JP3615100B2

JP3615100B2 - 被処理物への気体供給装置

Info

Publication number: JP3615100B2
Application number: JP31186399A
Authority: JP
Inventors: 拓原田; 泰弥伊藤; 伸一佐々木; 実山口; 克彦木村
Original assignee: NGK Insulators Ltd; TDK Corp
Current assignee: NGK Insulators Ltd; TDK Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001133155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック製造等の技術分野において、被処理物の乾燥、冷却、脱バインダ、酸化還元等の処理のために使用される被処理物への気体供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック製品の製造工程において、製品又は半製品等の被処理物の乾燥や脱バインダを行う場合には、図７に示すような箱型の装置を用いるのが一般的である。図７の装置は、箱１の内部の棚組２に被処理物Ｗをセットし、その片側の多孔板３から熱風や熱風を吹き出し、反対側の多孔板４から吸引することにより水平な気流を生成させる構造となっている。また大型の連続炉の乾燥域では、図８に示すように炉室５の内部にローラ６に載せて被処理物Ｗを移動させながら、両側の炉壁７の上下に設けたバーナ８から炉室５内に直接熱風を吹き込み、被処理物Ｗを乾燥させる構造が採用されている。
【０００３】
しかしこれらの従来の装置では、被処理物Ｗに対する熱風の当たり方が炉室１の左右で異なる。このために、例えば図７の装置では被処理物Ｗの乾燥速度に左右でバラツキが生じ、片側が乾燥しているのに反対側はまだ湿った状態のままとなることがある。また図８の装置では乾燥が不充分なまま被処理物Ｗが高温域に入り、被処理物Ｗが爆裂して搬送トラブルを生じたり、炉内を汚したり、回収率の低下を招いたりすることがある。そしてこのような問題を避けるために熱風量を多くすると、今度は極めてエネルギー効率が低下することとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、いたずらに気体流量を増加させることなく、被処理物の全面に均一に熱風、冷風、雰囲気ガス等の気体を作用させることができる被処理物への気体供給装置を提供するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記した従来装置の問題点を検討した結果、従来装置では気体の吹き出し口から被処理物までの距離が一定でないうえ、気体の循環流中に被処理物を置いているものの、被処理物に対する気体の当たり方は場所により不均一となり、これらが乾燥速度等のバラツキの原因となっていることが明らかになった。
【０００６】
本発明は上記した知見に基づいてなされたものであって、下面に複数の気体供給口を備えた気体供給室を、被処理物の移動経路の上方に設け、この気体供給室に送り込まれた気体を気体供給口から移動する被処理物の表面に吹き付ける気体供給装置において、複数の丸孔状気体供給口を先端から後端まで列状に並べた気体供給口列を、被処理物の移動方向に対して傾斜させ、かつ複数列を平行に配置するとともに、移動方向からみて気体供給口が相互に部分的に重複するよう設定するとともに、隣り合う前記気体供給口列の位置関係において、ある列の後端の気体供給口と、次に隣り合う列の先端の気体供給口とを被処理物の移動方向からみて部分的に重複する位置に配置し、被処理物の表面に気体の当たる部分と当たらない部分とが縞状に形成されないようにしたことを特徴とするものである。
気体供給室は金属製の箱とすることが好ましい。また気体供給口をセラミックで構成された複数の孔又はスリットの組み合わせから構成することが好ましい。
【０００７】
また、気体供給室の内部に気体分散板を設置して均一分散を図ることが好ましく、被処理物が移動しながら処理される連続式の処理炉の場合には、気体供給口を被処理物の移動方向に対して傾斜した角度で配置し、被処理物の同一部分に気体が当たらないようにすることが好ましい。さらに気体供給室への気体供給経路に、気体供給量を変化させることなく気体温度を変化させることができる調整機構を組み込んで気体の流速変化を抑制することが好ましい。なお、被処理物の表面に吹き付けられる気体は、乾燥用の熱風、冷却用の冷風、脱バインダ用の熱風、酸化還元用の雰囲気ガスの何れかとすることができる。
【０００８】
本発明の被処理物への気体供給装置によれば、被処理物の上方に設けられた気体供給室の複数の気体供給口から、被処理物の表面に気体を均一に吹き付けることができ、被処理物の表面に気体の当たる部分と当たらない部分とが縞状に形成されないので、被処理物の乾燥速度、加熱速度、冷却速度、酸化還元速度等にバラツキが発生しない。従って品質のバラツキが少なくなるうえ、気体流量を増加させることなく能率的な処理が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明を連続炉の乾燥域に適用した実施形態を示す断面図であり、１０は連続炉の炉体、１１は被処理物Ｗを搬送するためのローラである。被処理物Ｗは例えば水分を含んだセラミック粉末成形体であり、乾燥域において乾燥させた後、後段の焼成域において高温で焼成される。
