JP2011179796A - 還元焼成機能付き電気式陶芸窯 - Google Patents

Abstract

【課題】還元焼成時において炉室内への還元ガスの供給を自在にコントロールすることができ、しかも、化石燃料を使用せずに還元焼成を行うことができ、環境負荷が小さく、自然環境を保全しようとする立場からも好適な電気式陶芸窯を提供する。
【解決手段】本体１と還元材燃焼炉４とによって構成され、還元材燃焼炉４は、内部空間が、中段に保持された仕切板５によって、上方の燃焼室６と下方の加熱室７とに仕切られるとともに、扉９を閉めることによって内部空間を閉塞できるように構成され、燃焼室６は、連絡路１０を介して本体１の炉室２と連通した状態となっており、加熱室７内には、加熱装置８が配置されており、仕切板５の上に載置した還元材を加熱し、燃焼させることができるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、陶磁器を焼成するための陶芸窯に関し、特に、還元焼成機能を有する電気式陶芸窯に関する。

陶芸作品を焼成する陶芸窯の種類として、薪窯、ガス窯、灯油窯のほか、熱源として高温用金属ヒーター線（電熱線）を使用する電気式陶芸窯がある。また、焼成方法としては、窯の中へ十分な酸素を供給して、燃料等を完全燃焼させて行う酸化焼成と、窯内の酸素の量を調整して、不完全燃焼の状態で焼成を行う還元焼成とがある。

薪窯、ガス窯、及び、灯油窯は、燃料を燃焼させることによって窯内の温度を上昇させるように構成されているため、煙道のダンパーの開度や、ブロアーによる送風量を調節することによって、窯内の焼成雰囲気を、酸化状態から還元状態へと簡単に移行させることができる。一方、電気式陶芸窯は、基本的には熱源として火炎を使用しないので、通常の電気式陶芸窯では還元焼成を行うことはできないが、還元焼成機能を備えた電気式陶芸窯も存在する。

例えば、特開平２００６−６４２９２号公報には、ガスバーナー及び導入路を介してガスボンベから炉室内へ燃料ガスを導入できるように構成し、燃料ガスの燃焼により炉室内の酸素を消費させて、炉室内において還元雰囲気を生成するように構成した電気式陶芸窯が開示されている。また、特開平２００３−６５６８１号公報には、炉室の下方に、炉室と連通する小室を設け、炉室の熱が小室へ積極的に伝わるように構成した電気式陶芸窯であって、適切なタイミングで小室に投入した窯片チップ（還元材）を、炉室内からの伝熱により燃焼させ、小室内で発生した還元ガスを炉室内へ流入させるように構成した電気式陶芸窯が開示されている。

特開２０００−２８２７０号公報 特開２００２−８７８７５号公報 特開２００３−６５６８１号公報 特開２００４−１９７９５９号公報 特開２００６−６４２９２号公報

上記のような従来の還元焼成機能付きの電気式陶芸窯には、それぞれ次のような問題がある。まず、ガスバーナーを用いて還元焼成を行う場合、燃料として大量の化石燃料（プロパンガス）が消費されることになるが、二酸化炭素の排出量を削減して地球温暖化を防止しようとする観点からは、できる限り化石燃料の使用を控えることが望まれる。また、ガスボンベに充填された状態の液化プロパンガスは危険物であるため、当然のことながら取り扱いには注意を要し、一般家庭等において気軽に陶芸を楽しみたいというユーザーには不向きである。更に、ガスボンベ或いはプロパンガスの取り扱いを規制する法律により、無資格者によるプロパンガスの取引が将来的に規制される可能性もある。

一方、炉室から伝導される熱により、炉室の下方の小室に投入した還元材を燃焼させて還元焼成を行えるように構成した電気式陶芸窯は、炉室内の状況（焼成温度）に応じて適切なタイミングで還元ガスを発生させることができるという利点はあるが、炉室内における還元ガスの濃度をコントロールすることが難しいという問題がある。

例えば、電気式陶芸窯において炉室内を強還元雰囲気とするためには、炉室外で発生させた還元性の強い高濃度の還元ガスを炉室内へ大量に導入する必要があり、これを実現させるためには、還元ガスを炉室内へ強制的に送り込むための手段が必要となる。

還元ガスを炉室内へ強制的に導入するための方法としては、圧力差を利用する方法が考えられる。つまり、還元ガスを発生させる燃焼室の圧力を、炉室の圧力よりも高くすることができれば、圧力差により還元ガスを炉室内へ導入することができる。しかしながら、炉室からの伝熱によって小室内の還元材を燃焼させて還元ガスを発生させる電気式陶芸窯においては、小室内の温度が炉室の温度に依存し、かつ、炉室内の温度よりも低い温度に維持されることになるため、小室内の圧力を炉室内の圧力よりも高くすることが難しく、その結果、強還元雰囲気による焼成を行うことができないという問題がある。

