KR20070080809A - 열처리 화로용 로보트 암 장치 - Google Patents

열처리 화로용 로보트 암 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CFRP 재료의 암(arm)부의 외주면에 얇은 판 형상의 히터(heater)를 장착함으로써, 저렴하고 동시에 고장난 히터의 교환을 용이하게 할 수 있으며, 유지관리 작업을 단순화하고 횟수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 열처리 화로용 로보트 암(robot arm) 장치에 관한 것이다.
암(arm)(1)은 CFRP를 소재로 하여 편평한 단면을 나타내는 긴 자(尺) 형상으로 형성되고, 컬럼(column)(13)의 한쪽 편에 설치되어 있다. 암(arm)(1)의 고정단 근방의 상면 및 하면에 얇은 판 형상의 히터(2,3)를 배치하고, 피복부재(4)로 피복한다. 히터(2,3)에 전력을 공급함으로써, 암(arm)(1)의 고정단 근방은 150℃ 이상의 온도로 가열된다.

Description

열처리 화로용 로보트 암 장치{ROBOT ARM DEVICE FOR USE IN HEAT TREATMENT FURNACE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 화로용 로보트 암 장치(10)의 사용 상태를 도시한 도면;
도 2는 암(arm)(1) 위에 유리 기판(30)이 올려진 상태의 일 예를 도시한 평면도; 및
도 3은 암(1)의 고정단 부근의 구성을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 암(arm)(암부) 2,3 : 히터(heater)
4 : 피복부재 10 : 열처리 화로용 로보트 암 장치
11 : 본체 12,13 : 컬럼(column)
20 : 열처리 화로 30 : 유리 기판(피처리물)
본 발명은 액정 컬러 디스플레이(color display)의 컬러 필터(color filter) 등의 제조시에, 열처리 화로에 대한 유리 기판의 반입출이나 이송 등에 사용되는 열처리 화로용 로보트 암(robot arm) 장치에 관한 것이다.
액정 컬러 디스플레이의 컬러 필터 등의 제조시에는 유리 기판상에 유기물로 이루어진 감광성 레지스트(photosensitive regist)를 도포하여 건조시킨 후에, 패턴 노광 및 현상을 행하는 것에 의해 착색 패턴이 형성된다. 이때, 착색 패턴 부분의 감광성 레지스트를 완전히 경화시키기 위해서, 200℃∼250℃의 열처리 화로 내에서 소성하는 열처리 공정이 실행된다.
열처리 공정에서는 상면에 감광성 레지스트를 도포한 피처리물인 유리 기판을 로보트 암 장치의 암부에 싣고, 소정온도로 유지되는 열처리 화로 내에 반입한다. 열처리 화로 내에는 여러 장의 유리 기판이 각각의 사이에 간격을 두고 적층되어 수납된다.
유리 기판에 도포된 감광성 레지스트는 열처리 화로 내에서 가열되면 가스를 발생시킨다. 열처리 화로 내부에는 감광성 레지스트로부터 발생한 가스가 고농도로 존재한다. 이런 가스는 100℃∼150℃에서 굳어서 승화물이 된다.
유리 기판의 반입 및 반출시에 열처리 화로의 외부에서 실온 정도까지 온도 저하된 암부가 열처리 화로 내에 삽입되면, 저온의 암부에서 냉각된 가스가 승화물이 되어 그 암부에 부착한다. 암부는 유리 기판의 반입 및 반출시에 유리 기판의 상부를 통과한다. 이때, 암부에서 승화물이 유리 기판 위로 떨어지고, 이는 티끌(particle)을 발생시키는 원인이 된다.
특히, 열처리 화로의 반입출구 부근에서는 열처리 화로의 내외의 온도가 급격히 변화하기 때문에, 가스가 냉각되어 굳기 쉽다. 이것 때문에, 유리 기판의 반입출시에 반입출구 부근에 위치하는 암부의 고정단 부근에 다량의 승화물이 부착한다.
