ハロゲンヒータランプユニットおよび熱処理装置
【課題】長期間にわたって使用した場合にも発光管の破損が生じない長寿命のハロゲンヒータランプユニットおよび熱処理装置を提供することにある。
【解決手段】熱処理装置は、ワークを加熱する熱処理空間を取り囲む、断熱材からなる断熱筐体１１と、当該断熱筐体の上壁に形成された挿入孔１５に挿通されるよう配設された筒状体３０と、ワークを加熱する熱源として、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部２１Ａにフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプ２０とを備える熱処理装置であって、当該ハロゲンヒータランプが、当該ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部が前記筒状体内に当該垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されていることを特徴とする。
【解決手段】熱処理装置は、ワークを加熱する熱処理空間を取り囲む、断熱材からなる断熱筐体１１と、当該断熱筐体の上壁に形成された挿入孔１５に挿通されるよう配設された筒状体３０と、ワークを加熱する熱源として、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部２１Ａにフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプ２０とを備える熱処理装置であって、当該ハロゲンヒータランプが、当該ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部が前記筒状体内に当該垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池基板などの熱処理に用いられるハロゲンヒータランプユニットおよび熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池基板の製造方法などにおいては、雰囲気温度が１０００℃前後の高温に保たれた領域で熱処理を行う工程が必要とされており、このような熱処理を行う装置として、例えば、図３に示されるように、ワークＷを加熱する熱処理空間Ｈを取り囲む、断熱材からなる断熱筐体４１の上壁に、挿入孔４５，４５が設けられると共に、ワークＷを加熱する熱源として、水平部５１Ａおよびその両端から垂直方向に伸びる垂直部５１Ｂ，５１ＣよりなるＵ字状の発光管５１を備え、発光管５１内における少なくとも水平部５１Ａにフィラメント（図示せず）が配設されたハロゲンヒータランプ５０が、その垂直部５１Ｂ，５１Ｃが挿入孔４５，４５内に挿通されるよう配設された装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
なお、図３において、４３はワークＷが載置された搬送手段４２が搬入される搬入口、４４は当該搬送手段４２が搬出される搬出口である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７５４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この熱処理装置においては、長期間にわたって使用するとハロゲンヒータランプの発光管の破損が生じる、という問題があった。
この問題を検証したところ、ハロゲンヒータランプの発光管の垂直部の外周面が断熱材による壁に囲われていることにより、発光管が過熱状態となり、その状態でワークが加熱されることによって、当該ワークから蒸発した不純物が発光管に付着し、発光管と不純物とが反応することによって発光管が劣化して破損するものと推測された。
【０００５】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長期間にわたって使用した場合にも発光管の破損が生じない長寿命のハロゲンヒータランプユニットおよび熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハロゲンヒータランプユニットは、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプと、
当該ハロゲンヒータランプの各々の垂直部の周囲に、当該垂直部の外周面との間に間隙を介するよう配設された筒状体とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のハロゲンヒータランプユニットにおいては、前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されている構成とすることが好ましい。
【０００８】
本発明の熱処理装置は、ワークを加熱する熱処理空間を取り囲む、断熱材からなる断熱筐体と、
当該断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に挿通されるよう配設された筒状体と、
ワークを加熱する熱源として、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプとを備える熱処理装置であって、
当該ハロゲンヒータランプが、当該ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部が前記筒状体内に当該垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の熱処理装置においては、前記垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間の間隙の大きさが、５〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体が、石英ガラスからなるものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の熱処理装置においては、前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されている構成とされることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体が、前記断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に、当該筒状体の外周面と前記挿入孔の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されて配設されている構成とされることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体の外周面と前記挿通孔の内周面との間の間隙の大きさが、０〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体は、前記断熱筐体に支持されたピンチ型筒状体保持具によってピンチされることにより、当該断熱筐体に支持されて配設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のハロゲンヒータランプユニットによれば、発光管の垂直部の周囲に、当該垂直部の外周面との間に間隙を介するよう筒状体が支持されているために、当該ハロゲンヒータランプによる熱気流を垂直部の周囲に滞留させずに間隙を通過させることができ、従って、熱処理装置の加熱源として用いた場合に、長期間にわたって使用しても発光管の破損が生じず、長寿命が得られる。
【００１６】
