JP5877358B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、炉体内部を搬送される被処理物への雰囲気ガスの供給を伴った熱処理を行う熱処理装置に関するものである。

従来から、被処理物への雰囲気ガスの供給を伴った熱処理は広く行われている。例えば、液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、または太陽電池パネル等のガラス基板に、ペーストを塗布して乾燥または焼成させる熱処理、セラミックコンデンサに代表される電子部品等を焼成させる熱処理、あるいは化学反応を伴う合成または粒子の成長等を目的として、金属材料または無機材料で構成される粉体を、焼成させる熱処理などがある。

少量の被処理物を実験室規模で熱処理する装置として、バッチ式の小型炉が広く用いられている。一方、大量の被処理物を連続的に熱処理する装置として、連続搬送式の大型炉が広く用いられている。連続搬送式の装置は、被処理物の搬送方法によっていくつかに分類される。

被処理物はそのまま搬送媒体に載置されて直接搬送される場合もあり、あるいは板状または箱型の積載部材に積載されて搬送される場合も多い。例えば、被処理物がガラス基板等である場合、基板の割れやキズを防止するためガラスと同程度の硬度を持つ板状の積載部材が広く用いられる。被処理物が粉体である場合、炉の構成部材への粉体の付着を防止しつつ、流動性の高い粉体の積載量（即ち、１度に熱処理される粉体の量）をある程度確保するために、箱型の積載部材が広く用いられる。被処理物および積載部材の搬送媒体としては、油圧プッシャー（プッシャー炉）、セラミックローラのコンベヤ（ローラハース炉）、金属メッシュベルトのコンベヤ（メッシュベルト炉）などが用いられる。

被処理物の熱処理を連続的に行う際には、化学反応をはじめとする所望の熱処理に必要な雰囲気ガスを被処理物に連続的に供給する場合が多い。被処理物に雰囲気ガスを供給する上で大きな問題となるのは、被処理物への熱のかかり具合および反応に必要な雰囲気ガスとの接触の具合が場所によって異なり、そのことが場所ごとに熱処理状態の差異、すなわち熱処理ムラを招くことである。一般に、過度の熱処理ムラは、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劣化を引き起こすため、熱処理ムラを抑制することが強く求められている。

雰囲気ガスは、多くの場合において、炉外では常温の状態であり、炉内に導入される途中経路で炉内温度（即ち、加熱された炉体または炉内に存在する部材・発熱体等から伝熱される熱）によって加熱された後に、被処理物に供給される。したがって、雰囲気ガスが途中経路で充分に加熱されず、低い温度の雰囲気ガスとして被処理物に供給されると、被処理物に温度ムラを生じさせ、このことは大きな熱処理ムラの要因となる。

従来の、熱処理ムラの抑制を目的とする雰囲気ガスの供給方法としては、炉の天井から導入したガスを炉内の上部空間に滞留させて予熱してから、穴明き板を介して被処理物に供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は前記特許文献１に記載された従来の熱処理装置の構成を示す断面図であり、被処理物１が積載された積載部材２の搬送方向（図７の紙面に対して垂直な方向）に垂直な面で炉体３を切断した断面を示している。被処理物１が積載された積載部材２は、搬送ローラ４によって炉内を搬送されながら熱処理される。

図７に示すように、炉体３の内部において搬送ローラ４の上部空間には、多数のガス流通孔が全面にわたり形成された穴明き天井板５が水平に配置されており、搬送ローラ４の上部空間を穴明き天井板５より上方の天井室６と、穴明き天井板５より下方の炉室７とに区画している。炉体３の天井壁を貫通してガス供給管８が設けられており、その下端が天井室６に連通させてある。この構成により、雰囲気ガスは一旦この天井室６に滞留し、炉内温度によって予熱されたうえで、穴明き天井板５のガス流通孔を介して炉室７内に供給される。特許文献１には、予熱により、雰囲気ガスが被処理物１に接触する際の場所ごとの温度ムラを軽減し、熱処理ムラを抑制する効果が説明されている。

特開２０１０−２２３５６３号公報

しかしながら、前記従来の構成においては、炉内にガスを予熱するためのスペースを設ける必要があるため、炉内容積を増大させる必要がある。このことは、炉体３の大型化を招き、ひいては設備コストを増大させる。また、炉内容積が増大すると、それに相当する量の雰囲気ガスが必要となり、雰囲気ガスの購入または雰囲気ガスの生成に要するコスト、および雰囲気ガスを炉内で加熱するためのエネルギーコストも増大する。このように、特許文献１に記載の構成は、経済的な面でなお改善の余地を有している。

炉内にガスを予熱するためのスペースを設けずに雰囲気ガスの予熱を行う方法の一つとして、炉内の温度分布を制御するために通常炉内に設けられている熱源とは別の熱源を、炉外に設け、ガスを炉内に導入する前に加熱する方法がある。しかしながら、そのような方法においては、炉外に熱源とその制御装置などを設けるために、追加のスペースと費用とが必要である。また当該熱処理に用いている温度が高ければ高いほど、ガスを炉外で所定の温度まで予熱するのは困難になる上、炉外に追加した熱源から周囲に熱が放散し、結果的にエネルギーコストが大幅に増大してしまう。

上記のような問題から、従来の熱処理装置においては、余分なスペースおよび追加の熱源を要することなく雰囲気ガスを予熱することが困難である、という課題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑み、余分なスペースおよび追加の熱源を要することなく、雰囲気ガスを予熱してから炉内に噴出して、被処理物に接触するガスの温度を均一化し、熱処理ムラの抑制を実現できる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の熱処理装置は、
炉体を構成する壁に囲まれた空間（以下、「炉体内部」とも呼ぶ）において被処理物への雰囲気ガスの供給を伴う熱処理を実施する熱処理装置であって、
前記炉体内部の温度分布を制御する加熱器と、
第１ガス噴出方向に沿って雰囲気ガスを噴出する第１ガス噴出口が設けられた第１ガス供給管と、
前記第１ガス供給管の外側に、第２ガス噴出方向に沿って雰囲気ガスを噴出する第２ガス噴出口が設けられた第２ガス供給管と
を備え、
前記第１ガス噴出口の輪郭を前記第２ガス供給管の内壁面に垂直投影したときの投影図が前記第２ガス噴出口と干渉せず、
雰囲気ガスは、炉体外部から前記第１ガス供給管の内部へ導入され、前記第１ガス供給管に設けられた第１ガス噴出口を介して前記第２ガス供給管の内部に噴出され、それから前記第２供給管に設けられた第２ガス噴出口から噴出されて、炉体内部の被処理物に供給される、
熱処理装置である。

本発明の熱処理装置によれば、余分なスペースおよび追加の熱源を要することなく雰囲気ガスを予熱した後、炉体内部に噴出して、被処理物に接触するガスの温度を均一化し、熱処理ムラの抑制を実現できる。

（ａ）本発明の実施の形態1における熱処理装置の搬送方向に垂直で、かつ搬送面に垂直な概略断面図（ｂ）本発明の実施の形態１における熱処理装置の搬送方向に平行で、かつ搬送面に垂直な概略断面図 本発明の実施の形態１における熱処理装置のブロック図 （ａ）本発明の実施の形態１における熱処理装置のガス供給管の一例を示す側断面図（ｂ）本発明の実施の形態１における熱処理装置のガス供給管の一例を示す、長手方向に垂直な断面図 （ａ）本発明の実施の形態１における熱処理装置のガス供給管を構成する部材の一つである内側管（第１ガス供給管）を示す斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１における熱処理装置のガス供給管を構成する部材の一つである外側管（第２ガス供給管）を示す斜視図（ｃ）本発明の実施の形態１における熱処理装置のガス供給管を構成する部材の一つであるブッシュを示す斜視図 本発明の実施の形態１における熱処理装置のガス供給機構の一構成例の概略を示す図 本発明の実施の形態２における熱処理装置の搬送方向に垂直で、かつ搬送面に垂直な概略断面図 特許文献１における従来の熱処理装置の搬送方向に垂直で、かつ搬送面に垂直な概略断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略している。