이것을 방지하기 위해서는 암부에 부착된 승화물을 제거하는 유지관리(maintenance) 작업을 정기적으로 행할 필요가 있지만, 유리 기판의 처리량이 증가함에 따라 유지관리 작업이 번잡해지고 동시에 그 빈도가 증가하여 생산성이 저하된다.
따라서, 종래의 로보트 암 장치에는 암부를 승온(昇溫) 가능한 봉상재료로 구성하는 것이 제안되었다(예: 특허공개 평 11-270970 호 공보 참조). 구체적으로는, 내부에 전력 투입 전극을 가진 각봉(角棒)의 세라믹(ceramic) 히터에 의해 암부를 구성한다고 한다.
그렇지만, 세라믹(ceramic) 재료는 일반적으로 고가(高價)이어서 부담이 크다. 면적의 확대화 경향이 현저한 유리 기판의 이송에 견딜 수 있는 강도를 암부에 부여하기 위해서는 암부를 대형화할 필요가 있다. 대형화된 암부는 비용의 상승을 초래할 뿐만 아니라, 적층해서 수납되어 있는 여러 장의 유리 기판의 간격에 삽입할 수 없게 되어, 유리 기판의 반입 및 반출에 적합하지 않다. 이것 때문에, 최근에는 암의 소재로서, 탄소섬유 보강 수지(이하, CFRP라고 한다)가 사용되고 있지 만, CFRP 재료의 암부 자체를 발열체라고 할 수는 없다.
본 발명의 목적은 CFRP 재료의 암부의 외주면에 얇은 판 형상의 히터를 장착함으로써, 저렴하고 동시에 고장난 히터의 교환을 용이하게 행할 수 있으며, 유지관리 작업을 단순화하고 필요 횟수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 열처리 화로용 로보트 암 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 열처리 화로용 로보트 암 장치는 암부, 히터 및 피복부재를 구비하고 있다. 암부는 CFRP를 소재로 하여 예를 들면 외형단면이 직사각형 등의 편평한 단면인 긴 자(尺) 형상이고, 한쪽 편에 설치되어 있으며, 열처리 화로에 대한 반입출이나 이송시에 피처리물이 올려진다. 히터는 얇은 판 형상이고, 암부의 표면에서 적어도 암부의 고정단측의 단부를 포함하는 범위에 접촉 배치되며, 피처리물에서 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 발열한다. 피복부재는 가요성(可撓性) 수지제 시트(sheet)체이며, 히터와 함께 암부 표면을 피복한다.
본 구성에 있어서, 피처리물로부터 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 발열하는 히터는 수지제의 피복부재에 의해, 한쪽 편에 설치되는 암부의 표면에서 적어도 고정단측의 단부를 포함하는 범위에 접촉한 상태로 유지된다.
따라서, 암부의 적어도 고정단측 단부의 표면 온도는 피처리물에서 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 유지된다. 암부의 적어도 고정단측의 단부에는 피처리물에서 발생하는 가스의 승화물이 부착하지 않는다. 피처리물의 반입출시에 반입 출구 부근에 위치하기 때문에 승화물이 부착하기 쉬운 암부의 고정단 부근은 피처리물에서 발생한 가스의 고체화 온도 이상으로 확실하게 유지된다. 가요성 수지제 시트체의 피복부재는 비교적 용이하게 파단(破斷) 가능하기 때문에, 히터의 교환이 용이하게 된다. 또한, 암부의 겉 표면에는 얇은 판 형상의 히터가 시트 형상의 피복부재에 의해 배치되기 때문에, 암부의 단면의 높이는 크게 증가하지 않는다.
상기의 구성에 포함되는 히터는 암부의 적어도 상하면에 배치될 수 있다. 암부의 적어도 고정단측 단부의 상하면의 표면 온도는 피처리물에서 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 유지된다. 암부의 적어도 고정단측 단부의 상하면에는 피처리물에서 발생하는 가스의 승화물이 부착하지 않는다.
