(57)【要約】  【課題】  運転開始時における炉内への原料薄層シートの導入や、シート切断時における炉内への原料薄層シートの再度導入を容易に行うことができる熱処理装置を提供する。  【解決手段】  炉本体２と、原料薄層シート入口部４と、炭素繊維シート出口部８と、炉本体２内に設けられた１以上の接圧ローラー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと、前記接圧ローラーの軸方向片端若しくは両端に設けられたベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅと、前記ベルトローラーの表面に形成した溝１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅに架けられ、炉本体２外の上流側から前記炉内のベルトローラーを経て炉本体２外の下流側まで通されたベルト２０とを有する熱処理装置２とする。  【選択図】  図１
2007063716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体と、炉本体の上流側炉壁に形成されてなる原料薄層シート入口部と、炉本体の下流側炉壁に形成されてなる炭素繊維シート出口部と、炉本体内に設けられた１以上の接圧ローラーと、前記接圧ローラーの回転軸と軸心を一致させて接圧ローラーの片端若しくは両端に設けられたベルトローラーであって、その周方向に沿ってベルト係合用溝を形成したベルトローラーと、前記ベルトローラーのベルト係合用溝に架けられ、炉本体外の上流側から前記炉内のベルトローラーを経て炉本体外の下流側まで通されたベルトとを有する熱処理装置。
【請求項２】
ベルトローラーが接圧ローラーの軸方向端部に一体に形成されてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
ベルトローラーが接圧ローラーの軸方向端部に回転自在に設けられてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項４】
ベルトローラーが接圧ローラーの軸方向端部と離間され、炉側壁に支持手段を介して固定されてなる請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項５】
ベルトが、その両端が接続された環状体である請求項１に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維、耐炎繊維等を原料とする薄層シートから炭素繊維シートを製造する際に使用する熱処理装置において、薄層シートの切断時や、運転立上げ時に薄層シートを簡単に誘導する手段を有する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維シートは、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。
【０００３】
炭素繊維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、炭素繊維シート自体の厚さを小さくすることが求められている。
【０００４】
従来より薄層の炭素繊維シートの製造方法としては、炭素繊維、耐炎繊維等の原料繊維を紙、不織布、フェルト、織物等の薄層シートに加工し、これを連続的に熱処理(焼成)する方法が知られている。しかし、従来の炭素繊維シートの製造方法では、焼成中のシートが熱収縮することにより皺やうねりが発生し易い問題がある。
【０００５】
この薄層の炭素繊維シートの製造方法に関し、焼成収縮に起因する表面品位(皺、うねり)改善を目的とした製造装置が提案されている(例えば、特許文献１、２参照)。しかし、運転開始時に、複雑な炉内構造を有し且つ高温の炉内へ薄層シートを誘導することや、シート切断が起こった際に、再度炉内へ薄層シートを誘導することは容易ではない問題がある。なお、特許文献１、２には薄層シートの導入方法、導入装置に関する記述は無い。
【特許文献１】特開２００４−２５６９５９号公報  （特許請求の範囲、段落番号［００１０］、［００１７］〜［００２０］）
【特許文献２】特開２００４−３０８０９８号公報  （段落番号［００２９］〜［００４４］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
薄層炭素繊維シートの製造には温度域５００〜１０００℃における熱処理(前処理)と温度域１５００〜２０００℃における熱処理(炭素化処理)の２回の熱処理を行うことが好ましい。
【０００７】
本発明者の属する研究グループは、熱処理時に「皺」や「うねり」等の形状変化を起こさない炭素繊維シートの製造方法を検討しているうちに、２回の熱処理のうちの前処理における温度分布を適正にし、更にこの前処理炉内にローラーを設けて原料の薄層シートにテンションを付与し、ローラー上で接圧を負荷しながら薄層シートを熱処理することにより、収縮による皺やうねり等の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できることを知得し、先に出願した(特願２００４−１６６００２)。
