JP3971066B2 - フランジ付きフィルタの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理ガス中のダスト等を除去するために使用される集塵用ハニカムフィルタの製造方法に関し、詳しくはフィルタの一端にフランジを有するフランジ付きフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハニカムフィルタは、被処理ガス中のダスト等を除去するための集塵用フィルタとして、化学、電力、鉄鋼、自動車関連産業等、広範な分野において、高温ガスから製品を回収したり、或いは排ガスを浄化するために使用されている。
【０００３】
一般に、ハニカムフィルタは、図１に示すようにハニカム状の多孔質体に多数のセル３が形成され、当該多数のセル３の入口側Ｂと出口側Ｃの端部とが１セル毎に交互に封止された構造を有している。
フィルタ１によれば、ダスト等を含む被処理ガスを入口側Ｂからセル３内に送り込むことにより、多孔質体の気孔径より大きいダスト等はセル壁２の気孔内に捕捉されるため、セル壁２を透過するガス成分のみを処理済ガスとして出口側Ｃから回収することが可能となる。
【０００４】
ハニカムフィルタにおいては、被処理ガスと処理済ガスとの混合を防止するため、例えば図２に示すように本体２４の一端にフランジ２５を配置した構造のフィルタ２１が採用されている（以下、このようなフィルタを「フランジ付きフィルタ」という。）。フランジ付きフィルタ２１は、シール部材２６を介してフランジ２５を取付枠２７に気密的に接合することができるため、被処理ガスと処理済ガスとの混合を防止することが可能である。
【０００５】
上記フランジ付きフィルタは、本体及びフランジをコーディエライトにより構成することが一般的であり、本体部分とフランジ部分を一体的に成形し焼成する一体成形法、本体部分の焼結体とフランジ部分の成形体（即ち、未焼結体）とを、コーディエライト原料粉末（例えば、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ等の混合粉末）からなる接合材により接合する焼結体−成形体接合法、本体部分の焼結体にフランジ部分の焼結体を、コーディエライト原料粉末からなる接合材により接合する焼結体−焼結体接合法等により製造されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の製造方法は製造上の、或いは製造されるフィルタの品質面において問題があり、いずれも充分なものとは言えなかった。例えば一体成形法では、フランジ付きフィルタのような複雑形状品を連続的に成形することが困難であるため、成形工程が複雑となり、生産効率が低いという面で問題があった。
【０００７】
また、焼結体−成形体接合法においては、続く焼成工程においてフランジ部分が焼成収縮するため、本体やフランジにクラックが発生するという問題があった。一方、焼結体−焼結体接合法においては、接合材としてコーディエライト原料粉末を使用していたため、接合材自身の焼成収縮により本体やフランジにクラックを生ずるという問題があった。
【０００８】
上記従来公知の方法の他、本体部分の成形体（未焼結体）とフランジ部分の成形体（未焼結体）とを接合材を使用せず直接接合する成形体−成形体接合法も考えられる。しかしながら、焼結体と比較してハンドリング性に劣る成形体同士の直接接合が困難であるため生産効率が低いことに加え、本体とフランジのいずれか一方のみにクラック等の焼成不良が発生した場合であっても前記困難な接合工程が全く無駄になってしまうという難点がある。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、フィルタ製造時において、本体やフランジにおけるクラックの発生、或いは本体とフランジとの接合部分における隙間の発生を防止することができ、更には生産効率が高いフランジ付きフィルタの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、既述の焼結体−焼結体接合法において所定の組成の接合材を使用することにより十分な接合力を得ることができ、上記従来技術の問題点を解決できることを見出して本発明を完成した。
【００１１】
即ち、本発明によれば、本体及びフランジが同材質のセラミックからなるフランジ付きフィルタの製造方法において、本体部分の焼結体とフランジ部分の焼結体とを、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とが重量比６０：４０〜９５：５の範囲内で含まれる接合材により接合することを特徴とするフランジ付きフィルタの製造方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法は、本体部分の焼結体とフランジ部分の焼結体とを、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とが所定の比率で含まれる接合材により接合することを特徴とする。
