JP2004286425A - 線材を用いた搬送機構並びにそれを使用した熱処理炉及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱容量が従来のウォーキングビームと同等あるいはそれ以下であるとともに、熱処理炉内において搬送中の基板等の被加熱物に割れが発生した場合であっても、その割れた被加熱物による悪影響を未然に防止して、残余の被加熱物を正常に搬送することが可能な搬送機構を提供する。
【解決手段】被加熱物を熱処理する熱処理炉内で、複数の前記被加熱物を順次搬送するために使用される搬送機構であって、前記熱処理炉に対して移動するように設けられた線材５を有し、被加熱物１０を線材５上に載置し、線材５を移動させることにより被加熱物５の搬送を行う搬送機構。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理炉内において、太陽電池基板等の被加熱物を順次搬送するための搬送機構並びにそれを使用した熱処理炉及び熱処理方法、更には被加熱物を炉内殻から離隔させた状態で支持するための炉内支持方法に関する。

従来、ウォーキングビームは、金属を熱処理する際の炉内搬送機構として使用されてきたが、近年においては、プラズマディスプレイパネル基板のような薄型基板を炉内乾燥する際にも用いられるようになってきており、更に現在は、太陽電池基板の熱処理にも使用が検討されている。

このような用途の拡大の主な理由は、ウォーキングビームが、例えば、太陽電池基板を熱処理する際の炉内搬送機構として一般的に使用されているメッシュベルトコンベアなどに比して顕熱容量が小さく、熱処理に要するエネルギーコストの大幅な低減や迅速な昇降温が見込めることにある。

太陽電池基板のように、基材の裏面の中央部にも電極ペースト等の機能膜材料が形成された基板を、ウォーキングビームにて炉内搬送する場合には、機能膜材料の形成部分に干渉しないように、基板の外周近傍部でのみ基板と接触するような支持ピンをビーム上に設け、この支持ピンを介して基板をビーム上に支持するようにしていた（当該従来技術に関する先行技術文献は特に見当たらない。）。

しかしながら、前述のように、基板をその外周近傍部でのみ支持ピンを介してビーム上に支持するようにしたウォーキングビームにおいては、搬送中に熱衝撃や、何らかの振動等により基板に割れが発生した場合に、その割れた基板を支持することができなくなるため、正常な搬送が行えずに処理工程の途中で留まり、更に、後から順次搬送されてくる基板がそこに堆積して、多大な不良品が発生することとなる。また、このような基板の割れが発生する度に、工程を停止して不良品の除去作業などをしなくてはならないため、熱処理炉の稼働率が低下する。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱容量が従来のウォーキングビームと同等あるいはそれ以下であるとともに、熱処理炉内において搬送中の基板等の被加熱物に割れが発生した場合であっても、その割れた被加熱物による悪影響を未然に防止して、残余の被加熱物を正常に搬送することが可能な搬送機構を提供することにある。

本発明によれば、被加熱物を熱処理する熱処理炉内で、複数の前記被加熱物を順次搬送するために使用される搬送機構であって、前記熱処理炉に対して移動するように設けられた線材を有し、前記被加熱物を前記線材上に載置し、前記線材を移動させることにより前記被加熱物の搬送を行う搬送機構が提供される。

また、本発明によれば、前記の搬送機構を備えた熱処理炉が提供される。

更に、本発明によれば、熱処理炉内で、前記の搬送機構を使用して被加熱物の搬送を行いながら、前記被加熱物の熱処理を行う熱処理方法が提供される。

更にまた、本発明によれば、被加熱物を熱処理する熱処理炉内で、前記被加熱物を熱処理炉内に張り渡した線材上に支持することにより、前記被加熱物を炉内殻から離隔させるようにした被加熱物の炉内支持方法が提供される。

