(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に赤外線を放射して赤外線処理を行う赤外線処理装置であって、
加熱されると赤外線を放射する発熱体と、所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有し且つ前記発熱体からの赤外線の少なくとも一部を透過する第１透過層を有するフィルタ部と、を備え、前記発熱体が前記反射波長領域の赤外線を吸収可能であり、前記発熱体と前記第１透過層との間の第１空間が外部空間に開放されている赤外線ヒーターと、
前記第１空間と直接には連通しておらず且つ前記発熱体から放射され前記フィルタ部を透過した後の赤外線により前記赤外線処理を行う空間である処理空間、を形成する炉体と、
を備えた赤外線処理装置。
【請求項２】
前記発熱体と前記第１透過層との距離を距離Ｄ[cm]とし、前記発熱体を前記第１透過層に対して垂直方向に該第１透過層に投影した領域を投影領域とし、該投影領域全体を囲む矩形又は円形の最小の領域の面積を発熱体面積Ｓ[cm2]とし（ただし、０cm2＜発熱体面積Ｓ≦４００cm2）、代表寸法Ｌ[cm]＝２×√（発熱体面積Ｓ／π）としたときに、
０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３である、
請求項１に記載の赤外線処理装置。
【請求項３】
前記発熱体及び前記第１空間が前記炉体の外に位置している、
請求項１又は２に記載の赤外線処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線処理装置であって、
前記発熱体からみて前記第１透過層とは反対側に配設され、少なくとも前記反射波長領域の赤外線を反射する反射部材、
を備えた赤外線処理装置。
【請求項５】
前記フィルタ部は、前記第１透過層と第２空間を隔てて配設され前記発熱体からの赤外線のうち該第１透過層を透過した赤外線の少なくとも一部を透過する第２透過層を有しており、
前記炉体が形成する前記処理空間は、前記第２空間と直接には連通していない、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の赤外線処理装置であって、
前記第２空間に冷媒を流通させて前記フィルタ部を冷却する冷却手段、
を備えた赤外線処理装置。
【請求項７】
前記発熱体は、前記第１透過層に向けて赤外線を放射可能であり且つ前記反射波長領域の赤外線を吸収可能な平面を有する面状発熱体である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線処理装置。
【請求項８】
加熱されると赤外線を放射する発熱体と、
前記発熱体と第１空間を隔てて配設され所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有し且つ前記発熱体からの赤外線の少なくとも一部を透過する第１透過層、を有するフィルタ部と、
を備え、
前記発熱体が前記反射波長領域の赤外線を吸収可能であり、
前記第１空間が外部空間に開放されており、
前記発熱体と前記第１透過層との距離を距離Ｄ[cm]とし、前記発熱体を前記第１透過層に対して垂直方向に該第１透過層に投影した領域を投影領域とし、該投影領域全体を囲む矩形又は円形の最小の領域の面積を発熱体面積Ｓ[cm2]とし（ただし、０cm2＜発熱体面積Ｓ≦４００cm2）、代表寸法Ｌ[cm]＝２×√（発熱体面積Ｓ／π）としたときに、
０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３である、
赤外線ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線処理装置及び赤外線ヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線（波長域０．７〜１０００μｍ）を放射する赤外線ヒーター及びこれを備えた装置としては、種々の構造のものが開発されている。例えば、特許文献１には、ワークに赤外線を照射する赤外線ヒーターと、ワークと赤外線ヒーターとの間に配設された赤外線選択透過フィルタと、を備えた装置が記載されている。この装置では、赤外線選択透過フィルタが、ワークに付されたシール剤に吸収が良好に行われる波長部分を選択透過させ、他の波長部分を反射する。これにより、赤外線選択透過フィルタ自身が加熱されることがなく、自身の加熱による雰囲気温度の上昇に起因するワークの劣化が生じないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の装置では、フィルタで反射された赤外線のエネルギーは、シール剤の加熱に利用されない不要なエネルギーとなっていた。そして、この反射された赤外線のエネルギーにより炉壁や炉内が高温化し、これによりフィルタの温度が上昇する場合があった。フィルタの温度が上昇すると、例えばフィルタの耐熱性の観点から赤外線ヒーターの出力や連続使用に制限が生じる場合があった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、使用時の発熱体とフィルタ部との温度差を大きくすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の赤外線処理装置は、
対象物に赤外線を放射して赤外線処理を行う赤外線処理装置であって、
加熱されると赤外線を放射する発熱体と、所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有し且つ前記発熱体からの赤外線の少なくとも一部を透過する第１透過層を有するフィルタ部と、を備え、前記発熱体が前記反射波長領域の赤外線を吸収可能であり、前記発熱体と前記第１透過層との間の第１空間が外部空間に開放されている赤外線ヒーターと、
前記第１空間と直接には連通しておらず且つ前記発熱体から放射され前記フィルタ部を透過した後の赤外線により前記赤外線処理を行う空間である処理空間、を形成する炉体と、
