JP5600508B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の基材を搬送しながら加熱する加熱装置に関する。

プリプレグや積層板などの製造過程においては、長尺な基材を連続的に搬送しながらこの基材を加熱する加熱装置が、しばしば用いられている。このような加熱装置における基材の加熱方式としては、輻射熱により基材を加熱する方式、熱風の噴射により基材を加熱する方式、これらの方式が組み合わされた方式などがある（特許文献１〜４参照）
このような加熱装置によって基材が加熱される場合、基材の温度調整のために、基材に与えられる熱量が変更されることがある。この場合、例えば基材へ輻射熱を放射する加熱プレートなどの出力が変更されたり、基材へ噴射される熱風の温度が変更されたりする。

特開２００６−１９２８６１号公報 特開２００９−２１０１６８号公報 特開２０００−２６５３６８号公報 特開平７−８０８３５号公報

しかし、装置の規模や熱容量が大きい場合には、加熱プレートなどの出力が変更されたり、熱風の温度が変更されたりしても、このような設定変更時から、基材に実際に与えられる熱量が所望の量となって基材の温度が調整される時までには、大きな時間差が生じてしまう。その間は、基材は所望の条件で加熱されず、大きなエネルギーロスが生じてしまう。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、基材を搬送しながら加熱する際に基材に与えられる熱量を速やかに変更してこの基材の温度を容易に調整することができる加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る加熱装置は、搬送装置と、加熱源と、変更手段とを備え、前記搬送装置は加熱対象である基材を搬送し、前記加熱源は前記搬送装置で搬送されている前記基材を輻射熱で加熱し、前記変更手段は前記基材の搬送経路と前記加熱源との間の距離を変更する。

本発明に係る加熱装置が更に温度測定器を備え、この温度測定器は前記加熱源によって加熱された後の前記基材の温度を測定してもよい。

本発明に係る加熱装置が前記加熱源を複数備えると共に温度測定器を備え、前記加熱源は前記搬送経路に沿って順次設けられ、前記温度測定器は前記基材が搬送経路上で各加熱源を通過する度に前記基材の温度を測定してもよい。

本発明に係る加熱装置が前記加熱源を少なくとも一対備え、対となっている前記加熱源同士が前記搬送経路を介して対向していてもよい。

本発明によれば、基材を搬送しながら加熱する際に基材に与えられる熱量を速やかに変更してこの基材の温度を容易に調整することができる。

本発明の第一の実施形態を示す概略図である。 前記実施形態における制御装置を示すブロック図である。 本発明の第二の実施形態を示す概略図である。 本発明の第三の実施形態を示す概略図である。 本発明の実施例における変更手段の構造を示す概略の斜視図である。

［第一の実施形態］
図１に、加熱装置の第一の実施形態を示す。

加熱対象である基材４の形状、材質等は特に制限されない。基材４は長尺でも枚葉状でもよいが、長尺な基材４の方が本実施形態における加熱対象として適している。

基材４の一例として、ポリイミドフィルム等の樹脂フィルムと銅箔等の金属箔とが積層して構成される積層体が挙げられる。このような積層体が加熱装置により加熱されるとフレキシブル積層板が得られる。

本実施形態では、加熱装置は炉体６、搬送装置１、加熱源２、変更手段３、及び温度測定器５を備える。

炉体６は隔壁７を備える。隔壁７は炉体６の内部と外部とを仕切る壁である。本実施形態では炉体６の一方の端部で隔壁７に導入口８が形成され、炉体６の他方の端部で隔壁７に導出口９が形成されているが、導入口８及び導出口９の位置は特に制限されない。導入口８及び導出口９は、炉体６の内部と外部とを連通する。

搬送装置１は、基材４を搬送することでこの基材４を導入口８から炉体６内へ導入し、更に導出口９から炉体６外へ導出する。このようにして基材４が搬送されるのであれば、搬送装置１の構造は特に制限されない。

