JP2022133685A - 熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被処理物を熱処理炉内に搬送して支持材に支持されるときに、被処理部材に熱衝撃が生じることのない熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置は、熱処理空間を形成する熱処理炉と、前記熱処理空間内に設けられている支持材と、前記熱処理空間外から前記熱処理空間内に被処理物を搬送した後に、前記被処理物を前記支持材に支持させる搬送装置と、前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物の温度を検知する温度検知装置と、を備える。前記搬送装置は、前記温度検知装置により検知された温度に基づいて、前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物を前記支持部材に支持させるタイミングを決定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、搬送用ロッドによって、熱処理炉に被処理物を搬入および搬出をする機構を備える熱処理装置に関する。
熱処理炉に被処理物を搬入して熱処理を行う熱処理装置では、熱処理炉外から被処理物を搬送し、熱処理炉内の支持材で被処理物を支持してから熱処理を行う。
例えば、特許文献１では、炉体の被処理物搬入の搬入搬出口（開口部）にシャッターを介して準備室４０が設けられている。被処理物は準備室４０内の支持機構で支持されてから、アームにより炉体内に搬送される。そして、被処理物は炉体内で支持材に受け渡される。このような準備室を設けると、熱処理装置の構造を簡易にでき、且つ小型化できる利点がある。
また、特許文献２に示される構造は、熱処理炉外から被処理物を搬送し、熱処理容器内で被処理基板を処理台上に下降させて搭載する。このとき、被処理物が低温であるために、処理台と基板の温度差が小さくなるように十分な下降時間を確保する。このようにして処理台と基板の温度差をなくし、処理台上に堆積した膜の剥がれを少なくする。
特開２０１７－１１７８５０号公報 特開２００１－２５０７８２号公報
しかしながら、上記のいずれの熱処理装置も、熱処理炉内に搬送された被処理部材を炉内の支持材で支持するときに、熱衝撃が生じる可能性がある。
例えば、特許文献１に記載の熱処理装置では、被処理物を炉内で支持するときに、支持材と被処理物との温度差について考慮されていない。このため、両者の温度差が大きいと、支持部材と被処理物とが接触したときに熱衝撃が生じる可能性がある。
また、特許文献２に記載の熱処理装置では、熱処理容器内で被処理基板を処理台上に下降させて搭載するときに、処理台と基板の温度差が小さくなるように十分な下降時間を確保するが、被処理基板を熱処理容器内で支持するリフトピン１４が既に加熱されていると考えられる。このため、リフトピン１４で被処理物を搭載するときの、リフトピン１４の先端部と被処理物との間の温度差が大きくなり、この部分に熱衝撃が生じる。
このように、従来の熱処理装置では、被処理物が外部から搬送されて熱処理炉内の支持材で支持されると、炉内の高温状態になっていない被処理物を高温の支持材で支持することとなり、被処理物に熱ダメージが生じる。この結果、被処理物にクラックが生じ、または破壊（割れ）が生じる。
この発明の目的は、被処理物を熱処理炉内に搬送して支持材に支持されるときに、被処理部材に熱衝撃が生じることのない熱処理装置を提供することにある。
この発明の熱処理装置は、
熱処理空間を形成し、前記熱処理空間内の被処理物に加熱処理を施す熱処理炉と、
前記熱処理空間内に設けられている支持材と、
前記熱処理空間外から前記熱処理空間内に前記被処理物を搬送した後に、前記被処理物を前記支持材に支持させる搬送装置と、を備える。
また、前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物の温度を検知する温度検知装置を備え、
前記搬送装置は、前記温度検知装置により検知された温度に基づいて、前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物を前記支持材に支持させるタイミングを決定する。
なお、本発明において、被処理物とは、熱処理を行う目的物のワークを意味するが、ワークを支持するトレーをも含む概念である（以下、同じ）。
被処理物は、熱処理空間外から熱処理空間内に搬送された後に、熱処理空間内に設けられた支持材に支持される。そして、この支持されるタイミングが調整される。すなわち、温度検知装置により、熱処理装置内に搬送された被処理物の温度に基づいて前記タイミングが調整される。
このように制御することで、熱処理装置内に搬送された被処理物の温度が熱処理空間内で加熱されてから支持材で支持されるようにできる。すると、被処理物が支持材で支持されたときの両者の温度差が高くならず、被処理物に対する熱衝撃が生じない。
搬送装置は、温度検知装置により検知された温度が損傷温度より高くなった場合に、搬送装置により熱処理装置内に搬送された被処理物を支持材に支持させる。損傷温度とは、熱衝撃により被処理物がクラックを生じたり割れたりする温度である、すなわち、被処理物が支持材に支持されたときに、被処理物の温度と支持部材との温度差に起因する熱衝撃により前記被処理物が損傷する温度である。
また、温度検知装置は、被処理物に接触せずに、被処理物の温度を検知する。このような温度検知装置としては放射温度計が一般的である。
