JP6064199B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
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Description
本発明は、炉体内部に搬送される被加熱物への熱処理を行う熱処理装置に関するものである。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for performing a heat treatment on an object to be heated conveyed inside a furnace body.
熱処理装置は、化学反応を伴う合成、不純物の除去、結晶構造の改善、又は、粒子の成長などを目的に、比較的高温で長時間の熱処理を行う装置である。このような熱処理装置は、被加熱物の上部及び下部に列設したヒータからの輻射熱又は熱風等で被加熱物を加熱する装置であり、被加熱物の場所ごとに温度の差異無く、効率良く加熱することが求められている。 The heat treatment apparatus is an apparatus that performs heat treatment for a long time at a relatively high temperature for the purpose of synthesis involving chemical reaction, removal of impurities, improvement of crystal structure, or particle growth. Such a heat treatment apparatus is an apparatus that heats an object to be heated with radiant heat or hot air from heaters arranged on the upper and lower parts of the object to be heated, and has no temperature difference for each place of the object to be heated, and efficiently. There is a need to heat.
しかし、従来の熱処理装置の温度分布は、一定の温度ばらつきを含んでいる。前記温度ばらつきの主な要因は、熱処理装置の炉内で被加熱物が搬送される方向(炉の長手方向)と直交する、炉の幅方向(以後、特に断りのない限り、「炉幅方向」と称する。)の両端部の温度が、他の部分と比較して相対的に低くなるためである。即ち、炉幅方向で生じる温度差異の影響により、被加熱物の面内温度ばらつきを増大させる。このばらつきの原因は、一般に炉体を構成する炉壁の温度が低いことから、炉幅方向の中央部の放散熱量に対して、炉壁側の放散熱量が多いことなどが挙げられる。また、被加熱物が搬送される方向においては、炉内雰囲気変動に伴うヒータ制御ばらつき又は搬送面の輻射率ばらつきなどの影響によって、被加熱物の面内温度ばらつきが発生しうる。これらの温度差異は、即、品質のバラつきに結びつくことから、温度差異を一定の範囲内に収めるべく、効率良く加熱できる性能が求められている。そこで、被加熱物の温度差異を一定の範囲内に収める為に、被加熱物を二次輻射によって均熱化させる均熱板を設ける手段が知られており、例えば特許文献1の方式が挙げられる。 However, the temperature distribution of the conventional heat treatment apparatus includes a certain temperature variation. The main cause of the temperature variation is the width direction of the furnace (hereinafter referred to as “furnace width direction unless otherwise specified”), which is orthogonal to the direction (longitudinal direction of the furnace) in which the object to be heated is conveyed in the furnace of the heat treatment apparatus. This is because the temperature at both ends of the second portion is relatively lower than the other portions. That is, the in-plane temperature variation of the object to be heated is increased by the influence of the temperature difference that occurs in the furnace width direction. The cause of this variation is that, generally, the temperature of the furnace wall constituting the furnace body is low, so the amount of heat dissipated on the furnace wall side is greater than the amount of heat dissipated in the center in the furnace width direction. Further, in the direction in which the object to be heated is conveyed, in-plane temperature variation of the object to be heated may occur due to the influence of heater control variation or radiation rate variation on the conveying surface due to furnace atmosphere fluctuation. Since these temperature differences immediately lead to variations in quality, the ability to heat efficiently is required to keep the temperature differences within a certain range. Therefore, in order to keep the temperature difference of the object to be heated within a certain range, means for providing a heat equalizing plate that equalizes the temperature of the object to be heated by secondary radiation is known. For example, the method of Patent Document 1 is cited. It is done.
図13は特許文献1の説明図である。図13の熱処理炉20は、炉壁21、22、24、25と、相対面する上下の前記炉壁21、22に配置されたヒータ23と、熱処理炉20の横の炉壁24、25に設置されかつ炉20内を均熱化する反射板としての熱処理用シリコンプレート26とを備えることを特徴とする。この熱処理用シリコンプレート26を炉壁24、25に設けることによって、ヒータ23の熱が、熱処理用シリコンプレート26によって炉20内に反射されるので、炉内温度が均一化される。図13の構造によれば、熱処理炉20の炉内を800[℃]に昇温した場合、炉内中心部と炉内周辺部との温度差は5[℃]である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of Patent Document 1. FIG. The
しかしながら、特許文献1に代表される従来の熱処理装置においては、被加熱物の配置位置によって温度ばらつきが生じる問題、また、周囲環境又は経時変化によっては炉内温度が変化したり、基板の熱容量が異なる場合には、ヒータ設定値又は処理時間が同じであっても、基板の温度変化の状況が異なり、基板の温度分布にばらつきが生じるといった問題がある。 However, in the conventional heat treatment apparatus represented by Patent Document 1, there is a problem that temperature variation occurs depending on the arrangement position of the object to be heated, the temperature in the furnace changes depending on the surrounding environment or changes over time, and the heat capacity of the substrate increases. If they are different, there is a problem that even if the heater setting value or the processing time is the same, the temperature change state of the substrate is different and the temperature distribution of the substrate varies.
従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、被加熱物を環境変化による炉温の変動又は被加熱物品種等に関わらず、均一に熱処理できる熱処理装置を提供するものである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a heat treatment apparatus capable of uniformly heat treating an object to be heated regardless of a change in furnace temperature due to environmental changes or the kind of the object to be heated. is there.
上記目的を達成するために、本発明の態様は以下のように構成する。 In order to achieve the above object, an aspect of the present invention is configured as follows.
