JP4978001B2

JP4978001B2 - 温度制御方法、温度制御装置および熱処理装置

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Publication number: JP4978001B2
Application number: JP2005343477A
Authority: JP
Inventors: 政仁田中; 郁夫南野; 明高石
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: EP1681526A3; US7548796B2; JP2006220408A; EP1681526A2; US20060173646A1

Description

本発明は、制御対象の温度を制御する温度制御方法、温度制御装置、温度制御装置を用いた熱処理装置に関し、特に、多入出力干渉系の制御対象の温度制御に好適な技術に関する。

従来、例えば、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板などを、熱処理する場合には、複数の熱処理ゾーンが連続する連続炉が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７９２５６号公報

かかる連続炉を用いた熱処理では、ガラス基板等の被熱処理物を、水平方向に連続する複数の炉内に流して熱処理を行なうのであるが、この熱処理は、連続炉内を流れる被熱処理物の温度が時間の経過に伴ってどのように変化するかを示す温度プロファイルが、目標とする所望の温度プロファイルになるように行う必要があり、このため、連続する複数の炉の設定温度等の調整が行われる。

この設定温度等の調整では、温度センサを取り付けた試験用の被熱処理物を、連続炉内に流してその温度プロファイルを計測し、所望の温度プロファイルとなるように各炉の設定温度等を調整しているが、この調整は、熟練技術者の経験や勘に依存するために個人差によるばらつきが生じたり、被熱処理物を連続炉内に繰り返して流して調整するために調整工数が多大になるといった難点がある。

本発明は、このような実情に鑑みて為されたものであって、被熱処理物を、所望の状態で熱処理するための調整作業を容易に行えるようにすることを目的とする。

本発明の温度制御方法は、被熱処理物を、連続する複数の熱処理ゾーンを移動させながら行なう熱処理における各熱処理ゾーンの温度を制御する方法であって、前記被熱処理物を前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測される複数の観測点における計測温度である前記被熱処理物の温度と、所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、前記熱処理ゾーンの目標温度および検出温度の少なくともいずれか一方を補正する補正値を算出することを特徴とし、前記被熱処理物を、前記複数の熱処理ゾーンを移動させて熱処理を行って該被熱処理物の温度を計測する第１のステップと、計測した被熱処理物の温度に基いて、前記目標温度を変化させたときの前記被熱処理物の前記複数の観測点における熱処理ゾーン間の干渉の度合いを求める第２のステップと、求めた干渉の度合いに基づいて、前記補正値を算出する第３のステップと、算出した前記補正値に基いて、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する第４のステップとを含み、前記第２のステップでは、計測した被熱処理物の温度に基いて、前記目標温度の温度変化と前記被熱処理物の前記複数の観測点における温度変化との関係を示す行列を求め、前記第３のステップでは、前記行列の逆行列を用いて前記補正値を算出し、さらに、前記第２のステップでは、熱処理ゾーンの目標温度および計測した被熱処理物の温度に基いて、熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを作成し、作成したモデルを用いて、前記行列を求めるものである。

熱処理とは、加熱および／または冷却することをいい、熱処理ゾーンとは、熱処理を行なう区間（範囲）をいい、この熱処理ゾーンには、少なくとも一つの加熱手段および／または冷却手段が配置されるのが好ましく、各熱処理ゾーン毎に温度制御されるのが好ましい。

連続する複数の熱処理ゾーンは、各熱処理ゾーンが、水平方向に連続してもよいし、上下方向に連続するものであってもよい。

前記被熱処理物の温度は、熱処理時と同様に、前記被熱処理物を、前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測される温度であるのが好ましいが、熱処理する前の被熱処理物の初期温度としてもよい。

前記補正値は、前記被熱処理物の温度と所望の温度プロファイルの温度との温度差を可及的に小さくする値であるのが好ましい。

本発明によると、被熱処理物の温度と所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、目標温度（設定温度）および検出温度（入力温度）の少なくとも一方を補正する補正値を算出するので、従来のように、試行錯誤的に目標温度（設定温度）等の調整を行うことなく、算出された補正値で目標温度や検出温度の補正を行えばよい。

