JP2017213910A - セラミック生地の急速乾燥 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地の、急速で実質的に欠陥の生じない乾燥方法を提供する。
【解決手段】−２インチ（−５．０８ｃｍ）≦Δｘ≦１０インチ（２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘで第１の直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥を行い、１０％以下の乾燥度を有する部分乾燥セラミック生地を形成する。その後、マイクロ波乾燥と少なくとも１回の第２のＣＣＨＡ乾燥との少なくとも一方を行うことにより、部分乾燥セラミック生地を少なくとも９８％の目標乾燥度まで乾燥させる。０％〜１０％の乾燥度のセラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有する。
【選択図】図４Ｅ

Description

関連出願の相互参照

本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１３年５月６日に出願された米国仮特許出願第６１／８１９，８２４号（その全体が本明細書に依拠し参照により本明細書に援用される）の優先権の利益を主張する。

本開示は、セラミック生地の乾燥に関し、特に、高黒鉛含有量のセラミック生地の急速乾燥のためのシステムおよび方法に関する。

多数のマイクロチャネルを有するセラミック生地は、押出成形によって形成され、次に加工（すなわち、乾燥および焼成）が行われて、排気ガスを発生するエンジンおよび関連用途のフィルターおよび触媒コンバータなどのセラミック物品が形成される。セラミック形成成分、またはセラミック前駆体を含む可塑化バッチを、ハニカム構造を形成するダイなどのダイから押し出して、セラミック形成材料の押出物を形成することによって、セラミック生地を形成することができる。押出機を出る押出物は、押出方向を横断する方向で切断されて、生地片が形成される。この断片自体は、乾燥後に、より短い断片に横方向に切断することができる。場合によっては、より長い断片は「ログ」と呼ばれる。押出成形された生地の断片は、水（たとえば、１０重量％〜２５重量％）を含有し、最終製品（物品）を形成する前に生地を乾燥させる必要がある。場合によっては、セラミック生地は９８％を超える（すなわち、２重量％未満の含水量を有する）まで乾燥させる必要がある。

ある種のセラミック生地は、比較的高い黒鉛含有量を有し、より高い多孔度、より薄いチャネル壁、および迅速な着火のための全体的により小さい熱質量を有する物品の作製に使用される。しかし、バッチ中の黒鉛量が増加すると、得られるセラミック生地の乾燥が困難となる。特に、高黒鉛セラミック生地のマイクロ波乾燥は、不均一になる傾向にあり、生地を損傷しうる過熱が生じる場合がある。

本明細書におけるシステムおよび方法は、押出成形によって形成された低熱質量セラミック生地の急速で実質的に欠陥の生じない乾燥に関する。本開示によって、標準的な製品の乾燥時間も向上する。本発明の乾燥は、外部収縮の大部分が終了した後にマイクロ波乾燥と、セルチャネルを介した強制熱風乾燥との組合せによって実現される。本発明のシステムは既存の乾燥装置に後付けすることができる。

本開示の一態様は、多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地の乾燥方法を含む。この方法は、約７０％の乾燥度までセラミック生地の少なくとも１回のマイクロ波乾燥を行って、部分乾燥セラミック生地を形成するステップ；部分乾燥セラミック生地の導入端を、直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥システムの排出端に対して操作可能に配置して、−２インチ（−５．０８ｃｍ）≦Δｘ≦１０インチ（２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘを画定するステップ；導入端から排出端までセラミック生地にＣＣＨＡを通すことによって部分乾燥セラミック生地の少なくとも１回のＣＣＨＡ乾燥を行って、少なくとも９８％の目標乾燥度を有する乾燥セラミック生地を形成するステップを含み；セラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有する。

本開示の別の一態様は、多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地の乾燥方法である。この方法は、セラミック生地を乾燥させて、１０％以下の乾燥度を有する部分乾燥セラミック生地を形成するステップにおいて、乾燥が、−２インチ≦Δｘ≦１０インチ（−５．０７ｃｍ≦Δｘ≦２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘで第１の直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥を行うステップを含むステップと；部分乾燥セラミック生地を少なくとも９８％の目標乾燥度まで乾燥させて乾燥セラミック生地を形成するステップにおいて、部分乾燥セラミック生地の乾燥が、マイクロ波乾燥と少なくとも１回の第２のＣＣＨＡ乾燥との少なくとも１つを行うステップを含むステップを含み；０％〜１０％の乾燥度のセラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有する。

