JP4695063B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、管状の被処理体を熱処理するための熱処理装置及び熱処理方法に関する。

管状の被処理体を熱処理する熱処理装置としては、例えば図５に示すような熱処理装置がある（特許文献なし）。この熱処理装置は、断熱材からなる横長の箱状の覆い体３０と、該覆い体３０の内周に設けられた発熱抵抗体４０と、覆い体３０の長手方向両端部に形成され被処理体２０の両端部を覆い体３０内から突出させるための開口部８０とを備えている。この熱処理装置は、例えば石英管の内面に蛍光物質を焼き付け処理する等に用いられている。

しかしながら、上記熱処理装置においては、被処理体２０の長さを変更する場合、その長さに対応した長さの熱処理装置に装置全体を変更する必要があった。このため、被処理体の長さの変更の度に新たに熱処理装置を製造する必要があり、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、被処理体の長さを変更する場合、その長さに対応した最適な長さに容易に変更調整することができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明のうち、請求項１の発明は、管状の被処理体を収容して熱処理するための熱処理装置であって、上記被処理体を長手方向に沿って覆うために筒状の第１の覆い体の内側に筒状の第２の覆い体を進退移動可能に挿入して伸縮可能とされた覆い体と、上記被処理体を加熱するために第１の覆い体の内側に沿って設けられた第１の発熱抵抗体と、第２の覆い体の内側に沿って設けられた第２の発熱抵抗体と、上記覆い体の最外側両端に設けられた端板と、少なくとも一方の端板に形成され上記被処理体を上記覆い体の内部に挿入するための開口部とを備え、上記第１の発熱抵抗体は、覆い体の収縮時に第１の覆い体の内面と第２の覆い体の外面との間に確保される空間に配置されているか又は覆い体の収縮時に第２の覆い体内に収容されるように第２の発熱抵抗体と近接したレベル位置に配置されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の熱処理装置において、上記覆い体が水冷構造であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の熱処理装置において、上記開口部が両方の端板に形成され、両開口部の外側には両開口部から突出した被処理体の両端部を把持する把持部が配置されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載の熱処理装置において、上記把持部には被処理体の内部を減圧する減圧手段が接続されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、管状の被処理体を収容して熱処理する熱処理方法であって、上記被処理体を長手方向に沿って覆うために筒状の第１の覆い体の内側に筒状の第２の覆い体を伸縮可能に挿入してなる覆い体と、上記被処理体を加熱するために第１の覆い体の内側に沿って設けられた第１の発熱抵抗体と、第２の覆い体の内側に沿って設けられた第２の発熱抵抗体と、上記覆い体の最外側両端に設けられた端板と、少なくとも一方の端板に形成され上記被処理体を上記覆い体の内部に挿入するための開口部とを備え、上記第１の発熱抵抗体は、覆い体の収縮時に第１の覆い体の内面と第２の覆い体の外面との間に確保される空間に配置されているか又は覆い体の収縮時に第２の覆い体内に収容されるように第２の発熱抵抗体と近接したレベル位置に配置されている熱処理装置を用い、被処理体の長さに合せて覆い体の長さを調整した後、被処理体を熱処理することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５記載の熱処理方法において、上記覆い体が水冷構造であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５又は６記載の熱処理方法において、上記開口部が両方の端板に形成され、両開口部の外側には両開口部から突出した被処理体の両端部を把持する把持部が配置されていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７記載の熱処理方法において、上記把持部には被処理体の内部を減圧する減圧手段が接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、被処理体の長さを変更する場合、その長さに対応した最適な長さに熱処理装置を容易に変更調整することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の第１実施形態に係る熱処理装置を概略的に示す図で、（ａ）は覆い体を収縮させた状態の断面図、（ｂ）は覆い体を伸張させた状態の断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

これらの図において、１は管状の被処理体２を収容して熱処理するための熱処理装置であり、例えば蛍光物質の焼き付け処理（塗布物質の焼き締め処理）等に用いられる。この熱処理装置１は、上記被処理体２を長手方向に沿って覆うために長手方向に伸縮可能な覆い体（シェル）３を有している。この覆い体３は、伸縮可能に嵌合された筒状（本実施形態では角筒状）の複数（本実施形態では２つ）の覆い体すなわち第１の覆い体３ａと第２の覆い体３ｂからなっている。

上記被処理体２は、例えば蛍光管の基材例えば石英管である。本実施形態の被処理体２の両端は開口されている。上記第１の覆い体３ａと第２の覆い体３ｂは、断面形状が相似であり、上記第１の覆い体３ａの内部に第２の覆い体３ｂが長手方向に進退移動可能に挿入されていて、テレスコピック状に伸縮可能とされている。本実施形態の覆い体３は、２本の被処理体２を水平状態で平行に収容可能になっている。