観測点とは、複数の熱処理ゾーンにおいて、被熱処理物の温度を観測しようとする点、すなわち、複数の熱処理ゾーンにおける、温度を観測しようとする被熱処理物の位置をいう。この観測点は、被熱処理物の温度を、所望の温度プロファイルの温度に一致させる必要性が高い点を選択するのが好ましい。

この実施形態によると、複数の熱処理ゾーンを移動させて計測される複数の観測点における被熱処理物の計測温度と、所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、補正値を算出するので、被熱処理物の初期温度などを用いるのに比べて、精度よく補正することができる。

干渉の度合いとは、熱処理ゾーンの目標温度を変化させたときに、各熱処理ゾーン間の干渉によって、観測点における被熱処理物の温度が受ける影響の度合いをいい、例えば、或る熱処理ゾーンの目標温度を変化させたときに、熱的に連続している他の熱処理ゾーンとの干渉によって、観測点における被熱処理物の温度が受ける影響の度合いをいう。

この干渉の度合いは、実際に計測を行って求めてもよいが、熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを使用して推定するのが好ましい。

この実施形態によると、目標温度を変化させたときに、各観測点における被熱処理物の温度が受ける影響の度合い、すなわち、目標温度の温度変化に対する各観測点における被熱処理物の温度変化を、干渉の度合いとして予め求めているので、この干渉の度合いに基づいて、各観測点における被熱処理物の温度を、所望の温度プロファイルの温度になるように温度変化させるには、目標温度を、どのように温度変化させたらよいかを補正値として求めることができる。したがって、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、被熱処理物を、所望の温度プロファイルで熱処理するための目標温度や検出温度を補正するための調整作業が容易となる。

この実施形態によると、算出した補正値に基いて、検出温度および目標温度の少なくとも一方を、自動的に調整することができる。

この実施形態によると、第２のステップで求めた目標温度の温度変化と被熱処理物の複数の観測点における温度変化との関係を示す行列の逆行列を用いて補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、従来のように、作業者が試行錯誤的に調整を行う必要がない。

この実施形態によると、熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを用いて目標温度の温度変化と被熱処理物の複数の観測点における温度変化との関係を示す行列を求めるので、実際に熱処理ゾーンの目標温度をそれぞれ変化させて被熱処理物の複数の観測点における温度変化を計測する必要がない。

本発明の温度制御装置は、被熱処理物を、連続する複数の熱処理ゾーンを移動させながら行なう熱処理における各熱処理ゾーンの温度を制御する温度調節器と、前記被熱処理物を前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測される複数の観測点における計測温度である前記被熱処理物の温度と、所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、補正値を算出する補正装置とを備え、前記温度調節器は、前記熱処理ゾーンの目標温度および検出温度に基づいて、前記熱処理ゾーンの温度を制御するものであって、かつ、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を、前記補正値に基づいて補正することを特徴とし、前記補正装置は、前記目標温度を変化させたときの前記被熱処理物の前記複数の観測点における熱処理ゾーン間の干渉の度合いに基いて、前記補正値を算出し、さらに、前記補正装置は、前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測した被熱処理物の温度に基いて、前記目標温度の温度変化と前記被熱処理物の前記複数の観測点における温度変化との関係を示す行列を求め、該行列の逆行列を用いて前記補正値を算出し、さらに、前記補正装置は、各熱処理ゾーンの目標温度および計測した被熱処理物の温度に基いて得られる熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを有し、該モデルを用いて、前記行列を求めるものである。

補正装置は、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）やパソコンなどで構成されるのが好ましい。

本発明によると、被熱処理物の計測温度と所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、目標温度および検出温度の少なくとも一方を補正する補正値を算出するので、従来のように、試行錯誤的に目標温度等の調整を行うことなく、算出された補正値で目標温度や検出温度の補正を行えばよい。

この実施形態によると、干渉の度合いに基いて、目標温度や検出温度を補正するための補正値を求めることができるので、被熱処理物を、所望の温度プロファイルで熱処理するための目標温度や検出温度を補正するための調整作業が容易となる。

この実施形態によると、目標温度の温度変化と被熱処理物の複数の観測点における温度変化との関係を示す行列の逆行列を用いて補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、従来のように、作業者が試行錯誤的に調整を行う必要がない。

この実施形態によると、熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを用いて行列を求めるので、実際に熱処理ゾーンの目標温度を変化させて被熱処理物の複数の観測点における温度変化を計測する必要がない。

