(57)【要約】【課題】セラミックス原材料を含む筒状体を焼成する際に、筒状体の破断や座屈を引き起こすことなく筒状体を支持可能な支持装置及び支持方法を提供する。【解決手段】筒状体の支持装置は、少なくとも１つの筒状体の一端部と係合可能に構成された吊下ステージを有する吊下機構と、少なくとも１つの筒状体の他端部に対し下方から接近可能に構成された押上ステージを有する押上機構と、吊下ステージ及び押上ステージのうち一方又は両方に対し少なくとも１つの筒状体から作用する荷重を測定可能に構成された荷重センサと、荷重センサの測定結果に基づいて、吊下ステージ及び押上ステージの両方に対し少なくとも１つの筒状体から荷重が作用するように、吊下ステージ及び押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成された制御装置とを備える。【選択図】図２
2015090224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス原材料を含む少なくとも１つの筒状体を焼成する際に前記少なくとも１つの筒状体を支持可能に構成された筒状体の支持装置において、
前記少なくとも１つの筒状体の一端部と係合可能に構成された吊下ステージを有し、前記少なくとも１つの筒状体の一端部が他端部よりも上になるように前記少なくとも１つの筒状体を吊り下げ可能に構成された吊下機構と、
前記吊下ステージに吊り下げられた前記少なくとも１つの筒状体の他端部に対し下方から接近可能に構成された押上ステージを有し、前記少なくとも１つの筒状体を下方から押上可能に構成された押上機構と、
前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方又は両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重を測定可能に構成された荷重センサと、
前記荷重センサの測定結果に基づいて、前記吊下ステージ及び前記押上ステージの両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から荷重が作用するように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成された制御装置と
を備えることを特徴とする筒状体の支持装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方に前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重が実質的に一定になるように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の筒状体の支持装置。
【請求項３】
前記押上ステージは、互いに平行に配列された複数の前記筒状体に対し下方から接近可能に構成され、
前記制御装置は、
前記筒状体の数に基づいて設定される前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方に作用する荷重の目標値、並びに、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方に作用する荷重の許容誤差の上限値及び下限値に基づいて、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方の上下方向位置を制御するように構成されるとともに、
前記吊下ステージに作用する荷重の許容誤差の下限値が零になるよう構成されるか、又は、前記押上ステージに作用する荷重の許容誤差の上限値が零になるよう構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の筒状体の支持装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記吊下ステージに前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重と前記押上ステージに前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重が実質的に均等になるように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の筒状体の支持装置。
【請求項５】
前記押上機構は、
鉛直方向に沿って延びるボール螺子と、
前記ボール螺子を回転駆動可能に構成された駆動部と、
前記ボール螺子と螺合するナットと、
前記ボール螺子に沿う前記ナットの上下動を前記押上ステージに伝達可能に構成された連結部と、
前記連結部の上下動を案内するように構成されたガイド部と
を有する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の筒状体の支持装置。
【請求項６】
前記荷重センサは前記押上ステージと前記連結部の間に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の筒状体の支持装置。
【請求項７】
前記連結部は、鉛直方向に沿って延び且つ前記ナットに結合される筒状の第１の筒を有し、
前記ガイド部は、
前記第１の筒と同軸に設けられる第２の筒と、
前記第１の筒と前記第２の筒の間に設けられる少なくとも１つのすべり軸受と
を有する
ことを特徴とする請求項５又は６記載の筒状体の支持装置。
【請求項８】
前記第１の筒は、前記第２の筒の径方向外側に設けられ、
前記ナットと前記第１の筒は、前記ボール螺子の径方向に沿って延びる複数のアーム部を介して結合され、
前記第２の筒は、前記複数のアーム部の上下動を許容するように構成された複数のスリットを有する
ことを特徴とする請求項７記載の筒状体の支持装置。
【請求項９】
前記押上ステージは、互いに平行に配列された複数の前記筒状体に対し下方から接近可能に構成され、
