JP7133578B2 - クリーンオーブン - Google Patents

Description

本開示は、クリーンオーブンに関する。

クリーンオーブンとして、特許文献１のようなものがある。特許文献１のクリーンオーブンは、雰囲気中のダストを除去するフィルタを内部に有しており、そのフィルタを介して熱風や冷風を循環させている。

特許第６１４０２６４号公報 特許第３９２０２２７号公報 特許第３８６６０８５号公報

しかしながら、特許文献１の構成ではクリーンオーブンの内部の構造が複雑であり、ダストの付着や発生源が多く、雰囲気のクリーン化が困難となっている。

また、フィルタ繊維自体からの発塵や、メンテナンスで内部を清掃した後、再びクリーン化するまでの立ち上げに時間がかかるという問題もある。

また、そのオーブンで特許文献２や特許文献３のようにワークとしてガラス基板を水平に多段置きして加熱する場合は、ワークの表面積が広く、その表面を気流が流れるため、ダストの付着する確率が高く、不良品が多く発生してしまう。

本開示は、前記課題を解決するものであり、ワークへの不純物の付着を抑制できるクリーンオーブンを提供することを目的とする。

本開示の一態様のクリーンオーブンは、ワークを熱処理するための熱処理室と、前記熱処理室の上流側と下流側を連通してヒータおよび循環ファンを備えた連通空間とによって循環流路を形成し、前記循環流路に第１ガスを循環させる筐体と、前記熱処理室に配置され、ワークを内部に収容する内部空間を有し、前記内部空間に第２ガスが充填されるマッフルと、を備える。

前記構成によれば、熱処理室を循環する第１ガスによってマッフルを熱処理することで、マッフル内部のワークが間接的に熱処理される。マッフルを加熱する第１ガスはワークに直接接触しないため、熱処理室や連通空間に浮遊するゴミが第１ガスによって運ばれてワークに付着することなく、ワークの熱処理を行うことができる。これにより、ワークへの不純物の付着を抑制することができる。

前記クリーンオーブンにおいて、前記熱処理室の上流側および下流側と前記連通空間との間はそれぞれ多孔板で仕切られてもよい。前記構成によれば、熱処理室に第１ガスを均等に送り込むことができる。

前記クリーンオーブンは、前記マッフルの前記内部空間に前記第２ガスを導入するガス導入管をさらに備え、前記ガス導入管は、前記筐体の前記循環流路を通過して前記マッフルに接続されてもよい。前記構成によれば、ガス導入管を連通空間と熱処理室に通すことで、第２ガスがマッフルに到達する前に加熱することができ、効率的な熱処理が可能となる。

前記クリーンオーブンは、前記筐体へ外気を導入する吸気流路と、前記筐体から外部に排気する排気流路と、前記吸気流路を通じて前記筐体内へ外気を送り込む吸気ファンと、前記吸気流路および／又は前記排気流路に設けたダンパと、をさらに備えてもよい。前記構成によれば、ワークの加熱時はダンパを閉じて筐体の内部を加熱することができ、加熱終了後はヒータを止めてダンパを開けば、筐体の内部を冷却してワークを冷却できる。また、吸気ファンを止めておけば流れは生じないので、ダンパは吸気流路か排気流路のいずれか片方だけでもよい。

前記クリーンオーブンにおいて、前記マッフルは、外部に連通する開口を有し、前記開口を１つ以上の前記マッフルごとに開閉可能とする扉を前記筐体に取り付けてもよい。前記構成によれば、ワークを多品種少量生産するときに、ワークを１つずつ処理できる。

前記クリーンオーブンにおいて、前記マッフルは上面および下面を有し、前記上面と前記下面を接続する端部は先細りの形状を有してもよい。前記構成によれば、マッフルの上面および下面にスムーズに気体が流れるので、循環の流路抵抗が減り、加熱冷却の効率が向上する。

本開示によれば、ワークへの不純物の付着を抑制することができる。

実施形態におけるクリーンオーブンの縦断面図 実施形態におけるマッフルの縦断面図 実施形態におけるマッフルを含むクリーンオーブンの横断面図 実施形態におけるマッフルの開口部を示す正面図 実施形態における扉を閉めた状態におけるマッフルの縦断面図 変形例におけるマッフルを含むクリーンオーブンの横断面図

（実施形態）
以下、本開示に係るクリーンオーブンの好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本開示に含まれる。

