JP2017106711A - 加熱装置および加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度分布の均一性及びクリーン度の安定性に優れる加熱装置を提供する。【解決手段】加熱装置１００は、距離を隔てて対向配置された複数の加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒに設けられた発熱手段である複数の電気ヒータ１１と、複数の加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの対向領域に上下方向に距離を隔てて棚状に配置された複数の熱放射部材１２と、上下方向に隣り合う熱放射部材１２の間に設けられた被加熱物１３の収容スペース１４と、複数の収容スペースの各々の奥行方向の背部から前部に向けて不活性ガスあるいは特定ガスを供給する給気経路２７とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネルやプラズマ表示パネルなどの構成部材であるガラス基板や半導体リードフレームあるいはその他の金属板や合成樹脂板などの各種板状部材の熱処理に使用される加熱装置に関する。

液晶表示パネルなどの構成部材であるガラス基板を熱処理する装置としては、従来、加 熱気体循環方式のクリーンオーブンが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。このクリーンオーブンは、ガラス基板などの被熱処理物を恒温槽内に収容し、この恒温槽内においてファンによって循環する加熱気体を用いて被加熱物の熱処理を行うものである。

しかしながら、加熱気体循環方式のクリーンオーブンの場合、ガラス基板などの被加熱物を多段状に収容する構造を採用しやすいので、スペース効率に優れている反面、加熱温 度分布を均一化することが困難であり、加熱気体の攪拌によりクリーン度が悪化する可能性が高い。また、被加熱物が比較的軽量である場合、加熱気体の循環対流によって被加熱物が所定の位置から移動することがある。

このような問題を解決するため、内部に発熱体を有する放熱板の両面に遠赤外線放射セラミックスの薄層が被覆され、この放熱板の加熱によって両面から遠赤外線を放射する両面加熱式の遠赤外線パネルヒータからなる多数の棚状ヒータが、炉本体内に上下方向に一定間隔で多段配置され、これらの棚状ヒータの間に形成される各空間部分をそれぞれ乾燥室とした加熱炉が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２記載の加熱炉の場合、両面加熱式の遠赤外線パネルヒータからなる多数の棚状ヒータが配置されているため、これらの棚状ヒータの間に形成される各空間部（乾燥室）を効率的に加熱することができる点では優れている。

しかしながら、この加熱炉においては、上下方向に配置された多数の棚状ヒータから発される熱は、加熱炉内を上昇して炉内の天壁寄りの領域に集まる傾向があるため、炉内上部領域の温度は、炉内下部領域の温度より高くなっており、このような炉内上部領域と炉 内下部領域との間の温度差をなくすことは極めて困難である。

そこで、本出願人は、温度分布の均一性及びクリーン度の安定性に優れた加熱装置を提案している（例えば、特許文献３参照。）。この加熱装置は、断熱材で囲まれた空間内に距離を隔てて対向配置された複数の加熱用壁体と、加熱用壁体に設けられた発熱手段と、加熱用壁体の間に距離を隔てて配置された複数の伝熱壁体と、伝熱用壁体の間に棚状に配置された複数の熱放射部材と、上下方向に隣り合う熱放射部材の間に設けられた被加熱物の収容スペースとを備えている。

特開２００１−５６１４１号公報 特開２００１−３１７８７２号公報 特開２００５−３５２３０６号公報

特許文献３記載の加熱装置は、温度分布の均一性及びクリーン度の安定性に優れているが、収容スペース内に収容することのできる被加熱物のサイズが限定されるので、所定サイズから外れた被加熱物は収容スペースに収容困難であるのが実状である。

即ち、特許文献３記載の加熱装置において加熱処理可能な被加熱物のサイズ（幅、厚さ）は、複数の加熱用壁体の間に距離を隔てて配置された複数の伝熱壁体に形成された水平方向の保持溝の対向間隔及び垂直方向の溝幅よって定まるので、幅方向のサイズが前記対向間隔未満若しくはこれを超える被加熱物、及び、厚さが前記垂直方向の溝幅を超える被加熱物は収容スペース内に収容することができない。

従って、加熱処理の対象である被加熱物のサイズ（幅、厚さ）が変更された場合、複数の伝熱壁体の配置間隔を変更して保持溝の対向間隔を調整したり、保持溝の垂直方向の溝 幅を変更したりする必要がある。このため、被加熱物のサイズ変更に迅速に対応することが困難である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、温度分布の均一性及びクリーン度の安定性に優れ、少なくとも被加熱物の幅方向サイズの変更に容易に対応することのできる加熱装置を提供することにある。

