基板焼成炉の給排気方法
【課題】エネルギー効率が高い基板焼成炉の給排気システムを提供する。
【解決手段】炉体１０にて加熱されるガラス基板Ｗからは多量の有機物が発生する。炉体１０の排気口１４からは有機物を含む熱排気が排出され、ファン２１によって循環経路２０に熱風の気流として送り出され、その気流がヒータ２２によって加熱された後に耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３によって浄化されて吹き出し口１２から炉体１０の内部空間に再供給される。熱排気の一部は排気管３０に流れ込んで触媒ユニット３１を通過する。触媒ユニット３１では有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、排気気体中に含まれる有機物のほとんどが分解され、触媒ユニット３１の入口側温度よりも出口側温度が約２００℃上昇する。高温の排気気体が熱交換器５０に流入して給気気体との熱交換が行われることとなり、エネルギー効率を良好なものとすることができる。
【解決手段】炉体１０にて加熱されるガラス基板Ｗからは多量の有機物が発生する。炉体１０の排気口１４からは有機物を含む熱排気が排出され、ファン２１によって循環経路２０に熱風の気流として送り出され、その気流がヒータ２２によって加熱された後に耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３によって浄化されて吹き出し口１２から炉体１０の内部空間に再供給される。熱排気の一部は排気管３０に流れ込んで触媒ユニット３１を通過する。触媒ユニット３１では有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、排気気体中に含まれる有機物のほとんどが分解され、触媒ユニット３１の入口側温度よりも出口側温度が約２００℃上昇する。高温の排気気体が熱交換器５０に流入して給気気体との熱交換が行われることとなり、エネルギー効率を良好なものとすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用ガラス基板や半導体ウェハー等の薄板状電子部品用基板（以下、単に「基板」と称する）に焼成処理を行う基板焼成炉における給排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルタの製造工程の一つにカラーインクをインクジェットで着弾させたガラス基板を焼成する工程がある。この焼成工程は、所定の焼成温度に昇温した焼成炉中にて大気雰囲気下でガラス基板を所定時間保持することによって進行する。また、ガラス基板上に金属配線を形成する場合には、同様の焼成炉中にて窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下でガラス基板を焼成する。いずれの焼成処理工程においても、ガラス基板上のカラーインク等の被焼成物に含まれる有機溶剤が揮発或いは酸化することによって多くの有機物が発生して雰囲気中に拡散する。
【０００３】
このため、焼成処理中は絶えず清浄な熱風を焼成炉に送風するとともに、排気も継続して行って焼成炉中に有機物が滞留しないようにしている。焼成炉から排気された有機物を多量に含む気体をそのまま外気に放出することはできないため、スクラバー等によって排気中の有機物を捕集する処理がなされていた。
【０００４】
一方、省エネルギーの観点から、焼成炉から排気される熱風と焼成炉に新たに供給する気体との間で熱交換を行う試みもなされてきた。すなわち、焼成炉からの排気をスクラバーで処理すると持ち去られる熱エネルギー量が非常に多くなってエネルギー効率が悪いため、排気される気体と新たに供給する気体とを熱交換器に導入し、それらの間で熱交換を行わせることによって焼成炉からの排熱を回収するという試みである。
【０００５】
焼成炉から排気された気体をそのまま熱交換器に導入すると、熱交換器内の構造物に有機物が付着して目詰まりを生じるため、排気気体を触媒処理して有機物を分解した後に熱交換器に導くことが必要となる。炉から排出された排ガスを触媒処理した後に熱交換器に導く技術については、例えば特許文献１にも開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０１２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ガラス基板の焼成炉から排気された気体を触媒処理しても有機物を十分に取り除くことができず、その結果比較的短時間で付着物によって熱交換器が詰まり、結局長時間の連続運転が出来ないために装置稼働率が低くなって経済的ではなかった。
【０００８】
このため、実際には焼成炉から排気された気体をスクラバーによって処理していることが多いのであるが、この場合は上述した低エネルギー効率以外にも処理後の廃液処理が必要になるため、ランニングコストが高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率が高い基板焼成炉の給排気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、加熱されることによって有機物を発生する基板を収容して焼成処理を行う炉体と、前記炉体から排出された熱風を循環させて再度前記炉体に供給する循環経路と、前記循環経路に設けられて熱風を循環させるファンと、前記循環経路に設けられて熱風を加熱するヒータと、を有する基板焼成炉と、前記循環経路から分岐されて熱風を排出する排気経路と、前記排気経路に設けられ、前記循環経路から排出された熱風に含まれる有機物を酸素を含む雰囲気中にて分解する触媒を有する触媒ユニットと、前記触媒ユニットから排出された熱風と前記循環経路に新たに供給する気体との熱交換を行う熱交換器と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記基板焼成炉は、空気雰囲気中にて基板の焼成処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記排気経路における前記触媒ユニットの入口側近傍に空気または酸素を供給する空気供給管を接続することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記触媒は白金触媒であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記循環経路のうち前記ヒータから前記炉体の気体吹き出し口に至る加熱後熱風通過領域に前記排気経路が接続されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記触媒ユニットは、前記排気経路が前記循環経路に接続される分岐接続点に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記炉体に収容して焼成処理を行っている基板の枚数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された基板枚数に応じて前記循環経路からの排気量および前記循環経路への給気量を制御する流量制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記熱交換器を経由することなく前記循環経路に直接新たな給気を行うバイパス経路をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記触媒ユニットから排出されて前記熱交換器に流入する熱風の圧力と前記熱交換器から排出される熱排気の圧力との圧力差を検知する圧損検知手段と、前記圧力差が所定値以上となった時点で前記バイパス経路を作動させる給気経路切替手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、循環経路から排出された熱風に含まれる有機物を酸素を含む雰囲気中にて分解する触媒を有する触媒ユニットと、その触媒ユニットから排出された熱風と循環経路に新たに供給する気体との熱交換を行う熱交換器と、を備えるため、触媒ユニットにて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、その結果、触媒ユニットの入口側温度よりも出口側温度が上昇して熱交換器に高温の熱風が流入することとなり、給排気システムにおけるエネルギー効率を高くすることができる。
【００２０】
特に、請求項５の発明によれば、循環経路のうちヒータから炉体の気体吹き出し口に至る加熱後熱風通過領域に排気経路が接続されるため、ヒータによって加熱された直後の高温の熱風が直ちに触媒ユニットに流入し、効率良く熱風中に含まれる有機物が分解されることとなるため、有機物のほとんどは分解される。その結果、熱交換器の内部構造に有機物が付着することが最小限に抑制されるため熱交換器を長期間安定して稼働させることができる。
【００２１】
特に、請求項７の発明によれば、炉体に収容して焼成処理を行っている基板の枚数に応じて循環経路からの排気量および循環経路への給気量を制御するため、触媒ユニットに流入する排気気体中に含まれる有機物の気中濃度をほぼ一定にすることができ、触媒ユニットを安定して作動させることができる。
