KR101011690B1 - 장식용판유리 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조방법에 있어서, 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖는 수평타입의 가열로에 투입하고, 가열로에 투입된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열한 후 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 1차 냉각로로 이송시킨 후에, 1차 냉각로에 투입된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 1차냉각 목표온도범위 490~510℃까지 1차 냉각시키며, 다음으로 터널식 연속 서냉로로 판유리를 이송시켜 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리를 얻는다.

크리스탈아이스, 냉각로, 터널식 서냉로

Description

장식용판유리 제조방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING DECORATIVE FLAT GLASS}

본발명은 크링컬에나멜(klimker enamel)의 일종인 크리스탈아이스(crystal ice)를 판유리상에 융착시켜서 다양한 문양을 나타내는 장식용판유리의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

크리스탈아이스를 이용한 장식용판유리를 제조하는 방법에 대한 기술의 일 예로는, 국내특허 제73340호 “장식용유리의 제조방법”, 국내특허 제85701호 “장식용유리의 제조방법”, 국내특허 제121311호 “장식용판유리의 제조방법”, 국내특허 제273328호 “크리스탈아이스를 이용한 판유리의 무늬 성형방법”, 국내특허 제295234호 “장식용 판유리의 제조방법”, 국내특허 제310386호 “전사지를 이용한 장식용 판유리의 제조방법, 국내특허 제717074호 “무연크리스탈아이스 및 제조방법과 그를 이용한 장식용판유리 제조방법”, 국내특허 제824590호 “크리스탈아이스를 이용한 장식용 판유리 제조방법”, 국내특허 제824591호 “수평강화로를 이용한 장식용판유리 제조방법”, 국내특허 제812257호 “후가공이 용이한 양각에칭 판유리 제조방법 및 그 장치”등이 있다.

이와 같은 종래의 기술들은 국내특허 제812257호를 제외하고는 본원 발명자가 권리를 갖고 있거나 발명자로 되어있다.

크리스탈아이스를 이용한 장식용판유리를 제조하는 공정은 크게 4단계로 분류될 수 있다.

먼저 제1단계는 판유리 표면상에 크리스탈아이스를 위치시킨 무늬디자인을 형성하는 단계이고, 제2단계는 그 무늬디자인에 따라 접착제를 판유리 표면상에 도포하는 단계이며, 제3단계는 접착제상에 크리스탈아이스를 살포하고 건조시키는 단계이다. 그리고 마지막의 제4단계는 가열과 냉각의 과정을 통해 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리가 완성되게 하는 단계이다.

상기한 종래의 특허 기술들에서 국내특허 제295234호(발명의 명칭: 장식용 판유리의 제조방법) 이전에 출원 및 등록된 특허들은 거의 모두가 제1~3단계에 대한 기술이 개시되고 있으며, 이 기술들에서의 가열 및 냉각방법은 서열서냉방식을 취하고 있었다.

국내특허 제295234호에서는 처음으로 급열급냉방식으로 크리스탈아이스를 판유리상에 융착시키는 방법을 기술하고 있으며, 국내특허 제717074호(발명의 명칭: 무연크리스탈아이스 및 제조방법과 그를 이용한 장식용판유리 제조방법)에서는 기존의 유연크리스탈아이스가 아닌 최초로 무연크리스탈아이스를 이용한 제조방법을 기술하고 있다. 또 국내특허 제824591호(발명의 명칭: 수평강화로를 이용한 장식용판유리 제조방법)는 강화가능온도에서의 크리스탈아이스의 융착과 수평강화로를 이 용할 때의 크리스탈아이스에 대해서 기술하고 있으며, 국내특허 제812257호(발명의 명칭: 후가공이 용이한 양각에칭 판유리 제조방법 및 그 장치)에서는 연속공정을 통한 서열서냉방식에 의한 판유리상에 크리스탈아이스의 융착에 대해서 기술하고 있다.

본원 발명자가 지난 10년 동안 크리스탈아이스를 이용한 장식용판유리를 제조생산하면서 그 경험에 비추어 보면 종래의 특허기술에서, 국내특허 제812257호는 그 상업적 사용가치가 의문시 된다.

보다 구체적으로 설명하면, 국내특허 제812257호는 그 실시 예에서 유리크기 세로30×가로40cm의 유리를 사용하고 있다. 그런데 실제 장식용 판유리 시장에서 가장 많이 사용되는 유리의 치수의 대표적 일예로는 가로70×세로200cm이다.

국내특허 제812257호에 개시된 내용에 따르면, “이동속도를 0.1mm를 할 경우, 가열 및 서냉조건은 로의 이송거리 M당 30℃±5℃의 온도편차”를 가진다고 하였다. 이에 따르면 2M길이의 판유리는 앞부분과 뒷부분의 온도편차가 60~70℃에 이른다. 그러므로 제812257호에 개시된 내용에서와 같이 설치된 서열로에서 실제로 장식용 판유리의 생산이 되어진다면 판유리의 앞뒤부분의 온도편차로 말미암아 판유리의 파손을 일어날 가능성이 아주 높게되며, 거의 파손이 일어날 것으로 추정된다.

이러한 검토의 관점에서 보면 국내특허 제812257호는 작은 사이즈의 실험용 판유리에서는 실현가능할지 모르나 실제 상용화에는 실현 불가능한 것이라고 본원 발명자는 예상한다.

국내특허 295234호나 국내특허 제824591호 등에서 급열급냉방식으로 완성된 장식용 판유리들은 강화처리된 판유리이므로, 이 제품들은 후가공이 거의 불가능하여 실제 사용이나 판매 상에 여러가지 제약을 주고있다. 즉, 모든 생산이 완제품형태의 주문생산에 의존해야하므로 제조공장의 가동율에 있어 문제가 될 수 있는 것이다.

