本发明涉及碳纤维连续石墨化炉。
本申请基于2014年5月12日在日本申请的特愿2014－099064号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术：
石墨(graphite)具有润滑性、导电性、耐热性、耐化学品性等在工业上的优良性质，被用于半导体领域、核领域、航空·机械领域等广泛的领域。虽然石墨一般是将碳粉末在石墨化炉中加热到高温(例如2000℃～3000℃)制造的，但已知也有将碳纤维加热烧制并石墨化的石墨化炉(例如参照专利文献1、专利文献2)。
碳纤维由碳化处理烧制而形成。将碳纤维石墨化的石墨化炉是在惰性环境下加热到约2000℃～3000℃的温度而使碳纤维石墨化、变为石墨化纤维的加热炉。
一般地，这样的石墨化炉使用电阻加热器将碳纤维加热到约2000℃～3000℃的温度、烧制并石墨化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2004－132557号公报
专利文献2：日本国特开2004－176245号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
电阻加热器在高温下的加热，例如在2500℃以上加热的情况下消耗严重。因此，在量产水平中，若在2500℃以上的温度区域连续地加热烧制，则存在产生不良状况的可能性。
使碳纤维石墨化时，尤其是若在2500℃以上加热，则能够获得高弹性。为了获得高弹性，希望是进行在2500℃以上、优选是2800℃左右的加热烧制。
本发明鉴于所述问题而提出，目的在于提供一种碳纤维连续石墨化炉，能够抑制电阻加热器的消耗、并且能够进行2500℃以上的加热烧制。
用于解决上述技术问题的方案
本发明的第1方案为一种碳纤维连续石墨化炉，连续地加热烧制由碳纤维构成的被处理物而使其石墨化，具备：供给部，供给由碳纤维构成的所述被处理物；腔，对从所述供给部供给的所述被处理物进行石墨化处理；回收部，回收从所述腔导出的石墨化处理后的所述被处理物，所述腔具有：预加热区，对供给的所述被处理物进行预加热；通电加热区，对预加热后的所述被处理物进行通电加热；所述通电加热区具有：一对通电辊，架设预加热后的所述被处理物并使所述被处理物行进；直流电源，与所述一对通电辊连接，使电流经由架设在所述一对通电辊上的预加热后的所述被处理物而在所述一对通电辊之间流通。
此外，本发明的第2方案，在所述第1方案的碳纤维连续石墨化炉中，所述通电加热区还具有一对张力辊，分别设置在所述一对通电辊的上游侧以及下游侧、对在所述一对通电辊上行进的所述被处理物赋予张力。
此外，本发明的第3方案，在所述第1或第2方案的碳纤维连续石墨化炉中，所述腔配设为隔着非导电性部件相对于设置面浮起的状态，所述回收部具有卷取石墨化处理后的所述被处理物的非导电性的卷取辊，由所述卷取辊卷取石墨化处理后的所述被处理物，从而回收所述被处理物。
发明效果
根据本发明的碳纤维连续石墨化炉，腔具有对被处理物进行预加热的预加热区和对预加热后的被处理物进行通电加热的通电加热区。在预加热区中，例如利用电阻加热器将被处理物加热到1000℃左右，之后，在通电加热区中，电流通过一对通电辊和架设在其上并行进的预加热后的被处理物，通电加热被处理物，由此能够将被处理物在高温下烧制。因此，例如即使在预加热区中使用电阻加热器，在预加热区中仅进行在比较低温下的加热(预加热)，因为在高温下的烧制不是使用电阻加热器而是通过通电加热进行的，所以能够抑制电阻加热器的消耗，并且通过通电加热能够进行在2500℃以上的加热烧制。
附图说明
