(57)【要約】【課題】焼成領域における被熱処理物の搬送速度を乾燥領域における被熱処理物の搬送速度よりも速くすることができる連続式熱処理炉を提供する。【解決手段】炉の入口側から出口側に向かって、被熱処理物１の乾燥を行う乾燥領域２１と、被熱処理物１の焼成を行う焼成領域２３とが順に設けられ、被熱処理物１が乾燥領域２１を搬送されながら乾燥された後、焼成領域２３を搬送されながら焼成される連続式熱処理炉である。本熱処理炉は、炉長方向に張り渡された線材２等を動作させることにより当該線材２等の上に載置された被熱処理物１を搬送する第一の搬送機構と、ビーム６等を動作させることにより当該ビーム６等の上に載置された被熱処理物１の搬送を行う第二の搬送機構とを有し、乾燥領域２１では被熱処理物１の搬送を第一の搬送機構により行い、焼成領域２３では被熱処理物１の搬送を第二の搬送機構により行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉の入口側から出口側に向かって、被熱処理物の乾燥を行う少なくとも１つの乾燥領域と、被熱処理物の焼成を行う焼成領域とが順に設けられ、前記被熱処理物が前記乾燥領域を搬送されながら乾燥された後、前記焼成領域を搬送されながら焼成される連続式熱処理炉であって、
炉長方向に張り渡された線材、ビーム又はチェーンを動作させることにより当該線材、ビーム又はチェーンの上に載置された前記被熱処理物を搬送する第一の搬送機構と、ビーム、線材又はチェーンを動作させることにより当該ビーム、線材又はチェーンの上に載置された被熱処理物の搬送を行う第二の搬送機構とを有し、
前記乾燥領域では前記被熱処理物の搬送を前記第一の搬送機構により行い、前記焼成領域では前記被熱処理物の搬送を前記第二の搬送機構により行う連続式熱処理炉。
【請求項２】
前記第一の搬送機構が、前記連続式熱処理炉に対して互いに異なった動作をするように所定間隔で配設された２種の線材、ビーム又はチェーンを有するか、一方が前記熱処理炉に対して固定されるとともに他方が前記熱処理炉に対して移動するように、互いに所定間隔で配設された２種の線材、ビーム又はチェーンを有する請求項１に記載の連続式熱処理炉。
【請求項３】
前記２種の線材、ビーム又はチェーンの内、一方の線材、ビーム又はチェーンは一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退という動作を周期的に繰り返すものであり、他方の線材、ビーム又はチェーンは一定のストロークで前進、後退という動作を周期的に繰り返すものである請求項２に記載の連続式熱処理炉。
【請求項４】
前記第二の搬送機構が、前記連続式熱処理炉に対して一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退という動作を周期的に繰り返すビーム、線材又はチェーンを有する請求項１に記載の連続式熱処理炉。
【請求項５】
前記第一の搬送機構の線材、ビーム又はチェーンに前記被熱処理物を保持するための保持部材が装着された請求項１ないし４の何れか一項に記載の連続式熱処理炉。
【請求項６】
前記第二の搬送機構のビーム、線材又はチェーンに前記被熱処理物を保持するための保持部材が装着された請求項１ないし５の何れか一項に記載の連続式熱処理炉。
【請求項７】
前記保持部材が、搬送路の中央線の左右両側にそれぞれ配置された前記線材、ビーム又はチェーンに、搬送方向に間隔を置いて複数個装着されており、かつ、前記保持部材が、搬送路の中央線側に向かって低くなるよう傾斜する傾斜部位を有し、当該傾斜部位にて前記被熱処理物の縁部にのみ接触して前記被熱処理物を支持する請求項５又は６に記載の連続式熱処理炉。
【請求項８】
前記乾燥領域と前記焼成領域との間に、これら領域の一方が他方から受ける熱的影響を緩和するための緩衝領域を設けた請求項１ないし７の何れか一項に記載の連続式熱処理炉。
【請求項９】
熱処理対象となる前記被熱処理物が太陽電池基板である請求項１ないし８の何れか一項に記載の連続式熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池基板等の熱処理に使用される連続式熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池基板の製造においては、基板の表面及び裏面に導電性の電極ペーストを所定のパターンで印刷形成した後、連続式の熱処理炉内を連続的又は間欠的に移動させながら熱処理（乾燥・焼成）する工程がある。通常、このような熱処理に用いられる熱処理炉には、炉の入口側から出口側に向かって、被熱処理物の乾燥を行う乾燥領域と、被熱処理物の焼成を行う焼成領域とが順に設けられ、被熱処理物が乾燥領域を搬送されながら乾燥された後、焼成領域を搬送されながら焼成され、その後、炉外に搬出される。
