JP5994941B2 - ガス供給管および熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガス供給管と、それを用いて炉体内部の被処理物に雰囲気ガスを供給しながら熱処理を行なう熱処理装置とに関するものである。

セラミックコンデンサに代表されるセラミック電子部品を得るために実施される焼成など、被処理物の熱処理には、その目的に応じた雰囲気ガスがガス供給手段から供給される熱処理装置が広く用いられている。

大量の被処理物を処理する熱処理装置として、積載部材に載置された被処理物を、搬送機構によって搬送しながら連続して処理する、ローラハース炉、メッシュベルト炉、およびプッシャ炉などの連続炉が挙げられる。

これらの連続炉において、多くの場合、雰囲気ガスは、予熱された後に被処理物に対して供給される。ガス供給手段は、ヒータによって加熱された炉体の内部空間に露出するように配設されるガス供給管を含む。雰囲気ガスの予熱は、炉体の内部空間の温度で加熱されたガス供給管の内部を流れる間に行われる。

その一例として、特開２０１２−２２５６２０号公報（特許文献１）には、炉体内部に配設されたガス供給管を外側管と内側管とからなる二重管とし、雰囲気ガスが内側管を流れる間と二重管の隙間を流れる間に、炉体の内部空間の温度により予熱する方法が提案されている。

特許文献１に記載のガス供給管１０１を図１２Ａおよび図１２Ｂに示す。外側管１０２は、管壁に貫通孔１０３を備えている。内側管１０５は、管壁に貫通孔１１０を備えている。外側管１０２と内側管１０５との隙間１０７には、隙間１０７を炉体外部の雰囲気から隔絶し、外側管１０２の内部で内側管１０５を支持するためのブッシュ１０８が挿入されている。

また、外側管１０２と内側管１０５とは、内側管１０５の貫通孔１１０の輪郭を外側管１０２の内壁面に垂直投影したときの投影像と、外側管１０２の貫通孔１０３とが重ならないように配置されている。

ガス供給管１０１は、不図示の炉体内部に配設され、炉体外部に備えられた不図示のガス供給源に接続されている。

ガス供給管１０１におけるガスの流れについて説明する。ガス供給源から内側管１０５の両端に供給された雰囲気ガスは、矢印ａで示したように内側管１０５の内部１０６を流れ、その途中で、矢印ｂで示したように内側管１０５の貫通孔１１０から隙間１０７に放出される。隙間１０７に放出された雰囲気ガスは、矢印ｃで示したように外側管１０２の内壁面に沿って流れ、最終的には、矢印ｄで示したように外側管１０２の貫通孔１０３から炉内に放出される。

そして、雰囲気ガスは、内側管１０５の内部１０６を流れる間と、隙間１０７を流れる間に、炉内温度によって予熱される。

特許文献１では、上記のガス供給管は、余分なスペースを要さずに、均一な温度の雰囲気ガスを被処理物に供給できるとされている。

特開２０１２−２２５６２０号公報

特許文献１に記載のガス供給管では、内側管１０５の内部１０６を流れる雰囲気ガスは、内側管１０５と接触することにより加熱される。しかしながら、内側管１０５の内部１０６の中心軸線近傍を流れる雰囲気ガスは、内側管１０５の管壁から離れているため加熱されにくい。

また、炉体外部近傍にある内側管１０５の貫通孔１１０ａ、１１０ｇから隙間１０７に噴出する雰囲気ガスは、内側管１０５を流れる距離が短いため、内側管１０５に接触する距離が短い。そのため、そのような雰囲気ガスは、特に予熱が不充分となるおそれがある。

すなわち、特許文献１の熱処理装置では、雰囲気ガスの予熱が充分とは言えない。このことは、供給する雰囲気ガス量が多くなるにつれて顕著となる。

雰囲気ガスが供給経路の途中で充分に予熱されず、低い温度のままで大量の被処理物に供給されると、雰囲気ガスとの接触の具合によって、被処理物の温度にばらつきが生じる。被処理物の熱処理中の温度のばらつきは、熱処理後の状態のばらつきの原因となる。また、被処理物の熱処理後の状態のばらつきは、熱処理後の被処理物を用いて製造される各種製品の性能のばらつきの原因となる。