【００２２】
特に、請求項８の発明によれば、熱交換器を経由することなく循環経路に直接新たな給気を行うバイパス経路を備えるため、新たに供給される気体をバイパス経路に流すことによって熱交換を停止し、熱交換器の内部構造を昇温させて付着した有機物を除去することができる。
【００２３】
特に、請求項９の発明によれば、触媒ユニットから排出されて熱交換器に流入する熱風の圧力と熱交換器から排出される熱排気の圧力との圧力差が所定値以上となった時点でバイパス経路を作動させるため、熱交換器の内部構造にある程度の量の有機物量が付着した時点でバイパス経路が作動することとなり、効果的な有機物除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る基板焼成炉の給排気システムの要部構成を示す概要図である。また、図２は、基板焼成炉を上方から見た断面図である。基板焼成炉１は、カラーインク等を載せた角型のガラス基板Ｗ（本発明で言う基板）を焼成する熱風炉である。基板焼成炉１は、ガラス基板Ｗを収容して焼成処理を行う炉体１０と、炉体１０から排出された熱風を循環させて再度炉体１０に供給する循環経路２０と、循環経路２０に設けられて熱風を循環させるファン２１と、循環経路２０に設けられて熱風を加熱するヒータ２２と、を備える。
【００２６】
炉体１０は、基板焼成炉１の本体部であって、ガラス基板Ｗを多段（本実施形態では４０段）に収容可能な筐体である。炉体１０の内側は、略四角柱形状の熱処理空間１９とされている。炉体１０の内壁面には図示を省略する多数のフォークが内設されている。各フォークは、炉体１０の内壁面から熱処理空間１９に向けて水平方向に沿って延設されている。水平方向に沿って並んだ複数本のフォークでもって１段の棚が構成されており、そのような棚が４０段形成されている。各段の棚には１枚のガラス基板Ｗを水平姿勢にて載置することが可能である。
【００２７】
炉体１０の正面側（図２の紙面左側）には、ルーバタイプのシャッター１１が設けられている。シャッター１１は、複数個のルーバを多段に積層して構成されている。各ルーバには図示を省略する昇降駆動機構が付設されており、ルーバごとに昇降可能とされている。図外の搬送ロボットが基板焼成炉１に対してガラス基板Ｗの搬出入を行うときには、搬出入先の棚に対向する部位のみをアクセス用開口とするように、当該棚とほぼ同じ高さ位置のルーバが上昇する。このようにすれば、ガラス基板Ｗの搬出入時の開口を必要最小限として、搬出入に伴う熱エネルギーの漏出を最小限に抑制することができる。なお、シャッター１１の比較的下部のルーバを駆動するときには、当該ルーバよりも上段のルーバも連動して駆動することとなるため、下部のルーバ程大きなトルクの得られる駆動機構を設けておく必要がある。
【００２８】
炉体１０の側面には、熱処理空間１９に熱風を供給するための吹き出し口１２および熱風を排気するための排気口１４が相対向して設けられている。すなわち、本実施形態の基板焼成炉１においては、炉体１０の一方側面から供給された熱風がガラス基板Ｗの面に沿って水平方向に熱処理空間１９内を流れて反対側側面へと流れ込むのである。吹き出し口１２および排気口１４は、炉体１０の内壁面のうち少なくともガラス基板Ｗを収容する多段の棚全体に対応する高さ位置に設けられている。このため、炉体１０に収容されているガラス基板Ｗには均一に熱風を供給して均質な熱処理を行うことができる。
【００２９】
吹き出し口１２には高温対応の耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３が設けられている。耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３は、循環経路２０を経由して送風されてきた熱風中に含まれるパーティクルを取り除いて清浄な熱風とする。一方、排気口１４には、多数の通気孔を全面に配置したパンチングメタル１５が設置されている。熱処理空間１９を流れる熱風はパンチングメタル１５の通気孔から循環経路２０へと排気される。なお、炉体１０の内壁面のうちシャッター１１と対向する壁面は通気孔のない部材にて形成された炉壁である。また、炉体１０の内壁面のうちシャッター１１とそれに対向する壁面を除く二方にパンチングメタル１５と同様のものを配置するようにしても良い。
【００３０】
循環経路２０は、炉体１０の排気口１４と吹き出し口１２とを連通する気体通過可能な流路であり、炉体１０の外壁面と基板焼成炉１全体を覆う耐熱壁の内壁面との間に形成された空間をもって構成されている。基板焼成炉１の循環経路２０にはファン２１とヒータ２２とが設けられている。本実施形態においては、循環経路２０の上流側にファン２１が設けられ、下流側にヒータ２２が設けられている。循環経路２０の上流側とは炉体１０の排気口１４に近い側であり、逆に下流側とは吹き出し口１２に近い側である。ファン２１は、具体的には図２に示すように、排気口１４に近接対向する部位に設置されている。ファン２１は、モータ２１ａと旋回翼２１ｂとを備えており、モータ２１ａが旋回翼２１ｂを回転させることによって、循環経路２０中を上流側から下流側へと向かう気流（つまり、排気口１４から吹き出し口１２へと向かう気流）が生じる。なお、図２では、２個のファン２１が設けられているが、ファン２１の設置数は任意である。
【００３１】
ヒータ２２は、炉体１０のシャッター１１と対向する炉壁と基板焼成炉１の耐熱壁との間に設置されている。ヒータ２２は、循環経路２０を流れる熱風を再加熱する。本実施形態の基板焼成炉１においては、循環経路２０の上流側のファン２１によって送り出された気流が下流側のヒータ２２によって加熱された後に耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３によって浄化されて吹き出し口１２から熱処理空間１９に供給されることとなる。そして、炉体１０の排気口１４から排出された熱風は再びファン２１によって循環経路２０の下流側に送り出される。なお、図２では、３個のヒータ２２が設けられているが、ヒータ２２の設置数は任意である。
【００３２】
以上のように、基板焼成炉１はいわゆる熱風循環型の焼成炉として構成されており、ガラス基板Ｗを加熱処理するときには絶えず炉体１０から排気された熱風が再加熱されて帰還することとなる。炉体１０に絶えず新たな熱風が供給されることによって、熱処理空間１９の温度は所定の焼成温度（本実施形態では２００℃〜３００℃の範囲から処理に応じて設定される）に維持されている。
【００３３】
ところで、既述したように、ガラス基板Ｗを加熱するとガラス基板Ｗ上の被焼成物（カラーインク等）に含まれる有機溶剤が揮発或いは酸化することによって多くの有機物が発生する。熱処理空間１９には絶えず熱風の気流が形成されているため、ガラス基板Ｗから遊離した有機物は気流とともに排気口１４から循環経路２０へと流れ込む。基板焼成炉１の熱風循環システムを完全に閉じた系にすると、多量の有機物によって新たな有機物の焼成が抑制されたり、耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３が急速に目詰まりして劣化したりするため、本実施形態では循環経路２０への新たな気体の供給および循環経路２０からの排気を行うようにしている。
【００３４】
排気経路としては、循環経路２０のうちヒータ２２から炉体１０の気体吹き出し口１２に至る加熱後熱風通過領域２０ａに排気管３０が連通接続されている。そして、排気管３０には触媒ユニット３１が配設されている。触媒ユニット３１は、有機物を分解するための白金（Ｐｔ）触媒を内蔵する。ここで、本実施形態においては図２に示すように、触媒ユニット３１が循環経路２０におけるヒータ２２の直後であって加熱後熱風通過領域２０ａに臨むように配置されている。すなわち、基板焼成炉１の筐体に形成され、排気管３０が循環経路２０に接続される分岐接続点に触媒ユニット３１が配置されている。
【００３５】
また、排気管３０の他端（循環経路２０とは反対側端部）は熱交換器５０に連通接続されている。本実施形態の熱交換器５０は、蓄熱部が回転する方式の蓄熱式熱交換器であり、回転する蓄熱部のエレメントに高温の気体と低温の気体とを交互に接触させて熱交換させるものである。このような方式の熱交換器としては、例えばユングストローム（登録商標）式の熱交換器を使用することができる。
【００３６】
排気管３０には触媒ユニット３１の他にも流量調整バルブ３２および入り側圧力計３３が介挿されている。流量調整バルブ３２は、排気管３０を流れる排気流量を調整する。入り側圧力計３３は、触媒ユニット３１から排出されて熱交換器５０に流入する熱風の圧力を検出する。また、熱交換器５０から排出された排気気体を排熱ダクト等に導く熱排気経路３０ａには出側圧力計３４が介挿されている。出側圧力計３４は、熱交換器５０から排出される熱排気の圧力を検出する。
【００３７】
