JP3987064B2

JP3987064B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP3987064B2
Application number: JP2004294053A
Authority: JP
Inventors: 善明林; 光員岡村; 依里冨田
Original assignee: 株式会社モトヤマ
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: JP2006105520A

Description

本発明は、耐熱性のガイドパイプに入れた極径の小さいガラス管、例えば液晶表示装置のバックライトなどに用いられる蛍光管を製造するための、内面に蛍光体膜を有するガラス管、を熱処理するための熱処理装置に関する。

液晶表示装置のバックライトに用いられる蛍光灯の蛍光管は、２〜４ｍｍ程度の細径のガラス管の内面に蛍光体膜を形成することにより作製される。この蛍光体膜は、蛍光体粉末に樹脂バインダー、そのバインダーの有機溶媒、その他成膜調製剤などの添加物を加えたペーストをガラス管の内面に塗布し、その塗膜に所定の熱処理を施すことにより形成される。

熱処理は、塗膜の乾燥後に空気雰囲気中において１５０〜３５０℃の温度に加熱して樹脂バインダーなどを燃焼除去するための脱脂工程と、５００〜６５０℃の温度に加熱して焼き付ける焼成工程からなる。

ここに用いられるガラス管は、長さが５００〜１５００ｍｍ程度であり、約５００℃程度から軟化が始まり、焼成温度の５００〜６５０℃では、そりや歪みを生じる。そこで、前記の熱処理をするガラス管は、これより径の大きい、例えば直径２０ｍｍ程度の石英管などの耐熱性のガイドパイプ内に入れ、そのガイドパイプを回転させ、これによりガラス管を自転させながら熱処理する方法が採られている。

従来のこの種の熱処理装置は、ガラス管を搬送する搬送装置の上下に、熱板を配した加熱炉で構成され、ガラス管を回転させる機構部分は熱板の外側に設けられていた。したがって、加熱炉は、上部と下部からの照り焼き加熱方式となり、周囲が解放状態であるから、蓄熱ができずに放熱が多く、外部の影響を受けやすく、均一に焼成処理ができないという問題があった。

また、脱脂工程においては、ガラス管内へ充分に空気を送り込む必要がある。ガイドパイプ内で自転する細径のガラス管に空気を吹き込むために、従来は、空気を吹き込むノズルをガイドパイプ内に臨ませる方法が採られていた。そのため、ガラス管の搬送に関連して空気吹き込みノズルを操作するなど装置が複雑となる不都合があった。

本発明は、上記のような脱脂工程および焼成工程における熱処理の熱効率を向上するとともに均一な熱処理を行える熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、またガラス管内へ充分な空気を供給することができ、脱脂を確実に行える熱処理装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、ガイドパイプを加熱炉内で搬送する際にガイドパイプを自由に回転させることができ、したがって、被処理物であるガラス管が軟化しても直線性を維持できる熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、加熱炉、および耐熱性のガイドパイプをその軸に垂直の方向に前記加熱炉内を一方向に搬送する搬送装置を具備し、前記加熱炉は、前記一方向に搬送する搬送方向を基準にして前記搬送装置の一方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吸い込み口と、前記吸い込み口に対応して前記搬送装置の他方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吹き出し口とを含む空気の循環路、並びに前記空気の循環路内に配置された加熱装置および送風装置を有することを特徴とする。

この熱処理装置は、搬送装置の一方の側面に開口する空気の吸い込み口を有し、前記空気吸い込み口に対応して搬送装置の他方の側面に開口する空気吹き出し口を有する構成であるから、搬送装置の移動する限られた空間部に熱風を送るようにすればよい。したがって、空気の循環路内に配置された加熱装置および送風装置により、搬送装置の入口と出口を除いてほぼ密閉された空間部に熱風を送るというように、熱風を空気の循環路を循環させるので、熱効率を向上することができる。

