JP2008028230A - ホットプレートの温度調節システム - Google Patents

Abstract

【課題】基板を加熱するホットプレートのメンテナンスを行う際に、短時間で確実に冷却することができる温度調節システムを提供する。
【解決手段】ホットプレート２０内部を通過して設けられ、ホットプレート内部に第１の冷媒を循環させる第１の通路２２と、第１の通路２２に第１の冷媒を循環させるポンプ３６と、第１の通路２２内を循環する第１の冷媒の流量を制御する流量制御装置３８と、第２の通路２５により第２の冷媒を循環させる冷却装置２６と、第１の通路２２を流れる第１の冷媒と第２の通路２５を流れる第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒を冷却する熱交換器２４と、熱交換器２４から冷却装置２６へ戻る第２の冷媒の温度を検出する温度検出部２８とを具備し、流量制御装置３８は、温度検出部２８によって検出された第２の冷媒の温度に基づいて、熱交換器２４を通過する第１の冷媒の流量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板や液晶表示装置用のガラス基板など、基板を加熱する際に用いられるホットプレートの温度を調節するシステムに関する。

液晶表示装置の製造工程においては、液晶表示装置を構成するガラス基板を乾燥させる工程や、ガラス基板をエージングする工程が含まれており、ガラス基板を加熱する必要性がある。
また、半導体基板の製造工程においても、感光性樹脂をウエハ（基板）表面に塗布した後、感光性樹脂膜の乾燥時や硬化時に基板を加熱する必要性がある。

このように種々の基板の製造時には、基板を載置して所定温度に加熱できるようなホットプレートが用いられる。
一般的に、ホットプレートはヒータを具備する金属製の板状体であり、ホットプレートの上面に加熱対象となる基板が載置されることで、基板を加熱するように設けられている。

なお、ホットプレートは２週間に１回程度メンテナンスの必要がある。
液晶表示装置を加熱する場合、ホットプレートの温度は１５０度程度に上昇しており、面ヒータの電源を切ってもすぐに作業者が作業できる程度の温度には冷却されない。このため、ホットプレートをメンテナンスする際には、冷却用流体を加熱処理部に流入させる構成がすでに知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３４０１１４号公報

上述した特許文献１には、ホットプレートのメンテナンス時にホットプレートを冷却するための冷却用流体としては、外気等の気体や冷却水等の液体であってもよい旨が記載されてはいる。
しかし、ホットプレートが設けられているチャンバー内に単に外気を導入するだけでは冷却効率がよいとはいえず、メンテナンス可能な程度にまでホットプレートが冷却されるまで時間がかかっているという課題があった。

また、冷却水を用いてホットプレートを冷却しようとしても、１５０度にも温度が上昇しているホットプレートに冷却水を単に接触させれば、水が一瞬に沸騰して蒸発してしまい冷却ができないばかりでなく、冷却水を冷却する冷却装置の破損や故障の危険性もあるという課題がある。
このように、冷却水を用いた冷却方法は従来から問題があったため、特許文献１では冷却水を用いてもよいという程度の記載があるのみであり、具体的な提案は何らなされていない。

本発明者等は、ホットプレートの冷却の際に、外気導入のみでは時間がかかりすぎるので、何らかの冷媒を用いて冷却時間の短縮を図り、且つ冷却装置の破損等を防止すべく鋭意検討を行った結果、本発明に想到した。

すなわち、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、基板を加熱するホットプレートのメンテナンスを行う際に、短時間で確実に冷却することができる温度調節システムを提供することにある。

本発明は上記目的を達成すべく、以下の構成を備える。
すなわち、本発明のホットプレートの温度調節システムによれば、基板を加熱するホットプレートの温度調節を行う温度調節システムであって、ホットプレート内部を通過して設けられ、ホットプレート内部に第１の冷媒を循環させる第１の通路と、第１の通路に第１の冷媒を循環させるポンプと、第１の通路内を循環する第１の冷媒の流量を制御する流量制御装置と、第２の通路により第２の冷媒を循環させる冷却装置と、前記第１の通路を流れる第１の冷媒と前記第２の通路を流れる第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒を冷却する熱交換器と、熱交換器から冷却装置へ戻る第２の冷媒の温度を検出する温度検出部とを具備し、前記流量制御装置は、該温度検出部によって検出された第２の冷媒の温度に基づいて、熱交換器を通過する第１の冷媒の流量を制御することを特徴としている。

