JP6026882B2

JP6026882B2 - 加熱装置

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Publication number: JP6026882B2
Application number: JP2012284057A
Authority: JP
Inventors: 勝美中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014126312A

Description

本発明は、例えばセラミックスの脱脂、仮焼及び焼成等の熱処理に用いる加熱装置に関する。

近年、電子機器や自動車等に用いるセラミック部品の特性上の要求が厳しくなってきており、特に、同一製品を大量（多数）生産した際の各製品毎の特性の均一性が強く求められるようになってきている。セラミック部品の特性の均一性を向上するには、各製造工程の処理条件の安定と均一化が必要であり、熱処理装置においても、温度や雰囲気等の高精度な制御が求められている。

セラミック部品の製造における熱処理工程では、少品種を大量に生産する場合には、通常、熱処理する対象である被処理物を台板や搬送ベルト等に載せてトンネル状の炉体を通過させる連続炉が用いられている。しかし近年、様々な特性の多様なセラミック部品が必要とされており、その生産形態は多品種少量生産の傾向が強いことから、熱処理装置として、熱処理条件の変更が容易なバッチ炉が使用される機会も増えてきている。

セラミック部品の焼成に用いられる、例えば下記特許文献１等に記載されている従来の一般的なバッチ式の加熱装置は、被処理物であるセラミックスの生成形体が配置された熱処理領域を囲む断熱部材と、この断熱部材で囲まれた熱処理領域内の所定部位に配置された発熱手段（ヒーター）とを備え、断熱部材で囲まれた熱処理領域内の温度を計測する、所定部位に配置された温度センサと、温度センサの計測値に基いて発熱手段の出力を調整するための制御手段とを備えている。断熱部材は、熱処理領域を囲んでいる側の内面から外面への熱エネルギーの移動を抑制し、熱処理領域内の温度を高く保つよう作用する。従来の一般的なバッチ炉では、熱処理領域内の温度センサによって熱処理領域内の所定位置の温度を計測し、制御手段が、この計測した所定位置の温度に応じて熱処理領域内に配置された発熱手段の出力を調整し、熱処理領域内の温度分布が適当な状態となるよう制御している。

特開２００５−７７００１号公報

従来のバッチ式炉ではこのように、熱処理領域内の所定位置に配置された温度センサによる温度計測値に基き、熱処理領域内に配置された発熱手段によって供給される熱量を調整することで、熱処理領域内の温度を制御していた。しかし、このような制御を行っているだけでは、加熱装置を長期間使用していると、熱処理領域内の特定部分の温度が高くなったり、逆に他の部分では温度が低くなったりし、熱処理領域内の温度分布が大きくなるといった課題があった。この温度分布の変動は、熱処理領域を囲む断熱部材の特性の変化や、ヒーターの抵抗値変化などの発熱特性の変化および環境温度の変化など複数の要因が原因となっている。

熱処理領域を囲む断熱部材の特性の変化による温度分布の変動の例について説明しておく。発熱手段は、伝熱によって熱処理領域内の空気を温めて、高温となった熱処理領域内の空気から断熱部材への伝熱により、断熱部材の内面の温度も上昇する。また、発熱手段
からの輻射熱が断熱部材の内面に届くことでも、断熱部材の内面の温度は上昇する。すなわち発熱手段は、熱処理領域内の空気や各種部材の温度に加え、断熱部材の内面の温度も上昇させる。

断熱部材では、断熱部材の内面から外面へは温度が伝わり難く、断熱部材の内面の温度は比較的高い状態に保たれる。すなわち断熱部材では、熱処理領域を囲む内面から外面へは熱エネルギーは伝わり難く、断熱部材に伝わった熱エネルギーは熱処理領域を囲む内面の側に留まる。例えば、熱処理領域内の空気の比較的低温部分が断熱部材の内面に接触した場合には、比較的高い温度に保たれた断熱部材の内面が熱処理領域内の空気を温める。このように断熱部材の内面に蓄えられた熱エネルギーのうちの一部は、熱処理領域内に再び伝わる。このように熱処理領域内に伝わる熱エネルギーには、発熱手段から熱処理領域に直接的に伝わる熱エネルギーと、発熱手段から断熱部材に伝わった後に熱処理領域内に伝わる熱エネルギー（断熱部材を介して伝わる熱エネルギー）とがある。

