JP2008309354A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理部を循環する空気の温度に依存することなく、被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を酸化分解することができる熱処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る熱処理装置１０は、被処理物Ｗを熱処理する熱処理部２０と、空気を加熱して循環させる空気調整部３０と、で構成される断熱炉１１を備え、この断熱炉１１は、被処理物Ｗを熱処理する際に発生する昇華物を分解可能な光触媒手段３１を有し、この光触媒手段３１は、光が照射され且つ断熱炉１１内を循環する空気と接触する位置に配置されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物を熱処理する熱処理装置に関する。

従来から、熱処理装置としては、熱処理部内に被処理物が収納された状態で、前記熱処理部内の空気が循環しながら加熱することにより、前記被処理物を熱処理するものが知られている。

例えば、この熱処理装置は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製作等に用いられ、予めガラス板等の基板（被処理物）に対して特定の溶液を塗布して加熱乾燥させたものを前記加熱処理部内に収容し、加熱処理部内を循環する所定温度の熱風に晒して熱処理（焼成）するための装置である。

前記熱処理装置において、前記被処理物が所定温度の熱風に晒されて熱処理される際に、この熱処理に伴って被処理物上に塗布されている特定の溶液等が気化（昇華）し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の昇華物が発生する。

この昇華物は、前記熱処理部内に収納された被処理物の出し入れによる温度低下や、換気のために導入される外気等の影響で再結晶化し、この再結晶した昇華物が熱処理装置の内部に付着して被処理物の品質を低下させる等の問題を生じさせていた。

この問題を解消するために、前記熱処理部内を循環する熱風（加熱された空気）の循環経路における被処理物の下流側に、前記昇華物を酸化分解するための熱触媒を配置した熱処理装置が開発された（特許文献１参照）。

この熱処理装置のように熱触媒が配置されることで、被処理物の熱処理によって発生して前記熱風に含まれることとなった昇華物の大部分は、直ぐに前記熱触媒と接触して酸化分解される。その結果、前記熱触媒を通過した熱風は、熱処理に伴って発生した昇華物を殆ど含まないものとなる。
特開２００６−１７３５７号公報

ところで、前記熱触媒は、被処理物から発生する昇華物の酸化分解反応を促進するためのものであり、一般に、活性金属が白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の貴金属や、これらの貴金属の合金等で構成される。これら熱触媒は、約１５０〜２００℃程度の温度雰囲気下から触媒活性を示し、通常は、２３０〜２５０℃程度で十分な触媒活性を示す。そして、さらに高温とすることで、より反応性が高くなる。即ち、前記熱触媒における触媒活性は、雰囲気の温度に依存する。

従って、被処理物や塗布する溶剤の種類等によって、熱風の温度を前記触媒活性に十分な温度（所定温度）まで昇温できない場合、即ち、比較的低温で被処理物の熱処理が行われる場合、上記熱触媒を備えた熱処理装置であっても熱処理部を循環する熱風に含まれる昇華物が十分に酸化分解されない場合がある。そのため、この酸化分解されなかった昇華物の前記装置内への付着により、被処理物の品質の低下等の問題が生じる可能性が懸念された。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、熱処理部を循環する空気の温度に依存することなく、被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を分解することができる熱処理装置を提供することを課題とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係る熱処理装置は、被処理物を熱処理する熱処理部と空気を加熱して循環させる空気調整部とで構成される断熱炉を備え、この断熱炉は、前記被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を分解可能な光触媒手段と、外部からの光を前記断熱炉内に採光する採光手段と、を有し、前記光触媒手段は、前記採光手段によって採光された光が照射され且つ前記循環する空気と接触する位置に配置されることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記断熱炉内において、前記光触媒手段が採光された光を照射されるだけで、前記循環する空気に含まれる昇華物を分解する。即ち、光触媒手段は、雰囲気の温度に依存することなく、採光手段によって採光された光が照射されることで瞬時に触媒活性を示し、この状態で前記循環する空気と接触することで、この循環する空気に含まれる昇華物を分解する。

しかも、光触媒手段における昇華物を分解する処理能力が小さくても、空気に含まれる昇華物は、空気と共に循環しつつ光触媒手段を何度も通過するため、所望の量が分解される。

その結果、従来の熱触媒よりも低温で熱処理が行われたとしても、前記循環する空気に含まれる昇華物の分解が十分に行われる。

また、前記採光手段は、空気調整部内に外部からの光を採光するよう、前記断熱炉の空気調整部側に設けられてもよい。

かかる構成によれば、外部からの光を空気調整部内に採光するため、熱処理部は、前記採光された光が入射せず、嫌光性の被処理物を熱処理することができる。

また、光を照射する光線照射手段を前記断熱炉の外部にさらに備え、前記光照射手段は、前記採光手段を介して前記光触媒手段に光を照射できるように配置されてもよい。

かかる構成によれば、光照射手段によって一定光量の光が光触媒手段に照射される。そのため、光触媒手段は、装置の周辺の光量に依存することなく、十分な触媒活性が行われ、昇華物に対する安定した所望の分解性能を発揮できる。

