JP5044125B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、プラズマディスプレイ用ガラス基板等の平板状かつ脆性の被処理物に中空の搬送経路内で加熱処理、徐冷処理及び冷却処理等の熱処理を行う熱処理装置に関する。

プラズマディスプレイ用ガラス基板等の平板状かつ脆性の被処理物に対する熱処理の方式として、セッター方式が知られている。セッター方式の熱処理では、被処理物をセッターガラスと呼ばれる強度のある耐熱用厚板の台板上に載置し、複数の搬送ローラの回転によって炉内の搬送経路内に搬送する（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、被処理物が幅１４６０ｍｍ、長さ１０３０ｍｍ、厚さ２．８ｍｍのガラス基板に対する熱処理に、幅１６００ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、厚さ５ｍｍ程度のセッターガラスが用いられる。

セッター方式は、被処理物よりも熱容量の大きいセッターガラスをも加熱及び冷却する必要があるため、消費エネルギが大きく、また加熱及び冷却領域も長くなる。

そこで、従来より、省エネルギ及び小型化の要請に応えるべく、セッターガラスを用いないセッターレス方式の熱処理が提案されている。セッターレス方式の熱処理では、被処理物を搬送ローラに直接載せて搬送するため、熱容量の大きいセッターガラスを加熱及び冷却する必要がなく、消費エネルギが小さくなり、また加熱及び冷却領域を短縮できる。
特開２００４−２９３８７７公報

ガラス基板等の脆性を有する平板状の被処理物は、熱処理中に炉内で割れを生じる場合がある。熱処理中に被処理物に割れを生じた場合、セッター方式の熱処理では被処理物はセッター上に留まるが、セッターレス方式の熱処理では被処理物の一部が複数の搬送ローラの間から下方に落下する。落下した被処理物の一部が、底面の内部部材から搬送面までの距離よりも大きい場合には、複数の搬送ローラの間から搬送面よりも上方に突出して後の被処理物の搬送を阻害する可能性がある。

このため、炉内での被処理物の割れの発生を早期に検出し、被処理物の搬送を停止して落下した被処理物の一部を除去する必要がある。しかし、割れを生じた被処理物の一部の落下を光学的に検出しようとすると、割れた被処理物の一部の落下位置やサイズが一定でないため、被処理物の搬送経路に沿って多数のセンサを配置する必要があり、コストの上昇を招く。また、光学センサでは、ガラス基板のように透光性を有する被処理物の落下を確実に検出できない場合がある。

この発明の目的は、炉内での被処理物の割れの発生を安価なコストで早期かつ確実に検出することができるセッターレス方式の熱処理装置を提供することにある。

この発明の熱処理装置は、外壁部材、複数の搬送ローラ、複数の内側部材、露出部、複数の振動検出手段及び制御手段を備えている。外壁部材は、被処理物が搬送される搬送経路の周囲を被覆する。複数の搬送ローラは、搬送経路に沿う複数の位置で回転自在に支持されている。複数の内側部材は、搬送経路に沿って複数の搬送ローラの下方に配置されている。露出部は、複数の内側部材の少なくとも１つから外壁部材を貫通して外部に露出する。複数の振動検出手段は、搬送経路に沿って露出部に配置されており、搬送経路を搬送中の被処理物の一部が内側部材に落下したことによる振動の発生を露出部で検出して検出信号を出力する。制御手段は、落下した被処理物の一部とその後に搬送される被処理物との接触を防止するように検出信号に基づいて搬送ローラの駆動を制御する。制御手段は、振動検出手段が振動の発生を検出した時に、複数の搬送ローラのうちで振動を発生した内側部材よりも搬送経路の上流側の範囲に配置された搬送ローラの駆動を停止する。

この構成では、搬送経路に沿って配置された複数の搬送ローラの下方に位置する内側部材の一部が外壁部材を貫通して外部に露出しており、この露出部に振動検出手段が配置されている。したがって、炉内で被処理物に割れを生じて搬送ローラの下方に被処理物の一部が落下すると、被処理物の一部との当接によって内側部材に生じた振動が炉外の露出部に伝播して振動検出手段によって検出される。振動を検出した振動検出手段の検出信号に基づいて搬送ローラの駆動が制御され、落下した被処理物の一部とその後に搬送される被処理物との接触が防止される。
また、割れを生じた被処理物の一部の落下によって振動を発生した内側部材よりも上流側に位置する被処理物の搬送が停止され、落下した被処理物の一部とその後に搬送されてくる被処理物との当接が防止され、被処理物の破損が拡大することが防止される。

