JP4947344B2

JP4947344B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP4947344B2
Application number: JP2006166867A
Authority: JP
Inventors: 由紀夫上嶋
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007234570A

Description

この発明は、近赤外線と遠赤外線を共に利用して、金属ペーストなどの非ガラス部材が塗布された自動車用窓ガラスや、ＩＴＯ金属膜からなる非ガラス部材の電極が成膜されたフラットパネル用ガラスなどを加熱する加熱装置に関するものである。

自動車用のリアガラスは、非ガラス部材である金属ペーストをガラス板の表面に塗布して、ガラス板を加熱することにより、金属ペーストの乾燥や焼付けを行っている。
また、フラットパネル用ガラスでは、非ガラス部材であるＩＴＯ金属膜からなる電極が形成されたガラス板を洗浄後に加熱して乾燥することが行われている。
これらの工程に利用される加熱装置は、立ち上がりの速さや、制御のしやすさなどから熱源として白熱ランプやシーズヒータが利用されている。

また、ガラス板と金属ペーストやＩＴＯ金属膜は、吸収される光の波長が異なり、分光吸収波長特性が異なっており、具体的には金属ペーストやＩＴＯ金属膜は近赤外線を吸収し、ガラスは近赤外線の吸収程度は低く、遠赤外線を良好に吸収するものである。
ここでは、波長０．７５〜３μｍを近赤外線、波長３μｍ以上を遠赤外線と定義するものであり、分光分布を図４に示すものであり、グラフａは近赤外線を良好に放射するハロゲン白熱ヒータの分光分布を示し、グラフｂは遠赤外線を良好に放射するハロゲン白熱ヒータの発光管の表面に黒色セラミック膜を有するヒータの分光分布を示す。
そして、ガラス板の吸収特性は、図５に示すものであり、波長２．７μｍ付近に遠赤外線の吸収パターンを有するものであり、波長２．５μ以下の近赤外線を良好に透過するものである。

このように、ガラス板に金属ペーストやＩＴＯ金属膜が付着したものを近赤外線だけで加熱した場合、金属ペーストやＩＴＯ金属膜が付着した部分が集中的に昇温し、金属ペーストやＩＴＯ金属膜が付着していないガラス部分はそれほど昇温しないために、金属ペーストやＩＴＯ金属膜がある部分とない部分では温度差が生じ、金属ペーストやＩＴＯ金属膜がある部分とない部分の境界部分で、ガラス板がクラックすることがあった。
このため、金属ペーストやＩＴＯ金属膜などが形成されたガラス板を加熱する場合は、近赤外線と遠赤外線の両方で加熱し、ガラス板を均一に加熱することが知られている。

図３は、従来の近赤外線放射手段と遠赤外線放射手段の両方を有する加熱装置の説明図である。
加熱装置は、定位置で回転する搬送ローラ１が複数離間して配置され、この搬送ローラ上に被加熱物であるガラス板Ｗを載置し、搬送されてくるガラス板Ｗの上面を近赤外線放射手段７である白熱ランプ７１で加熱し、裏面を白熱ランプ７１からの光で加熱され遠赤外線を放射する遠赤外線放射手段８である黒色セラミック板８１で加熱するものである。

このような加熱装置によれば、ガラス板を近赤外線と遠赤外線の両方で加熱することができ、金属ペーストやＩＴＯ金属膜が付着している部分と、付着していない部分の両方をほぼ均一に加熱することができ、ガラス板が割れるなどの問題が発生することなく、確実に、ガラス板を加熱できるものである。
特開２００４−２７３１２５号

このような加熱装置は、ガラス板Ｗを透過した近赤外線や、ガラス板Ｗが搬送されてくる前から白熱ランプ７１を点灯させて安定させる間に放射される近赤外線が、直接、搬送ローラ１に照射される構造になっている。
また、図３中で示すように、搬送ローラ１の下方には遠赤外線放射手段８である黒色セラミック板８１が配置されており、この黒色セラミック板８１から放射される遠赤外線が、直接、搬送ローラ１に照射される構造になっている。

