(57)【要約】【課題】隣接する蒸気加熱炉と加熱炉との間で熱転移液の蒸気の圧力差を低減することができる気相式加熱方法及び気相式加熱装置を提供する。【解決手段】蒸気冷却部１２は、炉４，５内で気化及び膨張した蒸気３の体積をキャンセルするために、導入した蒸気を全て液化して凝縮するだけの能力を有し、また冷却部内を一定圧力に保持する圧力調整部１９を有する。この蒸気冷却部を炉に連結することで、炉内の蒸気が蒸気冷却部内に導かれ、炉内の圧力も一定に保持される。【選択図】  図３
2020076540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物の加熱を行う少なくとも一つの蒸気加熱炉と、前記蒸気加熱炉と連通して配置された少なくとも一つの加熱炉とを備える連続炉で、前記被加熱物を加熱する気相式加熱方法であって、
前記蒸気加熱炉と隣接する前記加熱炉と、前記蒸気加熱炉との間を連通する前記被加熱物の連通部を介して、前記被加熱物を前記加熱炉又は前記蒸気加熱炉に搬入し、
前記蒸気加熱炉内の前記連通部よりも上方に備えた蒸気冷却部で、前記蒸気加熱炉内の前記熱転移液の前記蒸気を冷却して液化するとともに、圧力調整部により前記蒸気加熱炉内の圧力を前記加熱炉内の圧力と同等に保持することで、前記連続炉内の圧力を均等にしつつ、搬入された前記被加熱物を加熱する気相式加熱方法。
【請求項２】
前記蒸気加熱炉では、その下部の浴槽で前記熱転移液を加熱して前記蒸気を生成する、請求項１に記載の気相式加熱方法。
【請求項３】
前記圧力調整部は、シリンダ内部の空間は容積変化によって圧力を調整する空間であり、前記空間は、前記シリンダ内を重力によって摺動可能なピストンで第１空間と第２空間とに区切った状態で、前記第１空間は、前記蒸気冷却部を介して前記蒸気冷却部の内部と連通し、前記第２空間は、外部空間に連通しており、前記蒸気加熱炉内の圧力と前記加熱炉内の圧力との圧力差と前記ピストンの重量とに基づき前記シリンダ内を前記ピストンが摺動することにより、前記蒸気加熱炉内の圧力を前記加熱炉内の圧力と同等に保持する、請求項１又は２に記載の気相式加熱方法。
【請求項４】
熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物の加熱を行う少なくとも一つの蒸気加熱炉と、前記蒸気加熱炉と連通して配置された少なくとも一つの加熱炉とを備える連続炉で構成されて前記被加熱物を加熱する気相式加熱装置であって、
前記蒸気加熱炉は、
前記被加熱物を搬出入可能に、隣接する前記加熱炉との間で連通する連通部と、
前記連通部よりも上方に配置されて、前記蒸気加熱炉内の前記熱転移液の前記蒸気を冷却して液化する蒸気冷却部と、
前記蒸気冷却部の内部圧力を前記加熱炉内の圧力と同等に保持するように調整する圧力調整部とを備える気相式加熱装置。
【請求項５】
前記蒸気加熱炉では、その下部の浴槽で前記熱転移液を加熱して蒸気を生成する加熱源を有する、請求項４に記載の気相式加熱装置。
【請求項６】
前記圧力調整部は、容積変化によって圧力を調整する空間を有する容器を備える請求項４又は５に記載の気相式加熱装置。
【請求項７】
前記空間は、シリンダ内部の空間であって、前記シリンダ内を重力によって摺動可能なピストンで第１空間と第２空間とに区切られ、前記第１空間は、前記蒸気冷却部を介して前記蒸気冷却部の内部と連通し、前記第２空間は、外部空間に連通しており、前記蒸気加熱炉内の圧力と前記加熱炉内の圧力との圧力差と前記ピストンの重量とに基づき前記シリンダ内を前記ピストンが摺動することにより、前記蒸気加熱炉内の圧力を前記加熱炉内の圧力と同等に保持する、請求項６に記載の気相式加熱装置。
【請求項８】
前記空間は、シリンダ内部の空間であって、前記シリンダ内を重力によって摺動可能なピストンで第１空間と第２空間とに区切られ、前記第１空間は、前記蒸気冷却部を介して前記蒸気冷却部の内部と連通し、前記第２空間では、前記シリンダと前記ピストンとの間に弾性体が張設される、請求項６に記載の気相式加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物を加熱する気相式加熱方法及び気相式加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な工業製品若しくは家電の組み立て製造工程、又はそれらの製品の構成部品となる各種電子部品、各種の電池、若しくは、電子部品が実装された基板などのデバイス製造工程において、各種熱処理装置で処理される被加熱物の形状が複雑化している。