JP6622323B2 - 不活性ガスの置換方法、及び不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、不活性ガスの置換方法、及び不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法に関する。更に詳しくは、ハニカム構造体等のセラミック構造体を製造するための焼成工程において実施され、外部と隔離された閉鎖空間をアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスで置換するための不活性ガスの置換方法、及び当該不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法（以下、単に「セラミック構造体の製造方法」と称す。）に関する。

従来、セラミック構造体の一種であるセラミックス製ハニカム構造体等は、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ、或いは燃焼装置用蓄熱体等の広範な用途に使用されている。セラミックス製ハニカム構造体（以下、単に「ハニカム構造体」と称す。）は、成形原料（坏土）を調製し、押出成形機を用いて所望のハニカム形状に押出成形し、生切断、乾燥、仕上げ切断を行ったハニカム成形体を、高温で焼成する焼成工程を経て製造されている。

ハニカム構造体の製造方法において、ハニカム成形体の焼成工程は、主に二つの工程に大別することができ、例えば、ハニカム成形体に含まれる有機物や炭化物等を大気雰囲気下で加熱し、除去する脱バインダ工程と、脱バインダ工程後のハニカム成形体を高温加熱して焼結させる本焼成工程とで構成されている。

ハニカム構造体には、原材料として酸化物セラミックスを用いるものと、非酸化物セラミックスを用いるものの二種類がある。酸化物セラミックスは、大気雰囲気中で本焼成を行うことが可能であるものの、非酸化物セラミックスは、非酸化雰囲気であるアルゴンガスなどの不活性ガス中での本焼成を行う必要がある。本発明は、特に非酸化物セラミックス製のハニカム構造体の焼成に関するものである。

本焼成工程は、連続焼成炉を用いる場合と単独焼成炉を用いる場合とがあり、特に連続焼成炉はハニカム構造体の大量生産に適したものである。前記のような連続焼成炉を用いる場合、本焼成工程を不活性ガス下で行うために、本焼成炉の上流側及び下流側に、それぞれ本焼成炉及び外部の間を気密性を保持して遮断可能な一対の気密シャッタを備えたガス置換室が設けられる。これにより、ハニカム成形体を本焼成炉へ導入する前、及び、焼成後のハニカム焼成体を本焼成炉から取り出す前に、それぞれガス置換室の室内空間（閉鎖空間）を不活性ガスで置換することができ、本焼成炉の炉内空間への大気の侵入を防ぐことができる。その結果、本焼成炉の炉内空間では、酸素が存在しない状態で安定した本焼成の処理を行うことができる。上記ガス置換室を有しない単独焼成炉（焼成窯）の場合、単独焼成炉の炉内空間を閉鎖空間として、高温加熱による本焼成前及び本焼成後の炉内空間に対する不活性ガスの置換が行われる。

従来の不活性ガスの置換方法１００の一例を、主に図７に基づいて説明する。ここで、本焼成炉（図示しない）の上流側に設置されたガス置換室１０１による不活性ガスの置換の例について、特に説明を行うものとする。図７の左側は、本焼成炉に接続されたガス置換室１０１をそれぞれ示している。ガス置換室１０１及び本焼成炉の炉内空間の間に設けられた炉側の気密シャッタ１０２ａは、予め閉鎖されており、炉内空間とガス置換室１０１の室内空間１０３（閉鎖空間に相当）の間の気密性が保たれている。これにより、炉内空間及び室内空間１０３の間のガスの流通が規制される。この状態で、一方の（外部側の）気密シャッタ１０２ｂが開放された導入口からハニカム成形体を室内空間１０３に搬送する。なお、図７において、搬送されたハニカム成形体の図示を省略している。

室内空間１０３へのハニカム成形体の搬送を完了した後、外部側の気密シャッタ１０２ｂを閉じ、ガス置換室１０１の室内空間１０３を一対の気密シャッタ１０２ａ，１０２ｂによって閉鎖する（閉鎖工程Ｓ１０１）。このとき、室内空間１０３は大気Ａで満たされており、係る大気Ａが本焼成炉の炉内空間或いは外部に漏出することがない。

次に、室内空間１０３に対し、真空ポンプ等の減圧手段（図示しない）を利用して予め設定した真空圧まで減圧し、真空状態を維持する（減圧工程Ｓ１０２）。設定した真空圧とは、例えば、大気圧に対して５％程度の圧力とするものである。これにより、室内空間１０３の大部分が真空領域Ｖとなり、僅かに大気Ａが残存した状態となる。なお、図７において、真空領域Ｖと大気Ａとがそれぞれ分離して室内空間１０３に存在しているものを示しているが、図示を簡略化するためのものであり、実際は、真空領域Ｖ及び大気Ａが混合して存在している（以下、同様。）。

