KR102373824B1

KR102373824B1 - 조리장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102373824B1
Application number: KR1020170113780A
Authority: KR
Inventors: 김경목; 김슬기로; 오유정; 이종호; 임정수; 권기환; 박용종; 유현상; 윤부근; 임희태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: US11078107B2; US20190071347A1; KR20190027128A; WO2019050286A1

Abstract

청소 용이성이 향상된 법랑 코팅층이 마련된 조리장치 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조리장치는, 조리대상이 수용되도록 마련된 조리실; 상기 조리실을 개폐하도록 마련된 도어; 및 상기 조리실의 표면에 마련되고, 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, 및 Fe₂O₃ 5~10%을 포함하는 법랑 코팅층; 을 포함한다.

Description

조리장치 및 그 제조방법{Cooking apparatus and manufacturing method thereof}

개시된 발명은 조리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내벽의 청소가 용이하도록 마련된 조리장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

법랑(Enamel)은 금속 표면에 유리질의 세라믹스를 도포시킨 것이다.

법랑은 다양한 분야에서 부식방지 및 내화학 코팅재로 이용되며 전자레인지와 오븐과 같은 조리기기 내벽에도 활용되고 있다. 법랑은 유약의 종류와 용도에 따라 내화학 법랑, 내산 법랑, 내열 법랑 등으로 나뉘며, 일반적인 조리기기에서는 다양한 조리 환경 때문에 내마모성, 내화학성, 내산성, 내열성이 모두 요구되는 경우가 대부분이다.

개시된 발명의 일 측면은 코팅 및 소성 후 표면의 옥사이드 그룹의 생성이 저감된 법랑 코팅층을 포함하는 조리장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조리장치는 조리대상이 수용되도록 마련된 조리실과 상기 조리실을 개폐하도록 마련된 도어 및 상기 조리실의 표면에 마련되고, 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, 및 Fe₂O₃ 5~10%을 포함하는 법랑 코팅층을 포함할 수 있다.

상기 법랑 코팅층은 상기 Al₂O₃를 상기 P₂O₅에 대해 0.5~1의 중량비로 포함할 수 있다.

상기 법랑 코팅층은 상기 Fe₂O₃를 상기 Al₂O₃에 대해 0.5~1의 중량비로 포함할 수 있다.

상기 법랑 코팅층은 상기 희토류 산화물을 상기 P₂O₅에 대해 0.3~1의 중량비로 포함할 수 있다.

상기 희토류 산화물은 CeO₂, La₂O₃ 및 Sm₂O₃ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 법랑 코팅층은 CoO, NiO, SnO 및 CuO 중 적어도 하나를 포함하는 밀착제를 더 포함할 수 있다.

상기 법랑 코팅층은 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 더 포함할 수 있다.

상기 조리장치는 상기 조리실과 상기 법랑 코팅층 사이에 마련되고, 중량%의 합이 10~80% 가 되도록 SiO₂ 와 B₂O₃를 포함하는 중간 코팅층을 더 포함할 수 있다.

상기 중간 코팅층의 두께는 상기 법랑 코팅층의 두께 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조리장치의 제조방법은 조리실을 마련하고, 상기 조리실의 표면에 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, Fe₂O₃ 5~10%을 포함하는 법랑 코팅층을 마련하고 및 상기 법랑 코팅층이 마련된 조리실을 800~1000℃ 에서 가열하는 것을 포함할 수 있다.

상기 조리장치의 제조방법은 조리실에 에칭처리를 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 에칭처리는 20~300g/L 농도의 질산을 이용할 수 있다.

상기 조리장치의 제조방법은 조리실에 샌드 블라스트 처리를 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 조리장치의 제조방법은 조리실에 인산망간염 처리를 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 조리장치의 제조방법은 상기 조리실의 표면에 중량%의 합이 10% 이상 80% 이하가 되도록 SiO₂ 와 B₂O₃를 포함하는 중간 코팅층을 마련하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 중간 코팅층이 마련되면, 상기 중간 코팅층을 건조할 수 있다.

상기 중간 코팅층을 마련하는 것은, 상기 중간 코팅층의 두께가 상기 법랑 코팅층의 두께 이하가 되도록 상기 중간 코팅층을 마련하는 것을 포함할 수 있다.

