JP2008111630A - ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼成炉内をバーナーの炎により加熱することでワークを焼成することによりハニカム構造体を製造するに際し、バーナーの炎によるワークの溶損を防止する。
【解決手段】焼成炉内の炉壁に設置したバーナーから水平方向に炎を発することでワーク20を焼成していく際、棚板12上のうちバーナーから発せられる炎とワーク20との間に、鉛直方向に平行な面にワーク20を投影したときの形状を含む大きさの遮蔽板50を設ける。これにより、炎がワーク20に直接当たらないようにする。
【選択図】図6
【解決手段】焼成炉内の炉壁に設置したバーナーから水平方向に炎を発することでワーク20を焼成していく際、棚板12上のうちバーナーから発せられる炎とワーク20との間に、鉛直方向に平行な面にワーク20を投影したときの形状を含む大きさの遮蔽板50を設ける。これにより、炎がワーク20に直接当たらないようにする。
【選択図】図6
Description
本発明は、ハニカム構造体の製造方法に関し、特にハニカム構造体をかたどったワークを焼成炉内で焼成する焼成工程に関する。
従来より、セラミックハニカム構造体を製造する方法が、例えば特許文献1で提案されている。この特許文献1では、原料粉末と水とを混練したセラミック材料からハニカム成形体を成形する押出工程と、当該ハニカム成形体を一定の長さに切断する切断工程と、切断したハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させたハニカム成形体を焼成する焼成工程とを順に実施することにより、セラミックハニカム構造体を製造する方法が提案されている。
上記各工程のうち焼成工程では、焼成炉の内部にバーナーを設置すると共に、バーナーから炎を出して焼成炉内を加熱する。そして、焼成炉内にハニカム成形体を搬入すると共に、ハニカム成形体をバーナーの炎で加熱して焼成することにより、セラミックハニカム構造体を製造する。
特開2003−145521号公報
しかしながら、上記従来の技術では、バーナーの炎の形は常に一定ではなく、バーナーの炎の形によっては炎がワークに直接当たってしまうという問題がある。これにより、ワークが必要以上に加熱されてしまい、ワークが溶けて形が崩れてしまう。特に、焼成炉内に台車を搬入して台車を停車させた状態でワークを焼成するバッチ焼成炉では、台車が完全に停車しているため、炉壁に固定されたバーナーの炎がワークに継続して当てられる可能性がある。このため、上述のように、ワークが溶損してしまうという問題が生じる。
本発明は、上記点に鑑み、焼成炉内をバーナーの炎により加熱することでワークを焼成することによりハニカム構造体を製造するに際し、バーナーの炎によるワークの溶損を防止することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、成形工程にて多数の孔(4)が設けられた柱形状のワーク(20)を成形し、焼成工程にてワーク(20)を焼成するに際し、焼成工程では、まず、ワーク(20)を棚板(12)に乗せて焼成炉(30、80)内に搬入する。続いて、焼成炉(30、80)内の炉壁(31a、31b)に設置したバーナー(40)から水平方向に炎(41)を発することでワーク(20)を焼成していく。この場合、棚板(12)上のうち前記炎(41)とワーク(20)との間に、鉛直方向に平行な面にワーク(20)を投影したときの形状を含む大きさの遮蔽部材(50、51)を設ける。
このように遮蔽部材(50、51)を用いることにより、ワーク(20)を焼成する際、炎(41)がワーク(20)に直接当たらないようにすることができるので、ワーク(20)を必要以上に加熱しないようすることができ、ひいてはワークを溶かしてしまうことを防止できる。特に、バッチ焼成炉(30、80)(図3参照)においてワーク(20)を焼成する場合、炎(41)はバーナー(40)から常に同じ方向に発せられるが、上記遮蔽部材(50、51)を用いることで炎(41)がワーク(20)に継続して直接当たらないようにすることができる。