その後、減圧手段の稼働を停止し、不活性ガス１０４（アルゴンガス等）を室内空間１０３に導入する（復圧工程Ｓ１０３）。このとき、不活性ガス１０４の導入は、室内空間１０３が大気圧と同じ圧力となるまで、すなわち、大気圧に対して１００％となるまで復圧させる。その後、室内空間１０３の減圧（減圧工程Ｓ１０２）、及び大気圧までの復圧（復圧工程Ｓ１０３）を、数回繰り返した後、炉側の気密シャッタ１０２ａを開放し、本焼成炉の炉内空間と室内空間１０３とを連通させ、ハニカム成形体を炉内空間に搬送する（搬送工程Ｓ１０４）。

その結果、予め不活性ガス下に設定された焼成炉の炉内空間に、大気中の酸素や窒素等が侵入することを回避しつつ、ハニカム成形体を搬送することができる。特に、規定酸素濃度以上の酸素が炉内空間に侵入することでハニカム成形体の焼成に影響を及ぼす等の不具合を生じる事態が避けられる。

なお、本焼成炉の下流側に設置されたガス置換室でも、焼成後のハニカム焼成体を取り出す際に炉内空間に酸素等が侵入しないように、上記と同様の不活性ガスの置換方法が実施される。また、上記ガス置換室を用いない単独焼成炉の場合であっても、単独焼成炉の炉開口部に設けられた気密シャッタによって、炉内空間（閉鎖空間）と外部との間の開放及び閉鎖を行い、前記ガス置換室のように炉内空間の減圧及び復圧を繰り返すことで、炉内空間を不活性ガス等によって置換することができる。不活性ガス中で焼成を行い、炉内冷却後に炉内空間を大気に置換する。

減圧後のパージ室（ガス置換室に相当）に不活性ガス等を導入し、パージ室と加熱室（本焼成炉に相当）とのそれぞれの内圧を実質的に同値となるように復圧する処理は、例えば、特許文献１等に開示されている。

特開２００２−３１８０８１号公報

しかしながら、従来の不活性ガスの置換方法は、下記に掲げる点において問題となる可能性があった。すなわち、ガス置換室の室内空間（閉鎖空間）の大気を置換する不活性ガスは、一般にアルゴンガス或いは窒素ガス、その他の希ガス等の不活性ガスが用いられる。例えば、アルゴンガスは、大気中に０．９３％存在するものであり、大気を極低温下で冷却することにより、液化させ、酸素、窒素、及びその他のガス成分と分留することで、高純度に分離精製することで生産されている。

そのため、アルゴンガスの分離精製には、多くの機械設備及び冷却のためのエネルギーが必要となり、多大なコストが必要となった。したがって、アルゴンガス自体が高価なものとなり、上記の本焼成工程において減圧後に大気圧まで復圧する処理を繰り返すことは、多量のアルゴンガスを消費することとなり、ハニカム構造体の製造コストが高くなる問題があった。

そこで、置換するアルゴンガスの使用量を減らすための方策が検討されている。例えば、高真空圧までの減圧が可能な高性能真空ポンプを利用し、高真空圧の減圧状態から、大気圧と同程度までアルゴンガスを導入し、復圧する回数を減らすことが想定される。これにより、アルゴンガスの使用量を大幅に低減することが可能となる。

一方、本焼成炉及びガス置換室内は、ハニカム成形体の焼成時に発生するダストが飛散、滞留していることが多い。そのため、真空ポンプを用いて減圧する際に、当該ダストを吸い込むことになり、真空ポンプをダストから保護するために真空ポンプ前にフィルタを設置する必要がある。高真空圧まで減圧するのに必要な高性能真空ポンプはダスト混入に脆弱であるために、高性能フィルタの設置と頻繁なフィルタ交換が必要になり、維持管理に手間が掛かり工程の能率が低下する。したがって、高真空圧までの減圧を必要とせず、不活性ガスの使用量を削減し得るアルゴンガス等の不活性ガスの置換方法が、ハニカム構造体の製造方法において期待されていた。

そこで、本発明は上記実情に鑑み、焼成工程（本焼成工程）で実施される不活性ガスの置換の際の不活性ガスの使用量を削減し、ハニカム構造体等のセラミック構造体の製造コストの抑制を図るとともに、既存の設備を用いて上記効果を実現可能な不活性ガスの置換方法、及び当該不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法の提供を課題とするものである。

本発明の不活性ガスの置換方法、及びセラミック構造体の製造方法によれば、上記課題を解決した不活性ガスの置換方法、及びセラミック構造体の製造方法が提供される。

［１］ セラミック体を閉鎖空間に収容し、前記閉鎖空間を外部との気密性を保った状態で閉鎖する閉鎖工程と、前記閉鎖空間を予め設定された第一真空圧まで減圧する減圧工程と、減圧された前記閉鎖空間に不活性ガスを導入し、前記第一真空圧より高く、かつ大気圧より低い第二真空圧まで前記閉鎖空間を増圧する増圧工程と、増圧された前記閉鎖空間を前記第一真空圧まで再減圧する再減圧工程と、前記増圧工程及び前記再減圧工程を少なくとも二回繰り返した後、前記第一真空圧まで再減圧された前記閉鎖空間に前記不活性ガスを導入し、大気圧まで前記閉鎖空間を復圧する復圧工程とを具備する不活性ガスの置換方法。