本発明の加熱装置は、距離を隔てて対向配置された複数の加熱用壁体と、前記加熱用壁体に設けられた発熱手段と、複数の前記加熱用壁体の対向領域に上下方向に距離を隔てて棚状に配置された複数の熱放射部材と、複数の前記熱放射部材の間に設けられた被加熱物の収容スペースと、前記収容スペース内に収容される被加熱物を所定姿勢に保持可能であって前記被加熱物の保持範囲を変更可能な保持手段と、を備え、前記保持手段として、前記被加熱物を載置可能な複数の支持部材と、前記支持部材の間 隔を変更可能な拡縮機構と、を設け、前記支持部材は、前記収容スペース内の幅方向に離れた左右２つの領域をそれぞれ奥行き方向に水平貫通した状態で配置された左側の支持バー材及び右側の支持バー材であり、前記拡縮機構は、前記収容スペースの左側の正面、背面からそれぞれ突出した前記左側の支持バー材の正面部、背面部にそれぞれ取り付けられた左正面側の支柱、左背面側の支柱と、前記収容スペースの右側の正面、背面からそれぞれ突出した前記右側の支持バー材の正面部、背面部にそれぞれ取り付けられた右正面側の支柱、右背面側の支柱と、前記左正面側の支柱及び前記左背面側の支柱と、前記右正面側の支柱及び前記右背面側の支柱と、の間隔を拡縮させる移動機構であることを特徴とする。

このような構成とすれば、被加熱物の収容スペースは左右に加熱用壁体が配置され、上下に熱放射部材が配置された構造となり、それぞれの収容スペース内は、発熱手段の熱によって昇温した左右の加熱用壁体から放射される熱と、これらの加熱用壁体からの熱伝導により発熱する熱放射部材から上下に放射される熱とによって加熱されるため、それぞれの収容スペース内はむらなく均等に加熱され、温度分布の均一性に優れたものとなる。

発熱手段は加熱用壁体のみに設けられており、各収容スペースは、それぞれの左右に位置する加熱用壁体と、上下に位置する熱放射部材によって区画されているため、各収容スペース内における温度分布の均一性も優れているだけでなく、熱気の上昇に起因する上部空間における熱蓄積現象および過熱現象が発生しない。また、ファンによって加熱気体を攪拌したり、循環させたりすることもないので、クリーン度の安定性も優れており、気体 流によって被加熱物が移動することもない。

また、保持手段による被加熱物の保持範囲は、被加熱物の幅に応じて変更することができるため、少なくとも被加熱物の幅方向サイズの変更に容易に対応することができる。

ここで、前記保持手段として、被加熱物を載置可能な複数の支持部材と、前記支持部材の間隔を変更可能な拡縮機構と、を設けることが望ましい。このような構成とすれば、被 加熱物は支持部材により下支え状態で保持することが可能となるので、被加熱物の厚さが変更された場合でも容易に対応することができる。

また、本発明の加熱装置において、前記支持部材は、前記収容スペース内の幅方向に離れた左右２つの領域をそれぞれ奥行き方向に水平貫通した状態に配置された左側の支持バー材及び右側の支持バーであり、前記拡縮機構は、前記収容スペースの左側の正面、背面からそれぞれ突出した前記左側の支持バー材の正面部、背面部にそれぞれ取り付けられた左正面側の支柱、左背面側の支柱と、前記収容スペースの右側の正面、背面からそれぞれ突出した前記右側の支持バー材の正面部、背面部にそれぞれ取り付けられた右正面側の支柱、右背面側の支柱と、前記左正面側の支柱及び前記左背面側の支柱と、前記右正面側の支柱及び前記右背面側の支柱と、の間隔を拡縮させる移動機構である。このような構成とすれば、移動機構によって複数の支柱の間隔を拡縮するだけで、支持バー材の間隔を変更することが可能となるため、比較的簡素な構造でありながら、操作性及び安定性に優れた調整手段を形成することができる。

さらに、複数の加熱用壁体の対向領域外から前記保持手段の保持範囲を変更可能な操作機構を設けることもできる。このような構成とすれば、被加熱物の収容スペースの外側から保持手段の保持領域を変更することが可能となるため、操作性がさらに向上する。

一方、前記収容スペース内の気体を排出可能な排気経路と、前記収容スペース内に気体を導入可能な給気経路と、を設けることもできる。このような構成とすれば、収容スペース内の空気を不活性ガスあるいは特定ガスと置き換えることが可能となるため、不活性ガスにより被加熱物の酸化を防止したり、特定ガスとの反応を利用して被加熱物に表面処理を施したりすることができる。

