(57)【要約】      （修正有）【課題】被加熱物を環境変化による炉温の変動又は被加熱物品種等に関わらず、均一に熱処理できる熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置１の被加熱物２と熱源４との間の位置に、複数個の開口部と異なる輻射率を持つ二枚の均熱板を重ねた均熱板ユニット３を搭載し、前記均熱板を搬送方向と直交する炉幅方向に分割させて個々にスライドさせることにより、熱源から受熱した輻射熱を均熱化し、被加熱物温度を常時均一に熱処理できる。【選択図】図１Ａ
2014214999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間で被加熱物を熱処理する炉体と、
前記炉体の内部の熱源と、
前記被加熱物と前記熱源との間に前記熱源からの輻射を二次輻射し、前記被加熱物を均熱化させる均熱板ユニットとを有する熱処理装置において、
前記均熱板ユニットは、複数の矩形状の開口部が設けられた均熱板を前記被加熱物の搬送方向とは直交する炉幅方向に配置し、前記各開口部の長手方向が前記搬送方向沿いに配置され、前記各開口部の短手方向が前記炉幅方向に配置されるとともに、前記均熱板は、前記熱源に近い熱源側均熱板と、前記熱源から遠く前記被加熱物に近い被加熱物側均熱板とで構成され、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とが前記搬送方向及び前記炉幅方向と直交する炉体垂直方向に互いに接触して重ねられた状態で配置されており、前記ヒータ側均熱板の表面の輻射率をεｈ、前記被加熱物側均熱板の表面の輻射率をεｗとするとき、Δε＝｜εｈ−εｗ｜で示される輻射率差がΔε≧０．６であり、かつεｈ≧０．８であり、前記均熱板ユニットは、前記搬送方向と直交する炉幅方向に対して、三分割以上に複数に分割されており、
さらに、前記熱処理装置は、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とを炉幅方向に相対的にスライドさせて、前記熱源側均熱板の開口部と前記被加熱物側均熱板の開口部との位相を一致した状態と位置ずれした状態との間で移動させる駆動部を備える、熱処理装置。
【請求項２】
前記均熱板ユニットの前記開口部の開口率ηは、２５［％］≦η≦５０［％］の範囲である請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記均熱板ユニットの前記開口部のピッチをＬとすると、１５［ｍｍ］≦Ｌ≦６０［ｍｍ］の範囲である請求項２に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉体内部に搬送される被加熱物への熱処理を行う熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱処理装置は、化学反応を伴う合成、不純物の除去、結晶構造の改善、又は、粒子の成長などを目的に、比較的高温で長時間の熱処理を行う装置である。このような熱処理装置は、被加熱物の上部及び下部に列設したヒータからの輻射熱又は熱風等で被加熱物を加熱する装置であり、被加熱物の場所ごとに温度の差異無く、効率良く加熱することが求められている。
【０００３】
しかし、従来の熱処理装置の温度分布は、一定の温度ばらつきを含んでいる。前記温度ばらつきの主な要因は、熱処理装置の炉内で被加熱物が搬送される方向（炉の長手方向）と直交する、炉の幅方向（以後、特に断りのない限り、「炉幅方向」と称する。）の両端部の温度が、他の部分と比較して相対的に低くなるためである。即ち、炉幅方向で生じる温度差異の影響により、被加熱物の面内温度ばらつきを増大させる。このばらつきの原因は、一般に炉体を構成する炉壁の温度が低いことから、炉幅方向の中央部の放散熱量に対して、炉壁側の放散熱量が多いことなどが挙げられる。また、被加熱物が搬送される方向においては、炉内雰囲気変動に伴うヒータ制御ばらつき又は搬送面の輻射率ばらつきなどの影響によって、被加熱物の面内温度ばらつきが発生しうる。これらの温度差異は、即、品質のバラつきに結びつくことから、温度差異を一定の範囲内に収めるべく、効率良く加熱できる性能が求められている。そこで、被加熱物の温度差異を一定の範囲内に収める為に、被加熱物を二次輻射によって均熱化させる均熱板を設ける手段が知られており、例えば特許文献１の方式が挙げられる。
【０００４】
図１３は特許文献１の説明図である。図１３の熱処理炉２０は、炉壁２１、２２、２４、２５と、相対面する上下の前記炉壁２１、２２に配置されたヒータ２３と、熱処理炉２０の横の炉壁２４、２５に設置されかつ炉２０内を均熱化する反射板としての熱処理用シリコンプレート２６とを備えることを特徴とする。この熱処理用シリコンプレート２６を炉壁２４、２５に設けることによって、ヒータ２３の熱が、熱処理用シリコンプレート２６によって炉２０内に反射されるので、炉内温度が均一化される。図１３の構造によれば、熱処理炉２０の炉内を８００［℃］に昇温した場合、炉内中心部と炉内周辺部との温度差は５［℃］である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８‐１３８９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に代表される従来の熱処理装置においては、被加熱物の配置位置によって温度ばらつきが生じる問題、また、周囲環境又は経時変化によっては炉内温度が変化したり、基板の熱容量が異なる場合には、ヒータ設定値又は処理時間が同じであっても、基板の温度変化の状況が異なり、基板の温度分布にばらつきが生じるといった問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、被加熱物を環境変化による炉温の変動又は被加熱物品種等に関わらず、均一に熱処理できる熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の態様は以下のように構成する。
