JP5732655B2 - Batch type firing furnace - Google Patents
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Description
本発明は、処理品を1000℃以上の高温に急速加熱し且つ均一に焼成するためのバッチ式焼成炉に関する。 The present invention relates to a batch-type firing furnace for rapidly heating a treated product to a high temperature of 1000 ° C. or higher and firing it uniformly.
従来、1000℃以上の温度に加熱する高温バッチ式焼成炉においては、図8および図9に示すように、焼成炉1の炉内にヒーター3を配置し、処理品を積載したトレー(またはセッター)4の左右方向や前後方向(図8)から処理品を加熱し、あるいはトレーの上下方向(図9)から処理品を加熱し、または、加熱方向を変えるようヒーター3を配置して処理品を加熱する手法が行われていた。図8、図9において、3はヒーター端子、5はトレー支持台である。
Conventionally, in a high-temperature batch-type firing furnace that is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher, as shown in FIGS. ) Heat the treated product from 4 left and right and front and rear directions (FIG. 8), or heat the treated product from the vertical direction of the tray (FIG. 9), or arrange the
上記従来の手法においては、ヒーターと処理品の距離は出来る限り離して加熱し、均熱化することが一般的であり、このため炉内の容積は処理品容積の6〜10倍を必要としていた。 In the above conventional method, it is common to heat the heater and the processed product as far as possible to equalize the temperature, so that the volume in the furnace needs 6 to 10 times the volume of the processed product. It was.
また、ヒーターと処理品との距離が遠いため、ヒーターに近い場所(例えばトレーの端部9)では早く温度が上がり、ヒーターから遠い場所(例えばトレーの中央部8)では温度の上がりが遅くなり、処理品を積載するトレーの位置(トレーの上段11、トレーの中段10、トレーの下段12)により温度の上がり方が異なるため、温度が均一にならず処理品の品質に悪影響を与えていた。
Further, since the distance between the heater and the processed product is far, the temperature rises quickly at a place close to the heater (for example, the
従来のバッチ式焼成炉においては、この影響を考慮して、均熱化のために図10に示すように、所定の温度で温度キープ域を設け、数10分〜数時間の間、トレー内の処理品の温度が均一になるまで待機する待ち時間が必要であり、この待ち時間によりエネルギー消費に無駄が生じ、個々の処理品の熱履歴に違いが生じ、結果として製品のバラツキを生じる原因となっていた。 In the conventional batch-type firing furnace, in consideration of this influence, a temperature keeping region is provided at a predetermined temperature as shown in FIG. 10 for soaking, and the tray is kept for several tens of minutes to several hours. The waiting time to wait until the temperature of the processed products becomes uniform is necessary, and this waiting time causes waste in energy consumption, resulting in differences in the thermal history of each processed product, resulting in product variation It was.
さらに、上記のように、加熱中、トレー(またはセッター)に温度差が生じるため、急速に昇温した場合、トレー(またはセッター)内の温度差による熱膨張差によりトレー(またはセッター)が破損するため、急昇温は1000℃/hが限界であった。 Furthermore, as described above, a temperature difference occurs in the tray (or setter) during heating, so if the temperature rises rapidly, the tray (or setter) will be damaged due to the difference in thermal expansion due to the temperature difference in the tray (or setter). Therefore, 1000 ° C./h was the limit for rapid temperature rise.
処理品を急速に加熱する方法としては、バッチ式炉以外ではローラーハース式炉(例えば、特許文献1参照)などがあるが、処理品を積載したセッターが高温ゾーンに突入した場合、進行方向に急激な温度差を生じ、セッターが破損するなどの問題があり、セッター面積を大きく出来ず、処理品の量産化に不向きであるばかりでなく、処理品そのものにも前後方向に温度差が生じ品質に悪影響を与えてしまうという難点がある。 As a method of rapidly heating the processed product, there is a roller hearth type furnace (for example, refer to Patent Document 1) other than the batch type furnace, but when the setter loaded with the processed product enters the high temperature zone, There are problems such as a sudden temperature difference and setter breakage, the setter area cannot be increased, and it is not suitable for mass production of processed products. There is a disadvantage that it will adversely affect.
その他、金属の熱処理などの場合、急速に加熱する方法として、予熱室と加熱室を別に設け、予熱された処理品を加熱室に急速に移動させる方法もあるが、炉の構造が複雑で設備コストが莫大となる。更に、予熱室より加熱室に移動した瞬間は高温の雰囲気に晒されるが、その瞬間以降の昇温は通常の昇温速度でしか処理出来ないという問題もある。
本発明は、バッチ式焼成炉における上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、処理品を1000℃以上の高温に急速加熱し且つ均一に焼成するためのバッチ式焼成炉を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems in a batch-type firing furnace, and its purpose is to rapidly heat a treated product to a high temperature of 1000 ° C. or higher and to uniformly fire the processed product. It is to provide a firing furnace .
