(57)【要約】【課題】厚さが薄く、このため引張り強度が小さい炭素質シートの製造に適した加熱炉装置を提供する。【解決手段】加熱手段を備えた炉本体２と、排気ポート２６と、酸化繊維シート入口部１２及び炭素質シート出口部１８と、駆動ローラー４、６、８と、酸化繊維シート供給ローラー２８及び炭素質シート巻取りローラー３８と、折返し部検出センサ４０、４２、４４、４６と、前記センサの検出信号に応じて酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーの回転速度を調節する制御手段とを有し、酸化繊維シート３０を折返し部３２を形成しながら酸化繊維シート入口部１２に供給すると共に炭素質シート出口部１８から取出される炭素質シート３４を折返し部３６を形成しながら炭素質シート巻取りローラー３８に巻き取る際に、両折返し部３２、３６の垂直方向高さを調節してシートと駆動ローラとの接圧を制御する加熱炉装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を備えた炉本体と、炉本体上部に形成した排気ポートと、炉本体の底壁に設けてなりガスシール部を備える酸化繊維シート入口部及びガスシール部を備える炭素質シート出口部と、炉本体内に取りつけた１以上の駆動ローラーと、炉本体の下方に配設した酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーとを有し、酸化繊維シート供給ローラーに取りつけた酸化繊維シートロールから供給される酸化繊維シートを下方に折返して折返し部を形成しながら酸化繊維シート入口部に供給すると共に炭素質シート出口部から取出される炭素質シートを下方に折返して折返し部を形成しながら炭素質シート巻取りローラーに巻き取る加熱炉装置。
【請求項２】
加熱手段を備えた炉本体と、炉本体上部に形成した排気ポートと、炉本体の底壁に設けてなりガスシール部を備える酸化繊維シート入口部及びガスシール部を備える炭素質シート出口部と、炉本体内に取りつけた１以上の駆動ローラーと、炉本体の下方に配設した酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーと、前記酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーの下方にそれぞれ配設した酸化繊維シート折返し部検出センサ及び炭素質シート折返し部検出センサと、前記両センサの検出信号に応じて酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーの回転速度を調節する制御手段とを有し、酸化繊維シート供給ローラーに取りつけた酸化繊維シートロールから供給される酸化繊維シートを下方に折返して折返し部を形成しながら酸化繊維シート入口部に供給すると共に炭素質シート出口部から取出される炭素質シートを下方に折返して折返し部を形成しながら炭素質シート巻取りローラーに巻き取る際に、両折返し部の垂直方向高さを調節することによりシートと駆動ローラとの接圧を制御する加熱炉装置。
【請求項３】
排気ポートを酸化繊維シート入口部の上方に形成する請求項１又は２に記載の加熱炉装置。
【請求項４】
炉本体内にガイドローラーを設けてなり、炉本体内に供給される酸化繊維シートと炉本体内から取出される炭素質シートとを逆平行に近接して走行させ、これらシートを炉本体の底壁に設けた１箇の出入口を通して出入りさせる請求項１乃至３の何れかに記載の加熱炉装置。
【請求項５】
カウンターウエイトを有するニップローラーを駆動ローラーに当接させ配設してなる請求項１乃至４の何れかに記載の加熱炉装置。
【請求項６】
酸化繊維シートに沿って配設した酸化繊維シートの蛇行検出センサと、駆動ローラーの駆動軸の一端側を上下に変位させる上下駆動手段と、蛇行検出センサの酸化繊維シート蛇行データに応じて上下駆動手段を制御する制御部とを有する請求項１乃至５の何れかに記載の加熱炉装置。
【請求項７】
接圧が、０．０３〜１．０ＭＰａである請求項１乃至６の何れかに記載の加熱炉装置。
【請求項８】
折返し部に加重ローラーを回転自在に載置することにより接圧を調節してなる請求項１乃至７の何れかに記載の加熱炉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素質シート製造用の加熱炉装置に関し、更に詳述すれば本発明はポリアクリロニトリル系等の酸化繊維シート（織物、不織布、ペーパー等）を用いて特に厚さ１ｍｍ以下の炭素質シートを製造する際に使用して好適な加熱炉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系酸化繊維は、不融性があり、難燃性に優れ、一般の有機繊維と同様の引張り伸度を示す。また不活性ガス中で炭素化することにより高強度の炭素繊維が得られる。
