JP5569999B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶パネル用ガラス基板のような平板状ワークの搬入時および排出時に開閉する扉が炉体に設けられた熱処理装置に関する。

熱処理装置において、炉体の内部の温度分布を所望の状態に保つために、炉体の遮熱性および密閉性を高めることが重要である。また、炉体に扉が設けられている場合、扉を解放している期間に炉体の内部から外部へ漏れる熱量を抑えたり、炉体と扉との間に熱漏れを生じさせる隙間が形成されないようにしたりする工夫が重要であると言える。

そこで、炉体に扉が設けられた従来の熱処理装置の中には、多段に構成した複数の熱処理部にそれぞれ対応する複数の水平方向に長い扉を設け、対応する熱処理部に対してワークが搬入または搬出される時にのみ扉を開閉するように構成されるものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。この熱処理装置のように、複数の扉のうちの一部を限定的に開放する構成であれば、扉開放時に炉体の内側から外側へ漏れる熱量を低く抑えることが可能であるように思われる。
特開２００１−１２８５６号公報

しかしながら、近年、平板状ワークの大型化に伴って、扉（特に、その水平方向の長さ）も大型化する傾向があり、この扉の大型化が原因で炉体と扉との間に熱漏れを生じさせる隙間が発生し易くなっている。例えば、扉が大型化すると、炉体の内側と外側との温度差によって扉が湾曲した場合の最大撓み量が許容範囲を超えるほどに大きくなることがあり、最大撓みが発生している領域の近傍において、扉と炉体との間に隙間が発生することがあった。

扉と炉体との間に隙間が発生すると、この隙間から熱気が漏れ、また、熱気が漏れた分だけ外気の吸い込みが発生するため、炉体の内部の温度分布が乱れ易い。

この発明の目的は、遮熱特性を低下させることなく大型化することが可能な扉を備えた熱処理装置を提供することである。

この発明に係る熱処理装置は、炉体、扉、および駆動ユニットを備える。炉体は、熱処理されるワークを収容するように構成される。

扉は、炉体に設けられ、断熱部およびフレーム部材を備える。断熱部は、炉体の内部および外部を熱的に遮断するように構成される。また、断熱部は、水平方向に長い扉の長さ方向に沿って連続して配置された複数の断熱部材を有する。フレーム部材は、複数の断熱部材の少なくとも一部が長さ方向で移動自在になるように断熱部を支持するように構成される。また、フレーム部材は、駆動ユニットに接続されるように構成される。

駆動ユニットは、炉体に対するワークの搬入時および排出時に、扉を開閉するように構成される。駆動ユニットの例としては、扉を水平軸のまわりに回動させる機構や、扉を上下方向（高さ方向）にスライドさせる機構が挙げられる。

この構成においては、断熱部が複数の断熱部材に分割されており、しかも、複数の断熱部材の一部または全部がフレーム部材に対して移動自在にされている。このため、各断熱部材が熱膨張する場合に、各断熱部材がフレーム部材に対して自在に移動することによって、各断熱部材の伸び分が吸収される。また、炉体の内部および外部の温度差によって断熱部が湾曲する場合でも、各断熱部材が独立して湾曲するため、断熱部を一体的に構成する場合に比較して、断熱部の最大撓み量を小さく抑えることが可能になる。この結果、水平方向に長い扉が大型化する場合であっても、扉の大型化に比例して断熱部の最大撓み量が増加することがない。よって、水平方向に長い扉が大型化する場合であっても扉と炉体との間に隙間が発生しにくいため、扉の遮熱性が劣化することがない。

さらに、断熱部がフレーム部材に固定されないため、断熱部がフレーム部材に固定される構成に比較すると、断熱部で発生する熱応力がフレーム部材に伝達されにくいため、断熱部が変形した場合でもフレーム部材は元の形状を維持することが可能になる。

本発明によれば、平板状ワークの熱処理装置の炉体の水平方向に長い扉について、遮熱特性を低下させることなく大型化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、本発明の適用範囲は、赤外線ヒータを用いたものに限定されるものではなく、熱風循環加熱方式やホットプレート加熱式等の他の加熱方式の熱処理装置にも本発明を適用することが可能である。

