WO2005047210A1 - セラミック構造体、セラミック構造体の製造装置、及び、セラミック構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、破壊強度が高い、製造時に多孔質セラミック部材の位置ずれがない等、従来技術よりも有利な効果を有するセラミック構造体を提供することを目的とするものであり、本発明のハニカム構造体は、反りを有する柱状の多孔質セラミック部材が、接着材層を介して複数個結束されてなり、その端部には接着材層非形成部が存在していることを特徴とする。

Description

明 細 書

セラミック構造体、セラミック構造体の製造装置、及び、セラミック構造体の 製造方法

技術分野

[0001] 本出願は、 2003年 11月 12曰〖こ出願された曰本国特許出願 2003— 382820号を基 礎出願として優先権主張する出願である。

本発明は、セラミック構造体に関する。さらに、詳しくは、ディーゼルエンジン等の内 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や、触媒 担持体などに使用されるセラミック構造体に関する。

背景技術

[0002] バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関力も排出される排気ガス中に含有さ れるパティキュレートは、環境や人体に害を及ぼす。従来、排気ガス中のパティキユレ 一トを捕集して排気ガスを浄ィ匕するために、種々のセラミックフィルタが提案されてい る。

[0003] 従来、このようなセラミックフィルタとしての役割を果たすセラミック構造体 10は、次の ような方法により製造されていた。

すなわち、最初に、常法に従って、多孔質セラミック部材 30を製造する。

次に、図 3に示したように、断面力 字形状に構成された台 60の上に、多孔質セラミ ック部材 30を傾斜させた状態で載置し、上側を向いた 2つの側面 30a、 30bに、接着 材層 14の材料となる接着材ペーストを均一な厚さとなるように塗布する。

[0004] 次に、厚紙等からなる間隔保持材を載置し、接着材ペースト層 61を形成する。さら〖こ 、この接着材ペースト層 61の上に、順次、他の多孔質セラミック部材 30を積み上げる 。このように、接着材ペースト層 61を介して多孔質セラミック部材 30が複数個積層さ れてなるセラミック部材集合体を組み上げていた。

[0005] そして、接着材ペースト層 61を乾燥して接着材層 14とした後、上記セラミック部材集 合体を円柱等の所定形状に切削してセラミックブロック 15を作製する。最後に、その 外周部に外周シール材層 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 (例えば、特許文献 1、 2、 3参照)。

[0006] しかしながら、上述のような方法でセラミック構造体 10を製造すると、セラミック部材集 合体の組み上げ工程にぉ 、て、多孔質セラミック部材 30の側面に塗布した接着材 ペーストが多孔質セラミック部材 30の端面部分まではみ出すことがあった。

[0007] はみだしたペーストは、貫通孔 31が形成されている部分に付着して、貫通孔 31を塞 いでしまう。上記接着材ペーストが、貫通孔 31を塞いでしまうと、貫通孔 31は目詰ま りしてしまうため、セラミック構造体 10のフィルタとしての機能が低下することになる。

[0008] そこで、接着材ペーストを塗布する前に、セラミック構造体 10の端面に予めマスキン グ材を貼り付けておき、接着材ペースト塗布後に、このマスキング材を剥離する工程 が提案されている (例えば、特許文献 4、 5参照)。

しかしながら、上記方法では、工程が複雑になるという問題があった。

[0009] 特許文献 1：特開 2002-102627号公報

特許文献 2：特開 2002— 224517号公報

特許文献 3：特開 2002 - 219317号公報

特許文献 4:特開 2002 - 126421号公報

特許文献 5 :特開 2002-126427号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、破壊強度が高い、 製造時に多孔質セラミック部材の位置ずれがな 、等、従来技術よりも有利な効果を 有するセラミック構造体、複雑な工程を経ずに、多孔質セラミック部材の位置ずれ防 止が可能なセラミック構造体の製造方法及び前記方法に用いられるセラミック構造体 の製造装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

[0011] 第一の本発明は、反りを有する柱状の多孔質セラミック部材が、接着材層を介して複 数個結束されてなり、その端部には接着材層非形成部が存在していることを特徴と するセラミック構造体である。

[0012] 第二の本発明は、柱状の多孔質セラミック部材を複数組み上げ、多孔質セラミック部 材間にペースト状の接着材を充填、硬化させて、接着材層としたことを特徴とするセ ラミック構造体である。

[0013] 第三の本発明は、複数の柱状の多孔質セラミック部材が隙間を有するように複数組 み上げられたセラミック部材集合体を収容するように構成された筒状体と、前記筒状 体の外周部に設けられ、筒状体にペーストを供給するペースト供給室とからなるセラ ミック構造体の製造装置である。

[0014] 第四の本発明は、互いの間に空隙が形成されるように複数の柱状の多孔質セラミック 部材を組み上げ、多孔質セラミック部材間にペースト状の接着材を充填、硬化させて 、接着材層を形成することを特徴とするセラミック構造体の製造方法である。

[0015] 第五の本発明は、少なくとも以下の工程 1一 4を含むことを特徴とするセラミック構造 体の製造方法である。

工程 1：セラミック原料力 柱状の多孔質セラミック部材を製造する工程。

工程 2：前記多孔質セラミック部材を、互いに空隙が形成されるように複数個組み上 げてセラミック部材集合体を作製する工程。

工程 3：多孔質セラミック部材間の空隙にペーストを充填する工程。

工程 4：前記ペーストを硬化させて、前記多孔質セラミック部材間に接着材層を形成 する工程。

発明の効果

[0016] 第一の本発明によれば、その端部には接着材層非形成部が存在しているので、特 にセラミック構造体の破壊強度を高くすることができる。

第二の本発明によれば、上記多孔質セラミック部材間に位置ずれがないため、セラミ ック構造体の破壊強度を高くすることができる。

第三の本発明によれば、複数の柱状の多孔質セラミック部材が隙間を有するように複 数組み上げられたセラミック部材集合体の空隙にペーストを充填することができ、充 填されたペーストを硬化させて、本発明に係るセラミック構造体を製造することができ る。

[0017] 第四の本発明によれば、複数の柱状の多孔質セラミック部材が接着材層を介して接 着されたセラミック構造体を容易に製造することができる。 第五の本発明によれば、複雑な工程を経なくても、多孔質セラミック部材間の位置ず れを防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下、本発明のセラミック構造体について具体例に即して説明する。

図 1は、フィルタとして機能するセラミック構造体の一例を模式的に示した斜視図であ り、図 2 (a)は、上記セラミック構造体を構成する多孔質セラミック部材の一例を模式 的に示した斜視図であり、（b)は、その B— B線断面図である。

[0019] ノ、二カムフィルタとしては、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が接着材層 14を介して複数個結束されてセラミックプロ ック 15を構成し、このセラミックブロック 15の周囲に外周シール材層 13が形成された ものが知られている。

[0020] 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 設されており、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。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、排気ガスの入口側又は出口側の端部のいずれか交互に封止材 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、図 2 (b)中の矢印 Aで示したように、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から流出するようになって いる。

[0021] 排気ガス浄ィ匕装置は、このような構成のセラミック構造体 10を内燃機関の排気通路 に設置したものであり、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、排気ガスは浄化される こととなる。

[0022] 例えば、セラミック構造体 10は、次のように製造することができる。

多孔質セラミック部材 30を製造する際には、まず、原料であるセラミック粉末の他、分 散媒液ゃバインダ等を含む混合組成物を調製し、この混合組成物を押出成形等の 成形方法で成形することにより、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、脱脂及び焼成の各処理を施すことにより、多孔質セラミック部材 30 を製造する。 [0023] 次に、図 3に示したように、断面力 字形状に構成された台 60の上に、多孔質セラミ ック部材 30を傾斜させた状態で載置し、上側を向いた 2つの側面 30a、 30bに、シー ル材層 14の材料となるシール材ペーストを均一な厚さとなるように塗布するとともに、 厚紙等からなる間隔保持材を載置し、シール材ペースト層 61を形成した後、このシ ール材ペースト層 61の上に、順次、他の多孔質セラミック部材 30を積み上げ、シー ル材ペースト層 61を介して多孔質セラミック部材 30が複数個積層されてなるセラミツ ク部材集合体を組み上げる。

