WO2016009849A1

WO2016009849A1 - 熱処理用治具

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Publication number: WO2016009849A1
Application number: PCT/JP2015/069145
Authority: WO
Inventors: 大介南
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-01-21
Also published as: CN106662402A; JP6337962B2; JPWO2016009849A1; CN106662402B; KR20170009990A; KR101931993B1

Abstract

　熱処理用治具（１０１）は、熱処理すべき対象物を載せるための、黒鉛シートからなる載置部材（３）を備え、載置部材（３）の主表面は、凹部を有する。

Description

熱処理用治具

　本発明は、熱処理用治具に関するものである。

　トレイプッシャー方式で対象物を熱処理するための不活性雰囲気連続炉が、特開２００４－１３２６７４号公報（特許文献１）に記載されている。この炉においては、黒鉛製の炉床上を黒鉛製のトレイが摺動する仕組みとなっている。炉床上には溝を有する案内手段が設けられている。ここで用いられているトレイは、厚さが７ｍｍで一辺が１２０ｍｍの正方形の黒鉛製の板である。熱処理の対象物は各トレイ上に積載され、複数のトレイが連続して炉内に送られる。

特開２００４－１３２６７４号公報

　特許文献１に記載されているように１つの黒鉛製のトレイに多数の対象物を載せて連続炉の内部を搬送する場合、トレイの表面が平坦であるので、搬送時に対象物が水平方向に移動し、対象物同士の衝突による割れや欠けを発生するおそれがある。また、トレイの表面における対象物の位置が定まらないので、多数の対象物を１つのトレイに載せて熱処理を行なう場合、対象物がトレイ上で不規則に位置することとなり、トレイ上の部位によって対象物の疎密の差が生じ、温度のばらつきが生じるおそれがある。

　そこで、本発明は、多数の対象物を１つの部材に載せて熱処理を行なう場合にも対象物同士の衝突による割れや欠けをなるべく防止し、対象物の疎密の差による温度のばらつきも低減することができる熱処理用治具を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に基づく熱処理用治具は、熱処理すべき対象物を載せるための、黒鉛シートからなる載置部材を備え、前記載置部材の主表面は、凹部を有する。

　本発明によれば、多数の対象物を１つの部材に載せて熱処理を行なう場合にも対象物同士の衝突による割れや欠けをなるべく防止し、疎密の差による温度のばらつきも低減することができる。

本発明に基づく実施の形態１における熱処理用治具の分解図である。本発明に基づく実施の形態１における熱処理用治具に含まれる載置部材の部分拡大平面図である。図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。本発明に基づく実施の形態１における熱処理用治具に対象物を載せた状態の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態２における熱処理用治具に含まれる載置部材の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態２における熱処理用治具の変形例に含まれる載置部材の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態１，２における熱処理用治具の第１例の枠部近傍の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態１，２における熱処理用治具の第２例の枠部近傍の第１の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態１，２における熱処理用治具の第２例の枠部近傍の第２の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態３における熱処理用治具の分解図である。本発明に基づく実施の形態３における熱処理用治具に含まれる載置部材の部分拡大平面図である。図１１におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線に関する矢視断面図である。本発明に基づく実施の形態３における熱処理用治具に対象物を載せた状態の部分拡大断面図である。本発明に基づく実施の形態４における熱処理用治具の斜視図である。本発明に基づく実施の形態４における熱処理用治具に含まれる載置部材の側面図である。本発明に基づく実施の形態４における熱処理用治具の平面図である。図１６におけるＺ部の部分拡大説明図である。本発明に基づく実施の形態４における熱処理用治具の変形例の部分拡大断面図である。

　（実施の形態１）
　図１～図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における熱処理用治具について説明する。