本発明の一つの態様は、内部空間で被加熱物を熱処理する炉体と、
前記炉体の内部の熱源と、
前記被加熱物と前記熱源との間に前記熱源からの輻射を二次輻射し、前記被加熱物を均熱化させる均熱板ユニットとを有する熱処理装置において、
前記均熱板ユニットは、複数の矩形状の開口部が設けられた均熱板を、前記被加熱物の搬送方向とは直交する炉幅方向に配置し、前記各開口部の長手方向が前記搬送方向沿いに配置され、前記各開口部の短手方向が前記炉幅方向に配置されるとともに、前記均熱板は、前記熱源に近い熱源側均熱板と、前記熱源から遠く前記被加熱物に近い被加熱物側均熱板とで構成され、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とが前記搬送方向及び前記炉幅方向と直交する炉体垂直方向に互いに接触して重ねられた状態で配置されており、前記ヒータ側均熱板の表面の輻射率をεh、前記被加熱物側均熱板の表面の輻射率をεwとするとき、Δε=|εh−εw|で示される輻射率差がΔε≧0.6であり、かつεh≧0.8であり、前記均熱板ユニットは、前記搬送方向と直交する炉幅方向に対して、三分割以上に複数に分割されており、
さらに、前記熱処理装置は、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とを炉幅方向に相対的にスライドさせて、前記熱源側均熱板の開口部と前記被加熱物側均熱板の開口部との位相を一致した状態と位置ずれした状態との間で移動させる駆動部を備える、熱処理装置を提供する。
One aspect of the present invention is a furnace body for heat-treating an object to be heated in an internal space;
A heat source inside the furnace body;
In a heat treatment apparatus having a soaking plate unit that secondaryly radiates radiation from the heat source between the heated object and the heat source and soaks the heated object.
The soaking plate unit arranges soaking plates provided with a plurality of rectangular openings in the furnace width direction perpendicular to the conveying direction of the heated object, and the longitudinal direction of each opening is the above It is arranged along the conveying direction, and the short direction of each opening is arranged in the furnace width direction, and the heat equalizing plate is a heat source side heat equalizing plate close to the heat source and far from the heat source. The heat source side soaking plate and the to-be-heated object side soaking plate are in contact with each other in the furnace body vertical direction orthogonal to the transport direction and the furnace width direction. When the emissivity of the surface of the heater-side soaking plate is ε h and the emissivity of the surface of the heated object-side soaking plate is ε w , Δε = | ε h -ε w | 0.6 emissivity difference [Delta] [epsilon] ≧ represented by, and a epsilon h ≧ 0.8, the soaking plate unit , To the furnace width direction perpendicular to the conveying direction, it is divided into a plurality of thirds or more,
Further, the heat treatment apparatus slides the heat source side heat equalizing plate and the heated object side heat equalizing plate relatively in the furnace width direction so that the opening of the heat source side heat equalizing plate and the heated object side Provided is a heat treatment apparatus including a drive unit that moves between a state in which a phase with an opening of a heat equalizing plate coincides with a state in which the phase shifts.
本発明の前記態様にかかる熱処理装置によれば、炉壁放散熱又は炉体の周囲環境及び炉材の経時変化による炉温の変動又は被加熱物の品種などにかかわらず、均一に熱処理できる。 According to the heat treatment apparatus according to the aspect of the present invention, the heat treatment can be performed uniformly regardless of the furnace wall radiated heat, the ambient environment of the furnace body, the fluctuation of the furnace temperature due to the aging of the furnace material, or the kind of the object to be heated.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
初めに、本発明の第1実施形態にかかる熱処理装置1の全体構成について説明する。図1Aは、本発明の第1実施形態にかかる熱処理装置1の内部であって、被加熱物2の搬送方向と直交する炉幅方向沿いの断面図である。図1Bは、本発明の第1実施形態にかかる熱処理装置1の内部であって、搬送方向沿いの断面図であり、図1AのB−B線断面図で、搬送方向に直交する縦方向(例えば上下方向)に切断した断面図である。なお、図1A中の矢印は一次輻射が、均熱板ユニット3を介して被加熱物2に二次輻射されるまでの流れを示したものである。図1Bの符号で、Dbは被加熱物2の搬送方向を示している。また、図2の(a),(b)は、本発明の第1実施形態における均熱板ユニット3の全体構造を説明する図であり、本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3の平面図と断面図とを示した図である。
(First embodiment)