を備えたものである。
【０００８】
この赤外線処理装置では、発熱体が加熱されると赤外線が放射され、その赤外線が第１透過層を含むフィルタ部を通過して炉体内の処理空間へ放出される。このとき、第１透過層は、所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有している。また、発熱体は反射波長領域の赤外線を吸収可能である。そのため、第１透過層は反射波長領域の赤外線を反射することで、吸収する場合と比較して温度が上昇しにくくなる。一方、発熱体は自身が放射した赤外線の一部を吸収して自身の加熱に用いることができるため、温度が上昇しやすくなる。これらにより、使用時の発熱体とフィルタ部（特に第１透過層）との温度差を大きくすることができる。なお、発熱体とフィルタ部との温度差が大きくなることで、例えば第１透過層の温度を耐熱温度以下に保ちつつ発熱体を高温にすることができ、処理空間内の対象物に放射される赤外線のエネルギーを大きくすることができる。また、発熱体の温度が同じでも本発明の赤外線処理装置ではフィルタ部をより低温に保つことができ、フィルタ部の温度上昇による炉体や処理空間の温度上昇を抑制できる。本発明の赤外線処理装置において、前記第１透過層は、前記反射波長領域の赤外線の反射率が７０％以上であってもよい。ここで、前記外部空間は、真空であってもよいし、真空以外の雰囲気であってもよい。
【０００９】
本発明の赤外線処理装置において、前記発熱体と前記第１透過層との距離を距離Ｄ[cm]とし、前記発熱体を前記第１透過層に対して垂直方向に該第１透過層に投影した領域を投影領域とし、該投影領域全体を囲む矩形又は円形の最小の領域の面積を発熱体面積Ｓ[cm2]とし（ただし、０cm2＜発熱体面積Ｓ≦４００cm2）、代表寸法Ｌ[cm]＝２×√（発熱体面積Ｓ／π）としたときに、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３であってもよい。ここで、距離Ｄ／代表寸法Ｌが小さいほど、発熱体から第１透過層への伝熱は、第１空間内の雰囲気を介した熱伝導に依存し不可避となる。結果、第１空間での熱滞留が大きくなり、第１透過層の温度が上昇しやすくなる。ここで、距離Ｄ／代表寸法Ｌを０．０８以上とすることで、伝導熱流束の過大化を防止し、使用時の発熱体とフィルタ部との間の伝熱量を小さくして、フィルタ部（特に第１透過層）の温度上昇を十分抑制することができる。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌの上昇に伴い、今度は第１空間内の伝熱が対流に依存するようになり、距離Ｄ／代表寸法Ｌが過度に大きくなると、第１空間での対流損失が大きくなり、発熱体の温度が低下しやすくなる。この場合は、距離Ｄ／代表寸法Ｌを０．２３以下とすることで、対流熱伝達係数の上昇を防止し、対流損失による発熱体の温度低下を十分抑制することができる。以上により、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３とすることで、使用時の発熱体の温度低下を抑制しつつ、発熱体とフィルタ部（特に第１透過層）との温度差をより大きくすることができる。結果的に、発熱体からの赤外線エネルギーは、より多くがフィルタ部の透過分に回り、処理空間内に導入され、効率よく赤外線処理（例えば加熱など）を行うことができる。ここで、「投影領域全体を囲む矩形又は円形の最小の領域の面積」とは、投影領域全体を囲む最小の矩形の領域と最小の円形の領域とを描いたときに、面積が小さい方の領域の面積を意味する。また、「矩形」には正方形や長方形に限らず、平行四辺形やそれ以外の四角形も含む。「円形」には、真円に限らず楕円も含む。また、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３を満たした場合の上述した効果がより確実に得られるため、前記投影領域の面積／発熱体面積Ｓ≧０．５であることが好ましい。なお、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３とする態様の本発明の赤外線処理装置において、「第１空間が外部空間に開放されている」状態とは、上述した効果（第１空間での熱滞留を抑制して第１透過層の温度上昇を抑制する効果）が得られる程度以上に、第１空間と外部空間とが雰囲気の出入り自由に連通している状態を意味する。また、前記外部空間は真空以外の雰囲気であればよい。前記外部空間は大気雰囲気であってもよい。すなわち、前記第１空間は大気開放されていてもよい。
【００１０】
本発明の赤外線処理装置において、前記発熱体及び前記第１空間が前記炉体の外に位置していてもよい。こうすれば、第１空間が炉体の外に位置することで第１透過層の温度上昇がより抑制されるため、使用時の発熱体とフィルタ部との温度差をより大きくすることができる。
【００１１】
本発明の赤外線処理装置は、前記発熱体からみて前記第１透過層とは反対側に配設され、少なくとも前記反射波長領域の赤外線を反射する反射部材を備えていてもよい。こうすれば、発熱体からみて第１透過層とは反対側に向かう赤外線を反射部材が第１透過層側に反射することで、反射部材が反射した赤外線で発熱体を加熱することができる。そのため、使用時の発熱体とフィルタ部（特に第１透過層）との温度差をより大きくすることができる。なお、反射部材は反射波長領域以外の赤外線も反射してもよい。
【００１２】
本発明の赤外線処理装置において、前記フィルタ部は、前記第１透過層と第２空間を隔てて配設され前記発熱体からの赤外線のうち該第１透過層を透過した赤外線の少なくとも一部を透過する第２透過層を有しており、前記炉体が形成する前記処理空間は、前記第２空間と直接には連通していなくてもよい。こうすれば、フィルタ部のうち特に処理空間側の第２透過層の温度上昇を抑制できる。これにより、炉体や処理空間の温度上昇を抑制できる。なお、前記第２空間は、真空以外の雰囲気としてもよい。また、前記第２透過層は、前記反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有していてもよい。
