JP2005127628A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 マッフルから外部への熱放散を低減して、加熱室内における温度分布の均一化を良好に図ることのできる熱処理炉を提供するを目的とする。
【解決手段】 内部に熱処理用空間Ｓを備えるとともにこの熱処理用空間につながる開口を下部に有する炉体１と、炉体１または熱処理用空間Ｓ内に配置された加熱機構８と、この加熱機構８の内側に配置されて加熱室４を構成するとともに少なくともその上側部分が炉体１を貫通しているマッフルと、炉体１の下部開口を介して熱処理用空間Ｓ内の所定位置に配置されて被処理物を支持する炉床とを含む熱処理炉であって、マッフル７は、熱処理用空間Ｓ側に位置するマッフル中央部に対して、マッフルの上側に位置するマッフル端部の熱伝導性が低く設定されており、かつ前記マッフル中央部と前記マッフル端部との境界が炉体１内から熱処理空間Ｓ内の間に位置するように配されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に、セラミック電子部品を焼成あるいは脱脂等の加熱処理するのに供される熱処理炉に関し、詳しくは、内部に熱処理用空間を備えるとともにこの熱処理用空間につながる開口を下部に有する炉体と、前記炉体または前記熱処理用空間内に配置された加熱機構と、この加熱機構の内側に配置されて加熱室を構成するとともに少なくともその上側部分が前記炉体を貫通しているマッフルと、前記炉体の下部開口を介して前記熱処理用空間内の所定位置に配置されて被処理物を支持する炉床とを含む熱処理炉に関する。

従来、この種の熱処理炉は、図９に示すように、単一の金属材料あるいはセラミックによって筒状のマッフル７を構成したものが知られている。このようにマッフル７を筒状に構成して気密性を高いものとすることで、焼成処理に適した雰囲気ガスをマッフル７内に充満させた状態等にして、摂氏１０００度近い高温での焼成ができるとともに、雰囲気ガスの調整も適宜に行えるものである（特許文献１参照）。
特開平１０−１４１８５６号公報（第３頁、図３，図７参照）

この種の熱処理炉は、高温で加熱処理を行うことから、ヒータ等の加熱機構８からマッフル７内への熱伝導性を高くするため、従来、熱伝導性の高い単一材のみでマッフル７を構成していた。従って、炉体１内に貫通して位置するマッフル端部においても熱伝導性が高いから、マッフル７において外部に連通するように炉体１の天井部に貫通した部分や炉体１の下部の炉床から外部へマッフルを通して熱が逃げやすくなっていた。このため、熱効率が低くなるとともに、熱処理用空間Ｓ内における特に上下方向での温度分布が均一になりにくい。それにより、熱処理用空間Ｓ内の中央側に位置する被処理物５と炉体１の天井近く又は炉床近くに位置する被処理物５とにおいて均一に熱処理されない虞れがあり、被処理物の品質にばらつきが生じる虞れがあった。

本発明は、マッフルを通しての炉体外部への熱放散を抑制して、マッフル内部における温度分布の均一化を図ることのできる熱処理炉を提供することを解決しようとする課題としている。

本発明の請求項１に係る熱処理炉は、内部に熱処理用空間を備えるとともにこの熱処理用空間につながる開口を下部に有する炉体と、前記炉体または前記熱処理用空間内に配置された加熱機構と、この加熱機構の内側に配置されて加熱室を構成するとともに少なくともその上側部分が前記炉体を貫通しているマッフルと、前記炉体の下部開口を介して前記熱処理用空間内の所定位置に配置されて被処理物を支持する炉床とを含む熱処理炉であって、前記マッフルは、熱処理空間側に位置するマッフル中央部に対して、マッフルの上側に位置するマッフル端部の熱伝導性が低く設定されており、かつ前記マッフル中央部と前記マッフル端部との境界が前記炉体内から熱処理空間内の間に位置するように配されていることを特徴構成とする。

本発明の請求項１に係る構成によれば、炉体の内部に貫通して位置するマッフルの上側に位置するマッフル端部の熱伝導性を、熱処理用空間内に位置するマッフル中央部より低く設定することで、炉体内に位置するマッフル中央部から熱が外部に伝わり難くなっており、これによって、マッフルにおいて外部に近い箇所での温度低下を抑制できることになって、加熱に要する熱効率を高くできるとともに、熱処理用空間内におけるマッフルの温度分布をほぼ均一なものにでき、熱処理の例えば焼成むらなどが生じ難くなって、被処理物を均一に熱処理できる。