したがって、雰囲気ガスを充分に予熱し、熱処理中の被処理物の温度のばらつきを抑制することが求められている。

そこで、この発明の目的は、供給される雰囲気ガスを充分に予熱することができるガス供給管と、熱処理中の被処理物の温度のばらつきを抑制することができる熱処理装置とを提供することである。

この発明では、供給される雰囲気ガスを充分に予熱できるガス供給管を提供するため、ガス供給管の内部構造についての改良が図られる。

この発明に係るガス供給管は、外側管と内側管とを含む。外側管は、一端が閉じられており、管壁に長さ方向に配列された複数の貫通孔を備える。内側管は、一端がガス供給源に接続され、前記外側管の内部に挿入される。

ガス供給源から供給されたガスは、内側管を通り、外側管の内部に形成された外側管と内側管との隙間を通り、外側管の複数の貫通孔からガス供給管の周囲空間に放出される経路で流れる。供給されたガスは、内側管を流れる間と、外側管と内側管との隙間を流れる間に、ガス供給管に伝わった周囲空間の温度により加熱または冷却される。

また、内側管は、内側管の内容積と同一の内容積を有する円筒と比べて、内側管を流れるガスとの接触面積を大きくする構造を有する。

上記のガス供給管では、内側管は、同一の内容積を有する円筒と比べて、内側管を流れるガスとの接触面積を大きくする構造を内部に有する。したがって、内側管が単なる円筒である場合に比べて、内側管と、内側管を流れるガスとが接触しやすくなっている。

そのため、上記のガス供給管は、ガス供給源から供給されたガスを、内側管を流れる間と、外側管と内側管との隙間を流れる間との両方で、ガス供給管に伝わった周囲空間の温度に充分なじませることができる。その結果、外側管に設けられた複数の貫通孔から、充分に均一な温度のガスを周囲空間に放出することができる。

また、この発明に係るガス供給管は、内側管が多孔管であり、この多孔管の内部構造を、ガスとの接触面積を大きくする構造としてもよい。

上記のガス供給管では、内側管が多孔管であるため、内側管には、内側管を複数の小孔に区画する壁部を含む内部構造が形成されている。この内部構造に含まれる壁部により、内側管の内部の表面積自体が大きくなる。したがって、内側管が単なる円筒である場合に比べて、内側管と供給されたガスとの接触面積が大きくなる。

また、この発明に係るガス供給管は、内側管の内部に挿入部材が挿入されており、この挿入部材を、ガスとの接触面積を大きくする構造としてもよい。

上記のガス供給管では、内側管の内部に挿入部材が挿入されているため、内側管の内部の表面積は、内側管自体の表面積と、挿入部材の表面積とを合わせたものになる。したがって、内側管が単なる円筒である場合に比べて、内側管と供給されたガスとの接触面積が大きくなる。

また、この発明に係るガス供給管は、内側管の管壁の一部が内側管の中心軸線に向かって突出しており、この突出した内側管の管壁の一部を、ガスとの接触面積を大きくする構造としてもよい。

上記のガス供給管では、内側管の管壁の一部を、内側管の中心軸線に向かって突出させているため、内側管の内部の表面積自体が大きくなる。したがって、内側管が単なる円筒である場合に比べて、内側管と供給されたガスとの接触面積が大きくなる。

また、この発明は、熱処理中の被処理物の温度のばらつきを抑制できる熱処理装置にも向けられる。

この発明に係る熱処理装置は、断熱壁に囲まれた内部空間を有する炉体と、炉体の内部空間に露出するように配設されたガス供給管を含むガス供給機構と、炉体の内部空間を加熱する加熱機構とを含む。

この熱処理装置は、ガス供給機構により炉体の内部空間に雰囲気ガスを供給し、雰囲気ガス環境下で被処理物を加熱機構により加熱して、被処理物を熱処理する。

ガス供給機構に含まれるガス供給管は、この発明に係るガス供給管である。
この発明に係るガス供給管は、上記のように、供給されるガスをガス供給管に伝わった周囲空間の温度に充分なじませることができる。したがって、この発明に係るガス供給管を用いた熱処理装置では、供給された雰囲気ガスが、炉体の内部空間の温度に充分になじみ、予熱された状態で、炉体内部に放出される。そのため、熱処理中の被処理物の温度のばらつきが抑制され、被処理物の熱処理後の状態が均一となる。その結果、熱処理後の被処理物を用いて製造される各種製品の性能のばらつきがなく、製品の歩留まりを高くすることができる。

