KR101782825B1 - 가스 공급관 및 열 처리장치 - Google Patents

Abstract

가스 공급관(1)은 일단이 닫혀져 있고, 관벽에 길이방향으로 배열된 복수의 관통공(3)을 구비하는 외측관(2)과, 일단이 가스 공급원에 접속되고, 외측관(2)의 내부에 삽입되는 내측관(5)을 포함한다. 가스 공급원으로부터 공급된 가스는 내측관(5)을 지나고, 외측관(2)의 내부에 형성된 외측관(2)과 내측관(5)의 간극(7)을 지나고, 외측관(2)의 복수의 관통공(3)으로부터 주위 공간으로 방출되는 경로로 흐른다. 공급된 가스는 내측관을 흐르는 사이와, 외측관(2)과 내측관(5)의 간극을 흐르는 사이에 가스 공급관(1)에 전달된 주위 공간의 온도에 의해 가열 또는 냉각된다. 내측관(5)은 내측관(5)의 내부 용적과 동일한 내부 용적을 갖는 원통과 비교해서 내측관(5)을 흐르는 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조(9)를 갖는다.

Description

가스 공급관 및 열 처리장치{GAS SUPPLY TUBE AND HEAT PROCESSING DEVICE}

이 발명은 가스 공급관과 그것을 사용하여 노체 내부의 피처리물에 분위기 가스를 공급하면서 열 처리를 행하는 열 처리장치에 관한 것이다.

세라믹 콘덴서로 대표되는 세라믹 전자부품을 얻기 위해서 실시되는 소성 등 피처리물의 열 처리에는 그 목적에 따른 분위기 가스가 가스 공급 수단으로부터 공급되는 열 처리장치가 널리 사용되고 있다.

대량의 피처리물을 처리하는 열 처리장치로서 적재 부재에 재치된 피처리물을 반송 기구에 의해 반송하면서 연속해서 처리하는 롤러하스 로, 메쉬벨트 로, 및 푸셔 로 등의 연속 로를 들 수 있다.

이들 연속 로에 있어서 많은 경우 분위기 가스는 예열된 후에 피처리물에 대하여 공급된다. 가스 공급 수단은 히터에 의해 가열된 노체의 내부 공간에 노출되도록 배치되는 가스 공급관을 포함한다. 분위기 가스의 예열은 노체의 내부 공간의 온도에서 가열된 가스 공급관의 내부를 흐르는 사이에 행해진다.

그 일례로서 일본특허공개 2012-225620호 공보(특허문헌 1)에는 노체 내부에 배치된 가스 공급관을 외측관과 내측관으로 이루어지는 이중관으로 해서 분위기 가스가 내측관을 흐르는 사이와 이중관의 간극을 흐르는 사이에 노체의 내부 공간의 온도에 의해 예열하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 1에 기재된 가스 공급관(101)을 도 12a 및 도 12b에 나타낸다. 외측관(102)은 관벽에 관통공(103)을 구비하고 있다. 내측관(105)은 관벽에 관통공(110)을 구비하고 있다. 외측관(102)과 내측관(105)의 간극(107)에는 간극(107)을 노체 외부의 분위기로부터 격절시키고, 외측관(102)의 내부에서 내측관(105)을 지지하기 위한 부시(108)가 삽입되어 있다.

또한, 외측관(102)과 내측관(105)은 내측관(105)의 관통공(110)의 윤곽을 외측관(102)의 내벽면에 수직 투영했을 때의 투영상과 외측관(102)의 관통공(103)이 겹지지 않도로 배치되어 있다.

가스 공급관(101)은 도시하지 않은 노체 내부에 배치되어 노체 외부에 구비된 도시하지 않은 공급원에 접속되어 있다.

가스 공급관(101)에 있어서의 가스의 흐름에 대하여 설명한다. 가스 공급원으로부터 내측관(105)의 양단에 공급된 분위기 가스는 화살표 a로 나타낸 바와 같이 내측관(105)의 내부(106)를 흐르고, 그 도중에서 화살표 b로 나타낸 바와 같이 내측관(105)의 관통공(110)으로부터 간극(107)으로 방출된다. 간극(107)으로 방출된 분위기 가스는 화살표 c로 나타낸 바와 같이 외측관(102)의 내벽면을 따라 흐르고, 최종적으로는 화살표 d로 나타낸 바와 같이 외측관(102)의 관통공(103)으로부터 로 내로 방출된다.

그리고, 분위기 가스는 내측관(105)의 내부(106)를 흐르는 사이와, 간극(107)을 흐르는 사이에 로 내부 온도에 의해 예열된다.

특허문헌 1에서는 상기 가스 공급관은 여분의 스페이스를 필요로 하지 않고 균일한 온도의 분위기 가스를 피처리물에 공급할 수 있다고 되어 있다.

일본특허공개 2012-225620호 공보

특허문헌 1에 기재된 가스 공급관에서는 내측관(105)의 내부(106)를 흐르는 분위기 가스는 내측관(105)과 접촉함으로써 가열된다. 그러나, 내측관(105)의 내부(106)의 중심축선 근방을 흐르는 분위기 가스는 내측관(105)의 관벽으로부터 떨어져 있기 때문에 가열되기 어렵다.

