(57)【要約】【課題】  セラミックハニカム成形体の焼成用載置台を改良し、多数のセラミックハニカム成形体を効率よく、均一に脱脂可能として、焼成時間を短縮し、エネルギー費を低減する【解決手段】  セラミックハニカム成形体１１を載置する載置面２を、棒状形状の複数の支持部材２１を並列配置した構成とする。載置面２は隣り合う支持部材２１の間に、通気用の開口部２２を有し、セラミックハニカム成形体１１の軸方向端面を当接支持する。複数の載置面２積層して固定部材３で固定し、固定部材３に車輪４を設けることで、軽量で通気性の良好な台車１とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に並設した多数のセルを有するセラミックハニカム成形体を載置して焼成するための載置台であって、
棒状形状の複数の支持部材と、
この複数の支持部材を並列配置してなる載置面と、
該載置面を構成する各支持部材を保持固定する固定部材とを備え、
上記載置面は、隣合う上記支持部材の間に通気用の間隙を形成し、かつ焼成しようとする上記セラミックハニカム成形体の軸方向端面を上記支持部材の上部表面にて当接支持可能に、上記複数の支持部材を間隔を有して配置することにより形成されることを特徴とするセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【請求項２】
上記複数の支持部材は、少なくとも上記セラミックハニカム成形体に当接する上部表面が、平面、曲面または凹凸面である請求項１記載のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【請求項３】
上記複数の支持部材は、略矩形、略円形、略楕円形または略Ｈ形の断面形状、または中空形状である請求項２記載のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【請求項４】
上記載置面を、上下方向に間隔をおいて複数積層した多層構造を有する請求項１ないし３のいずれか記載のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【請求項５】
上記載置面を移動可能に支持する複数の車輪を有する請求項１ないし４のいずれか記載のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【請求項６】
上記複数の支持部材は、セラミックよりなる請求項１ないし５のいずれか記載のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【請求項７】
上記複数の支持部材は、ＳｉＣ製である請求項６記載のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックフィルタやセラミック担体等に適用されるセラミックハニカム成形体を焼成する際に、セラミックハニカム成形体を搭載支持する載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両エンジンの排気通路に設置されるパティキュレートフィルタのフィルタ基材や、排ガス浄化触媒の担体として、コーディエライト等からなるセラミックハニカム構造体が用いられている。セラミックハニカム構造体は、一般的に、セラミック原料に有機バインダー等の助剤と水を加えて混練し、得られた坏土を押出成形して、軸方向に並設した多数のセルを有するハニカム形状の成形体としたものを、乾燥後、焼成することにより製造される。
【０００３】
セラミックハニカム成形体を焼成する場合には、通常、セラミック製の平板を棚板として用い、その上にセラミックハニカム成形体を載置する。この状態で焼成炉内に配置し、加熱して、所定の焼成温度まで昇温させ、所定の時間保持することで焼結体を得ている。複数のセラミックハニカム成形体を同時に焼成する場合には、成形体を載置した複数の棚板を、さらに上下に積層して載置台とすることができる。このような載置台は、例えば、特許文献１、２に記載されている。また、特許文献３には、プラグ用絶縁体のような小型部品用として、成形体を充填する容器状セラミック鞘よりなる焼成用治具を備えた焼成装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−５１４６９号公報
【特許文献２】特開２００４−７５４５８号公報
【特許文献３】特開２０００−１００５４６号公報
【０００４】
図５（ａ）は、多数のセラミックハニカム成形体１１を同時焼成する際に使用される載置台１００の一例を示す概略図である。載置台１００は、平板状の棚板１０１を上下方向に複数積層した構成であり、各棚板１０１の上面には、それぞれ複数のセラミックハニカム成形体１１が、軸方向を上下方向として載置されている。複数の棚板１０１は四隅に配した支柱１０２によって互いに連結される。
【０００５】
