JP4352531B2

JP4352531B2 - 熱処理炉

Info

Publication number: JP4352531B2
Application number: JP29975499A
Authority: JP
Inventors: 敬司藤岡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: JP2001123217A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱処理炉、特に炉壁の開閉が可能なバッチ式熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミック材料からなる板状の被熱処理物（以下、ワークとする）を加熱処理するために、熱処理炉が用いられている。この熱処理炉を図５および図６に示す。図５は従来の熱処理炉の概略斜視図、図６は従来の熱処理炉の概略断面図である。
【０００３】
図５、図６に示すように、この熱処理炉２０は、複数の炉壁２１と、炉天井２２と、炉床２３と、これらで構成される熱処理ゾーン２９を備え、炉壁２１を移動させる駆動モータ２４と、ワーク（図示しない）を加熱するヒータ２７と、熱処理炉２０の各構造を支持するフレーム２６とからなる。
【０００４】
炉壁２１の移動方法としては、左右それぞれの炉壁２１のベース部に設置固定された駆動モータ２４を回転させ、駆動モータ２４に連絡しているシャフト２５によって、駆動モータ２４の回転力を直進運動に変換させ、シャフト２５に沿って炉壁２１を左右に移動させる。なお、図６に示すように、炉天井２２、炉床２３およびシャフト２５は、フレーム２６によって支持されている。
【０００５】
次に、ワークの加熱処理工程について説明すると、ワークは、炉床２３上に載置された匣２８内に収納され、炉壁２１を閉じてシール性を高めた熱処理ゾーン２９内でヒータ２７によって加熱処理される。このとき、ワークを加熱処理したあと次工程に搬送するために、ワークを冷却する必要がある。この冷却方法として、熱処理ゾーン２９の側面を構成する炉壁２１を左右水平方向に移動させ、炉壁２１によって囲まれた熱処理ゾーンを開放し、外気を取り入れることにより冷却を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱処理炉２０には、以下のような問題点があった。
すなわち、炉壁２１を水平方向に移動させることから、炉壁２１を炉天井２２および炉床２３と密着した状態にすると、その密着面で摩擦が生じ、炉壁２１をスムーズに移動させることができなくなる。そこで、炉壁２１と炉天井２２および炉床２３との密着面にわずかな隙間Ｌ１、Ｌ２が設けられている。このため、熱処理ゾーン２９の気密性が下がることになり、熱処理ゾーン２９内の熱や雰囲気ガスが熱処理ゾーン２９外に漏れてしまい、最高温度域まで昇温させるのに時間がかかり、熱効率も悪いので焼成コストがかかる。
【０００７】
本発明の目的は、炉壁を開放することによりワークの急速冷却が行えるとともに、炉壁の閉塞時における気密性を上げた熱効率のよい熱処理炉を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような目的に鑑みてなされたものである。第１の発明の熱処理炉は、前記熱処理物を載置する炉床と、前記炉床と係合する複数の炉壁とを備え、少なくとも前記炉床と前記複数の炉壁とで前記被熱処理物を閉塞する熱処理ゾーンを形成する熱処理炉であって、前記複数の炉壁は、相反する方向であり、かつ前記炉床と摩擦しない方向に移動するものであり、前記炉床と前記複数の炉壁とは、前記被熱処理物を熱処理ゾーンに収容している状態で互いに密着していることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明の熱処理炉は、前記熱処理物を載置する炉床と、少なくとも前記炉床とともに被熱処理物を閉塞する熱処理ゾーンを形成する複数の炉壁と、前記複数の炉壁を相反する方向であり、かつ前記炉床と摩擦しない方向に移動させる炉壁移動手段とを備え、前記炉床と前記複数の炉壁とは、前記被熱処理物を熱処理ゾーンに収容している状態で互いに密着していることを特徴とする。
