JP4553637B2

JP4553637B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP4553637B2
Application number: JP2004174497A
Authority: JP
Inventors: 通泰崎野; 哲也山口
Original assignee: Kyushu Nissho KK
Current assignee: Kyushu Nissho KK
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005352306A

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あるいは半導体リードフレームその他の金属板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。

そこで、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。）。

特開２００１−５６１４１号公報（第２−５頁）特開２００１−３１７８７２号公報（第３−９頁）

特許文献２に記載された加熱炉の場合、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。

本発明が解決しようとする課題は、温度分布の均一性およびクリーン度の安定性に優れた加熱装置を提供することにある。

本発明の加熱装置は、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、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と、向かい合わせて配置された複数の伝熱用壁体の対向面にそれぞれ水平方向に形成された複数の係止溝に沿って棚状に取付けら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たことを特徴とする。

このような構成とすれば、断熱材で囲まれた空間内に存在する複数の被加熱物の収容スペースはそれぞれ、左右に加熱用壁体および伝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る。したがって、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および伝熱用壁体から放射される熱と、これらの伝熱用壁体を経由して複数の熱放射部材に到達して当該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こととなる。このため、それぞれの収容スペース内はむらなく均等に加熱されることとなり、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、ぞれぞれの左右に位置する伝熱用壁体と、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、断熱材で囲まれた空間内に収容スペースを配置しているため、熱の散逸が少なく、省エネルギも図ることができる。

ここで、収容スペース内へ不活性ガスを供給するための複数のガス流路を加熱用壁体および伝熱用壁体に設けることが望ましい。このような構成とすれば、加熱用壁体および伝熱用壁体に設けられた複数のガス流路を通過することによって昇温した不活性ガスが各々の収容スペース内に供給され、その内部を循環することとなるため、各収容スペース内における熱の偏在をなくすことができ、温度分布の均一性がさらに向上するほか、被加熱物の酸化を防止することができる。また、不活性ガスの加熱するための手段を別途設ける必要もない。

一方、加熱用壁体と伝熱用壁体とを互いに密着させて配置することが望ましい。このような構成とすれば、加熱用壁体から伝熱用壁体への熱の移動が速やか且つ確実に行われることとなるため、熱効率が向上する。また、収容スペース内へ不活性ガスを供給するため加熱用壁体および伝熱用壁体に形成されるガス流路を最短化することができるので、不活性ガスの供給が円滑に行われる。

また、加熱用壁体と伝熱用壁体との密着面の少なくとも一方に、ガス流路と連通する凹状のガス拡散領域を設けることが望ましい。このような構成とすれば、加熱用壁体に設けられた複数のガス流路と、伝熱用壁体に設けられた複数のガス流路とは、このガス拡散領域を介して連通した状態となるため、外部から供給された不活性ガスは、加熱用壁体のガス流路を通過してガス拡散領域に流入し、その中で拡散することにより、十分混合された後、伝熱用壁体のガス流路を通過して各収容スペース内へ流入することとなる。このため、各収容スペース内へ流入する不活性ガスの温度が均一化され、温度分布の均一性がさらに向上する。

また、加熱用壁体と伝熱用壁体との間に存在するガス拡散領域内において不活性ガスの拡散、混合が行われているため、加熱用壁体から伝熱用壁体への熱の移動が均等に行われることとなり、伝熱用壁体自体の温度分布が均一化されるため、各収容スペースごとの温度分布の均一性もさらに向上する。また、ガス拡散領域内に流入した不活性ガス全体に均等な内圧が生じるため、ガス拡散領域と連通する伝熱用壁体の複数のガス流路から各収容スペースに向かって均等に不活性ガスを流出させることができ、ガス流量の変化に起因する各収容スペースの温度差も生じにくくなる。