【０００３】
ＰＡＮ系酸化繊維は短綿化され、単独又は他のバインダーと分散混合され、湿式の抄紙により紙状のシートに加工される。また、乾式の不織布製造方式（ニードルパンチによるフェルトも含む）により不織布状のシートに加工される。更に、紡糸して織物に加工することも行われている。これらのシートを不活性ガス中で炭素化することにより紙状や不織布状、織物状の炭素質シートを得ることができる。
【０００４】
炭素質シートは、導電性、通気性が良いため、導電材や電極としての用途が期待されている。特に、電池用電極材としての用途は重要である。
【０００５】
炭素質シートを電極材用として用いる場合、近年電池の小型化、軽量化が進む中でこれらに対応できるように、炭素質シート自体の厚さを小さくすることが求められている。
【０００６】
しかし、電極材料のように薄さの求められる炭素質シートの製造は困難が伴う。  特許文献１には、３００〜９００℃の温度勾配を有する不活性雰囲気炉中で酸化繊維を水平方向に走行させ炭素繊維を連続的に製造する連続炭素化炉が記載されている。この横型炉は縦型炉と比較し、入口と出口の圧力差が少なく、また炉内圧を高めることにより外部から空気が侵入することを簡単に防止できる利点がある。しかし、厚さの小さい酸化繊維シートは強度が小さいため、この横型炉で炭素化するとシート切れを起す。
【０００７】
この問題を回避するため、横型炉中にベルトコンベアを設置し、ベルトコンベア上に強度の弱い酸化繊維シートを載置して炭素化することも考えられる。しかし、この場合には炭素化時に「皺」や「伸び」等を生じやすい。また、ベルトコンベアは耐熱性が高い必要があり、装置的に複雑になる。
【０００８】
特許文献２には、縦型の連続焼成装置が記載されている。この装置においては、焼成室内に酸化繊維を上方から下方に垂直に供給して炭素化し、３００〜９００℃で発生する分解ガスを有効に除去している。この縦型装置で炭素化する場合、薄い酸化繊維シートでもシート切れを起すことはないが、炭素化に際して何ら形態の保持機構を備えていないので、自由に伸縮ができ、その結果得られる炭素質シートは「皺」、「伸び」等の形状変化を起しやすい。
【０００９】
特許文献３には、縦型の炭素繊維製造用炭化炉のシール装置が記載されている。この炭化炉においても、特許文献２と同様の理由で、同様の問題が発生している。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５８−１１５１１９号公報（請求項１、第１図）
【特許文献２】
特開昭５８−１２６３１６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特公平６−３３９５６号公報（請求項１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、厚さが薄く、このため引張り強度が小さい炭素質シートの製造に適した加熱炉装置を検討しているうちに、原料の酸化繊維シート及び製造される炭素質シートの自重を利用してシートに適度の張力を与えながら縦型炉で酸化繊維シートを炭素化すると、皺や伸び等の問題を生じることなく炭素質シートが製造できることを知得し、本発明を完成するに至った。従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した炭素質シートの製造に好適な加熱炉装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【００１３】
〔１〕  加熱手段を備えた炉本体と、炉本体上部に形成した排気ポートと、炉本体の底壁に設けてなりガスシール部を備える酸化繊維シート入口部及びガスシール部を備える炭素質シート出口部と、炉本体内に取りつけた１以上の駆動ローラーと、炉本体の下方に配設した酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーとを有し、酸化繊維シート供給ローラーに取りつけた酸化繊維シートロールから供給される酸化繊維シートを下方に折返して折返し部を形成しながら酸化繊維シート入口部に供給すると共に炭素質シート出口部から取出される炭素質シートを下方に折返して折返し部を形成しながら炭素質シート巻取りローラーに巻き取る加熱炉装置。
