JP2018169137A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス雰囲気が異なる空間に他の空間の雰囲気ガスが流入することを好適に抑制する。【解決手段】熱処理炉は、被処理物を熱処理する。熱処理炉は、炉体と、搬送装置とを備える。炉体は、被処理物を第１のガス雰囲気で熱処理する第１空間と、被処理物を第１のガス雰囲気と異なる第２のガス雰囲気で熱処理する第２空間と、第１空間及び第２空間を接続する第３空間と、を備える。搬送装置は、第１空間の一端から第３空間を介して第２空間の他端まで被処理物を搬送する。第３空間の搬送方向に直交する断面積は、第１空間の搬送方向に直交する断面積より小さく、かつ、第２空間の搬送方向に直交する断面積より小さい。第３空間の高さ方向の寸法は、第１空間の高さ方向の寸法より小さく、かつ、第２空間の高さ方向の寸法より小さい。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、被処理物を熱処理する熱処理炉に関する。詳細には、ガス雰囲気が異なる複数の空間を備えた熱処理炉において、各空間の雰囲気ガスを分離する技術に関する。

熱処理炉（例えば、ローラーハースキルン等）を用いて、被処理物を熱処理することがある。この種の熱処理炉では、炉体の内部空間を複数の空間に分割し、これらの空間を順に被処理物が搬送される。炉体内部の各空間の雰囲気ガス成分と、雰囲気温度を調整することで、被処理物の熱処理に必要な各工程（例えば、脱バインダー工程、焼成工程等）が実施される。複数の空間は、各工程に合わせてそれぞれ異なるガス雰囲気に調整される。このため、隣接する空間の境界で雰囲気ガスを分離する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、被処理物を第１のガス雰囲気で熱処理する第１空間と、被処理物を第１のガス雰囲気と異なる第２のガス雰囲気で熱処理する第２空間を有する熱処理炉が開示されている。第１空間と第２空間の間には、セパレータが設置されており、セパレータは炉体の内側壁から炉内に向かって水平に突出しており、その肉厚は炉内に向かうに従って徐々に厚くなっている。セパレータの近傍の第１空間側には、第１空間内のガスを排出する排気流路が配置されており、セパレータの近傍の第２空間側には、第２空間内のガスを排出する排気流路が配置されている。特許文献１の熱処理炉は、セパレータが肉厚になっていることによって、セパレータと炉体の内壁との間にガス溜まりが生じる。ガス溜まりに滞留したガスは、セパレータの近傍に配置される排気流路から排出される。

特開２０１４−２１４９８８号公報

特許文献１の熱処理炉は、セパレータを徐々に肉厚にすると共に、セパレータの近傍に排気流路を設置することによって、隣接する一方の空間から他方の空間に雰囲気ガスが流入することを抑制している。しかしながら、セパレータで分離するだけでは、第１空間の雰囲気ガスと第２空間の雰囲気ガスを十分に分離することができないという問題があった。本明細書は、ガス雰囲気が異なる空間に他の空間の雰囲気ガスが流入することを好適に抑制する技術を開示する。

本明細書に開示する熱処理炉は、被処理物を熱処理する。熱処理炉は、炉体と、搬送装置とを備える。炉体は、被処理物を第１のガス雰囲気で熱処理する第１空間と、被処理物を第１のガス雰囲気と異なる第２のガス雰囲気で熱処理する第２空間と、第１空間及び第２空間を接続する第３空間と、を備える。搬送装置は、第１空間の一端から第３空間を介して第２空間の他端まで被処理物を搬送する。第３空間の搬送方向に直交する断面積は、第１空間の搬送方向に直交する断面積より小さく、かつ、第２空間の搬送方向に直交する断面積より小さい。第３空間の高さ方向の寸法は、第１空間の高さ方向の寸法より小さく、かつ、第２空間の高さ方向の寸法より小さい。

上記の熱処理炉は、ガス雰囲気が異なる第１空間と第２空間との間に、第１空間及び第２空間より断面積が小さく、かつ、第１空間及び第２空間より高さ方向の寸法が小さい第３空間を備えている。本発明者が鋭意検討したところ、第１空間と第２空間の間にこのような第３空間を備えることによって、第１空間と第２空間との間で、一方の雰囲気ガスが他方に、あるいは、他方の雰囲気ガスが一方に流入することを回避することができることが判明した。このため、上記の熱処理炉によれば、第１空間のガス雰囲気と第２空間のガス雰囲気を好適に分離することができる。

