JP2010054157A - ヒータユニットおよび熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇温および降温時におけるヒータの膨張および収縮による影響を適切に抑えつつ、ワークの大型化に対応することが可能なヒータユニットおよび熱処理装置を提供する。
【解決手段】ヒータユニット２０は、ヒータ２１、ヒータラック１８、およびサポートプレート１９を備える。ヒータ２１は、ワーク１４よりも小さなサイズの複数のヒータ片２１０〜２１９を有する。ヒータラック１８およびサポートプレート１９には、複数のヒータ片２１０〜２１９が載置される。ヒータラック１８およびサポートプレート１９に載置されるヒータ片２１０〜２１９の少なくとも一部は、ヒータラック１８に対して滑動可能に配置される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、炉内に配置されたワークに対して熱処理を行うための熱処理装置に用いられるヒータユニットおよびこれを備えた熱処理装置に関する。

近年、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの大型化に伴って、熱処理装置において熱処理されるワークの大型化（例えば、１辺が３ｍ前後のガラス基板など）が進んでいる。そして、大型のワークを取り扱う熱処理装置では、熱処理装置自体のサイズを大型にするとともに、内部に設けられるヒータを大型化することによって、大型のワークに対しても適正な熱処理を行うことが可能になるようにされている。

ところが、熱処理装置に設けられるヒータが大型化するにつれて、ヒータの変形に対する措置を採る必要が生じてくる。例えば、発熱体を挟む熱板の撓みを防止するために熱板の厚みを増すように構成することが必要になるが、面積および厚みの増加はヒータの重量の増大化に繋がるという不都合があった。

そこで、従来技術の中には、熱板の内部または外表面の一部に空間を持つ軽量化された支持板によってヒータを支持することによって、ヒータの重量の増加や歪みの発生を抑えるように構成されたヒータが登場している（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２００６−１４７４１６号公報 特開２００６−７９８９５号公報

上述の特許文献１および２に係る技術では、ワークが大型化するたびにワークのサイズよりも大きなヒータを用意する必要がある。つまり、支持板が軽量化されたとしても、ワークの大型化に比例してヒータのサイズや重量が増加することは避けられないため、ワークの大型化に伴ってヒータの設置やメンテナンスが困難になることが予想される。

さらには、ヒータが大型化すると昇温および降温時におけるヒータの膨張および収縮による影響が大きくなるが、従来、大型化したヒータの膨張および収縮への対処が十分に為されているとは言えなかった。例えば、ヒータとヒータ支持部材とで熱膨張率が異なる場合、昇温および降温時に互いに擦れて発塵するおそれがあるため、この発塵を適正に抑える創意工夫が必要であると言える。

この発明の目的は、昇温および降温時におけるヒータの膨張および収縮による影響を適切に抑えつつ、ワークの大型化に対応することが可能なヒータユニットおよび熱処理装置を提供することである。

本発明に係るヒータユニットは、炉内に配置されたワークに対して熱処理を行うための熱処理装置に用いられる。このヒータユニットは、ヒータおよびヒータ支持部を備える。

ヒータは、全体として炉内に配置されるワークよりも大きなサイズになるように構成される。また、ヒータは、ワークよりも小さなサイズの複数のヒータ片から構成される。

ヒータ支持部は、炉内に水平状態で配置可能に構成される。また、このヒータ支持部は、複数のヒータ片が載置されるように構成される。ヒータ支持部の構成例として、炉内における水平なヒータ載置面の上に置かれるサポートプレートが挙げられる。炉内に水平なヒータ載置面が設けられていない場合には、炉内に設けられたヒータラックおよびヒータラックに架け渡されるサポートプレートの組み合わせによってヒータ支持部を構成することも可能である。

ヒータ支持部に載置されるヒータ片の少なくとも一部は、ヒータ支持部に対して滑動可能な状態でヒータ支持部に載置される。ここで滑動可能な状態とは、ヒータ片が移動する際におけるヒータ支持部とヒータ片との摩擦が軽減された状態を意味しており、例えば、ヒータ片またはヒータ支持部の少なくとも一方に回転体を設けた構成が挙げられる。さらに、ヒータ片またはヒータ支持部の少なくとも一方にリブや溝を形成すること等によって互いの接触面積を軽減するような構成や、ヒータ片またはヒータ支持部の少なくとも一方に対して滑り性を向上させるための表面加工を施すような構成が挙げられる。

