JP3844067B2

JP3844067B2 - 熱処理炉の内張材

Info

Publication number: JP3844067B2
Application number: JP2002165534A
Authority: JP
Inventors: 毅永田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004012007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、清浄度が要求される電子機器用基板等の熱処理に用いられる熱処理炉の内張材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器産業の発達に伴い各種電子機器、とりわけ液晶やプラズマ・ディスプレイ・パネルといった表示装置等の基板ガラスは大型化が進んできている。
【０００３】
これらの用途に用いられる基板ガラスは、その上に電極や絶縁層の精密な薄膜または厚膜電気回路を形成するため、約５００〜７００℃の温度域で成膜熱処理やパターニング等の熱処理を受ける。
【０００４】
これらの熱処理工程において、熱処理炉の処理部内での基板ガラスの熱処理温度（焼成温度）は均一で、かつ熱処理炉に使用している耐火物及び発熱体の劣化等による汚れが基板ガラスと接触しないように清浄な状態を保つ必要がある。
【０００５】
従来、熱処理炉の内張材として、特開平５−３３０８３６号等の公報に記載されているような透明結晶化ガラスや、セラミックス材料等が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱処理炉の内張材の透明結晶化ガラスは熱膨張係数がほぼゼロに近いが、赤外線（熱線）だけでなく可視光線も透過するため、精密な薄膜または厚膜電気回路が形成された基板ガラスを焼成する際に、電気回路内の可視光線吸収特性の差により基板ガラス表面内で温度差が生じやすい。また、可視光線を透過するため発熱体の配置や支持構造等の要因により内張材自体の面内に温度差が生じると、内張材の表面から再放射される遠赤外線が不均一に放射されることになり、処理部内の焼成温度が均一になり難い。そのため、精密な電気回路が形成された基板ガラスを焼成する際に、焼成温度が不均一になり、回路パターンが所定の設計範囲から外れて焼成されて電気的な性能を維持できなくなる不良の原因になるという問題がある。
【０００７】
また、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ系セラミックス材料は、熱膨張係数が約４０×１０^-7／Ｋであるので、熱処理を長期間に亘って連続的または断続的に繰り返して行うと、セラミックス材料にサーマル・ショック等による疲労劣化が生じる。このため、このようなセラミックス材料熱処理炉の内張材として使用した場合には、内張材から劣化した部分が処理部内に落下して基板ガラス等に付着し汚染するので清浄度を維持する上で問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、処理部内における被処理物の焼成温度のバラツキを小さくすることができ、かつ、処理部内の清浄度を高度に維持することが可能である熱処理炉の内張材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱処理炉の内張材は、熱処理炉の発熱体側と被処理物が位置する処理部側とを隔離する熱処理炉の内張材であって、厚さを５ｍｍとした場合に５００ｎｍ以下の可視光透過率が５％以下であり、且つ１１００ｎｍの赤外線透過率が７０％以上である結晶化ガラスから形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の熱処理炉の内張材は、熱膨張係数（３０〜７５０℃）が−５×１０^-7〜５×１０^-7／Ｋであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明における熱処理炉の内張材は、図１の透過率曲線が示すように、厚さを５ｍｍとした場合に５００ｎｍ以下の可視光透過率が５％以下で可視光線を吸収し、且つ１１００ｎｍの赤外線透過率が７０％以上で熱線透過する黒色の結晶化ガラス板で構成されるため、発熱体からの放射エネルギー（例えば、図２：１２００Ｋの黒体放射強度と波長）の内、可視光線領域のエネルギーが黒色の結晶化ガラス板に吸収され、それ以外の赤外線領域の放射エネルギーのみを透過することになる。また、黒色の結晶化ガラス自体は透明な結晶化ガラスと比べて赤外線領域の吸収が少し大きく、可視光線領域および赤外線領域で吸収されたエネルギーによって加熱されるので、昇温速度が高く、内張材の面内が従来よりも均一に加熱される。これにより内張材の表面から再放射される遠赤外線が従来よりも均一に放射されることになり、被処理物と処理部内温度（雰囲気温度）との差も小さくなって被処理物の焼成温度のバラツキがほとんどなくなり従来よりも均一に加熱することが可能となる。
