JP2011195344A - ハニカム成形体の乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隔壁の薄いハニカム成形体であっても、雰囲気の影響による変形やクラックを生じさせることなく、短時間で乾燥させることができ、最終製品として高品質なハニカム構造体を歩留まり良好に得ることが可能な、ハニカム成形体の乾燥手段を提供する。
【解決手段】セラミックス材料を主原料として形成された未焼成のハニカム成形体を、パワー密度５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の条件下にて誘電乾燥する工程を有するセラミックス成形体の乾燥方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハニカム成形体の乾燥方法に関する。より詳しくは、隔壁が薄い場合でも、乾燥空間内の雰囲気の影響を受け難く、外周部の変形やクラックなく乾燥させることが可能なハニカム成形体の乾燥方法に関する。

セラミックス製のハニカム構造体は、触媒担体や各種フィルター等に広く用いられている。近時では、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレートマター）を捕捉するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として、特に注目を集めている。

このようなハニカム構造体は一般に、セラミックス材料と水等の分散媒に成形助剤や各種添加剤を加えて得られた原料組成物を混練し、坏土とした後、押出成形して、ハニカム形状の成形体（ハニカム成形体）を作製し、このハニカム成形体を乾燥した後に焼成して得ることが出来る。

ハニカム成形体を乾燥する手段としては、単に室温条件下に放置する自然乾燥方法、ガスバーナ等で発生させた熱風によって乾燥を行う熱風乾燥方法、高周波エネルギーを利用する誘電乾燥方法、マイクロ波を利用するマイクロ波乾燥方法等が知られている。

このうち誘電乾燥は、ハニカム成形体の開口上端面の上方及び開口下端面の下方に設けた、相対する電極板の間に電流を流し、高周波エネルギーによってハニカム成形体内の水分子を運動させ、摩擦熱を発生させることによって行われる。

誘電乾燥においては、ハニカム成形体を通過する電気力線の密度が不均一となり易く、それによりハニカム成形体に部分的な乾燥遅れが生じ、得られたハニカム構造体に寸法のばらつきやクラック等の問題が発生することある。そこで、例えば特許文献１に示すように、高導電率の孔明板からなる乾燥受台を採用する方法や、更に例えば特許文献２に示すように、ハニカム成形体の開口上端面に高導電率の上板を載置する方法が開発され、電気力線密度の均一化を図ることによって、ハニカム構造体に生じる部分的な径差を減少させ、クラックの発生を低減させることができるようになった。

特公昭６０−３７３８２号公報 特開昭６３−１６６７４５号公報

しかしながら近年では、より厳密な形状精度のハニカム構造体が求められるようになり、高導電率の上板を載置する等の方法では実現できなかった、ハニカム構造体の断面形状の精度が問題とされるようになっている。更に、材料技術の進歩に伴い、セルを区画する隔壁の薄壁化が進んでいるが、隔壁の薄いハニカム成形体ほど乾燥空間内の雰囲気の影響による変形等が生じ易いため、雰囲気の影響を最小限に抑えたハニカム成形体の乾燥方法が求められている。

ところで誘電乾燥方法では、乾燥が進みハニカム成形体内の水分が減少すると、インピーダンスが上昇し、それに伴って電圧が上昇することで、電極板間や高周波回路内で放電、絶縁破壊を起こし、設備故障が発生するおそれがある。そのため、誘電乾燥時の電圧（出力）には一定の制限がある。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、一定以下の電圧下において、乾燥対象のハニカム成形体が薄壁のものであっても、乾燥空間内の雰囲気の影響なく誘電乾燥を行うことができ、最終製品として変形やクラックの無いハニカム構造体を得ることが可能な、ハニカム成形体の乾燥方法を提供することにある。

本発明の発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、被乾燥体であるハニカム成形体にかかる高周波エネルギーを一定の強さに維持して誘電乾燥を行うことによって、良好な品質のハニカム構造体を歩留まり良く製造できることを見出した。即ち、本発明によれば、以下のハニカム成形体の乾燥方法が提供される。

［１］ セラミックス材料、分散媒、成形助剤、及び添加剤を含有する原料組成物からなり、隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有する未焼成のハニカム成形体の乾燥方法であって、乾燥空間内において、前記ハニカム成形体の開口上端面の上方及び開口下端面の下方に設けた、相対する電極板の間に電流を流し、前記ハニカム成形体に対するパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持して誘電乾燥を行う誘電乾燥工程を有するハニカム成形体の乾燥方法。

