JP7334196B2 - リサイクルされたマイクロ波放射を用いて、外皮が施されたセラミックウェアを乾燥させるシステムおよび方法 - Google Patents

Description

優先権の主張

本願は２０１４年１０月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／０６８，８４５号による利益を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。

本開示は、セラミックウェアのマイクロ波乾燥に関し、具体的には、リサイクルされたマイクロ波放射を用いて、外皮が施されたセラミックウェアを乾燥させるシステムおよび方法に関する。

本明細書において言及される刊行物または特許文献（２０１４年６月４日に出願された米国特許出願第１４／２９５，５３６号を含む）の開示全体を参照して組み込む。

微細チャネルのアレイを有する未焼成セラミックウェアが押出成形によって形成され、次に、処理されて（即ち、乾燥および焼成されて）、乾燥したセラミック物品、即ち「セラミックウェア」（例えば、排気ガスを生じるエンジンおよび関連用途で用いられる多孔質ハニカム構造を有するフィルタおよび触媒コンバーター等）が形成される。未焼成セラミックウェアは、例えばハニカム構造を生成するダイ等のダイを通して、セラミック形成成分を含む可塑化されたバッチ、即ちセラミックプリカーサを押し出して、セラミック形成材料の押出成形品を形成することによって形成され得る。押出成形器から出る押出成形品は、押出成形の方向に対して横断方向に切断されて、未焼成セラミックウェアのピースが形成される。このピースは、乾燥後に横断方向に切断されて、より短いピースにされ得る。

セラミックウェアの寸法は、製造中の乾燥および焼成による収縮に起因して変化し得る。セラミックウェアは、相手先商標製品の製造者（ＯＥＭ）およびサプライチェーンによって設定される厳密な外形寸法要求に合わせて製造するのが困難であり得る。寸法要求の順守を確実にすることを補助するために、セラミックウェアは、所望の寸法に合わせて加工または「輪郭形成」され得る。この場合、セラミックセメントの薄い層を用いて、セラミックウェアに平滑な保護外面を設ける外皮が形成される。

セラミック外皮（「外皮セメント」または単に「外皮」とも称する）は、例えば１０重量％～３５重量％の水を含む湿った状態で施される。最終的なセラミックウェアまたは物品を形成するために、外皮を乾燥させる必要がある。幾つかのケースでは、外皮を、９８％を超えて乾燥した状態（即ち、元の水分含量の２％未満を有する状態）まで乾燥させる必要がある。本明細書において、セラミックウェアの外部にセラミックセメントを施す行為またはプロセスは、「外皮を施す」として参照される。本明細書において、外皮が付着されたセラミックウェアは、「外皮が施された」セラミックウェアとして参照される。

セラミックウェアは、現行では、焼成後に外皮が施され、外皮は熱風を用いて乾燥される。しかし、この乾燥プロセスは、しばしば、外皮におけるクラックの形成につながり、これは手作業での補修を要する。外皮が施されたハニカム体を検査して、外皮の乾燥によるクラックを補修するための手間と時間が加わると、製品の製造が非効率になる。外皮の乾燥によるクラックを回避するために、ゆっくりと乾燥させるプロセスが用いられ得るが、これは、製品の製造を更に非効率にする。

本開示の１つの態様は、湿った外皮が施されたセラミックウェアを乾燥させる方法である。本方法は、ａ）第１のアプリケータ部内において、湿った外皮が施された複数のセラミックウェアに、波長λおよび第１の量のマイクロ波出力Ｐ１を有するマイクロ波放射を照射する工程であって、この照射が、第１のアプリケータ部から反射されたマイクロ波放射を生じさせる、照射する工程と、ｂ）反射されたマイクロ波放射の一部を捕捉し、第２のアプリケータ部内において、乾燥した外皮が施されたセラミックウェアを形成するために、半乾きの外皮が施された複数のセラミックウェアに、Ｐ２＜Ｐ１である第２の量のマイクロ波出力Ｐ２を有する反射されたマイクロ波放射を照射する工程とを含む。

本開示の別の態様は、焼成セラミックウェアから形成された、外皮が施された複数のセラミックウェアのマイクロ波乾燥を行う方法である。本方法は、ａ）外皮が施された複数のセラミックウェアを形成するために、各焼成セラミックウェアに外皮層を施す工程と、ｂ）第１のアプリケータ部内において、外皮が施された複数のセラミックウェアにマイクロ波放射を照射する工程と、ｃ）外皮が施された更なる複数のセラミックウェアを第１のアプリケータ部内に搬送する間に、照射された外皮が施された複数のセラミックウェアを第２のアプリケータ部へと搬送する工程と、ｄ）第２のアプリケータ部内において、外皮が施された複数のセラミックウェアに、第１のアプリケータ部から反射されて第２のアプリケータ部に向けられたマイクロ波放射の一部を用いて照射を行う工程とを含む。

本開示の別の態様は、外皮が施されたセラミックウェアのマイクロ波乾燥を行うためのシステムである。本システムは、第１のアプリケータ部および第２のアプリケータ部と、波長λを有するマイクロ波放射を発生するよう構成されたマイクロ波源と、マイクロ波導波路系であって、第１のアプリケータ部から第２のアプリケータ部までの反射されたマイクロ波の経路を画成するために、マイクロ波源と第１のアプリケータ部との間に配置されたサーキュレータにおいて、第１のアプリケータ部とマイクロ波源とに動作可能に接続された第１のマイクロ波導波路、および、第２のアプリケータ部と第１のマイクロ波導波路とに動作可能に接続された第２のマイクロ波導波路を含むマイクロ波導波路系とを含む。

