JP2008110541A - ハニカム成形体の製造方法および乾燥装置 - Google Patents

ハニカム成形体の製造方法および乾燥装置 Download PDF

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Abstract

【課題】乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体が過乾燥することを防止する。
【解決手段】高湿雰囲気でハニカム成形体10にマイクロ波を照射することによりハニカム成形体10を乾燥するハニカム成形体の製造方法において、セラミック成形材料と、成形補助剤としてのバインダと、水とを含んで混合、および混練りしてハニカム状に形成し、ハニカム成形体10を形成するハニカム成形体形成工程と、ハニカム成形体10を乾燥する乾燥工程とを備え、乾燥工程では、マイクロ波の照射領域内に、液体が循環する過乾燥保護部材55を配置している。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハニカム成形体の製造方法および製造装置に関し、例えば内燃機関の排気ガス浄化装置における触媒担体やフィルタに用いるセラミックハニカム構造体を得るためのハニカム成形体の乾燥方法およびその乾燥装置に適用して好適なものである。
従来より、内燃機関の排気ガス浄化装置における触媒担体やフィルタとして、セラミックハニカム構造体が用いられている。このセラミックハニカム構造体は、タルクなどのコージェライト形成原料と、成形補助材としてのバインダ等とから調製された原料混合物を押出し成形機によりハニカム状に成形し、そのハニカム成形体を乾燥し、その後、ガス炉等の成形炉にて焼成することによって得ることができる。
この乾燥時において、ハニカム成形体(以下、ワーク)の外周縁部(以下、外周スキン部)の割れやしわ等が生じるおそれがあるため、各種の乾燥方法が提案されている(特許文献1等)。
特許文献1の開示する技術では、押出し成形により形成された軟質なワークを、湿度が70%以上の高湿度雰囲気にさらすと共に、周波数300MHz〜30GHz領域のマイクロ波による電磁波エネルギを照射することにより、ワークの外周スキン部側が変形するような急激な乾燥を防止している。この技術では、乾燥前のワーク中の水分の10〜20%がまだ残存している程度までの乾燥を、乾燥槽内にて高湿度雰囲気でのマイクロ波加熱によって行ない、その後、乾燥槽の外部で、水分含有量が5%以下となるように熱風で乾燥を行っている。
また、この技術では、ベルト式等のコンベアによりなる搬送装置を用いて、乾燥槽内に、軟質なワークを、連続的に投入し、排出しつつ乾燥させている。
なお、上記押出し成形機において、原料混合物の混合し混練された状態に応じて押出し速度が変化するため、例えばワイヤ切断により切断されるワーク寸法、すなわち軟質なワークの長さがばらつくので、乾燥槽へ投入前のワークの重量自体もばらついている。
特開2002−283331号公報
しかしながら、従来技術は、例えばワークの重量すなわち熱容量にばらつきがあるため、そのワークが乾燥した状態において、余分な上記エネルギによりワークが過乾燥する場合があるという問題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体が過乾燥することを防止する。
また、別の目的は、乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体が過乾燥するとともに、エネルギ損失を抑制して優れた生産性が図れるハニカム成形体の製造方法および乾燥装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。
即ち、請求項1乃至8に記載の発明では、高湿雰囲気でハニカム成形体にマイクロ波を照射することによりハニカム成形体を乾燥するハニカム成形体の製造方法において、
セラミック成形材料と、成形補助剤と、水とを含んで混合、および混練りしてハニカム状に形成し、ハニカム成形体を形成するハニカム成形体形成工程と、ハニカム成形体を乾燥する乾燥工程とを備え、
乾燥工程では、マイクロ波の照射領域内に、液体が循環する過乾燥保護部材を配置していることを特徴とする。
これによると、マイクロ波の照射領域内に、液体が循環する過乾燥保護部材を配置しているので、過乾燥保護部材によって過剰なマイクロ波のエネルギを吸収することが可能である。したがって、マイクロ波による乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体が過乾燥することが防止される。
また、過乾燥保護部材は、請求項2に記載の発明の如く、内部に液体を流通する配管を備え、マイクロ波に対する誘電率または誘電損失係数が、乾燥前のハニカム成形体>配管>乾燥完了となる所定量の水含有率を有するハニカム成形体の関係にあることが好ましい。
これにより、予め設定した乾燥完了となる所定量の水含有率を有するハニカム成形体と比較してこれ以下の誘電率または誘電損失係数となるハニカム成形体に対しては、過乾燥保護部材は、過剰なマイクロ波のエネルギを有効に吸収することができる。したがって、乾燥工程前でのハニカム成形体の製造ばらつきによりハニカム成形体の熱容量がばらつきを生じたとしても、乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体が過乾燥することを防止することができる。
特に、配管は、請求項3に記載の発明の如く、テフロン(登録商標)などの耐熱性を有する樹脂材から形成することができる。
また、請求項4に記載の発明では、配管は、ハニカム成形体を載置する乾燥槽内に設けられ、液体は、前記乾燥槽内を少なくとも一方方向に流出入することを特徴とする。
これによると、液体が循環する配管を、複雑な配管構造にすることなく、乾燥槽に設けることができる。これにより、乾燥槽内に載置されるハニカム成形体に照射するマイクロ波を過乾燥保護部材の設置により損なうエネルギ損失を抑制するとともに、乾燥のための余分なエネルギを吸収可能に過乾燥保護部材を配置するのが容易となる。
特に、乾燥槽は、請求項5に記載の発明の如く、バッチ式であることが好ましい。
