(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物からなり、内部に炉室を形成した炉体と、炉室内に上下方向に配置され、上端が閉じられた縦型の炉芯管と、炉室内でかつ炉芯管の外周部に配置され、炉芯管を加熱するヒータと、被処理物を支持するステージと、ステージを上下に昇降させて被処理物を炉芯管内に下方より投入する昇降装置と、ステージを一定方向に回転駆動する回転駆動装置と、を備え、
上記炉体は水平方向に複数に分割され、分割された各炉体部分を水平方向に開放・閉鎖させる開閉駆動装置が設けられ、上記各炉体部分に個別に上記ヒータが取り付けられていることを特徴とする炉芯管式熱処理炉。
【請求項２】
上記炉体の外側には、炉芯管の上下端部を支持するフレームが配置され、上記開閉駆動装置は、上記フレームに固定されかつ各炉体部分をスライド自在にガイドするガイドレールと、上記フレームに回転自在に取り付けられ、中間部を境にして逆ネジが形成されたボールネジ軸と、各炉体部分に設けられ、ボールネジ軸のそれぞれのネジ部と螺合するナットと、ボールネジ軸を駆動する駆動用アクチュエータとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の炉芯管式熱処理炉。
【請求項３】
上記炉体には、ヒータが上下方向に複数個取り付けられており、炉体の内壁には、各ヒータの上下方向の隙間に挿入される耐熱性の隔壁部材が固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の炉芯管式熱処理炉。
【請求項４】
上記炉体の外側には、炉芯管の上下端部を支持するフレームが配置され、このフレームの上端部には、上記炉芯管の上端を閉鎖する天板がバネ手段を介して上下に変位可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の炉芯管式熱処理炉。
【請求項５】
上記天板には、炉芯管内に雰囲気ガスを供給するガス供給管と、炉芯管内のガスを排出するガス排出管とが取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の炉芯管式熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック製品を本焼成するのに適したバッチ式の炉芯管式熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック焼成用の炉芯管式熱処理炉として、図１，図２に示される構造のものが知られている。この熱処理炉は、耐火材からなる炉体１の内部に炉室２が形成され、この炉室２を水平方向に貫通する形で耐火材からなる炉心管３が設置されている。炉心管３内には、被処理物を収容した匣などの治具Ｗが投入される。被処理物を加熱するヒータ４は、棒状のものやモジュールタイプのものが使用され、炉心管３の回りに配置されている。炉芯管３内に投入された治具Ｗ内の被処理物は、炉芯管３外部からの加熱により焼成処理される。なお、炉体１には、炉室２内の温度を検出するための熱電対などのセンサ５が取り付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の熱処理炉においては、被処理物は固定状態で焼成されるので、被処理物内の温度バラツキが大きい欠点があった。また、炉芯管３の端部を塞ぐことで雰囲気焼成する方式の熱処理炉では、雰囲気ガスの供給が被処理物に対して定点供給となるため、不均一供給となりやすく、炉内の雰囲気バラツキの原因となっていた。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解消できる炉芯管式熱処理炉を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の炉芯管式熱処理炉は、耐火物からなり、内部に炉室を形成した炉体と、炉室内に上下方向に配置され、上端が閉じられた縦型の炉芯管と、炉室内でかつ炉芯管の外周部に配置され、炉芯管を加熱するヒータと、被処理物を支持するステージと、ステージを上下に昇降させて被処理物を炉芯管内に下方より投入する昇降装置と、ステージを一定方向に回転駆動する回転駆動装置と、を備え、上記炉体は水平方向に複数に分割され、分割された各炉体部分を水平方向に開放・閉鎖させる開閉駆動装置が設けられ、上記各炉体部分に個別に上記ヒータが取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
ヒータの熱は炉芯管を介して内部に配置された被処理物に伝えられる。被処理物はステージ上に載置され、ステージは回転駆動装置によって一定方向に回転駆動されるので、均一加熱と均一雰囲気に晒され、均質な熱処理が可能である。熱処理が完了すれば、ステージを降下させ、被処理物を炉芯管の下方へ引き出すことにより、簡単に取り出すことができる。
