JP2004353928A

JP2004353928A - クリーンオーブン

Info

Publication number: JP2004353928A
Application number: JP2003151191A
Authority: JP
Inventors: Shinji Minami; 伸治南; Akira Kuritani; 彰栗谷; Hironobu Arii; 宏信有井; Masato Okamoto; 全人岡本; Kiyonori Shimono; 聖典下野
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】５００℃程度までの清浄な高温雰囲気ガス中での熱処理を、消費電力を大幅に削減して行うことができるクリーンオーブンを提供する。
【解決手段】オーブン内で雰囲気ガスを循環させながらヒーター８により加熱してフィルター１１と熱処理室６を通過させ、熱処理室６に置かれた被処理物を清浄な雰囲気ガス中で熱処理するクリーンオーブン１において、上記フィルターとして耐熱温度が５００℃程度の耐熱フィルター１１を設置する一方、雰囲気ガスの循環通路の一部に冷却用のバイパス通路１５を設けて冷却器１６をバイパス通路に設置し、循環通路とバイパス通路の切り替えを行う通路切替手段として第一及び第二の切替板１７ａ，１７ｂを設けた構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、５００℃程度までの高温雰囲気ガス中で熱処理できる消費電力の少ないクリーンオーブンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーブン内で雰囲気ガスを循環させながらヒーターにより加熱してフィルターと熱処理室を通過させ、熱処理室に置かれた被処理物を清浄な雰囲気ガス中で熱処理する従来のクリーンオーブンにおいては、フィルターとして、ガラス繊維でフィルターエレメントを形成したＨＥＰＡフィルター（耐熱温度は３５０℃程度）等が多用されている。このようなクリーンオーブンでは、フィルターの耐熱温度以上の高温雰囲気ガス、例えば４５０℃の高温雰囲気ガス中で熱処理することはできない。
【０００３】
これに対処するため、本出願人は、フィルターの手前に冷却器を設け、雰囲気ガスを冷却器でフィルターの耐熱温度以下に一旦冷却してフィルターを通過させた後、ヒーターで目的とする熱処理温度まで雰囲気ガスを再加熱して熱処理室に流すようにしたクリーンオーブンを既に提案した（特許文献１）。
【０００４】
また、従来のクリーンオーブンには、熱処理後の冷却を速やかに行うために雰囲気ガスの循環通路の途中に水冷式の冷却器を設けたものもあるが、このようなクリーンオーブンは、熱処理時においても冷却器に通水してエアハンマー現象による冷却器の破損を防止する必要があるので、熱処理時の冷却器による熱損失が大きい。
【０００５】
これに対処するため、本出願人は、雰囲気ガスの循環通路の一部にバイパス通路を設けて水冷式の冷却器をバイパス通路に設置し、切替ダンパーにより循環通路とバイパス通路を切り替えて雰囲気ガスを流すように構成したクリーンオーブンを提案した（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
実公平５−４６２６７号公報（第１頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−３２９４７４号公報（第１頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のクリーンオーブンは、フィルターの耐熱温度以上の高温（例えば４５０℃）の雰囲気ガス中で熱処理を行える反面、雰囲気ガスの冷却と加熱を繰り返すため、消費電力が非常に大きく、また、雰囲気ガスに温度ムラが生じやすいという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２のクリーンオーブンは、熱処理時に雰囲気ガスが冷却器を通らないようにバイパス通路を閉鎖することによって消費電力を節約することはできるが、耐熱温度の高くない従来のフィルターを使用しているため、フィルターの耐熱温度より高温（例えば４５０℃）の雰囲気ガス中で熱処理を行うことができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、５００℃程度までの清浄な高温雰囲気ガス中での熱処理を、消費電力を大幅に削減して行うことができるクリーンオーブンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のクリーンオーブンは、オーブン内で雰囲気ガスを循環させながらヒーターにより加熱してフィルターと熱処理室を通過させ、熱処理室に置かれた被処理物を清浄な雰囲気ガス中で熱処理するクリーンオーブンにおいて、上記フィルターとして耐熱温度が５００℃程度の耐熱フィルターを設置する一方、雰囲気ガスの循環通路の一部に冷却用のバイパス通路を設けて冷却器をバイパス通路に設置し、循環通路とバイパス通路の切り替えを行う通路切替手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
