特許 6696959 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(B2)

(11)【特許番号】6696959

(24)【登録日】2020年4月27日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   F27B 17/00 20060101AFI20200511BHJP

   F27D 7/06 20060101ALI20200511BHJP

   F27D 19/00 20060101ALI20200511BHJP

【ＦＩ】

   F27B17/00 B

   F27D7/06 A

   F27D19/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-242069(P2017-242069)

(22)【出願日】2017年12月18日

(65)【公開番号】特開2019-109014(P2019-109014A)

(43)【公開日】2019年7月4日

【審査請求日】2019年6月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100118625

【弁理士】

【氏名又は名称】大畠 康

(74)【代理人】

【識別番号】100144200

【弁理士】

【氏名又は名称】奥西 祐之

(74)【代理人】

【識別番号】100183276

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 裕三

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 佑壮

(72)【発明者】

【氏名】沼田 照彦

【審査官】 河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−３３１５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−０４８５９７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−０４２８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５９５４８３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１０−００４９７８２（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０１３２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０００５９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−０１３８６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｂ １７／００

Ｆ２７Ｄ ７／０６

Ｆ２７Ｄ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを加熱して焼成する熱処理装置であって、
ワークを加熱する加熱室と、
前記加熱室に接続されて下方に延びる中継室と、
前記中継室の下方側に接続された冷却室と、
前記加熱室と前記中継室の接続箇所における開口を開く開放位置と、前記開口を閉じる閉塞位置の間を移動可能な弁体と、
前記加熱室を加熱する加熱室用ヒータと、
前記中継室を加熱する中継室用ヒータと、
前記冷却室に接続された真空ポンプと、
前記熱処理装置の運転を制御する制御部とを備え、
前記冷却室には、前記中継室の下方側端部に対向するように上面が向けられた不純物回収プレートと、前記不純物回収プレートの下面に接触して冷却能を有する冷却プレートが設けられており、
前記制御部は、前記加熱室に前記ワークを配置し、前記弁体を前記開放位置に配置した状態で、前記加熱室用ヒータおよび前記中継室用ヒータを運転して前記加熱室および前記中継室を加熱することで、前記ワークに含まれる不純物を気化させて前記中継室を介して前記冷却室に送る第１の加熱ステップと、前記第１の加熱ステップの後、前記弁体を前記閉塞位置に配置した状態で、少なくとも前記加熱室用ヒータを運転して前記加熱室を加熱することで、前記加熱室内の前記ワークを加熱して焼成する第２の加熱ステップを実行するように制御する、熱処理装置。

【請求項2】

前記冷却プレートを、前記不純物回収プレートの下面に接触する接触位置と、前記下面から退避した退避位置の間で上下動可能とし、
前記制御部は、前記第１の加熱ステップでは、前記冷却プレートを前記接触位置に配置し、前記第２の加熱ステップでは、前記冷却プレートを前記退避位置に配置する、請求項１に記載の熱処理装置。

【請求項3】

前記中継室の前記下方側端部は、前記冷却室の前記不純物回収プレートに向かって下方に突出した筒状の筒状部であり、
前記不純物回収プレートの上面には、前記筒状部の外周を外側から間隔を空けて囲む補助プレートが設けられている、請求項１又は２に記載の熱処理装置。

【請求項4】

前記中継室は、前記加熱室の側方に接続されるとともに前記弁体が設けられた第１の空間と、前記第１の空間から下方に延びる第２の空間とを形成し、
前記中継室用ヒータは、前記第１の空間を加熱する第１のヒータと、前記第２の空間を加熱する第２のヒータとを備え、前記第２のヒータは、前記中継室の前記下方側端部の端面よりも上方に配置され、前記第２のヒータと前記中継室の前記下方側端部との間には、ヒータを備えていない区間が設けられる、請求項１から３のいずれか１つに記載の熱処理装置。

