(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤したセラミックス成形体を、水蒸気排出口以外は密閉された密閉容器の内部に載置し、密閉容器の外部からの加熱によって密閉容器の内部空間を湿潤したセラミックス成形体から発生する水分により過熱水蒸気を主成分とする雰囲気とし、この状態を維持しつつ乾燥させる、乾燥セラミックス成形体の製造方法。
【請求項２】
密閉容器の内部空間の温度を１００℃〜１３０℃に維持して乾燥させる請求項１に記載の乾燥セラミックス成形体の製造方法。
【請求項３】
密閉容器の内部空間の温度を１０１℃〜１２０℃に維持して乾燥させる請求項１に記載の乾燥セラミックス成形体の製造方法。
【請求項４】
密閉容器が金属製容器又は耐熱樹脂製容器である請求項１〜３のいずれか１項に記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【請求項５】
密閉容器が、その下部に水蒸気排出口を備えたものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【請求項６】
密閉容器の外部からの加熱手段が熱風である請求項１〜５のいずれか１項に記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【請求項７】
乾燥前のセラミックス成形体が、その肉厚が１０ｍｍ以上のものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾燥工程を短時間で完了させることができ、しかも乾燥後の成形体にひび割れや亀裂の発生することのない乾燥セラミックス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種セラミックス製品は、セラミックス原料を用いて成形する成形工程と、成形体を乾燥する乾燥工程と、乾燥した成形体を焼成する焼成工程と、焼成体を冷却する冷却工程とを経て製造される。これらの工程のうち、乾燥工程又は冷却工程は、自然乾燥や自然冷却によることもあるが、時間短縮を図る目的で別途加熱手段や冷却手段を用いることがある。
【０００３】
しかし、セラミックス肉厚成形体の乾燥の場合には、乾燥工程における急速な乾燥操作によってその表面と内部の間に含有する水分量の大きな変化や急激な温度差が生じると、表面に亀裂やクラックが発生するという問題があった。そのため、従来の単純な加熱手段による乾燥方法のみでは、十分な製造時間の短縮を達成することができなかった。
【０００４】
このような問題を解決するために、さまざまな技術を用いた手法が種々提案されている。例えば、外部の湿度を一定に調節しながらセラミックス成形体を乾燥させる調湿乾燥という方法が実施されている。しかし、この調湿乾燥法でも、外部の湿度を低下させて乾燥速度を早くすると成形体の内部と外部の間に水分含有量の大きな差が発生し、成形体に亀裂やクラックが発生するという問題があった。そのため、粘土を成分として含むセラミックス肉厚成形体の乾燥の場合には、この調湿乾燥法では成形体の内部温度が約４０℃という条件で実施されており、乾燥が終了するまでに１〜３週間という長期間が必要である。
【０００５】
この乾燥時間を短縮するために過熱水蒸気を利用する方法が実施されている（特許文献１、２参照）。これはセラミックス成形体の外部雰囲気を過熱水蒸気で満たした状態で乾燥を行う方法であって、過熱水蒸気雰囲気下で乾燥を行うことによりセラミックス成形体内外の水分量分布を少なくし、成形体内の水分拡散速度を大きくし、さらに成形体内の温度を比較的高く維持することができる。例えば、調湿乾燥法では成形体の内部温度が約４０℃であったものが、過熱水蒸気を用いる方法では約１００℃の温度とすることができる。
【０００６】
セラミックス成形体の通常の乾燥法によれば成形体の表面からの水分の蒸発速度が成形体内部の水分の拡散速度に比べて大きいため、成形体の内外の水分量の差が大きくなり、成形体の表面に亀裂やクラックが発生する。しかし、上述の過熱水蒸気を利用する方法では表面からの水分の蒸発が抑制されて、かつ成形体の内部温度を１００℃程度と高くすることができるため水分の拡散速度が大きくなり、水分の蒸発速度が成形体内部の拡散速度とほぼ同一の状態で乾燥を進行させることができ、そのため成形体の表面に亀裂やクラックが発生することが少ない。