本発明の搬送機構は、前記熱処理炉に対して移動する線材に軽く接触した状態を保持しながら前記線材と同期して動作する振動抑制部材が設けられていることが好ましい。また、本発明の搬送機構は、前記被加熱物が、基材上に膜機能材料が形成された基板である場合、中でも基材の裏面の中央部にも電極ペースト等の機能膜材料が形成された太陽電池基板等である場合に特に有用である。

本発明によれば、熱処理炉内において搬送中の基板等の被加熱物に割れが発生した場合であっても、その割れた被加熱物を容易に自由落下させ、残余の被加熱物を正常に搬送することができる。このため、従来のように、搬送中に割れが発生した被加熱物にその後から順次搬送される他の被加熱物が進行を妨げられて堆積することによって、多大な不良品が生じるようなことがない。また、割れが発生した被加熱物を取り除くために搬送機構を一旦停止する必要もないので熱処理炉の稼働率を向上させることができる。また、本発明によれば、熱容量が小さく、かつ、被加熱物との接触面積が小さい線材にて被加熱物を支持することにより、被加熱物の加熱に要するエネルギーを低減できるとともに、支持材が被加熱物に与える熱的影響を小さくするすることができる。

以下、本発明の搬送機構を、その実施の形態によって具体的に説明する。本発明の搬送機構は、太陽電池基板等の被加熱物の熱処理を行う熱処理炉内で、例えば、基材上に機能膜材料が形成された略四角形の複数の基板を順次搬送するために使用されるものである。本発明の搬送機構は、従来のウォーキングビームにおけるビームの代わりにワイヤーやチェーンのような線材を用いるという発想に基づいて案出されたものであって、熱処理炉に対して移動するように設けられた線材を有し、被加熱物を前記線材上に載置し、前記線材を移動させることにより前記被加熱物の搬送を行うという特徴を有する。

具体的な構成としては、いわゆるダブルウォーキングビームのように、熱処理炉に対し互いに異なったウォーキングビーム的動作をするように所定間隔で配設された２種の線材からなるものでもよいし、一般的なウォーキングビームのように、一方が熱処理炉に固定される固定側線材であるとともに他方が熱処理炉に対してウォーキングビーム的動作をする移動側線材であるような、互いに所定間隔で配設された２種の線材からなるものであってもよい。また、線材とビームとを併用して構成してもよく、例えば、熱処理炉に固定され、上面に所定高さの支持ピンを備えたビームと、熱処理炉に対して移動するように設けられた線材とからなるものであってもよい。これら線材やビームの数は、被加熱物を支持する際の安定性を考慮して、各種毎に２本以上とし、３本以下であることが好ましい。なお、本発明において、「ウォーキングビーム的動作」とは、従来一般的に知られているウォーキングビームの動作、すなわち、上昇→前進→下降→後退を周期的に繰り返す移動動作のことを言う。

上述の２種の線材、又は線材とビームは、被加熱物の外周近傍部で被加熱物と接触しており、割れが発生していない被加熱物は、上述の２種の線材上、又は線材とビーム上に支持される。

割れが発生した被加熱物は、上述の２種の線材、又は線材とビームの間から熱処理炉の炉床に容易に落下する。本発明では、このように搬送機構として線材を使用することにより、搬送中に被加熱物に割れが発生した場合であっても、その割れた被加熱物を炉床に自由落下させて、残余の被加熱物を正常に搬送することによって搬送継続が可能となる。

図１は、本発明の搬送機構の一の実施の形態を模式的に示す説明図である。炉に固定されて移動しない固定側線材１は固定側線材ホルダー２に片端を固定され、他端を固定側ウェイト３に固定される。固定側ウェイト３は固定側滑車４を介して固定側線材１に固定されるため、固定側線材１の伸張に関わらず、常に同じ張力を固定側線材１に与えることができる。