［２］ 前記増圧工程及び前記再減圧工程を四回繰り返す前記［１］に記載の不活性ガスの置換方法。

［３］ 前記閉鎖空間は、前記セラミック体を焼成処理する焼成炉の上流側及び下流側の少なくともいずれか一方の炉開口部と接続されたガス置換室の室内空間であり、前記ガス置換室及び前記焼成炉の炉開口部の間に、前記閉鎖空間と前記焼成炉の炉内空間とを気密性を保った状態で閉鎖可能な気密シャッタが設置されている前記［１］または［２］に記載の不活性ガスの置換方法。

［４］ 前記閉鎖空間は、前記セラミック体を焼成処理する焼成炉の炉内空間であり、前記焼成炉の炉開口部に気密シャッタが設置されている前記［１］または［２］に記載の不活性ガスの置換方法。

［５］ 前記第二真空圧は、少なくとも二回繰り返されるそれぞれの前記増圧工程で前記第二真空圧が一定となるように調整され、或いは、前記増圧工程を実施する度に前記第二真空圧が高くなるように調整される前記［１］〜［４］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法。

［６］ 前記不活性ガスは、アルゴンガスが用いられる前記［１］〜［５］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法。

［７］ 前記セラミック体は、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁及び外周壁を有する、ハニカム成形体である前記［１］〜［６］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法。

［８］ 前記復圧工程によって前記大気圧まで復圧される前記閉鎖空間の酸素濃度は、５００ｐｐｍ以下である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法。

［９］ 前記第一真空圧は、０．１〜５ｋＰａの範囲に調整され、前記第二真空圧は、１２〜５０ｋＰａの範囲に調整される前記［１］〜［８］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法。

［１０］ 前記閉鎖空間のリークによる圧力上昇が、１秒間で１．０Ｐａ以下である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法。

［１１］ 成形材料からセラミック体を形成する成形工程と、前記成形工程によって得られた前記セラミック体を焼成し、セラミック構造体を形成する焼成工程とを具備し、前記セラミック体は、炭化珪素を主成分として含み、前記焼成工程は、前記セラミック体を閉鎖空間に収容し、前記閉鎖空間を外部との気密性を保った状態で閉鎖する閉鎖工程、前記閉鎖空間を予め設定された第一真空圧まで減圧する減圧工程、減圧された前記閉鎖空間に不活性ガスを導入し、前記第一真空圧より高く、かつ大気圧より低い第二真空圧まで前記閉鎖空間を増圧する増圧工程、増圧された前記閉鎖空間を前記第一真空圧まで再減圧する再減圧工程、及び、前記増圧工程及び前記再減圧工程を少なくとも二回繰り返した後、前記第一真空圧まで再減圧された前記閉鎖空間に前記不活性ガスを導入し、大気圧まで前記閉鎖空間を復圧する復圧工程を備える不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。

［１２］ 前記焼成工程における前記不活性ガスの置換方法は、前記増圧工程及び前記再減圧工程を四回繰り返す前記［１１］に記載の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。

［１３］ 前記焼成工程における前記不活性ガスの置換方法は、前記第二真空圧を少なくとも二回繰り返されるそれぞれの前記増圧工程で前記第二真空圧が一定となるように調整し、或いは、前記増圧工程を実施する度に前記第二真空圧が高くなるように調整する前記［１１］または［１２］に記載の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。

［１４］ 前記セラミック体は、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁及び外周壁を有する、ハニカム成形体である前記［１１］〜［１３］のいずれかに記載の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。

本発明の不活性ガスの置換方法によれば、既存の設備を用いて不活性ガスの使用量を削減し、ハニカム構造体等のセラミック構造体の製造コストの抑制を図ることができる。更に、本発明のセラミック構造体の製造方法によれば、焼成工程において上記不活性ガスの置換方法を利用することにより、製造コストを抑えてセラミック構造体を製造することができる。

本焼成炉及びガス置換室の構成を模式的に示す説明図である。 本実施形態の不活性ガスの置換方法による処理の流れを模式的に示す説明図である。 本実施形態の不活性ガスの置換方法による処理の流れを模式的に示す説明図である。 ガス置換室の室内空間の気圧（真空圧）と経過時間との関係を示すグラフである。 アルゴンガスの置換回数に対する酸素濃度の値、及び、アルゴンガス使用量との関係を示すグラフである。 アルゴンガス使用量の３０％削減を目標とした場合のアルゴンガスの置換回数に対する酸素濃度の値、及び、アルゴンガス使用量との関係を示すグラフである。 従来の不活性ガスの置換方法による処理の流れの一例を模式的に示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の不活性ガスの置換方法、及びセラミック構造体の製造方法の実施の形態について詳述する。なお、本発明の不活性ガスの置換方法、及びセラミック構造体の製造方法は、以下の実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の設計の変更、修正、及び改良等を加え得るものである。

