JP6206238B2 - 光加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、被照射物に対して光照射することにより当該被照射物を加熱処理する光加熱装置に関し、更に詳しくは、複数本のハロゲンランプを平行に配置した光加熱装置において、放射温度計を介して被照射物の温度を測定するために、ハロゲンランプの構造に特徴を有する光加熱装置に関する。

従来、複数本の直管型のハロゲンランプを一平面内において平行に配置した光加熱装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、被照射物の両面に複数本の直管型ハロゲンランプを一平面内において平行に密接して配置する技術が記載されている。

特開２００６−２７９００８号公報

しかしながら、密接に配置されたハロゲンランプによって加熱処理される被照射物の温度を直接的に測定することができないという問題があった。この問題を解決するために、特定の箇所のランプを間引いて、その間隙から放射温度計などにより温度測定する方法がある。しかしながら、このような方法によっては、加熱温度の均一性を保つことができないという問題がある。一方、ハロゲンランプの本数を減らす方法があるが、このような方法によっては、十分な加熱処理を行うことができない。

本発明の目的は、光照射により加熱処理される被照射物の温度の均一性を確保しながらも、温度測定手段を用いて正確な温度測定を可能にする光加熱装置を提供することにある。

本発明の光加熱装置は、複数本の直管型ハロゲンランプが、密接に配置される所定の離間間隔で、当該ハロゲンランプの中心軸が一平面内において平行に位置されるよう配置され、被照射物に対して光照射することにより当該被照射物を加熱処理する光加熱装置において、
前記ハロゲンランプの一部のものは、直管状部と、この直管状部に連続し、発光管の径方向外方に湾曲した弧状湾曲部とを有し、当該ハロゲンランプが、当該ハロゲンランプの中心軸方向外方から視たときに、前記直管状部の管軸位置と前記弧状湾曲部の管軸位置とが前記一平面方向に垂直な方向に並ばないように、当該直管状部の管軸を中心に回転された状態で配置されており、当該弧状湾曲部により、当該ハロゲンランプと隣接するハロゲンランプとの間に、前記所定の離間間隔より大きい拡張間隙が形成されており、
前記拡張間隙が前記被照射物の温度測定に利用されることを特徴とする。

本発明の光加熱装置においては、前記ハロゲンランプの隣接する２本が、前記直管状部と、前記弧状湾曲部とをそれぞれ有し、各弧状湾曲部が、発光管の長手方向の互いに対向する一部に形成され、各直管状部の管軸を中心に互いに反対方向に回転された状態で配置されていることが好ましい。

本発明の光加熱装置においては、前記拡張間隙を介して、前記被照射物の表面に対向して放射温度計が配置されていることが好ましい。

本発明の光加熱装置においては、回転された状態で配置されたハロゲンランプにおける弧状湾曲部により、当該ハロゲンランプと隣接するハロゲンランプとの間に、所定の離間間隔より大きい拡張間隙が形成されている。従って、本発明の光加熱装置によれば、光照射により加熱処理される被照射物の温度の均一性を確保しながらも、温度測定手段を用いて正確な温度測定を可能とすることができる。

本発明の光加熱装置の構成の概略の一例を示す説明用正面断面図である。 図１の光加熱装置を構成するハロゲンランプの構成の概略の一例を示す説明用側面図である。 図１の光加熱装置を構成する弧状湾曲部を有するハロゲンランプの構成の概略の一例を示す説明用側面図である。 図１の光加熱装置における拡張間隙の一例を示す説明用概略図であり、（ａ）は中央に位置する２本のハロゲンランプの平面断面図、（ｂ）は当該ハロゲンランプの中心軸方向外方からの正面視図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の光加熱装置の構成の概略の一例を示す説明用正面断面図であり、図２は、図１の光加熱装置を構成するハロゲンランプの構成の概略の一例を示す説明用側面図であり、図３は、図１の光加熱装置を構成する弧状湾曲部を有するハロゲンランプの構成の概略の一例を示す説明用側面図であり、図４は、図１の光加熱装置における拡張間隙の一例を示す説明用概略図である。
光加熱装置１０は、例えば平板状の被照射物Ｗに対して光照射することにより当該被照射物Ｗを加熱処理するためのものである。

