熱処理炉および熱処理装置
【課題】多量の、たとえば、アモルファス磁性材料の磁性特性を正確かつ均一に調整可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理炉は、外殻炉本体１２とその内部に収容された内殻炉１３とを有する２重構造の炉とする。外殻炉本体１２の内部空間１８Ａは外部電気ヒータ１４で加熱し、内殻炉１３の両側の開口１３Ａ、１３Ｂの近傍に電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂを配設する。さらに内殻炉１３の内部空間１８Ｂを流れる雰囲気ガスを強制対流させる送風機１５を配設する。
【解決手段】熱処理炉は、外殻炉本体１２とその内部に収容された内殻炉１３とを有する２重構造の炉とする。外殻炉本体１２の内部空間１８Ａは外部電気ヒータ１４で加熱し、内殻炉１３の両側の開口１３Ａ、１３Ｂの近傍に電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂを配設する。さらに内殻炉１３の内部空間１８Ｂを流れる雰囲気ガスを強制対流させる送風機１５を配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉およびそれを用いた熱処理装置に関する。
特に、本発明は、たとえば、磁性材料、アモルファス（非晶質）磁性材料などの熱処理に好適な熱処理炉およびそれを用いた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料としてアモルファス合金は、結晶構造を持たないため、種々の特徴ある特性を示している。
そのようなアモルファス磁性材料としては、種々の組成をもつものが提案されており、たとえば、コバルト系アモルファス磁性材料、Ｎｉ−Ｆｅ系アモルファス磁性材料などが知られている。
【０００３】
アモルファス磁性材料は、磁性材料としての用途に応じて、その素材の組成と熱処理によって所望の磁気特性を調整することができる（たとえば、特許文献１、２参照）。
たとえば、図１（ａ）、（ｂ）に例示したように、熱処理によって、ヒステリシス曲線における磁束密度とと磁化力Ｈとの関係、あるいは、残留磁束密度Ｂｒ／細大磁束密度Ｂｍで規定される直流角形比（以下、簡略して角形比という）などを調整している（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７１６５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１２１６０１号公報
【０００５】
一般的に、熱処理温度が高いほうがアモルファス磁性材料の磁気特性が高くなる傾向がある。
ところで、熱処理温度がアモルファス磁性材料の結晶化温度が超えると、非晶質構造が維持できず、所望の磁気特性が得られない。たとえば、図２に例示したように、透磁率を例示して述べると、熱処理温度がある温度が越えるとアモルファス磁性材料において再結晶が始まり、透磁率が低下する。
他方、熱処理温度がアモルファス磁性材料の結晶化温度未満では熱的安定性が低下して所望の磁性特性が得られない。
【０００６】
なお、Ｎｉ系アモルファス磁性材料の結晶化温度は比較低低い温度、たとえば、４７３〜５７３Ｋである（たとえば、特許文献１）。他方、コバルト系のアモルファス磁性材料の結晶化温度は比較的高い温度、たとえば、７８０〜８６０Ｋ、あるいは、１０００Ｋ程度（特許文献２）である。その範囲はいずれも１００Ｋ程度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上から、所望の磁性特性を実現するアモルファス磁性材料の温度制御には、結晶化温度との観点から、オーバーシュート／アンダーシュートなどを起こさない、正確な温度制御が要求される。
【０００８】
次いで、好ましくは、１台の熱処理装置で種々のアモルファス磁性材料の磁性特性を調整可能なように、広い温度範囲について温度制御可能な熱処理装置が要望されている。
【０００９】
さらに、そのような熱処理装置としては、工業的に大量の温度調整対象、たとえば、アモルファス磁性材料の磁性特性を、正確かつ均一に温度制御することが可能なことが望まれている。
【００１０】
以上、磁性特性を調整する温度制御対象としてアモルファス磁性材料を例示したが、アモルファス磁性材料と同様の材料の温度制御についても正確な温度制御が要望されていることは同様である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、第１の炉本体と、当該第１の炉本体の外部に配設され前記第１の炉本体を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の炉本体の内部に配設され、長手方向の両端が開口している第１、第２の開口を有し、内部に温度調整対象が配設される、第２の炉本体と、前記第１、第２の開口に対向する前記第１の炉本体の内部に配設された第２の加熱手段と、前記第２の炉本体の内部の気体を前記第１の開口から前記第２の開口に向かって強制対流させる対流手段と、前記第１の炉本体の内部温度を検出する第１の温度検出手段と、前記第２の炉本体の内部温度を検出する第２の温度検出手段とを有し、
前記対流手段によって強制対流され前記第２の開口から出た気体が、前記第１の炉本体の内壁と前記第２の炉の外壁との間を通過して前記第１の開口から前記第２の炉本体の内部に入り前記第２の開口に向かって貫流する通路が規定されている、熱処理炉が提供される。
【００１２】
また本発明によれば、上記熱処理炉と、与えられた第１の温度制御特性に基づき、前記第１の温度検出手段の検出信号に応答して前記第１の加熱手段を制御する第１の温度制御手段と、与えられた第２の温度制御特性に基づき前記第２の温度検出手段の検出信号に応答して前記第２の加熱手段を制御する第２の温度制御手段とを具備する、熱処理装置が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記第２の炉本体の内部には、前記第１の開口から前記第２の開口に向かって流れる気体の流れを部分的に遮り、前記第２の炉本体の内部の気体の流れを攪拌する、遮蔽手段が配設されている。
【００１４】
また好ましくは、前記第１の炉本体に、当該第１の炉本体の内部の気体を熱交換して冷却する熱交換器が配設されている。
また好ましくは、前記第１の炉本体の外部に当該第１の炉本体を冷却する冷却手段が配設されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の熱処理炉およびそれを用いた熱処理装置によれば、正確な温度制御が実現できた。
【００１６】
また本発明によれば、温度制御曲線を与えると、１台の熱処理炉で種々の温度調整対象の特性、たとえば、アモルファス磁性材料の磁性特性を調整可能なように、広い温度範囲について温度制御可能である。
【００１７】
また本発明によれば、多量の温度調整対象を正確かつ均一に温度制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は温度制御によって温度調整対象としてのアモルファス磁性材料の磁性特性を調整する例を図解した図である。
【図２】図２は加熱温度とアモルファス磁性材料の透磁率との関係を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
【図４】図４は熱処理の工程の例を示す図てある。
【図５】図５は温度制御曲線を示す図である。
【図６】図６は本発明の第２実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
【図７】図７は本発明の第３実施の形態の熱処理装置の構成を示す図であり、図６に図解した内殻炉の内部構造の変形例を図解した図である。
【図８】図８は本発明の第４実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の熱処理装置および熱処理方法の実施の形態の形態を述べる。
本発明の実施の形態として、温度制御によって特性を調整する温度制御対象としてアモルファス磁性材料を例示する。
【００２０】
第１実施の形態
図３は本発明の熱処理装置の第１実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
図３（Ａ）は、炉１０の横断面図を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の線Ａ−Ａにおける炉１０の断面図である。
熱処理装置１は、本発明の熱処理炉としての炉１０と、温度センサ２０と、制御装置３０と、電気ヒータ用電源装置４０とを有する。
熱処理炉としての炉１０は、たとえば、ステンレス・スチール製の炉本体１２と、炉本体１２の外周に配設された電気ヒータおよび断熱体１４と、開閉蓋１６とを有する。
炉１０の内部には、温度調整対象である、たとえば、アモルファス磁性材料が置かれる内部空間（内空）１８が規定されている。この内部空間１８に、アモルファス磁性材料に印加される温度を測定するための、温度検出手段としての温度センサ２０が配置されている。
【００２１】
本実施の形態は、炉本体１２およびその内部空間（内空）１８が、加熱手段の１例としての電気ヒーでが加熱される例を示している。
