JP6204026B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、高周波加熱装置に関し、より詳細には、基板を高周波加熱する高周波加熱装置に関する。

ガラス素材は、太陽電池のカバー、薄膜液晶表示装置（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ‐ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ， ＴＦＴ‐ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）、有機ＥＬ（ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）等といった平板ディスプレイ、各種モバイル電子機器のカバー等、多様な産業分野における使用が急増しており、これに伴い、ガラス素材の軽量化および薄型化が要求されている。

しかし、ガラス素材の特性である大きな脆性により、ガラスの軽量化および薄型化に伴う安定性の確保が問題とされ、これにより、ガラスの安定性を確保するために多様な強化方法が研究されている。

従来のガラス強化技術としては、ガラスの表面と水溶液（溶融塩）との間のイオン交換による化学強化技術と、ガラスの熱処理を通じた熱強化技術とがある。

化学強化は、ガラスと水溶液間のイオン交換に必要な工程時間、ガラスのサイズ、および水溶液の再活用（汚染および濃度制御）等の側面において活用価値が劣るという短所を有する。

一方、熱強化は、高温の水平炉に板ガラスを移動させながら昇温およびクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）してガラスを強化するものであり、二重高周波を利用した熱強化は、体積加熱による熱処理効果の増加および急速加熱が可能であるという長所のため、産業に適用するための多様な努力がなされている。

しかし、大面積の板ガラスを従来の高周波技術を適用して熱処理する場合、単一高周波発生器を使用すると、チャンバ内部の電界分布制御が難しく、昇温速度が低いという短所があり、複数の高周波発生器を使用すると、昇温速度はある程度向上するが、高周波発生器間の相互干渉による電界集中によってガラスの局部加熱現象が発生し、加熱効率が低下するという問題が発生する。

図１は、従来の複数個の高周波発生器が具備された高周波加熱装置によって板ガラスを熱処理した後の、板ガラスの電界分布（ａ）および温度分布（ｂ）を分析した写真である。図１の（ａ）の肌色部分は電界が未形成の部分を示し、図１の（ｂ）の青色の領域は低い温度を、赤色の領域は高い温度を示す。すなわち、熱処理された板ガラスのコーナー部の領域は、電界が形成されず、加熱されていないことが分かり、また、板ガラスの局部領域は、干渉による集中加熱によってホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）が形成されていることが分かる。

すなわち、単一高周波発生器を利用した高周波加熱の場合には、昇温速度が低いという問題があり、また、複数個の高周波発生器を利用した高周波加熱の場合には、昇温速度は一部向上するものの、高周波発生器から発生した高周波間の相互干渉および電界集中による局部加熱現象等が発生するという問題点を有する。

本発明は、上述したところのような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、基板の急速加熱が可能であり、かつ局部加熱現象を抑制することができる高周波加熱装置を提供することである。

このために、本発明は、基板を高周波加熱する高周波発生器を含む高周波加熱装置において、前記基板と前記高周波発生器との間の間隔がｎ／２＊λであることを特徴とする高周波加熱装置（ここで、ｎ＝１〜６の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）を提供する。

また、本発明は、基板を高周波加熱する複数の高周波発生器を含む高周波加熱装置において、前記複数の高周波発生器は、それぞれｎ／２＊λの間隔を有して配置されることを特徴とする高周波加熱装置（ここで、ｎ＝１〜１２の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）を提供する。

そして、前記高周波加熱装置は、前記高周波発生器で発生した高周波を前記基板に反射させる反射部をさらに含んでよい。

ここで、前記反射部は、相互離隔された高周波発生器の間を区画する第１反射部を含んでよい。

また、前記反射部は、前記高周波発生器の左側および右側のうち少なくとも１側の箇所に設置される第２反射部を含んでよい。

そして、前記反射部は、前記基板の上部および下部のうち少なくとも１側の箇所に設置される第３反射部を含んでよく、前記第３反射部は、その主平面が前記基板の主平面と対向するように形成されてよい。

また、前記反射部に、多数の孔が形成されてよい。

本発明によれば、基板の昇温速度および高周波加熱装置のエネルギー効率を向上させることができる。

また、反射部が高周波を反射することで、各高周波発生器が発生させる高周波間の干渉を抑制することにより、電界集中による基板の局部加熱現象を防止し、高周波加熱効率を向上させることができる。