さらに、伝熱用壁体が熱放射用部材と一体化した状態で加熱用壁体の間に出し入れ可能とすることが望ましい。このような構成とすれば、加熱用壁体に対して伝熱用壁体および熱放射部材が着脱可能となるため、被加熱物のサイズ変更などにより収容スペースのサイズを変更する必要が生じた場合、それに応じて伝熱用壁体および熱放射部材のみを取り替えることによって対応可能となるため、加熱用壁体を共有化することができ、設備の合理化を図ることができる。

本発明により、以下に示す効果を得ることができる。

（１）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、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と、向かい合わせて配置された複数の伝熱用壁体の対向面にそれぞれ水平方向に形成された複数の係止溝に沿って棚状に取付けら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たことにより、温度分布の均一性およびクリーン度の安定性に優れたものとなる。

（２）収容スペース内へ不活性ガスを供給するための複数のガス流路を加熱用壁体および伝熱用壁体に設ければ、各収容スペース内における熱の偏在をなくすことができ、温度分布の均一性がさらに向上する。

（３）加熱用壁体と伝熱用壁体とを互いに密着させて配置すれば、熱効率が向上し、不活性ガスの供給も円滑に行われる。

（４）加熱用壁体と伝熱用壁体との密着面の少なくとも一方に、ガス流路と連通する凹状のガス拡散領域を設ければ、各収容スペース内へ流入する不活性ガスの温度が均一化され、温度分布の均一性がさらに向上するほか、伝熱用壁体自体の温度分布が均一化されるため、各収容スペースごとの温度分布の均一性もさらに向上し、ガス流量変化に起因する温度差を抑制することができる。

（５）伝熱用壁体が熱放射用部材と一体化した状態で加熱用壁体の間に出し入れ可能とすれば、収容スペースのサイズを変更する必要が生じた場合、それに応じて伝熱用壁体および熱放射部材のみを取り替えることによって対応可能となるため、加熱用壁体を共有化することができ、設備の合理化を図ることができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態である加熱装置について説明する。図１は本発明の実施の形態である加熱装置が断熱収容体に収容された状態を示す一部省略正面図、図２は図１に示す加熱装置の一部省略斜視図、図３は図１に示す加熱装置の一部省略斜視図である。

図１は、本実施形態の加熱装置１を内蔵した加熱炉２の正面の開閉扉（図示せず）を取り外した状態で示している。同図に示すように、加熱装置１は、直方体の箱体形状をした加熱炉２を構成する断熱材２ａで囲まれた空間３内に距離を隔てて垂直に対向配置された複数の加熱用壁体４，５と、これらの加熱用壁体４，５に水平方向に設けられた複数の孔部６と、これらの孔部６内に着脱可能に挿入された発熱手段である電気ヒータ７と、加熱用壁体４，５の間に距離を隔てて配置された複数の伝熱用壁体８，９と、伝熱用壁体８，９の間に棚状に配置された平板状をした複数の熱放射部材１０と、被加熱物１１を収容するため、上下方向に隣り合う熱放射部材１０の間に設けられた収容スペース１２と、を備えている。

断熱材２ａは、ステンレス鋼板の間にグラスウールをサンドイッチ状に挟んだ構造であり、加熱用壁体４，５および伝熱用壁体８，９はステンレス鋼で形成されている。熱放射部材１０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。加熱用壁体４，５の上面を天板１３によって連結することにより門形状の加熱部２０が形成され、加熱用壁体４，５の下面にはそれぞれ脚部材１４が取付けられている。天板１３および脚部材１４は加熱用壁体４，５と同材質のステンレス鋼で形成されている。

図１，図２に示すように、加熱用壁体４と伝熱用壁体８、加熱用壁体５と伝熱用壁体９は、それぞれ互いに密着して配置されているが、図３に示すように、伝熱用壁体８，９と熱放射用部材１０とを一体化することによって収容部３０が形成され、この収容部３０は、加熱部２０を構成する加熱用壁体４，５の間に出し入れ可能である。収容部３０は、向かい合わせて配置された複数の伝熱用壁体８，９の対向面にそれぞれ水平方向に形成された複数の係止溝１８，１９に沿ってそれぞれ熱放射部材１０を棚状に取付け、伝熱用壁体８，９の外面から熱放射部材１０に向かって挿入したボルト（図示せず）で固定することによって形成されている。

