JP4315551B2

JP4315551B2 - セラミック成形体の乾燥装置

Info

Publication number: JP4315551B2
Application number: JP35462699A
Authority: JP
Inventors: 和也成瀬
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001172086A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック粉末及びバインダー等を含み、多数の貫通孔が長手方向に並設された柱状のセラミック成形体の乾燥装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
この排気ガスを多孔質セラミックを通過させることにより、排気ガス中のパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化するセラミックフィルタが種々提案されている。
【０００３】
セラミックフィルタは、通常、図７に示すような多孔質セラミック部材６０が複数個結束されてセラミックフィルタ５０を構成している。また、この多孔質セラミック部材６０は、図８に示すように、長手方向に多数の貫通孔６２が並設され、貫通孔６２同士を隔てる隔壁６３がフィルタとして機能するようになっている。
すなわち、多孔質セラミック部材６０に形成された貫通孔６２は、図８（ｂ）に示すように、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材６１により目封じされ、一の貫通孔６２に流入した排気ガスは、必ず貫通孔６２を隔てる隔壁６３を通過した後、他の貫通孔６２から流出するようになっており、排気ガスがこの隔壁６３を通過する際、パティキュレートが隔壁６３部分で捕捉され、排気ガスが浄化される。
【０００４】
従来、このような多孔質セラミック部材６０を製造する際には、まず、セラミック粉末とバインダーと分散媒液とを混合して成形体製造用の混合組成物を調製した後、この混合組成物の押出成形等を行うことにより、セラミック成形体を作製していた。
【０００５】
そして、次に、得られたセラミック成形体を乾燥装置に入れ、このセラミック成形体にマイクロ波を照射することによる加熱を行い、セラミック成形体中の分散媒液等を飛散させて、一定の強度を有し、容易に取り扱うことができる図９（ａ）に示すセラミック成形体の乾燥体７０ａを製造していた。
この乾燥工程の後、セラミック成形体の乾燥体７０ａは、脱脂工程及び焼成工程を経て、多孔質セラミック部材６０が製造される。
【０００６】
しかし、このような従来のセラミック成形体の乾燥方法においては、セラミック成形体の全体を均一に乾燥させることは容易ではなく、乾燥工程が進むにつれて、セラミック成形体の部分によって重量減少の割合が異なるという現象が発生する。
【０００７】
この乾燥の不均一が、セラミック成形体の内部と表面との間や下部と上部との間に生じると、乾燥後のセラミック成形体に反りや変形が発生し、更には、クラックが発生する場合もある。そこで、本発明者らは、この乾燥の不均一を防止するため、例えば、セラミック成形体の４つの側面を、分離した２つの治具で両側から包囲し、この状態で乾燥させる方法をとっていた。
【０００８】
これにより、内部と表面との間や下部と上部との間の乾燥の不均一を殆ど減少させることはできるが、セラミック成形体７０ａの長手方向の中央部と両端部分の乾燥の不均一を無くすことが困難で、中央部の方が両端部よりも乾燥しにくくなり、図９（ｂ）に示すように、乾燥後のセラミック成形体７０ｂの中央部が太く、両端部に近づくに従って細くなるという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、セラミック成形体に、乾燥の不均一に起因する変形を発生させないセラミック成形体の乾燥装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第一の本発明のセラミック成形体の乾燥装置は、セラミック粉末とバインダーと分散媒液との混合組成物からなり、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のセラミック成形体の乾燥に用いられる乾燥装置であって、搬入されたセラミック成形体を移動させるための移動床を備えるとともに、装置内を移動する上記セラミック成形体を複数の領域に区切り、それぞれの領域に異なる強度のマイクロ波を照射するため、複数の仕切り壁と複数のマイクロ波発生装置とが