この発明に係るガス供給管は、ガス供給源から供給されたガスを、内側管を流れる間と、外側管と内側管との隙間を流れる間との両方で、ガス供給管に伝わった周囲空間の温度に充分なじませることができる。その結果、この発明に係るガス供給管は、外側管に設けられた複数の貫通孔から、充分に均一な温度のガスを周囲空間に放出することができる。

また、この発明に係る熱処理装置は、この発明に係るガス供給管を用いて充分に均一な温度の雰囲気ガスを被処理物に対して供給することにより、熱処理中の被処理物の温度のばらつきを抑制することができる。そのため、被処理物の熱処理後の状態が均一となる。その結果、熱処理後の被処理物を用いて製造される各種製品の性能がばらつくことがなく、製品の歩留まりを高くすることができる。

この発明の第１の実施形態に係るガス供給管１の外観図であり、側面の外観図である。 この発明の第１の実施形態に係るガス供給管１の外観図であり、底面の外観図である。 この発明の第１の実施形態に係るガス供給管１の外観図であり、先端の外観図である。 図１Ａに示したＺ１−Ｚ１線に沿ったガス供給管１の断面図である。 図１Ｂに示したＸ１−Ｘ１線に沿ったガス供給管１の断面図である。 図１Ｂに示したＹ１−Ｙ１線に沿ったガス供給管１の断面図である。 ガス供給管の内側管を、この発明の範囲外の比較例と、この発明の範囲内の第１の実施形態との間で比較して示すための断面図であり、比較例の断面図である。 ガス供給管の内側管を、この発明の範囲外の比較例と、この発明の範囲内の第１の実施形態との間で比較して示すための断面図であり、図２Ａに示したガス供給管１の内側管５の断面図である。 図３Ａに示したガス供給管の内側管において、その内部を流れるガスが受ける熱を示す模式図であり、比較例における模式図である。 図３Ｂに示したガス供給管の内側管において、その内部を流れるガスが受ける熱を示す模式図であり、図３Ｂに示したガス供給管１の内側管５における模式図である。 図１Ａから図１Ｃに示したガス供給管１を用いて構成される熱処理装置１１の断面図であり、熱処理装置１１を側面方向から見た断面図である。 図１Ａから図１Ｃに示したガス供給管１を用いて構成される熱処理装置１１の断面図であり、図５ＡのＹ２−Ｙ２断面図である。 雰囲気ガスの予熱のされ方を、この発明の範囲外の比較例のガス供給管と、この発明の範囲内の第１の実施形態のガス供給管１との間で比較して示すグラフである。 この発明の第１実施形態の変形例におけるガス供給管１の内側管５の断面図である。 この発明の第２実施形態におけるガス供給管１の内側管５の断面図である。 この発明の第２実施形態の変形例におけるガス供給管１の内側管５の断面図である。 この発明の第３実施形態におけるガス供給管１の内側管５の断面図である。 この発明の第３実施形態の変形例におけるガス供給管１の内側管５の断面図である。 背景技術のガス供給管１０１の断面図であり、ガス供給管１０１を側面方向から見た断面図である。 背景技術のガス供給管１０１の断面図であり、図１２ＡのＹ３−Ｙ３断面図である。

−第１の実施形態−
この発明の第１の実施形態に係るガス供給管１について、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃおよび図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃを用いて説明する。

ガス供給管１は、外側管２と内側管５とを含む。外側管２は、一端が閉じられており、管壁に長さ方向に配列された複数の貫通孔３（３ａ〜３ｉ）を備える。また、外側管２は、例えば後述の熱処理装置１１の側部断熱壁１５に取り付けられる際の支持部材であるフランジ４を他端に備える。

内側管５は、一端が不図示のガス供給源に接続され、外側管２の内部に挿入される。内側管５が外側管２に挿入されることにより形成された隙間７には、隙間７を周囲空間から隔絶し、内側管５を外側管２の内部で支持するためのブッシュ８が挿入されている。