图1是用于说明本发明的碳纤维连续石墨化炉的一实施方式的附图，是示意化地表示碳纤维连续石墨化炉的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的碳纤维连续石墨化炉详细地进行说明。另外，在以下的附图中，为了使各部件成为可识别的大小，对各部件的比例尺进行了适当变更。
图1是用于说明本发明的碳纤维连续石墨化炉的一实施方式的示意图，图1中的附图标记1是碳纤维连续石墨化炉(以下记为石墨化炉。)。
该石墨化炉1将由碳纤维构成的被处理物W连续地加热烧制，而使其石墨化。石墨化炉1具备：放卷供给由碳纤维构成的被处理物W的放卷部2(供给部)、对从放卷部2供给的被处理物W进行石墨化处理的腔3、卷取并回收从腔3导出的石墨化处理后的被处理物W的卷取部4(回收部)。
在放卷部2中，在放卷辊2a上卷取由碳纤维构成的被处理物W。放卷辊2a由未图示的轴承可旋转地支撑，使卷取在放卷辊2a上的被处理物W(碳纤维)连续地放卷。另外，通过由设置在后述的卷取部4侧的电机等的驱动源的驱动来卷取并拉伸被处理物W，使得放卷辊2a旋转。但是，也可以在放卷部2的放卷辊2a上连结电机等的驱动源(未图示)，由驱动源的驱动使放卷辊2a旋转。
作为被处理物W即碳纤维，多根(例如数千根～数万根)的长条的碳纤维被平面状地集束并卷取在放卷辊2a上。因此，在被处理物W被放卷时，多根碳纤维也会被平面状地集束放卷。但是，也可以不这样地集束多条的碳纤维，而将1根、或者数根～数百根的碳纤维平面状地排列卷取，并在该状态下放卷。
此外，作为被处理物W即碳纤维，不仅限于纤维状态的碳纤维，也能够使用将碳纤维编织成薄片状的织布或者未经编织而薄片状地成形的无纺布等。即，可以将由碳纤维构成的薄片形成为长条作为被处理物W，在放卷辊2a上将该被处理物W卷取，并在制造时将该被处理物W放卷。
另外，在图1中为了使其他的构成元件易见，记载了处理作为被处理物W的1根碳纤维或者多根被捆绑而成的碳纤维的形式。但是，在量产时，当然是处理多根(例如数千根～数万根)的碳纤维或薄片状的碳纤维。
腔3对从放卷部2放卷供给的被处理物W进行石墨化处理。腔3是在内部具有封闭空间的长方体状，该封闭空间成为处理区。
该腔3的底板、侧壁、顶棚都由具有耐热性、隔热性的材料形成。为了使腔3内的后述的通电加热区升温到1000℃～3000℃左右，在腔3中使用具有能够耐受这样的高温的耐热性以及隔热性的材料。
此外，腔3配设为相对于设置腔3的房间的设置面5(底板面)隔着非导电性部件6浮起的状态。作为非导电性部件6，例如可以使用非导电性陶瓷。通过这样地相对于设置面5浮起地配置腔3，能够防止从腔3向设置面5的漏电。
此外，在腔3的放卷部2侧的侧壁上形成有用于导入被处理物W的导入口3a，在腔3的后述的卷取部4侧的侧壁上形成有用于导出被处理物W的导出口3b。通过来自设置在腔3的侧壁的外侧上的空气喷出装置(未图示)的空气的喷出，使这些导入口3a、导出口3b都被空气密封。
此外，在该腔3中，经由配管(未图示)连接有氮供给源(未图示)。该氮供给源通过使氮在腔3内循环，使腔3内形成氮环境。由于导入口3a、导出口3b被空气密封，外部气体几乎不会流入，这样的腔3内的氮环境被良好地维持。
此外，在腔3的内部设置有预加热区7和通电加热区8。预加热区7是配置在放卷部2侧、即导入口3a侧的处理空间。在本实施方式中，在预加热区7中，一对电阻加热器9、9对置地配置在被处理物W的行进路径的上下方。电阻加热器9是以往公知的一般的加热器，连接在未图示的电源上并将预加热区7加热到800℃～1000℃左右。