ところで、長期間にわたって熱処理を繰り返し実施した場合には、断熱部材の断熱特性は劣化する。断熱特性が劣化すると、断熱部材の内面から外面へ熱エネルギーが移動し易くなり、発熱手段から供給された熱エネルギーが、最終的に断熱部材の外面から熱処理領域の外側へ逃げ易くなってくる。

この場合、特に断熱部材を介して伝わる熱エネルギーが減少するので、断熱部材の断熱特性が劣化していない場合と同一の条件で発熱手段を発熱させても、熱処理領域内に伝わる熱エネルギーの総和は断熱特性が劣化していない場合と比べて小さくなってしまう。この場合、断熱特性が劣化していない場合と同一の条件で発熱手段を制御して熱処理領域内に熱エネルギーを供給すると、断熱部材を介して伝わる熱エネルギーの減少分を熱処理領域内の発熱手段のみによって補う形となり、発熱手段から熱処理領域に直接的に伝わる熱エネルギーと断熱部材を介して伝わる熱エネルギーとのバランスが崩れ、断熱部材近傍の温度が断熱特性が劣化していない場合と比べて低下するなど、熱処理領域内の温度分布が使用開始の当初から変化してしまうこともあった。本発明はこのような課題を解決するためになされたものである。

本発明は、被処理物を熱処理するための加熱装置であって、前記被処理物が配置される熱処理領域を囲む内面および該内面と反対の側の外面を有する断熱部材と、前記熱処理領域に配置された、前記被処理物を加熱するための第１発熱手段と、前記断熱部材を前記外面の側から加熱する、前記断熱部材を挟んで前記熱処理領域と反対の側の領域に配置された第２発熱手段と、前記熱処理領域に設定された第１測温部分の温度を計測するための第１温度センサと、前記断熱部材の内部の、前記第１温度センサに比べて前記断熱部材の前記外面に近い位置または前記断熱部材の前記外面に設定された第２測温部分の温度を計測するための第２温度センサと、前記第１温度センサによって計測された前記第１測温部分の温度と、前記第２温度センサによって計測された前記第２測温部分の温度とに基づき、少なくとも前記第２発熱手段の発熱量を調整することで、前記断熱部材を介して前記熱処理領域へ伝わる熱量の大きさを調整するための制御手段とを有することを特徴とする加熱装置を提供する。

本発明は、複数の温度センサによって計測した断熱部材の内面側および外面側それぞれの温度情報に基いて、断熱部材の外側に配置した発熱手段の発熱の程度を調整することで、断熱部材の断熱特性の劣化にともなって発生する熱処理領域内の温度変化を補正することができるので、断熱部材の特性が変化しても熱処理領域内の温度分布を小さくすることできる。

本発明の加熱装置の一実施形態の上断面図である。本発明の加熱装置の一実施形態の側断面図である。本発明の加熱装置の一実施形態が備える、第１発熱手段、第２発熱手段および第３発熱手段の構成について説明する概略側断面図である。本発明の加熱装置の一実施形態が備える、第１温度センサ、第２温度センサおよび第３温度センサの構成について説明する概略側断面図である。（ａ）および（ｂ）は、図１に示す加熱装置において取得される温度情報ｔ１とｔ２の変動について説明する概略図である。（ａ）〜（ｃ）は、断熱部材の断熱性能の劣化にともなう、測温部分Ｔ１およびＴ２に伝わる熱エネルギーの大きさを説明するための概略断面図である。

図１および図２は、本発明の加熱装置の一実施形態について説明する図であり、図１は加熱装置１０の上断面図、図２は加熱装置１０の側断面図である。なお図１では、後述する制御手段２８の図示は省略している。