[0024] そして、シール材ペースト層 61を乾燥させてシール材層 14とした後、上記セラミック 部材集合体を円柱等の所定形状に切削してセラミックブロック 15を作製し、その外周 部にシール材層 13を形成することにより、ハ-カム構造体 10を製造する。

[0025] しかしながら、上述のような方法でハ-カム構造体 10を製造すると、セラミック部材集 合体の組み上げ工程にぉ 、て、多孔質セラミック部材 30の側面に塗布したシール材 ペーストが多孔質セラミック部材 30の端面部分まではみ出し、貫通孔 31が形成され て 、る部分に付着して、貫通孔 31を塞 、でしまうことがあった。

[0026] 上記シール材ペーストが、貫通孔 31を塞いでしまうと、貫通孔 31は目詰まりしてしま うため、ハ-カム構造体 10のフィルタとしての機能が低下してしまうこととなってしまう

[0027] このような問題に対して、従来は、貫通孔 31の目詰まりを防止するために、シール材 ペーストを塗布する前に、ハ-カム構造体 10の端面に予めマスキング材を貼り付け ておき、シール材ペースト塗布後に、このマスキング材を剥離する工程を行っていた ため、工程数が多くなつていた。

後述するが、本発明では、上記問題を解決するために、従来とは異なるハニカム構 造体の製造方法をとつて!/、る。

[0028] 本発明のセラミック構造体の具体的実施態様にっ 、て説明する。

図 4 (a)は、第一の本発明のセラミック構造体を模式的に示す正面図であり、（b)は、 その側面図である。

セラミック構造体 10は、反りを有する多孔質セラミック部材 30が接着材層 140を介し て互いに接合されてなり、所定形状（図 4では、円柱形状）になるようにその外周 SA が加工されている。外周には、外周シール材層 13が形成されている。外周シール材 層 13は、セラミック構造体を排気ガス用フィルタに適用した場合に、排気ガスが漏れ な 、ようにシールする作用を有する。

図 4は、円柱形状を有するセラミック構造体 10を示しているが、セラミック構造体の形 状は、特にその形状に制限されるわけではなぐ四角柱状や楕円柱状等であっても よい。

[0029] 図 5は、図 4に示したセラミック構造体 10の V— V線断面であり、図 6 (a)は、上記セラミ ック構造体を構成する多孔質セラミック部材 30の一例を示す断面図であり、 (b)は、 上記多孔質セラミック部材 30の他の一例を示す断面図である。

多孔質セラミック部材 30は、多孔質セラミック部材 30の長さ方向（図 5に示される X軸 に沿った方向）に対してほぼ垂直な方向に反りを有する。図 5において、多孔質セラミ ック部材 30が、表面 STと底面 SBで、垂直方向（y軸に沿った方向）に彎曲しており、 隣接して配置される多孔質セラミック部材 30は、互いに垂直方向に、近寄ったり、離 れたりして配置されている。

[0030] ここで、多孔質セラミック部材 30の彎曲の方向は、図 5に示すように y軸に沿った方向

(垂直方向）に限られず、図 8 (b)に示すような、 X軸に沿った方向も含む。

[0031] 多孔質セラミック部材 30がこのように反っているので、多孔質セラミック部材 30がセラ ミック構造体 10から突出することがない。接着材層 140は多孔質セラミック部材間の 空間の全てに充填形成されて 、るのではな!/、。接着材が形成されて ヽな 、部分 143 (以下、「接着材層非形成部」という）が、セラミック構造体 10の両端部 SI、 SOに存在 する。接着材は、各々の多孔質セラミック部材 30の接着部 145だけに提供される。接 着材層 140は長さ方向の多孔質セラミック部材 30の端部 144を除いて多孔質セラミ ック部材 30を接着する。

[0032] すなわち、セラミック構造体 10の一端 (端面 SI側か SO側)であって、多孔質セラミック 部材 30の端部 144には、接着材層非形成部 143が形成されており、この接着材層 非形成部 143には、接着材層 140が形成されて 、な 、。

[0033] 図 6 (a)に示すように、多孔質セラミック部材 30は、長手方向に多数の貫通孔 31が並 設されており、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。図 6 (a)に示したように、多孔質セラミック部材 30に形成された貫通孔 31は、排 気ガスの入口側又は出口側の端部 (SI又は SO)のいずれか交互に封止材 32により封 止され、一の貫通孔 31に流入した排気ガスは、矢印 Aで示したように、必ず貫通孔 3 1を隔てる隔壁 33を通過した後、他の貫通孔 31から流出するようになっている。 多孔質セラミック部材 30は、長手方向に多数の貫通孔 31が並設されたノ、二カム構 造をなしており、貫通孔 31同士を隔てる隔壁 33がパティキュレートを捕集するフィル タとして機會するようになって!/、る。

[0034] セラミック構造体を排気ガス浄ィ匕用セラミックフィルタ一として使用する場合、接着材 層 140は、排気ガスが漏れな ヽようにするためのシール材層として機能する。

[0035] 図 6 (b)には、セラミックフォームと呼ばれる態様の多孔質セラミック部材 30が開示さ れており、この多孔質セラミック部材 30では、セラミック内部に大小多数の空隙 301を 有している。従って、この多孔質セラミック部材 30を排気ガス浄ィ匕用フィルタとして用 いた場合、この空隙を排気ガスが通過する際に、排気ガス中のパティキュレートが、 空隙 301の内壁にトラップされる。

[0036] 次に、図 5の断面図で示される形態力もなるセラミック構造体 10がなぜ、高い破壊強 度を有するかについて説明することとする。以下に論じるように、図 5に示したような構 造のセラミック構造体 10は、印加される外力に対向する改善された剛性を有する。

[0037] 図 7は、端面 SI、 SOに、接着材層非形成部が存在しないセラミック構造体の断面で ある。

図 7に示すように、反っている多孔質セラミック部材 30からなるセラミック構造体 210 の端面 SIに対して、これに垂直な方向に押圧の力 Pが加わった場合、多孔質セラミツ ク部材 30間の界面に、押圧に対する抗カ（応力) APが働く。このため、押圧に対す るセラミック構造体 10の破壊強度は高くなるはずなのである。

[0038] ところが、反りのある多孔質セラミック部材 30を使用したセラミック構造体 210の場合 、セラミック構造体 210の端面 SI付近における接着材層の厚さが最小又は最大にな つてしまう。したがって、端面 SIに対して垂直な押圧の力が加わることによって、接着 材層の厚さが小さい場合は、多孔質セラミック部材 30間の接着強度が小さくなる。ま た接着材層の厚さが大きい場合には、押圧を受ける接着材層の面積が大きくなるた め（圧力が同じでも面積が大きくなれば受ける力は大きくなるから）、端面に初期クラ ックが発生してしまう。このクラックが進展することによって、押圧に対するセラミック構 造体 210の破壊強度が急速に低下すると推定される。

[0039] そこで、図 5に示したセラミック構造体 10では、セラミック構造体 10の端面付近にお ける接着材層 140をなくすことにより、この端面 SIに対して垂直方向に押圧の力が加 わった場合に、初期クラックの発生を防止し、破壊強度を向上させたのである。従つ て、図 5に示すような構造のセラミック構造体 10は、印加される外力に対向する大き な剛性を有する。

多孔質セラミック部材 30の反り量は、 0. 02-2. Ommが望ましい。この範囲では、特 にセラミック構造体 10の押圧に対する破壊強度を向上させることができ、排気ガス浄 化用フィルタとして用いた場合に特に有利である。