First, the overall configuration of the heat treatment apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a cross-sectional view of the inside of the heat treatment apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, taken along the furnace width direction orthogonal to the conveying direction of the
本発明の第1実施形態にかかる熱処理装置1は、複数の搬送ローラ5と、被加熱物2と、搬送ローラ支持台9と、搬送ローラ5と上部の分割ヒータ4の間に配置された複数、例えば3枚の均熱板ユニット3と、複数の均熱板ユニット3をそれぞれ支持する複数の均熱板支持フレーム7と、複数の均熱板支持フレーム7を横方向(例えば水平方向)にそれぞれ移動させる複数のシリンダ駆動部6a,6b,6cと、装置全体を断熱材8で覆うように構成された炉体1aとを備えて構成されている。搬送ローラ支持台9の上で、複数の分割ヒータ4と複数の均熱板ユニット3と複数の均熱板支持フレーム7の一部と搬送ローラ5の一部とを断熱材8で囲い込むようにして炉体1aを形成し、炉体1aの内部空間で被加熱物2を熱処理する。分割ヒータ4は、熱源の一例として機能する。均熱板支持フレーム7は、支持部材の一例として機能する。被加熱物2の一例としては、基板などが例示される。シリンダ駆動部6a,6b,6cは、駆動部の一例として機能し、具体的には、油圧式シリンダ6a,6b,6cで構成されている。
The heat treatment apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of
熱処理装置1は、焼成炉、乾燥炉、キュア炉、又はリフロー炉など、加熱処理を行う炉である。熱処理装置1では、加熱対象の熱容量又はサイズに応じた多点温度制御を実施し、分割ヒータ4からの輻射熱を個別にコントロールし、断熱材8によって熱遮断されている炉体内を均一に加熱している。
The heat treatment apparatus 1 is a furnace that performs heat treatment, such as a baking furnace, a drying furnace, a curing furnace, or a reflow furnace. In the heat treatment apparatus 1, multi-point temperature control is performed according to the heat capacity or size of the heating target, the radiant heat from the divided
ここで、熱処理装置1においては、炉内で、分割ヒータ4の他に、上側の分割ヒータ4と下側の被加熱物2との間の中間部に複数の均熱板ユニット3が複数の均熱板支持フレーム7の上にそれぞれ配置されている。これらの複数の均熱板ユニット3は、被加熱物2と分割ヒータ4との間に配置されることにより、分割ヒータ4からの輻射を二次輻射し、被加熱物2を均熱化させる機能を有している。
Here, in the heat treatment apparatus 1, in the furnace, in addition to the divided
図2に明りょうに示すように、一例として、均熱板ユニット3は、三分割以上の複数個に分割されている。この例では、均熱板ユニット3を、中央部の1枚の金属板の均熱板ユニット3と、中央部の均熱板ユニット3を挟む両側の2枚の金属板の炉壁側の均熱板ユニット3(第1炉壁側(例えば図1Aの左炉壁側)の1枚の金属板の均熱板ユニット3と第2炉壁側(例えば図1Aの右炉壁側)の1枚の金属板の均熱板ユニット3)とに3分割している。分割された1つの均熱板ユニット3は、それぞれの金属板に、複数の矩形状の開口部3aを有する均熱板3bを炉幅方向に複数個並べて構成している。各均熱板3bは、複数の矩形状の開口部10aを有するヒータ側均熱板10と、複数の矩形状の開口部11aを有する被加熱物側均熱板11とが、搬送方向及び炉幅方向と直交する炉体垂直方向に互いに接触して重ねられて構成されている。後述するように、ヒータ側均熱板10に対して被加熱物側均熱板11は相対的に移動可能となっている。
As clearly shown in FIG. 2, as an example, the soaking
尚、図2のC1,C2は均熱板ユニット3の金属板の分割位置を示している。ここでは、2つの分割位置C1,C2により、均熱板ユニット3の金属板は3分割されている。また、図2の矢印Dh,Dwはそれぞれ分割ヒータ4と被加熱物2との配置位置方向を示している。図2のLsは炉幅方向沿いの開口部短手方向長さを示し、Wsは炉幅方向と垂直な開口部長手方向長さを示している。Lは1つの均熱板ユニット3の炉幅方向の長さを示している。L0は均熱板ユニット3全体の配置スペースの炉幅方向の長さを示している。
Note that C1 and C2 in FIG. 2 indicate the division positions of the metal plate of the soaking
本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3は、図2に示すように2枚の均熱板、すなわちヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11とが接触した状態で2層に重ねたものである。このとき、ヒータ側均熱板10は、耐熱鋼の表面を十分に酸化させた高輻射率の材質で作られたものである。被加熱物側均熱板11は、セラミック又はファインフレックスモールド等の、ヒータ側均熱板10よりも低輻射率の材質で作られたものである。本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3は、一例として、2枚の均熱板10,11共、図2に示す領域(Ws×Lsの面積)の開口部3aを、炉幅方向に、複数個、等間隔に切り出して作られている。加えて、熱処理装置1は、被加熱物2の炉幅方向温度分布を均一に保つ為、分割ヒータ4及び均熱板ユニット3は、それぞれ、炉幅方向に対して複数個に分割されている。一例として、図1Aの分割ヒータ4と図2の均熱板ユニット3とは、それぞれ3分割されている様子を表している。
As shown in FIG. 2, the heat equalizing
また、複数の均熱板ユニット3が載置された複数の均熱板支持フレーム7は、それらの一端にシリンダ駆動部6a,6b,6cがそれぞれ個別に設けられて、シリンダ駆動部6a,6b,6cが独立して個別に駆動されることにより、対応する均熱板支持フレーム7が炉幅方向に独立して個別にスライドすなわち進退移動させられて、ヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11とを相対的に移動させる。一例として、ヒータ側均熱板10をすべて炉体側に固定し、被加熱物側均熱板11をそれぞれ均熱板支持フレーム7で支持して、均熱板支持フレーム7の移動に伴い被加熱物側均熱板11が、ヒータ側均熱板10に対して移動するようにしている。このような構成の代わりに、逆に、被加熱物側均熱板11をすべて炉体側に固定し、ヒータ側均熱板10をそれぞれ均熱板支持フレーム7で支持して、均熱板支持フレーム7の移動に伴いヒータ側均熱板10が、被加熱物側均熱板11に対して移動するようにしてもよい。また、均熱板支持フレーム7をヒータ側均熱板10用と被加熱物側均熱板11用との2種類設け、2種類の均熱板支持フレーム7にそれぞれ駆動部を設けて、ヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11とを同時的に駆動して、結果として、被加熱物側均熱板11とヒータ側均熱板10とが相対的に移動するようにしてもよい。