また、上記のように遮蔽部材(50、51)のサイズを規定することで、炎(41)がワークに直接当たらないようにすることができる。これにより、ワーク(20)の溶損を確実に防止できる。
上記焼成工程では、各ワーク(20)それぞれに対応する各遮蔽部材(50、51)を配置すると共に、隣り合う各遮蔽部材(50、51)の間に第1の隙間(72)を設けることができる。
これにより、炎(41)とワーク(20)との間の空気の流れを良くすることができ、ワーク(20)を均一に焼成することができる。したがって、完成品の品質低下を防止できる。
さらに、焼成工程では、棚板(12)と遮蔽部材(50、51)との間に第2の隙間(71)を設け、かつ、この第2の隙間(71)よりも高い焼成用部材(60)上にワーク(20)を乗せることもできる。
このように、棚板(12)と遮蔽部材(50、51)との間に第2の隙間(71)を設けることで、上記と同様に空気の流れを良くすることができる。また、ワーク(20)をこの第2の隙間(71)よりも高い焼成用部材(60)上に乗せることで、第2の隙間(71)を介して炎(41)がワーク(20)に直接当たらないようにすることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ハニカム構造体として排ガス浄化フィルタについて説明する。この排ガス浄化フィルタ(いわゆるDPF)は、例えば車両のエンジンから排出される排気ガスに含まれる汚染物質を浄化して大気に排出させるものとして用いられる。
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ハニカム構造体として排ガス浄化フィルタについて説明する。この排ガス浄化フィルタ(いわゆるDPF)は、例えば車両のエンジンから排出される排気ガスに含まれる汚染物質を浄化して大気に排出させるものとして用いられる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る排ガス浄化フィルタの斜視図である。この図に示されるように、排ガス浄化フィルタ1は、円柱形状を有しており、例えばセラミックスの焼結品をなしている。
また、排ガス浄化フィルタ1の内部は蜂の巣構造(以下、ハニカム構造という)になっており、円柱の軸方向に両端面2、3を貫通する多数の孔4を有している。各孔4は、当該各孔4を分離する壁5を介してそれぞれが隣接しており、各孔4が円柱の軸に垂直な方向に配列されることでそれぞれが独立した通路をなしている。これにより、ハニカム構造体が構成されている。
そして、排ガス浄化フィルタ1の一方の端面2において、当該端面2の外縁部に位置する各孔4の開口部に栓材6が設けられており、各孔4の一部が栓詰めされた状態になっている。本実施形態では、各孔4に栓材6が千鳥状に設けられている。すなわち、栓材6が設けられた孔4の隣の孔4は開口した状態(栓材6が設けられていない状態)になっている。
さらに、排ガス浄化フィルタ1の他方の端面3の各孔4の一部も上記一方の端面2と同様に栓材6が千鳥状に設けられている。この場合、端面3の各孔4に千鳥状に栓詰めされた各栓材6は、端面2側で栓詰めされていない各孔4の開口部に千鳥状に設けられている。以上が、本実施形態に係る排ガス浄化フィルタ1の構成である。
このような排ガス浄化フィルタ1を通過する排気ガスは、まず、排ガス浄化フィルタ1の一方の端面2から各孔4のうち開口した孔4内に導かれる。そして、排気ガスは、孔4内の通路を端面3側に進むと共に、当該孔4と隣の孔4とを分離する壁5を通過する。これにより、壁5の内部で排気ガスに含まれる汚染物質が取り除かれる。そして、排気ガスは、排ガス浄化フィルタ1内に進入した孔4の隣の孔4内の通路を通って排ガス浄化フィルタ1の他方の端面3から排出される。このようにして、排ガス浄化フィルタ1にて排気ガスに含まれる汚染物質が除去されるようになっている。
次に、上記排ガス浄化フィルタ1の製造方法について説明する。まず、コージェライトよりなるハニカム成形体を成形する押出工程を行う。続いて、当該ハニカム成形体を一定の長さに切断する切断工程を行い、排ガス浄化フィルタ1をかたどったハニカム成形体を得る。以下では、切断工程により個々に分割されたハニカム成形体をワークという。