また、伝熱用壁体８，９において、上下方向に隣り合う係止溝１８，１９の間には、被加熱物１１を着脱可能に保持するための保持溝２８，２９が係止溝１８，１９と平行に形成されている。そして、伝熱用壁体８，９の正面の上下端付近には、水平方向のボルト孔１５ａを有する係止部１５が突設され、加熱用壁体４，５には、これらの係止部材１５が係合可能な凹部１６が形成され、凹部１６の内部には雌ネジ孔１６ａが形成されている。

伝熱用壁体８，９と熱放射部材１０とが一体化された状態にある収容部３０を、加熱部２０を構成する加熱用壁体４，５の間に差し込み、４箇所にある係止部１５をそれぞれ凹部１６に係合させ、ボルト孔１５ａにボルト１７を挿入し、雌ネジ孔１６ａに螺合させることにより、図１，図２に示す状態に固定することができる。図３に示すように、収容部３０は、各収容スペース１２に被加熱物１１を収容した状態であっても、加熱部２０を構成する加熱用壁体４，５の間に出し入れすることができる。

次に、図４〜図７に基づいて、伝熱用壁体８，９および熱放射部材１０からなる収容部３０の構造、機能などについて説明する。図４は図１に示す加熱装置を構成する収容部を示す斜視図、図５は図４に示す伝熱用壁体の側面図、図６は図４におけるＡ−Ａ線断面図、図７は図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。

図４〜図７に示すように、収容部３０においては、上下方向に隣り合う熱放射部材１０の間にそれぞれ収容スペース１２が形成され、収容スペース１２の左右に位置する伝熱用壁体８，９には水平方向の保持溝２８，２９が形成されている。なお、図６，図７に示すように、保持溝２８，２９の一方の端部付近（収容部３０の背面部分）には、被加熱物１１（図示せず）の挿入、離脱作業をやり易くするために、斜面部２８ａ，２９ａおよび拡幅部２８ｂ，２９ｂが形成されている。

また、伝熱用壁体８，９において、上下方向に隣り合う係止溝１８，１９と保持溝２８，２９との間に位置する部分には、伝熱用壁体８，９を厚さ方向に貫通する複数のガス流路３８，３９が開設されている。これらのガス流路３８，３９は水平方向に沿って一定間隔ごとに配置されている。これらのガス流路３８，３９は、後述するように、熱処理中、外部から供給される不活性ガスを複数の収容スペース１２内に向かって送り込むためのものである。

次に、図８〜図１１を参照して、加熱部２０の構造、機能などについて説明する。図８は図１に示す加熱装置を構成する加熱部を示す正面図、図９は図８に示す加熱部の側面図、図１０は図８におけるＣ−Ｃ線断面図、図１１は図９におけるＤ−Ｄ線断面図である。

図８〜図１１に示すように、加熱部２０においては、対向配置された加熱用壁体４，５に、それぞれの厚さ方向に貫通する複数のガス流路３４，３５が形成され、加熱用壁体４，５の対向面にはそれぞれガス流路３４，３５と連通する凹状のガス拡散領域２４，２５が形成されている。複数のガス流路３４，３５は、図９，図１０に示すように、側面形状が四角形をした加熱用壁体４，５の対角線に沿って一定間隔ごとに配置されている。これらのガス流路３４，３５は、後述するように、熱処理中、外部から供給される不活性ガスをガス拡散領域２４，２５に送り込むためのものである。