本発明により、温度分布の均一性及びクリーン度の安定性に優れ、少なくとも被加熱物の幅方向サイズの変更に迅速に対応することのできる加熱装置を提供することができる。

本発明の実施形態である加熱装置を示す正面図である。 図１に示す加熱装置の一部省略正面図である。 図１に示す加熱装置の右側面図である。 図１中のＡ−Ａ線における断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線における断面図である。 図１に示す加熱装置の背面図である。

以下、図１〜図６に基づいて、本発明の実施形態である加熱装置１００について説明する。図１〜図６に示すように、加熱装置１００は、距離を隔てて対向配置された複数の加 熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒと、加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒに設けられた発熱手段である複数の電気ヒータ１１と、複数の加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの対向領域に上下方向に距離を隔てて棚状に配置された複数の熱放射部材１２と、上下方向に隣り合う熱放射部材１２の間 に設けられた被加熱物１３の収容スペース１４と、収容スペース１４内に収容される被加熱物１３を略水平姿勢に保持可能であって、被加熱物１３の保持範囲を変更可能な保持手段３０と、を備えている。

加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの上端側及び下端側はそれぞれ天板１９及び底板２０によって連結され、加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの下面にはそれぞれ脚部材２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒが取付けられ、これらの脚部材２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒの下端部は基 台２３に固定されている。加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの正面側から背面側まで水平方向に複数の貫通孔２４が開設され、これらの貫通孔２４内にそれぞれ電気ヒータ１１が着脱可 能に挿入されている。

加熱装置１００においては、加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒはステンレス鋼で形成され、天 板１９、底板２０、脚部材２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒ及び基台２３は加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒと同材質のステンレス鋼で形成され、熱放射部材１２は、表面に黒色メッキを施したアルミニウム板で形成されている。ただし、これらの材料に限定しないので、加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒ、天板１９、底板２０、脚部材２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒ及び基台２３などをアルミニウムやアルミニウム合金（あるいは輻射熱の発散を抑制するため光沢のない表面処理を施したアルミニウムやアルミニウム合金）で形成することもできる。また、熱放射部材１２の表面処理についても黒色メッキに限定しないので、輻射熱 の発散を抑制することのできる表面処理、例えば、光沢のない表面処理を施したものを採用することもできる。

保持手段３０として、被加熱物１３を載置可能な支持部材である複数の支持バー材１７Ｌ，１７Ｒと、支持バー材１７Ｌ，１７Ｒの間隔を変更可能な拡縮機構４０と、が設けられている。拡縮機構４０は、複数の支持バー材１７Ｌ，１７Ｒを略水平姿勢に保持する複 数の支柱１５Ｌ，１５Ｒ，１６Ｌ，１６Ｒと、支柱１５Ｌ，１５Ｒの間隔及び支柱１６Ｌ，１６Ｒの間隔を拡縮させる移動機構５０と、を備えている。

支持バー材１７Ｌ，１７Ｒは帯板形状の部材であり、その長手方向が奥行き方向Ｄと平行をなし、その幅方向が垂直方向をなすような状態で配置されている。即ち、複数の支持 バー材１７Ｌはそれぞれ収容スペース１４内を奥行き方向Ｄに水平貫通した状態で支柱１５Ｌ，１６Ｌに取り付けられ、同様に、複数の支持バー材１７Ｒはそれぞれ収容スペース１４内を奥行き方向Ｄに水平貫通した状態で支柱１５Ｌ，１６Ｒに取り付けられている。

支柱１５Ｌ，１６Ｌにおける支持バー材１７Ｌの取付部分の直上、及び、支柱１５Ｒ，１６Ｒにおける支持バー材１７Ｒの取付部分の直上にはそれぞれ、奥行き方向Ｄに開通する係止溝１５Ｌｔ，１６Ｌｔ，１５Ｒｔ，１６Ｒｔが設けられている。また、加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの内側面（収容スペース１４に臨む面）には、それぞれ係止溝１５Ｌｔ，１６Ｌｔ，１５Ｒｔ，１６Ｒｔと同じ高さ位置に複数の係止溝１０Ｌｔ，１０Ｒｔが奥行 き方向Ｄに形成されている。

