JP5108545B2 - 平板状部材の熱処理炉 - Google Patents

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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。
プラズマディスプレイパネル等のフラットパネルは、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等の熱処理炉が広く使用されている。
このようなローラーハースキルンは、図3に示されるように、炉体122に、多数のセラミックス製のローラ120を、貫通させて一定ピッチで配置した形式のトンネル炉である。各ローラ120は、炉体122外に設けた駆動装置121によって同一方向に回転されるようになっている。平板状部材131をセッター132上に載置した状態で、セッター132を前記ローラ120上に載せて、平板状部材131を搬送するようにしている。炉体122内は予熱帯、乾燥帯や焼成帯、冷却帯などに区分され、バーナやヒータ123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。平板状部材131は多数のローラ120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。
最近では、製造されるフラットパネルが大型になりつつあることから、炉幅が大きくなり、ローラ120の長さも長くなりつつある。しかしながら、ローラ120はセラミックス製であることから、長尺のローラ120を製作することは困難であるという問題があった。また、ローラ120が長くなるにつれて、ローラ120の中央部分の曲げモーメントも増大することから、ローラ120が撓むことや、破損する可能性があるという問題があった。また、炉体122をメンテナンスする場合に、ローラ120を炉体122から抜き取る必要があるが、ローラ120が長尺である場合には、ローラ120を抜き取るスペースの確保が困難であるという問題があった。
そこで、ローラ120の代わりに、炉体122内の床面に、浮上用気体の噴出手段を設けて、平板状部材131やセッター132を、前記浮上用気体で浮上させて炉体122内を搬送する熱処理炉が提案されている。しかしながら、このような熱処理炉は、炉体122内の温度が低下することを防止するために、前記浮上用気体を炉体122内の温度と殆ど同じ温度に加熱する必要があり、多大なエネルギーを消費してしまうという問題があった。
そこで、大型の平板状部材131であっても、熱処理することができる熱処理炉の開発が要望されていた。
特開2007−292404号公報
本発明は、大型の平板状部材であっても、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ためになされたものである。
上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、平板状部材を、トンネル状の炉体の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、
前記炉体の両側壁から炉内に延出するローラを、互いに対向させて、炉長方向に複数、回転自在に配設し、
前記対向するローラの先端間に、平板状部材を転支し、回転軸が炉外に配設されたディスクを設け、
前記ローラ及びディスク上に平板状部材を載せ、前記ローラを一定方向に回転させて、前記平板状部材を、炉体の炉長方向に移送するように構成したことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、炉外に露出したディスクを被覆するカバー部材を設けたことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、ディスクを回転させる回転手段を設けたことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、炉長方向に隣接するディスクの炉幅方向の位置を変化させて配設したことを特徴とする。
請求項1に記載の発明は、炉体の両側壁から炉内に延出するローラを、互いに対向させて、炉長方向に複数、回転自在に配設したことを特徴とする。このため、ローラを2分割にすることにより長尺なローラを製作する必要がなく、炉幅を広くすることが可能となった。また、炉体をメンテナンスする際の、ローラを抜き取るための広大なスペースを確保する必要が無くなった。
