WO2001092800A1 - Heat treatment apparatus - Google Patents

Description

技術分野

本発明は、 製品原料、 中間品または最終製品を熱処理するための熱処理装置に 関する。

明 背景技術

プラズマ ·ディスプレイ ■パネル、 太陽電池パネルおよび抵抗チップ等の各種 書

デバイスおよび電子部品を最終製品とする種々の製品の製造過程において、 様々 の熱処理、 例えば加熱および冷却処理等； ^利用されている。 熱処理により達成さ れる作用は数多く知られている。 具体的には、 乾燥、 脱水、 焼成、 反応促進、 表 面改質、 封着、 排気、 およびァニール等が知られている。

熱処理装置が加熱炉である場合、 当該熱処理装置は、 一般的に、 被処理物の搬 送方向に沿って複数の熱処理室を有する。 各熱処理室はその内部に被処理物が熱 処理される空間、 即ち熱処理ゾーンを有する。 加熱炉は一般に、 被処理物を加熱 昇温させる昇温ゾーン （昇温室） 、 昇温した被処理物の温度を一定に維持する恒 温ゾーン （恒温室） 、 および被処理物を冷却降温させる降温ゾーン （降温室） を 熱処理ゾーンとして有する。 被処理物は、 各ゾ^ "ンを上述の順で通過する間に所 定の熱処理に付される。 通常、 昇温ゾーンでは熱が加えられ、 恒温ゾーンでは放 熱量に見合う分だけ熱が加えられ、 降温ゾーンでは熱が奪われる。

したがって、 被処理物に熱が加えられる昇温ゾーンおよび恒温ゾーンは、 加熱 ゾーンと称されることもある。 被処理物から熱を奪う降温ゾーンは、 冷却ゾーン と称されることもある。 降温ゾーンはまた、 当該ゾーンに入ってから当該ゾーン を出るまでの間に下がる被処理物の温度 （降温速度） に応じて、 徐冷ゾーンまた は急冷ゾーンと称されることもある。 一般に、 徐冷ゾーンとは、 ゾーン内に入つ てきた被処理物の温度を例えば数。 C/分〜数十。 C/分の割合で下げるゾーンをい う。 急冷ゾーンとは、 ゾーン内に入ってきた被処理物の温度を例えば数百。 CZ分 以上の割合で下げるゾーンをいう。

加熱ゾーンおよび冷却ゾーンの寸法は、 被処理物の処理量に基づき、 加熱に必 要な時間、 令却速度、 および取り出し温度等の熱処理条件ならびに熱処理装置の 設置スペース等に応じて決定される。

複数の熱処理室を有する熱処理装置においては、 各熱処理室において所定の熱 処理が確実に行われるように、 熱処理室内の温度 （即ち、 熱処理ゾーンの温度） を所定の温度状態に保つ必要がある。 そのため、 熱処理室内は、 適当な加熱また は冷却手段、 および温度モユタによつて温度管理される。

複数の熱処理室を有する熱処理装置には、 各熱処理室内の熱処理ゾーンで被処 理物を間欠的に移動させる熱処理装置と、 被処理物を連続的に移動させる熱処理 装置がある。 被処理物が間欠的に移動させられる熱処理装置の一例は、 例えば日 本国特許公開第 1 1—1 4 2 0 6 1号公報に記載されている。

当該公報に記載の熱処理装置は、 各熱処理ゾーンが隣接する他の熱処理ゾーン から熱的に影響を受けることがないように、 各熱処理ゾーンが他の熱処理ゾーン から遮蔽されることにより、 各熱処理ゾーンの熱的な独立性を確保している。 具 体的には、 この熱処理装置は、 力 tl熱ゾーン間の境界部分に平板状のシャツタを有 するシャッタ装置と、 シャッタを挟むように設けられた一対の断熱壁を有する。 シャッタは各加熱ゾーンを相互に遮蔽する遮蔽位置、 または搬送されるワークと の干渉を避ける退避位置に位置決めされる。 即ち、 シャツタはワークが加熱ゾー ン間を移動するときに«位置に位置させられ、 ワークが加熱ゾーンに搬入され ると遮蔽位置に位置させられる。 カロ熱ゾーンに搬入されたワークは、 加熱ゾーン で停止又は往復移動して、 所定の温度となるように熱処理される。

この熱処理装置においては、 シャツタが各加熱区分を相互に遮蔽するとともに、 加熱ゾーン間の境界部分に設けられた断熱壁自身と断熱壁相互間に形成される空 気層が断熱作用を奏する。 これにより、 各加熱区分が隣接する他の加熱ゾーンか ら受ける熱的な影響が可及的に低減させられる。 断熱壁の間に形成される空気層 はまた、 高温側の加熱ゾーンから低温側の加熱ゾーンに対する直接的な伝熱を妨 げる。 したがって、 この熱処理装置によれば、 ワークを間欠送りしてシャツタを 閉じた後、 各加熱区分の温度を所定温度に速やかに制御できる。 即ち、 この熱処 理装置は、 可動シャッタと断熱壁によつて各熱処理ゾーンの独立性を確保してい る。 それにより、 被処理物の品質が確保されるとともに、 熱処理装置全体の長さ を短くできるという利点がもたらされる。

次に、 被処理物が連続的に移動させられる熱処理装置について説明する。

複数の熱処理室を有し、 被処理物が連続的に移動させられる熱処理装置の 1つ として、 適当な加熱手段または冷却手段で加熱または冷却された、 マツフルと呼 ばれるトンネル状構造を有する熱処理室内で、 被処理物を搬送しつつ、 被処理物 を間接的に熱処理する装置がある。 被処理物の搬送は、 メッシュベルトコンベア またはローラハース等の搬送手段を用いて実施される。 この種の熱処理装置はし ばしばマツフル炉またはマツフル構造型加熱炉と呼ばれる。 マツフル炉において、 熱処理ゾーンはマツフルの壁で画定され、 この熱処理ゾーンは、 マツフルの外側 に配置した加熱手段等によつて所定温度に維持された熱処理雰囲気である。

「熱処理雰囲気」 とは、 被処理物が配置される空間をいい、 当該空間に配置さ れた被処理物に熱を加えること又は被処理物から熱を奪うことは、 当該空間に含 まれるガス、 加熱装置、 冷却装置、 および/または当該空間を画定する壁によつ てなされる。 「熱処理雰囲気」 は単に 「雰囲気」 ともいう。 熱処理雰囲気に含ま れるガスは 「雰囲気ガス」 ともいう。

マツフル炉においては、 被処理物はこの熱処理雰囲気内で搬送されて、 マツフ ルを構成する壁の内側面を介して間接加熱または間接冷却されることにより、 所 望のように熱処理される。 マツフル炉においては、 熱処理ゾーンに加熱手段等が 存在しないため、 例えば、 ヒータ形状に起因する熱処理ゾーンでの加熱ムラなら びに加熱制御の変動が緩和される。 即ち、 熱処理ゾーンはより均一な熱処理雰囲 気であるから、 被処理物を所望の温度プロファイルにて安定的に熱処理すること ができる。

マツフルは一般に金属製筒状構造体である。 マツフルとしては、 例えば筒状に 一体加工されたものが用いられる。 あるいは、 断熱性のブロック板で四方を囲む ことによって、 方形の筒状体のマッフルを形成することができる。

マツフル炉の基本的構成の一例を図 1 3に示す。 図示するマツフル炉 (100) は、 被処理物の搬送方向に沿って、 被処理物を加熱昇温させる加熱ゾーン （加熱 室） と、 被処理物を冷却降温させる冷却ゾーン （冷却室） とを有する。 被処理物 は各ゾーンを順次連続的に通過し、 この間に所定の熱処理が被処理物に施される。 図 13に示すマツフル炉をさらに詳しく説明する。 加熱ゾーンを形成する加熱 マツフル （2) は金属材料から成り、 その外壁面は電気ヒータモジュール （1) で囲まれている。 加熱マツフル （2) は電気ヒータモジュール （1) で加熱され、 所望の熱処理に応じて所定温度に維持されている。 冷却ゾーンを形成する冷却マ ッフル （8) もまた金属材料から成る。 冷却マツフル （8) の 面には冷却水 管 （7) が配置され、 令却マツフル （8) 内は冷却水管 （7) 内を通る冷却水に よって、 所定温度に維持されている。 ヒータモジュ^ "ル （1) を含むマツフノレ全 体は、 壁 （または外パネル） （110) によって囲繞されている。