本実施形態では、搬送装置１は繰出機１０、搬送ローラ１１、及び巻取機１２を備える。繰出機１０は基材４の搬送経路の始端に設けられる。この繰出機１０は、長尺な基材４がロール状に巻き回されて構成されるロールを保持し、このロールから基材４を繰り出す。搬送ローラ１１は基材４の搬送経路に沿って設けられている。この搬送ローラ１１が、繰出機１０から繰り出された基材４を搬送経路上に支持する。巻取機１２は基材４の搬送経路の終端に設けられる。この巻取機１２が、繰出機１０から繰り出された基材４にテンションをかけながらこの基材４をロール状に巻き取る。

本実施形態では炉体６は水平方向に沿った一方向に長い形状を有し、搬送装置１はこの炉体６内で基材４を水平方向に沿った一方向に沿って搬送する。但し、炉体６の形状や、搬送装置１による基材４の搬送方向は、本実施形態に限定されない。

例えば、搬送装置１は基材４を上下方向に搬送してもよく、すなわち搬送装置１は基材４を上方に向けて搬送してもよく、下方へ向けて搬送してもよい。更に、搬送装置１は基材をまず上方に向けて搬送し、続いて下方に折り返して下方へ向けて搬送してもよい。炉体６の形状は、搬送装置１による基材４の搬送経路に応じ、この搬送経路を隔壁７で覆い得る適宜の形状に形成される。

加熱源２は、搬送装置１による搬送中の基材４を輻射熱により加熱する。加熱源２としては、株式会社ノリタケカンパニーリミテッド製のプレートヒーターＰＬＲ、テーピ販売株式会社製のウルトラサーモＵＴ等の、遠赤外線を放射する加熱プレートが挙げられる。加熱源２はこのような遠赤外線を放射する加熱プレートに限られず、その他適宜の輻射体であってもよい。

加熱源２は炉体６内に設置されている。加熱源２は少なくとも一つ設けられる。本実施形態では炉体６内に複数の加熱源２が設置されている。加熱源２の設置位置は、基材４が加熱源２からの輻射熱により加熱されるのであれば特に制限されない。本実施形態では、加熱源２は炉体６内における基材４の搬送経路の上方と、この搬送経路の下方とに、それぞれ設置されている。これにより、二つの加熱源２が対となり、この加熱源２同士が搬送経路を介して対向している。このため、加熱源２による基材４の加熱効率が高くなっている。加熱源２は二つのみ（すなわち一対のみ）でもよいが、本実施形態では搬送経路に沿って複数対の加熱源２が順次設けられている。すなわち、本実施形態では搬送経路の上方に三個の加熱源２が順次設けられていると共に、搬送経路の下方にも三個の加熱源２が設けられ、合計六個（三対）の加熱源２が設けられている。

これらの複数の加熱源２を、導入口８に近い側から順に（すなわち基材４の搬送方向に沿った始端側から順に）、１番目、２番目、…、Ｎ番目の加熱源２とする。Ｎは２以上の整数であり、本実施形態では３である。本実施形態では二つの加熱源２が対となっているから、１番目、２番目、…、Ｎ番目の各加熱源２として、それぞれ二つの加熱源２が存在する。

温度測定器５は、基材４が加熱源２によって加熱される度にこの基材４の温度を測定する。本実施形態では複数の温度測定器５が設けられている。これらの温度測定器５が、搬送経路上の（ｎ−１）番目（ｎは２以上Ｎ未満の整数）の加熱源２とｎ番目の加熱源２との間の位置、並びにＮ番目の加熱源２よりも後段の位置で、基材４の温度を測定する。基材４の温度が測定可能であれば、温度測定器５の機構は特に制限されない。温度測定器５の具体例としては、株式会社キーエンス製のデジタル放射温度センサーＦＴ、株式会社チノー製の放射温度計ＩＲ−ＣＤ等の非接触温度センサーなどが挙げられる。

