JP5727313B2 - 連続焼成炉 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱物を連続して加熱する連続焼成炉に関する。

従来、炉内を連続して搬送される被加熱物を加熱する連続焼成炉が存在している。このような連続焼成炉に関し、連続焼成炉内の加熱室と冷却室との間に扉を設け、加熱室から冷却室への熱移動を抑える技術が公開されている（例えば、特許文献１）。

また、開閉扉を支持する支持脚の土台としてスライド装置を設け、開閉扉をスライドして開閉する熱処理装置が提案されている（例えば、特許文献２）。さらに、マッフルの周囲に、炉の長手方向に連接された複数のヒータブロックが設けられ、マッフルやヒータブロックは、キャスターによってレール上を移動可能とする連続熱処理炉も提案されている（例えば、特許文献３）。

特開２００２−１３０９５６号公報 特開２００４−２５０７８２号公報 特開２０１０−１５１３６９号公報

連続焼成炉は、例えば１ｍ程度の炉長のユニットが複数連結されて構成されている。炉内のメンテナンスを行う場合、メンテナンスの対象となるユニットをその前後に連結されたユニットから取り外さなければならない。また、このユニットの重量は非常に高く、移動させるためには例えば重機を用いなければならなかった。

また、上述した特許文献１に記載の焼成炉を含む従来の連続焼成炉は、炉脚が地面に基礎ボルト等で固定されている。ユニットを移動させるためには、ユニットを固定している基礎ボルトを一々取り外さなければならない。このように、従来の連続焼成炉は、メンテナンス性が著しく低かった。

さらに、連続焼成炉の加熱時間、加熱温度、冷却時間およびタクトタイム等を変え焼成パターンを変更する場合、ユニットの追加や取り外しの際に、メンテナンス時と同様、基礎ボルトの取り外しや重機の使用等が必要となり作業性が低かった。

ここで、連続焼成炉に、上述した特許文献２のような開閉扉のスライド装置を設けても、ユニットの移動がし易くなるわけではなくメンテナンス性は改善されない。また、特許文献３のようにマッフルの支持部材にキャスターを備える構成の場合、マッフルやヒータブロックをまとめて移動させることは容易であっても、メンテナンス等のための各ヒータブロックの移動は容易ではない。

本発明は、このような課題に鑑み、高いメンテナンス性を備え、焼成パターンの変更が容易な連続焼成炉を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の連続焼成炉は、被加熱物の搬送方向に貫通孔が設けられた筐体と、被加熱物を加熱する加熱部と、筐体の下部に設けられ筐体を、搬送方向または搬送方向の逆方向に移動自在に支持する可動部とを有し、搬送方向に貫通孔が連通可能に形成された１または複数の加熱ユニットと、被加熱物の搬送方向に貫通孔が設けられた筐体と、被加熱物を冷却する冷却部とを有し、複数の加熱ユニットの貫通孔と連通可能に形成され、被加熱物を冷却する１または複数の冷却ユニットと、１または複数の加熱ユニットと１または複数の冷却ユニットとを、搬送方向に付勢する付勢部とを備え、加熱ユニット間、および加熱ユニットと冷却ユニットとの間は、付勢部による付勢を通じて連接されることを特徴とする。

１または複数の冷却ユニットは、自体の筐体の下部に設けられ筐体を、搬送方向または搬送方向の逆方向に移動自在に支持する可動部をさらに有し、冷却ユニット間、および加熱ユニットと冷却ユニットとの間は、付勢部による付勢を通じて連接されてもよい。

加熱ユニット間、冷却ユニット間、または加熱ユニットと冷却ユニットとの間の連接部分は、締結手段を有さなくてもよい。

加熱ユニット間、冷却ユニット間、または加熱ユニットと冷却ユニットとの間の連接部分のうち少なくとも一つは、一方の端部が凹形状の凹部であり、他方の端部が凸形状の凸部であって、凹部および凸部は嵌め合わせ構造であってもよい。