【０００７】
熱処理後、直ちにステージを降下させて被処理物を炉芯管の下方へ引き出すと、被処理物が急冷され、種々の不具合を生じる。そのため、炉芯管内で冷却されるのを待つことになるが、炉芯管内は冷却されにくく、被処理物を取り出すまでの焼成時間が長くなっていた。そこで、炉体を水平方向に複数に分割し、分割された各炉体部分を水平方向に開放・閉鎖させる開閉駆動装置を設けるのが望ましい。この場合には、炉体を開放することにより、炉心管を短時間で冷却できるので、熱処理時間を短縮することができる。なお、分割された各炉体部分に個別にヒータを取り付けるのが望ましい。これにより、炉体を開放した際、ヒータが炉体と一体に開くので、炉芯管の冷却効果が向上するとともに、ヒータと炉体との干渉を防止できる。
【０００８】
炉体の外側に、炉芯管の上下端部を支持するフレームを配置し、このフレームに各炉体部分を水平方向に開放・閉鎖させる開閉駆動装置を取り付けるのが望ましい。開閉駆動装置として、フレームに固定されかつ各炉体部分をスライド自在にガイドするガイドレールと、フレームに回転自在に取り付けられ、中間部を境にして逆ネジが形成されたボールネジ軸と、各炉体部分に設けられ、ボールネジ軸のそれぞれのネジ部と螺合するナットと、ボールネジ軸を駆動する駆動用アクチュエータとを備えたものが望ましい。この場合には、ボールネジ軸を駆動すると、各炉体部分が炉芯管を間にして相反方向に開放移動するので、開放速度が早くなるとともに、各炉体部分と炉芯管との距離が等しくなり、均一な冷却性が得られる。
【０００９】
炉体にヒータを上下方向に複数個取り付け、炉体の内壁に各ヒータの上下方向の隙間に挿入される耐熱性の隔壁部材を固定するのが望ましい。この場合には、隔壁部材により上下方向に配置したヒータ間の干渉を防止でき、独立して加熱することができる。
【００１０】
炉体の外側には、炉芯管の上下端部を支持するフレームを配置した場合、このフレームの上端部に炉芯管の上端を閉鎖する天板をバネ手段を介して上下に変位可能に取り付けるのが望ましい。これにより、炉芯管を常時閉鎖できるとともに、炉心管の上下方向の伸びをバネ手段で吸収できる。
【００１１】
上記天板に、炉芯管内に雰囲気ガスを供給するガス供給管と、炉芯管内のガスを排出するガス排出管とを取り付けるのが望ましい。これによって、炉心管が上下方向に伸縮しても、炉心管内部へのガス供給と排気を確実に行える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３〜図８は本発明にかかるバッチ式熱処理炉の一例を示す。
この熱処理炉は、上部に角形の炉体１０を備えており、この炉体１０はセラミックファイバー等の耐火物で構成されている。炉体１０は、図４，図５に示すように、左右の炉体部分１０ａ，１０ｂに２分割されており、各炉体部分１０ａ，１０ｂは後述する開閉駆動装置４０によって開閉駆動される。炉体１０の内部には炉室１１が形成されており、炉室１１を上下に貫通するように耐火物からなる縦型炉芯管１２が配置されている。炉体部分１０ａ，１０ｂには、炉芯管１２を周囲から加熱できるように、棒状ヒータ１３（図４参照）が、上下方向に複数本ずつ水平に貫通固定されている。また、一方の炉体部分１０ａまたは１０ｂには、熱電対などの感温センサ１４が固定され、センサ１４の先端部は炉室１１の内部に挿入されている。
【００１３】
炉体１０の外側には、炉芯管１２の上下端部を支持するフレーム１５が配置されている。炉芯管１２の下端部は、図６のようにフレーム１５の底板を構成する炉床板１６の上にシリコンプレートのような耐熱性シール材１７を介して載置することにより、シールされている。また、炉芯管１２の上端部には断熱材１８が嵌合されており、この断熱材１８を上下に貫通するように、雰囲気ガスの供給管１９と排気管２０とが挿通されている。ガス供給管１９とガス排気管２０の上端部は耐熱性金属よりなる天板２１に固定されている。天板２１は、図７のようにフレーム１５の上端面に突設された軸２２に上下動自在に挿通されており、この軸２２の頭部と天板２１との間にスプリング２３を配置することにより、天板２１は炉芯管１２の上端に圧接している。天板２１と炉芯管１２の上端との間にはシリコン製Ｏリングまたはプレートよりなる耐熱性シール材２４が介装されている。このように、炉芯管１２と天板２１とがスプリング２３を介して圧接するようにしたので、加熱による炉芯管１２の伸びに対応したシールが可能となり、炉芯管１２内部の熱や雰囲気ガスの漏れを確実に防止できる。
【００１４】