【請求項5】

前記真空ポンプを前記冷却室に接続する接続流路を開閉するバルブをさらに備え、
前記制御部は、前記第１の加熱ステップでは前記バルブを開き、前記第２の加熱ステップでは前記バルブを閉じるように制御する、請求項１から４のいずれか１つに記載の熱処理装置。

【請求項6】

前記開口の形状および前記開口を閉じる前記弁体の表面の形状は円形であり、前記開口に接続される前記中継室の流路断面は矩形である、請求項１から５のいずれか１つに記載の熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワークを加熱して焼成する熱処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、粉体などのワークを加熱して焼成する熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

粉体状のワークには金属成分が不純物として混ざっている。このような不純物は、ワークの焼成を行う前に除去することが望ましい。不純物を除去するために例えば、焼成前のワークを加熱して金属成分を気化させて冷却装置へ導いた後、固体化して回収する装置がある（例えば、特許文献２、３参照）。そのような装置の中には、気化した不純物を含むガスを真空熱処理装置の真空排気系へ導いて回収するものもある（例えば、特許文献４参照）。また、不純物が再利用可能な金属成分である場合は、回収効率が高い方が好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−０１５２４９号公報

【特許文献2】特開２０１０−１８０４６１号公報

【特許文献3】特開２０１３−１２７４５６号公報

【特許文献4】特開平１０−４３７０８号公報

【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、気化した不純物が冷却装置へ向かって流れる流路には温度勾配があるため、冷却装置に到達する前に流路途中の温度の低い箇所で不純物が析出して付着する場合がある。このような不純物は手作業で取り除く必要があり、回収効率が悪くなってしまう。このように、ワークに含まれる不純物を効率良く回収する点で未だ改善の余地があるといえる。

【0006】

本開示は、前記課題を解決するものであり、ワークに含まれる不純物を効率良く回収することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様の熱処理装置は、ワークを加熱して焼成する熱処理装置であって、ワークを加熱する加熱室と、前記加熱室に接続されて下方に延びる中継室と、前記中継室の下方側に接続された冷却室と、前記加熱室と前記中継室の接続箇所における開口を開く開放位置と、前記開口を閉じる閉塞位置の間を移動可能な弁体と、前記加熱室を加熱する加熱室用ヒータと、前記中継室を加熱する中継室用ヒータと、前記冷却室に接続された真空ポンプと、前記熱処理装置の運転を制御する制御部とを備え、前記冷却室には、前記中継室の下方側端部に対向するように上面が向けられた不純物回収プレートと、前記不純物回収プレートの下面に接触して冷却能を有する冷却プレートが設けられており、前記制御部は、前記加熱室に前記ワークを配置し、前記弁体を前記開放位置に配置した状態で、前記加熱室用ヒータおよび前記中継室用ヒータを運転して前記加熱室および前記中継室を加熱することで、前記ワークに含まれる不純物を気化させて前記中継室を介して前記冷却室に送る第１の加熱ステップと、前記第１の加熱ステップの後、前記弁体を前記閉塞位置に配置した状態で、少なくとも前記加熱室用ヒータを運転して前記加熱室を加熱することで、前記加熱室内の前記ワークを加熱して焼成する第２の加熱ステップを実行するように制御する。

【0008】

前記構成によれば、第１の加熱ステップで気化させた不純物を、冷却プレートによって冷却された不純物回収プレートの上面に析出させることができる。これにより、ワークを焼成する運転を行いながら、不純物を効率良く回収することができる。

【0009】

前記熱処理装置において、前記冷却プレートを、前記不純物回収プレートの下面に接触する接触位置と、前記下面から退避した退避位置の間で上下動可能とし、前記制御部は、前記第１の加熱ステップでは、前記冷却プレートを前記接触位置に配置し、前記第２の加熱ステップでは、前記冷却プレートを前記退避位置に配置してもよい。これにより、不純物をより効率良く回収することができる。

