JP2012180955A

JP2012180955A - ロータリーキルンのハンマーリング装置

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Publication number: JP2012180955A
Application number: JP2011043155A
Authority: JP
Inventors: Hidenao Goto; 秀直後藤; Hirobumi Kawashima; 博文川島
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】小さな加振或いは打撃によって焼成帯における炉心管内の被加熱物の付着を防止できるロータリーキルンを提供する。
【解決手段】加振装置８４は、加熱ヒータ３９により加熱される加熱帯に位置する炉心管３４の外周面に、その加振シャフト８０の一端から振動を伝達することから、炉心管３４の加熱帯に直接的に振動が加えられるので、比較的小さな加振或いは打撃によって焼成帯における炉心管３４内の被加熱物、たとえばリチウムイオン電池の正極材料やチタン酸バリウム材料など、焼成帯での加熱中に反応により付着性を生じる被加熱物が加熱帯において炉心管３４の内壁面に付着することを好適に防止でき、炉心管３４に損傷が発生するおそれが解消される。
【選択図】図７

Description

本発明は、円筒状の炉心管を備えたロータリーキルンに関し、特に、その炉心管の内壁面に被加熱物が固着することを防止するハンマーリング装置に関する。

水平方向に対して傾斜させられた円筒状の炉心管を備え、その炉心管を軸心まわりに回転させつつ外側又は内側から加熱することで、その炉心管内に投入された被加熱物の熱処理及び移送を行うロータリーキルンが知られている。斯かる外熱式ロータリーキルンは、粒状（粉体状）や塊状の被加熱物を連続して均一に焼成できるという特長があり、ジルコンチタン酸鉛系の圧電体材料、チタン酸バリウム系の誘電体材料、リチウムイオン電池の正極材料などの粉体焼成等に好適に用いられる。

ところで、上記ロータリーキルンでの加熱処理において、被加熱物が炉心管の内壁面に付着し、被加熱物の移動速度にばらつきが発生したり、局部的な温度差を生じたりして、被加熱物の加熱処理にばらつきが発生する場合があった。また、炉心管の内壁面に被加熱物の固着量が多くなると炉心管に詰まりが発生するので、ロータリーキルンの稼働を停止させて炉心管内を定期的に清掃を行う必要があった。

これに対して、炉心管に振動を与えて、その炉心管内の被加熱物を円滑に移動させる付着防止装置を設けることが提案されている。たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されたものがそれである。

特開平０６−００２０９９号公報特開平０７−２０８８６４号公報特開２０００−０１８８３０

しかし、上記特許文献１に記載のロータリーキルンは、セラミック製の炉心管の入口において、それに固定された円形の冷却フィンに設けられた駆動突起が、ハンマーを所定角度だけ持ち上げた後にそのハンマーを炉心管の入口上に落下させることで、炉心管入口に振動を与える付着防止装置を備えている。上記特許文献２に記載のロータリキルンは、炉心管の前端部に、高圧空気を作動媒体とする打撃加振装置を備えている。上記特許文献３に記載のロータリキルンは、炉心管の入口において、旋回駆動部により上下動させられるハンマーを炉心管の入口上に落下させることで、炉心管入口に振動を与える付着防止装置を備えている。

しかしながら、上記特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載のロータリキルンでは、それに備えられた付着防止装置或いは打撃加振装置は、炉心管の出口或いは入口に加振するものであることから、焼成帯での加熱中に反応により付着性を生じる被加熱物、たとえばリチウムイオン電池の正極材料やチタン酸バリウム材料などに対しては、炉心管において被加熱物の付着位置から離れた出口或いは入口で加振するので、焼成帯で加振或いは打撃する場合に比較して加振を強くしなければならないことになり、特に、衝撃に弱いセラミックス製の炉心管では損傷が発生するおそれがあった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、小さな加振或いは打撃によって焼成帯における炉心管内の被加熱物の付着を防止できるロータリーキルンを提供することにある。

斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、炉壁と、その炉壁内において水平方向に対して所定角度傾斜させられた状態で回転可能に支持された円筒状の炉心管と、その炉壁内に設けられ、その炉心管の長手方向の中間部を外側から加熱する加熱ヒータとを備え、その炉心管を軸心まわりに回転させつつ加熱ヒータにより加熱することで、その炉心管内に投入された粉体状の被加熱物の熱処理及び移送を行うロータリーキルンであって、軸状をなして長手方向に往復移動可能に設けられ、前記加熱ヒータにより加熱される加熱帯に位置する前記炉心管の外周面に一端が当接可能な加振シャフトを有し、該加振シャフトを介して該炉心管の外周面に振動を加える加振装置を含み、前記炉心管は、金属材料から成る円筒状の外管とその外管の内側に挿入されたセラミック材料から成る円筒状の内管とを備えることにある。