加熱マッフル （ 2 ) 内では、 搬送体であるメッシュベルト （ 3 ) が連続的に一 方向へ移動する。 熱処理する被処理物 （4) はこのメッシュべノレト （3) に載せ られて搬入部 （5) から搬出部 （6) に向かって移動する。 図示した態様では、 メッシュベルトは装置の設置面 （図 13に示す Χ— Υ平面） に平行に配置されて X方向に移動している。

メッシュベルト以外の搬送体としては、 多数の円柱状ローラを、 その長手方向 が搬送方向に対して垂直に、 かつ装置の設置面 （図 13に示す X— Υ平面） と平 行になるように （即ち、 図 13の Υ方向に沿って） 並べて形成した搬送体がある。 そのような搬送体は一般に 「ローラーハース」 と呼ばれる。 ローラハースを用い る場合、 被処理物はローラの回転駆動により搬送される。

被処理物 （4) は、 所定温度に維持された加熱マツフル （2) 内を通過してい る間に加熱される。 メッシュベルト （3) と被処理物 （4) は加熱マツフル

(2) 内を通過した後、 冷却マツフル （8) 内を通過する。 冷却マツフル （8) 内を通過する被処理物 (4) は、 冷却水管 （7) 内を通過する冷却水によって間 接的に冷却される。

次に、 マツフルとマツフルとが接続されている部分、 即ち、 マツフル接続部分 周辺を説明する。 図 14は、 加熱ヒータ （9) が周囲に配置された加熱マツフル (10) と、 冷却水管 （11) が表面に耐熱セメント （12) 等で接着された冷却マツ フル （13) との接続部分を模式的に断面図にて示している。 加熱マツフル （10) と冷却マツフル （13) とは、 接続部 （図示した態様においてはフランジ） （16) でポルトノナット （18) により機械的に接続されている。 接続部 (16) の間には、 不燃性の材料 （例えば、 石綿または不燃カーボン系材料） から成るシール材 (17) が挟み込まれている。 シール材は、 各マツフル （10、 13) 内の熱処理ゾー ン （14a, 14 b ) に含まれる雰囲気ガスが、 接続部分から各マツフル （10、 13) の外部雰囲気 （15) へ漏出するのを防止するために使用される。 かかるマツフル 炉においては、 被処理物 (25) が連続的に送られるため、 各加熱ゾーンの独立性 はほとんどない。

このようなマツフル炉においては、 加熱ヒータ （9 ) によって供給される熱ェ ネルギ一のうち、 被処理物の加熱処理に利用される熱エネルギーの割合、 即ち有 効熱効率が極めて小さいという問題がある。 ここで、 有効熱効率とは、 加熱ヒー タ （9 ) によって熱処理装置に投入したエネルギーのうち、 被処理物の加熱処理 に利用される熱エネルギーの割合をいう。 有効熱効率が小さい熱処理装置におい て、 加熱ヒータ （9 ) により供給される熱エネルギーの大部分は、 実際の熱処理 に使用されない無駄なエネルギーであり、 熱損失と呼べる。

例えば、 被処理物が電子部品または電子デバイス等の製品であり、 これを加熱 して焼結する場合、 被処理物の熱容量は一般に極めて小さいにもかかわらず、 有 効熱効率は 5 %以下である。 これは、 製品の品質および歩留まりを維持するため に、 均一力 安定した大きな熱処理雰囲気の中で熱処理が実施されることによる。 有効熱効率が低いほど、 熱処理装置に供給すべき熱エネルギーの量は大きくな る。 このことは、 熱処理装置のランニングコストを高くし、 ひいては製品のコス トを上昇させる原因となる。 そこで、 熱処理装置に供給されるエネルギーを減少 させること （即ち省エネルギー化） によるコストダウンが望まれている。 特に熱 エネルギーを多量に消費する熱処理装置のような生産設備の省エネルギー化は、 企業の生産活動と地球環境との共生という視点からも、 近年、 より強く望まれて いる。

有効熱効率は、 熱処理室内の温度差が大きい 2つの熱処理室が隣接して含まれ る熱処理装置において小さくなる傾向にある。 即ち、 熱損失は、 図 1 3に示す熱 処理装置の場合、 加熱マツフル （10) と冷却マツフル ³) との接続部分におい て最も多く生じる。 以下に、 熱処理装置が図 1 3に示すような加熱マツフルと冷 却マツフルを備えたマツフル炉であり、 これを用いて被処理物を加熱するときに 熱損失が生じる理由を、 加熱マッフルに供給された熱がたどる伝熱経路と併せて 説明する。

マツフルの周囲に配置された加熱手段から供給された熱の一部は、 マツフルを 囲繞する炉壁が介在する伝熱経路を経由する。 この伝熱経路をたどる熱は炉壁の 外側表面から炉外に放出される。 放出される熱は被処理物に伝わらないものであ る力 ら、 すべて熱損失となる。

別の伝熱経路としては、 冷却マツフルの外側に位置する冷却水管を流れる水が ある。 7令却水管を流れる水から炉外に放出される熱には、 加熱マツフル内で加熱 された被処理物おょぴ搬送体から放出される熱が含まれる。 具体的には、 搬送体 等から放出される熱は、 最終的に、 冷却マツフル内の雰囲気ガスに伝達されて冷 却マッフルの壁に伝達され、 あるいは搬送体と冷却マッフルとの接触又は搬送体 と冷却マッフルの壁との間で生じる熱放射により令却マッフルの壁に伝達され、 それから冷却マッフルの外側に位置する冷却水管を流れる水に伝達されて水の温 度を上昇させ、 それにより炉外に放出されることとなる。

さらに別の伝熱経路として、 雰囲気ガスを媒体とする経路がある。 この経路を 通って熱が放出されるとは、 雰囲気ガスの給排気により熱が炉外へ持ち出される ことを意味する。 このようにして放出される熱はすべて熱損失となる。 雰囲気ガ スにより持ち出される熱の量は熱処理方法に応じて変化する。 例えば、 有機溶媒 等を蒸発させる乾燥処理を熱処理として実施する場合には、 雰囲気ガスの給排気 量 大きくなるため、 それに伴って持ち出される熱の量も増加する。 一方、 熱処 理する際に蒸発する溶媒の量が僅かである場合 （例えば、 セラミックを焼成する 場合） には、 雰囲気ガスの給排気量が少なくてすみ、 したがって炉外へ持ち出さ れる熱の量は、 炉壁および冷却水を経由して放出される熱の量と比較して非常に 小さい。

マツフル炉のような熱処理装置に供給された入熱エネルギー ( 1 0 0 %とす る） のうち、 前記の各伝熱経路を経て放出される熱エネルギーの割合は、 熱処理 装置の種類および操作条件 （例えば、 温度条件、 熱処理ゾーンの雰囲気ガスの給 排気量、 被処理物の搬送速度、 被処理物の種類等） によって変化する。 例えば、 電子部品の製造工場において一般に用いられるマツフル構造型加熱炉の場合、 炉 壁面から放出される熱エネルギーは入熱エネルギーの 3 0〜 2 0 %程度であり、 冷却水によって炉外へ放出される熱は入熱エネルギーの 7 0〜 8 0 %程度である。 また、 雰囲気ガスによって持ち出される熱は雰囲気ガスの排出条件によって変ィ匕 し入熱エネルギーの数％〜数十％となる。 なお、 各伝熱経路を経て放出される熱 の割合は、 入熱エネルギー、 熱処理室内の温度、 被処理物の温度ならびに冷却水 管を流れる水の温度おょぴ流量等から算出できる。

冷却水によって炉外へ放出される熱の占める割合が大きい理由として、 搬送体 力 ^放出される熱量が大きいことが挙げられる。 通常、 搬送体は、 加熱ゾーンに おいて被処理物の周囲の温度を一定とするために、 雰囲気ガスの温度と同じ温度 となるように加熱される。 一般に、 搬送体は、 熱処理空間にて被処理物を搬送す るのに適した高い耐熱強度を有するように構成される。 その結果、 搬送体の寸法 は大きくなる傾向にあり、 それに伴って、 搬送体の熱容量は必然的に大きくなる。 熱容量が大きくなると、 昇温に必要なエネルギーはより大きくなる。 したがって、 搬送体を冷却すると、 それに蓄積されていた大量の熱エネルギーが放出されるこ ととなる。 搬送体は熱処理装置において被処理物を所望の温度の雰囲気へ搬送す るために欠くことのできないものである。 し力、し、 搬送体から放出される熱エネ ルギ一は、 被処理物の周囲の温度を一定にすることのみを目的として供給された ものであるから、 熱損失になってしまう。 この熱損失は、 通常、 入熱エネノレギー の 2 0〜 3 0 %程度を占める。