上記の目的を達成するための請求項1によるバッチ式焼成炉は、対向する炉の内壁面間にわたって並設した、複数の棒状またはパイプ状のヒーターからなる棚構造を、上下方向に複数段配置し、該棚構造上に直接載置する処理品の積載板の上面とその積載板の上方に配置された棚構造のヒーターの下面との距離hとヒーターの直径Dとの関係をh<4×Dとして、積載板上の処理品を加熱するようにしたことを特徴とする。
Batch firing furnace according to
請求項2によるバッチ式焼成炉は、請求項1において、上記炉の内壁面近傍に補助ヒーターを配設したことを特徴とする。
Batch firing furnace according to
請求項3によるバッチ式焼成炉は、請求項1または2において、上記棒状またはパイプ状のヒーターの直径Dが6〜16mmの範囲にあり、上記並設されたヒーターの数nが、ヒーターの並設方向における積載板の長さLに対し、L<(D+20)×nの関係となるようヒーターを並設したことを特徴とする。
Batch firing furnace according to
請求項4によるバッチ式焼成炉は、請求項1〜3のいずれかにおいて、上記棒状またはパイプ状のヒーターとして、炭化珪素あるいは黒鉛からなるヒーター、または該炭化珪素あるいは黒鉛からなるヒーターをさらに絶縁性のパイプで被覆したヒーターを用いることを特徴とする。
Batch firing furnace according to
本発明によれば、1000℃以上の高温に急速且つ均一に加熱することができる量産可能なバッチ式焼成炉が提供され、当該バッチ式焼成炉は、とくに、0.5ミクロン以下の薄い誘電体層とニッケル内部電極などの高積層を有するコンデンサーなどのMLCC成型品を3000℃/h以上で急速に加熱昇温し、この温度域における誘電体層と電極層の引っ張り、圧縮力を緩和し、薄膜の亀裂を防止し層間の剥離現象などを防止する目的のために効果的に適用することができる。 According to the present invention, a batch-type firing furnace capable of being rapidly and uniformly heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher is provided , and the batch-type firing furnace is particularly a thin dielectric having a thickness of 0.5 μm or less. MLCC molded products such as capacitors having a high stack of layers and nickel internal electrodes, etc. are rapidly heated at a temperature of 3000 ° C./h or more, and the tensile and compressive forces of the dielectric layer and the electrode layer in this temperature range are alleviated, It can be effectively applied for the purpose of preventing cracking of the thin film and preventing the delamination phenomenon between layers.
本発明においては、炉内に棒状またはパイプ状のヒーターを並設し、該並設したヒーター上に処理品を載置して、処理品を加熱することにより、急速且つ均一な加熱を行うことができる。並設したヒーター上への処理品の載置は、通常、ヒーター上に積載板(トレー、セッターなど)を載置し、積載板上に処理品を置くことにより行われる。 In the present invention, rod-shaped or pipe-shaped heaters are juxtaposed in the furnace, and the processed products are placed on the arranged heaters, and the processed products are heated to perform rapid and uniform heating. Can do. Placement of processed products on the heaters arranged side by side is usually performed by placing a loading plate (tray, setter, etc.) on the heater and placing the processed products on the loading plate.
実施形態としては、炉内(炉の図示は省略)に、図1に示すように、例えば直径が10mmの剛性のある細い棒状またはパイプ状のヒーター2を、例えば8本並設して棚構造を構成し、この棚構造を炉内の上下方向に複数段配置し、これらの棚構造上に、図2に示すように、処理品14の積載板(セッター)13を直接載置して、セッター13上の処理品14を加熱するようにする。
As an embodiment, as shown in FIG. 1, for example, eight rigid rod-like or pipe-
図3は、図1に示すヒーター2を8本並設して構成した棚構造を炉の上下に10段配置した図であり、各段にセッター13が載置される。セッター13の上面とそのセッター13の上方に配置されたヒーターの下面との距離hとヒーター2の直径Dとの関係は、h<4×Dであることが望ましい。
FIG. 3 is a diagram in which 10 stages of shelf structures configured by arranging eight
図7は、セッター13を2枚並べた棚構造を5段配置した焼成炉の内部を示す図であるが、量産化のためには、ヒーター2を並設してなる棚構造を炉内の上下方向に数十段配置することが望ましい。
FIG. 7 is a diagram showing the inside of a firing furnace in which a shelf structure in which two
ヒーター2は出来るかぎり密に並設するのが望ましいが、並設するヒーター2の本数は、セッター13に積載される処理品14の温度分布を最適値とするために、棒状またはパイプ状のヒーター2の直径Dが6〜16mmの範囲で、並設されるヒーターの数nが、ヒーターの並設方向における積載板(セッター)13の長さLに対し、L<(D+20)×nの関係となるようヒーターを並設することが望ましい。
It is desirable to arrange the
図4は、上記の本発明に係るバッチ式焼成炉の基本構造に、ヒーター2の長さ方向、炉の断熱材からなる内壁面に補助ヒーター6、6を取り付けた実施形態を示すものである。補助ヒーター6、6を取り付けることにより、炉内の温度補償機能を可能とする焼成炉とすることができる。
FIG. 4 shows an embodiment in which auxiliary heaters 6 and 6 are attached to the basic structure of the above-described batch-type firing furnace according to the present invention in the longitudinal direction of the
