JP4981543B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物を熱処理する熱処理装置に関する。

従来から、熱処理装置としては、被処理物を熱処理する熱処理部を有する断熱炉を備え、この熱処理部内を通るように前記断熱炉内の空気を循環させながら加熱するものが知られている。この熱処理装置は、前記熱処理部内に被処理物を収納し、この状態で前記断熱炉内の空気を循環させながら加熱し、この加熱した空気に前記被処理物を晒すことで熱処理を行う。

例えば、この熱処理装置は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製作等に用いられ、予めガラス板等の基板（被処理物）に対して特定の溶液を塗布して加熱乾燥させたものを前記熱処理部内に収容し、断熱炉内を循環する所定温度の熱風に晒して熱処理（焼成）する。

前記熱処理装置において、前記被処理物が所定温度の熱風に晒されて熱処理される際に、この熱処理に伴って被処理物上に塗布されている特定の溶液等が気化（昇華）し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の昇華物が発生する。

この昇華物は、加熱された空気と共に前記断熱炉内を循環し、前記熱処理部内に収納された被処理物の出し入れによる温度低下や、換気のために導入される外気等の影響で再結晶化する。この再結晶化した昇華物は、熱処理装置の内部に付着したり、被処理物の品質を低下させる等の問題を生じさせていた。

この問題を解消するために、前記断熱炉内を循環する昇華物を含んだ空気（加熱された空気）の一部を断熱炉外に排出し、この排出した熱風に対応する量の空気を断熱炉外から新たに導入する、即ち、断熱炉内を循環する空気の一部を換気しつつ熱処理を行う熱処理装置が開発された（特許文献１参照）。

この熱処理装置のように、断熱炉内を循環する空気の一部を換気しつつ熱処理することで、この循環する空気に含まれる昇華物の濃度を一定値以下に低下させ、前記再結晶化した昇華物が熱処理装置内部へ付着すること等を防止することができた。
特開平１０−１４１８６８号公報

しかし、近年、熱処理が行われる被処理物の種類の増加に伴って、被処理物の種類によっては上記熱処理装置では消費電力が増加するといった問題が生じる場合があった。その一例としては、以下のようなものが挙げられる。

上記熱処理装置が開発された当時の被処理物としては、例えば、大きさがＷ３７０ｍｍ×Ｌ４７０ｍｍのノートパソコン用のパネルであった。これに対し、現在の被処理物としては、大きさがＷ２１６０ｍｍ×Ｌ２４６０ｍｍの液晶テレビ用のカラーフィルターが挙げられる。このように被処理物が大きくなると、それに伴ってこの被処理物の表面に塗布される前記特定の溶液の量が多くなる。そのため、熱処理の際に発生する昇華物の量が増加する。また、前記カラーフィルターは、発色を良くするためにその表面に塗布される前記特定の溶液の濃度がノートパソコン用のパネルに塗布する溶液と比べ非常に濃いものを塗布されている。このように被処理物の種類によっては、熱処理の際に昇華物が多く発生する濃い溶液が塗布される場合がある。このような被処理物を熱処理する場合には、同じ大きさの被処理物であっても熱処理に伴う昇華物の発生量が多くなってしまう。

以上のような被処理物を熱処理する場合、前記断熱炉内を循環する空気に含まれる昇華物の量が非常に多くなり、上記熱処理装置での換気量では、この循環する空気に含まれる昇華物の濃度を前記一定値以下とすることが難しい場合があった。そのような場合には、上記同様、循環する空気に含まれる昇華物が再結晶化し、熱処理装置の内部に付着したり、被処理物の品質を低下させる等の問題の発生が懸念された。

上記問題を解消するために前記循環する空気の換気量を増やし、前記昇華物の濃度を一定値以下にする熱処理装置が考えられた。このような熱処理装置においては、換気のために導入される空気は、通常、熱処理を行っている熱処理部の温度よりも低く、断熱炉内を循環する空気の温度を下げてしまう。そのため、熱処理に必要な温度に熱処理部の温度を維持するのに前記循環する空気を加熱して昇温させなければならず、加温のためのヒーターによる消費電力の増加や、換気装置等の換気設備による消費電力の増加といった問題が生じた。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑みて、消費電力の増加を抑制すると共に断熱炉内を循環する空気に含まれる昇華物の量を低減させることができる熱処理装置を提供することを課題とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係る熱処理装置は、被処理物を熱処理する熱処理部を有し、この熱処理部を通るように内部で空気が循環する断熱炉を備え、前記断熱炉は、前記熱処理部の温度調節のために前記循環する空気を加熱する発熱部と、前記熱処理部の温度を検出する第一温度検出手段と、この第一温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記発熱部を制御する発熱部制御手段と、前記循環する空気の一部がその内部を上流側端部から下流側端部へ向けて流通する管路と、を具備し、前記発熱部は、前記管路内に収容されることを特徴とする。