지난 10년동안 본원 발명자가 크리스탈아이스를 판유리에 융착시켜서 제조되어지는 장식용판유리를 제조생산 판매하면서 아래와 같은 문제점들을 알게 되었다.

1. 현재 상업 생산중인 장식용판유리는 후가공이 불가한 강화판유리로 생산되어지므로, 반드시 소비자의 주문에 따라 생산을 해야한다.

2. 고객의 편의를 위하여 재고생산 및 계획생산을 할 수가 없다. 그러므로 공장에서의 생산 가동율이 일정하지 못하였다.

이와 같은 문제점들은 실제 운영상에서 많은 영업적 제한을 받고 있다.

다만 국내특허 제73340호와 같은 서열서냉방식으로 생산되어진 장식용 판유리들은 후가공이 가능한 장점을 포함하고 있다. 그렇지만 국내특허 제73340호는 전기한 바와 같이 상업적인 생산성의 한계를 극복하기기 힘들며 그렇게 생산된 장식용 판유리의 자체 강도가 낮다는 문제에 봉착한다.

따라서 본 발명의 목적은 후가공이 용이하고 생산성도 뛰어날 뿐 아니라 상업성도 있는 장식용 판유리를 제조할 수 있는 장식용판유리 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조방법에 있어서, 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖는 수평타입의 가열로에 투입하고, 상기 가열로에 투입된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열한 후 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 1차 냉각로로 이송시킨후에, 상기 1차 냉각로에 투입된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 1차냉각 목표온도범위까지 1차 냉각시키며, 다음으로 터널식 연속 서냉로로 판유리를 이송시켜 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리를 얻음을 특징으로 한다.

상기의 목표가열온도는 상기 크리스탈아이스의 자체용융점보다 10~30℃ 더 높게 설정되고, 상기 1차냉각 목표온도범위는 490~510℃임을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조장치에 있어서, 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖으며 크리스탈아 이스가 부착된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열하고 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 토출되게 하는 수평타입 가열로와, 상기 가열로부터 이송된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 1차냉각 목표온도범위 490~510℃까지 1차 냉각시킨 후 토출하는 1차 냉각로와, 상기 1차 냉각로부터 이송된 판유리를 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리로서 토출하는 터널식 연속 서냉로로 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조방법에 있어서, 자체용융점이 490~510℃인 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖는 수평타입의 가열로에 신속히 투입하고, 상기 가열로에 투입된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열한 후 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 터널식 연속 서냉로로 이송시킨후에, 상기 터널식 연속 서냉로에서 판유리를 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리를 얻음을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조장치에 있어서, 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖으며, 자체용융점 490~510℃의 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열하고 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 토출되게 하는 수평타입 가열로와, 상기 가열로부터 이송된 판유리를 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리로서 토출하는 터널식 연속 서냉로로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 판유리상에 크리스탈아이스의 융착이 용융 최정점에서 이루어지게 되고 모체인 판유리도 일반판유리가 되게 되므로 이를 절단,가공,면취 등의 후가공이 용이하게 해준다. 또한 크리스탈아이스와 판유리와의 팽창계수가 달라도 크리스탈아이스가 자체 크랙을 발생시키지 않기 때문에 모체인 판유리도 그 강도에 영향을 받지 않게 된다. 비록 대형 기계 설비의 설치가 필요하지만 연속적으로 한꺼번에 여러장씩 생산이 가능하므로 생산원가가 많이 저렴하게 된다. 그리고 필요한 규격을 디자인별로 생산을 하여 재고를 만들어 둘 수가 있어 소비자들의 요구에 즉각적으로 대응을 할 수가 있다. 또한 기존의 강화된 장식용 유리의 공급와 아울러 비강화된 그리고 후가공이 가능한 장식용 유리를 생산하여 공급함으로써 장식용판유리 사용에 있어 시장 확대도 예상된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

기존의 가열 및 냉각의 방식으로서 급열급냉방식은 장식용 판유리가 강화유리로 변환되므로 후가공이 불가능한 단점이 있고, 서열서냉방식은 제품의 단품 생산에 최소한 3~4시간이 소요되므로 제품의 생산성 및 상업성에 문제가 있을 뿐 아니라 크리스탈아이스 표면에 크랙(crack)을 발생시키고 그 발생된 크랙이 모체인 판유리에 까지도 영향을 끼쳐서 장식용 판유리의 강도를 약화시키는 단점이 있다. 여기서, 급열급냉방식이라 함은 가열시간이 수 분이고 냉각시간이 수십초 내지 수 분이 소요되는 방식이고, 서열서냉방식이라 함은 가열시간이 수십분 내지 수 시간이고 냉각시간이 수 시간이 소요되는 방식을 일컫는다.

본 발명의 실시 예에서는 완성 제품의 후가공이 용이하고 생산성도 뛰어나며 상업성도 좋은 장식용 판유리 제품을 만들기 위해서 가열 및 냉각의 방식으로서 급가열과 서냉의 방식(이하 '급열서냉방식'이라 칭함)을 취한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 급열서냉방식을 구현한 장식용 판유리 제조장치의 개략 구성도이다. 본 발명의 실시 예에 따른 장식용 판유리 제조장치(2)는 가열로(4)와, 1차 냉각로(6), 인입부(8)를 포함하는 서냉로(10)를 구비하며, 가열로(4)의 전단과 서냉로(10)의 후단에는 로딩부(3)와 언로딩부(12)가 대응 설치된다. 장식용 판유리 제조장치(2)의 로딩부와 언로딩부 사이에는 판유리를 이송하기 위한 안내롤들이 배열 설치되며, 특히 가열로(4)에서부터 서냉로(10)의 인입부(8)까지에 배치된 안내롤들은 서로 연동되어 회전하는 구조를 갖고 있다.

