CN102821493A - 卤素加热灯单元及热处理装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种卤素加热灯单元及热处理装置，长期使用时也不会产生发光管破损，使用寿命长。热处理装置具有：隔热筐体，包围对工件进行加热的热处理空间，由隔热材料构成；筒状体，配置成插通到形成于该隔热筐体的上壁的插入孔；以及卤素加热灯，作为加热工件的热源，具有由水平部及从该水平部两端向垂直方向延伸的垂直部构成的U字状的发光管，在发光管内的至少水平部配置有灯丝，该热处理装置的特征在于，该卤素加热灯配置成使该卤素加热灯的发光管的各垂直部在该垂直部的外周面和上述筒状体的内周面之间存在间隙的状态下插通到上述筒状体内。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池基板等的热处理所使用的卤素加热灯单元及热处理装置。
背景技术
在太阳能电池基板的制造方法等中，需要在气氛温度保持为1000℃左右的高温的区域中进行热处理的工艺，作为进行该热处理的装置，例如如图3所示，公开了下述装置：在包围对工件W进行加热的热处理空间H的由隔热材料构成的隔热筐体41的上壁设置有插入孔45、45，并且作为加热工件W的热源，具有由水平部51A及从该水平部两端向垂直方向延伸的垂直部51B、51C构成的U字状的发光管51，在发光管51内的至少水平部51A上配置了灯丝（未图示）的卤素加热灯50配置成其垂直部51B、51C插通到插入孔45、45内（例如参照专利文献1）。
此外，在图3中，43是放置了工件W的运送单元42运入的运入口，44是该运送单元42运出的运出口。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－275499号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在该热处理装置中存在长期使用后卤素加热灯的发光管发生破损的问题。
对这一问题进行了验证，推测原因是：卤素加热灯的发光管的垂直部的外周面被由隔热材料形成的壁部包围，从而使发光管变为过热状态，在该状态下工件被加热，使从该工件蒸发的杂质附着到发光管上，发光管和杂质进行反应，从而使发光管退化、破损。
本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种长期使用后也不会产生发光管破损的使用寿命长的卤素加热灯单元及热处理装置。
本发明的卤素加热灯单元的特征在于具有：卤素加热灯，该卤素加热灯具有由水平部及从该水平部两端向垂直方向延伸的垂直部构成的U字状的发光管，在发光管内的至少水平部配置有灯丝；以及筒状体，该筒状体配置成在该卤素加热灯的各垂直部的周围与该垂直部的外周面之间存在间隙。
在本发明的卤素加热灯单元中，优选构成为：上述卤素加热灯配置成卤素加热灯的发光管的各垂直部的端部由上述筒状体的上端支撑。
本发明的热处理装置具有：隔热筐体，该隔热筐体包围对工件进行加热的热处理空间，由隔热材料构成；筒状体，该筒状体配置成插通到形成于该隔热筐体的上壁的插入孔；以及卤素加热灯，该卤素加热灯作为加热工件的热源，具有由水平部及从该水平部两端向垂直方向延伸的垂直部构成的U字状的发光管，在发光管内的至少水平部配置有灯丝，该热处理装置的特征在于，该卤素加热灯配置成使该卤素加热灯的发光管的各垂直部在该垂直部的外周面和上述筒状体的内周面之间存在间隙的状态下插通到上述筒状体内。
在本发明的热处理装置中优选，上述垂直部的外周面和上述筒状体的内周面之间的间隙的大小是5~10mm。
并且，在本发明的热处理装置中优选，上述筒状体由石英玻璃构成。
