JP2019123647A - セラミックス焼成体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】枠が焼成炉を通過する回数の増加に応じて枠に変形が蓄積する場合がある。【解決手段】セラミックス焼成体の製造方法は、収容棚が焼成炉を通過する工程と、焼成炉を通過した収容棚から枠を取り出す工程と、取り出された枠を用いて焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する工程と、焼成炉を通過する際の新たな収容棚に含まれる枠の回転位置が、焼成炉を通過した時の取り出された枠の回転位置と比較して異なるように枠を回転させる工程を含む。【選択図】図８

Description

本開示は、セラミックス焼成体の製造方法に関する。

特許文献１の図２は、焼成に用いられる棚板と支柱の組み合わせを開示する。

特開平９−１８８５８０号公報

枠が焼成炉を通過する回数の増加に応じて枠に変形が蓄積する場合がある。

本開示の一態様に係るセラミックス焼成体の製造方法は、棚板と前記棚板上に配置される枠の積層から構築され、前記棚板上に配置される１以上のセラミックス構造体が前記棚板間で周方向に延びる前記枠により周囲される収容棚が焼成炉を通過する工程と、
前記焼成炉を通過した前記収容棚から前記枠を取り出す工程と、
前記取り出された前記枠を用いて前記焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する工程と、
前記焼成炉を通過する際の前記新たな収容棚に含まれる前記枠の周方向位置が、前記焼成炉を通過した時の前記取り出された前記枠の周方向位置と比較して異なるように前記枠を回転させる工程を含む。

幾つかの場合、前記枠は、前記焼成炉を通過する回数の増加に応じて鉛直方向に一致する回転軸回りに回転する。

幾つかの場合、前記枠は、事前に設定された一定の角度で回転する。

幾つかの場合、前記枠が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を含む。

幾つかの場合、前記枠が正方形状である。

幾つかの場合、前記枠の回転は、前記焼成炉を通過した前記収容棚から前記枠を取り出すに際して行われ、及び／又は、前記新たな収容棚を構築するに際して行われ、及び／又は、ある場所から別の場所に前記枠を移送する際に行われる。

幾つかの場合、前記枠の回転は、前記枠を移送する移送機構の作動に基づいて行われる。

幾つかの場合、前記移送機構は、前記枠を保持するように構成されたチャックを含む。

幾つかの場合、前記焼成炉において焼成される前記１以上のセラミックス構造体は、脱脂されたセラミックス構造体である。

幾つかの場合、前記取り出された前記枠を用いて前記焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する工程は、前記脱脂されたセラミックス構造体が配置された前記棚板上に前記取り出した枠を配置することを含む。

幾つかの場合、前記枠の回転は、前記棚板、前記枠、又は前記収容棚の回転により生じる。

幾つかの場合、少なくとも一つの突起が前記棚板に設けられ、前記棚板上において前記枠の位置が規制される。

幾つかの場合、前記セラミックス構造体が、少なくとも炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。

幾つかの場合、前記セラミックス構造体が、複数の開口セルを規定する格子状の隔壁を有する。

幾つかの場合、少なくとも一つのセラミックス構造体を焼成炉において焼成する工程が非酸化雰囲気で行われる。

本開示の一態様によれば、枠が焼成炉を通過する回数の増加に応じて枠に蓄積され得る変形量を低減することができる。

本開示の一態様に係るセラミックス焼成体の製造ライン及び製造工程を示す模式図である。第１場所Ｐ１と第２場所Ｐ２の間で脱脂炉を通過する収容棚が移動する。第２場所Ｐ２と第１場所Ｐ１の間で脱脂炉を通過した収容棚から取り出された枠が移動する。第４場所Ｐ４と第３場所Ｐ３の間で焼成炉を通過した収容棚から取り出された枠が移動する。第３場所Ｐ３と第４場所Ｐ４の間で焼成炉を通過する収容棚が移動する。収容棚や枠の移動のためローラコンベヤやベルトコンベヤが用いられ得る。 本開示の一態様に係る複数のセラミックス構造体を収容した収容棚が焼成炉を通過することを示す模式図である。焼成炉内に障害物が形成される場合、その障害物と収容棚の望まない接触が生じ得る。 本開示の一態様に係る収容棚の概略的な斜視図である。収容棚の上部と下部の間の中間部の図示が省略されている。 本開示の一態様に係る収容棚において棚板の上面に枠の位置を規制する突起が設けられることを示す概略的な断面模式図である。 本開示の一態様に係るセラミックス構造体の概略的な斜視図である。 図５において二点鎖線で示される平面ＰＬ７におけるセラミックス構造体の概略的な断面模式図である。 本開示の一態様に係る複数のセラミックス焼成体を含むフィルターの概略的な斜視図である。 セラミックス焼成体の製造方法に関する概略的なフローチャートである。 焼成炉を通過した収容棚から枠を取り出し、枠を積み重ねて枠の積層体を構築する機構及び方法を示す概略模式図である。幾つかの場合、枠を移送するための移送機構の作動により枠が回転され得る。 脱脂炉を通過した収容棚からセラミックス構造体が上面に配置された棚板を取り出し、その取り出した棚板を用いて焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する機構及び方法を示す概略模式図である。 枠の積層体から枠を取り出し、取り出した枠を用いて焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する機構及び方法を示す概略模式図である。幾つかの場合、枠を移送するための移送機構の作動により枠が回転され得る。 焼成炉を通過する枠の回数の増加に応じて焼成炉を通過する際の枠の周方向位置が変化することを示す模式図である。 枠の変形を示す概略模式図である。

