JP3166444B2 - セラミック原料熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、本焼成前のセラミック
原料に乾燥、仮焼といった熱処理を施す際に用いられる
セラミック原料熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、セラミック原料の乾燥、仮焼
は、プッシャー式トンネル炉やロータリーキルンを用い
て行っていた。すなわち、プッシャー式トンネル炉を用
いた場合は、セラミック原料をアルミナやムライト質の
匣に充填したうえでプッシャー式トンネル炉で乾燥仮焼
し、ロータリーキルンを用いた場合は、スラリー状とし
たセラミック原料を内燃式のロータリーキルン内に滴下
して乾燥仮焼していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
して乾燥仮焼されたセラミック原料は、ボールミルや粉
砕機によって粉末状に粉砕されたのち本焼成されること
になる。しかしながら、セラミック原料は、乾燥仮焼さ
れると、内部に空孔を有する凝集体を形成して固くなる
ので、空孔が存在しない微粉末状まで粉砕することは困
難であった。そのため、粉砕を施しても、空孔が存在し
ない乾燥仮焼済み原料を得ることができず、このような
セラミック原料を用いて本焼成を行っても、できあがっ
た焼詰体の粒内や粒界には当然ながら空孔が残存し、こ
のことが焼詰体の緻密化の妨げとなっていた。また、空
孔が残存するセラミック原料は熱伝導率が悪く、このよ
うなセラミック原料を緻密な焼結体とするためには焼成
温度を上げねばならず、このことが焼成コスト上昇や特
性ばらつきの原因となっていた。さらには、このような
種々の問題の原因となる空孔をできるだけ減少させるた
めには、粉砕工程に長時間費やす必要があるが、そうす
ると、さらなる焼成コストの上昇を招くばかりでなく、
粉砕工程中に不純物が混入しやすくなるという問題もあ
った。

【０００４】したがって、本発明においては、凝集を起
こすことなく熱処理できるセラミック原料熱処理装置の
提供を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明においては、横向き配置されて軸心ま
わりに回転駆動される加熱用円錐ドラム体と該加熱用円
錐ドラム内に収納される耐熱性転動体とを備え、前記加
熱用円錐ドラム体は大径端が閉塞され、該大径端にはセ
ラミック原料投入部が設けられている一方、小径端には
冷却用円筒ドラム体が連通延設されており、以上のもの
からセラミック原料熱処理装置を構成した。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、加熱状態の加熱用円錐ドラ
ム体を回転させると、内部に収納された耐熱性転動体は
大径端側に片寄って互いに当接した状態で転動すること
になる。この状態で大径端に設けたセラミック原料投入
部から円錐ドラム体の内部にスラリー状のセラミック原
料を投入すると、セラミック原料中に含まれていた水な
どの溶液分は耐熱性転動体などとの接触によって蒸発さ
せられることになり、耐熱性転動体などの表面上にはセ
ラミック原料中のセラミック成分のみが付着して残るこ
とになる。これら耐熱性転動体は互いに混ぜ合わされて
いるのであるから、耐熱性転動体表面等に残存するセラ
ミック原料は耐熱性転動体同士が衝突し合いながら擦り
合わされるのに伴って粉砕されてしまう。その結果、溶
液分を失ったうえで細かく粉砕されたセラミック原料成
分は徐々に重量が軽いものとなり、加熱用円錐ドラム体
の傾きに沿って上側へと浮き上がることになる。そし
て、上端に移動した熱処理済みセラミック原料は小径端
から冷却用円筒ドラム体に移り、ここで徐々に冷却され
ることになる。

【０００７】なお、新たに滴下して供給されたスラリー
状のセラミック原料は溶液分を含んで重量が重いもので
あるために、耐熱性転動体の下側へと沈み込むことにな
り、沈み込んだセラミック原料は耐熱性転動体などと接
触することによって上記動作を繰り返し行うことにな
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例のセラミック原
料熱処理装置の断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断
面図である。このセラミック原料熱処理装置１はセラミ
ック原料Ｇを乾燥仮焼するものであって、横向き配置さ
れた加熱用円錐ドラム体２と耐熱性転動体３とを備えて
いる。加熱用円錐ドラム体２はアルミナ，石英もしくは
耐熱金属からなっており、図中左側の大径端４は閉塞さ
れているとともに、大径端４中央部には円筒状のセラミ
ック原料投入管５が連通延設されている。また、大径端
４の端部には若干ながら円筒部６が形成されている。図
中右側の小径端７にはこの小径端７と内径が同一とされ
た冷却用円筒ドラム体８が延設されている。この冷却用
円筒ドラム体８と上記したセラミック原料投入管５とは
加熱用円錐ドラム体２の軸方向に沿って配設されてい
る。小径端７の外周部には円盤状の鍔部９が取り付けら
れている。鍔部９の外径は大径端４の円筒部６の外径と
同径になっている。