このように構成されたロータリーキルンによれば、加振装置は、前記加熱ヒータにより加熱される加熱帯に位置する前記炉心管の外周面に、その加振シャフトの一端から振動を伝達することから、炉心管の加熱帯に直接的に振動が加えられるので、比較的小さな加振或いは打撃によって焼成帯における炉心管内の被加熱物、たとえばリチウムイオン電池の正極材料やチタン酸バリウム材料など、焼成帯での加熱中に反応により付着性を生じる被加熱物が加熱帯において炉心管の内壁面に付着することを好適に防止でき、炉心管に損傷が発生するおそれが解消される。

ここで、好適には、前記加振シャフトは、前記炉心管の外周面と一端との間に予め定められた一定の隙間を隔てて水平に設けられ、リターンスプリングによって該炉心管から離れる方向に常時付勢されたものである。このようにすれば、リターンスプリングによって該炉心管から離れる方向に常時付勢されことで、加振シャフトに一端が炉心管から予め定められた一定の隙間が隔てられるので、炉心管の外周面と加振シャフトの一端との間の接触は加振時だけとなり、常時はそれらの間の摺動が防止される。

また、好適には、前記加振装置は、該加振シャフトの他端に打撃振動を付与する打撃振動発生器を含み、その打撃振動発生器は、前記加振シャフトの他端面に当接するようにハウジングに固定された打撃振動出力部材と、該打撃振動出力部材に隣接するように該ハウジング内に設けられた圧力室内で摺動可能に設けられ、リターンスプリングにより該打撃振動出力部材から離隔する方向に常時付勢されたピストンと、該ハウジング内に設けられた蓄圧室と、該ハウジングに設けられた給気ポートから圧縮空気が供給されると該給気ポートを該蓄圧室に接続して該蓄圧室に蓄圧し、該給気ポートが大気圧に低下させられると該蓄圧室を前記圧力室に連通させる弁体とを有し、該蓄圧室内から該圧力室内に導入された圧縮空気によって前記ピストンがリターンスプリングの付勢力に抗して駆動されて前記打撃振動出力部材に突き当てられることで前記打撃振動を発生させるものであるので、その給気ポートに供給される圧縮空気の圧力に応じた大きさの衝撃振動を発生させて前記炉心管のうちの加熱帯に位置する部分の外周面に付与することができる。

また、好適には、前記炉心管の内管は、軸心方向の一方の端部外周に雄ねじ部が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部が形成された円筒状の部分管が、その雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により軸心方向に複数連結されて構成されたものであることから、複数の部分管を連結して内管を構成することで、例えば径寸法５００ｍｍφ×長手寸法５ｍといった比較的大型の炉心管を作成できることに加え、前記雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合によりそれら複数の部分管の連結を行うことで、粉体状の被加熱物の漏れが抑制されて十分な気密性及び耐スポーリング性を保証できる。すなわち、耐スポーリング性に優れ、被加熱物と炉心管との反応を抑制して高能率な熱処理を可能とする大型の外熱式ロータリーキルンを提供することができる。

また、好適には、前記部分管は、鋳込み成形された円筒状部材における軸心方向の端部に、前記雄ねじ部及び雌ねじ部が切削加工により形成されて成るものである。このようにすれば、鋳込み成形により前記部分管を形成することで、その表層を比較的細粒（緻密質）とし且つ内部を比較的粗粒に構成することができ、耐スポーリング性に優れた炉心管を実用的な態様で実現することができる。

また、好適には、前記部分管は、少なくとも前記雄ねじ部及び雌ねじ部に釉薬が施されたものである。このようにすれば、切削加工により比較的粗粒な構成が露出した前記雄ねじ部及び雌ねじ部に釉薬を施すことで、気密性及び耐スポーリング性を更に向上させることができる。