図８に示す加熱部２０に対し、図４などで示した収容部３０を差し込むと図２に示すような加熱装置１が形成され、この加熱装置１の垂直断面図は図１２に示すようになる。即ち、図１２に示すように、加熱用壁体４，５に設けられたガス流路３４，３５とそれぞれ連通するガス拡散領域２４，２５は、それぞれ伝熱用壁体８，９によって覆われた状態となるとともに、それぞれのガス流路３８，３９と連通した状態となる。したがって、外部からガス流路３４，３５に供給された不活性ガスはガス拡散領域２４，２５内に流入し、それぞれガス拡散領域２４，２５内を流動、拡散した後、伝熱用壁体８，９のガス流路３８，３９を通過して収容スペース１２内へ流入することとなる。

以上のように、加熱装置１においては、加熱炉２を構成する断熱材２ａで囲まれた空間３内に存在する複数の被加熱物１１の収容スペース１２においては、それぞれの左右に加熱用壁体４，５および伝熱用壁体８，９が配置され、上下に熱放射部材１０が配置された構造となっている。したがって、それぞれの収容スペース１２内は、発熱手段（電気ヒータ７）の熱によって昇温した左右の加熱用壁体４，５および伝熱用壁体８，９と、これらの伝熱用壁体８，９を経由して複数の熱放射部材１０に到達し、当該熱放射部材１０から上下に放射される熱によって加熱されることとなる。このため、それぞれの収容スペース１２内はむらなく均等に加熱されることとなり、温度分布の均一性に優れている。

発熱手段である電気ヒータ７は加熱用壁体４，５のみに設けられており、各収容スペース１２は、ぞれぞれの左右に位置する伝熱用壁体８，９と、上下に位置する熱放射部材１０によって区画されているため、各収容スペース１２内における温度分布の均一性も優れており、熱気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も発生しない。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、断熱材２ａで囲まれた空間３内に収容スペース１２を内蔵する加熱装置１を配置しているため、熱の散逸が少なく、省エネルギも図ることができる。

また、収容スペース１２内へ不活性ガスを供給するための複数のガス流路３４，３５，３８，３９を加熱用壁体４，５および伝熱用壁体８，９に設けているため、これらのガス流路３４，３５，３８，３９を通過することによって昇温した不活性ガスが各々の収容スペース１２内に供給され、その内部を循環することとなるため、各収容スペース１２内における熱の偏在をなくすことができ、温度分布の均一性の向上に有効である。

一方、加熱装置１においては、加熱用壁体４と伝熱用壁体８、加熱用壁体５と伝熱用壁体９とを互いに密着させて配置しているため、加熱用壁体４，５から伝熱用壁体８，９への熱移動が速やか且つ確実に行われ、熱効率を高めることができる。また、収容スペース１２内へ不活性ガスを供給するため加熱用壁体４，５および伝熱用壁体８，９に形成されるガス流路３４，３５，３８，３９を最短化することができるので、不活性ガスの供給が円滑に行われる。

また、加熱用壁体４，５にはそれぞれガス流路３４，３５と連通する凹状のガス拡散領域２４，２５を設けているため、加熱用壁体４，５にそれぞれ設けられた複数のガス流路３４，３５と、伝熱用壁体８，９に設けられた複数のガス流路３８，３９とは、このガス拡散領域２４，２５を介してそれぞれ連通した状態となる。従って、外部から供給された不活性ガスは、加熱用壁体４，５のガス流路３４，３５を通過してそれぞれガス拡散領域２４，２５内に流入し、その中で流動、拡散することによって充分混合された後、伝熱用壁体８，９のガス流路３８，３９を通過して各収容スペース１２内へ流入する。このため、各収容スペース１２内へ流入する不活性ガスの温度が均一化され、温度分布の均一性をさらに向上させることができる。

また、加熱用壁体４，５と伝熱用壁体８，９との間に存在するガス拡散領域２４，２５内において不活性ガスの拡散、混合が行われているため、加熱用壁体４，５から伝熱用壁体８，９への熱移動が均等に行われることとなる。このため、伝熱用壁体８，９自体の温度分布が均一化されることとなり、各収容スペース１２における温度分布の均一性向上に有効である。また、ガス拡散領域２４，２５内に流入した不活性ガス全体に均等な内圧が生じるため、ガス拡散領域２４，２５とそれぞれ連通する伝熱用壁体８，９の複数のガス流路３８，３９から各収容スペース１２に向かって均等に不活性ガスを流出させることができ、外部から供給されるガス流量の変化に起因する各収容スペース１２の温度差も生じにくい。

