JP2005077001A - バッチ式熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内の温度及び雰囲気の均一性を平面的かつ上下方向共に向上させ、高品質の積層セラミック部品等の多品種少量生産に適したバッチ式セラミック熱処理装置を提供する。
【解決手段】内部に被熱処理物９を熱処理するための閉じた略円筒型の熱処理空間を有し、炉体の底部に設けた円形開口１４に炉床が嵌合して回転し、炉床上に載置された被熱処理物が熱処理空間内で回転しつつ熱処理されるバッチ式熱処理装置であって、前記炉床は、円形開口の中心を通る軸５の周りを回転する円板状の主炉床４と、主炉床の回転軸を中心とする同心円上に等間隔に配置されて設けられた複数の挿通孔内に回転自在に嵌合され、被熱処理物を載置する複数の小型円板状の副炉床６とから構成され、副炉床は自転するとともに主炉床と共に公転し、上部１、中間部２及び下部ヒーター３群の個別の温度制御により副炉床上の被熱処理物が自公転しながら熱処理される。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として、積層セラミックコンデンサやセラミック圧電素子、セラミック抵抗など小型積層セラミック電子部品等の積層セラミック部品の脱脂、仮焼及び焼成等の熱処理を含む製造工程に用いるバッチ式の熱処理装置に関する。

近年、積層セラミック電子部品など積層セラミック部品の特性上の要求が厳しくなってきており、特に、特性の均一性が強く求められるようになってきた。従って、各製造工程の処理条件の安定と均一化が必要であり、熱処理装置においては、温度、雰囲気等の高精度制御が求められている。

セラミック電子部品の製造における熱処理工程には、通常、被熱処理物を台板上に載せるか、あるいは搬送ベルトに載せる等してトンネル状の炉体を通過させる連続炉、又は被熱処理物をバッチ毎に熱処理するバッチ炉が使用される。一般に、少量品種大量生産に対しては、連続炉の方が生産効率がよく有利である。しかし、近年、様々な特性の多様なセラミック電子部品が必要となり、その生産形態は多品種少量生産の傾向が強いことから、熱処理装置としては熱処理条件の変更が容易なバッチ炉が使用される場合が増えている。

セラミック電子部品の生産に用いる一般的なバッチ炉は、棒状のヒーターを略四角形の炉の内壁に沿って上下方向に並べて配置するか、あるいは、井桁状に水平に配置して加熱する構造になっている。従って、平面的には、ヒーターから遠い炉の中心部の方が、周辺部より温度が低く温度追従性も悪い。また、上下方向では、加熱された雰囲気ガスの対流により、下部の方が上部より低いという温度の不均一性を有している。
被熱処理物が電子部品のように小型の場合には、被熱処理物は匣又は棚板の上に並べられ、これら匣又は棚板を段積みして、多数の被熱処理物を同時にバッチ処理するが、前述したような従来のバッチ炉では、被熱処理物の炉内での位置が固定しているため、炉内の温度の不均一性が、そのまま被熱処理物の熱処理温度不均一と熱履歴に起因する特性バラツキとなる。また、卑金属積層コンデンサーなど精密な炉内雰囲気制御を必要とする場合などには、炉内の雰囲気の不均一性に起因する特性バラツキも誘発する。そのために、１バッチで大量の被熱処理物を処理しようとすれば、品質の不均一を招き、品質の不均一性を小さくしようとすれば、被熱処理物の積載領域が限定されて生産性が落ちるという問題点が生じている。

上記問題点を解決するには、炉内温度と雰囲気の平面的な均一性と上下方向の均一性とを共に確保する必要がある。平面的な均一性の確保に関しては、炉内で被熱処理物を平面的に移動させて位置依存性を小さくする方法が知られている。このようにすれば、炉内に温度、雰囲気等の不均一性があっても、被熱処理物の受ける熱履歴としては均一化され、特性バラツキも小さくなる。例えば、円形の回転できる炉床を有し、この炉床に載せられた被熱処理物が、炉体内で回転しながら熱処理される方法がある。
特開平２−２１９９７９号公報

また、略正方形の炉床を正方形に４等分し、それぞれの領域に被熱処理物を積載する四角な回転台を互いに接触しないように回転させて、熱履歴均一性を向上させる方法がある。
特開平４−３０６４８５号公報

