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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6236088
(24)【登録日】2017年11月2日
(45)【発行日】2017年11月22日
(54)【発明の名称】二次ガス圧力波焼成による改善された雰囲気制御の方法
(51)【国際特許分類】
F27D 7/02 20060101AFI20171113BHJP
F27D 7/06 20060101ALI20171113BHJP
F27B 17/00 20060101ALI20171113BHJP
C04B 35/64 20060101ALI20171113BHJP
【ＦＩ】
F27D7/02 A
F27D7/06 C
F27B17/00 C
C04B35/64
【請求項の数】4
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-541912(P2015-541912)
(86)(22)【出願日】2013年11月8日
(65)【公表番号】特表2016-501356(P2016-501356A)
(43)【公表日】2016年1月18日
(86)【国際出願番号】US2013069066
(87)【国際公開番号】WO2014078178
(87)【国際公開日】20140522
【審査請求日】2016年2月3日
(31)【優先権主張番号】13/675,288
(32)【優先日】2012年11月13日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100090468
【弁理士】
【氏名又は名称】佐久間 剛
(72)【発明者】
【氏名】ガイスマール，ベルント
(72)【発明者】
【氏名】テボ，トーマス マディソン サード
(72)【発明者】
【氏名】ヴィッテ，クリストファー スティーヴン
【審査官】
田口 裕健
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０１−２１２２８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
英国特許出願公告第１２１３３６９（ＧＢ，Ａ）
【文献】
米国特許第４０６９０１０（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０１２７４２１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−２１６７５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１０−２７３３６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２７Ｄ ７／００− ７／０６
Ｆ２７Ｂ １７／００
Ｃ０４Ｂ ３５／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
炉内で物品を焼成する方法において、
複数の物品を少なくとも左右に隣接する前記物品同士が互いに離間するように配置してなる物品スタックを、前記炉の物品用スペース内に位置決めすること、
前記炉の前記物品用スペース内の前記物品スタックを加熱すること、
前記物品スタックを加熱する際、前記物品用スペース内の前記物品スタックの第１の側へと、第１のガスの流れを、前記物品スタックの外周囲に配置されている第１のバーナにより前記物品スタックの側面に沿って第１の流速ＦＲ１で導入すること、
前記物品スタックを加熱する際、前記物品用スペース内の前記物品スタックの、前記第１の側に対して前記物品スタックを挟んで対向している第２の側へと、第２のガスの流れを、前記物品スタックの外周囲で前記第１のバーナに対して対角線上に配置されている第２のバーナにより前記物品スタックの側面に沿って第２の流速ＦＲ２で導入すること、および
前記第１および第２のガスの流れのフロー条件を調整することにより、前記第１および第２のガスの流れの少なくともいくらかが前記物品スタックを通って流れるように、前記物品用スペースの少なくとも一部に亘る前記炉内の圧力差を生成すること、
を含んでなり、
前記第１の流速ＦＲ１と前記第２の流速ＦＲ２とは、ＦＲ１≠ＦＲ２である、方法。
複数の物品を少なくとも左右に隣接する前記物品同士が互いに離間するように配置してなる物品スタックを、前記炉の物品用スペース内に位置決めすること、
前記炉の前記物品用スペース内の前記物品スタックを加熱すること、
前記物品スタックを加熱する際、前記物品用スペース内の前記物品スタックの第１の側へと、第１のガスの流れを、前記物品スタックの外周囲に配置されている第１のバーナにより前記物品スタックの側面に沿って第１の流速ＦＲ１で導入すること、
前記物品スタックを加熱する際、前記物品用スペース内の前記物品スタックの、前記第１の側に対して前記物品スタックを挟んで対向している第２の側へと、第２のガスの流れを、前記物品スタックの外周囲で前記第１のバーナに対して対角線上に配置されている第２のバーナにより前記物品スタックの側面に沿って第２の流速ＦＲ２で導入すること、および
前記第１および第２のガスの流れのフロー条件を調整することにより、前記第１および第２のガスの流れの少なくともいくらかが前記物品スタックを通って流れるように、前記物品用スペースの少なくとも一部に亘る前記炉内の圧力差を生成すること、
を含んでなり、
前記第１の流速ＦＲ１と前記第２の流速ＦＲ２とは、ＦＲ１≠ＦＲ２である、方法。
【請求項2】
