JP2000344580A

JP2000344580A - 焼成用匣鉢

Info

Publication number: JP2000344580A
Application number: JP11155662A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kamata; 勤也鎌田; Junichiro Tokunaga; 純一郎徳永; Kazuo Abe; 一雄阿部; Zenji Kamio; 善二神尾; Naoki Hatta; 直樹八田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】発生熱応力を低減し、歪み、ひび割れ等をな
くした寿命の長い焼成用匣鉢を提供すること。【解決手段】枠体部と底板部を有する焼成用匣鉢にお
いて、枠体部１と底板部２を分離した分離構造とし、枠
体部１を底板部２に載置して焼成用匣鉢とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼成用匣鉢に係
り、特に加熱、焼成または冷却時に発生する熱応力を低
減し、歪み、ひび割れ等をなくした、長寿命の焼成用匣
鉢に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉体焼成や粉体反応プロセス等で使用さ
れる焼成用匣鉢は、例えばセラミックで構成されてお
り、ハンドリング時の荷重に耐え得る厚板構造となって
いる。このような焼成用匣鉢に要求される特性として、
例えば被焼成物と反応しないこと、耐熱衝撃性があ
ること、加熱炉内における伝熱特性が良好であること
等があげられる。そして、上記の特性を満足するため
の従来技術として、例えば熱衝撃性に優れた一体型匣鉢
の底部に低反応セッターを配置した匣鉢（特開平８−８
２４８８号公報）があり、の特性を満足するための従
来技術として、例えば一体型匣鉢の底部と縁部（枠部）
における構成材料の粒度配合を変化させた匣鉢（特開平
４−２８０８７４号公報）があり、の特性を満足する
ための従来技術として、例えば底部と枠部を別々に製作
し、これを組み合わせ、Ｈ型形状に接着した一体型匣鉢
（実開昭６０−２８３９９号公報）等がある。

【０００３】一方、匣鉢の利便性を高めるために板部材
と枠部材を分割型とした、セラミック製品焼成用の匣鉢
が提案されている。図５は、このような従来の焼成用匣
鉢の断面を示す説明図である。図において、この匣鉢１
１は、被焼成物を載置する板部材１２と、該板部材１２
の外縁部を、内周に沿って設けられた溝１４で支持する
枠部材１３とから主として構成されている。被焼成物は
板部材１２上に載置され、例えばトンネルプッシャー炉
等に導入されて所定温度で焼成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の焼成用匣鉢は、本質的に一体構造のものであり、加
熱、冷却時に発生する熱応力が、特に底板部で大きく、
短期間にひび割れが発生するなど、寿命が短いという問
題があった。また、板部材と枠部材を分離した上記図５
の匣鉢は、被焼成物の寸法、形状等が異なるごとにそれ
に対応して板部材のみを交換すればいいので、利便性に
は優れているが、焼成プロセスにおける入熱（伝熱）部
が枠部材のみであり、底板部への直接的な入熱がないの
で、必ずしも伝熱効率のよいものではなかった。なお、
図５の匣鉢においては、熱応力を低減するという観点か
らの改良は一切なされておらず、匣鉢の寿命を長くする
ための技術としては充分なものではなかった。本発明の
課題は、上記従来技術の問題点を解決し、発生熱応力を
低減し、歪み、ひび割れ等をなくした寿命の長い焼成用
匣鉢を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願で特許請求する発明は、以下のとおりである。（１）底板部と枠体部を有する焼成用匣鉢において、前
記底板部と枠体部を分離した分離構造とし、前記枠体部
を底板部に載置したことを特徴とする焼成用匣鉢。（２）前記底板部が、枠体部の外周端から所定寸法だけ
はみ出すようにしたことを特徴とする上記（１）に記載
の焼成用匣鉢。

【０００６】（３）前記底板部を、高熱伝導率セラミッ
クで形成したことを特徴とする上記（１）または（２）
に記載の焼成用匣鉢。（３）前記高熱伝導率セラミック成形体の上面または下
面に金属プレートを積層したことを特徴とする上記
（３）に記載の焼成用匣鉢。焼成用匣鉢は、被焼成物を
焼成する際に使用される箱体であり、底板部と、該底板
部上で所定容量の空間部を形成する枠体部とからなって
いる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を示す
焼成用匣鉢の断面図である。図において、匣鉢が２段重
ねられており、この匣鉢は、枠体部と底板部を分離した
分離構造であり、枠体部としての枠体１を底板部として
の底板２に載置したものであり、底板２が、枠体１の外
周端から所定寸法αだけはみ出している。このような構
成の焼成用匣鉢に被焼成物が収納または充填され、炉内
温度が、例えば８００〜１０００℃に調節された、連続
またはバッチ式の加熱炉に導入され、前記被焼成物が焼
成される。