なお、電気ヒータおよび断熱体１４は、この例示においては、電気ヒータと断熱体とが一体に構成された例を図解しているが、電気ヒータが炉本体１２の外周に配設され、その電気ヒータの上に断熱体が配設される構成でもよい。
【００２２】
温度センサ２０は、アモルファス磁性材料の温度制御範囲を測定可能な温度センサ、たとえば、熱電対などである。
制御装置３０は、たとえば、メモリおよび演算処理手段を有するコンピュータを用いて構成されている。
【００２３】
図３（Ａ）、（Ｂ）に図解した炉本体１２は円筒形の形状をしている場合を例示したが、断面は、たとえば、楕円、矩形などの筒状の形状をしていてもよい。
【００２４】
制御装置３０は、図４を参照して後述する工程に従って、温度調整対象であるアモルファス磁性材料の磁性特性を調整する温度制御を行うため、温度センサ２０で検出した炉本体１２の内部空間１８の温度検出信号Ｓ２０を読み取り、内部空間１８の温度が所望の温度となるように電源装置４０から電気ヒータに印加される電力を演算し、その演算結果を示す制御信号Ｓ３０を電源装置４０に出力する。
電源装置４０は、電気ヒータに電力を提供する電源、および、その給電状態を制御する電力制御素子、たとえば、サイリスタ、電力トランジスタなどを有し、制御装置３０から出力された制御信号Ｓ３０に応じた電力を電気ヒータに給電可能に構成されている。
【００２５】
図４は熱処理装置１における処理工程を示す図である。以下、処理工程を述べる。
【００２６】
準備処理工程
以下に述べる準備処理を行う。
ステップ１、温度調整対象導入工程
炉１０の蓋１６を開けて、内部空間１８内に温度調整対象であるアモルファス磁性材料を、たとえば、複数個、導入する。
ステップ２、空気廃棄工程
図示しない配管を介して炉本体１２の内部空間１８の空気を排出する。
ステップ３、不活性ガスパージ工程
空気を排出した炉本体１２の内部空間１８に対して、図示しない配管を介して、不活性ガス、たとえば、窒素ガスを用いてパージして、内部空間１８から不純物を排除する。
ステップ４、水素ガス導入
窒素ガスでパージした内部空間１８に図示しない配管を介して水素ガスを導入する。
【００２７】
温度制御工程
制御装置３０は、たとえば、図５に例示した温度制御曲線に従って温度制御を行う。
図５に例示した温度制御曲線は、温度調整対象のアモルファス磁性材料に応じて規定される、昇温の傾きおよび／または昇温時間、保持温度および／または保持時間、さらに、冷却温度の傾きおよび／または冷却時間を示している。
制御装置３０は、アモルファス磁性材料に応じて規定される温度制御曲線のデータを与えられると、メモリにそれを記憶し、メモリに記憶した度制御曲線に従って温度制御を行う。
【００２８】
ステップ５、昇温制御工程
制御装置３０は、炉本体１２の内部空間１８が、メモリに記憶した内部空間１８に収容されているアモルファス磁性材料の加熱温度に応じた温度になるまで、温度センサ２０の検出値を連続的に監視しながら、電源装置４０で給電される電気ヒータを駆動して、メモリに記憶した昇温傾きで昇温制御を行う。
【００２９】
この昇温制御としては、制御装置３０において、たとえば、メモリに記憶した昇温傾きを読み出して制御目標値を順次更新し、更新した制御目標値になるように、たとえば、温度センサ２０の検出温度信号Ｓ２０を負帰還して所望の制御アルゴリズム、たとえば、ＰＩＤ方式によるフィードバック制御を行う。
【００３０】
ステップ６、温度保持（維持）処理工程
制御装置３０は、メモリに記憶された温度まで炉本体１２の内部空間１８が昇温された場合、制御目標値をその値に固定し、その制御目標値が維持されるように、温度センサ２０の検出温度信号Ｓ２０を負帰還して所望の制御アルゴリズム、たとえば、ＰＩＤ方式によるフィードバック制御を行う。
【００３１】
ステップ７、冷却処理工程
この冷却処理制御として、制御装置３０において、たとえば、メモリに記憶した冷却温度傾きを順次読み出して制御目標値を更新し、更新した制御目標値になるように、たとえば、温度センサ２０の検出温度信号Ｓ２０を負帰還して所望の制御アルゴリズム、たとえば、ＰＩＤ方式によるフィードバック制御を行う。
なお、この冷却処理としては、自然冷却によってもよい。たとえば、制御装置３０による電気ヒータへの給電制御を行わず、炉本体１２の自然放熱によってもよい。
【００３２】
以下、事後処理を行う。
ステップ８、不活性ガス置換
炉本体１２の内部空間１８の温度が指定された温度まで低下したら、図示しない配管を介して炉本体１２の内部空間１８を不活性ガス、たとえば、窒素ガスを用いて置換する。
ステップ９、水素濃度検出
次いで、内部空間１８内の水素濃度が所定の温度以下に低下したことを検出する。
ステップ１０、製品取出
最後に、蓋１６を開けて、磁性特性が調整されたアモルファス磁性材料を炉本体１２の外部に取り出す。
【００３３】
以上述べたように、第１実施の形態の熱処理装置１によれば、炉本体１２の内部空間１８の温度を温度センサ２０で監視しながら、制御装置３０によって適切な温度制御を行うことにより、たとえば、図５に例示した、温度調整対象のアモルファス磁性材料に応じて与えられた温度制御曲線に従って正確に温度制御処理を行うことができる。
【００３４】
第２実施の形態
図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の熱処理装置の第２実施の形態を述べる。
図６（Ａ）は、第２実施の形態の炉の横断面図を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の線Ａ−Ａにおける炉の断面図である。
熱処理炉を用いて温度調整対象として多量のアモルファス磁性材料の温度調整を行う場合、炉の大きさは、長さおよび直径がそれそれ、たとえば、数メートル程度と大きくなる。その結果、炉の内部空間に温度差が起こる可能性がある。その結果、内部空間に導入したアモルファス磁性材料の位置に応じて温度制御条件が異なり、磁性特性の調整にバラツキがでる可能性がある。
第２実施の形態は、大型の熱処理装置であっても、温度処理空間の温度の不均一さが発生することを回避する。
【００３５】
第２実施の形態の熱処理装置１Ａは、熱処理炉として、第１の炉本体としての外殻炉１０Ａと、この外殻炉１０Ａの内部に収容された第２の炉本体としての内殻炉１３とを有する、二重構造をしている。
温度調整対象のアモルファス磁性材料は、複数、内殻炉１３の内部に収容される。
外殻炉１０Ａには蓋１６Ａが設けられている。蓋１６Ａの開閉により、温度処理空間である内殻炉１３の内部空間１８Ｂに温度調整対象のアモルファス磁性材料を収容し、内殻炉１３から温度調整されたアモルファス磁性材料を取出可能である。
【００３６】
外殻炉１０Ａは本実施の形態では、たとえば、ステンレススチール製の円筒形であり、外殻炉１０Ａには、第１実施の形態の炉本体１２と同様の、外殻炉本体１２Ａ、および、電気ヒータおよび断熱体１４と同様の、外部電気ヒータを有する外殻・電気ヒータおよび断熱体１４Ａとが配設されている。
外殻炉１０Ａの内部空間１８Ａの温度制御は、第１の温度制御ループとして、第１実施の形態の温度センサ２０と同様の第１温度センサ２０Ａと、制御装置３０と同様の第１制御装置３０Ａと、電源装置４０と同様の第１電源装置４０Ａによって行われる。
【００３７】
外殻炉本体１２Ａの内部に配設された内殻炉１３は、本実施の形態においては、たとえば、ステンレス・スチール製の円筒形であり、その両端に第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂが形成されて、内部空間１８Ｂが温度処理空間として機能し、内部空間１８Ｂに多数のアモルファス磁性材料が配設される。なお、第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂは、内殻炉１３の両端の中央部を切り欠いた構造しており、第１の開口１３Ａから第２の開口１３Ｂに向かって雰囲気ガスが内部空間１８Ｂを貫通可能にしている。
すなわち、この熱処理炉において、送風機１５によって強制対流された気体が、外殻炉本体１２Ａの内壁と内殻炉１３の外壁との間の空間を通過して第１の開口１３Ａから第２の開口１３Ｂに貫流する通路が規定されている。
【００３８】
第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ対向する炉本体１２Ａの内壁の近傍に、第１、第１の内部電気ヒータ１４Ｂ、１４Ｃが配設されている。
第１、第１の内部電気ヒータ１４Ｂ、１４Ｃは、第２の温度センサ２０Ｂの検出温度に基づく第２の制御装置３０Ｂにおける制御演算による制御信号に基づいて第２の電源装置４０Ｂからの給電により動作して、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの気体を加熱する。この構成により、第１、第２の内部電気ヒータ１４Ｂ、１４Ｃにより内殻炉１３の第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂの周囲、すなわち、内殻炉１３の中心軸領域の気体が加熱される。
【００３９】