また、搬送装置の側面に開口する空気吸い込み口から空気を吸い込む方式としたので、吸い込み口と対応して設けられた空気吹き出し口からガイドパイプ内の被処理物である細径のガラス管内へ容易に空気を送り込むことができる。このため、ガラス管内の蛍光体膜の脱脂をガラス管の全長にわたってむらなく行うことができる。また、空気吹き込み口を操作してガイドパイプ内へ臨ませるというような複雑な機構を要しないので、装置の構成を簡略化できる。したがって、脱脂工程を効率的に実施することができる。この空気を吸い込む方式は、空気吸い込み口からの吸い込み力により、ガイドパイプ内の空気を吸い込めるようにするのが好ましい。

本発明は、また、加熱炉、および耐熱性のガイドパイプをその軸に垂直の方向に前記加熱炉内を一方向に搬送する搬送装置を具備し、前記加熱炉は、前記一方向に搬送する搬送方向を基準にして前記搬送装置の一方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吸い込み口と、前記吸い込み口に対応して前記搬送装置の他方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吹き出し口とを含む空気の循環路、並びに前記空気の循環路内に配置された加熱装置および送風装置を有し、
前記搬送装置は、前記ガイドパイプを載せる載置部、および前記載置部上にガイドパイ
プを前後に移動しうる間隔を隔てて突出して設けられ、ガイドパイプを押す押圧部を有する搬送部材と、前記搬送部材と平行に設けられ、前記載置部上のガイドパイプを所定の区間載置部から浮上させるように案内する案内レールとを具備することを特徴とする熱処理装置を提供する。
ここにおいて、前記押圧部は、ガイドパイプの後面に接してガイドパイプとは反対方向に回転するローラであることが好ましい。

この熱処理装置においては、搬送部材における押圧部と押圧部との間で載置部上にあるガイドパイプは、搬送部材の移動とともにこれと平行に設けられた案内レールにより案内されて所定の区間だけ載置部から浮上する。こうして案内レール上に載せられたガイドパイプは、搬送部材の押圧部により押されるので、案内レール上で回転することができる。このように簡単な機構により、加熱炉内においてガイドパイプを回転させることができるので、ガイドパイプ内の被処理物のガラス管は自転し、したがって、軟化してもそりや歪みを生じることがない。特に、押圧部をローラにより構成すると、ガイドパイプを円滑に回転させることができる。

上記の熱処理装置において、その加熱炉は前記の空気循環路を搬送装置の移動方向に沿って複数具備することができる。各空気循環路の加熱装置の設定温度を変えることにより、被処理物が搬送装置により搬送されて順次炉内を進行するに従って、その温度を順次上げたり、いったん上げた高温から温度を順次下げたりすることができる。

上記の熱処理装置において、前記空気循環路は、前記空気吸い込み口と空気吹き出し口との間に、ダンパーを有する排気部およびダンパーを有する外気取り入れ部を具備することができる。排気部および外気取り入れ部のダンパーを適宜開閉することにより、炉内の空気の一部を外気と置換することにより、汚染空気の蓄積を防止するとともに、温度調節にも寄与させることができる。

本発明は、さらに、
加熱炉、および耐熱性のガイドパイプをその軸に垂直の方向に前記加熱炉内を一方向に搬送する搬送装置を具備し、前記加熱炉は、前記一方向に搬送する搬送方向を基準にして前記搬送装置の一方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吸い込み口と、前記吸い込み口に対応して前記搬送装置の他方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吹き出し口とを含む空気の循環路を前記搬送装置の移動方向に沿って複数有しており、前記複数の空気の循環路内には、それぞれ加熱装置および送風装置を有し、
前記搬送装置は、前記ガイドパイプを載せる載置部、および前記載置部上にガイドパイプを前後に移動しうる間隔を隔てて突出して設けられ、前記ガイドパイプを押すローラを有する搬送部材と、前記搬送部材と平行に設けられ、前記載置部上のガイドパイプを所定の区間前記載置部から浮上させるように案内する案内レールとを具備する熱処理装置を提供する。

本発明の加熱装置は、熱風の循環により、移動するガイドパイプを加熱するようにしたので、熱効率が向上する。また、ガイドパイプ内の被処理物に均一に空気を送り込むことができる。したがって、バックライトに用いられる蛍光灯用のガラス管内の蛍光体膜の脱脂に好適である。

