JP2010048467A - 板状体冷却装置及び熱処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱処理された板状体をスムーズに冷却可能な板状体冷却装置、並びに、当該板状体冷却装置を備えた熱処理システムの提供を課題とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、本発明の板状体冷却装置１０は、冷却対象である基板Ｗが配置される板状体配置部１５と、板状体配置部１５に配置される基板Ｗを側方から挟むように配され、空気の吹出方向が互いに対向する一対の吹出口３０、３０と、吹出口３０、３０に対して送風する送風機１７と、送風機１７を制御する制御部と、を備え、一対の吹出口３０、３０から吹き出される空気によって板状体配置部１５に配された基板Ｗが冷却されることを特徴とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス基板等の板状体を熱処理した後に冷却を行うための板状体冷却装置や、当該板状体冷却装置を採用した熱処理システムに関する。

従来より、ガラス基板などの板状体を熱処理するための熱処理装置と、熱処理された板状体を冷却するための板状体冷却装置とを有する熱処理システムが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display）、有機ＥＬディスプレイ等のようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）の製作に使用されている。このような熱処理システムにおいて採用されている板状体冷却装置の一例として、下記特許文献１に開示されているようなものがある。

特許文献１に開示されている従来技術では、板状体を加熱して熱処理を行う熱処理槽と、冷却を行う冷却槽を別にし、熱処理が終わった板状体を熱処理槽から冷却槽に搬送して冷却が行われる。このような装置で連続して熱処理を行う場合、熱処理槽の温度をほとんど低下させることなく冷却を行うことができるため、熱処理槽で使用されるエネルギーを低減させることができる。
特開２００２−７１９３６号公報

上記した従来技術のように熱処理槽と冷却槽とを別にした装置の場合、それぞれの槽での工程の処理能力をほぼ同じぐらいとしなければ、一方の能力が余って効率的な処理を行うことができない。そして、冷却槽での冷却時間が長いと、単位時間当たりに冷却できる板状体の枚数が少なくなってしまう。そのため、従来技術のような構成を採用した場合は、冷却槽における処理能力を確保するため、冷却槽が大型化してしまうといった問題があった。

また、板状体の冷却は、特許文献１にも示されているように、一般的に、上下に間隔を空けて板状体を並べ、板状体の間に冷却のための空気を一方側から他方側へと横断するように流して行われる。そのため、このような構成とした場合は、空気の流れ方向下流側近傍における空気流が緩やかになってしまい、板状体の冷却に時間を要したり、板状体の冷却が部位によって不均一になってしまったり、下流側の温度が上流側よりも高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、熱処理された板状体をスムーズに冷却可能な板状体冷却装置、並びに、当該板状体冷却装置を備えた熱処理システムの提供を課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１の板状体冷却装置は、冷却対象である板状体が配置される板状体配置部と、前記板状体配置部に配置される板状体を側方から挟むように配され、空気の吹出方向が互いに対向する一対の吹出口と、前記吹出口に対して送風する送風手段と、前記送風手段を制御する制御部と、を備え、前記一対の吹出口から吹き出される空気によって前記板状体配置部に配された板状体が冷却されることを特徴とした。

本請求項の板状体冷却装置は、板状体配置部に板状体が配置されると、板状体が一対の吹出口によって挟み込まれた状態になり、一対の吹出口から吹き出される空気は、板状体の両側から互いに対向するように吹き出される。そのため吹出口の一方から吹き出された空気は、板状体の面に沿って板状体配置部内を流れ、途中で他方の吹出口から吹き出された空気と衝突する。即ち、吹出口の一方から吹き出された空気は、他方の吹出口から吹き出される空気と衝突するまでの領域でその領域内の板状体の部分を主として冷却する。

したがって本請求項の板状体冷却装置は、吹出口から吹き出される空気が板状体に沿って流れる距離を、空気の流れ方向の板状体の長さよりも短くすることで、空気流が緩やかになるのを防止することができる。また本請求項の板状体冷却装置は、板状体の両側から空気を流すことができるため、板状体全体を略均一に冷却することができる。

