特許 7580079 加熱ユニット及び加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】加熱ユニット及び加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/44 20060101AFI20241101BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20241101BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

H05B3/44

H05B3/00 345

H05B3/10 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021038315

(22)【出願日】2021-03-10

(65)【公開番号】P2022089129

(43)【公開日】2022-06-15

【審査請求日】2023-12-04

(31)【優先権主張番号】P 2020200891

(32)【優先日】2020-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】391025512

【氏名又は名称】ウシオライティング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】594082648

【氏名又は名称】株式会社フロンティア

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】深見 護

(72)【発明者】

【氏名】工藤 正善

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６２１１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１４０６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２５６１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７３８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－１４９８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１７６１５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１９／１５５５７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５５４９４６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２００５６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－００９０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４３５２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２６７８３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０９５７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１０１４７６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－１１７０９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／００ － ３／８６

Ｂ２９Ｃ ４９／６４ － ４９／６８

Ｆ２４Ｃ １５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直管形状の発光管を有し、前記発光管の管軸中心にフィラメントが配置されるハロゲンランプと、前記発光管の管軸方向に沿って延びるリフレクタと、を備える加熱ユニットであって、
前記リフレクタは、前記ハロゲンランプから放射される光を反射する凹面を備えており、
前記ハロゲンランプは、前記凹面に対向して配置されており、
前記凹面は、前記発光管の管軸中心を中心とする断面円弧状であり、
前記発光管の管軸中心は、前記凹面の開口部よりも前記凹面から離間する方向に突出して配置されている、加熱ユニット。

【請求項2】

前記凹面は、断面が円弧に沿う多角面である、請求項１に記載の加熱ユニット。

【請求項3】

前記凹面は、前記発光管の外周面のうち１８０度未満の領域を覆う、請求項１に記載の加熱ユニット。

【請求項4】

前記凹面は、前記発光管の外周面のうち１００度程度の領域を覆う、請求項１に記載の加熱ユニット。

【請求項5】

直管形状の発光管を有し、前記発光管の管軸中心にフィラメントが配置されるハロゲンランプと、前記発光管の管軸方向に沿って延びるリフレクタと、を備える加熱ユニットを複数備え、複数の前記加熱ユニットが前記発光管の管軸方向に対して直交する第一の方向に沿って配列されて構成される加熱装置であって、
前記リフレクタの各々は、前記ハロゲンランプから放射される光を反射する凹面を備えており、
前記ハロゲンランプは、前記凹面に対向してそれぞれ配置されており、
前記凹面は、前記発光管の管軸中心を中心とする断面円弧状であり、
前記発光管の管軸中心は、前記凹面の開口部よりも前記凹面から離間する方向に突出して配置されている、加熱装置。

【請求項6】

複数の前記加熱ユニットのうち前記第一の方向の最も端に配置される前記加熱ユニットにおいて、前記リフレクタは、前記凹面の前記第一の方向の端縁に接続されている反射板を備える、請求項５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、加熱ユニット及び加熱装置に関し、特に、プリフォームに光照射を行って加熱するための加熱ユニット及び加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光を用いた非接触型の加熱装置は、主に、ハロゲンランプ等を用いた赤外域の光が用いられ、多様な分野で応用されている。例えば特許文献１には、ＰＥＴボトルの中間製品であるプリフォームを加熱するための手段について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６２９２２７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の加熱装置は、プリフォームの側面から光が照射されるように、複数のハロゲンランプが設置されている。また、光の利用効率を高めるため、図９（ａ）に示すように、複数のハロゲンランプ９の背面側に反射板９１が配置される構成が一般的である。しかしながら、従来の構成では、光が拡散しやすいため、ターゲットとなるプリフォームＰを効率的に加熱することが難しかった。

【0005】

一方、ハロゲンランプの光利用効率を高めるため、図９（ｂ）に示すように、ランプ個々に反射鏡９２を搭載した装置構成が検討できるが、下記の問題点から実現が難しい。

【0006】

まず、ランプ個々に反射鏡９２を搭載した場合は、ランプから放射される光の指向性が高くなりすぎる。これはプリフォームＰの加熱ムラを招来させやすい。

【0007】

また、反射鏡９２を搭載することで、ランプ同士の離間距離が大きくなりやすいという問題がある。ランプ同士の離間距離が大きくなることで、光放射源が離散的になるため、プリフォームＰの加熱ムラが生じやすくなるという問題がある。

