JP5808268B2 - Graphite heater furnace - Google Patents
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Description
本発明は、グラファイトヒーター炉に関し、詳しくは、炉本体の加熱空間部内にヒーター棒を水平に配列したグラファイト発熱体を多段に設け、焼成物に高温の温度分布が均一に形成されるようにし、焼成物の焼成品質を向上させるグラファイトヒーター炉に関する。 The present invention relates to a graphite heater furnace, and more specifically, a graphite heating element in which heater rods are horizontally arranged in the heating space of the furnace body is provided in multiple stages so that a high-temperature temperature distribution is uniformly formed in the fired product, The present invention relates to a graphite heater furnace that improves the firing quality of a fired product.
一般にグラファイトヒーター炉はLED、電気自動車用の電気素子、陰極材料、太陽電池用の結晶系シリコン半導体の結晶、構造材料のセラミック、金属注入の鋳型製品等の焼結に使用される。 In general, a graphite heater furnace is used for sintering LEDs, electric elements for electric vehicles, cathode materials, crystals of crystalline silicon semiconductors for solar cells, ceramics for structural materials, mold products for metal injection, and the like.
前記グラファイトヒーター炉は焼成炉の一つであり、これらグラファイトヒーター炉は構造によって大きく配置形(Batch Type)とトンネル形(Tunnel Type)の2種類に分類される。 The graphite heater furnace is one of the firing furnaces, and these graphite heater furnaces are roughly classified into two types, that is, a configuration type (Batch Type) and a tunnel type (Tunnel Type).
トンネル形グラファイトヒーター炉は焼成物を内部へ進入させる方法によってプッシュ形(Push Type)とローラー形(Roller Type)に区別される。 The tunnel type graphite heater furnace is classified into a push type and a roller type according to a method of allowing the fired material to enter the inside.
配置形グラファイトヒーター炉は多様な焼成条件の具現が可能であり、多様な大きさや特性のチップ形態のセラミック部品を焼成するのに有利であるが、急速昇温が制限的であるため、セラミック素材のチップ部品の内部電極の安定化が難しいという問題点がある。 Arrangement type graphite heater furnace can realize various firing conditions and is advantageous for firing ceramic parts in chip form with various sizes and characteristics, but because rapid heating is limited, ceramic material However, it is difficult to stabilize the internal electrodes of the chip components.
反面、トンネル形グラファイトヒーター炉は発熱の一定な発熱体の間をプッシャー(Pusher)やローラー(Roller)によって焼成物が移動しながら焼成されるため、炉内部の温度と雰囲気が安定したという面では優秀であるが、多様な焼成条件を具現し難い点がある。 On the other hand, the tunnel-type graphite heater furnace is fired while the fired product is moved by a pusher or roller between the heat generating elements with constant heat generation, so the temperature and atmosphere inside the furnace are stable. Although it is excellent, it is difficult to implement various firing conditions.
そこで、配置形のグラファイトヒーター炉は焼成物の多様な焼成条件の具現が可能で、チップ形態のセラミック部品の焼成に有利であるが、急速昇温及び炉内部を形成した絶縁体の潜熱によって急激な冷却が難しいため、その改善が要求されている。 Therefore, the arrangement-type graphite heater furnace can implement various firing conditions of the fired product and is advantageous for firing the chip-shaped ceramic parts. However, the rapid heating and the latent heat of the insulator forming the interior of the furnace make rapid changes. Improvement is required because it is difficult to cool.
また、炉内部に設置されるグラファイト発熱体は一側は炉内部に固定され、他側は外部に固定設置されるため、熱膨張で損傷される問題点がある。 Further, the graphite heating element installed inside the furnace has a problem that one side is fixed inside the furnace and the other side is fixedly installed outside, so that it is damaged by thermal expansion.