かかる構成によれば、発熱部の発熱によって熱処理部内が温度調節される。この温度調節の際、発熱部が管路内の狭い空間で発熱するため、熱が発散せずに管路内の発熱部近傍の空気が加熱されて高温となる。このため、管路内に流入した空気は、当該管路内を流通して発熱部近傍を通過する際に高温となり、この高温になった空気に含まれている昇華物が熱分解される。このように昇華物を熱分解された空気が前記管路を通過後、再度循環する空気に合流する。そのため、前記循環する空気内に含まれる昇華物の量が減少する。即ち、断熱炉内のごく一部の空間を熱が閉じ込められた空間とすることで、その狭い空間内の温度を昇華物を熱分解可能な温度に昇温できる。このため、消費電力の増加を抑制すると共に循環する空気に含まれる昇華物の量を低減できる。

しかも、前記発熱部を熱処理部の温度調節のために発熱させることで昇華物が熱分解される。そのため、別途昇華物の熱分解のためだけに前記発熱部を発熱さる必要もなく、また、熱分解用の発熱部を別途設ける必要もないことからも消費電力の増加を抑制できる。

本発明の熱処理装置において、前記管路又は発熱部の少なくとも一方に前記管路内の蓄熱効果を高める蓄熱手段が設けられる構成であってもよい。

かかる構成によれば、ヒーターの発熱量を減らしても管路内に熱が蓄熱されるため当該管路内を高温に保つことができ、熱分解される昇華物の量を減らすことなく発熱部の消費電力をより低減できる。

また、前記管路内に流入する空気量を調節可能な第一空気量調節手段が当該管路の上流側端部に設けられる構成であってもよい。

かかる構成によれば、熱処理部の温度低下が少ないために発熱部の発熱量が少ないような場合であっても、管路内に流入する空気量を少なくすることで、ヒーター近傍の空気の温度を高温に保つことができる。そのため、熱分解される昇華物の量が減少するのを抑えることができる。

また、管路内を流通する空気量を少なくすることで、発熱部は、流通する空気量が多いときよりも少ない発熱量で管路内の空気を高温にできる。そのため、出力の小さな発熱部を用いることが可能となる。

また、前記発熱部の下流側には、前記発熱部を通過した空気の温度を検出する第二温度検出手段が配置されている構成であってもよい。

かかる構成によれば、管路内を流通して発熱部を通過した後の空気の温度が昇華物を熱分解できる温度まで昇温されているか否かが分かる。そのため、管路内を流通する空気の温度管理が精度良く行われ、効率良く昇華物が熱分解される。

また、前記第一空気量調節手段を制御する空気量制御手段が設けられ、前記空気量制御手段は、前記第二温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記管路内に流入する空気量を調節する構成であってもよい。

かかる構成によれば、検出された温度に基づき管路に流入する空気量が自動で調節されて管路内を流通する空気の温度が管理されるため、効率よく昇華物が熱分解され、また、省電力化が図られる。

また、断熱炉外から空気を導入する吸気部と、前記循環する空気の一部を断熱炉外に排出する排気部とが設けられ、これら吸気部と排気部とによって前記循環する空気の一部が換気される構成であってもよい。

かかる構成によれば、管路内で昇華物が熱分解されると共に断熱炉内を循環する空気の一部が換気されるため、より循環する空気に含まれる昇華物の量が低減される。

また、断熱炉外から吸気部を通じて熱処理部の温度よりも低い温度の空気が導入されるため、管路出口側での空気の温度が高温になり過ぎた場合でも、前記吸気部から低い温度の空気を導入することで容易に熱処理部の温度が抑制できる。

さらに、循環する空気の一部を換気することだけで循環する空気に含まれる昇華物を低減する熱処理装置と比べると、当該熱処理装置では管路内で昇華物が熱分解されるため空気の換気量を減らすことができる。そのため、循環する空気の温度低下が抑制され、熱処理部の温度を維持するために必要となる加熱のための電力が低減されると共に換気に必要な電力も低減される。

また、前記吸気部は、前記管路の下流側且つ前記第一温度検出手段の上流側に配置され、前記排気部は、前記熱処理部で被処理物を熱処理する際の当該被処理物の下流側且つ前記管路の上流側に配置される構成であってもよい。

かかる構成によれば、管路内で加熱された空気によって熱処理部に到達する空気の温度が高温になり過ぎた場合でも、管路から熱処理部までの間で効率よく温度を抑制することができると共に循環する空気に含まれる昇華物を効率よく低減することができる。

即ち、管路を通過した最も温度の高い空気に吸気部から導入される温度の低い空気を合流させることで効率よく温度の抑制が図られる。また、熱処理の際に被処理物を通過した最も昇華物の濃度の高い空気が排出されるために昇華物が効率良く断熱炉外に排出され、循環する空気に含まれる昇華物の低減が図られる。

また、前記吸気部に設けられ、導入される空気量を調節する第二空気量調節手段と、前記排気部に設けられ、排出される空気量を調節する第三空気量調節手段と、が設けられる構成であってもよい。

かかる構成によれば、吸気部から導入される断熱炉外からの空気量及び排出部から排出される断熱炉外への空気量がそれぞれより容易に調節可能となる。そのため、熱処理部における温度調節が精度良く行われる。また、換気量を調節することで循環する空気に含まれる昇華物の量の調節がより精度よく行われる。