Further, the plurality of soaking plate support frames 7 on which the plurality of soaking
よって、このように、均熱板ユニット3を分割ヒータ4と被加熱物2との間に介在させ、更に均熱板ユニット3の被加熱物側均熱板11をヒータ側均熱板10に対してシリンダ駆動部6a,6b,6cによって炉幅方向にスライドさせることで、分割ヒータ4からの輻射熱を均一化させ、搬送ローラ5により搬送される被加熱物2の炉幅方向の温度ばらつきを低減させることができる。ここで、一例として、被加熱物側均熱板11のスライド量が最小のときとは、矩形状の各開口部が一致している状態を意味し、被加熱物側均熱板11のスライド量が最大のときとは、矩形状の各開口部が塞がれている状態を意味する。よって、この例では、被加熱物側均熱板11のスライド量は、0以上、各開口部の幅寸法以下となる。
Therefore, in this way, the heat equalizing
本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3による伝熱形態及び均熱効果は、均熱板ユニット3の輻射率、分割数、又は、開口部形状のパラメータによって特徴付けられるものである。均熱板ユニット3の前記パラメータと効果とについて、具体的な検証結果に基づいて説明する。
The heat transfer mode and the soaking effect by the soaking
図1A及び図1Bにおいて、一例として、まず、断熱材8で構成された炉体1aの内部の寸法は、縦方向(例えば上下方向)の高さZ=200[mm]、搬送方向Db沿いの長さY=400[mm]、炉幅方向沿いの横方向の横幅X=800[mm]とする。
1A and 1B, as an example, first, the internal dimensions of the
次に、一例として、高さ(厚さ)1[mm]の被加熱物2を熱処理装置1の炉幅方向(図1Aの紙面左右方向)に9個並置し、被加熱物2同士の間隔が10[mm]になるように配置した。ただし、それぞれの寸法は、これらに限定するものではなく、被加熱物2の処理量に応じて適切な大きさに設定する。
Next, as an example, nine
このような状態で、各分割ヒータ4を600[℃]の設定にして常温から加熱し、炉内温度が安定状態となる時点で、被加熱物2の温度ばらつきの評価を行なった。
In such a state, each divided
前提条件として、周囲環境又は経時変化により発生し得る温度変動を±0.4[%]とし、被加熱物の温度ばらつき目標は、被加熱物の加熱温度に対して炉幅方向の温度差異を0.6[%]とした。なお、以後、特に断りのない限り、搬送方向Dbと直交する炉幅方向の炉体1aの中央部の被加熱物2と炉体1aの中央部から300[mm]離れた位置にある炉端部の被加熱物2との温度差異は、「600mm幅被加熱物温度差」と略し、被加熱物2の温度を炉内平均温度T0で除した値ΔT/T0[%]で表す。
As a precondition, the temperature fluctuation that may occur due to the ambient environment or changes over time is set to ± 0.4 [%], and the temperature variation target of the object to be heated is the temperature difference in the furnace width direction with respect to the heating temperature of the object to be heated. 0.6 [%]. Incidentally, hereinafter, unless otherwise noted, in 300 [mm] away from the central portion of the
今、図3は、均熱板ユニット3の伝熱形態を説明する図である。図3の上側に示すように、ヒータ側均熱板10の開口部10aと被加熱物側均熱板11の開口部11aとが互いに一致するように重ね合わせた位置合わせ状態Saから、図3の下側に示すように、ヒータ側均熱板10の開口部10aに対して被加熱物側均熱板11の開口部11aをLs/2だけスライドさせて動かした位置ずれ状態Sbに移行する場合を想定する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the heat transfer mode of the heat equalizing
まず、位置合わせ状態Saにおいては、各分割ヒータ4から供給される輻射熱は、一部の輻射熱RH1が各ヒータ側均熱板10に吸収される。各ヒータ側均熱板10の開口部10aを通過する輻射熱RH2は、そのまま低輻射率均熱板11の開口部11aを通過し、直接、被加熱物2を加熱する。
First, in the alignment state Sa, a part of the radiant heat RH1 of the radiant heat supplied from each of the divided
一方、位置ずれ状態Sbにおいては、各分割ヒータ4から供給される輻射熱は、位置合わせ状態Saと同じく一部の輻射熱RH3がヒータ側均熱板10に吸収される。しかし、ヒータ側均熱板10の開口部10aを通過した輻射熱は一部の輻射熱RH4が被加熱物側均熱板11に遮蔽される為、被加熱物側均熱板11に吸収されるが、前記輻射熱RH4を除くヒータ側均熱板10の開口部10aを通過し、低輻射率均熱板11の開口部11aを通過した輻射熱RH5は、直接、被加熱物2を加熱することになる。
On the other hand, in the misalignment state Sb, a part of the radiant heat RH3 of the radiant heat supplied from each of the divided
したがって、位置合わせ状態Saから位置ずれ状態Sbに移行することにより、ヒータ側均熱板10に対して被加熱物側均熱板11の輻射率が大きい場合には、各分割ヒータ4から輻射熱を受熱する低輻射率面積が増加し、また被加熱物2及び搬送ローラ5等に向けて二次輻射する高輻射率面積が増加する。即ち、均熱板ユニット3は各分割ヒータ4からの輻射熱が減少し、被加熱物2に向けて放射する二次輻射熱が増加する為、温度は、位置合わせ状態Saに比べ、位置ずれ状態Sbの方が低くなる。
Therefore, by shifting from the alignment state Sa to the misalignment state Sb, when the radiation rate of the object-side
一方、ヒータ側均熱板10に対して被加熱物側均熱板11の輻射率が小さい場合には、各分割ヒータ4から輻射熱を受熱する高輻射率面積が増加し、また被加熱物2及び搬送ローラ5等に向けて二次輻射する低輻射率面積が増加する。即ち、均熱板ユニット3は、各分割ヒータ4からの輻射熱が増加し、被加熱物2に向けて放射する二次輻射熱が減少する為、温度は、位置合わせ状態Saに比べ、位置ずれ状態Sbの方が高くなる。
On the other hand, when the emissivity of the object to be heated-side
これらの輻射の熱移動をまとめると、次式で表せる。
Q=Qin − Qout − Qtrans
ただし、
Q:均熱板ユニット3が蓄える熱量[J]とし、
Qin:分割ヒータ4から供給される輻射熱[J]とし、
Qout:均熱板ユニット3から均熱板ユニット3を除く炉材へ二次放射される輻射熱[J]とし、
Qtrans:炉内雰囲気に曝露されている均熱板ユニット3の表面から炉内雰囲気への放散熱[J]とする。
The heat transfer of these radiations can be summarized by the following equation.
