JP2017180865A

JP2017180865A - 焼成炉

Info

Publication number: JP2017180865A
Application number: JP2016063558A
Authority: JP
Inventors: 保憲青木; Yasunori Aoki; 豊彦浅井; Toyohiko Asai; 英二小原; Eiji Obara
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Ceramic Device Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Ceramic Device Co Ltd
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP6639985B2

Abstract

【課題】炉体内の上段領域及び下段領域と中段領域との温度差を低減する。
【解決手段】焼成炉１０は、セラミック成形体６５を焼成する焼成炉であって、内部に処理空間１３を有する炉体１１と、ヒータ群３０（複数のヒータ３７）と、遮蔽板群４０（複数の遮蔽板４７）と、を備えている。複数のヒータ３７は、処理空間１３内で炉体１１内の側面２０に沿って配置されている。複数の遮蔽板４７は、処理空間１３を上下方向に３等分したうちの中段領域１５を上段領域１４及び下段領域１６の各々より多く遮蔽するように、炉体１１内の側面２０に沿ってヒータ３７よりも処理空間１３の内側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼成炉に関する。

従来、セラミック成形体を焼成してセンサ素子などのセラミック部品を得るために用いられる焼成炉が知られている。例えば、特許文献１には、炉体と、炉体の左右に取り付けられた遠赤外線ヒータパネルと、遠赤外線ヒータパネルの前面に角度調節自在に配置された多数の遮蔽板と、を備えた炉が記載されている。この炉では、熱媒体の流量や温度を変えることなく炉内温度を広い範囲で調整できるとしている。また、上部の遮蔽板群と下部の遮蔽板群とを別異に角度調整したり、各遮蔽板の角度を調整することで、炉内の上下の温度差を不均一とならないようにすることが記載されている。

特開平６−１９４０５０号公報

ところで、炉内でセラミック成形体を焼成するにあたり、上下方向の中央部の温度が上部及び下部の温度よりも高くなる場合があった。これにより、例えばセラミック成形体の焼成具合にばらつきが生じ、焼成後のセラミック部品の特性や寸法がばらつく場合があった。特許文献１には、炉内の上部と下部との温度差を不均一にならないようにすることは記載されているが、上下方向の中央部の高温化については考慮されていなかった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、炉体内の上段領域及び下段領域と中段領域との温度差を低減することを主目的とする。

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の焼成炉は、
セラミック成形体を焼成する焼成炉であって、
内部に処理空間を有する炉体と、
前記処理空間内で前記炉体内の側面に沿って配置されたヒータと、
前記処理空間を上下方向に３等分したうちの中段領域を上段領域及び下段領域の各々より多く遮蔽するように、前記炉体内の側面に沿って前記ヒータよりも前記処理空間の内側に配置された遮蔽板と、
を備えたものである。

この焼成炉では、炉体内の側面に沿ってヒータよりも処理空間の内側に遮蔽板が配置されている。そして、遮蔽板は、炉体内の処理空間を上下方向に３等分したうちの中段領域を上段領域及び下段領域の各々より多く遮蔽している。これにより、処理空間の中段領域では、上段領域及び下段領域の各々と比べて、遮蔽板がヒータによる処理空間の内側の加熱をより低減するため、炉体内の中段領域の高温化が低減される。したがって、この焼成炉では、炉体内の上段領域及び下段領域と中段領域との温度差を低減することができる。

本発明の焼成炉において、前記遮蔽板は、該遮蔽板よりも前記処理空間の内側から水平方向に該遮蔽板と前記ヒータとを見たときに、該ヒータの発熱部のうち該遮蔽板に覆われる部分の面積割合であるヒータ遮蔽率が１０％以上４０％以下であってもよい。ヒータ遮蔽率が１０％以上では、中段領域の高温化を十分低減できる。ヒータ遮蔽率が４０％以下では、ヒータによって効率よく処理空間の内側を加熱できる。この場合において、前記ヒータ遮蔽率が２０％以上３５％以下であってもよい。

本発明の焼成炉において、前記遮蔽板は、前記処理空間の全高に占める前記遮蔽板の高さ割合が１０％以上４０％以下であってもよい。高さ割合が１０％以上では、中段領域の高温化を十分低減できる。高さ割合が４０％以下では、ヒータによって効率よく処理空間の内側を加熱できる。この場合において、前記高さ割合が２０％以上３５％以下であってもよい。

本発明の焼成炉において、前記遮蔽板は、前記炉体内の側面に沿った方向に離間して複数配置されていてもよい。こうすれば、側面に沿った方向に離間せず１枚の遮蔽板で同じ面積を遮蔽する場合と比べて、ヒータからの熱による遮蔽板の変形を低減できる。

本発明の焼成炉において、前記遮蔽板は、前記中段領域内に隙間が存在するように、互いに離間して複数配置されているか又は穴が配設されているかの少なくとも一方を満たしていてもよい。例えば中段領域に遮蔽板の隙間が全くない場合には中段領域の温度が低くなりすぎる（昇温が不足する）場合があるが、中段領域に隙間を設けることで、昇温不足が生じにくくなる。