本発明の熱処理装置によれば、断熱筐体の上壁に形成された挿通孔に挿通された筒状体内に、ハロゲンヒータランプが、その発光管の垂直部が当該垂直部の外周面と筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されている。このため、垂直部の外周面が断熱筐体の上壁に直接接触せず、しかも、熱処理空間内に発生する熱気流を垂直部の周囲に滞留させることなく間隙を流通させて外部に排出させることができ、その結果、垂直部の過熱が抑止される。従って、当該垂直部の外周面にワークから蒸発した不純物が付着しても、発光管と反応して当該外周面に反応物を生成することが抑止され、これにより、長期間にわたって使用した場合にも発光管の破損が生じず、長寿命が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の熱処理装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】図１の熱処理装置におけるハロゲンヒータランプおよび筒状体の説明用平面図である。
【図３】従来の熱処理装置の構成を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１９】
〔熱処理装置〕
図１は、本発明の熱処理装置の構成の一例を示す説明用断面図、図２は、本発明の熱処理装置におけるハロゲンヒータランプおよび筒状体の説明用平面図である。
本発明の熱処理装置は、断熱筐体１１と、その上壁１１Ａに形成された挿入孔１５，１５に挿通されるよう配設された筒状体３０，３０と、水平部２１Ａおよびその両端から垂直方向に伸びる垂直部２１Ｂ，２１ＣよりなるＵ字状の発光管２１を備えたハロゲンヒータランプ２０とを備えるものである。
【００２０】
この熱処理装置は、複数、例えば６本のハロゲンヒータランプ２０の水平部２１Ａが、断熱筐体１１の上壁に平行かつハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の水平部２１Ａに垂直な方向（図１において紙面に垂直な方向）に並設されなる処理ブロックが、当該断熱筐体１１の上壁に平行かつハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の水平部２１Ａに垂直な方向に１〜８ブロック並設されている。
【００２１】
〔断熱筐体〕
本発明の熱処理装置を構成する断熱筐体１１は、断熱材からなり、その内部はワークＷを加熱する熱処理空間Ｈとされている。
断熱筐体１１の対向する側壁１１Ｂ，１１Ｃには、それぞれ、ワークＷを搬送するための例えばメッシュベルトコンベアなどの搬送手段１２を搬入する搬入口１３および当該搬送手段１２を熱処理空間Ｈから搬出する搬出口１４が設けられている。
【００２２】
断熱筐体１１を構成する断熱材としては、熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度を一定に保持することができる断熱性を有するものであればよく、例えばセラミック、ガラスウール、珪酸カルシウム、ロックウール、耐火断熱レンガなどを用いることができる。
【００２３】
断熱筐体１１に形成された挿入孔１５，１５は、例えば断面が真円である円柱状とされる。
この挿入孔１５，１５の内径は、筒状体３０，３０の外径によっても異なるが、例えばφ２５〜φ３０ｍｍとされる。
【００２４】
〔筒状体〕
本発明の熱処理装置を構成する筒状体３０，３０は、例えば円筒状のものであり、断熱筐体１１の上壁１１Ａに形成された挿入孔１５，１５に配設されており、筒状体３０，３０の外周面が、挿入孔１５，１５の内周面に接触した状態に配設されていてもよいが、特に、当該筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されて配設されていることが好ましい。
具体的には、筒状体３０，３０は、断熱筐体１１に、当該断熱筐体１１の上壁１１Ａから外方に伸びる保持具支持アーム３７，３７の凹所に載置されて支持されたピンチ型筒状体保持具３５，３５によってピンチされることにより、当該断熱筐体１１に支持されている。
【００２５】
筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間の間隙は、断面が全周にわたって均一な厚みを有する円環状である環状空隙であることが好ましい。
【００２６】
筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間の間隙の大きさ、すなわち環状空隙Ｒ１の厚みは、０〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５〜８ｍｍである。
筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間の間隙の大きさが上記の範囲にあることにより、断熱筐体１１内の温度を一定温度に維持することができながら、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができる。また、当該間隙の大きさが過大である場合は、断熱筐体１１内（熱処理空間Ｈ）の温度を一定温度に維持することが難しい。
特に、当該間隙の大きさが５ｍｍ以上である場合は、当該間隙において自然対流がなされて、確実に、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができる。
【００２７】
筒状体３０，３０は、その上部および下部が、断熱筐体１１の上壁の下面および上面にそれぞれ突出する状態に配設されることが好ましい。
このような状態に配設されることにより、熱処理空間Ｈから熱処理装置の外部への熱気流の自然排出を確実に行うことができる。
【００２８】
筒状体３０，３０を構成する材料としては、ワークＷの加熱を行うときの熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度において変形や損傷などを生じない耐久性を有し、かつ、ワークＷの加熱を行うときの熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度においてワークＷにコンタミネーションを生じさせないものであり、さらに断熱筐体１１を形成する断熱材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するものが好ましく、例えば石英ガラスやセラミック、あるいはステンレスなどの金属などを用いることができ、特に石英ガラスを用いることが好ましい。
【００２９】
筒状体３０，３０が、断熱筐体１１を形成する断熱材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料より形成されたものであることにより、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの過熱が抑止されるものと考えられる。
具体的には、筒状体が設けられていない構成を有する従来の熱処理装置においては、発光管の垂直部と断熱部材との間を熱気流が通過する際に、当該熱気流の熱が断熱部材にはほとんど伝熱されずに発光管に伝熱されるため、発光管は、フィラメントからの伝熱を受け、さらに、熱気流からの熱を受けることによって過熱される結果、発光管と不純物とが反応するものと推測される。
然るに、筒状体３０，３０が設けられた構成を有する本発明の熱処理装置においては、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃと断熱筐体１１との間を熱気流が通過する際に、当該熱気流の熱が、断熱筐体１１にはほとんど伝熱されず、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃには伝熱されるが、筒状体３０，３０が断熱筐体１１を構成する断熱材よりも熱伝導率が高い材料からなることから、熱気流の熱のうち筒状体３０，３０が受けた熱量分、従来よりも発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃへの伝熱量が減るものと推測される。
このため、発光管２１は、フィラメント２４からの熱を受け、さらに、熱気流からの熱を受けるものの、当該熱気流からの伝熱量が従来よりも少ないために、発光管２１は過熱の程度が抑制され、その結果、発光管２１と不純物とが反応することを抑制することができるものと考えられる。
【００３０】
筒状体３０，３０の肉厚は、例えば０．５〜３ｍｍとされ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。