また、前記採光手段は、前記断熱炉内と外部とを連通するように穿設された開口に嵌め込まれる耐熱ガラスで構成されてもよい。

かかる構成によれば、簡単な構成によって、外部から断熱炉内に光が採光される。

また、前記耐熱ガラスは、前記採光した光が照射される範囲を広げるようなレンズに形成される構成であってもよい。

かかる構成によれば、前記採光した光が前記断熱炉内のより広い範囲に照射される。そのため、光触媒手段に対する光の照射範囲が広がり、これに伴って昇華物を酸化分解できる範囲、即ち、光触媒手段における触媒活性を示す範囲が広がり、分解される前記昇華物の量が増加する。

また、前記採光手段は、一端が前記断熱炉内で他端が外部となるように配設された耐熱性を有する導光管で構成されてもよい。

かかる構成によっても、簡単な構成によって、外部から断熱炉内に光が採光される。この場合、前記導光管は、光ファイバで構成されるのが好ましい。光ファイバは、容易に入手でき、配設の際の自由度が高いからである。

また、前記導光管の一端にレンズが設けられ、該レンズは、前記導光管の他端で採光した光が照射される範囲を広げるように構成されてもよい。

かかる構成によれば、上記同様、前記採光した光が前記断熱炉内のより広い範囲に照射され、光触媒手段に対する光の照射範囲が広がり、これに伴って分解される昇華物の量も増加する。

また、上記課題を解決すべく、本発明に係る熱処理装置は、被処理物を熱処理する熱処理部と空気を加熱して循環させる空気調整部とで構成される断熱炉を備え、この断熱炉は、前記被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を分解可能な光触媒手段と光を照射する光照射手段とを有し、前記光触媒手段は、前記光照射手段によって光が照射され且つ前記循環する空気と接触する位置に配置されることを特徴としてもよい。

かかる構成によれば、前記光触媒手段が光照射手段によって光を照射されるだけで、上記同様、瞬時に触媒活性を示し、雰囲気の温度に依存することなく前記循環する空気に含まれる昇華物を分解する。また、光触媒手段における昇華物を分解する処理能力が小さくても、空気に含まれる昇華物は、空気と共に循環しつつ光触媒手段を何度も通過するため、所望の量が分解される。

従って、低温で熱処理が行われたとしても、従来の熱触媒よりも前記循環する空気に含まれる昇華物の分解を十分に行うことができる。

また、前記空気調整部は、断熱炉外から空気を導入する導入管が接続され、前記光照射手段は、前記空気調整部内に光を照射するように前記導入管内に配置される構成であってもよい。

かかる構成によれば、ガラス等を介することなく、直接、光が空気調整部内に照射されるため、光触媒手段に効率よく到達する。これは、光がガラス等を透過する際に、このガラス等の透過率に伴って光量が低減するからである。そのため、光触媒手段は、ガラス等を介して光を照射されるよりも十分に触媒活性を示し、より多くの昇華物を分解できる。

また、導入管内に光照射手段が備えられていることから、内部を流通する加熱前の空気によって光照射手段の冷却が可能となる。

また、照射された光を所定位置に配置される光触媒手段に向けて反射する反射手段を前記断熱炉内にさらに備えた構成であってもよい。

かかる構成によれば、前記光触媒手段は、断熱炉が有する前記採光手段や光照射手段から直接光を照射される位置に配置されなくてもよい。そのため、配置の自由度、即ち、当該熱処理装置の設計の自由度が向上する。

また、前記反射手段は、光触媒機能も有する構成であってもよい。

かかる構成によれば、前記光触媒手段と光触媒機能を有する反射手段とが光を受けて昇華物を分解できるため、分解される昇華物の量がより増加する。

また、前記光触媒手段は、板状体の表面に光触媒機能を有する構成であってもよい。

かかる構成によれば、光触媒機能を備えた表面を所望の方向に向けて前記断熱炉内に容易に配置することができる。

また、前記光触媒手段は、綿状体又はメッシュ状体の表面に光触媒が担持された構成を有し、前記循環する空気がその内部を通過するように配置される構成であってもよい。

かかる構成によれば、光触媒反応を示す表面の面積が増加し、それに伴って前記循環する空気との接触面積が増加する。また、前記循環する空気が光触媒手段の内部を通過する際、前記内部に乱流が発生して前記循環する空気と前記表面とが接する時間や回数が増加する。そのため、分解される昇華物の量が増加する。

また、前記光照射手段は複数配置され、これら複数の光照射手段は、異なる方向から前記光触媒手段に光を照射するようにそれぞれ配置される構成であってもよい。

かかる構成によれば、光触媒手段の表面形状が入り組んだ形状となっても光が照射されない部位、即ち、影になる部位が減少若しくは無くなるため、触媒反応を示す面積が広くなり、効率よく昇華物が分解される。

以上より、本発明によれば、熱処理部を循環する空気の温度に依存することなく、被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を分解することができる熱処理装置を提供することができるようになる。