前記押上機構は、前記押上ステージと前記複数の筒状体の他端部の間に配置されるように構成された収縮性を有する収縮部を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の筒状体の支持装置。
【請求項１０】
前記収縮部は、網目状体、スプリング又はガスシリンダからなる
ことを特徴とする請求項９に記載の筒状体の支持装置。
【請求項１１】
セラミックス原材料を含む少なくとも１つの筒状体を焼成する際に前記少なくとも１つの筒状体を支持する筒状体の支持方法において、
前記少なくとも１つの筒状体の一端部と係合可能に構成された吊下ステージを用いて、前記少なくとも１つの筒状体の一端部が他端部よりも上になるように前記少なくとも１つの筒状体を吊り下げる吊下ステップと、
前記吊下ステージ及び前記吊下ステージに吊り下げられた前記少なくとも１つの筒状体の他端部に対し下方から接近可能に構成された押上ステージのうち一方又は両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重を測定する荷重測定ステップと、
前記荷重測定ステップの測定結果に基づいて、前記吊下ステージ及び前記押上ステージの両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から荷重が作用するように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するステージ位置調整ステップと
を備えることを特徴とする筒状体の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス原材料を含む筒状体を焼成する際に用いられる筒状体の支持装置及び支持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状のセラミックス焼結体は、種々の用途に適用されており、例えば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の基体管として用いられている。基体管の外周面には、基体管の軸方向に沿って複数の発電素子が配置され、複数の発電素子はインターコネクタにより直列に接続される。各発電要素子は、燃料極、固体酸化物の電解質及び空気極を基体管の外周面に積層して形成されている。
【０００３】
円筒状のセラミックス焼結体は、セラミックス原材料とバインダ等からなる円筒状のセラミックス成形体を焼成して製造される。セラミックス成形体の焼成方法としてはいくつかの方法が提案されており、特に長尺なセラミックス成形体の焼成方法として、以下の２つの方法が提案されている。
【０００４】
まず、特許文献１の焼成方法では、長尺セラミックス成形体の強度が低い焼成初期には、長尺セラミックス成形体の上端部に引っ張り荷重を掛けないよう、長尺セラミックス成形体がターンテーブル上に置かれた状態で焼成される。そして、長尺セラミックス成形体は、十分な強度を持った時点でターンテーブルから浮上させられ、吊り下げられた状態で焼成される。
【０００５】
次に、特許文献２の長尺セラミックスチューブ成形体の焼成方法では、チューブ状の成形体の上端に貫通横穴を形成し、固定ブロックを貫通横穴の内外に連通して形成する。それから、該固定ブロックを窯内部の吊設台上に載置し、チューブを垂直になるように吊設して焼成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６６６９０１号公報
【特許文献２】特許第３９３０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セラミックス成形体を焼成する場合、焼成初期にバインダ等が分解し、一時的に強度が低下する。このため、例えば５ｍ〜６ｍ程度の長尺のセラミックス成形体を特許文献１の焼成方法で焼成する場合、焼成初期に、セラミックス成形体が自重による応力に耐えきれず、セラミックス成形体の下部で座屈が生じてしまう虞がある。
また、例えば５ｍ〜６ｍ程度の長尺のセラミックス成形体を特許文献２の焼成方法で焼成する場合、セラミックス成形体の上端部に係合する固定ブロックは十分な強度を有していても、セラミックス成形体が自重による応力に耐えきれず、固定ブロックよりも下方でセラミックス成形体が破断してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、セラミックス原材料を含む筒状体を焼成する際に、筒状体の破断や座屈を引き起こすことなく筒状体を支持可能な支持装置及び支持方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、セラミックス原材料を含む少なくとも１つの筒状体を焼成する際に前記少なくとも１つの筒状体を支持可能に構成された筒状体の支持装置において、前記少なくとも１つの筒状体の一端部と係合可能に構成された吊下ステージを有し、前記少なくとも１つの筒状体の一端部が他端部よりも上になるように前記少なくとも１つの筒状体を吊り下げ可能に構成された吊下機構と、前記吊下ステージに吊り下げられた前記少なくとも１つの筒状体の他端部に対し下方から接近可能に構成された押上ステージを有し、前記少なくとも１つの筒状体を下方から押上可能に構成された押上機構と、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方又は両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重を測定可能に構成された荷重センサと、前記荷重センサの測定結果に基づいて、前記吊下ステージ及び前記押上ステージの両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から荷重が作用するように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成された制御装置とを備えることを特徴とする筒状体の支持装置が提供される。
【００１０】
