JP5074707B2 - 加熱装置 - Google Patents
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Description
この発明は、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板等の板状の被処理物を加熱処理する際に使用される加熱装置に関する。
フラットパネルディスプレイ用のガラス基板の製造工程には、被処理物であるガラス基板を２２０℃〜２３０℃程度の処理温度で加熱する処理が含まれる。この加熱処理には、加熱槽を備えた多段枚葉式加熱装置が用いられる。加熱槽には、複数枚の板状の被処理物が間隔を設けて積層して収納される。
当該加熱装置の加熱槽は、金属板によって内壁面が構成されており、前面に開口部が形成されている。金属板の外側には、開口部を除く全面に断熱材が配置されている。開口部は、炉口扉によって開閉される。加熱処理時に所定の処理温度に保持された加熱槽の内部に、開口部を経由して被処理物が１枚ずつ搬入出される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１６９１６９号公報
加熱槽の内壁面のうち前面には開口部が形成されており、被処理物の搬入出時に開口部が開放されると、内壁面の前面は外気に晒されて一旦温度が低下する。被処理物の搬入出が完了して開口部が閉鎖されると、内壁面の前面は加熱槽内の熱によって再び処理温度まで昇温される。この時、内壁面の前面を構成する金属板の内側面と外側面との間には、金属板の厚さ方向の温度勾配が生じている。
従来の加熱装置では、加熱槽の内壁面を単一材料の金属板で構成していたため、温度勾配によって内壁面の前面を構成する金属板の内側面と外側面とに膨張量の差を生じ、加熱槽の前面に厚さ方向の熱変形を生じる。開口部が形成された前面に厚さ方向の熱変形を生じると、開口部と炉口扉との間に隙間ができる。この隙間を介して、加熱槽内の熱気が外部に漏れ出し、加熱槽内に外気が流入することで、加熱槽内の温度分布が不均一になるとともに、熱損失が大きくなる問題がある。開口部の内周面に配置された金属板及び炉口扉の裏側面に配置された金属板にも同様の熱変形を生じる可能性があり、これらの熱変形によっても同様の問題を生じる。
この問題を解消すべく、開口部に補強材を配置すると、装置の大型化やコストの高騰を招く。また、加熱処理時に変形した加熱槽の前面の形状に合せて炉口扉を変形させておくことも考えられるが、炉口扉の設計や調整作業が複雑になる。
この発明の目的は、加熱槽の内壁面のうち少なくとも前面を構成する金属板にバイメタルを用いることで、装置の大型化やコストの高騰及び設計や調整作業の複雑化を伴うことなく、加熱槽の前面における厚さ方向の熱変形を防止することができ、加熱槽内の温度分布の均一化、熱損失の低減化を実現できる加熱装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、この発明の加熱装置は、第１の金属板を備えている。第１の金属板は、加熱槽の内周面のうちで少なくとも開口部を有する面に配置され、互いに線膨張率の異なる外面側材料と内面側材料とを接合したバイメタルであって外面側材料を加熱槽の外側に対向させて配置するとともに内側面材料を加熱槽の内側に対向させて配置したバイメタルである。第１の金属板において外面側材料の線膨張率が内面側材料の線膨張率よりも大くされている。
加熱槽は、内部を所定の処理温度に保持され、開口部を経由して板状の被処理物が１枚ずつ搬入出される。この開口部が形成されている内壁面では、内面側と外面側との間に温度差を生じている。開口部が形成されている内壁面は、外面側材料と内面側材料とを接合したバイメタルで構成されており、内面側材料よりも低温の外面側材料の線膨張率は内面側材料の線膨張率よりも大きくされている。
外面側材料の線膨張率及び内面側材料の線膨張率を被処理物の加熱処理時に開口部を有する内壁面に配置された金属板の外面側と内面側との間に生じる温度勾配に基づいて決定することで、外面側材料の膨張量と内面側材料の膨張量とが略一致する。これによって、被処理物の加熱処理中に内壁面が厚さ方向に変形することがない。
開口部の内周面を構成する金属板も、外面側材料を加熱槽の外側に対向させて配置するとともに内側面材料を加熱槽の内側に対向させて配置したバイメタルであって、外面側材料の線膨張率が内面側材料の線膨張率よりも大きいバイメタルで構成してもよい。
外面側材料の線膨張率及び内面側材料の線膨張率を被処理物の加熱処理時に開口部の内周面に配置された金属板の外面側と内面側との間に生じる温度勾配に基づいて決定することで、外面側材料の膨張量と内面側材料の膨張量とが略一致する。これによって、被処理物の加熱処理時に開口部の内周面が内壁面の厚さ方向に変形することがない。
開口部を開閉する炉口扉の内側面も、外面側材料を加熱槽の外側に対向させて配置するとともに内側面材料を加熱槽の内側に対向させて配置したバイメタルであって、外面側材料の線膨張率が内面側材料の線膨張率よりも大きいバイメタルで構成してもよい。
