JP2003302171A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】熱処理空間内における熱処理の均一性を高める
ことができ、これによって製造効率の向上を図ることの
できる熱処理炉を提供する。 【解決手段】熱処理空間３を有する炉本体２と、熱処理
空間３内の複数箇所に分布配置された雰囲気ガス供給端
部９，１０と、雰囲気ガス供給端部９，１０のそれぞれ
に雰囲気ガスを供給するガス供給部と、熱処理空間３内
における雰囲気ガスの濃度勾配を検出する検出部と、検
出部による該濃度勾配の検出結果に基づいて、熱処理空
間３内の雰囲気ガスが均一な濃度となるようにガス供給
部による雰囲気ガス供給端部９，１０へのガス供給を制
御する制御部と含む熱処理炉。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばセラミッ
クス製品の焼成などに供される熱処理炉に関する。 【０００２】 【従来の技術】セラミックス製品の焼成などに供される
熱処理炉として、従来は、図４（ａ），（ｂ）に示すも
のが知られている。この熱処理炉１は、炉本体２の熱処
理空間３内の匣６に多数のセラミック成形体を上下方向
および内外方向に並べ置き、所定の雰囲気ガスを充填し
た状態で被熱処理物を焼成するものである。その雰囲気
ガスを熱処理空間３内に供給するために、雰囲気ガス供
給源８に接続されたガス供給管９，１０が炉本体２内に
導かれている。ガス供給管９，１０は、熱処理空間３に
おける炉壁２ａ近くと、熱処理空間３の中央箇所近くと
の複数箇所に振り分けられて配置され、それぞれの箇所
において雰囲気ガスを熱処理空間３内に供給する。 【０００３】従来においては、図４（ａ），（ｂ）に示
すように、炉内の外側、内側に設置されているガス供給
管９，１０の本数は同一であり、ガス供給量は外側、内
側で共に等しくなるように設定していた。また、この状
態は固定されており、焼成途中に変更することは原則的
にはできない構造となっている。なお、図４（ａ），
（ｂ）では、各ガス供給管９，１０の不図示のガス供給
口からのセラミック成形体に対する雰囲気ガスの供給の
様子を、これら管９，１０から匣６に向けた矢印で示し
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来の熱処理炉におけ
る問題点は、炉内の外寄り側箇所と、内奥側箇所とにお
いて、雰囲気濃度が異なる分布となることである。被熱
処理物としてコンデンサなどのセラミック成形体等を焼
成する場合、セラミック成形体との反応により雰囲気ガ
スの消費が進む。ところで、雰囲気ガスと反応するセラ
ミック成形体の熱処理空間内における単位容積当たりの
存在量は、熱処理空間における外側寄り箇所と、それよ
りも内側の箇所とにおいて異なっている。すなわち、炉
内に多数のセラミック成形体を配置する場合、外側ほど
その配置するための空間が広くなることから、その熱処
理物の存在量は、外側ほど多くなる。したがって、同一
の供給ガス流量に対するセラミック成形体の存在量は炉
内の外側の方が多く、炉内の外側の方ほど雰囲気ガスの
消費が進むことになる。この結果、図５に示すように、
セラミック成形体を熱処理可能に収めておく治具の一種
である匣内において雰囲気ガスの濃度勾配が生じてい
る。ここで、図５の横軸は熱処理空間内における内外方
向での位置を示し、縦軸は雰囲気ガスの一例としての水
素ガスの濃度を示している。図５に示すように、匣６内
での外寄り箇所においては、雰囲気ガスの濃度が低下
し、これに対して相対的に匣６内での内奥側の濃度が高
くなる。 【０００５】このように濃度勾配が生じている状態で焼
成が進むと、セラミック成形体と雰囲気ガスとの反応が
匣６内の内外方向で不均一となる。この結果、焼結後の
セラミック成形体の形状や特性にばらつきが生じる。こ
の一例を図６に示す。ここで、横軸は熱処理空間内の匣