この構成によれば、筒状体を吊下機構と押上機構の両方によって支持することで、自重により筒状体に作用する応力が分散される。このため、筒状体の焼成時に筒状体の強度が低下したとしても、筒状体の破断及び座屈を引き起こすことなく、筒状体を支持することができる。
【００１１】
幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方に前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重が実質的に一定になるように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成されている。
【００１２】
この構成によれば、焼成中に筒状体が上下方向にて収縮しても、吊下ステージ又は押上ステージの上下方向位置を調整することで、筒状体を吊下機構と押上機構の両方によって支持することができる。この結果として、筒状体の破断及び座屈を引き起こすことなく、筒状体を支持することができる。
【００１３】
前記押上ステージは、互いに平行に配列された複数の前記筒状体に対し下方から接近可能に構成され、前記制御装置は、前記筒状体の数に基づいて設定される前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方に作用する荷重の目標値、並びに、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方に作用する荷重の許容誤差の上限値及び下限値に基づいて、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち一方の上下方向位置を制御するように構成されるとともに、前記吊下ステージに作用する荷重の許容誤差の下限値が零になるよう構成されるか、又は、前記押上ステージに作用する荷重の許容誤差の上限値が零になるよう構成されている。
【００１４】
複数の筒状体を焼成する場合、筒状体の数に応じて吊下ステージ又は押上ステージに作用する荷重の目標値が設定され、荷重センサによって測定された吊下ステージ又は押上ステージに作用する荷重の測定値が目標値に近付くように、吊下ステージ又は押上ステージの上下方向位置が調整される。
そしてこのように荷重の測定値が目標値に近付くように制御を行う場合、荷重の測定値のばらつきが許容誤差範囲内に収まるように制御が行われる。許容誤差範囲の設定によって、荷重の測定値が目標値を超えたり下回ることがある。
【００１５】
一方、複数の筒状体を焼成する場合、収縮率にばらつきが生じる。このため、複数の筒状体を１つの押上ステージによって押し上げながら焼成する場合、収縮率の大きな筒状体が押上ステージから浮いてしまうことがある。そして、収縮率の大きな筒状体が浮いたときに、吊下ステージ又は押上ステージに作用する荷重を実質的に一定に調整すべく、吊下ステージを降下させるか押上ステージを上昇させると、収縮率の小さい筒状体から押上ステージに作用する荷重が増大する。特に、吊下ステージの荷重の測定値が目標値を下回ることがある場合、或いは、押上ステージの荷重の測定値が目標値を超えることがある場合、収縮率の小さい筒状体から押上ステージに過剰な荷重が作用し、収縮率の小さい筒状体の下端部に過剰な応力が作用する。
【００１６】
この点、吊下ステージに作用する荷重の許容誤差の下限値が目標値に等しくなるように構成されるか、又は、押上ステージに作用する荷重の許容誤差の上限値が目標値に等しければ、収縮率の小さい筒状体から押上ステージに過剰な荷重が作用することが防止される。この結果として、収縮率の小さい筒状体の下端部に過剰な応力が作用することが防止される。なお、この構成によれば、押上ステージから浮いてしまった収縮率の大きな筒状体には自重により引っ張り応力が作用するので収縮が抑制され、再び押上ステージによって支持されるようになる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記吊下ステージに前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重と前記押上ステージに前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重が実質的に均等になるように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成されている。
【００１８】
この構成によれば、吊下ステージに作用する荷重と押上ステージに作用する荷重が実質的に均等になるように吊下ステージ又は押上ステージの上下方向位置が調整されるので、筒状体に作用する応力が的確に分散される。この結果として、筒状体の破断及び座屈がより確実に防止される。
【００１９】
幾つかの実施形態では、前記押上機構は、鉛直方向に沿って延びるボール螺子と、前記ボール螺子を回転駆動可能に構成された駆動部と、前記ボール螺子と螺合するナットと、前記ボール螺子に沿う前記ナットの上下動を前記押上ステージに伝達可能に構成された連結部と、前記連結部の上下動を案内するように構成されたガイド部とを有する。
【００２０】
この構成によれば、ボール螺子に対するナットの上下動が、ガイド部に案内される連結部を介して押上ステージに伝達されるので、押上ステージの上下方向位置を高精度に調整することができる。この結果として、押上ステージに作用する荷重を高精度に調整することができ、筒状体の破断及び座屈がより確実に防止される。
【００２１】
幾つかの実施形態では、前記荷重センサは前記押上ステージと前記連結部の間に設けられている。
この構成によれば、簡単な構成にて、押上ステージに作用する荷重を正確に測定することができる。
【００２２】
前記連結部は、鉛直方向に沿って延び且つ前記ナットに結合される筒状の第１の筒を有し、前記ガイド部は、前記第１の筒と同軸に設けられる第２の筒と、前記第１の筒と前記第２の筒の間に設けられる少なくとも１つのすべり軸受とを有する。
この構成によれば、簡単な構成にて、ガイド部が連結部を鉛直方向に沿って案内することができる。
【００２３】