また、焼成物を炉内部に乗せるとき、短絡危険のないアルミナ(Alumina)で製造された絶縁セッター(Setter)を使うことになるが、この絶縁セッターはグラファイトが1800℃以上の高温ではアルミナが溶けるため、高温では使用できないという問題点がある。 Moreover, when placing the fired product in the furnace, an insulating setter (Setter) made of alumina that does not cause a short circuit is used. This insulating setter melts alumina at a high temperature of 1800 ° C. or higher. Therefore, there is a problem that it cannot be used at high temperatures.
従来のグラファイトヒーター炉は炉内部の左右側の2面、又は上下及び左右側の4面に発熱体を設けて加熱する方式のため、焼成物の中心と縁にそれぞれ異なる温度が形成されるという問題点がある(特許文献1)。 Since the conventional graphite heater furnace is heated by providing heating elements on the left and right sides of the furnace, or on the upper and lower sides and the four sides of the left and right sides, different temperatures are formed at the center and edge of the fired product. There is a problem (Patent Document 1).
即ち、焼成物は炉の真ん中に位置し、炉内部の内壁に沿って多数配列された配置形グラファイト発熱体と距離が離れているため、対流や輻射を通じて移動する熱源が直接に伝えられなく、距離によっては熱量が減り、高温の温度分布が不均一に形成される短所がある。
また、焼成物は炉内部の中心や縁に不均一に伝達された温度によって温度分布差が発生し、焼成物の特性変化を防ぐことができないため、焼成に不具合が生じる問題点がある。
That is, the calcined product is located in the middle of the furnace and is far away from the arranged graphite heating elements arranged along the inner wall of the furnace, so that the heat source moving through convection and radiation cannot be directly transmitted, Depending on the distance, the amount of heat is reduced, and the high temperature distribution is uneven.
Moreover, since the calcined product has a temperature distribution difference due to the temperature nonuniformly transmitted to the center and the edge inside the furnace, and the characteristic change of the calcined product cannot be prevented, there is a problem in that a problem occurs in the calcining.
本発明の目的は、焼成物全体に均一の温度を加えるために、グラファイト発熱体のヒーター棒等を水平に配することにある。 An object of the present invention is to horizontally arrange a heater rod or the like of a graphite heating element in order to apply a uniform temperature to the entire fired product.
本発明の他の目的は、グラファイト発熱体を多段で設けることにある。 Another object of the present invention is to provide a multi-stage graphite heating element.
本発明のまた他の目的は、グラファイト発熱体を高温で急速に上昇させることで、焼成物の焼成品質を伸ばすようにすることにある。 Another object of the present invention is to increase the firing quality of the fired product by rapidly raising the graphite heating element at a high temperature.
本発明のまた他の目的は、水平に配列されたグラファイト発熱体の上に焼成物を乗せることによって、焼成物に高温の温度分布を均一に形成するようにすることにある。 Another object of the present invention is to uniformly form a high-temperature temperature distribution in the fired product by placing the fired product on a horizontally arranged graphite heating element.
本発明のまた他の目的は、焼成炉内部の温度偏差を均一に形成することで、焼成のとき、温度偏差による焼成物の特性変化を防ぐようにすることにある。 Another object of the present invention is to uniformly change the temperature deviation inside the firing furnace so as to prevent changes in the properties of the fired product due to the temperature deviation during firing.
請求項1の発明は、ケースと、このケースの内側に配設される炉本体と、この炉本体の外側に設けられた冷却水チャンバーと、前記炉本体の内部に形成された加熱空間部と、この加熱空間部に多段で水平に配設されたグラファイト発熱体と、このグラファイト発熱体を構成すると共に水平に配設されて焼成物を載置できるヒーター棒と、を有することを特徴とするグラファイトヒーター炉であって、
前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の一側に配設される第1ヒーター棒支持体と、前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の他側に配設される第2ヒーター棒支持体と、前記第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体に架け渡されて水平に配設された複数のヒーター棒と、を有することを特徴としている。
The invention of claim 1 includes a case, a furnace main body disposed inside the case, a cooling water chamber provided outside the furnace main body, and a heating space formed inside the furnace main body. In addition, the heating space has a multi-stage and horizontally arranged graphite heating element, and a heater rod that constitutes the graphite heating element and that is horizontally arranged and on which a fired product can be placed. A graphite heater furnace ,
A first heater rod support constituting the graphite heating element and disposed on one side of the heating space, and a second heater rod constituting the graphite heating element and disposed on the other side of the heating space. It has a heater rod support, and a plurality of heater rods arranged in a horizontal manner across the first heater rod support and the second heater rod support.
