(57)【要約】【課題】  加熱板の構造を変更することによって、加熱板一枚当りの重量を削減し同時に電気容量を低減させ、大面積のＬＣＤ基板の熱処理や、ハードディスク用基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板等の被加熱物の熱処理に効果的に利用される大面積加熱板と、それを用いた熱処理装置を提供する。【解決手段】  平板状被加熱物を加熱する加熱板において、加熱板を発熱体、伝熱板および板状支持体で構成して大面積加熱板とすることにより、伝熱板の厚さを増大させることなく変形を防止することができ、加熱板一枚あたりの重量を削減し、同時に電気容量を低減させることができる。板状物を加熱する熱処理装置であって、加熱炉内に、加熱板間に板状物を配置するための間隙を開けて複数の加熱板が多段に取り付けられている熱処理装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状被加熱物を加熱する加熱板において、加熱板が発熱体、伝熱板および板状支持体で構成され、かつ、加熱板の上下面で異なる被加熱物を加熱することを特徴とする大面積加熱板。
【請求項２】
板状支持体が複数部材から組み上がった構造物であって、内部または外表面の一部に空間を持っている請求項１に記載の大面積加熱板。
【請求項３】
板状支持体が格子型構造物の上下面に各々平板を取付けた構造物である請求項１又は２に記載の大面積加熱板。
【請求項４】
板状支持体が、複数チャンネルを並列させて複数の並列溝を有する平板状のチャンネル体を２枚用意し、この２枚のチャンネル体を、互いの並列溝が直交するように上下に組み付けた構造物である請求項１又は２に記載の大面積加熱板。
【請求項５】
板状支持体がステンレス製である請求項１〜４のいずれかに記載の大面積加熱板。
【請求項６】
板状支持体がハニカム構造体の上下面に各々平板を取付けた構造物である請求項１又は２に記載の大面積加熱板。
【請求項７】
板状支持体がアルミニウム合金製である請求項６に記載の大面積加熱板。
【請求項８】
板状支持体の両面上に伝熱板を配置し、板状支持体と少なくとも一方の伝熱板との間に発熱体を配置し、配置された２枚の伝熱板の両露出面側からこれらをボルト締めして構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の大面積加熱板。
【請求項９】
板状物を加熱する熱処理装置であって、加熱炉と、少なくとも片面側に板状物を配置するための空間を残して加熱炉内に取り付けられた加熱板とを有し、加熱板が請求項１〜８のいずれかに記載の大面積加熱板であることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子（以下ＬＣＤと呼ぶ）用基板に代表される平板状の被加熱物を熱処理する加熱板およびそれを用いた熱処理装置に関し、特に大面積のＬＣＤ基板の熱処理や、ハードディスク用基板、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）用ガラス基板等の被加熱物の熱処理に効果的に利用される大面積加熱板および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面表示素子であるＬＣＤや有機薄膜表示素子などの製造にはガラス基板が用いられ。このガラス基板上には各種薄膜が形成されている。薄膜の形成過程では、乾燥や硬化などの各種熱処理工程があり、この目的のために熱風による方法と加熱板による方法で熱処理が行われてきた。このなかで温度精度が求められる工程では、温度精度が良い加熱板を用いた熱処理装置による方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。この熱処理装置は、加熱板を積み重ね加熱板と加熱板の間に被加熱物（以下加熱基板と呼ぶ）を挿入して加熱するものである。
