JP2011117652A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理室内の各段の熱処理空間における温度分布を均一化する加熱炉を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱炉１は、熱風を循環流通させる熱風循環流路３０と、ヒータ２１及びブロア２３の直上に配置され、熱風循環流路３０の熱風を各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅに分岐させて通過させる熱処理室１０と、を備え、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅの上流側には、ヒータ２１からの距離が大きいほど上流側に長く突出する湾曲形状の熱損失調整板５１ａ〜５１ｅと、熱処理空間１３ａ〜１３ｅに導入される熱風を順に通過させる第１メッシュ材５３及び第２のメッシュ材５５と、第１メッシュ材５３と第２メッシュ材５５との間に設けられ、熱処理空間１３ａ〜１３ｅの水平方向の熱分布を調整する熱分布調整板５７と、が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数段の熱処理空間を有する熱処理室を備えた加熱炉に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の加熱炉が知られている。この加熱炉は、複数の被加熱物を上下方向に間隔をあけて多段に熱処理室に収容し、熱風循環流路で発生させた熱風を熱処理室に循環させて被加熱物を熱処理するものである。熱風を熱処理室に導入するための通気孔の近傍には、傾きが調整可能な風向調整板が複数設けられており、この風向調整板が熱風の風向を調整することで、熱処理室内の温度分布の均一化を図ることが提案されている。

特許３６４４８４９号公報

しかしながら、特許文献１の加熱炉では、上下に配列された通気孔それぞれに対応させて風向調整板を配置し、多段の各被加熱物の温度分布バラツキを抑制しようとしているが、そのバラツキの抑制は十分とは言えない。従って、例えば、この構成の加熱炉をセラミック成形体の脱脂処理に適用した場合、多段に配列された各セラミック成形体の脱脂状態に差異が生じるおそれがあり、脱脂処理後におけるセラミック成形体の焼成時には、クラックや変形に代表される不良が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、熱処理室内の各段の熱処理空間における温度分布を均一化する加熱炉を提供することを目的とする。

本発明の加熱炉は、ヒータとブロアとで発生させた熱風を循環流通させる熱風循環流路と、鉛直方向から見てヒータ又はブロアと少なくとも一部が重なる位置に配置され、水平な仕切壁で仕切られ形成される複数段の熱処理空間を有し、熱風循環流路の熱風を各段の熱処理空間に分岐させて通過させる熱処理室と、を備え、各段の熱処理空間の上流側には、ヒータからの距離が大きいほど上流側に長く突出する湾曲形状の熱損失調整板と、熱処理空間に導入される熱風を順に通過させる上流側の第１のメッシュ材及び下流側の第２のメッシュ材と、第１のメッシュ材と第２のメッシュ材との間に設けられ、熱処理空間の水平方向の熱分布を調整する熱分布調整板と、が設けられていることを特徴とする。

この加熱炉では、熱処理室が鉛直方向から見てヒータ又はブロアと少なくとも一部が重なる位置に配置されている。この配置に起因して、各段の熱処理空間はヒータからの距離が互いに異なり、ヒータから各段の各熱処理空間に到達するまでの熱風の流路長が互いに異なる。従って、ヒータからの熱風の熱損失も互いに異なり、各段の熱処理空間同士で温度分布にバラツキが発生し易い。そこで、この加熱炉では、各熱処理空間に対応させて、上流側に突出する熱損失調整板が設けられている。各熱損失調整板は蓄熱材として機能し、ヒータからの流路長が長いほど熱損失調整板が長く設定されており熱容量が大きくなる。従って、各段の熱処理空間には、熱風の熱損失量が大きいほど、大きい熱容量の熱損失調整板に接触した熱風が導入される。その結果、各段の熱処理空間に導入される熱風の温度が均一化され、熱処理空間ごとの温度分布が均一化される。

また、第１のメッシュ材は、通過する熱風の分布を分散させることにより、結果として温度分布を等しくする。また、第１のメッシュ材の通過後にも残存する水平方向の温度バラツキは、蓄熱材として機能する熱分布調整板によって補償されるので、熱処理空間における水平方向の温度分布が均一化される。また、第２のメッシュ材は熱処理空間からの輻射熱が熱分布調整板に直接影響を与えることを抑制し、且つ輻射熱を第２のメッシュ材の面内で分散させる。これにより、熱分布調整板の温度が急激に変化することなく安定し、第２のメッシュ材を通過した熱風における、流れに直交する断面の温度分布が均一化される。