そして、各覆い体３ａ，３ｂの内周には上記被処理体２を所定の温度例えば４００〜８００℃に加熱するための発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが設けられている。すなわち、第１の覆い体３ａには第１の発熱抵抗体４ａ，４ｂが取付けられ、第２の覆い体３ｂには第２の発熱抵抗体５ａ，５ｂが取付けられている。本実施形態では、各覆い体３ａ，３ｂ内の上面と下面に発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが配置されているが、各覆い体３ａ，３ｂの左右の側面にも発熱抵抗体が配置されていてもよい。発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは、本実施形態では覆い体３ａ，３ｂの長手方向に沿って平面Ｕ字状に形成されているが、平面蛇行状に形成されていてもよく、或いは被処理体２を囲むように螺旋状に形成されていてもよい。

各覆い体３ａ，３ｂには各発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂに給電するための端子６が覆い体３ａ，３ｂとは電気的に絶縁状態で貫通して設けられている。第１の覆い体３ａにおいては、基部側及び先端側のいずれにも第１の発熱抵抗体４ａ，４ｂの給電端子６を配置することが可能であるが、第２の覆い体３ｂにおいては、第１の覆い体３ａと干渉しないように第２の発熱抵抗体５ａ，５ｂの端子６を基部側に配置する必要がある。なお、発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが撓むのを防止するために、各覆い体３ａ，３ｂには対応する発熱抵抗体を適宜支持する支持部材（図示省略）が設けられていてもよい。

上記第１及び第２の覆い体３ａ、３ｂの最外側両端には端板７ａ，７ｂが設けられ、少なくとも一方、本実施形態では両方の端板７ａ，７ｂには上記被処理体２を上記覆い体３ａ，３ｂの内部に挿入するため、及び被処理体２の両端部を覆い体３ａ．３ｂの両端から突出させるための開口部８ａ，８ｂが設けられている。収縮状態において、第１の覆い体３ａの内面と第２の覆い体３ｂの外面との間に第１の抵抗発熱体４ａ，４ｂを収容配置するためのスペース（空間）９を確保するために、第２の覆い体３ｂは第１の覆い体３ａよりも小径に形成されおり、且つ第１の覆い体３ａの先端には第２の覆い体３ｂの外周面との隙間を覆う内向きのフランジ部１０が設けられている。なお、第２の覆い体３ｂの先端は開放（開口）されている
第１の覆い体３ａと第２の覆い体３ｂは、ほぼ同じ長さであり、第１の覆い体３ａ内に第２の覆い体３ｂを押し込めた収縮状態での全長は例えば１ｍ、第１の覆い体３ａ内から第２の覆い体３ｂを引き出した伸張状態での全長は例えば２ｍとされている。これにより、被処理体２の長さに対応して覆い体３の長さを任意に変更調整することができるようになっている。

上記覆い体３は、断熱材により形成されていてもよいが、金属製例えばステンレス製又はアルミニウム製であってもよく、この場合、熱影響を防止するために水冷構造（冷却水通路を配した構造）とされていることが好ましい。

上記両開口部８ａ，８ｂの外側には両開口部８ａ，８ｂから突出した被処理体２の両端部を把持する把持部（チャック）１１が配置されている。把持部１１は、例えば覆い体３に挿入セットされた被処理体２の端部に対して自動的に装着されるように構成されていることが好ましいが、手動で装着されるように構成されていてもよい。また、上記把持部１１には被処理体２の内部を減圧する減圧手段１２が接続されている。把持部１１は被処理体２の端部に気密に接続されている。上記減圧手段１２は、真空ポンプと、該真空ポンプと把持部１１を接続する排気管１３と、該排気管１３に設けられた圧力制御弁と、排気圧力を所定の圧力に制御する制御部とから主に構成されている。

上記熱処理装置においては、第１の覆い体３ａが基台上に設置され、被処理体２の長さに対応して第２の覆い体３ｂが手動又は移動機構により伸縮移動操作される。移動機構としては、流体圧シリンダや電動のネジ送り機構が採用される。また、第２の覆い体３ｂの基端部は基台上にスライド機構を介してスライド自在に支持されていることが安定性を保つために好ましい。

上記熱処理装置１は、複数台並列に設置され、その一方の開口部８ａ側には、これら複数台の熱処理装置１に対してそれぞれの一方の開口部８ａから被処理体２を搬入する搬入機構が設けられ、他方の開口部８ｂ側には、所定の熱処理を行った後の被処理体２を他方の開口部８ｂから搬出するための搬出機構が設けられていることが好ましい。なお、覆い体３又は把持部１１には熱処理時に開口部８ａ，８ｂと被処理体２との間の隙間を覆う覆い部材が設けられていてもよい。