【0010】

前記熱処理装置において、前記中継室の前記下方側端部は、前記冷却室の前記不純物回収プレートに向かって下方に突出した筒状の筒状部であり、前記不純物回収プレートの上面には、前記筒状部の外周を外側から間隔を空けて囲む補助プレートが設けられていてもよい。これにより、気化した不純物を不純物回収プレートの上面およびその周辺に析出させやすくなり、不純物をより効率良く回収することができる。

【0011】

前記熱処理装置において、前記中継室は、前記加熱室の側方に接続されるとともに前記弁体が設けられた第１の空間と、前記第１の空間から下方に延びる第２の空間とを形成し、前記中継室用ヒータは、前記第１の空間を加熱する第１のヒータと、前記第２の空間を加熱する第２のヒータとを備え、前記第２のヒータは、前記中継室の前記下方側端部の端面よりも上方に配置され、前記第２のヒータと前記中継室の前記下方側端部との間には、ヒータを備えていない区間が設けられてもよい。このように、第１の空間と第２の空間のそれぞれにヒータを設けることで、不純物の気化状態を長く維持することができ、不純物をより効率良く回収することができる。一方で、第２のヒータと中継室の下方側端部の間にヒータを備えていない区間を設けることで、第２のヒータの輻射熱で不純物回収プレートを昇温させることが少なくなり、不純物回収プレートによる不純物の捕捉機能を維持することができる。

【0012】

前記熱処理装置において、前記不純物回収プレートは、前記冷却室に着脱自在に設けられてもよい。これにより、不純物回収プレートを取り外すことで、不純物回収プレートに付着した不純物を簡単に取り除くことができる。

【0013】

前記熱処理装置において、前記冷却室に接続された真空ポンプと、前記真空ポンプを前記冷却室に接続する接続流路を開閉するバルブとをさらに備え、前記制御部は、前記第１の加熱ステップでは前記バルブを開き、前記第２の加熱ステップでは前記バルブを閉じるように制御してもよい。これにより、第１の加熱ステップを減圧又は真空下で行うことで、ワークに含まれる不純物をより低い温度で気化させることができ、ヒータの使用量を低く抑えることができる。

【0014】

前記熱処理装置において、前記開口の形状および前記開口を閉じる前記弁体の表面の形状は円形であり、前記開口に接続される前記中継室の流路断面は矩形であってもよい。これにより、気化した不純物が通る経路を大きくすることができるため、不純物回収プレートへ不純物を誘導しやすくすることができる。

【発明の効果】

【0015】

本開示の熱処理装置によれば、ワークに含まれる不純物を効率良く回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態における熱処理装置の概略構成を示す縦断面図

【図2A】図１のＸ−Ｘ方向から見た概略図

【図2B】弁体と開口を斜め方向から見た概略図

【図3】不純物回収機構を設けた冷却室の拡大図

【図4】実施形態の加熱処理方法を示すフローチャート

【図5A】実施形態の加熱処理方法を説明するための概略縦断面図

【図5B】実施形態の加熱処理方法を説明するための概略縦断面図

【図5C】実施形態の加熱処理方法を説明するための概略縦断面図

【図5D】実施形態の加熱処理方法を説明するための概略縦断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示に係る熱処理装置およびそれを用いた熱処理方法の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本開示に含まれる。

【0018】

（実施形態）
図１は、実施形態における熱処理装置２の概略構成を示す縦断面図である。

【0019】

図１に示す熱処理装置２は、被処理物であるワークＰを加熱して焼成する装置である。ワークＰは例えば、黒鉛などの粉体であるが、これに限定されない。

【0020】

図１に示す熱処理装置２は、第１の炉体４と、扉６と、第２の炉体８と、制御部９とを備える。

【0021】

第１の炉体４は、その内部空間に加熱室１０と中継室１２を形成する炉体である。

【0022】

加熱室１０は、被処理物であるワークＰを加熱して焼成するための空間である。加熱室１０の入口部分には扉６が取り付けられている。扉６の開閉によって、ワークＰを加熱室１０に搬出入するとともに、加熱室１０を密閉することができる。

