JP3840486B2 - 加熱方法および加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに間隔をおいて並列する複数のパネル状ヒーターにより加熱対象を加熱する方法と装置に関し、例えばフラットパネルディスプレイ用基板の加熱に利用できる。

互いに間隔をおいて並列する複数のパネル状ヒーターを備える加熱装置によって、互いに隣接する前記ヒーターの間において、前記ヒーターの加熱面に対向するように配置される加熱対象を加熱することが従来から行われている。

上記のような互いに隣接するパネル状ヒーターの間の加熱領域においては、ヒーターの加熱面の中央近傍では周辺近傍に比べて放熱が少なくなる。そのため、各加熱面の温度分布の均一性が低下するという問題がある。そこで、各ヒーターの出力を加熱面の中央近傍では周辺近傍に比べて低くすることが考えられる。しかし、そのようなヒーター出力の調整には時間を要する。また、加熱温度が例えば２５０度以下のような比較的低温である場合、ヒーター出力を調整しても温度分布の均一性を十分に確保するのは困難であった。
本発明は、上記問題を解決することのできる加熱方法と加熱装置を提供することを目的とする。

本発明装置は、上下方向に沿って互いに間隔をおいて並列する複数のパネル状ヒーターを備え、互いに隣接する前記ヒーターの間において、前記ヒーターの加熱面に対向するように加熱対象が配置される加熱装置であって、各ヒーターの内部にガス流動空間が設けられ、そのガス流動空間にガスを導入するためのガス導入手段が設けられ、前記ガス導入手段は、前記ガス流動空間において前記加熱面の中央近傍からガスを吹き出す吹出し口を有し、そのガス流動空間に導入されたガスが前記加熱面の中央から周辺に向かい流動するように、そのガスは加熱面の中央近傍に導入され、各ヒーターに、そのガス流動空間に導入されたガスの排出口が、前記加熱面の周辺に近接する位置に設けられ、各ヒーターに、前記ガス流動空間を前記加熱面の中央近傍の室と、この中央近傍の室よりも周辺に近接する室とに分割する隔壁が設けられ、その隔壁に、相隣接する室を連絡するガス流通孔が設けられ、その加熱面の中央近傍の室に前記ガス導入手段によってガスが導入され、前記加熱面の中央近傍の室に、その中央近傍の室よりも周辺に近接する複数の室が隣接することを特徴とする。
本発明方法は、本発明の加熱装置によって、互いに隣接する前記ヒーターの間において、前記ヒーターの加熱面に対向するように配置される加熱対象を加熱するに際して、各ヒーターの内部に設けたガス流動空間に、ヒーターの設定温度よりも低温のガスを導入し、そのガス流動空間に導入されたガスを、前記加熱面の中央から周辺に向かい流動させることを特徴とする。
本発明によれば、ヒーターの設定温度よりも低温のガスを、そのヒーターの内部に設けたガス流動空間において加熱面の中央から周辺に向かい流動させるので、加熱対象の配置領域においてヒーターの加熱面の中央近傍での放熱を促進することができる。これにより、加熱面の温度分布を短時間で高精度に均一化し、加熱対象を均一に加熱することができる。各ヒーターにガス流動空間が設けられることで、中実のヒーターに比べて軽量化できる。各ヒーターに、そのガス流動空間に導入されたガスの排出口が、加熱面の周辺に近接する位置に設けられているので、複雑な構成を要することなくコスト低減できる。各ヒーターに、ガス流動空間を加熱面の中央近傍の室と、この中央近傍の室よりも周辺に近接する室とに分割する隔壁が設けられ、その隔壁に、相隣接する室を連絡するガス流通孔が設けられ、その加熱面の中央近傍の室に前記ガス導入手段によってガスが導入されるので、確実にガスを加熱面の中央から周辺に向かい流動させることができる。

本発明装置において、前記ガスの排出口は、その排出口から排出されるガスが前記加熱対象に直接吹き付けられることがないように、前記加熱対象の配置領域よりも前記加熱面の中央から離れた位置に設けられているのが好ましい。これにより、そのガスによる加熱対象の温度変動を防止できる。

本発明によれば、並列配置される複数のパネル状ヒーターの間の加熱領域における温度分布を、低コストでシンプルな構成により短時間で均一化でき、加熱対象を高精度に均一加熱することができ、さらに各ヒーターを軽量化すると共に省エネルギー化を図ることができる加熱方法と加熱装置を提供できる。

図１、図２に示す加熱装置１は、炉体２と、この炉体２の内部に配置される複数のパネル状ヒーター３とを備える。それらヒーター３は、空間を効率良く利用できるように、図３に示すように厚さ方向を上下方向として、上下方向に沿って互いに間隔をおいて並列される。板状の加熱対象４が厚さ方向を上下方向として、互いに隣接するヒーター３の間において、ヒーター３の上面により構成される加熱面に対向するように配置される。その加熱面と加熱対象４の上下面は水平に沿うように配置される。本実施形態では、炉体２の両側の開閉扉２ａ、２ｂにより開閉される出入り口から加熱対象４が出し入れされる。

