【発明の詳細な説明】 【０００１】 【技術分野】本発明は、比較的凹凸に富んだ第１表面と、第１表面よりも凹凸の少ない第２表面とを有するセラミック成形体、例えば懸垂碍子や碍管の製造段階で得られるセラミック成形体の乾燥方法及び装置に関するものである。 【０００２】 【従来技術】平板のような単純形状のセラミック成形体を迅速に乾燥させるためには、従来から赤外線ヒーターが用いられている。 しかし懸垂碍子用または碍管用セラミック成形体のように、片面が厚みに比較して大きい凹凸のある複雑面であり、反対側が前記複雑面よりも凹凸の少ない単純面であるセラミック成形体を乾燥させる場合には、赤外線ヒーターは適用されていない。 その理由は、セラミック成形体の複雑面側は単位体積当たりの表面積が大きいために赤外線ヒーターからの放射熱を受けやすく、単純面側は単位体積当たりの表面積が小さいために放射熱を受けにくく、その結果としてセラミック成形体全体の温度分布が不均一となり、特に複雑面における凸部が凹部よりも高温になってこの部分に「乾燥切れ」と呼ばれる不良が発生しやすいからである。 【０００３】このため、上記のような複雑形状のセラミック成形体の乾燥は、従来は雰囲気乾燥等の温風循環方式や、自然放置による乾燥方法によって行われてきた。
しかし、温風循環方式や自然放置による乾燥プロセスは数十〜数百時間にも及ぶ長時間を要するうえ、雰囲気の影響により乾燥状態が大きく変化し、管理が容易ではないという問題があった。 【０００４】 【発明の課題】したがって、本発明が解決しようとする課題は、上述した従来技術の問題点を解消し、比較的凹凸に富んだ複雑面と、その複雑面よりも凹凸の少ない単純面とを有するセラミック成形体を、乾燥切れを生じさせることなく短時間で乾燥可能とする乾燥方法及び装置を提供することにある。 【０００５】 【課題の解決手段】上記の課題を解決するため、本発明によるセラミック成形体の乾燥方法は、比較的凹凸に富んだ第１表面と、第１表面よりも凹凸の少ない第２表面とを有するセラミック成形体を、第２表面側に設置した主赤外線ヒーターにより主として第２表面側から加熱することを特徴とする。 また、本発明によるセラミック成形体の乾燥装置は、比較的凹凸に富んだ第１表面と、第１表面よりも凹凸の少ない第２表面とを有するセラミック成形体を、その第２表面側に設置されてセラミック成形体を主として第２表面側から加熱する主赤外線ヒーターとを具えることを特徴とする。 【０００６】赤外線ヒーターを用いてセラミック成形体を乾燥させる従来の乾燥方法は、前述したように、もっぱら平板のような単純形状のセラミック成形体に適用されるものであり、この場合には表裏両面から均等に放射熱を加えるようにしていた。 しかし、本発明は、第１表面が凹凸に富んだ複雑面であり、第２表面が第１表面よりも凹凸の少ない単純面であるセラミック成形体を対象とし、このようなセラミック成形体の乾燥に赤外線ヒーターを適用する場合でも、セラミック成形体を第２表面側に設置された主赤外線ヒーターにより主として第２表面側から加熱すれば、従来のような乾燥切れの発生を効果的に防止しつつセラミック成形体をより短時間で乾燥させ得るとの実証的な知見に基づいてなされたものである。 【０００７】本発明を実施するにあたり、セラミック成形体を、凹凸に富んだ第１表面側に設置した比較的低温の補助赤外線ヒーターにより、第１表面側からも補助加熱するのが有利である。 この場合には、凹凸の少ない単純形状の題２表面側に設置した主赤外線ヒーターによりセラミック成形体を主として第２表面側から加熱するに当たり、これだけでは熱が伝わりにくい第２表面側の凸部を低温の補助赤外線ヒーターで補助加熱するため、セラミック成形体全体の温度分布がさらに均一化され、特に第２表面の凸部における乾燥切れの発生をより確実に防止することが可能となる。 【０００８】この場合、主赤外線ヒーター及び補助赤外線ヒーターの少なくとも一方を間欠運転しながらセラミック成形体を乾燥させるのが有利であり、特に、両赤外線ヒーターを同時に間欠運転させるのが好適である。 【０００９】主赤外線ヒーターの温度は、180 〜600 ℃
