(57)【要約】【課題】セラミックハニカム構造体を焼成するにあたり、セラミックハニカム構造体の開口端面の外径が２００ｍｍ以上、長さ２００ｍｍ以上の大型品であっても、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが生じないセラミックハニカム構造体を得る焼成方法を提供する。【解決手段】セラミックハニカム構造体を焼成するにあたり、生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末の上に載せて焼成することを特徴とするセラミックハニカム構造体の焼成方法。【選択図】　　　　図１
2004059353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックハニカム構造体を焼成するにあたり、生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末により構成される焼成台の上に載せて焼成することを特徴とするセラミックハニカム構造体の焼成方法。
【請求項２】
耐熱性無機粉末が、焼成して得られるセラミックハニカム構造体と同系統の材質であり、前記耐熱性無機粉末の平均粒径が０．００８ｍｍ以上０．３７ｍｍ以下であり、前記耐熱性無機粉末により構成される焼成台の厚さが１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックハニカム構造体の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックハニカム構造体の焼成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生素地のセラミックハニカム構造体を焼成してセラミックス製品を製造する方法として、ハニカム構造体のセル壁に生じる割れおよびセラミックハニカム構造体と棚板との付着を防止する方法として、棚板の上にトチと呼ばれる焼成台を乗せ、その上に生素地のセラミックハニカム構造体を載せて焼成する方法が知られている。ここで、トチとは、ハニカム構造体を例えば厚さ２０〜３０ｍｍになるように径方向に切断したもので、トチのハニカム構造の開口端面に生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面が当接するように載置される。
【０００３】
以下、トチを用いた従来技術について詳述する。特公平２−４００１９号公報記載の発明では、生素地セラミックハニカム構造体の両開口端面にトチを当接させる技術が開示されており、生素地セラミックハニカム構造体端面での加熱による温度分布の不均一を原因とする切れの発生を防止でき、温度上昇が早く、温度分布が均一な焼成を可能とし、生産性を高くできるとしている。また特公平１−５４６３６号公報記載の発明では、外縁に面取りを施したトチを生素地のセラミックハニカム構造体に載置させる技術が開示されており、生素地ハニカム構造体の開口下端面の外縁部にトチと接触しない部分を設けることにより、生素地ハニカム構造体トチとの接触面で起こる摩擦抵抗力が軽減され、生素地ハニカム構造体の外縁部に特に多い切れの発生を防止できるとともに、生素地ハニカム構造体を充分均一に加熱することができ、また、昇温速度を高めることができるとしている。ここで、トチは生トチでも万年トチでも良いとされているが、生トチは一度しか使用できないため経済的でない。さらに、特開平７−２０８８７３号公報記載の発明では、凸形状のトチを焼成台として採用する技術が開示されており、焼成収縮する際、被焼成体の外縁部分のトチと被焼成体の接触面で摩擦抵抗力を無くすことができることによりクラックのないセラミックハニカム体の焼成が可能となるとともに、被焼成体はグラグラ揺れること無く安定して保持されるので、処理と取扱が容易になるとしている。
【０００４】
トチ以外の焼成台としては、特開平５−８５８３４号公報記載の発明では、生素地ハニカム構造体の開口端面を、主成分が耐熱性無機繊維からなり、嵩密度が１．００ｇ／ｃｍ３以上のセラミック板の上に載せて焼成する方法が開示されており、焼成台の熱変形によるハニカム構造体のリブよれ、端面変形およびこれから発生する端面クラックを減少させ、焼成台の長寿命化を達成でき、ハニカム構造体の寸法上下差を減少することができるとしている。また、特開平６−８１７９７２号公報記載の発明では、結晶相の主成分の組成がコージェライト５５〜８５重量％、ムライト１５〜４５重量％からなる敷板を焼成台とする方法が開示されており、従来のトチ等の敷板に比べて、耐熱性が向上し、敷板の熱変形やシリカ成分の融出によるハニカム構造体下端面の変形、リブよれや、クラックの発生が抑止でき、さらにハニカム構造体下端面の変色を生じさせずに、生素地セラミックハニカム構造体を焼成することができるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術に記載のいずれの焼成台を使用しても、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが発生するという問題が完全には解消できなかった。特に、近年排ガス規制が厳しくなりつつあるディーゼルエンジンの排ガス浄化に用いられる様な、外径２００ｍｍ以上、長さ２００ｍｍ以上の大型セラミックハニカム構造体の場合、ハニカム構造体の自重が大きくなることから、ハニカム構造体が焼成収縮する際に、セラミックハニカム構造体と焼成台との当接面に発生する摩擦抵抗力が大きくなるため、セラミックハニカム構造体の開口端面に割れが発生し易いという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、セラミックハニカム構造体を焼成するにあたり、セラミックハニカム構造体の開口端面の外径が２００ｍｍ以上、長さが２００ｍｍ以上の大型品であっても、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが生じないセラミックハニカム構造体の焼成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、セラミックハニカム構造体の開口端面と当接する焼成台を種々検討し、セラミックハニカム構造体の開口端面の外径と焼成台との関係について鋭意研究を行った。その結果、焼成台として耐熱性無機粉末を用いることにより、セラミックハニカム構造体の外径が２００ｍｍ以上、長さが２００ｍｍ以上の大型品であっても、焼成台との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが発生しないセラミックハニカム構造体を得ることができるとの知見を得て、本発明に想到した。