また吹出口から吹き出された空気の流れ方向下流側近傍においては、空気流が多少緩やかになるため、板状体の冷却効率が悪化するおそれがある。これに対し、本請求項の板状体冷却装置は、吹出口から吹き出された空気の流れ方向下流側近傍において、空気を衝突させて乱流を生じさせることにより、空気の流れ方向下流側近傍における板状体の冷却効率を特に向上させることが可能である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記一対の吹出口は、前記板状体配置部の一方の側に配される第一吹出口と、前記板状体配置部の他方の側に配される第二吹出口と、を備え、前記送風手段は、前記第一吹出口に送風する第一送風機と、前記第二吹出口に送風する第二送風機と、を備え、前記制御部は、前記第一送風機の送風量および前記第二送風機の送風量をそれぞれ独立に制御して、第一吹出口から吹き出される空気と第二吹出口から吹き出される空気との衝突位置を変更可能であることを特徴とした。

第一吹出口から吹き出される空気と第二吹出口から吹き出される空気とが衝突する位置では、空気流が乱流になり空気と板状体との間の熱交換が促進されるため、板状体の冷却効率が高い。本請求項の板状体冷却装置は、板状体の温度降下が遅い位置に空気の衝突位置を変化させることで、板状体を迅速に冷却させることが可能である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第一送風機の送風量および前記第二送風機の送風量を連続的に変更可能であることを特徴とした。

本請求項の板状体冷却装置は、空気の衝突位置を滑らかに移動させることにより、板状体全体を斑なく冷却することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記板状配置部に板状体を搬入又は搬出するための開口が開放されていることを特徴とした。

これにより本請求項の板状体冷却装置は、板状体の冷却で昇温した空気を開口から外部に放出し、板状体配置部に高温の空気が溜まり、板状体の冷却が妨げられるのを防止することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記送風手段は、前記板状体配置部の下方に配置されることを特徴とした。

本請求項の板状体冷却装置は、重量の大きな送風手段を板状体配置部の下方に配置することで、装置全体の重心を下げ、振動に対する安定性を向上させることができる。

請求項６の発明は、板状体の熱処理を行う熱処理装置と、請求項１〜５のいずれかに記載の板状体冷却装置と、熱処理された板状体を取り出して前記板状体冷却装置に搬入する移載装置とを有することを特徴とする熱処理システムである。

本請求項の熱処理システムは、上述の板状体冷却装置を備えているため、熱処理された板状体全体を略均一に迅速に冷却することができる。

本発明の板状体冷却装置及び熱処理システムは、熱処理された板状体全体を略均一に迅速に冷却することができる。

続いて、本発明の一実施形態に係る熱処理システム１及び板状体冷却装置１０について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示すように、熱処理システム１は、ガラス板等の基板Ｗ（板状体）を熱処理する熱処理装置２と、熱処理装置２によって熱処理された基板Ｗを冷却する板状体冷却装置１０（以下、単に冷却装置１０とも称す）と、熱処理装置２で熱処理された基板Ｗを冷却装置１０に搬入する第一移載装置１１と、冷却装置１０で冷却された基板Ｗを冷却装置１０から搬出する第二移載装置１２と、を備えている。冷却装置１０は、第一移載装置１１と第二移載装置１２との間に配置され、第一移載装置１１は、熱処理装置２と冷却装置１０との間に配置されている。

図２に示すように、冷却装置１０は、冷却対象である基板Ｗが配置される板状体配置部１５と、基板Ｗを冷却するための送風を行う冷却ユニット１６と、板状体配置部１５の下方に位置して冷却ユニット１６が収容される空調部２０と、空調部２０と板状体配置部１５とを繋ぐ送風ダクト２１と、冷却装置１０の動作を司る制御部（図示せず）と、を備えている。以下の説明において、冷却装置１０の側面のうち、第一移載装置１１に面する面を前面とし、第二移載装置１２に面する面を後面とする。また上下左右の位置関係については、第一移載装置１１側から見た冷却装置１０を基準とする。