更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、明細書および特許請求の範囲、並びに添付の図面に記載される実施形態を実施することによって認識される。上記の概要説明および以下の詳細説明は、単に例示的なものであり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。

添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は１以上の実施形態を示しており、詳細説明と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。従って、本開示は、以下の詳細説明を添付の図面と共に読めば、より完全に理解される。

例示的な外皮が施されたセラミックウェアの等角側面図 外皮が施される前の（即ち、外皮が施されていない）セラミックウェアの正面拡大図 図２Ａに類似した、図１の外皮が施されたセラミックウェアの図 リサイクルされたマイクロ波放射を用いてマイクロ波乾燥を行うよう構成された、２つの部分に分割された単一のアプリケータを含む例示的なマイクロ波乾燥システムの模式的な側面図 アプリケータ内の外皮が施されたセラミックウェアを示すために、アプリケータの天井を示していない、図３のマイクロ波乾燥システムを上から見た図 外皮が施されたセラミックウェアがどのように配置されて２つのアプリケータ部を通して搬送されるかの一例を示すために、天井が示されていないアプリケータを示す、図４のマイクロ波乾燥システムを上から見た図 マイクロ波放射を用いた、湿った外皮が施されたセラミックウェアの照射を模式的に示す、ウェットアプリケータ部内のマイクロ波導波路部分の下に位置する湿った外皮が施されたセラミックウェアの模式的な図 ウェットアプリケータ部内において、マイクロ波放射の一部が、湿った外皮が施されたセラミックウェア、並びに、他の品物および表面（図示せず）からどのように反射されて、マイクロ波導波路部分によって捕捉されるかを示す、図６Ａに類似した図 第１のアプリケータ部および第２のアプリケータ部を画成するために、２つのアプリケータ部に分割された単一のアプリケータを用いるのではなく、離間したアプリケータを用いる、例示的なマイクロ波乾燥システムを示す、図３に類似した図 隣接するセラミックウェアが間隔Ｓ＜λ／２（ここで、λはマイクロ波放射の自由空間波長である）だけ互いに離間した例示的な構成を示す、コンベア上に配置された湿った外皮が施されたセラミックウェアを上から見た図

次に、本開示の様々な実施形態を参照し、それらの例が添付の図面に示されている。可能な場合には常に、同一または類似の部分を参照するために、図面を通して同一または類似の参照番号および符号が用いられる。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の主要な態様を示すために図面が単純化されている場合が、当業者には認識されよう。

図面の幾つかには、参照のためにデカルト座標が示されているが、これらは、方向または向きに関して限定する意図はない。

図１は、例示的な外皮が施されたセラミックウェア１０の等角側面図であり、図２Ａは、外皮が施される前の（即ち、外皮が施されていない）図１のセラミックウェア１０Ｐの正面拡大図である。図２Ｂは、図１の外皮が施されたセラミックウェア１０の、図２Ａに類似した図である。外皮が施されたセラミックウェア１０は、中心軸Ａ１と、前端部１２と、後端部１４と、外皮層（「外皮」）１８が形成された円筒形の表面１６を含む円筒形の外壁１５とを有する。セラミックウェア１０から外皮１８を除いたものは、上述の図２Ａの外皮が施される前の、即ち外皮が施されていないセラミックウェア１０を構成する。セラミックウェア１０は、押出成形プロセスを用いて取得できる任意の妥当な断面形状（例えば、円形、楕円形、非対称形等）を有し得る。

一例において、外皮が施されたセラミックウェア１０は、セラミックウェアの前端部１２および後端部１４において開口した長手方向に延びるセル２０のアレイ（図１の第１の拡大部分Ｉ１を参照）を有する。セル２０は、セル壁２２によって画成される（第２の拡大部分Ｉ２を参照）。一例において、セル２０は多孔質ハニカム構造を形成する。

上述のように、外皮１８は通常、セラミックウェアが乾燥および焼成され、焼成セラミックウェアが所望の寸法を有するよう加工された後に、外皮が施されていないセラミックウェア１０Ｐの円筒形の表面１６に施される。この加工は、成形および輪郭形成を含み、前端部１２および／または後端部１４を研削することも含み得る。典型的には、外皮１８は、セラミックウェアの前端部１２および後端部１４は覆わない。

外皮１８を構成する材料は、例えば、ドクターブレード処理、軸方向に外皮を施す処理、スプレーキャスティング処理、テープキャスティング処理等の任意の公知の方法を用いて、円筒形の壁１５の円筒形の表面１６に施され得る。下にある円筒形の壁１５の円筒形の表面１６に接触する外皮１８の材料は、外皮が硬化した際に円筒形の表面１６に結合する。

例示的な実施形態において、外皮１８はミリメートル台（例えば、０．５ｍｍ～４ｍｍ）の厚さＴＨを有する。一例では、外皮厚さＴＨは約０．５ｍｍ～約２．１ｍｍであり得る。例えば、外皮厚さＴＨは、約０．５～約１．１ｍｍ、約１．０ｍｍ～約１．５ｍｍ、または約１．４ｍｍ～約２．１ｍｍであり得る。外皮１８が既存の外皮を覆うように施される場合、または、外皮が多層外皮である場合には、合計外皮厚さＴＨは単層外皮の約２倍であり得る。

外皮１８の組成は、セラミックウェア形成技術において用いられる組成のうちの任意の組成であり得る。外皮１８の例示的な組成は、２０１３年２月１９日に出願された米国特許出願第１３／７７０，１０４号明細書に記載されている。例示的な実施形態によれば、外皮組成は無機フィラー材料および結晶質無機繊維材料を含み得る。例示的な実施形態では、無機フィラー材料は、セメント混合物の無機固形成分の合計重量の少なくとも１０％を構成し、結晶質無機繊維材料は、セメント混合物の無機固形成分の合計重量の２５％未満を構成する。一例において、外皮１８は、外皮が施される前のセラミックウェア１０Ｐを構成する材料と略同じ材料でできている。