【特許文献１】特開２００１−１２８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年平面表示素子が大型テレビジョン向けに開発されるに従い、ガラス基板の大型化が図られそれに伴い使用される熱処理装置も大きくなってきた。このためこの装置に使用される加熱板も大きくなってきた。加熱板の方式としては、所定の形状に成型したシースヒータを鋳型にいれ溶融した金属を流し込んで成形する鋳込み方式と、絶縁した板状のヒータの上下を伝熱板で挟みこむ方式（以下サンドイッチ方式と呼ぶ）がある。鋳込み方式は、鋳込み時に発生するボイドの問題と、鋳込み厚みを薄くできないなどの点から、最近はサンドイッチ方式の加熱板が比較的多く用いられるようになってきた。
【０００４】
特許文献１に開示されている装置などにおいては、加熱基板を上下より加熱するため加熱板の保持は加熱板の端部のみに限定される。このため、このサンドイッチ方式による加熱板においても、寸法の大型化に従い変形防止の点から加熱板厚みを厚くする必要が出てきている。その結果加熱板一枚当りの重量が増大して、それが使用電気容量を増大化させる問題を引き起こしてきた。そこで、本発明は上記問題に鑑みなされたもので、加熱板の構造を変更することによって、一枚当りの重量を削減し同時に電気容量の低減した大面積加熱板を作製し、合わせてそれを用いた熱処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の大面積加熱板と熱処理装置に関する。
（１）平板状被加熱物を加熱する加熱板において、加熱板が発熱体、伝熱板および板状支持体で構成され、かつ、加熱板の上下面で異なる被加熱物を加熱することを特徴とする大面積加熱板。
（２）板状支持体が複数部材から組み上がった構造物であって、内部または外表面の一部に空間を持っている（１）に記載の大面積加熱板。
（３）板状支持体が格子型構造物の上下面に各々平板を取付けた構造物である（１）又は（２）に記載の大面積加熱板。
【０００６】
（４）板状支持体が、複数チャンネルを並列させて複数の並列溝を有する平板状のチャンネル体を２枚用意し、この２枚のチャンネル体を、互いの並列溝が直交するように上下に組み付けた構造物である（１）又は（２）に記載の大面積加熱板。
（５）板状支持体がステンレス製である（１）〜（４）のいずれかに記載の大面積加熱板。
（６）板状支持体がハニカム構造体の上下面に各々平板を取付けた構造物である（１）又は（２）に記載の大面積加熱板。
（７）板状支持体がアルミニウム合金製である（６）に記載の大面積加熱板。
【０００７】
（８）板状支持体の両面上に伝熱板を配置し、板状支持体と少なくとも一方の伝熱板との間に発熱体を配置し、配置された２枚の伝熱板の両露出面側からこれらをボルト締めして構成されたものであることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の大面積加熱板。
（９）板状物を加熱する熱処理装置であって、加熱炉と、少なくとも片面側に板状物を配置するための空間を残して加熱炉内に取り付けられた加熱板とを有し、加熱板が（１）〜（８）のいずれかに記載の大面積加熱板であることを特徴とする熱処理装置。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明によれば、伝熱板に加えて更に板状支持体を用いているため、板状支持体を軽量高強度とすることによって伝熱板を厚くすることなく変形を防止することが可能となる。また、板状支持体として内部又は外表面の一部に空間を持っているもの、例えば中空の板状支持体を用いることにより、たとえ大型の加熱板になっても、従来熱板に比較して重量が軽く、また、熱容量を低減できる効果がある。また、温度分布の均一性も良好で、加熱板のたわみも少なく、熱処理炉に組み込んだ場合には大型基板の加熱を低いラニングコストで実現できる。さらに、加熱板の熱容量が低いために、定期保全・点検時に炉体温度を早く下げられるために、保全・点検時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の加熱板は、発熱体、伝熱板および板状支持体で構成される。通常、板状支持体の両面上に伝熱板を配置し、板状支持体と少なくとも一方の伝熱板との間に発熱体を配置して積層して、サンドイッチ型加熱板として構成される。なお、板状支持体の片面上に発熱体及び伝熱板を順次積層し、片面加熱用の加熱板とすることもできる。また、本発明において大面積加熱板とは大面積に作製しても変形を低減することができる大面積化可能な加熱板であることを意味する。従って、本発明の加熱板は、大面積のものであってよいことは勿論、小面積のものであってもよい。