（１）本焼成炉、及びガス置換室の構成
本発明の一実施形態の不活性ガスの置換方法１（以下、単に「置換方法１」と称す。図２及び図３参照）は、セラミック構造体としてのハニカム構造体を製造するためのハニカム成形体（本発明におけるセラミック体に相当）を焼成処理する焼成工程で実施されるものである。ここで、ハニカム成形体は、予め調製された成形材料を押出成形する成形工程によって形成された、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁及び外周壁を有するものである。すなわち、本実施形態の置換方法１は、本発明のセラミック構造体の製造方法における、ハニカム成形体を焼成する一工程である焼成工程において実施されるものであり、セラミック構造体（ハニカム構造体）の製造方法の一部をなすものである。焼成工程は連続焼成炉の場合、図１に示すような、脱バインダ工程、及び本焼成工程に主に大別され、本実施形態の置換方法１は、本焼成工程の行われる本焼成炉２の上流側及び下流側に設けられた一対のガス置換室３ａ，３ｂで実施するものについて例示する。

本焼成炉２は、本焼成工程の前工程である脱バインダ工程の実施される脱バインダ炉４から送出された、油脂や有機物等が除去されたハニカム成形体５（セラミック体に相当）を不活性ガス雰囲気下で高温焼成するためのものであり、長手形状を呈し、一方の炉開口部６ａから炉内空間２ａに導入されたハニカム成形体５を水平方向に沿って定速移動させながら、他方の炉開口部６ｂに到達するまでの間で本焼成を行うことができる。

本焼成炉２の一対の炉開口部６ａ，６ｂと接続するように、ガス置換室３ａ，３ｂがそれぞれ設けられている。ガス置換室３ａ，３ｂは、本焼成炉２の炉内空間２ａとガス置換室３ａ，３ｂのそれぞれの室内空間７ａ，７ｂ（閉鎖空間）との間を開放及び気密性を保った状態で閉鎖可能な炉側の気密シャッタ８ａと、ガス置換室３ａ，３ｂの外部と室内空間７ａ，７ｂとの間を開放及び気密性を保った状態で閉鎖可能な外部側の気密シャッタ８ｂとをそれぞれ具備している。一対の気密シャッタ８ａ，８ｂを閉じることにより、本焼成炉２の炉内空間２ａ及び外部との間のガスの流通を遮断し、閉鎖された状態とすることができる。

更に、ガス置換室３ａ，３ｂは、室内空間７ａ，７ｂを予め設定した真空圧に到達するまで減圧するための真空ポンプ等の減圧部９と、減圧された室内空間７ａ，７ｂにアルゴンガス１０を導入するためのガス導入部１１とを備えている。ここで、アルゴンガス１０が本発明の不活性ガスに相当する。

減圧部９及びガス導入部１１は、既存の不活性ガスの置換方法において使用される設備をそのまま流用することが可能であり、ここでは詳細な説明は省略する。更に、減圧部９による減圧のタイミング及び時間、及び、ガス導入部１１によるアルゴンガス１０の導入量及び導入タイミングを制御するための制御プログラムを搭載した制御部（図示しない）が減圧部９及びガス導入部１１とそれぞれ電気的に接続されている。

（２）ハニカム成形体
本実施形態の置換方法１において、ガス置換室３ａに導入されるハニカム成形体５は、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁及び外周壁を有し、略円柱状を呈する炭化珪素を主成分とする非酸化物セラミックス製のものが用いられる。なお、図１に示すように、焼成用セッター（図示しない）に積載したハニカム成形体５が、それぞれガス置換室３ａに導入される。また、本焼成炉２によって焼成された焼成用セッターに積載したハニカム構造体１２は本焼成炉２からガス置換室３ｂを経て取り出される。

（３）アルゴンガスの置換
次に、上記の本焼成炉２及びガス置換室３ａ，３ｂを用いた本実施形態の置換方法１によるアルゴンガス１０の置換処理の一例を、図２及び図３に基づいて主に説明する。ここで、本実施形態の置換方法１において、ハニカム成形体５を本焼成炉２に導入する前の段階、すなわち、本焼成炉２の上流側に設けられたガス置換室３ａにおける置換処理の流れを特に説明する。また、初期状態として、本焼成炉２の上流側の炉開口部６ａとガス置換室３ａとの間に設けられた炉側の気密シャッタ８ａは予め閉鎖されている。

この状態で外部側の気密シャッタ８ｂが開放されたガス置換室３ａのガス置換室開口部１４を通して、脱バインダ工程の完了後の一対のハニカム成形体５をガス置換室３ａの室内空間７ａまで搬送する。なお、図２及び図３において、室内空間７ａのアルゴンガス１０等の状態を明確にするため、搬送されたハニカム成形体５の図示を省略している。

