(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、このケースの内側に配設される炉本体と、この炉本体の外側に設けられた冷却水チャンバーと、前記炉本体の内部に形成された加熱空間部と、この加熱空間部に多段で水平に配設されたグラファイト発熱体と、このグラファイト発熱体を構成すると共に水平に配設されて焼成物を載置できるヒーター棒と、を有することを特徴とするグラファイトヒーター炉であって、
前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の一側に配設される第１ヒーター棒支持体と、前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の他側に配設される第２ヒーター棒支持体と、前記第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体に架け渡されて水平に配設された複数のヒーター棒と、を有することを特徴とするグラファイトヒーター炉。
【請求項２】
前記加熱空間部の一番下方に配設されるグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体には支えボルトが取り付けられ、前記加熱空間部の一番上方に配設されるグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体にはトップボルトが取り付けられ、加熱空間部の一番下方に配設されるグラファイト発熱体と加熱空間部の一番上方に配設されるグラファイト発熱体の間に配設されるグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体には段形成ボルトが取り付けらたことを特徴とする請求項１記載のグラファイトヒーター炉。
【請求項３】
前記グラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体は炉本体の内部側壁と離間され、前記グラファイト発熱体の第２ヒーター棒支持体は炉本体の側壁に固定されたことを特徴とする請求項１記載のグラファイトヒーター炉。
【請求項４】
前記ヒーター棒は多段で設置されたグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体の間に第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体に連結するように配設されると共にヒーター棒同士が間隔を設けて配設されることを特徴とする請求項１記載のグラファイトヒーター炉。
【請求項５】
前記グラファイト発熱体が多段で配設される加熱空間部内には前記冷却水チャンバーと連通されて加熱空間部を冷却するようにグラファイト発熱体の間に突出状態で冷却棒を設置したことを特徴とする請求項１記載のグラファイトヒーター炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラファイトヒーター炉に関し、詳しくは、炉本体の加熱空間部内にヒーター棒を水平に配列したグラファイト発熱体を多段に設け、焼成物に高温の温度分布が均一に形成されるようにし、焼成物の焼成品質を向上させるグラファイトヒーター炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にグラファイトヒーター炉はＬＥＤ、電気自動車用の電気素子、陰極材料、太陽電池用の結晶系シリコン半導体の結晶、構造材料のセラミック、金属注入の鋳型製品等の焼結に使用される。
【０００３】
前記グラファイトヒーター炉は焼成炉の一つであり、これらグラファイトヒーター炉は構造によって大きく配置形（Ｂａｔｃｈ  Ｔｙｐｅ）とトンネル形（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｔｙｐｅ）の２種類に分類される。
【０００４】
トンネル形グラファイトヒーター炉は焼成物を内部へ進入させる方法によってプッシュ形（Ｐｕｓｈ  Ｔｙｐｅ）とローラー形（Ｒｏｌｌｅｒ  Ｔｙｐｅ）に区別される。
【０００５】
配置形グラファイトヒーター炉は多様な焼成条件の具現が可能であり、多様な大きさや特性のチップ形態のセラミック部品を焼成するのに有利であるが、急速昇温が制限的であるため、セラミック素材のチップ部品の内部電極の安定化が難しいという問題点がある。
【０００６】
反面、トンネル形グラファイトヒーター炉は発熱の一定な発熱体の間をプッシャー（Ｐｕｓｈｅｒ）やローラー（Ｒｏｌｌｅｒ）によって焼成物が移動しながら焼成されるため、炉内部の温度と雰囲気が安定したという面では優秀であるが、多様な焼成条件を具現し難い点がある。
【０００７】
そこで、配置形のグラファイトヒーター炉は焼成物の多様な焼成条件の具現が可能で、チップ形態のセラミック部品の焼成に有利であるが、急速昇温及び炉内部を形成した絶縁体の潜熱によって急激な冷却が難しいため、その改善が要求されている。
【０００８】
また、炉内部に設置されるグラファイト発熱体は一側は炉内部に固定され、他側は外部に固定設置されるため、熱膨張で損傷される問題点がある。
【０００９】
また、焼成物を炉内部に乗せるとき、短絡危険のないアルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）で製造された絶縁セッター（Ｓｅｔｔｅｒ）を使うことになるが、この絶縁セッターはグラファイトが１８００℃以上の高温ではアルミナが溶けるため、高温では使用できないという問題点がある。
【００１０】
従来のグラファイトヒーター炉は炉内部の左右側の２面、又は上下及び左右側の４面に発熱体を設けて加熱する方式のため、焼成物の中心と縁にそれぞれ異なる温度が形成されるという問題点がある（特許文献１）。