一方の端部の凹部および他方の端部の凸部の嵌合部位は、搬送方向に向かって０度より大きな傾斜角を有する傾斜面を有するテーパ構造に形成されていてもよい。

連接部分は、一方の端部の凹部および他方の端部の凸部を嵌め合わせた状態で、対向する凹部の内周面と凸部の外周面とが互いに離間した位置に配されてもよい。

加熱ユニット間、冷却ユニット間、および加熱ユニットと冷却ユニットとの間の連接部分には、周方向にシール材が形成されてもよい。

本発明は、高いメンテナンス性を備え、焼成パターンの変更を容易とする。

連続焼成炉の上面図である。 連続焼成炉の断面図である。 ユニット間の連接部分の形状を説明するための説明図である。 メンテナンス時における連続焼成炉の断面図である。 焼成パターンを説明するための説明図である。 変形例における図１のＡＡ断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（連続焼成炉１００）
本実施形態では、主に２０００℃以上の高温でセラミックやグラファイトを焼成する連続焼成炉１００、２００について、高いメンテナンス性を備え、焼成パターンの変更を容易とする構成について詳述する。

図１は、連続焼成炉１００の上面図であり、図２は、連続焼成炉１００の断面図である。図２（ａ）には、図１のＡＡ断面を示し、図２（ｂ）には、図１のＢＢ断面を示す。

図２（ａ）に示すように、連続焼成炉１００は、フリーローラ１１０と、搬入脱気ユニット１１２と、搬出脱気ユニット１１４と、プッシャー装置１１６と、プラー装置１１８と、加熱ユニット１２０と、冷却ユニット１２２と、付勢部１２４とを備える。

フリーローラ１１０は、支持部１１０ａと、支持部１１０ａに設けられた保持穴に転動自在に保持されたコロ１１０ｂとで構成され、搬入脱気ユニット１１２、冷却ユニット１２２および搬出脱気ユニット１１４において、炉内の下面から立設する支柱１３０の上端部に回転可能に支持される。また、加熱ユニット１２０において、フリーローラ１１０は、支柱１３０ではなく炉内の下面に設けられた下穴１２０ｃに嵌め込まれている。

そして、フリーローラ１１０は、各ユニット（搬入脱気ユニット１１２、加熱ユニット１２０、冷却ユニット１２２および搬出脱気ユニット１１４）において、搬送方向に沿った２つの列を成すようにそれぞれの列に複数設置され、被加熱物を載置したトレー（図示せず）を搬送可能に支持する。

また、フリーローラ１１０は、各ユニットが連続焼成炉１００として連接された状態で、隣接するユニット間のコロ１１０ｂの最上部が同じ高さとなる。そのため、被加熱物が載置されたトレーは、フリーローラ１１０上を揺動せずに摺動できる。

搬入脱気ユニット１１２は、加熱ユニット１２０に対してトレーの搬送方向の上流側（図１において右側）に、搬出脱気ユニット１１４は冷却ユニット１２２に対してトレーの搬送方向の下流側（図１において左側）にそれぞれ位置し、図示しない雰囲気保持置換装置によって、所定の雰囲気（例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ハロゲンガスまたは真空等の非酸化雰囲気）に保持される。

また、搬入脱気ユニット１１２は、可動部１５０を備える。可動部１５０は、例えばキャスター（車輪）で構成され、搬入脱気ユニット１１２の筐体１１２ａの下部において筐体１１２ａを水平方向に移動自在に支持する。本実施形態において、可動部１５０は、搬送方向に沿って床面に配された２つのレール１５０ａ上に乗っており、筐体１１２ａはレール１５０ａ上を移動させることができる。

さらに、搬入脱気ユニット１１２は、鉛直方向に昇降して開閉する開閉扉１５２ａ、１５２ｂを有し、開閉扉１５２ａ、１５２ｂが下降する（閉じる）と搬入脱気ユニット１１２の内部が気密室となる。同様に、搬出脱気ユニット１１４は、開閉扉１５４ａ、１５４ｂを有し、開閉扉１５４ａ、１５４ｂが下降すると搬出脱気ユニット１１４の内部が気密室となる。開閉扉１５２ａ、１５２ｂ、１５４ａ、１５４ｂが上昇する（開く）とトレーの搬入および搬出ができる。

