工程では、充填材２２に相当する部分は空洞となってい
る。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】次に、封口工程として、作製された炭化珪
素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、炭化珪素成形
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。

【００７０】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。

【００７１】次に、脱脂工程として、上記工程により作
製された炭化珪素成形体中の樹脂を熱分解する工程を行
う。この脱脂工程では、通常、上記炭化珪素成形体を脱
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、ほぼ炭化珪素粉末のみが残留する。

【００７２】次に、焼成工程として、脱脂した炭化珪素
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、２０００〜２２００℃で脱脂した炭化珪素成
形体を加熱し、炭化珪素粉末を焼結させることにより、
多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状
の炭化珪素焼結体を製造する。

【００７３】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炭化珪素成形体を載せ、
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、炭化珪素成形体が傷つくの
を防止することができるからである。

【００７４】このようにして、多数の貫通孔が隔壁を隔
てて長手方向に並設され、上記隔壁がフィルタとして機
能するように構成された多孔質炭化珪素焼結体を製造し
た後、この多孔質炭化珪素焼結体の結束工程として、多
孔質炭化珪素焼結体の外壁部分に上述した接着層を形成
し、所定の大きさになるように上記多孔質炭化珪素焼結
体を複数個結束してセラミックブロックを作製する。

【００７５】その後、このセラミックブロックを５０〜
１００℃、１時間の条件で加熱して乾燥、硬化させ、そ
の後、例えば、ダイヤモンドカッター等を用いて、その
外周部を図１に示したセラミック構造体１０とほぼ同様
に切削した後、その外周部にシール材１３ａを形成する
ことにより、本発明のセラミック構造体の製造を終了す
る。

【００７６】以上説明した各工程を実施することで、熱
伝導率が高く、各セラミック部材の接着強度にも優れた
セラミック構造体を製造することができる。

【００７７】

【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。

【００７８】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２ｃｍ／分にてハニカム形状の生成形体を作製し
た。この生成形体は、図２に示した多孔質セラミック部
材２０とほぼ同様であり、その大きさは３３ｍｍ×３３
ｍｍ×３００ｍｍで、平均気孔径が１〜４０μｍ、貫通
孔の数が３１／ｃｍ² で、隔壁の厚さが０．３５ｍｍで
あった。

【００７９】この生成形体の乾燥体に、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。

【００８０】次に、シリカゾル（ゾル中のＳｉＯ₂ の含
有量：３０重量％）２０重量％、シランカップリング剤
としてビニルトリス（βメトキシエトキシ）シラン０．
６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０．４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：２．７％、繊
維長３０〜１００μｍ）４０重量％、無機粒子として炭
化珪素粉末（平均粒径０．５μｍ）２６重量％、及び、
水１３重量％を混合、混練して接着層用ペーストを調製
した。

【００８１】次に、作製した多孔質炭化珪素部材の一の
外周面に上記接着層用ペーストを貼着し、接着層を形成
した。そして、この接着層の上に他の多孔質炭化珪素部
材を載置した後、１００℃、１時間で乾燥、硬化させ、
２つの多孔質炭化珪素部材が結合した多孔質炭化珪素部
材の結合体を作製した。

【００８２】実施例２シリカゾル（ゾル中のＳｉＯ₂ の含有量：３０重量％）
２０重量％、シランカップリング剤としてビニルトリス
（βメトキシエトキシ）シラン０．６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０．４重量
％、繊維長１００〜２００μｍ、繊維径３〜１５μｍの
炭化珪素繊維６６重量％、及び、水１３重量％を用いた
ほかは、実施例１と同様にして多孔質炭化珪素部材の結
合体を作製した。

【００８３】比較例１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％）１３．３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：２．７％、繊維長：３０〜１００ｍｍ）４４．２重
量％、および水４２．５重量％を用いたほかは、実施例
１と同様にして多孔質炭化珪素部材の結合体を作製し
た。本比較例１においては、接着層の乾燥を行っている
際、接着層を構成するバインダーや部材のマイグレーシ
ョンが発生し、接着層が不均一になってしてしまった。

【００８４】比較例２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％）７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０．５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）２３．３
重量％、平均粒径０．３μｍの炭化珪素粉末３０．２重
量％、及び、水３９重量％を用いたほかは、実施例１と
同様にして多孔質炭化珪素部材の結合体を作製した。

【００８５】実施例１〜２及び比較例１〜２で製造した
多孔質炭化珪素部材の結合体の性能評価を以下に示す方
法にて測定した。

【００８６】評価方法（１）接着強度の測定図４に示したように、台の上に２個の三角柱状部材を配
置し、続いて、上記結合体を、両端の多孔質炭化珪素部
材が上記三角柱状部材の上に載るように載置し、中心の
接着層部分に荷重をかけ、接着層に剥がれが生じた時の
荷重を測定した。また、有機バインダーが分解、除去さ
れる中温領域である５００℃まで加熱した際の接着強度
についても同様の評価を行い、さらに、実際の使用で
は、室温〜９００℃程度までの急熱、急冷が予想される
ため、室温〜９００℃のヒートサイクル試験（１００
回）を行った後のものについても同様の評価を行った。
その結果を下記の表１に示す。

【００８７】（２）熱伝導率の測定図５に示すように、上記結合体を、２個の多孔質炭化珪
素部材を積み重ねるように載置した後、その外周を断熱
材３０で囲い、ヒータ３１の上に設置して６００℃で３
０分間加熱することにより、上部の温度Ｔ₁ と下部の温
度Ｔ₂ との温度差を測定した。その結果を表１に示す。

【００８８】

【表１】

【００８９】表１に示した結果から明らかなように、実
施例１〜２に係る多孔質炭化珪素部材の結合体の接着層
の代表的な接着強度は２．４７〜２．５８ＭＰａであ
り、その上端と下端との温度差は２０〜２５℃である
が、比較例１〜２に係る多孔質炭化珪素部材の結合体の
接着層の代表的な接着強度は２．１４〜２．４２ＭＰ
ａ、その温度差は５０〜８０℃といずれも、実施例に係
る多孔質炭化珪素部材の結合体よりも劣ったものであっ
た。なお、本実施例及び比較例においては、多孔質炭化
珪素部材を２個だけ結合したものを使用して、その接着
強度及び熱伝導率を測定したが、実際のセラミック構造
体には、多数の多孔質炭化珪素部材を結合するため、接
着強度及び熱伝導率の値の差はさらに顕著なものとな
る。

【００９０】

【発明の効果】本発明のセラミック構造体は、上述の通
りであるので、その再生処理において、堆積したパティ
キュレートを完全に燃焼除去することができるととも
に、その温度が有機バインダーの耐熱温度を超えても、
接着層の接着強度が低下することがなく耐久性に優れた
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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】本発明のセラミック構造体を構成する多孔質セ
ラミック部材を模式的に示した斜視図である。

【図３】シランカップリング剤の作用機構を説明する説
明図である。

【図４】接着強度の測定試験の説明図である。

【図５】熱伝導率の測定試験の説明図である。

【符号の説明】

１０セラミック構造体１１接着層１２セラミックブロック１３シール材ペースト１３ａシール材２０多孔質セラミック部材２１貫通孔２２充填材２３隔壁３０断熱材３１ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に
並設された角柱形状の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てセラミックブロックを構成し、
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
記接着層は、少なくともシランカップリング剤、シリカ
ゾル、有機バインダー、無機繊維及び無機粒子を含むこ
とを特徴とするセラミック構造体。