JP2007225233A - 板材の加熱方法および加熱装置並びに板材を加熱するための保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板材を短時間で均一に加熱できる加熱方法を提供する。
【解決手段】加熱炉１内で板材６の間に熱風を通過させる板材の加熱方法において、保持装置４上に、板材保持具７により複数の板材６を平行に保持するとともに、輻射板保持具９により板材６の間に薄板状または箔状の輻射板８を板材６の熱風下流側に対向して保持し、保持装置４を加熱炉１内に配置して板材６の間に熱風を通過させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、板材の加熱方法および加熱装置並びに板材を加熱するための保持装置に関する。

フラットパネルディスプレイのガラス基板の製造における焼成工程のように、板材の加熱が必要とされる場合がある。そのような板材の加熱は、従来、特許文献１および特許文献２に記載されているように、板材を保持した保持装置（トレイ、カセット等）を、例えば、ローラコンベアによって、熱風が循環する加熱炉内を通過させることで行っていた。通常、そのような加熱炉では、保持装置により、複数の板材を一定の間隔で、熱風の流れ方向に平行に保持する。さらに、特許文献１および特許文献２に記載されているように、加熱炉の上方に吹き出し口が設けられ、吹き出し口から下方に向かって熱風が吹き下ろされる場合が多い。

従来の板材の加熱方法では、板材は、接触した熱風（空気）からの熱伝導によって昇温する（強制対流熱伝達）。熱風は、板材に熱を奪われるので、吹き出し口から遠い下流側ほど温度が低くなる。これにより、板材は、熱風の流れ方向下流側ほど温度が上昇しにくく、上流側と下流側で温度差が生じる。

近年、特に、フラットパネルディスプレイの製造において、板材を均一に加熱することが望まれている。熱風から板材への対流熱伝達は、熱風と板材との温度差が大きいほど大きくなるので、板材の温度が熱風の吹き出し温度に近くなると、上流側と下流側の温度差は縮小される。つまり、板材を長時間炉内に留めれば、板材全体が略熱風吹き出し温度と同じ温度まで昇温し、板材の上流側と下流側の温度差がなくなる。しかし、加熱に要する時間を長くすると、加熱装置の長さが長くなるために装置コストが上昇したり、加熱装置の長さを短縮すると処理できる板材の枚数が少なくなるために製造コストが上昇するという問題があった。
特開平１１−３１１４８４号公報 特開２００５−１１４２８４号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、板材を短時間で均一に加熱できる加熱方法、および、板材を短時間で均一に加熱するための保持装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による板材の加熱方法は、複数の板材を平行に保持し、前記板材の間に薄板状または箔状の輻射板を保持し、加熱炉内で前記板材および前記輻射板の間に熱風を通過させ、前記板材を前記熱風の対流熱伝達および前記輻射板からの輻射熱によって加熱する。

この方法によれば、板材は、熱風の強制対流熱伝達だけでなく、熱風によって加熱された輻射板からの輻射熱によっても加熱される。このため、板材の昇温速度が速く、板材全体を短時間で所定の温度まで加熱することができる。

また、本発明の板材の加熱方法において、前記輻射板は、前記板材の前記熱風下流側に対向して保持してもよい。

この方法によれば、上流側に比べて熱風の温度が低下して板材への対流熱伝達量が少なくなる下流側にのみ輻射板を配置するので、下流側のみ輻射板からの輻射熱を受ける。これによって、板材の上流側と下流側の対流熱伝達による伝熱量の差を輻射板からの輻射熱が補うので、板材の上流側と下流側の昇温速度の差が小さくなり、板材を短時間で均一に加熱できる。

また、本発明の板材の加熱方法において、前記輻射板は、前記板材の前記熱風上流側の端部および前記加熱炉の熱源に近い側の端部には対向しないように保持してもよい。

この方法によれば、板材の内、温度が低く熱風の対流による熱伝達量の小さい下流側であって、加熱炉の熱源からの輻射熱によっても加熱されない部分にのみ、輻射板からの輻射熱を伝達することができるので、板材全体の昇温速度の差が小さくなり、より均一な加熱が可能になる。