また、前記断熱炉は、前記熱処理部と前記循環する空気の温度を調整する空気調整部とで構成され、前記空気調整部には、前記管路の下流側に前記吸気部と前記熱処理部に空気を送風することで空気を循環させる送風機とが順に配置され、前記管路からの空気と前記吸気部から導入された空気と前記循環する空気とが前記送風機によって撹拌混合されて前記熱処理部に送風される構成であってもよい。

かかる構成によれば、管路を通過した空気と、吸気部から導入された空気と、循環する空気とが撹拌混合されて熱処理部に送風されるため、熱処理部に送風される空気の温度が均一となり、熱処理部の温度分布に偏りがなくなる。

以上より、本発明によれば、消費電力の増加を抑制すると共に断熱炉内を循環する空気に含まれる昇華物の量を低減すことができる熱処理装置を提供することができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

図１に示されるような熱処理装置１０は、ＦＰＤの製造工程等に用いられるものであり、クリーンルーム内に設置されるいわゆるクリーンオーブンと呼ばれるものである。

この熱処理装置１０は、断熱壁（炉壁）で空間が囲繞された断熱炉１１を備えている。この断熱炉１１は、被処理物を熱処理する熱処理部２０と断熱炉１１内を循環する空気の温度を調整する空気調整部３０とで構成されている。これら熱処理部２０と空気調整部３０との境界には、断熱炉１１の内部空間を仕切っている仕切り壁１２が設けられている。この仕切り壁１２には、熱処理部２０の空気を空気調整部３０に導入するための吸い込み口１３と、空気調整部３０の空気を後述する送風機３５によって熱処理部２０に吹き出すための吹き出し口１４とが形成されている。

これら吸い込み口１３と吹き出し口１４とは、吹き出し口１４から空気調整部３０の空気が熱処理部２０側に吹き出され、これに伴って吸い込み口１３から熱処理部２０の空気が空気調整部３０に導入されることで、断熱炉１１内に空気の循環流Ｃを形成することができるような位置にそれぞれ設けられる。尚、本実施形態においては、前記循環流（又は循環する空気）Ｃの流れを基準に上流と下流とが定められる。即ち、本実施形態において、上流側とは前記循環流Ｃにおける上流側をいい、下流側とは、前記循環流Ｃにおける下流側をいう。

熱処理部２０には、ワーク（被処理物）Ｗを保持するためのワーク保持部２１と、ワークＷを出し入れするためのワーク出入用開口２３と、循環する空気Ｃの一部を断熱炉１１外に排気する排気口２５と、熱処理部２０の温度を検出する温度検出手段２７とが設けられている。

ワーク保持部２１は、上下に並ぶ多数の棚を備えたラックであって、ガラス基板等の複数の被処理物（以下、単に「ワーク」と称する。）Ｗを上下に並んだ状態で保持可能なものである。このワーク保持部２１にワークＷが保持されることにより、当該ワークＷが熱処理部２０内に収納・保持される。このワーク保持部２１の下部には、当該ワーク保持部２１を上下動させるための高さ合わせ手段２２が接続されている。この高さ合わせ手段２２は、ワーク保持部２１を上下動して、ワークＷの当該ワーク保持部２１における保持される位置、即ち、出し入れしようとするワークＷが保持され、又は保持されようとする棚の高さが後述のワーク出入用開口２３と同じ高さ位置となるよう、その高さ位置を合わせる。

ワーク出入用開口２３は、ワーク保持部２１の下流側の断熱壁（図１における左側の断熱壁）に穿設された開口である。このワーク出入用開口２３を形成する断熱壁の内側の開口縁部には、このワーク出入用開口２３を開閉するためのシャッター２４が設けられている。

尚、熱処理装置１０は、ワーク保持部２１が固定されてワーク出入用開口２３が上下動可能に構成されてもよく、また、ワーク保持部２１及びワーク出入用開口２３がそれぞれ上下動可能に構成されていてもよい。即ち、ワーク保持部２１とワーク出入用開口２３とが高さ方向において相対移動可能に構成されることで、ワークＷの当該ワーク保持部２１における保持される位置とワーク出入用開口２３とを同じ高さ位置とすることができる。

さらには、上下に複数のワーク出入用開口２３，２３，…を穿設し、ワークＷの当該ワーク保持部２１における保持される位置に対応する高さのワーク出入用開口２３のシャッター２４を開くようにしてもよく、また、上下に長いワーク出入用開口２３に上下に複数のシャッター２４，２４，…を設け、ワークＷの当該ワーク保持部２１における保持される位置に対応する高さのシャッター２４を開くようにしてもよい。この場合、ワーク保持部２１とワーク出入用開口２３とは、固定されていてもよい。

排気口（排気部）２５は、循環する空気Ｃの一部を断熱炉１１外に排気するためのもので、ワーク保持部２１の下流側の断熱壁であって、ワーク出入用開口２３が穿設されている部位以外の部位（図１における下側の断熱壁）に設けられている。この排気口２５内には、排気する空気量（排気量）を調節するために排気口２５の開口量を調節する空気量調節手段２６が設けられている。この空気量調節手段２６は、排気用ダンパー２６であり、手動で開口量を調節して排気量を調節することができる手動ダンパーで構成されている。

