(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体の内部にヒータを配置し、炉体の底部に被処理物を載置するための昇降可能なテーブルを配置し、テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁とが近接してなり、セラミック製品の脱脂工程を含む熱処理に用いられるバッチ式熱処理炉において、
上記テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁との隙間に、複数の上向きのガス吹き出し穴を有する環状のガス導入管を配置し、上記ガス吹き出し穴から炉内雰囲気ガスと同種のガスを上方へ吹き出すことを特徴とするバッチ式熱処理炉。
【請求項２】
炉体の内部にヒータを配置し、炉体の底部に被処理物を載置するための昇降可能なテーブルを配置し、テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁とが近接し、かつテーブル上面と炉体の底部上面とが面一状とされ、セラミック製品の脱脂工程を含む熱処理に用いられるバッチ式熱処理炉において、
上記テーブルの上面または炉体の底部上面に、内向きまたは外向きの複数のガス吹き出し穴を有する環状のガス導入管を配置し、上記ガス吹き出し穴から炉内雰囲気ガスと同種のガスを、テーブルの上面および炉体の底部上面に沿って吹き出すことを特徴とするバッチ式熱処理炉。
【請求項３】
上記ガス導入管は炉体の底部上面に配置され、ガス吹き出し穴は内向きに形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバッチ式熱処理炉。
【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脱脂または焼成処理するのに適したバッチ式熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒形の炉体の内部に加熱室を形成し、加熱室内に金属質などのヒータを配置するとともに、ファンで炉内ガスを循環・加熱することにより、被処理物を熱処理するようにしたバッチ式熱処理炉が提案されている（特公平６−８４８６８号公報）。上記炉体の底部には昇降可能な回転テーブルが配置され、このテーブル上にセラミック製品を収納した匣を載置し、テーブルを回転させながら脱脂などの熱処理を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなバッチ式熱処理炉を用いてセラミック製品を熱処理する場合、脱脂時に発生する有機バインダー分解ガスが問題となる。バインダー分解ガスは空気より重たいので、炉体内の下部へ溜まる。テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁との間には狭い隙間が存在するが、この隙間の温度は炉内温度より低く、下部へ行く程バインダー分解ガスは液化または固化してタール状に蓄積し、悪臭の発生源となっていた。また、脱脂，本焼成を連続して行う場合、炉体やテーブルを構成しているファイバー質の断熱材にバインダー分解ガスが浸透し、浸透したバインダー成分が熱分解等により炭化し、断熱性能の低下、漏電などの不具合が発生する恐れがあった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、テーブルと炉体との隙間等にバインダー成分が蓄積するのを防止できるバッチ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、請求項１に記載の発明は、炉体の内部にヒータを配置し、炉体の底部に被処理物を載置するための昇降可能なテーブルを配置し、テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁とが近接してなり、セラミック製品の脱脂工程を含む熱処理に用いられるバッチ式熱処理炉において、上記テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁との隙間に、複数の上向きのガス吹き出し穴を有する環状のガス導入管を配置し、上記ガス吹き出し穴から炉内雰囲気ガスと同種のガスを上方へ吹き出すことを特徴とするものである。
【０００６】
加熱室内部で発生したバインダー分解ガスは下方に流れ、テーブルと炉体との隙間に流れ込もうとする。しかし、この隙間に配置されたガス導入管から上方に向かって炉内雰囲気ガスと同種のガスを吹き出すようにしたので、このガス流がガスカーテンとなって隙間へのバインダー分解ガスの流入を阻止し、隙間にバインダー成分が蓄積するのを防止できる。また、加熱室の内側壁付近のバインダー分解ガスが流入ガスの流れによって攪拌されることから、バインダー成分が炉体やテーブルの断熱材に付着，浸透するのを抑制できる。
【０００７】
