KR101537273B1

KR101537273B1 - 연속 소성로

Info

Publication number: KR101537273B1
Application number: KR1020070077918A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 우라니시
Original assignee: 고요 써모 시스템 가부시끼 가이샤
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CN101319849B; KR20080106826A; JP5216246B2; KR20160033085A; CN101319849A; KR20150043281A; JP2008298404A; KR20140022451A

Abstract

[과제]

노 내부의 주위 온도를 안정화시키면서 제어응답성을 높힌 연속 소성로를 제공하고자 한다.

[해결수단]

연속 소성로(10)는, 히터(13)와 열전쌍(19)과 머플판(16)과 관통공(20)과 콘트롤러(21)를 구비하고 있다. 히터(13)는 직교방향 Y를 따라 배열되어 있고, 반송로가 되는 롤러(15)가 내부에 있는 노 내부에 설치되어 있다. 머플판(16)은, 노 내부의 롤러(15)와 히터(13)의 사이에 설치되어 있다. 관통공(20)은 노 내부에 외기를 통기시켜 반송로의 반송방향을 따라 가열기체의 유동을 제한한다. 열전쌍(19)은 직교방향 Y를 따라 배열되고, 노 내부의 머플판(16)보다도 롤러(15)측에 배치되어 있다. 콘트롤러(21)는 열전쌍(19)의 검출온도에 기초하여 히터(13)를 제어한다.

소성로, 히터, 열전쌍, 롤러

Description

연속 소성로{CONTINUOUS FIRING FURNACE}

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널과 같은 것을 제조하는 공정에 이용되는 유리 기판의 소성 공정과 유리 기판의 어닐링(annealing; 유리등을 굽는 작업)처리공정과 같은 데서 사용되는 연속 소성로에 관한 것이다.

연속 소성로는 노 내부에 설정온도가 상이한 다수의 열처리 영역을 구비하고 있다. 각 열처리 영역은 유리 기판과 같은 처리대상물이 반송되는 반송로를 따라 연속적으로 형성되어 있다. 반송로는 롤러버스와 같은 것으로 구성되어 있다. 각 처리대상물은 소정의 간격으로 반송로 위에서 연속적으로 반송되거나 택트(tact)식으로 반송된다. 각 처리대상물은 각 열처리 영역에서 소정의 열처리를 받는다.

연속 소성로에서는, 처리대상물의 반송에 의해 연속 소성로로부터 일정 열량을 가지고 나와 노 내부의 주위 온도가 변동한다. 또한, 처리대상물의 반송에 따라 열처리 영역 사이에서 가열기체가 유동하고, 각 영역에서의 주위 온도가 변동한다. 이 주위 온도의 변동은 처리대상물의 반송개시 후 일정기간 뚜렷하며, 종래에는 처 리대상물을 반송하기 전에 택트라고 불리는 임시 처리대상물을 반송하여 주위온도를 안정시킨 후에, 실제 처리대상물인 유리 기판과 같은 것을 반송하고 있다.

각 열처리 영역은 영역 내 각 위치의 주위 온도가 설정온도 부근에서 안정되도록 온도가 제어된다. 각 열처리 영역에는 히터와 같은 발열부와, 노 내부를 방진화하면서 노 내부에 열반사를 균일하게 하는 머플(muffle)판과, 각 영역의 온도를 검출하는 열전쌍과 같은 온도검출부가 설치되어 있고, 온도검출부의 검출온도에 기초하여 주위온도의 변동을 보상하도록 발열부의 발열량이 제한된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본특허공개공보 제2004-218956호

노 내부의 머플판보다도 반송로측에서는, 가열기체의 유동이 격렬하고 과도한 온도변화를 일으킨다. 따라서, 머플판보다 반송로측의 온도변화를 검출하여 히터를 제어해도, 주위온도를 안정시키는 것이 곤란하다.

노 내부의 머플판보다도 히터측에서는, 가열기체가 유동되지 않고 온도변동이 완만하다.

따라서, 머플판 표면 또는 머플판 보다 히터측의 온도변화를 검출하여 히터를 제어하면 주위온도는 안정화되지만, 돌발적인 온도변화에 대한 제어 응답성이 바람직하지 않게 된다.

