JP2005219977A - セラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に、薄壁、高開口率及びハニカム容積の大きいセラミックスハニカムの焼成時における熱応力及び焼成収縮差を減少させ、ハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等の欠陥を抑制するとともに、高い歩留まりで多量に工業的な生産を可能としたセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法を提供する。
【解決手段】棚板の対向面に一体的に配設された凹部及び／又はハニカム成形体との対向面に一体的に配設された凹部により、焼成用トチと棚板との間及び／又は焼成用トチとハニカム成形体との間に、外部と連通された空間が設けられ、且つ焼成用トチと棚板との接触面積及び／又は焼成用トチとハニカム成形体との接触面積が、焼成用トチの棚板の対向面及び／又は焼成用トチのハニカム成形体の対向面における面積の３０〜８８％である。
【選択図】なし

Description

本発明は、薄壁、高開口率、ハニカム容積の大きいセラミックスハニカムであってもハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等の欠陥を抑制することができるセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法に関する。

セラミックフィルタ、燃焼装置用蓄熱体、自動車の排ガス浄化用触媒担体等広範な用途に用いられるセラミックハニカム構造体（セラミックスハニカム）は、生素地を成形して得たハニカム成形体を、一方の端面を下にして焼成炉内に直立させた状態で焼成することにより製造される。焼成の際に、ハニカム成形体はセルの長さ方向及びセルの長さ方向に直交する方向に収縮するが、ハニカム成形体を焼成棚（棚板）上に直に載置したのでは、棚板表面とハニカム成形体端面との摩擦抵抗及びハニカム成形体端面の棚板表面への付着により、焼成体であるセラミックスハニカムの下端外周部が欠けたり、セラミックスハニカム下端面に端面切れ、セルよれ、リブ切れ等の欠陥が生じる。そのため、このような欠陥が生じるのを防ぐため、ハニカム成形体を焼成する際には、ハニカム成形体と棚板との間に敷板（トチ）を介在させ、敷板（トチ）上にハニカム成形体を直立させることが一般的に行われてきた。

このとき、セラミックスハニカムの焼成方法では、一般的に、炉床（棚板）の上に、焼トチ（基本的に焼成収縮のない焼結済みのトチ）又は生トチ／共トチ（被焼成物と同質の材料で作製された同一の焼成収縮率を有する未焼成のトチ）を置いて、その上に未焼成のセラミックスハニカム（ハニカム成形体）を置いた焼成が行われている（例えば、特許文献１参照）。
特公平６−４７４９９号公報

焼トチを使用する場合、トチが繰り返し使用できるため、コスト的に有利であるが、トチとセラミックスハニカムとの焼成収縮差により、焼成後のセラミックスハニカム（特に、トチとの接触面）に、リブ切れ、セルよれ等の欠陥が発生する場合があった。また、生トチを使用する場合、セラミックスハニカムのリブ切れ、セルよれ等の発生を抑制するので、品質は向上するが、一度しか使用できないため、コスト高となる。

また、セラミックスハニカムの焼成時には、ハニカム成形体内に存在するバインダー、界面活性剤、造孔材等の有機物が燃焼するものの、トチ上にハニカム成形体が置かれているため、ハニカム成形体下部（特に、トチとの接触面近傍）の通気性が低く、有機物が燃焼し難いだけでなく、通気性が低いと、燃焼したガスが停滞し易い等に起因して、焼成時の熱応力及び温度差による焼成収縮差が増大し、セラミックスハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等が発生する場合があった。

特に、セラミックスハニカムの薄壁化、高開口率化に伴い、構造体（リブ）としての強度が低下する場合やハニカム容積が大きくなることによってそれらの傾向が顕著であった。

以上の問題点を考慮して、例えば、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、スペーサー４を用いて棚板５０とトチ（生トチ）２との間に空間を設けることが、一般的に行われている（特許文献１参照）。このように、スペーサー４を用いて棚板５０とトチ２との間に空間を設けると、通気性が良くなり、バインダー、造孔材等を含む素地の場合、これらが燃え易くなり、これらの燃え残り等を原因とする切れを減少することができる。

しかしながら、図１５（ａ）（ｂ）に示す方法では、少なくとも３つのスペーサー４を所定の位置や間隔に慎重に配置する必要があり、面倒で手間が掛かるため、一度の窯入れで、数百個のセラミックスハニカムを焼成するサイクルを短時間（例えば、３０分間隔）で行うことが困難であった。