本発明の焼成炉において、前記ヒータは、前記炉体内の側面に沿って千鳥状に複数配置されていてもよい。こうすれば、処理空間を効率よく加熱できる。

本発明の焼成炉において、前記炉体は、該炉体内の側面として前後左右の４つの側面を有し、前記ヒータ及び前記遮蔽板は、前記４つの側面の各々に対応して配置されていてもよい。

焼成炉１０の縦断面図。図１における昇降板１９及び支持体６０を上昇させた状態の説明図。図１のＡ−Ａ断面図。遮蔽板群４０の有無による処理空間１３内の上下方向の温度分布の相違を示す概念図。実施例１〜４及び比較例１におけるセッター６１の測定段と温度との関係を示すグラフ。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である焼成炉１０の縦断面図である。図２は、図１における昇降板１９及び支持体６０を上昇させた状態の説明図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、本実施形態において、上下方向，左右方向及び前後方向は、図１〜３に示した通りとする。

焼成炉１０は、支持体６０上に載置された複数のセラミック成形体６５を焼成するために用いられるバッチ炉である。この焼成炉１０は、内部に処理空間１３を有する炉体１１と、炉体１１の下側に接続された箱体１２と、支持体６０を昇降させる昇降装置１８と、を備えている。また、焼成炉１０は、処理空間１３内に、複数のヒータ３７を有するヒータ群３０と、複数の遮蔽板４７を有する遮蔽板群４０と、複数の供給管５０と、を備えている。

炉体１１は、略直方体に形成された断熱構造体であり、炉体１１内の側面２０すなわち前後左右の内周面である前側面２１（図３参照），後側面２２，左側面２３，及び右側面２４と、内部の上面である天井面２５と、内部の下面である底面２６と、を有している。この各面２１〜２６で囲まれた略直方体の空間が、セラミック成形体６５の焼成を行う処理空間１３である。なお、前側面２１，後側面２２，左側面２３，及び右側面２４を側面２０と総称する。また、図１，２に示すように、処理空間１３を上下方向（鉛直方向）に３等分したときの各領域を、上から順に上段領域１４，中段領域１５，及び下段領域１６と称する。

箱体１２は、炉体１１の下側に接続された略直方体の構造体であり、内部に収容空間１７を有している。収容空間１７は、図示しない扉が配設されて、焼成炉１０の外部と収容空間１７との間で支持体６０及びセラミック成形体６５の搬出入が可能になっている。

昇降装置１８は、支持体６０を昇降させる機構であり、収容空間１７の下部に配置されている。昇降装置１８の上部には支持体６０を載置する昇降板１９が取り付けられている。昇降装置１８が昇降板１９を昇降させることで、昇降板１９上に載置された支持体６０が昇降する。これにより、昇降装置１８は、収容空間１７と処理空間１３との間で支持体６０に載置されたセラミック成形体６５の搬出入を行う。なお、図２に示すように、昇降装置１８によって上昇した昇降板１９は炉体１１の底面２６に配設された搬出入口を封止し、昇降板１９の上面は底面２６の一部となる。この状態では、処理空間１３と、収容空間１７及び炉体１１の外部との間は気密に封止される。

ヒータ群３０は、処理空間１３を加熱する複数のヒータ３７を有している。複数のヒータ３７は、処理空間１３内で炉体１１内の側面２０に沿って配置されている。より具体的には、ヒータ群３０は、前側面２１に沿って配置された複数のヒータ３７を有する前ヒータ群３１（図３参照）と、後側面２２に沿って配置された複数のヒータ３７を有する後ヒータ群３２と、左側面２３に沿って配置された複数のヒータ３７を有する左ヒータ群３３と、右側面２４に沿って配置された複数のヒータ３７を有する右ヒータ群３４と、有している。各ヒータ群３１〜３４は、配置の方向（各側面２１〜２４のうちいずれの面に沿って配置されているか）が異なる点以外は同様であるため、例として図１，図２に示した後ヒータ群３２について説明して、他のヒータ群３１，３３，３４については詳細な図示及び説明を省略する。

後ヒータ群３２は、図１，２に示すように炉体１１内の後側面２２に沿って上下左右方向に並べて配置された複数（本実施形態では計８個）のヒータ３７を有している。この複数のヒータ３７は、後側面２２に沿って上下２段の千鳥状に配置されている。後ヒータ群３２が有する各ヒータ３７は、赤外線ヒータとして構成されており、発熱部３８と２つの導電部３９とを備えている。発熱部３８は、抵抗発熱体であり、導電部３９を介して外部から電力が供給されて加熱すると、赤外線を放射する。発熱部３８は、線状ヒーターとして構成されており、両端が導電部３９に支持されて処理空間１３内で上下方向に垂れ下がるようにＵ字状に配置されている。発熱部３８の材質としては、セラミック成形体６５の焼成時の温度以上の耐熱性を有する材質を用いることができ、例えば二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ₂）などが挙げられる。導電部３９は、外部から発熱部３８への電路となる導電性の部材であり、後側面２２を前後に貫通して外部に引き出されている。炉体１１の外部では、導電部３９は図示しない電源に接続されている。後ヒータ群３２が有する上側のヒータ３７と下側のヒータ３７とは、発熱部３８が互いに左右方向に隣り合わないように上下にずれて配置されている。また、上側の４個のヒータ３７は発熱部３８が上段領域１４及び中段領域１５にまたがるように配置され、下側の４個のヒータ３７は発熱部３８が中段領域１５及び下段領域１６にまたがるように配置されている。