また、陶芸作品において、「御本手」と呼ばれるような淡い模様を表面に形成するための一つの技法として、弱還元雰囲気を長時間（例えば６時間以上）にわたって継続する方法が知られているが、炉室からの伝熱により小室内の還元材を燃焼させる電気式陶芸窯においてこの方法を実施するためには、小室内へ投入する一回あたりの還元材の量を少なくするとともに、それらが燃え尽きるたびに、新たに還元材を小室内へ追加するという作業を頻繁に行う必要があり、しかもその作業を長時間にわたって延々と繰り返さなければならず、非常に手間がかかる。

更に、炉室内の温度は、還元開始から終了にかけて大きく変化するところ（還元開始時：９００℃前後、還元終了時：１２００℃程度）、上記陶芸窯における小室内の温度は、炉室内の温度に依存しているため、還元開始から終了まで、炉室内と同様に大きく変化することになる。この小室内の温度変化は、投入される還元材の燃焼速度、及び、還元ガスの供給量にも影響を与えることになる。従って、炉室内の弱還元雰囲気を適正に維持するためには、還元開始から終了にかけて、還元材の一回の投入量とピッチ（時間間隔）を的確に加減することが必要となるが、非常に煩雑であるだけでなく、そのような作業によって雰囲気を適正に維持することは極めて困難である。

本発明は、上記のような従来技術における問題を解決すべくなされたものであって、還元焼成時において炉室内への還元ガスの供給を自在にコントロールすることができ、しかも、化石燃料を使用せずに還元焼成を行うことができ、環境負荷が小さく、自然環境を保全しようとする立場からも好適な電気式陶芸窯を提供することを目的とする。

本発明に係る還元焼成機能付き電気式陶芸窯は、本体と還元材燃焼炉とによって構成され、還元材燃焼炉は、内部空間が、中段に保持された仕切板によって、上方の燃焼室と下方の加熱室とに仕切られるとともに、扉を閉めることによって内部空間を閉塞できるように構成され、燃焼室は、連絡路を介して本体の炉室と連通した状態となっており、加熱室内には、加熱装置が配置されており、仕切板の上に載置した還元材を加熱し、燃焼させることができるように構成されていることを特徴としている。

尚、仕切板は、カーボランダム製の板によって構成することが好ましく、加熱装置は、通電により発熱する金属ヒーター線によって構成することが好ましい。また、加熱装置の金属ヒーター線への供給電力の制御が、本体の制御装置によって行われるように構成することが好ましい。

また、本発明に係る電気式陶芸窯用の還元材燃焼炉は、内部空間が、中段に保持された仕切板によって、上方の燃焼室と下方の加熱室とに仕切られるとともに、扉を閉めることによって内部空間を閉塞できるように構成され、加熱室内に加熱装置が配置され、仕切板の上に載置した還元材を加熱し、燃焼させることができるように構成されていることを特徴としている。

本発明の還元焼成機能付き電気式陶芸窯は、化石燃料を使用せずに還元焼成を行うことができる。また、高濃度の還元ガスを炉室内へ強制的に、大量に導入することができるため、強還元焼成を好適に行うことができ、更に、炉室内への還元ガスの供給量、濃度、タイミングを自在に、的確にコントロールすることができるため、長時間にわたって弱還元焼成を行う場合であっても、煩わしい作業を伴うことなく、簡単に実施することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る陶芸窯の斜視図である。

以下、本発明「還元焼成機能付き電気式陶芸窯」の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る陶芸窯（第１の実施形態）の斜視図である。この陶芸窯は電気式の陶芸窯であり、本体１と、還元材燃焼炉４とによって構成されている。本体１は、底面、両側面、背面、及び、天面に耐火煉瓦が配置された炉室２と、炉室２の前面開口部を閉じる扉３とを有し、炉室２及び扉３の内壁面に取り付けられている高温用金属ヒーター線（図示せず）に通電して発熱させることにより、炉室２内を、陶器及び磁器の焼成が可能な温度（１２００℃以上）まで昇温することができるようになっている。