移動機構５０は、支柱１５Ｌ，１６Ｌの上端同士、支柱１５Ｒ，１６Ｒの上端同士をそれぞれ連接する主動スライダ５１Ｌ，５１Ｒと、主動スライダ５１Ｌ，５１Ｒに開設された雌ネジ孔５１Ｌａ，５１Ｒａを水平方向に貫通して螺着した状態で回転自在に配置された雄ネジ軸５２と、雄ネジ軸５２の片端部に取り付けられた操作ハンドル５３と、を備えている。支柱１５Ｌ，１６Ｌの下端同士、支柱１５Ｒ，１６Ｒの下端同士はそれぞれ従動スライダ５４Ｌ，５４Ｒで連接され、従動スライダ５４Ｌ，５４Ｒに開設された貫通孔５４Ｌａ，５４Ｒａを水平方向に貫通した状態で支軸５５が配置されている。支軸５５は雄ネジ軸５２と平行に配置され、支軸５５の両端部はそれぞれ脚部材２１Ｌ，２１Ｒに係止されている。従動スライダ５４Ｌ，５４Ｒは支軸５５の長手方向に沿ってスライド可能である。

操作ハンドル５３を、雄ネジ軸５２の軸心５２ｃ中心に正転、逆転させると、主動スライダ５１Ｌ，５１Ｒが軸心５２ｃ方向に沿って互いに離隔、接近し、これと連動して、支柱１５Ｌ，１５Ｒの間隔及び支柱１６Ｌ，１６Ｒの間隔が離隔、接近する。これに伴い、複数の支持バー材１７Ｌ，１７Ｒの間隔が離隔、接近するので、被加熱物１３の保持範囲が収容スペース１４の幅方向Ｗに拡縮する。

また、複数の収容スペース１４の背面側にそれぞれ配置された背壁部材２５に、収容スペース１４内の気体を排出可能な排気経路２６と、収容スペース１４内に気体を導入可能な給気経路２７と、が設けられている。加熱装置１００においては、各背壁部材２５において排気経路２６の下方に給気経路２７が配置されているが、これに限定しないので、上下を逆に配置することもできる。

加熱装置１００を使用する場合、被加熱物１３の横幅に合わせて、操作ハンドル５３を回転させ、支柱１５Ｌ，１５Ｒの間隔及び支柱１６Ｌ，１６Ｒの間隔を調整し、被加熱物１３の左右側縁がそれぞれ支持バー１７Ｌ，１７Ｒ上に載置可能であって、左右側縁の一部がそれぞれ係止溝１５Ｌｔ，１６Ｌｔ及び係止溝１５Ｒｔ，１６Ｒｔの内部に収容可能な状態となるように設定する。この後、各収容スペース１４内において、被加熱物１３の左右側縁をそれぞれ支持バー１７Ｌ，１７Ｒ上に載置するとともに、左右側縁の一部をそれぞれ係止溝１５Ｌｔ，１６Ｌｔ及び係止溝１５Ｒｔ，１６Ｒｔの内部に収容すると、被加熱物１３のセッティングが完了するので、電気ヒータ１１に通電を開始すれば、所定のプログラムに従って熱処理を行うことができる。

被加熱物１３の収容スペース１４は左右に加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒが配置され、上下に熱放射部材１２が配置され、それぞれの収容スペース１４内は、電気ヒータ１１の熱によって昇温した左右の加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒから放射される熱と、これらの加熱用壁 体からの熱伝導により発熱する熱放射部材１２から上下に放射される熱とによって加熱されるため、それぞれの収容スペース１４内はむらなく均等に加熱され、加熱装置１００全体における温度分布の均一性も良好である。

電気ヒータ１１は加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒのみに設けられており、各収容スペース１４は、それぞれの左右に位置する加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒと、上下に位置する熱放射部材１２によって区画されているため、各収容スペース１４内における温度分布の均一性も優れており、熱気の上昇に起因する上部空間における熱蓄積現象及び過熱現象が発生しない。また、ファンによって加熱気体を攪拌したり、循環させたりすることもないので、クリーン度の安定性も優れており、気体流によって被加熱物が移動することもない。

また、支持バー材１７Ｌ，１７Ｒによる被加熱物１３の幅方向Ｗの保持範囲は、被加熱 物１３の横幅に応じて変更することができるため、少なくとも被加熱物１３の幅方向サイズの変更に容易に対応することができる。なお、被加熱物１３の厚さが過大である場合、その左右側縁を係止溝１５Ｌｔ，１６Ｌｔ及び係止溝１５Ｒｔ，１６Ｒｔ内に収容することなく、支持バー１７Ｌ，１７Ｒ上に載置しただけの状態で加熱処理することもできる。