以下、本発明の第一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

図１に示されるような熱処理装置１０は、ＦＰＤの製造工程に用いられるものであり、クリーンルーム内に設置されるいわゆるクリーンオーブンと呼ばれるものである。

この熱処理装置１０は、断熱壁（炉壁）で空間が囲繞された断熱炉１１と光（本実施形態においては、紫外線）を照射するための光照射手段（紫外線照射手段）Ｌとを有する装置本体１２を備えている。断熱炉１１の内部空間は、仕切り壁１３によって仕切られることで、熱処理部２０（図１において、仕切り壁１３よりも左側の部分）と空気調整部３０（図１において、仕切り壁１３よりも右側の部分）とが形成されている。

仕切り壁１３には、熱処理部２０と空気調整部３０とを連通する連通部１４、１５が設けられている。連通部１４は、熱処理部２０の空気を空気調整部３０に導入するための吸気用連通部１４であり、連通部１５は、空気調整部３０の空気を後述する送風機３４によって熱処理部２０に吹き出すための吹き出し用連通部１５である。また、吸気用連通部１４と吹き出し用連通部１５とは、吹き出し用連通部１５から空気調整部３０の空気が熱処理部２０側に吹き出され、これに伴って吸気用連通部１４から熱処理部２０の空気が空気調整部３０に導入されることで、断熱炉１１内に空気の循環流を形成することができるような位置にそれぞれ設けられる。

熱処理部２０には、ガラス基板等の複数の被処理物（以下、単に「ワーク」と称する。）Ｗを上下に並んだ状態で保持可能なワーク保持部２１が設けられている。このワーク保持部２１にワークＷが保持されることにより、当該ワークＷが熱処理部２０内に収納・保持される。

空気調整部３０には、昇華物を分解可能な光触媒手段３１と外部からの光を断熱炉１１内に、より詳細には、空気調整部３０内に採光する採光手段３２とが配置される。本実施形態においては、さらに、断熱炉１１内の空気を加熱するための加熱器３３と前記空気の循環流を形成するための送風機３４とが設けられている。そして、これらは、空気調整部３０において、循環する空気の上流側から下流側に向かって、光触媒手段３１及び採光手段３２、加熱器３３、送風機３４の順に配置されている。尚、光触媒手段３１、採光手段３２、加熱器３３及び送風機３４の配置は、この順に限定される必要はない。

光触媒手段３１は、ワークＷを熱処理する際に当該ワークＷから発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の昇華物を分解するためのものである。本実施形態では、酸化チタン（ＴｉＯ_２）で形成された板状体で構成されているが、これに限定される必要はなく、光を照射されることで前記昇華物が分解されるような素材及び形状であればよい。即ち、光触媒手段３１は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化タングステン（ＷＯ_３）等の光エネルギーを受けて電荷分離を起こす光伝導性物質で構成されればよい。本実施形態に係る光触媒手段３１は、光、特に紫外線が照射されることによって触媒活性を示す。この触媒活性は、紫外線が照射されるだけで直ちに生じ、雰囲気の温度には殆ど依存しない。このような光触媒手段３１は、空気調整部３０内において、断熱炉１１内を循環する空気が接触し且つ採光手段３２によって採光された光が照射される位置に配置される。より詳細には、光触媒手段３１は、空気調整部３０内において、断熱炉１１の炉壁に設けられた採光手段３２と対向する位置、即ち、仕切り壁１３の壁面にその表面が採光手段３２と対向するように配置されている。

採光手段３２は、外部から断熱炉１１内、具体的には空気調整部３０内に光を採光するためのものである。この採光手段３２は、断熱炉１１の炉壁に形成された開口に耐熱ガラス３２ａが嵌め込まれることで構成されている。より詳細には、採光手段３２は、断熱炉１１の炉壁のうち仕切り壁１３と対向する炉壁であって、仕切り壁１３に配置されている光触媒手段３１の表面と対向する位置に設けられる。この採光手段３２は、断熱炉１１の炉壁にその内と外部とを連通するように前記光触媒手段３１に対応した形状の開口を穿設し、この開口を塞ぐように嵌め込まれた板状の耐熱ガラス３２ａによって構成されている。

尚、本実施形態においては、紫外線に弱いワークＷの熱処理を行うことができるよう、採光手段３２によって空気調整部３０内に採光された光（紫外線）に対し、前記仕切り壁１３によって熱処理部２０内は遮光されている。

採光手段３２を構成する前記耐熱ガラス３２ａは、石英ガラス（特に、溶融石英ガラス）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等の紫外線透過率の高い耐熱ガラスを用いるのが好適である。また、バイコール（商標登録）やパイレックス（商標登録）等の耐熱ガラス３２ａが用いられてもよい。

