WO2004063122A1

WO2004063122A1 - セラミックハニカム構造体の接合方法

Info

Publication number: WO2004063122A1
Application number: PCT/JP2004/000199
Authority: WO
Inventors: Jun Fujita; Takahisa Kaneko; Yukihisa Wada
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2004-07-29
Also published as: US7413625B2; JP4382367B2; EP1591430B1; KR20050094842A; EP1591430A1; EP1591430A4; US20060254713A1; PL377836A1; KR101073600B1; PL208589B1; JP2004262670A

Abstract

多孔質ハニカムセグメント(２)の各々は、各々の被接着面(２ａ)間に接着剤層を介在させて積層されると共に、所定の個数を積層後、最外層に位置する多孔質ハニカムセグメント(２)を介して全体を同時に本加圧(Ｆ１、Ｆ２)する。このときの本加圧力は、個々のハニカムセグメント(２)に対してもその全体に同時に作用することになって、いずれのハニカムセグメント(２)に対しても剥がす力となって作用することがない。

Description

明細書セラミックハニカム構造体の接合方法技術分野

本発明は、例えば、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及び'燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体又は排ガス中の微粒子捕集フィルタ一等に用いられるセラミックハニカム構造体の接合方法に関する。背景技術

この種のセラミックハニカム構造体 1 0 0は、図 1に示すように、隔壁により仕切られ軸方向に貫通する多数の流通孔 4を有する多孔質ハニカムセグメント 2が接着剤層 3を介して複数個結束されて構成されている。

文献 1 ：特開 2 0 0 0— 7 4 5 5号公報

すなわち、セラミックハニカム構造体 1 0 0は、四角柱形状の 1 6個の多孔質ハニカムセグメント 2を、縦横 4列組み合わせて接着剤層 3を介して互いに接合することによって構成されている。

このときの接合は、多孔質ハニカムセグメント 2、 2の被接着面 2 a

、 2 a間に接着剤層 3を介在させた後、前記ハニカムセグメント 2、 2 に押圧力を加えつつ振動を付与することによリ行う。

すなわち、接合工程は、図 2に示すように、まず被接着面 2 aに下地層を形成した第 1の多孔質ハニカムセグメン卜 2を支持治具 5 0の切れ込み部 5 1の最下部に載置する。次に、 1個の被接着面 2 aに下地層を形成し、さらに下地層の上に接着剤を塗布した第 2の多孔質ハニカムセグメント 2を、第 1のハニカムセグメント 2と被接着面 2 a同士が接着剤を挟んで対向するようにして密接配置される（図 2 A参照）。この状態で、 2個のハニカムセグメント 2、 2の端面を押圧プレート（図示せず）で押圧して予め位置決めしておく。さらに、後のハニカムセグメント 2に押圧治具 5 2を当接させて鉛直方向に押圧すると共に、被接着面 2 a、 2 aを相互にずれる方向に振動を付与する。これによリ第 1、第 2のハニカムセグメント 2、 2を接合することができる。

次に、 1個の被接着面 2 aに下地層を形成し、さらに下地層の上に接着剤を辇布した第 3の多孔質ハニカムセグメン卜 2を、第 1のハニカムセグメント 2の他の被接着面 2 aと被接着面 2 a同士が接着剤を挟んで対向すようにして密接配置される（図 2 B参照）。この状態で第 2のハニカムセグメント 2と同様にして、第 3のハニカムセグメント 2を第 1のハニカムセグメント 2に接合することができる。

さらに、 2個の被接着面 2 a， 2 aに下地層を形成し、さらに下地層の上に接着剤を塗布した第 4の多孔質ハニカムセグメント 2を、第 2および第 3のハニカムセグメント 2、 2間に密接配置される（図 2 C参照 ) 。この状態で第 2および第 3のハニカムセグメント 2と同様にして、第 4のハニカムセグメント 2を第 2および第 3のハニカムセグメント 2 、 2間に接合することができる。

さらに次に、 1個の被接着面 2 aに下地層を形成し、さらに下地層の上に接着剤を塗布した第 5の多孔質ハニカムセグメント 2を、第 2のハ二カムセグメン卜 2の他の被接着面 2 aと被接着面 2 a同士が接着剤を挟んで対向するようにして密接配置される（図 2 D参照）。この状態で前工程と同様にして、第 5のハニカムセグメント 2を第 2のハニカムセグメン卜 2に接合することができる。

