JP5571291B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物の加熱と強制冷却とを行う熱処理装置に関する。

下記特許文献１には、加熱したワークを冷却液に浸積することによって強制冷却する焼入れ兼用炉が開示されている。この焼入れ兼用炉は、前室と冷却室とを一体化した前室兼冷却室と、この前室兼冷却室の側方に配設された加熱炉と、前室兼冷却室の下方に設置された焼入れ槽とから構成されている。
この焼入れ兼用炉は、加熱炉でワークを加熱したあと、このワークを前室兼冷却室へ向けて側方に移動し、その後ワークを下降させて焼入れ槽に浸積することにより焼入れを行っている。

特開平５−３３０３５号公報

ところで、半導体シリコンを製造する際に発生するスクラップシリコンを再利用するため、スクラップシリコンの塊を加熱した後、強制冷却することによって脆くし、スクラップシリコンの破砕を容易にする技術が知られている。
そこで、例えば、スクラップシリコンの加熱と強制冷却とを行うために、特許文献１のような焼入れ兼用炉を利用することが考えられる。しかし、特許文献１の焼入れ兼用炉は、加熱炉と焼入れ槽との間に前室兼冷却室があり、加熱炉から焼入れ槽へスクラップシリコンを移動させるためには、必ず前室兼冷却室を経由しなければならない。そのため、加熱したスクラップシリコンを焼入れ槽に移動させるまでに時間がかかり、その間にスクラップシリコンが自然冷却されてしまい、スクラップシリコンを十分に脆くすることが困難となる。

本発明は、被処理物を加熱した後、即座に強制冷却することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、底部に第１開口部を有する加熱室と、上部に第２開口部を有し、前記加熱室の下方に配置された冷却液槽と、前記第１開口部を開閉するシャッター部材と、被処理物を保持する保持部材と、前記第１，第２開口部を通して前記加熱室と前記冷却液槽との間で前記保持部材を昇降させる昇降機構と、を備え、前記昇降機構によって前記保持部材を下降させたときに、前記第１，第２開口部の少なくとも一方を閉鎖する閉鎖部材が前記保持部材の上部に設けられていることを特徴とする。
本発明の熱処理装置は、保持部材によって保持された被処理物を加熱室内で加熱し、その後、シャッター部材を開いて第１開口部を開放し、昇降機構によって保持部材を下降させることにより、被処理物を冷却液槽へ移動させ、冷却液槽内で被処理物を強制冷却する。したがって、加熱室と冷却液槽との間で被処理物を直接移動させることができ、この移動に要する時間を短縮することができる。そのため、本発明の熱処理装置は、加熱後に即座に強制冷却を行うことが要求される被処理物の熱処理に非常に有用である。
また、冷却液槽内の冷却液が水である場合、冷却液槽内に被処理物が投入されることによって水蒸気が発生する。しかし、その水蒸気が一度に大量に加熱室内に浸入することは、炉内部材への影響を避けて安定した操業を確保する観点等から極力避ける必要がある。本発明の場合、昇降機構によって保持部材を下降させ、冷却液槽内に被処理物を投入したときに、第１，第２開口部の少なくとも一方が閉鎖部材によって閉鎖されるので、水蒸気が加熱室内に浸入することを適切に防止することができる。

前記閉鎖部材は、第１の筒部と、この第１の筒部に対して上下方向に相対移動可能に連結された第２の筒部とを有しており、前記第１の筒部が、前記保持部材を下降させたときに第１開口部の周縁上面に係合する係合部を上部に有し、前記第２の筒部が、前記保持部材を下降させたときに第２開口部を塞ぐ底壁部を有していることが好ましい。

この構成によれば、昇降機構によって保持部材を上昇させたときは、第１の筒部と第２の筒部とを収縮する方向に相対移動させることにより、閉鎖部材の上下方向の寸法を小さくすることができる。したがって、加熱室内に閉鎖部材の配置スペースを広く確保する必要がなくなり、加熱室を可及的に小型化することができる。また、昇降機構によって保持部材を下降させたときは、第１の筒部の係合部を第１開口部の周縁上面に係合させることにより第１の筒部の下降を規制し、第２の筒部をさらに下降させることによって閉鎖部材を伸長させ、第２の筒部の底壁部によって第２開口部を塞ぐことができる。したがって、第１開口部と第２開口部との距離が離れている場合でも、双方の開口部を閉鎖部材によって閉鎖し、水蒸気が加熱室に浸入することを確実に防止することができる。