光照射手段Ｌは、本実施形態においては、紫外線を照射する紫外線ランプＬで構成される。しかし、これに限定される必要はなく、使用する光触媒手段に触媒活性を生じさせる波長の光を含んでいればよい。さらには、他の波長帯の光を幅広く含む光源であってもよい。この紫外線ランプＬは、その照射方向Ｃが採光手段３２を構成する耐熱ガラス３２ａと対向するように、より詳細には、耐熱ガラス３２ａの表面中央と直交するように配置されている。また、上記のように、前記耐熱ガラス３２ａと光触媒手段３１とが対向していることから、紫外線ランプＬは、その照射方向Ｃと光触媒手段３１表面とが対向するように配置されている。即ち、紫外線ランプＬは、その照射した紫外線が耐熱ガラス３２ａを透過して光触媒手段３１を照らすように、光触媒手段３１と耐熱ガラス３２ａとを結ぶ直線上に配置される。

加熱器３３は、断熱炉１１内、具体的には空気調整部３０内の空気を加熱するためのものである。また、送風機３４は、空気調整部３０の空気を、吹き出し用連通部１５を通じて熱処理部２０側に送り込むためのものである。さらに、空気調整部３０には、断熱炉１１の外部から空気を空気調整部３０内に供給するための吸気ダクト（導入管）３５が接続され、熱処理部２０には、この熱処理部２０から流出した空気を直接、断熱炉１１の外部に排出するための排気ダクト２２が接続されている。

本実施形態に係る熱処理装置１０は、以上の構成からなり、次に、この熱処理装置１０の動作について説明する。

送風機３４によって熱処理部２０側に空気調整部３０の空気が送り込まれると、熱処理部２０の空気は、吸気用連通部１４を通じて空気調整部３０に戻される。そして、空気調整部３０に戻された空気は、加熱器３３によって加熱・昇温され、吹き出し用連通部１５を通じて熱処理部２０側に吹き出される。この空気の循環が繰り返され、所定温度にまで加熱された空気（熱風）に、熱処理部２０内に収容されたワークＷが晒されることで、熱処理（焼成）が行われる。

このようにワークＷに対する熱処理が行われる際に、紫外線ランプＬから耐熱ガラス３２ａを介して光触媒手段３１に紫外線が照射されると、断熱炉１１内を循環する（空気調整部３０内を流れる）熱風に含まれる昇華物の分解が開始される。

即ち、所定温度まで昇温された熱風にワークＷが晒されると、その表面に塗布された溶液等が気化（昇華）し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の昇華物が発生する。この発生した昇華物は、熱風と共に断熱炉１１内を循環する。この昇華物を含んだ熱風は、熱処理部２０から、吸気用連通部１４を通じて空気調整部３０に導入される。この熱風は、空気調整部３０内を吹き出し用連通部１５に向かって流れる。このとき、空気調整部３０において、吸気用連通部１４と吹き出し用連通部１５との間に光触媒手段３１が配置されているため、熱風は光触媒手段３１に接触しつつ流れることとなる。その際、光触媒手段３１は、紫外線ランプＬによって紫外線を照射されることで十分な触媒活性を示している。そのため、この光触媒手段３１に接触しつつ流れる熱風に含まれる昇華物は分解される。

そして、吸気ダクト３５から吸い込まれた外気が空気調整部３０を介して熱処理部２０内に送り込まれると共に、熱処理部２０内の空気の一部が排気ダクト２２内に流出することにより、断熱炉１１内を循環する空気の一部が換気される。即ち、断熱炉１１内を熱風（空気）が循環してワークＷを熱処理しつつ、その一部の換気も同時に行われている。これは、光触媒手段３１による昇華物の酸化分解だけでは、循環する空気に含まれる昇華物を全て取り除く（酸化分解する）ことができない場合があり、その場合に残った昇華物を換気によって断熱炉１１内から排出することで、前記昇華物によるワークＷの品質低下を防ぐためである。

次に、本実施形態に係る熱処理装置１０の作用及び効果を説明する。

断熱炉１１（空気調整部３０）は、光触媒手段３１と採光手段３２とを有し、光触媒手段３１は、前記採光手段３２によって採光された光が照射され且つ循環する空気と接触する位置に配置されている。そのため、光触媒手段３１が採光された光を照射されるだけで、断熱炉１１内を循環する空気に含まれる昇華物を分解する。即ち、光触媒手段３１は、採光手段３２によって採光された光が照射されることで瞬時に触媒活性を示し、この状態で前記循環する空気と接触することで、この循環する空気に含まれる昇華物を分解する。

このように、光触媒手段３１は、雰囲気の温度に依存することなく、光（本実施形態においては、紫外線）を照射されるだけで瞬時に触媒活性を示す。そのため、熱触媒が十分な触媒活性を示す温度よりも低い温度で熱処理を行わなければならない場合でも、断熱炉１１内を循環する空気に含まれる昇華物の分解が可能である。

また、光触媒手段３１における昇華物を分解する処理能力が小さくても、空気に含まれる昇華物は、断熱炉１１内を空気と共に循環しつつ光触媒手段３１を何度も通過するため、所望の量が分解される。

また、本実施形態において、採光手段３２は、空気調整部３０内に外部からの光を採光するよう、断熱炉１１の空気調整部３０側に設けられている。また、採光手段３２によって空気調整部３０内に採光された光（紫外線）に対し、仕切り壁１３によって熱処理部２０内は遮光されている。従って、外部から採光された光は、採光手段３２によって空気調整部３０内にだけ照射され、熱処理部２０には、前記採光された光が入射しない。その結果、熱処理部２０において、嫌光性のワーク（本実施形態においては、紫外線に弱いワーク）Ｗを熱処理することができる。

