KR101193351B1 - 소성로 - Google Patents

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유원희
박윤휘
장병규
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Abstract

본 발명은 소성로에 관한 것으로서, 내부에 공간이 형성된 몸체; 상기 몸체의 내부에 위치하며 상기 몸체와 상하로 이동 가능하게 결합하는 복수의 열전대; 상기 몸체의 내부에 위치하는 복수의 발열체; 상기 열전대로부터 온도데이터를 입력받아 상기 발열체의 온도를 제어하는 제어부;를 포함하여 내부 공간의 각 부위별 온도를 측정하고 제어함으로써 균일한 온도 분포를 형성할 수 있으며 특히 소성대상물에 가해지는 열의 온도 분포를 균일하게 하여 고품질의 소성물을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Description

소성로{Furnace}
본 발명은 소성로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전대를 이용하여 내부 온도를 측정하는 소성로에 관한 것이다.
소성로는 주로 세라믹 기판 등을 가열하여 소성시키는 공정에 사용되며, 열전대를 이용하여 내부의 온도를 측정하고 이 열전대를 통해 측정된 온도를 바탕으로 소성로 내부의 발열체 온도를 제어한다.
일반적인 소성로에서는 1개의 열전대를 이용하여 내부의 온도를 측정하고 있으며 소성로가 크거나 정밀한 온도제어가 필요한 경우에는 2~3개 정도의 열전대를 이용하여 내부의 온도를 측정하고 있다.
이러한 소성로는 내부 위치에 따라 온도의 차이가 발생하게 되는데 2~3개의 열전대로는 내부 위치에 따른 온도를 측정하는 것이 불가능하며, 열전대가 발열체에 근접하여 설치되므로 내부에 위치한 소성물에 실제로 전달되는 열의 온도를 측정하는 것이 어려운 실정이다.
특히 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic : 저온동시소성세라믹) 기판을 소성하는 경우 소성로 내부의 온도분포가 불균일하면 기판도 불균일하게 가열되므로 기판에 국부적인 열충격이 발생한다. 기판에 발생하는 열충격은 크랙 및 미세 균열을 발생시키며 적층된 세라믹 그린시트가 박리되므로 불량이 발생한다.
이를 해결하기 위하여 온도 측정 표준 시편을 이용하여 소성로의 온도를 측정하거나 외부에서 와이어 타입의 열전대를 배기구나 문틈 사이로 투입하여 측정하는 방법을 사용하고 있으나, 이러한 방법들도 소성물에 실제로 전달되는 온도를 측정하는 것이 불가능하고, 소성로 내부의 위치별 온도 파악이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 내부의 온도분포를 정확하게 측정하여 균일한 온도 구배를 형성하고 소성물의 실제 온도를 측정할 수 있는 소성로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소성로는 내부에 공간이 형성된 몸체; 상기 몸체의 내부에 위치하며 상기 몸체와 상하로 이동 가능하게 결합하는 복수의 열전대; 상기 몸체의 내부에 위치하는 복수의 발열체; 상기 열전대로부터 온도데이터를 입력받아 상기 발열체의 온도를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 열전대는 상기 몸체와 나사결합하여 회전에 의해 상하로 이동할 수 있다.
또한, 상기 열전대와 상기 몸체는 상하방향으로 형성된 복수의 볼록부 및 오목부를 통해 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전대에 고정된 상하방향의 랙기어 및 상기 랙기어에 대응하는 피니언 기어를 더 포함하여, 상기 열전대는 상기 피니언 기어의 회전에 의해 상하로 이동할 수 있다.
또한, 상기 몸체는 직육면체 형상의 박스타입인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 소성로에 따르면 내부 공간의 각 부위별 온도를 측정하고 제어함으로써 균일한 온도 분포를 형성할 수 있으며 특히 소성대상물에 가해지는 열의 온도 분포를 균일하게 하여 고품질의 소성물을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 소성로의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 소성로의 상면도,
도 3은 소성대상물에 열전대가 근접한 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 도 1의 부분확대도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 도 1의 부분확대도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 도 1의 부분확대도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명에 따른 소성로의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 소성로의 상면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 소성로(100)는 몸체(110), 발열체(120), 열전대(130) 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 몸체(110)의 내부에는 공간이 형성되며 이 공간에 소성대상물(10)이 수용된다. 상기 소성대상물(10)은 소성세터(140)에 의해 지지된다.
