(57)【要約】【課題】  短時間で効率的に焼成炉内の温度を下げることが可能な焼成炉を提供すること。【解決手段】  焼成炉１０は、内側に焼成空間Ｖを形成する第１の炉体１６ａと、第１の炉体１６ａに対向するように第１の炉体１６ａの外側に位置する第２の炉体１６ｂとを備える。第２の炉体１６ｂは、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂに対向する対向面Ｓを露出させるように移動する。【選択図】  図１
2006275330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成を行うための焼成空間を有する焼成炉であって、
内側に前記焼成空間を形成する第１の炉体と、
前記第１の炉体に対向するように該第１の炉体の外側に位置する第２の炉体とを備え、
前記第２の炉体が、前記第１の炉体の前記第２の炉体に対向する対向面を露出させるように移動することを特徴とする焼成炉。
【請求項２】
前記第２の炉体が、前記第１の炉体に対して離間するように移動することを特徴とする請求項１に記載された焼成炉。
【請求項３】
前記第２の炉体が、前記第１の炉体における前記対向面の露出面積を次第に変化させるように移動することを特徴とする請求項１に記載された焼成炉。
【請求項４】
前記焼成空間の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段で測定された前記焼成空間の温度に応じて、前記第１の炉体における前記対向面を露出させるように前記第２の炉体を移動させる移動手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載された焼成炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、焼成炉として、炉体に断熱材を用い、炉体内部に雰囲気ガスを導入して焼成を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−３１４９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された焼成炉では、焼成後における焼成炉内の温度を下げるための冷却手段が特に設けられていなかった。そのため、焼成後における焼成炉内の温度が非常に下がりにくく、焼成炉が十分冷却するまで長時間を要するものとなっており、焼成により得られる製品の生産量が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明は、短時間で効率的に焼成炉内の温度を下げることが可能な焼成炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る焼成炉は、焼成を行うための焼成空間を有する焼成炉であって、内側に焼成空間を形成する第１の炉体と、第１の炉体に対向するようにその第１の炉体の外側に位置する第２の炉体とを備え、第２の炉体が、第１の炉体の第２の炉体に対向する対向面を露出させるように移動することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る焼成炉では、第２の炉体が移動することによって第１の炉体の第２の炉体に対向する対向面が露出することとなる。そのため、第１の炉体が露出した領域において、焼成空間を画成する炉壁として機能する部分の厚みが小さくなる。その結果、焼成炉の熱容量が小さくなるため、短時間で効率的に焼成炉内の温度を下げることができる。
【０００７】
また、第２の炉体が、第１の炉体に対して離間するように移動することが好ましい。このように構成すると、第２の炉体が第１の炉体から完全に離れて、第１の炉体と第２の炉体との対向面全体が露出することとなるため、より短時間で効率的に焼成炉内の温度を下げることができる。
【０００８】
また、第２の炉体が、第１の炉体における対向面の露出面積を次第に変化させるように移動することが好ましい。このように構成すると、第１の炉体における対向面の露出面積の大きさに応じて焼成炉の熱容量を変化させることができる。
【０００９】
また、焼成空間の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段で測定された焼成空間の温度に応じて、第１の炉体における対向面を露出させるように第２の炉体を移動させる移動手段とを更に備えることが好ましい。このように構成すると、焼成炉内の温度に応じて第２の炉体を移動させることにより、焼成炉の熱容量を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、短時間で効率的に焼成炉内の温度を下げることが可能な焼成炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１〜図３を参照して、本実施形態に係る焼成炉１０の構成について説明する。図１は、（ａ）が本実施形態に係る焼成炉の断面構成及びその周辺構成を示す側面図であり、（ｂ）が本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す平面図である。図２は、昇降台の下降時における本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す側面図である。図３は、（ａ）が冷却時における本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す側面図であり、（ｂ）がその断面構成を示す平面図である。