상기 중간 코팅층이 마련되면, 상기 중간 코팅층을 800~900℃ 에서 가열하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 법랑 조성물은 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, 및 Fe₂O₃ 5~10%을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면은 청소 용이성이 향상되고 물리화학적으로 안정한 법랑 코팅층이 마련된 조리장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조리장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 오븐을 C-C'으로 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 법랑 코팅층을 포함하는 조리장치를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 조리실 내면의 일부를 확대하여 보인 단면도이다.
도 5는 도 2의 조리실 내면의 일부를 확대하여 보인 단면도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 법랑 코팅층의 형성 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명은 법랑 코팅층을 포함하는 모든 조리장치에 적용될 수 있다. 조리장치는 조리대상을 가열하여 음식의 조리를 수행할 수 있는 장치를 포함하는 개념으로, 예를 들면, 가스 레인지, 전자 레인지, 오븐 등을 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 오븐(1)이 개시된 실시예에 따른 조리장치의 일 예로 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐(1)을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 오븐(1)을 C-C'으로 절개한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 오븐(1)은 본체(10)를 포함할 수 있다. 본체(10)는 오븐(1)의 외관을 형성할 수 있다.

오븐(1)은 조리실(20)을 더 포함할 수 있다. 조리실(20)은 본체(10)의 내부에 구비될 수 있다. 조리실(20)은 개방된 전면을 가질 수 있다. 다시 말하면, 조리실(20)의 전면은 개방될 수 있다.

조리실(20)은 상면(21), 하면(22), 후면(23), 우측면(24) 및 좌측면(25)을 포함할 수 있다.

오븐(1)은 전장실(30)을 더 포함할 수 있다. 전장실(30)은 조리실(20)의 후방에 마련될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 전장실(30)은 조리실(20)과 본체(10) 사이에 마련된 공간에 형성될 수 있다. 전장실(30)에는 오븐(1)의 다양한 기능 발현에 관여하는 전장부품들이 배치될 수 있다.

오븐(1)은 조리실(20)을 가열하도록 마련되는 컨벡션히터(40)를 더 포함할 수 있다. 컨벡션히터(40)는 조리실(20)의 후면(23)에 설치될 수 있다.

오븐(1)은 컨벡션히터(40)에서 생성된 열을 조리실(20)의 내부로 공급하도록 마련되는 컨벡션팬(50)을 더 포함할 수 있다. 컨벡션팬(50)은 컨벡션히터(40)에서 생성된 열이 조리실(20)의 내부를 순환할 수 있도록 조리실(20)의 후면(23)에 설치될 수 있다.

오븐(1)은 팬 구동모터(60)를 더 포함할 수 있다. 팬 구동모터(60)는 컨벡션팬(50)에 구동력을 전달하도록 컨벡션팬(50)에 연결될 수 있다.

오븐(1)은 커버 케이스(70)를 더 포함할 수 있다. 커버 케이스(70)의 내부에는 컨벡션히터(40) 및 컨벡션팬(50)이 수용될 수 있다. 커버 케이스(70)는 조리실(20)의 후면에 고정 결합될 수 있다. 커버 케이스(70)는 흡입구(71) 및 토출구(72)를 포함할 수 있다. 흡입구(71)는 컨벡션팬(50)에 대응하도록 커버 케이스(70)의 전면 중앙부에 형성될 수 있다. 토출구(72)는 커버 케이스(70)의 측면을 따라 형성될 수 있다. 다만, 흡입구(71) 및 토출구(72)의 위치는 이에 한정하지 않고, 다양하게 변경 가능하다.

오븐(1) 작동 시, 조리실(20) 내부의 공기는 컨벡션팬(50)의 회전에 의해 커버 케이스(70)의 흡입구(71)를 통해 커버 케이스(70) 내부로 유입된다. 커버 케이스(70) 내부로 유입된 공기는 컨벡션히터(40)에 의해 가열되고, 가열된 공기는 커버 케이스(70)의 토출구(72)를 통해 다시 조리실(20) 내부로 토출된다. 조리실(20) 내부로 토출된 가열된 공기는 조리실(20) 내부를 순환하면서 조리물을 가열한다.

오븐(1)은 단열부재(80)를 더 포함할 수 있다. 단열부재(80)는 조리실(20)과 외부 사이의 열 교환을 차단하도록 조리실(20)의 외측에 배치될 수 있다.

오븐(1)은 컨트롤패널(90)을 더 포함할 수 있다. 컨트롤패널(90)은 사용자가 오븐(1)의 작동을 제어할 수 있도록 본체(10)의 상부에 설치될 수 있다.

오븐(1)은 조리실(20)을 개폐하도록 본체(10)에 회동 가능하게 설치되는 도어(100)를 더 포함할 수 있다. 도어(100)는 본체(10)에 결합되어 오븐(1)의 전면 외관을 형성할 수 있다. 도어(100)에는 도어(100)의 개폐가 용이하도록 도어 핸들(110)이 마련될 수 있다.

도어(100)는 조리실(20)과 마주하는 도어 내면(101) 및 외부를 향하는 도어 외면을 포함할 수 있다. 도어 외면에는 도어 핸들(110)이 마련될 수 있다.