上述したように、外皮が施されたセラミックウェア１０を形成するプロセスは、外皮が施されていないセラミックウェア１０Ｐの円筒形の壁１５の円筒形の表面１６に湿った外皮１８が施された後、湿った外皮１８を乾燥させる工程を含む。以下の議論では、外皮が湿った（即ち、乾燥していない）、元の水分含量（例えば、１０重量％～３５重量％の水）を有する外皮が施されたセラミックウェアは、本明細書において「湿った外皮が施されたセラミックウェア」１０Ｗとして参照される。外皮が部分的に乾燥した、即ち「半乾きの」外皮が施されたセラミックウェアは、本明細書において「半乾きの外皮が施されたセラミックウェア」１０Ｓとして参照される。用語の簡便さおよび一貫性のために、以下の議論では、乾燥した外皮が施されたセラミックウェアは１０Ｄで示される。「外皮が施されたセラミックウェア」１０を参照する場合には、湿った、半乾きの、または乾燥した外皮が施されたセラミックウェアを含み得る。

一例において、半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓの外皮１８は、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗの元の外皮水分含量の３０％～６０％の外皮水分含量を有する。一例において、乾燥した外皮が施されたセラミックウェア１０Ｄの外皮１８は、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗの元の水分含量の１０％以下の水分含量を有する。

図３は、本明細書において開示される方法による、外皮が施されたセラミックウェア１０を乾燥させるための例示的なマイクロ波乾燥システム（「システム」）１００の模式的な側面図である。システム１００はマイクロ波乾燥器またはアプリケータ１１０を含み、アプリケータ１１０は、入口端部１１２と、出口端部１１４と、壁１１５（図４を参照）と、天井１１６と、遮蔽部材１３０によって第１および第２の内部部分（「部分」）１２４Ｗおよび１２４Ｓ（第１の部分１２４Ｗが上流部分であり、第２の部分１２４Ｓが下流部分である）に分割された内部とを有する。

一例において、遮蔽部材１３０は穿孔された金属シートであり、外皮が施されたセラミックウェア１０が上流部分１２４Ｗから下流部分１２４Ｓへと通過するのを可能にしつつ、第１の部分１２４Ｗと第２の部分１２４Ｓとの間でのマイクロ波放射の結合の量を低減するよう構成されている。図３に示されるように、一例では、遮蔽部材１３０は天井１１６に取り付けられ、そこから、外皮が施されたセラミックウェア１０が遮蔽部材の下を搬送されるのを可能にしつつ、マイクロ波放射の結合を低下させるのに十分な距離だけ、コンベア１４０に向かって垂下される（即ち、－ｚ方向に延びている）。

第１の部分１２４Ｗは、アプリケータ１１０の入口端部１１２において、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを受け取るので、以下、「ウェットアプリケータ部」として参照する。第２の部分１２４Ｓは、後で説明するように、上流のウェットアプリケータ部１２４Ｗから、半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓを受け取るので、以下、「セミドライアプリケータ部」として参照する。

図４は、システム１００を上から見た図であるが、ウェットアプリケータ部１２４Ｗおよびセミドライアプリケータ部１２４Ｓ内の湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗおよび半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓがそれぞれ見えるように、アプリケータ１１０の天井１１６は示されていない。

図３および図４の両方を参照すると、システム１００は、アプリケータ１１０のウェット部１２４Ｗおよびセミドライ部１２４Ｓを通ってｘ方向に延びるコンベア１４０を含む。コンベア１４０は、アプリケータ１１０の入口端部１１２に入って、アプリケータの出口端部１１４から出るように延びる。コンベア１４０は、入口端部１１２のすぐ上流に、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗがアプリケータ１１０を通して輸送されるために配置され得る投入位置１４２を有し得る。一例では、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗは、それらの中心軸Ａ１をｚ方向として示されている垂直方向に向けて、コンベア１４０上の投入位置１４２に配置される。

また、コンベア１４０は、出口端部１１４のすぐ下流に、乾燥した外皮が施されたセラミックウェア１０Ｄがシステム１００から出るまたは取り出され得る出口位置または取り出し位置１４４を有する。一例において、コンベア１４０は、０．５フィート（約１５．２センチメートル）／分～２フィート（約６０．９センチメートル）／分の範囲内のコンベア速度を有する。一例では、コンベア１４０の移動は連続的であり、乾燥プロセス中に、外皮が施されたセラミックウェア１０が、ウェットアプリケータ部を通して、次にセミドライアプリケータ部１２４Ｓを通して連続的に移動されるようになっている。一例では、コンベア１４０は、略一定のコンベア速度で移動する。別の例では、コンベア１４０は、乾燥プロセス中に、例えば、遮蔽部材１３０における遮蔽扉の開閉に対応するために、必要に応じて移動および停止する。

システム１００は、アプリケータ１１０に対して動作可能に配置されたマイクロ波システム２００を含む。マイクロ波システム２００は、一例ではマイクロ波放射２１２（以下、単に「マイクロ波」としても参照する）を発するマイクロ波源２１０（例えばマグネトロン等）を含むマイクロ波源システム２０６と、反射されたマイクロ波がマイクロ波源に到達するのを防止するためにマイクロ波源の下流に動作可能に配置された反射防止装置２１４（例えば、スタブチューナ等）とを含む。マイクロ波源２１０と反射防止装置２１４との間には、反射された出力が波源のマグネトロン２１０に戻るのを抑制するために、アプリケータから反射されて戻ってきた出力を水負荷に向かわせるための波源サーキュレータ（図示せず）が配置され得る。例示的なマグネトロン２１０は、９１５ＭＨｚの周波数ｆを有し、１００ｋＷのマイクロ波出力Ｐ１を供給する。