一方、循環経路２０への給気経路としては、循環経路２０のうちのファン２１の近傍領域に給気管４０が連通接続されている。より具体的には、給気管４０から供給された気体が旋回翼２１ｂの軸周辺に流れるように構成されている。給気管４０には流量調整バルブ４２が介挿されている。流量調整バルブ４２は、給気管４０を流れる給気流量を調整する。給気管４０の他端側（循環経路２０とは反対側）は二股に分岐されており、一方の分岐管４０ａは熱交換器５０に連通接続されるとともに、他方の分岐管は熱交換器５０を経由しないバイパス管４０ｂとされている。
【００３８】
また、熱交換器５０に新たな気体（空気または窒素ガス等の不活性ガス）を供給するための供給経路４０ｃには三方弁４４が設けられている。この三方弁４４にはバイパス管４０ｂも接続されている。三方弁４４は、新たに供給する気体を熱交換器５０を経由して給気管４０に送るか、熱交換器５０を経由することなくバイパス管４０ｂを介して給気管４０に送るかを択一的に切り替える。新たに供給する気体がバイパス管４０ｂを通過する場合には、バイパス管４０ｂが熱交換器５０を経由することなく循環経路２０に直接新たな給気を行うバイパス経路として機能する。新たに供給する気体がいずれの経路を通過したとしても、最終的には給気管４０に流れ込み、その供給流量は流量調整バルブ４２によって調整される。
【００３９】
熱交換器５０は、触媒ユニット３１から排出された熱風と循環経路２０に新たに供給する気体との熱交換を行う。本実施形態の熱交換器５０は蓄熱式熱交換器であり、触媒ユニット３１から排出されて排気管３０から送給された高温の熱風と、供給経路４０ｃから送給された比較的低温の気体とを交互に蓄熱部のエレメントに接触させ、排出される熱風が保有している熱をエレメントを介して新たに供給する気体に伝える。
【００４０】
また、本実施形態の給排気システムには制御部９０が設けられている。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えている。制御部９０は、流量調整バルブ３２，４２および三方弁４４と電気的に接続されており、それらの動作を制御する。また、制御部９０は、基板焼成炉１の各動作部（例えば、ファン２１、ヒータ２２、シャッター１１の昇降駆動機構）の動作も制御する。さらに、制御部９０は、入り側圧力計３３、出側圧力計３４および後述する基板焼成炉１のカウンター９１とも電気的に接続されており、これらセンサーからの検出信号を受ける。
【００４１】
次に、上記構成を有する基板焼成炉１の給排気システムにおける動作内容について説明する。まず、焼成処理中においては、搬送ロボットが一定間隔でガラス基板Ｗを順次炉体１０に搬入して所定の段の棚に渡す。棚を構成するフォークに載置されたガラス基板Ｗは吹き出し口１２からの熱風によって焼成温度にまで昇温する。そして、熱処理空間１９内にて所定の焼成時間が経過したガラス基板Ｗは搬送ロボットによって搬出される。なお、本実施形態のようにガラス基板Ｗに載せられた被焼成物がカラーインクである場合には熱処理空間１９が空気雰囲気とされるが（つまり、加熱空気が循環される）、被焼成物が配線用のインクである場合には窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とされる（つまり、加熱不活性ガスが循環される）。
【００４２】
炉体１０の排気口１４から排出された熱排気はファン２１によって循環経路２０に熱風の気流として送り出され、その気流がヒータ２２によって加熱された後に耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３によって浄化されて吹き出し口１２から熱処理空間１９に再供給される。ヒータ２２は、制御部９０によって制御されており、ファン２１によって送り出された気流を焼成温度に応じた温度にまで加熱する。なお、炉体１０の熱処理空間１９に温度センサーを設け、その温度センサーの計測結果に基づいて、熱処理空間１９が焼成温度に応じた温度となるように制御部９０がヒータ２２をフィードバック制御するようにしても良い。
【００４３】
上記の循環過程において、ヒータ２２によって加熱された熱風は、吹き出し口１２に向かう気流と排気管３０に流れ込む気流とに分岐する。排気管３０には、加熱後熱風通過領域２０ａに臨むように触媒ユニット３１が設けられている。従って、ヒータ２２によって加熱された直後の焼成温度よりも数十℃高温の熱風の一部は直ちに触媒ユニット３１に流入することとなる。
【００４４】
ヒータ２２によって加熱された直後の高温の熱風が直ちに触媒ユニット３１に流入して白金触媒に接触すると、白金触媒も高温となり、循環経路２０から排出された熱風に含まれる有機物が高い効率にて分解されることとなる。このときに、ガラス基板Ｗが不活性ガス雰囲気中にて焼成されている場合には触媒ユニット３１にて有機物の熱分解が生じ、空気雰囲気中にて焼成されている場合には触媒ユニット３１にて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じる。その結果、循環経路２０から排気管３０に排出された熱風に含まれる有機物のほとんどが無害な物質に分解される。
【００４５】
触媒ユニット３１にて有機物のほとんどが分解されて浄化された熱風は流量調整バルブ３２を通過して熱交換器５０に流入する。一方、ガラス基板Ｗに通常の焼成処理を行っているときには、新たに供給される気体が熱交換器５０を経由するように三方弁４４が設定されている。すなわち、バイパス管４０ｂは閉じられている。これにより、熱交換器５０において、触媒ユニット３１から排出された高温の熱風と循環経路２０に新たに供給する低温の気体との間で熱交換が実行され、排気気体の温度が低下するとともに給気気体の温度が昇温する。このときに、循環経路２０から排気管３０に排出された熱風に含まれる有機物のほとんどが分解されているため、熱交換器５０内のエレメント等への有機物の付着は非常に少なく、熱交換器５０の目詰まりを防止することができる。
【００４６】
熱交換器５０を通過して温度が低下した排気気体は熱排気経路３０ａを経て外部の排熱ダクト等に放出される。この排気気流にも有機物がほとんど含まれていないことは勿論である。一方、熱交換器５０を通過して温度が上昇した給気気体は分岐管４０ａを経て給気管４０に流れ込み、流量調整バルブ４２を通過して循環経路２０に流れ込む。新たに供給される気体は循環経路２０のファン２１の近傍（つまり、ヒータ２２よりも上流側）に流れ込むため、熱処理空間１９に吹き出される熱風の温度を低下させるおそれはなく、ヒータ２２によって加熱された後に吹き出し口１２から熱処理空間１９に供給されることとなる。
【００４７】
このようにすれば、ヒータ２２によって加熱された直後の高温の熱風が直ちに触媒ユニット３１に流入し、効率良く熱風中に含まれる有機物が分解されることとなるため、有機物のほとんどは分解される。その結果、熱交換器５０の内部構造に有機物が付着することが最小限に抑制されるため熱交換器５０を長期間安定して稼働させることができる。熱交換器５０を使用して給気気体と排気気体との間の熱交換を行うことができれば、基板焼成炉１の給排気システムにおけるエネルギー効率を高くすることができる。
【００４８】
また、特に空気雰囲気にて焼成処理を行う場合には、触媒ユニット３１にて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、その結果、触媒ユニット３１の入口側温度が焼成温度に近似した温度であったのが出口側温度では約２００℃上昇して昇温することが判明した。一般に熱交換器においては高温側流体の温度が高いほど良好な熱効率が得られ、約４００℃以上の高温の排気気体が熱交換器５０に流入すれば、エネルギー効率をより良好なものとすることができる。むしろ、基板焼成炉１から見ると、触媒ユニット３１にて分解熱が上乗せされることにより、排気によって自らが放出した以上の熱を給気によって得ることができる。
【００４９】
また、基板焼成炉１には炉体１０に収容されて焼成処理が行われているガラス基板Ｗの枚数を計測するカウンター９１が設けられている。このカウンター９１としては、ガラス基板Ｗが各棚に載置されているか否かを検出する光学センサー等のハード的な計数機構であっても良いし、処理レシピから炉体１０に収容されているガラス基板Ｗの枚数を認識するソフト的なものであっても良い。カウンター９１によって計数された処理中のガラス基板Ｗの枚数は制御部９０に電気信号として伝達される。そして、制御部９０は、カウンター９１によって計数されたガラス基板Ｗの枚数に応じて流量調整バルブ３２および流量調整バルブ４２を制御し、循環経路２０からの排気量および循環経路２０への給気量を調整する。具体的には、焼成処理が行われているガラス基板Ｗの枚数が多いほど、それに比例して発生する有機物量も多くなるため、循環経路２０からの排気量および循環経路２０への給気量が多くなるように制御部９０が流量調整バルブ３２，４２を制御する。このようにすれば、触媒ユニット３１に流入する排気気体中に含まれる有機物の気中濃度がほぼ一定となるため、白金触媒が安定して作用することとなる。また、焼成処理が行われているガラス基板Ｗの枚数が少ないときは給排気量を少なくして基板焼成炉１の循環経路２０から持ち去られる熱エネルギーを低減し、逆にガラス基板Ｗの枚数が多いときは給排気量を多くして発生した有機物をなるべく早期に排出することができる。
【００５０】