[0040] さらに、反り量は、 0. 1-0. 8mmが好ましい。この範囲では、熱伝導率が高くなるか らである。このセラミック構造体 30は、排ガス浄ィ匕装置として用いられるのが望ましい 。熱伝導率が高いと、中央部の熱の蓄積を効果的に防止することができる。排ガス浄 化装置として用いられた場合、中央部と周辺部の熱膨張の違いから、中央部分にク ラックが生じる場合がある。し力しながら、この際、反り量を 0. 1-0. 8mmにすれば、 熱伝導率が改善され、クラックを防止することができる。

さらに、セラミック構造体 10の長さ方向の長さ（図 6 (a)に示される水平の LL LL線方 向の長さ）に対し、多孔質セラミック部材 30の反りの量は 0. 006-1. 0%が好ましい 。この範囲であると、排気ガスフィルタとして用いる際に、背圧に対して強くなるからで ある。

[0041] なお、多孔質セラミック部材 30の反り量とは、多孔質セラミック部材 30の長手方向の 反りの程度を表すものであり、図 8 (a)に示すように、多孔質セラミック部材 30の側面 SSのうち、最も反りの大きい方向（矢印 S)を上に向け、その中央部 C及び両端部 Eの 高さの差 Hを測定することにより求めることができる。

[0042] 例えば、四角柱であるセラミック部材においては、 4つの各側面において、 JIS B 0 621— 1984の平面度の測定に記載されているものと同様に、両端部を通る平面と、 中央部を通る平面を想定し、その高さを求めたものと考えればょ 、。 [0043] なお、このとき、セラミック部材の断面は、図 8 (b)に示すように、角部に面取り R等が なされて一定でない場合があるので、本発明では、断面の外周を構成する辺の中点 Mを通る線分 m— mで反り量を測定することとする。

[0044] 図 5に示されるセラミック構造体 10においては、接着材層非形成部 143の長さ LM ( 多孔質セラミック部材 30の端面力も接着材層 140までの長さ）が、セラミック構造体の 全長に対して 1一 10%であるため、上述したように、接着強度に優れたものとなる。特 に、反り量が 0. 02-2. Ommの場合には、接着材層非形成部 143の長さ LMは、セ ラミック構造体の全長に対して 1一 10%である。

[0045] 上記セラミック構造体 10を排気ガス浄ィ匕用フィルタとして使用した場合には、接着材 層非形成部 143は、セラミック構造体 10の全長に対して 2— 5%が最適である。排気 ガス排出時の激しい振動や 800— 900°Cの排気ガスによる冷熱サイクルという条件 にさらされても高い破壊強度が得られるからである。

[0046] 次に、本発明のセラミック構造体及びセラミック構造体の製造方法について具体例に 即して説明する。

本発明のセラミック構造体の具体的実施態様を図 9 (a)に示す。また、比較のため、 図 3に示す方法を用いた場合に得られるセラミック構造体 10を図 9 (b)に示す。

[0047] 図 9 (a)に示すセラミック構造体 10では、多孔質セラミック部材 30を組み上げた後、 多孔質セラミック部材 30間の空隙にペーストを充填して製造されるため、多孔質セラ ミック部材 30が均一な厚さの接着材層 14を介して接合され、互いに位置ずれがな ヽ 。これに対して、図 9 (b)では、多孔質セラミック部材 30の位置ずれが見られ、接着材 層 14の厚さにもばらつきが見られる。

[0048] 多孔質セラミック部材 30の位置ずれがないため、接合領域を充分に確保することが できることとなり、接合強度を向上させることができる。図 9 (b)に示したハ-カム構造 体では、多孔質セラミック部材 301と多孔質セラミック部材 302の接合領域は、互い に位置ずれしているため、 Lで示される範囲にしかないが、図 9 (a)に示すセラミック構 造体 10では、多孔質セラミック部材 30が整列しているため、充分な接合領域を確保 することができ、押圧に対する破壊強度を向上させることができる。

[0049] 図 10は、図 9 (a)に示したセラミック構造体 10の Χ-Χ線断面図である。 多孔質セラミック部材 30が、均一な厚さの接着材層 140を介して接合している。また 、端面 SIと SOには、接着材層非形成領域 143が設けられている。接着材層非形成領 域 143が設けられているため、端面が接着材で塞がれることがない。

[0050] また、多孔質セラミック部材 30については、前述した図 6 (a)に示されるようなハ-カ ム構造体でもよぐ図 6 (b)に示されるような、セラミックフォームでもよい。多孔質セラ ミック部材 30として、図 10のような反りのないものに代えて、反りを有するものを使用 してちよい。

[0051] 反り量としては、先に説明したように、 0. 02-2. Ommが望ましい。また、接着材層 非形成領域 143の長さ LM (多孔質セラミック部材 30の端面力も接着材層 140までの 長さ）は、先に説明したように、セラミック構造体 10の全長に対して 1一 10%とすること が有禾 ljである。

[0052] セラミック構造体 10を排気ガス浄ィ匕用セラミックフィルタ一として使用する場合、接着 材層 140は、排気ガスが漏れないようにするためのシール材として機能するため、接 着材層 140はシール材層として機能する。

[0053] 次に、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 10の製造方法の具体例として工程図を図 11に記載し、ま た、この工程図を図解したものを図 12の（a)— (f)に示す。

最初に多孔質セラミック部材 30を製造し (工程 A)、次に、空隙保持材 142を介して、 複数の多孔質セラミック部材 30を組み上げてセラミック部材集合体 16とする（工程 B) 。もし、多孔質セラミック部材 30として反りを有するものを使用したい場合は、後述す る反り形成工程を加える（工程 )。

[0054] 一方、接着材層 140となる接着材ペースト 1400を調製してお 工程 ）。次に多 孔質セラミック部材 30の隙間 141に調製された接着材ペースト 1400を充填する（ェ 程。)。

次にこの接着材ペースト 1400を乾燥させて接着材層 140とし、多孔質セラミック部材 30を互いに接合する（工程 D)。さらにセラミック部材集合体の外周部を所定形状 (例 えば、図 12では、円柱形状）になるように切削加工する（工程 E)。加工された外周部 分 SAにペーストを塗布して、外周シール層 13を形成する（工程 F)。 [0055] 図 11の工程図及び図 12の工程図で示される製造方法では、あら力じめ、空隙保持 材 142を介して、複数の多孔質セラミック部材 30を組み上げてしまうため、多孔質セ ラミック部材 30の位置ずれを防止することができ、高 、組立精度でセラミック構造体 1 0を製造することができる。さらに、空隙保持材 142により形成した空隙に、接着材ぺ 一スト 1400を充填させる方法を用 ヽて 、るため、接着材層 14をむらなく形成すること が可能であり、先に説明したように、押圧に対する破壊強度の高いセラミック構造体 1 0を製造することができる。

[0056] 本発明のセラミック構造体を、上記製造方法により製造する場合は、充填させる接着 材ペースト 1400の量を調整することにより、接着材ペースト 1400の未充填部分の領 域 LM (図 5、図 10)を調整することができる。したがって、接着材非形成領域 143が 必要な図 5に記載したセラミック構造体 10を製造する場合は、特に有利である。

[0057] 次に、上記セラミック構造体の製造方法に関し、工程毎にさらに詳しく説明する。

(A：多孔質セラミック部材の製造）

セラミック成形体は、セラミック粉末、榭脂、ノインダー、分散媒液等を混合して混合 組成物を調製した後、この混合組成物の押出成形を行い、得られた成形体を乾燥さ せて分散媒液等を蒸発させることにより作製する。なお、上記セラミック成形体は、主 にセラミック粉末とバインダー、必要に応じて榭脂とからなるものである力 少量の分 散媒液を含んでいてもよい。