また、装置本体１２は、光を照射する光線照射手段Ｌを前記断熱炉の外部にさらに備え、この光照射手段Ｌは、採光手段３２を介して光触媒手段３１に光を照射できるように配置されている。そのため、一定光量の光が光触媒手段３１に照射される。その結果、光触媒手段３１は、当該熱処理装置１０の周辺の光量に依存することなく、十分な触媒活性が行われ、昇華物に対する安定した所望の分解性能を発揮できる。

さらに、紫外線ランプＬは、断熱炉１１の外部に配置されればよいため、断熱炉１１内の高温に耐えることができるような高価な耐熱性の機材である必要がなく、汎用機材でよい。そのため、熱処理装置１０の製造コストの低減化が図られる。

また、特に、本実施形態のように、特に紫外線のような特定の波長帯の光に対して触媒活性を示す光触媒手段３１を用いた場合、紫外線ランプＬのような特定の波長体の光を照射する照射手段Ｌを用いることで、効率よく昇華物の分解が行える。即ち、このような光源Ｌを用いることで、紫外線に応答する光触媒手段３１は、触媒活性に必要な紫外線だけが十分に照射されるため、種々の波長帯を含む光を照射されるよりもより十分な触媒活性を示し、効率よく昇華物の分解が行える。

また、光触媒手段３１は、板状体の表面に光触媒機能を有する構成であるため、光触媒機能を備えた表面を所望の方向に向けて断熱炉１１内に容易に配置することができる。

以下、第二実施形態から第五実施形態について順に説明するが、第一実施形態と同一の構成については同じ符号を用いて詳細な説明は省略し、異なる構成についてのみ詳細に説明する。また、作用及び効果についても同様に第一実施形態と異なるものについてのみ詳細に説明する。

図２に示されるように、第二実施形態に係る熱処理装置１０Ａは、採光手段３２として、第一実施形態における耐熱ガラス３２ａを用いて、透過した光の照射範囲を広げるような凸レンズ３２ｂ又は凹レンズ３２ｃに形成したものを備えている。即ち、断熱炉１１の炉壁に形成（穿設）された開口を塞ぐように嵌め込まれた耐熱ガラス製の凸レンズ３２ｂ又は凹レンズ３２ｃによって採光手段３２が構成されている。

凸レンズ３２ｂは、図２（ａ）に示されるように、対向する位置に配置された光触媒手段３１ａの表面に対してその光軸ｃが直交し、且つ焦点距離が対向する光触媒手段３１ａの表面よりも手前となるような凸レンズである。より詳細には、光軸ｃが紫外線ランプＬの照射方向Ｃと同一となり、焦点が、凸レンズ３２ｂにおける空気調整部３０側の面と光触媒手段３１ａの表面との中間位置よりも凸レンズ３２ｂ側に位置するようなレンズである。

採光手段３２がこのような凸レンズ３２ｂで構成されることで、紫外線ランプＬによって照射された紫外線（光）は、凸レンズ３２ｂを透過する際に収束する方向に屈折し、凸レンズ３２ｂ透過後に、焦点で光軸ｃに一旦完全に収束したあと発散する。そして、前記紫外線は、光触媒手段３１ａの表面において、凸レンズ３２ｂの光触媒手段３１ａ表面における投影面積よりも広い範囲を照らす。そのため、空気調整部３０に第一実施形態における光触媒手段３１よりも大きな光触媒手段３１ａが配置されることで、光触媒手段における光に照らされる範囲が広がる。その結果、昇華物を分解できる範囲、即ち、光触媒手段の触媒活性を示す範囲が第一実施形態に比べて広がり、分解できる前記昇華物の量も増加する。

凹レンズ３２ｃは、図２（ｂ）に示されるように、光軸ｃ’が光触媒手段３１ａの表面と直交するようなレンズである。採光手段３２が凹レンズ３２ｃで構成されることで、紫外線ランプＬによって照射された紫外線は、凹レンズ３２ｃを通過する際に発散する方向に屈折し、光触媒手段３１ａの表面において、凹レンズ３２ｃの光触媒手段３１ａ表面における投影面積よりも広い範囲を照らしている。そのため、上記同様、空気調整部３０に第一実施形態における光触媒３１よりも大きな光触媒手段３１ａを配置することで、昇華物を分解できる範囲、即ち、光触媒手段の触媒活性を示す範囲が第一実施形態に比べて広がり、分解できる前記昇華物の量が増加する。

図３（ａ）に示されるように、第三実施形態に係る熱処理装置１０Ｂは、照射された光（紫外線）を採光手段３２と異なる位置（所定位置）へ反射するように構成される反射手段３１ｂが配置され、この反射された光に照らされ且つ断熱炉１１内を循環する空気と接触するような位置に光触媒手段３１ｃが配置されている。