ガス導入管は加熱室に面する隙間に配置されることから、ガス導入管が予熱され、ガス導入管から吹き出されたガスによって炉内温度が急激に低下するのを防止できる。導入されるガスは炉内雰囲気ガスと同種のガスであるから、炉内雰囲気を乱す恐れがない。なお、脱脂工程と本焼成工程を連続的に行うバッチ式熱処理炉の場合、上記ガスの導入は脱脂工程のみであり、本焼成工程ではガスの導入を停止すればよい。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、炉体の内部にヒータを配置し、炉体の底部に被処理物を載置するための昇降可能なテーブルを配置し、テーブルの外側壁と炉体の底部内側壁とが近接し、かつテーブル上面と炉体の底部上面とが面一状とされ、セラミック製品の脱脂工程を含む熱処理に用いられるバッチ式熱処理炉において、上記テーブルの上面または炉体の底部上面に、内向きまたは外向きの複数のガス吹き出し穴を有する環状のガス導入管を配置し、上記ガス吹き出し穴から炉内雰囲気ガスと同種のガスを、テーブルの上面および炉体の底部上面に沿って吹き出すことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明では、ガス導入管から内向きあるいは外向きに炉内雰囲気ガスと同種のガスを吹き出すようにしたので、このガスがテーブルの上面および炉体の底部上面に沿って延びるガスカーテンを形成し、隙間へのバインダー分解ガスの流入を遮断する。この場合には、ガス導入管をテーブルと炉体との隙間に配置する必要がないので、炉体とテーブルとの隙間が非常に狭い場合であっても、ガス導入管を簡単に設置できる。また、ガス導入管が加熱室内に配置されることから、ガスがより高温に予熱され、炉内雰囲気温度の低下を抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明において、ガス導入管を炉体の底部上面に配置し、ガス吹き出し穴を内向きに形成するのが望ましい。この場合には、ガスがテーブルの中心方向に向かって流れ、隙間へのバインダー分解ガスの流入を阻止できる。また、ガス導入管が炉体の底部上面に配置されるので、テーブルの昇降時にガス導入管との干渉を防止できるとともに、スペース上の制約が少なく、配置の自由度が高いという利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明にかかるバッチ式熱処理炉の第１実施例を示し、この実施例ではセラミック成形体の脱脂工程に用いられる熱処理炉を示す。
この熱処理炉は、底部が開口した円筒形の炉体１を備えており、炉体１はセラミック系レンガやファイバー等の断熱材で形成されている。炉体１の内部には加熱室２を構成する金属製の隔壁部材３が配置されており、隔壁部材３の上板と炉体１の頂部との隙間にはヒータ４が配置されている。また、炉体１の頂部にはモータ５によって駆動されるファン６と、雰囲気ガスを炉内に供給するためのガス供給管７とが配置されており、ファン６を駆動することで、隔壁部材３の連通穴３ａ，３ｂを通して図１矢印方向に循環ガス流を発生させ、炉内の雰囲気ガスを加熱するようになっている。炉体１の頂部には、炉内のガスを排気するための排気ダクト８が取り付けられており、この排気ダクト８は図示しない排ガス処理装置に接続されている。
【００１２】
炉体１の底部開口には、炉体１と同様の断熱材で形成された円盤形のテーブル１０が配置されている。テーブル１０の上部には、セラミック成形体などの被処理物を収容した匣Ｗを支持するためのセラミック製支持板１１が、テーブル１０の上面より若干浮かせた状態で水平に固定されている。テーブル１０の下面中央にはモータ１２の回転軸１３が連結されており、モータ１２の取付板１４は油圧シリンダなどの昇降装置（図示せず）によって昇降駆動される。したがって、テーブル１０は、モータ１２によって回転駆動されるとともに、昇降装置によって上下に昇降駆動される。なお、テーブル１０を回転させるのは、循環ガス流によって被処理物を均等に加熱するとともに、被処理物が雰囲気ガスと均等に触れるようにするためである。
【００１３】
炉体１の外周壁の下端には円筒状シール板１５が固定されており、このシール板１５の下端と上記取付板１４との間にはシリコンゴムなどの耐熱性シール材１６が配置され、雰囲気ガスや熱などが外部へ漏れ出るのを防止している。
【００１４】
炉体１の底部１ａ上面は、バインダー分解ガスによるタールの蓄積の抑制を目的として、ステンレスやインコネルなどの耐熱性金属よりなる炉床板１７で覆われている。テーブル１０の中央部１０ａは周辺部より一段高く形成されており、この中央部１０ａの外側壁と炉体１の底部１ａの内側壁とが近接し、かつ中央部１０ａの上面と底部１ａ上面とがほぼ面一状となっている。テーブル１０の中央部１０ａ外側壁と炉体１の底部１ａ内側壁との隙間２０には、ガス導入管２１が配置されている。ガス導入管２１はステンレスやインコネルなどの耐熱性金属で形成され、上記隙間２０内に配置された環状部２１ａと、この環状部２１ａと接続された配管部２１ｂとを有している。環状部２１ａには、図２に示すように多数の上向きのガス吹き出し穴２２が一定ピッチ間隔で形成されており、固定金具２３によって炉体１の底部１ａ内側壁に固定されている。配管部２１ｂの他端は炉内雰囲気ガスと同一ガスを供給するガス供給源（図示せず）と接続されており、配管部２１ｂの途中に取り付けられた流量計２４によってガス供給量を検出し、適正な流量に制御している。