（実施の形態１）
図１（a）は、本発明の実施の形態１における熱処理装置１０の搬送方向に垂直で、かつ搬送面に垂直な概略断面図、図１（b）は、本発明の実施の形態１における熱処理装置１０の搬送方向に平行で、かつ搬送面に垂直な概略断面図である。ここで、「搬送方向」とは、被処理物１１が進行する方向であり、「搬送面」とは、被処理物（またはこれを積載した積載部材１２）が載置されている面である。一般に、「搬送面」は、熱処理装置１０の接地面と平行な面である。

（装置の全体構成について）
この熱処理装置１０は、被処理物１１と、積載部材１２と、炉体１３と、炉体１３の上壁として上部断熱壁１３aと、炉体１３の下壁として下部断熱壁１３bと、炉体１３の中の被処理物１１の搬送面に対して垂直であり、（図１(a)の紙面の左右に）対向するように設置された組の側壁として側部断熱壁１３cと、搬送ローラ１４と、ゾーン隔壁１５と、通過口１６と、上部ヒータ１７と、下部ヒータ１８と、ガス供給管１９と、ガス噴出口２０と、ガス排気管２１と、ガス吸込口２２とを含む。

なお、図１（a）と（b）中の符号で、Dcは積載部材１２の搬送方向、Dgはガス噴出方向、Fvは被処理物１１の表層面と同じ高さの仮想面、θは仮想面Ｆｖの垂線とガス噴出方向Ｄｇとがなす角度、hは仮想面Ｆｖとガス噴出口２０との間の距離、Hは炉体１３の鉛直方向の高さ、Lは炉体１３の搬送方向Ｄｃに沿った長さ、Wは炉体１３の搬送方向Ｄｃに直交し、かつ搬送面と平行な方向の寸法（横幅）をそれぞれ示しており、これらについては後述する。

（装置の動作について）
この熱処理装置１０は、粉体状の被処理物１１を積載した箱型の積載部材１２を炉体１３の内部で搬送し、この炉体１３の内部空間（この空間を本明細書において「炉体内部」または「炉内」と呼ぶこともある）で被処理物１１を熱処理する装置である。本実施の形態１では、図１（b）に示すように、水平方向（図１（b）の紙面左右方向）に沿って複数個設置された搬送ローラ１４の回転によって、積載部材１２が搬送方向に搬送される。すなわち、並置された複数個の搬送ローラ１４の上側の頂点を含む面が積載部材１２の搬送面となり、この搬送面において、積載部材１２は、図１（b）に矢印で示す搬送方向Ｄｃに沿って（図１（b）では紙面の左から右へ向かって、図１（a）では紙面の手前から奥に向かって）搬送される。

積載部材１２は図１（b）に示す搬送方向Ｄｃに沿って列をなして並べられており、それらを連続的に搬送することによって、積載部材１２に積載されている被処理物１１を連続的に熱処理することができる。積載部材１２は、積載部材１２同士の衝突を避けるために一定の間隔を空けて並べてよく、あるいは隙間なく並べてもよい。

（積載部材１２の搬送方法について）
図１（a）を用いて、積載部材１２の搬送方法について、さらに説明する。積載部材１２は図１（a）の紙面手前から奥に向かって搬送され、ここでは、搬送方向と直交する横方向（図１（a）の紙面左右方向）に３個の積載部材１２が並置されている場合を示している。このように横方向（搬送方向に垂直で、かつ搬送面と平行な方向）に３個の積載部材１２を並置して、それらを同時に搬送することで、横方向に並置された３個の積載部材１２に積載されている各被処理物１１を同時に熱処理することができる。前述したように、積載部材１２は搬送方向に沿っても列をなして並べられているので、ここでは３本の列をなす積載部材１２が同時に連続して搬送される。無論、横方向に並置する積載部材１２の個数はこれに限定されるものではない。横方向に並置する積載部材１２の数が増えるほど生産性が向上するが、装置の設置スペースが増大し、また、搬送の難易度、および横方向に均一な熱処理を行う難易度も高くなる。

図１（a）において横方向に３個並置された積載部材１２間の隙間は、それぞれ横方向において５０［mm］であり、また、積載部材１２と炉内壁面との隙間は、左右とも横方向において１５０［mm］である。無論、隙間の寸法はこれに限定されるものではないが、隙間を大きくするほど、装置の設置スペースが増大するので、適正な隙間を設定することが望ましい。

（炉体１３の断熱壁について）
続いて、炉体１３の断熱壁について説明する。図１（a）に示すように、炉体１３の上壁として上部断熱壁１３aが、炉体１３の下壁として下部断熱壁１３bが、炉体１３の横方向の寸法を規定する向かい合う側壁として側部断熱壁１３cが、それぞれ設けられている。

（熱処理装置１０のゾーン構成について）
続いて、熱処理装置１０のゾーン構成について説明する。熱処理装置１０の炉体１３においては、その内部空間（即ち、炉内）が、搬送方向Ｄｃに沿って複数の熱処理ゾーン（処理空間）に分割されている。各ゾーンにおいては、熱処理プロセスに応じた熱処理が行われる。図１（b）には、それらのうちの１つのゾーンの断面を示している。各ゾーンはゾーン隔壁１５で仕切られており、ゾーン隔壁１５には、被処理物１１と積載部材１２が通過可能な通過口１６が設けられている。

（炉体１３の寸法について）
本実施の形態１では、炉体１３の寸法は、搬送面に対して垂直な方向（以下の説明を含む本明細書において、「鉛直方向」とも呼ぶ）の寸法（即ち、高さ）Ｈを１０００［mm］、各ゾーンの搬送方向Ｄｃに沿った長さＬをそれぞれ１５００［mm］とする。また搬送方向Ｄｃに直交し、かつ搬送面と平行な方向（以下の説明を含む本明細書において、搬送面と平行な方向を「水平方向」とも呼び、搬送方向Ｄｃに直交し、かつ搬送面と平行な方向を「横方向」とも呼ぶ）の寸法、即ち、横幅Ｗを１８００［mm］とする。無論、寸法はこれに限定されるものではなく、被処理物１１の処理量に応じて適切に選択される。

（積載部材１２の形状について）
続いて、積載部材１２の形状について説明する。図１（a）および図１（b）に示すように、ここでは、積載部材１２として底面が正方形の箱型容器を用いる。無論、積載部材１２の形状は特に限定されるものではなく、例えば、底面が円形であり、上部が開いている円筒状の容器、およびフチのない板状のもの等を用いることもできる。但し、流動性の高い粉体の搬送において、フチのない板状の積載部材を用いると、１個の積載部材に積載可能な粉体の量が制限されて生産性が低下するため、フチのある箱型容器を使用することが望ましい。

また、本実施の形態１では、粉体状の被処理物１１を箱型の積載部材１２に積載して熱処理する例を示しているが、無論、被処理物１１および積載部材１２の形態はこれに限定されるものではない。例えば、被処理物はペーストを塗布したガラス基板で構成されるものであってよく、その場合には、被処理物を例えば板状の積載部材に積載して熱処理を実施する。そのような被処理物を熱処理するための装置にも、本発明は適用され得る。

（搬送ローラ１４について）
続いて、搬送ローラ１４について説明する。搬送ローラ１４の材質と太さは、被処理物１１を積載した積載部材１２の荷重に耐えうる強度を搬送ローラ１４が持つように、選定する。また、積載部材１２の落下が生じないように、搬送ローラ１４は積載部材１２の搬送方向Ｄｃの寸法よりも充分に短いピッチで並べる。搬送ローラ１４が太すぎる、または搬送ローラ１４を並べるピッチが小さすぎると、後述する搬送路より下に位置する下部ヒータ１８からの伝熱が搬送ローラ１４によって阻害されるため、適正なローラの太さとピッチを選択することが望ましい。無論、搬送方法は搬送ローラ１４の回転によって積載部材１２を搬送する方法に限定されるものではなく、例えばローラ上の積載部材１２を油圧プッシャーで押す方法や、メッシュベルトのコンベヤで搬送する方法などを用いることができる。それらの方法を採用する場合には、その方法に応じた搬送装置または搬送媒体を熱処理装置１０内に設ける。

