(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心管と、この炉心管の周囲に配置された加熱手段と、この加熱手段を囲む断熱材とを備え、前記炉心管の下部位置から上方に向けて被焼成物を装入可能になっていると共に、前記被焼成物を装入した後前記炉心管の下部位置を封止する台部材を備えていて、装入された前記被焼成物を密閉可能にする雰囲気焼成炉であって、
前記炉心管は、装入された前記被焼成物に対して反応性ガスを供給するガス供給手段とそのガスを排出する排出手段とを有し、
前記炉心管の下部位置を封止する、前記炉心管と台部材との接続箇所は、前記炉心管の縁部が、前記炉心管と台部材との間に介在され該台部材に形成された溝部に配置された耐熱性繊維シール材を押圧することにより、該耐熱性繊維シール材を弾性変形させて密封可能なシール構造を形成するとともに、
前記炉心管と台部材との接続箇所の外周部に、希釈ガスの導入口および排出口を有する外郭部材が設けられ、前記炉心管の縁部と、前記外郭部材と、前記台部材とによって希釈ガスの通流路が形成され、かつ、該希釈ガスの通流路が前記溝部と連通し、希釈ガスを通流してシールするガスシール構造を形成することを特徴とする雰囲気焼成炉。
【請求項２】
前記外郭部材が断熱機能を備えることを特徴とする請求項１の雰囲気焼成炉。
【請求項３】
前記反応性ガスがハロゲン系ガスである請求項１または２の雰囲気焼成炉。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１の雰囲気焼成炉を用いて焼成する方法であって、焼成炉を３００℃以上に加熱した状態で被焼成物を装入することを特徴とする焼成方法。
【請求項５】
前記被焼成物が、金属酸化物粉末あるいは金属酸化物前駆体粉末である請求項４の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雰囲気焼成炉と焼成方法に関し、詳しくは、炉心管内部に反応性ガスを送給してそのガス雰囲気での焼成が可能になっていると共に、反応性ガスの漏出を極力阻止可能になっている雰囲気焼成炉とそれを用いた焼成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、機能材料や構造材料に用いる金属酸化物系セラミックスの原料、フィラーや研磨材、顔料、あるいは単結晶製造用や溶射用の原料などに用いられる金属酸化物粉末には、凝集粒子が少なく粒子径分布の小さい、形状均一性に優れ、かつ不純物の低減された粉末が要望されている。
【０００３】
しかしながら、従来の製造方法では、これらの粉末物性を有する粉末を工業的に満足する方法で得ることは困難であった。
【０００４】
そこで、かかる問題点を解消する方法として、金属酸化物粉末または金属酸化物前駆体粉末を反応性ガス（例えば、ハロゲン系ガス）を含有する雰囲気中で連続焼成する方法が開発された。この方法により粒子径分布の小さい、形状均一性に優れ、かつ不純物の低減された金属酸化物粉末が製造できることが見出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の焼成は反応性が高いガス、すなわち金属などを腐食させる性質が高いガスを使用する方法であるため、雰囲気ガスのシール性や生産性の点で必ずしも満足する焼成炉は見出せなかった。試験用に使われるシール性の良いバッチ炉も知られているが、操作が煩雑であり、工業的な生産には不向きであった。 また、生産性の良い連続焼成炉では雰囲気ガスのシール性を高めることが非常に困難であった。
そこで、本発明の目的は、凝集粒子が少なく、粒度分布が狭くて形状均一性に優れ、かつ不純物の低減された金属酸化物粉末を生産性高く製造可能で、かつ腐食性の高いガスを使用した場合に、これが炉外へ漏出するのを極力阻止できる雰囲気焼成炉とこれを用いた焼成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る雰囲気焼成炉の特徴構成は、炉心管と、この炉心管の周囲に配置された加熱手段と、この加熱手段を囲む断熱材とを備え、前記炉心管の下部位置から上方に向けて被焼成物を装入可能になっていると共に、前記被焼成物を装入した後前記炉心管の下部位置を封止する台部材を備えていて、装入された前記被焼成物を密閉可能にするものであって、前記炉心管は、装入された前記被焼成物に対して反応性ガスを供給するガス供給手段とそのガスを排出する排出手段とを有し、前記炉心管の下部位置を封止する、前記炉心管と台部材との接続箇所は、前記炉心管の縁部が、前記炉心管と台部材との間に介在され該台部材に形成された溝部に配置された耐熱性繊維シール材を押圧することにより、該耐熱性繊維シール材を弾性変形させて密封可能なシール構造を形成するとともに、