[0058] 上記多孔質セラミック部材の原料セラミックとしては特に限定されず、上述した通りで あるが、これらのなかでは、耐熱性、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭 化珪素が望ましい。上記セラミック粉末の粒径としては特に限定されないが、後の焼 成工程で収縮の少ないものが望ましぐ例えば、 0. 3— 50 m程度の平均粒径を有 する粉末 100重量部と 0. 1-1. 0 m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望まし ヽ

[0059] 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、ヒドロキシェチルセルロース、ポリエチレングリコール、フエノール榭脂 、エポキシ榭脂等を挙げることができる。上記ノインダ一の配合量は、例えば上記セ ラミック粉末 100重量部に対して、 1一 10重量部程度が望ましい。 [0060] 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、上記混合組成物の 粘度が一定範囲内となるように、適量配合されて、セラミックペーストが調製される。

[0061] セラミックペーストを所定の装置で、押し出し成型する。上記セラミック成形体は、多 数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された構造を有するものである。

上記セラミック成形体の形状としては特に限定されず、例えば、図 2に示した多孔質 セラミック部材 30とほぼ同形状であってもよいし、楕円柱状や三角柱状等であっても よい。上記セラミック成形体では、封止材 32に相当する部分は空洞となっている。

[0062] 次に、上記セラミック成形体の貫通孔を封止材ペーストにより封止パターン状に封止 する貫通孔の封止工程を行う。この貫通孔の封止工程では、セラミック成形体の端面 に、封止パターン状に開孔が形成されたマスクを当接し、封止材ペーストを上記マス クの開孔から貫通孔に注入することにより、封止材ペーストで所定の貫通孔を封止す る。

[0063] 上記封止材ペーストとしては特に限定されないが、上記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、上記混合組成物にさらに分散媒液を添加した もの等が望ましい。

[0064] 次に、上記セラミック成形体中のバインダー、榭脂成分等を熱分解する脱脂工程を 行う。この脱脂工程では、例えば、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°Cに加熱する。これにより、バ インダ一等の榭脂成分が揮散するとともに、分解され、消失し、上記セラミック成形体 中には、ほぼセラミック粉末のみが残留することとなる。

[0065] 次に、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焼成工程を行 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°Cで加熱し、セラミック粉末を焼結させることにより図 2 (a)に 示されるような、多数の貫通孔 31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 30を製造する。

[0066] 脱脂工程力 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望ましい。脱脂工程及び焼 成工程を効率的に行うことができ、また、載せ代え時等において、セラミック成形体が 傷つくことを防止することができるからである。

[0067] ところで、先に述べたように、多孔質セラミック部材 30としてセラミックフォームを採用 してもよい。セラミックフォームは次のように製造する。

まず、セラミックペーストをウレタンフォームなどに含浸させる。次にこれを 2000— 22 00°Cで焼成し、ウレタンを分解除去し、セラミック粉末を焼結させる。この工程により 図 6 (b)に示されるような、セラミックフォームが得られる。

[0068] (Α' ：反り形成工程）

セラミック焼成体に反りを形成させる場合には、脱脂工程一焼成工程において、脱脂 用治具、焼成用冶具として反った板を使用し、この板上にセラミック成形体を載せる 方法を採用することができる。また、上記方法では、板の反り量を調整することにより、 反りの大きさを調整することが可能になる。また、多孔質セラミック部材 30の反りは、 成形体の段階で、物理的に曲げることにより形成することが可能である。

[0069] (Β：空隙保持材を介して多孔質セラミック部材を組み上げる工程）

図 12 (b)に示すように、多孔質セラミック部材 30を製造した後、本発明のセラミック構 造体の製造方法では、上記多孔質セラミック部材が空隙保持材を介して複数個組み 上げられてなるセラミック部材集合体 16を組み上げる。

[0070] 空隙保持材 142は、各多孔質セラミック部材 30間に空隙を形成させるために用いら れるものであり、空隙保持材 142の厚さを調整することにより、各多孔質セラミック部 材 30間の接着材層 14の厚さを調整することができる。

[0071] 空隙保持材 142の材質としては特に限定されず、例えば、紙、無機物質、セラミック、 有機繊維、榭脂等を挙げることができるが、セラミック構造体 10の使用時に加わる熱 により分解、除去されないものが望ましい。分解、除去される際に発生するガスにより 、接着材層 14が腐食されることを防止するためである。ただし、加熱により、分解、除 去されるものであっても、腐食性のガスが発生しないものであれば使用することができ る。空隙保持材 142の具体例としては、例えば、ボール紙、黒鉛、炭化珪素等を挙げ ることができる。また、接着材層 14と同じ材質のものを、予め厚さを調整し固形化させ ておくことで、空隙保持材とすることもできる。 [0072] また、空隙保持材 142は、粘着機能又は接着機能を有するものであってもよぐ上述 したような材質からなる基材の両面に粘着性又は接着性を有する物質の層が形成さ れたものであってもよ!ヽ。粘着機能又は接着機能を有する空隙保持材 142を用いれ ば、筒状治具の外側で組み上げを終了したセラミック部材集合体を固定のための治 具等を特に用いず、筒状治具の内部に組み入れることができ、組入工程が容易とな り、各多孔質セラミック部材 30の位置ずれをより防止することができる。

[0073] 空隙保持材 142の形状としては、多孔質セラミック部材 30を保持することができる形 状であれば特に限定されず、円柱状、角柱状等を挙げることができる。

空隙保持材 142の大きさとしては特に限定されず、例えば、空隙保持材 142が円柱 状である場合、その厚さは 0. 5-3. Ommであることが望ましい。セラミックの熱伝導 率を低下させない範囲だ力もである。空隙保持材 142の厚さは、 2. Omm以下がより 望ましい。

[0074] また、空隙保持材 142が円柱状である場合、直径は 3. 0— 10. Ommであることが望 まし 、。多孔質セラミック部材 30同士の接合強度を充分に確保できるからである。 空隙保持材 142を配置する多孔質セラミック部材 30上の位置としては特に限定され ないが、多孔質セラミック部材 30の側面の四隅近傍に配置することが望ましい。多孔 質セラミック部材 30を平行に結束させることができるからである。

[0075] また、反りを有する多孔質セラミック部材 30や、曲面からなる側面を有する多孔質セ ラミック部材 30を結束させる際には、各位置毎に空隙保持材 142の厚さを変更する ことにより、多孔質セラミック部材 30を平行に結束させることができる。

上記組入工程では、上述のような空隙保持材 142を多孔質セラミック部材 30間に配 置して多孔質セラミック部材 30を結束させることにより、空隙保持材 142を介して多 孔質セラミック部材 30を複数個組み上げてなるセラミック部材集合体 16を作製する。

[0076] (Β' ：ペースト調整工程）

上記充填工程で用いる接着材ペースト 1400としては特に限定されないが、耐熱性 に優れ、比較的熱伝導率が高ぐ接着機能を有するものが望ましぐ例えば、無機バ インダー、有機バインダー、無機繊維及び Ζ又は無機粒子等からなるものが好適に 使用される。 上記無機バインダーとしては特に限定されず、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等を 挙げることができる。これらは、単独で用いてもよぐ 2種以上を併用してもよい。これ らのなかでは、シリカゾルが望ましい。

[0077] 上記有機バインダーとしては特に限定されないが、例えば、親水性有機高分子が望 ましぐなかでも多糖類が望ましい。具体的には、ポリビニルアルコール、メチルセル ロース、ェチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。こ れらのなかでは、カルボキシメチルセルロースが特に望ましい。圧入時の接着材ぺー スト 1400の流動性を高め、常温領域で優れた接着性を示すからである。

[0078] 上記無機繊維としては特に限定されず、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一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 材ペースト 1400の接着強度を向上させることができる。

[0079] 上記無機粒子としては特に限定されないが、例えば、炭化物及び Z又は窒化物から なるものが望ましぐ例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等を挙げることができる 。これらの炭化物や窒化物は、熱伝導率が非常に大きぐ接着材層 14の熱伝導率の 向上に大きく寄与することができる。