１．クリーンオーブンの構成
図１は、実施形態におけるクリーンオーブン２の概略構成を示す縦断面図である。

クリーンオーブン２は、ワークＳを内部に収容して加熱するための熱処理炉である。本実施形態のクリーンオーブン２は、複数のワークＳをマッフル１６のそれぞれに個別に収容した状態でマッフル１６の外側から間接加熱する。ワークＳは例えば、有機ディスプレイに用いられるガラス基板である。基板に液体が塗られた状態でクリーンオーブン２で加熱することにより、焼成処理を行う。

図１に示すように、クリーンオーブン２は、筐体４と、吸気機構６と、排気機構８と、循環ファン１０と、ヒータ１２と、第１多孔板１４Ａと、第２多孔板１４Ｂと、複数のマッフル１６と、温度センサ１７と、制御部１８とを備える。

筐体４は、ワークＳを加熱するための加熱空間を形成する。筐体４の内部には、ワークＳを加熱するための気体が循環する循環流路５が形成されている。図１では、循環流路５における気体の流れを矢印で示している。図１に示すように、筐体４の循環流路５に対して吸気機構６および排気機構８が接続されている。

吸気機構６は、循環流路５に対して気体としての第１ガスを導入する機構である。本実施形態の吸気機構６は、第１ガスとして常温の空気を導入する。

吸気機構６は、吸気ファン２０と、吸気流路２２と、ダンパ２４と、コントロールモータ２６とを備える。吸気ファン２０は、吸気流路２２に第１ガスとしての空気を供給するためのファンである。吸気流路２２の途中にはダンパ２４が設けられている。ダンパ２４は吸気流路２２を開閉するための開閉部材である。ダンパ２４の開閉およびその開度はコントロールモータ２６によって変更される。吸気ファン２０およびコントロールモータ２６の運転は後述する制御部１８によって制御される。

排気機構８は、循環流路５を流れる第１ガスを外部へ排出する機構である。排気機構８は、排気流路２８と、ダンパ３０と、コントロールモータ３２とを備える。これらの構成は吸気機構６の構成と同様であるため、説明を省略する。

循環ファン１０は、循環流路５において第１ガスを循環させるためのファンである。循環ファン１０はモータ１１により駆動される。

ヒータ１２は、循環流路５を流れる第１ガスを加熱するためのヒータである。

第１多孔板１４Ａおよび第２多孔板１４Ｂは、循環流路５を仕切るための部材である。第１多孔板１４Ａおよび第２多孔板１４Ｂはともに多数の穴が形成された板状の部材で構成される。第１多孔板１４Ａおよび第２多孔板１４Ｂによって、循環流路５は熱処理室７と連通空間９とに仕切られる。

熱処理室７は、第１多孔板１４Ａと第２多孔板１４Ｂの間に形成される空間であり、複数のマッフル１６が配置される。連通空間９は、熱処理室７の下流側と上流側とを接続する空間であり、循環ファン１０およびヒータ１２が配置される。

第１多孔板１４Ａは第２多孔板１４Ｂの上流側に配置されており、第１多孔板１４Ａを通過した気体が熱処理室７に流入し、第２多孔板１４Ｂに向かって流れる。

熱処理室７に配置されるマッフル１６は、ワークＳを収容する部材である。本実施形態のマッフル１６は上下に複数段設けられており、マッフル１６のそれぞれに１つのワークＳが収容される。熱処理室７に流入した第１ガスはマッフル１６同士の間を通過してマッフル１６の表面に沿って流れることで、マッフル１６が加熱され、マッフル１６内のワークＳが間接加熱される。マッフル１６の材質は例えばステンレスである。マッフル１６は例えば支柱や梁（図示せず）によって支持された状態で熱処理室７に配置される。また、ワークＳはマッフル１６の底面に設けられたピン（図示せず）によって底面から浮かせた状態で保持される。

マッフル１６の断面形状について、図２を用いて説明する。図２は、マッフル１６の縦断面図である。

図２に示すように、マッフル１６は、互いに対向する上面４４および下面４６を有する。上面４４および下面４６は、気体の流れ方向の上流側において上流端部４８によって互いに接続され、下流側において下流端部５０によって互いに接続される。上流端部４８および下流端部５０のそれぞれの先端は先細りの形状となっている。先細りの形状とすることで、マッフル１６の表面に沿って第１ガスがスムーズに流れ、第１ガスとマッフル１６との熱交換が促進され、マッフル１６を効率的に加熱することができる。

マッフル１６の内部には、第１ガスとは異なる種類のガスである第２ガスが供給される。マッフル１６の内部に第２ガスを供給するための構成について、図３を用いて説明する。

図３は、マッフル１６を含むクリーンオーブン２の横断面図である。図３に示すように、クリーンオーブン２は、ガス導入管３４と、ガス排出管３６と、扉３８とをさらに備える。