상기의 구성에 포함되는 히터로서, 실리콘 고무 히터(silicone rubber heater)를 사용할 수 있다. 암부의 표면에 얇은 실리콘 고무 히터가 배치되므로, 암부의 단면의 높이는 크게 증가하지 않는다.
상기의 구성에 포함되는 피복부재로서, 열수축성 튜브(tube)를 사용할 수 있다. 암부의 표면에 히터를 배치하고 열수축성 튜브로 피복한 후에, 열수축성 튜브를 가열함으로써 암부의 표면에 히터가 확실히 고정된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 화로용 로보트 암(robot arm) 장치(10)의 사용 상태를 도시한 도면이다. 열처리 화로용 로보트 암 장치(10)는 일례로서, 액정 컬러 디스플레이의 유기 컬러 필터용 유리 기판(30)을 피처리물로 하는 열처리 공정에서 감광성 레지스트가 도포된 유리 기판(30)을 열처리 화로(20)에 반 입출하기 위해서 사용된다.
열처리 화로용 로보트 암 장치(10)는 본체(11), 컬럼(column)(12,13) 및 암(1)을 구비한다. 컬럼(12)은 본체(11)에 자유 자재로 승강하면서 동시에 자유 자재로 회전하도록 지지되어 있다. 다른 컬럼(13)은 상기 컬럼(12)에 자유 자재로 회전하도록 지지되어 있다. 암(1)은 본 발명의 암부이고, 상기 컬럼(13)의 한쪽 편에 설치되어 있다. 열처리 화로용 로보트 암 장치(10)는 일례로서 2개의 암(1)을 구비한다. 암(1)의 개수는 3개 이상이어도 괜찮다.
열처리 화로용 로보트 암 장치(10)는 래크(rack)(40)에 수납되어 있는 유리 기판(30)을 열처리 화로(20)에 적층하기 위해 반입하고, 소정의 열처리가 종료된 유리 기판(30)을 열처리 화로(20)로부터 반출해서 다음 공정의 위치로 이송한다.
유리 기판(30)을 열처리 화로(20)에 반입하는 때에, 열처리 화로용 로보트 암 장치(10)는 컬럼(12,13)의 회전에 의해 래크(40) 내에 수납되어 있는 유리 기판(30)의 아래쪽으로 암(1)을 수평방향으로 삽입하고, 컬럼(12)을 상승시켜 암(1) 위에 유리 기판(30)을 올린다. 그런 다음에, 컬럼(12,13)의 회전에 의해 암(1)과 함께 유리 기판(30)을 래크(40)로부터 꺼내어, 열처리 화로(20) 내에 삽입한다.
유리 기판(30)을 올린 암(1)이 열처리 화로(20) 안의 소정의 위치에 도달하면, 컬럼(12)을 하강시켜 유리 기판(30)을 래크(23)에 놓는다. 또한, 컬럼(12)을 하강시켜 암(1)이 유리 기판(30)의 하면과 분리되면, 컬럼(12,13)을 회전시켜 암(1)을 열처리 화로(20)로부터 인출한다.
유리 기판(30)을 열처리 화로(20)로부터 반출하는 때에는, 열처리 화로용 로 보트 암 장치(10)는 컬럼(12,13)의 회전에 의해 열처리 화로(20) 내에 수납되어 있는 유리 기판(30)의 아래쪽으로 암(1)을 수평방향으로 삽입하고, 컬럼(12)을 상승시켜서 암(1) 위에 유리 기판(30)을 올린다. 그 후, 컬럼(12,13)의 회전에 의해 암(1)과 함께 유리 기판(30)을 열처리 화로(20)로부터 인출한다.