一例では、マイクロ波の周波数ｆは、２０ＭＨｚ～２００００ＭＨｚの範囲内であり得る。マイクロ波２１２は、関係λ＝ｃ／ｆ（ここで、ｃは光の速度であり、約３×１０^８ｍ／秒である）によってマイクロ波周波数ｆに関連づけられる波長λを有する。周波数ｆ＝１０００ＭＨｚは、約０．３ｍの波長を有する。

一例では、乾燥プロセスにおいて用いられるマイクロ波出力Ｐ１の量は、所与のときにウェットアプリケータ部１２４Ｗ内に存在する湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗの数に基づき、ここで、湿った外皮が施された各セラミックウェアは、特定の量の影響を受けやすい材料を表す。例示的なマイクロ波出力Ｐ１は、１０ｋＷ～１００ｋＷの範囲内、または１０ｋＷ～９０ｋＷの範囲内である。

マイクロ波源システム２０６は、マイクロ波２１２を導波するよう構成されたマイクロ波導波路系２２０に動作可能に結合される。具体的には、マイクロ波導波路系２２０は、幾つかのマイクロ波供給チャネル、即ちマイクロ波導波路（以下、「導波路」）を含み、具体的には、ウェットアプリケータ部１２４Ｗにつながる第１の導波路２２２と、セミドライアプリケータ部１２４Ｓにつながる第２の導波路２４２とを含む。第１の導波路２２２と第２の導波路２４２とは、導波路２３６を介して反射防止装置２１４に動作可能に接続されたサーキュレータ２３４において、動作可能に接続される。

第１の導波路２２２は、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内において天井１１６に隣接して配置された第１の導波路部分２２４を含み、第２の導波路２４２は、セミドライアプリケータ部１２４Ｓ内において天井に隣接して配置された第２の導波路部分２４４を含む。第１の導波路２２２および第２の導波路２４２はそれぞれ、後述するようにマイクロ波放射をウェットアプリケータ部１２４Ｗおよびセミドライアプリケータ部１２４Ｓに届けるよう構成されている。

図５は、システム１００を示す図４に類似した図であり、ウェットアプリケータ部１２４Ｗおよびセミドライアプリケータ部１２４Ｓ内における例示的な乾燥構成における、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗおよび半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓがそれぞれ見えるように、アプリケータの天井１１６またはマイクロ波システム２００は示されていない。図５を参照すると、アプリケータ１１０は、寸法ＬＸおよびＬＹを有し、一例ではＬＸ＝１５フィート（約４．６メートル）であり、ＬＹ＝６フィート（約１．８３メートル）である。

図４において最もよくわかるように、例示的な一実施形態では、第１の導波路部分２２４は、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内におけるマイクロ波２１２の良好な分布を提供するために、コンベア１４０に対して垂直に延びる（即ち、ｙ方向に延びる）２つの離間した直線状の導波路部分２２８を画成する役割をするＵ字形状の導波路部分２２６を含む。各導波路部分２２８は離間したスロット２３０を含み、マイクロ波１１２はスロット２３０を通って直線状の導波路部分２２８内を進み、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内へと出る（漏れる）。

第２の導波路部分２４４は、第１の導波路部分２２４に類似した構成であり、セミドライアプリケータ部１２４Ｓ内におけるマイクロ波の良好な分布を提供するために、コンベア１４０に対して垂直に延びる（即ち、ｙ方向に延びる）２つの離間した直線状の導波路部分２４８を画成する役割をするＵ字形状の導波路部分２４６を含む。各導波路部分２４８は離間したスロット２５０を含み、マイクロ波の一部はスロット２５０を通って直線状の導波路部分内を進み、セミドライアプリケータ部１２４Ｓ内へと出る（漏れる）。

システム１００の動作において、マイクロ波源システム２０６は、上述の周波数ｆおよび出力Ｐ１を有するマイクロ波２１２（黒い矢印）を発生する。上述の例示的な周波数ｆのうち、周波数ｆ＝９１５ＭＨｚは約３３ｃｍの（自由空間）波長λに対応し、周波数ｆ＝２４５０ＭＨｚは約１２ｃｍの波長λに対応する。一般的に、外皮１８の最も均一な乾燥を得るには、外皮厚さＴＨはマイクロ波の波長λよりもかなり小さいべきである（例えば、ＴＨ＜λ／１０）。４ｍｍの外皮厚さＴＨについては、対応する波長λが約１２ｃｍであるマイクロ波周波数ｆ＝２４５０ＭＨｚは、この基準を容易に満たす。一般的に、この基準に一致し、且つ、マイクロ波乾燥に一般的に有効な任意のマイクロ波周波数ｆが用いられ得る。

マイクロ波２１２は、導波路２３６内を進んでサーキュレータ２３４を通り、第１の導波路２２２および第１の導波路部分２２４に向かう。第１の導波路部分２２４内を進むマイクロ波２１２は、直線状の導波路部分２２８のスロット２３０から出て、ウェットアプリケータ部１２４Ｗに入る。