【0008】

また、完成品となる樹脂容器のサイズは多様であって、プリフォームＰの大きさも多様なサイズが存在する。そのため、プリフォームＰのサイズに応じて適切な加熱処理が行えることが要請されている。

【0009】

上記に鑑みて、本発明は、プリフォームをより適切に加熱処理できる加熱ユニット及び加熱装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る加熱ユニットは、直管形状の発光管を有するハロゲンランプと、前記発光管の管軸方向に沿って延びるリフレクタと、を備える加熱ユニットであって、
前記リフレクタは、前記ハロゲンランプから放射される光を反射する凹面を備えており、
前記ハロゲンランプは、前記凹面に対向して配置されており、
前記発光管の管軸中心は、前記凹面の開口部よりも前記凹面から離間する方向に突出して配置されているものである。

【0011】

この構成によれば、ハロゲンランプから放射された拡散性の光と、この拡散性の光が凹面で反射された指向性の高い光とが混光され、加熱効率と均一性を両立することができる。また、リフレクタのサイズを小さくすることができるため、加熱ユニットのコンパクトな設計が可能となる。これにより、複数の加熱ユニットを配置する場合にも加熱ユニット同士の離間距離を小さくすることができるため、プリフォームの加熱ムラを抑制することができる。その結果、本発明の加熱ユニットは、プリフォームをより適切に加熱処理できる。

【0012】

本発明の加熱ユニットにおいて、前記凹面は、湾曲面または多角面であるという構成でもよい。

【0013】

なお、本明細書において、「湾曲面」とは、断面形状が円、楕円、放物線の一部であるような曲面を指す。また、本明細書において、「多角面」とは、断面形状が折れ線であるような曲面を指す。

【0014】

本発明の加熱ユニットにおいて、前記凹面は、断面円弧状であるという構成でもよい。

【0015】

この構成によれば、ハロゲンランプ自身の配光性を維持しやすい。

【0016】

本発明の加熱ユニットにおいて、前記発光管は、排気管残部を有しており、前記排気管残部は、前記凹面に対向する面と反対側の面に配置されているという構成でもよい。

【0017】

この構成によれば、凹面を発光管に近接配置することができるため、加熱効率が良好となる。

【0018】

本発明に係る加熱装置は、直管形状の発光管を有するハロゲンランプと、前記発光管の管軸方向に沿って延びるリフレクタと、を備える加熱ユニットを複数備え、複数の前記加熱ユニットが前記発光管の管軸方向に対して直交する第一の方向に沿って配列されて構成される加熱装置であって、
前記リフレクタの各々は、前記ハロゲンランプから放射される光を反射する凹面を備えており、
前記ハロゲンランプは、前記凹面に対向してそれぞれ配置されており、
前記発光管の管軸中心は、前記凹面の開口部よりも前記凹面から離間する方向に突出して配置されているものである。

【0019】

本発明に係る加熱装置によれば、上記の加熱ユニットと同様、プリフォームをより適切に加熱処理できる。

【0020】

本発明の加熱装置において、複数の前記加熱ユニットの前記第一の方向における配置を変更する配置可変機構を備えるという構成でもよい。

【0021】

この構成によれば、多様なサイズのプリフォームを適切に加熱処理できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態に係る加熱装置の構成を示す斜視図

【図2】図１に示す加熱装置を背面側から見た斜視図

【図3】加熱ユニットの平面図、正面図及び側面図

【図4】加熱ユニットを管軸方向に垂直な面で切断した断面図

【図5】ハロゲンランプから放射された光の状態を模式的に示した図

【図6】第２実施形態に係る加熱ユニットを管軸方向に垂直な面で切断した断面図

【図7】第２実施形態に係る加熱ユニットを管軸方向に垂直な面で切断した断面図

【図8】他の実施形態に係る加熱ユニットの断面図

【図9】従来の加熱装置の構成を模式的に示す側面図

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明に係る加熱ユニット及び加熱装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

【0024】

以下において、ＸＹＺ座標系を適宜参照して説明される。また、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

【0025】

［第１実施形態］
本発明に係る加熱ユニット及び加熱装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る加熱装置１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す加熱装置１００を背面側から見た斜視図である。