加熱装置１０は、被処理物１を熱処理するための装置であって、被処理物１が配置される熱処理領域Ａを囲む内面１２Ａおよび内面１２Ａと反対の側の外面１２Ｂを有する断熱部材１２と、熱処理領域Ａに配置された、被処理物１を加熱するための第１発熱手段１４と、断熱部材１２を外面１２Ｂの側から加熱する、断熱部材１２を挟んで熱処理領域Ａと反対の側の領域に配置された第２発熱手段１６と、熱処理領域Ａの内部または断熱部材１２の内部（図１および図２に示す実施形態では熱処理領域Ａの内部）に設定された第１測温部分Ｔ１の温度を計測するための第１温度センサ２２と、断熱部材１２の内部の、第１温度センサ２２に比べて断熱部材１２の外面１２Ｂに近い位置、または断熱部材１２の外面１２Ｂ（図１および図２に示す実施形態では断熱部材１２の内部）に設定された第２測温部分Ｔ２の温度を計測するための第２温度センサ２４と、第１温度センサ２２によって計測された第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と、第２温度センサ２４によって計測された第２測温部分の温度ｔ２とに基き、少なくとも第２発熱手段１６の発熱量を調整することで、断熱部材１２を介して熱処理領域Ａへ伝わる熱量の大きさを調整する制御手段２８とを有する。

また加熱装置１０では、制御手段２８は、第１温度センサ２２によって計測された第１測温部分Ｔ１の温度と第２温度センサ２４によって計測された第２測温部分Ｔ２の温度とに基き、第１の発熱手段１４の発熱量も調整することで、熱処理領域Ａの温度を調整する。

また加熱装置１０は、熱処理領域Ａの内部の、第１測温部分Ｔ１よりも断熱部材１２から離れた位置に設定された第３測温部分Ｔ３の温度を計測するための第３温度センサ２６と、熱処理領域Ａの内部の、第１発熱手段１４よりも断熱部材１２から離れた位置に設定された第３発熱手段１８とを備えている。制御手段２８は、第３温度センサ２６によって計測された第３測温部分Ｔ３の温度に基き、少なくとも第３発熱手段１８の発熱量も調整する。

断熱部材１２は、円筒状の部材であって、例えば公知のアルミナ繊維を主成分としたセラミックファイバー材からなる。断熱部材１２の上側開口には円板状の蓋部材３２が配置されている。蓋部材３２も、断熱部材１２と同様にアルミナ繊維を主成分としたセラミックファイバー材からなる。蓋部材３２には、複数の貫通孔が設けられており、第３発熱手段１８、第３温度センサ２６および複数の第２発熱手段１４がこれら貫通孔に挿通されて
、これら部材が蓋部材３２に固定されている。断熱部材１２の下側の開口には、円形の開口３４ａが設けられたリング状の底板部材３４が取り付けられている。開口３４ａには、平坦な上面を有する載置体３６が配置されている。載置体３６は、図示しないモータ等の駆動手段により、図１に矢印Ｒで示す方向の水平回転および図２に矢印Ｖで示す方向の上下移動が可能な駆動ステージ３８上に配置されている。この駆動ステージ３８を駆動する図示しないモータ等の駆動手段は制御手段２８と接続しており、制御手段２８が矢印Ｒで示す方向の水平回転と矢印Ｖで示す上下移動の動作を制御する。

被処理物１は、例えばセラミック生成形体等である。図１および図２に示す実施形態では、複数の被処理物１が載置された載置体１１が複数個積み上げられてなる組立体１３が、断熱部材１２で囲まれた熱処理領域Ａ内に複数配置されている。より具体的には、載置体３６の上面に土台部材３９が配置されており、この土台部材３９の上面に、複数の組立体１３が配置されている。

図３は、第１発熱手段１４、第２発熱手段１６および第３発熱手段１８の構成について説明する概略側断面図である。第１発熱手段１４、第２発熱手段１６および第３発熱手段１８は、いずれも同様の構成を有しており、図３では第１発熱手段１４のみを代表して示している。第１発熱手段１４は、電流が流れることで発熱するＵ字型の抵抗加熱ヒーターである。第１発熱手段１４は、２つの棒状の抵抗加熱ヒーター１４ａと、これら２つの抵抗加熱ヒーター１４ａをそれぞれの下端側（図２および図３の下側の端）で電気的に接続する、Ｕ字型に湾曲した電極部材１４ｂとを備えて構成されている。

２つの抵抗加熱ヒータ１４ａの上側の端部は、蓋部材３２に設けられた貫通孔に挿通されて蓋部材３２に固定されている。２つの抵抗加熱ヒータの１４ａのうち一方の抵抗加熱ヒータ１４ａの上側の端部は正極に接続され、他方の抵抗加熱ヒータの上側の端部は負極に接続されている。これら双方の電極を介して２つの抵抗加熱ヒーター１４ａの双方に電流が流れることで、２つの抵抗加熱ヒータ１４ａが発熱する。