図６Ａは、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内の、導波路部分２２８のうちの１つの下に存在する湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗの模式的な図である。スロット２３０を通って導波路部分２２８から漏れたマイクロ波放射２１２は、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内に存在しウェットアプリケータ部１２４Ｗを通して搬送される湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを照射する。このマイクロ波放射２１２の一部は湿った外皮１８によって吸収され、外皮の乾燥を開始させる。マイクロ波放射２１２の別の一部は、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗ、並びに、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内の壁１５、天井１６、コンベア１４０（図３を参照）、および他の何らかの品物（例えば、トレー）または表面によって、図６Ｂに示されるように反射されたマイクロ波放射２１２Ｒとして反射される。

湿った外皮が施された各セラミックウェア中の他のセラミック材料（即ち、円筒形の壁１５およびセル２０）は乾燥しているので、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗの外皮１８の元の水分含量は、ウェットアプリケータ部１２４Ｗ内に存在するセラミック材料の合計質量における比較的小さい割合を示す。その結果、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗから、並びに、上述のウェットアプリケータ部１２４Ｗ内の壁１５、天井１６、コンベア１４０、および他の何らかの品物（例えば、トレー）または表面から反射されるマイクロ波２１２Ｒ（白い矢印）の量は、比較的高い。

反射されたマイクロ波放射２１２Ｒの一部は、導波路部分２２８の離間したスロット２３０を通って導波路部分２２８に入る。このようにして、反射されたマイクロ波放射２１２Ｒの一部は導波路部分２２８によって捕捉され、第１の導波路２２２を通って戻るように進んでサーキュレータ２３４に向かう。捕捉された反射されたマイクロ波放射２１２Ｒは、サーキュレータ２３４によって方向を変えられ、第２の導波路２４２内を進んで第２の導波路部分２４４および第２の導波路部分２４８に向かう。

一例では、捕捉された反射されたマイクロ波放射２１２Ｒは、入力されたマイクロ波出力Ｐ１より小さい出力Ｐ２を有し、入力されたマイクロ波出力Ｐ１の５％～５０％、または、別の例では、入力されたマイクロ波出力Ｐ１の２０％～５０％を示す。

反射されたマイクロ波放射２１２Ｒは、第２の直線状の導波路部分２４８のそれぞれのスロット２５０を通って第２の直線状の導波路部分２４８から出て（漏れて）、セミドライアプリケータ部１２４Ｓ内に存在しセミドライアプリケータ部１２４Ｓを通して搬送される半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓを照射することにより、半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓの半乾きの外皮１８を更に乾燥させる。半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓが、アプリケータ１１０の出口端部１１４においてセミドライアプリケータ部１２４Ｓから出るときまでに、半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓは、乾燥した外皮が施されたセラミックウェア１０Ｄになる。

このように、マイクロ波導波路系２２０の第１の導波路２２２および第２の導波路２４２、並びにサーキュレータ２３４は、ウェットアプリケータ部１２４Ｗからセミドライアプリケータ部１２４Ｓまでの、反射されたマイクロ波の経路２１５を画成し、反射されたマイクロ波放射２１２Ｒは、この経路にわたって進むことができる。

なお、反射されたマイクロ波２１２Ｒの一部は、半乾きのセラミックウェア１０Ｓからも反射され、第２の導波路部分２４８によって捕捉され、二重に反射されたマイクロ波放射２１２ＲＲ（図３を参照）として、第２の導波路２４２内を進んでサーキュレータ２３４に向かって戻る。この二重に反射されたマイクロ波放射２１２ＲＲは、サーキュレータ２３４によって反射防止装置２１４に向かうよう方向を変えられ、この二重に反射されたマイクロ波放射がマイクロ波源２１０に到達するのが防止される。

なお、第２のアプリケータ部１２４Ｓ内において、半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓを照射するために用いられる反射されたマイクロ波放射２１２Ｒは、部分的には、上流にある第１のアプリケータ部１２４Ｗ内の湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗから発生したものである。従って、反射されたマイクロ波放射２１２Ｒは、入射したマイクロ波放射２１２の一部が反射されたのと同じ湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを乾燥させるためには用いられず、その代わりに、下流にあるセミドライアプリケータ部１２４Ｓ内において、既にウェットアプリケータ部１２４Ｗを通過した半乾きのセラミックウェアを乾燥させるために用いられる。

本開示による、湿った外皮が施されたセラミックウェアを乾燥させる方法の１つの態様は、適切な量または所望の量の反射されたマイクロ波放射２１２Ｒがあることを確実にするために、第１のアプリケータ部１２４Ｗが、処理される十分な数の湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを有する状態、または、運転の最後には、湿った外皮が施されたセラミックウェアの最後の組の代わりに用いることができるダミーのセラミックウェア、他の材料、物体、もしくは品物を有する状態を維持することを含む。従って、一例では、湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗが、コンベア１４０の動作によって第１のアプリケータ部１２４Ｗを通って移動するにつれ、投入位置１４２（図５を参照）において、他の湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗがコンベアに追加される。一例では、この後方充填プロセスは、ウェットアプリケータ部１２４Ｗが、任意の所与のときに、そこを通って搬送される湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗの略同じ構成を有するように行われる。それにより、略同じ量の反射されたマイクロ波２１２Ｒが生じて、セミドライアプリケータ部１２４Ｓに向かうようリサイクルされることが確実になる。