また、本発明の板材の加熱方法において、前記輻射板は、厚さ１００μｍ以下の表面に酸化膜を形成したステンレス箔であってもよい。

この方法によれば、輻射板として耐熱性の高いステンレスを用いるので高温での加熱に適用できる。また、輻射板として厚さ１００μｍ以下の箔を使用すれば、輻射板の熱容量が小さいので熱風の温度を低下させず対流熱伝達による加熱量を減少させない。また、輻射板の表面に酸化膜を形成したことで輻射率が高くなり、輻射による加熱効率が高い。

また、本発明による板材の加熱装置は、複数の板材を平行に、且つ、前記板材の間に薄板状または箔状の輻射板を保持する保持装置と、前記板材および前記輻射板の間を通過するように熱風を循環させる加熱炉とからなるものとする。

この構成によれば、熱風の対流熱伝達によって板材および輻射板を加熱し、加熱された輻射板からの輻射熱によって板材をさらに加熱することができる。これによって、板材を短時間で加熱することができる。

また、本発明によれば、加熱炉内で加熱する板材を保持する保持装置は、複数の板材を平行に保持する板材保持具と、前記板材の間および両側に、前記板材と平行に薄板状または箔状の輻射板をそれぞれ保持する輻射板保持具とを備えるものとする。

この構成によれば、板材に輻射板を対向させて保持できる。これによって、板材を、熱風からの対流熱伝達に加えて、輻射板からの輻射熱によっても加熱できるので、板材を短時間で加熱できる。

また、本発明の保持装置において、前記輻射板保持具は、前記保持装置の両側に直立した複数の支柱と、該支柱と共に前記輻射板をそれぞれ狭持する複数の押さえ板とからなってもよい。

この構成によれば、金属箔のように機械的強度が低い輻射板であっても、板材の間にしっかりと保持することができる。また、輻射板の上下の長さや、保持する上下位置を容易に変更することができ、熱風温度が低くなる部分に選択的に輻射熱を与えて板材を均一に加熱することができる。

また、本発明の保持装置において、前記輻射板保持具は、前記輻射板を、前記板材の下側に対向して保持してもよい。

この構成によれば、板材に対して熱風が上方から吹き下ろされたときに下側ほど熱風の温度が下がるが、板材の下側にのみ輻射板にからの輻射熱を与えることで、板材の上下温度差を小さくすることができる。

また、本発明の保持装置において、前記輻射板は、厚さ１００μｍ以下の表面に酸化膜を形成したステンレス箔であってもよい。

この構成によれば、高温に耐え、熱容量が小さく、輻射率が高い輻射板を用いて板材を効率よく加熱することができる。

本発明によれば、板材を熱風で加熱する際に、板材の間に輻射板を保持し、輻射板からの輻射熱によっても板材を昇温させることができる。このため、板材を早く加熱することができる。さらに、熱風の温度が低くなる部分だけに輻射熱を与えることで、昇温速度の差を小さくして、板材を均一に加熱することができる。

これより、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の板材の加熱方法の第１の実施形態を示す。本実施形態は加熱炉１を用いるが、加熱炉１は、公知のローラハース式連続焼成炉であって、断熱材からなる炉体２の内部にローラコンベア３が設けられ、ローラコンベア３によって加熱対象物を保持した保持装置４を次々に加熱炉１内を通過させることで、連続的に加熱対象物を焼成（加熱）するものである。

それ自身が本願発明の一実施形態でもある保持装置４は、熱風が通過可能なように多数の穴が開けられたベース５上に、加熱対象物の板材であるガラス基板６を保持する板材保持具７と、輻射板８を保持する輻射板保持具９とを備えている。輻射板８は、表面に酸化膜を形成した厚さ５０μｍから１００μｍのステンレス箔からなっている。また、輻射板８は、ガラス基板６より幅が広く、ガラス基板６の半分ほどの高さを有し、ガラス基板６の中央下寄りに対向して保持されている。加熱炉１は、保持装置４の上方に熱風の吹き出し口１０が設けられ、矢印で示すように下向きに熱風が吹き出し、ガラス基板６および輻射板８の隙間を通過して、ローラコンベア３の下側まで真っ直ぐに吹き下ろすようになっている。吹き下ろした熱風は、ローラコンベア３の下側に配置されたヒータ（熱源）１１によって再加熱され、ファン１２によって、炉体２内の側方に設けた循環流路１３を介して、加熱炉１の上部に導かれ、フィルタ１４を通して再び吹き出し口１０から吹き下ろされる。

