(57)【要約】【課題】省エネルギー性や搬送安定性に優れるとともに、基板の温度測定が容易に行えるような連続式熱処理炉を提供する。【解決手段】基材上に機能膜材料が形成された基板１を搬送しながら前記機能膜材料を熱処理する連続式熱処理炉であって、基板１を搬送するための搬送機構として、垂直方向に立設され、駆動装置により回転する回転軸３と、回転軸３から水平方向に放射状に延びる、少なくとも２本を一組として複数組設けられたビーム５又は線材を有する搬送治具６とを備え、回転軸３を回転させることにより、搬送治具６を連続的又は間欠的に水平回転動作させて、搬送治具６に載置された基板１を搬送する搬送機構が備えられた連続式熱処理炉。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に機能膜材料が形成された基板を搬送しながら前記機能膜材料を熱処理する連続式熱処理炉であって、
前記基板を搬送するための搬送機構として、垂直方向に立設され、駆動装置により回転する回転軸と、当該回転軸から水平方向に放射状に延びる、少なくとも２本を一組として複数組設けられたビーム又は線材を有する搬送治具とを備え、前記回転軸を回転させることにより、前記搬送治具を連続的又は間欠的に水平回転動作させて、前記搬送治具に載置された前記基板を搬送する搬送機構が備えられた連続式熱処理炉。
【請求項２】
前記搬送治具が水平回転動作をすることにより移動する移動経路上に、前記搬送治具に前記基板を載置する投入部、前記搬送治具に載置された前記基板を乾燥する乾燥部、乾燥後の前記基板を焼成する焼成部、焼成後の前記基板を冷却する冷却部、及び冷却後の前記基板を搬送治具から取り去る取り出し部を、回転方向に沿って順に設けた請求項１に記載の連続式熱処理炉。
【請求項３】
少なくとも２本を一組とする前記ビーム又は線材間に、ネット状の保持部材を張り渡し、当該保持部材にて前記基板を保持する請求項１又は２に記載の連続式熱処理炉。
【請求項４】
前記保持部材が複数の傾斜部位を有し、当該複数の傾斜部位が前記基板の縁部に接触して前記基板を保持する請求項３に記載の連続式熱処理炉。
【請求項５】
前記ビーム又は線材の前記回転軸側とは反対側の端部に、温度記録用のデータロガーが設置され、当該データロガーが前記搬送治具とともに水平回転動作する請求項１〜４の何れか一項に記載の連続式熱処理炉。
【請求項６】
少なくとも前記乾燥部及び前記焼成部は、前記搬送治具の移動経路の上側に設けられた上型と、前記搬送治具の移動経路の下側に設けられた下型とから炉壁が構成された上下分割構造を有し、当該上下分割構造を有しない部位は、前記下型のみで炉壁が構成されるか、又は前記上型も前記下型も存在しない構造となっており、前記ビーム又は線材の前記回転軸側とは反対側の端部が、前記上型と前記下型との間に形成されたスリットから炉外に延出しており、当該炉外に延出した端部上に前記データロガーが設置された請求項５に記載の連続式熱処理炉。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の連続式熱処理炉を使用して、基材上に機能膜材料が形成された基板の前記機能膜材料に熱処理を施す基板の熱処理方法。
【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、基材上に機能膜材料が形成された基板を順次搬送しながら前記機能膜材料に熱処理を施す連続式熱処理炉と、それを用いた基板の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池基板の製造においては、シリコンからなる基材の表面及び裏面に導電性の電極材料をペースト状にして所定のパターンで印刷形成した後、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、焼成等）する工程がある。従来、この太陽電池基板のように、基材上に機能膜材料が形成された基板の熱処理に用いられる熱処理炉としては、基板を搬送するための搬送機構にメッシュベルトコンベアを用いたものが一般的であった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなメッシュベルトコンベアを搬送機構として用いた熱処理炉は、炉内において熱衝撃等による基板の破損が発生しても、その破片の大部分が落下することなくメッシュベルト上に留まり、そのまま炉の出口まで搬送されてくるため、破片が炉内に残って搬送機構に干渉し、搬送の妨げになるといった事態を回避できる利点がある。
【０００４】