この構成を採用することによって、ホットプレートに直接接するのは第１の冷媒であり、冷却装置によって循環する第２の冷媒が第１の冷媒を冷却することで間接的にホットプレートが冷却される。このため、ホットプレートを直接冷却装置の冷媒が冷却する場合に比較して、冷却装置の冷媒の温度が急激に上昇してしまうおそれを減らし、冷却装置の破損や故障を防止できる。
また、冷却装置の第２の冷媒の温度に基づいて、第１の通路を流れる第１の冷媒の流量を制御するので、第２の冷媒の温度が冷却装置のスペックを超えないようにでき、冷却装置の破損や故障を防止できる。
さらに、第２の冷媒の温度が、冷却装置が有する冷却性能を最大限引き出すことができる温度となるように、第１の冷媒の流量を制御できるので、冷却効率を高めて冷却時間の短縮を図ることができる。

また、前記流量制御装置は、前記ポンプの回転数を制御することを特徴としてもよく、前記第１の通路には、第１の通路内を流通する第１の冷媒の流量を制御する流量バルブが設けられ、前記流量制御装置は、該流量バルブの開閉度を制御することを特徴としてもよい。

さらに、前記ホットプレートは、複数設けられ、複数のホットプレート内を通過する第１の通路は、互いに並列に連結されており、且つそれぞれ熱交換器への連結を開閉するバルブを有していることを特徴としてもよい。
この構成によれば、複数のホットプレートのうち、いずれかを選択して冷却することができる。すなわち、冷却しようとするホットプレートに連結された第１の通路のバルブを開き、他のホットプレートに連結された第１の通路のバルブを閉じることにより、冷却しようとするホットプレートのみ熱交換器を介して冷却することができる。

本発明にかかるホットプレートの温度調節システムによれば、冷却装置によって冷却された冷媒がホットプレート内を流通することによって冷却時間の短縮を図ることができ、また冷媒を冷却する冷却装置の故障や破損の防止を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１にホットプレートの斜視図を示し、図２に本実施形態の温度調節システム全体の構成を示す。
第１の実施形態の温度調節システムは、液晶表示装置の製造段階においてガラス基板を加熱するホットプレートのメンテナンス時に、ホットプレートを冷却するためのシステムである。
図１に示すように、ホットプレート２０は、熱伝導のよい金属製の板状体であり、下面に面ヒータ２１が設けられている。面ヒータ２１に電源が投入されることによってホットプレート２０が加熱される。ホットプレート２０は加熱時には１５０度程度にまで昇温される。

ホットプレート２０と熱交換器２４との間には、第１の通路（具体的にはパイプ）２２が配設されており、第１の冷媒が循環するように設けられている。
ホットプレート２０の内部には第１の冷媒が流通する第１の通路２２が蛇行して配置されている。ただし、図１では第１の通路２２の蛇行の端部であるＵ字管部分は省略して図示している。
第１の通路２２がホットプレート２０内に多数配置されていることにより、ホットプレート２０と第１の冷媒との接触面積が増加して、より効率的な冷却が行える。なお、本実施形態では、ホットプレート２０が第１の通路２２によって３枚直列に連結される構成を採用している。

第１の冷媒としては、１５０度以上の温度変化にも変質せず、且つ沸点が１５０度よりも高い液体が望まれる。具体的には、オイル、フッ素系熱媒体、イオン性液体（常温溶融塩）などが考えられる。