第１発熱手段１４は、円筒状の断熱部材１２の内面１２Ａに沿って、等間隔に複数個配置されている。第２発熱手段１６は、断熱部材１２を外面１２Ｂの側から加熱するための部材であり、円筒状の断熱部材１２の外面１２Ｂに沿って、等間隔に複数個配置されている。

なお加熱装置１０では、断熱部材１２の外側にも外側断熱部材４８が配置されている。第２発熱手段１６は、断熱部材１２と外側断熱部材４８とで囲まれた領域に複数個配置されている。このように外側断熱部材４８を設け、第２発熱手段１６を断熱部材１２と外側断熱部材４８とで囲まれた領域に配置することで、第２発熱手段１６の保温性を高め、断熱部材１２を外面１２Ｂの側から加熱する際に必要な電力を比較的低くすることができる。

第３発熱手段１８は、被処理物１を加熱するとともに熱処理領域Ａの温度分布を平均化させるための補助ヒーターであり、断熱部材１２で囲まれた熱処理領域Ａ内の中央部の近傍に配置されている。

第１発熱手段１４、第２発熱手段１６および第３発熱手段１８は、制御手段２８と接続されている。より具体的には、第１発熱手段１４、第２発熱手段１６および第３発熱手段１８は、制御手段２８が備える図示しない電流供給機構と接続されており、制御手段２８から電流が供給されて各発熱手段が発熱する。制御手段２８は、第１発熱手段１４、第２発熱手段１６および第３発熱手段１８のそれぞれに供給される電流の大きさをそれぞれ調整することができる構成となっている。

第１温度センサ２２、第２温度センサ２４および第３温度センサ２６は、それぞれ公知の熱電対型温度センサである。図４は、第１温度センサ２２、第２温度センサ２４および第３温度センサ２６の構成について説明する概略側断面図である。第１温度センサ２２、第２温度センサ２４および第３温度センサ２６はいずれも同様の構成を有しており、図４では第１温度センサ２２のみを代表して示している。第１温度センサ２２は、先端の一部に開口部４２ａが設けられたセラミック保護管４２内に熱電対素線４４が挿通され、先端の測温部４６が保護管４２の開口部４２ａから露出している。第１温度センサ２２は、この測温部４６に対応する部分の温度を計測することができる。

加熱装置１０では、熱処理領域Ａの内部または断熱部材１２の内部に設定された第１測温部分Ｔ１にこの測温部４６が位置するよう、第１温度センサ２２が配置されている。同様に加熱装置１０では、第２温度センサ２４の図示しない測温部が第２測温部分Ｔ２に位置し、第３温度センサ２６の図示しない測温部が第３測温部分Ｔ３に位置するよう、それぞれの温度センサが配置されている。

加熱装置１０では、第２測温部分Ｔ２は断熱部材１２の内部に設定されており、第２温度センサ２４は断熱部材１２の内部に配置されて第２測温部分Ｔ２の温度を計測する。また加熱装置１０では、第１測温部分Ｔ１は熱処理Ａの内部の、断熱部材１２の内面１２Ａ近傍に設定されており、第１温度センサ２２は第１部分Ｔ１の温度を計測する。具体的には、断熱部材１２の上側（図２における上側）の端面１２Ｃから第２温度センサ２４が挿入されている。第１測温部分Ｔ１および第２測温部分Ｔ２は、断熱部材１２の図２における上下方向に沿った長さのちょうど中央部分に設定されており、これら第１測温部分Ｔ１および第２測温部分Ｔ２に対応する位置のそれぞれに、第１温度センサ２２の測温部４６と第２温度センサ２４の測温部（図２では図示せず）が位置している。第３温度センサ２６は、断熱部材１２で囲まれた熱処理領域Ａ内の中央部の近傍に配置されている。

