JP2012013257A

JP2012013257A - 焼成炉

Info

Publication number: JP2012013257A
Application number: JP2010147565A
Authority: JP
Inventors: Takuo Katayasu; 卓雄潟保; Yasuya Ito; 泰弥伊藤; Hideaki Watanabe; 英昭渡辺
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】焼成時間を容易に制御可能であり、粉末材料の焼きムラを減少させることが可能な焼成炉を提供する。
【解決手段】炉心管たるキルン３は、円筒形の外チューブ１０と、内チューブ１１とを備えている。内チューブ１１は、複数の粉末収容容器１２を備えている。各容器１２は、筒状部１２Ａおよび底面部１２Ｂを備えている。最上位の容器１２以外の各容器１２の筒状部１２Ａには、ガス排気孔１２ｃが形成されている。また、各底面部１２Ｂには、切欠き１２ｄが形成されている。そして、切欠き１２ｄと筒状部１２Ａの内周面とにより連通孔１２ｅが提供されている。ガス排気孔１２ｃは、切欠き１２ｄの上方に形成されている。各容器１２は、互いに隣合う底面部１２Ｂに形成された切欠き１２ｄが、内チューブ１１の軸方向において互いに重ならないように連結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、焼成炉に関し、特にセラミック材料を焼成するための焼成炉に関する。

従来からセラミック粉末材料を焼成するための焼成炉の様々な構成が提案されている。例えば、鉛直方向に沿って設けられた炉心管と、その周囲に配置されたヒータと、粉末材料を供給する材料投入装置とを備える焼成炉が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、特許文献１の焼成炉では、材料投入装置から粉末材料を炉心管の内部に向けて投入し、ヒータにより加熱された炉心管内部で落下させることにより、粉末材料の焼成を行っている。

ＷＯ２００６／１３５０４２号公報

しかし従来の焼成炉では、炉心管内部において、粉末材料を落下させる構成であるので、焼成時間を制御することが困難であり、粉末材料を十分に焼成することができなかった。

そこで、本発明は、焼成時間を容易に制御可能であり、粉末材料の焼きムラを減少させることが可能な焼成炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、筒状部と、筒状部の軸方向において筒状部の内部空間を複数の小部屋に分割する複数の仕切り板とを有し、軸心が鉛直方向および水平方向に対して傾斜した炉心管と、炉心管を軸心を中心に回転させる回転手段とを備え、各仕切り板には切欠きが形成されて、切欠きと筒状部の内周面とにより互いに隣接する小部屋を連通させる連通孔が提供され、互いに隣合う該仕切り板に形成された切欠きは、筒状部の軸方向において互いに重ならないように形成されている焼成炉を提供している。

かかる構成によれば、粉末材料を小部屋に収容させることができるので、粉末材料の焼成を所望の時間行うことができる。換言すれば、粉末材料の焼成時間を容易に制御することができる。また、小部屋ごとに焼成条件を設定することができ、粉末材料を上方の小部屋から下方の小部屋への落下時に攪拌させることができる。また、小部屋で粉末材料を焼成しながら、炉心管を往復回転させることにより、粉末材料を小部屋内で攪拌することができ、粉末材料の焼きムラを減少させることができる。

ここで、複数の小部屋ごとに温度設定可能な加熱手段を備えること好ましい。

かかる構成によれば、小部屋ごとに異なる温度に設定して、温度プロファイル設定をすることができる。

更に、互いに隣合う該仕切り板の切欠きは、軸心に関して互いに反対側に形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、一の連通孔が、対応する仕切り板の下側に位置するときは、他の連通孔は、対応する底面部の上側に位置することとなる。よって、粉末材料が、一の小部屋から他の小部屋へ一の連通孔を介して落下する際に、粉末材料は他の小部屋の下側の小部屋へ落ちることなく、他の小部屋内に収容される。従って、粉末材料の全てを他の小部屋内において所望の温度で焼成することができる。

また、筒状部には複数のガス排気孔が形成され、各ガス排気孔は、互いに隣合う仕切り板の間であって、かつ切欠きの上方に形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、各小部屋内を所望のガス雰囲気にすることができ、良好な焼成を行うことができる。

本発明の焼成炉によれば、焼成時間を容易に制御可能であり、粉末材料の焼きムラを減少させることがができる。

本発明の第１の実施の形態における焼成炉の斜視図。本発明の第１の実施の形態における（ａ）キルンの斜視図、（ｂ）内チューブの斜視図。本発明の第１の実施の形態における焼成炉を用いて粉末材料を焼成したときの焼成工程を示した説明図。本発明の第２の実施の形態における（ａ）内チューブの分解斜視図、（ｂ）内チューブの斜視図。