【００１０】
このような構成にすることによって、上記炉壁の閉塞時に炉壁を上記炉床と密着させることができるので気密性が高くなり、炉壁と炉床との隙間からの放熱量を小さく押さえることができるうえ、雰囲気ガスの漏れもないので、効率よく加熱することができる。
【００１１】
また、炉壁は、炉床と接触しないように移動するので、炉壁と炉床との摩擦の発生を防止することができる。よって、スムーズに炉壁を移動させることができる。また、炉壁が炉床と摩擦しない方向が、特に、斜め方向に移動する場合には、炉壁と炉床との距離が大きくなり、効率よく外気を取り入れることができる。
【００１４】
また、本願第３の発明の熱処理炉においては、前記炉床と前記複数の炉壁とが密着している密着面は、水平方向または垂直方向、あるいは、水平方向と垂直方向の双方に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成にすることによって、炉壁の閉塞時に炉床に炉壁を安定して設置することができる。
【００１６】
また、第４の発明の熱処理炉においては、前記炉床と前記複数の炉壁とが密着している密着面は、水平方向以外、かつ、垂直方向以外の方向に形成されていることが好ましい。
【００１７】
このような構成にすることによって、炉壁を水平方向に移動させても、炉壁と炉床とが摩擦が生じないので、炉壁駆動手段の簡略化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の熱処理炉においては、炉壁および炉床の形状は、互いに密着することができ、かつ、スムーズな分離ができるものであれば特に限定するものではない。具体的には、互いに係合するように密着面に段差を設けて密着させてもよいし、炉壁および炉床にテーパ面を設け、それぞれのテーパ面を密着させるという形状にしてもよい。
【００１９】
また、複数の炉壁のうち全ての炉壁を移動させてもよいし、一部の炉壁を移動させてもよい。
【００２０】
また、炉壁が移動する方向は、炉壁が炉床と摩擦しないよう移動できる方向であれば特に限定するものではない。炉壁を下方方向に移動させる場合、炉壁が下方へ移動できるように下方に余分なスペースを設ける必要があるが、スペースを確保する必要がないという点から水平方向もしくは上方向であることが好ましい。
【００２１】
さらに、上記炉壁は、気密性、耐熱性を有しているものであれば、その材質は特に限定しない。ただし、より好ましくはニッケル合金等の耐熱金属や、セラミック、セラミックファイバー等である。中でも、セラミックファイバーを用いれば、熱処理炉の熱効率が向上する。
【００２２】
また、上記炉壁駆動手段は、炉壁を炉床と密着した状態から接触しないように移動させることができれば、その方法、形状および配置などは特に限定するものではないが、熱処理ゾーンを広くとることや、移動範囲の関係などの理由から、炉外に設けることが好ましい。また、炉壁の移動は、１つの炉壁駆動手段で行ってもよいし、複数の炉壁駆動手段で行ってもよい。
【００２３】
より好ましくは、上記炉壁駆動手段は、炉壁を移動させる単体の駆動機構と、駆動機構からの駆動力を水平方向への駆動力として炉壁へ伝達するドライブシャフトと、炉壁の移動方向を規定するガイド部材とからなることである。
【００２４】
このような構成にすることによって、１つの炉壁駆動手段だけで複数の炉壁を移動させることができるとともに、水平方向だけでなく垂直方向を含んだ移動も行うことができる。このとき、熱処理ゾーンの略中央を中心として放射状にガイド部材を設け、炉壁をリニアブッシュ等のスライド部材でガイド部材に沿ってスライドさせると、水平方向の駆動力だけで斜め上方向を含んだ移動も行うことができる。
