KR20080055062A - 연속경화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연속경화장치는 독립된 분위기를 유지하는 다수의 부들로 구성되며 피경화체를 경화하기 위한 작업수행부(100)와, 피경화체를 다수의 경화부 사이로 이송하기 위한 이송장치(200)와, 다수의 경화부 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 배기장치(300)를 포함한다. 작업수행부(100)는 대기부(110), 대기분위기를 갖는 제1경화부(120) 및 제5경화부(160), 질소분위기를 갖는 제2경화부(130), 제3경화부(140) 및 제4경화부(150) 그리고 배출부(170)를 포함한다.

금속, 적층, 경화, 연속, 분위기, 산소, 질소, 컨베이어, 문, 순환, 가열

Description

연속경화장치{SEQUENT CURING APPARATUS}

도 1은 일반적인 금속 적층체의 개략도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속경화장치의 개략도; 및

도 3은 도 2의 경화부 중 하나를 상세하게 나타낸 상세도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 작업수행부 110 : 대기부

120~160 : 제1~제5경화부 170 : 배출부

200 : 이송장치 210 : 컨베이어벨트

300 : 배기장치

본 발명은 경화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연성 금속박 적층체를 저렴하면서 대량으로 경화할 수 있는 연속경화장치에 관한 것이다.

연성 금속박 적층체는 금속박의 한 면에 고분자 전구체가 포함된 바니쉬를 코팅하고, 250℃ 이하의 대기 분위기 온도에서 용매를 건조한 후, 경화공정을 거쳐 제조하게 된다. 연성 금속박 적층체 제조시 경화공정에서 사용되는 기술로는 단순 배치오븐 방식과 연속경화 방식이 있다.

단순 배치오븐은 건조를 마친 금속박 적층체를 각종 부자재를 이용하여 롤형태로 감은 후, 독립적인 하나의 오븐에 투입하여 질소 분위기에서 승온, 경화 및 냉각을 거치는 방식이다. 이 방식은 설비 비용이 저렴한 장점이 있는 반면에, 질소의 치환, 가열 및 냉각시 소요되는 시간과 에너지로 인해 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있다. 또한, 생산성을 높이기 위해 다수의 배치오븐을 사용할 경우, 배치오븐의 성능차이로 인해 제품의 물성치가 달라지는 문제점이 있다.

한편, 연속경화는 건조를 마친 금속박 적층체를 질소 분위기에서 롤-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 연속적으로 승온, 경화 및 냉각하는 방식이다. 이 방식은 수율이 높고, 제품의 품질편차가 적은 장점이 있는 반면에, 생산성을 높이기 위해서는 막대한 설비 비용이 요구되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 단순 배치오븐 방식과 연속경화 방식을 혼합함으로써 저렴한 설비 비용으로 품질편차가 적은 연성 금속박 적층체를 높은 생산성으로 제조할 수 있는 연속경화장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 독립된 분위기를 유지하는 다수의 부들로 구성되며 피경화체를 경화하기 위한 작업수행부와, 피경화체를 다수의 경화부 사이로 이송하기 위한 이송수단과, 다수의 경화부 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 배기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속경화장치를 제공한다.

본 발명의 경화장치는 작업수행부가 대기부, 다수의 경화부 및 배출부를 포함하며, 다수의 경화부는 일부가 대기분위기이고 나머지는 질소분위기인 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 경화부는 대기분위기를 갖는 제1경화부 및 제5경화부와 질소분위기를 갖는 제2경화부, 제3경화부 및 제4경화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 제1경화부, 제2경화부, 제3경화부, 제4경화부 및 제5경화부는 일정하게 유지되는 100~200℃, 200~300℃, 300~400℃, 200~300℃ 및 100~200℃의 내부 온도를 각각 갖는 것을 특징으로 하며, 제2경화부, 제3경화부 및 제4경화부는 일정하게 유지되는 1.0% 이하, 0.1% 이하 및 1.0% 이하의 산소 농도를 각각 갖는 것을 또한 특징으로 한다.