この発明によれば、被処理物が熱処理炉内に搬送されて支持材に支持されるときに、被処理物が一定の高温になってから支持されるようにしたので、被処理物が熱衝撃によって損傷することを防止できる。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す側面図である。 図２は、搬送用ロッドの前端部（第１端部）の平面図である。 図３（Ａ）は、側面図であり、図３（Ｂ）は、搬送用ロッドの前端部（第１端部）の平面図であり、図３（Ｃ）は端面図であり、図３（Ｄ）は外観斜視図である。 図４は、熱処理空間のｚ方向において、被処理物、支持材の位置関係を示す図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、搬送用ロッドおよび支持部材の挙動を示す図である。 図６は、搬送室の前壁に形成された開口と搬送用ロッドとを示す図である。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、切替装置の一構成例を示す図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）は、熱処理装置の外部から被処理物を投入して、熱処理を行うまでの工程を示す図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）は、被処理物の熱処理後から被処理物を熱処理装置の外部に取り出すまでの工程を示す図である。 図１０は、全体の動作を示すフローチャートである。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、支持部材の別の一例を概念的に示す図である。 図１２は、搬送用ロッドの派生例の構成を示す部分的な平面図である。 図１３は、搬送用ロッドを回転させる派生例の構成を示す図である。 図１４は、搬送用ロッドを回転させる他の派生例の部分的な構成を示す図である。
本発明の実施形態に係る熱処理装置について、図を参照して説明する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す側面図である。図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、搬送室および熱処理炉については断面図を示している。また、図１（Ａ）は、被処理物が搬送室内にある場合を示し、図１（Ｂ）は、被処理物が熱処理炉内にある場合を示す。図２は、搬送用ロッドの前端部（第１端部）の平面図である。図３（Ａ）は、側面図であり、図３（Ｂ）は、搬送用ロッドの前端部（第１端部）の平面図であり、図３（Ｃ）は端面図であり、図３（Ｄ）は外観斜視図である。図４は、熱処理空間のｚ方向において、被処理物、支持材の位置関係を示す図である。
以下、高さ方向をｚ方向、搬送用ロッドの移動方向をｘ方向、ｘ方向に直交する方向をｙ方向として説明する。
（熱処理装置１０の全体構成）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２に示すように、熱処理装置１０は、熱処理炉２０、搬送室３０、搬送用ロッド４１、搬送用ロッド４２、搬送装置５０、および、切替装置６０を備える。
熱処理炉２０と搬送室３０とは、一方向（図１（Ａ）、図１（Ｂ）におけるｘ方向）に沿って並んで配置されている。熱処理炉２０と搬送室３０とは接続している。
熱処理炉２０は、被処理物に対して加熱処理を行う熱処理空間（内部空間）２００を有する。熱処理炉２０は、熱処理空間２００の雰囲気が保てる部屋で構成されている。熱処理炉２０は、上部の壁構造体にガス導入部（図示せず）が設けられ、ガス導入部から所定の雰囲気ガス（熱処理ガス）が熱処理空間２００内に導かれる。
熱処理空間２００には、被処理物ＷＫを支持するための支持材２３０～２３３、および、熱源２４０が配置されている。支持材２３０～２３３は、全体として棒状であって先端が細いセラミックスから構成され、ｚ方向に伸びるように熱処理空間２００内に図示しない保持部材で保持されている。図４に示すように、４つの支持材２３０～２３３は、ｘ方向に２つが並び、且つｙ方向に２つが並ぶように配置されている。支持材２３０～２３３の先端位置は、搬送用ロッド４１および搬送用ロッド４２の上端よりも高い位置にある。
熱源２４０は、熱処理空間２００の上側の壁に近接した位置、および下側の壁に近接した位置に、それぞれ配置されている。これに限らず、熱源２４０は、熱処理空間２００の側方に配置されていてもよい。熱源２４０は、支持材２３０～２３３で支持された被処理物ＷＫを均一加熱できるものであればよい。
熱処理炉２０を構成する壁における１つの側壁（前壁２１）には、開口２０１が形成されている。開口２０１は、前壁２１を貫いている。この開口２０１を介して、熱処理炉２０の熱処理空間２００は、搬送室３０の搬送空間（内部空間）３００に繋がっている。
熱処理炉２０を構成する他の壁（上壁）には、その中央部に孔が開けられている。また、他の壁（上壁）に近接した位置に設けられている熱源２４０にも、前記孔に対応する位置に他の孔が設けられている。この二つの孔には窓部を介して温度検知装置として放射温度計２５０が配置されている。後述のように、放射温度計２５０は、熱処理炉内に搬送された被処理物ＷＫの温度を検出する。窓部は、放射温度計２５０で放射する波長（数μ～１０μ以下）を吸収しない特性の窓ガラスで構成することが可能である。
搬送室３０は、搬送空間３００を有する。搬送室３０を構成する壁における１つの側壁（前壁３１）には、開口３０１および開口３０２（図５参照）が形成されている。開口３０１、３０２は、前壁３１を貫いている。これら開口３０１、３０２によって、搬送用ロッド４１および搬送用ロッド４２が前進と後退ができる。