【００２５】
また、駆動機構とドライブシャフトとガイド部材とを炉壁上に設けることが好ましい。そうすれば、炉壁が垂直方向を含んだ移動を行ったとしても、駆動機構とドライブシャフトとガイド部材との高さ調整をする必要がなくなる。なお、炉壁駆動手段は、炉壁の下部にあるベース部に取り付けてもよいし、炉壁の上部に取り付けてもよい。
【００２６】
また、上記加熱手段は、材質、形状など特に限定するものではないが、具体的には、炭化珪素、二珪化モリブデンなどを材質とし、棒型、Ｕ型、μ型などの形状であるものが挙げられる。
【００２７】
次に、本発明を実施例に基づき、さらに具体的に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第１実施例である熱処理炉について説明する。図１は第１実施例の熱処理炉の炉壁が閉じた状態を示す概略一部断面図、図２は第１実施例の熱処理炉の炉壁が開いた状態を示す概略一部断面図、図３は第１実施例の熱処理炉の炉壁が開いた状態を示す概略斜視図を示す。
図１および図２に示すように、第１実施例の熱処理炉１は、炉壁３ａと炉床３ｂと炉天井３ｃとからなる熱処理炉本体３と、ヒータ７と、炉壁駆動手段９と、フレーム１５とから構成されている。
【００２９】
さらに詳しく説明すると、熱処理炉本体３は、炉壁３ａと炉床３ｂとで構成される熱処理ゾーン５を有しており、この熱処理ゾーン５内で、ワークの加熱処理を行う。
熱処理炉本体３のうち炉壁３ａは、セラミックファイバーの断熱材からなり、内部に熱処理ゾーンとなる空洞を有する半円柱状のものである。また、互いに対向するように２体設けられている。さらに、炉壁３ａの上部には、炉天井３ｃと係合する上炉壁部３ａ２が設けられ、下部には炉床３ｂと係合する下炉壁部３ａ３が設けられ、水平方向の断面積が炉壁３ａよりも大きく、フランジ状に形成されたベース部３ａ１が設けられている。
【００３０】
熱処理本体３のうち炉床３ｂは、ワークを収納する匣（図示しない）を載置する炉床本体８と、炉壁３ａと係合する炉底部シール機構１１とからなる。
【００３１】
炉床３ｂのうち炉床本体８は、セラミックからなり、匣を載置できる平面を有している。
炉床３ｂのうち炉底部シール機構１１は、熱処理炉本体３の下部をシールするためのものであり、底板１１ａと、台座１１ｂと、支持部材１１ｃとからなる。
【００３２】
炉底部シール機構１１のうち底板１１ａは、炉床本体８を固定するとともに、炉底部シール機構を固定している。
炉底部シール機構１１のうち台座１１ｂは、ＳＵＳ３１０からなり、炉壁３ａの下炉壁部３ａ３に下方から係合して熱処理ゾーン５のシール性を高めるためのものであり、炉壁３ａの下炉壁部３ａ３の形状に合わせて係合部１１ｂ１が設けられている。
炉底部シール機構１１のうち支持部材１１ｃは、台座１１ｂを底板１１ａの上に支持するためのもので、台座１１ｂを支持する台部材１１ｃ１と、この台部材１１ｃ１を受けるために、底板１１ａ上に設けられた受け部材１１ｃ２とからなる。また、台部材１１ｃ１と受け部材１１ｃ２とは、シール材１０によってシールされている。
【００３３】
熱処理炉本体３のうち炉天井３ｃは、インコネル６０１からなり、炉壁３ａの上炉壁部３ａ２と密着できるような形状を有している。
【００３４】
ヒータ７は、炭化珪素からなるμ型ヒータを用い、炉壁３ａの熱処理ゾーン５側に設けられている。
【００３５】
フレーム１５は、熱処理炉１を取り囲むように設けられたもので、鉄等の金属からなり、フレーム１５内には熱処理炉１が収納されている。なお、フレーム１５は、炉壁３ｂおよび炉壁駆動手段９を左右から支持している。また、炉天井３ｃは、上方からフレーム１５によって固定されている。
【００３６】
図３に示すように、炉壁駆動手段９は、駆動機構９ａと、駆動力伝達部材９ｂと、ガイド部材９ｃとからなる。
【００３７】