【０００７】
更に、この過熱水蒸気を利用する方法では、成形体の表面に凝縮水が付着することとなるため表面硬化が生じにくいという利点がある。また、遠赤外線放射を有するため内部まで伝熱が浸透し表面にクラックが発生しづらいという利点もある。
【０００８】
このような過熱水蒸気を用いて物品を乾燥する方法は、セラミックス成形体の乾燥だけでなく、例えば、食肉や魚肉の乾燥工程にも利用されている。具体的には、食肉や魚肉を短時間で安定して高品質な状態で乾燥させたり（特許文献４参照）、或いは、木材の熱処理に利用して木材の加熱によるそりを防止した高品質の製品を得ることなどに利用されている（特許文献５参照）。
【０００９】
しかし、この過熱水蒸気を利用する方法では、乾燥操作に際して過熱水蒸気発生機などの特別な設備を備えることが必要になり、設備コストが高くなるとともに、その運用時においても過熱水蒸気発生コストが必要となり、高価になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２２９８７２号公報
【特許文献２】特開２００７−２３０７９６号公報
【特許文献３】特開平５−４３３００号公報
【特許文献４】特開２００６−２６２７０６号公報
【特許文献５】特開２００７−１３６８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、セラミックス成形体の乾燥に際して、特に肉厚のセラミックス成形体において、成形体の表面に亀裂やクラックを発生させることなく、短時間でムラなく均一に乾燥させて高品質の乾燥セラミックス成形体を歩留まり良く製造することが可能な乾燥セラミックス成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、特別な過熱水蒸気発生機などのような設備を用いることなくとも、乾燥前のセラミックス成形体を密閉状態に覆った状態で外部から加熱し成形体から発生する水蒸気によって内部の雰囲気を過熱水蒸気雰囲気として乾燥を進行させることによってセラミックス成形体を迅速かつ均質に乾燥させることができることを見出し本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち、本発明によれば、以下に示す乾燥セラミックス成形体の製造方法が提供される。
【００１４】
（１）湿潤したセラミックス成形体を、水蒸気排出口以外は密閉された密閉容器の内部に載置し、密閉容器の外部からの加熱によって密閉容器の内部空間を湿潤したセラミックス成形体から発生する水分により過熱水蒸気を主成分とする雰囲気（本明細書では、これを、「過熱水蒸気雰囲気」という場合がある。）とし、この状態を維持しつつ乾燥させる、乾燥セラミックス成形体の製造方法。
【００１５】
（２）密閉容器の内部空間の温度を１００℃〜１３０℃に維持して乾燥させる前記（１）に記載の乾燥セラミックス成形体の製造方法。
【００１６】
（３）密閉容器の内部空間の温度を１０１℃〜１２０℃に維持して乾燥させる前記（１）に記載の乾燥セラミックス成形体の製造方法。
【００１７】
（４）密閉容器が金属製容器又は耐熱樹脂製容器である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【００１８】
（５）密閉容器が、その下部に水蒸気排出口を備えたものである前記（１）〜（４）のいずれかに記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【００１９】
（６）密閉容器の外部からの加熱手段が熱風である前記（１）〜（５）のいずれかに記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【００２０】
（７）乾燥前のセラミックス成形体が、その肉厚が１０ｍｍ以上のものである前記（１）〜（６）のいずれかに記載の乾燥セラミック成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の乾燥セラミックス成形体の製造方法によれば、特別な過熱水蒸気発生機のような設備を用いなくとも、湿潤したセラミックス成形体自身の水分によって密閉容器の内部に過熱水蒸気雰囲気を形成させて乾燥を進行させることができ、亀裂やクラックのない良好な品質の乾燥セラミックス成形体を短い乾燥時間で歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に使用する乾燥装置の一例を示す説明図である。
