KR101000677B1

KR101000677B1 - 박판유리 강화 열처리장치

Info

Publication number: KR101000677B1
Application number: KR1020100058109A
Authority: KR
Inventors: 김한곤
Original assignee: 정숙자; 김한곤
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2010-12-10

Abstract

본 발명은 박판유리 강화 열처리장치에 관한 것으로서, 강화 열처리되는 유리의 이동시간 및 이동거리를 줄임으로써 소모되는 시간과 에너지를 줄이면서 안정된 강화 열처리를 수행할 수 있도록 하기 위하여, 내부에 가열 및 송풍 기능을 수행하는 단열벽 구조의 수용실이 마련되며 전방에 개폐문이 설치되는 예열로와, 상기 예열로의 하부에 위치되어 지면에 설치되며 상부측에 개폐문이 설치되는 내화벽 구조이고 내부에 간접가열수단이 구비되는 본체로와, 상기 본체로의 전방에 위치되어 지면에 설치되며 상측 개방된 단열벽 구조이고 내부에 냉각수의 온도를 조절하는 파이프 히터가 설치되는 냉각로와, 상기 예열로의 상부측에 전방 방향으로 연장되어 고정 설치되는 레일과, 상기 레일상에 주행가능하게 설치되는 이송대차와, 상기 이송대차에 설치되어 하부측으로 수직 작동되면서 유리적재대를 승강시키는 승강수단과, 상기 예열로, 본체로, 냉각로, 이송대차 및 승강수단에 연결되어 전체 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.

Description

박판유리 강화 열처리장치{Heat treat apparatus for tempering a thin glass}

본 발명은 박판유리 강화 열처리장치에 관한 것으로서, 특히 박판유리의 표면경화를 위한 열처리를 자동으로 수행하는 과정에서 유리 적재대의 공정거리를 짧게 하여 공정시간을 단축시키고 효율적인 공간확보를 할 수 있도록 한 박판유리 강화 열처리장치에 관한 것이다.

통상 휴대폰, PC, PDA, 네비게이션, 건축용 및 각종 산업용 유리 등에 사용되는 강화유리는 박판형태로서 스크래치의 발생이 적고 투광성이 뛰어난 특성을 지닌다. 다만 이러한 특성 유지를 위해 표면경화 열처리를 거치는 것이 필요한 바, 자동화 설비를 기반으로 하는 양산 품질과 생산성의 확보도 절실하다.

상기 일예로 등록실용신안 제432508호 및 등록특허 제866844호에서와 같이 연속로를 이용한 강화 열처리장치가 개시된 바 있다. 상기 등록실용신안 제432508호에서는 예열로와 염욕로, 서냉로, 온수로, 열수로 및 건조로가 차례로 구성되어 유리가 순차적으로 이동되면서 열처리되어지는 구성이고, 등록특허 제866844호에서는 예열로, 본체로, 냉각로가 구성되어 유리가 순차적으로 이동되면서 열처리되어지는 구성이다.