実施例に係る熱処理炉の概略構成を示す断面図（被処理物の搬送方向に平行な平面で熱処理炉を切断したときの断面図）。 炉体の第３空間の寸法を説明するための図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）本明細書が開示する熱処理炉では、搬送装置は、被処理物が載置される載置面を有しており、被処理物が載置面に載置された状態で第１空間の一端から第２空間の他端まで搬送可能となっていてもよい。第３空間の搬送方向の寸法は、被処理物の搬送方向の寸法より大きくてもよい。このような構成によると、第３空間の搬送方向の寸法を適切な寸法にすることができ、第１空間のガス雰囲気と第２空間のガス雰囲気を好適に分離することができる。

（特徴２）本明細書が開示する熱処理炉は、第１空間内の一端の近傍に配置され、第１空間内のガスを排出する第１排気流路と、第２空間内の第３空間の近傍に配置され、第２空間内のガスを排出する第２排気流路と、をさらに備えていてもよい。このような構成によると、第１空間及び第２空間のそれぞれにおいて、搬送経路の入り口側にガスの排気流路が配置されるため、各空間内において搬送経路の出口側から入り口側に向かってガスが流れ易くなる。このため、熱処理中に被処理物から発生するバインダー等が各空間内の搬送方向の下流に滞留することを抑制することができる。

（特徴３）本明細書が開示する熱処理炉では、第３空間にはヒータが配置されておらず、第３空間の高さ方向の寸法が、第３空間にヒータを配置するために必要となる最小高さよりも低くされていてもよい。このような構成によると、第３空間を好適に小さくすることができる。

（特徴４）本明細書が開示する熱処理炉では、搬送装置は、第３空間を被処理物が搬送されるときの搬送速度が、第１空間を被処理物が搬送されるときの搬送速度より大きく、かつ、第２空間を被処理物が搬送されるときの搬送速度よりも大きくなるように構成されていてもよい。このような構成によると、被処理物を熱処理する空間ではない第３空間を被処理物が搬送される時間を短くすることができる。このため、第１空間内を搬送中に第１空間の雰囲気温度まで昇温された被処理物の温度が、第３空間内を搬送される間に低下することを抑制することができる。

以下、実施例に係る熱処理炉１０について説明する。図１に示すように、熱処理炉１０は、炉体２０と、被処理物１２を搬送する搬送装置（４２，４４，４６，４８）を備えている。熱処理炉１０は、搬送装置によって被処理物１２が炉体２０内を搬送される間に、被処理物１２を熱処理する。被処理物１２としては、例えば、セラミックス製の誘電体（基材）と電極とを積層した積層体や、リチウムイオン電池の正極材や負極材等が挙げられる。熱処理炉１０を用いてセラミック製の積層体を熱処理する場合には、これらを平板状のセッタに載置して炉内を搬送することができる。また、熱処理炉１０を用いてリチウムイオン電池の正極材や負極材を熱処理する場合には、これらを箱状の匣鉢に収容して炉内を搬送することができる。本実施例の熱処理炉１０では、搬送ローラ４２（後述）上に複数のセッタや匣鉢を搬送方向に並んだ状態で載置して搬送することができる。以下、本実施例においては、熱処理する物質と、その熱処理する物質を載置したセッタや収容した匣鉢を合わせた全体を「被処理物１２」という。

炉体２０は、天井壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、底壁２４と、側壁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを備えている。天井壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、底壁２４（すなわち、ｘｙ平面と平行な面）と平行な状態で、被処理物１２の搬送方向（図１では、ｘ方向）に直列に配置されており、天井壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃのｘ方向の寸法の合計は、底壁２４のｘ方向の寸法と略一致している。天井壁２２ａ、２２ｃは、天井壁２２ｂより上方（図１では、＋ｚ方向）に位置している。側壁２６ａは搬送経路の入口端に配置されており、ｙｚ平面と平行に配置されている。側壁２６ｄは搬送経路の出口端に配置されており、ｙｚ平面と平行に配置されている。側壁２６ｂ，２６ｃは、ｙｚ平面と平行に配置されており、側壁２６ａ，２６ｄの間に位置している。側壁２６ａ、２６ｄの高さ方向の寸法は略一致しており、側壁２６ｂ、２６ｃの高さ方向の寸法は略一致している。また、側壁２６ａ、２６ｄの高さ方向の寸法は、側壁２６ｂ、２６ｃの高さ方向の寸法より大きくされている。側壁２６ａは天井壁２２ａと底壁２４を接続しており、側壁２６ｄは天井壁２２ｃと底壁２４を接続している。また、側壁２６ｂは天井壁２２ａ、２２ｂを接続しており、側壁２６ｃは天井壁２２ｂ、２２ｃを接続している。天井壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、底壁２４と、側壁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄで囲まれた空間は、搬送方向に伸びる図示しない一対の側壁（すなわち、ｘｚ平面と平行な側壁）によって閉じられている。