セミドライアプリケータ部１２４Ｓを通過する半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓは、ウェットアプリケータ部１２４Ｗの湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを乾燥させるためのマイクロ波出力ほど大きいマイクロ波出力を必要としない。従って、システム１００は、ウェットアプリケータ部１２４Ｗから反射されたマイクロ波放射２１２Ｒをリサイクルして、半乾きの外皮が施されたセラミックウェア１０Ｓを乾燥させるためにセミドライアプリケータ部１２４Ｓに向かわせるよう構成される。一例では、Ｐ２＜Ｐ１であり、ウェットアプリケータ部１２４Ｗに向けられるマイクロ波出力Ｐ１と比較した、反射されたマイクロ波２１２Ｒを用いてセミドライアプリケータ部１２４Ｓに供給されるリサイクルされたマイクロ波出力Ｐ２の量の比率は、０．０５≦Ｐ２／Ｐ１≦０．５の範囲内、または、別の例では０．０５≦Ｐ２／Ｐ１≦０．４の範囲内である。

システム１００は、２つの離間したアプリケータではなく、２つの直に隣接する部分１２４Ｗおよび１２４Ｓに分割された単一のアプリケータ１１０を用いるので、外皮が施されたセラミックウェア１０を迅速に処理できる。

単一のマイクロ波源システム１１０を用いることで、コストが低減され、乾燥効率が高まる。一例において、システム１００は、約１フィート（約３０．５センチメートル）／分のコンベア速度、９１５ＭＨｚのマイクロ波周波数、および６０ｋＷのマイクロ波出力Ｐ１で、約２００個の湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを処理できる。別の例では、システム１００は、約１フィート（約３０．５センチメートル）／分のコンベア速度、９１５ＭＨｚのマイクロ波周波数、および１００ｋＷのマイクロ波出力Ｐ１で、約３３３個の湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗを処理できる。

図７は図３に類似した図であり、ウェットアプリケータ部１２４Ｗおよびセミドライアプリケータ部１２４Ｓを画成するために、遮蔽部材１３０を有する単一のアプリケータ１１０の代わりに、２つの離間したアプリケータ１１０Ｗおよび１１０Ｓが用いられる、システム１００の別の構成の例示的な実施形態を示す。図７のシステム１００の例示的な構成では、遮蔽部材１３０はもはや必要ないが、外皮が施されたセラミックウェア１０が進む必要がある全体的な距離がより大きくなり得るので、乾燥時間がより長くなり得る。

図８は、コンベア１４０上の湿った外皮が施された複数のセラミックウェア１０Ｗを上から見た図であり、隣接する湿った外皮が施されたセラミックウェア１０Ｗ（これらは、セミドライアプリケータ１２４Ｓまで通過すると半乾きの外皮が施されたセラミックウェアになる）が間隔Ｓだけ離間した、例示的な乾燥構成を示す。一例では、間隔Ｓ＜λ／２であり、ここで、λはマイクロ波放射２１２の上述の（自由空間）マイクロ波波長である。別の例では、間隔Ｓ＜λ／１０である。この例示的な乾燥構成は、乾燥プロセス中の反射されたマイクロ波放射２１２Ｒの量を減らす（即ち、反射されたマイクロ波出力またはエネルギーの量を減らす）ものである。これは、ウェットアプリケータ部およびセミドライアプリケータ部内における負荷を増加させ、より効率的な乾燥、およびシステム１００のより高いスループットに貢献する。一例において、間隔Ｓは、反射されたマイクロ波放射２１２Ｒの量を調節するために調節される。例えば、間隔Ｓは、セミドライアプリケータ部１２４Ｓに届けられるマイクロ波出力Ｐ２の量を増加させるために、反射されたマイクロ波放射の量を最小化するのではなく、反射されたマイクロ波放射２１２Ｒの量を増加させるよう調節され得る。

添付の特許請求の範囲において定められる本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される本開示の好ましい実施形態に対して様々な変形が行われ得ることが、当業者には自明であろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にある変形および変更を網羅する。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
湿った外皮が施されたセラミックウェアを乾燥させる方法において、
ａ）第１のアプリケータ部内において、前記湿った外皮が施された複数のセラミックウェアに、波長λおよび第１の量のマイクロ波出力Ｐ１を有するマイクロ波放射を照射する工程であって、前記照射が、前記第１のアプリケータ部から反射されたマイクロ波放射を生じさせる、照射する工程と、
ｂ）前記反射されたマイクロ波放射の一部を捕捉し、第２のアプリケータ部内において、乾燥した外皮が施されたセラミックウェアを形成するために、半乾きの外皮が施された複数のセラミックウェアに、Ｐ２＜Ｐ１である第２の量のマイクロ波出力Ｐ２を有する前記反射されたマイクロ波放射を照射する工程と
を含むことを特徴とする方法。

実施形態２
前記第１のアプリケータ部および前記第２のアプリケータ部が、単一のアプリケータ内において互いに直に隣接して存在する、実施形態１記載の方法。

実施形態３
前記湿った外皮が施されたセラミックウェアが元の外皮水分含量を有し、前記半乾きの外皮が施されたセラミックウェアが、前記元の外皮水分含量の３０％～６０％の外皮水分含量を有し、前記乾燥した外皮が施されたセラミックウェアが、前記元の外皮水分含量の１０％以下の外皮水分含量を有する、実施形態１または２に記載の方法。

実施形態４
前記第１のアプリケータ部内において前記湿った外皮が施された複数のセラミックウェアに照射する前記工程が、前記半乾きの外皮が施されたセラミックウェアを生じるものであり、前記半乾きの外皮が施されたセラミックウェアを前記第１のアプリケータ部から前記第２のアプリケータ部へと搬送する工程を含む、実施形態１～３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態５
前記第２の量のマイクロ波出力と前記第１の量のマイクロ波出力との比率Ｐ２／Ｐ１が、０．０５≦Ｐ２／Ｐ１≦０．４によって定められる範囲内である、実施形態１～４のいずれか１つに記載の方法。