本開示の別の一態様は、多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地の乾燥方法である。この方法は、ａ）マイクロ波乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との一方を行うことによって、セラミック生地を乾燥させて部分乾燥セラミック生地を形成するステップにおいて、ＣＣＨＡ乾燥が、−２インチ≦Δｘ≦１０インチ（−５．０７ｃｍ≦Δｘ≦２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘで行われるステップ；ｂ）ａ）で行ったマイクロ波乾燥またはＣＣＨＡ乾燥の別の方を使用して、部分乾燥セラミック生地を少なくとも９８％の目標乾燥度まで乾燥させて乾燥セラミック生地を形成するステップを含み；ｃ）セラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有する。

本開示の別の一態様は、多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地を乾燥させるための装置である。この装置は、セラミック生地のマイクロ波乾燥を行って部分乾燥セラミック生地を形成するように適合された少なくとも１つのアプリケーター；−２インチ≦Δｘ≦１０インチ（−５．０７ｃｍ≦Δｘ≦２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘで直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥を行うように適合され、部分乾燥セラミック生地を少なくとも９８％の目標乾燥度まで乾燥させて乾燥セラミック生地を形成するように適合された少なくとも１つのアプリケーターを含み；セラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有する。

本開示の別の一態様は、多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地を乾燥させるための装置である。この装置は、−２インチ≦Δｘ≦１０インチ（−５．０７ｃｍ≦Δｘ≦２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘで直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥を行うように適合され、生地を乾燥させて最大１０％の乾燥度の部分乾燥セラミック生地を形成するように適合された少なくとも１つのアプリケーター；部分乾燥セラミック生地の９８％以上の目標乾燥度までのマイクロ波乾燥を行うように適合された少なくとも１つのアプリケーターを含み；０％〜１０％の乾燥度のセラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有する。

本開示のこれらおよびその他の利点は、以下の詳細な説明、請求項、および添付の図面を参照することによって、当業者にさらに理解され評価されるであろう。

セラミック生地の等角正面図であり、長手方向セルの詳細を示す２つの拡大挿入図Ｉ１およびＩ２を含んでいる。 マイクロ波乾燥中に中央と比較するとセラミック生地の末端では不均一に加熱されることで生じる、ゆがんだＺ字型の欠陥のあるＺセルが拡大挿入図中に示されているセラミック生地の前端の図である。 乾燥プロセス中にセラミック生地を移動させる一連のアプリケーターを含む乾燥システムの概略図である。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 図３と類似しており、マイクロ波（ＭＷ）乾燥と直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥との種々の組合せを使用する乾燥システムの構成および関連するセラミック生地乾燥方法を示している。 −Ｚ方向から見たアプリケーターの図であり、その中のセラミック生地が示されており、セラミック生地に対して操作可能に配置されたＣＣＨＡ乾燥システムも示されている。 −Ｚ方向から見たアプリケーターの図であり、その中のセラミック生地が示されており、セラミック生地に対して操作可能に配置されたＣＣＨＡ乾燥システムも示されており、ＭＷ乾燥性能をさらに含んでいる。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 セラミック生地前端の拡大図であり、ＣＣＨＡ乾燥方法を示すためにセラミック生地およびＣＣＨＡ乾燥システムの異なる構成を示している。 ４ｍ／ｓ（四角）および２ｍ／ｓ（三角）の熱風流入速度Ｖ_Ｉの場合の連結距離に対する連結効率の影響を示す、流体力学シミュレーションに基づく連結効率ＣＥ（％）対連結距離Δｘ（ｃｍ）のプロットである。 ４０ｐｓｉ（２７６ｋＰａ）（三角）、６０ｐｓｉ（４１４ｋＰａ）（菱形）、および８０ｐｓｉ（５５２ｋＰａ）（正方形）の圧力の場合の２０ｍ／ｓの流入速度Ｖ_Ｉでの流出速度Ｖ_Ｅ（ｍ／ｓ）対連結距離Δｘ（インチ）のプロットである。