【０００８】
本発明者は、上記前処理炉及び炭素化処理炉の何れにおいても接圧を１５０Ｐａ以上にすることにより、熱処理時に「皺」や「うねり」等の形状変化を起こさないアイロン効果が得られることが解った。
【０００９】
しかし、上記先願特許においては特に前処理炉内にローラーを設けていることから、運転開始時に炉内へ薄層シートを導入することや、何らかの事故により薄層シートの切断時に再度炉内へ薄層シートを導入することが容易ではない問題がある。
【００１０】
本発明者は、薄層シートの導入方法、導入装置について検討を重ねるうちに、炉内に設けられた接圧ローラーの軸方向片端若しくは両端にベルトローラーが設けられ、ローラー表面に形成した誘導溝に焼成温度以上の耐熱性を有するベルトが架けられ、そのベルトが炉外の上流側から前記炉内のベルトローラーを経て炉外の下流側まで導かれてなる熱処理装置を考え出した。
【００１１】
この熱処理装置によれば、ベルトが炉外の上流側から前記炉内のベルトローラーを経て炉外の下流側まで導かれているので、例えば炉の運転開始時に炉外の上流側において薄層シートの先頭とベルトとを連結糸で繋いで、ベルトを炉内のベルトローラーを経て炉外の下流側まで通過させることにより、炉を室温まで降温することなく、ベルト、連結糸と共に薄層シートを容易に、複雑な構造を有する炉内を通過させることができることを知得し、本発明を完成するに到った。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熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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〕  炉本体と、炉本体の上流側炉壁に形成されてなる原料薄層シート入口部と、炉本体の下流側炉壁に形成されてなる炭素繊維シート出口部と、炉本体内に設けられた１以上の接圧ローラーと、前記接圧ローラーの回転軸と軸心を一致させて接圧ローラーの片端若しくは両端に設けられたベルトローラーであって、その周方向に沿ってベルト係合用溝を形成したベルトローラーと、前記ベルトローラーのベルト係合用溝に架けられ、炉本体外の上流側から前記炉内のベルトローラーを経て炉本体外の下流側まで通されたベルトとを有する熱処理装置。
【００１４】
〔２〕  ベルトローラーが接圧ローラーの軸方向端部に一体に形成されてなる〔１〕に記載の熱処理装置。
【００１５】
〔３〕  ベルトローラーが接圧ローラーの軸方向端部に回転自在に設けられてなる〔１〕に記載の熱処理装置。
【００１６】
〔４〕  ベルトローラーが接圧ローラーの軸方向端部と離間され、炉側壁に支持手段を介して固定されてなる〔１〕に記載の熱処理装置。
【００１７】
〔５〕  ベルトが、その両端が接続された環状体である〔１〕に記載の熱処理装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の熱処理装置によれば、炉内に設けられた接圧ローラーの軸方向片端若しくは両端にベルトローラーが設けられ、ローラー表面に形成した誘導溝にＣ／Ｃベルト等の耐熱性を有するベルトが架けられ、そのベルトが炉外の上流側から前記炉内のベルトローラーを経て炉外の下流側まで導かれているので、炉外の上流側において薄層シートの先頭とベルトとを連結糸で繋いで、ベルトを炉内のベルトローラーを経て炉外の下流側まで通過させることができる。
【００１９】
これにより、炉を室温まで降温することなく、ベルト、連結糸と共に薄層シートを容易に炉内を通過させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の熱処理装置の一例を示す概略側面図である。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。
【００２２】
炉本体２の最上流には、原料薄層シート入口部４を有する上流側炉壁６が設けられている。炉本体２の最下流には、炭素繊維シート出口部８を有する下流側炉壁１０が設けられている。
【００２３】
原料薄層シート入口部４及び炭素繊維シート出口部８は、不図示のシール手段で窒素ガス等の不活性ガスを用いてガスシールされており、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】
炉本体２内には、複数(本図においては５本)の接圧ローラー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅが上流側から下流側に向かって順次配設されている。原料薄層シート１４は炉本体２外の上流側から原料薄層シート入口部４を通って炉本体２内に供給されている。
【００２５】
炉本体２内に供給された原料薄層シート１４は、次いで接圧ローラー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ間をジグザグに張り渡され、前記ローラーにより接圧を受けながら炭素化し、炭素繊維シート出口部８を通って炉本体２外に収縮による皺やうねり等の無い炭素繊維シート１４として取り出される。