例えば、電子部品が実装された基板においても、平面基板だけでなく、立体的な基板の水平面以外の部分に、はんだペーストを塗布して電子部品を配置しただけの保持力が弱い状態で、はんだペーストを溶融して接合するための加熱処理が行われている。また、立体となることで、被加熱物の熱容量そのものも、増加する傾向にある。ここで、各種熱処理装置とは、例えば乾燥炉、キュア炉、若しくは電子部品の実装工程などではんだ付けに使用されるリフロー炉などである。
【０００３】
これらの被加熱物の加熱工程では、不均一な加熱能力による被加熱物の各箇所における温度上昇のばらつきがある場合は、加熱工程の所望の所要時間を得るために、全ての部分が所望の温度に昇温した状態から、さらに所望の時間を保持する必要があり、昇温の遅い部分を所望の時間だけ保持するためには、昇温の早い部分は必要以上の熱にさらされることになり、特に熱影響の大きい被加熱物の場合は、被加熱物の品質への影響が懸念される。また、熱風の衝突による熱伝達を利用した加熱工程の場合、被加熱物の熱容量が大きい場合は、所望の昇温速度を得るために、熱風の被加熱物への衝突速度を速めることで、熱伝達率を高くすることが出来る。
【０００４】
しかしながら、例えば、立体的な基板の水平面以外の部分に、はんだペーストを塗布して電子部品を配置しただけの保持力が弱い状態で加熱処理をする必要がある場合、はんだの溶融、その後の冷却によるはんだの凝固が完了する以前に、熱風を高速で衝突させることで、部品が基板から剥離してしまう可能性が大きくなる。
【０００５】
そこで、熱容量の大きい基板についても熱風の衝突による部品の剥離などを回避し、高い熱伝達率を利用して被加熱物を効率良く加熱する方法として、熱転移液の蒸気が有する凝縮潜熱を利用して加熱する蒸気加熱炉による加熱方法が知られている。このような蒸気加熱炉で使われる蒸気は、空気に比べて比重が大きいので、空気と蒸気は比較的容易に２相に分離するが、被加熱物を蒸気加熱炉中に搬入／搬出するために、通常は蒸気加熱炉に出入口を設けるので、蒸気が容易に炉外に流出し、貴重な熱転移液の蒸気を回収不能のまま失うことになる。
【０００６】
このための対策として、一般的に、以下のような方法が知られている。
【０００７】
（１）蒸気加熱炉内の空気と熱転移液の蒸気とがその比重の差によって分離する界面よりも上部に、被加熱物を搬入及び搬出するための開口部を設け、この開口部から被加熱物を蒸気加熱炉に搬入及び搬出する方法。
【０００８】
（２）被加熱物を搬入及び搬出する蒸気加熱炉の出入口に二重のシャッター等を設けて、蒸気加熱炉と外部空間とを一時的に遮蔽するための閉空間を構成し、被加熱物の搬入及び搬出時に蒸気加熱炉と外部空間とを区切る方法。
【０００９】
（３）蒸気加熱炉の出入口に比較的長めのトンネルを設け、トンネルの途中に冷却部等による熱転移液の蒸気を凝縮する凝縮器を取り付けてトンネル内に流出した蒸気を凝縮回収する方法。
【００１０】
しかしながら、方法（１）の場合は、被加熱物を加熱するためには、被加熱物を蒸気加熱炉に搬入した水平面に対して、熱転移液の蒸気に被加熱物が浸漬する高さまで下方に移動させる必要があるために、搬送のための機構が複雑になるとともに、被加熱物の搬入及び蒸気の相への下降浸漬時に蒸気加熱炉内の熱転移液の蒸気を攪拌するために、熱転移液の蒸気に空気が混合してしまい、熱転移液の蒸気の凝縮潜熱による加熱能力自体が低下してしまう可能性がある。
【００１１】
方法（２）の場合は、特に蒸気加熱炉の出口側において、被加熱物を出口側の閉空間に移送するために閉空間の蒸気加熱炉側のシャッターを一時的に開放した際に熱転移液の蒸気も被加熱物と一緒に閉空間に導入され、閉空間の蒸気加熱炉側のシャッターを閉じ、被加熱物を外部空間に搬出するために閉空間の外部空間側のシャッターを一時的に解放することで、被加熱物の外部空間への搬出とともに熱転移液の蒸気の一部が外部空間に流出することを防ぐことはできない。
【００１２】
方法（３）は、熱転移液の蒸気を一度冷却し、液化してから回収することで、熱転移液を蒸気に気化するための加熱に要した気化潜熱をそのまま冷却して奪ってしまうためにエネルギーの多大な損失になるとともに、蒸気の冷却温度によっては、熱転移液の飽和蒸気圧によって熱転移液の蒸気を気化しきれずに、蒸気の一部が大気中に流出するのを完全に防ぐことはできない。