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、第二の本発明のセラミック成形体の乾燥装置は、セラミック粉末とバインダーと分散媒液との混合組成物からなり、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のセラミック成形体の乾燥に用いられる乾燥装置であって、搬入されたセラミック成形体を移動させるための移動床を備えるとともに、上記移動床上を移動する上記セラミック成形体に照射されるマイクロ波の一部を遮蔽するための遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、第一の本発明のセラミック成形体の乾燥装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
第一の本発明で乾燥の対象となるセラミック成形体は、セラミック粉末とバインダーと分散媒液との混合組成物からなるものである。
【００１４】
上記セラミック粉末としては特に限定されず、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化チタン、炭化チタン等の非酸化物系セラミックの粉末；アルミナ、コージェライト、ムライト、シリカ、ジルコニア、チタニア等の酸化物系セラミックの粉末等を挙げることができる。
これらのなかでは、耐熱性に優れる炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の粉末が好ましい。
【００１５】
これらセラミック粉末の粒径も特に限定されるものではないが、後の焼成過程で収縮が少ないものが好ましく、例えば、０．３〜５０μｍ程度の平均粒子径を有する粉末１００重量部と０．１〜１．０μｍ程度の平均粒子径を有する粉末５〜６５重量部とを組み合わせたものが好ましい。
【００１６】
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、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部程度が好ましい。
【００１７】
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、混合組成物の粘度が一定範囲内となるように、適量配合される。
これらセラミック粉末とバインダーと分散媒液等とは、アトライター等で混合された後、ニーダー等で充分に混練され、押出成形法等により、所定の形状に成形される。
【００１８】
第一の本発明のセラミック成形体の乾燥装置は、上記方法により作製されたセラミック成形体に、マイクロ波を照射して乾燥させる乾燥装置であって、搬入されたセラミック成形体を移動させるための移動床を備えるとともに、装置内を移動する上記セラミック成形体を複数の領域に区切り、それぞれの領域に異なる強度のマイクロ波を照射するため、複数の仕切り壁と複数のマイクロ波発生装置とが設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記移動床は、押出成形法により成形されたセラミック成形体を乾燥装置内に搬入し、一定速度で移動させ、セラミック成形体を乾燥させた後、該セラミック成形体を乾燥装置外に搬出するために設けられており、従来から使用されているベルトコンベア等により構成されている。
【００２０】
一方、仕切り壁は、セラミック成形体を複数の領域に区切り、それぞれの領域に異なる強度のマイクロ波を照射するために設けられており、２以上であればその仕切り壁の数は特に限定されず、また、その形状や配設の形態も特に限定されない。仕切り壁の具体例については、以下の具体的な乾燥装置において説明することにする。
【００２１】
図１は、第一の本発明のセラミック成形体の乾燥装置の一例を示す一部水平断面図である。
このセラミック成形体乾燥装置１０では、上記したように、搬入されたセラミック成形体を移動させるために移動床１２が設けられており、天井部分には、マイクロ波発生装置１４が配設され、さらに、マイクロ波発生装置１４から発生するマイクロ波を中央の領域Ｂと、他の領域Ａ、Ｃに区切り、それぞれの領域に異なる強度のマイクロ波を照射するために２枚の仕切り壁１３が設置されている。
【００２２】
図１に示した仕切り壁１３は、２枚であるが、例えば４枚でセラミック成形体を５つの領域に区切っていてもよい。また、図１に示した仕切り壁１３は、垂直壁であるが、少し傾いていても差し支えない。
【００２３】
この第一の本発明のセラミック成形体の乾燥装置を用いてセラミック成形体を乾燥させる際には、まず、押出成形法にて成形されたセラミック成形体１１を、長手方向が進行方向に対してほぼ垂直になるよう移動床１２に載置する。