【００１４】
〔２〕  加熱手段を備えた炉本体と、炉本体上部に形成した排気ポートと、炉本体の底壁に設けてなりガスシール部を備える酸化繊維シート入口部及びガスシール部を備える炭素質シート出口部と、炉本体内に取りつけた１以上の駆動ローラーと、炉本体の下方に配設した酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーと、前記酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーの下方にそれぞれ配設した酸化繊維シート折返し部検出センサ及び炭素質シート折返し部検出センサと、前記両センサの検出信号に応じて酸化繊維シート供給ローラー及び炭素質シート巻取りローラーの回転速度を調節する制御手段とを有し、酸化繊維シート供給ローラーに取りつけた酸化繊維シートロールから供給される酸化繊維シートを下方に折返して折返し部を形成しながら酸化繊維シート入口部に供給すると共に炭素質シート出口部から取出される炭素質シートを下方に折返して折返し部を形成しながら炭素質シート巻取りローラーに巻き取る際に、両折返し部の垂直方向高さを調節することによりシートと駆動ローラとの接圧を制御する加熱炉装置。
【００１５】
〔３〕  排気ポートを酸化繊維シート入口部の上方に形成する〔１〕又は〔２〕に記載の加熱炉装置。
【００１６】
〔４〕    炉本体内にガイドローラーを設けてなり、炉本体内に供給される酸化繊維シートと炉本体内から取出される炭素質シートとを逆平行に近接して走行させ、これらシートを炉本体の底壁に設けた１箇の出入口を通して出入りさせる〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載の加熱炉装置。
【００１７】
〔５〕  カウンターウエイトを有するニップローラーを駆動ローラーに当接させ配設してなる〔１〕乃至〔４〕の何れかに記載の加熱炉装置。
【００１８】
〔６〕  酸化繊維シートに沿って配設した酸化繊維シートの蛇行検出センサと、駆動ローラーの駆動軸の一端側を上下に変位させる上下駆動手段と、蛇行検出センサの酸化繊維シート蛇行データに応じて上下駆動手段を制御する制御部とを有する〔１〕乃至〔５〕の何れかに記載の加熱炉装置。
【００１９】
〔７〕  接圧が、０．０３〜１．０ＭＰａである請求項〔１〕乃至〔６〕の何れかに記載の加熱炉装置。
【００２０】
〔８〕  折返し部に加重ローラーを回転自在に載置することにより接圧を調節してなる〔１〕乃至〔７〕の何れかに記載の加熱炉装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の加熱炉装置の一例を示すもので、１００は加熱炉装置である。  ２は内部中空の炉本体で、炉壁は断熱材を用いて形成されている。炉本体２内には、不図示の加熱手段が装備されており、この加熱手段により炉本体２内を３００〜１７００℃に加熱できるようになっている。
【００２３】
炉本体２内には、複数（本図においては３個）の駆動ローラー４、６、８が配設されている。駆動ローラー４の下方であって、炉本体２の底壁１０には、酸化繊維シート入口部１２が形成されている。１４は、入口部１２に取りつけられたガスシール部であり、ガス供給管１６を通して窒素ガス等の不活性ガスがガスシール部１４に供給され、これにより炉本体２内に空気が混入することの無いように構成されている。
【００２４】
駆動ローラー８の下方の底壁１０には、炭素質シート出口部が形成されており、前記酸化繊維シート入口部１２と同様に、ガスシール部２０が取りつけられている。２２は、ガス供給管である。
【００２５】
前記駆動ローラー４の上方であって、炉本体２の天井壁２４には排気ポート２６が形成され、このポート２６を通って、炭素化時に炉本体２内で発生する分解ガスが外部に取出される。分解ガスは、炭素化初期に多量に発生する傾向があるので、排気ポート２６は酸化繊維シート入口部１２の上方に近いところに取りつけることが好ましい。
【００２６】
２８は、炉本体２の下方に配設した酸化繊維シート供給ローラーで、このローラー２８に巻回された酸化繊維シート３０が繰出され、供給ローラー２８の下方に垂下された後、折返し部３２で折返され、その後前記酸化繊維シート入口部１２を通って炉本体２内に供給されている。
【００２７】
炉本体２内に供給された酸化繊維シート３０は、次いで駆動ロール４、６、８間を張り渡され、この駆動ロール４、６、８により炉本体２内を移動させられながら高温の炉本体２内で炭素化される。