열처리 화로(20)의 반입출구(21)는 셔터(22)에 의해 자유 자재로 개폐된다. 열처리 화로(20)에 유리 기판(30)을 반입출하는 때에 반입출구(21)가 열린다. 열처리 화로(20)의 내부는 유리 기판(30)에 도포된 감광성 레지스트의 소성에 적합한 200℃∼250℃ 정도의 온도로 유지되고, 열처리 화로(20) 안은 감광성 레지스트로부터 발생한 가스가 고농도로 존재한다. 열처리 화로(20)의 외부는 실온이기 때문에, 반입출구(21)가 열렸을 때에 반입출구(21) 부근에서 100℃∼150℃로 냉각된 가스가 고체화한다.
도 2는 암(arm)(1) 위에 유리 기판(30)이 올려진 상태의 일 예를 도시한 평면도이다. 암(arm)(1)은 일례로서 길이 1,300㎜의 유리 기판(30)에 대하여 길이가 1700㎜이고 고정단에서 개방단까지 일정한 폭 100㎜로 되어 있다.
유리 기판(30)은 컬럼(13)의 한쪽 편에 설치되어 있는 암(1) 상에서, 암(1)의 고정단에서 소정거리(도 2에 도시된 예에서는 330㎜) 떨어진 위치에서 개방단측의 범위에 접촉한다. 유리 기판(30)을 열처리 화로(20) 내에 반입출할 때에, 암(1)의 고정단측에서 유리 기판(30)이 접촉하지 않는 부분이 열처리 화로(20)의 반입출구(21) 부근에 위치한다. 이로 인해, 암(1)의 고정단측에서 유리 기판(30)이 접촉하지 않는 부분은 승화물이 부착되기 쉽다.
도 3은 암(1)의 고정단 부근의 구성을 도시한 단면도이다. 암(1)은 CFRP를 소재로 하여 직사각형 단면을 나타내는 봉상(棒狀)으로 형성되고, 컬럼(13)의 한쪽 편에 설치된다. 암(1)은 상면을 수평면으로 한 채 고정단의 높이가 40∼50㎜, 개방단의 높이가 20∼30㎜가 되도록 하면이 경사진 테이퍼(taper) 형태로 되어 있다.
암(1)의 고정단 부근에는 상면 및 하면에 히터(2,3)가 배치되고, 피복부재(4)로 피복되어 있다. 히터(2,3)는 일례로서 1∼3㎜ 정도 두께의 실리콘 고무 히터이다. 히터(2)의 소비 전력은 40W이며, 다른 히터(3)의 소비 전력은 40W이다. 히터(2,3)는 얇은 판 형상으로 열처리 화로(20) 내의 가스의 고체화 온도 이상으로 발열한다는 조건을 만족한다면 실리콘 고무 히터 외에 다른 것을 사용할 수도 있다.
피복부재(4)는 일례로서 1㎜ 정도 두께의 열수축 튜브(tube)이다. 피복부 재(4)는 가열 온도를 견딜 수 있는 시트체(sheet)라는 조건을 만족한다면 열수축 튜브(tube) 외에 다른 것을 사용할 수도 있다.
히터(2,3)는 일례로서 도 2에 도시된 것과 같이, 암(1)의 고정단에서 30㎜ 떨어진 위치에서 개방단측을 향해 250m 범위에 배치된다. 한편, 암(1)의 전체에 걸쳐 히터를 배치해도 바람직하다.
히터(2,3)에 전력을 공급하는 것에 의해, 암(1)의 고정단 부근은 150℃ 이상의 온도로 가열된다. 이로 인해, 열처리 화로(20)에 유리 기판(30)을 반입출하는 때에, 열처리 화로(20)의 반입출구 부근에 위치하는 암(1)의 고정단 부근에 승화물이 부착하는 것을 억제할 수 있다.
