JP2599838B2 - セラミックスハニカム構造体の焼成方法 - Google Patents

セラミックスハニカム構造体の焼成方法

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JP2599838B2
JP2599838B2 JP3085833A JP8583391A JP2599838B2 JP 2599838 B2 JP2599838 B2 JP 2599838B2 JP 3085833 A JP3085833 A JP 3085833A JP 8583391 A JP8583391 A JP 8583391A JP 2599838 B2 JP2599838 B2 JP 2599838B2
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正文 山口
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、セラミックスハニカ
ム成形体を上下に重ねて焼成炉で焼くことにてセラミッ
クスハニカム構造体の焼成効率を高める場合に用いて好
適な焼成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】上述の如き場合に従来は通常、図5に示
すように、焼成台であるトチ1上に、二個のセラミック
スハニカム成形体2を、潰れ防止のため剛性の高い向き
である各々内部通路が上下方向に延在する向きで直接上
下に重ねて載置し、その状態でトチ1を焼成炉としての
連続炉もしくは単独炉内に入れて、それらのセラミック
スハニカム成形体2を焼き、セラミックスハニカム構造
体を焼成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の直接重ねて焼成する方法にあっては、焼成中、主と
して下側のセラミックスハニカム成形体2の上端部に、
また時には上側のセラミックスハニカム成形体2の下端
部にも縦切れAが発生し、この結果として製品であるセ
ラミックスハニカム構造体が端部に縦切れを持つ不具合
品になってしまうという問題があった。
【0004】そして、かかる縦切れの発生原因につき、
本出願人が焼成実験の結果に基づいて解析した結果、焼
成中、成形体2はハニカム素体の化学組成の相転移等を
原因として収縮および膨張するが、これとともにハニカ
ム素体中の成形助剤が分解してガスとなりながら燃焼
し、その高温のガスが成形体2の直接の重なり合いによ
り成形体2の内部にこもり易くなって、セラミックスハ
ニカム成形体2の内部と外表面との間に大きな温度差を
生じさせ、この温度差が、内部と外表面の前記膨張収縮
量に差を生じさせて、強度が低くかつ重なりによって開
放端部でなく実質的に中間部となる互いに対向する上下
端部、特に、ガスが抜けにくいため熱がこもり易い下側
の成形体の上端部に縦切れを発生させるということが判
明した。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記解析結
果に鑑みて前記従来方法の課題を有利に解決した焼成方
法を提供することを目的とするものであり、この発明の
セラミックスハニカム構造体の焼成方法は、複数のセラ
ミックスハニカム成形体を各々内部通路が上下方向に延
在する向きで上下に重ねて焼成炉で焼き、セラミックス
ハニカム構造体を焼成するに際し、前記セラミックスハ
ニカム成形体の互いに対向する上下端面間にスペーサを
挿入することによりそれらの上下端面間に間隙を空けた
状態で、前記セラミックスハニカム成形体を前記焼成炉
内に配置して焼くことを特徴とするものである。なお好
ましくは、前記スペーサの材質を前記セラミックスハニ
カム構造体と実質的に同一のものとしても良く、また前
記スペーサを棒状もしくはハニカム状としても良い。
【0006】
【作用】かかる焼成方法によれば、セラミックスハニカ
ム成形体の互いに対向する上下端面間にスペーサを挿入
することによりそれらの上下端面間に間隙を空けた状態
でセラミックスハニカム成形体を焼くので、焼成中、成
形助剤が分解してガスとなりながら燃焼することにより
発生する高温のガスがそれらの上下端面間の間隙から外
部へ逃げ、かつそれらの上下端面も放熱し易くなり、こ
のことにて成形体の内部に熱がこもらなくなるので、成
形体の内部と外表面との間の温度差が小さくなる。