また、被熱処理物が自公転するバッチ炉としては、回転する円形の炉床の回転中心から離れた位置に炉床を貫通するシャフトを備えており、このシャフトは歯車を介して炉床の回転軸に接続されて炉床が回転すると共にシャフトも回転し、被熱処理物は、シャフトに接続された積載台に載せられ、自公転しながら熱処理されるものがある。
特開昭６３−５４５８７号公報

一方、上下方向温度の均一性を向上させるためには、発熱部が長さ方向に異なるＵ字型ヒーターを用い、炉体の上部に発熱部を有するヒーター、炉体の中央部に発熱部を有するヒーター、炉体の下部に発熱部を有するヒーターを順に配置し、炉体の上下方向の温度が均一になるように上部、中央部、下部に発熱部を有するヒーター群をそれぞれ制御する方法がある。
特開平５−１４１８７５号公報

また、雰囲気の均一化については、セラミック グリーンシートの脱脂工程（バインダー飛ばし）等、大量のガスを導入、排出しなければならない用途には特殊な構造の炉体が提案されているが、一般には、被熱処理物を炉内を移動させることにより、温度と共に雰囲気も均一化されると期待されている。特に、積極的に雰囲気の均一化を計る目的で、回転する炉床に載置された被熱処理物の上に雰囲気攪拌用の羽根の付いた治具を載せ、炉床の回転によって羽根も回転し、炉内ガスを攪拌する技術が開示されている。
特開平５−１７２４７１号公報

特許文献１の方法では、円形の炉床の直径方向の不均一性は解消されない。
特許文献２の方法では、回転台の回転する領域においては均一化されるが、炉全体の均一化がされないという問題点がある。
特許文献３の方法では、被熱処理物が自公転しながら熱処理されるので、平面的な熱処理条件の均一性は向上する。しかし、シャフトに支持された回転台に被熱処理物を載置するため、被熱処理物を均一に載置しないとシャフトが傾き、被熱処理物が回転台から落下する等の問題点があり、被熱処理物を重量の大きい匣に入れ多段積みして処理するセラミック製品の熱処理工程等には適さない。また、炉中心部にもヒーターを有するため複被熱処理物の積載領域が狭なっている。
また、上記いずれの方法とも、平面的な熱履歴の均一性の向上を目的としたもので、上下方向の均一性は考慮されていない。