또한, 노체 외부 근방에 있는 내측관(105)의 관통공(110a, 110g)으로부터 간극(107)으로 분출되는 분위기 가스는 내측관(105)을 흐르는 거리가 짧기 때문에 내측관(105)에 접촉하는 거리가 짧다. 그 때문에 그러한 분위기 가스는 특히 예열이 불충분해질 우려가 있다.

즉, 특허문헌 1의 열 처리장치에서는 분위기 가스의 예열이 충분하다고는 말할 수 없다. 이것은 공급하는 분위기 가스량이 많아짐에 따라 현저해진다.

분위기 가스가 공급 경로의 도중에서 충분히 예열되지 않고 낮은 온도 그대로 대량의 피처리물에 공급되면 분위기 가스와의 접촉 상태에 의해 피처리물의 온도에 불균일이 생긴다. 피처리물의 열 처리 중의 온도의 불균일은 열 처리 후의 상태의 불균일의 원인이 된다. 또한, 피처리물의 열 처리 후의 상태의 불균일은 열 처리 후의 피처리물을 사용하여 제조되는 각종 제품의 성능의 불균일의 원인이 된다.

따라서, 분위기 가스를 충분히 예열하여 열 처리 중의 피처리물의 온도의 불균일을 억제하는 것이 요구되고 있다.

그래서, 이 발명의 목적은 공급되는 분위기 가스를 충분히 예열할 수 있는 가스 공급관과, 열 처리 중의 피처리물의 온도의 불균일을 억제할 수 있는 열 처리장치를 제공하는 것이다.

이 발명에서는 공급되는 분위기 가스를 충분히 예열할 수 있는 가스 공급관을 제공하기 위해서 가스 공급관의 내부 구조에 대한 개량이 도모된다.

이 발명에 의한 가스 공급관은 외측관과 내측관을 포함한다. 외측관은 일단이 닫혀져 있고, 관벽에 길이방향으로 배열된 복수의 관통공을 구비한다. 내측관은 일단이 가스 공급원에 접속되고, 상기 외측관의 내부에 삽입된다.

가스 공급원으로부터 공급된 가스는 내측관을 지나고, 외측관의 내부에 형성된 외측관과 내측관의 간극을 지나고, 외측관의 복수의 관통공으로부터 가스 공급관의 주위 공간으로 방출되는 경로로 흐른다. 공급된 가스는 내측관을 흐르는 사이와, 외측관과 내측관의 간극을 흐르는 사이에 가스 공급관에 전달된 주위 공간의 온도에 의해 가열 또는 냉각된다.

또한, 내측관은 내측관의 내부 용적과 동일한 내부 용적을 갖는 원통과 비교해서 내측관을 흐르는 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조를 갖는다.

상기 가스 공급관에서는 내측관은 동일한 내부 용적을 갖는 원통과 비교해서 내측관을 흐르는 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조를 내부에 갖는다. 따라서, 내측관이 다른 원통인 경우에 비해 내측관과, 내측관을 흐르는 가스가 접촉하기 쉬워지고 있다.

그 때문에 상기 가스 공급관은 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 내측관을 흐르는 사이와, 외측관과 내측관의 간극을 흐르는 사이의 양방에서 가스 공급관에 전달된 주위 공간의 온도에 충분히 적응시킬 수 있다. 그 결과, 외측관에 형성된 복수의 관통공으로부터 충분히 균일한 온도의 가스를 주위 공간으로 방출할 수 있다.

또한, 이 발명에 의한 가스 공급관은 내측관이 다공관이며, 이 다공관의 내부 구조를 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조로 해도 좋다.

상기 가스 공급관에서는 내측관이 다공관이기 때문에 내측관에는 내측관을 복수의 소공으로 구획하는 벽부를 포함하는 내부 구조가 형성되어 있다. 이 내부 구조에 포함되는 벽부에 의해 내측관의 내부의 표면적 자체가 커진다. 따라서, 내측관이 다른 원통인 경우에 비해 내측관과 공급된 가스의 접촉 면적이 커진다.

또한, 이 발명에 의한 가스 공급관은 내측관의 내부에 삽입 부재가 삽입되어 있고, 이 삽입 부재를 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조로 해도 좋다.

상기 가스 공급관에서는 내측관의 내부에 삽입 부재가 삽입되어 있기 때문에 내측관의 내부의 표면적은 내측관 자체의 표면적과 삽입 부재의 표면적을 합친 것이 된다. 따라서, 내측관이 다른 원통인 경우에 비해 내측관과 공급된 가스의 접촉 면적이 커진다.

또한, 이 발명에 의한 가스 공급관은 내측관의 관벽의 일부가 내측관의 중심축선을 향해 돌출되어 있고, 이 돌출된 내측관의 관벽의 일부를 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조로 해도 좋다.

상기 가스 공급관에서는 내측관의 관벽의 일부를 내측관의 중심축선을 향해 돌출시키고 있기 때문에 내측관의 내부의 표면적 자체가 커진다. 따라서, 내측관이 다른 원통인 경우에 비해 내측관과 공급된 가스의 접촉 면적이 커진다.

