特許 5778363 熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5778363

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   F27B 9/08 20060101AFI20150827BHJP

   F27D 11/02 20060101ALI20150827BHJP

   C01B 31/04 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   F27B9/08

   F27D11/02 B

   C01B31/04 101Z

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-9100(P2015-9100)

(22)【出願日】2015年1月21日

【審査請求日】2015年1月30日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】595009109

【氏名又は名称】ＳＥＣカーボン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104444

【弁理士】

【氏名又は名称】上羽 秀敏

(74)【代理人】

【識別番号】100112715

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100125704

【弁理士】

【氏名又は名称】坂根 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100120662

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 桂子

(74)【代理人】

【識別番号】100174285

【弁理士】

【氏名又は名称】小宮山 聰

(72)【発明者】

【氏名】中村 順一

(72)【発明者】

【氏名】荒川 英吾

【審査官】 坂巻 佳世

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２１１９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１９８６１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｂ ９／０８

Ｃ０１Ｂ ３１／０４

Ｆ２７Ｄ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のヒータと、
前記ヒータの両端に接続された黒鉛管からなるトラフと、
前記トラフに形成された電極とを備え、
前記ヒータは、
第１黒鉛管と、
一方の端面が前記第１黒鉛管の一方の端面に接するように配置され、前記第１黒鉛管の電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する第２黒鉛管と、
一方の端面が前記第２黒鉛管の他方の端面に接するように配置され、前記第２黒鉛管の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する第３黒鉛管とを含む、熱処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記ヒータの開口の一方に配置され、前記ヒータ内の他方の開口に向かって被処理材を押し込む押込装置と、
前記ヒータの内部に連通するように形成されたガス導入口と、
前記ヒータの内部に連通するように形成されたガス排気口とをさらに備え、
前記ガス導入口は、前記ヒータの軸方向において、前記第２黒鉛管よりも前記ヒータの開口の他方側に配置され、
前記ガス排気口は、前記ヒータの軸方向において、前記第２黒鉛管と前記押込装置との間に配置される、熱処理装置。

【請求項3】

請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記ヒータの周面を覆って配置された断熱材をさらに備え、
前記排気口は、前記断熱材に覆われた部分に配置される、熱処理装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置であって、
前記ヒータの温度を測定する複数の温度センサをさらに備える、熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素材料、特に黒鉛は、高電気伝導性、高熱伝導性、耐薬品性、自己潤滑性等の特異な性質を有しているので、冶金用、電気・電子製品用、機械用等の材料として各種の用途に広く使用されている。最近は、高温で熱処理をして黒鉛結晶を発達させ、熱伝導性を向上させたものが、ヒートシンクや放熱基板として、また、リチウムイオン二次電池の負極材等として使用されている。

【0003】

黒鉛は、フェノール、フラン等の樹脂、コークス、メソカーボン等の黒鉛原料を、例えば２０００〜３２００℃で熱処理することで得られる。

【0004】

特開２００２−６９７５７号公報には、炭素繊維及びその製造方法並びにその装置が開示されている。特許第２７４４６１７号には、気相成長炭素繊維の連続黒鉛化処理方法及び装置が開示されている。

【0005】

特許第３７８７２４１号には、円筒状の黒鉛管を複数本連接して加熱管を形成し、この加熱管の一端部に黒鉛原料の導入部を取り付けると共に、この加熱管の他端側に製品黒鉛の導出部を取り付けた黒鉛製造装置が開示されている。この黒鉛製造装置では、加熱管を構成する各黒鉛管は、導入部側ほど抵抗の大きい黒鉛管が配置されている。低温になりやすい導入部側に抵抗の大きい黒鉛管を配置することで、加熱管内の温度分布を均一にすることができると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２−６９７５７号公報

【特許文献2】特許第２７４４６１７号

【特許文献3】特許第３７８７２４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した黒鉛製造装置の構成では、温度分布を再現性良く制御することが困難な場合がある。

【0008】

本発明の目的は、温度分布を再現性良く制御することができる熱処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