ハニカム成形体５の搬送後、ガス置換室３ａの室内空間７ａと外部との流通を遮断する外部側の気密シャッタ８ｂを閉じる（閉鎖工程Ｓ１）。これにより、ガス置換室３ａの室内空間７ａにハニカム成形体５が収容されるとともに、一対の気密シャッタ８ａ，８ｂによって、本焼成炉２の炉内空間２ａ及び外部との間の気密性が保たれた状態で室内空間７ａが閉鎖される。このとき、閉鎖されたガス置換室３ａの室内空間７ａは、酸素及び窒素等を含んだ大気Ａによって満たされ、大気圧（１気圧）と同圧となっている。

これにより、室内空間７ａに存在する大気Ａが、アルゴンガス１０で予め満たされた本焼成炉２の炉内空間２ａに漏出することがない。同様に、外部の大気Ａが、ガス置換室３ａの室内空間７ａに漏出することもない。

その後、減圧部９を制御し、ガス置換室３ａの室内空間７ａを予め設定した第一真空圧まで減圧する（減圧工程Ｓ２）。これにより、当初は大気Ａで満たされていた室内空間７ａからほとんどの大気Ａが取り除かれる。なお、図２において、図示を簡略化するため、減圧工程Ｓ２を経て、依然として残存する室内空間７ａ中の大気Ａを当該室内空間７ａの下側部分に示し、減圧された真空領域Ｖを上側部分に分けて示しているが、実際には大気Ａ及び真空領域Ｖは室内空間７ａの全体に拡散して存在している。

ここで、第一真空圧は、０．１〜５ｋＰａの範囲に調整され、好ましくは２．０〜４.３ｋＰａの範囲に調整される。第一真空圧の値を０．１ｋＰａよりも低くすることは、既存の真空ポンプ等を用いて構成された減圧部９で達成することは過度な負荷がかかり、かつ当該第一真空圧まで達する減圧時間が長くなることがある。一方、第一真空圧の値が５ｋＰａより高い場合、減圧時に残存する大気Ａ（酸素）が多くなり、十分なアルゴンガス１０の置換が行えない。そのため、第一真空圧は、上記数値の範囲に制限されている。

減圧工程Ｓ２による減圧を完了し、当該第一真空圧で所定時間保持した後、ガス導入部１１を制御し、減圧された室内空間７ａにアルゴンガス１０を導入する（増圧工程Ｓ３）。このとき、ガス導入部１１によってアルゴンガス１０が導入される室内空間７ａの圧力は、減圧工程Ｓ２によって減圧された第一真空圧よりも真空圧が高く、かつ減圧前の大気圧より真空圧が低い第二真空圧までの増圧に留められる。すなわち、室内空間７ａはアルゴンガス１０で完全に満たされた１００％の復圧が行われるものではなく、大気圧よりも低い圧力を示し、かつ室内空間７ａに導入されたアルゴンガス１０によって第一真空圧よりも高い圧力である第二真空圧に保持される。そのため、図２（左側の下から二番目の図参照。）に示すように、増圧工程Ｓ３後の室内空間７ａは、真空領域Ｖ、アルゴンガス１０、及び大気Ａの三つの成分で満たされることになる。

ここで、第二真空圧は、１２〜５０ｋＰａの範囲に調整され、好ましくは１４〜３０ｋＰａの範囲に調整される。ここで、第二真空圧の値が１２ｋＰａよりも低い場合、アルゴンガス１０による置換の効果を奏しにくくなる。一方、第二真空圧の値が５０ｋＰａより高い場合、増圧に使用するアルゴンガス１０の使用量が多くなり、アルゴンガス１０の全体の使用量の削減が困難となる。そのため、第二真空圧は、上記数値の範囲に制限されている。

上記増圧工程Ｓ３の後、室内空間７ａを再び第一真空圧まで再減圧する（再減圧工程Ｓ４）。これにより、室内空間７ａに残存する酸素等の大気Ａの割合が更に低いものとなる。上記増圧工程Ｓ３及び再減圧工程Ｓ４を少なくとも二回繰り返す、更に好適には四回以上繰り返す（図３参照）。増圧工程Ｓ３及び再減圧工程Ｓ４を複数回繰り返すことにより、室内空間７ａに残存する酸素の酸素濃度が低くなる。これにより、室内空間７ａに大気Ａが残存する可能性が０％に近くなる。

その後、第一真空圧まで再減圧された状態の室内空間７ａにアルゴンガス１０を導入し、大気圧まで室内空間７ａを復圧する。これにより、室内空間７ａが不活性なアルゴンガス１０で満たされた１００％復圧した状態となる（復圧工程Ｓ５）。この復圧状態で炉側の気密シャッタ８ａを開放し、本焼成炉２とガス置換室３ａとを連通させる。その後、ガス置換室３ａに収容されたハニカム成形体５を本焼成炉２の炉内空間２ａまで搬送する（搬送工程Ｓ６）。