また、制御部９０は、循環経路２０からの排気量が循環経路２０への給気量よりも若干多くなるように流量調整バルブ３２，４２を制御する。このようにすれば、炉体１０の内部は絶えず外気に対して若干の負圧状態となり、ガラス基板Ｗの搬出入時にシャッター１１を開放したときにも有機物の炉外への漏出や熱の放散を抑制することができる。
【００５１】
本実施形態の給排気システムによれば、熱交換器５０のエレメント等の内部構造への有機物付着はほとんど生じないのであるが、長期にわたって連続運転を行っていると徐々にではあるが有機物の付着は避けられない。熱交換器５０の内部構造に有機物が付着してくると、いわゆる目詰まり状態となって圧力損失が発生する。このため、入り側圧力計３３および出側圧力計３４の圧力検知結果に基づいて、制御部９０が触媒ユニット３１から排出されて熱交換器５０に流入する熱風の圧力と熱交換器５０から排出される熱排気の圧力との圧力差を検知する。そして、その圧力差が所定の閾値以上となったときに、新たに供給される気体がバイパス管４０ｂを通るように制御部９０が三方弁４４を切り替える。この状態では、新たに供給される気体が熱交換器５０を通過することはない。すると、熱交換器５０には、高温の排気気体が流れ続ける一方で低温の気体が供給されなくなるため熱交換が生じなくなり、熱交換器５０のエレメント等の温度が上昇する。その結果、熱交換器５０の内部構造に付着していた有機物が熱によって再度昇華して排出される。すなわち、新たに供給される気体をバイパス管４０ｂに流すことによって、熱交換器５０の内部構造から有機物が除去されてクリーニング処理が実行されるのである。但し、このクリーニング処理時には熱交換が全く行われずにエネルギー効率が低くなるため、入り側圧力計３３と出側圧力計３４との圧力差が所定値未満となった時点で新たに供給される気体が再び熱交換器５０を通過するように制御部９０が三方弁４４を切り替える。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、本発明に係る給排気システムは図３に示すようなものであっても良い。図３において、図１と同一の要素については同一の符号を付している。図３の給排気システムが図１と相違するのは、触媒ユニット３１に空気（または酸素）を供給する空気供給管６０を設けている点である。空気供給管６０は、熱交換器５０を通って排気管３０の触媒ユニット３１の入口側近傍に連通接続されている。なお、このような構成を実現するため、図３のシステムにおいては、排気管３０における加熱後熱風通過領域２０ａからやや離れた位置に触媒ユニット３１が配置されている。すなわち、排気管３０が循環経路２０に接続される分岐接続点と触媒ユニット３１との間に空気供給管６０が連通接続される。
【００５３】
図３のシステムでは、給気管４０からは窒素ガス等の不活性ガスが供給され、循環経路２０および炉体１０の内部は不活性ガス雰囲気とされている。それとは別経路の空気供給管６０からは排気管３０の触媒ユニット３１入口側近傍に熱交換器５０にて昇温された空気（または酸素）が供給される。なお、空気が供給されるのは排気管３０の最上流位置であるため、その空気が逆流して不活性ガス雰囲気とされた循環経路２０に流れ込むことは防止される。触媒ユニット３１の入口側近傍に高温の空気が供給されると、空気雰囲気にて焼成処理を行う場合と同様に、触媒ユニット３１にて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、触媒ユニット３１の入口側温度よりも出口側温度の方が高温となる。その結果、熱交換器５０における熱交換効率を向上させて、エネルギー効率をより良好なものとすることができる。なお、図３のシステムは、給気管４０から空気を供給してガラス基板Ｗの大気焼成処理を行うものにも適用できることは言うまでもない。
【００５４】
また、循環経路２０の構成は図２のような形態に限定されるものではなく、炉体１０の排気口１４と吹き出し口１２とを連通する気体通過可能な流路であって、その上流側にファン２１を設け、下流側にヒータ２２を設ける構成であれば良い。従って、例えば基板焼成炉１の外壁パネルを開放しやすいように、ヒータ２２を炉体１０の底部に配置するようにしても良い。
【００５５】
また、バイパス管４０ｂを使用した熱交換器５０のクリーニング処理は、入り側圧力計３３と出側圧力計３４との圧力差に関わらず一定間隔ごとに実行するようにしても良い。
【００５６】
また、熱交換器５０のクリーニング処理では、バイパス管４０ｂを使用し、さらに別途排気入口に設けた、例えば高温・高圧の過熱蒸気を噴出する過熱蒸気ノズルを併用することにより、より短時間でクリーニングレベルを上げてもよい。
【００５７】
また、熱交換器５０は、蓄熱式熱交換器に限定されるものではなく、給排気が交互に通過する流路を持つプレート式熱交換器等であってもよい。
【００５８】
また、基板焼成炉１の炉体１０に収容可能なガラス基板Ｗの枚数は４０枚に限定されるものではなく任意の数とすることができる。
【００５９】
また、本発明に係る給排気システムを備えた基板焼成炉によって焼成処理の対象となる基板はガラス基板Ｗに限定されるものではなく、半導体ウェハであっても良い。また、被焼成物となるインクはバンク用、ＩＴＯ電極（インジウム錫酸化物の透明電極）用などでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る基板焼成炉の給排気システムの要部構成を示す概要図である。
【図２】基板焼成炉を上方から見た断面図である。
【図３】本発明に係る基板焼成炉の給排気システムの他の例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基板焼成炉
１０ 炉体
１２ 吹き出し口
１３ 耐熱ＨＥＰＡフィルタ
１４ 排気口
２０ 循環経路
２０ａ 加熱後熱風通過領域
２１ ファン
２２ ヒータ
３０ 排気管
３１ 触媒ユニット
３２，４２ 流量調整バルブ
３３ 入り側圧力計
３４ 出側圧力計
４０ 給気管
４０ｂ バイパス管
５０ 熱交換器
９０ 制御部
９１ カウンター
Ｗ ガラス基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用ガラス基板や半導体ウェハー等の薄板状電子部品用基板（以下、単に「基板」と称する）に焼成処理を行う基板焼成炉における給排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルタの製造工程の一つにカラーインクをインクジェットで着弾させたガラス基板を焼成する工程がある。この焼成工程は、所定の焼成温度に昇温した焼成炉中にて大気雰囲気下でガラス基板を所定時間保持することによって進行する。また、ガラス基板上に金属配線を形成する場合には、同様の焼成炉中にて窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下でガラス基板を焼成する。いずれの焼成処理工程においても、ガラス基板上のカラーインク等の被焼成物に含まれる有機溶剤が揮発或いは酸化することによって多くの有機物が発生して雰囲気中に拡散する。
【０００３】
このため、焼成処理中は絶えず清浄な熱風を焼成炉に送風するとともに、排気も継続して行って焼成炉中に有機物が滞留しないようにしている。焼成炉から排気された有機物を多量に含む気体をそのまま外気に放出することはできないため、スクラバー等によって排気中の有機物を捕集する処理がなされていた。
【０００４】
一方、省エネルギーの観点から、焼成炉から排気される熱風と焼成炉に新たに供給する気体との間で熱交換を行う試みもなされてきた。すなわち、焼成炉からの排気をスクラバーで処理すると持ち去られる熱エネルギー量が非常に多くなってエネルギー効率が悪いため、排気される気体と新たに供給する気体とを熱交換器に導入し、それらの間で熱交換を行わせることによって焼成炉からの排熱を回収するという試みである。
【０００５】
焼成炉から排気された気体をそのまま熱交換器に導入すると、熱交換器内の構造物に有機物が付着して目詰まりを生じるため、排気気体を触媒処理して有機物を分解した後に熱交換器に導くことが必要となる。炉から排出された排ガスを触媒処理した後に熱交換器に導く技術については、例えば特許文献１にも開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０１２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ガラス基板の焼成炉から排気された気体を触媒処理しても有機物を十分に取り除くことができず、その結果比較的短時間で付着物によって熱交換器が詰まり、結局長時間の連続運転が出来ないために装置稼働率が低くなって経済的ではなかった。
【０００８】