搬送ローラ１は、ステンレスの回転シャフト１１に取り付けられており、シャフト１１が回転することにより、搬送ローラ１が定位置で回転する仕組みになっている。
この搬送ローラ１は、ガラス板を傷つけないように、その表面にテフロン（登録商標）樹脂（以下、単に「テフロン樹脂」という）１２が設けられている。

このテフロン樹脂１２は、耐熱性を有しているものの約２６０℃以上になると、焼損するものであり、テフロン樹脂１２が耐熱温度以下になるように、近赤外線を放射する白熱ランプ７１の光出力を制御している。
この結果、白熱ランプ７１の光出力を上げて、ガラス板Ｗの温度をさらに上げることにより、処理時間を短縮するという要求には応えることができない問題があった。

さらには、搬送ローラ１の焼損を防ぐために、白熱ランプ７１の光出力を抑えた場合、ガラス板Ｗを所定温度に昇温させるためには、近赤外線と遠赤外線の照射時間を長くする必要があり、搬送速度を落とすことが考えられるが、この場合も処理時間を短縮するという要求には応えることができないものである。

一方、搬送速度を落とすことなく、通常の搬送速度で処理することも考えられるが、この場合、近赤外線と遠赤外線の照射時間を長くするためには、搬送路を長くする必要があり、装置が大型化し、実用的ではない。

さらには、白熱ランプ７１の光出力を抑えても、長時間白熱ランプ７１を点灯させると、黒色セラミック板８１から連続して遠赤外線が放射される状態になり、遠赤外線によって搬送ローラ１のテフロン樹脂１２が耐熱温度以上に上昇して焼損する恐れがあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、搬送ローラの表面が焼損することがなく、しかも、短時間でガラス製の被加熱物を加熱処理できる加熱装置を提供することにある。

請求項１に記載の加熱装置は、定位置で回転する搬送ローラが複数離間して配置され、この搬送ローラの表面にはテフロン樹脂が設けられており、当該搬送ローラ上にガラス製の被加熱物を載置して、搬送されてくる被加熱物を搬送ローラ側の裏面から近赤外線放射手段で加熱し、搬送されてくる被加熱物を搬送ローラとは反対側の表面から遠赤外線放射手段で加熱する加熱装置であって、前記近赤外線放射手段は、白熱ランプと、当該白熱ランプを取り囲む反射鏡よりなり、前記近赤外線放射手段は、隣接する搬送ローラ間であって、白熱ランプから放射される直射光が搬送ローラに照射されない位置に設けられており、前記遠赤外線放射手段は、前記近赤外線放射手段から放射された光を受けて加熱されて遠赤外線を放射するものであることを特徴とする。

請求項２に記載の加熱装置は、請求項１に記載の加熱装置であって、特に、前記近赤外線放射手段は、両端封止型の管型の白熱ランプと、当該白熱ランプに沿って設けられた樋状の反射鏡であり、前記遠赤外線放射手段は、平板状の基体の表面に黒色セラミック膜を有する平板状遠赤外線放射部材であることを特徴とする。

請求項３に記載の加熱装置は、請求項１に記載の加熱装置であって、特に、前記近赤外線放射手段は、両端封止型の管型の白熱ランプと、当該白熱ランプに沿って設けられた樋状の反射鏡であり、当該反射鏡の反射面は、白熱ランプから放射された光を平行に反射する放物面形状であり、前記遠赤外線放射手段は、内部に集光点が形成される放物面形状の反射面を有する樋状の反射鏡と、当該集光点に配置された円筒状の基体の表面に黒色セラミック膜を有する筒状遠赤外線放射部材からなり、前記近赤外線放射手段の反射鏡の反射面と、前記遠赤外線放射手段の反射鏡の反射面が対向していることを特徴とする。