そして、上記のようにして得られたワークを乾燥させる乾燥工程を行い、ワークの水分を除去する。本工程では、完全にワークを焼成しない程度にワークを加熱することでワークを乾燥させる。また、本工程では、乾燥させたワークを切り込むことでワークのサイズが狙い値になるように微調整した後、ワークを複数個ずつ各台車に乗せる。
図2は、台車にワークを乗せた様子を示した図であり、台車の進行方向に対して垂直方向から台車側を見た図である。図2に示されるように、台車10上には、一定間隔で支柱11が配置されると共に、支柱11上にアルミナで形成された棚板12が並べられることで、ワーク20が乗せられる棚が構成されている。本実施形態では、棚板12が6段の棚を構成していると共に、一つの棚に最大9個(3個×3個)のワーク20が配置される。
次に、台車10に搭載された各ワーク20を加熱して乾燥させる第2乾燥工程を行う。この後、ワーク20の両端面に図示しないマスクテープを貼り付けるマスキング工程を行う。本工程では、マスクテープとして例えばポリエステル系の粘着性を有するシートが採用される。
続いて、マスクテープに穴を開ける穴開け工程を行う。すなわち、排ガス浄化フィルタ1の両端面2、3それぞれを上述のように栓詰めするため、ワーク20の両端面それぞれに貼り付けたマスクテープにレーザ光を照射して、マスクテープを千鳥状に穴開けする。
なお、本工程では、例えばワーク20の両端面をそれぞれカメラで撮影し、マスクテープにおいて穴開けすべき場所を演算した後、レーザにて穴開けする方法が採用される。ただし、ワーク20の両端面の各マスクテープに対する穴開けは、両端面において孔4一つ分だけ千鳥模様がシフトするように行う。
次に、マスクテープに穴開けされた各孔4の開口部に栓材6を設ける栓詰め工程を行う。これは、セラミック液にワーク20の両端面をそれぞれ浸し、マスクテープが穴開けされた部分の各孔4にこのセラミック液を進入させて栓詰めする。そして、栓詰めがなされたワーク20の両端面を加熱することで栓材6を形成する。
この後、台車10を焼成炉に搬入し、ワーク20を焼成する焼成工程を行う。まず、本工程で用いる焼成炉について説明する。図3は、本実施形態に係るバッチ焼成炉の全体概略図である。この図に示されるように、バッチ焼成炉30は、焼成炉31と、配管32と、処理炉33と、煙突34と、を備えて構成されている。
焼成炉31は、スライド式の入り口扉35を備えており、この入り口扉35がスライドすることで各台車10が焼成炉31内に搬入されるようになっている。各台車10は焼成炉31内に搬入されると、搬入された場所に停車し、その場所から動かないようになっている。
また、焼成炉31内の炉壁にはバーナー40が備えられており、焼成炉31内に搬入された台車10と台車10との間において鉛直方向に2カ所配置されている。具体的に、本実施形態では、各バーナー40は、台車10の焼成炉31への搬入方向に対して右手側の炉壁(二重丸の場所)と、台車10の焼成炉31への搬入方向に対して左手側の炉壁(丸の場所)と、にそれぞれ固定されている。これら各バーナー40が図3に示されるように各台車10の間に配置されている。
上記各バーナー40には、図示しないガス配管および空気を供給する配管が導かれており、各配管が結合されて、空気にガスが混合された混合気体をバーナー40で燃焼させることで炎を出すようになっている。これにより、各ワーク20を焼成できるようになっている。また、焼成炉31内の空気は配管32、処理炉33を介して煙突34から排気されるようになっている。
また、上記バッチ焼成炉30に台車10を搬入する際、台車10の各棚に載せられた各ワーク20においてバーナー40の炎が直接当たるものの隣に、バーナー40の炎を遮蔽する遮蔽板が配置されている。
図4は、図3のA矢視図であり、台車10上に形成された棚のうち例えば5段目の棚板12を示してある。この図に示されるように、台車10の搬入方向に対して右手側の炉壁31aにバーナー40が設置されており、当該バーナー40の炎41が台車10と台車10の間において図4に示されたバーナー40が設置された炉壁31aに対向する炉壁31b側に発せられた状態になっている。