一方、特許文献４の方法では、上下方向の温度の均一性が向上しても、炉内全体の均一性が向上しないことは言うまでもない。さらに、炉中心部に発熱源を有するため設備構造上の複雑化とコストアップをもたらすと共に、被熱処理物の積載領域を狭くしている。
また、特許文献５の方法では、羽根によって炉内雰囲気ガスを攪拌しても、ガスの流れが被熱処理物自体に遮られて、十分な攪拌効果が得られない。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、被熱処理物の熱履歴の載置位置依存性を平面的にも上下方向にも共に小さくし、高品質の積層セラミック部品等の多品種少量生産の熱処理にも対応可能なバッチ式セラミック熱処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明のバッチ式セラミック熱処理装置は、内部で被熱処理物を熱処理するために、内面が断熱材で形成された炉体と、該炉体の底部に設けた円形開口に回転可能に嵌合した炉床とで、ほぼ円筒型の熱処理空間（以後、炉室と呼ぶ）を構成し、炉床上に載置された被熱処理物が前記熱処理空間内で回転しつつ熱処理されるバッチ式熱処理装置であって、
前記炉床は、前記円形開口の中心を通る軸の周りを回転する円板状の主炉床と、
前記主炉床の回転軸を中心とする同心円上に等間隔に配置されて穿設された複数の挿通孔内に回転自在に嵌合され、前記被熱処理物を載置する複数の小型円板状の副炉床とから構成され、
また、前記副炉床上の被熱処理物が自公転しながら熱処理されるように、前記副炉床を自転するとともに前記主炉床と共に公転する駆動手段を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のバッチ式熱処理装置であって、前記副炉床を自転するために、前記駆動手段は、前記主炉床の回転駆動力を、伝動機構を介して前記副炉床の回転軸に伝達される構成になっていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のバッチ式熱処理装置であって、前記副炉床上には、前記被熱処理物を載置するための、複数段積み上げられた耐熱金属又はセラミック製の匣あるいは棚板が装備され、前記炉体には、前記熱処理空間を加熱する加熱源と前記熱処理空間に雰囲気ガスを導入するガス導入管とが装備されており、前記匣あるいは棚板上に載置された被熱処理物は、前記加熱源とガス導入管により得られる所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルによって熱処理されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載のバッチ式熱処理装置であって、前記加熱源は、
前記段積みされた匣あるいは棚板と前記略円筒型の熱処理空間を有する炉体の胴部内壁断熱材との間で、同心円状に懸垂固定され、又は側壁に固定される複数のヒーターからなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載のバッチ式熱処理装置であって、 前記複数のヒーターは、炉体の上部を加熱する上部ヒーター群と、炉体の中間部を加熱する中間部ヒーター群と、炉体の下部を加熱する下部ヒーター群とからなり、それぞれのヒーター群を、独立して温度制御する温度制御手段を装備しており、これにより、前記所望の温度プロファイルが得られようにしたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３に記載のバッチ式熱処理装置であって、前記ガス導入管は、炉外から炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管に、前記水平管の先端部にガスヘッダーを設け、又は、前記水平管の先端部に接続されると共に前記内壁面に沿って垂直方向に延びる管状のガスヘッダーを設けたもので、前記ガスヘッダーは、炉内方向に向けて開口された複数のガス噴出孔又はスリット状のガス噴出孔を有することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５に記載のバッチ式熱処理装置であって、前記ガス導入管は、炉外から炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管と、前記水平管の先端部にガスヘッダーを設け、又は、前記水平管の先端部に接続されると共に前記内壁面に沿って垂直方向に延びる管状のガスヘッダーを設けたもので、前記ガスヘッダーは、炉内方向に向けて開口された複数のガス噴出孔又はスリット状のガス噴出孔を有し、前記ガス噴出孔が、前記上部ヒーター、中間部ヒーター、下部ヒーターのそれぞれと炉内壁面との間に位置するように配設されていて、ガス噴出孔からの雰囲気ガスが加熱されながら前記熱処理空間に分散されるようにしたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３のいずれかに記載のバッチ式熱処理装置であって、前記炉床は、前記炉体下部の円形開口に対して相対的に上下方向に移動自在に構成され、前記被熱処理物を載置又は取出しする時には、前記炉体内が冷却された状態で円形開口から下降して前記被熱処理物の積載又は取出しを可能にし、前記被熱処理物の熱処理実施時には、被熱処理物を載置した状態で上昇して前記炉体内を密閉することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、被熱処理物が副炉床上に載置されて前記主炉床により炉内を公転しながら自転するため、炉内全体の温度分布に、ある程度ばらつきがあっても、自公転によって副炉床上の被熱処理物自体は、温度の位置依存性による不均一性が低減され、例えば炉内温度１２００〜１３００℃に対し、±２℃以内で熱処理したのと実行的に同じ温度履歴が優に達成されるとともに、炉内雰囲気の攪拌と均一化も可能となる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果を有するのに加えて、被熱処理物が載置された副炉床は、前記駆動手段の伝動機構により主炉床の駆動力を伝動されて自転することができるので、炉体内壁部と炉内中心部を繰返し往復して熱処理されることから、副炉床上に載置された被熱処理物の温度分布の均一化と炉内雰囲気の攪拌の均一化とが一層向上する。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記副炉床上に複数段積み上げられた耐熱金属又はセラミック製の匣あるいは棚板の上に載置された被熱処理物は、自公転しながら、前記熱処理空間内に設けられた加熱源および、ガス導入管により前記熱処理空間に導入される雰囲気ガスを調整して所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルによって熱処理することができるので、多様なセラミック部品の熱処理が可能となる。

請求項４の発明によれば、請求項３の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記ヒーターを炉内の側壁のみに同心円状に懸垂固定するか又は炉壁に固定することから従来のような炉内中央部のヒーターを必要とせず、処理量の増大および炉体構造の簡素化と設備コスト低減が可能となる。

請求項５の発明によれば、請求項４の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記上部ヒーター群、中間部ヒーター郡及び下部ヒーター郡のヒーター郡は、温度制御手段により独立して温度制御されるので、炉内上下の温度分布の低減が可能であるとともに、要求される多様なセラミック部品の特性に合せ所望の温度によって一層きめ細かく熱処理することが可能である。