請求項４に記載の加熱装置は、請求項１に記載の加熱装置であって、特に、前記遠赤外線放射手段に温度センサーが取り付けられており、当該温度センサーからの信号によって、前記近赤外線放射手段の白熱ランプの入力電力を制御することを特徴とする。

請求項５に記載の加熱装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加熱装置であって、特に、遠赤外線放射部材は、被加熱物側方向に対する遠赤外線放射面１ｃｍ^２当たりの熱容量が、０．５Ｊ／Ｋ以下であることを特徴とする。

本発明の加熱装置によれば、近赤外線放射手段の白熱ランプから放射された近赤外線が、直接、搬送ローラに照射されない構造になっているので、搬送ローラの表面が近赤外線で焼損することを防止することができ、同時に、ガラス製の被加熱物を搬送しながら加熱する際、遠赤外線放射手段と搬送ローラとの間に、遠赤外線を吸収する被加熱物が位置する構造であるので、遠赤外線が搬送ローラの表面に照射されることを防止することができ、搬送ローラの表面が遠赤外線で焼損することを防止できる。
つまり、搬送ローラの表面は、近赤外線と遠赤外線の両方が照射されない構造であるので、焼損することが確実に防止できる。
よって、近赤外線放射手段の白熱ランプの入力電力を上げて、短時間で被加熱物を加熱できるものである。
また、遠赤外線放射手段に反射鏡で遠赤外線を放射する部材を集中加熱することができ、短時間で被加熱物を加熱できるものである。
また、被加熱物が搬送されてくる前から予め遠赤外線放射手段を加熱し遠赤外線を放射する場合は、遠赤外線放射手段に設けられた温度センサーの信号によって、白熱ランプの入力を迅速に制御して、搬送ローラの表面が遠赤外線によって、過度に加熱されることを防止できる。

本発明の加熱装置を、図１を用いて説明する。図１は、加熱装置の断面図である。
加熱装置は、複数の搬送ローラ１が６０ｍｍ離間して配置されており、この搬送ローラ１上に被加熱物であるガラス板Ｗを載置して、定位置で搬送ローラ１が回転することにより、ガラス板Ｗを搬送するものである。
ステンレスよりなる搬送ローラ１は、ステンレスの回転シャフト１１に取り付けられており、シャフトが回転することにより、搬送ローラ１が定位置で回転するものであり、搬送ローラ１の表面にはテフロン樹脂１２が形成されている。

近赤外線放射手段２は、両端封止型の管型の白熱ランプ２１と、この白熱ランプ２１を取り囲み白熱ランプ２１に沿って設けられた樋状の反射鏡２２よりなるものであり、搬送されてくるガラス板Ｗに対して搬送ローラ１と同じ方向側に配置されている。
また、近赤外線放射手段２は隣接する搬送ローラ１の間であって、白熱ランプ２１から放射された光が、直接、搬送ローラ１に照射されない位置に設けられている。
具体的には、白熱ランプ２１の中心点Ｏから、反射鏡２２の反射面開口縁Ｐを結ぶ仮想線Ｌが搬送ローラ１と交差しない位置にくるうように、搬送ローラ１に対して近赤外線放射手段２の位置を決めるものである。

遠赤外線放射手段３は、搬送されてくるガラス板Ｗに対して搬送ローラ１とは反対側であって、反射鏡２２の反射面２３と対向する位置に、近赤外線放射手段２から放射された光である白熱ランプ２１からの直射光と反射鏡２２からの反射光を受けて加熱されて遠赤外線を放射するように配置されている。

この遠赤外線放射手段３は、平板状遠赤外線放射部材３１であって、その中心に貫通孔が形成され、この貫通孔にネジを挿入し、ネジによって、天板部材４に平板状遠赤外線放射部材３１を固定するものである。