（積載部材１２と搬送ローラ１４の材質について）
続いて、積載部材１２と搬送ローラ１４の材質について説明する。ここでは、積載部材１２と搬送ローラ１４の材質に、アルミナ質のセラミックスを用いる。無論、使用温度における耐熱性と強度を満足するものであれば、例えばジルコニア質のセラミックス、ならびにSUSおよびインコネルといった金属製のもの等を用いることもできる。但し、被処理物１１の腐食性が高い場合には、積載した被処理物１１および飛散した被処理物１１によって、積載部材１２および搬送ローラ１４の表面が腐食して剥離し、被処理物１１内に不純物として混入する恐れがある。そのため、積載部材１２および搬送ローラ１４の材質は耐食性を有することが望ましい。

（加熱器について）
続いて、炉体１３の内部の温度分布を熱処理プロセスに応じた温度分布に制御する加熱器について説明する。本実施の形態１では、加熱器として、積載部材１２の搬送路を挟んで上下方向に、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８をそれぞれ複数個ずつ設けている。詳しくは、図１(b)に示すゾーンにおいては、搬送ローラ１４の上方（上部断熱壁１３a側）に円筒状の上部ヒータ１７が搬送方向Ｄｃに沿って４個配置されており、同様に搬送ローラ１４の下方（下部断熱壁１３b側）に円筒状の下部ヒータ１８が搬送方向Ｄｃに沿って４個配置されている。また、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８は、その長手方向が横方向（図１（a）の紙面左右方向）と平行になるように配置されている。

このように、搬送ローラ１４の上方と下方にそれぞれヒータを配置することによって、片方にのみヒータを配置する場合に比べて被処理物１１および積載部材１２の上下方向（表面と裏面）での均熱性を向上することができる。なお、被処理物１１および積載部材１２の上下方向（表面と裏面）での均熱性をより向上させるには、上部ヒータ１７と下部ヒータ１８を、それらの各々と積載部材１２との間の鉛直方向（図１（b）の紙面上下方向)の距離が等しくなるようにそれぞれ配置するのが好ましい。

ここでは、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８として同形状のものを用いたが、上下の温度分布制御が複雑になることを考慮しさえすれば、異なる形状であってもよい。また、上部ヒータ１７と下部ヒータ１８は、例えば炉体１３を構成する上部断熱壁１３aおよび下部断熱壁１３bに埋め込んでもよい。ヒータを断熱壁に埋め込んだ場合は、熱効率は落ちるが、熱処理装置１０を小型化することが可能である。

また、ここでは、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８の種類として、円筒状のセラミック自体を発熱体とした電気式のヒータを用いるが、加熱器（上部ヒータ１７、下部ヒータ１８）の種類はこれに限定されるものではない。例えば、パネル型をした電気式のヒータ、オイル循環式もしくはガス燃焼式のヒータ、またはマイクロ波、電磁波、もしくはレーザー等を用いたヒータなど、種々のヒータを加熱器として用いることができる。

（熱処理装置１０の制御機構について）
図２は、本発明の実施の形態１における熱処理装置１０のブロック図である。
この熱処理装置１０の制御機構は、制御装置２３と、搬送コントローラ１４aと、搬送センサー１４ｂと、上部ヒータ用温度コントローラ１７aと、下部ヒータ用温度コントローラ１８aと、ガス供給源２４と、ガス流量調整部２５と、排気流量調整部２６とからなる。

（加熱器の制御機構について）
加熱器の制御機構について説明する。ここでは、上部ヒータ１７と下部ヒータ１８はそれぞれ上部ヒータ用温度コントローラ１７aと下部ヒータ用温度コントローラ１８aに接続されており、それらの温度コントローラは、上部ヒータ１７と下部ヒータ１８の出力、つまり温度を個別に制御する。

（熱処理装置１０のガス供給機構について）
続いて、熱処理装置１０のガス供給機構について説明する。被処理物１１に施す熱処理が化学反応を伴う場合は、所望の化学反応に必要な種類の雰囲気ガスを炉体１３の内部に供給する必要がある。また、化学反応を伴わなくても、蒸発ガスの発生を伴う熱処理（例えば、被処理物１１が含有する溶媒および水を蒸発させて、被処理物１１を乾燥させる処理）の場合は、蒸発ガスを含む炉内雰囲気を炉外に排出するガス排気機構が必要である。その場合、炉内の圧力バランスを保つためには、排気した流量と同程度の流量の雰囲気ガスを炉体１３の内部に供給する必要がある。本実施の形態１においては、被処理物１１には、化学反応と蒸発ガスの発生の両方を伴う熱処理を施すので、化学反応の促進と、炉内の圧力バランスの確保という２つの目的で雰囲気ガスの供給を行い、雰囲気ガスには酸素（O₂）を用いる。

この熱処理装置１０のガス供給機構は、炉体１３の内部へ炉体１３の外部から雰囲気ガスを供給する機構であり、具体的には、ガス供給管１９と、ガス供給管１９へ雰囲気ガスを供給するガス供給源２４と、ガス供給源２４からガス供給管１９へ供給される雰囲気ガスの流量を制御するガス流量調整部２５とからなる。ガス流量調整部２５には、例えばレギュレータ、ダンパー、ファン、フローメーター、またはマスフローコントローラ等を用いることができる。

（ガス供給管１９とガスの供給方法について）
続いて、ガス供給管１９とガスの供給方法について図１(a)(b)および図２を用いて、さらに説明する。ガス供給管１９は、所望の熱処理に必要な雰囲気ガスを炉体１３の内部へ供給するガス供給機構の一部であり、このガス供給管１９は、円筒状であり、横方向（図１（a）の紙面左右方向）において延び、側部断熱壁１３cを貫通する。図２に示すように、このガス供給管１９は、ガス供給機構の一部であるガス供給源２４に炉体１３の外部で接続している。また、ガス供給管１９には、炉体１３の外部において、ガス供給機構の一部であるガス流量調整部２５が介装されている。また、図１（b）に示すように、ガス供給管１９の炉体１３の内部における位置は、積載部材１２の搬送路（搬送ローラ１４）の上方である。前述した上部ヒータ１７との干渉を避けるために、ガス供給管１９は上部ヒータ１７と平行に設置するのが望ましい。

通常、ガス供給源２４からは常温（室温）の雰囲気ガスが供給され、雰囲気ガスは、ガス供給管１９の内部を通過している間に、前述した加熱器で制御された炉内温度によって加熱された後、被処理物１１および積載部材１２が搬送されている炉体１３の内部空間に供給される。しかし、雰囲気ガスがガス供給管１９の内部を通過している間に、充分に温められず、低温のまま被処理物１１に供給されると、被処理物１１に温度ムラを生じさせて大きな熱処理ムラの要因となる。これを防止するため、本実施の形態１におけるガス供給管１９は以下に説明する構成を備えている。

（ガス供給管１９が備えるガス予熱のための構成について）
図３（a）と（b）は、本実施の形態１における熱処理装置１０のガス供給管１９の詳細を示す図である。図３（a）は、ガス供給管１９の長手方向に切断した側断面図、図３（b）は、ガス供給管１９の長手方向に垂直な断面図をそれぞれ示している。

（ガス供給管１９の詳細構成について）
ガス供給管１９は、第１ガス供給管にあたる内側管２７と、内側管２７の外側に配置された第２ガス供給管にあたる外側管２８と、内側管２７と外側管２８との隙間に挿入されたブッシュ２９と、で構成されている。内側管２７には、その側面に第１ガス噴出口である内側管ガス噴出口３０a〜eが設けられており、外側管２８には、その側面に第２ガス噴出口である外側管ガス噴出口３１a〜fが設けられている。なお、図１（a）で示していたガス噴出口２０は、図３(a)における外側管ガス噴出口３１a〜fに相当する。
また、図３（a）と（b）中の符号で、Diは第１ガス噴出方向である、内側管ガス噴出方向、Doは第２ガス噴出方向である、外側管ガス噴出方向をそれぞれ示しており、これらについては後述する。