この後、セラミック成形体１１は、装置内に搬入され、移動床１２上を一定速度で移動する。
【００２４】
なお、図示はしていないが、セラミック成形体１１は、乾燥後の反りや内部と表面の水分量の不均一等を防止するために、セラミック成形体１１の側面を上下から包囲するように構成された一対の乾燥用治具により包囲されている。ただし、マイクロ波は、この乾燥用治具を通過し、セラミック成形体１１の内部に侵入するため、マイクロ波による乾燥には支障ない。
【００２５】
中央の領域Ｂにあるマイクロ波発生装置１４は、より強いマイクロ波を発生し、両端付近の領域Ａ及びＣにあるマイクロ波発生装置１４は、より弱いマイクロ波を発生するように制御されており、これにより両端部から中央に近づくに従って段階的に強くなるように、セラミック成形体１１にマイクロ波を照射する。
【００２６】
すなわち、セラミック成形体の乾燥装置１０内に搬入されたセラミック成形体１１は、なかなか乾燥しにくい中央部分の領域Ｂにおいては強く加熱され、一方、比較的乾燥が容易な領域Ａ、Ｃの部分では、領域Ｂの部分と比較して弱く加熱され、これにより乾燥が進行する。
そして、所定時間が経過すると、セラミック成形体１１は、乾燥装置１０の外に搬出され、マイクロ波による乾燥が終了する。
【００２７】
このセラミック成形体の乾燥装置１０を用いてセラミック成形体の乾燥を行うと、乾燥しやすいセラミック成形体１１の両端部やその付近の乾燥が抑えられ、中央部の乾燥が早く進行するため、全体として、均一に乾燥が進行し、均一な厚さのセラミック成形体（乾燥体）とすることができる。
【００２８】
図２は、第一の本発明のセラミック成形体の乾燥装置の別の一例を示す一部水平断面図である。
このセラミック成形体の乾燥装置２０では、セラミック成形体１１が移動するに従って中央の領域Ｅが次第に狭くなるように、仕切り壁２３が設けられている以外は、図１に示すセラミック成形体乾燥装置１０と略同様に構成されている。
【００２９】
このセラミック成形体の乾燥装置２０では、乾燥装置２０内に搬入されたばかりの水分の多いセラミック成形体１１は、中央部を含む広い領域Ｅでより強いマイクロ波が長時間にわたって照射され、セラミック成形体１１が乾燥装置の出口に近づくに従い、弱いマイクロ波が照射される領域Ｄ、Ｅが広くなり、両端部分は、より穏やかに乾燥される。
【００３０】
このセラミック成形体の乾燥装置２０を用いると、乾燥が進むに従って、乾燥しやすい両端に近い部分は、より穏やかに乾燥されるためセラミック成形体１１に水分の分布が発生しにくく、より均一にかつ効率よく乾燥される。
【００３１】
なお、セラミック成形体の乾燥装置１０、２０において、マイクロ波発生装置のマイクロ波の強度の調整は、手動等にて随時行っても良いが、マイクロコンピュータ等の自動制御システムを内蔵する乾燥装置を用い、予めマイクロ波の強度等を自動設定をしておく方が好ましい。
【００３２】
次に、第二の本発明のセラミック成形体の乾燥装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、第二の本発明のセラミック成形体の乾燥装置の一例を示す一部水平断面図である。
このセラミック成形体の乾燥装置３０は、移動床１２を備えるとともに、単一のマイクロ波発生装置１４が配設されており、このマイクロ波発生装置１４よりセラミック成形体１１に照射されるマイクロ波の一部を遮蔽するためにアルミニウム板からなる遮蔽部材３３が、マイクロ波発生装置１４の両側にほぼ水平に配設されている。
【００３４】
第二の本発明で乾燥の対象となるセラミック成形体は、上述したものと同様のものを挙げることができる。
また、移動床１２は、図１に示したセラミック成形体の乾燥装置１０の場合と同様に構成されている。
【００３５】
遮蔽部材３３は、比較的乾燥しやすい両末端部分には、マイクロ波を長時間又は殆ど照射せず、比較的乾燥しにくいセラミック成形体１１の中央部分に長時間マイクロ波を照射するために設けられている。
【００３６】
遮蔽部材３３の材質としては、マイクロ波を遮蔽する物質であれば特に限定されず、アルミニウム板以外のものも使用することができる。
また、遮蔽部材３３は、樹脂等の表面をマイクロ波を遮蔽する物質からなるフィルムで覆うものであってもよく、樹脂等の表面にマイクロ波を遮蔽する物質の層を形成したものであっても良い。
【００３７】
また、図３では、遮蔽部材３３は、セラミック成形体１１が進行するに従って、マイクロ波が照射される領域Ｇが漸次減少するように、遮蔽部材３３の端部３３ａが逆Ｖ字形状になるように構成されているが、上記領域Ｇが一定となるように遮蔽部材３３の端部３３ａがお互いに平行になるように構成されたものであってもよい。