温度検出手段２７は、熱処理部２０の温度を検出する温度センサー２７で、ワーク保持部２１の上流側に配置されている。具体的には、温度検出手段２７は、仕切り壁１２に形成された吹き出し口１４から吹き出される熱風（循環する空気）Ｃの温度を検出する吹き出し口温度センサー２７であり、吹き出し口１４の直下流に配置されている。この吹き出し口温度センサー２７は、後述のヒーター３１の発熱部３１ａの制御を行うヒーター制御手段２８に接続されており、検出した温度データをこのヒーター制御手段２８に伝達する。

空気調整部３０には、熱処理部２０の温度調節のために循環空気を加熱する発熱部３１ａを具備するヒーター３１と、このヒーター３１の少なくとも発熱部３１ａが収容されるダクト（管路）３２と、空気調整部３０内の空気を熱処理部２０に吹き出すことで断熱炉１１内に空気の循環流Ｃを形成する送風機３５とが設けられている。

ヒーター３１は、当該ヒーター３１の発熱部３１ａの周囲に存在する空気を加熱昇温させる加熱器であり、本実施形態においては、シーズヒーターが用いられている。このヒーター３１は、ヒーター制御手段２８に接続されており、このヒーター制御手段２８によってオンオフ制御されている。そして、このヒーター３１は、直管状のダクト３２内に収容されている。尚、ヒーター制御手段２８は、本実施形態においては、オンオフ制御によって制御されているが、これに限定される必要はなく、発熱部３１ａの出力（発熱量）が可変するような制御であってもよい。

ヒーター制御手段２８は、吹き出し口温度センサー２７で検出した温度に基づいてヒーター３１の発熱部３１ａのオンオフ制御を行う。具体的には、ヒーター制御手段２８は、吹き出し口温度センサー２７で検出された吹き出し口１４から吹き出される空気（循環する空気）Ｃの温度がワークＷの熱処理に必要な温度か否かを判断し、ヒーター発熱部３１ａのオンオフ制御を行う。より詳細には、ヒーター発熱部３１ａの発熱時においては、発熱部３１ａへの通電が３秒間隔でオンオフされ、これを１サイクルとし、このサイクルが繰り返されることで、発熱部３１ａの発熱温度が一定に保たれるように制御される。

ダクト３２は、断熱炉内の一部の空間を熱が閉じ込められるような空間とするための直管である。即ち、ダクト３２は、内部に収容された発熱部３１ａが発熱した際、この熱が直ぐに発散せずに内部に留まるようにすることで内部を高温に保つことができる。このダクト３２は、内部を高温に保ち易い素材（例えば、断熱性を有する素材）で形成されており、内部に収容する発熱部３１ａの大きさや発熱量等に基づいて肉厚や直径、長さ等が設定されている。ダクト３２は、一方側端部を吸い込み口１３側に、他方側端部を吹き出し口１４側に位置するように、即ち、一方側端部が上流側に、他方側端部が下流側に位置するように、循環する空気Ｃの流れに沿って（図１においては、左右方向に）配設されている。このように配設することで、空気調整部３０内を流れる空気（循環する空気）Ｃの一部がダクト３２の上流側の開口から流入し、ダクト３２内を流通して下流側の開口から流出し、前記空気調整部３０内を流れる空気と合流する。このように配置されたダクト３２には、その上流側（前記一方側）端部に、空気量調節手段３３が設けられ、下流側（前記他方側）端部に、温度検出手段３４が設けられている。

尚、ダクト３２は、本実施形態においては直管であるが、これに限定される必要はない。即ち、内部に発熱部３１ａを収容でき、上流側端部から下流側端部に向けて前記循環する空気Ｃの一部が流通するような管状体であれば、湾曲等していてもよい。

空気量調節手段３３は、ダクト３２の上流側端部から流入する空気（循環する空気Ｃの一部）の流入量を調節するためのものである。本実施形態においては、シャッターを開閉することで開口量を変化させて流入量を調節する、いわゆるダンパーで構成された流入量調節ダンパー３３である。この流入量調節ダンパー３３は、手動でダクト３２内に流入する空気量を調節することができる手動ダンパーであり、断熱炉１１の外部から操作できるようにハンドルを有する。

温度検出手段３４は、ダクト３２内の温度、より詳細にはダクト３２内を流通する空気であって、ヒーター３１の発熱部３１ａが収容された部位を通過した空気の温度を検出するダクト内温度センサー３４である。このダクト内温度センサー３４は、表示部Ｍに接続されている。表示部Ｍは、ダクト内温度センサー３４で検出した温度を表示するモニター等の表示手段である。

送風機３５は、ダクト３２の下流側であって吹き出し口１４の上流側に設けられている。この送風機３５は、ダクト３２内を通った空気と、それ以外の空気調整部３０内を流れる空気と、必要に応じて後述の吸気用開口３８から導入される断熱炉１１外からの空気とを撹拌混合し、吹き出し口１４から熱処理部２０へ吹き出す（送風する）ことで断熱炉１１内に循環流Ｃを形成するものである。送風機３５は、空気を送り出すためのファン３６と、このファン３６を回転駆動するためのモータ３７とで構成されている。本実施形態においては、ファン３６は、シロッコファン３６が用いられている。