암(1)에 부착하는 승화물을 감소시킴으로써, 암(1)으로부터 유리 기판(30)에 불순물이 부착될 가능성을 낮출 수 있고, 티끌(particle)의 발생을 억제하여 제품의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 암(1)에 부착된 승화물을 제거하기 위한 유지관리(maintenance) 작업을 간략화할 수 있는 동시에 유지관리 작업의 빈도를 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 열처리 화로(20) 내의 가스 농도를 저하시킬 필요가 없어지고, 열처리 화로(20) 내의 환기량을 증가시키는 것에 의한 열 에너지(energy)의 손실을 억제할 수 있어 에너지 소비량의 증가를 방지할 수 있다.
한편, 히터(2,3)는 고정단 근방을 포함하는 암(arm)(1)의 전범위에 배치할 수도 있다. 이 경우에는, 내열온도가 열처리 화로(20) 내의 설정 온도 이상인 피복부재(4)를 사용할 필요가 있다. 이것 때문에, 피복부재(4)는 열수축 튜브(tube)에 한정되는 것이 아니다. 다만, 암(1)은 열처리 화로(20)의 내부 등에서 적층하여 수납되는 여러 장의 피처리물의 사이에 삽입되기 위해서, 상하 방향의 치수가 크게 변하지 않는 부재를 선택할 필요가 있다.
상기한 실시예의 설명은 모든 점에서 예시적이며, 본 발명은 상기의 실시예의 구성에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해 지시되고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 열처리 화로용 로보트 암 장치에 의하면, 간단한 구성으로 피처리 물의 반입출시에 반입출구 부근에 위치하여 승화물이 부착하기 쉬운 암부의 고정단측 단부의 표면 온도를 피처리물에서 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 확실히 유지할 수 있어, 그 부분에 피처리물에서 발생하는 가스의 승화물이 부착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가요성 수지제 시트체의 피복부재는 비교적 용이하게 파단할 수 있기 때문에, 히터를 용이하게 교환할 수 있다. 이로 인해, 유지관리 작업을 단순화하고 횟수를 줄일 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 암부의 겉 표면에 얇은 판 형상의 히터를 시트(sheet) 형상의 피복부재에 의해 배치하기 때문에, 암부의 단면의 높이가 크게 증가하지 않고, 열처리 화로에 피처리물의 반입출시에 지장을 초래하지도 않는다.
히터를 암부의 적어도 상하면에 배치하는 것에 의해, 암부의 적어도 고정단측 단부의 상하면의 표면 온도를 피처리물에서 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 유지할 수 있다. 따라서, 암부의 적어도 고정단측 단부의 상하면에 피처리물에서 발생하는 가스의 승화물이 부착하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 열처리 화로 내에서 간격을 두고 적층된 피처리물의 이송시에 암부로부터 피처리물의 표면에 승화물이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
히터로서 실리콘 고무 히터를 사용함으로써, 암부의 단면의 높이가 상당히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 열처리 화로 내에 간격을 두고 적층되는 피처리물의 이송시에 피처리물 사이에 암부를 삽입하는 경우에도 지장이 초래되지 않는다.
피복부 재료로서 열수축성 튜브(tube)를 사용함으로써, 열수축성 튜브(tube)를 가열하는 것으로 암부의 표면에 히터를 용이하고 확실하게 고정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 열처리 화로에 대한 피처리물의 이동에 사용되고 탄소섬유 보강 수지를 소재로하여 편평한 단면의 긴 자(尺) 형상이며 한쪽 편에 설치되는 구조의 로보트 암부와; 상기 암부 표면에 적어도 상기 암부의 고정단측의 단부를 포함하는 범위에 접촉 배치되는 얇은 판 형상으로 상기 피처리물에서 발생하는 가스의 고체화 온도 이상으로 발열하는 히터와; 상기 히터와 함께 상기 암부의 표면을 피복하는 가요성 수지제 시트체의 피복부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 화로용 로보트 암 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 암부의 적어도 상하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 열처리 화로용 로보트 암 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히터는 실리콘 고무 히터인 것을 특징으로 하는 열처리 화로용 로보트 암 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복부재는 열수축성 튜브인 것을 특징으로 하는 열처리 화로용 로보트 암 장치.
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