JP5571292B2 - 連続焼成炉 - Google Patents

Description

本発明は連続焼成炉に関し、特に、多段積みして搬送されるワークの温度のバラツキを入口側のパージゾーンで減少させるように改良した連続焼成炉に関する。

従来より、セラミック焼結体の両端部に導電性ペーストを塗布して作製した電子部品用の被焼成物などを焼成する連続焼成炉として、マッフルを備えた加熱ゾーンの入口側にパージゾーンを設ける一方、出口側に冷却ゾーンとパージゾーンを設け、入口側と出口側のパージゾーンにパージガスを導入して加熱ゾーン及び冷却ゾーンの雰囲気ガスを外気から遮断すると共に、ワークを搬送ベルトに載せて各ゾーンを通過させ、加熱ゾーンの所要の雰囲気及び適正な温度プロファイルの下で焼成処理を行うようにしたものが知られている（特許文献１）。

また、セラミック多層基板のような電子部品用の被焼成物を焼成炉内で焼成処理する際に、被焼成物を多段積みすることは周知であり（例えば特許文献２）、連続焼成炉において、被焼成物（ワーク）を多段積みして搬送ベルトで搬送しながら焼成処理する場合が多い。
特開２００４−２５０７３９号公報 特開平６−１６４８９号公報

しかしながら、上記のようにワークを多段積みして搬送ベルトで連続焼成炉内を移動させながら焼成処理する場合、多段積みしたワークが前工程において脱脂や乾燥などの目的で加熱され、自然冷却された状態にあると、最上段のワークと最下段のワークでは、±３０℃程度の大きい温度のバラツキが生じているため、そのまま連続焼成炉に入れると、加熱ゾーンにおいて各ワークが温度のバラツキを保ったまま昇温して焼成されることになり、得られる焼成品の品質にバラツキが生じる虞れがある。

また、従来の連続焼成炉は、加熱ゾーンの入口側に導入するパージガスを予熱していないため、低温で凝縮する特性を備えたワークからの脱ガスが入口側のパージゾーンの壁面に結露して付着し、上壁面からワークに滴下するという問題もあった。

本発明は上記事情の下になされたもので、その解決しようとする課題は、多段積みして搬送されるワークの温度のバラツキを入口側のパージゾーンで減少させることができ、ワークからの脱ガスが結露してパージゾーンの上壁面から滴下することもない連続焼成炉を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る連続焼成炉は、加熱ゾーンに設けられた加熱室を前後に貫いて設置されたマッフルと、前記加熱ゾーンの入口側にパージゾーンを設けると共に、出口側に冷却ゾーンとパージゾーンを設け、多段積みしたワークを搬送ベルトでこれらのゾーンを通過させながら処理する連続焼成炉において、入口側のパージゾーンは前記マッフルの前端部に相当する位置に設けられ、当該入口側のパージゾーンに導入するパージガスを予熱してガス温度を調整するガス予熱手段と、パージガスの導入量を調整するガス導入量調整手段を、パージガス導入路に設け、前記入口側のパージゾーンの上下左右の壁にガス導入ボックスを設けると共に、これらのガス導入ボックスの内部とパージゾーンの内部を連通させる多数の小開口を上下左右の壁に形成し、それぞれのガス導入ボックスに接続したパージガス導入路に上記ガス予熱手段と上記ガス導入量調整手段を設け、前記上下の壁に設けられた前記ガス導入ボックスは、前記パージガスが上下の壁の幅方向全域の小開口から均等にパージゾーンに流入するように、上下の壁の全幅に亘る横幅寸法とされており、前記左右の壁に設けられたガス導入ボックスは、導入されたパージガスが左右の壁の高さ方向全域の小開口から均等にパージゾーンに流入するように、左右の壁の全高に亘る縦寸法とされていることを特徴とする。

そして、上記ガス予熱手段が、パージガス導入路に設けたヒータであって、パージガスが流れる内部通路を有し、この内部通路に電熱源を内蔵したものであることが好ましく、上記ガス導入量調整手段が、パージガス導入路に設けた流量調整弁であることが好ましい。

本発明の連続焼成炉のように、ガス予熱手段とガス導入量調整手段をパージガス導入路に設けてあると、ガス予熱手段によって入口側のパージゾーンに導入するパージガスを予熱してガス温度を調整すると共に、ガス導入量調整手段によってパージガスの導入量を調整して、入口側のパージゾーンをワークからの脱ガスが凝縮しない温度に予熱できるので、脱ガスがパージゾーンの壁面に結露して上壁面から滴下するのを防止でき、不良焼成品の発生を抑えて歩留りを向上させることができる。また、入口側のパージゾーンに導入するパージガスを予熱すると、温度プロファイルによっては入口側のパージゾーンを予熱ゾーンとして兼用できるため、加熱ゾーンを短縮して炉長を短くすることも可能となる。