本発明の焼成炉の第１の実施の形態について図１から図３に基づき説明する。図１に示すように、焼成炉１は、炉体２と、キルン３と、ヒータ４と、回転手段５と、ホッパー６と、電磁フィーダ７と、材料回収容器８とを備えている。炉体２は、断熱材により構成されている。なお、炉体２の内部は、外側からは見えないが、説明のため図１においては内部を図示している。

焼成炉たるキルン３は、炉体２に対し傾動可能に設けられており、キルン３の上下両端部は、それぞれ炉体２から突出している。次に、図２を参照して、キルン３の詳細な構造について説明する。炉心管たるキルン３は、円筒形の外チューブ１０と、内チューブ１１とを備えている。外チューブ１０は、セラミック材料（例えば、ハイアルミナ）により構成され、外チューブ１０には、複数のガス排気孔１０ａが形成されている。内チューブ１１は、セラミック材料（例えば、ハイアルミナ）により構成され、外チューブ１０内に挿入されている。よって、キルン３は二重構造をなしている。

また、内チューブ１１は、複数の粉末収容容器１２を備えている。各容器１２は、有底円筒形であり、筒状部１２Ａおよび底面部１２Ｂを備えている。最上位の容器１２以外の各容器１２の筒状部１２Ａには、ガス排気孔１２ｃが形成されている。また、各底面部１２Ｂには、切欠き１２ｄが形成されている。そして、切欠き１２ｄと筒状部１２Ａの内周面とにより連通孔１２ｅが提供されている。ガス排気孔１２ｃは、内チューブ１１の軸方向における切欠き１２ｄの上方に形成されている。

また、各容器１２は、その軸心に沿って互いに連結された状態で外チューブ１０内に配置されている。また、各容器１２が連結された状態で、底面部１２Ｂは、内チューブ１１の内部空間を複数の小部屋１２ｆに分割している。よって、底面部１２Ｂは、内チューブ１１の内部空間を複数の小部屋１２ｆに分割する仕切り板として機能する。そして、各連通孔１２ｅにより、互いに隣接する小部屋１２ｆは連通される。また、各容器１２は、互いに隣合う底面部１２Ｂに形成された切欠き１２ｄが、内チューブ１１の軸方向において互いに重ならないように連結されている。本実施の形態では、互いに隣合う底面部１２Ｂに形成された切欠き１２ｄは、内チューブ１１の軸心に関して互いに反対側に位置している。すなわち、互いに隣合う底面部１２Ｂの連通孔１２ｅは、内チューブ１１の軸心に関して、互いに１８０°反対側に提供されている。

また、各容器１２が外チューブ１０内に配置された状態で、各筒状部１２Ａに形成されたガス排気孔１２ｃと、外チューブ１０に形成されたガス排気孔１０ａは、互いに重なっており、これにより各小部屋１２ｆは、外部空間と連通している。

ヒータ４は、炉体２内に設けられており、内チューブ１１の複数の小部屋１２ｆごとに温度設定可能に構成されている。

回転手段５は、駆動モータ５Ａと、軸受５Ｂと、ベルト５Ｃと、フリーローラ５Ｄとを備えている。駆動モータ５Ａは、インバータ制御で正転逆転可能であり、キルン３の上端近傍に設けられている。また、駆動モータ５Ａは、図示せぬ出力軸およびプーリを有している。軸受５Ｂは、キルン３の上端部に３つ設けられている。軸受５Ｂの一つには、プーリ５Ｅが設けられており、ベルト５Ｃは、当該プーリ５Ｅおよび駆動モータ５Ａの図示せぬプーリに装着されている。フリーローラ５Ｄは、キルン３の下端に２つ設けられている。駆動モータ５Ａの駆動力は、図示せぬ出力軸、プーリ、ベルト５Ｃ、プーリ５Ｅ、および軸受５Ｂを介して、キルン３に伝達され、これによりキルン３は、軸受５Ｂおよびフリーローラ５Ｄに支持されて、軸心を中心に回転する。

また、ホッパー６および電磁フィーダ７は、キルン３の上方に設けられており、キルン３に対しセラミック粉末材料を供給する。また、材料回収容器８は、キルン３の下方に設けられており、キルン３から排出される焼成後のセラミック粉末材料を回収する。

