JP7240386B2 - 赤外線でターゲットを選択的に加熱するための装置 - Google Patents
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Description
a.第一の表面積を有するエミッタ表面から赤外線を放出するように構成され、配置された赤外線ソースと、
b.1つ以上の細長い本体、好ましくは2つ以上、より好ましくは5つ以上、より好ましくは10以上、より好ましくは20以上の細長い本体からなる一組の細長い本体であって、各細長い本体は、集合的に入口と呼ばれる入口を有し、各細長い本体は、集合的に出口と呼ばれる出口を有する、一組の細長い本体と、を備え、
前記赤外線ソースから放出された赤外線は、前記入口を介して前記一組の細長い本体に結合され、第二の表面積を有する出口表面上の前記出口を介して前記細長い本体から減結合され、
前記第一の表面積は、前記第二の表面積よりも大きい、装置。好ましくは、第一の表面積は、第二の表面積の少なくとも2倍、より好ましくは少なくとも5倍、より好ましくは少なくとも10倍、より好ましくは少なくとも100倍である。
a.1~250W/cm2の範囲、好ましくは5~200W/cm2の範囲、より好ましくは10~150W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲、好ましくは800~1300nmの範囲、より好ましくは800~1000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.1~50nmの範囲、好ましくは2~40nmの範囲、より好ましくは3~35nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの範囲、好ましくは100W~10kWの範囲、より好ましくは300W~5kWの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(5)のいずれか一実施形態に記載の装置。
a.1~50W/cm2の範囲、好ましくは2~45cm2の範囲、より好ましくは5~40cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲、好ましくは800~1300nmの範囲、より好ましくは800~1000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.5~50nmの範囲、好ましくは10~45nmの範囲、より好ましくは15~40nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの範囲、好ましくは100W~10kWの範囲、より好ましくは300W~5kWの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(6)のいずれか一実施形態に記載の装置。
a.20~250W/cm2、好ましくは30~200W/cm2の範囲、より好ましくは50~150W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲、好ましくは800~1300nmの範囲、より好ましくは800~1000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.1~50nmの範囲、好ましくは2~30nmの範囲、より好ましくは3~20nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの範囲、好ましくは100W~10kWの範囲、より好ましくは300W~5kWの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(8)のいずれか一実施形態に記載の装置。
a.1~60W/cm2の範囲、好ましくは5~50W/cm2の範囲、より好ましくは10~50W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~3000nmの範囲、好ましくは800~2500nmの範囲、より好ましくは800~2000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.100~4800nmの範囲、好ましくは500~4000nmの範囲、より好ましくは1000~3500nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの範囲、好ましくは25W~50kWの範囲、より好ましくは50W~10kWの範囲の全電力出力と、
e.通常動作時に、200℃~1100℃の範囲、好ましくは150℃~850℃の範囲、より好ましくは100℃~650℃の範囲の温度である電気絶縁体を備えること、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(7)のいずれか一実施形態に記載の装置。
a.1~250W/cm2の範囲、好ましくは5~200W/cm2の範囲、より好ましくは10~150W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.200~5000nmの範囲、好ましくは600~3000nmの範囲、より好ましくは800~2500nmの範囲のピーク発光波長と、
c.1~4800nmの範囲、好ましくは2~4000nmの範囲、より好ましくは3~3500nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの範囲、好ましくは100W~10kWの範囲、より好ましくは300W~5kWの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(9)のいずれか一実施形態に記載の装置。