変更手段３は、加熱源２と搬送経路との間の距離を変更する。変更手段３としては、例えば加熱源２を支持しながら、この加熱源２を搬送経路に近接する方向及び搬送経路から離間する方向に移動させる移動機構が挙げられる。本実施形態では、移動機構は搬送経路の上方に配置されている加熱源２を支持し、且つこの加熱源２を下方向に移動させることでこの加熱源２を搬送経路に近接させ、この加熱源２を上方向に移動させることで加熱源２を搬送経路から離間させる。また移動機構は搬送経路の下方に配置されている加熱源２を支持し、且つこの加熱源２を上方向に移動させることでこの加熱源２を搬送経路に近接させ、この加熱源２を下方向に移動させることで加熱源２を搬送経路から離間させる。このような移動機構としては、油圧・空気圧シリンダ、ボールネジ機構、或いはこれらとＬＭガイドとの組み合わせ、その他適宜のアクチュエータが挙げられる。

尚、変更手段３によって加熱源２が移動される場合の加熱源２の移動方向は、基材４の搬送経路に応じて適宜設計変更される。例えば基材４が搬送装置１によって上下方向に沿って搬送されるのであれば、変更手段３は基材４の搬送経路の側方において、加熱源２を水平方向に沿って移動させることで、加熱源２を搬送経路に近接させ或いは搬送経路から離間させてもよい。

本実施形態に係る加熱装置によって基材４が加熱される際には、まず搬送装置１が長尺な基材４を連続的に搬送する。この基材４は搬送経路上を移動して、まず炉体６の導入口８から炉体６内へ導入される。炉体６内では基材４は１〜Ｎ番目の加熱源２を順次通過し、加熱源２からの輻射熱により加熱される。続いて基材４は炉体６の導出口９から、炉体６外へ導出される。

この加熱装置で基材４が加熱される際に、変更手段３が加熱源２と搬送経路との間の距離を変更すると、それに応じて加熱源２から基材４に与えられる熱量が速やかに変化する。すなわち、加熱源２から基材４への輻射熱の伝達効率は、加熱源２と基材４との間の距離に大きく依存するため、この距離が変動すると、基材４に与えられる熱量が速やかに変動するのである。この場合、基材４に与えられる熱量が変化するために要する時間と、加熱源２の移動開始時から移動終了時までに経過する時間とが同じであるため、基材４に与えられる熱量が変化するために要する時間は、非常に短くなる。これにより、基材４の温度が容易且つ速やかに調整される。

本実施形態では、例えばＮ番目（３番目）の加熱源２よりも後段の位置での基材４の温度（すなわち、加熱装置による加熱処理が全て終了した直後の基材４の温度）が、予め定められている基準温度より高い場合には変更手段３が加熱源２と搬送経路との間の距離を大きくし、予め定められている基準温度より低い場合には変更手段３が加熱源２と搬送経路との間の距離を小さくする。これにより、加熱処理後の基材４の温度が速やかに調整される。

更に、（ｎ−１）番目の加熱源２とｎ番目の加熱源２との間の位置での基材４の温度に基づいて、（ｎ−１）番目の加熱源２と搬送経路との間の距離が変更されてもよい。この場合、（ｎ−１）番目の加熱源２と搬送経路との間の距離が、残りの加熱源２と搬送経路との間の距離とは独立して変更される。例えば、（ｎ−１）番目の加熱源２とｎ番目の加熱源２との間の位置での基材４の温度が基準温度より高い場合には変更手段３が（ｎ−１）番目の加熱源２と搬送経路との間の距離を大きくし、（ｎ−１）番目の加熱源２とｎ番目の加熱源２との間の位置での基材４の温度が基準温度より低い場合には変更手段３が（ｎ−１）番目の加熱源２と搬送経路との間の距離を小さくする。これにより、基材４が加熱装置で加熱される際の基材４の温度履歴が速やかに且つ精密に調整される。