【０００３】
熱処理炉内で被熱処理物を搬送するための搬送機構としては、被熱処理物が太陽電池基板である場合、メッシュベルトコンベアが広く使用されている（例えば、特許文献１参照。）。また、最近では、メッシュベルトコンベアに比して熱容量が小さく、迅速な昇降温が可能なことから、ウォーキングビームや、ワイヤー等の線材に張力を付与して張り渡し、当該線材にウォーキングビーム的な搬送動作を行わせるようにした搬送機構も使用されるようになってきている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
ところで、前述のような目的で使用される従来の連続式熱処理炉においては、１種類の搬送機構によって、乾燥領域も焼成領域も同じ速度で被熱処理物を搬送しながら、乾燥、焼成という一連の熱処理を行う構造となっていた。しかしながら、太陽電池基板における乾燥後の焼成、すなわち、アルミニウムや銀からなる電導ペーストの基板表面への焼き付けは、短時間で急速に８００℃程度まで加熱し、その後急冷却することが良好な製品特性を得る上で理想的とされており、この理想的な焼成状態を達成するためには、乾燥領域での被熱処理物の搬送速度よりも焼成領域での被熱処理物の搬送速度を高め、雰囲気温度が１０００℃以上の高温に保たれた焼成領域を短時間の内に素早く通過させることが求められる。
【特許文献１】特開２００２−２０３８８８号公報
【特許文献２】実公平７−４４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼成領域における被熱処理物の搬送速度を乾燥領域における被熱処理物の搬送速度よりも速くなるようにすることができる連続式熱処理炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、炉の入口側から出口側に向かって、被熱処理物の乾燥を行う少なくとも１つの乾燥領域と、被熱処理物の焼成を行う焼成領域とが順に設けられ、前記被熱処理物が前記乾燥領域を搬送されながら乾燥された後、前記焼成領域を搬送されながら焼成される連続式熱処理炉であって、炉長方向に張り渡された線材、ビーム又はチェーンを動作させることにより当該線材、ビーム又はチェーンの上に載置された前記被熱処理物を搬送する第一の搬送機構と、ビーム、線材又はチェーンを動作させることにより当該ビーム、線材又はチェーンの上に載置された被熱処理物の搬送を行う第二の搬送機構とを有し、前記乾燥領域では前記被熱処理物の搬送を前記第一の搬送機構により行い、前記焼成領域では前記被熱処理物の搬送を前記第二の搬送機構により行う連続式熱処理炉、が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の連続式熱処理炉は、乾燥領域と焼成領域とで、被熱処理物を別個の搬送機構により搬送するように構成されており、これら搬送機構の搬送速度が異なるように設定することで、乾燥領域における被熱処理物の搬送速度と焼成領域における被熱処理物の搬送速度とを異ならせることが可能となる。そして、焼成領域における被熱処理物の搬送速度を乾燥領域における被熱処理物の搬送速度よりも速くなるように設定すれば、被熱処理物の焼成領域の通過を短時間で素早く実施し、被熱処理物の急加熱・急冷却を行うことができるので、太陽電池基板等の熱処理において理想的な乾燥・焼成曲線が得られ、良好な特性を持った製品が製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る連続式熱処理炉の実施形態の一例を示す概要説明図である。前記のとおり、本発明の連続式熱処理炉は、炉の入口３１側から出口３２側に向かって、被熱処理物１の乾燥を行う乾燥領域２１と、被熱処理物１の焼成を行う焼成領域２３とが順に設けられ、被熱処理物１が乾燥領域２１を搬送されながら乾燥された後、焼成領域２３を搬送されながら焼成されるようになっており、その特徴的な構成として、被熱処理物１を炉内搬送するための搬送機構として、２種類の搬送機構を有する。
【０００９】