【0023】

図１に示すように、加熱室１０の周囲の壁部には、加熱室用ヒータ１４が内蔵されている。加熱室用ヒータ１４は、加熱室１０の温度を例えば約２４００度まで加熱することができる。

【0024】

後述するように、加熱室１０では、第１の加熱ステップおよび第２の加熱ステップという２段階の加熱処理が行われる。

【0025】

本実施形態の熱処理装置２によれば、第１の加熱ステップでは、加熱室１０内のワークＰを第１の加熱温度（例えば１２００度）まで加熱することにより、ワークＰに含まれる不純物（例えば金属成分）を気化させる。気化した不純物は、後述する真空ポンプ３６の吸引力によって、中継室１２を介して第２の炉体８内の冷却室２４に送られる。第１の加熱ステップの後に行われる第２の加熱ステップでは、第１の加熱温度よりも高い第２の加熱温度（例えば２４００度）まで加熱することにより、ワークＰが焼成される。これにより、所望の物性を有するワークＰが生成される。

【0026】

中継室１２は、加熱室１０の下流側に接続された部分である。中継室１２は、第２の炉体８に接続されている。

【0027】

中継室１２には、上流側から順に、第１の空間１２Ａと、第２の空間１２Ｂとが形成されている。第１の空間１２Ａは、加熱室１０から側方に延びる空間である。第２の空間１２Ｂは、第１の空間１２Ａから下方に延びる空間である。図１では、第２の空間１２Ｂの領域を点線で仕切って示している。

【0028】

中継室１２の周囲の壁部には中継室用ヒータ１６が内蔵されている。中継室ヒータ１６は、中継室１２の温度を例えば約１２００度まで加熱することができる。

【0029】

中継室ヒータ１６は、第１のヒータ１６Ａと、第２のヒータ１６Ｂとを備える。第１のヒータ１６Ａは、第１の空間１２Ａを加熱するヒータであり、第２のヒータ１６Ｂは、第２の空間１２Ｂを加熱するヒータである。第２のヒータ１６Ｂは、中継室１２の下方側端部１３の端面１５には到達せず、端面１５よりも上方に配置されている。

【0030】

中継室１２の第１の空間１２Ａには、弁体１８が設けられている。弁体１８は、加熱室１０と中継室１２の接続箇所である開口２０を開閉する部材である。弁体１８は、駆動軸２１を介してシリンダー２２に接続されている。弁体１８は、シリンダー２２の駆動によって水平方向にスライド移動可能に設けられており、開口２０を開く開放位置と、開口２０を閉じる閉塞位置の間で移動可能である。図１では、弁体１８が開放位置にある状態を実線で示し、閉塞位置にある状態を二点鎖線で示している。

【0031】

弁体１８と開口２０の関係について、図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、図１におけるＸ−Ｘ方向から見た概略図であり、図２Ｂは、弁体１８と開口２０を斜め方向から見た概略図である。図２Ａ、図２Ｂに示すように、開口２０の周囲における流路断面Ａは矩形状に構成されている。これに対して、開口２０を閉じる弁体１８の表面形状（外形断面）は円形に形成されている。このような構成によれば、開口２０を介して加熱室１０から中継室１２に入ってくる気化状態の不純物の流路面積を広くとることができ、不純物の回収効率が向上する。

【0032】

図１に戻ると、第２の炉体８は、第１の炉体４の下方側に接続された炉体である。第２の炉体８は、その内部空間に冷却室２４を形成する。冷却室２４は、第１の炉体４から送られてくる気化状態の不純物を冷却するための空間である。

【0033】

冷却室２４には、気化状態の不純物を冷却して回収するための構成として、不純物回収機構２６が設けられている。不純物回収機構２６は、不純物回収プレート２８と、冷却プレート３０と、補助プレート３２と、封止用炉体３４とを備える。

