JP5327507B2

JP5327507B2 - 高速炉床回転式焼成炉

Info

Publication number: JP5327507B2
Application number: JP2008099112A
Authority: JP
Inventors: 博植田; 勝好小谷津
Original assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-04-07
Also published as: JP2009250531A

Description

本発明は、高速炉床回転式焼成炉、とくにセラミックコンデンサなどのセラミック電子部品の焼成炉として好適に使用できる高速炉床回転式焼成炉に関する。

回転する炉床をそなえ、炉床に複数段積み重ねたセッターに被焼成物を載置して、炉床を例えば０．１〜３ｒｐｍで回転させることにより、炉内の温度のばらつきを少なくし、炉内の熱処理条件を均一化して、炉床と共に回転する被焼成物の品質の安定化を図ることを目的とした炉床回転式焼成炉は従来から知られているが、従来の炉床回転式焼成炉においては、加熱された炉内のガスが炉の上部に上昇するため、炉の下部と上部の温度差が生じ、製品の品質にばらつきが生じるという問題を残していた。

この問題を解決するため、炉床回転式焼成炉において、ガス供給パイプをセッターの外周部に配置し、炉上部の径方向の略中央に内部で発生した排ガスを排出するガス排出管を備え、セッターの略中央に排ガスをガス排出孔に導くための中央孔を形成してなり、ガス供給パイプを通じて被焼成物の周囲にガスを吹き込んで、被焼成物を均等に加熱するとともに、セッターから中央孔を経て排出孔へのガスの流れを形成して、雰囲気ガスの供給、排ガスの排出を効率良く行えるようにした炉床回転式焼成炉が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、このような炉床回転式焼成炉も、とくにセラミック電子部品の焼成において、脱脂、焼成過程で被焼成物から発生するＣＯ_２、ＣＯなどのガスを、遅滞なく除去し、常時均一なガス雰囲気を形成して、品質の安定した被焼成物の製造を確実に達成するには必ずしも満足すべきものではない。排ガスを、窒素ガスなどを高速で供給して除去することも試みられているが、複数段積み重ねたセッターに積載した被焼成物から発生した排ガスを排出するためには数ｍ／秒以上の高速ガスが必要となる。

高速ガスを供給するとガス量が増えるだけでなく、被焼成物に冷たいガスが当たり被焼成物の温度が低下して均一な温度が保持できなくなり、さらに、雰囲気ガスの温度が低下するため、雰囲気ガスの対流が生じて均一な雰囲気ガス温度を維持できなくなるという難点がある。また、高速ガスを吹き込むと、１ｍｍ角以下の微小軽薄な被処理品は積載されているセッターから吹き飛んでしまうので、常温でのガスの流速を２ｍ／秒以下程度に制限しなければならず、吹き込まれるガスの流速には限界がある。さらに、供給する雰囲気ガスを加熱して均一な温度を維持しようとすると、供給ガスを加熱する装置が必要となって、余分な加熱エネルギーを要し、コストアップの要因となるという問題もある。
特公平７−１３５５８号公報

発明者は、セラミックの焼成時に被焼成物から発生する排ガスを効果的に除去するための手法について、試験、検討を重ねた結果、炉床を高速で回転した場合、被焼成物から発生したガスが飛ばされて飛散し、ガスの排出に有効であることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいてさらに検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、被焼成物から発生した排ガスを効果的に除去して、常時均一なガス雰囲気を形成し、被焼成物の均等な加熱を実現して、品質の安定した被焼成物を得ることを可能とする高速炉床回転式焼成炉を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による高速炉床回転式焼成炉は、回転する炉床をそなえ、被焼成物から発生した排ガスを排出するためのガス排出管を、炉床の径方向の略中央部または炉床の外周部に設け、炉床に複数段積み重ねたセッターに載置した被焼成物が炉内で回転しながら焼成されるようにし、焼成時に被焼成物から発生した排ガスがガス排出管を通じて炉外に排出されるようにした炉床回転式焼成炉において、前記複数段積み重ねたセッターは、略台形のセッターを複数段積み重ねてなる積層セッターを炉の径方向の中央部の周りに円環状に組み合わせて形成してなり、前記積層セッターの各セッターが炉床の回転方向に対して傾斜して配設されており、炉床が回転数５〜３０ｒｐｍで回転駆動するよう構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、被焼成物から発生したガスを効果的に除去することができ、常時均一なガス雰囲気が形成されるとともに、被焼成物の均等な加熱が実現され、品質の安定した被焼成物を得ることが可能となる。また、焼成時間を短縮することができ、セッターの段数を多くしても均一且つ安定した焼成が可能となるから、量産効果が得られる。

以下、本発明による高速炉床回転式焼成炉の具体的な実施形態を図面により説明する。

本発明による高速炉床回転式焼成炉は、図１に示すように、耐熱壁１０に囲まれた水平断面が略正方形状の炉本体Ｆの内部に、炉床１に複数段積み重ねたセッター２に載置した被焼成物を、炉本体の下方から炉内に装入できるようになっている。また、炉本体には、炭化珪素などからなるヒータ９が配設されている。

炉床１には、図１〜２に示すように、炉床１の回転中心Ｏから略等しい距離に複数段積み重ねたセッター２が固定されている。複数段積み重ねたセッター２は、図２〜４に示すように、略台形のセッター２Ａを複数段積み重ねてなる積層セッター３を炉の径方向の中央部の周りに円環状に組み合わせて形成してなり、また、積層セッター３の各セッター２Ａは、図４に示すように、炉床１の回転方向Ａに対して傾斜して配設されている。図３〜４において、４はセッター足である。