【図２】実施例１の温度測定の結果を示すグラフである。
【図３】実施例１の水分測定の結果を示すグラフである。
【図４】実施例２の温度測定の結果を示すグラフである。
【図５】実施例３の温度測定の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００２４】
一般的にセラミックスの製造方法は、セラミックス原料を用いて成形する成形工程と、成形体を乾燥する乾燥工程と、乾燥した成形体を焼成する焼成工程と、焼成体を冷却する冷却工程からなっており、このような工程を経て種々のセラミックス製品が製造される。本発明の乾燥セラミックス成形体の製造方法は、このようなセラミックスの製造工程中の乾燥工程において、過熱水蒸気雰囲気を利用して成形体を乾燥させることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の乾燥セラミックス成形体の製造方法においては、種々のセラミックス原料によって形成された焼成前の湿潤状態にあるセラミックス成形体を、水蒸気排出口以外は密閉された密閉容器の内部に載置し、密閉容器の外部からの加熱によって密閉容器の内部空間を湿潤したセラミックス成形体から発生する水分により過熱水蒸気雰囲気とし、この状態を維持しつつ乾燥させ、乾燥セラミック成形体を得る方法を含むものである。
【００２６】
即ち、本発明においては、水蒸気排出口以外は密閉された密閉容器を用いて、その内部に焼成前の湿潤状態にあるセラミックス成形体を載置し、密閉容器の外部から加熱することによってセラミックス成形体自身が保有する水分を蒸発させ、密閉容器の内部空間に過熱水蒸気雰囲気を形成させ、この過熱水蒸気雰囲気を維持しながらセラミックス成形体を乾燥させるものである。
【００２７】
この密閉容器の内部空間に過熱水蒸気雰囲気を形成させるために、外部からの加熱によってこの内部空間の温度を１００℃〜１３０℃の温度範囲に維持することが好ましく、１０１℃〜１２０℃の温度範囲に維持することが更に好ましい。密閉容器の内部空間の温度をこのような温度に維持することによって、セラミックス成形体の内部から拡散する水分によって成形体の表面に水分が供給されるとともに、この水分が蒸発して密閉容器の内部空間を過熱水蒸気の雰囲気とすることができる。このような加熱温度とすることによって、水分の成形体内部からの拡散と表面の蒸発がバランスよく行われ、その結果として密閉容器の内部空間に十分な過熱水蒸気の雰囲気が形成され、比較的短い時間で効率よく乾燥するとともに、成形体の表面にひび割れやクラックが発生することがない。
【００２８】
しかし、密閉容器の内部空間の温度が１００℃未満では、密閉容器内が飽和水蒸気雰囲気の為、乾燥が進行しない。
【００２９】
密閉容器の外部からの加熱時間は、乾燥するセラミックス成形体の大きさや厚さ、形状によって適宜最適な時間を決定する。例えば、一般的に厚さが８０ｍｍの直方体（１００×１００×８０ｍｍ）の形状のセラミックス成形体の場合には、およそ３０時間程度の加熱時間で乾燥を終了することができる。同じ形状のセラミックス成形体を従来の調湿乾燥法で乾燥した場合に６０時間という長時間を要するのと比べて大幅に乾燥時間を短縮できる。
【００３０】
このような本発明の方法によって湿潤したセラミックス成形体を乾燥する場合には、乾燥工程の途中のあらゆる段階で成形体の内部と表面の水分の分布を小さく維持することができる。例えば、上記の１００×１００×８０ｍｍの形状のセラミックス成形体の場合には、乾燥工程の途中のすべてにおいて成形体の内部と表面の水分濃度の差を３質量％程度とすることができる。
【００３１】
本発明で使用する湿潤状態にあるセラミックス成形体は、セラミックスに対して、水、バインダ等の各種添加剤を加えて得られたセラミックス原料によって形成されたものである。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト等の酸化物系セラミック；炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミック等を挙げることができる。また、炭化珪素／金属珪素複合材や炭化珪素／グラファイト複合材等を用いることもできる。