【０００９】耐熱性転動体３は加熱用円錐ドラム体２と
同材料、すなわち、アルミナ，石英もしくは耐熱金属か
らなっており、複数個、加熱用円錐ドラム体２内に収納
されている。なお、本実施例においては加熱用円錐ドラ
ム体２の寸法を全長約３００ｍｍ、円筒部６内径２００
ｍｍ、小径端７内径９０ｍｍとしており、また、このよ
うな大きさの加熱用円錐ドラム体２に対しては２０〜３
０ｍｍ程度の直径の耐熱性転動体３が最適品として用い
られる。また、耐熱性転動体３は、球形状のものに限ら
ず、たとえば、円柱形状などであってもよい。

【００１０】このように構成された加熱用円錐ドラム体
２が断熱材製のハウジング１０内に配設されている。ハ
ウジング１０には加熱室１１が形成されているととも
に、加熱室１１の左右壁部１１ａ，１１ａには挿通孔１
２，１２が形成されている。また、加熱室１１の下端に
は一対の回転軸１３，１３が平行配置されており、さら
には、加熱室１１の四隅にはスパイラルヒータ１４，…
が配設されている。回転軸１３，１３の端部には図示し
ない可変回転駆動機構が接続されている。

【００１１】そして、挿通孔１２，１２にセラミック原
料投入管５と冷却用円筒ドラム体８とを挿通させるとと
もに回転軸１３，１３に円筒部６および鍔部９を当接さ
せた状態で、加熱用円錐ドラム体２が加熱室１１に回転
自在に収納されており、冷却用円筒ドラム体８は加熱室
１１の外に配置されている。加熱用円錐ドラム体２を収
納したハウジング１０は図示しない基台に固定されてお
り、その際、ハウジング１０は微小角度θで大径端４側
を持ち上げた状態で取り付けられている。

【００１２】次に上記構成のセラミック原料熱処理装置
１によるセラミック原料Ｇの乾燥仮焼工程を説明する。
まず、スパイラルヒータ１４によって加熱用円錐ドラム
体２の内部を４００〜１２００℃の温度に加熱するとと
もに、可変回転駆動機構によって回転軸１３，１３を回
転させることにより加熱用円錐ドラム体２を０．２〜４
ｒｐｍの速度で回転させておく。回転軸１３，１３の回
転は円筒部６および鍔部９を介して加熱用円錐ドラム体
２に伝わる。

【００１３】この状態でセラミック原料投入管５の外端
からスラリー状のセラミック原料Ｇを加熱用円錐ドラム
体２内に滴下する。そして、セラミック原料Ｇを滴下し
つつ、加熱用円錐ドラム体２の回転、およびスパイラル
ヒータ１４の加熱を継続する。このとき、耐熱性転動体
３，…は大径端側に片寄って互いに当接した状態で転動
しており、加熱用円錐ドラム体２の内部にセラミック原
料Ｇが滴下されると、セラミック原料Ｇ中に含まれてい
た水などの溶液分は耐熱性転動体３などとの接触によっ
て蒸発させられることになり、耐熱性転動体３などの表
面上にはセラミック原料Ｇ中のセラミック成分のみが付
着して残ることになる。これら耐熱性転動体３は互いに
混ぜ合わされているのであるから、耐熱性転動体３表面
等に残存するセラミック原料は耐熱性転動体３同士が衝
突し合いながら擦り合わされるのに伴って粉砕されてし
まう。その結果、溶液分を失ったうえで細かく粉砕され
たセラミック原料３の成分は徐々に重量が軽いものとな
り、加熱用円錐ドラム体２の傾きに沿って上側へと浮き
上がることになる。そして、投入セラミック原料３全体
の上端に移動した乾燥仮焼済みセラミック原料３は小径
端７から溢れ出て冷却用円筒ドラム体８に移っていく。

【００１４】冷却用円筒ドラム体８に移ったセラミック
原料Ｇは冷却用円筒ドラム体８が加熱室１１の外に配設
されているので、ここで徐々に冷却されることになる。
そして、冷却が終了したセラミック原料Ｇは、冷却用円
筒ドラム体８の外端から外部に零れ落ち、冷却用円筒ド
ラム体８の外端下方に配設された収納匣１５に収納され
る。

【００１５】なお、本実施例においては、ハウジング１
０は微小角度θで傾けられており、冷却用円筒ドラム体
８に移った熱処理済みセラミック材料Ｇは冷却用円筒ド
ラム体８内を外端に向かってスムーズに移動することに
なる。

