特許 7576202 熱処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-22

(45)【発行日】2024-10-30

(54)【発明の名称】熱処理システム

(51)【国際特許分類】

   F27B 9/24 20060101AFI20241023BHJP

   C04B 35/64 20060101ALI20241023BHJP

   C04B 35/111 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

F27B9/24 R

C04B35/64

C04B35/111

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024097351

(22)【出願日】2024-06-17

【審査請求日】2024-06-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 道郎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 努

(72)【発明者】

【氏名】小牧 毅史

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２５９９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０３１４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３１８０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０３４７５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ ９／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

帯状の被焼成品を巻き出す巻き出し機構と、
各々が回転することにより、前記巻き出し機構により巻き出された前記被焼成品に接して前記被焼成品を搬送することが可能な複数のローラと、
前記複数のローラにより搬送される前記被焼成品を焼成するための焼成炉と、を備え、
前記複数のローラは、６００℃～１４００℃の温度域で使用可能な耐熱材料により形成されており、
前記巻き出し機構は、前記複数のローラが前記被焼成品を支持する位置よりも高い位置に設けられており、
前記複数のローラは、前記巻き出し機構から垂れ下がる前記被焼成品を支持しながら搬送する、熱処理システム。

【請求項2】

前記複数のローラの前記被焼成品と接する表面は平滑化されている、請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項3】

前記表面の表面粗さは、Ｒａ６．３μｍ以下である、請求項２に記載の熱処理システム。

【請求項4】

前記複数のローラは、アルミナの含有率が５０％～７０％であるセラミックスにより形成されている、請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項5】

前記焼成による前記被焼成品の収縮に対応して、前記複数のローラに含まれる少なくとも一部のローラによる搬送速度を変更することが可能なローラ駆動制御部をさらに備える、請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項6】

前記焼成炉は、前記複数のローラによる搬送の上流から下流に向かって、炉内温度を上昇させる昇温域、前記昇温域により上昇した前記炉内温度を保持する保持域、および、前記炉内温度を下降させる冷却域を有し、
前記ローラ駆動制御部は、前記昇温域の所定位置より下流に位置する前記ローラについて、前記所定位置より上流に位置する前記ローラよりも、搬送速度を遅くする、請求項５に記載の熱処理システム。

【請求項7】

前記焼成炉により焼成された後の前記被焼成品を巻き取る巻き取り機構をさらに備える、請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項8】

前記被焼成品は、ガラス、セラミックス、金属、またはこれらの混合物である、請求項１に記載の熱処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、熱処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トンネル型の焼成炉と、焼成炉内を水平方向に貫通し、一定速度で駆動方向に駆動される無機繊維の無端ベルトと、を含む焼成装置が開示されている。この焼成装置によれば、未焼成シートロールから引き出された長手状の未焼成シートは、無端ベルト上に送り込まれ、無端ベルトに載せられた状態で焼成炉内を通過する。そして、加熱され生成されたセラミックシートが、セラミックシートロールにより巻き取られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－３１４７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１によれば、無機繊維の無端ベルトが、焼成炉内および焼成炉外を周回する。しかしながら、無機繊維製のベルトは、繰り返し屈曲させると破断し易く、そのため被焼成品の搬送手段としての実用性が低い。

【0005】

本明細書は、被焼成品を、その破損を抑制しながら搬送するために適した技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する熱処理システムは、帯状の被焼成品を巻き出す巻き出し機構と、各々が回転することにより、前記巻き出し機構により巻き出された前記被焼成品を搬送することが可能な複数のローラと、前記複数のローラにより搬送される前記被焼成品を焼成するための焼成炉と、を備える。前記複数のローラは、６００℃～１４００℃の温度域で使用可能な耐熱材料により形成されており、前記被焼成品に接して前記被焼成品を搬送する。

【0007】

前記構成によれば、巻き出し機構により巻き出された被焼成品は、６００℃～１４００℃といった高温の温度域で使用可能な耐熱材料による複数のローラへ直に載せられ、各ローラの回転により搬送されながら焼成炉により焼成される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】熱処理システムの概略図。

【図2】ローラ速度制御を説明するための図。

【図3】図１と異なる例の熱処理システムの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。

【0010】

本明細書に開示する熱処理システムによれば、前記複数のローラの前記被焼成品と接する表面は平滑化されている、としてもよい。
前記構成によれば、各ローラにおける被焼成品と接する表面は平滑化されているため、各ローラが搬送中の被焼成品を傷つけることを、抑制することができる。また、各ローラにおける被焼成品と接する表面と、被焼成品との間である程度の滑りが生じるため、焼成中に被焼成品の長手方向に発生する引張応力を、緩和することができる。