（１２）本発明の熱処理装置は、本発明の温度制御装置と、連続する複数の熱処理ゾーンを有するとともに、前記温度制御装置によって温度制御される連続処理装置とを備えている。

連続処理装置は、連続する複数の熱処理ゾーンを有するものであり、例えば、リフロー炉や連続焼成炉などである。

本発明によると、被熱処理物を、所望の温度状態で熱処理するための目標温度や検出温度を補正するための調整作業が容易となる。

以上のように本発明によれば、被熱処理物の計測温度と所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、前記目標温度および前記検出温度の少なくとも一方を補正する補正値を算出するので、従来のように、試行錯誤的に目標温度等の調整を行うことなく、算出された補正値で目標温度や検出温度の補正を行えばよく、調整作業が容易となる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を備える熱処理装置の概略構成図である。

この実施の形態の熱処理装置１は、被熱処理物としてのガラス基板２を、連続炉３で熱処理するものであり、この連続炉３は、水平方向に連続する複数の熱処理ゾーンを構成する第１〜第３の炉３_１〜３_３を備えており、各炉３_１〜３_３には、図示しない温度センサおよびヒータがそれぞれ配設されている。各炉３_１〜３_３に個別的に対応する各温度調節器４_１〜４_３には、前記温度センサの出力が与えられる一方、各温度調節器４_１〜４_３によって、各炉３_１〜３_３の前記ヒータの通電が制御される。

各温度調節器４_１〜４_３は、図示しない上位装置や設定部から設定された設定温度（目標温度）と、前記各炉３_１〜３_３の温度センサからの検出温度との偏差に基づいて、各炉３_１〜３_３にそれぞれ配設されたヒータの通電を制御する。

連続炉３で熱処理されるガラス基板２は、ベルトコンベア５によって一定速度で連続炉３内を矢符Ａで示すように搬送されて熱処理される。

かかるガラス基板２の熱処理では、搬送されて連続炉３内を移動するガラス基板２が時間とともにどのような温度変化を示すかを表す温度プロファイルが、所望の温度プロファイルになるように各炉３_１〜３_３の温度を制御する必要があり、このため、各炉３_１〜３_３に個別的に対応する温度調節器４_１〜４_３の設定温度の調整を行う必要がある。

この実施の形態では、かかる設定温度の調整作業を、従来の作業者の経験や勘に依存して試行錯誤的に行うのではなく、容易に行えるようにするために次のようにしている。

すなわち、この実施の形態の温度制御方法は、先ず、各炉３_１〜３_３の設定温度をそれぞれ変化させて整定させた各状態において、ガラス基板２を一定速度で搬送して連続炉３内を移動させてそれぞれ熱処理したときに、連続炉３内の複数の観測点でガラス基板２の温度がどのように変化するかの干渉の度合いを予め求める。

観測点とは、連続炉３内における温度を観測しようとするガラス基板２の位置をいい、時間の経過に対するガラス基板２の温度変化を示す温度プロファイルにおいては、温度を観測しようとする時点に対応することになる。

この観測点は、ガラス基板２の温度を、所望の温度プロファイルの温度に一致させる必要性が高い時点に選ばれるのが好ましく、例えば、後述のように、ガラス基板２が、第１の炉３_１を通過する期間内で１点、第２の炉３_２を通過する期間内で１点、第３の炉３_３を通過する期間内で１点の計３点の観測点を選択してもよい。

また、干渉の度合いとは、各炉３_１〜３_３の設定温度をそれぞれ変化させたときに、各炉３_１〜３_３の間の熱的な干渉によって、連続炉３内の複数の観測点におけるガラス基板２の温度がそれぞれ受ける影響の度合いをいう。

次に、予め求めた干渉の度合いを用いて、前記複数の観測点におけるガラス基板２の温度が、所望の温度プロファイルの対応する観測点の温度に一致するように、前記各炉３_１〜３_３の設定温度の補正値を算出するものである。

すなわち、各炉３_１〜３_３の設定温度の変化に対するガラス基板２の複数の観測点における温度変化を示す干渉の度合いに基づいて、ガラス基板２の複数の観測点における温度を、所望の温度プロファイルの温度にするためには、各炉３_１〜３_３の設定温度を、どのように変化させればよいかを補正値として算出するのである。