ここに開示する熱処理装置は、筒状のヒータと、ヒータの両端に電気的に接続された電極とを備える。ヒータは、第１黒鉛管と、一方の端面が第１黒鉛管の一方の端面に接するように配置され、第１黒鉛管の電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する第２黒鉛管と、一方の端面が第２黒鉛管の他方の端面に接するように配置され、第２黒鉛管の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する第３黒鉛管とを含む。

【発明の効果】

【0010】

上記の構成によれば、ヒータは、直列に接続された３本の黒鉛管（第１〜第３黒鉛管）を含み、真ん中の黒鉛管（第２黒鉛管）の電気抵抗が最も高くなるように配置されている。ヒータには、ヒータの両端に電気的に接続された電極から電力が供給される。このとき、第１〜第３黒鉛管は直列に接続されているため、第１〜第３黒鉛管には、同じ大きさの電流が流れる。そのため、最も電気抵抗の高い第２黒鉛管が、最も発熱する。これによって熱処理装置は、上側に凸の温度分布を形成する。

【0011】

熱処理装置の温度分布は、設定温度、部品の損耗、被処理材の熱容量等の要因によって変動する。上記の構成によれば、積極的に凸形状の温度分布にすることによって、最高温度位置を毎回ほぼ同じ位置にすることができる。そのため、温度制御が容易になり、また、再現性の高い温度分布を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】熱処理装置の概略構成を示す平面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】ヒータの概略構成を示す分解斜視図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

【図5】熱処理装置の機能的構成を示すブロック図である。

【図6】熱処理装置内の温度分布の一例である。

【図7】仮想的な比較例による熱処理装置の温度分布の一例である。

【図8】熱処理装置内の不活性ガスの流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化又は模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

【0014】

［全体の構成］
図１は、本発明の一実施形態による熱処理装置１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。熱処理装置１は、ヒータ２０、トラフ３０、４０、炉壁５０、及びチャンバ６０、７０を備えている。

【0015】

熱処理装置１は、ルツボ１０を、円筒状のヒータ２０の内部で軸方向に沿って移動させ、連続的に熱処理する。ヒータ２０は、熱処理装置１の炉芯管の役割を兼ねている。

【0016】

ルツボ１０は、有底筒状の容器１１と、容器１１の開口を覆うフタ１２とを備えている。ルツボ１０には、熱処理の対象となる被処理材が収納されている。被処理材は例えば、フェノール、フラン等の樹脂、コークス、メソカーボン等の粉体である。

【0017】

ヒータ２０は、６本の黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆから構成されている。黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆは、それぞれの端面を付き合わせて同軸に配置されている。黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆの接続部分には、黒鉛製の接続リング２２が嵌められ、径方向の位置が規制されている。

【0018】

ヒータ２０の両端は、トラフ３０、４０にそれぞれ接続されている。トラフ３０、４０は、ヒータ２０と同様に、黒鉛等の導電性耐熱部材で形成されている。トラフ３０、４０は、ヒータ２０と同じ内径を有する円筒状の形状を有している。

【0019】

ヒータ２０の全体、及びトラフ３０、４０の一部は、耐火ブロック等で構成された炉壁５０に囲まれている。炉壁５０に囲まれた空間には、断熱材５１が充填されている。断熱材５１は、例えば黒鉛粉等がある。

【0020】

トラフ３０、４０にはそれぞれ、炉壁５０から露出した部分に、電極３１、４１が形成されている。電極３１、４１には、後述する電源装置８５（図５）から電力が供給される。電極３１、４１は、トラフ３０、４０を介してヒータ２０と電気的に接続されている。熱処理装置１は、ヒータ２０に電流を流すことによって、ヒータ２０を加熱する。

【0021】

炉壁５０の内側には、ヒータ２０の周面に接するように、複数の測温筒５２が配置されている。ヒータ２０の温度は、複数の放射温度計５３（図２）によって測定されている。

【0022】

トラフ３０、４０にはそれぞれ、ガス導入口３０ａ、４０ａが形成されている。炉壁５０の内側には、トラフ３０の内側に連通するように形成されたガス排気筒５４が配置されている。ヒータ２０の内部には、ガス導入口３０ａ、４０ａから、窒素、アルゴン等の不活性ガスが導入される。導入された不活性ガスは、熱処理によって揮発する不純物とともに、ガス排気筒５４から排出される。

