(57)【要約】【課題】  従来の瓦等のセラミック製品は、熱風発生炉と窯の余熱による粘土形成物の乾燥と焼成の処理工程を経て生産されるために、生産能率が低く、量産にも適当ではない。【解決手段】瓦等のような塊状または厚物状のセラミック製品を生産するための粘形成形物１００を乾燥させる乾燥装置において、粘土形成物１００にマイクロ波電力を照射して乾燥させる乾燥室１０と、乾燥室１０内に空気を導入する吸収口１６及び乾燥室１０外に空気を導出する排出口１８とを設け、乾燥室１０内の空気を動かしながらマイクロ波電力を粘土形成物１００に照射して乾燥させ、乾燥時間を飛躍的に短縮させる構成となっている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
瓦等のような塊状または厚物状のセラミック製品を生産するための粘土形成物を乾燥させる乾燥方法において、
乾燥室内で粘土形成物にマイクロ波電力を照射して乾燥させる乾燥工程と、
乾燥室外から乾燥室内に空気を導入すると共に、乾燥室内から乾燥室外に空気を導出して乾燥室内の空気を動かす工程と、
を含むことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥方法。
【請求項２】
瓦等のような塊状または厚物状のセラミック製品を生産するための粘土形成物を乾燥させる乾燥装置において、
粘土形成物にマイクロ波電力を照射して乾燥させる乾燥室と、
乾燥室外から乾燥室内に空気を導入すると共に、乾燥室内から乾燥室外に空気を導出して乾燥室内の空気を動かす空気流動手段と、
を備えて構成したことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置。
【請求項３】
請求項２に記載した乾燥装置において、
乾燥開始から所定時間の間は小さいマイクロ波電力を照射し、所定時間の経過後は大きいマイクロ波電力を照射して乾燥させるマイクロ波電力の制御手段を備えたことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置。
【請求項４】
請求項２に記載した乾燥装置において、
乾燥初期の段階では小さいマイクロ波電力を照射し、その後は段階的又は連続的に大きくしたマイクロ波電力を照射して乾燥させるマイクロ波電力の制御手段を備えたことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載した乾燥装置において、
乾燥室内の一部の空気を循環させる空気循環手段を備えたことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根瓦（鬼瓦、桟瓦、役瓦など）、碍子、土管などのような塊状或いは厚物状のセラミック製品の生産に必要な粘土形成物の乾燥方法と乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋根瓦などのセラミック製品は、各種成分を混合した原土に水を加えて土練した粘土を所定形状に形成し、さらに、その粘土形成品を熱風発生炉と窯の余熱を利用して乾燥させた後、焼成工程などを経て製造される。
また、このような製造過程では、含水率２０〜２５％程度の粘土を所定形状に形成し、乾燥工程において含水率５％程度になるまで乾燥させた後に焼成工程に入ることが一般的である。
このことから、屋根瓦を生産する場合には、乾燥工程に２.５日程を要し、焼成工程に３日程の処理時間が必要であった。
【０００３】
一方、セラミック製品の生産には、乾燥時間を短縮するために、マイクロ波加熱を利用することが既に知られている。
しかし、上記したところの屋根瓦等のセラミック製品は、塊状または厚物状の物品となるために、その粘土形成物に一定のマイクロ波電力を照射して乾燥すると、加熱された水の急激な膨張や気化による爆発的膨張により、粘土形成物がクラックしたり粉々に割れたりする。
また、水の急激な膨張が生じなくとも、粘土形成物の内部と外部の温度差が大きく作用し、クラックや変形が生じるようになる。
したがって、マイクロ波加熱による乾燥は、自動車のハニカム製品や食器皿などのように、薄い構成部分からなる粘土形成物に限られて行われている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３４５５４１号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の瓦等のセラミック製品は、粘土形成物の乾燥工程と焼成工程を経て生産される。
