JP2014139510A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単位枚数あたりのワークを処理するのに要する熱処理空間を拡張させることなく、また、炉体内部のクリーン度を維持しつつ、簡易な構成によって大型の平板状ワークを均一に加熱することが可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置は、炉体１２、循環ファン２２、加熱ヒータ２０、耐熱フィルタ１４、およびＣＰＵ５０を備える。ＣＰＵ５０は、徐々に右からの熱風を強めつつ左からの熱風を弱め、その後、所定時間だけ右から強い熱風を供給する。続いて、徐々に左右からの熱風の強さを同じにしていき、その後所定時間だけ左右から同じ強さの熱風を供給する。続いて、徐々に左からの熱風を強めつつ右からの熱風を弱め、その後所定時間だけ左から強い熱風を供給する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、循環熱風によってワークを加熱するように構成された熱処理装置に関する。

ワークに対して熱処理を行う熱処理装置の中には、炉体の内部を循環させた熱風によってワークを加熱するように構成された熱風循環方式の加熱装置が存在する。このような、熱風循環方式の熱処理装置では、ワークの風上と風下で温度分布が発生し、ワークの風下において温度が低下するという不具合が発生することがある。このような不具合は、ワークが大型化するほどより深刻になるため、このような不具合に対して、従来、さまざまな対処が為されてきた。

例えば、従来技術の中には、平板状のワークを強制対流加熱する際に、風上側より風下側の方が仕切り板との間隔が狭くなるように仕切り板を傾斜させて配置することによって風上側より風下側の熱風流速を大きくさせ、それによってワークを均一加熱しようとする技術が存在する（例えば、特許文献１参照。）。

また、平板状のワークを強制対流加熱する際に、風上側および風下側の切り換えるために熱風の流れる方向を逆転させることによってワークを均一加熱しようとする技術も存在する（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−１１８３５６号公報 特開平８−２６１６４７号公報

上述の特許文献１に係る技術では、熱風流速を変化させる仕切板を傾斜させて配置しているため、ワーク設置場所が高さ方向に増大してしまい、その結果、ワークの処理量が少なくなってしまうという不都合がある。

また、上述の特許文献２に係る技術では、循環熱風の進行方向を反転させているため、フィルタを通過する風量が急激に変化させることが原因でフィルタ自身が発塵源となり、その結果、炉体内部のクリーン度が低くなってしまうことがある。また、循環熱風の進行方向を反転させる際に、フィルタに捕集されていた塵埃等がフィルタから離脱して炉体内部を浮遊する虞もある。

本発明の目的は、単位枚数あたりのワークを処理するのに要する熱処理空間を拡張させることなく、また、炉体内部のクリーン度を維持しつつ、簡易な構成によって大型の平板状ワークを均一に加熱することが可能な熱処理装置を提供することである。

本発明に係る熱処理装置は、循環熱風によって平板状のワークを加熱するように構成される。この熱処理装置は、炉体、循環ファン、加熱ヒータ、耐熱フィルタ、および制御部を備える。

炉体は、ワークを支持するワーク支持部を内部に有する。循環ファンは、炉体における第１の側面側および第２の側面側のそれぞれに配置され、かつ、循環熱風を発生させるように構成される。加熱ヒータは、炉体における第１の側面側および第２の側面側のそれぞれに配置され、かつ、循環熱風を加熱するように構成される。耐熱フィルタは、炉体における第１の側面側および第２の側面側のそれぞれに配置され、循環熱風を清浄化するように構成される。これらの循環ファン、加熱ヒータ、耐熱フィルタは、炉体の幅方向において左右対称に配置されることが好ましい。

制御部は、所定時間だけ前記第１の側面側からワークに供給される熱風を前記第２の側面側からワークに供給される熱風より強くし、徐々に前記第１の側面側及び前記第２の側面側からの熱風の強さを同じにしていき、その後所定時間だけ前記第１の側面側及び前記第２の側面側から同じ強さの熱風を供給し、続いて、徐々に前記第２の側面側からの熱風を強めつつ前記第１の側面側からの熱風を弱め、その後所定時間だけ前記第１の側面側からワークに供給される熱風を前記第２の側面側からワークに供給される熱風より弱くし、徐々に前記第１の側面側及び前記第２の側面側からの熱風の強さを同じにしていき、その後所定時間だけ前記第１の側面側及び前記第２の側面側から同じ強さの熱風を供給するように前記複数の循環ファンのそれぞれの動作を制御するように構成され、所定時間毎に前記第１の側面側および前記第２の側面側からの熱風の強弱関係を反転させる。