前記第１のガスは、低酸素ガス、窒素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素または水蒸気のうちの１つ以上を含む二次ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記フロー条件の調整は、前記第１の流速ＦＲ１および前記第２の流速ＦＲ２を調整することにより、前記ＦＲ１および前記ＦＲ２が１０％〜９５％の流量差の割合を有するように、前記物品用スペースの少なくとも一部に亘る前記圧力差を生成することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記物品スタックの前記第２の側へと導入される前記第２のガスは、低酸素ガス、窒素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素または水蒸気のうちの１つ以上を含む二次ガスである、請求項１から３いずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、米国特許法第１２０条の下で、２０１２年１１月１３日出願の米国特許出願第１３／６７５２８８号の優先権を主張するものであり、本明細書は上記出願の内容に依存したものであり、また上記出願の内容は参照によりその全体が本明細書に援用される。
【技術分野】
【0002】
本明細書は、炉内で物品を焼成する方法に関し、より詳細には、物品焼成中の炉の雰囲気を制御する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
セラミック物品は窯または炉内で加熱される、即ち「焼成される（ｆｉｒｅｄ）」ことが多い。物品が正しく焼成されていないと、クラックを生じるか、そうでなければ正確な形状形成に失敗することがあり得る。焼成不良に関わる１つの問題は、各物品間に温度差がある場合等の、不均一な加熱である。これは、加熱されたガスを炉または窯の加熱スペースへと導入する場合に、加熱スペース内において、いくつかの物品が加熱されたガスの入口近くに位置決めされ、他の物品が加熱されたガスが入る場所から更に離れた加熱スペースの内側部分に位置決めされていることにより生じ得る。窯は、物品の過加熱を引き起こす高温領域、および物品の加熱不足を引き起こす低温領域を加熱スペース内に有し得る。極端な過加熱は、物品のクラックを引き起こし得る。反対に、極端な加熱不足は、形成後の物品の最終的な所望の特性に影響し得る。従って、焼成中の窯の加熱スペース全体により均一かつ制御された温度分布を有することが望ましいことがある。
【0004】
焼成不良に関わる別の問題は、各物品内の温度差である。焼成サイクル中に酸化および／または燃焼により（焼成を経て）除去される有機化合物を含有する物品は、多量の発熱を生成する傾向がある。この発熱は、各物品内に温度差を生成し得る。また、雰囲気中に存在する酸素は有機化合物と反応しやすいので、これにより放出が加速され、発熱反応が増進される。物品内の大きな温度差は、クラックを引き起こし得る。従って、各物品内の温度差およびクラックを最小化することが望ましいことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
よって、クラックを含まない物品を製造するために、焼成サイクル中の雰囲気制御を提供する代替方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態によると、炉内で物品を焼成する方法は：少なくとも１つの物品スタックを炉の物品用スペース内に位置決めするステップであって、該物品スタックは複数の物品を含み、これら複数の物品は、少なくとも左右に隣接する物品が離間するよう配置される、ステップ；炉の物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックを加熱するステップ；スタックを加熱しながら、物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックの第１の側へと少なくとも１つのガスを導入するステップ；並びに上記少なくとも１つのガスのフロー条件を調整することにより、上記少なくとも１つのガスの少なくともいくらかが上記少なくとも１つの物品スタックを通って流れるように、物品用スペースの少なくとも一部に亘る炉内の圧力差を生成するステップを含んでよい。
【0007】
別の実施形態によると、窯内で物品を焼成する方法は：少なくとも１つの物品スタックを窯の物品用スペース内に位置決めするステップであって、該物品スタックは複数の物品を含み、これら複数の物品は、少なくとも左右に隣接する物品が離間するよう配置される、ステップ；窯の物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックを加熱するステップ；スタックを加熱しながら、物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックの第１の側へと、少なくとも１つのガスを第１の流量ＦＲ１で導入するステップ；並びに上記少なくとも１つのガスの第１の流量ＦＲ１を調整することにより、上記少なくとも１つのガスの少なくともいくらかが上記少なくとも１つの物品スタックを通って流れるように、上記少なくとも１つの物品スタックの少なくとも一部に亘る圧力差を生成するステップを含んでよい。
【0008】