a.0.1~1000W/cm2の範囲、好ましくは1~800W/cm2の範囲、より好ましくは2~700W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲、好ましくは800~1300nmの範囲、より好ましくは800~1000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.1~50nmの範囲、好ましくは2~40nmの範囲、より好ましくは3~35nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.0.001~15W、好ましくは0.005~8W、より好ましくは0.01~5Wの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(10)のいずれか一つに記載の装置。
a.20~1000W/cm2の範囲、好ましくは30~800W/cm2の範囲、より好ましくは50~700W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲、好ましくは800~1300nmの範囲、より好ましくは800~1000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.5~100nmの範囲、好ましくは10~50nmの範囲、より好ましくは15~40nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.0.05~15Wの範囲、好ましくは0.5~8Wの範囲、より好ましくは1~5Wの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(11)のいずれか一つに記載の装置。
a.0.1~20W/cm2の範囲、好ましくは1~18W/cm2の範囲、より好ましくは2~15W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲、好ましくは800~1300nmの範囲、より好ましくは800~1000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.1~50nmの範囲、好ましくは2~30nmの範囲、より好ましくは3~20nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.1~100mWの範囲、好ましくは5~70mWの範囲、より好ましくは10~50mWの範囲の全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、実施形態(1)~(12)のいずれか一実施形態に記載の装置。
a.キャビティと、前記キャビティの内側に配置されたターゲットとを有する基板を提供するステップと、
b.前記キャビティの外側に赤外線ソースを提供するステップと、
c.1つ以上の細長い本体からなる一組の細長い本体を提供するステップであって、各細長い本体は、前記キャビティの外側に入口を有し、前記キャビティの内側に出口を有する、ステップと、
d.前記熱処理された基板を得るために、前記赤外線ソースによって放出された赤外線を、前記細長い本体を介して前記ターゲットに伝達するステップと、を含む、プロセス。
a.前記処理された基板の重量は、前記基板の重量とは異なることと、
好ましくは、前記処理された基板の重量は、前記基板の重量未満であることと、
b.前記処理された基板の形状は、前記基板の形状とは異なることと、
c.前記処理された基板の全表面積は、前記基板の全表面積とは異なることと、
から構成される群から選択される1つ以上の点で前記基板と異なる、実施形態(23)に記載のプロセス。
a.実施形態(22)または実施形態(31)に記載の熱処理されたターゲットを提供するステップと、
b.前記熱処理されたターゲットを更なるパーツと接触させて、前記複合材料を得るステップと、を含むプロセス。
上記目的の少なくとも1つを達成するための寄与は、ターゲットを加熱するための装置によってなされる。装置は、赤外線を照射するための赤外線ソースを備える。赤外線ソースによって提供される赤外線は、ターゲットを加熱するために使用される。この装置は、各々が入口および出口を有する一組の細長い本体を備える。赤外線ソースからの赤外線は、細長い本体の入口に結合され、細長い本体の出口で減結合される。このようにして、細長い本体は、赤外線ソースからの赤外線が出口で、好ましくはターゲットの表面に送達されるための経路を提供する。装置は、出口を相対的空間構成に保持するための支持体を備える。
装置は、一組の細長い本体を備える。好ましい細長い本体は、放射源からターゲットに赤外線を伝達する役割を果たす。一組の細長い本体に備えられた各細長い本体は、入口および出口を有する。入口によって、赤外線ソースから放出される赤外線を細長い本体に結合することが可能になる。また、赤外線は、その側面を通して細長い本体に結合することもできる。出口によって、細長い本体から赤外線を減結合することが可能になる。入口は、好ましくは面であり、より好ましくは実質的に平坦な面であり、最も好ましくは平坦な面である。出口は、好ましくは面であり、より好ましくは実質的に平坦な面であり、最も好ましくは平坦な面である。細長い本体は、2つの端部を有する。好ましくは、細長い本体の入口は、細長い本体の一端にあり、細長い本体の出口は、細長い本体の他端にある。好ましい細長い本体は、光ガイドである。
装置は、固定された相対位置に出口を保持するための支持体を含んでもよい。
出口の相対的な構成は、出口表面を画定し、出口は、出口表面内に存在する。
本発明の範囲内で、赤外線ソースおよび一組の細長い本体は、多くの配置が可能である。このような配置は、一組の細長い本体を構成する個々の細長い本体と、赤外線ソースを構成する個々の赤外線ソース素子との間の関係によって決定される。