しかしながら、このような熱処理炉においては、メッシュベルトが、炉内の高温と、基板を載置し支持するために必要な張力とに耐え得る熱耐久性や強度を有する必要があるため、メッシュベルトを構成するメッシュに線材密度が高く熱容量の大きいものを使用せざるを得ない。その結果、大熱容量のメッシュが間断なく炉に出入りを繰り返すことになるため、基板の加熱に要するエネルギーの他に、メッシュベルトを加熱するために極めて大きなエネルギーが消費されていた。
【０００５】
一方、最近では、前記のような基板の熱処理に、メッシュベルトに比して熱容量が小さいウォーキングビームを搬送機構として用いた熱処理炉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。）。
【０００６】
しかし、このような熱処理炉は、消費エネルギーの低減には有効であるものの、ビームが炉内に滞在して往復運動を繰り返すため、炉内で基板が破損すると、その破片も炉内に滞留して搬送機構に干渉し、搬送トラブルを招くおそれが有った。また、配置されるビームの間隔により、搬送される基板の寸法が限定されるというデメリットもあった。
【０００７】
更に、炉内各部のヒーター設定温度など熱処理条件を決めるに当たっては、基板に温度測定用の熱電対を取り付けて実際に炉内で搬送しながら熱処理を実施し、熱電対から有線で送られてくる搬送中の基板の温度を、炉外のデータロガーで記録するという測定作業を繰り返し行い、熱処理中の基板の温度変化（温度曲線）が理想的な状態となるように条件を調整して行くが、従来の入口から出口まで基板が直線的に搬送されて行く連続式熱処理炉で前記測定を行う場合には、まず、炉の入口側において、炉外に設置されているデータロガーに熱電対をケーブルで有線接続するとともに、当該熱電対を温度測定用の基板上に取り付け、基板が熱電対とともに炉内搬送されて出口まで搬送されたら、出口側においてデータロガーと熱電対を繋いでいたケーブルを分離するとともに、熱電対を基板から取り外して回収するという煩雑な作業を、１回測定する毎に行わなければならなかったため、繰り返し測定するには多大な手間と労力が必要であった。
【０００８】
また、このような測定方法においては、熱電対の炉内搬送中や回収作業中にケーブル等の接触などにより炉内のヒーター等を破損するという危険性も孕んでいた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２０３８８８号公報
【特許文献２】特開２００３−９０６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、省エネルギー性や搬送安定性に優れるとともに、基板の温度測定が容易に行えるような連続式熱処理炉と、それを用いた基板の熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下の連続式熱処理炉及び基板の熱処理方法が提供される。
【００１２】
［１］  基材上に機能膜材料が形成された基板を搬送しながら前記機能膜材料を熱処理する連続式熱処理炉であって、前記基板を搬送するための搬送機構として、垂直方向に立設され、駆動装置により回転する回転軸と、当該回転軸から水平方向に放射状に延びる、少なくとも２本を一組として複数組設けられたビーム又は線材を有する搬送治具とを備え、前記回転軸を回転させることにより、前記搬送治具を連続的又は間欠的に水平回転動作させて、前記搬送治具に載置された前記基板を搬送する搬送機構が備えられた連続式熱処理炉。
【００１３】
［２］  前記搬送治具が水平回転動作をすることにより移動する移動経路上に、前記搬送治具に前記基板を載置する投入部、前記搬送治具に載置された前記基板を乾燥する乾燥部、乾燥後の前記基板を焼成する焼成部、焼成後の前記基板を冷却する冷却部、及び冷却後の前記基板を搬送治具から取り去る取り出し部を、回転方向に沿って順に設けた前記［１］に記載の連続式熱処理炉。
【００１４】
［３］  少なくとも２本を一組とする前記ビーム又は線材間に、ネット状の保持部材を張り渡し、当該保持部材にて前記基板を保持する前記［１］又は［２］に記載の連続式熱処理炉。
【００１５】
［４］  前記保持部材が複数の傾斜部位を有し、当該複数の傾斜部位が前記基板の縁部に接触して前記基板を保持する前記［３］に記載の連続式熱処理炉。
【００１６】
［５］  前記ビーム又は線材の前記回転軸側とは反対側の端部に、温度記録用のデータロガーが設置され、当該データロガーが前記搬送治具とともに水平回転動作する前記［１］〜［４］の何れかに記載の連続式熱処理炉。
【００１７】
［６］  少なくとも前記乾燥部及び前記焼成部は、前記搬送治具の移動経路の上側に設けられた上型と、前記搬送治具の移動経路の下側に設けられた下型とから炉壁が構成された上下分割構造を有し、当該上下分割構造を有しない部位は、前記下型のみで炉壁が構成されるか、又は前記上型も前記下型も存在しない構造となっており、前記ビーム又は線材の前記回転軸側とは反対側の端部が、前記上型と前記下型との間に形成されたスリットから炉外に延出しており、当該炉外に延出した端部上に前記データロガーが設置された前記［５］に記載の連続式熱処理炉。
