JP6225117B2 - 赤外線加熱装置及び乾燥炉 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線加熱装置及び乾燥炉に関する。

従来、赤外線を放出する赤外線ヒーターなどの赤外線加熱装置として、発熱体を石英管などの管に封入したものが知られている。例えば、特許文献１には、発熱体としてのフィラメントを石英ガラス製のバルブと外管との二重管内に封入し、内側の管であるバルブの外周に反射膜を設けたヒーターランプが記載されている。このヒーターランプでは、バルブのうち反加熱物方向の外周に反射膜を設けることで、効率よく被加熱物を加熱することができるとしている。また、バルブと外管との間に冷却ガスを流すことで、バルブの黒化を抑制することが記載されている。

特許第４７３４８８５号公報

しかしながら、特許文献１のように二重管の内側の管の表面に反射膜を設けた構成の赤外線加熱装置では、反射膜が過熱する場合があり、これにより例えば反射膜の劣化や剥離などの不具合が生じるという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、反射層の過熱をより抑制することを主目的とする。

本発明の赤外線加熱装置は、
加熱されると赤外線を含む電磁波を放出する発熱体と、
赤外線を透過する内壁と、
前記発熱体からみて前記内壁よりも外側に該内壁から離れ、且つ、前記発熱体の周囲の一部のみを覆うように設けられ、赤外線を反射する反射層と、
前記反射層を冷却する冷媒が流通可能な冷媒流路と、
を備えたものである。

この本発明の赤外線加熱装置は、発熱体から赤外線を含む電磁波が放出されると、赤外線が内壁を透過し、発熱体の周囲の一部のみを覆うように内壁から離れて設けられた反射層に到達して反射される。これにより、発熱体からみて反射層とは反対側の領域には、発熱体から直接放出される赤外線と反射層により反射された赤外線とが放射されることになり、被加熱物を効率よく加熱できる。このとき、内壁から離れて反射層が設けられ、且つ反射層は冷媒流路を流通する冷媒によって冷却が可能となっている。これらにより、例えば反射層を内壁上に形成する場合と比べて、反射層の過熱をより抑制することができる。ここで、前記電磁波は、ピーク波長が赤外線領域（例えば、波長が０．７μｍ〜８μｍの領域）にあるものとしてもよいし、ピーク波長が近赤外線領域（例えば、波長が０．７μｍ〜３．５μｍの領域）にあるものとしてもよい。また、内壁の形状は、例えば発熱体を囲む管であってもよいし、平板であってもよい。反射層の形状は、例えば断面形状が円弧等の曲線状の板であってもよいし、平板であってもよい。また、本発明の赤外線加熱装置は、前記冷媒流路に流す冷媒の量を調整する流量調整手段を備えるものとしてもよい。

本発明の赤外線加熱装置は、前記内壁と前記反射層との間に設けられ、赤外線を透過する透過壁を備えていてもよい。こうすれば、発熱体と反射層との間に内壁と透過壁との２つの層が存在するため、反射層の過熱をより抑制することができる。ここで、透過壁の形状は、例えば発熱体を囲む管であってもよいし、平板であってもよい。この場合において、前記反射層は、前記透過壁と離れて設けられていてもよい。こうすれば、反射層が透過壁に接している場合と比べて、反射層の過熱をより抑制することができる。なお、反射層は、透過壁の表面に形成されている、すなわち透過壁と接しているものとしてもよい。

本発明の赤外線加熱装置は、前記発熱体からみて前記反射層よりも外側に、前記発熱体の周囲の一部のみを覆うように設けられ、赤外線を反射する反射板、を備えたものとしてもよい。こうすれば、発熱体からの赤外線を反射層と反射板との２つで反射できるため、発熱体からみて反射層及び反射板とは反対側の領域に対して、より多くの赤外線を放射でき、被加熱物をより効率よく加熱できる。ここで、反射板の形状は、例えば断面形状が円弧等の曲線状の板であってもよいし、平板であってもよい。

本発明の赤外線加熱装置は、前記発熱体からみて前記反射層よりも外側に該反射層から離れて設けられた外壁、を備え、前記冷媒流路は、前記発熱体からみて前記外壁よりも内側に形成されているものとしてもよい。ここで、外壁の形状は、例えば発熱体を囲む管であってもよいし、平板であってもよい。また、外壁は赤外線を透過するものであってもよい。この場合において、前記反射層は前記透過壁に接しているか又は前記透過壁と前記外壁との間に設けられ、前記冷媒流路は前記透過壁と前記外壁とで囲まれる空間であるものとしてもよい。こうすることで、冷媒流路を流通する冷媒によって反射層だけでなく外壁も冷却することができる。なお、前記反射層は前記透過壁に接しているか又は前記透過壁と前記内壁との間に設けられ、前記冷媒流路は前記透過壁と前記内壁とで囲まれる空間であるものとしてもよい。