因此，在预加热区7的电阻加热器9、9间行进的被处理物W被加热到800℃～1000℃左右，由此推进利用烧制得到的碳化，被处理物W的特性从非导电性变化为导电性。此外，在利用这样的烧制进行碳化的过程中，根据需要添加到被处理物W(碳纤维)中的添加剂分解并气化。因此，在预加热区7的顶棚侧上设置有管道(未图示)，进而在顶棚上设置有通往管道的气化气体排出筒10。由此，添加在被处理物W(碳纤维)中的添加剂在预加热区7中经加热而分解、气化并排出到腔3之外。
另外，在预加热区7中的电阻加热器9也可以配置在被处理物W的左右，作为配置在被处理物W的上下的替代方式。此外，关于电阻加热器9的数量，也可以不是2个，而是1个或者3个以上。
在腔3内的比预加热区7更下游侧、即导出口3b侧配置有通电加热区8。通电加热区8是与预加热区7连通的处理空间。预加热区7和通电加热区8之间根据需要设置有由隔热材料构成的分隔壁(未图示)。但是，在设置了分隔壁的情况下，当然预先形成了用于供被处理物W行进的贯通孔。
在该通电加热器8中，设置有一对通电辊11、11和一对张力辊12、12。通电辊11、11隔开规定的间隔而平行地配置，且通过未图示的轴承旋转自如地配设。在通电辊11、11之间架设预加热后的被处理物W并使其行进。这些通电辊11、11具有耐受至3000℃左右的耐热性、导电性，能够如后述那样地通过通电加热将被处理物W加热到1000℃～3000℃、尤其是加热到石墨化而能够赋予高弹性的温度即2500℃～3000℃左右、优选是加热到2800℃～3000℃左右。通电辊11、11例如由石墨形成。
在这些通电辊11、11上分别经由配线(未图示)连接有直流电源13。此处，因为这些通电辊11、11不是直接接触的，所以在非处理时即使将直流电源13接通，在通电辊11、11之间电流不流通。另一方面，若在处理时在通电辊11、11上架设预加热后的被处理物W，则因为被处理物W通过预加热变化为导电性，所以电流经由该被处理物W而在通电辊11、11间流通。因此，被处理物W被通电加热。
在直流电源13上设置有未图示的控制部。通过控制该控制部，能够使期望的大小的电流在通电辊11、11间流通。即，使期望的电流在架设于通电辊11、11间的被处理物W中流通，能够将被处理物W通电加热到期望的温度。预先求得在被处理物W中流通的电流值和经通电加热的被处理物W的加热温度的相互关系，由此能够通过直流电源13的控制部适当地控制被处理物W的通电加热温度。
在一对通电辊11、11的上游侧以及下游侧，比这些通电辊11、11更下方处，分别配设有张力辊12。这些张力辊12、12相对于相邻的通电辊11分别隔开规定的间隔而平行地配置，且通过未图示的轴承旋转自如地配设。此外，因为通电辊11、11间被加热到2800℃～3000℃左右，所以这些张力辊12、12也具有耐受至3000℃左右的耐热性。张力辊12、12例如由石墨形成。
上游侧的张力辊12将从预加热区7沿水平方向行进的被处理物W的行进方向变更为上方，并且对该被处理物W赋予张力(Tension)。下游侧的张力辊12将从下游侧的通电辊11沿下方行进的被处理物W的行进方向变更为水平方向，并且在该被处理物W上赋予张力(Tension)。
此处，在这些张力辊12、12的例如轴承上设置有张力维持机构(未图示)。张力维持机构例如通过使张力辊12升降，对在张力辊12和通电辊11之间行进的被处理物W的张力进行修正，由此将在通电辊11、11间行进的被处理物W的张力调整为预先设定的张力。
因此，在通电辊11、11间行进的被处理物W通过上游侧的张力辊12和下游侧的张力辊12被赋予适当的张力，不会挠曲而在维持了规定的张力的状态下行进。即，即使利用通电加热进行的烧制引起被处理物W膨胀或收缩，也能够通过张力维持机构将被处理物W的张力维持为预先设定的张力。
