JP2004286434A - 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】メッシュベルトコンベアやウォーキングビームよりも低熱容量であり、また、被熱処理物をその裏面と接触することなく支持して搬送することが可能な搬送機構を提供する。
【解決手段】板状の被熱処理物１０を熱処理する熱処理炉内で、複数の被熱処理物１０を順次搬送するために使用される搬送機構である。本搬送機構は、熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように所定間隔で配設された２種の線材１、５、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移動するように、互いに所定間隔で配設された２種の線材１、５を有し、２種の線材１、５は、搬送路の中央線Ｌの左右両側にそれぞれ複数本ずつ平行に配設されており、２種の線材１、５の各々に、被熱処理物１０の縁部とのみ接触して被熱処理物１０を支持する支持具４、８が搬送方向に間隔を置いて複数個装着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理炉内において、太陽電池基板のような板状の被熱処理物を順次搬送するために使用される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に関する。

太陽電池基板の製造においては、基板の表面及び裏面に導電性の電極ペーストを所定のパターンで印刷形成した後、連続式の熱処理内を連続的又は間欠的に移動させながら熱処理（乾燥・焼成）する工程がある。従来、この太陽電池基板のような板状の被熱処理物を熱処理炉内において搬送するための手段としては、メッシュベルトコンベアが広く使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、メッシュベルトコンベアは熱容量が非常に大きいため、熱処理に要するエネルギーコストが高価であり、また、昇降温にも長い時間を要するので理想的なヒートパターンを実現するのが困難であるという問題がある。最近は、メッシュベルトコンベアに比して熱容量が小さく、熱処理に要するエネルギーコストの低減や、より迅速な昇降温が可能なウォーキングビームを前記のような目的で使用することも検討されているが、更に低熱容量な搬送機構の開発が求められている。

また、炉内温度が６００℃を超えるような高温域における熱処理では、搬送機構上において被熱処理物を支持するための支持構造が被熱処理物の裏面と接触していると、その裏面の接触部において被熱処理物中の成分が析出したり、焼け跡が付いたりして、被熱処理物の性能や外観に悪影響を及ぼすため、被熱処理物の裏面とは接触しないように被熱処理物を支持して搬送できるような搬送機構が求められている。
特開２００２−２０３８８８号公報

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、メッシュベルトコンベアやウォーキングビームよりも低熱容量であり、また、被熱処理物をその裏面と接触することなく支持して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、板状の被熱処理物を熱処理する熱処理炉内で、複数の前記被熱処理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互いに異なった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移動するように、互いに所定間隔で配設された２種の線材を有し、前記２種の線材は、搬送路の中央線の左右両側にそれぞれ複数本ずつ平行に配設されており、前記２種の線材の各々に、前記被熱処理物の縁部とのみ接触して前記被熱処理物を支持する支持具が搬送方向に間隔を置いて複数個装着されている搬送機構、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熱処理物の搬送を行いながら、前記被熱処理物の熱処理を行う熱処理方法、が提供される。

本発明の搬送機構は、ワイヤー等の線材によって被熱処理物を搬送するものであるので、熱容量が非常に小さく、エネルギーコストを低減できることに加え、被熱処理物の迅速な加熱及び冷却が可能となり、理想的なヒートパターンで被熱処理物の熱処理を行うことができる。また、線材に装着した支持具によって、被熱処理物の縁部とのみ接触して被熱処理物を支持するため、被熱処理物の裏面等に支持具との接触による悪影響を及ぼすことがない。

本発明の熱処理炉は、炉内における被熱処理物の搬送機構として、前記本発明の搬送機構を備えているので、この熱処理炉を使用して被熱処理物の熱処理を行うことにより、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熱処理物の搬送を行いながら、被熱処理物の熱処理を行うものであるので、この熱処理方法を用いて被熱処理物の熱処理を行うことにより、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。

前記のとおり、本発明の搬送機構は、板状の被熱処理物を熱処理する熱処理炉内で、複数の前記被熱処理物を順次搬送するために使用される搬送機構であって、その特徴的な構成として、前記熱処理炉に対し互いに異なった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移動するように、互いに所定間隔で配設された２種の線材を有し、前記２種の線材は、搬送路の中央線の左右両側にそれぞれ複数本ずつ平行に配設されており、前記２種の線材の各々に、前記被熱処理物の縁部とのみ接触して前記被熱処理物を支持する支持具が搬送方向に間隔を置いて複数個装着されているものである。