フレーム１５の下方には、図３に示すように昇降リフタ（昇降装置）３０が設けられている。昇降リフタ３０は、フレーム１５を支える構造体３１、構造体３１によって上下にスライド自在にガイドされる支持体３２、支持体３２上に設けられ、被処理物Ｗを載置したステージ３３、ステージ３３を支持体３２を介して昇降させる油圧シリンダなどの昇降駆動源３４などを備えている。昇降駆動源３４を駆動することにより、ステージ３３を上昇させ、図３に二点鎖線で示すように被処理物Ｗを炉芯管１２の内部に下方から投入するようになっている。なお、実際には被処理物Ｗは匣などの治具内に収められた状態で熱処理される。ステージ３３は被処理物Ｗを載置する回転台３３ａと回転しない固定台３３ｂとを備えており、回転台３３ａは回転駆動装置３５によって一方向に一定速度で回転駆動される。この実施例の回転駆動装置３５は、回転台３３ａと連結されたプーリまたはスプロケット３６、支持体３２の内部に固定されたモータ３７、モータ３７の回転軸に連結されたプーリまたはスプロケット３８、上記プーリまたはスプロケット３６，３８間に巻きかけられたベルトまたはチェーン３９などで構成されている。
【００１５】
開閉駆動装置４０は、図８のように、フレーム１５に水平方向に架け渡された固定された一対のガイドシャフト（ガイドレール）４１，４２と、一対のボールネジ軸４３，４４とを備えている。炉体部分１０ａ，１０ｂの下部にはそれぞれ取付板４５，４６が固定されており、これら取付板４５，４６にガイドシャフト４１，４２に対して摺動自在な複数のスライダ４７，４８が固定されている。そのため、各炉体部分１０ａ，１０ｂはスムーズに水平移動できる。また、上記取付板４５，４６にはボールネジ軸４３，４４に螺合するナット４９，５０が固定されている。なお、ボールネジ軸４３，４４は中央部を境として逆ネジとなっており、各ネジ部分に各炉体部分１０ａ，１０ｂのナット４９，５０が螺合している。そのため、ボールネジ軸４３，４４を一方向へ回転させると、炉体部分１０ａ，１０ｂは閉鎖方向に移動し、反対方向へ回転させると炉体部分１０ａ，１０ｂは開放方向へ移動する。２本のボールネジ軸４３，４４はスプロケット５１，５２およびチェーン５３を介して同期回転するよう連結されている。一方のボールネジ軸４３には別のスプロケット５４が固定されており、このスプロケット５４はチェーン５５およびスプロケット５６を介して駆動用アクチュエータであるモータ５７と連結されている。なお、モータ５７はフレーム１５に固定されている。モータ５７を駆動すると、２本のボールネジ軸４３，４４が同一方向にかつ同一速度で回転し、炉体部分１０ａ，１０ｂを開閉できる。
【００１６】
開閉駆動装置４０は、上記のように中央部を境として逆ネジ構成のボールネジ軸４３，４４を用いたものに限らず、一様なネジを有するボールネジ軸４３，４４を用いてもよい。この場合には、一方の炉体部分が固定され、他方の炉体部分のみが開閉移動するので、炉体部分の開閉速度が遅く、かつ開放状態における炉芯管と左右の炉体部分との距離が不均一になる。これに対し、実施例のような逆ネジ構成のボールネジ軸４３，４４を用いた場合には、ボールネジ軸４３，４４を駆動すると、各炉体部分１０ａ，１０ｂが炉芯管１２を間にして同一距離だけ開放移動するので、各炉体部分１０ａ，１０ｂと炉芯管１２との距離が等しくなり、均一な冷却性が得られるとともに、開放速度も早くなる。
【００１７】
次に、上記構成からなる熱処理炉の動作を説明する。
熱処理の開始に当たり、まず、昇降リフタ３０によってステージ３３を降下させ、ステージ３３の回転台３３ａ上に被処理物Ｗを載置した後、ステージ３３を上昇させて被処理物Ｗを炉芯管１２内に投入する（図３に二点鎖線で示す）。このとき、ステージ３３の固定台３３ｂを炉芯管１２の下端部または炉床板１６と密着させ、炉芯管１２の下端側をシールするのが望ましい。次に、モータ３７によってステージ３３の回転台３３ａを一定方向に回転させ、ヒータ１３に通電して炉芯管１２を所定温度に加熱するとともに、ガス供給管１９から雰囲気ガスを炉芯管１２に供給し、被処理物Ｗの熱処理を行う。熱処理中に発生した排ガスは、ガス排気管２０から排出される。なお、当然ながら、熱処理は炉体１０を閉鎖した状態で行う。
【００１８】
上記のように、被処理物Ｗはステージ３３によって回転駆動されながら熱処理されるので、炉芯管１２に周方向の多少の温度バラツキがあっても被処理物Ｗは均一に加熱され、また炉芯管１２内に供給された雰囲気ガスとも均一に触れるので、熱処理条件が均一化され、バラツキの少ない熱処理を行うことができる。
【００１９】
熱処理が終了すると、ヒータ１３への通電を停止し、雰囲気ガスの供給も停止する。そして、開閉駆動装置４０のモータ５７を駆動し、炉体部分１０ａ，１０ｂを左右に開く。これにより、炉室１１が外気に開放されるとともに、炉体１０およびヒータ１３から炉芯管１２への輻射熱も低減され、炉芯管１２は急速に冷却される。なお、炉芯管１２内の被処理物Ｗは、炉芯管１２内が密閉されているので、緩やかに温度低下し、被処理物Ｗの品質を低下させない。