図４に示すように、各ヒーター３は炉体２によりブラケット５を介して支持されている。各ヒーター３は、ヒーター本体１０と、このヒーター本体１０の下方を覆うヒーターカバー１１とを有する。そのヒーター本体１０は、通電により発熱する発熱体１０ａを、アルミ板１０ｂ、１０ｃにより挟み込むことで構成され、その上面が加熱面３ａとされている。その加熱面３ａから突出する支持片６により加熱対象４が支持される。そのヒーターカバー１１はステンレス鋼板製で、底板１１ａと、この底板１１ａの外縁から上方に伸びる周壁１１ｂとから構成されている。その底板１１ａの下面は金属光沢を有する反射面１１ａ′とされ、加熱面３ａから発する熱線を反射する。これにより加熱対象４は、下方からヒーター３により直接に輻射加熱されると共に、上方から間接的に輻射加熱される。

各ヒーター３の内部に、そのヒーター本体１０とヒーターカバー１１とで囲まれるガス流動空間２０が設けられている。図５に示すように、そのガス流動空間２０は、加熱面３ａの中央近傍の室２０ａと、この中央近傍の室２０ａよりも周辺に近接する室２０ｂとに、隔壁２１によって分割されている。その隔壁２１に、相隣接する室を連絡するガス流通孔２１ａが設けられている。

各ヒーター３のガス流動空間２０にガスを導入するためのガス導入手段としてガス導入配管２２が設けられている。そのガス導入配管２２の一端は、炉体２の外部のガス供給源（図示省略）に接続されている。そのガス導入配管２２の他端は、各ヒーター３に挿入されるように分岐され、各ガス流動空間２０において加熱面３ａの中央近傍の室２０ａに配置されている。これにより、そのガス導入配管２２の他端は、ガス流動空間２０において加熱面３ａの中央近傍からガスを吹き出す吹出し口２２ａとされている。その吹出し口２２ａから吹き出されたガスは、加熱面３ａの中央近傍の室２０ａに導入された後に、図５において矢印で示すように上記ガス流通孔２１ａを通って、加熱面３ａの周辺に近接する室２０ｂに流動する。すなわち、そのガス流動空間２０に導入されたガスは加熱面３ａの中央から周辺に向かい流動する。なお、そのガス流動空間２０に導入するガスを予熱するため、図２に示すように、そのガス導入配管２２を流れるガスの予熱用ヒーター２６が炉体２に取り付けられている。

そのガス流動空間２０に導入されたガスを排出するため、各ヒーター３のヒーターカバー１１の底板１１ａに複数の排出口２３が設けられている。各排出口２３は加熱面３ａの周辺に近接する。各排出口２３から排出されるガスが加熱対象４に直接吹き付けられることがないように、各排出口２３は加熱対象４の配置領域よりも加熱面３ａの中央から離れた位置に配置されている。なお、排出口２３の数や配置は、ガス流動空間２０に導入されたガスを加熱面３ａの中央から周辺に向かい流動させることができれば特に限定されない。

その排出口２３から排出されたガスを炉体２の外部に導くため、各ヒーター３の両側に、外周に複数のガス流入孔２７ａが形成された排気用配管２７が設けられている。各排気用配管２７の一端は閉鎖され、他端は互いに接続されて炉体２の外部において開口する。なお、各排気用配管２７のガス流入孔２７ａは炉体２の出入り口に対向する位置に形成され、これにより排出口２３から排出されるガスは炉体２の出入り口に向かい導かれる。よって、その開閉扉２ａ、２ｂにより閉鎖されていた炉体２の出入り口を開いた時に、その出入り口から外気が炉体２内に侵入するのを、そのガスにより抑止して炉体２内の温度低下を軽減することができる。

そのガスの種類は、加熱対象４に影響を与えることがなければ特に限定されず、例えば窒素ガスやドライエアを用いることができる。そのガス流量は加熱装置１の規模やヒーター３の設定温度に応じて適宜定めればよい。例えば、各ヒーター３の寸法が９５０ｍｍ×１１４０ｍｍ×３８ｍｍで、並列ピッチが７５ｍｍ〜９０ｍｍで、５枚の加熱対象４を処理する場合、ガス流量は各ヒーターあたり毎分２０〜１００リットルとする。ガスの温度は、例えばヒーター３の設定温度が１００℃〜１８０℃であれば２０℃程度低くし、ヒーター３の設定温度が１８０℃〜２５０℃であれば３０℃程度低くするのが好ましいが、これに限定されるものではなく、また、必ずしもガスを予熱する必要はない。