内側管５は、複数の小孔６ａ〜６ｃを有する多孔管となっている。そのため、内側管５には、内側管５を複数の小孔６ａ〜６ｃに区画する壁部を含む内部構造が形成されている。この内部構造に含まれる壁部が、ガス供給源から供給されたガスが内側管５を流れる際に、内側管５との接触面積を大きくする構造９となっている。

ガス供給管１におけるガスの流れについて、図２Ｂを用いて説明する。ガス供給源から内側管５の一端に供給されたガスは、矢印Ａで示したように内側管５の小孔６ａを通って、矢印Ｂで示したように内側管５の他端から外側管２の内部に放出される。

外側管２の内部に放出されたガスは、矢印Ｃで示したように隙間７に沿って流れ、最終的には、矢印Ｄで示したように外側管２の複数の貫通孔３（３ａ〜３ｉ）から周囲空間に放出される。この経路は、小孔６ｂおよび６ｃをガスが流れる場合も同様である。

なお、図２Ｂでは、矢印Ｃで示したガスは、隙間７の貫通孔３に近い部分を流れているように図示されているが、実際には隙間７全体に亘って流れている。

ガス供給管１は、種々の場所に配設され得るが、いずれにしても、ガス供給管１には、ガス供給管１の周囲空間の温度が伝わっている。したがって、供給されたガスは、内側管５を流れる間と、外側管２と内側管５との隙間７を流れる間との両方で、ガス供給管１に伝わった周囲空間の温度により加熱または冷却される。

上記の小孔６ａ〜６ｃを区画する壁部を含む内部構造が、小孔６ａ〜６ｃを流れるガスとの接触面積を大きくし、それらのガスが内側管５に伝わった周囲空間の温度になじみやすくなることについて、図３Ａ，図３Ｂおよび図４Ａ，図４Ｂを用いて説明する。

図３Ａは、比較例の内側管３５の断面の拡大図である。内側管３５の外観は、直径ａ、長さＬの円柱状である。内側管３５は通常の構造の管であり、内部３６の断面は円形であって、面積Ｓと周長Ｐとを有する。すなわち、内側管３５の内容積はＳＬとなる。また、内側管３５の内部の表面積はＰＬとなる。

図３Ｂは、この発明の内側管５の断面の拡大図である。内側管５の外観は、内側管３５と同じく、直径ａ、長さＬの円柱状である。内側管５は、上記のように複数の小孔６ａ〜６ｃを有する多孔管となっている。小孔６ａの断面は円形であって、断面積Ｓ_aおよび周長Ｐ_aを有する。小孔６ｂの断面も円形であって、断面積Ｓ_bおよび周長Ｐ_bを有する。小孔６ｃの断面も円形であって、断面積Ｓ_cおよび周長Ｐ_cを有する。

図３Ｂでは、小孔６ａの断面積Ｓa、小孔６ｂの断面積Ｓ_bおよび小孔６ｃの断面積Ｓ_cは、いずれもＳ／３となるように設定されている。その場合、小孔６ａの周長Ｐa、小孔６ｂの周長Ｐ_bおよび小孔６ｃの周長Ｐ_cは、いずれもＰ／３^1/2となる。そのため、小孔６ａ〜６ｃの断面積の和Ｓ_a＋Ｓ_b＋Ｓ_cをＳ_Tとしたとき、Ｓ_TはＳとなる。また、断面の周長の和Ｐ_a＋Ｐ_b＋Ｐ_cをＰ_Tとしたとき、Ｐ_Tは３^1/2Ｐとなる。すなわち、内側管５の内容積はＳＬとなる。また、内側管５の内部の表面積は３^1/2ＰＬとなる。

したがって、内側管５は、内側管３５と同じ内容積でありながら、内部の表面積は３^1/2倍になっており、小孔６ａ〜６ｃを流れるガスとの接触面積が大きくなっている。

図４Ａは、図３Ａの内部３６にガスが流れている場合に、そのガスの温度を、温度の高さに対応した領域に区分けして示した模式図である。また、図４Ｂは、図３Ｂの小孔６ａ〜６ｃにガスが流れている場合に、それらのガスの温度を、温度の高さに対応した領域に区分けして示した模式図である。

なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、内側管からの放熱は、管の形状によらず同じであると仮定している。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、各領域間での温度の関係は、Ｈ６＜Ｈ５＜Ｈ４＜Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１であり、Ｈ１が最も温度の高い領域を示し、Ｈ６が最も温度の低い領域を示している。

図４Ａでは、内側管３５の内部３６の管壁近傍を流れるガスの温度は高くなっているが、中央近傍を流れるガスの温度は低いままである。一方、図４Ｂでは、内側管５の小孔６ａ〜６ｃを流れるガスは、中央部近傍まで温度が高くなっている。この違いは、供給されるガス量が多くなるにつれて顕著になる。これは、上記で説明したように、内側管５は、小孔６ａ〜６ｃを流れるガスとの接触面積が大きくなっており、周囲空間の温度がガスに伝わりやすくなっているためである。

すなわち、この発明における内側管５では、ガス供給源から供給されたガスを、内側管５を流れる間に、ガス供給管の周囲空間の温度に充分なじませることができる。

したがって、上記のガス供給管１は、ガス供給源から供給されたガスを、内側管５を流れる間と、外側管２と内側管５との隙間７を流れる間との両方で、ガス供給管１に伝わった周囲空間の温度に充分なじませることができる。その結果、上記のガス供給管１は、外側管２に設けられた複数の貫通孔３（３ａ〜３ｉ）から、充分に均一な温度のガスを周囲空間に放出することができる。

上記で説明したこの発明の第１の実施形態に係るガス供給管１を用いた熱処理装置１１について、図５Ａ，図５Ｂおよび図６を用いて説明する。

熱処理装置１１は、炉体１２と、ガス供給機構１８と、加熱機構１９と、搬送機構２２とを備える。被処理物２７は、ガス供給機構１８から供給される所定の雰囲気ガスで満たされる炉体１２の内部を、積載部材２６に載置された状態で搬送機構２２により搬送されながら、加熱機構１９により加熱されることにより熱処理される。

炉体１２は、上部断熱壁１３と、下部断熱壁１４と、側部断熱壁１５とを含む。炉体１２の内部空間は、熱処理ゾーン隔壁１６により、複数の熱処理ゾーンに分割される。熱処理ゾーン隔壁１６には、被処理物２７を載置した積載部材２６が搬送中に通過できる通過口１７が設けられている。

ガス供給機構１８は、ガス供給管１と、不図示のガス供給源とを含む。ガス供給管１は、２つある側部断熱壁１５の一方側から、炉体１２を横断する方向で、炉体１２の内部空間に突出するように配設され、フランジ４によって側部断熱壁１５に取り付けられている。各熱処理ゾーンには、入口側と出口側の熱処理ゾーン隔壁１６近傍に１本ずつ、合計２本のガス供給管１が配設されている。

加熱機構１９は、上部ヒータ２０と、下部ヒータ２１と、不図示の電源と、不図示の出力コントローラとを含む。出力コントローラは、上部ヒータ２０および下部ヒータ２１の出力を調整し、上記の熱処理ゾーン内部の温度環境を所定の状態に設定する。

搬送機構２２は、搬送ローラ２３と、不図示の基台上に支持される支持部材２４と、駆動手段２５とを含む。搬送ローラ２３は、駆動手段２５により所定の速度で回転される。被処理物２７を載置した積載部材２６は、搬送ローラ２３上に載置されることにより、所定の速度で炉体１２の内部を矢印Ｃの方向に搬送される。搬送速度は、熱処理ゾーン毎に設定される。

各熱処理ゾーンは、上部ヒータ２０および下部ヒータ２１の出力を出力コントローラで調整することにより、所定の条件の昇温ゾーン、温度保持ゾーンおよび降温ゾーンのいずれかとなっている。熱処理装置１１は、昇温ゾーン、温度保持ゾーンおよび降温ゾーンを組み合わせ、かつ各ゾーンでの搬送速度を調整することにより、所定の温度プロファイルを設定することができる。したがって、被処理物２７は、熱処理装置１１の炉体１２の内部を搬送機構２２によって搬送される間に、所定の温度プロファイルで熱処理されることになる。

