(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入口を有する低温ゾーンと高温ゾーンとからなる熱処理ゾーンを有する炉本体と、前記高温ゾーンの周囲に設けられるとともに被熱処理物を加熱する加熱手段と、前記被熱処理物を前記挿入口を介して、低温ゾーンから高温ゾーンに進入可能な前記炉本体内に沿って前記炉本体の内部に出し入れする移動手段とを備えてなり、
前記炉本体は、前記移動手段の進行方向に対して直行する断面において、前記低温ゾーンの断面積よりも前記高温ゾーンの断面積の方が大きく、かつ、前記低温ゾーンから前記高温ゾーンに向かうにしたがって次第に大きくなることを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁は前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部を有し、かつ、前記高温ゾーンの炉壁は前記挿入口に向かって前記断面積が小さくなるようなテーパ部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁および前記高温ゾーンの炉壁はそれぞれ前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項４】
前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁および前記高温ゾーンの炉壁はともに前記挿入口に向かって前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が小さくなるようなテーパ部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項５】
前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁は前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部および前記挿入口に向かって前記断面積が小さくなるようなテーパ部の組み合わせであり、かつ、前記高温ゾーンの炉壁は前記筒状部および前記テーパ部の組み合わせであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミック電子部品を製造する工程において、セラミック材料からなる円板状の被熱処理物（以下、ワークとする）を加熱処理するために、熱処理炉が用いられている。
【０００３】
この熱処理炉としては、特開平５−３４６２８８号に開示の縦型炉がある。図５に示すように、この縦型炉２０は、高温状態に維持された高温ゾーン２７ａと、高温ゾーン近傍に設置される加熱手段２５と、高温ゾーン２７ａを取り囲んで配設されている炉壁２３と、炉壁２３を貫通して高温ゾーン２７ａに連通接続された熱処理ゾーン２７と、その熱処理ゾーン２７内を移動してワーク２８を高温ゾーン２７ａに対して遠近動作させる移動手段２９とからなるものが用いられている。
【０００４】
ワーク２８は、移動手段２９により低温ゾーン２７ｂを通過する際には、加熱手段２５によって加熱された高温ゾーン２７ａの炉壁２３からの輻射熱と高温ゾーン２７ａからの熱対流によって低温焼成され、しかるのちに、移動手段２９により高温ゾーン２７ａへ搬送され、そこで本格的に加熱手段２５により高温で焼成するという方法で加熱処理が行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱処理炉には、以下のような問題点があった。
高温ゾーンにおいて、加熱手段によって加熱された高温ゾーンの炉壁からの発熱の影響が強く、所望の焼成温度に設定されている載置台の中央部に比べ載置台の端部の温度が若干高くなり、ワークの載置されている箇所により加熱温度にバラツキが生じるため、均一な条件でのワークの熱処理が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、高温ゾーンにおいて、各ワーク間の加熱温度差を低減することのできる熱処理炉を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような目的に鑑みてなされたものである。本発明の熱処理炉は、低温ゾーンと高温ゾーンとからなる熱処理ゾーンを有する炉本体と、前記高温ゾーンの周囲に設けられるとともに被熱処理物を加熱する加熱手段と、前記被熱処理物を前記挿入口を介して、低温ゾーンから高温ゾーンに進入可能な前記炉本体内に沿って前記炉本体の内部に出し入れする移動手段とを備えてなり、前記炉本体は、前記移動手段の進行方向に対して直行する断面において、前記低温ゾーンの断面積よりも前記高温ゾーンの断面積の方が大きく、かつ、前記低温ゾーンから前記高温ゾーンに向かうにしたがって次第に大きくなることを特徴とする。