次に、上記熱処理装置の作用及び熱処理方法を説明する。例えば短尺の被処理体２を熱処理する場合には、先ず、図１(ａ)に示すように熱処理装置１の第２の覆い体３ｂを第１の覆い体３ａ内に収縮させ、長尺の被処理体２を熱処理する場合には、図１(ｂ)に示すように第２の覆い体３ｂを第１の覆い体３ａ内から伸張させるというように、熱処理装置１の長さ（すなわち覆い体３の長さ）を被処理体２の長さに対応させて調整し、次いで、被処理体２の熱処理を行う。この場合、熱処理装置１内すなわち覆い体３内に一方の開口部８ａから被処理体２を挿入し、覆い体３の両端から被処理体２の両端を突出させる。

次いで、被処理体２の両端部に把持部１１を装着し、減圧手段１２により被処理体２内を所定の圧力に減圧する。次に、この減圧状態で発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂへの電力供給を開始して発熱させ、これにより被処理体２を所定の温度で所定時間熱処理する。上記被処理体２の内周面には予め蛍光物質が塗布されており、上記熱処理により被処理体２の内周面に蛍光物質が焼き付けられる。所定時間後、被処理体２内を常圧に戻すと共に発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂへの電力供給を停止して熱処理を終了する。熱処理を終了したなら、被処理体２から把持部１１を取り外し、熱処理装置１の他方の開口部８ｂから被処理体２を搬出する。このようにして被処理体２を順次熱処理して行けばよい。

上記熱処理装置１ないし熱処理方法によれば、上記被処理体２を長手方向に沿って覆うために長手方向に伸縮可能に嵌合された筒状の複数の覆い体３ａ，３ｂと、該覆い体３ａ，３ｂの内周に設けられ上記被処理体２を加熱する発熱抵抗体４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂと、上記覆い体３ａ，３ｂの最外側両端に設けられた端板７ａ，７ｂと、少なくとも一方の端板に形成され上記被処理体２を上記覆い体３ａ，３ｂの内部に挿入するための開口部８ａ，８ｂとを備え、被処理体２の長さに対応して覆い体３ａ，３ｂの長さを調整し得るようにしたので、被処理体２の長さを変更する場合、その長さに対応した最適な長さに熱処理装置１を容易に変更調整することができる。従って、被処理体２の長さを変更した場合、覆い体３ａ，３ｂを伸縮調整するだけでよく、熱処理装置全体を変更ないし交換する必要がないため、コストの低減が図れる。

また、上記覆い体３ａ，３ｂが水冷構造であるため、外部への熱影響を防止できると共に、覆い体３ａ，３ｂの薄肉化による熱処理装置のコンパクト化が図れる。また、図１(ｂ)に示すように第１の覆い体３ａの発熱抵抗体４ａ，４ｂと第２の覆い体３ｂの発熱抵抗体５ａ，５ｂとが重なる領域においては、その領域の発熱体抵抗体同士が第２の覆い体３ｂにより遮断ないし隔絶されるため、その領域の温度が他の領域の温度よりも高くなる不具合を防止することができ、被処理体２の長手方向に沿って均一な熱処理が可能となる。

上記開口部８ａ，８ｂが両方の端板７ａ，７ｂに形成され、両開口部８ａ，８ｂの外側には両開口部８ａ，８ｂから突出した被処理体２の両端部を把持する把持部１１が配置されているため、覆い部３ａ，３ｂの両端から被処理体２の両端部を突出させることができると共に、その被処理体２の両端部を把持部１１により容易に把持することができる。また、上記把持部１１には被処理体２の内部を減圧する減圧手段１２が接続されているため、被処理体２の内部を容易に減圧することができる。

図３は第１実施形態の変形例を概略的に示す断面図である。図３の実施形態において、図１の実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。図３の実施形態においては、第２の覆い体３ｂの基端部の端板７ｂに開口部８ｂが形成されていない。この場合、被処理体２は、一端（図の右端）のみが開放され、他端（図の左端）が閉塞されている。本実施形態の熱処理装置１によれば、片側のみ開放された管状の被処理体２の熱処理を容易に行うことができると共に、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