このため、実際には焼成炉から排気された気体をスクラバーによって処理していることが多いのであるが、この場合は上述した低エネルギー効率以外にも処理後の廃液処理が必要になるため、ランニングコストが高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率が高い基板焼成炉の給排気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、加熱されることによって有機物を発生する基板を収容して焼成処理を行う炉体と、前記炉体から排出された熱風を循環させて再度前記炉体に供給する循環経路と、前記循環経路に設けられて熱風を循環させるファンと、前記循環経路に設けられて熱風を加熱するヒータと、を有する基板焼成炉と、前記循環経路から分岐されて熱風を排出する排気経路と、前記排気経路に設けられ、前記循環経路から排出された熱風に含まれる有機物を酸素を含む雰囲気中にて分解する触媒を有する触媒ユニットと、前記触媒ユニットから排出された熱風と前記循環経路に新たに供給する気体との熱交換を行う熱交換器と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記基板焼成炉は、空気雰囲気中にて基板の焼成処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記排気経路における前記触媒ユニットの入口側近傍に空気または酸素を供給する空気供給管を接続することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記触媒は白金触媒であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記循環経路のうち前記ヒータから前記炉体の気体吹き出し口に至る加熱後熱風通過領域に前記排気経路が接続されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記触媒ユニットは、前記排気経路が前記循環経路に接続される分岐接続点に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記炉体に収容して焼成処理を行っている基板の枚数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された基板枚数に応じて前記循環経路からの排気量および前記循環経路への給気量を制御する流量制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれかの発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記熱交換器を経由することなく前記循環経路に直接新たな給気を行うバイパス経路をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る基板焼成炉の給排気システムにおいて、前記触媒ユニットから排出されて前記熱交換器に流入する熱風の圧力と前記熱交換器から排出される熱排気の圧力との圧力差を検知する圧損検知手段と、前記圧力差が所定値以上となった時点で前記バイパス経路を作動させる給気経路切替手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、循環経路から排出された熱風に含まれる有機物を酸素を含む雰囲気中にて分解する触媒を有する触媒ユニットと、その触媒ユニットから排出された熱風と循環経路に新たに供給する気体との熱交換を行う熱交換器と、を備えるため、触媒ユニットにて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、その結果、触媒ユニットの入口側温度よりも出口側温度が上昇して熱交換器に高温の熱風が流入することとなり、給排気システムにおけるエネルギー効率を高くすることができる。
【００２０】
特に、請求項５の発明によれば、循環経路のうちヒータから炉体の気体吹き出し口に至る加熱後熱風通過領域に排気経路が接続されるため、ヒータによって加熱された直後の高温の熱風が直ちに触媒ユニットに流入し、効率良く熱風中に含まれる有機物が分解されることとなるため、有機物のほとんどは分解される。その結果、熱交換器の内部構造に有機物が付着することが最小限に抑制されるため熱交換器を長期間安定して稼働させることができる。
【００２１】
特に、請求項７の発明によれば、炉体に収容して焼成処理を行っている基板の枚数に応じて循環経路からの排気量および循環経路への給気量を制御するため、触媒ユニットに流入する排気気体中に含まれる有機物の気中濃度をほぼ一定にすることができ、触媒ユニットを安定して作動させることができる。
【００２２】
特に、請求項８の発明によれば、熱交換器を経由することなく循環経路に直接新たな給気を行うバイパス経路を備えるため、新たに供給される気体をバイパス経路に流すことによって熱交換を停止し、熱交換器の内部構造を昇温させて付着した有機物を除去することができる。
【００２３】
特に、請求項９の発明によれば、触媒ユニットから排出されて熱交換器に流入する熱風の圧力と熱交換器から排出される熱排気の圧力との圧力差が所定値以上となった時点でバイパス経路を作動させるため、熱交換器の内部構造にある程度の量の有機物量が付着した時点でバイパス経路が作動することとなり、効果的な有機物除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る基板焼成炉の給排気システムの要部構成を示す概要図である。また、図２は、基板焼成炉を上方から見た断面図である。基板焼成炉１は、カラーインク等を載せた角型のガラス基板Ｗ（本発明で言う基板）を焼成する熱風炉である。基板焼成炉１は、ガラス基板Ｗを収容して焼成処理を行う炉体１０と、炉体１０から排出された熱風を循環させて再度炉体１０に供給する循環経路２０と、循環経路２０に設けられて熱風を循環させるファン２１と、循環経路２０に設けられて熱風を加熱するヒータ２２と、を備える。
【００２６】
炉体１０は、基板焼成炉１の本体部であって、ガラス基板Ｗを多段（本実施形態では４０段）に収容可能な筐体である。炉体１０の内側は、略四角柱形状の熱処理空間１９とされている。炉体１０の内壁面には図示を省略する多数のフォークが内設されている。各フォークは、炉体１０の内壁面から熱処理空間１９に向けて水平方向に沿って延設されている。水平方向に沿って並んだ複数本のフォークでもって１段の棚が構成されており、そのような棚が４０段形成されている。各段の棚には１枚のガラス基板Ｗを水平姿勢にて載置することが可能である。
【００２７】
炉体１０の正面側（図２の紙面左側）には、ルーバタイプのシャッター１１が設けられている。シャッター１１は、複数個のルーバを多段に積層して構成されている。各ルーバには図示を省略する昇降駆動機構が付設されており、ルーバごとに昇降可能とされている。図外の搬送ロボットが基板焼成炉１に対してガラス基板Ｗの搬出入を行うときには、搬出入先の棚に対向する部位のみをアクセス用開口とするように、当該棚とほぼ同じ高さ位置のルーバが上昇する。このようにすれば、ガラス基板Ｗの搬出入時の開口を必要最小限として、搬出入に伴う熱エネルギーの漏出を最小限に抑制することができる。なお、シャッター１１の比較的下部のルーバを駆動するときには、当該ルーバよりも上段のルーバも連動して駆動することとなるため、下部のルーバ程大きなトルクの得られる駆動機構を設けておく必要がある。
【００２８】
炉体１０の側面には、熱処理空間１９に熱風を供給するための吹き出し口１２および熱風を排気するための排気口１４が相対向して設けられている。すなわち、本実施形態の基板焼成炉１においては、炉体１０の一方側面から供給された熱風がガラス基板Ｗの面に沿って水平方向に熱処理空間１９内を流れて反対側側面へと流れ込むのである。吹き出し口１２および排気口１４は、炉体１０の内壁面のうち少なくともガラス基板Ｗを収容する多段の棚全体に対応する高さ位置に設けられている。このため、炉体１０に収容されているガラス基板Ｗには均一に熱風を供給して均質な熱処理を行うことができる。
【００２９】
吹き出し口１２には高温対応の耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３が設けられている。耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３は、循環経路２０を経由して送風されてきた熱風中に含まれるパーティクルを取り除いて清浄な熱風とする。一方、排気口１４には、多数の通気孔を全面に配置したパンチングメタル１５が設置されている。熱処理空間１９を流れる熱風はパンチングメタル１５の通気孔から循環経路２０へと排気される。なお、炉体１０の内壁面のうちシャッター１１と対向する壁面は通気孔のない部材にて形成された炉壁である。また、炉体１０の内壁面のうちシャッター１１とそれに対向する壁面を除く二方にパンチングメタル１５と同様のものを配置するようにしても良い。
【００３０】
循環経路２０は、炉体１０の排気口１４と吹き出し口１２とを連通する気体通過可能な流路であり、炉体１０の外壁面と基板焼成炉１全体を覆う耐熱壁の内壁面との間に形成された空間をもって構成されている。基板焼成炉１の循環経路２０にはファン２１とヒータ２２とが設けられている。本実施形態においては、循環経路２０の上流側にファン２１が設けられ、下流側にヒータ２２が設けられている。循環経路２０の上流側とは炉体１０の排気口１４に近い側であり、逆に下流側とは吹き出し口１２に近い側である。ファン２１は、具体的には図２に示すように、排気口１４に近接対向する部位に設置されている。ファン２１は、モータ２１ａと旋回翼２１ｂとを備えており、モータ２１ａが旋回翼２１ｂを回転させることによって、循環経路２０中を上流側から下流側へと向かう気流（つまり、排気口１４から吹き出し口１２へと向かう気流）が生じる。なお、図２では、２個のファン２１が設けられているが、ファン２１の設置数は任意である。