この光加熱装置１０は、例えばステンレスよりなるケーシング１１と、例えば放射温度計よりなる温度測定手段Ｔとを具えている。ケーシング１１内には、被照射物Ｗを載置する載置部材（図示せず）が設けられている。また、ケーシング１１内には、直管型のハロゲンランプ２１ａの複数本（例えば３０本）が、当該ハロゲンランプ２１ａの中心軸Ｃが同一平面内において互いに平行に延びるよう位置されて、一定の離間間隔Ｒで配置された上部ランプユニット２０Ａと、直管型のハロゲンランプ２１ｂの複数本（例えば３０本）が、当該ハロゲンランプ２１ｂの中心軸Ｃが同一平面内において互いに平行に延びるよう位置されて、一定の離間間隔Ｒで配置された下部ランプユニット２０Ｂとが、被照射物Ｗを介して対向するように配置されている。
この光加熱装置１０においては、ケーシング１１の底面（図１における下面）に、温度測定手段Ｔの測定視野を確保するための測定窓（図示せず）が設けられている。

上部ランプユニット２０Ａを構成する各々のハロゲンランプ２１ａは、例えば図２に示すように、両端に封止部２３が形成された全体が略直管状の発光管２２を具えている。発光管２２内には、フィラメント２４が発光管２２の管軸方向に沿って伸びるよう配設されていると共に所要の不活性ガスおよびハロゲンガスが適宜の封入量で封入されている。フィラメント２４の両端部は、封止部２３の各々に気密に封着されて埋設された導電性箔（図示せず）を介して、封止部２３の端面より突出して伸びる外部リード棒２８（図４参照）に接続された構成とされている。

下部ランプユニット２０Ｂを構成するハロゲンランプ２１ｂの一部のもの、具体的には、３０本のハロゲンランプ２１ｂのうち中央に位置する２本のハロゲンランプ２１ｂ１，２１ｂ２は、発光管の長手方向の中央部分に弧状湾曲部をそれぞれ有している。具体的には、図３に示すように、ハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）は、両端に封止部２３が形成された発光管２２Ｘを具えている。発光管２２Ｘは、両端の封止部２３を含む直管状部２２Ｓと、この直管状部２２Ｓと連続し、発光管２２Ｘの径方向外方に湾曲した弧状湾曲部２２Ｒとを有している。この発光管２２Ｘ内に、フィラメント２４が発光管２２Ｘの管軸方向に沿って伸びるよう配設されている。
ハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）のその他の構成は、上部ランプユニット２０Ａを構成するハロゲンランプ２１ａと同様である。また、下部ランプユニット２０Ｂを構成する３０本のハロゲンランプ２１ｂのうち、中央に位置する２本のハロゲンランプ２１ｂ１，２１ｂ２以外のハロゲンランプ２１ｂは、上部ランプユニット２０Ａを構成するハロゲンランプ２１ａと同様のものである。

図２および図３において、符号２５は、フィラメント２４を支持するサポータ、符号２６は、排気管残部である。ハロゲンランプ２１ａ（２１ｂ）は、それぞれ、発光管２２（２２Ｘ）の両端で保持し、封止部２３によって位置決めされてケーシング１１に固定されている。

この例においては、図４（ａ）に示すように、２本の隣接するハロゲンランプ２１ｂ１，２１ｂ２における各弧状湾曲部２２Ｒは、発光管２２Ｘの長手方向の互いに対向する中央部分に形成されている。

ここで、下部ランプユニット２０Ｂにおいて、同一平面内に位置されるハロゲンランプ２１ｂの中心軸Ｃは、弧状湾曲部２２Ｒを有するハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）については、直管状部２２Ｓの管軸Ｃ’とする。