幾つかの実施形態では、前記第１の筒は、前記第２の筒の径方向外側に設けられ、前記ナットと前記第１の筒は、前記ボール螺子の径方向に沿って延びる複数のアーム部を介して結合され、前記第２の筒は、前記複数のアーム部の上下動を許容するように構成された複数のスリットを有する。
この構成によれば、簡単な構成にて、ガイド部が連結部を鉛直方向に沿って案内することができる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、前記押上ステージは、互いに平行に配列された複数の前記筒状体に対し下方から接近可能に構成され、前記押上機構は、前記押上ステージと前記複数の筒状体の他端部の間に配置されるように構成された収縮性を有する収縮部を更に有する。
この構成によれば、複数の筒状体の焼成中に、筒状体の収縮率にばらつきが発生しても、筒状体の収縮率のばらつきを収縮部で吸収し、複数の筒状体を押上ステージによって一括して支持することができる。
【００２５】
前記収縮部は、網目状体、スプリング又はガスシリンダからなる。
この構成によれば、簡単な構成で、筒状体の収縮率のばらつきを収縮部で吸収し、複数の筒状体を押上ステージによって一括して支持することができる。
特に、収縮部がガスシリンダからなる場合、一定の圧力で複数の筒状体を支持することができるので、複数の筒状体の各々において応力を的確に分散させることができる。
【００２６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、セラミックス原材料を含む少なくとも１つの筒状体を焼成する際に前記少なくとも１つの筒状体を支持する筒状体の支持方法において、前記少なくとも１つの筒状体の一端部と係合可能に構成された吊下ステージを用いて、前記少なくとも１つの筒状体の一端部が他端部よりも上になるように前記少なくとも１つの筒状体を吊り下げる吊下ステップと、前記吊下ステージ及び前記吊下ステージに吊り下げられた前記少なくとも１つの筒状体の他端部に対し下方から接近可能に構成された押上ステージのうち一方又は両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から作用する荷重を測定する荷重測定ステップと、前記荷重測定ステップの測定結果に基づいて、前記吊下ステージ及び前記押上ステージの両方に対し前記少なくとも１つの筒状体から荷重が作用するように、前記吊下ステージ及び前記押上ステージのうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するステージ位置調整ステップとを備えることを特徴とする筒状体の支持方法が提供される。
【００２７】
この構成によれば、筒状体を吊り下げながら下方から支持することで、自重により筒状体に作用する応力が分散される。このため、筒状体の焼成時に筒状体の強度が低下したとしても、筒状体の破断及び座屈を引き起こすことなく、筒状体を支持することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、セラミックス原材料を含む筒状体を焼成する際に、筒状体の破断や座屈を引き起こすことなく筒状体を支持可能な支持装置及び支持方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置を、焼成炉及び筒状体とともに、一部を断面にて概略的に示す図である。
【図２】図２中の押上機構を拡大して示す図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略的な断面図である。
【図４】本発明の幾つかの実施形態に係る筒状体の支持方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図５】幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置における押上ステージ周辺を、複数の筒状体とともに拡大して概略的に示す図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置の制御装置が実行するプログラムの概略的なステップを示すフローチャートである。
【図７】幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置における押上ステージ周辺を、複数の筒状体とともに拡大して概略的に示す図である。
【図８】幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置における押上ステージ周辺を、複数の筒状体とともに拡大して概略的に示す図である。
【図９】幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置における押上ステージ周辺を、複数の筒状体とともに拡大して概略的に示す図である。
【図１０】幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置における押上ステージ周辺を、複数の筒状体とともに拡大して概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３１】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に係る筒状体の支持装置を、支持対象の筒状体１０及び筒状体１０を焼成するための焼成炉１２とともに概略的に示している。
支持装置は、セラミックス原材料を含む少なくとも１つの筒状体１０を焼成する際に少なくとも１つの筒状体１０を支持可能に構成されている。筒状体１０は、例えば、セラミックス原材料とバインダ等を混合した混合物を押出成型することにより得られる。筒状体１０の焼結体をＳＯＦＣの基体管に用いる場合、典型的なセラミックス原材料として、カルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）の粒子を用いることができる。
【００３２】