そして、各台車10に搭載されたワーク20のうち棚板12の外縁部に配置されたものと炎41との間において棚板12上に遮蔽板50が設置されている。この遮蔽板50は、土台51により立てられている。このような遮蔽板50は、バーナー40の炎41がワーク20に直接当たらないようにするためのものであり、遮蔽板50として例えば耐熱レンガ、アルミナの板、SiCで形成された板が採用される。なお、本実施形態に係る遮蔽板50および土台51は、本発明の遮蔽部材に相当する。
また、図5は、図3のB矢視図であり、台車10上に形成された棚のうち例えば1段目の棚板12を示してある。この図に示されるように、炉壁31bに設置されたバーナー40から台車10と台車10の間において図5に示されたバーナー40が設置された炉壁31bに対向する炉壁31a側に炎41が発せられている。
このように、図5に示される場合も、上記図4に示される場合と同様に、各台車10において炎41と対向するワーク20と炎41との間に、遮蔽板50が土台51によって立てられている。
図6は、遮蔽板50の模式図であり、(a)は図4もしくは図5において炎41から台車10側を見た図、(b)は(a)のC矢視図である。図6(a)に示されるように、棚板12の外縁部に遮蔽板50が設置されている。この遮蔽板50は、上述のように土台51により立てられている。すなわち、図6(b)に示されるように、土台に凹部51aが形成されており、この凹部51aに遮蔽板50の外縁部が挟み込まれることで遮蔽板50が立てられた状態となる。
また、図6(a)、(b)に示されるように、ワーク20は、当該ワーク20と同じ材質で形成されたトチ60(本発明の焼成用部材に相当)の上に設置されている。このトチ60は、台として用いられるものであり、上記のようにワーク20と同じ材質のもので構成することで、ワーク20の焼成時にワーク20およびトチ60が同じように収縮または膨張することによってワーク20にクラックを発生させないようにするものである。
このように、ワーク20がトチ60上に配置された状態において、遮蔽板50のサイズを次のように規定する。遮蔽板50のサイズを、鉛直方向に平行な面にワーク20を投影したとき、投影面に投影されたワーク20のサイズを含む大きさとする。これにより、遮蔽板50によって炎41からワーク20を隠すようにすることができ、炎41がワーク20に直接当たらないようにすることができる。
上記土台51は、遮蔽板50のみを棚板12に設置すると、バーナー40の炎41の力によって遮蔽板50がワーク20側に倒れてしまうため、遮蔽板50の姿勢を固定する機能を果たす。
また、土台51は、図6(a)に示されるように、棚板12と遮蔽板50との間に隙間71(本発明の第2の隙間に相当)を設ける機能を有する。このような隙間71を設けることで、遮蔽板50によって炎41と各ワーク20との間の空気の流れを妨げないようにし、空気の流れを良くすることで、ワーク20を均一に焼成することができる。遮蔽板50は、炎41がワーク20に直接当たらないようにするために設け、空気の流れまでも遮断しないようにすることが好ましい。
上記のように土台51によって設けられた隙間71の高さは、トチ60の高さ以下であることが好ましい。このように、隙間71の高さを規定することで、隙間71を介して炎41がワーク20側に入り込んだ場合、炎41がワーク20に直接当たらないようにすることができる。言い換えると、棚板12と遮蔽板50との間に隙間71を設ける場合、ワーク20をトチ60に乗せた状態で焼成するようにする。
さらに、図6(a)に示されるように、隣り合う遮蔽板50の間にも隙間72(本発明の第1の隙間に相当)が設けられている。この各遮蔽板50の間の隙間72は、上記棚板12と遮蔽板50との隙間71と同様に、炎41と各ワーク20との間の空気の流れを良くするために設けられる。
上記のような遮蔽板50は、図3に示されるように、台車10上の各棚板12のうち少なくともバーナー40と同じ高さにあるものに設置することが好ましい。「バーナー40と同じ高さ」とは、炉壁31a、31bに固定されたバーナー40から発せられる炎41が少なくともワーク20に直接当たると想定される棚板12の階層を指す。
本実施形態では、例えば、各棚のうち1、2段目、および5、6段目に遮蔽板50を設置することが望ましい。なお、焼成炉31内の空気が配管32を介して焼成炉31から排出されるため、排出される空気の流れによってバーナー40の炎41の形が変化する場合がある。したがって、各棚板12すべてに遮蔽板50を設置するようにしても構わない。