（ガス供給管１９を構成する部材について）
図４（a）〜（c）は、上記のガス供給管１９を構成する部材を個別に示した図である。図４（a）は内側管２７の斜視図、図４（b）は外側管２８の斜視図、図４（c）はブッシュ２９の斜視図をそれぞれ示している。
内側管２７は、円筒状の管からなり、この管の側面には、内側管ガス噴出口３０（詳しくは、複数の内側管ガス噴出口３０a〜e）が形成されている。外側管２８は、円筒状の管からなり、この管の側面には、外側管ガス噴出口３１（詳しくは、複数の外側管ガス噴出口３１a〜f）が設けられている。ブッシュ２９は、円筒状の部材である。

（内側管２７と外側管２８の管径と肉厚について）
ここでは、内側管２７の内径を１６[mm]、外側管２８の内径を３０[mm]とし、それぞれの管の肉厚を３[mm]とした。無論、ガス供給管の径はこれに限定されるものではないが、図３(a)と(b)に示すように内側管２７と外側管２８を組み合わせた際の、内側管２７と外側管２８の隙間が少なくとも直径方向に２[mm]以上となるように、それぞれの管の径と肉厚を選択することが望ましい。一般に、隙間は直径方向において、外側管２８の内径の５〜２０％の距離を有することが好ましい。隙間が小さすぎると、内側管２７と外側管２８との間のガス流路が狭くなるため、圧力損失および管内の流速が過剰となり、適正なガス供給が行えなくなることがある。また、隙間が大きすぎると、内側管２７の内径を相当小さく設定せざるを得なくなり、内側管２７内のガスの流路が狭くなるため、同様の問題が発生することがある。

（ブッシュ２９について）
図３(a)に示すように、内側管２７の端部には、内径２２[mm]で肉厚４[mm]の円筒状のブッシュ２９が内側管２７と外側管２８との隙間に挿入されており、このブッシュ２９によって、内側管２７と外側管２８との間に形成された隙間の空間は、炉体１３の外部から遮断されている。従って、炉体１３の外部から供給された雰囲気ガスは、まず内側管２７の内部にのみ導入される。

（雰囲気ガスが通過する経路について）
図３(a)に示すように、内側管２７の炉体１３の内部における側面には、複数個の内側管ガス噴出口３０が設けられている。内側管ガス噴出口３０は、内側管２７の内部と外部とを空間的に連通させる、貫通穴である。従って、炉体１３の外部から内側管２７の内部に導入された雰囲気ガスは、内側管ガス噴出口３０を介して内側管ガス噴出方向Ｄｉに噴出し、外側管２８の内部に導入される。外側管２８の炉体１３の内部における側面には、複数個の外側管ガス噴出口３１が設けられている。外側管ガス噴出口３１は、外側管２８の内部と外部とを空間的に連通させる、貫通穴である。従って、内側管２７の内部から外側管２８の内部に導入された雰囲気ガスは、外側管ガス噴出口３１を介して外側管ガス噴出方向Ｄｏに噴出する。ここでいう外側管ガス噴出方向Ｄｏとは、図１（a）に示すガス噴出方向Ｄｇに相当し、図１（a）においてガス噴出方向Ｄｇに噴出した雰囲気ガスは、被処理物１１および積載部材１２が搬送されている炉体１３の内部空間に供給される。

実施の形態１において、内側管ガス噴出方向Ｄｉと外側管ガス噴出方向Ｄｏとは互いに異なる。しかし、ＤｉとＤｏが同じであっても、後述するように、内側管ガス噴出口３０の輪郭を外側管２８の内壁面に垂直投影したときの投影図が、外側管ガス噴出口３１と干渉しない限りにおいて、本発明の効果（雰囲気ガスの予熱効果）を得ることができる。

（雰囲気ガスの予熱による効果について）
上記の構成により、雰囲気ガスは、内側管２７の内部および外側管２８の内部を通過する間に炉内温度によって加熱される。したがって、この構成のガス供給管１９は、その内部または外部にさらなる管を有しない、単管構造のガス供給管に比べ、雰囲気ガスがより加熱された状態で炉体１３の内部空間に供給されることを可能にする。特に、この構成のガス供給管１９は、炉体１３の外部に近い位置（ガスが加熱される経路が短い位置）にある外側管ガス噴出口３１において、低温のまま雰囲気ガスが噴出されるのを抑制し、被処理物１１の熱処理ムラを抑制することができる。

また、この構成のガス供給管１９を有する熱処理装置１０においては、特許文献１に示すような、炉体１３の天井から導入した雰囲気ガスを炉内の上部空間に滞留させて予熱したうえで被処理物１１に供給する従来の方法に比べて、炉内にガス予熱のための余分なスペースを設ける必要がないので、炉体１３を小型化して設備コストを低減できる。また、炉体１３の小型化により炉の表面積が小さくなることによって、炉の外壁面からの放熱を低減し、炉内温度を保つためのエネルギーコストを低減できる。また、炉体１３の小型化により炉内容積が小さくなることによって、使用する雰囲気ガスの量も低減できるので、雰囲気ガスの購入または雰囲気ガスの生成にかかるコスト、ならびに雰囲気ガスを炉内で加熱するためのエネルギーコストを低減できる。

（被処理物１１に対するガス噴出方向について）
続いて、被処理物１１に対するガス噴出方向について詳細に説明する。本実施の形態１では、図１（a）および（ｂ）に示すように、雰囲気ガスは、ガス噴出口２０から被処理物１１へ向けて噴出される。図１（b）にガス噴出方向Ｄｇの一例を矢印で示す。ここでは、被処理物１１の表層面と同じ高さの仮想面Ｆｖの垂線とガス噴出方向Ｄｇとがなす角度θが４５°となるようにガス噴出方向Ｄｇを設定した。無論、角度θはこれに限定されるものではない。例えばθが０°となるようにガス噴出方向Ｄｇを設定して、被処理物１１の表層面に垂直に雰囲気ガスを噴出してもよい。ただし、炉内における雰囲気ガスの流路は搬送方向Ｄｃと角度をなす（即ち、Ｄｃと平行とならない）ことが好ましいので、ガス噴出方向Ｄｇは、０°≦θ＜９０°の範囲内とし、かつ噴出後の雰囲気ガスが被処理物１１にあたる前に上部ヒータ１７などの炉内の他の部材にできるだけ衝突しないように設定することが望ましい。なお、このガス噴出方向Ｄｇが、図３（a）における外側管ガス噴出方向Ｄｏに相当する。

（内側管ガス噴出口３０と外側管ガス噴出口３１との関係）
内側管ガス噴出口３０および外側管ガス噴出口３１の形状、寸法およびそれから噴出されるガスの方向、ならびに位置は、内側管ガス噴出口３０の輪郭を当該輪郭から外側管ガス供給管２８の内壁面に垂直投影したときの投影図が外側管ガス噴出口３１と干渉しないように選択される。垂直投影は、内側管ガス噴出口３０の輪郭と外側管２８の内壁とを結んだ線分とが、当該内壁面に対する垂線となるように（即ち、当該線分と、当該線分と内壁との交点における接線とが直角をなすように）、投影して行う。内側管ガス噴出口３０の外側管ガス供給管の内壁面における垂直投影図が、外側管ガス噴出口３１と干渉するとは、投影図の輪郭およびその内部が、外側管に設けられたガス噴出口３１と重なることをいう。したがって、外側管２８の内壁面において、外側管ガス噴出口３１が存在しない内壁面の領域に、内側管２７のガス噴出口２０の輪郭が垂直投影され得る。

