JP4385213B2 - Batch heat treatment equipment - Google Patents
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Description
本発明は、主として、積層セラミックコンデンサやセラミック圧電素子、セラミック抵抗など小型積層セラミック電子部品等の積層セラミック部品の脱脂、仮焼及び焼成等の熱処理を含む製造工程に用いるバッチ式の熱処理装置に関する。 The present invention mainly relates to a batch-type heat treatment apparatus used in a manufacturing process including heat treatment such as degreasing, calcination, and firing of multilayer ceramic components such as multilayer ceramic capacitors, ceramic piezoelectric elements, and small multilayer ceramic electronic components such as ceramic resistors.
近年、積層セラミック電子部品など積層セラミック部品の特性上の要求が厳しくなってきており、特に、特性の均一性が強く求められるようになってきた。従って、各製造工程の処理条件の安定と均一化が必要であり、熱処理装置においては、温度、雰囲気等の高精度制御が求められている。 In recent years, requirements on characteristics of multilayer ceramic parts such as multilayer ceramic electronic parts have become strict, and in particular, uniformity of characteristics has been strongly demanded. Therefore, it is necessary to stabilize and equalize the processing conditions of each manufacturing process, and high-precision control of temperature, atmosphere, etc. is required in the heat treatment apparatus.
セラミック電子部品の製造における熱処理工程には、通常、被熱処理物を台板上に載せるか、あるいは搬送ベルトに載せる等してトンネル状の炉体を通過させる連続炉、又は被熱処理物をバッチ毎に熱処理するバッチ炉が使用される。一般に、少量品種大量生産に対しては、連続炉の方が生産効率がよく有利である。しかし、近年、様々な特性の多様なセラミック電子部品が必要となり、その生産形態は多品種少量生産の傾向が強いことから、熱処理装置としては熱処理条件の変更が容易なバッチ炉が使用される場合が増えている。 In the heat treatment step in the production of ceramic electronic components, usually, a continuous furnace that passes the tunnel-shaped furnace body by placing the object to be heat-treated on a base plate or by placing it on a conveyor belt, or the object to be heat-treated in batches. A batch furnace for heat treatment is used. In general, a continuous furnace is more advantageous in terms of production efficiency for mass production of small varieties. However, in recent years, various types of ceramic electronic components with various characteristics have been required, and the production form has a strong tendency to produce a variety of products in small quantities. Therefore, as a heat treatment device, a batch furnace in which the heat treatment conditions can be easily changed is used. Is increasing.
セラミック電子部品の生産に用いる一般的なバッチ炉は、棒状のヒーターを略四角形の炉の内壁に沿って上下方向に並べて配置するか、あるいは、井桁状に水平に配置して加熱する構造になっている。従って、平面的には、ヒーターから遠い炉の中心部の方が、周辺部より温度が低く温度追従性も悪い。また、上下方向では、加熱された雰囲気ガスの対流により、下部の方が上部より低いという温度の不均一性を有している。
被熱処理物が電子部品のように小型の場合には、被熱処理物は匣又は棚板の上に並べられ、これら匣又は棚板を段積みして、多数の被熱処理物を同時にバッチ処理するが、前述したような従来のバッチ炉では、被熱処理物の炉内での位置が固定しているため、炉内の温度の不均一性が、そのまま被熱処理物の熱処理温度不均一と熱履歴に起因する特性バラツキとなる。また、卑金属積層コンデンサーなど精密な炉内雰囲気制御を必要とする場合などには、炉内の雰囲気の不均一性に起因する特性バラツキも誘発する。そのために、1バッチで大量の被熱処理物を処理しようとすれば、品質の不均一を招き、品質の不均一性を小さくしようとすれば、被熱処理物の積載領域が限定されて生産性が落ちるという問題点が生じている。
A general batch furnace used for the production of ceramic electronic components has a structure in which rod-shaped heaters are arranged side by side along the inner wall of a substantially square furnace, or are arranged horizontally in a grid pattern and heated. ing. Accordingly, in plan view, the temperature at the center of the furnace far from the heater is lower than that at the periphery, and the temperature followability is poor. Further, in the vertical direction, due to the convection of the heated atmospheric gas, there is a temperature non-uniformity that the lower part is lower than the upper part.
When the object to be heat-treated is small like an electronic component, the objects to be heat-treated are arranged on a basket or a shelf, and these baskets or shelves are stacked to batch process a large number of objects to be heat-treated at the same time. However, in the conventional batch furnace as described above, the position of the heat treatment object in the furnace is fixed, so the non-uniformity of the temperature in the furnace is the heat treatment temperature non-uniformity of the heat treatment object and the thermal history as it is. It becomes characteristic variation resulting from. In addition, when precise control of the atmosphere in the furnace such as a base metal multilayer capacitor is required, characteristic variations caused by non-uniformity of the atmosphere in the furnace are also induced. Therefore, if a large amount of heat-treated materials are processed in one batch, non-uniformity of quality is caused, and if non-uniformity of quality is reduced, the loading area of the heat-treated materials is limited and productivity is reduced. The problem of falling has arisen.