【００１１】
即ち、焼成物は炉の真ん中に位置し、炉内部の内壁に沿って多数配列された配置形グラファイト発熱体と距離が離れているため、対流や輻射を通じて移動する熱源が直接に伝えられなく、距離によっては熱量が減り、高温の温度分布が不均一に形成される短所がある。
また、焼成物は炉内部の中心や縁に不均一に伝達された温度によって温度分布差が発生し、焼成物の特性変化を防ぐことができないため、焼成に不具合が生じる問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１９３６７０号公報（図１、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、焼成物全体に均一の温度を加えるために、グラファイト発熱体のヒーター棒等を水平に配することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、グラファイト発熱体を多段で設けることにある。
【００１５】
本発明のまた他の目的は、グラファイト発熱体を高温で急速に上昇させることで、焼成物の焼成品質を伸ばすようにすることにある。
【００１６】
本発明のまた他の目的は、水平に配列されたグラファイト発熱体の上に焼成物を乗せることによって、焼成物に高温の温度分布を均一に形成するようにすることにある。
【００１７】
本発明のまた他の目的は、焼成炉内部の温度偏差を均一に形成することで、焼成のとき、温度偏差による焼成物の特性変化を防ぐようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１の発明は、ケースと、このケースの内側に配設される炉本体と、この炉本体の外側に設けられた冷却水チャンバーと、前記炉本体の内部に形成された加熱空間部と、この加熱空間部に多段で水平に配設されたグラファイト発熱体と、このグラファイト発熱体を構成すると共に水平に配設されて焼成物を載置できるヒーター棒と、を有することを特徴とするグラファイトヒーター炉であって、
前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の一側に配設される第１ヒーター棒支持体と、前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の他側に配設される第２ヒーター棒支持体と、前記第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体に架け渡されて水平に配設された複数のヒーター棒と、を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項２の発明は、前記加熱空間部の一番下方に配設されるグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体には支えボルトが取り付けられ、前記加熱空間部の一番上方に配設されるグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体にはトップボルトが取り付けられ、加熱空間部の一番下方に配設されるグラファイト発熱体と加熱空間部の一番上方に配設されるグラファイト発熱体の間に配設されるグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体には段形成ボルトが取り付けらたことを特徴としている。
【００２２】
請求項３の発明は、前記グラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体は炉本体の内部側壁と離間され、前記グラファイト発熱体の第２ヒーター棒支持体は炉本体の側壁に固定されたことを特徴としている。
【００２３】
請求項４の発明は、前記ヒーター棒は多段で設置されたグラファイト発熱体の第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体の間に第１ヒーター棒支持体と第２ヒーター棒支持体に連結するように配設されると共にヒーター棒同士が間隔を設けて配設されることを特徴としている。
【００２４】
請求項５の発明は、前記グラファイト発熱体が多段で配設される加熱空間部内には前記冷却水チャンバーと連通されて加熱空間部を冷却するようにグラファイト発熱体の間に突出状態で冷却棒を設置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、グラファイト発熱体のヒーター棒を水平に配し、焼成物の中心や縁すべてに均一の温度分布が形成されるようにする効果がある。
【００２６】
なお、グラファイト発熱体を多段で設けたため、重量の焼成物を乗せても曲がらなくて焼成を精密にできる効果がある。
【００２７】
また、グラファイトで製造されて直接発熱するヒーター棒を高温で急速上昇することができるため、焼成物の特性変化を防ぐことができる効果がある。
【００２８】
また、グラファイトセッターに製品を乗せて焼成することで、焼成物はグラファイトセッターの不純物の影響を受けなくなる効果がある。
【００２９】
また、グラファイトで製造されたヒーター棒及びセッターはアルゴン（Ａｒ）雰囲気下で２９００℃まで上昇できるため、焼成物の焼成品質を極大化できる効果がある。
【００３０】
また、炉本体の内部に温度分布が均一に形成されるようにし、焼成物の特性変化が防止され焼成品質が向上する効果がある。
【００３１】
また、焼成物に対する温度分布が均一に形成されるため、ＬＥＤ、電気自動車用の電気素子、陰極材料、太陽電池用の結晶系シリコン半導体の結晶、セラミック、金属注入鋳型製品等の焼成品質が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例のグラファイトヒーター炉の概略正面断面図である。