【００１３】
この場合において、本発明の赤外線処理装置は、前記第２空間に冷媒を流通させて前記フィルタ部を冷却する冷却手段を備えていてもよい。こうすれば、冷媒によりフィルタ部の温度上昇を抑制して、使用時の発熱体とフィルタ部との温度差をより大きくすることができる。
【００１４】
本発明の赤外線処理装置において、前記発熱体は、前記第１透過層に向けて赤外線を放射可能であり且つ前記反射波長領域の赤外線を吸収可能な平面を有する面状発熱体としてもよい。こうすれば、例えば発熱体が線状ヒーターである場合と比較して第１透過層で反射された赤外線を吸収しやすくなり、発熱体の温度が上昇しやすくなる。したがって、使用時の発熱体とフィルタ部との温度差をより大きくすることができる。
【００１５】
本発明の赤外線ヒーターは、
加熱されると赤外線を放射する発熱体と、
前記発熱体と第１空間を隔てて配設され所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有し且つ前記発熱体からの赤外線の少なくとも一部を透過する第１透過層、を有するフィルタ部と、
を備え、
前記発熱体が前記反射波長領域の赤外線を吸収可能であり、
前記第１空間が外部空間に開放されており、
前記発熱体と前記第１透過層との距離を距離Ｄ[cm]とし、前記発熱体を前記第１透過層に対して垂直方向に該第１透過層に投影した領域を投影領域とし、該投影領域全体を囲む矩形又は円形の最小の領域の面積を発熱体面積Ｓ[cm2]とし（ただし、０cm2＜発熱体面積Ｓ≦４００cm2）、代表寸法Ｌ[cm]＝２×√（発熱体面積Ｓ／π）としたときに、
０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３である、
ものである。
【００１６】
この赤外線ヒーターは、上述した本発明の赤外線処理装置と同様に、第１透過層が反射波長領域の赤外線を反射することで、吸収する場合と比較して温度が上昇しにくくなる。一方、発熱体は自身が放射した赤外線の一部を吸収して自身の加熱に用いることができるため、温度が上昇しやすくなる。また、発熱体と第１透過層との間の第１空間が外部空間に開放されていることで、第１空間での熱滞留が抑制されて第１透過層の温度上昇が抑制される。さらに、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３となっている。そのため、距離Ｄ／代表寸法Ｌが０．０８以上であることでフィルタ部（特に第１透過層）の温度上昇を十分抑制することができる。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌが０．２３以下であることで、対流損失による発熱体の温度低下を十分抑制することができる。以上のことから、使用時の発熱体の温度低下を抑制しつつ、発熱体とフィルタ部（特に第１透過層）との温度差を大きくすることができる。なお、本発明の赤外線ヒーターにおいて、上述した本発明の赤外線処理装置が備える赤外線ヒーターの種々の態様を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】赤外線処理装置１００の縦断面図。
【図２】赤外線ヒーター１０の拡大断面図。
【図３】発熱部２０の下面図。
【図４】投影領域と発熱体面積Ｓとの関係の説明図。
【図５】変形例の赤外線ヒーター１０ａの拡大断面図。
【図６】実施例１〜１０における距離Ｄ／代表寸法Ｌと発熱体４０，第１透過層５１，第２透過層５２，対象物の温度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、複数の赤外線ヒーター１０を備えた赤外線処理装置１００の縦断面図である。図２は、赤外線ヒーター１０の拡大断面図である。図３は、発熱部２０の下面図である。なお、本実施形態において、上下方向，左右方向及び前後方向は、図１〜３に示した通りとする。
【００１９】
赤外線処理装置１００は、半導体素子９０上に形成された対象物（塗膜９２）に赤外線を放射して赤外線処理（ここでは塗膜９２の乾燥）を行う乾燥炉として構成されており、処理空間８１を形成する炉体８０と、ベルトコンベア８５と、複数の赤外線ヒーター１０と、を備えている。炉体８０は、略直方体に形成された断熱構造体であり、内部に処理空間８１を形成している。炉体８０の天井部分には、複数の赤外線ヒーター１０（図１では６個）が取り付けられており、この赤外線ヒーター１０からの赤外線が処理空間８１内に放射される。ベルトコンベア８５は、炉体８０の左右端を貫通し処理空間８１を貫通するベルトを備えており、左から右に向かって半導体素子９０を搬送する。半導体素子９０上に形成された塗膜９２は、例えばシリコーンとトルエンとを含む塗膜であり、乾燥後に半導体素子９０の保護膜となるものである。
【００２０】
図１，図２に示すように、赤外線ヒーター１０は、発熱部２０と、発熱部２０の下方に取り付けられたフィルタ部５０と、を備えている。発熱部２０は、赤外線ヒーター１０の上側を覆うケース２２と、加熱されると赤外線を放射する発熱体４０と、ケース２２内で発熱体４０を支持する支持板３０と、上下方向で発熱体４０及び支持板３０とケース２２との間に配設された反射部材２３と、を備えている。
【００２１】
ケース２２は、発熱体４０等を収納する部材であり、下方に向けて開口した略直方体の箱状の部材である。ケース２２は、内部に配置された反射部材２３，支持板３０を固定する図示しない固定具を備えている。また、ケース２２は、赤外線ヒーター１０を図示しない他の部材に取り付けて固定するための図示しない取付具を備えている。
【００２２】
反射部材２３は、発熱体４０からみて第１透過層５１とは反対側（発熱体４０の上側）に配置された板状部材である。反射部材２３は、発熱体４０から放射される赤外線を反射する部材として構成されており、本実施形態では金属（例えばＳＵＳやアルミニウム）で形成されている。
【００２３】