搬送室３０は、遮熱壁３２が配置されている。遮熱壁３２は、搬送室３０における熱処理炉２０側の端部の近傍に配置されている。遮熱壁３２は、可動式であり、搬送空間３００における開口２０１へ繋がる側の空間と、開口３０１に繋がる側の空間の遮断、連通を切り替えられる。
搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２は、一方向に延びる棒形状（本願では円柱状）である。搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２の材質は、腐食しにくいステンレス鋼（ＳＵＳ）で構成されている。
搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２の延びる方向は、熱処理炉２０と搬送室３０とが並ぶ方向に平行である。搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２は、所定の距離をおいて、平行に配置されている。搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２との並ぶ方向は、ｘ方向およびｚ方向に直交する方向（図１（Ａ）、図１（Ｂ）におけるｙ方向）である。搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２との距離Ｗｓ（図２参照）は、後述する支持部材４１２および支持部材４２２の長さも考慮して、支持材２３０～２３３のｙ方向の寸法よりも大きい。
搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２とは、搬送室３０の前壁３１に形成された第２開口を挿通している。搬送用ロッド４１の延びる方向の第１端部４１１１と搬送用ロッド４２の延びる方向の第１端部４２１１（図２参照）は、搬送室３０内側に配置され、搬送用ロッド４１の延びる方向の第２端部４１１２と搬送用ロッド４２の延びる方向の第２端部４２１２（図６参照）は、搬送室３０の外部に配置される。
後述のように、搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２とは、それぞれ４５度回転する。０度のときをロッド状態Ａ、４５度回転したときをロッド状態Ｂと称する。詳細は後述するように、搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２とは以下の工程を繰り返す。
搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２は、
（工程１）搬送室３０内でロッド状態Ｂで被処理物ＷＫを上方から受け取る。被処理物ＷＫがセットされる。
（工程２）ロッド状態Ｂで前進して第１端部４１１１、４２１１を熱処理炉２０内に移動させる。
（工程３）被処理物ＷＫの温度が所定温度に上昇するとロッド状態Ａにする。所定温度に上昇したかどうかは、放射温度計２５０の出力により判定される。このとき、被処理物ＷＫは４つの支持材２３０～２３３上に置かれて支持される。被処理物ＷＫに対する熱処理が行われる。
（工程４）ロッド状態Ａで後退して、第１端部４１１１、４２１１が搬送室３０内に移動する。
（工程５）被処理物ＷＫに対する熱処理が終わると、ロッド状態Ａで前進して第１端部４１１１、４２１１を熱処理炉２０内に移動させる。
（工程６）ロッド状態Ｂにする。このとき、被処理物ＷＫを支持材２３０～２３３から受け取って支持する。
（工程７）ロッド状態Ｂで後退して、第１端部４１１１、４２１１が搬送室３０内に移動する。
（工程８）ロッド状態Ｂで被処理物ＷＫを外部に取り出す。
ｘ方向における、搬送用ロッド４１の延びる方向の第１端部４１１１と搬送用ロッド４２の延びる方向の第１端部４２１１の位置は同じであり、搬送用ロッド４１の延びる方向の第２端部４１１２と搬送用ロッド４２の延びる方向の第２端部４２１２は、同じである。
搬送装置５０は、搬送室３０を基準として、熱処理炉２０が接続する側と反対側に配置されている。すなわち、搬送装置５０は、搬送室３０および熱処理炉２０の外側に配置されている。搬送装置５０は、ロッド保持部材５１を介して搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２に接続する。搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２とは、それぞれの側面に沿う方向に回転可能な状態（ロッド状態Ａとロッド状態Ｂ）で、ロッド保持部材５１に保持されている。
搬送装置５０は、前後方向であるｘ方向に沿って移動する。この搬送装置５０の移動によって、搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２も、前後方向であるｘ方向に沿って移動する。これにより、図１（Ａ）に示すように、搬送装置５０が移動範囲の第１端部にあるとき、搬送用ロッド４１の第１端部４１１１の部分と、搬送用ロッド４２の第１端部４２１１の部分とは、搬送室３０の搬送空間３００に配置される。一方、図１（Ｂ）に示すように、搬送装置５０が移動範囲の第２端部にあるとき、搬送用ロッド４２の第１端部４２１１の部分と、搬送用ロッド４２の第１端部４２１１の部分とは、熱処理炉２０の熱処理空間２００に配置される。
搬送装置５０は、熱処理炉２０の外側で、且つ離れた位置に配置されている。このため、搬送装置５０は熱対策する必要はない。搬送装置５０は、安価な普及品で構成することが可能である。