【０００８】
【０００９】
また、本発明の熱処理炉においては、前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁は前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部を有し、かつ、前記高温ゾーンの炉壁は前記挿入口に向かって前記断面積が小さくなるようなテーパ部を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の熱処理炉においては、前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁および前記高温ゾーンの炉壁はともに前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の熱処理炉においては、前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁および前記高温ゾーンの炉壁はともに前記挿入口に向かって前記断面積が小さくなるようなテーパ部を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の熱処理炉においては、前記熱処理ゾーンの断面形状において、前記低温ゾーンの炉壁は前記移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部および前記挿入口に向かって前記断面積が小さくなるようなテーパ部の組み合わせであり、かつ、前記高温ゾーンの炉壁は前記筒状部および前記テーパ部の組み合わせであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の熱処理炉は、低温ゾーンと高温ゾーンとからなる熱処理ゾーンを有する炉本体と、前記高温ゾーンの周囲近傍に設けられるとともにワークを加熱する加熱手段と、ワークを移動させる移動手段とを備えてなり、熱処理ゾーンの断面積に着目するならば、低温ゾーンの断面積よりも高温ゾーンの断面積の方が大きいという構成になっている。
【００１４】
そうすれば、高温ゾーンにおいて、ワークの加熱温度のバラツキを抑えることができる。
【００１５】
すなわち、低温ゾーンの断面積より高温ゾーンの断面積の方を大きくすることにより、低温ゾーンでは、ワークは高温ゾーンからの輻射熱および熱対流のみによって熱処理されることになるので、加熱手段を有する高温ゾーンに比べ低温焼成が可能となる。また、高温ゾーンでは、断面積が大きくなることにより、ワークと加熱手段との距離が大きくなる。このため、炉壁近傍にある加熱手段からの加熱力が抑えられる。よって、加熱手段近傍に載置されたワークが必要以上に加熱されることを防ぎ、高温ゾーンの周囲にあるワークと中央にあるワークの加熱温度のバラツキを防止することができる。
【００１６】
また、上記熱処理ゾーンの断面積は、上記低温ゾーンから上記高温ゾーンに向かうにしたがって次第に大きくなることが好ましい。
【００１７】
そうすれば、熱処理ゾーンの断面積の急激な変化によるワークの熱処理条件の急激な変化を防止することができるので、ワークの加熱温度のバラツキの防止に有効である。
なお、ここでいう次第に大きくなるとは、連続的または段階的に大きくなるという意味である。
【００１８】
また、本発明の熱処理炉は、低温ゾーンと高温ゾーンとからなる熱処理ゾーンを有する炉本体と、高温ゾーンの周囲近傍に設けられるとともにワークを加熱する加熱手段と、ワークを載置する載置台と、載置台上のワークを移動させる移動手段とを備えてなり、載置台と炉壁との距離に着目するならば、載置台と炉本体の炉壁との距離は、低温ゾーンよりも高温ゾーンの方が大きいという構成になっている。
【００１９】
そうすれば、高温ゾーンにおいて、ワークの加熱温度のバラツキを抑えることができる。
【００２０】
すなわち、載置台と炉壁との距離を低温ゾーンより高温ゾーンの方を大きくすることにより、低温ゾーンでは、ワークは高温ゾーンからの輻射熱および熱対流のみによって熱処理されることになるので、加熱手段を有する高温ゾーンに比べ低温焼成が可能となる。また、高温ゾーンでは、ワークと加熱手段との距離が大きくなるため、炉壁近傍にある加熱手段からの加熱力が抑えられる。よって、加熱手段近傍に載置されたワークが必要以上に加熱されることを防ぎ、高温ゾーンの周囲にあるワークと中央にあるワークの加熱温度のバラツキを防止することができる。
【００２１】
また、上記載置台と上記炉本体の炉壁との距離は、低温ゾーンから高温ゾーンに向かうにしたがって次第に大きくなることが好ましい。
【００２２】
そうすれば、載置台と炉壁との距離の急激な変化によるワークの熱処理条件の急激な変化を防止することができるので、ワークの加熱温度のバラツキの防止に有効である。なお、ここでいう次第に大きくなるとは、連続的または段階的に大きくなるという意味である。