遮蔽板群４０は、処理空間１３内を遮蔽する複数の遮蔽板４７を有している。複数の遮蔽板４７は、処理空間１３内で炉体１１内の側面２０に沿って配置されている。より具体的には、遮蔽板４７は、前側面２１に沿って配置された複数の遮蔽板４７を有する前遮蔽板群４１（図３参照）と、後側面２２に沿って配置された複数の遮蔽板４７を有する後遮蔽板群４２と、左側面２３に沿って配置された複数の遮蔽板４７を有する左遮蔽板群４３と、右側面２４に沿って配置された複数の遮蔽板４７を有する右遮蔽板群４４と、有している。遮蔽板群４１〜４４の各々の遮蔽板４７は、対応する各側面２１〜２４に沿って配置されたヒータ３７よりも処理空間１３の内側に配置されている。各遮蔽板群４１〜４４は、配置の方向（各側面２１〜２４のうちいずれの面に沿って配置されているか）が異なる点以外は同様であるため、例として後遮蔽板群４２について説明して、他の遮蔽板群４１，４３，４４については詳細な図示及び説明を省略する。

後遮蔽板群４２は、図１，２に示すように炉体１１内の後側面２２に沿って上下左右方向に並べて配置された複数（本実施形態では計４枚）の遮蔽板４７を有している。遮蔽板４７は、対応するヒータ３７からの赤外線を遮蔽するか、対応するヒータ３７に加熱された処理空間１３の雰囲気が対流により処理空間１３の内側（ここでは前方）に向かうのを遮蔽するか、の少なくとも一方の役割を果たす。なお、遮蔽板４７に対応するヒータ３７とは、遮蔽板４７と同じ側面２０に沿って配置されたヒータ３７、言い換えると遮蔽板４７よりも処理空間１３の外側に位置するヒータ３７を意味する。例えば後遮蔽板群４２の遮蔽板４７に対応するのは後ヒータ群３２のヒータ３７である。遮蔽板４７の材質としては、例えば熱伝導率の低い断熱材を用いることができ、例えばセラミックスファイバーなどの繊維系断熱材料が挙げられる。セラミックスファイバーの材質としては、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）などが挙げられる。

後遮蔽板群４２が有する複数の遮蔽板４７は、各々がボルト４８によって後側面２２に固定された固定板であり、後側面２２に沿って上下２段，左右２列の格子状に配置されている。この複数の遮蔽板４７は、中段領域１５を上段領域１４及び下段領域１６の各々より多く遮蔽するように配置されている。言い換えると、遮蔽板４７の中段領域１５の遮蔽面積が、上段領域１４の遮蔽面積よりも多く、且つ下段領域１６の遮蔽面積よりも多くなるように、遮蔽板４７が配置されている。詳細は後述するが、こうすることで、セラミック成形体６５を焼成する際の炉体１１内の上段領域１４及び下段領域１６と中段領域１５との温度差を低減することができる。ここで、遮蔽面積は、遮蔽板４７よりも処理空間１３の内側から水平且つ対応する側面２０（ここでは後側面２２）に垂直な方向に遮蔽板４７を見たときの、遮蔽板４７の見かけの面積を言う。すなわち、後遮蔽板群４２が有する遮蔽板４７の遮蔽面積は、前方から後方に向かう方向に遮蔽板４７を見たとき（図１のように遮蔽板４７を見たとき）の遮蔽板４７の面積を言う。なお、本実施形態では、後遮蔽板群４２が有する複数の遮蔽板４７は、いずれも中段領域１５内に配置され、中段領域１５からはみ出す部分が存在しない。そのため、上段領域１４の遮蔽面積及び下段領域１６の遮蔽面積は値０である。

