特許 7491634 加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】加熱装置

(51)【国際特許分類】

   F27B 17/00 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

F27B17/00 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024012562

(22)【出願日】2024-01-31

【審査請求日】2024-02-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】594067195

【氏名又は名称】株式会社九州日昌

(74)【代理人】

【識別番号】110002893

【氏名又は名称】弁理士法人ＫＥＮ知財総合事務所

(72)【発明者】

【氏名】上川 敬二

(72)【発明者】

【氏名】松藤 正明

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１８５５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２４１４９０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ １７／００－１７／０２

Ｆ２７Ｂ ５／００－５／１８

Ｆ２７Ｄ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に間隔を隔てて配置された複数の矩形状の加熱プレートと、
上下方向で対向する前記加熱プレートの加熱面により画定されるスペースの左右側面および背面をそれぞれ閉塞する閉塞板と、
上下方向で対向する前記加熱プレートの加熱面の間に配置され、前記スペースを左右方向において複数の小加熱スペースに区画する金属製の仕切り板と、を有し、
前記複数の小加熱スペースの各々は、前面に開口部を有する、加熱装置。

【請求項2】

前記加熱プレートは、電気的に独立した複数の加熱源を内蔵している、請求項１に記載の加熱装置。

【請求項3】

前記加熱プレートの加熱面の温度が均等になるように前記複数の加熱源へ供給する電力を制御する温調手段を有する、請求項２に記載の加熱装置。

【請求項4】

前記温調手段は、複数の前記加熱プレートのうち、上方に配置された前記加熱プレートの発熱量を相対的に減らし、下方に配置された前記加熱プレートの発熱量を相対的に増やすように制御する、請求項３に記載の加熱装置。

【請求項5】

前記開口部を開閉する閉塞部材をさらに有する、請求項１に記載の加熱装置。

【請求項6】

前記複数の小加熱スペースの各々に対して被加熱物を搬入・搬出するトレイをさらに有する、請求項１に記載の加熱装置。

【請求項7】

前記複数の小加熱スペースの各々の背面側から前記開口部に向けてガスを導入するガス供給部を有する、請求項１に記載の加熱装置。

【請求項8】

左右側面の前記閉塞板と前記仕切り板との間には、断熱層が形成される、請求項１に記載の加熱装置。

【請求項9】

前記仕切り板の各々に加熱ヒータが設けられている、請求項１に記載の加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の被加熱物を同時に加熱する加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、多数の被加熱物を同時に加熱する方法として、例えば、熱風炉に多数の被加熱物を収容して加熱することが知られている。

【0003】

上記のような熱風炉を用いた加熱方法では、熱風を被加熱物に当てて加熱するため、各被加熱物を均一に加熱することは困難である。また、被加熱物から発生するアウトガスやパーティクル等が被加熱物に付着するため、クリーン度を高く維持することが難しい。
本出願人は、被加熱物を均一に加熱しつつクリーン度を維持可能な加熱装置を提案している（特許文献１参照。）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－３５２３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された加熱装置では、加熱速度が比較的遅く、容量の比較的大きな被加熱物では加熱に時間を要するという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、同時に多数の被加熱物を均一にかつ迅速に加熱することができ、しかもクリーン度に優れた加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の加熱装置は、上下方向に間隔を隔てて配置された複数の矩形状の加熱プレートと、
上下方向で対向する前記加熱プレートの加熱面により画定されるスペースの左右および背面をそれぞれ閉塞する閉塞板と、
上下方向で対向する前記加熱プレートの加熱面の間に配置され、前記スペースを左右方向において複数の小加熱スペースに区画する金属製の仕切り板と、を有し、
前記複数の小加熱スペースの各々は、前面に開口部を有する。