本発明の請求項２に係る熱処理炉は、請求項１に記載の熱処理炉において、前記マッフルの下側に位置するマッフル端部の熱伝導性が、前記マッフル中央部に対して低く設定されており、かつ前記マッフル中央部と前記マッフル端部との境界が前記炉床内から前記熱処理空間内の間に位置するように配されている、ことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る構成によれば、マッフルにおける下側のマッフル端部においてもその熱伝導性がマッフル中央部よりも低くしているので、熱処理空間からのマッフルの下側の端部を通しての炉体外部への放熱が抑制され、熱処理空間内における下側においてもマッフルの温度をほぼ均一なものにでき、焼成むらが生じ難くなって、被処理物を均一に焼成できる。

本発明の請求項３に係る熱処理炉は、請求項１または２に記載の熱処理炉において、前記マッフルの端部が前記炉体の最外面または前記炉体の最外面より外側に達している、ことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る構成によれば、マッフル中央部より熱伝導性の低いマッフルの端部が前記炉体の最外面または前記炉体の最外面より外側に達しているから、そのマッフル端部近傍における放熱性が従来に比して低くなり、炉体を支持するため炉体外部に設けられる金属フレームとしては耐熱性の高い金属材料を使用しなくてもよいものにできる。

本発明の請求項４に係る熱処理炉は、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理炉において、前記マッフルにおいて前記熱処理用空間側に位置する前記マッフル中央部は、前記炉体の内部に位置する前記マッフル端部よりも熱伝導率の高い部材で構成している、ことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る構成によれば、マッフルは熱伝導率の高い部材と低い部材とを所望の部位に配置する構成としたことで、簡易な構造で安価にマッフルの温度分布をほぼ均一なものにできるとともに、マッフル端部からの無駄な放熱を抑制でき、熱効率を高くできる。

本発明の請求項５に係る熱処理炉は、請求項４に記載の熱処理炉において、前記マッフル中央部の熱伝導率をＣ_１、前記マッフル端部の熱伝導率をＣ_２としたとき、Ｃ_１／Ｃ_２≧１２．０に設定している、ことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る構成によれば、マッフル端部からの放熱を抑制する効果がより顕著になり、熱処理炉の金属フレームに耐熱性金属を使用しなくてもよいものとなる。また、熱処理炉の周辺での作業環境も向上する。

本発明の請求項６に係る熱処理炉は、請求項４に記載の熱処理炉において、
前記熱伝導率の高いマッフル部分から低いマッフル部分へ向かうにつれて、多段階的に熱伝導率が低くなるように３種以上の部材により前記マッフルを構成している、ことを特徴とする。

本発明の請求項６に係る構成によれば、段階的な熱伝導率の変化を与えることによって、単に２種の熱伝動率の異なる部材でマッフルを構成するよりも熱処理用空間内における温度分布の均一化をより精度良く達成できる。

本発明の請求項７に係る熱処理炉は、請求項１ないし６のいずれかに記載の熱処理炉において、前記マッフルにおいて熱伝導性の低い部分と熱伝導性の高い部分との境界を前記炉体内に設定している、ことを特徴とする。

本発明の請求項７に係る構成によれば、熱伝導率の低い部分が既に熱処理用空間内に位置していることから、マッフルを介して外部へ放熱されることの抑制が十分なされるものとなっており、そのため、炉内温度も十分高い状態を維持しながらも温度分布の均一化も図れる。

本発明の請求項８に係る熱処理炉は、請求項１ないし６のいずれかに記載の熱処理炉において、前記マッフルにおいて熱伝導性の低い部分と熱伝導性の高い部分との境界を前記炉体内または炉床内に設定している、ことを特徴とする。