これより本開示の種々の実施形態が詳細に説明され、添付の図面においてそれらの例が示されている。可能であるなら常に、同一または類似の部分を意味するために、同一または類似の参照番号および記号が図面全体にわたって使用される。図面は必ずしも縮尺通りではなく、当業者は、開示の主要な態様を説明するために図面が簡略化されている場合があることを理解されよう。

後述の請求項は、この詳細な説明に組み込まれ、詳細な説明の一部を構成する。

基準を目的とし、説明を容易にするために、一部の図にはデカルト座標が示されているが、方向または向きに関して限定することを意図したものではない。

以下の議論において、用語「乾燥度」は、未乾燥セラミック生地を秤量して出発重量を確定し、次に生地を乾燥させ、次に再びセラミック生地を秤量して出発重量のパーセント値としての重量減を比較することによって決定できる平均乾燥度を意味する。

図１は、セラミック生地１０の一例の等角正面図である。本明細書において使用される場合、用語「セラミック生地」または生地は、高温で焼成するとセラミック体を形成するセラミック形成成分で構成される物体を意味する。

セラミック生地１０は、中心軸Ａ１、前端１２、後端１４、および外面１６を有する。セラミック生地１０は、生地の前端および後端１２および１４において開放する多数の長手方向に広がるセル２０を有する（第１の拡大挿入図Ｉ１を参照）。セル２０はセル壁２２によって画定される（第２の拡大挿入図Ｉ２を参照）。一例においては、セル２０はハニカム構造を形成する。

例示的な一実施形態においては、本明細書において考慮されるセラミック生地１０は以下の性質を有する：長さＬ＝５インチ〜５０インチ（１２．７ｃｍ〜１２７ｃｍ）、直径Ｄ＝３インチ〜２０インチ（７．６２ｃｍ〜３５．５６）、セル密度ρ＝１００〜９００セル／平方インチ（１５．５〜１４０セル／ｃｍ^２）、およびセル壁厚さＴＨ＝１〜１５ミル（２５．４マイクロメートル〜３８１マイクロメートル）。

セラミック生地１０（または生地が形成されるセラミックバッチ）は、種々のセラミック形成成分およびセラミック成分の混合物などのセラミック成分を含むことができる。これらの種々の成分は、水などの液体ビヒクルと互いに混合し、ハニカム構造などの成形形状で押出成形することができる。押出成形の直後、生地はある程度の液体（たとえば、水）を含有し、通常はその液体の少なくとも一部を除去する必要があり、耐火材料を形成する高温での焼成の前に生地を乾燥させる必要がある。

本明細書においてセラミック生地１０は、関係ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’によるε’およびε’’（すなわち、誘電率ε＝ε’＋ｉε’’の実部および虚部）の関数としてある減少量を有すると見なされる。セラミック生地１０の一例ではｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５であり、別の一例ではｔａｎ（δ）≧０．０８である。例示的な一実施形態においては、セラミック生地１０は細孔形成剤として黒鉛を含む。

セラミック生地１０が黒鉛を含む一実施形態において、黒鉛含有量は＞５％であり、この重量パーセントは（Ａ／Ｂ）・１００として測定され、式中、Ａは黒鉛の重量パーセントであり、Ｂは無機物の全重量パーセントである。したがって、たとえば、以下の表２に記載の例においては、黒鉛含有量は（２０／１００）・１００＝５％で求められる。

実施例のセラミック生地１０のｔａｎ（δ）の例示的な値を以下の表１に示す。

ここでＯＦＡは開放前面面積である。実施例１および２は乾燥される（たとえば、約６０％〜１００％の乾燥度）。実施例３、４、および５は未乾燥（たとえば、約０％〜４０％の乾燥度または約０％〜１０％の乾燥度）である。以下の表２は、実施例１および２のような高黒鉛含有量セラミック生地組成物の一例を示している。