그리고, 가열로(4)와 1차 냉각로(6)의 안내롤들은 판유리의 전후 왕복운동이 가능하도록 구동될 수 있으며, 그 재질 및 형태는 세락믹봉, 석면띠 혹은 화이바글래스 재질의 띠를 두른 환봉, 고온에 견딜수 있는 비철금속재질의 봉체 등으로 구현될 수 있다.

그리고 가열로(4)에서의 가열시간과 1차 냉각로(6)의 냉각시간은 각 로에서의 판유리의 투입과 배출 타이밍을 맞춰주기 위해 동일 내지 유사하게 형성되는 것 이 바람직하다. 또 가열로(4)와 1차 냉각로(6) 및 서냉로(10)의 인입부(8)의 각 안내롤들은 상기한 바와 같이 서로 연동되어서 회전하게 되므로 가열로(4)와 1차 냉각로(6) 및 서냉로(10)내 인입부(8)의 길이(L1)(L2)(L4)는 동일 내지 유사하게 된다.

1차 냉각로(6)의 사이즈는 가열로(4)의 사이즈보다 다소 크거나 같도록 구성하는 것이 바람직하며, 가열로(4) 및 1차 냉각로(6)의 입구와 출구 각각에는 개폐수단이 구비되어서 가열로(4) 및 1차 냉각로(6)의 안내롤을 구동시키는 구동부에 의해서 개폐될 수 있게 구성한다.

그리고 1차 냉각로(6)의 천정부에는 본 발명에서 요구하는 1차냉각 목적온도범위를 유지하기 위한 내부온도조절부(20)가 설치되며, 내부온도조절부(20)는 내부가열을 위한 가열부(20a)와 내부 더운 공기를 방출하기 위한 열기배출부(20b)로 구성한다.

본 발명에서는 장식용 판유리에 융착되어질 크리스탈아이스를 그 재질이나 색상 또 융점 등에 별로 제약받지 않는다는 큰 장점이 있다. 즉 수요자의 요구나 사용용도에 따라 제조자가 임의대로 크리스탈아이스를 선정하여 사용할 수 있다는 것이다.

장식용 판유리에 사용할 수 있는 크리스탈아이스의 재질이나 색상은 매우 다양하며, 그 재질은 크게 유연 크리스탈아이스와 무연 크리스탈아이스로 구분된다. 유연 크리스탈아이스의 경우는 그 자체 용융점의 온도범위가 450~800℃까지로 매우 광범위하며, 무연 크리스탈아이스의 경우는 그 자체 용융점의 온도범위가 580~650 ℃로 유연 크리스탈아이스의 자체 용융점의 온도범위에 비해서는 좁다.

급열급냉방식을 이용한 국내특허 제824591호에서와 같이 기존 수평강화로를 이용하여 장식용판유리를 제조하고자 할 경우에는 크리스탈아이스의 사용범위는 상당히 제한적이다. 이는 크리스탈아이스의 융점이 판유리의 강화가능온도와 상관관계를 갖도록 해야되기 때문이다. 즉 무연 혹은 유연 크리스탈아이스의 융점범위는 강화가능온도(toughening temperature)인 620℃보다 약간 높은 범위(620∼630℃)에서 형성되어야 하는 것이다. 그래야만 강화가능온도 범위에서 크리스탈아이스가 용융되어 용융 최정점(melting peak point temperature)을 이룰 수 있고, 용융 최정점에서 급속냉각이 이루어져서 장식용 판유리가 제조될 수 있기 때문이다. 만일 크리스탈아이스의 자체 융용점이 상기 620∼630℃범위를 벗어나면 판유리의 파손이나 크리스탈아이스의 불량융착 등으로 장식용 판유리가 온전히 생산되지 않게 된다.

한편 기존의 급열급냉방식과는 다르게 급열서냉방식을 취하는 본 발명의 실시 예에서는 유리 강화를 목적으로 하는 기존의 수평강화로를 사용하지 않는다. 본 발명의 실시 예에서 사용하는 가열로(4)는 수 분(예컨대 2~5분)의 가열시간을 갖는 급열방식의 수평타입 가열로로서 가열온도의 조절범위가 500~800℃로 광범위하다. 또 상기 가열로(4)는 가열로 내부온도범위 500~800℃내에서 제조자가 사용하기로 선정한 크리스탈아이스의 자체융융점 온도에 상관된 가열온도로 조정하여 그 가열온도를 설정할 수 있는 입력부를 갖는다. 즉 본 발명에서는 사용할 크리스탈아이스를 먼저 선정한 후에 그 크리스탈아이스의 자체 용융점에 따라 가열로(4)에서의 목표가열온도를 입력부를 통해서 설정하면 되기 때문에 크리스탈아이스의 선정범위가 매우 넓어지고 경제적으로도 유리하다는 것이다. 상기 목표가열온도는 사용하기로 선정된 크리스탈아이스의 자체용융점 온도보다 10~30℃보다 높게 설정되며, 이때 목표가열온도는 가열로(4)의 내부온도가 아니라 판유리 자체가 받는 온도임을 이해하여야 한다.