以降同様にして、各ハニカムセグメント 2毎に押圧と振動を付与して順次接合していき、最後に、 2個の被接着面 2 a， 2 aに下地層を形成し、さらに下地層の上に接着剤を塗布した第 1 6の多孔質ハニカムセグメント 2を、押圧と振動を付与して接合することにより、セラミックハ二カム構造体 1 0 0の接合工程を完成させることができる（図 2 E参照

) o

しかしながら、従来の接合方法は、各多孔質ハニカムセグメント 2毎に押圧と振動を付与して順次接合していくものであるから、積層順位の早い下部のセグメント（前述の第 1の多孔質ハニカムセグメン卜 2の周辺部に位置するセグメント）は最後のハニカムセグメント（前述の例では、第 1 6の多孔質ハニカムセグメント 2 ) の接合終了まで振動と加圧力が伝達されることになリ、この伝達力は相互に接合しているハニカムセグメント 2、 2に対して剥がす力となって作用するため、下部のハニカムセグメントを接合している接着剤層 3が剥離し、ひいては部分的に接着強度の低下を招く、という課題を有している。

そこで、この発明は、各多孔質ハニカムセグメントの積層順位に拘わらず各ハニカムセグメントを接合している接着剤層を積層時のままの状態に維持することができ、以て全体のハニカムセグメントを所望の接着強度で均一に接合することができるセラミックハ二カム構造体の接合方法を提供することを目的としている。発明の要旨

前記目的を達成するために、本発明の第 1 の特徴は、隔壁により仕切られ軸方向に貫通する多数の流通孔を有する多孔質ハニカムセグメントが、接着剤層を介して複数個結束されて構成されるセラミックハニカム構造体の接合方法であって、

前記多孔質ハニカムセグメン卜の各々は、各々の被接着面間に前記接着剤層を介在させて積層されると共に、所定の個数を積層後、最外層に位置する前記多孔質ハニカムセグメン卜を介して全体を同時に本加圧することによリ接合されることにある。本発明の第 1 の特徴によれば、多孔質ハニカムセグメン卜を所定の個数積層後、最外層に位置する前記多孔質ハニカムセグメン卜を介して全体を同時に本加圧するようにしたので、このときの本加圧力は、全てのハニカムセグメン卜に対して同時に作用することになつて、いずれのハ二カムセグメン卜に対しても剥がす力となって作用することがない。また、本発明の第 2の特徴は、本発明の第 1の特徴を有するセラミツクハニカム構造体の接合方法において、

前記多孔質バニカムセグメン卜の各々は、積層時に前記本加圧よリも弱い圧力で予備加圧されることにある。

本発明の第 2の特徴によれば、予備加圧時に他の接合済みのハニカムセグメン卜の移動を伴うことなく、積層時に巻き込んだ気泡を逃がすことができる。

また、本発明の第 3の特徴は、本発明の第 2の特徴を有するセラミツクハニカム構造体の接合方法において、

前記予備加圧は、 0 . 5 k g f / c m ²以下の圧力で行うことにある。このため本発明の第 3の特徴によれば、予備加圧時のハニカムセグメン卜の剥がれを防ぐことができると共に、脱気泡作用をも奏することができる。図面の簡単な説明

図 1 は、従来のセラミックハニカム構造体の接合方法の説明図である図 2 A乃至 2 Eは、従来のセラミックハニカム構造体の接合方法のさらに詳細な説明図である。

図 3は、本発明の一実施形態としてのセラミックハニカム構造体の接合方法の説明図で、図 3 Aは積層途中工程を、図 3 Bは積層最終工程をそれぞれ示す。図 4は、本発明の一実施形態の接合方法の積層最終工程における本加圧を説明する説明図である。

図 5は、本発明の他の実施形態としてのセラミックハニカム構造体の接合方法の説明図で、図 5 Aは積層途中工程を、図 5 Bは積層最終工程をそれぞれ示す。

図 6 Aは供試ハニカムセグメン卜の斜視図であり、図 6 Bは供試ハニカムセグメン卜を接合して形成したセラミックハ二カム構造体の斜視図である。発明を実施するための最適な形態

以下、本発明を実施するための最適な形態を説明する。なお、図 1 および図 2に示す構成要素と同一のものは、同一符号を付してその説明を簡略にすることにする。

図 3は、本発明の一実施形態としてのセラミックハニカム構造体 1の接合方法を示す。このセラミックハニカム構造体 1 は、隔壁により仕切られ軸方向に貫通する多数の流通孔を有する多孔質ハニカムセグメント 2が、接着剤層 3を介して複数個結束されて構成される。このときの多孔質ハ二カムセグメント 2は、図 1 に示すものと同様のものである。図 3では、流通孔 4を省略している。