以下の表３は、実施例３、４、および５のような非高黒鉛含有量セラミック生地組成物の一例を示している。

本明細書において考慮されるセラミック生地１０は、セラミック形成成分、またはセラミック前駆体（たとえば、表２に記載されるものなど）を含む可塑化バッチ材料を、ハニカム構造を形成するダイなどのダイから押し出すことによって、セラミック形成材料の押出物を形成することで形成することができる。押出機を出る押出物は、押出方向を横断する方向で切断されて、生地片が形成される。この断片自体は、たとえば乾燥後に、より短い断片に横方向に切断することができる。場合によっては、より長い断片は「ログ」と呼ばれる。セラミック生地１０の押出成形された断片は、水（たとえば、１０重量％〜２５重量％）を含有し、最終製品（物品）を形成する前にセラミック生地を乾燥させる必要がある。

本明細書に開示されるシステムおよび方法によって、高温で焼成するための生地を得るのに十分な程度までセラミック生地を乾燥させることで生じる不均一な加熱および乾燥の発生および／または大きさが軽減される。特に、本明細書において開示される乾燥システムおよび方法は、端部の欠陥を実質的に軽減または解消する方法でのセラミック生地の急速乾燥に関する。

図２は、拡大挿入図で最もよく分かるように、ゆがんだＺ字型を有する欠陥のあるセル２０である「Ｚセル」２０Ｚの一例を示すセラミック生地１０の一例の前端１２の図である。Ｚセル欠陥は、中央に対してセラミック生地１０の前端および後端１２および１４でマイクロ波の出力量が低下することによってマイクロ波乾燥中に生じる。これによって一部のセル２０が崩壊し、それによってＺセル２０Ｚが形成される。この崩壊は、セラミック生地１０の前端および後端１２および１４の深さ約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の範囲内で生じる傾向にある。

マイクロ波乾燥プロセス中のこのような端部の欠陥の発生によって、欠陥部分を除去するために、セラミック生地１０の端部を切除する必要が生じうることに留意されたい。最終製品のセラミック物品の製造中に生じるこの材料の損失は、年間では大きな経済的損失となる。欠陥の深さが約２．５インチ（６．３５ｃｍ）から約１インチ（２．５４ｃｍ）まで減少すれば、大きなコスト削減となる。

製造プロセスにおいて、セラミック生地１０をできるだけ速く乾燥させながら、できるだけ欠陥がないように乾燥プロセスを維持することも望ましい。セラミック生地１０を急速に乾燥可能とする方法の制限は、セラミック生地中の水の量と、水の除去速度と、乾燥プロセス中の収縮または形状変化に関連する応力とに大きく関連する。乾燥プロセス中、セラミック生地１０の内部からの水は、セル２０から前端または後端１２または１４まで移動するか、多数のセル壁２２から拡散して外面１６を出るかする必要がある。特定の圧力における水（水分）の除去速度は、温度（液体体状態から気体状態への転移速度を画定する）および水の物理的除去（すなわち、外面１６からの高水分含有空気の移動）とに関連する。

図３は、図示されるような第１のアプリケーター６０−１から第ｎのアプリケーター６０−ｎなどの１つ以上のアプリケーター６０を含む乾燥システム５０の一例の概略図である。各アプリケーター６０は、導入端６２、排出端６４、および内部６６を含む。乾燥システム５０は、第１のアプリケーター６０−１の導入端６２に隣接する導入領域８２と、第ｎのアプリケーター６０−ｎの排出端６４に隣接する排出領域８４とを有するコンベア８０を含む。セラミック生地１０は、トレイ８によって支持されているように示されており、このトレイはコンベア８０上に支持されている。矢印ＡＲ１からＡＲｎは、セラミック生地１０およびトレイ８が乾燥システム５０を通過する方向、すなわちＺ方向を示している。セラミック生地１０およびトレイ８は、コンベア８０の導入領域８２上に供給され、乾燥プロセス完了時に排出領域８４でコンベアを離れる。

特定のアプリケーター６０は、マイクロ波（ＭＷ）乾燥、直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥、またはＭＷ乾燥とＣＣＨＡ乾燥との両方のいずれかが行われるように構成される。したがって、乾燥システム５０は、１つ以上のアプリケーター６０を使用してＭＷ乾燥およびＣＣＨＡ乾燥の両方が行われるように構成される。乾燥システム５０中で使用されるようなＣＣＨＡ乾燥の例については、以下により詳細に議論する。

