JP2008164234A

JP2008164234A - 平板状部材の熱処理炉

Info

Publication number: JP2008164234A
Application number: JP2006355073A
Authority: JP
Inventors: Kojuro Yamamoto; 幸十郎山本; Akikazu Iwata; 晃和岩田; Takeki Fujita; 雄樹藤田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく、しかも熱効率良く熱処理することができる平板状部材の熱処理炉を提供する。
【解決手段】炉室２の床面に浮上用気体の噴出し手段４を設けて平板状部材Pを浮上保持させ、炉長方向に搬送する。浮上用気体の温度を炉長方向に変化させ、浮上用気体により浮上保持された平板状部材Pに所定の温度履歴を付与する。噴出し手段４は上面に細孔を設けたチャンバー３により構成される。炉幅方向にも分割されたチャンバー３を用いれば、炉幅方向にも温度分布をコントロールできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプラズマディスプレイパネルや液晶ディスプレイパネルのような大型のフラットパネルに代表される平板状部材の製造に用いられる平板状部材の熱処理炉に関するものである。

フラットパネルは、ガラスやセラミックスからなる基板上に機能性材料を多層に印刷し、乾燥や焼成などの熱処理を施すことによって製造された平板状部材である。このような平板状部材の熱処理を効率よく行うために、特許文献１に示されるように従来からローラーハースキルンが広く使用されている。

ローラーハースキルンは炉内に多数のローラーを一定ピッチで配置し、各ローラーを炉外に設けた駆動手段によって同一方向に回転させることによって、その上に載せたワークを搬送する形式のトンネル炉である。炉内は予熱帯、乾燥帯や焼成帯、冷却帯などに区分され、バーナーやヒーター等の加熱手段によって炉室内に所定の温度勾配が形成されている。ワークである平板状部材は多数のローラーによって炉長方向に移送されながら、予熱帯、乾燥帯や焼成帯、冷却帯などを通過する間に所定の温度履歴が与えられ、熱処理される。

しかし、最近ではフラットパネルの基板は薄肉化かつ大型化しており、またガラス基板が採用されることが多い。このため一定ピッチで配置されたローラーに支持されて高温領域を通過する際にローラー間の部分が重力によって垂れ下がり、平板状部材が僅かながら波打つように変形することがあった。また基板のローラーとの接触面に疵が付く可能性があった。なお、このような問題は平板状部材をセッターの上に載せて炉内を搬送することによって回避できるが、セッターも加熱冷却されるために余分のエネルギーを要することとなり、熱効率が悪くなるという別の問題を生ずることとなる。

さらに、平板状部材は炉室内で主として輻射熱によって加熱されることとなるため、障害物のない上面は加熱され易いが、ローラーが設けられている下面は加熱されにくく、表裏の温度分布の不均一によってローラー上で基板が反るように変形する可能性があった。この温度分布の不均一は炉幅方向にも生ずることがあり、炉室のセンター部分と両サイド部分との温度差によって、平板状部材の反りを助長する傾向があった。
特開２００５−１５６０１６号公報

従って本発明の目的は、基板が薄肉で大型である場合にも、セッターを用いることなく、平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく、しかも熱効率良く熱処理することができる平板状部材の熱処理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、平板状部材を炉長方向に移送しつつ熱処理を行う平板状部材の熱処理炉であって、炉室の床面に浮上用気体の噴出し手段を設けて平板状部材を浮上保持させるとともに、浮上用気体の温度を炉長方向に変化させ、浮上用気体により浮上保持された平板状部材に所定の温度履歴を付与することを特徴とするものである。

なお本発明においては、炉室の側方に浮上用気体により浮上保持された平板状部材の移送手段を設けた構造とすることが好ましい。また、浮上用気体の噴出し手段が炉長方向に分割されたチャンバーを備え、各チャンバーは温度の異なる加熱気体の供給源に接続された構造とすることが好ましく、浮上用気体の噴出し手段が炉幅方向にも分割されたチャンバーを備え、各チャンバーは温度の異なる加熱気体の供給源に接続された構造とすれば、更に好ましい。