하지만 상기한 구성들은 유리가 적재대에 적재되어 이송수단에 의해 세부 공정에 따른 다수의 각 로마다 투입, 배출되는 과정을 거쳐 수행되고, 더군다나 직선형태로 길게 이동되므로 열처리되는데 시간이 오래 걸리게 되고, 이동거리가 길기 때문에 이동과정에서 유리의 손상을 초래할 수 있으며, 이동시 열손실이 발생되므로 사용되는 전력 소모가 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 열처리되는 유리의 이동시간 및 이동거리를 줄여 이동간에 열손실을 없애면서 작업시간을 줄일 수 있으며 작업공간을 최소화 할 수 있도록 하는 박판유리 강화 열처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 박판유리를 순차적 공정으로 예열, 가열, 냉각하여 열처리하는 장치에 있어서, 내부에 가열 및 송풍 기능을 수행하는 단열벽 구조의 수용실이 마련되며 전방에 개폐문이 설치되는 예열로와, 상기 예열로의 하부에 위치되어 지면에 설치되며 상부측에 개폐문이 설치되는 내화벽 구조이고 내부에 간접가열수단이 구비되는 본체로와, 상기 본체로의 전방에 위치되어 지면에 설치되며 상측 개방된 단열벽 구조이고 내부에 냉각수의 온도를 조절하는 파이프 히터가 설치되는 냉각로와, 상기 예열로의 상부측에 전방 방향으로 연장되어 고정 설치되는 레일과, 상기 레일상에 주행가능하게 설치되는 이송대차와, 상기 이송대차에 설치되어 하부측으로 수직 작동되면서 유리적재대를 승강시키는 승강수단과, 상기 예열로, 본체로, 냉각로, 이송대차 및 승강수단에 연결되어 전체 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 박판유리 강화 열처리장치를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 박판유리 강화 열처리장치는 박판유리가 적재되는 유리적재대의 공정 이동거리를 짧게 하여 작업시간을 단축시키고 이동간에 발생되는 열손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 좁은 공간에 설치가능하도록 함으로써 공간 활용도를 높일 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 공정을 단순화시켜 설치되는 로의 수를 줄일 수 있게 되므로 제작비 또한 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 의한 박판유리 강화 열처리장치의 사시도,
도 2a 내지 도 2c는 도 1a 내지 도 1c의 측면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 평면도,
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b의 정면도이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1a 내지 도 4b를 함께 참조하여 보면 본 발명에 의한 박판유리 강화 열처리장치는 박판유리를 순차적 공정으로 예열, 가열, 냉각하여 열처리하는 장치에 있어서, 수용실(11)이 마련된 예열로(10)와, 예열로(10)의 하부에 위치되어 지면에 설치되는 본체로(20)와, 본체로(20)의 전방에 위치되어 지면에 설치되는 냉각로(30)와, 예열로(10)의 상부측에 설치되는 레일(40)과, 레일(40)을 따라 주행되는 이송대차(50)와, 이송대차(50) 상에 설치되어 유리적재대(3)를 승강시키는 승강수단(60)과, 전체 작동을 제어하는 컨트롤러(70)로 이루어진다.

상기 예열로(10)는 전방에 개폐문(12)이 설치되고, 하부측이 개방된 형태의 박스형 구조이며, 단열벽 구조로 이루어진 내부 수용실(11)이 마련된다. 예열로(10)의 하부측이 개방되어 있다 하더라도 그 하부측에 본체로(20)가 밀폐형으로 연결 설치되고 또한 본체로(20) 상부측에 개폐문(22)이 설치됨으로써 수용실(11)은 전방 개폐문(12)이 폐쇄되어 있으면 밀폐되는 구조이다.

상기 개폐문(12)은 예열로(10)의 양측 외벽에 설치된 실린더(12a)의 작동에 의해 개폐 작동되며, 수용실(11)에는 내부 가열을 위한 파이프 히터(14)가 양측 내벽에 다수로 설치되고, 후방측 내벽에는 외부와 연통되는 통공(15a)이 형성되어 통공(15a)의 외부측에 송풍기(15)가 수용실(11)과 연통되게 설치되어 수용실(11) 내의 가열공기를 외부로 송풍시킨다.

수용실(11)에 파이프 히터(14)가 설치되는데, 이때 박판유리의 표면을 좀 더 효율적으로 예열시키면서 우수한 품질을 갖도록 하기 위해서 파이프 히터(14)와 원적외선 히터(미도시됨)를 교대로 설치할 수 있으며 또는 원적외선 히터 만으로 설치할 수 있다.

이로 인해 수용실(11) 내부를 가열하고 송풍기(15)를 작동시켜 송풍량을 조절하면서 온도를 조절할 수 있다. 이때 정밀 제어를 위해서 수용실(11)에 온도센서(미도시됨)를 설치하고 온도가 설정치를 초과하면 송풍기(15)의 송풍량을 증가시키고 반대로 미달하면 송풍기(15)의 송풍량을 감소시키면 된다.