炉体２０の内部空間は、第１空間３０と、第２空間３２と、第１空間３０と第２空間３２を接続する第３空間３４に分割されている。炉体２０の側壁２６ａには開口２８ａが形成され、側壁２６ｄには開口２８ｂが形成されている。被処理物１２は、搬送装置によって開口２８ａから熱処理炉１０内に搬送され、第１空間３０、第３空間３４、第２空間３２の順に炉体２０内を通り、開口２８ｂから熱処理炉１０の外へ搬送される。すなわち、開口２８ａは搬入口として用いられ、開口２８ｂは搬出口として用いられる。

第１空間３０は、天井壁２２ａと、底壁２４と、側壁２６ａ、２６ｂと、図示しない一対の側壁によって囲まれている。すなわち、天井壁２２ａは、第１空間３０のガス雰囲気の上方を確定する。第１空間３０は、炉体２０内において第３空間３４によって第２空間３２と遮断される。これによって、第１空間３０は、第２空間３２とは異なるガス雰囲気及び雰囲気温度を維持することができる。第１空間３０は、側壁２６ａに設けられた開口２８ａにより熱処理炉１０の外に連通し、第３空間３４により第２空間３２に連通している。また、第１空間３０には、後述するヒータ３６と搬送ローラ４２の間に水平方向（すなわち、ｘ方向）に配置される仕切り板４０ａが設けられている。仕切り板４０ａの材質は、特に限定されず、耐熱性を考慮して選定することができる。例えば、仕切り板４０ａは、第１空間３０の雰囲気温度が５００℃以下の場合にはステンレスを用いて形成することができ、５００℃を超える場合には耐火物を用いて形成することができる。第１空間３０は、仕切り板４０ａによって、ヒータ３６が配置される上方の空間３０ａ（以下、ヒータ空間３０ａともいう）と、搬送ローラ４２が配置される下方の空間３０ｂ（以下、搬送空間３０ｂともいう）に分割されている。仕切り板４０ａには、側壁２６ｂの近傍（すなわち、＋ｘ側）にスリット４１ａが設けられており、空間３０ａと空間３０ｂは、スリット４１ａを介して連通している。なお、図１では仕切り板４０ａは天井壁２２ｂより下方に配置されているが、このような構成に限定されない。仕切り板４０ａは、第１空間３０をヒータ空間３０ａと搬送空間３０ｂの２つの空間に分割すればよく、その設置位置（ｚ方向の位置）については特に限定されない。

第２空間３２は、天井壁２２ｃと、底壁２４と、側壁２６ｃ、２６ｄと、図示しない一対の側壁によって囲まれている。すなわち、天井壁２２ｃは、第２空間３２のガス雰囲気の上方を確定する。第２空間３２は、炉体２０内において第３空間３４によって第１空間３０と遮断される。これによって、第２空間３２は、第１空間３０とは異なるガス雰囲気及び雰囲気温度を維持することができる。第２空間３２は、側壁２６ｂに設けられた開口２８ｂにより熱処理炉１０の外に連通し、第３空間３４により第１空間３０に連通している。また、第２空間３２には、後述するヒータ３７と搬送ローラ４２の間に水平方向（すなわち、ｘ方向）に配置される仕切り板４０ｂが設けられている。仕切り板４０ｂの材質は、特に限定されず、第２空間３２の雰囲気温度に応じて耐熱性を考慮して選定することができる。第２空間３２は、仕切り板４０ｂによって、ヒータ３７が配置される上方の空間３２ａ（以下、ヒータ空間３２ａともいう）と、搬送ローラ４２が配置される下方の空間３２ｂ（以下、搬送空間３２ｂともいう）に分割されている。仕切り板４０ｂには、側壁２６ｄの近傍（すなわち、＋ｘ側）にスリット４１ｂが設けられており、空間３２ａと空間３２ｂは、スリット４１ｂを介して連通している。なお、図１では仕切り板４０ｂは天井壁２２ｂより下方に配置されているが、仕切り板４０ａは、第２空間３２をヒータ空間３２ａと搬送空間３２ｂの２つの空間に分割すればよく、その設置位置（ｚ方向の位置）については特に限定されない。