本実施形態に係る加熱装置は、温度測定器５による測定結果に基づいて変更手段３を制御する制御装置１３を備えてもよい。制御装置１３は、例えば図２に示されるように、制御部１４と、駆動回路１５と、記憶部１６とを備える。制御部１４はマイクロコンピュータ等で構成される。駆動回路１５は、変更手段３を構成するアクチュエータなどを駆動させて変更手段３を作動させる回路である。記憶部１６はＲＡＭなどのメモリや記憶媒体などで構成され、後述する基準温度や閾値などを記憶している。

制御装置１３による制御動作の一例について説明する。基材４の温度が温度測定器５で測定されると、温度測定器５は測定結果の信号をＡ／Ｄ変換して制御部１４へと送る。この信号が制御部１４に入力されると、制御部１４は温度測定器５で測定された基材４の温度と、予め定められている基準温度とを比較する。基材４の温度が基準温度より大きく、且つその差が特定の閾値を超えている場合には、制御部１４は駆動回路１５へ制御信号を送ることで変更手段３を作動させ、加熱源２と搬送経路との間の距離を、基材４の温度と基準温度との差に応じた長さだけ大きくする。基材４の温度が基準温度より小さく、且つその差が特定の閾値を超えている場合には、制御部１４は駆動回路１５へ制御信号を送ることで変更手段３を作動させ、加熱源２と搬送経路との間の距離を、基材４の温度と基準温度との差に応じた長さだけ小さくする。このようにして、温度測定器５で測定される基材４の温度が基準温度と一致するように、或いは基材４の温度と基準温度との差が閾値以下となるように、加熱源２と搬送経路との間の距離が調整される。

［第二の実施形態］
図３に、加熱装置の第二の実施形態を示す。

本実施形態では、加熱装置は炉体６、搬送装置１、加熱源２、変更手段３、及び温度測定器５を備える。

炉体６及び搬送装置１は、第一の実施形態における炉体６及び搬送装置１と同一の構成を有する。

加熱源２も、第一の実施形態における炉体６及び搬送装置１と同一の構成を有する。但し、加熱源２は、基材４の搬送経路の上方にのみ設けられ、複数の加熱源２が搬送経路に沿って順次設けられている。これらの複数の加熱源２を、導入口８に近い側から順に（基材４の搬送方向に沿った始端側から順に）、１番目の加熱源２から、Ｎ番目の加熱源２とする。Ｎは２以上の整数であり、本実施形態では３である。本実施形態では、１番目、２番目、…、Ｎ番目の各加熱源２として、それぞれ一つの加熱源２が存在する。

温度測定器５及び変更手段３は、第一の実施形態における温度測定器５及び変更手段３と同一の構成を有する。

更に、本実施形態に係る加熱装置は、第一の実施形態と同様に制御装置１３を備えてもよい。

本実施形態に係る加熱装置でも、第一の実施形態に係る加熱装置と同様にして、基材４に加熱処理が施される。これにより、加熱処理後の基材４の温度が速やかに調整され、或いは加熱処理の際の基材４の温度履歴が速やかに調整される。

［第三の実施形態］
図４に第三の実施形態を示す。

本実施形態では、加熱装置は炉体６、搬送装置１、加熱源２、変更手段３、及び温度測定器５を備える。

炉体６及び搬送装置１は、第一の実施形態における炉体６及び搬送装置１と同一の構成を有する。

加熱源２も、第一の実施形態における炉体６及び搬送装置１と同一の構成を有する。但し、加熱源２は、基材４の搬送経路の上方にのみ設けられている。更に、加熱源２の個数は一個のみである。

温度測定器５は、加熱源２によって加熱された後の基材４の温度を測定する。本実施形態では加熱源２は一つのみであり、この加熱源２よりも後段の位置で、温度測定器５が基材４の温度を測定する。すなわち、本実施形態では温度測定器５は加熱処理が終了した後の基材４の温度のみを測定する。本実施形態では、温度測定器５は炉体６から導出された後の基材４の温度を測定する。