このように、 熱損失が生じる原因おょぴその量は、 ある程度明らかにされてい る。 し力 し、 その検討は必ずしも十分ではなく、 例えば、 冷却水によって炉外へ 放出される熱のうち、 被処理物に伝えられた熱が冷却ゾーンにて放出されると仮 定した場合に被処理物から放出される熱、 および搬送体から放出される熱をそれ ぞれ差し引いた残りの約 3 0〜5 0 %に相当する熱の伝熱経路の詳細な検討はな されていない。 発明の開示 本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、 熱損失が生じる原因と、 各 原因による熱損失の割合とをより詳細に求めることによって、 熱処理装置の構造 上の問題点を解明し、 有効熱効率がより向上した熱処理装置を提供することを課 題とする。

本発明者らは熱損失についてさらに詳細に検討した結果、 上記のマツフル炉に おいて、 冷却水管を流れる水を介して放出される熱のうち、 入熱エネルギーの約 2 5〜4 5 %に相当する熱が加熱ゾーンを画定するマツフルの壁から冷却ゾーン を画定するマツフルの壁への熱伝導に由来するものであることを見出した。 そし て、 この熱伝導を有効に抑制する手段を熱処理装置に設けることによって、 熱損 失が従来のものよりも小さい本発明の熱処理装置を完成させるに至った。

さらに、 本発明者らは、 入熱エネルギーの約 5〜2 0 °/₀に相当する熱が、 加熱 マッフル内の雰囲気と冷却マッフル内の雰囲気との間の対流伝熱、 および加熱マ ッフルの壁の内側面から冷却ゾーンへの輻射伝熱に由来するものであることを見 出した。 そして、 この対流伝熱および輻射伝熱を有効に抑制する手段を、 マツフ ル間の熱伝導を抑制する前記手段とともに熱処理装置に設けることによって、 熱 損失をより小さくした熱処理装置を完成させるに至った。

図 1 2に、 本発明者らが新たに得た知見に基づいて作成した従来の電気加熱式 マツフル炉の熱勘定図の一例を示す。 図 1 2は、 被処理物を焼成する熱処理であ つて、 溶媒の蒸発を殆ど伴わず、 雰囲気ガスの給排気量が小さい熱処理を実施し た場合の熱勘定図に相当する。 なお、 図示した熱勘定図は一例にすぎず、 放出さ れる熱の割合は、 熱処理の種類および炉の操作条件等によって異なる。

本明細書を通じて 「熱処理」 とは、 被処理物の昇温、 恒温、 降温またはこれら の組み合わせの処理であって、 被処理物の温度を上げる、 下げる、 または一定に 保つこと、 あるいはこれらのいずれかの組み合わせの処理であってもよく、 その ために被処理物に熱を加えること、 またはそれから熱を奪うこと、 あるいはこれ らの種々の組み合わせ （場合により断熱することを含んでもよい） のいずれの処 理であってもよいことに留意すべきである。 この熱処理によって、被処理物の少 なくとも 1つの特性 （例えば、 水分保有率、 重量、 電気抵抗、 透過率、 形成膜厚 またはその均一性、 内部応力またはひずみ、 強度、 組成等） が所定のように変化 する。

例えば、 被処理物に熱を加える処理 （即ち、 加熱処理） には、 被処理物の温度 を所定の温度に所定時間で上げる処理、 被処理物の温度を所定温度で所定時間維 持する処理および被処理物を所定の温度変化条件にさらす処理等が含まれる。 被 処理物から熱を奪う処理 （即ち、 冷却処理） には、 熱を加えない方法、 すなわち 自然冷却による方法、 あるいは、 動力により冷風を吹き付けたり、 所定の温度に 制御可能な熱を吸収する面または放熱する面等を利用した強制冷却による方法に より、 被処理物の温度を低下させる処理が含まれる。 さらに、 冷却処理には、 前 述の徐冷が含まれる。 被処理物を徐冷する場合、 被処理物は、 急激な温度低下を 防止するために、 ヒータ等によって被処理物の温度よりも低い温度に加熱された 熱処理ゾーンにて冷却処理に付されることがある。 このように加熱された熱処理 ゾーンで実施される熱処理であつても、 被処理物の温度を低下させる処理であれ ば、 当該処理は冷却処理であることに留意すべきである。

以下に、 本発明の熱処理装置、 即ち、 マツフルの壁間で生じる熱伝導を有効に 抑制する手段が設けられた熱処理装置を説明する。

本発明は、 第 1の要旨において、 複数のマッフルを熱処理室として含んで成り、 マッフル内で被処理物が搬送されて熱処理される熱処理装置であって、 マッフル 内の温度が相互に異なる、 少なくとも 1組の隣接する 2つのマツフルが断熱構造 部材を介して接続されており、 断熱構造部材は被処理物が通過するトンネル構造 を有している熱処理装置を提供する。

マッフル内の温度は一般にマッフル内の雰囲気ガスの温度である。 マッフル内 の温度が異なる 2つのマツフル間では熱伝導が生じる。 本発明の熱処理装置は、 そのような熱伝導が生じる 2つのマツフルの間に断熱構造部材を介在させること によって、 マツフル間の熱伝導に由来する熱損失を小さくしたものである。

断熱構造部材とは、 マッフル間の熱伝導を小さくし得るように構成された部材 をいう。 断熱構造部材は、 マッフルとマツフルとの間での被処理物の搬送が妨げ られることのないようにトンネル構造を有し、 その内部を被処理物が通過するよ うになっている。

断熱構造部材が 「トンネル構造」 を有するとは、 断熱構造部材が開放された入 口部および出口部を有する空洞部を有し、 入口部から搬入された被処理物が出口 部から排出される構造を有することをいう。 即ち、 トンネル構造を有する断熱構 造部材は、 被処理物の搬送方向に沿って貫通した空洞部を有する。 この空洞部を 被処理物の搬送方向に対して垂直な方向に切断したときに形成される 、ずれの切 断面も、 完全に閉じた面を形成せず、 開いた部分を必ず有する。 したがって、 断 熱構造部材を熱処理室であるマツフルとマツフルの間に配置した場合、 断熱構造 部材のトンネル構造は熱処理室間を連絡する通路を提供することとなる。 そのよ うなトンネル構造は、 壁で空洞部を画定することによって形成される。

本発明で用いられる断熱構造部材はまた、 被処理物の搬送方向において実質的 な長さ （寸法） を有するものである。 即ち、 断熱構造部材は、 板状またはシート 状でない。

マツフル間の熱伝導を小さくし得るために設けられる断熱構造部材は、 具体的 には以下のようにして構成される。

( 1 ) 断熱構造部材の壁を、 マツフルを構成する材料よりも小さい熱伝導率を有 する材料で構成する。 熱伝導率の小さい材料を用いることにより、 加熱マッフル 力、ら冷却マツフルに向かって熱が伝わることを有効に抑制できる。

( 2 ) 断熱構造部材を、 その壁の厚さが一定でない、 即ち部分的に小さくなるよ うに構成する。 壁に厚さの小さい部分を存在させ、 熱の伝わる方向 （例えば、 加 熱マツフルから冷却マツフルに向かう方向） に対して垂直な断面 （以下、 この面 を熱伝導断面という） の面積を小さくすれば、 その断面において、 加熱マツフル から冷却マッフルに向かつて熱が伝わることを有効に防止できる。 厚さが部分的 に小さい壁は、 凹部 （例えば溝部） を有する壁である。

( 3 ) 断熱構造部材の少なくとも一部を薄板で構成する。 即ち、 断熱構造部材の 壁の少なくとも一部を薄板とする。 ここで、 「薄板」 とは、 マツフルの壁の厚さ よりも小さい厚さを有する板状物を!、う。 この断熱構造部材は、 上記 （ 2 ) と同 様、 少なくとも一部を熱伝導断面積が小さい板状物で構成したものであり、 マツ フル間の熱伝導を有効に抑制する。

断熱構造部材は、 上記 ( 1 ) 〜 （3 ) の構成の少なくとも 2つを組合せたもの であってよい。 好ましくは、 断熱構造部材は、 断熱構造部材が無い場合と比較し て、 熱処理装置に供給される熱エネルギーを 1 0 %以上減少させるように構成さ れる。

本発明の熱処理装置においては、 防熱板状部材が、 断熱構造部材のトンネル構 造の両端部の少なくとも一方に、 被処理物の通過を妨げることなく設けられてい ることが好ましい。