【０００８】本実施例によれば、枠体１と底板２を分離
して分離構造としたことにより、従来の一体型匣鉢にお
ける底板部と枠体部との接合部で最も大きく現れていた
熱応力を約２／３に低減することができるので、ひび割
れ等が防止されて匣鉢寿命が長くなる。また、底板２を
枠体１の外周端から所定寸法αだけはみ出すようにした
ことにより、加熱炉の、例えば側面に設けられた加熱手
段によって前記底板２が、枠体１と同様、直接加熱され
て伝熱面となるので、匣鉢全体としての温度勾配が小さ
くなり、熱応力を低減して長寿命化を図ることができ
る。本実施例において、底板２が枠体１の外周端からは
み出す寸法αは、匣鉢の大きさ、要求されるハンドリン
グ特性等によって決定されるが、例えば５〜５０ｍｍで
ある。

【０００９】本実施例において、枠体１と底板２は共
に、例えばレンガ、アルミナ、シリカ、マグネシア等の
セラミック材料で構成される。底板２の大きさは、例え
ば縦２５０〜３５０mm×横２５０〜３５０mmで、厚みが
３〜２０mmである。また枠体１の高さは、例えば５０〜
１００mm、厚さは３〜２０mmである。枠体の形状は、平
面図上四角形に限定されるものではなく、円形または楕
円形等であってもよく、枠体１の一部にガス抜き用の孔
または切欠部を設けることもできる。本実施例におい
て、焼成用匣鉢は、１段として、または２段以上を積層
して用いられる。

【００１０】本実施例において、底板２を、例えば９
９．９％−Ａｌ₂Ｏ₃等の高熱伝導率セラミックスで形
成することが好ましい。これによって、伝熱効率が向上
し、被焼成物の焼成時間を短縮できるだけでなく、熱応
力がより小さくなって寿命がさらに延びる。大きな熱応
力が発生し易い底板２だけを高熱伝導率セラミックで形
成することにより、比較的安価に、耐久性に優れ、寿命
の長い匣鉢が得られる。底板２のみが消耗した際は、該
底板のみを交換すればよいので、従来の一体型匣鉢に較
べてコスト低減を図ることができる。本実施例におい
て、底板２の形状は、図１のように、平板状でもよい
が、枠体１の位置出し、セッティングやハンドリング時
の枠体の固定などを目的に、図２に示したように、周囲
に突起部５を設けたものでもよい。また、図３に示した
ように、枠体１に、前記底板２の突起部５と嵌合する切
欠部６を設けてもよい。

【００１１】図４は、本発明の他の実施例を示す断面図
である。図において、この匣鉢が図１の匣鉢と異なると
ころは、底板２として高熱伝導率セラミック成形体から
なる板状体を用い、該底板２の下面に金属プレート３を
積層させ、枠体１の上部に前記底板２と同一材料からな
る蓋体４を載せた点である。本実施例によれば、底板２
として高熱伝導率セラミックス成形体を用い、しかもそ
の下面に金属プレートを積層したことにより、伝熱面が
増大し、焼成または冷却時の熱応力が極めて小さくなる
ので、匣鉢寿命が著しく長くなる。本実施例において、
枠体１にガス抜き用の孔を設けることもできる。また匣
鉢を２段以上重ねる場合には、最上部の匣鉢の蓋体４の
上側面に金属プレート３を載置することが好ましい。こ
れによって伝熱効率がより向上する。

【００１２】本実施例において、高熱伝導率セラミック
成形体からなる底板２はセッターとして機能し、金属プ
レート３は補強材または、例えばロボット等によるハン
ドリング時の治具として機能する。なお、セッターの構
成材料は被焼成物と反応しないものが選択され、金属プ
レート材としては、例えば炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱
合金などが用いられる。