本発明の一実施例である外熱式ロータリーキルンの構成を説明する側面図である。図１のII-II 視断面図である。図１のIII-III 視断面図である。図１の外熱式ロータリーキルンに備えられた炉心管の構成を詳しく説明するために、その軸心を含む平面で切断して示す視断面図である。図４の炉心管に備えられた部分管を軸心方向に見た平面図である。図４の炉心管に備えられた部分管を軸心に垂直な方向から見た正面図であり、紙面向かって右半分においてその断面形状を示している。図１の外熱式ロータリーキルンに備えられたハンマーリング装置の構成を詳しく説明する図である。図７の打撃振動発生器の構成を説明する断面図である。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例である連続式粉体焼成炉すなわち外熱式ロータリーキルン１０の構成を説明する側面図である。また、図２はそのII-II 視断面図、図３はそのIII-III 断面図である。図１に示すように、本実施例の外熱式ロータリーキルン１０は、床面等に設置されたフレーム１２、そのフレーム１２上に設けられた天板１４、その天板１４上に設けられた原料供給装置１６、熱処理装置１８、及び製品排出装置２０を備えて構成されている。この外熱式ロータリーキルン１０は、後述するように水平方向に対して例えば１°程度の角度で傾斜させられる円筒状の炉心管３４（図１では水平方向に示されている）を備え、その炉心管３４を軸心Ｃまわりに回転させつつ上記熱処理装置１８により外側から加熱することで、その炉心管３４内に投入された被加熱物の熱処理及び移送を行う加熱炉（回転円筒釜）であり、例えばリチウム電池正極材料、薄型ディスプレイパネル用蛍光体、ジルコンチタン酸鉛系の圧電体材料、及びチタン酸バリウム系の誘電体材料等の粉体材料の焼成に好適に用いられる。

天板１４は、例えばスチール等により長手板状に構成されたものであり、その長手方向（炉心管３４の軸心Ｃ方向）に係る被加熱物の移送方向行先（出口）側に設けられた支点部２２において、上記フレーム１２に対してその支点部２２まわりの回動可能に支持されている。また、天板１４は、その長手方向に係る被加熱物の移送方向手前（入口）側に設けられたねじ機構或いは油圧シリンダ等による昇降部２４において、上記フレーム１２に対する上下方向（鉛直方向）の移動可能（昇降可能）すなわちそのフレーム１２との距離が調節可能に支持されている。この昇降部２４により上記天板１４が上記フレーム１２に対して昇降させられ、その昇降部２４における上記フレーム１２と天板１４との距離が調節されることで、その天板１４が上記支点部２２まわりに回動させられ、上記天板１４の水平方向に対する傾斜角度延いては後述する図４に示す炉心管３４の水平方向に対する傾斜角度θ_ｆｃが調節（変更）できるようになっている。

原料供給装置１６は、天板１４の長手方向に係る被加熱物の移送方向手前（入口）側に設けられたものであり、粉体状の原料すなわち被加熱物を受け入れる供給ホッパ２６と、その供給ホッパ２６に供給された被加熱物を熱処理装置１８へ送り込む投入フィーダ２８とを、備えている。この投入フィーダ２８は、モータ３０と、そのモータ３０により軸心Ｃまわりに回転駆動されるスクリュー装置３２とを、備えており、そのスクリュー装置３２におけるモータ３０とは反対側の端部が熱処理装置１８における炉心管３４内に突き入れられている。そして、上記スクリュー装置３２がモータ３０により軸心Ｃまわりに回転させられることにより、上記供給ホッパ２６に供給された粉体状の被加熱物が上記熱処理装置１８に向けて順次連続的に移送され、その熱処理装置１８に備えられた炉心管３４内に投入されるようになっている。

熱処理装置１８は、両端部に設けられたローラ装置３６ａ、３６ｂ（以下、特に区別しない場合には単にローラ装置３６という）によりフレーム１２に対して軸心Ｃまわりの回転（自転）可能に支持された円筒状の炉心管３４と、その炉心管３４の外側に設けられた炉壁３７により囲まれた加熱室３８と、上記炉心管３４をその軸心Ｃまわりに回転駆動するための回転駆動装置４０とを、備えている。

上記加熱室３８は、例えば図１及び図３に示すように、上記炉心管３４の外側に、その炉心管３４における両端部を除く大方の部分を囲繞するように設けられた長手直方体状の筐体内に棒状のＳｉＣヒータ等の加熱ヒータ３９が備えられたものであり、上記炉心管３４は、その加熱室３８に対して軸心Ｃまわりの相対回転（自転）可能とされている。また、上記回転駆動装置４０は、例えば図１及び図２に示すように、モータ４２と、そのモータ４２の出力軸に取り付けられたスプロケット４４と、上記炉心管３４の外周側に同軸且つ相対回転不能に設けられたスプロケット４６と、上記スプロケット４４及び４６の間に巻回されたチェーン４８とを、備えて構成されている。そのように構成された回転駆動装置４０では、上記モータ４２の駆動によりそれらスプロケット４４、４６及びチェーン４８を介して上記炉心管３４がその軸心Ｃまわりに回転（自転）させられるようになっている。