［２］ 前記ハニカム成形体の前記乾燥空間内充填率を制御することによって、前記乾燥空間内のパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持する前記［１］に記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［３］ 相対する前記電極板の面積を乾燥に有効な最小の広さに抑えることによって、前記乾燥空間内のパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持する前記［１］又は［２］に記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［４］ 前記ハニカム成形体の誘電乾燥前の含水率は、２０〜２５質量％である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［５］ 前記ハニカム成形体の誘電乾燥後の含水率が、誘電乾燥前の含水率に対して１０〜４０％となるまで前記誘電乾燥を行う前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［６］ 前記誘電乾燥を行った後に、更にマイクロ波乾燥及び／又は熱風乾燥を行う工程を有する前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［７］ 前記原料組成物に、前記成形助剤として、熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーを含む前記［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［８］ 前記原料組成物における前記バインダーの含有量は、１〜１０質量％である前記［７］に記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［９］ 前記乾燥空間内の湿球温度を６０℃以上１００℃未満に維持して前記誘電乾燥を行う前記［１］〜［８］のいずれかに記載のハニカム成形体の乾燥方法。

［１０］ 前記ハニカム成形体の、前記複数のセルの開口率が７０〜９０％であり、且つ前記隔壁の厚さが０．０５〜０．２ｍｍである前記［１］〜［９］のいずれかに記載のハニカム成形体の乾燥方法。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法によれば、ハニカム成形体の断面形状の悪化、部分的に生じる径差、外周部の凹みやクラックの発生等が低減され、隔壁の薄いハニカム成形体であっても、寸法精度よく乾燥を行うことが可能である。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法の乾燥対象であるハニカム成形体の一実施形態を示す斜視図である。 本発明のハニカム成形体の乾燥方法の乾燥対象であるハニカム成形体の別の実施形態を示す斜視図である。 誘電乾燥されるハニカム成形体が相対する電極板間に配置された様子を示す平面図である。 本発明のハニカム成形体の乾燥方法における誘電乾燥工程の一実施形態を示す模式図である。 従来のハニカム成形体の誘電乾燥方法の一実施形態を示す模式図である。 誘電乾燥後のハニカム成形体の一実施形態を示す写真である。 誘電乾燥後のハニカム成形体の別の実施形態を示す写真である。 誘電乾燥後のハニカム成形体の更に別の実施形態を示す写真である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

先ず、本発明のハニカム成形体の乾燥方法における被乾燥体であるハニカム成形体について説明する。図１は本発明のハニカム成形体の乾燥方法の乾燥対象であるハニカム成形体の一実施形態を示す斜視図である。図１に示すハニカム成形体１は、隔壁２によって区画された流体の流路となる複数のセル３を有するハニカム形状の成形体であり、複数のセル３を囲繞するように外壁４が形成されており、その外形形状は円柱状である。また、図２は、本発明のハニカム成形体の乾燥方法の乾燥対象であるハニカム成形体の別の実施形態を示す斜視図である。図２に示すハニカム成形体１０１は、隔壁２によって区画された流体の流路となる複数のセル３を有するハニカム形状の成形体であり、その外形形状は四角柱状である。本発明の乾燥方法の適用される被乾燥体は、図１及び図２に示す実施形態に限定されるものではなく、セル３の軸方向（流路方向）と直行する断面形状としては、円形、四角形をはじめ、多角形、楕円形等、任意の形状を選択することができる。

ハニカム成形体を乾燥した後に焼成して得られるハニカム構造体の製造方法としては、隔壁及びそれを取り囲む外壁が一体で成形されたハニカム構造体を製造する方法と、隔壁を成形した後にその外周を加工しその加工された外周の面に新たにセラミックス材料を骨材としたセメント質のコート層を被覆することによって外壁を有するハニカム構造体を製造する方法がある。図１に示されるハニカム成形体１は、前者の製造方法における中間体であるハニカム成形体の一実施形態であり、図２に示されるハニカム成形体１０１は、後者の製造方法における中間体であるハニカム成形体の一実施形態である。後者の製造方法の場合には、乾燥対象であるハニカム成形体には、外壁４は存在しない。

本発明の乾燥方法の適用されるハニカム成形体は、セラミックス材料に対して、分散媒としての水、成形助剤、及び添加剤を加えた原料組成物を、混練して坏土とした後、例えば押出成形して得られる未焼成体である。未焼成体とは、使用したセラミックス材料の粒子が成形時の粒子形状を維持したままの状態で存在しており、且つ、セラミックス材料が焼結していない状態のものをいう。

セラミックス材料としては、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト等の酸化物系セラミックス、或いは炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ等の非酸化物系セラミックス等を挙げることができる。なお、コージェライトには、焼成によってコージェライト化する複数のセラミックス材料の混合粉も含む。また、炭化珪素／金属珪素複合材や炭化珪素／グラファイト複合材等を用いることもできる。