また、本実施形態では、上記構成を有するバッチ焼成炉30は、例えば、CPU、RAM、ROM、ハードディスク等を備えたパーソナルコンピュータとして構成される図示しない制御装置によってコントロールされる。
そして、上記遮蔽板50が設置された各棚が構成された台車10をバッチ焼成炉30内に搬入する。この後、図4、図5に示されるようにバーナー40の炎41で焼成炉31内を加熱し、各ワーク20を例えば1500℃で加熱することにより、各ワーク20を焼成する。この後、入り口扉35をスライドさせて焼成炉31内から各台車10を搬出する。これにより、図1に示される排ガス浄化フィルタ1が完成する。
以上説明したように、本実施形態では、ワーク20とバーナー40の炎41との間に遮蔽板50を設けたことを特徴としている。これにより、バーナー40の炎41がワーク20に直接当たらないようにすることができ、ひいてはワーク20の溶損を防止することができる。この場合、遮蔽板50のサイズを、ワーク20の外形を隠すことができる大きさとすれば、炎41がワーク20に直接当たらないようにすることができる。
上記遮蔽板50を棚板12上に固定する場合、土台51にて遮蔽板50を立てる。この土台51によって、棚板12と遮蔽板50との間に隙間71を設けることができ、炎41とワーク20との間の空気の流れを良くすることができる。これにより、ワーク20に与える温度のムラを無くし、ワーク20全体に均一の温度を与えることができるようになるため、ワーク20を均一に焼成することができる。したがって、ワーク20の品質の低下を防止できる。
このように、棚板12と遮蔽板50との間に隙間71を設ける場合、ワーク20をトチ60の上に乗せるようにすることが好ましい。これにより、隙間71から炎41がワーク20側に進入した場合、炎41がワーク20に直接当たらないようにすることができる。
また、棚板12の外縁部において隣り合う各ワーク20それぞれに対応する各遮蔽板50にも隙間72を設ける。これにより、上記隙間71と同様に空気の流れを良くする効果を得ることができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、シャトル式のバッチ焼成炉30ではなく、トンネル式の連続焼成炉80を用いてワーク20を焼成することが特徴となっている。
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、シャトル式のバッチ焼成炉30ではなく、トンネル式の連続焼成炉80を用いてワーク20を焼成することが特徴となっている。
図7は、連続焼成炉の全体概略図である。この図に示されるように、連続焼成炉80は、第1通路部81と、加熱部82と、第2通路部83と、を備えて構成されるトンネル式のものである。なお、図7において各台車10に記された番号は、例えば台車番号である。また、各台車10の進行方向における幅が異なって描かれているが、実際には各台車10のサイズは同じである。また、本実施形態では、台車10には例えば3段の棚が構成され、各棚に各ワーク20が乗せられている。
これらのうち加熱部82の一端に第1通路部81が連結され、加熱部82の他端に第2通路部83が連結された状態になっており、上記台車10が移動する通路がそれぞれ設けられている。また、加熱部82は通路内にバーナー40を有している。このバーナー40にはガス配管84を介してガスが供給され、図示しない空気供給配管から空気が供給されるようになっており、ガスと空気との混合気体が燃焼することでバーナー40から炎が発せられるようになっている。
バーナー40は、加熱部82の炉壁において、台車10上の各棚のうちワーク20が配置された棚を除いた高さに設置されており、台車10上のワーク20に火が直接当たらないようになっている。しかしながら、炎の形は一定ではなく、不定形であるので、各ワーク20にバーナー40の炎が直接当たる可能性がある。したがって、第1実施形態と同様に、各棚板12に遮蔽板50を設置することにより、各ワーク20にバーナー40の炎が直接当たらないようにすることができる。