熱交換器２４では、冷却装置２６から導入される第２の冷媒と第１の冷媒が熱交換することによって、第１の冷媒が高温から低温に冷却され、第２の冷媒が低温から高温に昇温する。第２の冷媒は、第２の通路２５（具体的にはパイプ）を通して冷却装置２６と熱交換器２４との間を循環する。

熱交換器２４としては、円筒形の容器内に複数の管が配置され、第１の冷媒と第２の冷媒がそれぞれ複数の管内および管の周囲を流通するように設けた多管式熱交換器や、二重管式熱交換器や、管を螺旋状に形成して容器内に収納したコイル式熱交換器や、プレート式熱交換器を用いることができる（図示せず）。

冷却装置２６としては、冷凍式のチラー、クーリングタワー、工場の冷却水源等を用いることができる。本実施形態の第２の冷媒としては水が用いられているが、特に水に限定するものではない。
冷却装置２６は、熱交換器２４へ導入する水の温度が２０度程度、熱交換器２４から導出される高温となった水の温度が２４度程度になる程度の温度差となるように水を循環している。
熱交換器２４から冷却装置２６へ戻る側の第２の通路２５においては温度センサ２８が設けられており、熱交換によって高温となった第２の冷媒の温度を検出している。

また、第１の通路２２には、バッファタンク３０が設けられている。バッファタンク３０は、第１の冷媒をすべてタンク内に回収可能な容積を持たせている。
バッファタンク３０にはフロートスイッチ３２が設けられている。フロートスイッチ３２は、面ヒータ２１の電源のオン−オフを制御する制御回路（図示せず）に接続されており、第１の冷媒が所定量以下に減少した場合には、フロートスイッチ３２がオンとなり、面ヒータを制御する制御回路がホットプレート２０の加熱を停止するように面ヒータ２１の電源を制御すると共にポンプ３６（後述する）を停止させる。

さらに、第１の通路２２には、安全弁３４が設けられており、第１の通路２２内の圧力が急激に上昇したような場合であっても、圧力を逃がして第１の通路２２の破損を防止することができる。

第１の通路２２には、第１の冷媒を第１の通路２２内で循環させるためのポンプ３６が設けられている。ポンプとしては、羽根車の回転によるターボポンプや、ピストンまたはプランジャの往復動による容積型ポンプなどがあるが、第１の冷媒を循環可能であればどのようなポンプを用いてもよい。
ポンプ３６は、流量制御装置３８によって駆動制御される。流量制御装置３８は、第２の冷媒の温度センサ２８からの温度情報が入力されており、第２の冷媒の温度に基づいてポンプ３６の駆動を制御するようにしている。

なお、本実施形態によるポンプ３６はターボポンプであり羽根車の回転駆動は、モータ（図示せず）により行われている。モータの回転制御はインバータ３９によって行われている。
なお、流量制御装置３８の機能を内蔵したインバータを使用してもよい。

ここで、流量制御装置３８における制御方法について、図３を参照しつつ説明する。
流量制御装置３８は、ＣＰＵ５０、ＲＯＭ５１、ＲＡＭ５２、インターフェース部（Ｉ／Ｆ）５４等から構成されており、ＲＯＭ５１内に記憶されている制御プログラムを読み込んだＣＰＵ５０が、温度センサ２８からの温度情報に基づいてポンプ３６を制御する制御信号をインバータ３９へ出力する。

流量制御装置３８は、予め冷却装置２６の第２の冷媒が熱交換器によって昇温した場合の最高限度温度Ｔｍａｘを記憶しており、第２の冷媒が最高限度温度Ｔｍａｘを超えないようにポンプ３６を制御する。
温度センサ２８からの温度情報が最高限度温度Ｔｍａｘを超えた場合には、流量制御装置３８は、ポンプ３６の駆動量を減少させて第１の冷媒が熱交換器２４を通過する流量を減らす。このような制御によって、第２の冷媒が最高限度温度Ｔｍａｘを超えた場合であっても、第２の冷媒の温度が上昇しないように第１の冷媒の流量を減少させるので、第２の冷媒が高温になることによる冷却装置２６の故障等を防止できる。