装置は、赤外線ソースを備える。好ましい赤外線ソースは、ターゲット表面を加熱するための赤外線を提供するのに役立つ。赤外線ソースからの赤外線は、一組の細長い本体によってターゲットに伝達される。
装置は、1つ以上の光学素子を備えてもよい。好ましい光学素子は、赤外線ソースから放射される赤外線の経路を変更する役割を果たす。特に、光学素子は、結合の調節、好ましくは細長い本体への結合の調節、減結合の調節、好ましくは細長い本体からの減結合の調節、焦点合わせ、発散およびコリメーションのうちの1つ以上のために使用され得る。当業者は、本発明の文脈において適切であると考える光学素子を使用することができる。好ましい光学素子は、レンズ、コリメータ、回折器、好ましくは回折格子からなる群から選択される。
赤外線は、入口で細長い本体に結合し、出口で細長い本体から減結合する。入口は、赤外線ソース素子または光学素子のいずれかに接触してもよく、あるいはいずれにも接触しなくてもよい。
本発明の装置およびプロセスは、ターゲット、特にアクセスが困難なターゲット表面を加熱するのに有用である。本発明の1つの用途は、成形部品、好ましくは成形プラスチック部品を処理することである。成形部品の好ましい処理は、成形バリの除去である。本発明は、プラスチック、ケイ素、金属、無機化合物および複合材料からなる群から選択される1つ以上を加熱するために使用され得る。好ましい熱可塑性樹脂は、アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー、ポリアクリレート、ポリラクチド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエーテルケトンおよびポリ塩化ビニルからなる群から選択される1種以上である。好ましい無機化合物は、ZnOまたはSiCである。
光束はCIE84-1989に従って測定される。
ピーク発光波長および帯域幅は、CIE63-1984に従って測定される。ピーク発光波長は、スペクトル発光密度において最大である。帯域幅とは、スペクトル放射密度がピーク値の半分以上であるピーク放射波長付近の分布の幅である。
温度は、DIN IEC60584に従って測定される。
付着性は、ASTM D3359-17のテープ試験を用いて、1~5のランク付けを用いて測定される。なお、1が最悪の性能であり、5が最良の性能である。
装置は、図2および図6に従って提供された。赤外線ソースとして、Osram社から市販されている赤外線LEDの5×5正方形アレイを使用した。このアレイは、エミッタピーク波長=940nm、発光波長帯域幅=100nm、光束=10W/cm2、発光面積1mm2という特性を有する。正方形アレイは、隣接する赤外線LED間の間隔が2.5mmであった。したがって、アレイは、全体サイズが15mm×15mmであった。各赤外線LEDの上に、Heraeus Noblelight GmbH社(ドイツ)から市販されている断面直径1.25mmの円形コリメーティングレンズを配置した。各レンズは、平坦な側を赤外線LEDの方に向けて、対応する赤外線LEDから1mmの距離に置いた。Laser Components GmbH社(ドイツ)から市販されている開口数0.37の石英ガラス繊維を、各レンズの曲面から一端が1mmの位置に配置した。この石英ガラス繊維の特性は、長さ=5m、コア直径=0.8mm、クラッド材=硬質ポリマー、コーティング直径の寄与=0.1mmである。ガラス繊維の他端は、密に束ねられ、テープによって一緒に保持され、出口の表面積は、18mm2となった。出口表面を、図7および図8に示すように、アクリロニトリルブタジエンスチレンから作製されたターゲット基板に近接させた。図12に示すように背面から5mmの距離のキャビティに導入した。赤外線LEDアレイを活性化することにより、5秒間にわたって、ターゲット表面に赤外線を照射した。このように出口表面の表面積に対するエミッタ表面積の比は13:1であった。
装置は、図3に従って提供された。赤外線ソースとして、Heraeus Noblelight GmbH社(ドイツ)から市販されている熱エミッタを使用した。この熱エミッタの特性は、エミッタピーク波長=1250nm、発光波長帯域幅=3000nm、光束=10W/cm2、発光面積30×25mm2である。Heraeus Quarzglas GmbH社(ドイツ)から市販されている開口数0.9の石英ガラススタッフを、熱エミッタの絶縁材料の表面に一端で溶接した。この石英ガラススタッフの特性は、長さ=10cm、コア直径=5mmである。出口表面を、アクリロニトリルブタジエンスチレン製で、図7および図8に従うターゲット基板に近接させた。図10に示すように背面から5mmの距離でキャビティに導入した。熱エミッタを活性化することにより、5秒間にわたって、ターゲット表面に赤外線を照射した。こうして、入口表面積に対するエミッタ表面積の比は38:1であり、出口表面積に対するエミッタ表面積の比も38:1であった。
実施例1aを繰り返した。但し、ガラス繊維に結合せずにアレイを使用した点で異なる。アレイは、図11に示すように、ターゲット基板外面から5mmの位置に配置した。赤外線LEDアレイを活性化することにより、同様に5秒間にわたって、ターゲット表面に赤外線を照射した。
実施例1bを繰り返した。但し、ガラスロッドを取り付けずに熱エミッタを使用した点で異なる。熱エミッタは、図9に示すように、ターゲット基板外面から5mmの位置に配置した。熱エミッタを活性化することにより、同様に5秒間にわたって、ターゲット表面に赤外線を照射した。
各場合において、次に、位置A、BおよびCでターゲット基板を検査して、隆起部が依然として識別可能であるかどうか、または隆起部が溶融除去されたかどうかを調べた。また、構造の大規模完全性を検査した。
