JP5403987B2

JP5403987B2 - 雰囲気炉

Info

Publication number: JP5403987B2
Application number: JP2008266211A
Authority: JP
Inventors: 宏桑山; 倫弘伊藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP2010096389A

Description

本発明は、電子部品等の被処理物を加熱して、熱処理や焼成等するためのバッチ式の雰囲気炉に関するものである。

例えば、セラミックチップコンデンサー等の電子部品やＰＤＰパネル等を加熱して、熱処理や焼成するために、従来からバッチ式の雰囲気炉が広く用いられている（特許文献１、特許文献２を参照）。このような雰囲気炉においては、炉内圧が一定で無い場合には、炉内で熱処理や焼成する製品に悪影響を及ぼしてしまう。また、炉内圧が高くなった場合には、雰囲気炉のシール部材から炉内ガスが噴出し、当該シール部材や周辺設備が焼損してしまう。

このため、炉内圧を一定に（例えば２００Ｐａ）に制御しながら熱処理や焼成を行っている。例えば、被処理物の酸化を防止するために、窒素等の不活性ガスの供給を行っており、このため定常的に排気を行い、この排気量によって炉本体内の圧力の調整をしている。従来、図４に示されるように、炉本体１に連通する排気ダクト５３から排気し、この排気ダクト５３の開口面５３ａを閉塞／開放するダンパー機構５２により、排気量の調整を行っている。

排気ダクト５３が大きい方が、炉内ガスの置換時間や冷却時の排気時間が短くなり好ましいが、排気ダクト５３を大きくすると、ダンパー機構５２を少し開けた場合であっても、排気ダクト５３の開口面５３ａが大きく開いてしまうので、炉本体５１の炉内圧を一定に制御することがより困難になってしまうという問題があった。また、排気ダクト５３を大きくすると、雰囲気炉５０の高さが大きくなってしまう。

特開２００３−１１４０９２号公報特開２０００−９７８８８号公報

本発明は、上記問題を解決し、雰囲気炉の炉内ガスの置換時間や排気時間や冷却時の置換時間を短くしつつ、炉内圧の変動を所定範囲内に制御することができる雰囲気炉を提供することを目的としてなされたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
バッチ式の炉本体と、
前記炉本体と連通する第１の排気ダクトと、
前記第１の排気ダクトを閉塞状態から連続的に開放し、前記第１の排気ダクトから排気する排気ガスの流量を調整する第１のダンパー機構と、
前記炉本体と連通する第２の排気ダクトと、
前記第２の排気ダクトを閉塞状態から連続的に開放し、前記第２の排気ダクトから排気する排気ガスの流量を調整する第２のダンパー機構とから構成され、
第１のダンパー機構と第２のダンパー機構を、それぞれ制御するように構成した雰囲気炉であって、
さらに、炉本体の炉内圧力を測定する圧力センサーと、
前記圧力センサーが測定した圧力情報に基づき、第２のダンパー機構の開度制御を行う制御装置を備え、
第１のダンパー機構をシーケンス制御するとともに、第２のダンパー機構を前記制御装置でフィードバック制御することにより、炉本体の炉内圧の変動を所定範囲内に制御するように構成したことを特徴とするものである。

本発明は、バッチ式の炉本体と、
前記炉本体と連通する第１の排気ダクトと、
前記第１の排気ダクトを閉塞状態から連続的に開放し、前記第１の排気ダクトから排気する排気ガスの流量を調整する第１のダンパー機構と、
前記炉本体と連通する第２の排気ダクトと、
前記第２の排気ダクトを閉塞状態から連続的に開放し、前記第２の排気ダクトから排気する排気ガスの流量を調整する第２のダンパー機構とから構成され、
第１のダンパー機構と第２のダンパー機構を、それぞれ制御するように構成したことを特徴とする。
このため、第１の排気ダクトから排気する排気ガスの流量と、第２の排気ダクトから排気する排気ガスの流量をそれぞれ制御することにより、炉本体の炉内圧の変動をより少なくすることが可能となる。
また、排気ガスを排気する排気ダクトを、第１の排気ダクトと第２の排気ダクトから構成したので、排気ダクトの内径を大きくしなくても、十分に排気ガスを排気することができ、雰囲気炉の高さが大きくなることがない。

