JP4711880B2 - 炉運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、大型表示パネルの製造に使用する乾燥または焼成運転する炉の運転制御方法に関する。

ＰＤＰパネル（Plasma Display Panel）などの製造工程は、パネルに電極材料や誘電体材料、隔壁材料などを印刷し、乾燥し、露光し、現像し、焼成すると言った加工工程が何工程も繰り返されて、目的とする前面パネルやこの前面パネルに張り合わされる背面パネルが製造されている。

乾燥または焼成工程は、蒸発性材料を塗布したパネルを電気炉に通して乾燥または焼成処理されており、蒸発性材料の残留量が目標値に近づくように、乾燥または焼成工程の各種のパラメータである炉温度，移送速度，ガス流量などを適正値に設定して、一枚のパネルの乾燥または焼成工程が目標時間で完了するように運転されている。

電気炉の構成は特許文献１などに記載されており、この電気炉の具体的な運転方法については特許文献２などに記載されている。
特開２００３−１２３６５１号公報 特開２００３−２９４３７１号公報

ＰＤＰパネルでは、表示画面サイズが３７インチ，４２インチ，５０インチ，５８インチ，６５インチと大きく、さらに大型化の傾向にあるため、前記電気炉も大型パネルに対応して大型化しているため、乾燥または焼成工程の各種のパラメータの数値を短時間に適正値に合わせ込む操作が難しい。

具体的には、蒸発性材料が変更されるたびに乾燥または焼成工程のパラメータの数値を設定変更することが必要であって、蒸発性材料が変更されるたびに要求される前記パラメータの数値の設定作業は、適正値に追い込むのに時間を要しているのが現状である。

本発明は、大型パネルの乾燥または焼成を実施する炉を、従来よりも迅速に適正なパラメータの数値に設定できる炉運転制御方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の炉運転制御方法は、被熱処理パネルを乾燥または焼成運転する制御対象炉の性能に関連するパラメータの数値を設定するに際し、前記被熱処理パネルに塗布する蒸発性材料の塗布膜厚と同じ膜厚で前記蒸発性材料が塗布されたモデルパネルを、前記制御対象炉とは別の実験ユニットにセットし、前記実験ユニットの温度を規定温度に設定し、経過時間に対する前記蒸発性材料の蒸発量を実測することにより前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓを算出し、前記制御対象炉を所定の温度プロファイルとなるように制御する炉運転制御部が、前記被熱処理パネルの蒸発性材料を目標蒸発量だけ蒸発させるに必要な蒸発所要時間：ｔｓを、実測に基づいて算出した前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓで算出し、この算出した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を変更することを特徴とする。

本発明の請求項２記載の炉運転制御方法は、被熱処理パネルを乾燥または焼成運転する制御対象炉の性能に関連するパラメータの数値を設定するに際し、前記被熱処理パネルに塗布する蒸発性材料の塗布膜厚と同じ膜厚で前記蒸発性材料が塗布されたモデルパネルを、前記制御対象炉とは別の実験ユニットにセットし、前記実験ユニットの温度を規定温度に設定し、経過時間に対する前記蒸発性材料の蒸発量を実測することにより前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓを算出し、この実測に基づいて算出した前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓに、前記蒸発性材料の計算上の蒸発量変化特性：Ｇｒを変換するに必要な実験定数：Ｃを計算し、前記制御対象炉を所定の温度プロファイルとなるように制御する炉運転制御部が、被熱処理パネルの蒸発性材料を目標蒸発量だけ蒸発させるに必要な蒸発所要時間：ｔｓを前記実験定数：Ｃで補正して計算し、この計算した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を変更することを特徴とする。

本発明の請求項３記載の炉運転制御方法は、請求項２において、蒸発性材料と前記蒸発性材料の塗布膜厚ごとに前記実験定数：Ｃを計算し、前記炉運転制御部が蒸発所要時間：ｔｓを計算するときには、蒸発性材料と蒸発性材料の塗布膜厚に対応した前記実験定数：Ｃで補正して計算することを特徴とする。