Q = Q in −Q out −Q trans
However,
Q: The amount of heat [J] stored in the heat equalizing
Q in : Radiant heat [J] supplied from the divided
Q out : Radiant heat [J] secondarily radiated from the soaking
Q trans : Dissipated heat [J] from the surface of the soaking
以上より、均熱板ユニット3が構成するヒータ側均熱板10の輻射率と被加熱物側均熱板11の輻射率との差分をより大きくすることが、温度制御上、必要であることがわかる。
From the above, it is necessary for temperature control to increase the difference between the radiation rate of the heater-
図4は、均熱板ユニット3の輻射率差と温度差との関係を示す図である。詳しくはは、均熱板ユニット3を作動(スライド)しない条件(図4の黒丸のスリット開時に相当。)における、ヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11との輻射率差Δεと600mm幅被加熱物温度差ΔT/T0[%]との関係、及び、前記均熱板ユニット3を作動する条件(図4の白丸のスリット開閉時に相当。)における、前記輻射率差Δεと600mm幅最小被加熱物温度差ΔT/T0[%]とをまとめた検証データが、図4である。このとき、ヒータ側均熱板10の輻射率をεhとし、被加熱物側均熱板11の輻射率εwとし、それぞれ、0<εh<1の範囲と、0<εw<1の範囲とで定義される。また、前記輻射率εh、εwの差分(輻射率差)、すなわち、|εh−εw|をΔεと定義する。ただし、均熱板ユニット3を作動しない条件では、図3の位置合わせ状態Saに示す様な、ヒータ側均熱板10の開口部10aと被加熱物側均熱板11の開口部11aとが一致するように重ね合わせた位置合わせ状態とする。この具体的な検証の結果、均熱板ユニット3の作動条件に関わらず、600mm幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.6[%]以下を、εh<εwの条件では満たさないが、εh>εwの条件で満たす。また、εh>εwの条件で均熱板ユニット3を作動しない条件においては、輻射率差ΔεがΔε≧0.8で600mm幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.6[%]以下を満たす。一方、εh>εwの条件で均熱板ユニット3を位置合わせ状態Saと位置ずれ状態Sbとの間で作動する条件では、輻射率差ΔεがΔε≧0.6で前記600mm幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.2[%]以下となる。したがって、輻射率差ΔεがΔε≧0.6において均熱板ユニット3を作動させることで、均熱板ユニット3を作動しない条件に対して更に被加熱物2の温度差を圧縮でき、かつ周囲環境又は経時変化による発生し得る温度変動として±0.4[%]を吸収することができる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the emissivity difference and the temperature difference of the soaking
図5は、均熱板ユニット3の輻射率と温度差との関係を示す図である。詳しくは、均熱板ユニット3を作動しない条件におけるヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11との輻射率εh、εwと600mm幅被加熱物温度差ΔT/T0[%]との関係、及び前記均熱板ユニット3を作動する条件における前記輻射率εh、εwと600mm幅最小被加熱物温度差ΔT/T0[%]とをまとめた検証データが、図5である。このとき、被加熱物側均熱板11の輻射率εwに対して、ヒータ側均熱板10の輻射率εhが大きく、前記輻射率差ΔεがΔε=0とする。ただし、均熱板ユニット3を作動しない条件は、図3の位置合わせ状態Saに示す様なヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11との開口部10a,11aが互いに一致するように重ね合わせた位置合わせ状態Saとする。この具体的な検証の結果、均熱板ユニット3を作動しない条件において、(εh,εw)=(0.9,0.3)で、600mm幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.6[%]以下を満たす。一方、均熱板ユニット3を作動する条件では、(εh,εw)=(0.8,0.2)、(0.9,0.3)で、前記600mm幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.2[%]以下を満たす。したがって、εh≧0.8において均熱板ユニット3を作動させることで、均熱板ユニット3を作動しない条件に対して、更に被加熱物温度差を圧縮でき、かつ周囲環境又は経時変化による発生し得る温度変動として±0.4[%]を吸収できる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the radiation rate of the soaking
図5の具体的な検証結果より、輻射率の絶対値に関しては、輻射率が高い方が望ましいことが分かる。これは、被加熱物2の均熱性において、均熱板ユニット3の輻射率が小さい場合には、分割ヒータ4より供給される輻射熱の一部しか吸収できず、吸収されなかった輻射熱は均熱板ユニット3を除くその他の炉材に放射されることになる。このため、分割ヒータ4によって供給される輻射熱が、炉内で散逸し易くなり、その結果、炉内の均熱性、ひいては被加熱物2の均熱性を悪化させることになる。本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3においては、前述したように温度制御の観点から、より大きい輻射率差が必要となる為、ヒータ輻射熱の受熱面積が広いヒータ側均熱板10の輻射率が、被加熱物側均熱板11の輻射率よりも、より大きい方が望ましい。
From the specific verification result of FIG. 5, it can be seen that the absolute value of the emissivity is preferably higher. This is because, in the soaking property of the
一般に、熱処理装置に代表される通常の加熱形態においては、炉幅方向に対して被加熱物の搬送領域の両端部を除いた内側の80[%]〜90[%]以内の領域を均熱領域とし、この範囲において被加熱物が搬送されるようになっている。図6は、熱処理装置1に、従来の均熱板と搬送ローラとを使用した場合における、均熱板の温度分布を示す。このとき、搬送ローラの炉幅方向に対する搬送領域は、断熱材8の内部の炉幅方向沿いの横方向の横幅Xで、X=800[mm]である。図6は、従来の均熱板の温度分布を示す図である。詳しくは、図6は、前記炉幅方向に対して炉体1aの中央を0[mm]としたとき、炉幅方向距離とその位置での均熱板温度との関係をまとめた検証データである。尚、搬送領域の端部は、図6において400[mm]の位置に対応する。図6より、225[mm]〜375[mm]の範囲で温度分布が急速に降温している様子が分かる。