【0023】

トラフ３０、４０はそれぞれ、チャンバ６０、７０に接続されている。図１に示すように、チャンバ６０は、シャッタ６１を備えている。チャンバ７０は、シャッタ７１を備えている。熱処理装置１は、コンベア６２、７２、押込装置６３、及び方向反転装置６４をさらに備えている。また、チャンバ６０、７０にはそれぞれ、ガス導入口６０ａ、７０ａが形成されている。ガス導入口６０ａ、７０ａからも不活性ガスが導入される。

【0024】

ヒータ２０の内部には複数のルツボ１０が、互いに接しあった状態で装入されている。熱処理装置１は、チャンバ６０側にあるルツボ１０を押込装置６３によって内部に押し込む。これによって、ヒータ２０内の複数のルツボ１０が、チャンバ７０へ向かって移動する。

【0025】

熱処理装置１は、シャッタ６１及びコンベア６２を駆動して、熱処理前のルツボ１０をチャンバ６０に搬入する。熱処理装置１は、シャッタ７１及びコンベア７２を駆動して、熱処理されたルツボ１０をチャンバ７０から搬出する。熱処理装置１は、これらの動作を繰り返すことで、ルツボ１０を連続的に熱処理することができる。

【0026】

方向反転装置６４は、コンベア６２の搬送経路上に設置されている。方向反転装置６４は例えば、機械式のアームであり、コンベア６２の上方からルツボ１０を掴んで回転させる。方向反転装置６４は、ルツボ１０を、フタ１２がチャンバ７０側になるように回転させる。フタ１２をチャンバ７０側にすることによって、フタ１２が押込装置６３の押圧で破損するのを防止することができる。

【0027】

［ヒータ２０の構成］
図３は、ヒータ２０の概略構成を示す分解斜視図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図３及び図４では、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆのそれぞれを区別せず、単に黒鉛管２１と表記している。

【0028】

既述のように、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆは、それぞれの端面を付き合わせて同軸に配置されている。より具体的には、黒鉛管２１Ａは一方の端面が黒鉛管２１Ｂの一方の端面に接するように配置され、黒鉛管２１Ｂは他方の端面が黒鉛管２１Ｃの一方の端面に接するように配置され、・・・、黒鉛管２１Ｅは他方の端面が黒鉛管２１Ｆの一方の端面に接するように配置されている。

【0029】

すなわち、黒鉛管２１Ａと黒鉛管２１Ｂと、黒鉛管２１Ｂと黒鉛管２１Ｃと、・・・、黒鉛管２１Ｅと黒鉛管２１Ｆとが、それぞれ互いの端面で接している。そのため、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆは、電気的に直列に接続されている。

【0030】

本実施形態では、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆの電気抵抗をρ_Ａ、ρ_Ｂ、・・・、ρ_Ｆとして、次の関係を満たしている。
ρ_Ｃ＞ρ_Ｂ＞ρ_Ａ
ρ_Ｃ＞ρ_Ｄ＞ρ_Ｅ＞ρ_Ｆ

【0031】

すなわち、本実施形態では、ヒータ２０の軸方向の中心側に配置された黒鉛管ほど、電気抵抗が高くなっている。換言すれば、電極３１及び電極３２からの距離が遠い位置に配置された黒鉛管ほど、電気抵抗が高くなっている。本実施形態では、黒鉛管２１Ｃの電気抵抗が、最も高くなっている。

【0032】

本実施形態では、ρ_Ａ、ρ_Ｂ、・・・、ρ_Ｆはさらに、次の関係を満たしている。
ρ_Ｃ＞ρ_Ｄ＞ρ_Ｂ＞ρ_Ｅ＞ρ_Ｆ＞ρ_Ａ

【0033】

既述のように、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆの接続部分には、接続リング２２が嵌められている。これによって、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆが径方向（ｘ方向と垂直な方向）にずれないように構成されている。