請求項2の発明は、前記加熱空間部の一番下方に配設されるグラファイト発熱体の第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体には支えボルトが取り付けられ、前記加熱空間部の一番上方に配設されるグラファイト発熱体の第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体にはトップボルトが取り付けられ、加熱空間部の一番下方に配設されるグラファイト発熱体と加熱空間部の一番上方に配設されるグラファイト発熱体の間に配設されるグラファイト発熱体の第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体には段形成ボルトが取り付けらたことを特徴としている。 According to the second aspect of the present invention, a support bolt is attached to the first heater rod support and the second heater rod support of the graphite heating element disposed at the lowermost part of the heating space, A top bolt is attached to the first heater rod support and the second heater rod support of the graphite heating element disposed at the top, and the graphite heating element and heating disposed at the bottom of the heating space portion. Step forming bolts are attached to the first heater rod support and the second heater rod support of the graphite heating element arranged between the graphite heating elements arranged at the uppermost part of the space. It is said.
請求項3の発明は、前記グラファイト発熱体の第1ヒーター棒支持体は炉本体の内部側壁と離間され、前記グラファイト発熱体の第2ヒーター棒支持体は炉本体の側壁に固定されたことを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, the first heater rod support of the graphite heating element is separated from the inner side wall of the furnace body, and the second heater rod support of the graphite heating element is fixed to the side wall of the furnace body. It is a feature.
請求項4の発明は、前記ヒーター棒は多段で設置されたグラファイト発熱体の第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体の間に第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体に連結するように配設されると共にヒーター棒同士が間隔を設けて配設されることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first heater rod support and a second heater rod support between a first heater rod support and a second heater rod support of a graphite heating element in which the heater rod is installed in multiple stages. The heater rods are arranged so as to be connected, and the heater rods are arranged at intervals.
請求項5の発明は、前記グラファイト発熱体が多段で配設される加熱空間部内には前記冷却水チャンバーと連通されて加熱空間部を冷却するようにグラファイト発熱体の間に突出状態で冷却棒を設置したことを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a cooling rod projecting between the graphite heating elements so as to cool the heating space by communicating with the cooling water chamber in the heating space where the graphite heating elements are arranged in multiple stages. It is characterized by having installed.
本発明によれば、グラファイト発熱体のヒーター棒を水平に配し、焼成物の中心や縁すべてに均一の温度分布が形成されるようにする効果がある。 According to the present invention, the heater rod of the graphite heating element is arranged horizontally so that a uniform temperature distribution is formed at all the centers and edges of the fired product.
なお、グラファイト発熱体を多段で設けたため、重量の焼成物を乗せても曲がらなくて焼成を精密にできる効果がある。 In addition, since the graphite heating element is provided in multiple stages, there is an effect that the firing can be precisely performed without bending even if a heavy fired product is placed.
また、グラファイトで製造されて直接発熱するヒーター棒を高温で急速上昇することができるため、焼成物の特性変化を防ぐことができる効果がある。 In addition, since the heater rod made of graphite and directly generating heat can be rapidly raised at a high temperature, there is an effect that it is possible to prevent changes in the properties of the fired product.
また、グラファイトセッターに製品を乗せて焼成することで、焼成物はグラファイトセッターの不純物の影響を受けなくなる効果がある。 Further, by firing the product on the graphite setter, the fired product has an effect of not being affected by the impurities of the graphite setter.