상기한 예열로(10)의 수용실(11)내 설정치 온도는 350∼400℃이고, 30분∼1시간 30분 동안 박판유리의 예열처리를 수행한다. 이때 열처리 온도가 350℃ 이하이면 박판유리가 충분히 예열되지 않아 다음 공정인 본체로(20)에서 박판유리 표면의 나트륨 이온이 전이되기 어려우므로 질산칼륨용액(27)과의 이온치환반응이 이루어지기 곤란하거나 반응시간이 더 걸리게 되는 문제가 생기게 되고, 열처리 온도를 400℃ 이상으로 하면 예열시 열충격에 의해 파손의 위험이 있고, 본체로(20)에서 나트륨 이온과 칼륨 이온의 급격한 이온치환반응이 발생되어 박판유리의 탄성이 저하되는 등의 품질에 나쁜 영향을 미치게 되므로, 본 발명에서는 박판유리의 두께에 따라 최소 350℃에서 최대 400℃의 온도로 설정하는 것이 바람직하다.

예열로(10)의 상부측에는 레일(40)이 고정 설치된다. 레일(40)은 예열로(10)의 전방 방향으로 후술되는 냉각로(30)와 준비대(80)의 상부측에까지 연장 형성된다.

또한 예열로(10)의 상단부에는 후술되는 승강수단(60)의 구성요소인 와이어(63)가 드나들도록 전방으로 개방된 형태의 작동로(16)를 형성한다. 상기 작동로(16)는 예열로(10) 내부 수용실(11)에서 상부측으로도 개방된 형태로 형성되므로 개방상태에서는 예열로(10)를 밀폐 시킬수 없기 때문에 작동로(16)의 상부측을 단속하여 밀폐시킬 수 있도록 개폐문(17)을 설치한다. 상기 개폐문(17)은 예열로(10)의 상부 일측에 설치된 실린더(17a)에 의해 개폐 작동되도록 설치됨이 바람직하다.

예열로(10)의 하부에는 본체로(20)가 위치되어 지면에 설치된다. 상기 예열로(10)와 본체로(20)는 도 2a에서와 같이 본체로(20)는 지면에 설치되고 예열로(10)는 본체로(20)의 상부에 설치되는 2층 구조이다.

상기 본체로(20)는 복수의 내화벽 구조로 이루어져 있으며, 상부측이 개방되어 그 상부측에 개폐문(22)이 설치된다. 이 개폐문(22)은 유리적재대(3)의 출입방향을 기준하여 양측 방향으로 이동되도록 설치되는 안내레일(25) 상에 설치되어 슬라이드형 구조로 작동되며, 본체로(20)의 후방측에 설치되어 양측 개폐문(22)에 각각 연결설치된 실린더(22a)의 작동에 의해 개폐된다. 상기 개폐문(22)은 박판유리가 적재된 유리적재대(3)의 이동통로이며, 상기 예열로(10) 및 본체로(20)에서의 박판유리 열처리공정시 열손실을 없애기 위해 설치되는 것이다.

본체로(20)에는 박판유리의 표면 나트륨 이온치환을 위해 질산칼륨용액(27)이 충전된다. 질산칼륨용액(27)은 본체로(20) 내부의 간접가열을 위해서 설치되는 용기(23)에 채워지며, 용기(23)는 그 하부측에 설치된 가열수단인 스트립 히터(24)에 의해 가열된다.

본체로(20)는 내화벽돌을 이용하여 적층한 구조이며, 용기(23)는 주로 스테인리스강 재질이 사용된다.

본체로(20)에서는 박판유리를 질산칼륨용액(27)에 침전시켜 열처리시키는데, 이때 박판유리의 두께에 따라 350∼500℃의 온도로 3시간 30분∼5시간 동안 간접 가열처리를 수행한다.

상기 본체로(20)의 전방에는 냉각로(30)가 위치되어 지면에 설치된다.