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（柱状部材）の代わりに、被熱処理物を支持可能な程度の張力を与えて張り渡したワイヤー、チェーン等の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、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移動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。

図１は、本発明に係る搬送機構の実施形態の一例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に端部を固定されるている。固定側線材１の端部は、巻バネ３を介して固定側線材ホルダー２に固定されるため、固定側線材１には常に同じ張力が与えられる。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に端部を固定されている。移動側線材５の端部も、巻きバネ７を介して移動側線材ホルダー６に固定されるため、移動側線材５には常に同じ張力が与えられる。なお、図１においては、固定側線材１及移動側線材５の一方の端部が省略されているが、省略されている側の端部も同様に固定側線材ホルダー２又は移動側線材ホルダー６に固定されている。

固定側線材１と移動側線材５とは、被熱処理物１０の搬送路の中央線Ｌの左右両側にそれぞれ２本ずつ平行に配設されており、これら２種の線材１、５の各々に、被熱処理物１０の縁部とのみ接触して被熱処理物１０を支持する支持具４、８が、搬送方向に間隔を置いて複数個装着されている。

２種の線材１、５の各々において、搬送路の中央線Ｌの左右両側に配設する線材の本数をそれぞれ複数本（図１の例では２本ずつ）とするのは、線材に装着する支持具の安定性を考慮してのことである。図１のように、支持具４、８を２本の線材に架け渡すようにして装着すれば、被熱処理物１０が載置されても、その重量によって容易に位置が変異したりすることがなく、安定した支持が可能となる。なお、安定性をより向上させるため、２種の線材１、５の各々において、搬送路の中央線Ｌの左右両側に配設する線材の本数をそれぞれ３本以上としてもよいが、本数を増やしすぎると、支持具４、８の装着安定性の向上と引き替えに、線材の熱容量が増加するので、図１に示す例のように２本ずつ配設するのが好ましい。

図２（ａ）と図２（ｂ）は、それぞれ固定側線材１に装着された支持具４の平面図と側面図である。また、図３（ａ）と図３（ｂ）は、それぞれ移動側線材５に装着された支持具８の平面図と側面図である。これらの図に示すように、本発明の搬送機構に使用される支持具４、８は、その構造の一部によって、搬送路の中央線の左右両側にそれぞれ複数本ずつ平行に配設された線材１、５を挟み込むことにより線材１、５に装着される支持具であることが好ましい。このような構造の支持具は、線材への装着が容易であるとともに、装着してからその位置を搬送方向にずらすことができ、支持具間の間隔調整も容易に行うことができる。

図４は固定側線材に装着された支持具４によって被熱処理物１０が支持されている時の状態を示す搬送方向側から見た側面図であり、図５は移動側線材に装着された支持具８によって被熱処理物１０が支持されている時の状態を示す搬送方向側から見た側面図である。これらの図に示すように、本発明の搬送機構に使用される支持具４、８は、線材に装着された状態で、搬送路の中央線側に向かって低くなるよう傾斜する傾斜部位を有し、その傾斜部位にて被熱処理物１０の縁部とのみ接触して被熱処理物１０を支持するものであることが好ましい。このような傾斜部位を持たせることにより、支持具４、８は、被熱処理物１０の裏面等に接触することなく、被熱処理物１０の縁部とのみ接触して支持することが可能となる。

移動側線材５の端部が固定された移動側線材ホルダー６は、駆動機構（図示せず）に支持される。駆動機構は、一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退という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、同様に上述のウォーキングビーム的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に装着された支持具４上に載置された被熱処理物１０は、移動側線材５が上昇する際に移動側線材５に装着された支持具８上に移載される。次に、移動側線材５が前進し、被熱処理物１０を前進搬送する。続いて、移動側線材５が下降すると、被熱処理物１０は固定側線材１に装着された支持具４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、被熱処理物１０を搬送することができ、熱処理炉（図示せず）内を通過させながら、所定の熱処理を行うことが可能となる。

なお、本例では、２種の線材の内の一方（移動側線材５）だけが熱処理炉に対して移動（ウォーキングビーム的動作）をするような構成としているが、いわゆるダブルウォーキングビームのように、所定間隔で配設された２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成してもよい。

図６（ａ）〜図６（ｅ）は、２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成した場合の搬送動作の一例を示す説明図である。これらの図においては、太線で描かれた線材と支持具とが、細線で描かれた線材と支持具とより上方にあって、被熱処理物１０を支持しているものとする。図中、内側に配設された線材は、前記図１の例における移動側線材５と同様に、一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退という動作を周期的に繰り返す第一移動線材１５であり、外側に配設された線材は、一定の移動ストロークで前進、後退という動作を周期的に繰り返す第二移動線材１１である。