第１空間３０には、複数の搬送ローラ４２と、複数のヒータ３６（なお、以下の明細書において、これを区別する必要があるときはヒータ３６ａ、３６ｂのように沿字のアルファベットを用いて記載し、区別する必要のないときは単にヒータ３６と記載する場合がある。また、他の構成要素についても同一構成のものについて区別する必要がないときは、上記と同様に沿字のアルファベットを省略して単に数字で記載することがある。）が配置されている。また、第２空間３２には、複数の搬送ローラ４２と、複数のヒータ３７が配置されている。ヒータ３６は、第１空間３０内において搬送ローラ４２の上方の位置に搬送方向に等間隔で配置されており、ヒータ３７は、第２空間３２内において搬送ローラ４２の上方の位置に搬送方向に等間隔で配置されている。本実施例では、第１空間３０内に４つのヒータ３６ａ〜３６ｄが配置されており、第２空間３２内に４つのヒータ３７ａ〜３７ｄが配置されている。なお、各空間３０、３２に配置されるヒータ３６、３７の数は特に限定されるものではなく、各空間３０、３２の大きさや各空間３０、３２の目標とする雰囲気温度等によって変更することができる。ヒータ３６が発熱することで第１空間３０内が加熱され、ヒータ３７が発熱することで、第２空間３２内が加熱される。

第１空間３０には、雰囲気ガスを第１空間３０に導入する導入流路３８ａが設けられており、第２空間３２には、雰囲気ガスを第２空間３２に導入する導入流路３８ｂが設けられている。導入流路３８ａ、３８ｂから各空間３０、３２に雰囲気ガスがそれぞれ導入されることで、各空間３０、３２内のガス雰囲気がそれぞれ制御される。導入流路３８ａは、天井壁２２ａの側壁２６ａの近傍に設けられている。また、導入流路３８ｂは、天井壁２２ｃの側壁２６ｃの近傍に設けられている。すなわち、導入流路３８ａ、３８ｂはそれぞれ、各空間３０、３２内において、各空間３０、３２の上方、かつ、被処理物１２の搬送方向の上流側に設けられている。雰囲気ガスは、導入流路３８ａ、３８ｂから各空間３０、３２の上方、すなわち、各ヒータ空間３０ａ、３２ａ内に導入される。各ヒータ空間３０ａ、３２ａ内に導入された雰囲気ガスは、仕切り板４０ａ、４０ｂに設けられたスリット４１ａ、４１ｂを介して各搬送空間３０ｂ、３２ｂに導入される。このとき、導入流路３８ａ、３８ｂが搬送方向の上流側に設けられ、スリット４１ａ、４１ｂが搬送方向の下流側に設けられることによって、導入された雰囲気ガスは、搬送方向の上流側から下流側に向かって移動しながらヒータ３６によって昇温される。各ヒータ空間３０ａ、３２ａと各搬送空間３０ｂ、３２ｂが仕切り板４０ａ、４０ｂによって分割されることによって、熱処理中に被処理物１２から発生するバインダー等の不純物が各ヒータ空間３０ａ、３２ａ内に侵入することを抑制することができる。このため、各ヒータ空間３０ａ、３２ａから各搬送空間３０ｂ、３２ｂに、不純物の少ない雰囲気ガスを供給することができる。

また、第１空間３０には、第１空間３０内に導入された雰囲気ガスを排出する排気流路３９ａが設けられており、第２空間３２には、第２空間３２内に導入された雰囲気ガスを排出する排気流路３９ｂが設けられている。排気流路３９ａは、底壁２４の側壁２６ａの近傍に設けられている。また、排気流路３９ｂは、底壁２４の側壁２６ｃの近傍に設けられている。すなわち、排気流路３９ａ、３９ｂはそれぞれ、各空間３０、３２内において、各空間３０、３２の下方、かつ、被処理物１２の搬送方向の上流側に設けられている。上述したように、各搬送空間３０ｂ、３２ｂには、搬送方向の下流側に設けられるスリット４１ａ、４１ｂから雰囲気ガスが導入される。各搬送空間３０ｂ、３２ｂ内に導入された雰囲気ガスは、搬送方向の下流側に設けられた排気流路３９ａ、３９ｂから排出される。すなわち、搬送空間３０ｂ、３２ｂ内に導入された雰囲気ガスは、搬送方向の下流側から上流側に向かって移動する。排気流路３９ａ、３９ｂをそれぞれ各空間３０、３２内の被処理物１２の搬送方向の上流側に設けることによって、各空間３０、３２内の雰囲気ガスが被処理物１２の搬送方向の下流側から上流側に向かって流れ易くなる。このため、熱処理中に被処理物１２から発生するバインダー等の不純物が搬送方向の下流側に滞留することを抑制することができる。また、被処理物１２から発生するバインダー等の不純物は、空気より重いことが多い。このため、排気流路３９ａ、３９ｂを各空間３０、３２の下方に設けることによって、不純物を効率よく排出することができる。なお、本実施例では、導入流路３８ａ、３８ｂを各空間３０、３２の上方に設けると共に、排気流路３９ａ、３９ｂを各空間３０、３２の下方に設けているが、このような構成に限定されない。例えば、導入流路３８ａ、３８ｂを各空間３０、３２の下方に設けると共に、排気流路３９ａ、３９ｂを各空間３０、３２の上方に設けてもよい。また、本実施例では、仕切り板４０ａ、４０ｂにはそれぞれ１つのスリット（すなわち、スリット４１ａ、４１ｂ）が設けられているが、仕切り板４０ａ、４０ｂに設けられるスリットの数は特に限定されるものではなく、複数のスリットが設けられていてもよい。