급열방식의 가열로(4)는 판유리와 그 판유리상에 부착된 크리스탈아이스가 함께 겉과속 및 내외곽 모두가 균등하게 가열되게 해야 하고 가열된 크리스탈아이스가 용융최정점에 도달할 때에 신속히 1차 냉각로(6)로 옮겨주도록 구현하는 것이 가장 이상적이다. 이는 장식용 판유리의 특성상 크리스탈아이스가 용융 최정점에 이르렀을 때 고체상태에서 액체상태로 변한 크리스탈아이스가 표면장력으로 서로 끌어당기면서 판유리 표면에 이슬방울처럼 응집되면서 가장 아름답고 문양의 투명도도 아주 좋게 형성되기 때문이다. 또 크리스탈아이스의 이슬방울과 같은 응집상태는 오랫동안 유지되지는 못하고 횡방향으로 퍼지게 되면서 문양의 모양이나 투명성이 떨어지게 되므로 크리스탈아아스의 용융 최정점에서 신속하게 1차 냉각로(6)로 옮겨주어야 하는 것이다.

본 발명의 가열로(4)에서는 급열방식으로 크리스탈아이스가 접착된 판유리를 가열한다. 상기 급열방식은 가열로(4)에 허용된 가열온도 조절범위 500~800℃내에서 제조자에 의해 설정된 목표가열온도를 일정하게 유지하도록 하고, 가열로(4)에 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 바로 투입하여서 판유리와 접착상태에 있는 크리스탈아이스를 판유리 상에 신속하게 융착시키는 방법을 말한다. 가열로(4)에 투입된 판유리는 가열로 내부에서 세라믹재질의 안내롤들에 의해서 전후로 왕복운동 을 하면서 계속하여 움직이면서 열을 받는다. 이는 판유리가 받는 열이 판체 내외부에 골고루 분포되게 해주기 위함이고 또 판유리가 받는 열이 판유리 연화점(약 530℃)이상으로 올라갈 때 야기되는 판유리의 형상 변형을 방지하기 위함이다.

크리스탈아이스가 접착 건조된 판유리를 가열할 때에 가장 중요한 것은 가열되는 판유리 전체에 골고루 균등하게 가열하는 것이다. 판유리의 특성상 균등한 가열이 이루어지지 않으면 판유리에 파손이 일어나는 성질을 갖고 있다.

더욱이 본 발명의 실시 예에 따른 가열로(4)의 내부에는 공기의 흐름이 없도록 해야 하는데, 이는 가열로내에서 크리스탈아이스가 공기흐름(air flow)에 영향받지 않도록 해야만 크리스탈아이스의 문양변형을 사전에 방지할 수 있게 되며 제조완료시 영롱한 크리스탈아이스를 얻을 수 있기 때문이다. 가열로(4)내의 공기흐름이 형성되지 않도록 하기 위한 바람직한 가열방식은 전기발열식(electrically heated radiation)이다.

급열방식의 가열로(4)를 채용시 크리스탈아이스의 용융최정점을 얻기 위한 가열시간 및 가열온도는 사용되는 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거하여서 설정되어지며, 기계성능이나 종류 등에 따라서 달라질 수 있다. 그러므로 제조자는 사용하는 해당 가열로에서 정확한 가열온도와 가열시간을 얻기 위해서 선정된 크리스탈아이스의 용융최정점을 수차례의 실험을 통하여 찾는 것이 바람직하다.

하지만 크리스탈아이스의 용융최정점을 얻기 위한 가열시간과 가열온도를 무작정 실험을 통해서 알아내는 것에는 상당한 어려움이 있으므로, 본 발명에서는 가열시간과 가열온도의 실제값에 근사한 값범위를 얻기 위한 안내 기준을 제시한다.

가열로(4)의 목표가열온도 설정은 선정된 크리스탈아이스의 자체용융점 온도와 가열되는 판유리 자체가 받는 온도(이하 "판유리 자체온도"라 칭함)에 따라서 달라진다.

가열로(4)내에서의 판유리 자체온도는 선정된 크리스탈아이스의 자체 용융점온도보다도 10~30℃ 높게 설정되어지는 것이 바람직하며, 이때 가열로(4)의 내부온도는 기계의 성능에 따라 많은 차이를 보이나 판유리 자체온도 보다도 30~70℃정도로 높게 설정되어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 약 530℃의 자체 용융점을 가진 유연크리스탈아이스를 사용하기로 선정한다면, 가열로(4)의 내부온도는 약 570~580℃로 설정하고 판유리 자체온도가 540℃±10℃가 될 때까지 가열을 하는 것이 바람직하다.

또 판유리를 급열시킬 때 판유리 가열시간은 가열로 내부온도 700℃±10℃을 기준으로 할 때 판유리두께 1mm당 35~50초, 바람직하게는 판유리두께 1mm당 약 40초로 설정하면 적절하다. 하지만 판유리의 가열시간은 가열로의 기계 성능에 따라 차등을 보이고 있음을 유의해야 하며, 또 가열로(4)의 가열온도가 낮으면 그 가열시간은 더 길어지게 됨을 이해하여야 한다.

또 판유리가 가열로(4)로 투입될 때의 투입속도와 토출될 때의 토출속도는 임의로 선정을 할 수 있으며, 가열로(4) 내부에서의 안내롤들을 통한 판유리의 전후 왕복운동할 때의 속도는 판유리의 두께에 따라 달라지게 구현하는 것이 바람직하다. 일 예로, 3mm두께 판유리의 경우 1.1~1.3m/min이며 5mm두께의 판유리는 1.0~1.2m/min의 전후 왕복속도를 갖게 하는 것이 바람직한데, 유리두께 따른 왕복 속도차이는 크게 나지 않으며 대체로 판유리 두께가 두꺼울수록 전후왕복 속도는 점차 떨어지게 구현해야 한다.