また、搬送経路に沿って少なくとも加熱領域、徐冷領域及び冷却領域を備え、露出部は複数の内側部材のうちで少なくとも徐冷領域に配置された内側部材に備えるものとすることがてきる。

この構成では、少なくとも徐冷領域に配置された内側部材に生じた振動が炉外の露出部で振動検出手段によって検出される。したがって、被処理物に割れを生じ易い徐冷領域で内側部材の振動が検出される。

また、制御手段は、振動検出手段が振動の発生を検出した時に、落下した被処理物が搬送ローラの上面側に露出する大きさであるか否かを検出信号に基づいて判別し、落下した被処理物が搬送面より上方に突出する大きさであると判別した時にのみ搬送ローラの駆動を停止するものとすることができる。

この構成では、落下した被処理物の一部が搬送ローラの上面側に露出する大きさであると判別した時にのみ搬送ローラの駆動が停止される。したがって、落下した被処理物の一部が小さく、その後に搬送される被処理物に影響を与えない場合には、被処理物の搬送が継続される。

この発明の熱処理装置によれば、炉内で被処理物に割れを生じて搬送ローラの下方に被処理物の一部が落下したことを、被処理物の一部との当接によって内側部材に生じた後に炉外の露出部に伝播した振動により、安価なコストで早期かつ確実に検出することができる。また、振動を検出した振動検出手段の検出信号に基づいて搬送ローラの駆動を制御するとこにより、落下した被処理物の一部とその後に搬送される被処理物との当接を防止することができる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の実施形態に係る熱処理装置１０の構成を示す要部の側面断面図及び正面断面図である。熱処理装置１０は、一例として、被処理物２０であるプラズマディスプレイ用のガラス基板に対して、セッターレス方式の熱処理を行う。熱処理装置１０は、外壁部材１１〜１４、搬送ローラ２、耐熱ガラス３１〜３４、振動センサ４、搬送モータ２４を備えている。

外壁部材１１〜１４は、断熱材料によって構成されており、それぞれ被処理物２０が搬送される搬送経路の上面、下面及び左右側面を被覆する。少なくとも外壁部材１１は、内側面に図示しないヒータを備えている。外壁部材１１〜１４のそれぞれは、矢印Ｘで示す搬送経路に沿って複数に分割されている。

耐熱ガラス３１〜３４は、この発明の内側部材であり、それぞれ外壁部材１１〜１４の炉内面側を覆うように配置されている。耐熱ガラス３１〜３４は、外壁部材１１〜１４から離脱した塵埃が、被処理物２０に付着することを防止する。耐熱ガラス３１〜３４のそれぞれは、搬送経路に沿って複数に分割されている。

搬送ローラ２は、搬送経路に沿う複数の位置のそれぞれに備えられている。搬送ローラ２は、両端部が外壁部材１３及び外壁部材１４並びに耐熱ガラス３３及び耐熱ガラス３４を貫通しており、左側面側及び右側面側の炉外で軸受２１，２２によって回転自在に支持されている。搬送ローラ２には、右側面側の炉外に露出した端部にスプロケット２３が固定されている。スプロケット２３には、チェーン２５を介して搬送モータ２４の回転が伝達される。

複数の耐熱ガラス３２のそれぞれは、外壁部材１２に密着支持されているのではなく、外壁部材１３，１４の下部及び中間位置を除いては非接触で支持されており、他部材への振動の伝播による耐熱ガラス３２（内側部材）内の振動減衰を最小限に抑えている。しかし、振動の減衰が問題とならない場合は、密着支持してもよい。

複数の耐熱ガラス３２のそれぞれの左側面側の端部には、左側外壁部材１３から炉外に露出する露出部５が延出して形成されている。露出部５のそれぞれには、振動検出手段である振動センサ４が取り付けられている。振動センサ４は、耐熱ガラス３２に発生した後に露出部５に伝播した振動を検出して検出信号を出力する。

図２は、熱処理装置１０における熱処理の内容の一例を示す図である。熱処理装置１０は、炉内の搬送経路の一端から他端まで被処理物２０を搬送し、この間に被処理物２０に第１均熱処理、第２均熱処理、徐冷処理及び冷却処理を施す。

第１均熱処理は、被処理物２０を一例として３５０℃に加熱した状態を２０分間維持する。第２均熱処理は、被処理物２０を一例として６００℃に加熱した状態を３０分間維持する。徐冷処理は、被処理物２０を１時間かけて４００℃まで冷却する。冷却処理は、被加熱物２０を約５０分かけて常温まで冷却する。

