JP3554940B2 - 微粉体材料製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流動状の微粉体原料に熱処理操作を加えて固体状の微粉体材料を得る際に用いられる微粉体材料製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、流動状の微粉体原料、例えば、セラミック成分と溶液との混合物である坏土やスラリー（以下、セラミックスラリーという）に対して乾燥や仮焼などの熱処理操作を加えたうえで固体状の微粉体材料、すなわち、セラミック材料を得る際には、バッチ式や連続式といわれるような周知構造の熱処理炉（いずれも図示していない）を使用するのが一般的となっている。そして、バッチ式熱処理炉においては、セラミックや耐熱金属を用いて作製された箱形の容器である匣の内部にセラミックスラリーを注入し、かつ、セラミックスラリーが注入された匣を加熱室内に載置した後、所要温度下で所定時間にわたって加熱することによって乾燥及び仮焼、または、乾燥もしくは仮焼のみといった熱処理操作を加えることによって固体状のセラミック材料を得ることが行われている。
【０００３】
また、連続式熱処理炉としてはプッシャー型トンネル炉やロータリーキルンが一般的であり、プッシャー型トンネル炉においては、セラミックスラリーが注入された匣を入口側から出口側へと順次移送しながら加熱したうえで冷却することによってセラミック材料を得るようになっている。さらにまた、ロータリーキルンでは、セラミックや耐熱金属からなる円筒容器であるところの炉芯管を所要温度まで加熱したうえで回転させながら、この炉芯管の入口側端部から滴下して供給されたセラミックスラリーを炉芯管で移送しながら加熱することが行われており、固体状となったセラミック材料は炉芯管の出口側端部から排出されてくるようになっている。なお、以上の手順に従って得られた固体状の微粉体材料であるセラミック材料は、ボールミルや粉砕機を用いて粉砕されたうえで本焼成工程へと送られることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記各種の製造装置を使用して得られたセラミック材料は、熱処理操作に伴う凝集を起こしているのが一般的であり、ある程度の大きさに固まった多孔質状の二次粒子体として得られるのが普通である。そして、二次粒子体となったセラミック材料は、粉砕などの後処理を行ったとしても細かな微粉末状態とするのが大変に難しく、熱処理操作時に発生していた空孔を完全に無くすことができないものとなってしまう。そこで、粉砕済みのセラミック材料を本焼成して得られるセラミック焼結体中にも空孔が残存して緻密化し難くなることは避けられず、最終製品における特性劣化を招いてしまうのが実情であった。
【０００５】
本発明は、このような不都合に鑑みて創案されたものであって、凝集を起こしていない一次粒子体の集まりであるところの微粉体材料を容易に得ることができる微粉体材料製造装置の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる微粉体製造装置は、横向き支持されて軸心回りに回転駆動される円筒容器と、この円筒容器内の長手方向に沿って離間する位置ごとに取り付けられた仕切部材と、これら仕切部材間に収納された多数個の転動媒体と、仕切部材を貫通して転動媒体上にまで引き込まれた微粉体原料の供給管と、転動媒体を収納した円筒容器の内部を加熱する加熱手段とを備えており、かつ、仕切部材の各々は微粉体材料のみを通過させる開口が形成されたものとなっている。
【０００７】
【作用】
上記構成によれば、供給管を通じて円筒容器内に供給された流動状の微粉体原料は転動媒体上に滴下して供給されることになり、微粉体原料中の溶液は加熱手段によって加熱された円筒容器の内部に供給されたことによって速やかに蒸発させられてしまう。そこで、円筒容器の回転に伴って混合されている転動媒体の表面上には微粉体原料に含まれていた固体分としてのセラミック成分のみが付着して残ることになり、転動媒体の表面上に付着していたセラミック成分は転動媒体同士が互いに擦り合わされているために細かく粉砕されることになる。そして、粉砕されたセラミック成分は転動媒体で囲まれていることによって熱処理操作を加えられながら徐々に仕切部材側へと円筒容器の回転に伴って移動させられた後、仕切部材に形成されていた開口を通過したうえで固体状のセラミック材料として外部へと排出される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【０００９】
本実施例にかかる微粉体材料製造装置は、流動状の微粉体原料の一例であるセラミックスラリーに対して乾燥や仮焼などのような熱処理操作を加えることによって固体状の微粉体材料であるセラミック材料を得るために使用されるものであり、図１は微粉体材料製造装置の全体構成を簡略化して示す断面図、図２は仕切部材の構成を示す外観斜視図である。
【００１０】