炉壁駆動手段９のうち駆動機構９ａは、動力源となるモータ（図示しない）と、モータの回転数を所望の回転数に変換するためのリニアガイド（図示しない）とからなる。駆動機構９ａは１基のみであり、２体ある炉壁３ａのうちのいずれか１体に設けられている。また、駆動機構９ａの配置場所としては、炉壁３ａのベース部３ａ１上であって、炉壁３ａの側面近傍に固定されている。
【００３８】
炉壁駆動手段９のうち駆動力伝達部材９ｂは、中心を境にねじの切る方向が逆になっている台形ねじであるドライブシャフト９ｂ１と、ベース部３ａ１上に設けられたねじ穴を有する固定治具９ｂ２とからなる。ドライブシャフト９ｂ１は、駆動機構９ａに接続されているとともに、固定治具９ｂ２を貫通しており、駆動機構９ａの駆動力がこのドライブシャフト９ｂ１に伝達されて、２体の炉壁３ａの間の距離を調整する。
【００３９】
炉壁駆動手段９のうちガイド部材９ｃは、２体の炉壁３ａの移動方向を規定するためのものであり、スライドシャフト９ｃ１とリニアブッシュ９ｃ２とからなる。スライドシャフト９ｃ１は、鉄からなり、ドライブシャフト９ｂ１の中心を対称線として上方向へ傾斜するＶ字型のシャフトである。また、リニアブッシュ９ｃ２は、スライドベアリングであり、スライドシャフト９ｃ１に沿ってスライドする円筒状である。また、リニアブッシュ９ｃ２は、スライドシャフト９ｃ１の水平方向からの傾斜角度分を傾斜させてベース部３ａ１に固定されている。このとき、ドライブシャフト９ｂ１は、リニアブッシュ９ｃ２の円筒内を貫通して設置され、ドライブシャフト９ｂ１の端部がフレーム１５に固定されている。
【００４０】
ここで、炉壁駆動手段９が炉壁３ａを開閉可能にする仕組みについて説明する。
１．駆動機構９ａにより、所望の速度で駆動力伝達部材９ｂに回転駆動力が伝達される。
２．駆動力伝達部材９ｂによって回転駆動力が水平駆動力に変換され、炉壁３ａに伝達される。すなわち、ドライブシャフト９ｂ１が回転すると、ドライブシャフト９ｂ１の台形ねじと固定治具９ｂ２によって、ドライブシャフト９ｂ１の両端で逆方向の水平駆動力に変換されるため、２体の炉壁３ａは、それぞれ逆方向に移動することになる。
３．炉壁３ａに設けられているガイド部材９ｃにより、炉壁３ａの移動方向が規定されているため、炉壁３ａが水平方向の駆動力を受けても、ガイド部材９ｃの規定した方向に沿って炉壁３ａが移動する。
【００４１】
以上のような仕組みにより、１つの駆動源により、炉壁３ａの開閉動作が行われる。
（実施例２）
第２実施例の第２実施例の熱処理炉について説明する。図４は第２実施例の概略斜視図を示す。
図４に示すように、第２実施例の熱処理炉は、炉壁３ａと炉床３ｂと炉天井３ｃとからなる熱処理炉本体４と、ヒータ７と、炉壁駆動手段９と、フレーム１５とから構成されている。
【００４２】
さらに詳しく説明すると、熱処理炉本体４のうち炉壁４ａは、セラミックファイバの断熱材からなり、内部に熱処理ゾーンを有する半円柱状のものである。また、互いに対向するように２体設けられている。さらに、炉壁４ａの上部には、炉天井４ｃと密着する上テーパ部４ａ２が設けられ、下部には、炉床４ｂと密着する下テーパ部４ａ３が設けられ、水平方向の断面積が炉壁４ａよりも大きく、フランジ状に形成されたベース部４ａ１が設けられている。
【００４３】
熱処理炉本体４のうち炉床４ｂは、ワークを収納する匣（図示しない）を載置する炉床本体８と、炉壁４ａと密着する炉底部シール機構１１とからなる。
【００４４】
炉床３ｂのうち炉底部シール機構１１は、炉壁４ａの下テーパ部４ａ３に密着できるような角度を有する台座１１ｄを有している。
【００４５】
熱処理炉本体３のうち炉天井４ｃは、インコネル６０１からなり、炉壁４ａの上テーパ部４ａ２と密着できるような角度を有している。なお、上テーパ部４ａ２と密着する部分の形状は、台円錐形である。
【００４６】
炉壁駆動手段９は、駆動機構９ａと、駆動力伝達部材９ｄとからなる。
炉壁駆動手段９のうち駆動機構９ａは、炉壁４ａのベース部４ａ１上に設けられており、移動する炉壁４ａにそれぞれ１基ずつ設けられている。