【0007】従ってこの発明の方法によれば、セラミッ
クスハニカム成形体の内部と外表面との前記膨張収縮量
の差を小さくし得て、セラミックスハニカム形成体の端
部における縦切れの発生を有効に防止することができ、
ひいては良好な品質のセラミックスハニカム構造体を焼
成することができる。なお、スペーサの材質をセラミッ
クスハニカム構造体と実質的に同一のものとすれば、焼
成中スペーサーと成形体との間にも温度差が生じにくい
ため、縦切れの発生防止上有利であり、またスペーサを
棒状もしくはハニカム状とすれば、上側の成形体を確実
に支持して成形体の崩れを有効に防止し得るとともに、
成形体の対向する端面を充分開放しかつ上下端面間の間
隙を充分確保し得て排ガス効果および放熱効果を充分な
らしめることができる。
【0008】
【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳
細に説明する。図1(a)および(b)は、この発明の
セラミックスハニカム構造体の焼成方法の第1実施例を
示す斜視図および、その実施例に用いるスペーサを示す
斜視図であり、図中1はトチ、2はセラミックスハニカ
ム形成体、3はスペーサをそれぞれ示す。
【0009】ここにおけるセラミックスハニカム成形体
2は、主成分の化学組成が重量基準でSiO2 :42〜56
%、Al2 3 :30〜45%、MgO:12〜16%であり、
結晶相の主成分がコージェライトからなるようにタル
ク、カオリンおよび他のコージェライト化原料を調合
し、成形助剤としてメチルセルロース、カルボキシルセ
ルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダーや
界面活性剤、ワックス等を混合した坏土をハニカム状に
押し出し成形して形成した、例えば図1(a)に示すよ
うに長径 150mm、短径80mm、高さ90mmの寸法を持つ楕円
柱状のものであり、またここにおけるスペーサ3は、上
記セラミックスハニカム成形体2と同一材質の棒を焼成
して形成した、例えば図1(b)に示すように幅15mm、
長さ50mm、厚さ8mmの寸法を持つ角棒状のものである。
なお、ここにおけるトチ1は、例えば上記セラミックス
ハニカム成形体2と同一材質の板を焼成してなる平板状
の焼成台である。
【0010】この実施例の方法では上記トチ1上に、図
1(a)に示すように二個の上記セラミックスハニカム
成形体2を、潰れ防止のため剛性の高い向きである各々
内部通路が上下方向に延在する向きで上下に重ねて置
き、さらにそれらのセラミックスハニカム成形体2の互
いに対向する上下端面間、すなわち下側の成形体2の上
端面と上側の成形体2の下端面との間に、上記スペーサ
3をその厚さ方向が上下方向となる向きで数本挿入し
て、それらの成形体2の互いに対向する上下端面間に間
隙を空ける。そしてここでは、それら二個の成形体2を
乗せた状態でトチ1を焼成炉としての連続炉もしくは単
独炉内に入れて、それらのセラミックスハニカム成形体
2を焼き、セラミックスハニカム構造体を焼成する。
【0011】また、図2(a)および(b)は、この発
明の焼成方法の第2実施例を示す斜視図およびその実施
例に用いるスペーサを示す斜視図であり、図中4はスペ
ーサを示す。ここにおけるスペーサ4は、上記セラミッ
クスハニカム成形体2と同一材質の坏土をハニカム状に
押し出し成形し、乾燥後、そのまま(非焼成)でも良い
がここではそれを焼成して形成した、例えば図2(b)
に示すように直径30mm、厚さ7mmの寸法を持つとともに
そのセルの目開きが15セル/cm2 の、円盤状のハニカム
構造体であり、この実施例の方法では、かかるスペーサ
4を数個、先の実施例と同様に、図2(a)に示す如く
トチ1上に重ね置きした二個のセラミックスハニカム成
形体2の上下端面間に介挿して、それらの端面間に間隙
を設け、その状態でトチ1を焼成炉としての連続炉もし
くは単独炉内に入れて、それらのセラミックスハニカム
成形体2を焼き、セラミックスハニカム構造体を焼成す
る。
【0012】上述の如くしてセラミックスハニカム構造
体を焼成するこの発明の二つの実施例の方法によれば、
いずれの場合も、焼成中、成形助剤が分解してガスとな
りながら燃焼することにより発生する高温のガスが、成
形体2の互いに対向する上下端面間の、スペーサ3もし
くは4によりもたらされる間隙から外部へ逃げ、かつそ