また、本発明の搬送部材と案内レールとを具備する熱処理装置は、簡単な機構でガイドパイプを回転させながら搬送できる。したがって、脱脂工程を経たバックライト用蛍光体膜の焼成に好適に用いられる。

本発明の熱処理装置の好ましい実施の形態を図１および図２に示す。
ここに示す熱処理装置１０は、ベース部１１と、このベース部１１上に設けられた加熱炉２０とからなる。ベース部１１には、被熱処理物を入れる耐熱性のガイドパイプを搬送するためのチェーンコンベア１２、並びにチェーンコンベア１２を張架したスプロケット１３、１４、１５および１６が設けられている。スプロケット１３は、図示しないモータの駆動軸にチェーンにより連結されており、チェーンコンベア１２を図矢印の方向に駆動する。チェーンコンベア１２は、例えば８秒間移動／４秒間停止のように間欠的に移動し、１２０ｍｍ／分程度の速度で駆動される。

ベース部１１上に設けられた加熱炉２０は、その外枠が、底部２１と、底部２１上を走行するチェーンコンベア１２を上部および側面から囲む断面が略Ｕ字状の炉体上部２２とからなる。炉体上部２２は、その前部および後部はチェーンコンベア１２の入口２９および出口を有する他は閉塞されている。加熱炉２０の前記外枠は、断熱材およびこれを覆うステンレス鋼板などから構成されている。

加熱炉２０は、この例では６個の炉２３Ａ、２３Ｂ・・・・２３Ｅおよび２３Ｆを連結して構成されており、各炉はチェーンコンベアのとおる通路部を除いて隔壁により仕切られている。各炉とも内部構成はほぼ同様であるが、空気循環路を循環させる空気の温度はそれぞれ独自に変えることができる。代表として炉２３Ａの構成を以下に説明する。

炉２３Ａの外枠で囲まれた内部空間部は、仕切壁２４により下部空間部２５と上部空間部２６に区画され、両空間部は側面部において連通して空気の循環路を構成している。すなわち、底部２１上を走行するチェーンコンベア１２の側面に開口する空気吸い込み口２７とこの空気吸い込み口２７と対向してチェーンコンベア１２の他方の側面に開口する空気吹き出し口２８とにより下部空間部２５と上部空間部２６とが連通している。

本実施の形態では、空気吸い込み口２７の空気吸い込み力によりガイドパイプ内の空気を吸い込み、これによってガイドパイプおよびその中のガラス管への空気の流通を円滑に行うようにしている。そのためには、空気吸い込み口２７の開口面積は、空気吹き出し口２８の開口面積より小さくするのがよい。

空気吸い込み口２７は、チェーンコンベア１２上のガイドパイプ１７の開口端と対向する位置にあり、縦の長さがガイドパイプ１７の直径よりやや小さく、横の長さがチェーンコンベア１２上のガイドパイプ１７を１０〜１５本含む程度の長方形を有するのが好ましい。チェーンコンベア１２は、連続的、間欠的いずれの駆動方式でもよいが、間欠的に動かす場合は、空気吸い込み口２７は、チェーンコンベア１２が停止したとき、１０〜１５本のガイドパイプの各々に対応するように開口した複数の開口部に分岐していてもよい。ガイドパイプの内径が２０ｍｍの場合、空気吸い込み口２７は、縦１５ｍｍ、横の長さ４００ｍｍの矩形が好ましい。空気吹き出し口２８は、空気吸い込み口より大きく、縦３０ｍｍ、横の長さ４００ｍｍが好ましい。ガイドパイプの内径にもよるが、空気吸い込み口２７は、縦１５〜３０ｍｍ、空気吹き出し口２８は縦３０〜５０ｍｍが適当な寸法である。空気吹き込み口とチェーンコンベア１２上のガイドパイプ１７の開口端との距離は、ガイドパイプ１７の径にもよるが、２０〜５０ｍｍ程度、より好ましくは２５ｍｍ程度が好ましい。空気吹き出し口２８のガイドパイプの開口端との距離は、空気吸い込み口のそれと同様でよい。