本発明の請求項４記載の炉運転制御方法は、請求項１または請求項２において、前記算出した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を変更することは、制御対象炉の温度プロファイル、炉に対して給排気するガスのガス流量、ガス温度のうち少なくとも１つを変更することを特徴とする。

この構成によると、制御対象炉とは別の実験ユニットにモデルパネルをセットして、モデルパネルに塗布された蒸発性材料の蒸発量を予め実測し、実測することにより算出された実測蒸発量変化特性を使用して、制御対象炉の運転を制御するので、制御対象炉のパラメータを、従来に比べて迅速に適正なパラメータの数値に設定できる。

以下、本発明の炉運転制御方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図１は制御対象炉１を炉運転制御する炉運転制御装置を示す。ここでは、ＰＤＰパネル用前面パネルなどの大型パネルが被熱処理パネル２であって、被熱処理パネル２が制御対象炉１によって乾燥または焼成処理を受ける。

制御対象炉１の炉内には、給気管から空気などの予め決めた不活性ガスが被熱処理パネル２に直接に吹きかからないように供給される一方で、排気管を通じて排気が行われており、それにより制御対象炉１の内部の蒸発物が排出され所望のガス雰囲気が形成されるとともに、そのガス温度、ガス流量、ヒータ温度によって炉内温度の調節が行われる。

制御対象炉１の乾燥または焼成処理のパラメータの数値は、炉運転制御部３によって乾燥または焼成運転の制御パラメータの数値が設定されている。ここで乾燥または焼成運転の制御パラメータの数値とは、被熱処理パネル２に塗布した蒸発性材料の成分と、この塗布された蒸発性材料の膜厚、ならびに目標の膜厚にまで乾燥または焼成するに必要な目標時間：ｔｒと、制御対象炉１で加熱される被熱処理パネル２の温度プロファイルと、制御対象炉１の前記ガス流量などである。蒸発性材料には、例えば、エチレングリコール、テルピネオールなどの有機溶剤やエチルセルロースなどの有機バインダーの何れかが含まれている。

炉運転制御部３には、記憶部４が接続されている。記憶部４には、実験ユニット５が電気的に接続されている。この記憶部４は、蒸発性材料と蒸発性材料の塗布膜厚に対応させてファイルＦ１，Ｆ２，・・・・，Ｆｎにデータが予め書き込まれており、また、炉運転制御部３から指定された蒸発性材料と蒸発性材料の塗布膜厚に対応させてファイルＦ１，Ｆ２，・・・・，Ｆｎからデータを読み出せるように構成されている。

実験ユニット５とは、制御対象炉１に比べて小型の炉であって、ここでは被熱処理パネル２に比べて小さなモデルパネル６を収容して乾燥または焼成処理するものであって、モデルパネル６には、被熱処理パネル２に塗布した蒸発性材料と同じ成分の蒸発性材料が塗布されている。実験ユニット５は、ガス流量を制御対象炉１と同じまたはほぼ同じにして規定温度に昇温するよう温度制御して、経過時間に対する蒸発性材料の蒸発量の変化特性を実測できるように構成されている。

図３は実験ユニット５の具体例を示している。
実験ユニット５は、実験ユニット本体７とこの重量を計量する計量装置８とで構成されている。実験ユニット本体７は、下ヒータ９と上ヒータ１０、およびこの下ヒータ９と上ヒータ１０によって上下が閉塞された筒状の隔壁１１とで構成されている。

蒸発性材料１２の塗布膜厚が規定厚さのモデルパネル６は、下ヒータ９の上に載置されて、下ヒータ９と上ヒータ１０によって所定の温度プロファイルに従って昇温される。隔壁１１の外部から内部には、一定量の空気流１３が吹き込まれており、上記の昇温動作によって、モデルパネル６に塗布されている蒸発性材料１２が蒸発して、溶媒ガス１４が隔壁１１の内部から外部へ放出される。計量装置８は、モデルパネル６に塗布されていた蒸発性材料１２が蒸発して重量が軽くなる重量変化を検出している。この計量装置８の重量変化から、モデルパネル６に残されている蒸発性材料１２の時々の膜厚の実測値（後述の蒸発量変化特性（実測値）Ｇｓ）として読み替えている。