更なる実施形態によると、窯内で物品を焼成する方法は：少なくとも１つの物品スタックを窯の物品用スペース内に位置決めするステップであって、該物品スタックは複数の物品を含み、これら複数の物品は、少なくとも左右に隣接する物品が離間するよう配置される、ステップ；窯の物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックを加熱するステップ；スタックを加熱しながら、物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックの第１の側へと、少なくとも１つのガスを第１の流量ＦＲ１で導入するステップ；スタックを加熱しながら、物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品スタックの第２の側へと、少なくとも１つのガスを第２の流量ＦＲ２で導入するステップ；並びに第１の流量ＦＲ１を調整することにより、ＦＲ１≠ＦＲ２となり、かつ上記少なくとも１つのガスの少なくともいくらかが上記少なくとも１つの物品スタックを通って流れるように、上記少なくとも１つの物品スタックの少なくとも一部に亘る圧力差を生成するステップを含んでよい。
【0009】
以下の詳細な説明において、本明細書に記載の方法の更なる特徴および利点について述べるが、その一部は当業者には本説明から容易に明らかとなり、または以下の詳細な説明、請求項、および添付の図面を含む、本明細書に記載の実施形態を実施することにより、当業者には容易に理解されるだろう。
【0010】
前述の概要の説明および以下の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明するものであり、請求対象の主題の本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、様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれているものであり、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成する。これら図面は本明細書に記載の様々な実施形態を図示しており、説明と併せて請求される主題の原理および動作を説明する役割を果たす。可能な場合、同じまたは同様の部分について言及する際は、図面を通して同じ参照番号を使用する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】炉内における、ウェアスタック周りの少なくとも１つのガスの流れを図示した側面図
【図2A】本出願において図示および記載される１つ以上の実施形態による、炉内における、少なくとも１つの物品スタックを通る少なくとも１つのガスの少なくとも一部の流れを図示した側面図
【図3A】本出願において図示および記載される１つ以上の実施形態による、時点ｔ０の炉内における、２つ以上の物品スタックを通る少なくとも１つのガスの少なくとも一部の流れを図示した平面図
【図4A】本出願において図示および記載される１つ以上の実施形態による、時点ｔ０の炉内における、２つ以上の物品スタックを通る少なくとも１つのガスの少なくとも一部の流れを図示した平面図
【図5】本出願において図示および記載される１つ以上の実施形態による、バーナ流の変化に応じた焼成中の表面温度の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0012】
ここで、実施形態を図２Ａおよび２Ｂから始まる図面に示した、物品を焼成するための改善された方法について更に詳細に述べる。
【0013】
図１Ａおよび１Ｂは、窯のウェア用スペース内のセラミックウェア内の温度差および加熱差を最小化するため、並びにウェア用スペースに均一な雰囲気を提供するための従来技術を示す。図１Ａを参照すると、ウェア物品（１０２）は、炉のウェア用スペース（１０６）内のセッタ（１０４）上に、各ウェア物品（１０２）の間に上下左右に間隔をあけて積載された状態で示されている。本明細書中で使用する「ウェア（ｗａｒｅ）」および「ウェア物品（ｗａｒｅ ａｒｔｉｃｌｅ）」としては、セラミックハニカムフィルタを含むセラミック物品、並びに、工業用セラミックス、衛生ウェアおよび構造セラミックス等の、通常焼成または加熱されるその他の物品を挙げることができる。ウェア物品の特定の所望のサイズおよび形状は、その用途に応じたものであってよい。「加熱スペース（ｈｅａｔｉｎｇ ｓｐａｃｅ）」および「ウェア用スペース（ｗａｒｅ ｓｐａｃｅ）」は、互換的に使用でき、ウェアを配置して加熱または焼成する炉または窯内の領域を指すことができることを更に理解されたい。
【0014】
ウェア物品（１０２）は、柱（１０８）に支持されるセッタ上に積載され、ウェアスタック（１１０）を形成する。図１Ｂは、ウェア用スペース（１０６）の一部に亘って延在する焼成レーン（１２０）の間のウェア用スペース（１０６）内に配置されたウェアスタック（１１０）を更に示す。各焼成レーン（１２０）は、加熱されたガスをウェア用スペース（１０６）へと均一に導入する。図１Ａおよび１Ｂにおいて、加熱されたガスの循環を矢印で示す。加熱されたガス（１１２）をウェア用スペース（１０６）に均一に導入することにより、加熱されたガスは、ウェアスタック（１１０）を取り囲むように下向きに流れる。加熱されたガス（１１２）は、送気口（１３０）を通ってウェア用スペースを出る。
【0015】
