(57)【要約】【課題】単一の所定の厚さを有する透明な被処理物を加熱する際には、近赤外線放射源によって被処理物を効果的に加熱するとともに、遠赤外線放射源の加熱効率を向上させ、また分光吸収波長特性の異なる被処理物等を加熱する際には、エネルギー損を少なくし、被処理物の昇温が必要な部分とそれ以外の部分との温度差を大きくしないようにして、変形や破損を生じない加熱装置を提供することにある。【解決手段】近赤外線放射源１から放射される近赤外線および遠赤外線放射源２から放射される遠赤外線とによって被処理物３を加熱する加熱装置において、近赤外線放射源１は被処理物３の上に配置され、遠赤外線放射源２は被処理物３の下に配置されることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外線放射源から放射される近赤外線および遠赤外線放射源から放射される遠赤外線とによって被処理物を加熱する加熱装置において、
前記近赤外線放射源は前記被処理物の上に配置され、前記遠赤外線放射源は前記被処理物の下に配置されることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記遠赤外線放射源は、前記近赤外線放射源から放射された近赤外線によって遠赤外線を放射する遠赤外線放射プレートから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記遠赤外線放射源は、自ら発熱することによって遠赤外線を放射すると共に、前記近赤外線放射源から放射された近赤外線によって遠赤外線を放射する遠赤外線ヒータから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近赤外線放射源と遠赤外線放射源とを組み合わせて被処理物（ワーク）を加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、部分的に塗料を塗布したガラス等の、分光吸収波長特性の異なる被処理物を加熱する際には、一般的には、分光吸収波長特性の影響が少ない伝導方式や対流方式を主とした加熱源、例えば、熱風循環炉や雰囲気炉等が使用されている。
また、輻射方式を主とした加熱源としては、被処理物の分光吸収波長特性に対して比較的影響差が少なく安定して加熱できる遠赤外線ヒータ（セラミックヒータやシーズヒータなど）がよく使われる。
【０００３】
ここで、赤外線とは、波長域０．７５μｍ〜１０００μｍの電磁波の一種であり、通常０．７５μｍ〜３μｍを近赤外線、３μｍ〜１０００μｍを遠赤外線とされるものであり、本願ではこれらの定義に従う。
【０００４】
次に、近赤外線ヒータまたは遠赤外線ヒータを用いて、例えば、素ガラスに黒色セラミック塗料を塗布した被処理物の塗布部（塗膜部）だけの温度を上げて乾燥させる場合について説明する。
【０００５】
まず、近赤外線ヒータのみを用いて加熱処理しようとすると、塗布部が集中的に昇温されてしまうため、塗布部と素ガラス部で温度差を生ずる。そのため、素ガラス部と塗布部の境界付近を起点として素ガラス部にクラックを生じてしまう。
【０００６】
また、遠赤外線ヒータのみを用いて加熱処理しようとすると、素ガラス部の温度は上昇するが、塗布部の温度上昇が不十分となり、十分に乾燥させることができないという問題を生じる。
【０００７】
また、近赤外線ヒータと遠赤外線ヒータとを組み合わせた加熱装置としては、特開平１０−１８９２２０号公報に記載されているように、近赤外線ヒータと遠赤外線ヒータとを被処理物の搬送方向に順に並べて配置したものが知られている。
【０００８】
この加熱装置は、図９に示すように、複数本の近赤外線ヒータ１１と複数本の遠赤外線ヒータ１２のそれぞれを被処理物１３の進行方向と平行に配列している。ここで、近赤外線ヒータ１１は透光性ガラス管内にフィラメント線が設けられ、フィラメント線から放射する近赤外線を利用して被処理物１３を加熱する。また、遠赤外線ヒータ１２はフィラメント線を内封したガラス管の周囲にセラミックが被覆されたものやシーズ線が用いられ、遠赤外線ヒータ１２の外囲管表面から輻射する遠赤外線を利用して被処理物１３を加熱する。被処理物１３はチェーンコンベア１４上を搬送され、最初近赤外線ヒータ１１によって加熱され、次に遠赤外線ヒータ２によって加熱される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１８９２２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示すような加熱装置においては、遠赤外線を放射する熱源自体が大気中にさらされているため、遠赤外線ヒータ１２周囲の雰囲気による対流の影響を受けやすく、対流による熱損失を生じてしまう。