なお、上述のように加熱装置１０では、第１発熱手段１４および第２発熱手段１６は円筒状の断熱部材１２の内面１２Ａに沿って複数個配置されている。第１発熱手段１４および第２発熱手段１６を、このように断熱部材１２の内面１２Ａに沿って複数配置することで、熱処理領域Ａ内の部分的な温度のばらつき（より詳しくは、断熱部材１２の内面１２Ａに沿った方向でのばらつき）を抑制している。また加熱装置１０では上述のように、被処理物１が載置される載置体３６が、図示しないモータ等の駆動手段により、図１に矢印Ｒで示す方向の水平回転および図２に矢印Ｖで示す方向の上下移動が可能な駆動ステージ３８上に配置されている。被処理物１の加熱の最中、駆動ステージ３８を図１に矢印Ｒで示す方向や図２に矢印Ｖで示す方向に連続して移動させておくことで、各被処理物１における熱履歴のばらつきを抑制することができる。

制御手段２８は、第１温度センサ２２、第２温度センサ２４および第３温度センサ２６それぞれと接続されており、各温度センサからの出力値、すなわち第１部分Ｔ１の現在の温度情報ｔ１、第２部分Ｔ２の現在の温度情報ｔ２および第３部分Ｔ３の現在の温度情報ｔ３を取得する。

なお、本実施形態では、第１温度センサ２２と第２温度センサ２４とがそれぞれ２つ配置されている。本実施形態において制御手段２８が取得する第１部分Ｔ１の現在の温度情報ｔ１とは、２つの第１部分Ｔ１において取得されたそれぞれの温度情報の平均値のことをいい、同様に、制御手段２８が取得する第２部分Ｔ２の現在の温度情報ｔ２は、２つの第２部分Ｔ２において取得されたそれぞれの温度情報の平均値のことをいう。

加熱装置１０は、駆動ステージ３８が配置される開口が設けられた底板とを備える金属
製の筐体５２によって全体が囲まれている。金属製の筐体５２には、図示しない給排気口が設けられており、この給排気口から窒素やアルゴン等の気体を筐体５２内に供給できる構成となっている。また、例えば蓋部材３２等にも図示しない給排気口や給排気バルブが設けられており、熱処理領域Ａの雰囲気を調整することができる構成となっている。

次に、被処理物１としてセラミック生成形体を焼結する場合を例に、加熱装置１０における熱処理動作について説明する。

まず、図示しない給排気口から、筐体５２および熱処理領域Ａ内に所定種類の気体が供給されて、筐体５２および熱処理領域Ａ内の雰囲気が所定の状態に調整される。この段階では、駆動ステージ３８は図２中の下側に配置されており、熱処理領域Ａ内に被処理物１は配置されていない。

次に、第３発熱手段１８に電流が供給され、第３発熱手段１８のキャリブレーションが行われる。具体的には、第３発熱手段１８に所定の大きさの電流を流しつつ、所定時間経過後の温度情報ｔ３を取得する。温度情報ｔ３は、第３発熱手段１８に近い位置に配置された第３部分Ｔ３の温度であり、温度情報ｔ３は第３発熱手段１８からの発熱の程度に精度良く対応しているといえる。第３発熱手段１８を長期間にわたって繰り返し使用した場合、第３発熱手段に供給する電流が変わらなくても第３発熱手段１８の発熱の程度が変化する場合がある。このキャリブレーションでは、第３温度情報ｔ３が所定の設定温度範囲となるように、第３発熱手段１８に供給する電流の大きさを調整し、熱処理における第３発熱手段１８の発熱の程度（すなわち、第３発熱手段１８から供給される熱エネルギー）を、熱処理のたびに一定化させる。

次に、第１発熱手段１４および第２発熱手段１６に電流が供給され、熱処理領域Ａ内の本格的な加熱を開始する。このとき、第３発熱手段１８には、上記キャリブレーションで設定した所定の大きさの電流が継続して供給されている。

まず、第１発熱手段１４、第２発熱手段１６それぞれに所定の大きさの電流を供給し、所定時間経過した時点（温度が安定化する十分な時間が経過した後の時点）で、制御手段２８は、温度情報ｔ１および温度情報ｔ２をそれぞれ取得する。

Ｔ１部分の温度情報ｔ１は、断熱部材１２の内面１２Ａの温度に精度よく対応している。また、温度情報ｔ１と温度情報ｔ２との違いは、断熱部材１２の内面１２Ａから外面１２Ｂにわたる断熱部材１２内の温度の勾配を精度良く表しているといえる。この断熱部材１２内の温度の勾配の程度は、断熱部材１２の劣化等にともなって変化する。