乾燥工程は熱風発生炉と窯の余熱を利用する方法であるので、生産能率が低く、量産性にも適当ではなかった。
そこで、本発明では、マイクロ波乾燥を積極的に取り入れることで、粘土形成物の乾燥時間を飛躍的に短縮させ、瓦等のセラミック製品の生産能率と量産性とを高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、瓦等のような塊状または厚物状のセラミック製品を生産するための粘土形成物を乾燥させる乾燥方法において、乾燥室内で粘土形成物にマイクロ波電力を照射して乾燥させる乾燥工程と、乾燥室外から乾燥室内に空気を導入すると共に、乾燥室内から乾燥室外に空気を導出して乾燥室内の空気を動かす工程とを含むことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥方法を提案する。
【０００７】
第２の発明としては、瓦等のような塊状または厚物状のセラミック製品を生産するための粘土形成物を乾燥させる乾燥装置において、粘土形成物にマイクロ波電力を照射して乾燥させる乾燥室と、乾燥室外から乾燥室内に空気を導入すると共に、乾燥室内から乾燥室外に空気を導出して乾燥室内の空気を動かす空気流動手段とを備えて構成したことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置を提案する。
【０００８】
第３の発明としては、第２の発明の乾燥装置において、乾燥開始から所定時間の間は小さいマイクロ波電力を照射し、所定時間の経過後は大きいマイクロ波電力を照射して乾燥させるマイクロ波電力の制御手段を備えたことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置を提案する。
【０００９】
第４の発明としては、第２の発明の乾燥装置において、乾燥初期の段階では小さいマイクロ波電力を照射し、その後は段階的又は連続的に大きくしたマイクロ波電力を照射して乾燥させるマイクロ波電力の制御手段を備えたことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置を提案する。
【００１０】
第５の発明としては、第２の発明〜第４の発明のいずれかの乾燥装置において、乾燥室内の一部の空気を循環させる空気循環手段を備えたことを特徴とする瓦等の粘土形成物の乾燥装置を提案する。
【発明の効果】
【００１１】
第１、第２の発明は、粘土形成物にマイクロ波電力を照射して乾燥させる他に、乾燥室内に空気を導入し、また、乾燥室の空気を導出して粘土形成物から蒸発する水蒸気を乾燥室外に放出しながら乾燥させるので、乾燥時間を大きく短縮することができる。
なお、この発明では、粘土形成物にクラックや変形などが発生しない程度のマイクロ波電力に設定することが好ましい。
【００１２】
第３、４の発明のように、乾燥初期段階ではマイクロ波電力を弱く、その後はマイクロ波電力を強くすれば乾燥時間をさらに短縮することができる。
乾燥が進んだ後はマイクロ波電力を強くしてもクラックや変形などが発生しないから、第３の発明の乾燥装置は一層効果を高めることができる。
【００１３】
第５の発明では、乾燥室内の一部の空気を循環させるので、乾燥室内の空気温度の変化が小さくなる。
したがって、粘土形成物の表面状態に与えるマイクロ波加熱の影響を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明の一実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、第１実施形態として示した乾燥装置の簡略構成図を示し、１０は粘土形成物１００をマイクロ波乾燥させる乾燥室（アプリケータ）で、１１は粘土形成物１００を乾燥室１０に収納し、また、取り出す蓋である。
１２は乾燥室１０内にマイクロ波電力を照射するアンテナで、これはマイクロ波発振器１３に連結されている。
【００１５】
１４は乾燥室１０内に設けたターンテーブルで、このターンテーブル１４をモーター１５で回転させるようにしてある。
粘土形成物１００は、ターンテーブル１４に乗せて回転させながらマイクロ波電力を照射する。
【００１６】
１６は乾燥室１０内に空気を取り入れる吸収口で、この吸収口１６としてパンチングメタルからなるマイクロ波遮蔽板１７を設けてある。
このマイクロ波遮蔽板１７はマイクロ波電力を遮断し空気を通すものである。
１８は乾燥室１０内から外に空気を出す排出口で、この排出口１８にも上記したマイクロ波遮蔽板１７と同様のマイクロ波遮蔽板１９が設けてある。
【００１７】