【００１３】
これらの課題に対し、例えば特許文献１の方式が知られている。図１０は特許文献１の従来の気相式はんだ付け装置の説明図である。特許文献１で開示されている構成は以下の構成である。図１０は側面図であり、蒸気加熱炉３５の左半分は縦断面で示す。液体４０は、加熱によって蒸気３１を発生させるための熱転移液である。排気口３２は、蒸気加熱炉３５内の気体を炉外に排出するためのノズルである。出入口３３は、炉の内外の境界となる出入口端である。コンベア３４は、被処理物を蒸気加熱炉３５に搬入するためのコンベアである。トンネル３６は被処理物を搬入、搬出する通路となるとともに、後述の空気流の通路となる。トンネル３７は、トンネル３６を延長したトンネルであり、被加熱物を搬入する通路となる。トンネル３８は、トンネル３６よびトンネル３７の境にあり、トンネル３６から分岐しており、これらトンネル２６，２７の上部から斜め上方向に延びているトンネルであり、トンネル３６を通過する空気流の通路となる。排出口３９は、この空気流を排出するノズルである。
【００１４】
動作としては、液体４０を、加熱して蒸気３１を発生させると、蒸気３１は、蒸気加熱炉３５の内部をある高さまで上昇し、上部の空気相との間に空気−蒸気の界面４１ができる。一方、一部の蒸気は、出入口３３及びトンネル３７を通って炉外に流出する。ここでトンネル３６内に流出蒸気の運動量を越える運動量をもった空気流を作れば、この気流はトンネル３８を通過し、排出口３９より排出されるので、トンネル３７内にまで流出した蒸気３１はこの気流に押し戻されて炉外流出が防止できる。
【００１５】
トンネル３６内に流れ方向に均一な気流を作るためには、トンネル３６の長さはトンネル高さの３倍以上あればよい。トンネル３８は、トンネル３６を通過した空気をできるだけなめらかに上部に導くために、蒸気加熱炉３５の方へ向って斜め上方向に延ばしている。トンネル３６とトンネル３８との境に渦流が生ずれば、トンネル３７内の蒸気をまき込むからである。気流を上部に導くのは、蒸気３１は対空気比重が大きいので下部に、すなわちトンネル３７内に集めるためである。
【００１６】
蒸気をトンネル３７内に封じ込めるために、さらに望ましくは、トンネル３６を通過する空気の運動エネルギーをトンネル３７の出入口３３より流出する蒸気の運動エネルギーより大きくすることである。すなわち、蒸気の対空気比重をα、流出蒸気の平均流速をＶｌ、空気の流速をＶ２とすると、Ｖ２＞Ｖ１×√αが成り立つことが望ましい。
【００１７】
トンネル３７において、その出入口３３で空気側と蒸気側が均圧するよう蒸気加熱炉３５の上部の圧力をトンネル３８内の圧力より小さくすれば、蒸気の吹き出し圧力が小さくなるので、トンネル３７内に空気−蒸気の斜めの界面が生じ、蒸気の流出量は大幅に少なくなる。
【００１８】
なお、トンネル３６及びトンネル３７ともに蒸気加熱炉３５に向って下がるように多少勾配をつけておけば、凝縮液が自然に蒸気加熱炉３５に戻り、都合が良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭６０−１０８１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このような特許文献１の構成では、蒸気加熱炉が１ゾーンだけの単独で構成される装置の場合は、前述のように外部からの気流を取り込んで気流制御によって熱転移液の蒸気を蒸気加熱炉内に閉じ込める動作は可能である。
【００２１】
しかしながら、より複雑な温度プロファイルを形成する必要がある際は、１ゾーンだけではなく、蒸気加熱炉、又は蒸気の凝縮潜熱を利用する加熱方法以外の加熱手段を用いる加熱炉等を複数連結して用いる装置が必要となり、その場合は、複数の隣接する蒸気加熱炉又は加熱炉との隣接間の狭小な空間において、蒸気の流出防止のための特別な機構が必要となり、連続炉では全長が長くなるといった課題を有している。
【００２２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物を加熱する蒸気加熱炉を含む、複数の加熱炉が連結されて構成される連続炉の気相式加熱方法及び装置において、蒸気の流出防止のための特別な機構が不要となり、隣接する蒸気加熱炉と加熱炉との間で熱転移液の蒸気の圧力差を低減することができる気相式加熱方法及び気相式加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる気相式加熱方法は、
熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物の加熱を行う少なくとも一つの蒸気加熱炉と、前記蒸気加熱炉と連通して配置された少なくとも一つの加熱炉とを備える連続炉で、前記被加熱物を加熱する気相式加熱方法であって、
前記蒸気加熱炉と隣接する前記加熱炉と、前記蒸気加熱炉との間を連通する前記被加熱物の連通部を介して、前記被加熱物を前記加熱炉又は前記蒸気加熱炉に搬入し、
前記蒸気加熱炉内の前記連通部よりも上方に備えた蒸気冷却部で、前記蒸気加熱炉内の前記熱転移液の前記蒸気を冷却して液化するとともに、圧力調整部により前記蒸気加熱炉内の圧力を前記加熱炉内の圧力と同等に保持することで、前記連続炉内の圧力を均等にしつつ、搬入された前記被加熱物を加熱する。
【００２４】
また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様にかかる気相式加熱装置は、
熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物の加熱を行う少なくとも一つの蒸気加熱炉と、前記蒸気加熱炉と連通して配置された少なくとも一つの加熱炉とを備える連続炉で構成されて前記被加熱物を加熱する気相式加熱装置であって、
前記蒸気加熱炉は、
前記被加熱物を搬出入可能に、隣接する前記加熱炉との間で連通する連通部と、
前記連通部よりも上方に配置されて、前記蒸気加熱炉内の前記熱転移液の前記蒸気を冷却して液化する蒸気冷却部と、
前記蒸気冷却部の内部圧力を前記加熱炉内の圧力と同等に保持するように調整する圧力調整部とを備える。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明の前記態様にかかる気相式加熱方法及び気相式加熱装置によれば、複数の加熱炉が狭小な間隔で連結するような連続炉であっても、熱転移液の蒸気の凝縮潜熱を利用して被加熱物の加熱を行う蒸気加熱炉の炉内圧力を、圧力調整部で一定圧力に保持することが可能となる。その結果として、蒸気の流出防止のための特別な機構が不要となり、隣接する蒸気加熱炉と加熱炉との間で被加熱物の搬送部の連通部での蒸気の移動を低減して熱転移液の蒸気の圧力差を低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態における気相式加熱装置を含む連続炉の説明図
【図２】本発明の実施の形態における気相式加熱装置の説明図
【図３】本発明の実施の形態における気相式加熱装置の詳細説明図
【図４】本発明の実施の形態における気相式加熱装置の詳細説明図
【図５】本発明の実施の形態における気相式加熱装置の詳細説明図
【図６】本発明の実施の形態における別の態様の気相式加熱装置の詳細説明図
【図７】本発明の実施の形態における気相式加熱装置の説明図
【図８】被加熱物の連続搬送の構成における温度プロファイルと気相式加熱装置との説明図
【図９】被加熱物の分割搬送の構成における温度プロファイルと気相式加熱装置との説明図
【図１０】本発明の別の実施の形態における気相式加熱装置の蒸気加熱炉の被加熱物の搬送方向とは９０度異なる方向から見た説明図
【図１１】従来の気相式加熱装置を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態における気相式加熱装置の説明図である。気相式加熱装置５０は、少なくとも一つの蒸気加熱炉４とを備える連続炉である。蒸気加熱炉４は、連通部６と、被加熱物冷却部８とを備える。
【００２９】
気相式加熱装置５０は、一例として、複数の加熱炉５が直列的に連結して構成されている。気相式加熱装置５０は、熱転移液２の蒸気３の凝縮潜熱を与えることで被加熱物１を加熱する蒸気加熱炉４を少なくとも一つ含み、他に熱風循環等による熱転移液２の蒸気３を用いない被加熱物１の加熱手段による加熱炉５などが接続されている。図１の場合は、気相式加熱装置５０は、被加熱物１の搬送方向に対して、順番に、入口部７と、蒸気加熱炉４Ａと、加熱炉５と、蒸気加熱炉４と、出口側の被加熱物冷却部８とを備える連続炉である。連通部６を介して搬送部９で被加熱物１を搬送する。熱転移液の一例としては、電気絶縁性のフッ素系不活性液体である。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態における気相式加熱装置５０の詳細な説明図である。図２の場合は、搬出方向における蒸気加熱炉４の前後（図２では左側と右側と）に、熱風循環等による熱転移液２の蒸気３を用いない加熱手段による加熱炉５が、搬出方向の前後に連通して配置されている。
