連続熱処理炉
【課題】被熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることが可能な連続熱処理炉を提供する。
【解決手段】連続熱処理炉１０は、入口部１２Ａ、加熱部１２Ｂ、出口部１２Ｄを含む炉本体１２と、加熱部１２Ｂに配設されるマッフル１４と、マッフル１４を介して被熱処理物を加熱するヒータ部１６と、駆動手段によりマッフル１４内を通過するベルト２４とを含み、被熱処理物を収容する匣Ｓがベルト２４上に配置され、匣Ｓを炉本体１２内に搬送させることによって、被熱処理物への熱処理を連続的に行う。加熱部１２Ｂは、昇温領域１２ｂ１および保温領域１２ｂ２を含み、ヒータ部１６は、金属ヒータ２０ａ，２０ｂを含み、昇温領域１２ｂ１において、ベルト２４の進行方向に直交する方向でみたときの金属ヒータ２０ａ，２０ｂの幅ｗ１は、匣Ｓの幅ｗ２と同等に形成される。
【解決手段】連続熱処理炉１０は、入口部１２Ａ、加熱部１２Ｂ、出口部１２Ｄを含む炉本体１２と、加熱部１２Ｂに配設されるマッフル１４と、マッフル１４を介して被熱処理物を加熱するヒータ部１６と、駆動手段によりマッフル１４内を通過するベルト２４とを含み、被熱処理物を収容する匣Ｓがベルト２４上に配置され、匣Ｓを炉本体１２内に搬送させることによって、被熱処理物への熱処理を連続的に行う。加熱部１２Ｂは、昇温領域１２ｂ１および保温領域１２ｂ２を含み、ヒータ部１６は、金属ヒータ２０ａ，２０ｂを含み、昇温領域１２ｂ１において、ベルト２４の進行方向に直交する方向でみたときの金属ヒータ２０ａ，２０ｂの幅ｗ１は、匣Ｓの幅ｗ２と同等に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、連続熱処理炉に関し、セラミック電子部品の製造に用いられるセラミック素体の焼成、セラミック素体への外部電極の焼付け、ガラス基板の熱処理等の各種熱処理に用いられ、メッシュベルトやローラチェーンベルト等のベルト式の連続熱処理炉に用いて好適な連続熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９の（Ａ）は、この発明の背景となる従来のベルト式の連続焼成炉の一例を示す平面模式図であり、図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）の線Ｅ−Ｅにおける拡大した断面的模式図である。
この従来のベルト式の連続焼成炉１は、図９の（Ａ）に示すように、トンネル型の炉本体２を含む。炉本体２は、入口部２Ａ，加熱部２Ｂ，冷却部２Ｃ，出口部２Ｄを有する。入口部２Ａ，加熱部２Ｂ，冷却部２Ｃ，出口部２Ｄは、連続して水平方向に直線状に配置される。加熱部２Ｂおよび冷却部２Ｃの内部には、それぞれ、図９の（Ｂ）に示すように、ヒータ部３を備えた断熱部５および断面視矩形筒状のマッフル７が配設される。ヒータ部３は、マッフル７の上面７ａの上方および下面７ｂの下方に配置される面状の金属ヒータ３ａ，３ｂを有する。断熱部５は、マッフル７の上面７ａおよび下面７ｂと間隔を隔てて配設される断熱材５ａ，５ｂを有する。また、断熱部５は、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄと間隔を隔てて配設される断熱材５ｃ，５ｄを有する。面状の金属ヒータ３ａ，３ｂは、それぞれ、断熱材５ａ，５ｂに一体的に組み込まれている。
【０００３】
炉本体１には、ベルト駆動手段（図示せず）によって、マッフル７の内部を通過するように、無端環状に回転駆動される帯状のベルト９が配設される。ベルト９の上には、被熱処理物としてのたとえば被焼成物が収納された匣（さや）Ｓが載置される。ベルト駆動手段を駆動させることによって、ベルト９上に載置された匣Ｓを炉本体１のマッフル７内に連続的に搬送させながら、匣Ｓ内の被焼成物に焼成（熱処理）を行なっている。
【０００４】
この従来のベルト式の連続焼成炉１では、たとえば図９の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベルト９の進行方向と直交する平面、つまり、ベルト９の幅方向でみて、金属ヒータ３ａ，３ｂのヒータ幅（発熱部の幅）をｗ１とし、ベルト９上に載置される匣Ｓの幅をｗ２とし、ベルト９の幅をｗ３としたとき、ｗ１＞ｗ３＞ｗ２となる構造を有している。また、金属ヒータ３ａ，３ｂのヒータ幅ｗ１は、ベルト９の幅方向でみて、マッフル７の上面７ａおよび下面７ｂの幅方向の長さと略同じ長さに形成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来のベルト式の連続焼成炉１は、上記したように、ベルト９の幅方向でみて、被加熱物としての匣Ｓの幅ｗ２およびベルト９の幅ｗ３よりも金属ヒータ３ａ，３ｂの幅ｗ１が広い構造となっている。
一方で、金属ヒータ３ａ，３ｂは、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、金属ヒータ３ａ，３ｂの面全体がヒータ発熱部となって、面全体でマッフル７の上面７ａおよび下面７ｂを加熱する。さらに、金属ヒータ３ａ，３ｂの特徴として、図１０（Ｃ）に示すように、ヒータ発熱部からの熱出力がパルス的な熱出力分布となっているため、金属ヒータ３ａ，３ｂの側端面からの放熱は極めて小さいものとなっている。
【０００６】
この金属ヒータ３ａ，３ｂが発熱すると、図１０（Ｂ）に示すように、金属ヒータ３ａ，３ｂのヒータ幅ｗ１と略同じ幅を有するマッフル７全体が加熱される［図１０の（Ｂ）の加熱部Ｈ参照］。金属ヒータ３ａ，３ｂからの熱は、マッフル７の上面７ａおよび下面７ｂに伝熱され、さらに、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄへと伝熱され、マッフル７全体へと伝熱される。この場合、匣Ｓは、マッフル７の下面７ｂ側に載置されているため、匣Ｓへの伝導伝熱は、マッフル７の下面７ｂからの伝導伝熱が支配的なものとなっている。また、匣Ｓの幅ｗ２よりも金属ヒータ３ａ，３ｂの幅ｗ１が広く形成されているため、匣Ｓの幅方向の両端側には、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄからの伝熱も大きく、匣Ｓの幅方向の両端部の温度が高くなる。
【０００７】
それゆえ、ベルト９の幅方向にみて、匣Ｓの幅ｗ２よりもはみ出ている金属ヒータ３ａ，３ｂのはみ出し部分は、金属ヒータ３ａ，３ｂの発熱量と、被加熱物としての匣Ｓの蓄熱量とのバランスがとれていない部分となっている。
すなわち、ベルト９の幅方向でみて、匣Ｓの幅方向の一端部および他端部には、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄからの伝導伝熱による余剰熱量が生じる。この場合、被焼成物が収納された匣Ｓの幅方向でも温度差が生じるため、匣Ｓに収納された被焼成物の幅方向の中央部と幅方向の両端部に温度差が生じる。そのため、この温度差により被焼成物の幅方向で収縮量に差が発生し、これが原因で被焼成物に割れや反りなどの悪影響が発生する。このことは、入口部２Ａ付近に位置する加熱部２Ｂの昇温領域において顕著なものとなり、また、被焼成物が大型の被焼成物になるほど顕著なものとなる。
したがって、この従来のベルト式の連続焼成炉１では、信頼性に優れた高品質な熱処理品としての焼成品が得られないという不具合を生じるものとなっている。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、被熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることが可能な連続熱処理炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１にかかる本発明は、入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体と、加熱部に配設されるマッフルと、炉本体内に配設され、マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部と、駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部がマッフル内を通過するベルトとを含み、被熱処理物を収容する匣（さや）がベルト上に配置され、匣を炉本体内に搬送させることによって、被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、ヒータ部は、加熱部に配設される金属ヒータを含み、加熱部の昇温領域の全体もしくは一部において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、金属ヒータの幅は、匣の幅と同等に形成されることを特徴とする、連続熱処理炉である。
請求項１にかかる本発明は、上記した構成を有することによって、マッフルから匣への伝導伝熱が支配的となる「昇温領域」において、金属ヒータからの発熱量と、金属ヒータからマッフルを介して匣に伝熱され、匣に蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなる。そのため、匣の幅方向の温度差を軽減することができ、匣の幅方向の温度が略均一となる。この場合、金属ヒータの対向面となるマッフルからの伝導伝熱が支配的となり、当該対向面が主たる加熱面となる。特に、匣に対しては、マッフルの下面からの伝導伝熱が支配的なものとなる。そのため、匣に対しては、マッフルの両側面からの伝熱および放熱といった熱の授受が少なく、当該匣の幅方向の温度差を軽減することができる。