また本発明は、炉本体の炉内圧力を測定する圧力センサーと、
前記圧力センサーが測定した圧力情報に基づき、第２のダンパー機構の開度制御を行う制御装置を設け、第１のダンパー機構をシーケンス制御するとともに、第２のダンパー機構を前記制御装置でフィードバック制御することにより、炉本体の炉内圧の変動を所定範囲内に制御するように構成したことを特徴とする。
このため、第１の排気ダクトを開放することにより、雰囲気炉の炉内ガスの置換時間や排気時間や冷却時の置換時間を短くしつつ、第２のダンパー機構を制御装置でフィードバック制御することにより、炉本体の炉内圧の変動を所定範囲内に制御することが可能となる。

（雰囲気炉の構造）
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明の実施の形態を示す雰囲気炉４０の側面図であり、図２は図１の正面図である。１は炉本体であり、耐火材・断熱材で構成されている。炉本体１は、バッチ式であり、セラミックコンデンサー等の電子部品やＰＤＰパネル等の被処理物を熱処理（セラミックコンデンサー等の脱バインダー処理を含む）や焼成するためのものである。炉本体１の天井には、炉本体１内を加熱する赤外線ヒータ等の加熱装置が設けられている。なお、加熱装置は天然ガスや重油等の化石燃料を熱源とするものであっても差し支えない。

炉本体１の天井部には、炉本体１と連通する箱形のチャンバー２が設けられている。図１に示されるように、チャンバー２の側面に連通する第１の排気ダクト３及び第２の排気ダクト１３が設けられている。第１の排気ダクト３及び第２の排気ダクト１３の開口面３ａ、１３ａは、排気ダクト３、１３の流線方向に対して斜めに傾斜している。

炉本体１の天井部には、第１の排気ダクト３から排気される排気ガスの流量を調整する第１のダンパー機構４が設けられている。同様に、炉本体１の天井部には、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整する第２のダンパー機構１４が設けられている。

第１のダンパー機構４は、シール弁５、ブラケット６、アクチュエータ７、回動腕８、リンク棒９とから構成されている。

シール弁５は板状であり、第１の排気ダクト３の開口面３ａを閉塞するように、ブラケット６に回動自在に軸着されている。

アクチュエータ７は、第１の排気ダクト３の開口面３ａの近傍に配設されている。アクチュエータ７は、電気式やエア駆動式のものであり、その回転軸７ａが回動するようになっている。回動腕８は、アクチュエータ７の回動軸７ａに取り付けられている。リンク棒９の両端は、回動腕８及びシール弁５に回動自在に軸着している。

アクチュエータ７が駆動することにより、シール弁５が、第１の排気ダクト３の開口面３ａを、閉塞状態から連続的に開放するようになっている。シール弁５の開度を調整することにより、第１の排気ダクト３から排気される排気ガスの流量を調整することができるようになっている。

第２のダンパー機構１４は、シール弁１５、ブラケット１６、アクチュエータ１７、回動腕１８、リンク棒１９とから構成され、それぞれ、第１のダンパー機構４のシール弁５、ブラケット６、アクチュエータ７、回動腕８、リンク棒９と同様のものであり、第１のダンパー機構と同様の構造のものである。

アクチュエータ１７を駆動させることにより、シール弁１５が、第２の排気ダクト１３の開口面１３ａを、閉塞状態から連続的に開放するようになっている。シール弁１５の開度を調整することにより、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整することができるようになっている。

前述したように、第１の排気ダクト３及び第２の排気ダクト１３の開口面３ａ、１３ａを、排気ダクト３、１３の流線方向に対して斜めに傾斜させているのは、開口面３ａ、１３ａと、シール弁５、１５との接触面積を増加させて、開口面３ａ、１３ａの閉塞時のシール性を向上させて、炉内ガスの漏洩を防止するためである。