図４Ａから４Ｈは、図３と類似しており、セラミック生地１０の異なる乾燥方法を示す乾燥システム５０の多数の構成例を示している。図４Ａは、例示的な一実施形態を示しており、第１のアプリケーター６０−１はＭＷ乾燥を行い、１つ以上の下流のアプリケーター６０−２、・・・６０−ｎはＭＷ乾燥とＣＣＨＡ乾燥との組合せを行うために使用される。ＭＷ乾燥とＣＣＨＡ乾燥との組合せは複合乾燥方式を構成する。

たとえば、セラミック生地１０を５０％〜７０％の乾燥度まで乾燥させるために、最初にＭＷ乾燥が使用される。このレベルの乾燥は、さらなる乾燥によってセラミック生地１０の外部寸法が大きく変化しないことを保証するのに十分であり、すなわち、収縮の大部分は第１のアプリケーター中で発生する。次に、ＭＷ乾燥とＣＣＨＡ乾燥との組合せを使用して、セラミック生地１０をさらに乾燥させる（たとえば、９８％を超える乾燥度まで）。別の一例においては、第１のアプリケーター６０−１は、約３０％の乾燥度までＭＷ乾燥を行うために使用され、それによってほとんど（しかしすべてではない）の乾燥収縮が発生する。次に、最終目標乾燥度（たとえば、９８％を超える乾燥度）が達成されるまで、１つ以上の下流のアプリケーター６０−２、・・・６０−ｎにおいて、ＣＣＨＡ乾燥とＭＷ乾燥との組合せが使用される。

図４Ｂは、図４Ａと類似しており、乾燥方法の一例を示しており、アプリケーター６０−１から６０−（ｎ−１）は、ＭＷ乾燥を使用してセラミック生地１０を最大約７５％の乾燥度まで乾燥させる。次に、最後のアプリケーター６０−ｎは、ＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０を最終目標乾燥度まで乾燥させる。

図４Ｃは、図４Ｂと類似しており、乾燥方法の一例を示しており、アプリケーター６０−１から６０−（ｎ−１）は、ＭＷ乾燥を使用してセラミック生地１０を最大約７５％の乾燥度まで乾燥させる。次に、最後のアプリケーター６０−ｎは、ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０を最終目標乾燥度まで乾燥させる。最後のアプリケーター６０−ｎのみが排他的にＣＣＨＡ乾燥を使用することによって、連結距離Δｘ（後述のように導入され議論される）を０にすることができる。

図４Ｄは、図４Ｃと類似しており、乾燥方法の一例を示しており、第１のアプリケーター６０−１は、ＭＷ乾燥を使用してセラミック生地１０を最大約３０％の乾燥度まで乾燥させる。次に、アプリケーター６０−２から６０−（ｎ−１）は、ＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０を最大約９０％の乾燥度まで乾燥させる。次に、最後のアプリケーター６０−ｎは、ＣＣＨＡのみを使用して、セラミック生地１０をその最終目標乾燥度に到達させる。この場合も、最後のアプリケーター６０−ｎが唯一のＣＣＨＡ乾燥を使用することによって、連結距離Δｘ（後述のように導入され議論される）を０にすることができる。

図４Ｅは、図４Ｄと類似しており、乾燥方法の一例を示しており、第１のアプリケーター６０−１は、ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０を選択されたレベルの乾燥度まで乾燥させ、次に残りの１つ以上のアプリケーター６０−２から６０−ｎは、ＭＷ乾燥またはＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０をその最終目標乾燥度まで乾燥させる。第１のアプリケーター６０−１が唯一のＣＣＨＡ乾燥を使用することによって、連結距離Δｘ（後述のように導入され議論される）を０にすることができる。第１のアプリケーター６０−１が唯一のＣＣＨＡ乾燥を使用することによって、Ｚセル欠陥を軽減または回避することができる。

図４Ｆは、図４Ｅと類似しており、乾燥方法の一例を示しており、第１のアプリケーター６０−１は、ＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０を第１の乾燥度まで乾燥させる。第１のアプリケーター６０−１がＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を使用することによって、Ｚセル欠陥を軽減または回避することができる。次に、１つ以上の下流のアプリケーター６０−２から６０−（ｎ−１）でＭＷ乾燥を使用して、セラミック生地１０を第２の乾燥度まで乾燥させる。次に、最後のアプリケーター６０−ｎは、ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０をその最終目標乾燥度まで乾燥させる。例示的な一実施形態において、ＭＷ乾燥が使用されるときに、熱を発生させるために、セラミック生地１０の前端または後端１２または１４に板を配置することができる。板の一例はＳｉＣでできており、これはマイクロ波と相互作用する。次に、通常のブロアーまたは真空装置を使用して、セル２０に圧力勾配を生じさせて、空気がセルを通過するのを促進することができる。