さらに、空気調整部３０には、ダクト３２の下流側であって送風機３５の上流側の断熱壁に、断熱炉１１の外部から空気を導入する吸気用開口（吸気部）３８が穿設されている。この吸気用開口３８を形成する断熱壁の外側の開口縁部には、吸気用開口３８の開口量を調節するための空気量調節手段３９が設けられている。この空気量調節手段３９は、断熱炉１１の断熱壁外面に沿ってスライド可能なスライド板３９で構成されている。このスライド板３９は、手動でスライドさせることで吸気用開口３８の開口量を調節できる。

本実施形態に係る熱処理装置１０は、以上の構成からなり、次に、この熱処理装置１０の動作について説明する。

送風機３５によって熱処理部２０側に空気調整部３０の空気が送り込まれると、熱処理部２０の空気は、吸い込み口１３を通じて空気調整部３０に戻される。そして、空気調整部３０に戻された空気は、その一部が発熱部３１ａによって加熱・昇温され、吹き出し口１４を通じて熱処理部２０側に吹き出される。この空気の循環が繰り返され、所定温度にまで加熱された空気（熱風）に、熱処理部２０内に収容されたワークＷが晒されることで、熱処理（焼成）が行われる。

詳細には、送風機３５によって吹き出し口１４から熱処理部２０側に空気調整部３０の空気が送り込まれる。そうすると、熱処理部２０の空気は、吸い込み口１３を通じて空気調整部３０に戻される。このようにして、断熱炉１１内に熱処理部２０を通るような空気の循環流Ｃが形成される。

空気の循環流Ｃが形成された状態でダクト３２の上流側端部に設けられた流入量調節ダンパー３３が開かれると、循環流Ｃの一部がダクト３２内に流入する。そして、ヒーター制御手段２８によってヒーター３１に通電されることでダクト３２内に収容されている発熱部３１ａが発熱する。この発熱部３１ａの発熱によって、後述するようにダクト３２内を流通する空気が高温に加熱され、この加熱された空気がダクト３２通過後に循環流Ｃと合流し、送風機３５のファン３６によって撹拌混合されて熱処理部２０に吹き出される。このように循環流Ｃがその一部をダクト３２内で加熱されつつ断熱炉１１内を循環し続けることで、循環する空気全体の温度が上昇する。その結果、熱処理部２０の温度も上昇する。

このとき、吹き出し口温度センサー２７は、吹き出し口１４から吹き出される空気（循環する空気）の温度を検出している。この検出された温度データは、ヒーター制御手段２８に送信される。ヒーター制御手段２８は、この検出された温度データに基づいて、吹き出し口１４から吹き出される空気の温度が熱処理に必要な熱処理温度（本実施形態においては、約２２０℃）となるように、ヒーター３１の発熱部３１ａを制御する。具体的には、ヒーター制御手段２８は、吹き出し口１４から吹き出される空気の温度が熱処理温度よりも低ければ、ヒーター３１に通電して循環する空気Ｃを加熱し、熱処理温度よりも高ければ、ヒーター３１への通電を遮断して循環する空気Ｃへの加熱を停止するようにヒーター３１を制御する。このように、ヒーター制御手段２８は、吹き出し口温度センサー２７によって検出された温度のみに基づいて、ヒーター３１の発熱部３１ａを制御する。

このように循環する空気Ｃの一部が加熱されて熱処理部２０の温度が熱処理温度に到達すると、ワークＷが熱処理部２０に搬入される。より詳細には、吹き出し口温度センサー２７によって検出する吹き出し口１４からの空気の温度が熱処理温度に到達すると断熱炉１１内にワークＷが搬入される。

このワークＷを搬入するには、シャッター２４が開いてワーク出入用開口２３からワークＷがワーク保持部２１に向けて搬入される。このとき、ワーク保持部２１は、搬入されるワークＷを保持する棚がワーク出入用開口２３と同じ高さ位置となるよう、高さ合わせ手段２２によって上下動される。そして、高さが合った状態でワークＷがワーク保持部２１の前記棚に搬入されて保持される。これを連続又は所定時間毎に繰り返すことで、ワーク保持部２１に上下に並んだ状態で複数のワークＷが保持される。

ワークＷは、このように熱処理部２０に搬入されて所定時間循環する空気Ｃに晒された後、熱処理部２０から搬出される。その際には、上記ワーク保持部２１への搬入・保持と逆の手順で搬出される。即ち、ワーク保持部２１は、搬出するワークＷを保持している棚がワーク出入用開口２３と同じ高さ位置となるよう、高さ合わせ手段２２によって上下動される。そして、シャッター２４が開いてワーク出入用開口２３からワークＷが搬出される。