또한, 제1경화부 앞, 제1경화부와 제2경화부 사이, 제2경화부와 제3경화부 사이, 제3경화부와 제4경화부 사이, 제4경화부와 제5경화부 사이 및 제5경화부 뒤에 자동으로 개폐되도록 제어되는 제1문~제6문이 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 제2문과 제3문은 동시에 열리지 않게 제어되고, 제4문과 제5문도 동 시에 열리지 않게 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1경화부, 제2경화부, 제3경화부, 제4경화부 및 제5경화부는 그 내부 온도 차이가 150℃를 넘지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1경화부와 제5경화부는 질소분위기로 전환 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 경화장치는 또한 제1경화부와 제5경화부의 내부 분위기를 전환하기 위한 주입 가스 전환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이송수단은 모터에 의해 구동되는 컨베이어벨트이며, 컨베이어벨트는 망형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 컨베이어벨트 아래쪽에 위치한 가스주입로로부터 공급되는 가스를 작업수행부로 펌핑하기 위한 순환팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 가스주입로를 지나는 가스를 가열하기 위해 가스주입로 근방에 가열장치를 더 포함하는 것을 또한 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속경화장치에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서 경화하고자 하는 연성 금속박 적층체는 도 1에 도시한 바와 같은 형태를 갖는다. 적층체(10)는 롤형태로 형성되며, 이는 건조를 마친 금속박 적층체를 각종 부자재, 특히 원통형의 부자재를 이용하여 롤형태로 감음으로써 구현된다. 샘플 적층체(10)는 무게가 20~40㎏, 높이가 600㎜, 직경이 300㎜ 정도의 크 기를 갖는다.

본 실시예에 따른 연속경화장치를 도 2에 개략적으로 도시한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 경화장치는 적층체(10)의 경화작업이 수행되는 일련의 작업수행부(100), 일련의 작업수행부(100)로 적층체(10)를 이송하기 위한 이송장치(200) 및 작업수행부(100)에서 배출되는 가스를 외부로 배출 하기 위한 배기장치(300)를 포함한다.

일련의 작업수행부(100)는 대기부(110), 제1경화부(120), 제2경화부(130), 제3경화부(140), 제4경화부(150), 제5경화부(160) 및 배출부(170)를 포함하며, 각 부분은 동일선상에 일정 간격을 두고 나란하게 위치한다.

대기부(110)는 롤형태의 적층체(10)가 경화공정에 앞서 대기하는 구간으로 작업수행부(100)의 맨 앞에 위치한다. 경화하고자하는 적층체(10)는 이 구간에서 일정 시간(T1) 대기한 후 다음 위치로 이동하게 된다.

제1경화부(120)는 대기부(100)에서 이송된 적층체(10)를 최초로 경화하기 시작하는 구간으로, 이 구간은 대기분위기이며 일정한 풍량(W1)으로 100℃~200℃의 내부 온도가 일정하게 유지된다. 적층체(10)는 이 구간에서 일정 시간(T1)동안 체류하면서 온도가 내부 온도인 100℃~200℃로 상승된 후 다음 위치로 이동하게 된다.

제2경화부(130)는 제1경화부(110)에서 이송된 적층체(10)를 더 경화하는 구간으로, 이 구간은 질소분위기이며 일정한 풍량(W2)으로 200℃~300℃의 내부 온도가 일정하게 유지된다. 이 구간은 고온에서 금속박이 산화되는 것을 방지하기 위하 여 위에 설명한 것처럼 질소분위기가 유지된다. 또한, 이 구간은 산소의 농도가 1%이하로 유지된다. 적층체(10)는 이 구간에서 일정 시간(T1)동안 체류하면서 온도가 내부 온도인 200℃~300℃로 더 상승된 후 다음 위치로 이동하게 된다.

제3경화부(140)는 제2경화부(130)에서 이송된 적층체(10)를 좀 더 경화하는 구간으로, 이 구간도 질소분위기이며 일정한 풍량(W3)으로 300℃~400℃의 내부 온도가 일정하게 유지된다. 이 구간은 산소의 농도가 0.1% 이하로 유지된다. 적층체(10)는 이 구간에서 일정 시간(T2=2×T1)동안 체류하면서 온도가 내부 온도인 300℃~400℃로 좀 더 상승된 후 다음 위치로 이동하게 된다.