本発明の赤外線加熱装置において、前記内壁は、前記電磁波の一部を吸収するものとしてもよい。こうすれば、反射層の過熱をより抑制することができる。この場合において、前記内壁は、前記電磁波のうち波長が３．５μｍを超える赤外線を吸収するものとしてもよい。こうすれば、赤外線加熱装置から外部に放射される近赤外線（例えば、波長が０．７μｍ〜３．５μｍの領域にある電磁波）の割合が増す。近赤外線は、被加熱物中の水や溶剤などの分子中の水素結合を効率よく切断できるため、被加熱物の加熱や乾燥を効率よく行うことができる。

本発明の乾燥炉は、上述したいずれかの態様の本発明の赤外線加熱装置を備えたものである。そのため、本発明の乾燥炉は、本発明の赤外線加熱装置と同様の効果、例えば、反射層の過熱をより抑制することができる効果が得られる。

乾燥炉１０の縦断面図である。 赤外線ヒーター４０の縦断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 変形例の赤外線ヒーターの断面図である。 変形例の赤外線ヒーターの断面図である。 変形例の赤外線ヒーター４０ａの断面図である。 変形例の乾燥炉１１０の縦断面図である。 実施例２の赤外線ヒーターの断面図である。 比較例２の赤外線ヒーターの断面図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の赤外線加熱装置である赤外線ヒーター４０を備えた乾燥炉１０の縦断面図である。乾燥炉１０は、シート８０上に塗布された塗膜８２の乾燥を赤外線及び熱風を用いて行うものであり、炉体１４と、搬送通路１９と、送風装置２０と、排気装置３０と、赤外線ヒーター４０と、コントローラー７０と、を備えている。また、乾燥炉１０は、炉体１４の左側に設けられたロール８４と、炉体１４の右側に設けられたロール８６と、を備えている。乾燥炉１０は、乾燥対象となる塗膜８２が上面に形成されたシート８０を、ロール８４，８６により連続的に搬送して乾燥を行う、いわゆるロールトゥロール方式の乾燥炉として構成されている。

炉体１４は、略直方体に形成された断熱構造体であり、前端面１５及び後端面１６にそれぞれ開口１７，１８を有している。この炉体１４は、前端面１５から後端面１６までの長さが例えば２〜１０ｍである。

搬送通路１９は、開口１７から開口１８に至る通路であり、炉体１４を水平方向に貫通している。片面に塗膜８２が塗布されたシート８０は、この搬送通路１９を通過していく。シート８０は、塗膜８２が塗布された面を上にして、開口１７から搬入され、炉体１４の内部を水平方向に進行し、開口１８から搬出される。

送風装置２０は、熱風を送風して炉体１４内を通過する塗膜８２を加熱及び乾燥させる装置である。送風装置２０は、熱風発生器２２と、パイプ構造体２４と、通気口２６とを備えている。熱風発生器２２は、パイプ構造体２４に取り付けられており、熱風をパイプ構造体２４の内部へ供給するものである。熱風は、例えば空気を加熱したものである。この熱風発生器２２は、発生させる熱風の風量や温度の調節が可能となっている。熱風の風量は、特に限定するものではないが、例えば１００Ｎｍ³／ｈ〜２０００Ｎｍ³／ｈの範囲で調節可能である。熱風の温度は、特に限定するものではないが、例えば４０〜４００℃の範囲で調節可能である。パイプ構造体２４は、熱風発生器２２からの熱風の通路となるものであり、熱風発生器２２から炉体１４の天井を貫通して、炉体１４内までの通路を形成している。通気口２６は、熱風発生器２２からの熱風の供給口となるものである。この通気口２６は、炉体１４のうちシート８０の搬出側である開口１８側の端部に設けられ、搬入側である開口１７側に向けて水平に開口している。これにより、送風装置２０は、シート８０の搬出側から搬入側に（図１の左方向に）向けて熱風を供給する。熱風は、図１の炉体１４内の矢印に示すように、シート８０の上面に沿って流れていき、シート８０の上面を加熱する。

排気装置３０は、炉体１４内の雰囲気ガスを排出する装置である。排気装置３０は、ブロワ３２と、パイプ構造体３４と、排気口３６とを備えている。排気口３６は、炉体１４内の雰囲気ガス（主に塗膜８２を乾燥した後の熱風）の排気口となるものである。この排気口３６は、炉体１４のうちシート８０の搬入側である開口１７側の端部に設けられ、搬出側である開口１８側に向けて水平に開口している。排気口３６はパイプ構造体３４に取り付けられており、炉体１４内の雰囲気ガスを吸気してパイプ構造体３４内に導く。パイプ構造体３４は、排気口３６からブロワ３２への雰囲気ガスの流路となるものである。パイプ構造体３４は、排気口３６から炉体１４の天井を貫通して炉体１４の外部のブロワ３２までの通路を形成している。ブロワ３２は、パイプ構造体３４に取り付けられており、パイプ構造体３４内部の雰囲気ガスを排気する。なお、ブロワ３２は、例えば図示しない排気用の配管に接続されており、炉体１４内の雰囲気ガスに含まれる塗膜８２から揮発した有機溶剤などの成分を除去するなど、適切な処理を行ってから乾燥炉１０外に雰囲気ガスを排気する。なお、ブロワ３２は、パイプ構造体３４内の雰囲気ガスを乾燥炉１０外に排気せず、熱風発生器２２の吸気として循環させてもよい。