　本実施の形態における熱処理用治具１０１の分解図を図１に示す。熱処理用治具１０１は、枠部１と、載置部材３とを備える。載置部材３は、枠部１によって支持される。枠部１は、下枠部２と上枠部４とを含む。下枠部２と上枠部４とは図示しない公知技術によって互いに固定される。載置部材３の周縁部は、下枠部２と上枠部４とによって挟み込まれる。載置部材３は、黒鉛シートを用いて形成されたものである。載置部材３は、主表面全体にわたって平坦な黒鉛シートではなく、黒鉛シートの主表面に凹部を形成したものである。

　言い換えれば、熱処理用治具１０１は、熱処理すべき対象物を載せるための、黒鉛シートからなる載置部材３を備え、載置部材３の主表面は、凹部を有する。

　載置部材３を構成する黒鉛シートの厚みは、たとえば０．０５ｍｍから０．１ｍｍ程度である。載置部材３の素材としては、たとえば厚み５０μｍ、７０μｍ、１００μｍなどと称して市販されている黒鉛シートが採用可能である。枠部１の材質は、たとえばカーボン、セラミック、耐熱金属であってよい。ここでいう耐熱金属とは、たとえばインコネル、ニッケルなどを挙げることができる。

　図１に示した例では、下枠部２は厚み５ｍｍ、載置部材３は厚み０．０５ｍｍ、上枠部４は厚み１．３ｍｍである。図１に示した例では、平面的に見たときの枠部１の外形は、一辺が１５０ｍｍの正方形となっている。平面的に見たときの枠部１の幅は５ｍｍである。ただし、ここで挙げた各寸法はあくまで一例である。

　載置部材３としての黒鉛シートの主表面に形成される凹部は、熱処理すべき対象物が引っ掛かってその場に留まる程度の大きさであることが好ましい。対象物が載置部材３に載せられた状態で載置部材３を多少傾けても対象物が引っ掛かって留まることが期待される。特に、載置部材の主表面に形成されるものが凹部である場合には、熱処理すべき対象物より大きなサイズの凹部であることが好ましい。この凹部が、１個の対象物が完全に収まるほどの大きさであることは好ましいが、そのような大きさが必須というわけではない。凹部は、１個の対象物の一部が収まる程度の大きさであってもよい。

　図１における載置部材３を平面的に見たときの部分拡大図を図２に示す。載置部材３の主表面に凹部５がマトリックス状に配列されている。図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に関する矢視断面図を図３に示す。

　本実施の形態における熱処理用治具によれば、搬送中または熱処理中の対象物が不所望にずれる確率を減らすことができる。したがって、多数の対象物を１つの熱処理用治具に載せて熱処理を行なう場合にも対象物同士の衝突による割れや欠けをなるべく防止し、対象物の疎密の差による温度のばらつきも低減することができる。また、対象物が載置部材上でずれて移動することは、載置部材の摩耗劣化を早めることにもなりうるが、そのような移動を減らすことで、載置部材の耐用寿命を長くすることもできる。

　本実施の形態における熱処理用治具では、載置部材の主表面に凹部が設けられていることにより載置部材の表面積が増大しているので、載置部材の受熱面積の増大による加熱効率の改善の結果、昇温速度を上げることができる。また、表面積が増大していることにより、１つの載置部材の中での部位による温度ばらつきを改善することができる。

　なお、本実施の形態で示したように、載置部材３の主表面には、凹部として、各々が独立した凹状の湾曲面が形成されていることが好ましい。図３では、この条件を満たす凹部の例として凹部５が示されている。凹部５は凹状の湾曲面３１を有する。この構成を採用することにより、対象物を分散して保持することができる。特に凹状の湾曲面は、一定間隔で規則正しく配列されていることが好ましい。なぜならこのような構成であれば、対象物を湾曲面に保持することにより、多数存在する対象物を、図４に示すように凹状の湾曲面ごとに分散して一定間隔で保持することができるからである。図４では、多数の対象物１０を載置部材３に載せて熱処理する様子を示している。対象物１０は、１個ずつ正確に位置を指定して配置しなくても、載置部材３の上面に多数まとめて載せ、載置部材３に多少の揺動を加えれば、図４に示すように対象物１０がおのずと適度に分散して凹部５に収まる。１つの凹部５に収まる対象物１０は１個とは限らず、１つの凹部５に複数個の対象物１０が同時に収まってもよい。このように、対象物１０を適量ずつ分散して保持することができるので、良好な熱処理を行なうことができる。

