JP2008164235A - 平板状部材の熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】セッターを用いることなく、平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく炉内を搬送し、熱効率良く熱処理することができる平板状部材の熱処理炉を提供する。
【解決手段】炉室２の床面を構成するチャンバー３の上面を炉幅方向に僅かに傾斜させるとともに、炉室２の床面に浮上用気体の噴出機能を持たせて平板状部材Ｐを浮上保持させる。平板状部材Ｐは自重により下側に位置決めされるので、下側となる炉室内に平板状部材Ｐの側縁と接触して前進力を与える搬送機構を設ける。水平面に対する床面の傾斜角度は、１〜１０°とすることが好ましい。また搬送機構は、炉長方向に一定間隔で配置された多数のキャリアローラ６とすることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルや液晶ディスプレイパネルのような大型のフラットパネルに代表される平板状部材の製造に用いられる熱処理炉に関するものである。

フラットパネルは、ガラスやセラミックスからなる基板上に機能性材料を多層に印刷し、乾燥や焼成などの熱処理を施すことによって製造される平板状部材である。このような平板状部材の熱処理を効率よく行うために、特許文献１に示されるように従来からローラーハースキルンが広く使用されている。

ローラーハースキルンは炉内に多数のローラーを一定ピッチで配置し、各ローラーを炉外に設けた駆動手段によって同一方向に回転させることによって、その上に載せたワークを搬送する形式のトンネル炉である。炉内は予熱帯、乾燥帯や焼成帯、冷却帯などに区分され、バーナーやヒーター等の加熱手段によって炉室内に所定の温度勾配が形成されている。ワークである平板状部材は多数のローラーによって炉長方向に移送されながら、予熱帯、乾燥帯や焼成帯、冷却帯などを通過する間に熱処理される。

しかし、最近ではフラットパネルの基板は薄肉化かつ大型化しており、またガラス基板が採用されることが多い。幅広の平板状部材を製造するには炉幅を拡大するとともにローラーを長尺化させる必要があるが、ローラーは１本の長さが３ｍを越えると寸法精度が低下し、幅がそれ以上の大型の平板状部材には対応しにくいという問題があった。

またローラー自体は水平面を構成していても、一定ピッチで配置されたローラーに支持されて平板状部材が高温領域を通過する際にローラー間の部分が重力によって垂れ下がり、平板状部材が僅かながら波打つように変形することがあった。また基板のローラーとの接触面に疵が付く可能性があった。なお、このような問題は平板状部材をセッターの上に載せて炉内を搬送することによって回避できるが、平板状部材のみならずセッターも加熱冷却されるために余分のエネルギーを要することとなり、熱効率が悪くなるという別の問題を生ずることとなる。

さらに、平板状部材は炉室内で主として輻射熱によって加熱されることとなるため、障害物のない上面は加熱され易いが、ローラーが設けられている下面は加熱されにくく、表裏の温度分布の不均一によってローラー上で基板が反るように変形する可能性があった。
特開２００５−１５６０１６号公報

従って本発明の目的は、基板が薄肉で大型である場合にも、セッターを用いることなく、平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく炉内を搬送し、熱効率良く熱処理することができる平板状部材の熱処理炉を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、平板状部材を炉長方向に搬送しつつ熱処理を行う平板状部材の熱処理炉であって、炉室の床面に浮上用気体の噴出機能を持たせて平板状部材を浮上保持させるとともに、炉室の床面を炉幅方向に僅かに傾斜させ、その下側となる炉室内に平板状部材の側縁と接触して前進力を与える搬送機構を設けたことを特徴とするものである。

なお、水平面に対する炉室の床面の傾斜角度は、１〜１０°とすることが好ましい。また搬送機構が、炉長方向に一定間隔で配置された多数のキャリアローラからなるものであり、キャリアローラの駆動部分を炉外に設置した構造とすることが好ましい