예를 들어, 연속 소성로의 축방향에 다수의 처리대상물이 나란히 놓여 반송되는 경우, 어떤 처리대상물의 배치가 누락되는 것이 돌발적으로 일어날 때, 노 내부의 주위가 부분적으로 과열상태가 된다. 이 때문에, 이 부분에서는 히터의 발열량을 억제할 필요가 생기지만, 머플판 표면 또는 머플판 보다 히터측에 설치된 열전쌍에서의 검출온도에 기초하여 히터를 제어하면, 히터의 제어가 늦어져서 처리대상물이 지나치게 타버리는 일이 있었다.

이 발명의 목적은 주위 온도를 안정화시키면서 제어응답성을 높이는 연속 소성로를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 연속 소성로는, 발열수단과 머플판과 제어수단과 온도검출수단과 온도제어수단을 구비하고 있다. 발열수단은 반송로가 내부에 있는 노 내부에 설치되어 있다. 머플판은 노 내부의 반송로와 발열수단 사이에 설치되어 있다. 제한수단은 노 내부에 외기를 통기시켜 반송로의 반송방향을 따라 형성되는 가열기체의 유동을 제한하는 것이다. 온도검출수단은 노 내부의 머플판 보다도 반송로측에 배치되어 있다. 온도제어수단은 온도검출수단의 검출온도에 기초하여 발열수단을 제어한다.

이러한 구성에서는, 제한수단에 의해 노 내부로 외기가 통기되기 때문에, 반송방향의 가열기체의 유동이 억제되어 노 내부의 주위 온도의 변동이 감소한다. 따라서, 제어응답성을 높이기 위해 온도검출수단에 의해 머플판보다도 반송로측의 주위 온도를 직접검출하여 가열수단을 제어하여도, 주위 온도가 안정되어 있다.

다수의 온도검출수단과 다수의 발열수단을 반송로의 반송방향에 직교하는 방향을 따라 배열하고, 온도제어수단에 의해 특정 온도검출수단의 검출온도에 기초하여 발열수단을 제어하도록 하는 것도 좋다. 이렇게 반송로의 폭방향에 다수의 발열수단을 배치하고, 각각을 특정 온도검출수단의 검출온도에 기초하여 제어함으로써, 노 내부의 반송로에 직교하는 방향의 각 위치의 주위 온도를 균일하게 할 수 있다.

제어수단은, 노벽에 설치된 관통공에 의해 노 내부에 외기를 통기시키는 수단인 것이 바람직하다. 노벽에 설치된 관통공에 의해, 노 벽에 외기를 통기시켜 노 내부의 반송방향의 가열기체의 유동을 제한할 수 있다.

반송로가 반송방향으로 배열된 롤러버스를 포함하여 구성해도 좋고, 이 경우 에는 관통공은 노 외부에 설치된 구동기구에 접속되는 롤러버스의 회전축이 끼워지는 구멍인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 노 내부에서 반송방향의 가열기체의 유동이 저감되기 때문에, 노 내부의 반송로측의 주위 온도가 안정화되고, 이 주위 온도를 직접검출함으로써 제어응답성을 높일 수 있다. 따라서, 반드시 처리대상물의 반송개시전에 다수의 견본(dummy) 기판을 반송하는 것은 아므로, 처리대상물의 열처리를 효율적으로 할 수 있다.

아래에서 도면을 참고하여 연속 소성로의 구성에 대한 예를 설명하도록 한다. 도 1은 롤러버스식 연속 소성로의 측단면도이고, 도 2는 연속 소성로의 정단면도이다.

연속 소성로(10)는 처리대상물인 기판(100)의 반송로를 내부에 설치하고 있다. 반송로의 반송방향(도 1에서 X로 표시한 방향)을 따라 다수의 처리물 영역(12A, 12B, 12C)을 연속적으로 배치하고 있다. 반송로로서, 자유롭게 회전하는 다수의 롤러(15)를 반송방향 X를 따라 등간격으로 배치하고 있다. 기판(100)은 다수의 롤러(15)의 회전에 의해, 다수의 열처리 영역(12A, 12B, 12C)을 순서대로 통과하면서 반송된다. 기판(100)은 각 열처리 영역(12A, 12B, 12C)에서 연속적으로 반송되거나 택트(tact)식으로 반송된다.

연속 소성로(10)의 노벽(11)은 상부벽면(11A), 하부벽면(11B), 측부벽면(11C, 11D)으로 구성되어 있다. 노벽(11)의 상부벽면(11A)과 하부벽면(11B)에는, 다수의 히터(13)가 반송방향 X를 따라 배치되어 있다. 히터(13)는 본발명의 발열수단이다 히터(13)에 의해 각 열처리 영역(12A, 12B, 12C)은 미리 설정한 소정의 열처리온도로 가열된다.