【００１６】このように熱処理されるセラミック原料Ｇ
は熱処理中同時に耐熱性転動体３によって粉砕されるよ
うになっており、上述したように、粉砕が進むに連れて
取り出し口である小径端７側に向けて徐々に上昇する。
そのため、粉砕途中のセラミック原料Ｇが粉砕工程を飛
び越していきなり小径端７に達するという、いわゆるシ
ョートパスはほとんど起きない。したがって、粒の揃っ
た粉砕済みセラミック原料Ｇが得られるうえ、粉砕粒径
の調整が加熱用円錐ドラム体２の回転数を調整すること
によって正確に制御できる。

【００１７】また、熱処理済みセラミック原料Ｇは冷却
用円筒ドラム体８で徐々に冷却されるようになってお
り、そのため、加熱用円錐ドラム体２からいきなり取り
出されて急激に冷却し、特性が劣化するといった不都合
は起きない。

【００１８】さらには、所定の雰囲気中でセラミック原
料Ｇを加熱する必要がある場合は、セラミック原料投入
時および熱処理済みセラミック原料取り出し時以外は、
セラミック原料投入管５および冷却用円筒ドラム体８の
外端を閉塞して加熱用円錐ドラム体２の内部を密封した
うえで、必要な雰囲気ガスを供給するようにしてもよ
い。

【００１９】上記実施例においては、加熱用円錐ドラム
体２を加熱するヒータを加熱用円錐ドラム体２とは別体
のスパイラルヒータ１４にして加熱室１１に配設してい
たが、さらに効率よく加熱するためにヒータを加熱用円
錐ドラム体２の外周に直接貼り付けるようにしてもよ
い。

【００２０】また、上記実施例では、加熱用円錐ドラム
体２を内駆動、すなわち加熱室１１内に引き込んだ回転
軸１３によって回転駆動していたが、加熱用円錐ドラム
体２を外駆動、すなわち加熱室１１の外部に配置された
回転駆動部によってセラミック原料投入管５ないし冷却
用円筒ドラム体８を回転駆動してもよい。外駆動する場
合は、回転駆動部を構成する部品をほとんど常温状態に
配置できるので、これらの部品を耐熱構造にする必要が
なくなる。

【００２１】さらに、加熱用円錐ドラム体を図３に示す
ように構成してもよい。この加熱用円錐ドラム体２０
は、周面２１と大径端４との間に形成された角部２２に
特徴がある。すなわち、角部２２は耐熱性転動体３の半
径より大きい曲率半径を備えた曲面となっており、角部
２２をこのように構成することにより耐熱性転動体３を
角部２２内面に当接するまで角部２２内に入り込ませる
ことができる。そのため、熱処理中において角部２２に
入り込んだセラミック原料Ｇは耐熱性転動体３の転動に
よって角部２２から確実に取り出されることになり、角
部２２に入り込んだセラミック原料Ｇが角部２２内に滞
留して角部２２の内面に固着してしまうことは起きな
い。このようなセラミック原料Ｇの固着は、定期的な清
掃作業を必要とするばかりでなく、連続的に熱処理する
際の妨げとなるので、角部２２をこのように形成すれ
ば、メンテナンスが簡単になるうえ、長時間に渡る連続
無人化運転が可能になる。

【００２２】また、加熱用円錐ドラム体を図４に示すよ
うに構成してもよい。この加熱用円錐ドラム体３０は、
転動体飛び出し防止部材３１を備えている。転動体飛び
出し防止部材３１は小径端７を閉塞する大きさを備えた
環状封止体３２と、この環状封止体３２を加熱用円錐ド
ラム体３０内において支持する支持体３３とからなって
いる。環状封止体３２には複数のスリット３４，…が形
成されており、このスリット３４の幅は耐熱性転動体３
が通過できない程度の大きさになっている。支持体３３
はその一端が環状封止体３２に連結されるとともに、他
端が冷却用円筒ドラム体８の開口端に係止されており、
このように構成されることによって環状封止体３２を支
持している。

【００２３】加熱用円錐ドラム体３０にこのような転動
体飛び出し防止部材３１を設けることにより、撹拌解砕
効果を高めるために耐熱性転動体３の数を増やしたとし
ても、これら耐熱性転動体３が小径端７から冷却用円筒
ドラム体８内に飛び出すといった不都合は起きない。

【００２４】なお、転動体飛び出し防止部材としては、
図４に示すものだけではなく、図５に示す転動体飛び出
し防止部材４０でもよい。この転動体飛び出し防止部材
４０は複数の円筒体４１，４２を同軸状に配置して互い
に固定するとともに、各円筒体４１，４２の間の隙間Ｓ
を耐熱性転動体３の直径より小さくして構成されてい
る。このように、転動体飛び出し防止部材は、セラミッ
ク原料Ｇは通過できるものの耐熱性転動体３は通過でき
ない程度の開口部を備えたものであればよい。