以下、図１乃至図１３を参照しつつ、本発明の非限定の実施形態について説明する。開示の１以上の実施形態及び実施形態に包含される各特徴は、個々に独立したものではない。当業者は、過剰説明を要せず、各実施形態及び／又は各特徴を組み合わせることができる。また、当業者は、この組み合わせによる相乗効果も理解可能である。実施形態間の重複説明は、原則的に省略する。参照図面は、発明の記述を主たる目的とするものであり、作図の便宜のために簡略化されている場合がある。

以下に記述において、ある製造方法に関して記述される複数の特徴が、これらの特徴の組み合わせとして理解される他、他の特徴とは独立した個別の特徴として理解される。個別の特徴は、他の特徴との組み合わせを必須とすることなく独立した個別の特徴として理解されるが、１以上の他の個別の特徴との組み合わせとしても理解される。個別の特徴の全組み合わせを記述することは当業者には冗長である他なく、省略される。個別の特徴は、「幾つかの場合」という表現により明示される。個別の特徴は、例えば、図面に開示された製造方法にのみ有効であるものではなく、他の様々な製造方法にも通用する普遍的な特徴として理解される。

図１に示すような本開示のセラミックス焼成体の製造ライン及び方法において図３、図５、及び図６に示すセラミックス構造体７が脱脂され、続いて焼成され得る。セラミックス構造体７は、図１及び図８に示すように、脱脂炉９により脱脂され（Ｓ３）、続いて、焼成炉４により焼成され得る（Ｓ６）。なお、焼成炉４において脱脂と焼成が連続的に行われ、脱脂炉９が省略されることも想定される。脱脂炉９においてセラミックス構造体７が加熱され、セラミックス構造体７に含まれる有機バインダーが除去される。焼成炉４において脱脂されたセラミックス構造体７が焼成され、セラミックス材料、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の粒子が結合する。必ずしもこの限りではないが、脱脂炉９におけるセラミックス構造体７の加熱が酸化雰囲気で行われ、例えば、大気雰囲気で行われる。焼成炉４におけるセラミックス構造体７の焼成は、非酸化雰囲気で行われ、例えば、アルゴンといった不活性化ガス雰囲気で行われる。セラミックス構造体７の脱脂工程中の脱脂炉９の炉内温度は、５００℃以下であり得る。セラミックス構造体７の焼成工程中の焼成炉４の炉内温度は、１０００℃以上であり得る。脱脂炉９を第１焼成炉と呼び、焼成炉４を第２焼成炉と呼ぶこともできる。繰り返すが、脱脂炉９が省略されることも想定される。

脱脂及び焼成された複数のセラミックス構造体７から図７に示すフィルター７９が製造され得る。図７に示されるフィルター７９は、ディーゼルエンジンといった内燃機関から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質、通称、ＰＭ（Particulate Matter）を捕集して除去する機能部品である。フィルター７９は、接着層を介してセラミックス焼成体７８を２次元配置し、これにより得たブロックを円柱状に加工し、最後に円柱体の外周面に外周層を塗布して焼成することにより製造される。フィルター７９は、ディーゼルエンジンの排ガスの浄化用に限らず、汚染水の浄化用といった他の様々な用途に用いられることに留意されたい。フィルター７９に含まれるセラミックス構造体７に様々な種類の触媒が導入されることも想定される。フィルター７９の接着層及び／又は外周層は、幾つかの場合、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）を含み得る。

図３、図５、及び図６に示したセラミックス構造体７は、図８から理解されるように、原料の成形（Ｓ１）と乾燥（Ｓ２）を経て製造されたものであり得る。原料は、幾つかの場合、少なくとも坏土を含み、又は、少なくともセラミックス材料、有機バインダー、及び水を含む。セラミックス材料は、焼成によりコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）になる原料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、及びジルコニア（ＺｒＯ₂）から成る群から選択される少なくとも一つの材料を含み得る。有機バインダーは、寒天、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、デンプンから成る群から選択される少なくとも一つの材料を含み得る。押出成形機を用いてセラミックス構造体７が押し出され、これに続いて乾燥機により乾燥される。これにより人手又は機械により把持できる硬さを有するセラミックス構造体７が製造される。

焼成によりコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）になる原料は、コージェライト化原料と呼ばれる。コージェライト化原料は、シリカが４０〜６０質量％、アルミナが１５〜４５質量％、マグネシアが５〜３０質量％の範囲に入る化学組成を有する。コージェライト化原料は、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカの群から選ばれた複数の無機原料の混合物であり得る。セラミックス成形体がコージェライト化原料を含む時、焼成温度は、１３８０〜１４５０℃に設定され、又は、１４００〜１４４０℃に設定され得る。また、焼成時間は、３〜１０時間であり得る。

必ずしもこの限りではないが、セラミックス構造体７は、複数の開口セル７１を規定する格子状の隔壁７２を有する。セラミックス構造体７の格子構造により規定される開口セル７１の開口形状は、多角形或いは円形或いは楕円形であり得る。多角形は、三角形、四角形、五角形、六角形、又はこれ以外のものであり得る。セラミックス構造体７は、第１端部７６と第２端部７７を有し、各端部７６，７７の間を延びる。開口セル７１は、セラミックス構造体７の延在方向に沿って延在する。