実施形態６
前記マイクロ波放射が２０ＭＨｚ～２００００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、実施形態１～５のいずれか１つに記載の方法。

実施形態７
前記湿った外皮が施された複数のセラミックウェアが、隣接する前記湿った外皮が施された複数のセラミックウェア間の間隔ＳがＳ＜λ／２となるよう配置される、実施形態１～６のいずれか１つに記載の方法。

実施形態８
前記マイクロ波放射が、第２のマイクロ波導波路に動作可能に結合された第１のマイクロ波導波路を用いて前記第１のアプリケータ部に供給され、前記反射されたマイクロ波放射が、前記第１のマイクロ波導波路によって捕捉され、前記第２のマイクロ波導波路によって前記第２のアプリケータ部に向けられる、実施形態１～７のいずれか１つに記載の方法。

実施形態９
焼成セラミックウェアから形成された、外皮が施された複数のセラミックウェアのマイクロ波乾燥を行う方法であって、
ａ）前記外皮が施された複数のセラミックウェアを形成するために、各前記焼成セラミックウェアに外皮層を施す工程と、
ｂ）第１のアプリケータ部内において、前記外皮が施された複数のセラミックウェアにマイクロ波放射を照射する工程と、
ｃ）外皮が施された更なる複数のセラミックウェアを前記第１のアプリケータ部内に搬送する間に、前記照射された外皮が施された複数のセラミックウェアを第２のアプリケータ部へと搬送する工程と、
ｄ）前記第２のアプリケータ部内において、前記外皮が施された複数のセラミックウェアに、前記第１のアプリケータ部から反射されて前記第２のアプリケータ部に向けられた前記マイクロ波放射の一部を用いて照射を行う工程と
を含むことを特徴とする方法。

実施形態１０
前記第１のアプリケータ部内において照射する前記工程が、各前記外皮が施されたセラミックウェア上に半乾きの外皮セメント層を形成し、前記第２のアプリケータ部内において照射する前記工程が、前記第２のアプリケータ部内において、各前記外皮が施されたセラミックウェア上の前記半乾きの外皮セメント層を更に乾燥させる、実施形態９記載の方法。

実施形態１１
前記湿った外皮が施されたセラミックウェアが元の外皮水分含量を有し、前記半乾きの外皮が施されたセラミックウェアが、前記元の外皮水分含量の３０％～６０％の外皮水分含量を有し、前記乾燥した外皮が施されたセラミックウェアが、前記元の外皮水分含量の１０％以下の外皮水分含量を有する、実施形態９または１０に記載の方法。

実施形態１２
前記マイクロ波放射が２０ＭＨｚ～２００００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、実施形態９～１１のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１３
前記外皮が施されたセラミックウェアを前記第１のアプリケータ部から前記第２のアプリケータ部へと連続的に搬送する工程を含む、実施形態９～１２のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１４
前記第１のアプリケータ部内において前記外皮が施された複数のセラミックウェアに照射される前記マイクロ波放射が出力Ｐ１を有し、前記第１のアプリケータ部から反射されて前記第２のアプリケータ部に向けられる前記マイクロ波放射の前記一部が出力Ｐ２を有し、０．０５≦Ｐ２／Ｐ１≦０．４である、実施形態９～１３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１５
前記出力Ｐ１が１０ｋＷ～９０ｋＷの範囲内である、実施形態１４記載の方法。

実施形態１６
外皮が施されたセラミックウェアのマイクロ波乾燥を行うためのシステムにおいて、
第１のアプリケータ部および第２のアプリケータ部と、
マイクロ波放射を発生するよう構成されたマイクロ波源と、
マイクロ波導波路系であって、前記第１のアプリケータ部から前記第２のアプリケータ部までの反射されたマイクロ波の経路を画成するために、前記マイクロ波源と前記第１のアプリケータ部との間に配置されたサーキュレータにおいて、前記第１のアプリケータ部と前記マイクロ波源とに動作可能に接続された第１のマイクロ波導波路、および、前記第２のアプリケータ部と前記第１のマイクロ波導波路とに動作可能に接続された第２のマイクロ波導波路を含むマイクロ波導波路系と
を含むことを特徴とするシステム。

実施形態１７
前記第１のアプリケータ部および前記第２のアプリケータ部が、単一のアプリケータ内において、前記外皮が施されたセラミックウェアが前記第１のアプリケータ部から前記第２のアプリケータ部へと進むのを可能にしつつ、前記第１のアプリケータ部と前記第２のアプリケータ部との間でのマイクロ波放射の結合の量を低減するよう構成された遮蔽部材によって画成された、実施形態１６記載のシステム。

実施形態１８
前記遮蔽部材が、穿孔された金属シートを含む、実施形態１６または１７記載のシステム。

実施形態１９
前記マイクロ波放射が２０ＭＨｚ～２００００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、実施形態１６～１８のいずれか１つに記載のシステム。

実施形態２０
前記外皮が施されたセラミックウェアを前記第１のアプリケータ部および前記第２のアプリケータ部を通して搬送するよう構成されたコンベアを更に含む、実施形態１６～１９のいずれか１つに記載のシステム。

１０ 外皮が施されたセラミックウェア
１０Ｗ 湿った外皮が施されたセラミックウェア
１０Ｓ 半乾きの外皮が施されたセラミックウェア
１０Ｄ 乾燥した外皮が施されたセラミックウェア
１８ 外皮
１００ マイクロ波乾燥システム
１１０ アプリケータ
１２４Ｗ ウェットアプリケータ部（第１のアプリケータ部）
１２４Ｓ セミドライアプリケータ部（第２のアプリケータ部）
１３０ 遮蔽部材
１４０ コンベア
２００ マイクロ波システム
２１２ マイクロ波放射
２１２Ｒ 反射されたマイクロ波
２１５ 反射されたマイクロ波の経路
２２０ マイクロ波導波路系
２２２ 第１の導波路
２４２ 第２の導波路
２３４ サーキュレータ

