JP4210833B2

JP4210833B2 - 連続焼成炉

Info

Publication number: JP4210833B2
Application number: JP2002293582A
Authority: JP
Inventors: 章仁山本
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: TW552394B; JP2004125345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス基板を含む平板状ワーク（例えば、プラズマディスプレイパネル）の焼成およびこれに続く徐冷を行う連続焼成炉（徐冷炉ということもある）に関し、特に、その連続焼成炉の徐冷ゾーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイパネル等の、ガラス基板を含むワークにおいては、熱処理中に歪みが発生すると表示デバイスの歪みとなるので、所定の温度条件で加熱された後に、所定の温度プロファイルにしたがって均一な温度分布でワークを徐冷することが特に要求されている。そこで、所定の温度プロファイルを得るために、焼成ゾーンで加熱されたワークを徐冷ゾーンで冷却することが行われている。特許文献１には、徐冷のため、炉本体の頂壁の炉幅方向沿いに伸びる導入管に設けられた吹き出しノズルおよび側壁に設けられたノズルから、冷却エアを炉内に吹き込むことが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４７０８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１のものでは、冷却エアを天井の炉幅方向沿いに伸びる導入管に設けられた吹き出しノズルおよび側壁に設けられたノズルから吹き出すため、炉幅方向の冷却能力を、ワークや処理条件の組合せの変動に応じて柔軟に調整することができず、ワークの炉幅方向の均一な温度分布を得ることが極めて難しいという問題があった。また、炉内に直接冷却エアを導入しているので、炉内への塵埃の混入やワークの汚染を防止するためには、冷却エアとしてクリーンエアを使用するとともに、冷却能力を確保するためにそのクリーンエアを大量に流す必要があり、ランニングコストが高くつくという問題もあった。
【０００５】
この発明の目的は、種々の温度プロファイルに対応でき、しかも、クリーンエアでなくて通常エアの使用を可能として、ランニングコストを低く抑えることができる連続焼成炉を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による連続焼成炉は、炉本体内において、焼成ゾーンおよび徐冷ゾーンがワーク搬送方向に沿って設けられている連続焼成炉であって、徐冷ゾーンの炉本体の頂壁に、ワーク搬送方向に直交する幅方向中央部の中央部冷却装置と同幅方向左右両側部の側部冷却装置とを有する間接空冷手段が設けられ、徐冷ゾーンの底壁に加熱手段が設けられており、中央部冷却装置が、軸方向がワーク搬送方向に沿うように上記幅方向に所定間隔をおいて配置された複数の冷却管が直接炉本体内に露出させられた冷却管アレイであって、側部冷却装置よりも高い冷却能を有するものであり、中央部冷却装置、左側部冷却装置および右側部冷却装置が、それぞれ相互に独立に調整可能とされていることを特徴とするものである。
【０００７】
この発明の連続焼成炉によると、炉幅中央部が両側部よりも高い冷却能を有する間接空冷手段によってワークが冷却されるので、冷却しにくいワーク中央部の冷却が確実に行われ、幅方向に均一な温度分布が確保される。しかも、間接の空冷手段とされていることにより、クリーンエアでなくて通常エアを使用することができ、ランニングコストを低く抑えることができる。
【０００８】
焼成後のワークを徐冷するための徐冷ゾーンは、複数有り、上記の構成とされる徐冷ゾーンは、全ての徐冷ゾーンであってもよいし、また、一部の徐冷ゾーンであってもよい。セッタに搭載されるワークは、１段でも多段でもよいが、多段積みの場合には、上段のワークが冷えにくい傾向があり、より効果的なものとなる。１段積みであっても上下方向に層構造や組立構造を有するワークの場合には、上側の温度が下がりにくい傾向があり、多段積みの場合と同様の効果が得られる。