製品排出装置２０は、天板１４の長手方向に係る被加熱物の移送方向行先（出口）側に設けられたものであり、炉心管３４における被加熱物の移送方向行先側の端部が突き入れられる開口が設けられると共に、その底部が漏斗状に構成されている。熱処理装置１８において熱処理が施された被加熱物は、炉心管３４の回転に伴う移送によって上記開口から製品排出装置２０内に排出され、更にその底部に設けられた漏斗状の構成を介して下方に設置された製品受けタンク５０内に排出されるようになっている。

以上のように構成された外熱式ロータリーキルン１０は、昇降部２４においてフレーム１２と天板１４との距離が調節されることで、その天板１４が例えば後述する図４に二点鎖線で示す水平方向に対して所定の傾斜角度θ_ｆｃ（例えば１°程度）傾斜させられた状態で粉体状の被加熱物を８５０〜１０００℃程度の焼成温度で熱処理を行う。すなわち、原料供給装置１６の供給ホッパ２６に供給された原料である被加熱物が、投入フィーダ２８により熱処理装置１８の炉心管３４内に送り込まれ、その熱処理装置１８において炉心管３４が回転駆動装置４０によりその軸心Ｃまわりに回転させられつつ加熱室３８により外側から加熱されることで、その炉心管３４内に投入された被加熱物の熱処理及び移送が行われる。そして、熱処理装置１８において熱処理の施された製品である被加熱物が炉心管３４から製品排出装置２０内に排出され、更に製品受けタンク５０へ排出される。以上のようにして、たとえばリチウム電池の正極材料となる粉体の焼成等の熱処理が行われる。熱処理中の被加熱物からは、ＣＯ_２および水分が発生するので、被加熱物がＮｉ系金属の水酸化物とリチウム原料との混合物である場合は９５％の酸素を含む気体が、被加熱物がＭｎ系、Ｃｏ系金属の水酸化物とリチウム原料との混合物である場合は大気を２０ｌ／ｍｉｎの流量で炉心管３４の中が換気される。

図４は、本実施例の外熱式ロータリーキルン１０に備えられた炉心管３４の構成を詳しく説明するために、その軸心Ｃを含む平面で切断して示す視断面図である。この図４に示すように、外熱式ロータリーキルン１０に備えられた炉心管３４は、円筒状の外管５２と、その外管５２の内側に挿入された円筒状の内管５４とを、備えて構成されている。すなわち、本実施例の外熱式ロータリーキルン１０に備えられた炉心管３４は、上記外管５２及びその内側に挿入された上記内管５４の二重構造とされたものである。また、図４に示すように、内管５４は、軸心Ｃ方向の一方の端部外周に雄ねじ部５８が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部６０が形成された複数（例えば１４個、図４では６個のみを図示）の円筒状の部分管５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、・・・、５６ｎ（以下、特に区別しない場合には単に部分管５６という）が、その内周側端面５７が相互に当接するまでその雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の螺合により軸心Ｃ方向に連結されて構成されている。

上記外管５２は、例えばインコネル等のニッケル基合金、コバルト基合金、クロム基合金等の８５０〜１０００℃の焼成温度に耐え得る耐熱合金から成り、例えば内径寸法５００ｍｍφ程度、肉厚２０ｍｍ程度、長さ寸法５ｍ程度の円筒状（管状）に構成されたものである。また、上記内管５４は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を８４〜９３重量％程度、シリカ（ＳｉＯ_２）を０．０６〜８．５重量％程度、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を０〜１５重量％程度含むセラミック材料から成り、例えば外径寸法５００ｍｍφ程度、肉厚２０ｍｍ程度、長さ寸法５ｍ程度の円筒状（管状）に構成されたものである。