【0034】

黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆのそれぞれの両端には、ヒータ２０の外径Ｒ１よりも小さい外径Ｒ２を有する溝部２１ａが形成されている。接続リング２２は、図４に示すように、２つの黒鉛管の溝部２１ａによって形成される窪みに嵌合している。これによって、接続リング２２の、ヒータ２０の軸方向（ｘ方向）の移動が規制される。そのため、接続リング２２が軸方向にずれることを防止でき、ひいては２つの黒鉛管の中心軸がずれることを防止することできる。

【0035】

黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆと接続リング２２とは、同じ材料で形成されていることが好ましい。黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆの熱膨張率と接続リング２２の熱膨張率とが同じになるため、接続部分での応力の発生が抑制されるからである。

【0036】

本実施形態では、ヒータ２０の外径Ｒ１と接続リング２２の外径とが等しい。換言すれば、溝部２１ａの深さは、接続リング２２の肉厚に等しい。接続リング２２がヒータ２０から突出すると、表面積が増えるために放熱量が多くなる。接続リング２２がヒータ２０から突出しないようにすることで、放熱を抑制することができる。なお、ヒータ２０の外径Ｒ１と接続リング２２の外径とは厳密に等しい必要はなく、実質的に等しければ良い。

【0037】

［熱処理装置１の温度制御方法］
熱処理装置１の温度制御方法の一例を説明する。ただし、熱処理装置１の温度制御方法は、これに限定されない。

【0038】

図５は、熱処理装置１の機能的構成を示すブロック図である。熱処理装置１は、温度制御装置８０と、電源装置８５とをさらに備えている。

【0039】

温度制御装置８０は、複数のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）８１と、演算装置８２と、記憶装置８３と、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）８４とを備えている。

【0040】

演算装置８２は、供給された複数の値から最大の値を選択する比較部８２１と、電源装置８５の出力を決定する出力決定部８２２とを含んでいる。比較部８２１及び出力決定部８２２は、専用回路等のハードウェアであっても良いし、記憶装置８３に格納された情報を基にプログラムを実行することによって実現されるソフトウェアであっても良い。

【0041】

温度制御装置８０には、複数の放射温度計５３のそれぞれから、ＡＤＣ８１を介して温度の測定値が供給される。比較部８２１は、複数の放射温度計５３が測定した温度の測定値のうち、最大の値を選択して測定温度とし、出力決定部８２２に供給する。

【0042】

記憶装置８３には、図示しない入力装置によって入力された設定温度が格納されている。出力決定部８２２は、記憶装置８３に格納されている設定温度と、比較部８２１から供給される測定温度との偏差を一定時間ごとに計算し、記憶装置８３に格納する。出力決定部８２２は、偏差、偏差の時間積分、及び偏差の時間微分に基づいて、電源装置８５の出力を決定する。

【0043】

なお、被処理材を熱処理する場合の設定温度は、例えば２０００〜３２００℃であり、好ましくは２２００〜３０００℃である。

【0044】

出力決定部８２２によって決定された出力は、ＤＡＣ８４を介して、電源装置８５に供給される。電源装置８５は、出力に比例した電力をヒータ２０に供給する。

【0045】

以上のように、本実施形態では、ヒータ２０の最高温度を測定温度とし、測定温度と設定温度とが一致するように電源装置８５の出力を調整する。

【0046】

［熱処理装置１の効果］
図６は、熱処理装置１内の温度分布の一例である。図６の横軸はヒータ２０の軸方向に沿った位置を表し、Ａ、Ｂ、・・・、Ｆはそれぞれ、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆが配置された位置であることを表わしている。

【0047】

ヒータ２０には、電極３１、４１を介してその両端から電力が供給される。黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆは電気的に直列に接続されているため、黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆのすべてに同じ大きさの電流が流れる。したがって、電気抵抗が大きい黒鉛管ほど、発熱量が大きくなる。