제4경화부(150)는 제3경화부(140)에서 이송된 적층체(10)를 서서히 냉각하기 시작하는 구간으로, 이 구간도 질소분위기이며 일정한 풍량(W4)으로 200℃~ 300℃의 내부 온도가 일정하게 유지되면서 300℃~400℃까지 온도가 상승되었던 적층체(10)가 서서히 냉각되기 시작한다. 이 구간은 산소의 농도가 1% 이하로 유지된다. 적층체(10)는 이 구간에서 일정 시간(T1)동안 체류하면서 온도가 내부 온도인 200℃~250℃로 냉각된 후 다음 위치로 이동하게 된다.

제5경화부(160)는 제4경화부(150)에서 이송된 적층체(10)를 좀 더 냉각하는 구간으로, 이 구간은 대기분위기이며 일정한 풍량(W5)으로 100℃~200℃의 내부 온도가 일정하게 유지되면서 200℃~250℃의 온도로 냉각되었던 적층체(10)가 좀 더 냉각된다. 적층체(10)는 이 구간에서 일정 시간(T1)동안 체류하면서 온도가 내부 온도인 100℃~200℃로 냉각된 후 다음 위치로 이동하게 된다.

배출부(170)로 제5경화부(160)에서 이송된 적층체(10)가 대기로 노출되는 구 간으로, 이 구간에서 적층체(10)의 경화공정이 마무리되며 이 구간에서 일정 시간(T1) 대기한 후 다음 제조공정이 시작되게 된다.

작업수행부(100)의 대기부(110)와 제1경화부(120) 사이, 제1경화부(120)와 제2경화부(130) 사이, 제2경화부(130)와 제3경화부(140) 사이, 제3경화부(140)와 제4경화부(150) 사이, 제4경화부(150)와 제5경화부(160) 사이 및 제5경화부(160)와 배출부(170) 사이에는 각각 수직으로 개폐되는 문(D1~D6)들이 각각 설치된다. 각 문(D1~D6)들은 미도시한 제어장치에 의해 제어되면서 적층체(10)가 이송될 때 미도시한 모터의 구동력에 의해 자동으로 개폐된다. 각 문이 닫혔을 때에는 각 내부의 교유한 분위기가 유지될 수 있도록 밀폐가 가능해야 한다.

문이 개폐됨에 있어, 제2경화부(130)와 제3경화부(140)의 고유한 질소분위기를 그대로 유지하기 위하여 문(D2)과 문(D3)은 동시에 열리지 않게 설계되는 것이 바람직하다. 이와 마찬가지로, 제3경화부(140)와 제4경화부(150)의 고유한 질소분위기를 그대로 유지하기 위하여 문(D4)과 문(D5)은 동시에 열지지 않게 설계되는 것이 바람직하다.

제1경화부(120)에서부터 제5경화부(160)까지의 내부온도는 이웃하는 각 부와의 온도차이가 150℃를 넘지 않도록 설정되는 것이 바람직하며, 100℃를 넘지 않게 설정되는 것이 보다 바람직하다. 경화되는 적층체(10)의 온도가 급격하게 높아질 경우, 적층체(10)에서 휘발분이 급격히 증발하여 표면 상태가 불량할 수 있고, 적층체(10) 내에서 필름의 위치에 따라 온도 편차가 발생하여 제품의 물성 차이가 생길 수 있다. 반면, 경화되는 적층체(10)의 온도가 급격하게 낮아질 경우, 필름 및 가스의 급격한 수축에 의해 구김과 같은 외관 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 승온 및 냉각이 급격하게 일어나지 않도록 각 부의 온도를 적절하게 설정하여야 한다.

위 경화장치의 구성에서, 제1경화부(120)와 제5경화부(160)는 대기분위기이고, 제2경화부(130)와 제4경화부(150)는 대기분위기에서 질소분위기로 전환되거나 질소분위기에서 대기분위기로 전환되는 구간이다. 이 구성은 질소 소모량이 비교적 적어 장치 전체의 운전 비용을 절감할 수 있기는 하나, 금속박의 산화를 억제하기 위하여 제1경화부(120)와 제5경화부(160)의 온도를 200℃ 이하로 해야 하기 때문에 전체 공정의 온도 변경에 있어 제한적일 수 있다.