このような製造方法によれば、本体やフランジにおけるクラックの発生、或いは本体とフランジとの接合部分における隙間の発生を防止することができ、更には生産効率を向上させることが可能となる。
以下、本発明の製造方法について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の製造方法は、本体部分の焼結体にフランジ部分の焼結体を、本体及びフランジと同材質の接合材により接合する焼結体−焼結体接合法を採用する。焼結体−焼結体接合法は、本体部分とフランジ部分を別個に成形するため、成形工程が単純であり生産効率を向上させることが可能であり、また、フランジ部分が既に焼成されているため、フランジ部分の焼成収縮によって本体やフランジにクラックが発生することがないからである。
【００１４】
更に、焼結体−焼結体接合法は、ハンドリング性に優れる焼結体同士を接合するため両者の接合が容易であり生産効率を向上させることができることに加え、本体部分とフランジ部分を別個に焼成した後に接合するため、本体とフランジのいずれか一方の焼成不良により接合工程が無駄になることもないという利点がある。
【００１５】
但し、従前の焼結体−焼結体接合法においては、接合材としてコーディエライト原料粉末からなる接合材（コーディエライト原料粉末のペースト等）を使用していたため、接合材自身の焼成収縮により本体やフランジにクラックを生ずるという問題があった。そこで、本発明の製造方法においては、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とが重量比６０：４０〜９５：５の範囲内で含まれる接合材を使用して接合を行うこととした。
【００１６】
接合材に含有せしめるセラミックをコーディエライト粉末及びコーディエライト原料粉末としたのは、本体及びフランジと接合材の熱膨張係数を一致させるためであり、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末との比率を規定したのは、十分な接合力を確保しつつ接合材の焼成収縮を防止するためである。即ち、コーディエライト粉末の重量比が９５％を超えると接合力が低下して本体とフランジとの間に隙間を生ずる点において好ましくなく、一方、コーディエライト原料粉末の重量比が４０％を超えると接合材の焼成収縮により本体やフランジにクラックを生ずるため好ましくない。
【００１７】
なお、本明細書で「コーディエライト原料粉末」というときは、焼成によりコーディエライトを合成し得るセラミックの粉末を意味するものとする。例えば、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ等の混合粉末が、本発明にいう「コーディエライト原料粉末」に該当する。
これらの粉末は、いずれも粒径は数１０〜１００μｍ程度のものを使用する。
【００１８】
コーディエライト粉末やコーディエライト原料粉末は各々結合材用として新たに調製してもよいが、フィルタ本体やフランジの、成形後の乾燥工程における不良品（クラック品等）を粉砕してコーディエライト原料粉末を、焼成工程における不良品（クラック品等）を粉砕してコーディエライト粉末を調製することも可能である。このような方法は原料費を低減することができる点において好ましい。
【００１９】
本発明の製造方法においては、本体及びフランジを構成する材質は、焼成収縮が小さいコーディエライトを用いる。
【００２０】
上記接合材は上記重量比でコーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とが混合されている限りにおいて、水、その他の添加剤を添加しても良い。
例えばコーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末の全体重量に対し２５〜３０重量％の水を添加すれば接合材をペレット状とすることができ、４０重量％以上の水を添加すれば接合材をスラリー状とすることができる。また、接合材部分を乾燥し、焼成する際の強度確保を目的として、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末の全体重量に対し０．５〜１．５重量％程度の有機バインダ（例えば、水溶性ポリマー等）を添加することも可能である。
【００２１】
本発明の製造方法によれば、本体部分のコーディエライト焼結体とフランジ部分のコーディエライト焼結体とを個別に製造して用意し、フランジ部分のコーディエライト焼結体の中央に設けた開口部に本体部分のコーディエライト焼結体を嵌挿し、両部材の間隙部にペレット状の接合材を詰め込み、或いはスラリー状の接合材を流し込んだ後、接合材部分を乾燥・焼成することにより、本体部分とフランジ部分とが接合されたフランジ付きフィルタを得ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の製造方法を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２３】
（実施例１）
本体部分の焼成体とフランジ部分の焼成体とを、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とが含まれる接合材により接合してフランジ付きフィルタを製造した。