の範囲に設定するのが有利である。 例えば、主赤外線ヒーターの温度をセラミック成形体が懸垂碍子用である場合には 180〜350 ℃の範囲に設定し、また、セラミック成形体が碍管用である場合には 300〜600 ℃の範囲に設定するのが望ましい。 さらに、主赤外線ヒーターに加えて補助赤外線ヒーターを使用する場合には、両赤外線ヒーターの温度差を30℃以上に設定するのが好適である。 【００１０】セラミック成形体は、閉鎖した乾燥室内で乾燥させるのが好適である。 この場合、セラミック成形体と、少なくとも主赤外線ヒーターとを収めた乾燥室内に温風を通気する手段を設け、乾燥室内に温風を流しながらセラミック成形体を乾燥させるのが有利である。 なお、温風は風速を 0.1〜0.5 ｍ／ｓ、温度をセラミック成形体の温度〜 150℃の範囲に設定するのが好適である。 【００１１】 【実施形態】以下、本発明を図示の好適な実施形態について詳述する。 【００１２】図１および図２は、本発明を実施するための乾燥装置の一実施形態を示すものである。 この乾燥装置は外部から閉鎖可能な乾燥室１を具え、ほぼ水平な支持面を有する支持台２が乾燥室１内に配置されている。
支持台２は、乾燥対象としてのセラミック成形体３を載置するものであり、図２に示すように脚部２ａを有する固定または可動構造体として構成されている。 なお、例えば乾燥室１をトンネル形式とする場合には、支持台２
を乾燥室１内で循環する無端搬送ベルトとして構成することも可能である。 【００１３】本例におけるセラミック成形体３は、笠部４を有する懸垂碍子を製造するための半製品である。 図２に示すように、笠部４の下面は、複数の環状ひだ５が同心的に配置され、これにより肉厚に比較して大きな凹凸を有する複雑面４ａとして成形されている。 他方、下面とは対照的に、笠部４の上面は比較的平坦な単純面４
ｂとして形成されている。 【００１４】乾燥室１内で、支持台２の上方に比較的高温の主赤外線ヒーター６を配置すると共に、支持台２の下方には比較的低温の補助赤外線ヒーター７を配置する。 これらの赤外線ヒーター６、７は、いずれも水分の乾燥に適した波長を持つ遠赤外線ヒーターパネルにより構成することができる。 【００１５】セラミック成形体３は、支持台２上で複雑面４ａが下向きとなるように載置されている。 このように載置すると、セラミック成形体３の姿勢が安定するのみならず、単位体積当たりの表面積が大きくて乾燥が進行し易い複雑面４ａを、主赤外線ヒーター６から見て裏側に位置し、したがって乾燥の緩慢な下面側とすることにより上下両面側からの乾燥速度のバランスを取ることができる。 なお、支持台２はセラミック成形体３の下面を閉塞しない構造とするのが望ましい。 そのためには支持台２を、図２に示すように、例えば格子状または網状とするのが好適である。 【００１６】支持台２の上方に配置された比較的高温の主赤外線ヒーター６は、支持台２上に載置されたセラミック成形体３を単純面４ｂ側から加熱するものである。
そして、セラミック成形体３は、主赤外線ヒーター６からの放射熱を受けて主として単純面４ｂ側から加熱される。 セラミック成形体３の単純面側に投与された放射熱は、熱伝導によりセラミック成形体３の内部に向けて移動する。 その結果、セラミック成形体３の内部も単純面側から徐々に加熱されて乾燥が進行する。 【００１７】本発明では、セラミック成形体３を主として単純面４ｂ側から乾燥させるので、複雑面４ａにおけるひだ５の先端凸部５ａのみが残部よりも局所的に高温になることがなく、乾燥切れの発生を効果的に防止することができる。 しかも、従来の温風循環方式や自然放置方式が乾燥に24〜48時間を要していたのと対比して、本発明によれば８時間前後というはるかに短時間で乾燥を完了させることが可能となる。 【００１８】なお、セラミック成形体３における複雑面４ａの幾何学的形状によっては、ひだの先端凸部５ａは断面積が小さくて熱伝導が不十分であり、主赤外線ヒーター６からの放射熱だけでは迅速な加熱が困難な場合がある。 このような場合には、低温の補助赤外線ヒーター７により複雑面４ａ側から緩やかな補助加熱を行って先端凸部５ａの乾燥を促進させるのが効果的である。 【００１９】上記の主赤外線ヒーター６および補助赤外線ヒーター７による加熱温度は、セラミック成形体３の形状や水分等のパラメータに応じてそれぞれ適切に設定すべきことは言うまでもない。 例えば、水分含有量が20