上記第1通路部81において加熱部82とは反対側が搬入口になっており、台車10が図示しない油圧プッシャーによって第1通路部81の搬入口側に押し出されることにより、上記搬入口から台車10が第1通路部81内に搬入される。そして、油圧プッシャーにより台車10が次々と第1通路部81内に搬入されることで、先に連続焼成炉80内に搬入された台車10が後から連続焼成炉80内に搬入された台車10に押され、これによって連続焼成炉80内を移動する。これにより、加熱部82にてワーク20が焼成され、台車10が第2通路部83から搬出される。こうして、図1に示される排ガス浄化フィルタ1が完成する。
以上のように、連続焼成炉80にてワーク20を焼成するに際しても、第1実施形態と同様に、棚板12に遮蔽板50を設ける方法を採用することができる。
(他の実施形態)
上記実施形態では、円柱形状の排ガス浄化フィルタ1について説明したが、排ガス浄化フィルタ1は円柱形状に限定されるものではなく、角柱等の他の柱形状のものであっても構わない。また、ハニカム構造体に栓材6が設けられていないモノリスを製造する場合であっても、上記方法を採用することができる。また、スパークプラグのセラミック部分を燃焼するに際し、上記遮蔽板50を採用するようにしても良い。
上記実施形態では、円柱形状の排ガス浄化フィルタ1について説明したが、排ガス浄化フィルタ1は円柱形状に限定されるものではなく、角柱等の他の柱形状のものであっても構わない。また、ハニカム構造体に栓材6が設けられていないモノリスを製造する場合であっても、上記方法を採用することができる。また、スパークプラグのセラミック部分を燃焼するに際し、上記遮蔽板50を採用するようにしても良い。
上記各実施形態では、遮蔽板50と当該遮蔽板50を固定する土台51とが別体で用意されているが、遮蔽板50と土台51とが一体になったものを用いても良い。
また、上記各実施形態では、棚板12上に土台51を介して遮蔽板50を固定しているが、遮蔽板50で遮蔽すべきワーク20の上段の棚板12に遮蔽板50を吊り下げてワーク20と炎41とを隔てるようにしても構わない。この場合、遮蔽板50を棚板12に引っ掛けて吊すようにすればよい。このように遮蔽板50を吊り下げる場合であっても、上述のように、ワーク20のサイズよりも大きい遮蔽板50を用いることが好ましい。
1…排ガス浄化フィルタ、2、3…排ガス浄化フィルタの端面、4…孔、12…棚板、20…ワーク、30…バッチ焼成炉、31a、31b…炉壁、40…バーナー、41…炎、50…遮蔽板、51…土台、60…トチ、71、72…隙間、80…連続焼成炉。
Claims (3)
- 柱形状であって、当該柱形状の軸方向に前記柱形状の両端面(2、3)を貫通する多数の孔(4)を有して構成されるハニカム構造体の製造方法であって、
前記多数の孔(4)が設けられると共に、前記ハニカム構造体をかたどった柱形状のワーク(20)を成形する成形工程と、
前記ワーク(20)を焼成する焼成工程と、を含んでおり、
前記焼成工程では、前記ワーク(20)を棚板(12)に乗せて焼成炉(30、80)内に搬入すると共に、前記焼成炉(30、80)内の炉壁(31a、31b)に設置したバーナー(40)から水平方向に炎(41)を発することで前記ワーク(20)を焼成するに際し、前記棚板(12)上のうち前記炎(41)と前記ワーク(20)との間に、鉛直方向に平行な面に前記ワーク(20)を投影したときの形状を含む大きさの遮蔽部材(50、51)を設けることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。 - 前記焼成工程では、前記各ワーク(20)それぞれに対応する前記各遮蔽部材(50、51)を配置すると共に、隣り合う各遮蔽部材(50、51)の間に第1の隙間(72)を設けることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記焼成工程では、前記棚板(12)と前記遮蔽部材(50、51)との間に第2の隙間(71)を設け、かつ、前記第2の隙間(71)よりも高い焼成用部材(60)上に前記ワーク(20)を乗せることを特徴とする請求項1または2に記載のハニカム構造体の製造方法。
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