JPH05196364A - セラミックスの焼成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数本の被焼成物を焼成する場合にも、焼成
むらがなく均一な組織をもつ製品を焼成でき、しかも経
済的エネルギーコストで運転できるセラミックスの焼成
装置を提供すること。 【構成】 セラミックスの焼成装置において、被焼成体
１をセットするセッティング部１３と被焼成体１を焼成
する加熱部１２と被焼成体１を取出す取出し部１１を設
け、被焼成体１を所定軸の回りに回転させつつ移動する
ための移動装置１４を設け、複数の被焼成体１をセッテ
ィング部１３から加熱部１２を経て取出し部１１まで移
動できる構成にしたことを特徴とするセラミックスの焼
成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスの焼成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、長尺セラミックスの焼成は、焼成
時の曲がりやつぶれ等の変形を避けるため、バッチ式の
焼成炉に被焼成物を吊るして行っていた。例えば長尺セ
ラミックス管の焼成では、被焼成物設置部の上方にダミ
ー部を設け、ここに焼成治具を取り付け、セラミック管
を炉体に吊るして焼成していた。しかし、この方式の加
熱では被焼成物全体の加熱を行わなければならず、数メ
ートル長の大型長尺セラミックスを焼成するには、巨大
なバッチ焼成炉が必要である。大型の炉では炉の昇温、
冷却に莫大なエネルギーと時間を要し、従って、コスト
も高くついていた。

【０００３】そこで、本出願人はゾーン焼成方式を採用
したセラミックスの焼成装置を開発した（特開昭６１−
２５２４８１号公報参照）。この焼成装置においては、
被焼成物が焼成部を通過することで焼成可能な構成にな
っている。従って、焼成部を被焼成体より短くすること
が可能となり、炉の建設費、焼成エネルギーコストが大
幅に改善された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バッチ式焼成
炉は多数本の被焼成体を同時に焼成可能であるのに対
し、従来のゾーン焼成炉は、単一のセラミックス製品の
焼成に適している。従来のゾーン焼成炉で多数本のセラ
ミックス製品を焼成しようとすると、ヒータからの距離
や炉内温度分布に起因する変形や焼成むらが発生し易い
欠点があった。このように従来のゾーン焼成炉は多数本
のセラミックス製品を同時に焼成できないため量産能力
に劣っていた。また被焼成体１個の焼成においても焼成
位置によっては均一な焼結組織が得られないこともあっ
た。

【０００５】本発明は、多数本の被焼成物を同時に焼成
する場合にも焼成むらがなく均一な焼結組織をもち寸法
精度のよい製品が得られ、且つ経済的なエネルギーコス
トでセラミックス製品を焼成できる工業的に有用なセラ
ミックスの焼成装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、セラミック
スの焼成装置において、被焼成体１をセットするセッテ
ィング部１３と被焼成体１を焼成する加熱部１２と被焼
成体１を取出す取出し部１１を設け、被焼成体１を所定
軸の回りに回転させつつ移動するための移動装置１４を
設け、複数の被焼成体１をセッティング部１３から加熱
部１２を経て取出し部１１まで移動できる構成にしたこ
とを特徴とするセラミックスの焼成装置を要旨としてい
る。

【０００７】

【作用】例えばセラミックス長尺管等の被焼成体１をセ
ッティング部１３にセットする。移動装置１４によって
被焼成体１をセッティング部１３から加熱部１２を経て
取出し部１１まで移動させる。この際セラミックス長尺
管を例えば軸まわりに自転させつつ所定速度で移動して
加熱部１２を通過させる。セラミックス長尺管は、焼成
むらなく均一に焼成される。セラミックス長尺管等の被
焼成体は１本でもよいし複数本であってもよい。焼成終
了後にセラミックス長尺管を取出し部１１から取出す。

【０００８】

【実施例】被焼成物は一般に、Ａｌ，Ｍｇ，Ｙ，Ｚｒ，
Ｓｉの酸化物、窒化物または炭化物およびそれらの複合
物等から成るセラミックスである。

【０００９】焼成雰囲気はエアー、酸素、水素、窒素、
不活性ガス、真空等に自由に設定できるようにすること
が望ましい。そのためには、セッティング部と加熱部お
よび取出し部と加熱部の間にそれぞれ開閉自在のシャッ
ターを設置することが好ましい。

【００１０】移動装置は被焼成物を懸垂して引き上げる
形式に構成するのが望ましい。この場合に移動装置は焼
成装置の上部に設定する。そして、被焼成物を引き上げ
治具に鉛直につり下げてこれを回転させつつ引き上げる
ようにする。

【００１１】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は本発明によるセラミックスの焼成装置１
０の概略を示した概念図である。

【００１２】加熱炉として構成された加熱部１２、セッ
ティング部１３、及び取出し部１１はたて方向に直列に
配列されている。

【００１３】加熱炉１２は断熱層１８を有している。断
熱層１８は例えば円筒形状のものが採用できる。断熱層
１８の内側にはヒータ１７が配置してある。ヒータ１７
は、例えばタングステン等の発熱材料が採用できる。