このように、外殻炉本体１２Ａと内殻炉１３とを外殻電気ヒータ１４Ａと、第１、第２の内部電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂとを用いて温度制御することにより、アモルファス磁性材料を温度制御するために熱交換で失った雰囲気ガス、たとえば、水素の温度を内部電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂによって設定温度に直接調整することができ、温められた内殻炉１３と温度調整された雰囲気ガスの風によって内殻炉１３の内部空間１８Ｂを均一な温度分布にすることができる。すなわち、内部空間１８Ｂの長手方向および中心軸Ｃ−Ｃを中心とする放射方向の温度が均一となる。
【００４０】
さらに、第２の開口の近傍の内殻炉１３内に送風機１５が配設されている。
この送風機１５により、内殻炉１３の第１の開口１３Ａの周囲の加熱された雰囲気ガスを内殻炉１３の内部空間１８Ｂに取り入れて、内部空間１８Ｂを通り第２の開口１３Ｂから排出する。排出された雰囲気ガスは、内殻炉１３と外殻炉１１Ａの間の空間を通って第１の開口１３Ａに入り、内部空間１８Ｂを貫流する、強制対流が行われる。この強制対流により熱交換を行い内殻炉１３を加熱する。
この熱交換する面積が大きいほど電気ヒータおよび断熱体１４Ａの外部電気ヒータからの熱を内殻炉１３の内部空間１８Ｂに取り込む速度が速くなり、昇温などの熱処理時間を短縮することができる。また、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの断面における温度勾配も少なくなる。
【００４１】
送風機１５は回転数を変化可能に構成することができる。その場合、総合制御装置３０Ｃは、たとえば、第１、第２の温度センサ２０Ａ、２０Ｂの検出値を参照して、送風機１５の好ましい回転数を算出し、電源装置４０Ｃを介して送風機１５の回転数を変化させることができる。
【００４２】
このように、第２実施の形態における内殻炉１３、第１、第２電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および、送風機１５を用いると、内部空間１８Ｂにおける内殻炉１３の長手方向および断面方向における温度勾配がなくなり、複数のアモルファス磁性材料が均一に加熱することが可能となる。
その結果として、内部空間１８Ｂに導入された多数のアモルファス磁性材料の温度制御を均一に行うことができる。
【００４３】
たとえば、Ｎｉ系アモルファス磁性材料の結晶化温度は比較的低い温度、たとえば、４７３〜５７３Ｋである（たとえば、特許文献１）。このように比較的低い温度で温度制御は、大型の炉の時定数の大きさなどから応答が緩慢となり、一般に難しいが、本実施の形態によれば、内殻炉１３、第１、第２電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および、送風機１５による温度制御の応答性が迅速であることから、大型の炉による温度制御のオーバーシュート／アンダーシュートを回避でき、正確な温度制御が実現できる。
【００４４】
また、比較的低い温度での温度調整を行うアモルファス磁性材料でも、比較的高い温度での温度調整を行うアモルファス磁性材料でも、結晶化温度の観点からはその範囲は狭いので、上述したオーバーシュート／アンダーシュートを起こさずに温度制御が可能となることは、アモルファス磁性材料の温度調整として好ましい。
【００４５】
また、本実施の形態の熱処理炉を用いると、比較的処理温度の低い、たとえば、Ｎｉ系アモルファス磁性材料の温度調整のみに使用できるだけでなく、比較的高い温度処理が要求される、たとえば、コバルト系のアモルファス磁性材料の温度制御にも適用することができる。
【００４６】
第２実施の形態における処理工程は、図４を参照して述べた処理工程と同様となるが、特に、ステップ５〜ステップ７の温度制御を述べる。
図５を参照して述べた温度制御曲線に関するデータは、たとえば、メモリと演算処理手段を有するコンピュータで構成された総合制御装置３０Ｃのメモリに記憶されている。
なお、図６に例示した構成に従って、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度制御を行う第１の温度制御ループとして、第１の温度センサ２０Ａ、第１の制御装置３０Ａ、および、第１の電源装置４０Ａを用いて電気ヒータおよび断熱体１４Ａの電気ヒータを制御し、他方、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度制御を行う第２の温度制御ループとして、第２の温度センサ２０Ｂ、第２の制御装置３０Ｂ、および、第２の電源装置４０Ｂを用いて第１、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂを制御する場合について述べる。
ただし、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂの処理を総合制御装置３０Ｃで行い、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂを削除することも可能である。
【００４７】
ステップ５、昇温処理
総合制御装置３０Ｃは、与えられた温度制御曲線のデータのうち、昇温傾きおよび／または昇温時間を第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂに転送する。第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂは総合制御装置３０Ｃから転送された昇温傾きおよび／または昇温時間を自己のメモリに記憶し、第１、第２の温度制御ループは、それぞれ、独立して、第１実施の形態においてステップ５の昇温処理として述べた温度制御と同様の昇温制御を行う。
【００４８】
総合制御装置３０Ｃは、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂから送信される、第２、第２の温度センサ２０Ａ、２０Ｂの検出値を入力し、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａ、内殻炉１３の内部空間１８Ｂが所望の傾きで昇温され、かつ、所望の昇温温度まで加熱されることを監視する。
基本的には、送風機１５が動作させることにより、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度と内殻炉１３の内部空間１８Ａの温度は、所望の傾きでほぼ同じに維持されながら昇温されていく。
【００４９】
なお、可能な限り、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度と内殻炉１３の内部空間１８Ａの温度は、所定の温度差を保って昇温されることが望ましいので、両者の温度が所定の温度差を越えた場合には、たとえば、高く加熱された内部空間の温度を維持させるように、制御装置３０Ａまたは制御装置３０Ｂに保持指令を出すことができる。または、総合制御装置３０Ｃが送風機１５の回転数を制御することもできる。
【００５０】
ステップ６、温度保持（維持）処理
総合制御装置３０Ｃは、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度と内殻炉１３の内部空間１８Ａの温度とが指定された昇温温度に達した場合、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂに温度制御を維持（保持）する指示を行う。
第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂは、そのときの固定の温度目標値が維持されるように温度制御を行う。
この状態において、送風機１５は一定の回転数で動作するが、総合制御装置３０Ｃは必要に応じて、送風機１５の回転数を制御して内部空間１８Ｂの温度が所望の値に維持されるようにすることもできる。
【００５１】
なお、第１、第２の温度制御ループを、総合制御装置３０Ｃの監視のもとで独立に動作させる場合について述べたが、総合制御装置３０Ｃは、電気ヒータおよび断熱体１４Ａの電気ヒータを用いた外殻炉本体１２Ａの外部電気ヒータによる温度制御を主とし、第１、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および／または、送風機１５を用いた温度制御を従として温度制御を行うことができる。
たとえば、温度制御の微調整を、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および／または、送風機１５を用いて行い、大きな範囲の温度制御を電気ヒータおよび断熱体１４Ａの電気ヒータを用いた外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａた内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度制御を行う。
【００５２】
ステップ７、冷却