【０００９】
本発明の一つの態様は、内部空間で被加熱物を熱処理する炉体と、
前記炉体の内部の熱源と、
前記被加熱物と前記熱源との間に前記熱源からの輻射を二次輻射し、前記被加熱物を均熱化させる均熱板ユニットとを有する熱処理装置において、
前記均熱板ユニットは、複数の矩形状の開口部が設けられた均熱板を、前記被加熱物の搬送方向とは直交する炉幅方向に配置し、前記各開口部の長手方向が前記搬送方向沿いに配置され、前記各開口部の短手方向が前記炉幅方向に配置されるとともに、前記均熱板は、前記熱源に近い熱源側均熱板と、前記熱源から遠く前記被加熱物に近い被加熱物側均熱板とで構成され、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とが前記搬送方向及び前記炉幅方向と直交する炉体垂直方向に互いに接触して重ねられた状態で配置されており、前記ヒータ側均熱板の表面の輻射率をεｈ、前記被加熱物側均熱板の表面の輻射率をεｗとするとき、Δε＝｜εｈ−εｗ｜で示される輻射率差がΔε≧０．６であり、かつεｈ≧０．８であり、前記均熱板ユニットは、前記搬送方向と直交する炉幅方向に対して、三分割以上に複数に分割されており、
さらに、前記熱処理装置は、前記熱源側均熱板と前記被加熱物側均熱板とを炉幅方向に相対的にスライドさせて、前記熱源側均熱板の開口部と前記被加熱物側均熱板の開口部との位相を一致した状態と位置ずれした状態との間で移動させる駆動部を備える、熱処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の前記態様にかかる熱処理装置によれば、炉壁放散熱又は炉体の周囲環境及び炉材の経時変化による炉温の変動又は被加熱物の品種などにかかわらず、均一に熱処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態における熱処理装置の内部であって、炉幅方向沿いの断面図
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態における熱処理装置の内部であって、搬送方向沿いの断面図
【図２】（ａ）と（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態における均熱板ユニットを説明するための平面図と断面図
【図３】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの伝熱形態を示す図
【図４】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの輻射率差と温度差の関係を示す図
【図５】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの輻射率と温度差の関係を示す図
【図６】従来の均熱板の温度分布を示す図
【図７】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの開口部と温度差の関係を示す図
【図８】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの開口率と温度差の関係を示す図
【図９】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの開口部作動状況と開口率の状態を示す図
【図１０】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの開口部作動パターン（降温部）の例を示す図
【図１１】本発明の第１実施形態における均熱板ユニットの開口部作動状況と温度差の関係を示す図
【図１２】本発明の第２実施形態における熱処理装置の内部を示す上面図
【図１３】従来の均熱板を用いた熱処理装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（第１実施形態）
初めに、本発明の第１実施形態にかかる熱処理装置１の全体構成について説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態にかかる熱処理装置１の内部であって、被加熱物２の搬送方向と直交する炉幅方向沿いの断面図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態にかかる熱処理装置１の内部であって、搬送方向沿いの断面図であり、図１ＡのＢ−Ｂ線断面図で、搬送方向に直交する縦方向（例えば上下方向）に切断した断面図である。なお、図１Ａ中の矢印は一次輻射が、均熱板ユニット３を介して被加熱物２に二次輻射されるまでの流れを示したものである。図１Ｂの符号で、Ｄｂは被加熱物２の搬送方向を示している。また、図２の（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施形態における均熱板ユニット３の全体構造を説明する図であり、本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３の平面図と断面図とを示した図である。