【００１０】
図１、２は、各々、本発明の一態様のサンドイッチ型加熱板の断面状態を示す説明図であり、図３は従来のサンドイッチ型加熱板の断面状態を示す説明図である。図１に示す本発明のサンドイッチ型加熱板は、板状支持体１の両面上に伝熱板３を配置し、板状支持体１と両方の伝熱板３との間に各々発熱体２（計２枚の発熱体）を配置して構成されている。図２に示す本発明のサンドイッチ型加熱板は、板状支持体１の両面上に伝熱板３を配置し、板状支持体１と一方の伝熱板３との間に発熱体２（計１枚の発熱体）を配置して構成されている。それに対して図３に示す従来のサンドイッチ型加熱板は、１枚の発熱体２とそれを挟持する２枚の伝熱板３で構成される。一般にこの伝熱板は、熱伝導性の良いアルミニウム合金で製作される。アルミニウム合金は、加熱時に弾性率が低下するので、加熱板の変形を防止するためには伝熱板厚みを厚くする必要がある。特に、外形寸法が大きくなると、従来型の加熱板では支持体と伝熱板が同一であるため、変形防止のためには伝熱板の厚みを厚くする必要があった。この理由で、加熱板の重量は増加し、電気容量も急激に増加してきた。一方、本発明による加熱板は伝熱板３と板状支持体１を分離することによって、大型化しても重量と電気容量が従来型のように急激に増加しない。板状支持体の材質としては、ステンレス、アルミニウム合金等が好適である。
【００１１】
板状支持体１は、複数部材から組み上げることにより、内部または外表面の少なくとも一部に空間を持っている構造とすることが好ましい。このような構造の形成に好適に用いられる構造体として代表的なものとしては、ハニカム構造体、格子型構造体、すのこ型構造体などが上げられるが、これだけに限定するものではない。
【００１２】
図４に、ハニカム構造体の一例を示す。複数の巣穴列が並列に連接されてハニカム構造を形成しており、開口を上面に有する巣穴列と開口を下面に有する巣穴列とが交互に連接されている。両面に開口を有するハニカム構造であってもよく、また、ハニカム構造体の両面又は片面を平板で覆ってもよい。耐熱性を確保するためにハニカム構造体の接合は、拡散接合によるものであることが望ましい。ハニカム構造体の材料はステンレスでもアルミニウム合金であってもよいが、伝熱板をアルミニウム合金で構成する場合は、ハニカム構造体もアルミニウム合金で構成すると板状支持体と伝熱板の熱膨張差を考慮する必要が無い利点がある。
【００１３】
格子型構造体の一例の部分形状を図５に示すが、それぞれ断面が直方体の長尺部材である複数の横バー１１及び複数の縦バー１２を直交させて組合せ、格子体１０からなる格子型構造体を形成する。この格子体１０をそのまま板状支持体として用いてもよいが、図６に示すように、格子体１０からなる格子型構造体の上下面に平板（上平板１３及び下平板１４）を溶接やボルト止めにて結合して、図７に示す格子型構造体を有する板状支持体１５としてもよい。ボルト４でボルト止めにした格子型構造体を有する板状支持体１５の断面状態を図８に示す。２本の直方体の長尺部材（横バー１１及び縦バー１２）が交差する部分は、それぞれに切欠きを付けて組み付ける構造としてもよいし、あるいは一方を切断してから溶接する構造であってもかまわない。全体の強度をある程度維持するためには、格子体及びそれに取り付けられる平板の材料としてはステンレスなどが好ましいが、伝熱板にアルミニウム合金を使用する場合は、熱膨張差を考慮して結合する必要がある。
【００１４】