【００１３】
焼成炉１０は、例えば、セラミック成形体等の被焼成物１２を焼成するためのものであり、昇降式の雰囲気バッチ炉となっている。この焼成炉１０は、図１（ａ）に示されるように、ベースチャンバ１４と、焼成チャンバ１６と、温度モニタ１８と、制御部２０とを備えている。
【００１４】
ベースチャンバ１４は、その内部にリフタ２２を有している。リフタ２２は、伸縮自在となっているロッド２４を介して昇降台２６と接続されており、制御部２０の指示により昇降台２６を図１（ａ）に示される矢印Ａ方向に上下動させる。昇降台２６は、アルミナからなる台板２８が設けられた載置部２６ａを有しており、この載置部２６ａに被焼成物１２が載置される。このため、ベースチャンバ１４は、昇降台２６が最下点に位置するときに被焼成物１２の投入あるいは取出しが可能となっている（図２参照）。また、昇降台２６は、最上点に位置するとき焼成チャンバ１６の一部を構成している（図１（ａ）及び図３（ａ）参照）。
【００１５】
焼成チャンバ１６は、ベースチャンバ１４上に設けられている。焼成チャンバ１６は、第１の炉体１６ａ及び一対の第２の炉体１６ｂからなり、更に複数のヒータ３０、熱電対３２及び送りねじ機構３４を有している。
【００１６】
第１の炉体１６ａは、略直方体形状を呈しており、その底部が昇降台２６に対応する大きさに開口して昇降台２６が貫入可能となっている。第１の炉体１６ａは、第１の炉体１６ａに昇降台２６が貫入した状態で、第１の焼成炉１６ａの内側に形成される焼成空間Ｖを有している。第１の炉体１６ａでは、第２の炉体１６ｂと対向する面が対向面Ｓとなっている。一対の第２の炉体１６ｂは、図１（ｂ）に示されるように、互いに対向すると共に、それぞれ第１の炉体１６ａの対向面Ｓに対向するように設けられている。各第２の炉体１６ｂには、それぞれ四隅に図示しないねじ溝が形成されている。これらの第１の炉体１６ａ、第２の炉体１６ｂ及び第１の炉体１６ａの一部である昇降台２６は、断熱材からなっている。第１の炉体１６ａ、第２の炉体１６ｂ及び昇降台２６を構成する断熱材としては、その組成が例えば５５重量％程度のアルミナ及び４５重量％程度のシリカからなるファイバボード、ファイバウール、レンガ等を用いることができる。
【００１７】
各ヒータ３０は、それぞれ直棒形状であり、焼成空間Ｖにおける温度を所望の焼成温度とするための熱源として機能する。各ヒータ３０は、焼成空間Ｖに位置すると共に、載置部２６ａに載置された被焼成物１２を挟んで対向するように位置している（図１（ａ）参照）。各ヒータ３０は、第１の炉体１６ａの側面を貫通して設けられており、その各端部がそれぞれ図示しない電極に接続されている（図１（ｂ）参照）。各ヒータ３０としては、例えばＳｉＣの焼結体を用いることができる。
【００１８】
熱電対３２は、その先端部が焼成空間Ｖ内に位置すると共に、第１の炉体１６ａの上部から焼成空間Ｖまで貫通して設けられている。熱電対３２は、焼成空間Ｖ内の温度に応じた熱起電力を発生させて、その熱起電力の信号を温度モニタ１８に出力する。
【００１９】
送りねじ機構３４は、送りねじ軸３４ａと、この送りねじ軸３４ａに接続された図示しない駆動モータとからなっている。送りねじ軸３４ａは、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂとの対向面Ｓにおける四隅に垂直に設けられ、第２の炉体１６ｂに形成されたねじ溝とそれぞれ螺合している。駆動モータは、送りねじ軸３４ａをそれぞれ回動させて、第１の炉体１６ａに対して第２の炉体１６ｂが離間あるいは近接するように、図１に示される矢印Ｂ方向（左右方向）に第２の炉体１６ｂを移動させる。そのため、第２の炉体１６ｂが第１の炉体１６ａに近接している場合には、焼成チャンバ１６における炉壁の厚さが厚くなり、焼成炉１０としての熱容量が大きいものとなる。一方、第２の炉体１６ｂが第１の炉体１６ａから離間している場合には、焼成チャンバ１６における炉壁の厚さが薄くなり、焼成炉１０としての熱容量が小さいものとなる。
【００２０】
温度モニタ１８は、焼成空間Ｖにおける温度を測定するためのものである。温度モニタ１８は、熱起電力の信号が熱電対３２から出力されると、その信号に対応する温度を求め、測定された温度の高さを示す信号を制御部２０に出力する。
【００２１】