更に、入口側のパージゾーンの上下左右の壁にガス導入ボックスを設けて、これらのガス導入ボックスの内部とパージゾーンの内部を連通させる多数の小開口を上下左右の壁に形成し、それぞれのガス導入ボックスに接続したパージガス導入路に上記のガス予熱手段とガス導入量調整手段を設けてあると、上下左右の壁の小開口から、異なる温度に調整されたパージガスを導入量を調整しながらパージゾーンに導入することによって、多段積みしたワークの上下左右の温度調整を行い、上下のワークの温度のバラツキを減少させることができる。このように入口側のパージゾーンにおいてワークの温度のバラツキが減少すると、加熱ゾーンにおける昇温のバラツキが抑えられて温度プロファイルが向上し、得られる焼成品の品質を安定させることができる。

また、ガス予熱手段がパージガス導入路に設けたヒータであって、パージガスが流れる内部通路を有し、この内部通路に電熱源を内蔵したものであると、市販品として容易に入手でき、瞬時にパージガスを数百℃に予熱できるので、ガス温度の調整が容易である。そして、ガス導入量調整手段がパージガス導入路に設けた流量調整弁であると、安価に入手でき、確実にパージガスの導入量を調整することができる。

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。

図１は本発明の一実施形態に係る連続焼成炉の概略説明図、図２は同連続焼成炉の入口側のパージゾーンの概略横断面図、図３は同連続焼成炉のガス予熱手段として使用されるヒータの概略説明図である。

この連続焼成炉は、外装壁体１の内部が、加熱ゾーンＨと、加熱ゾーンＨの入口側のパージゾーンＰｆと、加熱ゾーンＨの出口側の冷却ゾーンＣおよびパージゾーンＰｒに区分けされている。

加熱ゾーンＨには加熱室２が設けられており、加熱用のマッフル３が加熱室２を前後に貫いて設置されている。この加熱室２の上下左右の壁は、セラミックファイバーを真空成形した厚肉板状の硬質の断熱材からなるもので、電気ヒータが内蔵されている。

加熱室２を貫通するマッフル３は耐熱鋼製の筒体であり、加熱室２から前方に突き出したマッフル３の前端部３ａが入口側のパージゾーンＰｆとなっている。そして、このマッフル３の後端には、該マッフル３よりも高さが低い耐熱鋼製の冷却用マッフル４が接続されており、この冷却用マッフル４の後端部４ａを除いた部分が冷却ゾーンＣ、後端部４ａが出口側のパージゾーンＰｒとなっている。

入口側のパージゾーンＰｆ及び加熱ゾーンＨに位置する加熱用のマッフル３と、冷却ゾーンＣ及び出口側のパージゾーンＰｆに位置する冷却用のマッフル４には、エンドレスのメッシュの搬送ベルト５が通っており、多段積みしたワークＷ（図２参照）は、この搬送ベルト５に載ってそれぞれのゾーンＰｆ，Ｈ，Ｃ，Ｐｒ（マッフル３，４）を順次通過し、加熱ゾーンＨと冷却ゾーンＣにおいて、所定の温度プロファイルで焼成処理及び冷却処理が行われるようになっている。そして、入口側のパージゾーンＰｆ（加熱用マッフル３の前端部３ａ）と、出口側のパージゾーンＰｒ（冷却用マッフル４の後端部４ａ）にはパージガスが導入され、加熱ゾーンＨ及び冷却ゾーンＣの雰囲気ガスが外気から遮断されるようになっている。

この連続焼成炉の大きい特徴は入口側のパージゾーンＰｆにある。即ち、図２に示すように、この入口側のパージゾーンＰｆの上下左右の壁、換言すれば、マッフル３の前端部３ａの上下左右の壁３１，３２，３３，３４には、ガス導入ボックス６１，６２，６３，６４が設けられており、これらのガス導入ボックスの内部とパージゾーンＰｆ（マッフル前端部３ａ）の内部を連通する多数の小開口３５が上下左右の壁３１，３２，３３，３４に形成されている。上下の壁３１，３２に設けられたガス導入ボックス６１，６２は、導入されたパージガスが上下の壁３１，３２の幅方向全域の小開口３５から均等にパージゾーンＰｆに流入するように、上下の壁３１，３２の全幅に亘る横幅寸法とされており、左右の壁３３，３４に設けられたガス導入ボックス６３，６４は、導入されたパージガスが左右の壁３３，３４の高さ方向全域の小開口３５から均等にパージゾーンＰｆに流入するように、左右の壁３３，３４の全高に亘る縦寸法とされている。

そして、それぞれのガス導入ボックス６１，６２，６３，６４にはパージガス導入路７１，７２，７３，７４が接続されており、それぞれのパージガス導入路には、入口側のパージゾーンＰｆに導入するパージガスを予熱してガス温度を調整するガス予熱手段８１，８２，８３，８４と、パージガスの導入量を調整するガス導入量調整手段９１，９２，９３，９４が設けられている。