また、この場合、熱損失調整板と、第１及び第２のメッシュ材と、熱分布調整板とは、ステンレス製であることが好ましい。保温性の高い（熱伝導の悪い）ステンレスで、熱分布補償部材としての熱損失調整板と、第１及び第２のメッシュ材と、熱分布調整板とを構成することにより、外乱が生じても熱分布補償部材が急激に温度変化せず、熱処理室内における一定の温度分布を維持し易い。

また、各段の第１のメッシュ材は、鉛直方向に見て同じ位置に配置されており、各段の第２のメッシュ材は、段ごとに、熱風の進行方向に位置調整が可能であることが好ましい。

第１のメッシュ材が各熱処理空間における上流側の同じ位置に配置されるので、各熱処理空間にほぼ同じ条件で熱風を導入させ、第２のメッシュ材を位置調整することにより、各熱処理空間からの輻射熱にバラツキが生じても第２のメッシュ材に対する影響を、各段の熱処理空間同士で共通に揃えることができる。

また、各段の第１及び第２のメッシュ材は、段ごとに、開口率が異なることが好ましい。第１及び第２のメッシュ材の開口率を各熱処理空間ごとに調整することで、段ごとの温度分布をより精密に調整することができる。

本発明の加熱炉によれば、熱処理室内の各段の熱処理空間における温度分布を均一化することができる。

本発明の加熱炉の一実施形態を一部破断して示す正面図である。 図１の加熱炉のII-II線に沿った水平断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る加熱炉の好適な実施形態について詳細に説明する。図１及び図２に示す加熱炉１は、セラミック電子部品の製造工程において、焼成処理前のセラミック成形体を加熱して脱脂処理を行う脱脂炉として用いられる。なお、以下で加熱炉１の各部の位置関係を説明する際に「前」、「後」なる語を用いる場合があるが、この場合、図１における左を「前」とし、右を「後」とする。

加熱炉１は、断熱壁で囲まれセラミック成形体のワークＷを収納する熱処理室１０と、熱風を発生させるヒータ２１及びブロア２３と、発生した熱風を熱処理室１０内に供給する熱風循環流路３０と、を備えている。熱処理室１０内には熱風循環流路３０からの熱風が後方から前方に向かって吹き抜けるようになっており、熱処理室１０内のワークＷは、熱風に晒されることにより、加熱され脱脂処理される。この脱脂処理によって、焼成処理に先立って、セラミック成形体中の樹脂成分（バインダ）が除去される。

熱処理室１０は、複数の水平な仕切壁１１で仕切られており、熱処理室１０内には、鉛直方向に重なる複数段（ここでは、５段とする）の熱処理空間１３ａ〜１３ｅが形成されている。仕切壁１１はステンレス製の板であり、上面にワークＷを載置することができる。このように、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅに、それぞれワークＷを収納可能とすることで、熱処理室１０にワークＷを効率的に収納し、加熱炉１における処理効率向上が図られている。

熱風循環流路３０は、熱処理室１０から前方に排出された熱風を下向きに送る下降流路３１と、下降流路３１からの熱風を更に水平に後方に送る水平流路３３と、水平流路３３からの熱風を更に上向きに送り熱処理室１０に再び導入する上昇流路３５と、を備えている。水平流路３３上には、熱風の発生源としてヒータ２１及びブロア２３が設置されている。ヒータ２１及びブロア２３は熱処理室１０の下方に位置しており、上から見てヒータ２１及びブロア２３の輪郭がすべて熱処理室１０に重なるように配置されている。このような熱風循環流路３０によって、矢印Ａで示す熱風の循環が発生し、熱処理室１０内に熱風を循環させることができる。前述のように、熱処理室１０は５段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅに分かれているので、上昇流路３５からの熱風は、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅに分岐して流動し、再度合流して下降流路３１に排出される。

一般に、セラミック成形体のワークＷには、樹脂成分が含まれており、加熱炉１では、ワークＷ中の樹脂成分が長時間をかけて徐々に除去されていく。樹脂成分の除去速度は、熱風としてワークＷに接触する雰囲気ガスの温度、風量、及び雰囲気ガス中の樹脂濃度、に依存する。ここで、熱処理室１０内の各位置ごとに、雰囲気ガスの温度、風量、及び樹脂濃度のバラツキがある場合、熱処理室１０の各位置に配置されたワークＷごとに樹脂の除去速度がバラつくことになる。例えば、樹脂の除去速度が速すぎる場合、ワークＷにクラックが発生するおそれがある。また、樹脂の除去速度が遅すぎる場合には、処理終了後もワークＷに樹脂成分が残存してしまう。従って、熱処理室１０内のすべてのワークＷについてムラなく良好な脱脂を行うためには、熱処理室１０内の温度分布、風量分布、樹脂濃度分布のバラツキを小さくすることが必要である。