赤外線ヒーター４０は、炉体１４内を通過する塗膜８２に近赤外線を照射する装置であり、炉体１４の天井近くに複数取り付けられている。本実施形態では、赤外線ヒーター４０は前端面１５側から後端面１６側にわたって略均等に６本配置されている。これらの各赤外線ヒーター４０は、同様の構成を有しており、いずれも長手方向が搬送方向と直交するように取り付けられている。

図２は赤外線ヒーター４０の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図２に示した断面はヒーター本体４３の中心線を通るように切断した面である。図示するように、赤外線ヒーター４０は、タングステン製のフィラメント４１を内管４２が囲むように形成されたヒーター本体４３と、このヒーター本体４３の外側に設けられ内管４２を囲むように形成された第１外管４４と、第１外管４４の外側に設けられ第１外管４４を囲むように形成された第２外管４５と、第２外管４５の上側に設けられた反射板４８を備えており、これらの両端にはキャップ５０が取り付けられている。第１外管４４と第２外管４５との間の空間は、冷媒（例えばエア）を流通可能な冷媒流路４９となっている。また、赤外線ヒーター４０は、第２外管４５の表面温度を検出する温度センサ５９を備えている。なお、内管４２，第１外管４４，第２外管４５は同心円状に配置されており、その円の中心にフィラメント４１が位置するようになっている。

ヒーター本体４３は、両端がキャップ５０の内部に配置されたホルダー５５に支持されている。このヒーター本体４３は、電力供給源６０からフィラメント４１へ電力が供給されて、フィラメント４１が所定温度（例えば１２００〜１５００℃）に加熱されると、赤外線を含む電磁波を放射する。フィラメント４１が放射する電磁波は、特に限定するものではないが、例えば、ピーク波長が赤外線領域（波長が０．７μｍ〜８μｍの領域）や近赤外線領域（波長が０．７μｍ〜３．５μｍの領域）にあるものである。本実施形態では、ピーク波長が３μｍ付近の電磁波を放射するものとした。内管４２は、フィラメント４１を囲む断面円形の管であり、フィラメント４１から放射された電磁波の一部を吸収し且つ赤外線を透過する赤外線透過材料で形成されている。内管４２に用いるこのような赤外線透過材料としては、例えば、ゲルマニウム、シリコン、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、カルコゲナイドガラス、透過性アルミナセラミックスなどのほか、赤外線を透過可能な石英ガラスなどが挙げられる。本実施形態では、内管４２は、上述した赤外線透過材料のうち、電磁波の一部として波長が３．５μｍを超える赤外線を吸収し且つ３．５μｍ以下の赤外線については透過する石英ガラスで形成されているものとした。また、内管４２の内部は、真空雰囲気又はハロゲン雰囲気となっている。このフィラメント４１に接続された電気配線４１ａは、キャップ５０に設けられた配線引出部５７を介して気密に外部へ引き出され、電力供給源６０に接続されている。

第１外管４４及び第２外管４５は、上述した赤外線透過材料で形成された管である。本実施形態では、第１外管４４及び第２外管４５は、内管４２と同様に、波長が３．５μｍを超える赤外線を吸収し且つ３．５μｍ以下の赤外線については透過する石英ガラス材料で形成されているものとした。なお、第１外管４４，第２外管４５は、冷媒流路４９を流れる冷媒によって、例えば２００℃以下に冷却可能になっている。

また、第１外管４４の外側の表面には、反射層４６が形成されている。この反射層４６は、フィラメント４１からみて内管４２よりも外側に内管４２から離れ、且つ、フィラメント４１の周囲の一部のみを覆うように設けられている。より具体的には、反射層４６は、第１外管４４の表面のうち図２，３における上側、すなわち、フィラメント４１からみて被加熱物である塗膜８２とは反対側に形成されており、第１外管４４の上側半分を全て覆っている。反射層４６は、フィラメント４１から放射される電磁波のうち、少なくとも赤外線を反射する赤外線反射材料で形成されている。赤外線反射材料としては、例えば金，白金，アルミニウムなどが挙げられる。反射層４６は、第１外管４４の表面に塗布乾燥、スパッタリングやＣＶＤ、溶射といった成膜方法を用いて赤外線反射材料を成膜することで形成されている。反射層４６は、その断面の円弧を含む円の中心位置にフィラメント４１が位置するように配置されている。その結果、フィラメント４１から発せられた赤外線の一部は、反射層４６で反射され、効率的に塗膜８２へ照射される。また、反射層４６は、冷媒流路４９に面しており、冷媒流路４９を流れる冷媒によって冷却される。