【００１０】
被処理物Ｗの移動経路の上方に位置する炉内の天井部には、気体供給室１２が設けられている。この気体供給室１２は上部のダクト１３を通じて送り込まれた気体を、その下面に形成された複数の気体供給口１４から被処理物Ｗの表面に均一に吹き付けるためのものである。この実施形態では気体は乾燥用の熱風である。
【００１１】
気体供給室１２は好ましくは鉄、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属板からなる箱であり、レンガ等の断熱材により覆った構造とすることもできる。気体供給室１２の下面も金属板としてもよいが、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の耐熱性の板により構成することが好ましい。気体供給口１４はセラミックで構成された複数の孔又はスリットの組み合わせからなるものとする。
【００１２】
なお、被処理物が移動しながら処理される連続式の処理炉の場合、図２(B) に示すように気体供給口１４の列を被処理物Ｗの移動方向に平行に設けると、被処理物Ｗの表面に気体の当たる部分と当たらない部分とが縞状に形成され、乾燥等のバラツキを招き易い。そこで図２(C) に示すように気体供給口１４の列を被処理物Ｗの移動方向に対して小さい角度θで傾斜させて配置し、移動方向からみて左右の気体供給口が相互に部分的に重複するよう設定するとともに、隣り合う気体供給口の列の位置関係において、ある列の後端の気体供給口と、次に隣り合う列の先端の気体供給口とを被処理物の移動方向からみて部分的に重複する位置に配置すれば、被処理物の表面に気体の当たる部分と当たらない部分とが縞状に形成されないうえ、移動方向に対して垂直方向の孔間ピッチP_２が図２(B) の孔間ピッチP_１よりも小さくなり、乾燥等のバラツキが小さくなるので好ましい。
【００１３】
また、図３（Ａ）に示すように気体供給口１４をスリットとし、被処理物Ｗの移動方向に各スリットの端部どうしが重複するように配置すれば、被処理物Ｗの表面全体に気体を当てることができる。あるいは図３（Ｂ）に示すように気体供給口１４をランダムに配置することによっても、被処理物Ｗの表面全体に気体を当てることができる。
【００１４】
気体供給室１２は単なる中空ボックスとしてもよいが、ダクト１３の直下の部分の圧力が周縁部よりも高くなる傾向が生ずるので、内部に気体分散板１５を設置することが好ましい。この例では気体分散板１５はダクト１３の下方に支柱１６により水平に支持された平板であり、ダクト１３から供給される気体を水平方向に分散させ、気体供給室１２の下面に形成された全ての気体供給口１４からほぼ均等に気体が噴出されるようにしてある。
【００１５】
このように構成された装置は、被処理物Ｗをローラ１１により移動させながら、気体供給室１２の下面の気体供給口１４から熱風を被処理物Ｗの表面に均一に吹き付けることにより、被処理物Ｗを乾燥させることができる。被処理物Ｗは全面が均等に加熱されるので、内部まで効率よく乾燥が移動し、従来のような残留水分による爆裂飛散を防止することができる。熱風は炉体１０の下部の排出口１７から排出される。
【００１６】
上記した実施形態では気体供給室１２から乾燥用の熱風を被処理物Ｗの表面に吹き付けたが、冷却用の冷風、脱バインダ用の熱風、酸化還元用の雰囲気ガス等も同様に被処理物Ｗの表面に吹き付けることができる。なお、気体として熱風を使用する場合には、図４に示すように熱風炉１８で発生させた熱風を気体供給室１２に供給することが普通である。しかし熱風の温度を調整するためにダンパー１９を開閉すると、供給される熱風の流量も変化してしまい加熱効果に流量変化の影響が重なることとなる。
【００１７】
そこで図４に示すように、気体供給経路に気体供給量を変化させることなく気体温度を変化させることができる調整機構を組み込んでおくことが好ましい。この調整機構は外気吸引用のダンパー２０とダンパー１９とを連動させたものであり、ダンパー１９が開いたときにはダンパー２０を閉じ、ダンパー１９が閉じたときにはダンパー２０を開くようにして、気体供給室１２に供給される熱風のトータル流量をほぼ一定に保つ。これにより、流量変化の影響をなくすことが可能となる。
以下に本発明の実施例を示す。
【００１８】
【実施例】
（実施例１−乾燥）
図１に示した装置を用いて、約２０％の水分を含有する２００×１４０×２３ｍｍのセラミック粉末成形体を１８０℃で乾燥した。図５に示すように、図７に示す従来装置を用いた場合には含水率を２％とするまでに約１２０分を要したが、本発明の装置を用いた場合には約８０分で迅速に乾燥させることができた。なお、送風せずに１８０℃の乾燥室内に置いただけの場合には、２００分をかけても含水率は４％に達しない。
【００１９】
（実施例２−脱バインダ）
チップ部品の多くは湿式成形法で作られているために有機バインダ量が多く、脱バインダには細心の注意が要求される。もし脱バインダがうまく行かないと表面にクラックが現れたり、クラックが内在して品質低下を招く。このために従来は１０〜５０時間をかけて徐々に脱バインダを行っていた。参考例として、図７に示した装置で１７時間の脱バインダを行った場合のクラック発生率を、図７に記した位置別に表１に示す。このように各段とも、熱風の下流側ではクラック発生率が高いことが分かる。これに対して図１に示した装置を用いて、脱バインダを行えばクラック発生率を全て０％とすることができた。
【００２０】
【表１】

