KR20120077331A - 강화유리 제조장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강화유리 제조장치로서, 강화시키고자 하는 유리기판을 이송하는 이송부와, 이송부에 의해 이송되는 유리기판에 에너지를 방사하여 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 이오나이저(ionizer)와, 이오나이저(ionizer)에 의해 알칼리 산화물을 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부를 포함한다.
Description
본 발명은 강화유리 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 하여 급냉각을 통해 강화가 보다 완전하게 이루어지도록 하는 강화유리 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강화유리(强化琉璃)는 통상의 유리기판에 비하여 압력 및 온도변화에 대한 강도가 월등하게 높고 작은 알갱이 형태로 깨져 파편에 대한 위험성이 적음으로써, 태양전지나 디스플레이 장치, 자동차, 건축물 등에 널리 사용되고 있다.
강화유리는 유리기판를 히팅챔버에서 600 ~ 900℃ 내외로 가열한 후 이송수단을 통해 냉각 챔버로 이동시킨 후 가열된 유리기판의 상하부에서 공냉장치의 에어노즐을 통해 공기를 분사시킴으로써, 가열된 유리의 표면온도를 200 ~ 400℃ 정도까지 급하게 냉각시킨다. 이에 따라 가열된 유리의 표면층에 압축 응력을 잔류시킴으로써 강도가 유리기판에 비해 월등하게 강화된 강화유리가 제조된다.
그러나 종래 강화유리 제조장치에서는 대기의 공기를 직접 흡입하여 유리로 분사시키는 공냉장치를 통해 냉각시키기 때문에, 강화유리의 강도를 높이는 데 그 한계가 있다. 강화유리의 강도는 가열된 유리를 빠른 속도로 냉각시킬수록 높아지는데, 종래에는 상온의 공기를 통해 냉각이 진행되기 때문에 가열된 유리가 서서히 냉각된다. 이에 따라 강화가 불완전하게 이루어지며 아울러 제품 불량률이 높아지는데, 이런 현상은 대기 온도가 높아지는 여름철에 더욱 심하게 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 하여 급냉각을 통해 강화가 보다 완전하게 이루어지도록 하는 강화유리 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강화유리 제조시간과 생산효율을 높일 수 있는 강화유리 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 강화유리 제조장치는, 강화시키고자 하는 유리기판을 이송하는 이송부와, 이송부에 의해 이송되는 유리기판에 에너지를 방사하여 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 이오나이저(ionizer)와, 이오나이저(ionizer)에 의해 알칼리 산화물을 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 강화유리 제조장치는, 이송부가 공기를 이용하여 유리기판을 공중부양시키는 기판 부양부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 강화유리 제조장치는, 유전가열부가 이송부에 의해 이송되는 유리기판의 상부에 설치되는 상부 전극부과, 유리기판의 하부에 설치되는 하부 전극부과, 상부 전극부과 하부 전극부에 고주파 에너지를 출력하는 고주파 에너지 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명의 강화유리 제조장치는 유리기판에 에너지를 방사하여 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 이오나이저(ionizer)와, 이오나이저(ionizer)에 의해 알칼리 산화물을 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부를 포함하여 구현됨으로써, 유리기판에 일정 파장의 에너지를 조사하여 유리기판 내 비가교산소(Non Bridging Oxygen)와 자유 전자를 생성하고, 이러한 자유전자가 유리기판 내 고주파 흡수율을 증가시켜 유리기판의 내외부 온도 차이를 최대로 크게 할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 강화유리 제조장치는 이오나이저(ionizer)와, 유전가열부를 포함하여 구현됨으로써, 별도의 분위기 온도(약 350℃?500℃)를 형성 및 유지하기 위한 장치가 필요치 않아, 강화유리 제조시간과 생산효율을 높일 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 사용되는 강화유리 제조장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명에 사용되는 강화유리 제조장치에서 일정 파장의 에너지를 조사하여 유리기판 내 비가교산소(Non Bridging Oxygen)와 자유 전자를 생성하는 메카니즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 강화유리 제조방법에 관한 흐름도이다.
도 2 는 본 발명에 사용되는 강화유리 제조장치에서 일정 파장의 에너지를 조사하여 유리기판 내 비가교산소(Non Bridging Oxygen)와 자유 전자를 생성하는 메카니즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 강화유리 제조방법에 관한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 사용되는 강화유리 제조장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 강화유리 제조장치(100)는 크게 이송부(110)와, 이오나이저(ionizer)(120)와, 유전가열부(130)와, 냉각부(140)를 포함하여 구현된다.
이송부(110)는 강화시키고자 하는 유리기판(1)을 이송한다. 도 1에는 이송부(110)가 롤러를 포함하는 것을 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 강화유리 제조장치(100)는 유리기판(1)의 표면이 비접촉방식으로 이송되도록 구현될 수 있다.
