JP4931414B2 - 気体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、供給された空気や窒素などの各種気体を加熱して放出する機能を有する気体加熱装置に関する。

金属材料や合成樹脂材料の熱処理工程や各種加熱工程などにおいて使用される加熱装置として、従来、発熱体で加熱した高温気体を利用して被処理物を加熱する装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。このような加熱装置を使用すれば、被処理物の温度上昇を速めることができるため、熱処理時間が短縮され、熱処理効率を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１，２に記載された加熱装置において使用される高温気体は、気体を発熱ヒータで直接加熱することによって形成されているため、発熱ヒータ表面などから生じる不純物が高温気体に混入し、加熱装置内のクリーン度が悪化する結果、被処理物に悪影響を及ぼすことがある。

そこで、このような問題を解決するため、加熱対象である気体が発熱ヒータに直接触れない構造を備えた熱処理装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００５−９７４９号公報 特開２００５−１１９１１号公報 特開２００４−２２８４６２号公報

特許文献１，２記載の加熱装置は予め加熱した高温気体を加熱装置内に吹き出す方式であるため、気体を効率的に加熱することができる反面、前述したように、発熱ヒータ表面などから生じる不純物が高温気体に混入し、加熱装置内のクリーン度を悪化させることがある。

一方、特許文献３記載の熱処理装置を構成する気体加熱装置においては、気体が発熱ヒータに直接触れないので、熱処理装置内のクリーン度を保つ上では有効であるが、気体加熱装置の構造が複雑化する。このため、気体の加熱手段が故障したときなどのメンテナンス作業が面倒である。

さらに、特許文献１〜３に記載の加熱装置（熱処理装置）においては、加熱された気体を装置内の広い範囲に吹き出すために気体分散手段が設けられているため、装置の複雑化を招いている。

本発明が解決しようとする課題は、発熱手段から気体への不純物混入が発生せず、均一加熱された気体を広範囲に吹き出すことができ、簡素な構造でメンテナンスも容易な気体加熱装置を提供することにある。

本発明の気体加熱装置は、少なくとも一つの気体導入口から流入した気体を拡散させる気体拡散室と、前記気体拡散室内の気体を昇温させるため前記気体拡散室を構成する壁体の外部に付設された発熱手段と、前記気体拡散室内の気体を放出する複数の気体吹出口と、を備え、前記気体導入口を有する背面壁体と複数の気体吹出口を有する正面壁体とを隙間を設けて配置し、前記隙間の外周部分を閉塞することによって前記気体拡散室を形成し、前記発熱手段として、前記気体導入口周辺を含む前記背面壁体の外面に付設されたプレートヒータと、前記プレートヒータ全体を被覆する保護部材とを設けたことを特徴とする。このような構成とすれば、気体拡散室内へ導入した気体を、気体拡散室を構成する壁体の外部に付設された発熱手段で加熱することができるため、発熱手段から気体への不純物混入が発生しない。また、気体拡散室内で加熱された気体は、気体拡散室内を流動して拡散した後、複数の気体吹出口から放出されるため、均一加熱された気体を広範囲に吹き出すことができる。さらに、発熱手段は気体拡散室を構成する壁体の外部に付設されるため、簡素な構造であり、メンテナンスも容易である。

また、前記発熱手段として、前記気体導入口周辺を含む前記背面壁体の外面に付設されたプレートヒータと、前記プレートヒータ全体を被覆する保護部材とを設けたことにより、導入直後の気体が存在する気体導入口周辺を集中的に加熱することが可能となるため、加熱効率を高めることができる。

一方、少なくとも一つの気体導入口を有する背面壁体と複数の気体吹出口を有する正面壁体とを隙間を設けて配置し、前記隙間の外周部分を閉塞することによって前記気体拡散室を形成したことにより、極めて簡素な構造でありながら、比較的広い拡散領域を確保することが可能な気体拡散室を形成することができる。

また、前記気体拡散室内における前記気体導入口と前記気体吹出口との間に複数の貫通孔を有する中間壁体を設けることができる。このような構成とすれば、気体拡散室内において、気体導入口から気体吹出口に向かって流動する気体は、中間壁体の複数の貫通孔を通過することによって、複数の領域に分散されるため、気体の均一加熱性を高めることができる。