筒状体１０の支持装置は、吊下機構１４と、押上機構１６と、荷重センサ１８と、制御装置２０とを有する。
吊下機構１４は、少なくとも１つの筒状体１０の一端部と係合可能に構成された耐熱性の吊下ステージ２２を有し、少なくとも１つの筒状体１０の一端部が他端部よりも上になるように少なくとも１つの筒状体１０を吊り下げ可能に構成されている。
【００３３】
幾つかの実施形態では、筒状体１０の一端部には横孔２４が形成され、横孔２４に耐熱性の吊下ピン２６が挿通される。吊下ステージ２２は、例えば円盤形状を有し、焼成炉１２の上側の領域に、図示しない固定手段によって固定して配置される。吊下ステージ２２は、自身を鉛直方向に貫通する少なくとも１つの縦孔２８を有する。縦孔２８の直径は、筒状体１０よりも大であり、且つ、吊下ピン２６の長さよりも小さい。筒状体１０の一端側が縦孔２８を貫通した状態で、筒状体１０から側方に突出する吊下ピン２６の両端部が上方から吊下ステージ２２に当接することによって、筒状体１０の一端部は、吊下ピン２６を介して吊下ステージ２２と係合可能である。
【００３４】
図２は、荷重センサ１８及び制御装置２０とともに、押上機構１６を拡大して示している。
押上機構１６は、吊下ステージ２２に吊り下げられた少なくとも１つの筒状体１０の他端部に対し下方から接近可能に構成された耐熱性の押上ステージ３０を有し、少なくとも１つの筒状体１０を下方から押上可能に構成されている。
【００３５】
荷重センサ１８は、押上ステージ３０に対し少なくとも１つの筒状体１０から作用する荷重を測定可能に構成されている。荷重センサ１８は、例えば、ロードセルからなる。
【００３６】
制御装置２０は、荷重センサ１８の測定結果に基づいて、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０の両方に対し少なくとも１つの筒状体１０から荷重が作用するように、押上ステージ３０の上下方向位置を調整するように構成されている。制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ及び外部記憶装置等からなるコンピュータによって構成される。
【００３７】
この構成によれば、筒状体１０を吊下機構１４と押上機構１６の両方によって支持することで、自重により筒状体１０に作用する応力が分散される。このため、筒状体１０の焼成時に筒状体１０の強度が低下したとしても、筒状体１０の破断及び座屈を引き起こすことなく、筒状体１０を支持することができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、押上機構１６は、ボール螺子３２、駆動部３４、ナット３６、連結部３８、及び、ガイド部４０を有する。
ボール螺子３２は、鉛直方向に沿って延び、回転可能に配置されている。ボール螺子３２は、例えば軸受４２によって回転可能に支持されている。
駆動部３４は、ボール螺子３２を回転駆動可能に構成されており、例えば、アクチュエータとしてのサーボモータ４４と減速機能を有する歯車列４６からなる。
【００３９】
ナット３６は、ボール螺子３２と螺合しており、ボール螺子３２の回転に伴い、その回転方向に応じて、ボール螺子３２に沿って上方又は下方に移動可能に構成されている。
連結部３８は、ボール螺子３２に沿うナット３６の上下動を押上ステージ３０に伝達可能に構成されている。
ガイド部４０は、連結部３８の上下動を案内するように構成されている。
【００４０】
この構成によれば、ボール螺子３２に対するナット３６の上下動が、ガイド部４０に案内される連結部３８を介して押上ステージ３０に伝達されるので、押上ステージ３０の上下方向位置を高精度に調整することができる。この結果として、押上ステージ３０に作用する荷重を高精度に調整することができ、筒状体１０の破断及び座屈がより確実に防止される。
【００４１】
幾つかの実施形態では、図２に示したように、荷重センサ１８は押上ステージ３０と連結部３８の間に設けられている。
この構成によれば、簡単な構成にて、押上ステージ３０に作用する荷重を正確に測定することができる。
【００４２】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略的な断面図である。
幾つかの実施形態では、図２及び図３に示したように、連結部３８は、鉛直方向に沿って延び且つナット３６に結合される筒状の第１の筒４８を有する。そして、ガイド部４０は、第１の筒４８と同軸に設けられる第２の筒５０と、第１の筒４８と第２の筒５０の間に設けられる少なくとも１つのすべり軸受５２とを有する。
この構成によれば、簡単な構成にて、ガイド部４０が連結部３８を鉛直方向に沿って案内することができる。
【００４３】
幾つかの実施形態では、第１の筒４８は、第２の筒５０の径方向外側に設けられ、ナット３６と第１の筒４８は、ボール螺子３２の径方向に沿って延びる複数のアーム部５４を介して結合され、第２の筒５０は、複数のアーム部５４の上下動を許容するように構成された複数のスリット５６を有する。
この構成によれば、簡単な構成にて、ガイド部４０が連結部３８を鉛直方向に沿って案内することができる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、第１の筒４８及び第２の筒５０はそれぞれ円筒形状を有する。
幾つかの実施形態では、ボール螺子３２の径方向にそれぞれ延びる３つのアーム部５４が１２０°間隔で放射状に設けられる。
幾つかの実施形態では、上面視にて扇形の複数のすべり軸受５２が、ボール螺子３２の周方向及び軸線方向に沿って配置されている。例えば、複数のすべり軸受５２は、第２の筒５０の外周に固定されている。
【００４５】
幾つかの実施形態では、第１の筒４８と第２の筒５０との間にスペーサ５８が設けられている。スペーサ５８は、例えば第１の筒４８の下端に一体に設けられている。
幾つかの実施形態では、荷重センサ１８と押上ステージ３０との間に断熱部材６０及びスペーサ６２が配置される。