上記問題点を解決するには、炉内温度と雰囲気の平面的な均一性と上下方向の均一性とを共に確保する必要がある。平面的な均一性の確保に関しては、炉内で被熱処理物を平面的に移動させて位置依存性を小さくする方法が知られている。このようにすれば、炉内に温度、雰囲気等の不均一性があっても、被熱処理物の受ける熱履歴としては均一化され、特性バラツキも小さくなる。例えば、円形の回転できる炉床を有し、この炉床に載せられた被熱処理物が、炉体内で回転しながら熱処理される方法がある。
また、略正方形の炉床を正方形に4等分し、それぞれの領域に被熱処理物を積載する四角な回転台を互いに接触しないように回転させて、熱履歴均一性を向上させる方法がある。
また、被熱処理物が自公転するバッチ炉としては、回転する円形の炉床の回転中心から離れた位置に炉床を貫通するシャフトを備えており、このシャフトは歯車を介して炉床の回転軸に接続されて炉床が回転すると共にシャフトも回転し、被熱処理物は、シャフトに接続された積載台に載せられ、自公転しながら熱処理されるものがある。
一方、上下方向温度の均一性を向上させるためには、発熱部が長さ方向に異なるU字型ヒーターを用い、炉体の上部に発熱部を有するヒーター、炉体の中央部に発熱部を有するヒーター、炉体の下部に発熱部を有するヒーターを順に配置し、炉体の上下方向の温度が均一になるように上部、中央部、下部に発熱部を有するヒーター群をそれぞれ制御する方法がある。
また、雰囲気の均一化については、セラミック グリーンシートの脱脂工程(バインダー飛ばし)等、大量のガスを導入、排出しなければならない用途には特殊な構造の炉体が提案されているが、一般には、被熱処理物を炉内を移動させることにより、温度と共に雰囲気も均一化されると期待されている。特に、積極的に雰囲気の均一化を計る目的で、回転する炉床に載置された被熱処理物の上に雰囲気攪拌用の羽根の付いた治具を載せ、炉床の回転によって羽根も回転し、炉内ガスを攪拌する技術が開示されている。
特許文献1の方法では、円形の炉床の直径方向の不均一性は解消されない。
特許文献2の方法では、回転台の回転する領域においては均一化されるが、炉全体の均一化がされないという問題点がある。
特許文献3の方法では、被熱処理物が自公転しながら熱処理されるので、平面的な熱処理条件の均一性は向上する。しかし、シャフトに支持された回転台に被熱処理物を載置するため、被熱処理物を均一に載置しないとシャフトが傾き、被熱処理物が回転台から落下する等の問題点があり、被熱処理物を重量の大きい匣に入れ多段積みして処理するセラミック製品の熱処理工程等には適さない。また、炉中心部にもヒーターを有するため複被熱処理物の積載領域が狭なっている。
また、上記いずれの方法とも、平面的な熱履歴の均一性の向上を目的としたもので、上下方向の均一性は考慮されていない。
In the method of
The method of
In the method of
In addition, any of the above methods aims to improve the uniformity of the planar thermal history, and the vertical uniformity is not taken into consideration.
一方、特許文献4の方法では、上下方向の温度の均一性が向上しても、炉内全体の均一性が向上しないことは言うまでもない。さらに、炉中心部に発熱源を有するため設備構造上の複雑化とコストアップをもたらすと共に、被熱処理物の積載領域を狭くしている。
また、特許文献5の方法では、羽根によって炉内雰囲気ガスを攪拌しても、ガスの流れが被熱処理物自体に遮られて、十分な攪拌効果が得られない。
On the other hand, in the method of
In the method of
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、被熱処理物の熱履歴の載置位置依存性を平面的にも上下方向にも共に小さくし、高品質の積層セラミック部品等の多品種少量生産の熱処理にも対応可能なバッチ式セラミック熱処理装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to reduce the mounting position dependence of the heat history of the object to be heat-treated both in the plane and in the vertical direction, thereby achieving high quality. An object of the present invention is to provide a batch-type ceramic heat treatment apparatus that can also be used for heat treatment of a variety of small-quantity production such as multilayer ceramic parts.