反射板４８は、フィラメント４１からみて反射層４６よりも外側に、フィラメント４１の周囲の一部のみを覆うように形成された板状の部材である。より具体的には、反射板４８は、炉体１４内において、第２外管４５を図２，３における上側から覆うように設けられている。反射板４８は、フィラメント４１から放射される電磁波のうち、少なくとも赤外線を反射する材料で形成されている。反射板４８の材料としては、例えばＳＵＳ３０４やアルミニウムなどの金属が挙げられる。反射板４８は、は、内管４２，第１外管４４及び第２外管４５と同様、塗膜８２の搬送方向と直交する方向に延びるように形成され、断面形状が例えばパラボラ、楕円の弧、円弧等の曲線形状となっており、その焦点もしくは中心位置に赤外線ヒーター４０（フィラメント４１）が配置されている。その結果、フィラメント４１から発せられた赤外線の一部は、反射板４８で反射され、効率的に塗膜８２へ照射される。

キャップ５０は、図２に示すように、円盤状の蓋５４と、その蓋５４に立設された同心円で半径の異なる２つの円筒部５２，５３とを一体成形したものである。第１外管４４の左右両端は、内側の円筒部５２に固定され、第２外管４５の左右両端は、外側の円筒部５３に固定されている。また、キャップ５０の上部両端には、取付部材５６がそれぞれ設けられており、この取付部材５６によって反射板４８が固定されている。

冷媒流路４９は、第１外管４４と第２外管４５との間の空間であり、キャップ５０に設けられた流体出入口５８を通じて冷媒が流通可能となっている。冷媒流路４９を流通する冷媒は、赤外線ヒーター４０の外面である第２外管４５の温度や、第１外管４４及び反射層４６の温度を下げる役割を果たす。

コントローラー７０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサーとして構成されている。このコントローラー７０は、送風装置２０の熱風発生器２２に制御信号を出力して、熱風発生器２２で発生させる熱風の温度及び風量を個別に制御する。また、コントローラー７０は、熱電対である温度センサ５９が検出した第２外管４５の温度を入力したり、冷媒供給源６５と流体出入口５８とを接続する配管の途中に設けられた開閉弁６７及び流量調整弁６８に制御信号を出力したりして、赤外線ヒーター４０の冷媒流路４９を流れる冷媒の流量を個別に制御する。更に、コントローラー７０は、電力供給源６０からフィラメント４１へ供給される電力の大きさを調整するための制御信号を電力供給源６０へ出力して、赤外線ヒーター４０のフィラメント温度を個別に制御する。また、コントローラー７０は、ロール８４，８６の回転速度を制御することで炉体１４内の塗膜８２の通過時間を調整することができる。

シート８０は、特に限定するものではないが、例えば、アルミニウムや銅等の金属シートである。また、シート８０上の塗膜８２は、例えば乾燥後に電池用の電極として用いられるものであり、特に限定するものではないが、例えばリチウムイオン二次電池用の電極となる塗膜である。塗膜８２としては、例えば、電極材（正極活物質又は負極活物質）とバインダーと導電材と溶剤とを共に混練した電極材ペーストを、シート８０上に塗布したもの等が挙げられる。電極材は、正極活物質としてはコバルト酸リチウムなどが挙げられ、負極活物質としてはグラファイトなどの炭素材が挙げられる。バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。導電材としては、カーボン粉末などが挙げられる。溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などが挙げられる。塗膜８２の厚みは、特に限定するものではないが、例えば２０〜１０００μｍである。

次に、こうして構成された乾燥炉１０を用いて塗膜８２を乾燥する様子について説明する。まず、図１において、乾燥炉１０の左端に配置されたロール８４からシート８０が巻き外され、乾燥炉１０の炉体１４に搬入される直前に図示しないコーターによって上面に塗膜８２が塗布され、炉体１４の開口１７を通って炉体１４内へ搬入される。続いて、シート８０は、炉体１４内を通過し、その間に送風装置２０及び赤外線ヒーター４０により加熱されることにより塗膜８２から溶剤が蒸発する。塗膜８２から加熱により蒸発した溶剤は排気口３６からブロワ３２によって外部へ排出される。塗膜８２は、最終的に炉体１４の開口１８から搬出され、乾燥炉１０の右端に設置されたロール８６にシート８０とともに巻き取られる。塗膜８２から溶剤が蒸発するのは、赤外線ヒーター４０から照射される赤外線と送風装置２０から供給される熱風の作用による。

このようにして塗膜８２を乾燥する際の赤外線ヒーター４０の動作について詳細に説明する。赤外線ヒーター４０は、フィラメント４１から波長が３μｍ付近にピークを持つ電磁波が放射されると、波長が３．５μｍを超える電磁波については内管４２，第１外管４４，第２外管４５により吸収され、第２外管４５の外部へは主に３．５μｍ以下の波長の赤外線が内管４２，第１外管４４，第２外管４５を透過して搬送通路１９を通過するシート８０の塗膜８２に照射される。この波長の赤外線は、シート８０の塗膜８２に含まれる溶剤の水素結合を切断する能力に優れるといわれており、効率的に溶剤を蒸発させることができる。また、反射層４６と反射板４８とがフィラメント４１から見て塗膜８２と反対側に配置されているため、フィラメント４１から塗膜８２とは反対側に放射された電磁波のうち赤外線は反射層４６や反射板４８により反射される。この結果、塗膜８２にはフィラメント４１から直接放出される赤外線と反射層４６や反射板４８により反射された赤外線とが放射されることになり、被加熱物（塗膜８２）を効率よく加熱できる。また、第１外管４４や第２外管４５は、３．５μｍを超える波長の赤外線を吸収するが、冷媒流路４９を流れる冷媒によって冷却される。本実施形態では、コントローラー７０が冷媒流路４９を流れる冷媒の流量を調整することにより、第２外管４５の温度を、塗膜８２から蒸発する溶剤の着火点未満の温度（例えば２００℃以下など）に維持することが可能である。