図２に、保持装置４の詳細を示す。板材保持具７は、複数のガラス基板６を互いに平行に直立して保持するようになっている。また、輻射板保持具９は、隣り合うガラス基板６の中央および両端のガラス基板６の前後両側に、それぞれ、輻射板８をガラス基板６に対向するように直立して、つまり、輻射板８をガラス基板６と平行に保持している。

板材保持具７は、ガラス基板６の下端を保持するためにベース５に固定された下部保持ブロック１５と、ベース５に支柱を介して固定された第１フレーム１６と、ガラス基板６の上端を保持するために第１フレーム１６に固定された上部保持ブロック１７とからなっている。

輻射板保持具９は、ベース５の両側に直立して固定された複数の支柱１８と、各支柱１８にボルト１９でそれぞれ固定される押さえ板２０とからなり、支柱１８と押さえ板２０とで各輻射板８の両端をそれぞれ狭持している。また、支柱１８は、先端が振れ止めのために第２フレーム２１で互いに接続されている。

続いて、上記加熱炉１と保持装置４とを用いたガラス基板６の加熱の効果について説明する。
先ず、図３に、本発明の加熱方法を簡略化したモデルにおいて、熱風によって一定時間加熱したときのガラス基板６の温度分布を示す。図３において、輻射板８は、ガラス基板６の熱風下流側約４分の３に対向するように、各ガラス基板６の間および両側に配置されている。このように配置された常温のガラス基板６および輻射板８を、加熱炉１において上方より熱風を吹き下ろして加熱すると、ガラス基板６および輻射板８は、熱風からの対流熱伝達によって加熱される。

図３のグラフにおいて、破線は、輻射板８がない場合の温度分布を示す。ガラス基板６に熱を奪われた熱風は、温度が低下するので、図示するように、ガラス基板６は、上流側の昇温速度が高く、上流側ほど高温になる。さらに、輻射板８を配置した場合の温度分布を実線で示す。輻射板８を配置した場合、輻射板８も同様に、熱風からの対流熱伝達によって昇温し、高温になった輻射板８は、その熱を電磁波として放出する輻射を行う。ガラス基板６は、熱風からの対流熱伝達だけでなく、輻射板８の輻射によっても加熱されるので、輻射板８に対向する部分は、熱風からの対流熱伝達のみによる場合に比べて高温になる。このように、熱風温度が低くなる下流部分にのみ、輻射板８を配置すると、ガラス基板６の上流側の温度上昇と下流側の温度上昇の差を補い、上下の温度差を小さくすることができる。

図２に示した実施形態では、輻射板８は、ガラス基板６の上端だけでなく下端に対向する部分にも配置されていない。これは、図１に示すように、ガラス基板６の下方にヒータ１１が配置されているので、ヒータ１１に近いガラス基板６の下端付近は、ヒータ１１からの輻射熱を受けて昇温するため、輻射板８からの輻射熱を必要としないからである。つまり、輻射板８は、ガラス基板６の熱風下流側で、熱源から遠い部分にのみ対向して配置することで、ガラス基板６内の温度差を最小にすることができる。

続いて、図４に、図２の保持装置４でガラス基板６を加熱した際の、上端部と下端部の温度変化を示す。加熱炉１は、保持装置４の搬送方向に、複数の小室に分かれており、各小室における熱風の吹き出し温度が、徐々に高くなるように設定されている。図４には、輻射板８を取り外した状態でのガラス基板６の下端部の温度変化を破線で示し、輻射板８を取り付けた場合のガラス基板６の下端部の温度変化を実線で示す。ガラス基板６の上端部の温度は、輻射板８の有無によって違いがない。図示するように、熱風の吹き出し温度が３５０℃以上のときに、輻射板８の効果が見られ、より高温になるほど、ガラス基板６の上端部と下端部との温度差を低減する効果が高いことが分かる。これは、輻射熱が温度の４乗に比例することに起因しており、輻射板８は、４００℃以上の高温での加熱に対して特に有効であることを示す。

輻射板８は、熱風の温度を低下させないために、熱容量が小さいものである必要があり、薄板、厚さ１００μｍ以下の箔が好ましい。また、輻射板は、４００℃以上の高温に耐える必要があり、金属、特にステンレス鋼で形成することが好ましい。さらに、輻射板８は輻射率が高い方がガラス基板６を加熱する効果が高いので、ステンレス鋼の表面に酸化膜を形成しておくことが好ましい。