請求項２にかかる本発明は、請求項１にかかる発明に従属する発明であって、ヒータ部は、加熱部の保温領域において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、金属ヒータの幅が、匣の幅よりも広く形成される他の金属ヒータをさらに含むことを特徴とする、連続熱処理炉である。
請求項２にかかる本発明は、上記した構成を有することによって、マッフルから匣への輻射伝熱が支配的となる「保温領域」において、マッフルの両側面からの放熱の影響が小さいものとなる。匣の幅方向の温度差を軽減することができ、匣の幅方向の温度が略均一となる。つまり、金属ヒータからの発熱量と、匣に蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。
請求項３にかかる本発明は、入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体と、加熱部に配設されるマッフルと、炉本体内に配設され、マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部と、駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部がマッフル内を通過するベルトとを含み、被熱処理物を収容する匣（さや）がベルト上に配置され、匣を炉本体内に搬送させることによって、被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、ヒータ部は、加熱部に配設される棒状の非金属ヒータおよび面状の金属ヒータを含み、非金属ヒータは、発熱部と非発熱部を含み、加熱部の昇温領域において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、非金属ヒータの発熱部の幅は、匣の幅よりも広く形成され、加熱部の保温領域において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、金属ヒータの幅は、匣の幅よりも広く形成されることを特徴とする、連続熱処理炉である。
請求項３にかかる本発明は、上記した構成を有することによって、マッフルから匣への伝導伝熱が支配的となる「昇温領域」において、非金属ヒータの非発熱部による熱出力が鈍化する部位の放熱量を補償することができる。そのため、非金属ヒータからの発熱量と、非金属ヒータからマッフルを介して匣に伝熱され、匣に蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなる。この場合、匣に対しては、マッフルの両側面からの伝熱が少なく、当該匣Ｗの幅方向の温度差を軽減することができる。そのため、匣Ｗの幅方向の温度が略均一となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることが可能な連続熱処理炉が得られる。
【００１１】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の一例を示す模式図であって、（Ａ）はその平面模式図であり、（Ｂ）はその正面模式図である。
【図２】図１の連続熱処理炉の昇温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を示す模式図であって、図２の（Ａ）は、図１の（Ａ）の線Ａ−Ａにおける拡大した断面的模式図であり、図２の（Ｂ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。
【図３】図１の連続熱処理炉の昇温領域および保温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を比較した模式図であって、図３の（Ａ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図であり、図３の（Ｂ）は、図１の（Ａ）の線Ｂ−Ｂにおける拡大した断面的模式図であり、且つ、保温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。
【図４】図１の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部と幅方向端部の温度差を示すグラフである。
【図５】この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の他の例を示す平面模式図である。
【図６】図５の連続熱処理炉の昇温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を示す模式図であって、図６の（Ａ）は、図５の線Ｃ−Ｃにおける拡大した断面的模式図であり、図６の（Ｂ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。図６の（Ｃ）は、図６の（Ａ），（Ｂ）に示すヒータ部の熱出力分布を示す説明図である。
【図７】図５の連続熱処理炉の昇温領域および保温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を比較した模式図であって、図７の（Ａ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図であり、図７の（Ｂ）は、図５の線Ｄ−Ｄにおける拡大した断面的模式図であり、且つ、保温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。
【図８】図５の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部および幅方向両端部の３点の最大温度と最小温度の温度差を示すグラフである。
【図９】図９の（Ａ）は、この発明の背景となる従来のベルト式の連続焼成炉の一例を示す平面模式図であり、図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）の線Ｅ−Ｅにおける拡大した断面的模式図である。
【図１０】図９の（Ａ）に示す従来のベルト式の連続焼成炉の昇温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を示す模式図であって、図１０の（Ａ）は、図９の（Ａ）の線Ｃ−Ｃにおける拡大した断面的模式図であり、図１０の（Ｂ）は、昇温領域における被焼成物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。図１０の（Ｃ）は、図１０の（Ａ），（Ｂ）に示すヒータ部の熱出力分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（この発明にかかる実施の形態）
図１は、この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の一例を示す模式図であって、（Ａ）はその平面模式図であり、（Ｂ）はその正面模式図である。
この連続熱処理炉１０は、トンネル型の炉本体１２を含む。炉本体１２は、入口部Ａ、加熱部１２Ｂ、冷却部１２Ｃ、出口部１２Ｄを有する。入口部Ａ、加熱部１２Ｂ、冷却部１２Ｃ、出口部１２Ｄは、連続して水平方向に一直線状に配置される。
加熱部１２Ｂおよび冷却部１２Ｃの内部は、複数の温度ゾーン＃１〜＃１０に区画されている。加熱部１２Ｂおよび冷却部１２Ｃの温度ゾーン＃１〜＃１０には、それぞれ、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように、断面視矩形筒状のマッフル１４が配設される。マッフル１４は耐熱金属からなり、匣Ｓを囲むように構成される。各温度ゾーン＃１〜＃１０のマッフル１４をさらに囲むように、ヒータ部１６を有する断熱部１８が配設される。
【００１４】
ヒータ部１６は、マッフル１４の上面１４ａの上方に配置される面状の金属ヒータ２０ａおよびマッフル１４の下面１４ｂの下方に配置される面状の金属ヒータ２０ｂを有する。断熱部１８は、マッフル１４の上面１４ａおよび下面１４ｂと間隔を隔てて配設される断熱材２２ａおよび断熱材２２ｂを有する。また、断熱部１８は、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄと間隔を隔てて配設される断熱材２２ｃ，２２ｄを有する。面状の金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、それぞれ、断熱材２２ａ，２２ｂに一体的に組み込まれている。金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、カンタルヒータ、白金ヒータ、タンタル系ヒータ、モリブデン系ヒータ、タングステン系ヒータなどが用いられる。
【００１５】
炉本体１０には、図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベルト駆動手段（図示せず）によって、マッフル１４の下面１４ａの内面上を通過するように、無端環状に回転駆動される帯状のベルト２４が配設される。ベルト２４は、図１の（Ｂ）に示すように、回転ローラ２６，２８間に架け設けられ、ベルト駆動手段で無端環状に回転駆動される。ベルト２４は、たとえば金属線材を編み込むことにより構成されたメッシュベルトで形成されている。ベルト２４としては、メッシュベルト以外にも、たとえばローラチェーンベルトを用いることも可能である。