この場合、前記正面壁体の空気吹出口の個数を前記中間壁体の貫通孔の個数より大とすることが望ましい。このような構成とすれば、気体導入口から気体拡散室内へ導入された気体を、段階的に増える複数の領域へ分散することが可能となるため、均一に加熱された気体を広範囲に渡って均等に吹き出すことができるようになる。

本発明により、発熱手段から気体への不純物混入が発生せず、均一加熱された気体を広範囲に吹き出すことができ、簡素な構造でメンテナンスも容易な気体加熱装置を提供することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態である気体加熱装置を示す斜視図、図２は図１に示す気体加熱装置の正面図、図３は図２のＡ−Ａ線における断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線における断面図、図５は図３のＣ−Ｃ線における断面図である。

図１〜図５に示すように、本実施形態の気体加熱装置３０は、気体導入口１４ｄを有する背面壁体１４ｃと、複数の貫通孔１４ｘを有する中間壁体１４ｂと、複数の気体吹出口１４ｙを有する正面壁体１４ａと、それぞれの壁体の間に配置されたスペーサ２６と、加熱手段として背面壁体１４ｃの外面に付設されたプレートヒータ１４ｈと、このプレートヒータ１４ｈ全体を被覆する保護部材３１とを備え、背面壁体１４ｃの気体導入口１４ｄには給気管１８が接続されている。

枠状のスペーサ２６を介在させることにより背面壁体１４ｃと中間壁体１４ｂとの間に隙間を設け、これらの隙間の外周部分をスペーサ２６で閉塞することによって第一気体拡散室２７が形成されている。同様に、枠状のスペーサ２６を介在させることにより正面壁体１４ａと中間壁体１４ｂとの間に隙間を設け、これらの隙間の外周部分をスペーサ２６で閉塞することによって第二気体拡散室２８が形成されている。

外部から給気管１８を経由し、気体導入口１４ｄを通過して第一気体拡散室２７内へ導入した気体を、第一気体拡散室２７を構成する背面壁体１４ｃの外部に付設されたプレートヒータ１４ｈで加熱することができるため、プレートヒータ１４ｈから気体へ不純物が混入することがない。また、第一気体拡散室２７内で加熱された気体は、第一気体拡散室２７内を流動して拡散した後、中間壁体１４ｂの複数の貫通孔１４ｘを通過して第二気体拡散室２８内へ流入し、第二気体拡散室２８内を流動して拡散した後、正面壁体１４ａの複数の気体吹出口１４ｙから放出されるため、均一加熱された気体を広範囲に吹き出すことができる。

さらに、発熱手段であるプレートヒータ１４ｈは第一気体拡散室２７を構成する背面壁体１４ｃの外部に付設されているため、プレートヒータ１４ｈへの給電用の電気配線も簡単で、簡素な構造であり、メンテナンスも容易である。また、プレートヒータ１４ｈは、背面壁体１４ｃの外部において気体導入口１４ｄの周辺に付設されているため、第一気体拡散室２７内へ導入直後の気体が存在する気体導入口１４ｄ周辺を集中的に加熱することが可能であり、加熱効率も良好である。

また、背面壁体１４ｃと中間壁体１４ｂとの間に枠状のスペーサ２６を介在させることによって第一気体拡散室２７を形成し、正面壁体１４ａと中間壁体１４ｂとの間に枠状のスペーサ２６を介在させることにより第二気体拡散室２８を形成しているため、極めて簡素な構造でありながら、比較的広い拡散領域を確保することができる。

さらに、背面壁体１４ｃの気体導入口１４ｄと、正面壁体１４ａの複数の気体吹出口１４ｙとの間に、複数の貫通孔１４ｘを有する中間壁体１４ｂを設けているため、第一気体拡散室２７内において、気体導入口１４ｄから正面壁体１４ａの気体吹出口１４ｙに向かって流動する気体は、中間壁体１４ｂの複数の貫通孔１４ｘを通過することによって、複数の領域に分散されるため、気体の均一加熱性を高めることができる。なお、中間壁体１４ｂを省略して一つの気体拡散室のみを設けた構造、あるいは２以上の中間壁体を設けた構造とすることもできる。