【００３１】
〔ハロゲンヒータランプ〕
本発明の熱処理装置を構成するハロゲンヒータランプ２０は、ワークＷを加熱する熱源であり、両端部が溶着されて封止部２２ａ，２２ｂが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管２１を備えている。この発光管２１内における少なくとも水平部２１Ａに例えばタングステンからなるフィラメント２４が当該発光管２１と接触しないよう、管軸方向に伸びる状態に配設されていると共にハロゲンガスが封入されている。
【００３２】
フィラメント２４には、その一端部に給電用の内部リード２４ａが連結されると共に、その他端部に給電用の内部リード２４ｂが連結されており、当該内部リード２４ａ，２４ｂが、それぞれ、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃ内において管軸方向に伸びて封止部２２ａ，２２ｂに気密に埋設された金属箔２９ａ，２９ｂを介して、外部リード２８ａ，２８ｂに電気的に接続されている。そして、外部リード２８ａ，２８ｂが、給電線２７ａ，２７ｂを介して図示しない電源に電気的に接続されている。
【００３３】
そして、ハロゲンヒータランプ２０は、その発光管２１の各々の垂直部２１Ｂ，２１Ｃが筒状体３０，３０内に当該垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう、支持されている。
また、ハロゲンヒータランプ２０は、その水平部２１ＡがワークＷと平行に伸びる状態とされると共に、その垂直部２１Ｂ，２１Ｃが断熱筐体１１の外方に突出する状態とされる。
【００３４】
具体的には、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの上部に、例えばステアタイトのようなセラミックからなる円柱状の胴部２６ａ，２６ｂを有するランプベース２５ａ，２５ｂが、例えば無機接着剤を介してそれぞれ設けられている。このランプベース２５ａ，２５ｂの胴部２６ａ，２６ｂには、その外周壁に全周にわたって伸びる状態に環状凹溝２３ａ，２３ｂが形成されている。
一方、筒状体３０，３０の上端には、例えばステンレス鋼などの金属製の円盤状のフランジ３１，３１が設けられている。このフランジ３１，３１には、略四角形状の係止凹所３２，３２が形成されている。
そして、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂに係るランプベース２５ａの環状凹溝２３ａが、フランジ３１の係止凹所３２の対向する２つの側縁３３，３３にスライド嵌合され、必要に応じてＮｉ線によって係止されている。また、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｃに係るランプベース２５ｂの環状凹溝２３ｂが、フランジ３１の係止凹所３２の対向する２つの側縁３３，３３にスライド嵌合され、必要に応じてＮｉ線によって係止されている。これにより、ハロゲンヒータランプ２０が、筒状体３０，３０内に吊下げられた状態で支持されている。
ハロゲンヒータランプ２０が筒状体３０，３０にこのように支持されていることにより、フランジ３１，３１の係止凹所３２，３２において筒状体３０，３０の上端に環状空隙Ｒ２が露出した状態とされ、これにより、筒状体３０，３０は、その上端が大気に連通される。
【００３５】
ハロゲンヒータランプ２０の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間の間隙は、断面が全周にわたって均一な厚みを有する円環状である環状空隙であることが好ましい。
【００３６】
垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間の間隙の大きさ、すなわち環状空隙Ｒ２の厚みは、５〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５〜８ｍｍ、特に好ましくは５ｍｍである。
垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間の間隙の大きさが上記の範囲にあることにより、断熱筐体１１内（熱処理空間Ｈ）の温度を一定温度に維持することができながら、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができる。また、当該間隙の大きさが５ｍｍ未満である場合は、当該間隙において自然対流がなされず、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができず、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃが過熱されて当該ハロゲンヒータランプ２０が破損するおそれがある。さらに、当該間隙の大きさが過大である場合は、断熱筐体１１内（熱処理空間Ｈ）の温度を一定温度に維持することが難しい。
【００３７】
以上の熱処理装置における発光管２１、筒状体３０および断熱筐体１１の具体的な寸法例を以下に示す。
（１）発光管２１
・水平部２１Ａの長さ：１７５ｍｍ
・垂直部２１Ｂ，２１Ｃの長さ：２７０ｍｍ
・水平部２１Ａおよび垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外径：φ１５ｍｍ
（２）筒状体３０
・内径：φ２１ｍｍ
・外径：φ２５ｍｍ
・長さ：２５１ｍｍ
（３）断熱筐体１１
・挿入孔：φ３５ｍｍ
・上壁１１Ａの厚み：１００ｍｍ
・上壁１１Ａの上面からの筒状体３０の突出長さ：１２７ｍｍ
・上壁１１Ａの下面からの筒状体３０の突出長さ：４８ｍｍ
【００３８】
この熱処理装置においては、搬送手段１２によって搬入口１３からワークＷを搬入させ、１つの処理ブロックに係る所定の位置に１つのワークＷを載置させた状態で、ハロゲンヒータランプ２０を点灯させ、ハロゲンヒータランプ２０のフィラメント２４による加熱によって熱処理空間Ｈ内の大気が加熱されて当該熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度が上昇され、断熱筐体１１によって所望の雰囲気温度に所定時間保温されることによって、ワークＷに対する熱処理が行われる。
この熱処理時において、熱処理空間Ｈ内の大気が加熱されることによって熱対流が生じ、熱処理空間Ｈ内の温度分布が均一化が図られると同時に、当該熱対流を生じさせる熱気流の一部が断熱筐体１１の上壁１１Ａに向かって上昇し、断熱筐体１１の上壁１１Ａの挿入孔１５，１５と筒状体３０，３０との間の環状空隙Ｒ１、および、筒状体３０，３０とハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃとの間の環状空隙Ｒ２を通過して熱処理装置の外部に自然に排出される。
【００３９】
ワークＷの熱処理に係る熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度は、ワークＷの種類によっても異なるが、例えば８００〜１０００℃とされ、より好ましくは８００〜９００℃とされる。
【００４０】
ワークＷの熱処理に係る熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度が１０００℃である場合に、筒状体３０，３０とハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃとの間の環状空隙Ｒ２の下端における温度は約９５０℃、上端における温度は約２００℃となる。
【００４１】