また、反射層４６は、フィラメント４１に最も近い管である内管４２から離れた第１外管４４上に形成されており、且つ反射層４６は冷媒流路４９を流通する冷媒によって冷却される。これにより、例えば反射層４６が内管４２の表面に形成される場合と比べて、反射層４６の過熱がより抑制され、ひいては反射層４６の剥がれや劣化などの不具合をより抑制することができる。しかも、内管４２は、波長が３．５μｍを超える電磁波を吸収するため反射層４６に到達するエネルギーを少なくして反射層４６の過熱を抑制しつつ、波長が３．５μｍ以下の近赤外線を透過するためこれにより塗膜８２を効率よく乾燥することができる。また、反射層４６が反射板４８とフィラメント４１との間に配置されていることで、反射板４８に到達する電磁波を反射層４６により抑制することができ、反射板４８の過熱も抑制することができる。このようにして、本実施形態の赤外線ヒーター４０は、反射層４６や反射板４８の過熱を抑制しつつ、塗膜８２を効率よく乾燥することができる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のフィラメント４１が本発明の発熱体に相当し、内管４２が内壁に相当し、反射層４６が反射層に相当し、冷媒流路４９が冷媒流路に相当し、第１外管４４が透過壁に相当し、反射板４８が反射板に相当し、第２外管４５が外壁に相当する。なお、本実施形態では、赤外線ヒーター４０を備えた乾燥炉１０についても説明することにより、本発明の乾燥炉の一例も明らかにしている。

以上説明した本実施形態の赤外線ヒーター４０では、フィラメント４１から赤外線を含む電磁波が放出されると、赤外線が内管４２を透過し、フィラメント４１の周囲の一部のみを覆うように内管４２から離れて設けられた反射層４６に到達して反射される。これにより、フィラメント４１からみて反射層４６とは反対側の領域（図１〜３における赤外線ヒータ４０よりも下側の領域）には、フィラメント４１から直接放出される赤外線と反射層４６により反射された赤外線とが放射されることになり、被加熱物である塗膜８２を効率よく加熱できる。このとき、内管４２から離れて反射層４６が設けられ、且つ反射層４６は冷媒流路４９を流通する冷媒によって冷却が可能となっている。これらにより、例えば反射層４６を内管４２上に形成する場合と比べて、反射層４６の過熱をより抑制することができる。

また、内管４２と反射層４６との間に、赤外線を透過する第１外管４４が設けられている。これにより、フィラメント４１と反射層４６との間に内管４２と第１外管４４との２つの層が存在するため、反射層４６の過熱をより抑制することができる。

さらに、フィラメント４１からみて反射層４６よりも外側に、フィラメントの周囲の一部のみを覆うように設けられ、赤外線を反射する反射板４８を備えている。これにより、フィラメント４１からの赤外線を反射層４６と反射板４８との２つで反射できるため、フィラメント４１からみて反射層４６及び反射板４８とは反対側の領域に対して、より多くの赤外線を放射でき、被加熱物（塗膜８２）をより効率よく加熱できる。

さらにまた、フィラメント４１からみて反射層４６よりも外側に反射層４６から離れて設けられた第２外管４５、を備え、冷媒流路４９は、第１外管４４と第２外管４５とで囲まれる空間である。これにより、冷媒流路４９を流通する冷媒によって反射層４６だけでなく第２外管４５も冷却することができる。また、赤外線ヒーター４０の外部への露出面（第２外管４５の外表面）に到達する赤外線を反射層４６で抑制でき、これによっても露出面の過熱を抑制することができる。

そしてまた、内管４２は、フィラメント４１からの電磁波の一部を吸収するため、反射層４６の過熱をより抑制できる。しかも、内管４２は、波長が３．５μｍを超える赤外線を吸収するため、赤外線ヒーター４０から外部に放射される近赤外線の割合が増し、塗膜８２の加熱や乾燥を効率よく行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、内管４２，第１外管４４，第２外管４５は電磁波の一部として波長が３．５μｍを超える赤外線を吸収し且つ３．５μｍ以下の赤外線については透過する石英ガラスで形成されているものとしたが、これに限られず、赤外線を透過するものであればよい。例えば、内管４２，第１外管４４，第２外管４５は電磁波をほとんど吸収しない材料で形成されていてもよい。あるいは、フィラメント４１から放出される電磁波のうち、被加熱物を効率よく加熱，乾燥できる波長領域以外の波長領域の電磁波を吸収するものとしてもよい。ただし、反射層４６の過熱をより抑制することができるため、内管４２は電磁波の一部を吸収することが好ましい。また、第１外管４４が反射層４６とフィラメント４１との間に位置するときには、内管４２と同様に第１外管４４も電磁波の一部を吸収することが好ましい。なお、内管４２，第１外管４４，第２外管４５は同じ材質である必要はなく、いずれか１以上が異なる材質で形成されていてもよい。

