JP3274090B2 - 平板状ワークを無風加熱できる熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平板状の物品を熱
処理する熱処理装置に関し、特に、ＬＣＤ（液晶ディス
プレイ）ガラス基板等の生産設備に用いられる熱処理装
置に有効に利用される。

【０００２】

【従来の技術】ＬＣＤガラス基板等の熱処理装置とし
て、従来、空気循環加熱式の装置（例えば特開平６−３
１７５１４号公報参照）がよく利用されている。この装
置では、所定温度に制御された熱風をガラス表面に沿っ
てこれと平行に一方向に流していた。そのため、ガラス
板の温度上昇が風上で速く風下で遅くなり、ガラス板に
発生する温度分布差が焼成品質にバラツキを与えるとい
う結果になっていた。この場合、ガラス板が従来のよう
な通常サイズのものであれば、風上側と風下側間のガラ
ス板の温度差も比較的小さく、焼成品質のバラツキが許
容できる範囲内にあった。

【０００３】しかし最近では、液晶ディスプレイの大画
面化やコストダウンのために、一度に多数の画面取りを
可能にすべく、マザーガラスを大版化する傾向にあり、
１メートル角を越えるような大版マザーガラスの技術開
発も進められている。このように１メートル角を越える
大版ガラス板を焼成すると、風上側が昇温して熱処理す
べき所定温度に到達しても、風下側では所定温度よりも
数１０℃低い温度になるという大きな昇温遅れが生じ、
焼成品質のバラツキが許容限度を越えることになる。
又、ガラスの表面状態に対する影響等の点から、流速の
速い熱風を使用できない焼成工程がある。

【０００４】このようなガラスの焼成工程では、通常ホ
ットプレート加熱式の装置（例えば特開平６−９７２６
９号公報参照）が用いられている。ホットプレートは、
表面を高い平坦度に加工した熱伝導率の高い金属板の裏
面に、多数に分割された発熱体を密着させて形成されて
いて、個々の発熱体の発熱量を細かく調整することによ
って均一な表面温度が得られるようになっている。しか
しながら、このようなホットプレートは極めて高価であ
ると共に、１メートル角を超えるようなマザーガラスに
対応する面積を持つホットプレートでは、表面の加工精
度等の点から均熱化が困難になり、精度の良い温度分布
を達成することができなくなった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、熱処理性能が良く大型の物品で
も熱処理できる熱処理装置を提供することを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、平板状の物品を熱処理
する熱処理装置において、前記物品を熱処理するための
熱処理室であって前記物品が入れられたときに該物品の
一面側に対向する第１仕切部材及び前記物品の反対面側
に対向する第２仕切部材を備えた熱処理室と、気体を所
定温度に加熱して前記第１仕切部材の外側及び前記第２
仕切部材の外側に流す加熱気体循環手段と、ブラインを
加熱して循環させる高温ブライン循環手段と、前記ブラ
インと前記第１仕切部材との間の熱交換を可能にするよ
うに前記第１仕切部材に設けらた熱交換部と、を有する
ことを特徴とする。

【０００７】

【０００８】請求項２の発明は、上記に加えて、前記ブ
ラインを冷却して循環させる低温ブライン循環手段と、
該低温ブライン循環手段と前記高温ブライン循環手段と
の何れかで循環されるブラインを前記熱交換部に供給す
るように選択できる選択手段と、を有することを特徴と
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した熱処理装
置の全体構成の一例を示す。熱処理装置は、平板状の物
品であるＬＣＤガラス基板等のワークＷを熱処理する装
置であり、ワークＷを熱処理するための熱処理室１と加
熱気体循環手段としての熱風循環系２とを有する。熱処
理室１は、ワークＷが入れられたときにその一面側であ
る図において下面側に対向する第１仕切部材としてのホ
ットプレート３及びその反対面側である上面側に対向す
る第２仕切部材としての仕切板４を備えている。

【００１０】熱風循環系２は、矢印で示す熱風の流れる
経路の順に、加熱器２１、送風機２２、送気ダクト２
３、中間の風洞２４、吸気ダクト２５等によって構成さ
れていて、気体としての空気を、所定温度として例えば
２３０°Ｃ程度のワークＷを熱処理する温度に加熱し、
ホットプレート３の外側である図において下側及び仕切
板４の外側である上側を流している。なお、熱処理室１
は１段でもよいが、処理能率を上げるために本例では上
下方向に４段に並設されていて、最上段の仕切板は空調
室５との仕切になっている。

