(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェットガスからドライガスへの切換を迅速に行うことができ、使用ガス量を抑制することができ、更には被処理物の出し入れに伴う熱ロスを小さくすることができる加熱炉を提供する。【解決手段】被処理物Ｗを加圧しつつ熱処理を行なうことができる加熱炉Ｈ。下面に開口部１４を有する加熱室１と、この加熱室１の開口部１４とほぼ同じ大きさの開放面２ｂを有する有底形状を呈しており、その底部２ｃが前記開口部１４から加熱室内部に突出するように加熱室内に配設された金属チャンバー２と、前記加熱室１の上方に配設されており、前記金属チャンバー２内の被処理物Ｗを加圧することができる加圧機構３と、前記被処理物Ｗを載置するテーブル４と、このテーブル４の下方に配設されており、前記加熱室１の開口部１４を閉止し得る断熱プラグ５と、前記テーブル４及び断熱プラグ５を昇降させる昇降装置６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を加圧しつつ熱処理を行なうことができる加熱炉であって、
下面に開口部を有する加熱室と、
この加熱室の開口部とほぼ同じ大きさの開放面を有する有底筒状を呈しており、その底部が前記開口部から加熱室内部に突出するように加熱室内に配設された金属チャンバーと、
前記金属チャンバー内の被処理物を加圧することができる加圧機構と、
前記被処理物を載置するテーブルと、
このテーブルの下方に配設されており、前記加熱室の開口部を閉止し得る断熱プラグと、
前記テーブル及び断熱プラグを昇降させる昇降装置と
を備えたことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
前記断熱プラグが載置される支持プレートを有しており、この支持プレートから前記断熱プラグを貫通して立設されたコラムの先端に前記テーブルが固定されている請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記支持プレートが上昇して前記断熱プラグが加熱室の開口部を塞いだ状態において、当該支持プレートの下降を防止するロック機構を更に備えている請求項２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記ロック機構がシリンダー機構からなり、
前記支持プレートの下面周縁部には、周縁に向かうに従い薄肉となるテーパ部が形成されており、且つ、
前記シリンダー機構のピストンの先端には、前記テーパ部のテーパ面と当接し得るくさび体が設けられている請求項３に記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱炉に関する。さらに詳しくは、例えばＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板などの被処理物を加圧しつつ加熱するのに好適に用いることができる加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＴＣＣは、アルミナにガラス系材料を加えることで９００℃程度以下の「低温」で焼成することを可能にしたものであり、融点の低いＣｕやＡｇを使った回路パターンを基板内部に作りこんだものを同時に焼成して一体化することができる。そして、複数の機能を基板内に同時に作りこむことで基板の小型化を図ることができ、電子部品の高周波帯域化や小型化などに対応するためのパッケージ、基板材料として注目されている。
このようなＬＴＣＣ基板の脱バイ処理（脱バインダー処理）は、加圧式の加熱炉を用いて行われる。この加熱炉は、被処理物をプレス加圧するプレス部が加熱室内に配設されている。
【０００３】
従来の加圧式の加熱炉は、金属製のチャンバー内に加熱室が設けられており、この加熱室内に被処理物をプレス加圧するプレス部が配設されている。そして、前記プレス部に連結されたシャフトが前記加熱室及び金属チャンバーを貫通して外部に延びており、このシャフトを下降させることによって加熱室内のテーブル上に載置された被処理物を加圧するように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＴＣＣ基板の脱バイ処理には水分を含んだウェットガスが使用されるが、このウェットガスを金属チャンバー内に導入すると、当該金属チャンバーの内壁に設けられた断熱材にウェットガス中の水分が浸透して当該断熱材を湿った状態にしてしまう。
【０００５】
ＬＴＣＣ基板は、前記脱バイ処理の後であって焼成される際などに、ドライガスを使用する熱処理を施すことがあるが、ウェットガスを用いた脱バイ処理後は、断熱材が水分を含んだ状態になっているので、ドライガスを用いた処理への切換を迅速に行うことができないという問題がある。
【０００６】
また、金属チャンバー内に加熱室を設ける構造上、金属チャンバーの容積が大きくなり、熱処理に使用するガス量が多くなるという問題があり、高価なガスを使用する場合、特にコスト面において問題である。