また、後遮蔽板群４２が有する複数の遮蔽板４７は、１枚の遮蔽板を上下左右に４分割した状態で配置されており、炉体１１内の後側面２２に沿った方向に離間して複数配置されている。より具体的には、上側の遮蔽板４７と下側の遮蔽板４７とが上下に離間し、左側の遮蔽板４７と右側の遮蔽板４７とが左右に離間している。この４枚の遮蔽板４７のうち上側の２枚は、各々が２個のヒータ３７の発熱部３８の下側の一部を覆っている。また、遮蔽板４７のうち下側の２枚は、各々が２個のヒータ３７の発熱部３８の上側の一部を覆っている。このため、後ヒータ群３２のヒータ３７の発熱部３８のうち中段領域１５内に存在する部分は、ほとんど（例えば８０％以上）が遮蔽板４７に覆われている。なお、「遮蔽板４７が発熱部３８を覆う」とは、遮蔽板４７よりも処理空間１３の内側から水平方向（ここでは前方から後方に向かう方向）に遮蔽板４７とヒータ３７とを見たときに、発熱部３８の少なくとも一部が遮蔽板４７で見えない（覆われている）状態になっていることを言う。また、このように遮蔽板４７とヒータ３７とを見たときの、発熱部３８の面積のうち遮蔽板４７に覆われる部分の面積割合であるヒータ遮蔽率が、１０％以上４０％以下であることが好ましい。なお、本実施形態では、発熱部３８は線状発熱体であるため、ヒータ遮蔽率は、発熱部３８の全長に対する遮蔽板４７に覆われる部分の長さの割合として求めることもできる。ヒータ遮蔽率は２０％以上であることがより好ましい。ヒータ遮蔽率は３５％以下であることがより好ましい。なお、本実施形態のようにヒータ３７が複数存在する場合、ヒータ遮蔽率は、複数のヒータ３７の発熱部３８の合計面積のうち遮蔽板４７に覆われる部分の合計面積の割合とする。

後遮蔽板群４２が有する複数の遮蔽板４７は、処理空間１３の全高Ｈに占める遮蔽板４７の高さ割合が１０％以上４０％以下であることが好ましい。なお、遮蔽板４７の高さは、遮蔽板４７の上下方向の存在範囲に基づいて定まる値とする。すなわち、上下方向で遮蔽板４７が存在する部分を遮蔽板４７の高さに含めるようにカウントして、遮蔽板４７の高さを求めるものとする。本実施形態では、遮蔽板４７の高さは図１の高さＨ１（上側の遮蔽板４７の高さと同じ）と高さＨ２（下側の遮蔽板４７の高さと同じ）との和である。すなわち、遮蔽板４７の高さ割合は（Ｈ１＋Ｈ２）／Ｈ×１００となる。なお、上述したように、本実施形態では、遮蔽板４７は中段領域１５内に配置され、中段領域１５からはみ出す部分が存在しない。そのため、遮蔽板４７の高さ割合は約３３．３３％以下（１００／３％以下）になっている。遮蔽板４７の高さ割合は、２０％以上であることがより好ましい。遮蔽板４７の高さ割合は、３５％以下であることがより好ましい。

また、上側の遮蔽板４７と下側の遮蔽板４７との上下の隙間は、中段領域１５内に存在し、本実施形態では中段領域１５の上下方向の中央に位置している。この上下の隙間（上側の遮蔽板４７と下側の遮蔽板４７との上下の距離）は、本実施形態では１０ｍｍとした。なお、上下の隙間は８ｍｍ以上４０ｍｍ以下としてもよい。上下の隙間は２０ｍｍ以下としてもよいし、１２ｍｍ以下としてもよい。また、左側の遮蔽板４７と右側の遮蔽板４７との左右の隙間は、中段領域１５内に存在している。この左右の隙間（左側の遮蔽板４７と右側の遮蔽板４７との距離）は、本実施形態では１０ｍｍとした。なお、左右の隙間は８ｍｍ以上４０ｍｍ以下としてもよい。左右の隙間は２０ｍｍ以下としてもよいし、１２ｍｍ以下としてもよい。なお、遮蔽板４７は、遮蔽板４７よりも処理空間１３の内側（前方）から水平方向に遮蔽板４７と後ヒータ群３２のヒータ３７とを見たときに、上下の遮蔽板４７の隙間からヒータ３７の発熱部３８が見える（露出する）ように配置されている。ただし、これに限らず上下の遮蔽板４７の隙間から発熱部３８が見えない（露出しない）ように遮蔽板４７が配置されていてもよい。なお、本実施形態では、上下の遮蔽板４７の隙間から導電部３９が一部露出しているが、導電部３９が露出していなくてもよい。

なお、上述したように後ヒータ群３２以外の各ヒータ群３１，３３，３４、及び後遮蔽板群４２以外の各遮蔽板群４１，４３，４４については図示を省略するが、例えば前ヒータ群３１及び前遮蔽板群４１を処理空間１３内で後方から見た場合、前ヒータ群３１の各ヒータ３７の配置や前遮蔽板群４１の各遮蔽板４７の配置は図１，２と同じになる。同様に、左ヒータ群３３及び左遮蔽板群４３を処理空間１３内で右方から見た場合や、右ヒータ群３４及び右遮蔽板群４４を処理空間１３内で左方から見た場合の、各ヒータ３７及び各遮蔽板４７の配置は図１，２と同じになる。