同様に、炉に対し移動する移動側線材５は移動側線材ホルダー６に片端を固定され、他端を移動側ウェイト７に固定される。移動側ウェイト７は移動側滑車８を介して移動側線材５に固定されるため、移動側線材５の伸張に関わらず、常に同じ張力を移動側線材５に与えることができる。なお、図１においては、被加熱物が太陽電池基板であり、この基板１０の幅が１５ｃｍのときに、２本の固定側線材１が、互いに１３〜１４ｃｍの間隔で平行に配設され、移動側線材５が、互いに１２〜１３ｃｍの間隔で平行に配設されている場合を示す。

移動側線材ホルダー６と移動側滑車８は、駆動機構（図示せず）に支持される。駆動機構は、上昇、前進、下降、後退の動作を周期的に繰り返す、いわゆる一般的なウォーキングビームの動作をするものと同等の構成とすることができる。このため移動側線材５は、同様に上述の動作を周期的に繰り返すことができる。

最初に、固定側線材１上に載置された基板１０は、移動側線材５が上昇する際に移動側線材５上に移載される。次に、移動側線材５が前進し、基板１０を前進搬送する。更に、移動側線材５が下降すると、基板１０は固定側線材１上に移載される。最後に、移動側線材５が後退し、最初の状態となる。これらの動作を繰り返すことで、基板１０を搬送することができ、熱処理炉（図示せず）内を通過させ、所定の熱処理が可能となる。なお、炉内温度が比較的高温の場合には、固定側線材１と移動側線材５が炉内に配設され、その他の構成要素は熱処理炉の外部の搬入部と搬出部の近傍に配設される。もちろん耐熱性を考慮してその他の構成要素を炉内に設置してもよい。

図２は、図１の固定側線材１の代わりにビーム２０を使用した実施形態を示すものである。ビーム２０は、その両端部が熱処理炉に対して固定されている。ビーム２０の上面には、所定高さの支持ピン（ピン状の支持体）２１が設けられており、移動側線材５が下降、後退している間、基板１０は、このビーム２０上に支持ピン２１を介して載置された状態となる。このように基板１０が支持ピン２１とのみ接触した状態でビーム上に支持されることにより、ビーム２０が基板１０に与える熱的影響を極力抑えることができる。なお、本実施形態におけるビーム以外の構成は、図１に示した実施形態と同様である。

ところで、本発明の搬送機構のように、被加熱物の支持や搬送に線材を用いた場合には、線材の支持間の距離（例えば、図１の移動側線材５における移動側線材ホルダー６と移動側滑車８との間の距離）が長いと、線材が振動しやすくなり、その振動によって、被加熱物が落下したり、載置位置がずれたり、被加熱物本体に損傷を与える可能性がある。

そこで、このような線材の振動を防止するため、本発明の搬送機構においては、各線材に常に軽く接触していて、線材の振動の発生を抑制するとともに、振動が発生した場合には、その振動を即座に減衰できるような振動抑制部材を設けることが好ましい。

このような振動抑制部材は、図１の例に示す固定側線材１のように、熱処理炉に固定されたものに対しては、炉の内側壁に固定的に取り付けるなどして容易に設置することができるが、図１の移動側線材５やダブルウォーキングビーム方式を採用した場合の線材のように、熱処理炉に対して移動する線材に対しては、常に一定の接触状態を得るために、前記線材に軽く接触した状態を保持しながら前記線材と同期して動作する振動抑制部材が必要になる。

振動抑制部材を線材と同期して動作させるための具体的な方法としては、例えば図３に示すように、移動側線材ホルダー６の一部に連結部材１２を介して振動抑制部材１１を取り付ける方法が挙げられる。このようにすれば、移動側線材５と振動抑制部材１１とは、線材の移動中においても常にその相対的な位置関係を変えることなく、同期して動作する。