図４は本発明の第２実施形態に係る熱処理装置を概略的に示す図で、（ａ）は覆い体を収縮させた状態の断面図、（ｂ）は覆い体を伸張させた状態の断面図である。図４の実施形態において、図１の実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。図４の実施形態においては、第１の覆い体３ａに設けられた発熱抵抗体４ａ，４ｂが第２の覆い体３ｂの収縮時に第２の覆い体３ｂ内に収容されるように第２の覆い体３ｂに設けられた発熱抵抗体５ａ，５ｂと近接したレベル位置に配置されている。本実施形態の熱処理装置１によれば、図１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。ただ、本実施形態の場合、第１の覆い体３ａの発熱抵抗体４ａ，４ｂと第２の覆い体３ｂの発熱抵抗体５ａ，５ｂとが重なる領域においては、その領域の温度が他の領域の温度よりも高くなる傾向がある。

以上、本発明の実施の形態を図面に基いて詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、熱処理装置は、１本の被処理体を熱処理するようになっていてもよく、或いは３本以上の複数本の被処理体を熱処理するようになっていてもよい。覆い体の断面形状は４角形に限定されるものではなく、円筒状や多角形であってもよい。また、覆い体は、２つに限定されず、３つ以上複数であってもよい。また、上記実施形態では、覆い体の軸心を水平にした横型の熱処理装置が示されているが、本発明の熱処理装置は、覆い体の軸心を垂直にした縦型であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る熱処理装置を概略的に示す図で、（ａ）は覆い体を収縮させた状態の断面図、（ｂ）は覆い体を伸張させた状態の断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 第１実施形態の変形例を概略的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱処理装置を概略的に示す図で、（ａ）は覆い体を収縮させた状態の断面図、（ｂ）は覆い体を伸張させた状態の断面図である。 従来の熱処理装置の一例を概略的に示す断面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 図５のＣ−Ｃ線矢視図である。

符号の説明

１ 熱処理装置
２ 被処理体
３ 覆い体
３ａ 第１の覆い体
３ｂ 第２の覆い体
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 発熱抵抗体
７ａ，７ｂ 端板
８ａ，８ｂ 開口部
１１ 把持部
１２ 減圧手段

Claims (8)

1. 管状の被処理体を収容して熱処理するための熱処理装置であって、上記被処理体を長手方向に沿って覆うために筒状の第１の覆い体の内側に筒状の第２の覆い体を進退移動可能に挿入して伸縮可能とされた覆い体と、上記被処理体を加熱するために第１の覆い体の内側に沿って設けられた第１の発熱抵抗体と、第２の覆い体の内側に沿って設けられた第２の発熱抵抗体と、上記覆い体の最外側両端に設けられた端板と、少なくとも一方の端板に形成され上記被処理体を上記覆い体の内部に挿入するための開口部とを備え、上記第１の発熱抵抗体は、覆い体の収縮時に第１の覆い体の内面と第２の覆い体の外面との間に確保される空間に配置されているか又は覆い体の収縮時に第２の覆い体内に収容されるように第２の発熱抵抗体と近接したレベル位置に配置されていることを特徴とする熱処理装置。
2. 上記第１及び第２の覆い体が水冷構造であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 上記開口部が両方の端板に形成され、両開口部の外側には両開口部から突出した被処理体の両端部を把持する把持部が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理装置。
4. 上記把持部には被処理体の内部を減圧する減圧手段が接続されていることを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
5. 管状の被処理体を収容して熱処理する熱処理方法であって、上記被処理体を長手方向に沿って覆うために筒状の第１の覆い体の内側に筒状の第２の覆い体を伸縮可能に挿入してなる覆い体と、上記被処理体を加熱するために第１の覆い体の内側に沿って設けられた第１の発熱抵抗体と、第２の覆い体の内側に沿って設けられた第２の発熱抵抗体と、上記覆い体の最外側両端に設けられた端板と、少なくとも一方の端板に形成され上記被処理体を上記覆い体の内部に挿入するための開口部とを備え、上記第１の発熱抵抗体は、覆い体の収縮時に第１の覆い体の内面と第２の覆い体の外面との間に確保される空間に配置されているか又は覆い体の収縮時に第２の覆い体内に収容されるように第２の発熱抵抗体と近接したレベル位置に配置されている熱処理装置を用い、被処理体の長さに合せて覆い体の長さを調整した後、被処理体を熱処理することを特徴とする熱処理方法。
6. 上記第１及び第２の覆い体が水冷構造であることを特徴とする請求項５記載の熱処理方法。
7. 上記開口部が両方の端板に形成され、両開口部の外側には両開口部から突出した被処理体の両端部を把持する把持部が配置されていることを特徴とする請求項５又は６記載の熱処理方法。
8. 上記把持部には被処理体の内部を減圧する減圧手段が接続されていることを特徴とする請求項７記載の熱処理方法。