상기 냉각로(30)는 상측이 개방된 단열벽 구조로 이루어지며, 내부에는 강화 열처리된 박판유리를 냉각시키기 위한 냉각수(37)를 충전시키기 위해 급수관(32)이 설치되고, 냉각수(37)를 배출시키기 위해 배수관(33,34)이 설치된다. 이때 급수관(32)은 도 1a 내지 도 2c에서와 같이 냉각로(30)의 상부측에 형성되며, 충전되는 냉각수(37)의 적정 수위보다 높은 곳에 위치되어지도록 함이 바람직하고, 냉각수(37)가 적정 수위를 유지할 수 있도록 상기 급수관(32)과 동일 높이에 상부 배수관(33)을 설치하며, 불필요한 냉각수(37)를 배출시키기 위해 하부측에 바닥과 접하도록 하부 배수관(34)을 설치하도록 함이 바람직하다.

상기 급수관(32)과 배수관(33,34)의 설치로 인해 데워진 냉각수(37)를 흘려보내고 새로운 냉각수(37)를 재공급하는 자동 동작이 수월해지게 된다.

냉각로(30)에는 냉각수(37)의 온도를 조절할 수 있도록 파이프 히터(31)를 구비하여 본체로(20)에서 질산칼륨용액(27)과의 이온치환 과정에서 가열된 박판유리의 온도를 약 100℃정도(70∼130℃)까지 되도록 냉각시키고, 그 온도를 정온으로 10∼30분 동안 유지시켜 박판유리의 표면이 화학적으로 안정한 구조로 강화되도록 한다.

상기 냉각로(30)의 전방측에는 유리적재대(3)를 안착시키는 준비대(80)를 구비한다. 상기 준비대(80)는 반드시 필요한 것은 아니나, 박판유리의 강화 열처리 전,후 안정된 안착과 이동작업의 편리성을 위해 마련되는 것이다.

상기와 같이 또한 도면을 참고하여 보면 예열로(10), 본체로(20) 및 냉각로(30)가 “ㄴ”자 형태로 설치되며, 예열로(10)의 상부에 고정 설치되는 레일(40)에 주행가능한 이송대차(50)를 구비한다.

이송대차(50)는 그 하부측에 주행휠(51)이 개재되어 주행모터(52)에 의해 레일(40)을 따라 주행되거나, LM가이드(미도시됨)을 설치하여 실린더(미도시됨)에 의해 주행되도록 구성되며, 이 외에도 레일구조로 설치될 수 있는 어떠한 구조로든 설치 가능하며, 상기 레일(40)은 상술한 바와 같이 예열로(10)의 후방측에서부터 냉각로(30)와 준비대(80)의 상부측에까지 연장 형성된다.

상기 이송대차(50)에는 박판유리가 적재되는 유리적재대(3)를 승강시키는 승강수단(60)이 구비된다.

승강수단(60)은 그 일예로 이송대차(50)의 상부에 설치되는 승강모터(61)와, 승강모터(61)에 연결되어 이송대차(50)의 하부측으로 늘어뜨려져 탄성지지되는 와이어(63)와, 와이어(63)의 하단에 연결되는 걸고리(64)로 이루어진다.

상기 와이어(또는 체인,63)는 승강모터(61)에 연결되어 두개로 설치되는 롤러(65)에 연결되어 수직 방향으로 승강되고, 걸고리(64)는 유리적재대(3)의 상부측 걸이대(4)에 걸림되도록 하여 승강모터(61)의 작동에 의해 유리적재대(3)를 걸어서 승강시킨다.

상기 승강수단(60)은 미도시되었으나, 중공의 구조로서 냉각작용을 하는 LM가이드, 체인, 엑츄에이터 등 승강 가능한 어떠한 구조로든 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 예열로(10), 본체로(20), 냉각로(30), 이송대차(50) 및 승강수단(60)을 제어하는 컨트롤러(70)가 구비된다. 컨트롤러(70)는 예열로(10) 또는 본체로(20)의 외벽에 설치되는 것이 바람직하며 그 위치는 어디에든 무관하다.

