JP3866929B2

JP3866929B2 - 連続焼成炉

Info

Publication number: JP3866929B2
Application number: JP2001095182A
Authority: JP
Inventors: 巌穂森本
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002295977A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板等の板状被処理物に熱処理を行う連続焼成炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラズマディスプレイパネル用基板等のガラス基板に電極、誘電体、蛍光体等の膜形成を行うためには、連続焼成炉が用いられている。この連続焼成炉では、例えばガラス基板等の被加熱物をトンネル型の炉内を通過させながら所定温度まで加熱した後、徐冷を行い、その後さらに常温程度まで冷却するという工程で処理が行われている。図４は従来のローラハース式連続焼成炉の内で徐冷を行う徐冷部を示す概略断面図であり、この連続焼成炉の徐冷部について説明する。
【０００３】
この連続焼成炉の徐冷部では、図４に示すように上面、下面および側面が断熱層２２で覆われた炉内２１の下方にボトムヒーター２３、このボトムヒーター２３の上方に被加熱物を搬送するためのハースローラー２４、炉内２１の上方にトップヒーター２５が設けられている。この連続焼成炉の徐冷部は、連続焼成炉の長手方向に沿って所定間隔毎に分割された複数のゾーンで構成され、各ゾーンの断熱層２２の厚みが被加熱物の進行方向に進むにしたがって薄くなるように構成されている。このように断熱層２２の厚みを薄くして炉内の熱放散を行うことで、進行方向に進むにしたがって各ゾーン内の温度を段階的に降下させている。そして、徐冷部に搬送された被加熱物は徐冷部のゾーン毎に所定時間停止した後、次ゾーンに搬送される。この各ゾーン内での所定時間停止、次ゾーンへの搬送という動作を順次繰り返すことで、被加熱物は徐冷される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、この連続焼成炉の徐冷部において、被加熱物を早く降温させて処理能力を増大させる等の目的のために、単位時間あたりの降温温度（降温レート）を増加させる必要が生じてきている。
しかしながら、従来の連続焼成炉の徐冷部では、上記のように断熱層の厚みを被加熱物の進行方向に進むにしたがって薄くするという方法で熱放散を行っているので、特定の降温レート以上の速度で徐冷を行うことはできなかった。また、このような方法では、熱放散を制御することはできず既定の降温レートを変更することはできなかった。
【０００５】
また、徐冷部の各ゾーンでは、隣接するゾーンの温度の影響を受けることによってゾーン内の温度分布にバラツキを生じることで、被加熱物の面内温度分布もばらつく結果、被加熱物の収縮率に差が生じて歪が発生して、被加熱物が変形することがあり、被加熱物に対して要求される精度を満足することができない場合があった。また、降温レートを増加させると、被加熱物の冷却速度が部分的にばらつきやすくなるので、被加熱物に生じる歪が大きくなるという問題があった。
本発明は上記の事情に鑑みて提案されたものであって、徐冷部における降温レートを任意のレートに設定でき、また、被加熱物の歪を少なくすることができる連続焼成炉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、板状の被加熱物をトンネル型の炉内を通過させながら所定温度まで加熱した後、徐冷を行う連続焼成炉において、上記被加熱物の進行方向に沿って所定間隔毎に分割された複数のゾーンよりなる徐冷部と、上記徐冷部の炉壁の下面および両側面に臨ませて配設され、上記下面側を吸気側、上記両側面を排気側とする空気通路と、この空気通路の下面中央部に空気を供給する送風装置と、上記空気通路の側面側との風量を調整する調整弁とを備え、上記ゾーン毎に空気との熱交換により放熱を行う空冷手段と、上記徐冷部のゾーン内を上記進行方向および幅方向に沿って分割した所定領域毎に加熱を行う加熱手段と、上記各ゾーン内の温度が上記進行方向に進むに従って段階的に低くなるようにするとともに、上記各ゾーン間の降温レートが、あらかじめ設定された所定のレートになるように、上記空冷手段および加熱手段を制御する制御手段とを備えるという手段を採用している（請求項１）。このように構成することによって、空冷手段の送風装置より空気通路の下面中央に供給され、当該空気通路の両側面側から排気される空気との熱交換により各ゾーンの放熱を行い、ゾーン毎に放熱量を変更することができるので、徐冷部における降温レートを希望する所定のレートに設定することができ、大型基板等の板状の被加熱物を均一に徐冷することができる。また、各ゾーンにおける被加熱物の面内温度分布が均一になるように、加熱手段によりゾーン内を上記所定領域毎に加熱することができる。さらに、空気通路の側面側との風量を調整する調整弁を設け、空気流路の側面側に供給される空気量を調整弁で調整することで、ゾーン内の側面側の放熱量を変化させることができる。これによって、各ゾーンにおける被加熱物の面内温度分布をより一層均一にして、徐冷することが可能である。