また、このときの接合方法では、多孔質ハニカムセグメント 2の各々は、各々の被接着面 2 a、 2 a間に接着剤層 3を介在させて積層されると共に、所定の個数を積層後、最外層に位置する多孔質ハニカムセグメン卜 2、 2、 …を介して全体を同時に本加圧することにより接合される。このときの本加圧は、図 3 B中、垂直下方向矢印 F 1 と、水平方向矢印 F 2で示している。

具体的には、多孔質ハニカムセグメント 2は、原料として、例えば炭化珪素、窒化珪素、コージェライ卜、アルミナ、ムライト、ジルコニァ、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも 1種のセラミックス、 F e — C r— A I 系金属、ニッケル系金属又は金属 S ί と S i C等を用い、これ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等のバインダー、界面活性剤及び水等を添加して、可塑性の坏土を作製する。

この坏土を、例えば押出成形し、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔 4を有する四角柱形状のハニカム成形体を成形する（図 6参照）。これを、例えばマイクロ波及び熱風などで乾燥した後、焼成することにより、図 6に示すような多孔質ハニカムセグメント 2を製造することができる。

本発明において、ハニカムセグメント 2を製造した後、これらのハニカムセグメント 2、 2、 …を、接合一体化する。本発明は、この接合方法に特徴を有している。

この接合方法は、まず図 3 Aに示すように、縦受板 1 0と横受板 1 1 とにより、 L字状断面の収容エリア Aが形成されており、この収容エリァ A内にハニカムセグメント 2の各々は、各々の被接着面 2 a、 2 a間に接着剤層 3を介在させて積層される。この積層は、 2面を縦受板 1 0 および横受板 1 1 に沿わせて行われる。

接着剤層 3の接着剤は、ハニカムセグメント 2と同様の組成のセラミックスを含むスラリーが好ましく、例えば、ハニカムセグメント 2の構成成分と共通のセラミックス粉に、セラミックファイバ一等の無機繊維、有機■無機のバインダー及び水などの分散媒を添加したものなどが好ましく、更に S i ゾルなどのゾル状物質を含むことも好ましい。この接着剤をハニカムセグメン卜 2の被接着面 2 aに施与することによリ接着剤層 3を形成することができる。この接着剤層 3の形成は、積層前のハ二カムセグメント 2に対して行ってもよく、あるいは既に積層されているハニカムセグメン卜 2の露出している被接着面 2 aに対して行ってもよい。また積層は、ハニガムセグメント 2を 1個ずつ積み重ねることによリ行われる。

次に、図 3 Bに示すように、ハニカムセグメント 2を所定の個数（本実施形態では、 1 6個）積層後、最外層に位置する多孔質ハニカムセグメント 2、 2、 …を介して全体を同時に矢印 F 1 および F 2方向に本加圧する。このときの本加圧は、積層体の 2面が縦受板 1 0および横受板 1 1で覆われているので、他の 2面の全体を同時に矢印 F 1 および F 2 方向に本加圧する。このときの加圧動力は、エアシリンダ、あるいは油圧シリンダ等が用いられる。

このときの本加圧は、好ましくは図 4に示すように、最外層の多孔質ハニカムセグメント 2の側面の略中央に当接する押圧リブ 1 2 aを、最外層に位置する多孔質ハニカムセグメント 2の数だけ押圧面 1 2 bに備えた押圧具 1 2を用いて行うことができる。押圧リブ 1 2 aは、ハニカムセグメン卜 2の側面の 2つの短い辺の略中央を相互に結ぶ線上に当接されることが好ましい。

この構成では、最外層の多孔質ハニカムセグメン卜 2の側面と押圧面 1 2 bとの間に、押圧リブ 1 2 aの高さ分の隙間が形成されるので.、はみ出た接着剤の押圧面 1 2 bへの付着を避けることができる。

このようにセラミックハニカム構造体 1 は、多孔質ハニカムセグメント 2を所定の個数積層後、最外層に位置する多孔質ハニカムセグメン卜 2を介して全体を同時に本加圧するようにしたので、このときの本加圧力 F 1 および F 2は、全てのハニカムセグメント 2に対して同時に作用することになつて、いずれのハニカムセグメント 2に対しても剥がす力となって作用することがない。

これにより接着剤層 3の異常な剥離を防ぐことができる。したがって、各ハニカムセグメント 2を接合している接着剤層 3を、積層時のままの状態に維持することができるので、各多子し質ハニカムセグメント 2は、その積層順位に拘わらず所望の接着強度で均一に接合することができる。