롤러를 사용한 유리기판 이송장치의 경우, 유리기판(1)의 표면과 롤러면이 접촉하는 과정에서 유리기판(1)의 표면이 손상되는 문제점이 있었다. 예를 들어, 히팅챔버와 같이 고온 환경에서 유리기판(1)을 이송 시 롤러를 이용하는 경우 유리기판(1)의 휘어짐이나 처짐, 스크래치, 물결 모양의 홈(일명, 롤러 웨이브) 등 외형 변형이 생길 수 있다.
이송부(110)는 공기를 이용하여 유리기판(1)을 공중부양시키는 기판 부양부를 포함하여 구현될 수 있다. 기판 부양부는 유리기판(1)에 공기를 공급하는 공기 공급부를 포함하여 구현될 수 있다.
이오나이저(ionizer)(120)는 이송부(110)에 의해 이송되는 유리기판(1)에 에너지를 방사하여 유리기판(1)의 알칼리 산화물을 이온화시킨다. 이오나이저(ionizer)(120)는 예컨대 UV, x-ray, γ-ray 등 전자기파를 짧은 시간 방출하여 유리기판(1) 내 비가교산소(Nonbridging oxygen)와 자유전자를 생성시켜 유리기판(1)의 전도성 증가시킨다. 이오나이저(ionizer)(120)는 유리기판(1)의 알칼리 산화물을 이온화시켜 유리기판(1)에 고주파 유전가열을 하는 경우, 유리기판(1)의 고주파 흡수도를 높여주는 역할을 한다.
이오나이저(ionizer)(120)는 플러스 전극(121)과 마이너스 전극(122)에 인가하는 고전압을, 급격하게 오존 발생량이 많아지는 임계적 인가 전압 이하에서 짧은 범위 내로 설정 가능하다. 이오나이저(ionizer)(120)는, 고전압 발생부로부터 플러스 전극(121)과 마이너스 전극(122)에 대하여 펄스 DC 방식의 고전압이 인가되면, 이들 플러스 전극(121)과 마이너스 전극(122)의 주위에 이온 생성 영역이 형성되어 이온이 발생, 방출된다.
유전가열부(130)는 이오나이저(ionizer)(120)에 의해 알칼리 산화물을 이온화된 유리기판(1)의 내부 온도를 상승시킨다. 유전가열부(130)는 이송부(110)에 의해 이송되는 유리기판(1)의 상부에 설치되는 상부 전극부(131)과, 유리기판(1)의 하부에 설치되는 하부 전극부(132)과, 상부 전극부(131)과 하부 전극부(132)에 고주파 에너지를 출력하는 고주파 에너지 출력부(133)를 포함하여 구현될 수 있다.
상부 전극부(131)과 하부 전극부(132)은 금속(예를 들어, 알루미늄, 철, 동)으로 구현될 수 있다. 고주파 에너지 출력부(133)는 일례로, 출력 주파수를 생성시키는 크리스탈 발진기와, 크리스탈 발진기의 출력 주파수를 일차적으로 분주하는 일차 분주기와, 일차 분주기로 분주된 주파수가 입력되는 위상비교기와, 위상비교기의 출력이 입력되는 전압제어 발진기와, 전압제어 발진기의 출력이 입력되어 위상비교기로 피드백(Feed back)시키는 이차 분주기를 포함하는 위상잠금루프(PLL : Phase Locked Loop)와, 대역통과 여파기(BPF : Band Pass Filter), 증폭단, 임피던스 매칭회로부(Impedance Matching)를 포함하여 구현될 수 있다.
냉각부(140)는 이오나이저(ionizer)(120)와 유전가열부(130)를 차례로 통과한 유리기판(1)을 급냉각시킨다. 냉각부(140)는 일례로, 냉각된 압축공기를 공급하는 공기압축부와, 공기압축부로부터 공급되는 압축공기를 분사노즐로 안내하는 공기 공급관과, 미분무(water-mist)를 발생시키는 미분무(water-mist) 발생부와, 미분무(water-mist) 발생부에서 발생된 미분무(water-mist)를 분사노즐로 안내하는 미분무 공급관을 포함하여 구현될 수 있다. 여기서, 미분무(water-mist) 발생부는 물통으로부터 물을 대략 1.69MHz의 초음파로 진동 분리하여 미분무(water-mist)를 발생시킨다.
도 2 는 본 발명에 사용되는 강화유리 제조장치에서 일정 파장의 에너지를 조사하여 유리기판 내 비가교산소(Non Bridging Oxygen)와 자유 전자를 생성하는 메카니즘을 설명하기 위한 예시도이다.