또한, 이 발명은 열 처리 중의 피처리물의 온도의 불균일을 억제할 수 있는 열 처리장치에도 적합하다.

이 발명에 의한 열 처리장치는 단열벽에 둘러싸인 내부 공간을 갖는 노체와, 노체의 내부 공간에 노출되도록 배치된 가스 공급관을 포함하는 가스 공급 기구와, 노체의 내부 공간을 가열하는 가열 기구를 포함한다.

이 열 처리장치는 가스 공급 기구에 의해 노체의 내부 공간에 분위기 가스를 공급하고, 분위기 가스 환경 하에서 피처리물을 가열 기구에 의해 가열하여 피처리물을 열 처리한다.

가스 공급 기구에 포함되는 가스 공급관은 이 발명에 의한 가스 공급관이다.

이 발명에 의한 가스 공급관은 상기와 같이 공급되는 가스를 가스 공급관에 전달된 주위 공간의 온도에 충분히 적응시킬 수 있다. 따라서, 이 발명에 의한 가스 공급관을 사용한 열 처리장치에서는 공급된 분위기 가스가 노체의 내부 공간의 온도에 충분히 적응하여 예열된 상태에서 노체 내부로 방출된다. 그 때문에 열 처리 중의 피처리물의 온도의 불균일이 억제되어 피처리물의 열 처리 후의 상태가 균일해진다. 그 결과, 열 처리 후의 피처리물을 사용하여 제조되는 각종 제품의 성능의 불균일이 없어 제품의 수율을 높게 할 수 있다.

(발명의 효과)

이 발명에 의한 가스 공급관은 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 내측관을 흐르는 사이와, 외측관과 내측관의 간극을 흐르는 사이의 양방에서 가스 공급관에 전달된 주위 공간의 온도에 충분히 적응시킬 수 있다. 그 결과, 이 발명에 의한 가스 공급관은 외측관에 설치된 복수의 관통공으로부터 충분히 균일한 온도의 가스를 주위 공간으로 방출할 수 있다.

또한, 이 발명에 의한 열 처리장치는 이 발명에 의한 가스 공급관을 사용하여 충분히 균일한 온도의 분위기 가스를 피처리물에 대하여 공급함으로써 열 처리중의 피처리물의 온도의 불균일을 억제할 수 있다. 그 때문에 피처리물의 열 처리 후의 상태가 균일해진다. 그 결과, 열 처리 후의 피처리물을 사용하여 제조되는 각종 제품의 성능이 불균일해지는 일이 없어 제품의 수율을 높게 할 수 있다.

도 1a는 이 발명의 제 1 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 외관도이며, 측면의 외관도이다.
도 1b는 이 발명의 제 1 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 외관도이며, 저면의 외관도이다.
도 1c는 이 발명의 제 1 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 외관도이며, 선단의 외관도이다.
도 2a는 도 1a에 나타낸 Z1-Z1선을 따른 가스 공급관(1)의 단면도이다.
도 2b는 도 1b에 나타낸 X1-X1선을 따른 가스 공급관(1)의 단면도이다.
도 2c는 도 1b에 나타낸 Y1-Y1선을 따른 가스 공급관(1)의 단면도이다.
도 3a는 가스 공급관의 내측관을 이 발명의 범위 외의 비교예와, 이 발명의 범위 내의 제 1 실시형태 사이에서 비교하여 나타내기 위한 단면도이며, 비교예의 단면도이다.
도 3b는 가스 공급관의 내측관을 이 발명의 범위 외의 비교예와, 이 발명의 범위 내의 제 1 실시형태 사이에서 비교하여 나타내기 위한 단면도이며, 도 2a에 나타낸 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면도이다.
도 4a는 도 3a에 나타낸 가스 공급관의 내측관에 있어서 그 내부를 흐르는 가스가 받는 열을 나타내는 모식도이며, 비교예에 있어서의 모식도이다.
도 4b는 도 3b에 나타낸 가스 공급관의 내측관에 있어서 그 내부를 흐르는 가스가 받는 열을 나타내는 모식도이며, 도 3b에 나타낸 가스 공급관(1)의 내측관(5)에 있어서의 모식도이다.
도 5a는 도 1a로부터 도 1c에 나타낸 가스 공급관(1)을 사용해서 구성되는 열 처리장치(11)의 단면도이며, 열 처리장치(11)를 측면방향으로부터 본 단면도이다.
도 5b는 도 1a로부터 도 1c에 나타낸 가스 공급관(1)을 사용해서 구성되는 열 처리장치(11)의 단면도이며, 도 5a의 Y2-Y2 단면도이다.
도 6은 분위기 가스의 예열이 되는 쪽을 이 발명의 범위 외의 비교예의 가스 공급관과, 이 발명의 범위 내의 제 1 실시형태의 가스 공급관(1) 사이에서 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 7은 이 발명의 제 1 실시형태의 변형례에 있어서의 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면도이다.
도 8은 이 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면도이다.
도 9는 이 발명의 제 2 실시형태의 변형례에 있어서의 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면도이다.
도 10은 이 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면도이다.
도 11은 이 발명의 제 3 실시형태의 변형례에 있어서의 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면도이다.
도 12a는 배경기술의 가스 공급관(101)의 단면도이며, 가스 공급관(101)을 측면방향으로부터 본 단면도이다.
도 12b는 배경기술의 가스 공급관(101)의 단면도이며, 도 12a의 Y3-Y3 단면도이다.