図 5は、本発明の他の実施形態としてのセラミックハ二カム構造体 1 の他の接合方法を示す。この接合方法では、多孔質ハニカムセグメント 2の各々は、積層時に本加圧よリも弱い圧力で予備加圧される点が異なるだけで、他の構成は前述した一の実施形態と同様になつている。予備加圧は、図 3 ( a ) 中、垂直下方向矢印 f 1 と、水平方向矢印 f 2で表示している。ここで「積層時」とは、「第 _nのハニカムセグメント 2が第 nの所定位置に配置されてから、第（n + 1 ) のハニカムセグメント 2が第（n + 1 ) の所定位置に配置されるまで」という意味である（n は、自然数）。

すなわち、各多孔質ハニカムセグメント 2は、図 5 Aに示すように、各々の被接着面 2 a、 2 a間に接着剤層 3を介在させて積層されると共に、その積層時に各多孔質ハニカムセグメント 2毎に矢印 f 1 および f 2方向に予備加圧を行う。このようにしてハニカムセグメント 2を所定の個数（本実施形態では、 1 6個）積層後、図 5 Bに示すように、最外層に位置する多孔質ハニカムセグメント 2、 2、 …を介して全体を同時に矢印 F 1 および F 2方向に本加圧する。

このように本実施形態に係る接合方法によれば、予備加圧が、本加圧よリも弱い圧力で行われるので、予備加圧時に他の接合済みのハニカムセグメント 2の移動を伴うことなく、積層時に巻き込んだ気泡を逃がすことができる。したがって、積層時に、ハニカムセグメント 2の移動に伴う接着剤層 3の剥離もなく、かつ脱気泡作用が得られるので、セラミックハ二カム構造体 1の接着強度を一層向上させることができる。

また好ましくは、予備加圧は、 0 . 5 k g f Z c m ²以下の圧力で行うこの構成では、予備加圧時のハニカムセグメン卜 2の剥がれを防ぐことができると共に、脱気泡作用をも奏することができ、これによリセラミックハ二カム構造体 1の接着強度を一層確実に向上させることができる。因みに、. 予備加圧力が 0. 5 k g f Zc m²を越えるときは、予備加圧時に他の接合済みのハニカムセグメント 2を移動させることになリ、この移動に起因して接着剤層 3の剥離が生じる。

以下、実施例について説明する。

実施例 1

図 6は、供試ハニカムセグメント 2 (図 6 A) 、および 1 6個の供試ハニカムセグメント 2を接着剤層 3を介して接合することによつて構成されるセラミックハニカム構造体 1 (図 6 B) を示す。

供試ハニカムセグメント 2は、 a = 3 5mm、 b = 3 5 mm、 c = 1 5 2 mmの大きさの四角柱に形成されている。

接着剤層 3を形成する接着剤は、組成が S i Cが 3 9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 1 0質量％で、粘度 3 5 0 pのものを用いた。接合方法は、図 3に示す接合方法を採用したものを実施例 1 とし、ハ二カムセグメント 2を 1個ずつ積層すると共に、積層時に加圧および振動を付与する接合方法を採用したものを比較例 1 とした。

接合条件：実施例 1では、加圧面圧 1 · 5 k g f /c m²で本加圧を行つた。

比較例 1では、積層時の加圧を加圧面圧 1 . 5 l g f /c m²で行ぅと共に、振動の付与を振動周波数 200 H zで行った。

考察：実施例 1 および比較例 1 を採用して、それぞれセラミックハニカム構造体 1 を 1 0個ずつ作製した。そして各セラミックハニカム構造体 1毎に、ハニカムセグメント 2、 2間の境界部位 S 1〜S 2 4の接着剤層 3の振動の伝播による揆着剤層界面の剥離の有無を肉眼観察し、剥離の生じている境界部位の個数を表 1にまとめた。

【表 1】

表 1から明らかなように、比較例 1では剥離の生じている境界部位は、セラミックハニカム構造体 1個当たり 3〜 1 2個観察されたが、実施例 1では剥離の生じている境界部位は観察されなかった。これから実施例 1は、比較例 1に比べてセラミックハニカム構造体 1の接合強度を向上させ得ることが理解できる。

実施例 1、 2、 3

実施例 1は、図 3に示す接合方法を採用したものであり、実施例 2は、図 5に示す接合方法で予備加圧力 0. 2 5 k g f Zcm²を採用したものであり、実施例 3は、図 5に示す接合方法で予備加圧力 0. 5 k g f Zcm²を採用したものであり、比較例 2は、図 5に示す接合方法で予備加圧力 1 k g f Zc m²を採用したものであり、比較例 3は、図 5に示す接合方法で予備加圧力 1 . 5 k g f / c m²を採用したものであり、比較例 4は、図 5に示す接合方法で予備加圧力 2 k g f /c m²を採用したものであり、比較例 5は、図 5に示す接合方法で予備加圧力 2. 5 k g f Zc m²を採用したものである。