また、使用するスペーサー４の個々の精度誤差により、棚板５０とトチ２との水平度が出しにくく、ガタツキの原因となるだけでなく、焼成にかかるコストが嵩む要因となっていた。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に、薄壁、高開口率及びハニカム容積の大きいセラミックスハニカムの焼成時における熱応力及び焼成収縮差を減少させ、ハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等の欠陥を抑制するとともに、高い歩留まりで多量に工業的な生産を可能としたセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、以下のセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法を提供するものである。

［１］ セラミックスハニカムの焼成時に、ハニカム成形体と棚板との間に載置されるセラミックスハニカム焼成用トチであって、前記棚板の対向面に一体的に配設された凹部及び／又は前記ハニカム成形体との対向面に一体的に配設された凹部により、前記焼成用トチと前記棚板との間及び／又は前記焼成用トチと前記ハニカム成形体との間に、外部と連通された空間が設けられ、且つ前記焼成用トチと前記棚板との接触面積及び／又は前記焼成用トチと前記ハニカム成形体との接触面積が、前記焼成用トチの前記棚板の対向面及び／又は前記焼成用トチの前記ハニカム成形体の対向面における面積の３０〜８８％であるセラミックスハニカム焼成用トチ。

［２］ 焼成用トチの凹部が、少なくとも１つ以上の貫通溝を並設又は交差させることにより形成される［１］に記載のセラミックスハニカム焼成用トチ。

［３］ 焼成用トチが、生トチ又は焼トチである［１］又は［２］に記載のセラミックスハニカム焼成用トチ。

［４］ 生トチが、被焼成物であるハニカム成形体と同質の材料から構成されたものである［３］に記載のセラミックスハニカム焼成用トチ。

［５］ ハニカム成形体と棚板との間に、［１］〜［４］のいずれかに記載の焼成用トチを載置して、ハニカム成形体を焼成するセラミックスハニカムの焼成方法。

［６］ 棚板の上に、［１］又は［２］に記載の焼成用トチを載置した後、その上に被焼成物であるハニカム成形体と同質の材料から構成された生トチを載置し、更にその上に、被焼成物であるハニカム成形体を載置して焼成するセラミックスハニカムの焼成方法。

本発明のセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法は、特に、薄壁、高開口率及びハニカム容積の大きいセラミックスハニカムの焼成時における熱応力及び焼成収縮差を減少させ、ハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等の欠陥を抑制するとともに、高い歩留まりで多量に工業的な生産をすることができる。

以下、図面を参照して、本発明のセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

図１〜４は、本発明のセラミックスハニカムの焼成用トチの各例を示すものであり、図１〜３（ａ）は背面図、図４（ａ）は平面図、図１〜４（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本発明に係るセラミックスハニカム焼成用トチは、例えば、図１（ａ）（ｂ）〜図３（ａ）（ｂ）に示すように、セラミックスハニカムの焼成時に、ハニカム成形体１と棚板５０との間に載置されるものであって、棚板５０との対向面に一体的に配設された凹部により、焼成用トチ２０〜２２と棚板５０との間に、外部と連通された空間１０が設けられたものである。この場合の焼成用トチは、被焼成物であるハニカム成形体と同様に、ハニカム構造（貫通したセル構造）を有しているものである。

また、本発明の焼成用トチは、例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ハニカム成形体１との対向面に一体的に配設された凹部により、焼成用トチ２３とハニカム成形体１との間に、外部と連通された空間１０が設けられたものであってもよい（尚、この場合の焼成用トチは、生トチと焼トチのどちらでも適用することができる）。

以上のことから、本発明の焼成用トチは、棚板表面とハニカム成形体端面との摩擦抵抗及びハニカム成形体端面の棚板表面への付着を防止することができるため、セラミックスハニカムの下端外周部が欠けたり、セラミックスハニカムのセルよれ、リブ切れ等の欠陥を抑制するとともに、ハニカム成形体下部（特に、トチとの接触面近傍）の通気性が向上し、焼成時の熱応力及び温度差による焼成収縮差を抑制することができるので、特に、薄壁、高開口率及びハニカム容積の大きいセラミックスハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等を抑制することができる。

また、本発明の焼成用トチは、図１５（ａ）（ｂ）に示すようなスペーサー４が不要であるため、窯入れ及び窯出し時における手間を大幅に軽減することができるため、一度の窯入れで、数百個のセラミックスハニカムを焼成するサイクルを短時間（例えば、３０分間隔）で行うことができるだけでなく、労賃や消耗品（特に、スペーサー４）等のコストを大幅に削減することができる。