并且，在本发明的热处理装置中优选，上述卤素加热灯配置成卤素加热灯的发光管的各垂直部的端部由上述筒状体的上端支撑。
并且，在本发明的热处理装置中优选，上述筒状体在该筒状体的外周面和上述插入孔的内周面之间存在间隙的状态下插通到形成于上述隔热筐体的上壁的插入孔。
并且，在本发明的热处理装置中优选，上述筒状体的外周面和上述插通孔的内周面之间的间隙的大小是0~10mm。
进一步，在本发明的热处理装置中优选，上述筒状体配置成通过由上述隔热筐体支撑的夹紧型筒状体保持件而被夹紧，从而由该隔热筐体支撑。
发明效果
根据本发明的卤素加热灯单元，在发光管的垂直部的周围与该垂直部的外周面之间存在间隙地支撑筒状体，因此可使该卤素加热灯产生的热气流不滞留在垂直部的周围而穿过间隙，因此当作为热处理装置的加热源使用时，即使长期使用也不会产生发光管的破损，可获得长使用寿命。
根据本发明的热处理装置，在插通到形成于隔热筐体的上壁的插通孔中的筒状体内，卤素加热灯配置成其发光管的垂直部在该垂直部的外周面和筒状体的内周面之间存在间隙的状态下插通。因此，垂直部的外周面不直接接触隔热筐体的上壁，并且可使热处理空间内产生的热气流不在垂直部周围滞留而在间隙中流通，并排出到外部，结果可抑制垂直部的过热。因此，即使从工件蒸发的杂质附着到该垂直部的外周面，也可抑制与发光管反应而在该外周面上生成反应物，从而在长期使用的情况下也不产生发光管的破损，可获得长使用寿命。
附图说明
图1是表示本发明的热处理装置的构成的一例的说明用剖视图。
图2是图1的热处理装置中的卤素加热灯及筒状体的说明用俯视图。
图3是表示现有的热处理装置的构成的说明用剖视图。
具体实施方式
以下具体说明本发明。
（热处理装置）
图1是表示本发明的热处理装置的构成的一例的说明用剖视图，图2是本发明的热处理装置中的卤素加热灯及筒状体的说明用俯视图。
本发明的热处理装置具有：隔热筐体11；筒状体30、30，配置成插通到形成于隔热筐体11的上壁11A的插入孔15、15；以及卤素加热灯20，具有由水平部21A及从其两端向垂直方向延伸的垂直部21B、21C构成的U字状的发光管21。
该热处理装置，在多个、例如6个卤素加热灯20的水平部21A与隔热筐体11的上壁平行且与卤素加热灯20的发光管21的水平部21A垂直的方向（在图1中是和图纸垂直的方向）上并列设置而成的处理块，在与该隔热筐体11的上壁平行且与卤素加热灯20的发光管21的水平部21A垂直的方向上，并列设置1~8块而构成。
（隔热筐体）
构成本发明的热处理装置的隔热筐体11由隔热材料构成，其内部形成加热工件W的热处理空间H。
在隔热筐体11的相对的侧壁11B、11C上，分别设置用于运送工件W的例如运入网带输送机等运送单元12的运入口13、及将该运送单元12从热处理空间H运出的运出口14。
作为构成隔热筐体11的隔热材料，只要是可使热处理空间H内的气氛温度保持恒定的具有隔热性的材料即可，例如可使用陶瓷、玻璃棉、硅酸钙、石棉、耐火隔热瓦等。
形成于隔热筐体11的插入孔15、15例如是截面为正圆的圆柱状。
该插入孔15、15的内径因筒状体30、30的外径而不同，例如是Φ25~Φ30mm。
（筒状体）
构成本发明的热处理装置的筒状体30、30例如是圆筒状的，配置在形成于隔热筐体11的上壁11A的插入孔15、15，筒状体30、30的外周面可在与插入孔15、15的内周面接触的状态下配置，尤其优选配置成在该筒状体30、30的外周面和插入孔15、15的内周面之间存在间隙的状态下插通。
具体而言，筒状体30、30在隔热筐体11上，通过从该隔热筐体11的上壁11A向外延伸的保持件支撑臂37、37的凹处所放置并支撑的夹紧型筒状体保持件35、35夹紧，从而由该隔热筐体11支撑。