６における内外方向での位置を示し、縦軸５は被焼成物
としてのチップ状のセラミック成形体の収縮率を示す。
図６に示しているのは、焼結後のセラミック成形体の寸
法を測定した結果であるが、匣６の外寄りにあるセラミ
ック成形体の収縮率が内奥側のワークと比較して低下し
ている。これは、セラミック成形体と反応する雰囲気ガ
ス量が外側で不足し、焼結が進行しなかったためであ
る。したがって、焼成処理が不十分な被熱処理物につい
ては再処理を必要としたり、あるいは不良品として廃棄
しなければならず、製造効率が低いという問題があっ
た。 【０００６】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
において、熱処理空間内における熱処理の均一性を高め
ることができ、これによって製造効率の向上を図ること
のできる熱処理炉を提供することを解決課題としてい
る。 【０００７】 【課題を解決するための部】本発明の請求項１に係る熱
処理炉は、熱処理空間を有する炉本体と、前記熱処理空
間内の複数箇所に分布配置された雰囲気ガス供給端部
と、前記雰囲気ガス供給端部のそれぞれに雰囲気ガスを
供給するガス供給部と、前記熱処理空間内における雰囲
気ガスの濃度勾配を検出する検出部と、前記検出部によ
る該濃度勾配の検出結果に基づいて、前記熱処理空間内
の雰囲気ガスが所定の濃度勾配となるように前記ガス供
給部による前記雰囲気ガス供給端部へのガス供給を制御
する制御部と、を含む熱処理炉において、前記雰囲気ガ
ス供給端部は、前記熱処理空間における外側寄り箇所と
これより内側の内側寄り箇所とに振り分け配置されると
ともに、前記雰囲気ガスの濃度を検出するガスセンサ
を、前記外側寄り箇所と前記内側寄り箇所とにそれぞれ
配設し、前記検出部は、前記ガスセンサで検出されたガ
ス濃度結果に基づいて前記濃度勾配を検出し、前記制御
部は、該濃度勾配の検出結果に基づいて前記外側寄り個
所と前記内側寄り個所とにおいて雰囲気ガスが所定濃度
で均一となるように制御することを特徴とする。 【０００８】請求項１に係る熱処理炉によれば、検出部
によって熱処理空間内における濃度勾配を検出し、その
検出結果に基づいて、制御部は、熱処理空間内が所定の
濃度勾配となるように雰囲気ガスの熱処理炉への供給を
制御するので、熱処理空間内の被熱処理物全体に対して
適切な雰囲気ガスが供給されるようにできる。その結
果、各被熱処理物に対して適正な熱処理が行え、不良品
率を低下させるとともに、製造効率を向上させることに
なる。 【０００９】そして、熱処理炉内に多数個配置された被
焼成物に対して雰囲気ガスを供給するのに、内外方向で
の異なる位置に振り分け配置されたガスセンサを利用し
てガス濃度を検出し、その検出に基づいてガス濃度勾配
を検出し、そのガス濃度勾配の検出結果に基づいて、熱
処理空間内の内外方向で雰囲気ガスの濃度勾配が所定濃
度で均一になるように制御するから、被焼成物の熱処理
品質を均一化できる。 【００１０】なお、検出部の設置と、制御部の構成の変
更を図ることで、既存の雰囲気ガス供給用の配管などに
変更を加えなくても良いので、本発明は既存設備に対し
ても利用できる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態に基づいて説明する。 【００１２】（実施形態）図１から図３に、本発明に係
る熱処理炉の実施形態として、セラミックコンデンサな
どのセラミック成形体を焼成する焼成炉に関することが
図示されている。図１は、縦断面で示す焼成炉と制御部
等を示す概略説明図、図２は、焼成炉の図１のＡ−Ａ線
矢視断面図、図３は、匣に収納されたセラミック成形体
の熱処理炉での処理後の収縮率とセラミック成形体の匣
における位置との関係を従来の場合と本発明の実施形態
の場合とで示すグラフである。 【００１３】図１及び図２において、焼成炉１は、レン
ガなどの断熱材で構成される炉本体２内に熱処理空間と
しての熱処理室３を設けたものである。炉本体２は、天
