JP2009236375A - 焼成炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 被焼成物に焼成むらが発生するのを抑制することが可能な焼成炉を提供すること。
【解決手段】焼成炉１は、赤外光を出射する赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆと、被焼成物が載置される台９と、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆから出射される赤外光を台９の集光エリアに集光する反射部材６と、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆと台９との間に配置されて焼成空間Ｓを画成し、透明石英ガラスからなる赤外線透過部材７と、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆから出射される赤外光を吸収して輻射熱を発する輻射部材３１とを備える。輻射部材３１は、輻射熱によって温度分布が所望の温度に対して±５℃以内となるような均熱エリアを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼成炉、特に、輻射過熱により被焼成物を焼成する焼成炉に関する。

この種の焼成炉として、赤外光を出射する光源と、被焼成物が配置される台と、光源と台との間に配置されて焼成空間を画成し、透明石英ガラスからなる部材と、を備えているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３３２８４９号公報

ところで、特許文献１に記載の焼成炉では、光源から出射された赤外光は炉内で反射を繰り返した後、台に配置された被焼成物を加熱している。これに対して、より一層熱効率を向上させるべく、光源から出射された赤外光を集光して被焼成物を焼成する焼成炉が検討されている。しかしながら、この場合、赤外光が集光される集光エリアの外側では、十分な加熱をすることが困難となってしまい、被焼成物には載置場所による焼成むらが発生してしまう。

本発明は、被焼成物に焼成むらが発生するのを抑制することが可能な焼成炉を提供することを課題とする。

本発明に係る焼成炉は、赤外光を出射する光源と、被焼成物が載置される台と、光源から出射される赤外光を台上の集光エリアに集光する集光手段と、光源と台との間に配置されて焼成空間を画成し、透明石英ガラスからなるガラス部材と、鉄系又はＳｉＣ系セラミックからなり、光源から出射される赤外光を吸収して輻射熱を発する輻射部材と、を備え、輻射部材は、台上の集光エリアと対向して配置され、当該輻射部材の輻射熱によって集光エリアよりも面積が大きい均熱エリアを台上に形成し、均熱エリアは、所望の温度に対して±５℃以内の温度分布を有することを特徴とする。

上記焼成炉では、輻射熱を発する輻射部材を配置することによって、温度分布が所望の温度に対し±５℃以内となる均熱エリアを、集光エリアよりも大きくなるように形成している。そのため、集光エリアの外側に載置された被焼成物であっても内側に載置された被焼成物と大きな温度差を有することなく焼成されることができる。よって、被焼成物に焼成むらが発生するのを抑制することが可能となる。また、上記焼成炉では、材質及び配置を工夫した輻射部材を備えることにより、焼成むらの発生を抑制している。すなわち、装置全体に対して大きな設計変更等を要することなく、焼成むらの発生の抑制という大きな効果を得ることができる。また、輻射部材は、台上の集光エリアに対向して配置されるため、被焼成物から蒸発する成分によってガラス部材が失透してしまうことが抑制される。

均熱エリアは、所望の温度に対して±１℃以内の温度分布を有することが好ましい。この場合、さらに好適に被焼成物の焼成むらの発生を抑制することが可能となる。

輻射部材は、集光エリアより面積が大きく且つ台の集光エリアと対向する主面を有する板部材であることが好ましい。この場合、均熱エリア内の温度の分布を容易に均一化することができる。また、被焼成物から蒸発する成分によってガラス部材が失透してしまうこともより一層抑制される。

台は、ＳｉＣ系セラミックであることが好ましい。この場合、台からも輻射熱が発生し、より一層均熱エリアの温度の分布を均一化することができる。

光源は複数あって、

集光手段は、複数の光源それぞれに対応した集光部を有し、各集光部は、対応する光源から出射された赤外光を集光して平行光束として、台の集光エリアに集光してもよい。

ガラス部材における台側の表面に沿ってガス流が形成されるように焼成空間内にガスを供給するガス供給手段をさらに備えていることが好ましい。

ガス供給手段から焼成空間内にガスが供給されることにより、ガラス部材における台側の表面に沿ってガス流が形成される。これにより、被焼成物から蒸発した成分が不純物としてガラス部材における台側の表面に付着するのを抑え、当該表面の結晶化が抑制されることとなる。この結果、ガラス部材における台側の表面が失透するのを抑制することができる。

焼成空間内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給手段を更に備えていることが好ましい。この場合、被焼成物から蒸発した成分が不純物として上記部材における台側の表面に付着するのを確実に抑制することができる。

