JP2010002129A - フィルム式加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】板状のワークを正確な速度で移動させながら、特定の雰囲気中で加熱処理することができ、サイズアップが容易で、省エネルギー性に優れた加熱炉を提供する。
【解決手段】炉体１の入口側に搬送用フィルム５の払い出し用ロール３を、また炉体１の出口側に搬送用フィルム５の巻き取り用ロール４をそれぞれ配置し、搬送用フィルム５を炉体１の長手方向に移動させながらその上に置かれたワークＷを加熱する。この炉体１の内部には搬送用フィルム５の下面に向かってガスを噴出し、搬送用フィルム５を浮上させるガスチャンバ６を設置しておくことが好ましく、これによって摩擦抵抗のない状態で移動させることができる。さらに炉体の入口と出口にそれぞれ排気型雰囲気調整器１１，１２を設けておけば、外気の進入を確実に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板のような板状のワークを特定の炉内雰囲気中で加熱処理するに適したフィルム式加熱炉に関するものである。

有機ＥＬ用ガラス基板のような板状のワークを加熱処理するためには、主としてウォーキングビーム炉（特許文献１）が使用されている。この形式の炉は炉内でビームを往復移動させながらワークを搬送するため、炉内のシールを行い易く雰囲気焼成に適するという利点や、搬送手段による炉外への持ち出し熱量が小さく省エネルギー性に優れるという利点がある。しかし、炉長が長くなった場合にはビームの支持やワークの投入が困難となるという欠点を備えており、サイズアップが困難である。

このほか、メッシュベルト上にワークを載せて搬送しつつ加熱するメッシュベルト炉も知られているが、熱容量の大きいメッシュベルトによる炉外への持ち出し熱量が大きくなるため、あまり適当ではない。

また出願人は、ワークを炉内で浮上搬送する形式の炉を先に開発し、特許文献２として公開済みである。しかしこの形式の炉は、炉内におけるワークの移動速度を厳密にコントロールすることが容易ではないため、厳密な熱履歴が要求されるワークに対しては使用しにくいという問題があった。
特開２００７−１２８４０号公報 特開２００２−２６７３６８号公報

従って本発明の目的は、板状で軽量なワークを正確な速度で移動させながら、特定の雰囲気中で加熱処理することができ、しかも炉長が長くなった場合にも対応可能であるうえ、省エネルギー性に優れた加熱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、炉体の入口側に搬送用フィルムの払い出し用ロールを、また炉体の出口側に搬送用フィルムの巻き取り用ロールをそれぞれ配置し、搬送用フィルムを炉体の長手方向に移動させながらこの搬送用フィルム上に置かれたワークを加熱することを特徴とするものである。

なお請求項２のように、炉体の内部には搬送用フィルムの下面に向かってガスを噴出し、搬送用フィルムを浮上させるガスチャンバを設置した構造とすることができる。また請求項３のように、搬送用フィルムをステンレス箔とすることができる。また請求項４のように、ガスチャンバが炉内雰囲気ガスを噴出するものであることが好ましく、この場合の炉内雰囲気ガスとしては例えば窒素ガスを挙げることができる。

また請求項５のように、炉体の入口と搬送用フィルムの払い出し用ロールとの間、及び炉体の出口と搬送用フィルムの巻き取り用ロールとの間に、それぞれ排気型雰囲気調整器を設けた構造とすることが好ましく、請求項６のように、排気型雰囲気調整器が、上部が炉体から離れる方向に傾斜した傾斜ラビリンス構造を備えたものであり、この傾斜ラビリンス構造を介して炉内雰囲気ガスを排気することによって、外気の炉内進入を防止するものであることが好ましい。また請求項７のように、炉体の天井部にヒーターを配置した構造とすることが好ましい。