具体的には、反射手段３１ｂは、鏡で構成されている。本実施形態においては、鏡３１ｂは、略円錐形となるように形成されている。この鏡３１ｂは、円錐の中心軸が紫外線ランプＬの照射方向Ｃと同一となるように、採光手段３２と対向する位置、即ち、断熱炉１１内に設けられた仕切り壁１３に配置されている。また、光触媒手段３１ｃは、鏡３１ｂによって反射された紫外線に照らされる位置、本実施形態においては、採光手段３２（耐熱ガラス３２ａ）が形成されている断熱炉１１の炉壁に穿設された開口を囲むよう、空気調整部３０内に配置されている。

このように構成されることで、光触媒手段３１ｃは、紫外線ランプＬから採光手段３２を介して直接光を照射される位置に配置されなくてもよい。そのため、配置の自由度、即ち、熱処理装置１０の設計の自由度が向上する。

この場合、反射手段３１ｂに光触媒機能を有するもの、具体的には、光触媒付鏡３１ｂを採用すれば、前記光触媒手段３１ｃと光触媒付鏡３１ｂとが紫外線を受けて昇華物を分解できるため、分解される昇華物の量がより増加する。

即ち、光触媒付鏡（第一光触媒手段）３１ｂ及び前記光触媒手段（第二光触媒手段）３１ｃが配置されることで、採光手段３２を経た紫外線に照射される第一光触媒手段３１ｂと、この第一光触媒手段３１ｂによって反射された光に照らされる第二光触媒手段３１ｃとが存在するため、光に照らされる光触媒手段の面積がより広くなるため、第一実施形態と比べ、分解される昇華物の量がより増加する。

尚、本実施形態において、鏡（又は第一光触媒手段）３１ｂは、略円錐形となるように形成されているが、これに限定される必要もなく、多角錐形状等であってもよい。さらに、図３（ｂ）に示されるように、平板状の鏡３１ｂ’を紫外線ランプＬの照射方向Ｃに対して、その表面が直交しないように（本実施形態においては、鏡３１ｂ’の表面と紫外線ランプＬの照射方向Ｃとのなす角が４５°となるように）配置し、この鏡３１ｂ’によって反射された紫外線に照らされる位置に、光触媒手段３１ｃ’を配置してもよい。このとき、光触媒手段３１ｃ’の形状は、平板状の鏡３１ｂ’の反射光に対応するような形に形成される。このようにすることでも、光触媒手段３１ｃ’の配置の自由度が向上する。

また、鏡３１ｂ’を光触媒付鏡とすることで、上記同様、第一実施形態と比べ、紫外線に照らされる光触媒手段の面積がより増加するため、分解される昇華物の量もより増加する。

図４に示されるように、第四実施形態に係る熱処理装置１０Ｃは、採光手段３２として、一端が空気調整部３０内で他端が断熱炉１１の外部となるように配設された耐熱性を有する導光管（本実施形態においては、光ファイバ）３２ｄで構成されたものを備えている。より詳細には、光ファイバ３２ｄの一端は、空気調整部３０に配置された光触媒手段３１と対向し、採光した光（紫外線）の照射方向Ｃ’が光触媒手段３１の表面と直交するように配置される一方、他端は、断熱炉１１の外部に位置し、本実施形態においては、紫外線ランプＬと対向するように配置されている。即ち、光ファイバ３２ｄは、断熱炉１１の炉壁を貫通するように配設されている。このような簡単な構成によっても、外部（本実施形態においては外部に配置された紫外線ランプＬ）から空気調整部３０内に光（紫外線）を採光することが可能となる。

さらに、光ファイバ３２ｄは、他端と一端とが離れていても他端から一端まで光を導光することができ、紫外線ランプＬを断熱炉１１から離れた位置に配置することができるため、熱処理装置１０Ｃの設計の自由度を向上させることができる。また、光ファイバ３２ｄは、容易に入手することができる。

尚、本実施形態において、導光管３２ｄは、光ファイバで構成されているが、光を入射端から出射端まで導くことができれば、例えば、内周面に鏡が設けられた筒状の導光管等であってもよい。

また、本実施形態においては、光ファイバ３２ｄの一端に、さらに凹レンズ３２ｃ’（又は凸レンズ３２ｂ’）が設けられている（図４（ａ）（又は図４（ｂ））参照）。この凹レンズ３２ｃ’（又は凸レンズ３２ｂ’）は、光ファイバ３２ｄの照射範囲を広げるものである。即ち、光ファイバ３２は、紫外線ランプＬからの紫外線を他端（入射端）から採光し、一端（出射端）から光触媒手段３１を照らすように前記採光した紫外線を照射する。しかし、光ファイバ３２自体が細い線状の耐熱ガラスで構成されているため、他端から光触媒手段３１に対して紫外線を照射する範囲は狭い。そのため、第二実施形態と同様に、照射範囲を広げるべく、一端に凹レンズ３２ｃ’（又は凸レンズ３２ｂ’）が設けられる。