上述した実施形態では、赤外線ヒーター４０は反射板４８を備えるものとしたが、これを備えないものとしてもよい。この場合、炉体１４の天井付近に反射板を取り付けるものとしてもよい。

上述した実施形態では、冷媒流路４９は第１外管４４と第２外管４５との間の空間であるものとしたが、冷媒を流通させて反射層４６を冷却可能であれば、これに限られない。例えば、内管４２と第１外管４４との間の空間を冷媒流路とし、反射層４６を第１外管４４を介して冷却するなど、冷媒流路を流通する冷媒は反射層４６を間接的に冷却するものとしてもよい。

上述した実施形態では、反射層４６は第１外管４４の外側表面に形成されているものとしたが、内管４２から離れて形成されていれば、これに限られない。例えば、第１外管４４の内側表面に形成されていてもよい。この場合、冷媒流路４９を流通する冷媒が第１外管４４を介して間接的に反射層４６を冷却するものとしてもよいし、第１外管４４と内管４２との間の空間を冷媒流路として、ここを流通する冷媒により反射層４６を直接冷却してもよい。あるいは、図４に示すように、第１外管４４から離れて独立した層として反射層４６が形成されていてもよい。反射層４６を第１外管４４の外側に第１外管４４から離して配置することで、反射層４６の過熱を抑制する効果が高まる。この場合、反射層４６は、例えばキャップ５０により赤外線ヒーターの長手方向の両端から支持されているものとしてもよい。また、反射層４６を第２外管４５の外側表面又は内側表面に形成するものとしてもよい。ただし、第２外管４５の過熱を抑制することができるため、フィラメント４１と第２外管４５との間に、第２外管４５と離して反射層４６を形成することが好ましい。

上述した実施形態では、反射層４６は断面が半円形状であり、第１外管４４の上側半分を全て覆っているものとしたが、フィラメント４１周囲の一部のみを覆う形状であれば、これに限られない。例えば、反射層４６の断面が、中心角が鋭角の円弧状であるなど、第１外管４４の上側半分のうち一部を覆っているものとしてもよい。あるいは、反射層４６の断面が、中心角が１８０°を超える円弧状であるなど、第１外管４４の上側半分だけでなく下側半分の一部も覆っているものとしてもよい。

上述した実施形態では、反射層４６は断面が円弧状に形成されているものとしたが、これに限られない。例えば、断面がパラボラ、楕円の弧などの曲線形状となっていてもよい。この場合、反射層４６の断面形状の焦点もしくは中心位置にフィラメント４１が配置されているものとしてもよい。また、図５に示すように、反射層４６の断面が直線状、すなわち反射層４６が平板状に形成されていてもよい。この場合、反射層４６と第２外管４５との間の空間４９ａを冷媒流路としてもよいし、反射層４６と第１外管４４との間の空間４９ｂを冷媒流路としてもよい。空間４９ａ，４９ｂを共に冷媒流路としてもよい。

上述した実施形態では、赤外線ヒーター４０は内管４２，第１外管４４，第２外管４５の３つの管を有するものとしたが、４つ以上の管を有するものとしてもよいし、第１外管４４，第２外管４５の少なくとも一方を有しないものなどとしてもよい。なお、第２外管４５を備えない場合には、第１外管４４と内管４２とで囲まれる空間を冷媒流路としてもよい。

上述した実施形態では、赤外線ヒーター４０は内管４２，第１外管４４，第２外管４５の３つの管を有するものとしたが、その他の構成であってもよい。例えば、内管４２に代えて、フィラメント４１と反射層４６との間に赤外線を透過する平板状の内壁を備えるものとしてもよい。また、第１外管４４に代えて、内管４２と反射層４６との間に赤外線を透過する平板状の透過壁を備えるものとしてもよい。あるいは、第２外管４５に代えて、フィラメント４１からみて反射層４６よりも外側に反射層４６から離れて設けられ、フィラメント４１の側面や上面を覆う屈曲した板状の外壁を備えるものとしてもよい。例えば、赤外線ヒーターの構成を、図６に示す変形例の赤外線ヒーター４０ａのようにしてもよい。赤外線ヒーター４０ａは、六角形の底面が開放された形状の断面を有する保護管である外壁４５ａと、この外壁４５ａ内に配置されたフィラメント４１，内壁４２ａ，透過壁４４ａ，反射層４６ａ，赤外線透過板４７ａと、を備えている。内壁４２ａは、外壁４５ａ内でフィラメント４１の上側に配置された平板状の部材である。透過壁４４ａは、フィラメント４１からみて内壁４２ａよりも外側に内壁４２ａから離れて設けられた平板状の部材である。反射層４６ａは、上述した反射層４６と同様に赤外線反射材料からなり、透過壁４４ａの上側表面上に形成されてこれを覆っている。赤外線透過板４７ａは、フィラメント４１からみて反射層４６ａとは反対側に位置しており、外壁４５ａの開放された底面を塞ぐように設けられた平板状の部材である。なお、内壁４２ａ，透過壁４４ａ，赤外線透過板４７ａは、いずれも赤外線を透過するものであり、例えば石英ガラスなど、上述した赤外線透過材料で形成されている。また、透過壁４４ａの上側と外壁４５ａとで囲まれた空間４９ｃは、冷媒が流通可能な冷媒流路となっている。こうして構成された赤外線ヒーター４０ａでは、フィラメント４１から直接放出される赤外線と反射層４６ａにより反射された赤外線とが、赤外線透過板４７ａを透過して赤外線ヒーター４０ａの下方に照射されるため、赤外線ヒーター４０ａの下方に配置された被加熱物を効率よく加熱できる。また、フィラメント４１からの電磁波が直に照射される内壁４２ａから離れた透過壁４４ａ上に反射層４６ａが形成されており、且つ反射層４６ａは空間４９ｃを流通する冷媒によって冷却される。これにより、上述した実施形態と同様に、反射層４６ａの過熱をより抑制することができる。なお、外壁４５ａは赤外線を透過するものとしてもよいし、透過しないものとしてもよい。赤外線ヒーター４０ａの下方に効率よく赤外線を照射できるため、外壁４５ａは上述した反射板４８と同様に赤外線を反射する材料で形成することが好ましい。この場合、外壁４５ａが本発明の外壁及び反射板に相当する。