このとき実施例 1、 2、 3、および比較例 2、 3、 4、 5の本加圧は、圧力 1 . 0 k g f /c m²で行った。他の要件は、全て前述した実施例 1 と同一にした。考察：実施例 1 、 2、 3、および比較例 2、 3、 4、 5を採用して、それぞれセラミックハニカム構造体 1 を作製した。そして各接合方法毎に、予備加圧時のハニカムセグメント 2の剥がれ現象の有無を肉眼観察すると共に、作製したセラミックハニカム構造体 1の接着剤層 3中の気泡の割合、およびハニカムセグメント 2、 2間の接合強度を測定した。気泡の割合の測定は、接着剤とハニカムセグメシトを界面で切断し、その切断面をパソコンに繋いだスキャナーで画像として取り込み、画像処理を施して全体面積に対する気泡の面積割合を算出した。

また、接合 ¾度の測定方法は、 J I S R 1 6 0 1 に従って所定の強度試験用サンプルを切り出し、 3点曲げ接合強度の測定を行った。

結果を、表 2にまとめた。

【表 2】

表 2中、予備加圧時のハニカムセグメント 2の剥がれ現象の有無を Γ 予備加圧時の剥れ J の項目に、接着剤層 3中の気泡の割合を「気泡の割合」の項目に、およびハニカムセグメント 2、 2間の接合強度を「接合強度」の項目に示した。表 2から明らかなように、 0 . 5 k g f / c m ²以下の圧力の予備加圧を採用した実施例 2、 3の接合方法によれば、予備加圧時および本加圧時のハニカムセグメン卜 2の剥がれ現象の発生は認められなかったばかりか、気泡の割合も実施例 1以下となって実施例 1 を上回る接合強度が得られる。

実施例 1の接合方法は、予備加圧がないので、その分気泡の割合が増加して、接合強度の低下を招くが、本加圧時のハニカムセグメント 2の剥がれ現象の発生は認められなかった。

これに対して、 1 k g f Z c m ²以上の圧力の予備加圧を採用した比較例 2、 3、 4、 5の接合方法によれば、予備加圧時のハニカムセグメン卜 2の剥がれ現象の発生が認められ、セラミックハニカム構造体 1 を完成させるに至らなかった。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の第 1の特徴によれば、本加圧力は、個々のハ二カムセグメン卜に対してもその全体に同時に作用することになつて、いずれのハニカムグメン卜に対しても剥がす力となって作用することがないので、各ハニカムセグメン卜を接合している接着剤層を、積層時のままの状態に維持することができ、これによリ各多孔質ハニカムセグメントは、.その積層順位に拘わらず所望の接着強度で均一に接合することができる。

また、本発明の第 2の特徴によれば、予備加圧時に他の接合済みのハ二カムセグメン卜の移動を伴うことなく、積層時に巻き込んだ気泡を逃がすことができるので、本発明の第 1の特徴の効果に加えて、接着強度を一層向上させることができる。

また、本発明の第 3の特徴によれば、予備加圧を、 0 . 5 k g f / c m ²以下の圧力で行うようにしたので、予備加圧時のハニカムセグメントの剥がれを防ぐことができると共に、脱気泡作用をも奏することができ、これによリ本発明の第³の特徴の効果に加えて、接着強度を一層確実に向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 隔壁によリ仕切られ軸方向に貫通する多数の流通孔を有する多孔質ハニカムセグメントが、接着剤層を介して複数個結束されて構成されるセラミックハ二カム構造体の接合方法であって、

前記多孔質ハニカムセグメン卜の各々は、各々の被接着面間に前記接着剤層を介在させて積層され、

所定の個数を積層後、最外層に位置する前記多孔質ハニカムセグメントを介して全体を同時に本加圧することによリ接合されることを特徴とする。

2 . 請求項 1 に記載のセラミックハ二カム構造体の接合方法であって前記多孔質ハニカムセグメン卜の各々は、積層時に前記本加圧よリも弱い圧力で予備加圧されることを特徴とする。

3 . 請求項 2に記載のセラミックハニカム構造体の接合方法であって前記予備加圧は、 0 . 5 k g f / c m ²以下の圧力で行うことを特徴とする。