従って、第二実施形同様に、凹レンズ３２ｃ’は、この凹レンズ３２ｃ’を通過した紫外線が発散する方向に屈折し、凹レンズ３２ｃ’の光触媒手段３１表面における投影面積よりも広い範囲を照らすように位置している。また、凸レンズ３２ｂ’は、紫外線がこの凸レンズ３２ｂ’を通過後、焦点で一端完全に収束したあと発散し、光触媒手段３１の表面において、凸レンズ３２ｂ’の光触媒手段３１表面における投影面積よりも広い範囲を照らすように位置している。

図５に示されるように、第五実施形態に係る熱処理装置１０Ｄは、吸気ダクト３５ａ内に空気調整部３０内に紫外線を照射できるように紫外線ランプＬを備えている。そして、吸気ダクト３５ａの一端（図５において右側端）には、空気調整部３０内に外気を供給するための外気送風機５０が配置されている。

より詳細には、吸気ダクト３５ａは、ダクト内部と空気調整部３０内とが連通し、内径を紫外線ランプＬが配置できる大きさに設定されている。また、吸気ダクト３５ａは、他端の開口が光触媒手段３１と対向するように仕切り壁１３と対向する断熱炉１１の炉壁に接続されている。このように吸気ダクト３５ａが断熱炉１１（空気調整部３０）に接続されることで、内部に配置された紫外線ランプＬは、光触媒手段３１に紫外線を直接照射することができる。

従って、耐熱ガラス３２ａ等を介することなく、直接、紫外線が光触媒手段３１に照射されるため、効率よく到達する。これは、紫外線が耐熱ガラス３２ａ等を透過する際に、この耐熱ガラス３２ａ等の透過率に伴って光量が低減するからである。そのため、光触媒手段３１は、耐熱ガラス３２ａ等を介して紫外線を照射されるよりも十分に触媒活性を示し、より多くの昇華物を分解する。また、吸気ダクト３５ａ内に紫外線ランプＬが配置されていることから、内部を流通する外気（加熱される前の空気）によって紫外線ランプＬの冷却が可能となる。本実施形態において、光を照射する手段は、紫外線ランプＬが用いられているが、これに限定される必要はなく、各種光源が用いられてもよい。

尚、本発明に係る熱処理装置は、上記第一乃至第五実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態においては、紫外線ランプ（光照射手段）Ｌによって、紫外線（光）が採光手段３２に照射されることで、採光手段３２を透過して（介して）光触媒手段３１を照らしているが、これに限定される必要はない。即ち、図６に示されるように、紫外線（光）照射手段Ｌを備えることなく、太陽光や蛍光灯等の熱処理装置１０の周囲の紫外線（光）が採光されるようにしてもよい。このようにしても、光触媒手段３１が紫外線（光）に照らされ、触媒活性を示し、昇華物の分解を行う。

また、上記実施形態においては、光触媒手段３１は板状体で構成されているが、これに限定される必要もない。即ち、図７に示されるように、光触媒手段が綿状光触媒手段（綿状体）５０で構成されてもよく、また、メッシュ状光触媒手段（メッシュ状体）５０’で構成されてもよい。詳細には、綿状光触媒手段５０は、綿状体の表面に光触媒が担持されるように形成されている。また、メッシュ状光触媒手段５０’は、メッシュ状体本体の表面に光触媒が担持されるように形成されている。このような形状の光触媒手段５０，５０’とすることで、光触媒反応を示す表面の面積が増加し、それに伴って循環する空気との接触面積が増加する。また、前記循環する空気が光触媒手段５０，５０’内部を通過する際、前記内部に乱流が発生して前記循環する空気と前記表面とが接する時間や回数が増加する。そのため、分解される昇華物の量が増加する。

尚、メッシュ状光触媒手段５０’は、所定間隔をおいて複数層となるように配置することが好ましい（図７（ｂ）参照）。このようにすることで、メッシュ状光触媒手段５０’内部を通過する循環空気の乱流がより発生し易くなる。

また、図８に示されるように、複数の紫外線ランプＬ，Ｌ，…と対応する耐熱ガラス３２ａ,３２ａ,…（採光手段３２，３２，…）を設けることで、異なる方向から綿状光触媒手段５０（又はメッシュ状光触媒手段５０’）に光を照射するように構成されてもよい。このように構成することで、入り組んだ形状となっている光触媒反応を示す表面に対し、光が照射されない部位、即ち、影になる部位が減少若しくは無くなるため、光触媒反応を示す面積が広くなり、効率よく昇華物が分解される。

また、光触媒付鏡（第一光触媒手段）３１ｂや鏡を用いることで、上記同様に光触媒手段に対して複数の方向から光を照射できるように構成し、上記同様の効果を得るようにしてもよい（図８（ｂ）参照）。

また、紫外線ランプＬの光軸の向き、照射する光の拡散度、光触媒付鏡等の光反射手段における光の反射方向等を変更可能に構成することで、光触媒手段の種類や形状等を変更した際に、光触媒反応を示す反応面の大きさが最も広くなるように、又は最も触媒活性を示す状態となるように調節可能としてもよい。