２種の搬送機構の内の一方は、炉長方向に張り渡された線材２を動作させることにより当該線材２上に載置された被熱処理物１を搬送する第一の搬送機構であり、乾燥領域２１では被熱処理物１の搬送をこの第一の搬送機構により行う。また、２種の搬送機構の内のもう一方は、ビーム６を動作させることにより当該ビーム６上に載置された被熱処理物１の搬送を行う第二の搬送機構であり、焼成領域２３では被熱処理物１の搬送をこの第二の搬送機構により行う。なお、本例では、第一の搬送機構に線材を使用し、第二の搬送機構にビームを使用しているが、第一の搬送機構の線材に代えてビーム又はチェーンを用いたり、第二の搬送機構のビームに代えて線材又はチェーンを用いたりしてもよい。
【００１０】
被熱処理物１が、例えば一辺１５ｃｍ程度の矩形の太陽電池基板である場合には、乾燥領域２１の長さを２ｍ程度とし、焼成領域２３の長さを０．３ｍ程度とするのが好ましい。乾燥領域２１は、炉天井部に設けられたインフラスタイン（ＩＲ）ヒーター１１等の加熱手段により、雰囲気温度が３００〜５００℃程度に調整され、焼成領域２３は、炉天井部と炉床部とに設けられた近赤外線ランプヒーター１２等の加熱手段により、雰囲気温度が１０００℃程度に調整されているのが望ましい。乾燥領域は、図１のように１つの領域として構成されていてもよいし、複数の乾燥領域に区分された構成となっていてもよい。
【００１１】
また、図１のように、乾燥領域２１と焼成領域２３との間には、これら領域の一方が他方から受ける熱的影響を緩和するための緩衝領域２２を設けてもよい。緩衝領域２２の前端部と後端部とには、被熱処理物１が通過する部分の断面積を狭めるような隔壁１３を設け、緩衝領域２２の前後にある乾燥領域２１と焼成領域２３との間の熱の移動を妨げるようにすることが好ましい。
【００１２】
第一の搬送機構は、従来のウォーキングビームにおけるビーム（柱状部材）の代わりに、被熱処理物を支持可能な程度の張力を与えて炉長方向に張り渡した線材やチェーンを用いることも可能であるという発想に基づいて案出されたものであって、いわゆるダブルウォーキングビームのように、連続式熱処理炉に対して互いに異なった動作をするように所定間隔で配設された２種の線材又はチェーンからなるものでもよいし、一般的なウォーキングビームのように、一方が熱処理炉に対して固定され、他方が熱処理炉に対して移動するような、互いに所定間隔で配設された２種の線材又はチェーンからなるものであってもよい。
【００１３】
図２は、第一の搬送機構の実施形態の一例を示す概要説明図である。第一の搬送機構は、炉長方向に張り渡された線材、ビーム又はチェーンを動作させることにより当該線材、ビーム又はチェーンの上に載置された被熱処理物を搬送するものであり、本例では線材を用いた場合の例について説明する。本例において、第一の搬送機構は、各々２本の線材からなる第一線材２ａと第二線材２ｂとの２種の線材を有する。第一線材２ａは第一線材ホルダー３ａに端部を固定されている。第一線材２ａの端部は、巻バネ４ａを介して第一線材ホルダー３ａに固定されるため、第一線材２ａには常に同じ張力が与えられる。同様に、第二線材２ｂは、その端部が巻きバネ４ｂを介して第二線材ホルダー３ｂに固定され、常に同じ張力が与えられる。なお、図２においては、第一線材２ａ及第二線材２ｂの一方の端部が省略されているが、省略されている側の端部も同様に第一線材ホルダー又は第二線材ホルダーに固定されている。
【００１４】
第一線材ホルダー３ａと第二線材ホルダー３ｂとは、図１に示すように、それぞれ第一支持体５ａと第二支持体５ｂとに固定されている。第一支持体５ａは、駆動機構（図示せず）により一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退の動作を周期的に繰り返すように構成されており、これによって第一線材２ａも同様の周期的動作を行う。また、第二支持体５ｂは、駆動機構（図示せず）により一定の移動ストロークで前進、後退の動作を周期的に繰り返すように構成されており、これによって第二線材２ｂも同様の周期的動作を行う。
【００１５】
この搬送機構において、まず最初は、第一線材２ａが下降した状態にあり、このとき被熱処理物１は第二線材２ｂ上に載置されている。次いで、第二線材２ｂが所定のストローク分前進し、一方、第一線材２ａは下降したまま所定のストローク分後退する。続いて、第一線材２ａが所定のストローク分上昇し、この上昇の過程で被熱処理物１は第二線材２ｂ上から第一線材２ａ上に移載される。次に、第一線材２ａが上昇したまま所定のストローク分前進し、一方、第二線材２ｂは所定のストローク分後退する。最後に、第一線材２ａが下降し、この下降の過程で被熱処理物１が第一線材２ａ上から第二線材２ｂ上に移載され、各線材は当初の位置に戻る。この搬送機構は、各線材がこれらの動作を繰り返すことで、被熱処理物を搬送することができる。