- 제 1 실시형태 -

이 발명의 제 1 실시형태에 의한 가스 공급관(1)에 대해서 도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 2a, 도 2b, 도 2c를 사용하여 설명한다.

가스 공급관(1)은 외측관(2)과 내측관(5)을 포함한다. 외측관(2)은 일단이 닫혀져 있고, 관벽에 길이방향으로 배열된 복수의 관통공(3)(3a∼3i)을 구비한다. 또한, 외측관(2)은 예를 들면 후술의 열 처리장치(11)의 측부 단열벽(15)에 부착될 때의 지지 부재인 플랜지(4)를 타단에 구비한다.

내측관(5)은 일단이 도시하지 않는 가스 공급원에 접속되고, 내측관(5)의 타단은 개방되어 외측관(2)의 일단과 서로 마주보도록 외측관(2)의 내부에 삽입된다. 내측관(5)이 외측관(2)에 삽입됨으로써 형성된 간극(7)에는 간극(7)을 주위 공간으로부터 격절시키고, 내측관(5)을 외측관(2)의 내부에서 지지하기 위한 부시(8)가 삽입되어 있다.

내측관(5)은 복수의 소공(6a∼6c)을 갖는 다공관으로 되어 있다. 그 때문에 내측관(5)에는 내측관(5)을 복수의 소공(6a∼6c)으로 구획하는 벽부를 포함하는 내부 구조가 형성되어 있다. 이 내부 구조에 포함되는 벽부가 가스 공급원으로부터 공급된 가스가 내측관(5)을 흐를 때에 내측관(5)과의 접촉 면적을 크게 하는 구조(9)로 되어 있다.

가스 공급관(1)에 있어서의 가스의 흐름에 대해서 도 2b를 사용하여 설명한다. 가스 공급원으로부터 내측관(5)의 일단에 공급된 가스는 화살표 A로 나타낸 바와 같이 내측관(5)의 소공(6a)을 통과하여 화살표 B로 나타낸 바와 같이 내측관(5)의 타단으로부터 외측관(2)의 내부로 방출된다.

외측관(2)의 내부로 방출된 가스는 화살표 C로 나타낸 바와 같이 간극(7)을 따라 흐르고, 최종적으로는 화살표 D로 나타낸 바와 같이 외측관(2)의 복수의 관통공(3)(3a∼3i)으로부터 주위 공간으로 방출된다. 이 경로는 소공(6b 및 6c)을 가스가 흐르는 경우도 마찬가지이다.

또한, 도 2b에서는 화살표 C로 나타낸 가스는 간극(7)의 관통공(3)에 가까운 부분을 흐르게 하도록 도시되어 있지만 실제로는 간극(7) 전체에 걸쳐 흐르고 있다.

가스 공급관(1)은 여러 장소에 배치될 수 있지만 어느쪽이든 가스 공급관(1)에는 가스 공급관(1)의 주위 공간의 온도가 전달되고 있다. 따라서, 공급된 가스는 내측관(5)을 흐르는 사이와, 외측관(2)과 내측관(5)의 간극(7)을 흐르는 사이의 양방에서 가스 공급관(1)에 전달된 주위 공간의 온도에 의해 가열 또는 냉각된다.

상기 소공(6a∼6c)을 구획하는 벽부를 포함하는 내부 구조가 소공(6a∼6c)을 흐르는 가스와의 접촉 면적을 크게 하고, 그들의 가스가 내측관(5)에 전달된 주위 공간의 온도에 적응하기 쉬워지는 것에 대해서 도 3a, 도 3b 및 도 4a, 도 4b를 사용하여 설명한다.

도 3a는 비교예의 내측관(35)의 단면의 확대도이다. 내측관(35)의 외관은 직경(a), 길이(L)의 원기둥 형상이다. 내측관(35)은 통상의 구조의 관이며, 내부(36)의 단면은 원형이며, 면적(S)과 둘레길이(P)를 갖는다. 즉, 내측관(35)의 내부 용적은 SL이 된다. 또한, 내측관(35)의 내부의 표면적은 PL이 된다.

도 3b는 이 발명의 내측관(5)의 단면의 확대도이다. 내측관(5)의 외관은 내측관(35)과 같이 직경(a), 길이(L)의 원기둥 형상이다. 내측관(5)은 상기와 같이 복수의 소공(6a∼6c)을 갖는 다공관으로 되어 있다. 소공(6a)의 단면은 원형이며, 단면적(S_a) 및 둘레길이(P_a)를 갖는다. 소공(6b)의 단면도 원형이며, 단면적(S_b) 및 둘레길이(P_b)를 갖는다. 소공(6c)의 단면도 원형이며, 단면적(S_c) 및 둘레길이(P_c)를 갖는다.