略台形のセッター２Ａを複数段積み重ねて積層セッター３を形成することにより、炉床１の回転に伴って載置した被焼成物が回転した場合、積み重ねた被焼成物がくずれるのを防ぎ、積層セッター３の各セッター２Ａを炉床１の回転方向Ａに対して傾斜させることにより、被焼成物が雰囲気ガスと接触し易くなる。台形の角度α（図３）は４５°、傾斜角度β（図４）は１０〜１５°が好ましく、１２°が最も好ましい。図３において、１１はセッター座繰りであり、図４において、Ｂは自己攪拌による気体の流れ方向を示す。

炉本体の内部には、被焼成物から発生した排ガスを排出するためのガス排出管５が、炉床１の外周部に設けられ、炉本体の内部に窒素ガスなどの雰囲気ガスを供給するためのガス供給管６が、炉床１の径方向の中央部に設けられている。ガス排気管５には、セッター２Ａに載置された被焼成物の焼成により生じたガスを排出するための排出孔７が設けられ、ガス供給管６には、セッター２Ａに載置された被焼成物に雰囲気ガスを供給するための供給孔８が設けられている。

なお、図１〜３に示す実施形態においては、セッター２Ａに載置された被焼成物から発生した排ガスを排出するためのガス排出管を炉床の外周部に設けた形態について説明したが、セッター２Ａに載置された被焼成物から発生した排ガスを排出するためのガス排出管５を炉床の径方向の中央部に設け、炉本体の内部に雰囲気ガスを供給するためのガス供給管６を炉床の外周部に設けてもよい。この場合には、図１〜３におけるガス排気管５がガス供給管、排出孔７が供給孔、ガス供給管６がガス排出管、供給孔８が排出孔となる。

上記本発明の構成によれば、炉床の中央部に設けたガス供給管６の供給孔８から、炉本体の内部に雰囲気ガスを供給して、炉床１を図１〜２の矢印方向に回転しながらヒータで加熱すると、炉床１に複数段積み重ねたセッター２に載置した被焼成物が炉内で回転しながら焼成され、焼成時に被焼成物から発生した排ガスは、図１に示すように、排出孔７からガス排出管５に入り、ガス排出管５を通じて炉外に排出される。

この構成において、本発明は、炉床１を従来の炉床回転式焼成炉とは異なり、５〜３０ｒｐｍの高速で回転駆動するよう構成されていることを最も特徴とする。炉床を上記の範囲の回転速度で高速回転することにより、被焼成物から発生したガスを飛散させて効果的に除去することができ、常に均一なガス雰囲気を形成して、被焼成物の均等な加熱を実現することができる。ガス排気管側を減圧してガスの旋回流を加速させると、一層効果的である。

ガスの飛散効果により、被焼成物の焼成に必要な雰囲気ガスの供給量を従来の半分以下に減少させることができるという効果もある。また、従来は、ガスの供給効果、排出効果を少しでも高めるために、ガス供給管およびガス排出管とセッターとの間隔を調整していたが、炉床の高速回転により気体を自己攪拌するので、厳密な間隔調整は不必要となる。また、高速ガスを吹き付ける必要がないので、被焼成物がセッターより飛散するという問題もない。

炉床の回転速度が５ｒｐｍ未満では上記の効果が十分でなく、回転数が３０ｒｐｍを超えると、炉床の回転による遠心力でセッターに載置された被焼成物が落下するおそれがあるので好ましくない。

以下、本発明の実施例について説明する。この実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されない。

実施例１
図１〜３に示す形態の装置を用いてセラミック電子部品（材質：チタン酸バリウム成形品）の焼成を行った。図２〜３に示すように、セッター２Ａの台形角度を４５°として、セッター２Ａを１５ｍｍ間隔を開けて１５段積み重ねてなる積層セッター３を炉の径方向の中央部の周りに円環状に組み合わせて、積み重ねたセッター２を形成した。また、図３に示すように、各セッター２Ａは炉床の回転方向に対して１２°傾斜させて配設した。

炉床の直径は７００ｍｍであり、炉床を１５ｒｐｍで回転させ、雰囲気ガスとして、窒素ガスを従来の３００Ｌ／ｍｉｎより少ない１５０Ｌ／ｍｉｎで供給して、焼成を行ったところ、焼成時間２０ｈｒで良好な品質を有する製品が得られた。焼成時間は、従来に比べ４ｈｒ短縮された。

本発明の炉本体内の構成を模式的に示す垂直断面図である。本発明の炉本体内の構成を模式的に示す水平断面図である。本発明で使用するセッターの平面と断面を示す図である。本発明の炉本体内の積層セッターの構成を示す垂直断面図である。

符号の説明

１炉床
２積み重ねたセッター
２Ａセッター
３積層セッター
４セッター足
５ガス排出管
６ガス供給管
７排出孔
８供給孔
９ヒータ
１０断熱材
１１セッター座繰り
Ａ炉床の回転方向
Ｂ自己攪拌による気体の流れ方向
α 台形角度
β 傾斜角度
Ｏ炉床の回転中心

Claims

回転する炉床をそなえ、被焼成物から発生した排ガスを排出するためのガス排出管を、炉床の径方向の略中央部または炉床の外周部に設け、炉床に複数段積み重ねたセッターに載置した被焼成物が炉内で回転しながら焼成されるようにし、焼成時に被焼成物から発生した排ガスがガス排出管を通じて炉外に排出されるようにした炉床回転式焼成炉において、前記複数段積み重ねたセッターは、略台形のセッターを複数段積み重ねてなる積層セッターを炉の径方向の中央部の周りに円環状に組み合わせて形成してなり、前記積層セッターの各セッターが炉床の回転方向に対して傾斜して配設されており、炉床が回転数５〜３０ｒｐｍで回転駆動するよう構成されていることを特徴とする高速炉床回転式焼成炉。