変更手段３は、第一の実施形態における変更手段３と同一の構成を有する。

更に、本実施形態に係る加熱装置は、第一の実施形態と同様に制御装置１３を備えてもよい。

本実施形態に係る加熱装置でも、第一の実施形態に係る加熱装置と同様にして、基材４に加熱処理が施される。これにより、加熱処理後の基材４の温度が速やかに調整される。

本発明は上記第一から第三の実施形態に制限されず、本発明の目的及び範囲を逸脱しないのであれば、適宜の設計変更等が可能である。

以下の実施例及び比較例において、基材４としてプリント配線基板用のエポキシ樹脂プリプレグ（ガラスクロス基材、幅１ｍ、長さ４０００ｍ）を使用した。炉体６の寸法は１ｍ×２ｍ×１０ｍとした。加熱源２としては、テーピ販売株式会社製の熱媒加熱パネル「株式会社ウルトラサーモＵＴ」を用いた。加熱源２は基材４の搬送経路の上方において、或いは上方及び下方において、１．８ｍ×９ｍの領域に設けた。実施例１，２及び比較例１，２では基材４の搬送方向に沿って加熱源２を三つに分割した。温度測定器５としては、株式会社チノー製の放射温度計ＩＲ−ＣＤを使用した。

以下の実施例における変更手段３の構造は、図５に概略的に示すとおりである。この変更手段３は、支持部材１３、ボールネジ１５、モータ１６、及びＬＭガイド１７を備える。支持部材１３は上下方向に貫通するねじ孔１４を備える。この支持部材１３は加熱源２に固定される。ボールネジ１５は支持部材１３のねじ孔１４に螺合されている。モータ１６はボールネジ１５を軸回転駆動する。ＬＭガイド１７は支持部材１３の上下方向移動をガイドする。この変更手段３では、モータ１６が駆動してボールネジ１５が回転すると、それに応じて支持部材１３がＬＭガイド１７によってガイドされながら上方又は下方に移動し、これに連動して加熱源２が上方又は下方に移動する。

［実施例１］
第一の実施形態と同一の構成を有する加熱装置を用意した。

この加熱装置を用いて、長尺な基材４に加熱処理を施した。このとき、炉体６へ導入される前の基材４の温度は常温とした。搬送装置１による基材４の搬送速度は１７ｍ／ｍｉｎとした。発熱源の表面温度は全て１９０℃とした。発熱源と搬送経路との間の距離は全て３００ｍｍとした。

このような条件で基材４に加熱処理を施すと、一番目の加熱源２と二番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度、二番目の加熱源２と三番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度、並びに三番目の加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度が、全て１６０℃であった。

続いて、加熱源２の表面温度を変更させることなく、加熱源２を移動させることで加熱源２と搬送経路との間の距離を調整した。これにより、一番目の加熱源２と二番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１６５℃、二番目の加熱源２と三番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１７０℃、三番目の加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１８０℃に、それぞれ調整した。第一の発熱源と搬送経路との間の距離は２００ｍｍ、第二の発熱源と搬送経路との間の距離は１００ｍｍ、第三の発熱源と搬送経路との間の距離は５０ｍｍとなった。

この温度調整に要した時間は、１分間だけであった。

［比較例１］
実施例１において、加熱処理条件を変更する際に、加熱源２を移動させず、その代わりに加熱源２の出力を変更することで加熱源２の表面温度を変更した。これにより、実施例１と同様に一番目の加熱源２と二番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１６５℃、二番目の加熱源２と三番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１７０℃、三番目の加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１８０℃に、それぞれ調整した。第一の発熱源の表面温度は２０５℃、第二の発熱源の表面温度は２１５℃、第三の発熱源の表面温度は２２５℃となった。

この温度調整には、４０分間もの時間を要した。

［実施例２］
第二の実施形態と同一の構成を有する加熱装置を用意した。

この加熱装置を用いて、長尺な基材４に加熱処理を施した。このとき、炉体６へ導入される前の基材４の温度は常温とした。搬送装置１による基材４の搬送速度は１７ｍ／ｍｉｎとした。発熱源の表面温度は全て２００℃とした。発熱源と搬送経路との間の距離は全て３００ｍｍとした。