本発明の請求項８に係る構成によれば、熱伝導性の低い部分と高い部分との境界が炉体内または炉床内に設定されていることで、熱処理用空間内において炉体または炉床近くまでマッフルの熱伝導性を高いものにでき、被処理物に対する炉内の熱効率を良好なものにできるとともに、熱処理用空間内の温度分布も均一性の高いものにできる。また、熱の放散を低減させながら、マッフルが高熱伝導材の均熱板（ヒータなどの加熱機構の局所的な温度ばらつきを均す作用を有する）としての効果を熱処理空間全体に発揮させることができることで、熱処理空間内の温度分布を均一にできる。

本発明の請求項９に係る熱処理炉は、請求項１に記載の熱処理炉において、前記熱処理用空間内に位置する前記マッフル中央部の肉厚を炉体の内部に位置する前記マッフル端部の肉厚より大に設定することで、前記マッフル中央部の熱伝導性を炉体の内部に位置する前記マッフル端部より高く設定している、ことを特徴とする。

本発明の請求項９に係る構成によれば、炉体の内部に位置するマッフル端部の肉厚を、熱処理用空間側に位置するマッフル中央部の肉厚より小とすることで、単にマッフルの所要箇所の肉厚を異ならせるという簡易な構造改良によって、熱処理用空間内において炉体近くまでマッフルの熱伝導性を高いものにでき、被処理物に対する熱処理用空間内の熱効率を良好なものにできるとともに、熱処理用空間内の温度分布も均一性の高いものにでき、またマッフル部分の材質を異なるものに設定するよりも安価に構成できる。

本発明の請求項１に係る熱処理炉によれば、炉体の内部に貫通して位置するマッフル部分の熱伝導性を、熱処理用空間内に位置するマッフル部分より低く設定することで、炉体内に位置するマッフル部分から熱が外部に伝わり難くなっており、これによって、マッフルにおいて外部に近い箇所での温度低下を抑制できることになって、加熱に要する熱効率を高くできるとともに、熱処理用空間内におけるマッフルの温度分布をほぼ均一なものにでき、熱処理の例えば焼成むらなどが生じ難くなって、被処理物を均一に熱処理できる。

本発明の請求項２に係る熱処理炉によれば、マッフルにおける下側のマッフル端部においてもその熱伝導性がマッフル中央部よりも低くしているので、熱処理空間からのマッフルの下側の端部を通しての炉体外部への放熱が抑制され、熱処理空間内における下側においてもマッフルの温度をほぼ均一なものにでき、焼成むらが生じ難くなって、被処理物を均一に焼成できる。

本発明の請求項３に係る熱処理炉によれば、マッフル中央部より熱伝導性の低いマッフルの端部が前記炉体の最外面または前記炉体の最外面より外側に達しているから、そのマッフル端部近傍における放熱性が従来に比して低くなり、炉体を支持するため炉体外部に設けられる金属フレームに耐熱性の高い金属材料を使用しなくても済む。

本発明の請求項４に係る熱処理炉によれば、マッフルは熱伝導率の高い部材と低い部材とを所望の部位に配置する構成としたことで、簡易な構造で安価にマッフルの温度分布をほぼ均一なものにできるとともに、マッフル端部からの無駄な放熱を抑制でき、熱効率を高くできる。

本発明の請求項５に係る熱処理炉によれば、マッフル端部からの放熱を抑制する効果がより顕著になり、熱処理炉の金属フレームに耐熱性金属を使用しなくてもよいものとなる。また、熱処理炉の周辺での作業環境も向上する。

本発明の請求項６に係る熱処理炉によれば、段階的な熱伝導率の変化を与えることによって、単に２種の熱伝動率の異なる部材でマッフルを構成するよりも熱処理用空間内における温度分布の均一化をより精度良く達成できる。

本発明の請求項７に係る熱処理炉によれば、熱伝導率の低い部分が既に熱処理用空間内に位置していることから、マッフルを介して外部へ放熱されることの抑制が十分なされるものとなっており、そのため、炉内温度も十分高い状態を維持しながらも温度分布の均一化も図れる。

本発明の請求項８に係る熱処理炉によれば、熱伝導性の低い部分と高い部分との境界が炉体内または炉床内に設定されていることで、熱処理用空間内において炉体または炉床近くまでマッフルの熱伝導性を高いものにでき、被処理物に対する炉内の熱効率を良好なものにできるとともに、熱処理用空間内の温度分布も均一性の高いものにできる。また、熱の放散を低減させながら、マッフルが高熱伝導材の均熱板（ヒータなどの加熱機構の局所的な温度ばらつきを均す作用を有する）としての効果を熱処理空間全体に発揮させることができることで、熱処理空間内の温度分布を均一にできる。