ガス導入管３４は、マッフル１６の内部空間１９に第２ガスを導入するためのパイプである。本実施形態のガス導入管３４は、第２ガスとして窒素を導入する。マッフル１６の内部空間１９に窒素ガスを導入することで、内部空間１９をクリーンな状態に保ちながらワークＳを加熱することができる。

ガス排出管３６は、マッフル１６の内部空間１９から第２ガスを外部に排出するためのパイプである。ガス排出管３６を設けることで、マッフル１６の内部空間１９に継続的に窒素ガスを供給し続けることができ、内部空間１９のクリーンな状態を保つことができる。

図３に示すように、ガス導入管３４は、扉３８に挿通されている。ガス排出管３６は、ガス導入管３４に対して、ガス導入管３４からの第２ガスの流れ方向の下流側に配置され、筐体４に挿通されている。ガス導入管３４およびガス排出管３６のそれぞれは、横方向に長い先端部３５、３７を有し、ガス導入管３４からガス排出管３６にかけて第２ガスがワークＳの表面全体に対して均一に流れるようにしている。

扉３８は、マッフル１６の開口４３を開閉するための部材である。扉３８は、筐体４のフランジ４０に接触した状態でマッフル１６の開口４３を閉じる。フランジ４０の表面には封止用のパッキン４２が設けられている。

フランジ４０の正面図を図４に示す。図４に示すように、フランジ４０の表面において、マッフル１６Ａ、１６Ｂのそれぞれの開口４３Ａ、４３Ｂを囲む位置にパッキン４２Ａ、４２Ｂが設けられている。具体的には、上段のマッフル１６Ａの開口４３Ａの周囲にパッキン４２Ａが設けられ、下段のマッフル１６Ｂの開口４３Ｂの周囲にパッキン４２Ｂが設けられる。

扉３８を閉めた状態のマッフル１６の縦断面図を図５に示す。図５のように、扉３８として、上段のマッフル１６Ａの開口４３Ａを開閉する扉３８Ａと、下段のマッフル１６Ｂの開口４３Ｂを開閉する扉３８Ｂとが設けられている。扉３８Ａ、３８Ｂのそれぞれは独立して開閉可能であり、扉３８Ａはパッキン４２Ａに接触し、扉３８Ｂはパッキン４２Ｂに接触する。複数のマッフル１６のそれぞれに対応する扉３８を設けることで、マッフル１６のそれぞれでワークＳを個別に搬入および搬出することができ、メンテナンス等も個別に実施することができる。

図５に示すように、扉３８Ａにはガス導入管３４Ａが挿通され、扉３８Ｂにはガス導入管３４Ｂが挿通されている。

図１に戻ると、温度センサ１７は、循環流路５を流れる第１ガスの温度を測定するセンサである。温度センサ１７は、連通空間９の途中において第１多孔板１４Ａの上流側近傍に配置されている。温度センサ１７の測定値は随時、制御部１８に送信される。

制御部１８は、クリーンオーブン２の運転を制御するための部材である。制御部１８は例えばマイクロコンピュータを有した制御盤で構成される。制御部１８は、図１の点線で示すようにクリーンオーブン２の構成要素に電気的に接続されており、これらの構成要素の運転を制御する。

２．クリーンオーブンの動作
上述した構成を有するクリーンオーブン２の動作例について説明する。以下の動作は、例えば温度センサ１７から送信される温度測定値に基づいて制御部１８によって実行される。

２－１．加熱動作
まず、ワークＳを加熱する加熱動作を実行する。制御部１８は、循環ファン１０を運転し、循環流路５に第１ガスを循環させる。制御部１８はこのとき、吸気流路２２および排気流路２８がダンパ２４、３０によって閉じられるようにコントロールモータ２６、３２を制御する。これにより、筐体４の内部で循環流路５が密閉される。制御部１８はさらにヒータ１２を運転し、循環流路５を循環する第１ガスを加熱する。

上記制御によれば、循環流路５を循環する第１ガスが加熱されるとともに、熱処理室７を通過する第１ガスによってマッフル１６が加熱され、マッフル１６の内部に配置されたワークＳを間接加熱することができる。

循環流路５を循環する第１ガスに空気を用いることで、窒素やその他の気体を用いる場合に比べて、コストを大幅に低減することができる。ワークＳはマッフル１６に収容されているため、第１ガスである空気に含まれる不純物がワークＳに付着することなく、ワークＳの熱処理を行うことができる。