以上のように、熱処理装置１０は、搬送室３０において、搬送用ロッド４１の第１端部４１１１の部分および搬送用ロッド４２の第１端部４２１１の部分に載置された被処理物ＷＫが、開口２０１を介して、熱処理炉２０内に搬入される（図１（Ａ）→図１（Ｂ））。熱処理炉２０内に搬入された被処理物ＷＫは、その温度が低いが、熱処理炉２０内で所定の温度に上昇したときにロッド状態Ｂ→ロッド状態Ａとなって、支持材２３０～２３３で支持される。このとき、被処理物ＷＫの温度は十分に加熱されているため、支持材２３０～２３３で支持されたときに被処理物ＷＫに対する熱衝撃は生じない。
被処理物ＷＫに対する熱衝撃は、被処理物ＷＫの材料の対熱衝撃温度特性に依存する。対熱衝撃温度特性は、急激な温度変化に耐えられる温度特性である。例えば、セラミックスの中のアルミナの対熱衝撃温度は２００℃程度である。
そこで、被処理物ＷＫを支持材２３０～２３３で支持した時の被処理物ＷＫと支持材２３０～２３３の温度差が対熱衝撃温度以内となるように制御する。例えば、被処理物ＷＫの被支持点付近がアルミナの場合、上記温度差が２００℃以内となるまで被処理物ＷＫを加熱する。熱制御の具体例は以下の通りである。
熱処理炉２０内の温度が１３００℃に保たれているとする。被処理物ＷＫが熱処理炉２０内に搬入される直前では、被処理物ＷＫの温度は常温である。被処理物ＷＫが熱処理炉２０内に搬入されると、被処理物ＷＫが加熱される。このとき、被処理物ＷＫはロッド状態Ｂで搬送用ロッド４１、４２で支持されているため、被処理物ＷＫに対する熱衝撃はない。被処理物ＷＫの温度が１１００℃以上に上昇すると、搬送用ロッド４１、４２をロッド状態Ａにする。このとき、被処理物ＷＫは支持材２３０～２３３で支持されるが、両者の温度差は２００℃以下となっている。したがって、被処理物ＷＫに対し熱衝撃は生じない。本発明の損傷温度とは、この例では両者の温度差が２００℃以上となる１１００℃以下である。
なお、支持材２３０～２３３は、先端部のみを別部材で構成しても良い。このようにすれば、先端部が破損しても取り換えが容易である。また、被処理物ＷＫの特性により、先端部を変更することも可能である。先端部は例えば、ネジ構造によって本体部に取り付けるようにすれば良い。
次に切替装置６０と搬送用ロッド４１、４２について説明する。
切替装置６０は、搬送用ロッド４１の第２端部４１１２および搬送用ロッド４２の第２端部４２１２に接続する。切替装置６０は、搬送用ロッド４１および搬送用ロッド４２を、それぞれの側面に沿った方向に回転させてロッド状態Ａとロッド状態Ｂのいずれかの状態に保持する回転補助機構を備える。
搬送用ロッド４１には、被処理物ＷＫを支持するための支持部材４１２が配置され、搬送用ロッド４２には、支持部材４２２が配置される。
図２に示すように、支持部材４１２は、２個であり、２個の支持部材４１２は、搬送用ロッド４１の第１端部４１１１の近傍（搬送用ロッド４１の第１端部４１１１の部分）に接続している。２個の支持部材４１２は、搬送用ロッド４１の延びる方向において、間隔ＬＳ４１２で配置されている。この間隔ＬＳ４１２は、搬送時に支持する被処理物ＷＫのｘ方向に沿った大きさ、または、被処理物ＷＫの大きさによって決まり、２個の支持部材４１２が被処理物ＷＫの裏面に接触するように決定されている。
２個の支持部材４１２は、搬送用ロッド４１の側面４１１に接続している。２個の支持部材４１２は、側面４１１から搬送用ロッド４２側に突出している。２個の支持部材４１２の突出量Ｌ４１２は、被処理物ＷＫの高さ方向の移動量によって決定される。
図３（Ａ）～図３（Ｄ）に示すように、２個の支持部材４１２は、丸棒であり、先端に、外周端４１３を有する。これにより、被処理物ＷＫを支持する際に、外周端４１３が被処理物ＷＫの裏面に当接する。すなわち、支持部材４１２は、被処理物ＷＫを点によって支持できる。したがって、支持部材４１２は、被処理物ＷＫへの接触を最小限に抑えられる。これにより、例えば、被処理物ＷＫに当接した支持部材４１２を介して放熱することで、被処理物ＷＫに局所的な温度差が生じて、被処理物ＷＫが歪むなどの熱の影響を抑制できる。また、さらに、支持部材４１２がｘ方向に２個並んでいることによって、被処理物ＷＫを安定して支持できる。
図２に示すように、支持部材４２２は、２個であり、２個の支持部材４２２は、搬送用ロッド４２の第１端部４２１１の近傍（搬送用ロッド４２の第１端部４２１１の部分）に接続している。２個の支持部材４２２は、搬送用ロッド４２の延びる方向において、間隔ＬＳ４２２で配置されている。この間隔ＬＳ４２２は、搬送時に支持する被処理物ＷＫのｘ方向に沿った大きさによって決まり、２個の支持部材４２２が被処理物ＷＫの裏面に接触するように決定されている。
２個の支持部材４２２は、搬送用ロッド４２の側面４２１に接続している。２個の支持部材４２２は、側面４２１から搬送用ロッド４１側に突出している。２個の支持部材４２２の突出量Ｌ４２２は、被処理物ＷＫの高さ方向の移動量によって決定される。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、搬送用ロッドおよび支持部材の挙動を示す図である。図５（Ａ）はロッド状態Ｂであり、図５（Ｂ）はロッド状態Ａである。
２個の支持部材４２２は、２個の支持部材４１２と同様に、丸棒であり、先端に、外周端４２３（図５参照）を有する。これにより、ロッド状態Ｂでは、被処理物ＷＫを支持する際に、外周端４２３が被処理物ＷＫの裏面に当接する。すなわち、支持部材４２２は、被処理物ＷＫを点によって支持できる。したがって、支持部材４２２は、被処理物ＷＫへの接触を最小限に抑えられる。これにより、例えば、被処理物ＷＫに当接した支持部材４２２を介して放熱することで、被処理物ＷＫに局所的な温度差が生じて、被処理物ＷＫが歪むなどの熱の影響を抑制できる。