또한 선정된 크리스탈아이스가 무연 크리스탈아이스일 경우 무연크리스탈 융점의 온도범위가 580℃~650℃이므로 가열로(4)의 내부가열온도는 650~750℃로 설정하고, 가열로(4)내의 판유리 가열시간은 판유리두께 1mm당 40~45초로 설정하며, 가열로(4)에서 판유리가 받는 판유리 자체온도는 620℃±20℃로 형성되게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 급열방식의 가열로(4)내에서 크리스탈아이스가 판유리상에 융착되어 용융최정점을 이룰 때 크리스탈아이스가 융착된 판유리는 안내롤들에 얹혀서 신속하게 하류의 1차 냉각로(6)로 이송된다.

1차 냉각로(6)로 이송되어진 판유리는 가열로(4) 내부에서와 같이 냉각로 내부의 세라믹재질 안내롤 위에서 전후 왕복운동을 하면서 냉각되어진다. 본 발명에서는 1차 냉각로(6)에서의 냉각시간은 가열로(4)에서의 판유리 가열시간과 동일 내지 유사하다. 이는 가열로(4)와 1차 냉각로(6) 그리고 서냉로(10)내 서냉로인입부(8)까지는 판유리를 이송시킬 때에 서로 연동되어 있기 때문이다. 그러므로, 예컨대 5mm 두께의 판유리를 사용하여 가열로(4)에 약 230초의 가열시간이 주어졌다면 1차 냉각로(6)의 냉각시간도 약 230초로 주어진다.

본 발명의 급열서냉방식을 구현함에 있어 냉각방식을 4~5시간의 초서냉방식으로 수행하면 장식용 판유리의 단품 제조가 가능하지만 생산성이 저하되어 상업적 가치가 떨어진다. 또 생산성을 높이기 위해 서냉속도를 초서냉방식 보다 빠르게 진 행하게 되면 크리스탈아이스에 크랙이 유발되어 제조된 장식용 판유리의 강도가 저하된다. 또 냉각방식을 본 발명의 서냉방식이 아닌 급냉방식으로 한다면 판유리가 강화유리로 되어지므로 후가공이 불가능하게 된다.

생산성을 높이기 위해 서냉속도를 보다 빠르게 하면 크리스탈아이스에 크랙이 발생되는 이유는 장식용 판유리를 구성하는 크리스탈아이스와 판유리의 팽창계수(수축계수)가 서로 다르기 때문이다. 크리스탈아이스가 융착된 판유리를 급냉을 시키게 되면 용융상태의 크리스탈아이스가 자기 자신을 먼저 냉각시키기 위해서 판유리에 간섭을 주지 않고 자신의 내부에서 분열된 분자구조를 재배치하면서 고체화되므로 크리스탈아이스에 미세 크랙이 발생되지 않는다. 하지만 크리스탈아이스가 융착된 판유리를 초서냉이 아닌 서냉으로 냉각시키면 크리스탈아이스의 수축계수(팽창계수)가 판유리의 수축계수(팽창계수)와 다른 관계로 판유리를 간섭하여 크리스탈아이스 자체 및 판유리에 미세한 크랙을 유발시키게 되고, 그 결과 제조완성된 장식용 판유리는 그 강도가 현격하게 저하되는 것이다.

본원 발명자는 생산성을 높임과 아울러 크랙이 발생되지 않는 서냉방식에 대해서 연구를 거듭한 결과, 판유리와 크리스탈아이스는 그 특성상 가열된 판유리의 자체온도가 대략 500℃ 근방에 떨어질 때까지는 냉각시 발생되는 체적 수축현상이 최소화됨을 알게 되었다. 즉 냉각과정에서의 팽창계수(수축계수도 포함)에 의한 체적변화는 판유리나 크리스탈아이스 자체의 온도가 500℃ 이하로 떨어져 냉각되어지는 과정에서 발생된다는 것을 알게되었다.

그에 따라 본원 발명자는 급열방식으로 가열된 판유리를 490~510℃까지 냉각 을 시켜보았는데, 그 결과 판유리와 크리스탈아이스에 미세 크랙이 발생되지 않았고 융착된 크리스탈아이스의 융착정도도 양호하였다. 또 용융된 크리스탈아이스는 외곽부분이 이슬방울과 같은 형상을 유지하고 있으며 그 내부에는 열을 그대로 지니고 있음을 확인하였다.

상기와 같은 연구를 근거로 본 발명에서는 가열로(4)와 서냉로(10)의 사이에 1차 냉각로(8)를 구비하여서, 1차 냉각로(8)에서는 급열방식으로 가열된 판유리를 490~510℃까지 1차 냉각되게 하고, 이후의 서냉로(10)에서는 서냉방식으로 2차 냉각되게 하였다.

1차 냉각을 수행하는 1차 냉각로(6)는 급열방식으로 가열된 판유리를 자체온도 490~510℃까지 냉각시키되 가열시간과 동일 내지 유사한 냉각시간으로 냉각을 수행한다. 또 판유리를 냉각할 때에는 판유리가 일정하고 균등하게 냉각되도록 하기 위하여 세라믹재질의 안내롤들상에서의 판유리가 계속적인 왕복운동이 이루어진다.