総合制御装置３０Ｃは、与えられた温度制御曲線のデータのうち、冷却傾きおよび／または冷却時間を第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂに転送する。第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂは、総合制御装置３０Ｃから転送された冷却傾きおよび／または冷却時間を自己のメモリに記憶し、第１、第２の温度制御ループは、それぞれ、独立して、第１実施の形態において、ステップ７の昇温処理として述べた温度制御と同様の冷却制御を行う。
なお、この冷却を自然冷却とすることもできる。
【００５３】
図４のステップ８〜１０として述べた後処理は、第１実施の形態において述べたと同様である。
【００５４】
以上述べた温度制御において、第１、第２の温度制御ループを、総合制御装置３０Ｃの監視のもと独立に動作させる場合について述べたが、総合制御装置３０Ｃは、電気ヒータおよび断熱体１４Ａのデータを用いた外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度制御を主とし、第１、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および／または、送風機１５を用いた内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度制御を追従制御として温度制御を行うことができる。
【００５５】
なお、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度の均一さをより正確に測定するため、第２の温度センサ２０Ｂに加えて、内部空間１８Ｂの内部に複数の温度センサを配設し、第２の制御装置３０Ｂは、それらの複数の温度センサの平均値を用いて温度制御（昇温、維持、冷却）を行うことができる。
【００５６】
また、内部空間１８Ｂ内の複数の温度センサの検出値に差が発生した場合、総合制御装置３０Ｃは電源装置４０Ｃを介して送風機１５の回転数を調整し、内部空間１８Ｂの内部温度が均一になるように制御することができる。
【００５７】
さらに、より正確な温度制御を実現するため、内部空間１８Ｂ内のアモルファス磁性材料を加熱する前の第１内部電気ヒータ１４Ａと、加熱処理した雰囲気ガスを加熱する第１内部電気ヒータ１４Ｂとを独立して制御することもできる。
そのためには、第１内部電気ヒータ１４Ａを制御するための目標温度と、第２内部電気ヒータ１４Ｂを制御するための目標温度とを異ならせるだけでよい。
【００５８】
第３実施の形態
図７を参照して本発明の第３実施の形態について述べる。
図７は図６に図解した内殻炉１３の内部構造の変形例を概略的に図解した図である。
図７において、内殻炉１３の第１の開口１３Ａから第２の開口１３Ｂに至る、送風機１５による強制対流の流れを変化させ、内部空間１８Ｂの雰囲気ガスを攪拌する、流れ遮蔽板５１、５２、５３、５４を配設している。
なお、送風機１５は、内部空間１８Ｂの外部、たとえば、第２の開口の外部に配置することもできる。
流れ遮蔽板５１、５４は、円筒形の内殻炉１３と同心状の断面が円の円板であり、流れ遮蔽板５２、５３は断面の中心部分が切り欠きされた円板である。
【００５９】
流れ遮蔽板５１、５２、５３、５４を配設することにより、上述した第２実施の形態に加えて、強制対流の風上に位置する部分のみが、優先的に昇温されることを防止することができる。
【００６０】
第４実施の形態
図８を参照して本発明の第４実施の形態について述べる。
図８は図６に図解した外殻炉本体１２Ａに関連した構成の変形例を概略的に図解した図である。
図８において、外殻炉本体１２Ａおよび外部電気ヒータおよび断熱体１４Ａを貫通して熱交換器６０が配設され、外殻炉本体１２Ａの周囲に外殻炉本体１２Ａを空冷する送風機７１、７２が配設されている。
外殻炉本体１２Ａの内部には内殻炉１３が配設されているが、内殻炉１３としては、図６に図解したもの、または、図７に図解した流れ遮蔽板５１、５２、５３、５４を内蔵するもののいずれも適用することができる。
【００６１】
第４実施の形態によれば、熱交換器６０によって炉本体１２Ａの内部のと雰囲気ガスを炉本体１２Ａの外部に引き出して冷却し、再び、炉本体１２Ａ内に導入させる。また、送風機７１、７２によって炉本体１２Ａを冷却する。
このような構成をとることにより、昇温時および温度維持時と、冷却時に、さらに温度調整を行うことができる。
【００６２】
第５実施の形態
本発明の実施に際しては、上述した実施の形態を種々組み合わせることができる。
たとえば、第２実施の形態〜第４実施の形態を組み合わせて、昇温時間を短縮し、冷却時間を短縮する熱処理装置を提供することもできる。
または、温度調整対象への温度制御を一層正確に行うことができる。
【００６３】
上述した実施の形態は、温度調整対象の例として、磁性特性を調整するアモルファス磁性材料を例示したが、本発明の温度調整対象はアモルファス磁性材料には限定されず、多数の温度調整対象について正確かつ均一な温度制御が必要とされる種々の温度調整対象に使用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１、１Ａ、１Ｂ…熱処理装置、１０、１０Ａ、１０Ｂ…炉、１２、１２Ａ…炉本体、１３…内殻炉、１４…電気ヒータおよび断熱体、１４Ａ、１４ｂ…内部電気ヒータ、１５…送風機、１６…蓋、１８、１８Ａ、１８Ｂ…内部空間、２０、２０Ａ、２０Ｂ…温度センサ、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…制御装置、４０…電源装置、５１〜５４…遮蔽板、６０…熱交換器、７１、７１…送風機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉およびそれを用いた熱処理装置に関する。
特に、本発明は、たとえば、磁性材料、アモルファス（非晶質）磁性材料などの熱処理に好適な熱処理炉およびそれを用いた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料としてアモルファス合金は、結晶構造を持たないため、種々の特徴ある特性を示している。
そのようなアモルファス磁性材料としては、種々の組成をもつものが提案されており、たとえば、コバルト系アモルファス磁性材料、Ｎｉ−Ｆｅ系アモルファス磁性材料などが知られている。
【０００３】
アモルファス磁性材料は、磁性材料としての用途に応じて、その素材の組成と熱処理によって所望の磁気特性を調整することができる（たとえば、特許文献１、２参照）。
たとえば、図１（ａ）、（ｂ）に例示したように、熱処理によって、ヒステリシス曲線における磁束密度とと磁化力Ｈとの関係、あるいは、残留磁束密度Ｂｒ／細大磁束密度Ｂｍで規定される直流角形比（以下、簡略して角形比という）などを調整している（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７１６５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１２１６０１号公報
【０００５】
一般的に、熱処理温度が高いほうがアモルファス磁性材料の磁気特性が高くなる傾向がある。
ところで、熱処理温度がアモルファス磁性材料の結晶化温度が超えると、非晶質構造が維持できず、所望の磁気特性が得られない。たとえば、図２に例示したように、透磁率を例示して述べると、熱処理温度がある温度が越えるとアモルファス磁性材料において再結晶が始まり、透磁率が低下する。
他方、熱処理温度がアモルファス磁性材料の結晶化温度未満では熱的安定性が低下して所望の磁性特性が得られない。
【０００６】
なお、Ｎｉ系アモルファス磁性材料の結晶化温度は比較低低い温度、たとえば、４７３〜５７３Ｋである（たとえば、特許文献１）。他方、コバルト系のアモルファス磁性材料の結晶化温度は比較的高い温度、たとえば、７８０〜８６０Ｋ、あるいは、１０００Ｋ程度（特許文献２）である。その範囲はいずれも１００Ｋ程度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上から、所望の磁性特性を実現するアモルファス磁性材料の温度制御には、結晶化温度との観点から、オーバーシュート／アンダーシュートなどを起こさない、正確な温度制御が要求される。
【０００８】
次いで、好ましくは、１台の熱処理装置で種々のアモルファス磁性材料の磁性特性を調整可能なように、広い温度範囲について温度制御可能な熱処理装置が要望されている。
【０００９】
さらに、そのような熱処理装置としては、工業的に大量の温度調整対象、たとえば、アモルファス磁性材料の磁性特性を、正確かつ均一に温度制御することが可能なことが望まれている。
【００１０】
以上、磁性特性を調整する温度制御対象としてアモルファス磁性材料を例示したが、アモルファス磁性材料と同様の材料の温度制御についても正確な温度制御が要望されていることは同様である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、第１の炉本体と、当該第１の炉本体の外部に配設され前記第１の炉本体を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の炉本体の内部に配設され、長手方向の両端が開口している第１、第２の開口を有し、内部に温度調整対象が配設される、第２の炉本体と、前記第１、第２の開口に対向する前記第１の炉本体の内部に配設された第２の加熱手段と、前記第２の炉本体の内部の気体を前記第１の開口から前記第２の開口に向かって強制対流させる対流手段と、前記第１の炉本体の内部温度を検出する第１の温度検出手段と、前記第２の炉本体の内部温度を検出する第２の温度検出手段とを有し、