このとき、本発明の焼成用トチは、例えば、図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、焼成用トチ２０〜２３の凹部が、少なくとも１つ以上の貫通溝１０を並設又は交差させることにより形成されることが好ましいが、貫通溝１０の形状及び配置は特に限定されることなく、適宜、変更、修正、改良を加え得るものである。尚、貫通溝１０の形状は、半円形状であることが、耐衝撃及び耐熱衝撃性に優れているため好ましい。

本発明の焼成用トチの凹部は、例えば、図１（ａ）に示すように、焼成用トチ２０の背面部中央に２つの貫通溝１０を十字状に交差したもの、図２（ａ）に示すように、焼成用トチ２１の背面部に３つの貫通溝１０を並設したもの、図３（ａ）に示すように、焼成用トチ２２の背面部中央に２つの貫通溝を井桁状に交差したもの、図４（ａ）に示すように、焼成用トチ２３の平面部中央に２つの貫通溝を十字に交差したものを好適に用いることができる。

また、本発明の焼成用トチは、図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、焼成用トチ２０〜２２と棚板５０との接触面積（図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）の脚部１２参照）が、焼成用トチ２０〜２２の棚板５０との対向面（貫通溝１０＋脚部１２）における面積の３０〜８８％であることが好ましい。

これは、８８％を超過する場合、ハニカム成形体下部（特に、トチとの接触面近傍）の通気性が低くなり、焼成時の熱応力及び焼成収縮差が増大し、セラミックスハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等が発生するからであり、一方、３０％未満である場合、トチの上に載置するハニカム成形体を良好に保持することが困難となるからである。

更に、本発明の焼成用トチは、図４（ａ）に示すように、焼成用トチ２３とハニカム成形体１との接触面積（図４（ａ）の支持部１３参照）が、焼成用トチ２３のハニカム成形体１との対向面（貫通溝１０＋支持部１３）における面積の３０〜８８％であることが好ましい。

これは、８８％を超過する場合、ハニカム成形体下部（特に、トチとの接触面近傍）の通気性が低くなり、焼成時の熱応力及び焼成収縮差が増大し、セラミックスハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦キレ等が発生するからであり、一方、３０％未満である場合、トチの上に載置するハニカム成形体を良好に保持することが困難となるからである。

本発明の焼成用トチは、生トチ又は焼トチであることが好ましい。例えば、本発明の焼成用トチが生トチである場合、被焼成物であるハニカム成形体の焼成収縮と同様に、生トチである焼成用トチも収縮するため、焼成物であるセラミックスハニカムのリブ切れ、セルよれ等の発生を抑制することができるため、品質を向上することができる。

また、本発明の焼成用トチが焼トチである場合、生トチの場合と異なり反復使用が可能であるため、コストの削減を図ることができるとともに、焼トチの上に生トチを置いて、更にその上に被焼成物であるハニカム成形体を載置して焼成することにより、セラミックスハニカムのリブ切れ、セルよれ等の発生を抑制するので、より高品質のセラミックスハニカムの焼成を行うことができる。

尚、本発明で用いる生トチは、被焼成物であるハニカム成形体と同様にハニカム構造（貫通したセル構造）を有しているものである。また、本発明で用いる生トチは、被焼成物であるハニカム成形体と同質の材料から構成されたもの（共トチ）が好ましく、更に同一の焼成収縮率を有するものであることがより好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜９、比較例１〜４）
φ１５０×１４５Ｌの隔壁厚９６μｍの生ハニカム構造体（ハニカム成形体）を、表１に示す試験条件でそれぞれ焼成を行った。その結果を表１に示す。

ここで、表１に示すトチＡ〜Ｄは、ハニカム成形体１と同じ外径（φ１５０，Ｒ３）、同じ隔壁厚（９６μｍ）で、貫通したセル構造を有する厚さ２０ｍｍの生トチ／共トチである。尚、トチＤは、図１０、図１２、図１３及び図１４に示す生トチ３０である（図５参照）。

（生トチ／共トチの作製方法）
ハニカム成形体と同一のセラミック原料（例えば、コージェライト化原料、即ち微粒のタルク、カオリン、アルミナおよび他のコージェライト化原料等）に、成形助剤、バインダおよび水を加えて調合した後、混合、混練し、その混練物（坏土）を用いて押出成形、乾燥し、ハニカム構造の成形体を製造した。得られたハニカム成形体を厚さ２０ｍｍに切断加工すると共に、片面の外周端をＲ３程度に丸めた。そして、最後に、研削加工により、所定寸法、所定形状の凹部を設けた。