図４（ｂ）に示すように、弧状湾曲部２２Ｒを有するハロゲンランプ２１ｂ１は、当該ハロゲンランプ２１ｂ１の中心軸Ｃ方向外方から視たときに、直管状部２２Ｓの管軸（Ｃ’）位置Ｘと弧状湾曲部２２Ｒの管軸位置Ｙとが、ハロゲンランプ２１ｂ（２１ｂ１，２１ｂ２）の中心軸Ｃ（管軸Ｃ’）が位置される一平面方向に垂直な方向Ｖに並ばないように、当該直管状部２２Ｓの管軸Ｃ’を中心に回転された状態で配置されている。また、弧状湾曲部２２Ｒを有するハロゲンランプ２１ｂ２についても、ハロゲンランプ２１ｂ１と同様に、直管状部２２Ｓの管軸（Ｃ’）位置Ｘと弧状湾曲部２２Ｒの管軸位置Ｙとが、ハロゲンランプ２１ｂ（２１ｂ１，２１ｂ２）の中心軸Ｃ（管軸Ｃ’）が位置される一平面方向に垂直な方向Ｖに並ばないように、ハロゲンランプ２１ｂ１の回転方向とは反対方向に当該直管状部２２Ｓの管軸Ｃ’を中心に回転された状態で配置されている。
この回転配置されたハロゲンランプ２１ｂ１，２１ｂ２における弧状湾曲部２２Ｒ，２２Ｒにより、ハロゲンランプ２１ｂ１とハロゲンランプ２１ｂ２との間に、離間間隔Ｒより大きい拡張間隙Ｅが形成されている。

弧状湾曲部２２Ｒを有するハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）の回転角度α、すなわち、当該ハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）の中心軸Ｃ方向外方から視たときに、一平面方向に垂直な方向Ｖに対して当該管軸Ｃ’を中心に回転する角度は、温度分布に対する影響を考慮すると、最大で３０°とされる。
弧状湾曲部２２Ｒは、回転配置されたときに離間間隔Ｒより大きい拡張間隙Ｅが形成されるように構成されていれば特に形状等は限定されない。

この光加熱装置１０においては、弧状湾曲部２２Ｒを有するハロゲンランプ２１ｂ１，２１ｂ２における弧状湾曲部２２Ｒ，２２Ｒによって形成された拡張間隙Ｅを介して被照射物Ｗの下面に対向して放射温度計よりなる温度測定手段Ｔが配置されている。光加熱装置１０においては、拡張間隙Ｅが放射温度計によって被照射物Ｗの温度測定される際の測定視野となる。

拡張間隙Ｅが被照射物Ｗの温度測定に利用される場合において、拡張間隙Ｅの大きさが小さいと例えば放射温度計の感度が低下するため、拡張間隙Ｅの最大幅Ｅmax が例えば５〜２０ｍｍとなるように、弧状湾曲部２２Ｒの形状やハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）の回転角度が設定されることが好ましい。また、拡張間隙Ｅは、温度分布に対する影響を小さいものとするため、被照射物Ｗの中央位置または装置の中央位置に形成されることが好ましい。なお、本実施形態においては、ケーシング１１の底面に設けられた測定窓（図示せず）は、拡張間隙Ｅが形成された位置の直下に位置されているものとする。

光加熱装置１０の一寸法例を示すと、ハロゲンランプ２１ａ（２１ｂ）の発光管２２の外径は１３ｍｍ、発光管２２の全長は７００ｍｍ、発光長は５４０ｍｍ、ランプ中心軸間（Ｃ−Ｃ）の距離Ｐは１５ｍｍ、離間間隔Ｒ（ランプ間間隔）は２ｍｍである。弧状湾曲部２２Ｒを有するハロゲンランプ２１ｂ１（２１ｂ２）の発光管２２Ｘにおける直管状部２２Ｓの外径は１３ｍｍ、発光管２２Ｘにおける弧状湾曲部２２Ｒの外径は１３ｍｍ、発光管２２Ｘの全長は７００ｍｍ、発光長は５４０ｍｍ、ランプ中心軸間（直管状部２２Ｓの管軸間：Ｃ’−Ｃ’）の距離Ｐは１５ｍｍ、離間間隔Ｒ（直管状部２２Ｓのランプ間間隔）は２ｍｍ、回転角度αは３０°、拡張間隙Ｅの最大幅Ｅmax は１５ｍｍである。ハロゲンランプ２１ａ（２１ｂ）の定格電圧は３６０Ｖ、ランプ電力は７０２０Ｗである。被照射物Ｗの表面（上面または下面）からハロゲンランプ２１ａ（２１ｂ）の中心軸Ｃ（Ｃ’）までの距離は５０ｍｍ、温度測定手段Ｔ（放射温度計）の先端から被照射物Ｗの下面までの距離は２００ｍｍである。
また、被照射物Ｗは、例えば鉄からなり、寸法は縦４００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚み３ｍｍとされる。被照射物Ｗの目標加熱温度は例えば９００℃とされる。