도어(100)는 도어 글라스(120) 및 도어 프레임(130)을 더 포함할 수 있다. 도어 프레임(130)은 도어 글라스(120)를 지지하도록 마련될 수 있다. 도어 글라스(120)의 일 면 및 도어 프레임(130)의 일 면은 도어 내면(101)을 형성할 수 있다.

오븐(1)은 선반(미도시)을 더 포함할 수 있다. 선반은 조리물을 올려놓을 수 있도록 조리실(20)의 내부에 인출 가능하게 배치될 수 있다.

오븐(1)은 선반을 지지하도록 마련되는 지지부재(140)를 더 포함할 수 있다. 지지부재(140)는 조리실(20)의 우측면(24) 및 좌측면(25)에 형성될 수 있다.

조리실(20)은 음식물의 조리 과정에서 발생하는 연소산화물이나 오일미스트 등에 의해 오염되기 쉽다. 이와 같은 연소산화물이나 오일미스트 등을 장기간 방치할 경우, 조리실(20)의 내면이 손상될 수 있다. 또한, 세균 번식이나 악취 발생의 원인이 될 수 있어 사용자에게 유해한 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 조리실(20)을 청결하게 유지하는 것은 매우 중요하다. 오염된 조리실(20)을 청소하는 방법은 pyro-cleaning 및 steam cleaning을 포함할 수 있다.

pyro-cleaning은 조리실(20) 내면에 부착된 오염을 연소시켜 제거하는 방법이고, steam cleaning은 조리실(20) 내면에 부착된 오염을 수화시켜 제거하는 방법이다. pyro-cleaning은 연소를 통해 재가 된 오염은 상대적으로 제거가 쉽다는 점에서 기인하나, 오염을 연소시키기 위해서는 긴 고온가열이 필요하다는 점, 오염을 연소시키는 과정에서 다량의 유해가스 내지 매연이 발생할 수 있다는 점에서 문제가 있다.

steam cleaning은 pyro-cleaning에 비해 소요 시간이 짧고, 유해가스나 매연 발생이 없다는 장점은 있으나, 조리실(20) 내면에 강하게 부착된 오염은 제거가 어렵다는 단점이 있다. 개시된 실시예는 pyro-cleaning 및 steam cleaning이 가지는 문제점을 해결하기 위해 법랑 코팅층(300)이 적용된 오븐(1)을 제공한다. 이하 개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층이 구체적으로 설명된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐에 있어서, 법랑 코팅층(300)이 적용된 경우를 도시한 도면이다. 도 3은 조리실(20) 및 도어(100)를 도시한 도면으로서, 설명의 편의를 위하여 도어(100)가 조리실(20)에 결합된 것과 같이 도시하였다. 상기 법랑 코팅층(300)은, 법랑 조성물을 상기 조리실(20)의 내면 또는 상기 도어(100)의 이면에 코팅함으로써 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 법랑 코팅층(300)은 조리실(20)의 표면에 마련되고, 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, 및 Fe₂O₃ 5~10%을 포함하는 법랑 조성물로 구현될 수 있다.

SiO₂는 법랑 조성물의 기본적인 성분이다. SiO₂는 유리질의 법랑 코팅층을 형성하는 데에 관련되고, 산성 또는 염기성 용액과 반응하지 않는 등 내화학성이 뛰어나다. 또한, SiO₂는 내열성이 우수하고 고온에서 팽창률이 작다. 법랑 조성물은 전술한 성분과 함께 B₂O₃를 더 포함할 수 있다. B₂O₃는 법랑 조성물의 유리화 영역을 확대하고, 법랑 조성물의 열팽창 계수를 적절하게 조절하여 법랑 코팅층이 박리되지 않고 견고하게 융착되도록 한다.

본 발명의 SiO₂ 함량은 5% 이하(0은 제외)로, 일반적인 법랑에 비해 SiO₂의 함량이 낮다.

일반적인 법랑은 네트워크 형성체(network former)로 작용하는 SiO₂를 30~70%의 중량비로 포함하여, 상대적으로 높은 표면 옥사이드(M-O) 그룹을 포함한다. 상기 표면 옥사이드 그룹은 조리오염의 하이드록시(R-OH) 그룹과 수소 결합을 형성한다. 다른 분자간 결합에 비해, 상대적으로 강한 수소결합을 끊기 위해서는 많은 에너지가 필요하다. 따라서 일반적인 법랑은 오염 제거가 용이하지 않다.

개시된 실시예는 네트워크 형성체로 작용하는 성분을 상대적으로 비가교 산소(Non-bridging oxygen) 비율이 높은 Al₂O₃와 P₂O₅로 대체함으로써 SiO₂의 함량을 5% 이하로 낮추었다.