次に、本発明のハニカム成形体の乾燥方法について、上述したハニカム成形体１を乾燥させる場合を例にとって説明する。本発明のハニカム成形体の乾燥方法においては、まず所定の条件下にて誘電乾燥を行い、その後、好ましくはマイクロ波乾燥及び／又は熱風乾燥を行う。例えば、ハニカム成形体１を、誘電乾燥装置、マイクロ波乾燥装置及び／又は熱風乾燥装置へ、順次連続的に搬入、搬出する連続装置とすることが好ましい。

図３は誘電乾燥されるハニカム成形体が相対する電極板間に配置された様子を示す平面図である。誘電乾燥工程では、図３に示すように、ハニカム成形体１の開口上端面５の上方と開口下端面６の下方に相対して設けられた電極板３５，３６間に高周波電流を通電させ、ハニカム成形体１内部の誘電損失によって、内部から加熱して乾燥を行う。即ち、誘電乾燥装置においては、ハニカム成形体１は、自らの内部の電界分布に比例して、加熱されて乾燥する。この誘電乾燥工程において通電させる高周波電流の発振周波数は、特に制限されるものではないが、２〜１００ＭＨｚであることが好ましい。また、工業用加熱炉に利用される周波数である６〜５０ＭＨｚの発振周波数が設備コストの観点からより好ましい。

図４は、本発明のハニカム成形体の乾燥方法における誘電乾燥工程の一実施形態を示す模式図である。図４に示すとおり、本発明のハニカム成形体の乾燥方法においては、連続式の誘電乾燥装置１０が好適に用いられ、押出成形されたハニカム成形体１が、コンベヤー１１によって、一定の速度で順次連続的に搬入、搬出される。この時各ハニカム成形体１は、パンチングプレート（孔開板）１２の上に載置され、誘電乾燥装置１０内を搬送されることが好ましい。誘電乾燥装置１０は、ハニカム成形体１から蒸散した水蒸気を乾燥空間の外へと排出する排気手段を有するため（図示せず）、乾燥空間内の湿度雰囲気を常にほぼ一定に保つことができる。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法においては、誘電乾燥の際にハニカム成形体にかかる高周波エネルギーの強さを、パワー密度という指標で表す。本発明者らは、パワー密度＝乾燥に有効なエネルギーＰ［ｋＷ］／被乾燥体内水分量Ｗ［ｋｇ］と定義し、その値が、５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］のときに、総合的に最も良好な乾燥結果が得られることに想到した。ここで「乾燥に有効なエネルギーＰ」とは、乾燥空間内にある全ての未乾燥ハニカム成形体を、所定の条件にて所定のレベルまで乾燥させるのに投入した電力を指す。なおこの投入電力は、ハニカム成形体の絶乾時の比熱をａ［ｋＪ／ｋｇ・℃］、ハニカム成形体の処理量をｂ［ｋｇ／ｈ］、ハニカム成形体の温度をＴ［℃］、水の気化熱をｃ［ｋＪ／ｋｇ・℃］、ハニカム成形体の含水率をｄ［％］、ハニカム成形体の飛散率をｅ［％］、としたときに、Ｐ＝ａ＊ｂ＊（１−ｄ）＊（１００−Ｔ）＋４．１８＊ｂ＊ｄ＊（１００−Ｔ）＋ｂ＊ｃ＊ｅの式により算出される。また、「被乾燥体内水分量Ｗ」とは、乾燥空間内にある全ての未乾燥ハニカム成形体に含有される全水分量の合計を指し、ワーク１ヶ当りの乾燥時間をｔ（ｈ）としたときに、Ｗ＝ｂ＊ｅ＊ｔにより算出される。即ち、被乾燥体である未乾燥のハニカム成形体に対し、含有される単位水分量（１ｋｇ）あたり５〜２０［ｋＷ］の電力が負荷されることが、高い寸法精度及び歩留まりを実現する上で好ましい。なお、パワー密度が５［ｋＷ／ｋｇ（水）］未満であると、乾燥後のハニカム成形体の寸法精度が低下するため好ましくない。一方、パワー密度が２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］を超えると、乾燥空間内で放電する確率が高くなり、設備の故障を引き起こすことにつながるため好ましくない。また、設備の構造上、乾燥空間内の水分が減少すると出力が上がらなくなるため、２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］を超える条件にて乾燥を実施することは、事実上困難である。

図５は、従来のハニカム成形体の誘電乾燥方法の一実施形態を示す模式図である。従来のハニカム成形体の乾燥方法においては、最大限の乾燥効率を得るため、乾燥空間内におけるハニカム成形体１の充填率を高くすることが当業者の常識であった。本発明者らは、その充填率をあえて低く制御することによって、乾燥空間内の総水分量を低く抑え、パワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持し、結果として乾燥速度及び品質を向上させることが可能であることに想到した。充填率を下げることによって、見かけ上乾燥効率は低下するが、パワー密度が増加することによって、ハニカム成形体一個当たりの乾燥時間、即ち、各ハニカム成形体の乾燥空間内滞在時間又は乾燥装置通過時間を短縮させることが可能となり、更に寸法精度や不良発生率の改善により、総合的には歩留まりを向上させることが可能となった。

パワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持する方法としては、上述したような乾燥空間内の充填率を制御する方法の他に、ハニカム成形体の上下に相対する電極板の面積を、乾燥に有効な最小の広さに抑える方法がある。電極板の面積を変えることによって、同じ投入電力であっても、電極板の単位面積当りの出力を変えることが可能であり、一般に、一定の投入電力下において、電極板の面積と電極板の単位面積当りの出力は半比例の関係にある。例えば、投入電力を一定に保ちつつ電極板の面積を半分にすると、パワー密度は２倍になる。従って、電極板の面積を、従来の大きさから乾燥空間内に配置されたハニカム成形体を覆う最低限の大きさへと変更することにより、パワー密度を増加させることが可能となる。

誘電乾燥方法は、電磁波をハニカム成形体に深く浸透させ易く、均一な乾燥に適するため、被乾燥体の含水率が高い状態において、好適に利用される。具体的には、本発明の乾燥方法の適用されるハニカム成形体は、成形直後（誘電乾燥直前）において２０〜２５質量％の含水率を有していることが好ましい。ここで「成形直後のハニカム成形体の含水率」とは、原料組成物の調製時における、原料組成物全体の質量に占める水の質量の割合（質量％）を指す。

誘電乾燥工程においては、成形直後のハニカム成形体に対して誘電乾燥後のハニカム成形体の含水率比が１０〜４０％となるまで乾燥を行うことが好ましい。ここで「誘電乾燥後のハニカム成形体の含水率比」とは、誘電乾燥直後のハニカム成形体の含水率を成形直後のハニカム成形体の含水率で除した値を１００で乗ずることにより算出される。なお、「誘電乾燥直後のハニカム成形体の含水率」とは、誘電乾燥直後のハニカム成形体の質量と絶乾状態のハニカム成形体の質量との差から、誘電乾燥直後におけるハニカム成形体の含水量を算出し、この含水量を誘電乾燥直後のハニカム成形体全体の質量で除することにより算出される値とする。また、「成形直後のハニカム成形体の含水率」とは、成形直後のハニカム成形体の質量と絶乾状態のハニカム成形体の質量との差から、成形直後におけるハニカム成形体の含水量を算出し、この含水量を成形直後のハニカム成形体全体の質量で除することにより算出される値とする。

誘電乾燥後のハニカム成形体の含水率比が１０％を下回ると、被乾燥体であるハニカム成形体の含水率が低くなり、インピーダンスの上昇に伴って電圧（出力）に制限が生じるため、誘電乾燥方法が適さない状態となる。従って、誘電乾燥工程に引き続き、マイクロ波乾燥及び／又は熱風乾燥を行う工程を設け、残りの乾燥を行うことが好ましい。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法においては、ハニカム成形体の材料となる原料組成物に含有される成形助剤として、熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーを用いることが好ましい。熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーを原料組成物に含有させると、乾燥時にハニカム成形体の隔壁及び外周壁の温度をゲル化温度以上に上昇させることにより、ハニカム成形体の隔壁及び外周壁の強度を高めることが可能となる。ここで熱ゲル化特性とは、バインダー水溶液を加熱するとゲル化し粘度が増加する特性のことをいう。また、ここで熱硬化特性とは、バインダーを含む原料組成物又は該原料組成物からなるハニカム成形体を加熱すると強度が増加する特性のことをいう。

具体的に熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、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、ヒドロキシエチルメチルセルロース等を挙げることができる。このうち、メチルセルロースが最も一般的に用いられる。これらのバインダーのゲル化温度は、その種類によって異なるが、５０〜８０℃程度であり、例えばメチルセルロースの場合は約５５℃である。また、異種のゲル化バインダーを混合して用いることも可能である。熱ゲル化特性及び熱硬化特性を有さないバインダーを併用することも可能であるが、熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーを主成分とすることが好ましく、熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーのみを使用することが最も好ましい。