【0034】

不純物回収機構２６の構成について図３を用いて説明する。図３は、不純物回収機構２６を設けた冷却室２４の拡大図である。

【0035】

不純物回収プレート２８は、第２の空間１２Ｂから流れてくる気化状態の不純物を冷却して凝固させて回収するプレートである。不純物回収プレート２８は、上面２８Ａと、下面２８Ｂとを有する。上面２８Ａは、中継室１２の下方側端部１３に対向するように上方を向いて配置される。下面２８Ｂは、不純物回収プレート２８の下方に設けた冷却プレート３０に対向するように下方を向いて配置される。

【0036】

冷却プレート３０は、不純物回収プレート２８に接触して不純物回収プレート２８を冷却するためのプレートである。冷却プレート３０は、不純物回収プレート２８を冷却する冷却能を有し、例えば内部に冷却水を通した水配管４２を設けたプレートで構成される。冷却プレート３０は、昇降式の支柱４１で支持され、図示しない駆動源によって上下動可能に構成されている。冷却プレート３０は、不純物回収プレート２８に接触して不純物回収プレート２８を冷却する接触位置（冷却位置）と、不純物回収プレート２８から下方に退避して不純物回収プレート２８に接触しない非接触位置（退避位置）の間で上下動可能である。図１では、冷却プレート３０が接触位置にある状態を実線で示し、非接触位置にある状態を二点鎖線で示している。

【0037】

補助プレート３２は、不純物回収プレート２８の上面２８Ａに立設されたプレートである。補助プレート３２は、前述した中継室１２の下流側端部１３の外周を外側から間隔を空けて囲む筒状のプレートである。補助プレート３２の上端３５の高さ位置は、中継室１２の下方側端部１３の端面１５の高さ位置よりも高く設定されている。このような高さ設定により、不純物回収プレート２８の近傍における流路面積を小さくすることができ、気化状態の不純物が冷却面（下方側端部１３、不純物回収プレート２８、補助プレート３２）に接触する確率が増える。これにより、冷却面に不純物が析出しやすくなり、回収効率が向上する。

【0038】

封止用炉体３４は、不純物回収プレート２８、冷却プレート３０および補助プレート３２などを設置した冷却室２４を封止するための炉体である。封止用炉体３４は、第２の炉体８の下方側に接続されて冷却室２４を封止する。

【0039】

前述した不純物回収プレート２８を含む不純物回収機構２６は、第２の炉体８に対して着脱可能に構成されている。具体的には、不純物回収プレート２８などと共に封止用炉体３４を第２の炉体８に接続して取り付けることができ、かつ、フランジ部４４で切り離し、それらを一体的に下方へ移動させることにより、第２の炉体８から取り外すことができる。不純物回収機構２６を第２の炉体８から取り外すことで、不純物回収プレート２８および補助プレート３２に付着した不純物Ｄを熱処理装置２から取り除いて回収することができる。不純物回収機構２６を用いた不純物Ｄの詳細な回収方法は後述する。

【0040】

第２の炉体８には、真空ポンプ３６が接続されている。真空ポンプ３６は、第２の炉体８および第１の炉体４の内部空間を減圧状態あるいは真空状態にするためのポンプである。真空ポンプ３６は、その吸引力によって、ワークＰから気化した不純物を含んだ加熱室１０内の気体を冷却室２４へ導く流れを作り出す。真空ポンプ３６と第２の炉体８は接続流路３８によって接続されている。接続流路３８の途中にはバルブ４０が設けられている。バルブ４０は接続流路３８を開閉するためのバルブである。バルブ４０の開閉によって、第１の炉体４および第２の炉体８の内部空間の圧力状態、吸引力、および減圧時間を調整することができる。