れらの上下端面も放熱し易くなり、このことにて成形体
2の内部に熱がこもらなくなるので、成形体2の内部と
外表面との間の温度差が小さくなる。
【0013】図3は、図4に示すように二個重ねたセラ
ミックスハニカム成形体2の、上側の成形体2の上端部
1 と、下側の成形体2の上端部P2 と、下側の成形体
2の下端部P3 との三箇所にそれぞれ中心部まで到る孔
を空けて、それらの孔の突き当たりまで熱電対を挿入し
た後、それらの成形体2を電気炉に入れて焼き、焼成中
における成形体2の中心部の温度変化を測定した結果を
示すグラフであり、図3(a)は従来方法の如く二個の
成形体2を直接重ねた場合、同図(b)は二個の成形体
2の互いに対向する上下端面の間にスペーサ3もしくは
4を介挿して間隙を空けた場合についてそれぞれ示す。
【0014】これらの測定結果を比較してみると、前記
二つの実施例の方法では、下側の成形体2の上端部P2
における中心部温度TP2 と他の二箇所P1 ,P3 におけ
る中心部温度TP1 ,TP3 との差が、従来の焼成方法の場
合よりも小さくなることが判明し、このことから前記二
つの実施例の方法では、成形体2の内部と外表面との間
の温度差も従来の焼成方法の場合より小さくなっている
ことが推定される。
【0015】また表1は、前記二つの実施例の方法の
他、それらの実施例に対し占有面積比のみ多少変更した
第3実施例および第4実施例の方法と、それらで使用し
たと同様の棒状およびハニカム状のスペーサであって占
有面積比をさらに変更したり厚さを異ならせたりしたも
のを使用した四つの比較例の方法と、従来例の方法とで
前記電気炉による焼成を行った際の、温度差TP2 −T
P1 , TP2 −TP3 の最大値および縦切れ発生率を示して
おり、ここで占有面積比とは、セラミックスハニカム形
成体2の、内部通路の開口面積も含む上または下端面の
面積を1としたときの、スペーサ3,4がそれらの端面
上で占める(端面を覆う)面積の割合をいい、スペーサ
4については形成体2と同様内部通路の開口面積も含
む。
【0016】
【表1】
【0017】この表1から明らかなように、占有面積比
0.24かつ厚さ8mmの棒状スペーサ3を使用する上記第1
実施例(実施例1)および占有面積比0.15かつ厚さ7mm
のハニカム状スペーサ4を使用する上記第2実施例(実
施例2)や、占有面積比のみ多少変更した第3実施例
(実施例3)および第4実施例(実施例4)では、縦切
れ発生率は0パーセントとなるが、従来例では縦切れ発
生率は33%と悪化する。そして厚さ8mmの棒状スペーサ
でも占有面積比が0.55とさらに幅広のものを使用した比
較例1や厚さ7mmのハニカム状スペーサでも占有面積比
が0.60とさらに大きいものを使用した比較例2では縦切
れ発生率が25%および33%と悪化するが、これは成形体
2の端面をスペーサが覆うためそれらの間隙からの高温
ガスの抜けが悪くなることが原因と推定され、また占有
面積比が0.16の棒状スペーサでも厚さが4mmの薄いもの
を使用した比較例3や占有面積比が0.15のハニカム状ス
ペーサでも厚さが3mmの薄いものを使用した比較例4で
も上記比較例1,2と同様に縦切れ発生率が25%および
33%と悪化するが、この場合は成形体2の上下端面間の
間隙が少なすぎて充分な排ガス効果や排熱効果が得られ
ないことが原因と推定される。
【0018】すなわち上記の結果から、スペーサの厚さ
が5mm未満の場合は高温のガスが成形体2の上下端面間
の間隙が抜けにくく、成形体内部の温度差がスペーサを
挿入しない従来方法とあまり変わらないので、縦切れ防
止効果がほとんど得られず、またスペーサの占有面積比
が0.5 を越えると高温のガスがそれらの対向する端面か
ら抜けにくいので、この場合も縦切れ防止効果がほとん
ど得られないということが判明した。一方、上記第1〜
第4実施例では問題なかったが、スペーサの厚さが20mm
を越える場合や、スペーサの占有面積比が0.1 未満の場
合には、複数の成形体2を重ねると不安定になって崩れ
易くなるという不具合があった。
【0019】従って上述した第1〜第4実施例の方法に
よれば、セラミックスハニカム成形体2の内部と外表面
との温度差を従来の焼成方法の場合より小さくできるの
で、それらの間の膨張収縮量の差を小さくし得て、セラ
ミックスハニカム形成体2の端部における縦切れの発生