制御部２０は、リフタ２２の動作を制御して、リフタ２２を上下動させる。また、制御部２０は、送りねじ機構３４を制御して第２の炉体１６ｂを動作させ、温度モニタ１８から出力された信号、すなわち焼成空間Ｖにおける温度に応じて第１の炉体１６ａと第２の炉体１６ｂとの距離Ｌを調整する（図３（ａ），（ｂ）参照）。
【００２２】
次に、上述した構成を備えた焼成炉１０の動作について説明する。
【００２３】
まず、制御部２０がリフタ２２及び送りねじ機構３４に指示してリフタ２２及び送りねじ機構３４を作動させ、昇降台２６を最下点まで下降させ、第２の炉体１６ｂが第１の炉体１６ａと一体となるように第２の炉体１６ｂを第１の炉体１６ａに接触させる。そして、載置台２６がベースチャンバ１４に下降した状態で、昇降台２６の載置部２６ａに被焼成物１２を載置する。その後、制御部２０の指示によりリフタ２２を動作させて、昇降台２６を焼成チャンバ１６に上昇させ、被焼成物１２を第１の炉体１６ａの焼成空間Ｖ内に位置させる。
【００２４】
続いて、ヒータ３０に通電して、焼成空間Ｖにおける温度が被焼成物１２の焼成温度となるまで上昇させる。制御部２０では、温度モニタ１８から出力される温度の高さを示す信号が焼成温度であると判定すると、その焼成温度を所定時間保持した後、送りねじ機構３４を作動させて焼成炉１０の冷却を開始する。
【００２５】
焼成炉１０の冷却が開始されると、制御部２０では、第１の炉体１６ａに対して第２の炉体１６ｂを離間させる。このとき、制御部２０では、温度モニタ１８から出力される温度の高さを示す信号に基づいて第１の炉体１６ａと第２の炉体１６ｂとの距離Ｌを調整し、焼成空間Ｖにおける温度が所定の温度低下率で下がるようにすると、被焼成物１２の焼成後において割れ等が発生せずに被焼成物１２の品質を下げることがないため好ましい。
【００２６】
続いて、焼成空間Ｖにおける温度が十分低下し、焼成炉１０の冷却が終了すると、制御部２０が指示してリフタ２２を作動させる。これにより、昇降台２６がベースチャンバ１４に下降して、焼成された被焼成物１２が取出されることとなる。
【００２７】
以上のように、本実施形態においては、焼成空間Ｖを内側に有する第１の炉体１６ａに対向すると共に、第１の炉体１６ａの外側に備えられた第２の炉体１６ｂが、送りねじ機構３４によって第１の炉体１６ａに対して離間するように移動する。そのため、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂに対向する対向面Ｓが露出して、焼成チャンバ１６における炉壁の厚みが薄いものとなる。この結果、焼成炉１０としての熱容量が小さくなるため、短時間で効率的に焼成空間Ｖの温度を下げることができることとなる。
【００２８】
また、本実施形態においては、温度モニタ１８が熱電対３２からの信号により焼成空間Ｖにおける温度を測定し、制御部２０が温度モニタ１８によって測定された焼成空間Ｖにおける温度に応じて送りねじ機構３４を動作させ、第１の炉体１６ａと第２の炉体１６ｂとの距離Ｌを調整している。これにより、焼成空間Ｖにおける温度に応じて第２の炉体１６ｂを移動させることができ、焼成炉１０の熱容量を変化させることができることとなる。
【００２９】
ここで、本実施形態に係る焼成炉１０において、短時間で効率的に焼成空間Ｖにおける温度を下げることが可能であることを確認するため、本実施形態に係る焼成炉１０と従来の焼成炉とで試験を行った。従来の焼成炉は、第２の炉体１６ｂが移動せず、第１の炉体１６ａと一体的に形成されている点が、本実施形態に係る焼成炉１０と異なる。
【００３０】
本実施形態に係る焼成炉１０及び従来の焼成炉についての試験結果を図４に示す。図４において、曲線ａは本実施形態に係る焼成炉１０の焼成空間Ｖにおける温度変化を示し、曲線ｂは従来の焼成炉の焼成空間における温度変化を示している。
【００３１】
図４に示されるように、本実施形態に係る焼成炉１０及び従来の焼成炉において、焼成空間における温度が同じとなっている状態で時間ｔ１から冷却を開始した場合、従来の焼成炉では特に冷却手段を有していないため時間の経過と共に焼成炉内の温度の低下率が小さくなり、焼成空間における温度が十分低下するまで長時間を要した。一方、本実施形態に係る焼成炉１０では、冷却開始と共に送りねじ機構が動作して第２の炉体１６ｂが第１の炉体１６ａに対して離間するため焼成炉１０としての熱容量が小さくなり、冷却を開始してから焼成の際の温度上昇率と同程度の割合の温度低下率で、極めて短時間に冷却された。従って、本実施形態に係る焼成炉１０では、短時間で効率的に焼成空間Ｖにおける温度（焼成炉内の温度）を下げることが可能であることが確認された。
【００３２】
次に、図５〜図９に基づいて、上述した実施形態に係る焼成炉１０の変形例について説明する。
【００３３】
図５を参照して、第１変形例に係る焼成炉４０について説明する。図５は、（ａ）が焼成時における第１変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）が冷却時における第１変形例に係る焼成炉の斜視図である。第１変形例に係る焼成炉４０では、焼成炉４０を垂直方向から見たときに各第２の炉体１６ｂが略くさび形状となるようにそれぞれ２つの炉壁４２ａ，４２ｂに分割されている点が、上述した実施形態に係る焼成炉１０と相違する。