％程度の懸垂碍子用セラミック成形体を乾燥させる場合には、主赤外線ヒーター６の加熱温度を 180〜350 ℃とするのが好適である。 さらに、補助赤外線ヒーター７による補助加熱を併用する場合には、補助赤外線ヒーター７の加熱温度を主赤外線ヒーター６の加熱温度よりも30
℃以上低めに設定するのが好適である。 【００２０】赤外線ヒーター６、７を必要に応じて間欠運転するものとし、その運転サイクルは例えば10分〜20
分程度の運転時間Ｔ１と、５分〜20分程度の停止時間Ｔ
２との繰返しとすることができる。 このような間欠運転によれば、赤外線ヒーター６、７を停止している間にセラミック成形体３の内部で高温側から低温側への熱移動を生じさせ、過度の偏熱による偏乾燥を防止する効果を達成することができ、ひいては連続乾燥と対比して赤外線ヒーターによる加熱温度を高めに設定して乾燥時間を短縮することが可能となる。 なお、両赤外線ヒーター６、７をそれぞれ間欠運転する場合には、偏乾燥を防止する見地から両者を同時に間欠運転するのが一層効果的である。 【００２１】本発明の効果を検証するため、主赤外線ヒーターと補助赤外線ヒーターの加熱温度および運転条件を変化させてセラミック成形体の乾燥実験を行った。 その実験結果を表１に示す。 この場合、懸垂碍子用セラミック成形体は、約１９％の水分を含むシリカ・アルミナ・粘土系の成形体とした。 また、赤外線ヒーターとしては、出力が約３０ｋＷの電気遠赤外線ヒーターを用いた。 さらに、間欠運転モードでは主赤外線ヒーターと補助赤外線ヒーターを同時に作動させ、かつ、同時に停止させるものとした。 【００２２】 【表１】 【００２３】表１から明らかなとおり、主赤外線ヒーター６と補助赤外線ヒーター７の加熱温度を適切に設定した本発明の実施例１〜１４によれば、セラミック成形体を比較的短時間で、しかも高い良品率をもって乾燥することが可能である。 これに対して、比較例１は従来の熱風乾燥によるものであり、乾燥に長時間を要する上に良品率も非常に低いことを示している。 さらに、補助赤外線ヒーターを併用しても、比較例２〜５のように主赤外線ヒーターとの温度差が適切に設定されない場合や、比較例６のように主赤外線ヒーターの加熱温度が若干高すぎる場合には、乾燥時間を短縮できても高い良品率を達成できないことを示している。 【００２４】本発明を実施してセラミック成形体３を乾燥させる間、乾燥室１内には温風を連続供給することにより、セラミック成形体３から発生した水蒸気を速やかに乾燥室１の外部に抜いて乾燥を促進するのが望ましい。 懸垂碍子用セラミック成形体を対象とする場合、温風の風速が 0.1 ｍ／ｓに満たないと乾燥室１から水蒸気を効果的に抜くことができず、また風速が0.5 ｍ／ｓ
を越える場合には風による切れが発生し易くなる。 したがって風速は 0.1〜0.5 ｍ／ｓ程度に設定するのが好ましい。 【００２５】温風の温度は、セラミック成形体３の温度〜 130℃の範囲に設定するのが好適である。 セラミック成形体３の温度が60〜90℃である場合には、温風温度を
100〜130 ℃程度とするのが望ましい。 温風温度が高すぎると、やはり乾燥切れが発生する可能性がある。 【００２６】セラミック成形体の乾燥に際して乾燥室内に温風を供給することに基づく本発明の効果を検証するため、赤外線ヒーター６、７の加熱温度をそれぞれ一定に維持して連続運転し、温風の風速および温度を変化させてセラミック成形体３の乾燥実験を行った。 その実験結果を表２に示す。 この場合、懸垂碍子用セラミック成形体３は約１９％の水分を含むシリカ・アルミナ・粘土系の成形体とした。 また、赤外線ヒーター６、７としては出力が約３０ｋＷの電気遠赤外線ヒーターを用い、主赤外線ヒーター６の温度を260℃、補助赤外線ヒーターの温度を 150℃とした。 【００２７】 【表２】 【００２８】表２から明らかなとおり、セラミック成形体の乾燥に際して乾燥室内に温風を供給する場合、風速および温度を適切に設定した実施例１〜７によれば高い良品率を維持しつつ乾燥時間を短縮することが可能である。 