前記対流手段によって強制対流され前記第２の開口から出た気体が、前記第１の炉本体の内壁と前記第２の炉の外壁との間を通過して前記第１の開口から前記第２の炉本体の内部に入り前記第２の開口に向かって貫流する通路が規定されている、熱処理炉が提供される。
【００１２】
また本発明によれば、上記熱処理炉と、与えられた第１の温度制御特性に基づき、前記第１の温度検出手段の検出信号に応答して前記第１の加熱手段を制御する第１の温度制御手段と、与えられた第２の温度制御特性に基づき前記第２の温度検出手段の検出信号に応答して前記第２の加熱手段を制御する第２の温度制御手段とを具備する、熱処理装置が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記第２の炉本体の内部には、前記第１の開口から前記第２の開口に向かって流れる気体の流れを部分的に遮り、前記第２の炉本体の内部の気体の流れを攪拌する、遮蔽手段が配設されている。
【００１４】
また好ましくは、前記第１の炉本体に、当該第１の炉本体の内部の気体を熱交換して冷却する熱交換器が配設されている。
また好ましくは、前記第１の炉本体の外部に当該第１の炉本体を冷却する冷却手段が配設されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の熱処理炉およびそれを用いた熱処理装置によれば、正確な温度制御が実現できた。
【００１６】
また本発明によれば、温度制御曲線を与えると、１台の熱処理炉で種々の温度調整対象の特性、たとえば、アモルファス磁性材料の磁性特性を調整可能なように、広い温度範囲について温度制御可能である。
【００１７】
また本発明によれば、多量の温度調整対象を正確かつ均一に温度制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は温度制御によって温度調整対象としてのアモルファス磁性材料の磁性特性を調整する例を図解した図である。
【図２】図２は加熱温度とアモルファス磁性材料の透磁率との関係を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
【図４】図４は熱処理の工程の例を示す図てある。
【図５】図５は温度制御曲線を示す図である。
【図６】図６は本発明の第２実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
【図７】図７は本発明の第３実施の形態の熱処理装置の構成を示す図であり、図６に図解した内殻炉の内部構造の変形例を図解した図である。
【図８】図８は本発明の第４実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の熱処理装置および熱処理方法の実施の形態の形態を述べる。
本発明の実施の形態として、温度制御によって特性を調整する温度制御対象としてアモルファス磁性材料を例示する。
【００２０】
第１実施の形態
図３は本発明の熱処理装置の第１実施の形態の熱処理装置の構成を示す図である。
図３（Ａ）は、炉１０の横断面図を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の線Ａ−Ａにおける炉１０の断面図である。
熱処理装置１は、本発明の熱処理炉としての炉１０と、温度センサ２０と、制御装置３０と、電気ヒータ用電源装置４０とを有する。
熱処理炉としての炉１０は、たとえば、ステンレス・スチール製の炉本体１２と、炉本体１２の外周に配設された電気ヒータおよび断熱体１４と、開閉蓋１６とを有する。
炉１０の内部には、温度調整対象である、たとえば、アモルファス磁性材料が置かれる内部空間（内空）１８が規定されている。この内部空間１８に、アモルファス磁性材料に印加される温度を測定するための、温度検出手段としての温度センサ２０が配置されている。
【００２１】
本実施の形態は、炉本体１２およびその内部空間（内空）１８が、加熱手段の１例としての電気ヒーでが加熱される例を示している。
なお、電気ヒータおよび断熱体１４は、この例示においては、電気ヒータと断熱体とが一体に構成された例を図解しているが、電気ヒータが炉本体１２の外周に配設され、その電気ヒータの上に断熱体が配設される構成でもよい。
【００２２】
温度センサ２０は、アモルファス磁性材料の温度制御範囲を測定可能な温度センサ、たとえば、熱電対などである。
制御装置３０は、たとえば、メモリおよび演算処理手段を有するコンピュータを用いて構成されている。
【００２３】
図３（Ａ）、（Ｂ）に図解した炉本体１２は円筒形の形状をしている場合を例示したが、断面は、たとえば、楕円、矩形などの筒状の形状をしていてもよい。
【００２４】
制御装置３０は、図４を参照して後述する工程に従って、温度調整対象であるアモルファス磁性材料の磁性特性を調整する温度制御を行うため、温度センサ２０で検出した炉本体１２の内部空間１８の温度検出信号Ｓ２０を読み取り、内部空間１８の温度が所望の温度となるように電源装置４０から電気ヒータに印加される電力を演算し、その演算結果を示す制御信号Ｓ３０を電源装置４０に出力する。
電源装置４０は、電気ヒータに電力を提供する電源、および、その給電状態を制御する電力制御素子、たとえば、サイリスタ、電力トランジスタなどを有し、制御装置３０から出力された制御信号Ｓ３０に応じた電力を電気ヒータに給電可能に構成されている。
【００２５】
図４は熱処理装置１における処理工程を示す図である。以下、処理工程を述べる。
【００２６】
準備処理工程
以下に述べる準備処理を行う。
ステップ１、温度調整対象導入工程
炉１０の蓋１６を開けて、内部空間１８内に温度調整対象であるアモルファス磁性材料を、たとえば、複数個、導入する。
ステップ２、空気廃棄工程
図示しない配管を介して炉本体１２の内部空間１８の空気を排出する。
ステップ３、不活性ガスパージ工程
空気を排出した炉本体１２の内部空間１８に対して、図示しない配管を介して、不活性ガス、たとえば、窒素ガスを用いてパージして、内部空間１８から不純物を排除する。
ステップ４、水素ガス導入
窒素ガスでパージした内部空間１８に図示しない配管を介して水素ガスを導入する。
【００２７】
温度制御工程
制御装置３０は、たとえば、図５に例示した温度制御曲線に従って温度制御を行う。
図５に例示した温度制御曲線は、温度調整対象のアモルファス磁性材料に応じて規定される、昇温の傾きおよび／または昇温時間、保持温度および／または保持時間、さらに、冷却温度の傾きおよび／または冷却時間を示している。
制御装置３０は、アモルファス磁性材料に応じて規定される温度制御曲線のデータを与えられると、メモリにそれを記憶し、メモリに記憶した度制御曲線に従って温度制御を行う。
【００２８】
ステップ５、昇温制御工程
制御装置３０は、炉本体１２の内部空間１８が、メモリに記憶した内部空間１８に収容されているアモルファス磁性材料の加熱温度に応じた温度になるまで、温度センサ２０の検出値を連続的に監視しながら、電源装置４０で給電される電気ヒータを駆動して、メモリに記憶した昇温傾きで昇温制御を行う。
【００２９】
この昇温制御としては、制御装置３０において、たとえば、メモリに記憶した昇温傾きを読み出して制御目標値を順次更新し、更新した制御目標値になるように、たとえば、温度センサ２０の検出温度信号Ｓ２０を負帰還して所望の制御アルゴリズム、たとえば、ＰＩＤ方式によるフィードバック制御を行う。
【００３０】
ステップ６、温度保持（維持）処理工程
制御装置３０は、メモリに記憶された温度まで炉本体１２の内部空間１８が昇温された場合、制御目標値をその値に固定し、その制御目標値が維持されるように、温度センサ２０の検出温度信号Ｓ２０を負帰還して所望の制御アルゴリズム、たとえば、ＰＩＤ方式によるフィードバック制御を行う。
【００３１】
ステップ７、冷却処理工程
この冷却処理制御として、制御装置３０において、たとえば、メモリに記憶した冷却温度傾きを順次読み出して制御目標値を更新し、更新した制御目標値になるように、たとえば、温度センサ２０の検出温度信号Ｓ２０を負帰還して所望の制御アルゴリズム、たとえば、ＰＩＤ方式によるフィードバック制御を行う。
なお、この冷却処理としては、自然冷却によってもよい。たとえば、制御装置３０による電気ヒータへの給電制御を行わず、炉本体１２の自然放熱によってもよい。
【００３２】
以下、事後処理を行う。
ステップ８、不活性ガス置換
炉本体１２の内部空間１８の温度が指定された温度まで低下したら、図示しない配管を介して炉本体１２の内部空間１８を不活性ガス、たとえば、窒素ガスを用いて置換する。
ステップ９、水素濃度検出
次いで、内部空間１８内の水素濃度が所定の温度以下に低下したことを検出する。
ステップ１０、製品取出
最後に、蓋１６を開けて、磁性特性が調整されたアモルファス磁性材料を炉本体１２の外部に取り出す。
【００３３】