すのこ型構造体の板状支持体としては、例えば、複数チャンネルを並列させて複数の並列溝を有する平板状のチャンネル体を２枚用意し、この２枚のチャンネル体を、互いの並列溝が直交するように上下に組み付けた構造物がある。図９〜図１１に、すのこ型構造体の一例に用いられる材料及びすのこ型構造体の一例の部分形状を示す。断面がコの字型で、チャンネル開口を下面に有する複数の縦チャンネル２０を並列させて、溝開口を下面に有する複数の並列溝を有する平板状の上チャンネル体２３とする。また、断面がコの字型で、チャンネル開口を上面に有する複数の横チャンネル２１を並列させて、溝開口を上面に有する複数の並列溝を有する平板状の下チャンネル体２４とする。この上チャンネル体２３と下チャンネル体２４とを、両者の並列溝が互いに直交するように対向させて組み合わせることにより、図１２に示す板状支持体２５を作製する。上下のチャンネルが直交して干渉する部分は、適宜にチャンネル壁にスリット切りを行い、干渉を回避して組み上げる。使用するチャンネルは、市販品を用いても良いし、設計製作しても良い。このチャンネルは、板の厚みが厚い方が、また、幅については細いものを多数組み合わせた方が、強度が大きくなる。しかし、板厚が厚いと重量が増加する。また、幅の細いものを多数組み合わせると重要が増加し、費用も増加する。そこで、板厚の薄いものと厚いものを適宜組み合わせたり、幅の狭いものと広い物を適宜組み合わせることも可能である。単独で使用したり組み合わせるチャンネルの幅としては、３０〜４００ｍｍが好ましい。これは、３０ｍｍ未満では製作が困難でかつ製造コストが上がること、４００ｍｍを超えるとではかなり厚い板材を使用しても、変形が大きくなるからである。
【００１５】
発熱体としては、板状支持体と伝熱板で挟み込むため、平板状であることが好ましい。平板状を達成するためには、ニクロム線やカンタル線などの線材で平坦に回路形成したものや、ステンレス板などの板材をエッチング処理して回路形成したもの、導電性塗料を印刷法で回路形成したものなどいくつかの種類の回路を使用することができる。また、形成した回路を覆って保護し、板状支持体及び伝熱板と絶縁する絶縁物としては、ゴム、雲母、成型雲母などがあり、また、回路の周囲を酸化マグネシア粉末で成型しその外側をステンレス板で囲ったものなどがある。必要に応じて、適宜これらの回路と絶縁物を組み合わせて発熱体を製作する。
【００１６】
伝熱板としては、重量が軽く熱伝導性が良いアルミニウム合金が好ましいが、使用する温度によっては銅の合金あるいは鉄の合金であっても良い。伝熱板は、加熱基板を効率よく加熱するため熱放射率が高い方が好ましい。熱放射率を高くする方法としてはプラズマなどの溶射により表面に酸化物皮膜を形成する方法や、アルミニウム合金の場合は表面処理により酸化皮膜を形成する方法などがある。なお、ここで合金というのは、純金属も含まれる。この伝熱板により発熱体は支持体に組みつけられる。組み付け方法としては、ボルト止めによる方法が一般的であるが、溶接構造であってもかまわない。伝熱板は、通常、加熱板の上下両面に配されるので、両側を貫通するボルトであっても、片側づつ板状支持体に固定する方法であってもかまわない。但し、ヒータの組み付け精度を向上させ、絶縁抵抗を充分確保する点から言えば、片側づつ伝熱板を板状支持板に組みつける方法が好ましい。この組付けにより加熱板として完成する。
【００１７】
例えば、本発明の加熱板を用い、加熱炉内に、加熱板の少なくとも片面側に板状物を配置するための空間を残して取り付けることにより、板状物の加熱に好適に用いられる熱処理装置とすることができる。そのような熱処理装置の一例を図１５に示す。この熱処置装置では、保温体３３で構成された炉壁を有する加熱炉３８内に、複数の大面積加熱板３２が一定間隙をあけて各々水平に多段に取り付けられている。炉内に搬入された基板３１の上下に大面積加熱板３２が配されており、基板３１は両面から加熱される。このため、大面積加熱板３２はその両端にある止め具３４でしか加熱炉内に保持できない。熱処理された基板３１は、開口部３５からロボット３７により搬出される。開口部３５には開閉シャッタ３６が取り付けられ、基板３１の搬出入時にのみ開となる。
【実施例】
【００１８】
（実施形態例１）