乾燥槽は、一般に、乾燥前のハニカム成形体を連続的に投入し、かつ連続的に排出するいわゆる連続式(コンベア方式)と、乾燥前の複数のハニカム成形体を乾燥槽内に投入し、投入したハニカム成形体が乾燥した後に取り出すいわゆるバッチ式とがある。
例えばベルト式による連続式の場合には、マイクロ波が過乾燥保護部材に吸収させず、ベルトに吸収されるおそれがある。このような連続式では、乾燥前のハニカム成形体(以下、ワークとも呼ぶ)の熱容量がばらついたまま、連続的に乾燥槽内に投入されるため、各ワークの乾燥状態がばらつき易い。また、乾燥前のワーク熱容量のばらつきに応じて乾燥槽内で乾燥させた各ワークの乾燥状態が連動してばらつくため、乾燥槽内へ照射するマイクロ波の出力制御が難しい。
これに対して請求項5に記載の発明では、乾燥槽をバッチ式とすることによって、ワーク数が限定されて乾燥槽内へ同時に投入されるので、そのワーク数によりマイクロ波の出力制御が容易となるため、上記過乾燥保護部材の設置による乾燥状態の均一化に加えて、更に一層、乾燥状態を一定にすることができる。
また、このようなバッチ式の乾燥槽には、請求項6に記載の発明の如く、複数のハニカム成形体を載置し、載置したハニカム成形体を回転駆動する、いわゆるターンテーブルなどの回転体を有し、回転体に設けた貫通穴より、水蒸気をハニカム成形体内に流通させることが好ましい。
一般に、ハニカム成形体の内部には、ハニカム状に設けられた隔壁によって仕切られて軸方向に延びたセルが多数設けられているため、例えばハニカム成形体の中心部側のセルは、表面部側のセルに比べてセル内部へ導けれる乾燥槽内の雰囲気の量が不足するおそれがある。不足してしまうと、ハニカム成形体の基材の乾燥速度が遅くなるおそれがある。
これに対して請求項6に記載の発明では、回転体に設けた貫通穴よりハニカム成形体内に、高湿雰囲気を形成する水蒸気を流通させるので、水蒸気がハニカム成形体の基材内を通過し易く、基材を速く乾燥することが可能となる。
また、請求項7に記載の発明では、乾燥工程は、マイクロ波の照射によりハニカム成形体を乾燥する第1乾燥工程と、マイクロ波により乾燥したハニカム成形体を、更に熱風により乾燥する第2乾燥工程とを備え、
第2乾燥工程は、熱風を投入するとともに、水蒸気を排出することを特徴とする。
一般に、マイクロ波によりハニカム成形体内に含まれる水分を全て蒸発、除去しようとすると、マイクロ波がセラミック成形原料等に吸収されるようになるため、ハニカム成形体が過度に加熱されて乾燥工程として好ましくない。
これに対して請求項7に記載の発明では、第2乾燥工程は、熱風を投入するとともに、水蒸気を排出するので、第1乾燥工程のマイクロ波による乾燥終了後は、第2乾燥工程において、高湿雰囲気を排除することにより、熱風による乾燥を効率的に行なうことができる。
また、ここで、乾燥工程は、請求項8に記載の発明の如く、乾燥前のハニカム成形体を乾燥する過程においてマイクロ波の照射出力を調整する出力調整手段を備え、
出力調整手段は、ハニカム成形体の乾燥を開始し所定時間が経過すると、マイクロ波の照射出力を減じることが好ましい。
これによると、ハニカム成形体の乾燥を開始し所定時間が経過すると、マイクロ波の照射出力を減じるので、乾燥工程における各ハニカム成形体の乾燥化が進んだ状態で、マイクロ波の出力を弱めて過乾燥を効果的に抑制することができる。
また、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のハニカム成形体の製造方法で乾燥させたハニカム成形体は、ハニカム成形体の割れやしわを生じさせることなく乾燥するとともに、過乾燥の防止が図れるので、ハニカム成形体を乾燥する工程の後に、請求項9に記載の如く、ハニカム成形体を焼成する工程を備えたセラミックハニカム構造体の製造方法に適用して好適である。
これにより、焼成する前のハニカム成形体に割れやしわ等の欠陥もなく、過乾燥も防止されているので、焼成過程において、例えば成形補助剤(バインダ)等の添加剤を除去する際に生じるおそれのある割れや変形を抑制することができる。
また、請求項10乃至16に記載の発明では、高湿雰囲気でハニカム成形体にマイクロ波を照射することによりハニカム成形体を乾燥するハニカム成形体の乾燥装置において、
ハニカム成形体を収納する乾燥槽と、乾燥槽内を高湿雰囲気に加湿する加湿装置と、乾燥槽内のハニカム成形体に向けてマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置と、乾燥槽内に設けられ、内部を液体が循環する過乾燥保護部材とを備えていることを特徴とする。
これによると、乾燥槽内に設けられ、内部を液体が循環する過乾燥保護部材とを備えているので、乾燥槽内でマイクロ波を照射することにより乾燥するハニカム成形体に対して過剰なマイクロ波のエネルギを、過乾燥保護部材によって吸収することが可能である。
また、乾燥槽内に設ける過乾燥保護部材は、請求項11に記載の発明の如く、内部に液体を流通する配管を備え、配管のマイクロ波に対する誘電率または誘電損失係数は、少なくとも乾燥前のハニカム成形体に比べて小さいことを特徴とする。
これによると、乾燥槽内に載置されるハニカム成形体に照射するマイクロ波を、過乾燥保護部材の設置により損なうエネルギ損失を抑制するとともに、乾燥のための余分なエネルギを吸収することが可能である。
また、配管は、請求項12に記載の発明の如く、テフロン(登録商標)などの耐熱性を有する樹脂材から形成されていることが好ましい。これにより、乾燥槽内に配置する配管を耐熱性を有する樹脂材で形成するので、乾燥槽内の余裕空間に応じた形状に、樹脂製の配管を形成できる。これにより、乾燥槽内に載置されるハニカム成形体に照射するマイクロ波を損なうエネルギ損失を抑制するとともに、乾燥のための余分なエネルギを吸収可能に過乾燥保護部材を配置するのが容易となる。
また、請求項13に記載の発明では、乾燥槽は、バッチ式であって、複数のハニカム成形体を載置し、載置したハニカム成形体を回転駆動する回転体を備え、回転体は、ハニカム成形体内に水蒸気を流通させる貫通穴を設けていることを特徴とする。
これによると、回転体に設けた貫通穴よりハニカム成形体内に、高湿雰囲気を形成する水蒸気を流通させるので、水蒸気がハニカム成形体の基材内を通過し易く、基材を速く乾燥することが可能となる。