ところで、バインダーを含む有機助剤は、成形体を焼成温度まで徐々に昇温する過程で分解し、燃焼して除去される（脱脂工程）。この時、分解または燃焼により発生するガスが、速やかに拡散せずにセラミックハニカム成形体のセル内に滞留すると、成形体の温度が不均一になり、温度差による応力でクラックが発生するおそれがある。特に、セラミックハニカム成形体の底面側では、棚板との接触によりセル開口が閉塞されているために、脱脂ガスが拡散しにくい。このため、通常は脱脂工程における昇温速度を小さくして温度差を抑制しており、焼成時間が長くなる要因となっている。
【０００６】
一方、電子部品等の小型セラミックの焼成において、被焼成体との接触による変形や汚染を防止する目的で、表面に凹凸を有する棚板を用いることが知られている。例えば、特許文献４には、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、載置面に複数のＶ字溝１０５を、１方向または２方向に平行に形成した焼成用セッター１０４、１０６が記載されている。そこで、セラミックハニカム成形体の焼成においても、例えば図５（ｂ）のような平行溝を設けた波板状の棚板を用いて接触面積を小さくし、通気性を向上させて、底面側からのガス拡散を促すことが考えられる。
【特許文献４】特開２００４−２５０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、棚板形状の変更により、底面側からのガス拡散は可能になるものの、必ずしも十分な効果が得られるとはいえなかった。これは、通気性を確保するには、棚板の溝幅や深さを大きくするのがよいが、棚板の強度低下をまねくことから、溝幅や深さの上限が制限されてしまうことによる。一方、十分な大きさの溝とするには、棚板を厚くすればよいが、これに伴い載置台重量が増加するだけでなく、供給した熱が棚板に奪われるため、焼成炉の加熱に必要な燃料が増加し、エネルギー費の増大をまねく不具合がある。
【０００８】
しかも、図５（ａ）のように、複数の棚板１０１を積層配置して、多数のセラミックハニカム成形体１１を同時焼成する場合には、複数の棚板１０１によって焼成炉内が上下方向に区画されるために、焼成炉内全体が均一な雰囲気となりにくい。その結果、焼成炉内の位置により雰囲気にばらつきが生じたり、温度差が生じやすくなって、製品の品質を低下させるおそれがあった。
【０００９】
これに対し、例えば、特許文献１では、マイクロ波加熱炉を用いるとともに、載置台を特定の材質とすることで対応しているが、通常のガス焼成炉等には適用できない。特許文献２のように、さらに対流・輻射加熱手段を設けて温度制御することもできるが、装置構成が複雑化する。
【００１０】
また、特許文献３では、成形体を箱形の焼成用治具に充填してローラコンベア上を搬送しながら焼成することで、焼成ばらつきを低減している。しかしながら、この方法は焼成用治具を段積みせず、平置きすることを前提としており、棚板を積層した構造に適用することはできない。特に載置台重量が増加するだけでなく、供給した熱が棚板に奪われるため、焼成炉の装置が大がかりであり、また、セラミックハニカム成形体は、バインダーの燃焼により基材強度が大幅に低下するため、搬送しながら焼成することは難しい。
【００１１】
このため、通常は、図５（ａ）のように、載置台１００の通気性を良くするために、セラミックハニカム成形体１１を間隔を空けて棚板１０１上に配置し、さらに上下方向にも十分な間隔を空けて棚板１０１を積層する必要がある。さらに、載置台１００と載置台１００の間にも、通気用の空間１０３を形成して、分解ガスや雰囲気ガスが流通可能な構成とする必要があり、焼成炉内のスペースを十分活用することができなかった。
【００１２】
本発明は上記のような問題点を解決するために、セラミックハニカム成形体を焼成する際に用いられる載置台を改良し、焼成炉内で多数のセラミックハニカム成形体を効率よく、均一に脱脂可能として、焼成時間を短縮し、エネルギー費を低減すること、そして、高い品質と生産性の向上を両立させ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】
【００１３】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、軸方向に並設した多数のセルを有するセラミックハニカム成形体を載置して焼成するための載置台であって、棒状形状の複数の支持部材と、この複数の支持部材を並列配置してなる載置面と、該載置面を構成する各支持部材を保持する固定部材とを備える。上記載置面は、隣合う上記支持部材の間に通気用の間隙を形成し、かつ焼成しようとする上記セラミックハニカム成形体の軸方向端面を上記支持部材の上部表面にて当接支持可能に、上記複数の支持部材を間隔を有して配置することにより形成される。
【００１４】
上記構成によれば、セラミックハニカム成形体を支持しながら、載置面の通気性を大幅に向上させることができる。よって、焼成雰囲気を均一にし、脱脂ガスを良好に拡散させて、焼成時間を短縮することができる。しかも、軽量であるので、エネルギー費を大幅に低減して、高い品質と生産性を両立させることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、上記複数の支持部材は、少なくとも上記セラミックハニカム成形体に当接する上部表面を、平面、曲面または凹凸面状とする。