供給管５０は、処理空間１３内に雰囲気ガスなどを供給する部材である。供給管５０は長手方向が上下方向に沿うように配置され、図３に示すように炉体１１の４隅に１本ずつ配置されている。供給管５０には上下方向に等間隔に並んだ複数の供給孔５１が配設されている。供給管５０は炉体１１の外部の図示しないガス供給装置に接続されており、ガス供給装置から供給されたガスを供給孔５１から噴出させて処理空間１３内に供給する。

支持体６０は、セラミック成形体６５を上面に載置する平板状のセッター６１とセッター６１を下方から支持する複数のスペーサ６２との１組として、これを上下方向に複数組積み重ねた部材である。この複数組のセッター６１の各々の上面に、セラミック成形体６５が載置される。セッター６１は、処理空間１３でのセラミック成形体６５の焼成温度に耐えられるよう、高い耐食性や耐熱性を有する材料（例えば、セラミックスなど）から構成されている。セッター６１は、セラミック成形体６５を載置できればよく、平板状に限らずメッシュ状などとしてもよい。スペーサ６２は、セッター６１の下方の４隅に配置されて、上下のセッター６１を離間させてセラミック成形体６５を配置する空間を確保する。

セラミック成形体６５は、処理空間１３でヒータ３７からの赤外線や処理空間１３内の雰囲気により焼成されるものであり、焼成後にセラミック部品となる。特に限定するものではないが、本実施形態では、セラミック成形体６５は、焼成後にセンサ素子となるものとした。より具体的には、セラミック成形体６５は、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む複数枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを、電極等の種々のパターンを印刷した後に積層及び圧着して乾燥されたものとした。

こうして構成された焼成炉１０の使用例を以下に説明する。まず、昇降装置１８が昇降板１９を下降させた状態（図１）で、昇降板１９上に支持体６０を載置すると共に、支持体６０の各セッター６１上にセラミック成形体６５を載置する。続いて、昇降装置１８により昇降板１９及び支持体６０を上昇させてセラミック成形体６５を処理空間１３内に搬入する（図２）。次に、供給管５０から処理空間１３内に雰囲気ガスを供給し、複数のヒータ３７に電力を供給してヒータ３７を加熱する。そして、雰囲気ガスの供給量やヒータ３７に供給する電力を所定の値にしておくことにより、処理空間１３内をセラミック成形体６５の焼成に適した状態になるようにする。そして、焼成に必要な処理時間の経過後に供給管５０からの雰囲気ガスの供給やヒータ３７の加熱を停止した後、昇降装置１８により昇降板１９を下降させて、収容空間１７から焼成後のセラミック成形体６５すなわちセンサ素子を取り出す。

ここで、本実施形態では、上述したように遮蔽板群４０（複数の遮蔽板４７）は、中段領域１５を上段領域１４及び下段領域１６の各々より多く遮蔽するように配置されている。これにより、処理空間１３の中段領域１５では、上段領域１４及び下段領域１６の各々と比べて、遮蔽板４７がヒータ３７による処理空間の内側の加熱をより低減するため、炉体１１内の中段領域１５の高温化が低減される。図４は、遮蔽板群４０の有無による処理空間１３内の上下方向の温度分布の相違を示す概念図である。図４の１点鎖線は焼成炉１０が遮蔽板４７を備えない状態で焼成処理を行った場合の上下方向の温度分布の概念図であり、図４の実線は焼成炉１０が遮蔽板４７を備える状態で焼成処理を行った場合の上下方向の温度分布の概念図である。図４に示すように、中段領域１５を遮蔽板４７がより多く遮蔽していることで、高温化しやすい中段領域１５の最高温度が低減される。また、上段領域１４や下段領域１６の一部の温度がより上昇する。これらにより、本実施形態の焼成炉１０では、炉体１１内の上段領域１４及び下段領域１６と中段領域１５との温度差を低減することができる。なお、図４の１点鎖線のように炉体１１内の上段領域１４及び下段領域１６と中段領域１５との温度差が大きい場合には、セラミック成形体６５の焼成具合が上下方向の位置によってばらついてしまい、焼成後のセラミック部品（センサ素子）の特性や寸法がばらつく場合がある。本実施形態の炉体１１では、中段領域１５をより多く遮蔽するように遮蔽板４７を配置することで、そのような不具合を低減できる。

なお、図４に示すように、上段領域１４の上部（天井面２５付近）や下段領域１６の下部（底面２６付近）の温度は遮蔽板４７の有無にかかわらず温度が比較的上昇しにくい場合がある。この場合、比較的温度分布が均一に保たれている領域内に炉体１１内の使用範囲が含まれるようにすればよい。なお、炉体１１内の使用範囲とは、支持体６０に載置された最も上方のセラミック成形体６５の位置と、最も下方のセラミック成形体６５の位置と、の間の領域を意味する。すなわち、上段領域１４の上部（天井面２５付近）や下段領域１６の下部（底面２６付近）にはセラミック成形体６５を配置しないようにすればよい。