【００２６】
上記接圧ローラー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅの軸方向に沿って各端部にはベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅがそれぞれ設けられている。本例においては、各接圧ローラーの片端だけにベルトローラーが設けられている。
【００２７】
ベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅのベルト係合用溝１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅにはベルト２０が架けられている。このベルト２０は、炉本体２外の上流側に配設されたガイドローラー２２を経て炉本体２内に導入され、ベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを経て炉本体２外の下流側に配設されたガイドローラー２４に通されている。
【００２８】
図１の装置において、５６ａ、５６ｂは上部ヒーターボックスで、上部ヒーターボックス５６ａには上部ヒーター５８ａ、５８ｂが収納され、上部ヒーターボックス５６ｂには上部ヒーター５８ｃ、５８ｄが収納されている。６０ａ、６０ｂは下部ヒーターボックスで、下部ヒーターボックス６０ａには下部ヒーター６２ａ、６２ｂが収納され、下部ヒーターボックス６０ｂには下部ヒーター６２ｃ、６２ｄが収納されている。
【００２９】
炉本体２内は、隔壁６４で水平方向に上流部６６と下流部６８とに仕切られている。前記隔壁６４にはシート搬送窓７０が形成されている。７２は炉本体２内で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室である。
【００３０】
この構成により、運転開始時における炉本体２内への原料薄層シート１４の導入や、切断時における炉本体２内への原料薄層シート１４の再度導入を容易に行うことができる。
【００３１】
図２は、図１の装置におけるＡ〜Ａ線に沿った正面断面部分拡大図であり、本発明に用いるベルトローラー１６ｅ(１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄも同様であり、本図では代表して１６ｅについて説明する)の一形態及びその付近を示している。図３は、図１の装置において、炉本体２内へ原料薄層シート１４を導入する方法の一形態を示す概略部分斜視図である。
【００３２】
炉本体２内へ原料薄層シート１４を導入する図３に示す方法では、炉本体２外の上流側において原料薄層シート１４の先頭部２６とベルト２０とを、誘導ジグ２８を介して連結糸３０で繋いでベルト２０を矢印Ｘの方向に引き出すことにより、ベルト２０を炉本体２内のベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを経て炉本体２外の下流側まで通過させるに伴い、炉本体２内へ原料薄層シート１４を導入することができる。
【００３３】
なお、原料薄層シート１４が脆弱な場合は、誘導ジグ２８のように三角構造部材３２と底辺延長部材３４とからなり原料薄層シート１４の幅方向に均一な張力が掛かる誘導ジグを用いることが好ましい。
【００３４】
図２に示されるように周部に凹型１８ｅが形成されたベルトローラー１６ｅは、接圧ローラー１２ｅの端部３６ｅに接続されて接圧ローラー１２ｅと一体化され、回転軸３８ｅを共有し、接圧ローラー１２ｅと共に回転する。この構造により、熱処理装置の運転中ベルト２０は原料薄層シート１４と共に、炉本体２外の上流側から炉本体２内に導入され、炉本体２内を走行後、炉本体２外の下流側に通されている。そのため、原料薄層シート１４が炉本体２内で切断しても、ベルト２０は常時炉本体２外の下流側に通されているので、原料薄層シート１４切断時における炉本体２内への原料薄層シート１４の再度導入を容易に行うことができる。
【００３５】
ベルト２０及び連結糸３０は、使用する温度において切断等の問題が無ければ特に規定は無いが、一般的には原料繊維に樹脂を含浸させて炭素化した炭素／炭素複合材料ベルト(Ｃ／Ｃベルト)及びＣ／Ｃ連結糸を用いることが好ましい。
【００３６】
図４は、本発明に用いるベルトローラーの他の形態及びその付近を示す正面断面拡大図である。
【００３７】
図４に示されるように周部に凹型４０ｅが形成されたベルトローラー４２ｅは、接圧ローラー４４ｅの端部４６ｅ及び回転軸４８ｅから離間され、炉側壁５０に支持手段５２ｅ、５４ｅを介して固定されている。
【００３８】
図１の装置において、通常生産中は炉本体２内の接圧ローラー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは駆動されるが、凹型１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅとベルト２０との摩擦を低減させるためにはベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅは停止させることが好ましい。