【００２８】
酸化繊維シートが炭素化されて得られる炭素質シート３４は炭素質シート出口部１８を通って炉本体２外に取出され、炭素質シート出口部１８下方に垂下される。
【００２９】
３６は、炭素質シート３４の折返し部で、ここで炭素質シート３４が折返された後、炭素質シート巻取りローラー３８に巻き取られる。
【００３０】
４０、４２は酸化繊維シート３０の折返し部３２近傍に配設した一対の酸化繊維シート折返し部検出センサである。また、４４、４６は炭素質シート３４の折返し部３６近傍に配設した一対の炭素質シート折返し部検出センサである
次に、この加熱炉装置を用いて酸化繊維シート３０を炭素化する場合につき説明する。
【００３１】
酸化繊維シート３０は、ピッチ系、タール系、アクリロニトリル（ＡＮ）系等の何れの酸化繊維シートでも使用できる。本装置で炭素化する酸化繊維シートとしては、特に制限はないが、シート厚さが薄く、引張り強度が小さいシートの場合であっても、炭素化することができる。特に、厚さ０．２〜１．０ｍｍの酸化繊維シートの炭素化に好適である。これらの引張り強度は通常８０Ｎ／ｃｍ以下の低強度のものが多い。
【００３２】
このような低強度の酸化繊維シートを炭素化すると、得られる炭素質シートは厚さ０．２〜１ｍｍ、引張り強度６０Ｎ／ｃｍ程度のものが得られる場合が多いい。
【００３３】
炭素化する酸化繊維シートとしては、織物、不織布、ペーパー等がある。
【００３４】
供給ローラー２８から繰出される酸化繊維シート３０は、前述のように、酸化繊維シート入口部１２を通って不活性ガスを満たした高温の炉本体２に送られ、ここで炭素化された後、炭素質シート３４は炭素質シート出口部１８から取出され、巻取りローラー３８に巻き取られる。
【００３５】
炭素化処理時間は０．５〜６０分間が好ましく、１〜３０分間がより好ましい。
【００３６】
この場合、酸化繊維シート３０の折返し部３２の位置は一対の酸化繊維シート折返し部検出センサ４０、４２により検出されている。位置検出データは制御部（不図示）に送られ、このデータに基づいて酸化繊維シート供給ローラー２８の繰出し速度が制御され、これにより酸化繊維シート折返し部３２の位置は一定の範囲内に制御される。駆動ローラー４に対する酸化繊維シート３０の接圧は酸化繊維シート３０の垂下長さに比例する。垂下長さを制御することにより、接圧は制御される。
【００３７】
同様に、炭素質シート３４の垂下長さも制御されている。これらの垂下長さの制御により、シートに適当な張力が加えられ、これにより無張力で炭素化する場合に生じやすいシートの切断、うねり、皺等の発生を抑制できる。
【００３８】
図２は、本発明加熱炉装置の他の態様を示すもので、この態様の加熱炉装置２００においては、酸化繊維シート３０と炭素質シート３４とが底壁１０に形成した同一の出入り部６２を通って炉本体に出入りするようになっている。６０はシール部である。
【００３９】
即ち、酸化繊維シート３０は、駆動ロール４の駆動力により出入り部６２を通って炉本体２内に搬送され、次いでガイドロール６４により進行方向を変更されながら炭素化され、炭素質シート３４は酸化繊維シート３０と逆平行に搬送されて出入口６２から炉本体２外に取出される。
【００４０】
逆平行に走行する酸化繊維シート３０と炭素質シート３４との間隔Ｘはシートの走行の安定性等を勘案すると余裕のある方が便利であるが、シール性を確実に確保するためには小さい方が好ましく、具体的には５０ｍｍ以下が好ましい。
【００４１】
その他の構成は図１の構成と同様であるから、同一構成部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
図３は、本発明加熱炉装置の更に他の形態を示す正面構成図で、図中３００は加熱炉装置である。この態様においては、炉本体２中に１個の駆動ローラー４を設けている。
【００４３】
７０はニップローラーで、駆動ローラー４に当接して取りつけられている。前記ニップローラー７０は略同質量のカウンターバランス７２が付加されている。
【００４４】
酸化繊維シート３０は長尺の酸化繊維シートにするため、複数の酸化繊維シートをその端部側同士を重ね合せて縫い合わせている場合が多いが、この長尺の酸化繊維シートの縫い合せ部分は厚さが厚くなっている。カウンターバランス７２を付加したニップローラー７０は、この縫い合せ部分の厚さ変化に十分対応して、無理な張力を酸化繊維シート３０に与えることがない。
【００４５】
