JP2010236779A - ローラハースキルンによるワークの焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも少ないエネルギでワークを均一に焼成することができるローラハースキルンによるワークの焼成方法を提供する。
【解決手段】ワーク７を載せたセッター６を炉幅方向に所定の間隔を明けてローラ１上に複数列に並べて搬送しながら、ローラ１の下面に配置したヒータ３によってワーク７を下面から加熱する。また、ワーク７の上面と炉室天井面との距離ｈを３０〜１５０ｍｍに接近させて天井面からの輻射加熱によってワークを上面から加熱する。これによって従来よりも２０〜３０％程度の省エネルギ効果を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローラハースキルンを用いて電子部品等のワークを焼成する方法に関するものである。

電子機器用の基板、パネル、小型電子部品、粉末材料などを特定の雰囲気中で焼成するために、従来からローラハースキルンが広く用いられている。ローラハースキルンは例えば特許文献１に示すように、炉室の内部に多数のローラを一定ピッチで水平に配置した炉であり、各ローラをその端部に設けた駆動手段によって同一方向に回転させることにより、ワークを搬送しながら焼成を行うものである。

多くの場合、焼成されるワークは耐熱性のあるセッターの上に載せられてローラ上を搬送され、ローラの上下に配置された棒状のヒータによって上下両面から加熱されている。セッターとしては平板状あるいは浅箱状のものが一般的に用いられている。

ところが、棒状のヒータをワークに接近させた位置に配置するとワークに加熱温度むらが生じ易くなるため、従来は上下のヒータとローラとの間にそれぞれ３００ｍｍ以上の間隔を形成しているのが普通である。このため必然的に炉室の断面積が大きくなり、炉室の内部雰囲気量も多くなるため、炉内を高温に加熱するために多くのエネルギを必要とするという問題があった。

またセッターの幅が炉幅に比較して狭い場合には、生産性を高めるためにワークを載せたセッターをローラ上に炉幅方向に複数列に並べて焼成を行うことが普通であるが、従来のローラハースキルンの場合には各ローラの太さが長さ方向にばらついているため、ローラ上を搬送されるセッターが蛇行し易い傾向にある。このため、複数列のセッターを炉幅方向に互いに接触させた状態で搬送し、隣接するセッターにより互いに方向のずれを規制し、蛇行を減少させるのが普通であった。

しかしこのように複数列のセッターを炉幅方向に互いに接触させた状態でローラ上を搬送すると、炉室内部におけるローラの上下間の雰囲気の循環がセッターにより阻害される。このため、セッター上の位置によっては炉内の循環流と接触しにくい部分が生じて加熱効率が低下し、ワークを所定温度にまで昇温するために多くのエネルギが必要となるという問題があった。

特開平１０−２５９９９６号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、従来よりも少ないエネルギでワークを均一に焼成することができるローラハースキルンによるワークの焼成方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、ローラハースキルンによるワークの焼成方法であって、ワークを載せたセッターを炉幅方向に所定の間隔を明けてローラ上に複数列に並べて搬送しながら、ローラの下面に配置したヒータによってワークを下面から加熱するとともに、ワークの上面と炉室天井面との距離を接近させて天井面からの輻射加熱によってワークを上面から加熱することを特徴とするものである。

なお、セッター相互間の間隔を５０〜１００ｍｍとすることが好ましく、セッターと炉室側壁との間隔も５０〜１００ｍｍとすることが好ましい。

また、ワークの上面と炉室天井面との距離を３０〜１５０ｍｍとすることが好ましく、外径寸法ばらつきを０．５ｍｍ以内に、反りを長さの１／１０００以下に以内に管理されたローラを用いることが好ましい。

本発明のローラハースキルンによるワークの焼成方法によれば、ワークを載せたセッターを炉幅方向に所定の間隔を明けてローラ上に複数列に並べて搬送するので、生産性がよいうえ、炉内雰囲気がセッター間を通じてローラの上下を対流して循環することができるので、セッターを炉幅方向に互いに接触させた状態で搬送していた従来よりも、ワークに対する加熱効率が向上する。このため従来よりも少ないエネルギでワークを設定温度まで加熱することができる。なお、このような搬送方法を採用しても大きな蛇行が発生しないようにするには、外径寸法ばらつきを０．５ｍｍ以内に、反りを長さの１／１０００以下に管理されたローラを用いることが好ましい。