図１に示すように、ＩＲ炉１０は、熱処理されるべきワーク１５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辺の長さが約３ｍの基板をワーク１５として用いているが、ワーク１５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は、ＩＲ炉１０の動作を統括的に制御するように構成される。

炉体１２の内部には、複数の熱処理部１４が設けられる。各熱処理部１４は、ワーク１５を設定温度で加熱するように構成されたヒータユニット１８を備える。また、各熱処理部１４の前面側には、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、ワーク１５の通過時に開閉するように構成された水平方向に長い扉２０が設けられる。扉２０は、各熱処理部１４に対応するように複数設けられており、対応する熱処理部１４に対してワークが搬入される時、および対応する熱処理部１４からワークが搬出される時に開くように構成されている。

扉２０は、図２（Ｂ）に示すように、シャッタ２６、メインフレーム２２、駆動ユニット２８を備える。シャッタ２６は、炉体１２の内部と外部とを熱的に遮断するように構成される。また、シャッタ２６は、後述するように、長さ方向で複数の部材に分割されるように構成されている。メインフレーム２２は、シャッタ２６を支持するように構成されており、扉２０の強度を確保するための機能を有する。ここでは、シャッタ２６の構成として鋼板製の容器と、その容器の内部に収納されたセラミックファイバ製の断熱材とを備える構成が採用され、メインフレーム２２の素材としてアルミニウムが採用されているが、シャッタ２６およびメインフレーム２２の素材はこれらに限定されるものではない。

駆動ユニット２８は、メインフレーム２２に連結具２４を介して固定される。また、駆動ユニット２８は、図２（Ｃ）に示すように、アーム２８５を介してメインフレーム２２に接続されるとともに水平方向に配置された回転軸２８０を回転駆動するように構成される。回転軸２８０は、開口部の近傍の所定位置に配置された扉支持体２８２に設けられた軸受２８４に支持されており、カップリング２８６を介してロータリーアクチュエータ２８８に接続されている。この構成において、ロータリーアクチュエータ２８８が約９０度回転することにより、図２（Ｂ）に示すように扉２０が開閉動作を行う。

なお、この実施形態では、扉を回転させる構成を採用しているが、扉を上下方向（高さ方向）にスライドさせる構成であっても本発明を適用することが可能である。

続いて、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて、メインフレーム２２およびシャッタ２６の構成を説明する。

シャッタ２６は、炉体１２との間に介在するように設けられたパッキン２５等のシール部材を有する。シャッタ２６は、長さ方向に沿って連続して配列された断熱性を有する複数のシャッタ片２６２から構成されている。この実施形態では、シャッタ２６が６つのシャッタ片２６２から構成されているが、シャッタ片２６２の数は６つに限定されるものではない。

メインフレーム２２は、シャッタ２６の熱膨張を考慮して、シャッタ２６よりもわずかに長くなるように設計されている。さらに、メインフレーム２２は、各シャッタ片２６２を長さ方向に移動自在に支持するように構成される。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて、各シャッタ片２６２をメインフレーム２２に対して自在に移動（典型例として、スライド）させるための構成の一例を説明する。図４（Ａ）は、メインフレーム２２およびシャッタ片２６２の側断面図であり、図４（Ｂ）は、メインフレーム２２およびシャッタ片２６２の平面図である。

各シャッタ片２６２には、断面視Ｌ字状を呈するブラケット２６４が固定されており、このブラケット２６４にピン２６６がフローティング機構（例えば、扉２０の長さ方向に沿ってブラケット２６４に形成された長孔と、その長孔に沿って移動するピン２６６との組み合わせ）を介して固定されている。ここでは、各シャッタ片２６２の長さ方向の略中央にブラケット２６４を設ける構成を示しているが、ブラケット２６４は各シャッタ片２６２の両端部に設けることも可能であり、ブラケット２６４の位置や個数は任意に決めることが可能である。