炉幅中央部が両側部よりも高い冷却能を有する間接空冷手段としては、例えば、炉本体の頂壁の幅中央部に設けられた冷却管アレイと、炉本体の頂壁の両側部にそれぞれ設けられた箱型冷却器とを有しているものとすればよい。冷却管は、ステンレス鋼等の耐熱鋼管とされ、複数の冷却管が並列にかつ直接炉内に露出して配置されることにより、管内の冷却気体の流量、および炉内との伝熱面積をともに大きくすることができる。そして、側部は、中央部に比べて高い冷却能が要求されず、側部の間接空冷手段をステンレス鋼等の耐熱鋼板の箱の内部に冷却エアーを流す箱型冷却器とすることにより、適切な冷却が可能となりかつコストも抑えることができる。間接冷却手段は、この組合せに限られるものではなく、炉幅中央部が両側部よりも高い冷却能を有するものであれば、種々の構成のものを採用することができる。例えば、中央部および両側部を同じ形式の冷却器（冷却管アレイまたは箱型冷却器）として、通路の数、各通路に流される風量、通路に配置されるフィンの有無などで冷却能が異なるようにすることもできる。
間接空冷手段が炉本体の頂壁の幅中央部に設けられた冷却管アレイを有している場合には、冷却管の軸方向が搬送方向に沿うようになされていることが好ましい。このようにすると、柔軟な炉幅方向の温度制御が可能となる。
間接空冷手段が炉本体の頂壁に設けられる場合には、加熱手段が炉本体の底壁に設けられる。この逆、すなわち、間接空冷手段が炉本体の底壁に設けられるとともに、加熱手段が炉本体の頂壁に設けられるようにしてもよい。好ましくは、加熱手段は、炉本体の底壁に設けられる。冷却手段と加熱手段とを併用することにより、所要の温度プロファイルを満たし、かつ炉幅方向に均一な温度分布を確実に実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、図１の左右を左右といい、図１の紙面表側、図２の下および図３の左をそれぞれ後、図１の紙面裏側、図２の上および図３の右をそれぞれ前というものとする。
【００１３】
図１および図２は、連続焼成炉の徐冷ゾーンを示しており、連続焼成炉の徐冷ゾーン(1)は、底壁(2a)、頂壁(2b)および左右側壁(2c)を有する炉本体(2)と、炉本体(2)内においてワーク(W)を積載したセッタ(4)を前後方向に搬送する搬送装置(3)と、炉本体(2)の頂壁(2b)幅中央部に設けられた中央部冷却装置(5)と、炉本体(2)の頂壁(2b)左右側部に設けられた側部冷却装置(6)と、炉本体(2)の底壁(2a)に設けられた加熱装置(7)とを備えている。
【００１４】
炉本体(2)の底壁(2a)および左右側壁(2c)は、耐熱ガラス等の防塵壁で内張されている。炉本体(2)には、前後方向（長さ方向）に沿って複数のゾーン（長さ方向の温度制御単位）が設けられている。複数の温度制御単位が集まって、それぞれ、予焼成区間、焼成区間および徐冷区間を構成している。図３は、この連続焼成炉のゾーン構成と、設定可能な温度プロファイルの一例を示すもので、図の上に示しているゾーン構成では、斜線が施されている１つの四角が１つのゾーン(z)に対応している。そして、この例では、ワーク(W)は、ワーク(W)を所定温度（例えば４００℃）まで予熱して脱バインダー等の処理を行うための予焼成区間(S1)、それに引き続いて、ワーク(W)をさらに高い温度（例えば６００℃）まで加熱して本焼成を行うための焼成区間(S2)を経た後、徐冷区間(S3)において、１分間に所定の割合で徐々に冷却される。
【００１５】
炉本体(2)内は、左右対称となるように幅方向に３分割されており、左側部と右側部とは同じ構成とされている。
【００１６】
各冷却装置(5)(6)は、エアーを直接吹き付けるものではなく、冷却装置(5)(6)に設けられた通路内を流れるエアーとの熱交換によって炉本体(2)内を冷却する間接冷却手段とされている。そして、炉幅中央部の中央部冷却装置(5)は、高い冷却能を確保するため、ステンレス鋼等の耐熱鋼管からなりかつ長さ方向にのびる複数の水平冷却管(5a)が幅方向に所定間隔をおいて配置された冷却管アレイとされており、側部冷却装置(6)は、ステンレス鋼などの耐熱鋼板からなる箱の内部に冷却エアを流す箱型冷却器(6a)によって形成されている。中央部冷却装置(5)は、複数の冷却管(5a)が直接炉本体(2)内に露出させられており、管内冷却気体の流量および伝熱面積がともに大きく取れる構造とされている。側部冷却装置(6)は、箱型冷却器(6a)のワーク(W)に対向する下面が伝熱面とされており、全面が伝熱面とされている冷却管(5a)に比べて、相対的に冷却能が劣っている。中央部冷却装置(5)、左の側部冷却装置(6)および右の側部冷却装置(6)は、それぞれ相互に独立に調節可能とされている。
【００１７】