請求項１に記載した本発明のフィルム式加熱炉は、炉体の入口側に配置された搬送用フィルムの払い出し用ロールから搬送用フィルム引き出し、炉体の出口側に配置された搬送用フィルムの巻き取り用ロールに巻き取ることによって、搬送用フィルムを炉体の長手方向に低速度で移動させながらこの搬送用フィルム上に置かれたワークを加熱する型式の炉であるから、炉内でワークを正確な速度で移動させながら加熱処理することができる。また搬送用フィルムによる炉内からの持ち出し熱量はごくわずかであるから、省エネルギー性に優れる。さらにワークは搬送用フィルム上に置かれて加熱処理されるため、サイズの違うワークも連続処理することが可能である。

また請求項２のように、炉体の内部に搬送用フィルムの下面に向かってガスを噴出し、搬送用フィルムを浮上させるガスチャンバを設置すれば、ワークを載せた搬送用フィルムは浮上状態を維持しながら炉内を移動することとなり、炉長が大きくなった場合にも搬送用フィルムの移動抵抗が小さく、サイズアップも容易である。さらに搬送用フィルムを用いているために炉の出入り口の開口部を薄くすることができ、炉内雰囲気と炉外雰囲気との分離を行い易い。また搬送用フィルムの材質を選択することにより搬送系からの発塵を防止できるうえ、ワークのロード・アンロードも容易に行うことができる。

請求項３のように搬送用フィルムをステンレス箔とした場合には、厚みを１００μｍ以下にまで薄くしても強度と耐熱性を確保することができ、数百℃までは発塵のおそれもない。

また請求項４のように、ガスチャンバが炉内雰囲気ガスを噴出するものとすれば、浮上用ガスと雰囲気ガスを同一とすることができ、２種類のガスを用いる必要がないうえに、浮上用のガスによって炉内雰囲気が変動するおそれもない。

また請求項５のように、排気型雰囲気調整器を設けることによって外気の吸引を避けて炉内雰囲気を一定に維持することができ、特に請求項６のような傾斜ラビリンス構造を備えたものとすれば、外気の炉内進入をより確実に防止することができる。

また請求項７のように、炉体の天井部にヒーターを配置した構造とすれば、搬送用フィルム上に置かれたワークを効率よく加熱することができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明のフィルム式加熱炉の概念的な断面図である。図中、１は天井部に赤外線ヒーターなどのヒーター２を備えた炉体であり、炉体１の入口側には搬送用フィルムの払い出し用ロール３が配置されており、炉体１の出口側には搬送用フィルムの巻き取り用ロール４が配置されている。搬送用フィルム５としては強度のほかに、加熱温度に耐えることができる耐熱性と、加熱されてもガスや粉塵を発生しないクリーン性とが求められ、例えば厚さが４０〜１００μｍ程度のステンレス箔を使用することができる。しかし搬送用フィルム５の材質は必ずしもこれに限定されるものではなく、加熱温度によっては耐熱樹脂フィルムを用いることもできる。

搬送用フィルム５は払い出し用ロール３に巻かれた状態でセットされており、払い出し用ロール３から引き出された搬送用フィルム５は炉体１の内部を水平に貫通して、炉体１の出口側の巻き取り用ロール４に巻き取られる。搬送用フィルム５の移動速度は０．１〜１０ｍ/ｍｉｎ程度であり、移動速度が一定となるように巻き取り用ロール４の回転速度を制御する。このように搬送用フィルム５の厚さが薄いため払い出し用ロール３にセットできる搬送用フィルム５の長さは数千ｍに達し、かつ移動速度（巻き取り速度）は小さいため、長時間にわたる連続運転が可能である。

上記のように搬送用フィルム５は炉体１の内部を水平に貫通しており、ワークＷは入口側のローダー６によってその上に載せられ、出口側のアンローダー７によって取り出される。これらのローダー６及びアンローダー７としては、公知のロボット型のものを用いることができる。ワークＷは軽量で板状のものが適しており、この実施形態では厚さが０.７ｍｍの有機ＥＬ用ガラス基板であるが、その他の基板であってもよい。本発明の炉は炉長方向にも炉幅方向にもサイズアップは容易であるから、ワークＷのサイズは特に限定されるものではない。またサイズの違うワークＷも連続処理することが可能である。