また、流量制御装置３８では、第２の冷媒が熱交換器２４によって昇温した場合の最低限度温度Ｔｍｉｎを記憶しており、第２の冷媒が最低限度温度Ｔｍｉｎを下回ることがないようにポンプ３６を駆動する。温度センサ２８からの温度情報が最低限度温度Ｔｍｉｎを下回った場合には、流量制御装置３８はポンプ３６の駆動量を増加させて第１の冷媒が熱交換器２４を通過する流量を増やす。このような制御によって、第２の冷媒が最低限度温度Ｔｍｉｎを下回った場合は、第２の冷媒の温度を上昇させるよう第１の冷媒の循環流量を増やすので、冷却装置の冷却性能を十分に引き出して、効率的な冷却を実施できる。

なお、第１の通路２２には、熱交換器２４をバイパスするバイパス部４０が設けられている。バイパス部４０には、バイパス部４０を開閉するバイパスバルブ４１が設けられている。
バイパスバルブ４１は、ホットプレート２０への流量の調整に使用する。

なお、第１の通路２２には、第１の通路２２内へ第１の冷媒を注入するための注入口４２や、ドレンバルブ４４が設けられている。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
第２の実施形態では、ポンプ３６とは別に流量バルブ４６を設け、流量制御装置３８は流量バルブ４６の開閉度を制御している。

ここで、第２の実施形態における制御方法について図３を参照しつつ説明する。
流量制御装置３８は、予め冷却装置の第２の冷媒が熱交換器２４によって昇温した場合の最高限度温度Ｔｍａｘを記憶しており、第２の冷媒が最高限度温度Ｔｍａｘを超えないように流量バルブ４６を制御する。
温度センサ２８からの温度情報が最高限度温度Ｔｍａｘを超えた場合には、流量制御装置３８は、流量バルブ４６によって第１の通路２２内の流量を減少させて第１の冷媒が熱交換器２４を通過する流量を減らす。このような制御によって、第２の冷媒が最高限度温度Ｔｍａｘを超えた場合であっても、第２の冷媒の温度が上昇しないように第１の冷媒の流量を減少させるので、第２の冷媒が高温になることによる冷却装置２６の故障等を防止できる。

また、流量制御装置３８では、第２の冷媒が熱交換器２４によって昇温した場合の最低限度温度Ｔｍｉｎを記憶しており、第２の冷媒が最低限度温度Ｔｍｉｎを下回ることがないように流量バルブ４６を制御する。温度センサ２８からの温度情報が最低限度温度Ｔｍｉｎを下回った場合には、流量制御装置３８は流量バルブによって第１の通路２２内の流量を増加させて第１の冷媒が熱交換器２４を通過する流量を増やす。このような制御によって、第２の冷媒が最低限度温度Ｔｍｉｎを下回った場合は、第２の冷媒の温度を上昇させるよう第１の冷媒の循環流量を増やすので、冷却装置の冷却性能を十分に引き出して、効率的な冷却を実施できる。

（第３、第４の実施形態）
本発明の第３および第４の実施形態について、図５および図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
第３および第４の実施形態では、複数のホットプレート２０内に配置される部位の第１の通路２２（分岐通路）が並列に接続されている。

本実施形態では、３つのホットプレート２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれ設けられている。各分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、互いに並列となるように熱交換器２４に接続された第１の通路２２に連結されている。

なお、各分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの両端には、各分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃを閉塞するためにバルブ４８ａ、４８ｂ、４８ｃがそれぞれ設けられている。

このような構成を採用することにより、ホットプレート２０ａ、２０ｂ、２０ｃを１枚ずつ冷却することができる。このとき、冷却しようとするホットプレートの分岐通路に設けられたバルブを開け、他のホットプレートのバルブは閉じておく。
そして、バルブが開けられたホットプレートを第１の冷媒が循環するので、このホットプレートが冷却される。そして、冷却されたホットプレートのバルブを閉じ、次に冷却させようとするホットプレートのバルブを開けるようにして、ホットプレートは１枚ずつ冷却作業される。