【0048】

本実施形態では、ヒータ２０の軸方向の中心側ほど、黒鉛管の電気抵抗が高くなっている。そのため、ヒータ２０の軸方向の中心側ほど、発熱量が大きくなる。そのため、熱処理装置１の温度分布は、図６に示すように、ヒータ２０の中心近傍にピークを有する上側に凸の形状になる。

【0049】

本実施形態によれば、熱処理装置１の温度制御が容易になる。この構成の効果を、仮想的な比較例を参照して説明する。図７は、仮想的な比較例による熱処理装置の温度分布の一例である。この熱処理装置は、装置内の温度分布が平坦になるように設計されている。

【0050】

実際の熱処理では、設定温度、被処理材の熱容量、及びヒータ２０や断熱材５１の損耗等の要因によって、装置内の温度分布の形状が熱処理ごとに変動する。そのため、図７のような温度分布の場合、熱処理ごとに最高温度位置が変動する可能性がある。

【0051】

このとき、ヒータ２０の１箇所の温度を測定して電源装置８５の出力を制御していると、装置内の最高温度が設定温度よりも高くなる可能性がある。熱処理材（物）の物性は、処理中の平均温度よりも、最高温度の影響をより強く受けると考えられる。そのため、装置内の最高温度が設定温度よりも高くなることは好ましくない。

【0052】

また、図７のような温度分布の場合、ある熱処理では最高温度位置が黒鉛管２１Ｂの位置になり、別の熱処理では最高温度位置が黒鉛管２１Ｅの位置になる等、最高温度位置が変化することで、熱処理ごとにルツボ１０の昇温速度が変化する可能性がある。

【0053】

本実施形態では、積極的に凸形状の温度分布にすることによって、最高温度位置を毎回ほぼ同じ位置にすることができる。そのため、その付近の温度を管理しておけば良いため、温度制御が比較的容易になる。また、最高温度位置がほぼ同じ位置になることで、被処理材に加わる熱履歴を一定にできる。そのため、再現性の高い熱処理ができる。

【0054】

また、本実施形態によれば、ヒータ２０の両端からの放熱を抑制できる。そのため、図７の温度分布と比較して、効率良く加熱することができる。

【0055】

なお、本実施形態ではヒータ２０を構成する黒鉛管の中で最も電気抵抗の大きい黒鉛管は黒鉛管２１Ｃであるが、図６の例では、黒鉛管２１Ｄの位置が最高温度位置になっている。これは、チャンバ６０側から温度の低いルツボ１０が搬送されるため、チャンバ６０側の温度が低くなるためである。このように、最も電気抵抗の大きい黒鉛管が配置された位置と、最高温度位置とは、一致していなくても良い。

【0056】

本実施形態では、ρ_Ａ、ρ_Ｂ、・・・、ρ_Ｆは、ρ_Ｃ＞ρ_Ｄ＞ρ_Ｂ＞ρ_Ｅ＞ρ_Ｆ＞ρ_Ａの関係を満たしている。すなわち、ヒータ２０の軸方向の中心よりもチャンバ６０側の黒鉛管（２１Ｂ、２１Ｃ）の電気抵抗を、チャンバ７０側（２１Ｄ、２１Ｅ）よりも高くしている。上述のように、ヒータ２０は、チャンバ６０側から温度の低いルツボ１０が搬送されるため、チャンバ６０側の温度が低くなる。チャンバ６０側の黒鉛管の電気抵抗を相対的に高くすることで、チャンバ６０側の黒鉛管の発熱量を大きくしている。これによって、ヒータ２０の中心に対してより対称な温度分布が得られる。ただし、黒鉛管２１Ａの電気抵抗ρ_Ａは、黒鉛管２１Ｆの電気抵抗ρ_Ｆよりも低くしている。これによって、黒鉛管２１Ａの位置の発熱量を比較的少なめにし、被処理材の加熱開始時の温度変化を緩やかにしている。

【0057】

熱処理装置１は、複数の放射温度計５３を備えている。また、温度制御装置８０（図５）は、複数の温度の測定値から最大の値を選択する比較部８２１を含んでいる。この構成によれば、最高温度位置が変動しても、装置内の最高温度が設定温度よりも高くなることを防止できる。