炉体上部２２には、排気筒３０と給気筒３２が上部空間部と外部とを連通させるように設けてあり、排気筒３０のダンパー３１および給気筒３２のダンパー３３を適宜開閉することにより、炉内の空気の一部を外気と置換することにより、汚染空気の蓄積を防止するとともに、温度調節にも寄与させることができる。炉体上部２２には、さらに加熱ブロック３４および送風ブロック３６が取り付けてある。

加熱ブロック３４は、上部空間部２６内に、空気の流通方向に沿って配列された複数のシーズヒータ３５を有している。シーズヒータ３５は、図１に示されるように蛇行しており、個々のシーズヒータの蛇行形状は、加熱効率を最大にするために、空気の流通方向に垂直な面に投影させた場合に、重なる部分が最小となるように設計されていることが好ましい。

送風ブロック３６は、上部空間部２６を仕切る部分に配置されるシロッコファン３７とこれを駆動するモータ３８を有する。このシロッコファン３７により、下部空間部２５、上部空間部２６、並びに両者を連通する空気吸い込み口２７および空気吹き出し口２８により構成される空気循環路に加熱空気を循環させる。この空気循環路内の温度は、例えばシーズヒータ３５とシロッコファン３７との間に設けた温度検出器３９と、温度検出器で検出された温度に基づいてシーズヒータ３５、ダンパー３１および３３などを制御する制御装置により調節される。また、シロッコファン３７を駆動するモータ３８をインバータで制御することにより、空気吸い込み口２７における空気の流入速度を調整することができる。空気吸い込み口２７のサイズにもよるが、空気の流入速度は５〜１５ｍ／秒が適当である。

上記のようにして炉２３Ａ内の下部空間部２５には所定の温度の空気が流される。そして、空気吸い込み口２７は、チェーンコンベア１２の側面において、チェーンコンベアに保持されたガイドパイプ１７の開口端と対向する位置にあるから、ガイドパイプ内の空気を吸い込み、したがって、ガイドパイプ内の被熱処理物であるガラス管１８内の空気をも吸い込む。このため、空気の吹き出し口２８から吹き出される所定温度の空気は、ガイドパイプおよびその中のガラス管内に吸い込まれる。

上記のようにして、各炉２３Ａ〜２３Ｆは、それぞれ所定の温度の空気を循環させることができるから、例えば炉２３Ａと２３Ｂで順次温度を上げるようにして脱脂工程を行い、次に炉２３Ｃから炉２３Ｄまで温度を上げ、炉２３Ｅで一定温度に保持する焼成工程を行い、最後に炉２３Ｆで徐冷するというように、脱脂工程と焼成工程とを連続して実施することができる。

次に、焼成工程において、被処理物であるガラス管を自転させるようにして熱処理するための構成を説明する。
搬送部材としてのチェーンコンベア１２は、中央に上方へ伸びる突片４２を有する逆Ｔ字状の部片４１をピン４３により連結して構成されている。ピン４３にはローラ４４が軸支されている。また、突片４２には、同様にピンによりガイドパイプを押圧する押圧部として機能するローラ４５が設けられている。被処理物であるガラス管１８を入れたガイドパイプ１７は、チェーンコンベア１２の突片４２と隣接する突片４２との間に形成される載置部４６上に支持されて搬送される。突片４２間の間隔は、ガイドパイプが前後に動きうるだけの余裕を有するように設計される。

一方、加熱炉の底部２１の上には、加熱炉の入口から出口に向かって一対のレール５１が設けられている。一対のレール５１は、それぞれ空気吸い込み口２７および空気吹き出し口２８の近くにおいて、支持台５０に支持されている。このレール５１上をチェーンコンベア１２のローラ４４が走行する。レール５１は、加熱炉２０内において、チェーンコンベア１２上に支持されたガイドパイプ１７を所定区間浮き上がらせてガイドパイプを回転させるための、案内レール５２を有する。