【0007】

前記加熱プレートは、電気的に独立した複数の加熱源を内蔵している、構成を採用できる。

【0008】

好適には、前記加熱プレートの加熱面の温度が均等になるように前記複数の加熱源へ供給する電力を制御する温調手段を有する。

【0009】

さらに好適には、前記温調手段は、複数の前記加熱プレートのうち、上方に配置された前記加熱プレートの発熱量を相対的に減らし、下方に配置された前記加熱プレートの発熱量を相対的に増やすように制御する。

【0010】

本発明の加熱装置は、前記開口部を開閉する閉塞部材をさらに有する。

【0011】

本発明の加熱装置は、前記複数の小加熱スペースの各々に対して被加熱物を搬入・搬出するトレイをさらに有する、請求項１に記載の加熱装置。

【0012】

本発明の加熱装置は、前記複数の小加熱スペースの各々の背面側から前記開口部に向けてガスを導入するガス供給部を有する。

【0013】

本発明の加熱装置は、左右側面の前記閉塞板と前記仕切り板との間には、断熱層が形成される、構成を採用できる。

【0014】

本発明の加熱装置は、前記仕切り板の各々に加熱ヒータが設けられている、構成を採用できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、同時に多数の被加熱物を均一にかつ迅速に加熱することができ、しかもクリーン度に優れた加熱装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態である加熱装置を示す正面図。

【図2】図１に示す加熱装置のＡ－Ａ線断面図。

【図3】加熱プレートの一例を示す平面図。

【図4】加熱プレートの側面図。

【図5】トレイを備えた加熱装置の断面図。

【図6】加熱ガス供給部を備えた加熱装置の断面図。

【図7】本発明の変形例を示す加熱装置の正面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
図１および図２に示すように、加熱装置１は、上下方向に等間隔に配置された複数枚の矩形状の加熱プレート１０を有する。加熱プレート１０の左右の端部は、左右の側面板５０Ｌ，５０Ｒによって支持されている。これら側面板５０Ｌ，５０Ｒは、上下方向で隣り合う加熱プレート１０，１０の間に形成されるスペースの左右側面を閉塞する閉塞板としても機能する。加熱プレート１０，１０の間に形成されるスペースの背面側には、背面板５０Ｂが設けられており、この背面板５０Ｂは、加熱プレート１０，１０の間に形成されるスペースの背面を閉塞する閉塞板として機能する。
上下方向で隣り合う加熱プレート１０，１０の間には、複数の金属製の仕切り板２０が設けられている。この複数の仕切り板２０は、隣り合う加熱プレート１０，１０の間に形成されるスペースを左右方向において複数の小加熱スペース２５に区画している。仕切り板２０の設置は、加熱プレート１０，１０の表面に浅い溝を形成し、これに挿入する。重要なのは、仕切り板２０の上下の端部が加熱プレート１０，１０の表面に接触し、加熱プレート１０，１０からの熱が仕切り板２０に確実に伝達されることである。

【0018】

複数の小加熱スペース２５の前面には開口部２５ａが形成されている。この開口部２５ａを通じて搬入方向Ｂ１に向けて被加熱物Ｗが搬入され、開口部２５ａを通じて搬出方向Ｂ２に被加熱物Ｗが搬出される。各小加熱スペース２５に開口部２５ａを備えることで、加熱装置１による熱処理工程を他の工程と連続的に接続することが可能となる。
さらに加熱装置１は、それぞれの加熱プレート１０の温度を調節するための温度調節装置８０を有する。

【0019】

加熱装置１の側面板５０Ｌ、５０Ｒの上端側及び下端側は、それぞれ天板７１及び底板７２によって連結されている。底板７２の下面にはそれぞれ短めの脚部材７３が取付けられ、これらの脚部材７３の下端部は中板７４に固定されている。中板７４の下面にはそれぞれ長めの脚部材７５が取付けられ、これらの脚部材７５の下端部は基台７６に固定されている。