必ずしもこの限りではないが、開口セル７１の２次元配置において幾つかの開口セル７１が封止材７３により封止される。図６に示すように、セラミックス構造体７の第１端部７６における封止材７３による開口セル７１の封止パターンと、セラミックス構造体７の第２端部７７における封止材７３による開口セル７１の封止パターンとが相補的であり得る。フィルター７９における排ガスの透過性と排ガスの浄化性の両立が促進され得る。なお、第１端部７６が、排ガスの流れ方向においてエンジン寄りに配置される端部であり、第２端部７７が排ガスの流れ方向においてエンジンからより離れて配置される端部であり得る。

セラミックス構造体７は、幾つかの場合、少なくとも炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。セラミックス構造体７は、幾つかの場合、脱脂されていないものであり、炭化ケイ素に加えて有機バインダーを有する。セラミックス構造体７は、幾つかの場合、脱脂されたものであり、炭化ケイ素に加えて残炭成分を有する。残炭成分は、有機バインダーに由来する炭素であり得る。セラミックス構造体７に含まれるセラミックス材料は、炭化ケイ素に限らず、コージェライトといった他のセラミックス材料であり得る。

多数のセラミックス構造体７は、図２乃至図４に示す収容棚３に収容された状態で脱脂炉９及び／又は焼成炉４に通され得る。収容棚３に収容されるセラミックス構造体７の数は、棚板１の大きさ、収容棚３に含まれる棚板１の枚数に依存し、また、セラミックス構造体７自体の大きさに依存する。収容棚３は、脱脂炉９及び／又は焼成炉４内において定められた方向に進行する。収容棚３の移動速度を適切に設定することにより収容棚３が炉内に存在する時間、つまり、炉内における脱脂又は焼成時間が定められる。各炉における温度プロファイルは、各炉の目的に照らして適切に設定される。各炉の温度プロファイルは、時間軸に沿う炉内温度の変化を意味する。幾つかの場合、収容棚３が台車８上に配置され、台車８が不図示の押動手段により押されて炉内を進行する。台車８が自走することも想定される。必要ならば、ローラコンベヤ、ベルトコンベヤといった様々な搬送機構が収容棚３の移動のために採用される。

収容棚３は、棚板１と棚板１上に配置される枠２を含み、つまり、棚板１と枠２の積層により構築される。棚板１上に配置される１以上のセラミックス構造体７が、棚板１間で周方向に延びる枠２により周囲される。特には、収容棚３は、鉛直方向に沿って棚板１と枠２が交互に重ねられて構築される。棚板１は、鉛直方向に直交する平面に配置される。枠２は、鉛直方向に平行なある軸線に関する又はこれを中心とする周方向に延びる。鉛直方向で隣接する棚板１の間に枠２が配置され、セラミックス構造体７の収容空間３１が画定される。収容空間３１は、幾つかの場合、棚板１と枠２により閉じられて炉内雰囲気から隔てられ、又は、棚板１及び／又は枠２に設けられた１以上の開口を通じて炉内雰囲気に空間的に連通する。収容空間３１が炉内雰囲気から隔てられることは、炉内雰囲気からの収容空間３１の完全な隔離を意図せず、炉内雰囲気と収容空間３１の間の流体移動が妨げられている状態を意図するように理解される。

棚板１は、セラミックス構造体７が載置される上面１６と、上面１６の反対側の下面１７を有する。焼成炉４における焼成過程で棚板１とセラミックス構造体７が結合してしまうことを回避又は抑制するため、棚板１の上面１６には適切な耐火性材料の砂利が撒かれ得る。枠２は、鉛直方向に平行なある軸線に関する又はこれを中心とする周方向に延びる外周壁２６を有する。外周壁２６は、周方向において連続し、或いは非連続である。外周壁２６が周方向で連続する場合、枠２は、閉じた枠である。外周壁２６が周方向で連続しない場合、枠２は、開いた枠である。外周壁２６が周方向で連続していない開いた枠は、例えば、図３の符合２９により示される外周壁２６の一部が除去されたものである。幾つかの場合、枠２が多角形であり、及び／又は、外周壁２６が多角形状の開口を規定する。鉛直方向に直交する面において枠２の断面形状が四角形状であり得る。外周壁２６には、複数の角部２７が設けられ得る。枠２が四角形状である時、外周壁２６には４つの角部２７が設けられる。

棚板１及び枠２は、耐火性材料から成り得る。必ずしもこの限りではないが、棚板１及び／又は枠２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を含み、又は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）の焼結体である。棚板１及び／又は枠２に含まれる炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、反応焼結Ｓｉ−ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ（Ｒｅ−ＳｉＣ）、窒化物結合ＳｉＣ（Ｎ−ＳｉＣ）のいずれか一つ又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。特には、幾つかの場合、枠２は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を含み、又は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）から成る。枠２が炭化ケイ素の代替としてアルミナ又はムライトから成る場合、枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の重量の減少が緩慢になり、枠２の寿命が長寿命化し得る。しかしながら、反面、枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形が大きくなり得る。

棚板１及び枠２は、焼成炉４を繰り返し通過することが予定されており、繰り返し晒される高温に耐える耐火性能が要求され、又は望まれる。焼成炉４は、セラミックス構造体７の焼成時、１０００℃を超える炉内温度を有し得る。このような高温に晒される結果、棚板１又は枠２は、焼成炉４を通過する回数の増加に応じて劣化し、例えば、その重量が減少し得る。棚板１又は枠２が焼成炉４を通過する回数は、棚板１又は枠２の使用回数とも理解される。棚板１又は枠２の重量の低下は、焼成炉４にセラミックス材料の障害物４９が生成されることを伴い得る。セラミックス材料の障害物４９は、鉛直方向下方又は鉛直方向に交差する任意の方向に成長した柱部を含み得る。焼成炉４内を移動する収容棚３と炉内の障害物４９の接触が懸念される。幾つかの場合、この問題を回避又は抑制するため、少なくとも一つの突起１５が棚板１に設けられ、棚板１上において枠２の位置が規制される。つまり、障害物４９と収容棚３の僅かな接触により収容棚３が部分的又は全体的に崩壊することが回避又は抑制される。