白熱ランプ２１は、定格４８００Ｗのランプであって、波長ピークが約１．２μｍとなり、近赤外線を効率よく放射するものである。

反射鏡２２の反射面２３で反射した光が、広い範囲で平板状遠赤外線放射部材３１に照射される構造になっている。

平板状遠赤外線放射部材３１は、縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの平板状の基体であるステンレス板の表面に黒色セラミック膜を有するものであり、白熱ランプ２１から放射される近赤外線を含む光を受けて加熱され、遠赤外線を良好に放射するものである。
そして、平板状遠赤外線放射部材３１は、厚さ１ｍｍの極めて薄いステンレス板であるため、全体の熱容量を小さくすることが、平板状遠赤外線放射部材３１自体の温度変化を迅速に行うことができ、遠赤外線の放射強度をすばやく変化させることができる。
なお、平板状の基体として、ステンレス板以外に、セラミック板、石英ガラス板を用いてもよい。セラミック板、石英ガラス板は３５０℃以上の温度でも変形することがなく、平板状遠赤外線放射部材が高温領域で使用される場合は有利な部材である。

このような加熱装置によれば、搬送ローラ１上に載置されたガラス板Ｗは、搬送ローラ１が定位置で回転することにより、近赤外線放射手段２と遠赤外線放射手段３との間を搬送され、搬送されてくるガラス板Wを搬送ローラ１側の裏面から近赤外線放射手段２で加熱し、搬送されてくるガラス板Ｗを搬送ローラ１とは反対側の表面から遠赤外線放射手段３で加熱するものであり。
なお、図１中、ガラス板Ｗは、図中、左から右へ搬送される。

ガラス板Ｗの裏面は、白熱ランプ２１からの直射光と反射鏡２２から反射された近赤外線が照射されものであり、ガラス板の表面に金属ペーストやＩＴＯ金属などの非ガラス部材が存在している場合、この非ガラス部材に近赤外線が吸収される。

なお、非ガラス部材が存在しない部分のガラス板は、近赤外線を透過するものであり、この透過した近赤外線は平板状遠赤外線放射部材３１に照射され、平板状遠赤外線放射部材３１を加熱するものである。

そして、加熱された平板状遠赤外線放射部材３１から遠赤外線が放射される。図５に示すように、ガラスは遠赤外線を良好に吸収するものであり、ガラス板の表面に金属ペーストやＩＴＯ金属膜などの非ガラス部材が存在していない部分のガラス板を確実に加熱することができる。
つまり、ガラス板の表面に金属ペーストやＩＴＯ金属膜などの非ガラス部材が存在しているガラス板全体を、近赤外線と遠赤外線で均一に加熱することができる。

また、白熱ランプ２１から放射された光が、直接、搬送ローラ１に照射されない構造になっているので、搬送ローラ１の表面のテフロン樹脂１２が焼損することがない。
なお、平板状遠赤外線放射部材３１から放射される遠赤外線は、ガラス板Ｗに吸収されるので、搬送ローラ１の表面のテフロン樹脂１２に照射されることがなく、テフロン樹脂１２が焼損することがない。

さらに、白熱ランプ２１から放射された光が、直接、搬送ローラ１に照射されない構造になっているので、白熱ランプ２１の入力電力を上げ、白熱ランプ２１から放射さえる光出力を上げることができ、ガラス板の加熱状態を高めることができ、加熱時間を短縮することができる。

さらには、白熱ランプ２１から放射された光が、直接、搬送ローラ１に照射されない構造になっているので、ガラス板Ｗが搬送されてくる前から白熱ランプ２１を点灯させても、搬送ローラ１には何ら問題が起きることがなく、しかも、平板状遠赤外線放射部材３１を予め加熱しておくことができ、ガラス板Ｗが搬送されてきた瞬間から、ガラス板Ｗを近赤外線と遠赤外線の両方で加熱することができ、短時間でガラス板を加熱することができる。