また、グラファイトで製造されたヒーター棒及びセッターはアルゴン(Ar)雰囲気下で2900℃まで上昇できるため、焼成物の焼成品質を極大化できる効果がある。 Moreover, since the heater rod and setter manufactured with graphite can raise to 2900 degreeC under argon (Ar) atmosphere, there exists an effect which can maximize the baking quality of baking products.
また、炉本体の内部に温度分布が均一に形成されるようにし、焼成物の特性変化が防止され焼成品質が向上する効果がある。 In addition, the temperature distribution is uniformly formed inside the furnace main body, and there is an effect that the change in characteristics of the fired product is prevented and the firing quality is improved.
また、焼成物に対する温度分布が均一に形成されるため、LED、電気自動車用の電気素子、陰極材料、太陽電池用の結晶系シリコン半導体の結晶、セラミック、金属注入鋳型製品等の焼成品質が向上する効果がある。 In addition, since the temperature distribution on the fired product is uniformly formed, the firing quality of LEDs, electric elements for electric vehicles, cathode materials, crystalline silicon semiconductor crystals for solar cells, ceramics, metal injection mold products, etc. is improved. There is an effect to.
発明を実施するための形態の例として以下のような実施例を示す。 The following examples are shown as examples of the mode for carrying out the invention.
以下、本発明の望ましいグラファイトヒーター炉の一実施例について、添付した図面を通じて詳しく説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a graphite heater furnace according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明の一実施例であるグラファイトヒーター炉2は、ケース4と、ケース4の内側に配設される炉本体6を備えている。前記ケース4と炉本体6の間には前記炉本体6の外部囲いに冷却水が充填されるように形成される冷却水チャンバー8が設けられている。
前記加熱空間部10にはグラファイト発熱体12が多段(この実施例では6段)で水平に配列されている。
As shown in FIG. 1, a
In the
また、前記炉本体6には、焼成する製品の投入及び引き出しが容易にしながら、加熱空間部10を気密に密閉するためのドア(図示せず)が設置される。
The
前記炉本体6の外側部には絶縁体14が配設されている。また、前記炉本体6の内側には、一定の厚さで断熱材16が設けられている。この断熱材16は公知の断熱材であり、加熱空間部10の熱気や冷却水チャンバー8の冷気の伝達を遮るようになっている。
An
図2には前記加熱空間部10の一番下方に配設されるグラファイト発熱体12と加熱空間部10の一番上方に配設されるグラファイト発熱体12が斜視図で示されている。
このグラファイト発熱体12の一側には第1ヒーター棒支持体20Aが配設され、グラファイト発熱体12の他側には第2ヒーター棒支持体20Bが配設されている。
FIG. 2 is a perspective view of the
A first
前記加熱空間部10の一番下方に設置されるグラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bは下面には支えボルト22が突設されている。
図1及び図3に示されるように、この支えボルト22は炉本体6の下面から突設された絶縁ボルト23に載置固定されるようになっている。従って、前記加熱空間部10の一番下方に設置されるグラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bは炉本体6の底部の断熱材16から少し浮き上がった状態で配設されるようになっている。
Supporting
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図2及び図3に示されるように、前記加熱空間部10の一番下方に設置されるグラファイト発熱体12と、この加熱空間部10の一番下方に設置されるグラファイト発熱体12と加熱空間部10の一番上方に設置されるグラファイト発熱体12の間に配設される4個のグラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20A及び第2ヒーター棒支持体20Bには段形成ボルト24が挿通状態で2本づつ配設されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2に示されるように、前記段形成ボルト24の上部にはボルト保持部26が形成されている。従って、このボルト保持部26で上方に位置する段形成ボルト24の下部を強固に保持できるようになっている。