また、支持部材４２２がｘ方向に２個並んでいることによって、被処理物ＷＫを安定して支持できる。ここで、支持部材４１２、４２２が丸棒である例を示したが、これに限るものではなく、三角柱や多角柱の棒状体や、先端が半球状の棒状体など、被処理物を点接触で支持できるものであればよい。
（搬送用ロッド４１，４２および支持部材４１２，４２２の挙動）
上述のように、切替装置６０によって、搬送用ロッド４１と搬送用ロッド４２とが回転する。これにより、支持部材４１２および支持部材４２２は、図５（Ａ）に示すロッド状態Ｂ（４５度回転）の姿勢と、図５（Ｂ）に示すロッド状態Ａの姿勢とをとることができる。
ロッド状態Ｂでは、支持部材４１２の先端が搬送用ロッド４１の上端よりも上側となり、支持部材４２２の先端が搬送用ロッド４２の上端よりも上側となる。さらに、図５（Ａ）に示すように、ロッド状態Ｂでは、支持部材４１２および支持部材４２２の先端にて支持された被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３の上端よりも上方に配置される。
ロッド状態Ａ（０度回転）は、支持部材４１２の先端が搬送用ロッド４１の上端よりも下側となり、支持部材４２２の先端が搬送用ロッド４２の上端よりも下側となる態様である。
したがって、この切り替えを利用することによって、搬送室３０でロッド状態Ｂにて、被処理物ＷＫを支持部材４１２および支持部材４２２に載置し、そのまま熱処理炉２０内に搬送することで、被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３の上方に運ばれる。
被処理物ＷＫが所定の温度まで加熱されると、ロッド状態Ａに切り替えられ、被処理物ＷＫは、支持部材４１２および支持部材４２２による支持から解放され、支持材２３０～２３３で支持される。
被処理物ＷＫが熱処理空間２００内で熱処理された後、ロッド状態Ａにて、搬送用ロッド４１、４２を熱処理炉２０内に挿入すると、搬送用ロッド４１、４２は、被処理物ＷＫの下方に配置される。すなわち、搬送用ロッド４１、４２は、被処理物ＷＫに衝突することなく、熱処理炉２０内に配置される。
この状態において、搬送用ロッド４１、４２を４５度回転させてロッド状態Ｂに切り替える。すると、被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３による支持から、支持部材４１２および支持部材４２２による支持に切替えられる。これにより、被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３から離れる。そして、この状態のまま搬送されることで、被処理物ＷＫは、熱処理炉２０から搬送室３０に搬出される。
このように、本実施形態の構成を用いることで、搬送用ロッド４１、４２の高さ方向の位置を変えることなく、被処理物ＷＫを搬送室３０内から熱処理炉２０内に搬送して、被処理物ＷＫを所定の温度まで加熱処理をしたのちに支持材２３０～２３３で支持する。その後、被処理物ＷＫに対する熱処理を行い、被処理物ＷＫを支持材２３０～２３３から持ち上げて、熱処理炉２０内から搬送室３０内に搬送する。
これにより、開口２０１の高さは、搬送用ロッド４１、４２の下端から被処理物ＷＫの上面までの高さ程度でよい。したがって、開口２０１の開口面積を小さくでき、熱処理炉２０の熱や充填された気体が開口２０１を介して搬送室３０に漏洩することを抑制できる。すなわち、開口２０１があることによる熱処理炉２０の温度、雰囲気の変化を抑制できる。ただし、望ましい実施例では、熱処理空間２００と搬送空間３００の雰囲気が同じになるように、冷却ガスＰを熱処理空間２００内のガスと同じものにする。あるいは、両者の主要成分を同じものとする。これにより、遮熱壁３２により開口２０１の開閉を繰り返しても熱処理空間２００と搬送空間３００の雰囲気を同一に保つことが出来る。
また、切替装置６０と搬送装置５０を含む駆動装置は、熱処理炉２０と搬送室３０の外側で、且つ、それらから離れた位置に設けられる。このため、切替装置６０と搬送装置５０は高熱対応の部品ではなく、安価な汎用部品で構成可能である。
また、本実施形態の構成を用いることによって、搬送室３０の高さを、低くできる。これにより、搬送室３０の体積を小さくでき、搬送室３０のための気体の使用量を削減でき、搬送室３０の雰囲気の置換時間も削減できる。
また、本実施形態の構成を用いることによって、開口３０１、３０２の開口面積を小さくできる。図６は、搬送室の前壁に形成された開口と搬送用ロッドとを示す図である。
上述のように、熱処理装置１０では、搬送用ロッド４１、４２は、ｘ方向にのみ移動し、ｚ方向には移動しない。したがって、開口３０１、３０２は、搬送用ロッド４１、４２が挿通するだけの大きさであればよく、例えば搬送用ロッド４１、４２の外形（円周面）に沿った形状であり、搬送用ロッド４１、４２の外形よりも若干大きければよい。例えば、開口３０１、３０２は、搬送用ロッド４１、４２の断面形状と同様の形状で、略同じ寸法の円形の開口であればよい。
より具体的には、開口３０１の直径φ３０１は、搬送用ロッド４１の直径φ４１とほぼ同程度で、かつ、大きければよい。この際、開口３０１の直径φ３０１は、搬送用ロッド４１の直径φ４１に近いほど好ましい。なお、開口３０１の直径φ３０１は、支持部材４１２の第１態様における搬送用ロッド４１の下端と支持部材４１２の上端との距離Ｈ４１よりも短ければよい。