さらに、従来の加熱炉では、被処理物の加熱室内への投入及び加熱室からの取り出しを、加熱炉の側壁開口部に設けられた扉を介して行っているが、この扉は、加熱室内の被処理物設置場所へのアクセスの容易性又は作業性を考慮すると、或る程度の大きさが必要となり、このため被処理物の出し入れに伴う熱ロスが大きいという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ウェットガスからドライガスへの切換を迅速に行うことができ、使用ガス量を抑制することができ、更には被処理物の出し入れに伴う熱ロスを小さくすることができる加熱炉を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の加熱炉は、被処理物を加圧しつつ熱処理を行なうことができる加熱炉であって、
下面に開口部を有する加熱室と、
この加熱室の開口部とほぼ同じ大きさの開放面を有する有底筒状を呈しており、その底部が前記開口部から加熱室内部に突出するように加熱室内に配設された金属チャンバーと、
前記金属チャンバー内の被処理物を加圧することができる加圧機構と、
前記被処理物を載置するテーブルと、
このテーブルの下方に配設されており、前記加熱室の開口部を閉止し得る断熱プラグと、
前記テーブル及び断熱プラグを昇降させる昇降装置と
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の加熱炉では、加熱室内に金属チャンバーが設けられており、断熱材は当該加熱室を構成する壁内に設けられているので、ウェットガス雰囲気での処理を行っても断熱材中にウェットガスに含まれている水分が浸透することがない。したがって、ウェットガスを用いた処理からドライガスを用いた処理への切換を迅速に行うことができる。また、金属チャンバーの容積を従来の内熱型（金属チャンバー内に加熱室が配設されているタイプ）に比べて小さくすることができるので、使用ガス量を抑制することができる。
また、加熱室の下部に開口部を形成し、この開口部を介して被処理物の出し入れを行うことから炉床を作業スペースとすることができるので、当該開口部を従来の側壁の扉よりも小さくすることができ、被処理物の出し入れに伴う熱ロスを抑えることができる。
【００１０】
前記断熱プラグが載置される支持プレートを有しており、この支持プレートから前記断熱プラグを貫通して立設されたコラムの先端に前記テーブルが固定されているのが好ましい。この場合、加熱室の開口部を塞ぐ断熱プラグと、被処理物を載置するテーブルとを一体的に移動させることができ、構成を簡素化することができる。
【００１１】
前記支持プレートが上昇して前記断熱プラグが加熱室の開口部を塞いだ状態において、当該支持プレートの下降を防止するロック機構を更に備えているのが好ましい。この場合、被処理物の加圧時に支持プレートが下方に移動して、当該支持プレートの上面と、この支持プレートが当接している部材面との間のシールが損なわれるのを防ぐことができる。その結果、処理ガスの漏れを防止することができる。また、熱ロスを抑制することもできる。
【００１２】
前記ロック機構がシリンダー機構からなり、
前記支持プレートの下面周縁部には、周縁に向かうに従い薄肉となるテーパ部が形成されており、且つ、
前記シリンダー機構のピストンの先端には、前記テーパ部のテーパ面と当接し得るくさび体が設けられているのが好ましい。この場合、シリンダー機構のピストンを前進させて、当接ピストン先端のくさび体を支持プレートのテーパ部のテーパ面に押し当てることで、当該支持プレートに上向きの力を付与することができ、これにより被処理物の加圧時に支持プレートが下方に移動するのを確実に防止することができる。その結果、処理ガスの漏れを防止することができる。また、熱ロスを抑制することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加熱炉によれば、ウェットガスからドライガスへの切換を迅速に行うことができ、使用ガス量を抑制することができ、更には被処理物の出し入れに伴う熱ロスを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の加熱炉の一実施の形態の側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の加熱炉の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る加熱炉の側面説明図である。この加熱炉Ｈは、例えばＬＴＣＣ基板などの被処理物Ｗを上方から加圧しながら熱処理するのに用いられ、内部に前記被処理物Ｗが配置される金属チャンバーの外側に当該被処理物Ｗを加熱する加熱室が配設された、外熱型の加熱炉である。
【００１６】
加熱炉Ｈは、被処理物Ｗを加熱する加熱室１と、この加熱室１の内部に配設された金属チャンバー２と、この金属チャンバー２内の被処理物を加圧することができる加圧機構３と、前記被処理物Ｗを載置するテーブル４と、前記加熱室の開口部を閉止し得る断熱プラグ５と、前記テーブル４及び断熱プラグ５を昇降させる昇降装置６とで主に構成されている。
【００１７】
加熱室１は、第１脚部１１と、この第１脚部１１上に横架材１７を介して固定された第１上部プレート１２とからなる第１架台１３上に配設されている。加熱室１は、横断面が略矩形状を呈する箱体からなっており、その箱体を構成する壁にはセラミックファイバー成型体などの断熱材が配設されている。また、加熱室１の内壁面には、加熱用のヒータ（図示せず）が埋設されている。