特に、複数のハニカム成形体を載置する回転体の貫通穴は、請求項14に記載の発明の如く、ハニカム成形体より小さいことが好ましい。これにより、ハニカム成形体より小さい貫通穴を設けた回転体に、ハニカム成形体の数を可変してハニカム成形体を載置することが可能である。
また、請求項15に記載の発明の如く、ハニカム成形体と、回転体の貫通穴との間には、ハニカム成形体内を通気可能にし、かつ乾燥により膨張または収縮するハニカム成形体に摺接可能な板状体が挟み込まれていることが好ましい。これによると、ハニカム成形体内を通気可能にし、かつ乾燥により膨張または収縮するハニカム成形体に摺接可能な板状体に、ハニカム成形体が載置されているので、ハニカム成形体が乾燥により膨張または収縮する場合があったとしても、膨張または収縮したハニカム成形体と板状体間の摩擦を抑制でき、従ってハニカム成形体自体の変形を抑制できる。
したがって、ハニカム成形体の基材内に水蒸気を通過し易くして基材を速く乾燥するようにするとともに、ハニカム成形体の乾燥状態が進む過程において膨張または収縮によるハニカム成形体自体の変形を抑制することができる。
特に、板状体は、請求項16に記載の発明の如く、ハニカム成形体の端面に沿う面の一部に樹脂層を有する多孔質体であることが好ましい。
これにより、板状体は多孔質体であることによりハニカム成形体内に通気が可能であるとともに、多孔質体の摩擦抵抗が比較的大きい両端面のうち、ハニカム成形体の端面に沿う面の一部に樹脂層を設けるので、膨張または収縮によりハニカム成形体の大きさが変化しても、その大きさの変化に伴なうハニカム成形体の端面と樹脂層の間の摩擦力を比較的小さく抑えることができる。したがって、ハニカム成形体自体の変形を効果的に抑制することができる。
本発明のハニカム成形体の製造方法および乾燥装置を、セラミックハニカム構造体の製造方法に適用して具体化した実施形態を図面に従って説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態のハニカム成形体の乾燥装置を示す模式的縦断面図である。図2は、図1中のIIからみた模式的横断面図である。図3は、図1中のIIIからみた模式的横断面図である。図4は、本実施形態のハニカム成形体の製造方法を適用するセラミックハニカム構造体の製造方法の一例を示す製造工程の流れ図である。図5は、本実施形態のハニカム成形体の製造方法を適用するハニカム成形体およびセラミックハニカム構造体の一例を示す斜視図である。図6は、図5中のVIからみた斜視断面図である。図7は、図5中のセラミックハニカム構造体の内部を示す縦断面図である。図8は、図5中のハニカム成形体のセル壁の厚さを示す部分平面図である。
なお、図1は、図2中のIからみた縦断面図である。また、図3においては、説明の簡便のため、ハニカム成形体等の図示を省略している。
本実施例では、自動車の排ガス浄化装置の担体用のセラミック製のハニカム構造体であって、軸方向に貫通する多数のセル11を隔壁(以下、セル壁)3により区画するとともに、軸方向の両端面12においてその端面12に位置するセル端部の一部を閉塞してなるセラミックハニカム構造体1を製造する方法である。
本発明の製造方法の適用対象となるハニカム成形体10は、セラミックハニカム構造体1を得るための、未乾燥のハニカム成形体である。未乾燥のハニカム成形体とは、セラミック形成原料と、水とを含んで混合し混練して押出成形等によりハニカム状に形成したものや、一つ乃至複数のセルを有するハニカムセグメントを押出成形等により形成した後、複数のハニカムセグメントを接合したハニカム状のハニカム積層体からなるものであってもよい。
なお、以下、本実施例では、ハニカム成形体10は、押出成形によりハニカム状に形成されたものであるとして説明する。
ハニカム成形体10を製造するに当たり、セラミック形成原料と、形成補助剤としてのバインダと、可燃性物質等の添加成分を準備する。次いで、セラミック形成原料、バインダ、および可燃性物質等を混合し、適量の水を加えて混練する。次いで混練した原料を周知のハニカム押出成形機にてハニカム状に押出成形することによって、軟質なハニカム成形体10が得られる(図4中の押出成形工程)。次いで、この軟質なハニカム成形体10を所定寸法に切断した(図4中の切断工程)。その後、乾燥することによって比較的硬くて脆いハニカム成形体10が得られる(図4中の乾燥工程)。乾燥したハニカム成形体10をセル端部の一部を栓材4で閉塞した後に焼成することによりセラミックハニカム構造体1が得られる(図4中の焼成工程)。
セラミック形成原料(以下、形成原料)は、セラミックハニカム構造体(焼成体)の主たる構成原料である。この形成原料は特に限定されないが、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、シリカ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。本実施例では、形成原料をコージェライト化原料とした。
なお、このような形成原料としては、例えばタルクを必須成分とするものであり、その他の原料では、出願人が出願の特開平9−77573号公報に記載の配合原料および調合割合が適用できる。例えば、コージェライトの組成であるSiO2:45〜55重量%、Al2O3:33〜42重量%、MgO:12〜18重量%の領域になるように、所定のタルク、水酸化アルミニウム等を基本原料として配合する。また、この基本原料に、バインダ、上記可燃性物質を所定の範囲で添加している。
なお、ここで、ハニカム成形体10に含まれる添加成分としては、グラファイト等のカーボンや、カーボンを含む有機物質などのカーボン成分を含んだものであってもよい。グラファイト等のカーボンは、可燃性物質であり、ハニカム成形体10を焼成する際に、消失して気孔を形成する気孔剤(造孔剤)として添加されていている。
また、本実施例でいうハニカム成形体10のハニカム状は、例えば図6および図8に示すハニカム成形体10のように、極めて薄いセル壁3により区画されることによって、軸方向に延びる流路となるセル11を形成する形状である。ハニカム成形体の全体形状は、特に限定されるものではなく、例えば図6に示すように円筒状のものの他、四角柱状、三角柱状等の形状であってもよい。また、ハニカム成形体のセル形状は、特に限定されるものではなく、例えば図6に示すように四角状、三角状、六角状等のセル形状であってもよい。