防熱板状部材とは、 それにより隔てられる空間と空間との間でそれが設けられ ない場合に生じる対流伝熱を防止するとともに、 一方の空間から他方の空間への 輻射伝熱を防止する面を与える板状物をいう。

また、 防熱板状部材は、 表面からの熱輻射による熱損失を小さくするために、 例えば鏡面のような熱反射率の大きい表面を有するものであることが好ましい。 防熱板状部材は、 断熱構造部材の両端部の少なくとも一方に設けられる。 それ により、 断熱構造部材が有する空洞部の一部とマツフル内の熱処理ゾーンは、 断 熱構造部材の両端部にて、 防熱板状部材によって隔てられることとなる。 断熱構 造部材の両端部は、 各マツフルの断熱構造部材と接する側の端部ともいえる。 し たがって、 断熱構造部材の両端部の少なくとも一方に防熱板状部材が設けられた 態様には、 防熱板状部材が断熱構造部材とマツフルとの間に挟まれた態様、 およ び防熱板状部材がマッフルの端部にて、 マッフルの内壁面に例えば溶接または接 着等により取り付けられた態様力 S含まれる。 また、 防熱板状部材は、 伝熱を防止 する面が伝熱の方向 （一般には被処理物の搬送方向） と角度をなすように （即ち 平行とならないように） 設けられる。 好ましくは、 防熱板状部材の伝熱防止面は、 伝熱の方向と直交する。

別法として、 防熱板状部材は、 断熱構造部材のトンネル構造の内部、 即ち断熱 構造部材の空洞部の内部に設けてもよい。 その場合、 防熱板状部材は、 断熱構造 部材の内壁面に溶接または接着等により取り付けられる。 あるいは、 断熱構造部 材を 2つのパーツで構成し、 2つのパーツ間に防熱板状部材を挟んでもよい。 防熱板状部材は、 被処理物の通過を妨げることなく設けられる。 具体的には、 防熱板状部材に開口部または切り欠きを設け、 被処理物および場合により搬送体 が当該開口部および切り欠きを通過し得るようにすれば、 被処理物の通過は妨げ られない。 防熱板状部材を用いることにより、 加熱ゾーンと冷却ゾーンの雰囲気間で生じ る対流伝熱および加熱マッフルの壁の内側面からの輻射伝熱が有効に抑制される。 したがって、 防熱板状部材を断熱構造部材と組み合わせて使用することにより、 熱処理装置における熱損失をより小さくし得る。

防熱板状部材と組み合わせる断熱構造部材は、 上記 ( 1 ) 〜 （3 ) のいずれか 1つの構成、 または （ 1 ) 〜 （ 3 ) のうち少なくとも 2つを組み合わせた構成を 有する断熱構造部材である。

以上において、 本発明の第 1の要旨として、 熱処理室としてマツフルを含む熱 処理装置を説明したが、 本発明はマッフルでない熱処理室を複数含む熱処理装置 にも適用できる。 そのような熱処理装置は、 例えば、 加熱手段または冷却手段が 熱処理室内に設けられ、 被処理物が直接的に加熱または冷却されるようなもので める。

即ち、 本発明は第 2の要旨において、 複数の熱処理室を含んで成り、 熱処理室 内で被処理物が搬送されて熱処理される熱処理装置であって、 熱処理室内の温度 が相互に異なる、 少なくとも 1組の隣接する 2つの熱処理室が断熱構造部材を介 して接続されており、 断熱構造部材は被処理物が通過するトンネル構造を有して いる熱処理装置を提供する。 第 2の要旨において提供される熱処理装置は、 上記 第 1の要旨において提供される熱処理装置を含む。 換言すれば、 第 1の要旨にお いて提供される熱処理装置は、 第 2の要旨において提供される熱処理装置におい て、 熱処理室内の温度が相互に異なる、 少なくとも 1組の隣接する 2つの熱処理 室がマッフルであり、 当該 2つのマッフルが断熱構造部材を介して接続されたも のに相当する。

この熱処理装置において、 断熱構造部材は、 2つの熱処理室を画定する壁の間 に挿入されて、 熱処理室間で生じる熱伝導を有効に抑制する。 断熱構造部材の具 体的な構成は、 マツフル間の断熱構造部材に関して先に説明したものと同様であ り、 熱処理室の壁の材料および厚さ等に応じて選択される。

第 2の要旨にお V、て提供される熱処理装置においても、 防熱板状部材と断熱構 造部材を組合せて使用することが好ましい。 その場合にも、 熱処理装置における 熱損失はより小さくなる。 以上において説明した本発明の熱処理装置において、 断熱構造部材は、 接続部 分で熱伝導が生じる 2つの隣接する熱処理室間 （マッフル炉の場合はマッフル 間） に配置される。 したがって、 断熱構造部材は、 一方の熱処理室内の温度 （一 般には熱処理室内の雰囲気ガスの温度） が他方のそれよりも高い高温熱処理室一 低温熱処理室間 （マツフル炉の場合は高温マツフルー低温マツフル間） に配置さ れる。

熱処理室内の温度差が大きいほど、 熱伝導による熱損失がより大きくなり、 こ れを減少させることが望まれる。 したがって、 2つの隣接する熱処理室間の熱処 理室内の温度差が大きいほど、 それらの間に断熱構造部材を配置することがより 好ましく、 より大きな効果 （即ち熱損失の減少） が得られる。 断熱構造部材が配 置される熱処理室の組合せは、 例えば、 一方の熱処理内がヒータ等によって加熱 され、 熱処理室内の温度が 4 0 0 °C以上である加熱室または徐冷室であり、 他方 の熱処理室が冷却水等の冷媒によつて冷却され、 熱処理室内の温度が室温程度で ある冷却室 （急冷室） である。

2つの隣接する熱処理室は、 ともにヒータ等によって加熱される場合でも、 一 方の熱処理室内の温度が他方のそれよりも数十度。 C (例えば 2 0 °C) 以上高くな るように設定されることがある。 そのような 2つの隣接する熱処理室の組合せと して、 例えば、 低温で加熱する加熱室と高温で加熱する加熱室との組合せがある。 断熱構造部材は、 そのような 2つの隣接する熱処理室間に配置してもよい。

防熱板状部材を使用する場合、 防熱板状部材は、 熱処理室内の温度が高い熱処 理室 （加熱室） と接する側の断熱構造部材の端部に設けることが好ましい。 高温 の熱処理室の近くに防熱板状部材を設けると、 熱損失をより小さくできる。

本発明の熱処理装置によってもたらされる効果は次のとおりである。 本発明の 熱処理装置は、 2つの隣接する熱処理室 （例えばマツフル） 間に断熱構造部材、 および適宜、 防熱板状部材を配置することを特徴とするものである。 この特徴に より、 熱処理装置 （例えばマツフル構造型加熱炉等） での熱損失量を小さくする ことができるから、 熱処理装置で消費されるトータルの熱エネルギーを削減でき る。 したがって、 本発明によれば、 熱処理後の製品の品質および歩留まりに影響 を与えることなく、 省エネルギー化が図れるとともに、 製品を安価なランエング コストで製造することが可能となる。

さらに、 上記断熱構造部材および防熱板状部材は、 モータ等を用いて機械的に 動かす （例えば上下動させる） 部材を含まない。 したがって、 本発明の熱処理装 置は、 隣接する 2づの熱処理室のうち、 一方の熱処理室内の温度がモータ等によ る機械的な動きを困難にするほど高い場合でも、 上記の効果を良好に奏する。 さらにまた、 上記断熱構造部材および防熱板状部材は、 熱処理室内の雰囲気ガ スを熱処理室の外部に漏出させることなく、 2つの隣接する熱処理室間の伝熱を 抑制し得る。 したがって、 本発明の熱処理装置によれば、 熱処理室内の雰囲気ガ スを乱すことなく、 有効熱効率をより高くして安定的に被処理物を熱処理するこ とが可能である。 図面の簡単な説明

図 1は、 加熱マツフルと冷却マツフルとの間に断熱構造部材を配置した本発明 の熱処理装置の一例を部分的に模式的に示す断面図である。

図 2は、 加熱マツフルと冷却マツフルとの間に断熱構造部材を配置した本発明 の熱処理装置の別の一例を部分的に模式的に示す断面図である。

図 3は、 加熱マッフルと冷却マッフルとの間に断熱構造部材を配置した本発明 の熱処理装置の更に別の一例を模式的に部分的に示す断面図である。

図 4は、 凹部を有する断熱構造部材の壁の一例を模式的に示す斜視図である。 図 5は、 加熱マツフルと冷却マツフルとの間に薄板から成る断熱構造部材を配 置した本発明の熱処理装置の更に別の一例を部分的に模式的に示す断面図である。 図 6は、 加熱マッフルと冷却マッフルとの間に別の薄板から成る断熱構造部材 を配置した本発明の熱処理装置の更に別の一例を部分的に模式的に示す断面図で ある。