본래 고주파 유전 가열을 유리기판의의 열강화에 적용하려면, 유리기판의 고주파 흡수도가 활성화될 수 있는 온도 분위기를 형성 및 유지하여야 한다. 분위기 온도는 약 350℃?500℃가 요구된다. 절연체의 유전율은 대체적으로 고온일수록 유전 손실이 증가되어(저항 감소) 고주파를 가할 때 내부부터 승온되기 시작한다. 이와 같이 고주파 흡수도를 활성화하기 위한 온도 분위기를 조성하기 위해서는 별도의 열 공급과 시간을 필요로 한다.
그러나, 본 발명에 사용되는 강화유리 제조장치는 고주파 유전 가열 전에 이오나이저(ionizer)를 이용하여 유리기판의 유전 손실을 야기시켜 고주파 유전 가열이 효과적으로 진행될 수 있도록 구현된다.
도 2 에 도시한 바와 같이, 이오나이저(ionizer)에서 예컨대 UV, x-ray, γ-ray 등 전자기파를 짧은 시간 방출하여 유리기판 내 알칼리 산화물에서 비가교산소(Nonbridging oxygen,NB0)와 자유전자(e-)를 생성시킨다. 여기서 자유전자(e-)는 전자캐리어(Charge Carrier)로서 작용하여 유리기판의 전도성을 증가시킨다. 전자캐리어(Charge Carrier)가 증가된 유리기판에 고주파 유전가열을 하는 경우, 유리기판(1)의 고주파 흡수도가 향상되어 유전 가열 효과가 크게 발생하게 된다. 이온화된 유리기판은, 이온화되지 않은 유리기판에 비해 유리 내부 온도가 높게 형성되어 냉각시 유리기판 내부와 표면의 온도 차(ΔT)가 증가하여, 분위기 온도(약 350℃?500℃)를 형성 및 유지시키지 않아도, 충분히 유전 가열의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 강화유리 제조방법에 관한 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 강화유리 제조방법은 먼저, 로딩된 유리기판을 이송한다(S301). 유리기판은 이송 롤러, 컨베이어벨트와 같은 접촉식 방식으로 구현될 수도 있고, 공기를 이용하여 유리기판을 공중부양시켜 이송하는 비접촉방식으로 구현될 수 있다.
이후 이송된 유리기판에 에너지를 방사하여 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시킨다(S302). 일례로 UV, x-ray, 또는 γ-ray 중 어느 하나로 유리기판에 에너지를 방사하여 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시킬 수 있다.
이후 고주파 유전가열을 통해 알칼리 산화물이 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시킨다(S303). 이후 유리기판을 냉각시킨다(S304).
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 강화유리 제조장치
110: 이송부
120: 이오나이저(ionizer)
121: 플러스 전극 122: 마이너스 전극
130: 유전가열부
131: 상부 전극부 132:하부 전극부
133: 고주파 에너지 출력부
140: 냉각부
110: 이송부
120: 이오나이저(ionizer)
121: 플러스 전극 122: 마이너스 전극
130: 유전가열부
131: 상부 전극부 132:하부 전극부
133: 고주파 에너지 출력부
140: 냉각부
Claims (8)
- 강화시키고자 하는 유리기판을 이송하는 이송부;
상기 이송부에 의해 이송되는 유리기판에 에너지를 방사하여 상기 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 이오나이저(ionizer); 및
상기 이오나이저(ionizer)에 의해 알칼리 산화물이 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 유전가열부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 이송부가:
공기를 이용하여 상기 유리기판을 공중부양시키는 기판 부양부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 이오나이저(ionizer)가, UV, x-ray, 또는 γ-ray 중 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 유전가열부가:
상기 이송부에 의해 이송되는 유리기판의 상부에 설치되는 상부 전극부;
상기 유리기판의 하부에 설치되는 하부 전극부; 및
상기 상부 전극부와 하부 전극부에 고주파 에너지를 출력하는 고주파 에너지 출력부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조장치. - 유리기판을 이송하는 단계;
상기 이송된 유리기판에 에너지를 방사하여 상기 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 단계;
상기 알칼리 산화물이 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 단계; 및
상기 유리기판을 냉각시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법. - 제 5 항에 있어서, 상기 유리기판을 이송하는 단계가:
공기를 이용하여 유리기판을 공중부양시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 이송된 유리기판에 에너지를 방사하여 상기 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 단계가, UV, x-ray, 또는 γ-ray 중 어느 하나로 유리기판에 에너지를 방사하여 상기 유리기판의 알칼리 산화물을 이온화시키는 단계인 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 알칼리 산화물이 이온화된 유리기판의 내부 온도를 상승시키는 단계가, 고주파 유전가열을 이용하여 유리기판의 내부 온도를 표면 온도보다 상승시키는 단계인 것을 특징으로 하는 강화유리 제조방법.
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