本実施例にかかる製造装置は、横向き支持されたうえで軸心Ｐ回りに沿って回転駆動される円筒容器１を備えており、この円筒容器１は熱処理操作に必要な所要時間に対応した２．５ないし５°程度の角度だけ軸心Ｐが傾いた状態で横向き支持されている。そして、この円筒容器１内の長手方向に沿って所定距離だけ離間する位置ごとには仕切部材２が取り付けられており、これら仕切部材２間にはメディア（玉石）などと呼ばれる多数個の転動媒体３が収納されている。なお、ここでの円筒容器１は所定厚みのセラミックや石英、耐熱金属などを用いて作製されたものであり、６００ｍｍ程度の全長を有し、かつ、処理量に対応した１００ないし２５０ｍｍ程度の内径を有するものとなっている。
【００１１】
また、仕切部材２の各々は円筒容器１同様の素材を用いて作製されたものであり、図２で示すように、円筒容器１の内径と対応した外径を有する所定厚みの円板部４と、この円板部４の端縁から延出された複数の支持板部５とから構成されている。そして、これら仕切部材２の円板部４には、転動媒体３の通過を阻止しながら処理済みとなったセラミック材料Ｓのみを通過させる所定幅のスリット状となった複数個の開口４ａが形成されており、各円板部４は支持板部５のそれぞれが円筒容器１の内周面に当接することによって位置決めされたうえで円筒容器１を閉塞する状態で取り付けられている。さらに、これら仕切部材２のうちの一方を構成する円板部４の軸心位置、すなわち、円筒容器１の軸心Ｐと一致する位置には、後述するスラリー供給管を貫通させるための貫通孔４ｂが形成されている。一方、転動媒体３のそれぞれはセラミックや耐熱金属を用いたうえで直径が１ないし５０ｍｍ程度の球形状や円柱形状などとして作製されており、収納される転動媒体３の個数や素材は円筒容器１の内容積やセラミックスラリーＬ（セラミック材料Ｓ）の特性などを考慮したうえで選択されている。
【００１２】
さらに、この製造装置は、円筒容器１の内部、すなわち、円筒容器１そのもの及びこれに収納された転動媒体３を所要温度まで加熱したうえで加熱状態を維持する加熱手段としての電熱ヒータ６と、これら電熱ヒータ６を内蔵したうえで円筒容器１の外周囲を取り囲んで配置された断熱壁７とを備えている。そして、円筒容器１の両端部は断熱壁７に設けられた開口から外部へとそれぞれ突出させられており、一方側の端部は電動機８が連結された駆動ローラ９によって、また、その他方側の端部は従動ローラ１０によって各別に支持されている。そこで、この円筒容器１は、電動機８によって駆動ローラ９及び従動ローラ１０を介したうえでの低速で回転駆動されることになる。
【００１３】
さらにまた、本実施例にかかる製造装置は、円筒容器１に対してセラミックスラリーＬを供給するためのスラリー供給装置１１を備えており、このスラリー供給装置１１は断熱壁５から突出した円筒容器１の他方側端部の外側上方位置に設置されている。すなわち、このスラリー供給装置１１は、調製済みとなったセラミックスラリーＬが溜められたスラリー貯溜槽１２と、これから延出されたスラリー供給管１３とから構成されたものであり、スラリー供給管１３は仕切部材２の円板部４に形成された貫通孔４ｂを貫通したうえで転動媒体３上にまで引き込まれている。なお、この際におけるスラリー供給管１３の引き込み長さ、つまりスラリー供給管１３の開放端の位置を調整することによっても、熱処理時間の調整を行いうることは勿論である。
【００１４】
そして、このスラリー供給管１３の開放端からは、円筒容器１内に収納された転動媒体３上に向かってセラミックスラリーＬが滴下されることになる。なお、必ずしもセラミックスラリーＬを滴下によって供給しなければならない訳ではなく、スラリー供給管１３の開放端にノズル（図示していない）などを取り付けたうえでセラミックスラリーＬを筒形容器１の上側に位置する内面などに対して噴霧してもよいことは勿論である。また、この際、スラリー供給管１３の中途位置には、セラミックスラリーＬの供給量を制御するための開閉弁１４が介装されている。
【００１５】
つぎに、本実施例にかかる製造装置を用いたうえでの熱処理操作を加えることにより、セラミックスラリーＬからセラミック材料Ｓを得る際の手順について説明する。
【００１６】
まず、固体物であるセラミック成分と水や有機溶媒などの溶液との混合物である成分調製済みのセラミックスラリーＬを用意する一方、多数個の転動媒体３を収納した円筒容器１を電動機８によって低速で回転させながら電熱ヒータ４を用いて円筒容器１及び転動媒体３が所要温度となるまで加熱する。なお、この際、セラミックスラリーＬの乾燥を行うに際しては円筒容器１及び転動媒体３を５００℃程度、また、仮焼を行う場合には１０００℃程度となるまで加熱することになる。そして、スラリー供給手段１１を構成する開閉弁１４によって調整しながらスラリー貯溜容器１２に溜められていたセラミックスラリーＬをスラリー供給管１３の開放端から転動媒体３に向かって少量ずつ滴下する。すると、滴下されたセラミックスラリーＬに含まれていた水などの溶液は転動媒体３と接触することによって速やかに蒸発させられることになり、転動媒体３の表面上にはセラミックスラリーＬに含まれていた微粉体成分であるセラミック成分のみが付着して残ることになる。