従来技術に関わる問題は、加熱されたガスがウェア用スペースへと入り、ウェアスタックを取り囲み、その際、ほとんどの加熱されたガスが各ウェア物品の間のスペースを通らないことである。加熱されたガスのこれらのスペースへの循環不良により、いくつかのウェアが他のものよりもバーナからより多くの熱を受けるため、各ウェア物品間の温度分布が変化し得る。また、加熱されたガスの循環不良により、ウェア中に存在する有機化合物を（焼成を経て）除去する際の焼成サイクルの一部の間だけ、発熱の除去が小さくなり得る。その結果、各ウェア内の温度差が大きくなり得、これによって最終的にクラックが発生し得る。最後に、加熱されたガスの循環不足により、ウェア用スペース全体に存在する酸素のレベルが一定でなくなる場合があり、これにより、酸素レベルが高い場所では、窯内のいくつかのウェアは他のウェアよりも高い発熱反応にさらされることがある。
【0016】
一実施形態では、物品を焼成する方法は：少なくとも１つの物品を窯の物品用スペース内に位置決めするステップ；上記少なくとも１つの物品を加熱するステップ；物品用スペース内の上記少なくとも１つの物品の第１の側へと、少なくとも１つのガスを導入し、上記少なくとも１つのガスの少なくともいくらかが少なくとも１つの物品スタックを通って流れるように、上記少なくとも１つの物品に亘る圧力差を生成するステップを含む。添付の図面を具体的に参照しながら、物品を焼成する様々な方法を本明細書で説明する。
【0017】
ここで図２Ａを参照すると、本明細書による物品を焼成する方法が示されている。この方法では、複数の物品（２０５）を、炉の物品用スペース（２００）内のセッタ（２１０）上に位置決めし、少なくとも１つの物品スタック（２１２）を形成する。複数の物品（２０５）を、少なくとも左右に隣接する物品が離間する（２１５）よう配置する。更に複数の物品（２０５）は、複数の物品（２０５）が上下に離間する（２２０）よう配置してよい。物品（２０５）の各階層を隔てるために、セッタ（２１０）を柱（２２５）によって支持してよい。セッタ（２１０）は、より良好な熱分布または階層間の換気のための、１つ以上の貫通孔を備えてよい。あるいは、セッタ（２１０）は中実であってよい。図２Ａに示す実施形態では、セッタ（２１０）は矩形として示されている；しかしながら、他の好適な形状を使用してよく、例えば楕円、円形、正方形等のセッタを挙げることができる。
【0018】
図２Ｂは、少なくとも１つの物品スタック（２１２）を形成する複数の物品（２０５）の平面図を更に示す。物品（２０５）は一般に格子状に位置決めされる。しかしながら、直線状、円形状または単なる不規則なパターンで複数の物品（２０５）を位置決めしてよいことを理解されたい。図２Ｂに示す実施形態では、少なくとも１つの物品スタック（２１２）は、最上階層に９個の物品を有している。当然、各階層が同じまたは異なる数の物品を有するよう、いずれの好適な数の物品を各階層に位置決めしてよい。また、各階層が同じまたは異なる物品の構成を有するよう、物品（２０５）を位置決めしてよいことも理解されたい。更に、炉の物品用スペース（２００）には、いずれの好適な数の少なくとも１つの物品スタック（２１２）が存在してよく、２つ以上の物品スタックを含むことができる。
【0019】
少なくとも１つの物品スタック（２１２）は、第１の焼成レーン（２３０）がスタックの第１の側（２４５）に位置決めされ、第２の焼成レーン（２３５）がスタックの第２の側（２５０）に位置決めされるよう、配置される。焼成レーンは一般に、以下で更に説明するように２つ以上の物品スタックが存在する物品用スペース（２００）全体に位置決めされる。焼成レーン（２３０、２３５）は、少なくとも１つのガス（２４０）を炉の物品用スペース（２００）へと導入する複数のバーナ（２３２、２３７）を備える。いくつかの実施形態では、第１の焼成レーン用バーナ（２３２）および第２の焼成レーン用バーナ（２３７）は、少なくとも１つのガスを反対方向に、かつ物品スタックに対して垂直に、それぞれの焼成レーンへと導入する。他の実施形態では、第１の焼成レーン用バーナ（２３２）および第２の焼成レーン用バーナ（２３７）は少なくとも１つのガスを同じ方向に、かつ物品スタックに対して垂直に、それぞれの焼成レーンへと導入する。各焼成レーン内の複数のバーナ（２３２、２３７）を、互いに隣接するよう配置し、炉内において異なる高さで発火させてよい。いくつかの実施例では、炉の上面付近、かつ少なくとも１つの物品スタックより上の高さに複数のバーナ（２３２、２３７）を配置してよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、例えば炉の中央部分、炉の底部等の炉の他の部分に複数のバーナを配置してよいことを理解されたい。各焼成レーン内の複数のバーナ（２３２、２３７）を、１つの焼成レーン内で同じ方向に、または１つの焼成レーン内で反対方向に向けて発火させてよい。
【0020】
バーナ（２３２、２３７）は、一次ガス、即ち燃料油を燃焼し、加熱された燃焼ガスを生成してよい。このガスは、炉の物品用スペースへと配向されるが、物品スタックまたはセッタおよび柱を含む支持設備に対して直接配向されない。バーナ（２３２、２３７）はまた、炉の物品スペースへの加熱されたガスの配向を支援するための余剰の二次ガスを供給してもよく、またはこの二次ガスを専用の非燃焼ノズルまたは開口から直接入力してよい。第１の焼成レーン（２３０）および第２の焼成レーン（２３５）からの少なくとも１つのガスは、同じでも異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、上記少なくとも１つのガスは、低酸素ガス、窒素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素または水蒸気のうちの１つ以上を含む二次ガスである。他の実施形態では、少なくとも１つのガスは一次ガスおよび二次ガスを含む。