筒状体30、30的外周面和插入孔15、15的内周面之间的间隙优选是环状空隙，该环状间隙是截面在整个圆周上具有平均厚度的圆环状。
筒状体30、30的外周面和插入孔15、15的内周面之间的间隙大小、即环状空隙R1的厚度优选是0~10mm，进一步优选5~8mm。
筒状体30、30的外周面和插入孔15、15的内周面之间的间隙大小处于上述范围，从而可使隔热筐体11内的温度维持恒定温度的同时，使该隔热筐体11内的热气流不滞留在该间隙地流通。并且，当该间隙大小过大时，难以将隔热筐体11内（热处理空间H）的温度维持为恒定温度。
尤其是，当该间隙大小为5mm以上时，在该间隙中产生自然对流，可切实使该隔热筐体11内的热气流不滞留在该间隙地流通。
筒状体30、30优选配置成其上部及下部分别向隔热筐体11的上壁的下表面及上表面突出的状态。
通过配置成这一状态，可切实地从热处理空间H向热处理装置外部自然排出热气流。
作为构成筒状体30、30的材料，具有在进行工件W的加热时的热处理空间H内的气氛温度下不产生变形、损伤等的耐久性，且在进行工件W的加热时的热处理空间H内的气氛温度下不使工件W产生污染，进一步优选具有比形成隔热筐体11的隔热材料的导热率高的导热率的材料，例如可使用石英玻璃、陶瓷、或不锈钢等金属等，尤其优选使用石英玻璃。
筒状体30、30由具有比形成隔热筐体11的隔热材料的导热率高的导热率的材料形成，从而可抑制发光管21的垂直部21B、21C的过热。
具体而言，在具有未设置筒状体的构成的现有的热处理装置中，当热气流穿过发光管的垂直部和隔热部件之间时，该热气流的热量基本不导热到隔热部件，而导热到发光管，因此可以推测出发光管受到来自灯丝的导热，进一步受到来自热气流的热量而过热，结果导致发光管和杂质反应。
而在具有设置了筒状体30、30的构成的本发明的热处理装置中，当热气流穿过发光管21的垂直部21B、21C和隔热筐体11之间时，该热气流的热量基本不导热到隔热筐体11，而导热到发光管21的垂直部21B、21C，但筒状体30、30由导热率比构成隔热筐体11的隔热材料高的材料构成，因此可以推测出，在热气流的热中，和现有技术相比，向发光管21的垂直部21B、21C的导热量减少了筒状体30、30受到的热量这一部分。
因此，发光管21虽然接受来自灯丝24的热，并接受来自热气流的热，但因来自该热气流的导热量比现有的少，因此抑制了发光管21过热的程度，结果可抑制发光管21和杂质反应。
筒状体30、30的壁厚例如是0.5~3mm，优选1.5~2.5mm。
（卤素加热灯）
构成本发明的热处理装置的卤素加热灯20是加热工件W的热源，具有两端部焊接并形成了密封部22a、22b的、例如由石英玻璃等透光性材料构成的直管状的发光管21。在该发光管21内的至少水平部21A，例如由钨构成的灯丝24不与该发光管21接触地以沿管轴方向延伸的状态配置，并且封入有卤素气体。
在灯丝24中，在其一端部连接供电用的内部导线24a，并且在其另一端部连接供电用的内部导线24b，该内部导线24a、24b分别在发光管21的垂直部21B、21C内沿管轴方向延伸，经由气密埋设于密封部22a、22b中的金属箔29a、29b电连接到外部导线28a、28b。并且，外部导线28a、28b经由供电线27a、27b电连接到未图示的电源。
并且，卤素加热灯20被支撑为，使其发光管21的各垂直部21B、21C在筒状体30、30内以在该垂直部21B、21C的外周面和筒状体30、30的内周面之间存在间隙的状态插通。
并且，卤素加热灯20形成为其水平部21A和工件W平行延伸的状态，并且其垂直部21B、21C向隔热筐体11的外方突出的状态。