本発明の請求項９に係る熱処理炉によれば、炉体の内部に位置するマッフル端部の肉厚を、熱処理用空間側に位置するマッフル中央部の肉厚より小とすることで、単にマッフルの所要箇所の肉厚を異ならせるという簡易な構造改良によって、熱処理用空間内において炉体近くまでマッフルの熱伝導性を高いものにでき、被処理物に対する熱処理用空間内の熱効率を良好なものにできるとともに、熱処理用空間内の温度分布も均一性の高いものにでき、またマッフル部分の材質を異なるものに設定するよりも安価に構成できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明に係る熱処理炉の一例を示す図であって、この熱処理炉は、圧電素子や磁気素子等のセラミック電子部品の焼成や、脱脂処理等を行うための加熱処理を行う。

図１に示すように、この熱処理炉は、アルミナ系ファイバーからなる断熱材で構成されるとともに、内部にヒータ８やマッフル７を配置してマッフル７内の被処理物５に対して加熱処理できる熱処理用空間Ｓを設け、この熱処理用空間Ｓにつながる状態で下側が開口した炉体１と、後述する加熱室４内に焼成処理するためのセラミック部品等の被処理物５を棚台６を介して載置状態で支持する断熱材（アルミナ系ファイバー）製の炉床２とで構成される炉本体３を備えている。そして、炉本体３の内部には、耐熱材からなる円筒形のマッフル７が配置されており、このマッフル７の内部が加熱室４となっている。マッフル７と炉体１との間の空間部には、上下に並設される複数のリング状もしくは螺旋状の加熱機構としてのヒータ８がマッフル７と同心円状にかつ上下に並設され、これらヒータ８は炉体１の外部から電力供給されるように構成している。なお、ヒータ８を炉体１内に埋め込んだ構成としてもよい。

この熱処理炉の場合、図１に示すように、外周形状円柱状の炉体１が金属フレーム１５で支持および保持されているとともに、その金属フレーム１５は、炉床２を載せた状態で保持できるように径方向内方に延出させた炉床用支持フレーム部１５ａを設けている。また、詳述はしないが、金属フレーム１５は、上記背景技術で図９に図示した熱処理炉と同様、下方の床面１６に対して立設される状態に施工された構造物となっている。熱処理炉の下方側の構造は、従来と同様であり、図９を参照して、炉体１が設けられている熱処理空間Ｓの下方には、炉床２において棚台６を載置している円柱状段部２Ａを例えばスクリュー式の昇降機構１７で下降させたときに被処理物５の棚台６に対して出し入れを行うための空間部１８が設けられている。

マッフル７の上端側部分は、炉体１の天井部１Ａに貫通した構造となっているとともに、マッフル７の下端側部分は、炉床２において棚台６を載せておく円柱状段部２Ａの周りに他の炉床２部分との間で形成されている環状溝９内に入り込ませた状態となっている。さらに、この環状溝９に入り込ませたマッフル７の下端部は金属フレーム１５の炉床用支持フレーム部１５に載置された状態となっている。また、炉体１の天井部１Ａの中央部分１ａが円板状にかつ他の天井部１Ａとは別体に構成され、その中央部分１ａを上面と横側の周面の上半部とを覆う金属製の蓋体１１を中央部分１ａに一体に設けており、この中央部分１ａをマッフル７の上側に嵌合装着すると、マッフル７の上端と蓋体１１の下端とが当接するようになっている。

以上の構成により、円柱状段部２Ａが上昇して炉床２の一部を成した状態となっていることでマッフル７の下側が閉鎖され、かつ炉体１の天井部１Ａの中央部分１ａがマッフル７の上側に覆うように載置されて閉鎖された状態となっていることにより、マッフル７内の被処理物５に対して熱処理を行える状態となる。