本発明は、内部で被熱処理物を熱処理するために、内面が断熱材で形成された炉体と、該炉体の底部に設けた円形開口に回転可能に嵌合した炉床とで、ほぼ円筒型の熱処理空間を構成し、炉床上に載置された被熱処理物が前記熱処理空間内で回転しつつ熱処理されるバッチ式熱処理装置であって、前記炉床は、前記円形開口の中心を通る軸の周りを回転する円板状の主炉床と、前記主炉床の回転軸を中心とする同心円上に等間隔に配置されて穿設された複数の挿通孔内に回転自在に嵌合され、前記被熱処理物を載置する複数の小型円板状の副炉床とから構成され、また、前記副炉床上の被熱処理物が自公転しながら熱処理されるように、前記副炉床を自転するとともに前記主炉床と共に公転する駆動手段を備え、前記副炉床上には、前記被熱処理物を載置するための、複数段積み上げられた耐熱金属又はセラミック製の匣あるいは棚板が装備され、前記炉体には、前記熱処理空間を加熱する加熱源と前記熱処理空間に雰囲気ガスを導入するガス導入管とが装備されており、前記匣あるいは棚板上に載置された被熱処理物は、前記加熱源とガス導入管により得られる所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルによって熱処理され、前記加熱源は、前記段積みされた匣あるいは棚板と前記略円筒型の熱処理空間を有する炉体の胴体部内壁断熱材との間で、同心円状に懸垂固定され、又は側壁に固定される複数のヒーターからなり、前記複数のヒーターは、炉体の上部を加熱する上部ヒーター群と、炉体の中間部を加熱する中間部ヒーター群と、炉体の下部を加熱する下部ヒーター群とからなり、それぞれのヒーター群を、独立して温度制御する温度制御手段を装備しており、これにより、前記所望の温度プロファイルが得られようになっており、前記ガス導入管は、炉外から炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管に、前記水平管の先端部にガスヘッダーを設け、又は、前記水平管の先端部に接続されると共に前記内壁面に沿って垂直方向に延びる管状のガスヘッダーを設けたもので、前記ガスヘッダーは、炉内方向に向けて開口された複数のガス噴出孔又はスリット状のガス噴出孔を有し、前記ガス噴出孔が、前記上部ヒーター、中間部ヒーター、下部ヒーターのそれぞれと炉内壁面との間に位置するように配設されていて、ガス噴出孔からの雰囲気ガスが加熱されながら前記熱処理空間に分散されるようにしたことを特徴とする。 The present invention includes a furnace body having an inner surface formed of a heat insulating material and a hearth rotatably fitted in a circular opening provided at the bottom of the furnace body in order to heat-treat the object to be heat treated therein. A batch-type heat treatment apparatus that constitutes a cylindrical heat treatment space and that heat-treats an object to be heat-treated placed on the hearth while rotating in the heat treatment space, wherein the hearth is centered on the circular opening. A disc-shaped main hearth that rotates around a passing axis, and a plurality of insertion holes that are drilled at equal intervals on a concentric circle centered on the rotation axis of the main hearth. A plurality of small disk-shaped sub-hearths on which the heat-treated object is placed, and the heat-treated material on the sub-hearth is heat-treated while rotating and revolving. a driving device for revolving with the main hearth while rotating the floor, said the sub hearth, the exposed heat A plurality of stacked refractory metal or ceramic baskets or shelves for mounting a physical object are provided, and the furnace body has a heating source for heating the heat treatment space and an atmosphere gas in the heat treatment space. A gas introduction pipe to be introduced, and the object to be heat-treated placed on the basket or the shelf plate is heat-treated according to a desired temperature and furnace atmosphere profile obtained by the heating source and the gas introduction pipe, The heating source is concentrically suspended or fixed to the side wall between the stacked baskets or shelves and the inner wall heat insulating material of the furnace body having the substantially cylindrical heat treatment space. The plurality of heaters includes an upper heater group that heats the upper part of the furnace body, an intermediate heater group that heats the middle part of the furnace body, and a lower heater group that heats the lower part of the furnace body. Each heater group is equipped with temperature control means for independently controlling the temperature, whereby the desired temperature profile is obtained, and the gas introduction pipe is connected to the furnace from outside the furnace. A horizontal pipe that penetrates the side wall and reaches the inner wall surface of the furnace side wall is provided with a gas header at the front end of the horizontal pipe, or connected to the front end of the horizontal pipe and vertically along the inner wall surface An extending tubular gas header is provided, and the gas header has a plurality of gas ejection holes or slit-shaped gas ejection holes opened in the furnace direction, and the gas ejection holes are formed in the upper heater. The intermediate heater and the lower heater are disposed so as to be located between the furnace inner wall surface and the atmosphere gas from the gas ejection holes are dispersed in the heat treatment space while being heated. Features.
請求項2の発明は、請求項1に記載のバッチ式熱処理装置であって、前記副炉床を自転するために、前記駆動手段は、前記主炉床の回転駆動力を、伝動機構を介して前記副炉床の回転軸に伝達される構成になっていることを特徴とする。
The invention according to
請求項1の発明によれば、被熱処理物が副炉床上に載置されて前記主炉床により炉内を公転しながら自転するため、炉内全体の温度分布に、ある程度ばらつきがあっても、自公転によって副炉床上の被熱処理物自体は、温度の位置依存性による不均一性が低減され、例えば炉内温度1200〜1300℃に対し、±2℃以内で熱処理したのと実行的に同じ温度履歴が優に達成されるとともに、炉内雰囲気の攪拌と均一化も可能となる。
また、前記副炉床上に複数段積み上げられた耐熱金属又はセラミック製の匣あるいは棚板の上に載置された被熱処理物は、自公転しながら、前記熱処理空間内に設けられた加熱源および、ガス導入管により前記熱処理空間に導入される雰囲気ガスを調整して所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルによって熱処理することができるので、多様なセラミック部品の熱処理が可能となる。
また、前記ヒーターを炉内の側壁のみに同心円状に懸垂固定するか又は炉壁に固定することから従来のような炉内中央部のヒーターを必要とせず、処理量の増大および炉体構造の簡素化と設備コスト低減が可能となる。
また、前記上部ヒーター群、中間部ヒーター郡及び下部ヒーター郡のヒーター郡は、温度制御手段により独立して温度制御されるので、炉内上下の温度分布の低減が可能であるとともに、要求される多様なセラミック部品の特性に合せ所望の温度によって一層きめ細かく熱処理することが可能である。
また、前記複数のガス導入管により炉内の上部ヒーター、中間部ヒーター、下部ヒーターの加熱部に導入される雰囲気ガスが、加熱されながら炉内に分散されるので、熱処理雰囲気と温度の均一化が一層促進される。
According to the first aspect of the present invention, since the object to be heat-treated is placed on the auxiliary hearth and rotates while revolving within the furnace by the main hearth, even if there is some variation in the temperature distribution in the whole furnace. The non-uniformity due to the position dependence of the temperature of the workpiece itself on the secondary hearth is reduced due to the revolution, and for example, the heat treatment is effectively performed within ± 2 ° C. with respect to the furnace temperature of 1200 to 1300 ° C. The same temperature history can be easily achieved and the furnace atmosphere can be stirred and homogenized.