干渉の度合いを求めるために、実際に、例えば、第１の炉３_１の設定温度を変化させて整定させた状態で、ガラス基板２を連続炉３に流して温度プロファイルを計測し、次に、第２の炉３_２の設定温度を変化させて整定させた状態で、ガラス基板２を連続炉３に流して温度プロファイルを計測し、更に、第３の炉３_３の設定温度を変化させて整定させた状態で、ガラス基板２を連続炉３に流して温度プロファイルを計測してもよい。

しかし、連続炉３が長く、該連続炉３を構成する炉の数が多いような場合には、多大な工数を要し、現実的ではない。

そこで、この実施の形態では、連続炉３および被熱処理物であるガラス基板２を含むシステムのモデリングを行い、このシステムのモデルを用いて干渉度合いを求めるようにしている。

すなわち、この実施の形態では、図２に示すように、先ず、温度センサを取り付けた試験用のガラス基板２を、実運用時と同様に、連続炉３内を一定速度で移動させて熱処理してその温度プロファイルを計測し（ステップｎ１）、このガラス基板２の温度プロファイルを用いて連続炉３およびガラス基板２を含むシステムのモデリングを行い、このシステムのモデルを使用して、各炉３_１〜３_３の設定温度を変化させたときに、ガラス基板２の温度が、連続炉３内の複数の観測点でどのように変化するかの干渉の度合いを求める（ステップｎ２）。

次に、求めた干渉の度合いに基づいて、前記複数の観測点において、ガラス基板２の温度を、所望の温度プロファイルの対応する温度に一致させるように、設定温度および検出温度の少なくとも一方を補正するための補正値を算出し（ステップｎ３）、実運用においては、算出した補正値を用いて設定温度および検出温度の少なくとも一方を補正するものである（ステップｎ４）。

図３は、干渉の度合いを計測して補正値を算出するための熱処理装置の構成の一例を示す概略構成図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。この図３において、２は温度センサが取り付けられた試験用のガラス基板であり、６は試験用のガラス基板２の温度を計測する温度ロガーであり、７は温度ロガー６および各温度調節器４_１〜４_３に接続されたＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）やパソコンなどの補正装置としての上位装置である。この上位装置７は、温度ロガー６および各温度調節器４_１〜４_３との通信などによって、各温度調節器４_１〜４_３の設定温度を変更できるとともに、ガラス基板２の温度を計測することができる。この上位装置７と温度調節器４_１〜４_３とによって、本発明に係る温度制御装置が構成される。

また、この実施の形態では、上位装置７は、マイクロコンピュータを備えており、このマイクロコンピュータのＲＯＭに格納されている本発明に係るプログラムを実行することにより、連続炉３およびガラス基板２を含むシステムをモデリングし、このモデルを用いて干渉の度合いを求め、この干渉の度合いに基いて、補正値を後述のようにして算出し、算出した補正値を各温度調節器４_１〜４_３にそれぞれ設定格納する。

この実施の形態では、各炉３_１〜３_３の設定温度を変化させたときに、各炉３_１〜３_３の間の干渉によって連続炉３内の複数の観測点におけるガラス基板２の温度が受ける影響の度合いを、連続炉３およびガラス基板２を含むシステムのモデルを用いて推定できるように、前記システムのモデリングを行う。

このモデリングを行うために、先ず、温度センサを取り付けた試験用のガラス基板２を、実運用時と同様に、連続炉３内を一定速度で移動させて熱処理して温度プロファイルを計測する。すなわち、各炉３_１〜３_３の温度を或る設定温度に制御して整定させた状態で、試験用のガラス基板２を、連続炉３内を一定速度で移動させて熱処理を行なって、例えば、図４に示すように、温度プロファイルを計測する。

なお、図４において、ｒ１〜ｒ３は、各炉３_１〜３_３の設定温度を示している。各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３は、所望の温度プロファイルに比較的近い温度プロファイルが得られるように設定するのが好ましいが、任意に設定してもよい。

次に、この温度プロファイルのデータおよび各炉３_１〜３_３の設定温度のデータを用いて、図５に示すように、連続炉３およびガラス基板２を含むシステムのモデル８を作成する。