　図２、図３に示した凹部５は「ディンプル」とも呼ばれる。この場合の凹部５の湾曲面３１は、球面の一部であってよい。シート状の素材にこのような凹部を形成する加工は「ディンプル加工」とも呼ばれる。ディンプル加工は黒鉛シートに対しても行なうことができる。黒鉛シートに予めディンプル加工を施すことにより、載置部材３を得ることができる。

　図２、図３に示した凹部５は、マトリックス状に並んでいたが、互いに隣接する列同士では半ピッチずつずれるように配置してもよい。平面的に見たときの凹部５の位置は、その他の配列パターンに従ってもよい。

　前記主表面のうち前記湾曲面同士を隔てる部分は、平坦となっていることが好ましい。図３に示した例では、この条件が満たされている。すなわち、図３においては、載置部材３の湾曲面３１同士を隔てる部分は平坦面３２となっている。このようになっていれば、平坦面３２に載った対象物１０は側方へと滑りやすいので、載置部材３上で凹部５に未だ入っていない対象物１０がある場合にも、多少揺らすことによって対象物１０はいずれかの凹部５へと導かれる。

　本発明に基づく熱処理用治具にとって、ここで示した枠部１の存在は必須ではない。ただし、載置部材は平面的に見て矩形状であり、熱処理用治具は、載置部材の四辺を取り囲むようにして載置部材を支持する枠部を備えることが好ましい。枠部を備えていれば、載置部材は安定して姿勢を維持することができ、熱処理用治具の取扱いも容易となるからである。このことは、以下の実施の形態においても同様である。

　熱処理用治具に枠部１が備わっている場合に、枠部１が上下２つに分かれていることは必須ではない。ただし、枠部１は、下枠部２と上枠部４とを含み、枠部１は、下枠部２と上枠部４とによって載置部材３を挟み込むことによって載置部材３を支持していることが好ましい。この構成を採用することにより、載置部材３を確実に保持することができるからである。

　また、必要に応じて下枠部２と上枠部４とを分離することによって載置部材３のみを交換することができるものとしてもよい。この場合、載置部材３を交換した後も、枠部１は引き続き同じものを使用することができる。

　（実施の形態２）
　実施の形態１では、個々の凹部５は凹状の湾曲面３１となっていたが、図５に示す載置部材３ｉのように、個々の凹部５は円筒形のものであってもよい。本発明に基づく実施の形態２における熱処理用治具は、このような載置部材３ｉを備える。他の構成は、実施の形態１で示したものと同じである。

　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　あるいは、他の変形例としては、図６に示す載置部材３ｊのように、円錐台を逆さに伏せたような形状の凹部５を有するものであってもよい。凹部５の形状はこれらに限らず他の任意の形状であってもよい。

　（枠部による載置部材の固定）
　なお、実施の形態１，２のいずれにおいても、枠部１は、下枠部２と上枠部４とで載置部材を挟み込んで固定するという構成であったが、この場合、たとえば図７に示すようになる。図７に示した例では、下枠部２と上枠部４とが載置部材３を完全に隙間なく押さえつけているが、図８に示すように、下枠部２と上枠部４とが隙間を有するように載置部材３を緩く挟んでいる構成であってもよい。すなわち、下枠部２と上枠部４とは、互いに離隔しつつ載置部材３を挟み込んでいる。このような構成は、図９に示すように段付きネジ６を用いることによって実現可能である。図９は、図８に示した熱処理用治具の異なる部位を異なる向きから見た断面図であり、載置部材３は、段付きネジ６に対応する箇所に貫通孔または切欠きを有している。図８および図９に示したように、下枠部２と上枠部４とが、互いに離隔しつつ載置部材３を挟み込むこととすれば、載置部材３が枠部１によって完全には拘束されておらず、若干の変位が可能であるので、熱処理用治具が使用されて温度が変化したときに、載置部材３が円滑に膨張または収縮することができる。その結果、使用時に載置部材３や枠部１に過度な負荷を与えたり破損したりすることをなるべく回避することができる。