【0011】

本明細書に開示する熱処理システムによれば、前記表面の表面粗さは、Ｒａ６．３μｍ以下である、としてもよい。
前記構成によれば、各ローラにおける被焼成品と接する表面は、研磨処理されることにより、表面粗さはＲａ６．３μｍ以下である。これにより、各ローラが被焼成品を傷つけることを、具体的に抑制することができる。

【0012】

本明細書に開示する熱処理システムによれば、前記複数のローラは、アルミナの含有率が５０％～７０％であるセラミックスにより形成されている、としてもよい。
前記構成によれば、熱処理システムは、耐熱衝撃性に優れた組成の各ローラを用いて被焼成品を搬送することができる。

【0013】

本明細書に開示する熱処理システムによれば、前記焼成による前記被焼成品の収縮に対応して、前記複数のローラに含まれる少なくとも一部のローラによる搬送速度を変更することが可能なローラ駆動制御部をさらに備える、としてもよい。
前記構成によれば、ローラ駆動制御部は、被焼成品の収縮に対応して、少なくとも一部のローラによる搬送速度を変更する。この結果、被焼成品に引張応力が生じることを、より的確に抑制することができる。

【0014】

本明細書に開示する熱処理システムによれば、前記焼成炉は、前記複数のローラによる搬送の上流から下流に向かって、炉内温度を上昇させる昇温域、前記昇温域により上昇した前記炉内温度を保持する保持域、および、前記炉内温度を下降させる冷却域を有する。そして、前記ローラ駆動制御部は、前記昇温域の所定位置より下流に位置する前記ローラについて、前記所定位置より上流に位置する前記ローラよりも、搬送速度を遅くする、としてもよい。
前記構成によれば、ローラ駆動制御部は、焼成炉の昇温域を通過中の被焼成品に生じる熱収縮に対応させて、昇温域の所定位置より下流に位置するローラの搬送速度を遅くすることができる。これにより、被焼成品に引張応力が生じることを、具体的に抑制することができる。

【0015】

本明細書に開示する熱処理システムは、前記焼成炉により焼成された後の前記被焼成品を巻き取る巻き取り機構をさらに備える、としてもよい。
前記構成によれば、熱処理システムは、焼成炉により焼成された後の被焼成品を、巻き取り機構により容易に回収することができる。

【0016】

本明細書に開示する熱処理システムによれば、前記被焼成品は、ガラス、セラミックス、金属、またはこれらの混合物である、としてもよい。
前記構成によれば、熱処理システムは、ガラス、セラミックス、金属、またはこれらの混合物である被焼成品を搬送し、焼成したものを結果物として得ることができる。

【実施例】

【0017】

図面を参照して、実施例を説明する。各図は例示に過ぎず、本実施例は図示した内容に限定されない。また、各図は例示であるため、一部が省略されていたりする。

【0018】

図１は、熱処理システム１０を概略的に示している。熱処理システム１０は、巻き出し機構２０、焼成炉３０を含む。巻き出し機構２０には、長尺な被焼成品２がロール状に巻かれたロール体１が保持されている。被焼成品２は、帯状である。また、被焼成品２は、例えば、ガラス、セラミックス、金属、またはこれらの混合物である。帯状とは、繊維が編まれたものや不織布、フィルム状のもの、箔状のもの、等を含む。巻き出し機構２０は、回転することにより、ロール体１から被焼成品２を巻き出す（繰り出す）。被焼成品２は、焼成炉３０により焼成される前も焼成された後も、可撓性を有する。

【0019】

焼成炉３０は、不図示のヒータが発熱することにより、炉内の被焼成品２を焼成する、即ち、熱処理する。焼成炉３０は、所定の搬送方向Ｄ１に長尺な、略直方体形状の断熱構造体であり、搬送方向Ｄ１の上流側の一端に搬入口３４を有し、搬送方向Ｄ１の下流側の他端に搬出口３５を有する。以下では、搬送方向Ｄ１の上流、下流を、単に上流、下流と言う。