以上詳述した本実施形態の焼成炉１０では、炉体１１内の側面２０に沿ってヒータ群３０（複数のヒータ３７）よりも処理空間１３の内側に遮蔽板群４０（複数の遮蔽板４７）が配置されている。そして、遮蔽板４７は、中段領域１５を上段領域１４及び下段領域１６の各々より多く遮蔽している。したがって、焼成炉１０では、炉体１１内の上段領域１４及び下段領域１６と中段領域１５との温度差を低減することができる。

また、ヒータ遮蔽率が１０％以上では、中段領域１５の高温化を十分低減できる。ヒータ遮蔽率が４０％以下では、ヒータ３７によって効率よく処理空間１３の内側を加熱できる。さらに、遮蔽板４７の高さ割合が１０％以上では、中段領域１５の高温化を十分低減できる。遮蔽板４７の高さ割合が４０％以下では、ヒータ３７によって効率よく処理空間１３の内側を加熱できる。

さらに、遮蔽板４７は、炉体１１内の側面２０に沿った方向に離間して複数配置されているため、側面２０に沿った方向に離間せず１枚の遮蔽板４７で同じ面積を遮蔽する場合と比べて、ヒータ３７からの熱による遮蔽板４７の変形を低減できる。また、ヒータ３７からの熱によるボルト４８の変形も低減できる。さらにまた、遮蔽板４７は、中段領域１５内に隙間が存在するように、上下方向及び左右方向に離間して複数配置されている。例えば中段領域１５に隙間が全くない場合には中段領域１５の温度が低くなりすぎる（昇温が不足する）場合があるが、中段領域１５に隙間を設けることで、昇温不足が生じにくくなる。

また、ヒータ群３０（複数のヒータ３７）は、炉体１１内の側面２０に沿って千鳥状に複数配置されているため、処理空間１３を効率よく加熱できる。また、炉体１１は、炉体１１内の側面２０として前後左右の４つの側面（前側面２１，後側面２２，左側面２３，及び右側面２４）を有し、ヒータ３７及び遮蔽板４７は、４つの側面の各々に対応して配置されている（各ヒータ群３１〜３４，各遮蔽板群４１〜４４）。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、後遮蔽板群４２が有する複数の遮蔽板４７は、上下及び左右に離間して配置されていたが、これに限らず炉体１１内の側面２０に沿った方向に離間していればよい。また、複数の遮蔽板４７が上下左右の少なくとも一方について離間せず接触して配置されていてもよい。また、後遮蔽板群４２が有する複数の遮蔽板４７が上下のみに分かれた複数枚（例えば２枚）であったり、左右のみに分かれた複数枚（例えば２枚）であったりしてもよい。また、後遮蔽板群４２が１枚の遮蔽板４７のみを有していてもよい。他の遮蔽板群４１，４３，４４についても同様である。

上述した実施形態では、複数の遮蔽板４７の上下の隙間及び左右の隙間が存在するようにしたが、これに加えて又は代えて、遮蔽板４７の１以上に穴が配設されていてもよい。複数の遮蔽板４７間の隙間と遮蔽板４７に配設された穴との少なくとも一方が存在することで中段領域１５内に隙間が存在していれば、中段領域１５の温度が低くなりすぎることを抑制する効果が得られる。

上述した実施形態では、複数の遮蔽板４７はいずれも中段領域１５に配置され、中段領域１５からはみ出す部分が存在しなかったが、これに限られない。複数の遮蔽板４７のうち１以上の遮蔽板４７の少なくとも一部が上段領域１４又は下段領域１６に配置されていてもよい。また、１枚の遮蔽板４７が上段領域１４，中段領域１５，及び下段領域１６にまたがっていてもよい。上段領域１４や下段領域１６に配置される遮蔽板４７が存在する場合でも、遮蔽板４７の中段領域１５の遮蔽面積が、上段領域１４の遮蔽面積よりも多く、且つ下段領域１６の遮蔽面積よりも多くなるようにすれば、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、遮蔽板４７の高さ割合が１００／３％を超える値になるようにする場合には、遮蔽板４７が上段領域１４又は下段領域１６の少なくとも一方に存在する必要がある。

上述した実施形態では、各遮蔽板群４１〜４４はいずれも同様の構成としたが、特にこれに限らず、いずれか１以上の群が他と異なる構成をしていてもよい。なお、上述した実施形態では各遮蔽板群４１〜４４はいずれも同様の構成としているため、遮蔽板群４１〜４４は互いにヒータ遮蔽率及び遮蔽板４７の高さ割合は同じ値であり、焼成炉１０全体としてのヒータ遮蔽率及び遮蔽板４７の高さ割合もこれと同じ値である。これに対し、遮蔽板群４１〜４４のうちいずれか１以上の群が他と異なる構成をしている場合は、ヒータ遮蔽率及び遮蔽板４７の高さ割合の値は、遮蔽板群４１〜４４の各々で異なったり、遮蔽板群４１〜４４の各々と焼成炉１０全体とで異なったりすることがある。このような場合、焼成炉１０全体でのヒータ遮蔽率が１０％以上４０％以下であれば、それに対応して上述した効果が得られる。同様に、焼成炉１０全体での高さ割合が１０％以上４０％以下であれば、それに対応して上述した効果が得られる。ただし、このような場合でも、遮蔽板群４１〜４４の各々のヒータ遮蔽率がいずれも１０％以上４０％以下であることが好ましい。同様に、遮蔽板群４１〜４４の各々の高さ割合が１０％以上４０％以下であることが好ましい。