具体而言，在卤素加热灯20的发光管21的垂直部21B、21C的上部，具有例如由块滑石这样的陶瓷构成的圆柱状的主体部26a、26b的灯座25a、25b，例如经由无机粘合剂分别设置在其上。在该灯座25a、25b的主体部26a、26b上，在其外周壁上以沿着整个圆周延伸的状态形成环形凹槽23a、23b。
另一方面，在筒状体30、30的上端，设置例如不锈钢等金属制的圆盘状的凸缘31、31。在该凸缘31、31上形成大致四边形的卡止凹处32、32。
并且，卤素加热灯20的发光管21的垂直部21B相关的灯座25a的环形凹槽23a滑动嵌合到凸缘31的卡止凹处32的相对的2个侧边缘33、33中，根据需要通过镍线卡止。并且，卤素加热灯20的发光管21的垂直部21C相关的灯座25b的环形凹槽23b滑动嵌合到凸缘31的卡止凹处32的相对的2个侧边缘33、33，根据需要通过镍线卡止。这样一来，卤素加热灯20在下垂到筒状体30、30内的状态下被支撑。
卤素加热灯20这样被筒状体30、30支撑，从而形成在凸缘31、31的卡止凹处32、32中在筒状体30、30的上端露出环形空隙R2的状态，这样一来，筒状体30、30的上端与大气连通。
卤素加热灯20的垂直部21B、21C的外周面和筒状体30、30的内周面之间的间隙优选是截面在整个圆周具有平均厚度的圆环状的环状空隙。
垂直部21B、21C的外周面和筒状体30、30的内周面之间的间隙的大小、即环状空隙R2的厚度优选为5~10mm，进一步优选5~8mm，尤其优选5mm。
通过使垂直部21B、21C的外周面和筒状体30、30的内周面之间的间隙大小为上述范围，可使隔热筐体11内（热处理空间H）的温度维持恒定温度，同时可使该隔热筐体11内的热气流不滞留在该间隙而流通。并且，当该间隙的大小小于5mm时，在该间隙中无法形成自然对流，无法使该隔热筐体11内的热气流不滞留在该间隙而流通，存在卤素加热灯20的发光管21的垂直部21B、21C过热、该卤素加热灯20破损的危险。进一步，当该间隙的大小过大时，难以将隔热筐体11内（热处理空间H）的温度维持为恒定温度。
以上热处理装置中的发光管21、筒状体30及隔热筐体11的具体尺寸示例如下。
（1）发光管21
·水平部21A的长度：175mm
·垂直部21B、21C的长度：270mm
·水平部21A及垂直部21B、21C的外径：Φ15mm
（2）筒状体30
·内径：Φ21mm
·外径：Φ25mm
·长度：251mm
（3）隔热筐体11
·插入孔：Φ35mm
·上壁11A的厚度：100mm
·筒状体30距上壁11A上表面的突出长度：127mm
·筒状体30距上壁11A下表面的突出长度：48mm
在该热处理装置中，通过运送单元12从运入口13运入工件W，在与一个处理块相关的规定位置上放置了一个工件W的状态下，点亮卤素加热灯20，通过卤素加热灯20的灯丝24的加热，热处理空间H内的大气被加热，该热处理空间H内的气氛温度上升，通过隔热筐体11以所需的气氛温度保温规定时间，从而进行对工件W的热处理。
在该热处理时，热处理空间H内的大气被加热从而产生热对流，热处理空间H内的温度分布实现平均化的同时，产生该热对流的热气流的一部分向隔热筐体11的上壁11A上升，穿过隔热筐体11的上壁11A的插入孔15、15和筒状体30、30之间的环状空隙R1，及筒状体30、30和卤素加热灯20的发光管21的垂直部21B、21C之间的环状空隙R2，自然排出到热处理装置的外部。
与工件W的热处理相关的热处理空间H内的气氛温度因工件W的种类而不同，例如是800~1000℃，优选800~900℃。
与工件W的热处理相关的热处理空间H内的气氛温度为1000℃时，筒状体30、30和卤素加热灯20的发光管21的垂直部21B、21C之间的环状空隙R2的下端的温度约为950℃，上端的温度约为200℃。