この構成においては、ワークより小さいサイズの複数のヒータ片によってヒータが構成されるため、ワークのサイズが大型化した場合であっても、ヒータを構成する各ヒータ片のサイズを大きくする必要がない。さらに、ヒータ全体の重量が増した場合であっても各ヒータ片の重量の増加が抑えられるため、ヒータを一体的に構成する場合に比較してヒータに対するメンテナンスが行い易い。

また、ヒータ支持部に載置されるヒータ片の少なくとも一部は、ヒータ支持部に対して滑動可能な状態でヒータ支持部に載置されるため、ヒータが温度変化によって膨張および収縮する際におけるヒータ片とヒータ支持部との間の摩擦が軽減され、発塵が抑えられる。

さらに、各ヒータ片ごとに発熱体の配置密度を変更等することによって、ヒータの温度分布の制御が行い易い。

上述の構成において、ヒータにおける辺縁部に位置する第１のヒータ片をヒータ支持部に対して滑動可能とし、ヒータ支持部における第１のヒータ片が載置される部分に、内側に向かって傾斜するように構成された傾斜面が設けられることが好ましい。その理由は、昇温過程における膨張および降温過程における収縮を経た後において各ヒータ片間に隙間が発生したり、昇温過程前の初期位置から変位したりすることを防止できるからである。昇温過程で各ヒータ片の熱膨張が最大となり隣接するヒータ片が互いに接触して押し合い、ヒータにおける辺縁部に位置する第１のヒータ片が外側へ変位した場合であっても、降温過程の後には傾斜面によって第１のヒータ片が内側に戻される。このため、昇温過程および降温過程を経た後でも第１のヒータ片が昇温過程前の初期位置から変位しにくく、また、各ヒータ片間に隙間が発生しにくい。

なお、ヒータにおける第１のヒータ片の内側に位置する第２のヒータ片を片側固定として、第１のヒータ片に接触する側にのみ伸びるように構成することによって、昇温過程および降温過程を経た後における各ヒータ片の位置精度を高め易くなる。

本発明によれば、昇温および降温時におけるヒータの膨張および収縮による影響を適切に抑えつつ、ワークの大型化に対応することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る多段式のＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）炉１０の概略を示す図である。以下の実施形態では、本発明に係る熱処理装置の例としてＩＲ炉１０を説明するが、本発明に係る熱処理装置の加熱方式は、遠赤外線ヒータを用いたものに限定されるものではなく、ホットプレート加熱式等の他の加熱方式を採用することも可能である。

図１に示すように、ＩＲ炉１０は、熱処理されるべきワーク１４が収容される炉体１２を上部に備える。この実施形態では、１辺が幅約３ｍの基板をワーク１４として用いているが、ワーク１４がこれよりも大きい場合でも或いは小さい場合でも本発明を好適に実施することが可能である。炉体１２の下には、ＩＲ炉１０における駆動系基板や制御系基板を収納した制御部１６が配置される。制御部１６の制御内容の一例としては、炉体１２内の温度制御（本実施形態では、８０℃〜２５０℃に設定）などが挙げられる。

炉体１２の内部には、多段式の熱処理部が設けられており、各熱処理部にヒータユニット２０が配置されている。各熱処理部には、ワーク１４の通過時に開閉するように構成された扉（図示省略）が設けられる。ヒータユニット２０は、一定の間隔を開けてそれぞれ水平に複数設けられる。ヒータユニット２０は、ヒータ２１と、ヒータ２１を支持するためのヒータラック１８およびサポートプレート１９を備える。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、ヒータユニット２０の概略を示す図である。ヒータ２１は、ワーク１４よりも小さなサイズの複数のヒータ片２１０〜２１９から構成されており、全体としてワーク１４よりも大きなサイズになるように構成されている。各ヒータ片２１０〜２１９は、マイカ板にニクロム線を巻き付け、さらにこの両面をマイカ板で挟んで構成される。