그리고, 상기 몸체(110)의 내측 벽면에는 발열체(120)가 위치하며 이 발열체(120)로부터 발생된 열이 소성대상물(10)에 전달된다. 상기 발열체(120)는 전기 히터인 것이 바람직하나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 열을 발생시킬 수 있는 다양한 발열체(120)가 사용될 수 있다.
상기 열전대(130)는 몸체(110) 내부의 온도를 측정하기 위해 사용된다. 열전대(130)는 영하 200℃~ 영상 1700℃까지의 넓은 온도범위를 0.1% ~ 1%의 오차범위로 측정이 가능하고, 역학적 유연성이 있어 사용 부위에 따라 형태를 적합하게 바꿀 수 있다는 장점이 있어 온도 측정 분야에서 널리 사용되고 있다.
이 열전대(130)는 몸체(110)의 상면부와 결합하는데 열전대(130)가 상하로 이동이 가능하도록 결합된다. 따라서, 소성대상물(10)의 높이가 높은 경우에는 열전대(130)를 상승시키고, 소성대상물(10)의 높이가 낮은 경우에는 열전대(130)를 하강시킴으로써 소성대상물(10)의 높이나 형상에 관계없이 열전대(130)를 소성대상물(10)에 근접시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 열전대(130)를 상하로 이동시켜 소성대상물(10)에 근접시킬 수 있으므로 소성로(100) 내부의 온도가 아닌 소성대상물(10)의 실제 온도를 측정하는 것이 가능하다.
아울러, 상기 열전대(130)는 복수 개인 것이 바람직하다. 본 발명은 복수 개의 열전대(130)를 사용함으로써 몸체(110) 내부의 각 위치별 온도를 측정할 수 있으며 이를 바탕으로 하여 몸체(110) 내부의 온도 분포를 파악할 수 있다. 또한, 복수 개의 열전대(130)를 소성대상물(10)의 각 부위에 근접시킴으로써 소성대상물(10)의 각 부위별 온도를 측정할 수 있다.
도 3은 소성대상물(10)에 열전대(130)가 근접한 상태를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 소성대상물(10)의 표면이 매우 불규칙한 형상을 나타내고 있다. 이러한 소성대상물(10)은 각 부위별 온도를 측정하는 것이 불가능하지만 본 발명에서는 복수의 열전대(130)를 각각 소성대상물(10)의 표면에 근접시키는 구성을 통하여 각 부위별 온도를 측정할 수 있다.
특히, 소성대상물(10)이 캐비티(cavity) 및 테이퍼(taper)가 형성된 기판인 경우, 기판의 형상에 따라 열전대(130)를 각각 별도로 이동시킴으로써 표면에 최대한 근접하여 온도를 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 소성대상물(10)의 형상에 관계없이 각 부위별 온도를 정확하게 측정할 수 있으므로 실제 소성대상물(10)이 받는 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 캐비티 및 테이퍼가 형성된 기판의 경우에는 캐비티 및 테이퍼 부위의 소결 상태를 제어하는 것이 가능하다.
도면에는 28개의 열전대(130)가 도시되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 더욱 정밀한 온도분포를 측정할 필요가 있거나 소성로의 크기가 커지는 경우 28개 이상의 열전대(130)를 사용하는 것도 가능함은 물론이다.
그리고, 상기 제어부(150)는 상기 열전대(130)로부터 온도데이터를 입력받아 발열체(120)의 온도를 제어한다. 열전대(130)로부터 입력받은 온도와 설정된 소성온도를 비교하여 차이가 있으면 발열체(120)의 발열온도를 제어함으로써 설정된 소성 온도를 유지하는 것이다.
한편, 상기 발열체(120)는 복수 개인 것이 바람직하다. 이는 여러 개의 발열체(120)를 통하여 소성로(100) 내부의 각 부위별 온도를 제어하기 위함이다. 도 2를 참조하여 예를 들면, 설정된 소성온도가 900℃이고 왼쪽 상단의 열전대에서 측정된 온도가 895℃이면 왼쪽 상단부와 가장 가까운 위치에 있는 발열체(120)의 온도를 상승시켜 왼쪽 상단부의 온도가 900℃가 될 수 있도록 한다.
또한, 왼쪽 하단의 열전대(130)에서 측정된 온도가 905℃일 경우에는 왼쪽 하단부와 가장 가까운 곳에 위치한 발열체의 온도를 하강시켜 왼쪽 하단부의 온도가 900℃를 유지할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 의한 소성로(100)는 내부 공간의 각 부위별 온도를 측정하고 제어함으로써 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다는 장점이 있으며 특히 소성대상물(10)에 가해지는 열의 온도 분포를 균일하게 하여 고품질의 소성물을 얻을 수 있다.