In addition, a heat-treated object placed on a refractory metal or ceramic bowl or shelf stacked in a plurality of stages on the sub-hearth is rotated and revolved, and a heat source provided in the heat treatment space and Since the atmosphere gas introduced into the heat treatment space can be adjusted by the gas introduction tube and heat treatment can be performed at a desired temperature and in-furnace atmosphere profile, various ceramic parts can be heat-treated.
Further, since the heater is suspended and fixed concentrically only on the side wall of the furnace or fixed to the furnace wall, a heater in the central part of the furnace as in the prior art is not required, and the increase in throughput and the structure of the furnace body Simplification and equipment cost reduction are possible.
In addition, since the upper heater group, the middle heater group, and the lower heater group are independently temperature controlled by the temperature control means, it is possible to reduce the temperature distribution above and below the furnace and be required. Heat treatment can be performed more finely at a desired temperature according to the characteristics of various ceramic parts.
In addition, since the atmosphere gas introduced into the heating section of the upper heater, middle heater, and lower heater in the furnace is dispersed in the furnace while being heated by the plurality of gas introduction pipes, the heat treatment atmosphere and temperature are made uniform. Is further promoted.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様な効果を有するのに加えて、被熱処理物が載置された副炉床は、前記駆動手段の伝動機構により主炉床の駆動力を伝動されて自転することができるので、炉体内壁部と炉内中心部を繰返し往復して熱処理されることから、副炉床上に載置された被熱処理物の温度分布の均一化と炉内雰囲気の攪拌の均一化とが一層向上する。
According to the invention of
本発明のバッチ式熱処理装置の実施例について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は本発明のバッチ式熱処理装置の炉床部の平面図、図2は本発明のバッチ式熱処理装置の縦断面図、図3は本発明の一実施例の主炉床の回転駆動力を副炉床に伝動する伝動機構、図4は本発明の一実施例のガス導入管部の説明図、図5は本発明の別の実施例のガス導入管部の説明図、図6は本発明の別の実施例の主炉床の回転駆動力を副炉床に伝動する伝動機構、図7、図8は本発明の別の実施例のガス導入管部の説明図である。
本発明のバッチ式熱処理装置(以下、炉体と略称する)15は、底部16bに円形の開口部14を有するとともに略円筒状の胴体部16aの頂上を密閉する天井部16cを備えた炉本体16と、開口部14に回転自在に嵌合された略円板状の炉床8とから構成される。この開口部14と炉床8との隙間は、炉床8の回転に支障がなく、かつ、炉内の熱が炉外に漏れるのを最小にするために例えば3〜10mmに設定される。炉本体16及び炉床8はいずれも厚さ50〜200mm程度のセラミックファイバー等の断熱材で形成される。炉室の寸法の一例をあげれば、内径は800mm、高さ600mmの円筒型である。炉本体はその外側を炉内の気密性を高めるために炉体枠11で覆われている。さらに、炉本体16外壁には炉体の熱変形を防止するために、ファン(図示せず)を設置し空冷することが望ましい。
Embodiments of the batch heat treatment apparatus of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of the hearth part of the batch type heat treatment apparatus of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the batch type heat treatment apparatus of the present invention, and FIG. 3 is the rotational driving force of the main hearth of one embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view of a gas introduction pipe portion of one embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory view of a gas introduction pipe portion of another embodiment of the present invention, and FIG. A transmission mechanism for transmitting the rotational driving force of the main hearth to the auxiliary hearth of another embodiment of the present invention, FIGS. 7 and 8 are explanatory views of a gas introduction pipe section of another embodiment of the present invention.