そのため、遠赤外線ヒータ２の下方に被処理物１３があると、熱の上方への逃げによる熱損失、即ち、エネルギー損が大きくなる。また、被処理物１３を透過した近赤外線は迷光となり炉体内の温度上昇を招くと共に、エネルギー損を生じてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、単一の所定の厚さを有する透明な被処理物等を加熱する際には、近赤外線放射源によって被処理物を効果的に加熱するとともに、遠赤外線放射源の加熱効率を向上させ、また、分光吸収波長特性の異なる被処理物等を加熱する際には、エネルギー損を少なくし、被処理物の昇温が必要な部分とそれ以外の部分との温度差を大きくしないようにして、変形や破損を生じることのない加熱装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、近赤外線放射源から放射される近赤外線および遠赤外線放射源から放射される遠赤外線とによって被処理物を加熱する加熱装置において、前記近赤外線放射源は前記被処理物の上に配置され、前記遠赤外線放射源は前記被処理物の下に配置されることを特徴とする。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段において、前記遠赤外線放射源は、前記近赤外線放射源から放射された近赤外線によって遠赤外線を放射する遠赤外線放射プレートから構成されていることを特徴とする。
【００１４】
第３の手段は、第１の手段において、前記遠赤外線放射源は、自ら発熱することによって遠赤外線を放射すると共に、前記近赤外線放射源から放射された近赤外線によって遠赤外線を放射する遠赤外線ヒータから構成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る加熱装置の正面断面図、図２は図１に示した被処理物３の平面図である。
【００１６】
これらの図において、１は被処理物３の上方に設けられるとともに、被処理物３の進行方向と平行に配列された複数本の近赤外線放射源としての近赤外線ヒータであり、この近赤外線ヒータ１は透光性ガラス管内に設けられたフィラメント線から近赤外線を放射する。２は被処理物３の下方に設けられ、被処理物３の進行方向と平行に配列された単一の部材からなる遠赤外線放射源としての遠赤外線放射プレートであり、この遠赤外線放射プレート２は、近赤外線ヒータ１から放射された近赤外線を吸収して遠赤外線を上方に輻射する波長変換部材である。３は、例えば、自動車の後部窓ガラス等に用いられる、素ガラス部３１と素ガラス部３１の周縁部に黒色塗料が塗布された塗布部３２とからなる分光吸収波長特性の異なる被処理物（ワーク）であり、この被処理物３はチェーンコンベア４上を図示左から右方向に移動する間に加熱処理される。４は被処理物３を搬送するチェーンコンベア、５は近赤外線ヒータ１から放射される近赤外線を反射するために設けられたミラーである。
【００１７】
ここで、黒色塗料が塗布された塗布部３２は、例えば、近赤外線の吸収率が９０％、それ以外の素ガラス部３１の吸収率は１０％（透過率９０％）であり、黒色塗料の材質としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋ＭｇＯの混合物が用いられる。
【００１８】
また、遠赤外線放射プレート２は、例えば、石英ガラス（板厚２ｍｍ）の表面に黒色のセラミック塗料を塗布したものが用いられる。
【００１９】
上述のごとく、本実施形態の加熱装置によれば、被処理物３の上方に近赤外線ヒータ１を配置し、下方に遠赤外線の放射率の優れた遠赤外線放射プレート２を配置した。そのため、被処理物３の塗布部３２は上方から照射される近赤外線により昇温し、素ガラス部３１は近赤外線の大半を吸収せず、透過した光が被処理物３の下方にある遠赤外線放射プレート２を加熱する。遠赤外線放射プレート２は加熱されると温度上昇し、遠赤外線の放射や熱対流を生じ、被処理物３全体を加熱する。
【００２０】
ここで、近赤外線は近赤外線ヒータ１の管球内のフィラメントから放射されるため、対流による熱損失は少なく、また、遠赤外線放射プレート２から発生する対流熱は上昇するため、被処理物３の昇温に寄与し、加熱効率を向上させる。
また、塗布部３２以外の素ガラス部３１は、下方からの遠赤外線放射により、ある程度温度上昇されるため、温度差による変形や破損の発生を抑制することができる。
【００２１】
さらに、本実施形態の加熱装置によれば、被処理物３の昇温させたい部分と昇温させたくない部分との温度差を最大限に抑えることができるので、加熱後の冷却時間を短縮でき、生産タクトを向上させることができる。
【００２２】
図３は、従来例に係る加熱装置と本発明の実施例に係る加熱装置とを用いて被処理物を加熱処理した結果を示す表である。