前記炉心管と台部材との接続箇所の外周部に、希釈ガスの導入口および排出口を有する外郭部材が設けられ、前記炉心管の縁部と、前記外郭部材と、前記台部材とによって希釈ガスの通流路が形成され、かつ、該希釈ガスの通流路が前記溝部と連通し、希釈ガスを通流してシールするガスシール構造を形成することにある。
【０００７】
この構成によれば、焼成炉を構成する炉心管の下部位置から上方に向けて被焼成物を装入するようになっているので、加熱手段により予め加熱されている炉本体内に被焼成物を容易に装入でき、被焼成物の昇温速度を速くでき、全体として焼成サイクルを短縮できて生産性を高めることができると共に、均質で高品質な焼成物を製造でき、しかも腐食性の高いハロゲン系ガスを使用するに際して、これが炉外に漏れだすのを極力阻止できる。耐熱性繊維シール材として、高純度アルミナーシリカ繊維からなるシール材を使用すると、被焼成物への汚染を顕著に少なくできて都合がよく、ブランケット状のものを使用するとシール性を高めることができて都合がよい。
また、耐熱性繊維シール材は台部材に形成された溝部に配置され、炉心管と台部材との接続箇所の外周部に形成された希釈ガスの通流路が、溝部と連通し、希釈ガスを通流してシールするガスシール構造を形成する構成によれば、反応性ガスが耐熱性シール材から漏出したとしても、希釈ガスにより希釈され無害化可能になるので、高濃度で腐食性の強いまま炉外に漏れ出すのを確実に阻止できて都合がよい。この場合、希釈ガスには、通常不活性ガスが用いられるが、反応性ガスの腐食性や可燃性といった有害性を発現させずに希釈できるガスであれば、例えば除湿した空気などを用いることもできる。また、不活性ガスを用いる場合、その成分は、ヘリウム、アルゴン等のいわゆる不活性元素に由来する気体成分の他、窒素などを含むものであり、被焼成物の性状、量などにより選択可能であるが、安価な窒素を使用すると製造コストを低減できる。
【０００８】
粒子径分布が小さくて形状均一性に優れ、かつ不純物の低減された金属酸化物粉末などを生産性高く製造可能で、かつ腐食性の高い反応性ガスとして腐食性の高いハロゲン系ガスを使用した場合にこれが炉外へ漏出するのを極力阻止できる雰囲気焼成炉を提供することができた。
【０００９】
尚、本明細書においてハロゲン系ガスとは、ハロゲン族元素またはこれを含む化合物から発生するガス成分を含有する気体を総称するものとする。
【００１０】
前記炉心管が筒状の石英製で形成されていると共に、前記耐熱性繊維シール材が前記台部材に形成された溝部に配置されていて、この溝部に配置された前記耐熱性繊維シール材を前記石英製炉心管の縁部が押圧することにより、前記耐熱性繊維シール材を弾性変形させて前記シール構造を形成するとともに、前記炉心管と台部材との接続箇所の外周部に、希釈ガスの導入口および排出口を有する外郭部材が設けられ、前記炉心管の縁部と、前記外郭部材と、前記台部材とによって希釈ガスの通流路が形成され、かつ、該希釈ガスの通流路が前記溝部と連通し、希釈ガスを通流してシールするガスシール構造を形成していることが好ましい。
【００１１】
また、ここで、前記外郭部材が断熱機能を備えることが好ましい。
【００１２】
希釈ガスの通流路を形成する外郭部材の断熱機能によって、焼成時、炉心管が加熱された場合であっても、通流路のシールを、低温機密シール材を装着して形成することができる。
【００１３】
本発明に係る焼成方法の特徴構成は、請求項１〜３のいずれか１の雰囲気焼成炉を用いて焼成する方法であって、焼成炉を３００℃以上に加熱した状態で被焼成物を装入することにある。
【００１４】
この構成による焼成炉ならびに焼成方法を用いた結果、凝集粒子が少なく、粒度分布が狭くて形状均一性に優れ、かつ不純物の低減された金属酸化物粉末を生産性高く製造可能で、かつ腐食性の高いハロゲン系ガスを使用した場合に、これが炉外に漏出するのを極力阻止できる焼成方法を提供することができた。
【００１５】
更に、反応性ガスとしてはハロゲン系ガスを用いた焼成方法に限らず、腐食性あるいは可燃性といった有害性の高いガスを導入あるいは発生する焼成方法においても、この炉を用いることで安全かつ生産性の高い製造が可能になる。
【００１６】