【００１６】
当接面が平面であると安定して支持することができる。あるいは、曲面または凹凸面状とすることで、接触面積を小さくすることができる。
【００１７】
請求項３の発明では、上記複数の支持部材は、略矩形、略円形、略楕円形または略Ｈ形の断面形状、または中空形状である。
【００１８】
略矩形とすると成形体を安定して支持できる。また、略円形、略楕円形または略Ｈ断面形状とすると、さらに接触面積を小さくすることができる。中空形状とすることで、より軽量化することができる。
【００１９】
請求項４の発明では、上記載置面を上下方向に間隔をおいて複数積層した多層構造を有する。
【００２０】
載置面が軽量であるので容易に積層構造とすることができ、多数のセラミックハニカム成形体を同時焼成することができる。
【００２１】
請求項５の発明では、上記載置面を移動可能に支持する複数の車輪を有する。              
【００２２】
移動可能な台車構造とすることで、搬送が容易になり、脱脂工程と焼成工程を連続的に行うことができる。
【００２３】
請求項６の発明のように、上記複数の支持部材は、セラミック製とすることができる。好適には、請求項７の発明のように、上記複数の支持部材を、高強度のＳｉＣ製とすると、支持部材をより細くして開口面積をより広くすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の焼成用載置台は、セラミックハニカム成形体を載置して焼成するためのもので、軽量かつ良好な通気性を有しており、焼成雰囲気の均一化とセラミックハニカム成形体内で発生する脱脂ガスの良好な拡散を可能にする。焼成により得られるセラミックハニカム構造体は、排気微粒子捕集用のセラミックフィルタや排ガス浄化触媒用のセラミック担体等として好適に使用することができる。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明を適用した焼成用載置台としてのビーム台車１の全体構成を示す概略図であり、図１（ｂ）〜（ｃ）は、その部分拡大図である。図１（ａ）において、ビーム台車１は、セラミックハニカム成形体１１を載置する複数の載置面２と、これら載置面２を保持固定する固定部材３とを備え、固定部材３に設けた複数の車輪４にて移動可能に構成されている。固定部材３は、基体３１の底面に複数の車輪４を回転自在に保持し、基体３１の上面に固定した４本の支柱３２（図にはうち２本のみを示す）にて載置面２を保持している。セラミックハニカム成形体１１は、ビーム台車１に搭載された状態で、詳細を図２（ａ）〜（ｂ）により後述する焼成炉５内に搬送され、焼成される。
【００２６】
図１（ｂ）〜（ｃ）に示すように、各載置面２は、棒状形状の複数の支持部材２１を、等間隔で平行に配置してなる。載置面２を構成する各支持部材２１は、セラミック製の棒状部材（ビーム）よりなり、支持部材２１間には、通気用の間隙となる開口部２２が形成される。セラミックハニカム成形体１１は、円筒状の外筒内部に多数のセル１２を軸方向に並設した構造を有し、多数のセル１２が開口する一端面（図の底面）１３が、載置面２に当接支持される。ここでは、例えば、各セラミックハニカム成形体１１が、開口部２２を挟んで隣合う複数の支持部材２１にて支持されるように配置している。この時、図１（ｃ）のように、隣合う支持部材２１間に形成される開口部２２を介して、セラミックハニカム成形体１１の多数のセル１２が外部（焼成炉内空間）に連通し、通気可能となる。
【００２７】
本実施形態では、支持部材２１として、例えば、略矩形の断面形状を有するＳｉＣ（炭化珪素）製のビームを用いる。このように、支持部材２１を矩形とすると、セラミックハニカム成形体１１との接触面が平面となり、通気性を確保しつつ、安定した支持が可能となる。また、支持部材２１を固定部材に保持させる際の安定性も向上する。支持部材２１の材質は、特に限定されるものではないが、高強度のＳｉＣを用いると、載置面２の強度が向上するので大型化が可能であり、あるいは、支持部材２１を細くして軽量化を図ったり、開口部２２を広げて通気性を向上させることができる利点がある。その他のセラミック材料、例えば、コーディエライト、ムライト、アルミナ等を用いることもでき、セラミックハニカム成形体１１の種類等に応じて、適宜選択すればよい。
【００２８】
ビーム台車１の載置面２の大きさや積層数、載置面２を構成する複数の支持部材２１の間隔（すなわち開口部２２の大きさ）等は、搭載しようとするセラミックハニカム成形体１１の数や大きさ、焼成炉５の大きさ等に応じて任意に設定することができる。図３（ａ）に示すように、各載置面２は、セラミックハニカム成形体１１に対して十分大きく形成され、セラミックハニカム成形体１１の外周径よりもやや小さい間隔で、複数の支持部材２１を平行配設すると、セラミックハニカム成形体１１の外周部の２箇所を隣り合う２つの支持部材２１にて安定して支持できる。複数の支持部材２１の間隔をより狭くして、セラミックハニカム成形体１１を３つ以上の支持部材２１にて支持するようにしてももちろんよい。