以上のようにして、熱処理温度まで昇温された空気が循環する熱処理部２０に、複数のワークＷが順次搬入又は搬出され続けることで、複数のワークＷの熱処理が連続して行われる。このように連続して熱処理が行われる場合、断熱炉１１内にワークＷが搬入・搬出される際にワーク出入用開口２３から外部の空気が熱処理部２０内に入ってしまうため、熱処理部２０の温度が低下する。そのため、ワークＷが次々に搬入・搬出されて、熱処理が連続的に行われる場合は、熱処理部２０の温度を熱処理温度に保つために、発熱部３１ａは、発熱状態を維持される。

ワークＷがワーク保持部２１に保持されて熱処理温度の空気（循環する空気Ｃ）に晒されると、その表面に塗布された溶液から昇華物が発生し、この昇華物は循環する空気Ｃと共に断熱炉１１内を循環する。

循環する空気Ｃに含まれた昇華物は、ダクト３２内を通過することで熱分解される。具体的には、空気調整部３０において、循環する空気Ｃの一部は、ダクト３２内に流入する。このとき、発熱部３１ａが熱処理部２０の温度を熱処理温度に維持するために発熱しているので、ダクト３２内を流通する空気が加熱され高温（昇華物が熱分解される程度の温度）となる。これは発熱部３１ａがダクト内３２のような狭い空間で発熱するために、熱が閉じ込められるからである。つまり、発生した熱がダクト３２内で径方向においては閉じ込められて発散しないため、ダクト３２内に熱が留まり高温となるからである。

このとき、ダクト３２内のヒーター３１の発熱部３１ａが収容された部位を通過した直後の空気の温度が熱分解温度（本実施形態においては６００℃程度）となるよう、ダクト３２内を流通する空気量が調節されている。即ち、流入量調節ダンパー３３によって、ダクト３２の上流側の開口量が調節されることで、ダクト３２内に流入する空気量を調節して前記発熱部３１ａ通過後の空気の温度が６００℃程度となるように流入量調節ダンパー３３の開口量が調節されている。このとき、空気の温度は、ダクト内温度センサー３４によって検出され、この検出された温度がモニターＭによって表示される。作業者は、この表示に基づいて流入量調節ダンパー３３を操作することで容易に空気量を調節することができる。

また、この流入量調節ダンパー３３を調節する際、同時に、吸気用開口３８のスライド板３９及び排気口２５の排気用ダンパー２６も調節する。そうすることで、断熱炉１１内に導入される外部の空気の量と断熱炉１１内を循環する空気の一部を排気する排気量とが調節される。即ち、循環する空気の一部を換気する際の換気量が調節される。上記ダクト３２内で昇華物を熱分解することに加え、このように循環する空気Ｃの一部が換気されることで、ワークＷから多くの昇華物が発生しても、循環する空気に含まれる昇華物の量を所望の量以下に低減できる。換言すると、ダクト３２によって熱分解のみ行っているものに比べ、循環する空気Ｃに含まれる昇華物の量をより少なくすることができる。

また、前記換気によって熱処理部２０の温度調節も容易となる。即ち、本実施形態においては、ダクト３２内部を通過した後の空気は、約６００℃となるように調節されている。これに対し、熱処理に必要な熱処理温度は、約２２０℃である。そのため、本実施形態においては、ダクト３２で加熱された空気及び空気調整部３０を流通する空気に、断熱炉１１外の常温の空気を吸気用開口３８から導入することで、吹き出し口１４から吹き出される空気が熱処理温度となるようにスライド板３９をスライドさせて吸気用開口３８の開口量を調節する。このとき、熱処理部２０の温度は、吹き出し口温度センサー２７によって検出され、ヒーター制御手段２８等に設けられた表示手段に表示される。この表示に基づいて、作業者等がスライド板３９のスライドによる吸気用開口３８の開口量を変化させることで調節する。また、吸気用開口３８の開口量の変化に合わせて、断熱炉１１内の圧力が所定の圧力となるように排気口２５に設けられた排気用ダンパー２６の開口量が調節される。

このように、ダクト３２の流入量調節ダンパー３３と、吸気用開口３８のスライド板３９と、排気口２５の排気用ダンパー２６とを用いて、ダクト内温度センサー３４で検出される温度が熱分解温度、吹き出し口温度センサー２７で検出される温度が熱処理温度となるように各温度センサー３４，２７で検出した温度を見つつ、それぞれを調節する。

次に、本実施形態に係る熱処理装置１０の作用及び効果を説明する。

熱処理装置１０は、ダクト３２内に発熱部３１ａを収容している。このように発熱部３１ａがダクト３２内の狭い空間で発熱するため、熱が発散せずに留まり、ダクト３２内の発熱部３１ａ近傍の空気が加熱されて高温となる。このため、ダクト３２内に流入した空気は高温となって昇華物が熱分解される。このように昇華物を熱分解された空気がダクト３２を通過後、再度循環する空気Ｃに合流する。即ち、断熱炉１１内のごく一部の空間を熱が閉じ込められた空間とすることで、その狭い空間内を昇華物の熱分解可能な温度に昇温できる。このため、循環する空気Ｃ内に含まれる昇華物の量が減少する。その結果、消費電力の増加を抑制すると共に循環する空気に含まれる昇華物の量を低減できる。

