TWI577957B - 加熱器單元及熱處理裝置 - Google Patents

Description

加熱器單元及熱處理裝置

本發明有關於加熱器單元及熱處理裝置，特別有關適用於藉由利用熱輻射之相對低溫帶(例如，300℃以下)之熱處理之加熱器單元及熱處理裝置。

為使由水或有機溶媒等之液滴所附著、或被此等之液體所濕潤之被處理品，利用熱使液體成分氣化而進行乾燥，所以使用具備有熱源之乾燥裝置。

在專利文獻1中，提案有作為使矽晶圓上之水滴乾燥之乾燥裝置，其熱源使用紅外線燈，並在晶圓設置台和遠紅外線燈之間，配置與矽晶圓相同材質(Si)之濾光鏡者。濾光鏡雖然具有使能夠有效率地乾燥水滴之波長之紅外線穿透，但是將會對矽晶圓加熱之波長之紅外線過濾之功能。因此，可不對矽晶圓加熱而只對液滴加熱，可達成快速地乾燥。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平8-122532號公報

在上述專利文獻1所記載之乾燥裝置中，因為濾光鏡吸收紅外線，所以濾光鏡本身具有熱，連濾光鏡周邊之空氣亦會被加熱。因此，在乾燥處理時，當從被處理品產生可燃性之氣體(N-甲基吡咯烷酮(以下稱為NMP)氣體等)之情況時，周圍環境溫度上升至起燃溫度，就會有起火之危險性。例如，在鋰離子電池用電極，因為在製作塗布在金屬箔表面之集電體之漿料(slurry)時，會使用NMP作為溶劑，所以存在有此一危險。

本發明有鑑於上述習知之問題，其目的在於：一邊抑制周圍環境溫度之上升一邊有效率地進行被處理品之熱處理。

本發明之加熱器單元具有熱源、濾光鏡、和透光構件。熱源使用放射紅外線者。濾光鏡配置為鄰接上述熱源，用來過濾既定波長以上之紅外線。透光構件與上述濾光鏡對向而隔離配置在上述熱源之相反側，使穿透上述濾光鏡之紅外線穿透。

根據此一構造，從熱源所放射之紅外線在通過濾光鏡時，會過濾掉既定波長以上之光線。然後，只有穿透濾光鏡之紅外線才可穿透透光構件。因此，若將透光構件相對於被處理品進行接物配置時，利用穿透透光構件之紅外線對被處理品輻射加熱，可達成對被處理品之熱處理(例如，乾燥)。此時，由於透光構件幾乎不會吸收到紅外線，所以透光構件不會過熱。因此，可一邊抑制周圍環境溫度之上升一邊有效率地進行被處理品之加熱處理。

另外，為使從濾光鏡表面所放出之熱不會傳達到透光構件，較佳為使上述濾光鏡和上述透光構件間之空間利用真空進行隔熱。

上述濾光鏡和上述透光構件之材料，較佳為可使用容易取得之石英玻璃。

另外，本發明之熱處理裝置，具備有熱處理爐、熱源、濾光鏡、和透光構件。熱處理爐用來收容被處理品。熱源使用放射紅外線者。濾光鏡係配置為鄰接上述熱源，用來過濾既定波長以上之紅外線。透光構件與上述濾光鏡對向而隔離配置在上述熱源之相反側，使未由上述濾光鏡所過濾之紅外線穿透，並且使上述濾光鏡與上述熱處理爐內之周圍環境隔離。

根據此一構造，從熱源所放射之紅外線在通過濾光鏡時，會過濾掉既定波長以上之光線。然後，只有穿透濾光鏡之紅外線才可穿透透光構件。因此，若將透光構件相對於被處理品進行接物配置時，利用穿透透光構件之紅外線對被處理品輻射加熱，可達成對被處理品之熱處理(例如，乾燥)。此時，由於透光構件幾乎不會吸收到紅外線，所以透光構件不會過熱。因此，可一邊抑制周圍環境溫度之上升一邊有效率地進行被處理品之加熱處理。

另外，本發明之熱處理裝置，具有傳熱阻止手段，可阻止從上述濾光鏡表面所放出之熱傳達到上述透光構件。根據此一構造，可使從濾光鏡表面所放出之熱不會傳達，有助於抑制周圍環境溫度之上升。具體而言，可藉由將上述濾光鏡和上述透光構件間之空間利用真空進行隔熱、或藉由設置冷卻手段以冷卻上述濾光鏡之表面而實現。