焼成空間内のガスを排出するガス排出手段を更に備えており、ガス排出手段における焼成空間からのガス排出口が、台の上方近傍に位置していることが好ましい。この場合、ガラス部材の内周面に沿ってガス流が形成されることとなり、ガラス部材における台側の表面が失透するのを効率良く抑制することができる。

本発明によれば、被焼成物に焼成むらが発生するのを抑制することが可能な焼成炉を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す模式図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面構成を示す模式図である。焼成炉１は、ハウジング３、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆ、反射部材６、赤外線透過部材７、台９、輻射部材３１、及び支持部材３２を備えている。赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆ、反射部材６、赤外線透過部材７、台９、輻射部材３１、及び、支持部材３２は、ハウジング３内に収容されている。

赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆは、赤外光を出射し、被焼成物を輻射加熱する光源である。赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆは、赤外線透過部材７を囲むようにハウジング３内に複数配置されている。赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆとしては、例えば、赤外線を放射するハロゲンヒータ等を用いることができる。

赤外線透過部材７は、略円管状を呈しており、透明石英ガラスからなる。赤外線透過部材７は、その中心軸方向に沿って分割（例えば、いわゆる半割）されていてもよい。

台９は、被焼成物が配置される部材であって、赤外線透過部材７の内側空間の略中央部に位置している。台９は、ＳｉＣ系セラミックからなる。台９は、ハウジング３から伸びるアーム１１に支持されている。アーム１１は、ハウジング３と一体に構成されていても、別体に構成されていてもよい。ここで、被焼成物は、セラミック成形体やフェライト成形体等である。

反射部材６は、図３に示すように、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆから出射される赤外光を反射して、台９の集光エリアＡ１に集光する集光手段として機能する。図３は、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆから出射される赤外光が、反射部材６で反射されて集光エリアＡ１を形成することを説明するための図である。反射部材６は、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆとハウジング３との間に位置する。

反射部材６は、複数の赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆそれぞれに対応した反射部６ａ〜６ｆを有する。各反射部６ａ〜６ｆは、対応する赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆから出射された赤外光を平行光束として、台９上の集光エリアＡ１に集光する。集光エリアＡ１は、台９の載置面全面ではなく一部であって、被焼成物は集光エリアＡ１の内外に載置されている。

各反射部６ａ〜６ｆは、略円管をその軸方向に切断した形状を呈する。ハウジング３の長手方向に伸びる軸方向と直交する方向での各反射部６ａ〜６ｆの断面は、その中心がハウジング３の軸方向に位置するような略円弧状を呈する。したがって、図３に示すように、反射部材６の断面は、６つの略円弧がすべて内側に中心を有するようにして連なった形状を呈する。

板状の輻射部材３１は、その主面３１ａが台９の集光エリアＡ１と対向するように配置されている。輻射部材３１の主面３１ａは、集光エリアＡ１より大きな面積を有する。輻射部材３１は、ＳｉＣ系セラミックからなる。輻射部材３１は、赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆから出射される赤外光を吸収して輻射熱を発して、集光エリアＡ１よりも面積が大きく、被焼成物が載置されている領域よりも広い均熱エリアＡ２を台９上に形成する。均熱エリアＡ２は、所望の温度、例えば１０００℃に対して±５℃以内の温度分布を有する。

ここで、ＳｉＣ系セラミックは、例えば熱伝導率は１００Ｗ／ｍＫ、熱放射の放射率は０．７以上０．９以下である。なお、均熱エリアＡ２が所望の温度に対して±１℃以内の温度分布を有することが、例えばフェライトコア等の焼成にはさらに好適である。

輻射部材３１は、支持部材３２によって支持されている。支持部材３２は、２本の棒状部材からなり、ハウジング３の軸方向と直交する方向に伸びるように配置され、ハウジング３の内壁面で支持されている。

焼成炉１では、赤外線透過部材７の外側に赤外線ランプ５が位置し、赤外線透過部材７の内側に台９が位置しており、赤外線透過部材７は赤外線ランプ５と台９との間に配置されることとなる。また、赤外線透過部材７は、炉体として機能し、焼成空間Ｓを画成することとなる。

焼成空間Ｓには、雰囲気ガス供給部１３からの雰囲気ガス供給通路１５が接続されており、雰囲気ガスが供給される。これにより、焼成空間Ｓは、所望の焼成雰囲気とされることとなる。雰囲気ガス供給部１３は、雰囲気ガス貯蔵部、供給ポンプ、及び、バルブ（いずれも図示省略）等を有して構成される。