ここで、各加熱装置における加熱処理は、消費電力８０ｋＷ、加熱時間３０秒の条件下で行った。
【００２３】
従来例１は、図２に示すような被処理物３の上方から近赤外線ヒータのみを照射した場合の加熱結果を示すものであり、近赤外線が照射されると黒色の塗布部３２は昇温が大きく、３０秒の加熱で１８０℃にまで到達した。しかしこのとき素ガラス部３１は約８０℃までしか昇温せず、界面にてガラスの割れが発生した。
【００２４】
従来例２は、図２に示すような被処理物３の上方から遠赤外線ヒータのみを照射した場合の加熱結果を示すものであり、この場合は、消費電力８０ｋＷ、加熱時間３０秒では、塗布部３２の温度は１２０℃にまでしか上昇せず、塗布部３２の乾燥が不十分であった。
【００２５】
従来例３は、図９に示すような従来技術に係る加熱装置を用いて、被処理物１３の上方から近赤外線ヒータ１１による照射に続き、被処理物１３の上方から遠赤外線ヒータ１２による照射を行った場合の加熱結果を示すものであり、この場合は、消費電力８０ｋＷ、加熱時間３０秒では、塗布部１３２の温度は１６０℃にまでしか昇温せず、塗布部１３２の乾燥が不十分であった。
【００２６】
本発明の実施例は、図１に示す加熱装置を用いて、被処理物３の上方から近赤外線ヒータ１による照射を行い、被処理物３の下方からは、被処理物３の下方に配置された遠赤外線放射プレート２による照射を行った場合の加熱結果を示すものであり、この場合は、被処理物３の上面からの近赤外線により、遠赤外線放射プレート２の表面が約５０℃にまで加熱され、遠赤外線および熱対流を発生させた。消費電力８０ｋＷ、加熱時間３０秒では、被処理物２の塗布部３２の温度は１８０℃になり、塗布部３２は十分乾燥し、このとき素ガラス部３１の温度は約１２０℃まで昇温され、塗布部３２との温度差が少なかった。
【００２７】
このように、図３の対比結果に示すように、本発明の実施例の加熱装置によれば、従来例１〜従来例３の加熱装置と比べて、被処理物面内での温度差を抑えることができ、変形や割れを防止でき、また昇温させたくない部分の温度を極力抑えることができるので、後工程での冷却時間の短縮が図られ、生産タクトを向上させることができる。
【００２８】
なお、本発明の加熱装置においては、被処理物３として、透明ガラスの周辺部のみに黒色塗料が塗布されたものを用いたが、この他にも、看板等に使用されるアクリル透明樹脂と黒色塗料との組み合わせや、ＬＣＤやＰＤＰといった各種フラットパネルのガラス基板用のガラスと有機膜や金属膜の組み合わせからなるものを用いても、本発明の加熱装置の適用は可能である。
【００２９】
また、本発明の加熱装置において、遠赤外線放射源として遠赤外線放射プレート２を用いたが、遠赤外線放射プレート２に代えて、図４に示すように遠赤外線ヒータ（ランプヒータ）６や、図５に示すようにセラミックヒータ７を用いてもよい。
遠赤外線ヒータ（ランプヒータ）６やセラミックヒータ７を用いた場合は、これら自らが発熱して遠赤外線を放射するとともに、図示されていない近赤外線ヒータ１から放射された近赤外線を吸収して遠赤外線を輻射する機能も有するので、自らの発熱によってのみ遠赤外線を放射させる場合に比べて、電力消費を軽減することができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態を図６乃至図８を用いて説明する。
図６は本実施形態の発明に係る加熱装置の正面断面図、図７は近赤外線波長に対するアクリル板の分光透過率の特性を示す図、図８は図６に示した被処理物８における近赤外線吸収を説明するための模式図である。
これら図において、８は単一の所定の厚さを有する透明なアクリル板等からなる被処理物（ワーク）である。なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００３１】
通常、近赤外線を透過し遠赤外線を吸収するような被処理物を加熱する場合、一般的には遠赤外線ヒータが使用されることが多い。しかし、遠赤外線を照射した場合は、遠赤外線は被処理物の表面で多くが吸収され、その後伝導によって厚み方向に熱が伝達される。従って、一定以上の厚みを有する被処理物を加熱した場合、表面（ヒータ側）と裏面（非ヒータ側）との温度差が大きくなり、加熱ムラや被処理物の反り返り等の不具合が発生し易い。
【００３２】
それに対して、このような被処理物を近赤外線で照射する場合、近赤外線は図７の特性に示すように、被処理物（アクリル板）の厚さに応じて分光透過率が異なる。即ち、被処理物（アクリル板）の厚みが厚くなる程近赤外線は透過しにくくなるので、図８にも示すように、近赤外線は被処理物８の厚み方向に進行するにつれて徐々に吸収されていく。そのため、被処理物８を内部から加熱することができ、表面と裏面の温度差を小さくすることができる。