【００２３】
また、本発明の熱処理炉は、低温ゾーンと高温ゾーンとからなる熱処理ゾーンを有する炉本体と、高温ゾーンの周囲近傍に設けられるとともにワークを加熱する加熱手段と、ワークを載置する載置台と、載置台上のワークを前記炉本体内で移動させる移動手段とを備えてなり、熱処理ゾーンの熱処理状態に着目するならば、載置台に載置されたワークは移動手段の移動方向からの輻射熱によって熱処理されるという構成になっている。
【００２４】
そうすれば、高温ゾーンにおいて、ワークの加熱温度のバラツキを抑えることができる。
【００２５】
すなわち、発熱している炉壁をワークより離すことにより、少なくともワークの進行方向からの輻射熱の熱量と同等もしくはそれ以下となるようにワークに対する炉壁からの熱量を軽減してワークを熱処理することにより、加熱手段近傍に載置されたワークが必要以上に加熱されることを防ぎ、高温ゾーンの周囲にあるワークと中央にあるワークの加熱温度のバラツキを防止することができる。
【００２６】
また、本発明の熱処理ゾーンの断面形状においては、低温ゾーンの炉壁は移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部を有し、かつ、高温ゾーンの炉壁は挿入口に向かって断面積が小さくなるようなテーパ部を有することが好ましい。
【００２７】
そうすれば、低温ゾーンにおいては、熱処理ゾーンの断面積または載置台と炉本体の炉壁との距離を一定にすることができ、高温ゾーンにおいては、熱処理ゾーンの断面積または載置台と炉本体の炉壁との距離がワークの移動方向に向かって徐々に大きくなるように変化させることができる。
【００２８】
また、本発明の熱処理ゾーンの断面形状においては、低温ゾーンの炉壁および高温ゾーンの炉壁はともに移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部を有することが好ましい。
【００２９】
そうすれば、低温ゾーンと高温ゾーンとを通して熱処理ゾーンの断面積または載置台と炉本体の炉壁との距離を複数段階で変化させることができる。
【００３０】
なお、ここで言う複数段階とは、１箇所だけ変化させるもの（２段階変化）のものから、複数箇所で変化させるもの（多段階変化）までを含むが、好ましくは緩やかに変化させるためにも多段階変化である。
【００３１】
また、本発明の熱処理ゾーンの断面形状においては、低温ゾーンの炉壁および高温ゾーンの炉壁はともに挿入口に向かって断面積が小さくなるようなテーパ部を有することが好ましい。
【００３２】
そうすれば、低温ゾーンと高温ゾーンとを通して熱処理ゾーンの断面積または載置台と炉本体の炉壁との距離を一定の割合で変化させることができる。
【００３３】
また、熱処理ゾーンの断面形状において、低温ゾーンの炉壁は移動手段の進入方向に対して直交する断面積が等しい筒状部および挿入口に向かって断面積が小さくなるようなテーパ部の組み合わせであり、かつ、高温ゾーンの炉壁は筒状部およびテーパ部の組み合わせであることが好ましい。
【００３４】
そうすれば、低温ゾーンの炉壁および高温ゾーンの炉壁はともに筒状である場合に比べ、低温ゾーンと高温ゾーンとを通して熱処理ゾーンの断面積または載置台と炉本体の炉壁との距離を複数段階で変化させる際の変化の度合いを緩やかにすることができる。
【００３５】
なお、ここでいう筒状部とは、断面積が必ずしも数学的に言う等しいものでなくてもよく、概ね等しいものであればよい。ただし、いわゆるテーパ状のものとは区別したものと考える。
【００３６】
また、ここでいう断面積とは、移動手段の進行方向に対して直交する断面のことである。
【００３７】
ここで、本発明の熱処理炉の種類は、特に限定するものではないが、熱対流の方向などから縦型のバッチ式熱処理炉であることが好ましい。
また、炉本体の外部の形状は、炉壁の形状に沿ったものであってもよいし、それ以外のものでもよい。
【００３８】
また、本発明で用いられる炉本体の材質は特に限定するものではない。具体的には、内部に断熱材を有しＳＳ鋼やステンレス等の金属からなるものなどが挙げられる。
【００３９】
また、本発明で用いられる加熱手段は、金属ヒータ系、セラミックヒータ系等のヒータが挙げられるが、特に高温仕様の場合は炭化珪素や二珪化モリブデン等であることが好ましい。なお、加熱手段は、高温ゾーンの炉壁内部に凹部を設けて埋め込み、露出させるように設けてもよいし、高温ゾーンの炉壁近傍に支持部などを介して設置してもよい。
いずれにしても、高温ゾーンの周囲近傍であれば特に限定されない。
【００４０】
また、載置台の材質としては、セラミックや耐熱金属等が挙げられるが、耐酸化性、耐還元性等の理由からセラミックが好ましい。また、載置台上に載置されたワークに対して下方からも充分な雰囲気ガスを供給することができるものであれば、より好ましい。