【０００７】
また、上記空冷手段は、上記空気通路が上記各ゾーン内を上記進行方向に沿って複数の所定領域に分割され、この所定領域毎に風量を調整する調整弁を備える構成とすることができる（請求項２）。このように構成した場合、空気通路に供給される空気量を所定領域毎に調整弁で調整することで、ゾーン毎およびゾーン内所定領域毎の放熱量を変化させることができる。これによって、隣接するゾーンから受ける熱の影響を最小限にとどめることができ、各ゾーンにおける被加熱物の面内温度分布をより一層均一にして、徐冷することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る連続焼成炉の一実施の形態であるローラハース式連続焼成炉の徐冷部を示す概略断面図であり、図２はこの徐冷部の１ゾーンを示す概略側面図であり、図３はこの連続焼成炉の全体構成を示す概略図である。以下、図に基づいてこの連続焼成炉について説明する。
この連続焼成炉には、図３に示すようにガラス基板等の被加熱物Ａを所定温度まで加熱する加熱部Ｂと、所定温度まで加熱された被加熱物Ａを徐冷する徐冷部Ｃと、徐冷された被加熱物Ａをさらに常温程度まで冷却する冷却部Ｄとが設けられている。被加熱物Ａは、トンネル型の炉内１を加熱部Ｂ、徐冷部Ｃ、冷却部Ｄと順次移動されながら熱処理が行われる。
この連続焼成炉の徐冷部Ｃでは、図１に示すように被加熱物Ａを通過させるトンネル型の炉内１の下方に被加熱物Ａを搬送するためのハースローラー２が設けられている。このハースローラー２はモータ（図示しない）により回転され、この回転によってハースローラー２上に載置された被加熱物Ａが搬送される。
【００１０】
炉内１の上面は、防塵のための耐熱ガラス板６で覆われており、この耐熱ガラス板６の上方に加熱手段であるトップヒーター３、炉内の温度を検出する熱電対４、および断熱材で構成される断熱層５が設けられている。また、炉内１の下面および側面は、金属チャンバーで構成される空気通路７で囲まれている。この空気通路７の外側には、人が触っても熱くないように薄い断熱材で構成される断熱層８が設けられている。また、空気通路７の排気側となる両側面側は排気ダクト（図示しない）に、吸気側となる下方側は風量を調整する調整弁であるバタフライバルブ９を介して送風装置である熱排気用ブロワー１０にそれぞれ接続されている。また、空気通路７の両側面側下方には、その側面側の風量を調整する調整弁であるバタフライバルブ１１が設けられており、このバタフライバルブ１１の下方には排気ダクトに接続される排気口１２が設けられている。この排気口１２は、バタフライバルブ１１により空気通路７の側面へ供給される風量が調整されると、空気通路７の下面に供給された空気の一部を排気可能とするためのものである。
【００１１】
また、この連続焼成炉の徐冷部Ｃは、連続焼成炉の長手方向に複数のゾーンで構成されている。空気通路７も各ゾーンに対応して分割されており、各ゾーンにそれぞれインバータにより風量制御される熱排気用ブロワー１０を有している。さらに各ゾーン内で、空気通路７は図２に示すように連続焼成炉の長手方向に３ブロックに分割されており、各ブロックにそれぞれバタフライバルブ９、１１および排気口１２を有している。また、トップヒーター３は、空気通路７と同様に各ゾーン内で連続焼成炉の長手方向に３分割、さらに連続焼成炉の幅方向に４分割されており、１ゾーン毎に１２個のヒーターを有している。
これらバタフライバルブ９、１１、トップヒーター３および熱電対４は、それぞれ制御手段（図示しない）に接続されており、バタフライバルブ９およびトップヒーター３は各制御手段によって分割単位毎に個別に制御される。
【００１２】
このように構成された連続焼成炉の徐冷部Ｃでは、熱排気用ブロワー１０から空気通路７へ供給される空気により、炉内１に臨む空気通路７表面で熱交換が行われて炉内１が冷却される。そして、この徐冷部Ｃでは、ゾーン毎にそれぞれゾーン内温度を被加熱物Ａの進行方向で所定の降温レートで段階的に低くなるように各制御手段によって制御される。すなわち、所定のレートに設定された降温レートに基づいて、熱排気用ブロワー１０から供給される空気の風量をインバータおよびバタフライバルブ９でゾーン単位に、徐冷部Ｃの最初のゾーンでは少なく、進行方向でゾーンが進むにしたがって段階的に多くするように調整することで、所定の降温レートを得ている。
【００１３】
このように制御された各ゾーン内では、隣接するゾーンから受ける熱の影響を最小限にとどめるために、熱排気用ブロワー１０から供給される空気の風量をバタフライバルブ９によりブロック単位に、温度が高いゾーンに接する側のブロックに多く、また温度が低いゾーンに接する側のブロックに少なくなるように調整している。また、被加熱物Ａの冷却速度が部分的にばらつくのを防止するために、制御手段は熱電対４で検出される温度に基づいて１２個のヒーターを独立して制御している。
【００１４】
次に、連続焼成炉の徐冷部Ｃにおいて被加熱物Ａが徐冷される過程について説明する。