図４Ｇは、図４Ｆと類似しており、乾燥方法の一例を示しており、１つ以上のアプリケーター６０−１から６０−（ｎ−１）は、ＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０を第１の（初期）乾燥度まで乾燥させる。例示的な一実施形態において、第１の乾燥度は最大１０％である。次に、最終アプリケーター６０−ｎは、ＣＣＨＡ乾燥を使用してセラミック生地１０をその最終目標乾燥度まで乾燥させる。

図４Ｈは、一実施形態を示しており、ＭＷおよびＣＣＨＡの両方の能力を有する１つのアプリケーター６０がＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を行うために使用される。セラミック生地１０の乾燥は、順番（すなわち、ＭＷ乾燥の次にＣＣＨＡ乾燥、またはＣＣＨＡ乾燥の次にＭＷ乾燥）または同時のいずれかでＭＷ乾燥およびＣＣＨＡ乾燥を行うことができる。ＭＷ乾燥およびＣＣＨＡ乾燥の両方を行うために１つのアプリケーター６０を使用することは、場所の節約に関して好都合である。

図５Ａは、セラミック生地１０のＣＣＨＡ乾燥を行うように構成されたアプリケーター６０の一例の−Ｚ方向から見た図である。セラミック生地１０およびトレイ８は、コンベア８０によって＋Ｚ方向、すなわち図のページを抜け出す方向に運ばれる。アプリケーター６０は、熱風１１０を排出する排出端１０４を有するＣＣＨＡ乾燥システム１００を含む。ＣＣＨＡ乾燥システム１００は、排出端１０４がセラミック生地１０の前端１２に隣接して、連結距離Δｘを画定する間隙Ｇが形成されるように配置される。この構成によってＣＣＨＡ乾燥システム１００は、セラミック生地１０の前端１２に熱風１１０を向かわせることができ、それによって熱風はセル２０の中を流れて、セルの後端１４から出る。すなわち、生地１０（ログ）は水平方向に配置されて乾燥される。

アプリケーター６０が、ＭＷ乾燥を行うマイクロ波１２２を放出するマイクロ波源１２０をさらに含むことを除けば、図５Ｂは図５Ａと類似している。したがって、図５Ｂは複合乾燥、すなわち、ＭＷ＋ＣＣＨＡ乾燥を行うことができるアプリケーター６０の一例を示している。

図６Ａから６Ｃは、ブロアー１２６および空気案内装置１３０を含むＣＣＨＡ乾燥システム１００の一例を伴ったセラミック生地１０の前端１２の拡大図である。ブロアー１２６は排出端１２８を有し、空気案内装置１３０は、流入端１３２と、ＣＣＨＡ乾燥システム１００の排出端１０４を画定する排出端とを有する。空気案内装置１３０の流入端１３２は、ブロアー１２１の排出端１２３と操作可能に連結される。ブロアー１２６は、選択された温度および選択された流量（圧力）を有する熱風１１０を発生するように構成される。熱風１１０は、周囲温度付近から約１８０℃まで、たとえば周囲温度付近から約１５０℃まで、周囲温度付近から約１４０℃まで、周囲温度付近から約１１０℃まで、またはさらには周囲温度付近から約８０℃までの範囲の温度を有することができ、周囲温度は室温または約２０〜２４℃である。熱風１１０は種々のレベルの湿度を有することができ、たとえば、熱風１１０は約８０℃において０〜約８０％ＲＨの湿度を有することができ、ＲＨは相対湿度である。