실제로 가열된 판유리의 자체온도가 490~510℃범위내로 냉각될 수 있도록 하기 위해서는 1차 냉각로(6)의 내부 분위기온도가 300℃±50℃가 유지되게 하는 것이 가장 바람직함을 본원 발명자는 많은 실험을 통해서 확인하였다. 1차 냉각로(6)의 내부 분위기온도가 250℃ 미만으로 떨어지면 판유리의 강도가 떨어지는 등의 재질 변화가 야기되거나 판유리 자체가 파손된다.

상기의 판유리 자체온도범위 490~510℃나 1차 냉각로(6)의 내부 분위기온도 300℃±50℃는 '1차냉각 목표온도범위'로도 하기에서 칭하여질 것이다.

본 발명에서는 1차 냉각로(6)에서 요구하는 1차냉각 목표온도범위를 유지하기 위해서 전기한 바와 같이 1차 냉각로(6)의 천정부에 내부온도조절부(20)가 설치된다. 내부온도조절부(20)는 내부 가열을 위한 가열부(20a)와 내부 더운 공기를 방출하기 위한 열기배출부(20b)로 구성하며, 1차 냉각로(6)의 내부분위기온도 또는 판유리 자체온도를 감지하는 온도감지부도 당연히 포함된다.

겨울철과 같이 낮은 외부온도를 갖는 환경에서 가동 초기에 1차 냉각로(6)로 투입되는 판유리의 경우에는 내부온도조절부(20)의 가열부(20a)를 작동시키서 상기 1차냉각 목표온도범위를 유지할 것이고, 이후 1차 냉각로(6)로 계속적으로 가열된 판유리가 투입되어지면 그 투입된 판유리의 열기에 의해서 내부온도가 상승하게 될 것인데 그때가 되면 가열부(20a)의 작동을 중단시키게 된다. 또 1차 냉각로(6)의 내부온도가 더욱 상승되어질 경우에는 열기배출부(20b)를 가동시켜 내부 열기를 강제 배출시켜 주므로 1차 냉각로(6)의 내부온도가 1차 냉각 목표온도범위내로 유지되도록 해준다.

상기한 1차 냉각부(6)의 1차 냉각 덕택에 급열방식으로 가열된 판유리는 가열시간과 동일한 냉각시간동안에 평균 80~120℃까지 온도가 내려갈 수 있게 되어 이후 서냉로(10)에서 소요되는 서냉시간을 상당히 감축시켜주게 된다.

1차 냉각로(6)를 통과한 크리스탈아이스가 융착된 판유리는 터널식 연속 서냉로(10)를 거치면서 2차냉각으로서 서냉되어서 장식용 판유리로 제조완성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 1차 냉각로(6)에서 1차 냉각이 끝난 판유리는 신속히 서냉로(10)의 인입부(8)로 옮겨지게 된다. 서냉로(10)의 인입부(8)는 1차 냉 각로(6)의 길이와 동일한 길이로 형성하되 1차 냉각로(6)의 안내롤들과 연동하여서 움직인다. 이는 1차 냉각로(6)에서 신속히 빠져나온 판유리들이 1차 냉각로(6)의 토출속도와 동일한 투입속도로 서냉로(10)의 인입부(8)까지 도달할 수 있도록 해준다. 서냉로(10)의 인입부(8)를 통과한 크리스탈아이스가 융착된 판유리는 터널식 연속 서냉로(10) 내부에서 본격적인 서냉이 이루어진다.

1차 냉각로(6)에서 판유리 자체온도범위 490~510℃까지 냉각된 크리스탈아이스가 융착된 판유리는 서냉로(10)를 거치면서 최종 판유리 자체온도 80~110℃까지 냉각되어지며, 서냉로(10) 후단의 언로딩부(12)를 거치면서 식혀져 대략 60~70℃가 된다. 60~70℃의 온도를 갖는 장식용 판유리는 작업자가 장갑을 끼고 다룰 수 있다.

서냉로(10)에서의 이동속도는 제품 생산성에 많은 영향을 끼치므로 가능한 한 빠를수록 좋다. 하지만 서냉로(10)에서의 이동속도가 빨라지면 크리스탈아이스와 판유리에 미세 크랙을 발생시키게 되고 결국 장식용 판유리의 강도를 저하시키게 된다. 그러므로 장식용 판유리의 강도를 저하시키지 않고 최대로 빠른 서냉이 이루어질 수 있도록 하는 해결방안이 요구된다.

이에 대해서 본원 발명자는 가열로(4)의 가열시간, 1차 냉각로(8)의 냉각시간, 서냉로(10)의 이동속도와의 상관관계를 수십 차례의 실험을 거쳐서 하기 표 1과 표 2와 같은 결과값으로 얻을 수 있었다.

상기 표 1 및 표 2를 통해서 유리두께별 서냉로(10)의 이동속도[m/분]를 하기와 같은 관계식 1을 얻을 수 있었다.

[관계식 1]

판유리두께별 서냉로(10)의 이동속도[m/분] = 가열로 길이[m] ÷ 판유리두께별 가열시간[분]

또한 본원 발명자는 수십 차례의 실험을 거치면서 서냉로(10)에서의 냉각목표온도에 따른 서냉로(10)의 길이를 표 3과 같이 얻을 수 있다. 하기 표 3은 가열로(4)의 길이(L1)가 3미터[m]일 경우이다.

상기 표 3을 통해서 3미터 가열로(4)를 사용시의 서냉로(10)의 길이(L3)는 하기와 같은 관계식 2를 얻을 수 있었다.