また、焼成空間Ｓには、雰囲気ガス供給通路１５とは別に、ガス供給部１７からのガス供給通路１９が接続されている。ガス供給通路１９における焼成空間Ｓへのガス供給口２１は、赤外線透過部材７の内周面近傍に位置し、当該に内周面沿って円弧状に伸びている。したがって、ガス供給通路１９から焼成空間Ｓ内にガスが供給されると、当該ガスにより、赤外線透過部材７の内周面、すなわち台９側の表面に沿ってガス流Ｆが形成されることとなる。

ガス供給通路１９から供給されるガスの温度及び流速は、以下のように設定されている。ガス供給通路１９から供給されるガスの温度は、焼成の際の赤外線透過部材７の表面温度よりも低く設定されている。ガス供給通路１９から供給されるガスの流速は、雰囲気ガス供給通路１５から供給される雰囲気ガスの流速よりも大きく設定されている。なお、ガス供給通路１９から供給されるガスは、被焼成物の焼成に影響を及ぼすことがないガスであればよく、例えば雰囲気ガス供給通路１５から供給される雰囲気ガスと同じガスであってもよい。

更に、焼成空間Ｓには、ガス排出通路２３が接続されている。ガス排出通路２３には、ガス排出部２５が接続されている。これにより、焼成空間Ｓ内のガスは、ガス排出通路２３を通して焼成空間Ｓ外に排出されることとなる。ガス排出部２５は、排出ポンプ、及び、バルブ（いずれも図示省略）等を有して構成される。ガス排出通路２３における焼成空間Ｓからのガス排出口２７は、台９の上方近傍、詳細には、雰囲気ガス供給通路１５からの雰囲気ガスの供給方向に見て台９よりも下流側に位置している。

焼成炉１では、図３に示されているように、輻射部材３１を配置することによって温度分布が所望の温度に対し±５℃以内となる均熱エリアＡ２を、反射部材６によって集光される集光エリアＡ１よりも大きなエリアとなるように形成している。そのため、熱効率が向上されたエリアが集光エリアＡ１を超えて拡大されるので、被焼成物に焼成むらが発生することが抑制される。

特に、本実施形態では、均熱エリアＡ２を、被焼成物が載置されている領域より大きくなるように形成している。そのため、被焼成物に焼成むらが発生することがより一層抑制される。

熱効率を向上させるために集光手段（反射部材６）を備える場合、集光手段によって形成される集光エリアＡ１は、光源である赤外線ランプ５Ａ〜５Ｆ及び集光手段である反射部材６の設計に依存する。したがって、装置を改造して集光エリアＡ１を拡大する場合、大きな設計変更及び改造を伴うことになってしまう。これに対し、焼成炉１では、材質及び配置を工夫した輻射部材３１を備えることにより、均熱となるエリアを集光エリアよりも大きくしている。そのため、大きな設計変更等を要することなく、大きな最適焼成エリアである均熱エリアを得ることができる。

輻射部材３１は、被焼成物が載置される台９の集光エリアＡ１に対向して配置されている。そのため、焼成炉１では、被焼成物から蒸発する成分によって赤外線透過部材７が失透してしまうことが抑制される。

特に、輻射部材３１では、集光エリアＡ１より面積が大きい主面３１ａが集光エリアＡ１と対向している。そのため、被焼成物から蒸発する成分によって赤外線透過部材７が失透してしまうことがより一層抑制される。また、均熱エリアＡ２の温度分布を容易に均一化にすることもできる。

台９は、ＳｉＣ系セラミックからなる。そのため、台９からも輻射熱が発生し、より一層均熱エリアＡ２の温度分布を均一化にすることができる。

また、焼成炉１では、被焼成物を焼成する際に、ガス供給通路１９から焼成空間Ｓ内にガスが供給されることにより、赤外線透過部材７における台９側の表面に沿ってガス流Ｆが形成される。これにより、被焼成物から蒸発した成分が不純物として赤外線透過部材７における台９側の表面に付着するのを抑え、当該表面の結晶化が抑制されることとなる。この結果、赤外線透過部材７における台９側の表面が失透するのを抑制することができる。

本実施形態においては、ガス供給通路１９から焼成空間Ｓ内に供給されるガスの温度が、赤外線透過部材７の表面温度よりも低く設定されている。これにより、赤外線透過部材７における台９側の表面が冷却されることとなり、当該表面の結晶化をより一層抑制することができる。