前記被焼成物が、金属酸化物粉末あるいは金属酸化物前駆体粉末であることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る雰囲気焼成炉である縦型焼成炉１を備えた焼成装置の概略全体構造を示す。この縦型焼成炉１は、加熱手段を有する炉本体１ａと、この炉本体内部に被焼成物２（あるいはこれを充填した容器）を下方から上方に向けて、炉心管内に持ち上げ装入する伸縮自在なリフター３とを備える。炉本体１ａは、透明石英製で断面円筒形の釣り鐘状をした炉心管４と、この炉心管４の周囲に配置された加熱手段であるヒータ５と、このヒータ５を囲む断熱材６とを備える。炉心管は製作上、円筒が好ましいが、後述する車輪付き台部材と同形状でシール上問題がなければ、四角形、三角形など、特に形状を特定はしない。断熱材６の外郭は、鉄板などで被覆されてハウジングを構成すると共に、図示はしないが、炉本体１ａにはヒータを所定条件に制御する制御装置が接続されている。又、炉心管４の下部は開口されており、この下部位置から上方に向けて被焼成物２を装入可能になっていると共に、被焼成物２を炉内に装入後は、後述するように、炉心管内部をシールするシール構造を備えている。
【００１８】
炉心管４の下部から被焼成物２を装入するのは、図１、図２に示すように、円筒状をした車輪７付きの台部材８上に予め被焼成物２を載置しておき、台部材８と共にリフター３を上昇させて行う。リフター３は、油圧式あるいは電動式の駆動機構を備えて、作業者により容易に上下動可能に構成されていることが高温の焼成物を取り扱うことから好ましい。台部材８は、それ自体にモータ等の駆動機構を備えた自走式の台車形式になっていて、縦型焼成炉１の下方に設けられてレール９上を走行して台部材８上に移動可能になっている。台部材８は、その複数を稼働可能にしておき、１の台部材８に載置された被焼成物２を炉内で焼成中に、他の台部材８が次の焼成に備えてレール９上に被焼成物２を載置して待機する方式を採用することが、生産性を高める上で好ましい。もっとも、台部材８は自走式のものに限定されるものではなく、牽引式あるいは作業者が手で押していく手動式のもの等であってもよい。
【００１９】
炉心管４は、装入された被焼成物２に対して反応性ガス、例えばハロゲン系ガスを所定濃度含有したガスを供給するガス供給手段であるガス導入管４ａと、供給されたガスを排出する排出手段である排気口４ｂとを有する。炉心管４の下部と台部材８との接続箇所は、炉心管４の縁部４ｃが耐熱性繊維シール材１１を押圧することにより密封可能なシール構造となっている。すなわち、このシール構造は、図３に部分的に拡大して示す（円内）ように、台部材８の上辺外周部に耐熱性繊維シール材１１を装入可能な溝部１０が形成された構造になっていて、この溝部１０内に高純度アルミナーシリカ系の耐熱性繊維からなるブランケット状のシール材１１が充填されていると共に、シール材１１の上方から炉心管４の縁部４ｃが装入可能になっており、炉心管４の自重または台車の上昇圧によりシール材１１を押圧してシール機構を構成する。シール材１１は、焼成時に不純物の揮発をできるだけ少なくして焼成物の汚染を防止するため、高純度アルミナーシリカ系の耐熱性繊維を使用することが好ましいが、揮発成分などの不純物が少なく耐熱性に優れ、かつ柔軟性があり弾性変形することによりシール性を発揮し得る材料であれば、他の材料を使用してもよい。
【００２０】
更に、炉心管４内に導入されるガスとしてハロゲン系ガスを用いる場合、このガスは腐食性が強いため、炉外にガスが漏れ出すことを極力少なくする必要があり、そのため、本実施形態に係る縦型焼成炉１は、図３に示すように、炉心管４の下部と台部材８との接続箇所の周辺に、上記した繊維状シール材１１に加えて、更に希釈ガス、例えば窒素を通流して二重にシールするガスシール構造が採用されている。
【００２１】
すなわち、希釈ガス導入口１２から窒素などが導入され、他方側の排出口１３から排出されるようになっており、そのため、たとえハロゲン系ガスがシール材１１から漏れ出るようなことがあったとしても、窒素によって希釈され、無害もしくは極めて腐食性の低い排出ガスとされて、そのまま放出されるか、簡易な排ガス処理設備での処理で十分に対処できるものとなる。この場合、炉心管４の縁部４ｃが炉心管４の内側に幾分突出し垂下した形状をしているため、台部材８の上辺外周部の溝１０の周囲に希釈ガスの通流路１４を容易に確保できる構造となっている。
【００２２】