請求項６の発明によれば、請求項３の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記ガス導入管により熱処理空間に導入される雰囲気ガスが、ヘッダーのガス噴出孔から熱処理空間に均一に噴出すようになり、熱処理雰囲気の均一性が向上する。

請求項７の発明によれば、請求項５の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記複数のガス導入管により炉内の上部ヒーター、中間部ヒーター、下部ヒーターの加熱部に導入される雰囲気ガスが、加熱されながら炉内に分散されるので、熱処理雰囲気と温度の均一化が一層促進される。

請求項８の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３のいずれかに記載の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記炉床が炉体下部の円形開口に対して相対的に上下方向に移動自在に構成されていることにより、前記被熱処理物の載置及び取出しを容易に行うことができ、バッチ式のセラミック部品の熱処理操作を効率よく行うことができる。

本発明のバッチ式熱処理装置の実施例について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明のバッチ式熱処理装置の炉床部の平面図、図２は本発明のバッチ式熱処理装置の縦断面図、図３は本発明の一実施例の主炉床の回転駆動力を副炉床に伝動する伝動機構、図４は本発明の一実施例のガス導入管部の説明図、図５は本発明の別の実施例のガス導入管部の説明図、図６は本発明の別の実施例の主炉床の回転駆動力を副炉床に伝動する伝動機構、図７、図８は本発明の別の実施例のガス導入管部の説明図である。
本発明のバッチ式熱処理装置（以下、炉体と略称する）１５は、底部１６ｂに円形の開口部１４を有するとともに略円筒状の胴体部１６ａの頂上を密閉する天井部１６ｃを備えた炉本体１６と、開口部１４に回転自在に嵌合された略円板状の炉床８とから構成される。この開口部１４と炉床８との隙間は、炉床８の回転に支障がなく、かつ、炉内の熱が炉外に漏れるのを最小にするために例えば３〜１０ｍｍに設定される。炉本体１６及び炉床８はいずれも厚さ５０〜２００ｍｍ程度のセラミックファイバー等の断熱材で形成される。炉室の寸法の一例をあげれば、内径は８００ｍｍ、高さ６００ｍｍの円筒型である。炉本体はその外側を炉内の気密性を高めるために炉体金属枠１１で覆われている。さらに、炉本体１６外壁には炉体の熱変形を防止するために、ファン（図示せず）を設置し空冷することが望ましい。

炉床８は、図２に示すように、主炉床４と副炉床６とから構成される。主炉床４は炉床枠２３によって保持される。
主炉床４は略円板状であるが、詳細には図２に示すように断面が凸型で、大小の円板を上下に２つ重ねた形状である。小さい方の円板の直径は炉本体１６の開口部１４に嵌合される寸法である。下部の大きい方の円板は、開口部１４と主炉床の間隙から輻射熱が漏れるのを遮るために設けるもので、その直径は炉床枠２３に収まる寸法であれば特に制限はない。
主炉床の内部には例えば主炉床４と同心円上に中心を有する複数の小型円板状の副炉床６を回転自在に嵌合するための円形断面の挿通孔４ａが複数穿設されている。さらに、主炉床４の底部には副炉床を保持するための副炉床保持板２２が設置される。
主炉床４は駆動手段で回転するが、本実施例では、主炉床４はその中心に固定されて下方に延びる主炉床回転軸５を有しており、この主炉床回転軸５をモーター等の動力源（図示しない）に接続することにより回転する。また、主炉床４は主炉床回転軸５の先端部２０を介して炉床８の下方部に覆設された炉床枠２３に保持される。

副炉床６は主炉床４の挿通孔４ａに回転自在に嵌合され、その中心に固定されて下方に延びる副炉床回転軸７を有している。この副炉床回転軸７に伝動機構１９を介して主炉床回転軸５の回転駆動力が伝動され、これにより副炉床６は回転（自転）する。また、副炉床６は、副炉床回転軸７を介して副炉床保持板２２に保持される。即ち、副炉床６は主炉床４と共に主炉床回転軸５の周りを公転し、かつ、副炉床回転軸７の周りを自転する。主炉床４と副炉床６の隙間も、開口部１４と炉床８の隙間と同様に例えば３〜１０ｍｍに設定される。
本実施例の図１及び２においては、副炉床４は同じ直径で４個配置されている。また、その回転中心は、主炉床の回転中心と中心の一致する同心円上に等間隔に配置されている。主炉床、副炉床の直径の一例を挙げれば、それぞれ、５８０ｍｍ、２３０ｍｍである。
なお、副炉床６の配置は、図１及び２に示した構成以外にも可能であり、また、主炉床４を炉床枠２３に保持する方法、副炉床４を副炉床保持板２２に保持する方法についても、本実施例以外にも、主炉床、副炉床の周辺部をベアリングで回転自在に保持するなど、様々な方法が可能であることは言うまでもない。