【００１１】熱処理室１及び熱風循環系２は断熱壁６に
囲われて密閉された容器状を成す本体７内に形成されて
いる。熱処理室１の両側板１ａ、１ｂは、ホットプレー
ト３と仕切板４との間隔部分を閉鎖している。又、図示
しないが、本体７の前面部である紙面の手前側には断熱
扉が設けられていて、その各段のワークＷに対応する位
置には、ワーク出入り用の開口部及びこれを開閉するた
めの移動戸が各段毎に設けられる。

【００１２】このような構成により、熱処理室１はワー
クＷの搬入／搬出時以外のときには閉鎖された空間部を
形成し、熱風が内部を循環しないようになっている。従
って、通常設けられる高性能フィルターは不要で設けら
れていない。ワークＷは、図示しないがホットプレート
３から複数のピン等を突出させて適当な高さ位置で支支
持される。なお、ワークを支持するために、ホットプレ
ート３を貫通する相当数の穿孔部を設けてこれらからピ
ン等を突出させるような構造を採用する場合において、
穿孔部を通過する微量の熱風と共に塵埃等が熱処理室１
に流入するおそれがあってこれを防止しなければならな
いときには、送気ダクト２３部分を広くし、この部分に
高性能フィルターを装備するようにしてもよい。又、諸
機器の運転操作や制御を行う操作制御盤も適当な位置に
設けられる。前記加熱器２１や後述するブライン加熱器
８２の温度制御及び弁類の開閉制御等もこの操作制御盤
で行われる。

【００１３】ホットプレート３はブラインによって加熱
及び冷却される形式のものであり、適当な厚みを持ち、
その内部には、ブラインとホットプレート３との間の均
一な熱交換を可能にする熱交換部としての回路状空間３
１が設けられている。回路状空間３１は、例えば並列に
加工された多数の直管状部分の両端を交互に接続して平
面コイル状に形成されている。又、この空間にブライン
を流すために、ブラインを加熱して循環させる高温ブラ
イン循環手段としての高温ブライン系８が設けられてい
る。

【００１４】ブラインは循環空気と較べて格段に大きい
熱容量を持つので、ワークによる吸熱や周囲の部材への
多少の熱伝達損失がホットプレートに生じても、それら
の影響を殆ど受けることなく、ホットプレートの表面は
極めて精密で安定した温度分布を形成する。本例では更
に、前記ブラインを冷却して循環させる低温ブライン循
環手段としての低温ブライン系９、及び、この系と高温
ブライン系８との何れかによって循環されるブラインを
ホットプレートの回路状空間３１に供給するように選択
できる選択手段が設けられている。

【００１５】高温及び低温ブライン系８及び９は、それ
ぞれ、ブラインを溜めるタンク８１及び９１、ブライン
加熱器８２及びファン９２ａで空冷されるブライン冷却
用ラジエータ９２、ポンプ８３及び９３、供給管８４及
び９４、戻り管８５及び９５、温度センサ８６及び９
６、これらで検出したブライン温度が所定の温度になる
ように調節する温度調節器８７及び９７等を備えてい
る。

【００１６】又、高温及び低温ブライン系８及び９のそ
れぞれに、三方弁８８及び９８、それぞれの弁からブラ
インをホットプレート３に送る前でバイパスさせて戻す
バイパス管８９及び９９、並びに前記戻り管側の弁８５
ａ及び９５ａが設けられている。上記弁類は自動切換及
び開閉式になっていて、本例ではこれらの弁がホットプ
レート３への供給ブラインを切り換えられる選択手段を
構成する。符号１０は電源である。

【００１７】以上のような熱処理装置は次のように運転
される。なお、図２は、説明の便宜上、図１の高温及び
低温ブライン系の供給側を拡大して示した図であり、本
例では上から４段に設けられている熱処理装置１をそれ
ぞれ１−１〜１−４とし、これらに対応する三方弁をそ
れぞれ８８−１〜４、９８−１〜４とし、更に、三方弁
の出口及びバイパス出口にそれぞれａ及びｂを附して示
していて、本図も参照しつつ説明する。