そこで、加熱炉１は、５段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅにそれぞれ対応するステンレス製の熱損失調整板５１ａ〜５１ｅを備えている。このうち、熱損失調整板５１ｂ〜５１ｅは、それぞれ、対応する熱処理空間１３ｂ〜１３ｅの後方（熱風の上流側）に設けられている。各熱処理空間１３ｂ〜１３ｅを区画する上壁をなす仕切壁１１の後端に、各熱損失調整板５１ｂ〜５１ｅが固定されており、各熱損失調整板５１ｂ〜５１ｅは、それぞれ、上昇流路３５内に突出するように後方に延びている。そして、熱損失調整板５１ｂ〜５１ｅは、先端が下方に向くように湾曲している。このような湾曲形状により、各熱損失調整板５１ｂ〜５１ｅは、上昇流路３５の鉛直方向の熱風をそれぞれ案内して水平方向の熱風とし、各々の熱処理空間１３ｂ〜１３ｅに熱風を円滑に導き入れる。なお、熱損失調整板１５ａは、熱処理室１０の上壁面に固定されているが、他の熱損失調整板５１ｂ〜５１ｅと同様の構成により、熱処理空間１３ａに熱風を円滑に導き入れる。

熱損失調整板５１ａ〜５１ｅにおける、熱風上流側に突出する長さは、熱損失調整板５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅの順に長い。すなわち、各熱損失調整板５１ａ〜５１ｅの長さは、上に位置するものほど長くなっており、更に換言すれば、ヒータ２１からの距離が大きくなるほど、熱損失調整板５１ａ〜５１ｅが長くなっている。熱損失調整板５１ａ〜５１ｅの幅及び厚さは、すべて同じである。

更に、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅにおいては、熱風の導入口を塞ぐように二重に重ねて配置された２枚のメッシュ材が設けられている。このうち上流側のメッシュ材を第１メッシュ材５３とし、下流側のメッシュ材を第２メッシュ材５５とする。第１メッシュ材５３と第２メッシュ材５５とは、ワークＷの載置位置と熱損失調整板５１ａ〜５１ｅとの間に位置している。第１メッシュ材５３と第２メッシュ材５５とは、所定の開口率（約６０％程度）を有するステンレス製の金網状の部材であり、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅに導入される熱風は、第１メッシュ材５３と第２メッシュ材５５とを順に通過する。各段の第１メッシュ材５３は、上から見てすべて同じ位置に配置されている。これに対して、各段の第２メッシュ材５５は、下段にいくほど徐々に前方にずれるように配置されている。また、各段の第２メッシュ材５５は、例えばネジ止め等により着脱自在に仕切壁１１に取り付けられる構成により、前後方向に位置調整が可能である。各段の第１及び第２メッシュ材５３，５５の開口率は、段ごとに調整され互いに異なっている。

更に、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅにおいては、第１メッシュ材５３と第２メッシュ材５５との間の空間に、複数枚（ここでは、６枚とする）のステンレス製の熱分布調整板５７が設けられている。熱分布調整板５７は、仕切壁１１の上面（或いは熱処理室１０の底壁面）に設けられており、図１における奥行き方向に水平に配列されている。熱分布調整板５７は、上方から見てやや傾斜することで、ワークＷの設置位置における熱風の流動に影響を与える。すなわち、熱分布調整板５７は、上方からみて中央付近の熱風を外側に導くように傾斜している。この構成により、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅにおいては、熱風に直交する面内における風量のバラツキが低減される。

続いて、上述の構成に基づく加熱炉１の作用効果について説明する。

この加熱炉１では、熱処理室１０とヒータ２１及びブロア２３とが上下の位置関係で配置されているので、装置のコンパクト化及び設置面積の低減が図り易い。その一方、このような配置に起因して、上昇流路３５からの上向きの熱風を、熱処理室１０に水平に案内して導入する必要がある。そして、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅは、ヒータ２１からの距離が互いに異なり、ヒータから各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅに到達するまでの熱風の流路長は、熱処理空間１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの順に長く、その結果、ヒータからの熱風の熱損失もこの順に大きい。従って、各段の熱処理空間同士で温度分布にバラツキが発生し易い。