を有効に防止することができ、ひいては良好な品質のセ
ラミックスハニカム構造体を焼成することができる。し
かもこれらの実施例では、スペーサ3,4の材質をセラ
ミックスハニカム構造体と実質的に同一のものとしたの
で、焼成中、スペーサー3,4と成形体2との間にも温
度差が生じにくいため、縦切れの発生防止上有利であ
り、またスペーサとして適当な厚さおよび占有面積比の
棒状のスペーサ3もしくはハニカム状のスペーサ4を用
いたので、上側の成形体2を確実に支持して成形体2の
崩れを有効に防止し得るとともに、成形体2の対向する
上下端面を充分開放しかつ上下端面間の間隙を充分確保
し得て排ガス効果および放熱効果を充分ならしめること
ができる。
【0020】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、スペー
サの厚さは5〜20mmであれば良く、スペーサの占有面積
比Sも0.1 ≦S≦0.5 であれば良い。そしてスペーサの
形状は、四角形や楕円形等上記例以外の形状でも良く、
スペーサのセルの目開きも0.8 〜310 セル/cm2 (5〜
2000セル/in2 )であれば良い。またスペーサの材質も
上記例のものには限定されない。
【0021】
【発明の効果】かくしてこの発明の焼成方法によれば、
セラミックスハニカム成形体の内部と外表面との前記膨
張収縮量の差を小さくし得て、セラミックスハニカム形
成体の端部における縦切れの発生を有効に防止すること
ができ、ひいては良好な品質のセラミックスハニカム構
造体を焼成することができる。なお、スペーサの材質を
セラミックスハニカム構造体と実質的に同一のものとす
れば、焼成中スペーサーと成形体との間にも温度差が生
じにくいため、縦切れの発生防止上有利であり、またス
ペーサを棒状もしくはハニカム状とすれば、上側の成形
体を確実に支持して成形体の崩れを有効に防止し得ると
ともに、成形体の対向する端面を充分開放しかつ上下端
面間の間隙を充分確保し得て排ガス効果および放熱効果
を充分ならしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はこの発明のセラミックスハニカム構造
体の焼成方法の第1実施例を示す斜視図であり、(b)
はその実施例に用いるスペーサを示す斜視図である。
【図2】(a)はこの発明のセラミックスハニカム構造
体の焼成方法の第2実施例を示す斜視図であり、(b)
はその実施例に用いるスペーサを示す斜視図である。
【図3】(a)は二個の成形体を直接重ねた場合の焼成
中における成形体の中心部の温度変化を測定した結果を
示すグラフであり、(b)は二個の成形体の互いに対向
する上下端面の間にスペーサを介挿して間隙を空けた場
合の焼成中における成形体の中心部の温度変化を測定し
た結果を示すグラフである。
【図4】図3に示す焼成中におけるセラミックスハニカ
ム成形体の中心部の温度変化を測定するための熱電対の
挿入位置を示す説明図である。
【図5】従来の焼成方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 トチ 2 セラミックスハニカム成形体 3 スペーサ 4 スペーサ A 縦切れ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のセラミックスハニカム成形体を各
    々内部通路が上下方向に延在する向きで上下に重ねて焼
    成炉で焼き、セラミックスハニカム構造体を焼成するに
    際し、前記セラミックスハニカム成形体の互いに対向す
    る上下端面間にスペーサを挿入することによりそれらの
    上下端面間に間隙を空けた状態で、前記セラミックスハ
    ニカム成形体を前記焼成炉内に配置して焼くことを特徴
    とする、セラミックスハニカム構造体の焼成方法。
  2. 【請求項2】 前記スペーサの材質を前記セラミックス
    ハニカム構造体と実質的に同一のものとすることを特徴
    とする、請求項1記載のセラミックスハニカム構造体の
    焼成方法。
  3. 【請求項3】 前記スペーサを棒状もしくはハニカム状
    とすることを特徴とする、請求項1もしくは2記載のセ
    ラミックスハニカム構造体の焼成方法。
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