JP2018510318A - 熱処理のための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱処理のための装置であって、細長いハウジング内に配置された少なくとも１つのプロセス室を有しており、プロセス室は、加熱装置と、プロセス室を通して処理素材を連続搬送するための搬送システムとを有しており、搬送システムは、互いに間隔を置いて位置する２つの平行な無端搬送ベルトを有しており、無端搬送ベルトは、搬送ベルト間の間隔を橋絡しベルト上に支持された、石英ガラス製の複数の円筒体を有しており、円筒体上に処理素材が熱処理のために置かれる、熱処理のための装置に関する。先行技術による石英ガラス製の円筒体は可動のローラとして構成されており、これはこの搬送システムの使用において粒子の形成という点で欠点をもたらす。したがって本発明によれば、円筒体は、中間ウェブによって互いに分離され、それぞれ１つの長手方向軸線を有する２つの管状の隔室により形成されたツイン管体として構成されており、ツイン管体の端部は搬送ベルトに相対回動不能に接続されることが提案される。

Description

本発明は、熱処理のための装置であって、細長いハウジング内に配置された少なくとも１つのプロセス室を有しており、プロセス室は、加熱装置と、プロセス室を通して処理素材を連続搬送するための搬送システムとを有しており、搬送システムは、互いに間隔を置いて位置する２つの平行な無端搬送ベルトを有しており、無端搬送ベルトは、搬送ベルト間の間隔を橋絡しベルト上に支持された、石英ガラス製の複数の円筒体を有しており、円筒体上に処理素材が熱処理のために置かれる、熱処理のための装置に関する。

上述したような装置は特に、処理素材を６００℃を越える温度まで加熱するのに適している。

処理素材を６００℃よりも高い温度に加熱するために使用される産業用電気加熱炉では、加熱エレメントとして通常、赤外線放射器が使用される。赤外線放射器は、中波および／または長波の赤外線を放射する。赤外線放射器は、しばしばプロセス室の内部に配置されており、均一な熱特性を生成する。

特別な要求、たとえば高い清浄性を要求するプロセスのために、石英ガラスから成る炉ライニングが使用される。この場合、石英ガラス製のカバー管を備えた赤外線放射器は、プロセス室のライニングの少なくとも一部を形成している。このように形成された熱処理のためのプロセス室は例えば、独国特許出願公開第１０２０１２００３０３０号明細書により公知である。しかしながら、プロセス室を通して処理素材を継続的に搬送するためには、このような搬送は手動でガイドされなければならない。

米国特許第４１３３６６７号明細書により、ガラス板を熱処理するための連続加熱炉が公知である。この連続加熱炉のプロセス室には、加熱エレメントとして赤外線放射器が、処理すべきガラス板の上方および下方に位置している。別のプロセス室では、このガラス板には冷却のために上方及び下方から空気が吹き付けられる。このような連続加熱炉の搬送システムはローラコンベヤを有しており、このローラコンベヤは、搬送方向に対して横方向に配置された円筒状の、石英ガラス製のローラを備え、このローラ上にガラス板が置かれて炉を通して搬送される。このローラの構成の詳細は、米国特許第３９９４７１１号明細書に記載されている。これによると、半径方向横断面で円形に形成されたローラはその端部で、２つの金属製搬送ベルト上に支持されており、ローラは摩擦により搬送ベルトと共に回転する。ローラの端部は、搬送ベルト上に位置する区分で、ローラの支持体機能の領域における公称直径よりも小さい直径を有している。搬送システムは、ローラが、その上に置かれている処理素材を回転運動により炉を通るように搬送するように設計されており、この場合ローラ自体は搬送方向で僅かにのみ連行され、搬送ベルトの上方平面上に留まる、すなわち、閉ループ循環しないように搬送ベルト上に位置している。