また、請求項1に記載の発明は、対向するローラの先端間に、平板状部材を転支し、回転軸が炉外に配設されたディスクを設け、前記ローラ及びディスク上に平板状部材を載せ、前記ローラを一定方向に回転させて、前記平板状部材を、炉体の炉長方向に移送するように構成したことを特徴とする。このため、多大な曲げモーメントが、ローラに作用することを防止し、ローラの破損を防止することが可能となった。また、ローラが撓むことを防止して、ローラ上に載せられた、板状部材が変形することを防止することが可能となった。また、ディスクでも、平板状部材を転支することにしたので、ローラの長さを短くすることができ、炉体をメンテナンスする際の、ローラを抜き取るためのスペースを、更に減少させることが可能となった。
また、請求項1に記載の発明は、ディスクの回転軸を炉外に配設したので、前記回転軸の軸受部分が炉体の熱の影響を殆ど受けることがなく、前記軸受部分にボールベアリング等の軸受を使用することが可能となり、ディスクの摺動抵抗を大幅に低減させることが可能となった。このため、ディスクが平板状部材に追従することなく滑ってしまうことを防止することができ、平板状部材のディスクとの接触面に傷が付くことを防止することが可能となった。同様に、平板状部材がローラに追従することなく滑ってしまうことを防止することができ、平板状部材が移送されないことや、平板状部材のディスクとの接触面に傷が付くことを防止することが可能となった。更に、僅かな力で、平板状部材を移送することが可能となるので、ローラを回転させる駆動手段の出力を低下させることが可能となり、ローラを回転させるために消費されるエネルギーを低減することが可能となった。
請求項2に記載の発明は、炉外に露出したディスクを被覆するカバー部材を設けたことを特徴とする。このため、炉体外からの気流の流れを遮断して、炉体から露出するディスクに、外気が連続して接触することを防止することが可能となる。このため、炉内からの熱漏洩の防止はもちろん、外気によりディスクが冷却されることなく、ディスクと接触する部分の平板状部材の温度が、他の部分に比べて低下することを防止することが可能となり、平板状部材の温度分布を均一に保つことが可能となるので、熱処理される平板状部材の品質を保つことが可能となった。
請求項3に記載の発明は、ディスクを回転させる回転手段を設けたことを特徴とする。このため、ディスクの摺動抵抗により、平板状部材が蛇行することを防止することが可能となった。また、ディスクが平板状部材に追従することなく滑ってしまうことを完全に防止することができ、平板状部材のディスクとの接触面に傷が付くことを防止することが可能となった。同様に、ローラが平板状部材に追従することなく滑ってしまうことを完全に防止することができ、平板状部材が移送されないことや、平板状部材のディスクとの接触面に傷が付くことを防止することが可能となった。
請求項4に記載の発明は、炉長方向に隣接するディスクの炉幅方向の位置を変化させて配設したことを特徴とする。このため、移送される平板状部材とディスクとの接触箇所が毎回異なり、平板状部材の損傷を防止することが可能となった。また、平板状部材の幅方向の熱履歴に差が生じることを防止することが可能となった。
(第1の実施形態)
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態(第1の実施形態)を示す。
図1は第1の実施形態の説明図であり、炉体1の断面を示した図である。炉体1は、床壁1a、側壁1b、天井壁1cとから構成され、トンネル状をしている。炉体1は、耐火材や断熱材で構成されている。
床壁1aは、耐火材15、断熱材11、外殻板10とから構成され、上から下側に順に、耐火材15、断熱材11、外殻板10となっている。断熱材11は、ファイバー状、またはボード状であり、セラミックファイバー、珪酸カルシウム等で構成されている。外殻板10は、金属やセラミックスで構成されている。断熱材11により、炉体1内の雰囲気温度が断熱され、外殻板10が昇温することを防止している。
図1に示されるように、耐火材15、断熱材11、外殻板10には、炉幅方向に一定間隔もしくは不等間隔をおいて、炉体1の内外を連通する連通穴19が形成されている。連通穴19の断面形状は、長方形状となっていて、長手方向を炉長方向に向けている。
炉体1には、加熱手段が設けられ、この加熱手段により、炉体1内を昇温するようにしている。加熱手段の一例として、天井ヒータ、床ヒータが含まれる。
2は円柱形状のローラである。ローラ2は、耐熱材料であるセラミックスで構成されている。なお、前記セラミックスには、アルミナ(Al)や炭化珪素(SiC)、Si含浸SiCが含まれ、ローラ2をこれらのセラミックスで構成することが好ましい。ローラ2は、炉体1の両側壁1bから、炉内に延出している。両側壁1bから炉内に延出したローラ2の先端2aは、互いに対向している。ローラ2は、炉体1に、炉長方向に対して一定間隔をおいて、複数配設されている。なお、本発明において、「両側壁1bから炉内に延出したローラ2の先端2aは、互いに対向している」とは、両側壁1bから炉内に延出したローラ2の炉長方向の位置が同じ位置だけでなく、炉長方向の位置が同じ位置でない状態も含まれる。
