JP3853666B2

JP3853666B2 - 熱処理炉

Info

Publication number: JP3853666B2
Application number: JP2002032840A
Authority: JP
Inventors: 賢朗山元; 篤中塚
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003240442A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送ローラにて被処理物を搬送しつつ熱処理を行う熱処理炉に関し、更に詳しくは、被処理物を加熱するために処理室内に配設された発熱体に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で被処理物を熱処理（焼入、焼戻、焼鈍、焼結など）する熱処理炉として、ローラハース式の熱処理炉が知られている。ローラハース式の熱処理炉は、搬送ローラ上に被処理物を直接、あるいは搬送トレイを介して載せて、搬送ローラを回転させることで被処理物を搬送しつつ連続的に熱処理を行う炉である。
【０００３】
（第１従来例）
ローラハース式の熱処理炉の一例を図１６に示す。
炉床には複数本の搬送ローラ１が設けられている。搬送ローラ１は、被処理物２の搬送方向に対して直交する軸部材１ａと、被処理物２を収容する搬送トレイ３の下面に当接し上記軸部材１ａに一体的なリング部材１ｂとを有し、搬送方向に沿って複数本配置され、それぞれ同方向に同速度で回転される。
【０００４】
搬送ローラ１の上方には、ドーム型（半球状）の発熱体４が設けられている。発熱体４の材質としてはタングステンやタンタルなどである。
また、発熱体４を覆うようにして、発熱体４からの輻射熱を反射する金属製のリフレクタ５が配設されている。
【０００５】
（第２従来例）
ローラハース式の熱処理炉の他の例として、例えば実用新案登録第２５４１０３２号に示されているものがある。これを図１７に示す。
断熱壁１１に囲まれて処理室１２が構成され、処理室１２の下方に複数本の搬送ローラ１３が設けられている。搬送ローラ１３は、被処理物２の搬送方向に対して直交する軸部材１３ａと、被処理物２の下面に当接し上記軸部材１３ａに一体的なリング部材１３ｂとを有する。軸部材１３ａの両端は断熱壁１１を貫通し、図示しない軸受に回転自在に支持され、そのうちの一端にはモータ（図示せず）が連結されている。このような搬送ローラ１３は搬送方向に沿って複数本配置され、それぞれ同方向に同速度で回転される。
処理室１２内において、搬送ローラ１３の上方には発熱体１４ａが、下方には発熱体１４ｂが、それぞれ配設されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１では、発熱体４は搬送ローラ１の上方にしか位置せず、被処理物２の下面側の加熱が十分に行えないという問題がある。搬送ローラ１の近傍及び下方は、搬送ローラ１や搬送トレイ３によって奪われる熱のため、熱損失が処理室の上方に比べて大きく（特に水冷構造の搬送ローラが用いられている場合にはより大きな熱が奪われる）、従来例１の構成では、被処理物２の上面側と下面側とで温度差が大きくなり加熱むらが生じやすい。
更に、発熱体４の形状がドーム型であるため熱変形に弱いという問題もある。
【０００７】
一方、従来例２では、搬送ローラ１３の下方に発熱体１４ｂが配置されているが、上方に配置された発熱体１４ａとは分割されて配置されている。図示されているように、搬送ローラ１３の付近で発熱体１４ａと発熱体１４ｂは分割されている。すなわち、上述したように他の箇所に比べて熱損失が大きい搬送ローラ１３付近で発熱体が欠けたような構成となっており、炉内においてその発熱体の存在しない箇所の温度が他の箇所よりも低温度となり、被処理物２に対する加熱むらが生じてしまう。
【０００８】
また、発熱体を複数に分割して配置すると、各発熱体１４ａ、１４ｂの取り付け機構や、各発熱体１４ａ、１４ｂに電力を供給するための電力供給系（配線や電極など）が、各発熱体１４ａ、１４ｂそれぞれに必要であり、部品点数の増大や構成の複雑化を招く。また、ローラハース式の熱処理炉は、１０００℃を越えるような高温で使用されることも多く、発熱体の点検や補修、更には交換が不可欠である。この点でも、処理室１２内に分割されて配置された発熱体１４ａ、１４ｂは取り扱い性が悪い。