【００１８】まず、ワークＷが全ての熱処理室１内に入
れられていて、熱処理されるべき温度範囲の中心的温度
として例えば２３０°Ｃ程度の温度に到達している定常
運転状態では、熱風循環系２の加熱器２１及び送風機２
２が運転されていて、本体７の内部では前記所定温度の
熱風が循環されている。ワークＷはホットプレート３上
にこれから適当な間隔を開けて支持されている。

【００１９】高低温ブライン系８、９では、それぞれの
ポンプや加熱器及びラジエータが運転されているが、三
方弁８８及び９８の出口８８ａ及び９８ａが閉じてバイ
パス用出口８８ｂ及び９８ｂが開き、高低温ブラインは
それぞれバイパス戻り系を介して循環している。又、ホ
ットプレート３からの戻り側の弁８５ａ及び９５ａも閉
じている。その結果、ホットプレート３の回路状空間３
１にはブラインが静止した状態で満たされている。この
ようなブラインとしては、例えばシリコンオイル系やフ
ロロカーボン系等からなる液で沸点が熱処理温度以上の
適当な高温用ブラインを使用することができる。

【００２０】なお、本例ではブラインの供給側に三方弁
８８、９８を使用しているので、ホットプレートへのブ
ラインの供給が不要なときでも、三方弁を切り換えるこ
とによってブライン系のポンプや加熱器等を常時運転さ
せるようにしているので、運転制御が容易になると共
に、加熱されたバイパス循環系のブラインを必要時に早
く供給できる利点がある。

【００２１】上記のような定常状態では、ホットプレー
ト３は循環される熱風の雰囲気内で加熱されているの
で、その温度分布が均一になる。又、熱処理室１が閉鎖
された空間になっていると共に、ワークの上面側の仕切
板４も循環する熱風の環境下にあるため、ワークが熱処
理室内部から仕切板４を介して上方に放熱することがな
い。従って、熱処理室１内のワークは上下面から均一な
熱の供給を受け、無風状態で均一良好な温度分布の下に
熱処理される。

【００２２】このような状態でワークが熱処理され、何
れかの段として例えば第１段の熱処理室内のワークＷ１
が所定の熱処理時間を経過すると、ワークＷ１が搬出さ
れて代わりに新たなワークが入れられるが、ワークＷ１
の搬出前に低温ブライン系９が作動する。即ち、熱処理
時間が経過すると、三方弁９８−１の出口９８−１ａが
開きバイパス用出口９８−１ｂが閉じ、他の三方弁９８
−２〜４ではそれぞれの出口９８−２ａ〜４ａ及びバイ
パス出口９８−２ｂ〜４ｂが共に閉になり、更に戻り側
の弁９５ａのうちの第１段用のものだけが開になる。

【００２３】その結果、既に運転されている低温ブライ
ン系９のブライン冷却用ラジエータ９２及びポンプ９３
により、第１段ホットプレートの回路状空間３１内で熱
処理温度になっている高温ブラインが低温ブライン系９
側で循環される。即ち、高温であったブラインが、ポン
プ９３により、順次、供給管９４、三方弁９８−１の出
口９８−１ａ、第１段の回路状空間３１、第１段の弁９
５ａ及び戻り管９５、及びラジエータ９２を経由してタ
ンク９１に戻り、低温ブライン系９内で循環する。

【００２４】このような運転により、高温ブラインは適
当な速度で常温に近い程度の低温ブラインになり、それ
に伴ってホットプレート３も温度降下し、ワークＷ１は
安全な温度降下速度の範囲内で迅速に冷却され、常温に
近い程度の適当な温度になる。このようにワークＷ１の
除冷が完了すると、低温ブライン系による第１段ホット
プレートへのブライン循環を停止させ、ブラインをバイ
パス循環させるように各弁を開閉させる。なお、本発明
ではホットプレートを加熱する熱媒体としてブラインを
用いているので、電気加熱式のホットプレートのように
加熱源である電源を遮断するだけでなく、積極的に熱媒
体を冷却できるので、このようなワークの除冷が可能に
なる。

【００２５】第１段ワークの熱処理及び除冷が完了する
と、外部のワーク搬送系に設けられているロボットハン
ド等によってワークＷ１を搬出し、新たなワークを搬入
する。この場合、ワークＷ１が除冷されているので、大
型のワークであっても、外部で急冷されて熱衝撃で破損
するような事故が確実に防止される。なお、低温ブライ
ンの温度、循環量、ワークとホットプレートとの間隔等
を調整することにより、ワークの冷却速度を自由に変え
て、除冷温度や速度を調節することができる。焼成工程
の完了したワークＷ１は次の工程に送られる。なお、本
体７内に多段に形成された熱処理室１の周囲が閉鎖され
ているので、第１段のワークの出し入れが他の段の温度
を乱すことながない。

