スマートファブのグローブボックス内で適切な加熱を実現するには
Industry 4.0向けのスマートファブを構築する際、加熱というのは単に「温度を上げる」というだけではないことがすぐにわかります。重要なのは、そのエネルギーをどのようにして材料に伝えるかという点です。
グローブボックス内では、赤外線加熱を採用します。なぜでしょうか？それは、赤外線が放射能を利用しているからです。チャンバー内の不活性ガス全体を温めようとするのは時間とエネルギーの無駄になります。一方、赤外線は直接対象物を温めるため、効率的です。
制御の面
スマートファブではスペースが限られているため、狭い空間内で大量の熱を得る必要があります。そこで、これらの赤外線素子とPLC駆動のPIDコントローラーを組み合わせています。この方式の利点は、何が起こっているかをリアルタイムで確認できることです。電力消費や温度の変化もリアルタイムで把握できます。ただし、高ワット数の場合は、シールやガスケットに注意が必要です。赤外線の熱は非常に強力なため、その耐久性に問題がある場合、予想以上に早く劣化してしまいます。
装置の詳細
通常、クォーツ製のフィラメントを使用します。波長を調整するために特殊なコーティングを施し、主に短波長の赤外線を利用します。これにより、基材の奥深くまで熱が届き、電圧を変えると即座に反応します。この速さが、デジタル制御を可能にしているのです。
メンテナンスを容易にするために、標準化されたコネクタを使用します。これらは簡単に交換できます。また、可能であれば、高周波スイッチング電源に接続すると良いでしょう。そうすれば、従来のリレーを使った場合よりもずっと高い温度精度が得られます。
実際の運用
結局のところ、私たちはすべて、より短いサイクルタイムを求めています。赤外線素子は数秒で目標温度に到達します。これに対し、抵抗加熱式の場合は遅延があります。つまり、赤外線加熱の方がはるかに優れているのです。しかし、注意点があります。それは「視界の問題」です。赤外線は光のように振る舞います。部品の形状がヒーターの光路を遮ってしまうと、冷たい部分ができてしまいます。ですから、ヒーターを適切な場所に配置する必要があります。