【0026】

加熱装置１００は、複数の加熱ユニット１を備える。複数の加熱ユニット１は、Ｙ方向（本発明の第一の方向）に沿って配列され、第１実施形態では、９つの加熱ユニット１がＹ方向に沿って配列されている。加熱装置１００は、Ｙ方向を上下方向として配置される。加熱装置１００は、－Ｚ側に置かれた加熱対象物、例えばプリフォームＰ（図１参照）を加熱するために使用される。

【0027】

加熱装置１００は、複数の加熱ユニット１のＹ方向における配置を変更する配置可変機構１０１を備える。配置可変機構１０１は、加熱ユニット１を支持する複数の支持レール１０２を有する。複数の支持レール１０２は、Ｘ方向に沿って配列されている。各支持レール１０２は長手方向がＹ方向となるように配置される。支持レール１０２には、Ｙ方向に沿って長尺なレール溝１０２ａが形成されている。レール溝１０２ａは、支持レール１０２をＺ方向に貫通している。

【0028】

配置可変機構１０１は、加熱ユニット１の背面側（＋Ｚ側）をレール溝１０２ａに対して固定するためのねじ１０３を有する。これにより、各加熱ユニット１を支持レール１０２に対してＹ方向の任意の位置にねじ１０３によって固定することができるため、加熱ユニット１同士の離間距離を適宜設定することができる。複数の加熱ユニット１は、それぞれ任意の位置に固定されてもよいが、２～３つの加熱ユニット１を一組として固定されてもよい。

【0029】

図３は、加熱ユニット１の平面図、正面図及び側面図である。

【0030】

加熱ユニット１は、加熱源であるハロゲンランプ２と、ハロゲンランプ２から放射される光を反射するリフレクタ３と、を備える。

【0031】

ハロゲンランプ２は、両端が封止された直管形状の発光管２１を有する。発光管２１は、円管状であり、Ｘ方向に長尺な形状である。発光管２１が延伸する方向（Ｘ方向）を管軸方向と称する。発光管２１の寸法は、例えば外径が８～１５ｍｍ、長さが１５０～１０００ｍｍである。

【0032】

発光管２１は、例えば石英ガラスで形成されている。また、発光管２１の内部には、例えば窒素などの不活性ガスと共に、ハロゲンサイクルを行うためのハロゲンガスが封入されている。発光管２１は、排気管残部２１ａを有する。排気管残部２１ａは、チップとも呼ばれ、ランプの製造過程において発光管２１内を排気するための排気管の残部である。排気管残部２１ａは、発光管２１の外周面のうちリフレクタ３に対向する面と反対側の面に配置されている。

【0033】

発光管２１の管軸中心２１ｃには、管軸方向に沿って延びるフィラメント２２が配置されている。フィラメント２２は、コイル状の通電体であり、加熱源となり得る。フィラメント２２は、例えばタングステンで形成されている。

【0034】

発光管２１の両端には、ベース２３がそれぞれ設けられている。ベース２３は、例えばステアタイトで形成されている。ベース２３からは、リード線２４が延びている。リード線２４は、発光管２１でフィラメント２２と電気的に接続されている。

【0035】

リフレクタ３は、発光管２１の管軸方向に沿って延びている。リフレクタ３は、ハロゲンランプ２から放射される光を反射する凹面３１を備える。ハロゲンランプ２は、凹面３１に対向して配置される。発光管２１の外周面と凹面３１の離間距離は３ｍｍ程度である。リフレクタ３は、例えばアルミニウムで形成され、凹面３１は鏡面仕上げがなされている。

【0036】

リフレクタ３のＸ方向の両端には、それぞれベースホルダ３２が設けられている。ベースホルダ３２は、ハロゲンランプ２のベース２３を支持する。ベースホルダ３２は、リフレクタ３に対してねじ３３で固定される。

【0037】

図４は、加熱ユニット１をＸ方向に垂直な面で切断した断面図である。

【0038】

第１実施形態に係る凹面３１は、湾曲面である。凹面３１の断面は、滑らかな曲線で構成されており、円、楕円、放物線の一部であってよいが、好ましくは円の一部である。第１実施形態に係る凹面３１の断面は、円の一部である。すなわち、凹面３１は、断面円弧状となっている。なお、本明細書において、「円」とは、完全な真円のみならず、半径が例えば±３０％程度変動するような円も含む。