このことは、図１に記載の熱処理装置１０とこの熱処理装置１０からダクト３２のみを除いた熱処理装置とで比較検証したところ、以下の結果が得られたことからも裏付けられる。熱処理装置１０では、ヒーター容量１５９ｋＷ、換気量１７ｍ^３／ｍｉｎであるのに対し、ダクトを備えない前記熱処理装置では、ヒーター容量２５２ｋＷ、換気量３６ｍ^３／ｍｉｎで、循環する空気Ｃに含まれる昇華物の量が同じになった。即ち、熱処理装置１０においては、ダクトを備えない前記熱処理装置に比べ、換気量が１／２以下となり、消費電力も大幅に低減することができた。

また、ダクト３２の上流側端部に流入量調節ダンパー３３が設けられていることから、ワークＷの搬入出が少なく、熱処理部２０の温度低下が少ないために発熱部３１ａの発熱量が少ないような場合であっても、ダクト３２内に流入する空気量を少なくすることで、発熱部３１ａ近傍の空気の温度を高温に保つことができる。そのため、熱分解される昇華物の量が減少するのを抑えることができる。

尚、ワークＷの熱処理部２０への搬入・搬出がほとんど行われず、当該熱処理部２０の温度低下が非常に少ない場合には、ヒーター３１の発熱部３１ａは、ほとんど発熱しない。このような場合には、ダクト３２内の温度が昇華物を熱分解できる温度まで昇温されないが、ワークＷの出入りが少ないため、発生する昇華物も少ない。そのため、昇華物がダクト３２内で熱分解されなくても循環する空気内に含まれる昇華物の量が所望の量以下となるため問題が生じない。または、循環する空気の一部を換気することだけで、上記所望の量以下とすることができる。

また、ダクト３２内を流通する空気量を少なくすることで、発熱部３１ａは、流通する空気量が多いときよりも少ない発熱量でダクト３２内の空気を高温にできる。そのため、流入量調節ダンパー３３が設けられることで、出力の小さな発熱部３１ａを用いることが可能となる。

また、断熱炉１１に吸気用開口３８と排気口２５とが設けられ、これら吸気用開口３８と排気口２５とによって循環する空気Ｃの一部が換気されるため、ダクト３２内で昇華物が熱分解されると共に断熱炉１１内を循環する空気Ｃの一部が換気されるため、より循環する空気Ｃに含まれる昇華物の量が低減される。

また、断熱炉１１外から吸気用開口３８を通じて常温の空気が導入されるため、管路３２出口側での温度が高温になり過ぎた場合でも容易に熱処理部２０の温度が抑制できる。

さらに、循環する空気Ｃの一部を換気することだけで循環する空気に含まれる昇華物を低減する熱処理装置と比べると、当該熱処理装置１０ではダクト３２内で昇華物が熱分解されるため、空気の換気量を減らすことができる。そのため、循環する空気Ｃの温度低下が抑制され、熱処理部２０の温度を維持するために必要となる加熱のための電力が低減される。

また、吸気用開口３８がダクト３２の下流側且つ吹き出し口用温度センサー２７の上流側に配置され、排気口２５がワーク保持部２１の下流側且つダクト３２の上流側に配置される。そのため、ダクト３２内で加熱された空気によって熱処理部２０に到達する空気の温度が高温になり過ぎた場合でも、ダクト３２を通過した約６００℃の高温の空気に吸気用開口３８から導入される常温の空気を合流させることで効率よく熱処理に必要な約２２０℃の温度まで下げることができる。また、排気口２５から、熱処理の際にワークＷを通過した最も昇華物の濃度の高い空気が断熱炉１１外に排気されるために昇華物が効率良く断熱炉１１外に排出され、効率良く循環する空気に含まれる昇華物の低減が図られる。

また、スライド板３９を吸気用開口３８に設け、排気用ダンパー２６を排気口２５に設けることで、断熱炉１１外からの空気量及び断熱炉１１外への空気量がそれぞれより容易に調節可能となる。そのため、熱処理部２０における温度調節が精度良く行われる。また、換気量を調節することで循環する空気に含まれる昇華物の量の調節がより精度よく行われる。

また、吸気用開口３８がダクト３２の下流且つ送風機３５の上流に設けられていることから、熱処理部２０へ送風される空気、即ち、吹き出し口１４から吹き出される空気に温度の偏りがなくなる。これは、吸気用開口３８から導入される温度の低い空気と、循環する空気と、ダクト３２を通過して加熱された高温の空気とが送風機３５のファン３６によって撹拌混合された後に熱処理部２０に送風されるため、温度分布に偏りが生じないからである。

尚、本発明の熱処理装置１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、ダクト３２に断熱部材を設けて内部の熱を外に伝え難くしてもよく、発熱部３１ａの表面に蓄熱効果の高い部材を設けても良い。このようにすることで、ダクト３２内に熱が蓄熱され、より少ない発熱量によってダクト３２内を高温に保つことができる。