この構成のおいては、１つの炉内において、第１の側面側からワークに供給される熱風の風量が第２の側面側からワークに供給される熱風の風量と同じにならないように、第１の側面側からワークに供給される熱風と第２の側面側からワークに供給される熱風との強弱を付けることができる。このため、左右から供給された熱風がワークの幅方向の中央部で押し合うようになって中央部に熱風が流れ難い環境が形成されるといった不具合が発生することがない。このため、ワークの幅方向の中央部において温度が低下することが防止される。

また、複数の循環ファンのそれぞれは、熱風の循環経路における複数の加熱ヒータのそれぞれの下流側に配置されることが好ましい。加熱ヒータによって加熱された後に、循環ファンで送風される際にかき混ぜられるため、熱風に温度ムラが生じ難い。

本発明によれば、単位枚数あたりのワークを処理するのに要する熱処理空間を拡張させることなく、また、炉体内部のクリーン度を維持しつつ、簡易な構成によって大型の平板状ワークを均一に加熱することが可能になる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す図である。 熱処理装置の概略を示すブロック図である。 熱風整流板の構成を示す図である。 熱風整流板の作用を示す図である。 熱風の流通状態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す図である。 熱風の流通状態を制御する例を示す図である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）を用いて、本発明の実施形態に係る熱処理装置１０の基本構成を説明する。熱処理装置１０は、熱風循環式のクリーンオーブンであり、炉体１２に搬入された平板状のワーク１８を循環熱風によって加熱するように構成される。

炉体１２の内部には、ワーク１８を多段状に支持するように構成された複数のラック部材２８が設けられる。炉体１２の前面には、ワークの搬入および搬出時に開閉するように構成された扉２６が設けられる。扉２６は、上下方向に配列された複数のシャッタによって構成されており、搬入または搬出されるべきワーク１８に割り当てられた段に対応するシャッタのみが開閉するように構成されている。

炉体１２の背面側には、複数の加熱ヒータ２０、複数の循環ファン２２、複数のダクト２４が設けられる。加熱ヒータ２０、循環ファン２２、およびダクト２４は、炉体１２の幅方向（図１（Ａ）および図１（Ｂ）中の左右方向）の中央部を挟んで両側に配置されている。加熱ヒータ２０は、炉体１２の内部を循環する熱風を加熱するように構成される。循環ファン２２は、炉体１２の内部に循環風を発生させるように構成されており、加熱ヒータ２０を通過した熱風を吸い込んでダクト２４に送り出すように構成されている。この実施形態では、循環ファン２２としてシロッコファンを用いているが、他の種類のファンを用いることも可能である。

炉体１２の幅方向の両端部（両側面側）には、複数の耐熱フィルタ１４が設けられる。耐熱フィルタ１４は、ダクト２４を通過した熱風に含まれる微粒子を捕集することによってワーク１８に吹き付けられる熱風を清浄化するように構成される。なお、耐熱フィルタ１４の例としては、ＨＥＰＡフィルタが挙げられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

耐熱フィルタ１４とラック部材２８との間には、熱風の循環経路を調整するように構成された複数の熱風整流板１６が配置される。熱風整流板１６は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、耐熱フィルタ１４の配置位置に対応する位置に配置される。熱風整流板１６の構成および作用等については後述する。

図２に示すように、熱処理装置１０は、ＣＰＵ５０を備えており、このＣＰＵ５０にＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、センサユニット５６、Ｉ／Ｆ部５８、ファン駆動部６０、ヒータ駆動部６２、および扉駆動部６４等が接続される。ＲＯＭ５２は、ＣＰＵ５０の動作に必要な複数のプログラムを格納する。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５０が一時的にデータを記録するため揮発性メモリである。センサユニット５６は、炉体１２の内部の温度や圧力等の情報を収集するための複数の計器によって構成される。Ｉ／Ｆ部５８は、外部の機器と通信する機能を備える。ファン駆動部６０は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて複数の循環ファン２２のそれぞれを駆動するように構成される。ヒータ駆動部６２は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて複数の加熱ヒータ２０のそれぞれを駆動するように構成される。ＣＰＵ５０からの信号に基づいて扉駆動部６４は、扉２６の複数のシャッタのそれぞれの開閉動作を行うように構成される。

