JP2009143740A - ハニカムセグメント接合体の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【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ハニカムセグメント3の複数個を、接合材4で接合することにより一体化する接合工程を含むセラミックスからなるハニカム構造体の製造方法であって、いずれかの隅部にハニカムセグメントセグメントの代わりにリサイクル可能なダミーセグメントを使用するハニカムセグメント接合体の作製方法。
【選択図】図1
Description
本発明のハニカムセグメント接合体の作製方法の一の実施形態は、図7、8に示されるように、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ハニカムセグメント3の複数個を、接合材4で接合することにより一体化する接合工程を含むセラミックスからなるハニカム構造体の製造方法であって、いずれかの隅部6にハニカムセグメントセグメントの代わりにリサイクル可能なダミーセグメントを使用する使用するものである。
ハニカムセグメント接合体の製造工程は、図1に示されるように、S1〜S7の工程を経て作製される。まず、基材(ハニカムセグメント)の作製をする(S1)。次に、接合材を作製する(S2)。さらに、ダミーセグメントの作製をする(S3)。そして、ダミーセグメントがいずれかの隅部にハニカムセグメントセグメントの代わりに配置されるよう、接合材を用いてハニカムセグメントと接合して一体化し、接合体を得る(S4)。S4で得られた接合体を加圧機等で接合体の外周面から所定の圧力で加圧し、均一な接合幅に調整する(S5)。S5の工程後得られた接合体を熱風等で乾燥する(S6)。乾燥した接合体から、ダミーセグメントを取り外し、ハニカムセグメント接合体を得る(S7)。その後、必要に応じて所望の形状にダイヤモンドツール等で切削加工する(S8)。また、これらの製造工程の他に、接合材のはみ出しがある場合には、ハニカムセグメント外周面にマスキングテープを貼り付けて接合材の付着を防止したり、接合材をかき取ったりすることがより好ましい。また、熱風乾燥する前に室温にて一定時間放置した後、熱風乾燥することがより好ましい。
図7及び図8に示すように、ハニカムセグメント3は、隔壁11によって仕切られ軸方向に貫通する複数のセルを有する。換言すれば、区画、形成された流体の流路となる複数のセル12が中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有し、それぞれが全体構造の一部を構成するとともに、ハニカム構造体Hの中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになるハニカムセグメント3が、本発明の接合材組成物から形成された接合材4Sの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として構成されてなるものである。
ダミーセグメント3は、ハニカムセグメントの代わりに使用されるものであり、図2A〜2C、図3A〜3Cに示されるように、接合体1の隅部6であって、いずれかの隅部に配置されるように接合される。接合体の隅部にダミーセグメントを配置するのは、セグメント体に加工する際の切削工程で、隅部に位置するセグメントは、完全に切削されてしまい不要となるが、ハニカムセグメントを隅部に配置せず、或いは、ダミーセグメントをも配置しない場合には、接合材の乾燥が適度に行われず、外周に配置されたセグメントの乾燥が内部に配置されたセグメントよりも進んでしまい、その結果、機械的強度等を損なうことにもなるため、そのような弊害を防ぐためである。
接合材としては、耐熱性を有するセラミックファイバー、セラミック粒子等からなるフィラーと、コロイダルシリカ等の無機接着剤とを主成分とし、更に必要に応じて有機バインダー(例えば、メチルセルロース(MC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等)、分散剤、水等を加え、それをミキサー等の混練機を使用して混合、混練してペースト状にしたものが好ましい。
ハニカムセグメント接合体の内部に位置する、ハニカムセグメントの接合幅を測定した。測定方法は、次の通りである。得られたダミーセグメントの接合部上にルーペを当てて、全接合部であって各接合された辺の中央部分を測定する。例えば、図13に示されるように、ダミーセグメントが縦6×横6本から構成される場合には、全接合部で各辺の中央部分はポイントP(●)で示され、ポイントPを両面測定し、その平均値を計算して内部の接合幅を求める。
[2]外周の接合幅:
ハニカムセグメント接合体の外部に位置する、ハニカムセグメントの接合幅を測定した。測定方法は、次の通りである。得られたダミーセグメントの接合部上にルーペを当てて、外周に位置する接合部であって、各接合された辺の中央部分を測定する。例えば、図14に示されるように、ダミーセグメントが縦6×横6本から構成される場合には、外周に位置する接合部であって、各接合された辺の中央部分はポイントP(●)で示され、ポイントP2を両面測定し、その平均値を計算して外周の接合幅を求める。
[3]乾燥後の離型性:
ダミーセグメントが乾燥に耐えるものか、接合体を120℃の熱風乾燥機で乾燥させて、ダミーの剥がれ状態を調査、観察した。この離型性の調査方法は、機械等によって行うことも可能であるが、ダミーセグメントをハニカムセグメントから引き離す(引き剥がす)等の作業は、人力で行われる方が多いと思われるため、あえて人の手で容易に剥がれるか否かについて調べた。また、ダミーセグメントをハニカムセグメントから離した(剥がした)後の、ハニカムセグメントの外周面について、ルーペを用いて観察した。
ハニカムセグメント原料として、SiC粉末及び金属Si粉末を80:20の質量割合で混合し、これに造孔剤として澱粉、発泡樹脂を加え、さら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、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、マイクロ波及び熱風で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152mmのハニカムセグメント成形体を得た。このハニカムセグメント成形体を、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不活性雰囲気で約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。
無機繊維としてアルミノシリケート繊維を用い、ショット率は全て50%であった。無
機バインダーとしてコロイダルシリカを22質量%及び粘土を1質量%、無機粒子としてSiCを混合したものにさらに水を加えて、場合によっては、有機バインダー(CMC、PVA)、発泡樹脂及び分散剤を加えて、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。