第１の排気ダクト３及び第２の排気ダクト１３の開口面３ａ、１３ａの上方には、排気フード２０が設けられている。前記開口面３ａ、１３ａから排気される排気ガスは、排気フード２０から外部に排出されるようになっている。

２１は圧力センサーであり、炉本体１の炉内圧力を測定するものである。２２は制御装置であり、圧力センサー２１が測定した炉本体１の圧力情報に基づき、第２のダンパー機構１４の開度制御を行うものである。また、制御装置２２は、第１のダンパー機構４の開度制御を行う。

２５は熱交換器である。熱交換器２５とチャンバー２とは、連結ダクト２６で連結されている。熱交換器２５を通過する炉内ガスは、当該熱交換器２５で冷却されるようになっている。なお、熱交換器２５には、空冷式、水冷式が含まれる。

２７はブロワー等の気体送給装置である。熱交換器２５と気体送給装置２７は、連結ダクト２８で連結されている。また、気体送給装置２７と炉本体１は、連結ダクト２９で連結されている。気体送給装置２７を稼働させることにより、炉内ガスがチャンバー２から熱交換器２５に引き込まれ、熱交換器２５で冷却された炉内ガスが、炉本体１内に戻るようになっている。

連結ダクト２８の途中には、連結ダクト２８を閉塞／開放する電磁弁３０が設けられている。

３１はフィルターボックスであり、当該フィルターボックス３１から吸気した空気中に含まれる粉塵を除去するためのものである。フィルターボックス３１は、連結管３２で電磁弁３０と気体送給装置２７との間の連結ダクト２８に接続している。連結管３２の途中には、連結管３２を閉塞／開放する電磁弁３３が設けられている。電磁弁３３を開放した状態で、気体送給装置２７を稼働させると、フィルターボックス３１から吸入された空気が、炉本体１内に供給されるようになっている。

３４はガスタンクである。ガスタンク３４には、窒素ガス等の不活性ガスや水素ガス等のガスが充填されている。ガスタンク３４は、連結管３５で電磁弁３０と気体送給装置２７との間の連結ダクト２８に接続している。連結管３５の途中には、連結管３５を閉塞／開放する電磁弁３６及び連結管３５を流れるガスの流量を調整する流量調整弁３７が設けられている。電磁弁３６及び流量調整弁３７を開放した状態で、気体送給装置２７を稼働させると、ガスタンク３４内に充填されているガスが、炉本体１内に供給されるようになっている。

前記した制御装置２２は、電磁弁３０、３３、３６の閉塞／開放の制御や、流量調整弁３７の開度の制御、熱交換器２５の起動／停止の制御、気体送給装置２７の出力の制御も行う。

（本発明の雰囲気炉の制御方法）
図３に運転時間と雰囲気炉の炉内温度との関係を表した制御曲線を示す。以下、セラミックコンデンサーを脱バインダー処理し、脱バインダー処理後に焼成する実施形態について説明する。図３に示されるように、セラミックコンデンサーを脱バインダー処理し、焼成する場合には、炉内温度をｔ０（室温）からｔ２まで昇温させ、所定時間（ｈ２〜ｈ３までの時間）炉内温度をｔ２に保持し、その後、炉内温度をｔ０まで冷却する。また、図３の運転時間ｈ１は、炉本体１内が窒素ガスに置換される時間である。

脱バインダー処理前のセラミックコンデンサーを、炉本体１内に装入する。起動時（ｈ０）から運転時間がｈ１に達するまでは、電磁弁３０及び電磁弁３３を閉じ、電磁弁３６及び流量調整弁３７を開放し、気体送給装置２７を駆動させて、ガスタンク３４内に充填されている窒素ガスを炉本体１内に供給する。この際に、アクチュエータ７でシール弁５を回動させて、第１の排気ダクト３の開口面３ａを開放する。炉本体１内に存在していた酸素を含有する空気やバインダーガスを含む排気ガスは、炉本体１内からチャンバー２内に流通し、第１の排気ダクト３から排気され、炉本体１内が窒素ガスに置換される。このように、炉本体１内の炉内ガスを不活性ガスである窒素ガスに置換するのは、脱バインダー処理時のセラミックコンデンサーの酸化を防止するためである。