本発明の熱処理炉は、炉室の床面に浮上用気体の噴出機能を持たせて平板状部材を浮上保持させる方式を採用したので、セッターを用いなくても平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく炉内搬送しつつ、熱処理することができる。また本発明の熱処理炉は、炉室の床面を炉幅方向に僅かに傾斜させ、その下側となる炉室内に平板状部材の側縁と接触して前進力を与える搬送機構を設けたので、浮上保持された平板状部材は重力によって搬送機構側に移動し、僅かな力で容易且つ確実に炉内を搬送されることとなる。このため搬送用の動力は僅かで済むうえに、平板状部材の幅が変わった場合にも支障なく搬送可能であるなどの利点がある。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態を示す炉長方向の断面図、図２は炉幅方向の断面図、図３は平面図である。これらの図において、１は炉体、２は炉室、３は炉室の床面を構成するチャンバーである。チャンバー３は炉長方向に多数設置されるものであるが、各チャンバー３の上面は炉幅方向にわずかな角度だけ傾斜させてあり、その傾斜角度は１〜１０°、より好ましくは２〜５°である。この角度については後述する。

炉室２の床面を構成する各チャンバー３には、浮上用気体の噴出機能を持たせてあり、平板状部材Ｐを浮上保持できるようになっている。チャンバー３の上面全体に気体噴出孔を形成してもよいが、この実施形態では多数の気体噴出孔が形成された帯状の気体噴出部材４が、チャンバー３の上面に炉長方向に複数本配置されている。これらの気体噴出部材４、４間は表面が平滑で非通気性の平板５により封止されている。帯状の気体噴出部材４は炉幅方向に複数本配置される形、及び炉長方向と炉幅方向に複数本配置することを組み合わせる形でもよい。チャンバー３の下部から空気や窒素などの加圧された浮上用気体を供給すると、帯状の気体噴出部材４から上向きに噴出してその上面に置かれた平板状部材Ｐを浮上保持する。浮上用気体は予めヒーターなどによって必要温度まで加熱しておくことが好ましい。チャンバー３と気体噴出部材４は一体構造としてもよい。

なお細孔径は１〜５ｍｍ、ピッチは１〜２０ｍｍ、浮上用気体の圧力は０．０５ｋＰａ〜１ＭＰａ程度とすればよい。この実施形態では平板状部材Ｐは四角形のガラス基板をベースとするもので、そのサイズは厚さが１〜３ｍｍ、一辺が２〜３ｍ程度である。

このような浮上保持方式を採用したため、平板状部材Ｐとチャンバー３の上面との間の摩擦係数はほとんどゼロになる。しかし上記したように各チャンバー３の上面は炉幅方向にわずかな角度だけ傾斜させてあるので、平板状部材Ｐはチャンバー３の上面に沿って自重により下側に滑り落ち、炉室２の片側に位置決めされた状態となる。

そこで本発明ではこの炉室２の片側部分に搬送機構を設け、図２に示すように平板状部材Ｐの側縁と接触させて前進力を与える。搬送機構の種類は特に限定されるものではないが、この実施形態では炉長方向に一定間隔で配置された多数のキャリアローラ６が用いられている。これらのキャリアローラ６はチャンバー３の上面に位置して平板状部材Ｐの側縁と接触するが、その中心軸７は炉室２の下方に延び、その下端の歯車８が炉長方向の駆動軸９に固定された駆動歯車１０とかみ合い、一定速度で回転されている。このため、平板状部材Ｐの側縁は同一速度で回転する多数のキャリアローラ６と順次接触しながら、炉内を滑るように進行する。多数のキャリアローラ６の駆動は上記歯車による動力伝達のほか、チェーンやベルトでの動力伝達方式としてもよい。

チャンバー３の上面の傾斜角度が１°未満であると、平板状部材Ｐが確実に炉室２の片側に位置決めされないおそれがある。また１０°を越えると、平板状部材Ｐの上面に印刷された熱処理が未完了の機能性材料が流れ落ちる可能性がある。このため傾斜角度は１〜１０°とすることが好ましく、２〜５°の範囲がより好ましい。傾斜角度を１〜１０°としておけば平板状部材Ｐにほとんどストレスを加えることなく、小さい駆動力で平板状部材Ｐを前進させることが可能となる。