また本発明のローラハースキルンによるワークの焼成方法によれば、ローラの下面に配置したヒータによってワークを下面から輻射加熱するとともに、ワークの上面と炉室天井面との距離ｈを３０〜１５０ｍｍ程度に接近させて天井面からの輻射加熱によってワークを上面から加熱する。このため上部ヒータが不要となって消費エネルギが減少し、また炉室の断面積も従来よりも小さくなるので炉内の雰囲気ガス量も減少し、雰囲気ガスを高温に加熱するためのエネルギも減少する。しかも天井面は連続面であるから、ワークは面状ヒータによって加熱された場合と同様に均一加熱され、省エネルギと焼成品質の向上を両立させることが可能となる。

本発明の実施形態を示す断面図である。 本発明の実施形態を示す平面図である。 従来技術を説明する平面図である。

以下に本発明の実施形態を示す。
ローラハースキルンは、炉内に多数のローラを一定ピッチで配置し、各ローラを炉外に設けた駆動手段によって同一方向に回転させることによって、その上に載せたワークを搬送する形式のトンネル炉である。炉内は予熱帯、乾燥帯や焼成帯、冷却帯などに区分され、加熱手段によって炉室内に所定の温度勾配が形成されている。ワークは多数のローラによって炉長方向に移送されながら焼成される。

図１は、ローラハースキルンの断面構造を示す図であり、１は炉室２の内部に水平に配置された搬送用のローラである。炉室２は強度のある耐火煉瓦からなる天井４と側壁５と炉床８とによって構成されている。またその外周には、セラミックファイバー等からなる断熱材９が配置されて放熱を抑制している。ローラ１は高温強度に優れたＳｉ−ＳｉＣ製とすることが好ましい。Ｓｉ−ＳｉＣは多孔質のＳｉＣに金属Ｓｉを含浸させて緻密化したセラミックである。

前記したように、ローラハースキルンのローラ１には太さのばらつきがあり、従来は長さが３ｍ程度のローラ１には最大径と最小径との間に１ｍｍ程度の差があるのが普通であった。これはローラを製作する工程において、垂直に吊るして焼成するためである。しかし本発明では焼成方法の改善などにより、外径寸法ばらつきを０．５ｍｍ以内に、反りを長さの１／１０００以下に管理されたローラを用いている。

ワーク７はセッター６に載せられてローラ１上を搬送される。ワーク７は電子機器用の基板、パネル、小型電子部品、粉末材料などの平板状、粒状あるいは粉体状のものである。この実施形態ではワーク７は平板状の基板であり、平板状のセッター６上にセットされている。しかしワーク７が粉末である場合には、浅箱上のセッターが用いられる。

図１および図２に示すように、本発明ではワーク７を載せたセッター６を炉幅方向に所定の間隔を明けてローラ１上に複数列に並べて搬送する。セッター６，６間の間隔を５０〜１００ｍｍとし、セッター６と炉室２の側壁５との間隔も５０〜１００ｍｍとすることが好ましい。このようにセッター６，６間に間隔を明けても、外径寸法ばらつきを０．５ｍｍ以内に、反りを長さの１／１０００以下に管理されたローラ１を用いることによって蛇行を抑制することができる。

図２は本発明におけるローラ１上のセッター６の配置を示す平面図であり、図３は従来のセッター６の配置を示す平面図である。本発明では図２に示されるようにセッター６，６間に十分な間隙があるため、この間隙から炉内の雰囲気ガスが対流によって循環することができる。これに対して図３のようにセッター６，６を炉幅方向に密着させて配置すると、実質的に２枚分のサイズのセッターを用いた場合と同様になり、対流が妨げられる。このため、本発明によればワーク７に対する対流による熱伝達効果が向上し、従来よりも必要エネルギを２０〜３０％程度も削減することが可能となる。