支持板３０は、発熱体４０が巻き付けられることで発熱体４０を支持する平板状の部材であり、例えばマイカやアルミナセラミックスなどの絶縁体からなる。支持板３０は、図３に示すように、前側に複数（本実施形態では６箇所）形成された前側凸部３１と、後側に複数（本実施形態では５箇所）形成された後側凸部３２と、を備えている。前側凸部３１及び後側凸部３２は、下面視で台形状をしており、左右方向に平行な面を有する頂上部分と、頂上部分の左右両側に配設され左右方向から傾斜した（例えば４５°）斜面と、を有している。複数の前側凸部３１及び複数の後側凸部３２は、それぞれ左右方向に定ピッチで配設されており、これにより支持板３０の前側及び後側は凹凸状になっている。また、前側凸部３１と後側凸部３２とは、互いに左右方向に１／２ピッチずれて配設されている。なお、支持板３０には孔が形成されており（図３では２箇所）、発熱体４０からの赤外線はこの孔を通過して上方の反射部材２３に到達可能である。
【００２４】
発熱体４０は、リボン状の発熱体であり、いわゆる面状発熱体として構成されている。発熱体４０は、例えばＮｉ−Ｃｒ合金などの金属からなる。発熱体４０は、第１透過層５１側の表面（下面）における反射波長領域（後述）の赤外線の少なくとも一部を吸収可能であり、吸収率が７０％以上であることが好ましく、８０％以上，９０％以上であることがより好ましい。本実施形態では、発熱体４０は、セラミックス溶射膜で表面がコーティングされており、これにより赤外線の放射率及び吸収率が高められている。セラミックス溶射膜の材質としては、例えばアルミナ，クロミアなどが挙げられる。また、発熱体４０は、第１透過層５１側の表面（発熱体４０の下面）における赤外線の放射率よりも第１透過層５１とは反対側の表面（発熱体４０の上面）における赤外線の放射率が低いことが好ましい。本実施形態では、発熱体４０の下面のみがセラミックス溶射膜でコーティングされており、発熱体４０の下面よりも上面の方が赤外線の放射率が低くなっている。発熱体４０の上面の赤外線の放射率は、３０％以下であることが好ましい。なお、図２，図３に示したような支持板３０，発熱体４０の形状は公知であり、例えば特開２００６−２６１０９５号公報に記載されている。
【００２５】
図３に示すように、発熱体４０は、左後方の折り返し端部４１から右後方の折り返し端部４１までに亘って、支持板３０の下面側を前後方向に複数回（本実施形態では１２回）通過するように、支持板３０に巻き付けられている。より具体的には、発熱体４０は、左後方の折り返し端部４１から支持板３０の下面側で前側凸部３１に向かって引き回され、前側凸部３１の左側の斜面に沿って折り返されて前側凸部３１の上面側を通過している（図３右上の拡大部分参照）。そして、前側凸部３１の上面側を通過した発熱体４０は、前側凸部３１の右側の斜面に沿って折り返されて支持板３０の下面側で後側凸部３２に向かって引き回され、後側凸部３２の斜面に沿って折り返され後側凸部３２の上面側を通過して、支持板３０の下面側で前側凸部３１に向かって引き回される。このようにして、発熱体４０は支持板３０の下面側を前後方向に通過しながら前側凸部３１と後側凸部３２とに交互に巻き付けられ、右後方の折り返し端部４１まで引き回されている。なお、詳細な図示は省略するが、発熱体４０は、折り返し端部４１，４１の部分で支持板３０の上面側に折り返されてさらに引き回されており、発熱体４０の両端がケース２２に取り付けられた図示しない一対の入力端子にそれぞれ接続されている。この一対の入力端子を介して、発熱体４０に外部から電力を供給可能である。発熱体４０の下面は、第１透過層５１の上面と対向しており、いずれの面も水平方向（前後左右方向）と略平行になるように配設されている。
【００２６】
ここで、発熱体４０は、発熱体４０と第１透過層５１との距離を距離Ｄ[cm]とし（図２参照）、発熱体４０を第１透過層５１に対して垂直方向に第１透過層５１に投影した領域を投影領域とし、投影領域全体を囲む矩形又は円形の最小の領域の面積を発熱体面積Ｓ[cm2]とし（ただし、０cm2＜発熱体面積Ｓ≦４００cm2）、代表寸法Ｌ[cm]＝２×√（発熱体面積Ｓ／π）としたときに、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３であることが好ましく、０．１４≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．１９であることがより好ましい。本実施形態では、第１透過層５１は平板状の部材であり、発熱体４０と第１透過層５１とは平行に配設されている。そのため、投影領域は、発熱体４０を下方向（発熱体４０の下面及び第１透過層５１の上面に垂直な方向）から見たときの発熱体４０の下面の領域（図３に示した発熱体４０の形状の領域）に等しい。そして、この投影領域を囲む矩形の最小の領域は、図４に示す長方形の領域Ｅとなる。そして、この長方形の領域Ｅの左右方向の長さＸ（＝発熱体４０の左端から右端までの長さ）と前後方向の長さＹ（＝発熱体４０の前後方向の長さ）との積が、発熱体面積Ｓとなる。このように、発熱体面積Ｓは、前後に引き回された発熱体４０の左右の隙間など、発熱体４０が存在しない部分も含めた面積として定義される。また、代表寸法Ｌは、発熱体面積Ｓと同じ面積の円の直径に等しい。なお、本実施形態では発熱体４０の投影領域を囲む最小の領域Ｅは矩形としたが、例えば発熱体４０が円形状に近い場合など投影領域を円形の領域で囲んだ方が発熱体面積Ｓが小さくなる場合には、投影領域を囲む円形の最小の領域の面積を発熱体面積Ｓとする。また、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３を満たすことによる効果がより確実に得られるため、投影領域の面積／発熱体面積Ｓ≧０．５であることが好ましい。すなわち、図４における領域Ｅのうち発熱体４０（投影領域）が存在する領域が５０％以上であることが好ましい。また、１cm2＜発熱体面積Ｓ≦４００cm2であってもよい。
【００２７】