本発明の乾燥方法により乾燥されるハニカム成形体の材料となる原料組成物に含有されるバインダーは、合計１〜１０質量％にて原料組成物に添加されることが好ましい。バインダーの含有量が１質量％未満の場合には、ハニカム成形体の成形性や保形性が低下するため好ましくない。また、バインダーの含有量が１０質量％を越える場合には、乾燥後のハニカム成形体を焼成脱脂する際に、バインダー燃焼による過昇温が大きく、ハニカム成形体の隔壁や外周壁にひび割れ（クラック）等が発生するため好ましくない。より好適な含有量として、下限は、１．５質量％以上、更には２質量％以上が好ましく、上限は、８質量％以下、更には６質量％以下が好ましい。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法においては、乾燥空間内の湿球温度を６０℃以上に維持して誘電乾燥を行うことが好ましい。６０℃以上の雰囲気下で誘電乾燥を行うことにより、上述したバインダーがゲル化及び／又は硬化し、乾燥後のハニカム成形体の強度を向上させることができる。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法において、ハニカム成形体の寸法は、特に限定されるものではない。但し、本発明の乾燥方法は、薄壁で乾燥雰囲気の影響を受け易いハニカム成形体を乾燥する場合に特に顕著にその効果を奏し、具体的には、複数のセル３を区画する隔壁２の厚さが０．０５〜０．２ｍｍであり、複数のセル３の開口率が７０〜９０％である場合に最も効果的である。なお、セルの開口率とは、開口端面全体の面積に対する端面の開口面積の割合である開口面積比を、１００で乗ずることにより算出される。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実験１）誘電乾燥装置の出力を一定にし、乾燥空間内のハニカム成形体の個数を変動させることによりパワー密度を変動させ、ハニカム成形体の乾燥後の外観への影響を調べる乾燥実験を以下の条件のもとで行った。

［ハニカム成形体］セラミック材料としてアルミナ、カオリン及びタルクを混合したコージェライト原料を用い、有機バインダーとしてメチルセルロース７質量部を含む成形助剤、添加剤、分散媒として水を混合し、混練して坏土を得た。得られた坏土を押出成形し、直径１２０ｍｍ、長さ（軸長）１８０ｍｍであり、外形が円柱状であり、セルの中心軸に直交する断面形状が正方形であるハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体のセル密度は４００セル／ｉｎ^２（ｉｎはインチでありＳＩ単位系で２．５４ｃｍ）、端面の開口率は８６％、隔壁の厚さは０．０８ｍｍ、含水率は２４％であった。なお、実験１におけるいずれの実施例及び比較例においても、上記と同様の条件のハニカム成形体を用いた。

［乾燥方法］得られたハニカム成形体をバッチ式の誘電乾燥装置内に配置し、発振時間設定用タイマーを用いて、周波数１３ＭＨｚ、出力２ｋＷにて、含水率が４％となるまで誘電乾燥を行った。この時、乾燥空間内湿球温度は３５℃とし、各実施例及び比較例における乾燥空間内のハニカム成形体の個数、パワー密度、及び乾燥速度は、それぞれ表１に示すとおりとした。なお、乾燥速度は、ハニカム成形体の含水率が４％以下となるよう過去のデータを基にあらかじめ計算された乾燥時間（発振時間）を基に算出された。また、バッチ式の誘電乾燥装置としては、従来公知の物を用いた。

［評価］各条件のもとで乾燥を終えたハニカム成形体におけるへこみの有無を、目視にて確認した。結果を表１及び図６Ａ〜図６Ｃに示す。なお、図６Ａの写真は、表１に示す比較例１のハニカム成形体の誘電乾燥後の外観を示すものであり、図６Ｂの写真は、表１に示す実施例１のハニカム成形体の誘電乾燥後の外観を示すものであり、図６Ｃの写真は、表１に示す実施例２のハニカム成形体の誘電乾燥後の外観を示すものである。

［結果］表１及び図６Ａに示すように、パワー密度が５［ｋＷ／ｋｇ（水）］未満である比較例１の乾燥方法においては、外壁に顕著なへこみが観察されたが、表１及び図６Ｂ，６Ｃに示すように、パワー密度が５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲内である実施例１及び２の乾燥方法においては、顕著なへこみの発生は見られなかった。なお、パワー密度６．２［ｋＷ／ｋｇ（水）］の実施例１においては、軽微なへこみが確認されたが、製品化に際しては許容範囲内であった。

（実験２）誘電乾燥装置の出力を一定にし、乾燥空間内のハニカム成形体の個数を変動させることによりパワー密度を変動させ、ハニカム成形体の乾燥後の寸法精度及び形状精度への影響を調べる乾燥実験を以下の条件のもとで行った。

［ハニカム成形体］セラミック材料としてアルミナ、カオリン及びタルクを混合したコージェライト原料を用い、有機バインダーとしてメチルセルロース４質量部を含む成形助剤、添加剤、分散媒として水を混合し、混練して坏土を得た。得られた坏土を押出成形し、直径１５０ｍｍ、長さ（軸長）２１０ｍｍであり、外形が円柱状であり、セルの中心軸に直交する断面形状が正方形であるハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体のセル密度は４００セル／ｉｎ^２、端面の開口率は８６％、隔壁の厚さは０．０８ｍｍ、含水率は２４％であった。なお、実験２におけるいずれの実施例及び比較例においても、上記と同様の条件のハニカム成形体を用いた。