棚板１に設けられる突起１５は、枠２が棚板１上に配置される時に枠２の内側及び／又は外側に位置し得る。突起１５は、棚板１の片面又は両面、つまり、上面１６及び／又は下面１７に設けられ得る。突起１５は、幾つかの場合、外周壁２６の角部２７に対応して設けられ、及び／又は、外周壁２６の角部２７の内側に設けられる。例えば、外周壁２６の４つの角部２７に対応して４つの突起１５が設けられる。各突起１５は、外周壁２６に沿って延びる第１及び第２延在部を含み、第１及び第２延在部が交差又は直交し得る。

繰り返しとなるが、枠２は、焼成炉４を繰り返し通過するに耐える耐火性能が要求され、又は望まれる。本願発明者の検討によれば、枠２の繰り返しの使用に応じて蓄積される枠２の変形によって枠２の寿命が短くなることに加えて、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の少なくとも１つの不利益を招来し得ることが明らかになった。枠２の変形の結果、（ｉ）収容空間３１の雰囲気の安定性又は閉鎖性が低下し、結果として、セラミックス構造体７の焼成不良が生じ得る；（ｉｉ）焼成炉４内を移動する収容棚３のバランスが損なわれ、焼成炉４内を移動する収容棚３と障害物４９が接触する可能性が高められる；（ｉｉｉ）棚板１に突起１５がある場合、枠２と突起１５が接触してしまい、収容空間３１の雰囲気の安定性又は閉鎖性が低下してしまう。上記した（ｉ）〜（ｉｉｉ）は、セラミックス焼成体７８の歩留まり及び／又は品質を低下させ得る。

特には、幾つかの場合、枠２が炭化ケイ素以外のセラミックス材料を含み、又は、炭化ケイ素以外のセラミックス材料から成る。この場合、枠２が炭化ケイ素から成る場合と比べて、枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量が大きくなり得る。炭化ケイ素以外のセラミックス材料は、幾つかの場合、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）であり得るが、これに限定されず、例えば、他の低い熱伝導性のセラミックスであり得る。なお、アルミナ又はムライト製の枠２を用いた場合、上記した（ｉ）の結果、目標とするセラミックス焼成体７８の色や強度が得られない場合があることが実証されている。

後述の記述から具体的に理解されるように、本開示に係るセラミックス焼成体の製造方法は、収容棚３が焼成炉４を通過する工程と、焼成炉４を通過した収容棚３から枠２を取り出す工程と、取り出した枠２を用いて焼成炉４を通過するべき新たな収容棚３を構築する工程と、焼成炉４を通過する際の新たな収容棚３に含まれる枠２の周方向位置が、焼成炉４を通過した時の前述の取り出した枠２の周方向位置と比較して異なるように枠２を回転させる工程を含む。枠２の回転によって過去の焼成工程で生じた枠２の変形が、今回又は未来の焼成工程で生じる枠２の変形により相殺されることが促進される。これにより枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量を低減でき、枠２の長寿命化が促進される。

枠２に生じる変形は、枠２自体の形状、外周壁厚、又は材質に依存し得る。追加的又は代替的に、枠２に生じる変形は、焼成炉４の温度プロファイルや焼成炉４内に生じ得る温度分布に依存し得る。焼成炉４の温度プロファイルは、時間軸に沿う焼成炉４内の温度の変化を意味する。棚板１と枠２により収容空間３１が閉じられる時、枠２による断熱に起因して、及び／又は、収容空間３１内のセラミックス構造体７の顕熱に起因して、炉内雰囲気と収容空間３１に温度差が生じ、端的には、収容空間３１の温度が炉内雰囲気の温度よりも低くなる。この差に応じて外周壁２６の外周壁面と内周壁面の間に温度勾配が生じ、外周壁２６が内側又は外側に湾曲するように変形し得る。図１３は、収容棚３の炉内の進行方向が矢印で示され、これに平行な外周壁２６の部分が外側に湾曲し、結果として、進行方向に直交する外周壁２６の部分が内側に湾曲することを模式的に示す。図１３は、枠２の変形を分かり易くある意味極端に示すものであり、図１３に示すような程度の変形が枠２に生じることは想定していない。枠２が正方形ではなく長方形である時、図１３に示すような変形が誘起され得る。従って、幾つかの場合、枠２が正方形状である。

以下、図１や図８〜図１２を参照して、セラミックス焼成体７８の製造方法についてより具体的に記述する。なお、脱脂炉９を通過する収容棚３を脱脂棚３ｅと呼び、焼成炉４を通過する収容棚３を焼成棚３ｆと呼び得る。同様、脱脂棚３ｅに含まれる枠２を脱脂枠２ｅと呼び、焼成棚３ｆに含まれる枠２を焼成枠２ｆと呼び得る。幾つかの場合、脱脂炉９での脱脂が大気雰囲気で行われ、従って、脱脂枠２ｅには枠内外を通じる１以上の開口が設けられる。追加的に、焼成炉４での焼成が不活性ガス雰囲気（例えば、アルゴン雰囲気）で行われ、焼成枠２ｆは、棚板１と協働して収容空間３１を閉じるように構成される。この場合、セラミックス構造体７は、非酸化雰囲気で結合されるべき炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み得る。脱脂枠２ｅは、焼成枠２ｆよりも低い耐火性を有していても良い。幾つかの場合、脱脂枠２ｅが炭化ケイ素を含み、焼成枠２ｆがアルミナ又はムライトを含む。なお、脱脂枠２ｅとして金属製の枠も用いられ得る。焼成枠２ｆに開口が形成される場合も想定される。