図 7は、 加熱マッフルと冷却マッフルとの間に変形可能な断熱構造部材を配置 した本発明の熱処理装置の更に別の一例を部分的に模式的に示す断面図である。 図 8は、 加熱マツフルと冷却マツフルとの間に別の変形可能な断熱構造部材を 配置した本発明の熱処理装置の更に別の一例を部分的に模式的に示す断面図であ る。 図 9は、 加熱マッフルと冷却マッフルとの間に断熱構造部材を、 加熱マッフル と断熱構造部材との間に防熱板状部材を配置した本発明の熱処理装置の更に別の 一例を部分的に模式的に示す断面図である。

図 1 0 A〜Cはそれぞれ防熱板状部材の一例を模式的に示す、 被処理物の進行 方向から見た模式的正面図である。

図 1 1は、 本発明の熱処理装置と従来の熱処理装詹の電力消費量を比較したグ ラフである。

図 1 2は、 従来のマツフル構造型加熱炉の熱勘定図の一例である。

図 1 3は、 従来のマツフル構造型加熱炉の斜視図である。

図 1 4は、 従来のマッフル構造型加熱炉のマッフルの接続部分を模式的に示す 断面図である。 発明を実施するための形態

本発明の第 1の要旨に係る熱処理装置は、 複数のマツフルを熱処理室として含 んで成り、 マツフル内で被処理物が搬送されて熱処理される熱処理装置である。 そのような熱処理装置としては、 例えば、 すべての熱処理室がマツフルであるも の、 および一部の熱処理室のみがマツフルであるものがある。 熱処理装置は、 熱 処理の種類に応じて 1もしくは複数の加熱ゾーンおよび Zまたは 1もしくは複数 の冷却ゾーンを含む。 熱処理装置には、 加熱ゾーンとして、 昇温ゾーンのほか、 必要に応じて恒温ゾーンを含む。

加熱ゾーンおよび冷却ゾーンは、 被処理物が所望のように熱処理されるように いずれかの組合せで配置することができる。 例えば、 被処理物を昇温した後、 降 温してから熱処理装置外へ搬送するように、 被処理物の進行方向に沿って、 1ま たはそれ以上の加熱ゾーンおょぴ 1またはそれ以上の冷却ゾーンをこの順に配置 してよい。 あるいは、 1またはそれ以上の加熱ゾーンと 1またはそれ以上の冷却 ゾーンを交互に配置してもよい。 あるいは、 被処理物が、 昇温ゾーン、 恒温ゾー ンおよび降温ゾーンをこの順に通過するように、 昇温するための力 B熱ゾーン、 温 度を維持するための加熱ゾーン、 および冷却ゾーンの 3種類の熱処理ゾーンをこ の順に配置してもよい。 その他、 従来のマッフル炉で採用されていた熱処理ゾー ンの 、ずれの配置をも適用できる。

本発明の第 1の要旨に係る熱処理装置においては、 接続部分において大きな熱 伝導が生じる 2つの隣接するマツフル間 （例えばマツフル内の温度差が 8 0 0 °C 以上である隣接するマツフル間） に断熱構造部材が設けられる。 断熱構造部材の 好ましい態様を図面を参照して説明する。

図 1は、 加熱マッフルと冷却マッフルとの間に設けられた、 マッフルを構成す る材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料から成る壁で構成された断 熱構造部材の一例を示す。 図 1は、 図 1 4と同様、 加熱マツフル （10) と冷却マ ッフル （13) の接続部分を模式的に示したものであり、 図 1において、 図 1 4で 使用された符号と同じ符号は、 図 1 4においてそれらが表す要素と同じ要素を表 している。

図示した態様において、 被処理物は各マッフル内を図 1の X— y平面と平行な 面上を X方向に進行する。 y方向は本図の紙面に対して鉛直な方向に相当する。 加熱マツフル （10) および冷却マツフル （13) は、 被処理物が進行できるように、 X方向に延びる貫通した空洞部を熱処理ゾーン （14 a， 14 b ) として有している。 図示した態様において、 加熱マツフル （10) は、 熱処理ゾーン （14 a ) の延びる 方向 （図では X方向） に垂直な断面 （以下、 特に断りのない限り空洞部に関して 単に 「断面」 というときはこの断面を指すものとする） が例えば弓形または矩形 であるトンネル構造を有しており、 冷却マツフル ひ³) は熱処理ゾーン （14 b ) の断面が例えば弓形または矩形であるトンネル構造を有している。 加熱マッフル (10) の熱処理ゾーン （14 a ) の断面積は冷却マツフル ³) の熱処理ゾーン (14 b ) のそれよりも大きい。

加熱マツフル （10) および冷却マツフル （13) にはそれぞれ加熱ヒータ （9 ) および冷却水管 （11) ί X— y平面に平行な 2つの^^面に設けられている。 被処理物は加熱マツフル （10) で加熱されて高温 （例えば、 8 0 0 °C) となり、 続いて冷却マツフル （13) で室温と同程度の温度にまで冷却される。 したがって、 冷却マツフル （13) 内は急冷ゾーンに相当する。

断熱構造部材 (19) の壁を構成する材料は、 加熱マツフル （10) および冷却マ ッフル （13) を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有するよう、 加 熱マツフル （10) および冷却マツフル （13) を構成する材料に応じて選択される。 一般的なマツフノレ炉において、 マツフルは、 ステンレスまたはインコネル等の 金属材料で構成される。 したがって、 断熱構造部材は、 それらの熱伝導率よりも 小さい熱伝導率を有する材料、 具体的には、 セラミック、 シリカおよび煉瓦等か ら選択される無機材料、 またはこれらの無機材料から成る多孔質材料 （例えば中 空体またはガラスビーズを焼結したもの） 力 ら成る壁で構成することが好ましい。 断熱構造部材 (19) もまた、 その内部を被処理物が進行できるよう、 X方向に 延びる貫通した空洞部 （190) を備えたトンネノレ構造を有している。 図示した態 様においては、 断熱構造部材 (19) の空洞部 （190) は、 冷却マツフル (13) の 熱処理ゾーン （14 b ) の断面と一致するように形成され、 冷却マツフル （13) の 内壁面と断熱構造部材 （19) の内壁面とが面一となるように配置されている。 そ のため、 断熱構造部材 (19) の端面の一部 （19 d ) は加熱ゾーンに露出されてい る。 加熱ゾーンに露出している部分 （19 d ) は、 加熱マツフル （10) 内の雰囲気 ガスが冷却マツフル （13) へ移動することを阻止する。 また、 断熱構造部材 (19) は、 X— y平面に平行な壁のうち、 一方 （図 1においては上方の壁） が他 方よりも厚くなつている。

断熱構造部材 （19) は、 各マツフルとの接続のために、 その端部に接続部とし てフランジ （19 a ) を有する。 マツフル接続部 (16) と断熱構造部材接続部 (19 a ) は、 ポルト Zナット （18) により機械的に接続されている。 マツフルと断熱 構造部材の接続部 （16， 19 a ) の間には、 不燃性の材料 （例えば、 石綿、 不燃力 一ボン系材料) から成るシール材 (17) が挟み込まれている。 これは、 各マツフ ル （10、 13) の内側にある雰囲気ガスをマツフルと断熱構造部材の接続部分から 漏出させないために用いられる。

図 1に示す断熱構造部材は熱伝導率の小さい材料を用いて構成する断熱構造部 材の一例にすぎない。 別の例を図 2に示す。 図 2において、 図 1で使用された符 号と同じ符号は、 図 1においてそれらが表す要素と同じ要素を表す。 また、 図 2 には、 図 1では示していない搬送体 （メッシュベルト） （24) および被処理物 (25) を併せて示している。