【００１２】
また、黒色の結晶化ガラスの熱膨張係数（３０〜７５０℃）が、−５×１０^-7〜５×１０^-7／Ｋとゼロ膨張に近いので、熱処理を長期間に亘って連続的または断続的に繰り返して行っても疲労劣化することがない。また、急激なサーマル・ショック等で破損もしないので、内張材自体から微粉等が生じることがなく、密閉構造で清浄な処理部内を維持することが可能となる。
【００１３】
本発明で内張材を構成するゼロ膨張で黒色の結晶化ガラス板としては、３０〜７５０℃の温度範囲において、−５×１０^-7〜５×１０^-7／Ｋの熱膨張係数を有するものが適しており、好ましくは−３×１０^-7〜３×１０^-7／Ｋの熱膨張係数で、さらに好ましくは−２×１０^-7〜２×１０^-7／Ｋの熱膨張係数である。具体的には、質量％で、ＳｉＯ₂ ６０〜７２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １４〜２８％、Ｌｉ₂Ｏ２．５〜５．５％、ＭｇＯ０．１〜０．９％、ＺｎＯ０．１〜０．９％、ＴｉＯ₂ ３〜６％、Ｖ₂Ｏ₅ ０．０３〜０．５％、Ｎａ₂Ｏ０．１〜１％、Ｋ₂Ｏ０〜１％、ＣａＯ０〜２％、ＢａＯ０〜２％、ＰｂＯ０〜２％、Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜２％、ＺｒＯ₂ ０〜３％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜３％の組成を有し、β―石英固溶体結晶を析出してなる黒色結晶化ガラスが好適である。
【００１４】
次に、ゼロ膨張で黒色の結晶化ガラス板と透明結晶化ガラス板（日本電気硝子社製Ｎ−０）について、図３に示すラジアントヒーター加熱装置を用いてヒーター線上方部Ｍとヒーター線のない中央部Ｓのガラス表面温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
黒色の結晶化ガラス板は、面内の温度分布が小さく、板自身の温度も高くなることがわかった。
【００１７】
このようなことから、ゼロ膨張で黒色の結晶化ガラス板は熱処理炉の内張材として好適に用いることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の熱処理炉の内張材を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図４は、本発明におけるガラス物品の焼成炉１０の説明図である。図中、焼成炉１０の内壁１１は所定厚さを有する耐火物からなり、その所定箇所に複数のニクロム系発熱体１２が取り付けられた構造を有しており、その内側には、多数のゼロ膨張で黒色の結晶化ガラス板からなる内張材１３が配置されて、処理部２０を形成している。内張材１３は、耐熱鋼からなる骨材（図示せず）によって密閉構造となるように取り付けられ、また内壁１１の外側には、所定の厚みの鉄板からなる外壁１４が設けられている。
【００２０】
焼成炉１０の内部には、耐熱鋼からなる搬送コンベヤー１５が備え付けられており、駆動ローラー１６が回転することによって、焼成炉１０の長さ方向に所定の速度で移動するようになっている。
【００２１】
内張材１３を構成するゼロ膨張で黒色の結晶化ガラス板は、ガラス組成（質量％）がＳｉＯ₂ ６８．３％、Ａｌ₂Ｏ₃ １９．８％、Ｌｉ₂Ｏ４．５％、ＭｇＯ１．０％、ＺｎＯ１．０％、ＴｉＯ₂ ４．１％、Ｖ₂Ｏ₅ ０．１％、Ｎａ₂Ｏ０．６％、Ｋ₂Ｏ０．６％からなり、ロール製板によって５ｍｍの厚さの大板に成形した後、５００ｍｍ×７００ｍｍに切断して作製した。
【００２２】
一方、比較例としてゼロ膨張で透明な結晶化ガラス板である日本電気硝子（株）製のネオセラムＮ−０、および市販のＳｉＣセラミック板を使用した。
【００２３】
こうして作製した実施例および比較例の各試料について測定した熱膨張係数、透過率、温度分布のバラツキ、清浄度を表２に示す。
【００２４】
【表２】