以上のような光加熱装置１０においては、被照射物Ｗを載置部材に載置した後、上部ランプユニット２０Ａおよび下部ランプユニット２０Ｂから被照射物Ｗに対して光照射が行われる。この光照射により、被照射物Ｗが加熱処理される。そして、被照射物Ｗの下面に対向して配置された温度測定手段Ｔ（放射温度計）によって、加熱された被照射物Ｗについて拡張間隙Ｅを介して、温度測定が行われ、適宜温度制御が行われる。

このような光加熱装置１０においては、回転された状態で配置されたハロゲンランプ２１ｂ１，２１ｂ２における弧状湾曲部２２Ｒ，２２Ｒにより、ハロゲンランプ２１ｂ１とハロゲンランプ２１ｂ２との間に、離間間隔Ｒより大きい拡張間隙Ｅが形成されている。従って、温度測定手段Ｔ（放射温度計）によって被照射物Ｗの温度測定する場合にも、測定視野を確実に確保することができる。また、必要最小限の測定視野を拡張間隙Ｅによって確保するのみであるので、温度分布が極端に不均一となることがない。以上のことから、光加熱装置１０によれば、光照射により加熱処理される被照射物Ｗの温度の均一性を確保しながらも、温度測定手段Ｔを用いて正確な温度測定を可能とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
図１の例では、下部ランプユニット２０Ｂの中央に位置する２本のハロゲンランプに弧状湾曲部をそれぞれ形成し、当該２本のハロゲンランプを互いに反対方向に回転配置したが、例えば１本のハロゲンランプのみに弧状湾曲部を形成し、当該ハロゲンランプを回転配置してもよく、また例えば中央に位置する隣接する左右３本のハロゲンランプに弧状湾曲部をそれぞれ形成し、当該左右３本ずつのハロゲンランプを互いに反対方向に順次回転配置してもよい。

１０ 光加熱装置
１１ ケーシング
２０Ａ 上部ランプユニット
２０Ｂ 下部ランプユニット
２１ａ ハロゲンランプ
２１ｂ ハロゲンランプ
２１ｂ１，２１ｂ２ ハロゲンランプ
２２ 発光管
２２Ｘ 発光管
２２Ｓ 直管状部
２２Ｒ 弧状湾曲部
２３ 封止部
２４ フィラメント
２５ サポータ
２６ 排気管残部
２８ 外部リード棒
Ｃ ハロゲンランプの中心軸
Ｃ’ 直管状部の管軸
Ｅ 拡張間隙
Ｔ 温度測定手段

Claims (3)

1. 複数本の直管型ハロゲンランプが、密接に配置される所定の離間間隔で、当該ハロゲンランプの中心軸が一平面内において平行に位置されるよう配置され、被照射物に対して光照射することにより当該被照射物を加熱処理する光加熱装置において、
   前記ハロゲンランプの一部のものは、直管状部と、この直管状部に連続し、発光管の径方向外方に湾曲した弧状湾曲部とを有し、当該ハロゲンランプが、当該ハロゲンランプの中心軸方向外方から視たときに、前記直管状部の管軸位置と前記弧状湾曲部の管軸位置とが前記一平面方向に垂直な方向に並ばないように、当該直管状部の管軸を中心に回転された状態で配置されており、当該弧状湾曲部により、当該ハロゲンランプと隣接するハロゲンランプとの間に、前記所定の離間間隔より大きい拡張間隙が形成されており、
   前記拡張間隙が前記被照射物の温度測定に利用されることを特徴とする光加熱装置。
2. 前記ハロゲンランプの隣接する２本が、前記直管状部と、前記弧状湾曲部とをそれぞれ有し、各弧状湾曲部が、発光管の長手方向の互いに対向する一部に形成され、各直管状部の管軸を中心に互いに反対方向に回転された状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光加熱装置。
3. 前記拡張間隙を介して、前記被照射物の表面に対向して放射温度計が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光加熱装置。

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