幾つかの実施形態では、荷重センサ１８及び連結部３８の外周を覆う耐熱性の被覆部材６４が設けられる。被覆部材６４は伸縮性を有し、荷重センサ１８による荷重測定に影響を与えない。被覆部材６４は、例えば、アルミナやムライトからなる繊維のシートからなる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、制御装置２０は、少なくとも１つの筒状体１０から押上ステージ３０に作用する荷重が実質的に一定になるように、押上ステージ３０の上下方向位置を調整するように構成されている。
なお、荷重が実質的に一定になるように調整するとは、荷重が目標値ＦＴに等しくなるように調整を行うが、荷重が制御上の許容誤差範囲内で変化することを許容するという意味である。
【００４７】
この構成によれば、焼成中に筒状体１０が上下方向にて収縮しても、押上ステージ３０の上下方向位置を調整することで、筒状体１０を吊下機構１４と押上機構１６の両方によって支持することができる。この結果として、筒状体１０の破断及び座屈を引き起こすことなく、筒状体１０を支持することができる。
【００４８】
図４は、図１〜図３に示した支持装置に用いられる筒状体１０の支持方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
筒状体１０の支持方法は、吊下ステップＳ１、荷重測定ステップＳ２及びステージ位置調整ステップＳ３を有する。
吊下ステップＳ１では、少なくとも１つの筒状体１０の一端部と係合可能に構成された吊下ステージ２２を用いて、少なくとも１つの筒状体１０の一端部が他端部よりも上になるように少なくとも１つの筒状体１０が吊り下げられる。
【００４９】
荷重測定ステップＳ２では、吊下ステージ２２に吊り下げられた少なくとも１つの筒状体１０の他端部に対し下方から接近可能に構成された押上ステージ３０に対し少なくとも１つの筒状体１０から作用する荷重ＦＭが測定される。
【００５０】
ステージ位置調整ステップＳ３では、荷重測定ステップＳ２の測定結果に基づいて、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０の両方に対し少なくとも１つの筒状体１０から荷重が作用するように、押上ステージ３０の上下方向位置が調整される。
【００５１】
この構成によれば、筒状体１０を吊り下げながら下方から支持することで、自重により筒状体１０に作用する応力が分散される。このため、筒状体１０の焼成時に筒状体１０の強度が低下したとしても、筒状体１０の破断及び座屈を引き起こすことなく、筒状体１０を支持することができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、１つの吊下ステージ２２に互いに平行に吊下された複数の筒状体１０が、図５に示したように、１つの押上ステージ３０によって押し上げられる。
図６は、複数の筒状体１０を支持装置を用いて焼成する際に、制御装置２０が実行するプログラムを概略的に示すフローチャートである。
【００５３】
プログラムの実行に先立ち、複数の筒状体１０が、吊下機構１４によって焼成炉１２内に吊り下げられる（吊下ステップ）。そして、図６のプログラムが実行されると、まず、初期設定ステップＳ１０として、フラグＦが０に設定され、荷重目標値ＦＴ、荷重許容誤差上限値ＥＨ及び荷重許容誤差下限値ＥＬが読み込まれる。荷重目標値ＦＴは、複数の筒状体１０から押上ステージ３０に作用する荷重の目標値ＦＴであり、筒状体１０の数や質量に応じて設定される。荷重許容誤差上限値ＥＨは、複数の筒状体１０から押上ステージ３０に作用する荷重の許容誤差の上限値ＥＨであり、目標値ＦＴからの偏差として設定される。同様に、荷重許容誤差下限値ＥＬは、複数の筒状体１０から押上ステージ３０に作用する荷重の許容誤差の下限値ＥＬであり、目標値ＦＴからの偏差として設定される。
【００５４】
幾つかの実施形態では、荷重許容誤差上限値ＥＨとして零が読み込まれる。より具体的には、荷重目標値ＦＴの値として５ｋｇｆが読み込まれ、荷重許容誤差上限値ＥＨとして０ｋｇｆが読み込まれ、そして、荷重許容誤差下限値ＥＬとして−５００ｇｆが読み込まれる。
なお、荷重目標値ＦＴ、荷重許容誤差上限値ＥＨ及び荷重許容誤差下限値ＥＬの読み込みは、制御装置２０の外部記憶装置に予め登録された値を読み込んでもよいし、作業者によって制御装置２０に入力された値を読み込んでもよい。或いは、作業者によって入力された筒状体１０の数や質量等の情報に基づいて、制御装置２０が荷重目標値ＦＴ、荷重許容誤差上限値ＥＨ及び荷重許容誤差下限値ＥＬを演算により求め、演算結果を読み込んでもよい。
【００５５】
初期設定ステップＳ１０の後、複数の筒状体１０からの荷重を吊下ステージ２２及び押上ステージ３０の両方に作用させるために、荷重測定ステップＳ１２が実行される。荷重測定ステップＳ１２では、荷重センサ１８によって、複数の筒状体１０から押上ステージ３０に作用する荷重の測定値ＦＭが測定される。
【００５６】
荷重測定ステップＳ１２で測定された荷重の測定値ＦＭは、荷重比較ステップＳ１４にて、荷重目標値ＦＴと許容誤差の下限値ＥＬの絶対値との差（ＦＴ−｜ＥＬ｜）、及び、荷重目標値ＦＴと許容誤差の上限値ＥＨとの和（ＦＴ＋ＥＨ）と比較される。誤差の上限値ＥＨが零である場合、荷重の測定値ＦＭは、実質的に、差（ＦＴ−｜ＥＬ｜）及び目標値ＦＴと比較される。
【００５７】
荷重比較ステップＳ１４での比較の結果、荷重の測定値ＦＭが、差（ＦＴ−｜ＥＬ｜）以下であるか、又は、和（ＦＴ＋ＥＨ）以上である場合、ステージ位置調整ステップ（荷重調整ステップ）Ｓ１６が実行される。ステージ位置調整ステップＳ１６では、制御装置２０が駆動部３４を駆動して、押上ステージ３０の上下方向位置を調整する。具体的には、制御装置２０は、荷重の測定値ＦＭが差（ＦＴ−｜ＥＬ｜）以下である場合、押上ステージ３０を上昇させ、荷重の測定値ＦＭが和（ＦＴ＋ＥＨ）以上である場合、押上ステージ３０を下降させる。
【００５８】
荷重測定ステップＳ１２、荷重比較ステップＳ１４及びステージ位置調整ステップＳ１６は、荷重の測定値ＦＭが、差（ＦＴ−｜ＥＬ｜）よりも大きく、且つ、和（ＦＴ＋ＥＨ）よりも小さくなるまで繰り返し実行される。