また、本実施形態のハニカム成形体10は、外周スキン部2とセル壁3を、一体成形して得られている。外周スキン部2の壁厚保さt2に比べてセル壁3の厚さt1は薄く形成されている(t2>t1)。
このようなハニカム成形体10は、図4中のステップS200の切断工程で所定の長さに切断され、図4中のステップS300の乾燥工程でマイクロ波等を用いて乾燥される。次いで、図示しない栓詰め工程でハニカム成形体10の両端面12における所定のセル11の端部に、上記栓材4を充填する。その後、図4中のステップS400の焼成工程で焼成を行なって、セラミックハニカム構造体1を得る。
上記押出形成により得られた軟質のハニカム成形体10を、図1に示す乾燥装置5を用いて乾燥した。乾燥装置5は、図1および図2に示す如く、ハニカム成形体10を収容する乾燥槽50と、乾燥槽50内の湿度を所定量以上(本実施例では、70%以上)の高湿度雰囲気とする加湿装置53と、乾燥槽50内のハニカム成形体10に向けてマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置52と、過乾燥保護部材55とを備えている。
乾燥槽50は、ハニカム成形体10を複数個(本実施例では、4個)分を収納できる大きさを有し、バッチ式である。この乾燥槽50内には、受け台51が設けられており、受け台51はターンテーブル状の回転体に形成され、乾燥台59を介して複数個のハニカム成形体10を支持できる大きさを有する。この受け台51は、乾燥台59を介してハニカム成形体10が載置される受け面領域に、図1中の上下方向に貫通穴を有し通気性を有している。具体的には、図2に示すように、受け台51の外周部51には、上記受け面領域に対応する領域(以下載置領域)512内に、複数の貫通穴が設けられている。
乾燥台59は、通気可能な多孔質体からなる板状体に形成され、ハニカム成形体10の端面12より大きい載置端面を有している。このような乾燥台59を介してハニカム成形体10を受け台51に載置する場合には、上記貫通穴は載置領域内に複数の貫通穴を設けるものに限らず、載置領域全体を例えば一つの貫通穴で形成してもよい。
また、乾燥台59の載置端面は、ハニカム成形体10の端面12に沿って滑らかに当接するように、載置端面の一部に、テフロン(登録商標)などの樹脂層が設けられていることが好ましい。これにより、乾燥過程において膨張または収縮によりハニカム成形体の大きさが変化する場合があったとしても、その大きさの変化に伴なう軟質なハニカム成形体の端面と、乾燥台の樹脂層の間の摩擦力を比較的小さく抑えることができる。
なお、上記乾燥台59の載置端面の一部に樹脂層を設けるとは、ハニカム成形体10が載置される載置端面の重心を中心に十字帯状にテフロン(登録商標)等の樹脂コーティング層を設けるものである。これに限らず、上記載置端面内に数箇所のコーティング層部やテフロンテープを貼付するものであってもよい。
なお、上述のように構成されている受け台51の内周部513には、軽量化目的のために、肉盗み穴514を設けてもよい。受け台51を軽量化することで、受け台51の慣性モーメントの低減が図れるので、受け台を回転駆動する駆動源が比較的小さな駆動出力であっても、ハニカム成形体10を載置した受け台51を回転駆動させることができる。
マイクロ波発生装置52は、乾燥槽50の側壁505のうち、ハニカム成形体10を乾燥槽50内へ投入する投入部としての扉501のある側壁を除く、各側壁に設けられている。具体的には本実施例では、マイクロ波発生装置52は、図2に示すように、乾燥槽50内の左右の側壁505にそれぞれ3台、扉501のある側壁とは反対にある奥側の側面505に2台配置されている。
また、マイクロ波発生装置52は、各マイクロ波発生装置52から延設された導波管520を乾燥槽50内に開口させ、その開口部(以下、マイクロ波導入口)521は、複数のハニカム成形体10に向けてマイクロ波を照射可能にしている。
加湿装置53は、ボイラ等を蒸気供給源とし、ボイラから延設された蒸気配管530を乾燥槽50内の下方側に開口させ、その開口部(以下、蒸気導入口)531から高温蒸気を供給可能である。本実施例では、高温蒸気を、80°C以上で湿度70%以上の蒸気とした。
熱風発生装置54は、熱風配管540を介して、乾燥槽50内の受け台51の下側の壁505に吹出口541を開口しており、この吹出口541から、受け台51の載置のハニカム成形体10内に向けて熱風の供給を可能にしている。即ち、吹出口541から吹き出す熱風を、ハニカム成形体10内に多数設けられているセル11内部(図7参照)へ流通させるようにしている。
熱風発生装置54の熱風は、マイクロ波による乾燥(図4中のステップS310の第1工程)が終了した後、乾燥槽50内へ供給が開始される。すなわち、ハニカム成形体10の乾燥工程では、マイクロ波乾燥による第1工程が開始し所定時間(T1)経過し後に、マイクロ波による乾燥を中止し、熱風による乾燥に切換えられる。
なお、ここで、マイクロ波による乾燥完了状態とは、本実施例では、ハニカム成形体10の乾燥状態が、水含有率の範囲で1%〜3%の範囲に達した状態のことである。
また、過乾燥保護部材55は、ハニカム成形体10を乾燥するためには過剰なマイクロ波のエネルギを吸収するものである。過乾燥保護部材55は、マイクロ波の上記照射領域内に配置され、液体(冷却水)が循環することによってマイクロ波の余分なエネルギを吸収する。この過乾燥保護部材55は、マイクロ波による加熱され易さの指標となる、誘電率または誘電損失係数の大きさが、少なくとも、乾燥前のハニカム形成体10>過乾燥保護部材55との関係を満たすように設定されている。
なお、上記過乾燥保護部材55とハニカム成形体10との誘電率または誘電損失係数の大小関係が、乾燥前のハニカム形成体10>過乾燥保護部材55>マイクロ波による乾燥完了となる所定量(本実施例では、1%〜3%の範囲内)の水含有率を有するハニカム形成体10になるように、過乾燥保護部材55が構成されていることが好ましい。マイクロ波による加熱は、被乾燥物の誘電損で発生するため、誘電損失係数(誘電率)の大きなものに選択的にマイクロ波が吸収され、誘電損失係数(誘電率)の有意な部分(対象物)だけを加熱するからである。