上記従来技術の問題点は、搬送ベルトの速度においてごく僅かな差が生じた場合、ローラは全て正確に同じ回転速度を有しているわけではなく、これによりローラは様々な摩耗を受け、搬送は全体として妨害される恐れがあることである。さらに、個々の円筒状ローラは直径に関して極めて僅かな製造誤差で製造されなければならず、このことは相応に高い製造コストにつながる。さらに、このようなローラコンベヤ上に処理素材として載せられる材料によっては、回転するローラの摩擦による損傷の危険も排除できない。金属製の搬送ベルト上のローラの摩擦により、処理素材およびプロセス室内に粒子が進入する危険もある。さらに欠点としては、動いているローラにより処理素材が振動にさらされ、これにより処理経過が阻害される恐れがあることが挙げられる。

特許第４７１５０１９号公報によりさらに、連続加熱炉用の石英ガラスローラを備えた搬送システムが公知である。この公知の搬送システムは、薄いガラス板（ディスプレイ）の熱処理のためのものである。石英ガラスローラは、循環する搬送ベルトに支持されており、個々に同期化されて駆動装置により回転される。この駆動技術は手間がかかり、故障しやすい。さらにこの場合、回転するローラの摩擦による処理素材の振動および損傷の危険もある。

本発明の課題は、先行技術の欠点を回避することのできる、プロセス室を通して処理素材を連続搬送するための搬送システムを備えた熱処理のための装置を提供することであり、この装置は、様々な形状の、場合によっては高重量の処理素材を扱う場合であっても確実に作動することができ、長い耐用期間であることを特徴とする。

この課題は、冒頭で述べた形式の特徴を備えた熱処理のための装置を起点として、本発明によれば、円筒体が、中間ウェブによって互いに分離され、それぞれ１つの長手方向軸線を有する２つの管状の隔室により形成されたツイン管体として構成されており、ツイン管体の端部は搬送ベルトに相対回動不能に接続されていることにより解決される。

円形の管または棒から成る石英ガラス製の支持エレメントを有する搬送システムを備える連続加熱炉の公知の装置と比較して、本発明による改良は、著しく改善された石英ガラス製の支持エレメントを特徴としており、すなわち、支持エレメントとして、端部が搬送ベルトに相対回動不能に接続されているツイン管体が使用されることを特徴としている。ツイン管体は、中間ウェブによって分離された２つの平行な管状の隔室から成るダブル管ジオメトリを有している。これら隔室はそれぞれ１つの長手方向軸線を有している。隔室の平行な両長手方向軸線に対して垂直な、ツイン管体の半径方向横断面は、８の字のような形状を示す。両隔室の外寸法は、半径方向横断面において、両隔室の長手方向軸線が１つの水平面に位置している場合、すなわち８の字が横になっている形状を示している場合、ツイン管体の幅として記載される。

石英ガラス製のツイン管体は、材料に基づき高い破壊強度を有しており、この破壊強度はツイン管体としての特別なジオメトリによりさらに著しく向上される。比較可能な壁厚さと外径とを備えた石英ガラス製の円形管体と比較すると、ツイン管体を使用することにより単位面積当たりの耐荷重性を著しく向上させることができる。これにより、ツイン管体を備えた搬送システム上では、高重量の処理素材をより確実にプロセス室を通して案内することができ、同時に高温にも耐えることができる。

両搬送ベルト上にツイン管体を相対回動不能に支持することにより振動が最小になり、さらに、先行技術の場合のように可動ローラが使用されないので、粒子の形成が阻止される。したがって、本発明による装置は特に長い耐用期間を有している。

本発明による装置の好適な態様では、ツイン管体は、隔室の長手方向軸線が１つの共通の水平面に位置するように、搬送ベルトに取り付けられている。このようにして処理素材は、ツイン管体の比較的広い面積上に載置される。特に、ツイン管体が互いに僅かな間隔を置いて搬送ベルトに取り付けられているならば、処理素材が小さい部分である場合にはまさに、ツイン管体のこのような配列が好適である。