一方で、メインフレーム２２の所定の位置には、ピン２６６が嵌りこみ固定されるように構成された溝２２２が長さ方向に沿って設けられている。この実施形態では、シャッタ２６の中央に位置する２つのシャッタ片２６２をメインフレーム２２に固定しているが、この構成には限定されない。

なお、各シャッタ片２６２をメインフレーム２２に対して自在に移動させるための構成は、この実施形態で用いている構成には限定されない。例えば、ブラケット２６４とピン２６６との間のフローティング機構に代えて、溝２２２に沿って各シャッタ片２６２を移動させる構成を採用することも可能である。

以上の構成によれば、各シャッタ片２６２が熱膨張した場合に、各シャッタ片２６２が上記フローティング機構を介して扉２０の長さ方向に沿って自在に移動することによって、伸びた分が吸収される。また、炉体１２の内部および外部の温度差によってシャッタ２６が湾曲する場合に、各シャッタ片２６２が個々に変形するため、シャッタ２６の最大撓み量（図５（Ａ）の矢印４０参照。）が、一体的に構成された従来のシャッタ３０の最大撓み量（図５（Ｂ）の矢印５０参照。）に比較して著しく小さくなる。

この結果、シャッタ２６の最大撓み量（図５（Ａ）の矢印４０参照。）を、炉体１２と扉２０との間のパッキン２５のつぶし代（例：２ｍｍ程度）よりも小さく抑えることが可能になるため、シャッタ２６が多少湾曲する場合であっても扉２０の遮熱性が劣化することがない。このように、シャッタ２６が変形しても炉体１２と扉２０との間に隙間が生じないため、雰囲気漏れや、それに伴って起こる昇華物の付着を抑えることが可能になり、また、炉内温度分布の精度を向上することが可能になる。

さらに、上述の構成において、熱膨張により各シャッタ片２６２が可動域（長孔の寸法）内でランダムに変位する可能性を排除するため、各シャッタ片２６２に対して所定の方向に力を加える付勢機構（例、スプリング等）を扉２０に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熱処理装置の概略を示す図である。 扉の構成の概略を示す図である。 メインフレームおよびシャッタの構成を示す図である。 メインフレームに対してシャッタをスライドさせる構成の一例を示す図である。 シャッタが撓む（湾曲する）状態を示す概略説明図である。

符号の説明

１０−ＩＲ炉
２０−扉
２２−メインフレーム
２４−連結具
２５−パッキン
２６−シャッタ
２８−駆動ユニット
２２２−溝
２６２−シャッタ片
２６４−ブラケット
２６６−ピン

Claims (2)

1. 板状のワークを水平に配置した状態で熱処理する熱処理部を設けた炉体と、
   前記熱処理部の前面を開閉する扉であって、水平方向を長さ方向として前記炉体に設けられた扉と、
   前記炉体に対するワークの搬入時および排出時に前記熱処理部の前面を前記扉が開閉するように、前記扉を駆動して前記扉を開位置または閉位置に移動させる駆動ユニットと、
   を備えた熱処理装置であって、
   前記扉は、
   該扉が前記閉位置にあるときには前記熱処理部の前面で前記炉体の内部および外部を熱的に遮断し、該扉が前記開位置にあるときには前記熱処理部の前面から移動して前記熱処理部の前面を開放するシャッタであって、前記扉の長さ方向に沿って連続して配置された複数のシャッタ片を有するシャッタと、
   前記複数のシャッタ片の熱膨張に伴って、前記複数のシャッタ片が前記長さ方向に移動するように前記複数のシャッタ片を支持し、かつ、前記扉の長さ方向に延びて前記複数のシャッタ片を覆うメインフレームであって、前記シャッタとともに前記開位置または前記閉位置に移動するように前記駆動ユニットに接続されて駆動されるメインフレームと、
   を備えた熱処理装置。
2. 前記メインフレームは、前記長さ方向に沿って形成された案内部を有し、かつ、
   前記複数のシャッタ片の少なくとも一部を、前記案内部に沿って移動自在にするフローティング機構を備えた
   請求項１に記載の熱処理装置。

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