【0020】

上記した側面板５０Ｌ，５０Ｒ、背面板５０Ｂ、天板７１及び底板７２は、周知の断熱構造有しており、複数の加熱プレート１０からの熱が外部に発散するのを防いでいる。

【0021】

ここで、本実施形態に係る加熱プレート１０について説明する。
加熱プレート１０は、図３および図４に示すように、矩形状を有しており、複数(５個)の電気的に独立した面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅを内蔵している。
加熱プレート１０は、図４に示すように、面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅをこれらの両面からステンレス合金等の金属製プレート１５Ａ，１５Ｂで挟んだ構成となっている。金属製プレート１５Ａ，１５Ｂは、周縁部が溶接等により互いに接合されている。加熱プレート１０の両面を構成する金属製プレート１５Ａ，１５Ｂが同様の温度分布となる。

【0022】

図３に示すように、面状ヒータ１１Ａは加熱プレート１０の中央部に配置された矩形状の中央面状ヒータであり、面状ヒータ１１Ｂ，１１Ｃは面状ヒータ１１Ａの両側に隣接配置された矩形状の第１および第２の面状ヒータであり、面状ヒータ１１Ｄ，１１Ｅは面状ヒータ１１Ａの両側に隣接配置され、かつ、加熱プレート１０の一端部から他端部に延在している第３および第４の面状ヒータである。
面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅのそれぞれは、例えば、略矩形状のマイカ等の電気絶縁性のシート状物に発熱線をジグザグ形状に折り返しながら配線したものである。また、加熱プレート１０に内蔵される面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅは、例えば、以下に説明する面状ヒータ、あるいは帯状のヒータであっても良い。
面状ヒータには、発熱線（発熱線）の材質や形状によって、例えば次のような２タイプが一例として挙げられる。
１）ワイヤータイプ（兼線タイプとも言う）
材質：Ｎｉ－Ｃｒ系（ニクロム線）、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系（鉄クロ線）、カンタル線等
例えば、ワイヤー状の発熱線を絶縁物に巻付ける、もしくは絶縁物平面に遣わすようにして配線したものである。絶縁物にワイヤーを巻付けたタイプの場合は、巻付けのピッチを変化させることで粗密巻きが可能となる。また、絶縁物平面にワイヤーを遣わせるタイプの場合は、ワイヤーのレイアウトにより親密面を確保することが可能となる。
２）帯状タイプ（テープ状タイプとも言う）
材質：Ｎｉ－Ｃｒ系（ニクロム線）、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系（鉄クロ線）、ステンレス系線等
帯状の発熱線を絶縁物に巻付けるか、もしくはシート状からエッチングにより平面状に配線したものである。絶縁物に帯を巻付けたタイプの場合は、巻付けるピッチを変化させることで親密巻きが可能となる。また、エッチングよって成型されたタイプの場合は、パターンレイアウトにより粗密面を実現可能となる。

【0023】

面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅのそれぞれは、単位面積あたりの発熱量が面内で均一になるように形成されている。
また、面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅの間では、単位面積あたりの発熱量が等しく形成されていてもよいし、異なるように形成されていてもよい。
例えば、加熱プレート１０の左右における外乱が非常に大きく、中央領域における外乱が小さいような場合に、面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅの間で単位面積あたりの発熱量が等しいと、加熱プレート１０の全体の面内で温度を均一にできない場合も考えられる。このため、左右に配置された面状ヒータ１１Ｂ，１１Ｃの単位面積当たりの発熱量(出力)を、同じ電流値の下で、残りの面状ヒータ１１Ａ，１１Ｄ，１１Ｅの単位面積当たりの発熱量(出力)よりも大きくすることができる。

【0024】

各加熱プレート１０には、一または複数の温度センサー１７が設けられている。温度センサー１７は、例えば、熱電対からなる。本実施形態では、面状ヒータ１１Ａと面状ヒータ１１Ｃの中央部に設けられている。
温度センサー１７の数は、特に限定されないが、少なくとも一つは必要である。温度センサー１７が一つの場合には、予め加熱プレート１０の温度分布を解析しておき、１箇所の温度センサー１７の値から加熱プレート１０の各箇所の温度を予測してもよい。
全ての面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅに温度センサー１７を設けてもよいが、コスト低減の観点からは温度センサー１７は少ない方が好ましい。本実施形態では、加熱プレート１０は、前後および左右で面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅが対称に配置されているので、面状ヒータ１１Ａと面状ヒータ１１Ｃの中央部に設けた２つの温度センサー１７の検出した温度から、残りの面状ヒータ１１Ｂ，１１Ｄ，１１Ｅの温度を推定する。