상기 컨트롤러(70)는 본 발명의 박판유리 강화 열처리장치 전체를 제어하며, 설정된 프로그램에 의해 자동으로 박판유리의 열처리 공정을 수행하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 박판유리 강화 열처리장치의 동작 설명은 하기와 같다.

먼저 도 1a 및 도 2a에서와 같이 강화 열처리를 위해 마련된 박판유리가 적재되어 있는 유리적재대(3)를 준비대(80)에 안착시키고, 주행모터(52)에 의해 레일(40) 상에 설치된 이송대차(50)를 유리적재대(3)의 상부에 위치시킨다. 그런 다음 이송대차(50)에 설치된 승강수단(60)을 작동시켜 하단부에 걸고리(64)가 구비된 와이어(63)를 내려서 유리적재대(3)의 걸이대(4)에 걸고 상부측으로 끌어 올린다.

그런 다음 도 2a에서와 같이 유리적재대(3)가 승강수단(60)에 의해 상승된 상태에서 주행모터(52)를 작동시켜 유리적재대(3)를 예열로(10)에 진입시킨다. 이때 예열로(10)의 전방에 설치된 개폐문(12)을 개방한 상태에서 예열로(10)에 유리적재대(3)를 진입시킨 후 개폐문(12)을 폐쇄하여 예열로(10)가 밀폐 단속되도록 한다.

유리적재대(3)가 예열로(10)에 진입되면 예열로(10)내 수용실(11)에 설치된 파이프 히터(14)와 송풍기(15)를 작동시켜 예열로(10)의 적정온도인 350∼400℃의 온도를 30분∼1시간 30분 동안 유지시키면서 유리적재대(3)에 적재된 박판유리를 예열시킨다.

이때 예열로(10)의 하단측에 본체로(20)와의 경계부에 설치된 개폐문(22)은 폐쇄 상태이다.

상기 예열로(10)에서의 열처리가 완료되면 도 2b에서와 같이 상기 개폐문(22)을 개방시키고 승강수단(60)을 작동하여 유리적재대(3)를 수직 하강시켜서 본체로(20)에 진입시키고 개폐문(22)을 패쇄시킨다. 본체로(20)에는 열처리 용액인 질산칼륨용액(27)이 충전되어 있는 상태이고, 그 질산칼륨용액(27) 내로 유리적재대(3)를 침전시킨다.

상기 본체로(20)에서는 용기(23) 바닥에 설치된 스트립 히터(24)를 작동시켜 박판유리의 두께에 따라 본체로(20)의 적정온도인 350∼500℃의 온도를 3시간 30분∼5시간 동안 유지시키면서 간접 가열처리를 수행한다.

상기 본체로(20)에 의해 간접 가열처리가 완료되면 상부 개폐문(22)을 개방시키고 승강수단(60)을 작동시켜 유리적재대(3)를 수직 상승토록하여 유리적재대(3)가 예열로(10) 내에 위치되도록 한다. 이 상태에서 예열로(10)의 전방 개폐문(12)을 개방시키고 주행모터(52)를 작동하여 도 1c 및 도 2c에서와 같이 이송대차(50)를 전방측으로 이동시켜 유리적재대(3)가 냉각로(30)의 상부에 위치되도록 하고, 승강수단(60)을 작동시켜 유리적재대(3)를 냉각로(30)에 충전된 냉각수(37) 내로 침전시킨다.

냉각로(30)에서는 가열된 박판유리의 온도를 약 100℃정도(70∼130℃)까지 되도록 냉각시키고, 그 온도를 정온으로 10∼30분 동안 유지시켜 박판유리의 표면이 화학적으로 안정한 구조로 강화되도록 한다.

냉각로(30)의 냉각수(37) 온도는 냉각로(30) 내에 설치되어 냉각수(37) 내에 위치되는 파이프 히터(31)에 의해 조절된다.