【００１８】
［７］  前記［１］〜［６］の何れかに記載の連続式熱処理炉を使用して、基材上に機能膜材料が形成された基板の前記機能膜材料に熱処理を施す基板の熱処理方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の連続式熱処理炉は、従来のメッシュベルトコンベアを用いた連続式熱処理炉に比して、消費エネルギーを低減することが可能であり、省エネルギー性に優れる。また、炉内で基板が破損しても、その破片が炉内に滞留しにくいため、破片が搬送機構に干渉することにより生じる搬送トラブルを有効に回避でき、搬送安定性に優れる。更に、温度記録用のデータロガーを基板の近傍に設置して、基板とともに搬送させることができるとともに、搬送が水平回転動作であり一周する毎に元の位置に戻ってくるため、温度測定における熱電対の回収や、繰り返しの測定が容易となり、熱処理条件を決めるための温度測定作業が著しく簡略化される。また、本発明の基板の熱処理方法によれば、前述のような省エネルギー性、搬送安定性、温度測定の容易さ等の利点を有する搬送機構を備えた連続式熱処理炉を用いて基板の熱処理を行うことにより、実際の熱処理において前記利点を享受することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
前記のとおり、本発明の連続式熱処理炉は、基材上に機能膜材料が形成された基板を搬送しながら前記機能膜材料を熱処理するものであって、前記基板を搬送するための搬送機構として、垂直方向に立設され、駆動装置により回転する回転軸と、当該回転軸から水平方向に放射状に延びる、少なくとも２本を一組として複数組設けられたビーム又は線材を有する搬送治具とを備え、前記回転軸を回転させることにより、前記搬送治具を連続的又は間欠的に水平回転動作させて、前記搬送治具に載置された前記基板を搬送する搬送機構が備えられていることを、その主要な特徴とする。
【００２１】
以下、本発明の代表的な実施形態を図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２２】
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平面図であり、図２は同じく本発明に係る連続式熱処理炉の実施形態の一例を示す部分斜視図である。この連続式熱処理炉において、基板を搬送するために使用される搬送機構は、従来の連続式熱処理炉に使用されていたメッシュベルトコンベアやウォーキングビームのように、基板を直線的に搬送するものではなく、ビーム等を水平回転動作させることにより基板を円運動するように搬送するものである。
【００２３】
この搬送機構は、図１及び図２に示すように、垂直方向に立設され、駆動装置（図示せず）により回転する回転軸３と、回転軸３から水平方向に放射状に延びる、少なくとも２本を一組として複数組設けられたビーム５を有する搬送治具６とを備えたものである。ビーム５は、回転軸３に直接固定されていてもよいが、回転軸３の上端に、ビーム５を取り付けるための取り付け板７を水平に固定し、この取り付け板７にビーム５の一端部を固定するようにするのが、安定した取り付けを実現する上で好ましい。
【００２４】
また、ビーム５の回転軸３側と反対側の端部は、各組ごとに固定板９に固定されるとともに、ビーム５の搬送動作時において、当該固定板９が、回転軸３の軸心とその中心が一致するような円環状のレール１１上を摺動するように構成することが好ましい。このようにすれば、ビーム５の動作を安定させることができるとともに、耐荷重性が向上し、載置可能な基板１の重量や枚数を増やすことが可能となる。
【００２５】
また、このような構成であれば、取り付け板７と固定板９との間に、ワイヤー等の線材を所定の張力を付与して張り渡すことで、当該線材をビーム５の代わりに使用することも可能になる。図示の実施形態は、搬送機構にビーム５を使用した例であり、本明細書の説明も基本的にそれに基づいて行うが、本発明には、前記のように線材を用いた実施形態も含まれるものとする。
【００２６】
搬送機構より搬送される基板１は、ビーム５上に直接載置することも可能であるが、少なくとも２本を一組としたビーム５の各組のビーム５間に、ネット状の保持部材１３を張り渡し、この保持部材１３にて前記基板を保持することが好ましい。このような構成にすると、搬送中に熱衝撃等で基板１が破損しても、少なくとも保持部材１３のネットの網目を通過しないような大きな破片は、落下することなく保持部材１３上に残って、搬送機構の動作を妨げることなく最後まで搬送されるため、搬送トラブルを回避する上で有効である。
