(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転円筒の一端外周部と他端外周部にタイヤを設け、各タイヤをローラに載置して回転円筒を回転可能に、かつほぼ水平に設置し、回転円筒に処理原料を投入し、回転円筒の外部から処理原料を間接加熱するロータリーキルンであって、
耐熱鋼製の外筒と、セラミックス製又は黒鉛製の複数個の短尺円筒体を連結して構成した内筒及び断面形状が略直角三角形のＣ形リングを備え
外筒の内周面に複数本のリング溝を形成し、
各短尺円筒体の一端外周面に雄ネジを形成するとともにし、雄ネジに隣接して断面形状が略直角三角形で、直角三角形の斜辺が底面を成し、かつ一端側から他端側へ深さが漸減するリング溝を形成し、
各短尺円筒体の他端内周面に雌ネジを形成し、
一の短尺円筒体の雌ネジに他の短尺円筒体の雄ネジをねじ込むことにより複数個の短尺円筒体を連結して内筒を構成し、
外筒のリング溝にＣ形リングを、Ｃ形リングの直角三角形の断面形状における底辺がリング溝の底面に当接するように嵌め込み、
外筒に内筒を嵌め込み、
Ｃ形リングの直角三角形の断面形状における斜辺を短尺円筒体のリング溝の底面に圧接し
回転円筒の一端に外筒の一端を掛止したことを特徴とするロータリーキルン。
【請求項２】
内筒の長さを回転円筒の非加熱時及び加熱膨張時のいずれの場合でも内筒の他端面が外筒の他端開口端面と面一若しくは外筒の他端開口から突出するように設定し、
爪部材を外筒の他端に回転中心方向へ変位可能に設けるとともに、スプリングで外筒の一端方向へ付勢することにより内筒の他端面に圧接させたことを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルン。
【請求項３】
外筒の他端外周にタイヤを回転中心方向に変位可能に設け、
他端外周のタイヤに爪部材を一体に設けたことを特徴とする、請求項２に記載のロータリーキルン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータリーキルンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーキルンの一形式として、耐熱鋼製の回転円筒の一端外周部と他端外周部にタイヤを設け、各タイヤをローラに載置して回転円筒を回転可能に、かつ、ほぼ水平に設置し、回転円筒に処理原料を投入し、回転円筒の外部から処理原料を間接加熱するロータリーキルンが実用に供されている。
【０００３】
ところで、リチウムイオン電池極剤、蛍光剤、キャパシタ極剤等の電子素材の製造工程では、処理原料を高温雰囲気中で加熱反応させる工程が不可欠であるが、この工程で処理原料に金属イオン、金属酸化物等の不純物が混入するのは許されない。そのため、従来の耐熱鋼製の回転円筒を備えたロータリーキルンは電子素材の製造工程で用いることができない。
【０００４】
一方、特開２０００−２９７９８６号公報には、セラミックス製の回転円筒を備えたロータリーキルンが開示されている。このロータリーキルンでは、セラミックス製の回転円筒に処理原料を投入して加熱反応させるので、回転円筒に投入した電子素材に金属イオン、金属酸化物等の不純物の混入を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９７９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロータリーキルンの回転円筒は自重を左右両端のローラで支持するので、回転円筒の中心部に大きな曲げ荷重が作用する。また、回転円筒には回転時、円筒の下半分と上半分に交互に圧縮荷重と引っ張り荷重が作用する。
セラミックス素材は鋼に比べ、曲げ荷重や引っ張り荷重に対する機械的強度が低いので、上記したように、ロータリーキルンの回転円筒をセラミックス製にした場合、引っ張り荷重や曲げ荷重で破損するのを避けるため、その大きさが制約され、せいぜい外形２５０mm、長さ２０００mm程の小型の回転円筒しか製造できない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑み、電子素材の製造工程で使用しても処理原料中に金属酸化物や金属イオン等の不純物が混入しない回転円筒を備えた大型のロータリーキルンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、