As shown in FIG. 2, a
これにより、前記グラファイト発熱体12を間隔を設けて複数積層することができるようになっている。
As a result, a plurality of
従って、図1及び図3に示されるように前記加熱空間部10にはグラファイト発熱体12が多段(この実施例では6段)で水平に配設されている。
Accordingly, as shown in FIGS. 1 and 3, the
図2に示されるように、前記加熱空間部10の一番上方に配設されるグラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bには段形成ボルト24に代わりトップボルト28が2本づつ挿通され、下に位置するグラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bに取り付けられた段形成ボルト24と連結されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the first heater rod support 20 </ b> A and the second heater rod support 20 </ b> B of the
前記グラファイト発熱体12の前記第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bの間には複数(実施例では7本)のヒーター棒50が水平に架渡された状態で固定されている。
なお、前記第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bはヒーター棒50を取り付け易いように角柱形に形成されている。
A plurality (seven in the embodiment) of
The first
これらヒーター棒50はグラファイトで製造されており、電源認可のとき高温で発熱するようになる。また、ヒーター棒50はヒーター棒50自体が発熱するため、どの段に配設されたグラファイト発熱体12に焼成物が置かれていても上下で焼成物を加熱するようになる。
These
図1に示されるように、前記グラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20Aは炉本体6と隔離して配設されているが、グラファイト発熱体12の第2ヒーター棒支持体20Bはグラファイト発熱体連結体52を介して炉本体6と固定されている。これによって、グラファイト発熱体12は確実に炉本体6に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the first
また、前記グラファイト発熱体12の第1ヒーター棒支持体20Aは炉本体6と隔離して配設されているので、前記ヒーター棒50が発熱により熱膨張してもグラファイト発熱体12やヒーター棒50が損傷することを防止することができる。
Further, since the first
前記ヒーター棒50は両端を第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bで支持されるので曲がりにくく、しかも図2示されるように複数のヒーター棒50で焼成物44を支持するので重量の重い焼成物44でも安定して確実に支持することができる。
Since the
さらに、前記ヒーター棒50は、前記グラファイト発熱体12の前記第1ヒーター棒支持体20Aと第2ヒーター棒支持体20Bによって水平状態で堅固に配設されるので、焼成物44は高温を均一に受けられるようになるので品質の均一化を図ることができる。
Further, since the
なお、前記ヒーター棒50は、最高温度3000℃まで上昇できるため、C12、HC1、H2、N2雰囲気下でステインレスチャンバー(図示せず)にても使用することができる。
Since the
これらヒーター棒50は、グラファイト焼成物を乗せても短絡可能性が無く、重量の焼成物を乗せても曲げないため、焼成作業を正確にすることができる。
These
高温に上昇できるグラファイトヒーター炉2はアルゴン(Ar)雰囲気下で2900℃、真空及び窒素雰囲気でそれぞれ2000℃、2400℃まで上昇して使用することができる。
The
なお、前記グラファイト発熱体12の前記第1ヒーター棒支持体20Aには、電源が供給される電源端子部(図示せず)が設置される。
The first
図1に示されるように、グラファイト発熱体12が多段で配設される加熱空間部10内には、前記冷却水チャンバー8と連通されて加熱空間部10を冷却するようにグラファイト発熱体12の間に冷却棒32が突出状態で設置されている。
As shown in FIG. 1, in the
また、図3及び図4に示されるように、前記グラファイトヒーター炉2には焼成物44の焼成作業を精密にできるよう、ガスと電源を制御したためのガス、パネル34と作動制御パネル36を備えた制御部38、熱気を排出するためのドライポンプ40及び冷却水供給装置(図示せず)等がさらに設置されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
以下、実施例の前記グラファイトヒーター炉2の作用を説明する。
Hereinafter, the operation of the
まず、冷却水を冷却水チャンバー8に供給し、制御部38の作動スイッチ(図示せず)を作動して、電源をオンさせ、C12,HC1,H2,N2を使うことができるように管路をオープンさせながらドライポンプ40も動かす。
First, the cooling water is supplied to the cooling