本発明では、炉本体１内を一定圧力（例えば２００Ｐａ）から所定の範囲内の変動に保つために、圧力センサー２１が測定した圧力情報に基づき、制御装置２２がシール弁１５の開度を常時制御して（全閉状態や全開状態を含む）、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整し、炉本体１内の炉内圧をフィードバック制御することにしている。

運転時間がｈ０〜ｈ１までの間、第１の排気ダクト３の開口面３ａを開口した状態で、制御装置２２がシール弁１５の開度を常時制御して（全開状態や全閉状態を含む）、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整し、炉本体１の炉内圧の変動が所定範囲内になるように、フィードバック制御する。

運転時間がｈ１に達し、炉本体１内が窒素ガスに置換された場合には、アクチュエータ７でシール弁４を回動させて、第１の排気ダクト３の開口面３ａを閉塞し、或いは、僅かに開いた状態にする。この際に、流量調整弁３７を作動させて、気体送給装置２７に供給される窒素ガスの流量を絞るとともに、気体送給装置２７の出力を絞る。

炉内温度がｔ１に達した後ｔ２に達し、所定時間（ｈ２〜ｈ３）炉内温度をｔ２に保持した後に、炉内温度がｔ３に降温するまで、第１の排気ダクト３の開口面３ａを閉塞し、或いは、僅かに開いた状態で、制御装置２２は圧力センサー２１が測定した圧力情報に基づきシール弁１５の開度を常時制御して（全閉状態や全開状態を含む）、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整し、炉本体１の炉内圧の変動が所定範囲内になるように、フィードバック制御する。

炉内温度がｔ１からｔ２に達するまで、第１の排気ダクト３の開口面３ａを僅かに開いた状態にすることが好ましい。これは、第１の排気ダクト３の開口面３ａを僅かに開いた状態にすると、制御装置２２でシール弁１５の開度を制御し、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整する際の、炉内圧の変動の周期を長くする（穏やかな変動にする）ことができるためである。

炉内温度を所定時間ｔ２に保持し、運転時間がｈ３に達した場合には、電磁弁３０を開放し、熱交換器２５を作動させる。すると、チャンバー２内の炉内ガスは、連結ダクト２６を流通して、熱交換器２５に導かれ、冷却される。熱交換器２５で冷却された炉内ガスは、連結ダクト２８を流通し、気体送給装置２７に導かれ、連結ダクト２９を流通して、炉本体１に戻される。このように、熱交換器２５で、炉内ガスを冷却し、炉本体１に戻すことにしたので、炉本体１に供給する窒素ガスの量を少なくしても炉内を冷却することができ、窒素ガスを無駄に使用することがない。なお、炉本体１内部を熱交換器２５で冷却する際には、バインダーガスは、既に炉本体１及びチャンバー２内から排出されているので、バインダーガスが熱交換器２５で凝縮して熱交換器２５が詰まることがない。

炉内温度がｔ３まで降温した場合には、電磁弁３３を開放するとともに、電磁弁３０及び電磁弁３６を閉塞して窒素ガスの供給を停止する。この際に、アクチュエータ７でシール弁４を回動させて、第１の排気ダクト３の開口面３ａを開放し、気体送給装置２７の出力を上げる。すると、フィルターボックス３１から吸気された空気が、炉本体１内に供給され、炉本体１内が冷却される。なお、炉内温度がｔ３まで降温した場合には、炉本体１内に酸素を含有する空気を導入したとしても、セラミックコンデンサーが酸化することがない。

炉内温度がｔ３からｔ０に降温するまで、第１の排気ダクト３の開口面３ａを開口した状態で、制御装置２２は圧力センサー２１が測定した圧力情報に基づきシール弁１５の開度を常時制御して（全閉状態や全開状態を含む）、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整し、炉本体１の炉内圧の変動が所定範囲内になるように、フィードバック制御する。