このクリーンオーブンは、雰囲気ガスが冷却器を通過しないように通路切替手段によりバイパス通路を閉鎖した状態で雰囲気ガスを循環させながら、ヒーターによって耐熱フィルターの耐熱温度（５００℃程度）に近い高温まで雰囲気ガスを加熱すると共に、フィルターで雰囲気ガス中の塵埃や汚染物質を除去し、この清浄な高温雰囲気ガスを熱処理室に流して被処理物を５００℃程度の高温で熱処理することができる。しかも、熱処理時には雰囲気ガスがバイパス通路の冷却器を通らないので冷却器による熱損失がなく、また、耐熱フィルターの耐熱温度が５００℃程度で従来の特許文献１のクリーンオーブンのように冷却と加熱を繰り返す必要がないので、ヒーターの消費電力が大幅に減少し、特許文献１のクリーンオーブンに比べると消費電力がほぼ半減する。そして、熱処理後の冷却は、通路切替手段でバイパス通路を開通し、雰囲気ガスを冷却器に通しながら循環させることによって迅速に行うことができる。
【００１２】
本発明のクリーンオーブンにおいては、オーブンの側壁の内面側に冷却用のエアージャケットを設けることが望ましい。このようなエアージャケットを設けると、後で詳述するように、熱処理後の高温域（５００℃付近〜２８０℃付近）における冷却をエアージャケットで緩慢に行い、その後の低温域（２８０℃付近以下）における冷却をバイパス通路の冷却器で急速に行うことによって、オーブン内部の板金溶接箇所の溶接割れ等を防止してクリーンオーブンの耐久性を向上させ、長寿命化を達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【００１４】
図１は本発明のクリーンオーブンの一実施形態を示す概略断面図である。
【００１５】
このクリーンオーブン１は、断熱壁よりなる底壁１ａと前後左右の側壁１ｂと天壁１ｃとで箱型に形成されたものであり、前側壁１ｂの出入口には断熱壁２ｂを内側に装着した扉２が開閉自在に取付けられている。
【００１６】
クリーンオーブン１の内部には、隔壁５が扉２の上端縁とほぼ同じ高さに位置して設けられており、この隔壁５の下側が熱処理室６になっている。そして、この隔壁５の上側には、雰囲気ガス（例えば清浄な空気等）が循環する循環通路の一部となる上部通路７が形成されている。この上部通路７には、複数本のシーズヒーター８（金属製の鞘管に抵抗発熱線を挿通して絶縁材を充填した細長いパイプ状のヒーター）が天壁１ｃを貫いて導入されており、上部通路７内を流れる雰囲気ガスを５００℃付近まで加熱できるようになっている。そして、加熱された雰囲気ガスを送るファン９が上部通路７の出口部分に取付けられ、天壁１ｃの上に設置されたモーター１０で駆動されるようになっている。
【００１７】
熱処理室６の背後には二つの耐熱フィルター１１，１１が上下に重ねて取付けられており、これらの耐熱フィルター１１，１１と背後の側壁１ｂとの間には、雰囲気ガスが流れる循環通路の一部となる背面通路１２が形成されている。この耐熱フィルター１１，１１は、耐熱性のガラス繊維を使用したフィルターエレメントと、耐熱性金属のフィルター枠とからなる、耐熱温度が５００℃付近の耐熱フィルターであって、フィルターエレメントの両側を耐熱性金属の網体で挟んで一体化し、フィルター枠に固定してシールしたものである。耐熱フィルター１１を構成する耐熱性の材料としては、耐熱温度が５００℃程度のガラス繊維やＳＵＳ等が使用される。
【００１８】
また、扉２の内側の断熱壁２ａには、扉２の内面（断熱壁２ａの表面）と平行な３枚の整流板１３が間隔をあけて複数枚重ねて取付けられている。この整流板１３は５００℃以上の高熱に耐え得る耐熱性の金属板よりなるものであって、扉２の断熱壁２ａから突設された上下のステー１４，１４に溶接して取付けられている。最も内側の整流板１３は、その上下寸法が他の整流板１３よりも少し大きくなっており、図１に示すように扉２を閉めたとき、最も内側の整流板１３の下端（流入端）と底壁１ａとの間に適度な大きさの開口部が形成されるようになっている。そして、最も内側の整流板１３の上端は、扉２を閉めたとき前述の隔壁７の前端に近接し、この近接した部分から熱処理室６内の雰囲気ガスが実質的に上部通路７に流出しないように構成されている。このように扉２の内側に整流板１３を複数枚重ねて取付けると、扉の内側に風洞や流量調整板を取付けた従来のクリーンオーブンに比べて、扉の構造が簡素になり、扉の厚みや重量の増加を大幅に抑えることが可能となる。