【００１６】
ベルト２４の上には、被熱処理物としてのたとえば被焼成物（図示せず）が収納された匣Ｓが配置される。この匣Ｓは、アルミナなどの耐火物セラミック材料を用い、被熱処理物を収容する箱型の本体と、被熱処理物の汚染を防止するための蓋体とで構成されている。被熱処理物としては、たとえば脱バインダや焼成などの熱処理が施されるセラミック素体が予め匣Ｓに収納されている。
ベルト駆動手段を駆動させることによって、ベルト２４上に配置された匣Ｓを炉本体１０のマッフル１４内に連続的に搬送させながら、匣Ｓ内の被焼成物に焼成（熱処理）を行なっている。
【００１７】
この連続熱処理炉１０では、マッフル１４に、Ｎ2ガスやＡｒガス等の不活性ガスを供給するためのガス供給口（図示せず）が設けられている。また、外気の流入を防ぐためのパージガス供給口（図示せず）が設けられている。マッフル１４内に不活性ガスを導入することにより、マッフル１４内は低酸素の非酸化性雰囲気とされる。マッフル１４の長手方向の所定位置には、ガス排出口（図示せず）が設けられている。
また、マッフル１４内の匣Ｓは、複数のヒータ部１６の金属ヒータ２０ａ，２０ｂを調整することによって、所定の温度プロファイルを有するように制御されている。マッフル１４内の匣Ｓの温度プロファイルが、炉本体１２の入口部１２Ａの付近、つまり、匣Ｓの投入口付近から、徐々に昇温し、所定の高温状態に到達した後、徐々に降温するように設定され、かつ、ガス排出口の温度がバインダ樹脂の熱分解温度以下となるように調整されている。
【００１８】
この連続熱処理炉１０では、ベルト２４上を炉本体１２の入口部１２Ａの上流方向から搬送されてきた匣Ｓが、加熱部１２Ｂの入口部１２Ａ付近のマッフル１４内に供給されると、当該匣Ｓは、非酸化性雰囲気下で、ヒータ部１６の金属ヒータ２０ａ，２０ｂにより徐々に加熱されながら昇温される。この温度領域を「昇温領域１２ｂ１」と称する。この「昇温領域１２ｂ１」は、大凡、炉本体１２の加熱部１２Ｂの温度ゾーン＃１〜＃４の範囲を含むものとなっている。
被焼成物中のバインダ成分としてのたとえばアクリル樹脂の分解ガスは、有機物の状態（例えばモノマーや炭化水素を含む成分）でガス排出口からファン等の排気手段（図示せず）により外部に強制的に吸引されて排気される。
【００１９】
匣Ｓは、その後さらに加熱され、所定の炉本体１２内の最高温度からたとえば±５０℃以内となる一定時間保持され、焼成処理が施される。この炉本体１２内の最高温度からたとえば±５０℃以内となる一定時間保持される温度領域を「保温領域１２ｂ２」と称する。この「保温領域１２ｂ２」は、大凡、炉本体１２の加熱部１２Ｂの温度ゾーン＃５〜＃８の範囲を含むものとなっている。
【００２０】
匣Ｓの温度は、その後、徐々に降温し、匣Ｓは、出口部１２Ｄからマッフル１４外に排出される。この徐々に降温する温度領域を「降温領域」と称する。この「降温領域」は、大凡、炉本体１２の冷却部１２Ｃの温度ゾーン＃９〜＃１０の範囲を含むものとなっている。
【００２１】
この連続熱処理炉１０では、炉本体１２の加熱部１２Ｂの「昇温領域１２ｂ１」において、ヒータ部１６の金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、図２の（Ａ）に示すように、ベルト２４の進行方向と直交する平面でみたときに、つまり、ベルト２４の幅方向でみて、金属ヒータ２０ａ，２０ｂのヒータ幅（発熱部の幅）をｗ１とし、ベルト２４上に載置される匣Ｓの幅をｗ２としたとき、例えば、ｗ１＝ｗ２となる構造を有している。また、金属ヒータ２０ａ，２０ｂのヒータ幅ｗ１は、ベルト２４の幅方向でみて、マッフル１４の上面１４ａおよび下面１４ｂの幅方向の長さよりも短く形成されている。
【００２２】
そのため、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからの発熱量と、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからマッフル１４を介して匣Ｓに伝熱され、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれる。この「昇温領域１２ｂ１」では、図２の（Ｂ）に示すように、マッフル１４から匣Ｓへの伝導伝熱が支配的となる。この場合、金属ヒータ２０ａおよび２０ｂの対向面となるマッフル１４の上面１４ａ，下面１４ｂからの伝導伝熱が支配的となり、当該対向面（上面１４ａ，下面１４ｂ）が主たる加熱面となる［図２の（Ｂ）の加熱部Ｈ参照］。特に、匣Ｓに対しては、マッフル１４の下面１４ｂからの伝導伝熱が支配的なものとなる。つまり、匣Ｓに対しては、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの伝熱および放熱といった熱の授受が少なく、当該匣Ｓの幅方向の温度差を軽減することができる。そのため、匣Ｓの幅方向の温度が略均一となる。
【００２３】
また、この連続熱処理炉１０では、炉本体１２の加熱部１２Ｂの「保温領域１２ｂ２」において、ベルト２４の進行方向に直交する平面でみたときの金属ヒータ２０ａ，２０ｂの幅ｗ１が、匣Ｓの幅ｗ２よりも広く形成されている。この場合、「保温領域１２ｂ２」では、図３の（Ｂ）に示すように、マッフル１４から匣Ｓへの輻射伝熱が支配的となり、マッフル１４内は均一な温度場を形成しやすいものとなる。そのため、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの放熱の影響も小さいものとなる。したがって、この「保温領域１２ｂ２」においても、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからの発熱量と、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。
【００２４】
図９および図１０で示した従来の連続焼成炉１では、匣Ｓの幅方向の温度差により被焼成物の幅方向で収縮量に差が発生し、これが原因で被焼成物に割れや反りなどの悪影響が発生しやすいが、本実施例における連続焼成炉１０では、そのような問題は発生しにくい。すなわち、この連続熱処理炉１０では、熱処理物の進行方向に直交する幅方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることができる。
【００２５】
図４は、図１の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部と幅方向端部の温度差を示すグラフである。この場合、図４に示すグラフのＸ座標には、炉本体１２内に搬送される被熱処理物としての匣Ｓの入口部１２Ａ側からの距離を示し、Ｙ座標軸には、ベルト２４の進行方向に直交する平面でみたときの匣Ｓの幅方向の中央部と両端部との温度差を示している。パラメータには、金属センサ２０ａ，２０ｂのヒータ幅（発熱部の幅）を用い、ヒータ幅が４００ｍｍ，３６０ｍｍ，３４０ｍｍ，３２０ｍｍ，３０４ｍｍ，２８０ｍｍについて評価した。
図４に示すグラフによれば、温度ゾーン＃１〜＃４ではヒータ幅２８０ｍｍのときの温度差が小さく、温度ゾーン＃５〜＃１０ではヒータ幅４００ｍｍのときの温度差が小さいことがわかる。よって、温度ゾーン＃１〜＃４ではヒータ幅を２８０ｍｍに設計し、温度ゾーン＃５〜＃１０ではヒータ幅を４００ｍｍに設計すれば、匣Ｓの幅方向の温度差を低減することができる。なお、上記はあくまでも例示であって、温度ゾーン＃１〜＃３のヒータ幅を２８０ｍｍとし、温度ゾーン＃４〜＃１０のヒータ幅を３６０ｍｍとしても匣Ｓの幅方向の温度差を低減することができる。
【００２６】
（この発明にかかる他の実施の形態）
図５は、この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の他の例を示す平面模式図である。この実施の形態は、図１〜図３で示した実施の形態と比べて、上記した「昇温領域１２ｂ１」において、炉本体１２の加熱部１２Ｂ内のヒータ部１６の構造およびレイアウト構成が相違するものとなっている。すなわち、上述した図１〜図３の実施の形態では、ヒータ部１６が金属ヒータ２０ａ，２０ｂで構成されたが、この実施の形態では、ヒータ部１６が棒状の非金属ヒータ２６ａ，２６ｂで構成されている。
【００２７】
一方の棒状の非金属ヒータ２６ａは、図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、マッフル１４の上面１４ａの上方に配設され、他方の棒状の非金属ヒータ２６ｂは、マッフル１４の下面１４ｂの下方に配設される。これらの非金属ヒータ２６ａ、２６ｂは図５に示すように各温度ゾーンに２列に設けられている。この非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、それぞれ、図５および図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、幅方向の中間部に発熱部２８ａ，２８ｂを有する。また、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの幅方向の両端側には、それぞれ、非発熱部３０ａ，３０ｂが設けられている。発熱部２８ａ，２８ｂに対する非発熱部３０ａ，３０ｂの割合は、それぞれ、たとえば１５〜２５％程度である。非金属ヒータの発熱部の長さは、たとえば５００ｍｍに形成される。