この搬送機構において、まず最初は、図６（ａ）に示すように、第一移動線材１５が下降した状態にあり、被熱処理物１０は第二移動線材１１に装着された支持具１４により支持されている。次いで、図６（ｂ）に示すように、第二移動線材１１が所定のストローク分前進し、一方、第一移動線材１５は下降したまま所定のストローク分後退する。続いて、図６（ｃ）に示すように、第一移動線材１５が所定のストローク分上昇し、その際に被熱処理物１０は第一移動線材１５に装着された支持具１８上に移載される。次に、図６（ｄ）に示すように、第一移動線材１５が上昇したまま所定のストローク分前進し、一方、第二移動線材１１は所定のストローク分後退する。最後に、図６（ｅ）に示すように、第一移動線材１５が下降し、その際に被熱処理物１０は第二移動線材１１に装着された支持具１４上に移載され、各線材は当初の位置に戻る。これらの動作を繰り返すことで、被熱処理物１０を搬送することができ、熱処理炉（図示せず）内を通過させながら、所定の熱処理を行うことが可能となる。

このように２種の線材が、熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成し、それぞれの線材を小刻みに動作させるようにすれば、一方の線材のみが移動するように構成した場合に比べ、被熱処理物が停止している時間を短縮することができ、ウォーキングビームのような間欠的な搬送形態でありながら、ベルトコンベアのような連続的な搬送形態に近似した搬送動作が得られる。

本発明の搬送機構においては、搬送機構の動作中において、２種の線材の内の一方に装着された支持具と他方に装着された支持具とが、互いに干渉し合わないように、支持具の装着位置、装着間隔、両線材の配設間隔、動作範囲等を設定する。

支持具の装着間隔（装着ピッチ）は、搬送機構上の各被熱処理物を常に３つ以上の支持具によって支持できるような装着間隔とすることが好ましい。各被熱処理物を支持する支持具が２つ以下では、被熱処理物を安定的に支持することが困難であり、搬送機構の動作中において常に被熱処理物を安定的に支持するには、少なくとも３つの支持具で支持（３点支持）する必要が有るからである。ただし、支持具の装着間隔を狭めて各被熱処理物を支持する支持具を増やしすぎると、支持の安定性が向上する代わりに、線材にかかる重量や搬送機構の熱容量が増大するというデメリットがあるので、前記のように安定的な支持が得られる最低限の個数である３つの支持具で各被熱処理物が支持されるように調整するのが理想的である。

なお、図７のように、同種の線材に装着された前記支持具の位置関係として、搬送路の中央線Ｌの右側に配設された線材１ａに装着された支持具４ａと、搬送路の中央線Ｌの左側に配設された線材１ｂに装着された支持具４ｂとが、被熱処理物の搬送方向と直交する方向において対向する位置に存在しないような位置関係とすることが好ましい。同様に、搬送路の中央線Ｌの右側に配設された線材５ａに装着された支持具８ａと、搬送路の中央線Ｌの左側に配設された線材５ｂに装着された支持具８ｂとが、被熱処理物の搬送方向と直交する方向において対向する位置に存在しないような位置関係とすることが好ましい。このように、同種の線材に装着された支持具の位置関係として、中央線Ｌの右側と左側の支持具が対向する位置に存在しないように、搬送方向における装着位置をずらしてやることで、比較的広い装着間隔でも３つの支持具による被熱処理物の支持を確保できるようになるので、必要な支持具の個数を減少させて、熱容量のより一層の低減を図ることが可能となる。また、このような方法を用いることなどにより、支持具の装着間隔を線材の前後方向の移動ストロークよりも十分に広くすることができれば、２種の線材の内の一方の線材に装着された支持具と他方の線材に装着された支持具とが、搬送機構の動作中に、搬送方向において交差しないような位置関係とすることが可能となるので、支持具同士の物理的な干渉の防止が容易となる。

具体的な設計寸法の例としては、被熱処理物の搬送方向の長さがＸである場合、２種の線材の各々に装着される支持具の装着間隔ＫをＸの２／３未満とする。２種の線材に装着された支持具同士が搬送方向において最も接近するときの両者の間隔をＳとすると、各々の線材が１ストロークで被熱処理物を搬送方向に移動させる距離Ｄは、Ｄ＝（Ｋ／２）−Ｓとなる。２種の線材がそれぞれ１回（１サイクル）動作することによって、被熱処理物は２ストローク分移動する。したがって、被熱処理物の移動速度をＹとすれば、２種の線材がそれぞれ１回（１サイクル）動作するのに要する動作時間Ｔは、Ｔ＝２×Ｄ／Ｙとなる。この動作時間Ｔは、被熱処理物の寸法や重量にもよるが、極端に短くすることはできないので、被熱処理物の移動速度Ｙを速くしたい場合には、前記距離Ｄを長くする必要がある。