また、基板の全領域にわたって均一な電界が形成されるようにして、基板を全領域にわたって均質に加熱することができる。

従来の複数個の高周波発生器が具備された高周波加熱装置によって板ガラスを熱処理した後の、板ガラスの電界分布（ａ）および温度分布（ｂ）を分析した写真である。 本発明の一実施例に係る高周波加熱装置の概略的な平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 本発明の他の実施例に係る高周波加熱装置の概略的な平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 本発明の他の実施例に係る高周波加熱装置の概略的な平面図である。 本発明の他の実施例に係る高周波加熱装置の概略的な側面図である。 本発明の一実施例に係る反射部の概略的な構成図である。 本発明の一実施例に係る高周波加熱装置によってガラスを加熱した後に測定した電界分布分析写真（ａ）および温度分布分析写真（ｂ）である。 本発明の一実施例に係る高周波加熱装置に板ガラスを搬送させた後の、板ガラスの表面温度を測定したグラフである。

以下においては、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る高周波加熱装置について詳細に説明する。

なお、本発明を説明するにあたり、関連する公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明については省略する。

また、以下において、前後方向とは基板の搬送方向と定義し、左右方向とは基板の搬送方向を横切る方向と定義する。

図２は、本発明の一実施例に係る高周波加熱装置の概略的な平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。

図２を参照すると、本発明に係る高周波加熱装置は、高周波発生器２００と基板１００との間の間隔がｎ／２＊λ（ここで、ｎ＝１〜６の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）であることを特徴とする。

高周波発生器２００は、高周波を発生させて基板内部のイオンを振動させることにより基板１００を加熱する。高周波発生器２００は、０．９８ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの高周波を発生させてよく、好ましくは、２．４ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚの高周波を発生させるものであってよい。

基板１００は、高周波発生器２００によって加熱される基材であって、多様な厚さの板ガラスであってよい。

高周波発生器２００と基板１００との間の間隔（丸数字１）は、ｎ／２＊λ（ｎ＝１〜６の自然数）であり、好ましくは、λの間隔を有するものであってよい。

また、本発明に係る高周波加熱装置は、基板１００を高温および急速加熱するために、高周波発生器２００を複数個具備してよい。

このとき、各高周波発生器２１０，２２０，２３０は、ｎ／２＊λ（ｎ＝１〜１２の自然数）の間隔（丸数字２）を有するように配置され、好ましくは、２λの間隔を有するように配置されるものであってよい。

ここで、複数の高周波発生器２１０，２２０，２３０は、前後方向に沿って一列に配置されてよい。

このように、高周波発生器２００と基板１００との間の間隔および／または各高周波発生器２１０，２２０，２３０との間の間隔を制御することにより、高周波加熱装置による基板の高周波加熱効率を向上させることができる。また、高周波発生器が複数個の場合、各高周波発生器で発生された高周波間の干渉を抑制して、電界集中による基板の局部加熱現象を防止することができる。

図３は、本発明の他の実施例に係る高周波加熱装置の概略的な平面図（ａ）および側面図（ｂ）であり、図４は、本発明の他の実施例に係る高周波加熱装置の概略的な平面図である。

図３および図４を参照すると、本発明に係る高周波加熱装置は、高周波発生器で発生された高周波を基板に反射する反射部３００をさらに含んでよい。

ここで、反射部３００は、高周波を反射することができる伝導性金属からなってよい。

反射部３００は、高周波発生器を前後左右から取り囲むように設置されてよく、また、基板１００を基準に、上部および下部にそれぞれ相互対応するように設置されてよい。反射部３００がこのように設置されることにより、高周波発生器２００から発生した高周波をより効率的に反射させることができる。

このように、反射部３００が、高周波発生器２００から発生された高周波を基板１００に反射して、高周波を多重散乱（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）させることにより、基板１００の全領域にわたって均一な電界が形成されるようにして、基板１００のコーナー部を含む全領域にわたって均質に加熱することができる。また、基板１００の昇温速度を向上させ、高周波加熱装置のエネルギー効率を向上させる。

また、本発明に係る高周波発生装置が複数の高周波発生器を具備する場合、反射部３００は、複数の高周波発生器２１０，２２０，２３０を少なくとも一つずつ区画してよい。

このとき、反射部３００は、相互離隔された各高周波発生器２１０，２２０，２３０の間を区画する第１反射部３１１，３１２を含んでよい。

ここで、第１反射部３１１，３１２は、前後方向に相互離隔された高周波発生器の間を区画するものであってよく、このとき、第１反射部３１１，３１２は、左右方向に延長されるように形成されてよい。