井部と底部とを有する円筒形状を成している。円柱状の
繰り抜き空間をなす熱処理室３内には、炉床４が図示し
ない駆動装置により中心縦軸心Ｐ周りで回転駆動可能に
設けられている。この炉床４には、被熱処理物としての
不図示のセラミック成形体を焼成可能に収納する治具の
一種の匣体６を取り付けている。この匣体６には、炉内
雰囲気に十分晒される状態で多数のセラミック成形体を
収納しておく上下複数段の棚が設けられているととも
に、その各棚は、径方向つまり熱処理室３の内外方向に
もセラミック成形体を複数個並べ置くことができるよう
に設置幅を確保している。 【００１４】匣６は、炉床４に支持されているととも
に、その外形が円柱状であって、前記中心縦軸心Ｐ近傍
箇所に上下に貫通する貫通部７を設けている。図１に示
すように、雰囲気ガスとして水素ガスと窒素ガスを混合
したガスを熱処理室３内に供給できるようにするため、
炉本体２の外部に設けられている雰囲気ガス供給用の雰
囲気ガス供給源８から炉本体２内にガス供給端部として
の４本のガス供給管９，１０が天井側から下方に向けて
入り込ませた状態となっている。４本のガス供給管９，
１０のうち一対のガス供給管９，９は、匣体６の貫通部
７内に入り込ませている。これらガス供給管９，９は中
心縦軸心Ｐを中心とする同一円周上に位置するように配
置され、その下端部は閉止されている。そして、その両
ガス供給管９，９は、互いの対向する側とは反対側に匣
体６に向けて水素ガスを放出するガス放出口を上下に複
数の所要箇所に設けている。これにより、匣体６の内奥
側から横外方に向けて雰囲気ガスが吐出され、その雰囲
気ガスのうち水素ガスがセラミック成形体に対する焼成
時の反応ガスとなる。特に、両ガス供給管９，９は、匣
体６に収納されているセラミック成形体のうち径方向で
内奥側に位置するものに対して主に雰囲気ガスを供給す
るものとなっている。 【００１５】また、他の一対のガス供給管１０，１０
は、平面視で全ガス供給管９，１０が同一線上に位置す
る状態で、炉本体２の内壁２ａと匣体６側面との間に天
井側から入り込ませている。これらガス供給管１０，１
０は、その下端部は閉止されている。そして、その両ガ
ス供給管１０，１０は、互いの対向する側に向けて水素
ガスを放出するガス放出口を上下に複数の所要箇所に設
けている。これにより、匣体６の内奥側から横外方に向
けて水素ガスが吐出され、その吐出された水素ガスがセ
ラミック成形体に対する雰囲気ガスとなる。特に、両ガ
ス供給管１０，１０は、匣体６に収納されているセラミ
ック成形体のうち径方向で外側に位置するものに対して
主に雰囲気ガスを供給するものとなっている。 【００１６】さらに、図１に示すように、両ガス供給管
９，９の横脇箇所に水素ガス濃度を検出する第１のガス
センサ１１を設けている。また、水素ガス濃度を検出す
る第２のガスセンサ１２を、中心縦軸心Ｐからガスセン
サ１１位置を通る仮想直線上で炉本体２の内壁２ａと匣
体６側面との間に位置させて設けている。これらガスセ
ンサ１１，１２は、それぞれ炉内に挿入された水素濃度
サンプリング用チューブに挿入されており、水素濃度を
常時測定している。なおガスセンサ１１，１２について
は図２にのみ示している。なお、焼成炉１には加熱部と
してのヒータを備えているが、図１では図示を省略して
いる。 【００１７】両ガスセンサ１１，１２で検出された水素
ガス濃度信号は、雰囲気ガス測定部１６に入力される。
雰囲気ガス測定部１６は、マイコンを備えており、入力
されたそれぞれの水素ガス濃度信号に基づいて、熱処理
室３内での雰囲気ガス中の水素濃度の内外方向での濃度
勾配を演算処理して求める。ここで、両ガスセンサ１
１，１２および雰囲気ガス測定部１６は、熱処理室３内
における内外方向での雰囲気ガス濃度勾配を検出する検
出部を構成している。そして、雰囲気ガス測定部１６で
の演算処理で求められた濃度勾配情報は、制御部１３に
入力される。制御部１３はマイコンを備えており、入力