プッシャー装置１１６は、搬入脱気ユニット１１２内のフリーローラ１１０上に、被加熱物を載置したトレーが配置されると、そのトレーを搬送方向に押進して加熱ユニット１２０内に搬入する。プラー装置１１８は、冷却ユニット１２２内のフリーローラ１１０上から、被加熱物が載置されたトレーを牽引して、搬出脱気ユニット１１４に搬出する。

本実施形態において、プッシャー装置１１６は、所定時間（タクトタイム）毎に１つのトレーを炉内に連続して搬入する。そして、先に搬入されていたトレーは、トレーが搬入される度に、搬入されたトレーに押され、搬送方向に水平に移動することとなる。また、プラー装置１１８は、押し出されるトレーをプッシャー装置１１６と同期したタイミングで冷却ユニット１２２から搬出する。

こうして、トレーに載置された被加熱物は、連続焼成炉１００内をタクトタイム毎にトレーの幅に相当する所定のストローク分、間欠的に搬送されることとなる。

加熱ユニット１２０は、被加熱物の搬送方向に貫通孔１２０ａが設けられた筐体１２０ｂを有し、複数の加熱ユニット１２０の貫通孔１２０ａが加熱ユニット１２０同士で連通可能となるように形成されている。

また、加熱ユニット１２０は、可動部１５０、加熱部１６０、断熱部１６２、フリーローラ１１０を備える。

可動部１５０は、搬入脱気ユニット１１２と同様、例えばキャスターで構成され、筐体１２０ｂの下部において筐体１２０ｂを水平方向に移動自在に支持する。

加熱部１６０は、抵抗加熱ヒータ、ガスヒータ、バーナ等で構成され、貫通孔１２０ａの内部を移動する被加熱物を加熱する。

断熱部１６２は、断熱性および耐熱性に優れ、加熱ユニット１２０の貫通孔１２０ａの内周を覆い、炉内から外部への放熱を抑制する。

冷却ユニット１２２は、加熱ユニット１２０と同様、被加熱物の搬送方向に貫通孔１２２ａが設けられた筐体１２２ｂを有し、その貫通孔１２２ａが他のユニット、例えば加熱ユニット１２０の貫通孔１２０ａと連通可能となるように形成されている。

また、冷却ユニット１２２は、冷却部１７０、断熱部１７２を備える。冷却部１７０は、本実施形態において冷却ユニット１２２の筐体１２２ｂであって、炉内の熱を炉外に放熱することで炉内温度を下げ、被加熱物を冷却する。

断熱部１７２は、断熱部１６２と同様、断熱性および耐熱性に優れ、冷却ユニット１２２の貫通孔１２２ａの内周を覆い、炉内から外部への放熱を抑制することで、被加熱物の温度低下の速度を下げる。連続焼成炉１００断熱部１７２を備える構成により、被加熱物にクラック等が生じる事態を回避できる。

また、加熱ユニット１２０および冷却ユニット１２２は、搬入脱気ユニット１１２および搬出脱気ユニット１１４と連通し、開閉扉１５２ｂ、１５４ａが下降して閉じると気密室となる。また、加熱ユニット１２０および冷却ユニット１２２は、雰囲気保持置換装置(図示せず)によって、搬入脱気ユニット１１２および搬出脱気ユニット１１４と同等の所定の雰囲気に保持される。

付勢部１２４は、例えばシリンダ（エアシリンダ、油圧シリンダ）やコイル等で構成され、複数の加熱ユニット１２０と１の冷却ユニット１２２とを、搬送方向に付勢する。

図３は、ユニット間の連接部分１８０の形状を説明するための説明図である。図３（ａ）〜（ｄ）では、可動部１５０を除いた隣り合う２つの加熱ユニット１２０の図１におけるＡＡ断面図を示す。ただし、形状の理解を容易にするため、図３（ａ）と図３（ｄ）は２つの加熱ユニット１２０が連接した状態を、図３（ｂ）と図３（ｃ）は２つの加熱ユニット１２０の間に搬送方向に隙間を空けた状態を示す。