還元材燃焼炉４は、炉室２の下側に配置されている。この還元材燃焼炉４は、還元焼成を行う際に、還元ガスを炉室２内へ供給するためのものであり、耐火煉瓦によって囲まれた内部空間が、中段に保持された仕切板５によって上下に仕切られ、前面開口部が扉９によって閉じられる構造となっている。尚、仕切板５は厚さが約１ｃｍで、十分な耐熱性を有するカーボランダムによって形成されている。尚、必ずしもカーボランダム製の板には限定されず、セラミック板、或いは、金属板などによって仕切板５を構成することもできる。

仕切板５の上方の空間は還元材の燃焼室６であり、下方の空間は加熱室７である。燃焼室６は、炉室２の底面に形成されている孔２ａから燃焼室６の天面まで達する連絡路１０を介して炉室２と連通した状態となっている。一方、加熱室７には、加熱装置８が配置されている。

加熱装置８は、本実施形態においては通電により発熱する高温用金属ヒーター線（炉室２に備えられているものと同様のもの）と、これを保持するベースとによって構成されているが、金属ヒーター線を用いる代わりに、ガスコンロやトーチなどを用いて構成することもできる。但し、ガスコンロ等を使用する場合には、ごく少量ではあるが化石燃料を使用することになるため、自然環境を保全しようとする立場からは、金属ヒーター線を用いることが好ましい。

また、本実施形態の陶芸窯には、炉室２の金属ヒーター線に供給する電流の大きさ、及び、炉室２内の温度を正確にコントロールする制御装置（図示せず）が搭載されている。この制御装置は、特開２００２−８７８７５号公報に記載されている制御装置と同様のものであり、複数種類の焼成プログラムが予め用意されているほか、焼成開始から終了までの過程を複数のセクションに分け、各セクション毎に、焼成温度と到達時間、持続時間等を、グラフィカルタッチパネルにより簡単かつ詳細に設定できるようになっており、焼成開始後は、この制御手段により炉室２内の温度が設定条件通りに正確に制御され、全自動的に焼成を行うことができる。

加熱装置８（金属ヒーター線）への供給電力の制御も、この制御装置によって行われ、予め設定しておいた条件（還元開始と終了のタイミング、及び、還元ガスの濃度）に従って自動的に還元焼成を行うことができるが、この加熱装置８の操作は、手動で行うこともできる。

本実施形態の陶芸窯を使用して還元焼成を行う場合、焼成開始後、炉室２内の温度が還元を開始する温度（例えば９００℃）に近づいてきたら、加熱装置８の金属ヒーター線に通電を開始し、還元材燃焼炉４内を加熱する。尚、還元材燃焼炉４の仕切板５の上（即ち、燃焼室６）には、予め木炭（還元材）を載置しておき、また、扉９は閉めておき、簡単には外気が燃焼室６及び加熱室７内に流入しない状態（閉塞状態）としておく。

加熱装置８の上方に配置されている仕切板５は、金属ヒーター線により高温に加熱され、この仕切板５の熱を受けて燃焼室６内の温度も上昇する。そして、仕切板５或いは燃焼室６内の温度が木炭の発火点よりも上昇すると、木炭が燃焼し始める。このとき、燃焼室６（及び加熱室７）は閉塞され、外気が流入しない状態となっているため、木炭の燃焼により燃焼室６内の酸素の消費が進むと不完全燃焼となり、燃焼室６内において還元ガスが生成される。そして、燃焼室６内で生成された還元ガスは、図１に示す連絡路１０を通って炉室２内へ流入することになり、炉室２内が酸化雰囲気から還元雰囲気へ移行する。

強還元雰囲気下で焼成を行う場合には、燃焼室６内の木炭が燃焼を開始した後も、加熱装置８による高温の加熱を継続し、木炭の燃焼を積極的に促進する。そうすると、閉塞された燃焼室６内において還元性の強い高濃度の還元ガスが大量に生成されるほか、木炭の燃焼度の進行により炉圧が増大することになる。そして、燃焼室６内の炉圧が炉室２内の炉圧よりも高くなると、その圧力差によって、高濃度の還元ガスが燃焼室６内から炉室２内へ強制的に流入することになり、その結果、炉室２内を強還元雰囲気とすることができる。

還元焼成を終了する際には、還元材燃焼炉４の扉９を僅かに開き（１〜５ｃｍ程度の隙間ができる程度）、或いは、扉９（或いは、他の場所）に形成されている空気孔（図示せず）を開放する。そうすると、燃焼室６内の炉圧が下がるため、炉室２内への還元ガスの流入量が著しく減少し、また、燃焼室６内へ外気が流入するため、燃焼室６内において燃焼中の木炭から生成される還元ガスの濃度が著しく低下することになり、炉室２内の還元雰囲気が解消される。