【００２７】
なお、このようにビーム５間にネット状の保持部材１３を張り渡すに当たっては、前述のメッシュベルトコンベアに使用されるメッシュベルトのように大きな張力を付与する必要は無いので、あまり高い強度は求められず、比較的線材密度の低い低熱容量のネットを使用できる。更に、メッシュベルトコンベアのように搬送路全体にメッシュが使用されるわけではなく、各搬送治具６を構成するビーム５間にのみ保持部材１３が使用されるので、メッシュベルトコンベアを用いた熱処理炉に比して、搬送機構自体の加熱に要するエネルギーを大幅に低減することが可能である。
【００２８】
保持部材１３は、複数の傾斜部位を有し、それら複数の傾斜部位が基板１の縁部に接触して基板１を保持するようになっていることが好ましい。図３及び図４は、保持部材の傾斜部位の構成例を示したものである。このように保持部材１３に形成された複数の傾斜部位１５が基板１の縁部と接触して基板１を保持することにより、それら傾斜部位１５は基板１の水平方向の動きを抑制するストッパとして機能し、搬送中の基板１の位置ズレを防止して搬送安定性を高める。
【００２９】
また、このように傾斜部位１５によって基板１を保持する場合、基板１の寸法がある程度の範囲で変動しても、前記のようにズレを防止して保持することが可能である。すなわち、図５の側面図に示すように、比較的寸法の小さい基板１ａの場合は、傾斜部位１５の下方の部分で基板１ａと接触して保持し、比較的寸法の大きい基板１ｂの場合は、傾斜部位１５の上方の部分で基板１ｂと接触して保持するので、傾斜部位１５自体の構成を変えることなく、ある程度の範囲において基板寸法の変動に対応できる。対応可能な寸法の範囲は、傾斜部位１５の長さや傾斜角度による。
【００３０】
ビーム５の回転軸３側とは反対側の端部には、温度記録用のデータロガー１７が設置され、このデータロガー１７が搬送治具６とともに水平回転動作するようにすることが好ましい。データロガー１７は、ビーム５の端部に直接設置されていてもよいが、図２のように、ビーム５の端部を固定板９に固定する場合には、固定板９上にデータロガー１７を載置するようにしてもよい。このような構成とすると、図６に示すように、データロガー１７と、それに有線接続された熱電対１９を取り付けた基板１とを近傍位置で一緒に搬送することができる。しかも、搬送が水平回転移動であり一周する毎に搬送治具６が元の位置に戻ってくるため、温度測定における熱電対１９の回収が著しく容易になり、また、繰り返し温度測定を行う場合には、従来のように１回測定する度に熱電対１９を基板１やデータロガー１７から脱着する必要が無く、繁雑な作業を行わずに何度でも連続して測定することができる。
【００３１】
このような搬送機構を用いた本発明の連続式熱処理炉では、搬送治具６が水平回転動作をすることにより移動する移動経路上に、熱処理に必要な各行程を行う部位を配置することになる。具体的な実施形態としては、図１のように、ビーム５等で構成される搬送治具６に、これから熱処理を施そうとする基板１を載置する投入部２１、搬送治具６に載置された基板１を乾燥する乾燥部２３、乾燥後の基板１を焼成する焼成部２５、焼成後の基板１を冷却する冷却部２７、及び冷却後の基板１を搬送治具６から取り去る取り出し部２９を、回転方向に沿って順に設けたものが挙げられる。なお、本例では、乾燥部２３を３つ、焼成部２５を１つ、冷却部２７を２つとしているが、これらの各部の数は特に限定されるものではなく、熱処理条件等に応じて適宜必要な個数を設ければよい。
【００３２】
投入部２１において基板１が載置された搬送治具６は、その水平回転動作によって、乾燥部２３、焼成部２５、冷却部２７と順次移動し、その間に基板１上に形成された機能膜材料に所定の熱処理が施される。その後、搬送治具６は取り出し部２９に移動し、そこで基板１が搬送治具６から降ろされる。こうして熱処理後の基板１が取り除かれた搬送治具６は、更に回転して投入部２１に戻り、再び新たな基板１が載置されることになる。
【００３３】
なお、搬送治具６は、常に一定の速度で連続的に移動するようにしてもよいし、途中で速度が変化するようにしてもよいし、また、乾燥部、焼成部等の各部で、所定時間停止するような間欠的（タクト的）な搬送動作をするようにしてもよい。
【００３４】
乾燥部２３及び焼成部２５には、ヒーター４１等の加熱手段が設置され、基板１を所望温度に加熱できるよう、温度設定がなされる。冷却部２７は基板１を単に自然冷却するようにしてもよいし、必要に応じて冷却用エアーを導入するなどして基板１を強制冷却するようにしてもよい。
【００３５】
