JP5082906B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維状あるいは粉末状の炭素材料を加熱処理する熱処理装置に関するものである。

例えば、気相法にて製造された繊維状あるいは粉末状の炭素材料にはタール等の不純物が含まれており、この不純物を炭素材料から除去するために炭素材料を加熱処理する場合がある。また、気相法によって製造された炭素材料は、黒鉛の結晶構造が十分に発達していない。このため、加熱処理によって結晶構造を発達させ、炭素材料の熱及び電気の伝導性を向上させる場合がある。
このように、繊維状及び粉末状の炭素材料を加熱処理する場合には、一般的に炭素材料を外部から加熱する方法が用いられる。

ところが、炭素材料は、嵩密度が小さいため、熱伝導率が低く加熱効率が悪いため生産性が悪い。このため、特許文献１には、炭素材料を一端ピストンによって圧縮し、この圧縮した炭素材料に通電することによって炭素材料を通電加熱する方法が提案されている。
特許文献１に提案された方法によれば、炭素材料を圧縮した状態にて加熱処理するため、短時間にて炭素材料の加熱処理が可能となり、生産性が向上する。
特許第３６００６４０号公報

しかしながら、特許文献１によれば、圧縮した炭素材料を、通電を行うための電極まで搬送する必要がある。圧縮した炭素材料は、圧縮したまま形状が保たれるものではなく、外力を加えなければ反発力によって復元しようとする。このため、搬送途中において、圧縮した炭素材料の見かけ上の容積が増加し、搬送経路に炭素材料が詰まる虞がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、生産性が高くかつ搬送経路における炭素材料の詰まりが生じない炭素材料の熱処理装置を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、繊維状あるいは粉体状の炭素材料を加熱処理する熱処理装置であって、上記炭素材料を収容すると共に導電材料からなる坩堝と、該坩堝に収容された上記炭素材料を圧縮する圧縮手段と、該圧縮された上記炭素材料に対して上記坩堝を介して通電することにより加熱処理する通電手段とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、圧縮手段によって炭素材料が坩堝内において圧縮され、通電手段によって圧縮された炭素材料に対して坩堝を介して通電される。

また、本発明においては、上記坩堝が、上記炭素材料を収容可能であると共に開口部を有する容器と、該容器の上記開口部に対応する蓋部とを有し、上記圧縮手段が、上記蓋部を上記容器の内部に押し込むことにより上記炭素材料を圧縮し、上記通電手段が、上記蓋部及び上記容器を電極として上記炭素材料に通電するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記蓋部及び上記容器の少なくとも一方は、上記蓋部が上記容器の内部に押し込まれた際に、上記蓋部と上記容器の側壁部との距離よりも上記蓋部と上記容器の底部との距離を短くする突出部を備えるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記蓋部と上記圧縮手段とを位置合わせする位置合わせ手段を備えるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記通電手段にて上記加熱処理を行う場合に、上記坩堝を外部から加熱するヒータを備えるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記圧縮手段及び上記通電手段が一体とされているという構成を採用する。

また、本発明においては、複数の上記坩堝を上記圧縮手段及び上記通電装置に順次供給すると共に上記圧縮手段及び上記通電装置から上記坩堝を順次運び出す搬送装置を備えるという構成を採用する。

本発明によれば、圧縮手段によって炭素材料が坩堝内において圧縮され、通電手段によって圧縮された炭素材料に対して坩堝を介して通電される。つまり、炭素材料は、坩堝内において圧縮されて通電加熱され、加熱処理に際して坩堝の外部に取り出されることはない。
したがって、坩堝ごと炭素材料を搬送することによって炭素材料が搬送経路に取り出されることなく炭素材料を圧縮させた状態で加熱することができる。
よって、本発明は、生産性が高くかつ搬送経路における炭素材料の詰まりが生じないものとなる。