されたそれぞれの水素ガス濃度信号に基づいて、各ガス
供給管９，１０への雰囲気ガスの供給を制御する。な
お、制御部１３のマイコンと雰囲気ガス測定部１６のマ
イコンとを共通のものとしても良い。 【００１８】ガス供給源８では、水素ガスと窒素ガスを
混合した雰囲気ガス（ガス組成は、水素の含有割合が体
積比において水素／窒素×１００＝３％程度の希釈ガス
である）を生成する。この雰囲気ガスは、一対のガス供
給管９，９に対して、単位時間当たりの供給流量を制御
する第１のマスフローコントローラ１４を介して供給さ
れる。また、この雰囲気ガスは、一対のガス供給管１
０，１０に対して、単位時間当たりの供給流量を制御す
る第１のマスフローコントローラ１５を介して供給され
る。この制御は制御手段１３からの制御信号により行わ
れる。ここで、ガス供給源８およびマスフローコントロ
ーラ１４，１５は、雰囲気ガスをガス供給管９，１０へ
供給するガス供給部を構成するものである。 【００１９】雰囲気ガス供給に関する制御について説明
する。制御部１３では、雰囲気ガス測定部１６で得られ
た水素ガスの濃度勾配情報に基づいて、熱処理室３の外
側寄り箇所と熱処理室３の中央箇所とにおいて水素ガス
の濃度勾配が生じないように、すなわちその水素ガス濃
度が焼成に最適な所定値で熱処理室３内で均一となるよ
うに、内奥側、外寄り側のガス供給管９，１０へ供給さ
れるガス流量がそれぞれ決定される。この決定されたガ
ス流量に基づいて各マスフローコントローラ１４，１５
をフィードバック制御する。 【００２０】このフィードバック制御により熱処理室３
内において内外方向で水素ガス濃度が所定値に均一に維
持されることになり、焼成炉１で焼成されたセラミック
成形体は、その外観寸法の収縮率が熱処理室３内の内外
それぞれの箇所からサンプルとして測定した結果、ほと
んどばらつきがないものとなった。 【００２１】このように、熱処理室３内における内奥
側、外寄り側のガス供給量のバランス調整をして焼成し
たセラミックチップの外観寸法の分布（収縮率）を、バ
ランス調整無しで焼成した従来の場合と比較して、図３
に示す。この図３において、横軸は熱処理空間内の匣に
おける内外方向での位置を示し、縦軸は被焼成物として
のチップ状のセラミック成形体の収縮率を示す。従来の
場合の分布を細線で示し、本実施形態の場合の分布を太
線で示す。 【００２２】図３に示すように、バランス調整無しで焼
成した場合、焼成室内の内奥側、外寄り側で収縮率に差
が生じている。すなわち、焼成室外寄り側での収縮率が
低下している。これに対し、本発明の実施形態のように
ガス流量バランス調整を行なった場合には、焼成室内で
ほぼ均一なチップ収縮率を示す。 【００２３】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
でなく、たとえば以下に示すような変形例や応用例が考
えられる。 【００２４】（１）上記実施形態の場合、卑金属内部電
極を用いたセラミック電子部品を焼成するための構成で
あるが、焼成物によっては、雰囲気ガスの種類が異なる
ので、水素濃度計に変えて、酸素濃度計、ＣＯ₂濃度計
など、各種の汎用計測器を用いることができる。 【００２５】（２）上記実施形態の場合、雰囲気ガスの
濃度調整として、雰囲気ガスの単位時間あたりの供給流
量を制御するものを示したが、たとえば雰囲気ガス中に
含まれる水素ガスと窒素ガスとの混合比率を変更する制
御を行って、濃度調整した雰囲気ガスを供給するように
してもよい。 【００２６】（３）上記実施形態の場合、熱処理炉の熱
処理空間内における内外方向での濃度勾配を制御するも
のを示したが、たとえば熱処理空間内の上下方向での濃
度勾配の制御を行うものでもよい。 【００２７】（４）上記実施形態では、熱処理炉の一例
として焼成炉を示したが、本発明は、これに限定される
ものではない。 【００２８】（５）上記実施形態では、自動制御により
雰囲気ガス供給の制御を行うものを示したが、このよう