ヒータラック１８は、ステンレス材から構成されており、炉体１２の内壁の両側面に設けられる。サポートプレート１９は、ステンレス材から構成されており、１対のヒータラック１８の間に架け渡されるように構成される。この実施形態では、１対のヒータラック１８およびサポートプレート１９によって、ヒータ２１を下から支持するためのヒータ支持部が構築される。サポートプレート１９は、ヒータラック１８におけるガイド部１８２上を滑動するように構成されており、ガイド部１８２上を矢印３００に示すヒータ挿入方向およびその反対のヒータ脱着方向に移動可能となっている。

１対のヒータラック１８およびサポートプレート１９は、炉体１２内において水平状態で配置されており、複数のヒータ片２１０〜２１９が載置可能に構成される。複数のヒータ片２１０〜２１９は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）における左側列に配置されるヒータ片２１０〜２１１、中央列に配置されるヒータ片２１２〜２１７、および右側列に配置されるヒータ片２１８〜２１９の３列に並べられる。この実施形態においては、左側列に配置されるヒータ片２１０〜２１１、右側列に配置されるヒータ片２１８〜２１９、ならびに中央列の両端部に配置されるヒータ片２１２および２１７が本発明の第１のヒータ片に対応し、それ以外のヒータ片２１３〜２１６が第２のヒータ片に対応する。ただし、複数のヒータ片２１０〜２１９の配置形態はこの実施形態のものには限定されるものではなく、この発明の実施の形態に応じて適宜変更することが可能である。

この実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、左側列に配置されるヒータ片２１０〜２１１および右側列に配置されるヒータ片２１８〜２１９が、ヒータラック１８に対して滑動可能な状態で載置される。また、ヒータラック１８におけるヒータ片２１０〜２１１および２１８〜２１９が載置される部分に、内側に向かって傾斜するように構成された傾斜面１８４が設けられる。

また、図２（Ｃ）に示すように、ガイド部１８２におけるヒータ片２１２および２１７がサポートプレート１９を介して載置される部分にも、内側に向かって傾斜するように構成された傾斜面１８６が設けられる。この実施形態では、傾斜面１８４および傾斜面１８６の傾斜角度が１度程度に設定されているが、傾斜角度はこの実施形態のものに限定されるものではない。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、ヒータユニット２０の辺縁部の概略を示す図である。図３（Ａ）では、ヒータユニット２０の幅方向の辺縁部の代表例として、ヒータ片２１１の近傍の構成を図示しているが、ヒータ片２１０、２１８、２１９の近傍にも同様の構成が採用されている。また、図３（Ｂ）では、ヒータユニット２０の長さ方向の辺縁部の代表例として、ヒータ片２１２の近傍の構成を図示しているが、ヒータ片２１７の近傍にも同様の構成が採用されている。

図３（Ａ）に示すように、ヒータ片２１１の底部にはボール状の複数のコロ２６が回転可能に設けられる。本実施形態では、コロ２６の素材としてステンレスを採用しているが、これに限定されるものではない。さらに、ヒータ片２１１の底部には複数のブラケット２７が設けられており、ブラケット２７の底部にもボール状のコロ２６が回転可能に設けられる。一方で、サポートプレート１９の底部には、複数のローラ２８が設けられる。

ヒータ片２１１に複数のコロ２６が設けられることにより、ヒータ片２１１は傾斜面１８４に対して滑動可能となる。さらに、傾斜面１８４の作用により、ヒータ片２１１には常にヒータユニット２０の中央に向かう力が作用することになる。

また、図３（Ｂ）に示すように、サポートプレート１９に複数のローラ２８が設けられることにより、ヒータ片２１２がヒータラック１８のガイド部１８２に対して滑動可能となる。さらに、ガイド部１８２に設けられた傾斜面１８６の作用により、ヒータ片２１２には常にヒータユニット２０の中央に向かう力が作用することになる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、ヒータユニットにおける配線の構成の一例を示す図である。各ヒータ片２１０〜２１９に接続される電源ラインは、ヒータラック１８におけるガイド部１８２に集められ、ガイド部１８２から炉体１２の前側および後側に設けられた排気ダクトを経由して炉体１２の外へと導かれる。例えば、図４（Ａ）および図４（Ｂ）では、ヒータ片２１１、２１５、２１６、２１７、２１９に電源ライン５０、５２、５４、５６、５８がそれぞれ接続されている状態を示している。