在下游侧的张力辊12侧方的、腔3的侧壁上形成有导出口3b。在该导出口3b的外侧(腔3的外侧)配设有卷取部4。卷取部4通过卷取辊4a来卷取通电加热后(石墨化处理后)的被处理物W、回收被处理物W。即，卷取辊4a由未图示的轴承可旋转地支撑，并且连结在电机等的驱动源上。因此，通过驱动源的驱动使卷取辊4a旋转，由此能够卷取并回收被处理物W。此外，通过这样地卷取被处理物W，从放卷部2使被处理物W放卷、并使其在预加热区7、通电加热区8中行进。
卷取辊4a由非导电性且耐热性的材质、例如非导电性陶瓷等形成。由此能够防止从通电辊11侧的漏电，并且能够无障碍地卷取通电加热后的比较高温的被处理物W。
为了利用这样的构成的石墨化炉1使被处理物W石墨化，首先设置被处理物W。即，在放卷部2的放卷辊2a上预先卷取被处理物W。被处理物W的一端侧从导入口3a进入到腔3内，通过对置配置的电阻加热器9、9之间，进而延伸到通电加热区8。在通电加热区8中，被处理物W被上游侧的张力辊12拉转后，被架设在一对通电辊11、11间，进而被下游侧的张力辊12拉转。而且，被处理物W从导出口3b被拉出而被卷取在卷取辊4a上。
这样地设置了被处理物W后，对预加热区7的电阻加热器9、9通电使其发热且对通电辊11、11通电，并且驱动卷取部4的驱动源使被处理物W卷取在卷取部4上。
若这样地使被处理物W卷取在卷取部4上，则能够使被处理物W连续地行进并从放卷部2放卷。被处理物W从放卷部2放卷，通过导入口3a被导入到腔3内，在预加热区7中通过对置的电阻加热器9、9之间而被预加热到800℃～1000℃左右。于是，被处理物W如前述那样地被加热烧制，从而推进碳化而变为导电性。
进而，预加热后的被处理物W通过上游侧的张力辊12被赋予了张力后，行进方向被改变，以架设在通电辊11、11间的状态行进。因为预加热后的被处理物W变为导电性，所以电流经由该被处理物W在通电辊11、11间流通，被处理物W中也有电流流通。由此，被处理物W被通电加热并在预先设定的温度下烧制，从而被石墨化处理。
石墨化处理后的被处理物W通过下游侧的张力辊12改变行进方向，从导出口3b被导出后，被卷取在卷取部4上。
在本实施方式的石墨化炉1中，腔3具有对被处理物W进行预加热的预加热区7和对预加热后的被处理物W进行通电加热的通电加热区8。在预加热区7中利用电阻加热器9将被处理物加热到800℃～1000℃左右而赋予导电性，之后，在通电加热区8中使电流在一对通电辊11、11和架设在其上并行进的预加热后的被处理物W中流通，对被处理物W进行通电加热。由此，能够使被处理物W在例如2800℃～3000℃左右的高温下烧制。
因此，虽然使用了电阻加热器9，但在使用该电阻加热器9的预加热区中仅进行在比较低温下的加热(预加热)，在高温下的烧制并非使用电阻加热器，而是通过通电加热进行。因此，即使是在量产水平的制造中也能够抑制电阻加热器9的消耗。此外，因为通过通电加热能够进行例如在2800℃以上的高温下的加热烧制，所以能够对获得的石墨化碳纤维赋予高弹性。
此外，因为在一对通电辊11、11的上游侧以及下游侧设置了张力辊12，所以能够通过这些张力辊12、12相对于在一对通电辊11、11间行进的被处理物W赋予适当的张力。因此，即使利用通电加热进行的烧制引起被处理物W膨胀或收缩，也能够使该被处理物W在通电辊11、11间不会挠曲或过度地拉伸，而在适当的张力下在通电辊11、11间行进。因此，能够使恒定电流经由该被处理物W在通电辊11、11间稳定地流通，由此也能够使恒定电流在被处理物W中流通而在恒定温度下通电加热。因此，能够使获得的石墨化碳纤维的品质稳定。
此外，因为腔3配设为相对于设置面5隔着非导电性部件6浮起的状态，所以能够防止从腔3向设置面5的漏电。进而，因为将卷取部4的卷取辊4a设为非导电性，所以能够防止从通电辊11侧通过被处理物W向卷取部4的漏电。