また、接着材ペースト 1400中には、無機バインダー、有機ノインダー、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、例えば、後述の接着材ペースト硬化工程等における加熱等により殆ど 飛散することとなる。

[0080] 接着材ペースト 1400の粘度としては特に限定されないが、望ましい下限は、 40Pa - s であり、望ましい上限は 50Pa ' sである。 50Pa ' sを超えると、セラミック部材集合体 16 を構成する多孔質セラミック部材 30間の空隙 141に均一に接着材ペースト 1400を 充填することができないことがある。 40Pa ' s未満であると、圧入させた接着材ペース ト 1400がセラミック部材集合体 16の端面力も漏れだし、上記端面に付着してしまうこ とがある。

[0081] (C :ペースト充填工程）

図 12 (c)に示すように、接着材ペースト 1400を、セラミック部材集合体 16を構成する 多孔質セラミック部材 30間の空隙に充填する。充填は、後述するペースト充填用の 筒状冶具の中にセラミック部材集合体 16を格納して行ってもよぐまた、筒状冶具の 中で多孔質セラミック部材 30を組み上げてもよい。筒状治具を使用する場合は、圧 入させる接着材ペースト 1400の量を調整することにより、接着材ペースト 1400の未 充填部分 143の端面力もの長さ LM (図 5及び図 10参照）を容易に調整することがで きるため有利である。後述するペースト充填用の筒状冶具を用いる場合、セラミック構 造体の端面部分に接着材ペーストが付着してしまうことを、マスキング材を使用するこ となく防止することができ、工程数を減少させることができるため、有利である。

[0082] (D :ペースト乾燥'硬化工程）

図 12 (d)に示すように、多孔質セラミック部材 30間の空隙 141に充填された接着材 ペースト 1400を硬化させて、多孔質セラミック部材 30間に接着材層 140を形成する この工程では、接着材ペースト 1400が充填されたセラミック部材集合体 16を、例え ば、 50— 150°C、 1時間の条件で加熱することにより、接着材ペースト 1400を乾燥、 硬化させて接着材層 140とする。

[0083] (E:外周加工工程）

図 12 (e)に示すように、セラミック構造体 10の製造方法では、例えば、上記接着材ぺ 一スト硬化工程の後、ダイヤモンドカッター等を用いて、その外周部を円柱形状等の 所望の形状に切削加工してセラミックブロック 15を作製する。

[0084] (F :外周シール材層の形成工程）

図 12 (f)に示すように、外周部 SAにシール材層 13を形成することで、セラミック構造 体 10の製造工程を終了する。

シール材層 13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、セラミックブロック 15をその回転軸方向に軸支、回転させ、回転 させているセラミックブロック 15の外周部にシール材層 13となるシール材ペーストの 塊を付着させ、付着させたシール材ペーストを板状部材等によりセラミックブロック 15 の外周面全体に引き延ばしてシール材ペースト層とした後、 120°C以上の温度で乾 燥させて水分を蒸発させる方法等を挙げることができる。 なお、上記シール材層 13の原料となるシール材ペーストとしては特に限定されず、 例えば、接着材層 140の原料となる接着材ペースト 1400と同様の組成力もなるぺー スト等を挙げることができる。

[0085] 次に、本発明に係るセラミック構造体の製造装置についてその具体例を図 13に示す 図 13 (a)は、セラミック構造体の製造装置及びその内周部に設置されたセラミック部 材集合体 16の長手方向に垂直な断面の一例を模式的に示した断面図であり、 (b) は、セラミック構造体の製造装置及びその内周部に設置されたセラミック部材集合体 16の長手方向に平行な断面の一例を模式的に示した断面図である。

[0086] セラミック構造体の製造装置 50は、内部にセラミック部材集合体を格納する内部空 間 502をもった筒状体 501を具備する。この筒状体 501の外側側面にペースト供給 室 52が取り付けられている。筒状体 501には、この供給室 52と内部空間を連通する 開口 51が形成されており、この開口 51(以下の説明では、より具体的に供給孔もしく は供給溝と表記する)を経由してペースト 1400が供給される。供給室 52には、ぺー スト 1400を押し出すための押し出し機構 503が取り付けられている。セラミック構造 体の製造装置 50には、開閉式の底板 53がその両端部に取り付けられていている。 底板 53を閉じてセラミック部材集合体 16を構成する多孔質セラミック部材 30間に形 成された空隙 141を封止すれば、接着材ペースト 1400がセラミック集合体の端面に 付着することをより防止することができる。

[0087] ただし、接着材ペースト充填工程において、セラミック構造体の製造装置 50内に接 着材ペースト 1400を圧入する際には、セラミック構造体の製造装置 50内の気体をこ の製造装置 50の両端面を通じて排出することとなるため、底板 53は、通気性の材質 力もなるもの、又は、通気孔を有する気密性の材質力もなるものである必要がある。

[0088] 本発明においては、多孔質セラミック部材 30を用いるので、底板 53が通気孔を有す る気密性の材質力もなるものを用いることが望ましい。この場合、セラミック構造体の 製造装置 50内の気体は、矢印 Cのように、多孔質セラミック部材 30の隔壁を通過し、 さらに、多孔質セラミック部材 30から底板 53の通気孔を通過して外部に排出されるこ ととなる。 [0089] 図 13において、底板 53として通気孔を有する材料を採用した場合、圧入された接着 材ペースト 1400の流れを実線の矢印 A、 Bで示し、セラミック構造体の製造装置 50 内から外部に排出される気体の流れを破線の矢印 Cで示した。

この筒状治具を用いて接着材層を形成するため、セラミック構造体の端面部分に接 着材ペースト 1400が付着してしまうことを、マスキング材を使用することなく防止する ことができ、工程数を減少させることができる。

[0090] セラミック構造体の製造装置 50としては、その室内が供給孔 (又は供給溝) 51を通じ て内周部と連通したペースト供給室 52を外周部に備えた筒状体であって、内周部に セラミック部材集合体 16を設置する力、後述するように、内周部でセラミック部材集合 体 16を^ aみ上げることが可能なものであれば特に限定されず、例えば、分解可能な 組立型の治具であってもよいし、一体型の治具であってもよぐまた、内周部が所定 の大きさ及び Z又は形状の治具であってもよ 、し、内周部の大きさ及び Z又は形状 が変更可能で、内周面を狭めていくことによりセラミック部材集合体 16を締め付ける ことが可能な治具であってもよい。また、セラミック構造体の製造装置 50は、ペースト 供給室 52が取り外し可能な組立型の治具であってもよい。

[0091] セラミック構造体の製造装置 50が分解可能な組立型の治具である場合や、内周部 の大きさ及び Z又は形状が変更可能な治具である場合には、多孔質セラミック部材 3 0を複数個組み上げてセラミック部材集合体 16を作製する工程をセラミック構造体の 製造装置 50の内周部で行うことが可能である。もちろん、セラミック部材集合体 16を 作製した後に、セラミック構造体の製造装置 50の内周部にこれを設置してもよい。

[0092] ペースト供給室 52は、セラミック構造体の製造装置 50の外周部に設けられ、その室 内に接着材ペースト 1400を投入し、これを加圧することが可能な容器であれば特に 限定されない。

また、供給孔 51の形状、大きさ及び数は特に限定されないが、セラミック部材集合体 16を構成する多孔質セラミック部材 30間に形成された空隙 141と対応する位置に設 ける必要があり、空隙 141を接着材ペースト 1400により漏れなく充填できるように一 定間隔で設けられることが望ましい。なお、供給孔は、ペーストを均一に充填できるよ うに、供給溝にすることがより望ましい。 [0093] なお、セラミック構造体の製造装置 50内に接着材ペースト 1400を圧入する際の圧 力は、圧入する接着材ペースト 1400の量、粘度、供給孔の大きさ、位置及び数等に 応じて適宜調整され、必要に応じて、セラミック構造体の製造装置 50の両端面からの 吸引を併用してもよい。