In general, in a normal heating mode represented by a heat treatment apparatus, a region within 80 [%] to 90 [%] on the inner side excluding both ends of a conveyance region of an object to be heated in the furnace width direction is soaked. An area to be heated is conveyed in this range. FIG. 6 shows the temperature distribution of the soaking plate when the conventional soaking plate and the conveying roller are used in the heat treatment apparatus 1. At this time, the conveyance area | region with respect to the furnace width direction of a conveyance roller is the horizontal width X along the furnace width direction inside the
この具体的な検証結果を踏まえ、本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3の分割位置は、一例として、従来の均熱板温度分布において温度分布悪化影響の大きい、炉幅方向に対して225[mm]〜400[mm]の搬送領域を区分けして分割する位置としている。このように、均熱板ユニット3を分割するとき、炉幅方向の、従来の均熱板温度分布において温度分布悪化影響の大きい位置(例えば、分割位置C1,C2)で分割することにより、温度分布悪化影響を最小限に抑制して、炉幅方向全体での温度分布の均熱化を図ることができる。
Based on this specific verification result, the division position of the soaking
図7は、均熱板ユニット3の均熱板3bの短手方向長さをLと600mm幅被加熱物温度差ΔT/T0[%]との関係を示す図である。すなわち、均熱板ユニット3の炉幅方向沿いの開口部3aの短手方向長さをLsとし、均熱板ユニット3の任意の開口部3a間に位置する板厚を有する部分の短手方向長さと前記Lsを含む長さをLとする。この長さLを15[mm]、30[mm]、60[mm]、100[mm]と変化させる。このときの長さLと600mm幅被加熱物温度差ΔT/T0[%]との関係を、図7は示している。尚、前記均熱板ユニット3の任意の開口部3a間に位置しかつ板厚を有する部分は均熱板3bであるが、ここでは、開口部3aとの対比の関係上、非開口部3cと略す。ただし、ヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11との輻射率差ΔεはΔε=0.6とし、ヒータ側輻射率εhはεh=0.8とし、分割数は3とし、開口率ηはη=50[%]とする。この具体的な検証結果より、L=15[mm]、30[mm]、60[mm]において、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.6[%]以下を満たす。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the length in the short-side direction of the soaking
以上より、均熱板ユニット3の開口部3aと前記非開口部3cとの和である長さLの範囲は、15[mm]≦L≦60[mm]が好ましい。
From the above, the range of the length L, which is the sum of the
均熱板ユニット3の開口部3aの開口率は、非開口部3cの短手方向長さと前記Lsを含む長さをLとし、前記開口率をηとして下式で与えられる。ただし、ヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11との輻射率差ΔεをΔε=0.6とし、ヒータ側輻射率εhをεh=0.8とし、分割数を3とする。
η= Ls/L×100
ただし、
η:均熱板ユニット3の開口部3aの開口率[%]とし、
Ls:均熱板ユニット3の開口部3aの短手方向長さ[mm]とし、
L:均熱板ユニット3の非開口部3cの短手方向長さと前記Lsを含む長さ[mm]とする。
The aperture ratio of the opening
η = L s / L × 100
However,
η: Opening ratio [%] of the
L s : The length in the short direction [mm] of the
L: short direction length and the length including the L s of the non-opening portion 3c of the heat equalizing
図8は、均熱板ユニット3の開口部3aと開口率との関係を示す図である。すなわち、上式で定義される均熱板ユニット3の開口率ηをη=0[%]、25[%]、50[%]、75[%]と変化させたときの600mm幅被加熱物温度差ΔT/T0[%]との関係をまとめた検証データが、図8である。ただし、η=0[%]は、均熱板ユニット3の開口部3aを設けない、従来の均熱板のことを指す。この具体的な検証の結果、L=25[%]、50[%]においては、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.6[%]以下を満たす。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the
以上より、均熱板ユニット3の開口率ηの範囲は25[%]≦η≦50[%]が好ましい。
From the above, the range of the aperture ratio η of the soaking
図9は、均熱板ユニット3のヒータ側均熱板10に対して均熱板ユニット3の被加熱物側均熱板11をスライドさせて動かしたときの様子を示す図である。このとき、図9に示すスライド後の開口割合をη’として、下式で与えられる。
FIG. 9 is a diagram showing a state when the heated object-side
炉体1aの中央部の均熱板ユニットの開口部の開口割合:η’= (Ls−Sm)/L×100
炉体1aを構成する炉壁側の均熱板ユニットの開口部の開口割合:η’= (Ls−Sw)/L×100
ただし、
η’:均熱板ユニット3の開口部3aの開口割合[%]とし、
Ls:均熱板ユニット3の開口部3aの短手方向長さ[mm]とし、
L:均熱板ユニット3の非開口部3cの短手方向長さと前記Lsを含む長さ[mm]とし、
Sm:炉体1aの中央部の均熱板ユニット3のヒータ側均熱板10又は被加熱物側均熱板11のスライド移動量[mm]とし、
Sw:炉壁側の均熱板ユニット3のヒータ側均熱板10又は被加熱物側均熱板11のスライド移動量[mm]とする。
Opening ratio of the opening of the heat equalizing plate unit at the center of the
Opening ratio of the opening of the soaking plate unit on the furnace wall side constituting the
However,
η ′: The opening ratio [%] of the
L s : The length in the short direction [mm] of the
L: the length in the short direction of the non-opening portion 3c of the heat equalizing
S m : The sliding movement amount [mm] of the heater-side
S w : The sliding movement amount [mm] of the heater-side
本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3は、ヒータ側均熱板10に対して被加熱物側均熱板11、又は、被加熱物側均熱板11に対してヒータ側均熱板10を、Ls/2だけスライドさせたときの開口割合η’=50[%]の状態を初期状態として使用する。図9に示す様に、前記初期状態の開口割合η’=50[%]から、開口割合η’=0[%]の状態に近づけることで、ヒータ輻射熱を受熱する低輻射率面積と、二次輻射する高輻射率面積と、放熱表面積とが増加する為、均熱板ユニット3の温度が減少する。同様に、前記初期状態の開口割合η’=50[%]から、開口割合η’=100[%]の状態に近づけることで、ヒータ輻射熱を受熱する低輻射率面積と、二次輻射する高輻射率面積と、放熱表面積とが減少する為、均熱板ユニット3の温度が増加する。