このような条件で基材４に加熱処理を施すと、一番目の加熱源２と二番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度、二番目の加熱源２と三番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度、並びに三番目の加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度が、全て１６０℃であった。

続いて、加熱源２の表面温度を変更させることなく、加熱源２を移動させることで加熱源２と搬送経路との間の距離を調整した。これにより、一番目の加熱源２と二番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１６５℃、二番目の加熱源２と三番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１７０℃、三番目の加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１８０℃に、それぞれ調整した。第一の発熱源と搬送経路との間の距離は１５０ｍｍ、第二の発熱源と搬送経路との間の距離は１００ｍｍ、第三の発熱源と搬送経路との間の距離は５０ｍｍとなった。

この温度調整に要した時間は、１分間だけであった。

［比較例２］
実施例２において、加熱処理条件を変更する際に、加熱源２を移動させず、その代わりに加熱源２の出力を変更することで加熱源２の表面温度を変更した。これにより、実施例２と同様に、一番目の加熱源２と二番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１６５℃、二番目の加熱源２と三番目の加熱源２との間の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１７０℃、三番目の加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１８０℃に、それぞれ調整した。第一の発熱源の表面温度は２１５℃、第二の発熱源の表面温度は２２０℃、第三の発熱源の表面温度は２３０℃となった。

この温度調整には、５０分間もの時間を要した。

［実施例３］
第三の実施形態と同一の構成を有する加熱装置を用意した。

この加熱装置を用いて、長尺な基材４に加熱処理を施した。このとき、炉体６へ導入される前の基材４の温度は常温とした。搬送装置１による基材４の搬送速度は１７ｍ／ｍｉｎとした。発熱源の表面温度は２００℃とした。発熱源と搬送経路との間の距離は３００ｍｍとした。

このような条件で基材４に加熱処理を施すと、加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度が１６０℃であった。

続いて、加熱源２の表面温度を変更させることなく、加熱源２を移動させることで加熱源２と搬送経路との間の距離を調整した。これにより、加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１７０℃に調整した。発熱源と搬送経路との間の距離は５０ｍｍとなった。

この温度調整に要した時間は、１分間だけであった。

［比較例３］
実施例３において、加熱処理条件を変更する際に、加熱源２を移動させず、その代わりに加熱源２の出力を変更することで加熱源２の表面温度を変更した。これにより、実施例３と同様に加熱源２よりも後段の位置で温度測定器５によって測定される基材４の温度を１７０℃に調整した。発熱源の表面温度は２１５℃となった。

この温度調整には、３０分間もの時間を要した。

１ 搬送装置
２ 加熱源
３ 変更手段
４ 基材
５ 温度測定器

Claims (2)

1. 繰出機、搬送ローラ、巻取機を含む搬送装置と、複数の加熱源と、複数の温度測定器と、制御装置と、変更手段とを備え、
   前記搬送装置は加熱対象である長尺な基材を連続的に搬送し、
   前記繰出機は前記基材の搬送経路の始端に設けられ、ロール状に巻き取られた前記基材を繰り出すものであり、
   前記巻取機は前記基材の搬送経路の終端に設けられ、テンションをかけながら前記基材を巻き取るものであり、
   前記複数の加熱源は、前記搬送経路に沿って順次設けられ、前記搬送装置で搬送されている前記基材を輻射熱で加熱し、
   前記複数の温度測定器は、各熱源の後方に設けられ、前記基材が前記搬送経路上で各加熱源を通過する度に前記基材の温度を測定し、
   前記制御装置は前記温度測定器による測定結果に基づいて前記変更手段を制御し、
   前記変更手段は前記基材の前記搬送経路と各加熱源との間の距離を変更する加熱装置。
2. 前記加熱源を少なくとも一対備え、対となっている前記加熱源同士が前記搬送経路を介して対向している請求項１に記載の加熱装置。

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