また、収容スペース１４内に複数の支持バー材１７Ｌ，１７Ｒを配置し、これらの支持バー材１７Ｌ，１７Ｒをそれぞれ略水平姿勢に支持する複数の支柱１５Ｌ，１５Ｒ，１６ Ｌ，１６Ｒと、支柱１５Ｌ，１５Ｒの間隔及び支柱１６Ｌ，１６Ｒの間隔を拡縮させる移 動機構５０を設けたことにより、操作ハンドル５３を回転させるだけで、支持バー材１７Ｌ，１７Ｒの間隔を変更することできるため、構造は簡素であり、操作性及び安定性にも優れている。なお、図２に示すように、被加熱物１３より横幅の広い被加熱物１３ａを加熱処理する場合、支柱１５Ｌ，１５Ｒの間隔及び支柱１６Ｌ，１６Ｒの間隔を大きく広げた状態とし、被加熱物１３ａの左右側縁部をそれぞれ加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの係止溝１０Ｌｔ，１０Ｒｔに収容することもできる。

さらに、操作ハンドル５３は複数の加熱用壁体１０Ｌ，１０Ｒの対向領域外に配置されているため、被加熱物１３の収容スペース１４の外側から保持バー材１７Ｌ，１７Ｒの保持領域を変更することが可能であり、操作性も良好である。なお、図１に示すように、加熱装置１００は断熱性を有するケーシング１８内に収容した状態で使用することができるが、ケーシング１８なしの状態で使用することもできる。

一方、加熱装置１００においては、各収容スペース１４内と連通する排気経路２６及び給気経路２７を設けたことにより、収容スペース１４内の空気を不活性ガスあるいは特定ガスと置き換えることも可能であるため、不活性ガス導入により被加熱物１３の酸化を防止したり、導入された特定ガスとの反応を利用して被加熱物１３に表面処理を施したりすることもできる。

なお、前述した加熱装置１００は本発明に係る加熱装置を例示するものであり、本発明は加熱装置１００に限定されない。

本発明に係る加熱装置は、ガラス基板や半導体リードフレームあるいはその他の金属板や合成樹脂板などの各種板状部材の熱処理を行う産業分野において広く利用することができる。

１０Ｌ，１０Ｒ 加熱用壁体
１０Ｌｔ，１０Ｒｔ，１５Ｌｔ，１５Ｒｔ，１６Ｌｔ，１６Ｒｔ 係止溝
１１ 電気ヒータ
１２ 熱放射部材
１３，１３ａ 被加熱物
１４ 収容スペース
１５Ｌ，１５Ｒ，１６Ｌ，１６Ｒ 支柱
１７Ｌ，１７Ｒ 支持バー材
１８ ケーシング
１９ 天板
２０ 底板
２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒ 脚部材
２３ 基台
２４，５４Ｌａ，５４Ｒａ 貫通孔
２５ 背壁部材
２６ 排気経路
２７ 給気経路
３０ 保持手段
４０ 拡縮機構
５０ 移動機構
５１Ｌ，５１Ｒ 主動スライダ
５１Ｌａ，５１Ｒａ 雌ネジ孔
５２ 雄ネジ軸
５２ｃ 軸心
５３ 操作ハンドル
５４Ｌ，５４Ｒ 従動スライダ
５５ 主軸
Ｄ 奥行き方向
Ｗ 幅方向

Claims (2)

1. 距離を隔てて対向配置された複数の加熱用壁体と、
   前記加熱用壁体に設けられた発熱手段と、
   複数の前記加熱用壁体の対向領域に上下方向に距離を隔てて棚状に配置されて前記加熱用壁体からの熱を伝導させる金属製の複数の熱伝導部材と、を備え、
   前記複数の加熱用壁体と前記複数の熱伝導部材とは、被加熱物をそれぞれ収容するための複数の収容スペースを上下方向に画定し、
   前記複数の収容スペースの各々の奥行方向の背部から前部に向けて不活性ガスあるいは特定ガスを供給する供給手段をさらに有する、ことを特徴とする加熱装置。
2. 距離を隔てて対向配置された複数の加熱用壁体と、前記加熱用壁体に設けられた発熱手段と、複数の前記加熱用壁体の対向領域に上下方向に距離を隔てて棚状に配置されて前記加熱用壁体からの熱を伝導させる金属製の複数の熱伝導部材と、を備え、前記複数の加熱用壁体と前記複数の熱伝導部材とが、被加熱物をそれぞれ収容するための複数の収容スペースを上下方向に画定している加熱装置を用いた加熱方法であって、
   前記複数の収容スペースの各々の奥行方向の背部から前部に向けて不活性ガスあるいは特定ガスを供給する、ことを特徴とする加熱方法。
   
   

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