[관계식 2]

3미터가열로의 서냉로길이(L3) = 전체 냉각목표 온도(400℃) / 미터당 냉각목표온도(10℃) = 40M

여기서, '전체냉각목표온도'는 서냉로(10)에서 냉각시켜야할 목표온도값이다. 1차 냉각로(6)에서 판유리 자체온도가 1차냉각 목표온도범위 490~510℃까지 냉각된 판유리가 서냉로(10)를 거치면서 최종 판유리 자체온도 80~110℃까지 재차 냉각되어야 하므로, 상기 '전체냉각목표온도'는 대략 400℃정도가 된다.

그리고, 상기 '미터당 냉각목표온도'는 10℃±5℃가 바람직한데, 이는 하기에서 설명되는 바와 같은 실험을 통해서 얻을 수 있었다.

유리재질에 따라 약간씩 다르나 일반 판유리에서의 서냉로 길이 1미터당 냉각목표온도는 대략 10~30℃로 하는 것이 일반적이다. 그렇지만 크리스탈아이스가 융착된 판유리는 일반 판유리와는 차이가 있다. 이는 크리스탈아이스와 판유리가 서로 다른 팽창계수(수축계수)를 갖기 때문이며 크리스탈아이스가 융착된 판유리는 일반 판유리에 대비해서 상대적으로 아주 천천히 냉각시켜 주어야 함을 실험을 통해 확인할 수 있었다.

이에 따라 본원 발명자는 크리스탈아이스가 융착된 판유리에서의 서냉로 길이 1미터당 냉각목표온도를 수십회에 걸쳐서 실험을 해 본 결과, 10℃±5℃가 바람직하며 20℃는 초과하지 않도록 해야함을 알게 되었다. 예컨대, 서냉로길이 미터당 냉각목표온도를 30~35℃로 설정하면 크리스탈아이스와 판유리와의 융착에서 문제가 발생된다. 서냉을 너무 빨리 시키면 크리스탈아이스에 자체 크랙이 발생되고 이 크랙은 모체인 판유리에 영향을 미쳐서 판유리의 강도를 저하시킨다.

그리고 표 3은 가열로(4)의 길이(L1)가 3미터일 경우이므로, 5미터 길이의 가열로(4)를 이용할 경우에는 그 서냉로(10)의 길이(L3)가 3미터길이의 가열로(4)의 경우보다는 서냉로 이동속도에 비례하여 증가시켜주어야 한다.

가열로(4)의 길이(L1)가 3미터일 경우와 5미터 경우 서냉로(10)의 이동속도는 약67%정도로 차이난다. 그러므로 예컨대 3미터가열로에서 미터당 냉각목표온도가 10℃이고 서냉로(10)의 길이(L3)가 40미터가 된다면, 5미터가열로에서의 서냉로(10)의 길이(L3)는 40*1.67=66.8미터가 되는 것이다.

상기와 같이 가열로(4)의 길이(L1) 및 가열시간, 서냉로(10)의 이동속도가 정해지면, 사용자는 미터당 냉각목표온도를 규정된 범위에서 설정하여 전체 냉각목표온도를 구할 수 있게 되고, 또 관계식 2를 이용하게 되면 서냉로(10)의 길이(L3)를 산정할 수 있게된다.

이렇게 구해진 서냉로(10)의 길이(L3)와 서냉로(10)에서의 이동속도를 이용해서 서냉로(10)를 통해 크리스탈아이스가 융착된 판유리를 2차로 서냉시키게 되면 보다 빠른 속도로 장식용 판유리가 생산되면서도 그 제조된 장식용 판유리의 강도가 저하되지 않게 된다.

또 본 발명에서는 터널식 연속 서냉로(10)에서, 서냉로(10)가 시작되는 인입부(8)의 일부구간에 가열부를 구비하는 것이 바람직하다. 이는 서냉로(10)가 시작하는 일부구간이 외부 영향으로 너무 차게되면 판유리가 파손될 수 있기 때문이다.

한편 본 발명의 급열서냉 방식을 구현함에 있어, 도 2에 도시된 장식용 판유리 제조장치(2A)에서와 같이 가열로(4)에서 급가열 후에 1차 냉각로(6)를 거치지 않고, 바로 터널식연속 서냉로(10)에 투입되어서 서냉할 수 있는 방식도 가능하다.

이러한 경우에는 크리스탈아이스의 선정이 제한을 받게 된다. 1차 냉각로(6)가 없는 도 2의 제조장치(2A)를 장식용 판유리를 얻고자 할 경우에는 크리스탈아이스의 자체 융점이 490~510℃인 크리스탈아이스를 사용하여야 한다. 또한 서냉로(10)의 구간구간에 내부가열을 위한 가열부(30a)와 내부 더운 공기를 방출하기 위한 열기배출부(30b)를 갖는 내부온도조절부(30)들을 설치하여야 한다. 이는 가열로(4)에서 융착된 크리스탈아이스와 판유리가 냉각과정에서 서로 간섭하거나 용융된 크리스탈아이스에 표면 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.

자체 융점이 490~510℃인 크리스탈아이스를 판유리상에 접착 건조하고 550℃의 내부 가열온도를 유지하고 있는 수평식 가열로(4)에 신속히 투입하여 융착시킨 후, 이를 신속히 터널식 서냉로(10)의 인입부(8)로 옮기고, 그 후에는 터널식 연속서냉로(10)의 이송에 따라 서서히 냉각시켜서 장식용 판유리를 제조완성한다.

도 2에 도시된 바와 같은 제조장치(2A)로 생산되어진 장식용 판유리의 품질면에서는 도 1의 제조장치(2)에 비해서 다소 떨어진다. 실제 생산시 크리스탈아이스의 표면에 미세한 크랙이 발생되는 빈도가 1차 냉각로(6)를 사용했을 때 보다는 좀더 높게 나왔다. 이는 1차 냉각로(6)에서는 가열된 판유리를 냉각시킬때에 균등한 냉각이 이루어질 수 있는 최적 환경인데 반해 도 2에서는 그렇지 못하기 때문인 것으로 판단된다.