なお、炉床２の円柱状段部２Ａは、上下方向に沿う軸心Ｐ周りでマッフル７に対して、モータや減速機構等の駆動装置１０によって回転駆動できるようになっている。これにより、マッフル７内に収納されている被処理物５は円柱状段部２Ａと共に回転させられ、極力むらのない加熱処理ができるものとなっている。さらに、円柱状段部２Ａは、炉体１に対して例えばネジ式の送り機構などで構成される昇降装置によって駆動装置１０と共に昇降できるようになっているのであって、この昇降装置で上限位置まで炉床２を上昇させた状態では、図１に示すように、炉床２が炉体１の下側開口を閉じるように該炉体１に近接して熱処理空間Ｓと外部との断熱性を高めた加熱処理可能な状態になる。マッフル７に対して被処理物５を出し入れする際には、昇降装置で炉床２を下降させ、マッフル７や炉体１が邪魔にならない状態で棚台６が外部に臨むようにする。

図１に示すように、マッフル７は、炉床２の環状溝９内に入り込んだ部分７Ｂ（マッフル７の端部に相当する）と、炉体１の天井部１Ａに貫通している部分７Ｃ（マッフル７の端部に相当する）との部材を、熱処理用空間Ｓ内において加熱室４を構成する部分７Ａ（マッフル７の中央部に相当する）の部材と異なるものに構成している。すなわち、熱処理用空間Ｓ内におけるマッフル部分７Ａの材質としては、ステンレス鋼などの金属材、ＳｉＯ_２（石英）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等であって、マッフル７において炉床２の環状溝９内に入り込んだ部分７Ｂ並びに炉体１の天井部１Ａに貫通している部分７Ｃの材質としては例えばムライト等である。従って、この構成では、マッフル部分７Ａの部材の熱伝導率よりもマッフル部分７Ｂ，７Ｃの部材の熱伝導率が低いものとなっている。また、マッフル部分７Ａとマッフル部分７Ｃとの境界Ｋは炉体１内に位置し、マッフル部分７Ａとマッフル部分７Ｂとの境界Ｋは炉床２の環状溝９内に位置している。このように構成しているため、マッフル部分７Ｂを通しての炉床２ひいては外部への放熱すなわち熱伝導性を低くしているとともに、マッフル部分７Ｃを通しての炉体１の天井部より上方の外部への放熱すなわち熱伝導性を低くしている。それに対して、マッフル部分７Ａの熱伝導率は高いものとなっているから、被処理物５に対する焼成処理等の加熱処理時の熱効率は良いものとなるとともに、このマッフル７における上下方向での端部から外部への放熱が抑制されることにより、熱処理用空間Ｓ内における温度分布はほぼ均一なものとなるので、焼成むら等の不具合が生じにくくなっている。ここで、マッフル部分７Ａの材質と、マッフル部分７Ｂ，７Ｃの材質とは、上記列記したものに限定されるものでなく、マッフル部分７Ａに対してマッフル部分７Ｂ，７Ｃの熱伝導率が低く設定してあって、焼成等の加熱処理時においてマッフル部分７Ｂ，７Ｃを通して外部への放熱が抑制されるものとなっておれば良く、その材質については相対的なものであって、特にその材質の組み合わせについて限定されるものではない。なお、マッフル部分７Ａの熱伝導率Ｃ_１とマッフル部分７Ｂ，７Ｃ_２の熱伝導率の比は、Ｃ_１／Ｃ_２≧１２．０であることが好ましい。このような比率にすると、後述の実施例１で説明するようにその熱伝導率の比が１２．０以上になっているマッフルを用いた炉体最上部の温度が、上記比とは異なる熱伝導率のものと比べて、顕著に低くなっており、マッフル端部からの放熱を抑制する効果がきわめて高いものとなっている。

尚、図１においては、マッフル７の上端部は、炉体１の最外面より外側に達した状態となっている。すなわち、マッフル７の上端部は、炉体１の天井部１Ａの中央部分１ａの横脇に位置する状態で、他の天井部１Ａよりも上方で外方に延出された状態となっていて、中央部分１ａ及び他の天井部１Ａの最外面より外側に位置するものとなっている。これにより、そのマッフル端部近傍における放熱性が従来に比して低くなり、炉体を支持するため炉体外部に設けられる金属フレームとしては耐熱性の高い金属材料を使用しなくてもよいものにできる。また、マッフル７の上端部が炉体１の最外面と同じところに達する状態であっても同様の効果が期待できる。また、マッフル７の下端部については、炉床２の最外面より外側に達した状態のものや、炉床２の最外面に達したものについても同様の効果が得られる。