図３（ａ）に示すように、本実施形態では、加熱ユニット１２０間の連接部分１８０（破線の四角で示す、ユニット間の端面の接触部分）は、平面で接し、締結手段を有さない。そして、連接部分１８０は、上述した付勢部１２４による付勢を通じて連接している。図３（ａ）〜（ｅ）では、加熱ユニット１２０間の連接部分１８０を示しているが、搬入脱気ユニット１１２と加熱ユニット１２０との間、および加熱ユニット１２０と冷却ユニット１２２との間の連接部分１８０も同様である。

例えば、連接部分１８０の外周側がフランジとなっており、フランジをボルト締め（締結手段）して連接すると、接合部分の搬送方向への熱膨張によって、フランジと筐体との溶接部分等が破断してしまうおそれがある。しかし、本実施形態の連続焼成炉１００は、連接部分１８０において締結手段を有さず、付勢部１２４による付勢を通じて連接している。そのため、連続焼成炉１００は、搬送方向の熱膨張を付勢部１２４が縮んで吸収でき、フランジの溶接部分等の破損を回避することが可能となる。このように、フランジをボルト締めしない場合、例えば、ユニット間の連接の際にピンで位置合わせをしてもよい。

また、本実施形態では、連接部分１８０は、いずれもボルト締め等の締結手段を有さず、付勢部１２４による付勢で連接しているが、例えば、少なくとも１の連接部分１８０が、ボルト締め等の締結手段を有さず、付勢部１２４による付勢で連接していれば足り、その連接部分１８０について、フランジの溶接部分等の破損を回避できる。

また、連接部分１８０には、周方向にシール材１８２が形成されている。シール材１８２を備える構成により、炉内を容易に密閉構造とすることができ、例えば、酸化を防止するため炉内を不活性ガス雰囲気にしなければならないグラファイト等に対しても加熱処理を行うことが可能となる。

また、搬入脱気ユニット１１２と加熱ユニット１２０との間、加熱ユニット１２０間、および加熱ユニット１２０と冷却ユニット１２２との間の連接部分１８０のうち少なくとも一つは、平面に限らず、図３（ｂ）に示すように、一方の端部が凹形状の凹部１８４ａ、１８４ｂであり、他方の端部が凸形状の凸部１８６ａ、１８６ｂであって、嵌め合わせ構造であってもよい。

嵌め合わせ構造を取ることにより、連接する貫通孔１２０ａ、１２２ａの端部同士が重なる位置となるように、ユニット間の位置決めを容易かつ正確に行うことが可能となる。

本実施形態においては、連接部分１８０のうち、断熱部１６２の端部に凹部１８４ａ、凸部１８６ａが設けられ、フランジ部分に凹部１８４ｂ、凸部１８６ｂが設けられている。すなわち、連接部分１８０には、２組の凹部と凸部が設けられているが、凹部と凸部は１組のであってもよいし３組以上設けられてもよい。

また、図３（ｃ）に示すように、一方の端部の凹部１８４ａ、１８４ｂおよび他方の端部の凸部１８６ａ、１８６ｂの嵌合部位は、搬送方向に向かって０度より大きな傾斜角を有する傾斜面１８８を有するテーパ構造に形成されてもよい。

テーパ構造に形成することにより、ユニット同士を連接する際、テーパ構造がガイドとなって嵌合し、正しい位置に導くため、ユニット間の位置決めがさらに容易となる。また、搬送方向に垂直な面方向に熱膨張が生じても、加熱ユニット１２０や冷却ユニット１２２が搬送方向にずれることで、膨張分の変位を付勢部１２４が吸収できるので、凹部１８４ａ、１８４ｂの破損を回避することが可能となる。