以上のような熱処理装置によれば、断熱筐体１１の上壁１１Ａに形成された挿入孔１５，１５に挿通された筒状体３０，３０内に、ハロゲンヒータランプ２０が、その発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃが当該垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう支持されている。このため、垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面が断熱筐体１１の上壁１１Ａに直接接触せず、しかも、熱処理空間Ｈ内に発生する熱気流を垂直部２１Ｂ，２１Ｃの周囲に滞留させることなく環状空隙Ｒ１，Ｒ２を流通させて外部に排出させることができ、その結果、垂直部２１Ｂ，２１Ｃの過熱が抑止される。従って、当該垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面にワークＷから蒸発した不純物が付着して発光管２１と反応して当該外周面に反応物を生成することが抑止され、これにより、長期間にわたって使用した場合にも発光管２１の破損が生じず、長寿命が得られる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、挿入孔、筒状体、ハロゲンヒータランプの発光管の形状は、それぞれ、断面が相似形状を有することに限定されず、例えば、挿入孔が円柱状を有すると共にハロゲンヒータランプの発光管が円筒状のものであるときに、筒状体が角筒状のものとしてもよい。
【００４３】
以下に、本発明の効果を確認するための実験を行った。
図１の構成を有する熱処理装置〔１〕〜〔５〕を作製した。具体的な構成は、以下の通りである。
（１）処理ブロック
・１つ
・１つの処理ブロックに６本のハロゲンヒータランプ２０
（２）ハロゲンヒータランプ２０
・フィラメント２４の材質：タングステン
・フィラメント２４の長さ：１６０ｍｍ
・発光管２１の材料：石英ガラス
・発光管２１の水平部２１Ａの長さ：１７５ｍｍ
・発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの長さ：２７０ｍｍ
・発光管２１の水平部２１Ａおよび垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外径：φ１５ｍｍ
・ランプ入力：１１００Ｗ
（３）筒状体３０
・筒状体３０の材料：石英ガラス
・内径：表１に示す通り
・外径：表１に示す通り
・長さ：２６０ｍｍ
（４）断熱筐体１１
・断熱筐体１１の材料：耐火断熱レンガ
・挿入孔１５の内径：表１に示す通り
・上壁１１Ａの厚み：１００ｍｍ
・上壁１１Ａの上面からの筒状体３０の突出長さ：１２７ｍｍ
・上壁１１Ａの下面からの筒状体３０の突出長さ：４８ｍｍ
・ワークＷと水平部２１Ａの離間距離：５０ｍｍ
【００４４】
この熱処理装置〔１〕〜〔５〕を、それぞれ、ハロゲンヒータランプ２０を１１００Ｗで点灯させ、ワークＷ（太陽電池基板）を１０００℃で加熱する熱処理を行い、熱処理後のハロゲンヒータランプ２０の色の程度を観察した。結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【実施例】
【００４６】
＜実施例１＞
図１の構成を有する熱処理装置〔６〕を作製した。具体的な構成は、以下の通りである。
（１）処理ブロック
・１つ
・１つの処理ブロックに６本のハロゲンヒータランプ
（２）ハロゲンヒータランプ
・フィラメントの材質：タングステン
・フィラメントの長さ：１６０ｍｍ
・発光管の材料：石英ガラス
・発光管の水平部の長さ：１７５ｍｍ
・発光管の垂直部の長さ：２７０ｍｍ
・発光管の水平部および垂直部の外径：φ１５ｍｍ
・ランプ入力：１１００Ｗ
（３）筒状体
・筒状体の材料：石英ガラス
・内径：φ２１ｍｍ
・外径：φ２５ｍｍ
・長さ：２５１ｍｍ
（４）断熱筐体
・断熱筐体の材料：耐火断熱レンガ
・挿入孔：φ２５ｍｍ
・上壁の厚み：１００ｍｍ
・上壁の上面からの筒状体の突出長さ：１２７ｍｍ
・上壁の下面からの筒状体の突出長さ：４８ｍｍ
・ワークと水平部の離間距離：５０ｍｍ
【００４７】
＜比較例１＞
図３の構成を有する熱処理装置〔７〕を作製した。具体的な構成は以下の通りである。
（１）処理ブロック
・１つ
・１つの処理ブロックに６本のハロゲンヒータランプ
（２）ハロゲンヒータランプ
・フィラメントの材質：タングステン
・フィラメントの長さ：１６０ｍｍ
・発光管の材料：石英ガラス
・発光管の水平部の長さ：１７５ｍｍ
・発光管の垂直部の長さ：２７０ｍｍ
・発光管の水平部および垂直部の外径：φ１５ｍｍ
・ランプ入力：１１００Ｗ
（３）断熱筐体
・断熱筐体の材料：耐火断熱レンガ
・挿入孔：φ２０ｍｍ
・上壁の厚み：１００ｍｍ
・ワークと水平部の離間距離：５０ｍｍ
【００４８】
上記の熱処理装置〔６〕，〔７〕を、それぞれ、ワークとして太陽電池基板を載置し、ハロゲンヒータランプを１１００Ｗで点灯させ、破損するまでの時間を観察した。
その結果、本発明に係る熱処理装置〔６〕においては、点灯から５００時間を経過しても６本中１本もハロゲンヒータランプの発光管の破損が観察されなかったのに対して、比較用の従来の熱処理装置〔７〕においては、点灯から１６０時間で６本すべてのハロゲンヒータランプの発光管が破損した。
このように、本発明の熱処理装置に係るハロゲンヒータランプの発光管の破損が防止された理由としては、筒状体を具備することにより、ハロゲンヒータランプの発光管の垂直部の過熱が抑止されて当該発光管の垂直部の温度が低く抑制されたために、当該垂直部の外周面にワークから蒸発した不純物が付着しても、発光管と反応して当該外周面に反応物を生成することが防止されたものと推測される。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 断熱筐体
１１Ａ 上壁
１１Ｂ，１１Ｃ 側壁
１２ 搬送手段
１３ 搬入口
１４ 搬出口
１５ 挿入孔
２０ ハロゲンヒータランプ
２１ 発光管
２１Ａ 水平部
２１Ｂ，２１Ｃ 垂直部
２２ａ，２２ｂ 封止部
２３ａ，２３ｂ 環状凹溝
２４ フィラメント
２４ａ，２４ｂ 内部リード
２５ａ，２５ｂ ランプベース
２６ａ，２６ｂ 胴部
２７ａ，２７ｂ 給電線
２８ａ，２８ｂ 外部リード
２９ａ，２９ｂ 金属箔
３０ 筒状体
３１ フランジ
３２ 係止凹所
３３ 側縁
３５ ピンチ型筒状体保持具
３７ 保持具支持アーム
４１ 断熱筐体
４２ 搬送手段
４３ 搬入口
４４ 搬出口
４５ 挿入孔
５０ ハロゲンヒータランプ
５１ 発光管
５１Ａ 水平部
５１Ｂ，５１Ｃ 垂直部
Ｈ 熱処理空間
Ｒ１，Ｒ２ 環状空隙
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池基板などの熱処理に用いられるハロゲンヒータランプユニットおよび熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池基板の製造方法などにおいては、雰囲気温度が１０００℃前後の高温に保たれた領域で熱処理を行う工程が必要とされており、このような熱処理を行う装置として、例えば、図３に示されるように、ワークＷを加熱する熱処理空間Ｈを取り囲む、断熱材からなる断熱筐体４１の上壁に、挿入孔４５，４５が設けられると共に、ワークＷを加熱する熱源として、水平部５１Ａおよびその両端から垂直方向に伸びる垂直部５１Ｂ，５１ＣよりなるＵ字状の発光管５１を備え、発光管５１内における少なくとも水平部５１Ａにフィラメント（図示せず）が配設されたハロゲンヒータランプ５０が、その垂直部５１Ｂ，５１Ｃが挿入孔４５，４５内に挿通されるよう配設された装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
なお、図３において、４３はワークＷが載置された搬送手段４２が搬入される搬入口、４４は当該搬送手段４２が搬出される搬出口である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７５４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この熱処理装置においては、長期間にわたって使用するとハロゲンヒータランプの発光管の破損が生じる、という問題があった。
この問題を検証したところ、ハロゲンヒータランプの発光管の垂直部の外周面が断熱材による壁に囲われていることにより、発光管が過熱状態となり、その状態でワークが加熱されることによって、当該ワークから蒸発した不純物が発光管に付着し、発光管と不純物とが反応することによって発光管が劣化して破損するものと推測された。