図３に示すように、板状体配置部１５は、複数の水平板２３によって上下方向に複数の領域に区分されており、各領域が基板Ｗを冷却する冷却空間２２として機能している。本実施形態では、上下５層にわたって冷却空間２２（以下、上方から順に冷却空間２２ａ〜２２ｅとも称す）が形成されており、各冷却空間２２ａ〜２２ｅには、基板Ｗを一枚ずつ水平に配置することができる。

また図３や図５に示すように、水平板２３の上面の所定位置には、複数の支持ピン２５が取り付けられている。全ての支持ピン２５は、同じ長さに形成され、先端部がテーパー状に形成されている。支持ピン２５の長さは、冷却空間２２の底面から天井までの約半分の長さである。

図３や図４に示すように、空調部２０は、仕切板２６によって内部が幅方向左右に二等分されており、仕切板２７によって内部が奥行き方向前後に二等分されている。即ち、空調部２０の内部は、仕切板２６、２７によって四つの空調空間２８に分割されており、各空調空間２８には、冷却ユニット１６が１ユニットずつ収容されている。また図４に示すように、空調部２０の前面及び後面の所定位置には、各空調空間２８と外部とを繋ぐ吸込口３７が設けられている。

図２や図４に示すように、冷却ユニット１６は、ファンの回転数を変えて風量の調整が可能な送風機１７（送風手段）と、空調空間２８内の空気を冷却可能な冷却器１８とを備えている。本実施形態の送風機１７は、インバータによりファンの回転数を制御し、送風量を連続的に変化させることができる。以下、図４に示す位置関係を基準に、前方左側の空調空間を２８ａ、前方右側の空調空間を２８ｂ、後方左側の空調空間を２８ｃ、後方右側の空調空間を２８ｄと称する。

図３に示すように、送風ダクト２１は、空調部２０の各空調空間２８ａ〜２８ｄと、板状体配置部１５の各冷却空間２２ａ〜２２ｅと、をつなぐ空気流路を形成する。送風ダクト２１、２１は、冷却装置１０の幅方向の両側に板状体配置部１５及び空調部２０を挟み込むように配置されている。図３や図４に示すように、空調部２０に面する送風ダクト２１の所定位置には、各空調空間２８ａ〜２８ｄから空気を導入するための導入口３８が設けられている。また、図３や図５に示すように、板状体配置部１５に面する送風ダクト２１の所定位置には、各冷却空間２２ａ〜２２ｅに向けて空気を吹き出すための吹出口３０が設けられている。そのため各冷却空間２２ａ〜２２ｅには、空気の吹出方向が互いに対向する一対の吹出口３０、３０が設けられている。したがって、各空調空間２８ａ〜２８ｄの送風機１７から供給される空気は、送風ダクト２１、２１を通って各冷却空間２２ａ〜２２ｅに吹き出される。

図３や図５に示すように、吹出口３０近傍には、フィルタ３１が取り付けられている。本実施形態において、フィルタ３１には、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）が用いられている。冷却ユニット１６の送風機１７から供給された空気は、フィルタ３１を通過して清浄化された後に各冷却空間２２ａ〜２２ｅに放出される。またフィルタ３１によって、送風機１７から送られる空気の流れが整流されるため、略均一な風量の空気を吹出口３０全体から吹き出すことができる。

制御部は、冷却装置１０の動作を司るものであり、マイクロコンピュータ、メモリ、冷却ユニット１６等を制御するインバータ回路等を有している。制御部は、各冷却ユニット１６および各種センサ（図示せず）に対して電気的に接続されており、各種センサからの検出信号に基づき、各冷却ユニット１６の送風機１７及び冷却器１８の動作を制御することができる。