このような構造を採用すれば、ローラーハースキルンを用いた場合のような垂れ下がりや疵の発生を皆無とすることができる。また従来のように疵や変形を防止するためのセッターを用いる必要がないので、セッターによる持ち出し熱量がなくなり、炉の熱効率が向上する。さらに平板状部材Ｐの幅が変化した場合にも、自重によって必ず炉室２の片側に位置決めされるので、確実な炉内搬送が可能である。

チャンバー３は炉長方向に多数に分割されている。そして各チャンバー３は温度の異なる加熱気体の供給源に接続されていることが好ましい。各チャンバー３に供給される加熱空気の温度は、予熱帯から乾燥帯や焼成帯に向かって順次高く設定し、乾燥帯や焼成帯から冷却帯に向かって順次低く設定しておく。このように浮上用気体の温度を炉長方向に変化させておくことにより、平板状部材Ｐを浮上用気体により浮上保持させながら炉入口から炉出口まで搬送すると、平板状部材Ｐに所定の温度履歴を付与することが可能となる。加熱空気が平板状部材Ｐに直接吹き付けられるために熱伝達係数が高くなり、優れた熱効率を達成することができる。

平板状部材Ｐを浮上保持させるために、浮上用気体はチャンバー３から平板状部材Ｐの下面に向かって噴射されるが、噴射された浮上用気体は平板状部材Ｐの下面に沿って端面に達して上面に回りこみ、最終的に炉室２内に充満して炉室２内を浮上用気体の設定温度とほぼ同一温度とする。このため、炉室２内に上面加熱用のヒーターを別に設置しなくても、平板状部材Ｐは上下両面から加熱されることとなる。ローラーハースキルンでは上面に比較して、下面にはローラーが存在するため加熱を行いにくかったのであるが、本発明では上下両面を均等に加熱することが可能となる。なお、炉室２内に上面加熱用のヒーターを別に設置することも可能であることはいうまでもない。

以上に説明したように、本発明の熱処理炉は浮上保持方式を採用したので、セッターを用いなくても平板状部材Ｐを変形させたり疵付けたりすることなく炉内搬送しつつ、熱処理することができる。また本発明の熱処理炉は、平板状部材Ｐを熱効率良く、しかも表裏両面から均等に加熱することができ、温度分布の不均一による反りも防止することができる。さらに炉室２内部で平板状部材Ｐと接触する部材を最小限としたので異物発生の可能性が小さく、異物付着による乾燥や焼成不良を抑制することができる。特に実施形態のように搬送機構の駆動部を炉外に設置すれば、炉室２内における異物発生を抑制できるのみならず、メンテナンスも容易である。

本発明の実施形態を示す炉長方向の断面図である。 炉幅方向の断面図である。 平面図である。

符号の説明

１ 炉体
２ 炉室
３ チャンバー
４ 気体噴出部材
５ 非通気性の平板
６ キャリアローラ
７ 中心軸
８ 歯車
９ 駆動軸
１０ 駆動歯車

Claims (4)

1. 平板状部材を炉長方向に搬送しつつ熱処理を行う平板状部材の熱処理炉であって、炉室の床面に浮上用気体の噴出機能を持たせて平板状部材を浮上保持させるとともに、炉室の床面を炉幅方向に僅かに傾斜させ、その下側となる炉室内に平板状部材の側縁と接触して前進力を与える搬送機構を設けたことを特徴とする平板状部材の熱処理炉。
2. 水平面に対する炉室の床面の傾斜角度を、１〜１０°としたことを特徴とする請求項１記載の平板状部材の熱処理炉。
3. 搬送機構が、炉長方向に一定間隔で配置された多数のキャリアローラからなるものであることを特徴とする請求項１記載の平板状部材の熱処理炉。
4. キャリアローラの駆動部分を炉外に設置したことを特徴とする請求項３記載の平板状部材の熱処理炉。

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