[0094] このセラミック構造体の製造装置 50を用いることで、セラミック部材集合体 16の端部 には接着材ペースト 1400の未充填部分 143を残しておくことが可能になる。また、接 着材ペースト 1400を空隙 141の全てに充填しょうとすると、圧入させた接着材ペース ト 1400がセラミック部材集合体 16の端面力も漏れだし、上記端面に付着してしまうた め、本発明のように、未充填部分 143を設けておくことが有利である。

[0095] このセラミック構造体の製造装置 50は、次のように使用される。図 13に示すように、セ ラミック部材集合体 16を組み上げた後、これをセラミック構造体の製造装置 50の中 に格納する。次に、ペースト 1400を注入する。あるいは、セラミック構造体の製造装 置 50の中でセラミック部材集合体 16を組み上げ、次にペースト 1400を注入する。い ずれの方法も使用することができる。

実施例

[0096] 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。

以下の実施例では、セラミック構造体を排気ガス浄ィ匕用セラミックフィルタ一として使 用する。接着材層 140は、排気ガスが漏れないようにするためのシール材層として機 能するため、この実施例においては、シール材ペースト 1400は、接着材ペースト 14 00と、シール材層 140は接着材層 140とそれぞれ同義である。

[0097] (実施例 1)

(1)平均粒径 10 mの a型炭化珪素粉末 70重量部、平均粒径 0. 7 mの |8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 2cmZ分にてハニカム形状のセラミック成形体を 作製した。このセラミック成形体は、図 3に示した多孔質セラミック部材 30とほぼ同様 の形状であり、その大きさは 33mm X 33mm X 254mmで、貫通孔の数が 31個 Zc m²で、隔壁の厚さが 0. 35mmであった。

[0098] (2)乾燥機を用いて、このセラミック成形体を乾燥させた後、上記混合組成物と同成 分の充填剤ペーストをセラミック成形体の貫通孔の所定箇所に充填した。その後、 4 50°Cで脱脂し、さらに、 2200°Cで焼成することにより多孔質セラミック部材 30を製造 した。なお、このとき使用した炭素製の脱脂焼成治具を予め反り量 0. 02mmと設定 することにより、多孔質セラミック部材 30の反り量を 0. 02mmとした。

[0099] (3)次に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中の SiOの含有量： 30重量％) 18

2

重量％、有機ノ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 してシール材ペースト 1400を調製した。このシール材ペースト 1400の粘度は、室温 で 45Pa' sであった。

[0100] (4)次に、多孔質セラミック部材 30の側面の四隅近くに 1個ずつ合計 4個、直径 5m m X厚さ lmmの両面に粘着材が塗布されたボール紙カゝらなる空隙保持材 142を載 置、固定した。具体的には、空隙保持材 142の外周部分と、上記側面の隅を形成す る 2つの辺との最短距離がそれぞれ 6. 5mmとなるような位置に空隙保持材 142を載 置、固定した。そして、空隙保持材 142を介して、縦 4個 X横 4個の多孔質セラミック 部材 30を結束することにより、セラミック部材集合体 16を組み上げた。

[0101] (5)次に、ペースト供給室 52を外周部に備え、内周部の大きさが縦 135mm X横 13 5mm X長さ 254mmであるセラミック構造体の製造装置 50内にセラミック部材集合 体 16を設置した。セラミック構造体の製造装置 50は、セラミック部材集合体 16を構成 する多孔質セラミック部材 30間の空隙 141と対応する位置に、加圧室 52の室内とセ ラミック構造体の製造装置 50内とを連通する幅 5mmの供給溝を 3箇所有するもので めつに。

また、セラミック構造体の製造装置 50の両端部には、端面に当接させることが可能な 開閉式の底板 53がそれぞれ取り付けられており、この底板 53を閉じてセラミック部材 集合体 16の両端面に当接させることにより、多孔質セラミック部材 30間の空隙 141を 封止した。 [0102] (6)次に、シール材ペースト 1400をセラミック構造体の製造装置 50のペースト供給 室 52内に投入し、圧力 0. 2MPaで加圧してセラミック構造体の製造装置 50の内周 部に圧入し、多孔質セラミック部材間の空隙にシール材ペースト 1400を充填した。な お、シール材ペースト 1400圧入後のセラミック部材集合体 16の両端部において、シ ール材ペースト 1400の未充填部の端面からの長さが 1. 5mm (セラミック部材集合 体 16の全長に対して 1%)となるように、圧入させるシール材ペースト 1400の量を調 整した。次いで、シール材ペースト 1400が多孔質セラミック部材 30間に充填された セラミック部材集合体 16を 100°C、 1時間で乾燥し、シール材ペースト 1400を硬化さ せること〖こより、 1mmの厚さのシール材層 14を形成し、セラミック部材集合体とした。

[0103] (7)次に、上記セラミック部材集合体を、ダイヤモンドカッターを用いて直径 135mm の円柱状 15に切削し、その外周部にシール材ペースト 1400を塗布し、乾燥させるこ とにより、シール材層 14と同じ組成力もなるシール材層 13を外周部に形成し、多孔 質炭化珪素からなるセラミック (ハ-カム)構造体 10の製造を終了した。

[0104] (実施例 2— 9、参考例 1一 6)

表 1に示したように、多孔質セラミック部材 30の反り量を変更したこと、シール材ぺー スト 1400圧入後のセラミック部材集合体 16の両端部における、シール材ペースト 14 00の未充填部分の端面からの長さを変更したこと以外は、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 10を製造した。

なお、多孔質セラミック部材 30の反り量は、脱脂焼成治具の反り量を変更することに より調整した。また、シール材ペースト 1400の未充填部分の端面力もの長さは、圧入 させるシール材ペースト 1400の量により調整した。

[0105] (実施例 10— 12、参考例 7— 8)

表 1に示したように、多孔質セラミック部材 30の反り量を変更したこと、シール材ぺー スト 1400圧入後のセラミック部材集合体 16の両端部におけるシール材ペースト 140 0の未充填部分の端面からの長さを変更したこと、及び、ボール紙からなる空隙保持 材の厚さを 2. Ommに変更したこと以外は、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 10を製造した。

なお、多孔質セラミック部材 30の反り量は、脱脂焼成治具の反り量を変更することに より調整した。また、シール材ペースト 1400の未充填部分の端面力もの長さは、圧入 させるシール材ペースト 1400の量により調整した。

[0106] (実施例 13— 15、参考例 9一 10)

(4)、 （5)の工程において、セラミック構造体の製造装置 50の内部でセラミック部材 集合体 16を組み上げ、この底板 53を閉じてセラミック部材集合体 16の両端面に当 接させることにより、多孔質セラミック部材 30間の空隙 141を封止し、（6)の工程を行 つた以外は、実施例 1と同様にしてセラミック構造体 10を製造した。

ただし、（2)の工程では、炭素製の脱脂焼成治具を予め反り量 Ommと設定すること により、多孔質セラミック部材 30の反り量を Ommとし、シール材ペースト 1400圧入後 のセラミック部材集合体 16の両端部における、シール材ペースト 1400の未充填部 分の端面力もの長さを表 1に示したように変更した。

なお、シール材ペースト 1400の未充填部分の端面からの長さは、圧入させるシール 材ペースト 1400の量により調整した。

[0107] (実施例 16— 18、参考例 11一 12)

(1)平均粒径 10 mの a型炭化珪素粉末 70重量部、平均粒径 0. 7 mの |8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 100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、その大きさは 33mm X 33mm X 150mmのウレタンフォームに含浸させた。

[0108] (2)乾燥機を用いて、このウレタンフォームを乾燥させた後、 450°Cで脱脂し、さらに 、 2200°Cで焼成することにより、ウレタンフォームを熱分解して除去し、セラミックフォ ームカもなる多孔質セラミック部材 30を製造した。なお、このとき使用した炭素製の脱 脂焼成治具を予め反り量 2mmと設定することにより、多孔質セラミック部材 30の反り 量を 2mmとした。