【００３１】
蒸気加熱炉４は、底面付近に、所定量の熱転移液２を保持する浴槽４ｘを有する。浴槽４ｘ内には、保持する熱転移液２を加熱して蒸気３にするための電気ヒータなどの加熱源１０を備えている。
【００３２】
加熱源１０は、熱転移液２の浴槽４ｘの中に投入して使用する投げ込み式、若しくは浴槽４ｘの壁面全体、若しくは浴槽４ｘの壁面の一部を加熱する構成でも可である。なお、加熱源１０の加熱能力は、少なくとも熱転移液２の蒸気３が、蒸気加熱炉４の内壁面又は搬送部９等で冷却されて液化するよりも多くの熱転移液２を蒸気３とするために必要な加熱能力と、それに加えて、被加熱物１を所望の昇温速度で加熱するために必要な量の蒸気３を形成するために熱転移液２に付与する加熱能力との総量よりも大きい加熱能力が必要である。搬送部９は、一例として、連続炉を貫通して被加熱物１を搬送可能なベルトコンベヤで構成される。
【００３３】
蒸気加熱炉４は、その上流、又は下流に配置される加熱炉５と連通する、連通部６を有する。連通部６は、上流の加熱炉５から蒸気加熱炉４に被加熱物１を搬入、又は、蒸気加熱炉４から下流の加熱炉５に被加熱物１を搬出するために必要な開口部であって、被加熱物１の搬入及び搬出のための搬送部９によって被加熱物１が通過するための搬出入部の一例として機能する。
【００３４】
ここで、このような構成の場合、通常では、熱転移液２の気化による体積膨張等で蒸気加熱炉４内の圧力が高くなると、連通部６を通じて連通する前後の加熱炉５内の圧力が大気圧、若しくは少なくとも蒸気加熱炉４内の圧力よりも低い場合、蒸気加熱炉４内の蒸気３は、連通部６を通して加熱炉５側に流出してしまう。その結果、加熱炉５等を介して連続炉の外に熱転移液２の蒸気３が流出することになる。これを回避するためには、加熱炉５内の圧力を蒸気加熱炉４内の圧力と同等にするか、逆に、蒸気加熱炉４内の圧力を加熱炉５と同等にする必要がある。
【００３５】
そこで、蒸気加熱炉４内の圧力を、隣接する前後の加熱炉５内の圧力と同等にする気相式加熱方法について説明する。
【００３６】
図３は、図２の蒸気加熱炉４のＩＩＩ−ＩＩＩ線沿いの断面図である。
【００３７】
被加熱物１が搬送される搬送部９よりも上方に配置されている第１冷却用連通部１１は、蒸気冷却部１２の一端に連通しており、蒸気冷却部１２の他端は、第２冷却用連通部１３を介して圧力調整部１９に連通している。蒸気冷却部１２は、一端から入った蒸気３が蛇行して他端に向かうような通路が形成され、蒸気３が蛇行するうちに通路壁面に吸熱されて冷却されるように構成されている。圧力調整部１９は、一例としてシリンダとピストンとで構成される。その場合、圧力調整部１９の外郭又は容器１９ａとしてはシリンダであり、ピストンが移動体１８の役割をする。圧力調整部１９の内部空間は移動体１８で２分割されている。移動体１８で分割された一方の第１空間１４Ａは、開閉弁１５と圧力調整部１６を介して外部空間と連通することが出来る。また、圧力調整部１９の内部空間で、移動体１８で２分割された他方の第２空間１４Ｂは、圧力調整部１９の外部空間用連通部２０を介して外部空間と連通している。
【００３８】
なお、移動体１８は、移動体固定部１７によって必要に応じて、シリンダ１９ａの所定の位置に固定することが出来る。
【００３９】
また、移動体１８は、移動体固定部１７の固定が解除された際には、圧力調整部１９内のシリンダ１９ａの壁面に沿って、第１空間１４Ａと第２空間１４Ｂとを遮蔽したまま移動することが可能である。
【００４０】
ここで、蒸気冷却部１２は、加熱源１０で加熱されて気化潜熱を加えられて気化した熱転移液２の蒸気３のうち、第１冷却用連通部１１から導入される蒸気３を全て液体に相変化することが出来る冷却能力を有する。なお、蒸気冷却部１２で冷却されて液化した熱転移液２は、蒸気冷却部１２の最底面に接続されたパイプ２３を介して回収部２１に回収することで、再利用することが可能となる。回収部２１に回収された熱転移液２は、必要に応じて、ポンプ２２によって蒸気加熱炉４内の熱転移液２の浴槽４ｘに戻される。