線材の振動を早期に減衰させるためには、図４に示すように、線材５と振動抑制部材１１とが、軽く触れる程度の微妙な接触状態となっていることが望ましく、振動抑制部材１１は、このような接触状態を得やすい円柱形状とすることが好ましい。また、線材５と振動抑制部材１１との接触位置としては、共振が発生しないような位置とすることが好ましい。線材と振動抑制部材との接触位置を容易に調整できるようにするため、例えば、図３の移動側線材ホルダー６と振動抑制部材１１とを繋ぐ連結部材１２に、その長さの変更が可能なものを使用するのが好ましい。

また、本発明の搬送機構が、従来の炉内搬送機構に対して有利である点として、例えば、搬送する被加熱物が太陽電池基板のような基材上に膜機能材料が形成された基板である場合において、線材と基板との間に冷却スポットが生じないということが挙げられる。従来のメッシュベルトコンベア等の搬送機構では、そのメッシュベルト等の熱容量が大きいため昇温中においても加熱されにくく、メッシュベルト等と基板との接触部に冷却スポットができる。このため、機能膜材料が形成されていない基板の外周近傍部でのみメッシュベルト等と接触するようにする必要があり、基板の載置の仕方に制限があった。

これに対し、本発明の搬送機構では、常時炉内にあり、しかも熱容量が小さく、昇温中に容易に加熱される線材を使用して基板の搬送を行うため、線材と基板との接触部に冷却スポットが生じるという問題がない。このため、基板の載置の仕方について自由度が高くなり、例えば図５に示すように、略四角形の基板１０を、固定側線材１及び移動側線材５の長さ方向と基板の１０対向する二辺とが略平行になるように載置してもよいし、図６に示すように、略四角形の基板１０を、固定側線材１及び移動側線材５の長さ方向と基板１０の対角線の１本とが略平行になるように載置してもよい。

図６のような載置の仕方を採用すれば、例えば、略四角形の基板１０を、それぞれ２本の線材からなる固定側線材１と移動側線材５とにより搬送する場合において、その基板１０の一辺の長さが、２本の固定側線材１の間隔及び２本の移動側線材５の間隔より短くても、対角線の長さが当該線材の間隔より長ければ、搬送を行うことが可能となる。

したがって、図５のような載置の仕方と図６のような載置の仕方とを併用すれば、ある程度の範囲内において寸法の異なる基板を、線材間隔を変更すること無しに、同一の線材間隔のままで搬送することが可能となる。

本発明において使用する線材としては、炉内温度に耐え得る耐熱性と、必要な張力を与えることができるものであれば、その材質や形状に特に制限はないが、例えば、インコネル、チタン等の金属のより線や、径が１〜２ｍｍの細棒からなるワイヤー、あるいは、同様に耐熱性に優れた金属やセラミックからなるチェーンを挙げることができる。また被加熱物との接触面積を低減するために、線材の表面に所定間隔で突起あるいは短棒を設けてもよい。

本発明の熱処理炉は、炉内における被加熱物の搬送機構として、前記本発明の搬送機構を備えたものであり、この熱処理炉を使用して被加熱物の熱処理を行うことによって、前記本発明の搬送機構により得られる効果を、実際の熱処理において享受することができる。また、本発明の熱処理方法は、熱処理炉内で、前記本発明の搬送機構を使用して被加熱物の搬送を行いながら、被加熱物の熱処理を行うものであり、この熱処理方法を用いて被加熱物の熱処理を行うことによって、同様に前記本発明の搬送機構により得られる効果を、実際の熱処理において享受することができる。なお、本発明の熱処理炉及び熱処理方法においては、被加熱物を熱処理するための加熱手段として、遠赤外線ヒーター又は近赤外線ヒーターを使用することが好ましい。

本発明の被加熱物の炉内支持方法は、被加熱物を熱処理する熱処理炉内で、被加熱物を炉内に張り渡した線材上に支持することにより、被加熱物を炉内殻から離隔させるようにしたものである。熱処理炉内で、被加熱物を熱処理するに当たっては、被加熱物が炉内殻に接触することがないように、炉内殻から離隔した状態で被加熱物を支持する必要があるが、このように被加熱物を炉内殻から離隔するための支持方法という観点から見ても、例えばメッシュベルトのようなものは、熱容量が大きく、被加熱物との接触面積も大きいため好ましい支持材とは言えない。