特に、実施例2、３および実施例４〜７から明らかなように、風速が一定であれば温風温度を高めることにより乾燥時間を短縮することが可能である。 これに対して、比較例１は乾燥室内に温風を供給しないため、乾燥時にセラミック成形体から発生する水蒸気を速やかに室外に抜いて乾燥を促進することができず、したがって乾燥に長時間を要している。 また、比較例２のように温風温度が低すぎる場合や、比較例3、４のように風速が高すぎる場合には、乾燥時間を短縮できても高い良品率を達成することができない。 【００２９】上述したように、本発明によれば片面が凹凸のある複雑面４ａであり、反対面が複雑面４ａよりも凹凸の少ない単純面４ｂであるセラミック成形体３を、
乾燥切れを生じさせることなく迅速に乾燥させることが可能である。 なお、本発明が懸垂碍子用の成形体のみならず、その他のセラミック成形体にも広く適用できることは言うまでもない。 【００３０】図３および図４は、外面が多数のつば状の凹凸を有する複雑面である碍管や碍管に対応するセラミック成形体の乾燥に本発明を適用した実施形態を示すものである。 この実施形態による乾燥装置は乾燥室１を具え、その底面１ａにおいて複数のセラミック成形体３を直立状態で支持するものである。 乾燥室１は、キャスターを有する移動式の構成とすることができる。 セラミック成形体３は中心孔を有し、その内面は実質的に凹凸のない単純面３ｂである。 【００３１】図３に示すように、乾燥室１の上部に水平支持ビーム８を配置し、支持ビーム８から棒状の主赤外線ヒーター６を垂下させてセラミック成形体３の中心孔内に挿入する。 乾燥室１内に比較的低温の補助赤外線ヒーター７を設け、補助赤外線ヒーター７をプレート状としてセラミック成形体３の複雑面３ａに対向配置することができる。 主赤外線ヒーター６は加熱温度を 300〜 6
00℃とし、補助赤外線ヒーター７の加熱温度は 100〜 2
00℃とするのが望ましい。 なお、乾燥室１の底面１ａとセラミック成形体３の底部との間には、セラミック成形体３内部の自然通気を許容する隙間が形成される構成とするのが好適である。 【００３２】碍管用セラミック成形体３の乾燥に際して、成形体３を主赤外線ヒーター６により主として単純面３ｂ側から加熱する本発明の効果を検証するため、赤外線ヒーター６、７の加熱温度をそれぞれ変化させて連続運転し、自然通気を行う場合と行わない場合とについて乾燥実験を行った。 その実験結果を表３に示す。 この場合、碍管用セラミック成形体３は高さ2000ｍｍ、外径
400 ｍｍ、内径200 ｍｍであり、その水分は１７％とした。 自然通気を行う場合には、風速を0.5〜1.0 ｍ／ｓ
となるよう隙間の大きさを設定した。 【００３３】 【表３】 【００３４】表３から明らかなとおり、本発明の実施例１〜１３によれば補助ヒーターによる加熱温度を高めることにより、乾燥切れの発生を効果的に防止しつつ乾燥時間がより短縮される傾向が認められる。 特に、実施例
4〜１１からは、同一温度条件下でも内部通気を行う場合には乾燥時間が短縮される傾向が明らかである。 他方、比較例１〜４のように補助加熱温度が適切に設定されない場合や、比較例５のように主加熱温度が高すぎる場合には、乾燥切れの発生を効果的に防止できないことが明らかである。 【００３５】 【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明の乾燥方法及び装置によれば複雑面と単純面とを有するセラミック成形体を、乾燥切れを生じさせることなく短時間で乾燥させることが可能となるものである。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による乾燥方法を実施するための装置の一実施形態を示す線図的断面図である。 【図２】図１の装置の要部を示す拡大図である。 【図３】本発明による乾燥方法を実施するための他の実施形態を示す斜視図である。 【図４】図３の装置の要部を示す拡大図である。 【符号の説明】 ３ セラミック成形体、３ａ、４ａ 複雑面、３ｂ、４
ｂ 単純面、６ 主赤外線ヒーター、７ 補助赤外線ヒーター |