【００４１】
被加熱物１を蒸気加熱炉４に搬入する前に、加熱のための準備として、蒸気加熱炉４内では、熱転移液２を加熱源１０によって加熱し、連続的に熱転移液２を蒸気３とするための気化潜熱を与えて、蒸気３の蒸気相を形成させ増加させていく。加熱源１０の稼働の当初は、蒸気加熱炉４内の各箇所の温度は熱転移液２の沸点以下であるため、蒸気加熱炉４内の各箇所に接触した熱転移液２の蒸気３は、蒸気３が接触した各箇所に凝縮潜熱を与えて液化し、液化した熱転移液２は自重によって蒸気加熱炉４の下部に落下し、熱転移液２の浴槽に回収される。この繰り返しで、蒸気加熱炉４内の各箇所は、熱転移液２の凝縮潜熱を受け取ることによって徐々に加熱されて、順次、熱転移液２の沸点温度まで達する。その結果、蒸気加熱炉４内の大気の相と熱転移液２の蒸気３の蒸気相との界面が徐々に上方に移動し、連通部６の高さまで達する。
【００４２】
ここで、熱転移液２の蒸気３の比重が炉内の気体、例えば大気よりも軽い場合は問題ないが、大気よりも重い場合は、蒸気の自重によって連通部６から自然に流出してしまう。このため、事前に開閉弁１５を解放したまま、圧力調整部１６によって、蒸気加熱炉４内の圧力が、大気圧、又は隣接する加熱炉５内の圧力と同等になるように調整する。これによって、熱転移液２の蒸気３は、蒸気加熱炉４内で搬送部９を超えて第１冷却用連通部１１の高さにまで達する。
【００４３】
図４は、図３と同様に図２の蒸気加熱炉４のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図であり、被加熱物１を連続炉及び蒸気加熱炉４に搬入して生産を開始するための準備が完了した状態を示す。
【００４４】
熱転移液２の蒸気３は、蒸気加熱炉４と蒸気冷却部１２との第１冷却用連通部１１に達し、蒸気冷却部１２を圧力調整部１６によって負圧にすることで、蒸気３は、第１冷却用連通部１１を介して蒸気冷却部１２に導入され、熱転移液２の蒸気３は、蒸気冷却部１２で冷却されて液化する。蒸気冷却部１２は、前述のように加熱源１０で加熱されて気化潜熱を加えられて気化した熱転移液２の蒸気３のうち、第１冷却用連通部１１から導入される分の蒸気３を全て液体に相変化させることが出来る能力を有する。このため、第２冷却用連通部１３に達する前に、蒸気３は蒸気冷却部１２により全て液化される。ここで、被加熱物１の搬入準備が完了し、圧力調整部１６に連通する開閉弁１５を閉じ、圧力調整部１９の第１空間１４Ａは、蒸気冷却部１２との連通は維持するが、外部空間とは、開閉弁１５と移動体１８とで遮蔽された状態となる。
【００４５】
次に、図５は、図３と図４と同様に、図２の蒸気加熱炉４のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。被加熱物１の投入準備が完了したことで、被加熱物１の搬入等による蒸気３の量の変動が起きた場合に対応するために、移動体固定部１７の移動体１８の固定を解除する。
【００４６】
なお、この解除は、手動で行う場合と、自動で行う場合とがある。
【００４７】
手動で行う場合には、圧力調整部１６によって制御される「負圧」は所定の値で一定であるため、固定解除のトリガーとして、何らかの変化点を検出することは困難なため、複合的に準備完了の判断をユーザがした後に手動で固定解除する。
【００４８】
一方、自動で行う場合の例としては、以下のような構成が例示できる。装置の立ち上げ初期の段階では、圧力調整部１６は、第１空間１４Ａ内を所定の負圧とするために、第１空間１４Ａ内の大気を開閉弁１５を介して放出し続けている。ここで、準備完了の状態は、蒸気加熱炉４内から吸引する蒸気量と、蒸気冷却部１２で液化する量とが釣り合って、蒸気３の無い空間の体積が変動しない状態、つまりは、移動体固定部１７の固定を解除する際に、移動体１８が動かないようになっている必要があり、このとき、圧力調整部１６を通過する気体はゼロとなる。この、圧力調整部１６を流れる気体の流量がゼロとなった状態、を圧力調整部１６などで検出することができれば、これをトリガーとして、自動的に固定を解除することができる。
【００４９】