しかしながら、支持面として広い表面積を有するツイン管体のこのような配列は、細長いジオメトリを有する処理素材にとっても適している。何故ならば、このような場合は、ツイン管体間の間隔を広く保持することができ、プロセス室内に加熱装置が配置されている場合、搬送システムの下側でも熱は処理素材の大きな面に直接作用することができるからである。

ツイン管体の配列に関する選択的な態様では、ツイン管体は、隔室の長手方向軸線が１つの共通の垂直面に位置するように、搬送ベルトに取り付けられている。処理素材とツイン管体との間の接触面はこの装置では最小であり、このことは、処理素材の表面が特に敏感な場合は有利である。さらに、このようなツイン管体のこのような取り付け形式により、処理素材がプロセス室を通過する高さが幾分高められ、このために、搬送システム全体を持ち上げる必要はない。

好適には、ツイン管体は、１つの搬送ベルトにそれぞれ接続されているクランプばねにおいて保持される。クランプばねは、ツイン管体に対して確実かつ簡単な取り付け手段を提供する。搬送ベルトまたは搬送チェーンとの接続のためには、付加的にアングル状部材を使用してよい。クランプばねの代わりに保持ばねを、ツイン管体のための取り付け部材として使用することもできる。

本発明による装置において、特に高重量の処理素材を熱処理するために、ツイン管体は、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲の平均壁厚さにおいて、単位面積当たりの高い耐荷重性を有している。

連続加熱炉の最高温度の設定に応じて、ツイン管体の長さの９０％までを処理素材の載置のために使用することができる。搬送ベルトに相対回動不能に保持するためにはツイン管体の僅かな長さ区分しか必要ではないということが重要である。しかしながら、搬送ベルトは、プロセス室から相応の間隔を置いてハウジング内の常温領域に配置されなければならない。搬送システムの通過幅もしくはツイン管体の所要長さを最適化することができるので、この装置は、１つの大きな通過幅の上に処理素材を平行に載置することにより高い処理量で作業するのに適している。

ツイン管体は、不透明の高反射性の石英ガラスから成るコーティングを少なくとも部分的に有しているならば有利であることが実証された。このようなコーティングは、加熱装置の赤外線放射を反射し、ひいては熱処理の効率化に寄与する。さらに、コーティングはその粗さにより、コーティングされていないツイン管体の極端に平滑な表面に比べ、処理素材の滑脱を阻止する。

プロセス室の構成に関しては、プロセス室が、ツイン管体として形成された石英ガラス製のカバー管を備えた赤外線熱放射器から成るライニングを有しており、赤外線熱放射器はプロセス室に面した側と、プロセス室とは反した側とを有しており、ＳｉＯ_２含有の結合材料を介して互いに結合されているならば有利であることが実証された。

ＳｉＯ_２含有の結合材料は同時に反射体として、かつ結合手段として機能し、赤外線熱放射器のプロセス室に面した側またはプロセス室とは反した側に塗布されている。

ツイン管体は安価に製造することができる。ツイン管体は、隔室の形状の２つの中空室を有しており、この中空室はプロセス室のライニングの断熱のために寄与する。ツイン管体をＳｉＯ_２含有の結合材料により結合することにより、主として石英ガラスから成るプロセス室のライニングが得られる。このようなライニングは高い耐熱性を有している。１０００℃までの高い作動温度が可能である。

ＳｉＯ_２含有の結合材料は、高い温度安定性と高い熱衝撃耐性とを有している。ＳｉＯ_２含有の結合材料が、熱放射器の、プロセス室に面した側に塗布されていることにより、エネルギ効率のよい処理素材の熱処理が可能である。この場合、生じるエネルギ損失は最小化され、プロセス室のライニングに入るエネルギも減じられるので、加熱装置によりプロセス室に導入されたエネルギは、一層、処理素材の熱処理のために使用される。