［乾燥方法］得られたハニカム成形体に対して、図４に示される連続式の誘電乾燥装置を使用して、周波数１３ＭＨｚ、出力１５０ｋＷにて含水率が２％となるまで誘電乾燥を行った。この時、乾燥空間内湿球温度は３５℃とし、ハニカム成形体の供給速度は１１００ｋｇ／ｈとした。また、各実施例及び比較例における乾燥空間内のハニカム成形体の充填率及びパワー密度は、それぞれ表２に示すとおりとした。ここで充填率１００％とは、従来のハニカム成形体の誘電乾燥方法における最大の充填率を指し、ハニカム成形体を載せるキャリアが隙間無く連続して供給されている状態、即ち、隣接するキャリアの間隔が０ｍｍの状態を指す。また、充填率５０％とは、従来の乾燥方法における最大の充填率を１００％とした場合のその半分の充填率を指し、具体的には、隣接するキャリアが、キャリア１枚分の間隔（２００ｍｍ）を保持している状態を指す。本実験における乾燥空間内の充填率をハニカム成形体の個数に換算すると、充填率１００％の比較例３では１２５個（キャリア枚数で２５枚）となり、充填率５０％の実施例２では６０個（キャリア枚数で１２枚）となった。

［評価］各条件下のもとで乾燥を終えたハニカム成形体につき、２０箇所の異なる高さ位置における直径を、特許文献特公昭６３−３４４０５に開示の外径形状自動測定装置を用いてそれぞれ測定した。ここでハニカム成形体の高さとは、開口下端面を起点とした際の、ハニカム成形体の軸方向における所定の位置までの距離を指す。測定に際しては、光ゲージにより、各高さ位置におけるハニカム成形体の断面の面積重心を中心としてそれぞれ３０００点の直径を測定した。各高さ位置における３０００点の直径の平均値を各高さ位置における平均径とし、特に、開口上端面における平均径と開口下端面における平均径の差を、ハニカム成形体の上下径差として算出し、各端面の平均径とあわせて表２に示した。

更に、各高さ位置で測定した３０００点の直径の中から最大値と最小値をとり、その差を、各高さ位置における最大最小径差として算出した。各高さ位置における最大最小径差のうち、高さ１８０ｍｍにおける最大最小径差を上部の最大最小径差、高さ３０ｍｍにおける最大最小径差を下部の最大最小径差とし、結果を表２に示した。なお、実際の生産においては、乾燥後のハニカム成形体から、形状精度の狂い易い上下端部を切り落とし、形状の良い部分を所定の長さ切り出して製品化するので、高さ３０ｍｍ及び１８０ｍｍにおける形状精度、即ち最大最小径差の小ささは、製品化に際して一つの目安となるものである。

［結果］表２から明らかなように、乾燥空間内充填率を従来のもの同様高くすることによってパワー密度を５［ｋＷ／ｋｇ（水）］未満とした比較例２の乾燥方法においては、上下径差が０．５ｍｍと大きくなっているが、乾燥空間内充填率を半減させることによってパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲内とした実施例３の乾燥方法においては、上下径差が確認されず、ハニカム成形体の上部と下部における寸法の差が改善され、ハニカム全体としての寸法精度が向上している。なお、ハニカム構造体の製造において上下径差は、焼成後のハニカム構造体にクラック等の不良を発生させる原因となるため、上下径差の範囲としては０．５ｍｍ未満であることが好ましい。

また、比較例２の乾燥方法においては、下部の最大最小径差が１．２６ｍｍと大きくなっているが、実施例３の乾燥方法においては、上部、下部共に最大最小径差は低く抑えられている。なおハニカム構造体の製造において断面の最大最小径差とは、外周部の変形度合いを表す指標として用いられ、十分な形状精度を有するハニカム構造体を製造するには、乾燥後のハニカム成形体のうちのハニカム構造体として用いられる部分の最大最小径差が、１．００ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。本実験により、乾燥空間内充填率の制御によりパワー密度を所望の範囲に維持することで、乾燥後のハニカム成形体の上下径差及び最大最小径差を許容範囲内とし、寸法精度及び形状精度の高いハニカム構造体を製造することが可能となることが分かった。

（実験３）誘電乾燥装置内の電極板の面積変動を想定した出力制御により、パワー密度を変動させ、ハニカム成形体の乾燥後の形状精度への影響を調べる乾燥実験を以下の条件のもとで行った。一般に、一定の投入電力下において、電極板の面積と電極板の単位面積当りのパワー密度は半比例の関係にあり、電極面積を小さくすることは単位面積当たりのパワー密度を大きくすることと同義である。実験を簡易に行うため、電極面積の変動を出力制御に置き換えることにより実験を行った。