内側管ガス噴出口３０の垂直投影図と外側管ガス噴出口３１とが干渉すると、内側管ガス噴出口３０の一部および／または全部が、内側管２７と外側管２８との間の隙間を介して、外側管ガス噴出口３１と向かい合う。その場合、内側管ガス噴出口３０から噴出された雰囲気ガスは、内側管２７と外側管２８との間で、十分に長い経路を通過することなく、外側管ガス噴出口３１から噴出される。即ち、雰囲気ガスを予熱する効果が十分に得られない。かかる不都合を避けるため、本発明においては、内側管ガス噴出方向Ｄｉと外側管ガス噴出方向Ｄｏとが互いに異なるようにするか、または内側管ガス噴出口３０の長手方向の座標と外側管ガス噴出口３１の長手方向の座標とが互いに異なるようにする。

（内側管２７と外側管２８のガス噴出方向の関係について）
続いて、内側管２７と外側管２８のガス噴出方向の関係について詳細に説明する。本実施の形態１では、内側管ガス噴出方向Ｄｉは、図３（a）および（b）に示すように外側管ガス噴出方向Ｄｏと真逆の方向、即ち、内側管ガス噴出方向Ｄｉと外側管ガス噴出方向Ｄｏとが一直線上にならんで、１８０度の角度をなすように設定している。これにより、内側管ガス噴出口３０から外側管２８の内部に噴出した雰囲気ガスは、図３（b）に示すように内側管２７の外周を回り込むようにして外側管ガス噴出口３１に達する。したがって、雰囲気ガスがより長い経路を通過してから外側管ガス噴出口３１から炉内の熱処理ゾーンに供給されるので、ガスを予熱する効果を高めることができる。

無論、内側管ガス噴出方向Ｄｉは、外側管ガス噴出方向Ｄｏと真逆であることに限定されるものではなく、少なくとも外側管ガス噴出方向Ｄｏと異なる方向であることが望ましい。例えば、内側管ガス噴出方向Ｄｉと外側管ガス噴出方向Ｄｏとが、例えば、内側管ガス噴出方向Ｄｉと外側管ガス噴出方向Ｄｏとが、９０〜２７０度の角度を形成するように、内側管２７および外側管２８を配置してよい。その範囲の角度であれば、良好なガス予熱効果が得られる。あるいは、内側管ガス噴出口３０および外側管ガス噴出口３１が、それらの長手方向の座標が互いに異なるように設けられ、それにより内側管ガス噴出口３０の輪郭の外側管２８の内壁面における垂直投影図と外側管ガス噴出口３１とが干渉しない限りにおいて、内側管ガス噴出方向Ｄｉは、外側管ガス噴出方向Ｄｏと同じであってもよい。

（ガス噴出口の配置について）
続いて、ガス噴出口の配置について図３（a）と図４（a）、（b）を用いて詳細に説明する。本実施の形態１では、図４（b）に示すように、円筒状の外側管２８の炉体１３の内部における側面には、直径１２[mm]の６個の円形状の外側管ガス噴出口３１a、３１b、３１c、３１d、３１e、３１fをそれぞれ１８０[mm]のピッチで設けている。また図４（a）に示すように、円筒状の内側管２７の炉体１３の内部における側面には、直径１２[mm]の５個の円形状の内側管ガス噴出口３０a、３０b、３０c、３０d、３０eをそれぞれ１８０[mm]のピッチで設けている。図３（a）に示すように、内側管ガス噴出口３０aの中心の、管の長手方向における座標（図３(a)においてｙ軸の座標）は、外側管ガス噴出口３１aの中心および外側管ガス噴出口３１bの中心とを結ぶ線分の中点のｙ座標と一致するように配置されている。他の４つの内側管ガス噴出口３０b〜eも同様に、それらの中心のｙ座標が、隣り合う二つの外側管ガス噴出口３１の中心を結ぶ線分の中点のｙ座標と一致するように配置されている。

このように内側管ガス噴出口３０と外側管ガス噴出口３１を配置することによって、内側管ガス噴出口３０から外側管２８の内部に噴出される雰囲気ガスが、外側管ガス噴出口３１に達するまでの経路を長くできる。したがって、この配置によれば、内側管ガス噴出方向Ｄｉと外側管ガス噴出方向Ｄｏとが異なっている場合において、内側管ガス噴出口３０の中心のｙ座標と外側管ガス噴出口３１の中心のｙ座標とを一致させるときと比べて、ガスを予熱する効果をより高めることができる。無論、内側管ガス噴出口３０の配置はこれに限定されるものではない。内側管ガス噴出口３０の輪郭の外側管ガス供給管２８の内壁面における垂直投影図が、外側管ガス噴出口３１と干渉しない限りにおいて、内側管ガス噴出口３０の中心のｙ座標が、外側管ガス噴出口３１の中心のｙ座標と単に異なるように配置しても、ガスの予熱効果を得ることはできる。これに対し、内側管ガス噴出口３０の中心が隣り合う二つの外側管ガス噴出口３１の中心を結ぶ線分の中点のｙ座標と一致しても、内側管ガス噴出口３０が大きくて、その輪郭の垂直投影図が外側管ガス噴出口３１と干渉する場合には、本発明の効果は得られない。

図１（a）において、炉体１３の横方向（図１（a）の紙面左右方向）に並置された複数の積載部材１２に積載される各被処理物１１に対して均等に雰囲気ガスを供給するためには、ガス噴出口２０（すなわち外側管ガス噴出口３１）は炉体１３の横方向で被処理物１１が存在する全域に均等に配置することが望ましい。これに対し内側管ガス噴出口３０については、必ずしも炉体１３の横方向で被処理物１１が存在する内側管２７の全域に均等に配置する必要はない。例えば、炉体１３の横方向の中央付近に、１つのみの内側管ガス噴出口３０を配置すること、または複数の内側管ガス噴出口３０を集中させて配置することも可能である。この場合、炉体１３の外部から導入された雰囲気ガスが、側部断熱壁１３ｃに最も近い内側管ガス噴出口３０に到達するまでの経路を長くできるので、ガスを予熱する効果を高めることができる。しかしながら、そのように内側管ガス噴出口３０を配置すると、図３（a）における内側管２７の内部から外側管２８の内部へのガスの噴出が炉体１３の横方向の中央付近で集中し、それにより、その後の外側管ガス噴出口３１からのガスの噴出も炉体１３の横方向の中央付近に集中する。その結果、図１（a）において横方向に並置された複数の積載部材１２に積載される各被処理物１１に対して均等に雰囲気ガスを供給することができなくなってしまう。従って、本実施の形態１のように、複数の内側管ガス噴出口３０が、炉体１３の横方向に均等に配置される、すなわち図４(a)のように配置されることが望ましい。

上述した雰囲気ガスの充分な予熱と、各被処理物１１に対しての均等な量のガス供給とを両立するために、複数の外側管ガス噴出口３１のうち、両側の側部断熱壁１３cにそれぞれ最も近い位置にある２つの外側管ガス噴出口３１aと３１fとの間の領域を、ガス供給管１９の長手方向に３等分した場合に、内側管ガス噴出口３０が、３等分した領域のそれぞれに少なくとも１つ配置されていることが望ましい。

（ガス供給管の材質について）
続いて、ガス供給管１９の材質について説明する。本実施の形態１では、内側管２７および外側管２８の材質として、耐熱性を有し、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスに対する耐食性を有するアルミナ質のセラミックスを用いている。ガス供給管１９の材質は、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスの種類に応じて適宜選択され、無論、使用温度における耐熱性を満たし、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスに対して耐食性を有する限りにおいて、アルミナ質セラミックス以外の材質を用いることもできる。しかしながら、雰囲気ガスが内側管２７の内部を通過する間に予熱される効果を高めるためには、ガス供給管１９に用いる材料表面の輻射率が重要となる。