【００１８】
加熱室１の下面ないしは底面１ａには、開口部１４が形成されている。また、前記第１架台１３上の第１上部プレート１２にも、前記開口部１４とほぼ同じ大きさの開口部１２ａが形成されている。加熱室１は、その開口部１４が、第１上部プレート１２に形成された開口部１２ａと一致するように当該第１上部プレート１２上に配設されている。また、加熱室１の上面にも後述する金属チャンバー２の筒体２ａが嵌入される開口部１５が形成されている。
【００１９】
金属チャンバー２は、加熱室１の開口部１４とほぼ同じ大きさの開放面２ｂを有する有底筒状を呈しており、その底部２ｃが前記開口部１４から加熱室１の内部に突出するように当該加熱室１内に配設されている。金属チャンバー２の開放面２ｂ側の端縁にはつば部２ｄが形成されており、このつば部２ｄが第１上部プレート１２の開口部１２ａ周縁部に固定されている。
【００２０】
金属チャンバー２の底部２ｃの外面（図１において上側の面）には筒体２ａが突設されている。この筒体２ａは、前述したように加熱室１の上面に形成された開口部１５に嵌入されている。また、この筒体２ａの上側端縁にはつば部２ｅが形成されている。金属チャンバー２は、例えば耐熱鋼などで作製することができる。
【００２１】
加圧機構３は、金属チャンバー２内の被処理物Ｗを押圧するプレス板３１を先端に備えた上下動可能なプレス部３２と、このプレス部３２を上下動させるジャッキ３３と、前記プレス部３２の上下の移動をガイドするボールスプライン３４と、前記ジャッキ３３を回転させるサーボモータ３５とで主に構成されている。
【００２２】
前記第１架台１３の第１上部プレート１２の上面には、第２架台２３が配設されている。この第２架台２３は、第１上部プレート１２の上面に固定された第２脚部２１と、この第２脚部２１上に固定された第２上部プレート２２とからなっており、前記ジャッキ３３、ボールスプライン３４及びサーボモータ３５は、当該第２上部プレート２２に固設されている。
【００２３】
プレス部３２は、その根元側（ジャッキ３３側）に略矩形状のベースプレート３６を有しており、このベースプレート３６の中央から下方（図１において下方）に延設された軸３７の先端に前記プレス板３１が取り付けられている。
プレス部３２はベローズ機構２５を備えており、このベローズ機構２５は、ベースプレート３６の下面に設けられた中央ブロック３９に固定された上部リングプレート２６と、前記金属チャンバー２のつば部２ｅに固定された下部リングプレート２７と、両リングプレート２６、２７間に張設されたベローズ２８とで構成されている。下部リングプレート２７の下面とつば部２ｅの上面との間は図示しないシールにより密封されている。軸３７は、前記下部リングプレート２７中央の開口部を挿通している。このようなベローズ機構２５を設けることにより、金属チャンバー２内の密封性を保ちつつプレス板３１を上下動させることができる。
【００２４】
ベースプレート３６の４隅には、前記ボールスプライン３４を構成するボールスプライン雌軸３４ａが固設されており、このボールスプライン雌軸３４ａとボールスプライン雄軸３４ｂとがスプライン係合することで、プレス部３２が上下動可能になっている。なお、各ボールスプライン雄軸３４ｂには、プレス時の反力を抑えるためのエアースプリング３８が配設されている。
【００２５】
ジャッキ３３の先端部が当接するベースプレート３６上には、ロードセル（図示せず）が配設されており、このロードセルにより得られる荷重値にしたがって前記サーボモータ３５の回転が制御され、これによりプレス部３２に付与される荷重の大きさが制御される。
【００２６】
第１架台１３の下方スペースには、前記断熱プラグ５が載置される略矩形状の支持プレート４０が配設されており、この支持プレート４０から当接断熱プラグ５を貫通してコラム４１が立設されている。そして、このコラム４１の先端に被処理物Ｗを載置するテーブル４が固設されている。
【００２７】
第１架台１３の第１上部プレート１２の下面には、４本のボールネジシャフト４２が下方に延設されており、各ボールネジシャフト４２の外周にはボールネジナット４３が配設されている。このボールネジナット４３は、前記略矩形状の支持プレート４０の４隅において当該支持プレート４０に連結されている。前記ボールネジシャフト４２はサーボモータ４５により回転可能にされており、このボールネジシャフト４２の回転により支持プレート４０が上下に移動する。前記サーボモータ４５、ボールネジシャフト４２、ボールネジナット４３及び支持プレート４０により、本実施の形態における昇降装置６が構成されている。
【００２８】