尚、マッフル部分７Ａとマッフル部分７Ｂ，７Ｃとの連結は溶接等の各種接合手段によってなされる。また、特に、マッフル部分７Ｃについては、マッフル部分７Ａに対して、接合することなく、単に載置状態で設けられるようにしても良い。

マッフルの形状は上記実施の形態では円筒状のものを示したが、角筒状のものでも良い。

（実施形態２）
次に、別の実施の形態について説明する。尚、上記実施の形態１と同様の構造については説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図２に示すように、マッフル７は、その上端側のマッフル部分７Ｃ及び下端側のマッフル部分７Ｂと、その中間で加熱室４を構成するマッフル部分７Ａとを異なる材質の部材でそれぞれを接合したものに構成している。マッフル部分７Ｃ及びマッフル部分７Ｂは、マッフル部分７Ａよりも熱伝動率の低い材質のもので構成している。そして、上記実施の形態１では、マッフル部分７Ａとマッフル部分７Ｃとの境界Ｋが炉体１内に位置するもの、また、マッフル部分７Ａとマッフル部分７Ｂとの境界Ｋが炉床２の環状溝９内に位置するものを示したが、この実施の形態においては、両境界Ｋ，Ｋ共に、炉体１や、炉床２に属さない炉内、つまりヒータ８が配置されている熱処理用空間Ｓ内に位置するように設定している。この構成により、マッフル７の上下端部において熱処理用空間Ｓ内に位置する部分から既に熱伝導率が低くなっているから、外部への放熱を一層抑制できるものとなっている。

（実施形態３）
次に、さらに別の実施の形態について説明する。上記実施の形態では、熱処理用空間Ｓ内に位置するマッフル部分７Ａと、炉体１の天井部に貫通するマッフル部分７Ｃとを異なる熱伝導率の２種の材質でのみ構成したもの示したが、図３に示すように、熱処理用空間Ｓ内に位置するマッフル部分７Ａと、炉体１の天井部に貫通するマッフル部分７Ｃとの間に、それらの部分の熱伝導率の中間の熱伝導率である材質のもので構成される部分７Ｄを設けても良い。尚、この部分７Ｄについては、マッフル部分７Ａからマッフル部分７Ｃに至る間において熱伝導率が段階的に低くなるように２以上の材質のものを順に配置するものでも良い。これにより、炉本体３の構造に合わせて、段階的に放熱を抑制できる構成を適宜設定でき、一層マッフル部分の放熱の抑制を良好にできるとともに、熱処理用空間Ｓ内の温度分布の均一化を図ることができるものとなっている。なお、マッフル７の下側においても、熱処理空間Ｓ内に位置するマッフル部分７Ａと、炉床２の環状溝９に入り込んだ部分７Ｂとの間、それらの部分の熱伝導率の中間の熱伝導率である材質のもので構成される部分７Ｅを設けても良い。

（実施形態４）
次に、実施の形態４について説明する。尚、上記実施の形態と同様の構造については説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図４に示すように、マッフル７は、その上端側のマッフル部分７Ｃ及び下端側のマッフル部分７Ｂと、その中間で加熱室４を構成するマッフル部分７Ａとを異なる肉厚に構成している。マッフル部分７Ｃ及びマッフル部分７Ｂは、マッフル部分７Ａよりも熱伝動性が低くなるよう、その肉厚がマッフル部分７Ａよりも小に構成している。このため、マッフル部分７Ｂを通して炉床２ひいては外部への放熱を低くしているとともに、マッフル部分７Ｃを通して炉体１の天井部より上方の外部への放熱を低くしている。それに対して、マッフル部分７Ａの熱伝導性は高いものとなっているから、被処理物５に対する焼成処理等の加熱処理時の熱効率は良いものとなるとともに、このマッフル７における上下方向での端部から外部への放熱が抑制されることにより、熱処理用空間Ｓ内における温度分布はほぼ均一なものとなるので、焼成むら等の不具合が生じにくくなっている。

（実施形態５）
上記各実施の形態では、炉体１の上面が中央部では高く周辺部では低いものを示したが、本発明に係る熱処理炉としては、図５に示すように、炉体１の上面が面一となっているものでもよい。