移動体固定部１７で固定されていた移動体１８の固定を解除することで、移動体１８が、圧力調整部１９のシリンダ１９ａ内の壁面に沿って、第１空間１４Ａと第２空間１４Ｂとを遮蔽したまま移動するようになる。このとき、被加熱物１の蒸気加熱炉４への搬入等による外乱に対して、熱転移液２の蒸気３が、搬送部９の連通部６を通じて、隣接する加熱炉５などへ流出することを防ぐためには、蒸気加熱炉４内の圧力を準備完了の状態のまま保持する必要がある。蒸気加熱炉４内の圧力を準備完了の状態のまま保持するためには、連通する蒸気冷却部１２内の圧力を一定に保持する必要がある。さらにそのためには、蒸気冷却部１２に連通する第１空間１４Ａの圧力を一定に保持する必要がある。つまり、移動体１８の固定を解除した時点、すなわち、開閉弁１５を閉じた時点の第１空間１４Ａの圧力を維持する必要がある。このとき、移動体１８が接しているもう一方の第２空間１４Ｂの圧力は、外部空間用連通部２０によって外部空間の大気圧で一定となっている。よって、移動体１８の固定を解除した時点で第１空間１４Ａの圧力が変動しないためには、第１空間１４Ａの体積が変化しない、つまり、移動体１８が移動しない必要があり、すなわち、移動体１８の重量による重力方向への力が、第２空間１４Ｂの圧力である大気圧と第１空間１４Ａの圧力との圧力差を相殺することが出来れば良い。
【００５０】
これにより、様々な圧力変動の外乱要因、例えば蒸気加熱炉４への被加熱物１の搬入による蒸気３自体の量の変化、又は、蒸気冷却部１２における蒸気３の液化及び回収の量の変動などの影響を受けて、第１空間１４Ａの圧力が変化しようとしても、移動体１８の自重による重力方向への上下動によって第１空間１４Ａの体積が自動的に変化して、圧力も自動的に保持される。言い換えれば、蒸気加熱炉４内の圧力と加熱炉５内の圧力との圧力差と移動体１８の重量とに基づきシリンダ１９ａ内を移動体１８が摺動することにより、蒸気加熱炉４内の圧力を加熱炉５内の圧力と同等に保持する。
【００５１】
このとき、連通している第２冷却用連通部１３と、蒸気冷却部１２と、第１冷却用連通部１１とを介した蒸気加熱炉４内の圧力についても、所望の圧力に保持される。よって、連続炉で蒸気加熱炉４の前後に接続された加熱炉５等と蒸気加熱炉４との圧力差が発生することはなく、熱転移液２の蒸気３の流出を防ぐことが出来る。
【００５２】
前記実施形態によれば、複数の加熱炉４，５が狭小な間隔で連結するような連続炉であっても、熱転移液２の蒸気３の凝縮潜熱を利用して被加熱物１の加熱を行う蒸気加熱炉４の炉内圧力を一定圧力に保持することが可能となる。その結果として、蒸気の流出防止のための特別な機構が不要となり、隣接する蒸気加熱炉４と加熱炉５との間で被加熱物１の搬送部９の連通部６での蒸気３の移動を低減して熱転移液２の蒸気３の圧力差を低減することが出来る。
【００５３】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００５４】
例えば、図６は、本発明の実施の形態における別の態様の気相式加熱装置の詳細説明図である。移動体１８の動作に対して、移動体１８とシリンダ１９ａの端部１９ｂとに連結されたバネなどの弾性体２４によって一定の応力を移動体１８に印加し続けることで、同様の効果を得ることが可能である。なお、弾性体２４はその伸びの程度によって弾性力が変化するため、この場合の移動体１８の可動範囲は、弾性体２４の弾性力の変化が無視できる範囲に限られる。また、弾性体２４を使用する際は、移動体１８の重量の影響は少ないため、移動体１８の移動方向は垂直方向に限定されるものではない。
【００５５】
また、図７は、蒸気加熱炉４に隣接する上流側にも、熱転移液２の凝縮潜熱を利用した加熱を行うための蒸気加熱炉４Ａを連結した場合の説明図である。上流側の蒸気加熱炉４Ａは、一例として、蒸気加熱炉４とは沸点の異なる熱転移液２Ａを使用する場合、又は、別の例として、熱転移液２Ａの仕様は同じであるが、熱転移液２Ａに付与する熱エネルギーの量を制御することで、熱転移液２Ａの蒸気３Ａの濃度が異なる蒸気加熱炉４Ａを隣接して配置している場合である。蒸気加熱炉４と蒸気加熱炉４Ａとのそれぞれについて、図３のような構成の蒸気冷却部１２及び圧力調整部１９を連通させることで、炉内圧力を一定に保持することが出来るため、圧力差が発生することが無く、隣接する炉体間での沸点の異なる熱転移液２Ａの蒸気３Ａの流出、流入、あるいは蒸気３Ａの濃度差異による隣接する蒸気加熱炉４Ａと蒸気加熱炉４との間で被加熱物１の搬送部９の連通部６での蒸気３Ａの移動を低減して熱転移液２Ａの蒸気３Ａの圧力差を低減することが出来る。