次に、本実施の形態の焼成炉１における、セラミック粉末材料の焼成工程について図３を参照して説明する。なお、図３の（ａ）〜（ｆ）において、キルン３を簡略化して図示し、図２の各小部屋１２ｆを、上側から順に第１小部屋１２ｆ１、第２小部屋１２ｆ２、第３小部屋１２ｆ３、および第４小部屋１２ｆ４、図２の連通孔１２ｅを上側から順に第１連通孔１２ｅ１、第２連通孔１２ｅ２、第３連通孔１２ｅ３、および第４連通孔１２ｅ４として説明する。また、ヒータ４（図２）によって、第１小部屋１２ｆ１は６００℃に、第２小部屋１２ｆ２は１０００℃に、第３小部屋１２ｆ３は１２１０℃に、第４小部屋１２ｆ４は６００℃に維持されている。

図３（ａ）では、キルン３の軸心は、鉛直方向および水平方向に対して傾斜した状態に配置されている。そして、第１連通孔１２ｅ１は、対応する底面部１２Ｂの上側に位置している。言い換えると、第１連通孔１２ｅ１は、第１連通孔１２ｅ１を提供する底面部１２Ｂの面上において最上部に位置している。また、上記のように、互いに隣合う底面部１２Ｂの連通孔１２ｅは、キルン３の軸心に関して、互いに１８０°反対側に提供されているので、第２連通孔１２ｅ２は対応する底面部１２Ｂの下側に、第３連通孔１２ｅ３は対応する底面部１２Ｂの上側に位置し、第４連通孔１２ｅ４は対応する底面部１２Ｂの下側に位置する。

この状態で、ホッパー６（図１）および電磁フィーダ７（図１）から第１小部屋１２ｆ１に粉末材料Ａが投入される。上記のように第１連通孔１２ｅ１が対応する底面部１２Ｂの上側に位置しているので、粉末材料Ａは第２小部屋１２ｆ２へ落ちることなく、第１小部屋１２ｆ１内に収容される。そして、粉末材料Ａは、第１小部屋１２ｆ１（６００℃）で所定時間加熱される。粉末材料Ａが加熱されている間、キルン３は、回転手段５（図１）によりその軸心を中心として、粉末材料Ａが第１連通孔１２ｅ１から落下しないように往復回転を行い、粉末材料Ａを攪拌する。加熱中に粉末材料Ａから発生するＨ_２０ガスおよびＣＯ_２ガスは、キルン３の上端の開口より外部に排気される。そして、所定時間経過後、キルン３は、回転手段５により、第１挿通孔１２ｅ１が対応する底面部１２Ｂの下側に位置するところまで回転する。

これにより、図３（ｂ）に示すように、粉末材料Ａは、第１連通孔１２ｅ１を介して第２小部屋１２ｆ２へ落下する。回転により第２連通孔１２ｅ２は、対応する底面部１２Ｂの上側に位置するので、粉末材料Ａは第３小部屋１２ｆ３へ落ちることなく、第２小部屋１２ｆ２内に収容される。そして、粉末材料Ａは、第２小部屋１２ｆ２（１０００℃）で所定時間加熱される。粉末材料Ａが加熱されている間、キルン３は、回転手段５によりその軸心を中心として、粉末材料Ａが第２連通孔１２ｅ２から落下しないように往復回転を行う。加熱中に粉末材料Ａから発生するＨ_２０ガスおよびＣＯ_２ガスは、第２小部屋１２ｆ２のガス排気孔１０ａ、１２ｃより外部に排気される。そして、所定時間経過後、キルン３は、回転手段５により、第２挿通孔１２ｅ２が対応する底面部１２Ｂの下側に位置するところまで回転する。

これにより、図３（ｃ）に示すように、粉末材料Ａは、第２連通孔１２ｅ２を介して第３小部屋１２ｆ３へ落下する。これと同時に、ホッパー６および電磁フィーダ７から第１小部屋１２ｆ１に粉末材料Ａと同様の材料からなる粉末材料Ｂが投入される。そして、粉末材料Ａは第３小部屋１２ｆ３（１２１０℃）で、粉末材料Ｂは第１小部屋１２ｆ１（６００℃）で、所定時間加熱される。粉末材料Ａおよび粉末材料Ｂが加熱されている間、キルン３は、回転手段５によりその軸心を中心として、粉末材料Ａが第３連通孔１２ｅ３から落下しないように、且つ粉末材料Ｂが第１連通孔１２ｅ１から落下しないように往復回転を行う。加熱中に粉末材料Ａおよび粉末材料Ｂから発生するＨ_２０ガスおよびＣＯ_２ガスは、それぞれ第３小部屋１２ｆ３のガス排気孔１０ａ、１２ｃおよびキルン３の上端の開口より外部に排気される。そして、所定時間経過後、キルン３は、回転手段により、第１連通孔１２ｅ１および第３連通孔１２ｅ３がそれぞれ対応する底面部１２Ｂの下側に位置するところまで回転する。