【0058】

本実施形態の構成によればさらに、以下に説明するように、被処理材の純化を促進することができる。

【0059】

被処理材よりも融点の低い不純物は、熱処理によって揮発し、被処理材から排出される。このとき温度が高いほど、不純物の平衡蒸気圧が高くなり、より多くの不純物が揮発する。ただし、不純物の分圧が平衡蒸気圧に達すると、不純物は揮発しなくなる。

【0060】

本実施形態によれば、熱処理装置１内の温度分布は、ヒータ２０の中心近傍にピークを有する上側に凸の形状になる。揮発した不純物の濃度分布も同様に、上側に凸の形状になる。揮発した不純物は、濃度の高い位置から濃度の低い位置に向かって拡散する。これによって、ピーク位置の不純物の濃度が低下する。ピーク位置での不純物の分圧が平衡蒸気圧より低くなり、不純物がさらに揮発する。これが繰り返されることによって、不純物が被処理材から連続的に排出される。

【0061】

図７に示すような平坦な温度分布の場合、揮発する不純物の濃度分布も平坦になり、拡散が起こらない。そのため、不純物の分圧が平衡蒸気圧に達すると、不純物は揮発しなくなる。これに対し、本実施形態によれば、装置内の温度分布によって不純物の濃度勾配を形成し、拡散を利用して被処理材の純化を促進することができる。

【0062】

図８は、熱処理装置１内の不活性ガスの流れを示す図である。図８では、不活性ガスの流れを白抜きの矢印で模式的に示している。本実施形態では、ヒータ２０よりもチャンバ７０側に配置されたトラフ４０に、ガス導入口４０ａが形成されている。また、ヒータ２０よりもチャンバ６０側に配置されたトラフ３０に連通するように、ガス排気筒５４が形成されている。この構成によれば、ヒータ２０内では、チャンバ７０側からチャンバ６０側に向かって不活性ガスが流れる。

【0063】

一方、ルツボ１０は、押込装置６３によって、チャンバ６０側からチャンバ７０側に向かって移動する。すなわち、本実施形態では、ルツボ１０の移動方向と反対方向に不活性ガスが流れている。

【0064】

この構成によれば、あるルツボ１０に収納された被処理材から排出された不純物は、不活性ガスによって、ルツボ１０の移動方向と反対方向に移動する。そのため、そのルツボ１０に再び不純物が付着することがない。そのルツボ１０よりもガス流通方向の下流側にあるルツボ１０に不純物が付着する可能性はあるが、下流側にあるルツボ１０が最高温度位置を通る際に、付着した不純物が再び揮発して除去されることが期待できる。そのため、熱処理材（物）の純度を向上できる。

【0065】

本実施形態では、ガス排気筒５４は、断熱材５１で覆われた部分に配置されている。すなわち、ガス排気筒５４は、高温領域に配置されている。この構成によれば、揮発した不純物が再び凝固する前に、ガス排気筒５４から排出される。そのため、装置内に不純物が析出するのを防止でき、ひいては熱処理材（物）の純度を向上できる。

【0066】

なお本実施形態では、ガス導入口４０ａがトラフ４０に形成され、ガス排気筒５４がトラフ３０に連通するように形成されている。しかし、ガス導入口及びガス排気筒の位置はこれに限定されない。ガス導入口及びガス排気筒は、ヒータ２０内の不活性ガスの流通方向がルツボ１０の移動方向と反対方向になるような位置にあれば良い。例えば、ガス導入口４０ａに代えて、ヒータ２１Ｆに連通するようなガス導入筒を形成しても良い。また、ガス排気筒５４に代えて、ヒータ２１Ａに連通するようなガス排気筒を形成しても良い。

【0067】

ガス導入口は、ヒータ２０の最高温度位置よりも、ルツボ１０の移動方向の下流側、すなわちチャンバ７０側にあることが好ましい。ガス排気筒は、ヒータ２０の最高温度位置よりも、ルツボ１０の移動方向の上流側、すなわちチャンバ６０側にあることが好ましい。また、ガス排気等は、ヒータ２０内の温度が、被処理材の不純物の融点よりも高くなる位置に形成することが好ましい。