A batch-type heat treatment apparatus (hereinafter abbreviated as a furnace body) 15 of the present invention has a furnace body having a ceiling portion 16c that has a circular opening 14 at a bottom portion 16b and seals the top of a substantially cylindrical body portion 16a. 16 and a substantially disk-shaped
炉床8は、図2に示すように、主炉床4と副炉床6とから構成される。主炉床4は炉床枠23によって保持される。
主炉床4は略円板状であるが、詳細には図2に示すように断面が凸型で、大小の円板を上下に2つ重ねた形状である。小さい方の円板の直径は炉本体16の開口部14に嵌合される寸法である。下部の大きい方の円板は、開口部14と主炉床の間隙から輻射熱が漏れるのを遮るために設けるもので、その直径は炉床枠23に収まる寸法であれば特に制限はない。
主炉床の内部には例えば主炉床4と同心円上に中心を有する複数の小型円板状の副炉床6を回転自在に嵌合するための円形断面の挿通孔4aが複数穿設されている。さらに、主炉床4の底部には副炉床を保持するための副炉床保持板22が設置される。
主炉床4は駆動手段で回転するが、本実施例では、主炉床4はその中心に固定されて下方に延びる主炉床回転軸5を有しており、この主炉床回転軸5をモーター等の動力源(図示しない)に接続することにより回転する。また、主炉床4は主炉床回転軸5の先端部20を介して炉床8の下方部に覆設された炉床枠23に保持される。
As shown in FIG. 2, the
Although the
In the main hearth, for example, a plurality of circular insertion holes 4a are formed for rotatably fitting a plurality of small disk-shaped
The
副炉床6は主炉床4の挿通孔4aに回転自在に嵌合され、その中心に固定されて下方に延びる副炉床回転軸7を有している。この副炉床回転軸7に伝動機構19を介して主炉床回転軸5の回転駆動力が伝動され、これにより副炉床6は回転(自転)する。また、副炉床6は、副炉床回転軸7を介して副炉床保持板22に保持される。即ち、副炉床6は主炉床4と共に主炉床回転軸5の周りを公転し、かつ、副炉床回転軸7の周りを自転する。主炉床4と副炉床6の隙間も、開口部14と炉床8の隙間と同様に例えば3〜10mmに設定される。
本実施例の図1及び2においては、副炉床4は同じ直径で4個配置されている。また、その回転中心は、主炉床の回転中心と中心の一致する同心円上に等間隔に配置されている。主炉床、副炉床の直径の一例を挙げれば、それぞれ、580mm、230mmである。
なお、副炉床6の配置は、図1及び2に示した構成以外にも可能であり、また、主炉床4を炉床枠23に保持する方法、副炉床4を副炉床保持板22に保持する方法についても、本実施例以外にも、主炉床、副炉床の周辺部をベアリングで回転自在に保持するなど、様々な方法が可能であることは言うまでもない。
The
In FIGS. 1 and 2 of this embodiment, four
The arrangement of the
本実施例の駆動手段の伝動機構19は、図3に示すように、主炉床回転軸5、及び副炉床回転軸7にそれぞれプーリー19a、19bを設け、これらを無端ベルト19cにより連系して、主炉床4の回転動力を副炉床6に伝動する構成である。主炉床回転軸5、及び副炉床回転軸7のプーリー19a、19bの径を変えることにより主炉床4及び副炉床6の回転速度比を変えることができる。主炉床4の回転速度は、通常0.5〜3rpmであり、副炉床6の回転速度は主炉床の1.5〜2倍である。
かような構成によれば、図1にそれぞれ矢印で示すように副炉床6の回転方向18は全て同方向で、主炉床4の回転方向17とは逆方向である。これにより、炉内雰囲気の攪拌が促進されることから、副炉床上に載置去れた被熱処理物の温度分布及び炉内雰囲気の均一化が向上する。
また、例えば図6に示すように、プーリー19a、19bを無端ベルト19cで連係する方法を変更することにより、副炉床6の回転方向は全て同じでなく、半数が逆回転するようにすることも可能であり、これによって炉内雰囲気の攪拌効果が高まり炉内雰囲気の均一性が一層向上する。
As shown in FIG. 3, the
According to such a configuration, as indicated by arrows in FIG. 1, all the
Further, for example, as shown in FIG. 6, by changing the method of linking the pulleys 19a and 19b with the endless belt 19c, the rotation directions of the
駆動手段の伝動機構19としては、本実施例以外にも耐熱ギヤ、タイミングベルト、あるいは、チェーンを用いる等の様々な構成が可能である。例えば、主炉床回転軸5の下端部に取付けられたプーリー(太陽ギヤ)19aと副炉床回転軸7の下端部に取付けられた副炉床回転軸(遊星ギヤ)7とを噛合せた一種の遊星ギヤ機構などが考えられる。
As the
被熱処理物9は、副炉床6に積載されて熱処理される。積層セラミック部品の焼成などの熱処理等の場合は、通常、被熱処理物9は匣あるいは棚板13等に並べ、これを多段に段積みして熱処理される。段積みされた匣あるいは棚板13は、さらに円筒状支柱13aに載せても良い。匣あるいは棚板13の材料はアルミナ質、ムライト質、ニッケル金属等の耐熱性で、被熱処理物9と反応を起こさない材質が選ばれる。
たとえ炉内に温度の平面的な位置依存性による不均一性があっても、副炉床6が自公転することにより、被熱処理物9が受ける不均一性は、小型円板状の副炉床6の半径の極僅かな不均一性の範囲に抑えられ、従来のバッチ式熱処理炉に比べ遥かに向上する。以上の説明では、温度の均一性について述べたが、雰囲気についても均一性が向上する。
The
Even if there is non-uniformity due to the planar position dependence of temperature in the furnace, the non-uniformity received by the
炉内を加熱するヒーター(加熱源)10は、金属、炭化珪素、モリブデンシリサイト、ランタンクロマイト、ジルコニア等を発熱体とし、棒状、U字型、スクリュウーU字型等発熱部が棒状であり、かつ、電源を供給する端子が棒状の一方向にある形状のものが好ましい。あるいは端子部を炉壁を貫通させる構造とすることも可能である。
本実施例では、U字型の複数のヒーター10を炉本体16の略円筒型の胴体部16aの内壁に沿って、炉本体16の天井部16cから懸垂固定する。複数のヒーター10は、炉本体16の上部を加熱する上部ヒーター群、炉本体16の中間部の高さ部分を加熱する中間部ヒーター群、炉本体16の下部を加熱する下部ヒーター群からなり、それぞれのヒーター郡を温度制御手段(図示せず)で独立に温度制御することにより、炉内の上下方向の温度の均一性が向上する。なお、炉本体16の上部、中間部、下部を加熱するヒーター10は、図1に示すように、それぞれ、ヒーター10の発熱部が上部、中間部、下部にある上部、中間部、下部ヒーター1、2、3である。本実施例では、図1に示すように、上部、中間部、下部ヒーター1、2、3を順に並べて計12本配置している。上部、中間部、下部ヒーター1、2、3は発熱部の長さはいずれも同じで、取り付け部(端子部)の長さがそれぞれ異なるものであり、発熱部が所定高さになるような取り付け部長さのものを選ぶ。なお、図2で、下部ヒーター3は、その発熱部のみが上部ヒーター1に重ねて表示してある。
なお、本実施例ではヒーター10を炉本体16の天井部16cから懸垂固定しているが、ヒーター10を胴体部16aの側壁に固定してもよい。
The heater (heating source) 10 for heating the inside of the furnace has a heating element such as a metal, silicon carbide, molybdenum silicite, lanthanum chromite, zirconia, etc., and a rod-like, U-shaped, screw U-shaped, etc. And the thing of the shape which has the terminal which supplies a power supply in one direction of rod shape is preferable. Or it is also possible to make it a structure which makes a terminal part penetrate a furnace wall.