一次ガスは典型的には燃料ガスであってよく、酸素、空気、メタンまたは炭化水素燃料の他の組合せ、酸化剤およびこれらの燃焼副生成物のうちの１つ以上を含む。一般的な炭化水素燃料としては、アセチレン、ブタン、天然ガス、発生炉ガスおよび／またはプロパンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。二次ガスは典型的には不活性ガスであり、少量の燃料ガスおよび典型的には燃焼によって発生する他の化合物（例えば一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等）を更に含んでよい。二次ガスは、低酸素ガス、窒素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素または水蒸気のうちの１つ以上を含む。更なる実施形態では、上記少なくとも１つのガスは、酸素、空気、メタンまたは炭化水素燃料の他の組合せ、酸化剤およびこれらの燃焼副生成物のうちの１つ以上を含む一次ガスである。一般的な炭化水素燃料としては、アセチレン、ブタン、天然ガス、発生炉ガスおよび／またはプロパンを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0021】
図２Ａおよび２Ｂに図示した炉は、下向き通風窯である。しかしながら、本明細書に記載の方法は、上向き通風窯、横向き通風窯、マイクロ波加熱炉、ガス焚炉、輻射加熱炉または電気窯を含むがこれらに限定されない他の種類の窯と併用してもよいことを理解されたい。
【0022】
更に図２Ａおよび２Ｂを参照すると、物品用スペース（２００）内の少なくとも１つの物品スタック（２１２）を、物品を適切に焼成するために必要な焼成サイクルに基づいて加熱または焼成してよい。スタックを加熱しながら、物品用スペース（２００）内の少なくとも１つの物品スタック（２１２）の第１の側（２４５）へと、少なくとも１つのガス（２４０）を導入する。図２Ａおよび２Ｂにおいて、ガスの循環を矢印によって示す。少なくとも１つのガス（２４０）のフロー条件を調整することにより、少なくとも１つのガスの少なくともいくらかが少なくとも１つの物品スタック（２１２）を通って流れるように、物品用スペース（２００）の少なくとも一部に亘る炉内の圧力差を生成する。
【0023】
いくつかの実施形態では、物品用スペース（２００）内の少なくとも１つの物品スタック（２１２）の第１の側（２４５）へと、少なくとも１つのガス（２４０）を第１の流量ＦＲ１で導入する。フロー条件の調整は、少なくとも１つのガス（２４０）の第１の流量ＦＲ１を調整することにより、少なくとも１つのガス（２４０）の少なくともいくらかが、従来の焼成方法のように主として物品スタックを取り囲むのではなく、少なくとも１つの物品スタック（２１２）を通って流れるように、少なくとも１つの物品スタック（２１２）の少なくとも一部に亘る圧力差を生成することを含んでよい。他の実施形態では、スタックを加熱しながら、物品用スペース（２００）内の少なくとも１つの物品スタック（２１２）の第１の側（２４５）へと、少なくとも１つのガス（２４０）を第１の流量ＦＲ１で導入する。スタックを加熱しながら、物品用スペース（２００）内の少なくとも１つの物品スタック（２１２）の第２の側（２５０）へと、少なくとも１つのガス（２４０）もまた、第２の流量ＦＲ２で導入する。フロー条件の調整は、第１の流量ＦＲ１を調整し、ＦＲ１≠ＦＲ２、かつ少なくとも１つのガス（２４０）の少なくともいくらかが少なくとも１つの物品スタック（２１２）を通って流れるように、少なくとも１つの物品スタック（２１２）の少なくとも一部に亘る圧力差を生成することを含んでよい。上述のように、第１の焼成レーン（２３０）および第２の焼成レーン（２３５）用のバーナから導入される少なくとも１つのガスは、同じであっても異なっていてもよい。
【0024】
理論に拘束されることなく、圧力波による焼成により物品用スペースに亘る圧力差を生成することにより、各物品間の空間を通るガス流を増加させることができると考えられる。また、各物品間の空間を通るガス流の増加により、窯内の物品を焼成するために必要な全体のガスの量を低減できることも考えられる。ガス流の増加により、より多くの加熱されたガスがバーナから最も遠く離れた位置にある物品まで到達するため、各物品間の加熱差が低減され得る。また、窯の物品用スペース内においてより均一な温度分布が達成され、これにより物品スタックの極端な過加熱および加熱不足が回避される。従って、各物品物品間の加熱差を最小化することにより、クラックを低減し、黒鉛除去を改善できる。物品用スペース内の酸素レベルがより均一となり、より多量の発熱が各物品から除去されることにより、各物品内の温度差が低減されることも考えられる。各物品間の空間を通るガス流が増加するにつれて、酸素含有ガスの総量は、各物品に対してより均一に分布する。また、各物品間の空間を通るガス流の増加により、発熱除去が改善される。従って、各物品内の温度差を最小化することにより、クラックが低減される。
【0025】
窯の物品用スペース内に物品が高密度に積載される場合、特に各物品の芯領域と表面領域との間の有機化合物除去の発熱特性により、各物品に寸法の歪みが発生し得る。従って、波長による焼成は、高密度な積載条件において寸法の均一性を改善できる。また、波長による焼成によって黒鉛除去を改善できることが考えられる。黒鉛は、芯と表面との間に著しい温度差を引き起こし得る。従って、黒鉛除去は、温度差の低減による各物品のより効率的な加熱により改善され得る。改善された黒鉛除去は、多孔性の改善、および黒鉛が過剰に存在する時の熱膨張による微細構造の歪みの低減をもたらし得る。
【0026】