【０００５】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長期間にわたって使用した場合にも発光管の破損が生じない長寿命のハロゲンヒータランプユニットおよび熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハロゲンヒータランプユニットは、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプと、
当該ハロゲンヒータランプの各々の垂直部の周囲に、当該垂直部の外周面との間に間隙を介するよう配設された筒状体とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のハロゲンヒータランプユニットにおいては、前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されている構成とすることが好ましい。
【０００８】
本発明の熱処理装置は、ワークを加熱する熱処理空間を取り囲む、断熱材からなる断熱筐体と、
当該断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に挿通されるよう配設された筒状体と、
ワークを加熱する熱源として、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプとを備える熱処理装置であって、
当該ハロゲンヒータランプが、当該ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部が前記筒状体内に当該垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の熱処理装置においては、前記垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間の間隙の大きさが、５〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体が、石英ガラスからなるものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の熱処理装置においては、前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されている構成とされることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体が、前記断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に、当該筒状体の外周面と前記挿入孔の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されて配設されている構成とされることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体の外周面と前記挿通孔の内周面との間の間隙の大きさが、０〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の熱処理装置においては、前記筒状体は、前記断熱筐体に支持されたピンチ型筒状体保持具によってピンチされることにより、当該断熱筐体に支持されて配設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のハロゲンヒータランプユニットによれば、発光管の垂直部の周囲に、当該垂直部の外周面との間に間隙を介するよう筒状体が支持されているために、当該ハロゲンヒータランプによる熱気流を垂直部の周囲に滞留させずに間隙を通過させることができ、従って、熱処理装置の加熱源として用いた場合に、長期間にわたって使用しても発光管の破損が生じず、長寿命が得られる。
【００１６】
本発明の熱処理装置によれば、断熱筐体の上壁に形成された挿通孔に挿通された筒状体内に、ハロゲンヒータランプが、その発光管の垂直部が当該垂直部の外周面と筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されている。このため、垂直部の外周面が断熱筐体の上壁に直接接触せず、しかも、熱処理空間内に発生する熱気流を垂直部の周囲に滞留させることなく間隙を流通させて外部に排出させることができ、その結果、垂直部の過熱が抑止される。従って、当該垂直部の外周面にワークから蒸発した不純物が付着しても、発光管と反応して当該外周面に反応物を生成することが抑止され、これにより、長期間にわたって使用した場合にも発光管の破損が生じず、長寿命が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の熱処理装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】図１の熱処理装置におけるハロゲンヒータランプおよび筒状体の説明用平面図である。
【図３】従来の熱処理装置の構成を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１９】
〔熱処理装置〕
図１は、本発明の熱処理装置の構成の一例を示す説明用断面図、図２は、本発明の熱処理装置におけるハロゲンヒータランプおよび筒状体の説明用平面図である。
本発明の熱処理装置は、断熱筐体１１と、その上壁１１Ａに形成された挿入孔１５，１５に挿通されるよう配設された筒状体３０，３０と、水平部２１Ａおよびその両端から垂直方向に伸びる垂直部２１Ｂ，２１ＣよりなるＵ字状の発光管２１を備えたハロゲンヒータランプ２０とを備えるものである。
【００２０】
この熱処理装置は、複数、例えば６本のハロゲンヒータランプ２０の水平部２１Ａが、断熱筐体１１の上壁に平行かつハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の水平部２１Ａに垂直な方向（図１において紙面に垂直な方向）に並設されなる処理ブロックが、当該断熱筐体１１の上壁に平行かつハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の水平部２１Ａに垂直な方向に１〜８ブロック並設されている。
【００２１】
〔断熱筐体〕
本発明の熱処理装置を構成する断熱筐体１１は、断熱材からなり、その内部はワークＷを加熱する熱処理空間Ｈとされている。
断熱筐体１１の対向する側壁１１Ｂ，１１Ｃには、それぞれ、ワークＷを搬送するための例えばメッシュベルトコンベアなどの搬送手段１２を搬入する搬入口１３および当該搬送手段１２を熱処理空間Ｈから搬出する搬出口１４が設けられている。
【００２２】
断熱筐体１１を構成する断熱材としては、熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度を一定に保持することができる断熱性を有するものであればよく、例えばセラミック、ガラスウール、珪酸カルシウム、ロックウール、耐火断熱レンガなどを用いることができる。
【００２３】
断熱筐体１１に形成された挿入孔１５，１５は、例えば断面が真円である円柱状とされる。
この挿入孔１５，１５の内径は、筒状体３０，３０の外径によっても異なるが、例えばφ２５〜φ３０ｍｍとされる。
【００２４】
〔筒状体〕
本発明の熱処理装置を構成する筒状体３０，３０は、例えば円筒状のものであり、断熱筐体１１の上壁１１Ａに形成された挿入孔１５，１５に配設されており、筒状体３０，３０の外周面が、挿入孔１５，１５の内周面に接触した状態に配設されていてもよいが、特に、当該筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されて配設されていることが好ましい。
具体的には、筒状体３０，３０は、断熱筐体１１に、当該断熱筐体１１の上壁１１Ａから外方に伸びる保持具支持アーム３７，３７の凹所に載置されて支持されたピンチ型筒状体保持具３５，３５によってピンチされることにより、当該断熱筐体１１に支持されている。
【００２５】
筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間の間隙は、断面が全周にわたって均一な厚みを有する円環状である環状空隙であることが好ましい。
【００２６】
筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間の間隙の大きさ、すなわち環状空隙Ｒ１の厚みは、０〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５〜８ｍｍである。
筒状体３０，３０の外周面と挿入孔１５，１５の内周面との間の間隙の大きさが上記の範囲にあることにより、断熱筐体１１内の温度を一定温度に維持することができながら、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができる。また、当該間隙の大きさが過大である場合は、断熱筐体１１内（熱処理空間Ｈ）の温度を一定温度に維持することが難しい。
特に、当該間隙の大きさが５ｍｍ以上である場合は、当該間隙において自然対流がなされて、確実に、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができる。
【００２７】
筒状体３０，３０は、その上部および下部が、断熱筐体１１の上壁の下面および上面にそれぞれ突出する状態に配設されることが好ましい。
このような状態に配設されることにより、熱処理空間Ｈから熱処理装置の外部への熱気流の自然排出を確実に行うことができる。
【００２８】
筒状体３０，３０を構成する材料としては、ワークＷの加熱を行うときの熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度において変形や損傷などを生じない耐久性を有し、かつ、ワークＷの加熱を行うときの熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度においてワークＷにコンタミネーションを生じさせないものであり、さらに断熱筐体１１を形成する断熱材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するものが好ましく、例えば石英ガラスやセラミック、あるいはステンレスなどの金属などを用いることができ、特に石英ガラスを用いることが好ましい。
【００２９】
筒状体３０，３０が、断熱筐体１１を形成する断熱材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料より形成されたものであることにより、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの過熱が抑止されるものと考えられる。
具体的には、筒状体が設けられていない構成を有する従来の熱処理装置においては、発光管の垂直部と断熱部材との間を熱気流が通過する際に、当該熱気流の熱が断熱部材にはほとんど伝熱されずに発光管に伝熱されるため、発光管は、フィラメントからの伝熱を受け、さらに、熱気流からの熱を受けることによって過熱される結果、発光管と不純物とが反応するものと推測される。
然るに、筒状体３０，３０が設けられた構成を有する本発明の熱処理装置においては、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃと断熱筐体１１との間を熱気流が通過する際に、当該熱気流の熱が、断熱筐体１１にはほとんど伝熱されず、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃには伝熱されるが、筒状体３０，３０が断熱筐体１１を構成する断熱材よりも熱伝導率が高い材料からなることから、熱気流の熱のうち筒状体３０，３０が受けた熱量分、従来よりも発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃへの伝熱量が減るものと推測される。
このため、発光管２１は、フィラメント２４からの熱を受け、さらに、熱気流からの熱を受けるものの、当該熱気流からの伝熱量が従来よりも少ないために、発光管２１は過熱の程度が抑制され、その結果、発光管２１と不純物とが反応することを抑制することができるものと考えられる。
【００３０】
筒状体３０，３０の肉厚は、例えば０．５〜３ｍｍとされ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。
【００３１】
〔ハロゲンヒータランプ〕
本発明の熱処理装置を構成するハロゲンヒータランプ２０は、ワークＷを加熱する熱源であり、両端部が溶着されて封止部２２ａ，２２ｂが形成された、例えば石英ガラスなどの光透過性材料からなる直管状の発光管２１を備えている。この発光管２１内における少なくとも水平部２１Ａに例えばタングステンからなるフィラメント２４が当該発光管２１と接触しないよう、管軸方向に伸びる状態に配設されていると共にハロゲンガスが封入されている。
【００３２】
フィラメント２４には、その一端部に給電用の内部リード２４ａが連結されると共に、その他端部に給電用の内部リード２４ｂが連結されており、当該内部リード２４ａ，２４ｂが、それぞれ、発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃ内において管軸方向に伸びて封止部２２ａ，２２ｂに気密に埋設された金属箔２９ａ，２９ｂを介して、外部リード２８ａ，２８ｂに電気的に接続されている。そして、外部リード２８ａ，２８ｂが、給電線２７ａ，２７ｂを介して図示しない電源に電気的に接続されている。
【００３３】
そして、ハロゲンヒータランプ２０は、その発光管２１の各々の垂直部２１Ｂ，２１Ｃが筒状体３０，３０内に当該垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう、支持されている。
また、ハロゲンヒータランプ２０は、その水平部２１ＡがワークＷと平行に伸びる状態とされると共に、その垂直部２１Ｂ，２１Ｃが断熱筐体１１の外方に突出する状態とされる。
【００３４】
具体的には、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの上部に、例えばステアタイトのようなセラミックからなる円柱状の胴部２６ａ，２６ｂを有するランプベース２５ａ，２５ｂが、例えば無機接着剤を介してそれぞれ設けられている。このランプベース２５ａ，２５ｂの胴部２６ａ，２６ｂには、その外周壁に全周にわたって伸びる状態に環状凹溝２３ａ，２３ｂが形成されている。
一方、筒状体３０，３０の上端には、例えばステンレス鋼などの金属製の円盤状のフランジ３１，３１が設けられている。このフランジ３１，３１には、略四角形状の係止凹所３２，３２が形成されている。
そして、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂに係るランプベース２５ａの環状凹溝２３ａが、フランジ３１の係止凹所３２の対向する２つの側縁３３，３３にスライド嵌合され、必要に応じてＮｉ線によって係止されている。また、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｃに係るランプベース２５ｂの環状凹溝２３ｂが、フランジ３１の係止凹所３２の対向する２つの側縁３３，３３にスライド嵌合され、必要に応じてＮｉ線によって係止されている。これにより、ハロゲンヒータランプ２０が、筒状体３０，３０内に吊下げられた状態で支持されている。
ハロゲンヒータランプ２０が筒状体３０，３０にこのように支持されていることにより、フランジ３１，３１の係止凹所３２，３２において筒状体３０，３０の上端に環状空隙Ｒ２が露出した状態とされ、これにより、筒状体３０，３０は、その上端が大気に連通される。
【００３５】
ハロゲンヒータランプ２０の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間の間隙は、断面が全周にわたって均一な厚みを有する円環状である環状空隙であることが好ましい。
【００３６】
垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間の間隙の大きさ、すなわち環状空隙Ｒ２の厚みは、５〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５〜８ｍｍ、特に好ましくは５ｍｍである。
垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間の間隙の大きさが上記の範囲にあることにより、断熱筐体１１内（熱処理空間Ｈ）の温度を一定温度に維持することができながら、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができる。また、当該間隙の大きさが５ｍｍ未満である場合は、当該間隙において自然対流がなされず、当該断熱筐体１１内における熱気流を当該間隙に滞留させることなく流通させることができず、ハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃが過熱されて当該ハロゲンヒータランプ２０が破損するおそれがある。さらに、当該間隙の大きさが過大である場合は、断熱筐体１１内（熱処理空間Ｈ）の温度を一定温度に維持することが難しい。
【００３７】
以上の熱処理装置における発光管２１、筒状体３０および断熱筐体１１の具体的な寸法例を以下に示す。
（１）発光管２１
・水平部２１Ａの長さ：１７５ｍｍ
・垂直部２１Ｂ，２１Ｃの長さ：２７０ｍｍ
・水平部２１Ａおよび垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外径：φ１５ｍｍ
（２）筒状体３０
・内径：φ２１ｍｍ
・外径：φ２５ｍｍ
・長さ：２５１ｍｍ
（３）断熱筐体１１
・挿入孔：φ３５ｍｍ
・上壁１１Ａの厚み：１００ｍｍ
・上壁１１Ａの上面からの筒状体３０の突出長さ：１２７ｍｍ
・上壁１１Ａの下面からの筒状体３０の突出長さ：４８ｍｍ
【００３８】
この熱処理装置においては、搬送手段１２によって搬入口１３からワークＷを搬入させ、１つの処理ブロックに係る所定の位置に１つのワークＷを載置させた状態で、ハロゲンヒータランプ２０を点灯させ、ハロゲンヒータランプ２０のフィラメント２４による加熱によって熱処理空間Ｈ内の大気が加熱されて当該熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度が上昇され、断熱筐体１１によって所望の雰囲気温度に所定時間保温されることによって、ワークＷに対する熱処理が行われる。
この熱処理時において、熱処理空間Ｈ内の大気が加熱されることによって熱対流が生じ、熱処理空間Ｈ内の温度分布が均一化が図られると同時に、当該熱対流を生じさせる熱気流の一部が断熱筐体１１の上壁１１Ａに向かって上昇し、断熱筐体１１の上壁１１Ａの挿入孔１５，１５と筒状体３０，３０との間の環状空隙Ｒ１、および、筒状体３０，３０とハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃとの間の環状空隙Ｒ２を通過して熱処理装置の外部に自然に排出される。
【００３９】
ワークＷの熱処理に係る熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度は、ワークＷの種類によっても異なるが、例えば８００〜１０００℃とされ、より好ましくは８００〜９００℃とされる。
【００４０】
ワークＷの熱処理に係る熱処理空間Ｈ内の雰囲気温度が１０００℃である場合に、筒状体３０，３０とハロゲンヒータランプ２０の発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃとの間の環状空隙Ｒ２の下端における温度は約９５０℃、上端における温度は約２００℃となる。
【００４１】
以上のような熱処理装置によれば、断熱筐体１１の上壁１１Ａに形成された挿入孔１５，１５に挿通された筒状体３０，３０内に、ハロゲンヒータランプ２０が、その発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃが当該垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面と筒状体３０，３０の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう支持されている。このため、垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面が断熱筐体１１の上壁１１Ａに直接接触せず、しかも、熱処理空間Ｈ内に発生する熱気流を垂直部２１Ｂ，２１Ｃの周囲に滞留させることなく環状空隙Ｒ１，Ｒ２を流通させて外部に排出させることができ、その結果、垂直部２１Ｂ，２１Ｃの過熱が抑止される。従って、当該垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外周面にワークＷから蒸発した不純物が付着して発光管２１と反応して当該外周面に反応物を生成することが抑止され、これにより、長期間にわたって使用した場合にも発光管２１の破損が生じず、長寿命が得られる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、挿入孔、筒状体、ハロゲンヒータランプの発光管の形状は、それぞれ、断面が相似形状を有することに限定されず、例えば、挿入孔が円柱状を有すると共にハロゲンヒータランプの発光管が円筒状のものであるときに、筒状体が角筒状のものとしてもよい。
【００４３】
以下に、本発明の効果を確認するための実験を行った。
図１の構成を有する熱処理装置〔１〕〜〔５〕を作製した。具体的な構成は、以下の通りである。
（１）処理ブロック
・１つ
・１つの処理ブロックに６本のハロゲンヒータランプ２０
（２）ハロゲンヒータランプ２０
・フィラメント２４の材質：タングステン
・フィラメント２４の長さ：１６０ｍｍ
・発光管２１の材料：石英ガラス
・発光管２１の水平部２１Ａの長さ：１７５ｍｍ
・発光管２１の垂直部２１Ｂ，２１Ｃの長さ：２７０ｍｍ
・発光管２１の水平部２１Ａおよび垂直部２１Ｂ，２１Ｃの外径：φ１５ｍｍ
・ランプ入力：１１００Ｗ
（３）筒状体３０
・筒状体３０の材料：石英ガラス
・内径：表１に示す通り
・外径：表１に示す通り
・長さ：２６０ｍｍ
（４）断熱筐体１１
・断熱筐体１１の材料：耐火断熱レンガ
・挿入孔１５の内径：表１に示す通り
・上壁１１Ａの厚み：１００ｍｍ
・上壁１１Ａの上面からの筒状体３０の突出長さ：１２７ｍｍ
・上壁１１Ａの下面からの筒状体３０の突出長さ：４８ｍｍ
・ワークＷと水平部２１Ａの離間距離：５０ｍｍ
【００４４】
この熱処理装置〔１〕〜〔５〕を、それぞれ、ハロゲンヒータランプ２０を１１００Ｗで点灯させ、ワークＷ（太陽電池基板）を１０００℃で加熱する熱処理を行い、熱処理後のハロゲンヒータランプ２０の色の程度を観察した。結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【実施例】
【００４６】
＜実施例１＞
図１の構成を有する熱処理装置〔６〕を作製した。具体的な構成は、以下の通りである。
（１）処理ブロック
・１つ
・１つの処理ブロックに６本のハロゲンヒータランプ
（２）ハロゲンヒータランプ
・フィラメントの材質：タングステン
・フィラメントの長さ：１６０ｍｍ
・発光管の材料：石英ガラス
・発光管の水平部の長さ：１７５ｍｍ
・発光管の垂直部の長さ：２７０ｍｍ
・発光管の水平部および垂直部の外径：φ１５ｍｍ
・ランプ入力：１１００Ｗ
（３）筒状体
・筒状体の材料：石英ガラス
・内径：φ２１ｍｍ
・外径：φ２５ｍｍ
・長さ：２５１ｍｍ
（４）断熱筐体
・断熱筐体の材料：耐火断熱レンガ
・挿入孔：φ２５ｍｍ
・上壁の厚み：１００ｍｍ
・上壁の上面からの筒状体の突出長さ：１２７ｍｍ
・上壁の下面からの筒状体の突出長さ：４８ｍｍ
・ワークと水平部の離間距離：５０ｍｍ
【００４７】
＜比較例１＞
図３の構成を有する熱処理装置〔７〕を作製した。具体的な構成は以下の通りである。
（１）処理ブロック
・１つ
・１つの処理ブロックに６本のハロゲンヒータランプ
（２）ハロゲンヒータランプ
・フィラメントの材質：タングステン
・フィラメントの長さ：１６０ｍｍ