なお、発熱部２０とフィルタ部５０とは、図示しない接続部材により接続されて、互いの位置関係が固定されている。これにより、発熱体４０とフィルタ部５０（第１透過層５１）とは第１空間４７を介して離間している。また、図２に示すようにケース２２は第１固定板７１と上下に離間しており、第１空間４７はケース２２と第１固定板７１との上下の隙間を介して外部空間（炉体８０の外部の空間）に開放されている。発熱体４０と第１透過層５１は、第１空間４７に露出している。なお、本実施形態では、外部空間は大気雰囲気とした。
【００２８】
フィルタ部５０は、発熱体４０からの赤外線の少なくとも一部を透過する第１透過層５１と、第１透過層５１を載置して固定する矩形の枠状部材である第１固定板７１と、を備えている。第１固定板７１は、炉体８０の上部に取り付けられている。
【００２９】
第１透過層５１は、下面視で四角形状をした板状の部材である。この第１透過層５１は、赤外線の透過率のピークである第１透過ピークと、第１透過ピークよりも長波長である第２透過ピークと、第１透過ピークの波長と第２透過ピークの波長との間の所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性と、を有している。本実施形態では、第１透過層５１は干渉フィルタ（光学フィルタ）として構成され、図２に示すように基板５１ａと、基板５１ａの上面を覆う上側コート層５１ｂと、基板５１ａの下面を覆う下側コート層５１ｃと、を備えているものとした。上側コート層５１ｂは、バンドパス層として機能する層であり、第１透過層５１の上方から入射された光のうち第１，第２透過ピークの波長及びその周辺の波長領域の赤外線を下方に透過させる。また、上側コート層５１ｂは、反射波長領域の赤外線については上方に反射する。下側コート層５１ｃは、反射防止膜として機能する層であり、基板５１ａの下面で赤外線（特に、反射波長領域以外の赤外線）が上方に反射するのを抑制する。基板５１ａの材質としては、シリコンが挙げられる。上側コート層５１ｂの材質としては、セレン化亜鉛，ゲルマニウム，硫化亜鉛などが挙げられる。下側コート層５１ｃの材質としては、ゲルマニウム，一酸化ケイ素，硫化亜鉛などが挙げられる。なお、上側コート層５１ｂ及び下側コート層５１ｃの少なくとも一方が、複数種類の材料を積層した多層構造であってもよい。
【００３０】
本実施形態では、第１透過層５１の第１透過ピークの波長が２μｍ〜３μｍであり、第２透過ピークの波長が５μｍ〜８．５μｍであり、反射波長領域が３．５μｍ〜４．５μｍであるものとした。例えば、上側コート層５１ｂとして硫化亜鉛とゲルマニウムとを交互に複数層積層したものを用い、下側コート層５１ｃとして硫化亜鉛とゲルマニウムとを交互に複数層積層したものを用い、基板５１ａ，上側コート層５１ｂｂ，下側コート層５１ｃの厚さを適宜調整することで、そのようなフィルタ特性が得られる。第１透過ピーク及び第２透過ピークの赤外線の透過率は、８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。反射波長領域における赤外線の反射率は、７０％以上が好ましく、８０％以上，９０％以上がより好ましい。また、第１透過層５１は、反射波長領域内の少なくとも一部における赤外線の透過率が１０％以下でることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。反射波長領域全体に亘って赤外線の透過率が１０％以下，５％以下であることがより好ましい。
【００３１】
また、特にこれに限定するものではないが、第１透過層５１は、波長２μｍ〜３μｍの波長領域の赤外線の透過率が４０％以上であってもよい。第１透過層５１は、波長５μｍ〜８．５μｍの波長領域の赤外線の透過率が８０％以上であってもよい。第１透過層５１は、波長８．５μｍ〜９．５μｍの波長領域の赤外線の透過率が７０％以上であってもよい。第１透過層５１は、波長９．５μｍ〜１３μｍの波長領域の赤外線の透過率が６０％以上であってもよい。
【００３２】
なお、炉体８０の上面（天井部分）には、赤外線ヒーター１０と同じ数の複数の開口が形成されており、複数の赤外線ヒーター１０はこの開口を塞ぐように炉体８０の上部に取り付けられている。そのため、第１透過層５１の下面は、処理空間８１に露出している。処理空間８１と第１空間４７とは、第１透過層５１及び第１固定板７１で仕切られており、直接には連通していない。ただし、処理空間８１，第１空間４７はいずれも赤外線処理装置１００の外部空間には連通しているため、外部空間を介してこれらは互いに連通している。また、赤外線ヒーター１０は、炉体８０の天井よりも上方に飛び出すように配置されている。そのため、発熱体４０，第１空間４７は炉体８０の外に位置している。
【００３３】
こうして構成され赤外線処理装置１００の使用例を以下に説明する。まず、図示しない電源を赤外線ヒーター１０の入力端子に接続し、発熱体４０の温度が予め設定された温度（ここでは７００℃とする）になるように発熱体４０に電力を供給する。通電された発熱体４０は加熱により赤外線を放射する。また、ベルトコンベア８５により、予め塗膜９２を上面に形成した半導体素子９０を搬送する。これにより、半導体素子９０は炉体８０の左側から炉体８０内に搬入され、処理空間８１を通過して炉体８０の右側から搬出される。そして、塗膜９２は、処理空間８１を通過する間に赤外線ヒーター１０からの赤外線によって乾燥（トルエンが蒸発）し、保護膜となる。
【００３４】
ここで、発熱体４０が加熱されると、主に発熱体４０の下面からの赤外線が、下方のフィルタ部５０（第１透過層５１）に向かって放出される。この赤外線は、第１透過層５１の上面にほぼ垂直に入射される。そして、この発熱体４０からの赤外線のうち反射波長領域内の赤外線はフィルタ部５０（主に第１透過層５１）で反射されて上方に向かい、発熱体４０に吸収される（図１の実線矢印参照）。これにより、フィルタ部５０で反射された赤外線は発熱体４０の加熱に用いられる。そのため、発熱体４０を７００℃に加熱するために外部から投入するエネルギー（電力）が少なくてすむ。換言すると、発熱体４０の温度が上昇しやすくなる。一方、フィルタ部５０（第１透過層５１）は反射特性を有するため、例えば反射波長領域の赤外線を吸収してしまう場合と比較して、フィルタ部５０の温度上昇が抑制される。また、第１空間４７が外部空間に開放されていることで、第１空間４７での熱滞留が抑制されて第１透過層５１の温度上昇が抑制される。このように、赤外線ヒーター１０は、発熱体４０の温度が上昇しやすく、且つフィルタ部５０の温度が上昇しにくくなっている。これらにより、使用時の発熱体４０とフィルタ部５０（特に第１透過層５１）との温度差が大きくなりやすい。