図５（ａ）および（ｂ）は、断熱部材１２の劣化にともなう断熱部材１２内の温度の勾配の程度について説明する図であり、温度情報ｔ１とｔ２との変動を示す概略図である。図５（ａ）は、断熱部材１２の断熱性能が劣化していない状態における、測温部分Ｔ１の温度情報ｔ１（ａ）および測温部分Ｔ２の温度情報ｔ２（ａ）を示している。図５（ｂ）は、断熱部材の断熱性能が劣化した状態における、測温部分Ｔ１の温度情報ｔ１（ｂ）および測温部分Ｔ２の温度情報ｔ２（ｂ）を示している。なお、図５（ａ）と図５（ａ）とで、第１発熱手段１４、第２発熱手段１６、および第３発熱手段１８それぞれからの発熱量は同じと仮定している。また図６（ａ）〜（ｃ）は、断熱部材１２の断熱性能の劣化にともなう、測温部分Ｔ１およびＴ２に伝わる熱エネルギーの大きさを説明するための概略断面図である。図６（ａ）は、図５（ａ）に示す断熱部材１２の断熱性能が劣化していない状態（断熱部材１２が高い断熱性能を維持している状態）に対応しており、図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示す断熱部材１２の断熱性能が劣化した状態に対応している。

第１発熱手段１４から発せられた熱エネルギーのうち第１温度センサ２２の測温部分Ｔ１に伝わる熱エネルギーの成分としては、例えば図６（ａ）に示すように、第１発熱手段１４から断熱部材１２の内面に伝わった熱エネルギーの成分Ｄのうち断熱部材１２を介して第１温度センサ２２に伝わる熱エネルギーの成分Ｌと、第１発熱手段１４から断熱部材１２を介さずに第１温度センサ２２に直接伝わる熱エネルギーの成分Ｈとがある。なお、この断熱部材１２を介して伝わる熱エネルギーの成分Ｌは、断熱部材１２の内面１２Ａで輻射熱が反射されることで第１温度センサ２２に伝わる熱エネルギーの成分や、高温となった断熱部材１２の内面１２Ａの側が例えば熱処理領域Ａ内の空気を温めて第１温度センサ２２まで伝熱されて伝わる熱エネルギーの成分等の総和である。

図６（ａ）に示すように、断熱部材１２の断熱性能が充分に高い状態では、断熱部材１２内部を伝わって断熱部材１２の内面１２Ａから外面１２Ｂまで到達する熱エネルギーの成分Ｅはごく小さく、外面１２Ｂから断熱部材１２の外側に逃げる熱エネルギーの成分Ｏ（図６（ａ）では図示せず）もごく小さくなっている。

例えば公知のアルミナ繊維を主成分としたセラミックファイバー材からなる断熱部材１２は、比較的高温に曝されることで繊維内でアルミナの粒成長が起こる。断熱部材１２が比較的高温に繰り返し曝されると、このアルミナ粒が徐々に大きくなることにともない、断熱部材１２の断熱性能は徐々に低下してくる。断熱部材１２の断熱性能が劣化すると、断熱部材１２の内面１２Ａから外面１２Ｂへ熱エネルギーが伝わり易くなる。