【００１４】
本発明の第１実施形態にかかる熱処理装置１は、複数の搬送ローラ５と、被加熱物２と、搬送ローラ支持台９と、搬送ローラ５と上部の分割ヒータ４の間に配置された複数、例えば３枚の均熱板ユニット３と、複数の均熱板ユニット３をそれぞれ支持する複数の均熱板支持フレーム７と、複数の均熱板支持フレーム７を横方向(例えば水平方向)にそれぞれ移動させる複数のシリンダ駆動部６ａ，６ｂ，６ｃと、装置全体を断熱材８で覆うように構成された炉体１ａとを備えて構成されている。搬送ローラ支持台９の上で、複数の分割ヒータ４と複数の均熱板ユニット３と複数の均熱板支持フレーム７の一部と搬送ローラ５の一部とを断熱材８で囲い込むようにして炉体１ａを形成し、炉体１ａの内部空間で被加熱物２を熱処理する。分割ヒータ４は、熱源の一例として機能する。均熱板支持フレーム７は、支持部材の一例として機能する。被加熱物２の一例としては、基板などが例示される。シリンダ駆動部６ａ，６ｂ，６ｃは、駆動部の一例として機能し、具体的には、油圧式シリンダ６ａ，６ｂ，６ｃで構成されている。
【００１５】
熱処理装置１は、焼成炉、乾燥炉、キュア炉、又はリフロー炉など、加熱処理を行う炉である。熱処理装置１では、加熱対象の熱容量又はサイズに応じた多点温度制御を実施し、分割ヒータ４からの輻射熱を個別にコントロールし、断熱材８によって熱遮断されている炉体内を均一に加熱している。
【００１６】
ここで、熱処理装置１においては、炉内で、分割ヒータ４の他に、上側の分割ヒータ４と下側の被加熱物２との間の中間部に複数の均熱板ユニット３が複数の均熱板支持フレーム７の上にそれぞれ配置されている。これらの複数の均熱板ユニット３は、被加熱物２と分割ヒータ４との間に配置されることにより、分割ヒータ４からの輻射を二次輻射し、被加熱物２を均熱化させる機能を有している。
【００１７】
図２に明りょうに示すように、一例として、均熱板ユニット３は、三分割以上の複数個に分割されている。この例では、均熱板ユニット３を、中央部の１枚の金属板の均熱板ユニット３と、中央部の均熱板ユニット３を挟む両側の２枚の金属板の炉壁側の均熱板ユニット３（第１炉壁側（例えば図１Ａの左炉壁側）の１枚の金属板の均熱板ユニット３と第２炉壁側（例えば図１Ａの右炉壁側）の１枚の金属板の均熱板ユニット３）とに３分割している。分割された１つの均熱板ユニット３は、それぞれの金属板に、複数の矩形状の開口部３ａを有する均熱板３ｂを炉幅方向に複数個並べて構成している。各均熱板３ｂは、複数の矩形状の開口部１０ａを有するヒータ側均熱板１０と、複数の矩形状の開口部１１ａを有する被加熱物側均熱板１１とが、搬送方向及び炉幅方向と直交する炉体垂直方向に互いに接触して重ねられて構成されている。後述するように、ヒータ側均熱板１０に対して被加熱物側均熱板１１は相対的に移動可能となっている。
【００１８】
尚、図２のＣ１，Ｃ２は均熱板ユニット３の金属板の分割位置を示している。ここでは、２つの分割位置Ｃ１，Ｃ２により、均熱板ユニット３の金属板は３分割されている。また、図２の矢印Ｄｈ，Ｄｗはそれぞれ分割ヒータ４と被加熱物２との配置位置方向を示している。図２のＬｓは炉幅方向沿いの開口部短手方向長さを示し、Ｗｓは炉幅方向と垂直な開口部長手方向長さを示している。Ｌは１つの均熱板ユニット３の炉幅方向の長さを示している。Ｌ０は均熱板ユニット３全体の配置スペースの炉幅方向の長さを示している。
【００１９】
本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３は、図２に示すように２枚の均熱板、すなわちヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１とが接触した状態で２層に重ねたものである。このとき、ヒータ側均熱板１０は、耐熱鋼の表面を十分に酸化させた高輻射率の材質で作られたものである。被加熱物側均熱板１１は、セラミック又はファインフレックスモールド等の、ヒータ側均熱板１０よりも低輻射率の材質で作られたものである。本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３は、一例として、２枚の均熱板１０，１１共、図２に示す領域（Ｗｓ×Ｌｓの面積）の開口部３ａを、炉幅方向に、複数個、等間隔に切り出して作られている。加えて、熱処理装置１は、被加熱物２の炉幅方向温度分布を均一に保つ為、分割ヒータ４及び均熱板ユニット３は、それぞれ、炉幅方向に対して複数個に分割されている。一例として、図１Ａの分割ヒータ４と図２の均熱板ユニット３とは、それぞれ３分割されている様子を表している。
【００２０】