根据上述热处理装置，在插通到形成于隔热筐体11的上壁11A的插入孔15、15中的筒状体30、30内，卤素加热灯20被支撑为使其发光管21的垂直部21B、21C在该垂直部21B、21C的外周面和筒状体30、30的内周面之间存在间隙的状态下插通。因此，垂直部21B、21C的外周面与隔热筐体11的上壁11A不直接接触，并且不使热处理空间H内产生的热气流滞留在垂直部21B、21C周围，可在环状空隙R1、R2流通并排出到外部，结果抑制了垂直部21B、21C的过热。因此，可抑制该垂直部21B、21C的外周面附着从工件W蒸发的杂质、与发光管21反应并在该外周面上生成反应物的情况，这样一来，即使长期使用的情况下也不产生发光管21的破损，获得长使用寿命。
以上说明了本发明的实施方式，但不限于上述实施方式，可进行各种变更。
例如，插入孔、筒状体、卤素加热灯的发光管的形状不限于分别具有截面相似的形状，例如当插入孔具有圆柱状、并且卤素加热灯的发光管是圆筒状时，筒状体也可是角筒状。
以下为确认本发明的效果进行了实验。
制造出具有图1的构成的热处理装置（1）~（5）。具体构成如下。
（1）处理块
·1个
·1个处理块具有6个卤素加热灯20
（2）卤素加热灯20
·灯丝24的材质：钨
·灯丝24的长度：160mm
·发光管21的材料：石英玻璃
·发光管21的水平部21A的长度：175mm
·发光管21的垂直部21B、21C的长度：270mm
·发光管21的水平部21A及垂直部21B、21C的外径：Φ15mm
·灯输入：1100W
（3）筒状体30
·筒状体30的材料：石英玻璃
·内径：如表1所示
·外径：如表1所示
·长度：260mm
（4）隔热筐体11
·隔热筐体11的材料：耐火隔热瓦
·插入孔15的内径：如表1所示
·上壁11A的厚度：100mm
·筒状体30距上壁11A上表面的突出长度：127mm
·筒状体30距上壁11A下表面的突出长度：48mm
·工件W和水平部21A的分离距离：50mm
对该热处理装置（1）~（5），分别使卤素加热灯20以1100W点灯，进行以1000℃加热工件W（太阳能电池基板）的热处理，观察热处理后的卤素加热灯20的颜色程度。结果如表1所示。
（表1）
| 装置编号 | （1） | （2） | （3） | （4） | （5） |
| 插入孔的内径 | Φ20mm | Φ21mm | Φ25mm | Φ29mm | Φ33mm |
| 筒状体的外径 | Φ20mm | Φ21mm | Φ25mm | Φ29mm | Φ33mm |
| 筒状体的内径 | Φ16mm | Φ17mm | Φ21mm | Φ25m | Φ29mm |
| 发光管的外径 | Φ15mm | Φ15mm | Φ15mm | Φ15mm | Φ15mm |
| R2的厚度 | 0.5mm | 1mm | 3mm | 5mm | 7mm |
| 颜色程度 | 大 | 小 | 无 | 无 | 无 |
（实施例）
（实施例1）
制造具有图1的构成的热处理装置（6）。具体构成如下。
（1）处理块
·1个
·1个处理块具有6个卤素加热灯
（2）卤素加热灯
·灯丝的材质：钨
·灯丝的长度：160mm
·发光管的材料：石英玻璃
·发光管的水平部的长度：175mm
·发光管的垂直部的长度：270mm
·发光管的水平部及垂直部的外径：Φ15mm
·灯输入：1100W
（3）筒状体
·筒状体的材料：石英玻璃
·内径：Φ21mm
·外径：Φ25mm
·长度：251mm
（4）隔热筐体
·隔热筐体的材料：耐火隔热瓦
·插入孔：Φ25mm
·上壁的厚度：100mm