同様に、開口３０２の直径φ３０２は、搬送用ロッド４２の直径φ４２とほぼ同程度で、かつ、大きければよい。この際、開口３０２の直径φ３０２は、搬送用ロッド４２の直径φ４２に近いほど好ましい。なお、開口３０２の直径φ３０２は、支持部材４２２の第１態様における搬送用ロッド４２の下端と支持部材４２２の上端との距離Ｈ４２よりも短ければよい。
このような構成によって、開口３０１、３０２の開口面積を小さくできる。これにより、搬送室３０と外部とが開口３０１、３０２を介して連通する面積を小さくできる。したがって、外部の温度および雰囲気が搬送室３０の内部の温度および雰囲気に与える影響を小さくできる。ひいては、搬送室３０を介して熱処理炉２０の内部の温度および雰囲気に与える影響を小さくできる。
なお、搬送用ロッド４１、４２を回転させる切替装置６０は、例えば、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す構成によって実現される。図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、切替装置の一構成例を示す図であり、図７（Ａ）が図５（Ａ）のロッド状態Ｂに対応し、図７（Ｂ）が図５（Ｂ）のロッド状態Ａに対応する。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、切替装置６０は、シャフト６１１、シャフト６２１、摺動板６１２、摺動板６２２、結合板６３、軸部材６０１、および、アクチュエータ６０２を備える。
シャフト６１１は、搬送用ロッド４１から搬送用ロッド４２側に延びる形状である。シャフト６１１の第１端部は、搬送用ロッド４１の第２端部４１１２に固定されている。シャフト６１１の第２端部は、摺動板６１２に接続する。この際、摺動板６１２には、ｙ方向に延びる溝６１３が形成されており、シャフト６１１の第２端部は、当該第２端部に配置されたピン６１４を溝６１３にはめ込むことによって、摺動板６１２に対して摺動可能に接続される。
シャフト６２１は、搬送用ロッド４２から搬送用ロッド４１側に延びる形状である。シャフト６２１の第１端部は、搬送用ロッド４２の第２端部４２１２に固定されている。シャフト６２１の第２端部は、摺動板６２２に接続する。この際、摺動板６２２には、ｙ方向に延びる溝６２３が形成されており、シャフト６２１の第２端部は、当該第２端部に配置されたピン６２４を溝６２３にはめ込むことによって、摺動板６２２に対して摺動可能に接続される。
摺動板６１２と摺動板６２２とは、結合板６３に固定されている。より具体的には、摺動板６１２は、結合板６３におけるｙ方向の第１端部に固定され、摺動板６２２は、結合板６３におけるｙ方向の第２端部に固定されている。
結合板６３のｙ方向の中心には、ｚ方向に延びる軸部材６０１の第１端部が接続している。軸部材６０１の第２端部は、アクチュエータ６０２に接続している。
このような構成において、アクチュエータ６０２によって、軸部材６０１の長さを変化させることで、結合板６３、摺動板６１２、および、摺動板６２２のｚ方向の位置は変化する。この変化に伴って、ピン６１４が溝６１３内を移動（摺動）し、ピン６２４が溝６２３内を移動（摺動）する。そして、ピン６１４の移動に伴って、シャフト６１１が回動し、ピン６２４の移動に伴って、シャフト６２１が回動する。これらシャフト６１１、６２１の回動によって、搬送用ロッド４１、４２は、回転する。
このような構成を切替装置６０に用いることで、搬送用ロッド４１の回転と搬送用ロッド４２の回転を同期させることができる。したがって、被処理物ＷＫの持ち上げ等を安定して行うことができる。
なお、以上の構成を備える熱処理装置１０は、例えば、図８、図９に示すような処理を行うことで、被処理物ＷＫの熱処理を行う。
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）は、熱処理装置の外部から被処理物ＷＫを投入して、熱処理を行うまでの工程を示す図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）は、被処理物ＷＫの熱処理後から被処理物ＷＫを熱処理装置の外部に取り出すまでの工程を示す図である。また、図１０は、図８、図９に示す工程をフローチャートで示している。
まず、図８（Ａ）に示すように、搬送用ロッド４１、４２の第１端部４１１１、４２１１が搬送室３０内にある状態で、投入口３９から、被処理物ＷＫを投入する（ＳＴ１）。この際、支持部材４１２、４２２は、ロッド状態Ｂであり、被処理物ＷＫは、支持部材４１２、４２２上に置かれる。この状態では、遮熱壁３２は、搬送室３０の搬送空間３００を、搬送用ロッド４１、４２が存在する側と、開口２０１につながる側とに分離するように設置される。これにより、投入口３９と開口２０１とが直接つながることを抑制できる。上記したように、被処理物ＷＫが投入された後、投入口３９を閉じた状態にする。そして、被処理物ＷＫを搬送室３０内に投入した際に、投入口３９から混入した外気を除去するために、搬送室３０の置換処理が行われる。この置換処理は、搬送室３０内に窒素ガス等のパージガスを供給することにより行われ、搬送室３０内の空気がパージガスに追い出される。これによって、搬送室３０内の雰囲気は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気に置換される。
次に、図８（Ｂ）に示すように、投入口３９が閉じた状態で、遮熱壁３２が上方に移動する。これにより、搬送用ロッド４１、４２および被処理物ＷＫを、開口２０１を介して熱処理炉２０に搬入可能な状態となる。