また、複数の均熱板ユニット３が載置された複数の均熱板支持フレーム７は、それらの一端にシリンダ駆動部６ａ，６ｂ，６ｃがそれぞれ個別に設けられて、シリンダ駆動部６ａ，６ｂ，６ｃが独立して個別に駆動されることにより、対応する均熱板支持フレーム７が炉幅方向に独立して個別にスライドすなわち進退移動させられて、ヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１とを相対的に移動させる。一例として、ヒータ側均熱板１０をすべて炉体側に固定し、被加熱物側均熱板１１をそれぞれ均熱板支持フレーム７で支持して、均熱板支持フレーム７の移動に伴い被加熱物側均熱板１１が、ヒータ側均熱板１０に対して移動するようにしている。このような構成の代わりに、逆に、被加熱物側均熱板１１をすべて炉体側に固定し、ヒータ側均熱板１０をそれぞれ均熱板支持フレーム７で支持して、均熱板支持フレーム７の移動に伴いヒータ側均熱板１０が、被加熱物側均熱板１１に対して移動するようにしてもよい。また、均熱板支持フレーム７をヒータ側均熱板１０用と被加熱物側均熱板１１用との２種類設け、２種類の均熱板支持フレーム７にそれぞれ駆動部を設けて、ヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１とを同時的に駆動して、結果として、被加熱物側均熱板１１とヒータ側均熱板１０とが相対的に移動するようにしてもよい。
【００２１】
よって、このように、均熱板ユニット３を分割ヒータ４と被加熱物２との間に介在させ、更に均熱板ユニット３の被加熱物側均熱板１１をヒータ側均熱板１０に対してシリンダ駆動部６ａ，６ｂ，６ｃによって炉幅方向にスライドさせることで、分割ヒータ４からの輻射熱を均一化させ、搬送ローラ５により搬送される被加熱物２の炉幅方向の温度ばらつきを低減させることができる。ここで、一例として、被加熱物側均熱板１１のスライド量が最小のときとは、矩形状の各開口部が一致している状態を意味し、被加熱物側均熱板１１のスライド量が最大のときとは、矩形状の各開口部が塞がれている状態を意味する。よって、この例では、被加熱物側均熱板１１のスライド量は、０以上、各開口部の幅寸法以下となる。
【００２２】
本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３による伝熱形態及び均熱効果は、均熱板ユニット３の輻射率、分割数、又は、開口部形状のパラメータによって特徴付けられるものである。均熱板ユニット３の前記パラメータと効果とについて、具体的な検証結果に基づいて説明する。
【００２３】
図１Ａ及び図１Ｂにおいて、一例として、まず、断熱材８で構成された炉体１ａの内部の寸法は、縦方向（例えば上下方向）の高さＺ＝２００［ｍｍ］、搬送方向Ｄｂ沿いの長さＹ＝４００［ｍｍ］、炉幅方向沿いの横方向の横幅Ｘ＝８００［ｍｍ］とする。
【００２４】
次に、一例として、高さ（厚さ）１［ｍｍ］の被加熱物２を熱処理装置１の炉幅方向（図１Ａの紙面左右方向）に９個並置し、被加熱物２同士の間隔が１０［ｍｍ］になるように配置した。ただし、それぞれの寸法は、これらに限定するものではなく、被加熱物２の処理量に応じて適切な大きさに設定する。
【００２５】
このような状態で、各分割ヒータ４を６００［℃］の設定にして常温から加熱し、炉内温度が安定状態となる時点で、被加熱物２の温度ばらつきの評価を行なった。
【００２６】
前提条件として、周囲環境又は経時変化により発生し得る温度変動を±０．４［％］とし、被加熱物の温度ばらつき目標は、被加熱物の加熱温度に対して炉幅方向の温度差異を０．６［％］とした。なお、以後、特に断りのない限り、搬送方向Ｄｂと直交する炉幅方向の炉体１ａの中央部の被加熱物２と炉体１ａの中央部から３００［ｍｍ］離れた位置にある炉端部の被加熱物２との温度差異は、「６００ｍｍ幅被加熱物温度差」と略し、被加熱物２の温度を炉内平均温度Ｔ０で除した値ΔＴ／Ｔ０［％］で表す。
【００２７】
今、図３は、均熱板ユニット３の伝熱形態を説明する図である。図３の上側に示すように、ヒータ側均熱板１０の開口部１０ａと被加熱物側均熱板１１の開口部１１ａとが互いに一致するように重ね合わせた位置合わせ状態Ｓａから、図３の下側に示すように、ヒータ側均熱板１０の開口部１０ａに対して被加熱物側均熱板１１の開口部１１ａをＬｓ／２だけスライドさせて動かした位置ずれ状態Ｓｂに移行する場合を想定する。
【００２８】
まず、位置合わせ状態Ｓａにおいては、各分割ヒータ４から供給される輻射熱は、一部の輻射熱ＲＨ１が各ヒータ側均熱板１０に吸収される。各ヒータ側均熱板１０の開口部１０ａを通過する輻射熱ＲＨ２は、そのまま低輻射率均熱板１１の開口部１１ａを通過し、直接、被加熱物２を加熱する。
【００２９】
一方、位置ずれ状態Ｓｂにおいては、各分割ヒータ４から供給される輻射熱は、位置合わせ状態Ｓａと同じく一部の輻射熱ＲＨ３がヒータ側均熱板１０に吸収される。しかし、ヒータ側均熱板１０の開口部１０ａを通過した輻射熱は一部の輻射熱ＲＨ４が被加熱物側均熱板１１に遮蔽される為、被加熱物側均熱板１１に吸収されるが、前記輻射熱ＲＨ４を除くヒータ側均熱板１０の開口部１０ａを通過し、低輻射率均熱板１１の開口部１１ａを通過した輻射熱ＲＨ５は、直接、被加熱物２を加熱することになる。
【００３０】
したがって、位置合わせ状態Ｓａから位置ずれ状態Ｓｂに移行することにより、ヒータ側均熱板１０に対して被加熱物側均熱板１１の輻射率が大きい場合には、各分割ヒータ４から輻射熱を受熱する低輻射率面積が増加し、また被加熱物２及び搬送ローラ５等に向けて二次輻射する高輻射率面積が増加する。即ち、均熱板ユニット３は各分割ヒータ４からの輻射熱が減少し、被加熱物２に向けて放射する二次輻射熱が増加する為、温度は、位置合わせ状態Ｓａに比べ、位置ずれ状態Ｓｂの方が低くなる。
【００３１】
