(57)【要約】【課題】匣鉢の内部に収納した被加熱物を、匣鉢内部における温度分布の不均一を抑制し、しかも発生ガスの排気や反応用ガスと被加熱物との接触を良好に維持しつつ、均一に焼成することができる匣鉢を用いた焼成方法を提供する。【解決手段】底面の一部または全面を通気部９とした匣鉢１に粉体等の被加熱物を入れ、焼成する。昇温域においては炉内に新鮮なガスを供給しつつ、匣鉢支持面に形成された吸引孔１０，１１を匣鉢１の底面に密着させて匣鉢１の内部を吸引し、被加熱物から発生する発生ガスを炉底部から排出する。新鮮なガスは匣鉢１の内部の被加熱物の近傍を流れる。炉内へのバインダーガスの拡散がなく、温度分布も均一化される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
匣鉢内に収容された被加熱物を加熱炉内を移動させつつ加熱処理する加熱方法において、底面の一部または全面を通気可能な材料により構成した匣鉢を使用し、匣鉢支持面に形成された通気孔を匣鉢底面に密着させて、匣鉢支持面に形成された通気孔に対して炉の外部からの差圧発生手段により差圧を加え、匣鉢の内部を吸引あるいは掃気することを特徴とする匣鉢を用いた加熱方法。
【請求項２】
被加熱物からガスが発生する温度域では匣鉢の内部を吸引することを特徴とする請求項１記載の匣鉢を用いた加熱方法。
【請求項３】
最高温度域では匣鉢の内部を掃気することを特徴とする請求項１または２記載の匣鉢を用いた加熱方法。
【請求項４】
加熱炉が匣鉢を台板に載せて移動させる台板式プッシャー炉であり、台板及びこの台板を支持する炉床に形成された吸引孔を通じて匣鉢の内部を吸引することを特徴とする請求項２記載の匣鉢を用いた加熱方法。
【請求項５】
焼成炉が匣鉢を移動ビームにより移動させるウォーキングビーム炉であり、固定床に形成された吸引孔を通じて匣鉢の内部を吸引することを特徴とする請求項２記載の匣鉢を用いた加熱方法。
【請求項６】
匣鉢の底面の通気性材料が、多孔質材料であることを特徴とする請求項１記載の匣鉢を用いた加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子工業用の原料となるセラミック粉体等を焼成するために用いられる匣鉢を用いた加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックコンデンサ、リチウムイオン電池、蛍光体などの電子工業製品の原料となるセラミック粉体を焼成する場合には、匣鉢（またはサヤ）と呼ばれる窯道具の内部に粉体を収納して焼成が行なわれるのが普通である。工業的には所定の焼成温度カーブが形成された連続炉の一端から匣鉢を順次炉内に入れ、炉内を移動させつつ焼成を行い、他端から取り出す連続焼成が実施されている。
【０００３】
これらの粉体材料からは、焼成温度に達する前の昇温域において多様なガスが発生する。主には、セラミックコンデンサ用からはＣＯ２、リチウムイオン電池用からは、アルカリ性ガスや金属リチウムの蒸発ガス、蛍光体用からは、ＳＯＸ、ＨＣＬなどである。このような粉体の焼成方法においては、粉体の温度分布の均一化を図ることと、前記の発生ガスを速やかに排気することと、外部から供給される反応用ガスを粉体と均一に接触させることが重要となる。
【０００４】
しかし通常、粉体は匣鉢の内部に収納されているだけであるから、匣鉢の表面に近い部分は加熱され易いが中心部は加熱されにくく、温度分布の不均一が発生し易い。また換気は自然換気のみであるから、発生ガスの排気や反応用ガスと粉体との接触は緩やかに進行し、焼成の長時間化や焼成特性の劣化に繋がっていた。そこで以下に示すような解決策が模索されていた。
【０００５】
すなわち特許文献１には、昇温域の炉内に炉内雰囲気ガスの吸引筒を一定間隔で吊り下げ、発生ガスを速やかに吸引するとともに、炉床部から炉内雰囲気ガスの排気を行なう技術が開示されている。しかしこの技術を用いて粉体の焼成を行なった場合には、換気流は匣鉢の表層部を流れるだけであって、匣鉢の中心部に達することはない。また発生したガスは炉内に拡散して炉内雰囲気を汚濁させる原因となる。このためこの特許文献１の技術だけでは粉体の良好な焼成には不向きである。
【０００６】
また特許文献２には、匣鉢の内部に熱伝導体を立てて粉体の焼成を行なうことにより、熱伝導の悪い粉体の温度分布を均一化する方法が開示されている。しかし匣鉢内部の粉体の搭載量が減少することや、熱伝導体の支持方法が容易でないことや、粉体の出し入れの際に熱伝導体が邪魔になるなどの問題がある。しかも発生ガスの排気や反応用ガスと粉体との接触が改善される訳ではない。
【０００７】
さらに特許文献３には、匣鉢を複数の粒度分布からなるセラミック粒子により構成された多孔質のものとし、粉体から発生する発生ガスの拡散が容易に行なわれるようにしている。このような匣鉢を用いれば通常の匣鉢よりも通気性は改善される。しかし積極的に気流が出入りしている訳ではなく、匣鉢内部のガス移動は自然換気のみである。