【００２５】ところで、前述の実施例のセラミック原料
熱処理装置１では、セラミック原料Ｇを乾燥仮焼してい
たが、仮焼のみ行うようにしてもよい。また、図６に示
すように、図１，２のセラミック原料熱処理装置１を外
熱式ロータリーキルン（いわゆるＤＫ炉）５０に連通接
続し、セラミック原料熱処理装置１でセラミック原料Ｇ
の乾燥を行い、外熱式ロータリーキルン５０で仮焼を行
うようにしてもよい。なお、図６中、符号５１は外熱式
ロータリーキルン５０の炉芯管、５２は炉芯管５１を収
納する炉体、５３は炉体５２内に配設されたヒータであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加熱用円
錐ドラム体内においてセラミック原料を熱処理しつつ耐
熱性転動体によって効率よくセラミック原料を粉砕する
ので、凝集の極めて少ない熱処理済みセラミック原料が
得られるようになった。そのため、このセラミック原料
熱処理装置を用いて熱処理したセラミック原料を本焼成
しても、得られた焼詰体は空孔が残存することがなく緻
密な焼詰体が得られることになる。そして、熱処理と粉
砕とを同時に行えるようになったので、粉砕工程を別途
設ける必要がなくなり、その分、工程短縮およびコスト
ダウンが図れるようになった。さらには、熱処理が終了
したセラミック原料は冷却用円筒ドラム体で徐々に冷却
されるので、熱処理済みセラミック原料が急激に冷却さ
れて特性が劣化するといった不都合は起きない。

【００２７】また、加熱用円錐ドラム体の周面と大径端
との間に形成される角部を耐熱性転動体の半径より大き
い曲率半径を備えた曲面とすれば、この角部にセラミッ
ク原料が固着することがなくなり、その分、メンテナン
スが簡単になるうえ、長時間に渡る連続無人化運転が可
能になるという効果が得られる。

【００２８】さらに、加熱用円錐ドラム体の小径端側
に、耐熱性転動体が通過できない程度の大きさの開口部
を有する転動体飛び出し防止部材を設ければ、耐熱性転
動体の数を増やしたとしても耐熱性転動体が小径端から
冷却用円筒ドラム体内に飛び出すといった不都合は起き
ず、その分、撹拌解砕効果の高い熱処理が行えるように
なる。さらには、耐熱性転動体の数を増加させることが
できるので、その分、熱処理装置の熱容量が大きくなっ
て処理能力も増大するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るセラミック原料熱処理
装置の構造を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】加熱用円錐ドラム体の変形例の構成を示す断面
図である。

【図４】加熱用円錐ドラム体のさらに別の変形例の構成
を示す断面図である。

【図５】転動体飛び出し防止部材の変形例の構成を示す
断面図である。

【図６】本発明のセラミック原料熱処理装置と外熱式ロ
ータリーキルンとを組み合わせて構成されたセラミック
原料乾燥仮焼装置の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 加熱用円錐ドラム体 ３ 耐熱性転動体 ４ 大径端 ５ セラミック原料投入管 ７ 小径端 ８ 冷却用円筒ドラム体 ２２ 角部 ３１ 転動体飛び出し防止部材 ４０ 転動体飛び出し防止部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薮内 正三 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 平瀬 幸 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 山田 裕嗣 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭47−12691（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−33225（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−9099（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−7889（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27B 7/00 - 7/42 C04B 33/30 F26B 1/00 - 25/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横向き配置されて軸心まわりに回転駆動
   される加熱用円錐ドラム体（２）と該加熱用円錐ドラム
   （２）内に収納される耐熱性転動体（３）とを備え、 前記加熱用円錐ドラム体（２）は大径端（４）が閉塞さ
   れ、該大径端（４）にはセラミック原料投入部（５）が
   設けられている一方、小径端（７）には冷却用円筒ドラ
   ム体（８）が連通延設されていることを特徴とするセラ
   ミック原料熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記加熱用円錐ドラム体は、その周面
   （２１）と前記大径端（４）との間に形成される角部
   （２２）が耐熱性転動体（３）の半径より大きい曲率半
   径を備えた曲面となっていることを特徴とする請求項１
   記載のセラミック原料熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記加熱用円錐ドラム体（２）の小径端
   には、耐熱性転動体（３）が通過できない程度の大きさ
   の開口部を有する転動体飛び出し防止部材（３１，４
   ０）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の
   セラミック原料熱処理装置。