【００２８】
炉本体１２の加熱部１２Ｂの「昇温領域１２ｂ１」において、ヒータ部１６の非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、図６の（Ａ）に示すように、ベルト２４の進行方向と直交する平面、つまり、ベルト２４の幅方向でみて、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの幅をｗ１とし、ベルト２４上に載置される匣Ｓの幅をｗ２としたとき、例えば、ｗ１＝１．８×ｗ２となる構造を有している。また、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの幅ｗ１は、ベルト２４の幅方向でみて、マッフル１４の上面１４ａおよび下面１４ｂの幅方向の長さよりも長く形成されている。
【００２９】
非金属ヒータ２６ａ，２６ｂとしては、たとえば炭化珪素系セラミック発熱体または二珪化モリブデン系サーメット発熱体からなるものが好適に用いられる。非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、外部から加熱部１２Ｂのマッフル１４内に挿入さて用いられる。そのため、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの非発熱部３０ａ，３０ｂの幅方向の両端側は、常に、加熱部１２Ｂの外の大気、または常温に近い雰囲気にさらされている。したがって、炉本体１２の加熱部１２Ｂ内にある非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの中心部の温度と、非発熱部３０ａ，３０ｂの両端側の温度との間には、温度差が生じている。
【００３０】
非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、図６の（Ｃ）に示すように、幅方向の両端部に非発熱部３０ａ，３０ｂを有する構造なので、発熱部２８ａ，２８ｂからの熱出力には、当該熱出力が両端側へと鈍化して垂れる部位が存在している。そのため、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂでは、幅方向の両端からの放熱量が金属ヒータ２０ａ，２０ｂよりも多くなるものとなっている。
【００３１】
金属ヒータ２０ａ，２０ｂに換えて非金属ヒータ２６ａ，２６ｂを用いるにあたり、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの幅ｗ２を匣Ｓの幅ｗ２の１．８倍に形成している。それによって、この実施の形態では、金属ヒータ２０ａ，２０ｂよりも多い放熱量を補償することができる。この場合、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、それぞれ、非発熱部３０ａ，３０ｂを有し、当該非発熱部３０ａ，３０ｂによる熱出力が鈍化する部位が存在している。
そのため、発熱部２８ａ，２８ｂからマッフル１４への伝導伝熱の際、匣Ｓと対向するマッフル１４の下面１４ｂおよび上面１４ａへの伝導伝熱が主たるものとなり、当該対向面（上面１４ａ，下面１４ｂ）が主たる加熱面となる［図６の（Ｂ）の加熱部Ｈ参照］。特に、匣Ｓに対しては、マッフル１４の下面１４ｂからの伝導伝熱が支配的なものとなる。そして、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄへの伝導伝熱は、小さいものとなる。
【００３２】
したがって、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂからの発熱量と、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂからマッフル１４を介して匣Ｓに伝熱され、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。そのため、匣Ｓに対しては、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの伝熱が少なく、当該匣Ｓの幅方向の温度差を軽減することができる。そのため、匣Ｓの幅方向の温度が略均一となる。
【００３３】
炉本体１２の加熱部１２Ｂの「保温領域１２ｂ２」においては、ヒータ部１６は上記した非金属ヒータ２６ａ、２６ｂではなく、図１〜図３で示した実施の形態の「保温領域１２ｂ２」で示した金属ヒータ２０ａ，２０ｂと同様のものが用いられ、そのレイアウトも同様の構成となっている［図３の（Ｂ）参照］。すなわち、ヒータ部１６としてのこの金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、たとえば図７の（Ｂ）に示すように、幅寸法がｗ１＞ｗ２となる構造を有するものとなっている。
この場合、「保温領域１２ｂ２」では、図７の（Ｂ）に示すように、マッフル１４から匣Ｓへの輻射伝熱が支配的となり、マッフル１４内は均一な温度場を形成しやすいものとなる。そのため、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの放熱の影響も小さいものとなる。したがって、この「保温領域１２ｂ２」においても、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからの発熱量と、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。
【００３４】
そのため、この実施の形態の連続熱処理炉１０においても、図１〜図３で示した実施の形態と同様、匣Ｓの幅方向の温度差により被焼成物の幅方向で収縮量に差が発生することや、被焼成物に割れや反りなどの悪影響が発生することを防止することができる。すなわち、この連続熱処理炉１０では、熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることができる。
【００３５】
図８は、図５の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部および幅方向両端部の３点の最大温度と最小温度の温度差を示すグラフである。この場合、図８に示すグラフのＸ座標には、炉本体１２内に搬送される被熱処理物としての匣Ｓの入口部１２Ａ側からの距離を示し、Ｙ座標軸には、ベルト２４の進行方向に直交する方向でみたときの匣Ｓの幅方向の中央部と両端部との温度差を示している。
図８に示すグラフによれば、この実施の形態の連続熱処理炉１０を用いた場合、匣Ｓの幅方向の温度差を軽減することができ、匣Ｓの幅方向の温度が略均一となっていることがわかった。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 連続熱処理炉
１２ 炉本体
１２Ａ 入口部
１２Ｂ 加熱部
１２ｂ１ 昇温領域
１２ｂ２ 保温領域
１２Ｃ 冷却部（降温領域）
１２Ｄ 出口部
１４ マッフル
１６ ヒータ部
１８ 断熱部
２０ａ，２０ｂ 金属ヒータ
２２ａ，２２ｂ 断熱材
２４ ベルト
２６ａ，２６ｂ 非金属ヒータ
２８ａ，２８ｂ 発熱部
３０ａ，３０ｂ 非発熱部
Ｓ 匣（さや）
Ｈ 加熱部
ｗ１ ヒータ部のヒータ幅（発熱部の幅）
ｗ２ 匣の幅
ｗ３ ベルトの幅
【技術分野】
【０００１】
この発明は、連続熱処理炉に関し、セラミック電子部品の製造に用いられるセラミック素体の焼成、セラミック素体への外部電極の焼付け、ガラス基板の熱処理等の各種熱処理に用いられ、メッシュベルトやローラチェーンベルト等のベルト式の連続熱処理炉に用いて好適な連続熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９の（Ａ）は、この発明の背景となる従来のベルト式の連続焼成炉の一例を示す平面模式図であり、図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）の線Ｅ−Ｅにおける拡大した断面的模式図である。
この従来のベルト式の連続焼成炉１は、図９の（Ａ）に示すように、トンネル型の炉本体２を含む。炉本体２は、入口部２Ａ，加熱部２Ｂ，冷却部２Ｃ，出口部２Ｄを有する。入口部２Ａ，加熱部２Ｂ，冷却部２Ｃ，出口部２Ｄは、連続して水平方向に直線状に配置される。加熱部２Ｂおよび冷却部２Ｃの内部には、それぞれ、図９の（Ｂ）に示すように、ヒータ部３を備えた断熱部５および断面視矩形筒状のマッフル７が配設される。ヒータ部３は、マッフル７の上面７ａの上方および下面７ｂの下方に配置される面状の金属ヒータ３ａ，３ｂを有する。断熱部５は、マッフル７の上面７ａおよび下面７ｂと間隔を隔てて配設される断熱材５ａ，５ｂを有する。また、断熱部５は、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄと間隔を隔てて配設される断熱材５ｃ，５ｄを有する。面状の金属ヒータ３ａ，３ｂは、それぞれ、断熱材５ａ，５ｂに一体的に組み込まれている。
【０００３】
炉本体１には、ベルト駆動手段（図示せず）によって、マッフル７の内部を通過するように、無端環状に回転駆動される帯状のベルト９が配設される。ベルト９の上には、被熱処理物としてのたとえば被焼成物が収納された匣（さや）Ｓが載置される。ベルト駆動手段を駆動させることによって、ベルト９上に載置された匣Ｓを炉本体１のマッフル７内に連続的に搬送させながら、匣Ｓ内の被焼成物に焼成（熱処理）を行なっている。