以上のように、ＩＲ炉１０では、ワーク１４のサイズよりはるかに小さい複数のヒータ片２１０〜２１９を用いてワーク１４のサイズよりも大きいヒータ２１を構築することが可能になる。

また、ヒータラック１８およびサポートプレート１９上にてヒータ片２１０〜２１９を互いに固定しなくてもヒータ片２１０〜２１９が適正な位置に配置されるため、ヒータユニット２０の設置が行い易い。さらに、ヒータ片２１０〜２１９と、ヒータラック１８との間の摩擦が軽減されるため、自己発塵が抑えられ炉体１２内部の高いクリーン性能を実現し易くなる。

さらには、昇温および降温に伴うヒータ片２１０〜２１９が膨張および収縮しても、ヒータ片２１０〜２１９が熱膨張前の初期位置に戻り易い。この際、ヒータ片２１０〜２１９の間の隙間が発生しにくいため、面内温度分布の精度を向上させ易い。

図５は、ヒータユニットの他の構成例を示す図である。上述の実施形態では、炉体１２側に設けられたヒータラック１８をヒータ支持部の一部として用いる例を説明したが、炉体１２側に設けられたヒータラック１８をヒータ支持部として用いることなくヒータ支持部を構成することも可能である。

例えば、炉体１２内にヒータユニット２０２を載置する載置面が存在する場合には、図５に示すように、この載置面にサポートプレート１８０を介してヒータ２１を載置すれば良い。また、上述の実施形態では、ヒータ片２１２〜２１７にはコロ２６を設けていなかったが、図５に示すように、ヒータ片２１２〜２１７にコロ２６を設け、ヒータ片２１２〜２１７とサポートプレート１８０との間にコロ２６を介在させるようにすることも可能である。

以上の実施形態では、ヒータ片２１０〜２１９のすべてが、ヒータラック１８に対して直接的に滑動するか、または、ヒータラック１８に対してサポートプレート１９を介して間接的に滑動するように構成されているが、必ずしもヒータ片２１０〜２１９のすべてをヒータラック１８に対して直接的または間接的に滑動させる必要はない。ヒータ片２１０〜２１９をヒータラック１８に対して滑動させる構成は、上述のものには限定されず他の構成を採用することも可能である。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態に係るＩＲ炉の概略を示す図である。 ヒータユニットの概略を示す図である。 ヒータユニットの辺縁部の概略を示す図である。 ヒータユニットにおける配線の構成の一例を示す図である。 ヒータユニットの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１０−ＩＲ炉（熱処理装置）
１２−炉体
１８−ヒータラック
１９−サポートプレート
２０−ヒータユニット
２１−ヒータ
２６−コロ
２１０〜２１９−ヒータ片

Claims (4)

1. 炉内に配置されたワークに対して熱処理を行うための熱処理装置に用いられるヒータユニットであって、
   前記炉内に配置される前記ワークよりも大きなサイズのヒータであって、前記ワークよりも小さなサイズの複数のヒータ片によって構成されたヒータと、
   前記炉内に水平状態で配置可能なヒータ支持部であって、前記複数のヒータ片が載置されるように構成されたヒータ支持部と、を備え、
   前記ヒータ片の少なくとも一部が、前記ヒータ支持部に対して滑動可能な状態で前記ヒータ支持部に載置された
   ヒータユニット。
2. 前記複数のヒータ片は、前記ヒータにおける辺縁部に位置する第１のヒータ片と、前記ヒータにおける前記第１のヒータ片の内側に位置する第２のヒータ片とからなっており、
   少なくとも前記第１のヒータ片が、前記ヒータ支持部に対して滑動可能な状態で前記ヒータ支持部に載置されており、
   前記ヒータ支持部における前記第１のヒータ片が載置される部分に、内側に向かって傾斜するように構成された傾斜面が設けられた
   請求項１に記載のヒータユニット。
3. 前記第１のヒータ片は、底部にボール状のコロまたはローラが回転可能に設けられた請求項２に記載のヒータユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒータユニットを各段に配置した多段熱処理部を備えた熱処理装置。

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