In the present embodiment, a plurality of
In this embodiment, the
被熱処理物9を段積できる有効高さを例えば400mmとした場合、中間部を加熱する中間部ヒーター2は、発熱部の長さが200mmのものを用い、その発熱部の中央が被熱処理物9の中央位置に一致するように固定する。上部を加熱する上部ヒーター1及び下部を加熱する下部ヒーター3も発熱部の長さが200mmのものを用い、その発熱部の中央が、それぞれ被熱処理物9の中央からそれぞれ上方に150mm、下方に150mmの位置になるようにする。ヒーターを平面的にどの位置に配置するかは、炉室の寸法、要求される温度精度等に応じて適宜変更可能である。
When the effective height at which the
次に、炉室内の雰囲気の調整について説明する。
図4、5、7及び8は雰囲気ガスを炉内に導入するガス導入管の一実施例及びそれぞれ別の実施例を示し、図4と5、及び図7と8の実施例は後述するようにそれぞれガス噴出孔の形状、構成が異なっている点以外は同一である。
図4の一実施例のガス導入管31は炉外から炉本体16の胴体部16aの炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管31aと、内壁面で水平管31aに接続され垂直方向に延び、炉内壁面に沿って複数の小孔のガス噴出孔31cを有す管状のガスヘッダー31bとから構成される。雰囲気ガスは炉外から水平管31aにより炉室内に導入され、ガスヘッダー31bのガス噴出孔31cから炉室内に分散される。この時、炉室内より温度の低い雰囲気ガスが分散されると、炉室内の温度が低くなってしまうので、雰囲気ガスは加熱して炉室内に分散することが好ましい。本実施例では、図2に示すように、3個のガス導入管、即ち、上部ガス導入管31、中央部ガス導入管32、下部ガス導入管33が、それぞれのガスヘッダー31b、32b、33bがそれぞれU字型の上部ヒーター1、中間部ヒーター2、下部ヒーター3の加熱部と対向するように配設される。
Next, adjustment of the atmosphere in the furnace chamber will be described.
4, 5, 7 and 8 show one embodiment of the gas introduction pipe for introducing the atmospheric gas into the furnace and another embodiment, respectively, and the embodiments of FIGS. 4 and 5 and FIGS. 7 and 8 will be described later. These are the same except that the shape and configuration of the gas ejection holes are different.
4 is connected to the
このような上中下3段式のガス導入管の配置により、雰囲気ガスはガスヘッダー31b、32b、33bから炉室に上下方向に均一に分散され、且つガスヘッダーに対向するヒーターで加熱され被熱処理物9に達する。従って、雰囲気、温度の均一性が向上するとともに、個別のガス加熱装置が不要となるので、装置が簡略化されることから経済的及びスペース的にも有利である。
なお、炉室の雰囲気をさらに精密に制御する必要がある場合には、それぞれのガス導入管から導入されるガス組成、流量を個別に制御する。
ガスヘッダー31b、32b、33bのガス噴出孔の構成は、図4の実施例では0.5〜3mmφの円形孔31cに形成され、ヘッダー31bの長さ方向に等間隔に配置している。
また、図5の実施例では、ガス噴出孔31dがヘッダーの長さ方向に延びる0.2〜1.0mm幅の小判型長孔形のスリット状に形成されている。
また、図7、8の実施例のガス導入管は、それぞれ図7(a)、図8(a)に示すように、炉外から炉本体16の胴体部16aの炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管31aの先端部(壁面)が半球状になっており、この半球状の部分がガスヘッダー31bである。
図7の実施例では図7(b)[ガスヘッダー31bを図7(a)のA方向から見た図]に示すように、ガスヘッダー31bに複数の0.5〜3.0mmφの小孔のガス噴出孔31cが炉体の上下方向に一列に並んで形成されている。
また、図8の実施例では図8(b)[ガスヘッダー31bを図8(a)のB方向から見た図]に示すように、ガスヘッダー31bに幅0.2〜1.0mm、長さ6mm程度のスリット状のガス噴出孔31dがスリットの長手方向が炉体の上下方向に一致するように形成されている。
図5、7及び8のガス導入管を用いる場合にも、前記の如くガスヘッダーが上部ヒーター1、中間部ヒーター2、下部ヒーター3の加熱部と対向するように上中下3段式に炉体に配設するのが好ましい。
Due to the arrangement of the upper, middle, and lower three-stage gas introduction pipes, the atmospheric gas is uniformly distributed in the vertical direction from the gas headers 31b, 32b, and 33b to the furnace chamber, and is heated by a heater facing the gas header. The heat-treated
In addition, when it is necessary to control the furnace chamber atmosphere more precisely, the gas composition and flow rate introduced from each gas introduction pipe are individually controlled.