【００３８】
このセラミック成形体の乾燥装置３０を用いてセラミック成形体を乾燥させると、なかなか乾燥しにくい中央部分の領域Ｇは長時間にわたって強く加熱され、一方、比較的乾燥が容易な両端部分は、短時間しか加熱されない。その結果、全体として、ほぼ均一が乾燥が進行する。
【００３９】
従って、このセラミック成形体の乾燥装置３０を用いることにより、乾燥しにくいセラミック成形体の中央部付近が、両端部付近よりも長時間マイクロ波を照射されることとなり、全体として、均一に乾燥が進行し、均一な厚さのセラミック成形体（乾燥体）とすることができる。
【００４０】
【実施例】
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。
【００４１】
実施例１
平均粒子径１０μｍのα型炭化珪素粉末７０重量部、平均粒子径０．７μｍのβ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２ｃｍ／分にてセラミック成形体１１を作製した。このセラミック成形体１１は、図９（ａ）に示す形状のものであり、その大きさが３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔２１の数が３１個／ｃｍ² 、隔壁２２の厚さが０．３５ｍｍであった。
【００４２】
次に、セラミック成形体１１を、セラミック成形体１１の側面を上下から包囲するように構成された一対の乾燥用治具により包囲した状態で、図１に示した乾燥装置１０の移動床１２に載置し、領域Ｂのマイクロ波のパワーを３ｋＷ、領域Ａ及びＣのマイクロ波のパワーを１．５ｋＷに設定してセラミック成形体１１の乾燥を行った。
なお、セラミック成形体１１の乾燥装置１０内の滞在時間は、５分であり、仕切り壁１３は、セラミック成形体１１の末端から５０ｍｍの位置になるように設けられていた。
【００４３】
この後、セラミック成形体の乾燥体４０を取り出し、図４（ａ）に示すように、セラミック成形体の乾燥体４０をエリア１、エリア２、エリア３に分割し、さらに、図４（ｂ）に示すように、これらを外側のＡ部と中部のＢ部とに分け、各部における重量減少率を測定した。その結果を図５に示した。
【００４４】
実施例２
まず、実施例１と同様の条件でセラミック成形体を作製し、実施例１と同じ乾燥用治具を用いてセラミック成形体を包囲した後、図２に示した乾燥装置２０の移動床１２に載置した。
次に、領域Ｅのマイクロ波のパワーを３ｋＷ、領域Ｄ及びＦのマイクロ波のパワーを１．５ｋＷに設定してセラミック成形体の乾燥を行った。
【００４５】
なお、セラミック成形体１１の乾燥装置２０内の滞在時間は、５分であり、仕切り壁２３は、乾燥装置２０内に搬入された直後では、セラミック成形体１１の末端から５ｍｍ、乾燥装置２０外に搬出される直前では、セラミック成形体１１の末端から１００ｍｍの位置になるように設けられていた。
【００４６】
この後、セラミック成形体の乾燥体４０を取り出し、図４（ａ）に示すように、セラミック成形体の乾燥体４０をエリア１、エリア２、エリア３に分割し、さらに、図４（ｂ）に示すように、これらを外側のＡ部と中側のＢ部とに分け、各部における重量減少率を測定した。その結果を同じく図５に示した。
【００４７】
実施例３
まず、実施例１と同様の条件でセラミック成形体を作製し、実施例１と同じ乾燥用治具を用いてセラミック成形体を包囲した後、図３に示した乾燥装置３０の移動床１２に載置した。
次に、マイクロ波のパワーを３ｋＷに設定してセラミック成形体の乾燥を行った。
【００４８】
なお、セラミック成形体１１の乾燥装置３０内の滞在時間は、５分であり、遮蔽部材３３は、乾燥装置３０内に搬入された直後では、セラミック成形体１１の丁度末端部分、乾燥装置３０外に搬出される直前では、セラミック成形体１１の末端から１００ｍｍの位置に遮蔽部材の端部３３ａがくるように設けられていた。
【００４９】
この後、セラミック成形体の乾燥体４０を取り出し、図４（ａ）に示すように、セラミック成形体の乾燥体４０をエリア１、エリア２、エリア３に分割し、さらに、図４（ｂ）に示すように、これらを外側のＡ部と中側のＢ部とに分け、各部における重量減少率を測定した。その結果を同じく図６に示した。
【００５０】
比較例１
まず、実施例１と同様の条件でセラミック成形体を作製した。
次に、仕切り壁を有しない従来より用いられているセラミック成形体の乾燥装置に、上記セラミック成形体を実施例１と同じ乾燥用治具で包囲した後、乾燥装置内に載置し、マイクロ波を照射して乾燥を行った。
【００５１】