이와 달리, 제1경화부(120)~제5경화부(160) 전체가 질소분위기인 경우, 제1경화부(120)와 제5경화부(160)가 질소 전환 구간이 된다. 이 구성은 질소 소모량이 비교적 많아 장치 전체의 운전 비용이 많이 들기는 하나, 금속박 산화의 문제가 발생하지 않기 때문에 전체 공정의 온도 변경에 있어 매우 자유로울 수 있다.

위 두 가지 경우를 선택적으로 사용하고자 전체 공정의 용도와 상황에 따라 질소 전환 구간을 변경하고자 하는 경우에는, 각 부에 주입되는 가스의 종류, 예를 들어 대기 또는 질소를 자유로이 교체할 수 있도록 각 부, 예를 들어 제1경화부(120)과 제5경화부(160)에 적절한 가스 공급라인이 마련되어야 한다.

본 실시예의 경화장치는 위에 설명한 작업수행부(100)의 각 부로 적층체(10)를 이동시키기 위해 작업수행부(100)의 아래쪽에 이송장치(200)가 마련된다.

이송장치(200)는 작업수행부(100) 전체에 걸쳐 수평하게 설치되는 컨베이어 벨트(210)와 이 컨베이어벨트(210)를 구동하는 모터(220)를 포함한다.

또한, 본 실시예의 경화장치는 작업수행부(100)에서 배출되는 가스를 외부로 배출 하기 위해 작업수행부(100)의 위쪽에 배기장치(300)가 마련된다.

배기장치(300)는 제1경화부(120)~제5경화부(160)와 연결된 제1~제5분관(310~350)들과 이 분관(310~350)들을 이어주는 하나의 주관(360)을 포함한다. 가스가 배출되는 주관(360)의 앞쪽에는 미도시한 흡입펌프를 설치하여 배출되는 가스의 화살표 방향으로의 이동을 도울 수 있다.

작업수행부(100)의 구체적인 구성을 도 3을 참조로 상세하게 설명한다. 각 작업수행부(100)의 구성은 내부 분위기와 온도가 다른 것을 제외하고 구비되는 구성이 같기 때문에 작업수행부(100)의 하나, 즉 제1경화부(120)를 예를 들어 설명하고 나머지에 대해서는 설명을 생략한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1경화부(120)의 입구와 출구에는 문(D1,D2)이 설치되고, 문(D1,D2)은 예를 들어 철선 등의 현수수단을 통해 제1경화부(120)의 위쪽에 설치된 모터(M1,M2)와 연결된다. 모터(M1,M2)는 앞서 설명한 미도시한 제어장치에 의해 제어되면서 적절한 시간에 문(D1,D2)을 개폐하게 된다. 또한, 제1경화부(120)의 위쪽에는 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(301)가 설치되며, 이 배기구(301)는 앞서 설명한 분관(310)과 연결된다. 배기구(301)를 통해 배출되는 가스의 양은 주관(360)에 설치된 미도시한 흡입펌프를 제어함으로써 조절 가능한 것이 바람직하다.

제1경화부(120)의 아래쪽에는 적층체(10)를 이송하는 컨베이어벨트(210)가 설치되고 벨트(210) 밑에는 벨트(210)의 움직임을 돕는 다수의 롤러(211)가 수평하게 나란히 정렬된다. 벨트(210)는 아래쪽에서 분사되는 가스가 제1경화부(120) 내부로 원활히 유입되도록 금속재질의 망형태를 갖는 것이 바람직하고, 위에 얹어지는 적층체(10)의 무게에도 변형되지 않는 것 또한 바람직하다.

벨트(210)의 보다 아래쪽에는 외부 가스, 예를 들어 공기 또는 질소를 제1경화체(120) 안으로 주입하기 위한 가스주입로(230)가 마련되며 가스주입로(230)는 가열장치(240)에 의해 가열된다. 따라서, 가스주입로(230)를 통해 주입되는 가스는 제1경화체(120)의 내부 온도인 200~300℃로 가열되게 된다. 가스주입로(230)를 통해 주입되는 가스의 양은 미도시한 조절장치에 의해 자동으로 조절되는 것이 바람직하다.

벨트(210)와 가스주입로(230) 사이에는 순환팬(250)이 설치되어 가스주입로(230)에서 나온 가스가 망형 벨트(210)를 원활하게 통과하도록 힘을 부여한다. 순환팬(250) 또한 미도시한 제어장치에 의해 제어되면서 작업 조건에 따라 그 용량이 조절될 수 있다.