上述した実施形態では、図２に示したように、反射層４６が配置された空間と内管４２が配置された空間とは、第１外管４４及びキャップ５０によって分離されているものとしたが、両空間が分離されていなくともよい。ただし、内管４２から反射層４６への熱伝導をより抑制できるため、両空間が分離していることが好ましい。

上述した実施形態では、発熱体であるフィラメント４１の材料としてＷ(タングステン）を例示したが、加熱すると赤外線を含む電磁波を放出するものであれば特に限定されない。例えば、Ｍｏ，Ｔａ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金及びＮｉ−Ｃｒ合金でもよい。

上述した実施形態では、赤外線ヒーター４０は、リチウムイオン二次電池用の電極となる塗膜８２を加熱して乾燥するものとしたが、加熱する対象はこれに限られない。

上述した実施形態では、本発明の赤外線加熱装置を赤外線ヒーター４０に具現化した例を実施形態として示したが、これに限られない。例えば、本発明の赤外線加熱装置は、図７に示す乾燥炉１１０としてもよい。この乾燥炉１１０では、赤外線ヒーター４０の代わりに、赤外線ヒーター１４０を備えている。赤外線ヒーター１４０は、図示は省略するが、赤外線ヒーター４０において第２外管４５及び冷媒流路４９を備えない構成としたものである。また、乾燥炉１１０は、炉体１４内部において、赤外線ヒーター１４０と塗膜８２とを空間的に分離するように配置された赤外線透過板１４５を有している。赤外線透過板１４５の材料としては、赤外線を透過するものであればよく、上述した赤外線透過材料を用いることができる。炉体１４の天井部には、前端面１５側と後端面１６側とにそれぞれ流体出入口１５８が設けられている。これにより、乾燥炉１１０では、炉体１４と赤外線透過板１４５とで囲まれた、複数の赤外線ヒーター１４０が存在する空間１４９を冷媒流路として、この空間１４９に冷媒を流通させることが可能になっている。そのため、第１外管４４，反射層４６，反射板４８は、この空間１４９を流通する冷媒により冷却される。このように構成された乾燥炉１１０においても、反射層４６が内管４２から離れて形成されて、且つ空間１４９を流通する冷媒により反射層４６を冷却することができるため、本実施形態と同様に反射層４６の過熱をより抑制することができる。なお、この乾燥炉１１０が本発明の赤外線加熱装置に相当し、炉体１４の壁部が本発明の外壁に相当し、空間１４９が本発明の冷媒流路に相当する。

上述した実施形態では、冷媒流路を流れる冷媒としてエアーを用いたが、窒素などの不活性ガスを用いてもよい。

［実施例１］
図１〜３に示した構成の赤外線ヒーター４０を実施例１とした。なお、ヒーター本体４３のフィラメント４１は外径が２ｍｍ、材質がタングステン，発熱長が６００ｍｍとし、内管４２，第１外管４４，第２外管４５は材質が石英ガラスとし、反射層４６は材質が金，膜厚が５μｍとした。反射板４８の材質はＳＵＳ３０４とした。

［実施例２］
図８に示すように、反射層４６を第１外管４４ではなく第２外管４５の外表面に形成し、反射層４６が第２外管４５の上側半分を覆うようにした点以外は、実施例１の赤外線ヒーター４０と同様の構成の赤外線ヒーターを実施例２とした。

［比較例１］
第１外管４４が反射層４６を備えない点、以外は実施例１の赤外線ヒーター４０と同様の構成の赤外線ヒーターを比較例１とした。

［比較例２］
図９に示すように、反射層４６を第１外管４４ではなく内管４２の外表面に形成し、反射層４６が内管４２の上側半分を覆うようにした点以外は、実施例１の赤外線ヒーター４０と同様の構成の赤外線ヒーターを比較例２とした。