另外，若具有移動手段，其可使上述被處理品移動到上述熱處理爐內之與上述透光構件之紅外線射出側對向之區域，可達成連續地進行被處理品之熱處理，以提高作業效率。

根據本發明，可一邊抑制周圍環境溫度之上升，一邊有效率地進行被處理品之熱處理。因此，在熱處理時即使從被處理品產生可燃性之氣體(NMP等)，亦不會使周圍環境溫度上升到起燃溫度，而不會有爆炸之危險性。

以下，參照圖式說明本發明一實施形態之熱處理裝置。

如圖1所示，熱處理裝置10具有熱處理爐1、熱源21、濾光鏡3、和透光構件4。此熱處理裝置10較佳為可藉由利用輻射熱之相對低溫帶(例如，300℃以下)之熱處理者。

熱處理爐1具備有框體11和隔熱層12框體11由具備耐熱性之材料所構成。隔熱層12設置在框體11之內側。根據此一構造，熱處理爐1成為具備有耐熱性和隔熱性。隔熱層12可適用於使用陶瓷纖維等之隔熱材料。再者，亦可藉由使框體11之內側成為中空而以空氣層構成隔熱層12。

在本實施形態中，熱處理爐1係呈現扁平之箱形狀者。熱處理爐1之形狀並不僅限於此。例如，亦可成為有底圓筒形等。在熱處理爐1之天花板中央部，貫穿有用以安裝後述加熱器2之矩形安裝孔1A。

熱處理爐1之內部係成為圖中之上下狹窄之空間。在此空間收容有被處理品100。而使熱處理爐1之內部成為上下狹窄之空間係為了使從後述之加熱器2所射出之紅外線有效地照射被處理品100。

作為被處理品100之具體例，可列舉鋰離子電池用之電極等。如上述，鋰離子電池用之電極，在製作時會使用可燃性之NMP作為溶劑之漿料。

熱源21係使用放射紅外線之發熱體。具體而言，可列舉鎳鉻線發熱體，鹵素燈加熱器，碳製加熱器等。再者，圖1中之箭頭IR1表示從熱源21所放射之紅外線。熱源21所必要之輸出係根據熱處理爐1之大小和被處理品100之處理條件而改變。

加熱器2將上述熱源21和陶瓷纖維等隔熱材料22利用真空成型為一體化而製作成既定之形狀。在本實施形態中，加熱器2呈現角板狀。再者，紅外線加熱器2之形狀並不僅限於此。例如，熱處理爐1若為有底圓筒形，只要與此對應地將加熱器2形成為半管狀或四分之一管狀亦可。

在隔熱材料22之底面露出有一部分之熱源21。隔熱材料22遮斷來自熱源21之熱。因此，加熱器2具有朝向紅外線之放射方向之指向性。亦即，加熱器2構成為從隔熱材料22之底面朝向下方射出紅外線。

在隔熱材料22之上部形成有突緣部22B。當將加熱器2安裝在熱處理爐1時，使隔熱材料22之主體部22A插入上述安裝孔1A。然後，利用螺絲等將隔熱材料22之突緣部22B固定在熱處理爐1之外壁。藉此，使熱源21以面對熱處理爐1內部之方式，將加熱器2安裝在熱處理爐1。

在熱處理爐1之內壁，於安裝孔1A之開口周圍安裝有支持構件5。支持構件5用來支持後述之濾光鏡3和透光構件4。

濾光鏡3係用來過濾既定波長以上之紅外線者。作為濾光鏡3之材料可適用於使用容易取得之石英玻璃。再者，濾光鏡3之材料並不僅限定於此。會被過濾掉之紅外線之波長區域係根據濾光鏡3之材料所決定。例如，若為石英玻璃時，將由濾光鏡3過濾大約4μm以上之紅外線，4μm以下之紅外線可穿透濾光鏡3。圖1中之箭頭IR2表示穿透濾光鏡3之紅外線。

濾光鏡3呈現板狀。濾光鏡3以位於加熱器2下方之方式支持於上述支持構件5。亦即，濾光鏡3配置為鄰接熱源21。

透光構件4使未被濾光鏡3過濾而穿透濾光鏡3之紅外線穿透，並且使濾光鏡3與熱處理爐1內之周圍環境隔離。作為透光構件4之材料，可使用適用於容易取得之石英玻璃。再者，透光構件4之材料並不僅限定於此。例如，雖然稍微高價但亦可使用氟化鋇、氟化鈣、藍寶石等。