次に、図８（Ｃ）に示すように、搬送装置５０によって、搬送用ロッド４１、４２が移動し（ＳＴ２）、搬送用ロッド４１、４２の第１端部４１１１、４２１１は、熱処理炉２０内に挿入される。これにより、被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３の上方まで搬送される。
この状態で、被処理物ＷＫの温度が加熱される。被処理物ＷＫの温度は放射温度計２５０で測定され、その温度が所定温度になるまで待機する（ＳＴ３、ＳＴ４）。
次に、被処理物ＷＫの温度が所定温度に達すると、被処理物ＷＫを支持材２３０～２３３に支持させるタイミングであると決定し、図８（Ｄ）に示すように、支持部材４１２、４２２は、ロッド状態Ｂからロッド状態Ａに切り替えられ、被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３で支持される（ＳＴ５）。
次に、図８（Ｅ）に示すように、搬送装置５０によって、搬送用ロッド４１、４２が移動し、搬送用ロッド４１、４２の第１端部４１１１、４２１１は、搬送室３０内に撤退する（ＳＴ６）。この状態で、遮熱壁３２は下方に移動し、搬送室３０の搬送空間３００を、搬送用ロッド４１、４２が存在する側と、開口２０１につながる側とに分離する。言い換えれば、遮熱壁３２は、開口２０１をふさぐ構造となり、密閉空間が形成される。
そして、この状態において、熱処理炉２０は、所定の温度、雰囲気に制御され、被処理物ＷＫは、所定時間、熱処理される（ＳＴ７）。
被処理物ＷＫへの熱処理後、図９（Ａ）に示すように、遮熱壁３２は上方に移動する。そして、搬送用ロッド４１、４２が移動し、搬送用ロッド４１、４２の第１端部４１１１、４２１１は、熱処理炉２０内における被処理物ＷＫの下に達する（ＳＴ８）。この際、支持部材４１２、４２２は、ロッド状態Ａであるので、搬送用ロッド４１、４２の第１端部４１１１、４２１１が被処理物ＷＫに近づいても、被処理物ＷＫに当たらない。
次に、図９（Ｂ）に示すように、支持部材４１２、４２２は、ロッド状態Ａからロッド状態Ｂに切り替えられ、被処理物ＷＫは、支持材２３０～２３３から持ち上げられる。そして、被処理物ＷＫは、支持部材４１２、４２２によって支持される（ＳＴ９）。
次に、図９（Ｃ）に示すように、搬送装置５０によって、搬送用ロッド４１、４２が移動し、搬送用ロッド４１、４２の第１端部４１１１、４２１１は、搬送室３０内に移動する（ＳＴ１０）。これにより、被処理物ＷＫは、熱処理炉２０から搬送室３０に搬出される。
次に、図９（Ｄ）に示すように、遮熱壁３２は、下方に移動し、搬送室３０の搬送空間３００を、搬送用ロッド４１、４２が存在する側と、開口２０１につながる側とに分離する。この状態で、投入口３９を開放することで、被処理物ＷＫは、熱処理装置１０の外部に取り出される（ＳＴ１１）。
このような熱処理工程では、熱処理炉２０と搬送室３０との間の開口２０１、および、搬送室３０と外部との開口３０１が、熱処理炉２０および搬送室３０の雰囲気の維持に影響を与える。しかしながら、本実施形態の構成を備えることによって、開口２０１および開口３０１の開口面積を小さくでき、熱処理炉２０および搬送室３０の雰囲気の維持に与える影響を抑制できる。すなわち、熱処理炉２０および搬送室３０の雰囲気の維持に対する開口２０１、３０１による損失を抑制し、熱処理炉２０および搬送室３０の雰囲気の維持を効率的に行うことができる。
また、被処理物ＷＫは、ＳＴ４において、所定温度になるまで加熱され、その後に支持材２３０～２３３で支持されるため、被処理物ＷＫが支持材２３０～２３３で支持されるときに熱衝撃が生じない。
（支持部材の態様の切り替えの他の例）
なお、上述の説明では、搬送用ロッド４１、４２を回転させることによって、高さ方向（ｚ方向）における支持部材４１２、４２２の先端の位置を変化させる態様を示した。しかしながら、他の構成によって、高さ方向における支持部材４１２、４２２の先端の位置を変化させることもできる。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、支持部材の別の一例を概念的に示す図である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、支持部材の第１端部側から視た図である。
支持部材４１２、４２２は、図１１（Ａ）に示す、搬送用ロッド４１、４２の上端から突出するロッド状態Ｂと、図１１（Ｂ）に示す、搬送用ロッド４１、４２内に収容されるロッド状態Ａとを有する。支持部材４１２、４２２を搬送用ロッド４１、４２の上端から突出させたり、搬送用ロッド４１、４２に収容する機構は、支持部材４１２、４２２を物理的に押し出したり引き込んだりする機構であってもよく、支持部材４１２、４２２を圧縮空気等を用いて押し出したり引き込んだりする機構であってもよい。また、他の機構であってもよい。このような構成であっても、上述の搬送用ロッド４１、４２を回転させる機構を用いた構成と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、上述の説明では、搬送用ロッドとして、一対の搬送用ロッド４１、４２を用いた例を示したが、上述の構成はこれに限るものではなく、１つの搬送用ロッドを用いてもよい。この場合、１つの搬送用ロッド４１を移動し、被処理物ＷＫを熱処理炉２０に搬入等させることができる。
図１２は、搬送用ロッドの派生例の構成を示す部分的な平面図である。例えば、図１２に示すように、１つの搬送用ロッド４１を、その先端部にて、二叉状に分岐させ、この二叉部の一端と他端には、それぞれ支持部材４１２、４２２が配置される構造にすればよい。また、その際、支持部材４１２、４２２のロッド状態Ｂとロッド状態Ａの切り替えについては、例えば、前述の図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）で示した例と同様に、支持部材４１２、４２２は、前記二叉部の一端と他端から突出するロッド状態Ｂと、前記二叉部の一端と他端の内に収容されるロッド状態Ａとに切り替えるようにすることができる。