また、上記実施形態においては、光触媒手段３１は、空気調整部３０内に配置されているが、これに限定される必要もない。即ち、光が照射される位置であれば、熱処理部２０内に配置されてもよい。

さらに、上記実施形態においては、紫外線ランプ（光照射手段）Ｌが断熱炉１１の外部に配置されているが、これに限定される必要もない。即ち、光触媒手段３１に光を照射できる位置であれば、断熱炉１１内に配置されてもよい。この場合、断熱炉１１内に配置された光照射手段Ｌによって、光触媒手段３１に光が照射されるため、採光手段３２が設けられなくてもよい。

第一実施形態に係る熱処理装置の概略構成図を示す。 第二実施形態に係る熱処理装置であって、（ａ）は、採光手段が凸レンズで構成されている熱処理装置の概略構成図を示し、（ｂ）は、採光手段が凹レンズで構成されている熱処理装置の概略構成図を示している。 第三実施形態に係る熱処理装置であって、（ａ）は、第一光触媒手段が略円錐形に形成されている熱処理装置の概略構成図を示し、（ｂ）は、第一光触媒手段が平板状に形成され、傾斜配置された熱処理装置の概略構成図を示す。 第四実施形態に係る熱処理装置であって、（ａ）は、光ファイバの先端に凹レンズが設けられた熱処理装置の概略構成図を示し、（ｂ）は、光ファイバの先端に凸レンズが設けられた熱処理装置の概略構成図を示す。 第五実施形態に係る熱処理装置の概略構成図を示す。 他実施形態に係る熱処理装置の概略構成図を示す。 他実施形態に係る熱処理装置であって、（ａ）は、光触媒手段が綿状体で構成されている熱処理装置の部分概略構成図を示し、（ｂ）は、光触媒手段が複数層のメッシュ状体で構成されている熱処理装置の部分概略構成図を示す。 他実施形態に係る熱処理装置であって、（ａ）は、複数の方向から光触媒手段に対して光を照射できるよう複数の光照射手段及びこれに対応した採光手段を備える熱処理装置の部分概略構成図を示し、（ｂ）は、光反射手段を用いて複数の方向から光触媒手段に対して光を照射できるように構成された熱処理装置の部分概略構成図を示す。

符号の説明

１０ 熱処理装置
１１ 断熱炉
２０ 熱処理部
３１ 光触媒手段
３０ 空気調整部
３２ 採光手段
３５ 導入管（吸気ダクト）
Ｗ 被処理物（ワーク）

Claims (15)

1. 被処理物を熱処理する熱処理部と空気を加熱して循環させる空気調整部とで構成される断熱炉を備え、
   この断熱炉は、前記被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を分解可能な光触媒手段と、外部からの光を前記断熱炉内に採光する採光手段と、を有し、
   前記光触媒手段は、前記採光手段によって採光された光が照射され且つ前記循環する空気と接触する位置に配置されることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記採光手段は、空気調整部内に外部からの光を採光するよう、前記断熱炉の空気調整部側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 光を照射する光線照射手段を前記断熱炉の外部にさらに備え、前記光照射手段は、前記採光手段を介して前記光触媒手段に光を照射できるように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記採光手段は、前記断熱炉内と外部とを連通するように穿設された開口に嵌め込まれる耐熱ガラスで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置。
5. 前記耐熱ガラスは、前記採光した光が照射される範囲を広げるようなレンズに形成されることを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
6. 前記採光手段は、一端が前記断熱炉内で他端が外部となるように配設された耐熱性を有する導光管で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置。
7. 前記導光管の一端にレンズが設けられ、該レンズは、前記導光管の他端で採光した光が照射される範囲を広げるように構成されることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
8. 前記導光管は、光ファイバで構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の熱処理装置。
9. 被処理物を熱処理する熱処理部と空気を加熱して循環させる空気調整部とで構成される断熱炉を備え、
   この断熱炉は、前記被処理物を熱処理する際に発生する昇華物を分解可能な光触媒手段と光を照射する光照射手段とを有し、
   前記光触媒手段は、前記光照射手段によって光が照射され且つ前記循環する空気と接触する位置に配置されることを特徴とする熱処理装置。
10. 前記空気調整部は、断熱炉外から空気を導入する導入管が接続され、前記光照射手段は、前記空気調整部内に光を照射するように前記導入管内に配置されることを特徴とする請求項９に記載の熱処理装置。
11. 照射された光を所定位置に配置される光触媒手段に向けて反射する反射手段を前記断熱炉内にさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱処理装置。
12. 前記反射手段は、光触媒機能も有することを特徴とする請求項１１に記載の熱処理装置。
13. 前記光触媒手段は、板状体の表面に光触媒機能を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の熱処理装置。
14. 前記光触媒手段は、綿状体又はメッシュ状体の表面に光触媒が担持された構成を有し、前記循環する空気がその内部を通過するように配置されることを特徴とする請求項３、９、１０のいずれかに記載の熱処理装置。
15. 前記光照射手段は複数配置され、これら複数の光照射手段は、異なる方向から前記光触媒手段に光を照射するようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１４に記載の熱処理装置。

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