【００２１】
（実施例３−冷却雰囲気制御）
ＰＴＣＲ（正温度特性素子）の特性は、焼成時の冷却域での酸化の程度により大きい影響を受ける。従来は図８に示したような連続炉で冷却速度のみを制御していたが局所的に酸化の程度が一定にならず、図６の左図に示すように炉内の左右と中央部とで抵抗値のバラツキが大きかった。これに対して図１に示した本発明の装置を用いれば、温度及び酸化雰囲気が一定となり、図６の右図に示すように炉内位置における抵抗値のバラツキを小さくすることができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の装置によれば気体を気体供給口から被処理物の表面に均一に吹き付けるため、特性のバラツキを小さくすることができるとともに、乾燥や脱バインダに適用すれば大幅な時間短縮が可能となり、併せてエネルギコストの削減を図ることができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】気体供給口の孔配列の説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）と（Ｃ）は気体供給室の底面図である。
【図３】気体供給口の他の孔配列の説明図であり、（Ａ）、（Ｂ）ともに気体供給室の底面図である。
【図４】温度の調整機構を示す配管図である。
【図５】実施例１における含水率の変化を示すグラフである。
【図６】実施例３における抵抗値分布を示すグラフであり、左側は従来法による場合を示す。
【図７】従来の箱型乾燥機を示す断面図である。
【図８】従来の連続炉の乾燥域を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ被処理物、１箱、２棚組、３多孔板、４多孔板、５炉室、６ローラ、７炉壁、８バーナ、１０連続炉の炉体、１１ローラ、１２気体供給室、１３ダクト、１４気体供給口、１５気体分散板、１６支柱、１７排出口、１８熱風炉、１９ダンパー、２０外気吸引用のダンパー

Claims

下面に複数の気体供給口を備えた気体供給室を、被処理物の移動経路の上方に設け、この気体供給室に送り込まれた気体を気体供給口から移動する被処理物の表面に吹き付ける気体供給装置において、複数の丸孔状気体供給口を先端から後端まで列状に並べた気体供給口列を、被処理物の移動方向に対して傾斜させ、かつ複数列を平行に配置するとともに、移動方向からみて気体供給口が相互に部分的に重複するよう設定するとともに、隣り合う前記気体供給口列の位置関係において、ある列の後端の気体供給口と、次に隣り合う列の先端の気体供給口とを被処理物の移動方向からみて部分的に重複する位置に配置し、被処理物の表面に気体の当たる部分と当たらない部分とが縞状に形成されないようにしたことを特徴とする被処理物への気体供給装置。
気体供給室が金属製の箱である請求項１記載の被処理物への気体供給装置。
気体供給室の内部に気体分散板を設置した請求項１記載の被処理物への気体供給装置。
気体供給室への気体供給経路に、気体供給量を変化させることなく気体温度を変化させることができる調整機構を組み込んだ請求項１〜３の何れかに記載の被処理物への気体供給装置。
被処理物の表面に吹き付けられる気体が、乾燥用の熱風、冷却用の冷風、脱バインダ用の熱風、酸化還元用の雰囲気ガスの何れかである請求項１〜４の何れかに記載の被処理物への気体供給装置。