【００１３】

【実施例】次に本発明の具体的実施例を説明する。実施例１気孔率２７％、室温における曲げ強度１０ＭＰａ、熱伝
導率１．８ｋｃａｌ／ｍｈＫの、５０％Ａｌ₂Ｏ₃−４
６％ＳｉＯ₂−ＭｇＯからなる縦３２０mm×横３２０mm
×厚さ１６mmの板状成形体を底板とし、この底板と同一
材料からなる高さ５０mm×幅３００mm×厚さ１６mmの、
平面図上正四角形の枠体を前記底板に載置して分離型匣
鉢とした。この分離型匣鉢を３組用意し、それぞれに被
焼成物としてコバルト酸リチウムの原料となる粉体を充
填し、８００〜１０００℃に調節されたトンネルプッシ
ャー炉に導入して焼成した。このときの匣鉢に発生する
熱応力を有限要素法によって解析したところ、最大応力
は、昇温過程では底板中央部付近に発生し、その値は３
５ＭＰａであり、降温過程では底板外周部に発生し、そ
の値は７０ＭＰａであった。また、同一焼成テストを複
数回繰り返して匣鉢、具体的には底板が破損するまでの
繰り返し焼成回数（寿命）を測定したところ、３組の平
均で５２回であった。

【００１４】実施例２底板を、高熱伝導率セラミックである、気孔率２％以
下、室温における曲げ強度２００ＭＰａ、熱伝導率３
０．２ｋｃａｌ／ｍｈＫの、９９．９％Ａｌ₂Ｏ₃の板
状成形体とした以外は、上記実施例１と同様に分離型匣
鉢を形成し、同様の焼成テストを行い、同様に熱応力解
析および破損するまでの繰り返し焼成回数を測定したこ
とろ、最大熱応力は降温過程で発生し、その値は３５Ｍ
Ｐａで、３組の分離型匣鉢は２００回焼成を繰り返した
が、いずれも破損しなかった。

【００１５】比較例１実施例１と同一材料を用いて底板と枠体とを一体成形し
て匣鉢とし、実施例１と同様の焼成テストを行い、同様
に熱応力解析および破損するまでの繰り返し焼成回数を
測定したことろ、最大熱応力は１００ＭＰａで、破損ま
での繰り返し焼成回数は３組の匣鉢の平均で２０回であ
った。

【００１６】実施例１、２および比較例１における匣鉢
の形態およびその構成部材の物性を表１に、焼成テスト
結果を表２にそれぞれ示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】表２において、枠体と底板とを分離した実施例１の匣鉢
は、構成材料が同一であっても一体成形した比較例１の
匣鉢に較べて最大熱応力が３０％低下し、寿命が延びた
ことが分かる。また、底板を高熱伝導率、高強度セラミ
ックで構成した実施例２は、最大熱応力が半分以下に低
下し、寿命が１０倍以上長くなったことが分かる。

【００１９】

【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
焼成時に発生する熱応力が小さくなり、匣鉢の寿命を延
ばすことができる。本願の請求項２に記載の発明によれ
ば、枠体部だげでなく底板部が伝熱部となるので、上記
発明の効果に加え、匣鉢全体の温度勾配がより小さくな
り、匣鉢寿命が延びる。

【００２０】本願の請求項３に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、被焼成物の焼成時間を短縮できる
とともに、さらに寿命が長くなる。本願の請求項４に記
載の発明によれば、上記発明の効果に加え、伝熱面が増
大して伝熱効率が向上するので、熱応力をより低減で
き、匣鉢の寿命を著しく延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分離型匣鉢の説明図。

【図２】本発明の一実施例における別の態様を示す図。

【図３】本発明の一実施例におけるさらに別の態様を示
す図。

【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図５】従来技術を示す説明図。

【符号の説明】

１…枠体、２…底板（高熱伝導率セラミック成形体から
なる底板）、３…金属プレート、４…高熱伝導率セラミ
ック成形体からなる蓋体、５…突起部、６…切欠部。

フロントページの続き (72)発明者阿部一雄東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者神尾善二千葉県市原市八幡海岸通１番地三井造船株式会社千葉事業所内 (72)発明者八田直樹千葉県市原市八幡海岸通１番地三井造船株式会社千葉事業所内Ｆターム(参考） 4K018 DA38 4K055 AA08 HA02 HA08 HA12 HA18 HA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】枠体部と底板部を有する焼成用匣鉢にお
いて、前記枠体部と底板部を分離した分離構造とし、前
記枠体部を底板部に載置したことを特徴とする焼成用匣
鉢。
【請求項２】前記底板部が、枠体部の外周端から所定
寸法だけはみ出すようにしたことを特徴とする請求項１
に記載の焼成用匣鉢。
【請求項３】前記底板部を、高熱伝導率セラミックで
形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の焼
成用匣鉢。
【請求項４】前記高熱伝導率セラミック成形体の上面
または下面に金属プレートを積層したことを特徴とする
請求項３に記載の焼成用匣鉢。