【００２０】
炉芯管１２の内部温度が所定温度以下に低下すると、昇降リフタ３０によってステージ３３を降下させ、被処理物Ｗを炉芯管１２の下方へ取り出す。その後、被処理物Ｗをステージ３３から取り出して次の工程へ搬送する一方、未処理の被処理物Ｗをステージ３３に載置し、次の熱処理を行う。
【００２１】
従来のように一体構造の炉体を用いた場合には、熱処理が終了した後、炉体が自然冷却するのを待つ必要があるため、通常のセラミックス成形品の本焼成に約１０時間を要していたのに対し、上記のような炉体１０ａ，１０ｂの開放とステージ３３の降下による被処理物の取出とを併用すれば、焼成時間を約２時間に短縮できた。その結果、熱処理サイクルを短縮でき、生産効率を大幅に向上させることができた。
【００２２】
図９は本発明の第２実施例を示す。なお、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この実施例は、炉体１０に複数のヒータ１３を上下方向に取り付けるとともに、炉体１０の内壁に、各ヒータ１３の上下方向の隙間に挿入される耐熱性の隔壁部材６０を固定したものである。そして、各ヒータ１３は個別の制御回路によって独立して通電制御される。なお、この実施例では上下に４段に設けられたヒータ１３のうち、上から１段目と２段目の間と、３段目と４段目の間に隔壁部材６０を設けたが、全ての段のヒータ１３の間に隔壁部材６０を設けてもよい。
【００２３】
このように隔壁部材６０を炉体１０に固定することにより、炉内上下方向でのヒータ１３間の干渉を抑えることができ、炉芯管１２の各部を独立して加熱することができる。
【００２４】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、炉体は左右に２分割されたものに限らず、４分割など他の分割構造としてもよいし、一体構造であってもよい。
ヒータは、図４に示されるように炉体の水平方向に配設された棒状ヒータに限らず、炉体の縦方向に複数本配設された棒状ヒータであってもよく、さらにヒータ形状はＵ字形など如何なる形状であってもよい。
左右の炉体部分を開閉する開閉駆動装置として、ガイドシャフトとボールネジ軸とを用いたが、シリンダなどの公知の駆動装置によって開閉駆動してもよい。ただし、ボールネジ機構を用いた場合には、開閉動作中、振動が少なく、円滑な動作が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、被処理物をステージ上に載置し、ステージを回転駆動装置によって一定方向に回転駆動しながら熱処理するようにしたので、炉芯管内に多少の温度バラツキや雰囲気ガスのバラツキがあっても、被処理物に対する温度や雰囲気が均一化され、均一な条件での熱処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の炉芯管式熱処理炉の一例の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明にかかる炉芯管式熱処理炉の一例の縦断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】炉体の開閉動作を示す縦断面図である。
【図６】炉芯管の下端部の構造を示す拡大断面図である。
【図７】炉芯管の上端部の構造を示す断面図である。
【図８】本発明にかかる熱処理炉の上部の斜視図である。
【図９】本発明にかかる熱処理炉の他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１０        炉体
１０ａ，１０ｂ      炉体部分
１１        炉室
１２        炉芯管
１３        ヒータ
１５        フレーム
１９        ガス供給管
２０        ガス排気管
２１        天板
３０        昇降リフタ（昇降装置）
３３        ステージ
３５        回転駆動装置
４０        開閉駆動装置
４１，４２    ガイドシャフト
４３，４４    ボールネジ軸
４９，５０    ナット
５７          モータ（駆動用アクチュエータ）
Ｗ          被処理物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003948038.tif 000008
【図８】
0003948038.tif 000009
【図９】
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