搬送用フィルム５はそれ自体の張力により炉体１内においてほぼ水平状態を維持しているが、単独ではワークＷが載せられるとその重量により下方に垂れ下がることが避けられない。そこで炉体１の内部に、搬送用フィルム５の下面に向かってガスを噴出するガスチャンバ８を設置しておくことが好ましい。ガスチャンバ８の上面は搬送用フィルム５の移動経路と一致させてあり、搬送用フィルム５はガスチャンバ８の上面に沿って移動することとなる。しかもガスチャンバ８の天井面には多数のガス噴出孔が形成されているため、搬送用フィルム５はガスチャンバ８から噴出するガスによってわずかに浮上しながら移動する。このために搬送用フィルム５がガスチャンバ８に直接接触することはなく、ほとんど摩擦抵抗のない状態で水平を維持したまま移動させることができる。浮上距離は搬送用フィルム５の張力と、ガスの噴出量によって制御することができる。

ガスチャンバ８から噴出されるガスはそのまま炉内に入るため、炉内雰囲気ガスを用いることが好ましく、例えば低酸素雰囲気中での加熱処理を行う場合には、窒素ガスを用いればよい。浮上用ガスと雰囲気ガスを同一とすれば、２種類のガスを用いる必要がないうえに、浮上用のガスによって炉内雰囲気が変動するおそれもない。ただし特殊な炉内雰囲気が要求される場合には、ガスチャンバ８から噴出されるガスを不活性ガスとし、別に雰囲気調整用のガスを炉内に供給するようにしてもよい。ガスチャンバ８から噴出されるガスは薄い搬送用フィルム５を介してワークＷの下面に当たるため、予熱されたガスを用いることが好ましい。

このようにして炉内に吹き込まれたガスと等量のガスが炉体１の入口９と出口１０とから排出されるが、その際に外気が炉内に侵入すると、特に低酸素雰囲気が要求される場合には問題となる。そこで、炉体１の入口９と搬送用フィルムの払い出し用ロール３との間、及び炉体１の出口１０と搬送用フィルムの巻き取り用ロール４との間に、それぞれ排気型雰囲気調整器１１、１２が設けられている。

排気型雰囲気調整器１１、１２は、図２に拡大して示すように、搬送路を挟んだ上下に複数のガス流路１３を形成したものである。この図２の実施形態では、炉長方向に３つのガス流路１３を形成した。各ガス流路１３は上部が炉体１から離れ、下部が炉体１に接近する方向に傾斜した傾斜ラビリンス構造となっている。各ガス流路１３の上下両端は排気ダクト１４、１５に接続され、排気ファンを備えた排ガス処理手段に接続されている。ガス流路１３の傾斜角度αは、３０〜６０°としておくことが好ましい。

この傾斜ラビリンス構造を介して炉内雰囲気ガスを排気すると、図２に矢印で示したような流れが形成される。この炉内雰囲気ガスの流れは傾斜ラビリンス構造の部分でいったん滞留したうえで排気ダクト１４、１５に向かうが、この滞留によって静圧が高まり、外気の進入を防止する。また炉内雰囲気ガスの流れに吸引されて外気が傾斜ラビリンス構造に進入しても、炉体１から離れた部分で排気ダクト１４、１５に排気され、炉体１の内部にまで進入することはない。さらに外気に比べて高温の炉内雰囲気ガスは主として上部の排気ダクト１４に向かい、比較的低温の外気は下部の排気ダクト１５に排出される。排気されたガスは適切な排ガス処理を施した上で大気中に放出されるが、ろ過したうえで循環使用を行なってもよい。

ガス流路１３の傾斜角度αを３０〜６０°とすることにより、傾斜角度αが０の場合（垂直の場合）よりも外気の進入を確実に阻止できることは実験により確認されている。その詳細は本出願人の特開２００８−４２３１０号公報に記載されている通りである。