【００３４】
第１変形例に係る焼成炉４０では、各第２の炉体１６ｂをそれぞれ構成する各炉壁４２ａ，４２ｂが、図５（ａ），（ｂ）に示される矢印Ｃ方向にそれぞれ直線的に移動可能となっている。そのため、焼成炉４０では、制御部２０の指示により各炉壁４２ａ，４２ｂが近接又は離間して、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂとの対向面Ｓの露出面積が変化することとなる。これにより、焼成炉４０では、第１の炉体１６ａの対向面Ｓの露出面積の大きさに応じて焼成炉４０としての熱容量を変化させることができることとなる。
【００３５】
次に、図６を参照して、第２変形例に係る焼成炉５０について説明する。図６は、（ａ）が焼成時における第２変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）が冷却時における第２変形例に係る焼成炉の斜視図である。第２変形例に係る焼成炉４０では、各第２の炉体１６ｂがそれぞれ略直方体状の炉壁５２ａ〜５２ｃに３等分に分割されている点が、上述した実施形態に係る焼成炉１０と相違する。
【００３６】
第２変形例に係る焼成炉５０では、各第２の炉体１６ｂをそれぞれ構成する各炉壁５２ａ，５２ｃが、図６（ａ），（ｂ）に示される矢印Ｄ方向にそれぞれ直線的に移動可能となっている。そのため、焼成炉５０では、制御部２０の指示により各炉壁５２ａ，５２ｃが近接又は離間して、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂとの対向面Ｓの露出面積が変化することとなる。これにより、焼成炉５０では、第１の炉体１６ａの対向面Ｓの露出面積の大きさに応じて焼成炉５０としての熱容量を変化させることができることとなる。
【００３７】
次に、図７を参照して、第３変形例に係る焼成炉６０について説明する。図７は、（ａ）が焼成時における第３変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）が冷却時における第３変形例に係る焼成炉の斜視図である。第３変形例に係る焼成炉６０では、各第２の炉体１６ｂがそれぞれ炉壁６２ａ〜６２ｃに分割されている点が、上述した実施形態に係る焼成炉１０と相違する。なお、炉壁６２ａには２つの凸部が形成され、炉壁６２ｃには１つの凸部が形成されており、炉壁６２ｂには炉壁６２ａ，６２ｃに形成されている各凸部と嵌合する凹部がそれぞれ形成されている。
【００３８】
第３変形例に係る焼成炉６０では、各第２の炉体１６ｂをそれぞれ構成する各炉壁６２ａ，６２ｃが、図７（ａ），（ｂ）に示される矢印Ｅ方向にそれぞれ直線的に移動可能となっている。そのため、焼成炉６０では、制御部２０の指示により各炉壁６２ａ，６２ｃが近接又は離間して、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂとの対向面Ｓの露出面積が変化することとなる。これにより、焼成炉６０では、第１の炉体１６ａの対向面Ｓの露出面積の大きさに応じて焼成炉６０としての熱容量を変化させることができることとなる。また、焼成炉６０では、炉壁６２ａ〜６２ｃにそれぞれ凸部又は凹部を設けて、炉壁６２ａ〜６２ｃを焼成空間Ｖにおける温度分布に応じた形状とすることで、焼成空間Ｖにおける温度分布を均一化することができることとなる。
【００３９】
次に、図８、図９を参照して、第４変形例に係る焼成炉７０について説明する。図８は、（ａ）が焼成時における第４変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）がその断面構成を示す平面図である。図９は、（ａ）が冷却時における第４変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）がその断面構成を示す平面図である。第４変形例に係る焼成炉７０では、各第２の炉体１６ｂがそれぞれ炉壁７２ａ，７２ｂに分割されている点が、上述した実施形態に係る焼成炉１０と相違する。なお、炉壁７２ａ，７２ｂには、それぞれ炉壁７２ａ，７２ｂを厚み方向に貫通する貫通孔７４ａ，７４ｂを複数形成されている。各貫通孔７４ａ，７４ｂは、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、炉壁７２ａ，７２ｂが互いにずれることなく重なっている状態で、互いの貫通孔７４ａ，７４ｂを塞ぐように位置している。
【００４０】