本実施形態においては、図２に示すように、正面壁体１４ａには、内径２ｍｍ程度の気体吹出口１４ｙが１０ｍｍ程度の間隔で、縦方向に１６個、横方向に７個、合計１１２個開設されている。また、図４に示すように、中間壁体１４ｂには、内径４ｍｍ程度の貫通孔１４ｘが２０ｍｍ程度の間隔で、縦方向に８個、横方向に４個、合計２８個開設されている。さらに、図５に示すように、背面壁体１４ｃの中央部には内径１５〜２０ｍｍ程度の貫通孔である気体導入口１４ｄが１個開設され、この気体導入口１４ｄに給気管１８が接続されている。

また、気体導入口１４ｄから出た気体が第一気体拡散室２７内で拡散しないまま、第二気体拡散室２８内へ流入するのを回避するため、図３，図４に示すように、背面壁体１４ｃの気体導入口１４ｄに面する中間壁体１４ｂの中央部には貫通孔１４ｘは開設されていない。なお、本実施形態では中間壁体１４ｂの貫通孔１４ｘの開口面積の総和と、正面壁体１４ａの気体吹出口１４ｙの開口面積の総和とが、ほぼ等しくなるように設定しているが、これに限定するものではない。

このように、正面壁体１４ａの気体吹出口１４ｙの個数を１１２個とし、中間壁体１４ｂの貫通孔１４ｘの個数を２８個とすることにより、気体吹出口１４ｙの個数を貫通孔１４ｘの個数より大となるように設定している。従って、気体導入口１４ｄから第一気体拡散室２７内へ導入された気体を、貫通孔１４ｘから気体吹出口１４ｙに向かって段階的に増える複数の領域へ分散することが可能であり、均一に加熱された気体を広範囲に渡って均等に吹き出すことができる。なお、気体吹出口１４ｙの個数、貫通孔１４ｘの個数はこれに限定するものではないので、個数、内径および配置間隔、配置領域などは任意に設定することができる。

次に、図６〜図１２を参照して、前述した気体加熱装置３０を用いた加熱装置について説明する。図６は図１に示す気体加熱装置を用いた加熱装置を示す正面図、図７は図６に示す加熱装置の平面図、図８は図６に示す加熱装置の側面図、図９は図６に示す加熱装置の一部切欠正面図、図１０は図６のＤ−Ｄ線における一部省略断面図、図１１は図６に示す加熱装置を構成する気体加熱装置付近の正面図、図１２は図１１のＥ−Ｅ線における断面図である。

図６〜図１２に示すように、加熱装置１０は、断熱材で形成された箱体状の外部炉体１１内に対向配置された二つの加熱用側壁１２の間に形成されたマガジン収容室１３と、このマガジン収容室１３の背面側に配置された気体加熱装置３０と、発熱手段として加熱用側壁１２に設けられたプレートヒータ１２ｈと、マガジン収容室１３の正面側の加熱用側壁１２の端面から離れた位置に開閉可能に配置された扉体１５と、この扉体１５とマガジン収容室１３との間に配置された補助扉体１６と、を備えている。扉体１５は複数の蝶番１５ａを中心に回動可能に軸支され、扉体１５を閉止状態に保つためのロック機構１５ｂを備えている。補助扉体１６は複数のステー１６ａによって、扉体１５の背面から離れた位置に、扉体１５と略平行をなすように取り付けられている。

外部炉体１１は、前後方向に長い直方体形状であり、その底壁１１ｂの下面には、Ｖ形状の板材で形成された複数の支持脚１７が配置され、その背面には、給気管１８および排気管１９が背壁１１ａを貫通した状態で配管されている。加熱用側壁１２および気体加熱装置３０の上下にはそれぞれ天板２０、底板２１が取り付けられ、底板２１下面と外部炉体１１の底壁１１ｂ上面との間には複数のスペーサ２２が配置されている。従って、マガジン収容室１３は、二つの加熱用側壁１２、気体加熱装置３０、天板２０および底板２１によって包囲され、外部炉体１１の背壁１１ａ、底壁１１ｂ、側壁１１ｃおよび天壁１１ｄから離れた位置に配置されている。