本実施例の駆動手段の伝動機構１９は、図３に示すように、主炉床回転軸５、及び副炉床回転軸７にそれぞれプーリー１９ａ、１９ｂを設け、これらを無端ベルト１９ｃにより連系して、主炉床４の回転動力を副炉床６に伝動する構成である。主炉床回転軸５、及び副炉床回転軸７のプーリー１９ａ、１９ｂの径を変えることにより主炉床４及び副炉床６の回転速度比を変えることができる。主炉床４の回転速度は、通常０．５〜３ｒｐｍであり、副炉床６の回転速度は主炉床の１．５〜２倍である。
かような構成によれば、図１にそれぞれ矢印で示すように副炉床６の回転方向１８は全て同方向で、主炉床４の回転方向１７とは逆方向である。これにより、炉内雰囲気の攪拌が促進されることから、副炉床上に載置去れた被熱処理物の温度分布及び炉内雰囲気の均一化が向上する。
また、例えば図６に示すように、プーリー１９ａ、１９ｂを無端ベルト１９ｃで連係する方法を変更することにより、副炉床６の回転方向は全て同じでなく、半数が逆回転するようにすることも可能であり、これによって炉内雰囲気の攪拌効果が高まり炉内雰囲気の均一性が一層向上する。

駆動手段の伝動機構１９としては、本実施例以外にも耐熱ギヤ、タイミングベルト、あるいは、チェーンを用いる等の様々な構成が可能である。例えば、主炉床回転軸５の下端部に取付けられた太陽ギヤ１９ａと副炉床回転軸７の下端部に取付けられた遊星ギヤ７とを噛合せた一種の遊星ギヤ機構などが考えられる。

被熱処理物９は、副炉床６に積載されて熱処理される。積層セラミック部品の焼成などの熱処理等の場合は、通常、被熱処理物９は匣あるいは棚板１３等に並べ、これを多段に段積みして熱処理される。段積みされた匣あるいは棚板１３は、さらに円筒状支柱１３ａに載せても良い。匣あるいは棚板１３の材料はアルミナ質、ムライト質、ニッケル金属等の耐熱性で、被熱処理物９と反応を起こさない材質が選ばれる。
例え炉内に温度の平面的な位置依存性による不均一性があっても、副炉床６が自公転することにより、被熱処理物９が受ける不均一性は、小型円板状の副炉床６の半径の極僅かな不均一性の範囲に抑えられ、従来のバッチ式熱処理炉に比べ遥かに向上する。以上の説明では、温度の均一性について述べたが、雰囲気についても均一性が向上する。

炉内を加熱するヒーター（加熱源）１０は、金属、炭化珪素、モリブデンシリサイト、ランタンクロマイト、ジルコニア等を発熱体とし、棒状、Ｕ字型、スクリュウーＵ字型等発熱部が棒状であり、かつ、電源を供給する端子が棒状の一方向にある形状のものが好ましい。あるいは端子部を炉壁を貫通させる構造とすることも可能である。
本実施例では、Ｕ字型の複数のヒーター１０を炉本体１６の略円筒型の胴体部１６ａの内壁に沿って、炉本体１６の天井部１６ｃから懸垂固定する。複数のヒーター１０は、炉本体１６の上部を加熱する上部ヒーター群、炉本体１６の中間部の高さ部分を加熱する中間部ヒーター群、炉本体１６の下部を加熱する下部ヒーター群からなり、それぞれのヒーター郡を温度制御手段（図示せず）で独立に温度制御することにより、炉内の上下方向の温度の均一性が向上する。なお、炉本体１６の上部、中間部、下部を加熱するヒーター１０は、図１に示すように、それぞれ、ヒーター１０の発熱部が上部、中間部、下部にある上部、中間部、下部ヒーター１、２、３である。本実施例では、図１に示すように、上部、中間部、下部ヒーター１、２、３を順に並べて計１２本配置している。上部、中間部、下部ヒーター１、２、３は発熱部の長さはいずれも同じで、取り付け部（端子部）の長さがそれぞれ異なるものであり、発熱部が所定高さになるような取り付け部長さのものを選ぶ。なお、図２で、下部ヒーター３は、その発熱部のみが上部ヒーター１に重ねて表示してある。
なお、本実施例ではヒーター１０を炉本体１６の天井部１６ｃから懸垂固定しているが、ヒーター１０を胴体部１６ａの側壁に固定してもよい。