実施例1a、1b、2a、2bを繰り返したが、図13によるターゲットを用いた。それぞれの場合において、エミッタ出口はターゲットの中心点から5mm離れた位置に配置された。中心点の温度が150℃に達したら、同心リングの温度を測定した。
実施例1aおよび1bの装置を以下のように使用した。実施例1aのガラス繊維を曲げて、曲げ半径rを有する角度αの円弧を得た。実施例2aのガラスロッドを加熱し、曲げ半径rの角度の円弧に加工した。結果を表3に示す。出口電力は、角度偏差なしで対応する実施例に正規化される。
102 光学素子
103 赤外線ソース素子
104 赤外線
201 赤外線ソース(アレイ)
301 繊維束
302 ターゲット
303 支持体/可撓性出口表面
401 ガラスコーティング
402 熱赤外線ソース
403 ガラスロッド
404 溶接
405 赤外線
406 入口
407 出口
501 ターゲット
701 キャビティ開口部=10mm
702 出口位置
703 離間=5mm
801 大きな隆起部=0.5mm
802 小さな隆起部=0.2mm
901 試験基板
902 キャビティ
903 赤外線
904 熱エミッタ
905 赤外線LEDのアレイ
1001 15mm離間した外側リング
1002 10mm離間した中間リング
1003 5mm離間した内側リング
1004 ターゲット表面の中間点
1005 5mm離間したエミッタの位置
Claims (10)
- ターゲットを処理するための装置であって、
a.第一の表面積を有するエミッタ表面から赤外線を放出するように構成され、配置された赤外線ソースと、
b.1つ以上の細長い本体からなる一組の細長い本体であって、各細長い本体は、集合的に入口と呼ばれる入口を有し、各細長い本体は、集合的に出口と呼ばれる出口を有する、一組の細長い本体と、を備え、
前記赤外線ソースから放出された赤外線は、前記入口を介して前記一組の細長い本体に結合され、第二の表面積を有する出口表面上の前記出口を介して前記細長い本体から分離され、
前記第一の表面積は、前記第二の表面積よりも大きく、
前記細長い本体は、1つのガラスロッドから作製され、かつ剛性であり、
前記一組の細長い本体は、前記赤外線ソースと直接接触するか、または前記赤外線ソースを覆うガラスコーティングを介して接触している、装置。 - 前記赤外線ソースが熱エミッタを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記赤外線ソースが半導体を備える、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 前記赤外線ソースが赤外線LEDを備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記赤外線ソースが、以下の特性、すなわち、
a.1~250W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~1600nmの範囲のピーク発光波長と、
c.1~50nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの全電力出力と、
のうちの特性の1つ以上を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の装置。 - 前記赤外線ソースが、以下の特性、すなわち、
a.1~60W/cm2の範囲の光束を有するエミッタ表面と、
b.800~3000nmの範囲のピーク発光波長と、
c.100~4800nmの範囲の発光波長の帯域幅と、
d.10W~100kWの範囲の全電力出力と、
e.通常動作時に200℃~1100℃の範囲の温度である電気絶縁体を備えることと、
のうちの特性の1つ以上を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の装置。 - 前記赤外線ソースは、前記一組の細長い本体に一対一で対応する赤外線ソース素子を備え、各赤外線ソース素子からの光は、対応する細長い本体に結合する、請求項1~6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置は、10W~10kWの範囲の最大全電力出力を前記出口から供給するように配置され、構成される、請求項1~7のいずれか一項に記載の装置。
- 処理された基板を製造するプロセスであって、以下のステップ、すなわち、
a.キャビティと、前記キャビティの内側に配置されたターゲットとを有する基板を提供するステップと、
b.前記キャビティの外側に赤外線ソースを提供するステップと、
c.1つ以上の細長い本体からなる一組の細長い本体を提供するステップであって、各細長い本体は、前記キャビティの外側に入口を有し、前記キャビティの内側に出口を有し、前記細長い本体は、1つのガラスロッドから作製され、かつ剛性であり、前記一組の細長い本体は、前記赤外線ソースと直接接触するか、または前記赤外線ソースを覆うガラスコーティングを介して接触している、ステップと、
d.前記熱処理された基板を得るために、前記赤外線ソースによって放出された赤外線を、前記細長い本体を介して前記ターゲットに伝達するステップと、
を含む、プロセス。 - 複合材料を製造するプロセスであって、
a.請求項1~8のいずれか一項に記載の装置からターゲットに赤外線を照射することにより得られる熱処理されたターゲットまたは請求項9に記載のプロセスによって得ることができる熱処理されたターゲットを提供するステップと、
b.前記熱処理されたターゲットを更なるパーツと接触させて、前記複合材料を得るステップと、を含むプロセス。
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
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