此外，因为使用一对通电辊11、11作为通电加热装置，所以能够使作为通电加热装置的装置构成小型化，因此能够使腔3小型化。此外，因为能够连续地进行碳纤维的石墨化，所以能够提高生产效率。
此外，虽然未图示，但也能够如前述那样地使用形成为长条薄片状的碳纤维作为被处理物W，而连续地石墨化处理薄片状的被处理物W。因此，对于纤维状、薄片状的任一形态的被处理物W，都能够利用相同的石墨化炉1进行连续石墨化处理，与将纤维状的被处理物W和薄片状的被处理物W在不同的石墨化炉中处理的情况相比，能够显著地降低设备费用或运行成本。
另外，本发明不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可能会存在各种变更。
例如，虽然在所述实施方式中将通电辊11、11配设在一对张力辊12、12的上方，但这些张力辊12或通电辊11的配置可以根据腔3的形状或大小等而适当地布局。
工业实用性
根据本发明，能够提供一种碳纤维连续石墨化炉，能够抑制电阻加热器的消耗、并且能够进行2500℃以上的加热烧制。
附图标记说明
1 石墨化炉(碳纤维连续石墨化炉)
2 放卷部(供给部)
3 腔
4 卷取部(回收部)
4a 卷取辊
5 设置面
6 非导电性部件
7 预加热区
8 通电加热区
9 电阻加热器
11 通电辊
12 张力辊
13 直流电源
W 被处理物
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种碳纤维连续石墨化炉，连续地加热烧制由碳纤维构成的被处理物而使其石墨化，
具备：
供给部，供给由碳纤维构成的所述被处理物；
腔，对从所述供给部供给的所述被处理物进行石墨化处理；
回收部，回收从所述腔导出的石墨化处理后的所述被处理物，
所述腔具有：预加热区，对供给的所述被处理物进行预加热；通电加热区，对预加热后的所述被处理物进行通电加热；
所述通电加热区具有：一对通电辊，架设预加热后的所述被处理物并使所述被处理物行进；直流电源，与所述一对通电辊连接，使电流经由架设在所述一对通电辊上的预加热后的所述被处理物而在所述一对通电辊之间流通。
2.如权利要求1所述的碳纤维连续石墨化炉，其特征在于，所述通电加热区还具有：一对张力辊，分别设置在所述一对通电辊的上游侧以及下游侧、对在所述一对通电辊上行进的所述被处理物赋予张力。
3.如权利要求1所述的碳纤维连续石墨化炉，其特征在于，所述腔配设为隔着非导电性部件相对于设置面浮起的状态，
所述回收部具有卷取石墨化处理后的所述被处理物的非导电性的卷取辊，由所述卷取辊卷取石墨化处理后的所述被处理物，从而回收所述被处理物。
4.如权利要求2所述的碳纤维连续石墨化炉，其特征在于，所述腔配设为隔着非导电性部件相对于设置面浮起的状态，
所述回收部具有卷取石墨化处理后的所述被处理物的非导电性的卷取辊，由所述卷取辊卷取石墨化处理后的所述被处理物，从而回收所述被处理物。
5.如权利要求1所述的碳纤维连续石墨化炉，其特征在于，
在所述预加热区中，将所述被处理物预加热到800℃～1000℃；
在所述通电加热区中，将所述被处理物通电加热到1000℃～3000℃。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
申请人在本国际申请进入中国的国家阶段时，请求允许对下述申请文件作下述修改。
原权利要求书：将权利要求5中的“800℃～100℃”修改为与说明书一致的“800℃～1000℃”。
随函附上上述原权利要求书全文替换页1页。
此致！
敬礼！
上海立群专利代理事务所(普通合伙)。