【００２６】熱処理室１内に新たなワークが搬入される
と、高温ブライン系８の三方弁８８−１の出口８８−１
ａが開いてバイパス用出口８８−１ｂが閉じ、他の三方
弁８８−２〜４ではそれぞれの出口８８−２ａ〜４ａ及
びバイパス用出口８８−２ｂ〜４ｂが共に閉になり、更
に戻り側の弁８５ａのうちの第１段用のものだけが開に
なる。そして、既に運転されているブライン加熱器８２
及びポンプ８３により、温度調節器８５で所定の温度に
調節されたブラインが第１段ホットプレートの回路状空
間３１に循環供給される。

【００２７】その結果、ブライン加熱器８２で所定温度
に加熱されているブラインが、ポンプ８３により、順
次、供給管８４、三方弁８８−１の出口８８−１ａ、第
１段の回路状空間３１、第１段の弁８５ａ及び戻り管８
５を経由してタンク８１に戻り、低温ブラインと置換し
てホットプレート３を循環するブライン温度まで迅速に
加熱する。この場合、ブラインが加熱される所定温度
は、前記熱処理の中心的温度である２３０°Ｃ程度であ
ってもよいが、これよりも高く、ワークの熱処理温度と
して許容される限界に近い温度に設定されることが望ま
しい。なお、熱処理室１の周囲には継続して熱風が循環
され、その内部は熱処理温度に維持されている。

【００２８】このような加熱条件により、新たに搬入さ
れたワークは均一な温度分布の下で迅速に加熱されて熱
処理温度に到達する。即ち、ブラインは液体であるため
熱風に較べて十分大きい熱容量を持つので、ホットプレ
ートに熱を与えてもその回路状空間３１の入口と出口と
で大きな温度差ができず、又ホットプレート自体も大き
な熱容量を持つので、その表面温度が均一な状態を維持
しつつワークを加熱できる。従って、ワーク昇温時の温
度分布が極めて良好になる。又、ワークを迅速に昇温さ
せることができる。

【００２９】更に、熱処理室の周囲が熱風循環系から熱
の供給を受け、その内部が高温状態に維持されているの
で、高温雰囲気によってもワークの温度が均一化され
る。従って、熱容量の大きいホットプレート主体の加熱
と高温雰囲気による加熱との併用により、従来の単なる
ホットプレート加熱よりも一層温度分布が良くなり、昇
温速度も早くなる。

【００３０】循環するブライン温度を熱処理温度より高
くする場合には、ホットプレート３の温度もそれに対応
して高くなり、ワークが熱処理温度に接近したときのホ
ットプレートとワークとの間の必要な温度差を得ること
ができる。その結果、通常昇温到達に近づいてから昇温
到達までに要する長い時間を大幅に短縮できる。その結
果、更に昇温時間を短縮して熱処理能率を上げることが
できる。

【００３１】ワークが熱処理温度に到達すると、高温ブ
ライン系による第１段のホットプレートへのブラインの
循環を停止され、ブラインをバイパス循環させるように
各弁が開閉される。ブライン温度を熱処理温度より高く
する場合には、ワークが熱処理温度に到達する少し前で
あって熱処理可能な下限温度に到達する位の時期に、ホ
ットプレートへの高温ブラインの循環供給を停止させこ
とが望ましい。これにより、ワークが熱処理温度以上の
温度になることが防止される。ブラインの加熱停止後に
は、既述の如くホットプレートは熱風によって加熱さ
れ、これを介してワークが均一加熱される。

【００３２】第１段の熱処理室のワークの熱処理が完了
した後、第２段及びその後一定の時間間隔で他の段のワ
ークの熱処理時間が経過すると、第１段の場合と同様に
ワークの搬入／搬出が行われる。従って、本例の如く熱
処理室を多段に設けると、熱処理能率が良くなる。