以下、図面を参照して、本発明に係る熱処理装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の熱処理装置Ｓ１の概略構成を示す側面図である。なお、図１においては、説明の便宜上、後述する加熱部２の一部を断面にて示している。
この図に示すように熱処理装置Ｓ１は、収容部１と、加熱部２と、搬出部３とを備えている。

収容部１は、図２に示す坩堝４に対して繊維状の炭素材料である炭素繊維Ｘを収容すると共に炭素繊維Ｘが収容された坩堝４を加熱部２に対して供給するものであり、坩堝４に炭素繊維Ｘを順次収容して炭素繊維Ｘが収容された坩堝４を順次加熱部に供給する。

図２は、坩堝４の断面図である。この図に示すように坩堝４は、導電材料である黒鉛によって形成されており、炭素繊維Ｘを収容可能であると共に開口部４３を有する容器４１と、該容器４１の開口部４３に応じた蓋部４２とを有している。
なお蓋部４２は、開口部４３よりも小さく形状設定されており、容器４１の外部から内部に開口部４３を通り抜け可能とされている。
このような坩堝４は、収容部１において、開口部４３が開放された状態にて容器４１の内部に炭素繊維Ｘが収容され、その後開口部４３内に蓋部４２が落とし込まれる。

また、蓋部４２は、加熱部２が備える述の電極棒２５ａの先端が嵌め合わされる位置合わせ溝４４を備えている。
さらに坩堝４は、加熱部２が備える後述の電極棒２５ａによって蓋部４２が容器４１の内部に押し込められた際に、蓋部４２と容器４１の側壁部４１ａとの距離よりも蓋部４２と容器４１の底部４１ｂとの距離を短くするための突出部４５を蓋部４２及び容器４１の底部４１ｂに備えている。なお、蓋部４２に形成される突出部４５は、蓋部４２の下面から下方に向けて突出されている。また、容器４１の底部４１ｂに形成される突出部４５は、容器４１の底面から上方に向けて突出されている。

なお、容器４１に収容された炭素繊維Ｘの見かけ上の体積が増加して開口部４３を介して炭素繊維Ｘが容器４１の外部に出る可能性もある。このため、本実施形態においては、開口部４３の見かけ上の面積を蓋部４２の平面視面積よりも減少させるための固定部材４６が容器４１に対して取り外し可能に固定されている。
このような固定部材４６を、容器４１の内部に炭素繊維Ｘを収容し、さらに蓋部４２を落とし込んだ後に容器４１に対して取り付けることによって、蓋部４２が容器４１の外部に出ることが防止され、これによって炭素繊維Ｘが容器４１の外部に出ることを防止することができる。
そして、本実施形態の熱処理装置Ｓ１においては、固定部材４６は、収容部１によって容器４１に対して固定される。

図１に戻り、加熱部２は、チャンバ２１と、断熱容器２２と、ヒータ２３と、搬送装置２４と、圧縮通電装置２５（圧縮手段、通電手段）を備えている。

チャンバ２１は、内部に断熱容器２２、ヒータ２３、及び搬送装置２４を収納するものであり、一端２１ａが収容部１に接続され、他端２１ｂが搬出部３に接続される。
なお、チャンバ２１の一端２１ａ及び他端２１ｂには、開閉可能なシャッタ２６が設置されている。

断熱容器２２は、チャンバ２１内において坩堝４の搬送経路を囲って配置されるものであり、不図示の支持機構によってチャンバ２１の一端２１ａ側に配置されている。

ヒータ２３は、断熱容器２２の略中央部に配置されており、坩堝４を外部から熱するものである。当該ヒータ２３は、不図示の支持機能によって断熱容器２２に対して固定されると共に、チャンバ２１の外部の電源装置に電気的に接続されている。そして、当該電源装置から通電されることによって発熱する。