図１の第１場所Ｐ１において、収容棚３、端的には、脱脂棚３ｅが構築される。具体的には、原料の成形（Ｓ１）と乾燥（Ｓ２）を経て製造されたセラミックス構造体７が棚板１上に配置される。棚板１上に脱脂枠２ｅを配置する。棚板１上にセラミックス構造体７を配置することと、棚板１上に脱脂枠２ｅを配置することを交互に繰り返して脱脂棚３ｅが構築される。脱脂棚３ｅに収容されるセラミックス構造体７の数が多ければ多い程、セラミックス構造体７の製造効率が高められるが、脱脂炉９の炉内空間の大きさ等の制約がある。

脱脂棚３ｅは、任意の方法で脱脂炉９内を移動する（Ｓ３）。脱脂炉９内で高温に晒され、脱脂棚３ｅ内のセラミックス構造体７の有機バインダーが酸化及び燃焼して除去される。脱脂されたセラミックス構造体７内には有機バインダー由来の炭素が残留し得る。

図１の第２場所Ｐ２において、脱脂棚３ｅが解体され、脱脂されたセラミックス構造体７が配置された棚板１が脱脂棚３ｅから取り出される（Ｓ７）。脱脂されたセラミックス構造体７が配置された棚板１は、焼成炉４を通過する焼成棚３ｆのために用いられる。脱脂棚３ｅから取り出した脱脂枠２ｅは、図１の矢印に示すように第２場所Ｐ２から第１場所Ｐ１に戻され、別の脱脂棚３ｅのために用いられる。

図１の第３場所Ｐ３において、焼成炉４を通過する収容棚３、つまり、焼成棚３ｆが構築される。具体的には、脱脂棚３ｅから取り出された棚板１と第４場所Ｐ４で解体された焼成棚３ｆから取り出された焼成枠２ｆを用いて焼成棚３ｆが構築される（Ｓ５）。焼成枠２ｆが取り出された収容棚３を前回の収容棚３と呼び、この取り出された焼成枠２ｆを用いて新たに構築される収容棚３を今回の収容棚３と呼び得る。前回の収容棚３と今回の収容棚３は、焼成炉４に時間的に連続して投入される収容棚３に限られない。

今回の焼成棚３ｆが焼成炉４を通される（Ｓ６）。焼成炉４内で高温に晒され、焼成棚３ｆ内のセラミックス構造体７のセラミックス材料が結合する。セラミックス構造体７が炭化ケイ素を含む場合、炭化ケイ素の粒子同士が結合する。セラミックス焼成体７８は、多孔質である。隔壁７２の微細孔を介して隣接する開口セル７１が空間的に連通される。

図１の第４場所Ｐ４において、焼成炉４を通過した焼成棚３ｆが解体される。具体的には、焼成棚３ｆから棚板１と焼成枠２ｆが取り出される（Ｓ７）。同時に、棚板１上のセラミックス焼成体７８も取り出される。焼成棚３ｆから棚板１や焼成枠２ｆを取り出すことは、人手により行われ得る。

焼成枠２ｆを回転させること（Ｓ８）は、様々な態様又は手段又はタイミングで行われ得る。枠２の回転は、焼成炉４を通過した収容棚３から枠２を取り出すに際して行われ（図９の場合）、及び／又は、新たな収容棚３を構築するに際して行われ（図１１の場合）、及び／又は、ある場所から別の場所に枠２を移送する際に行われる（図９と図１１の場合又はこれ以外の場合）。上述した枠２の回転は、人手により行われ、或いは、装置により行われる。図９乃至図１１に示すような幾つかの場合、棚板１及び／又は枠２を移送するための移送機構５が枠２を回転する。つまり、移送機構５の作動に基づいて枠２の回転が生じる。

枠２の回転は、枠２自体を回転させることにより生じ、又は、枠２が置かれた棚板１の回転により生じ、又は、枠２を含む収容棚３の回転により生じる。この点を考慮すれば、任意の適切なタイミングで任意の適切な手段により枠２の回転が実行され得るものと当業者が理解するだろう。

図９は、第４場所Ｐ４において移送機構５の作動に基づいて焼成炉４を通過した収容棚３から取り出された焼成枠２ｆが積み重ねられることを示す。繰り返すが、第４場所Ｐ４において、作業者、つまりヒトにより収容棚３が解体されることも想定される。移送機構５は、枠２をある場所から別の場所に移送することができ、また、移送過程で枠２を回転させることができる。移送機構５の具体的な構造は様々であり、開示例に限定されるべきではない。図示例を含む幾つかの場合、移送機構５は、焼成枠２ｆを保持するように構成されたチャック６を有する。チャック６は、本体６１、本体６１に対して変位可能に設けられた一対のアーム６２を有する。一対のアーム６２の間隔が適切に制御され、チャック６により焼成枠２ｆが把持される。例えば、アーム６２は、シリンダーを介して本体６１に対して接続し、シリンダーの伸縮に基づいて本体６１とアーム６２の間隔が設定される。アーム６２の先端部には不図示の弾性部材が設けられ、枠とアームの軟接触が確保され得る。