冷却装置１０は、基板Ｗを板状体配置部１５に搬入するための搬入口３５が、第一移載装置１１に面する側面（前面）に設けられており、基板Ｗを板状体配置部１５から搬出するための搬出口３６が、第二移載装置１２に面する側面（後面）に設けられている。冷却装置１０の搬入口３５及び搬出口３６は、冷却装置１０の外部と板状体配置部１５とをつなぐ開口であり、冷却装置１０の奥行き方向に互いに対向して配置され、外部に開放されている。即ち、本実施形態の冷却装置１０は、搬入口３５と搬出口３６とが互いに対向した位置に配置されている。そのため、本実施形態の冷却装置１０は、熱処理システム１を構成する場合に、第一移載装置１１、冷却装置１０、および第二移載装置１２の各装置を、熱処理システム１における工程の順序に沿った直線状に配置することができる。また本実施形態の冷却装置１０において、搬入口３５と搬出口３６とが対向する方向は、一対の吹出口３０、３０が対向する方向と交差しており、本実施形態ではこれらが直交するように搬入口３５及び搬出口３６が設けられている。

第一移載装置１１及び第二移載装置１２は、ロボットハンドを備えた移載装置である。ロボットハンドの先端には、５本のフォーク爪１３ａを備えたフォーク部１３が設けられている。

続いて、熱処理システム１による基板Ｗの処理方法について、冷却装置１０の動作を中心に説明する。熱処理システム１により処理される基板Ｗは、ロボットハンド等を用いて熱処理装置２に投入され、所定時間にわたって所定の温度（本実施形態では２３０℃〜２５０℃）に調整された雰囲気下にさらすことにより熱処理される。

上記したようにして熱処理装置２による熱処理が完了すると、第一移載装置１１により基板Ｗが熱処理装置２から取り出される。そして、この熱処理済みの基板Ｗは、冷却装置１０を構成する板状体配置部１５の複数の冷却空間２２ａ〜２２ｅのうち、基板Ｗが収容されていない冷却空間２２に配される。

図３に示すように、冷却空間２２に配された基板Ｗは、支持ピン２５上に載置される。支持ピン２５は、先端部がテーパー状に形成されているため、基板Ｗを点接触に近い状態で支持することができる。また上記したように支持ピン２５が冷却空間２２の底面から天井までの長さの約半分の長さであるため、冷却空間２２に基板Ｗが配置されると、基板Ｗの上方及び下方には略同じ大きさの空間が形成される。

板状体配置部１５の冷却空間２２に基板Ｗが配置された状態において、冷却ユニット１６の送風機１７を作動させると、冷却装置１０内には、図２に矢印で示すような気流が発生する。さらに詳細に説明すると、冷却ユニット１６の送風機１７が作動すると、図４に示すように、冷却装置１０の前面又は後面に設けられた空調部２０の吸込口３７から空気が吸い込まれる。吸込口３７から空調空間２８に吸い込まれた空気は、冷却器１８で冷却された後、導入口３８から送風ダクト２１に導入される。その後、図３に示すように、送風ダクト２１に導入された空気は、吹出口３０を通ってフィルタ３１によって清浄化された後、板状体配置部１５の各冷却空間２２ａ〜２２ｅに吹き出される。

冷却空間２２に吹き出された空気は、基板Ｗの上下に形成されたそれぞれの空間に分かれ、基板Ｗの上下面に沿って移動しながら基板Ｗとの間で熱交換を行い、基板Ｗを冷却する。ここで、図３及び図５に示すように、本実施形態の冷却空間２２には、空気の吹出方向が互いに対向するように一対の吹出口３０が設けられている。そのため一方の吹出口３０から吹き出された空気は、他方の吹出口３０から吹き出された空気と対向するように流され、所定位置（図３、５では、基板Ｗの略中央）で衝突する。空気は、冷却空間２２の中央方向に流れるに従って温度が上昇し、冷却能力が少しずつ低下するが、対向して流れる空気が衝突して気流が乱流になるため空気と基板Ｗとの間の熱交換効率が向上し、その部分における基板Ｗの冷却が促進される。本実施形態の冷却空間２２は、搬入口３５及び搬出口３６のそれぞれが開放されているため、吹出口３０から吹き出された空気は、基板Ｗを冷却した後、搬入口３５又は搬出口３６から排出される。