The gas ejection holes of the gas headers 31b, 32b, 33b are formed in a
Further, in the embodiment of FIG. 5, the gas ejection holes 31d are formed in a slit shape of an oblong long hole shape having a width of 0.2 to 1.0 mm extending in the length direction of the header.
Moreover, the gas introduction pipes of the embodiment of FIGS. 7 and 8 penetrate the furnace side wall of the body portion 16a of the furnace body 16 from the outside of the furnace as shown in FIGS. 7 (a) and 8 (a), respectively. The tip (wall surface) of the
In the embodiment of FIG. 7, as shown in FIG. 7 (b) [view of the gas header 31b viewed from the direction A in FIG. 7 (a)], a plurality of small holes of 0.5 to 3.0 mmφ are formed in the gas header 31b. The gas ejection holes 31c are formed in a line in the vertical direction of the furnace body.
Further, in the embodiment of FIG. 8, as shown in FIG. 8B [the view of the gas header 31b seen from the direction B in FIG. 8A], the gas header 31b has a width of 0.2 to 1.0 mm and a long length. A slit-like gas ejection hole 31d having a length of about 6 mm is formed so that the longitudinal direction of the slit coincides with the vertical direction of the furnace body.
When using the gas introduction pipes of FIGS. 5, 7 and 8, as described above, the furnace is constructed in three stages of upper, middle and lower so that the gas header faces the heating parts of the
また、炉床8及び伝動機構19の下方部を覆うように設けられた有底円筒形に形成された炉床枠23の上端部全周には耐熱シール手段23aが備えられており、この耐熱シール手段23aが炉本体16の底部16b下面の炉体枠11に当接することにより炉内の気密を保持している。
炉室の雰囲気ガスを炉外に排出するガス排出孔(図示せず)は、雰囲気ガスの導入量に応じて排出量が調整できるダンパーを設けて適宜に配置する。
Further, a heat-resistant sealing means 23a is provided on the entire upper end of the hearth frame 23 formed in a bottomed cylindrical shape so as to cover the lower part of the
A gas discharge hole (not shown) for discharging the atmosphere gas in the furnace chamber to the outside of the furnace is appropriately arranged by providing a damper whose discharge amount can be adjusted according to the introduction amount of the atmosphere gas.
被熱処理物9を炉本体16内に出し入れする時には、被熱処理物9を載置する炉床8を炉床枠23と共に炉本体16に対し相対的に下降させ、炉床8に被熱処理物9を載置、あるいは取出しが可能な十分な空間を確保できる構造とする。例えば、炉床枠23をスクリュージャッキ(図示せず)などで昇降させることにより炉床8を昇降させることができる。炉床枠23が上昇した場合には、炉床枠23と炉本体16の底部16b下面の炉体枠11とは耐熱シール手段23aを介して接触し、炉内は気密性が保たれる。
このような構成により、例えば、ニッケル、銅等の卑金属のメタライズ層を有すセラミック部品の焼成工程の場合は、窒素ガスをキャリヤガスとして数ppmの水を導入し、酸素の分圧を10−8〜10−14atmに抑えた雰囲気を形成することができる。
When the
With this configuration, for example, in the case of firing a ceramic component having a base metallization layer such as nickel or copper, several ppm of water is introduced using nitrogen gas as a carrier gas, and the partial pressure of oxygen is 10 −. An atmosphere suppressed to 8 to 10 −14 atm can be formed.
本発明によるバッチ式熱処理装置は、以上説明し、発明の効果の項においても詳述したように、副炉床上に載置された被熱処理物の自公転による温度分布の均一化と炉内雰囲気の攪拌効果に加えて、上部、中間部及び下部ヒーター群の個別の温度制御及び雰囲気ガスを炉室に均一に分散する上中下3段式のガス導入管により、高精度で均一性の高い所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルの設定が可能である。このため、特に最近の多様な高性能積層セラミック部品等の高精度の熱処理に利用することが可能である。 The batch type heat treatment apparatus according to the present invention, as explained above and as described in detail in the section of the effect of the invention, makes the temperature distribution uniform and the furnace atmosphere by the self-revolution of the material to be heat-treated placed on the sub hearth. In addition to the stirring effect of the above, individual temperature control of the upper, middle and lower heater groups and the upper, middle, and lower three-stage gas introduction pipes that uniformly disperse the atmospheric gas in the furnace chamber provide high accuracy and high uniformity Desired temperature and furnace atmosphere profile can be set. Therefore, it can be used for high-precision heat treatment of various recent high-performance multilayer ceramic parts.