【0068】

［その他の実施形態］
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。

【0069】

上記の実施形態では、ヒータ２０が円筒状の場合を説明した。しかし、ヒータ２０は筒状であれば良く、ヒータ２０及び黒鉛管２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆの断面形状は任意である。

【0070】

上記の実施形態では、複数の黒鉛管が同じ長さであるように図示しているが、複数の黒鉛管の長さは、それぞれ異なっていても良い。

【0071】

上記の実施形態では、ρ_Ａ、ρ_Ｂ、・・・、ρ_Ｆが次の関係を満たす場合を説明した。
ρ_Ｃ＞ρ_Ｂ＞ρ_Ａ
ρ_Ｃ＞ρ_Ｄ＞ρ_Ｅ＞ρ_Ｆ
しかし、ρ_Ａ、ρ_Ｂ、・・・、ρ_Ｆは、次のような関係であっても良い。
ρ_Ｃ＝ρ_Ｄ
ρ_Ｃ＞ρ_Ｂ＞ρ_Ａ
ρ_Ｄ＞ρ_Ｅ＞ρ_Ｆ

【0072】

上記の関係であっても、上部に凸の温度分布が得られるからである。この場合、黒鉛管２１Ｃと黒鉛管２１Ｄとを、実質的に一つの黒鉛管とみなすことができる。

【0073】

上記の実施形態では、ヒータ２０が、６本の黒鉛管から構成されている場合を説明した。しかし、ヒータを構成する黒鉛管の数は、３本以上であれば任意である。

【0074】

すなわち、ヒータは、直列に接続された３本の黒鉛管を含み、真ん中の黒鉛管の電気抵抗が最も高くなるように配置されていれば良い。換言すれば、ヒータは、第１黒鉛管と、一方の端面が第１黒鉛管の一方の端面に接するように配置され、第１黒鉛管の電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する第２黒鉛管と、一方の端面が第２黒鉛管の他方の端面に接するように配置され、第２黒鉛管の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する第３黒鉛管とを含んでいれば良い。

【0075】

上記の実施形態では、ヒータ２０が、炉芯管の役割を兼ねている場合を説明した。しかし熱処理装置１は、ヒータ２０とは別に炉芯管を備えていても良い。

【0076】

上記の実施形態では、熱処理装置１が、チャンバ６０、７０を備えている場合を説明した。しかし、熱処理装置１は、チャンバ６０、７０のいずれか又は両方を備えず、トラフ３０の入口側、又はトラフ４０の出口側にシャッタを備える構成としても良い。また、コンベア６２、７２はなくても良い。あるいは、コンベア６２、７２に代えて、スロープ等が形成されていても良い。

【符号の説明】

【0077】

１ 熱処理装置
１０ ルツボ
１１ 容器
１２ フタ
２０ ヒータ
２１Ａ、２１Ｂ、・・・、２１Ｆ 黒鉛管
２２ 接続リング
３０、４０ トラフ
３０ａ、４０ａ ガス導入口
３１、４１ 電極
５０ 炉壁
５１ 断熱材
５２ 測温筒
５３ 放射温度計
５４ ガス排気筒
６０、７０ チャンバ
６３ 押込装置
８０ 温度制御装置
８５ 電源装置

【要約】

【課題】温度分布を再現性良く制御することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１は、筒状のヒータ２０と、ヒータ２０の両端に電気的に接続された電極３１、４１とを備る。ヒータ２０は、第１黒鉛管２１Ｂと、一方の端面が第１黒鉛管２１Ｂの一方の端面に接するように配置され、第１黒鉛管２１Ｂの電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する第２黒鉛管２１Ｃと、一方の端面が第２黒鉛管２１Ｃの他方の端面に接するように配置され、第２黒鉛管２１Ｃの電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する第３黒鉛管２１Ｄとを含む。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】