【００５６】
また、図８は、本発明の実施の形態における気相式加熱装置において、入口から出口まで連続して同一速度で被加熱物１が搬送される搬送部９を有する場合の温度プロファイルの説明図である。被加熱物１の搬入からの加熱について、第１の蒸気加熱炉４Ａを予熱工程として被加熱物１を所望の温度まで加熱し、次の加熱炉５では、熱風循環加熱等によって予熱温度を保持する。その後、第２の蒸気加熱炉４において、本加熱工程として、さらに所望の温度まで昇温することで、加熱処理が終了し、被加熱物冷却部８で被加熱物１の冷却を行うことで、温度プロファイルが完成する。なお、図３のような構成の蒸気冷却部１２及び圧力調整部１９は図示を省略している。
【００５７】
さらに、図９は、本発明の実施の形態における気相式加熱装置において、入口から出口までの被加熱物１の搬送部２５は、各蒸気加熱炉４及び加熱炉５ごとに区切った搬送とする構成とした場合の温度プロファイルの説明図である。各蒸気加熱炉４及び加熱炉５ごとに区切った搬送部２５とすることで、各蒸気加熱炉４及び加熱炉５内で被加熱物１の移動速度を変化させることが出来、場合によって、停止することも可能となり、各蒸気加熱炉４及び加熱炉５でそれぞれ所望の時間保持することが出来る。そのため、図８の場合の温度プロファイルよりも、各加熱工程を長短変化させることが出来、これによって、例えば一例として図９に示す温度プロファイルのように加熱炉５における温度保持時間を長くする場合、又は、図示はしないが、蒸気加熱炉４におけるピーク温度に到達した後の時間を変化させることが可能となるなど、より複雑な温度プロファイルを作成することが可能となる。なお、ここでも、図３のような構成の蒸気冷却部１２及び圧力調整部１９は図示を省略している。
【００５８】
また、蒸気加熱炉４は、その内部の下部の浴槽４ｘ内に加熱源１０を配置しているが、このような構成に限定されるものではなく、図１０に示すように、蒸気加熱炉４の外部に蒸気発生部４ｙを接続部４ｚを介して接続し、蒸気発生部４ｙの加熱源１７ｙで熱転移液２を加熱して蒸気３を発生させ、発生した蒸気３を接続部４ｚを介して蒸気加熱炉４に供給するようにしてもよい。なお、図１０は、蒸気加熱炉４の被加熱物１の搬送方向とは９０度異なる方向から見た説明図として図示している。
【００５９】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の前記態様にかかる気相式加熱方法及び気相式加熱装置は、被加熱物への熱伝達を行う熱転移液の蒸気の濃度を増減して調節しかつ均等にすることができ、昇温速度を加減することが可能となり、被加熱物の加熱の際に場所及び時間による加熱能力の差が生じず、立体的な形状の被加熱物においても均一な熱伝達による加熱を行うことが可能となる。このため、本発明の前記態様は、立体的な被加熱物を均一に加熱する加熱方法及び装置として、工業製品又は家電製品の製造工程又は各種電子部品の製造工程における乾燥炉、キュア炉、又はリフロー炉などの各種熱処理を行う熱処理方法及び装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１    被加熱物
２    熱転移液
２Ａ  熱転移液
３    蒸気
３Ａ  蒸気
４    蒸気加熱炉
４ｘ  浴槽
４ｙ  蒸気発生部
４ｚ  接続部
４Ａ  蒸気加熱炉
５    加熱炉
６    連通部
７    入口部
８    被加熱物冷却部
９    搬送部
１０  加熱源
１１  第１冷却用連通部
１２  蒸気冷却部
１３  第２冷却用連通部
１４Ａ  第１空間
１４Ｂ  第２空間
１５  開閉弁
１６  圧力調整部
１７  移動体固定部
１８  移動体
１９  圧力調整部
１９ａ  シリンダ
１９ｂ  端部
２０  外部空間用連通部
２１  回収部
２２  ポンプ
２３  パイプ
２４  弾性体
２５  搬送部
３１  蒸気
３２  排気口
３３  出入口
３４  コンベア
３５  蒸気加熱炉
３６  トンネル
３７  トンネル
３８  トンネル
３９  排出口
４０  液体
４１  空気−蒸気の界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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