【0041】

図１に示した制御部９は、熱処理装置２の運転を制御する部材である。制御部９は、上述した熱処理装置２の各構成要素に電気的に接続されており、各構成要素の運転を制御可能である。制御部９は例えばマイクロコンピュータなどにより構成される。

【0042】

このように構成される熱処理装置２を運転した場合の加熱処理のフローの例について、図４および図５Ａ―図５Ｄを用いて説明する。図４は、実施形態の加熱処理方法を示すフローチャートであり、図５Ａ−５Ｄは、実施形態の加熱処理方法を説明するための概略縦断面図である。

【0043】

図４に示すように、まず、第１の加熱ステップを行う（ステップＳ１）。第１の加熱ステップは、制御部９が熱処理装置２の各構成部材を制御することで、被処理物であるワークＰに含まれる金属成分などの不純物を気化させてワークＰから取り除くステップである（不純物除去ステップ）。

【0044】

具体的には、図５Ａに示すように、加熱室１０に常温のワークＰを配置する。この状態で、弁体１８を開口２０を開く開放位置へ移動させて、加熱室１０と中継室１２を連通させる。さらに、不純物回収機構２６の冷却プレート３０を不純物回収プレート２８の下面２８Ｂに接触させる接触位置に移動させる。これにより、不純物回収プレート２８の温度を低下させて不純物を補足させやすい冷却状態とする。さらに、バルブ４０を開くことにより、加熱室１０および中継室１２を真空状態に近い減圧状態とする。このような状態で、加熱室用ヒータ１４および中継室用ヒータ１６を運転させて、中継室１０および中継室１２の温度を予め設定した第１の加熱温度（例えば１２００度）まで上昇させて加熱する。

【0045】

加熱室１０内のワークＰを第１の加熱温度まで加熱することにより、ワークＰに混入している不純物が気化する（図示省略）。加熱室１０は真空状態に近い減圧状態であるため、常圧の場合に比べて不純物が気化する蒸発温度が低くなっている。よって、不純物をより低い温度で気化させることができ、加熱室用ヒータ１４の使用量を低減することができる。

【0046】

気化した不純物は開口２０を通り、中継室１２に入る。中継室１２も中継室用ヒータ１６によって加熱されているため、気化状態の不純物の温度を所定温度以上に保ち、気化状態を維持することができる。

【0047】

気化状態の不純物はその後、第１の空間１２Ａから第２の空間１２Ｂに入る。第２の空間１２Ｂに入った気化状態の不純物はさらに冷却室２４に向かって下方へ進む。

【0048】

中継室１２の下方側端部１３に対向する位置に設けられた不純物回収プレート２８は、冷却プレート３０によって冷却された状態にあり、温度が低くなっている（例えば７００度）。中継室１２から下方に向かって流れてくる気化状態の不純物は不純物回収プレート２８の上面２８Ａに接触して冷却される。これにより、液体状又は固体状の不純物Ｄ１として析出する。不純物回収プレート２８の上面２８Ａに析出させることで、不純物Ｄ１を後で回収することができる。

【0049】

ここで、不純物回収プレート２８の温度が低くなっていることにより、不純物回収プレート２８の周囲の温度も同様に低くなっている。図５Ａに示す構成では、不純物回収プレート２８の近傍には中継室１２の下方側端部１３（ヒータを備えていない区間Ａ）および補助プレート３２があり、温度が特に低くなっている。図５Ａに示すように、中継室１２の下方側端部１３の壁面にも不純物Ｄ２が析出している。このような不純物Ｄ２は第１の炉体４の内壁に付着しており、不純物回収機構２６のように着脱して取り除くことができない。よって、熱処理装置２の運転を止めた状態で作業員が手作業で取り除く等、手間がかかる場合がある。

【0050】

熱処理装置２の制御部９は、次に、第２の加熱ステップを行う（ステップＳ２）。第２の加熱ステップは、制御部９が熱処理装置２の各構成部材を制御することで、第１の加熱ステップで加熱したワークＰをさらに加熱することによりワークＰを焼成するステップである（焼成ステップ）。