一方、ヒータ側均熱板１０に対して被加熱物側均熱板１１の輻射率が小さい場合には、各分割ヒータ４から輻射熱を受熱する高輻射率面積が増加し、また被加熱物２及び搬送ローラ５等に向けて二次輻射する低輻射率面積が増加する。即ち、均熱板ユニット３は、各分割ヒータ４からの輻射熱が増加し、被加熱物２に向けて放射する二次輻射熱が減少する為、温度は、位置合わせ状態Ｓａに比べ、位置ずれ状態Ｓｂの方が高くなる。
【００３２】
これらの輻射の熱移動をまとめると、次式で表せる。
Ｑ＝Ｑｉｎ  −  Ｑｏｕｔ  −  Ｑｔｒａｎｓ 
ただし、
Ｑ：均熱板ユニット３が蓄える熱量［Ｊ］とし、
Ｑｉｎ：分割ヒータ４から供給される輻射熱［Ｊ］とし、
Ｑｏｕｔ：均熱板ユニット３から均熱板ユニット３を除く炉材へ二次放射される輻射熱［Ｊ］とし、
Ｑｔｒａｎｓ：炉内雰囲気に曝露されている均熱板ユニット３の表面から炉内雰囲気への放散熱［Ｊ］とする。
【００３３】
以上より、均熱板ユニット３が構成するヒータ側均熱板１０の輻射率と被加熱物側均熱板１１の輻射率との差分をより大きくすることが、温度制御上、必要であることがわかる。
【００３４】
図４は、均熱板ユニット３の輻射率差と温度差との関係を示す図である。詳しくはは、均熱板ユニット３を作動（スライド）しない条件（図４の黒丸のスリット開時に相当。）における、ヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１との輻射率差Δεと６００ｍｍ幅被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］との関係、及び、前記均熱板ユニット３を作動する条件（図４の白丸のスリット開閉時に相当。）における、前記輻射率差Δεと６００ｍｍ幅最小被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］とをまとめた検証データが、図４である。このとき、ヒータ側均熱板１０の輻射率をεｈとし、被加熱物側均熱板１１の輻射率εｗとし、それぞれ、０＜εｈ＜１の範囲と、０＜εｗ＜１の範囲とで定義される。また、前記輻射率εｈ、εｗの差分（輻射率差）、すなわち、｜εｈ−εｗ｜をΔεと定義する。ただし、均熱板ユニット３を作動しない条件では、図３の位置合わせ状態Ｓａに示す様な、ヒータ側均熱板１０の開口部１０ａと被加熱物側均熱板１１の開口部１１ａとが一致するように重ね合わせた位置合わせ状態とする。この具体的な検証の結果、均熱板ユニット３の作動条件に関わらず、６００ｍｍ幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．６［％］以下を、εｈ＜εｗの条件では満たさないが、εｈ＞εｗの条件で満たす。また、εｈ＞εｗの条件で均熱板ユニット３を作動しない条件においては、輻射率差ΔεがΔε≧０．８で６００ｍｍ幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．６［％］以下を満たす。一方、εｈ＞εｗの条件で均熱板ユニット３を位置合わせ状態Ｓａと位置ずれ状態Ｓｂとの間で作動する条件では、輻射率差ΔεがΔε≧０．６で前記６００ｍｍ幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．２［％］以下となる。したがって、輻射率差ΔεがΔε≧０．６において均熱板ユニット３を作動させることで、均熱板ユニット３を作動しない条件に対して更に被加熱物２の温度差を圧縮でき、かつ周囲環境又は経時変化による発生し得る温度変動として±０．４［％］を吸収することができる。
【００３５】
図５は、均熱板ユニット３の輻射率と温度差との関係を示す図である。詳しくは、均熱板ユニット３を作動しない条件におけるヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１との輻射率εｈ、εｗと６００ｍｍ幅被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］との関係、及び前記均熱板ユニット３を作動する条件における前記輻射率εｈ、εｗと６００ｍｍ幅最小被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］とをまとめた検証データが、図５である。このとき、被加熱物側均熱板１１の輻射率εｗに対して、ヒータ側均熱板１０の輻射率εｈが大きく、前記輻射率差ΔεがΔε＝０とする。ただし、均熱板ユニット３を作動しない条件は、図３の位置合わせ状態Ｓａに示す様なヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１との開口部１０ａ，１１ａが互いに一致するように重ね合わせた位置合わせ状態Ｓａとする。この具体的な検証の結果、均熱板ユニット３を作動しない条件において、（εｈ，εｗ）＝（０．９，０．３）で、６００ｍｍ幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．６［％］以下を満たす。一方、均熱板ユニット３を作動する条件では、（εｈ，εｗ）＝（０．８，０．２）、（０．９，０．３）で、前記６００ｍｍ幅被加熱物温度差は、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．２［％］以下を満たす。したがって、εｈ≧０．８において均熱板ユニット３を作動させることで、均熱板ユニット３を作動しない条件に対して、更に被加熱物温度差を圧縮でき、かつ周囲環境又は経時変化による発生し得る温度変動として±０．４［％］を吸収できる。