本実施形態では、上記の乾燥装置を使って平瓦の粘土形成物１００について乾燥実験を行った。
この実験では、厚さ２５ｍｍ、重量約２ｋｇ、含水率２０％の平瓦を一個ターンテーブル１４に載せてマイクロ波電力を照射した。
この実験では、実験条件をいろいろ変えて４回の実験を行い、下記の表１〜表４に示す実験結果を得た。
なお、平瓦の粘土形成物１００としては、複数の原土を混合し、水を加えて土練した粘土を所定形状に成形した粘土形成物としてある。
【００１８】
乾燥実験１
【表１】
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【００１９】
この乾燥実験１では、最初の４時間は通風を行なわず、１２９Ｗのマイクロ波電力を照射し、粘土形成物１００から出る水の放出量を求め、次の３時間は通風を行い、２５０Ｗのマイクロ波電力を照射し、粘土形成物１００から出る水の放出量を求めた。
【００２０】
図２は、この乾燥実験によって得られた乾燥特性図で、横軸にマイクロ波電力の照射エネルギー、縦軸に粘土形成物１００から放出された水の累積放出量として描いてある。
なお、この特性図において、実線が実際の実験結果で、点線が最初の４時間についても通風していたと仮定したときの推定値を示す。
【００２１】
表１に示すように、通風なしの条件で約１．９Ｍジュールのマイクロ波電力を照射して３５ｇの水が放出されたが、通風があれば、約３分の１の０．６Ｍジュールで３５ｇの水の放出ができることが、図２のグラフの傾向から容易に推定できる。
すなわち、乾燥室１０内を通風すれば、水の放出効果が３倍になることが推定でき、このことから乾燥には乾燥室１０の通風が重要であることが確認された。
【００２２】
この乾燥実験１では、粘土形成物１００にクラックや変形が生じなく、また、爆発することもなく、約１５０ｇの水が放出できた。
この結果から、更にマイクロ波電力の照射を続ければ、目標とする含水率５％まで乾燥が進む見通しを得ることができた。
【００２３】
乾燥実験２
【表２】
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【００２４】
この乾燥実験では、乾燥室１０を通風として、一定のマイクロ波電力２５０Ｗを１０時間照射した。
この実験においてもクラックも爆発も生じることなく、２５９ｇの水が放出できた。
照射したマイクロ波エネルグーは９Ｍジュールである。
【００２５】
乾燥実験３
【表３】
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【００２６】
この乾燥実験では、乾燥室１０を通風として５００Ｗのマイクロ波電力を２時間照射し、水の放出量が２１９ｇになったことを確認した。
その後、直ちに１ｋＷのマイクロ波電力を１５分間照射したところ、さらに４９ｇの水の放出量を得た。
いずれの場合にもクラックの発生も爆発も生じなかった。
図３は、この乾燥時間において、照射したマイクロ波エネルギーと粘土形成物１００からの水の放出量との関係を示した乾燥特性図である。
【００２７】
図３の乾燥特性図から分かるように、照射エネルギー約４．５Ｍジュールで、水の放出量が２６８ｇとなり、乾燥実験２の９Ｍジュールで２５９ｇの水の放出量に対し半分のエネルギーでほぼ同量の水の放出ができた。
マイクロ波電力の総照射時間も２時間１５分であり、短時間乾燥を実現することができた。
【００２８】
すなわち、乾燥が進めば、大きなマイクロ波電力を照射することができ、乾燥時間も短縮できることが分かった。
また、このことは乾燥の進行と共に、照射するマイクロ波電力を段階的に増加すれば、さらに短時間で乾燥できることを示唆した。
なお、乾燥の進行を確認する方法は、瓦の重量変化を確認する方法と、瓦の表面温度を確認する方法の２つがある。
【００２９】
乾燥実験４
【表４】
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【００３０】
この乾燥実験は、含水率の高い粘土形成物１００を試験した。
そして、この実験では乾燥室１０の通風を行うと共に、４００Ｗのマイクロ波電力を１時間照射し、続いて、マイクロ波電力を５００Ｗに上昇させて３０分間照射した後、粘土形成物１００の重量を測定し、水の放出量が１１４ｇになっていることを確認した。
【００３１】
引き続き、マイクロ波電力を６００Ｗに上昇させて１５分間照射した後、粘土形成物１００の重量を測定し、水の放出量が３２ｇであることを確認した。
その後、直ちに、マイクロ波電力を１ｋＷに上昇させて１０分間照射して水の放出量が３３ｇとなったことを確認した。