The soaking
図10は、均熱板ユニット3の開口部作動パターン(降温部)の例を示す図である。被加熱物2は、一般に、加熱部と、温度キープ部と、冷却部との工程で構成させる温度プロファイルによって加熱される。熱処理装置1における炉幅方向の温度分布は、加熱部の昇温過程では、炉体1aの端部側が熱し易く、炉体1aの中央部が熱し難い。一方、冷却部では、炉体1aの中央部が冷え難く、炉壁側が冷え易い。これらは、物質が一定の熱容量を持つことに起因する。本発明の第1実施形態にかかる均熱板ユニット3を作動させる条件として、例えば降温部においては、炉体1aの中央部が高温で炉壁側が低温であるから、図11に示す様に、炉幅方向に分割された炉壁側のヒータ側均熱板10及び被加熱物側均熱板11、並びに、炉体1aの中央部のヒータ側均熱板10及び被加熱物側均熱板11を用いて、炉壁側の分割均熱板10,11の開口部10a,11aの開口割合η’を大きく、炉体1aの中央部の分割均熱板10、11の開口部10a,11aの開口割合η’を小さくすることにより、炉幅方向の均熱板温度差異を低減し、均熱板ユニット3から二次輻射する輻射熱を均一化でき、その具体的な検証結果により、被加熱物2を均熱化することができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an opening operation pattern (temperature drop portion) of the heat equalizing
これは、例えば、以下のような構成で達成することができる。すなわち、均熱板ユニット3を、中央部の均熱板ユニット3と、中央部の均熱板ユニット3を挟む両側の炉壁側の均熱板ユニット3(第1炉壁側(例えば図1Aの左炉壁側)の均熱板ユニット3と第2炉壁側(例えば図1Aの右炉壁側)の均熱板ユニット3)とに3分割すると同様に、均熱板支持フレーム7も、中央部の均熱板支持フレーム7と、中央部の均熱板支持フレーム7を挟む両側の炉壁側、すなわち、第1炉壁側(例えば図1Aの左炉壁側)の均熱板支持フレーム7と第2炉壁側(例えば図1Aの右炉壁側)の均熱板支持フレーム7とに3分割する。中央部の均熱板ユニット3を支持する中央部の均熱板支持フレーム7は、中央部のシリンダ駆動部6bでスライド可能とする。第1炉壁側の均熱板ユニット3を支持する第1炉壁側の均熱板支持フレーム7は、第1炉壁側のシリンダ駆動部6aでスライド可能とする。第2炉壁側の均熱板ユニット3を支持する第2炉壁側の均熱板支持フレーム7は、第2炉壁側のシリンダ駆動部6cでスライド可能とする。よって、第1又は第2炉壁側のシリンダ駆動部6a,6cの駆動により、第1又は第2炉壁側の均熱板ユニット3のヒータ側均熱板10の開口部10aに対して被加熱物側均熱板11の開口部11aを一致させるか、ほぼ一致させるようにスライドさせれば、第1又は第2炉壁側の分割均熱板10,11の開口部10a,11aの開口割合η’を大きくすることができる(図10の状態Sdを参照。)。一方、中央部のシリンダ駆動部6bの駆動により、中央部の均熱板ユニット3のヒータ側均熱板10の開口部10aに対して被加熱物側均熱板11の開口部11aをLs/2以上ずらせて、例えば、両方の開口部10a,11aを閉じるようにスライドさせれば、中央部の分割均熱板10,11の開口部10a,11aの開口割合η’を小さくすることができる(図10の状態Sdを参照。)。なお、図10の状態Scは、第1及び第2炉壁側及び中央部のシリンダ駆動部6a,6c,6bの駆動により、第1及び第2炉壁側及び中央部の均熱板ユニット3のヒータ側均熱板10の開口部10aに対して被加熱物側均熱板11の開口部11aをLs/2だけずらせた状態を示している。
This can be achieved, for example, with the following configuration. That is, the soaking
図11は、均熱板ユニット3の開口部3aの作動状況と温度差との関係を示す図である。すなわち、炉体1aの中央部が高温で、炉壁側が低温の状態において、炉体1aの中央部の均熱板ユニット3の被加熱物側均熱板10のスライド移動量をSmとし、炉壁側均熱板ユニット3の被加熱物側均熱板11のスライド移動量をSwとしたとき、(Sm,Sw)=(0,0)、(10,0)、(20,0)、(30,0)、(0,30)と前記スライド移動量を変化させたときの600mm幅被加熱物温度差ΔT/T0[%]との関係をまとめた検証データが、図11である。ただし、ヒータ側均熱板10と被加熱物側均熱板11の輻射率差ΔεをΔε=0.6とし、ヒータ側輻射率εhをεh=0.8とし、分割数を3とし、開口部3aと非開口部3cとの和LをL=30[mm]とし、均熱板ユニット3の開口率ηをη=50[%]とする。この具体的な検証の結果、(Sm,Sw)=(10,0)、(20,0)、(30,0)において、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±0.6[%]以下を満たす。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the operating state of the
したがって、被加熱物側均熱板11のスライド移動量SwがSw=0のとき、被加熱物側均熱板10のスライド移動量Smは、10≦Sm≦30が好ましい。
Therefore, when the slide movement amount S w of the heated object side
本発明の第1実施形態にかかる熱処理装置1によれば、均熱板ユニット3を分割ヒータ4と被加熱物2との間に介在させ、更に、複数の均熱板ユニット3の被加熱物側均熱板11をヒータ側均熱板10に対してシリンダ駆動部6a,6b,6cによって炉幅方向に個別に独立してスライドさせることで、分割ヒータ4からの輻射熱を均一化させ、搬送ローラ5により搬送される被加熱物2の炉幅方向の温度ばらつきを低減させることができる。よって、炉壁放散熱又は炉体1aの周囲環境及び炉材の経時変化による炉温の変動又は被加熱物2の品種などにかかわらず、均一に熱処理できる。
According to the heat treatment apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, the heat equalizing
(第2実施形態)
図12は、本発明の第2実施形態における均熱板ユニット3Tの構成について説明する図である。熱処理装置1において、本発明の第1実施形態は、分割ヒータ(図示せず)と均熱板ユニット3Tとを炉幅方向に対して並列に複数個分割させており、それぞれの分割ヒータの数に対して、分割された均熱板ユニット3Tの数を対応させている。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of the heat equalizing
これに対して、本発明の第2実施形態における均熱板ユニット3Tは、前記第1実施形態の構成と異なり、均熱板ユニット3Tと分割ヒータとが搬送方向Dbに対して並列に複数個分割しており、それぞれの分割ヒータの数に対して、分割均熱板ユニット3Tの数を対応させている。通常、熱処理装置に代表される連続炉では連続搬送である為、搬送方向に対して被加熱物が受ける熱履歴の加熱順による差異は、小さい。しかし、間欠炉のような断続的な搬送方式、例えば、一般に、搬送方向Dbに対して一定ピッチ(固定周期)での搬送方法の場合、炉幅方向に代えて、搬送方向Dbにおける被加熱物2の位置によっても温度差異が生じる為、搬送方向Dbの温度差異抑制手段が求められる。
Multiple contrast, soaking
したがって、前述の様に、搬送方向Dbに対して温度差異が発生する状況において、本発明の第2実施形態にかかる均熱板ユニット3Tを搬送方向Dbに対して分割して配置し、駆動部(図示せず)により、スライド移動させることによって、搬送方向Dbに対して温度差異を抑制することができる。尚、図1A及び図1Bに示されるヒータ4T及び均熱板ユニット3Tに関しては、被加熱物2の上部に限定するものではなく、下部のみ、又は、上下の両方にそれぞれ配置されていても良い。