【００１６】
なお、第一の搬送機構における線材の搬送動作は、これに限られるものではなく、例えば、前記の例において、第二線材２ｂが連続式熱処理炉に対して固定された状態とし、第一線材２ａのみが前記のような動作をするようにしてもよい。この場合、最初に、第二線材２ｂ上に載置された被熱処理物１は、第一線材２ａが上昇する際に第一線材２ａ上に移載される。次に、第一線材２ａが前進し、被熱処理物１を前進搬送する。更に、第一線材２ａが下降すると、被熱処理物１は第二線材２ｂ上に移載される。最後に、第一線材２ａが後退し、最初の位置に戻る。この搬送機構は、第一線材２ａが動作しなくとも第二線材２ｂが前記の動作を繰り返すことで、被熱処理物を搬送することができる。
【００１７】
図３は、第二の搬送機構の実施形態の一例を示す概要説明図である。第二の搬送機構は、ビーム、線材又はチェーンを動作させることにより当該ビーム、線材又はチェーンの上に載置された被熱処理物の搬送を行うものであり、本例ではビームを用いた場合の例について説明する。本例において、第二の搬送機構は、リフター７を上昇及び下降させる昇降駆動装置８と、リフター７に取り付けられたビーム６を前後方向に移動させるビーム駆動装置１０と、昇降駆動装置８自体を前後方向に水平移動させる水平移動装置９とを有し、これらの装置によって、ビーム６が、連続式熱処理炉に対して一定の移動ストロークで上昇、前進、下降、後退という動作を周期的に繰り返すことができるようになっている。
【００１８】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、この第二の搬送機構が、前述の第一の搬送機構から被熱処理物を受け取って、焼成領域内を搬送する動作を示す概要説明図である。まず最初は、図４（ａ）に示すように、ビーム６は下降した状態にあり、図４（ｂ）に示すように、第一の搬送機構により焼成領域２３の手前まで被熱処理物１が搬送されてきた時点で上昇を始める。この上昇の過程で、被熱処理物１は第一の搬送機構の線材２上からビーム６上に移載される。次いで、図４（ｃ）に示すように、ビーム６は上昇したまま前進し、この前進動作により、ビーム６上の被熱処理物１は焼成領域２３内を通過し、炉の出口３２を通じて炉外まで搬送される。続いて、図４（ｄ）に示すように、ビーム６は下降し、この下降の過程で被熱処理物１は、ビーム６上から線材２上に移載される。最後に、図４（ｅ）に示すように、ビーム６が下降したまま後退し、最初の状態に戻る。これらの動作を繰り返すことで、第二の搬送機構は被熱処理物を搬送することができる。
【００１９】
なお、本例においては、ビーム６の前後方向の移動のストロークが焼成領域２３の長さよりも長くなるように設定しているが、このように設定することにより、ビーム６の一度の前進動作で被熱処理物１が焼成領域２３を通過し、炉外まで取り出されるので、被熱処理物１の焼成領域２３の通過を短時間で素早く実施することが容易となり、被熱処理物１の急加熱・急冷却を行うことができる。
【００２０】
第一の搬送機構や第二の搬送機構においては、図２や図３に示すように、被熱処理物１が線材２ａ、２ｂやビーム６に直接接触した状態でそれらの上に保持されて搬送されるようになっていてもよいが、被熱処理物１が太陽電池基板であるような場合には、それら線材やビームあるいはチェーンに被熱処理物１を保持するための保持部材が装着され、当該保持部材が被熱処理物の縁部にのみ接触した状態で被熱処理物を保持することが好ましい。太陽電池基板は、表面のみならず裏面にも電極ペーストのパターン印刷がなされており、搬送機構がそれに接触した状態で高温下に置かれると、印刷面に傷や焼け跡が付いて、被熱処理物の性能や外観に悪影響を及ぼすため、前記のような保持部材を使用し、搬送機構の被熱処理物に対する接触を、パターン印刷のなされていない被熱処理物の縁部にのみ限定するのが望ましい。
【００２１】
例えば、図５は、ビームに保持部材が装着された状態を例示したものである。本例において、ビーム６の保持部材３５は、ビーム６の軸方向と直角をなす方向に延出するツメ状の部位を有する部材であり、搬送方向に所定の間隔を置いてビーム６上に複数個装着されている。この保持部材３５は、搬送路の中央線Ｌ側に向かって低くなるように傾斜する傾斜部位３６を有しており、当該傾斜部位３６において被熱処理物１の縁部にのみ接触し、被熱処理物１を保持する。