図１に示すガス供給管１９（すなわち外側管２８）は、上部ヒータ１７により温度制御されている炉内雰囲気からの熱伝達によって、炉内温度に近い状態に保たれている。しかし、ガス供給管１９内部にある内側管２７が、温度制御された炉内雰囲気に接していないため、常温で導入される雰囲気ガスに熱を奪われることによって供給管自体が冷えた状態になる可能性がある。これを防止するには、外側管２８の内面から内側管２７の外面への輻射熱によって、内側管２７の温度を高く保つのが有効である。そのために内側管２７および外側管２８の材質として、表面の輻射率が０．５以上である材質を選択することが望ましい。輻射率が０．５より小さいと、外側管２８の内面から内側管２７の外面への輻射熱が小さくなり、内側管が冷えた状態となって雰囲気ガスを予熱する効果を充分に得られないことがある。本実施の形態１では、内側管２７および外側管２８の材質として、輻射率が０．８のアルミナ質のセラミックスを用いている。

（ガス供給管の構成に関する条件について）
上述したガス供給管の構成に関する条件は、発明者による様々な条件での数値解析により、ガス噴出口３０および３１の配置と個数、ガス噴出方向、ガス供給管の材質、ガス供給管に導入するガス流量を様々に変更し、複数の外側管ガス噴出口３１から噴出される雰囲気ガスの温度と流量の分布を求めることによって見出した条件である。上記の条件を用いることにより、炉体１３の外部から導入された雰囲気ガスは、内側管２７の内部および外側管２８の内部を通過する間に炉内温度によって充分に加熱され、複数の外側管ガス噴出口３１から均一な流量で噴出され、各被処理物１１に対して均等に、被処理物１１において温度ムラを生じさせることなく供給されることが可能になる。

（ブッシュ２９の形状と役割について）
続いて、ブッシュ２９の形状と役割について、さらに説明する。本実施の形態１では、図３（a）に示すようにガス供給管１９の端部に、内径２２[mm]で肉厚４[mm]である円筒状のブッシュ２９が内側管２７と外側管２８との間の隙間に挿入されている。細長い管が間隔をあけた点で支持され、その間隔が広い場合には、当該間隔において、管の自重により管に鉛直下方向にたわみが発生する。そのようなたわみは、炉体１３の内側管２７および外側管２８において生じる。たわみは、外側管２８（すなわち図１（a）におけるガス供給管１９）においては、両サイドの側部断熱壁１３cの間で生じるのに対して、内側管２７においては、図３（a）に示す２つのブッシュ２９の間で生じる。また、内側管２７は外側管２８より管径が小さいのでたわみ量もより大きくなる傾向がある。したがって、炉体１３の横方向の寸法が大きくて管も長い場合などに、内側管２７のたわみによって、炉体１３の横方向の中央付近で内側管２７と外側管２８との間の隙間が下側（炉床側）にて極めて小さくなることがある。

内側管２７と外側管２８との間の隙間は雰囲気ガスの流路でもある。したがって、炉体１３の横方向の中央付近で隙間が小さくなると、炉体１３の横方向の中央付近にあって下側（炉床側）に配置されている外側管ガス噴出口３１から充分な量の雰囲気ガスが噴出されなくなるという問題が起こる。これを防ぐためには、内側管２７を支持するブッシュ２９の端部をできる限り炉体１３の横方向の中央寄りに配置し、管を支持する２点間の距離を短くしてたわみ量を低減するのが有効である。すなわち、ブッシュ２９の長さを、外側管ガス噴出口３１に干渉しない範囲で、できる限り長く設定するのが望ましい。本実施の形態１では、ブッシュ２９の長さは４００[mm]である。

（ブッシュ２９の材質について）
ブッシュ２９の材質は、使用温度における耐熱性を満たし、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスに対する耐食性を有するものから適宜選択できる。本実施の形態１においては、熱膨張の差により内側管２７および外側管２８に余計な応力を発生させないように、ブッシュ２９の材質として、内側管２７および外側管２８と同じアルミナ質のセラミックスを用いている。

（ガス供給管の設置高さについて）
続いて、ガス供給管の設置高さについて説明する。本実施の形態１では、図１（b）に示す被処理物１１の表層面と同じ高さの仮想面Ｆｖとガス噴出口２０との間の距離hが９０[mm]となるようにガス供給管１９の設置高さを設定している。なお、距離hを長く設定するほど、雰囲気ガスがガス噴出口２０を噴出してから被処理物１１に達するまでの時間も長くなり、その間にも炉内温度によって雰囲気ガスが加熱されるので、被処理物１１に供給される際の温度ムラがより軽減する傾向は得られる。しかしながら、距離hを長く設定するほど、炉体１３の内部空間が大きくなるため、熱処理に必要な雰囲気ガスの供給量もより増大し、雰囲気ガスの購入または雰囲気ガスの生成にかかるコスト、および雰囲気ガスを炉内で加熱するエネルギーコストがより増大するという不都合が生じる。これを防ぐには、距離hが好ましくは３００[mm]以下であり、より好ましくは、２００[mm]以下である。距離hが３００[mm]以上であると、前述したコストが多大になり、経済的ではない。

（多重管について）
本実施の形態１では、ガス供給管の構成として内側管２７と外側管２８とで構成される２重の管の例を示したが、外側管２８の外側にさらに１本以上の管を備えた、３重以上の構成の管を用いてよい。ｎ個（ｎは３以上の整数である）の管から構成されたガス供給管において、ｎ個の管を内側から順に、第１ガス供給管、・・、第（ｎ−１）ガス供給管、第ｎガス供給管と呼ぶ場合には、第ｋガス供給管（ｋは、２以上ｎ−１以下の整数である）に設けられる第ｋガス噴出口、および第（ｋ＋１）ガス供給管に設けられる第（ｋ＋１）ガス噴出口は、第ｋガス噴出口の輪郭の第（ｋ＋１）ガス供給管の内側壁面に垂直投影した投影図が、第（ｋ＋１）ガス噴出口と干渉しないように配置される。追加する管の径と肉厚、管の側面に設けるガス噴出口の個数と配置、およびガス噴出方向は、具体的には内側管２７と外側管２８との関係と同様に設定することが望ましい。ガス供給管を構成する管の数が多くなるほど、ガス供給管の内部で雰囲気ガスを予熱する効果を高めることができるが、必然的に最外周の管の径が太くなるので、ガス供給管を配置するためのスペースが増大し、またガス供給管の製作コストも増大するという不都合が生じることがある。

（内側管２７および外側管２８、ガス噴出口の形状について）
また、本実施の形態１では、内側管２７および外側管２８の形状を円筒状、内側管ガス噴出口３０および外側管ガス噴出口３１の形状を円形状としている。それらの形状はそれらに限定されるものではなく、例えば、ガス供給管を角型としてよく、あるいは、ガス噴出口を角型としてもよい。また、ガス噴出口をガス供給管の側面に設けた開口部としたが、ガス噴出口はこれに限られず、例えばガス供給管から分岐する枝管の先端に設けた開口部としてもよい。

（ガス供給管１９の組み立てについて）
内側管２７および外側管２８を有する二重管構成のガス供給管１９は、外側管２８に内側管２７を挿入し、それからブッシュ２９を内側管２７および外側管２８の間に嵌め込んで内側管２７を固定する手順で組み立てることができる。ガス供給管１９が３以上の管を有する場合には、大きい内径の管の内部に、当該内径よりも小さい外径を有する管を挿入し、それらの２つの管の間の隙間にブッシュ２９を取り付けることを繰り返して組み立てる。例えば、第１〜第３ガス供給管でガス供給管１９を構成する場合、第３ガス供給管の内部に第２ガス供給管を挿入し、ブッシュ２９を取り付けてから、第２ガス供給管の内部に第１ガス供給管を挿入して、ブッシュ２９を取り付ける。この組み立ての際に、内側管ガス噴出口３０および外側管ガス噴出口３１の相対位置や相対角度を調節して、先に説明した位置関係が達成されるようにする。ガス供給管１９の組み立ては、先に外側管２８を熱処理装置１０内に配置し、それから、内側管２７を挿入し、さらにブッシュ２９を取り付ける手順で行ってもよい。