上記過乾燥保護部材55は、内部に液体(冷却水)を流通する配管550を有し、この配管550とハニカム成形体10との誘電率または誘電損失係数の大小関係が、少なくとも、乾燥前のハニカム形成体10>配管550との関係を満たすような配管であればよい。また、乾燥前のハニカム形成体10>配管550>上記所定量の水含有率を有するハニカム形成体10との関係を満たすような配管であることが好ましい。
上記配管550としては、テフロン(登録商標)などの耐熱性を有する樹脂材から形成することができる。
また、過乾燥保護部材55は、乾燥槽50内の奥側の両角部に配置され、乾燥槽50内を少なくとも一方方向(本実施例では、図3に示すように二方方向)に液体が流出入する。このように構成することにより、過乾燥保護部材55内を液体が流れる流れ構造、すなわち配管内の流れ構造が複雑になることはなく、比較的簡素な配管構造を乾燥槽50に設けることができる。
具体的には、過乾燥保護部材55は、図3に示す如く、液体導入配管部551と、液体導出配管部551と、液体導入配管部551と液体導出配管部551の間を接続する槽内配管部552を有し、各配管内を液体が一方方向に流れる程度の比較的簡素な配管構造で構成される。
以上説明した本実施形態では、未乾燥のハニカム成形体10を乾燥するための乾燥槽50内には、マイクロ波発生装置52から供給されるマイクロ波の照射領域内に、液体を循環する過乾燥保護部材55を配置しているので、過乾燥保護部材によって過剰なマイクロ波のエネルギを吸収することが可能である。したがって、マイクロ波による乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体が過乾燥することが防止される。
上記過乾燥保護部材55は、マイクロ波による選択加熱を実施するため、少なくとも未乾燥のハニカム成形体10の誘電率または誘電損失係数に比べて十分小さいことが好ましい。なお、過乾燥保護部材55の配管550の誘電率または誘電損失係数が、少なくとも未乾燥のハニカム成形体10の誘電率または誘電損失係数に比べて十分小さいことが好ましいと言い換えてもよい。分子状態にある液体に比べて、液体を内部に覆おっている例えば樹脂製の配管550の方が、マイクロ波加熱による被加熱物としての誘電損特性(誘電率または誘電損失係数)に支配的である。
これにより、乾燥槽内に載置されるハニカム成形体に照射するマイクロ波を、過乾燥保護部材を設置することによって損なうエネルギ損失を抑制するとともに、乾燥のための余分なエネルギを吸収することが可能である。
以上説明した本実施形態では、過乾燥保護部材55の配管550とハニカム成形体10との誘電率または誘電損失係数の大小関係が、乾燥前のハニカム形成体10>配管550>マイクロ波による乾燥完了となる所定量(本実施例では、1%〜3%の範囲内)の水含有率を有するハニカム形成体10になるように、配管550が構成されていることが好ましい。
これにより、予め設定した乾燥完了となる上記所定量の水含有率を有するハニカム成形体10と比較して、これ以下の誘電率または誘電損失係数となる即ち過乾燥のおそれがあるハニカム成形体に対しては、過乾燥保護部材55によって、過剰なマイクロ波のエネルギを有効に吸収することができる。したがって、切断工程における切断寸法ばらつきなど、乾燥工程前でのハニカム成形体10の製造ばらつきによりハニカム成形体10の熱容量がばらつきを生じたとしても、乾燥のための余分なエネルギによりハニカム成形体10が過乾燥することを防止することができる。
上記配管550は、テフロン(登録商標)などの耐熱性を有する樹脂材から形成することが好ましい。これにより、乾燥槽50内に配置する配管550を耐熱性を有する樹脂材で形成するので、乾燥槽550内の余裕空間に応じた形状に、樹脂製の配管を形成できる。したがって、ハニカム成形体に照射するマイクロ波を、過乾燥保護部材55の配置により損なうエネルギ損失を抑制しつつ、乾燥のための余分なエネルギを吸収可能に過乾燥保護部材550を配置するのが容易となる。
また、以上説明した本実施形態において、上記乾燥槽50は、バッチ式であることが好ましい。
乾燥槽は、一般に、乾燥前のハニカム成形体10を連続的に投入し、かつ連続的に排出するいわゆる連続式(コンベア方式)と、乾燥前の複数のハニカム成形体10を乾燥槽内に投入し、投入したハニカム成形体10が乾燥した後に取り出すいわゆるバッチ式とがある。
例えばベルト式による連続方式の場合には、マイクロ波が過乾燥保護部材55に吸収させず、ベルトに吸収されるおそれがある。このような連続方式では、乾燥前のハニカム成形体10の熱容量がばらついたまま、連続的にコンベア式乾燥槽内に投入されるため、各ワークの乾燥状態がばらつき易い。また、乾燥前のハニカム成形体10の熱容量のばらつきに応じてコンベア式乾燥槽内で乾燥させた各ハニカム成形体10の乾燥状態が連動してばらつくため、コンベア式乾燥槽内へ照射するマイクロ波の出力制御が難しい。
これに対して本実施形態では、乾燥槽550をバッチ式とすることによって、投入するハニカム成形体数が限定されてバッチ式乾燥槽50内へ投入されるので、そのハニカム成形体数によりマイクロ波の出力制御が容易となるため、上記過乾燥保護部材55の設置による乾燥状態の均一化に加えて、更に一層、乾燥状態を一定にすることができる。
また、以上説明した本実施形態では、過乾燥保護部材55は、乾燥槽50内の奥側の両角部に配置され、乾燥槽50内を少なくとも一方方向に液体が流出入する。このように構成することにより、過乾燥保護部材55内を液体が流れる流れ構造、すなわち液体が循環する配管550内の流れ構造が複雑になることはなく、比較的簡素な配管構造を乾燥槽50に設けることができる。
このように配管550の構造が簡素であるため、乾燥槽50内での過乾燥保護部材55の配置自由度を比較的高められるので、ハニカム成形体10に照射するマイクロ波を過乾燥保護部材55の設置により損なうエネルギ損失を抑制しつつ、乾燥のための余分なエネルギを吸収可能に過乾燥保護部材55を配置するのが容易となる。