熱伝導率の小さ 、材料から成る断熱構造部材は、 熱処理および熱処理装置全体 の機械的強度等に悪影響を及ぼさず、 また、 マツフル間の熱伝導を有効に抑制し 得る限りにおいて、 いずれの形状および寸法を有してよい。 断熱構造部材は、 マ ッフルの寸法、 隣接する熱処理室内の温度 （雰囲気ガスの温度） の差、 およびマ ッフル間で生じる熱伝導を抑制すべき度合い等を考慮して設計すればよい。 例え ば、 空洞部の断面は矩形のほか、 円形、 半円形または弓形であってよい。 一般に、 断熱構造部材の長さ （被処理物の進行方向における長さ） が大きいほど、 また、 断熱構造部材の壁が薄いほど、 マツフル間の熱伝導をより抑制でき、 したがって 熱損失をより減少させることができる。

好ましい断熱構造部材の一例として、 空洞部の断面の形状が半円形 （またはァ 一ケード型） であり、 長さが 1 0 0〜3 0 0 mmであり、 壁の厚さが 1 0〜3 0瞻 である断熱構造部材が挙げられる。 尤も、 これは一例にすぎず、 断熱構造部材の 形状および寸法は被処理物の種類等に応じて適宜選択される。

図 3は、 マツフル間に配置された、 断熱構造部材を構成する壁の厚さが一定で なレ、断熱構造部材の一例である。 図 3において図 1で使用された符号と同じ符号 は、 図 1においてそれらが表す要素と同じ要素を表している。

図 3に示す断熱構造部材は、 図 1に示す断熱構造部材の X— y平面に平行な壁 の外側表面に、 y方向に延びる溝状の凹部 （20 a ) を有するものである。 その結 果、 凹部 （20 a ) においては壁の厚さが小さくなつて、 熱伝導断面積が小さくな つているため、 熱が伝わりにくい。

凹部の形状、 凹部の深さ、 凹部の数おょぴ凹部の方向等は、 熱処理およぴ熱処 理装置全体の機械的強度等に悪影響を及ぼさず、 また、 マツフル間の熱伝導を有 効に抑制し得る限りにおいて、 特定の形状、 深さ、 数および方向等に限定されな い。 例えば、 溝状の ω部は図 3のような楔形状でなく、 矩形のものであってもよ い。 溝状の凹部は y方向ではなく、 X方向に延ぴていてもよい。 一般に、 凹部の 深さが深いほど、 また、 αα部の数が多いほど、 マツフル間の熱伝導をより抑制で き、 したがって熱損失を減少させることができる。

凹部は、 断熱構造部材の壁の任意の場所にあってよい。 例えば、 断熱構造部材

1 矩形または正方形の断面の空洞部を有する方形の管状体である場合には、 構 造部材を形成するする 4面の壁のうち、 少なくとも 1面の壁に少なくとも 1つの 凹部があればよい。 凹部は、 好ましくは加熱マツフル （高温マツフル） に近い側 に設けられる。 凹部は、 断熱構造部材の壁の外側表面に加えて、 内側表面にあつ てもよい。 あるいは、 凹部は断熱構造部材の壁の内側表面のみにあってよく、 ま たは外側表面および内側表面の両方にあってよい。

凹部は、 例えば、 断熱構造部材を構成する壁を切削等して形成することができ る。 あるいは、 凹部を有するように成形した壁を用いてもよい。

凹部は、 好ましくは、 その幅が 3 0〜 5 0 mm程度であり、 深さ力 5〜 1 5■程 度である楔形状の断面を有する溝状であって、 空洞部の断面の周方向に延びる (即ち、 空洞部を囲む） 溝状である。 そのような凹部は、 好ましくは、 1つの断 熱構造部材にっき 2〜 5個形成される。

溝状の凹部を有する断熱構造部材の壁は、 厚さが一定でない断熱構造部材の壁 の一態様である。 厚さが一定でない断熱構造部材の壁としては他に、 例えば図 4 に示すように、 壁の外側表面および/または内側表面に小さなくぼみ （20 b ) を 複数個設けた壁がある。

厚さが一定でない壁は、 マツフルを構成する材料よりも小さい熱伝導率を有す る材料で形成することが好ましい。 このような壁を用いて断熱構造部材を構成す れば、 マッフルとマツフルとの間で生じる熱伝導をより有効に抑制することがで さる。

図 5および図 6は、 加熱マツフル （10) と冷却マツフル （13) との間に配置さ れた、 全体が薄板で構成された断熱構造部材の一例である。 図 5および図 6にお いて、 図 1および図 2で使用された符号と同じ符号は、 図 1および図 2において それらが表す要素と同じ要素を表している。 この態様の断熱構造部材は、 壁の熱 伝導断面積が全体にわたって小さく、 それによりマツフル間の熱伝導を有効に抑 制する。

図 5において、 断熱構造部材 （21) は全体が薄板で構成され、 X方向に延びる 貫通した空洞部 （210) を有している。 空洞部 （210) の断面は矩形である。 断熱 構造部材 （21) には、 薄板を折り曲げて形成したフランジ （21 a ) が設けられて いる。 このフランジ （21 a ) の折曲げ角度を調節することにより、 空洞部 (210) の両端の断面を、 それぞれ加熱マツフル （10) と冷却マツフル （13) の 熱処理ゾーン （14 a， 14b ) の断面に一致させている。

図 6においては、 薄板から成る断熱構造部材 （²1) を、 接続部材 (22) を使用 してマツフル接続部 （16) に接続している。 断熱構造部材 (21) は、 適当な手段 (例えば、 耐熱接着剤、 力シメ、 または溶接等） により、 接続部材 (22) に固定 する。 接続部材 (22) は、 例えば、 マツフルを構成する材料と同じ材料 （例えば ステンレス等) から成る。

少なくとも一部が薄板から成る断熱構造部材の形状寸法および材料等は、 熱処 理および熱処理装置全体の機械的強度等に悪影響を及ぼさず、 また、 マツフル間 の熱伝導を有効に抑制し得る限りにおいて、 特定のものに限定されない。 但し、 断熱構造部材において、 薄板で構成された部分の機械的強度は小さくなる傾向に あり、 薄板を用いる場合には特にその点を考慮する必要がある。

薄板の厚さは、 マツフルを構成する壁の厚さよりも小さい。 マツフルを構成す る壁の厚さが一定でない場合、 薄板の厚さはマツフルの壁の最も小さい厚さより も小さくすることが好ましい。 薄板の厚さが小さいほど、 マツフルとマツフルの 間で伝導する熱エネルギーをより小さくすることができる。 薄板の厚さは、 好ま しくは、 マツフルの壁の厚さの 1 2〜 1 / 5 0、 より好ましくは l Z l 0〜1 / 2 0である。

薄板は熱伝導断面積が十分に小さく、 そのことがマツフル間で伝導する熱エネ ルギーを小さくするから、 薄板を構成する材料の熱伝導率がマツフルとマツフル の間で生じる熱伝導に及ぼす影響は小さい。 したがって、 薄板を構成する材料は 特定の材料に限定されない。 薄板は、 例えば、 マツフルを構成する材料と同じ材 料で構成してもよく、 具体的には、 薄板は、 ステンレス鋼またはインコネルで構 成してよい。 薄板は、 熱伝導率の小さい材料、 例えば、 セラミック、 カーボンも しくは石英ガラスで構成してもよい。 薄板は、 前記材料で構成したメッシュ材で あって、 圧力差が無いときにガスを実質的に透過させない濾過用メッシュ材であ つてよい。 あるいは、 薄板は、 メッシュ材を金属箔で被覆したもの又は複数のメ ッシュ材を重ねたものであってもよい。 熱処理温度が低い場合または熱による機 械的強度の低下等が生じない場合には、 耐熱性樹脂で薄板を構成してもよい。 薄板は断熱構造部材の一部のみを構成してよい。 例えば、 断熱構造部材の一部 を薄板とし、 その他の部分を、 熱伝導率の小さい材料から成る厚い壁で構成して、 熱処理装置の機械的強度を確保するようにしてもよい。 例えば、 断熱構造部材が 矩形または正方形の断面の空洞部を有する方形体である場合、 向かい合う 1組の 壁を薄板で構成し、 他の 1組の壁を熱伝導率の小さい材料からなる厚い （例えば マツフルの壁と同じ厚さまたはそれよりも大きい厚さを有する） 壁としてもよい。 一般に、 熱処理中、 加熱によりマツフルの延び及び熱変形が発生して、 マツフ ルの接続部分に応力が集中し、 その結果、 マッフル間で隙間が生じてマッフル内 の雰囲気ガスが漏出することがある。 同様のことは、 マツフルとマツフルの間に 上記断熱構造部材を設けた場合、 マッフルと断熱構造部材との接続部分において も生じやすい。 マツフル内の雰囲気ガスが漏出すると、 例えばガスが腐食性であ れば装置に鲭が生じる、 あるいはガスが有毒であれば人体に悪影響を及ぼすとい う不都合が生じる。 力かる不都合は、 断熱構造部材を容易に変形し得る構造とす ることで回避できる。 即ち、 変形可能な断熱構造部材を一種の応力吸収材として 作用させることにより、 マツフルに延ぴ等が生じても、 接続部分に応力が集中す ることを緩和できる。