第３空間３４は、天井壁２２ｂと、底壁２４と、側壁２６ｂ、２６ｃと、図示しない一対の側壁によって囲まれている。第３空間３４は、炉体２０内において第１空間３０と第２空間３２に連通している。第３空間３４には、複数の搬送ローラ４２が配置されている。第３空間３４には、第１空間３０及び第２空間３２と異なり、ヒータが配置されていない。

図２は、第３空間３４と、第１空間３０の一部と、第２空間３２の一部を示している。なお、図２では、搬送ローラ４２とヒータ３６、３７と仕切り板４０ａ、４０ｂの図示を省略している。図２に示すように、第３空間３４の高さ方向の寸法ｈ３は、第１空間３０の高さ方向の寸法ｈ１よりも小さく、かつ、第２空間３２の高さ方向の寸法ｈ２よりも小さい。詳細には、第３空間３４の上方を確定する天井壁２２ｂは、第１空間３０の上方を確定する天井壁２２ａ及び第２空間３２の上方を確定する天井壁２２ｃより低い位置（すなわち、−ｚ方向）に配置されている。また、天井壁２２ｂは、第１空間３０内においてヒータ３６が配置される位置及び第２空間３２内においてヒータ３７が配置される位置より低い位置（すなわち、−ｚ方向）に配置されている。すなわち、第３空間３４の高さ方向の寸法ｈ３は、第３空間３４内にヒータを配置するために必要となる最小高さより低くされている。このように、第３空間３４内にヒータが配置されないことによって、第３空間３４の高さ方向の寸法を小さくすることができる。また、第３空間３４の高さ方向の寸法ｈ３が、第１空間３０の高さ方向の寸法ｈ１及び第２空間３２の高さ方向の寸法ｈ２よりも小さくされることによって、第３空間３４の搬送方向に直交する断面（すなわち、ｙｚ断面）の面積は、第１空間３０のｙｚ断面よりも小さく、かつ、第２空間３２のｙｚ断面よりも小さくされる。

ここで、第１空間３０と第２空間３２が隣接する場合（すなわち、第３空間３４が設けられていない場合）、第１空間３０の雰囲気温度と第２空間３２の雰囲気温度が異なると、雰囲気温度の高い空間から雰囲気温度の低い空間に向かって雰囲気ガスが移動し易くなる。例えば、第２空間３２の雰囲気温度が第１空間３０の雰囲気温度より高い場合、第２空間３２内の雰囲気ガスが第１空間３０内に流入し易い。本実施例の熱処理炉１０には第３空間３４が設けられており、第３空間３４では、第１空間３０と隣接する領域と第２空間３２と隣接する領域の温度が略同一となるように調整されている。このため、第１空間３０から第３空間３４に雰囲気ガスが流入し難くなると共に、第２空間３２から第３空間３４に雰囲気ガスが流入し難くなる。このため、本実施例の熱処理炉１０は、第１空間３０内に第２空間３２の雰囲気ガスが流入することを防止できると共に、第２空間３２内に第１空間３０の雰囲気ガスが流入することを防止できる。

また、上述したように、第３空間３４にはヒータが配置されていないため、第３空間３４の搬送方向の寸法が大きい場合には、第３空間３４内において、第１空間３０と隣接する領域の温度又は第２空間３２と隣接する領域の温度より温度が低くなる領域が生じることがある。このような場合には、第１空間３０の雰囲気ガス及び／又は第２空間３２の雰囲気ガスが第３空間３４に流入し易くなる。しかしながら、第３空間３４では、第１空間３０と隣接する領域と第２空間３２と隣接する領域の温度が略同一となっているため、第１空間３０及び／又は第２空間３２から第３空間３４内に流入した雰囲気ガスは第３空間３４内に溜まり易く、他方の空間に移動し難い。このため、第３空間３４の搬送方向の寸法が大きい場合であっても、第１空間３０内に第２空間３２の雰囲気ガスが流入することを好適に防止できると共に、第２空間３２内に第１空間３０の雰囲気ガスが流入することを好適に防止できる。