特に、搬送ローラ１３は、炉床付近に設置されることが多く、よって搬送ローラ１３の下側は空間的に狭く交換などの作業が行い難い。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、被処理物に対する加熱むらをなくし、また取り扱い性にも優れた発熱体を有する熱処理炉を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理炉は、複数の搬送ローラと、該複数の搬送ローラ上を搬送される被処理物を加熱する発熱体とが処理室内に配設された熱処理炉であって、前記発熱体は、前記搬送ローラの下方側で前記搬送ローラの軸間にあり、軸方向に延びる底部と、該底部から前記搬送ローラの上方に延在する側部とが、ひとつながりになって全体としてＵ字形状に構成されることを特徴とする。
すなわち、発熱体は、処理室内で搬送ローラの下方から上方にかけて連続的に存在する一体的なユニットとして構成されている。これにより、発熱体は、被処理物の全ての面に対して一様に輻射熱を作用させることができ、均一に加熱できる。また、発熱体は、搬送ローラの上方と下方に位置する部分がひとまとまりとなっていることで、交換作業時などの取り扱い性も向上する。
【００１１】
また、発熱体の底部の断面積を側部の断面積よりも小さくすることで、単位体積あたりの、底部の発熱量を側部よりも大きくしている。これにより、搬送ローラの上方に比べて熱損失が大きくなる傾向にある搬送ローラ下方の熱量を補うことができる。
【００１２】
また、被処理物の搬送方向に沿って複数の発熱体を配置することで、被処理物の大きさが大きなものに対しても均一に加熱できる。
更に、複数の発熱体の発熱量をそれぞれ独立して制御するようにすれば、例えば、搬送方向に関して上流側から下流側にかけて徐々に処理室内の温度領域を変化させる必要があるような場合に柔軟に対応でき、処理室内で所望の温度分布を実現できる。
個々の発熱体の発熱量の制御は、供給する電力を個々の発熱体で変えたり、個々の発熱体の材質を変えたり、個々の発熱体の断面積を変えたりすることで容易に行える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態による熱処理炉の断面図を、図２はその要部の側断面図を、図３は要部を模式的に示した斜視図を示す。
水冷ジャケット構造の槽壁２１を有する気密性チャンバの内部には、断熱板２２に囲まれて処理室２３が形成され、この処理室２３内は、図示しない真空排気系に接続されている。
【００１５】
処理室２３内には、被処理物２の搬送方向（図２で矢印Ａで示される）に沿って複数本の搬送ローラ２４が設けられている。搬送ローラ２４は、搬送方向に対して直交する軸部材２４ａと、被処理物２を収容する搬送トレイ２５の下面に当接し上記軸部材２４ａに一体的なリング部材２４ｂとを有する。軸部材２４ａの両端は断熱板２２及び水冷ジャケット２１を貫通し、軸受２６に回転自在に支持され、そのうちの一端にはモータＭが連結されている。
また、処理室２３内には、後述するＵ字型の発熱体２７が、被処理物２の搬送方向に沿って複数設けられている。
【００１６】
次に、図４〜７を参照して、発熱体２７の詳細について説明する。図４は発熱体２７の正面図を、図５は図４における[５]−[５]線方向の断面図を、図６は上面図を、図７は側面図を示す。
【００１７】
発熱体２７は、主として、湾曲した底部２８と、この底部２８の両端に連結し直線的に延在する側部２９とからなり、全体としてはＵ字状を呈している。
【００１８】
側部２９は直線的な帯状を呈し、底部２８は半円状に湾曲した帯状を呈する。側部２９及び底部２８は共に、例えば線径１ｍｍほどのタングステンでなる多数の線材をメッシュ状に組み合わせてなる。
底部２８の幅は側部２９の幅よりも小さい。
【００１９】
側部２９と底部２８は、それぞれの端部が２枚の連結板３０ａ、３０ｂに狭圧されることで一体的に連結されている。具体的には、２枚の連結板３０ａ、３０ｂを貫通するボルト３１の軸部にナット３２が締結されることにより２枚の連結板３０ａ、３０ｂは側部２９及び底部２８それぞれの一端部を狭圧している。
また、側部２９の上端はリード部３３に取り付けられている。