チャック６は、幾つかの場合、多関節を有するロボットアームの先端部に対して取り付けられ、その先端部において回転可能である。ロボットアームは、市場において市販されているものであり得る。別の場合、チャック６は、レール上に走行可能な走行体に対してシリンダーを介して実装され、シリンダーの先端部において回転可能である。追加的又は代替的に、走行体に対してシリンダーが回転可能である。なお、チャック６は、上述の本体６１とアーム６２の構造例の代替として、多関節を有する少なくとも２つのロボットアームを有し得る。これらのロボットアームの間で焼成枠２ｆが把持される。チャック６が、吸引、磁着といった他の代替の手段又は態様で焼成枠２ｆを保持し得ることは、当業者には明らかである。

図１０は、第２場所Ｐ２において移送機構５の作動に基づいて脱脂炉９を通過した脱脂棚３ｅから棚板１を取り出し、新たな収容棚３、つまり焼成棚３ｆを構築することを示す。第２場所Ｐ２において移送機構５の作動に基づいて脱脂炉９を通過した脱脂棚３ｅから棚板１が取り出され、焼成棚３ｆが構築される場所まで移送される。

図１１は、第３場所Ｐ３において移送機構５の作動に基づいて焼成枠２ｆの積層体から焼成枠２ｆを取り出し、新たな焼成棚３ｆを構築することを示す。第３場所Ｐ３において移送機構５の作動に基づいて焼成枠２ｆの積層体から焼成枠２ｆが取り出され、脱脂されたセラミックス構造体７が配置された棚板１上に配置される。

第４場所Ｐ４と第２場所Ｐ２のいずれか一箇所又は両方の場所で移送機構の作動による枠の回転が行われ得る。第２場所Ｐ２又は第４場所Ｐ４での枠２の回転の角度は、幾つかの場合、１８０°以下又は９０°以下又は９０°である。第４場所Ｐ４での枠２の回転の角度と第２場所Ｐ２の枠２の回転の角度の合計値は、幾つかの場合、１８０°以下である。枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量を低減することができ、枠２の長寿命化が促進される。幾つかの場合、枠２がＮ個（Ｎは２以上の自然数を示す）の角部を有し又はＮ角形であり、枠２の回転角度が３６０°／Ｎである。

幾つかの場合、脱脂棚３ｅから脱脂枠２ｅを取り出して焼成棚３ｆが構築される場所まで移送する移送機構と、焼成枠２ｆの積層体から焼成枠２ｆを取り出して焼成棚３ｆが構築される場所まで移送する移送機構は、同一の移送機構である。これにより製造設備コストの低減が促進される。

幾つかの場合、移送機構５は、焼成枠２ｆを移送する過程で焼成枠２ｆを事前に設定された一定の角度で回転させる。焼成枠２ｆは、焼成炉４を通過する回数の増加に応じて鉛直方向に一致する回転軸回りに回転することになる。ｍ回目（ｍは２以上の自然数を示す）に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの周方向位置は、ｍ−１回目に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの周方向位置と比較して移送機構５による焼成枠２ｆの回転角度に一致する角度だけ異なる。幾つかの場合、焼成枠２ｆが四角形であり、焼成棚３ｆから取り出された焼成枠２ｆが移送機構５による移送過程で９０°回転させられる。従って、ｍ回目（ｍは２以上の自然数を示す）に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの周方向位置は、ｍ−１回目に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの周方向位置と比較して９０°だけ異なる。

図１２は、ある焼成枠２ｆに着目した時、その焼成枠２ｆが焼成炉４を通過する回数の増加に応じて焼成炉４内を移動する際の焼成枠２ｆの周方向位置が異なることを模式的に示す。図１２を含む幾つかの場合、焼成枠２ｆが正方形状である。焼成枠２ｆが４つの角部を有し、また４つの異なる方向に延びる外周壁２６の部分２Ａ〜２Ｄを有する。図１２（ａ）の１回目の焼成に際して、外周壁２６の部分２Ａが、矢印で示される焼成枠２ｆの進行方向において下流側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが焼成枠２ｆの進行方向において上流側を向く。図１２（ｂ）の２回目の焼成に際して、焼成枠２ｆの９０°の回転に応じて、外周壁２６の部分２Ａが、焼成枠２ｆの進行方向に直交する左右方向において右側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが、左右方向において左側を向く。図１２（ｃ）の３回目の焼成に際して、外周壁２６の部分２Ａが、矢印で示される焼成枠２ｆの進行方向において上流側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが焼成枠２ｆの進行方向において下流側を向く。図１２（ｄ）の４回目の焼成に際して、焼成枠２ｆの９０°の回転に応じて、外周壁２６の部分２Ａが、左右方向において左側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが、左右方向において右側を向く。５回目の焼成に際しての焼成枠２ｆの周方向位置は、図１２（ａ）と同一になる。以降の焼成についても同様、焼成枠２ｆの回転に応じて、焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの周方向位置が変化するものと理解される。焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの周方向位置が変化するように焼成枠２ｆを回転させることにより、過去の焼成工程で生じた枠２の変形が、今回又は未来の焼成工程で生じる枠２の変形により相殺されることが促進される。これにより枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量を低減することができ、枠２の長寿命化が促進される。