図5および図6は、本発明のバッチ式焼成炉において、炉の雰囲気制御をそなえた構成を示すものである。図6に示すように、雰囲気ガスの供給管7を並設したヒーター(棚構造)の各段に配置して、雰囲気ガスをセッター13に積載された処理品に向けて矢印Aの方向に吹き付ける方式と、図5に示すように、雰囲気ガスの供給管7を並設したヒーター(棚構造)と直交するように炉の上下方向に数本配置して、供給管7を回動させて雰囲気ガスをセッター13に積載された処理品に向けて矢印Bの方向に吹き付ける方式がある。図5に示す方式においては、雰囲気ガスの供給管7を炉の上下方向に移動させる方式を併用することもできる。これらの方式のいずれを採用するかは、炉のサイズや処理品の性状などに応じて選択される。
5 and 6 show the configuration of the batch type firing furnace of the present invention with furnace atmosphere control. As shown in FIG. 6, the atmosphere
なお、本発明によるバッチ式焼成炉においては、ヒーターとして、炭化珪素あるいは黒鉛からなるヒーター、または当該ヒーターをさらに絶縁性のパイプで被覆したヒーターを用いるのが好ましい。 In the batch-type firing furnace according to the present invention, it is preferable to use a heater made of silicon carbide or graphite, or a heater in which the heater is further covered with an insulating pipe.
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。 Examples of the present invention will be described below. This example shows one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this.
実施例1
炉内に、直径10mmのヒーターを8本並設して、棚構造を構成し、この棚構造を炉の上下方向に5段配置した。ヒーターの並設間隔は25mm、各段のヒーター間隔(並設したヒーターの上面とその上に配置されたヒーターの下面との距離)は30mmとした。
Example 1
Eight heaters having a diameter of 10 mm were arranged side by side in the furnace to form a shelf structure, and this shelf structure was arranged in five stages in the vertical direction of the furnace. The heater interval was 25 mm, and the heater interval of each stage (distance between the upper surface of the heaters arranged side by side and the lower surface of the heater arranged thereon) was 30 mm.
ヒーターの発熱長は200mm、炉内容積は11.3リッターとした。また、セッターは150mm角で厚さ3mmのアルミナ製のものを各段1枚、計5枚載置した。 The heating length of the heater was 200 mm and the furnace volume was 11.3 liters. The setters were 150 mm square and 3 mm thick made of alumina, one for each stage, a total of five.
上記の構成の焼成炉を用いて、20℃より1300℃までを80℃/分(4800℃/h)の加熱速度で昇温した。1300℃まで16分で昇温したが、この時セッターに割れなどの異常は見られなかった。 Using the firing furnace configured as described above, the temperature was raised from 20 ° C. to 1300 ° C. at a heating rate of 80 ° C./min (4800 ° C./h). Although the temperature was raised to 1300 ° C. in 16 minutes, no abnormalities such as cracks were found in the setter.
昇温時のセッター上の温度として、セッター中央の温度(b)、セッター端部の温度(c)を測定し、プログラム温度(a)と比較したところ、a、b、cの温度差は3℃以内であった。これに対して、上記と同サイズのセッターを5枚処理できる炉内内容積42リッターの従来のバッチ式焼成炉においては、1300℃まで昇温するのに78分(984℃/h)を要し、a、b、cの温度差は、(a−b)が最大230℃、(a−c)が最大
230℃であった。
As the temperature on the setter at the time of temperature rise, the temperature (b) at the center of the setter and the temperature (c) at the end of the setter were measured and compared with the program temperature (a). The temperature difference between a, b and c was 3 It was within ℃. On the other hand, in a conventional batch type firing furnace having a furnace internal volume of 42 liters capable of processing five setters of the same size as above, it takes 78 minutes (984 ° C./h) to increase the temperature to 1300 ° C. The maximum temperature difference between a, b, and c was 230 ° C. for (ab) and 230 ° C. for (ac).
上記セッター(150mm角で厚さ3mmのアルミナ製)の上方10mm以内での温度分布は±1℃以下であり、セッターとヒーターの接触による互いの損傷や溶着などの現象はみられなかった。 The temperature distribution within 10 mm above the setter (made of alumina of 150 mm square and 3 mm thickness) was ± 1 ° C. or less, and no phenomenon such as mutual damage or welding due to contact between the setter and the heater was observed.
1 炉体
2 ヒーター
3 ヒーター端子
4 トレー
5 トレー支持台
6 補助ヒーター
7 雰囲気ガス供給管
8 トレー中央部
9 トレー端部
10 トレー中段
11 トレー上段
12 トレー下段
13 セッター
14 処理品
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