上記実施形態によれば、互いに隣接するヒーター３の間において、加熱面３ａに対向するように配置される加熱対象４を輻射加熱するに際して、ガス流動空間２０にヒーターの設定温度よりも低温のガスを導入し、そのガス流動空間２０に導入されたガスを加熱面３ａの中央から周辺に向かい流動させる。これにより、加熱対象４の配置領域において加熱面３ａの中央近傍での放熱を促進することができる。よって、加熱面３ａの温度分布を短時間で高精度に均一化し、加熱対象４を均一に加熱することができる。各ヒーター３にガス流動空間２０が設けられることで、中実のヒーターに比べて軽量化できる。また、加熱面３ａの中央近傍にガスの吹出し口２２ａを設け、加熱面３ａの周辺に近接するガスの排出口２３を設けるだけでよいため、複雑な構成を要することなく低コストで実施することができる。そのガス流動空間２０においてガスは加熱面３ａの中央近傍の室２０ａから周辺に近接する室２０ｂにガス流通孔２１ａを通って流れるので、確実にガスを加熱面３ａの中央から周辺に向かい流動させることができる。さらに、排出口２３から排出されるガスが加熱対象４に直接吹き付けられることがないので、そのガスによる加熱対象４の温度変動を防止できる。

図６は、上記実施形態の加熱装置１により加熱したフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の温度と温度偏差の時間変化を示す。そのガラス基板の寸法は７３０ｍｍ×９２０ｍｍ×０．７ｍｍ、ヒーター３の設定温度は２３０℃、ガス流量は毎分３０リットルとした。図の横軸は加熱時間、左縦軸はガラス基板の表面温度、右縦軸はガラス基板の表面温度の偏差を示す。図において実線Ａはガラス基板の最高表面温度位置の温度の時間変化、実線Ｂはガラス基板の最低表面温度位置の温度の時間変化、破線Ｃはガラス基板の最高表面温度位置の設定温度からの偏差の時間変化、破線Ｄはガラス基板の最低表面温度位置の設定温度からの偏差の時間変化、破線Ｅはガラス基板の最高表面温度位置の温度と最低表面温度位置の温度との偏差の時間変化を示す。これにより、上記実施形態の加熱装置１によれば、６分程度で最高表面温度と最低表面温度との偏差を５℃以下にできることを確認できた。これに対して、そのガスを供給しなかった場合は、その偏差は時間が経過しても約１０℃よりも小さくなることはなく、また、目標の偏差に到達するまでに非常に長い時間を要する場合もあった。すなわち、本発明によれば加熱領域における温度分布を短時間で均一化して加熱対象を高精度に均一加熱できることを確認できた。

本発明の実施形態の加熱装置の側面図 本発明の実施形態の加熱装置の平面図 本発明の実施形態の加熱装置におけるパネル状ヒーターの並列状態を示す斜視図 本発明の実施形態の加熱装置における要部の側断面図 本発明の実施形態の加熱装置における要部の平断面図 本発明の加熱装置により加熱した基板の温度と温度偏差の時間変化を示す図

符号の説明

１ 加熱装置
２ 炉体
３ パネル状ヒーター
３ａ 加熱面
４ 加熱対象
２０ ガス流動空間
２０ａ 加熱面の中央近傍の室
２０ｂ 加熱面の中央近傍の室よりも周辺に近接する室
２１ 隔壁
２１ａ ガス流通孔
２２ ガス導入配管
２２ａ 吹出し口
２３ 排出口

Claims (3)

1. 上下方向に沿って互いに間隔をおいて並列する複数のパネル状ヒーターを備え、
   互いに隣接する前記ヒーターの間において、前記ヒーターの加熱面に対向するように加熱対象が配置される加熱装置であって、
   各ヒーターの内部にガス流動空間が設けられ、
   そのガス流動空間にガスを導入するためのガス導入手段が設けられ、
   前記ガス導入手段は、前記ガス流動空間において前記加熱面の中央近傍からガスを吹き出す吹出し口を有し、
   そのガス流動空間に導入されたガスが前記加熱面の中央から周辺に向かい流動するように、そのガスは加熱面の中央近傍に導入され、
   各ヒーターに、そのガス流動空間に導入されたガスの排出口が、前記加熱面の周辺に近接する位置に設けられ、
   各ヒーターに、前記ガス流動空間を前記加熱面の中央近傍の室と、この中央近傍の室よりも周辺に近接する室とに分割する隔壁が設けられ、
   その隔壁に、相隣接する室を連絡するガス流通孔が設けられ、
   その加熱面の中央近傍の室に前記ガス導入手段によってガスが導入され、
   前記加熱面の中央近傍の室に、その中央近傍の室よりも周辺に近接する複数の室が隣接することを特徴とする加熱装置。
2. 前記ガスの排出口は、その排出口から排出されるガスが前記加熱対象に直接吹き付けられることがないように、前記加熱対象の配置領域よりも前記加熱面の中央から離れた位置に設けられている請求項１に記載の加熱装置。
3. 請求項１または２に記載の加熱装置によって、互いに隣接する前記ヒーターの間において、前記ヒーターの加熱面に対向するように配置される加熱対象を加熱するに際して、
   各ヒーターの内部に設けたガス流動空間に、ヒーターの設定温度よりも低温のガスを導入し、そのガス流動空間に導入されたガスを、前記加熱面の中央から周辺に向かい流動させることを特徴とする加熱方法。

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