また、第３空間３４の搬送方向の寸法Ｌ１は、被処理物１２の搬送方向の寸法より大きく、かつ、１８００ｍｍより小さくされている。例えば、被処理物１２の搬送方向の寸法が１５０ｍｍである被処理物１２を用いた場合、第３空間３４の搬送方向（ｘ方向）の寸法Ｌ１は、１５０ｍｍ以上、かつ、１８００ｍｍ以下とすることが好ましい。第３空間３４の搬送方向の寸法を被処理物１２の搬送方向の寸法より大きくすることによって、被処理物１２の一端が第１空間３０内に存在し、かつ、被処理物１２の他端が第２空間３２内に存在するという状態を回避することができる。これによって、第３空間３４によって第１空間３０と第２空間３２のガス雰囲気を好適に分離することができる。なお、被処理物１２の搬送方向の寸法は限定されるものではなく、例えば、被処理物１２の搬送方向の寸法が３００ｍｍである被処理物１２を用いた場合には、第３空間３４の搬送方向の寸法Ｌ１は、３００ｍｍ以上、かつ、１８００ｍｍ以下とすることが好ましい。また、第３空間３４の搬送方向の寸法を１８００ｍｍより小さくすることによって、熱処理炉１０の搬送方向の寸法が大きくなることを防止することができると共に、第３空間３４内の温度が低くなることを抑制することができる。上述したように、第３空間３４にはヒータが配置されていないため、第３空間３４の搬送方向の寸法が大きくなると、第３空間３４内の温度が下がり易くなる。第３空間３４の搬送方向の寸法を上記の範囲にすることによって、第１空間３０の雰囲気ガスと第２空間３２の雰囲気ガスを好適に分離できると共に、被処理物１２を効率よく熱処理することができる。なお、本発明者が行った実験（具体的には、搬送方向の寸法が１５０ｍｍの被処理物を使用した実験）によると、第３空間３４の搬送方向の寸法Ｌ１を５００ｍｍ又は８００ｍｍとした熱処理炉１０では、第１空間３０のガス雰囲気と第２空間３２のガス雰囲気が分離されることが確認されている。

搬送装置は、複数の搬送ローラ４２と、第１駆動装置４４と、第２駆動装置４６と、第３駆動装置４８と、制御装置５０を備えている。搬送装置は、第１空間３０の開口２８ａ側の一端から、第３空間３４を介して、第２空間３２の開口２８ｂ側の他端まで被処理物１２を搬送する。被処理物１２は、搬送ローラ４２によって搬送される。

搬送ローラ４２は円筒状であり、第１空間３０内と第２空間３２内と第３空間３４内に設置され、その軸線は搬送方向と直交する方向に伸びている。複数の搬送ローラ４２は、すべて同じ直径を有しており、搬送方向に一定のピッチで等間隔に配置されている。搬送ローラ４２は、その軸線回りに回転可能に支持されており、駆動装置の駆動力が伝達されることによって回転する。

第１駆動装置４４は、第１空間３０内に配置された搬送ローラ４２を駆動する駆動装置（例えば、モータ）である。第１駆動装置４４は、動力伝達機構を介して、第１空間３０内に配置された搬送ローラ４２に接続されている。第１駆動装置４４の駆動力が動力伝達機構を介して第１空間３０内の搬送ローラ４２に伝達されると、第１空間３０内の搬送ローラ４２は回転するようになっている。同様に、第２駆動装置４６は、第２空間３２内に配置された搬送ローラ４２を駆動する駆動装置（例えば、モータ）である。第２駆動装置４６は、動力伝達機構を介して、第２空間３２内に配置された搬送ローラ４２に接続されている。第２駆動装置４６の駆動力が動力伝達機構を介して第２空間３２内の搬送ローラ４２に伝達されると、第２空間３２内の搬送ローラ４２は回転するようになっている。動力伝達機構としては、公知のものを用いることができ、例えば、スプロケットとチェーンによる機構が用いられている。第１駆動装置４４と第２駆動装置４６は、第１空間３０内の搬送ローラ４２と第２空間３２内の搬送ローラ４２が略同一の速度で回転するように、対応する搬送ローラ４２を駆動する。第１駆動装置４４及び第２駆動装置４６は、それぞれ制御装置５０によって制御されている。

第３駆動装置４８は、第３空間３４内に配置された搬送ローラ４２を駆動する駆動装置（例えば、モータ）である。第３駆動装置４８は、動力伝達機構を介して、第３空間３４に配置された搬送ローラ４２に接続されている。第３駆動装置４８の駆動力が動力伝達機構を介して搬送ローラ４２に伝達されると、搬送ローラ４２は回転するようになっている。動力伝達機構としては、公知のものを用いることができ、例えば、スプロケットとチェーンによる機構が用いられている。第３駆動装置４８は、出力を調整することによって、搬送ローラ４２の回転速度を変更することができる構成となっている。第３駆動装置４８の出力を調整することによって、第３駆動装置４８に接続される搬送ローラ４２は、第１駆動装置４４又は第２駆動装置４６に接続される搬送ローラ４２と略同一の速度で回転したり（以下、低速回転ともいう）、第１駆動装置４４又は第２駆動装置４６に接続される搬送ローラ４２より高速で回転したり（以下、高速回転ともいう）する。第３駆動装置４８は、それぞれ制御装置５０によって制御されている。