前記第１上部プレート１２の下方には、支持プレート４０が上昇して前記断熱プラグ５が加熱室の開口部１４、すなわち金属チャンバー２の開放面２ｂを塞いだ状態において、当該支持プレート４０の下降を防止するロック機構５０が配設されている。このロック機構５０は、第１上部プレート１２の下方であって２本のボールネジシャフト４２間に配置されたシリンダー５１機構からなっており、図示しないモータにより進出・後退する当該シリンダー機構５１のピストン５１ａの先端にはくさび体５２が形成されている。前記支持プレート４０の下面周縁部には、周縁に向かうに従い薄肉となるテーパ部４０ａが形成されており、前記くさび体５２は、当該テーパ部４０ａのテーパ面と当接し得るテーパ面５２ａを有している。支持プレート４０が上昇して前記断熱プラグ５が加熱室の開口部１４を塞いだ後に、前記ピストン５１ａを進出させることで、前記くさび体５２のテーパ面５２ａが支持プレート４０周縁のテーパ面と当接して、当該支持プレート４０に上向きの力を付与する。これにより、被処理物Ｗの加圧時に支持プレート４０が下方に移動するのを確実に防止することができ、その結果、処理ガスの漏れを防止するとともに、熱ロスを抑制することができる。
【００２９】
次に前述した加熱炉Ｈを用いて被処理物Ｗを処理する方法の一例について説明する。
初期状態において、支持テーブル４０は下方位置にあり、また、プレス部３２は上方位置にある。また、ロック機構５０のピストン５０ａは後退位置にある。
【００３０】
被処理物Ｗをテーブル４に搭載した後に、昇降用のサーボモータ４５を駆動させてボールネジシャフト４２を回転させる。これにより、前記ボールネジシャフト４２の外周に配設されたボールネジナット４３及びこのボールネジナット４３に連結された支持プレート４０が上方に移動する。そして、支持プレート４０が所定位置まで上昇したことがマイクロスイッチなどで検知されると前記サーボモータ４５の駆動が停止される。この状態では、支持プレート４０上の断熱プラグ５は金属チャンバー２の開放面２ｂを閉止して当該金属チャンバー２内部を実質的に密封された空間にし、また、テーブル４上に載置された被処理物Ｗは金属チャンバー２内の所定位置に配置される。
【００３１】
ついでシリンダー機構５０のピストン５１ａを進出させて、当該ピストン５１ａ先端のくさび体５２のテーパ面５２ａを支持プレート４０周縁のテーパ面と当接させて、当該支持プレート４０をロックする。
ついで金属チャンバー２内に露点３０〜８０℃の水蒸気を供給して当該金属チャンバー２内をウェット雰囲気にする。そして、加熱室１のヒータに通電して当該加熱室内、すなわち金属チャンバー２内を昇温し、テーブル４上に載置された被処理物Ｗを、例えば３００〜４００℃で１〜１０時間加熱して脱バイ処理を行う（低温加熱）。
【００３２】
脱バイ処理完了後、前記水蒸気に代えて金属チャンバー２内にドライエアなどのドライガスを供給して当該金属チャンバー２内をドライ雰囲気にし、その後、加熱温度を例えば９００〜１０００℃に上げ、被処理物Ｗを１〜５時間の間焼成する（高温加熱）。
被処理物Ｗの焼成開始と同時に、又は焼成を開始してから所定時間経過後に、サーボモータ３５を駆動させてジャッキ３３を回転させ、プレス部３２を下降させて前記テーブル４上に載置されている被処理物Ｗを押圧する。この押圧の程度、すなわち被処理物Ｗを加圧する程度は前記プレス部３２に設けられたロードセルの測定値にしたがいサーボモータ３５の回転を制御することにより行われる。
【００３３】
加圧・加熱処理が終わると、サーボモータ３５を駆動させてジャッキ３３を逆回転させてプレス部３２を上昇させるとともに、ロック機構５０のピストン５０ａを後退させる。
ついで、昇降用サーボモータ４５を駆動させてボールネジシャフト４２を逆回転させ、支持プレート４０を初期位置まで下降させる。
【００３４】
〔他の変形例〕
なお、前述した実施の形態は、本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前記実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲の構成と均等なすべての変更が含まれる。
例えば、前述した実施の形態では加圧機構及び昇降装置の駆動源としてサーボモータを用いているが、油圧により加圧や昇降を行うこともできる。また、ロック機構として進退自在のピストンを備えたシリンダーを用いているが、自動又はマニュアルで操作される係合凹部と係合凸部とからなるメカニカルなロック機構とすることもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１      加熱室
２      金属チャンバー
２ａ    筒体
２ｂ    開放面
２ｄ    つば部
２ｅ    つば部
３      加圧機構
４      テーブル
５      断熱プラグ
６      昇降装置
１２      第１上部プレート
１３      第１架台
１４      （加熱室の）開口部
１５      （加熱室の）開口部
２２      第２上部プレート
２３      第２架台
２５      ベローズ機構
３１      プレス板
３２      プレス部
３３      ジャッキ
３４      ボールスプライン
３５      サーボモータ
３６      ベースプレート
４０      支持プレート
４１      コラム
４２      ボールネジシャフト
４３      ボールネジナット
５０      ロック機構
５１      くさび体
Ｈ      加熱炉
Ｗ      被処理物
【図１】
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