このように構成された本発明のフィルム式加熱炉は、払い出し用ロール３から引き出された搬送用フィルム５の上にローダー６によってワークＷを載せ、搬送用フィルム５を巻き取り用ロール４によって徐々に巻き取ることによって炉体１の内部を低速度で移動させながら、ヒーター２による加熱によって加熱処理を行い、出口側のアンローダー７によってワークＷの取り出しを行なうものである。搬送用フィルム５の熱容量は非常に小さいので、炉からの持ち出し熱量は無視できる程度に小さく、省エネルギ性に優れている。

前記したように、炉体１の内部において搬送用フィルム５はガスチャンバ８から噴出するガスによってわずかに浮上しながら移動するため、ほとんど摩擦抵抗のない状態で水平を維持したまま移動させることができる。従って炉長は任意に設計することができ、サイズアップが容易である。

また炉内はガスチャンバ８から噴出するガスによって満たされるので、例えば窒素ガスを用いれば低酸素雰囲気中での加熱処理が可能となる。搬送手段として搬送用フィルム５を採用したため、炉体１の入口９と出口１０はワークＷの通過できる最低限の高さのスリット状とすることができる。このため炉内への外気の進入の可能性は低いうえに、さらに実施形態のように排気型雰囲気調整器１１、１２が配置しておけば外気の進入を確実に防止することができ、例えば酸素濃度１００〜１０００ｐｐｍ程度の低酸素雰囲気を容易に達成することが可能である。

なお、搬送用フィルム５として例えばステンレス箔を使用すれば、数百℃までの加熱によっても発塵のおそれがなく、炉内をクリーンな状態に維持することができる。このため本発明のフィルム式加熱炉は、有機ＥＬ用ガラス基板のような板状のワークを特定雰囲気中で加熱処理するうえで好適なものである。

本発明のフィルム式加熱炉の概念的な断面図である。 排気型雰囲気調整器の断面図である。

符号の説明

１ 炉体
２ ヒーター
３ 払い出し用ロール
４ 巻き取り用ロール
５ 搬送用フィルム
６ ローダー
７ アンローダー
８ ガスチャンバ
９ 入口
１０ 出口
１１ 排気型雰囲気調整器
１２ 排気型雰囲気調整器
１３ ガス流路
１４ 排気ダクト
１５ 排気ダクト

Claims (7)

1. 炉体の入口側に搬送用フィルムの払い出し用ロールを、また炉体の出口側に搬送用フィルムの巻き取り用ロールをそれぞれ配置し、搬送用フィルムを炉体の長手方向に移動させながらこの搬送用フィルム上に置かれたワークを加熱することを特徴とするフィルム式加熱炉。
2. 炉体の内部には搬送用フィルムの下面に向かってガスを噴出し、搬送用フィルムを浮上させるガスチャンバを設置したことを特徴とする請求項１記載のフィルム式加熱炉。
3. 搬送用フィルムがステンレス箔であることを特徴とする請求項１記載のフィルム式加熱炉。
4. ガスチャンバが炉内雰囲気ガスを噴出するものであることを特徴とする請求項１記載のフィルム式加熱炉。
5. 炉体の入口と搬送用フィルムの払い出し用ロールとの間、及び炉体の出口と搬送用フィルムの巻き取り用ロールとの間に、それぞれ排気型雰囲気調整器を設けたことを特徴とする請求項１記載のフィルム式加熱炉。
6. 排気型雰囲気調整器が、上部が炉体から離れる方向に傾斜した傾斜ラビリンス構造を備えたものであり、この傾斜ラビリンス構造を介して炉内雰囲気ガスを排気することによって、外気の炉内進入を防止するものであることを特徴とする請求項５記載のフィルム式加熱炉。
7. 炉体の天井部に、ヒーターを配置したことを特徴とする請求項１記載のフィルム式加熱炉。

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