マガジン収容室１３内においては、マガジン２３を載置するための複数の支持部材２４が底板２１上面の四隅寄りの位置に配置されている。各々の支持部材２４の内側（マガジン収容室１３の中心側）には、マガジン２３を支えるための階段状の支持部２４ａ，２４ｂが設けられ、それぞれの支持部２４ａ，２４ｂの正面側には、マガジン２３を支持部材２４上に載置する際に、その底面を支持部２４ａ，２４ｂへ誘導するためのガイド斜面２４ｇが形成されている。本実施形態の場合、マガジン２３は支持部２４ｂ上に載置されているが、マガジンの幅方向のサイズに応じて支持部２４ａ上に載置することもできる。マガジン２３の左右内側面には、被加熱物であるリードフレーム２５を水平保持するための複数の横溝部２３ａが一定間隔ごとに形成されている。なお、図９に示すマガジン２３およびリードフレーム２５は一例であり、これに限定するものではない。

一方、図１２に示すように、気体加熱装置３０の背面側には給気管１８が接続され、マガジン収容室１３に供給された気体の排出経路となる複数の排気管１９が外部炉体１１の背壁１１ａに貫通配管されている。気体加熱装置３０の構造および機能などは前述した通りである。

加熱装置１０を用いて熱処理を行う場合、複数の加熱用側壁１２の間に形成されたマガジン収容室１３に対し、複数の被加熱物（リードフレーム２５）を収容したマガジン２３をそのままの状態で装入し、補助扉体１６および扉体１５でマガジン収容室１３を閉塞した後、発熱手段（プレートヒータ１２ｈ，１４ｈ）を有する加熱用側壁１２および気体加熱装置３０を発熱させることにより、マガジン収容室１３内のリードフレーム２５をマガジン２３ごと熱処理することができる。そして、熱処理終了後は、補助扉体１６および扉体１５を開いて、マガジン収容室１３から再びマガジン２３ごとリードフレーム２５を取り出すことができる。マガジン収容室１３は、断熱材で形成された箱体状の外部炉体１１内に形成され、複数の加熱用側壁１２および気体加熱装置３０によって３方向から加熱されるため、温度分布の均一性にも優れている。

また、マガジン収容室１３へ気体を供給するため、気体加熱装置３０に、気体供給手段である給気管１８を配管し、外部炉体１１の背壁１１ａに排気経路である排気管１９を設けている。従って、給気管１８から気体導入口１４ｄを経て第一気体拡散室２７へ流入した気体はその内部で拡散した後、中間壁体１４ｂの複数の貫通孔１４ｘをそれぞれ通過して第二気体拡散室２８内へ流入し、その内部で拡散した後、正面壁体１４ａの複数の気体吹出口１４ｙをそれぞれ通過してマガジン収容室１３内へ流入する。

マガジン収容室１３内へ流入した気体は、マガジン収容室１３内を循環した後、図５に示す、マガジン収容室１３の正面と補助扉体１６との隙間Ｓを通過してマガジン収容室１３の外へ流出し、さらに、天板２０、底板２１および加熱用側壁１２と外部炉体１１との隙間を通過して、気体加熱装置３０の背面側へ流入した後、複数の排気管１９からそれぞれ加熱装置１０の外部へ排出される。

このように、プレートヒータ１４ｈによって発熱している気体加熱装置３０内の第一気体拡散室２７および第二気体拡散室２８を通過することによって加熱された気体がマガジン収容室１３内を循環するため、温度分布の均一性を保つことができる。また、気体加熱装置３０の背面部に、加熱手段であるプレートヒータ１４ｈを設けているため、プレートヒータ１４ｈによって発熱した気体加熱装置３０全体で気体が加熱されるため、気体を均一加熱することができる。さらに、気体加熱装置３０から供給される加熱気体は、マガジン収容室１３内を循環した後、外部炉体１１に設けられた排気管１９から排出されるため、クリーン度の安定性にも優れており、マガジン２３内のリードフレーム２５が汚損されることもない。なお、マガジン収容室１３に供給する気体としては窒素が好適であるが、これに限定するものではない。