【0025】

図３に示したように、各面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅには、複数の給電線１６が接続されており、これらの給電線１６は全て一端側に導出され、温度調節装置４０に接続される。また、一部の給電線１６は隣接する面状ヒータの間を通過している。このような構成により、給電線１６が邪魔になることなく、複数の加熱プレート１０を積み上げることが可能となる。

【0026】

本実施形態では、加熱プレート１０の左右、すなわち、面状ヒータ１１Ｂ，１１Ｃが配置された領域が他の領域よりも温度が低下しやすい環境に置かれた場合を想定している。
各面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅの温度制御はそれぞれ独立に目標温度に追従するように実施されてもよいが、本実施形態では、コスト低減等の観点から、中央領域の面状ヒータ１１Ａ，１１Ｄ，１１Ｅを一つのグループ、左右の面状ヒータ１１Ｂ，１１Ｃを一つのグループとし、グループ毎に独立に温度制御を実行する。

【0027】

本実施形態では、加熱プレート１０が受ける環境外乱に応じて加熱プレートに内蔵させる面状ヒータを複数に分割し、加熱プレート１０の発熱量の面内分布を加熱プレート１０が設置される環境から受ける外乱に対応可能にしている。加熱プレート１０の発熱量の面内分布を環境外乱に応じて最適化するとともに、上記した温度調節装置８０との組み合わせによって、加熱プレート１０の温度の高い面内均一性を実現できる。
また、複数の加熱プレート１０が積み重ねられると、熱が下方から上方に向けて上昇するため、上方に配置される加熱プレート１０の温度は下方に配置された加熱プレート１０よりも高くなる。温度調節装置８０は、上方に配置された加熱プレート１０の面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅの各々の発熱量を相対的に減らし、下方に配置された加熱プレート１０の面状ヒータ１１Ａ～１１Ｅの各々の発熱量を相対的に増やし、複数の加熱プレート１０の全ての温度が均一化されるように電力供給を制御する。
なお、加熱プレート１０の構成はあくまでも一例であり、加熱プレート１０の温度の高い面内均一性を実現できる構成であればいずれも採用可能である。

【0028】

上記したように、加熱プレート１０の温度の高い面内均一性を実現すると、２枚の加熱プレート１０，１０により挟まれた仕切り板２０も加熱プレート１０の温度と同様の温度となり、各小加熱スペース２５内の温度も均一化される。この結果、各小加熱スペース２５内に収容した被加熱物Ｗを均一に加熱することができる。また、各被加熱物Ｗは、加熱プレート１０上に載置されるので、被加熱物Ｗに熱が迅速に伝わりやすく迅速に加熱が可能となる。さらに、加熱装置１では、開口部２５ａの大きさが小加熱スペース２５の容積に対してある程度小さければ、小加熱スペース２５内の空気の流れは開口部２５ａ付近でのみ生じ、小加熱スペース２５の内部で空気の大きな流れが生じないため、被加熱物Ｗにパーティクルが付着等することなく、高いクリーン度を保つことが可能となる。

【0029】

ここで、開口部２５ａの大きさが小加熱スペース２５の容積に対して比較的大きい場合の対処法について説明する。
開口部２５ａの面積が比較的大きいと、加熱時に小加熱スペース２５から熱気が排出されやすく、同時に、外部から大気が小加熱スペース２５内に流入しやすい。その結果、小加熱スペース２５内の温度安定せずに加熱スペース２５内の均熱性が失われる。これを防止するには、開口部２５ａを開閉するシャッターを設けることが考えられる。また、図５に示すように、閉塞部６０ａと平板部６０ｂを備える金属製のトレイ６０に被加熱物Ｗを用いて搬入・搬出をすることも可能である。平板部６０ｂは加熱プレート１０の表面に直接載置される。開口部２５ａを閉塞部６０ａにより閉塞することで、加熱スペース２５内の均熱性を維持することが可能となる。