なお、ガラス板Ｗが搬送されてくる前から、白熱ランプ２１を点灯させた場合、平板状遠赤外線放射部材３１から放射される遠赤外線が搬送ローラ１のテフロン樹脂１２に照射されることになり、テフロン樹脂１２が焼損する恐れがあるが、この場合は、図１に示すように、平板状遠赤外線放射部材３１に温度センサーＳを取り付けておき、温度センサーＳからの信号によって、テフロン樹脂１２が耐熱温度である２６０℃以上にならないように、白熱ランプ２１の入力電力を小さくなるように制御することにより、平板状遠赤外線放射部材３１の温度を低くし、遠赤外線の放射強度を小さくして、テフロン樹脂１２の焼損を防止することができる。

平板状遠赤外線放射部材３１の背面に設けられた天板部材４を、アルミなど遠赤外線を反射しやすい部材を用いることにより、なお一層、平板状遠赤外線放射部材３１から放射される遠赤外線の効率を高めることができる。

図２は、本発明の加熱装置の他の実施例を示す断面説明図である。
図１に示す加熱装置と、搬送ローラの構造は同じであり、搬送されてくるガラス板を搬送ローラ１の裏面から近赤外線放射手段で加熱し、搬送されてくるガラス板を搬送ローラとは反対側の表面から遠赤外線放射手段で加熱するものであり、異なる点は、近赤外線放射手段と遠赤外線放射手段の構造である。
近赤外線放射手段５は、両端封止型の白熱ランプ５１と、この白熱ランプ５１を取り囲む樋状の反射鏡５２よりなるものであり、近赤外線放射手段５は隣接する搬送ローラ１の間であって、白熱ランプ５１から放射された光が、直接、搬送ローラ１に照射されない位置に設けられている。
具体的には、白熱ランプ５１の中心点Ｏから、反射鏡５２の反射面開口縁Ｐを結ぶ仮想線Ｌが搬送ローラ１と交差しない位置にくるうように、搬送ローラ１に対して近赤外線放射手段５の位置を決めるものである。
この結果、白熱ランプ５１から放射された光が、直接、搬送ローラ１に照射されない構造になっているので、搬送ローラ１の表面のテフロン樹脂１２が焼損することがない。

反射鏡５２の反射面５３は、白熱ランプ５１から放射された光を平行に反射する放物面形状となっており、反射面５３で反射した光が、平行光となって後述する遠赤外線放射手段６に向けて反射される。

遠赤外線放射手段６は、近赤外線放射手段５の反射鏡５２の反射面５３と対向する位置に、内部に集光点Ｑが形成される放物面形状の反射面６２を有する反射鏡６１が配置されており、反射面６２の集光点Ｑに筒状遠赤外線放射部材６３が配置されている。

この筒状遠赤外線放射部材６３は、円筒状の基体である外径１０ｍｍ、厚み１ｍｍの石英ガラスに黒色のセラミック膜を有するパイプ状の部材であって、近赤外線放射手段５の反射鏡５２で反射された平行光が、遠赤外線放射手段６の反射鏡６１で集光され、集中的に筒状遠赤外線放射部材６３に照射され効率よく筒状遠赤外線放射部材６３を加熱でき、遠赤外線を効率よく放射することができる。
そして、筒状遠赤外線放射部材６３は、中空のパイプ状の部材であるため、全体の熱容量を小さくすることが、筒状遠赤外線放射部材６３自体の温度変化を迅速に行うことができ、遠赤外線の放射強度をすばやく変化させることができる。

また、白熱ランプ５１を点灯すると、瞬時に白熱ランプ５１から放射された近赤外線を含む光が筒状遠赤外線放射部材６３に集光されるため、白熱ランプ５１の点灯後、極めて短時間で遠赤外線が放射されるので、短時間でガラス板Ｗを近赤外線と遠赤外線の両方で加熱することができる。