【００４１】
次に、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
【実施例】
本発明の一実施例である熱処理炉について説明する。
図１から図４は本発明の熱処理炉の概略断面図を示す。
【００４３】
なお、図１から図４中の二点鎖線は高温ゾーン７ａと低温ゾーン７ｂとの境界線を示している。
【００４４】
（実施例１）本発明の熱処理炉１は、図１に示すような構成になっている。すなわち、低温ゾーン７ｂと高温ゾーン７ａとからなる熱処理ゾーン７を有する炉本体２と、ヒータ５（加熱手段）と、移動手段９とを備えており、この熱処理ゾーン７は、低温ゾーン７ｂの断面積よりも高温ゾーン７ａの断面積の方が大きくなるように形成されている。
【００４５】
さらに詳しく説明すると、炉本体２は、ＳＳ鋼やステンレスからなり、内部に熱処理ゾーン７を有する円柱形状であり、炉壁部および炉天井部には内部にセラミックファイバーやセラミックからなる断熱材が設けられている。また、炉本体２の底部にはワーク１３や移動手段９を挿入するための挿入口２ａが設けられている。
【００４６】
炉本体２のうち、熱処理ゾーン７の断面形状においては、低温ゾーン７ｂの炉壁４は断面積が変化しない筒状部４ａを有し、かつ、高温ゾーン７ｂの炉壁３は断面積が徐々に変化するテーパ部３ｂを有している。すなわち、低温ゾーン７ｂでは、断面積は変化せず、かつ、載置台９ａと炉壁４との距離も変化しない。そして、高温ゾーン７ａでは断面積が移動手段９の上昇方向に垂直な方向に連続的に大きくなるとともに、載置台９ａと炉壁３との距離が大きくなるように設けられている。
【００４７】
また、ヒータ５は、高温仕様にするという理由から二珪化モリブデンからなるものを使用し、高温ゾーン７ａの炉壁３の上部を取り囲むように設けられる。なお、ヒータ５は、１本のヒータ５を高温ゾーン７ａの周囲に取り巻くように設けて構成してもよいし、複数本のヒータ５を高温ゾーン７ａの周囲に取り囲むように設けて構成してもよい。
【００４８】
また、移動手段９は、ワーク１３を炉本体２内に投入するおよび炉本体２外へ取り出しするもので、炉本体２の下方に設けられた駆動機構９ｃと、下端が駆動機構９ｃに係合している円柱形状の棒状部９ｂと、棒状部９ｂの上端に設けられている載置台９ａとからなる。
【００４９】
移動手段９のうち、載置台９ａは、その上端側にワーク１３を載置するための円形状の載置面９ｄを設けているとともに、載置面９ｄの直径はより多くのワーク１３を載置するために棒状部９ｂの直径よりも大きくなっており、その上にほぼ同一直径の匣１１が設置されている。また、載置台９ａには温度センサ（図示しない）が設置されており、熱処理ゾーン７内での熱処理温度を検知できるようになっている。
【００５０】
移動手段９のうち、棒状部９ｂは、耐熱金属や緻密なセラミック等からなり、外部から雰囲気ガス供給手段（図示しない）によって雰囲気ガスを供給することができるように中空状となっている。また、棒状部９ｂを介して供給される雰囲気ガスをワーク１３に供給するために、載置台９ａの材質はポーラスなもの、いわゆる多孔質材料を用いている。また、多孔質材料を使用する代わりに細孔を多数設けたものを使用してもよい。また、雰囲気ガスの供給管を別に設けて、棒状部９ｂを中空でない部材から構成してもよい。また、棒状部９ｂには、雰囲気ガスの種別や濃度などを検出するガスセンサを設けてあり、雰囲気ガスの転換ならびにガス濃度の調整をする機能を有している。
【００５１】
移動手段９のうち、駆動機構９ｃは、モータ（図示しない）を動力とし、リニアガイド（図示しない）によって上下方向の駆動力となるものである。また、駆動機構９ｃには、載置台９ａに設置している温度センサからの情報を計算し、所望の熱処理が行えるように移動速度の調整・制御を行う機能を有している。
【００５２】
（実施例２）本発明の熱処理炉１は図２のような構成になっている。すなわち、低温ゾーン７ｂと高温ゾーン７ａとからなる熱処理ゾーン７を有する炉本体２と、ヒータ５（加熱手段）と、移動手段９とを備えており、この熱処理ゾーン７は、低温ゾーン７ｂの断面積よりも高温ゾーン７ａの断面積の方が大きくなるように形成されている。
【００５３】
さらに詳しく説明すると、炉本体２は、熱処理ゾーン７の形状に概ね合わせて異なる直径の円柱形状を組み合わせた形状になっている。
【００５４】
また、熱処理ゾーン７の断面形状においては、低温ゾーン７ｂの炉壁４および高温ゾーン７ａの炉壁３はともに断面積が変化しない筒状部３ａ、４ａを有している。すなわち、低温ゾーン７ｂから高温ゾーン７ａにかけて、断面積が段階的に大きくなり、かつ、載置台９ａと炉壁３、４との距離とが段階的に大きくなるという構成になっている。
【００５５】
なお、その他の構成は実施例１と同様である。
【００５６】