この図５に示されたマッフル７の場合、金属製の蓋体１１とマッフル７上端との当接位置が炉体１内となっている。すなわち、マッフル７は、マッフル７における低熱伝導率部であるマッフル端部７Ｃがマッフル７における高熱伝導率部であるマッフル中央部７Ａに一体に連結され、その連結された境界Ｋがこの図５に示したものの場合炉体１内に位置するように設定されているとともに、マッフル上端となるマッフル端部７Ｃの上端も炉体１内に位置するものとなっている。

（実施形態６）
図５の熱処理炉の変形例として、図６に示すように、マッフル７の上端が炉体１の最外面に達した構成、すなわちマッフル７の上端位置が炉体１の最外面と同じになるように構成としてもよい。

本発明者は、本発明の構成の熱処理炉においてマッフルの中央部（高熱伝導率部）と上端部（低熱伝導率部）との材質を表１に示すように組み合わせて構成したものについて、マッフル内の温度を１１５０℃に設定したときの炉体最上部での温度や、マッフル表面の温度を測定した。表１において、実施例１〜４は、マッフル中央部とマッフル上端部との材質の熱伝導率の互いの関係が本発明に対応するものである。また、表１において、比較例１，２は同一材質のもののみでマッフルを構成したものである。なお、この場合、熱処理炉の金属フレーム（ステンレス鋼製など）がマッフルの上端部に当接する状態で設けられている。また、表１における温度測定をした炉体最上部は、その金属フレームとマッフルの上端部との当接個所のことである。表１には、その測定結果の炉体最上部の温度も示している。また、図７のグラフには、温度を縦軸とし、マッフルの上端部に当接される金属フレームの端部を原点としてその金属フレームからマッフルに向かう方向での距離を横軸とする、実施例１、比較例１、比較例２のそれぞれのマッフルにおけるその表面温度をグラフとして示している。実施例１は実線で示し、比較例１は破線で示し、比較例２は一点鎖線で示している。

表１や図７のグラフから判明するように、実施例１〜４のマッフルの場合、マッフルの上端温度が、実施例１〜４のマッフルの方が、比較例１，２よりも顕著に低いものとなっているとともに、実施例１のマッフルでは、高熱伝導率部の範囲では所望の１１５０℃の状態がほぼ全体にわたって維持されるものとなっており、低熱伝導率部から金属部材側に至る範囲において急激に温度低下していくものとなっているのに対して、比較例１，２のマッフルでは、熱処理空間内に位置する範囲においても温度低下が始まっていて熱処理空間内において均一な温度分布とすることに適合しないものとなっているとともに、その温度低下の勾配が金属部材側に向かって緩やかであって、金属部材に達する位置においても比較的高温のままであることが判る。

また、本発明者は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、本発明につき、マッフルの中央部の高熱伝導率部と低熱伝導率部との境界を炉体の最外面と一致させたもの（図８（ａ））と、その境界を炉体内の中央寄りに位置させたものと（図８（ｂ））を作製した。そして、それぞれの炉において熱分布を測定し、その熱分布状況を２０℃〜１２４５℃の温度範囲を１０段階に区分して区分された境界温度に対応する等温度線（図８において炉体１やマッフル７の輪郭線より細い細線で示している）で表すように図示した。この場合、マッフル７内が最も高温であり、炉体１の最外面に近くなるほど温度低下する状態を示している。図８（ａ）に示すように、低熱伝導率部と高熱伝導率部との境界が炉体の最外面と一致したものの場合、高熱伝導率部が炉体の最外面まで位置することになるから、その高熱伝導率部に接続されて低熱伝導率部が設けられていても、その低熱伝導率部からの放熱が比較的大きなものとなっている。したがって、この場合、低熱伝導率部に接続される金属フレームなどの部材が比較的高温になりやすくなっているから、その金属フレームなどの部材に耐熱性の高いものを採用する必要性が高くなる。これに対して、図８（ｂ）の場合、低熱伝導率部が炉体内に入り込んでいることで、図８（ｂ）のように例え金属フレームなどの部材が炉体外面近くに設置される構成とした場合でもその金属フレームなどの部材に対する炉体側からの放熱が小さなものとなることが判明した。