更に、通流路１４の下部位置はシリコンゴムなどの低温機密シール材１５が装着されているので、通流路１４を通流する排ガスは排出口１３のみから排出される。尚、図番１６は断熱機能を備えた外郭部材である。この外郭部材１６を水冷ジャケットに構成してもよい。
【００２３】
被焼成物２は、台部材８に載置されて焼成炉に装入されるようになっているが、この場合、被焼成物２を、透明石英製さや容器１７に充填し、複数個のさや容器１７を台部材８上に２段４山に積層する。もっとも、さや容器１７の形状、大きさ、積層方式、積層時の山の数などは適宜選択可能であり、さや容器１７の形状としては、例えば円筒状、三角筒状、四角筒状、六角筒状、底面が扇形の筒状などがある。
【００２４】
台部材８の中心部は、図３に示すように、上方から下方に向けて反応性ガスを供給する導入管４ａが垂下し、下段のさや容器１７の近傍にまで達している。この導入管４ａの長さ、ガス噴出時の位置、数、方向は、さや容器１７の形状、大きさ、積層方式、積層時の山の数などに依存して、炉内の被焼成物に対して可能な限り均等に反応性ガスを晒すことができるように選択することが好ましい。
【００２５】
さや容器１７は、上辺数箇所に等間隔で浅い切り込み１７ａが形成されていて、さや容器１７を多段に積層しても、切り込み１７ａから反応性ガスが浸入可能になっている。もっとも、切り込み１７ａの数、形状、位置などは被焼成物の特性、量などに応じて適宜変更できる。
【００２６】
次に、図１〜３に基づいて、焼成方法を説明する。被焼成物２は粉体状をしており、これをさや容器１７の切り込み１７ａを越えない程度にさや容器１７内に充填し、これらさや容器１７を、例えば２段４山にして台部材８に載置する。この台部材８は、レール９上を炉本体１ａ下部の開口箇所直下に向けて自動走行すると共に、炉本体１ａの開口部を閉鎖しているリフター３が下降し、走行してきた台部材８がリフター３上に位置するようになる。次いで、リフター３によって台部材８上の被焼成物２は上昇され、炉本体１ａの炉心管４内に装入される。この場合、焼成炉１が横型ではなく縦型になっているため、炉本体１ａ内の温度を予め高温に設定しておいても、加熱中の炉内になんら支障なく被焼成物を装入して焼成することが容易にできる。つまり、横型炉の場合、予め炉内を加熱しておくと、被焼成物を装入する際、入口付近で熱風が周囲に吹き出し、装入作業に著しく支障をきたすことになるが、本実施形態のような縦型焼成炉ではそのような不都合が生じない。従って、被焼成物２を本実施形態の縦型焼成炉１で焼成する場合には、昇温時間を顕著に短くでき、加熱ー保持ー冷却の焼成サイクルを短縮できるため、生産性が向上できることになる。
【００２７】
炉の予熱温度としては、あまり低温に設定すると、目標温度に昇温させる時間、並びに目標温度から予熱温度まで降温させる時間が長くなり、生産性の点から好ましくない。３００℃以上に予熱した状態で被焼成物を装入することが好ましい。
【００２８】
被焼成物２を炉内に装入し、目標温度まで昇温した後、炉心管４のガス導入管４ａから反応性ガスを通流させると共に、希釈ガス導入口１２から、例えば窒素を導入し、二重シールすることにより、反応性ガスの漏洩を確実に阻止する。反応性ガスとしては、腐食性、有害性の高い塩化水素などのハロゲン化ガスや水素といった可燃性ガス等が挙げられる。
【００２９】
加熱が終了すると、反応性ガスの送給を停止し、無害なガスに置換すると共に、リフター３を下降させ、所定位置に台部材８を移動させて冷却する。冷却は、大気による放冷とするが、冷却ファンなどを用いて強制空冷してもよい。
【００３０】
【実施例】
被焼成物として、金属前駆体の一例である金属水酸化物を塩化水素雰囲気で焼成する場合について、以下例示する。
【００３１】
さや容器１７の切り込み１７ａを越えない程度に、さや容器１７内に粉体状の金属水酸化物を充填し、さや容器１７を台部材８に載置し、焼成炉１に８００℃に予熱した状態で装入した後、１１００℃に昇温して２時間焼成した。そして、炉心管４内に通流させる反応性ガスとして塩化水素を空気と混合し（塩化水素：空気＝５０：５０）、連続的に通流させて用いると共に、炉心管４と台部材８との接続箇所の外周に窒素を通流させた。このとき、塩化水素の炉外への漏出はほとんど認められなかった。
【００３２】
得られた金属酸化物は、粒子径ならびに形状の均一性に優れたものであった。
【００３３】
また、この時のタイムサイクルは約８時間であり、シール性は良いが高温での装入や取り出しが困難な横型のバッチ炉が２日間のタイムサイクルが必要であることに比べ、格段に生産性が高いことがわかる。