以上詳細に説明したように本発明では、炉本体１に連通する第１の排気ダクト３及び第２の排気ダクト１３を設け、第１のダンパー機構４をシーケンス制御するとともに、第２のダンパー機構１４を制御装置２２でフィードバック制御して、炉本体１の炉内圧力を制御するようにしたので、炉内ガスを置換する際（ｈ０〜ｈ１）に、第１の排気ダクト３を開放することにより、炉内ガスの置換時間を短くすることが可能となった。また、炉内温度を降温させる際（ｈ４〜ｈ５）に、第１の排気ダクト３を開放することにより、炉本体１内の冷却時間を短くすることが可能となった。第１の排気ダクト３を開放したとしても、制御装置２２が、第２のダンパー機構１４を常時制御して、第２の排気ダクト１３から排気される排気ガスの流量を調整して、炉本体１内の炉内圧をフィードバック制御するので、炉内圧の変動を最小限にすることが可能となった。

（総括）
なお、以上説明した実施形態では、第１の排気ダクト３、第１のダンパー機構４、第２の排気ダクト１３、第２のダンパー機構１４が、それぞれ１つの実施形態について本発明を説明したが、それぞれ複数で構成した雰囲気炉にも本発明を適用することができることは言うまでもない。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う雰囲気炉もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明の実施の形態を示す本発明の実施の形態を示す雰囲気炉の側面図である。図１の正面図である。炉内温度の制御曲線である。従来の雰囲気炉の説明図である。

符号の説明

１炉本体
２チャンバー
３第１の排気ダクト
３ａ開口面
４第１のダンパー機構
５シール弁（第１のダンパー機構）
６ブラケット（第１のダンパー機構）
７アクチュエータ（第１のダンパー機構）
７ａ回動軸（第１のダンパー機構）
８回動腕（第１のダンパー機構）
９リンク棒（第１のダンパー機構）
１３第２の排気ダクト
１３ａ開口面
１４第２のダンパー機構
１５シール弁（第２のダンパー機構）
１６ブラケット（第２のダンパー機構）
１７アクチュエータ（第２のダンパー機構）
１７ａ回動軸（第２のダンパー機構）
１８回動腕（第２のダンパー機構）
１９リンク棒（第２のダンパー機構）
２０排気フード
２１圧力センサー
２２制御装置
２５熱交換器
２６連結ダクト
２７気体送給装置
２８連結ダクト
２９連結ダクト
３０電磁弁
３１フィルターボックス
３２連結管
３３電磁弁
３４ガスタンク
３５連結管
３６電磁弁
３７流量調整弁
４０雰囲気炉
５０従来の雰囲気炉
５１炉本体
５２ダンパー機構
５２ａシール弁
５３排気口
５３ａ開口面
５５シール弁（従来のダンパー機構）
５６ブラケット（従来のダンパー機構）
５７アクチュエータ（従来のダンパー機構）
５８回動腕（従来のダンパー機構）
５９リンク棒（従来のダンパー機構）

Claims

バッチ式の炉本体と、
前記炉本体と連通する第１の排気ダクトと、
前記第１の排気ダクトを閉塞状態から連続的に開放し、前記第１の排気ダクトから排気する排気ガスの流量を調整する第１のダンパー機構と、
前記炉本体と連通する第２の排気ダクトと、
前記第２の排気ダクトを閉塞状態から連続的に開放し、前記第２の排気ダクトから排気する排気ガスの流量を調整する第２のダンパー機構とから構成され、
第１のダンパー機構と第２のダンパー機構を、それぞれ制御するように構成した雰囲気炉であって、
さらに、炉本体の炉内圧力を測定する圧力センサーと、
前記圧力センサーが測定した圧力情報に基づき、第２のダンパー機構の開度制御を行う制御装置を備え、
第１のダンパー機構をシーケンス制御するとともに、第２のダンパー機構を前記制御装置でフィードバック制御することにより、炉本体の炉内圧の変動を所定範囲内に制御するように構成したことを特徴とする雰囲気炉。