それによってグラファイトヒーター炉2の作動が準備されれば、炉本体6の過熱空間部10に焼成物44が置かれたグラファイトセッター42を多段で形成したグラファイト発熱体12のヒーター棒50上に乗せて、ドア(図示せず)を閉めて密閉させる。
If the operation of the
グラファイトヒーター炉2は手動モード、または自動モードが全部遂行可能で、ここでは自動モードの場合を説明することにする。
The
自動モードに置いてスタートボタンを押せば電源はケース4内部の一側に設置された電源端子部を通じてヒーター棒50を過熱するようになる。
When the start button is pressed in the automatic mode, the power source overheats the
前記ヒーター棒50の加熱によって加熱空間部10に多段で設置されたグラファイト発熱体12は急速に高温に上昇するようになる。
Due to the heating of the
グラファイト発熱体12が発熱して発生された高温はグラファイトセッター42に置いた焼成物44を上下から高温に加熱するようになる。
The high temperature generated when the
この時、焼成物44は温度分布が均一の状態の高温を受けるため、焼成品質が向上する。
At this time, the fired
前記グラファイト発熱体12は水平状態で多段に配設され、前記ヒーター棒50も水平で配設されているのでLED、電気自動車用の電気素子、陰極材料、太陽電池用の結晶系シリコン半導体の結晶、構造材料セラミック、金属注入鋳型製品等がグラファイト発熱体12のどの段に置かれても温度分布が均一の高温で過熱し焼結されるようになる。
The
焼成物44らを一定時間加熱して焼成が終わるとグラファイトヒーター炉2の制御部38は焼成作業終了を表示する。
When the fired
作業者及び管理者は制御部38の終了表示を見て、ボタンをオフさせた状態から炉本体6のドアのロック部材だけをはずして、デジタル圧力ゲージ46が大気圧を示すときまで加熱空間部10内部に窒素ガスを充填する。
The operator and the manager look at the end display of the
窒素ガスの充填によってグラファイトヒーター炉2の加熱空間部10が大気圧になれば、窒素供給を遮った後、ドアを開いて焼成された焼成物44を取り出し、空冷させれば焼成物の焼成作業が終了する。
If the
本発明はグラファイトヒーター炉2内部に焼成物44を乗せられるグラファイト発熱体12を水平に形成し、多段に設けることで上下のヒーター棒50から温度分布が均一に伝達される高温によって焼成なる焼成物44の焼成品質が向上するようにしたものである。
In the present invention, the
本発明のグラファイトヒーター炉2は実施例以外の焼成物の製造にも使用することができる。
The
2 グラファイトヒーター炉
4 ケース
6 炉本体
8 冷却水チャンバー
10 加熱空間部
12 グラファイト発熱体
14 絶縁体
16 断熱材
20A 第1ヒーター棒支持体
20B 第2ヒーター棒支持体
24 段形成ボルト
26 ボルト保持部
28 トップボルト
32 冷却棒
34 パネル
36 作動制御パネル
38 制御部
40 ドライポンプ
42 グラファイトセッター
44 焼成物
50 ヒーター棒
52 グラファイト発熱体連結体
2
Claims (5)
前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の一側に配設される第1ヒーター棒支持体と、前記グラファイト発熱体を構成すると共に前記加熱空間部の他側に配設される第2ヒーター棒支持体と、前記第1ヒーター棒支持体と第2ヒーター棒支持体に架け渡されて水平に配設された複数のヒーター棒と、を有することを特徴とするグラファイトヒーター炉。 A case, a furnace body disposed inside the case, a cooling water chamber provided outside the furnace body, a heating space formed inside the furnace body, and a multistage in the heating space A graphite heater furnace characterized by comprising a graphite heating element horizontally disposed at a heater rod that constitutes the graphite heating element and can be horizontally disposed to place a fired product ,
A first heater rod support constituting the graphite heating element and disposed on one side of the heating space, and a second heater rod constituting the graphite heating element and disposed on the other side of the heating space. A graphite heater furnace comprising: a heater rod support; and a plurality of heater rods disposed horizontally on the first heater rod support and the second heater rod support.
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