図１、図２に示す、平板遠赤外線放射部材３１と筒状遠赤外線放射部材６３は、１ｃｍ^２の熱容量が、０．５Ｊ／Ｋ以下であることが望ましい。
平板遠赤外線放射部材３１と筒状遠赤外線放射部材６３は被加熱物側方向に対する遠赤外線放射面１ｃｍ^２当たりの熱容量が、０．５Ｊ／Ｋ以下であると、近赤外線放射手段の白熱ランプが点灯した場合、数十秒で所定の強度の遠赤外線を放射することができ、遠赤外線の放射に数十秒の時間的な遅れが発生しても、この程度の遅れでは実際の加熱工程においては問題とならない範囲である。その一方で、遠赤外線の放射強度が大きくなり過ぎた場合、遠赤外線の放射強度に比例して、平板遠赤外線放射部材３１と筒状遠赤外線放射部材６３の温度が上昇するので、この温度変化を温度センサーで検知し、温度センサーからの信号によって白熱ランプへの入力電力を抑制すると、数十秒で遠赤外線の放射強度を低下させることができ、搬送ローラのテフロン樹脂の焼損を確実に防ぐことができる。

本発明の加熱装置の説明図である。本発明の他の加熱装置の説明図である。従来の加熱装置の説明図である。近赤外線と遠赤外線の分光分布を示す分光分布図である。ガラス板の吸収特性説明図である。

符号の説明

１搬送ローラ
１１回転シャフト
１２テフロン樹脂
２近赤外線放射手段
２１白熱ランプ
２２反射鏡
２３反射面
３遠赤外線放射手段
３１平板状遠赤外線放射部材
４天板部材
５近赤外線放射手段
５１白熱ランプ
５２反射鏡
５３反射面
６遠赤外線放射手段
６１反射鏡
６２反射面
６３円筒状遠赤外線放射部材
Ｓ温度センサー
Ｌ仮想線

Claims

定位置で回転する搬送ローラが複数離間して配置され、この搬送ローラの表面にはテフロン（登録商標）樹脂が設けられており、当該搬送ローラ上にガラス製の被加熱物を載置して、搬送されてくる被加熱物を搬送ローラ側の裏面から近赤外線放射手段で加熱し、搬送されてくる被加熱物を搬送ローラとは反対側の表面から遠赤外線放射手段で加熱する加熱装置であって、
前記近赤外線放射手段は、白熱ランプと、当該白熱ランプを取り囲む反射鏡よりなり、
前記近赤外線放射手段は、隣接する搬送ローラ間であって、白熱ランプから放射される直射光が搬送ローラに照射されない位置に設けられており、
前記遠赤外線放射手段は、前記近赤外線放射手段から放射された光を受けて加熱されて遠赤外線を放射するものであることを特徴とする加熱装置。
前記近赤外線放射手段は、両端封止型の管型の白熱ランプと、当該白熱ランプに沿って設けられた樋状の反射鏡であり、
前記遠赤外線放射手段は、平板状の基体の表面に黒色セラミック膜を有する平板状遠赤外線放射部材であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記近赤外線放射手段は、両端封止型の管型の白熱ランプと、当該白熱ランプに沿って設けられた樋状の反射鏡であり、当該反射鏡の反射面は、白熱ランプから放射された光を平行に反射する放物面形状であり、
前記遠赤外線放射手段は、内部に集光点が形成される放物面形状の反射面を有する樋状の反射鏡と、当該集光点に配置された円筒状の基体の表面に黒色セラミック膜を有する筒状遠赤外線放射部材からなり、
前記近赤外線放射手段の反射鏡の反射面と、前記遠赤外線放射手段の反射鏡の反射面が対向していることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記遠赤外線放射手段に温度センサーが取り付けられており、当該温度センサーからの信号によって、前記近赤外線放射手段の白熱ランプの入力電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記遠赤外線放射部材は、被加熱物側方向に対する遠赤外線放射面１ｃｍ^２当たりの熱容量が、０．５Ｊ／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加熱装置。