【0030】

次に、被加熱物Ｗからのアウトガスの処理方法について図６を参照して説明する。
図６において、背面板５０Ｂにはガス供給管４０が設けられており、各小加熱スペース２５内には開口部２５ａに向けてガスＧが供給される。ガスＧとしては加熱した空気や不活性ガスが用いられる。被加熱物Ｗを加熱中に発生するアウトガスは、ガスＧにより外部に排出され、被加熱物Ｗがアウトガスにより汚染されるのを防ぐことができる。なお、開口部２５ａに閉塞部材が設けられている場合には、閉塞部材にガスＧを排出するための隙間や排出口を形成すればよい。なお、ガスＧを加熱するのは、加熱された被加熱物Ｗの温度を低下させないためである。

【0031】

次に、被加熱物Ｗの加熱時の設置方法について説明する。
被加熱物Ｗの底面がフラットな場合には、加熱プレート１０の表面に直接載置すればよい。被加熱物Ｗの底面がフラットでない場合には、被加熱物Ｗと加熱プレート１０の表面との間に僅かな隙間を形成してプロミキシティ方式で加熱する。これにより、被加熱物Ｗの均熱性が失われない。また、トレイ６０を用いる場合においても同様である。

【0032】

上記実施形態の加熱装置１では、仕切り板２０には熱源を備えていないが、ラバーヒータなどのヒータを設けることができる。例えば、開口２５ａの高さ方向が高く仕切り板２０の高さ寸法が大きい場合には、十分に伝導熱が伝わらず温度低下を招く可能性もあるが、仕切り板２０にヒータを搭載することで均熱を維持することも可能である。

【0033】

上記実施形態の加熱装置１では、左右端部に位置する小加熱スペース２５，２５はそれぞれ側面板５０Ｌ、５０Ｒに面している構成としたが、外部への熱の放出を考慮して、図７に示す加熱装置１Aのように、側面板５０Ｌ、５０Ｒと仕切り板２０，２０との間に隙間からなる断熱層を形成することも可能である。

【0034】

本発明に係る加熱装置は、多数の被加熱物を同時に目標温度に精密に加熱しつつクリーン度も維持する必要がある分野において広く利用することができる。

【符号の説明】

【0035】

１ ：加熱装置
１０ ：加熱プレート
１１Ａ～１１Ｑ ：面状ヒータ
１５Ａ，１５Ｂ ：金属製プレート
１６ ：給電線
１７ ：温度センサー
２０： 仕切り板
２５ ：小加熱スペース
２５ａ ：開口部
８０ ：温度調節装置
５０Ｌ，５０Ｒ ：側面板
５０Ｂ： 背面板
６０ ：断熱室
７１ ：天板
７２ ：底板
７３ ：脚部材
７４ ：中板
７５ ：脚部材
７６ ：基台
Ｗ ：被加熱物

【要約】      （修正有）

【課題】同時に多数の被加熱物を均一にかつ迅速に加熱することができ、しかもクリーン度に優れた加熱装置を提供する。
【解決手段】上下方向に間隔を隔てて配置された複数の矩形状の加熱プレート１０と、上下方向で対向する加熱プレート１０，１０の加熱面により画定されるスペースの左右側面および背面をそれぞれ閉塞する側面板５０Ｌ，５０Ｒ及び背面板と、上下方向で対向する加熱プレート１０，１０の加熱面の間に配置され、上記スペースを左右方向において複数の小加熱スペース２５に区画する金属製の仕切り板２０と、を有し、複数の小加熱スペース２５の各々は、前面に開口部を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】