選択的な態様では、ＳｉＯ_２含有の結合材料は、赤外線熱放射器の、プロセス室とは反した側に塗布されている。

プロセス室とは反した側に塗布されたＳｉＯ_２含有の結合材料によっても、エネルギ損失の減少がもたらされる。赤外線熱放射器の、プロセス室とは反した側にコーティングが設けられていることにより、このコーティングは放射器自体のための反射層として機能する。この場合、コーティングは比較的小さい温度変動にさらされる。プロセス室に面した側に設けられるコーティングと比較して、このようなコーティングの耐用期間は比較的長い。

上記特徴を備えた熱処理のための装置は、金層、特に金反射層を備えたガラス部品を製造するために使用される。このような形式のガラス部品は例えば、金反射層を備えた赤外線熱放射器である。このような形式の複数の赤外線熱放射器は同時にこの装置を通過することができ、この場合、汚染のない搬送が保証される。金装飾物の焼付けも、本発明による装置を使用して高い処理量で、搬送システムからの金属異物粒子の進入の危険なしに行うことができる。

以下に本発明を、実施例と図面につき詳しく説明する。概略図に個別に示されている。

熱処理のための本発明による装置の縦断面図である。 熱処理のための本発明による装置のプロセス室の領域における横断面図である。 ツイン管体用のクランプばねを有するホルダの詳細図である。 ツイン管体の横断面ジオメトリの詳細図である。

図１には、本発明による熱処理のための装置として連続加熱炉の縦断面図が示されていて、全体に符号１が付与されている。この装置１は、図２に詳しく示されている熱処理のためのプロセス室３が位置している炉ハウジング２と、プロセス室３を通して処理素材５を連続搬送するための搬送システム４とから成っている。縦断面図により部分的にしか見えていない搬送システム４は、互いに間隔を置いて位置する２つの平行な無端搬送ベルト４．１を有しており、この搬送ベルトは、この両搬送ベルト間の間隔を橋絡しこのベルト上に相対回動不能に保持された支持エレメントを有している。この支持エレメントは、石英ガラスから成る透明のツイン管体４．２の形であって、この管体上には熱処理するために処理素材５を配置することができる。

ツイン管体４．２の相対回動不能なホルダの詳細は図３ａに示されている。クランプばね６がツイン管体４．２の端部を把持し、搬送ベルト（図示せず）の一方における相対回動不能な位置に固定する。クランプばね６はアングル状部材に接続されており、このアングル状部材は、一方の搬送ベルト４．１に取り付けられている。

図３ｂには、ツイン管体４．２の横断面ジオメトリの詳細図が示されている。ツイン管体は、中間ウェブ１１によって分離された２つの平行な管状の隔室１０，１０’から成るダブル管ジオメトリを有している。半径方向横断面は８の字に似た形状を示している。両隔室１０，１０’の外寸法は、半径方向横断面において、両隔室１０，１０’の長手方向軸線が１つの水平面Ｈに位置している場合、すなわち、図３ｂに示されているように８の字が横になっている形状を示している場合、ツイン管体の幅として記載される。

個々のツイン管体４．２の寸法は、長さ×幅×高さ（Ｌ×Ｂ×Ｈ）については１．０００ｍｍ×３４ｍｍ×１４ｍｍであり、壁厚さは約２ｍｍである。ツイン管体４．２の互いの間隔は、処理素材５の重量および形状に応じて変化する。本発明による装置１を、ランプ製造のための石英ガラス管への金層の焼付けのために使用するには、通常、ツイン支持管体の間の間隔は１５０ｍｍに調整される。使用されるツイン管体４．２は、高重量の処理素材５を支持し、大きな熱作用下で確実に連続加熱炉を通して搬送するのに適している。両搬送ベルト４．１は、加熱領域の外側に延在しており、必要であればさらに空気流によって冷却もされる。ハウジングは、処理素材５のための通路高さおよび通路幅を規定する区分を有している。