いくつかの実施形態では、第２の焼成レーン（２３５）から物品用スペース内のスタックの第２の側へとガスを導入することなく、単に第１の焼成レーン（２３０）から物品用スペース（２００）内のスタック（２１２、２１４）の第１の側へとガスを流量ＦＲ１で導入することにより、圧力差を生成してよい。他の実施形態では、第１の焼成レーン（２３０）から物品用スペース内のスタックの第１の側へと、一次および二次ガスを含むガスを流量ＦＲ１で導入し、かつ第２の焼成レーン（２３５）から物品用スペースへと一次ガスのみを導入して、物品用スペース内のスタックの第２の側へと、第１の流量ＦＲ１より小さい第２の流量ＦＲ２で熱を提供することにより、圧力差を生成してよい。更なる実施形態では、第１の焼成レーン（２３０）から物品用スペース内のスタックの第１の側へと、少なくとも１つのガスを第１の流量ＦＲ１で導入し、かつ物品用スペース内の少なくとも１つの物品スタックの第２の側へと、少なくとも１つのガスを第２の流量ＦＲ２で導入することにより（ここで、ＦＲ１≠ＦＲ２）、圧力差を生成してよい。いくつかの実施形態では、ＦＲ１≠ＦＲ２、ＦＲ１≠０かつＦＲ２≠０である。他の実施形態では、ＦＲ１≠ＦＲ２、かつＦＲ１＝０またはＦＲ２＝０である。
【0027】
いくつかの実施形態では、複数の焼成レーン（例えば３つ以上の焼成レーン）が存在し、少なくとも１つの物品スタックが各焼成レーンに隣接して位置決めされる。図３Ａおよび３Ｂを参照すると、本明細書による物品を焼成する方法が示されている。この方法では、複数の物品（３０５）が炉の物品用スペース（３００）内のセッタ（３１０）上に位置決めされ、少なくとも１つの物品スタック（３１２、３１４、３１６、３１８、３１９）を形成している。複数の物品（３０５）は、少なくとも左右に隣接する物品が離間するよう配置される。更に複数の物品（３０５）は、複数の物品（３０５）が上下に離間するよう配置してよい。物品（３０５）の各階層を隔てるために、セッタ（３１０）を柱（３２５）により支持してよい。
【0028】
図３Ｃは個々の物品スタック（３１２、３１４、３１６、３１８、３１９）内の複数の物品（３０５）の側面図を更に示す。物品スタック（３１２、３１４、３１６、３１８、３１９）は、左右に隣接する物品スタックが離間するよう配置される。１つ以上の第１の焼成レーン（３３０）および１つ以上の第２の焼成レーン（３３５）を、スタックの間に交互に位置決めする。焼成レーン（３３０、３３５）は、少なくとも１つのガス（３４０）を炉の物品用スペース（３００）へと導入する複数のバーナ（３３２、３３７）を備える。１つ以上の第１の焼成レーン用バーナ（３３２）および１つ以上の隣りあう第２の焼成レーン用バーナ（３３７）は、少なくとも１つのガスを反対方向に、かつ物品スタックに対して垂直に、それぞれの焼成レーンへと導入する。しかしながらいくつかの実施形態では、１つ以上の第１の焼成レーン用バーナ（３３２）および１つ以上の隣りあう第２の焼成レーン用バーナ（３３７）は、少なくとも１つのガスを同じ方向に、かつ物品スタックに対して垂直に、それぞれの焼成レーンへと導入してよいことを理解されたい。
【0029】
図３Ａを参照すると、時点ｔ０において、スタックを加熱しながら、少なくとも１つのガス（３４０）を、物品用スペース（３００）内の１つ以上の第１の焼成レーン（３３０）へと第１の流量ＦＲ１で導入する。またスタックを加熱しながら、少なくとも１つのガス（３４０）を、物品用スペース（３００）内の１つ以上の第２の焼成レーン（３３５）へと第２の流量ＦＲ２で導入する。第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２は、ＦＲ１＞ＦＲ２となり、かつ各物品スタック（３１２、３１４、３１６、３１８、３１９）の少なくとも一部に亘る炉内の圧力差が生成されるような流量である。図３Ｂを参照すると、時点ｔ０＋ｎにおいて、少なくとも１つのガスのフロー条件は、ＦＲ１＜ＦＲ２となるよう調整される。このようにしてねじれの圧力差効果が達成され、ここでは各物品スタック（３１２、３１４、３１６、３１８、３１９）は、別の物品スタックとは異なる別個の圧力差にさらされ得る。いくつかの実施形態では、ＦＲ１＞ＦＲ２、ＦＲ１≠０かつＦＲ２≠０である。いくつかの実施形態では、ＦＲ１＜ＦＲ２、ＦＲ１≠０かつＦＲ２≠０である。他の実施形態では、ＦＲ１＞ＦＲ２、かつＦＲ１＝０またはＦＲ２＝０である。他の実施形態では、ＦＲ１＜ＦＲ２、かつＦＲ１＝０またはＦＲ２＝０である。
【0030】
図４Ａおよび４Ｂを参照すると、本明細書による物品を焼成する方法が示されている。この方法では、複数の物品（４０５）が炉の物品用スペース（４００）内のセッタ（４１０）上に位置決めされ、少なくとも１つの物品スタック（４１２、４１４、４１６、４１８、４１９）を形成している。複数の物品（４０５）は、少なくとも左右に隣接する物品が離間するよう配置される。更に複数の物品（４０５）は、複数の物品（４０５）が上下に離間するよう配置してよい。物品（４０５）の各階層を隔てるために、セッタ（４１０）を柱（４２５）により支持してよい。
【0031】
図４Ｃは、個々の物品スタック（４１２、４１４、４１６、４１８、４１９）内の複数の物品（４０５）の側面図を更に示す。物品スタック（４１２、４１４、４１６、４１８、４１９）は、左右に隣接する物品スタックが離間するよう配置される。炉は、少なくとも１つの一次焼成レーン（４３０）および少なくとも２つの二次焼成レーン（４３５）を含む。いくつかの実施形態では、いずれの数の一次および二次焼成レーンを使用してよいことを理解されたい。各焼成レーン（４３０、４３５）は、スタックの間に交互に、かつ反対向きに位置決めされた複数のバーナ（４３２、４３７）を備える。複数のバーナ（４３２、４３７）は、少なくとも１つのガス（４４０）を反対方向に、かつ物品スタックに対して垂直に、炉の物品用スペース（４００）内の各焼成レーン（４３０、４３５）へと導入する。しかしながらいくつかの実施形態では、複数のバーナ（４３２、４３７）は、少なくとも１つのガスを同じ方向に、かつ物品スタックに対して垂直に導入してよいことを理解されたい。