（雰囲気ガスの成分混合について）
本実施の形態１では、雰囲気ガスとして１種類のガス成分を用いる場合の例を示している。雰囲気ガスが２種以上のガス成分からなる場合には、各ガス成分を供給する雰囲気ガス供給源ごとにガス流量調整部を設けて、雰囲気ガスの流量とともに、雰囲気ガスの成分混合比も制御できる構成としてもよい。

図５はガス成分混合比を制御できる一構成例の概略を示す図であり、２種類のガス成分の混合比を制御できる構成を示している。この構成例は、ガス供給管１９と、ガス供給源２４a、２４bと、ガス流量調整部２５a、２５bとからなる。
２種類以上のガス成分の混合比を制御する場合には、例えば図５に示すように、雰囲気ガスとしてガスＡおよびガスＢを個別に貯留するガス供給源２４a、２４bを設けるとともに、それらのガス供給源２４a、２４bごとにガス流量調整部２５a、２５bを設け、分岐させたガス供給管１９をガス流量調整部２５a、２５bを介してガス供給源２４a、２４bに接続してもよい。ガス流量調整部２５a、２５bは、ガス供給管１９へ供給する雰囲気ガスの流量の調整部として機能するとともに、ガス成分の混合比を調整するガス成分混合比調整部としても機能する。ガス流量調整部２５a、２５bには、例えばレギュレータ、またはフローメーター等を用いることができる。ガス供給源２４a、２４bには、例えばガスボンベ、またはガス発生機等を用いることができる。無論、雰囲気ガスは、２種類のガスからなるものに限定されず、３種類以上のガスからなってよい。

（熱処理装置１０のガス排気機構について）
続いて、熱処理装置１０のガス排気機構について説明する。被処理物１１の熱処理は、図１（a）に示した上部ヒータ１７および下部ヒータ１８からの熱の供給、ならびにガス噴出口２０から噴出された雰囲気ガスと被処理物１１との接触によって進行する。その熱処理中に、被処理物１１に含有される成分の蒸発や化学反応によって被処理物１１から蒸発ガスが発生することがある。この蒸発ガスが炉体１３の内部に滞留すると、被処理物１１において、所望の化学反応とは逆の反応が起こる可能性がある。したがって、この蒸発ガスは、雰囲気ガスとともに炉外に排出する必要がある。

この熱処理装置１０のガス排気機構は、図１（b）に示すように、炉体１３の内部に設置されたガス吸込口２２に吸込まれたガスを炉体１３の外部へ排出する機構である。ここでは、ガス排気機構は、図１（b）に示す、ガス吸込口２２が設けられたガス排気管２１と、図２に示す、ガス排気管２１から炉体１３の外部へ排出するガスの流量を調整する排気流量調整部２６（排気ファンとその制御部）とからなる。

（ガス排気管２１とガスの排気方法について）
蒸発ガスを炉体１３の内部から外部へ排出するガス排気機構の一部である円筒状のガス排気管２１は、炉体１３を横方向（図１（a）の紙面左右方向）から貫通する。このガス排気管２１は、図２に示すように、ガス排気機構の一部である排気流量調整部２６に炉体１３の外部で接続している。また、図１（b）に示すように、ガス排気管２１の炉体１３の内部における位置は、積載部材１２の搬送路（搬送ローラ１４）の上方である。前述した上部ヒータ１７との干渉を避けるために、ガス排気管２１は、ガス供給管１９と同様に上部ヒータ１７と平行に設置するのが望ましい。

ガス排気管２１の炉体１３の内部における側面には、ガス供給管１９の側面と同様に複数個のガス吸込口２２が設けられている。したがって、図１（b）に示すように、熱処理により被処理物１１から発生した蒸発ガスは、周囲の雰囲気ガスとともにガス吸込口２２から吸込まれ、ガス排気管２１を通じて炉体１３の外部へ排出される。

（ガス排気管２１とガス吸込口２２の形状、配置、個数について）
無論、ガス排気機構の構成はこれに限定されるものではなく、ガス排気管２１およびガス吸込口２２の形状、配置、および個数は、被処理物１１に施す熱処理の種類に応じて、また被処理物１１および積載部材１２の形状、配置、および個数に応じて適宜選択する。

（ガス排気管２１の材質について）
ガス排気管２１の材質として、ここでは、耐熱性を有し、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスに対する耐食性を有するアルミナ質のセラミックスを用いる。ガス排気管２１の材質は、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスの種類に応じて適宜選択され、使用温度における耐熱性を満たし、被処理物１１、雰囲気ガス、および蒸発ガスに対する耐食性を有する限りにおいて、アルミナ質のセラミックス以外の材質を用いることもできる。

（熱処理装置１０のゾーン分割と構成について）
熱処理装置１０の炉体１３においては、前述したように、その内部空間が搬送方向Ｄｃに沿って熱処理プロセスに応じた複数のゾーン（処理空間）に分割されている。前述したガス供給機構、ガス排気機構、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８は、熱処理プロセスに応じて複数のゾーンの一部または全部に設ける。例えば、前述した蒸発ガスが発生しないゾーンは、ガス排気機構を有しない構成としてもよい。また、被処理物１１の急速な冷却を行うゾーンは、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８を有しない構成としてもよい。

以上のように、各ゾーンにおいて、その熱処理の種類に応じて、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８、ならびにガス供給機構およびガス排気機構を設ける。それにより、被処理物１１の昇温、均熱、および冷却などの各ゾーンで実施する熱供給に合わせた最適な上部ヒータ１７および下部ヒータ１８の出力制御を行うことが可能となり、また、化学反応を伴う合成および粒子の成長などの各ゾーンで実施する熱処理に合わせた最適な雰囲気ガスの流量制御、および雰囲気ガスの成分混合比の制御を行うことが可能となる。

（搬送の検知と出力制御について）
なお、被処理物１１の搬送が行われていることを検知する検知手段として、例えば図２に示す搬送センサー１４bを設けることが好ましい。搬送センサー１４ｂは、被処理物１１の搬送（すなわち搬送ローラ１４の回転）が行われていないときに、各ゾーンの上部ヒータ１７および下部ヒータ１８の出力を制御する上部ヒータ用温度コントローラ１７aおよび下部ヒータ用温度コントローラ１８aに信号を送る。これらのコントローラはその信号を受信したときに、それぞれのヒータの出力を低減する。また、搬送センサー１４ｂの信号は、ガス流量調整部２５にも送られて、搬送の状況に応じて各ゾーンのガス供給管１９へ供給する雰囲気ガスの流量が制御される（例えば、搬送が行われていないときには、ガスの流量が低減される）ようにすることが好ましい。搬送状況に応じたヒータ等の制御によって、生産が行われていないときの熱処理装置１０の消費エネルギーを低減し、熱処理装置１０のランニングコストをさらに低減することが可能となる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における熱処理装置１０の搬送方向に垂直で、かつ搬送面に垂直な面の概略断面図を示している。なお、図６において、実施の形態１で説明した要素と同じ要素は同じ符号で示され、以下においてそれらの要素の説明が省略されることがある。

（装置の全体構成について）
本発明の実施の形態２における熱処理装置１００は、被処理物１１と、積載部材１２と、炉体１３と、搬送ローラ１４と、上部ヒータ１７と、下部ヒータ１８と、ガス供給管１９と、ガス噴出口２０と、ガス排気管２１（図示せず）と、ガス吸込口２２（図示せず）と、炉体１３によって囲まれた内部空間を有する熱処理部１１０を高さ方向（上下方向）に積層した多段炉体３２と、各炉体１３の外部において各段のガス供給管１９を接続した合流ガス供給管３３とからなる。本実施の形態２において、積層された熱処理部１１０はすべて実施の形態１の熱処理装置１０と同様に、炉体１３内の空間に、内側管２７および外側管２８からなるガス供給管１９から、雰囲気ガスが噴出されるように構成されている。別の形態において、１つまたは複数の熱処理部は、従来のガス供給管を備えたものであってよい。