外面側材料の線膨張率及び内面側材料の線膨張率を被処理物の加熱処理時に炉口扉の内側面に配置された金属板の外面側と内面側との間に生じる温度勾配に基づいて決定することで、外面側材料の膨張量と内面側材料の膨張量とが略一致する。これによって、被処理物の加熱処理中に炉口扉が厚さ方向に変形することがない。
この発明の加熱装置によれば、加熱槽の内壁面のうち少なくとも開口部が形成されている面を構成する金属板に外面側材料の線膨張率が内面側材料の線膨張率よりも大きいバイメタルを用いることで、装置の大型化やコストの高騰及び設計や調整作業の複雑化を伴うことなく、加熱槽の前面における厚さ方向の熱変形を防止することができる。これによって、加熱槽内の温度分布の均一化、熱損失の低減化を実現できる。
図１は、この発明の加熱装置の実施形態に係る枚葉式加熱装置１０の概略の構成を示す外観図である。また、図２は、枚葉式加熱装置１０の側面断面図である。枚葉式加熱装置１０は、中空直方体形状を呈する加熱槽１を備えている。加熱槽１は、前面側に開口部２が形成されている。開口部２は、炉口扉３によって開閉自在にされている。炉口扉３は、上下に複数に分割された短冊状の部材によって構成されている。加熱槽１の内部には、複数枚のガラス基板等の板状の被処理物２０がそれぞれの間に間隔を設けて積層して収納される。炉口扉３と加熱槽１の前面との間に、シール部材７が配置されている。シール部材７は、加熱槽１の前面における開口部２の周縁部に沿って取り付けられている。
加熱槽１の内部は、被処理物２０の加熱処理中に、例えば２２０℃〜２３０℃程度の所定の処理温度に保持される。被処理物２０は、加熱槽１内に開口部２を経由して搬入出される。被処理物２０の搬入出時には、炉口扉３の複数の部材のうち、被加熱槽１内の被処理物２０を搬入出すべき上下方向の位置に対向する部材及びこれより上方の部材を上方に移動させる。開口部２の開放面積を小さくすることで、加熱槽１の内部温度の変動を抑制している。
なお、図１に示す例では、炉口扉３は５個の部材によって構成されているが、この個数に限るものではない。
枚葉式加熱装置１０は、６面体の内壁面を構成する前面部材４１、上面部材４２、底面部材４３、左側面部材４４、右側面部材４５（図２には現れない。）及び背面部材４６の外側に断熱材５を配置している。前面部材４１、上面部材４２、底面部材４３、左側面部材４４、右側面部材４５及び背面部材４６のそれぞれは、金属板で構成されている。上面部材４２、底面部材４３、左側面部材４４、右側面部材４５及び背面部材４６のそれぞれは、例えばＳＵＳ４３０又はＳＵＳ３０４等の単一組成の板材で構成されている。断熱材５の外側には、さらに金属板で構成された外壁６が配置されている。前面部材４１には開口部２に対向する位置に開口４７が形成されている。開口部２には、断熱材５は配置されていない。
矩形の開口部２の内周面には、上面部材２１、底面部材２２、左側面部材２３及び右側面部材２４（図２には現れない。）が配置されている。上面部材２１、底面部材２２、左側面部材２３及び右側面部材２４のそれぞれは、金属板で構成されている。開口部２の外側に位置する炉口扉３の内側面には、金属板で構成された内面部材３１が配置されている。
加熱槽１の内部に被処理物２０を搬入出する際に開口部２が開放されると、加熱槽１の開口部２の近傍が外気に晒される。このため、開口部２に近接した前面部材４１の全体の温度が低下する。
被処理物２０の搬入出後に開口部２が閉鎖されると、前面部材４１はその内面側から加熱温度に昇温される。このとき、内面側から外面側までの全体が一様に昇温されるわけではなく、前面部材４１の内面側と外面側との間に温度勾配を生じ、内面側は外面側より高温になる。
図３（Ａ）は、枚葉式加熱装置１０の加熱槽１の前面部材４１における要部の拡大断面図である。加熱槽１の内壁面の前面部材４１は、１．２ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の厚さであり、高熱膨張材料の外面側材料４１１と低熱膨張材料の内面側材料４１２とを接合したバイメタルで構成されている。一例として、外面側材料４１１はＳＵＳ３０４であり、内面側材料４１２はＳＵＳ４３０である。前面部材４１は、この発明の第１の金属板である。
断熱材５は、例えばロックウール又はセラミックファイバで構成されている。外壁６は、例えばＳＵＳ４３０の板材で構成されている。
図３（Ｂ）に示すように、前面部材４１に代えて単一の材料の金属板からなる前面部材４１Ａを備えた場合、内面側と外面側との間の温度勾配によって内面側の膨張量と外面側の膨張量とに大きな差ができる。前面部材４１Ａは、図中二点鎖線で示すように、厚さ方向に変形する。この変形により、開口部２の周縁部と炉口扉３との間に隙間ができ、炉口扉３が開口部２を閉鎖している状態でも加熱槽１内の熱気が漏出し、外気が加熱槽１内に流入する。