図５は、部分管５６を軸心Ｃ方向に見た平面図である。また、図６は、部分管５６を軸心Ｃに垂直な方向から見た正面図であり、紙面向かって右半分においてその断面形状を示している。この部分管５６は、好適には、上記セラミック材料の原料が鋳込み成形された円筒状部材における軸心Ｃ方向の端部に、雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０が切削加工により形成されて成るものであり、また、好適には、少なくとも上記雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０に、更に好適には、それに加えて外周面６２に例えば０．１ｍｍ程度の厚みの釉薬（特殊コート剤）が施されたものである。上記雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０は、好適にはテーパねじとされたものであるが、平行ねじとされたものであってもよい。また、好適には、複数の部分管５６は、図４に示すように、雄ねじ部５８が被加熱物の移送方向行先（出口）側、雌ねじ部６０が被加熱物の移送方向手前（入口）側となるように相互に連結される。また、雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０のねじ方向は、外熱式ロータリーキルン１０による熱処理に際して炉心管３４が軸心Ｃまわりに右回転させられる場合には右ねじ、左回転させられる場合には左ねじというように、回転駆動装置４０による炉心管３４の回転駆動により雄ねじ部５８が雌ねじ部６０に対して締め込まれる方向とされることが望ましい。

本実施例の外熱式ロータリーキルン１０における炉心管３４では、図４に示すように、相互に隣接する部分管５６における雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０が螺合させられることにより、軸心Ｃ方向に複数の部分管５６が連結されて内管５４が構成されている。そして、その内管５４が外管５２の内周に挿入され、その両端に環状の蓋部材６４、６６が嵌め付けられることで、外管５２に対する内管５４の軸心Ｃ方向の相対移動が阻止されている。図４では、製品排出装置２０側すなわち被加熱物の移送方向行先（出口）側において、上記蓋部材６６がピン６８により内管５４に固定されると共に、その外周部に設けられた爪部７０により外管５２に掛止させられている。また、原料供給装置１６のスクリュー装置３２側すなわち被加熱物の移送方向手前（入口）側において、上記蓋部材６４が外管５２にボルト７２により固定されると共に、その蓋部材６４と内管５４との間に設けられたスプリング７４によりその内管５４の位置が上記蓋部材６４、６６の間で固定され、更に雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の螺合の緩みが抑制されるようになっている。

本実施例の外熱式ロータリーキルン１０において加熱処理されるリチウム電池の正極材料は、Ｍｎ系、Ｃｏ系、或いはＮｉ系金属の水酸化物とリチウム原料との混合物であるため、炉心管３４内で搬送される途中の焼成過程において水分が発生して粘りが生じたり、液状化したりして炉心管３４の内壁面に付着し易くなる性質が発生する。たとえば、焼成過程の前半において炉心管３４の内壁面にくっつき易く、焼成過程の後半に至るとさらさらとなる。このため、本実施例の外熱式ロータリーキルン１０においては、図１、図３に示されるように、炉心管３４のうちの加熱室３８内すなわち加熱帯内に位置する長手方向の中間部分の３箇所の外周面に一端が当接してそれを加振する加振シャフト８０と、その加振シャフト８０の他端に打撃振動を付与する打撃振動発生器８２とから成る加振装置８４が備えられている。

図７に詳しく示すように、上記加熱室３８を囲む炉壁３７は、耐火レンガ、セラミック発泡材などの断熱材８６とそれを内側に配設した金属製のケーシング８８から構成されている。その炉壁３７には、加熱ヒータ３９と加振装置８４とが炉壁３７を貫通して設けられている。加熱ヒータ３９は、図示しない電力供給線に接続するための接続端子３９ａを両端部に備え、その長手方向の中央部が炉心管３４の上および下に位置するように、ケーシング８８に溶接或いはボルトの締着などによって固定されたヒータホルダ９０により支持されている。なお、図７の炉心管３４の内管５４に示された破線は、炉心管３４の他の実施例に設けられる凸出部を示している。

加振シャフト８０および打撃振動発生器８２を支持するためのブラケット９２が、側方へ突き出した状態で水平に溶接或いはボルトの締着などによって炉壁３７のケーシング８８に固定されている。ブラケット９２は、円筒状のシャフト案内部材９４を備えており、加振装置８４の加振シャフト８０はそのシャフト案内部材９４によって長手方向に移動可能に支持されている。加振シャフト８０は、たとえばＳＵＳ３１０Ｓのような耐熱金属製の丸棒であって、炉心管３４の軸心Ｃと直交する方向で水平となるように、炉壁３７を貫通し且つその一端の端面が炉心管３４の外周面に対して一定の隙間Ｋを隔てて位置させられている。加振シャフト８０の他端面には、加振シャフト８０よりも大径のばね受板９６が固定されるとともに、そのばね受板９６とシャフト案内部材９４との間には、加振シャフト８０と同心でそれより大径の円に沿って螺旋状に巻かれた圧縮コイルスプリング９８が介挿されており、加振シャフト８０は、その一端が炉心管３４から離れる方向に圧縮コイルスプリング９８によって常時付勢され、打撃振動発生器８２の打撃振動出力部材１００に当接させられている。圧縮コイルスプリング９８は加振シャフト８０のリターンスプリングとして機能している。