ガス供給源から供給される所定の雰囲気ガスは、ガス供給管１の内部を流れる際に、ガス供給管１に伝わった炉体１２の内部空間の温度により予熱される。ガス供給管１の外側管２の貫通孔３からは、矢印Ｆの方向に予熱された雰囲気ガスが連続的に放出される。その結果、炉体１２の内部空間は、所定の雰囲気ガスで満たされた状態が維持される。

図６は、ガス供給管による雰囲気ガスの予熱のされ方の違いについて、図３Ａに示した内側管３５を備えるガス供給管を用いた場合（比較例）と、図３Ｂに示した内側管５を備えるガス供給管１を用いた場合（実施例）とを比較して示したものである。なお、比較例のガス供給管は、内側管５を内側管３５に変更し、その他の部材はガス供給管１と同じにしたものである。

温度測定箇所は、最高温度保持ゾーンに配設されている２本のガス供給管１のうち、入口側の熱処理ゾーン隔壁１６近傍に配設されたものの「先端付近」（外側管の貫通孔３ａ付近）、「先端−中央間」（同３ｃ付近）、「中央付近」（同３ｅ付近）、「中央−根元間」（同３ｇ付近）および「根元付近」（同３ｉ付近）である。

ガス供給管１の内部で予熱された状態の雰囲気ガスの温度が測定できるように、各貫通孔の近傍で、放出直後の雰囲気ガスが当たるような位置に熱電対を配置した。最高温度保持ゾーンの設定温度は、通常のセラミック電子部品を焼成する際に設定する温度とした。なお、図６では、測定箇所における温度を、設定温度からの偏差の形で表している。

ガス供給管の「根元付近」および「中央−根元間」においては、比較例と実施例との間で、測定温度の違いはほとんど見られない。これは、どちらのガス供給管を用いても、ガス供給管の外側管２の貫通孔３ｉから放出される雰囲気ガスは、内側管５（または内側管３５）と外側管２との隙間７を流れる間に充分に予熱されているからである。

しかし、隙間７を流れる距離が短くなるほど、用いたガス供給管の違いに対応した測定温度の違いが顕著になっている。比較例においては、雰囲気ガスは内側管３５の内部を流れる間には充分予熱されていない。さらに、隙間７を流れる距離が短くなるほど、そこでの予熱も不充分になる。

したがって、隙間７を流れる距離が比較的短い外側管２の貫通孔３ａ〜３ｆから放出される雰囲気ガスは、温度が十分に上がらないまま放出されている。特に、隙間７を流れる距離が最も短い貫通孔３ａから放出される雰囲気ガスの影響を受けるガス供給管の「先端付近」の温度の低下が著しい。その結果、放出された雰囲気ガスは、ガス供給管の「先端付近」から「中央付近」の炉体１２内部の温度を下げてしまう。

一方、実施例においては、雰囲気ガスは内側管５の内部を流れる間に充分予熱されている。そのため、隙間７を流れる距離が短くても、予熱が不充分になることはない。

したがって、隙間７を流れる距離が比較的短い外側管２の貫通孔３ａ〜３ｆから放出される雰囲気ガスであっても、温度が充分に上がっている。その結果、放出された雰囲気ガスは、外側管２の貫通孔３ａ〜３ｆ付近の炉体１２内部の温度を下げることはない。

なお、実施例においてガス供給管の「根元付近」および「先端付近」で炉体１２内部の温度が若干低くなっている理由としては、側部断熱壁１５による吸熱の影響が考えられるが、詳細は不明である。また、温度の低下がこの程度であれば、被処理物の温度のばらつきは抑制され、被処理物の熱処理後の状態は、充分均一であることが確認されている。

すなわち、この発明に係る熱処理装置１１では、供給された雰囲気ガスが、炉体内部の温度で充分に予熱された状態で、炉体１２内部に放出される。そのため、熱処理中の被処理物の温度のばらつきが抑制され、被処理物の熱処理後の状態が均一となる。その結果、熱処理後の被処理物を用いて製造される各種製品の性能がばらつくことがなく、製品の歩留まりを高くすることができる。