また、表１に示すトチＦ及びＧは、ハニカム成形体１と同じ外径（φ１５０，Ｒ３）で、セル構造を有さない厚さ８ｍｍの焼トチである。尚、トチＧは、図１１、図１３及び図１４に示す焼トチ４０である（図５参照）。

（焼トチの作製方法）
コージェライト化原料とアルミナ微粉末を所定量混合し、更に水を加えて調合し、その調合物を混練して、混練物を作製した。得られた混練物を用いてプレス成形を実施し、所定形状（片面の外周端のＲおよび所定寸法、所定形状の凹部等）を有する成形体を得、乾燥、焼成した。

尚、実施例で使用したトチ（Ａ〜Ｄ、Ｆ及びＧ）は、ハニカム成形体１端面との摩擦抵抗を低減するため、ハニカム成形体１と対向する面の外周端を丸めたものを使用した（図６〜１４参照）。

上記焼成試験は、連続式（トンネル式）焼成炉を用いて行い、焼成用台車１車分のハニカム成形体２１６個をセットする時間を計測し、窯詰時間として評価するとともに、ハニカム成形体２１６個に対しての焼成後の良品率（セラミックスハニカムの端面切れ、リブ切れ、外壁縦切れ、セルよれ等の欠陥がない良品率）を焼成歩留りとして評価した。

表１の結果から、実施例１〜８は、比較例１〜３と比較して、焼成歩留りを大幅に向上させることを確認した。

また、実施例９は、比較例４と比較して、焼成歩留りを維持しつつ、スペーサーを使用しない分、窯詰時間を大幅に短縮することができた。

本発明のセラミックスハニカム焼成用トチ及びセラミックスハニカムの焼成方法は、特に、薄壁、高開口率及びハニカム容積の大きいセラミックスハニカムの焼成時に好適に用いることができる。

本発明の焼成用トチの一例を示すものであり、（ａ）は背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の焼成用トチの他の例を示すものであり、（ａ）は背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の焼成用トチの更に他の例を示すものであり、（ａ）は背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の焼成用トチの別の例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 従来の焼成用トチの一例を示すものであり、（ａ）は背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（１）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（２）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（３）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（４）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（５）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（６）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（７）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（８）を示す概略断面図である。 セラミックスハニカムの焼成時における焼成用トチの載置状態（９）を示す概略断面図である。 従来のセラミックスハニカムの焼成方法の一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１…ハニカム成形体、２…生トチ、４…スペーサー、６…空間、１０…貫通溝、１２…脚部、１３…支持部、２０〜２３…焼成用トチ、３０…生トチ（焼成用トチ）、４０…焼トチ（焼成用トチ）、５０…棚板。

Claims (6)

1. セラミックスハニカムの焼成時に、ハニカム成形体と棚板との間に載置されるセラミックスハニカム焼成用トチであって、前記棚板の対向面に一体的に配設された凹部及び／又は前記ハニカム成形体との対向面に一体的に配設された凹部により、前記焼成用トチと前記棚板との間及び／又は前記焼成用トチと前記ハニカム成形体との間に、外部と連通された空間が設けられ、且つ前記焼成用トチと前記棚板との接触面積及び／又は前記焼成用トチと前記ハニカム成形体との接触面積が、前記焼成用トチの前記棚板の対向面及び／又は前記焼成用トチの前記ハニカム成形体の対向面における面積の３０〜８８％であるセラミックスハニカム焼成用トチ。
2. 前記焼成用トチの凹部が、少なくとも１つ以上の貫通溝を並設又は交差させることにより形成される請求項１に記載のセラミックスハニカム焼成用トチ。
3. 前記焼成用トチが、生トチ又は焼トチである請求項１又は２に記載のセラミックスハニカム焼成用トチ。
4. 前記生トチが、被焼成物であるハニカム成形体と同質の材料から構成されたものである請求項３に記載のセラミックスハニカム焼成用トチ。
5. ハニカム成形体と棚板との間に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼成用トチを載置して、ハニカム成形体を焼成するセラミックスハニカムの焼成方法。
6. 棚板の上に、請求項１又は２に記載の焼成用トチを載置した後、その上に被焼成物であるハニカム成形体と同質の材料から構成された生トチを載置し、更にその上に、被焼成物であるハニカム成形体を載置して焼成するセラミックスハニカムの焼成方法。

Images