図３は、熱処理装置１０の制御部６の構成の一例を示すブロック図である。この発明の制御手段である制御部６は、ＲＯＭ６２及びＲＡＭ６３を備えたＣＰＵ６１に、Ａ／Ｄ変換器６４、モータドライバ６５等を接続して構成されている。

Ａ／Ｄ変換器６４は振動センサ４と同数備えられており、複数のＡ／Ｄ変換器６４のそれぞれに振動センサ４が接続されている。各Ａ／Ｄ変換器６４は、振動センサ４の検出信号をディジタルデータに変換してＣＰＵ６１に入力する。

ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄ変換器６４から入力された検出データを参照しつつ、ＲＯＭ６２が記憶しているプログラムにしたがってモータドライバ６５に駆動データを出力する。

モータドライバ６５には、搬送モータ２４が接続されている。モータドライバ６５は、ＣＰＵ６１から出力された駆動データに基づいて搬送モータ２４を駆動する。

図４は、ＣＰＵ６１の処理手順を示すフローチャートである。被処理物２０の熱処理時に、ＣＰＵ６１は、モータドライバ６５を介して搬送モータ２４を駆動する（Ｓ１）。これによって、被処理物２０は、炉内を搬送経路に沿って搬送されていく。

熱処理の実行中に、ＣＰＵ６１は、複数の振動センサ４の何れかが振動を検出したか否かの判別を行う（Ｓ２）。振動センサ４の何れかが振動を検出すると、ＣＰＵ６１は、搬送モータ２４の駆動を停止する（Ｓ３）。

落下物が除去されて処理の再開が指示された場合、及び、複数の振動センサ４の何れもが振動を検出しない場合には、処理の終了が指示されるまで搬送モータ２４を駆動して被処理物２０の搬送を継続する（Ｓ４，Ｓ５）。

熱処理装置１０は、セッターを用いることなく搬送ローラ２に被処理物２０を直接載置して炉内を搬送する。炉内を搬送中の被処理物２０が割れを生じてその一部が搬送ローラ２から下方に落下すると、被処理物２０の一部が当接することによって耐熱ガラス３２に振動を生じ、この振動が露出部５に伝播する。したがって、振動を検出した振動センサ４を露出部５に備えた耐熱ガラス３２が位置している領域で被処理物２０の割れを生じ、その一部が搬送ローラ２から落下したと判断できる。

搬送ローラ２からの落下物が比較的大きい場合には、落下物の一部が搬送面よりも上方に突出し続け、これを放置すると後に搬送される被処理物２０と衝突する。振動センサ４の何れかが振動を検出した際に、搬送モータ２４の駆動を停止することで、搬送経路中での被処理物２０の移動を停止させ、後に搬送される被処理物２０が落下物と衝突して破損することを防止できる。

なお、ＣＰＵ６１に表示手段を備え、振動を検出した振動センサ４が配置されている場所をＣＰＵ６１が表示手段に表示するようにしてもよい。落下物の位置を正確に特定して除去作業を容易にすることができる。振動センサ４のそれぞれに近接して表示灯等の表示手段を設け、振動を検出した振動センサ４に最も近接した表示手段によって表示を行うようにしてもよい。

図５は、振動センサ４による振動の検出状態の実験結果の一例を示す図である。図に明らかなように、耐熱ガラス３２の露出部５に配置された振動センサ４の検出信号である出力電圧は、その耐熱ガラス３２に落下した破片が大きくなるにしたがって増加する。また、この出力電圧は、熱処理装置１０の全体に外力が作用した場合、熱処理装置１０自体から振動が作用する場合、隣接する耐熱ガラスに破片が落下した場合の振動センサ４の出力電圧とも大きく異なる。

したがって、振動センサ４の出力電圧から、その振動センサ４が取り付けられている露出部５を有する耐熱ガラス３２に落下した破片の大きさを判別することができる。

但し、処理温度の違いによる出力電圧の違いは小さいが、被処理物２０の形状や厚さ、底面の耐熱ガラス３２の大きさと支持状態、落下高さ等の違い等の諸条件により出力電圧は変化するので、適宜最適な閾値を設定することとする。

被処理物２０から落下した破片が十分に小さい場合には、耐熱ガラス３２上に完全に落下し、後に搬送される被処理物２０と衝突することはない。被処理物２０から落下した破片が比較的大きい場合に、搬送ローラ２の上側に一部が突出し、後に搬送される被処理物２０と衝突する。