【００１７】
ところが、この間も多数個の転動媒体３は円筒容器１の回転に伴って混合されて互いに擦り合わされているのであるから、転動媒体３それぞれの表面上に付着して残っていたセラミック成分は転動媒体３同士が衝突し合いながら擦り合わされていることによって細かく粉砕されてしまう。そして、粉砕済みとなったセラミック成分は転動媒体３で囲まれているために更なる熱処理操作を加えられながら徐々に仕切部材２側、すなわち、軸心Ｐが傾いた状態で横向き支持された円筒容器１における下側位置に取り付けられた仕切部材２側へと円筒容器１の回転に伴って移動させられることになり、仕切部材２を構成する円板部４の開口４ａを通過したうえで固体状のセラミック材料Ｓとして外部へと排出される。なお、このようにして排出された熱処理済みのセラミック材料Ｓは、予め設置されていた回収容器１５によって回収された後、引き続き本焼成工程へと送られていくことになる。
【００１８】
ところで、本実施例においては、セラミック材料Ｓの排出を容易化するとともに、熱処理に要する時間調整のために円筒容器１を若干の角度だけ軸心Ｐが傾いた状態で横向き支持することとしているが、この円筒容器１をいずれにも傾いていない水平状で支持しておいてもよく、このようにした場合には円筒容器１内に取り付けられた仕切部材２の双方からセラミック材料Ｓが排出されてくることになる。なお、これら仕切部材２の構成が図２に限定されることはないのであり、例えば、図３の変形例で示すような耐熱金属からなる網１６を用いて構成されたものであっても、あるいはまた、図４の変形例で示すような仕切部材２、すなわち、板体１７を介したうえでの同心状として連結された一対の管体１８，１９からなる二重管構成とされたものであってもよい。そして、図４で示すような二重管構成の仕切部材２を用いる場合、板体１７と管体１８，１９とで囲まれた貫通部分（図４中、符号２０で示す）を転動媒体３の大きさよりも小さいものとしておく必要があることは勿論である。
【００１９】
さらに、本実施例においては、加熱手段として電熱ヒータ４を使用することによって円筒容器１及びこれに収納された転動媒体３を加熱するとしているが、電磁誘導加熱や誘電加熱を利用してなる加熱手段を使用することも可能である。そして、電磁誘導加熱を利用する場合は円筒容器１の材質に関わりなく、少なくとも転動媒体３が導電性を有してさえいればセラミックスラリーＬ（セラミック材料Ｓ）の加熱を行えることになり、また、誘電加熱を利用する場合は円筒容器１及び転動媒体３の材質に関わりなく、セラミックスラリーＬ（セラミック材料Ｓ）そのものを直接的に加熱しうることになる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる微粉体材料製造装置によれば、加熱手段によって加熱された円筒容器の内部に滴下して供給された微粉体原料中の溶液は速やかに蒸発して失われてしまうことになり、微粉体原料中の微粉体成分は転動媒体の表面上に付着して残ったうえ、これら転動媒体同士が擦り合わされることによって粉砕されてしまう。したがって、微粉体原料に対する熱処理操作を加えたにも拘わらず、従来例におけるような熱処理操作に伴っての凝集が生じた二次粒子体ではなく、全く凝集を起こしていない一次粒子体としての微粉体材料が得られることになる。
【００２１】
その結果、このようにして得られた微粉体材料を用いた際には、理論密度に近い密度を有する製品の作製が可能となり、最終製品における特性の向上及び品質の安定化を実現できるという効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例にかかる微粉体材料製造装置の全体構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】仕切部材の構成を示す外観斜視図である。
【図３】仕切部材の変形例を示す外観斜視図である。
【図４】仕切部材の他の変形例を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１ 円筒容器
２ 仕切部材
３ 転動媒体
４ｂ 仕切部材の開口
６ 電熱ヒータ（加熱手段）
１３ スラリー供給管（供給管）
Ｐ 円筒容器の軸心
Ｌ セラミックスラリー（流動状の微粉体原料）
Ｓ セラミック材料（固体状の微粉体材料）

Claims (1)

1. 流動状の微粉体原料（Ｌ）に熱処理操作を加えて固体状の微粉体材料（Ｓ）を得る微粉体材料製造装置であって、
   横向き支持されて軸心（Ｐ）回りに回転駆動される円筒容器（１）と、この円筒容器（１）内の長手方向に沿って離間する位置ごとに取り付けられた仕切部材（２）と、これら仕切部材（２）間に収納された多数個の転動媒体（３）と、仕切部材（２）を貫通して転動媒体（３）上にまで引き込まれた微粉体原料（Ｌ）の供給管（１３）と、転動媒体（３）を収納した円筒容器（１）の内部を加熱する加熱手段（６）とを備えており、
   仕切部材（２）の各々は微粉体材料（Ｓ）のみを通過させる開口（４ａ）が形成されたものであることを特徴とする微粉体材料製造装置。

Images