【0051】

具体的には、図５Ｂに示すように、開放位置にあった弁体１８を、開口２０を閉じる閉塞位置へ移動させる。これにより、加熱室１０を中継室１２に対して密閉させる。さらに、不純物回収機構２６の冷却プレート３０を接触位置から退避位置に下降させる。これにより、冷却プレート３０による不純物回収プレート２８の冷却を行わず、不純物回収プレート２８の温度を上昇させる。さらに、バルブ４０を閉じ、中継室１２に備えた大気開閉弁およびガス導入弁（ともに図示せず）を開くことにより中継室１２を常圧の雰囲気状態とする。このような状態で、加熱室用ヒータ１４および中継室用ヒータ１６を運転し、加熱室１０および中継室１２の温度を第１の加熱温度よりも高い第２の加熱温度（例えば２４００度）まで上昇させる。

【0052】

加熱室１０を第２の加熱温度まで上昇させることにより、加熱室１０内のワークＰを焼成させることができる。焼成したワークＰはその後、扉６を開いて、熱処理装置２の外部に搬出される。

【0053】

冷却室２４においては、冷却プレート３０が退避して不純物回収プレート２８が冷却されていないため、不純物回収プレート２８に近い中継室１２の下方側端部１３の温度が上昇する。これより、下方側端部１３に付着した不純物Ｄ２の温度が上昇する。不純物Ｄ２は液体状又は固体状であるが、不純物Ｄ２の温度が上昇して融点以上となることにより融解する。これにより不純物Ｄ２の大部分は液状となり流動性が増すため、図５Ｂに示すように重力によって下方に落下する。落下した不純物Ｄ２は不純物回収プレート２８に受けられて、不純物回収プレート２８に既に補足されている不純物Ｄ１と混ざる。このとき、冷却プレート３０を不純物回収プレート２８から離す距離および中継室用ヒータ１６の出力を調節して、冷却面の温度が不純物Ｄを再び気化させないような温度にするのが好ましい。

【0054】

第２の加熱ステップを継続して行うと、図５Ｃに示すように、中継室１２の下方側端部１３から不純物Ｄ２のほとんどを取り除き、不純物回収プレート２８に不純物Ｄ３として補足することができる。

【0055】

次に、回収ステップを行う（ステップＳ３）。具体的には、図５Ｄに示すように、フランジ部４４を切り離し、着脱自在に設けられた不純物回収機構２６を第２の炉体８から取り外す。これにより、不純物回収機構２６を熱処理装置２の外部に置き、不純物回収プレート２８に補足した不純物Ｄ３を回収することができる。なお、不純物回収プレート２８は封止用炉体３４に設けた図示しない支柱によって下方から支持された状態にある。

【0056】

上述したように、本実施形態の熱処理装置２は、不純物除去ステップである第１の加熱ステップと、焼成ステップである第２の加熱ステップを行う。第１の加熱ステップでは、冷却プレート３０を不純物回収プレート２８に接触させることで、不純物回収プレート２８およびその周辺の温度が下がる。これにより、気化した不純物を不純物回収プレート２８の上面２８Ａおよびその周辺に析出させることができる。さらに第２の加熱ステップでは、冷却プレート３０を不純物回収プレート２８から退避させることで、不純物回収プレート２８およびその周辺の温度が上がる。これにより、不純物回収プレート２８以外の部分に付着した不純物を溶解させることができる。特に中継室１２の下方側端部１３の壁面に付着した不純物Ｄ２を溶解して下方に落とすことができ、不純物回収プレート２８に回収することができる。このようにして不純物Ｄ３を効率良く回収することができる。