そして、荷重の測定値ＦＭが、差（ＦＴ−｜ＥＬ｜）よりも大きく、且つ、和（ＦＴ＋ＥＨ）よりも小さくなると、荷重比較ステップＳ１４の判定結果が「はい」になり、フラグ判定ステップＳ１８が実行される。
【００５９】
１回目のフラグ判定ステップＳ１８では、フラグＦは０であるので、判定結果が「いいえ」になり、焼成ステップＳ２０が実行される。
焼成ステップＳ２０が実行されると、焼成炉１２の温度上昇が開始され、フラグＦが１に設定される。焼成炉１２が電気炉の場合、制御装置２０は、図２に示したように、電気炉に設けられた温度計６６で電気炉の温度を測定しながら、電気炉のヒータ６８に供給される電流を制御することにより、温度上昇を開始させる。
【００６０】
焼成ステップＳ２０の開始後、再び、荷重測定ステップＳ１２及び荷重比較ステップＳ１４が実行され、荷重比較ステップＳ１４の比較結果が「いいえ」の場合、ステージ位置調整ステップＳ１６が実行される。
焼成ステップＳ２０の実行後、荷重比較ステップＳ１４の比較結果が「はい」になった場合、フラグ判定ステップＳ１８の比較結果が「はい」になり、筒状体温度判定ステップＳ２２が実行される。
【００６１】
筒状体温度判定ステップＳ２２では、筒状体１０の温度が例えば閾値温度ＴＨよりも高いか否かが判定される。筒状体１０の温度は、温度計６６によって測定された温度に基づいて間接的に求めてもよく、他の温度計によって直接測定してもよい。
閾値温度ＴＨは、筒状体１０において、吊下機構１４のみによる支持に耐え得る強度が発現する温度であり、例えば１１００℃である。バインダ等の有機系成分は、３００℃〜５００℃の温度範囲で分解し、１０００℃を超えるとセラミックス原材料の焼結が始まり、１１００℃以上では筒状体１０の強度が十分上昇する。
【００６２】
筒状体温度判定ステップＳ２２の判定結果が「いいえ」の場合、筒状体温度判定ステップＳ２２の判定結果が「はい」になるまで、荷重測定ステップＳ１２及び荷重比較ステップＳ１４が繰り返し実行され、荷重比較ステップＳ１４の比較結果によって、ステージ位置調整ステップＳ１６、又は、フラグ判定ステップＳ１８及び筒状体温度判定ステップＳ２２が繰り返し実行される。つまり、焼成ステップＳ２０の開始後、筒状体１０の温度が閾値温度ＴＨを超えるまで、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０の両方に筒状体１０から荷重が作用するように、押上ステージ３０の上下方向位置が調整される。
【００６３】
筒状体温度判定ステップＳ２２の判定結果が「はい」になると、ステージ下降ステップＳ２４が実行される。ステージ下降ステップＳ２４では、制御装置２０が駆動部３４を駆動して、押上ステージ３０を下降させる。これにより、押上ステージ３０は筒状体１０から離れ、筒状体１０が吊下機構１４のみによって支持される。
幾つかの実施形態では、ステージ下降ステップＳ２４が省略されてもよい。少なくとも筒状体１０の温度が閾値温度ＴＨを超えるまで、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０によって筒状体１０が支持されていればよい。
【００６４】
この後、筒状体１０の焼結が終了すると、焼成終了ステップＳ２６が実行され、プログラムのフローが終了する。焼成終了ステップＳ２６では、焼成炉１２の温度が下げられ、焼結された筒状体１０を取り出すことができるようになる。
【００６５】
図６のプログラムに従って複数の筒状体１０を焼成する場合、筒状体１０の数に応じて押上ステージ３０に作用する荷重の目標値ＦＴが設定され、荷重センサ１８によって測定された押上ステージ３０に作用する荷重の測定値ＦＭが目標値ＦＴに近付くように、押上ステージ３０の上下方向位置が調整される。
そしてこのように荷重の測定値ＦＭが目標値ＦＴに近付くように制御を行う場合、荷重の測定値ＦＭのばらつきが許容誤差範囲内に収まるように制御が行われる。許容誤差範囲の設定によって、荷重の測定値ＦＭが目標値ＦＴを超えたり下回ることがある。
【００６６】
一方、複数の筒状体１０を焼成する場合、収縮率にばらつきが生じる。このため、複数の筒状体１０を１つの押上ステージ３０によって押し上げながら焼成する場合、図７に示したように、収縮率の大きな筒状体１０が押上ステージ３０から浮いてしまうことがある。そして、収縮率の大きな筒状体１０が浮いたときに、押上ステージ３０に作用する荷重を実質的に一定に調整すべく、押上ステージ３０を上昇させると、収縮率の小さい筒状体１０から押上ステージ３０に作用する荷重が増大する。特に、押上ステージ３０の荷重の測定値ＦＭが目標値ＦＴを超えることがある場合、収縮率の小さい筒状体１０から押上ステージ３０に過剰な荷重が作用し、収縮率の小さい筒状体１０の下端部に過剰な応力が作用する。
【００６７】
この点、押上ステージ３０に作用する荷重の許容誤差の上限値ＥＨが目標値ＦＴに等しければ、収縮率の小さい筒状体１０から押上ステージ３０に過剰な荷重が作用することが防止される。この結果として、収縮率の小さい筒状体１０の下端部に過剰な応力が作用することが防止される。なお、この構成によれば、押上ステージ３０から浮いてしまった収縮率の大きな筒状体１０には自重により引っ張り応力が作用するので収縮が抑制され、再び押上ステージ３０によって支持されるようになる。
【００６８】
幾つかの実施形態では、制御装置２０は、吊下ステージ２２に少なくとも１つの筒状体１０から作用する荷重と押上ステージ３０に少なくとも１つの筒状体１０から作用する荷重が実質的に均等になるように、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０のうち少なくとも一方の上下方向位置を調整するように構成されている。
【００６９】
この構成によれば、吊下ステージ２２に作用する荷重と押上ステージ３０に作用する荷重が実質的に均等になるように吊下ステージ２２又は押上ステージ３０の上下方向位置が調整されるので、筒状体１０に作用する応力が的確に分散される。この結果として、筒状体１０の破断及び座屈がより確実に防止される。