これにより、ガス置換室３ａの室内空間７ａを、アルゴンガス１０で満たされた本焼成炉２の炉内空間２ａと同一のアルゴンガス１０の雰囲気下にした状態で気密シャッタ８ａを開放し、連通させることで、ハニカム成形体５をガス置換室３ａから本焼成炉２へ搬送することができる。その結果、炉内空間２ａに大気Ａに存在する酸素や窒素等が侵入することがなく、特に酸素の存在によってハニカム成形体５の本焼成の品質に大きな影響を及ぼすことがない。そのため、ハニカム成形体５を安定した焼成条件で焼成し、ハニカム構造体１２を得ることができる。

本実施形態の置換方法１において、複数回実施される増圧工程Ｓ３の室内空間７ａの圧力（第二真空圧）の値を、常に一定の真空圧となるように調整する、或いは、増圧の実施毎に徐々に真空圧が高くなる（圧力の値が低くなる）ように変化させる調整を行うものであってもよい。徐々に真空圧が高くなる調整を行うことによって、室内空間７ａに残存する大気Ａの割合が次第に小さくなり、増圧回数を少なくすること、或いは、真空ポンプ等の減圧部９にかかる負荷を軽減することができる。加えて、気密シャッタ８ａ，８ｂのシール性能の低下や、真空ポンプ等の減圧部９の排気性能の低下に応じ、各真空圧を調整したり、増圧の回数を増やしたりすることも可能である。

上記処理によって、上記復圧工程Ｓ５によって室内空間７ａにアルゴンガス１０が導入され、気密シャッタ８ａを開放する前の当該室内空間７ａの酸素濃度を５００ｐｐｍ以下にすることができる。室内空間７ａの酸素濃度が５００ｐｐｍ以下であれば、本焼成炉２を用いて本焼成工程を行った場合でも、ハニカム成形体５の焼成に大きな影響を及ぼすことがない。

更に、本実施形態の置換方法１において、ガス置換室３ａの室内空間７ａ（閉鎖空間）と、炉内空間２ａまたは外部との間の気体のリークによる圧力上昇は、１秒間に１．０Ｐａ以下に制限することができる。すなわち、一対の気密シャッタ８ａによって室内空間７ａと外部との間を気密性を保持して閉鎖した場合であっても、これらの閉鎖は完全ではなく、時間経過とともに、僅かな量の気体の漏出が生じる可能性がある。そこで、気体のリーク量を上記値以下とすることで、室内空間７ａに漏出する大気Ａ（酸素）の量を抑え、規定の酸素濃度以下に保つことができる。その結果、ハニカム成形体５の焼成に大きな影響を及ぼすことがない。

更に、減圧工程Ｓ２及び再減圧工程Ｓ４における第一真空圧を上記の０．１〜５ｋＰａの範囲とすることで、既存の真空ポンプを用いても十分に到達可能な真空圧に設定されている。そのため、より高性能の真空ポンプ等の新たな設備を必要とすることがなく、設備コストを抑制することができる。

以下、本発明の不活性ガスの置換方法の実施例について説明するが、本発明の不活性ガスの置換方法は、これらの実施の形態に限定されるものではない。

（１）気圧と経過時間の関係
図４は、ガス置換室（室内体積＝７００リットル，リークによる圧力上昇は１秒間で１．０Ｐａ）に対し、減圧及び増圧を繰り返したガス置換室の気圧（真空圧）と経過時間との関係を示すグラフである。これによると、始めに大気圧（≒１０１ｋＰａ）であったガス置換室の真空圧が、減圧Ｄ１〜Ｄ５、及び、アルゴンガスの導入による増圧Ｒ１〜Ｒ４を繰り返すことによって、気圧が変化することが確認される。特に、本発明の置換方法の場合、大気圧まで復圧させるものではなく、減圧時の第一真空圧よりも高く、かつ大気圧よりも低い第二真空圧までにアルゴンガスの導入を抑えることが行われる。これにより、アルゴンガスの使用量を抑えることができる。

（２）アルゴンガスの置換回数に対する酸素濃度の値、及び、アルゴンガスの使用量
実施例１は、減圧及び増圧の処理を四回繰り返したもの、及び、実施例２は当該処理を五回繰り返したものである。このとき、減圧時の真空圧（第一真空圧）は、いずれも４３００Ｐａに設定し、増圧時の真空圧（第二真空圧）は、いずれも１４０００Ｐａに設定している。一方、比較例１は、従来の不活性ガスの置換方法の通り、減圧及び大気圧までの１００％復圧を二回繰り返したもの、比較例２は、高真空まで到達可能な真空ポンプを用い、１度に１００Ｐａまで減圧し、その後大気圧まで１００％復圧を行ったものである。比較例３は、実施例１及び実施例２と同様に、４３００Ｐａまで減圧し、１４０００Ｐａまで増圧する処理を三回繰り返したものを示している。なお、アルゴンガス使用量の比率は、比較例１の使用量を１００％としてその割合を示している。