このように断熱部材１２の断熱性能が劣化した状態（図５（ｂ）や図６（ｂ）に示す状態）では、第１発熱手段１４から発せられる熱エネルギーの大きさ自体は変わらない場合でも、断熱部材１２内部を伝わって断熱部材１２の内面１２Ａから外面１２Ｂまで到達する熱エネルギーの成分Ｅが比較的大きくなり、外面１２Ｂから断熱部材１２の外側へ、比較的多くの熱エネルギーの成分Ｏが逃げていく。このため断熱部材１２の断熱性能が劣化した状態（図５（ｂ）や図６（ｂ）に示す状態）では、断熱部材１２を介して伝わる熱エネルギーの成分Ｌが小さくなってしまう。このため、第１発熱手段１４からの発熱量、第１発熱手段１４から断熱部材１２を介さずに第１温度センサ２２に直接伝わる熱成分Ｈおよび第１発熱手段１４から断熱部材１２の内面に伝わる熱エネルギーの成分Ｄが変わらない場合でも、断熱部材１２の断熱性能が劣化した状態では、熱処理領域Ａ内に配置された第１温度センサ２２の第１測温部分Ｔ１の温度は、図５（ａ）や図６（ａ）に示す断熱性能が劣化していない状態に比べて低くなってしまう。この場合は図６（ｂ）に示すように、断熱部材１２の内面１２Ａから外面１２Ｂに向けて流れる熱エネルギーの成分Ｅが比較的大きくなるので、図５（ｂ）に示すように、測温部分Ｔ２の温度ｔ２（ｂ）は当初の状態（断熱部材１２の断熱性能が劣化していない状態）の温度ｔ２（ａ）に比べて高くなる。また、断熱部材１２を介して伝わる熱エネルギーの成分Ｌが小さくなるので、測温部分Ｔ１の温度情報ｔ１（ｂ）は、当初の温度ｔ１（ａ）に比べて低くなる。

このように、第１温度センサ２２によって計測された第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と、第２温度センサ２４によって計測された第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２とは、断熱部材１２の断熱性能の劣化にともなって変化する。

制御手段２８は、例えば第１温度センサ２２によって計測された第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と、第２温度センサ２４によって計測された第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２とに基き、少なくとも第２発熱手段１６の発熱量を調整することで、断熱部材１２を介して熱処理領域Ａへ伝わる熱量の大きさを調整する。すなわち制御手段２８は、第２発熱手段１６に流す電流の大きさ、ひいては第２発熱手段１６の発熱量を、上記第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と、第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２とに基いて決定する。

例えば、所定の電流を流した際にｔ１が所定値より小さく、かつｔ２が所定値より大きくなっている場合は、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示しているような、断熱部材１２の内面１２Ａから外面１２Ｂへの熱の逃げが大きくなっている状態と考えられる。この場合に制御手段２８は、まず第２発熱手段１６に流す電流の量を増加させて第２発熱手段１６からの発熱の量を上昇させればよい。すなわち制御手段２８は、第２発熱手段１６を発熱させることで、断熱部材１２を介して伝わる熱エネルギーの成分Ｌの減少分を補完するように、外面１２Ｂから外面１２Ａを流れて熱処理領域Ａに到達する熱エネルギーの成分Ｉを生じさせることで、断熱部材１２を介して熱処理領域Ａへ伝わる熱量の大きさの総和を調整する。この場合には、例えば熱処理領域Ａ内にある第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１が、図５（ａ）および図６（ａ）に示す断熱部材１２の断熱性能が劣化していない場合と同じ大きさとなるよう、第２発熱手段１６の発熱量を制御する。上述のように、第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２との差は、断熱部材１２の断熱性能の劣化の程度によく対応している。これらの温度ｔ１および温度ｔ２と断熱部材１２の劣化の程度との関係は、実験やシミュレーション等で予め把握することが可能である。加熱装置１０では、この予め把握していた関係に基いた制御アルゴリズムが、制御手段２８内の図示しないメモリに記憶されている。加熱装置１０では、制御手段２８が、第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２とに基いて、この制御アルゴリズムによって第２発熱手段１６への電流量を調整する。

また制御手段２８は、第１温度センサ２２によって計測された第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と、第２温度センサ２４によって計測された第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２とに基き、第１発熱手段１４の発熱量を調整してもよい。例えば、上述の第３発熱手段１８のキャリブレーションの後に、所定の大きさの電流を第１発熱手段１４に流した際のｔ１の温度が所定値より小さく、かつｔ２も所定値より小さい（熱エネルギーの成分Ｅも小さい）場合など、第１発熱手段１４の発熱性能が劣化していることが考えられるので、制御手段２８は、第１発熱手段１４に供給する電流の大きさを上昇させることで、第１発熱手段１４からの発熱量自体を調整してもよい。

また、加熱装置１０が備える２つの第１温度センサ２２で取得した温度情報の差が大き過ぎる場合など、どちらかの第１温度センサ２２が動作不良を起こしている可能性がある。同様に、加熱装置１０が備える２つの第２温度センサ２４で取得した温度情報の差が大き過ぎる場合も、どちらかの第２温度センサ２４が動作不良を起こしている可能性がある。このような場合、制御手段２８は熱処理動作を停止し、加熱装置１０に設けられた図示しない画像表示手段等に、第１温度センサ２２または第２温度センサ２２に動作不良が発生している旨の警告画面を表示すればよい。