【特許文献１】特許第２５２２８７７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２６２６６号公報
【特許文献３】特開平８−２６８７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、匣鉢の内部に収納した粉体その他の被加熱物を、匣鉢内部における温度分布の不均一を抑制し、しかも発生ガスの排気や反応用ガスと被加熱物との接触を良好に維持しつつ、均一に加熱することができる匣鉢を用いた加熱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】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、匣鉢内に収容された被加熱物を加熱炉内を移動させつつ加熱処理する加熱方法において、底面の一部または全面を通気可能な材料により構成した匣鉢を使用し、匣鉢支持面に形成された通気孔を匣鉢底面に密着させて、匣鉢支持面に形成された通気孔に対して炉の外部からの差圧発生手段により差圧を加え、匣鉢の内部を吸引あるいは掃気することを特徴とするものである。
【００１０】
なお請求項２のように、被加熱物からガスが発生する温度域では匣鉢の内部を吸引することができ、請求項３のように、最高温度域では匣鉢の内部を掃気することができる。これらは単独でも、双方同時に行なっても良い。特徴とする請求項１または２記載の匣鉢を用
【００１１】
また請求項４のように、加熱炉が匣鉢を台板に載せて移動させる台板式プッシャー炉であり、台板及びこの台板を支持する炉床に形成された吸引孔を通じて匣鉢の内部を吸引する実施形態を取ることができ、あるいは請求項５のように、焼成炉が匣鉢を移動ビームにより移動させるウォーキングビーム炉であり、固定床に形成された吸引孔を通じて匣鉢の内部を吸引する実施形態を取ることもできる。本発明においては請求項６のように、匣鉢の底面の通気性材料を多孔質材料とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の匣鉢を用いた加熱方法によれば、底面の一部または全面を通気性材料により構成した匣鉢を使用し、昇温域においては炉内に新鮮なガスを供給しつつ、匣鉢支持面に形成された吸引孔を匣鉢の底面に密着させて匣鉢の内部を吸引し、被加熱物からの発生ガスを炉底部から排出させながら焼成を行なう。このため匣鉢内部の被加熱物の近傍をガスが通り、積極的な換気が行なわれることとなるので発生ガスの排出効果が高まり、発生ガスが炉内に拡散されることも防止できる。この結果、炉内雰囲気の汚染がなくなり、炉内壁の汚染がなくなり、炉の入口からの発生ガスの漏洩もなくなり、発生ガスが焼成ゾーンに流入することもなくなる。
【００１３】
また炉内に供給される新鮮なガスが匣鉢内部の被加熱物の近傍を通過するので、被加熱物とガスとの反応が迅速に行なわれ、焼成速度も向上させることができるとともに、ガスが被加熱物と効率よく反応するため、ガスの使用量を低減することができる。さらに匣鉢内部をガスが流れることによって、匣鉢を介しての熱伝導による加熱が行なわれていた従来技術とは異なり、匣鉢内部の被加熱物の温度分布も均一化させることができ、焼成時間の短縮と、焼成品質の向上を図ることができる。
【００１４】
なお請求項６のように匣鉢の底面の通気性材料を多孔質材料とすれば、被加熱物が粉体であっても流失することがなく、昇温域において、炉室天井部から下向きに新鮮なガスを供給するようにすれば、炉室内に下向きの流れが形成され、発生ガスが炉内に拡散されることをより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１から図３は本発明を台板式プッシャー炉に適用した実施形態を示す図である。図１は昇温域における炉幅方向の断面図、図２は昇温域における炉長方向の断面図、図３は匣鉢等の分解斜視図である。
【００１６】
台板式プッシャー炉は、匣鉢１を台板２に載せて炉入口側からプッシャーで押し込み、炉内を移動させる形式の炉である。図１、図２において３は炉体、４は匣鉢支持面である炉床である。炉床４の左右両側には、台板２の進行方向を規制するガイド５が設けられている。炉室６の内部には炉床４を挟む上下にそれぞれヒーター７、８が配置されており、炉の長手方向に所定の温度カーブが形成されている。被加熱物である粉体は匣鉢１の内部に充填され、プッシャーに押されて炉内を移動する間に、昇温と焼成とが行われることは従来と同様である。
【００１７】