本発明の熱処理炉は、炉室の床面に浮上用気体の噴出し手段を設けて平板状部材を浮上保持させる方式を採用したので、セッターを用いなくても平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく炉内搬送しつつ、熱処理することができる。また本発明の熱処理炉は、浮上用気体の温度を炉長方向に変化させ、浮上用気体により浮上保持された平板状部材に所定の温度履歴を付与する方式を採用したので、平板状部材は下面からの浮上用気体により直接加熱されることとなり、熱効率良く熱処理することができる。なお平板状部材の下面から噴出された浮上用気体は炉室内に充満するため、炉室内に別の加熱手段を設置しなくても平板状部材を表裏両面から均等に加熱することができ、温度分布の不均一による反りも防止することができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態を示す炉長方向の概念的な断面図、図２は炉幅方向の概念的な断面図である。これらの図において、１は炉体、２は炉室、３は炉室の床面を構成するチャンバーである。各チャンバー３の上面には多数の細孔が形成されて浮上用気体の噴出し手段４を構成しており、チャンバー３の内部に供給される空気や窒素等の浮上用気体を上向きに噴出して平板状部材Pを浮上保持できるようになっている。

なお細孔径は１〜５ｍｍ、ピッチは１〜２０ｍｍ、浮上用気体の圧力は０．０５ｋＰａ〜１ＭＰａ程度とすればよく、細孔は必ずしも全面に均等に設ける必要はない。この実施形態では平板状部材Pは四角形のガラス基板状に形成されており、そのサイズは厚さが１〜３ｍｍ、一辺が２〜３ｍ程度である。

このような浮上保持方式を採用したため、平板状部材Pは下面を他の物体と接触させることなく、滑るように炉内を移動することとなり、ローラーハースキルンを用いた場合のような垂れ下がりや疵の発生を皆無とすることができる。また従来のように疵や変形を防止するためのセッターを用いる必要がないので、セッターによる持ち出し熱量がなくなり、炉の熱効率が向上する。

図１に示されるように、浮上用気体の噴出し手段を構成するチャンバー３は炉長方向に多数に分割されている。そして各チャンバー３は温度の異なる加熱気体の供給源に接続されている。この実施形態では、ブロワ５から各チャンバー３に加圧空気を供給する管路６上にヒーター７を設け、各チャンバー３に供給される加圧空気を個別に加熱している。またヒーター７の出側には温度センサー８をそれぞれ取り付け、各チャンバー３に供給される加圧空気の温度を検出している。

ヒーター７の種類は特に限定されるものではなく、各種の電熱ヒーターのほか、空気流路を外側からバーナー加熱する構造としてもよい。ただし加熱空気は平板状部材Pと直接接触するので、バーナーフレームと加圧空気とを直接接触させる構造は、平板状部材Pに異物を付着させるおそれがあるため好ましくない。またヒーター７の変わりに炉室からの排気熱を熱交換器にて回収し、浮上用気体の加温を行う方式としてもよい。

炉長方向に多数に分割配置された各チャンバー３に供給される加熱空気の温度は、予熱帯から焼成帯に向かって順次高く設定し、焼成帯から冷却帯に向かって順次低く設定しておく。そして正確に設定温度に維持されるように、温度センサー８の出力をヒーター７にフィードバックする。本発明ではこのように浮上用気体の温度を炉長方向に変化させておくことにより、平板状部材Pを浮上用気体により浮上保持させながら炉入口から炉出口まで搬送すると、平板状部材Pに所定の温度履歴を付与することが可能となる。加熱空気が平板状部材Pに直接吹き付けられるために熱伝達係数が高くなり、優れた熱効率を達成することができる。