第４変形例に係る焼成炉７０では、各第２の炉体１６ｂを構成する各炉壁７２ａが、図８（ａ），（ｂ）及び図９（ａ），（ｂ）に示される矢印Ｆ方向にそれぞれ直線的に移動可能となっている。そのため、焼成炉７０では、制御部２０の指示により各炉壁７２ａが各炉壁７２ｂとずれるように移動して、貫通孔７４ａと貫通孔７４ｂとが重なることとなるため、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂとの対向面Ｓの露出面積が変化することとなる。これにより、焼成炉６０では、第１の炉体１６ａの対向面Ｓの露出面積の大きさに応じて焼成炉６０としての熱容量を変化させることができることとなる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態及び第１〜第４変形例に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、焼成炉１０が直棒形状のヒータ３０を有していたが、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、略Ｕ字形状のヒータ３６を有するものであってもよい。すなわち、ヒータ３６は、第１の炉体１６ａの上部を貫通して設けられており、その各端部がそれぞれ図示しない電極に接続されている（図１０（ａ）参照）。また、ヒータ３６は、発熱部分が焼成空間Ｖに位置すると共に、載置部２６ａに載置された被焼成物１２を囲むように位置している（図１０（ｂ）参照）。各ヒータ３６としては、例えば、二珪化モリブデンを用いることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、制御部２０が温度モニタ１８から出力された焼成空間Ｖの温度の高さを示す信号に応じて送りねじ機構３４を作動させたが、タイマ等を設けて焼成開始から所定の時間が経過した後に送りねじ機構３４を作動させ、第１の炉体に対して第２の炉体を離間させてもよい。
【００４３】
また、本実施形態及び各第１〜第４変形例の他にも、第２の炉体１６ｂを、第１の炉体１６ａの第２の炉体１６ｂとの対向面Ｓの露出面積を変化させることのできる形状に、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は本実施形態に係る焼成炉の断面構成及びその周辺構成を示す側面図であり、（ｂ）は本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す平面図である。
【図２】昇降台の下降時における本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す側面図である。
【図３】（ａ）は冷却時における本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す側面図であり、（ｂ）はその断面構成を示す平面図である。
【図４】本実施形態に係る焼成炉及び比較例に係る焼成炉における焼成炉内の時間による温度変化を示す図である。
【図５】（ａ）は焼成時における第１変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）は冷却時における第１変形例に係る焼成炉の斜視図である。
【図６】（ａ）は焼成時における第２変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）は冷却時における第２変形例に係る焼成炉の斜視図である。
【図７】（ａ）は焼成時における第３変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）は冷却時における第３変形例に係る焼成炉の斜視図である。
【図８】（ａ）は焼成時における第４変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）はその断面構成を示す平面図である。
【図９】（ａ）は冷却時における第４変形例に係る焼成炉の斜視図であり、（ｂ）はその断面構成を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は異なる形状のヒータを備えた本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す側面図であり、（ｂ）はその断面構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…焼成炉、１６…焼成チャンバ、１６ａ…第１の炉体、１６ｂ…第２の炉体、１８…温度モニタ、２０…制御部、３２…熱電対、３４…送りねじ機構、Ｓ…対向面、Ｖ…焼成空間。
【図１】
2006275330.tif 000003
【図２】
2006275330.tif 000004
【図３】
2006275330.tif 000005
【図４】
2006275330.tif 000006
【図５】
2006275330.tif 000007
【図６】
2006275330.tif 000008
【図７】
2006275330.tif 000009
【図８】
2006275330.tif 000010
【図９】
2006275330.tif 000011
【図１０】
2006275330.tif 000012