【００２９】
支持部材２１は、強度が保てる範囲でできるだけ細く形成すると、相対的に開口部２２の幅を広くすることができる。例えば、ＳｉＣ製ビームを用いた場合には、支持部材２１の上面の幅を約２０〜４０ｍｍの範囲とするとよく、セラミックハニカム成形体１１との接触面積を小さくしてセルを外部に開放させ、脱脂ガスの抜けを良好にすることができる。また、接触に伴う焼成不良等が生じにくくなる。セラミックハニカム成形体１１は、隣り合うセラミックハニカム成形体１１との間に、通気可能な間隔が形成されるように、載置面２上に適宜配置される。本発明では、載置面２の開口部２２が十分大きく、また、上下方向にも十分な空間を有するので、セラミックハニカム成形体１１を載置面２上に比較的密に配置することができる。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、載置面２を保持する固定部材３は、支持部材２１の幅方向に延びる棒状形状の固定部３３を有している。固定部３３は、対向する一対の支柱３２間（図には一方のみを示す）に架設されており、その平坦な上面に、載置面２を形成する複数の支持部材２１の一端を支持している。支持部材２１の他端も、同様の固定部（図示せず）に支持されている。この時、図示するように、固定部３３上面に多数の線状突起を設けて、支持部材２１の係止部３４とすると、位置決めが容易にできる。係止部３４となる線状突起は、例えば、固定部３３の幅方向に、支持部材２１の幅と略同じ間隔で設けられ、隣接する一対の係止部３４間に支持部材２１を保持するようになっている。このようにすると、セラミックハニカム成形体１１の大きさに応じて、支持部材２１の係止位置を容易に変更し、開口部２２の大きさを調整することができる。
【００３１】
なお、支持部材２１の間隔を任意に変更したい場合には、係止部３４を設ける必要は必ずしもない。また、係止部３４の形状や固定方法も、図示される構成に限らず、任意に変更することができる。支持部材２１の間隔は、例えば、焼成しようとするセラミックハニカム成形体１１の直径の２／３以下とするのがよい。
【００３２】
また、本実施形態では、支持部材２１を略矩形断面形状としたが、円形、楕円形や三角形、その他、表面に凹凸を有する形状など、任意の形状とすることができる。図４（ａ）は、支持部材２１を中空の略矩形断面形状としたもので、中空とすることでより軽量化を図ることができる。あるいは図４（ｂ）に示すように、略Ｈ断面形状とすると、セラミックハニカム成形体１１と接触する上面の面積をより小さくすることができる。図４（ｃ）に示すように、中空の円形断面形状とすると、当接面が曲面となり、さらにセラミックハニカム成形体１１との接触面積を小さくするとともに、軽量化が可能である。これらの形状においても、支持部材２１の大きさ（幅、高さまたは径）は、上述した約２０〜４０ｍｍ程度とするのがよく、例えば、図４（ａ）は２５×２０ｍｍ（幅×高さ）、図４（ｂ）は２５×３５ｍｍ（幅×高さ）、図４（ｃ）は２５ｍｍ（径）とすることができる。
【００３３】
セラミックハニカム成形体１１の基材セラミックは、特に制限されるものではなく、例えば、コーディエライト、アルミナ、シリカ、チタニア、窒化珪素、炭化珪素といった酸化物、窒化物、炭化物等の種々のセラミック材料を使用することができる。好適には、コーディエライト（理論組成：２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）を主として含有するものを用いると、低熱膨張で耐熱衝撃性の高いフィルタや触媒担体を得ることができる。コーディエライトの原料には、水酸化アルミニウム、シリカ、タルク、カオリン、アルミナ等が使用され、これらコーディエライト化原料を予めコーディエライト組成となるように配合してセラミック原料粉末とする。
【００３４】
セラミックハニカム成形体１１は、このセラミック原料粉末に、有機バインダーを含む成形助剤と水を所定割合で配合し、混合、混練して得た成形用坏土を、公知の押出成形機を用いてハニカム形状に押出成形することにより得られる。有機バインダーには、例えばメチルセルロース等の通常公知のものを使用することができ、また、造孔材や潤滑剤その他の助剤等を適宜添加してもよい。造孔材は、フィルタ基材の気孔率、気孔径等を制御するためのもので、セラミックハニカム成形体１１の焼成過程で焼失し、その体積分が気孔となる。
【００３５】