【００２４】（本体）
本体としては、平均気孔径１５μｍの多孔質体に図２と同様に多数のセルが形成され、当該多数のセルの一端と他端が１セル毎に交互に封止された構造を有するハニカム構造体を使用した。ハニカム構造体のサイズは縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍとし、材質はコーディエライトの焼結体とした。ハニカム構造体は、直方体の長手方向に断面が６ｍｍ×６ｍｍの正方形状であるセルをセル壁厚さ０．６５ｍｍで、約３００個形成した。
【００２５】（フランジ）
フランジは、縦１９０ｍｍ×横１９０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの平板体の中央に、縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍの開口部を設けた枠状とした。フランジの材質も本体と同様にコーディエライトの焼結体とした。
【００２６】
（接合材）
コーディエライト粉末としては、前記フランジの焼成工程における不良品を粒径数１０〜１００μｍ程度に粉砕した粉末を、コーディエライト原料粉末としてはタルク、カオリン、アルミナ、シリカ等の混合粉末からなる前記フランジの成形体（未焼結体）の乾燥工程における不良品を粒径数１０〜１００μｍ程度に粉砕した粉末を使用した。
【００２７】
上記コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とを所定の重量比で混合したものに対し、有機バインダと水を添加することにより焼成粉未とコーディエライト原料粉末の重量比が異なる７水準のペレット状若しくはスラリー状の接合材を調製した。接合材に添加する有機バインダとしては水溶性ポリマーを使用した。
【００２８】（接合方法）
前記本体と前記フランジとの接合は、フランジの中央に設けた開口部に本体を嵌挿し、両部材の間隙部にペレット状の接合材を詰め込むか、或いはスラリー状の接合材を流し込んだ後、１４１０℃にて３．５時間焼成することにより行った。
【００２９】（評価）
実施例及び比較例のフィルタについて、本体及びフランジにおけるクラックの発生、接合部分における隙間の発生を観察することにより評価を行った。
また、接合部分の接合強度については、図３に示すようにフランジ部分３５をスペーサ３６で嵩上げし、本体部分３４にアムスラー型材料試験器で荷重を加え、押し抜き荷重を測定することにより評価した。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１に示すように、実施例１−１〜１−５のフィルタには、本体及びフランジにおけるクラックや接合部分における隙間は認められなかった。
一方、比較例１−１のフィルタはフランジにクラックが発生し、比較例１−２のフィルタは接合部分に隙間が発生した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、本体部分とフランジ部分を別個に成形するため成形工程が単純であり、生産効率を向上させることが可能である。
また、フランジ部分が既に焼成されているため、フランジ部分の焼成収縮によって本体やフランジにクラックが発生することがない。
【００３３】
更に、ハンドリング性に優れる焼結体同士を接合するため両者の接合が容易であり生産効率を向上させることができることに加え、本体部分とフランジ部分を別個に焼成した後に接合するため、本体とフランジのいずれか一方の焼成不良により接合工程が無駄になることもない。
【００３４】
また、本発明の製造方法に係る接合材は、十分な接合力を確保しつつ接合材の焼成収縮を防止することができるため、本体やフランジにおけるクラックの発生、或いは本体とフランジとの接合部分における隙間の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハニカムフィルタの一の実施例を示す斜視図である。
【図２】 （ａ）はフランジ付きフィルタの一の実施例を示す模式図であり、（ｂ）はフランジ付きフィルタの取り付け態様の例を示す模式図である。
【図３】 フィルタ本体とフランジとの接合部分における強度の評価方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１…フィルタ、２…セル壁、３…セル、２１…フィルタ、２４…本体、２５…フランジ、２６…シール材、２７…取付枠、３１…フィルタ、３４…本体、３５…フランジ、３８…接合材、３９…スペーサ。

Claims (1)

1. 本体及びフランジがコーディエライトからなるフランジ付きフィルタの製造方法において、
   本体部分のコーディエライト焼結体とフランジ部分のコーディエライト焼結体とを、コーディエライト粉末とコーディエライト原料粉末とが重量比６０：４０〜９５：５の範囲内で含まれる接合材により接合することを特徴とするフランジ付きフィルタの製造方法。

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