実験ユニット５での上記の測定は、蒸発性材料１２の種類ごとに塗布膜厚を異ならせた数種のモデルパネル６について測定して重量変化を測定し、モデルパネル６に残されている蒸発性材料１２の時々の膜厚の実測値として読み替えている。

記憶部４のファイルＦ１，Ｆ２，・・・・，Ｆｎには、次のようにしてデータが書き込まれている。
この書き込みに際しては、実測したモデルパネル６の温度変化特性に基づいて計算した蒸発性材料の計算蒸発量変化特性（理論値）が、Ｓｔｅｐｈａｎの法則により次式にて算出される。

Ｇａ ＝ （ Ｄ_Ｔ／ Ｒ・Ｔ ）・（ Ｐ_Ｓ−Ｐ_∞／δ ）
ここでＧａ は蒸発性材料の蒸発量、Ｄ_Ｔは溶剤蒸気が空気中に広がる時の拡散係数、Ｒはガス定数、Ｔは温度、Ｐ_Ｓは飽和蒸気圧、Ｐ_∞は蒸気分圧、δは境界層厚さを示す。式中の各値は周知の数式を用いて算出されるが、たとえば拡散係数Ｄ_Ｔは下記のＧｉｌｌｉｌａｎｄの式によって計算される。

Ｄ_Ｔ ＝ （ ０．００４３Ｔ^３／２／Ｐ（Ｖ^１／３＋Ｖａｉｒ^１／３）^２・
√（（１／Ｍ）＋（１／Ｍ_ａｉｒ））
ここで、Ｐは全圧、Ｍ，Ｍ_ａｉｒは分子量、Ｖ，Ｖａｉｒは沸点分子容、Ｔは温度を示す。

図２は不活性ガスの流量を制御対象炉１と同じまたは略同じにして、実験ユニット５を所定の温度プロファイルで昇温したときの計算蒸発量変化特性（理論値）Ｇｒと蒸発量変化特性（実測値）Ｇｓを示しており、計算蒸発量変化特性（理論値）Ｇｒを蒸発量変化特性（実測値）Ｇｓに変換するに必要な実験定数：Ｃを計算し、蒸発性材料と開始時の蒸発性材料の塗布膜厚に対応させて記憶部４に記録する。以下、同じ蒸発性材料で開始時の蒸発性材料の塗布膜厚を別の値に変更して同様にしてその場合の実験定数：Ｃを計算する。さらに、蒸発性材料を変更して実験定数：Ｃを計算する。

図４は実験定数：Ｃの求め方をより具体的にフローチャートで示したものである。
入力データは、物性データと乾燥条件および形状データの塗布膜厚：ｄであって、物理データは、蒸発性材料の溶剤の沸点分子容、分子量、配合比（重量比、体積比）、蒸気圧曲線である。乾燥または焼成条件は、モデルパネル６上の風速、モデルパネル６の温度データである。

ステップＳ１とステップＳ２では、Ｇａ ＝ Ｓ・（ Ｄ_Ｔ ／ Ｒ・Ｔ ）・（ Ｐ_Ｓ−Ｐ_∞／δ ）を計算して、塗布膜中の溶剤蒸発量の理論値を求めている。ここでＳは面積率である。

ステップＳ３では、このステップＳ２で求まった理論値と、ステップＳ４とステップＳ５において上記のようにしてモデルパネル６を使用して実験ユニット５で測定した重量変化から求めた特定時間での溶剤蒸発量の実験値とを比較する。ステップＳ６とステップＳ７およびステップＳ８では、実測値が実験値と理論値が重なるように実験定数：Ｃを決定する。