Claims (5)

1. 焼成されたハニカム体に対して設けられた湿った外皮を備えた、湿った外皮が施されたセラミックウェアを乾燥させる方法において、
   ａ）第１のアプリケータ部内において、前記湿った外皮を部分的に乾燥させて、前記湿った外皮が施された複数のセラミックウェアから半乾きの外皮が施された複数のセラミックウェアを形成するために、前記湿った外皮が施された複数のセラミックウェアに、波長λおよび第１の量のマイクロ波出力Ｐ１を有するマイクロ波放射を照射する工程であって、前記照射が、前記第１のアプリケータ部から反射されたマイクロ波放射を生じさせる、照射する工程と、
   ｂ）前記反射されたマイクロ波放射の一部を捕捉する工程と、
   ｃ）第２のアプリケータ部内において、前記半乾きの外皮をさらに乾燥させて、乾燥した外皮が施された複数のセラミックウェアを形成するために、前記半乾きの外皮が施された複数のセラミックウェアに、Ｐ２＜Ｐ１である第２の量のマイクロ波出力Ｐ２を有する前記反射されたマイクロ波放射を照射する工程と
   を含み、
   前記ａ），ｂ），ｃ）の工程は、前記外皮が施されたセラミックウェアが、前記第１のアプリケータ部内、前記第１のアプリケータ部から前記第２のアプリケータ部へ、そして、前記第２のアプリケータ部内を連続的に搬送される間に実施され、
   前記湿った外皮が施されたセラミックウェアは元の外皮水分含量を有し、前記半乾きの外皮が施されたセラミックウェアが、前記元の外皮水分含量の３０％～６０％の外皮水分含量を有し、前記乾燥した外皮が施されたセラミックウェアが、前記元の外皮水分含量の１０％以下の外皮水分含量を有し、
   前記第２の量のマイクロ波出力と前記第１の量のマイクロ波出力との比率Ｐ２／Ｐ１が、０．０５≦Ｐ２／Ｐ１≦０．４によって定められる範囲内であり、
   前記第１のアプリケータ部から反射されたマイクロ波放射がマイクロ波源に到達するのを防止するための反射防止装置が、前記マイクロ波源の下流に配置されており、
   前記湿った外皮が施されたセラミックウェアは、隣接するセラミックウェア間の間隔ＳがＳ＜λ／２となるよう配置されることを特徴とする方法。
2. 前記第１のアプリケータ部および前記第２のアプリケータ部が、単一のアプリケータ内において互いに直に隣接して存在する、請求項１記載の方法。
3. 前記マイクロ波放射が２０ＭＨｚ～２００００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記間隔Ｓは、前記第２のアプリケータ部内の前記半乾きの外皮に届けられるマイクロ波出力Ｐ２の量を調節するために、反射されたマイクロ波放射の量を調整するように調節される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 焼成セラミックウェアから形成された、外皮が施された複数のセラミックウェアのマイクロ波乾燥を行う方法であって、
   ａ）前記外皮が施された複数のセラミックウェアを形成するために、各前記焼成セラミックウェアに外皮層を施す工程と、
   ｂ）第１のアプリケータ部内において、前記外皮が施された複数のセラミックウェアにマイクロ波放射を照射する工程と、
   ｃ）外皮が施された更なる複数のセラミックウェアを前記第１のアプリケータ部内に連続的に搬送する間に、前記照射された外皮が施された複数のセラミックウェアを前記第１のアプリケータ部内を連続的に搬送し第２のアプリケータ部へと連続的に搬送する工程と、
   ｄ）前記第２のアプリケータ部内において、前記外皮が施された複数のセラミックウェアに、前記第１のアプリケータ部から反射されて前記第２のアプリケータ部に向けられた前記マイクロ波放射の一部を用いて照射を行う工程と
   を含み、
   前記外皮が施されたセラミックウェアは、隣接するセラミックウェア間に間隔Ｓを持つように配置され、
   前記間隔Ｓは、前記第２のアプリケータ部に届けられるマイクロ波出力Ｐ２の量を調節するために、反射されたマイクロ波放射の量を調整するように調節され、
   前記第１のアプリケータ部内において照射する前記工程が、各前記外皮が施されたセラミックウェア上に半乾きの外皮セメント層を形成し、前記第２のアプリケータ部内において照射する前記工程が、前記第２のアプリケータ部内において、各前記外皮が施されたセラミックウェア上の前記半乾きの外皮セメント層を更に乾燥させ、
   前記外皮層は元の外皮水分含量を有し、前記半乾きの外皮セメント層が、前記元の外皮水分含量の３０％～６０％の外皮水分含量を有し、前記乾燥した外皮が、前記元の外皮水分含量の１０％以下の外皮水分含量を有し、
   前記第１のアプリケータ部内において前記外皮が施された複数のセラミックウェアに照射される前記マイクロ波放射が出力Ｐ１を有し、前記第１のアプリケータ部から反射されて前記第２のアプリケータ部に向けられる前記マイクロ波放射の前記一部が出力Ｐ２を有し、０．０５≦Ｐ２／Ｐ１≦０．４であり、
   前記第１のアプリケータ部から反射されたマイクロ波放射がマイクロ波源に到達するのを防止するための反射防止装置が、前記マイクロ波源の下流に配置されていることを特徴とする方法。

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