上記連結板３０ａ、３０ｂ、ボルト３１、ナット３２、リード部３３は、全て金属材料でなる。
【００２０】
以上のように構成される発熱体２７は、図１に示すように、リード部３３が断熱板２２を貫通して、外部の電極と接続する取付部３４に取り付けられている。これによって、発熱体２７は、処理室２３内で、上方から吊り下げられた状態で配設されている。
【００２１】
図２及び図３に示されるように、発熱体２７は搬送方向Ａに沿って複数配設され、個々の発熱体２７は、隣り合う搬送ローラ２４間に位置している。各発熱体２７の両側部２９は搬送ローラ２４の上方でほぼ垂直に延在しており、底部２８は搬送ローラ２４の下方で図３で示すようにローラ２４の軸間にあり搬送ローラ２４の軸方向とほぼ平行に延びている。
【００２２】
以上のように構成される熱処理炉では、真空中または不活性ガス雰囲気とされた処理室２３内で、被処理物２を載せた搬送トレイ２５が搬送ローラ２４上に載置され、搬送ローラ２４の回転により搬送トレイ２５ごと搬送されながら発熱体２７からの加熱を受け、熱処理される。例えば、被処理物２としてタンタルコンデンサの焼結処理が行われる。
モータＭは、複数の搬送ローラ２４のうち駆動用の例えば１本の搬送ローラ２４に連結され、そのモータＭにより駆動用の搬送ローラ２４が回転されると、他の従動用の搬送ローラ２４は図示しない無端チェーンによって、駆動用搬送ローラ２４と連動して同方向に同速度で回転される。
発熱体２７には、そのリード部３３を通じて、外部から電力が供給される。
【００２３】
本実施の形態では、発熱体２７は上述したような構成及び配置でもって処理室２３内に配設されているので、被処理物２の下面側から側面及び上面側にかけてむらなく輻射熱を与えることができる。
また、各発熱体２７は帯状を呈しているので、従来例１のドーム型の発熱体４に比べ熱変形もしにくい。
【００２４】
図２において、多数の実線で示された矢印は、発熱体２７からの輻射熱の伝熱方向を表す。これからわかるように、搬送ローラ２４の下方では、搬送トレイ２５や搬送ローラ２４、更には処理室２３の下部に位置し図示しない真空排気系に接続している排気口３５などに奪われる熱のため、搬送ローラ２４の上方よりも低温になりがちである。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、発熱体２７の底部２８の幅（断面積）を側部２９の幅（断面積）よりも小さくすることで、底部２８の抵抗率を側部２９よりも大として、搬送ローラ２４の上方に位置する側部２９よりも発熱量（単位体積あたり）を大きくしている。これによって、処理室２３内における、搬送ローラ２４の上方と下方との温度差の広がりを抑制して、被処理物２に対する均熱性を向上させることができる。
【００２６】
また、被処理物２の大きさに応じて、発熱体２７を搬送方向に沿って複数設けることで、被処理物２の（搬送方向に関しての）前後方向での均熱性を確保できる。
また、各発熱体２７の発熱量をそれぞれ独立して制御することで、搬送方向に関して上流側から下流側にかけての温度分布の制御も可能となる。
各発熱体２７の発熱量の制御は、各発熱体２７に供給する電力や、各発熱体２７の材質や断面積に差を出すことで可能となる。
【００２７】
また、発熱体２７は搬送ローラ２４の上方と下方とで分割されずに、ひとつながりとなっているので、材質や断面積の異なる発熱体に交換する作業や、破損したり、使用寿命に達して所望の発熱量が得られなくなった発熱体を新しいものに交換する作業などを容易に行える。特に、材質や断面積の異なる発熱体への交換が容易に行えることは、処理室２３内のきめ細かな温度分布に対する要求にも容易に対処できることになり、被処理物２の品質の向上にもつながる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、発熱体の構成が上記第１の実施の形態と異なる。
【００２９】
以下、図８〜１１を参照して、本実施の形態の発熱体３７の詳細について説明する。図８は発熱体３７の正面図を、図９は図８における[９]−[９]線方向の断面図を、図１０は上面図を、図１１は側面図を示す。
【００３０】
発熱体３７は、例えばＮｉ−Ｃｒ合金でなる帯板状の部材をＵ字状に湾曲してなる。
半円状に湾曲した底部３８の幅は、直線的に延在する側部３９の幅よりも小さい。厚さは、側部３９及び底部３８共に約１ｍｍである。