【0020】

複数のローラ５１が搬送方向Ｄ１に沿って所定間隔で並ぶことにより構成されるローラ群５０は、搬入口３４および搬出口３５を通じて、焼成炉３０の内外を貫通するように設けられている。ローラ群５０を、搬送機構と称してもよい。複数のローラ５１の夫々は、回転軸が互いに平行であり、回転軸は搬送方向Ｄ１に対して直交する方向を向く。巻き出し機構２０により巻き出された被焼成品２は、搬入口３４よりも上流の位置において、ローラ５１上に載る。つまり本実施例では、被焼成品２は、各ローラ５１に対して直に載せられる。複数のローラ５１は、各々が回転し、被焼成品２に接して被焼成品２を搬送方向Ｄ１へ搬送する。

【0021】

ローラ群５０により搬送される被焼成品２は、搬入口３４から焼成炉３０内へ入り、焼成炉３０の内部を搬送される期間に焼成される。ローラ群５０により搬送されて搬出口３５から焼成炉３０外へ出た、焼成炉３０による焼成後の被焼成品２は、搬出口３５よりも下流の位置において、ローラ５１から離間する。

【0022】

図１の例によれば、熱処理システム１０において、搬出口３５よりも下流には、切断装置７０および格納装置８０が設けられている。搬出口３５から焼成炉３０外へ出た被焼成品２は、ローラ群５０により切断装置７０へ搬送され、切断装置７０が備えるカッタにより所定サイズに裁断される。そして、裁断後の被焼成品３は、回収され、格納装置８０に格納される。

【0023】

図１から判るように、巻き出し機構２０は、ローラ群５０が被焼成品２を支持する位置よりも高い位置に設けられている。つまり本実施例では、巻き出し機構２０から垂れ下がる被焼成品２を、ローラ群５０が支持しながら搬送する構成を把握することができる。ローラ群５０は、被焼成品２を水平あるいは略水平に支持すると解してよい。

【0024】

ローラ群５０を構成する複数のローラ５１は、焼成炉３０の炉内温度の変化や最高温度に対しても安定した形状を保つことが可能な素材により形成されている。本実施例では、各ローラ５１は、６００℃～１４００℃の温度域でも使用可能な耐熱材料により形成されている。より好ましくは、炉内の最高温度を１０００℃～１３００℃と想定し、各ローラ５１は、１０００℃～１３００℃といった高温度域で使用可能な耐熱材料により形成されている、としてもよい。これら特定の温度域で使用可能ということは、これら特定の温度域に達しない温度域において使用可能であることを含む意味である。

【0025】

ローラ５１の適切な組成の一例として、各ローラ５１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の含有率が５０％～７０％であるセラミックスにより形成されている。このような比率でアルミナを含有するセラミックスの具体例として、ムライトが挙げられる。ムライトは、アルミナとシリカ（ＳｉＯ_２）との化合物であり、アルミナと比較して熱膨張率が低く、耐熱衝撃性に優れている。

【0026】

本実施例では、各ローラ５１の、被焼成品２と接する表面は平滑化されている。ローラ５１の表面のうち、被焼成品２の搬送において被焼成品２と接しない範囲は、平滑化されていなくてもよい。平滑化されているとは、予め研磨処理が施されているということである。例えば、各ローラ５１が上述のムライトにより形成されているとする。ムライトは、アルミナに比べると粒径が大きく、表面は粗いが、研磨処理を施すことにより、表面の平滑性を獲得することができる。各ローラ５１の被焼成品２と接する表面における表面粗さは、例えば、Ｒａ６．３μｍ以下である。表面粗さＲａは、算術平均粗さである。各ローラ５１の表面のうち、被焼成品２と接する表面、すなわち平滑化されている表面は、例えば、ローラ５１の軸方向におけるローラ５１の長さ範囲のうち、ローラ５１の中央を含む８０％以内の範囲であってもよい。この場合、例えば、ローラ５１の軸方向におけるローラ５１の両端部は、平滑化されていない。ただし、ローラ５１の平滑化されている表面の範囲は、ローラ５１の中央を基準にして、ローラ５１の軸方向において対称であってもよいし、非対称であってもよい。