に自動制御できるのみならず、必要に応じて、雰囲気ガ
ス供給量の調整を人為操作でも行えるようにしても良
い。例えば、前記雰囲気ガスセンサの検出結果による雰
囲気ガスの濃度勾配を表示装置で表示し、その表示装置
の表示内容に基づいて、熱処理空間内の各雰囲気ガス供
給端部に対する雰囲気ガス供給量の調整をバルブ等の人
手操作により雰囲気ガスの供給流量の調整を行ってもよ
い。 【００２９】（６）上記実施形態では、熱処理空間とし
ての熱処理室内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給
端部としてのガス供給管を４本設けたものを示したが、
このガス供給管の数などはこれに限定されるものではな
い。 【００３０】 【発明の効果】本発明によれば、検出部によって熱処理
空間内における濃度勾配を検出し、その検出結果に基づ
いて、制御部は、熱処理空間内が所定濃度で均一となる
ように雰囲気ガスの熱処理炉への供給を制御するので、
熱処理空間内の被熱処理物全体に対して適切な雰囲気ガ
スが供給されるようにできる。その結果、各被熱処理物
に対して適正な熱処理が行え、不良品率を低下させると
ともに、製造効率を向上させることになる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の実施形態に係る熱処理炉を示す概略
説明図であって、縦断面で示す焼成炉と制御部等を示す
概略説明図 【図２】 焼成炉の図１のＡ−Ａ線矢視断面図 【図３】 匣に収納されたセラミック成形体の熱処理炉
での処理後の収縮率とセラミック成形体の匣における位
置との関係を従来の場合と本発明の実施形態の場合とで
示すグラフ 【図４】 従来の熱処理炉を示す概略説明図であって、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢
視断面図 【図５】 従来において、熱処理室内における内外方向
での水素濃度の分布状態を示すグラフ 【図６】 従来において、匣に収納されたセラミック成
形体の熱処理炉での処理後の収縮率とセラミック成形体
の匣における位置との関係を示すグラフ 【符号の説明】 １ 焼成炉（熱処理炉） ２ 炉本体 ３ 熱処理室（熱処理空間） ８ ガス供給源 ９，１０ ガス供給管（雰囲気ガス供給端部） １１，１２ ガスセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋本 茂 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 4K063 AA06 BA04 CA03 DA26 DA34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 熱処理空間を有する炉本体と、 前記熱処理空間内の複数箇所に分布配置された雰囲気ガ
   ス供給端部と、 前記雰囲気ガス供給端部のそれぞれに雰囲気ガスを供給
   するガス供給部と、 前記熱処理空間内における雰囲気ガスの濃度勾配を検出
   する検出部と、 前記検出部による該濃度勾配の検出結果に基づいて、前
   記熱処理空間内の雰囲気ガスが所定の濃度勾配となるよ
   うに前記ガス供給部による前記雰囲気ガス供給端部への
   ガス供給を制御する制御部と、 を含む熱処理炉において、 前記雰囲気ガス供給端部は、前記熱処理空間における外
   側寄り箇所とこれより内側の内側寄り箇所とに振り分け
   配置されるとともに、前記雰囲気ガスの濃度を検出する
   ガスセンサを、前記外側寄り箇所と前記内側寄り箇所と
   にそれぞれ配設し、前記検出部は、前記ガスセンサで検
   出されたガス濃度結果に基づいて前記濃度勾配を検出
   し、前記制御部は、該濃度勾配の検出結果に基づいて前
   記外側寄り個所と前記内側寄り個所とにおいて雰囲気ガ
   スが所定濃度で均一となるように制御することを特徴と
   する熱処理炉。