被熱処理物９を段積できる有効高さを例えば４００ｍｍとした場合、中間部を加熱する中間部ヒーター２は、発熱部の長さが２００ｍｍのものを用い、その発熱部の中央が被熱処理物９の中央位置に一致するように固定する。上部を加熱する上部ヒーター１及び下部を加熱する下部ヒーター３も発熱部の長さが２００ｍｍのものを用い、その発熱部の中央が、それぞれ被熱処理物９の中央からそれぞれ上方に１５０ｍｍ、下方に１５０ｍｍの位置になるようにする。ヒーターを平面的にどの位置に配置するかは、炉室の寸法、要求される温度精度等に応じて適宜変更可能である。

次に、炉室内の雰囲気の調整について説明する。
図４、５、７及び８は雰囲気ガスを炉内に導入するガス導入管の一実施例及びそれぞれ別の実施例を示し、図４と５、及び図７と８の実施例は後述するようにそれぞれガス噴出孔の形状、構成が異なっている点以外は同一である。
図４の一実施例のガス導入管３１は炉外から炉本体１６の胴部１６ａの炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管３１ａと、内壁面で水平管３１ａに接続され垂直方向に延び、炉内壁面に沿って複数の小孔のガス噴出孔３１ｃを有す管状のガスヘッダー３１ｂとから構成される。雰囲気ガスは炉外から水平管３１ａにより炉室内に導入され、ガスヘッダー３１ｂのガス噴出孔３１ｃから炉室内に分散される。この時、炉室内より温度の低い雰囲気ガスの分散されると、炉室内の温度が低くなってしまうので、雰囲気ガスは加熱して炉室内に分散することが好ましい。本実施例では、図２に示すように、３個のガス導入管、即ち、上部ガス導入管３１、中央部ガス導入管３２、下部ガス導入管３３が、それぞれのガスヘッダー３１ｂ、３２ｂ、３３ｂがそれぞれＵ字型の上部ヒーター１、中間部ヒーター２、下部ヒーター３の加熱部と対向するように配設される。

このような上中下３段式のガス導入管の配置により、雰囲気ガスはガスヘッダー３１ｂ、３２ｂ、３３ｂから炉室に上下方向に均一に分散され、且つガスヘッダーに対向するヒーターで加熱され被熱処理物９に達する。従って、雰囲気、温度の均一性が向上するとともに、個別のガス加熱装置が不要となるので、装置が簡略化されることから経済的及びスペース的にも有利である。
なお、炉室の雰囲気をさらに精密に制御する必要がある場合には、それぞれのガス導入管から導入されるガス組成、流量を個別に制御する。
ガスヘッダー３１ｂ、３２ｂ、３３ｂのガス噴出孔の構成は、図４の実施例では０．５〜３ｍｍφの円形孔３１ｃに形成され、ヘッダー３１ｂの長さ方向に等間隔に配置している。
また、図５の実施例では、ガス噴出孔３１ｄがヘッダーの長さ方向に延びる０．２〜１．０ｍｍ幅の小判型長孔形のスリット状に形成されている。
また、図７、８の実施例のガス導入管は、それぞれ図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、炉外から炉本体１６の胴部１６ａの炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管３１ａの先端部（壁面）が半球状になっており、この半球状の部分がガスヘッダー３１ｂである。
図７の実施例では図７（ｂ）［ガスヘッダー３１ｂを図７（ａ）のＡ方向から見た図］に示すように、ガスヘッダー３１ｂに複数の０．５〜３．０ｍｍφの小孔のガス噴出孔３１ｃが炉体の上下方向に一列に並んで形成されている。
また、図８の実施例では図８（ｂ）［ガスヘッダー３１ｂを図８（ａ）のＢ方向から見た図］に示すように、ガスヘッダー３１ｂに幅０．２〜１．０ｍｍ、長さ６ｍｍ程度のスリット状のガス噴出孔３１ｄがスリットの長手方向が炉体の上下方向に一致するように形成されている。
図５、７及び８のガス導入管を用いる場合にも、前記の如くガスヘッダーが上部ヒーター１、中間部ヒーター２、下部ヒーター３の加熱部と対向するように上中下３段式に炉体に配設するのが好ましい。