（装置の動作について）
この熱処理装置１００は、前述した実施の形態１で説明した熱処理装置１０を熱処理部１１０として、それを画定する炉体１３を高さ方向（上下方向）に複数積層した構成となっている。図６には３個の炉体１３が積層されてなる多段炉体３２を示している。各段の炉体１３の内部において、被処理物１１を積載した積載部材１２は同時に搬送される。したがって、この熱処理装置１００の生産性は、１段の構成のものに比べて、３倍に向上する。

（ガス供給方法について）
各段の熱処理部１１０が備えるガス供給管１９は、炉体１３の外部においてガス供給機構の一部である合流ガス供給管３３に接続している。合流ガス供給管３３は、図２に示した構成と同様な構成となるように、炉体１３の外部においてガス供給源２４に接続している。各段のガス供給管１９は、前述した実施の形態１と同様に、図３（a）と（b）に示した内側管２７と、外側管２８と、ブッシュ２９とを有する。内側管２７および外側管２８に設けるガス噴出口３０および３１の配置および個数、ならびにガス噴出方向などは、実施の形態１で説明した方法によって、全ての段において雰囲気ガスの充分な予熱と、各被処理物１１に対しての均等な量のガス供給とを両立できるように選択されている。

（熱処理部１１０の多段積層のメリットについて）
上記の構成によれば、炉体１３の外部から内部への雰囲気ガスの導入は、炉体１３の横方向に対向する側壁から行う。したがって、実施の形態２の装置においては、特許文献１に示すような、各段の炉体１３の上面および下面にはガスを導入する経路を設ける必要がなく、また、特許文献１に示すような、炉内の上部空間にガス予熱のための余分なスペースを設ける必要がないので、装置の設置高さを抑えつつ熱処理部１１０（即ち、これを画定する炉体１３）の高さ方向への多段積層が可能となっている。

炉体１３を小型化することによる利点は実施の形態１で説明したとおりである。さらに炉体１３の高さ方向への多段積層により、下段の炉体１３の上面と上段の炉体１３の下面とが共有されるので、炉体１３を多段積層していない場合に比べて、実施の形態２の装置の炉の外部への放熱面積は小さくなる。このことは、エネルギーコストを大幅に低減できるという利点をもたらす。

（熱処理部１１０を積層する段数について）
熱処理部１１０を積層する段数は３段に限定されるものではない。熱処理部は、熱処理装置１００の設置高さ、および床の耐荷重が許容する範囲内であれば、何段に積層しても構わない。段数が増えるほど生産性が向上し、単位生産量あたりのエネルギーコストも低減できる。一方、段数が増えるほど、搬送の難易度、および各段への均一なガス供給および熱量供給の難易度も高くなる。

（加熱器の出力制御について）
各段の熱処理部１１０に備わる上部ヒータ１７と下部ヒータ１８には、それぞれ個別に出力を制御する温度コントローラ（出力制御部）を設けるのが望ましい。そのようにすれば、上部ヒータ１７および下部ヒータ１８の出力をそれぞれ最適に制御することで、多段炉体３２の上面および下面から外部への放熱などの影響を回避して、各段における積載部材１２および被処理物１１の温度ムラを抑制することが可能となる。

（実施の形態２の効果について）
本実施の形態２によれば、熱処理部１１０を高さ方向に多段に積層する熱処理装置１００においても、余分なスペースおよび追加の熱源を要することなく、雰囲気ガスを予熱して、被処理物１１に接触する際のガスの温度を均一化し、熱処理ムラの抑制を実現できる。その結果、生産性を大幅に向上し、エネルギーコストを大幅に低減することが可能となる。

本発明の熱処理装置によれば、余分なスペースや追加の熱源を要することなく、雰囲気ガスを予熱して被処理物に接触する際のガスの温度を均一化することができ、それにより、熱処理ムラの抑制を実現できる。したがって、本発明の熱処理装置は、炉体内部で搬送される被処理物への雰囲気ガスの供給を伴う熱処理を製造過程において要する各分野の製品の製造に有用である。

１、１１ 被処理物
２、１２ 積載部材
３、１３ 炉体
４、１４ 搬送ローラ
１０ 熱処理装置
１７ 上部ヒータ
１８ 下部ヒータ
１９ ガス供給管
２０ ガス噴出口
２１ ガス排気管
２２ ガス吸込口
２７ 内側管
２８ 外側管
２９ ブッシュ
３０ 内側管ガス噴出口
３１ 外側管ガス噴出口
１００ 熱処理装置
１１０ 熱処理部

Claims (5)

1. 炉体を構成する壁に囲まれた空間（以下、「炉体内部」とも呼ぶ）において被処理物への雰囲気ガスの供給を伴う熱処理を実施する熱処理装置であって、
   前記炉体内部の温度分布を制御する加熱器と、
   第１ガス噴出方向に沿って雰囲気ガスを噴出する第１ガス噴出口が設けられた第１ガス供給管と、
   前記第１ガス供給管の外側で前記第１ガス供給管を覆い、第２ガス噴出方向に沿って雰囲気ガスを噴出する第２ガス噴出口が設けられた第２ガス供給管と、
   被処理物を搬送する搬送部と
   を備え、
   前記第１ガス噴出口の輪郭を前記第２ガス供給管の内壁面に垂直投影したときの投影図が前記第２ガス噴出口と干渉せず、
   前記第１ガス噴出方向と前記第２ガス噴出方向とは、真逆の方向であり
   雰囲気ガスは、炉体外部から前記第１ガス供給管の内部へ導入され、前記第１ガス供給管に設けられた第１ガス噴出口を介して前記第２ガス供給管の内部に噴出され、それから前記第２供給管に設けられた第２ガス噴出口から噴出されて、炉体内部の被処理物に供給される、
   熱処理装置。
2. 前記第１ガス噴出口および前記第２ガス噴出口は、それぞれ複数存在し、
   前記第１ガス供給管に設けられた前記第１ガス噴出口の中心の、第１ガス供給管の長手方向における座標が、前記第２ガス供給管に設けられた、隣り合う二つの前記第２ガス噴出口の中心を結ぶ線分の中点の、第２ガス供給管の長手方向における座標と一致する、
   請求項１記載の熱処理装置。
3. 前記第１ガス噴出口および前記第２ガス噴出口は、それぞれ複数存在し、
   前記第２ガス供給管に設けられた複数の第２ガス噴出口のうち、前記炉体の両側壁にそれぞれ最も近い位置にある２つの第２ガス噴出口の間の領域を第２ガス供給管の長手方向に３等分した場合に、前記第１のガス供給管に設けられた複数の第１ガス噴出口は、３等分した領域のそれぞれに少なくとも１つ配置されている
   請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記第１ガス供給管と前記第２ガス供給管との間に、それらの隙間を保つ２つのブッシュをさらに有し、
   前記２つのブッシュと前記第１ガス供給管と前記第２ガス供給管とで囲まれた空間は、前記炉体の外部から遮断されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
5. 前記第２のガス供給管の外側に、ガス供給管を１つ以上備えていて、第１〜第ｎガス供給管（ｎは３以上の整数である）を有し、
   第ｋガス供給管（ｋは２以上ｎ−１以下の整数である）に設けられた、雰囲気ガスを噴出する第ｋガス噴出口の輪郭を前記第（ｋ＋１）ガス供給管の内壁面に垂直投影したときの投影図が前記第（ｋ＋１）ガス噴出口と干渉せず、
   雰囲気ガスは、炉体外部から前記第１ガス供給管の内部へ導入され、順に前記第１ガス噴出口から第（ｎ−１）噴出口を経由して、順に第２ガス供給管から第ｎガス供給管の内部に噴出され、それから前記第ｎ供給管に設けられた第ｎガス噴出口から噴出されて、炉体内部の被処理物に供給される、
   請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置。

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