【００３１】
ヒータ２２は、炉体１０のシャッター１１と対向する炉壁と基板焼成炉１の耐熱壁との間に設置されている。ヒータ２２は、循環経路２０を流れる熱風を再加熱する。本実施形態の基板焼成炉１においては、循環経路２０の上流側のファン２１によって送り出された気流が下流側のヒータ２２によって加熱された後に耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３によって浄化されて吹き出し口１２から熱処理空間１９に供給されることとなる。そして、炉体１０の排気口１４から排出された熱風は再びファン２１によって循環経路２０の下流側に送り出される。なお、図２では、３個のヒータ２２が設けられているが、ヒータ２２の設置数は任意である。
【００３２】
以上のように、基板焼成炉１はいわゆる熱風循環型の焼成炉として構成されており、ガラス基板Ｗを加熱処理するときには絶えず炉体１０から排気された熱風が再加熱されて帰還することとなる。炉体１０に絶えず新たな熱風が供給されることによって、熱処理空間１９の温度は所定の焼成温度（本実施形態では２００℃〜３００℃の範囲から処理に応じて設定される）に維持されている。
【００３３】
ところで、既述したように、ガラス基板Ｗを加熱するとガラス基板Ｗ上の被焼成物（カラーインク等）に含まれる有機溶剤が揮発或いは酸化することによって多くの有機物が発生する。熱処理空間１９には絶えず熱風の気流が形成されているため、ガラス基板Ｗから遊離した有機物は気流とともに排気口１４から循環経路２０へと流れ込む。基板焼成炉１の熱風循環システムを完全に閉じた系にすると、多量の有機物によって新たな有機物の焼成が抑制されたり、耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３が急速に目詰まりして劣化したりするため、本実施形態では循環経路２０への新たな気体の供給および循環経路２０からの排気を行うようにしている。
【００３４】
排気経路としては、循環経路２０のうちヒータ２２から炉体１０の気体吹き出し口１２に至る加熱後熱風通過領域２０ａに排気管３０が連通接続されている。そして、排気管３０には触媒ユニット３１が配設されている。触媒ユニット３１は、有機物を分解するための白金（Ｐｔ）触媒を内蔵する。ここで、本実施形態においては図２に示すように、触媒ユニット３１が循環経路２０におけるヒータ２２の直後であって加熱後熱風通過領域２０ａに臨むように配置されている。すなわち、基板焼成炉１の筐体に形成され、排気管３０が循環経路２０に接続される分岐接続点に触媒ユニット３１が配置されている。
【００３５】
また、排気管３０の他端（循環経路２０とは反対側端部）は熱交換器５０に連通接続されている。本実施形態の熱交換器５０は、蓄熱部が回転する方式の蓄熱式熱交換器であり、回転する蓄熱部のエレメントに高温の気体と低温の気体とを交互に接触させて熱交換させるものである。このような方式の熱交換器としては、例えばユングストローム（登録商標）式の熱交換器を使用することができる。
【００３６】
排気管３０には触媒ユニット３１の他にも流量調整バルブ３２および入り側圧力計３３が介挿されている。流量調整バルブ３２は、排気管３０を流れる排気流量を調整する。入り側圧力計３３は、触媒ユニット３１から排出されて熱交換器５０に流入する熱風の圧力を検出する。また、熱交換器５０から排出された排気気体を排熱ダクト等に導く熱排気経路３０ａには出側圧力計３４が介挿されている。出側圧力計３４は、熱交換器５０から排出される熱排気の圧力を検出する。
【００３７】
一方、循環経路２０への給気経路としては、循環経路２０のうちのファン２１の近傍領域に給気管４０が連通接続されている。より具体的には、給気管４０から供給された気体が旋回翼２１ｂの軸周辺に流れるように構成されている。給気管４０には流量調整バルブ４２が介挿されている。流量調整バルブ４２は、給気管４０を流れる給気流量を調整する。給気管４０の他端側（循環経路２０とは反対側）は二股に分岐されており、一方の分岐管４０ａは熱交換器５０に連通接続されるとともに、他方の分岐管は熱交換器５０を経由しないバイパス管４０ｂとされている。
【００３８】
また、熱交換器５０に新たな気体（空気または窒素ガス等の不活性ガス）を供給するための供給経路４０ｃには三方弁４４が設けられている。この三方弁４４にはバイパス管４０ｂも接続されている。三方弁４４は、新たに供給する気体を熱交換器５０を経由して給気管４０に送るか、熱交換器５０を経由することなくバイパス管４０ｂを介して給気管４０に送るかを択一的に切り替える。新たに供給する気体がバイパス管４０ｂを通過する場合には、バイパス管４０ｂが熱交換器５０を経由することなく循環経路２０に直接新たな給気を行うバイパス経路として機能する。新たに供給する気体がいずれの経路を通過したとしても、最終的には給気管４０に流れ込み、その供給流量は流量調整バルブ４２によって調整される。
【００３９】
熱交換器５０は、触媒ユニット３１から排出された熱風と循環経路２０に新たに供給する気体との熱交換を行う。本実施形態の熱交換器５０は蓄熱式熱交換器であり、触媒ユニット３１から排出されて排気管３０から送給された高温の熱風と、供給経路４０ｃから送給された比較的低温の気体とを交互に蓄熱部のエレメントに接触させ、排出される熱風が保有している熱をエレメントを介して新たに供給する気体に伝える。
【００４０】
また、本実施形態の給排気システムには制御部９０が設けられている。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用アプリケーションやデータなどを記憶しておく磁気ディスク等を備えている。制御部９０は、流量調整バルブ３２，４２および三方弁４４と電気的に接続されており、それらの動作を制御する。また、制御部９０は、基板焼成炉１の各動作部（例えば、ファン２１、ヒータ２２、シャッター１１の昇降駆動機構）の動作も制御する。さらに、制御部９０は、入り側圧力計３３、出側圧力計３４および後述する基板焼成炉１のカウンター９１とも電気的に接続されており、これらセンサーからの検出信号を受ける。
【００４１】
次に、上記構成を有する基板焼成炉１の給排気システムにおける動作内容について説明する。まず、焼成処理中においては、搬送ロボットが一定間隔でガラス基板Ｗを順次炉体１０に搬入して所定の段の棚に渡す。棚を構成するフォークに載置されたガラス基板Ｗは吹き出し口１２からの熱風によって焼成温度にまで昇温する。そして、熱処理空間１９内にて所定の焼成時間が経過したガラス基板Ｗは搬送ロボットによって搬出される。なお、本実施形態のようにガラス基板Ｗに載せられた被焼成物がカラーインクである場合には熱処理空間１９が空気雰囲気とされるが（つまり、加熱空気が循環される）、被焼成物が配線用のインクである場合には窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とされる（つまり、加熱不活性ガスが循環される）。
【００４２】
炉体１０の排気口１４から排出された熱排気はファン２１によって循環経路２０に熱風の気流として送り出され、その気流がヒータ２２によって加熱された後に耐熱ＨＥＰＡフィルタ１３によって浄化されて吹き出し口１２から熱処理空間１９に再供給される。ヒータ２２は、制御部９０によって制御されており、ファン２１によって送り出された気流を焼成温度に応じた温度にまで加熱する。なお、炉体１０の熱処理空間１９に温度センサーを設け、その温度センサーの計測結果に基づいて、熱処理空間１９が焼成温度に応じた温度となるように制御部９０がヒータ２２をフィードバック制御するようにしても良い。
【００４３】
上記の循環過程において、ヒータ２２によって加熱された熱風は、吹き出し口１２に向かう気流と排気管３０に流れ込む気流とに分岐する。排気管３０には、加熱後熱風通過領域２０ａに臨むように触媒ユニット３１が設けられている。従って、ヒータ２２によって加熱された直後の焼成温度よりも数十℃高温の熱風の一部は直ちに触媒ユニット３１に流入することとなる。
【００４４】
ヒータ２２によって加熱された直後の高温の熱風が直ちに触媒ユニット３１に流入して白金触媒に接触すると、白金触媒も高温となり、循環経路２０から排出された熱風に含まれる有機物が高い効率にて分解されることとなる。このときに、ガラス基板Ｗが不活性ガス雰囲気中にて焼成されている場合には触媒ユニット３１にて有機物の熱分解が生じ、空気雰囲気中にて焼成されている場合には触媒ユニット３１にて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じる。その結果、循環経路２０から排気管３０に排出された熱風に含まれる有機物のほとんどが無害な物質に分解される。