また、図３（ｄ）における円Ｅ部分の拡大図を図３（ｅ）に示す。図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、連接部分１８０は、一方の端部の凹部１８４ａ、１８４ｂおよび他方の端部の凸部１８６ａ、１８６ｂを嵌め合わせた状態で、対向する凹部１８４ａ、１８４ｂの内周面１９０と凸部１８６ａ、１８６ｂの外周面１９２とが互いに離間した位置に配されてもよい。

このように、凹部１８４ａ、１８４ｂの内周面１９０と凸部１８６ａ、１８６ｂの外周面１９２とが離間していて、その間に空隙を有する構成によっても、凹部１８４ａ、１８４ｂや凸部１８６ａ、１８６ｂが搬送方向に垂直な面方向の熱膨張を吸収でき、凹部１８４ａ、１８４ｂの破損を回避することが可能となる。

上述したように、連接部分１８０はボルト締めなどの締結手段を有さず、付勢部１２４による付勢を通じて連接している。そのため、連接部分１８０の締結手段を取り外すことなく、搬入脱気ユニット１１２および加熱ユニット１２０をレール１５０ａに沿って水平方向に移動させるのみで、付勢部１２４を伸縮させ、加熱ユニット１２０間、搬入脱気ユニット１１２と加熱ユニット１２０との間うち、任意の部分を離間することができる。

図４は、メンテナンス時における連続焼成炉１００の断面図である。図４には、メンテナンス時における図１のＡＡ断面に対応する断面を示す。例えば、図４に示すように加熱ユニット１２０間に隙間１９４を空けた状態で、可動部１５０を着脱可能なストッパ１５０ｂ等で固定することで、作業者は、その隙間１９４から加熱ユニット１２０の炉内を容易にメンテナンスすることが可能となる。このように、本実施形態の連続焼成炉１００は、高いメンテナンス性を備える。

図５は、焼成パターンを説明するための説明図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、横軸が時間、縦軸が連続焼成炉１００の炉内を搬送され加熱される被加熱物の表面の温度を示す。

図５（ｂ）では、図５（ａ）に示す焼成パターンに対して、例えば、加熱部１６０の加熱出力を上げ、タクトタイムを短縮して時間当たりの処理量を増やした焼成パターンの例を示す。２０００度で２時間維持することが必要な場合において単にタクトタイムを短縮すると、図５（ｂ）に一点鎖線で示すように、２０００度で維持される時間が短くなってしまう。このとき、連続焼成炉１００は、加熱ユニット１２０を増やすことで、２０００度で維持される時間を２時間とする（図５（ｂ）の実線参照）。

また、図５（ｃ）では、図５（ａ）に示す焼成パターンからタクトタイムを変えずに、例えば、２４００度まで上昇させてから２時間維持するように変更した焼成パターンの例を示す。この場合、単に加熱部１６０の温度を上げるだけでは、図５（ｃ）に一点鎖線で示すように、昇温にかかる時間が増えた分、２４００度に維持される時間が減ってしまう。このとき、連続焼成炉１００は、加熱ユニット１２０を増やすことで、２４００度で維持される時間を２時間とする（図５（ｃ）の実線参照）。

このように、連続焼成炉１００の加熱時間、加熱温度、冷却時間およびタクトタイム等を変え焼成パターンを変更することがある。本実施形態の連続焼成炉１００は、加熱ユニット１２０の追加や取り外しの際、付勢部１２４を取り外せば、加熱ユニット１２０をレール１５０ａの端部から順次抜き出すことができる。そして、連続焼成炉１００は、必要に応じて加熱ユニット１２０を追加することも容易に可能となる。

（変形例：連続焼成炉２００）
図６は、変形例における図１のＡＡ断面図である。図６には、上述した連続焼成炉１００のＡＡ断面図に対応する、連続焼成炉２００の断面図を示す。

図６に示すように、連続焼成炉２００においては、搬入脱気ユニット１１２や加熱ユニット１２０のみならず、冷却ユニット２２２や搬出脱気ユニット２１４も、可動部１５０を有する。搬出脱気ユニット２１４の可動部１５０は、例えば、着脱可能なストッパ１５０ｂ等で固定されている。