また第１多孔板１４Ａと第２多孔板１４Ｂを設けることで、熱処理室７に第１ガスを均等に流入させることができ、ワークＳを上段から下段にかけて均一な温度で加熱することができる。

２－２．冷却動作
上記加熱動作が終了すると、クリーンオーブン２の内部を冷却する冷却動作を実行する。具体的には、制御部１８は、ヒータ１２の運転を停止するとともに、ダンパ２４、３０が吸気流路２２および排気流路２８を開くようにコントロールモータ２６、３２を制御する。制御部１８はさらに、吸気ファン２０を運転することで、吸気流路２２を介して第１ガスとしての空気を循環流路５に導入し、さらに循環ファン１０を運転することで、循環流路５を循環させつつ、排気流路２８を介して外部に排気する。このように常温の空気を導入して循環流路５に循環させて排気も行うことで、加熱処理後のクリーンオーブン２内部の循環流路５を冷却することができ、熱処理室７に配置されたマッフル１６およびその内部に配置されたワークＳも同時に冷却される。

上記冷却動作において、制御部１８はさらに、図３に示したガス導入管３４からマッフル１６の内部空間１９へ第２ガスとしての窒素を導入し、ガス排出管３６から外部へ排気する。これにより、加熱処理後のマッフル１６の内部空間１９をさらに冷却して、ワークＳをさらに冷却することができる。なお、冷却動作は、ワークＳを取り出すごとに行う必要はない。加熱状態としたまま扉３８を開けてワークＳを取り出してもよい。マッフル１６の内部は熱処理室７から隔離されているので、加熱中の第１ガスが外に流出することはない。

３．作用効果
上述した実施形態のクリーンオーブン２は、ワークＳを熱処理するための熱処理室７と、熱処理室７の上流側と下流側を連通してヒータ１２および循環ファン１０を備えた連通空間９とによって循環流路５を形成する。クリーンオーブン２は、循環流路５に第１ガスを循環させる筐体４と、熱処理室７に配置されるマッフル１６とを備える。マッフル１６は、ワークＳを内部に収容する内部空間１９を有し、内部空間１９に第２ガスが充填される。

このような構成によれば、熱処理室７を循環する第１ガスによってマッフル１６を加熱することで、マッフル１６の内部空間１９に配置したワークＳを間接的に加熱することができる。マッフル１６を加熱する第１ガスはワークＳに直接接触しないため、熱処理室７や連通空間９に浮遊するゴミが第１ガスによって運ばれてワークＳに付着することなく、ワークＳの熱処理を行うことができる。これにより、ワークＳへの不純物の付着を抑制しながら、ワークＳの熱処理を行うことができる。また、マッフル１６はワークＳを１つずつ狭い空間で囲んでいるため、第２ガスの使用量を減らすことができる。

また、実施形態のクリーンオーブン２では、熱処理室７の上流側および下流側と連通空間９との間はそれぞれ多孔板１４Ａ、１４Ｂで仕切られている。このような構成によれば、熱処理室７に第１ガスを均等に送り込むことができる。

また、実施形態のクリーンオーブン２は、筐体４へ外気を導入する吸気流路２２と、筐体４から外部に排気する排気流路２８と、吸気流路２２を通じて筐体４内へ外気を送り込む吸気ファン２０と、吸気流路２２および／又は排気流路２８に設けたダンパ２４、３０とをさらに備える。このような構成によれば、ワークＳの加熱時はダンパ２４、３０を閉じて筐体４の内部を加熱することができ、加熱終了後はヒータ１２を止めてダンパ２４、３０を開けば、筐体４の内部を冷却してワークＳを冷却できる。

また、実施形態のクリーンオーブン２では、マッフル１６は、外部に連通する開口４３を有し、開口４３を各マッフル１６ごとに開閉可能とする扉３８を筐体４に取り付けている。このような構成によれば、多品種少量生産するときに、ワークＳを１つずつ処理できる。

また、実施形態のクリーンオーブン２では、マッフル１６は上面４４および下面４６を有し、上面４４と下面４６を接続する端部４８、５０は先細りの形状を有する。このような構成によれば、マッフル１６の上面４４および下面４６にスムーズに気体が流れるため、循環の流路抵抗が減り、加熱冷却の効率が向上する。