なお、荷重が実質的に均等であるとは、制御上の誤差程度であれば吊下ステージ２２に作用する荷重と押上ステージ３０に作用する荷重が異なっていてもよいという意味である。
【００７０】
図８は、幾つかの実施形態に係る支持装置の押上ステージ３０周辺を拡大して示す図である。幾つかの実施形態では、押上ステージ３０は、互いに平行に配列された複数の筒状体１０に対し下方から接近可能に構成され、押上機構１６は、押上ステージ３０と複数の筒状体１０の他端部の間に配置されるように構成された収縮性を有する収縮部７０を更に有する。
この構成によれば、複数の筒状体１０の焼成中に、筒状体１０の収縮率にばらつきが発生しても、筒状体１０の収縮率のばらつきを収縮部７０で吸収し、複数の筒状体１０を押上ステージ３０によって一括して支持することができる。
【００７１】
幾つかの実施形態では、図８に示したように、収縮部７０は、耐熱性の繊維からなる網目状体７２である。耐熱性の繊維は、例えばアルミナやムライトからなる。
この構成によれば、簡単な構成で、筒状体１０の収縮率のばらつきを収縮部７０としての網目状体７２で吸収し、複数の筒状体１０を押上ステージ３０によって一括して支持することができる。
【００７２】
図９は、幾つかの実施形態に係る支持装置の押上ステージ３０周辺を拡大して示す図である。幾つかの実施形態では、収縮部７０は、耐熱性材料からなるスプリング７４である。
この構成によれば、簡単な構成で、筒状体１０の収縮率のばらつきを収縮部７０としてのスプリング７４で吸収し、複数の筒状体１０を押上ステージ３０によって一括して支持することができる。
なお、スプリング７４は、筒状体１０に対応して押上ステージ３０上に設けられ、耐熱性の材料からなるばね座７６を介して、筒状体１０を押し上げ可能である。
【００７３】
図１０は、幾つかの実施形態に係る支持装置の押上ステージ３０周辺を拡大して示す図である。幾つかの実施形態では、収縮部７０はガスシリンダ７８である。
ガスシリンダ７８は、筒状体１０に対応して配置されるピストンロッド８０を有し、ピストンロッド８０のピストン部８２が、押上ステージ３０に設けられたシリンダ孔８４に摺動自在に挿入されている。シリンダ孔８４は鉛直方向に延び、シリンダ孔８４の上端は、押上ステージ３０の上面にて開口している。ピストン部８２は、シリンダ孔８４の上端からシリンダ孔８４に挿入され、シリンダ孔８４に沿って鉛直方向に摺動可能である。シリンダ孔８４には、窒素等のガスが所定の圧力にて供給され、該圧力によってピストンロッド８０が上方に向けて付勢される。従って、ガスの圧力によって、ピストンロッド８０を介して筒状体１０が弾性的に支持される。
【００７４】
この構成によれば、簡単な構成で、筒状体１０の収縮率のばらつきを収縮部７０としてのガスシリンダ７８で吸収し、複数の筒状体１０を押上ステージ３０によって一括して支持することができる。
特に、収縮部７０がガスシリンダ７８からなる場合、一定の圧力で複数の筒状体１０を支持することができるので、複数の筒状体１０の各々において応力を的確に分散させることができる。
【００７５】
本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した幾つかの実施形態に変形を加えた形態や、上述した幾つかの実施形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、荷重センサ１８は、少なくとも１つの筒状体１０から押上ステージ３０に対して作用する荷重を測定可能に構成されていたが、少なくとも１つの筒状体１０から吊下ステージ２２に対して作用する荷重を測定可能に構成されていてもよい。
【００７６】
上述した幾つかの実施形態では、吊下ステージ２２が固定され、押上ステージ３０が可動であったけれども、押上ステージ３０が固定され、吊下ステージ２２が上下方向に可動であってもよい。
この場合、制御装置２０は、荷重センサ１８の測定結果に基づいて、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０の両方に対し少なくとも１つの筒状体１０から荷重が作用するように、吊下ステージ２２の上下方向位置を調整するように構成されていてもよい。
【００７７】
そしてこの場合、制御装置２０は、吊下ステージ２２及び押上ステージ３０のうち一方に少なくとも１つの筒状体１０から作用する荷重が実質的に一定になるように、吊下ステージ２２の上下方向位置を調整するように構成されていてもよい。
【００７８】
上述した幾つかの実施形態では、押上ステージ３０に作用する荷重の許容誤差の上限値ＥＨが目標値ＦＴに等しくなるように構成されていたが、筒状体１０から吊下ステージ２２に作用する荷重を測定する場合、吊下ステージ２２に作用する荷重の許容誤差の下限値ＥＬが零になるように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０    筒状体
１２    焼成炉
１４    吊下機構
１６    押上機構
１８    荷重センサ
２０    制御装置
２２    吊下ステージ
２４    横孔
２６    吊下ピン
２８    縦孔
３０    押上ステージ
３２    ボール螺子
３４    駆動部
３６    ナット
３８    連結部
４０    ガイド部
【図１】
2015090224.tif 000003
【図２】
2015090224.tif 000004
【図３】
2015090224.tif 000005
【図４】
2015090224.tif 000006
【図５】
2015090224.tif 000007
【図６】
2015090224.tif 000008
【図７】
2015090224.tif 000009
【図８】
2015090224.tif 000010
【図９】
2015090224.tif 000011
【図１０】
2015090224.tif 000012