連続焼成炉２００は、連続焼成炉１００と異なり、冷却ユニット２２２を複数備える。この複数の冷却ユニット２２２の貫通孔１２２ａは、冷却ユニット２２２同士で連通可能となるように形成されている。

また、冷却ユニット２２２間、および加熱ユニット１２０と冷却ユニット２２２との間を含め、すべてのユニット間において、締結手段が用いられず、付勢部１２４による付勢を通じて各ユニット同士を連接する。

かかる構成により、連続焼成炉２００は、冷却ユニット２２２間にも隙間を開けることができ、冷却ユニット２２２の炉内のメンテナンスも容易となる。また、冷却ユニット２２２の追加や取り外しも可能となり、焼成パターンの変更の自由度が増すことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、連続焼成炉は、加熱ユニット１２０および冷却ユニットをそれぞれ１つずつ備えてもよい。

本発明は、被加熱物を連続して加熱する連続焼成炉に利用することができる。

１００、２００ …連続焼成炉
１２０ …加熱ユニット
１２０ａ …加熱ユニットの貫通孔
１２０ｂ …加熱ユニットの筐体
１２２、２２２ …冷却ユニット
１２２ａ …冷却ユニットの貫通孔
１２２ｂ …冷却ユニットの筐体
１２４ …付勢部
１５０ …可動部
１６０ …加熱部
１６２ …断熱部
１７０ …冷却部
１８０ …連接部分
１８２ …シール材
１８４ａ、１８４ｂ …凹部
１８６ａ、１８６ｂ …凸部
１８８ …傾斜面
１９０ …内周面
１９２ …外周面

Claims (7)

1. 被加熱物の搬送方向に貫通孔が設けられた筐体と、該被加熱物を加熱する加熱部と、該筐体の下部に設けられ該筐体を、搬送方向または該搬送方向の逆方向に移動自在に支持する可動部とを有し、該搬送方向に該貫通孔が連通可能に形成された１または複数の加熱ユニットと、
   前記被加熱物の搬送方向に貫通孔が設けられた筐体と、被加熱物を冷却する冷却部とを有し、前記複数の加熱ユニットの前記貫通孔と連通可能に形成され、該被加熱物を冷却する１または複数の冷却ユニットと、
   前記１または複数の加熱ユニットと前記１または複数の冷却ユニットとを、前記搬送方向に付勢する付勢部とを備え、
   前記加熱ユニット間、および該加熱ユニットと前記冷却ユニットとの間は、前記付勢部による付勢を通じて連接されることを特徴とする連続焼成炉。
2. 前記１または複数の冷却ユニットは、自体の前記筐体の下部に設けられ該筐体を、搬送方向または該搬送方向の逆方向に移動自在に支持する可動部をさらに有し、
   前記冷却ユニット間、および前記加熱ユニットと該冷却ユニットとの間は、前記付勢部による付勢を通じて連接されることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。
3. 前記加熱ユニット間、前記冷却ユニット間、または該加熱ユニットと該冷却ユニットとの間の連接部分は、締結手段を有さないことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の連続焼成炉。
4. 前記加熱ユニット間、前記冷却ユニット間、または該加熱ユニットと該冷却ユニットとの間の連接部分のうち少なくとも一つは、一方の端部が凹形状の凹部であり、他方の端部が凸形状の凸部であって、該凹部および該凸部は嵌め合わせ構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の連続焼成炉。
5. 前記一方の端部の凹部および前記他方の端部の凸部の嵌合部位は、前記搬送方向に向かって０度より大きな傾斜角を有する傾斜面を有するテーパ構造に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の連続焼成炉。
6. 前記連接部分は、前記一方の端部の凹部および前記他方の端部の凸部を嵌め合わせた状態で、対向する該凹部の内周面と該凸部の外周面とが互いに離間した位置に配されることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の連続焼成炉。
7. 前記加熱ユニット間、冷却ユニット間、および該加熱ユニットと該冷却ユニットとの間の連接部分には、周方向にシール材が形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の連続焼成炉。

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