さらに、加熱装置１においては、加熱部２０に対して収容部３０が出し入れ可能であるため、加熱用壁体４，５に対し、伝熱用壁体８，９および熱放射部材１０が着脱可能である。従って、被加熱物１１のサイズ変更などにより収容スペース１２のサイズを変更する必要が生じた場合、それに応じて伝熱用壁体８，９および熱放射部材１０のみを取り替えることによって対応可能である。このため、加熱用壁体４，５を共有化することができ、設備の合理化を図ることができる。

次に、図１３を参照して本発明のその他の実施形態である加熱装置について説明する。図１３はその他の実施の形態である加熱装置を示す正面図である。なお、図１３において図１〜図１２に記載の符号と同じ符号を付している部分は、同符号を付した加熱装置１の構成部分と同じ機能、効果を発揮する部分であり、説明を省略する。

図１３に示すように、この加熱装置４０においては、加熱用壁体４を上下に連接するとともに左右３箇所に配置し、これらの加熱用壁体４の間に複数の収容部３０を出し入れ可能に配置している。このような構成とすることにより、１回の熱処理工程で多数の被熱処理物を処理することが可能となるため、作業効率が大幅に向上する。

本発明の加熱装置は、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あるいは半導体リードフレームその他の金属板の熱処理において広く利用することができる。

本発明の実施の形態である加熱装置が加熱炉に内蔵された状態を示す一部省略正面図である。図１に示す加熱装置の一部省略斜視図である。図１に示す加熱装置の一部省略斜視図である。図１に示す加熱装置を構成する収容部を示す斜視図である。図４に示す伝熱用壁体の側面図である。図４におけるＡ−Ａ線断面図である。図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。図１に示す加熱装置を構成する加熱部を示す正面図である。図８に示す加熱部の側面図である。図８におけるＣ−Ｃ線断面図である。図９におけるＤ−Ｄ線断面図である。図１に示す加熱装置の垂直断面図である。本発明のその他の実施の形態である加熱装置を示す正面図である。

符号の説明

１，４０加熱装置
２加熱炉
２ａ断熱材
３空間
４，５加熱用壁体
６孔部
７電気ヒータ
８，９伝熱用壁体
１０熱放射部材
１１被加熱物
１２収容スペース
１３天板
１４脚部材
１５係止部
１５ａボルト孔
１６凹部
１６ａ雌ネジ孔
１７ボルト
１８，１９係止溝
２０加熱部
２４，２５ガス拡散領域
２８，２９保持溝
２８ａ，２９ａ傾斜面
２８ｂ，２９ｂ拡幅部
３０収容部
３４，３５，３８，３９ガス流路

Claims

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、前記加熱用壁体に設けられた発熱手段と、前記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と、向かい合わせて配置された前記複数の伝熱用壁体の対向面にそれぞれ水平方向に形成された複数の係止溝に沿って棚状に取付けられた複数の熱放射部材と、上下方向に隣り合う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を備えたことを特徴とする加熱装置。
前記収容スペース内へ不活性ガスを供給するための複数のガス流路を前記加熱用壁体および前記伝熱用壁体に設けた請求項１記載の加熱装置。
前記加熱用壁体と前記伝熱用壁体とを互いに密着させて配置した請求項２記載の加熱装置。
前記加熱用壁体と前記伝熱用壁体との密着面の少なくとも一方に、前記ガス流路と連通する凹状のガス拡散領域を設けた請求項３記載の加熱装置。
前記伝熱用壁体が前記熱放射用部材と一体化した状態で前記加熱用壁体の間に出し入れ可能である請求項１〜４のいずれかに記載の加熱装置。