【００１９】
オーブン内で雰囲気ガスが循環する循環通路は、背面通路１２と、耐熱フィルター１１，１１と、熱処理室６と、整流板１３の相互間の通路と、上部通路７とで構成されており、シーズヒーター８で高温（４５０℃以上、フィルターの耐熱温度以下）に加熱された雰囲気ガスはファン９によって上記の循環通路を循環しながら、耐熱フィルター１１，１１で浄化されて熱処理室６内を流れ、この清浄な高温雰囲気ガス中で熱処理室６の被処理物が熱処理されるようになっている。
【００２０】
循環通路の一部である上部通路７の上側には、雰囲気ガスを冷却する冷却用バイパス通路１５が形成されており、このバイパス通路７ａには、多数の冷却フィンを備えた水冷式の冷却器１６が設置されている。そして、この冷却器１６に冷水を供給する給水管１６ａと、熱交換した水を排出する排水管１６ｂが、オーブンの天壁１ｃを貫通して冷却器１６に接続されている。
【００２１】
冷却器１６の下側には、循環通路の上部通路７とバイパス通路１５の切り替えを行って雰囲気ガスを流す通路切替手段として、略Ｔ字形の第一切替板１７ａと平板状の第二切替板１７ｂが９０°回転可能に取付けられている。図１に示すように、これらの切替板１７ａ，１７ｂが上部通路開通位置にあるときは、上部通路７の第一ゲート７ａ及び第二ゲート７ｂが開き、バイパス通路１５の冷却器１６よりも前方側（入口側）が第一切替板１７ａで閉鎖されると共に、バイパス通路１５の合流口（出口側）も第二切替板１７ｂで閉鎖されるため、雰囲気ガスは冷却用のバイパス通路１５を流れないで循環通路の上部通路７を流れることになる。そして、これらの切替板１７ａ，１７ｂを仮想線（一点鎖線）で示すように９０°回転させると、循環通路の上部通路７の第一ゲート７ａ及び第二ゲート７ｂが第一切替板１７ａと第二切替板１７ｂによって閉鎖され、バイパス通路１５の入口側も出口側も開放されてバイパス通路１５が開通するため、循環する雰囲気ガスはこのバイパス通路１５の冷却器１６を通って上部通路７に合流することになる。
【００２２】
また、このオーブン１の前側壁を除く三面の側壁１ｂ（左右側壁及び後側壁）の内面側には、冷却用エアージャケット１９が設けられており、内張板１８によってエアージャケット１９と循環通路の背面通路１２等が仕切られている。そして、このエアージャケット１９に冷却用の空気を供給する給気口１９ａがオーブンの天壁１ｃに設けられ、エアージャケット１９から空気を排出する排気口１９ｂがオーブン１の底壁１ａの下方に設けられている。この冷却用エアージャケット１９は、オーブン１の側壁１ｂの内面を凹設した面状通気層であり、給気口１９ａから冷却用の空気を該ジャケット１９に供給すると共に、排気口１９ｂから吸熱した空気を排出してエアージャケット１９に空気を流すことにより、高温の雰囲気ガスを比較的緩慢に冷却するものである。このエアージャケット１９の冷却効率を高めるためには、仮想線で示すように、エアージャケット１９から循環通路の背面通路１２に突き出す多数枚の吸熱フィン１９ｃを設けることが望ましい。
【００２３】
尚、図１中、２０はオーブン１内に雰囲気ガスを給排気するための給排気管である。
【００２４】
次に、このクリーンオーブン１の動作について説明する。
【００２５】
被処理物（不図示）をオーブン１の熱処理室６にセットすると共に、オーブン１内の空気を給排気管２０から供給される雰囲気ガス（例えば清浄な空気等）に置換し、第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ｂを図１に示す上部通路開通位置にしてシーズヒーター８を発熱させながら、モーター１０でファン９を回すと、ファン９によって送り出された雰囲気ガスは、循環通路、即ち、背面通路１２、耐熱フィルター１１，１１、熱処理室６、整流板１３の相互間の通路、上部通路７を通って循環し、上部通路７を通るときにシーズヒーター８により加熱されて所定の熱処理温度（例えば４５０℃以上、フィルター１１の耐熱温度以下）まで上昇する。そして、耐熱フィルター１１，１１を通過するときに塵埃や汚染物質が除去されて雰囲気ガスが浄化され、この清浄な雰囲気ガス中で、熱処理室６にセットされた被処理物が塵埃や汚染物質による悪影響を受けることなく熱処理される。
【００２６】
この熱処理時には、通路切替手段の第一切替板１７ａと第二切替板１７ｂによってバイパス通路１５が閉鎖され、雰囲気ガスがバイパス通路１５の冷却器１６を通らないので、冷却器１６による熱損失がなく、しかも、耐熱フィルター１１の耐熱温度が５００℃程度で従来の特許文献１のクリーンオーブンのように冷却と加熱を繰り返す必要がないため、ヒーターの消費電力が大幅に減少し、特許文献１のクリーンオーブンに比べると消費電力がほぼ半減する。