加振装置８４の打撃振動発生器８２は、加振シャフト８０と同心となるようにブラケット９２に固定されている。図８に詳しく示すように、打撃振動発生器８２は、ハウジング１０２と、加振シャフト８０の他端面が面接触状態で当接するようにハウジング１０２に固定された円柱状の打撃振動出力部材１００と、打撃振動出力部材１００に隣接するようにハウジング１０２内に設けられた圧力室１０４と、圧力室１０４内で摺動可能に設けられ、リターンスプリング１０６により打撃振動出力部材１００から離隔する方向に常時付勢された段付円柱状のピストン１０８と、ハウジング１０２内に設けられた蓄圧室１１０と、ハウジング１０２に打撃振動出力部材１００とは反対側に設けられた給気ポート１１２と、ハウジング１０２内において給気ポート１１２と圧力室１０４との間に移動可能に設けられ、給気ポート１１２から圧縮空気が供給されると圧力室１０４を閉じ且つ給気ポート１１２を蓄圧室１１０に接続してその蓄圧室１１０内に蓄圧する位置に移動し、その給気ポート１１２が大気圧に低下させられると給気ポート１１２側に移動して蓄圧室１１０を圧力室１０４に連通させる位置に移動させられるたとえば比較的軟質のゴムのような弾性体製の円盤状の弁体１１４とを有している。これにより、打撃振動発生器８２は、給気ポート１１２が大気圧に低下させられて弁体１１４が図８に示す位置に移動させられると、蓄圧室１１０が圧力室１０４に連通させられ、蓄圧室１１０内から圧力室１１４内に導入された圧縮空気によってピストン１０８がリターンスプリング１０６の付勢力に抗して駆動されて打撃振動出力部材１００に突き当てられることで打撃振動を発生させられ、その打撃振動が加振シャフト８０に伝達される。次いで、この打撃振動が伝達された加振シャフト８０は、圧縮コイルスプリング９８に付勢力に抗して炉心管３４側へ駆動され、その一端が炉心管３４の外周面に当接して炉心管３４に振動が付与される。

ハウジング１０２の給気ポート１１２には、空気ポンプなどの空気源１１６から減圧弁１１８を介して圧送された圧縮空気が、ハウジング１０２の給気ポート１１２に切換制御弁１２０を介して供給されるようになっている。切換制御弁１２０は、給気ポート１１２に圧縮空気を供給する位置すなわち図８の破線で示す切換位置と、給気ポート１１２を大気に開放する位置すなわち図８の実線に示す切換位置との２位置の間で切り換える機能を有し、加振制御装置１２２により制御される。加振制御装置１２２は、たとえば炉心管３４の回転に同期した頻度たとえば１回転当たり３回乃至４回以上の頻度となるように、時間制御により切換制御弁１２０を予め設定された時間間隔で切り換えて炉心管３４に振動を付与する。熱処理する被加熱物の性質に応じて減圧弁１１８を設定変更することで給気ポート１１２に供給される空気圧を高く或いは低くすると、打撃振動発生器８２が発生する打撃振動の強度を高く或いは低くすることができる。本実施例の外熱式ロータリーキルン１０では、加熱室３８を覆う炉壁３７には、３つの加振装置８４が設けられており、加振制御装置１２２は、その３つの加振装置８４を炉心管３４の１回転当たり３回乃至４回以上の頻度となるように、等時間間隔で順次作動させてもよい。

上述のように本実施例の外熱式ロータリーキルン１０によれば、加振装置８４は、加熱室３８内において加熱ヒータ３９により加熱される加熱帯に位置する炉心管３４の外周面に、その加振シャフト８０の一端から振動を伝達することから、炉心管３４の加熱帯に直接的に振動が加えられることから、比較的小さな加振或いは打撃によって焼成帯における炉心管３４内の被加熱物、たとえばリチウムイオン電池の正極材料やチタン酸バリウム材料など、焼成帯での加熱中に反応により付着性を生じる被加熱物が加熱帯において炉心管３４の内壁面に付着することを好適に防止できるので、炉心管３４に損傷が発生するおそれが解消される。