この発明の第１の実施形態では、熱処理装置１１として、積載部材２６の搬送媒体が搬送ローラ２３である、いわゆるローラハース炉を例として説明したが、この発明はその他の形態の熱処理装置にも適用できる。

また、この発明の熱処理装置は、ガラス基板などの基材に塗布された金属材料または無機材料を含むペーストの乾燥または焼成、あるいは金属材料または無機材料を含む粉体の仮焼などの熱処理に広く適用することができる。

なお、この発明の第１の実施形態として、内側管５が、図３Ｂに示す断面が円形である複数の小孔６ａ〜６ｃを有する多孔管である場合を例示したが、これに限られるものではない。

例えば、図７に示すように、断面が円形ではない複数の小孔６ａ〜６ｄを有する多孔管を内側管５として用いてもよい。また、小孔の断面形状は、全て同じである必要はなく、異なる断面形状の小孔が集合したものであってもよい。

−第２の実施形態−
この発明の第２の実施形態に係るガス供給管１の内側管５について、図８を用いて説明する。

図８は、この発明の第２の実施形態に係るガス供給管１の内側管５の断面の拡大図である。図８に示す内側管５では、その内部６に、断面が十字形で隔壁状の挿入部材１０が挿入されている。そのため、内側管５の内部の表面積は、内側管５自体の表面積と、挿入部材１０の表面積とを合わせたものになり、内側管５が単なる円筒である場合に比べて、供給されたガスとの接触面積が大きくなる。すなわち、この挿入部材１０が、内側管５の内部において、ガス供給源から供給されたガスとの接触面積を大きくする構造９となっている。

挿入部材１０は、内側管５の温度がその内部６の空間内に効率的に伝わるように、内側管５の内周面と密着して挿入されている。そのため、挿入部材１０の材質のモース硬度は、内側管５の材質のモース硬度以下であることが好ましい。この場合、内側管５の内部に挿入部材１０を挿入する際に、内側管５の内部を傷つけることがない。

また、挿入部材１０の熱膨張係数は、内側管５の材質の熱膨張係数と同一もしくは近いことが好ましい。この場合、挿入部材１０が高温環境下において熱膨張した際に、内側管５の内周面に過度な応力が加わらず、内側管５が破損することがない。

なお、上記では、内側管５の内部に挿入される挿入部材１０が、断面が十字形の隔壁状のものを例示したが、これに限られるものではない。

例えば、図９に示すように、内側管５の内部６に、糸状部材の集合体を挿入部材１０として挿入してもよい。糸状部材の集合体は表面積が大きいため、供給されたガスとの接触面積を、少量でも大きくすることができる。

加えて、糸状部材の集合体は弾力性に富むため、内側管５の内部に挿入する際に、内側管５の内部を傷つけることがない。また、高温環境下において熱膨張した際に、内側管５の内周面に過度な応力が加わらず、内側管５が破損することがない。

−第３の実施形態−
この発明の第３の実施形態に係るガス供給管１の内側管５について、図１０を用いて説明する。

図１０は、この発明の第３の実施形態に係るガス供給管１の内側管５の断面の拡大図である。図１０に示す内側管５では、内側管５の管壁の一部が、内側管５の中心軸線に向かって、断面が山型となるように突出している。そのため、内側管５が単なる円筒である場合に比べて、内側管５の内部６の表面積自体が大きくなる。すなわち、この突出構造が、内側管５の内部６において、ガス供給源から供給されたガスとの接触面積を大きくする構造９となっている。この突出構造は、できるだけ内側管５の中心軸線に近い領域まで達している方が好ましい。これにより、内側管５の内部において、ガス供給源から供給されたガスとの接触面積を充分大きくすることができる。

なお、上記では、内側管５の管壁の一部が内側管５の中心軸線に向かって山型に突出したものを例示したが、これに限られるものではない。

例えば、図１１に示すように、内側管５の管壁の一部が、内側管５の中心軸線に向かって、断面が略矩形となるように突出してもよい。

この発明のガス供給管１の内側管５については、第１〜第３の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、内側管５を多孔管とし、その小孔の内部に挿入部材１０を挿入してもよい。また内側管５を多孔管とし、その小孔の内部に突出構造を有するようにしてもよい。