【0032】
図４Ａを参照すると、時点ｔ０において、スタックを加熱しながら、少なくとも１つのガス（４４０）を物品用スペース（４００）内の一次焼成レーン（４３０）へと第１の流量ＦＲ１で導入する。またスタックを加熱しながら、少なくとも１つのガス（４４０）を物品用スペース（４００）内の少なくとも２つの二次焼成レーン（４３５）へと第２の流量ＦＲ２で導入する。第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２は、ＦＲ１＞ＦＲ２となり、かつ一次焼成レーン（４３０）に隣接する各物品スタック（４１２、４１４）の少なくとも一部に亘って炉内に圧力差が主として生成されるような流量である。図４Ｂを参照すると、時点ｔ０＋ｎにおいて、新規の一次焼成レーン（４３０）が形成され、かつ時点ｔ０における以前の一次焼成レーン（４３０）が現時点の二次焼成レーン（４３５）となるよう、少なくとも１つのガスのフロー条件を全ての焼成レーンに亘って調整する。いくつかの実施形態では、新規の一次焼成レーン（４３０）は、以前は時点ｔ０における一次焼成レーンに隣接する二次焼成レーンであったものである。他の実施形態では、時点ｔ０＋ｎにおける新規の一次焼成レーン（４３０）は、以前は時点ｔ０における一次焼成レーンに隣接しない二次焼成レーンであったものである。第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２は、ＦＲ１＞ＦＲ２となり、かつ新規の一次焼成レーン（４３０）に隣接する各物品スタック（４１４、４１６）の少なくとも一部に亘って炉内に圧力差がまず生成されるような流量である。いくつかの実施形態では、ＦＲ１＞ＦＲ２、ＦＲ１≠０かつＦＲ２≠０である。他の実施形態では、ＦＲ１＞ＦＲ２、かつＦＲ１＝０またはＦＲ２＝０である。少なくとも１つのガスのフロー条件を、物品用スペース全体に亘る炉内の単一の圧力差が生成されるよう、全ての焼成レーンに亘って連続的に調整してよい。即ち各焼成レーンは、物品用スペースの少なくとも一部を横切って移動する圧力波を生成し、これは物品スタックの全体に亘って高圧から低圧へと進行する。いくつかの実施形態では、各物品スタックに亘る圧力差は同じであってよい。他の実施形態では、各物品スタックに亘る圧力差は異なっていてよい。
【0033】
本明細書中では、圧力差についてガスの流量を多様に変化させることにより生成されるものとして説明してきたが、圧力差を生成する他の方法も検討できることを理解されたい。
【0034】
例として図２Ａを参照すると、少なくとも１つのガスは、排気口（２５５）を通して炉から排出される。炉は、少なくとも１つのガスを炉から十分に排出するためのいずれの数の排気口を有してよく、少なくとも１つの排気口を備えることができる。排気口（２５５）は、物品スタック（２１２）の下方に位置するものとして示されている。当然、例えば物品スタック２つにつき１つの排気口、物品スタック３つ以上につき１つの排気口、または炉内に存在する全ての物品スタックにつき１つの排気口といった構成を含むことができる、他の排気口構成があり得る。
【0035】
排気口（２５５）は可変開口を備えてよく、これにより焼成サイクルの間に排気口の開口サイズが、完全に開いている、完全に閉じている、または部分的に開いている状態の間で変化することで、排気流量を変化させることができる。従って、フロー条件の調整は、追加でまたは代替として、可変の開口を調整して排気流量を低減または増加させることにより、少なくとも１つのガスの少なくともいくらかが少なくとも１つの物品スタックを通って流れるように、物品スペースの少なくとも一部に亘る圧力差を生成することを含んでよい。図４Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの物品スタックの全体に亘って高圧から低圧へと進行する、物品用スペースの少なくとも一部に亘る単一の圧力差を生成するために、炉の物品用スペース内に複数の排気口（３５５）が位置決めされている。図３Ｃを参照すると、他の実施形態では、少なくとも１つの物品スタックのそれぞれの少なくとも一部に亘る炉内の圧力差を生成するために、少なくとも１つの物品スタックのそれぞれの下方に複数の排気口（３５５）が配置されている。いくつかの実施形態では、上記と同様に、少なくとも１つの物品スタックのそれぞれの少なくとも一部に亘る圧力差は同じである。他の実施形態では、少なくとも１つの物品スタックのそれぞれの少なくとも一部に亘る圧力差は異なる。
【0036】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのガスのフロー条件を調整することにより、第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２が約１０％〜約９５％、約１０％〜約７５％、または約１０％〜約４０％の流量差の割合を有するように、物品用スペースのそれぞれの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。
【0037】
流量差の割合は、下記のように計算できる：