【００３２】
バインダとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、澱粉、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルブチラール、エチルセルロース、酢酸セルロース、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等を挙げることができる。
【００３３】
セラミックス成形体としては、種々の用途に使用するためのセラミックス製品を製造するためのもので、さまざまな形状のものに適用することが使用でき、例えば、高電圧送電線用の碍子、自動車排ガス浄化用触媒担体、自動車用セラミックス部材、焼成用窯道具などの形状の成形体としたものが挙げられる。
【００３４】
本発明で使用する密閉容器は、セラミックス成形体を収納して密閉構造とすることができるものであって、１５０℃程度の加熱温度に対して耐熱性のある材料から構成されているものであれば特に制限されない。一般的に金属製の材料が好ましく、鉄製またはステンレス製の板で構成されたものが好ましい。耐熱性樹脂材質を使用する事も可能である。密閉容器は、セラミックス成形体を収納した後密閉状態とするが、その下部に蒸気排出口を設け、加熱乾燥の際に余分な水蒸気をここから排出させる。
【００３５】
次に、図面に基づき、本発明の方法を実施する乾燥装置について説明する。図１は、熱風乾燥器の内部に密閉容器を備えた乾燥装置の一実施形態を示す。図１において、２は熱風乾燥器であり、熱風乾燥器２の内部に密閉容器３が備えられている。密閉容器３は、水蒸気排出口４以外は密閉された構造になっている。本発明では、密閉容器３の内部に焼成前の湿潤状態にあるセラミックス成形体１を載置し、密閉容器３の外部から加熱する。このようにしてセラミックス成形体１を加熱することによって、セラミックス成形体１自身が保有する水分を蒸発させ、密閉容器３の内部空間に過熱水蒸気雰囲気を形成させる。そして、この過熱水蒸気雰囲気を維持しながらセラミックス成形体１を乾燥させる。なお、密閉容器３内の空間部には、雰囲気温度測定用の熱電対５が設置される。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
図１に示すような熱風乾燥器の内部に密閉容器を備えた乾燥装置を使用して、セラミックス成形体の乾燥の予備的試験を行った。
【００３８】
まず、サンプルとして１００×１００×８０ｍｍの直方体形状の湿潤状態のセラミックス成形体を用意した。このサンプルのセラミックス成形体を密閉容器の中に設置し、セラミックス成形体の中心部と表面および密閉容器内の空間部に温度測定用の熱電対を取り付けた。この状態で密閉容器の外側から熱風乾燥器による熱風を通して加熱を開始し、密閉容器の内部の空間温度が１１０℃となるようにコントロールしつつ、乾燥を行った。空間温度（雰囲気温度）を１１０℃として乾燥することによって、密閉容器の内部が１１０℃の温度の過熱水蒸気雰囲気となり、成形体の乾燥が進行した。
【００３９】
乾燥途中で上記の成形体の中心部と表面、および過熱水蒸気雰囲気の３か所の温度変化を測定するとともに、乾燥開始後１７時間、２２時間、２９時間、および４７時間経過した時点（(1)〜(4)）でサンプルの水分分布を測定した。サンプルの水分分布は、図３に示すように、成形体を縦横５等分で２５分割して縦横それぞれ５か所のサンプルを採取し、その水分量を測定した。この温度測定の結果を図２に、水分分布の変化を図３に示す。
【００４０】
図２からわかるように、加熱開始後約５時間で過熱水蒸気雰囲気の温度は１１０℃となり、加熱終了までほぼこの温度で一定にコントロールされた。セラミックス成形体は、その表面も中心部も加熱開始後約５時間で１０１℃になり、３０時間後までほぼこの温度で維持された。この期間が過熱水蒸気雰囲気の下での恒率乾燥期間である。約３０時間経過して成形体の温度の上昇が見られ、恒率乾燥が終了し減率乾燥に移行したことがわかった。
【００４１】