まず、所定温度まで加熱された被加熱物Ａが徐冷部Ｃへ搬送されてくると、徐冷部Ｃの最初のゾーンで所定時間停止する。ここで、被加熱物Ａはこのゾーンの所定のゾーン内温度まで冷やされ、所定時間経過後に次のゾーンへ搬送される。この各ゾーン内での所定時間停止、次ゾーンへの搬送という動作を順次繰り返し、最後のゾーンから搬出されるまでの間、被加熱物Ａは設定された降温レートで徐冷されることになる。
【００１５】
このように、希望する所定の降温レートで、かつ被加熱物Ａの面内温度分布を均一にして徐冷することができる。また、空気通路７に供給される空気との熱交換により各ゾーンの放熱を行って、被加熱物Ａを冷却するという間接冷却であるため、例えば徐冷部Ｃの各ゾーン内に直接冷気を導入するような場合よりも、均一な徐冷が可能である。しかも、上記の場合のような入替え用の清浄な冷気を必要としないので、ランニングコストを抑えることができる。
【００１６】
なお、本実施の形態では、空気通路７を各ゾーン内で連続焼成炉の長手方向に３ブロックに分割しているが、これに限られるものではなく、何分割であっても構わない。
また、本実施の形態では、トップヒーター３を各ゾーン内で連続焼成炉の長手方向に３分割、さらに連続焼成炉の幅方向に４分割して、１ゾーン毎に１２個のヒーターを有する構成としているが、これに限られるものではない。また、熱電対４を連続焼成炉の幅方向でヒーター毎に１個設けているが、これに限られるものではなく、例えば幅方向の中央に１個だけ設け、各ヒーターの出力配分をソリッドステートリレー（ＳＳＲ）のボリューム調整で行うようにしても構わない。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る連続焼成炉では、空冷手段の送風装置より空気通路の下面中央に供給され、当該空気通路の両側面側から排気される空気との熱交換により各ゾーンの放熱を行い、ゾーン毎に放熱量を変更することができるので、徐冷部における降温レートを希望する所定のレートに設定することができ、大型基板等の板状の被加熱物を均一に徐冷することができる。また、各ゾーンにおける被加熱物の面内温度分布が均一になるように、加熱手段によりゾーン内を上記所定領域毎に加熱することができる。さらに、空気通路の側面側との風量を調整する調整弁を設け、空気流路の側面側に供給される空気量を調整弁で調整することで、ゾーン内の側面側の放熱量を変化させることができる。これによって、各ゾーンにおける被加熱物の面内温度分布をより一層均一にして、徐冷することが可能である。
【００１８】
また、空気通路が上記各ゾーン内を上記進行方向に沿って複数の所定領域に分割され、この所定領域毎に風量を調整する調整弁を備える構成とした場合、空気通路に供給される空気量を所定領域毎に調整弁で調整することで、ゾーン毎およびゾーン内所定領域毎の放熱量を容易に変化させることができる。これによって、隣接するゾーンから受ける熱の影響を最小限にとどめることができ、各ゾーンにおける被加熱物の面内温度分布をより一層均一にして、徐冷することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続焼成炉の一実施の形態であるローラハース式連続焼成炉の徐冷部を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る連続焼成炉の一実施の形態であるローラハース式連続焼成炉の徐冷部の１ゾーンを示す概略側面図である。
【図３】本発明に係る連続焼成炉の一実施の形態であるローラハース式連続焼成炉の全体構成を示す概略図である。
【図４】従来のローラハース式連続焼成炉の徐冷部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ被加熱物
Ｃ徐冷部
１炉内
２ハースローラー
３トップヒーター
７空気通路
９バタフライバルブ（調整弁）
１０熱排気用ブロワー（送風装置）
１１バタフライバルブ（調整弁）

Claims

板状の被加熱物をトンネル型の炉内を通過させながら所定温度まで加熱した後、徐冷を行う連続焼成炉において、
上記被加熱物の進行方向に沿って所定間隔毎に分割された複数のゾーンよりなる徐冷部と、
上記徐冷部の炉壁の下面および両側面に臨ませて配設され、上記下面側を吸気側、上記両側面を排気側とする空気通路と、この空気通路の下面中央部に空気を供給する送風装置と、上記空気通路の側面側との風量を調整する調整弁とを備え、上記ゾーン毎に空気との熱交換により放熱を行う空冷手段と、
上記徐冷部のゾーン内を上記進行方向および幅方向に沿って分割した所定領域毎に加熱を行う加熱手段と、
上記各ゾーン内の温度が上記進行方向に進むに従って段階的に低くなるようにするとともに、上記各ゾーン間の降温レートが、あらかじめ設定された所定のレートになるように、上記空冷手段および加熱手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする連続焼成炉。
上記空冷手段は、上記空気通路が上記各ゾーン内を上記進行方向に沿って複数の所定領域に分割され、この所定領域毎に風量を調整する調整弁を備える請求項１に記載の連続焼成炉。