本発明の連続式熱処理炉において、前述のように搬送治具６のビーム５の端部にデータロガー１７を設置する場合においては、少なくとも乾燥部２３及び焼成部２５が、図２に示すように、搬送治具６の移動経路の上側に設けられた上型３１と、搬送治具６の移動経路の下側に設けられた下型３３とから炉壁が構成された上下分割構造を有し、当該上下分割構造を有しない部位（例えば、投入部２１、冷却部２７、取り出し部２９）は、下型のみで炉壁が構成されるか、又は上型も下型も存在しない構造となっており、ビーム５の回転軸３側とは反対側の端部が、上型３１と下型３３との間に形成されたスリット３９から炉外に延出しており、その炉外に延出したビーム５の端部にデータロガー１７が設置された構成となっていることが好ましい。
【００３６】
データロガーは、通常、炉内の高温に耐えられる程の十分な耐熱性を有していないため、前述のように搬送治具６とともにデータロガー１７を移動させる場合においても、データロガー１７が炉体外に配置されることが望ましく、そのための工夫として、前記のような構成が案出された。
【００３７】
すなわち、前記のように炉体を上下分割構造とすれば、上型３１と下型３３との間隔を調整することで、両者間にスリット３９を設けることができ、このスリット３９からビーム５の回転軸３側とは反対側の端部を炉外にまで延出して、その炉外に延出したビーム５の端部にデータロガー１７を設置すれば、熱によるトラブルを心配することなくデータロガー１７を使用できる。
【００３８】
なお、上型３１と下型３３とは、搬送治具６の水平回転動作を妨げないよう、搬送治具６の動作範囲の全周に渡って完全に分離している必要があり、そのような分離状態を得るための方法の１つとして、例えば、図２に示すように、炉を収容する建造物の天井部等に設けた吊り下げ機構３５により上型３１を吊り下げ支持する構造とし、上型３１と下型３３との間に搬送治具６の水平回転動作を妨げるような構造物が存在しないようにすることが好ましい。
【００３９】
また、吊り下げ機構３５は、ワイヤー等からなる吊り下げ部材３７の長さを変えることで、上型３１の高さが調節できるようになっていることが好ましく、その高さ調節により、搬送治具６の水平回転動作を妨げない範囲で、上型３１を下型３３に近づけて両者間のスリット３９幅をできるだけ狭くし、炉内の熱が当該スリット３９を通じて炉外に逃げるのを抑えることが望ましい。
【００４０】
本発明の基板の熱処理方法は、以上説明した本発明の連続式熱処理炉を使用して、基材上に機能膜材料が形成された基板の前記機能膜材料に熱処理を施すものであり、前述のような省エネルギー性、搬送安定性、温度測定の容易さ等の利点を有する搬送機構を備えた連続式熱処理炉を用いて基板の熱処理を行うことにより、実際の熱処理において前記利点を享受することができる。
【００４１】
本発明の連続式熱処理炉及び熱処理方法は、太陽電池基板上に形成された電極ペーストを熱処理するためのものとして特に好適に使用できるが、当該連続式熱処理炉及び熱処理方法の用途はそれにのみ限定されるものではなく、基板上に塗布、印刷等の各種手段により形成され、所定の機能を発揮させるために熱処理を施すことを必要とする様々な機能膜材料の熱処理に広く用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、太陽電池基板のような、基材上に機能膜材料が形成された基板の前記機能膜材料に熱処理を施すための熱処理炉及び熱処理方法として好適に利用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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平面図である。
【図２】本発明に係る連続式熱処理炉の実施形態の一例を部分斜視図である。
【図３】保持部材の傾斜部位の構成例を示す斜視図である。
【図４】保持部材の傾斜部位の構成例を示す斜視図である。
【図５】保持部材による基板の保持状態を示す側面図である。
【図６】データロガーと熱電対の設置状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：基板、３：回転軸、５：ビーム、６：搬送治具、７：取り付け板、９：固定板、１１：レール、１３：保持部材、１５：傾斜部位、１７：データロガー、１９：熱電対、２１：投入部、２３：乾燥部、２５：焼成部、２７：冷却部、２９：取り出し部、３１：上型、３３：下型、３５：吊り下げ機構、３７：吊り下げ部材、３９：スリット、４１：ヒーター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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