본 실시예의 연속경화장치의 생산성을 알아 보기 위해 종래의 배치오븐과 생산량을 간략하게 비교해 본다.

도 2의 경화장치는 종래의 단순 배치오븐 공정에서 6기의 오븐과 유사한 규모로 볼 수 있다. 적층체 샘플 하나의 총면적을 50㎡로 보고 각 부에서의 적층체의 체류시간 T1을 약 0.25시간으로 하고 T2를 약 0.5시간으로 하여 장치를 1개월(24시간×30일)동안 작동시켰을 때 72000㎡의 제품을 생산할 수 있다.

한편, 종래의 단순 배치오븐의 경우, 6기의 오븐을 사용한다고 가정하고, 적층체 샘플 하나를 생산하는 데 4.5시간(질소 전환 0.5시간 + 승온 0.5시간 + 경화 0.5시간 + 냉각 3시간)으로 하여 오븐을 1개월 동안 작동시켰을 때 48000㎡의 제품을 생산할 수 있다.

따라서, 본 발명의 연속경화장치는 종래 단순 배치오븐에 비해 1.5배 이상의 생산성을 가짐을 알 수 있다.

또한, 종래의 장치는 본 실시예의 연속경화장치와 동일한 양의 제품을 생산하기 위해 속도가 3.3m/분이 가능한 규모이어야 하는 데, 이러한 규모는 설비 비용이 본 실시예의 연속경화장치와 비교하였을 때 2배 이상 소요되는 수치이다. 따라서, 본 발명의 연속경화장치는 종래의 장치에 비해 설비 비용이 저렴하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조로 본 발명의 연속경화장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.

본 발명의 연속경화장치에 따르면, 설비 비용이 저렴하면서도 품질편차가 적은 연성 금속박 적층체를 높은 생산성으로 제조할 수 있어 종래의 단순 배치오븐 방식의 문제점과 연속경화 방식의 문제점을 동시에 해소할 수 있다.

Claims (13)

1. 독립된 분위기를 유지하는 다수의 부들로 구성되며 피경화체를 경화하기 위한 작업수행부;

   상기 피경화체를 상기 다수의 경화부 사이로 이송하기 위한 이송수단; 및

   상기 다수의 경화부 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 배기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 작업수행부는 대기부, 다수의 경화부 및 배출부를 포함하며, 상기 다수의 경화부는 일부가 대기분위기이고 나머지는 질소분위기인 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 경화부는 대기분위기를 갖는 제1경화부 및 제5경화부와 질소분위기를 갖는 제2경화부, 제3경화부 및 제4경화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1경화부, 제2경화부, 제3경화부, 제4경화부 및 제5 경화부는 일정하게 유지되는 100~200℃, 200~300℃, 300~400℃, 200~300℃ 및 100~200℃의 내부 온도를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제2경화부, 제3경화부 및 제4경화부는 일정하게 유지되는 1.0% 이하, 0.1% 이하 및 1.0% 이하의 산소 농도를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 제1경화부 앞, 상기 제1경화부와 제2경화부 사이, 상기 제2경화부와 제3경화부 사이, 상기 제3경화부와 제4경화부 사이, 상기 제4경화부와 제5경화부 사이 및 상기 제5경화부 뒤에 자동으로 개폐되도록 제어되는 제1문~제6문이 설치되는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2문과 제3문은 동시에 열리지 않게 제어되고, 상기 제4문과 제5문도 동시에 열리지 않게 제어되는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 제1경화부, 제2경화부, 제3경화부, 제4경화부 및 제5 경화부는 그 내부 온도 차이가 150℃를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
9. 제3항에 있어서, 상기 제1경화부와 제5경화부는 질소분위기로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1경화부와 제5경화부의 내부 분위기를 전환하기 위한 주입 가스 전환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 이송수단은 모터에 의해 구동되는 컨베이어벨트이며, 상기 컨베이어벨트는 망형태인 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 컨베이어벨트 아래쪽에 위치한 가스주입로로부터 공급되는 가스를 상기 작업수행부로 펌핑하기 위한 순환팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 가스주입로를 지나는 가스를 가열하기 위해 상기 가스주입로 근방에 가열장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속경화장치.

Images