このモデル８としては、例えば、次式で示されるＡＲＸモデルを用い、パラメータα，βを、最小二乗法で求める。

α（ｑ）ｙ（ｋ）＝β（ｑ）ｕ（ｋ）
但し、α，β：モデルのパラメータ
ｑ：シフトオペレータ
ｕ（ｋ）：炉の設定温度の時系列データ
ｙ（ｋ）：ガラス基板温度の時系列データ
ｋ：０，１，２，３…
サンプリング周期は、例えば、０．５秒である。

ここで、炉の設定温度の時系列データｕ（ｋ）は、ガラス基板２が、各炉３_１〜３_３をそれぞれ通過する期間は、各炉３_１〜３_３の各設定温度のまま一定となる。例えば、ガラス基板２が、第１の炉３_１を通過する期間は、炉の設定温度の時系列データｕ（ｋ）は、第１の炉３_１の設定温度ｒ１となる。

このように入力データである炉の設定温度の時系列データｕ（ｋ）と出力データであるガラス基板温度の時系列データｙ（ｋ）とから最小二乗法を用いてパラメータα，βを推定してモデル８を作成する。

このシステムのモデル８を用いることにより、各炉３_１〜３_３の設定温度に基づいて、連続炉３内の複数の観測点におけるガラス基板２の温度を推定することができる。

そこで、この実施形態では、各炉３_１〜３_３の設定温度を変化させたときに、連続炉３内の複数の観測点におけるガラス基板２の温度が受ける影響の度合い、すなわち、干渉の度合いを次のようにして求める。

先ず、各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３を、Ｔ℃にそれぞれ設定して整定させ、ガラス基板２を、連続炉３内を一定速度で移動させたと仮定したときの複数の観測点、例えば、図６に示す第１〜第３の観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度を、モデル８を用いて予め推定する。

次に、第１の炉３_１の設定温度ｒ１を、図６（ａ）に示すように、Ｔ℃からΔａ１、例えば、１℃変化させ、第２，第３の炉３_２，３_３の設定温度ｒ２，ｒ３をＴ℃にそれぞれ設定して整定させ、ガラス基板２を、連続炉３内を移動させたと仮定したときの第１〜第３の観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度を、モデル８を用いて推定し、設定温度ｒ１を変化させる前の予め推定した第１〜第３の各観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度からの温度変化ｃ１１，ｃ１２，ｃ１３を推定する。

同様に、第２の炉３_２の設定温度ｒ２を、図６（ｂ）に示すように、Ｔ℃からΔａ２、例えば、１℃変化させ、第１，第３の炉３_１，３_３の設定温度ｒ１，ｒ３をＴ℃にそれぞれ設定して整定させ、ガラス基板２を、連続炉３内を移動させたと仮定したときの第１〜第３の各観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度を、モデル８を用いて推定し、設定温度ｒ２を変化させる前の予め推定した第１〜第３の各観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度からの温度変化ｃ２１，ｃ２２，ｃ２３を推定する。

更に、第３の炉３_３の設定温度ｒ３を、図６（ｃ）に示すように、Ｔ℃からΔａ３、例えば、１℃変化させ、第１，第２の炉３_１，３_２の設定温度ｒ１，ｒ２をＴ℃にそれぞれ設定して整定させ、ガラス基板２を、連続炉３内を移動させたと仮定したときの第１〜第３の各観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度を、モデル８を用いて推定し、設定温度ｒ３を変化させる前の予め推定した第１〜第３の各観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度からの温度変化ｃ３１，ｃ３２，ｃ３３を推定する。

このようにして、各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３をそれぞれ変化させたときに、各炉３_１〜３_３の間の干渉によって、連続炉３内の第１〜第３の観測点Ｐ１〜Ｐ３におけるガラス基板２の温度変化、すなわち、干渉の度合いを示す下記の行列が求まる。

そして、連続炉３の各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３の変化を、Δａ１〜Δａ３とし、ガラス基板２の第１〜第３の観測点Ｐ１〜Ｐ３における温度変化を、Δｂ１〜Δｂ３とすると、以下の関係式が成立する。

次に、以上のようにして求め干渉の度合いを示す行列を用いて、ガラス基板２の温度が、所望の温度プロファイルの温度になるように熱処理するための各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３の補正について説明する。