1 上部ヒーター
2 中間部ヒーター
3 下部ヒーター
4 主炉床
4a 挿通孔
5 主炉床回転軸
6 副炉床
7 副炉床回転軸
8 炉床
9 被熱処理物
10 ヒーター
11、21 炉体枠
12 断熱材
13 匣あるいは棚板
13a 支柱
14 開口部
15 炉体
16 炉本体
16a 胴体部
16b 底部
16c 天井部
17 主炉床回転方向
18 副炉床回転方向
19 伝動機構
19a、19b プーリー
19c ベルト
20 主炉床回転軸先端部
22 副炉床保持板
23 炉床枠
23a 耐熱シール手段
31 上部ガス導入管
31a、32a、33a 水平管
31b、32b、33b ガスヘッダー
31c ガス噴出孔(小孔)
31d ガス噴出孔(長孔スリット状)
32 中央部ガス導入管
33 下部ガス導入管
DESCRIPTION OF
31d Gas ejection hole (long hole slit shape)
32 Central gas introduction pipe 33 Lower gas introduction pipe
Claims (2)
前記炉床は、前記円形開口の中心を通る軸の周りを回転する円板状の主炉床と、
前記主炉床の回転軸を中心とする同心円上に等間隔に配置されて穿設された複数の挿通孔内に回転自在に嵌合され、前記被熱処理物を載置する複数の小型円板状の副炉床とから構成され、
また、前記副炉床上の被熱処理物が自公転しながら熱処理されるように、前記副炉床を自転するとともに前記主炉床と共に公転する駆動手段を備え、
前記副炉床上には、前記被熱処理物を載置するための、複数段積み上げられた耐熱金属又はセラミック製の匣あるいは棚板が装備され、前記炉体には、前記熱処理空間を加熱する加熱源と前記熱処理空間に雰囲気ガスを導入するガス導入管とが装備されており、前記匣あるいは棚板上に載置された被熱処理物は、前記加熱源とガス導入管により得られる所望の温度及び炉内雰囲気プロファイルによって熱処理され、
前記加熱源は、
前記段積みされた匣あるいは棚板と前記略円筒型の熱処理空間を有する炉体の胴体部内壁断熱材との間で、同心円状に懸垂固定され、又は側壁に固定される複数のヒーターからなり、
前記複数のヒーターは、
炉体の上部を加熱する上部ヒーター群と、
炉体の中間部を加熱する中間部ヒーター群と、
炉体の下部を加熱する下部ヒーター群とからなり、
それぞれのヒーター群を、独立して温度制御する温度制御手段を装備しており、これにより、前記所望の温度プロファイルが得られようになっており、
前記ガス導入管は、炉外から炉側壁を貫通して炉側壁の内壁面に達する水平管に、前記水平管の先端部にガスヘッダーを設け、又は、前記水平管の先端部に接続されると共に前記内壁面に沿って垂直方向に延びる管状のガスヘッダーを設けたもので、前記ガスヘッダーは、炉内方向に向けて開口された複数のガス噴出孔又はスリット状のガス噴出孔を有し、
前記ガス噴出孔が、前記上部ヒーター、中間部ヒーター、下部ヒーターのそれぞれと炉内壁面との間に位置するように配設されていて、ガス噴出孔からの雰囲気ガスが加熱されながら前記熱処理空間に分散されるようにしたことを特徴とするバッチ式熱処理装置。 In order to heat-treat the material to be heat treated inside, a substantially cylindrical heat treatment is performed by a furnace body whose inner surface is formed of a heat insulating material and a hearth rotatably fitted in a circular opening provided at the bottom of the furnace body. A batch-type heat treatment apparatus that constitutes a space and heat-treats an object to be heat-treated placed on a hearth while rotating in the heat treatment space,
The hearth is a disk-shaped main hearth that rotates around an axis that passes through the center of the circular opening;
A plurality of small disks that are rotatably fitted in a plurality of insertion holes that are arranged at equal intervals on a concentric circle centered on the rotation axis of the main hearth, and on which the object to be heat-treated is placed A secondary hearth and
In addition, drive means for revolving the sub hearth and revolving together with the main hearth so that the heat-treated material on the sub hearth is revolved while revolving,
On the sub-hearth, a plurality of stacked refractory metal or ceramic ridges or shelves for mounting the object to be heat-treated are equipped, and the furnace body is heated to heat the heat treatment space. And a gas introduction pipe for introducing an atmospheric gas into the heat treatment space, and the object to be heat-treated placed on the basket or the shelf plate has a desired temperature obtained by the heating source and the gas introduction pipe. And heat treated according to the furnace atmosphere profile,
The heating source is
Consists of a plurality of heaters that are concentrically suspended or fixed to the side wall between the stacked baskets or shelf plates and the inner wall heat insulating material of the furnace body having the substantially cylindrical heat treatment space. ,
The plurality of heaters are:
An upper heater group for heating the upper part of the furnace body;
An intermediate heater group for heating the intermediate part of the furnace body;
It consists of a lower heater group that heats the lower part of the furnace body,
Each heater group is equipped with a temperature control means for independently controlling the temperature, whereby the desired temperature profile can be obtained,
The gas introduction pipe is provided with a gas header at the tip of the horizontal pipe or connected to the tip of the horizontal pipe in a horizontal pipe that reaches the inner wall surface of the furnace side wall through the furnace side wall from the outside of the furnace. In addition, a tubular gas header extending in the vertical direction along the inner wall surface is provided, and the gas header has a plurality of gas ejection holes or slit-shaped gas ejection holes opened toward the furnace inner direction. ,
The gas ejection hole is disposed between each of the upper heater, the intermediate heater, and the lower heater and a wall surface of the furnace, and the heat treatment space is heated while the atmospheric gas from the gas ejection hole is heated. A batch-type heat treatment apparatus characterized by being dispersed in a batch.
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