搬送装置２４は、チャンバ２１の一端２１ａから他端２１ｂに向けて複数の坩堝４を順次搬送するものであり、断熱容器２２の内部に挿通して配置されている。
なお、断熱容器２２の略中央部には、圧縮通電装置２５が配置されている。すなわち、搬送装置２４は、複数の坩堝４を圧縮通電装置２５に順次供給すると共に圧縮通電装置２５から坩堝４を順次運び出すものである。
また、搬送装置２４は、坩堝４の載置箇所に坩堝４の底部４１ｂを露出可能な貫通孔を有している。

圧縮通電装置２５は、坩堝４に収容される炭素繊維Ｘを圧縮すると共に圧縮された炭素繊維Ｘに通電することによって加熱処理するものであり、断熱容器２２の略中央部を上下に挟み込んで配置されている。この圧縮通電装置２５は、断熱容器２２を挿通されると共に坩堝４に当接することによって坩堝４に対して通電する２本の電極棒２５ａと、当該電極棒２５ａを坩堝４に向けて昇降すると共にチャンバ２１に固定される昇降装置２５ｂとを有している。
そして、下方に配置された電極棒２５ａは、昇降装置２５ｂによって上昇されることによって搬送装置２４に形成された貫通孔を介して坩堝４の底部４１ｂと接触可能とされている。
また、上方に配置された電極棒２５ａは、昇降装置２５ｂによって下降されることによって坩堝４の蓋部４２と当接可能とされ、さらに蓋部４２を容器４１の内部に押し込むことによって容器４１に収容される炭素繊維Ｘを圧縮可能とするものである。なお、上方に配置された電極棒２５ａの先端部２５ｃは、坩堝４の蓋部４２に形成された位置合わせ溝４４に嵌め合わすことが可能なように形状設定されている。そして、電極棒２５ａの先端部２５ｃが蓋部４２の位置合わせ溝４４と嵌め合わされることによって、電極棒２５ａと坩堝４との位置合わせが可能なように構成されている。すなわち、本実施形態の熱処理装置Ｓ１においては、電極棒２５ａの先端部２５ｃ及び蓋部４２の位置合わせ溝４４によって、本発明の位置合わせ手段が構成されている。
このように、本実施形態の熱処理装置Ｓ１においては、圧縮通電装置２５は、本発明の圧縮手段の機能と通電手段の機能との両方の機能を有している。すなわち、本実施形態の熱処理装置Ｓ１においては、圧縮手段と通電手段とが一体とされている。このため、熱処理装置Ｓ１をコンパクト化することが可能となる。

搬出部３は、加熱部２から排出された坩堝４を熱処理装置Ｓ１の外部に搬出するものであり、必要に応じて坩堝４の固定部材４６及び蓋部４２を容器４１から取り外すと共に、容器４１に収容された炭素繊維Ｘを容器４１の外部に取り出して搬出する。

次に、このように構成された本実施形態の熱処理装置Ｓ１の動作について説明する。なお、本実施形態の熱処理装置Ｓ１の動作は、不図示の制御装置によって統括的に制御されている。そして、以下の動作において、特に断りがない限りは、その動作の主体者は制御装置である。

まず、収容部１において炭素繊維Ｘは、坩堝４に収容される。詳細には、蓋部４２及び固定部材４６が取り外された容器４１に対して炭素繊維Ｘが収容され、その後、蓋部４２及び固定部材４６が容器４１に対して取り付けられることによって、炭素繊維Ｘが坩堝４に収容される。
そして、坩堝４に収容された炭素繊維Ｘは、収容部１によって加熱部２に供給される。この際、加熱部２のチャンバ２１の一端２１ａに設置されたシャッタ２６は開放されている。
なお、収容部１においては、このような坩堝４への炭素繊維Ｘの収容が順次行われ、炭素繊維Ｘが収容された坩堝４が順次加熱部２に供給される。

加熱部２に供給された坩堝４は、搬送装置２４によって断熱容器２２の内部に導入され、圧縮通電装置２５が配置された断熱容器２２の略中央部まで搬送される。すなわち、搬送装置２４によって坩堝４が圧縮通電装置２５に供給される。