吹出口３０、３０から吹き出される空気流により基板Ｗが所定の温度まで冷却されると、第二移載装置１２により、基板Ｗが冷却装置１０の搬出口３６から取り出され、一連の冷却処理が完了する。

本実施形態の冷却装置１０は、板状体配置部１５に基板Ｗが配置されると、基板Ｗが一対の吹出口３０、３０によって挟み込まれた状態になる。一対の吹出口３０、３０から吹き出される空気は、基板Ｗの両側から互いに対向するように吹き出される。そのため吹出口３０の一方から吹き出された空気は、基板Ｗの上下面に沿って板状体配置部１５内を流れ、途中で他方の吹出口３０から吹き出された空気と衝突する。即ち、吹出口３０の一方から吹き出された空気は、他方の吹出口３０から吹き出される空気と衝突するまでの領域に配置された基板Ｗを主として冷却することができる。

また本実施形態の冷却装置１０は、吹出口３０から吹き出される空気が基板Ｗに沿って流れる距離を、基板Ｗの空気の流れ方向の長さよりも短くすることで、空気流の流速が下流側で緩やかになるのを防止している。そのため本実施形態の冷却装置１０は、基板Ｗの全面に略均一な流速の空気流を流すことが可能であり、基板Ｗ全体を略均一に冷却することができる。また本実施形態の冷却装置１０は、基板Ｗの両側から空気が流されるため、基板Ｗ全体に略均一に空気を流すことが可能であり、基板Ｗの冷却が部位によって不均一になるのを防止する。

また吹出口３０から吹き出された空気の流れ方向下流側近傍では、空気流が多少緩やかになり、基板Ｗの冷却効率が阻害されるおそれがある。これに対し、本実施形態の冷却装置１０は、吹出口３０から吹き出された空気の流れ方向下流側近傍において、空気を衝突させて乱流を生じさせることにより、空気の流れ方向下流側近傍における板状体の冷却効率を特に向上させることが可能である。

また本実施形態の冷却装置１０は、一方の吹出口３０に空気を供給する送風機１７、及び他方の吹出口３０に空気を供給する送風機１７のそれぞれの送風量を制御し、左右の送風機の送風量の比率を変化させることにより、空気の衝突位置を移動させることも可能である。具体的に、左右の送風機１７、１７の送風量が略同一であれば、空気の衝突位置は、基板Ｗの幅方向略中央になる。また左側の送風機１７の送風量が右側の送風機１７の送風量よりも少なければ、空気の衝突位置は、基板Ｗの幅方向略中央よりも左側に移動する。さらに右側の送風機１７の送風量が左側の送風機１７の送風量よりも少なければ、空気の衝突位置は、基板Ｗの幅方向略中央よりも右側に移動する。

空気が衝突する位置では、空気流が乱流になり空気と基板Ｗとの間の熱交換が促進されるため、基板Ｗの冷却効率が高い。そのため、左右の送風機１７、１７の送風量の比率を制御し、基板Ｗの温度降下が遅い位置に空気の衝突位置を移動させることで、基板Ｗをより迅速に冷却させることが可能である。

また本実施形態の冷却装置１０は、インバータ制御によって送風機１７の送風量を連続的に増減させることができる。そのため左右の送風機１７、１７の送風量の比率を連続的に増減させ、空気の衝突位置を、基板Ｗの幅方向に滑らかに移動させ、基板Ｗ全体を斑なく冷却させることが可能である。

上記実施形態において、板状体配置部１５を構成する冷却空間２２の数は、５層であったが本発明は冷却空間２２の数に限定があるわけではない。冷却空間２２の数は、熱処理装置２や冷却ユニット１６の能力を考慮し、単位時間当たりに冷却を行う基板Ｗの枚数によって任意に決定することができる。