ローラ2は、炉外から、側壁1bを貫通して配設されている。ローラ2の基端2bは、炉外に配設されたローラ支持部材3により回転自在に支持されている。ローラ2は、図示しない駆動手段により、同一速度で一定方向に回転するようになっている。前記駆動手段には、サーボモータやインバータモータ等が含まれる。
ローラ2の上には、平板状部材50が載置され、一定方向に回転するローラ2により、炉体1の炉長方向に移送されるようになっている。この際に、平板状部材50が、熱処理されるようになっている。なお、前記熱処理には、乾燥や焼成が含まれる。なお、平板状部材50を結晶化ガラス等で構成されたセッターに載せて、このセッターをローラ2上に載せて、平板状部材50を炉体1の炉長方向に移送することにしても差し支えない。前記セッターに、結晶化ガラスを使用すると、セッターが熱膨張し難く、前記セッターに載せられた平板状部材50に与える影響を少なくすることが可能となる。
対向するローラ2の両先端2a間には、ディスク4が配設されている。ディスク4の上端は、ローラ2の上端と殆ど同じ高さまたはローラ2より僅かに低い高さになっている。本発明では、ディスク4は、平板状部材50を転支している。ディスク4は、幅寸法に対して直径が遙かに大きい円盤形状をしている。本実施形態では、ディスク4は、耐熱材料であるセラミックスで構成されている。なお、前記セラミックスには、アルミナ(Al)や炭化珪素(SiC)、Si含浸SiC、窒化珪素(Si)が含まれ、ディスク4をこれらのセラミックスで構成することが好ましい。
ディスク4は、前記した連通穴19内に配設されている。ディスク4の下側は、連通穴19から炉体1外(炉体1の下側)に露出している。
ディスク4の中心には、軸穴4aが形成されている。軸穴4aには、回転軸5が挿通されている。本発明では、回転軸5は、床壁1aの下側、つまり、炉体1外に配設されている。回転軸5は、金属やセラミックスで構成されている。なお、回転軸5をディスク4と一体に形成することにしても差し支えない。
回転軸5は、外殻板10に取り付けられた軸受部6に回転自在に軸支されている。本発明では、ディスク4の回転軸5を、炉体1外に配設したので、軸受部6が炉体1の熱の影響を殆ど受けることがない。このため、軸受部6にボールベアリングや、潤滑油を使用したメタルベアリングや、表面がフッ素樹脂でコーティングされたブッシュを使用することが可能となり、ディスク4の摺動抵抗を大幅に低減させることが可能となる。
前記したように、平板状部材50は、ディスク4で転支されるようになっている。このように、平板状部材50を、ディスク4で転支することにしたので、ローラ2のローラ支持部材3で支持されている部分に、多大な曲げモーメントが作用することを防止している。
本発明では、前記したように、ディスク4の回転軸5を炉体1外に配設し、ディスク4の摺動抵抗を大幅に低減させたので、僅かな力で、平板状部材50を移送することが可能となり、ローラ2を回転させる駆動手段の出力を低下させることが可能となり、ローラ2を回転させるために消費されるエネルギーを低減することが可能となる。
また、ディスク4が平板状部材50に追従することなく滑ってしまうことを防止することができ、平板状部材50のディスク4との接触面に傷が付くことを防止することが可能となる。同様に、ローラ2が平板状部材50に追従することなく滑ってしまうことを防止することができ、平板状部材50が移送されないことや、平板状部材50のディスク4との接触面に傷が付くことを防止することが可能となる。
なお、ディスク4の外縁以外を肉抜きし、例えばスポーク形状にすることが好ましい。このように、ディスク4を肉抜きした場合には、ディスク4の熱容量が小さくなり、熱処理炉の起動時に、短い時間でディスクを炉体1内温度にまで昇温させることが可能となり、短い起動時間で本発明の熱処理炉を運転することが可能となる。また、ディスク4を肉抜きした場合には、ディスク4の回転に関する慣性モーメントを低減させることが可能となり、移送される平板状部材50に対する追従性が良好となり、ディスク4が平板状部材50に追従することなく滑ってしまうことを防止することができ、平板状部材50のディスク4との接触面に傷が付くことを防止することが可能となる。また、ローラ2を回転させる駆動手段(図示せず)の最大出力をより小さなものにすることが可能となり、平板状部材の熱処理炉の製造コストを低減することが可能となる。
図1に示されるように、外殻板10の下面には、カバー部材20が取り付けられている。カバー部材20は、炉体1から(外殻板10から)露出したディスク4を被覆している。カバー部材20は、例えば箱形形状をしている。図1に示した実施形態では、炉幅方向に並列して配設された複数のディスク4を被覆しているが、単一のディスク4を被覆する構造であっても差し支えない。