中央部冷却装置(5)の前後端には、入口側マニフォールド(8)および出口側マニフォールド(9)が設けられており、このマニフォールド(8)(9)を介して垂直状入口パイプ(10)および出口パイプ(11)とすべての並列状冷却管(5a)とが連通させられている。入口パイプ(10)へは、ブロワおよび配管などからなるエア供給装置(12)によって通常のエアが供給されている。箱型冷却器(6a)へは、入口パイプ(10)に供給されるのと同じエア源からダンパーまたは調整弁を有する配管を介して冷却用エアが供給されている。各冷却装置(5)(6)にエアを供給するには、加圧または吸引のいずれでもよい。そして、各冷却装置(5)(6)へのエア供給装置は、ブロワやダンパーなどを省略して配管にエアを供給するだけのものでもよいし、または、インバータ等によりエア流量を調節可能なものとしてもよく、その構成は限定されるものではない。また、入口と出口を逆配置としてももちろんよい。
【００１８】
加熱装置(7)は、幅方向に所定間隔で配置された複数（例えば４つ）の面状ヒータ(7a)を有しており、これによって、幅方向に出力の調整が可能とされている。
【００１９】
１つの徐冷ゾーン、即ち徐冷区間に属する長さ方向の温度制御単位は、搬送方向に所定の長さ（図３にＬで示す）をもち、中央部冷却装置(5)は、典型的には、この長さあたり２つ設置される。すなわち、１つの徐冷ゾーンには、搬送方向に沿って２つの中央部冷却装置(5)が設置されている。左右の側部冷却装置(6)についても同様である。これにより、炉幅方向だけでなく、搬送方向に沿う方向でもワーク(W)の均一な温度分布が一層確保しやすいものとなっている。しかも、冷却装置(5)(6)が小型化し、取り扱いやすいという利点も有している。加熱装置(7)も長さあたり２つ設置されている。
【００２０】
上記の連続焼成炉によると、ワーク(W)は、焼成区間において底壁および頂壁に設けられたヒータにより上下両面から加熱されることにより所定の焼成処理を受けた後に、徐冷区間へと搬送される。徐冷区間では、所定の温度プロファイルを得るために、加熱装置(7)による加熱と合わせて、焼成区間からワーク(W)とセッタ(4)によって持ち込まれた熱を奪うための冷却が冷却装置(5)(6)によって施される。これにより、ワーク(W)は、図３に示すような温度プロファイルに従って前後方向および左右方向の全体にわたって均一な処理を受けた後、冷却ゾーンへと搬送される。
【００２１】
なお、加熱装置(7)は、必ずしも徐冷区間を構成する全ての徐冷ゾーンに設けるのではなく、所定の温度プロファイルが得られるように、加熱装置が設置される徐冷ゾーンを適宜選択してもよい。いずれにせよ、本発明の構成により、処理条件やワークの種類の変動にも柔軟に対応して、所要の温度プロファイルを満たししかも炉幅方向に均一な温度分布を確実に実現することができる。
【００２２】
また、上記実施形態では、幅方向に３分割された例を示しているが、これに限られるものではなく、必要に応じて各部をさらに細分化し、全体として幅方向に４分割や５分割などとすることも可能である。また、１つのゾーン内の搬送方向の分割も２分割に限らず、３以上に分割してもよく、また、分割しなくてもよい。また、中央部および側部冷却装置(5)(6)の炉外側には、必要に応じて、断熱外層を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による連続焼成炉の垂直横断面図である。
【図２】この発明による連続焼成炉の冷却装置の平面図である。
【図３】この発明による連続焼成炉のゾーン構成と、得られる温度プロファイルの一例を示す図である。
【符号の説明】
(1) 連続焼成炉
(2) 炉本体
(2a) 底壁
(2b) 頂壁
(5) 中央部冷却装置（間接空冷手段）
(5a) 冷却管
(6) 側部冷却装置（間接空冷手段）
(W) ワーク

Claims

炉本体内において、焼成ゾーンおよび徐冷ゾーンがワーク搬送方向に沿って設けられている連続焼成炉であって、徐冷ゾーンの炉本体の頂壁に、ワーク搬送方向に直交する幅方向中央部の中央部冷却装置と同幅方向左右両側部の側部冷却装置とを有する間接空冷手段が設けられ、徐冷ゾーンの底壁に加熱手段が設けられており、中央部冷却装置が、軸方向がワーク搬送方向に沿うように上記幅方向に所定間隔をおいて配置された複数の冷却管が直接炉本体内に露出させられた冷却管アレイであって、側部冷却装置よりも高い冷却能を有するものであり、中央部冷却装置、左側部冷却装置および右側部冷却装置が、それぞれ相互に独立に調整可能とされていることを特徴とする連続焼成炉。
側部冷却装置が箱型冷却器であることを特徴とする請求項１の連続焼成炉。