［ハニカム成形体］セラミック材料としてアルミナ、カオリン及びタルクを混合したコージェライト原料を用い、有機バインダーとしてメチルセルロース７質量部を含む成形助剤、添加剤、分散媒として水を混合し、混練して坏土を得た。得られた坏土を押出成形し、直径１３５ｍｍ、長さ（軸長）２１０ｍｍであり、外形が円柱状であり、セルの中心軸に直交する断面形状が正方形であるハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体のセル密度は４００セル／ｉｎ^２、端面の開口率は８６％、隔壁の厚さは０．０８ｍｍ、含水率は２４％であった。なお、実験３におけるいずれの実施例及び比較例においても、上記と同様の条件のハニカム成形体を用いた。

［乾燥方法］得られたハニカム成形体をバッチ式の誘電乾燥装置内に配置し、縦１０００ｍｍ×横１０００ｍｍの電極板を用いて、周波数１３ＭＨｚにて含水率が２％となるまで誘電乾燥を行った。この時、乾燥空間内湿球温度は３５℃とし、各実施例及び比較例における乾燥空間内のハニカム成形体の充填率、出力、及びパワー密度は、それぞれ表３に示すとおりとした。

［評価］各条件下のもとで乾燥を終えたハニカム成形体につき、２０箇所の異なる高さ位置における直径を、特許文献特公昭６３−３４４０５に開示の外径形状自動測定装置を用いてそれぞれ測定した。ここでハニカム成形体の「高さ」とは、開口下端面を起点とした際の、ハニカム成形体の軸方向における所定の位置までの距離を指す。測定に際しては、光ゲージにより、各高さ位置におけるハニカム成形体の断面の面積重心を中心としてそれぞれ３０００点の直径を測定し、その中から最大値と最小値をとり、その差を、各高さ位置における最大最小径差として算出した。各高さ位置における最大最小径差のうち、高さ１８０ｍｍにおける最大最小径差を「上部」の最大最小径差とし、高さ３０ｍｍにおける最大最小径差を「下部」の最大最小径差とした。結果を表３に示す。

［結果］表３から明らかなように、パワー密度を５［ｋＷ／ｋｇ（水）］未満とした比較例３及び４の乾燥方法においては、下部の最大最小径差がそれぞれ１．８８ｍｍ、１．４６ｍｍと、許容範囲である１．００ｍｍを超えているが、パワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲内とした実施例４の乾燥方法においては、上部、下部共に最大最小径差は１．００ｍｍ以下と低く抑えられている。従って、本実験により、電極板面積を制御し、パワー密度を高くすることによって、乾燥後のハニカム成形体の全体においてその最大最小径差を１．０ｍｍ以下とすることができ、形状精度の高いハニカム構造体を製造することが可能となることが分かった。

（実験４）誘電乾燥装置の出力を一定にし、乾燥空間内のハニカム成形体の個数を変動させることによりパワー密度を変動させ、ハニカム成形体の乾燥後の寸法精度への影響を調べる乾燥実験を以下の条件のもとで行った。

［ハニカム成形体］セラミック材料としてアルミナ、カオリン及びタルクを混合したコージェライト原料を用い、有機バインダーとしてメチルセルロース７質量部を含む成形助剤、添加剤、分散媒として水を混合し、混練して坏土を得た。得られた坏土を押出成形し、直径１１３ｍｍ、長さ（軸長）２１０ｍｍであり、外形が円柱状であり、セルの中心軸に直交する断面形状が正方形であるハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体のセル密度は９００セル／ｉｎ^２、端面の開口率は８６％、隔壁の厚さは０．０６ｍｍ、含水率は２３％であった。なお、実験４におけるいずれの実施例及び比較例においても、上記と同様の条件のハニカム成形体を用いた。

［乾燥方法］得られたハニカム成形体に対して、図４に示される連続式の誘電乾燥装置を使用して、周波数４０ＭＨｚ、出力１００ｋＷにて含水率が１％となるまで誘電乾燥を行った。この時、乾燥空間内湿球温度は６０℃とした。また、各実施例及び比較例における乾燥空間内のハニカム成形体の充填率、パワー密度、及び供給速度は、それぞれ表４に示すとおりとした。ここで各実施例における充填率の値は、従来のハニカム成形体の誘電乾燥方法における最大の充填率を基準（１００％）として算出される。具体的には、充填率１００％とは、ハニカム成形体を載せるキャリアが隙間無く連続して供給されている状態、即ち、隣接するキャリアの間隔が０ｍｍの状態を指す。また、充填率５０％とは、隣接するキャリアが、キャリア１枚分の間隔（２００ｍｍ）を保持している状態を指し、充填率４０％及び充填率６０％とは、隣接するキャリアが、それぞれ３００ｍｍ及び１３３ｍｍの間隔を保持している状態を指す。本実験における乾燥空間内の充填率をハニカム成形体の個数に換算すると、充填率４０％の実施例４では５０個（キャリア枚数で１０枚）となり、充填率５０％の実施例５では６０個（キャリア枚数で１２枚）、充填率６０％の実施例６では７５個（キャリア枚数で１５枚）となった。