【００３５】
また、発熱体４０からの赤外線のうち反射波長領域以外の波長領域の赤外線は、フィルタ部５０（第１透過層５１）を通過して（図１の破線矢印参照）、処理空間８１内に放射される。そして、処理空間８１内に放射される赤外線は、フィルタ部５０（第１透過層５１）の上述したフィルタ特性により、２つの放射ピークを有し、反射波長領域（３．５μｍ〜４．５μｍ）の赤外線をほとんど含まない。ここで、トルエンは、例えば波長３．３μｍ，波長６．７μｍなどに赤外線の吸収ピークを有する。そのため、この２つの吸収ピーク付近の波長の放射ピークを有する赤外線を赤外線ヒーター１０が処理空間８１内に放射することで、塗膜９２から効率よくトルエンを蒸発させることができる。そして、トルエンが蒸発することで、半導体素子９０の表面にシリコーンからなる保護膜を形成することができる。なお、第１透過層５１のフィルタ特性が同じであっても、発熱体４０の温度が異なることで処理空間８１内に放射される赤外線は放射ピークなどの波長特性が変化する。そのため、発熱体４０の温度を変えることで処理空間８１内に放射される赤外線の２つの放射ピークの波長はある程度調整することができる。使用時の発熱体４０の温度は、例えば対象物の吸収ピークの波長と処理空間８１内に放射される赤外線の放射ピークとがなるべく近くなるように、対象物に応じて適宜定めることができる。
【００３６】
以上説明した本実施形態の赤外線処理装置１００によれば、第１透過層５１が反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有しており、発熱体４０が反射波長領域の赤外線を吸収可能である。そのため、第１透過層５１は反射波長領域の赤外線を反射することで、吸収する場合と比較して温度が上昇しにくくなる。一方、発熱体４０は自身が放射した赤外線の一部を吸収して自身の加熱に用いることができるため、温度が上昇しやすくなる。これらにより、使用時の発熱体４０とフィルタ部５０（特に第１透過層５１）との温度差を大きくすることができる。なお、発熱体４０とフィルタ部５１との温度差が大きくなることで、例えば第１透過層５１の温度を耐熱温度以下に保ちつつ発熱体４０を高温にすることができ、処理空間８１内の対象物（塗膜９２）に放射される赤外線のエネルギーを大きくすることができる。また、発熱体４０の温度が同じでも本発明の赤外線処理装置１００ではフィルタ部５０をより低温に保つことができ、フィルタ部５０の温度上昇による炉体８０や処理空間８１の温度上昇を抑制できる。なお、本実施形態では、外部空間が大気雰囲気であるため、第１空間４７が大気開放されている。このように、外部空間が真空以外の雰囲気である場合、第１空間４７が外部空間に開放されていることで、第１空間４７での熱滞留が抑制されて第１透過層５１の温度上昇が抑制される効果が得られる。
【００３７】
また、赤外線ヒーター１０は、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３を満たしている。ここで、距離Ｄ／代表寸法Ｌが小さいほど、発熱体４０から第１透過層５１への伝熱は、第１空間５１内の雰囲気（大気）を介した熱伝導に依存し不可避となる。結果、第１空間４７での熱滞留が大きくなり、第１透過層５１の温度が上昇しやすくなる。ここで、距離Ｄ／代表寸法Ｌを０．０８以上とすることで、伝導熱流束の過大化を防止し、使用時の発熱体４０とフィルタ部５０との間の伝熱量を小さくして、フィルタ部５０（特に第１透過層５１）の温度上昇を十分抑制することができる。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌの上昇に伴い、今度は第１空間４７内の伝熱が対流に依存するようになり、距離Ｄ／代表寸法Ｌが過度に大きくなると、第１空間４７での対流損失が大きくなり、発熱体４０の温度が低下しやすくなる。この場合は、距離Ｄ／代表寸法Ｌを０．２３以下とすることで、対流熱伝達係数の上昇を防止し、対流損失による発熱体４０の温度低下を十分抑制することができる。以上により、０．０８≦距離Ｄ／代表寸法Ｌ≦０．２３とすることで、使用時の発熱体４０の温度低下を抑制しつつ、発熱体４０とフィルタ部５０（特に第１透過層５１）との温度差をより大きくすることができる。結果的に、発熱体４０からの赤外線エネルギーは、より多くがフィルタ部５０の透過分に回り、処理空間８１内に導入され、効率よく塗膜９２の赤外線処理を行うことができる。
【００３８】
さらに、赤外線処理装置１００では、赤外線ヒーター１０の発熱体４０及び第１空間４７が炉体８０の外に位置している。これにより、第１空間４７が炉体８０の外に位置することで第１透過層５１の温度上昇がより抑制されるため、使用時の発熱体４０とフィルタ部５１との温度差をより大きくすることができる。
【００３９】
さらにまた、赤外線ヒーター１０は、発熱体４０からみて第１透過層５１とは反対側（発熱体４０の上方）に配設され、少なくとも反射波長領域の赤外線を反射する反射部材２３を備えている。そのため、発熱体４０の上方に向かう赤外線を反射部材２３が第１透過層５１側に反射することで、反射部材２３が反射した赤外線で発熱体４０を加熱することができる。そのため、使用時の発熱体４０とフィルタ部５０（特に第１透過層５１）との温度差をより大きくすることができる。
【００４０】
そしてまた、発熱体４０は、第１透過層５１に向けて赤外線を放射可能であり且つ反射波長領域の赤外線を吸収可能な平面を有する面状発熱体である。そのため、例えば発熱体４０が線状ヒーターである場合と比較して第１透過層５１で反射された赤外線を吸収しやすくなり、発熱体４０の温度が上昇しやすくなる。したがって、使用時の発熱体４０とフィルタ部５０との温度差をより大きくすることができる。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００４２】