そこで、振動センサ４の出力電圧から破片が比較的大きいと判断した場合にのみ、Ｓ５で搬送モータ２４の駆動を停止するようにしてもよい。被処理物２０に発生した割れが、後の被処理物２０の熱処理に支障を来たす場合にのみ熱処理作業を中断することができ、後の被処理物２０の熱処理に影響を与えない場合には、熱処理作業を継続して行うことができる。

さらに、振動センサ４の出力電圧から、その振動センサ４が取り付けられている露出部５を有する耐熱ガラス３２に破片が落下したことを正確に検出できる。

そこで、搬送経路を複数に分割した各領域に含まれる搬送ローラ２毎に纏めて搬送モータ２４の回転を供給するようにし、Ｓ５の処理では振動を検出した振動センサ４が配置されている領域よりも上流側の領域に配置された搬送ローラ２のみの回転を停止するようにしてもよい。落下物が存在する領域よりも下流側での被処理物２０の搬送を継続することで、炉内を搬送中の被処理物２０のうちで落下物に衝突する可能性のない被処理物２０に対する熱処理を適正に遂行することができる。

なお、上記の実施形態において、同一の状態で駆動される複数の搬送ローラ２が含まれる１つの領域と、各振動センサ４が配置されている領域と、が一致していることは、必ずしも要求されない。搬送ローラ２の配置位置と振動センサ４の配置位置とは、互いに異なる基準で設定することができる。この場合に、搬送ローラ２の配置位置と振動センサ４の配置位置との対応関係を予め定めておき、この対応関係に従って何れかの振動センサ４が振動を検出した際に駆動を制御されるべき上流側の搬送ローラ２を決めることができる。

ここで、上流側の搬送ローラ２とは、被処理物２０の一部の落下による影響を受ける可能性のある別の被処理物２０を搬送中の搬送ローラ２を意味し、必ずしも振動センサ４に対する搬送ローラ２の物理的な上流側の位置を意味するものではない。したがって、被処理物２０の一部が落下した際に、振動を検出した振動センサ４の配置位置に対して物理的に下流側に配置されている搬送ローラ２の回転を停止することもできる。

この発明の実施形態に係る熱処理装置１０の構成を示す要部の側面断面図及び正面断面図である。 熱処理装置１０における熱処理の内容の一例を示す図である。 熱処理装置１０の制御部６の構成の一例を示すブロック図である。 ＣＰＵ６１の処理手順の一例を示すフローチャートである。 振動センサ４による振動の検出状態の実験結果の一例を示す図である。

符号の説明

２ 搬送ローラ
４ 振動センサ（振動検出手段）
５ 露出部
６ 制御部（制御手段）
１０ 熱処理装置
１１〜１４ 外壁部材
２０ 被処理物
３１〜３４ 耐熱ガラス（内側部材）

Claims (3)

1. 被処理物が搬送される搬送経路の周囲を被覆する外壁部材と、前記搬送経路に沿う複数の位置のそれぞれで回転自在に支持された複数の搬送ローラと、前記搬送経路に沿って前記複数の搬送ローラの下方に配置された複数の内側部材と、前記複数の内側部材のそれぞれから前記外壁部材を貫通して外部に露出する露出部と、前記露出部に前記搬送経路に沿って配置された複数の振動検出手段であって前記搬送経路を搬送中の被処理物の一部が前記内側部材に落下したことによる振動の発生を検出して検出信号を出力する複数の振動検出手段と、落下した被処理物の一部とその後に搬送される被処理物との接触を防止するように前記検出信号に基づいて前記複数の搬送ローラのそれぞれの駆動を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記複数の振動検出手段の何れかが振動の発生を検出した時に、前記複数の搬送ローラのうちで前記振動を発生した前記内側部材よりも前記搬送経路の上流側の範囲に配置された搬送ローラのみの駆動を停止する停止処理を行う構成を備えたことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記制御手段は、前記振動検出手段が振動の発生を検出した時に、前記検出信号に基づいて前記複数の内側部材のいずれかに落下した被処理物の一部が前記複数の搬送ローラの上面側に露出する大きさであるか否かを判別する判別処理を行い、前記判別処理で落下した被処理物の一部が前記複数の搬送ローラの上面側に露出する大きさであると判別した時にのみ前記停止処理を行う構成を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記搬送経路に沿って少なくとも加熱領域、徐冷領域及び冷却領域を備え、前記露出部は前記複数の内側部材のうちで少なくとも前記徐冷領域に配置された内側部材に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。

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