【０００４】
この従来のベルト式の連続焼成炉１では、たとえば図９の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベルト９の進行方向と直交する平面、つまり、ベルト９の幅方向でみて、金属ヒータ３ａ，３ｂのヒータ幅（発熱部の幅）をｗ１とし、ベルト９上に載置される匣Ｓの幅をｗ２とし、ベルト９の幅をｗ３としたとき、ｗ１＞ｗ３＞ｗ２となる構造を有している。また、金属ヒータ３ａ，３ｂのヒータ幅ｗ１は、ベルト９の幅方向でみて、マッフル７の上面７ａおよび下面７ｂの幅方向の長さと略同じ長さに形成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来のベルト式の連続焼成炉１は、上記したように、ベルト９の幅方向でみて、被加熱物としての匣Ｓの幅ｗ２およびベルト９の幅ｗ３よりも金属ヒータ３ａ，３ｂの幅ｗ１が広い構造となっている。
一方で、金属ヒータ３ａ，３ｂは、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、金属ヒータ３ａ，３ｂの面全体がヒータ発熱部となって、面全体でマッフル７の上面７ａおよび下面７ｂを加熱する。さらに、金属ヒータ３ａ，３ｂの特徴として、図１０（Ｃ）に示すように、ヒータ発熱部からの熱出力がパルス的な熱出力分布となっているため、金属ヒータ３ａ，３ｂの側端面からの放熱は極めて小さいものとなっている。
【０００６】
この金属ヒータ３ａ，３ｂが発熱すると、図１０（Ｂ）に示すように、金属ヒータ３ａ，３ｂのヒータ幅ｗ１と略同じ幅を有するマッフル７全体が加熱される［図１０の（Ｂ）の加熱部Ｈ参照］。金属ヒータ３ａ，３ｂからの熱は、マッフル７の上面７ａおよび下面７ｂに伝熱され、さらに、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄへと伝熱され、マッフル７全体へと伝熱される。この場合、匣Ｓは、マッフル７の下面７ｂ側に載置されているため、匣Ｓへの伝導伝熱は、マッフル７の下面７ｂからの伝導伝熱が支配的なものとなっている。また、匣Ｓの幅ｗ２よりも金属ヒータ３ａ，３ｂの幅ｗ１が広く形成されているため、匣Ｓの幅方向の両端側には、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄからの伝熱も大きく、匣Ｓの幅方向の両端部の温度が高くなる。
【０００７】
それゆえ、ベルト９の幅方向にみて、匣Ｓの幅ｗ２よりもはみ出ている金属ヒータ３ａ，３ｂのはみ出し部分は、金属ヒータ３ａ，３ｂの発熱量と、被加熱物としての匣Ｓの蓄熱量とのバランスがとれていない部分となっている。
すなわち、ベルト９の幅方向でみて、匣Ｓの幅方向の一端部および他端部には、マッフル７の両側面７ｃ，７ｄからの伝導伝熱による余剰熱量が生じる。この場合、被焼成物が収納された匣Ｓの幅方向でも温度差が生じるため、匣Ｓに収納された被焼成物の幅方向の中央部と幅方向の両端部に温度差が生じる。そのため、この温度差により被焼成物の幅方向で収縮量に差が発生し、これが原因で被焼成物に割れや反りなどの悪影響が発生する。このことは、入口部２Ａ付近に位置する加熱部２Ｂの昇温領域において顕著なものとなり、また、被焼成物が大型の被焼成物になるほど顕著なものとなる。
したがって、この従来のベルト式の連続焼成炉１では、信頼性に優れた高品質な熱処理品としての焼成品が得られないという不具合を生じるものとなっている。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、被熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることが可能な連続熱処理炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１にかかる本発明は、入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体と、加熱部に配設されるマッフルと、炉本体内に配設され、マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部と、駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部がマッフル内を通過するベルトとを含み、被熱処理物を収容する匣（さや）がベルト上に配置され、匣を炉本体内に搬送させることによって、被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、ヒータ部は、加熱部に配設される金属ヒータを含み、加熱部の昇温領域の全体もしくは一部において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、金属ヒータの幅は、匣の幅と同等に形成されることを特徴とする、連続熱処理炉である。
請求項１にかかる本発明は、上記した構成を有することによって、マッフルから匣への伝導伝熱が支配的となる「昇温領域」において、金属ヒータからの発熱量と、金属ヒータからマッフルを介して匣に伝熱され、匣に蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなる。そのため、匣の幅方向の温度差を軽減することができ、匣の幅方向の温度が略均一となる。この場合、金属ヒータの対向面となるマッフルからの伝導伝熱が支配的となり、当該対向面が主たる加熱面となる。特に、匣に対しては、マッフルの下面からの伝導伝熱が支配的なものとなる。そのため、匣に対しては、マッフルの両側面からの伝熱および放熱といった熱の授受が少なく、当該匣の幅方向の温度差を軽減することができる。
請求項２にかかる本発明は、請求項１にかかる発明に従属する発明であって、ヒータ部は、加熱部の保温領域において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、金属ヒータの幅が、匣の幅よりも広く形成される他の金属ヒータをさらに含むことを特徴とする、連続熱処理炉である。
請求項２にかかる本発明は、上記した構成を有することによって、マッフルから匣への輻射伝熱が支配的となる「保温領域」において、マッフルの両側面からの放熱の影響が小さいものとなる。匣の幅方向の温度差を軽減することができ、匣の幅方向の温度が略均一となる。つまり、金属ヒータからの発熱量と、匣に蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。
請求項３にかかる本発明は、入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体と、加熱部に配設されるマッフルと、炉本体内に配設され、マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部と、駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部がマッフル内を通過するベルトとを含み、被熱処理物を収容する匣（さや）がベルト上に配置され、匣を炉本体内に搬送させることによって、被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、ヒータ部は、加熱部に配設される棒状の非金属ヒータおよび面状の金属ヒータを含み、非金属ヒータは、発熱部と非発熱部を含み、加熱部の昇温領域において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、非金属ヒータの発熱部の幅は、匣の幅よりも広く形成され、加熱部の保温領域において、ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、金属ヒータの幅は、匣の幅よりも広く形成されることを特徴とする、連続熱処理炉である。
請求項３にかかる本発明は、上記した構成を有することによって、マッフルから匣への伝導伝熱が支配的となる「昇温領域」において、非金属ヒータの非発熱部による熱出力が鈍化する部位の放熱量を補償することができる。そのため、非金属ヒータからの発熱量と、非金属ヒータからマッフルを介して匣に伝熱され、匣に蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなる。この場合、匣に対しては、マッフルの両側面からの伝熱が少なく、当該匣Ｗの幅方向の温度差を軽減することができる。そのため、匣Ｗの幅方向の温度が略均一となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることが可能な連続熱処理炉が得られる。
【００１１】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の一例を示す模式図であって、（Ａ）はその平面模式図であり、（Ｂ）はその正面模式図である。
【図２】図１の連続熱処理炉の昇温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を示す模式図であって、図２の（Ａ）は、図１の（Ａ）の線Ａ−Ａにおける拡大した断面的模式図であり、図２の（Ｂ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。