これに対して、前面部材４１は、低温側となる外面側に高熱膨張材料を配したバイメタルで構成されている。内面側を高温側にして外面側との間に温度勾配を生じた場合にも、内面側の膨張量と外面側の膨張量とに大きな差を生じることがなく、前面部材４１は、厚さ方向に大きな変形を生じることがない。
特に、開口部２の開閉によって前面部材４１の前面側と背面側との間に生じる温度勾配での外面側材料４１１の膨張量と内面側材料４１２の膨張量とが略同一となるように、外面側材料４１１及び内面側材料４１２の材質を選択することで、前面部材４１の厚さ方向の変形を完全に防止できる。炉口扉３が開口部２を閉鎖している状態では、加熱槽１内の熱気が漏出したり外気が加熱槽１内に流入することがない。加熱槽１内の温度分布を均一に維持することができ、熱損失の低減化を実現できる。
図４は、加熱槽１における開口部２の下面部分の拡大断面図である。開口部２の内周面の下面部材２２は、高熱膨張材料の外面側材料２２１と低熱膨張材料の内面側材料２２２とを接合したバイメタルで構成されている。一例として、外面側材料２２１はＳＵＳ３０４であり、内面側材料２２２はＳＵＳ４３０である。前面部材４１は、低温側となる外面側に高熱膨張材料を配したバイメタルで構成されている。
開口部２の開閉によって内面側を高温側にして外面側との間に温度勾配を生じた場合にも、下面部材２２は、内面側の膨張量と外面側の膨張量とに大きな差を生じることがなく、開口部２の前後方向に大きな変形を生じることがない。
開口部２の内周面の上面部材２１、左側面部材２３及び右側面部材２４も下面部材２２と同様に構成されている。上面部材２１、下面部材２２、左側面部材２３及び右側面部材２４は、この発明の第２の金属板である。開口部２の開閉によって内面側を高温側にして外面側との間に温度勾配を生じた場合にも、開口部２の内周面の全体に大きな変形を生じることがない。炉口扉３が開口部２を閉鎖している状態では、加熱槽１内の熱気が漏出したり外気が加熱槽１内に流入することがない。加熱槽１内の温度分布を均一に維持することができ、熱損失の低減化を実現できる。
炉口扉３の加熱槽１側の面に配置されている内面部材３１を、この発明の第３の金属板として、高熱膨張材料の外面側材料３１１と低熱膨張材料の内面側材料３１２とを接合したバイメタルで構成してもよい。被処理物２０の搬入出時に開口部２を開閉した際に内面部材３１の外面側と内面側とに温度勾配を生じた場合にも、内面部材３１及び炉口扉３の厚さ方向の変形を防止することができる。シール部材７によるシール性が維持され、加熱槽１内の温度分布をより均一に維持することができ、熱損失をさらに低減できる。
また、加熱槽１の内壁面を構成する上面部材４２、底面部材４３、左側面部材４４、右側面部材４５及び背面部材４６の一部又は全部を、前面部材４１と同様のバイメタルで構成することもできる。
１ 加熱槽
２ 開口部
３ 炉口扉
５ 断熱材
５ ボート
６ 外壁
７ シール部材
４１ 前面部材
４１１ 外面側材料
４１２ 内面側材料
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４１１ 外面側材料
４１２ 内面側材料
Claims (3)
- 所定の処理温度に保持された加熱槽の内部に開口部を経由して板状の被処理物が搬入出される加熱装置であって、
前記加熱槽の内壁面を金属板で構成し、前記金属板のうち少なくとも前記開口部を有する面に配置された第１の金属板が互いに線膨張率の異なる外面側材料と内面側材料とを接合したバイメタルであって前記外面側材料を前記加熱槽の外側に対向させて配置するとともに前記内側面材料を前記加熱槽の内側に対向させて配置したバイメタルであり、前記第１の金属板において前記外面側材料の線膨張率が前記内面側材料の線膨張率よりも大きいことを特徴とする加熱装置。 - 前記開口部の内周面を構成する第２の金属板であって、互いに線膨張率の異なる外面側材料と内面側材料とを接合したバイメタルであって前記外面側材料を前記加熱槽の外側に対向させて配置するとともに前記内側面材料を前記加熱槽の内側に対向させて配置したバイメタルからなる第２の金属板をさらに備え、前記第２の金属板において前記外面側材料の線膨張率が前記内面側材料の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
- 前記開口部を開閉する炉口扉であって、内側面を第３の金属板で構成した炉口扉をさらに備え、前記第３の金属板が互いに線膨張率の異なる外面側材料と内面側材料とを接合したバイメタルであって前記外面側材料を前記加熱槽の外側に対向させて配置するとともに前記内側面材料を前記加熱槽の内側に対向させて配置したバイメタルからなり、前記第３の金属板において前記外面側材料の線膨張率が前記内面側材料の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
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