これにより、図３（ｄ）に示すように、粉末材料Ａは第３連通孔１２ｅ３を介して第４小部屋１２ｆ４に落下し、粉末材料Ｂは第１連通孔１２ｅ１を介して第２小部屋１２ｆ２に落下する。粉末材料Ａは第４小部屋１２ｆ４（６００℃）で所定時間冷却され、粉末材料Ｂは第２小部屋１２ｆ２（１０００℃）で所定時間加熱される。粉末材料Ａが冷却および粉末材料Ｂが加熱されている間、キルン３は、回転手段５によりその軸心を中心として、粉末材料Ａが第４連通孔１２ｅ４から落下しないように、且つ粉末材料Ｂが第２連通孔１２ｅ２から落下しないように往復回転を行う。加熱中に粉末材料Ａおよび粉末材料Ｂから発生するＨ_２０ガスおよびＣＯ_２ガスは、それぞれ第４小部屋１２ｆ４および第２小部屋１２ｆ２のガス排気孔１０ａ、１２ｃより外部に排気される。そして、所定時間経過後、キルン３は、回転手段により、第２連通孔１２ｅ２および第４連通孔１２ｅ４がそれぞれ対応する底面部１２Ｂの下側に位置するところまで回転する。

これにより、図３（ｅ）に示すように、粉末材料Ａは第４連通孔１２ｅ４を介して落下し材料回収容器８に回収され、粉末材料Ｂは第２連通孔１２ｅ２を介して第３小部屋１２ｆ３に落下する。これと同時に、ホッパー６および電磁フィーダ７から第１小部屋１２ｆ１に粉末材料Ｃが投入される。そして、粉末材料Ｂおよび粉末材料Ｃは、上記図３（ｃ）に基づき説明したのと同様に、加熱、キルン３の往復回転、ガスの排気が行われ、所定時間経過後、キルン３は、回転手段により、第１連通孔１２ｅ１および第３連通孔１２ｅ３は、それぞれ対応する底面部１２Ｂの下側に位置するところまで回転する。

これにより、図３（ｆ）に示すように、粉末材料Ｂは第３連通孔１２ｅ３を介して第４小部屋１２ｆ４に落下し、粉末材料Ｃは第１連通孔１２ｅ１を介して第２小部屋１２ｆ２に落下する。このようにして、粉末材料は、順次投入・焼成され、材料回収容器８（図１）に回収される。

以上のように、キルン３は、鉛直方向および水平方向に対して傾斜し、キルン３の内チューブ２１は、底面部１２Ｂにより複数の小部屋１２ｆに分割され、キルン３を回転させる回転手段５を備え、互いに隣合う底面部１２Ｂに形成された切欠き１２ｄ（連通孔１２ｅ）は、内チューブ１１の軸方向において互いに重ならないように位置しているので、粉末材料を小部屋１２ｆに収容させることができ、粉末材料の焼成を所望の時間行うことができる。換言すれば、本実施の形態の焼成炉１によれば、粉末材料の焼成時間を容易に制御することができる。また、小部屋１２ｆごとに焼成条件を設定することができ、粉末材料を上方の小部屋１２ｆから下方の小部屋１２ｆへの落下時に攪拌させることができる。また、小部屋１２ｆで粉末材料を焼成しながら、キルン３を往復回転させることにより、粉末材料を小部屋１２ｆ内で攪拌することができ、粉末材料の焼きムラを減少させることができる。

また、ヒータ４は、複数の小部屋１２ｆごとに温度設定可能に構成されているので、小部屋１２ｆごとに異なる温度に設定して、温度プロファイル設定をすることができる。

また、互いに隣合う底面部１２Ｂに形成された切欠き１２ｄ（連通孔１２ｅ）は、内チューブ１１の軸心に関して互いに反対側に位置しているので、図３（ｂ）に示すように、第１連通孔１２ｅ１が対応する底面部１２Ｂの下側に位置するときは、第２連通孔１２ｅ２が対応する底面部１２Ｂの上側に位置することとなる。よって、粉末材料Ａが、第１小部屋１２ｆ１から第２小部屋１２ｆ２へ第１連通孔１２ｅ１を介して落下する際に、粉末材料Ａは第３小部屋１２ｆ３へ落ちることなく、第２小部屋１２ｆ２内に収容される。従って、粉末材料Ａの全てを第２小部屋１２ｆ２内において所望の温度で焼成することができる。