そこで、この加熱炉１では、前述のとおり、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅに対応させて、上流側に突出する熱損失調整板５１ａ〜５１ｅが設けられている。各熱損失調整板５１ａ〜５１ｅは蓄熱材として機能し、ヒータ２１からの流路長が長いほど熱損失調整板５１ａ〜５１ｅが長く設定されており熱容量が大きくなる。従って、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅには、熱風の熱損失量が大きいほど、大きい熱量量の熱損失調整板５１ａ〜５１ｅに接触した熱風が導入されることになる。例えば、一番上の熱処理空間１３ａに導入される熱風は、ヒータ２１からの流路長が長いことから、熱損失も大きい。この熱風が、熱容量が大きい熱損失調整板５１ａに接触し、温度が補われた状態で熱処理空間１３ａに熱風が導入される。このように、各段ごとに長さを変え熱量量を変えた熱損失調整板５１ａ〜５１ｅによって、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅに導入される熱風の温度が均一化され、熱処理空間１３ａ〜１３ｅごとの温度分布が均一化される。

また、第１メッシュ材５３は、通過する熱風の分布を分散させることにより、結果として温度分布を等しくする。また、第１メッシュ材５３の通過後にも残存する水平方向の温度バラツキは、蓄熱材として機能する熱分布調整板５７によって補償されるので、熱処理空間１３ａ〜１３ｅにおける水平方向の温度分布が均一化される。また、第２メッシュ材５５は熱処理空間１３ａ〜１３ｅからの輻射熱が熱分布調整板５７に直接影響を与えることを抑制し、且つ輻射熱を第２メッシュ材５５の面内で分散させる。これにより、熱分布調整板５７の温度が急激に変化することなく安定し、第２メッシュ材５５を通過した熱風における、流れに直交する断面の温度分布が均一化される。

また、熱損失調整板５１ａ〜５１ｅと、第１及び第２メッシュ材５３，５５と、熱分布調整板５７とは、ステンレス製である。このように、保温性の高い（熱伝導の悪い）ステンレスで、熱分布補償部材としての熱損失調整板５１ａ〜５１ｅと、第１及び第２メッシュ材５３，５５と、熱分布調整板５７とを構成することにより、外乱が生じてもこれらの熱分布補償部材が急激に温度変化せず、熱処理室１０内における一定の温度分布を維持し易い。

また、各段の第１メッシュ材５３は、上から見て同じ位置に配置されるので、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅにほぼ同じ条件で熱風を導入させ、第２メッシュ材５５を位置調整することにより、各熱処理空間１３ａ〜１３ｅからの輻射熱にバラツキが生じても第２メッシュ材５５に対する影響を、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅ同士で共通に揃えることができる。

また、各段の第１及び第２メッシュ材５３，５５の開口率は、段ごとに調整され互いに異なっている。このように、第１及び第２メッシュ材５３，５５の開口率を各段ごとに調整することで、各段の熱処理空間１３ａ〜１３ｅごとの温度分布をより精密に調整することができる。

以上のように、加熱炉１によれば、熱処理室１０の各段及び各位置の温度分布が均一化され、熱処理室１０内において各段の各位置に配置されたワークＷの脱脂状態のバラツキを小さくすることができる。

１…加熱炉、１０…熱処理室、１１…仕切壁、１３ａ〜１３ｅ…熱処理空間、２１…ヒータ、２３…ブロア、３０…熱風循環流路、５１ａ〜５１ｅ…熱損失調整板、５３…第１メッシュ材、５５…第２メッシュ材、５７…熱分布調整板。

Claims (4)

1. ヒータとブロアとで発生させた熱風を循環流通させる熱風循環流路と、
   鉛直方向から見て前記ヒータ又は前記ブロアと少なくとも一部が重なる位置に配置され、水平な仕切壁で仕切られ形成される複数段の熱処理空間を有し、前記熱風循環流路の熱風を各段の前記熱処理空間に分岐させて通過させる熱処理室と、を備え、
   各段の前記熱処理空間の上流側には、
   前記ヒータからの距離が大きいほど上流側に長く突出する湾曲形状の熱損失調整板と、
   前記熱処理空間に導入される前記熱風を順に通過させる上流側の第１のメッシュ材及び下流側の第２のメッシュ材と、
   前記第１のメッシュ材と前記第２のメッシュ材との間に設けられ、前記熱処理空間の水平方向の熱分布を調整する熱分布調整板と、
   が設けられていることを特徴とする加熱炉。
2. 前記熱損失調整板と、前記第１及び第２のメッシュ材と、前記熱分布調整板とは、ステンレス製であることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
3. 各段の前記第１のメッシュ材は、鉛直方向から見て互いに同じ位置に配置されており、
   各段の前記第２のメッシュ材は、段ごとに、前記熱風の進行方向に位置調整が可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱炉。
4. 各段の前記第１及び第２のメッシュ材は、段ごとに、開口率が異なることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の加熱炉。
   

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