【００１４】セッティング部１３の空間は多数の被焼成
物１をセットして上方に移動できるための十分な空間を
有している。セッティング部１３の側方には開閉自在の
開口部が設けられ、そこから被焼成物を挿入できるよう
になっている。

【００１５】取出し部１１にも開閉自在の開口部が設け
られ、被焼成物を取出すことができるようになってい
る。

【００１６】取出し部１１と加熱炉１２およびセッティ
ング部１３と加熱炉１２の間には、それぞれ上部シャッ
ター１６と下部シャッター１９が設けてある。これらの
シャッター１６，１９はアクチュエータによって自由に
開閉できるようになっている。これらのシャッター１
６，１９を有効に利用して、加熱炉１２内を所定の雰囲
気に設定できる。取出し部１１とセッティング部１３の
雰囲気も同様である。

【００１７】取出し部１１の上方には、移動装置１４が
設けてある。移動装置１４は複数の被焼成体１を引き上
げ治具１５でつり下げて治具１５の回りに回転させなが
ら上方に引上げる構成になっている。複数の被焼成体１
を独立して回転させ引き上げることができる。焼成の際
には、引き上げ治具１５をセッティング部１３まで降下
させ、これに被焼成物１をセットし、自転させながら上
方に移動して加熱炉１２内を通過させる。

【００１８】被焼成物１は、炉内温度差の影響を最小限
に抑えるように配置し移動することが重要である。すな
わち、ヒータ１７からの距離が等しくなるように配置す
ることが望ましい。また、ヒータ１７からの距離が一定
にならない場合でも、温度条件の差が少なくなるように
被焼成体の引き上げ位置を調整することが望ましい。ま
た、被焼成物をセットする際、セッティング部と加熱
部、加熱部と取出し部の間のシャッター１６，１９を利
用することにより、加熱部の炉内雰囲気と外気との接触
を回避することが可能となる。これにより、炉内に酸素
または水素、不活性ガスを流すことが可能となる。

【００１９】図２と図３は焼成炉内の断面図である。ヒ
ータ１２からの距離がなるべく同等となるように配置さ
れた被焼成体１は自転しながら引き上げられる。この際
さらに公転可能であると、各々の寸法精度や焼成体品質
のばらつきがさらに少なくなると予想される。

【００２０】引き上げ治具１５は非酸化雰囲気焼成であ
ればタングステンやモリブデン等の高融点金属が最適で
ある。また、酸化雰囲気での焼成においてはアルミナ耐
火物を組み合わせて用いることが可能である。さらに、
アルゴン等の不活性ガス雰囲気や真空では炭素繊維の使
用も可能である。これらの治具１５に吊した被焼成物１
は炉体上部に位置した移動装置１４により自転しつつ上
方に移動する。この際の回（自）転速度は、１００ｒｐ
ｍ以上の高回転であると、引き上げ治具の負荷が大きく
なり、引き上げ治具の破損につながりやすく、一方、
０．０１ｒｐｍ以下の低回転であると焼成時にヒータか
らの加熱が不均一となり、焼成収縮時に変形が発生し易
い。最適な回転速度は０．１〜２ｒｐｍである。また、
発熱源としてのヒータ１２としては金属ヒータ、ガスバ
ーナー、高周波ヒータ、赤外線集中加熱式のヒータが考
えられる。被焼成（結）物の焼成又は焼結はこの加熱ゾ
ーンを通過することで行われ、加熱部の温度と、通過時
間で焼成体の結晶粒成長が制御される。焼成後、焼成物
は取出し部１４まで引き上げられ、外部に取り出され
る。

【００２１】なお、セッテング部と取出し部を交換した
り、両者のどちらか一方で設定と取出しの両方を行うこ
とも可能である。

【００２２】図４は本発明の他の実施例の一部を示す概
念図である。この焼成装置２０に関しては主に移動装置
２４について説明する。移動装置２４は焼成装置２０の
上部に設置されている。移動装置２４は巻取り機構２８
と回転機構２６を備えている。巻取り機構２８は例えば
巻取りモータでワイヤを巻取る構成にできる。ワイヤの
下端は回転機構２６に接続されている。

【００２３】図５〜図７はそれぞれ回転機構２６の例を
示している。図５の回転機構２６はモータ３０の回転を
ベルト車３１、ベルト３２、ベルト車付き歯車３３を経
て歯車３４に伝える構成になっている。そして、歯車３
４と共に引上げ治具２５が回転し、被焼成体１を自転さ
せるのである。歯車３４の数を増やせば、処理できる被
焼成体１の数も増やすことができる。