このような効果を得るためには、セッター６，６の間隔を５０ｍｍ以上としておくことが好ましい。これよりも間隔が狭くなると対流が制限されるためである。しかし１００ｍｍ以上としても効果に大差はなくなり、逆に炉内に無駄なスペースが生じて生産性の低下を招くため、５０〜１００ｍｍとすることが好ましい。また同様の理由により、セッター６と炉室２の側壁５との間隔も５０〜１００ｍｍとしておくことが好ましい。図３に示す従来の配置ではセッター６と炉室２の側壁５との間隔が大きくなり、炉室２の左右部分に対流が集中して中央部分のワーク７への熱伝達効果が低下する。

また本発明ではヒータ３をローラ１の下面のみに配置している。ヒータ３は従来と同様の棒状ヒータである。ヒータ３からの輻射はセッター６の下面に対して行われ、ワーク７を直接加熱するものではない。このためにヒータ３とローラ１との間の距離を３００ｍｍ程度としておけば、加熱温度のばらつきは生じない。

一方、本発明ではローラ１の上面にはヒータを設置せず、ワーク７の上面と炉室２の天井面との距離ｈを接近させ、天井面からの輻射加熱によってワーク７を上面から加熱するようにした。この距離ｈは好ましくは３０〜１５０ｍｍ程度である。すなわち、ヒータ３によって炉室２の全体が加熱されると、天井４からの輻射も増加し、天井４が連続した面状ヒータと同様の輻射機能を発揮する。このため、ワーク７の上面と炉室２の天井面との距離ｈを接近させても加熱むらが生ずることがない。また炉室２の断面積を従来よりも小さくできるため、炉内の雰囲気ガス量も減少し、炉内を加熱するためのエネルギを減少させることができる。

なお、ワーク７の上面と炉室２の天井面との距離ｈを３０ｍｍよりも接近させると炉室上部のガス循環が阻害されるおそれがあり、逆に１５０ｍｍよりも離すと炉室２の断面積の増加を招き、上記した効果が発揮されにくくなるので、３０〜１５０ｍｍ程度が好ましい。

また上記した炉室２の天井面からの輻射加熱を十分に行わせるためには、天井４を構成する材質が黒体に近いものであることが好ましく、天井４も例えばＳｉ-ＳｉＣとすれば黒体に近い輻射効果を得ることができる。

以上に説明したように、本発明によればワーク７を載せたセッター６を炉幅方向に所定の間隔を明けてローラ１上に複数列に並べて搬送するので、対流による加熱効果が高まり、セッター６を炉幅方向に互いに接触させた状態で搬送していた従来よりも、エネルギを削減することができる。さらに本発明では上部ヒータが不要となって消費エネルギが減少し、また炉室の断面積も従来よりも小さくなるので炉内の雰囲気ガス量も減少し、雰囲気ガスを高温に加熱するためのエネルギも減少する。これらの理由により、本発明によれば従来のローラハースキルンによる焼成よりも、２０〜３０％程度のエネルギを削減でき、しかも従来と同等以上の焼成品質を達成することが可能となる。

１ ローラ
２ 炉室
３ ヒータ
４ 天井
５ 側壁
６ セッター
７ ワーク
８ 炉床
９ 断熱材

Claims (6)

1. ローラハースキルンによるワークの焼成方法であって、ワークを載せたセッターを炉幅方向に所定の間隔を明けてローラ上に複数列に並べて搬送しながら、ローラの下面に配置したヒータによってワークを下面から加熱するとともに、ワークの上面と炉室天井面との距離を接近させて天井面からの輻射加熱によってワークを上面から加熱することを特徴とするローラハースキルンによるワークの焼成方法。
2. セッター相互間の間隔を５０〜１００ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載のローラハースキルンによるワークの焼成方法。
3. セッターと炉室側壁との間隔を５０〜１００ｍｍとすることを特徴とする請求項２記載のローラハースキルンによるワークの焼成方法。
4. ワークの上面と炉室天井面との距離を３０〜１５０ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載のローラハースキルンによるワークの焼成方法。
5. 太さのばらつきを０．５ｍｍ以内に管理されたローラを用いることを特徴とする請求項１記載のローラハースキルンによるワークの焼成方法。
6. 反りを長さの１／１０００以下に管理されたローラを用いることを特徴とする請求項１記載のローラハースキルンによるワークの焼成方法。

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