도 3b에서는 소공(6a)의 단면적(S_a), 소공(6b)의 단면적(S_b) 및 소공(6c)의 단면적(S_c)은 모두 S/3이 되도록 설정되어 있다. 그 경우, 소공(6a)의 둘레길이(P_a), 소공(6b)의 둘레길이(P_b) 및 소공(6c)의 둘레길이(P_c)는 모두 P/3^{1/ 2}이 된다. 그 때문에 소공(6a∼6c)의 단면적의 합 S_a+S_b+S_c을 S_T라고 했을 때, S_T는 S가 된다. 또한, 단면의 둘레길이의 합 P_a+P_b+P_c를 P_T라고 했을 때, P_T는 3^1/2P가 된다. 즉, 내측관(5)의 내부 용적은 SL이 된다. 또한, 내측관(5)의 내부의 표면적은 3^1/2PL이 된다.

따라서, 내측관(5)은 내측관(35)과 같은 내부 용적이면서 내부의 표면적은 3^1/2배로 되어 있어 소공(6a∼6c)을 흐르는 가스와의 접촉 면적이 커지고 있다.

도 4a는 도 3a의 내부(36)에 가스가 흐르고 있는 경우에 그 가스의 온도를 온도의 높이에 대응한 영역으로 구분해서 나타낸 모식도이다. 또한, 도 4b는 도 3b의 소공(6a∼6c)에 가스가 흐르고 있는 경우에 그들의 가스의 온도를 온도의 높이에 대응한 영역으로 구분해서 나타낸 모식도이다.

또한, 도 4a 및 도 4b에서는 내측관으로부터의 방열은 관의 형상에 따르지 않고 같다고 가정하고 있다. 도 4a 및 도 4b에 있어서 각 영역 사이에서의 온도의 관계는 H6＜H5＜H4＜H3＜H2＜H1이며, H1이 가장 온도가 높은 영역을 나타내고, H6이 가장 온도가 낮은 영역을 나타내고 있다.

도 4a에서는 내측관(35)의 내부(36)의 관벽 근방을 흐르는 가스의 온도는 높아지고 있지만 중앙 근방을 흐르는 가스의 온도는 낮은 그대로이다. 한편, 도 4b에서는 내측관(5)의 소공(6a∼6c)을 흐르는 가스는 중앙부 근방까지 온도가 높아지고 있다. 이 차이는 공급되는 가스량이 많아짐에 따라 현저해진다. 이것은 상기에서 설명한 바와 같이 내측관(5)은 소공(6a∼6c)을 흐르는 가스와의 접촉 면적이 커지고 있어 주위 공간의 온도가 가스에 전달되기 쉬워지기 때문이다.

즉, 이 발명에 있어서의 내측관(5)에서는 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 내측관(5)을 흐르는 사이에 가스 공급관의 주위 공간의 온도에 충분히 적응시킬 수 있다.

따라서, 상기 가스 공급관(1)은 가스 공급원으로부터 공급된 가스를 내측관(5)을 흐르는 사이와, 외측관(2)과 내측관(5)의 간극(7)을 흐르는 사이의 양방에서 가스 공급관(1)에 전달된 주위 공간의 온도에 충분히 적응시킬 수 있다. 그 결과, 상기 가스 공급관(1)은 외측관(2)에 설치된 복수의 관통공(3)(3a∼3i)으로부터 충분히 균일한 온도의 가스를 주위 공간으로 방출할 수 있다.

상기에서 설명한 이 발명의 제 1 실시형태에 의한 가스 공급관(1)을 사용한 열 처리장치(11)에 대해서 도 5a, 도 5b 및 도 6을 사용하여 설명한다.

열 처리장치(11)는 노체(12)와, 가스 공급 기구(18)와, 가열 기구(19)와, 반송 기구(22)를 구비한다. 피처리물(27)은 가스 공급 기구(18)로부터 공급되는 소정의 분위기 가스로 채워지는 노체(12)의 내부를 적재 부재(26)에 재치된 상태에서 반송 기구(22)에 의해 반송되면서 가열 기구(19)에 의해 가열됨으로써 열 처리된다.

노체(12)는 상부 단열벽(13)과, 하부 단열벽(14)과, 측부 단열벽(15)을 포함한다. 노체(12)의 내부 공간은 열 처리존 격벽(16)에 의해 복수의 열 처리 존으로 분할된다. 열 처리존 격벽(16)에는 피처리물(27)을 재치한 적재 부재(26)가 반송 중에 통과할 수 있는 통과구(17)가 설치되어 있다.

가스 공급 기구(18)는 가스 공급관(1)과, 도시하지 않은 가스 공급원을 포함한다. 가스 공급관(1)은 2개인 측부 단열벽(15)의 일방측으로부터 노체(12)룰 횡단하는 방향으로 노체(12)의 내부 공간에 돌출되도록 배치되고, 플랜지(4)에 의해 측부 단열벽(15)에 부착되어 있다. 각 열 처리존에는 입구측과 출구측의 열 처리존 격벽(16) 근방에 1개씩, 합계 2개의 가스 공급관(1)이 배치되어 있다.

가열 기구(19)는 상부 히터(20)와, 하부 히터(21)와, 도시하지 않은 전원과, 도시하지 않은 출력 컨트롤러를 포함한다. 출력 컨트롤러는 상부 히터(20) 및 하부 히터(21)의 출력을 조정하여 상기 열 처리존 내부의 온도 환경을 소정의 상태로 설정한다.