本実施形態においては、ガス供給通路１９から焼成空間Ｓ内に供給されるガスの流速が、雰囲気ガス供給通路１５から焼成空間Ｓ内に供給される雰囲気ガスの流速よりも大きく設定されている。これにより、被焼成物から蒸発した成分が不純物として赤外線透過部材７における台９側の表面に付着するのを確実に抑制することができる。

本実施形態においては、ガス排出通路２３における焼成空間Ｓからのガス排出口２７が、台９の上方近傍に位置している。これにより、ガス排出通路２３により、被焼成物から蒸発した成分がガスと共に焼成空間Ｓから効率良く排出されることとなる。したがって、被焼成物から蒸発した成分が不純物として赤外線透過部材７における台９側の表面に付着するのをより一層確実に抑制することができる。

本実施形態においては、ガス供給通路１９における焼成空間Ｓへのガス供給口２１が、赤外線透過部材７の内周面に沿って円弧状に伸びている。これにより、赤外線透過部材７の内周面に沿ってガス流Ｆが形成されることとなり、赤外線透過部材７における台９側の表面が失透するのを効率良く抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、輻射部材３１は鉄であってもよい。鉄は、例えば熱伝導率は８０Ｗ／ｍＫ、熱放射の放射率は０．５以上０．９以下である。このように、輻射部材３１としては、熱伝導率８０Ｗ／ｍＫ以上、放射率０．５以上であるものが好ましい。反射部材６は、実施形態で示した形状に限られない。

集光手段としては、反射部材に限られず、例えばレンズのような透過屈折部材であっても、あるいは反射部材と透過屈折部材との組み合わせであってもよい。光源は、赤外線ランプに限られず、赤外光を出射するものであればよい。また、光源の数も上述した数に限られず、例えば１つであっても、あるいは７つ以上であってもよい。

赤外線透過部材７の形状は、上述した略円管状に限られない。例えば、上記特許文献１に記載された赤外線透過窓のように、板状であってもよい。

本実施形態に係る焼成炉の断面構成を示す模式図である。 図１のII−II線に沿った断面構成を示す模式図である。 赤外線ランプから出射された赤外光が反射部材で反射されて集光エリアを形成することを説明するための図である。

符号の説明

１…焼成炉、５Ａ〜５Ｆ…赤外線ランプ、６…反射部材、７…赤外線透過部材、９…台、１３…雰囲気ガス供給部、１５…雰囲気ガス供給通路、１７…ガス供給部、１９…ガス供給通路、２１…ガス供給口、２３…ガス排出通路、２５…ガス排出部、２７…ガス排出口、３１…輻射部材、３２…支持部材、Ａ１…集光エリア、Ａ２…均熱エリア、Ｆ…ガス流、Ｓ…焼成空間。

Claims (8)

1. 赤外光を出射する光源と、
   被焼成物が載置される台と、
   前記光源から出射される前記赤外光を前記台上の集光エリアに集光する集光手段と、
   前記光源と前記台との間に配置されて焼成空間を画成し、透明石英ガラスからなるガラス部材と、
   鉄系又はＳｉＣ系セラミックからなり、前記光源から出射される前記赤外光を吸収して輻射熱を発する輻射部材と、を備え、
   前記輻射部材は、前記台上の前記集光エリアと対向して配置され、当該輻射部材の前記輻射熱によって前記集光エリアよりも面積が大きい均熱エリアを前記台上に形成し、
   前記均熱エリアは、所望の温度に対して±５℃以内の温度分布を有することを特徴とする焼成炉。
2. 前記均熱エリアは、所望の温度に対して±１℃以内の温度分布を有することを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
3. 前記輻射部材は、前記集光エリアより面積が大きく且つ前記台の前記集光エリアと対向する主面を有する板部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼成炉。
4. 前記台は、ＳｉＣ系セラミックであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の焼成炉。
5. 前記光源は複数あって、
   前記集光手段は、前記複数の光源それぞれに対応した集光部を有し、
   前記各集光部は、対応する光源から出射された赤外光を集光して平行光束として、前記台の集光エリアに集光することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の焼成炉。
6. 前記ガラス部材における前記台側の表面に沿ってガス流が形成されるように前記焼成空間内にガスを供給するガス供給手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の焼成炉。
7. 前記焼成空間内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給手段を更に備えていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の焼成炉。
8. 前記焼成空間内のガスを排出するガス排出手段を更に備えており、
   前記ガス排出手段における前記焼成空間からのガス排出口が、前記台の上方近傍に位置
   していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の焼成炉。

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