　（実施の形態３）
　図１０～図１２を参照して、本発明に基づく実施の形態３における熱処理用治具について説明する。

　本実施の形態における熱処理用治具１０２の分解図を図１０に示す。熱処理用治具１０２は、枠部１と、載置部材３ｋとを備える。載置部材３ｋは、枠部１によって支持されている。枠部１の詳細は、実施の形態１で説明したものと同様である。図１０に示される載置部材３ｋの部分拡大平面図を図１１に示す。図１１におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線に関する矢視断面図を図１２に示す。載置部材３ｋは、黒鉛シートを用いて形成されたものであり、基本的には実施の形態１で説明したものと同様であるが、載置部材３ｋにはディンプルの代わりに、線状谷部７が形成されている。線状谷部７によって凹部５が実現されている。

　本実施の形態における熱処理用治具１０２においては、載置部材３ｋの主表面には、凹部として、互いに交差するように第１の方向４１および第２の方向４２にそれぞれ複数本ずつ延在する線状谷部７が形成されている。

　本実施の形態では、線状谷部７は、平面的に見て格子状に配置されている。
　本実施の形態における熱処理用治具１０２によれば、多数の対象物１０を載置部材３に載せて熱処理する際に、図１３に示すように、線状谷部７によって形成された凹部５に、対象物１０が適度に分散して収まる。対象物１０を少量ずつ分散して保持することができるので、良好な熱処理を行なうことができる。こうして、本実施の形態においても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。

　ここでは、第１の方向４１と第２の方向４２とは互いに垂直な関係にあるものとして説明したが、両者は互いに垂直とは限らない。第１の方向４１と第２の方向４２とがなす角度は、９０°とは限らず、鋭角であってもよい。第１の方向４１と第２の方向４２とのいずれか一方が枠部１の辺と平行である必要もない。

　なお、載置部材の主表面の凹部はエンボス加工によって形成されたものであることが好ましい。エンボス加工によれば、容易に広い面積にわたって所望の配置の凹部を形成することができるからである。本実施の形態では、線状谷部をエンボス加工で形成したものを想定して説明したが、エンボス加工によって形成される形状はこれに限らない。対象物を各部位に引き留めて保持することができる形状であれば、他のパターンの凹凸形状であってもよい。

　（実施の形態４）
　図１４～図１８を参照して、本発明に基づく実施の形態４における熱処理用治具について説明する。

　本実施の形態における熱処理用治具１０３の斜視図を図１４に示す。熱処理用治具１０３は、枠部１と、載置部材３ｗとを備える。載置部材３ｗは、枠部１によって支持されている。枠部１の詳細は、実施の形態１で説明したものと同様である。載置部材３ｗを単独で取り出したところの側面図を図１５に示す。熱処理用治具１０３の平面図を図１６に示す。図１６におけるＺ部を切り取って取り出した場合の斜視図を図１７に示す。

　熱処理用治具１０３においては、載置部材３ｗは、黒鉛シートを、側方から見たときに山折りおよび谷折りが交互に繰り返す形状となるような波形形状としたものであり、載置部材３ｗは平面的に見て矩形状であり、熱処理用治具１０３は、載置部材３ｗの四辺を取り囲むようにして載置部材３ｗを支持する枠部１を備える。