［評価］各条件下のもとで乾燥を終えたハニカム成形体につき、２０箇所の異なる高さ位置における直径を、特許文献特公昭６３−３４４０５に開示の外径形状自動測定装置を用いてそれぞれ測定した。ここでハニカム成形体の「高さ」とは、開口下端面を起点とした際の、所定の位置までのハニカム成形体の軸方向における距離を指す。測定に際しては、光ゲージにより、各高さ位置におけるハニカム成形体の断面の面積重心を中心としてそれぞれ３０００点の直径を測定し、それらの平均値を各高さ位置における平均径とした。更に、開口上端面における平均径と開口下端面における平均径の差を、ハニカム成形体の上下径差として算出し、各端面の平均径とあわせて表４に示した。

［結果］表４から明らかなように、乾燥空間内充填率を従来の方法よりも低く制御することによってパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲内とした実施例５〜７の乾燥方法においては、上下径差が０．５ｍｍ未満となっており、ハニカム成形体の上部と下部における寸法の差が改善され、ハニカム全体としての寸法精度が向上している。ハニカム構造体の製造において上下径差は、焼成後のハニカム構造体にクラック等の不良を発生させる原因となるため、上下径差の範囲としては０．５ｍｍ未満であることが好ましい。また、充填率に半比例してパワー密度が上がるにつれ、ハニカム成形体の上下径差の値も小さくなっており、パワー密度の大きさが、乾燥後のハニカム成形体の形状に大きく影響することが分かった。本実験により、乾燥空間内充填率の制御によりパワー密度を所望の範囲に維持することで、乾燥後のハニカム成形体の上下径差を許容範囲内とし、寸法精度の高いハニカム構造体を製造することが可能となることが分かった。

本発明のハニカム成形体の乾燥方法は、触媒担体や、ＤＰＦをはじめとする各種フィルター等に広く用いられる高品質なハニカム構造体を、歩留まり良く製造する工程における乾燥手段として、好適に利用することが出来る。

１，１０１：ハニカム成形体、２：隔壁、３：セル、４：外壁、５：開口上端面、６：開口下端面、１０：誘電乾燥装置、１１：コンベヤー、１２；パンチングプレート（孔開板）、３５，３６：電極板。

Claims (10)

1. セラミックス材料、分散媒、成形助剤、及び添加剤を含有する原料組成物からなり、隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有する未焼成のハニカム成形体の乾燥方法であって、
   乾燥空間内において、前記ハニカム成形体の開口上端面の上方及び開口下端面の下方に設けた、相対する電極板の間に電流を流し、前記ハニカム成形体に対するパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持して誘電乾燥を行う誘電乾燥工程を有するハニカム成形体の乾燥方法。
2. 前記ハニカム成形体の前記乾燥空間内充填率を制御することによって、前記乾燥空間内のパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持する請求項１に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
3. 相対する前記電極板の面積を乾燥に有効な最小の広さに抑えることによって、前記乾燥空間内のパワー密度を５〜２０［ｋＷ／ｋｇ（水）］の範囲に維持する請求項１又は２に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
4. 前記ハニカム成形体の誘電乾燥前の含水率は、２０〜２５質量％である請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
5. 前記ハニカム成形体の誘電乾燥後の含水率が、誘電乾燥前の含水率に対して１０〜４０％となるまで前記誘電乾燥を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
6. 前記誘電乾燥を行った後に、更にマイクロ波乾燥及び／又は熱風乾燥を行う工程を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
7. 前記原料組成物に、前記成形助剤として、熱ゲル化特性及び／又は熱硬化特性を有するバインダーを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
8. 前記原料組成物における前記バインダーの含有量は、１〜１０質量％である請求項７に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
9. 前記乾燥空間内の湿球温度を６０℃以上１００℃未満に維持して前記誘電乾燥を行う請求項１〜８のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥方法。
10. 前記ハニカム成形体の、前記複数のセルの開口率が７０〜９０％であり、且つ前記隔壁の厚さが０．０５〜０．２ｍｍである請求項１〜９のいずれか一項に記載のハニカム成形体の乾燥方法。