本発明によれば、被処理物を加熱した後、即座に強制冷却することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る熱処理装置の概略的な正面断面図、図２は、同熱処理装置の概略的な側面断面図である。
本実施の形態の熱処理装置１０は、加熱室１１と、この加熱室１１の下方に配置された冷却室１２と、被処理物Ｗを保持する保持部材１３と、加熱室１１と冷却室１２との間で保持部材１３を昇降させる昇降機構１４と、を備えたバッチ処理式の熱処理装置である。

加熱室１１は、断熱材料により形成された外壁部材１６と、外壁部材１６の内側に設けられたヒータ１７と、シロッコファン等よりなる循環送風機１８とを備えている。図２に示すように、外壁部材１６の前壁と底壁とにはそれぞれ開口部１９，２０が形成され、これらの開口部１９，２０は、それぞれ断熱性を有するシャッター部材２１，２２によって気密に閉鎖されている。

外壁部材１６の前壁に形成された開口部（第３開口部）１９は、加熱室１１に対して被処理物Ｗを出し入れするために用いられる。シャッター部材２１は、外壁部材１６に上下方向に移動可能（スライド可能）に支持されており、油圧シリンダ等の開閉駆動機構２３によって昇降移動される。そして、シャッター部材２１は、図２に矢印ａで示すように、下降することによって開口部１９を閉鎖し、上昇することによって開口部１９を開放する。

外壁部材１６の底壁に形成された開口部（第１開口部）２０は、加熱室１１と冷却室１２とを連通している。シャッター部材２２は、冷却室１２の上部に設けられたガイドレール２４によって、前後方向に移動可能（スライド可能）に支持されている。そして、シャッター部材２２は、図示しない開閉駆動機構により前後方向に移動し、図２に矢印ｂで示すように、前方移動することによって開口部２０を閉鎖し、後方移動することによって開口部２０を開放する。

ヒータ１７は、加熱室１１内を所望の温度（例えば、約２００℃〜７００℃）に上昇するように構成されている。循環送風機１８は、ファン本体２５と、モータ２６と、ファン本体２５とモータ２６とを連動連結するベルト伝動機構２７とを備え、モータ２６の作動によりファン本体２５を回転し、加熱室１１内の雰囲気を循環させることにより、ヒータ１７が発生した熱を急速に伝達せしめて加熱室１１内の温度を均一化する。

冷却室１２は、その外郭を構成するフレーム部材２９を備え、このフレーム部材２９は上方及び前方が開放している。この冷却室１２内には冷却液槽３０が配置され、冷却液槽３０内には水等の冷却液が収容されている。冷却液槽３０の上部には開口部（第２開口部）３１が形成され、この開口部３１は冷却液槽３０に対して被処理物Ｗを出し入れするために用いられる。

図１に示すように、冷却液槽３０の下部には走行輪３２が設けられており、この走行輪３２は、冷却室１２の下部に前後方向に設けられたレール３３上を走行する。そして、冷却液槽３０は、冷却室１２内に収容された収容位置と、冷却室１２の前方に引き出された引出位置との間で、前後方向に移動可能に構成されている。
冷却液槽３０を収容位置に配置すると、開口部３１が加熱室１１の開口部２０の下方に対応するように位置づけられる。また、冷却液槽３０を冷却室１２の前側に引き出すと、冷却液の交換や冷却液槽３０の清掃等を容易に行うことが可能となる。
図２に示すように、冷却液槽３０の後部には排気管３５が設けられ、この排気管３５によって、冷却液槽３０内で発生した冷却液の蒸気が外部に排出される。

保持部材１３は、被処理物Ｗを載置した状態で下方から支持することができる限り、任意の形態とすることができる。保持部材１３の上部には、閉鎖部材３７が設けられており、この閉鎖部材３７は、保持部材１３を冷却室１２へ移動させたときに、加熱室１１の開口部２０と冷却液槽３１の開口部３１とを閉鎖する機能を有している。この閉鎖部材３７の詳細については後述する。