案内レール５２は、例えば脱脂工程を行う炉２３Ｂから焼成工程に入る炉２３Ｃとの境界において高さを変更するように順次高さが高くなる傾斜部５２Ｂを有し、その傾斜部の前ではチェーンコンベア１２の載置部より若干低く、傾斜部より後では載置部より若干高くなるように設計されている。図３では、案内レール５２は、わかりやすくするために、一点鎖線で示している。案内レール５２の５２Ａの部分は、チェーンコンベア１２の載置部４６より低く、５２Ｃの部分は載置部５６より若干高い。５２Ａと５２Ｃとの間に傾斜部５２Ｂがある。図３の線Ｂのところで、脱脂工程から焼成工程に移行する。

一方向に移動するチェーンコンベア１２上に支持されたガイドパイプ１７が案内レール５２の傾斜部５２Ｂの途中まで来ると、案内レール５２の上に乗り上げる。こうしてガイドパイプ１７がチェーンコンベアの載置部を離れて案内レール上に乗っているときには、チェーンコンベア１２による拘束は突片４２に取り付けられたローラ４５により前方へ押圧されるだけである。したがって、ガイドパイプ１７はローラ４５により押され回転することができる。ガイドパイプ１７は、ローラ４５により押されると、案内レール５２の上を前方へ進もうとしてレール５２との間に摩擦抵抗を生じ、その摩擦抵抗によりローラ４５は図６の矢印ｘの方向に回転する。これによってガイドパイプ１７は図６のｙ方向に回転し、チェーンコンベア１２の移動方向に自ら回転して案内レール５２の上を移動する。

ガイドパイプの回転により、その内部の蛍光体膜を有するガラス管は、自重により自ら回転して、回転しているガイドパイプの底部に位置しようとするから、ガラス管が焼成中に軟化しても、そりや歪みを生じることがない。図３および図６では、ガイドパイプ１７内に２本のガラス管１８を入れた例を示している。内径２０ｍｍのガイドパイプ１７内に外径４ｍｍのガラス管を入れる場合、ガイドパイプの回転数が約６〜２０回／分程度であれば、ガラス管を４本まで入れることができる。ガラス管を１本にしてもよいことは言うまでもないが、２〜４本にした方が効率がよい。しかし、ガイドパイプ１７内にガラス管を５本以上入れたりガイドパイプの回転数をさらに上げると、縄を綯うようにガラス管が相互にからみつくことがあるので、ガイドパイプ１７内に入れるガラス管１８の数をさらに増加したりガイドパイプの回転数をさらに上げるのは避けるのがよい。
バックライト用の蛍光灯を製造するためのガラス管の長さは５００〜１５００ｍｍ程度であり、これに応じてガイドパイプの長さは１０００〜１８００ｍｍ程度のものが用いられる。

ガイドパイプ１７と案内レール５２との摩擦を軽減するなどにより、ローラ４５を設けず、突片４２によりガイドパイプ１７を押圧するのみでもガイドパイプ１７を前後に揺動させることは可能であり、これによってガラス管１８のそりや歪みを緩和する効果は得られる。ローラ４５を設ける代わりに、案内レール５２の表面に、ローラの周面が若干突出するように、ローラを多数並べて設けることによっても、ガイドパイプ１７と案内レール５２との摩擦を軽減することは可能である。しかし、上記のように、ローラ４５によりガイドパイプ１７を押圧する方式は、構造が簡単であり、ガイドパイプ１７の回転を円滑にするには最も適している。

上記のようにして焼成工程が終わり、温度が低い炉内に至るところでは、案内レールには順次高さが低くなる傾斜部を設けてあり、ガイドパイプ１７は再びチェーンコンベア１２の載置部上に載せられて搬送される。

以上においては、最も好ましい実施の形態を説明した。しかし、本発明の特徴を損なうことなく種々の変形が可能である。すなわち、上記の実施の形態では、液晶表示装置のバックライトを作製するための蛍光体膜を有するガラス管の脱脂工程および焼成工程を連続して実施する熱処理装置を説明した。この熱処理装置では、６個の炉を連結して１つの熱処理装置を構成したが、目的に応じて、上で説明した炉の１個または複数で、脱脂工程または焼成工程専用の熱処理装置を構成することができる。