반송 기구(22)는 반송 롤러(23)와, 도시하지 않은 기대 상에 지지되는 지지 부재(24)와, 구동 수단(25)을 포함한다. 반송 롤러(23)는 구동 수단(25)에 의해 소정의 속도로 회전된다. 피처리물(27)을 재치한 적재 부재(26)는 반송 롤러(23) 상에 재치됨으로써 소정의 속도로 노체(12)의 내부를 화살표 C의 방향으로 반송된다. 반송 속도는 열 처리존마다 설정된다.

각 열 처리존은 상부 히터(20) 및 하부 히터(21)의 출력을 출력 컨트롤러로 조정함으로써 소정의 조건의 온도 상승존, 온도 유지존 및 온도 하강존 중 어느 하나로 되어 있다. 열 처리장치(11)는 온도 상승존, 온도 유지존 및 온도 하강존을 조합하고, 또한 각 존에서의 반송속도를 조정함으로써 소정의 온도 프로파일을 설정할 수 있다. 따라서, 피처리물(27)은 열 처리장치(11)의 노체(12)의 내부를 반송 기구(22)에 의해 반송되는 사이에 소정의 온도 프로파일로 열 처리되는 것이 된다.

가스 공급원으로부터 공급되는 소정의 분위기 가스는 가스 공급관(1)의 내부를 흐를 때에 가스 공급관(1)에 전달된 노체(12)의 내부 공간의 온도에 의해 예열된다. 가스 공급관(1)의 외측관(2)의 관통공(3)으로부터는 화살표 F의 방향으로 예열된 분위기 가스가 연속적으로 방출된다. 그 결과, 노체(12)의 내부 공간은 소정의 분위기 가스로 채워진 상태가 유지된다.

도 6은 가스 공급관에 의한 분위기 가스의 예열이 되는 쪽의 차이에 대해서 도 3a에 나타낸 내측관(35)을 구비하는 가스 공급관을 사용한 경우(비교예)와, 도 3b에 나타낸 내측관(5)을 구비하는 가스 공급관(1)을 사용한 경우(실시예)를 비교해서 나타낸 것이다. 또한, 비교예의 가스 공급관은 내측관(5)을 내측관(35)으로 변경하고, 그 외의 부재는 가스 공급관(1)과 같게 한 것이다.

온도 측정 개소는 최고 온도 유지존에 배치되어 있는 2개의 가스 공급관(1) 중 입구측의 열 처리존 격벽(16) 근방에 배치되었지만 「선단 부근」(외측관의 관통공(3a) 부근), 「선단-중앙 사이」(동 3c 부근), 「중앙 부근」(동 3e 부근), 「중앙-근원 사이」 (동 3g 부근) 및 「근원 부근」(동 3i 부근)이다.

가스 공급관(1)의 내부에서 예열된 상태의 분위기 가스의 온도가 측정될 수 있도록 각 관통공의 근방에서 방출 직후의 분위기 가스가 노출되는 위치에 열전쌍을 배치했다. 최고 온도 유지존의 설정 온도는 통상의 세라믹 전자부품을 소성할 때에 설정하는 온도로 했다. 또한, 도 6에서는 측정 개소에 있어서의 온도를 설정 온도로부터의 편차의 형태로 나타내고 있다.

가스 공급관의 「근원 부근」 및 「중앙-근원 사이」에 있어서는 비교예와 실시예 사이에서 측정 온도의 차이는 거의 보여지지 않는다. 이것은 어느 쪽의 가스 공급관을 사용해도 가스 공급관의 외측관(2)의 관통공(3i)으로부터 방출되는 분위기 가스는 내측관(5)(또는 내측관(35))과 외측관(2)의 간극(7)을 흐르는 사이에 충분히 예열되고 있기 때문이다.

그러나, 간극(7)을 흐르는 거리가 짧아질수록 사용한 가스 공급관의 차이에 대응한 측정 온도의 차이가 현저해지고 있다. 비교예에 있어서는 분위기 가스는 내측관(35)의 내부를 흐르는 사이에는 충분히 예열되고 있지 않다. 또한, 간극(7)을 흐르는 거리가 짧아질수록 그곳에서의 예열도 불충분해진다.

따라서, 간극(7)을 흐르는 거리가 비교적 짧은 외측관(2)의 관통공(3a∼3f)으로부터 방출되는 분위기 가스는 온도가 충분히 상승하지 않은 채 방출되고 있다. 특히, 간극(7)을 흐르는 거리가 가장 짧은 관통공(3a)으로부터 방출되는 분위기 가스의 영향을 받는 가스 공급관의 「선단 부근」의 온도의 저하가 현저하다. 그 결과, 방출된 분위기 가스는 가스 공급관의 「선단 부근」으로부터 「중앙 부근」의 노체(12) 내부의 온도를 낮춰버린다.

한편, 실시예에 있어서는 분위기 가스는 내측관(5)의 내부를 흐르는 사이에 충분히 예열되어 있다. 그 때문에 간극(7)을 흐르는 거리가 짧아도 예열이 불충분해지는 일은 없다.