続いて、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて、熱風整流板１６の構成を説明する。熱風整流板１６は、熱風を分散および集合させることによって、各段のワークごとに供給する熱風の風量を調整するために設けられる。熱風整流板１６は、熱風を斜め方向に案内するガイド面として機能する斜面を有する上側ガイド部１６１および下側ガイド部１６３と、上側ガイド部１６１および下側ガイド部１６３を連結するように構成された連結部１６５とを備えている。上側ガイド部１６１および下側ガイド部１６３にはそれぞれ熱風が通過可能な複数の貫通孔１６２が設けられる。連結部１６５は、図３（Ｂ）に示すように、ビス１６６等の締結部材を介して、炉体１２の所定位置に設けられたフレーム１６４に固着されるように構成される。

図４に示すように、熱風整流板１６の上側ガイド部１６１の端部は、ワーク１８の配置位置とほぼ同じ高さに配置され、かつ、熱風整流板１６の下側ガイド部１６３の端部は、このワーク１８より１段下のワーク１８の配置位置とほぼ同じ高さに配置される。さらに、熱風整流板１６は、ワーク１８の左右両側に配置されているが、左側に配置される熱風整流板１６と、右側に配置される熱風整流板１６とは、互いに高さ方向に１段ずつずれた位置に配置されている。

以上の構成において、熱風整流板１６に当たった熱風の大部分は上側ガイド部１６１および下側ガイド部１６３の斜面に沿って進む一方で、熱風整流板１６に当たった熱風の一部分が貫通孔１６２を通過しつつ進む。このため、上側ガイド部１６１の端部に対応する高さに配置されたワーク１８の上面に供給される熱風の風量は多くなる一方で、このワーク１８の下面に供給される熱風の風量は少なくなる。また、下側ガイド部１６３の端部に対応する高さに配置されたワークの下面に供給される熱風の風量は多くなる一方で、このワーク１８の上面に供給される熱風の風量は少なくなる。そして、右側と左側の熱風整流板１６が互いに１段ずつずれて配置されていることから、右から供給される熱風の風量が多い段では左から供給される熱風の風量が少なくなり、かつ、右から供給される熱風の風量が少ない段では左から供給される熱風の風量が多くなる。

図５（Ａ）に示すように、左側から供給される熱風の風量が多く右側から供給される熱風の風量が少ない場合には、左から供給された熱風はワーク１８の幅方向の中央部を通り越してワーク１８の右側まで到達する。一方で、図５（Ｂ）に示すように、右側から供給される熱風の風量が多く左側から供給される熱風の風量が少ない場合には、右から供給された熱風はワーク１８の幅方向の中央部を通り越してワーク１８の左側まで到達する。このため、左右から同じ強さの熱風を供給したときのように、ワーク１８の幅方向の中央部で左右からの熱風が押し合うことが原因でワーク１８の中央部分の熱風が流れ難くなるといった不具合の発生が防止される。このため、ワーク１８の幅方向の中央部の温度が低下するといった不具合の発生が防止される。しかも、ワーク１８の上面において左側から強い熱風が供給されている場合には、同じワーク１８の下面において右側から強い熱風が供給されているため、ワーク１８の左右で温度差が発生することがない。例えば、この実施形態の場合には、ワーク１８の加熱設定温度が２３０度に設定されているが、ワーク１８の全域においてプラスマイナス３度以上のバラツキが発生しないという良好な結果が得られている。

さらに、耐熱フィルタ１４を通過する熱風の風量は変化していないため、耐熱フィルタ１４からの発塵によって炉体１２の内部のクリーン度が低下することがない。そして、ワーク１８を支持するラック部材２８の構成を変更していないため、単位枚数あたりのワーク１８を配置するために必要な空間が拡張することもない。

図６は、本発明の別の実施形態に係る熱処理装置１０２の概略を示している。熱処理装置１０２の基本的な構成は上述の熱処理装置１０と同一であるため説明を省略する。熱処理装置１０２は、上述の熱風整流板１６を備えない点が、熱処理装置１０と相違する。

通常、上述の熱風整流板１６を使用せずに、ワーク１８の左右から同じ強さの熱風を供給する場合には、ワーク１８の中央部に他の部分よりも温度が低くなる低温エリア７０が発生することがある。