【００３６】
図５の具体的な検証結果より、輻射率の絶対値に関しては、輻射率が高い方が望ましいことが分かる。これは、被加熱物２の均熱性において、均熱板ユニット３の輻射率が小さい場合には、分割ヒータ４より供給される輻射熱の一部しか吸収できず、吸収されなかった輻射熱は均熱板ユニット３を除くその他の炉材に放射されることになる。このため、分割ヒータ４によって供給される輻射熱が、炉内で散逸し易くなり、その結果、炉内の均熱性、ひいては被加熱物２の均熱性を悪化させることになる。本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３においては、前述したように温度制御の観点から、より大きい輻射率差が必要となる為、ヒータ輻射熱の受熱面積が広いヒータ側均熱板１０の輻射率が、被加熱物側均熱板１１の輻射率よりも、より大きい方が望ましい。
【００３７】
一般に、熱処理装置に代表される通常の加熱形態においては、炉幅方向に対して被加熱物の搬送領域の両端部を除いた内側の８０［％］〜９０［％］以内の領域を均熱領域とし、この範囲において被加熱物が搬送されるようになっている。図６は、熱処理装置１に、従来の均熱板と搬送ローラとを使用した場合における、均熱板の温度分布を示す。このとき、搬送ローラの炉幅方向に対する搬送領域は、断熱材８の内部の炉幅方向沿いの横方向の横幅Ｘで、Ｘ＝８００［ｍｍ］である。図６は、従来の均熱板の温度分布を示す図である。詳しくは、図６は、前記炉幅方向に対して炉体１ａの中央を０［ｍｍ］としたとき、炉幅方向距離とその位置での均熱板温度との関係をまとめた検証データである。尚、搬送領域の端部は、図６において４００［ｍｍ］の位置に対応する。図６より、２２５［ｍｍ］〜３７５［ｍｍ］の範囲で温度分布が急速に降温している様子が分かる。
【００３８】
この具体的な検証結果を踏まえ、本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３の分割位置は、一例として、従来の均熱板温度分布において温度分布悪化影響の大きい、炉幅方向に対して２２５［ｍｍ］〜４００［ｍｍ］の搬送領域を区分けして分割する位置としている。このように、均熱板ユニット３を分割するとき、炉幅方向の、従来の均熱板温度分布において温度分布悪化影響の大きい位置（例えば、分割位置Ｃ１，Ｃ２）で分割することにより、温度分布悪化影響を最小限に抑制して、炉幅方向全体での温度分布の均熱化を図ることができる。
【００３９】
図７は、均熱板ユニット３の均熱板３ｂの短手方向長さをＬと６００ｍｍ幅被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］との関係を示す図である。すなわち、均熱板ユニット３の炉幅方向沿いの開口部３ａの短手方向長さをＬｓとし、均熱板ユニット３の任意の開口部３ａ間に位置する板厚を有する部分の短手方向長さと前記Ｌｓを含む長さをＬとする。この長さＬを１５［ｍｍ］、３０［ｍｍ］、６０［ｍｍ］、１００［ｍｍ］と変化させる。このときの長さＬと６００ｍｍ幅被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］との関係を、図７は示している。尚、前記均熱板ユニット３の任意の開口部３ａ間に位置しかつ板厚を有する部分は均熱板３ｂであるが、ここでは、開口部３ａとの対比の関係上、非開口部３ｃと略す。ただし、ヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１との輻射率差ΔεはΔε＝０．６とし、ヒータ側輻射率εｈはεｈ＝０．８とし、分割数は３とし、開口率ηはη＝５０［％］とする。この具体的な検証結果より、Ｌ＝１５［ｍｍ］、３０［ｍｍ］、６０［ｍｍ］において、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．６［％］以下を満たす。
【００４０】
以上より、均熱板ユニット３の開口部３ａと前記非開口部３ｃとの和である長さＬの範囲は、１５［ｍｍ］≦Ｌ≦６０［ｍｍ］が好ましい。
【００４１】
均熱板ユニット３の開口部３ａの開口率は、非開口部３ｃの短手方向長さと前記Ｌｓを含む長さをＬとし、前記開口率をηとして下式で与えられる。ただし、ヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１との輻射率差ΔεをΔε＝０．６とし、ヒータ側輻射率εｈをεｈ＝０．８とし、分割数を３とする。
η＝  Ｌｓ／Ｌ×１００
ただし、
η：均熱板ユニット３の開口部３ａの開口率［％］とし、
Ｌｓ：均熱板ユニット３の開口部３ａの短手方向長さ［ｍｍ］とし、
Ｌ：均熱板ユニット３の非開口部３ｃの短手方向長さと前記Ｌｓを含む長さ［ｍｍ］とする。
【００４２】
図８は、均熱板ユニット３の開口部３ａと開口率との関係を示す図である。すなわち、上式で定義される均熱板ユニット３の開口率ηをη＝０［％］、２５［％］、５０［％］、７５［％］と変化させたときの６００ｍｍ幅被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］との関係をまとめた検証データが、図８である。ただし、η＝０［％］は、均熱板ユニット３の開口部３ａを設けない、従来の均熱板のことを指す。この具体的な検証の結果、Ｌ＝２５［％］、５０［％］においては、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．６［％］以下を満たす。