또 도 2의 제조장치(2A)는 도 1의 제조장치(2)에서의 서냉로(10)의 설비 길이이 비해서 평균 25~30%정도 더 길게 설비되어져야 한다.

상술한 바와 같은 도 1 및 도 2의 장식용 판유리 제조장치(2)(2A)로 장식용 판유리를 생산하면 연속적인 생산이 가능하므로 움직임없이 한곳에서 단품 생산하는 것에 비해서 생산효율이 상당히 높게 된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 급열서냉방식 장식용판유리 제조장치의 개략 구성도,

도 2는 도 1의 변형 실시예도.

Claims (19)

1. 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조방법에 있어서,

   크리스탈아이스가 부착된 판유리를 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖는 수평타입의 가열로에 투입하고, 상기 가열로에 투입된 판유리를 수 분간 가열하되 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열한 후 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 1차 냉각로로 이송시킨후에, 상기 1차 냉각로에 투입된 판유리를 수 분간 냉각하되 전후왕복으로 움직이며 크리스탈아이스와 판유리의 팽창계수 관계를 고려한 1차냉각 목표온도범위까지 1차 냉각시키며, 다음으로 터널식 연속 서냉로로 판유리를 이송시켜 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리를 얻음을 특징으로 하는 장식용판유리의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 목표가열온도는 상기 크리스탈아이스의 자체용융점보다 10~30℃ 더 높게 설정되고, 상기 1차냉각 목표온도범위는 490~510℃임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열로에서의 가열시간과 상기 1차 냉각로에서의 냉각시간은 동일함을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 가열시간은 판유리두께 1mm당 35~50초임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 크리스탈아이스가 무연크리스탈이면 상기 가열시간이 판유리두께 1mm당 40~45초임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
6. 제3항에 있어서, 판유리두께별 상기 서냉로의 이동속도[m/분] = 가열로 길이[m] ÷ 판유리두께별 가열시간[분]임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 서냉로에서의 1미터당 냉각목표온도는 10℃±5℃임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
8. 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조장치에 있어서,

   500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖으며 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 수분간 가열하되 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열하고 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 토출되게 하는 수평타입 가열로와,

   250~350℃의 내부 분위기 온도를 유지하며, 상기 가열로부터 이송된 판유리를 수 분간 냉각하되 전후왕복으로 움직이며 크리스탈아이스와 판유리의 팽창계수 관계를 고려한 1차냉각 목표온도범위 490~510℃까지 1차 냉각시킨 후 토출하는 1차 냉각로와,

   상기 1차 냉각로로부터 이송된 판유리를 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리로서 토출하는 터널식 연속 서냉로로 구성함을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 1차 냉각로에는 내부온도를 조절하기 위한 내부온도조절부가 구비됨을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 내부온도조절부는 내부 가열을 위한 가열부와 내부 더운 공기를 방출하기 위한 열기배출부로 구성함을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 가열로에서부터 1차 냉각로를 거쳐 서냉로의 인입부까지에 배치된 안내롤들은 서로 연동 회전되게 구성하며, 상기 가열로와 1차 냉각로의 길이는 동일함을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 서냉로의 길이는 상기 서냉로에서 냉각해야할 전체 냉각목표 온도를 서냉로에서의 1미터당 냉각목표온도로 나눈 값이며, 상기 1미터당 냉각목표온도는 10℃±5℃임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 서냉로의 인입부에는 가열부가 구비됨을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
14. 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조방법에 있어서,

    자체용융점이 490~510℃인 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖는 수평타입의 가열로에 투입하고, 상기 가열로에 투입된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열한 후 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 터널식 연속 서냉로로 이송시킨 후에, 상기 터널식 연속 서냉로에서 판유리를 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리를 얻음을 특징으로 하는 장식용판유리의 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 가열로에서의 가열시간은 판유리두께 1mm당 35~50초이고, 판유리두께별 상기 서냉로의 이동속도[m/분] = 가열로 길이[m] ÷ 판유리두께별 가열시간[분]임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조방법.
16. 판유리상에 크리스탈아이스를 융착시켜서 장식용 판유리를 제조하는 제조장치에 있어서,

    500~800℃의 가열온도 조절범위를 갖으며, 자체용융점 490~510℃의 크리스탈아이스가 부착된 판유리를 전후왕복으로 움직이며 상기 크리스탈아이스의 자체용융점에 근거한 목표가열온도까지 가열하고 상기 크리스탈아이스의 용융최정점에 도달시 토출되게 하는 수평타입 가열로와,

    상기 가열로부터 이송된 판유리를 서서히 2차 냉각시켜서 장식용 판유리로서 토출하는 터널식 연속 서냉로로 구성함을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 터널식 연속 서냉로에는 내부온도를 조절하기 위한 내부온도조절부들이 다수 구비됨을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 내부온도조절부는 내부 가열을 위한 가열부와 내부 더운 공기를 방출하기 위한 열기배출부로 구성함을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.
19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 서냉로의 길이는 상기 서냉로에서 냉각해야할 전체 냉각목표 온도를 서냉로에서의 1미터당 냉각목표온도로 나눈 값에서 25~30% 더 길게 형성되며, 상기 1미터당 냉각목표온도는 10℃±5℃임을 특징으로 하는 장식용판유리 제조장치.

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