このように、複数のホットプレート２０を個別に冷却していくことにより、複数のホットプレート２０を直列に接続した場合よりも１枚あたりの冷却時間は短縮される。そこで、１枚ずつホットプレート２０を冷却してメンテナンスを行う場合には、冷却が終了したホットプレート２０から順次メンテナンスを行うことができ、複数のホットプレート２０が同時に冷却完了されるのを待つよりも、メンテナンス時の作業効率を上げることができる。

なお、図５に示した温度調節システムは、第１の実施形態のように流量制御装置３８が冷却装置２６の第２の冷媒の温度情報に基づいて、ポンプ３６を制御する形態である。
図６に示した調節システムは、第２の実施形態のように流量制御装置３８が冷却装置２６の第２の冷媒の温度情報に基づいて、流量バルブ４６を制御する形態である。

上述してきた各実施形態では、流量制御装置３８は、第２の冷媒の温度が、常に最低限度温度Ｔｍｉｎと最高限度温度Ｔｍａｘの間にあるように、第１の冷媒の流量を制御するものであった。
しかし、流量制御装置３８の制御方法としては、上記のような方法に限定されることはない。例えば、第２の冷媒の温度が最高限度温度Ｔｍａｘを超えないようにするだけであって、最低限度温度Ｔｍｉｎについては関知しないような制御であってもよい。
さらに、流量制御装置３８は、第２の冷媒の温度が常に予め決められた一定の温度となるように第１の冷媒の流量を制御してもよい。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

ホットプレートを説明する斜視図である。 第１の実施形態のホットプレートの温度調節システムの概略説明図である。 流量制御装置を説明するブロック図である。 第２の実施形態のホットプレートの温度調節システムの概略説明図である。 第３の実施形態のホットプレートの温度調節システムの概略説明図である。 第４の実施形態のホットプレートの温度調節システムの概略説明図である。

符号の説明

２０ ホットプレート
２１ 面ヒータ
２２ 第１の通路
２４ 熱交換器
２５ 第２の通路
２６ 冷却装置
２８ 温度センサ
３０ バッファタンク
３２ フロートスイッチ
３４ 安全弁
３６ ポンプ
３８ 流量制御装置
３９ インバータ
４０ バイパス部
４１ バイパスバルブ
４２ 注入口
４４ ドレンバルブ
４６ 流量バルブ
４８ バルブ
Ｔｍａｘ 最高限度温度
Ｔｍｉｎ 最低限度温度

Claims (4)

1. 基板を加熱するホットプレートの温度調節を行う温度調節システムであって、
   ホットプレート内部を通過して設けられ、ホットプレート内部に第１の冷媒を循環させる第１の通路と、
   第１の通路に第１の冷媒を循環させるポンプと、
   第１の通路内を循環する第１の冷媒の流量を制御する流量制御装置と、
   第２の通路により第２の冷媒を循環させる冷却装置と、
   前記第１の通路を流れる第１の冷媒と前記第２の通路を流れる第２の冷媒との間で熱交換させ、第１の冷媒を冷却する熱交換器と、
   熱交換器から冷却装置へ戻る第２の冷媒の温度を検出する温度検出部とを具備し、
   前記流量制御装置は、該温度検出部によって検出された第２の冷媒の温度に基づいて、熱交換器を通過する第１の冷媒の流量を制御することを特徴とするホットプレートの温度調節システム。
2. 前記流量制御装置は、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項１記載のホットプレートの温度調節システム。
3. 前記第１の通路には、第１の通路内を流通する第１の冷媒の流量を制御する流量バルブが設けられ、
   前記流量制御装置は、該流量バルブの開閉度を制御することを特徴とする請求項１記載のホットプレートの温度調節システム。
4. 前記ホットプレートは、複数設けられ、
   複数のホットプレート内を通過する第１の通路は、互いに並列に連結されており、且つそれぞれ熱交換器への連結を開閉するバルブを有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載のホットプレートの温度調節システム。

Images