断熱容器２２の略中央部まで坩堝４が搬送されると、圧縮通電装置２５の昇降装置２５ｂが、上方に配置された電極棒２５ａを下降し、下方に配置された電極棒２５ａを上昇する。
この結果、下方に配置された電極棒２５ａが坩堝４の容器４１の底部４１ｂと当接され、上方に配置された電極棒２５ａが坩堝４の蓋部４２と当接される。なお、上方に配置された電極棒２５ａと坩堝４の蓋部４２とが当接される際に、電極棒２５ａの先端部２５ｃが蓋部４２に位置合わせ溝４４に嵌め合わされることによって電極棒２５ａと坩堝４との位置合わせが確実行われる。
また、上方に配置された電極棒２５ａは、蓋部４２と当接された状態からさらに容器４１の内部に押し込められる。この結果、図３に示すように、容器４１に収容された炭素繊維Ｘが圧縮される。なお、蓋部４２が容器４１の内部に押し込められることによって、蓋部４２と容器４１とは離間状態となる。

そして、このように電極棒２５ａと坩堝４とが当接され、さらに炭素繊維Ｘが圧縮された状態にて、電極棒２５ａから坩堝４を介して圧縮された炭素繊維Ｘに通電されることによって、炭素繊維Ｘが加熱処理される。より具体的には、圧縮通電装置２５は、直流電源を供給する場合には、蓋部４２及び容器４１のいずれか一方を負極、他方を正極として坩堝４を介して炭素繊維Ｘに通電を行う。また、圧縮通電装置２５は、交流電源を供給する場合には、蓋部４２及び容器４１に印加する電圧を連続的に変化させながら坩堝４を介して炭素繊維Ｘに通電を行う。
ここで、本実施形態の熱処理装置Ｓ１においては、蓋部４２と容器４１の側壁部４１ａとの距離よりも蓋部４２と容器４１の底部４１ｂとの距離を短くするための突出部４５を蓋部４２及び容器４１の底部４１ｂに備えているため、確実に炭素繊維Ｘに電流を流すことが可能となる。

なお、圧縮通電装置２５にて炭素繊維Ｘに通電されている際に、坩堝４は、ヒータ２３によって外部からも加熱される。したがって、炭素繊維Ｘは外部からも補助的に加熱されることとなり、より迅速に炭素繊維Ｘを加熱処理することが可能となる。

このようにして炭素繊維Ｘが加熱処理されると、昇降装置２５ｂが、上方に配置された電極棒２５ａを上昇し、下方に配置された電極棒２５ａを下降することによって、電極棒２５ａと坩堝４とが離間される。

その後、坩堝４は、搬送装置２４によって圧縮通電装置２５が配置される断熱容器２２の略中央部から運び出され、断熱容器２２の外部に搬出されると共に、チャンバ２１の他端２１ｂから搬出部３に供給される。
なお、チャンバ２１の他端２１ｂから搬出部３に坩堝４が供給される際、チャンバ２１の他端２１ｂに設置されたシャッタ２６は開放されている。

搬出部３に供給された坩堝４に収容された炭素繊維Ｘは、必要に応じて坩堝４から取り出され、熱処理装置Ｓ１の外部に搬出される。

そして、本実施形態の熱処理装置Ｓ１においては、搬送装置２４によって、圧縮通電装置２５に対して順次坩堝４が供給されると共に圧縮通電装置２５から順次坩堝４が運び出されることで、連続的に炭素繊維Ｘに加熱処理が行われる。