先ず、各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３をそれぞれ設定し、試験用のガラス基板２を、連続炉３内を移動させて熱処理して温度プロファイルＬ１を、図７に示すように計測する。各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３は、所望の温度プロファイルに比較的近い温度プロファイルが得られるように設定するのが好ましいが、任意に設定してもよい。

次に得られた温度プロファイルＬ１の第１〜第３の観測点Ｐ１〜Ｐ３における計測温度と、所望の温度プロファイルＬ２の対応する温度との温度差をΔｂ１〜Δｂ３とすると、この温度差Δｂ１〜Δｂ３を、小さくするように、各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３または温度調節器４_１〜４_３に入力される各炉３_１〜３_３の検出温度（入力温度）の補正値Δａ１〜Δａ３を求めればよい。

なお、温度プロファイルＬ１としては、連続炉３およびガラス基板２を含むシステムのモデリングを行なうために予め計測した図４の温度プロファイルを用いてもよい。

この補正値Δａ１〜Δａ３は、上述の干渉の度合いを示す行列の逆行列を用いて次式で算出することができる。

上記（３）式を解くことにより、従来試行錯誤的に調整していた補正値を、簡単に算出できることになる。

また、算出された補正値を、各炉３_１〜３_３の設定温度ｒ１〜ｒ３または温度調節器４_１〜４_３に入力される各炉３_１〜３_３の検出温度に加算して補正した結果、所望の温度プロファイルの温度からの温度差がどれくらいの値になるかを、上記行列により逆算して予測することもできる。

なお、観測点の数は、３点としたけれども、３点に限らず、任意の点数としてもよい。

以上のようにして上位装置７で算出された補正値は、対応する温度調節器４_１〜４_３にそれぞれ送信されて各温度調節器４_１〜４_３にそれぞれ設定される。

したがって、作業者の経験に依存し、試行錯誤的に行わねばならなかった設定温度または検出温度の補正のための調整作業が不要となり、自動化を図ることが可能となる。

なお、上位装置７で算出された補正値に基いて、作業者が、各温度調節器４_１〜４_３の設定温度あるいは検出温度（入力温度）を補正するようにしてもよい。

図８は、この実施の形態の温度調節器４_１〜４_３のブロック図である。

温度調節器４_１〜４_３は、設定温度を補正する設定温度補正部９を備えており、この設定温度補正部９には、上述のようにして上位装置７で算出された補正値が格納されるとともに、この補正値を、設定温度ｒ１〜ｒ３に加算して出力する。

したがって、補正値が加算された設定温度と検出温度との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御部１０でＰＩＤ演算を行って操作量ＭＶを出力し、各炉３_１〜３_３に配設されている各ヒータの通電を制御してガラス基板２を、所望の温度プロファイルの温度で熱処理するようにしている。

なお、設定温度補正部９およびＰＩＤ制御部１０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。

（その他の実施の形態）
上述の実施形態では、図７に示すように、計測した温度プロファイルＬ１の第１〜第３の観測点Ｐ１〜Ｐ３における温度と、所望の温度プロファイルＬ２の対応する温度との温度差をΔｂ１〜Δｂ３としたけれども、他の実施形態として、補正の精度はやや劣るものの、図９に示すように、ガラス基板２を熱処理する前の該ガラス基板２の初期温度Ｔ_０、例えば、３０℃と所望の温度プロファイルＬ２の各観測点Ｐ１〜Ｐ３の対応する温度との温度差をΔｂ１〜Δｂ３としてもよい。

上述の実施の形態では、ガラス基板には温度センサを一つ設けて１点のみの温度を計測したけれども、ガラス基板の面内における複数点の温度を計測してもよい。例えば、ガラス基板の面内の３点を計測する場合、各計測点に対応して温度プロファイルおよびモデルの数も３つとなる。この場合、ガラス基板の面内の３点を、例えば、上述の各観測点Ｐ１〜Ｐ３でそれぞれ観測するとすると、結局３×３＝９点の観測となり、３つの炉を有する連続炉の温度を設定できる点数３点に比べて、観測点の数が多くなるので、上述の干渉の度合いを示す３×３の行列が、９×３の行列となり、その逆行列を求めるのが困難となる。したがって、この場合には、逆行列に代えて、擬似逆行列を用いるようにすればよい。