【００２７】
また、このクリーンオーブン１のように扉２の内側に整流板１３が取付けられていると、熱処理室６内での雰囲気ガスの乱流が抑えられ、整流板１３の部分的な温度低下が生じないため、熱処理室６内部の温度分布のバラツキが減少して精度が向上する。そして、被処理物から発生したバインダー揮発物が整流板１３の低温部分の表面で凝固して付着する心配も解消されるので、付着物の除去作業が不要となりメンテナンスが容易になる。尚、このクリーンオーブンで４５０℃以下の熱処理を行ってもよいことは言うまでもない。
【００２８】
熱処理後の冷却は、通路切替手段の第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ｂを９０°回して仮想線で示すようにバイパス通路開通位置にし、循環する雰囲気ガスをバイパス通路１５の水冷式冷却器１６に通して循環させながら迅速に行ってもよいが、好ましくは、急冷によって熱処理室の板金やオーブンの内張板の溶接割れや亀裂が生じやすい高温域（２８０℃付近〜５００℃付近の温度域）と、そのような溶接割れや亀裂が生じにくい低温域（２８０°付近より低い温度域）とに分けて二段階で行うのがよい。
【００２９】
即ち、熱処理直後の高温域での冷却は、図１に示すように第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ａを上部通路開通位置にして、雰囲気ガスが冷却器１６を通過しないようにバイパス通路１５を閉鎖した状態で雰囲気ガスを循環させながら、冷却用のエアージャケット１９に冷却用の空気を流して雰囲気ガスから熱を奪うことにより、温度が２８０℃程度に下がるまで比較的緩慢に行なう。次いで、第一切替板１７ａ，第二切替板１７ｂを図１に仮想線で示すように９０°回転させて、循環通路の上部通路７を閉鎖すると同時にバイパス通路１５を開通させ、雰囲気ガスをバイパス通路１５の水冷式の冷却器１６に通して循環させることにより、雰囲気ガスを安全に排出できる温度まで急速な冷却を行う。この低温域での冷却時には、エアージャケット１９による冷却は停止してもよいし引き続き行ってもよい。
【００３０】
このように、エアージャケット１９による比較的緩慢な冷却と、冷却器１６による急冷とを二段階で行う冷却方式を採用すると、２８０℃付近以上の高温域で急冷する場合に見られる急激な熱収縮に伴う板金溶接部分の溶接割れや亀裂等を防止できるので、オーブン１の耐久性が向上し、長寿命化を達成することができる。なお、エアージャケット１９による冷却はやや長い時間を要するが、水冷式の冷却器１６による急速な冷却は短時間で行われるので、トータル的な冷却時間は従来の冷却方式の場合とあまり変わらず、特に、低温域の冷却を冷却器１６とエアージャケット１９を併用して行う場合は、更に冷却時間を短縮することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のクリーンオーブンは、耐熱温度が５００℃程度の耐熱フィルターを設置すると共に、バイパス通路を設けて冷却器を設置し、循環通路とバイパス通路の切替手段を設けたので、５００℃程度の清浄な高温雰囲気ガス中での熱処理を、消費電力を大幅に削減して行うことができるといった顕著な効果を奏する。そして、エアージャケットを設けたものは、エアージャケットで高温域における緩慢な冷却を行い、冷却器で低温域における急速な冷却を行うことによって、オーブン内の板金溶接部分の溶接割れや亀裂等を防止し、オーブンの耐久性を向上させて長寿命化を達成できるといった効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクリーンオーブンの一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１熱処理オーブン
２扉
６熱処理室
７上部通路
８シーズヒーター
９ファン
１１耐熱フィルター
１２背面通路
１３整流板
１５冷却用のバイパス通路
１６冷却器
１７ａ通路切替手段である第一切替板
１７ｂ通路切替手段である第二切替板
１９冷却用エアージャケット

Claims

オーブン内で雰囲気ガスを循環させながらヒーターにより加熱してフィルターと熱処理室を通過させ、熱処理室に置かれた被処理物を清浄な雰囲気ガス中で熱処理するクリーンオーブンにおいて、上記フィルターとして耐熱温度が５００℃程度の耐熱フィルターを設置する一方、雰囲気ガスの循環通路の一部に冷却用のバイパス通路を設けて冷却器をバイパス通路に設置し、循環通路とバイパス通路の切り替えを行う通路切替手段を設けたことを特徴とするクリーンオーブン。
オーブンの側壁の内面側に冷却用のエアージャケットを設けたことを特徴とする請求項１に記載のクリーンオーブン。