また、各小部屋１２ｆに対応して、ガス排気孔１０ａ、１２ｃが形成されているので、各小部屋１２ｆ内を所望のガス雰囲気にすることができ、良好な焼成を行うことができる。

次に、本発明の焼成炉の第２の実施の形態について図４に基づき説明する。第２の実施の形態の焼成炉は、第１の実施の形態と比較して内チューブの形状のみが異なるため、内チューブについてのみ説明を行う。図４（ａ）に示すように第２の実施の形態における内チューブ１１１は、筒状部１１２および複数の仕切り板１１３を備えている。筒状部１１２には、複数のスリット１１２ａが形成されており、各スリット１１２ａには、仕切り板１１３が挿入可能に構成されている。また、筒状部１１２には、その軸方向において互いに隣合うスリット１２０ａの間に、それぞれガス排気孔１１２ｂが形成されている。

各仕切り板１１３は略円盤状をなし、径方向における一端から他端に向かって徐々に厚さが減少する形状をなしている。また、各仕切り板１１３には切欠き１１３ａが形成されている。そして、図４（ｂ）に示すように、各仕切り板１１３が対応するスリット１１２ａに挿入された状態で、切欠き１１３ａと筒状部１１２の内周面とにより連通孔１１２ｃが提供されている。また、各仕切り板１１３が対応するスリット１１２ａに挿入されることにより、筒状部１１２の内部空間は複数の小部屋１１２ｄに分割される。そして、各連通孔１１２ｃによって、互いに隣接する小部屋１１２ｄは連通される。

また、各仕切り板１１３が対応するスリット１１２ａに挿入された状態で、ガス排気孔１１２ｂは、互いに隣合う仕切り板１１３の間であって、内チューブ１１１の軸方向における切欠き１１３ａの上方に位置している。さらに、当該状態において、切欠き１１３ａの位置は、筒状部１１２の軸方向において互いに重ならないように構成されている。本実施の形態では、互いに隣合う仕切り板１１３に形成された切欠き１１３ａは、筒状部１１２の軸心に関して互いに反対側に位置している。すなわち、互いに隣合う連通孔１１２ｃは、筒状部１１２の軸心に関して、互いに１８０°反対側に提供されている。

また、内チューブ１１１が外チューブ２０（図２（ａ））内に配置された状態で、各ガス排気孔１１２ｂと、外チューブに形成されたガス排気孔１０ａは、互いに対向するように構成されている。よって、各小部屋１１２ｄは、外部空間と連通している。

第２の実施の形態の内チューブ１１１を用いて粉末材料の焼成を行っても、第１の実施の形態における効果と同様の効果を奏する。

尚、本発明の焼成炉は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、第２の実施の形態において、筒状部１１２と仕切り板１１３は、互いに別体に構成されていたが、一体に構成されていても良い。また、必要に応じてキルン３の傾斜角度を変更しても良い。具体的には、焼きムラの発生しにくい粉末材料に対しては、キルン３を鉛直方向に対して４５°傾けて、より多くの粉末材料が充填されるようにし、焼きムラの発生しやすい粉末材料に対しては、キルン３を鉛直方向に対してあまり傾けない状態にして、少量の粉末材料を投入するようにする。これにより、焼きムラの発生しにくい粉末材料に対しては、一度に多量の粉末材料を焼成することができ、焼きムラの発生しやすい粉末材料に対しては、均一な焼成を行うことができる。

１焼成炉
３キルン
４ヒータ
５回転手段
１０外チューブ
１０ａガス排気孔
１１、１１１内チューブ
１２容器
１２Ａ、１１２筒状部
１２Ｂ底面部
１２ｃ、１１２ｂガス排気孔
１２ｄ、１１３ａ切欠き
１２ｅ、１１２ｃ連通孔
１２ｆ、１１２ｄ小部屋
１１３仕切り板

Claims

筒状部と、該筒状部の軸方向において該筒状部の内部空間を複数の小部屋に分割する複数の仕切り板とを有し、軸心が鉛直方向および水平方向に対して傾斜した炉心管と、
該炉心管を該軸心を中心に回転させる回転手段と、を備え、
各仕切り板には切欠きが形成されて、該切欠きと該筒状部の内周面とにより互いに隣接する小部屋を連通させる連通孔が提供され、互いに隣合う該仕切り板に形成された該切欠きは、該筒状部の軸方向において互いに重ならないように形成されていることを特徴とする焼成炉。
該複数の小部屋ごとに温度設定可能な加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
互いに隣合う該仕切り板の該切欠きは、該軸心に関して互いに反対側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
該筒状部には複数のガス排気孔が形成され、各ガス排気孔は、互いに隣合う該仕切り板の間であって、かつ該切欠きの上方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。