以上述べたように、第１実施の形態の熱処理装置１によれば、炉本体１２の内部空間１８の温度を温度センサ２０で監視しながら、制御装置３０によって適切な温度制御を行うことにより、たとえば、図５に例示した、温度調整対象のアモルファス磁性材料に応じて与えられた温度制御曲線に従って正確に温度制御処理を行うことができる。
【００３４】
第２実施の形態
図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の熱処理装置の第２実施の形態を述べる。
図６（Ａ）は、第２実施の形態の炉の横断面図を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の線Ａ−Ａにおける炉の断面図である。
熱処理炉を用いて温度調整対象として多量のアモルファス磁性材料の温度調整を行う場合、炉の大きさは、長さおよび直径がそれそれ、たとえば、数メートル程度と大きくなる。その結果、炉の内部空間に温度差が起こる可能性がある。その結果、内部空間に導入したアモルファス磁性材料の位置に応じて温度制御条件が異なり、磁性特性の調整にバラツキがでる可能性がある。
第２実施の形態は、大型の熱処理装置であっても、温度処理空間の温度の不均一さが発生することを回避する。
【００３５】
第２実施の形態の熱処理装置１Ａは、熱処理炉として、第１の炉本体としての外殻炉１０Ａと、この外殻炉１０Ａの内部に収容された第２の炉本体としての内殻炉１３とを有する、二重構造をしている。
温度調整対象のアモルファス磁性材料は、複数、内殻炉１３の内部に収容される。
外殻炉１０Ａには蓋１６Ａが設けられている。蓋１６Ａの開閉により、温度処理空間である内殻炉１３の内部空間１８Ｂに温度調整対象のアモルファス磁性材料を収容し、内殻炉１３から温度調整されたアモルファス磁性材料を取出可能である。
【００３６】
外殻炉１０Ａは本実施の形態では、たとえば、ステンレススチール製の円筒形であり、外殻炉１０Ａには、第１実施の形態の炉本体１２と同様の、外殻炉本体１２Ａ、および、電気ヒータおよび断熱体１４と同様の、外部電気ヒータを有する外殻・電気ヒータおよび断熱体１４Ａとが配設されている。
外殻炉１０Ａの内部空間１８Ａの温度制御は、第１の温度制御ループとして、第１実施の形態の温度センサ２０と同様の第１温度センサ２０Ａと、制御装置３０と同様の第１制御装置３０Ａと、電源装置４０と同様の第１電源装置４０Ａによって行われる。
【００３７】
外殻炉本体１２Ａの内部に配設された内殻炉１３は、本実施の形態においては、たとえば、ステンレス・スチール製の円筒形であり、その両端に第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂが形成されて、内部空間１８Ｂが温度処理空間として機能し、内部空間１８Ｂに多数のアモルファス磁性材料が配設される。なお、第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂは、内殻炉１３の両端の中央部を切り欠いた構造しており、第１の開口１３Ａから第２の開口１３Ｂに向かって雰囲気ガスが内部空間１８Ｂを貫通可能にしている。
すなわち、この熱処理炉において、送風機１５によって強制対流された気体が、外殻炉本体１２Ａの内壁と内殻炉１３の外壁との間の空間を通過して第１の開口１３Ａから第２の開口１３Ｂに貫流する通路が規定されている。
【００３８】
第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ対向する炉本体１２Ａの内壁の近傍に、第１、第１の内部電気ヒータ１４Ｂ、１４Ｃが配設されている。
第１、第１の内部電気ヒータ１４Ｂ、１４Ｃは、第２の温度センサ２０Ｂの検出温度に基づく第２の制御装置３０Ｂにおける制御演算による制御信号に基づいて第２の電源装置４０Ｂからの給電により動作して、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの気体を加熱する。この構成により、第１、第２の内部電気ヒータ１４Ｂ、１４Ｃにより内殻炉１３の第１、第２の開口１３Ａ、１３Ｂの周囲、すなわち、内殻炉１３の中心軸領域の気体が加熱される。
【００３９】
このように、外殻炉本体１２Ａと内殻炉１３とを外殻電気ヒータ１４Ａと、第１、第２の内部電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂとを用いて温度制御することにより、アモルファス磁性材料を温度制御するために熱交換で失った雰囲気ガス、たとえば、水素の温度を内部電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂによって設定温度に直接調整することができ、温められた内殻炉１３と温度調整された雰囲気ガスの風によって内殻炉１３の内部空間１８Ｂを均一な温度分布にすることができる。すなわち、内部空間１８Ｂの長手方向および中心軸Ｃ−Ｃを中心とする放射方向の温度が均一となる。
【００４０】
さらに、第２の開口の近傍の内殻炉１３内に送風機１５が配設されている。
この送風機１５により、内殻炉１３の第１の開口１３Ａの周囲の加熱された雰囲気ガスを内殻炉１３の内部空間１８Ｂに取り入れて、内部空間１８Ｂを通り第２の開口１３Ｂから排出する。排出された雰囲気ガスは、内殻炉１３と外殻炉１１Ａの間の空間を通って第１の開口１３Ａに入り、内部空間１８Ｂを貫流する、強制対流が行われる。この強制対流により熱交換を行い内殻炉１３を加熱する。
この熱交換する面積が大きいほど電気ヒータおよび断熱体１４Ａの外部電気ヒータからの熱を内殻炉１３の内部空間１８Ｂに取り込む速度が速くなり、昇温などの熱処理時間を短縮することができる。また、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの断面における温度勾配も少なくなる。
【００４１】
送風機１５は回転数を変化可能に構成することができる。その場合、総合制御装置３０Ｃは、たとえば、第１、第２の温度センサ２０Ａ、２０Ｂの検出値を参照して、送風機１５の好ましい回転数を算出し、電源装置４０Ｃを介して送風機１５の回転数を変化させることができる。
【００４２】
このように、第２実施の形態における内殻炉１３、第１、第２電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および、送風機１５を用いると、内部空間１８Ｂにおける内殻炉１３の長手方向および断面方向における温度勾配がなくなり、複数のアモルファス磁性材料が均一に加熱することが可能となる。
その結果として、内部空間１８Ｂに導入された多数のアモルファス磁性材料の温度制御を均一に行うことができる。
【００４３】
たとえば、Ｎｉ系アモルファス磁性材料の結晶化温度は比較的低い温度、たとえば、４７３〜５７３Ｋである（たとえば、特許文献１）。このように比較的低い温度で温度制御は、大型の炉の時定数の大きさなどから応答が緩慢となり、一般に難しいが、本実施の形態によれば、内殻炉１３、第１、第２電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および、送風機１５による温度制御の応答性が迅速であることから、大型の炉による温度制御のオーバーシュート／アンダーシュートを回避でき、正確な温度制御が実現できる。
【００４４】
また、比較的低い温度での温度調整を行うアモルファス磁性材料でも、比較的高い温度での温度調整を行うアモルファス磁性材料でも、結晶化温度の観点からはその範囲は狭いので、上述したオーバーシュート／アンダーシュートを起こさずに温度制御が可能となることは、アモルファス磁性材料の温度調整として好ましい。
【００４５】
また、本実施の形態の熱処理炉を用いると、比較的処理温度の低い、たとえば、Ｎｉ系アモルファス磁性材料の温度調整のみに使用できるだけでなく、比較的高い温度処理が要求される、たとえば、コバルト系のアモルファス磁性材料の温度制御にも適用することができる。
【００４６】
第２実施の形態における処理工程は、図４を参照して述べた処理工程と同様となるが、特に、ステップ５〜ステップ７の温度制御を述べる。
図５を参照して述べた温度制御曲線に関するデータは、たとえば、メモリと演算処理手段を有するコンピュータで構成された総合制御装置３０Ｃのメモリに記憶されている。
なお、図６に例示した構成に従って、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度制御を行う第１の温度制御ループとして、第１の温度センサ２０Ａ、第１の制御装置３０Ａ、および、第１の電源装置４０Ａを用いて電気ヒータおよび断熱体１４Ａの電気ヒータを制御し、他方、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度制御を行う第２の温度制御ループとして、第２の温度センサ２０Ｂ、第２の制御装置３０Ｂ、および、第２の電源装置４０Ｂを用いて第１、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂを制御する場合について述べる。
ただし、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂの処理を総合制御装置３０Ｃで行い、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂを削除することも可能である。