これによると、実施例１及び実施例２に示すように、減圧状態から大気圧まで１００％復圧させることなく、第二真空圧（１４０００Ｐａ）までに増圧を留め、係る減圧及び増圧の処理を繰り返すことで、アルゴンガスの使用量を従前と比べて大幅に削減することができる。また、置換回数が四回または五回であれば、酸素濃度も予め規定した５００ｐｐｍ以下に抑えることができ、本焼成炉をハニカム成形体の焼成に支障を来すことがない。

これに対し、比較例１は、従来の通り、アルゴンガス使用量が著しく増大し、製造コストの増加が問題となる。一方、比較例２は、アルゴンガスの使用量を抑え、かつ酸素濃度を低くする利点を有している。しかしながら、前述の通り、高真空まで到達可能な真空ポンプを準備する必要があり、新たな設備投資が必要となるとともに、室内空間の細かな塵等を捕集するためのフィルタ部材が必要となり、フィルタ部材のコスト及び交換や点検に要する負担が大きくなることがあった。

一方、比較例３に示すように、置換回数が三回の場合、アルゴンガスの使用量を抑えることは可能であるものの、酸素濃度が規定値以上を示すため、ハニカム成形体の焼成に不具合を生じる可能性があった。

（３）アルゴンガス使用量の３０％削減を目標とした場合
図６は、アルゴンガス使用量を従来比で３０％削減することを想定して行った実験の結果を示している。なお、比較例１及び比較例２は、先に示した図５と同一のものである。一方、実施例３〜５は、減圧及び増圧の処理を三回、四回、及び五回それぞれ行ったものである。ここで、実施例３の増圧時の第二真空圧は、２４０００Ｐａであり、実施例４の増圧時の第二真空圧は、１７５００Ｐａであり、実施例５の増圧時の第二真空圧は、１４０００Ｐａである。

これによると、アルゴンガス使用量を３０％削減する場合、少なくとも置換回数を三回とし、酸素濃度を５００ｐｐｍに抑えることができる（実施例３）。この場合、増圧時の第二真空圧を２４０００Ｐａまで上げる必要がある。一方、置換回数を四回（実施例４）または五回（実施例５）とする場合、第二真空圧をそれぞれ１７５００Ｐａ、または１４０００Ｐａに抑えることができる。これにより、置換回数は増えてもアルゴンガスの全体の使用量を従来（比較例１）と比べて３０％削減することができる。

以上、説明したように、本発明の不活性ガスの置換方法は、減圧後の室内空間を大気圧と同程度まで復圧させる必要がなく、置換回数を増やし、かつ第二真空圧までの増圧に抑えることで、アルゴンガスの使用量の削減が可能となる。これにより、本発明の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法によれば、ハニカム成形体等のセラミック体の焼成を不活性ガス雰囲気下で実施し、ハニカム構造体等のセラミック構造体を製造する場合の製造コストの削減が可能となる。

更に、本実施形態の置換方法において、本焼成炉の上流側（または下流側）に設置されたガス置換室における不活性ガス（アルゴンガス）の置換の例を示したが、これに限定されるものではなく、単独焼成炉の炉内空間全体を不活性ガスで置換するものであっても構わない。また、上記置換方法及び製造方法の焼成工程において、ハニカム成形体を焼成するものを例示したが、これに限定されるものではなくその他形状のセラミック体を焼成し、セラミック構造体を得るものであっても構わない。更に、非酸化物セラミックスの例として炭化珪素を主成分とするハニカム成形体を示したが、これに限定されるものではなく、その他のセラミックス材料を用いるものであっても構わない。

本発明の不活性ガスの置換方法は、ハニカム成形体等のセラミック体を焼成する焼成工程（本焼成工程）で使用し、アルゴンガス等の不活性ガスの使用量の抑制を図るために好適である。更に、上記不活性ガスの置換方法を用いた、本発明のセラミック構造体の製造方法は、セラミック構造体を製造する際のセラミック体の焼成工程に適用し、セラミック構造体全体の製造コストを抑制することができる。

１：置換方法（不活性ガスの置換方法、セラミック構造体の製造方法）、２：本焼成炉、２ａ：炉内空間、３ａ，３ｂ，１０１：ガス置換室、４：脱バインダ炉、５：ハニカム成形体（セラミック体）、６ａ，６ｂ：炉開口部、７ａ，７ｂ，１０３：室内空間（閉鎖空間）、８ａ，８ｂ，１０２ａ，１０２ｂ：気密シャッタ、９：減圧部、１０：アルゴンガス（不活性ガス）、１１：ガス導入部、１２：ハニカム構造体、１４：ガス置換室開口部、１００：従来の不活性ガスの置換方法、１０４：不活性ガス、Ａ：大気、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５：減圧、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４：増圧、Ｓ１，Ｓ１０１：閉鎖工程、Ｓ２，Ｓ１０２：減圧工程、Ｓ３：増圧工程、Ｓ４：再減圧工程、Ｓ５，Ｓ１０３：復圧工程、Ｓ６，Ｓ１０４：搬送工程、Ｖ：真空領域。