【００３２】
この乾燥実験においても、粘土形成物１００にはクラックが発生しなかったし、爆発も生じなかった。
図４は、この乾燥実験で得られた乾燥特性図であり、上記した乾燥実験３の実験結果の結論を裏付ける結果となった。
【００３３】
上記した各乾燥実験の他に、マイクロ波電力とクラックとの関係を調べる実験を行った。
この実験では、含水率が上限に近い２２〜２５％程度の粘土を使った粘土形成物１００を用い、５００Ｗのマイクロ波電力を照射したところ、照射時間２０分でクラックが発生することがわかった。
図５はこの実験で求めたマイクロ波電力とクラックの関係を示す特性図である。
この図から分かるように、初期段階で照射するマイクロ波電力が４００Ｗであれば、クラックの発生のない良好な乾燥ができることになる。
また、乾燥実験３との比較で５００Ｗ前後のマイクロ波電力を照射したときは、粘土形成物１００を形成する際の粘土の初期含水率の変動範囲内で乾燥が成功したりクラックが発生したりすることも分った。
【００３４】
図６は、第２実施形態として示した乾燥装置の簡略構成図を示す。
本実施形態では、排出口１８の筒部にダンパー２１を設け、空気の排出量を制御できる構成としたこと、また、吸収口１６に連通させた空気の循環機構を設け、乾燥室１０内の一部の空気を循環させる構成としたことに特徴があり、その他の構成は図１に示した第１実施形態と同じ構成としてある。
【００３５】
本実施形態の循環機構は、吸収口１６に連結させた筒状体２２を構成し、この筒状体２２の筒口２３の近くに設けたダンパー２４によって空気の取り入れ量を制御するようしてある。
また、筒状体２２の筒口２３の近くには、乾燥室１０内から空気を取り出す取出口２５を連結し、筒口２３から入る空気と取出口２５から出る空気とを混合させ、この混合空気を送風機２７で送ると共にヒーター２８で加温して吸収口１６から乾燥室１０内に吹き出させ、乾燥室１０内の空気を循環させる。
なお、取出口２５には、上記したマイクロ波遮蔽板１７、１９と同様のマイクロ波遮蔽板２６が設けてある。
【００３６】
このように構成した本実施形態では、排出口１８から出る空気の排出量に関係なく、乾燥室１０内の空気を循環させて動かすことができる他、吸収口１６から吹き出す空気の温度を効率良く調整することができるから、乾燥室１０内の湿度の制御が可能になり、乾燥室１０内が水蒸気の飽和状態になることもなく、効率よく乾燥することができる。
また、過乾燥状態を避けることができるので、粘土形成物１００の表面状態の劣化やクラックの発生を防ぐことができる。
【００３７】
なお、吸収口１６から吹き出させる空気を加温する目的は、粘土形成物１００の表面で蒸発する水が必要とする潜熱（気化熱）を、エネルギーコストの安い、例えば、石油や電気を利用して供給するためである。
したがって、マイクロ波エネルギーを利用して加温することもできる。
【００３８】
以上、好ましい実施形態について説明したが、第２実施形態のヒーター２８は必ずしも必要ではなく、また、ターンテーブル１４に関連する構造物に重量センサーを取り付けたり、粘土形成物１００の表面温度を測定する温度センサーなどを設ければ、それらセンサーの検出信号に基づいてマイクロ波電力を段階的に、或いは、連続的に制御する乾燥装置として構成とすることができる。
なお、上記のセンサー信号に基づいて上記したダンパーの開閉を制御することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
瓦、碍子、土管などを生産するための粘土形成物の乾燥方法または乾燥装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態として示した乾燥装置の簡略構成図である。
【図２】乾燥実験１で得た乾燥特性図である。
【図３】乾燥実験３で得た乾燥特性図である。
【図４】乾燥実験４で得た乾燥特性図である。
【図５】マイクロ波電力とクラックとの関係を示す特性図である。
【図６】第２実施形態として示した乾燥装置の簡略構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  乾燥室
１３  マイクロ波発振器
１６  吸収口
１８  排出口
２２  筒状体
２５  取出口
２７  送風機
２８  ヒーター
１００  粘土形成物
【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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