【００２５】
表２から明らかなように、実施例Ｎｏ．１は、熱膨張係数が０．５×１０^-7／Ｋであり、透過率は可視光線がほとんど吸収されるため、焼成炉の処理部２０内の温度分布にはバラツキがほとんどなく、温度分布の評価は良好であり、清浄度も良好であった。
【００２６】
これに対して、比較例Ｎｏ．２は可視光線を透過するため、焼成炉の温度分布に少しバラツキが生じた。また、Ｎｏ．３は、可視光線及び赤外線領域を吸収するため、処理部２０内の温度上昇が遅くなり、均一加熱は行えたものの温度分布が安定するまでに長時間を要した。
【００２７】
なお、上記実施例及び比較例の熱膨張係数は、Ｄｉｌａｔｏメーターによって測定した。透過率は、分光光度計を用いて測定した。処理部内温度分布は、上下左右の７ポイントで測定して、±３℃以内であれば良好であるので評価は○として、±３℃より大きい場合および処理部内温度が所定温度になるのに長時間かかる場合は×として評価した。清浄度は、処理部内に異物がまったく発生しない場合は良好であり評価を○とし、処理部内に異物が発生した場合には清浄度が悪くなるので×として評価した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る熱処理炉の内張材は、可視光線を吸収して熱線を透過する黒色の結晶化ガラス板で構成され、黒色の結晶化ガラス板が発熱体からの可視光線領域のエネルギーによって加熱されるので、透明結晶化ガラスよりも昇温速度が高くなり内張材の面内が従来よりも均一に加熱される。これにより内張材の表面から再放射される遠赤外線が従来よりも均一に放射されることになり、被処理物と処理部内温度（雰囲気温度）との差が小さくなって焼成温度のバラツキがほとんどなくなり従来の内張材よりも被処理物を均一に加熱することができる。
【００２９】
また、本発明の熱処理炉の内張材は、黒色の結晶化ガラス板の熱膨張係数（３０〜７５０℃）が−５×１０^-7〜５×１０^-7／Ｋとゼロ膨張に近いので、熱処理を繰り返しあるいは連続的に行っても劣化することがなく、急激なサーマル・ショック等で破損も生じず内張材自体から微粉等が生じることがない。また、密閉構造で清浄な処理部内を維持することが可能となるので、高度な清浄度が要求される電子機器用基板の熱処理炉の内張材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるゼロ膨張で黒色の結晶化ガラスの透過率曲線を説明する図。
【図２】黒体の放射強度と波長の関係を示す説明図。
【図３】ラジアントヒーターを使用した評価用加熱装置の説明図。
【図４】本発明の内張材を用いた熱処理炉の説明図。
【符号の説明】
１０焼成炉
１１内壁
１２発熱体
１３内張材（ゼロ膨張の黒色結晶化ガラス板）
１５搬送コンベアー
１６駆動ローラー
２０処理部
Ｍヒーター線上方部
Ｓヒーター線のない中央部

Claims

熱処理炉の発熱体側と被処理物が位置する処理部側とを隔離する熱処理炉の内張材であって、
厚さを５ｍｍとした場合に５００ｎｍ以下の可視光透過率が５％以下であり、且つ１１００ｎｍの赤外線透過率が７０％以上である結晶化ガラスから形成されてなることを特徴とする熱処理炉の内張材。
熱膨張係数（３０〜７５０℃）が−５×１０^-7〜５×１０^-7／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉の内張材。