上述の実施形態では、ガラス基板を、一定速度で連続炉内を移動させて熱処理を行なったけれども、連続炉内におけるガラス基板の移動速度を変化させて熱処理するものであってもよい。この場合には、モデリングを行なうためのガラス基板の温度の時系列データを計測する際には、ガラス基板の移動速度を熱処理時とむ同様に変化させて計測すればよい。

上述の実施の形態では、熱処理ゾーンが３つの場合に適用して説明したけれども、本発明は、３つに限らないのは勿論である。

上述の実施の形態では、ガラス基板の熱処理に適用して説明したけれども、半導体基板やその他の物の熱処理に適用してよい。

上述の実施の形態では、ヒータを用いた加熱処理に適用して説明したけれども、ペルチェ素子や冷却器などを用いた冷却処理に適用してもよく、更に、加熱と冷却とを併用する温度制御に適用してもよい。

また、熱処理ゾーンは、温度制御に加えて風量等の制御を併せて行うようにしてもよい。

本発明は、温度制御装置および熱処理装置として有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る熱処理装置の概略構成図である。本発明の温度制御方法を示すフローチャートである。温度プロファイルを計測するための構成を示す概略構成図である。温度プロファイルを示す図である。ガラス基板のモデリングを説明するための図である。温度プロファイルおよび観測点を示す図である。計測した温度プロファイルおよび所望の温度プロファイルを示す図である。温度調節器のブロック図である。本発明の他の実施形態の図７に対応する図である。

符号の説明

１熱処理装置２ガラス基板
３連続炉４_１〜４_３温度調節器
７上位装置

Claims

被熱処理物を、連続する複数の熱処理ゾーンを移動させながら行なう熱処理における各熱処理ゾーンの温度を制御する方法であって、
前記被熱処理物を前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測される複数の観測点における計測温度である前記被熱処理物の温度と、所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、前記熱処理ゾーンの目標温度および検出温度の少なくともいずれか一方を補正する補正値を算出することを特徴とし、
前記被熱処理物を、前記複数の熱処理ゾーンを移動させて熱処理を行って該被熱処理物の温度を計測する第１のステップと、
計測した被熱処理物の温度に基いて、前記目標温度を変化させたときの前記被熱処理物の前記複数の観測点における熱処理ゾーン間の干渉の度合いを求める第２のステップと、
求めた干渉の度合いに基づいて、前記補正値を算出する第３のステップと、
算出した前記補正値に基いて、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する第４のステップとを含み、
前記第２のステップでは、計測した被熱処理物の温度に基いて、前記目標温度の温度変化と前記被熱処理物の前記複数の観測点における温度変化との関係を示す行列を求め、
前記第３のステップでは、前記行列の逆行列を用いて前記補正値を算出し、
さらに、前記第２のステップでは、熱処理ゾーンの目標温度および計測した被熱処理物の温度に基いて、熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを作成し、作成したモデルを用いて、前記行列を求める温度制御方法。
被熱処理物を、連続する複数の熱処理ゾーンを移動させながら行なう熱処理における各熱処理ゾーンの温度を制御する温度調節器と、前記被熱処理物を前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測される複数の観測点における計測温度である前記被熱処理物の温度と、所望の温度プロファイルの温度との温度差に基いて、補正値を算出する補正装置とを備え、
前記温度調節器は、前記熱処理ゾーンの目標温度および検出温度に基づいて、前記熱処理ゾーンの温度を制御するものであって、かつ、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を、前記補正値に基づいて補正することを特徴とし、
前記補正装置は、前記目標温度を変化させたときの前記被熱処理物の前記複数の観測点における熱処理ゾーン間の干渉の度合いに基いて、前記補正値を算出し、
さらに、前記補正装置は、前記複数の熱処理ゾーンを移動させて計測した被熱処理物の温度に基いて、前記目標温度の温度変化と前記被熱処理物の前記複数の観測点における温度変化との関係を示す行列を求め、該行列の逆行列を用いて前記補正値を算出し、
さらに、前記補正装置は、各熱処理ゾーンの目標温度および計測した被熱処理物の温度に基いて得られる熱処理ゾーンおよび被熱処理物を含むモデルを有し、該モデルを用いて、前記行列を求める温度制御装置。
請求項２に記載の温度制御装置と、連続する複数の熱処理ゾーンを有するとともに、前記温度制御装置によって温度制御される連続処理装置とを備えることを特徴とする熱処理装置。