また、本実施例において、加振シャフト８０は、その一端と炉心管３４の外周面との間に予め定められた一定の隙間Ｋを隔てて水平に設けられ、圧縮コイルスプリング( リターンスプリング) ９８によって炉心管３４から離れる方向に常時付勢されている。このため、加振シャフト８０の一端が炉心管から予め定められた一定の隙間Ｋが隔てられているので、炉心管３４の外周面と加振シャフト８０の一端との間の接触は加振時だけとなり、常時はそれらの間の摺動が防止される。

また、本実施例において、加振装置８４は、加振シャフト８０の他端に打撃振動を付与する打撃振動発生器８２を含み、その打撃振動発生器８２は、加振シャフト８０の他端面に当接するようにハウジング１０２に固定された打撃振動出力部材１００と、その打撃振動出力部材１００に隣接するようにハウジング１０２内に設けられた圧力室１０４内で摺動可能に設けられ、リターンスプリング１０６により打撃振動出力部材１００から離隔する方向に常時付勢されたピストン１０８と、ハウジング１０２内に設けられた蓄圧室１１０と、ハウジング１０２に設けられた給気ポート１１２から圧縮空気が供給されるとその給気ポート１１２を蓄圧室１１０に接続して蓄圧室１１０に蓄圧し、給気ポート１１２が大気圧に低下させられると蓄圧室１１０を圧力室１０４に連通させる弁体１１４とを有し、蓄圧室１１０内から圧力室１０４内に導入された圧縮空気によってピストン１０８がリターンスプリング１０６の付勢力に抗して駆動されて打撃振動出力部材１００に突き当てられることで打撃振動を発生させるものであるので、その給気ポート１１２に供給される圧縮空気の圧力に応じた大きさの衝撃振動を発生させて、炉心管３４のうちの加熱帯に位置する部分の外周面に付与することができる。

また、本実施例では、加振装置８４は、加熱室３８内において加熱ヒータ３９により加熱される炉心管３４の側面に、炉心管３４の１回転当たり３或いは４回以上の振動を与えるので、被加熱物の収率が高く得られる。すなわち、炉心管３４の上部に炉心管３４の１回転当たり２回以下の振動を与える場合は、炉心管３４の内壁面に張りついていた粉体が上部から落下するので、落下中の細かな粉体が炉心管３４内を換気する気体( 排気) に混ざって飛散し、高価な被加熱物の収率が十分に得られない場合があった。これに対して、本実施例では、炉心管３４の内壁面に張りついていた粉体が上部へ到達する前に振動を受けて内壁面に沿って滑り落ちるので、排気に混ざって飛散することが好適に抑制される。

また、本実施例では、炉心管３４は、金属材料から成る円筒状の外管５２と、その外管５２の内側に挿入されたセラミック材料から成る円筒状の内管５４とを、備え、その内管５４は、軸心方向の一方の端部外周に雄ねじ部５８が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部６０が形成された円筒状の部分管５６が、その雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の螺合により軸心方向に複数連結されて構成されたものであることから、複数の部分管５６を連結して内管５４を構成することで、例えば径寸法５００ｍｍφ×長手寸法５ｍといった比較的大型の炉心管３４を作成できることに加え、雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の螺合によりそれら複数の部分管５６の連結を行うことで、粉体状の被加熱物の漏れが抑制されて十分な気密性及び耐スポーリング性を保証できる。すなわち、耐スポーリング性に優れ、被加熱物と炉心管３４との反応を抑制して高能率な熱処理を可能とする大型の外熱式ロータリーキルン１０を提供することができる。

また、本実施例では、部分管５６は、鋳込み成形された円筒状部材における軸心方向の端部に、雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０が切削加工により形成されて成るものであるため、鋳込み成形により部分管５６を形成することで、その表層を比較的細粒（緻密質）とし且つ内部を比較的粗粒に構成することができ、耐スポーリング性及び被加熱物との耐反応性に優れた炉心管３４を実用的な態様で実現することができる。

また、本実施例では、部分管５６は、少なくとも雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０に釉薬が施されたものであるため、切削加工により比較的粗粒な構成が露出した雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０に釉薬を施すことで、気密性、被加熱物との耐反応性、及び耐スポーリング性を更に向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

例えば、前述の実施例の加振装置８４において、加振源として、図８に示す打撃振動発生器８２が用いられていたが、他の形式の振動発生器、たとえば電磁コイルのコアを往復させて単発的或いは周期的な衝撃振動或いは連続的な振動を発生させる電磁式振動発生器、重心が偏心した回転体を電動モータで回転駆動する機械式振動発生器などが用いられてもよい。