【図２】実施例のグラファイトヒーター炉に内設されるグラファイト発熱体の分解斜視図である。
【図３】実施例のグラファイトヒーター炉の概略側面断面図である。
【図４】実施例のグラファイトヒーター炉に使用される制御部の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
発明を実施するための形態の例として以下のような実施例を示す。
【実施例１】
【００３４】
以下、本発明の望ましいグラファイトヒーター炉の一実施例について、添付した図面を通じて詳しく説明する。
【００３５】
図１に示されるように、本発明の一実施例であるグラファイトヒーター炉２は、ケース４と、ケース４の内側に配設される炉本体６を備えている。前記ケース４と炉本体６の間には前記炉本体６の外部囲いに冷却水が充填されるように形成される冷却水チャンバー８が設けられている。
前記加熱空間部１０にはグラファイト発熱体１２が多段（この実施例では６段）で水平に配列されている。
【００３６】
また、前記炉本体６には、焼成する製品の投入及び引き出しが容易にしながら、加熱空間部１０を気密に密閉するためのドア（図示せず）が設置される。
【００３７】
前記炉本体６の外側部には絶縁体１４が配設されている。また、前記炉本体６の内側には、一定の厚さで断熱材１６が設けられている。この断熱材１６は公知の断熱材であり、加熱空間部１０の熱気や冷却水チャンバー８の冷気の伝達を遮るようになっている。
【００３８】
図２には前記加熱空間部１０の一番下方に配設されるグラファイト発熱体１２と加熱空間部１０の一番上方に配設されるグラファイト発熱体１２が斜視図で示されている。
このグラファイト発熱体１２の一側には第１ヒーター棒支持体２０Ａが配設され、グラファイト発熱体１２の他側には第２ヒーター棒支持体２０Ｂが配設されている。
【００３９】
前記加熱空間部１０の一番下方に設置されるグラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂは下面には支えボルト２２が突設されている。
図１及び図３に示されるように、この支えボルト２２は炉本体６の下面から突設された絶縁ボルト２３に載置固定されるようになっている。従って、前記加熱空間部１０の一番下方に設置されるグラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂは炉本体６の底部の断熱材１６から少し浮き上がった状態で配設されるようになっている。
【００４０】
図２及び図３に示されるように、前記加熱空間部１０の一番下方に設置されるグラファイト発熱体１２と、この加熱空間部１０の一番下方に設置されるグラファイト発熱体１２と加熱空間部１０の一番上方に設置されるグラファイト発熱体１２の間に配設される４個のグラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａ及び第２ヒーター棒支持体２０Ｂには段形成ボルト２４が挿通状態で２本づつ配設されている。
【００４１】
図２に示されるように、前記段形成ボルト２４の上部にはボルト保持部２６が形成されている。従って、このボルト保持部２６で上方に位置する段形成ボルト２４の下部を強固に保持できるようになっている。
【００４２】
これにより、前記グラファイト発熱体１２を間隔を設けて複数積層することができるようになっている。
【００４３】
従って、図１及び図３に示されるように前記加熱空間部１０にはグラファイト発熱体１２が多段（この実施例では６段）で水平に配設されている。
【００４４】
図２に示されるように、前記加熱空間部１０の一番上方に配設されるグラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂには段形成ボルト２４に代わりトップボルト２８が２本づつ挿通され、下に位置するグラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂに取り付けられた段形成ボルト２４と連結されるようになっている。
【００４５】
前記グラファイト発熱体１２の前記第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂの間には複数（実施例では７本）のヒーター棒５０が水平に架渡された状態で固定されている。
なお、前記第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂはヒーター棒５０を取り付け易いように角柱形に形成されている。
【００４６】
これらヒーター棒５０はグラファイトで製造されており、電源認可のとき高温で発熱するようになる。また、ヒーター棒５０はヒーター棒５０自体が発熱するため、どの段に配設されたグラファイト発熱体１２に焼成物が置かれていても上下で焼成物を加熱するようになる。
【００４７】
図１に示されるように、前記グラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａは炉本体６と隔離して配設されているが、グラファイト発熱体１２の第２ヒーター棒支持体２０Ｂはグラファイト発熱体連結体５２を介して炉本体６と固定されている。これによって、グラファイト発熱体１２は確実に炉本体６に取り付けられている。
【００４８】
また、前記グラファイト発熱体１２の第１ヒーター棒支持体２０Ａは炉本体６と隔離して配設されているので、前記ヒーター棒５０が発熱により熱膨張してもグラファイト発熱体１２やヒーター棒５０が損傷することを防止することができる。
【００４９】