따라서, 간극(7)을 흐르는 거리가 비교적 짧은 외측관(2)의 관통공(3a∼3f)으로부터 방출되는 분위기 가스이어도 온도가 충분히 상승해 있다. 그 결과, 방출된 분위기 가스는 외측관(2)의 관통공(3a∼3f) 부근의 노체(12) 내부의 온도를 낮추는 일은 없다.

또한, 실시예에 있어서 가스 공급관의 「근원 부근」 및 「선단 부근」에서 노체(12) 내부의 온도가 약간 낮아져 있는 이유로서는 측부 단열벽(15)에 의한 흡열의 영향이 고려되지만 상세는 불분명하다. 또한, 온도의 저하가 이 정도이면 피처리물의 온도의 불균일은 억제되어 피처리물의 열 처리 후의 상태는 충분히 균일한 것이 확인되고 있다.

즉, 이 발명에 의한 열 처리장치(11)에서는 공급된 분위기 가스가 노체 내부의 온도에서 충분히 예열된 상태로 노체(12) 내부로 방출된다. 그 때문에 열 처리 중의 피처리물의 온도의 불균일이 억제되어 피처리물의 열 처리 후의 상태가 균일해진다. 그 결과, 열 처리 후의 피처리물을 사용하여 제조되는 각종 제품의 성능이 불균일해지는 일이 없어 제품의 수율을 높게 할 수 있다.

이 발명의 제 1 실시형태에서는 열 처리장치(11)로서 적재 부재(26)의 반송 매체가 반송 롤러(23)인 소위 롤러하스 로를 예로서 설명했지만 이 발명은 그 외의 형태의 열 처리장치에도 적용할 수 있다.

또한, 이 발명의 열 처리장치는 유리 기판 등의 기재에 도포된 금속 재료 또는 무기 재료를 포함하는 페이스트의 건조 또는 소성, 또는 금속 재료 또는 무기 재료를 포함하는 분체의 가소(假燒) 등의 열 처리에 널리 적용할 수 있다.

또한, 이 발명의 제 1 실시형태로서 내측관(5)이 도 3b에 나타내는 단면이 원형인 복수의 소공(6a∼6c)을 갖는 다공관일 경우를 예시했지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이 단면이 원형이 아닌 복수의 소공(6a∼6d)을 갖는 다공관을 내측관(5)으로서 사용해도 좋다. 또한, 소공의 단면 형상은 모두 같을 필요는 없고 다른 단면 형상의 소공이 집합된 것이어도 좋다.

- 제 2 실시형태 -

이 발명의 제 2 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 내측관(5)에 대해서 도 8을 사용하여 설명한다.

도 8은 이 발명의 제 2 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면의 확대도이다. 도 8에 나타내는 내측관(5)에서는 그 내부(6)에 단면이 십자형으로 격벽 형상의 삽입 부재(10)가 삽입되어 있다. 그 때문에 내측관(5)의 내부의 표면적은 내측관(5) 자체의 표면적과 삽입 부재(10)의 표면적을 합친 것이 되고, 내측관(5)이 다른 원통일 경우에 비해 공급된 가스와의 접촉 면적이 커진다. 즉, 이 삽입 부재(10)가 내측관(5)의 내부에 있어서 가스 공급원으로부터 공급된 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조(9)로 되어 있다.

삽입 부재(10)는 내측관(5)의 온도가 그 내부(6)의 공간 내에 효율적으로 전달되도록 내측관(5)의 내주면과 밀착해서 삽입되어 있다. 그 때문에 삽입 부재(10)의 재질의 모스 경도는 내측관(5)의 재질의 모스 경도 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 내측관(5)의 내부에 삽입 부재(10)를 삽입할 때에 내측관(5)의 내부를 손상시키는 일이 없다.

또한, 삽입 부재(10)의 열 팽창계수는 내측관(5)의 재질의 열 팽창계수와 동일 또는 근사한 것이 바람직하다. 이 경우, 삽입 부재(10)가 고온 환경 하에 있어서 열 팽창했을 때에 내측관(5)의 내주면에 과도한 응력이 가해지지 않아 내측관(5)이 파손되는 일이 없다.

또한, 상기에서는 내측관(5)의 내부에 삽입되는 삽입 부재(10)가 단면이 십자형인 격벽 형상의 것을 예시했지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이 내측관(5)의 내부(6)에 사상(絲狀) 부재의 집합체를 삽입 부재(10)로서 삽입해도 좋다. 사상 부재의 집합체는 표면적이 크기 때문에 공급된 가스와의 접촉 면적을 소량이어도 크게 할 수 있다.

더불어, 사상 부재의 집합체는 탄력성이 풍부하기 때문에 내측관(5)의 내부에 삽입할 때에 내측관(5)의 내부를 손상시키는 일이 없다. 또한, 고온 환경 하에 있어서 열 팽창했을 때에 내측관(5)의 내주면에 과도한 응력이 가해지지 않아 내측관(5)이 파손되는 일이 없다.

- 제 3 실시형태 -

이 발명의 제 3 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 내측관(5)에 대해서 도 10을 사용하여 설명한다.