この場合、各高周波発生器２１０，２２０，２３０で発生した高周波間の干渉を効率的に遮断するために、各高周波発生器２１０，２２０，２３０と第１反射部３１１，３１２との間の間隔（丸数字３）は、ｎ／２＊λ（ここで、ｎ＝１〜１２の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）であることが好ましく、さらに好ましくは、２λの間隔を有するものであってよい。

そして、基板１００と第１反射部３１１，３１２との間の間隔（丸数字５）は、４ｃｍ以下、好ましくは、２ｃｍであってよい。

また、第１反射部３１１，３１２は、高周波発生器２４０，２５０，２６０が複数列配置される場合、高周波発生器２４０，２５０，２６０の列間を区画してよく、このとき、高周波発生器２４０，２５０，２６０の列は、左右方向に沿って形成されてよい。

このように、高周波発生器２４０，２５０，２６０の各列間に形成された第１反射部３１１，３１２は、各列で発生する高周波が相互干渉されることを遮断して電界が集中することを防止し、これにより基板１００が局部的に加熱される現象を抑制する。

本発明に係る反射部３００は、高周波発生器２００の左側および右側の少なくとも１側の箇所に設置される第２反射部３２１，３２２を含んでよい。

また、本発明に係る高周波加熱装置が少なくとも１つの列に配置された複数の高周波発生器２４０，２５０，２６０を具備する場合、第２反射部３２１，３２２は、高周波発生器の列の左側および右側のうち少なくとも１側の箇所に設置されてよい。

そして、第２反射部３２１，３２２は、前後方向に沿って延長されるように形成されてよい。

高周波発生器２００から発生した高周波を効率的に反射するために、高周波発生器と第２反射部３２１，３２２との間の間隔（丸数字４）は、２λ以下であることが好ましい。

また、本発明に係る反射部３００は、図５に示されたところのように、高周波をより効率的に反射するために、基板１００の上部および下部のうち少なくとも１側の箇所に設置される第３反射部３３１を含んでよく、このとき、第３反射部３３１は、その主平面が基板１００の主平面と対向するよう形成されてよい。

ここで、第３反射部３３１と基板１００との間の間隔（丸数字６）は、ｎ／２＊λ（ｎ＝１〜６の自然数）であってよく、好ましくは、λであってよい。

そして、本発明に係る反射部３００には、空気の対流（ａｉｒ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ）を円滑にして加熱効率を高めるために、図６に示されたところのように、多数の孔が形成されてよい。孔径は、高周波が反射されずに孔を介して反射部外部に抜け出ていくことを防止するために、３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍであってよい。

図７は、本発明の一実施例により２列の高周波発生器および反射部を具備した高周波加熱装置によってガラスを加熱した後に測定した、電界分布分析写真（ａ）および温度分布分析写真（ｂ）である。図７に示されたところのように、２列の高周波発生器を具備した高周波加熱装置によってガラスを加熱しても、反射部が各列間の高周波の干渉を遮断することにより、一列の高周波発生器を具備した高周波加熱装置と同一の電界分布を有するようにし、基板を均質に加熱することが分かる。

図８は、複数列の高周波発生器および反射部を具備した高周波加熱装置により６５０℃に加熱された１６００ｍｍの幅を有する板ガラスを搬送させた後の、板ガラスの表面温度を測定したグラフである。

図８に示されたところのように、本発明に係る高周波加熱装置によって加熱された板ガラスの表面温度は、その温度分布が７００℃±１０℃であって、非常に均質に加熱されていることが分かる。

また、本発明に係る高周波加熱装置は、基板の加熱のために、高周波発生器の他にヒーター（図示せず）をさらに含んでよい。

ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）は、電気抵抗による熱を介して基板を基板外部から内部に加熱し、高周波発生器は、高周波によって基板のイオンを振動させて、これによる摩擦熱により基板の内・外部全体を加熱させることにより、より効率的に基板を加熱することができる。

以上のように、本発明は限定された実施例と図面によって説明されているが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、これらの記載から多様な修正および変形が可能である。

それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。

１００：基板
２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０：高周波発生器
３００：反射部
３１１，３１２：第１反射部
３２１，３２２：第２反射部
３３１：第３反射部

Claims (19)