本発明に係る熱処理炉の第１の実施形態を示す縦断面図 本発明に係る熱処理炉の第２の実施形態における縦断面図 本発明に係る熱処理炉の第３の実施形態における縦断面図 本発明に係る熱処理炉における第４の実施形態の縦断面図 本発明に係る熱処理炉における第５の実施形態の縦断面図 本発明に係る熱処理炉における第６の実施形態の縦断面図 本発明の実施例に係る熱処理炉に対応する実施例１と、比較例２，３とにおける、金属部材からの距離と、マッフルなどにおける温度との関係を示すグラフ 本発明の実施例に係る熱処理空間における温度分布を、マッフル中央部（高熱伝導率部）とマッフル端部（低熱伝導率部）との境界が炉体の最外面に達したもの（ａ）と、マッフル中央部（高熱伝導部）とマッフル端部（低熱伝導率部）との境界が炉体内に位置するもの（ｂ）とにおいて示す縦断面図 従来の熱処理炉を示す縦断面図

符号の説明

１ 炉体
２ 炉床
３ 炉本体
４ 加熱室
５ 被処理物
７ マッフル
７Ａ 高熱伝導性のマッフル部分
７Ｂ，７Ｃ 低熱伝導性のマッフル部分
８ 加熱機構（ヒータ）
Ｋ 境界
Ｓ 熱処理用空間

Claims (9)

1. 内部に熱処理用空間を備えるとともにこの熱処理用空間につながる開口を下部に有する炉体と、前記炉体または前記熱処理用空間内に配置された加熱機構と、この加熱機構の内側に配置されて加熱室を構成するとともに少なくともその上側部分が前記炉体を貫通しているマッフルと、前記炉体の下部開口を介して前記熱処理用空間内の所定位置に配置されて被処理物を支持する炉床とを含む熱処理炉であって、
   前記マッフルは、熱処理空間側に位置するマッフル中央部に対して、マッフルの上側に位置するマッフル端部の熱伝導性が低く設定されており、かつ前記マッフル中央部と前記マッフル端部との境界が前記炉体内から熱処理空間内の間に位置するように配されている、ことを特徴とする熱処理炉。
2. 請求項１に記載の熱処理炉において、
   前記マッフルの下側に位置するマッフル端部の熱伝導性が、前記マッフル中央部に対して低く設定されており、かつ前記マッフル中央部と前記マッフル端部との境界が前記炉床内から前記熱処理空間内の間に位置するように配されている、ことを特徴とする熱処理炉。
3. 請求項１または２に記載の熱処理炉において、
   前記マッフルの端部が前記炉体の最外面または前記炉体の最外面より外側に達している、ことを特徴とする熱処理炉。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理炉において、
   前記マッフルにおいて前記熱処理用空間側に位置する前記マッフル中央部は、前記炉体の内部に位置する前記マッフル端部よりも熱伝導率の高い部材で構成している、ことを特徴とする熱処理炉。
5. 請求項４に記載の熱処理炉において、
   前記マッフル中央部の熱伝導率をＣ_１、前記マッフル端部の熱伝導率をＣ_２としたとき、
   Ｃ_１／Ｃ_２≧１２．０に設定している、ことを特徴とする熱処理炉。
6. 請求項４に記載の熱処理炉において、
   前記熱伝導率の高いマッフル部分から低いマッフル部分へ向かうにつれて、多段階的に熱伝導率が低くなるように３種以上の部材により前記マッフルを構成している、ことを特徴とする熱処理炉。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の熱処理炉において、
   前記マッフルにおいて熱伝導性の低い部分と熱伝導性の高い部分との境界を前記熱処理用空間内に設定している、ことを特徴とする熱処理炉。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載の熱処理炉において、
   前記マッフルにおいて熱伝導性の低い部分と熱伝導性の高い部分との境界を前記炉体内または炉床内に設定している、ことを特徴とする熱処理炉。
9. 請求項１に記載の熱処理炉において、
   前記熱処理用空間内に位置する前記マッフル中央部の肉厚を炉体の内部に位置する前記マッフル端部の肉厚より大に設定することで、前記マッフル中央部の熱伝導性を炉体の内部に位置する前記マッフル端部より高く設定している、ことを特徴とする熱処理炉。