【００３３】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、物品を熱処理するための熱処理室は、
物品が入れられたときにその一面側及び反対面側にそれ
ぞれ対向する第１仕切部材及び第２仕切部材を備えてい
るので、それぞれの仕切部材が物品より高い温度になれ
ば、仕切部材の表面から伝達される熱によって物品を加
熱することができる。そして、気体を所定温度に加熱し
てそれぞれの仕切部材の外側を流す加熱気体循環手段を
設けているので、該手段を作動させることにより、仕切
部材を外側から加熱し、その温度を所定温度にすること
ができる。その結果、仕切部材の表面から平板状物品の
両面に熱が供給され、物品は所定温度に加熱されて熱処
理される。

【００３４】このような手段で物品を加熱すれば、従来
の熱風循環式装置のように、物品に直接熱風を流す必要
がないので、物品を無風状態で加熱でき、極めて良好な
焼成品質を得ることができる。そしてこの場合、物品は
仕切部材という熱保有体を介して加熱されるので、物品
の加熱条件が均一化され、大型の物品を昇温するときで
も、温度分布差が殆ど発生しない。なお、このような間
接加熱方式によれば、物品の昇温速度が遅くなるが、仕
切部材に適当な厚みを持たせて熱容量を大きくしたり、
その材料を熱伝導率の良いものにする等の方法は容易で
あるから、そのようにすれば、熱伝達性を向上して適当
な昇温速度を維持しつつ物品を良好に加熱することがで
きる。

【００３５】又、ブラインを加熱して循環させる高温ブ
ライン循環手段を設けると共に、第１仕切部材に熱交換
部を設けてブラインと第１仕切部材との間の熱交換を可
能にするので、ブラインによって第１仕切部材を加熱す
ることができる。その結果、熱交換効率及び熱交換量を
大幅に増大させ、第１仕切部材の昇温速度を速くし、物
品の昇温速度を速くして熱処理能率を上げることができ
る。

【００３６】又、第１仕切部材の加熱用熱媒体として液
体であるブラインを使用するので、その熱容量が大きい
ため、第１仕切部材が物品に熱を与えてもその表面の均
一な温度分布を維持でき、従って物品の温度分布を良く
することができる。更に、熱媒体であるブラインの温度
を積極的に下げることにより、一定の熱容量を持つ第１
仕切部材の温度を速く下げることが可能になる。

【００３７】請求項２の発明においては、ブラインを冷
却して循環させる低温ブライン循環手段と、低温ブライ
ン循環手段と高温ブライン循環手段との何れかで循環さ
れるブラインを第１仕切部材に供給するように選択でき
る選択手段とを設けるので、物品の熱処理を完了したと
きに、低温ブライン循環手段で第１仕切部材に低温ブラ
インを循環させることにより、物品を適当な速度で温度
降下させ、熱処理室から搬出したときに物品と外部環境
との温度差を減少させ、徐冷効果によって物品の温度衝
撃による破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した熱処理装置の一例を示す説明
図である。

【図２】上記装置のブライン系の一部分を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 熱処理室 ２ 熱風循環系（加熱気体循環手段） ３ ホットプレート（第１仕切部材） ４ 仕切板（第２仕切部材） ８ 高温ブライン系（高温ブライン循環
手段） ９ 低温ブライン系（低温ブライン循環
手段） ３１ 回路状空間（熱交換器部） ８８、９８ 三方弁（選択手段） ８５ａ、９５ａ 弁（選択手段） ８９、９９ バイパス管（選択手段） Ｗ ワーク（平板状の物品）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｈ０１Ｌ 21/324 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27B 5/00 - 5/18 C03B 27/00 - 27/06 F27D 7/04 G09F 9/00 340 H01L 21/324

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の物品を熱処理する熱処理装置に
   おいて、 前記物品を熱処理するための熱処理室であって前記物品
   が入れられたときに該物品の一面側に対向する第１仕切
   部材及び前記物品の反対面側に対向する第２仕切部材を
   備えた熱処理室と、気体を所定温度に加熱して前記第１
   仕切部材の外側及び前記第２仕切部材の外側に流す加熱
   気体循環手段と、ブラインを加熱して循環させる高温ブ
   ライン循環手段と、前記ブラインと前記第１仕切部材と
   の間の熱交換を可能にするように前記第１仕切部材に設
   けらた熱交換部と、を有することを特徴とする熱処理装
   置。
2. 【請求項２】 前記ブラインを冷却して循環させる低温
   ブライン循環手段と、該低温ブライン循環手段と前記高
   温ブライン循環手段との何れかで循環されるブラインを
   前記熱交換部に供給するように選択できる選択手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装
   置。