また、以上説明した本実施形態において、上記バッチ式乾燥槽50内には、複数のハニカム成形体10を載置し、載置したハニカム成形体10を回転駆動する、いわゆるターンテーブルなどの回転体としての受け台51を有し、その受け台51に設けた貫通穴より、水蒸気をハニカム成形体10内に流通させることが好ましい。
一般に、ハニカム成形体10の内部には、ハニカム状に設けられたセル壁3によって仕切られて軸方向に延びたセル11が多数設けられているため、例えばハニカム成形体10の中心部(以下、基材中央部)101側のセル11は、表面部(以下、基材表面部)102側のセル11に比べてセル内部へ導けれる乾燥槽50内の雰囲気の量が不足するおそれがある。不足してしまうと、ハニカム成形体10の基材の乾燥速度が遅くなるおそれがある。
これに対して本実施形態では、受け台51に設けた貫通穴よりハニカム成形体10内に、高湿雰囲気を形成する水蒸気を流通させるので、水蒸気がハニカム成形体10の基材内を通過し易く、基材を速く乾燥することが可能となる。
なお、上記受け台51に設けた貫通穴は、ハニカム成形体10より小さいことが好ましい。これにより、ハニカム成形体10より小さい貫通穴を設けた受け台51に、ハニカム成形体10の数を可変してハニカム成形体10を載置することが可能である。
また、上記ハニカム成形体10と、受け台51の貫通穴との間には、ハニカム成形体10内を通気可能にし、かつ乾燥により膨張または収縮するハニカム成形体に摺接可能な乾燥台59が挟み込まれていることが好ましい。これによると、ハニカム成形体10内を通気可能にし、かつ乾燥により膨張または収縮するハニカム成形体10に摺接可能な乾燥台59に、ハニカム成形体が載置されているので、ハニカム成形体10が乾燥により膨張または収縮する場合があったとしても、膨張または収縮したハニカム成形体10と乾燥台59間の摩擦を抑制でき、従ってハニカム成形体10自体の変形を抑制できる。
したがって、ハニカム成形体10の基材内に水蒸気を通過し易して基材を速く乾燥するようにするとともに、ハニカム成形体10の乾燥状態が進む過程に従って膨張または収縮するハニカム成形体10自体の変形を抑制することができる。
特に、上記乾燥台59は、ハニカム成形体10の端面12に沿う載置面の一部に樹脂層を有する多孔質体であることが好ましい。
これにより、乾燥台59は多孔質体であることによりハニカム成形体10内に通気が可能であるとともに、多孔質体の摩擦抵抗が比較的大きい両端面のうち、ハニカム成形体10の端面12に接する載置面の一部に樹脂層を設けているので、膨張または収縮によりハニカム成形体10の大きさが変化しても、その大きさの変化に伴なうハニカム成形体10の端面12と載置面に間に働く摩擦力を、樹脂層によって比較的小さく抑えることができる。したがって、ハニカム成形体10自体の変形を効果的に抑制することができる。
(第2実施形態)
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第1の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。
第2の実施形態では、乾燥工程における、マイクロ波による乾燥を行う第1工程において、図9に示すように、所定時間T0経過後は、マイクロ波の照射出力(以下、マイクロ波出力)を減じるようにマイクロ波発生装置を制御する。図9は、本実施形態に係わる乾燥工程での乾燥条件の一例を示す図であって、乾燥スケジュールを示す説明図である。図10は、本実施形態に係わる乾燥装置の一例を示す図であって、乾燥槽内への水蒸気、熱風の流れを説明する模式図である。図9は、縦軸をマイクロ波出力、横軸を時間を示している。図9中の時間T1の区間は、図4中のマイクロ波により乾燥する第1工程(I)に対応し、また時間T2の区間は、熱風により乾燥する第2工程(II)に対応し、時間T1+T2は、ハニカム成形体10の乾燥に係わる時間である。また、時間T2の区間は、マイクロ波および熱風の乾燥処理が終了し、乾燥槽50内より、マイクロ波、蒸気および熱風を除去する冷却ステップである。
マイクロ波発生装置52は、図示しないマイクロ波出力を調整する出力調整手段を有している。出力調整手段は、図9に示す如く、上記時間T0、T1、T2に対応してそれぞれマイクロ波出力を、Q1、Q2、Q3に可変に減じることが可能である。なお、出力調整手段は、マイクロ波発生装置52内の装置構成として設けられてものとして説明したが、これに限らず、マイクロ波発生装置52、加湿装置53、熱風発生装置54を駆動制御する制御装置(図示せず)に出力調整手段を有するものであってもよい。
ここで、本実施例では、第2工程(II)では、乾燥槽50内へ熱風のみを供給し、マイクロ波の供給は停止するので、実際に乾燥処理を行なう場合には、マイクロ波出力Q3は零(Q3=0)に設定されている。
このように構成することにより、所定出力Q1のマイクロ波による乾燥処理を開始し所定時間T0が経過すると、マイクロ波出力をQ2に減じる(Q1>Q2)ので、乾燥工程における各ハニカム成形体10の乾燥化が進んだ状態で、マイクロ波出力を弱めて過乾燥を効果的に抑制することができる。
(第3実施形態)
また、第3の実施形態に係わる乾燥槽50内への高温蒸気(水蒸気)および熱風の流れを、図10に従って説明する。図10は、本実施形態に係わる乾燥装置の一例を示す図であって、乾燥槽50内への水蒸気、熱風の流れを説明する模式図である。なお、図10において、マイクロ波発生装置52および過乾燥保護部材55の図示は省略している。
この第3実施形態は、第1実施形態および第2実施形態のいずれにも適用できる。以下の実施例では、説明便宜上、第2の実施形態で説明した乾燥工程での乾燥スケジュールとの関係で説明する。
加湿装置53は、図示しないボイラから供給された水蒸気の流れを流通および流通停止する切換え弁533を有しており、加湿装置53から供給される水蒸気は、切換え弁533を介して乾燥槽50内へ供給される。
熱風発生装置54は、送風用ブロア543、加熱装置(以下、ヒータ)544、熱風配管540、流れ方向や流れを断続させるための切換え手段としてのリークダンパ546、547、548、および排出用ブロア549を有している。