回転円筒の一端外周部と他端外周部にタイヤを設け、各タイヤをローラに載置して回転円筒を回転可能に、かつほぼ水平に設置し、回転円筒に処理原料を投入し、回転円筒の外部から処理原料を間接加熱するロータリーキルンであって、
耐熱鋼製の外筒と、セラミックス製又は黒鉛製の複数個の短尺円筒体を連結して構成した内筒及び断面形状が略直角三角形のＣ形リングを備え
外筒の内周面に複数本のリング溝を形成し、
各短尺円筒体の一端外周面に雄ネジを形成するとともに、雄ネジに隣接して断面形状が略直角三角形で、直角三角形の斜辺が底面を成し、かつ一端側から他端側へ深さが漸減するリング溝を形成し、
各短尺円筒体の他端内周面に雌ネジを形成し、
一の短尺円筒体の雌ネジに他の短尺円筒体の雄ネジをねじ込むことにより複数個の短尺円筒体を連結して内筒を構成し、
外筒のリング溝にＣ形リングを、Ｃ形リングの直角三角形の断面形状における底辺がリング溝の底面に当接するように嵌め込み、
外筒に内筒を嵌め込み、
Ｃ形リングの直角三角形の断面形状における斜辺を短尺円筒体のリング溝の底面に圧接し
回転円筒の一端に外筒の一端を掛止したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータリーキルンにおいて、
内筒の長さを回転円筒の非加熱時及び加熱膨張時のいずれの場合でも内筒の他端面が外筒の他端開口端面と面一若しくは外筒の他端開口から突出するように設定し、
爪部材を外筒の他端に回転中心方向へ変位可能に設けるとともに、スプリングで外筒の一端方向へ付勢することにより内筒の他端面に圧接させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータリーキルンにおいて、
外筒の他端外周にタイヤを回転中心方向に変位可能に設け、
他端外周のタイヤに爪部材を一体に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、内筒をセラミックス製又は黒鉛製の短尺円筒体を連結して構成したので、処理原料として電子素材を加熱反応させる場合、処理原料に金属酸化物や金属イオン等の不純物が混入するのを防止できる。
【００１２】
内筒を機械的強度の大きい耐熱鋼製の外筒に嵌め込むことにより、機械的強度の低いセラミックス製又は黒鉛製の内筒を外筒で補強できる。そのため、内筒、ひいては処理原料が投入される回転円筒を長くしてロータリーキルンの大型化を図ることができる。
【００１３】
しかして、内筒及び外筒は加熱により膨張し、それぞれの回転中心方向の寸法及び径方向の寸法が伸長する。内筒はセラミックス製又は黒鉛製であり、外筒は耐熱鋼製であるので、外筒の膨張率が内筒の膨張率より大きい。そのため図９（Ａ）に示すように、外筒と、外筒に嵌め込んだ内筒との間にそれぞれの径方向への伸長差によって隙間が生ずる。隙間が生じた状態で外筒と内筒が回転すると、図９（Ｂ）に示すように、内筒は外筒の中で歳差運動するので、破損してしまう。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、Ｃ形リングの直角三角形の断面形状における底辺が外筒のリング溝の底面に圧接し、Ｃ形リングの直角三角形の断面形状における斜辺が内筒を構成する短尺円筒体のリング溝の底面に圧接している。非加熱時外筒と内筒は密に嵌合しているが、加熱時、外筒と内筒それぞれの径方向への伸長寸法差が生ずるため外筒と内筒との間に隙間が生ずる。同時に外筒と内筒を構成する短尺円筒体が回転中心方向に伸びるが、その際、外筒の伸長寸法が短尺円筒体の伸長寸法より長く伸びる。これに伴い、外筒のリング溝に嵌め込まれたＣ型リングが回転円筒の回転中心方向へ、短尺円筒体のリング溝の底面に沿って摺動する。そのため、外筒と内筒の間に隙間が生じるものの、Ｃ形リングは底辺が外筒のリング溝の底面に圧接し、斜辺が短尺円筒体のリング溝の底面に圧接した状態に常時保たれるので、Ｃ形リングによって外筒と内筒が連結される。