［実施例］
アルミナ製の枠と炭化ケイ素製の棚板から構築される収容棚を合計６回焼成炉に通した。実施例では、焼成炉の通過後、第３場所Ｐ３で枠を９０°回転させた。比較例では、第３場所Ｐ３で枠を９０°回転させなかった。実施例では、第１基準幅と比較して枠の第１幅が０．３６ｍｍだけ減少した。他方、比較例では、第１基準幅と比較して枠の第１幅が０．７１ｍｍだけ減少した。実施例では、第２基準幅と比較して枠の第２幅が０．１８ｍｍだけ減少した。他方、比較例では、第２基準幅と比較して枠の第２幅が０．３２ｍｍだけ増加した。このように、比較例と比較して実施例において枠の変形量の減少が確認できた。なお、枠の第１基準幅は、３７２ｍｍであり、第２基準幅は、３７２ｍｍである。枠の第１基準幅及び第１幅は、焼成炉内における収容棚の進行方向に平行な方向における枠の幅である。枠の第２基準幅及び第２幅は、焼成炉内における収容棚の進行方向に直交する方向における枠の幅である。

上述の教示を踏まえると、当業者をすれば、各実施形態に対して様々な変更を加えることができる。

１ 棚板
２ 枠
３ 収容棚
４ 焼成炉
７ セラミックス構造体

本開示の一態様に係るセラミックス焼成体の製造方法は、棚板と前記棚板上に配置される枠の積層から構築され、前記棚板上に配置される１以上のセラミックス構造体が前記棚板間で周方向に延びる前記枠により周囲される収容棚が焼成炉を通過する工程と、
前記焼成炉を通過した前記収容棚から前記枠を取り出す工程と、
前記取り出された前記枠を用いて前記焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する工程と、
前記焼成炉を通過する際の前記新たな収容棚に含まれる前記枠の回転位置が、前記焼成炉を通過した時の前記取り出された前記枠の回転位置と比較して異なるように前記枠を回転させる工程を含む。

本開示の一態様に係るセラミックス焼成体の製造ライン及び製造工程を示す模式図である。第１場所Ｐ１と第２場所Ｐ２の間で脱脂炉を通過する収容棚が移動する。第２場所Ｐ２と第１場所Ｐ１の間で脱脂炉を通過した収容棚から取り出された枠が移動する。第４場所Ｐ４と第３場所Ｐ３の間で焼成炉を通過した収容棚から取り出された枠が移動する。第３場所Ｐ３と第４場所Ｐ４の間で焼成炉を通過する収容棚が移動する。収容棚や枠の移動のためローラコンベヤやベルトコンベヤが用いられ得る。 本開示の一態様に係る複数のセラミックス構造体を収容した収容棚が焼成炉を通過することを示す模式図である。焼成炉内に障害物が形成される場合、その障害物と収容棚の望まない接触が生じ得る。 本開示の一態様に係る収容棚の概略的な斜視図である。収容棚の上部と下部の間の中間部の図示が省略されている。 本開示の一態様に係る収容棚において棚板の上面に枠の位置を規制する突起が設けられることを示す概略的な断面模式図である。 本開示の一態様に係るセラミックス構造体の概略的な斜視図である。 図５において二点鎖線で示される平面ＰＬ７におけるセラミックス構造体の概略的な断面模式図である。 本開示の一態様に係る複数のセラミックス焼成体を含むフィルターの概略的な斜視図である。 セラミックス焼成体の製造方法に関する概略的なフローチャートである。 焼成炉を通過した収容棚から枠を取り出し、枠を積み重ねて枠の積層体を構築する機構及び方法を示す概略模式図である。幾つかの場合、枠を移送するための移送機構の作動により枠が回転され得る。 脱脂炉を通過した収容棚からセラミックス構造体が上面に配置された棚板を取り出し、その取り出した棚板を用いて焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する機構及び方法を示す概略模式図である。 枠の積層体から枠を取り出し、取り出した枠を用いて焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する機構及び方法を示す概略模式図である。幾つかの場合、枠を移送するための移送機構の作動により枠が回転され得る。 焼成炉を通過する枠の回数の増加に応じて焼成炉を通過する際の枠の回転位置（周方向位置）が変化することを示す模式図である。 枠の変形を示す概略模式図である。

後述の記述から具体的に理解されるように、本開示に係るセラミックス焼成体の製造方法は、収容棚３が焼成炉４を通過する工程と、焼成炉４を通過した収容棚３から枠２を取り出す工程と、取り出した枠２を用いて焼成炉４を通過するべき新たな収容棚３を構築する工程と、焼成炉４を通過する際の新たな収容棚３に含まれる枠２の回転位置（周方向位置）が、焼成炉４を通過した時の前述の取り出した枠２の回転位置（周方向位置）と比較して異なるように枠２を回転させる工程を含む。枠２の回転によって過去の焼成工程で生じた枠２の変形が、今回又は未来の焼成工程で生じる枠２の変形により相殺されることが促進される。これにより枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量を低減でき、枠２の長寿命化が促進される。

図１の第２場所Ｐ２において、脱脂棚３ｅが解体され、脱脂されたセラミックス構造体７が配置された棚板１が脱脂棚３ｅから取り出される（Ｓ４）。脱脂されたセラミックス構造体７が配置された棚板１は、焼成炉４を通過する焼成棚３ｆのために用いられる。脱脂棚３ｅから取り出した脱脂枠２ｅは、図１の矢印に示すように第２場所Ｐ２から第１場所Ｐ１に戻され、別の脱脂棚３ｅのために用いられる。