側部３９の上端は、金属製のリード部４３に取り付けられている。
【００３１】
以上のように構成される発熱体３７は、上記第１の実施の形態と同様に、リード部４３が、図１に示す断熱板２２を貫通して、外部の電極と接続する取付部３４に取り付けられている。これによって、発熱体３７は、処理室２３内で、上方から吊り下げられた状態で配設される。発熱体３７には、そのリード部４３を通じて、外部から電力が供給される。
【００３２】
そして、発熱体３７は搬送方向に沿って複数配設され、個々の発熱体３７は隣り合う搬送ローラ２４間に位置している。各発熱体３７の両側部３９は搬送ローラ２４の上方でほぼ垂直に延在しており、底部３９は搬送ローラ２４の下方で搬送ローラ２４の軸方向とほぼ平行に延びている。
【００３３】
以上のように構成される発熱体３７は、上記第１の実施の形態の発熱体２７と同様な効果を奏する。
すなわち、発熱体３７は搬送ローラ２４の下方から上方にかけてひとつながりとなっているので、被処理物２の下面側から側面及び上面側にかけて均一に輻射熱を与えることができ加熱むらを防ぐことができ、取り扱い性にも優れている。
また、各発熱体３７は帯板状を呈しているので、従来例１のドーム型の発熱体４に比べ熱変形もしにくい。
また、発熱体３７の底部３８の幅（断面積）を側部３９の幅（断面積）よりも小さくすることで、底部３８からの発熱量（単位体積あたり）を側部２９よりも大きくしている。これによって、処理室２３内で、搬送ローラ２４の上方と下方との温度差の広がりを抑制して、被処理物２に対する均熱性を向上させることができる。
更に、各発熱体３７の発熱量をそれぞれ独立して制御することで、搬送方向に関して上流側から下流側にかけての温度分布の制御も可能となる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。
本実施の形態でも、発熱体の構成が上記第１の実施の形態と異なる。
【００３５】
以下、図１２〜１５を参照して、本実施の形態の発熱体４７の詳細について説明する。図１２は発熱体４７の正面図を、図１３は図１２における［１３］−［１３］線方向の断面図を、図１４は上面図を、図１５は側面図を示す。
【００３６】
発熱体４７は、主として、底部４８と、この底部４８の両端部に連結し底部４８から上方に直線的に延在する側部４９とからなり、全体としては凵字状を呈している。
【００３７】
側部４９は直線的な帯板状を呈し、底部４８と連結される下端部４９ａは他の部分よりも幅が小さくなっている。底部４８は中空円筒状を呈する。
【００３８】
側部４９と底部４８とは互いに直交するように一体的に連結されている。
具体的には、底部４８の両端は側部４９の下端部４９ａを貫通しており、更に下端部４９ａを両側から挟むようにナット５５ａ、５５ｂが底部４８の両端に螺着されている。
上記側部４９、底部４８、ナット５５ａ、５５ｂは、全て炭素系材料（例えばグラファイト）でなる。
側部４９の上端には、グラファイト製のリード部５３が取り付けられている。
具体的には、側部４９の上端にリード部５３のねじ部５３ａが貫通しており、更に側部４９の上端を両側から挟むように、グラファイト製のナット５４ａ、５４ｂがリード部５３のねじ部５３ａに螺着されている。
【００３９】
以上のように構成される発熱体４７は、上記第１の実施の形態と同様に、リード部５３が、図１に示す断熱板２２を貫通して、外部の電極と接続する取付部３４に取り付けられている。これによって、発熱体４７は、処理室２３内で、上方から吊り下げられた状態で配設されている。発熱体４７には、そのリード部５３を通じて、外部から電力が供給される。
【００４０】
そして、発熱体４７は搬送方向に沿って複数配設され、個々の発熱体４７は隣り合う搬送ローラ２４間に位置している。各発熱体４７の両側部４９は搬送ローラ２４の上方でほぼ垂直に延在しており、底部４８は搬送ローラ２４の下方で搬送ローラ２４の軸方向とほぼ平行に延びている。
【００４１】
以上のように構成される発熱体４７は、上記第１の実施の形態の発熱体２７と同様な効果を奏する。
すなわち、発熱４７は搬送ローラ２４の下方から上方にかけてひとつながりとなっているので、被処理物２の下面側から側面及び上面側にかけて均一に輻射熱を与えることができ加熱むらを防ぐことができ、取り扱い性にも優れている。
また、従来例１のドーム型の発熱体４に比べて熱変形もしにくい。