送風用ブロア543および排出用ブロア549は周知の送風機である。また、ヒータ544は空気を加熱する周知の加熱器である。
熱風配管540は、送風用ブロア543およびヒータ544の熱風発生源から供給された熱風を分岐する第1熱風経路540aと第2熱風経路540bを有している。第1熱風経路540aと第2熱風経路540bの流れ方向の切換えは、第1リークダンパ546で行なう。
第1熱風経路540aは排出用ブロア549に接続しており、その経路途中で乾燥槽50内と連通する第5熱風経路540eが接続している。第1リークダンパ546により第1熱風経路540aへの流れ方向に切換える(以下、第1リークダンパ546の閉状態)場合には、熱風供給源から供給されている熱風は、乾燥槽50に供給されることなく、排出用ブロア549により排出される。一方、第1リークダンパ546を開状態に切換える場合には、熱風供給源から供給されている熱風は第2熱風経路540bが接続している乾燥槽50内へ供給される。
第2熱風経路540bは、吹出口541が受け台51に向けて配置されており、乾燥槽50内へ供給された熱風は、受け台51の貫通穴512を通じてハニカム成形体10内に流通する。また、乾燥槽50内へ接続する第2熱風経路540bの途中には、外気雰囲気を導入可能な第3熱風経路540cが接続されており、熱風経路540a内には、流れを断続する第2リークダンパ547が配置されている。
また、乾燥槽50内の側壁505の上部側には、冷却のための第4熱風経路540dが設けられており、熱風経路540a内には、外気雰囲気の流れを断続する第3リークダンパ548が配置されている。
次に、乾燥工程の乾燥スケジュールに従って水蒸気および熱風の流れを説明する。マイクロ波により乾燥する第1工程(I)では、熱風は不要であり、第1リークダンパ546は閉状態に設定されている。このとき、仮に熱風発生源より供給される場合があっても、第1熱風経路540aに熱風は流れて、排出用ブロア549により排出される。
一方、水蒸気は、切換え弁533が流通状態に切換えられて、加湿装置53より乾燥槽50内に高温蒸気として供給される。このとき、第3リークダンパ548は閉じられている(流れ停止状態)ので、乾燥槽50内へ供給された水蒸気は速やかに乾燥槽50内を満たす。
また、第2リークダンパ547は開かれている(外気雰囲気の流れ流通状態)ので、吹出口541から乾燥槽50内へ外気が導かれて、乾燥槽50内の水蒸気に対流を生じさせる。この水蒸気の対流は、受け台59の下部へ向かうように形成されるので、受け台59に載置されたハニカム成形体10内に効果的に水蒸気を流通させることができる。
また、受け台51は回転駆動されており、受け台59に載置された各ハニカム成形体10にマイクロ波が均一に照射されるとともに、水蒸気の流れが各ハニカム成形体10内に均一に導けられる。
次に、熱風により乾燥する第2工程(II)では、マイクロ波の乾燥槽50内への供給は停止され、熱風発生源より熱風の供給が開始される。
なお、このとき、熱風の乾燥槽50への投入とともに、水蒸気の供給を停止することが好ましい。これにより、第2工程(II)は、熱風を投入するとともに、水蒸気を排出するので、第1工程(I)のマイクロ波による乾燥終了後は、第2工程(II)において、高湿雰囲気を排除することにより、熱風による乾燥を効率的に行なうことができる。
第1リークダンパ546は開状態に設定されるので、熱風は、第2熱風経路540aを通じて吹出口541より乾燥槽50内へ供給される。このとき、第2リークダンパ547は閉じられるので、熱風発生源より供給される熱風は全て乾燥槽50内に導かれ、速やかにハニカム成形体10を熱風で加熱乾燥することができる。
また、このとき、第3リークダンパ548は開かれるので、排出用ブロア549で乾燥槽50内の水蒸気を排出するとともに、高温蒸気(水蒸気)を含まない外気を第4熱風経路540dより取り入れることができる。したがって、乾燥槽50内の水蒸気の排出を速めることができる。
次に、冷却ステップでは、乾燥処理は不要なため、マイクロ波および熱風のいずれも乾燥槽50内への供給を停止している。第2リークダンパ547および第3リークダンパ548は、それぞれ、閉、開状態にあるので、排出用ブロア549によって乾燥槽50内の水蒸気および熱風が排出される。これにより、乾燥槽50の扉501から乾燥したハニカム成形体10を取り出すときに、乾燥槽50内の水蒸気および熱風が除去または低減されているので、乾燥したハニカム成形体10の取り出しと、次の乾燥処理予定の未乾燥のハニカム成形体10の乾燥槽50内への載置が速やかに実施でき、生産性向上が図れる。
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用可能である。
(1)以上説明した本実施形態では、本発明のハニカム成形体の製造方法で乾燥させたハニカム成形体10は、ハニカム成形体10の割れやしわを生じさせることなく乾燥するとともに、過乾燥の防止が図れる。このため、ハニカム成形体10を乾燥する工程の後に、ハニカム成形体10を焼成する工程を備えたセラミックハニカム構造体の製造方法に適用して好適である。これにより、焼成する前のハニカム成形体に割れやしわ等の欠陥もなく、過乾燥も防止されているので、焼成過程において、例えば成形補助剤(バインダ)等の添加剤を除去する際に生じるおそれのある割れや変形を抑制することができる。
(2)以上説明した本実施形態では、過乾燥保護部材55の配管を、テフロン(登録商標)で形成したが、これに限らず耐熱性を有する樹脂材であれば、いずれの樹脂材料であってもよい。
(3)以上説明した本実施形態では、過乾燥保護部材55内を循環する液体を、冷却水としたが、これに限らず、オイル等の液体であってもよい。
本発明の第1実施形態のハニカム成形体の乾燥装置を示す模式的縦断面図である。 図1中のIIからみた模式的横断面図である。 図1中のIIIからみた模式的横断面図である。 第1実施形態のハニカム成形体の製造方法を適用するセラミックハニカム構造体の製造方法の一例を示す製造工程の流れ図である。 第1実施形態のハニカム成形体の製造方法を適用するハニカム成形体およびセラミックハニカム構造体の一例を示す斜視図である。 図5中のVIからみた斜視断面図である。 図5中のセラミックハニカム構造体の内部を示す縦断面図である。 図5中のハニカム成形体のセル壁の厚さを示す部分平面図である。 第2の実施形態に係わる乾燥工程での乾燥条件の一例を示す図であって、乾燥スケジュールを示す説明図である。 第3の実施形態に係わる乾燥装置の一例を示す図であって、乾燥槽内への水蒸気、熱風の流れを説明する模式図である。