【図３】図１の連続熱処理炉の昇温領域および保温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を比較した模式図であって、図３の（Ａ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図であり、図３の（Ｂ）は、図１の（Ａ）の線Ｂ−Ｂにおける拡大した断面的模式図であり、且つ、保温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。
【図４】図１の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部と幅方向端部の温度差を示すグラフである。
【図５】この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の他の例を示す平面模式図である。
【図６】図５の連続熱処理炉の昇温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を示す模式図であって、図６の（Ａ）は、図５の線Ｃ−Ｃにおける拡大した断面的模式図であり、図６の（Ｂ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。図６の（Ｃ）は、図６の（Ａ），（Ｂ）に示すヒータ部の熱出力分布を示す説明図である。
【図７】図５の連続熱処理炉の昇温領域および保温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を比較した模式図であって、図７の（Ａ）は、昇温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図であり、図７の（Ｂ）は、図５の線Ｄ−Ｄにおける拡大した断面的模式図であり、且つ、保温領域における被熱処理物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。
【図８】図５の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部および幅方向両端部の３点の最大温度と最小温度の温度差を示すグラフである。
【図９】図９の（Ａ）は、この発明の背景となる従来のベルト式の連続焼成炉の一例を示す平面模式図であり、図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）の線Ｅ−Ｅにおける拡大した断面的模式図である。
【図１０】図９の（Ａ）に示す従来のベルト式の連続焼成炉の昇温領域におけるヒータ部のレイアウトの要部を示す模式図であって、図１０の（Ａ）は、図９の（Ａ）の線Ｃ−Ｃにおける拡大した断面的模式図であり、図１０の（Ｂ）は、昇温領域における被焼成物の加熱メカニズムを示す断面的模式図である。図１０の（Ｃ）は、図１０の（Ａ），（Ｂ）に示すヒータ部の熱出力分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（この発明にかかる実施の形態）
図１は、この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の一例を示す模式図であって、（Ａ）はその平面模式図であり、（Ｂ）はその正面模式図である。
この連続熱処理炉１０は、トンネル型の炉本体１２を含む。炉本体１２は、入口部Ａ、加熱部１２Ｂ、冷却部１２Ｃ、出口部１２Ｄを有する。入口部Ａ、加熱部１２Ｂ、冷却部１２Ｃ、出口部１２Ｄは、連続して水平方向に一直線状に配置される。
加熱部１２Ｂおよび冷却部１２Ｃの内部は、複数の温度ゾーン＃１〜＃１０に区画されている。加熱部１２Ｂおよび冷却部１２Ｃの温度ゾーン＃１〜＃１０には、それぞれ、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように、断面視矩形筒状のマッフル１４が配設される。マッフル１４は耐熱金属からなり、匣Ｓを囲むように構成される。各温度ゾーン＃１〜＃１０のマッフル１４をさらに囲むように、ヒータ部１６を有する断熱部１８が配設される。
【００１４】
ヒータ部１６は、マッフル１４の上面１４ａの上方に配置される面状の金属ヒータ２０ａおよびマッフル１４の下面１４ｂの下方に配置される面状の金属ヒータ２０ｂを有する。断熱部１８は、マッフル１４の上面１４ａおよび下面１４ｂと間隔を隔てて配設される断熱材２２ａおよび断熱材２２ｂを有する。また、断熱部１８は、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄと間隔を隔てて配設される断熱材２２ｃ，２２ｄを有する。面状の金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、それぞれ、断熱材２２ａ，２２ｂに一体的に組み込まれている。金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、カンタルヒータ、白金ヒータ、タンタル系ヒータ、モリブデン系ヒータ、タングステン系ヒータなどが用いられる。
【００１５】
炉本体１０には、図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベルト駆動手段（図示せず）によって、マッフル１４の下面１４ａの内面上を通過するように、無端環状に回転駆動される帯状のベルト２４が配設される。ベルト２４は、図１の（Ｂ）に示すように、回転ローラ２６，２８間に架け設けられ、ベルト駆動手段で無端環状に回転駆動される。ベルト２４は、たとえば金属線材を編み込むことにより構成されたメッシュベルトで形成されている。ベルト２４としては、メッシュベルト以外にも、たとえばローラチェーンベルトを用いることも可能である。
【００１６】
ベルト２４の上には、被熱処理物としてのたとえば被焼成物（図示せず）が収納された匣Ｓが配置される。この匣Ｓは、アルミナなどの耐火物セラミック材料を用い、被熱処理物を収容する箱型の本体と、被熱処理物の汚染を防止するための蓋体とで構成されている。被熱処理物としては、たとえば脱バインダや焼成などの熱処理が施されるセラミック素体が予め匣Ｓに収納されている。
ベルト駆動手段を駆動させることによって、ベルト２４上に配置された匣Ｓを炉本体１０のマッフル１４内に連続的に搬送させながら、匣Ｓ内の被焼成物に焼成（熱処理）を行なっている。
【００１７】
この連続熱処理炉１０では、マッフル１４に、Ｎ2ガスやＡｒガス等の不活性ガスを供給するためのガス供給口（図示せず）が設けられている。また、外気の流入を防ぐためのパージガス供給口（図示せず）が設けられている。マッフル１４内に不活性ガスを導入することにより、マッフル１４内は低酸素の非酸化性雰囲気とされる。マッフル１４の長手方向の所定位置には、ガス排出口（図示せず）が設けられている。
また、マッフル１４内の匣Ｓは、複数のヒータ部１６の金属ヒータ２０ａ，２０ｂを調整することによって、所定の温度プロファイルを有するように制御されている。マッフル１４内の匣Ｓの温度プロファイルが、炉本体１２の入口部１２Ａの付近、つまり、匣Ｓの投入口付近から、徐々に昇温し、所定の高温状態に到達した後、徐々に降温するように設定され、かつ、ガス排出口の温度がバインダ樹脂の熱分解温度以下となるように調整されている。
【００１８】
この連続熱処理炉１０では、ベルト２４上を炉本体１２の入口部１２Ａの上流方向から搬送されてきた匣Ｓが、加熱部１２Ｂの入口部１２Ａ付近のマッフル１４内に供給されると、当該匣Ｓは、非酸化性雰囲気下で、ヒータ部１６の金属ヒータ２０ａ，２０ｂにより徐々に加熱されながら昇温される。この温度領域を「昇温領域１２ｂ１」と称する。この「昇温領域１２ｂ１」は、大凡、炉本体１２の加熱部１２Ｂの温度ゾーン＃１〜＃４の範囲を含むものとなっている。
被焼成物中のバインダ成分としてのたとえばアクリル樹脂の分解ガスは、有機物の状態（例えばモノマーや炭化水素を含む成分）でガス排出口からファン等の排気手段（図示せず）により外部に強制的に吸引されて排気される。
【００１９】
匣Ｓは、その後さらに加熱され、所定の炉本体１２内の最高温度からたとえば±５０℃以内となる一定時間保持され、焼成処理が施される。この炉本体１２内の最高温度からたとえば±５０℃以内となる一定時間保持される温度領域を「保温領域１２ｂ２」と称する。この「保温領域１２ｂ２」は、大凡、炉本体１２の加熱部１２Ｂの温度ゾーン＃５〜＃８の範囲を含むものとなっている。
【００２０】
匣Ｓの温度は、その後、徐々に降温し、匣Ｓは、出口部１２Ｄからマッフル１４外に排出される。この徐々に降温する温度領域を「降温領域」と称する。この「降温領域」は、大凡、炉本体１２の冷却部１２Ｃの温度ゾーン＃９〜＃１０の範囲を含むものとなっている。
【００２１】
この連続熱処理炉１０では、炉本体１２の加熱部１２Ｂの「昇温領域１２ｂ１」において、ヒータ部１６の金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、図２の（Ａ）に示すように、ベルト２４の進行方向と直交する平面でみたときに、つまり、ベルト２４の幅方向でみて、金属ヒータ２０ａ，２０ｂのヒータ幅（発熱部の幅）をｗ１とし、ベルト２４上に載置される匣Ｓの幅をｗ２としたとき、例えば、ｗ１＝ｗ２となる構造を有している。また、金属ヒータ２０ａ，２０ｂのヒータ幅ｗ１は、ベルト２４の幅方向でみて、マッフル１４の上面１４ａおよび下面１４ｂの幅方向の長さよりも短く形成されている。
【００２２】