また、炉床８及び伝動機構１９の下方部を覆うように設けられた有底円筒形に形成された炉床枠２３の上端部全周には耐熱シール手段２３ａが備えられており、この耐熱シール手段２３ａが炉本体１６の底部１６ｂ下面の炉体枠１１に当接することにより炉内の気密を保持している。
炉室の雰囲気ガスを炉外に排出するガス排出孔（図示せず）は、雰囲気ガスの導入量に応じて排出量が調整できるダンパーを設けて適宜に配置する。

被熱処理物９を炉本体１６内に出し入れする時には、被熱処理物９を載置する炉床８を炉床枠２３と共に炉本体１６に対し相対的に下降させ、炉床８に被熱処理物９を載置、あるいは取出しが可能な十分な空間を確保できる構造とする。例えば、炉床枠２３をスクリュージャッキ（図示せず）などで昇降させることにより炉床８を昇降させることができる。炉床枠２３が上昇した場合には、炉床枠２３と炉本体１６の底部１６ｂ下面の炉体枠１１とは耐熱シール手段２３ａを介して接触し、炉内は気密性が保たれる。
このような構成により、例えば、ニッケル、銅等の卑金属のメタライズ層を有すセラミック部品の焼成工程の場合は、窒素ガスをキャリヤガスとして数ｐｐｍの水を導入し、酸素の分圧を１０^−８〜１０^−１４ａｔｍに抑えた雰囲気を形成することができる。

本発明によるバッチ式熱処理装置は、以上説明し、発明の効果の項においても詳述したように、副炉床上に載置された被熱処理物の自公転による温度分布の均一化と炉内雰囲気の攪拌効果に加えて、上部、中間部及び下部ヒーター群の個別の温度制御及び雰囲気ガスを炉室に均一に分散する上中下３段式のガス導入管により、高精度で均一性の高い所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルの設定が可能である。このため、特に最近の多様な高性能積層セラミック部品等の高精度の熱処理に利用することが可能である。

本発明の一実施例のバッチ式熱処理装置の炉床部の平面図である。 本発明の一実施例のバッチ式熱処理装置の縦断面図である。 本発明の一実施例のバッチ式熱処理装置の伝動機構である。 本発明の一実施例のバッチ式熱処理装置のガス導入管部の説明図である。 本発明の別の実施例のバッチ式熱処理装置のガス導入管の形態である。 本発明の別の実施例のバッチ式熱処理装置の伝動機構である。 （ａ）本発明の別の実施例のバッチ式熱処理装置のガス導入管の形態である。（ｂ）本発明の別の実施例のバッチ式熱処理装置のガス導入管のガス噴出孔の形態である。 （ａ）本発明の別の実施例のバッチ式熱処理装置のガス導入管の形態である。（ｂ）本発明の別の実施例のバッチ式熱処理装置のガス導入管のガス噴出孔の形態である。

符号の説明

１ 上部ヒーター
２ 中間部ヒーター
３ 下部ヒーター
４ 主炉床
４ａ 挿通孔
５ 主炉床回転軸
６ 副炉床
７ 副炉床回転軸
８ 炉床
９ 被熱処理物
１０ ヒーター
１１、２１ 炉体枠
１２ 断熱材
１３ 匣あるいは棚板
１３ａ 支柱
１４ 開口部
１５ 炉体
１６ 炉本体
１６ａ 胴部
１６ｂ 底部
１６ｃ 天井部
１７ 主炉床回転方向
１８ 副炉床回転方向
１９ 伝動機構
１９ａ、１９ｂ プーリー
１９ｃ ベルト
２０ 主炉床回転軸先端部
２２ 副炉床保持板
２３ 炉床枠
２３ａ 耐熱シール手段
３１ 上部ガス導入管
３１ａ、３２ａ、３３ａ 水平管
３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ ガスヘッダー
３１ｃ ガス噴出孔（小孔）
３１ｄ ガス噴出孔（長孔スリット状）
３２ 中央部ガス導入管
３３ 下部ガス導入管