이하 도 4 내지 도 6은 도 1의 A부분을 확대한 부분확대도로 도 4 내지 도 6을 참조하여 몸체(110)와 열전대(130)의 결합구조에 관해 살펴보도록 하겠다.
먼저, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 몸체(110)와 열전대(130)의 결합관계를 나타낸 도면으로 도 4를 참조하면 상기 열전대(130)는 몸체(110)와 나사결합한다.
상기 열전대(130)의 외주면을 따라 나사산이 형성되고 몸체(110)에는 이에 대응하는 나사산이 형성되어 열전대(130)를 회전시키면 회전 방향에 따라 열전대(130)가 상승 또는 하강하게 되는 것이다. 이러한 결합 방식은 열전대(130)의 높이를 정밀하게 조절할 수 있으므로 소성대상물에 열전대(130)를 최대한 근접시킬 수 있다.
상기 열전대(130)의 회전은 직접 사용자가 열전대를 회전시키는 수동방식도 가능하지만 모터 등을 이용하여 자동으로 회전시키는 것도 가능하다. 아울러, 몸체(110) 내부에 소성대상물(10)의 높이를 측정할 수 있는 센서를 장착하고, 열전대(130)가 자동으로 이동하여 소성대상물(10)에 근접하도록 하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 몸체(110)와 열전대(130)의 결합관계를 나타낸 도면으로, 도 5를 참조하면 상기 열전대(130)와 몸체(110)는 상하방향으로 형성된 복수의 볼록부 및 오목부를 통해 고정된다.
열전대(130)에는 상하방향으로 다수의 오목부가 형성되고 몸체(110)의 상면부에는 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되어 열전대(130)가 상하로 이동하면서 오목부와 볼록부가 대응하는 위치에서 고정되는 것이다.
이러한 결합 방식은 열전대(130)를 상하방향으로 이동시키는 방법이 매우 간단하고 직관적이므로 조작이 간편하다는 장점이 있으며, 열전대(130)의 위치를 신속하게 변경할 수 있으므로 소성 작업 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에서는 열전대(130)에 오목부가 형성되고 몸체(110)에 볼록부가 형성된 것으로 설명하였으나, 반대로 열전대(130)에 볼록부가 형성되고 몸체(110)에 오목부가 형성되어 결합하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 몸체(110)와 열전대(130)의 결합관계를 나타낸 도면으로, 도 6을 참조하면 상기 열전대(130)에는 상하방향으로 랙기어(160)가 고정되고 이 랙기어(160)에 대응하는 피니언기어(170)가 회전함으로써 열전대(130)를 상하방향으로 이동시킨다.
랙기어(160)와 피니언기어(170)를 이용한 결합방식은 소성로(100)의 몸체(110)에 추가적인 가공이 불필요하므로 가공이 어려운 재질로 몸체(110)를 형성할 수 있다.
상기 피니언기어(170)는 수동으로 회전시킬 수도 있으며 모터 등을 이용하여 자동으로 회전시키는 것도 가능하다. 따라서, 상기 제1실시예와 마찬가지로 몸체(110) 내부에 소성대상물(10)의 높이를 측정할 수 있는 센서를 장착하고 열전대(130)가 자동으로 이동하여 소성대상물(10)에 근접하도록 하는 것도 가능하다.
한편, 상기 몸체(110)는 직육면체 형상의 박스타입일 수 있다. 박스타입의 몸체(110)는 소성대상물(10)이 사각기판인 경우에 적합하며, 사각기판으로 전달되는 열의 분포도를 더욱 균일하게 만들어 줄 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 소성대상물
100 : 소성로
110 : 몸체
120 : 발열체
130 : 열전대
140 : 소성세터
150 : 제어부
160 : 랙기어
170 : 피니언기어

Claims (5)

  1. 내부에 공간이 형성된 몸체;
    상기 몸체의 내부에 위치하며 상기 몸체와 상하로 이동 가능하게 결합하는 복수의 열전대;
    상기 몸체의 내부에 위치하는 복수의 발열체;
    상기 열전대로부터 온도데이터를 입력받아 상기 발열체의 온도를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 소성로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전대는 상기 몸체와 나사결합하여 회전에 의해 상하로 이동하는 소성로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열전대와 상기 몸체는 상하방향으로 형성된 복수의 볼록부 및 오목부를 통해 고정되는 소성로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열전대에 고정된 상하방향의 랙기어 및 상기 랙기어에 대응하는 피니언 기어를 더 포함하여,
    상기 열전대는 상기 피니언 기어의 회전에 의해 상하로 이동하는 소성로.
  5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체는 직육면체 형상의 박스타입인 소성로.
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