1. 基板を高周波加熱する高周波発生器を含む高周波加熱装置において、
   前記基板と前記高周波発生器との間の間隔が（ｎ／２）＊λであり（ここで、ｎ＝１〜６の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）、
   前記高周波発生器で発生した高周波を前記基板に反射させる反射部をさらに含み、
   前記反射部に、多数の孔が形成されていることを特徴とする高周波加熱装置。
2. 前記高周波加熱装置は、
   前記高周波発生器を複数個具備することを特徴とする、請求項１に記載の高周波加熱装置。
3. 前記複数の高周波発生器は、それぞれ（ｎ／２）＊λ（ｎ＝１〜１２の自然数）の間隔を有して配置されることを特徴とする、請求項２に記載の高周波加熱装置。
4. 基板を高周波加熱する複数の高周波発生器を含む高周波加熱装置において、
   前記複数の高周波発生器は、それぞれ（ｎ／２）＊λの間隔を有して配置され（ここで、ｎ＝１〜１２の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）、
   前記高周波発生器で発生した高周波を前記基板に反射させる反射部をさらに含み、
   前記反射部に、多数の孔が形成されていることを特徴とする高周波加熱装置。
5. 前記高周波加熱装置は、
   前記高周波発生器で発生した高周波を前記基板に反射させる反射部を含み、
   前記反射部は、前記複数の高周波発生器を少なくとも１つずつ区画することを特徴とする、請求項２または４に記載の高周波加熱装置。
6. 前記反射部は、相互離隔された高周波発生器の間を区画する第１反射部を含むことを特徴とする、請求項５に記載の高周波加熱装置。
7. 前記第１反射部は、前後方向に相互離隔された高周波発生器の間を区画することを特徴とする、請求項６に記載の高周波加熱装置。
   （ここで、前記前後方向とは、前記基板の搬送方向である。）
8. 前記複数の高周波発生器は、複数の列に配置され、
   前記第１反射部は、前記高周波発生器の列間を区画することを特徴とする、請求項６に記載の高周波加熱装置。
9. 前記高周波発生器と前記第１反射部との間の間隔は、（ｎ／２）＊λであることを特徴とする、請求項６に記載の高周波加熱装置。
   （ここで、ｎ＝１〜１２の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）
10. 前記基板と前記第１反射部との間の間隔は、４ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の高周波加熱装置。
11. 前記反射部は、前記高周波発生器の左側および右側のうち少なくとも１側の箇所に設置される第２反射部を含むことを特徴とする、請求項１または請求項４に記載の高周波加熱装置。
    （ここで、左右方向とは、前記基板の搬送方向を横切る方向である。）
12. 前記高周波発生器と前記第２反射部との間の間隔は、２λ以下であることを特徴とする、請求項１１に記載の高周波加熱装置。
    （ここで、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）
13. 前記複数の高周波発生器は、少なくとも１つの列に配置され、
    前記反射部は、前記高周波発生器の列の左側および右側のうち少なくとも１側の箇所に設置される第２反射部を含むことを特徴とする、請求項５に記載の高周波加熱装置。
    （ここで、左右方向とは、前記基板の搬送方向を横切る方向である。）
14. 前記高周波発生器と前記第２反射部との間の間隔は、２λ以下であることを特徴とする、請求項１３に記載の高周波加熱装置。
    （ここで、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）
15. 前記反射部は、前記基板の上部および下部のうち少なくとも１側の箇所に設置される第３反射部を含み、前記第３反射部は、その主平面が前記基板の主平面と対向するように形成されることを特徴とする、請求項１または請求項４に記載の高周波加熱装置。
16. 前記第３反射部と前記基板との間の間隔は、（ｎ／２）＊λであることを特徴とする、請求項１５に記載の高周波加熱装置。
    （ここで、ｎ＝１〜６の自然数であり、λは、高周波発生器が発生させる高周波の波長である。）
17. 前記反射部は、前記高周波発生器を前後左右から取り囲むように設置されることを特徴とする、請求項１または請求項４に記載の高周波加熱装置。
    （ここで、前後方向とは、前記基板の搬送方向であり、左右方向とは、前記基板の搬送方向を横切る方向である。）
18. 前記反射部は、前記基板を基準に、上部および下部にそれぞれ相互対応するように設置されることを特徴とする、請求項１または請求項４に記載の高周波加熱装置。
19. 前記孔の直径は、３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または請求項４に記載の高周波加熱装置。