このため、熱処理装置１０２では、ＣＰＵ５０がファン駆動部６０を制御することによって、時間とともに左右からの熱風の強さを変化させるようにしている。

この実施形態では、徐々に右からの熱風を強めつつ左からの熱風を弱め、その後、図７（Ａ）に示すように、所定時間だけ右から強い熱風を供給する。続いて、徐々に左右からの熱風の強さを同じにしていき、その後所定時間だけ、図７（Ｂ）に示すように、左右から同じ強さの熱風を供給する。続いて、徐々に左からの熱風を強めつつ右からの熱風を弱め、その後所定時間だけ、図７（Ｃ）に示すように左から強い熱風を供給する。

熱処理装置１０２では、急激な風量の変化が発生しないように、所定時間が経過するごとに図７（Ａ）→図７（Ｂ）→図７（Ｃ）→図７（Ｂ）→図７（Ａ）→図７（Ｂ）→図７（Ｃ）…と状態を徐々に変化させる。

以上の実施形態によれば、常時、左右から同じ強さの熱風を供給したときのように、ワーク１８の中央部分に熱風が流れ難くなるといった不具合の発生が防止され、ワーク１８の中央部の温度が低下するといった不具合の発生が防止される。しかも、所定時間ごとに左右からの熱風の強弱関係を反転させているため、ワーク１８の左右で温度差が発生することがない。

また、耐熱フィルタ１４を通過する熱風の風量に急激な変化はなく、また、耐熱フィルタ１４を通過する熱風の移動方向が変化することもないため、耐熱フィルタ１４から発塵することもなく、炉体１２の内部のクリーン度を維持することが可能である。

ここでは、左右からの熱風の強弱関係を間歇的に変化させる例を説明したが、左右からの熱風の強弱関係を連続的に変化させるようにしても良い。例えば、左右の循環ファン２２に印加する電圧について間歇的に傾斜出力制御（ランピング）を行っても良いし、また、連続的に傾斜出力制御（ランピング）を行うことによって常時印加電圧を変化させるようにしても良い。

さらには、左右の循環ファン２２に印加する電圧を、時間の経過とともに直線的に増加または減少させる制御のみならず、これらの電圧を、正弦波を描くように変化させることも可能である。いずれの場合であっても、左右の循環ファン２２のうちの一方に印加する電圧を強めるときは他方に印加する電圧を弱め、逆に一方に印加する電圧を弱めるときは他方に印加する電圧を強めるようにして、左右からの熱風の強弱関係を反転させることが重要である。また、左右の循環ファン２２に印加する電圧をステップ状に変化させることを避けることも重要である。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−熱処理装置
１２−炉体
１４−耐熱フィルタ
１６−熱風整流板
１８−ワーク
２０−加熱ヒータ
２２−循環ファン
２８−ラック部材

Claims (2)

1. 循環熱風によって平板状のワークを加熱するように構成された熱処理装置であって、
   ワークを支持するワーク支持部を有する炉体と、
   前記炉体における第１の側面側および第２の側面側のそれぞれに配置され、かつ、前記循環熱風を発生させるように構成された複数の循環ファンと、
   前記炉体における前記第１の側面側および前記第２の側面側のそれぞれに配置され、かつ、前記循環熱風を加熱するように構成された複数の加熱ヒータと、
   前記炉体における前記第１の側面側および前記第２の側面側のそれぞれに配置された、前記循環熱風を清浄化するための耐熱フィルタと、
   所定時間だけ前記第１の側面側からワークに供給される熱風を前記第２の側面側からワークに供給される熱風より強くし、徐々に前記第１の側面側及び前記第２の側面側からの熱風の強さを同じにしていき、その後所定時間だけ前記第１の側面側及び前記第２の側面側から同じ強さの熱風を供給し、続いて、徐々に前記第２の側面側からの熱風を強めつつ前記第１の側面側からの熱風を弱め、その後所定時間だけ前記第１の側面側からワークに供給される熱風を前記第２の側面側からワークに供給される熱風より弱くし、徐々に前記第１の側面側及び前記第２の側面側からの熱風の強さを同じにしていき、その後所定時間だけ前記第１の側面側及び前記第２の側面側から同じ強さの熱風を供給するように前記複数の循環ファンのそれぞれの動作を制御するように構成された制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、所定時間毎に前記第１の側面側および前記第２の側面側からの熱風の強弱関係を反転させる熱処理装置。
2. 前記複数の循環ファンのそれぞれは、前記熱風の循環経路における前記複数の加熱ヒータのそれぞれの下流側に配置される請求項１に記載の熱処理装置。

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