【0057】

また本実施形態では、不純物回収プレート２８の上面２８Ａに、中継室１２の下方側端部１３の外周を外側から間隔を空けて囲む補助プレート３２を設けている。このような補助プレート３２を設けることで、補助プレート３２と中継室１２の下方側端部１３の間に気化状態の不純物が通る狭い経路を形成することができる。これにより、補助プレート３２および中継室１２の下方側端部１３に不純物を析出させやすくなる。中継室１２の下方側端部１３およびその周辺に付着した不純物Ｄ２は第２の加熱ステップで溶解させて不純物回収プレート２８上に回収できる。このようにして、不純物Ｄ３を効率良く回収することができる。

【0058】

また本実施形態では、中継室用ヒータ１６は、第１のヒータ１６Ａと、第２のヒータ１６Ｂとを備え、第２のヒータ１６Ｂは、中継室１２の下方側端部１３の端面１５よりも上方に配置されている。このように、第１のヒータ１６Ａと第２のヒータ１６Ｂを設け、中継室１２の全体にヒータを配置したことで、中継室１２全体を均一に加熱することができ、不純物の気化状態を維持することができる。また、第１の空間１２Ａと第２の空間１２Ｂを別の温度に制御することもできる。また第２のヒータ１６Ｂを中継室１２の下方側端部１３の端面１５よりも上方に配置することで、冷却室２４に近くて冷却されやすい下方側端部１３の温度が第１の加熱ステップで過剰に高くなることを防ぐことができ、不純物を析出させやすくなる。析出した不純物Ｄ２は第２の加熱ステップで溶かして、不純物回収プレート２８で回収することができる。

【0059】

また本実施形態では、不純物回収プレート２８は、冷却室２４に着脱自在に設けられている。これにより、不純物回収プレート２８を取り外すことで、不純物回収プレート２８に付着した不純物Ｄ３を熱処理装置２の外部に取り除くことができる。このため、不純物Ｄ３を効率良く回収することができる。

【0060】

また本実施形態では、第１の加熱ステップではバルブ４０を開き、第２の加熱ステップではバルブ４０を閉じるように制御している。これにより、第１の加熱ステップを減圧又は真空下で行うことで、ワークＰに含まれる不純物をより低い温度で気化させることができる。このため、加熱室用ヒータ１４の使用量を低く抑えることができる。

【0061】

また本実施形態では、加熱室１０と中継室１２の接続箇所である開口２０の形状および開口２０を閉じる弁体１８の表面の形状は円形であり、開口２０に接続される中継室１２の流路断面Ａは矩形である。このような構成によれば、加熱室１０内の気体が真空ポンプ３６に導かれる経路を大きくすることができる。これより、第１の加熱ステップで、多くの不純物を冷却面に導くことができ、不純物の回収効率が向上する。また、加熱室１０内の気体がスムーズに真空ポンプ３６で排気でき、加熱室１０内が減圧されやすくなり、不純物をより低温で気化させることができる。

【0062】

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本開示は、ワークを加熱して焼成する熱処理装置であれば適用可能である。

【符号の説明】

【0064】

２ 熱処理装置
４ 第１の炉体
６ 扉
８ 第２の炉体
９ 制御部
１０ 加熱室
１２ 中継室
１２Ａ 第１の空間
１２Ｂ 第２の空間
１３ 下方側端部
１４ 加熱室用ヒータ
１５ 端面
１６ 中継室用ヒータ
１６Ａ 第１のヒータ
１６Ｂ 第２のヒータ
１８ 弁体
２０ 開口
２１ 駆動軸
２２ シリンダー
２４ 冷却室
２６ 不純物回収機構
２８ 不純物回収プレート
２８Ａ 上面
２８Ｂ 下面
３０ 冷却プレート
３２ 補助プレート
３４ 封止用炉体
３５ 上端
３６ 真空ポンプ
３８ 接続流路
４０ バルブ
４１ 昇降柱
４２ 水配管
４４ フランジ部
Ａ ヒータを備えていない区間
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 不純物
Ｐ ワーク

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】