上述のように、第１測温部分Ｔ１の温度ｔ１と第２測温部分Ｔ２の温度ｔ２とは、断熱部材１２の断熱性能や、第１発熱手段１４の発熱性能、および第２発熱手段１６の発熱性能等に応じて変化する。本発明の加熱装置では、上述の実施形態に限らず、制御手段が、実験やシミュレーション等によって設定した各種の制御アルゴリズムによって第１測温部分の温度と第２測温部分の温度とに基いて少なくとも第２発熱手段の発熱量を調整すればよく、制御アルゴリズムの詳細等については特に限定されない。

制御手段２８による制御が終了し、所定時間経過すると（熱処理領域Ａ内の温度が安定化する十分な時間が経過した後の時点）、駆動ステージ３８を上昇させて被処理物１を熱処理領域Ａ内に導入して、被処理物１の熱処理（加熱処理）を開始する。この熱処理の最中に、駆動ステージ３８を図１に矢印Ｒで示す回転方向および図２に矢印Ｖで示す上下方向に連続して移動させる。制御手段２８は、被処理部物１の熱処理の最中も、第１測温部分Ｔ１の温度情報ｔ１と第２測温部分Ｔ２の温度情報ｔ２とに基いて、第１発熱手段１４、第２発熱手段１６および第３発熱手段１８等に流す電流の大きさを連続して調整すれば
よい。加熱装置１０では、このように被処理物１を加熱処理することができる。

以上、本発明の加熱装置について実施形態を例に説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や個数や配置位置など、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

１被処理物
１０加熱装置
１２断熱部材
１２Ａ内面
１２Ｂ外面
１３組立体
１４第１発熱手段
１４ａ抵抗加熱ヒーター
１４ｂ電極部材
１６第２発熱手段
１８第３発熱手段
２２第１温度センサ
２４第２温度センサ
２６第３温度センサ
２８制御手段
３２蓋部材
３４底板部材
３４ａ開口
３６載置体
３８駆動ステージ
３９土台部材
４２セラミック保護管
４２ａ開口部
４４熱電対素線
４６測温部
４８外側断熱部材
Ａ熱処理領域
Ｔ１第１測温部分
Ｔ２第２測温部分
Ｔ３第３測温部分

Claims

被処理物を熱処理するための加熱装置であって、
前記被処理物が配置される熱処理領域を囲む内面および該内面と反対の側の外面を有する断熱部材と、
前記熱処理領域に配置された、前記被処理物を加熱するための第１発熱手段と、
前記断熱部材を前記外面の側から加熱する、前記断熱部材を挟んで前記熱処理領域と反対の側の領域に配置された第２発熱手段と、
前記熱処理領域に設定された第１測温部分の温度を計測するための第１温度センサと、
前記断熱部材の内部の、前記第１温度センサに比べて前記断熱部材の前記外面に近い位置または前記断熱部材の前記外面に設定された第２測温部分の温度を計測するための第２温度センサと、
前記第１温度センサによって計測された前記第１測温部分の温度と、前記第２温度センサによって計測された前記第２測温部分の温度とに基づき、少なくとも前記第２発熱手段の発熱量を調整することで、前記断熱部材を介して前記熱処理領域へ伝わる熱量の大きさを調整するための制御手段とを有することを特徴とする加熱装置。
前記制御手段は、前記第１温度センサによって計測された前記第１測温部分の温度と、前記第２温度センサによって計測された前記第２測温部分の温度とに基づき、前記第１発熱手段の発熱量も調整することで、前記熱処理領域の温度を調整することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
前記熱処理領域内のうち前記第１測温部分よりも前記断熱部材から離れた位置に設定された第３測温部分の温度を計測するための第３温度センサと、
前記熱処理領域内のうち前記第１発熱手段よりも前記断熱部材から離れた位置に設定された第３発熱手段とを備え、
前記制御手段は、前記第３温度センサによって計測された前記第３測温部分の温度に基づき、前記第３発熱手段の発熱量も調整することで、前記熱処理領域の温度分布を調整することを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置。