【００３４】
〔別実施の形態〕
（１）  上記実施形態では、被焼成物が粉体状である例を示したが、これに限定されるものでなく、造粒機で造粒したもの、顆粒状にしたもの等でもよく、被焼成物の形状、大きさなどは用途に応じて選択できる。
【００３５】
（２）  上記実施形態では、金属酸化物前駆体の１つである金属水酸化物から金属の酸化物を製造する方法を例に挙げて説明したが、本発明に係る雰囲気焼成炉および焼成方法の適用は、これに限定されるものではなく、金属水酸化物以外の金属酸化物前駆体、例えば、金属の窒化物、酸窒化物、炭化物、蓚酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ステアリン酸塩、乳酸塩またはラウリン酸塩からその金属の酸化物などを製造するのに適用できる。この金属酸化物前駆体を例示すれば、窒化マグネシウム、酸窒化マグネシウム、炭化マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ラウリン酸マグネシウム、水酸化マグネシウムのようなマグネシウム化合物、窒化カルシウム、酸窒化カルシウム、炭化カルシウム、蓚酸カルシウム、硫酸カルシウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、乳酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、水酸化カルシウムのようなカルシウム化合物、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、蓚酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、アンモニウム明礬、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム、水酸化アルミニウムのようなアルミニウム化合物、窒化インジウム、酸窒化インジウム、炭化インジウム、蓚酸インジウム、硫酸インジウム、酢酸インジウム、ステアリン酸インジウム、乳酸インジウム、ラウリン酸インジウム、水酸化インジウムのようなインジウム化合物、窒化チタン、酸窒化チタン、炭化チタン、蓚酸チタン、硫酸チタン、酢酸チタン、ステアリン酸チタン、乳酸チタン、ラウリン酸チタン、水酸化チタンのようなチタン化合物、窒化ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、蓚酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ステアリン酸ジルコニウム、乳酸ジルコニウム、ラウリン酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウムのようなジルコニウム化合物、窒化イットリウム、酸窒化イットリウム、炭化イットリウム、硫化イットリウム、蓚酸イットリウム、炭酸イットリウム、酢酸イットリウム、ステアリン酸イットリウム、乳酸イットリウム、ラウリン酸イットリウム、水酸化イットリウムのようなイットリウム化合物、窒化ランタン、酸窒化ランタン、炭化ランタン、蓚酸ランタン、硫酸ランタン、酢酸ランタン、ステアリン酸ランタン、乳酸ランタン、ラウリン酸ランタン、水酸化ランタンのようなランタン化合物、窒化セリウム、酸窒化セリウム、炭化セリウム、蓚酸セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウム、ステアリン酸セリウム、乳酸セリウム、ラウリン酸セリウム、水酸化セリウムのようなセリウム化合物などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る雰囲気焼成炉を備えた焼成装置の一実施形態を示す概略全体断面構成図
【図２】図１の焼成炉の使用状態を説明する概略断面図（装入時）
【図３】図１の焼成炉の使用状態を説明する概略断面図（焼成時）
【符号の説明】
２        被焼成物
４        炉心管
４ａ      ガス供給手段
４ｂ      ガス排出手段
４ｃ      縁部
５        加熱手段
８        台部材
１０      溝部
１１      シール材
【図１】
0004417590.tif 000002
【図２】
0004417590.tif 000003
【図３】
0004417590.tif 000004