・発光管の材料：石英ガラス
・発光管の水平部の長さ：１７５ｍｍ
・発光管の垂直部の長さ：２７０ｍｍ
・発光管の水平部および垂直部の外径：φ１５ｍｍ
・ランプ入力：１１００Ｗ
（３）断熱筐体
・断熱筐体の材料：耐火断熱レンガ
・挿入孔：φ２０ｍｍ
・上壁の厚み：１００ｍｍ
・ワークと水平部の離間距離：５０ｍｍ
【００４８】
上記の熱処理装置〔６〕，〔７〕を、それぞれ、ワークとして太陽電池基板を載置し、ハロゲンヒータランプを１１００Ｗで点灯させ、破損するまでの時間を観察した。
その結果、本発明に係る熱処理装置〔６〕においては、点灯から５００時間を経過しても６本中１本もハロゲンヒータランプの発光管の破損が観察されなかったのに対して、比較用の従来の熱処理装置〔７〕においては、点灯から１６０時間で６本すべてのハロゲンヒータランプの発光管が破損した。
このように、本発明の熱処理装置に係るハロゲンヒータランプの発光管の破損が防止された理由としては、筒状体を具備することにより、ハロゲンヒータランプの発光管の垂直部の過熱が抑止されて当該発光管の垂直部の温度が低く抑制されたために、当該垂直部の外周面にワークから蒸発した不純物が付着しても、発光管と反応して当該外周面に反応物を生成することが防止されたものと推測される。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 断熱筐体
１１Ａ 上壁
１１Ｂ，１１Ｃ 側壁
１２ 搬送手段
１３ 搬入口
１４ 搬出口
１５ 挿入孔
２０ ハロゲンヒータランプ
２１ 発光管
２１Ａ 水平部
２１Ｂ，２１Ｃ 垂直部
２２ａ，２２ｂ 封止部
２３ａ，２３ｂ 環状凹溝
２４ フィラメント
２４ａ，２４ｂ 内部リード
２５ａ，２５ｂ ランプベース
２６ａ，２６ｂ 胴部
２７ａ，２７ｂ 給電線
２８ａ，２８ｂ 外部リード
２９ａ，２９ｂ 金属箔
３０ 筒状体
３１ フランジ
３２ 係止凹所
３３ 側縁
３５ ピンチ型筒状体保持具
３７ 保持具支持アーム
４１ 断熱筐体
４２ 搬送手段
４３ 搬入口
４４ 搬出口
４５ 挿入孔
５０ ハロゲンヒータランプ
５１ 発光管
５１Ａ 水平部
５１Ｂ，５１Ｃ 垂直部
Ｈ 熱処理空間
Ｒ１，Ｒ２ 環状空隙
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプと、
当該ハロゲンヒータランプの各々の垂直部の周囲に、当該垂直部の外周面との間に間隙を介するよう配設された筒状体とを備えることを特徴とするハロゲンヒータランプユニット。
【請求項２】
前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されていることを特徴とする請求項１に記載のハロゲンヒータランプユニット。
【請求項３】
ワークを加熱する熱処理空間を取り囲む、断熱材からなる断熱筐体と、
当該断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に挿通されるよう配設された筒状体と、
ワークを加熱する熱源として、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプとを備える熱処理装置であって、
当該ハロゲンヒータランプが、当該ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部が前記筒状体内に当該垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
前記垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間の間隙の大きさが、５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記筒状体が、石英ガラスからなるものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記筒状体が、前記断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に、当該筒状体の外周面と前記挿入孔の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されて配設されていることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記筒状体の外周面と前記挿通孔の内周面との間の間隙の大きさが、０〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記筒状体は、前記断熱筐体に支持されたピンチ型筒状体保持具によってピンチされることにより、当該断熱筐体に支持されて配設されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱処理装置。
【請求項１】
水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプと、
当該ハロゲンヒータランプの各々の垂直部の周囲に、当該垂直部の外周面との間に間隙を介するよう配設された筒状体とを備えることを特徴とするハロゲンヒータランプユニット。
【請求項２】
前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されていることを特徴とする請求項１に記載のハロゲンヒータランプユニット。
【請求項３】
ワークを加熱する熱処理空間を取り囲む、断熱材からなる断熱筐体と、
当該断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に挿通されるよう配設された筒状体と、
ワークを加熱する熱源として、水平部およびその両端から垂直方向に伸びる垂直部よりなるＵ字状の発光管を備え、発光管内における少なくとも水平部にフィラメントが配設されたハロゲンヒータランプとを備える熱処理装置であって、
当該ハロゲンヒータランプが、当該ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部が前記筒状体内に当該垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されるよう配設されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
前記垂直部の外周面と前記筒状体の内周面との間の間隙の大きさが、５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記筒状体が、石英ガラスからなるものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記ハロゲンヒータランプは、ハロゲンヒータランプの発光管の各々の垂直部の端部が、前記筒状体の上端に支持されて配設されていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記筒状体が、前記断熱筐体の上壁に形成された挿入孔に、当該筒状体の外周面と前記挿入孔の内周面との間に間隙を介する状態で挿通されて配設されていることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記筒状体の外周面と前記挿通孔の内周面との間の間隙の大きさが、０〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記筒状体は、前記断熱筐体に支持されたピンチ型筒状体保持具によってピンチされることにより、当該断熱筐体に支持されて配設されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２５６５２３（Ｐ２０１２−２５６５２３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９０５２（Ｐ２０１１−１２９０５２）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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