そのため外筒と内筒が一体回転し、内筒の歳差運動に起因する破損を防止できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、内筒の長さを回転円筒の非加熱時及び加熱膨張時のいずれの場合でも内筒の他端面が外筒の他端開口端面と面一若しくは外筒の他端開口から突出するように設定したので、加熱及び非加熱いずれの状態でも爪部材がスプリングの力で内筒の他端面に常時圧接し、外筒と内筒が爪部材によって連結される。そのため、外筒と内筒がより確実に一体回転するので、内筒の歳差運動に起因する破損を防止できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、タイヤを外筒に変位可能に設けたので、加熱時タイヤは外筒の回転中心方向への伸長に影響されることなく、内筒の伸長寸法分だけ回転中心方向へ変位する。内筒の伸長寸法は外筒の伸長寸法より短いので、タイヤの回転中心方向への移動距離を少なくできる。従って、加熱時に一端のタイヤと他端のタイヤの間のスパンの伸長を少なくできる。そのため、加熱時にスパンが伸長して内筒に作用する曲げモーメントが増大するのを抑制し、内筒の破損をより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係るロータリーキルンの概略構造を示す説明図である。
【図２】同ロータリーキルンの回転円筒の非加熱時と加熱時を示す断面図である。
【図３】同回転円筒を構成する短尺円筒体の部分拡大断面図である。
【図４】同回転円筒の内筒を構成する短尺円筒体の部分拡大斜視図である。
【図５】同回転円筒のＣ形リングを示す斜視図である。
【図６】同回転円筒の外筒を示す部分断面図である。
【図７】同回転円筒のタイヤと爪部材を示す拡大断面図である。
【図８】同回転円筒の外筒と内筒の非加熱時と加熱時を示す部分拡大断面図である。
【図９】内筒の歳差運動を示す説明図である。
【００１８】
以下に本発明を図面に基づき説明する。図１には本発明の一実施例に係るロータリーキルン１０の概略構造が示されている。当該ロータリーキルン１０は回転円筒１１、ローラ１２，１３、電熱ヒータ１４及び排出チャンバー１５を備えている。詳しくは後述するが、回転円筒１１の一端と他端にはそれぞれタイヤ１６，１７が設けられている。回転円筒１１はタイヤ１６，１７をローラ１２，１３に載置することにより回転中心Ｏの回りに回転可能、かつ略水平に設置される。回転円筒１１には一端１１ａから処理原料が投入される。処理原料が投入された回転円筒１１は図示略のモータにより回転駆動されるとともに、回転円筒１１の外部から電熱ヒータ１４で加熱される。高温雰囲気の回転円筒１１の内部で加熱反応した処理原料は円筒体１１の他端１１ｂから排出チャンバー１５を通って外部に排出される。
【００１９】
図２に回転円筒１１の詳細を図示する。回転円筒１１はステンレス系耐熱鋼製の外筒１８と、外筒１８に嵌め込まれた内筒１９及びＣリング２０を備えている。内筒１９は５個の黒鉛製短尺円筒体２１〜２５を連結して構成されている。各短尺円筒体２１〜２５の長さは略同寸に形成されている。
【００２０】
図３及び図４に示すように、内筒１９の中間部を構成する３個の短尺円筒体２２，２３，２４のそれぞれは、一端外周部に雄ネジ２６と、雄ネジ２６に隣接してリング溝２７が形成され、他端内周部に雌ネジ２８が形成されている。内筒１９の一端を構成する短尺円筒体２１は、一方の端部の内周面に雌ネジ２８が形成され、他方の端部に雄ネジ２６やリング溝２７は形成されていない。内筒１９の他端を構成する短尺円筒体２５は、一方の端部の外周面に雄ネジ２６と、雄ネジ２６に隣接してリング溝２７が形成され、他方の端部に雌ネジ２８は形成されていない。各短尺円筒体２２〜２５のリング溝２７は断面形状が略直角三角形で、直角三角形の斜辺が底面を成し、かつ雄ネジ２６が形成されている一端側から他端側へ深さが漸減するように形成されている。
【００２１】
図５に示すように、Ｃ形リング２０はばね鋼製で、断面形状が短尺円筒体２２〜２５のリング溝２７の断面形状と相似の略直角三角形を有する。図６に示すように、外筒１８の内周面には各短尺円筒体２２〜２５の長さと同じ間隔で４本のリング溝２９が形成されている。図２に示すように、外筒１８の一端面に内向きのフランジ３０が形成されている。