【0027】

このように本実施例によれば、熱処理システム１０は、帯状の被焼成品２を巻き出す巻き出し機構２０と、各々が回転することにより、巻き出し機構２０により巻き出された被焼成品２を搬送することが可能な複数のローラ５１と、複数のローラ５１により搬送される被焼成品２を焼成するための焼成炉３０と、を備える。そして、複数のローラ５１は、６００℃～１４００℃の温度域で使用可能な耐熱材料により形成されており、被焼成品２に接して被焼成品２を搬送する。すなわち、無機繊維製のベルトを屈曲させながら焼成炉内および焼成炉外を繰り返し周回させるとベルトが破断し易く、実用性が低い、といった問題を、熱処理システム１０は、被焼成品２の搬送手段として複数のローラ５１を用いることにより解決する。被焼成品２が、複数のローラ５１に直に載って搬送されることで、搬送中の被焼成品２の破損が抑制される。

【0028】

さらに本実施例によれば、各ローラ５１の被焼成品２と接する表面は平滑化されている。表面粗さは、例えば、Ｒａ６．３μｍ以下である。そのため、ローラ５１による搬送時に被焼成品２が傷つくことを抑制することができる。また、各ローラ５１の表面と被焼成品２との間である程度の滑りが生じるようになる。そのため、焼成中の熱収縮に応じて被焼成品２の長手方向に発生する引張応力が、緩和され、破損が抑制された良質な焼成後の被焼成品２が得られる。

【0029】

図２は、本実施例におけるローラ速度制御を説明するための図であり、焼成炉３０の温度プロファイルを表したグラフ等を示している。図１に示すように、焼成炉３０は、搬送方向Ｄ１において連通しつつある程度区切られた３つの領域３１，３２，３３を有する。つまり、焼成炉３０は、上流から下流に向かって、炉内温度を上昇させる昇温域３１、昇温域３１により上昇した炉内温度を保持する保持域３２、炉内温度を下降させる冷却域３３を、この順序で有する。従って、搬入口３４は、昇温域３１に対する搬入口と捉えることができ、搬出口３５は、冷却域３３からの搬出口と捉えることができる。

【0030】

図２のグラフでは、実線により温度プロファイルを例示している。当該グラフの横軸は、搬入口３４を基準とした搬送方向Ｄ１における搬出口３５へ向かう位置と捉えることができるし、搬送方向Ｄ１へ搬送される被焼成品２が搬入口３４を発つ時点を基準とした時間経過と捉えることもできる。温度プロファイルは、昇温域３１に対応する昇温プロファイルＴ１、保持域３２に対応する保持プロファイルＴ２、冷却域３３に対応する冷却プロファイルＴ３を有する。

【0031】

昇温域３１では、搬送方向Ｄ１において、昇温プロファイルＴ１が示すように炉内温度が室温から所定の最高温度まで連続的に上昇するように、ヒータ出力が設定されている。保持域３２では、保持プロファイルＴ２が示すように炉内温度が最高温度で略保持されるように、ヒータ出力が設定されている。冷却域３３では、搬送方向Ｄ１において、冷却プロファイルＴ３が示すように炉内温度が最高温度から室温まで連続的に下降するように、ヒータ出力や冷却器が設定されている。

【0032】

このような構成において、本実施例では、熱処理システム１０はローラ駆動制御部６０をさらに備える。ローラ駆動制御部６０は、焼成による被焼成品２の収縮に対応して、複数のローラ５１に含まれる少なくとも一部のローラ５１による搬送速度を変更することが可能である。ローラ駆動制御部６０は、例えば、各ローラ５１を回転させるための１つ以上のモータや、モータから各ローラ５１へ動力を伝達するための伝達機構や、モータの駆動や伝達機構の切り替え等を制御するドライバ回路等を含んで構成される。

【0033】

図２のグラフでは、焼成炉３０内を搬送される被焼成品２の膨張率を二点鎖線で例示している。図２によれば、被焼成品２の膨張率は、昇温域３１に入ってから徐々に増加するが、ある時点を境に、減少に転ずる。そして、昇温域３１を通過している最中において、被焼成品２の膨張率はマイナスに転じ、被焼成品２は、熱処理開始前と比べて収縮する。つまり図２によれば、被焼成品２は、昇温域３１を通過している最中のある時点で熱収縮し、その後、保持域３２を通過し終えるまでは、この状態がほぼ維持され、冷却域３３へ進むとさらに熱収縮することが判る。