また、この発明のガス供給管１の各構成要素の材質は、その使用目的に応じて適宜選択される。例えば、熱処理装置１１に用いる場合は、高温の酸化性雰囲気にも耐えられる、アルミナなどの高融点セラミック材料を用いることができる。一方、比較的低温の環境下で用いる場合は、ステンレス鋼などの金属材料を用いてもよい。

この発明のガス供給管１は、ガス供給源から供給された低い温度のガスを、ガス供給管１の周囲温度で加熱する目的で用いてもよい。一方、ガス供給源から供給された高い温度のガスを、ガス供給管１の周囲温度で冷却する目的で用いてもよい。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ ガス供給管、２ 外側管、３ 外側管の貫通孔、５ 内側管、６ 内側管の内部、６ａ、６ｂ、６ｃ 小孔、７ 外側管と内側管との隙間、９ ガスとの接触面積を大きくする構造、１０ 挿入部材、１１ 熱処理装置、１２ 炉体、１８ ガス供給機構、１９ 加熱機構、２７ 被処理物。

Claims (5)

1. 一端が閉じられており、管壁に長さ方向に配列された複数の貫通孔を備える外側管と、
   一端がガス供給源に接続され、前記外側管の内部に挿入される内側管と、を含むガス供給管であって、
   前記ガス供給源から供給されたガスは、前記内側管を通り、前記外側管の内部に形成された前記外側管と前記内側管との隙間を通り、前記外側管の複数の貫通孔から前記ガス供給管の周囲空間に放出される経路で流れ、かつ前記内側管を流れる間と、前記外側管と前記内側管との隙間を流れる間に、前記ガス供給管に伝わった周囲空間の温度により加熱または冷却され、
   前記内側管が多孔管であり、前記多孔管の内部構造が、前記ガスとの接触面積を大きくする構造である、ガス供給管。
2. 一端が閉じられており、管壁に長さ方向に配列された複数の貫通孔を備える外側管と、
   一端がガス供給源に接続され、前記外側管の内部に挿入される内側管と、を含むガス供給管であって、
   前記ガス供給源から供給されたガスは、前記内側管を通り、前記外側管の内部に形成された前記外側管と前記内側管との隙間を通り、前記外側管の複数の貫通孔から前記ガス供給管の周囲空間に放出される経路で流れ、かつ前記内側管を流れる間と、前記外側管と前記内側管との隙間を流れる間に、前記ガス供給管に伝わった周囲空間の温度により加熱または冷却され、
   前記内側管の内部に挿入部材が挿入されており、前記挿入部材が、ガスとの接触面積を大きくする構造である、ガス供給管。
3. 前記内側管の管壁の一部が前記内側管の中心軸線に向かって突出しており、前記突出した内側管の管壁の一部が、前記ガスとの接触面積を大きくする構造である、請求項１または２に記載のガス供給管。
4. 一端が閉じられており、管壁に長さ方向に配列された複数の貫通孔を備える外側管と、
   一端がガス供給源に接続され、前記外側管の内部に挿入される内側管と、を含むガス供給管であって、
   前記ガス供給源から供給されたガスは、前記内側管を通り、前記外側管の内部に形成された前記外側管と前記内側管との隙間を通り、前記外側管の複数の貫通孔から前記ガス供給管の周囲空間に放出される経路で流れ、かつ前記内側管を流れる間と、前記外側管と前記内側管との隙間を流れる間に、前記ガス供給管に伝わった周囲空間の温度により加熱または冷却され、
   前記内側管の管壁の一部が前記内側管の中心軸線に向かって突出しており、前記突出した内側管の管壁の一部が、前記ガスとの接触面積を大きくする構造である、ガス供給管。
5. 断熱壁に囲まれた内部空間を有する炉体と、
   前記炉体の内部空間に露出するように配設されたガス供給管を含むガス供給機構と、
   前記炉体の内部空間を加熱する加熱機構と、を含み、
   前記ガス供給機構により前記炉体の内部空間に雰囲気ガスを供給し、前記雰囲気ガス環境下で被処理物を加熱機構により加熱して、前記被処理物を熱処理する熱処理装置であって、
   前記ガス供給管が、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス供給管である、熱処理装置。