そのため、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからの発熱量と、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからマッフル１４を介して匣Ｓに伝熱され、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれる。この「昇温領域１２ｂ１」では、図２の（Ｂ）に示すように、マッフル１４から匣Ｓへの伝導伝熱が支配的となる。この場合、金属ヒータ２０ａおよび２０ｂの対向面となるマッフル１４の上面１４ａ，下面１４ｂからの伝導伝熱が支配的となり、当該対向面（上面１４ａ，下面１４ｂ）が主たる加熱面となる［図２の（Ｂ）の加熱部Ｈ参照］。特に、匣Ｓに対しては、マッフル１４の下面１４ｂからの伝導伝熱が支配的なものとなる。つまり、匣Ｓに対しては、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの伝熱および放熱といった熱の授受が少なく、当該匣Ｓの幅方向の温度差を軽減することができる。そのため、匣Ｓの幅方向の温度が略均一となる。
【００２３】
また、この連続熱処理炉１０では、炉本体１２の加熱部１２Ｂの「保温領域１２ｂ２」において、ベルト２４の進行方向に直交する平面でみたときの金属ヒータ２０ａ，２０ｂの幅ｗ１が、匣Ｓの幅ｗ２よりも広く形成されている。この場合、「保温領域１２ｂ２」では、図３の（Ｂ）に示すように、マッフル１４から匣Ｓへの輻射伝熱が支配的となり、マッフル１４内は均一な温度場を形成しやすいものとなる。そのため、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの放熱の影響も小さいものとなる。したがって、この「保温領域１２ｂ２」においても、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからの発熱量と、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。
【００２４】
図９および図１０で示した従来の連続焼成炉１では、匣Ｓの幅方向の温度差により被焼成物の幅方向で収縮量に差が発生し、これが原因で被焼成物に割れや反りなどの悪影響が発生しやすいが、本実施例における連続焼成炉１０では、そのような問題は発生しにくい。すなわち、この連続熱処理炉１０では、熱処理物の進行方向に直交する幅方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることができる。
【００２５】
図４は、図１の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部と幅方向端部の温度差を示すグラフである。この場合、図４に示すグラフのＸ座標には、炉本体１２内に搬送される被熱処理物としての匣Ｓの入口部１２Ａ側からの距離を示し、Ｙ座標軸には、ベルト２４の進行方向に直交する平面でみたときの匣Ｓの幅方向の中央部と両端部との温度差を示している。パラメータには、金属センサ２０ａ，２０ｂのヒータ幅（発熱部の幅）を用い、ヒータ幅が４００ｍｍ，３６０ｍｍ，３４０ｍｍ，３２０ｍｍ，３０４ｍｍ，２８０ｍｍについて評価した。
図４に示すグラフによれば、温度ゾーン＃１〜＃４ではヒータ幅２８０ｍｍのときの温度差が小さく、温度ゾーン＃５〜＃１０ではヒータ幅４００ｍｍのときの温度差が小さいことがわかる。よって、温度ゾーン＃１〜＃４ではヒータ幅を２８０ｍｍに設計し、温度ゾーン＃５〜＃１０ではヒータ幅を４００ｍｍに設計すれば、匣Ｓの幅方向の温度差を低減することができる。なお、上記はあくまでも例示であって、温度ゾーン＃１〜＃３のヒータ幅を２８０ｍｍとし、温度ゾーン＃４〜＃１０のヒータ幅を３６０ｍｍとしても匣Ｓの幅方向の温度差を低減することができる。
【００２６】
（この発明にかかる他の実施の形態）
図５は、この発明にかかる連続熱処理炉の実施の形態の他の例を示す平面模式図である。この実施の形態は、図１〜図３で示した実施の形態と比べて、上記した「昇温領域１２ｂ１」において、炉本体１２の加熱部１２Ｂ内のヒータ部１６の構造およびレイアウト構成が相違するものとなっている。すなわち、上述した図１〜図３の実施の形態では、ヒータ部１６が金属ヒータ２０ａ，２０ｂで構成されたが、この実施の形態では、ヒータ部１６が棒状の非金属ヒータ２６ａ，２６ｂで構成されている。
【００２７】
一方の棒状の非金属ヒータ２６ａは、図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、マッフル１４の上面１４ａの上方に配設され、他方の棒状の非金属ヒータ２６ｂは、マッフル１４の下面１４ｂの下方に配設される。これらの非金属ヒータ２６ａ、２６ｂは図５に示すように各温度ゾーンに２列に設けられている。この非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、それぞれ、図５および図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、幅方向の中間部に発熱部２８ａ，２８ｂを有する。また、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの幅方向の両端側には、それぞれ、非発熱部３０ａ，３０ｂが設けられている。発熱部２８ａ，２８ｂに対する非発熱部３０ａ，３０ｂの割合は、それぞれ、たとえば１５〜２５％程度である。非金属ヒータの発熱部の長さは、たとえば５００ｍｍに形成される。
【００２８】
炉本体１２の加熱部１２Ｂの「昇温領域１２ｂ１」において、ヒータ部１６の非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、図６の（Ａ）に示すように、ベルト２４の進行方向と直交する平面、つまり、ベルト２４の幅方向でみて、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの幅をｗ１とし、ベルト２４上に載置される匣Ｓの幅をｗ２としたとき、例えば、ｗ１＝１．８×ｗ２となる構造を有している。また、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの幅ｗ１は、ベルト２４の幅方向でみて、マッフル１４の上面１４ａおよび下面１４ｂの幅方向の長さよりも長く形成されている。
【００２９】
非金属ヒータ２６ａ，２６ｂとしては、たとえば炭化珪素系セラミック発熱体または二珪化モリブデン系サーメット発熱体からなるものが好適に用いられる。非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、外部から加熱部１２Ｂのマッフル１４内に挿入さて用いられる。そのため、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの非発熱部３０ａ，３０ｂの幅方向の両端側は、常に、加熱部１２Ｂの外の大気、または常温に近い雰囲気にさらされている。したがって、炉本体１２の加熱部１２Ｂ内にある非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの中心部の温度と、非発熱部３０ａ，３０ｂの両端側の温度との間には、温度差が生じている。
【００３０】
非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、図６の（Ｃ）に示すように、幅方向の両端部に非発熱部３０ａ，３０ｂを有する構造なので、発熱部２８ａ，２８ｂからの熱出力には、当該熱出力が両端側へと鈍化して垂れる部位が存在している。そのため、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂでは、幅方向の両端からの放熱量が金属ヒータ２０ａ，２０ｂよりも多くなるものとなっている。
【００３１】
金属ヒータ２０ａ，２０ｂに換えて非金属ヒータ２６ａ，２６ｂを用いるにあたり、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂの発熱部２８ａ，２８ｂの幅ｗ２を匣Ｓの幅ｗ２の１．８倍に形成している。それによって、この実施の形態では、金属ヒータ２０ａ，２０ｂよりも多い放熱量を補償することができる。この場合、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂは、それぞれ、非発熱部３０ａ，３０ｂを有し、当該非発熱部３０ａ，３０ｂによる熱出力が鈍化する部位が存在している。
そのため、発熱部２８ａ，２８ｂからマッフル１４への伝導伝熱の際、匣Ｓと対向するマッフル１４の下面１４ｂおよび上面１４ａへの伝導伝熱が主たるものとなり、当該対向面（上面１４ａ，下面１４ｂ）が主たる加熱面となる［図６の（Ｂ）の加熱部Ｈ参照］。特に、匣Ｓに対しては、マッフル１４の下面１４ｂからの伝導伝熱が支配的なものとなる。そして、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄへの伝導伝熱は、小さいものとなる。
【００３２】
したがって、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂからの発熱量と、非金属ヒータ２６ａ，２６ｂからマッフル１４を介して匣Ｓに伝熱され、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。そのため、匣Ｓに対しては、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの伝熱が少なく、当該匣Ｓの幅方向の温度差を軽減することができる。そのため、匣Ｓの幅方向の温度が略均一となる。