【０００８】
具体的には、本発明は、セラミックハニカム構造体を焼成するにあたり、生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末により構成される焼成台の上に載せて焼成することを特徴とする。生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末により構成される焼成台の上に載せて焼成することにより、ハニカム構造体のセル壁で囲まれる流路の方向が概略重力方向に一致するため、焼成過程に於いてハニカム構造体が軟化してもセル壁の変形が発生しにくくなるのと共に、焼成過程においてセラミックハニカム構造体の膨張収縮が発生した際に、焼成台を構成する耐熱性無機粉末の個々の粒子の移動が可能であることから、セラミックハニカム構造体と耐熱性無機粉末との膨張収縮量の違いがあってもセラミックハニカム構造体当接面の耐熱性無機粉末がセラミックハニカム構造体の膨張収縮に伴い一部移動し、発生する摩擦抵抗力が緩和され、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが発生しにくくなるからである。
【０００９】
本発明において耐熱性無機粉末の材質としては、コージェライト、ムライト、アルミナ、シリカ、炭化珪素、窒化珪素等の耐熱性の高い粉末、あるいはこれらの混合粉末が、焼成時の高温に曝されても変形しにくいことから適している。
さらには、耐熱性無機粉末が、焼成して得られるセラミックハニカム構造体と同系統の材質であると、焼成台とセラミックハニカム構造体との熱膨張係数差が小さくなり、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面に生じる摩擦抵抗力の緩和効果が大きくなるため、好ましい。ここで、同系統の材質であるとは、例えば、焼成して得られるセラミックハニカム構造体がコージェライトを主成分とする場合は、耐熱性無機粉末もコージェライトを主成分とすることを意味する。ここで、耐熱性無機粉末は、その全量が焼成して得られるセラミックハニカム構造体と同系統の材質である必要は必ずしもなく、少なくとも１０質量％以上が焼成して得られるセラミックハニカム構造体と同系統の材質であれば、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面に生じる摩擦抵抗力が緩和されるため、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが発生しにくくなる。
【００１０】
また、本発明において、前記耐熱性無機粉末の平均粒径が０．００８ｍｍ以上０．３７ｍｍ以下であることが好ましい。耐熱性無機粉末の平均粒径が０．００８未満であると、微細な粉末であることから焼成炉内部のガス流により粉末が周囲に拡散してしまうこともあるため、焼成台としての機能を果さなくなる場合もあるからである。一方、耐熱性無機粉末の平均粒径が０．３７ｍｍを超える場合、耐熱性無機粉末個々の粒子の移動抵抗が大きくなり焼成台である耐熱性無機粉末とセラミックハニカム構造体との当接面に生じる摩擦抵抗力の緩和が不十分となるため、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れを発生させることもあるからである。耐熱性無機粉末の平均粒径は、上記の理由から、０．０２ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下がより好ましい範囲である。
本発明において、焼成台を構成する耐熱性無機粉末の粒子形状が、略球形状のように丸みを帯びていることがより望ましい。粒子形状が、略球形状のように丸みを帯びていることにより、略球形状粉末の転がり作用により、耐熱性無機粉末の個々の粒子の移動がより容易になり、耐熱性無機粉末で構成される焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面に生じる摩擦抵抗力をより小さくできるため、焼成台との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面の割れ防止により有効に作用するからである。
【００１１】
また、本発明においては、耐熱性無機粉末で構成される焼成台の厚さを１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とすることが望ましい。焼成台の厚さが１ｍｍ未満であると、耐熱性無機粉末の下に敷かれる棚板の種類によっては、耐熱性無機粉末の一部が棚板との界面で化学反応を起こし耐熱性無機粉末が棚板に固着する場合もあるため、セラミックハニカム構造体と耐熱性無機粉末との当接面に生じる摩擦抵抗力の緩和が不十分となり、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に割れが発生する場合もあるからである。一方、焼成台の厚さが５０ｍｍを超えると、セラミックハニカム構造体の長さに対する焼成台の厚さが無視できなくなり、生素地セラミックハニカム構造体の焼成炉内への搭載量が減少するため製造コストが上昇するという悪影響が発生するからである。なお、耐熱性無機粉末で構成される焼成台の厚さは、上記の理由から、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下がより好ましい範囲である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態により説明する。