このようにして求めた実験定数：Ｃを、例えば、蒸発性材料ごとに開始時の蒸発性材料の塗布膜厚ごとの実験定数：Ｃを、記憶部４のファイルＦ１，Ｆ２，・・・・，Ｆｎに書き込む。

なお、乾燥は膜の表面より始まるため、塗布膜厚が数ミクロン〜数十ミクロンと薄い膜より、１００ミクロン以上の厚い膜の方が、塗膜表面に膜が張ったような状態になり、膜中の溶剤が外へ蒸散するのを阻害する現象が生じるため、実験定数：Ｃが塗布膜厚：ｄの関数となる。

制御対象炉１での被熱処理パネル２の乾燥または焼成処理に際しては、炉運転制御部３に、運転条件となる各種パラメータの蒸発性材料の種類、蒸発性材料の塗布膜厚、温度プロファイル、塗布されている蒸発性材料を乾燥させる目標時間：ｔｒなどを入力すると、炉運転制御部３が記憶部４を参照してシミュレーションを実行する。

具体的には、炉運転制御部３が記憶部４のファイルＦ１，Ｆ２，・・・・，Ｆｎから、蒸発性材料の種類、開始時の蒸発性材料の塗布膜厚を指定して、これに対応した実験定数：Ｃを読み出す。なお、蒸発性材料の塗布膜厚を前記制御対象炉と同じファイルから読み出すことが好ましいが、蒸発性材料の塗布膜厚が略同じファイルから読み出して使用することもできる。

炉運転制御部３は、指定された蒸発性材料が塗布された被熱処理パネル２を、指定された温度プロファイルで運転したときの時間経過に対する蒸発性材料の計算蒸発量変化特性（理論値）を求め、この計算蒸発量変化特性を、記憶部４から読み出した実験定数：Ｃで補正した蒸発量変化特性を使用して、被熱処理パネル２に塗布されている蒸発性材料を乾燥または焼成させるに必要な蒸発所要時間：ｔｓを求める。シミュレーションの結果、
ｔｓ ＝ ｔｒ 、または ｔｓ ≒ ｔｒ
場合には、そのときのシミュレーション条件で炉運転制御部３が制御対象炉１を運転を実行する。また、ｔｓ と ｔｒ の間の誤差が大きい場合には、この計算した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように、前記制御対象炉のパラメータである温度プロファイル，ガス流量、ガス温度のうちの少なくとも一つを変更してシミュレーションを繰り返す。被熱処理パネル２が制御対象炉１の内部を搬入出方向に移送されている場合には、これを含めて少なくとも一つを変更してシミュレーションを繰り返す。

なお、シミュレーション結果がｔｓ ＝ ｔｒ または ｔｓ ≒ ｔｒになった場合には、そのときのシミュレーション条件で炉運転制御部３が制御対象炉１の運転を実行するとして説明したが、実際には、乾燥運転中の制御対象炉１の炉内の溶剤濃度が、予め設定された爆発濃度またはそれに近い濃度では無いことを、炉運転制御部３が自動的に再確認し、この条件をクリアした場合に限ってシミュレーション結果に基づく制御対象炉１の乾燥運転が開始される。予め設定された爆発濃度またはそれに近い濃度であったことが分かった場合には、再び、前記のシミュレーションのルーチンに戻って安全な条件が見つかるまでシミュレーションのルーチンを繰り返すように構成されている。このために、炉運転制御部３には、パラメータの変更を単数または複数の組み合わせで変更する順番を指定する重み付けの設定が予め行われている。

このようにして、炉運転制御部３が記憶部４を参照しながら、計算上の蒸発量変化特性を実験定数：Ｃで補正して、ｔｓがｔｒに近づくように自動的にシミュレーションを実行して、制御対象炉１の運転を実行するので、従来に比べて制御対象炉１を適正なパラメータで迅速に運転することができ、被熱処理パネル２の歩留まりの向上を期待できる。