【００３３】
炉本体１２の加熱部１２Ｂの「保温領域１２ｂ２」においては、ヒータ部１６は上記した非金属ヒータ２６ａ、２６ｂではなく、図１〜図３で示した実施の形態の「保温領域１２ｂ２」で示した金属ヒータ２０ａ，２０ｂと同様のものが用いられ、そのレイアウトも同様の構成となっている［図３の（Ｂ）参照］。すなわち、ヒータ部１６としてのこの金属ヒータ２０ａ，２０ｂは、たとえば図７の（Ｂ）に示すように、幅寸法がｗ１＞ｗ２となる構造を有するものとなっている。
この場合、「保温領域１２ｂ２」では、図７の（Ｂ）に示すように、マッフル１４から匣Ｓへの輻射伝熱が支配的となり、マッフル１４内は均一な温度場を形成しやすいものとなる。そのため、マッフル１４の両側面１４ｃ，１４ｄからの放熱の影響も小さいものとなる。したがって、この「保温領域１２ｂ２」においても、金属ヒータ２０ａ，２０ｂからの発熱量と、匣Ｓに蓄熱される蓄熱量とのバランスがとれるものとなっている。
【００３４】
そのため、この実施の形態の連続熱処理炉１０においても、図１〜図３で示した実施の形態と同様、匣Ｓの幅方向の温度差により被焼成物の幅方向で収縮量に差が発生することや、被焼成物に割れや反りなどの悪影響が発生することを防止することができる。すなわち、この連続熱処理炉１０では、熱処理物の進行方向に直交する方向で生じる温度差を緩和し、高品質な熱処理品を得ることができる。
【００３５】
図８は、図５の連続熱処理炉を用いて被熱処理物を熱処理した場合の昇温領域，保温領域，降温領域の各温度ゾーン＃１〜＃１０において、ベルトの幅方向でみたときの被熱処理物の幅方向中央部および幅方向両端部の３点の最大温度と最小温度の温度差を示すグラフである。この場合、図８に示すグラフのＸ座標には、炉本体１２内に搬送される被熱処理物としての匣Ｓの入口部１２Ａ側からの距離を示し、Ｙ座標軸には、ベルト２４の進行方向に直交する方向でみたときの匣Ｓの幅方向の中央部と両端部との温度差を示している。
図８に示すグラフによれば、この実施の形態の連続熱処理炉１０を用いた場合、匣Ｓの幅方向の温度差を軽減することができ、匣Ｓの幅方向の温度が略均一となっていることがわかった。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 連続熱処理炉
１２ 炉本体
１２Ａ 入口部
１２Ｂ 加熱部
１２ｂ１ 昇温領域
１２ｂ２ 保温領域
１２Ｃ 冷却部（降温領域）
１２Ｄ 出口部
１４ マッフル
１６ ヒータ部
１８ 断熱部
２０ａ，２０ｂ 金属ヒータ
２２ａ，２２ｂ 断熱材
２４ ベルト
２６ａ，２６ｂ 非金属ヒータ
２８ａ，２８ｂ 発熱部
３０ａ，３０ｂ 非発熱部
Ｓ 匣（さや）
Ｈ 加熱部
ｗ１ ヒータ部のヒータ幅（発熱部の幅）
ｗ２ 匣の幅
ｗ３ ベルトの幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体、
前記加熱部に配設されるマッフル、
前記炉本体内に配設され、前記マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部、および
駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部が前記マッフル内を通過するベルトを含み、
前記被熱処理物を収容する匣（さや）が前記ベルト上に配置され、前記匣を前記炉本体内に搬送させることによって、前記被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、
前記加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、
前記ヒータ部は、前記加熱部に配設される金属ヒータを含み、
前記加熱部の前記昇温領域の全体もしくは一部において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記金属ヒータの幅は、前記匣の幅と同等に形成されることを特徴とする、連続熱処理炉。
【請求項２】
前記ヒータ部は、前記加熱部の前記保温領域において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記金属ヒータの幅が、前記匣の幅よりも広く形成される他の金属ヒータをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続熱処理炉。
【請求項３】
入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体、
前記加熱部に配設されるマッフル、
前記炉本体内に配設され、前記マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部、および
駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部が前記マッフル内を通過するベルトを含み、
前記被熱処理物を収容する匣（さや）が前記ベルト上に配置され、前記匣を前記炉本体内に搬送させることによって、前記被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、
前記加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、
前記ヒータ部は、前記加熱部に配設される棒状の非金属ヒータおよび面状の金属ヒータを含み、
前記非金属ヒータは、発熱部と非発熱部を含み、
前記加熱部の前記昇温領域において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記非金属ヒータの発熱部の幅は、前記匣の幅よりも広く形成され、
前記加熱部の前記保温領域において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記金属ヒータの幅は、前記匣の幅よりも広く形成されることを特徴とする、連続熱処理炉。
【請求項１】
入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体、
前記加熱部に配設されるマッフル、
前記炉本体内に配設され、前記マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部、および
駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部が前記マッフル内を通過するベルトを含み、
前記被熱処理物を収容する匣（さや）が前記ベルト上に配置され、前記匣を前記炉本体内に搬送させることによって、前記被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、
前記加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、
前記ヒータ部は、前記加熱部に配設される金属ヒータを含み、
前記加熱部の前記昇温領域の全体もしくは一部において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記金属ヒータの幅は、前記匣の幅と同等に形成されることを特徴とする、連続熱処理炉。
【請求項２】
前記ヒータ部は、前記加熱部の前記保温領域において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記金属ヒータの幅が、前記匣の幅よりも広く形成される他の金属ヒータをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の連続熱処理炉。
【請求項３】
入口部、複数の温度領域を有する加熱部および出口部を含む炉本体、
前記加熱部に配設されるマッフル、
前記炉本体内に配設され、前記マッフルを介して被熱処理物を加熱するヒータ部、および
駆動手段により無端環状に回動され、その回動経路の少なくとも一部が前記マッフル内を通過するベルトを含み、
前記被熱処理物を収容する匣（さや）が前記ベルト上に配置され、前記匣を前記炉本体内に搬送させることによって、前記被熱処理物への熱処理を連続的に行なう連続熱処理炉であって、
前記加熱部は、昇温領域および保温領域を含み、
前記ヒータ部は、前記加熱部に配設される棒状の非金属ヒータおよび面状の金属ヒータを含み、
前記非金属ヒータは、発熱部と非発熱部を含み、
前記加熱部の前記昇温領域において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記非金属ヒータの発熱部の幅は、前記匣の幅よりも広く形成され、
前記加熱部の前記保温領域において、前記ベルトの進行方向に直交する平面でみたときに、前記金属ヒータの幅は、前記匣の幅よりも広く形成されることを特徴とする、連続熱処理炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３３６４９（Ｐ２０１２−２３３６４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３５５０（Ｐ２０１１−１０３５５０）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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