昇降機構１４は、保持部材１３及び閉鎖部材３７の上部に連結された昇降フレーム３９と、昇降フレーム３９をガイドするガイド機構４０と、昇降フレーム３９を昇降させる昇降駆動体４１と、昇降駆動体４１と昇降フレーム３９とを連結する索状部材４２とを備えている。
昇降フレーム３９は、閉鎖部材３７から上方に延びる２本のガイドロッド４３を有し、このガイドロッド４３は、加熱室１１の上壁を貫通して上方に突出している。２本のガイドロッド４３の上端部は、連結部材４４によって連結されている。

ガイド機構４０は、加熱室１１上において、ガイドロッド４３を両側から挟持しながら転動する複数個のガイドローラ４５を備えている。ガイドロッド４３は、ガイドローラ４５によって上下方向に垂直に移動することができるように案内される。
昇降駆動体４１は油圧シリンダ等よりなり、昇降駆動体４１のロッド部４６は、索状部材４２を介して昇降フレーム３９に連結されている。索状部材４２はチェーン又はワイヤー等からなり、加熱室１１の上部に立設された機構フレーム４８の上部に取り付けられたアイドラ４７に巻き掛けられている。

保持部材１３は、昇降駆動体４１を作動することによって索状部材４２及び昇降フレーム３９を介して上下に昇降する。そして、保持部材１３は、上昇したときに加熱室１１内に配置され、下降したときに冷却室１２内に配置される。また、保持部材１３は、上昇したときに加熱室１１の開口部１９と正対するように配置され、シャッター部材２１を開くことによって、開口部１９を通して被処理物Ｗを出し入れすることが可能となっている。また、保持部材１３は、下降したときに開口部２０，３１を通して冷却液槽３０内に投入される。

閉鎖部材３７は、内側筒部（第１筒部）５０と外側筒部（第２筒部）５１とによって２重筒構造に形成されている。外側筒部５１は、外筒壁５３と、この外筒壁５３の下端を塞ぐ底壁部５２とからなる。内側筒部５０は、外筒壁５３の内周面に摺動可能に嵌合する内筒壁５４と、この内筒壁５４の上端から外方に突出する環状の係合部５５とを有している。閉鎖部材３７は、内筒壁５４と外筒壁５３とを摺動させることによって上下方向に伸縮可能である。

保持部材１３が加熱室１１内に配置されているとき、内側筒部５０が外側筒部５１に対して下方に摺動し、閉鎖部材３７は収縮した状態となる。また、保持部材１３が加熱室１１から冷却室１２へ向けて下降すると、下降の途中で内側筒部５０の係合部５５が開口部２０の周縁に係合し、内側筒部５０の下降が制限される。さらに、保持部材１３が冷却液槽３０の内部まで下降すると、内側筒部５０に対して外側筒部５１が下方に摺動し、閉鎖部材３７が伸長する。そして、外側筒部５１の底壁部５２の外周部が冷却液槽３０の開口部３１の周縁に係合することによって、双方の開口部２０，３１が閉鎖部材３７によって閉鎖される。

以下、本実施の形態の熱処理装置１０を用いた熱処理工程について説明する。
熱処理動作の開始前、加熱室１１の開口部１９，２０はそれぞれシャッター部材２１，２２によって閉鎖され、保持部材１３は加熱室１１に配置されている。そして、加熱室１１内に被処理物Ｗをセットするには、シャッター部材２１を開き、ハンドリフタ等の搬送装置によって開口部１９を通して加熱室１１内に被処理物Ｗを装入し、保持部材１３に被処理物Ｗを保持させる。

ついで、シャッター部材２１を閉じるとともにヒータ１７及び循環送風機１８を作動し、被処理物Ｗを所定時間加熱する。加熱が終了すると、シャッター部材２２を開くことによって開口部２０を開放し、その後、即座に昇降機構１４を作動して保持部材１３を下降させる。保持部材１３に保持された被処理物Ｗは、開口部２０，３１を通して冷却液槽３０内に投入され、冷却液によって強制冷却される。同時に、開口部２０，３１は閉鎖部材３７によって閉鎖される。