例えば、上述した実施形態では、フィルタ部５０は第１透過層５１を備えているが、発熱体４０からの赤外線の少なくとも一部を透過する１以上の透過層をフィルタ部５０がさらに備えてもよい。図５は、変形例の赤外線ヒーター１０ａの拡大断面図である。赤外線ヒーター１０ａのフィルタ部５０は、上述した第１透過層５１，第１固定板７１に加えて、第１透過層５１の下方に離間して配設されて第１透過層５１を透過した赤外線の少なくとも一部を透過する第２透過層５２と、第２透過層５２を載置して固定する矩形の枠状部材である第２固定板７２と、第１透過層５１と第２透過層５２との間に配設された冷却ケース６０と、を備えている。第２透過層５２は、下面視で四角形状をした板状の部材である。第２透過層５２の上面は第１透過層５１の下面と対向しており、第２透過層５２は第１透過層５１と略平行に配設されている。第２透過層５２は、第１透過層５１と第２空間６３を隔てて上下に離間して配設されている。第２透過層５２の下面は、処理空間８１に露出している。第２透過層５２は、発熱体４０からの赤外線のうち第１透過層５１を透過した赤外線の少なくとも一部を透過するものであればよい。第２透過層５２は、例えば第１透過層５１と同じ材質からなり、第１透過層５１と同じフィルタ特性を有していてもよい。あるいは、第２透過層５２は反射特性を有さず赤外線の透過率が全体的に高くてもよい。第２固定板７２は、炉体８０の上部に取り付けられている。冷却ケース６０は、上下に開口した略直方体の箱状の部材である。冷却ケース６０の上下の開口は、第１透過層５１，第１固定板７１，第２透過層５２，及び第２固定板７２で塞がれている。そのため、第２空間６３は、冷却ケース６０の前後左右の壁部と、第１透過層５１及び第２透過層５２とで囲まれた空間として形成されている。また、冷却ケース６０は、左右に冷媒出入口６１を有している。左側の冷媒出入口６１は、外部空間に配置された冷媒供給源９５（冷却手段）と配管で接続されている。冷媒供給源９５は、左側の冷媒出入口６１を介して第２空間６３に冷媒を流通させる。第２空間６３を通過した冷媒は、右側の冷媒出入口６１を通過して外部へ流れるようになっている。冷媒供給源９５が供給する冷媒は、例えば空気や不活性ガスなどの気体であり、第１透過層５１，第２透過層５２，冷却ケース６０に接触して熱を奪うことによりフィルタ部５０を冷却する。なお、第２空間６３は、右側の冷媒出入口６１を介して外部空間と直接に連通していてもよいし、配管などが接続されて外部空間と直接には連通していなくてもよい。また、第１空間４７，第２空間６３，処理空間８１は、互いに直接には連通していない。
【００４３】
こうして構成された赤外線ヒーター１０ａを備えた赤外線処理装置でも、上述した実施形態の赤外線処理装置１００と同様の効果が得られる。また、フィルタ部５０が第２透過層５２を備え、第１透過層５１と第２透過層５２との間に第２空間６３が形成されているため、第２透過層５２の加熱が抑制される。これにより、赤外線ヒーター１０の表面（第２透過層５２の下面）は比較的低温に保たれる。しかも、冷媒を第２空間６３に流通させることでフィルタ部５０の温度上昇を抑制することができ、赤外線ヒーター１０の表面をより低温に保ったり、発熱体４０とフィルタ部５０との温度差をより大きくしたりすることができる。フィルタ部５０を低温に保つことで、炉体８０や処理空間８１の温度上昇を抑制できる。
【００４４】
なお、図５の赤外線ヒーター１０ａにおいて、冷媒供給源９５からの冷媒の供給を行わず、第２空間６３が外部空間に直接に連通していてもよい。第２空間６３は外部空間に開放されていてもよい。第２空間６３に冷媒を流通させなくとも、第２空間６３が存在することで赤外線ヒーター１０の表面（図５では第２透過層５２の下面）の加熱を抑制する効果は得られる。これにより、処理空間８１，炉体８０などの温度を低温に保つこともできる。なお、冷媒供給源９５からの冷媒の供給を行わない場合、赤外線ヒーター１０ａは冷却ケース６０を備えなくてもよい。この場合も、第１透過層５１と第２透過層５２との間に第２空間６３が形成されればよく、例えば第１固定板７１と第２固定板７２との間に両者を離間しつつ支持する部材を配設してもよい。
【００４５】
上述した実施形態では第１透過層５１は基板５１ａの表面に上側コート層５１ｂ及び下側コート層５１ｃを形成したものとしたが、これに限られない。第１透過層５１が上述した反射特性を少なくとも有していれば、上側コート層５１ｂと下側コート層５１ｃとの少なくとも一方を省略したりしてもよい。
【００４６】
上述した実施形態では、フィルタ部５０の第１透過ピークの波長が２μｍ〜３μｍであり、第２透過ピークの波長が５μｍ〜８．５μｍであり、反射波長領域が３．５μｍ〜４．５μｍであるものとしたが、これに限られない。例えば第１透過層５１の基板５１ａ，上側コート層５１ｂ，下側コート層５１ｃの膜厚などを適宜調整して、第１透過ピークの波長、第２透過ピークの波長、反射波長領域、のうち１以上を上述した実施形態とは異ならせてもよい。
【００４７】
発熱体４０は、上述した実施形態に限定されない。例えば、発熱体４０は下面がセラミックス溶射膜でコーティングされたものとしたが、下面及び上面がコーティングされていてもよいし、セラミックス溶射膜を備えないものとしてもよい。また、発熱体４０は支持板３０に巻き付けられたリボン状の面状発熱体としたが、これに限られない。例えば、発熱体４０が金属板を打ち抜き加工することで形成されたジグザグの面状発熱体であってもよい。あるいは、発熱体４０が線状の発熱体であってもよい。また、発熱体４０は支持板３０に巻き付けられて支持されるものとしたが、発熱体４０を貫通するボルトなどを介して発熱体４０が支持板３０に取り付けられていてもよい。
【００４８】
上述した実施形態では、第１透過層５１は下面視で四角形状をした板状の部材としたが、これに限らず例えば円板状の部材であってもよい。図５で示した第２透過層５２についても同様である。