　図１６および図１７に示すように、載置部材３ｗの外周のうち、波形形状の折れ線と平行な方向に延在する２つの辺３５においては、載置部材３ｗの端部が下枠部２と上枠部４とによって挟み込まれて固定されている。載置部材３ｗの外周のうち、波形形状の折れ線と垂直な方向に延在する２つの辺３６においては、下枠部２が上枠部４よりも内側に向かって張り出した構造となっており、載置部材３ｗの端部は下枠部２の張り出した部分に載っている。この例では、載置部材３ｗは、４辺のうち互いに対向する２辺においてのみ枠部１に挟み込まれた構造となっているが、このような支持の仕方であってもよい。ただし、これは波形形状の載置部材３ｗを支持する構造の一例であって、このような構造に限るわけではない。たとえば図１８に断面図として示すように、下枠部２の上面および上枠部４の下面にそれぞれ波形の凹凸を形成しておき、これらによって波形形状の載置部材３ｗを挟み込む構造であってもよい。

　本実施の形態では、載置部材３ｗの波形形状の谷折りの部分が、載置部材３ｗの主表面に形成された凹部に該当し、熱処理の際には、この凹部に対象物が収まって留まることとなる。

　本実施の形態においても、載置部材３ｗの全体にわたって形成されている谷部によって対象物が保持されうるので、多数の対象物１０を載置部材３に載せて熱処理する際に、対象物１０を適度に分散して保持することができ、良好な熱処理を行なうことができる。こうして、本実施の形態においても、これまでの実施の形態と同様の効果を得ることができる。

　なお、熱処理すべき対象物の種類は、特に限定されないが、対象物はたとえば電子部品であってよく、特に、チップ状の電子部品であってよい。ここでいう電子部品としては、主に微小なものが想定され、１辺が数ｍｍまたは１ｍｍ以下の寸法を有するチップ状の電子部品が想定されうる。

　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

　１　枠部、２　下枠部、３，３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｗ　載置部材、４　上枠部、５　凹部、６　段付きネジ、７　線状谷部、１０　対象物、３１　湾曲面、３２　平坦面、３５，３６　辺、４１　第１の方向、４２　第２の方向、１０１，１０２，１０３　熱処理用治具。

Claims

　熱処理すべき対象物を載せるための、黒鉛シートからなる載置部材を備え、
　前記載置部材の主表面は、凹部を有する、熱処理用治具。
　前記主表面には、前記凹部として、各々が独立した凹状の湾曲面が形成されている、請求項１に記載の熱処理用治具。
　前記主表面のうち前記湾曲面同士を隔てる部分は、平坦となっている、請求項２に記載の熱処理用治具。
　前記主表面には、前記凹部として、互いに交差するように第１の方向および第２の方向にそれぞれ複数本ずつ延在する線状谷部が形成されている、請求項１に記載の熱処理用治具。
　前記主表面の凹部はエンボス加工によって形成されたものである、請求項１から４のいずれかに記載の熱処理用治具。
　前記載置部材は平面的に見て矩形状であり、前記熱処理用治具は、前記載置部材の四辺を取り囲むようにして前記載置部材を支持する枠部を備える、請求項１から５のいずれかに記載の熱処理用治具。
　前記載置部材は、前記黒鉛シートを、側方から見たときに山折りおよび谷折りが交互に繰り返す形状となるような波形形状としたものであり、
　前記載置部材は平面的に見て矩形状であり、前記熱処理用治具は、前記載置部材の四辺を取り囲むようにして前記載置部材を支持する枠部を備える、請求項１に記載の熱処理用治具。
　前記枠部は、下枠部と上枠部とを含み、前記枠部は、前記下枠部と前記上枠部とによって前記載置部材を挟み込むことによって前記載置部材を支持している、請求項６または７に記載の熱処理用治具。
　前記下枠部と前記上枠部とは、互いに離隔しつつ前記載置部材を挟み込んでいる、請求項８に記載の熱処理用治具。