上述した実施形態では、炉体１１は、炉体１１内の側面２０として前後左右の４つの側面を有していたが、これに限られない。例えば、側面２０の数が３つや５つ以上であってもよい。また、側面２０が円筒の内周面の形状をしていてもよい。

上述した実施形態では、ヒータ３７の発熱部３８は線状ヒータとしたが、これに限らずどのようなヒータを用いてもよい。例えば、ヒータは、面状ヒータとして構成された発熱部を有していてもよい。ヒータ３７の個数や配置についても、上述した実施形態に限られない。

以下には、焼成炉を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図１〜３に示した、上述した実施形態の焼成炉１０を作製して実施例１とした。実施例１の処理空間１３の寸法は、上下の高さ（全高Ｈ）が７６０ｍｍ、前後の長さが９００ｍｍ、左右の長さが９００ｍｍとした。後遮蔽板群４２は、図１，２に示したように上下左右に離間して配置された４枚の遮蔽板４７を備えるものとした。この４枚の遮蔽板４７は、図１，２に示したようにいずれも中段領域１５内に配置した。遮蔽板４７は、セラミックファイバーのボードとし、上下の高さが１００ｍｍ（高さＨ１，Ｈ２がいずれも１００ｍｍ）、左右の幅が３５０ｍｍ、厚みが２０ｍｍのものを用いた。上側の遮蔽板４７と下側の遮蔽板４７との上下の隙間は１０ｍｍとし、左側の遮蔽板４７と右側の遮蔽板４７の左右の隙間は１０ｍｍとした。４枚の遮蔽板４７は、前方から後方に水平に見たときに、後ヒータ群３２のうち上側のヒータ３７の発熱部３８の４８％を覆い、下側のヒータ３７の発熱部３８の１５％を覆うように配置した。そのため、ヒータ遮蔽率は３１％であった。処理空間１３の全高Ｈに占める後遮蔽板群４２の４枚の遮蔽板４７の高さ割合は、（Ｈ１＋Ｈ２）／Ｈ×１００＝約２６％となった。前遮蔽板群４１、左遮蔽板群４３、右遮蔽板群４４についても、配置の方向（各側面２１〜２４のうちいずれの面に沿って配置されているか）以外は後遮蔽板群４２と同じとした。そのため、焼成炉１０全体としてのヒータ遮蔽率は２６％となり、焼成炉１０全体としての高さ割合は２６％となった。支持体６０は、セッター６１とスペーサ６２との組を上下方向に２６組重ねた構成とし、２６組を前後左右に離間して４山並べた配置とした。支持体６０の複数のセッター６１の位置を、下から順に１段目、２段目、・・・と称するものとする。支持体６０は、５〜１６段目のセッター６１が中段領域１５内に位置するように配置した。また、下側の遮蔽板４７の下端から上側遮蔽板４７の上端までの高さに５〜１５段目のセッター６１が位置するように配置した。セッター６１の厚みは７ｍｍとした。また、スペーサ６２の上下の高さ（＝セッター６１の上下の間隔）は１３ｍｍとした。

［実施例２］
上側の遮蔽板４７と下側の遮蔽板４７との上下の隙間を３５ｍｍとした点以外は、実施例１と同じ焼成炉１０を作製して実施例２とした。なお、実施例２の遮蔽板４７の高さ割合は実施例１と同じ２６％である。また、実施例２のヒータ遮蔽率は３０％であった。

［実施例３］
上側の遮蔽板４７と下側の遮蔽板４７とを分けずに１枚の遮蔽板４７とし、各遮蔽板４７に穴を設けた点以外は、実施例２と同じ焼成炉１０を作製して実施例３とした。すなわち、後遮蔽板群４２が左右に離間した２枚の遮蔽板４７を有するものとした。２枚の遮蔽板４７の寸法は、いずれも、上下の高さが２３５ｍｍ、左右の幅が３５０ｍｍ、厚みが２０ｍｍとした。左側の遮蔽板４７と右側の遮蔽板４７の左右の隙間は実施例１，２と同じく１０ｍｍとした。２枚の遮蔽板４７の各々の穴は、いずれも遮蔽板４７の上下左右の中央に位置するように配設した。穴の直径は６７ｍｍとした。前遮蔽板群４１、左遮蔽板群４３、右遮蔽板群４４についても、配置の方向以外は後遮蔽板群４２と同じとした。焼成炉１０全体としてのヒータ遮蔽率は３６％となり、焼成炉１０全体としての高さ割合は３１％（＝２３５ｍｍ／７６０ｍｍ×１００）となった。