（実施例３）本発明の熱処理炉１は図３のような構成になっている（ただし、この図３においては、高温ゾーン７ａと低温ゾーン７ｂとが一体形状となっているため明確な境界線ではない）。すなわち、低温ゾーン７ｂと高温ゾーン７ａとからなる熱処理ゾーン７を有する炉本体２と、ヒータ５と、移動手段９とを備えており、この熱処理ゾーン７は、低温ゾーン７ｂの断面積よりも高温ゾーン７ａの断面積の方が大きくなるように形成されている。
【００５７】
さらに詳しく説明すると、炉本体２は、熱処理ゾーン７の形状に合わせて台円錐形状となっている。
【００５８】
また、熱処理ゾーン７の断面形状においては、低温ゾーン７ｂの炉壁４および高温ゾーン７ａの炉壁３はともにテーパ部３ｂ、４ｂを有している。すなわち、熱処理ゾーン７を形成する炉壁３、４は、低温ゾーン７ｂから高温ゾーン７ａにかけて、連続的に断面積が大きくなり、載置台９ａと炉壁３、４との距離が連続的に大きくなるという構成になっている。
【００５９】
なお、その他の構成は実施例１と同様である。
【００６０】
（実施例４）本発明の熱処理炉は図４のような構成になっている。
すなわち、低温ゾーン７ｂと高温ゾーン７ａとからなる熱処理ゾーン７を有する炉本体２と、ヒータ５（加熱手段）と、移動手段９とを備えており、この熱処理ゾーン７は、低温ゾーン７ｂの断面積よりも高温ゾーン７ａの断面積の方が大きくなるように形成されている。
【００６１】
さらに詳しく説明すると、炉本体２は、熱処理ゾーン７の形状に合わせて異なる直径の円柱形状を組み合わせた形状になっている。
【００６２】
また、熱処理ゾーン７の断面形状においては、低温ゾーン７ｂの炉壁４は筒状部４ａおよびテーパ部４ｂの組み合わせであり、かつ、高温ゾーン７ａの炉壁３は筒状部３ａおよびテーパ部３ｂの組み合わせである。
つまり、断面積を変化させないときは筒状部３ａ、４ａを有し、断面積を変化させるときはテーパ部３ｂ、４ｂを有している。すなわち、熱処理ゾーン７を形成する炉壁３、４は、高温ゾーン７ａから低温ゾーン７ｂにかけて、炉壁３、４の断面積が変化しない箇所と、炉壁３の断面積が連続的に変化する箇所が交互に設けられて断面積が段階的にまたは連続的に変化し、かつ、載置台９ａと炉壁３、４との距離が段階的にまたは連続的に変化しているという構成になっている。
【００６３】
なお、その他の構成は実施例１と同様である。
【００６４】
ここで、本発明の熱処理炉１の熱処理工程について説明する。
１．ワーク１３を収容した匣１１を載置台９ａ上に載置する。
【００６５】
２．移動手段９によって炉外から低温ゾーン７ｂに載置台９ａを移動し、高温ゾーン７ａからの輻射熱による低温（約５０℃〜約５００℃）での熱処理を行う。
【００６６】
３．移動手段９によって高温ゾーン７ａに載置台９ａを上昇させて、高温（９００℃〜１４００℃）での熱処理を行う。
【００６７】
４．移動手段９によって高温ゾーン７ａから低温ゾーン７ｂへ下降させつつ冷却を行う。
【００６８】
５．載置台９ａを炉本体３の下に出し、焼成したワーク１３を取り出す。
【００６９】
以上のような工程を繰り返すことにより、多くのワーク１３を一度に速やかに熱処理することが可能となる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の熱処理炉を用いれば、高温ゾーンにおいて、各ワーク間の加熱温度差を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である熱処理炉の概略断面図。
【図２】 本発明の他の実施例である熱処理炉の概略断面図。
【図３】 本発明の他の実施例である熱処理炉の概略断面図。
【図４】 本発明の他の実施例である熱処理炉の概略断面図。
【図５】 従来の熱処理炉の概略断面図。
【符号の説明】
１              熱処理炉
２              炉本体
２ａ            挿入口
３              高温ゾーンの炉壁
３ａ            筒状部
３ｂ            テーパ部
４              低温ゾーンの炉壁
４ａ            筒状部
４ｂ            テーパ部
５              ヒータ（加熱手段）
７              熱処理ゾーン
７ａ            高温ゾーン
７ｂ            低温ゾーン
９              移動手段
９ａ            載置台
９ｂ            棒状部
９ｃ            駆動機構
９ｄ            載置面
１１              匣
１３              ワーク（被熱処理物）
【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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