【００４７】
ステップ５、昇温処理
総合制御装置３０Ｃは、与えられた温度制御曲線のデータのうち、昇温傾きおよび／または昇温時間を第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂに転送する。第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂは総合制御装置３０Ｃから転送された昇温傾きおよび／または昇温時間を自己のメモリに記憶し、第１、第２の温度制御ループは、それぞれ、独立して、第１実施の形態においてステップ５の昇温処理として述べた温度制御と同様の昇温制御を行う。
【００４８】
総合制御装置３０Ｃは、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂから送信される、第２、第２の温度センサ２０Ａ、２０Ｂの検出値を入力し、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａ、内殻炉１３の内部空間１８Ｂが所望の傾きで昇温され、かつ、所望の昇温温度まで加熱されることを監視する。
基本的には、送風機１５が動作させることにより、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度と内殻炉１３の内部空間１８Ａの温度は、所望の傾きでほぼ同じに維持されながら昇温されていく。
【００４９】
なお、可能な限り、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度と内殻炉１３の内部空間１８Ａの温度は、所定の温度差を保って昇温されることが望ましいので、両者の温度が所定の温度差を越えた場合には、たとえば、高く加熱された内部空間の温度を維持させるように、制御装置３０Ａまたは制御装置３０Ｂに保持指令を出すことができる。または、総合制御装置３０Ｃが送風機１５の回転数を制御することもできる。
【００５０】
ステップ６、温度保持（維持）処理
総合制御装置３０Ｃは、外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度と内殻炉１３の内部空間１８Ａの温度とが指定された昇温温度に達した場合、第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂに温度制御を維持（保持）する指示を行う。
第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂは、そのときの固定の温度目標値が維持されるように温度制御を行う。
この状態において、送風機１５は一定の回転数で動作するが、総合制御装置３０Ｃは必要に応じて、送風機１５の回転数を制御して内部空間１８Ｂの温度が所望の値に維持されるようにすることもできる。
【００５１】
なお、第１、第２の温度制御ループを、総合制御装置３０Ｃの監視のもとで独立に動作させる場合について述べたが、総合制御装置３０Ｃは、電気ヒータおよび断熱体１４Ａの電気ヒータを用いた外殻炉本体１２Ａの外部電気ヒータによる温度制御を主とし、第１、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および／または、送風機１５を用いた温度制御を従として温度制御を行うことができる。
たとえば、温度制御の微調整を、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および／または、送風機１５を用いて行い、大きな範囲の温度制御を電気ヒータおよび断熱体１４Ａの電気ヒータを用いた外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａた内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度制御を行う。
【００５２】
ステップ７、冷却
総合制御装置３０Ｃは、与えられた温度制御曲線のデータのうち、冷却傾きおよび／または冷却時間を第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂに転送する。第１、第２の制御装置３０Ａ、３０Ｂは、総合制御装置３０Ｃから転送された冷却傾きおよび／または冷却時間を自己のメモリに記憶し、第１、第２の温度制御ループは、それぞれ、独立して、第１実施の形態において、ステップ７の昇温処理として述べた温度制御と同様の冷却制御を行う。
なお、この冷却を自然冷却とすることもできる。
【００５３】
図４のステップ８〜１０として述べた後処理は、第１実施の形態において述べたと同様である。
【００５４】
以上述べた温度制御において、第１、第２の温度制御ループを、総合制御装置３０Ｃの監視のもと独立に動作させる場合について述べたが、総合制御装置３０Ｃは、電気ヒータおよび断熱体１４Ａのデータを用いた外殻炉本体１２Ａの内部空間１８Ａの温度制御を主とし、第１、第２の電気ヒータ１４Ａ、１４Ｂ、および／または、送風機１５を用いた内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度制御を追従制御として温度制御を行うことができる。
【００５５】
なお、内殻炉１３の内部空間１８Ｂの温度の均一さをより正確に測定するため、第２の温度センサ２０Ｂに加えて、内部空間１８Ｂの内部に複数の温度センサを配設し、第２の制御装置３０Ｂは、それらの複数の温度センサの平均値を用いて温度制御（昇温、維持、冷却）を行うことができる。
【００５６】
また、内部空間１８Ｂ内の複数の温度センサの検出値に差が発生した場合、総合制御装置３０Ｃは電源装置４０Ｃを介して送風機１５の回転数を調整し、内部空間１８Ｂの内部温度が均一になるように制御することができる。
【００５７】
さらに、より正確な温度制御を実現するため、内部空間１８Ｂ内のアモルファス磁性材料を加熱する前の第１内部電気ヒータ１４Ａと、加熱処理した雰囲気ガスを加熱する第１内部電気ヒータ１４Ｂとを独立して制御することもできる。
そのためには、第１内部電気ヒータ１４Ａを制御するための目標温度と、第２内部電気ヒータ１４Ｂを制御するための目標温度とを異ならせるだけでよい。
【００５８】
第３実施の形態
図７を参照して本発明の第３実施の形態について述べる。
図７は図６に図解した内殻炉１３の内部構造の変形例を概略的に図解した図である。
図７において、内殻炉１３の第１の開口１３Ａから第２の開口１３Ｂに至る、送風機１５による強制対流の流れを変化させ、内部空間１８Ｂの雰囲気ガスを攪拌する、流れ遮蔽板５１、５２、５３、５４を配設している。
なお、送風機１５は、内部空間１８Ｂの外部、たとえば、第２の開口の外部に配置することもできる。
流れ遮蔽板５１、５４は、円筒形の内殻炉１３と同心状の断面が円の円板であり、流れ遮蔽板５２、５３は断面の中心部分が切り欠きされた円板である。
【００５９】
流れ遮蔽板５１、５２、５３、５４を配設することにより、上述した第２実施の形態に加えて、強制対流の風上に位置する部分のみが、優先的に昇温されることを防止することができる。
【００６０】
第４実施の形態
図８を参照して本発明の第４実施の形態について述べる。
図８は図６に図解した外殻炉本体１２Ａに関連した構成の変形例を概略的に図解した図である。
図８において、外殻炉本体１２Ａおよび外部電気ヒータおよび断熱体１４Ａを貫通して熱交換器６０が配設され、外殻炉本体１２Ａの周囲に外殻炉本体１２Ａを空冷する送風機７１、７２が配設されている。
外殻炉本体１２Ａの内部には内殻炉１３が配設されているが、内殻炉１３としては、図６に図解したもの、または、図７に図解した流れ遮蔽板５１、５２、５３、５４を内蔵するもののいずれも適用することができる。
【００６１】
第４実施の形態によれば、熱交換器６０によって炉本体１２Ａの内部のと雰囲気ガスを炉本体１２Ａの外部に引き出して冷却し、再び、炉本体１２Ａ内に導入させる。また、送風機７１、７２によって炉本体１２Ａを冷却する。
このような構成をとることにより、昇温時および温度維持時と、冷却時に、さらに温度調整を行うことができる。
【００６２】
第５実施の形態
本発明の実施に際しては、上述した実施の形態を種々組み合わせることができる。
たとえば、第２実施の形態〜第４実施の形態を組み合わせて、昇温時間を短縮し、冷却時間を短縮する熱処理装置を提供することもできる。
または、温度調整対象への温度制御を一層正確に行うことができる。
【００６３】
上述した実施の形態は、温度調整対象の例として、磁性特性を調整するアモルファス磁性材料を例示したが、本発明の温度調整対象はアモルファス磁性材料には限定されず、多数の温度調整対象について正確かつ均一な温度制御が必要とされる種々の温度調整対象に使用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１、１Ａ、１Ｂ…熱処理装置、１０、１０Ａ、１０Ｂ…炉、１２、１２Ａ…炉本体、１３…内殻炉、１４…電気ヒータおよび断熱体、１４Ａ、１４ｂ…内部電気ヒータ、１５…送風機、１６…蓋、１８、１８Ａ、１８Ｂ…内部空間、２０、２０Ａ、２０Ｂ…温度センサ、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…制御装置、４０…電源装置、５１〜５４…遮蔽板、６０…熱交換器、７１、７１…送風機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の炉本体と、