本発明者らは、一辺の寸法が１５０ｍｍである方形の太陽電池基板を被熱処理物とし、前記の各部寸法を以下のように設定して搬送を行ったところ、支持具同士が干渉することもなく安定して搬送を行えることが確認された。
Ｘ＝１５０（ｍｍ）
Ｋ＝９０（ｍｍ）
Ｓ＝１５（ｍｍ）
Ｄ＝３０（ｍｍ）
Ｙ＝１５（ｍｍ／ｓｅｃ）
Ｔ＝４（ｓｅｃ）

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。

本発明の熱処理炉は、炉内における被熱処理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熱処理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熱処理物の搬送を行いながら、被熱処理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熱処理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。

本発明は、熱処理炉内において、太陽電池基板のような板状の被熱処理物を順次搬送するために使用される搬送機構並びに当該搬送機構を用いた熱処理炉及び熱処理方法として、好適に使用することができる。

本発明に係る搬送機構の実施形態の一例を模式的に示す説明図である。 固定側線材に装着された支持具の平面図である。 固定側線材に装着された支持具の側面図である。 移動側線材に装着された支持具の平面図である。 移動側線材に装着された支持具の側面図である。 固定側線材に装着された支持具によって被熱処理物が支持されている時の状態を示す搬送方向側から見た側面図である。 移動側線材に装着された支持具によって被熱処理物が支持されている時の状態を示す搬送方向側から見た側面図である。 ２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成した場合の搬送動作の一例を示す説明図である。 ２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成した場合の搬送動作の一例を示す説明図である。 ２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成した場合の搬送動作の一例を示す説明図である。 ２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成した場合の搬送動作の一例を示す説明図である。 ２種の線材が熱処理炉に対し互いに異なった動作をするように構成した場合の搬送動作の一例を示す説明図である。 搬送路の中央線の右側に配設した線材に装着した支持具と、左側に配設した線材に装着した支持具とで、搬送方向における位置をずらした状態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…巻バネ、４…支持具、５…移動側線材、６…移動側線材ホルダー、７…巻バネ、８…支持具、１０…被熱処理物、１１…第二移動線材、１４…支持具、１５…第一移動線材、１８…支持具。

Claims (7)

1. 板状の被熱処理物を熱処理する熱処理炉内で、複数の前記被熱処理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互いに異なった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移動するように、互いに所定間隔で配設された２種の線材を有し、前記２種の線材は、搬送路の中央線の左右両側にそれぞれ複数本ずつ平行に配設されており、前記２種の線材の各々に、前記被熱処理物の縁部とのみ接触して前記被熱処理物を支持する支持具が搬送方向に間隔を置いて複数個装着されている搬送機構。
2. 前記支持具が、その構造の一部によって、搬送路の中央線の左右両側にそれぞれ複数本ずつ平行に配設された前記線材を挟み込むことにより前記線材に装着される支持具である請求項１に記載の搬送機構。
3. 前記支持具が、前記線材に装着された状態で、搬送路の中央線側に向かって低くなるよう傾斜する傾斜部位を有し、当該傾斜部位にて前記被熱処理物の縁部とのみ接触して前記被熱処理物を支持する請求項１又は２に記載の搬送機構。
4. 前記２種の線材の内、一方の線材は一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退という動作を周期的に繰り返すものであり、他方の線材は一定のストロークで前進、後退という動作を周期的に繰り返すものである請求項１ないし３の何れか一項に記載の搬送機構。
5. 同種の線材に装着された前記支持具の位置関係として、前記搬送路の中央線の右側に配設された線材に装着された前記支持具と、前記搬送路の中央線の左側に配設された線材に装着された前記支持具とが、前記被熱処理物の搬送方向と直交する方向において対向する位置に存在しないような位置関係とした請求項１ないし４の何れか一項に記載の搬送機構。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の搬送機構を備えた熱処理炉。
7. 熱処理炉内で、請求項１ないし５の何れか一項に記載の搬送機構を使用して被熱処理物の搬送を行いながら、前記被熱処理物の熱処理を行う熱処理方法。

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