平板状部材Pを浮上保持させるために、浮上用気体はチャンバー３から平板状部材Pの下面に向かって噴射されるが、噴射された浮上用気体は平板状部材Pの下面に沿って端面に達して上面に回りこみ、最終的に炉室２内に充満して炉室２内を浮上用気体の設定温度とほぼ同一温度とする。このため、炉室２内に上面加熱用のヒーターを別に設置しなくても、平板状部材Pは上下両面から加熱されることとなる。ローラーハースキルンでは上面に比較して、下面にはローラーが存在するため加熱を行いにくかったのであるが、本発明では平板状部材Pを浮上保持させるための浮上用気体を加熱源として利用するので、上下両面を均等に加熱することが可能となる。なお、炉室２内に上面加熱用のヒーターを別に設置することも可能であることはいうまでもない。

図２に示したように、浮上用気体の噴出し手段を構成するチャンバー３の幅は炉幅と等しくしておけばよいが、図３に示すようにチャンバー３を炉幅方向にも分割し、供給される加熱気体の温度を炉幅方向に変えることも可能である。平板状部材Pは中央部よりも端部の方が加熱冷却され易いため、例えば昇温工程では中央部の加熱気体の温度を端部の温度よりもやや高温とし、冷却工程ではやや低温にするなどの操作が可能となる。その場合の温度差は５〜５０℃程度である。

以上に平板状部材Pを浮上保持させ、温度履歴を付与するための手段について説明したが、実際には炉長方向に搬送する手段が必要となる。この実施形態では平板状部材Pの両側に搬送用ローラー９を接触させて回転させ、平板状部材Pの炉幅方向の位置を規制しつつ、一定速度で前進させている。この場合には搬送用ローラー９の駆動部１０は炉外に設けることができる利点があり、浮上状態では搬送用ローラー９と平板状部材Pのエッジ間に発生する摩擦力などのごくわずかな力で平板状部材Pを移動させることができる。しかし本発明においては搬送手段は特に限定されるものではなく、ベルト駆動式、フック付チェーン式などの様々な手段を採用することができる。

なお、両側に搬送用ローラー９を配置すると平板状部材Pの幅が変わると搬送用ローラー９の間隔を調整し直さねばならない。このため炉室の床面を構成するチャンバー３を炉幅方向に僅かに傾斜させ、下側にのみ搬送用ローラー９を配置する構造とすることもできる。

以上に説明したように、本発明の熱処理炉は浮上保持方式を採用したので、セッターを用いなくても平板状部材を変形させたり疵付けたりすることなく炉内搬送しつつ、熱処理することができる。また本発明の熱処理炉は、浮上用気体を加熱源として平板状部材に所定の温度履歴を付与する方式を採用したので、熱効率良く、しかも表裏両面から均等に加熱することができ、温度分布の不均一による反りも防止することができる。

本発明の実施形態を示す炉長方向の概念的な断面図である。炉幅方向の概念的な断面図である。他の実施形態を示す炉幅方向の概念的な断面図である。

符号の説明

１炉体
２炉室
３チャンバー
４噴出し手段
５ブロワ
６管路
７ヒーター
８温度センサー
９搬送用ローラー
１０駆動部

Claims

平板状部材を炉長方向に移送しつつ熱処理を行う平板状部材の熱処理炉であって、炉室の床面に浮上用気体の噴出し手段を設けて平板状部材を浮上保持させるとともに、浮上用気体の温度を炉長方向に変化させ、浮上用気体により浮上保持された平板状部材に所定の温度履歴を付与することを特徴とする平板状部材の熱処理炉。
炉室の側方に、浮上用気体により浮上保持された平板状部材の移送手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の平板状部材の熱処理炉。
浮上用気体の噴出し手段が炉長方向に分割されたチャンバーを備え、各チャンバーは温度の異なる加熱気体の供給源に接続されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の平板状部材の熱処理炉。
浮上用気体の噴出し手段が炉幅方向にも分割されたチャンバーを備え、各チャンバーは温度の異なる加熱気体の供給源に接続されたものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の平板状部材の熱処理炉。