【００３９】
このため、図４のようにベルトローラーを接圧ローラーの端部及び回転軸から独立させると、通常生産中に発生するベルトと凹型との摩擦を抑制でき、好適である。
【００４０】
図５は、図４のベルトローラーにおいて支持手段５２ｅ、５４ｅを取り除いて接圧ローラー４４ｅとベルトローラー４２ｅとを互いに独自に回転自在した形態のベルトローラー及びその付近を示す正面断面拡大図である。このベルトローラーの形態にすることによりベルトの引出し抵抗は少なくなり、更に好適である。
【００４１】
図６は本発明の熱処理装置の他の例を示す概略側面図である。
【００４２】
図６の熱処理装置８２において、ベルト８４は、その両端が接続された環状体であり、炉本体２外の上流側ではガイドローラー２２を、炉本体２内では、ベルトローラー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅを、炉本体２外の下流側ではガイドローラー２４を、炉本体２外の上流側下方ではガイドローラー８６、８８、９０を、炉本体２外の上流側下方ではガイドローラー９２を通されている。
【００４３】
図６において熱処理装置８２、ベルト８４、ガイドローラー８６、８８、９０、９２以外の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図６の構成にすることにより、通常生産中も駆動させる方法も採用できるが、その際の焼成条件として、多本数の接圧ローラーの回転速度が同一であることが必要である。また、熱損失の面では、ベルトローラーの端部及び回転軸を、接圧ローラーの端部及び回転軸から独立させた構成にし、通常生産中は停止させておき、必要なときのみ手動又はモーターにて駆動させる運転方法が好ましい。また、各接圧ローラーの両端ともベルトローラーが設けられても良い。更に、排ガス処理室７２は図１の例では１個を設置したが、これに限らず焼成条件により上方、下方に複数個設置することも可能である。
【００４５】
なお、本発明の熱処理装置の形態は図１〜６の形態だけではなく、本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の熱処理装置の一例を示す概略側面図である。
【図２】図１の装置におけるＡ〜Ａ線に沿った正面断面図であり、本発明に用いるベルトローラーの一形態及びその付近を示す拡大図である。
【図３】図１の装置において、炉本体２内へ原料薄層シート１４を導入する方法の一形態を示す概略部分斜視図である。
【図４】本発明に用いるベルトローラーの他の形態及びその付近を示す正面断面拡大図である。
【図５】図４のベルトローラーにおいて炉側壁との支持手段を取り除いた形態のベルトローラー及びその付近を示す正面断面拡大図である。
【図６】本発明の熱処理装置の他の例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
２、８２    炉本体
４    原料薄層シート入口部
６    原料薄層シート入口部を有する上流側炉壁
８    炭素繊維シート出口部
１０    炭素繊維シート出口部を有する下流側炉壁
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、４４ｅ    接圧ローラー
１４    薄層シート
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、４２ｅ    ベルトローラー
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、４０ｅ    凹型
２０、８４    ベルト
２２、２４、８６、８８、９０、９２    ガイドローラー
２６    原料薄層シートの先頭部
２８    誘導ジグ
３０    連結糸
３２    誘導ジグの三角構造部材
３４    誘導ジグの底辺延長部材
３６ｅ、４６ｅ    接圧ローラーの端部
３８ｅ、４８ｅ    回転軸
５０    炉側壁
５２ｅ、５４ｅ    支持手段
５６ａ、５６ｂ    上部ヒーターボックス
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ    上部ヒーター
６０ａ、６０ｂ    下部ヒーターボックス
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ    下部ヒーター
６４    隔壁
６６    炉本体内の上流部
６８    炉本体内の下流部
７０    シート搬送窓
７２    排ガス処理室
Ｘ    ベルトを引き出す方向を示す矢印
【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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