具体的には、 断熱構造部材を図 7に示すような構造とすることが好ましい。 図 7は、 全体を薄板で構成した断熱構造部材であって、 変形可能なものの一例を示 す。 図 7において、 図 5で使用された符号と同じ符号は、 図 5においてそれらが 表す要素と同じ要素を表している。

図 7に示す断熱構造部材 (21) は、 複数の曲げ部 (23) を形成した薄板を用い て、 曲げ部 (23) のリブ （23 a ) が被処理物の進行方向に対して垂直となるよう に構成しだものである。 この曲げ部 (23) は、 マツフルの延びおよび Zまたは熱 変形等が生じた場合に直ちに変形して、 マツフルと断熱構造部材との接続部分に 応力が集中することを防止する。 曲げ部のリブは、 図示するように被処理物の進 行方向に対して垂直な方向に延びていることが好ましいが、 被処理物の進行方向 に対して平行でない方向であればいずれの方向に延びていてよい。 曲げ部は、 リ ブが断熱構造部材の内壁面に形成されるように形成してよい。 曲げ部のリプは、 その頂部が尖つていない湾曲したものであってよい。

変形可能な断熱構造部材の別の態様の一例を図 8に示す。 図 8において、 図 1 で使用された符号と同じ符号は、 図 1においてそれらが表す要素と同じ要素を表 している。 図 8に示す断熱構造部材 (19) は、 図 1と同様、 マツフルを構成する 材料よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成したものである。 図示した断熱構 造部材 （19) は、 鉤手部 (19 b ) が凹部 （19 c ) 内で摺動することにより伸縮し て、 マツフル部で生じた X方向の延びを吸収する。

容易に変形可能なこの断熱構造部材は、 マッフルとマッフルの間の接続部分で 生じ得る雰囲気ガスの漏出を有効に防止する手段としても有用である。 即ち、 容 易に変形可能な断熱構造部材は、 マツフル間の熱伝導を抑制する部材としてだけ ではなく、 マツフルの接続部分のシーリングをより向上させるための接続構造部 材として、 マツフルとマツフルの間に配置させてよい。

次に、 断熱構造部材に加えて防熱板状部材を含む熱処理装置について説明する。 図 9は、 防熱板状部材を含む熱処理装置の一例を示し、 図 6に示す熱処理装置に 防熱板状部材を配置したものに相当する。 図 9において、 図 6で使用された符号 と同じ符号は、 図 6においてそれらが表す要素と同じ要素を表している。 図 1 0 Aは、 被処理物の進行方向から見た防熱板状部材の正面図である。

防熱板状部材 (26) は、 加熱マツフル接続部 （30) と断熱構造部材の接続部材

(22) の間に、 シール材 (17) とともに挟み込まれ、 ポルト/ナット （18) で固 定されている。 防熱板状部材 (26) は、 図 1 O Aに示すように、 矩形であって、 被処理物 (25) と搬送体 （24) が通過するのに必要な大きさの開口部 （29) を有 する。 図 9に示す装置においては、 防熱板状部材 (26) の 4辺がそれぞれ、 加熱 マツフル接続部 (30) と断熱構造部材の接続部材 (22) の間で挟持されている。 図 9において、 P方熱板状部材 (26) は、 被処理物が通過するのに必要な開口部 を除いて、 加熱マツフルの端部を遮蔽している。 防熱板状部材 (26) を設けるこ とによって、 加熱マツフル （10) の熱処理ゾーン （14 a ) から冷却マツフル (13) の熱処理ゾーン （14 b ) へ雰囲気ガスが流れ込むこと、 ならびに加熱マツ フル （10) の内壁面から冷却マツフル （13) 内に輻射熱 （図中の白抜き矢印に相 当） が伝わることが有効に防止される。

防熱板状部材の別の態様を図 1 0 Bおよび図 1 0 Cに示す。

図 1 O Bに示す防熱板状部材は、 矩形の板状部材である。 この防熱板状部材は、 被処理物 （25) および搬送体 （24) が通過する間隙部 （29' ) が形成されるよう に、 z方向の長さが熱処理ゾーンの断面 （破線で表示） の _Z方向の長さよりも小 さい。

図 1 O Cに示す防熱板状部材は、 被処理物 (25) と搬送体 （24) が通過するの に必要な大きさの切り欠き （29" ) が形成された矩形の板状部材である。 この防 熱板状部材もまた、 z方向の長さが熱処理ゾーン （または断熱構造部材の空洞 部） の断面 （破線で表示） の z方向の長さよりも小さい。

図 1 O Bおよび図 1 O Cに示す防熱板状部材は、 例えば、 加熱ゾーンの断熱構 造部材と接する側の端部が遮蔽されるように、 加熱マツフルの内壁面に取り付け られる。 図 1 0 Bおよび図 1 0 Cに示す防熱板状部材はまた、 図 9に示すように マツフルと断熱構造部材との間で挟持させてもよい。 その場合、 防熱板状部材が 挟持されないマツフル一断熱構造部材間の接続部分に防熱板状部材の厚さに相当 する間隙が生じることがある。 そのような間隙が生じる接続部分には、 例えば、 防熱板状部材と同じ厚さを有する板状部材を挟んで、 雰囲気ガスが漏れないよう にする必要がある。 あるいは、 断熱構造部材の一部の寸法を他の部分の寸法と異 なるようにすることによって、 間隙が生じないようにしてよい。

図 1 O A〜Cに示す防熱板状部材は、 それぞれ例示にすぎず、 他の形状を有し てよい。

防熱板状部材は、 熱処理および熱処理装置全体の機械的強度等に悪影響を及ぼ さない限りにおいて、 いずれの材料で形成されてよい。 防熱板状部材は、 例えば、 ステンレス鋼板等の金属板、 または圧力差が無いときにガスを実質的に通過させ ないフィルター状のメッシュ材であることが好ましい。 さらに、 防熱板状部材は、 それ自身による輻射伝熱を小さくするために、 表面放射率の小さいものであるこ とが好ましい。 表面放射率を小さくする方法としては、 例えば、 防熱板状部材の 表面を研磨処理する方法が挙げられる。

以上、 本発明の第 1の要旨に係る熱処理装置を、 加熱マツフルと冷却マツフル の接続部分を例に挙げて説明した。 本宪明の熱処理装置は、 一方のマツフル内の 温度が他方のマツフル内の温度よりも高い、 1組の隣接する 2つのマツフルの間、 即ち高温マッフルー低温マッフル間に断熱構造部材が設けられた熱処理装置であ る。 上記において説明した加熱マツフルー冷却マツフルの組合せは、 高温マツフ ルー低温マッフルの組合せの 1つである。 高温マッフルー低温マッフルの別の組 合せは、 例えば、 一方のマツフル内の温度が他方のそれよりも 5 0 °C以上高いカロ 熱マッフルー加熱マッフルであり、 それらの間に断熱構造部材が設けられた熱処 理装置も本発明に含まれる。 断熱構造部材はまた、 1つの熱処理装置において複 数設けられていてよい。

本発明は、 マツフル炉だけでなく、 複数の熱処理室を有するその他の熱処理装 置にも適用される。 本発明はまた、 バッチ式加熱炉等にも適用できる。 いずれの 態様の熱処理装置においても、 断熱構造部材の材料、 形状および寸法等 （例えば、 断熱構部材の壁の材料の熱伝導率、 および断熱構造部材の壁の一部を薄板で構成 する場合の薄板の厚さ等） は、 熱処理室の壁の材料や厚さ等に応じて選択すると よい。 マツフル炉以外の熱処理装置においても、 図 1 0 A〜Cに示すような防熱 板状部材を適宜設けてよレ、。

本発明の熱処理装置において、 被処理物の搬送装置は図示したようなメッシュ ベルトに限定されず、 ローラーハース等のその他の搬送装置であってよい。 被処 理物は、 これらの搬送装置によつて連続的に又は間欠的に熱処理室内で搬送され る。 さらに、 本発明の熱処理装置には、 上記において説明しなかったその他の部 材または要素であって、 熱処理装置において常套的に用いられているもの （例え ば給排気装置等） を必要に応じて設けることができる。 産業上の利用の可能性