また上記実施形態の冷却装置１０は、冷却ユニット１６を４台搭載するものであったが、本発明は、冷却ユニット１６の数に限定があるわけではない。例えば、冷却ユニット１６が幅方向の左右それぞれに１台ずつ配置された構成であってもよく、冷却ユニットを１台のみ搭載する構成であってもよい。冷却装置１０が、冷却ユニット１６を１台だけ搭載する場合には、冷却ユニット１６から供給される空気が左右に分岐されて、基板Ｗの両側から空気が吹き出される。

上記実施形態の冷却装置１０は、送風機１７の送風量をインバータ制御によって連続的に増減させる構成であったが、本発明はこのような構成に限定されるわけではない。例えば、送風機１７の送風量を段階的に増減させて、左右の送風機１７、１７の送風量の比率を変化させることにより、空気の衝突位置を移動させる構成であってよい。このような構成を採用することで、空気の衝突位置を所定の位置に瞬時に移動させることが可能になる。

また上記実施形態の冷却装置１０は、搬入口３５及び搬出口３６が外部に開放されており、板状体配置部１５への空気の出入りが自由な構成であったが、本発明はこのような構成に限られるわけではない。例えば、搬入口３５や搬出口３６に、シャッターやエアカーテンを設け、板状体配置部１５への空気の出入りを制限し、冷却装置１０内で空気が循環する構成であってもよい。

上記実施形態の冷却装置１０は、板状体配置部１５に基板Ｗを水平に配置する構成であったが、本発明はこのような構成に限定されるわけではない。例えば、板状体配置部１５に基板Ｗが鉛直に立てられて配置される構成であってもよい。この構成が採用される場合、板状体配置部１５の底面及び天井に一対の吹出口３０、３０が設けられ、基板Ｗの上下両側から冷却用の空気が吹き出される。

本発明の一実施形態に係る熱処理システムを示す装置構成図である。 板状体冷却装置を示す透視斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ 熱処理システム
２ 熱処理装置
１０ 板状体冷却装置
１１ 第一移載装置（移載装置）
１５ 板状体配置部
１７ 送風機（送風手段）
３０ 吹出口
３５ 搬入口
３６ 搬出口
Ｗ 基板（板状体）

Claims (6)

1. 冷却対象である板状体が配置される板状体配置部と、
   前記板状体配置部に配置される板状体を側方から挟むように配され、空気の吹出方向が互いに対向する一対の吹出口と、
   前記吹出口に対して送風する送風手段と、
   前記送風手段を制御する制御部と、を備え、
   前記一対の吹出口から吹き出される空気によって前記板状体配置部に配された板状体が冷却されることを特徴とする板状体冷却装置。
2. 前記一対の吹出口は、前記板状体配置部の一方の側に配される第一吹出口と、前記板状体配置部の他方の側に配される第二吹出口と、を備え、
   前記送風手段は、前記第一吹出口に送風する第一送風機と、前記第二吹出口に送風する第二送風機と、を備え、
   前記制御部は、前記第一送風機の送風量および前記第二送風機の送風量をそれぞれ独立に制御して、第一吹出口から吹き出される空気と第二吹出口から吹き出される空気との衝突位置を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の板状体冷却装置。
3. 前記第一送風機の送風量および前記第二送風機の送風量を連続的に変更可能であることを特徴とする請求項２に記載の板状体冷却装置。
4. 前記板状配置部に板状体を搬入又は搬出するための開口が開放されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板状体冷却装置。
5. 前記送風手段は、前記板状体配置部の下方に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の板状体冷却装置。
6. 板状体の熱処理を行う熱処理装置と、請求項１〜５のいずれかに記載の板状体冷却装置と、熱処理された板状体を取り出して前記板状体冷却装置に搬入する移載装置とを有することを特徴とする熱処理システム。

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