図３に示すように、本発明においては匣鉢１の底面の一部または全面を通気性材料により構成された通気部９としておく。匣鉢１は耐熱性に優れたセラミック製のものであるから通気部９にも耐熱性が必要であり、かつ通気部９から粉体が洩れないようにしておく必要がある。このため通気部９を微細な連通細孔を備えた多孔質のセラミック材料によって構成することが好ましいが、通気部９が通常の開口であって、多孔質の板でカバーした形態でもかまわない。図３では匣鉢１の底部中央に進行方向に長く延びる通気部９を形成したが、複数の通気部９を形成してもよく、あるいは底部の全面を通気部９としてもよい。また匣鉢１を載せる台板２にも匣鉢１の通気部９と同一位置に吸引孔１０を貫通形成しておく。
【００１８】
さらに昇温域においては、匣鉢支持面である炉床４にも吸引孔１１を形成し、図１、図２に示すように吸引孔１１の下部の吸引パイプ１２を通じて差圧発生手段である炉外の排気ファン（図示せず）に接続しておく。炉床４の吸引孔１１は、匣鉢１および台板２がその上を間欠的にスライドするため、匣鉢１の各停止位置に必要な個数だけ形成しておくものとする。この実施形態では炉床４の吸引孔１１は炉長手方向に細長く形成されており、その端部に吸引パイプ１２が接続されているが、この構成に限定されるものではない。このように昇温域の匣鉢停止位置においては、匣鉢１の通気部９と、台板２の吸引孔１０と、匣鉢支持面である炉床４の吸引孔１１とが上下方向に同一位置に重なり合い、匣鉢の底面に密着する。このため排気ファンなどの差圧発生手段によって匣鉢１の内部を吸引することが可能となる。
【００１９】
一方、昇温域においては、炉室６の天井部に形成されたガス供給孔１３から、新鮮なガスが下向きに供給される。供給されたガスは匣鉢１に向かって降下するが、匣鉢１には粉黛の飛散を防止するための蓋１４が被せてあるため、この蓋１４と匣鉢１との隙間、あるいは蓋１４の端部に形成されたガス流通孔（図示せず）を介して緩やかに匣鉢１の内部に進入する。ガスが反応用のガスである場合には匣鉢１の内部で粉体との反応が進行する。
【００２０】
このように、昇温域においては炉室の天井部から匣鉢１の内部を通って下方に向かうガス流が形成されるので、新鮮なガスが匣鉢１内部に充填された粉体の近傍を通過するとともに、粉体から発生した発生ガスはこの流れに乗って下方に吸引され、炉室内に拡散することなく炉外に排出される。
【００２１】
以上に説明したのは本発明を台板式プッシャー炉に適用した実施形態であるが、本発明はウォーキングビーム炉に適用することもできる。ウォーキングビーム炉は図４に示すように匣鉢１を昇降及び進退可能な移動ビーム２０により移動させる形式の炉である。
【００２２】
この場合には、昇温域の固定床２１に形成された吸引孔２２を通じて匣鉢の内部を吸引することができる。この実施形態においても炉の天井部から新鮮なガスを供給することができるが、図５に示すように固定床２１に差圧発生手段である給気管２３を配置しておき、反応ガスを匣鉢１の内部に集中的に供給することも可能である。
【００２３】
なお、焼成炉として広く使用されているローラハースキルンやメッシュベルトキルン、台車式トンネルキルンなどには、本発明を適用することは容易ではない。
【００２４】
本発明の利点を要約すると次の通りである。
(1)  炉内に導入された新鮮なガスが効率的に匣鉢内部の被加熱物に接触するので、使用するガス量を低減できる。
(2)  匣鉢の内部を積極的に換気できるので、匣鉢内部の温度分布が均等になり、焼成時間を短縮できる。
(3)   昇温域において粉体等の被加熱物から発生した発生ガスを炉内に拡散させずに選択的に炉外に排出できるので、炉内雰囲気を汚染しない。また炉の入口からの発生ガスの漏れがないこと、高濃度の発生ガスを排気できるので脱臭処理が簡単であること、焼成ゾーンへの発生ガスの流出がないこと等の効果がある。
(4)  新鮮なガスを被加熱物に接触させることができるので、焼成品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】台板式プッシャー炉の昇温域における炉幅方向の断面図である。
【図２】昇温域における炉長方向の断面図である。
【図３】匣鉢等の分解斜視図である。
【図４】ウォーキングビーム炉の昇温域における要部断面図である。
【図５】匣鉢内部への吸気を行なう例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  匣鉢
２  台板
３  炉体
４  匣鉢支持面である炉床
５  ガイド
６  炉室
７  ヒーター
８  ヒーター
９  通気部
１０  吸引孔
１１  吸引孔
１２  吸引パイプ
１３  ガス供給孔
１４  蓋
２０  移動ビーム
２１  固定床
２２  吸引孔
２３  給気管
【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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