［評価試験］
実施例１〜２及び比較例１〜２の赤外線ヒーターについて、フィラメント４１の温度を１０００℃，冷媒流路４９を流れるエアーの流量を１００Ｌ／ｍｉｎとして、２時間経過後の反射板４８，第２外管４５の上端（フィラメント４１からみて反射板４８側の端部），第２外管４５の下端（フィラメント４１からみて反射板４８側とは反対側の端部）の温度をそれぞれ測定した。また、反射層４６の剥がれの有無を調べた。結果を表１に示す。なお、比較例２については温度の測定は行わなかった。

表１から明らかなように、実施例１，２では、反射層４６の剥離が見られなかったのに対し、比較例２では反射層４６の剥離が見られた。実施例１，２では、反射層４６を内管４２から離しており、且つ冷媒流路４９を流通するエアーにより反射層４６を冷却しているため、反射層４６の過熱を抑制でき、結果として剥がれが生じていないものと考えられる。

また、実施例１，２では、比較例１と比べて反射板４８の温度が低下していた。実施例１，２では、反射層４６を設けていることにより、反射板４８に到達する電磁波を抑制して反射板４８の過熱を抑制できていると考えられる。また、実施例１，２では、比較例１と比べて第２外管４５の下端の温度はやや上昇していた。実施例１，２では、反射層４６を設けていることにより、反射板４８だけでなく反射層４６でも赤外線を反射することで、反射層４６の反対側に効率よく赤外線を照射できており、その結果として第２外管の下端の温度がやや上昇していると考えられる。

さらに、実施例１は、実施例２とを比較して第２外管４５の上端の温度が低下していた。実施例１では、第１外管４４の表面上に反射層４６を設けることにより、第２外管４５の表面上に反射層４６を設けた実施例２と比べて第２外管４５に到達する電磁波を抑制して、第２外管４５の過熱を抑制できていると考えられる。

本出願は、２０１２年１１月７日に出願された日本国特許出願第２０１２−２４５２５３号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、赤外線を放出する赤外線ヒーターなどの赤外線加熱装置を用いた加熱や乾燥が必要な産業、例えばリチウムイオン二次電池の電極塗膜を製造する電池産業や２層のセラミック焼結体からなるセラミック積層体を製造するセラミック産業、光学フィルム製品を製造するフィルム産業などに利用可能である。

１０，１１０ 乾燥炉、１４ 炉体、１５ 前端面、１６ 後端面、１７，１８ 開口、１９ 搬送通路、２０ 送風装置、２２ 熱風発生器、２４ パイプ構造体、２６ 通気口、３０ 排気装置、３２ ブロワ、３４ パイプ構造体、３６ 排気口、４０，４０ａ，１４０ 赤外線ヒーター、４１ フィラメント、４１ａ 電気配線、４２ 内管、４２ａ 内壁、４３ ヒーター本体、４４ 第１外管、４４ａ 透過壁、４５ 第２外管、４５ａ 外壁、４６，４６ａ 反射層、４７ａ 赤外線透過板、４８ 反射板、４９ 冷媒流路、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，１４９ 空間、５０ キャップ、５２〜５３ 円筒部、５４ 蓋、５５ ホルダー、５６ 取付部材、５７ 配線引出部、５８，１５８ 流体出入口、５９ 温度センサ、６０ 電力供給源、６５ 冷媒供給源、６７ 開閉弁、６８ 流量調整弁、７０ コントローラー、８０ シート、８２ 塗膜、８４，８６ ロール、１４５ 赤外線透過板。

Claims (6)

1. 乾燥炉に用いられる赤外線加熱装置であって、
   加熱されると赤外線を含む電磁波を放出する発熱体と、
   赤外線を透過する内壁と、
   前記発熱体からみて前記内壁よりも外側に該内壁から離れ、且つ、前記発熱体の周囲の一部のみを覆うように設けられ、赤外線を反射する反射層と、
   前記反射層を冷却する冷媒が流通可能な冷媒流路と、
   前記内壁と前記反射層との間に設けられ、赤外線を透過する透過壁と、
   前記発熱体からみて前記反射層よりも外側に該反射層から離れて設けられ、前記透過壁を囲むように形成され、赤外線を透過する外壁と、
   を備え、
   前記内壁と前記透過壁との少なくとも一方は、前記電磁波の一部を吸収する、
   赤外線加熱装置。
2. 前記反射層は、前記透過壁の外表面に設けられている、
   請求項１に記載の赤外線加熱装置。
3. 前記冷媒流路は、前記透過壁と前記外壁とで囲まれる空間である、
   請求項１又は２に記載の赤外線加熱装置。
4. 前記反射層の材質は金である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線加熱装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線加熱装置であって、
   前記発熱体からみて前記反射層よりも外側に、前記発熱体の周囲の一部のみを覆うように設けられ、赤外線を反射する反射板、
   を備えた赤外線加熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の赤外線加熱装置を備えた乾燥炉。

Images