【0038】
【数1】
【0039】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのガスのフロー条件を調整することにより、第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２が約１０％〜約９５％、約１０％〜約７５％、または約１０％〜約４０％の流量差の割合を有するように、少なくとも１つの物品スタックのそれぞれの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。他の実施形態では、少なくとも１つのガスの第１の流量ＦＲ１を調整することにより、物品用スペースの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。他の実施形態では、少なくとも１つのガスの第１の流量ＦＲ１を調整することにより、少なくとも１つの物品スタックの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。更なる実施形態では、第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２を調整することにより、ＦＲ１およびＦＲ２が約１０％〜約９５％、約１０％〜約７５％、または約１０％〜約４０％の流量差の割合を有するよう、物品スペースの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。更なる実施形態では、第１の流量ＦＲ１および第２の流量ＦＲ２を調整することにより、ＦＲ１およびＦＲ２が約１０％〜約９５％、約１０％〜約７５％、または約１０％〜約４０％の流量差の割合を有するよう、少なくとも１つの物品スタックのそれぞれの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。更なる実施形態では、排気口の可変の開口を調整することにより、物品用スペースの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。また、更なる実施形態では、排気口の可変の開口を調整することにより、少なくとも１つの物品スタックの少なくとも一部に亘る圧力差を生成する。
【実施例】
【0040】
セラミック物品の製造に好適なセラミックバッチを準備した。セラミックバッチは無機化合物および有機化合物を含有していた。バッチを混合して均質なバッチを形成し、このバッチを押出成形し、セラミックハニカム基材（即ち物品）の素地を形成した。物品を乾燥させ、続いてガス窯内に配置した。積載物の内側の物品および焼成レーン付近に積載された物品の両方の表面中央の近傍に熱電対を配置し、焼成した。
【0041】
図５を参照すると、焼成サイクルの一部の間の、ガス流の変化に応じて物品内で発生する表面温度の変化のグラフが示されている。窯内で複数の物品を含む物品スタックを焼成した。左右の焼成レーンから、これらに対応する左右のガス流を、物品用スペース内のスタックの対向する側へと導入した。約２０〜２５時間の焼成サイクルの間、左右のガス流を調整し、物品スタックの少なくとも一部に亘る炉内の圧力差を生成した。焼成レーン付近の物品および物品スタックの内側の物品の温度は、左右のガス流の変化に対応した温度の変化を呈した。この物品の温度変化は、物品内のガス流の増加（および酸素流の増加）によるものと考えられる。より均一なかつ制御された温度およびガス雰囲気を効果的に提供するための圧力差は、セラミック本体の組成、サイズおよび形状、物品用スペースへの物品の積載、ガス組成およびガス流量、窯の構成、並びに利用する焼成スケジュールを含む、数多くの因子に応じて変化することを理解されたい。従って、より均一なかつ制御された温度およびガス雰囲気の提供を開始するために必要な特定の焼成用雰囲気に求められる圧力差は、各セラミック物品／窯システム毎に経験的に決定すべきである。
【0042】
本明細書に記載の方法を使用して、物品を焼成するためのより均一な雰囲気を提供できることがここで理解されるであろう。本明細書に記載の方法はまた、温度差および加熱差によって発生し得る物品内のクラックの発生を低減する。本明細書に記載の方法は、より効率的な物品の過熱によって物品の過熱のために使用するガス量を更に低減することにより、製造効率を向上できる。
【0043】
請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正例および変更例を本明細書に記載の実施形態に施すことができることは、当業者には明らかであろう。従って本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態の修正例および変更例を、上記修正例および変更例が添付の請求項およびその均等物の範囲内である限り、網羅することが意図されている。
【符号の説明】
【0044】
１０２、２０５、３０５、４０５ ウェア物品１０４、２１０、３１０、４１０ セッタ
１０６、２００、３００、４００ ウェア用スペース
１０８、２２５、３２５、４２５ 柱
１１０、２１２、３１２、３１４、３１６、３１８、３１９、４１２、４１４、４１６、４１８、４１９ ウェアスタック
１１２ ガス
１２０ 焼成レーン
１３０ 送気口
２３０、３３０ 第１の焼成レーン
２３５、３３５ 第２の焼成レーン
２３２、３３２ 第１の焼成レーン用バーナ
２３７、３３７ 第２の焼成レーン用バーナ
２４０、３４０、４４０ ガス
２４５ 第１の側
２５０ 第２の側
２５５ 排気口
４３０ 一次焼成レーン
４３５ 二次焼成レーン
４３２、４３７ バーナ