【００４３】
以上より、均熱板ユニット３の開口率ηの範囲は２５［％］≦η≦５０［％］が好ましい。
【００４４】
図９は、均熱板ユニット３のヒータ側均熱板１０に対して均熱板ユニット３の被加熱物側均熱板１１をスライドさせて動かしたときの様子を示す図である。このとき、図９に示すスライド後の開口割合をη’として、下式で与えられる。
【００４５】
炉体１ａの中央部の均熱板ユニットの開口部の開口割合：η’＝  （Ｌｓ−Ｓｍ）／Ｌ×１００
炉体１ａを構成する炉壁側の均熱板ユニットの開口部の開口割合：η’＝  （Ｌｓ−Ｓｗ）／Ｌ×１００
ただし、
η’：均熱板ユニット３の開口部３ａの開口割合［％］とし、
Ｌｓ：均熱板ユニット３の開口部３ａの短手方向長さ［ｍｍ］とし、
Ｌ：均熱板ユニット３の非開口部３ｃの短手方向長さと前記Ｌｓを含む長さ［ｍｍ］とし、
Ｓｍ：炉体１ａの中央部の均熱板ユニット３のヒータ側均熱板１０又は被加熱物側均熱板１１のスライド移動量［ｍｍ］とし、
Ｓｗ：炉壁側の均熱板ユニット３のヒータ側均熱板１０又は被加熱物側均熱板１１のスライド移動量［ｍｍ］とする。
【００４６】
本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３は、ヒータ側均熱板１０に対して被加熱物側均熱板１１、又は、被加熱物側均熱板１１に対してヒータ側均熱板１０を、Ｌｓ／２だけスライドさせたときの開口割合η’＝５０［％］の状態を初期状態として使用する。図９に示す様に、前記初期状態の開口割合η’＝５０［％］から、開口割合η’＝０［％］の状態に近づけることで、ヒータ輻射熱を受熱する低輻射率面積と、二次輻射する高輻射率面積と、放熱表面積とが増加する為、均熱板ユニット３の温度が減少する。同様に、前記初期状態の開口割合η’＝５０［％］から、開口割合η’＝１００［％］の状態に近づけることで、ヒータ輻射熱を受熱する低輻射率面積と、二次輻射する高輻射率面積と、放熱表面積とが減少する為、均熱板ユニット３の温度が増加する。
【００４７】
図１０は、均熱板ユニット３の開口部作動パターン（降温部）の例を示す図である。被加熱物２は、一般に、加熱部と、温度キープ部と、冷却部との工程で構成させる温度プロファイルによって加熱される。熱処理装置１における炉幅方向の温度分布は、加熱部の昇温過程では、炉体１ａの端部側が熱し易く、炉体１ａの中央部が熱し難い。一方、冷却部では、炉体１ａの中央部が冷え難く、炉壁側が冷え易い。これらは、物質が一定の熱容量を持つことに起因する。本発明の第１実施形態にかかる均熱板ユニット３を作動させる条件として、例えば降温部においては、炉体１ａの中央部が高温で炉壁側が低温であるから、図１１に示す様に、炉幅方向に分割された炉壁側のヒータ側均熱板１０及び被加熱物側均熱板１１、並びに、炉体１ａの中央部のヒータ側均熱板１０及び被加熱物側均熱板１１を用いて、炉壁側の分割均熱板１０，１１の開口部１０ａ，１１ａの開口割合η’を大きく、炉体１ａの中央部の分割均熱板１０、１１の開口部１０ａ，１１ａの開口割合η’を小さくすることにより、炉幅方向の均熱板温度差異を低減し、均熱板ユニット３から二次輻射する輻射熱を均一化でき、その具体的な検証結果により、被加熱物２を均熱化することができる。
【００４８】
これは、例えば、以下のような構成で達成することができる。すなわち、均熱板ユニット３を、中央部の均熱板ユニット３と、中央部の均熱板ユニット３を挟む両側の炉壁側の均熱板ユニット３（第１炉壁側（例えば図１Ａの左炉壁側）の均熱板ユニット３と第２炉壁側（例えば図１Ａの右炉壁側）の均熱板ユニット３）とに３分割すると同様に、均熱板支持フレーム７も、中央部の均熱板支持フレーム７と、中央部の均熱板支持フレーム７を挟む両側の炉壁側、すなわち、第１炉壁側（例えば図１Ａの左炉壁側）の均熱板支持フレーム７と第２炉壁側（例えば図１Ａの右炉壁側）の均熱板支持フレーム７とに３分割する。中央部の均熱板ユニット３を支持する中央部の均熱板支持フレーム７は、中央部のシリンダ駆動部６ｂでスライド可能とする。第１炉壁側の均熱板ユニット３を支持する第１炉壁側の均熱板支持フレーム７は、第１炉壁側のシリンダ駆動部６ａでスライド可能とする。第２炉壁側の均熱板ユニット３を支持する第２炉壁側の均熱板支持フレーム７は、第２炉壁側のシリンダ駆動部６ｃでスライド可能とする。よって、第１又は第２炉壁側のシリンダ駆動部６ａ，６ｃの駆動により、第１又は第２炉壁側の均熱板ユニット３のヒータ側均熱板１０の開口部１０ａに対して被加熱物側均熱板１１の開口部１１ａを一致させるか、ほぼ一致させるようにスライドさせれば、第１又は第２炉壁側の分割均熱板１０，１１の開口部１０ａ，１１ａの開口割合η’を大きくすることができる（図１０の状態Ｓｄを参照。）。一方、中央部のシリンダ駆動部６ｂの駆動により、中央部の均熱板ユニット３のヒータ側均熱板１０の開口部１０ａに対して被加熱物側均熱板１１の開口部１１ａをＬｓ／２以上ずらせて、例えば、両方の開口部１０ａ，１１ａを閉じるようにスライドさせれば、中央部の分割均熱板１０，１１の開口部１０ａ，１１ａの開口割合η’を小さくすることができる（図１０の状態Ｓｄを参照。）。なお、図１０の状態Ｓｃは、第１及び第２炉壁側及び中央部のシリンダ駆動部６ａ，６ｃ，６ｂの駆動により、第１及び第２炉壁側及び中央部の均熱板ユニット３のヒータ側均熱板１０の開口部１０ａに対して被加熱物側均熱板１１の開口部１１ａをＬｓ／２だけずらせた状態を示している。