炉壁駆動手段９のうち駆動力伝達部材９ｄは、ドライブシャフト９ｂ１であり、炉壁４ａが移動する方向と平行に炉壁４ａのベース部４ａ１上に設けられている。炉壁４ａは、このドライブシャフト９ｂ１に沿って水平に移動する。このとき、炉壁４ａと、炉床４ｂおよび炉天井４ｃとの接触面は、全て斜め方向であるため、炉壁４ａを水平に移動させたとしても、摩擦が生じることはない。
【００４７】
この他の構成は、実施例１と同様であるため、同じ図番を用いて説明を省略する。
【００４８】
ここで、本発明の熱処理炉１による熱処理工程について説明する。
１．前工程より搬送されてきたワーク（図示しない）を匣に収納する。
２．炉床本体１１ａ上にワークを収納した匣を載置する。
３．炉壁駆動手段９により炉壁３ａを閉じ、熱処理ゾーン５をシールする。
４．ヒータ７により所望の温度でワークを加熱する。
５．炉壁駆動手段９により炉壁３ａを開放し、外気を取り込むことによって、ワークを冷却する。
６．熱処理炉１中から匣を取り出す。
７．匣から焼結したワークを取り出し、次工程に搬送する。
【００４９】
以上のような工程を繰り返してワークを熱処理する。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の熱処理炉を用いれば、炉壁と炉床とが互いに摩擦しない方向に移動するので、炉壁と炉床とを密着させることができ、熱処理ゾーンの気密性を上げて熱効率の改善を図ることができる。また、被熱処理物を冷却するときには、炉壁を開放して外気を取り入れることにより、急速に被熱処理物を冷却することができる。
【００５１】
また、炉壁と炉床との接触面を垂直ないし水平にし、炉壁を斜め方向に移動させることによって、より大量の外気を取り込むことができる。また、炉壁と炉床との接触面を垂直および水平以外にし、炉壁を水平方向に移動させることによって、炉壁の駆動手段を簡略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実施例である熱処理炉において炉壁を開放した状態を示す概略断面図。
【図２】本発明の第１実施例である熱処理炉において炉壁を開放した状態を示す概略断面図。
【図３】本発明の第１実施例である熱処理炉において炉壁を開放した状態を示す斜視図。
【図４】本発明の第２実施例である熱処理炉において炉壁を開放した状態を示す斜視図。
【図５】従来の熱処理炉において炉壁を開放した状態を示す斜視図。
【図６】従来の熱処理炉において炉壁を開放した状態を示す概略断面図。
【符号】
１熱処理炉
３、４熱処理炉本体
３ａ、４ａ炉壁
３ｂ、４ｂ炉床
５熱処理ゾーン
７ヒータ（加熱手段）
９炉壁駆動手段

Claims

被熱処理物を載置する炉床と、前記炉床と係合する複数の炉壁とを備え、少なくとも前記炉床と前記複数の炉壁とで前記被熱処理物を閉塞する熱処理ゾーンを形成する熱処理炉であって、
前記複数の炉壁は、相反する方向であり、かつ前記炉床と摩擦しない方向に移動するものであり、
前記炉床と前記複数の炉壁とは、前記被熱処理物を熱処理ゾーンに収容している状態で互いに密着していることを特徴とする熱処理炉。
被熱処理物を載置する炉床と、少なくとも前記炉床とともに被熱処理物を閉塞する熱処理ゾーンを形成する複数の炉壁と、前記複数の炉壁を相反する方向であり、かつ前記炉床と摩擦しない方向に移動させる炉壁移動手段とを備え、
前記炉床と前記複数の炉壁とは、前記被熱処理物を熱処理ゾーンに収容している状態で互いに密着していることを特徴とする熱処理炉。
前記炉床と前記複数の炉壁とが密着している密着面は、水平方向または垂直方向、あるいは、水平方向と垂直方向の双方に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理炉。
前記炉床と前記複数の炉壁とが密着している密着面は、水平方向以外、かつ、垂直方向以外の方向に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理炉。