本発明の一実施形態を図５、６、７を用いて説明する。図７の格子型構造体を有する板状支持体１５は、図５の格子体１０と図６の上平板１３、下平板１４から構成される。格子体１０は、互いに直行する複数の横バー１１、複数の縦バー１２の１６×３０ｍｍのＳＵＳフラットバーに切欠きを付けて組立て、必要箇所を点溶接したものである。上平板１３、下平板１４はＳＵＳ３０４材２ｍｍ板であり、格子体１０をおおう必要箇所に穴（図示せず）が開いており、この穴の位置で格子体１０と溶接することにより、必要強度を持った格子型構造体を有する板状支持体１５を作製した。格子型構造体を有する板状支持体１５の寸法は、２２５０×２５５０×３４ｍｍであり、格子体がある部分の必要位置には上下平板に穴（図示せず）を開け、伝熱板を止めるタップ（図示せず）をたてている。
【００１９】
図８に示すように、この格子型構造体を有する板状支持体１５上に板状の発熱体２を載せさらにその上にアルミ製伝熱板３を重ね止めボルト４で格子型構造体を有する板状支持体１５に固定した。格子型構造体を有する板状支持体１５の下側にも伝熱板３配置し、止めボルト４で格子型構造体を有する板状支持体１５に固定した。板状の発熱体２は、マイカにニクロム線を巻きつけその上下をマイカでさらに絶縁している。ニクロム線端部はリード線と結線し、発熱体２の側部から出している。また、加熱板の４周辺はＳＵＳカバーで固定しているが、リード線やＳＵＳカバーは説明図では省略した。同様に、上下の伝熱板３は各々２枚で構成されているが、説明図では省略した。このように特に、本発明の説明に必要ない部分は省略している。
【００２０】
この加熱板の全重量は５９０ｋｇであり、２０℃から２５０℃までの昇温に必要な総熱量は、８７０００ｋＪであり、保温して２時間で２５０℃まで昇温するには１４ｋＷの電気容量が必要であった。加熱板が２５０℃に到達してから３時間後、加熱板表面９点の温度を貼り付けておいた温度センサで測定すると、温度ばらつきは２５０℃±３℃と良好であった。また、加熱板の４辺を保持して、加熱前の中央部たわみをトランシットで測定すると１．２ｍｍであった。加熱板を複数回加熱／冷却を繰り返した後、常温でこのたわみを測定すると３ｍｍと増加していた。このように、複数回加熱／冷却を繰り返した後のたわみは、加熱時のたわみが元に戻らず、結果的にたわみは増加する。従って、冷却後のたわみを測定すれば、加熱時のたわみが分かる。
【００２１】
（実施形態例２）
本例は、図１２に示す如くチャンネル型構造材を用いて、板状支持体２５を構成した例である。ここで言うチャンネルとは、図９、１０に示す断面コの字の構造体である縦チャンネル２０、及び横チャンネル２１である。この板状支持体２５は、縦チャンネル２０を１３本と横チャンネル２１を１４本用い、縦チャンネル２０と横チャンネル２１とを直交させて作製した。縦チャンネル２０は、ＳＵＳ３０４の３ｍｍ材を幅１７３ｍｍ、長さ２５４８ｍｍ、高さ２９ｍｍに折り曲げ作製した。横チャンネル２１は、同材を幅１８２ｍｍ、長さ２２４９ｍｍ、高さ２９ｍｍに折り曲げて製作した。縦チャンネル２０と横チャンネル２１は、干渉する位置にスリットが切られ互いに組み合わせが可能になっている。また、上側と下側の両側からボルト止めが可能な位置に穴（図示せず）を開け、相対するチャンネル部分にはナットを溶接固定した。また、この板状支持体２５には、必要個所が点溶接されており形状が保たれている。板状支持体２５の寸法は２２４９×２５４８×３２ｍｍである。
【００２２】
図１３に示すように、板状支持体２５上には板状の発熱体２を載せさらにその上にアルミ製伝熱板３を重ね止めボルト４で固定した。板状支持体２５の下側にも伝熱板３配置し、止めボルト４で板状支持体２５に固定した。板状の発熱体２などは実施形態例１と同じであり説明を省略した。
【００２３】
この加熱板の全重量は６００ｋｇであり、２０℃から２５０℃までの昇温に必要な総熱量は、８８０００ｋＪであり、保温して２時間で２５０℃まで昇温するには１４．３ｋＷの電気容量が必要であった。板状加熱板が２５０℃に到達してから３時間後、加熱板表面９点の温度を貼り付けておいた温度センサで測定すると、温度ばらつきは２５０℃±３℃と良好であった。また、加熱板の４辺を保持して、複数回加熱／冷却を繰り返した後、常温で中央部のたわみを測定すると３．２ｍｍであった。
【００２４】