【００２４】図６の回転機構は図５の機構で中心のベル
ト車付き歯車３３を省略した構成になっている。図６の
回転機構は引上げ本数が偶数の場合に適用できる。

【００２５】図７の回転機構は図５の機構で４つの歯車
３４を遊星歯車３４にした構成になっている。遊星歯車
３４の外側には内歯車３５が固定されている。この場合
には被焼成体１は引上げ治具２５と共に自転しつつ公転
する。なお、公転速度は、遠心力による移動で被焼成体
同志が接触したり被焼成体が壁面に接触したりしない程
度に小さく設定する。

【００２６】実験例 以下、本発明の実験例を説明する。

【００２７】純度９９．９９％の高純度アルミナ粉に５
００ｐｐｍのＭｇＯを添加し、これに有機成形助剤、イ
オン交換水を加え、スプレードライヤーにて造粒を行っ
た。得られた造粒粉は管形状の成形型に充填し、ラバー
プレス法にて１．０トン／ｃｍ² で成形を行い、内径５
０ｍｍ、長さ２４００ｍｍ、肉厚３ｍｍの管状成形体を
得た。

【００２８】その後、成形体表面の素地加工を行い肉厚
２ｍｍまで研削した。素地加工体は大気中で１０００
℃、２時間仮焼を行い、バインダー等の有機成形助剤を
飛散蒸発させた。

【００２９】これらの前工程で被焼成体を準備し、本発
明の焼成装置（ゾーンシンター炉）で焼成を行った。焼
成の際には、まず被焼成体を炉体下部のセッティング部
で、同心円状に４本の被焼成体が配置されるように引き
上げ治具の下端に取付けた。この４本のうち１本ずつを
実験例１〜４とした。炉内雰囲気として水素を流し、加
熱源としてタングステンヒータを用いた。加熱部の温度
は１８００℃で、引き上げ速度は焼成時間の短縮を考慮
して、加熱部まで４００ｍｍ／ｈ、加熱部の通過速度１
００ｍｍ／ｈ、加熱部通過後８００ｍｍ／ｈの３段階の
速度調整を行い焼成した。この際、常に２ｒｐｍで各被
焼成体を自転させた。焼成後の寸法は直径４０×長さ１
５００ｍｍであった。

【００３０】得られた焼成体の長さ、曲がり、つぶれ等
の寸法測定を行った。また、結晶粒径の焼成位置毎によ
るばらつき、同一焼成体内の各位置でのばらつきを測定
した。表１に実験例１〜４の焼成体測定結果を示す。結
晶粒径はプラニメトリック法を用いて算出した。

【００３１】

【表１】 比較例５と従来例６ 比較例５では被焼成体を自転させずに、焼成を行った。
これ以外の条件は実験例１〜４と同じにした。結果を表
１に示した。

【００３２】従来例６としてバッチ焼成炉で焼成した場
合の例も表１に示した。

【００３３】表１から明らかなように本発明実験例で得
られた製品は結晶組織が均一で、曲がりやつぶれが少な
い。また、炉内位置による材質の特性差も少ない。この
ように被焼成体を回転させることによって品質のばらつ
きを小さくできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明のセラミックスの焼成装置におい
ては、被焼成体を回転させつつ移動させるので、特に多
数の被焼成体を同時に焼成する場合に焼成むらが減少
し、精度が向上し、品質のばらつきが小さくなる。もち
ろん、１個の被焼成体のみを処理する場合にも同様の効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセラミックスの焼成装置を示す概
念図。

【図２】本発明のセラミックスの焼成装置における被焼
成物の配置を示す断面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す図２に相当する断面
図。

【図４】本発明の他の実施例の一部を示す概念図。

【図５】図４の回転機構を示す図。

【図６】図４の回転機構の他の例を示す図。

【図７】図４の回転機構のさらに他の例を示す図。

【符号の説明】 １ 被焼成体 １０，２０ セラミックスの焼成装置 １１ 取出し部 １２ 加熱部 １３ ヒーティング部 １４，２４ 移動手段 １５，２５ 引上げ治具 １６，１９ シャッター １７ ヒータ １８ 断熱材 ２６ 回転機構 ２８ 巻取り機構 ３０ モータ ３１ ベルト車 ３２ ベルト ３３ ベルト車付き歯車 ３４，３５ 歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 晴司 千葉県東金市小沼田字戌開1573−８ 東芝 セラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者 安藤 和 千葉県東金市小沼田字戌開1573−８ 東芝 セラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者 小川 裕 千葉県東金市小沼田字戌開1573−８ 東芝 セラミックス株式会社東金工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスの焼成装置において、被焼
   成体（１）をセットするセッティング部（１３）と被焼
   成体（１）を焼成する加熱部（１２）と被焼成体（１）
   を取出す取出し部（１１）を設け、被焼成体（１）を所
   定軸の回りに回転させつつ移動するための移動装置（１
   ４）を設け、複数の被焼成体（１）をセッティング部
   （１３）から加熱部（１２）を経て取出し部（１１）ま
   で移動できる構成にしたことを特徴とするセラミックス
   の焼成装置。