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PA6(6ナイロン)、アルミニウム、高密度ポリエチレン、の各部材からダミーセグメントを製造した。それぞれのダミーセグメントのサイズは、上述のように成形したハニカムセグメントのサイズに対応させるべく、断面が一辺35mmの正四角形、長さが152mmとした。
ハニカムセグメントの外壁面に、厚さ1±0.5mmとなるように接合材をコーティングして接合材層を形成し、4つの隅部にダミーセグメントを配置し、その上に別のハニカムセグメントを載置する工程を繰り返し、16個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製し、外部より圧力を加え、全体を接合させた後、140℃、2時間乾燥してハニカムセグメント接合体を得た。
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが4つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体1を得た。
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが4つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体2を得た。
PA6(6ナイロン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが4つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体3を得た。
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが上側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体4を得た。
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが上側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体5を得た。
PA6(6ナイロン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが上側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体6を得た。
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが下側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体7を得た。
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが下側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体8を得た。
PA6(6ナイロン)からダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが上側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体9を得た。
アルミニウムからダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが4つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体10を得た。
高密度ポリエチレンからダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが4つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体11を得た。
アルミニウムからダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが上側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体12を得た。
高密度ポリエチレンからダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが上側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体13を得た。
アルミニウムからダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが下側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体14を得た。
高密度ポリエチレンからダミーセグメント形成し、当該ダミーセグメントとハニカムセグメントとを、ダミーセグメントが下側2つの隅部に位置するように接合し、加圧工程、乾燥工程を経て、接合体15を得た。
ダミーセグメントを使用せずに、上2隅の箇所からハニカムセグメントを抜いて、他のハニカムセグメント同士を、接合材を介して接合させ、加圧工程、乾燥工程を経て、凸状の接合体16を得た。
ダミーセグメントを使用せずに、4隅の箇所からハニカムセグメントを抜いて、他のハニカムセグメント同士を、接合材を介して接合させ、加圧工程、乾燥工程を経て、凸状の接合体17を得た。
以上のように、角の四隅すべてにダミーセグメントを挿入して成形した接合体、上側2隅にダミーセグメントを挿入して成形した接合体、下側2隅にダミーセグメントを挿入して成形した接合体、さらには、ダミーセグメント及びハニカムセグメントを使用せずに成形した接合体を、それぞれ得た後、接合状態を観察した。
Claims (5)
- 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ハニカムセグメントの複数個を、接合材で接合することにより一体化する接合工程を含む、セラミックスからなるハニカム構造体の製造方法であって、
いずれかの隅部にハニカムセグメントの代わりにリサイクル可能なダミーセグメントを使用するハニカムセグメント接合体の作製方法。 - 前記ダミーセグメントを少なくとも接地面に接する隅部に使用する請求項1に記載のハニカムセグメント接合体の作製方法。
- 前記ダミーセグメントを全ての隅部に使用する請求項1又は2に記載のハニカムセグメント接合体の作製方法。
- 前記ダミーセグメントが2.0〜10GPaの圧縮弾性率を有している請求項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作製方法。
- 前記ダミーセグメントが120℃以上の耐熱温度を有している請求項1〜4のいずれか1項に記載のハニカムセグメント接合体の作製方法。
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