【００４５】
触媒ユニット３１にて有機物のほとんどが分解されて浄化された熱風は流量調整バルブ３２を通過して熱交換器５０に流入する。一方、ガラス基板Ｗに通常の焼成処理を行っているときには、新たに供給される気体が熱交換器５０を経由するように三方弁４４が設定されている。すなわち、バイパス管４０ｂは閉じられている。これにより、熱交換器５０において、触媒ユニット３１から排出された高温の熱風と循環経路２０に新たに供給する低温の気体との間で熱交換が実行され、排気気体の温度が低下するとともに給気気体の温度が昇温する。このときに、循環経路２０から排気管３０に排出された熱風に含まれる有機物のほとんどが分解されているため、熱交換器５０内のエレメント等への有機物の付着は非常に少なく、熱交換器５０の目詰まりを防止することができる。
【００４６】
熱交換器５０を通過して温度が低下した排気気体は熱排気経路３０ａを経て外部の排熱ダクト等に放出される。この排気気流にも有機物がほとんど含まれていないことは勿論である。一方、熱交換器５０を通過して温度が上昇した給気気体は分岐管４０ａを経て給気管４０に流れ込み、流量調整バルブ４２を通過して循環経路２０に流れ込む。新たに供給される気体は循環経路２０のファン２１の近傍（つまり、ヒータ２２よりも上流側）に流れ込むため、熱処理空間１９に吹き出される熱風の温度を低下させるおそれはなく、ヒータ２２によって加熱された後に吹き出し口１２から熱処理空間１９に供給されることとなる。
【００４７】
このようにすれば、ヒータ２２によって加熱された直後の高温の熱風が直ちに触媒ユニット３１に流入し、効率良く熱風中に含まれる有機物が分解されることとなるため、有機物のほとんどは分解される。その結果、熱交換器５０の内部構造に有機物が付着することが最小限に抑制されるため熱交換器５０を長期間安定して稼働させることができる。熱交換器５０を使用して給気気体と排気気体との間の熱交換を行うことができれば、基板焼成炉１の給排気システムにおけるエネルギー効率を高くすることができる。
【００４８】
また、特に空気雰囲気にて焼成処理を行う場合には、触媒ユニット３１にて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、その結果、触媒ユニット３１の入口側温度が焼成温度に近似した温度であったのが出口側温度では約２００℃上昇して昇温することが判明した。一般に熱交換器においては高温側流体の温度が高いほど良好な熱効率が得られ、約４００℃以上の高温の排気気体が熱交換器５０に流入すれば、エネルギー効率をより良好なものとすることができる。むしろ、基板焼成炉１から見ると、触媒ユニット３１にて分解熱が上乗せされることにより、排気によって自らが放出した以上の熱を給気によって得ることができる。
【００４９】
また、基板焼成炉１には炉体１０に収容されて焼成処理が行われているガラス基板Ｗの枚数を計測するカウンター９１が設けられている。このカウンター９１としては、ガラス基板Ｗが各棚に載置されているか否かを検出する光学センサー等のハード的な計数機構であっても良いし、処理レシピから炉体１０に収容されているガラス基板Ｗの枚数を認識するソフト的なものであっても良い。カウンター９１によって計数された処理中のガラス基板Ｗの枚数は制御部９０に電気信号として伝達される。そして、制御部９０は、カウンター９１によって計数されたガラス基板Ｗの枚数に応じて流量調整バルブ３２および流量調整バルブ４２を制御し、循環経路２０からの排気量および循環経路２０への給気量を調整する。具体的には、焼成処理が行われているガラス基板Ｗの枚数が多いほど、それに比例して発生する有機物量も多くなるため、循環経路２０からの排気量および循環経路２０への給気量が多くなるように制御部９０が流量調整バルブ３２，４２を制御する。このようにすれば、触媒ユニット３１に流入する排気気体中に含まれる有機物の気中濃度がほぼ一定となるため、白金触媒が安定して作用することとなる。また、焼成処理が行われているガラス基板Ｗの枚数が少ないときは給排気量を少なくして基板焼成炉１の循環経路２０から持ち去られる熱エネルギーを低減し、逆にガラス基板Ｗの枚数が多いときは給排気量を多くして発生した有機物をなるべく早期に排出することができる。
【００５０】
また、制御部９０は、循環経路２０からの排気量が循環経路２０への給気量よりも若干多くなるように流量調整バルブ３２，４２を制御する。このようにすれば、炉体１０の内部は絶えず外気に対して若干の負圧状態となり、ガラス基板Ｗの搬出入時にシャッター１１を開放したときにも有機物の炉外への漏出や熱の放散を抑制することができる。
【００５１】
本実施形態の給排気システムによれば、熱交換器５０のエレメント等の内部構造への有機物付着はほとんど生じないのであるが、長期にわたって連続運転を行っていると徐々にではあるが有機物の付着は避けられない。熱交換器５０の内部構造に有機物が付着してくると、いわゆる目詰まり状態となって圧力損失が発生する。このため、入り側圧力計３３および出側圧力計３４の圧力検知結果に基づいて、制御部９０が触媒ユニット３１から排出されて熱交換器５０に流入する熱風の圧力と熱交換器５０から排出される熱排気の圧力との圧力差を検知する。そして、その圧力差が所定の閾値以上となったときに、新たに供給される気体がバイパス管４０ｂを通るように制御部９０が三方弁４４を切り替える。この状態では、新たに供給される気体が熱交換器５０を通過することはない。すると、熱交換器５０には、高温の排気気体が流れ続ける一方で低温の気体が供給されなくなるため熱交換が生じなくなり、熱交換器５０のエレメント等の温度が上昇する。その結果、熱交換器５０の内部構造に付着していた有機物が熱によって再度昇華して排出される。すなわち、新たに供給される気体をバイパス管４０ｂに流すことによって、熱交換器５０の内部構造から有機物が除去されてクリーニング処理が実行されるのである。但し、このクリーニング処理時には熱交換が全く行われずにエネルギー効率が低くなるため、入り側圧力計３３と出側圧力計３４との圧力差が所定値未満となった時点で新たに供給される気体が再び熱交換器５０を通過するように制御部９０が三方弁４４を切り替える。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、本発明に係る給排気システムは図３に示すようなものであっても良い。図３において、図１と同一の要素については同一の符号を付している。図３の給排気システムが図１と相違するのは、触媒ユニット３１に空気（または酸素）を供給する空気供給管６０を設けている点である。空気供給管６０は、熱交換器５０を通って排気管３０の触媒ユニット３１の入口側近傍に連通接続されている。なお、このような構成を実現するため、図３のシステムにおいては、排気管３０における加熱後熱風通過領域２０ａからやや離れた位置に触媒ユニット３１が配置されている。すなわち、排気管３０が循環経路２０に接続される分岐接続点と触媒ユニット３１との間に空気供給管６０が連通接続される。
【００５３】
図３のシステムでは、給気管４０からは窒素ガス等の不活性ガスが供給され、循環経路２０および炉体１０の内部は不活性ガス雰囲気とされている。それとは別経路の空気供給管６０からは排気管３０の触媒ユニット３１入口側近傍に熱交換器５０にて昇温された空気（または酸素）が供給される。なお、空気が供給されるのは排気管３０の最上流位置であるため、その空気が逆流して不活性ガス雰囲気とされた循環経路２０に流れ込むことは防止される。触媒ユニット３１の入口側近傍に高温の空気が供給されると、空気雰囲気にて焼成処理を行う場合と同様に、触媒ユニット３１にて有機物の熱分解と酸化分解とが同時に生じ、触媒ユニット３１の入口側温度よりも出口側温度の方が高温となる。その結果、熱交換器５０における熱交換効率を向上させて、エネルギー効率をより良好なものとすることができる。なお、図３のシステムは、給気管４０から空気を供給してガラス基板Ｗの大気焼成処理を行うものにも適用できることは言うまでもない。
【００５４】
また、循環経路２０の構成は図２のような形態に限定されるものではなく、炉体１０の排気口１４と吹き出し口１２とを連通する気体通過可能な流路であって、その上流側にファン２１を設け、下流側にヒータ２２を設ける構成であれば良い。従って、例えば基板焼成炉１の外壁パネルを開放しやすいように、ヒータ２２を炉体１０の底部に配置するようにしても良い。
【００５５】
また、バイパス管４０ｂを使用した熱交換器５０のクリーニング処理は、入り側圧力計３３と出側圧力計３４との圧力差に関わらず一定間隔ごとに実行するようにしても良い。
【００５６】
また、熱交換器５０のクリーニング処理では、バイパス管４０ｂを使用し、さらに別途排気入口に設けた、例えば高温・高圧の過熱蒸気を噴出する過熱蒸気ノズルを併用することにより、より短時間でクリーニングレベルを上げてもよい。
【００５７】
また、熱交換器５０は、蓄熱式熱交換器に限定されるものではなく、給排気が交互に通過する流路を持つプレート式熱交換器等であってもよい。
【００５８】
また、基板焼成炉１の炉体１０に収容可能なガラス基板Ｗの枚数は４０枚に限定されるものではなく任意の数とすることができる。
【００５９】