［実施例４］
各遮蔽板４７に穴を設けないようにした点以外は、実施例３と同じ焼成炉１０を作製して実施例４とした。焼成炉１０全体としてのヒータ遮蔽率は３８％となった。焼成炉１０全体としての高さ割合は実施例３と同じ３１％である。

［比較例１］
遮蔽板４７を備えない点以外は実施例１と同じ焼成炉１０を作製して比較例１とした。

［処理空間１３内の温度の測定］
実施例１〜４，比較例１について、供給管５０から処理空間１３内に雰囲気ガスを供給し、複数のヒータ３７に電力を供給してヒータ３７を加熱し、その状態で１〜２４段目のうち奇数段及び２４段目のセッター６１上の雰囲気の温度を測定した。支持体６０は２６組を４山配置しているが、代表としてそのうちの１山にて測定した。また、実施例１〜４，比較例１の各々について、測定された温度の最大値と最小値との差を導出したところ、実施例１では３．０℃、実施例２では４．２℃、実施例３では５．１℃、実施例４では５．３℃、比較例１では８．８℃であった。図５は、実施例１〜４及び比較例１におけるセッター６１の測定段と温度との関係を示すグラフである。

図５に示すように、比較例１では上段領域及び下段領域と中段領域との温度差が大きく、最大で８．８℃の差があった。これに対し、実施例１〜４はいずれも比較例１と比べて中段領域の温度が低くなり上段領域及び下段領域の温度が高くなる傾向が見られ、炉体内の上段領域及び下段領域と中段領域との温度差が低減されていた。測定された温度の最大値と最小値との差も、実施例１〜４は比較例１と比べて小さくなっていた。なお、遮蔽板４７の上下の隙間も穴も存在しない実施例４では、中段領域の一部の段の温度が上段領域及び下段領域の温度より低くなっていた。これに対し、遮蔽板４７の上下の隙間又は穴が存在する実施例１〜３では、中段領域の温度が低下しすぎることはなかった。また、遮蔽板４７に穴が配設された実施例３よりも、穴の代わりに遮蔽板４７の上下の隙間を設けた実施例１，２の方が、温度の最大値と最小値との差を小さくできていた。さらに、隙間が３５ｍｍである実施例２よりも、隙間が１０ｍｍである実施例１の方が、温度の最大値と最小値との差を小さくできていた。

１０焼成炉、１１炉体、１２箱体、１３処理空間、１４上段領域、１５中段領域、１６下段領域、１７収容空間、１８昇降装置、１９昇降板、２０側面、２１前側面、２２後側面、２３左側面２４右側面、２５天井面、２６底面、３０ヒータ群、３１前ヒータ群、３２後ヒータ群、３３左ヒータ群、３４右ヒータ群、３７ヒータ、３８発熱部、３９導電部、４０遮蔽板群、４１前遮蔽板群、４２後遮蔽板群、４３左遮蔽板群、４４右遮蔽板群、４７遮蔽板、４８ボルト、５０供給管、５１供給孔、６０支持体、６１セッター、６２スペーサ、６５セラミック成形体。

Claims

セラミック成形体を焼成する焼成炉であって、
内部に処理空間を有する炉体と、
前記処理空間内で前記炉体内の側面に沿って配置されたヒータと、
前記処理空間を上下方向に３等分したうちの中段領域を上段領域及び下段領域の各々より多く遮蔽するように、前記炉体内の側面に沿って前記ヒータよりも前記処理空間の内側に配置された遮蔽板と、
を備えた焼成炉。
前記遮蔽板は、該遮蔽板よりも前記処理空間の内側から水平方向に該遮蔽板と前記ヒータとを見たときに、該ヒータの発熱部のうち該遮蔽板に覆われる部分の面積割合であるヒータ遮蔽率が１０％以上４０％以下である、
請求項１に記載の焼成炉。
前記ヒータ遮蔽率が２０％以上３５％以下である、
請求項２に記載の焼成炉。
前記遮蔽板は、前記処理空間の全高に占める前記遮蔽板の高さ割合が１０％以上４０％以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼成炉。
前記高さ割合が２０％以上３５％以下である、
請求項４に記載の焼成炉。
前記遮蔽板は、前記炉体内の側面に沿った方向に離間して複数配置されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼成炉。
前記遮蔽板は、前記中段領域内に隙間が存在するように、互いに離間して複数配置されているか又は穴が配設されているかの少なくとも一方を満たしている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の焼成炉。
前記ヒータは、前記炉体内の側面に沿って千鳥状に複数配置されている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の焼成炉。
前記炉体は、該炉体内の側面として前後左右の４つの側面を有し、
前記ヒータ及び前記遮蔽板は、前記４つの側面の各々に対応して配置されている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の焼成炉。