また、中空状の底部４８の断面積を、帯板状の側部４９の断面積よりも小さくしており、底部４８からの発熱量（単位体積あたり）を側部４９よりも大としている。これによって、処理室２３内で、搬送ローラ２４の上方と下方との温度差の広がりを抑制して、被処理物２に対する均熱性を向上させることができる。
更に、各発熱体４７の発熱量をそれぞれ独立して制御することで、搬送方向に関して上流側から下流側にかけての温度分布の制御も可能となる。
【００４２】
発熱体の材質は処理温度に応じて適宜選択される。
例えば、上記第１の実施の形態のタングステンメッシュでなる発熱体２７は２０００℃の熱処理用に、第２の実施の形態のＮｉ−Ｃｒ合金でなる発熱体３７は６００℃の熱処理用に、第３の実施の形態のグラファイトでなる発熱体４７は１８００℃の熱処理用に適用される。その他、タンタル、モリブデンなども発熱体材料として用いられる。
なお、断熱板２２、搬送ローラ２４、搬送トレイ２５などの材質も、処理温度や被処理物２の種類などに応じて炭素系材料（例えば、CCM;carbon carbon composite material）や、金属材料が選択される。
【００４３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４４】
上記各実施の形態の発熱体において、底部の発熱量を側部よりも大としたが、場合によっては、側部（全体又は一部分）の断面積を底部よりも大として側部の発熱量（単位体積あたり）を底部よりも大としてもよい。また、更には、断面積ではなく部分的に材質を変えることで発熱量の調整を行ってもよい。
また、各発熱体において、底部、側部に加えて、両側部間を連結する上部を形成してリング状にしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、発熱体は、処理室内で搬送ローラの下方から上方にかけてひとつながりとなっているので、被処理物を、むらなく一様に加熱でき、被処理物の品質を向上させることができる。また、発熱体は搬送ローラの上方と下方とで分割されていないので、取り扱い性に優れ、熱処理炉の構造も簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による、熱処理炉の概略断面図である。
【図２】同熱処理炉の要部の拡大側断面図である。
【図３】同熱処理炉に配設される搬送ローラと発熱体との位置関係を模式的に示す斜視図である。
【図４】同熱処理炉に配設される発熱体の正面図である。
【図５】図４における[５]−[５]線方向の断面図である。
【図６】同発熱体の上面図である。
【図７】同発熱体の側面図である。
【図８】第２の実施の形態による発熱体の正面図である。
【図９】図８における[９]−[９]線方向の断面図である。
【図１０】同発熱体の上面図である。
【図１１】同発熱体の側面図である。
【図１２】第３の実施の形態による発熱体の正面図である。
【図１３】図１２における[１３]−[１３]線方向の断面図である。
【図１４】同発熱体の上面図である。
【図１５】同発熱体の側面図である。
【図１６】従来例１の熱処理炉の概略断面図である。
【図１７】従来例２の熱処理炉の概略断面図である。
【符号の説明】
２……被処理物、２３……処理室、２４……搬送ローラ、２５……搬送トレイ、２７……発熱体、２８……底部、２９……側部、３３……リード部、３７……発熱体、３８……底部、３９……側部、４３……リード部、４７……発熱体、４８……底部、４９……側部、５３……リード部。

Claims

複数の搬送ローラと、該複数の搬送ローラ上を搬送される被処理物を加熱する発熱体とが処理室内に配設された熱処理炉であって、
前記発熱体は、前記搬送ローラの下方側で前記搬送ローラの軸間にあり、軸方向に延びる底部と、該底部から前記搬送ローラの上方に延在する側部とが、ひとつながりになって全体としてＵ字形状に構成されることを特徴とする熱処理炉。
前記発熱体の、前記底部の断面積を前記側部の断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
前記発熱体が帯状であることを特徴とする請求項２に記載の熱処理炉
前記被処理物の搬送方向に沿って、複数の前記発熱体を配置したことを特徴とする請求項１から請求項３までのいづれかに記載の熱処理炉。