Claims (14)

1. セラミック体を閉鎖空間に収容し、前記閉鎖空間を外部との気密性を保った状態で閉鎖する閉鎖工程と、
   前記閉鎖空間を予め設定された第一真空圧まで減圧する減圧工程と、
   減圧された前記閉鎖空間に不活性ガスを導入し、前記第一真空圧より高く、かつ大気圧より低い第二真空圧まで前記閉鎖空間を増圧する増圧工程と、
   増圧された前記閉鎖空間を前記第一真空圧まで再減圧する再減圧工程と、
   前記増圧工程及び前記再減圧工程を少なくとも二回繰り返した後、前記第一真空圧まで再減圧された前記閉鎖空間に前記不活性ガスを導入し、大気圧まで前記閉鎖空間を復圧する復圧工程と
   を具備する不活性ガスの置換方法。
2. 前記増圧工程及び前記再減圧工程を四回繰り返す請求項１に記載の不活性ガスの置換方法。
3. 前記閉鎖空間は、
   前記セラミック体を焼成処理する焼成炉の上流側及び下流側の少なくともいずれか一方の炉開口部と接続されたガス置換室の室内空間であり、
   前記ガス置換室及び前記焼成炉の炉開口部の間に、前記閉鎖空間と前記焼成炉の炉内空間とを気密性を保った状態で閉鎖可能な気密シャッタが設置されている請求項１または２に記載の不活性ガスの置換方法。
4. 前記閉鎖空間は、
   前記セラミック体を焼成処理する焼成炉の炉内空間であり、
   前記焼成炉の炉開口部に気密シャッタが設置されている請求項１または２に記載の不活性ガスの置換方法。
5. 前記第二真空圧は、
   少なくとも二回繰り返されるそれぞれの前記増圧工程で前記第二真空圧が一定となるように調整され、或いは、前記増圧工程を実施する度に前記第二真空圧が高くなるように調整される請求項１〜４のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法。
6. 前記不活性ガスは、
   アルゴンガスが用いられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法。
7. 前記セラミック体は、
   一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁及び外周壁を有する、ハニカム成形体である請求項１〜６のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法。
8. 前記復圧工程によって前記大気圧まで復圧される前記閉鎖空間の酸素濃度は、
   ５００ｐｐｍ以下である請求項１〜７のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法。
9. 前記第一真空圧は、
   ０．１〜５ｋＰａの範囲に調整され、
   前記第二真空圧は、
   １２〜５０ｋＰａの範囲に調整される請求項１〜８のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法。
10. 前記閉鎖空間のリークによる圧力上昇が１秒間で１．０Ｐａ以下である請求項１〜９のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法。
11. 成形材料からセラミック体を形成する成形工程と、
    前記成形工程によって得られた前記セラミック体を焼成し、セラミック構造体を形成する焼成工程と
    を具備し、
    前記セラミック体は、
    炭化珪素を主成分として含み、
    前記焼成工程は、
    前記セラミック体を閉鎖空間に収容し、前記閉鎖空間を外部との気密性を保った状態で閉鎖する閉鎖工程、前記閉鎖空間を予め設定された第一真空圧まで減圧する減圧工程、減圧された前記閉鎖空間に不活性ガスを導入し、前記第一真空圧より高く、かつ大気圧より低い第二真空圧まで前記閉鎖空間を増圧する増圧工程、増圧された前記閉鎖空間を前記第一真空圧まで再減圧する再減圧工程、及び、前記増圧工程及び前記再減圧工程を少なくとも二回繰り返した後、前記第一真空圧まで再減圧された前記閉鎖空間に前記不活性ガスを導入し、大気圧まで前記閉鎖空間を復圧する復圧工程を備える不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。
12. 前記焼成工程における前記不活性ガスの置換方法は、
    前記増圧工程及び前記再減圧工程を四回繰り返す請求項１１に記載の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。
13. 前記焼成工程における前記不活性ガスの置換方法は、
    前記第二真空圧を少なくとも二回繰り返されるそれぞれの前記増圧工程で前記第二真空圧が一定となるように調整し、或いは、前記増圧工程を実施する度に前記第二真空圧が高くなるように調整する請求項１１または１２に記載の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。
14. 前記セラミック体は、
    一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁及び外周壁を有する、ハニカム成形体である請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の不活性ガスの置換方法を用いたセラミック構造体の製造方法。

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