【００１５】
次に、上記構成からなる熱処理炉の動作を説明する。
まず、テーブル１０を昇降装置によって降下させ、テーブル１０上に匣Ｗを複数個積み重ねて載置した後、テーブル１０を上昇させて匣Ｗを加熱室２内に収容する。次に、モータ１２によってテーブル１０を一方向に回転させ、ヒータ４およびファン６を駆動して炉内に循環ガス流を発生させ、加熱室２内の匣Ｗに収容されたセラミック成形体を脱脂処理する。そして、ガス供給管７およびガス導入管２１から雰囲気ガスを加熱室２に供給し、脱脂処理を行う。この脱脂工程において、被処理物であるセラミック成形体から発生した有機バインダーの分解ガスは、排気ダクト８から排気される一方で、雰囲気ガスより重いので、その一部が炉体１の底部１ａやテーブル１０上に溜まり、さらに炉体１とテーブル１０との隙間２０に流れ込もうとする。ところが、炉体１とテーブル１０との隙間２０に配置されたガス導入管２１から上方に向かって雰囲気ガスが吹き出されるので、テーブル１０と炉体１との隙間２０に流れ込んでくるバインダー分解ガスがタール化する前に炉内に押し上げ、隙間２０に付着するのを確実に阻止できる。しかも、このガスは、炉体１の内壁付近やテーブル１０の周囲に気流を発生させるので、炉体１やテーブル１０の断熱材の中にバインダー分解ガスが浸透するのも抑制できる。
【００１６】
脱脂後、テーブル１０を降下させ、匣Ｗをテーブル１０から取り出して次の本焼成炉に運び、本焼成を実施してもよいが、本発明ではテーブル１０に付着するタール分が少ないので、匣Ｗを載せたテーブル１０を本焼成炉へ搬送し、そのままテーブル１０を本焼成に共用することが可能である。
【００１７】
なお、炉体１の底部１ａの上面には、多少のタールが蓄積することがあるが、底部１ａの上面は炉床板１７で覆われているので、タールを簡単に除去することができる。
【００１８】
また、ガス導入管２１は加熱室２内部に挿入されているので、吹き出し穴２２から吹き出されるガスは予熱され、匣Ｗやその周辺部を急激に冷やすことがない。なお、予熱効果を高めるため、配管部２１ｂを炉体１の底部１ａ上で周回させた後、環状部２１ａと接続してもよい。
【００１９】
上記構造の熱処理炉を用いてセラミックス成形体の仮焼を行い、タール分の付着量について比較実験を行った。次表において、実験例１はガス導入管を有しない熱処理炉を用いた実験結果、実験例２はガス導入管２１を有する熱処理炉を用いた実験結果である。
実験の具体的方法は以下の通りである。まず、温度プロファイルを同一とした。そして、テーブル１０の段差部１０ｂ（図１参照）の上に８枚の試験片を置き、各試験片にタール分を吸収させ、その試験片の単位重量当たりのタール重量の平均値を求めた。また、実験例１ではガス供給管７からのガス投入量を炉内６N ｍ3 ／ｈとし、実験例２では、ガス供給管７からのガス投入量を６N ｍ3 ／ｈ、ガス導入管２１からのガス投入量を６N ｍ3 ／ｈとした。実験例２ではガス導入管２１にφ１．０ｍｍのガス吹き出し穴を１０ｃｍ間隔で、合計９８個設けた。なお、ガス導入管２１からガスを投入することにより、炉内圧が変わるので、実験例２の炉内圧は実験例１と同じ圧（約６ｍｍＨ2 Ｏ）となるように、仮焼前に調整しておいた。
【００２０】
【表１】
0003921716.tif 000002
上表から明らかなように、本発明のタール付着量は従来に比べて約１／５に削減されたことがわかる。
【００２１】
図３，図４は本発明にかかる熱処理炉の第２実施例を示す。この実施例の中で、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。
ガス導入管３０は、環状部３０ａと配管部３０ｂとを備えており、環状部３０ａはテーブル１０の外径より大径であり、炉体１の底部１ａの上面に図示しない固定金具で固定されている。環状部３０ａには、図４に示すように内向きのガス吹き出し穴３１が一定ピッチ間隔で多数個形成されており、これら穴３１から吹き出された雰囲気ガスはテーブル１０の上面および炉体１の底部１ａ上面に沿って流れる。そのため、テーブル１０と炉体１との隙間に流れ込んでくるバインダー分解ガスをガスカーテンによって遮蔽し、タールが隙間に蓄積するのを確実に阻止できる。
第２実施例について、発明者らが、第１実施例と同様の実験を行った結果、タール付着量を従来に比べて約１／５に削減できた。
【００２２】
この実施例の場合には、ガス導入管３０を炉体１とテーブル１０の隙間に配置する必要がないので、スペース上の制約が少なく、配置の自由度が高い。特に、炉体１とテーブル１０との隙間が非常に狭い場合であっても、ガス導入管３０を簡単に設置できるという利点がある。また、ガス導入管３０から吹き出されたガスが匣Ｗを支持した支持板１１の下方を流れるので、匣Ｗに直接触れず、吹き出されたガスの温度が炉内温度より低くても、匣Ｗの温度を低下させる恐れが少ない。また、ガス導入管３０が炉体１の底部１ａ上面に配置されているので、テーブル１０の昇降時にガス導入管３０との干渉を防止できる。