도 10은 이 발명의 제 3 실시형태에 의한 가스 공급관(1)의 내측관(5)의 단면의 확대도이다. 도 10에 나타내는 내측관(5)에서는 내측관(5)의 관벽의 일부가 내측관(5)의 중심축선을 향해 단면이 산형이 되도록 돌출되어 있다. 그 때문에 내측관(5)이 다른 원통인 경우에 비해 내측관(5)의 내부(6)의 표면적 자체가 커진다. 즉, 이 돌출 구조가 내측관(5)의 내부(6)에 있어서 가스 공급원으로부터 공급된 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조(9)로 되어 있다. 이 돌출 구조는 가능한 한 내측관(5)의 중심축선에 가까운 영역까지 이르고 있는 쪽이 바람직하다. 이것에 의해 내측관(5)의 내부에 있어서 가스 공급원으로부터 공급된 가스와의 접촉 면적을 충분히 크게 할 수 있다.

또한, 상기에서는 내측관(5)의 관벽의 일부가 내측관(5)의 중심축선을 향해 산형으로 돌출된 것을 예시했지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 11에 나타내는 바와 같이 내측관(5)의 관벽의 일부가 내측관(5)의 중심축선을 향해 단면이 대략 직사각형이 되도록 돌출되어도 좋다.

이 발명의 가스 공급관(1)의 내측관(5)에 대해서는 제 1∼제 3 실시형태를 조합해도 좋다. 예를 들면, 내측관(5)을 다공관으로 하고, 그 소공의 내부에 삽입 부재(10)를 삽입해도 좋다. 또한, 내측관(5)을 다공관으로 하고, 그 소공의 내부에 돌출 구조를 갖도록 해도 좋다.

또한, 이 발명의 가스 공급관(1)의 각 구성요소의 재질은 그 사용 목적에 따라 적당히 선택된다. 예를 들면, 열 처리장치(11)에 사용하는 경우는 고온의 산화성 분위기에도 견딜 수 있는 알루미나 등의 고융점 세라믹 재료를 사용할 수 있다. 한편, 비교적 저온의 환경 하에서 사용하는 경우는 스테인리스강 등의 금속 재료를 사용해도 좋다.

이 발명의 가스 공급관(1)은 가스 공급원으로부터 공급된 낮은 온도의 가스를 가스 공급관(1)의 주위 온도에서 가열하는 목적으로 사용해도 좋다. 한편, 가스 공급원으로부터 공급된 높은 온도의 가스를 가스 공급관(1)의 주위 온도에서 냉각하는 목적으로 사용해도 좋다.

또한, 이 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 이 발명의 범위 내에 있어서 각종 응용, 변형을 추가하는 것이 가능하다.

1 가스 공급관 2 외측관
3 외측관의 관통공 5 내측관
6 내측관의 내부 6a, 6b, 6c 소공
7 외측관과 내측관의 간극
9 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조
10 삽입 부재
11 열 처리장치
12 노체
18 가스 공급 기구
19 가열 기구
27 피처리물

Claims (5)

1. 일단이 닫혀져 있고, 관벽에 길이방향으로 배열된 복수의 관통공을 구비하는 외측관과,
   일단이 가스 공급원에 접속되고, 타단이 개방되어 상기 외측관의 일단과 마주보도록 상기 외측관의 내부에 삽입되는 내측관을 포함하는 가스 공급관으로서,
   상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스는 상기 내측관의 타단으로부터 상기 외측관의 내부로 방출되고, 상기 외측관의 내부에 형성된 상기 외측관과 상기 내측관의 간극을 지나고, 상기 외측관의 복수의 관통공으로부터 상기 가스 공급관의 주위 공간으로 방출되는 경로로 흐르고, 또한 상기 내측관을 흐르는 사이와, 상기 외측관과 상기 내측관의 간극을 흐르는 사이에 상기 가스 공급관에 전달된 주위 공간의 온도에 의해 가열 또는 냉각되고,
   상기 내측관은 상기 내측관의 내부 용적과 동일한 내부 용적을 갖는 원통과 비교하여 상기 내측관을 흐르는 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 공급관.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내측관은 다공관이며, 상기 다공관의 내부 구조는 상기 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조인 것을 특징으로 하는 가스 공급관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 내측관의 내부에 삽입 부재가 삽입되어 있고, 상기 삽입 부재는 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조인 것을 특징으로 하는 가스 공급관.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 내측관의 관벽의 일부는 상기 내측관의 중심축선을 향해 돌출되어 있고, 상기 돌출된 내측관의 관벽의 일부는 상기 가스와의 접촉 면적을 크게 하는 구조인 것을 특징으로 하는 가스 공급관.
5. 단열벽에 둘러싸인 내부 공간을 갖는 노체와,
   상기 노체의 내부 공간에 노출되도록 배치된 가스 공급관을 포함하는 가스 공급 기구와,
   상기 노체의 내부 공간을 가열하는 가열 기구를 포함하고,
   상기 가스 공급 기구에 의해 상기 노체의 내부 공간에 분위기 가스를 공급하고, 상기 분위기 가스 환경 하에서 피처리물을 가열 기구에 의해 가열하여 상기 피처리물을 열 처리하는 열 처리장치로서,
   상기 가스 공급관은 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 가스 공급관인 것을 특징으로 하는 열 처리장치.
   
   

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