予めコージェライト組成に配合したセラミック原料粉末、成形助剤、および添加剤を混合、混練、押出成形、乾燥して生素地のハニカム構造体を得た。一方、別途焼成台を構成するための耐熱性無機粉末として、平均粒径が０．４ｍｍ、０．３７ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１２ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．００８ｍｍ、０．００５ｍｍのコージェライト粉末、および平均粒径が０．１２ｍｍのムライト粉末、平均粒径が０．１２ｍｍのアルミナ粉末、平均粒径が０．１２ｍｍのシリカ粉末をそれぞれ用意した。また、平均粒径０．１２ｍｍのコージェライト粉末、平均粒径０．１２ｍｍのムライト粉末、平均粒径０．１２ｍｍのアルミナ粉末を表２に示す配合比で混合して、これらが混合された耐熱性無機粉末を準備した。そして、図１及び図２に示すように、これら各耐熱性無機粉末５をハニカム構造体の焼成棚板４上に載せてヘラ等で平坦に一定厚さ６とした焼成台２の上に前記生素地のハニカム構造体１を載せ、バッチ式焼成炉による焼成を行った。一方、本発明に対する比較例の焼成台として、コージェライト生素地のハニカム構造体からなる厚さ１０ｍｍのトチ、焼成済みのコージェライト質のハニカム構造体からなる厚さ１０ｍｍのトチ、シリカ・アルミナ質の耐熱性無機繊維板をそれぞれ用意し、これら焼成台の上に前記生素地のハニカム構造成形体の開口端面を載せて配置し、バッチ式焼成炉による焼成を行った。焼成は１４００℃で行い、セル壁の厚さが０．３ｍｍ、セルピッチが１．４６ｍｍのセル構造を有する直径φ３００ｍｍ、長さ４００ｍｍのコージェライト質セラミックハニカム構造体を得た。焼成後、セラミックハニカム構造体の焼成台に接触している開口端面について割れの目視検査を実施し、セルが２ヶ所以上連続して切断しているものを割れと判定した。開口端面の割れ発生率は、焼成台との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面について割れが認められた焼成体数の、同条件で試験を実施した焼成体数に対する比率として求めた。
【００１３】
焼成台の種類と割れ発生率との関係を、表１および表２に示す。
【００１４】
【表１】
2004059353.tif 000003
【００１５】
【表２】
2004059353.tif 000004
【００１６】
表１から、焼成台としてトチ、および耐熱性無機繊維板を用いた比較例１〜３対し、耐熱性無機粉末を用いた実施例１〜２０では割れ発生率が実使用上問題無い範囲である２０％以下であることがわかる。割れ発生率は、耐熱性無機粉末の厚さが１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるとさらに低く、さらには耐熱性無機粉末の厚さが５ｍｍ以上であるとより低いことが判る。また、耐熱性無機粉末の平均粒径が０．００８ｍｍ以上０．３７ｍｍ以下であると割れ発生率が低く、さらには耐熱性無機粉末の平均粒径が０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であるとより低いことが判る。また、耐熱性無機粉末の材質については、実施例８〜１１においてコージェライト、ムライト、アルミナ、シリカのいずれを用いた場合でも割れ発生率は、０〜２．５％であったが、なかでもセラミックハニカム構造体と同系統の材質の粉末であるコージェライトを用いた実施例８では、割れ発生率が最も低いことがわかる。さらには、表２から、耐熱性無機粉末を混合して作成した焼成台の場合では、セラミックハニカム構造体と同系統の材質の粉末であるコージェライトを１０質量％以上含む焼成台を用いることが、割れの低減に有効であることが判る。
【００１７】
以上の結果より、生素地のセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末の上に載せる焼成方法は、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるハニカム構造体の開口端面に発生する割れの低減に有効であることが判る。
【００１８】
以上、本発明につき、実施の形態をもとに説明したが、本発明はこれに限定されず、技術思想の範囲で応用可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明のとおり、本発明のセラミックハニカム構造体の焼成方法は、耐熱性無機粉末を焼成台として用いることにより、焼成台とセラミックハニカム構造体との当接面であるセラミックハニカム構造体の開口端面に生じる摩擦抵抗力が緩和され、大型のセラミックハニカム構造体であっても、ハニカム構造体の開口端面に割れを発生させることなく良品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるセラミックハニカム構造体の開口端面を耐熱性無機粉末に載せた焼成方法を示す図である。
【図２】本発明に係わる耐熱性無機粉末により構成される焼成台を示す図である。
【符号の説明】
１　セラミックハニカム構造体
２　焼成台
３　当接面
４　棚板
５　耐熱性無機粉末
６　耐熱性無機粉末の厚さ
【図１】
2004059353.tif 000005
【図２】
2004059353.tif 000006