【００２２】
内筒１９は以下の手順で外筒１８に嵌め込まれる。予め短尺円筒体２１の一端面にカーボンセメントを塗布しておき、この短尺円筒体２１をフランジ３０に当接するまで外筒１８に挿入して、短尺円筒体２１の端面をフランジ３０に接着する。次に、外筒１８のリング溝２９にＣ形リング２０を、Ｃ形リング２０の直角三角形の断面形状における底辺がリング溝２９の底面に当接するように嵌め込む。続いて、短尺円筒体２１の雌ネジ２８に次の短尺円筒体２２の雄ネジ２６をねじ込んで短尺円筒体２１と短尺円筒体２２を連結する。その際、短尺円筒体２１の雌ネジ２８は短尺円筒体２２の雄ネジ２６に予めカーボンセメントを塗布しておくことにより雌ネジ２８と雄ネジ２６を接着する。短尺円筒体２１と短尺円筒体２２を連結することにより、Ｃ形リング２０の直角三角形の断面形状における斜辺が短尺円筒体２２のリング溝２７の底面に圧接する。続いて、外筒１８のリング溝２７にＣ形リング２０を嵌め込み、ついで短尺円筒体２２の雌ネジ２８に短尺円筒体２３の雄ネジ２６をねじ込む。これにより短尺円筒体２２と短尺円筒体２３が連結され、Ｃ形リング２０の斜辺が短尺円筒体２３のリング溝２７の底面に圧接する。以下、同様にして短尺円筒体２４，２５を連結する。これにより内筒１９が外筒１８に嵌め込まれる。
【００２３】
内筒１９は、一端がフランジ３０に当接するまで外筒１８に挿入した状態で所定寸法だけ外筒１８の他端開口から突出するようにその長さ寸法が設定されている。外筒１８及び内筒１９は電熱ヒータ１４で加熱されると回転中心方向Ｏ及び径方向に膨張する。内筒１９の長さは非加熱時及び加熱膨張時のいずれの場合でも内筒１９の他端面が外筒１８の他端開口端面と面一若しくは外筒１９の他端開口から突出するように設定されている。
【００２４】
本実施例では、内筒１９は熱膨張率が５×１０−６／Ｋ゜の黒鉛製のものを用い、外筒１８は熱膨張率１５×１０−６／Ｋ゜のステンレス系耐熱鋼製のものを用いている。回転円筒１１の非加熱時の外筒１８の全長をＬ１とすれば、回転円筒１１を８００゜Ｃに加熱したときの外筒１８の全長Ｌ２＝Ｌ１（１＋１５×１０−６×８００）となる。また、回転円筒１１の非加熱時の内筒１９の全長をＳ１とすれば、回転円筒１１を８００゜Ｃに加熱したときの内筒１９の全長Ｓ２＝Ｓ１（１＋５×１０−６×８００）となる。
【００２５】
本実施例では、外筒１８の長さＬ１が７０００ｍｍのものを用いている。電熱ヒータ１４による回転円筒１１の加熱温度が８００゜Ｃの場合、熱膨張によって回転中心方向に伸びる外筒１８の全長Ｌ２＝７０００×（１＋１５×１０−６×８００）＝７０８４ｍｍとなる。回転円筒１１の非加熱時及び加熱膨張時のいずれの場合でも内筒１９の他端面が外筒１８の他端開口端面と面一若しくは外筒１８の他端開口から突出するには内筒１９の非加熱時の長さＳ１が次式を満たす必要がある。
Ｓ１（１＋５×１０−６×８００）≧７０８４
上式を満たすべく、内筒１９の非加熱時の長さＳ１は７０５６ｍｍ、もしくはこれより長く設定されている。
【００２６】
外筒１８の一端外周部にタイヤ１６が一体に設けられている。外筒１８の他端外周部にタイヤ１７が回転中心方向に変位可能に組み付けられている。図７に示すように、このタイヤ１７はスリーブ３１にリブ３２を介して一体に設けられている。スリーブ３１の端部には内側に屈曲する爪部材３３が一体に設けられている。タイヤ１７はスリーブ３１を外筒１８の他端外周部に嵌合することにより回転中心と平行に変位可能に外筒１８に組み付けられている。
【００２７】
外筒１８の他端の外周部には４本のアーム３４が等角度間隔で一体に設けられ、各アーム３４にロッド３５がナット３６，３７で固定されている。このロッド３５は回転中心と平行に延びるようにアーム３４に取り付けられている。ロッド３５はタイヤ１７のリブ３２に形成した貫通穴を貫通して外筒１８の他端側に突出し、ロッド３５の突出端部にコイルスプリング３８が装着されている。コイルスプリング３８はワッシャー３９とナット４０でロッド３５から抜け止めされ、タイヤ１７を外筒１８の一端方向へ付勢している。このコイルスプリング３８のばね力によってタイヤ１７と一体の爪部材３３が内筒１９の他端開口端面に圧接している。