図２には、プロセス室３を見た図で本発明による装置１の横断面が示されている。プロセス室３は、単層の断熱材７によって天井領域、側面領域、底面領域において取り囲まれている。断熱材７は、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素を主体とする耐火性の高温マットから成っており、２５ｍｍの厚さを有している。プロセス室３には断熱材７の内側で、赤外線熱放射器８の形態の加熱エレメントによりライニングが設けられている。プロセス室３は、２．０００ｍｍの長さ、４２０ｍｍの幅、（搬送システムのツイン管体４．２の平面で計算して）１４５ｍｍの高さを有している。熱放射器８は、ツイン管体として形成された石英ガラス製のカバー管を有しており、これら熱放射器はプロセス室３に面した側と、プロセス室３とは反した側とを有しており、ＳｉＯ_２含有の結合材料を介して互いに結合されている。熱放射器は、プロセス室とは反した側に、石英ガラスから成る不透明の高反射性コーティングを有しており、このコーティングは同じＳｉＯ_２結合材料から成っており、熱放射器８も互いに結合させている。コーティングは、約１０ナノメートル〜５０マイクロメートルまでの直径を有している極めて多数かつ小さい石英粒子から成っている。しっかりと焼結された、相応に多孔性で、その孔に空気が充填されているＳｉＯ_２材料は、微細な構造に基づき極めて大きな表面積を有している。材料１グラムにつき表面積は約５ｍ^２である。このように大きな表面積により、赤外線放射による石英ガラスの直接加熱による孔内空気の迅速な間接的な加熱が促進される。

このようにコーティングされた、場合によっては互いに結合もされている熱放射器８は、プロセス室３の天井３．１に位置している。加熱装置の各ツイン管体には、加熱ワイヤ（フィラメント）が通されている。ツイン管体の端部はセラミックベースで終端している。フィラメントの電気的出力は、天井３．１における熱放射器８では１００ｋＷ／ｍ^２の単位面積当たりの出力が生じるように設計されている。

熱放射器８はそれぞれ隣接して、プロセス室３に面した側もしくはプロセス室３とは反した側を有する、加熱フィラメントを有さないツイン管体を交互に備えて互いに配置されている。加熱フィラメントを有さないツイン管体は、石英ガラス製の反射層も有しているが、この場合、反射層を、プロセス室に面した側に有している。このようにして、それぞれ１つの熱放射器８は、加熱フィラメントを有さない１つのツイン管体に向かい合って位置しており、ツイン管体は、プロセス室３に面した側における反射層により、熱放射器８から放射された赤外線放射を反射する。このような配列により、プロセス室において均一な最良の熱特性が生じる。

基本的に、側壁３．２および底面３．３にも、天井と同様の形式の熱放射器を設けることができる。ここに示したプロセス室３では、天井３．１における熱放射器８で十分であるので、プロセス室３の側壁３．２および底面３．３には、搬送システム４の支持エレメントの下側で、加熱フィラメントを有さないツイン管体が配置されている。これらのツイン管体には、プロセス室３に面した側に石英ガラス製の反射層が設けられているので、熱放射器８から放射され、処理素材５および／または搬送システム４のツイン支持管体４．２から反射された赤外線放射を反射する。このような配列は、プロセス室における均一な熱特性の最適化に貢献している。

本発明による装置１は、連続加熱炉（電気的な継続出力は２０ｋＷ）として作動し、連続的な焼結プロセスのために使用される。このために、上面に金コーティングされた構成部分、例えばＬ×Ｂ×Ｈ＝１．０００×３４×１４ｍｍの寸法を有する石英管が、コーティングの焼付けのために、搬送システム４のツイン支持管体４．２上に載置され、２００ｍｍ／分の速度で高温のプロセス室３を通るようにガイドされる。１０の管が互いに隣接して載置されるので、１時間で約１００管の処理量となる。装置１は、１００ｍｍの通路高さと、４２０ｍｍの通路幅を有している。