また、図２に示すように、ダクト内温度センサー３４によって検出した温度に基づいて、ダクト３２の上流側端部の空気量調節手段３３ａを制御するダクト部制御手段５０を備えても良い。この場合、空気量調節手段３３ａは、ダクト部制御手段５０によって自動でダンパーの開度を調節してダクト３２内に流入する空気量を調節することができる自動ダンパー等で構成される。このように、ダクト３２内の温度に基づいてダクト３２内に流入する空気量が自動で調節されてダクト３２内を流通する温度が管理されることで、効率よく昇華物の熱分解が行われる。

また、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ダクト３２の上流側端部に、ダンパーの代わりにダクト３２外の空気を強制的に内部に吸気する吸気手段、例えば、吸気用の送風機３３ｂ、３３ｃを設けてもよい。この場合、ダクト内温度センサー３４によって検出された温度データが、送信され、この温度データに基づいて、前記送風機３３ｂにおけるシロッコファン３６ａ又は送風機３３ｃにおけるプロペラファン３６ｂの回転数を制御できるダクト用送風機制御手段５０ａが設けられる。このようにすることで、循環する空気Ｃの流速等にかかわらずダクト３２内に流入する空気量の調節が容易に行え、循環する空気Ｃに含まれる昇華物を効率よく熱分解することができる。

尚、前記ダクト用送風機制御手段５０ａに代えて、ダクト内温度センサー３４で検出された温度がモニター等の温度表示手段で表示され、この温度表示に基づいて作業者がモータ回転数を調節し、ダクト３２内に流入する空気量を調節してもよい。

また、本実施形態においては、ダクト３２は断熱炉１１内に設けられているが、これに限定される必要はない。即ち、ダクト３２が断熱炉１１外に配置されると共に、ダクト３２内と断熱炉１１内とが連通するようにダクト３２の上流側端部と下流側端部とが断熱炉１１に接続されてもよい。

また、本実施形態においては、吸気用開口３８及び排気口２５から吸排気される空気の量（吸排気量）は、手動でスライド板３９及び排気用ダンパー２６を操作することで調節しているが、これに限定される必要もなく、自動調節するように構成してもよい。

また、ダクト内温度センサー（第二温度検出手段）３４で検出した温度に基づき、吸気用開口３８及び排気口２５からの空気の吸排気量を調節することで、熱処理部２０の温度調節及びダクト（管路）３２内の両方の温度調節を行うようにしてもよい。この場合、流入量調節ダンパー（第一空気量調節手段）３３は、設けられなくてもよい。

本実施形態に係る熱処理装置の概略構成図を示す。 他実施形態に係る熱処理装置のダクト部の概略構成図を示す。 他実施形態に係る熱処理装置であって、（ａ）は、シロッコファンを有するダクト用送風機を備えたダクト部の概略構成図を示し、（ｂ）は、プロペラファンを有するダクト用送風機を備えたダクト部の概略構成図を示す。

符号の説明

１０ 熱処理装置
１１ 断熱炉
２０ 熱処理部
２７ 温度検出手段（吹き出し口温度センサー）
２８ 発熱部制御手段（ヒーター制御手段）
３１ａ 発熱部（ヒーター発熱部）
３２ 管路（ダクト）
Ｃ 空気の循環流（循環する空気）
Ｗ 被処理物（ワーク）

Claims (9)

1. 被処理物を熱処理する熱処理部を有し、この熱処理部を通るように内部で空気が循環する断熱炉を備え、
   前記断熱炉は、
   前記熱処理部の温度調節のために前記循環する空気を加熱する発熱部と、
   前記熱処理部の温度を検出する第一温度検出手段と、
   この第一温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記発熱部を制御する発熱部制御手段と、
   前記循環する空気の一部がその内部を上流側端部から下流側端部へ向けて流通する管路と、を具備し、
   前記発熱部は、前記管路内に収容されることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記管路又は発熱部の少なくとも一方に前記管路内の蓄熱効果を高める蓄熱手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記管路内に流入する空気量を調節可能な第一空気量調節手段が当該管路の上流側端部に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記発熱部の下流側には、前記発熱部を通過した空気の温度を検出する第二温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
5. 前記第一空気量調節手段を制御する空気量制御手段が設けられ、前記空気量制御手段は、前記第二温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記管路内に流入する空気量を調節することを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
6. 断熱炉外から空気を導入する吸気部と、前記循環する空気の一部を断熱炉外に排出する排気部とが設けられ、これら吸気部と排気部とによって前記循環する空気の一部が換気されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
7. 前記吸気部は、前記管路の下流側且つ前記第一温度検出手段の上流側に配置され、前記排気部は、前記熱処理部で被処理物を熱処理する際の当該被処理物の下流側且つ前記管路の上流側に配置されることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
8. 前記吸気部に設けられ、導入される空気量を調節する第二空気量調節手段と、前記排気部に設けられ、排出される空気量を調節する第三空気量調節手段と、が設けられることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
9. 前記断熱炉は、前記熱処理部と前記循環する空気の温度を調整する空気調整部とで構成され、
   前記空気調整部には、前記管路の下流側に前記吸気部と前記熱処理部に空気を送風することで空気を循環させる送風機とが順に配置され、
   前記管路からの空気と前記吸気部から導入された空気と前記循環する空気とが前記送風機によって撹拌混合されて前記熱処理部に送風されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の熱処理装置。

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