この乾燥期間の途中で、図２に(1)〜(4)で示す時点でサンプルを採取して、その水分分布を求めた。その結果を図３に示す。この結果から、過熱水蒸気雰囲気の下での恒率乾燥では、(1)から(4)へと行くに従って水分量が減少してゆき乾燥が進行していることがわかった。更に、この(1)から(4)のいずれの段階においても成形体の表面の水分量と中心部の水分量の差が３％前後であり、表面と内部の水分差が非常に少ないことがわかった。
【００４２】
（実施例２）
図１に示すような熱風乾燥器の内部に密閉容器を備えた乾燥装置を使用して、笠形状碍子実体形状のセラミックス成形体の加熱水蒸気による乾燥試験を行った。
【００４３】
まず、サンプルとして、笠直径（大）２５０ｍｍ×笠直径（小）２００ｍｍ×胴直径１００ｍｍの４枚笠の笠形状碍子の湿潤状態にある成形体を用意した。このサンプルのセラミックス成形体を密閉容器の中に設置し、セラミックス成形体の胴の中心部と表面、笠の表面および密閉容器内の空間部（過熱水蒸気雰囲気）に温度測定用の熱電対を取り付けた。この状態で密閉容器の外側から熱風乾燥器による熱風を通して加熱を開始し、笠形状碍子実体形状のセラミックス成形体の乾燥を行った。空間温度（過熱水蒸気雰囲気温度）を１１１℃として乾燥することによって、密閉容器の内部が１１１℃の温度の過熱水蒸気雰囲気となり、成形体の乾燥が進行した。乾燥開始後約９０ｈｒで加熱を終わり、セラミックス成形体の乾燥を終了した。
【００４４】
この乾燥試験の結果、笠の部分にキレやひび割れは見られず、良好な乾燥品を得ることができた。また、この乾燥操作において、その途中で上記の笠形状碍子のセラミックス成形体の胴中心部、胴表面、笠表面および過熱水蒸気雰囲気の４か所の温度変化を測定した。その結果を図４に示す。
【００４５】
図４からわかるように、碍子の胴部の温度は約１０４℃で乾燥が進行し、笠の先端部において乾燥が早く進行し、笠先端部の温度が早く上昇し始めるが、成形体全体の温度差は小さかった。
【００４６】
（実施例３）
サンプルとして実施例２と同じ笠形状碍子のセラミックス成形体を用いて、空間温度（過熱水蒸気雰囲気温度）を１０３℃とする以外は実施例２とまったく同じ乾燥操作によって笠形状碍子実体形状のセラミックス成形体の乾燥を行った。この場合は、乾燥開始後約１８０ｈｒで加熱を終わり、セラミックス成形品の乾燥を終了した。
【００４７】
この乾燥試験の結果、笠の部分にキレやひび割れは見られず、良好な乾燥品を得ることができた。また、この乾燥操作において、その途中で上記の笠形状碍子のセラミックス成形体の胴中心部、胴表面、笠表面および過熱水蒸気雰囲気の４か所の温度変化を測定した。その結果を図５に示す。
【００４８】
図５からわかるように、碍子の胴部だけでなく笠の先端部の温度もほぼ１０２℃と同じ温度でありその温度差は非常に小さい。そのため水分の成形体内部の移動速度が遅く、乾燥に長時間を要した。
【００４９】
（実施例４）
実施例２と同様の方法によって、図１に示すような熱風乾燥器の内部に密閉容器を備えた乾燥装置を使用して、次の２種類の笠形状碍子実体形状のセラミックス成形体の加熱水蒸気による乾燥試験を行った。その結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
0005977549.tif 000002
【００５１】
この結果からわかるように、本発明の過熱水蒸気雰囲気による乾燥法の場合には、従来の調湿乾燥法による乾燥に比べて１／２から１／３という短時間で乾燥を行うことができ、しかも得られた乾燥品にキレやひび割れが発生することなく良好な品質の乾燥品を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のセラミックス成形体の製造方法は、従来の方法に比べて特別な過熱水蒸気加熱装置などを用いることなく、従来の方法に比べて短時間でセラミックス成形体の乾燥を行うことができ、かつ良好な乾燥品を得ることができ、送電線用碍子その他セラミックス成形体を用いるさまざまな窯業製品の製造において有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１．セラミックス成形体
２．熱風乾燥器
３．密閉容器
４．水蒸気排出口
５．熱電対
【図１】
0005977549.tif 000003
【図２】
0005977549.tif 000004
【図３】
0005977549.tif 000005
【図４】
0005977549.tif 000006
【図５】
0005977549.tif 000007