透光構件4呈現板狀。透光構件4之厚度為例如3~5mm程度。再者，透光構件4之厚度並不僅限定於此範圍。在透過率方面，透光構件4之厚度越薄越有利。

透光構件4以位於濾光鏡3下方之方式支持於上述支持構件5。透光構件4和濾光鏡3係大致並行地被支持。亦即，透光構件4與濾光鏡3對向地隔離配置在熱源21之相反側。透光構件4為與濾光鏡3之熱處理爐1內之周圍環境確實地隔離，較佳為使與支持構件5間之密著性成為更高。而為了提高此密著性，可將透光構件4經由密封構件(未圖示)安裝在支持構件5。作為此密封構件之材料較佳為可使用具備有耐熱性和耐溶劑性之氟素系或Si系之樹脂。

使透光構件4與濾光鏡3隔離係為了抑制從濾光鏡3之表面所放出之熱傳熱到透光構件4。圖1中之波狀線H表示從濾光鏡3之表面所放出之熱。因此，透光構件4和濾光鏡3之間隔越大越好，例如設定在50mm之程度。再者，利用下述說明之傳熱阻止手段可使此間隔變小。

傳熱阻止手段係用來阻止從濾光鏡3之表面所放出之熱傳達到透光構件4。具體而言，可藉由使濾光鏡3和透光構件4間之空間9利用真空進行隔熱、或藉由設置冷卻手段以冷卻濾光鏡3之表面而實現。作為冷卻手段，例如，較佳為可使用風扇或吹風機等送風裝置、散熱風扇或熱管等熱交換器。

被處理品100，在熱處理爐1內與透光構件4之紅外線射出側對向之區域進行熱處理。再者，亦可設置移動手段用來將被處理品100朝此區域移動。具體而言，如圖所示具備有搬送滾輪6。再者，移動手段並不僅限定於搬送滾輪6。例如，亦可為搬送皮帶等。藉由移動手段成為可連續地進行被處理品100之熱處理，以提高作業效率。

被處理品100亦可比如圖所示之熱處理爐1之全長(圖1左右之寬度)更長。在此一情況時，藉由在熱處理爐1之兩個側面設置開口(搬入口1B和搬出口1C)，可從熱處理爐1之外部如箭頭S般將被處理品100搬入，一邊在熱處理爐1內依序進行熱處理，一邊使到搬出為止之連貫作業自動地進行。再者，若被處理品100為具有可撓性之片狀物之情況時，如圖2所示，亦可將送出滾輪7和捲取滾輪8分別配置在搬入口1B、和搬出口1C之外側，而利用滾輪到滾輪(roll-to-roll)連續地進行熱處理。

根據本實施形態之熱處理裝置10，從熱源21所放射之紅外線IR1，在通過濾光鏡3時會過濾掉既定波長以上之光線。然後，只有穿透濾光鏡3之紅外線IR2可穿透透光構件4。因此，利用穿透透光構件4之紅外線IR3對被處理品100進行輻射加熱，可進行被處理物100之熱處理(例如，乾燥)。 此時，因為透光構件4幾乎不會吸收紅外線，所以透光構件4不會過熱。因此，可一邊抑制周圍環境溫度之上升，一邊有效率地進行被處理品100之加熱處理。因此，在熱處理時即使從被處理品產生可燃性之氣體(NMP等)，亦可使周圍環境溫度不會上升到起燃溫度，而不會有爆炸之危險性。

圖3係，表示使熱源、濾光鏡、和透光構件一體化之加熱器單元一實例之熱處理裝置之主要部分之剖面圖。在圖3所示加熱器單元200之實例中，使支持構件5成為在上部具有突緣部5B之筒狀，使加熱器2之主體部22A插入到支持構件5之筒內部並使用突緣部22B將加熱器2固定在支持構件5。藉此，形成使熱源21、濾光鏡3、和透光構件4一體化之加熱器單元200。

在將加熱器單元200安裝到安裝熱處理爐1時，使支持構件5之主體部5A插入熱處理爐1之安裝孔1A。然後，使用突緣部5B利用固定螺絲等固定在熱處理爐1之外壁。藉此，可將加熱器單元200構成為可裝卸自如。

上述實施形態之說明，全部作為例示之用，不應視為用來限制本發明者。本發明之範圍並非由上述實施形態所表示，而是由申請專利範圍所表示。而且，本發明之範圍係包含與申請專利範圍相等之意義和在範圍內之所有變更。

1．．．熱處理爐

1A．．．安裝孔

1B、1C．．．搬出口

2．．．紅外線加熱器

3．．．濾光鏡

4．．．透光構件

5．．．支持構件

5A．．．主體部

5B．．．突緣部

6．．．搬送滾輪

7．．．送出滾輪

8．．．捲取滾輪

9．．．空間

10．．．熱處理裝置

11．．．框體

12．．．隔熱層

21．．．熱源

22．．．隔熱材料

22A．．．主體部

22B．．．突緣部

100．．．被處理品

200．．．加熱器單元

H．．．波狀線

IR1、IR2、IR3．．．紅外線(箭頭)