[0109] (3)次に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中の SiOの含有量： 30重量⁰ /₀) 18

2

重量％、有機ノ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 してシール材ペースト 1400を調製した。このシール材ペースト 1400の粘度は、 30— 50Pa' sであった。

[0110] (4)次に、多孔質セラミック部材 30の側面の四隅近くに 1個ずつ合計 4個、直径 5m m X厚さ lmmの両面に粘着材が塗布されたボール紙カゝらなる空隙保持材 142を載 置、固定した。具体的には、空隙保持材 142の外周部分と、上記側面の隅を形成す る 2つの辺との最短距離がそれぞれ 6. 5mmとなるような位置に空隙保持材 142を載 置、固定した。そして、空隙保持材 142を介して、縦 4個 X横 4個の多孔質セラミック 部材 30を結束することにより、セラミック部材集合体 16を組み上げた。

[0111] (5)次に、ペースト供給室 52を外周部に備え、内周部の大きさが縦 135mm X横 13 5mm X長さ 150mmであるセラミック構造体の製造装置 50内にセラミック部材集合 体 16を設置した。セラミック構造体の製造装置 50は、セラミック部材集合体 16を構成 する多孔質セラミック部材 30間の空隙 141と対応する位置に供給室 52の室内とセラ ミック構造体の製造装置 50内とを連通する幅 5mmの供給溝を 3箇所有するものであ つた o

[0112] (6)次に、シール材ペースト 1400をセラミック構造体の製造装置 50の加圧室 52内 に投入し、圧力 0. 2MPaで加圧してセラミック構造体の製造装置 50の内周部に圧入 し、多孔質セラミック部材間の空隙にシール材ペースト 1400を充填した。なお、シー ル材ペースト 1400圧入後のセラミック部材集合体 16の両端部にぉ 、て、シール材 ペースト 1400の未充填部の端面からの長さが 15mm (セラミック部材集合体 16の全 長に対して 10%)となるように、圧入させるシール材ペースト 1400の量を調整した。 次いで、シール材ペースト 1400が多孔質セラミック部材 30間に充填されたセラミック 部材集合体 16を、 100°C、 1時間で乾燥し、シール材ペースト 1400を硬化させること により、 1mmの厚さのシール材層 14を形成し、セラミック部材集合体とした。

[0113] (7)次に、上記セラミック部材集合体を、ダイヤモンドカッターを用いて直径 135mm の円柱状 15に切削し、その外周部にシール材ペースト 1400を塗布し、乾燥させるこ とにより、シール材層 14と同じ組成力もなるシール材層 13を外周部に形成し、多孔 質炭化珪素からなるセラミック構造体 10を製造した。

実施例 16— 18及び参考例 11一 12では、押しぬき強度 (押圧に対する破壊強度）は 、表： Uこ示す Jう【こ、 768一 1265kgであった。 [0114] (比較例 1一 5)

(1)、 （2)の工程については、実施例と同様にして多孔質セラミック部材を製造した。 (3)次に、無機バインダーとしてシリカゾル（ゾル中の SiOの含有量： 30重量％) 15

2

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. 6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) 30重量％、無機粒子として炭化珪素粒子 21重量％、及び、水 28. 4重量％を混合、 混練してシール材ペースト 1400を調製した。このシール材ペースト 1400の粘度は、 室温で 45Pa' sであった。

[0115] (4)次に、セラミック構造体 10の端面に予めマスキング材を貼り付けた。そして、図 5 に示したように、断面力 字形状に構成された台 60の上に、多孔質セラミック部材 30 を傾斜させた状態で載置し、上側を向いた 2つの側面 30a、 30bに、シール材層 14 の材料となるシール材ペースト 1400を均一な厚さとなるように塗布するとともに、厚紙 等からなる間隔保持材を載置し、シール材ペースト層 61を形成した。その後、このシ ール材ペースト層 61の上に、順次他の多孔質セラミック部材 30を積み上げ、 100°C で 1時間乾燥し、シール材ペースト 1400を硬化させることによりシール材層を形成し 、多孔質セラミック部材 30が複数個積層されてなるセラミック部材集合体とした。なお 、マスキング材は、シール材ペースト塗布後に剥離した。

(5)次に、実施例の（7)と同様にしてセラミック構造体を製造した。

[0116] 実施例、参考例及び比較例に係るセラミック構造体について、以下に示す方法で評 価試験を行った。その結果を表 1に示した。

[0117] (1)温度サイクル試験後の押し抜き破壊強度の測定

実施例及び参考例に係るセラミック構造体を厚さ 7mmのアルミナファイバー（三菱ィ匕 学社製 マフテック)力 なる断熱材マットで丸く包み、金属製の網とバンドでしめて 断熱材マットが開かな 、ように固定した（図 14参照)。

そのセラミック構造体を電気炉にて昇温速度 10°CZ分で 600°Cに昇温させて、その 温度に 30分保持した後、室温（20°C)に急冷する温度サイクル試験を行った後、押 し抜き破壊強度試験を行い、押し抜き強度 (押圧に対する破壊強度)を測定した。そ の結果を表 1に示す。 [0118] なお、本明細書における押し抜き破壊強度試験とは、図 15 (a)、 (b)に示すように、 その接着材の強度を確かめるために、接着剤を介して接合されたセラミック構造体 1 0を台 45の上に載置した後、その中央の多孔質セラミック部材に直径 30mmのアルミ 製の治具 40で押し抜き荷重 (加圧速度 ImmZmin)をかけて、押圧に対する破壊強 度 (押し抜き強度）を測定するものである。なお、強度の測定には、インストロン万能 試験機 (5582型)を用いた。

[0119] (2)シール材の観察

参考例 9及び比較例 1に係るセラミック構造体 10を切断し、その表面を観察した。そ の結果を図 16 (a)、（b)に示す。

[0120] (3)セラミック構造体の目視観察

実施例 13— 15、参考例 9一 10、及び、比較例 1一 5に係るセラミック構造体を端面か ら目視観察し、多孔質セラミック部材にズレが発生している力否かを判断した。その 結果を表 1に示す。

[0121] [表 1]

図 16 (a)は、参考例 9に係るセラミック (ハ-カム)構造体の接着材層（シール材層）の 断面であり、（b)は、比較例 1に係るセラミック (ハ-カム)構造体のシール材層の断面 である。

図 16に示した図より明らかなように、先に説明したセラミック構造体の製造方法により 得られたセラミック構造体の接着材層（シール材層）は、比較的均一な層が形成され ており、均一な形の気泡を有しているが、従来の製造方法により得られたセラミック（ ハ-カム)構造体の接着材層（シール材層)は、不均一であり、気泡も連続気泡となつ ており、気泡が形成されて ヽる部分と形成されて ヽな 、部分とに大きく分かれて ヽる

[0123] 図 9 (a)、 (b)は、セラミック (ハ-カム)構造体を構成する各多孔質セラミック部材の配 置の一例を示す側面図であるが、実施例 13— 15、及び、参考例 9一 10に係るセラミ ック (ハニカム)構造体では、図 9 (a)に示したように、各多孔質セラミック部材にズレは 発生しておらず、設定どおりに整然と配置されている力 比較例 1一 5に係るセラミツ ク (ノ、二カム)構造体は、図 9 (b)に示したように、各多孔質セラミック部材の配置に設 定からのズレが生じている。

[0124] 以上の結果から、比較例 1一 5に係るセラミック構造体 (ノヽ二カム）に比べて、実施例 2 一 15及び参考例 1一 10に係るセラミック (ハ-カム)構造体の方力 均一な密度でシ 一ル材が充填されており、多孔質セラミック部材がずれにくぐ強度の高いセラミック（ ハ-カム)構造体を製作することができることがわ力つた。