【0034】

このような被焼成品２の熱収縮パターンは、発明者が予め実験やシミュレーションにより把握した結果である。そこで、ローラ駆動制御部６０は、このような熱収縮パターンに対応して、ローラ５１による搬送速度、すなわちローラ５１の回転速度を変更する。図２において、符号５０ａ，５０ｂ，５０ｃの夫々は、ローラ群５０を構成する複数のローラ５１のうち、焼成炉３０内に配置された複数のローラ５１を、さらに、それらの位置に応じてグループ（サブグループ）に分けた状況を示している。図２では、サブグループ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを簡略化して矩形で示しているが、実際は、サブグループ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは夫々が、複数のローラ５１が搬送方向Ｄ１に並んで構成されている。

【0035】

第１サブグループ５０ａは、昇温域３１に属する複数のローラ５１のうちの一部からなり、概ね、搬入口３４から上述したように被焼成品２の膨張率がマイナスに転じるあたりの所定位置までの範囲に属するローラ５１からなる。第２サブグループ５０ｂは、概ね、昇温域３１に属する複数のローラ５１のうち第１サブグループ５０ａに該当しないローラ５１と、保持域３２に属するローラ５１と、からなる。第３サブグループ５０ｃは、概ね、冷却域３３に属するローラ５１からなる。

【0036】

ローラ駆動制御部６０は、これら第１～第３サブグループ５０ａ，５０ｂ，５０ｃのうち、第２サブグループ５０ｂおよび第３サブグループ５０ｃの各ローラ５１による搬送速度を、第１サブグループ５０ａの各ローラ５１による搬送速度よりも遅くなるように変更する。これは、昇温域３１の所定位置より下流に位置するローラ５１について、当該所定位置より上流に位置するローラ５１よりも搬送速度を遅くする制御の一例である。

【0037】

図２において、第１～第３サブグループ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの夫々にカッコ書きで記載された数値は、速度の違いを示している。一例として、ローラ駆動制御部６０は、第１サブグループ５０ａの各ローラ５１による搬送速度を１００％としたとき、第２サブグループ５０ｂの各ローラ５１による搬送速度を９５％とし、第３サブグループ５０ｃの各ローラ５１による搬送速度を９０％とすることができる。このような、ローラ駆動制御部６０が実行するローラ速度制御によれば、焼成炉３０により焼成される被焼成品２に熱収縮が生じたとしても、前記所定位置より下流に位置するローラ５１の搬送速度を遅くすることで、被焼成品２に生じる引張応力を、適切に抑制することができる。

【0038】

ローラ駆動制御部６０によるローラ速度制御は、上述の具体例に限られない。例えば、図２の例では、焼成炉３０内に配置された複数のローラ５１を、互いの搬送速度が異なる３つのサブグループに分けたが、このようなサブグループの数は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、焼成炉３０内においてサブグループを区分する位置は、焼成炉３０における温度制御や、熱処理の対象とする被焼成品２の特性に応じて、異ならせてもよい。

【0039】

図３は、図１とは異なる例にかかる熱処理システム１０を示している。図３については、図１と異なる点を説明する。図３によれば、熱処理システム１０は、搬出口３５よりも下流において、切断装置７０および格納装置８０を備えず、巻き取り機構４０を備える。焼成炉３０により焼成された後の被焼成品２は、ローラ５１から離間し、巻き取り機構４０により巻き取られる。つまり巻き取り機構４０は、回転することにより、焼成後の被焼成品２をロール状に巻き取って回収する。さらに、図３によれば、巻き出し機構２０や巻き取り機構４０と、ローラ群５０との間では、被焼成品２が撓むことが許容されており、例えば、巻き出し機構２０、巻き取り機構４０およびローラ群５０以外に、被焼成品２に対して張力を付与する構成は特に含まれていない。

【0040】

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0041】

１：ロール体
２：被焼成品
１０：熱処理システム
２０：巻き出し機構
３０：焼成炉
３１：昇温域
３２：保持域
３３：冷却域
３４：搬入口
３５：搬出口
４０：巻き取り機構
５０：ローラ群
５１：ローラ
６０：ローラ駆動制御部
７０：切断装置
８０：格納装置
Ｄ１：搬送方向

【要約】

【課題】被焼成品の搬送により適した技術を提供する。
【解決手段】熱処理システムは、帯状の被焼成品を巻き出す巻き出し機構と、各々が回転することにより、巻き出し機構により巻き出された被焼成品を搬送することが可能な複数のローラと、複数のローラにより搬送される被焼成品を焼成するための焼成炉と、を備える。複数のローラは、６００℃～１４００℃の温度域で使用可能な耐熱材料により形成されており、被焼成品に接して被焼成品を搬送する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】