【0039】

発光管２１の管軸中心２１ｃは、凹面３１の開口部３１ａよりも凹面３１から離間する方向に突出して配置されている。ここで、凹面３１の開口部３１ａとは、凹面３１の端縁３１ｂ，３１ｃを通る平面であり、ＸＹ平面上に位置している。発光管２１の管軸中心２１ｃが凹面３１の開口部３１ａよりも凹面３１から離間する方向に突出して配置されていることで、凹面３１は、発光管２１の外周面のうち１８０度未満の領域、言い換えると５０％未満の領域を覆う。第１実施形態では、凹面３１が発光管２１の外周面のうち１００度程度の領域（２８％程度の領域）を覆っている。これにより、例えば図９（ｂ）に示したような反射鏡９２に比べ、リフレクタ３のＹ方向の高さを小さくすることができるため、加熱ユニット１のコンパクトな設計が可能となる。その結果、複数の加熱ユニット１を配置する場合にも加熱ユニット１同士の離間距離を小さくすることができるため、プリフォームＰの加熱ムラを抑制することができる。

【0040】

排気管残部２１ａは、発光管２１の外周面のうち凹面３１に対向する面と反対側の面に配置されている。これにより、凹面３１を発光管２１に近接配置することができる。また、ランプからの熱線が排気管残部２１ａに過度に照射されることも防ぐことができる。

【0041】

図５は、ハロゲンランプ２から放射された光の状態を模式的に示した図である。前述のように発光管２１の管軸中心２１ｃにはフィラメント２２が配置されており、電流によって加熱されたフィラメント２２は光を放射する。すなわち、発光管２１の管軸中心２１ｃから光が放射される。フィラメント２２から放射された拡散性の光と、この拡散性の光が凹面３１で反射された指向性の高い光とが混光され、加熱効率と均一性を両立することができる。

【0042】

［第２実施形態］
本発明に係る加熱ユニット及び加熱装置の第２実施形態について、第１実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、第１実施形態と共通の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

【0043】

図６及び図７は、第２実施形態に係る加熱ユニット１をＸ方向に垂直な面で切断した断面図である。第２実施形態に係る凹面３１は、多角面である。凹面３１の断面は、屈曲した角部を有する多角状の折れ線で構成されている。図６に示す例では、凹面３１の断面は、三つの角部を有する折れ線である。図７に示す例では、凹面３１の断面は、六つの角部を有する折れ線である。

【0044】

凹面３１の断面は、曲線に沿う形状が好ましく、円弧に沿う形状がより好ましい。凹面３１の断面は、三つ以上の角部を有する折れ線であるのが好ましく、六つ以上の角部を有する折れ線であるのがより好ましい。

【0045】

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0046】

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【0047】

上記実施形態に係る加熱ユニット１においては、リフレクタ３は、ハロゲンランプ２から放射される光を反射する反射面として凹面３１のみを備えるが、これに限定されない。図８は、別の実施形態に係る加熱ユニット１の側面図である。リフレクタ３は、凹面３１に加えて、指向性を高めるための反射板３４をさらに備えてもよい。反射板３４は、凹面３１の端縁３１ｂに接続されている。複数の加熱ユニット１をＹ方向に配列する際、最も＋Ｙ側に配置される加熱ユニット１において、凹面３１の＋Ｙ側に反射板３４を設けることで、加熱対象物に対して異なる指向性を持たせることができる。なお、図８の例では、凹面３１の＋Ｙ側に反射板３４を設けているが、最も－Ｙ側に配置される加熱ユニット１において、凹面３１の－Ｙ側に反射板３４を設けることもできる。

【符号の説明】

【0048】

１ ：加熱ユニット
２ ：ハロゲンランプ
３ ：リフレクタ
２１ ：発光管
２１ａ ：排気管残部
２１ｃ ：管軸中心
２２ ：フィラメント
３１ ：凹面
３１ａ ：開口部
３１ｂ ：端縁
３１ｃ ：端縁
３４ ：反射板
１００ ：加熱装置
１０１ ：配置可変機構
１０２ ：支持レール
１０２ａ ：レール溝
１０３ ：ねじ
Ｐ ：プリフォーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】