【００２８】
本実施例に係るロータリーキルン１０の構成は以上の通りであって、内筒１９を黒鉛製としたので、処理原料として電子素材を回転円筒１１に投入して加熱反応させる場合、処理原料に金属酸化物や金属イオン等の不純物が混入するのを防止できる。
【００２９】
内筒１９を機械的強度の大きいステンレス系耐熱鋼製の外筒１８に嵌め込むことにより、機械的強度の低い黒鉛製の内筒１９を外筒１８で補強できる。そのため、内筒１９、ひいては処理原料が投入される回転円筒１１を長くしてロータリーキルン１０の大型化を図ることができる。
【００３０】
本実施例によれば、Ｃ形リング２０の直角三角形の断面形状における底辺が外筒１８のリング溝２９の底面に圧接し、Ｃ形リング２０の直角三角形の断面形状における斜辺が内筒１９を構成する短尺円筒体２２，２３，２４のリング溝２７の底面に圧接している。図８（Ａ）に示すように、非加熱時外筒１８と内筒１９は密に嵌合しているが、図８（Ｂ）に示すように、加熱時、外筒１８と内筒１９それぞれの径方向への伸長寸法差が生ずるため外筒１８と内筒１９との間に隙間が生ずる。同時に外筒１８と内筒１９を構成する短尺円筒体２１〜２５が回転中心方向に伸びるが、外筒１８は一端が内筒１９の一端に掛止されているので、他端方向へ伸長する。その際、外筒１８の伸長寸法Ｌｅが短尺円筒体２２，２３，２４の伸長寸法Ｓｅより長く伸びる。これに伴い、外筒１８のリング溝２９に嵌め込まれたＣ型リング２０が回転円筒１１の他端方向へ、短尺円筒体２２，２３，２４のリング溝２７の底面に沿って摺動する。そのため、外筒１８と内筒１９の間に隙間が生じるものの、Ｃ形リング２０は底辺が外筒１８のリング溝２９の底面に圧接し、斜辺が短尺円筒体２２，２３，２４のリング溝２７の底面に圧接した状態に常時保たれるので、Ｃ形リング２０によって外筒１８と内筒１９が連結される。そのため外筒１８と内筒１９が一体回転し、内筒１９の歳差運動に起因する破損を防止できる。
【００３１】
内筒１９の長さを回転円筒１１の非加熱時及び加熱膨張時のいずれの場合でも内筒１９の他端面が外筒１８の他端開口端面と面一若しくは外筒の他端開口から突出するように設定したので、加熱及び非加熱いずれの状態でも爪部材３３がスプリング３８の力で内筒１９の他端面に常時圧接し、外筒１８と内筒１９が爪部材３３によって連結される。そのため、外筒１８と内筒１９が一体回転するので、内筒１９の歳差運動に起因する破損をより一層防止できる。
【００３２】
タイヤ１７を外筒１８に変位可能に設けたので、加熱時タイヤ１７は外筒１８の回転中心方向への伸長に影響されることなく、内筒１９の伸長寸法分だけ回転中心方向へ変位する。内筒１９の伸長寸法は外筒１８の伸長寸法より短いので、タイヤ１７の回転中心方向への移動距離を少なくできる。従って、加熱時における一端のタイヤ１６と他端のタイヤ１７の間のスパンの伸長を少なくできる。そのため、加熱時にスパンが伸長して内筒１９に作用する曲げモーメントが増大するのを抑制し、内筒１９の破損をより効果的に防止できる。
なお、本実施例では内筒１９の材質として、黒鉛を、また接着剤としてカーボンセメントを用いたが、内筒１９の材質として、黒鉛に代えてセラミックスを使い、接着剤として珪酸ソーダ（水ガラス）を用いても電子材料に不純物が混入するのを防止できる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…ロータリーキルン
１１…回転円筒
１２，１３…ローラ
１４…電熱ヒータ
１５…排出チャンバー
１６，１７…タイヤ
１８…外筒
１９…内筒
２０…Ｃ形リング
２１，２２，２３，２４，２５…短尺円筒体
２６…雄ネジ
２７…リング溝
２８…雌ネジ
２９…リング溝
３０…フランジ
３１…スリーブ
３２…リブ
３３…爪部材
３４…アーム
３５…ロッド
３８…コイルスプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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