加熱装置１０においては、排気経路である排気管１９を外部炉体１１の背壁１１ａに設けているため、マガジン収容室１３の正面と補助扉体１６との隙間Ｓからマガジン収容室１３外へ流出した気体は、天板２０、底板２１および加熱用側壁１２と外部炉体１１との隙間を通過して、気体加熱装置３０の背面側へ流入した後、排気管１９から排出されることとなる。従って、気体加熱装置３０からマガジン収容室１３へ供給された気体はマガジン収容室１３の内部および外部を隈無く循環した後、排気管１９から排出されることとなり、温度分布の均一性をさらに向上させることができる。

なお、加熱処理が終了した後、気体加熱装置３０のプレートヒータ１４ｈの発熱を停止させ、給気管１８を通じてマガジン収容室１３へ気体を供給することにより、マガジン収容室１３内を冷却することもできる。従って、必要に応じて、被加熱物（マガジン２３内のリードフレーム２５）を急冷したり、その冷却時間を任意に設定したりすることができる。このため、冷却工程の多様化、あるいは冷却時間の短縮による作業工程の効率化を図ることができる。

以上、気体加熱装置３０を用いて構成した加熱装置１０の構造、機能などについて説明してきたが、これは一例であって、本発明の気体加熱装置の用途はこれに限定するものではないので、加熱気体を必要とする産業分野において広く利用することができる。なお、本発明の気体加熱装置を構成する発熱手段の代わりに冷却手段を設ければ、気体冷却装置として使用することも可能である。

本発明の気体加熱装置は、金属材料や合成樹脂材料の熱処理工程や各種加熱工程など、加温気体を使用して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。

本発明の実施の形態である気体加熱装置を示す斜視図である。 図１に示す気体加熱装置の正面図である。 図２のＡ−Ａ線における断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における断面図である。 図３のＣ−Ｃ線における断面図である。 図１に示す気体加熱装置を用いた加熱装置を示す正面図である。 図６に示す加熱装置の平面図である。 図６に示す加熱装置の側面図である。 図６に示す加熱装置の一部切欠正面図である。 図６のＤ−Ｄ線における一部省略断面図である。 図６に示す加熱装置を構成する気体加熱装置付近の正面図である。 図１１のＥ−Ｅ線における断面図である。

符号の説明

１０ 加熱装置
１１ 外部炉体
１１ａ 背壁
１１ｂ 底壁
１１ｃ 側壁
１１ｄ 天壁
１２ 加熱用側壁
１２ｈ，１４ｈ プレートヒータ
１３ マガジン収容室
１４ａ 正面壁体
１４ｂ 中間壁体
１４ｃ 背面壁体
１４ｄ 気体導入口
１４ｘ 貫通孔
１４ｙ 気体吹出口
１５ 扉体
１５ａ 蝶番
１５ｂ ロック機構
１６ 補助扉体
１６ａ ステー
１７ 支持脚
１８ 給気管
１９ 排気管
２０ 天板
２１ 底板
２２ スペーサ
２３ マガジン
２３ａ 横溝部
２４ 支持部材
２４ａ，２４ｂ 支持部
２５ リードフレーム
２６ スペーサ
２７ 第一気体拡散室
２８ 第二気体拡散室
Ｓ 隙間

Claims (3)

1. 少なくとも一つの気体導入口から流入した気体を拡散させる気体拡散室と、前記気体拡散室内の気体を昇温させるため前記気体拡散室を構成する壁体の外部に付設された発熱手段と、前記気体拡散室内の気体を放出する複数の気体吹出口と、を備え、
   前記気体導入口を有する背面壁体と複数の気体吹出口を有する正面壁体とを隙間を設けて配置し、前記隙間の外周部分を閉塞することによって前記気体拡散室を形成し、
   前記発熱手段として、前記気体導入口周辺を含む前記背面壁体の外面に付設されたプレートヒータと、前記プレートヒータ全体を被覆する保護部材とを設けたことを特徴とする気体加熱装置。
2. 前記気体拡散室内における前記気体導入口と前記気体吹出口との間に複数の貫通孔を有する中間壁体を設けた請求項１記載の気体加熱装置。
3. 前記正面壁体の空気吹出口の個数を前記中間壁体の貫通孔の個数より大とした請求項２記載の気体加熱装置。

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