（比較形態例）
従来のサンドイッチ型加熱板の例を図１４を用いて説明する。従来のサンドイッチ型加熱板は、図１４に示すように上伝熱板２７と下伝熱板２８の間に板状の発熱体２を挟み込んで、下側からボルト４で止めて製作した。この上伝熱板２７、下伝熱板２８はアルミ材で、両板とも２２５０×２５５０×２２ｍｍであった。
【００２５】
この加熱板の全重量は７６５ｋｇであり、２０℃から２５０℃までの昇温に必要な総熱量は、１６３０００ｋＪであり、保温して２時間で２５０℃まで昇温するには２６．３ｋＷの電気容量が必要であった。板状加熱板が２５０℃に到達してから３時間後、加熱板表面９点の温度を貼り付けておいた温度センサで測定すると、温度ばらつきは２５０℃±３℃と良好であった。また、加熱板の４辺を保持して、複数回加熱／冷却を繰り返した後、中央部のたわみを測定すると３．５ｍｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る加熱板の構造例の断面状態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る加熱板の他の構造例の断面状態を示す説明図である。
【図３】従来構造の加熱板の構造例の断面状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る加熱板に用いられる板状支持体の一態様であるハニカム構造体の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態例１の加熱板に用いられる格子体の構造例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態例１の加熱板に用いられる格子型構造体を有する板状支持体の構造例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態例１の加熱板に用いられる格子型構造体を有する板状支持体の外観例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態例１の加熱板に用いられる格子型構造体を有する板状支持体を用いた加熱板の構造例の断面状態を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態例２の加熱板に用いられるチャンネルの構造例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態例２の加熱板に用いられるチャンネルの構造例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態例２の加熱板に用いられる板状支持体の構造例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態例２の加熱板に用いられる板状支持体の構造例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態例２の加熱板の構造例の断面状態を示す説明図である。
【図１４】比較形態態例に係る従来の加熱板の構造例の断面状態を示す説明図である。
【図１５】本発明の一態様の熱処理装置の様子を示す一部断面説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  板状支持体
２  発熱体
３  伝熱板
４  ボルト
１０  格子体
１１  横バー
１２  縦バー
１３  上平板
１４  下平板
１５  格子型構造体を有する板状支持体
２０  縦チャンネル
２１  横チャンネル
２３  上チャンネル体
２４  下チャンネル体
２５  板状支持体
２７  上伝熱板
２８  下伝熱板
３１  基板
３２  大面積加熱板
３３  保温体
３４  止め具
３５  開口部
３６  開閉シャッタ
３７  ロボット
３８  加熱炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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