装置１を通過した後、管上のコーティングは、極めて良好な表面付着性を有する視覚的に均一な表面を有する。表面上の金の付着力は、粘着テープ裂断試験により算出される。この試験は、市販の粘着テープ、例えば３Ｍ社のスコッチ粘着テープを、金被覆された表面に貼り付け、一気に再び引き離す工程を含む。金の付着力が不十分な場合は、金属残留物がテープの粘着面に残る。本発明による装置１では、摩擦により処理素材５またはその他の表面に粒子を放出する恐れのある可動の支持エレメントは使用されていないので、金属被覆された表面には粒子または不純物による損傷が生じない。さらにプロセス室３は、主として石英ガラス製の表面を有しているので、この範囲でも汚染されることなく、かつ粒子が発生することなく作動される。

図１〜図３において同じ符号が使用されている場合は、図１の説明に基づき詳しく説明したものと構成が同じまたは同等の構成部分および部品を示している。

Claims (11)

1. 熱処理のための装置であって、
   細長いハウジング（２）内に配置された少なくとも１つのプロセス室（３）を有しており、
   該プロセス室は、加熱装置と、前記プロセス室（３）を通して処理素材（５）を連続搬送するための搬送システム（４）とを有しており、
   該搬送システム（４）は、互いに間隔を置いて位置する２つの平行な無端搬送ベルト（４．１）を有しており、該無端搬送ベルトは、該搬送ベルト間の間隔を橋絡し該ベルト上に支持された、石英ガラス製の複数の円筒体を有しており、該円筒体上に前記処理素材（５）が熱処理のために置かれる、
   熱処理のための装置において、
   前記円筒体は、中間ウェブ（１１）によって互いに分離され、それぞれ１つの長手方向軸線を有する２つの管状の隔室（１０，１０’）により形成されたツイン管体（４．２）として構成されており、該ツイン管体の端部は前記搬送ベルト（４．１）に相対回動不能に接続されていることを特徴とする、熱処理のための装置。
2. 前記ツイン管体（４．２）は、前記長手方向軸線が１つの共通の水平面（Ｈ）に位置するように、前記搬送ベルト（４．１）に取り付けられている、請求項１記載の装置。
3. 前記ツイン管体（４．２）は、前記長手方向軸線が１つの共通の垂直面に位置するように、前記搬送ベルト（４．１）に取り付けられている、請求項１記載の装置。
4. 前記ツイン管体（４．２）は、１つの搬送ベルト（４．１）にそれぞれ接続されているクランプばね（６）において保持される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記ツイン管体（４．２）は、不透明の高反射性の石英ガラスから成るコーティングを少なくとも部分的に有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記プロセス室（３）は、ツイン管体として形成された石英ガラス製のカバー管を備えた赤外線熱放射器（８）から成るライニングを有しており、前記赤外線熱放射器は、前記プロセス室に面した側と、前記プロセス室とは反した側とを有しており、ＳｉＯ_２含有の結合材料を介して互いに結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記ＳｉＯ_２含有の結合材料は同時に、反射体としておよび結合手段として機能する、請求項６記載の装置。
8. 前記ＳｉＯ_２含有の結合材料は、前記赤外線熱放射器（８）の、前記プロセス室（３）に面した側に塗布されている、請求項６または７記載の装置。
9. 前記ＳｉＯ_２含有の結合材料は、前記赤外線熱放射器（８）の、前記プロセス室（３）とは反した側に塗布されている、請求項６または７記載の装置。
10. 前記赤外線熱放射器（８）は加熱フィラメントを有しており、該加熱フィラメントにより、８０ｋＷ／ｍ^２〜１２０ｋＷ／ｍ^２の範囲の前記加熱装置の単位面積当たりの総出力が得られる、請求項６から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 金層、特に金反射層を備えたガラス部品を製造するための請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置の使用。

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