また被処理物８を透過した近赤外線は遠赤外線放射プレート２にて吸収され、遠赤外線放射プレート２の温度を上昇させることによって被処理物８に遠赤外線を照射させることができる。
【００３３】
この時、遠赤外線放射プレート２から放射された遠赤外線は、主に被処理物８の裏面で吸収されることになるが、実際には、近赤外線によって被処理物８の内部から加熱できるとはいうものの、近赤外線ヒータ１からもある程度の遠赤外線が放射されているため、表面（近赤外線ヒータ側）の方が温度が高くなる傾向にある。従って、被処理物８の裏面側で遠赤外線放射プレート２からの遠赤外線を吸収したとしても表面と裏面の温度差に影響を及ぼすこともなく、被処理物の加熱効率を向上させることができる。
【００３４】
なお、遠赤外線放射プレート２の代わりに、近赤外線を反射する反射板を用いることも考えられるが、反射板で反射した近赤外線は再度被処理物８を照射し、最終的にミラー５と反射板とを反復しながら被処理物８を加熱することになる。しかし、反射を繰り返す近赤外線は、ミラー５や近赤外線ヒータ１のバルブの温度を上昇させてしまい、ミラー５の酸化、変形や、近赤外線ヒータ１の短寿命化の原因となってしまうおそれがある。また、これらを回避しようとして強制冷却機構を設けると、装置の大型化やコストアップを招き、得策とはいえない。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、近赤外線放射源から放射される近赤外線および遠赤外線放射源から放射される遠赤外線とによって被処理物を加熱する加熱装置において、前記近赤外線放射源は前記被処理物の上に配置し、前記遠赤外線放射源は前記被処理物の下に配置したので、近赤外線放射源から放射される近赤外線は一般に対流による熱損失は少なく、また遠赤外線放射源から発生する対流熱は上昇するため、被処理物の昇温に寄与し、加熱効率をアップすることができる。また分光吸収波長特性の異なる被処理物を加熱する場合には、エネルギー損を少なくし、被処理物の昇温が必要な部分とそれ以外の部分との温度差を大きくしないようにして、変形や破損を生じないようにすることができる。また所定の厚さを有する単一の透明なアクリル板等からなる被処理物を加熱する場合には、近赤外線は被処理物の厚み方向に進行するにつれて徐々に吸収されていくため、被処理物を内部から加熱することができ、表面と裏面の温度差を小さくすることができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、前記遠赤外線放射源は、前記近赤外線放射源から放射された近赤外線によって遠赤外線を放射する遠赤外線放射プレートから構成されているので、簡便な構成で遠赤外線放射源を実現することができる。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、前記遠赤外線放射源は、自ら発熱することによって遠赤外線を放射すると共に、前記近赤外線放射源から放射された近赤外線によって遠赤外線を放射する遠赤外線ヒータから構成されているので、簡便な構成で所望の強さを有する遠赤外線を放射する遠赤外線放射源を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の発明に係る加熱装置の正面断面図である。
【図２】図１に示した被処理物３の平面図である。
【図３】従来例に係る加熱装置と本発明の実施例に係る加熱装置とを用いて被処理物を加熱処理した結果を示す表である。
【図４】図１に示した加熱装置の遠赤外線放射プレート２に代えて遠赤外線ヒータ（ランプヒータ）６を用いた加熱装置を示す図である。
【図５】図１に示した加熱装置の遠赤外線放射プレート２に代えてセラミックヒータ７を用いた加熱装置を示す図である。
【図６】第２の実施形態の発明に係る加熱装置の正面断面図である。
【図７】近赤外線波長に対するアクリル板の分光透過率の特性を示す図である。
【図８】図６に示した被処理物８における近赤外線吸収を説明するための模式図である。
【図９】従来技術に係る加熱装置の正面断面図である。
【符号の説明】
１  近赤外線ヒータ
２  遠赤外線放射プレート
３  被処理物（ワーク）
３１  素ガラス部
３２  塗布部
４  チェーンコンベア
５  ミラー
６  遠赤外線ヒータ（ランプヒータ）
７  セラミックヒータ
８  単一の透明なアクリル板等からなる被処理物（ワーク）
【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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