本発明の炉内支持方法では、熱容量が小さく、かつ被加熱物との接触面積が小さい線材を支持材として使用し、この線材上に被加熱物を支持することで、被加熱物を炉内殻から離隔させるようにしたことにより、被加熱物の加熱に要するエネルギーを低減できるとともに、支持材が被加熱物に与える熱的影響を小さくすることができる。なお、この炉内支持方法においては、線材が前述の搬送機構のように被加熱物を支持した状態で移動してもよいし、移動することなく単に被加熱物を炉内殻から離隔させた状態で支持するだけであってもよい。

本発明は、熱処理炉内において、被加熱物、例えば太陽電池基板等の基材上に機能膜材料が形成された複数の基板を順次搬送するための搬送機構並びに当該搬送機構を使用した熱処理炉及び熱処理方法、更には炉内における支持方法として、好適に使用することができる。

本発明に係る搬送機構の一の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る搬送機構の他の実施形態を模式的に示す説明図である。 振動抑制部材の設置方法を示す説明図である。 線材と振動抑制部材との接触状態を示す説明図である。 基板の載置の仕方の一例を示す説明図である。 基板の載置の仕方の他の一例を示す説明図である。

符号の説明

１…固定側線材、２…固定側線材ホルダー、３…固定側ウェイト、４…固定側滑車、５…移動側線材、６…移動側線材ホルダー、７…移動側ウェイト、８…移動側滑車、１０…基板、１１…振動抑制部材、１２…連結部材、２０…ビーム、２１…支持ピン。

Claims (11)

1. 被加熱物を熱処理する熱処理炉内で、複数の前記被加熱物を順次搬送するために使用される搬送機構であって、
   前記熱処理炉に対して移動するように設けられた線材を有し、前記被加熱物を前記線材上に載置し、前記線材を移動させることにより前記被加熱物の搬送を行う搬送機構。
2. 前記熱処理炉に対し互いに異なったウォーキングビーム的動作をするように所定間隔で配設された２種の線材、又は一方が前記熱処理炉に固定されるとともに他方が前記熱処理炉に対してウォーキングビーム的動作をするように、互いに所定間隔で配設された２種の線材をそれぞれ２本以上有してなる請求項１記載の搬送機構。
3. 熱処理炉に固定され、上面に所定高さの支持ピンが設けられたビームと、熱処理炉に対して移動するように設けられた線材とをそれぞれ２本以上有してなる請求項１記載の搬送機構。
4. 前記熱処理炉に対して移動する線材に軽く接触した状態を保持しながら前記線材と同期して動作する振動抑制部材が設けられた請求項１記載の搬送機構。
5. 前記被加熱物が基材上に機能膜材料が形成された基板である請求項１記載の搬送機構。
6. 前記基板が太陽電池基板である請求項５記載の搬送機構。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の搬送機構を備えた熱処理炉。
8. 被加熱物を熱処理するための加熱手段として、遠赤外線ヒーター又は近赤外線ヒーターを備えた請求項７記載の熱処理炉。
9. 熱処理炉内で、請求項１ないし６の何れか一項に記載の搬送機構を使用して被加熱物の搬送を行いながら、前記被加熱物の熱処理を行う熱処理方法。
10. 被加熱物を熱処理するための加熱手段として、遠赤外線ヒーター又は近赤外線ヒーターを使用する請求項９記載の熱処理方法。
11. 被加熱物を熱処理する熱処理炉内で、前記被加熱物を炉内に張り渡した線材上に支持することにより、前記被加熱物を炉内殻から離隔させるようにした被加熱物の炉内支持方法。

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