ガス予熱手段８１は、パージガス導入路７１に設けられる図３に示すようなヒータであって、パージガスが流れる内部通路８１ａを有し、この内部通路８１ａに電熱源８１ｂが内蔵されている。そして、パージガスの排出口８１ｃの近傍に設けた温度センサ８１ｄで排出口を流れるパージガスの温度を検出すると共に、電熱源８１ｂの近傍に設けた温度センサ８１ｅで電熱源８１ｂの温度を検出して、内部通路８１ａを流れるパージガスを温度制御しながら電熱源８１ｂで予熱し、排出口８１ｃから排出するようになっている。このようなヒータは、スポットヒータの商品名で市場において容易に入手でき、瞬時にパージガスを数百℃に予熱できるので、ガス温度の調整が容易である。他のガス予熱手段８２，８３，８４も、上記と同じヒータが用いられている。

また、パージガス導入路７１，７２，７３，７４に設けられるガス導入量調整手段９１，９２，９３，９４としては、流量調整弁が好ましく使用される。

以上のような構成の連続焼成炉は、図２に示すように、多段積みしたワークＷを搬送ベルト５に載せて入口側のパージゾーンＰｆのマッフル前端部３ａを通過させるとき、マッフル前端部３ａの上下左右の壁３１，３２，３３，３４の小開口から、ガス予熱手段のスポットヒータ８１，８２，８３，８４によってそれぞれ所要の温度に調整されて予熱されたパージガスを、ガス導入量調整手段の流量調整弁９１，９２，９３，９４によって導入量を調整しながら、パージゾーンＰｆのマッフル前端部３ａに導入することによって、加熱用マッフル３の内部の雰囲気ガスと外気を遮断すると同時に、多段積みしたワークＷの上下左右の温度調整を行い、上下のワークの温度のバラツキを減少させることができるので、加熱ゾーンＨの加熱用マッフル３内での昇温のバラツキが抑えられて温度プロファイルが向上し、得られる焼成品の品質を安定させることができる。

パージガスの予熱は１００〜２００℃の範囲内で温度調節しながら行うことが好ましく、このように予熱したパージガスを入口側のパージゾーンＰｆのマッフル前端部３ａに導入すると、ワークＷからの脱ガスがパージゾーンＰｆのマッフル前端部３ａの壁面に結露して上壁３１の壁面から滴下するのを防止できるので、不良焼成品の発生を抑えて歩留りを向上させることができる。また、入口側のパージゾーンＰｆに導入するパージガスを予熱すると、温度プロファイルによっては、入口側のパージゾーンＰｆを予熱ゾーンとして兼用できるため、加熱ゾーンＨを短縮して炉長を短くすることも可能となる。

本発明の一実施形態に係る連続焼成炉の概略説明図である。 同連続焼成炉の入口側のパージゾーンの概略横断面図である。 同連続焼成炉のガス予熱手段として使用されるヒータの概略説明図である。

符号の説明

２ 加熱室
３ 加熱用のマッフル
３ａ 加熱用のマッフルの前端部
３１，３２，３３，３４ 入口側のパージゾーン（マッフル前端部）の上下左右の壁
３５ 小開口
４ 冷却用のマッフル
４ａ 冷却用のマッフルの後端部
５ 搬送ベルト
６１，６２，６３，６４ ガス導入ボックス
７１，７２，７３，７４ パージガス導入路
８１，８２，８３，８４ ガス予熱手段（ヒータ）
９１，９２，９３，９４ ガス導入量調整手段（流量調整弁）
Ｐｆ 入口側のパージゾーン
Ｈ 加熱ゾーン
Ｃ 冷却ゾーン
Ｐｒ パージゾーン

Claims (3)

1. 加熱ゾーンに設けられた加熱室を前後に貫いて設置されたマッフルと、前記加熱ゾーンの入口側にパージゾーンを設けると共に、出口側に冷却ゾーンとパージゾーンを設け、多段積みしたワークを搬送ベルトでこれらのゾーンを通過させながら処理する連続焼成炉において、
   入口側のパージゾーンは前記マッフルの前端部に相当する位置に設けられ、当該入口側のパージゾーンに導入するパージガスを予熱してガス温度を調整するガス予熱手段と、パージガスの導入量を調整するガス導入量調整手段を、パージガス導入路に設け、
   前記入口側のパージゾーンの上下左右の壁にガス導入ボックスを設けると共に、これらのガス導入ボックスの内部とパージゾーンの内部を連通させる多数の小開口を上下左右の壁に形成し、それぞれのガス導入ボックスに接続したパージガス導入路に上記ガス予熱手段と上記ガス導入量調整手段を設け、
   前記上下の壁に設けられた前記ガス導入ボックスは、前記パージガスが上下の壁の幅方向全域の小開口から均等にパージゾーンに流入するように、上下の壁の全幅に亘る横幅寸法とされており、前記左右の壁に設けられたガス導入ボックスは、導入されたパージガスが左右の壁の高さ方向全域の小開口から均等にパージゾーンに流入するように、左右の壁の全高に亘る縦寸法とされていることを特徴とする連続焼成炉。
2. 上記ガス予熱手段が、パージガス導入路に設けたヒータであって、パージガスが流れる内部通路を有し、この内部通路に電熱源を内蔵したものであることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。
3. 上記ガス導入量調整手段が、パージガス導入路に設けた流量調整弁であることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。

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