４．変形例
以上、上述の実施形態を挙げて本開示の発明を説明したが、本開示の発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、図３に示したガス導入管３４が扉３８を通じてマッフル１６の内部空間１９と筐体４の外部に接続される場合について説明したが、このような場合に限らない。図６に示す変形例のクリーンオーブン６０のように、ガス導入管６２は、筐体４の循環流路５を通過してからマッフル１６に接続されてもよい。このような構成によれば、マッフル１６に接続する前にガス導入管６２を加熱することができ、ガス導入管６２を流れる第２ガスを予め加熱した状態でマッフル１６の内部空間に供給することができ、効率的な熱処理が可能となる。なお、ガス排出管６４は、ガス導入管６２に対して、ガス導入管６２からの第２ガスの流れ方向の下流側に配置され、筐体４に挿通される。ガス導入管６２およびガス排出管６４のそれぞれは、横方向に長い先端部６３、６５を有し、ガス導入管６２からガス排出管６４にかけて第２ガスがワークＳの表面全体に対して均一に流れるようにしている。

また上記実施形態では、複数のマッフル１６のそれぞれに扉３８を設ける場合について説明したが、このような場合に限らない。複数のマッフル１６をまとめて開閉する１つの扉を設けてもよい。

また上記実施形態では、第１ガスに空気を用いて第２ガスに窒素を用いる場合について説明したが、このような場合に限らず、その他の種類の気体を用いてもよい。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本開示は、クリーンオーブンであれば適用可能である。

２ クリーンオーブン
４ 筐体
５ 循環流路
６ 吸気機構
７ 熱処理室
８ 排気機構
９ 連通空間
１０ 循環ファン
１１ モータ
１２ ヒータ
１４Ａ 第１多孔板
１４Ｂ 第２多孔板
１６、１６Ａ、１６Ｂ マッフル
１７ 温度センサ
１８ 制御部
１９ 内部空間
２０ 吸気ファン
２２ 吸気流路
２４ ダンパ
２６ コントロールモータ
２８ 排気流路
３０ ダンパ
３２ コントロールモータ
３４、３４Ａ、３４Ｂ ガス導入管
３５ 先端部
３６、３６Ａ、３６Ｂ ガス排出管
３７ 先端部
３８、３８Ａ、３８Ｂ 扉
４０ フランジ
４２、４２Ａ、４２Ｂ パッキン
４３、４３Ａ、４３Ｂ 開口
４４ 上面
４６ 下面
４８ 上流端部
５０ 下流端部
６０ クリーンオーブン
６２ ガス導入管
６３ 先端部
６４ ガス排出管
６５ 先端部
Ｓ ワーク

Claims (6)

1. 板状のワークを熱処理するための熱処理室と、前記熱処理室の上流側と下流側を連通してヒータおよび循環ファンを備えた連通空間とによって循環流路を形成し、前記循環流路に第１ガスを循環させる筐体と、
   前記熱処理室に配置され、ワークを内部に収容する内部空間を有し、前記内部空間に第２ガスが充填されるマッフルと、
   前記マッフルの前記内部空間に前記第２ガスを導入するガス導入管と、
   前記マッフルの前記内部空間から前記第２ガスを排出するガス排出管と、
   制御部と、を備え、
   前記ガス導入管と前記ガス排出管のそれぞれは、横方向に長い先端部を有し、前記内部空間に収容された前記ワークの表面に沿って前記第２ガスを流し、
   前記制御部は、前記循環流路を冷却する冷却動作において、前記ガス導入管から前記マッフルの前記内部空間へ前記第２ガスを導入して前記ガス排出管から外部へ排気することで、前記内部空間および前記ワークを冷却する、クリーンオーブン。
2. 前記熱処理室の上流側および下流側と前記連通空間との間はそれぞれ多孔板で仕切られている、請求項１に記載のクリーンオーブン。
3. 前記ガス導入管と前記ガス排出管のそれぞれは、前記筐体の前記循環流路を通過して前記マッフルに接続される、請求項１又は２に記載のクリーンオーブン。
4. 前記筐体へ外気を導入する吸気流路と、
   前記筐体から外部に排気する排気流路と、
   前記吸気流路を通じて前記筐体内へ外気を送り込む吸気ファンと、
   前記吸気流路および／又は前記排気流路に設けたダンパと、をさらに備える、請求項１から３のいずれか１つに記載のクリーンオーブン。
5. 前記マッフルは、外部に連通する開口を有し、
   前記開口を１つ以上の前記マッフルごとに開閉可能とする扉を前記筐体に取り付けた、請求項１から４のいずれか１つに記載のクリーンオーブン。
6. 前記マッフルは上面および下面を有し、前記上面と前記下面を接続する端部は先細りの形状を有する、請求項１から５のいずれか１つに記載のクリーンオーブン。

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