カロえて、多孔質セラミック部材に反りが生じている場合においては、セラミック (ハ-力 ム)構造体の端部にシール材層非形成部が存在し、その部分の端面力も接着材 (シ 一ル材)層までの長さが、セラミック (ハ-カム)構造体の長手方向の長さに対して 1一 10%である方力 上記多孔質セラミック部材がずれにくいものとなり、セラミック (ハ- カム)構造体の強度が高 、ことがわ力つた。

図面の簡単な説明

[0125] [図 1]セラミック構造体の一例を模式的に示した斜視図である。

[図 2] (a)は、本発明の実施に用いられる多孔質セラミック部材の斜視図であり、 (b) は、（a)に示した多孔質セラミック部材の B— B線断面図である。

[図 3]従来のセラミックブロックを作製する方法を示した説明図である。

[図 4] (a)は、本発明の実施形態であるセラミック構造体の正面図であり、 (b)は、その 側面図である。

[図 5]図 4に示したセラミック構造体の V— V線断面図である。

[図 6] (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の断面図であり、 (b) は、セラミック構造体を構成するセラミックフォーム力 なる多孔質セラミック部材の断

面図である。

[図 〇 7]接着材層非形成領域が存在しない場合のクラック発生原理を説明する断面図 である。

圆 8] (a)は、反りの定義を示す説明図であり、 (b)は、測定位置を示す説明図である 圆 9] (a)は、本発明に係るセラミック構造体を示す断面図であり、 (b)は、従来技術 により製造されたセラミック構造体を示す断面図である。

[図 10]図 9に示したセラミック構造体の X— X線断面図である。

圆 11]本発明に係るセラミック構造体の製造方法を示す工程図である。

[図 12]本発明に係るセラミック構造体の製造方法を示す説明図である。

[図 13] (a)は、ペースト充填用の筒状冶具の長手方向に垂直な断面を模式的に示し た断面図であり、（b)は、ペースト充填用の筒状冶具の長手方向に平行な断面を模 式的に示した断面図である。

圆 14]押し抜き破壊強度測定に用いるサンプルを模式的に示す斜視図である。

[図 15] (a)、 （b)は、押しぬき強度試験の方法を模式的に示した概念図である。

[図 16] (a)は、参考例に係るセラミック構造体の接着材 (シール材)層の写真であり、 ( b)は、比較例に係るセラミック構造体の接着材 (シール材)層の写真である。

符号の説明

セラミック構造体

13、 14、 140 接着材層（シール材層)

15 セラミックブロック

16 セラミック部材集合体

30 多孔質セラミック部材

31 貫通孔

32 封止材

33 隔壁

50 セラミック構造体の製造装置

51 供給孔 ペースト供給室

底板

台

接着材ペースト層

0 接着材ペースト（シール材ペースト) 空隙

空隙保持材

接着材層非形成領域

Claims

請求の範囲

[I] 反りを有する柱状の多孔質セラミック部材が、接着材層を介して複数個結束されてな り、その端部には接着材層非形成部が存在することを特徴とするセラミック構造体。

[2] 前記多孔質セラミック部材は、長さ方向に対してほぼ垂直方向に反っている請求項 1 記載のセラミック構造体。

[3] 前記多孔質セラミック部材は、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された ハニカム形状を有する請求項 1又は 2に記載のセラミック構造体。

[4] 前記多数の貫通孔の端部は、交互に封止されてなる請求項 1一 3のいずれ力 1項に 記載のセラミック構造体。

[5] 前記多孔質セラミック部材は、セラミックフォームである請求項 1一 4のいずれ力 1項 に記載のセラミック構造体。

[6] 前記多孔質セラミック部材は、 0. 02-2. Ommの反りを有してなる請求項 2— 5のい ずれか 1項に記載のセラミック構造体。

[7] 前記多孔質セラミック部材の反りは、 0. 1-0. 8mmである請求項 6項に記載のセラ ミック構造体。

[8] 前記多孔質セラミック部材は、長さ方向に対して垂直方向に 0. 006-1. 0%の反り を有してなる請求項 1一 7のいずれか 1項に記載のセラミック構造体。

[9] 前記接着材層非形成領域の長さは、セラミック構造体の長手方向の長さに対して 1 一 10%である請求項 1一 8のいずれか 1項に記載のセラミック構造体。

[10] 前記接着材層非形成領域の長さは、セラミック構造体の長手方向の長さに対して 2 一 5%である請求項 9に記載のセラミック構造体。

[II] 柱状の多孔質セラミック部材を複数組み上げ、前記多孔質セラミック部材間にペース ト状の接着材を充填、硬化させて、接着材層としたことを特徴とするセラミック構造体

[12] 前記多孔質セラミック部材は、長さ方向に対してほぼ垂直方向に反っており、

その端部に接着材層非形成部が存在するように、多孔質セラミック部材間にペースト 状の接着材を充填する請求項 11に記載のセラミック構造体。

[13] 複数の柱状の多孔質セラミック部材が隙間を有するように複数組み上げられたセラミ ック部材集合体を収容するように構成された筒状体と、前記筒状体の外周部に設け られ、筒状体にペーストを供給するペースト供給室とからなるセラミック構造体の製造 装置。

[14] 前記筒状体は、ペースト供給室との結合部分に開口が形成されている請求項 13に 記載のセラミック構造体の製造装置。

[15] 前記開口は、溝の形状に形成されている請求項 13又は 14に記載セラミック構造体 の製造装置。

[16] 前記筒状体の両端部には、通気性の底板が設けられている請求項 13— 15のいず れカ 1項に記載セラミック構造体の製造装置。

[17] 前記底板には、開口が設けられている請求項 13— 16のいずれかに記載セラミック構 造体の製造装置。

[18] 互いの間に空隙が形成されるように複数の柱状の多孔質セラミック部材を組み上げ、 多孔質セラミック部材間にペースト状の接着材を充填、硬化させて、接着材層を形成 することを特徴とするセラミック構造体の製造方法。

[19] 前記多孔質セラミック部材は、長さ方向に対してほぼ垂直方向に反っており、

その端部に接着材層非形成部が存在するように、多孔質セラミック部材間にペースト 状の接着材を充填、硬化させる請求項 18に記載のセラミック構造体の製造方法。

[20] 少なくとも以下の工程 1一 4を含むことを特徴とするセラミック構造体の製造方法。

工程 1：セラミック原料力 柱状の多孔質セラミック部材を製造する工程。

工程 2：前記多孔質セラミック部材を、互いに空隙が形成されるように複数個組み上 げてセラミック部材集合体を作製する工程。

工程 3：多孔質セラミック部材間の空隙にペーストを充填する工程。

工程 4：前記ペーストを硬化させて、前記多孔質セラミック部材間に接着材層を形成 する工程。

[21] 前記多孔質セラミック部材間には、空隙保持材が介装されている請求項 20に記載の セラミック構造体の製造方法。

[22] 前記工程 2において、筒状体の内部にて、空隙保持材を介して前記多孔質セラミック 部材を複数個組み上げることにより、セラミック部材集合体を製造する請求項 20又は 請求項 21に記載のセラミック構造体の製造方法。

[23] 前記工程 2にお 、て、空隙保持材を介して多孔質セラミック部材を複数個組み上げ ることにより、セラミック部材集合体を製造した後、前記セラミック部材集合体を筒状体 の内部に格納する請求項 20— 22のいずれ力 1項に記載のセラミック構造体の製造 方法。

[24] 前記多孔質セラミック部材は、長さ方向に対してほぼ垂直方向に反っており、

その端部に接着材層非形成部が存在するように、多孔質セラミック部材間にペースト 状の接着材を充填、硬化させる請求項 20— 23のいずれか 1項に記載のセラミック構 造体の製造方法。

[25] その端部に接着材層非形成部が存在するように、ペースト状の接着材の供給量を調 整する請求項 20— 24のいずれ力 1項に記載のセラミック構造体の製造方法。