第４場所Ｐ４と第３場所Ｐ３のいずれか一箇所又は両方の場所で移送機構の作動による枠の回転が行われ得る。第３場所Ｐ３又は第４場所Ｐ４での枠２の回転の角度は、幾つかの場合、１８０°以下又は９０°以下又は９０°である。第４場所Ｐ４での枠２の回転の角度と第３場所Ｐ３の枠２の回転の角度の合計値は、幾つかの場合、１８０°以下である。枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量を低減することができ、枠２の長寿命化が促進される。幾つかの場合、枠２がＮ個（Ｎは２以上の自然数を示す）の角部を有し又はＮ角形であり、枠２の回転角度が３６０°／Ｎである。

幾つかの場合、移送機構５は、焼成枠２ｆを移送する過程で焼成枠２ｆを事前に設定された一定の角度で回転させる。焼成枠２ｆは、焼成炉４を通過する回数の増加に応じて鉛直方向に一致する回転軸回りに回転することになる。ｍ回目（ｍは２以上の自然数を示す）に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの回転位置は、ｍ−１回目に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの回転位置と比較して移送機構５による焼成枠２ｆの回転角度に一致する角度だけ異なる。幾つかの場合、焼成枠２ｆが四角形であり、焼成棚３ｆから取り出された焼成枠２ｆが移送機構５による移送過程で９０°回転させられる。従って、ｍ回目（ｍは２以上の自然数を示す）に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの回転位置は、ｍ−１回目に焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの回転位置と比較して９０°だけ異なる。

図１２は、ある焼成枠２ｆに着目した時、その焼成枠２ｆが焼成炉４を通過する回数の増加に応じて焼成炉４内を移動する際の焼成枠２ｆの回転位置（周方向位置）が異なることを模式的に示す。図１２を含む幾つかの場合、焼成枠２ｆが正方形状である。焼成枠２ｆが４つの角部を有し、また４つの異なる方向に延びる外周壁２６の部分２Ａ〜２Ｄを有する。図１２（ａ）の１回目の焼成に際して、外周壁２６の部分２Ａが、矢印で示される焼成枠２ｆの進行方向において下流側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが焼成枠２ｆの進行方向において上流側を向く。図１２（ｂ）の２回目の焼成に際して、焼成枠２ｆの９０°の回転に応じて、外周壁２６の部分２Ａが、焼成枠２ｆの進行方向に直交する左右方向において右側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが、左右方向において左側を向く。図１２（ｃ）の３回目の焼成に際して、外周壁２６の部分２Ａが、矢印で示される焼成枠２ｆの進行方向において上流側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが焼成枠２ｆの進行方向において下流側を向く。図１２（ｄ）の４回目の焼成に際して、焼成枠２ｆの９０°の回転に応じて、外周壁２６の部分２Ａが、左右方向において左側を向き、外周壁２６の部分２Ｃが、左右方向において右側を向く。５回目の焼成に際しての焼成枠２ｆの回転位置は、図１２（ａ）と同一になる。以降の焼成についても同様、焼成枠２ｆの回転に応じて、焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの回転位置が変化するものと理解される。焼成炉４を通過する時の焼成枠２ｆの回転位置が変化するように焼成枠２ｆを回転させることにより、過去の焼成工程で生じた枠２の変形が、今回又は未来の焼成工程で生じる枠２の変形により相殺されることが促進される。これにより枠２が焼成炉４を通過する回数の増加に応じた枠２の変形量を低減することができ、枠２の長寿命化が促進される。

Claims (15)

1. 棚板と前記棚板上に配置される枠の積層から構築され、前記棚板上に配置される１以上のセラミックス構造体が前記棚板間で周方向に延びる前記枠により周囲される収容棚が焼成炉を通過する工程と、
   前記焼成炉を通過した前記収容棚から前記枠を取り出す工程と、
   前記取り出された前記枠を用いて前記焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する工程と、
   前記焼成炉を通過する際の前記新たな収容棚に含まれる前記枠の周方向位置が、前記焼成炉を通過した時の前記取り出された前記枠の周方向位置と比較して異なるように前記枠を回転させる工程を含む、セラミックス焼成体の製造方法。
2. 前記枠は、前記焼成炉を通過する回数の増加に応じて鉛直方向に一致する回転軸回りに回転する、請求項１に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
3. 前記枠は、事前に設定された一定の角度で回転する、請求項１又は２に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
4. 前記枠が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
5. 前記枠が正方形状である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
6. 前記枠の回転は、前記焼成炉を通過した前記収容棚から前記枠を取り出すに際して行われ、及び／又は、前記新たな収容棚を構築するに際して行われ、及び／又は、ある場所から別の場所に前記枠を移送する際に行われる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
7. 前記枠の回転は、前記枠を移送する移送機構の作動に基づいて行われる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
8. 前記移送機構は、前記枠を保持するように構成されたチャックを含む、請求項７に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
9. 前記焼成炉において焼成される前記１以上のセラミックス構造体は、脱脂されたセラミックス構造体である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
10. 前記取り出された前記枠を用いて前記焼成炉を通過するべき新たな収容棚を構築する工程は、前記脱脂されたセラミックス構造体が配置された前記棚板上に前記取り出した枠を配置することを含む、請求項９に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
11. 前記枠の回転は、前記棚板、前記枠、又は前記収容棚の回転により生じる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
12. 少なくとも一つの突起が前記棚板に設けられ、前記棚板上において前記枠の位置が規制される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
13. 前記セラミックス構造体が、少なくとも炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
14. 前記セラミックス構造体が、複数の開口セルを規定する格子状の隔壁を有する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。
15. 少なくとも一つのセラミックス構造体を焼成炉において焼成する工程が非酸化雰囲気で行われる、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のセラミックス焼成体の製造方法。

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