このように、カバー部材20を設けたので、炉体1外からの気流の流れを遮断して、炉体1から露出するディスク4に、外気が連続して接触することを防止することが可能となる。このため、炉内からの熱漏洩の防止はもちろん、外気によりディスク4が冷却されることなく、ディスク4と接触する部分の平板状部材50の温度が、他の部分に比べて低下することを防止することが可能となり、平板状部材50の温度分布を均一に保つことが可能となり、熱処理される平板状部材50の品質を保つことが可能となる。
(第2の実施形態)
図2に第2の実施形態の説明図を示して、第2の実施形態の説明をする。第2の実施形態は、ディスク4を回転させる回転手段25を設け、この回転手段25で、ディスク4を回転させて、平板状部材50の移送を補助する実施形態である。
回転手段25は、ディスク4の回転軸5と接続している。回転手段25は、サーボモータやインバータモータ及びギア等から構成されている。回転手段25は、ディスク4の円周速度が、ローラ2の円周速度と同じになるように、ディスク4を回転させるようになっている。
このように、回転手段25でディスク4を回転させると、ディスク4の摺動抵抗により、平板状部材50が蛇行することを防止することが可能となる。また、ディスク4が平板状部材50に追従することなく滑ってしまうことを完全に防止することができ、平板状部材50のディスク4との接触面に傷が付くことを防止することが可能となる。同様に、平板状部材50がローラ2に追従することなく滑ってしまうことを完全に防止することができ、平板状部材50が移送されないことや、平板状部材50のディスク4との接触面に傷が付くことを防止することが可能となる。
(炉長方向に隣接するディスクの炉幅方向の位置を変化させた構造)
炉長方向に並列して配設されたディスク4の炉幅方向の位置が、同じである場合には、平板状部材50は、常に同じ位置で、ディスク4に転支されることになる。この場合には、平板状部材50は、常に同じ位置で接触するため、平板状部材50のディスク4との接触部分が損傷する恐れがある。また、平板状部材50が、同じ位置で、ディスク4に転支されると、平板状部材50の幅方向の温度履歴が不均一となり、熱処理された平板状部材50の品質が低下してしまう恐れがある。具体的には、熱処理する平板状部材50に縞模様が形成される恐れがある。
前記問題を解決するために、炉体1の炉長方向に隣接するディスク4の炉幅方向の位置を変化させて配設することが好ましい。この構造を採用した場合には、移送される平板状部材50とディスク4の接触箇所が毎回異なることになるので、平板状部材50の損傷や、熱処理された平板状部材50の熱履歴に差が生じることを防止することが可能となる。
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う平板状部材の熱処理炉もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
本発明の第1の実施形態を示す説明図である。 本発明の第2の実施形態を示す説明図である。 従来のローラーハースキルンの説明図である。
符号の説明
1 炉体
1a 床壁
1b 側壁
1c 天井壁
2 ローラ
2a ローラの先端
2b ローラの基端
3 ローラ支持部材
4 ディスク
4a 軸穴
5 回転軸
6 軸受部
10 外殻板
11 断熱材
15 耐火材
19 連通穴
20 カバー部材
25 回転手段
50 平板状部材
120 ローラ
121 駆動装置
122 炉体
123 ヒータ
131 平板状部材
132 セッター

Claims (4)

  1. 平板状部材を、トンネル状の炉体の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、
    前記炉体の両側壁から炉内に延出するローラを、互いに対向させて、炉長方向に複数、回転自在に配設し、
    前記対向するローラの先端間に、平板状部材を転支し、回転軸が炉外に配設されたディスクを設け、
    前記ローラ及びディスク上に平板状部材を載せ、前記ローラを一定方向に回転させて、前記平板状部材を、炉体の炉長方向に移送するように構成したことを特徴とする平板状部材の熱処理炉。
  2. 炉外に露出したディスクを被覆するカバー部材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。
  3. ディスクを回転させる回転手段を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の平板状部材の熱処理炉。
  4. 炉長方向に隣接するディスクの炉幅方向の位置を変化させて配設したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の平板状部材の熱処理炉。
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