そして、乾燥開始から一定時間後にセラミック成形体の乾燥体４０を取り出し、図４（ａ）に示すように、セラミック成形体の乾燥体４０をエリア１、エリア２、エリア３に分割し、さらに、図４（ｂ）に示すように、これらを外側のＡ部と中側のＢ部とに分け、各部における重量減少率を測定した。その結果を図６に示した。
【００５２】
図５及び図６に示すグラフより明らかなように、比較例１では、各部分で重量減少率が異なっており、不均一に乾燥が行われているのに対し、実施例１〜３の場合には、各部においてほぼ均一に重量が減少していっており、本発明の乾燥装置を用いることにより、セラミック成形体を均一に乾燥させることができることが実証された。
また、実施例１〜３に記載の方法で乾燥したセラミック成形体４０の寸法を測定したが、中央部分と両端部分の側面の幅に殆ど違いはなかった。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のセラミック成形体の乾燥装置は、上述の通りであるので、この乾燥装置を用いてセラミック成形体を乾燥させることにより、セラミック成形体に変形を発生させず、全体を均一に乾燥させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック成形体の乾燥装置の一実施形態を模式的に示す一部水平断面図である。
【図２】本発明のセラミック成形体の乾燥装置の別の実施形態を模式的に示す一部水平断面図である。
【図３】本発明のセラミック成形体の乾燥装置の更に別の実施形態を模式的に示す一部水平断面図である。
【図４】（ａ）は、実施例１、実施例２及び比較例１において成形体の重量減少を測定した部分を示す斜視図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図５】実施例１及び実施例２における成形体の測定部分と重量減少との関係を示すグラフである。
【図６】実施例３及び比較例１における成形体の測定部分と重量減少との関係を示すグラフである。
【図７】セラミックフィルタを模式的に示す斜視図である。
【図８】（ａ）は、セラミックフィルタを構成する多孔質セラミック部材を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセラミックフィルタのＡ−Ａ線断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｂ）は、種々の条件で乾燥した後のセラミック成形体を模式的に示した斜視図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０セラミック成形体乾燥装置
１１セラミック成形体
１２移動床
１３、２３仕切り壁
１４マイクロ波発生装置
３３遮蔽部材
３３ａ端部
４０セラミック成形体の乾燥体
５０セラミックフィルタ
６０多孔質セラミック部材
６１充填材
６２貫通孔
６３隔壁

Claims

セラミック粉末とバインダーと分散媒液との混合組成物からなり、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のセラミック成形体の乾燥に用いられる乾燥装置であって、
搬入されたセラミック成形体を移動させるための移動床を備えるとともに、
装置内を移動する前記セラミック成形体を複数の領域に区切り、それぞれの領域に異なる強度のマイクロ波を照射するため、複数の仕切り壁と複数のマイクロ波発生装置とが設けられていることを特徴とするセラミック成形体の乾燥装置。
セラミック成形体を少なくとも中央の領域とその他の領域に区切るため、前記セラミック成形体の移動方向に平行な垂直壁からなる仕切り壁が設けられている請求項１記載のセラミック成形体の乾燥装置。
セラミック成形体を少なくとも中央の領域とその他の領域に区切り、前記セラミック成形体が移動するに従って中央部分が次第に狭くなるように垂直壁からなる仕切り壁が設けられている請求項１記載のセラミック成形体の乾燥装置。
搬入されたセラミック成形体の中央の領域に近づくに従い、段階的に強い強度でマイクロ波を照射することができるように構成されている請求項１、２又は３記載のセラミック成形体の乾燥装置。
セラミック粉末とバインダーと分散媒液との混合組成物からなり、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のセラミック成形体の乾燥に用いられる乾燥装置であって、
搬入されたセラミック成形体を移動させるための移動床を備えるとともに、
前記移動床上を移動する、前記セラミック成形体に照射されるマイクロ波の一部を遮蔽するための遮蔽部材が設けられていることを特徴とするセラミック成形体の乾燥装置。