Claims (8)

1. 内部で被熱処理物を熱処理するために、内面が断熱材で形成された炉体と、該炉体の底部に設けた円形開口に回転可能に嵌合した炉床とで、ほぼ円筒型の熱処理空間を構成し、炉床上に載置された被熱処理物が前記熱処理空間内で回転しつつ熱処理されるバッチ式熱処理装置であって、
   前記炉床は、前記円形開口の中心を通る軸の周りを回転する円板状の主炉床と、
   前記主炉床の回転軸を中心とする同心円上に等間隔に配置されて穿設された複数の挿通孔内に回転自在に嵌合され、前記被熱処理物を載置する複数の小型円板状の副炉床とから構成され、
   また、前記副炉床上の被熱処理物が自公転しながら熱処理されるように、前記副炉床を自転するとともに前記主炉床と共に公転する駆動手段を備えていることを特徴とするバッチ式熱処理装置。
2. 前記副炉床を自転するために、前記駆動手段は、前記主炉床の回転駆動力を、伝動機構を介して前記副炉床の回転軸に伝達される構成になっていることを特徴とする請求項１に記載のバッチ式熱処理装置。
3. 前記副炉床上には、前記被熱処理物を載置するための、複数段積み上げられた耐熱金属又はセラミック製の匣あるいは棚板が装備され、前記炉体には、前記熱処理空間を加熱する加熱源と前記熱処理空間に雰囲気ガスを導入するガス導入管とが装備されており、前記匣あるいは棚板上に載置された被熱処理物は、前記加熱源とガス導入管により得られる所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルによって熱処理されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバッチ式熱処理装置。
4. 前記加熱源は、
   前記段積みされた匣あるいは棚板と前記略円筒型の熱処理空間を有する炉体の胴部内壁断熱材との間で、同心円状に懸垂固定され、又は側壁に固定される複数のヒーターからなることを特徴とする請求項３に記載のバッチ式熱処理装置。
5. 前記複数のヒーターは、
   炉体の上部を加熱する上部ヒーター群と、
   炉体の中間部を加熱する中間部ヒーター群と、
   炉体の下部を加熱する下部ヒーター群とからなり、
   それぞれのヒーター群を、独立して温度制御する温度制御手段を装備しており、これにより、前記所望の温度プロファイルが得られようにしたことを特徴とする請求項４に記載のバッチ式熱処理装置。
6. 前記ガス導入管は、炉外から炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管に、前記水平管の先端部にガスヘッダーを設け、又は、前記水平管の先端部に接続されると共に前記内壁面に沿って垂直方向に延びる管状のガスヘッダーを設けたもので、前記ガスヘッダーは、炉内方向に向けて開口された複数のガス噴出孔又はスリット状のガス噴出孔を有することを特徴とする請求項３に記載のバッチ式熱処理装置。
7. 前記ガス導入管は、炉外から炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管に、前記水平管の先端部にガスヘッダーを設け、又は、前記水平管の先端部に接続されると共に前記内壁面に沿って垂直方向に延びる管状のガスヘッダーを設けたもので、前記ガスヘッダーは、炉内方向に向けて開口された複数のガス噴出孔又はスリット状のガス噴出孔を有し、
   前記ガス噴出孔が、前記上部ヒーター、中間部ヒーター、下部ヒーターのそれぞれと炉内壁面との間に位置するように配設されていて、ガス噴出孔からの雰囲気ガスが加熱されながら前記熱処理空間に分散されるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のバッチ式熱処理装置。
8. 前記炉床は、前記炉体下部の円形開口に対して相対的に上下方向に移動自在に構成され、
   前記被熱処理物を載置又は取出しする時には、前記炉体内が冷却された状態で円形開口から下降して前記被熱処理物の積載又は取出しを可能にし、
   前記被熱処理物の熱処理実施時には、被熱処理物を載置した状態で上昇して前記炉体内を密閉することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のバッチ式熱処理装置。

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