また、蒸発性材料が異なる多品種の被熱処理パネル２を切り替えて生産する乾燥ラインにおいて、特に有効である。
上記の実施の形態では、補正用の実験定数：Ｃに基づいて実験データを補正して制御対象炉１のパラメータを設定する場合を例に挙げて説明したが、補正用の実験定数：Ｃによってデータを補正せずに蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を設定した場合であっても、制御対象炉のパラメータの数値を従来よりも迅速に適正値に近づけることができ、高歩留まりの実現に寄与できる。

本発明は、各種の大型パネルの乾燥または焼成工程を、迅速かつ高歩留まりで実現することに寄与できる。

本発明の炉運転制御方法の実施に使用する炉運転制御装置の構成図 同実施の形態における計算蒸発量変化特性（理論値）Ｇｒと蒸発量変化特性（実測値）Ｇｓの関係図 同実施の形態における実験ユニットの構成図 同実施の形態における実験定数：Ｃを決定するフローチャート

符号の説明

１ 制御対象炉
２ 被熱処理パネル
３ 炉運転制御部
４ 記憶部
５ 実験ユニット
６ モデルパネル
Ｇｓ 実測蒸発量変化特性
Ｇｒ 計算蒸発量変化特性
Ｃ 実験定数
ｔｓ 蒸発所要時間
ｔｒ 目標時間

Claims (4)

1. 被熱処理パネルを乾燥または焼成運転する制御対象炉の性能に関連するパラメータの数値を設定するに際し、
   前記被熱処理パネルに塗布する蒸発性材料の塗布膜厚と同じ膜厚で前記蒸発性材料が塗布されたモデルパネルを、前記制御対象炉とは別の実験ユニットにセットし、
   前記実験ユニットの温度を規定温度に設定し、経過時間に対する前記蒸発性材料の蒸発量を実測することにより前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓを算出し、
   前記制御対象炉を所定の温度プロファイルとなるように制御する炉運転制御部が、前記被熱処理パネルの蒸発性材料を目標蒸発量だけ蒸発させるに必要な蒸発所要時間：ｔｓを、実測に基づいて算出した前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓで算出し、
   この算出した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を変更する
   炉運転制御方法。
2. 被熱処理パネルを乾燥または焼成運転する制御対象炉の性能に関連するパラメータの数値を設定するに際し、
   前記被熱処理パネルに塗布する蒸発性材料の塗布膜厚と同じ膜厚で前記蒸発性材料が塗布されたモデルパネルを、前記制御対象炉とは別の実験ユニットにセットし、
   前記実験ユニットの温度を規定温度に設定し、経過時間に対する前記蒸発性材料の蒸発量を実測することにより前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓを算出し、
   この実測に基づいて算出した前記蒸発性材料の実測蒸発量変化特性：Ｇｓに、前記蒸発性材料の計算上の蒸発量変化特性：Ｇｒを変換するに必要な実験定数：Ｃを計算し、
   前記制御対象炉を所定の温度プロファイルとなるように制御する炉運転制御部が、被熱処理パネルの蒸発性材料を目標蒸発量だけ蒸発させるに必要な蒸発所要時間：ｔｓを前記実験定数：Ｃで補正して計算し、
   この計算した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を変更する
   炉運転制御方法。
3. 蒸発性材料と前記蒸発性材料の塗布膜厚ごとに前記実験定数：Ｃを計算し、
   前記炉運転制御部が蒸発所要時間：ｔｓを計算するときには、蒸発性材料と蒸発性材料の塗布膜厚に対応した前記実験定数：Ｃで補正して計算する
   請求項２記載の炉運転制御方法。
4. 前記算出した蒸発所要時間：ｔｓが目標時間：ｔｒに近づくように前記制御対象炉のパラメータの数値を変更することは、
   制御対象炉の温度プロファイル、炉に対して給排気するガスのガス流量、ガス温度のうち少なくとも１つを変更することである
   請求項１または請求項２に記載の炉運転制御方法。

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