また、環状部３０ａが加熱室２内に位置しているので、予熱効果が高い。ただし、予熱効果をさらに高めるため、配管部３０ｂを炉体１の底部１ａ上で周回させた後、環状部３０ａと接続してもよい。
【００２３】
第２実施例では、ガス導入管３０の環状部３０ａをテーブル１０の外径より大きくし、環状部３０ａを炉体１の底部上面に固定したが、ガス導入管の環状部をテーブルの外径より小さくし、かつテーブル上に配置してもよい。ただし、この場合には、テーブルの昇降時にガス導入管が連動しないように、環状部を炉体１に支持するのが望ましい。この場合には、ガス導入管に外向きの吹き出し穴を設け、吹き出し穴から吹き出されたガスがテーブル上面および炉体の底部上面に沿って流れるようにすれば、第２実施例と同様の効果を発揮できる。
【００２４】
上記２つの実施例の熱処理炉は脱脂専用であるが、脱脂と本焼成とを連続的に行う炉にも適用できる。この場合には、ガス供給管およびガス導入管からの雰囲気ガスの供給を停止し、ヒータの温度を上げて被測定物を本焼成すればよい。この時、加熱室内に残留したバインダー成分は完全に熱分解されるが、テーブルと炉体との隙間や炉体の内壁などに付着するバインダー成分の付着量が少ないので、断熱材の劣化を防止できるとともに、炉体の汚れを抑制できる。
【００２５】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、本発明の炉体形状は円筒形に限らず、多角筒形（箱型）であってもよい。また、テーブルは、回転形のターンテーブルに限らず、昇降のみを行う台であってもよい。したがって、テーブルの形状は円盤形状に限らない。また、テーブルの外周部に段差を有する場合に限らず、円筒形テーブルでも構わない。
【００２６】
本発明におけるガス導入管は、環状部と配管部とを有するものに限らず、炉体とテーブルとの隙間にバインダー分解ガスが流れ込むのを阻止するよう、均等にガスを吹き出すことができる構造であれば、如何なる構造であってもよい。
【００２７】
上記実施例では、雰囲気ガスの供給管とガス導入管とを別に設けたが、上記供給管を省略し、ガス導入管で代用することも可能である。但し、ガス導入管はテーブルの周囲にガス流を発生させるものであるため、必ずしも効果的に加熱できない場合がある。そのため、実施例のようにヒータの前にガス供給管を配置すれば、効果的に雰囲気ガスを加熱できる。
【００２８】
本発明の熱処理炉は、実施例のように隔壁部材によって炉内に循環流路を形成し、ファンによって雰囲気ガスを循環させるものに限らず、非循環方式の炉であってもよい。この場合には、スパイラル状、棒状あるいはＵ字状のヒータを炉体に対し同心状に配置したり、横方向に配列するなどして、被処理物を加熱することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、テーブルと炉体との隙間に上向きのガス吹き出し穴を有する環状のガス導入管を配置したので、ガス導入管から吹き出すガスによって、テーブルと炉体との隙間に流れ込んでくるバインダー分解ガスなどがタール化する前に炉内に押し上げることができ、隙間にタールが蓄積するのを確実に阻止できる。
また、請求項２に記載の発明によれば、テーブルの上面または炉体の底部上面に、内向きまたは外向きの複数のガス吹き出し穴を有する環状のガス導入管を配置したので、吹き出されたガスによってテーブルと炉体との隙間に流れ込もうとする分解ガスを遮蔽し、隙間にタールが蓄積するのを防止できる。
さらに、両発明共に、炉体の底部付近に滞留する分解ガスが流入ガスの流れによって攪拌されることから、バインダー成分がテーブルや炉体の断熱材に付着，浸透するのも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバッチ式熱処理炉の第１実施例の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明にかかるバッチ式熱処理炉の第２実施例の断面図である。
【図４】図４のバッチ式熱処理炉のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
１          炉体
２          加熱室
４          ヒータ
６          ファン
１０        テーブル
２０        隙間
２１        ガス導入管
２１ａ      環状部
Ｗ          匣（被処理物）
【図１】
0003921716.tif 000003
【図２】
0003921716.tif 000004
【図３】
0003921716.tif 000005
【図４】
0003921716.tif 000006