本実施例では、第１空間３０内の搬送ローラ４２が第１駆動装置４４に接続されており、第２空間３２内の搬送ローラ４２が第２駆動装置４６に接続されているが、このような構成に限定されない。例えば、第１空間３０内の搬送ローラ４２と第２空間３２内の搬送ローラ４２は１つの駆動装置に接続されていてもよい。また、第３駆動装置４８は出力を調整可能な構成となっているが、このような構成に限定されない。第３空間３４に配置される搬送ローラ４２が、低速回転したり、高速回転したりすることができる構成であればよい。例えば、搬送装置は、第１駆動装置４４及び第２駆動装置４６より搬送ローラ４２を高速回転させるように駆動する第４駆動装置を備えていてもよい。このような場合には、第３空間３４に配置される搬送ローラ４２は、搬送ローラ４２を低速回転させる駆動装置（すなわち、第１駆動装置４４又は第２駆動装置４６）と高速回転させる駆動装置（すなわち、第４駆動装置）とにクラッチ機構によって切り換え可能に接続されていてもよい。

次に、被処理物１２を熱処理する際の熱処理炉１０の動作について説明する。被処理物１２を熱処理するためには、まず、ヒータ３６、３７を作動させて、第１空間３０と第２空間３２の雰囲気温度を設定した温度とする。次いで、搬送ローラ４２上に被処理物１２を載せる。次いで、第１駆動装置４４，第２駆動装置４６，第３駆動装置４８を作動させて、熱処理炉１０の開口２８ａから、第１空間３０、第３空間３４及び第２空間３２を通って、熱処理炉１０の開口２８ｂまで被処理物１２を搬送する。これによって、被処理物１２が熱処理される。

被処理物１２の搬送についてさらに詳細に説明する。まず、被処理物１２は、開口２８ａから搬入された後、第１空間３０を搬送される。第１空間３０では、第１駆動装置４４の作動によって搬送ローラ４２が回転し、被処理物１２が搬送される。このとき、第３駆動装置４８は第１駆動装置４４と略同一の出力で駆動しており、第３駆動装置４８に接続される搬送ローラ４２は、第１駆動装置４４に接続される搬送ローラ４２と略同一の速度で回転する。このため、被処理物１２は、開口２８ａから第１空間３０を搬送され、第１空間３０から搬出されるまでの間、略同一の速度で搬送される。被処理物１２は、第１空間３０を搬送される間、第１空間３０内のガス雰囲気及び雰囲気温度で熱処理される。

被処理物１２が第１空間３０から搬出され、第３空間３４に搬入されると、第３駆動装置４８は搬送ローラ４２を高速回転させる出力で駆動する。第３駆動装置４８の出力は、第３空間３４内に設置されるセンサ５２ａが被処理物１２を検出することによって変更される。例えば、センサ５２ａには、光学式のセンサを用いることができ、センサ５２ａは、被処理物１２が光路を遮るか否かを検出することができる。センサ５２ａは、第３空間３４の入り口から被処理物１２の搬送方向の寸法分だけ搬送方向の下流に（すなわち、第３空間３４の入り口から被処理物１２のｘ方向の寸法分だけ＋ｘ方向に）設置されている。センサ５２ａが被処理物１２の前端を検出すると、制御装置５０は、第３駆動装置４８の出力を大きくする。すると、被処理物１２は、第３空間３４において高速で搬送される。上述したように、第３空間３４は、第１空間３０の雰囲気と第２空間３２の雰囲気を分離するために設けられ、被処理物１２の熱処理に寄与しない空間である。被処理物１２が第３空間３４を高速搬送されることによって、被処理物１２を熱処理に寄与しない第３空間３４を短時間で搬送することができる。

被処理物１２が第３空間３４の下流側まで搬送されると、第３駆動装置４８の出力は第２駆動装置４６と略同一の出力に切替えられる。すると、第３駆動装置４８に接続される搬送ローラ４２は、第２駆動装置４６に接続される搬送ローラ４２と略同一の速度で回転する。第３駆動装置４８の出力は、第３空間３４内の側壁２６ｃに設置されるセンサ５２ｂが被処理物１２を検出することによって変更される。具体的には、センサ５２ｂが被処理物１２の前端を検出すると、制御装置５０は、第３駆動装置４８の出力を小さくする。すると、被処理物１２は、第３空間３４から第２空間３２に低速で搬送され、さらに第２空間３２を低速で搬送される。被処理物１２は、第２空間３２を搬送される間、第２空間３２内のガス雰囲気及び雰囲気温度で熱処理される。被処理物１２は、第２空間３２を搬送され、開口２８ｂから熱処理炉１０の外部へ搬出される。