本発明は、 搬送方式、 加熱方式、 および Zまたは用途の如何を問わず、 複数の 熱処理室を有する熱処理装置に好ましく適用できる。 本発明の熱処理装置は、 具 体的には、 プラズマ 'ディスプレイ 'パネル、 太陽電池パネルおょぴ抵抗チップ 等の各種デバイスおよび電子部品を最終製品とする種々の製品の製造過程におい て熱処理を実施するために使用できる。 実施例

本発明を実施例により具体的に説明する。 なお、 以下において 「上」 または 「下」 というときは、 被処理物の搬送面および搬送方向が地表面に対して水平で ある場合の、 鉛直方向における 「上」 および 「下」 をいい、 単に 「長さ」 という ときは、 被処理物の進行方向と平行な方向の長さをいうものとする。 また、 「幅」 とは、 被処理物の搬送面と平行であり被処理物の進行方向に対して垂直な 方向をいう。

(実施例 1 )

1つの加熱マツフルと 1つの冷却マツフルとから成る熱処理装置であって、 熱 伝導率の小さい材料から成る壁で形成された断熱構造部材を、 図 2に示すように 加熱マッフルと冷却マッフルとの間に設けた熱処理装置を作製した。

本実施例における加熱マツフル （10) 、 冷却マツフル （13) 、 メッシュベルト

(24) 、 被処理物 (25) および断熱構造部材 (19) の材料および形状寸法は次の とおりである。

1) 加熱マツフル

■材料：ィンコネル 600 (熱伝導率 14. 8W/m · K (常温） ) ； ■壁の厚さ： 1 Omm；

-マツフルの形状：上側壁が弓なりである半円形の断面を有する管状体であつ て、 端面に接続部としてフランジを溶接により一体化したもの；

•マツフルの幅 X最大高さ X長さ： 100 OmmX 25 OmmX 700 Oram；

■熱処理ゾーンの断面：幅 98 OmmX最大高さ 225 mmの半円形；

2) 冷却マツフル

•材料： SUS 304 (熱伝導率 16. 5W/m · K (常温） ) ；

•壁の厚さ： 7mm；

-マツフルの形状：矩形の断面を有する管状体であって、 端面に接続部として フランジを溶接により一体化したもの；

·マツフルの幅 X高さ X長さ： 100 OmmX 6 OmmX 2000瞧 ；

-熱処理ゾーンの断面：幅 986ramX高さ 46 ramの矩开

3 ) メッシュベルト

•材料： SUS 316 ；

•幅 X厚さ： 94 OmmX 1 Oram 4) 被処理物

• PDP用ガラス基板；

-幅 X厚さ X長さ： 60 OmmX 5mmX 90 Omm

5) 断熱構造部材

'材料：シリカ系耐熱材料 （日本マイクロサーム社製、 商品名：マイクロサー ム、 熱伝導率： 0. 05W/m · K (常温） ) ；

■形状：断面が矩形の空洞部を有する矩形の ½状体；

•幅 X高さ X長さ： 1086ramX 35 OmmX 100 mm；

•上側壁の厚さ： 70議、 下側壁の厚さ ： 50瞧、 側方の壁の厚さ ： 20瞧 ； ·空洞部の断面：幅 986瞧 X高さ 46 ramの矩形

上記の加熱マッフノレと断熱構造部材の間、 および冷却マッフノレと断熱構造部材 の間は、 図示するように、 マツフルを構成する壁と、 断熱構造部材を構成する壁 との間にカーボン製シール材 (17) を挟み、 ポルト/ナット ⁸) を用いてマツ フルのフランジ部 （16) と断熱構造部材 (19) を固定して接続した。

(実施例 2)

薄板から成る断熱構造部材を図 6に示すように加熱マツフルと冷却マツフルと の間に設けて熱処理装置を作製した。 実施例 2の熱処理装置における加熱マッフ ルぉよび冷却マッフルは、 実施例 1のそれらと同じである。

本実施例では、 薄板として厚さ 1. 0腿のステンレス鋼板を用意し、 これを用 いて、 空洞部の断面形状が矩形である長さ 10 Oramの断熱構造部材 （21) を構成 した。 また、 断熱構造部材とマツフルとを接続するために、 ステンレス鋼から成 る接続部材 (22) を使用した。 断熱構造部材 (21) を構成する薄板は溶接により 接続部材 （22) に固定した。

(実施例 3)

実施例 2の熱処理装置において、 図 9に示すように、 さらに防熱板状部材

(26) を加熱マツフル接続部 （30) と断熱構造部材の接続部材 （22) との間に配 置した熱処理装置を作製した。 実施例 3の熱処理装置における加熱マツフル、 冷 却マッフルおよぴ断熱構造部材等は実施例 2のそれらと同一である。 防熱板状部 材 (26) として、 厚さ 1. 0謹、 表面放射率 0. 01のステンレス鋼板を使用し た。 防熱板状部材には、 図 1 0 Aに示すように、 メッシュベルト ½4) および被 処理物 （25) が通過できるように、 高さ 2 5 mm、 幅 9 8 0瞧の開口部 （29) を設 けた。

(比較例）

比較のために、 断熱構造部材および防熱板状部材のいずれをも使用せず、 図 1 4に示す従来の熱処理装置のように、 加熱マツフル （10) と冷却マツフル ひ³) とをシーノレ材 (17) を介して接続した熱処理装置を作製した。

実施例 1〜 3および比較例の熱処理装置において、 加熱ゾーンを加熱するヒー タブ口ックの温度設定を全て 8 5 0 °Cとし、 冷却ゾーンを冷却する冷却水量を 5 m ³/minとし、 メッシュベルトの搬送スピードを 1 0 O mmZminとして、 加熱炉 に供給される全消費電力量を測定した。 各マッフル構造型加熱炉に供給された電 力消費量を比較のために図 1 1に示す。

従来のようにマツフル同士を接続した場合 （比較例） 、 炉全体が消費する電力 は 4 0 kWであった。 比較例の熱処理装置の消費電力 4 0 k Wを基準 1 0 0とし て比較すると、 本発明品に相当する実施例 1〜3の熱処理装置の消費電力は、 比 較例のそれよりも 1 5〜 2 5 %程度低下した。 実施例 3のように防熱板状部材と 断熱構造部材を組み合わせると、 ヒータ電力消費量を最も多く （2 5 %) 削減す ることができた。 このことから、 防熱板状部材と断熱構造部材の組合せが、 消費 電力の低下に最も効果的であることが判る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の熱処理室を含んで成り、 熱処理室内で被処理物が搬送されて熱処理さ れる熱処理装置であって、 熱処理室内の温度が相互に異なる、 '少なくとも 1組の 隣接する 2つの熱処理室が断熱構造部材を介して接続されており、 断熱構造部材 は被処理物が通過するトンネル構造を有している熱処理装置。

2 . 熱処理室内の温度が相互に異なる、 少なくとも 1組の隣接する 2つの熱処理 室が、 マッフルである請求項 1に記載の熱処理装置。

3 . 断熱構造部材の壁を構成する材料が熱処理室の壁を構成する材料よりも小さ い熱伝導率を有する材料である請求項 1または請求項 2に記載の熱処理装置。

4 · 断熱構造部材の壁の厚さが一定でない請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の

5 . 断熱構造部材の壁が溝部を有するものである請求項 4に記載の熱処理装置。

6 . 断熱構造部材の壁の少なくとも一部が薄板から成る請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の熱処理装置。

7 . 断熱構造部材が変形可能である請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載の熱処理

8 . 防熱板状部材が、 断熱構造部材の両端部の少なくとも一方に、 被処理物の通 過を妨げることなく設けられている請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載の熱処理

9 . 防熱板状部材が、 搬送体と被処理物が通過し得る開口部を有するものである、 請求項 8に記載の熱処理装置。

1 0 . 熱処理室内の温度が相互に異なる、 少なくとも 1組の隣接する 2つの熱処 理室の一方の熱処理室内の温度が、 他方の熱処理室内の温度よりも 5 0 °C以上高 い請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載の熱処理装置。

1 1 . 熱処理室内の温度が相互に異なる、 少なくとも 1組の隣接する 2つの熱処 理室の一方の熱処理室^加熱室であり、 他方が冷却室である、 請求項 1 0に記載 の熱処理装置。

1 2 . 加熱室が加熱マツフルであり、 冷却室が冷却マツフルである請求項 1 1に 記載の熱処理装置。