【００２２】
本発明の連続式熱処理炉は、以上説明したような２種類の搬送機構を有し、乾燥領域と焼成領域とで、被熱処理物を別個の搬送機構により搬送するように構成されているので、これら搬送機構の搬送速度が異なるように設定することで、乾燥領域における被熱処理物の搬送速度と焼成領域における被熱処理物の搬送速度とを異ならせることができる。前述のとおり、太陽電池基板の熱処理において理想的な乾燥・焼成曲線を得るためには、乾燥領域での被熱処理物の搬送速度よりも焼成領域での被熱処理物の搬送速度を高め、雰囲気温度が１０００℃以上の高温に保たれた焼成領域を短時間の内に素早く通過させることが求められるが、本発明では、２種類の搬送機構の搬送速度を別個に設定することで、このような理想的な乾燥・焼成曲線を実現することができる。
【００２３】
被熱処理物が、例えば一辺１５ｃｍ程度の矩形の太陽電池基板であり、雰囲気温度を３００〜５００℃に調整した乾燥領域の長さを約２ｍ、雰囲気温度を１０００℃程度に調整した焼成領域の長さを約０．３ｍとした場合においては、被熱処理物が１８秒間程度で乾燥領域を通過し、その後５秒間程度で焼成領域を通過して炉外まで搬送されるようにするのが好ましい。
【００２４】
本発明の搬送機構において使用する線材やチェーンとしては、炉内温度に耐え得る耐熱性と、必要な張力を与えることができるものであれば、その材質や形状に特に制限はないが、例えば、インコネル、チタン等の金属のより線や、径が１〜２ｍｍの細棒からなるワイヤー、あるいは、同様に耐熱性に優れた金属やセラミックからなるチェーンを挙げることができる。また、本発明の搬送機構において使用するビームの材質としては、高温の焼成領域と低温の炉外との両方の雰囲気に晒されるので耐熱性と耐熱衝撃性に優れた材質であることが好ましく、例えば炭化珪素系のセラミック材料からなるものが好適に使用できる。
【００２５】
本発明に係る連続式熱処理炉の熱処理対象となる被熱処理物は、特に限定されるものではないが、太陽電池基板のように、比較的小型で平板状の製品の熱処理に特に好適に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の連続式熱処理炉は、太陽電池基板等の熱処理に好適に使用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る連続式熱処理炉の実施形態の一例を示す概要説明図である。
【図２】第一の搬送機構の実施形態の一例を示す概要説明図である。
【図３】第二の搬送機構の実施形態の一例を示す概要説明図である。
【図４（ａ）】第二の搬送機構の動作を示す概要説明図である。
【図４（ｂ）】第二の搬送機構の動作を示す概要説明図である。
【図４（ｃ）】第二の搬送機構の動作を示す概要説明図である。
【図４（ｄ）】第二の搬送機構の動作を示す概要説明図である。
【図４（ｅ）】第二の搬送機構の動作を示す概要説明図である。
【図５】ビームに保持部材が装着された状態を示す概要説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：被熱処理物、２：線材、２ａ：第一線材、２ｂ：第二線材、３ａ：第一線材ホルダー、３ｂ：第二線材ホルダー、４ａ：巻きバネ、４ｂ：巻きバネ、５ａ：第一支持体、５ｂ：第二支持体、６：ビーム、７：リフター、８：昇降駆動装置、９：水平移動装置、１０：ビーム駆動装置、１１：インフラスタイン（ＩＲ）ヒーター、１２：近赤外線ランプヒーター、１３：隔壁、２１：乾燥領域、２２：緩衝領域、２３：焼成領域、３１：入口、３２：出口、３５：保持部材、３６：傾斜部位。
【図１】
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【図２】
2006132922.tif 000004
【図３】
2006132922.tif 000005
【図４（ａ）】
2006132922.tif 000006
【図４（ｂ）】
2006132922.tif 000007
【図４（ｃ）】
2006132922.tif 000008
【図４（ｄ）】
2006132922.tif 000009
【図４（ｅ）】
2006132922.tif 000010
【図５】
2006132922.tif 000011