例示的な一実施形態において、空気案内装置１３０は、図６Ａに示されるような１つのチャネル１３４、または図６Ｂもしくは６Ｃに示されるような複数のチャネル１３４のいずれかを有する管を含む。空気案内装置１３０が複数のチャネル１３４を有する場合、排出端１０４の位置に関する選択流量の熱風１１０を得ることができる空気マニホールドとして機能することができる。図６Ｂは、すべてのチャネル１３４は同じサイズであり、熱風１１０の実質的に均一な流れが得られる一例を示している。図６Ｃは、チャネル１３４がすべて同じサイズではなく、熱風１１０の空間的に調節された流れが見られる一例を示している。例示的な一実施形態において、空気案内装置１３０は、セラミック生地１０の前端１２に入る熱風１１０の選択された流動パターンを画定する「エアナイフ」を画定する。

図６Ｄに示される例示的な一実施形態において、間隙Ｇの大きさ、したがって連結距離Δｘは調節可能である。たとえば空気案内装置１３０の排出端１０４をセラミック生地１０の前端１２により近づけることによって、連結距離Δｘを調節可能である。一例において、連結距離Δｘは０インチ≦Δｘ≦１０インチ（０ｃｍ≦Δｘ≦２５．４ｃｍ）によって画定される範囲内であってよく、別の一例においては、連結距離Δｘは０インチ≦Δｘ≦２インチ（０≦Δｘ≦５．０８ｃｍ）によって画定される範囲内であってよい。

図６Ｅは、連結距離Δｘ＝０である例示的な一実施形態を示している。これは、空気案内装置１３０の排出端１０４をセラミック生地１０の前端１２に接触させることによって実現される。一例においては、連結距離Δｘはできるだけ小さくされ、たとえば、０．５ｍｍにされ、それによって空気案内装置１３０はセラミック生地１０には実際には接触しないが、両者が接触する場合と連結効率が実質的に同じになるほど近くなる。

図６Ｆは、図６Ｅと類似しており、トレイ８が端部９を有し、セラミック生地１０の前端１２がトレイの端部と実質的に同一平面にあるまたはわずかに突出する一例を示している。この構成は、トレイ８を妨害せずに、セラミック生地１０の前端１２中への熱風１１０の連結を促進するために使用することができる。

図６Ｇは、図６Ｃと類似しており、熱風１１０のセラミック生地中への連結を促進するために、空気案内装置１３０の排出端１０４とセラミック生地１０の前端１２との間に連結部材１５０が使用される例示的な一実施形態を示している。連結部材１５０の一例は、間隙Ｇを覆う円筒形スリーブを含む、または円筒形スリーブからなる。連結部材１５０は、トレイ８の存在を考慮した長手方向開口部を含むことができる。一例においては、連結部材１５０は、間隙Ｇが少なくとも部分的に閉じるように構成され、別の一例では間隙が完全に閉じる。一例において、連結部材１５０は、間隙Ｇが部分的にはトレイ８によって、部分的には連結部材によって閉じるように構成される。一例において、連結部材１５０は（たとえば、ブランケットのように）可撓性であり、別の一例においては剛性（たとえば、金属のブラケットまたはスリーブ）である。可撓性連結部材１５０の材料の一例はゴムである。

図６Ｈは、図６Ｇと類似しており、セラミック生地１０がトレイ８の端部９を超えて延在する構成に使用される連結部材１５０の一例を示している。この構成によって、接触する連結部材１５０の使用が容易になり、すなわち、連結部材は、開口部を有したり、トレイ８を収容するように別の方法で構成されたりする必要がない。

図６Ｉは、図６Ｈに類似しており、セラミック生地１０の前端１２が空気案内装置１３０の排出端１０４の内部にある構成の一例を示しており、この場合、連結距離Δｘは負の値を有すると見なすことができる。したがって、一例において、Δｘのより小さな値は−２インチ（−５．０８ｃｍ）、さらには−１インチ（−２．５４ｃｍ）であってよい。一例において、連結部材１５０は、連結効率を最適化するために、空気案内装置１３０とセラミック生地１０との間に存在する間隙を密封するように構成することができる。

図７Ａは、流速が２ｍ／ｓ（三角）および４ｍ／ｓ（四角）の場合で流体力学コンピューターシミュレーションによって求めた連結距離Δｘ（単位ｃｍ）の関数としての、一例のセラミック生地１０の中への熱風１１０の連結効率ＣＥ（単位％）のプロットである。一例において連結効率ＣＥは、セラミック生地１０の前端１２への熱風１１０の流量を、後端１４で排出される熱風の流量で割った値として定義される。図７Ａのプロットは、連結距離Δｘが１０ｃｍを超えると両方の流速で連結効率ＣＥが２０％未満に低下するが、Δｘ＝０では１００％であることを示している。さらに連結効率ＣＥは、長い連結距離よりも短い連結距離で速く低下する。