また、本実施形態において、図５に示すように、輻射板８をガラス基板６に対して１枚おきに保持し、つまり、１枚のガラス基板６の表裏いずれか一方のみに対向するように輻射板８を配置してもよい。熱風の温度低下が小さい場合など、ガラス基板６の上下での対流伝達熱量の差が小さい場合には、輻射板８の輻射熱が少なくてもよいからである。

また、本実施形態の輻射板保持具９は、輻射板８を支柱１８と押さえ板２０との間に挟み込んで狭持するようになっているので、輻射板８の材質がステンレス箔からなる機械的強度の低いものであっても、しっかりと保持することができる。また、輻射板保持具９は、輻射板８の上下の長さや保持する高さが変わっても、輻射板８を容易かつ堅固に保持できるので、熱風の温度や風量、ガラス基板の物性などの諸条件に応じてガラス基板６の温度差を最小化するために、輻射板８の上下の長さや保持される高さを変更することが容易である。

さらに、図６に、本発明の板材の加熱方法の第２の実施形態を示す。図６において、第１実施形態と機能を同じくする構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態の加熱炉１’は、ガラス基板６に対して熱風を水平方向に吹き付けるように構成されている。加熱炉１’内をローラコンベア３によって搬送される保持部材４’は、複数のガラス基板６を水平に、互いに一定の間隔を開けて積層して保持する板材保持具７’と、ガラス基板６の間にそれぞれ輻射板８を水平に保持する輻射板保持具９’とを備える。

本実施形態においても、輻射板８の作用は第１の実施形態と同様である。本実施形態では、ヒータ１１が循環流路１３に設けられているので、輻射板８はガラス基板６の下流側の端部にまで対向するように配置されている。なお、水平に熱風を吹き付ける加熱炉１’において、ガラス基板６および輻射板８を垂直に保持してもよい。

本発明の加熱方法の第１実施形態における加熱炉の断面図。 本発明のガラス基板の保持装置の実施形態の部分断面図。 本発明による加熱時の輻射板の配置とガラス基板の温度分布との概略図。 図１の加熱炉により加熱したガラス基板の温度変化を示すグラフ。 本発明による輻射板の配置の代案を示す概略図。 本発明の加熱方法の第２実施形態における加熱炉の断面図。

符号の説明

１，１’ 加熱炉
４，４’ 保持装置
６ ガラス基板（板材）
７，７’ 板材保持具
８ 輻射板
９，９’ 輻射板保持具
１１ ヒータ（熱源）
１８ 支柱
２０ 押さえ板

Claims (9)

1. 複数の板材を平行に保持し、
   前記板材の間に薄板状または箔状の輻射板を保持し、
   加熱炉内で前記板材および前記輻射板の間に熱風を通過させ、
   前記板材を前記熱風の対流熱伝達および前記輻射板からの輻射熱によって加熱することを特徴とする板材の加熱方法。
2. 前記輻射板は、前記板材の前記熱風下流側に対向して保持することを特徴とする請求項１に記載の板材の加熱方法。
3. 前記輻射板は、前記板材の前記熱風上流側の端部および前記加熱炉の熱源に近い側の端部には対向しないように保持することを特徴とする請求項１に記載の板材の加熱方法。
4. 前記輻射板は、厚さ１００μｍ以下の表面に酸化膜を形成したステンレス箔であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の板材の加熱方法。
5. 複数の板材を平行に、且つ、前記板材の間に薄板状または箔状の輻射板を保持する保持装置と、
   前記板材および前記輻射板の間を通過するように熱風を循環させる加熱炉とからなることを特徴とする板材の加熱装置。
6. 加熱炉内で加熱する板材を保持する保持装置であって、
   複数の板材を平行に保持する板材保持具と、
   前記板材の間および両側に、前記板材と平行に薄板状または箔状の輻射板をそれぞれ保持する輻射板保持具とを備えることを特徴とする保持装置。
7. 前記輻射板保持具は、前記保持装置の両側に直立した複数の支柱と、該支柱とともに前記輻射板をそれぞれ狭持する複数の押さえ板とからなることを特徴とする請求項６に記載の保持装置。
8. 前記輻射板保持具は、前記輻射板を、前記板材の下側に対向して保持することを特徴とする請求項７に記載の保持装置。
9. 前記輻射板は、厚さ１００μｍ以下の表面に酸化膜を形成したステンレス箔であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の保持装置。

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