【００４９】
上述した実施形態では、赤外線ヒータ１０は反射部材２３を備えるものとしたが、反射部材２３を備えない代わりにケース２２が赤外線を反射する材料で構成されていてもよい。また、例えば反射部材２３の下面が赤外線を反射する反射コートで覆われていてもよい。また、反射部材２３を備えず且つケース２２が赤外線を反射しないなど、赤外線ヒーター１０は発熱体４０の上方に反射部材を備えなくてもよい。
【００５０】
上述した実施形態では、赤外線処理装置１００において、赤外線ヒーター１０を炉体８０の上部に配設し、処理空間８１に第１透過層５１が露出するようにしたが、これに限られない。例えば、赤外線ヒーター１０を炉体８０の内側に配置してもよい。この場合も、例えば配管や仕切り部材などを用いて第１空間４７が処理空間８１と直接には連通せず且つ外部空間には開放されるようにすればよい。
【実施例】
【００５１】
以下には、赤外線ヒーター及びこれを備えた赤外線処理装置を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
［実施例１〜１０］
実施例１〜１０では、距離Ｄ／代表寸法Ｌを表１に示すように種々変更しつつ、赤外線ヒーターを備えた赤外線処理装置を作成した。なお、赤外線ヒーターは、冷却ケース６０を備えず第２空間６３が外部空間に開放されている点以外は赤外線ヒーター１０ａと同様の構成とした。第１透過層５１及び第２透過層５２は、いずれも上述した実施形態の第１透過層５１と同じ材質及びフィルタ特性とした。また、赤外線処理装置は、炉体８０に赤外線ヒーターが１つだけ取り付けられている状態とした。発熱体４０は、図３，４に示した形状とし、代表寸法Ｌを１３５．４ｍｍとした。発熱体４０は、Ｎｉ−Ｃｒ合金製とし、第１透過層５１側の表面がアルミナのセラミックス溶射膜でコーティングされているものとした。外部空間は大気雰囲気とした。
【００５３】
［評価試験］
実施例１〜１０の赤外線処理装置において、処理空間８１内の赤外線ヒーターの真下の位置に対象物を配置した。そして、発熱体４０に約３００Ｗの電力を通電した状態で温度が安定するのを待った後、発熱体４０，第１透過層５１，第２透過層５２，対象物，処理空間８１の温度を測定した。実施例１〜１０の距離Ｄ，距離Ｄ／代表寸法Ｌ，測定した各温度を、表１にまとめて示す。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
図６は、実施例１〜１０における距離Ｄ／代表寸法Ｌと発熱体４０，第１透過層５１，第２透過層５２，対象物の温度との関係を示すグラフである。表１及び図６からわかるように、実施例１〜１０のいずれも、使用時の発熱体４０とフィルタ部５０（第１透過層５１及び第２透過層５２）との温度差を大きくすることができていた。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌが大きいほど、第１透過層５１の温度が低下し発熱体４０と第１透過層５１との温度差が大きくなる傾向が見られた。距離Ｄ／代表寸法Ｌが値０．０８以上である実施例２〜１０では、第１透過層５１の温度上昇をより抑制できており、距離Ｄ／代表寸法Ｌを値０．０８以上とすることがより好ましいと考えられる。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌが０．１４以下の領域では距離Ｄ／代表寸法Ｌが大きいほど第１透過層５１の温度上昇を抑制する効果が急激に高くなっており、距離Ｄ／代表寸法Ｌが値０．１４以上では第１透過層５１の温度上昇をさらに抑制できていた。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌが大きいほど、発熱体４０の温度が低下する傾向が見られた。距離Ｄ／代表寸法Ｌが値０．２３以下である実施例１〜８では、発熱体４０の温度低下をより抑制できており、距離Ｄ／代表寸法Ｌを値０．２３以下とすることがより好ましいと考えられる。また、距離Ｄ／代表寸法Ｌが０．１９以下では発熱体４０の温度が６００℃以上に保たれており、発熱体４０の温度低下をさらに抑制できていた。以上より、距離Ｄ／代表寸法Ｌは０．０８以上，０．１４以上が好ましく、０．２３以下，０．１９以下が好ましいと考えられる。また、第１透過層５１が低温に保たれている実施例ほど、第２透過層５２，対象物，処理空間８１の温度も低温に保たれる傾向にあった。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０ａ  赤外線ヒーター、２０  発熱部、２２  ケース、２３  反射部材、３０  支持板、３１  前側凸部、３２  後側凸部、４０  発熱体、４１  折り返し端部、４７  第１空間、５０  フィルタ部、５１  第１透過層、５１ａ  基板、５１ｂ  上側コート層、５１ｃ  下側コート層、５２  第２透過層、６０  冷却ケース、６１  冷媒出入口、６３  第２空間、７１  第１固定板、７２  第２載置板、８０  炉体、８１  処理空間、８５  ベルトコンベア、９０  半導体素子、９２  塗膜、９５  冷媒供給源、１００  赤外線処理装置。
【要約】
【課題】使用時の発熱体とフィルタ部との温度差を大きくする。
【解決手段】赤外線処理装置１０は、加熱されると赤外線を放射する発熱体を備えた発熱部２０と、所定の反射波長領域の赤外線を反射する反射特性を有し且つ発熱体からの赤外線の少なくとも一部を透過する第１透過層を有するフィルタ部５０と、を備え、発熱体が反射波長領域の赤外線を吸収可能であり、発熱体と第１透過層との間の第１空間４７が外部空間に開放されている赤外線ヒーター１０と、第１空間４７と直接には連通しておらず且つ発熱体から放射されフィルタ部５０を透過した後の赤外線により赤外線処理を行う空間である処理空間８１を形成する炉体８０と、を備えている。
【選択図】図１【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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