·筒状体距上壁上表面的突出长度：127mm
·筒状体距上壁下表面的突出长度：48mm
·工件和水平部的分离距离：50mm
（比较例1）
制造具有图3的构成的热处理装置（7）。具体构成如下。
（1）处理块
·1个
·1个处理块具有6个卤素加热灯
（2）卤素加热灯
·灯丝的材质：钨
·灯丝的长度：160mm
·发光管的材料：石英玻璃
·发光管的水平部的长度：175mm
·发光管的垂直部的长度：270mm
·发光管的水平部及垂直部的外径：Φ15mm
·灯输入：1100W
（3）隔热筐体
·隔热筐体的材料：耐火隔热瓦
·插入孔：Φ20mm
·上壁的厚度：100mm
·工件和水平部的分离距离：50mm
对于上述热处理装置（6）、（7），分别放置太阳能电池基板作为工件，以1100W将卤素加热灯点灯，观察到破损为止的时间。
结果是，在本发明涉及的热处理装置（6）中，从点灯开始经过500小时后，6个中没有一个发现卤素加热灯的发光管破损，与之相对，在比较例的现有的热处理装置（7）中，从点灯开始经过160小时时，6个卤素加热灯的发光管全部都破损了。
因此，本发明的热处理装置涉及的卤素加热灯的发光管的防破损原因可以推测是，通过具有筒状体，抑制了卤素加热灯的发光管的垂直部的过热，使该发光管的垂直部的温度抑制得较低，因此即使从工件蒸发的杂质附着到该垂直部的外周面，也可防止其与发光管反应并在该外周面生成反应物。
Claims (8)
1.一种卤素加热灯单元，其特征在于具有：
卤素加热灯，该卤素加热灯具有由水平部及从该水平部两端向垂直方向延伸的垂直部构成的U字状的发光管，在发光管内的至少水平部配置有灯丝；以及
筒状体，该筒状体配置成在该卤素加热灯的各垂直部的周围与该垂直部的外周面之间存在间隙。
2.根据权利要求1所述的卤素加热灯单元，其特征在于，上述卤素加热灯配置成卤素加热灯的发光管的各垂直部的端部由上述筒状体的上端支撑。
3.一种热处理装置，具有：
隔热筐体，该隔热筐体包围对工件进行加热的热处理空间，由隔热材料构成；
筒状体，该筒状体配置成插通到形成于该隔热筐体的上壁的插入孔；以及
卤素加热灯，该卤素加热灯作为加热工件的热源，具有由水平部及从该水平部两端向垂直方向延伸的垂直部构成的U字状的发光管，在发光管内的至少水平部配置有灯丝，
该热处理装置的特征在于，
该卤素加热灯配置成使该卤素加热灯的发光管的各垂直部在该垂直部的外周面和上述筒状体的内周面之间存在间隙的状态下插通到上述筒状体内。
4.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，上述垂直部的外周面和上述筒状体的内周面之间的间隙的大小是5~10mm。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，上述筒状体由石英玻璃构成。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，上述卤素加热灯配置成卤素加热灯的发光管的各垂直部的端部由上述筒状体的上端支撑。
7.根据权利要求3或权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，上述筒状体配置成在该筒状体的外周面和上述插入孔的内周面之间存在间隙的状态下插通到形成于上述隔热筐体的上壁的插入孔。
8.根据权利要求3或权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，上述筒状体的外周面和上述插通孔的内周面之间的间隙的大小是0~10mm。
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