被処理物Ｗの強制冷却が終了すると、昇降機構１４が作動して被処理物Ｗが加熱室１１まで上昇する。このとき各開口部２０，３１から閉鎖部材３７が離脱し、各開口部２０，３１が開放される。保持部材１３が完全に加熱室１１内に収容されるとシャッター部材２２によって開口部２０が閉鎖される。強制冷却後の被処理物Ｗを加熱室１１に再び戻すことによって、被処理物Ｗを乾燥させることができる。ついで、シャッター部材２１を開くことによって加熱室１１を開放し、開口部１９を通して加熱室１１から被処理物Ｗを取り出すことで、１バッチ処理が終了する。

以上説明したように、本実施の形態の熱処理装置１０は、加熱室１１で加熱した被処理物Ｗを直接冷却室１２へ移動させ、冷却液槽３０によって強制冷却しているので、被処理物Ｗの移動に要する時間を短くすることができる。そのため、移動の間に被処理物Ｗが自然冷却されることが少なくなり、即座に被処理物Ｗを強制冷却することができる。したがって、本実施の形態の熱処理装置１０は、スクラップシリコンのように加熱後に即座に強制冷却することが要求される被処理物Ｗの熱処理に有効に使用することができる。

本実施の形態の熱処理装置１０は、被処理物Ｗを冷却液槽３０に投入するときに、閉鎖部材３７が加熱室１１及び冷却液槽３０の開口部２０，３１を閉鎖するので、加熱室１１内に冷却液の蒸気が浸入するのを防止することができる。そのため、加熱室１１内に蒸気が浸入することによる不都合を回避することができる。

本実施の形態の熱処理装置１０は、閉鎖部材３７が上下方向に伸縮可能に構成され、保持部材１３を上昇させたときに閉鎖部材３７が加熱室１１内で収縮するので、加熱室１１内で閉鎖部材３７の上下方向の寸法を小さくすることができ、加熱室１１に閉鎖部材３７を収容するための広いスペースを確保する必要がない。したがって、加熱室１１を可及的に小型化することができる。一方、保持部材１３を下降させたとき、閉鎖部材３７が伸長することによって双方の開口部２０，３１が閉鎖されるので、蒸気が加熱室１１内に浸入することを確実に防止することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、適宜設計変更可能である。
本発明の熱処理装置１０は、スクラップシリコンの加熱及び強制冷却だけでなく、金属（貴金属を含む）、石英、ガラス等の他の物質の加熱及び強制冷却のために使用することができる。また、強制冷却のための冷却液としては、水に限らず、有害な蒸気を発生しない不燃性の液体であれば特に限定されることなく採用することができる。
閉鎖部材３７は、外側筒部５１と内側筒部５０との２重筒構造とするに限らず３重以上の筒構造とすることもできる。

本発明の実施の形態に係る熱処理装置の概略的な正面断面図である。 図１に示される熱処理装置の概略的な側面断面図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置
１１ 加熱室
１２ 冷却室
１３ 保持部材
１４ 昇降機構
１９ 開口部
２０ 開口部（第１開口部）
２１ シャッター部材
２２ シャッター部材
３０ 冷却液槽
３１ 開口部（第２開口部）
３７ 閉鎖部材
５０ 内側筒部（第１の筒部）
５１ 外側筒部（第２の筒部）
５２ 底壁部
５５ 係合部

Claims (2)

1. 底部に第１開口部を有する加熱室と、
   上部に第２開口部を有し、前記加熱室の下方に配置された冷却液槽と、
   前記第１開口部を開閉するシャッター部材と、
   被処理物を保持する保持部材と、
   前記第１，第２開口部を通して前記加熱室と前記冷却液槽との間で前記保持部材を昇降させる昇降機構と、を備え、
   前記昇降機構によって前記保持部材を下降させたときに、前記第１，第２開口部の少なくとも一方を閉鎖する閉鎖部材が前記保持部材の上部に設けられていることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記閉鎖部材は、第１の筒部と、この第１の筒部に対して上下方向に相対移動可能に連結された第２の筒部とを有しており、前記第１の筒部が、前記保持部材を下降させたときに前記第１開口部の周縁上面に係合する係合部を上部に有し、前記第２の筒部が、前記保持部材を下降させたときに前記第２開口部を塞ぐ底壁部を有していることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。

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