７４、７６は円筒状の加重ローラーで、酸化繊維シート折返し部３２、炭素質シート折返し部３６にそれぞれ回転自在に載置されている。この加重ローラー７４、７６の質量を調整することにより、酸化繊維シート３０、炭素質シート３４に付加される張力がシートの自重だけでは不足する場合、補充することができる。  図４は、図３に示す加熱炉装置の一部省略側面構成図である。
【００４６】
駆動ローラー４の駆動軸８０の一端側は上下駆動手段８２の駆動軸８４に回転自在に連結され、他端側はモーター８６の回転軸に連結されている。なお、８６はガスシール部、８８はメカニカルシール部、９０は冷却装置、９２は駆動軸８０の水冷装置である。
【００４７】
９６、９８は酸化繊維シート３０の両縁近傍に配設したセンサで、酸化繊維シート３０が走行する際にその幅方向の振れ幅が検出され、これらセンサで得られる蛇行データが制御部（不図示）に送られる。制御部は、前記蛇行データに応じて上下駆動手段８２に制御信号を送り、これにより上下駆動手段８２の駆動軸８４が上下に駆動される。その結果、駆動ローラー４の駆動軸８０が傾き、走行する酸化繊維シートの蛇行が緩和される。
【００４８】
なお、その他の構成部分については、他の図と同様箇所には同一番号を付して、その説明を省略する。
【００４９】
【実施例】
図１に示す加熱炉装置を用いて炭素繊維シートを製造した。
【００５０】
厚さ０．４５ｍｍ、幅１０００ｍｍ、引張り強度８．０Ｎ／ｃｍ、目付７５ｇ／ｍ２の酸化繊維不織布を５０ｍ／ｈｒで酸化繊維シート供給ローラーから繰出し、内部を窒素雰囲気下の１３５０℃に加熱した炉本体２に供給した。酸化繊維シート入口部１２と折返し部３２との距離を１２０ｃｍに調節した。炭素化処理時間は１．０ｍｉｎであった。
【００５１】
炭素質シート出口部１８から取出される炭素質シートを炭素質シート巻取りローラ３８に連続的に巻き取った。炭素質シート出口部１８と炭素質シート折返し部３６との距離を１２０ｃｍに制御した。
【００５２】
得られた炭素質シートは、厚さ０．３８ｍｍ、引張り強度１９．５Ｎ／ｃｍ、目付４３ｇ／ｍ２のものであった。
【００５３】
【発明の効果】
本発明においては、炉本体内を垂直方向に酸化繊維シートが走行する縦型炉を用いて、酸化繊維シート及び炭素質シートにそれぞれの自重に基づく張力を与えるようにしたので、酸化繊維シートの炭素化時に生じる熱収縮時の切断、うねり、皺等が避けられる。従って、本加熱炉装置は引張り強度の小さい酸化繊維シートの炭素化に特に好適に使用できる。また、酸化繊維シート、及び炭素質シートの繰出し、巻取りには折返し部を設けてシートの走行に余裕を持たせているので、製造時に事故が発生しても柔軟に対応でき、シート切れ等を起しがたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉装置の一構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の加熱炉装置の他の構成例を示す概略図である。
【図３】本発明の加熱炉装置の更に他の構成例を示す概略正面図である。
【図４】図３の加熱炉装置の構成例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００    加熱炉装置
２    炉本体
４、６、８    駆動ローラー
１０    底壁
１２    酸化繊維シート入口部
１４    ガスシール部
１６    ガス供給管
１８    炭素質シート出口部
２０    ガスシール部
２２    ガス供給管
２４    天井壁
２６    排気ポート
２８    酸化繊維シート供給ローラー
３０    酸化繊維シート
３２    折返し部
３４    炭素質シート
３６    折返し部
３８    炭素質巻取りローラー
４０、４２    酸化繊維シート折返し部検出センサ
４４、４６    炭素質シート折返し部検出センサ
６０    シール部
６２    出入り部
６４    ガイドロール
Ｘ    間隔
７０    ニップローラー
７２    カウンターバランス
７４、７６    加重ローラー
８０    駆動軸
８２    上下駆動手段
８４    駆動軸
８６    モーター
８６    シール部
８８    メカニカルシール部
９０    冷却装置
９２    水冷装置
９６、９８    センサ
【図１】
2004332120.tif 000003
【図２】
2004332120.tif 000004
【図３】
2004332120.tif 000005
【図４】
2004332120.tif 000006