また、前述の実施例では、加熱室３８は、棒状ＳｉＣヒータ等の加熱ヒータ３９により被加熱物に対する熱処理を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばアーク炉、抵抗炉、或いは誘導炉等の電気炉や、加熱室３８内の炉心管３４の外周で可燃ガス或いは可燃流体を燃焼させることで加熱するガス炉であってもよい。要するに、被加熱物に対する熱処理に十分な加熱を行い得る加熱室であればその熱源や熱エネルギ発生構造の態様は問わない。

また、前述の実施例では、例えばリチウム電池の正極材料の熱処理に用いられる外熱式ロータリーキルン１０について説明したが、チタン酸バリウム材料であってもよく、また、被加熱物の粒子の大きさは特に限定されるものではなく、比較的粗い粒体（塊状の材料）に対する熱処理に本発明のロータリーキルンが用いられるものであってもよい。

また、前述の炉心管３４は、金属材料から成る円筒状の外管５２と、その外管５２の内側に挿入されて螺合により相互に連結されたセラミック材料から成る複数個の円筒状の内管５４とを備えることで構成されているが、それら内管５４のうちの全部がセラミック材料製でなくともよく、被加熱材料との反応がない温度帯或いは被加熱材料に不純物が混入しない温度帯であれば、他の材料製の部分管５６が用いられてもよい。

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０：外熱式ロータリーキルン
３４：炉心管
３７：炉壁
３９：加熱ヒータ
５２：外管
５４：内管
５６：部分管
５８：雄ねじ部
６０：雌ねじ部
８０：加振シャフト
８２：打撃振動発生器
８４：加振装置
９８：圧縮コイルスプリング( リターンスプリング)
１００：打撃振動出力部材
１０２：ハウジング
１０６：リターンスプリング
１０４：圧力室
１０８：ピストン
１１０：蓄圧室
１１２：給気ポート
１１４：弁体
Ｃ：軸心
Ｋ：一定の隙間

Claims

炉壁と、該炉壁内において水平方向に対して所定角度傾斜させられた状態で回転可能に支持された円筒状の炉心管と、該炉壁内に設けられ、該炉心管の長手方向の中間部を外側から加熱する加熱ヒータとを備え、その炉心管を軸心まわりに回転させつつ加熱ヒータにより加熱することで、その炉心管内に投入された粉体状の被加熱物の熱処理及び移送を行うロータリーキルンであって、
軸状をなして長手方向に往復移動可能に設けられ、前記加熱ヒータにより加熱される加熱帯に位置する前記炉心管の外周面に一端が当接可能な加振シャフトを有し、該加振シャフトを介して該炉心管の外周面に振動を加える加振装置を含み、
前記炉心管は、金属材料から成る円筒状の外管とその外管の内側に挿入されたセラミック材料から成る円筒状の内管とを備えることを特徴とするロータリーキルン。
前記加振シャフトは、前記炉心管の外周面と一端との間に予め定められた一定の隙間を隔てて水平に設けられ、リターンスプリングによって該炉心管から離れる方向に常時付勢されたものである請求項１のロータリーキルン。
前記加振装置は、該加振シャフトの他端に打撃振動を付与する打撃振動発生器を含み、
該打撃振動発生器は、前記加振シャフトの他端面に当接するようにハウジングに固定された打撃振動出力部材と、該打撃振動出力部材に隣接するように該ハウジング内に設けられた圧力室内で摺動可能に設けられ、リターンスプリングにより該打撃振動出力部材から離隔する方向に常時付勢されたピストンと、該ハウジング内に設けられた蓄圧室と、該ハウジングに設けられた給気ポートから圧縮空気が供給されると該給気ポートを該蓄圧室に接続して該蓄圧室に蓄圧し、該給気ポートが大気圧に低下させられると該蓄圧室を前記圧力室に連通させる弁体とを有し、該蓄圧室内から該圧力室内に導入された圧縮空気によって前記ピストンがリターンスプリングの付勢力に抗して駆動されて前記打撃振動出力部材に突き当てられることで前記打撃振動を発生させるものである請求項１または２のロータリーキルン。
前記炉心管の内管は、軸心方向の一方の端部外周に雄ねじ部が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部が形成された円筒状の部分管が、その雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により軸心方向に複数連結されて構成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１のロータリーキルン。