상기 냉각로(30)에서의 냉각열처리가 완료되면 승강수단(60)을 상승 작동시켜 유리적재대(3)를 냉각로(30)에서 이탈되도록 한 다음 주행모터(52)를 작동시켜 이송대차(50)를 전방으로 이동시켜서 유리적재대(3)가 준비대(80)의 상부에 위치되도록 한 다음 승강수단(60)을 하강 작동시켜 유리적재대(3)를 준비대(80)에 안착시키고 승강수단(60)의 걸고리(64)를 이탈시키면 박판유리의 강화 열처리 공정이 완료된다.

상기 준비대(80)에 안착된 유리적재대(3)는 다른 이송수단에 의해서 필요한 장소로 이동된다.

3 : 유리적재대 4 : 걸이대
10 : 예열로 11 : 수용실
12,17,22 : 개폐문 12a,17a,22a : 실린더
14,31 : 파이프 히터 15 : 송풍기
16 : 작동로 20 : 본체로
23 : 용기 24 : 스트립 히터
25 : 안내레일 27 : 질산칼륨용액
30 : 냉각로 32 : 급수관
33,34 : 배수관 37 : 냉각수
40 : 레일 50 : 이송대차
51 : 주행휠 52 : 주행모터
60 : 승강수단 61 : 승강모터
63 : 와이어 64 : 걸고리
65 : 롤러 70 : 컨트롤러
80 : 준비대

Claims

박판유리를 순차적 공정으로 예열, 가열, 냉각하여 열처리하는 장치에 있어서,
내부에 가열 및 송풍 기능을 수행하는 단열벽 구조의 수용실(11)이 마련되며, 수용실(11) 내측벽에 파이프 히터(14)가 구비되고, 후방 측벽에 형성된 통공(15a)의 외부측에 송풍기(15)가 수용실(11)과 연통되게 설치되며, 전방에 개폐문(12)이 설치되고, 상단부에 전방 개방 형태의 작동로(16)가 형성되며, 상부 일측에 설치된 실린더(17a)에 의해 개폐 작동되어 작동로(16)를 단속하는 개폐문(17)이 구비되는 예열로(10)와;
상기 예열로(10)의 하부에 위치되어 지면에 설치되며, 상부측에 개폐문(22)이 설치되는 내화벽 구조이고, 내부에 간접가열을 위한 용기(23)가 설치되고, 용기(23)의 하측에 스트립 히터(24)가 구비되는 본체로(20)와;
상기 예열로(10) 및 본체로(20)와 “ㄴ”자 형태가 되도록 본체로(20)의 전방에 위치되어 지면에 설치되며, 상측 개방된 단열벽 구조이고, 내부에 냉각수(37)의 온도를 조절하는 파이프 히터(31)가 설치되며, 일측벽의 상부측에 급수관(32)이 설치되고, 급수관(32)과 동일 높이에 상부 배수관(33)이 설치되며, 하부측에 바닥과 접하도록 하부 배수관(34)이 설치되는 냉각로(30)와;
상기 예열로(10)의 상부측에 전방 방향으로 연장되어 고정 설치되는 레일(40)과;
상기 레일(40)상에 주행휠(51)을 개재하여 주행모터(52)에 의해 주행되거나, LM가이드 상에 설치되어 실린더에 의해 주행되도록 설치되는 이송대차(50)와;
상기 이송대차(50)에 설치되어 하부측으로 수직 작동되면서 유리적재대(3)를 승강시키되, 이송대차(50) 상에 설치되는 승강모터(61)에 연결되어 탄성지지되면서 승강작동되는 와이어(63)의 하단에 걸고리(64)가 구비되는 승강수단(60)과;
상기 예열로(10), 본체로(20), 냉각로(30), 이송대차(50) 및 승강수단(60)에 연결되어 전체 작동을 제어하는 컨트롤러(70)를 포함하여 이루어지는 박판유리 강화 열처리장치.
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제1항에 있어서,
상기 냉각로(30)의 전방측에 유리적재대(3)를 안착시키는 준비대(80)를 더 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 박판유리 강화 열처리장치.
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