S．．．箭頭

圖1係表示本發明一實施形態之熱處理裝置之概略構造圖。

圖2係表示本發明另一實施形態之熱處理裝置之概略構造圖。

圖3係表示使熱源、濾光鏡和透光構件一體化之加熱器單元一實例之熱處理裝置主要部分之剖面圖。

1．．．熱處理爐

1A．．．安裝孔

1B．．．搬出口

1C．．．搬出口

2．．．紅外線加熱器

3．．．濾光鏡

4．．．透光構件

5．．．支持構件

6．．．搬送滾輪

9．．．空間

10．．．熱處理裝置

11．．．框體

12．．．隔熱層

21．．．熱源

22．．．隔熱材料

22A．．．主體部

22B．．．突緣部

100．．．被處理品

H．．．波狀線

IR1．．．紅外線(箭頭)

IR2．．．紅外線(箭頭)

IR3．．．紅外線(箭頭)

S．．．箭頭

Claims (10)

1. 一種加熱器單元，其具有：熱源，其用來放射紅外線；濾光鏡，其鄰接上述熱源而配置，用來過濾既定波長以上之紅外線；和透光構件，其與上述濾光鏡對向而隔離配置在上述熱源之相反側，使穿透上述濾光鏡之紅外線穿透；而於上述濾光鏡和上述透光構件之間，形成有利用真空所隔熱的空間。
2. 如申請專利範圍第1項之加熱器單元，其中，進一步具備有支撐構件，其於上述濾光鏡及上述透光構件之間設置上述空間，而支撐該濾光鏡及該透光構件。
3. 如申請專利範圍第2項之加熱器單元，其中，進一步具備有支撐上述熱源之隔熱材料，上述支撐構件具有供上述隔熱材料插入之開口部，上述熱源係露出於自上述開口部被插入上述支撐構件之內部的上述隔熱材料中之與上述濾光鏡之對向面。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之加熱器單元，其中，上述濾光鏡和上述透光構件為石英玻璃製。
5. 一種熱處理裝置，其具有：熱處理爐，其用來收容被處理品； 熱源，其用來放射紅外線；濾光鏡，其鄰接上述熱源而配置，用來過濾既定波長以上之紅外線；和透光構件，其與上述濾光鏡對向而隔離配置在上述熱源之相反側，使穿透上述濾光鏡之紅外線穿透，並且使上述濾光鏡與上述熱處理爐內之周圍環境隔離；而於上述濾光鏡和上述透光構件之間，形成有利用真空所隔熱的空間。
6. 一種熱處理裝置，其具備有：熱處理爐，其用來收容被處理品；和申請專利範圍第1至3項中任一項所記載之加熱器單元；藉由自上述熱源所放射之紅外線對上述熱處理爐內之被處理品進行加熱。
7. 一種熱處理裝置，其具備有：熱處理爐，其用來收容被處理品；和申請專利範圍第3項所記載之加熱器單元；上述熱處理爐具備形成有用以配置上述加熱器單元之安裝孔的爐體，上述支撐構件係設於上述爐體之內側之上述安裝口之開口的周緣部，上述隔熱材料具有：主體部，其係插入上述安裝孔；和突緣部，其自上述主體部延伸至上述爐體之外側之上述安裝孔 之開口的周緣部上，並且被固定於該周緣部；藉由自上述熱源所放射之紅外線對上述熱處理爐內之被處理品進行加熱。
8. 一種熱處理裝置，其具備有：熱處理爐，其用來收容被處理品；和申請專利範圍第3項所記載之加熱器單元；上述熱處理爐具備形成有用以配置上述加熱器單元之安裝孔的爐體，上述支撐材料具有：呈筒狀的第1主體部，其係插入上述安裝孔；和第1突緣部，其自該第1主體部延伸至上述爐體之外側之上述安裝孔之開口的周緣部上，並且被固定於該周緣部；上述隔熱材料具有：第2主體部，其係插入上述第1主體部；和第2突緣部，其自上述第2主體部沿著上述第1突緣部延伸，並且被固定於該第1突緣部；藉由自上述熱源所放射之紅外線對上述熱處理爐內之被處理品進行加熱。
9. 如申請專利範圍第5、7及8項中任一項之熱處理裝置，其中，具有移動手段，用來使上述被處理品移動到上述熱處理爐內與上述透光構件之紅外線射出側對向之區域。
10. 如申請專利範圍第6項之熱處理裝置，其中， 具有移動手段，用來使上述被處理品移動到上述熱處理爐內與上述透光構件之紅外線射出側對向之區域。