当該第１の炉本体の外部に配設され前記第１の炉本体を加熱する第１の加熱手段と、
前記第１の炉本体の内部に配設され、長手方向の両端が開口している第１、第２の開口を有し、内部に温度調整対象が配設される、第２の炉本体と、
前記第１、第２の開口に対向する前記第１の炉本体の内部に配設された第２の加熱手段と、
前記第２の炉本体の内部の気体を前記第１の開口から前記第２の開口に向かって強制対流させる対流手段と、
前記第１の炉本体の内部温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記第２の炉本体の内部温度を検出する第２の温度検出手段と
を有し、
前記対流手段によって強制対流され前記第２の開口から出た気体が、前記第１の炉本体の内壁と前記第２の炉の外壁との間を通過して前記第１の開口から前記第２の炉本体の内部に入り前記第２の開口に向かって貫流する通路が規定されている、
熱処理炉。
【請求項２】
第１の炉本体と、当該第１の炉本体の外部に配設され前記第１の炉本体を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の炉本体の内部に配設され、長手方向の両端が開口している第１、第２の開口を有し、内部に温度調整対象が配設される、第２の炉本体と、前記第１、第２の開口に対向する前記第１の炉本体の内部に配設された第２の加熱手段と、前記第２の炉本体の内部の気体を前記第１の開口から前記第２の開口に向かって強制対流させる対流手段と、前記第１の炉本体の内部温度を検出する第１の温度検出手段と、前記第２の炉本体の内部温度を検出する第２の温度検出手段とを有し、前記対流手段によって強制対流され前記第２の開口から出た気体が、前記第１の炉本体の内壁と前記第２の炉の外壁との間を通過して前記第１の開口から前記第２の炉本体の内部に入り前記第２の開口に向かって貫流する通路が規定されている、熱処理炉と、
与えられた第１の温度制御特性に基づき、前記第１の温度検出手段の検出信号に応答して前記第１の加熱手段を制御する、第１の温度制御手段と、
与えられた第２の温度制御特性に基づき、前記第２の温度検出手段の検出信号に応答して前記第２の加熱手段を制御する、第２の温度制御手段と
を具備する、熱処理装置。
【請求項３】
前記第２の炉本体の内部には、前記第１の開口から前記第２の開口に向かって流れる気体の流れを部分的に遮り、前記第２の炉本体の内部の気体の流れを攪拌する、遮蔽手段が配設されている、
請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記第１の炉本体に、当該第１の炉本体の内部の気体を熱交換して冷却する熱交換器が配設されている、
請求項２または３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第１の炉本体の外部に当該第１の炉本体を冷却する冷却手段が配設されている、
請求項２〜４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記第１の加熱手段は電気ヒータを含み、
前記第２の加熱手段は電気ヒータを含む、
請求項２〜５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記対流手段は送風機である、
請求項２〜６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記送風機はその回転数が変化可能に構成されており、
当該熱処理装置は、当該送風機の回転数を制御する制御手段をさらに有する、
請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記温度調整対象がアモルファス磁性材料であり、
前記第１の温度制御手段が前記与えられた第１の温度制御特性に基づいて前記第１の加熱手段を制御し、前記第２の温度制御手段が前記与えられた第２の温度制御特性に基づいて前記第２の加熱手段を制御して、前記アモルファス磁性材料の磁性特性を調整する、
請求項２〜８のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１】
第１の炉本体と、
当該第１の炉本体の外部に配設され前記第１の炉本体を加熱する第１の加熱手段と、
前記第１の炉本体の内部に配設され、長手方向の両端が開口している第１、第２の開口を有し、内部に温度調整対象が配設される、第２の炉本体と、
前記第１、第２の開口に対向する前記第１の炉本体の内部に配設された第２の加熱手段と、
前記第２の炉本体の内部の気体を前記第１の開口から前記第２の開口に向かって強制対流させる対流手段と、
前記第１の炉本体の内部温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記第２の炉本体の内部温度を検出する第２の温度検出手段と
を有し、
前記対流手段によって強制対流され前記第２の開口から出た気体が、前記第１の炉本体の内壁と前記第２の炉の外壁との間を通過して前記第１の開口から前記第２の炉本体の内部に入り前記第２の開口に向かって貫流する通路が規定されている、
熱処理炉。
【請求項２】
第１の炉本体と、当該第１の炉本体の外部に配設され前記第１の炉本体を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の炉本体の内部に配設され、長手方向の両端が開口している第１、第２の開口を有し、内部に温度調整対象が配設される、第２の炉本体と、前記第１、第２の開口に対向する前記第１の炉本体の内部に配設された第２の加熱手段と、前記第２の炉本体の内部の気体を前記第１の開口から前記第２の開口に向かって強制対流させる対流手段と、前記第１の炉本体の内部温度を検出する第１の温度検出手段と、前記第２の炉本体の内部温度を検出する第２の温度検出手段とを有し、前記対流手段によって強制対流され前記第２の開口から出た気体が、前記第１の炉本体の内壁と前記第２の炉の外壁との間を通過して前記第１の開口から前記第２の炉本体の内部に入り前記第２の開口に向かって貫流する通路が規定されている、熱処理炉と、
与えられた第１の温度制御特性に基づき、前記第１の温度検出手段の検出信号に応答して前記第１の加熱手段を制御する、第１の温度制御手段と、
与えられた第２の温度制御特性に基づき、前記第２の温度検出手段の検出信号に応答して前記第２の加熱手段を制御する、第２の温度制御手段と
を具備する、熱処理装置。
【請求項３】
前記第２の炉本体の内部には、前記第１の開口から前記第２の開口に向かって流れる気体の流れを部分的に遮り、前記第２の炉本体の内部の気体の流れを攪拌する、遮蔽手段が配設されている、
請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記第１の炉本体に、当該第１の炉本体の内部の気体を熱交換して冷却する熱交換器が配設されている、
請求項２または３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第１の炉本体の外部に当該第１の炉本体を冷却する冷却手段が配設されている、
請求項２〜４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記第１の加熱手段は電気ヒータを含み、
前記第２の加熱手段は電気ヒータを含む、
請求項２〜５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記対流手段は送風機である、
請求項２〜６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記送風機はその回転数が変化可能に構成されており、
当該熱処理装置は、当該送風機の回転数を制御する制御手段をさらに有する、
請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記温度調整対象がアモルファス磁性材料であり、
前記第１の温度制御手段が前記与えられた第１の温度制御特性に基づいて前記第１の加熱手段を制御し、前記第２の温度制御手段が前記与えられた第２の温度制御特性に基づいて前記第２の加熱手段を制御して、前記アモルファス磁性材料の磁性特性を調整する、
請求項２〜８のいずれかに記載の熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０４５３８（Ｐ２０１２−２０４５３８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６６３５（Ｐ２０１１−６６６３５）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【出願人】（５９５１０４５７４）株式会社オータマ (2)
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【出願人】（５９５１０４５７４）株式会社オータマ (2)
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