符号の説明
1 セラミックハニカム構造体
10 ハニカム成形体(基材)
101 基材中央部(基材中心部)
102 基材周縁部(基材表面部)
11 セル
12 端面
3 セル壁(隔壁)
4 栓材
5 乾燥装置
501 扉(ワーク投入部)
505 槽内壁(側壁)
51 受け台(回転体)
512 貫通穴
52 マイクロ波発生装置
520 導波管
521 マイクロ波導入口(開口部)
53 加湿装置
54 熱風発生装置
55 過乾燥保護部材
550 配管
551 液体導入用槽外配管部
552 槽内配管部
553 液体導出用槽外配管部
59 乾燥台(板状体)

Claims (16)

  1. 高湿雰囲気でハニカム成形体にマイクロ波を照射することにより前記ハニカム成形体を乾燥するハニカム成形体の製造方法において、
    セラミック成形材料と、成形補助剤と、水とを含んで混合、および混練りしてハニカム状に形成し、ハニカム成形体を形成するハニカム成形体形成工程と、
    前記ハニカム成形体を乾燥する乾燥工程と
    を備え、
    前記乾燥工程では、前記マイクロ波の照射領域内に、液体が循環する過乾燥保護部材を配置していることを特徴とするハニカム成形体の製造方法。
  2. 前記過乾燥保護部材は、内部に液体を流通する配管を備え、
    前記マイクロ波に対する誘電率または誘電損失係数が、乾燥前のハニカム成形体>前記配管>乾燥完了となる所定量の水含有率を有するハニカム成形体の関係にあることを特徴とする請求項1に記載のハニカム成形体の製造方法。
  3. 前記配管は、耐熱性を有する樹脂材からなることを特徴とする請求項2に記載のハニカム成形体の製造方法。
  4. 前記配管は、前記ハニカム成形体を載置する乾燥槽内に設けられ、
    前記液体は、前記乾燥槽内を少なくとも一方方向に流出入することを特徴とする請求項2または請求項3に記載のハニカム成形体の製造方法。
  5. 前記乾燥槽は、バッチ式であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のハニカム成形体の製造方法。
  6. 前記乾燥槽には、複数の前記ハニカム成形体を載置し、載置した前記ハニカム成形体を回転駆動する回転体を有し、
    前記回転体に設けた貫通穴より、水蒸気を前記ハニカム成形体内に流通させることを特徴とする請求項5に記載のハニカム成形体の製造方法。
  7. 前記乾燥工程は、
    前記マイクロ波の照射により前記ハニカム成形体を乾燥する第1乾燥工程と、
    前記マイクロ波により乾燥した前記ハニカム成形体を、更に熱風により乾燥する第2乾燥工程と
    を備え、
    前記第2乾燥工程は、熱風を投入するとともに、水蒸気を排出することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のハニカム成形体の製造方法。
  8. 前記乾燥工程は、乾燥前のハニカム成形体を乾燥する過程において前記マイクロ波の照射出力を調整する出力調整手段を備え、
    前記出力調整手段は、前記ハニカム成形体の乾燥を開始し所定時間が経過すると、前記マイクロ波の前記照射出力を減じることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のハニカム成形体の製造方法。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のハニカム成形体の製造方法で乾燥させた前記ハニカム成形体を、焼成する工程を含むことを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
  10. 高湿雰囲気でハニカム成形体にマイクロ波を照射することにより前記ハニカム成形体を乾燥するハニカム成形体の乾燥装置において、
    前記ハニカム成形体を収納する乾燥槽と、
    前記乾燥槽内を高湿雰囲気に加湿する加湿装置と、
    前記乾燥槽内の前記ハニカム成形体に向けてマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置と、
    前記乾燥槽内に設けられ、内部を液体が循環する過乾燥保護部材と、
    を備えていることを特徴とするハニカム成形体の乾燥装置。
  11. 前記過乾燥保護部材は、内部に液体を流通する配管を備え、
    前記配管の前記マイクロ波に対する誘電率または誘電損失係数は、少なくとも乾燥前のハニカム成形体に比べて小さいことを特徴とする請求項10に記載のハニカム成形体の乾燥装置。
  12. 前記配管の材料は、耐熱性を有する樹脂材からなることを特徴とする請求項11に記載のハニカム成形体の乾燥装置。
  13. 前記乾燥槽は、バッチ式であって、複数の前記ハニカム成形体を載置し、載置した前記ハニカム成形体を回転駆動する回転体を備え、
    前記回転体は、前記ハニカム成形体内に水蒸気を流通させる貫通穴を設けていることを特徴とする請求項10から請求項12のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥装置。
  14. 前記貫通穴は、前記ハニカム成形体より小さいことを特徴とする請求項13に記載のハニカム成形体の乾燥装置。
  15. 前記ハニカム成形体と、前記回転体の前記貫通穴との間には、前記ハニカム成形体内を通気可能にし、かつ乾燥により膨張または収縮する前記ハニカム成形体に摺接可能な板状体が挟み込まれていることを特徴とする請求項13または請求項14に記載のハニカム成形体の乾燥装置。
  16. 前記板状体は、前記ハニカム成形体の端面に沿う面の一部に樹脂層を有する多孔質体であることを特徴とする請求項15に記載のハニカム成形体の乾燥装置。
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