Therefore, as described above, in a situation where the temperature difference occurs, divided and the soaking
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。 It is to be noted that, by appropriately combining arbitrary embodiments of the various embodiments described above, the effects possessed by them can be produced.
本発明にかかる熱処理装置は、炉壁放散熱又は炉体の周囲環境及び炉材の経時変化による炉温の変動又は被加熱物の品種などにかかわらず、均一に熱処理でき、焼成炉、乾燥炉、キュア炉、又はリフロー炉など、加熱処理を行う炉等として有用である。 The heat treatment apparatus according to the present invention can heat-treat uniformly regardless of the furnace wall radiated heat or the ambient environment of the furnace body and the fluctuation of the furnace temperature due to the aging of the furnace material or the kind of the object to be heated. It is useful as a furnace for heat treatment such as a curing furnace or a reflow furnace.
1 熱処理装置
1a 炉体
2 被加熱物
3,3T 均熱板ユニット
3a 開口部
3b 均熱板
3c 非開口部
4 分割ヒータ
5 搬送ローラ
6a,6b,6c 油圧式シリンダ
7 均熱板ユニット支持フレーム
8 断熱材
9 搬送ローラ支持台
10 ヒータ側均熱板
10a 開口部
11 被加熱物側均熱板
11a 開口部
20 熱処理炉
21,22 炉壁
23 ヒータ
24,25 炉壁
26 シリコンプレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記炉体の内部の熱源と、
前記被加熱物と前記熱源との間に前記熱源からの輻射を二次輻射し、前記被加熱物を均熱化させる均熱板ユニットとを有する熱処理装置において、
前記均熱板ユニットは、複数の矩形状の開口部が設けられた均熱板を前記被加熱物の搬送方向とは直交する炉幅方向に配置し、前記各開口部の長手方向が前記搬送方向沿いに配置され、前記各開口部の短手方向が前記炉幅方向に配置されるとともに、前記均熱板は、前記熱源に近い熱源側均熱板と、前記熱源から遠く前記被加熱物に近い被加熱物側均熱板とで構成され、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とが前記搬送方向及び前記炉幅方向と直交する炉体垂直方向に互いに接触して重ねられた状態で配置されており、前記熱源側均熱板の表面の輻射率をεh、前記被加熱物側均熱板の表面の輻射率をεwとするとき、Δε=|εh−εw|で示される輻射率差がΔε≧0.6であり、かつεh≧0.8であり、前記均熱板ユニットは、前記搬送方向と直交する炉幅方向に対して、三分割以上に複数に分割されており、
さらに、前記熱処理装置は、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とを炉幅方向に相対的にスライドさせて、前記熱源側均熱板の開口部と前記被加熱物側均熱板の開口部との位相を一致した状態と位置ずれした状態との間で移動させる駆動部を備える、熱処理装置。A furnace body for heat-treating an object to be heated in an internal space;
A heat source inside the furnace body;
In a heat treatment apparatus having a soaking plate unit that secondaryly radiates radiation from the heat source between the heated object and the heat source and soaks the heated object.
In the heat equalizing plate unit, a heat equalizing plate provided with a plurality of rectangular openings is arranged in the furnace width direction orthogonal to the conveying direction of the object to be heated, and the longitudinal direction of each opening is the conveying And the transverse direction of each opening is arranged in the furnace width direction, and the soaking plate includes a heat source side soaking plate close to the heat source, and the object to be heated far from the heat source. The heat source side heat equalizing plate and the heated object side heat equalizing plate are in contact with each other in the furnace body vertical direction orthogonal to the transport direction and the furnace width direction. When the emissivity of the surface of the heat source side soaking plate is ε h and the emissivity of the surface of the heated object side soaking plate is ε w , Δε = | ε h-epsilon w | 0.6 emissivity difference [Delta] [epsilon] ≧ represented by, and a epsilon h ≧ 0.8, the soaking plate unit Against chamber width direction orthogonal to the conveying direction, it is divided into a plurality of thirds or more,
Further, the heat treatment apparatus slides the heat source side heat equalizing plate and the heated object side heat equalizing plate relatively in the furnace width direction so that the opening of the heat source side heat equalizing plate and the heated object side A heat treatment apparatus comprising a drive unit that moves between a state in which the phase with the opening of the heat equalizing plate coincides with a state in which the phase shifts.
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