また、熱処理炉２０として雰囲気炉を例として示したが、上述の構成は、雰囲気炉に限るものではなく、他の仕様の熱処理炉にも適用できる。
（搬送用ロッド４１、４２を回転させる他の例）
上述の説明では、アクチュエータ６０２を含む切替装置６０を用いて搬送用ロッド４１、４２を回転させているが、モータ６５０を使用して搬送用ロッド４１、４２を回転させることが可能である。
図１３は、搬送用ロッド４１の第２端部４１１２にモータ６５０、搬送用ロッド４２の第２端部４２１２（図７参照）にモータ６５１を設けた実施例を示す。モータ６５０とモータ６５１とのステータは搬送装置５０に固定され、各モータのロータの回転部が第２端部４１１２と第２端部４２１２のそれぞれに連結される。モータ６５０とモータ６５１は所定の角度だけ回転するステッピングモータで構成するのが好ましい。また、モータ６５０とモータ６５１は図外の制御回路で同期され、その回転角度は同一となるように制御される。このように、モータ６５０、６５１を、第２端部４１１２と第２端部４２１２とに設けることで、構造が簡易化する。
（搬送用ロッド４１、４２を回転させる他の例）
図１４は、搬送用ロッド４１、４２を回転させるさらに他の例を示す。
この実施例では、切替装置６０を、ラック・ピニオン機構を含む構造とする。切替装置６０は、搬送用ロッド４１の第２端部４１１２側に設けられるラック・ピニオン機構７００と搬送用ロッド４２の第２端部４２１２側に設けられるラック・ピニオン機構８００とで構成される。
ラック・ピニオン機構７００は、搬送用ロッド４１の第２端部４１１２に連結されるピニオンギア７０２と、これに噛み合う棒状のラック７０３と、ラック７０３を上下動させるエアシリンダ７０１とで構成される。同様に、ラック・ピニオン機構８００は、搬送用ロッド４２の第２端部４２１２に連結されるピニオンギア８０２と、これに噛み合う棒状のラック８０３と、ラック８０３を上下動させるエアシリンダ８０１とで構成される。また、エアシリンダ７０１、８０１を制御する制御部が設けられている（図示せず）。制御部は、エアシリンダ７０１、８０１を同期制御し、ラック７０３とラック８０３を同じ量だけ上下動させる。図１４（Ａ）は、ラック７０３とラック８０３が上方に移動してロッド状態Ｂとなったことを示し、図１４（Ｂ）は、ロッド状態Ｂから、ラック７０３とラック８０３が下方に移動してロッド状態Ａとなったことを示している。
このように、切替装置６０にラック・ピニオン機構を設けるようにしても搬送用ロッド４１、４２を同じ角度だけ所定回転させることが可能である。
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０：熱処理装置
２０：熱処理炉
２１：前壁
３０：搬送室
３１：前壁
３２：遮熱壁
３９：投入口
４１，４２：搬送用ロッド
５０：搬送装置
５１：ロッド保持部材
６０：切替装置
６３：結合板
２００：熱処理空間
２０１：開口
２３０～２３３：支持材
２４０：熱源
３００：搬送空間
３０１：開口
３０２：開口
４１１：搬送用ロッド４１の側面
４１２，４２２：支持部材
４２１：搬送用ロッド４２の側面
４２３：支持部材４２２の外周端
６０１：軸部材
６０２：アクチュエータ
６１１：シャフト
６１２：摺動板
６１３：摺動板６１２の溝
６１４：ピン
６２１：シャフト
６２２：摺動板
６２３：摺動板６２２の溝
６２４：ピン
４１１１：搬送用ロッド４１の第１端部
４１１２：搬送用ロッド４１の第２端部
４２１１：搬送用ロッド４２の第１端部
４２１２：搬送用ロッド４２の第２端部
ＷＫ：被処理物

Claims (3)

  1. 熱処理空間を形成する熱処理炉であって、前記熱処理空間内の被処理物に加熱処理を施す熱処理炉と、
    前記熱処理空間内に設けられている支持材と、
    前記熱処理空間外から前記熱処理空間内に前記被処理物を搬送した後に、前記被処理物を前記支持材に支持させる搬送装置と、
    前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物の温度を検知する温度検知装置と、
    を備えており、
    前記搬送装置は、前記温度検知装置により検知された温度に基づいて、前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物を前記支持材に支持させるタイミングを決定する、
    熱処理装置。
  2. 損傷温度は、前記被処理物が前記支持材に支持されたときに、前記被処理物の温度と前記支持材との温度差に起因する熱衝撃により前記被処理物が損傷する前記被処理物の温度であり、
    前記搬送装置は、前記温度検知装置により検知された温度が前記損傷温度より高くなった場合に、前記搬送装置により前記熱処理装置内に搬送された前記被処理物を前記支持材に支持させる、
    請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 前記温度検知装置は、前記被処理物に接触せずに、前記被処理物の温度を検知する、
    請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱処理装置。
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