前記ヒーター棒５０は両端を第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂで支持されるので曲がりにくく、しかも図２示されるように複数のヒーター棒５０で焼成物４４を支持するので重量の重い焼成物４４でも安定して確実に支持することができる。
【００５０】
さらに、前記ヒーター棒５０は、前記グラファイト発熱体１２の前記第１ヒーター棒支持体２０Ａと第２ヒーター棒支持体２０Ｂによって水平状態で堅固に配設されるので、焼成物４４は高温を均一に受けられるようになるので品質の均一化を図ることができる。
【００５１】
なお、前記ヒーター棒５０は、最高温度３０００℃まで上昇できるため、Ｃ１２、ＨＣ１、Ｈ２、Ｎ２雰囲気下でステインレスチャンバー（図示せず）にても使用することができる。
【００５２】
これらヒーター棒５０は、グラファイト焼成物を乗せても短絡可能性が無く、重量の焼成物を乗せても曲げないため、焼成作業を正確にすることができる。
【００５３】
高温に上昇できるグラファイトヒーター炉２はアルゴン（Ａｒ）雰囲気下で２９００℃、真空及び窒素雰囲気でそれぞれ２０００℃、２４００℃まで上昇して使用することができる。
【００５４】
なお、前記グラファイト発熱体１２の前記第１ヒーター棒支持体２０Ａには、電源が供給される電源端子部（図示せず）が設置される。
【００５５】
図１に示されるように、グラファイト発熱体１２が多段で配設される加熱空間部１０内には、前記冷却水チャンバー８と連通されて加熱空間部１０を冷却するようにグラファイト発熱体１２の間に冷却棒３２が突出状態で設置されている。
【００５６】
また、図３及び図４に示されるように、前記グラファイトヒーター炉２には焼成物４４の焼成作業を精密にできるよう、ガスと電源を制御したためのガス、パネル３４と作動制御パネル３６を備えた制御部３８、熱気を排出するためのドライポンプ４０及び冷却水供給装置（図示せず）等がさらに設置されている。
【００５７】
以下、実施例の前記グラファイトヒーター炉２の作用を説明する。
【００５８】
まず、冷却水を冷却水チャンバー８に供給し、制御部３８の作動スイッチ（図示せず）を作動して、電源をオンさせ、Ｃ１２，ＨＣ１，Ｈ２，Ｎ２を使うことができるように管路をオープンさせながらドライポンプ４０も動かす。
【００５９】
それによってグラファイトヒーター炉２の作動が準備されれば、炉本体６の過熱空間部１０に焼成物４４が置かれたグラファイトセッター４２を多段で形成したグラファイト発熱体１２のヒーター棒５０上に乗せて、ドア（図示せず）を閉めて密閉させる。
【００６０】
グラファイトヒーター炉２は手動モード、または自動モードが全部遂行可能で、ここでは自動モードの場合を説明することにする。
【００６１】
自動モードに置いてスタートボタンを押せば電源はケース４内部の一側に設置された電源端子部を通じてヒーター棒５０を過熱するようになる。
【００６２】
前記ヒーター棒５０の加熱によって加熱空間部１０に多段で設置されたグラファイト発熱体１２は急速に高温に上昇するようになる。
【００６３】
グラファイト発熱体１２が発熱して発生された高温はグラファイトセッター４２に置いた焼成物４４を上下から高温に加熱するようになる。
【００６４】
この時、焼成物４４は温度分布が均一の状態の高温を受けるため、焼成品質が向上する。
【００６５】
前記グラファイト発熱体１２は水平状態で多段に配設され、前記ヒーター棒５０も水平で配設されているのでＬＥＤ、電気自動車用の電気素子、陰極材料、太陽電池用の結晶系シリコン半導体の結晶、構造材料セラミック、金属注入鋳型製品等がグラファイト発熱体１２のどの段に置かれても温度分布が均一の高温で過熱し焼結されるようになる。
【００６６】
焼成物４４らを一定時間加熱して焼成が終わるとグラファイトヒーター炉２の制御部３８は焼成作業終了を表示する。
【００６７】
作業者及び管理者は制御部３８の終了表示を見て、ボタンをオフさせた状態から炉本体６のドアのロック部材だけをはずして、デジタル圧力ゲージ４６が大気圧を示すときまで加熱空間部１０内部に窒素ガスを充填する。
【００６８】
窒素ガスの充填によってグラファイトヒーター炉２の加熱空間部１０が大気圧になれば、窒素供給を遮った後、ドアを開いて焼成された焼成物４４を取り出し、空冷させれば焼成物の焼成作業が終了する。
【００６９】
本発明はグラファイトヒーター炉２内部に焼成物４４を乗せられるグラファイト発熱体１２を水平に形成し、多段に設けることで上下のヒーター棒５０から温度分布が均一に伝達される高温によって焼成なる焼成物４４の焼成品質が向上するようにしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明のグラファイトヒーター炉２は実施例以外の焼成物の製造にも使用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
２      グラファイトヒーター炉
４      ケース
６      炉本体
８      冷却水チャンバー
１０    加熱空間部
１２    グラファイト発熱体
１４    絶縁体
１６    断熱材
２０Ａ  第１ヒーター棒支持体
２０Ｂ  第２ヒーター棒支持体
２４    段形成ボルト
２６    ボルト保持部
２８    トップボルト
３２    冷却棒
３４    パネル
３６    作動制御パネル
３８    制御部
４０    ドライポンプ
４２    グラファイトセッター
４４    焼成物
５０    ヒーター棒
５２    グラファイト発熱体連結体
【図１】
0005808268.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005808268.tif 000004
【図４】
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