一方、弱還元雰囲気下で焼成を行う場合には、燃焼室６内の木炭が燃焼を開始した後、加熱装置８（金属ヒーター線）に供給する電流の大きさを調整することにより、還元ガスが低濃度で継続して生成されるよう、また、木炭の火が消えないように、加熱の度合いを調整する。

尚、本実施形態においては、加熱装置８内で燃焼させる還元材として木炭を使用しているが、必ずしも木炭には限定されず、薪や、他の炭素系還元材を使用することもできる。また、燃焼室６を、幅２０〜３０ｃｍ、高さ１５〜３０ｃｍ、奥行き２０〜４０ｃｍ程度の大きさに設定した場合には、一度に大量の木炭を投入することができ、焼成途中の木炭の補給作業を数回（具体的には、強還元焼成の場合３回程度、弱還元焼成の場合１回程度）行うだけで済ませることができ、或いは、弱還元焼成の場合には、焼成途中の補給作業そのものを省略できる可能性もある。

また、本実施形態においては、燃焼室６と炉室２とが、連絡路１０を介して常時連通した状態となっているが、連絡路１０を、いずれかの位置で遮断できるように構成しても良く、そのように構成した場合、還元焼成を終了する際に連絡路１０を遮断することにより、炉室２内への還元ガスの流入を即時に、かつ、確実に停止することができ、還元焼成による仕上がりの質をコントロールすることができる。尚、連絡路１０を遮断するための手段としては、例えば、炉室２の下側に、板（カーボランダム製の板、セラミック板、或いは、金属板）を差し込める空間を、連絡路１０を横断するように形成し、当該板を手前側の位置に保持させることによって連絡路１０を連通状態とし、当該板を奥まで差し込むことによって連絡路１０を遮断できるように構成することが好ましい。また、その他の構成の弁を連絡路１０のいずれかの位置に配置してもよい。

以上に説明したように、本実施形態の陶芸窯は、化石燃料を使用せずに還元焼成を行うことができ、また、高濃度の還元ガスを炉室２内へ強制的に、大量に導入することができるため、強還元焼成を好適に行うことができ、更に、炉室２内への還元ガスの供給量、濃度、タイミングを自在に、的確にコントロールすることができるため、長時間にわたって弱還元焼成を行う場合であっても、煩わしい作業を伴うことなく、簡単に実施することができる。

また、この陶芸窯は、既存の電気式陶芸窯に対して、還元材燃焼炉４を取り付けることによっても構成することができ。特に、ガスバーナー及び導入路を介してガスボンベから炉室内へ燃料ガスを導入できるように構成した電気式陶芸窯（特開平２００６−６４２９２号公報参照）などのように、炉室の外側から炉室内へ還元ガスを導入するための経路（導入路、連絡路）が確保されている電気式陶芸窯においては、還元材燃焼炉４と炉室とを、当該経路を介して連通するように接続するだけで、簡単に構成することができる。

１：本体、
２：炉室、
２ａ：孔、
３：扉、
４：還元材燃焼炉、
５：仕切板、
６：燃焼室、
７：加熱室、
８：加熱装置、
９：扉、
１０：連絡路、

Claims (5)

1. 本体と還元材燃焼炉とによって構成され、
   前記還元材燃焼炉は、内部空間が、中段に保持された仕切板によって、上方の燃焼室と下方の加熱室とに仕切られるとともに、扉を閉めることによって内部空間を閉塞できるように構成され、
   前記燃焼室は、連絡路を介して前記本体の炉室と連通した状態となっており、
   前記加熱室内には、加熱装置が配置されており、前記仕切板の上に載置した還元材を加熱し、燃焼させることができるように構成されていることを特徴とする還元焼成機能付き電気式陶芸窯。
2. 前記仕切板が、カーボランダム製の板であることを特徴とする、請求項１に記載の還元焼成機能付き電気式陶芸窯。
3. 前記加熱装置が、通電により発熱する金属ヒーター線によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の還元焼成機能付き電気式陶芸窯。
4. 前記加熱装置の金属ヒーター線への供給電力の制御が、前記本体の制御装置によって行われるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の還元焼成機能付き電気式陶芸窯。
5. 内部空間が、中段に保持された仕切板によって、上方の燃焼室と下方の加熱室とに仕切られるとともに、扉を閉めることによって内部空間を閉塞できるように構成され、
   前記加熱室内には、加熱装置が配置されており、前記仕切板の上に載置した還元材を加熱し、燃焼させることができるように構成されていることを特徴とする電気式陶芸窯用の還元材燃焼炉。

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