상부벽면(11A)과 하부벽면(11B) 각각에 있어서, 열처리 영역(12A, 12B, 12C)의 경계에는 단열재(17)가 설치되어 있다. 단열재(17)는 열처리 영역(12A, 12B, 12C)의 경계에서 열전도를 억제한다.

도 2에 표시된 것처럼, 각 노의 벽면(11A, 11B, 11C, 11D)에 의해 둘러싸인 공간 내에, 또한 머플판(16A, 16B, 16C, 16D)이 설치되어 있다. 머플판(16A, 16B, 16C, 16D)에 의해 둘러싸인 공간 내부에서 기판(100)이 반송된다. 머플판(16A, 16B, 16C, 16D)은 여기에서는 내열 유리판으로 구성되어 있다. 또한, 내열 유리판이 아닌 금속판으로 구성되어도 좋다. 머플판(16A, 16B, 16C, 16D)은 노벽(11)의 벽면으로부터 생기는 티끌이 기판(100)에 부착되는 것을 방지함과 동시에, 히터(13)로부터 방사열을 통과시키고, 기판(100) 주위를 효율적으로 가열한다.

도 1에서 볼 수 있듯이, 히터(13)는 반송방향 X를 따라 여러개가 배열되어 있다. 또한 도 2에서 볼 수 있듯이, 히터(13)는 반송방향 X에 직교하는 직교방향 Y를 따라서도 여러개가 배열되어 있다. 또한 열전쌍(19)도 반송방향 X 및 그 직교방향 Y을 따라 여러개가 배열되어 있다. 이 예에서는, 직교방향 Y를 따라 4개의 히 터(13)와 3개의 열전쌍(19)이 배치되어 있다.

열전쌍(19)은 배관(22)을 통해서 콘트롤러(21)에 배선에 의해 접속되어 있다. 콘트롤러(21)는 각각의 히터(13)의 발열량을 각각에 대응하는 특정의 열전쌍(19)에 의해 검출한 머플 내의 온도에 기초하여 각각의 히터(13)를 제어한다.

또한, 롤러(15)는 직교방향 Y를 따라 뻗어나가며, 측부벽면(11C, 11D) 및 머플판(16C, 16D)에 설치된 관통공(20)에 끼워져서 양단부가 노 외부로 튀어나와 있다.

여기에서는 관통공(20)이 측부벽면(11C, 11D) 및 머플판(16C, 16D)과 롤러(15)가 교차하는 부분에 설치되어 있다.

이렇게 관통공(20)이 설치되어 있기 때문에, 다수의 열처리 영역(12A, 12B, 12C)들의 각각의 영역 사이에, 즉 반송방향 X를 따라 가열기체의 유동이 있다면, 그 만큼 노 외부와 노 내부 사이에서 관통공(20)을 통과하여 가열기체가 배출되고 외기가 흡기된다.

따라서, 반송방향 X를 따라 가열기체의 유동이 각 열처리 영역(12A, 12B, 12C)에서 운반되는 것이 억제되어, 각 열처리 영역의 주위 온도의 변동이 억제된다. 이것에 의해, 머플판(16A, 16B, 16C, 16D)에 둘러싸인 공간 내부에 열전쌍(19)을 배치하고 있어도, 콘트롤러(21)를 통해 히터(13)를 제어함으로써, 머플 내부 온도를 안정시킬 수 있다.

여기에서, 상기 구성에 의한 유리 기판을 소성한 실험결과가 나타나 있다. 도 3은 주위 온도의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에서는 종축에 처리대상물의 주위 온도를 표시하고, 횡축에 경과시간을 표시하고 있다. 도 3a에 상기 구성에 대한 예가 표시되어 있다. 도 3b에는 열전쌍을 머플 보다도 히터측에 설치한 비교예를 표시하고 있다.

어느 쪽의 예이든 최초에 일정기간 동안만 처리대상물을 반송하지 않고, 그 후 연속적으로 다수의 처리대상물을 반송하고 있다. 또한, 연속하는 3개의 열처리 영역(12A, 12B, 12C) 각각에서 직교방향의 3개의 장소에서의 온도를 각각 표시하고 있다.