上記のように本発明の加熱装置は、熱効率がよく、ガイドパイプ内の細管へ空気をまんべんなく送り込むことができるので、バックライトに用いられる蛍光灯用のガラス管内の蛍光体膜の脱脂に好適である。
また、本発明によれば、搬送するガイドパイプを所定区間回転させながら搬送できる。したがって、脱脂工程を経たバックライト用蛍光体膜の焼成に好適に用いられる。

本発明の熱処理装置は、バックライト用蛍光灯の製造のみでなく、細管内へ加熱空気を供給する熱処理やガイドパイプを回転させながらその中の被処理物の熱処理などにも適用可能である。

本発明の一実施の形態における熱処理装置の概略構成を一部を断面にして示す側面図である。図１の２−２線断面図である。同装置の搬送装置のチェーンコンベアの要部を示す側面図である。図３の４−４線断面図である。図３の５−５線断面図である。図３の要部の拡大図である。

符号の説明

１１ベース部
１２チェーンコンベア
１３駆動用スプロケット
１７ガイドパイプ
１８被熱処理ガラス管
２０加熱炉
２１底部
２２炉体上部
２７空気吸い込み口
２８空気吹き出し口
３４ヒータブロック
３５シーズヒータ
３６送風ブロック
３７シロッコファン
４４、４５ローラ
５１レール
５２案内レール

Claims

加熱炉、および耐熱性のガイドパイプをその軸に垂直の方向に前記加熱炉内を一方向に搬送する搬送装置を具備し、前記加熱炉は、前記一方向に搬送する搬送方向を基準にして前記搬送装置の一方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吸い込み口と、前記吸い込み口に対応して前記搬送装置の他方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吹き出し口とを含む空気の循環路、並びに前記空気の循環路内に配置された加熱装置および送風装置を有することを特徴とする熱処理装置。
加熱炉、および耐熱性のガイドパイプをその軸に垂直の方向に前記加熱炉内を一方向に搬送する搬送装置を具備し、
前記加熱炉は、前記一方向に搬送する搬送方向を基準にして前記搬送装置の一方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吸い込み口と、前記吸い込み口に対応して前記搬送装置の他方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吹き出し口とを含む空気の循環路、並びに前記空気の循環路内に配置された加熱装置および送風装置を有し、
前記搬送装置は、前記ガイドパイプを載せる載置部、および前記載置部上にガイドパイプを前後に移動しうる間隔を隔てて突出して設けられ、ガイドパイプを押す押圧部を有する搬送部材と、前記搬送部材と平行に設けられ、前記載置部上のガイドパイプを所定の区間前記載置部から浮上させるように案内する案内レールとを具備することを特徴とする熱処理装置。
前記押圧部が前記ガイドパイプに接して回転するローラである請求項２記載の熱処理装置。
前記加熱炉が前記空気循環路を前記搬送装置の移動方向に沿って複数具備する請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置。
前記空気循環路が、前記空気吸い込み口と空気吹き出し口との間に、ダンパーを有する排気部およびダンパーを有する外気取り入れ部を具備する請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置。
加熱炉、および耐熱性のガイドパイプをその軸に垂直の方向に前記加熱炉内を一方向に搬送する搬送装置を具備し、前記加熱炉は、前記一方向に搬送する搬送方向を基準にして前記搬送装置の一方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吸い込み口と、前記搬送装置の他方の側面において、前記ガイドパイプの開口端と対向する位置に開口する空気の吹き出し口とを含む空気の循環路を前記搬送装置の移動方向に沿って複数有しており、前記複数の空気の循環路内には、それぞれ加熱装置および送風装置が配置され、
前記搬送装置は、前記ガイドパイプを載せる載置部、および前記載置部上にガイドパイプを前後に移動しうる間隔を隔てて突出して設けられ、前記ガイドパイプを押すローラを有する搬送部材と、前記搬送部材と平行に設けられ、前記載置部上のガイドパイプを所定の区間前記載置部から浮上させるように案内する案内レールとを具備することを特徴とする熱処理装置。