以上のような本実施形態の熱処理装置Ｓ１によれば、圧縮通電装置２５によって炭素繊維Ｘが坩堝４内において圧縮され、圧縮された炭素繊維Ｘに対して坩堝４を介して通電される。つまり、炭素繊維Ｘは、坩堝４内において圧縮されて通電加熱され、加熱処理に際して坩堝４の外部に取り出されることはない。
したがって、坩堝４ごと炭素繊維Ｘを搬送することによって炭素繊維Ｘが搬送経路に取り出されることなく炭素繊維Ｘを圧縮させた状態で加熱することができる。
よって、本実施形態の熱処理装置Ｓ１は、生産性が高くかつ搬送経路における炭素繊維の詰まりが生じないものとなる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、炭素繊維Ｘを加熱処理する熱処理装置について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、粉末状の炭素材料である炭素粉末を加熱処理する熱処理装置に適用することもできる。

また、上記実施形態においては、坩堝４の容器４１及び蓋部４２の各々に突出部４５を形成する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、容器４１及び蓋部４２のいずれか一方のみに突出部４５を形成しても良い。

また、上記実施形態においては、坩堝４が黒鉛からなる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、坩堝４は導電性材料によって形成されていれば良い。ただし、坩堝４は、炭素繊維Ｘの加熱処理によって生じる温度に耐えられる材料によって形成される。

また、上記実施形態においては、収容部１を備えることによって、坩堝４への炭素繊維Ｘの収容及び加熱部２への坩堝４の供給を自動化する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、坩堝４への炭素繊維Ｘの収容及び加熱部２への坩堝４の供給を作業者により手動にて行っても良い。

また、上記実施形態においては、搬出部１を備えることによって炭素繊維Ｘ及び坩堝４の熱処理装置Ｓ１の外部への搬出を自動化する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、炭素繊維Ｘ及び坩堝４の熱処理装置Ｓ１の外部への搬出を作業者により手動にて行っても良い。

また、上記実施形態においては、昇降装置２５ｂによって、上方に配置された電極棒２５ａを昇降させる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、上方に配置された電極棒２５ａを固定し、下方に配置された坩堝４を昇降させても良い。

本発明の一実施形態における熱処理装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態における熱処理装置にて用いられる坩堝の断面図である。 本発明の一実施形態における熱処理装置の動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１……収容部、２……加熱部、２３……ヒータ、２４……搬送装置、２５……圧縮通電装置（圧縮手段、通電手段）、２５ｃ……先端部、３……搬出部、４……坩堝、４１……容器、４１ａ……側壁部、４１ｂ……底部、４２……蓋部、４３……開口部、４４……位置合わせ溝、４５……突出部、Ｓ１……熱処理装置、Ｘ……炭素繊維（炭素材料）

Claims (7)

1. 繊維状あるいは粉体状の炭素材料を加熱処理する熱処理装置であって、
   前記炭素材料を収容すると共に導電材料からなる坩堝と、
   該坩堝に収容された前記炭素材料を圧縮する圧縮手段と、
   該圧縮された前記炭素材料に対して前記坩堝を介して通電することにより加熱処理する通電手段と
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記坩堝が、前記炭素材料を収容可能であると共に開口部を有する容器と、該容器の前記開口部に対応する蓋部とを有し、
   前記圧縮手段が、前記蓋部を前記容器の内部に押し込むことにより前記炭素材料を圧縮し、
   前記通電手段が、前記蓋部及び前記容器を電極として前記炭素材料に通電する
   ことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 前記蓋部及び前記容器の少なくとも一方は、前記蓋部が前記容器の内部に押し込まれた際に、前記蓋部と前記容器の側壁部との距離よりも前記蓋部と前記容器の底部との距離を短くする突出部を備えることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
4. 前記蓋部と前記圧縮手段とを位置合わせする位置合わせ手段を備えることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
5. 前記通電手段にて前記加熱処理を行う場合に、前記坩堝を外部から加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の熱処理装置。
6. 前記圧縮手段及び前記通電手段が一体とされていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の熱処理装置。
7. 複数の前記坩堝を前記圧縮手段及び前記通電装置に順次供給すると共に前記圧縮手段及び前記通電装置から前記坩堝を順次運び出す搬送装置を備えることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の熱処理装置。
   
   

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