セラミックハニカム成形体１１は、さらに、公知の乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定の寸法に切断したものを、上記図１に示した本発明のビーム台車１に載置して焼成する。この時、図１（ｃ）のように、載置面２上に、リング状のセッタ１４を介してセラミックハニカム成形体１１を配置すると、セラミックハニカム成形体１１が支持部材２１に直接接触することによる焼成不良等の不具合を回避することができる。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｂ）は、トンネル炉構造の焼成炉５であり、炉本体５１内にビーム台車１が搬送される搬送部５２を有している。図２（ｂ）において、搬送部５２上部には加熱用のガスバーナ５４が、下部側面には通気口５３が設けられて、雰囲気ガスが循環するようになっており、燃焼排気ガスは、炉本体５１の頂面に設けたブロワ５５によって強制排気される。ガスバーナ５４の対向位置には、外気導入用の導入管５６が設けられる。ビーム台車１は、図２（ｂ）に示すように、焼成炉５の入口５ａ側から内部に搬送され、図示しないレール上を移動しながら、出口側へ向かう。焼成炉５内は、各部位が所定の温度となるように温度センサ等を用いて温度制御され、図示の脱脂工程領域を通過する間に、所定の昇温速度で徐々に昇温される。その後、焼成工程領域において、所定の焼成温度で所定時間保持されることにより、セラミックハニカム構造体が得られる。
【００３７】
この昇温工程、特に、セラミックハニカム成形体１１に添加された有機バインダー等の有機物が分解、燃焼する脱脂温度領域において、セラミックハニカム成形体１１内で脱脂ガスが発生する。本発明では、セラミックハニカム成形体１１を載置するビーム台車１の載置面２が、大きな開口部２２を有するので、この脱脂ガスの拡散が良好に行われ、内部に溜まることがない。また、上下に載置面２が積層された構造であっても、各載置面２の開口部２２によって、通気性が損なわれることがないので、外部に抜けた脱脂ガスが、速やかに排気される。よって、焼成炉５内全体が均一な雰囲気となり、多数のセラミックハニカム成形体１１を効率よく、均一に脱脂することができる。これにより、焼成時間を短縮し、しかも温度差による焼成不良の発生を抑制して、エネルギー費を低減することができる。
【００３８】
表１、２は、上記ビーム台車１を用いてセラミックハニカム成形体１１を焼成した時の、焼成不良（割れ）の発生比率を、従来の平板状の棚板または波板状の棚板を用いた場合と比較して示したものである。表１は焼成時間を５５時間とした場合、表２は焼成時間を７２時間とした場合である。また、表中の高さは、波板の溝の高さであり、高さ０ｍｍは平板状の棚板である。表１に明らかなように、焼成時間が短い場合には、平板状の棚板あるいは、溝の高さが８ｍｍより低い波板状の棚板では、通気性が不十分であるために温度差によりクラックが発生しやすい。また、表２のように、焼成時間を長くして脱脂に時間をかけることで、クラックを抑制することは可能であるが、加熱に要するエネルギー費が増大する。これに対し、ビーム台車１を用いた本発明では、焼成時間を短縮しても、クラックの発生がなく、しかもビーム台車１の軽量化により加熱に無駄なエネルギーが消費されないので、高い品質と生産性の向上を両立させることができる。
【表１】
2008120653.tif 000003
【表２】
2008120653.tif 000004
【００３９】
また、ビーム台車１を用いることで、図２に示したようなトンネル炉を搬送させながら脱脂工程と焼成工程を連続的に行うことができ、作業効率が大幅に向上する。さらに、軽量の支持部材２１を用いて載置面２を構成しているので、載置面２を積層することにより、多くのセラミックハニカム成形体１１を同時焼成することができる。なお、上記実施形態では、載置面２を二段に積層したビーム台車１を示したが、これに限らず三段以上とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は本発明のセラミックハニカム成形体の焼成用載置台であるビーム台車の全体構成概略図、（ｂ）は載置面の上方視図で（ａ）の部分拡大斜視図、（ｃ）は載置面の下方視図で（ａ）の部分拡大斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はセラミックハニカム成形体の焼成工程において使用される焼成炉の概略構成図である。
【図３】（ａ）はビーム台車の載置面の部分拡大図、（ｂ）はビーム台車の固定部材構造を説明するための部分拡大図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は支持部材の断面形状の他の例を示す図である。
【図５】（ａ）は従来の載置台構成を示す図、（ｂ）は従来の棚板構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ビーム台車（焼成用載置台）
１１  セラミックハニカム成形体
１２  セル
２  載置面
２１  支持部材
２２  開口部
３  固定部材
３１  基体
３２  支柱
４  車輪
５  焼成炉
【図１】
2008120653.tif 000005
【図２】
2008120653.tif 000006
【図３】
2008120653.tif 000007
【図４】
2008120653.tif 000008
【図５】
2008120653.tif 000009