また、本発明に係る給排気システムを備えた基板焼成炉によって焼成処理の対象となる基板はガラス基板Ｗに限定されるものではなく、半導体ウェハであっても良い。また、被焼成物となるインクはバンク用、ＩＴＯ電極（インジウム錫酸化物の透明電極）用などでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る基板焼成炉の給排気システムの要部構成を示す概要図である。
【図２】基板焼成炉を上方から見た断面図である。
【図３】本発明に係る基板焼成炉の給排気システムの他の例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基板焼成炉
１０ 炉体
１２ 吹き出し口
１３ 耐熱ＨＥＰＡフィルタ
１４ 排気口
２０ 循環経路
２０ａ 加熱後熱風通過領域
２１ ファン
２２ ヒータ
３０ 排気管
３１ 触媒ユニット
３２，４２ 流量調整バルブ
３３ 入り側圧力計
３４ 出側圧力計
４０ 給気管
４０ｂ バイパス管
５０ 熱交換器
９０ 制御部
９１ カウンター
Ｗ ガラス基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されることによって有機物を発生する基板を収容して焼成処理を行う炉体と、前記炉体から排出された熱風を循環させて再度前記炉体に供給する循環経路と、前記循環経路に設けられて熱風を循環させるファンと、前記循環経路に設けられて熱風を加熱するヒータと、を有する基板焼成炉と、
前記循環経路から分岐されて熱風を排出する排気経路と、
前記排気経路に設けられ、前記循環経路から排出された熱風に含まれる有機物を酸素を含む雰囲気中にて分解する触媒を有する触媒ユニットと、
前記触媒ユニットから排出された熱風と前記循環経路に新たに供給する気体との熱交換を行う熱交換器と、
を備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項２】
請求項１記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記基板焼成炉は、空気雰囲気中にて基板の焼成処理を行うことを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項３】
請求項１記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記排気経路における前記触媒ユニットの入口側近傍に空気または酸素を供給する空気供給管を接続することを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記触媒は白金触媒であることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記循環経路のうち前記ヒータから前記炉体の気体吹き出し口に至る加熱後熱風通過領域に前記排気経路が接続されることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項６】
請求項５記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記触媒ユニットは、前記排気経路が前記循環経路に接続される分岐接続点に配置されていることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記炉体に収容して焼成処理を行っている基板の枚数を計数する計数手段と、
前記計数手段によって計数された基板枚数に応じて前記循環経路からの排気量および前記循環経路への給気量を制御する流量制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記熱交換器を経由することなく前記循環経路に直接新たな給気を行うバイパス経路をさらに備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項９】
請求項８記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記触媒ユニットから排出されて前記熱交換器に流入する熱風の圧力と前記熱交換器から排出される熱排気の圧力との圧力差を検知する圧損検知手段と、
前記圧力差が所定値以上となった時点で前記バイパス経路を作動させる給気経路切替手段と、
をさらに備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項１】
加熱されることによって有機物を発生する基板を収容して焼成処理を行う炉体と、前記炉体から排出された熱風を循環させて再度前記炉体に供給する循環経路と、前記循環経路に設けられて熱風を循環させるファンと、前記循環経路に設けられて熱風を加熱するヒータと、を有する基板焼成炉と、
前記循環経路から分岐されて熱風を排出する排気経路と、
前記排気経路に設けられ、前記循環経路から排出された熱風に含まれる有機物を酸素を含む雰囲気中にて分解する触媒を有する触媒ユニットと、
前記触媒ユニットから排出された熱風と前記循環経路に新たに供給する気体との熱交換を行う熱交換器と、
を備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項２】
請求項１記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記基板焼成炉は、空気雰囲気中にて基板の焼成処理を行うことを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項３】
請求項１記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記排気経路における前記触媒ユニットの入口側近傍に空気または酸素を供給する空気供給管を接続することを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記触媒は白金触媒であることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記循環経路のうち前記ヒータから前記炉体の気体吹き出し口に至る加熱後熱風通過領域に前記排気経路が接続されることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項６】
請求項５記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記触媒ユニットは、前記排気経路が前記循環経路に接続される分岐接続点に配置されていることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記炉体に収容して焼成処理を行っている基板の枚数を計数する計数手段と、
前記計数手段によって計数された基板枚数に応じて前記循環経路からの排気量および前記循環経路への給気量を制御する流量制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記熱交換器を経由することなく前記循環経路に直接新たな給気を行うバイパス経路をさらに備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【請求項９】
請求項８記載の基板焼成炉の給排気システムにおいて、
前記触媒ユニットから排出されて前記熱交換器に流入する熱風の圧力と前記熱交換器から排出される熱排気の圧力との圧力差を検知する圧損検知手段と、
前記圧力差が所定値以上となった時点で前記バイパス経路を作動させる給気経路切替手段と、
をさらに備えることを特徴とする基板焼成炉の給排気システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−３０４１８２（Ｐ２００８−３０４１８２Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８６６５（Ｐ２００８−１８８６６５）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【分割の表示】特願２００６−１７３９１０（Ｐ２００６−１７３９１０）の分割
【原出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【出願人】（５０２２６６３２０）株式会社フューチャービジョン (73)
【出願人】（０００１６７２００）光洋サーモシステム株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【分割の表示】特願２００６−１７３９１０（Ｐ２００６−１７３９１０）の分割
【原出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【出願人】（５０２２６６３２０）株式会社フューチャービジョン (73)
【出願人】（０００１６７２００）光洋サーモシステム株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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