도 3a에 표시된 본 구성예에서는, 최초의 처리대상물이 반송되어오지 않는 동안에는, 열처리 영역(12A, 12B, 12C) 각각에서의 주위 온도는 설정온도에서 안정되어 있다. 그 후, 각 열처리 영역(12A, 12B, 12C)에 순서대로 기판이 반입되고, 각각의 주위 온도가 저하되는 것이 곧 설정온도까지 회복된다. 다음 기판이 반입될 때까지 주위 온도는 설정온도까지 회복되므로, 첫 번째 기판으로부터 설정온도의 주위에서 소성이 이루어진다.

한편, 도 3b에 표시된 비교예에서는, 당초의 처리대상물이 반송되지 않는 기간에서는, 열처리 영역(12A, 12B, 12C) 각각에서의 주위 온도는 설정온도보다도 고온인 초기 온도로 안정된 상태에 있다. 그러나, 각 열처리 영역(12A, 12B, 12C)에 첫 번째 기판이 반입되면 주위 온도가 저하되고, 초기온도까지 회복되기 전에 다음 기판이 반입되어 점점 주위 온도가 저하된다. 따라서, 일정 수의 기판(이 예에서는 11장의 기판)이 통과한 후에 설정온도 부근에서 주위온도가 안정되고, 그 후의 기판으로부터 설정온도의 주위에서 소성이 이루어진다.

이상과 같이, 본 구성예에서는 반입되는 첫 번째 한 장의 기판으로부터 설정온도에서의 소성이 이루어질 수 있고, 비교예와 같이 일정수의 견본(dummy) 기판이 필요없다. 따라서, 높은 효율로 소성을 할 수 있다.

상술한 실시형태에 대한 설명은 모두 예시에 불과하며 제한적인 것이 아니라는 것을 고려하여야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 실시형태가 아니라 특허청구범위에 의해 표시된다. 즉, 본 발명의 범위는 특허청구범위와 균등하며 그 범위내에서의 모든 변형물을 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 연속 소성로의 한 예를 나타내는 측단면도.

도 2는 도 1의 연속 소성로의 정단면도.

도 3은 기판을 소성하는 실험예에서 노 내부의 온도변화를 설명하는 도면.

[도면의 주요 부호에 대한 설명]

11 노벽

12A, 12B, 12C 열처리 영역

13 히터

15 롤러

16 머플 판

17 단열재

19 열전쌍

20 관통공

21 콘트롤러

22 배관

100 기판

Claims

복수의 열처리 영역이 내부에 설치된 노와,

상기 복수의 열처리 영역을 순서대로 통과하여, 복수의 처리대상물을 연속적으로 반송하는 반송로와,

상기 복수의 열처리 영역의 각각에 대하여, 반송로의 상부에 설치된 발열수단과,

상기 반송로와 상기 발열수단의 사이에 설치된 머플판과,

상기 복수의 열처리 영역의 각각에 설치되어, 각각의 열처리 영역에 외기를 통기시켜서 상기 처리대상물의 반송방향을 따라 형성되는 가열기체의 유동을 제한하는 제한수단과,

상기 머플판의 하부면을 따라 설치되고 노벽에 고정되는 배관과,

상기 복수의 열처리 영역의 각각에 설치되어 있고, 상기 노 내부의 머플판 측 보다도 복수의 처리대상물을 반송하는 반송로 측에 배치되어 단부가 상기 배관으로부터 노출되어 있는 온도검출수단과,

상기 배관을 통해서 상기 온도검출수단에 배선에 의해 접속되고, 상기 온도검출수단의 검출온도에 기초하여 상기 발열수단을 제한하는, 온도제한수단을 구비하고,

상기 제한수단은, 노벽에 설치된 관통공에 의해 상기 노 내부에 외기를 통기시키는 수단이고,

상기 반송로는 반송방향으로 배열된 롤러버스를 포함하며,

상기 관통공은 노 외부에 설치된 구동기구에 접속되는 상기 롤러버스 회전축을 끼워넣는 구멍인 것을 특징으로 하는 연속 소성로.
제1항에 있어서,

다수의 상기 온도검출수단과 다수의 상기 발열수단을 상기 반송로의 반송방향과 직교하는 방향을 따라 배열하고,

상기 온도제한수단에 의해, 특정 온도검출수단의 검출온도에 기초하여 상기 발열수단을 제한하는 것을 특징으로 하는 연속 소성로.
삭제
삭제