本実施例の熱処理炉１０では、第３空間３４が設けられることによって、第１空間３０のガス雰囲気と第２空間３２のガス雰囲気を好適に分離することができる。このため、熱処理炉１０は、ガス雰囲気の異なる第１空間３０と第２空間３２を備える連続炉とすることができる。通常、被処理物１２にガス雰囲気の異なる熱処理を行う場合には、ガス雰囲気の異なる複数の箱型バッチ炉又は連続炉を用いて熱処理するか、１台の箱型バッチ炉又は連続炉で熱処理した後、同一の炉内のガス雰囲気を切り換えて熱処理する。しかしながら、ガス雰囲気の異なる複数の箱型バッチ炉又は連続炉を用いて熱処理する場合には、被処理物１２を異なる箱型バッチ炉又は連続炉に移動させる際に被処理物１２が冷却され、熱処理工程全体に要する時間が長くなる。また、同一の炉内のガス雰囲気を切り換える場合には、炉内のガス雰囲気や雰囲気温度を切り換える時間が必要となり、熱処理工程全体に要する時間が長くなる。また、箱型バッチ炉は連続炉と比較して生産性が低いため、多くの場合、同一のガス雰囲気の箱型バッチ炉を多数設置する必要がある。このため、箱型バッチ炉を用いると、製造コストが高くなると共に、箱型バッチ炉毎に熱処理された被処理物１２にばらつきが生じ、製品の安定性に欠けるという問題が生じる。本実施例では、第３空間３４を備えることによって、熱処理炉１０をガス雰囲気の異なる空間を備える連続炉とすることができる。このため、熱処理工程全体に要する時間を短縮することができる。また、箱型バッチ炉と比較して多数の炉を設置する必要がないため、コストを低くすることができると共に、製品の安定性を確保することができる。さらに、被処理物１２を取り出して異なる炉に移動させる必要がないため、被処理物１２をガス雰囲気の異なる空間へ移動させる際に被処理物１２に異物が混入することを回避することができ、製品の不良を減少させることができる。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

１０：熱処理炉
１２：被処理物
２０：炉体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：天井壁
２４：底壁
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ：側壁
３０：第１空間
３２：第２空間
３４：第３空間
３６、３７：ヒータ
３８ａ、３８ｂ：排気流路
４２：搬送ローラ

Claims (5)

1. 被処理物を熱処理する熱処理炉であって、
   前記被処理物を第１のガス雰囲気で熱処理する第１空間と、前記被処理物を前記第１のガス雰囲気と異なる第２のガス雰囲気で熱処理する第２空間と、前記第１空間及び前記第２空間を接続する第３空間と、を備える炉体と、
   前記第１空間の一端から前記第３空間を介して前記第２空間の他端まで前記被処理物を搬送する搬送装置と、を備えており、
   前記第３空間の搬送方向に直交する断面積は、前記第１空間の搬送方向に直交する断面積より小さく、かつ、前記第２空間の搬送方向に直交する断面積より小さく、
   前記第３空間の高さ方向の寸法は、前記第１空間の高さ方向の寸法より小さく、かつ、前記第２空間の高さ方向の寸法より小さい、熱処理炉。
2. 前記搬送装置は、前記被処理物が載置される載置面を有しており、前記被処理物が前記載置面に載置された状態で前記第１空間の一端から前記第２空間の他端まで搬送可能となっており、
   前記第３空間の搬送方向の寸法は、前記被処理物の搬送方向の寸法より大きい、請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記第１空間内の前記一端の近傍に配置され、前記第１空間内のガスを排出する第１排気流路と、
   前記第２空間内の前記第３空間の近傍に配置され、前記第２空間内のガスを排出する第２排気流路と、をさらに備える、請求項１又は２に記載の熱処理炉。
4. 前記第１空間に配置され、前記第１空間内の温度を調整する第１ヒータと、
   前記第２空間に配置され、前記第２空間内の温度を調整する第２ヒータと、をさらに備えており、
   前記第３空間にはヒータが配置されておらず、前記第３空間の高さ方向の寸法が、前記第３空間にヒータを配置するために必要となる最小高さよりも低くされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理炉。
5. 前記搬送装置は、前記第３空間を前記被処理物が搬送されるときの搬送速度が、前記第１空間を前記被処理物が搬送されるときの搬送速度より大きく、かつ、前記第２空間を前記被処理物が搬送されるときの搬送速度よりも大きくなるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱処理炉。

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