【００４９】
図１１は、均熱板ユニット３の開口部３ａの作動状況と温度差との関係を示す図である。すなわち、炉体１ａの中央部が高温で、炉壁側が低温の状態において、炉体１ａの中央部の均熱板ユニット３の被加熱物側均熱板１０のスライド移動量をＳｍとし、炉壁側均熱板ユニット３の被加熱物側均熱板１１のスライド移動量をＳｗとしたとき、（Ｓｍ，Ｓｗ）＝（０，０）、（１０，０）、（２０，０）、（３０，０）、（０，３０）と前記スライド移動量を変化させたときの６００ｍｍ幅被加熱物温度差ΔＴ／Ｔ０［％］との関係をまとめた検証データが、図１１である。ただし、ヒータ側均熱板１０と被加熱物側均熱板１１の輻射率差ΔεをΔε＝０．６とし、ヒータ側輻射率εｈをεｈ＝０．８とし、分割数を３とし、開口部３ａと非開口部３ｃとの和ＬをＬ＝３０［ｍｍ］とし、均熱板ユニット３の開口率ηをη＝５０［％］とする。この具体的な検証の結果、（Ｓｍ，Ｓｗ）＝（１０，０）、（２０，０）、（３０，０）において、被加熱物温度ばらつき目標値に対して±０．６［％］以下を満たす。
【００５０】
したがって、被加熱物側均熱板１１のスライド移動量ＳｗがＳｗ＝０のとき、被加熱物側均熱板１０のスライド移動量Ｓｍは、１０≦Ｓｍ≦３０が好ましい。
【００５１】
本発明の第１実施形態にかかる熱処理装置１によれば、均熱板ユニット３を分割ヒータ４と被加熱物２との間に介在させ、更に、複数の均熱板ユニット３の被加熱物側均熱板１１をヒータ側均熱板１０に対してシリンダ駆動部６ａ，６ｂ，６ｃによって炉幅方向に個別に独立してスライドさせることで、分割ヒータ４からの輻射熱を均一化させ、搬送ローラ５により搬送される被加熱物２の炉幅方向の温度ばらつきを低減させることができる。よって、炉壁放散熱又は炉体１ａの周囲環境及び炉材の経時変化による炉温の変動又は被加熱物２の品種などにかかわらず、均一に熱処理できる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態における均熱板ユニット３Ｔの構成について説明する図である。熱処理装置１において、本発明の第１実施形態は、分割ヒータ（図示せず）と均熱板ユニット３Ｔとを炉幅方向に対して並列に複数個分割させており、それぞれの分割ヒータの数に対して、分割された均熱板ユニット３Ｔの数を対応させている。
【００５３】
これに対して、本発明の第２実施形態における均熱板ユニット３Ｔは、前記第１実施形態の構成と異なり、均熱板ユニット３Ｔと分割ヒータとが搬送方向Ｄｂに対して並列に複数個分割しており、それぞれの分割ヒータの数に対して、分割均熱板ユニット３Ｔの数を対応させている。通常、熱処理装置に代表される連続炉では連続搬送である為、搬送方向に対して被加熱物が受ける熱履歴の加熱順による差異は、小さい。しかし、間欠炉のような断続的な搬送方式、例えば、一般に、搬送方向Ｄｂに対して一定ピッチ（固定周期）での搬送方法の場合、炉幅方向に代えて、搬送方向Ｄｂにおける被加熱物２の位置によっても温度差異が生じる為、搬送方向Ｄｂの温度差異抑制手段が求められる。
【００５４】
したがって、前述の様に、搬送方向Ｄｂに対して温度差異が発生する状況において、本発明の第２実施形態にかかる均熱板ユニット３Ｔを搬送方向Ｄｂに対して分割して配置し、駆動部（図示せず）により、スライド移動させることによって、搬送方向Ｄｂに対して温度差異を抑制することができる。尚、図１Ａ及び図１Ｂに示されるヒータ４Ｔ及び均熱板ユニット３Ｔに関しては、被加熱物２の上部に限定するものではなく、下部のみ、又は、上下の両方にそれぞれ配置されていても良い。
【００５５】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態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。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかる熱処理装置は、炉壁放散熱又は炉体の周囲環境及び炉材の経時変化による炉温の変動又は被加熱物の品種などにかかわらず、均一に熱処理でき、焼成炉、乾燥炉、キュア炉、又はリフロー炉など、加熱処理を行う炉等として有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１      熱処理装置
１ａ    炉体
２      被加熱物
３，３Ｔ      均熱板ユニット
３ａ    開口部
３ｂ    均熱板
３ｃ    非開口部
４      分割ヒータ
５      搬送ローラ
６ａ，６ｂ，６ｃ      油圧式シリンダ
７      均熱板ユニット支持フレーム
８      断熱材
９      搬送ローラ支持台
１０    ヒータ側均熱板
１０ａ    開口部
１１    被加熱物側均熱板
１１ａ    開口部
２０    熱処理炉
２１，２２    炉壁
２３    ヒータ
２４，２５    炉壁
２６    シリコンプレート
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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