図７Ｂは、寸法Ｄ＝４．６６インチ（１１．８４ｃｍ）、Ｌ＝６インチ（１５．２４ｃｍ）、ρ＝６００セル／平方インチ（９３／ｃｍ^２）、およびＴＨ＝３．５ミル（８８．９マイクロメートル）を有するセラミック生地１０の一例に対して行った実際の測定に基づく流出速度Ｖ_Ｅ（ｍ／ｓ）対連結距離Δｘ（インチ）のプロットである。ＣＣＨＡ乾燥システム１００にはエアナイフを使用した。導入流速Ｖ_Ｉは２０．８ｍ／ｓであった。３つの曲線は、４０ｐｓｉ（２７６ｋＰａ）（三角）、６０ｐｓｉ（４１４ｋＰａ）（菱形）、および８０ｐｓｉ（５５２ｋＰａ）（正方形）の圧力の場合である。Δｘ＝２インチ（５．０８ｃｍ）の場合、連結効率ＣＥ＝Ｖ_Ｅ／_ＶＩ≒３０％であった。

例示的な一実施形態において、ＣＣＨＡ乾燥システム１００からの熱風１１０の体積流量Ｒ_Ｖは、５０ｓｃｆｍ（８５．０ｍ^３／時）≦Ｒ_Ｖ≦１５００ｓｃｆｍ（２５４９ｍ^３／時）によって画定される範囲内であり、「ｓｃｆｍ」は「標準立方フィート／分」を意味する。一例において、連結効率ＣＥは５０％以上、またはさらには８０％以上である。開始から終了までのセラミック生地１０の乾燥時間ｔ_Ｄの例は、５分〜３０分の範囲内である。これらの乾燥時間は、通常は時間の単位で測定される従来の乾燥時間よりも実質的に速い。したがって、本明細書において開示されるシステムおよび方法の一態様は、セラミック生地１０の急速乾燥を含む。このような急速乾燥によって、最終製品のセラミック物品の製造速度が増加し、それによって物品当たりのコストが削減される。

添付の請求項によって画定される本開示の意図および範囲から逸脱せずに、本明細書に記載される開示の例示的実施形態の種々の修正が可能であることが、当業者には明らかとなるであろう。したがって、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内となるという条件で、本開示は、本開示の修正形態および変形形態を含むことが意図される。

Claims (5)

1. 多数の長手方向オープンセルと、互いに反対側の導入端および排出端とを有する押出成形セラミック生地の乾燥方法において：
   前記セラミック生地を乾燥させて、１０％以下の乾燥度を有する部分乾燥セラミック生地を形成するステップであって、乾燥が、−２インチ（−５．０８ｃｍ）≦Δｘ≦１０インチ（２５．４ｃｍ）で画定される範囲内の値を有する連結距離Δｘで第１の直動式熱風（ＣＣＨＡ）乾燥を行うことを含むステップ；及び
   前記部分乾燥セラミック生地を少なくとも９８％の目標乾燥度まで乾燥させて乾燥セラミック生地を形成するステップであって、前記部分乾燥セラミック生地を乾燥させる処理が、マイクロ波乾燥と少なくとも１回の第２のＣＣＨＡ乾燥との少なくとも一方を行うことを含むステップ；
   を含み；
   ０％〜１０％の乾燥度の前記セラミック生地は、損失正接ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’≧０．０５を画定する誘電率ε＝ε’＋ｉε’’を有することを特徴とする方法。
2. 前記部分乾燥セラミック生地を乾燥させる処理が、少なくとも１回のマイクロ波乾燥を行うことを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１のＣＣＨＡ乾燥が、前記セラミック生地が水平方向に配置されている間に行われることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. Δｘ＜０であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. １つまたは複数のチャネルを有する空気案内装置を備えたＣＣＨＡ乾燥システムを使用し、前記１つまたは複数のチャネルに熱風を通すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。

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