Al₂O₃와 P₂O₅는 용융 시 알루미노포스페이트(Aluminophosphate) 구조를 형성한다. 상기 알루미노포스페이트 구조는 일반적인 법랑의 붕소 규산염(Borosilicate) 구조에 비해 비가교 산소를 많이 포함한다. 비가교 산소가 늘어나면 법랑 내부의 네트워크 자유도가 증가되고, 이에 따라 법랑 표면의 극성 옥사이드 그룹이 적어지게 된다.

Al₂O₃와 P₂O₅는 주요 네트워크 형성체 역할을 하는 성분으로써, 그 함량이 과다할 경우, 소지 금속과의 밀착력이 현저하게 떨어지는 문제를 야기하는 바, 상한을 20%로 한정한다. 다만, 그 함량이 지나치게 낮을 경우, 상대적으로 표면의 옥사이드 농도가 증가하게 되어 오염과의 결합이 용이해지는 바, 그 하한을 10%로 한정할 수 있다.

또한, Al2O3와 P2O5의 비율을 1:1 내지 0.5:1을 유지해야 가장 효율적인 네트워크 구조를 형성할 수 있게 된다. 이는 상기 비율 범위를 벗어나는 경우, 네트워크 구조 내에 알루미노포스페이트 구조를 형성하지 못한, 미결합 Al-oxide 혹은 P-oxide가 다량 존재하게 되어 네트워크 구조를 약화시키게 되기 때문이다.

다만, Al₂O₃와 P₂O₅만을 주요 네트워크 형성체로 구성하면 높은 자유구조의 영향으로 법랑 코팅층과 소지금속 사이에 밀착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

소지금속과 법랑 코팅층과의 밀착력을 향상시키기 위해 표면처리를 통해 소지금속 표면의 조도(Roughness)를 높이거나, 밀착제로서 NiO, CoO, CuO 및 Fe₂O₃로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 일반적으로 밀착제로서 알려진 NiO, CoO외에 Fe₂O₃도 밀착제로 사용되는 것이 본 발명의 특징이다.

SiO₂를 대체하여 첨가한 Al₂O₃ 및 P₂O₅는 NiO, CoO의 소지금속과의 산화반응을 억제하여 코팅의 소지금속과의 밀착성을 저하시킨다. 본 발명에서는 Fe₂O₃를 첨가하여 Al₂O₃ 및 P₂O₅의 산화환원반응을 억제하여 NiO와 CoO가 산화환원반응을 할 수 있도록 보조함과 동시에, Fe₂O₃ 성분 자체와기재 내 성분인 Fe와 산화환원반응을 통해 상기 문제점을 해결하고자 하였다.

첨가하는 Fe₂O₃ 함량은 청소성 및 밀착성을 모두 고려하여, Al₂O₃ 함량 대비 0.5~1의 비율에 해당하는 것이 바람직하다. 구체적으로, Fe₂O₃함량은 5~10%일 수 있다.

본 발명에 따라 법랑 조성물 내 SiO₂의 함량을 기존에 비해 낮추고, Al₂O₃와 P₂O₅로 네트워크를 주로 형성하면, 법랑 코팅면 내부에 다공체가 다량 형성되어 소성 시 기포가 빠져나가면서 코팅 표면이 거칠어진다. 표면의 거친 부분으로 오염이 침투하여 흡착이 일어날 경우, 오염 제거가 용이하지 않다.

이를 해결하기 위해, 전기음성도(Electronegativity)가 낮은 금속산화물 중 희토류 산화물(rare earth oxide)과 MgO, TiO₂를 Al₂O₃와 P₂O₅로 이루어지는 네트워크상에 중간체로 첨가할 수 있다.

첨가된 희토류 산화물과 MgO, TiO₂는 알루미노포스페이트 구조의 네트워크와 산소를 공유함으로써 네트워크 구조를 조밀하게 하고, 표면에 존재하는 극성 옥사이드 그룹을 감소시키는 역할을 한다. 이를 통해, 소성 시 네트워크 구조 내부에서 기포가 빠져나가는 현상이 줄어들게 되어 물리적인 안정성이 증가될 뿐만 아니라 법랑 코팅층의 표면 조도를 낮추어 청소성을 향상시킬 수 있다.

상기 희토류 산화물은 CeO₂, La₂O₃, Sm₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택할 수 있다. 각 성분마다 용융온도와 용융시에 알루미토포스페이트와 이루는 구조가 다르고, 이는 표면의 거칠기 상태에 영향을 미친다.

첨가하는 희토류 산화물의 함량은 네트워크 자유도 및 표면 거칠기를 모두 고려하여, P₂O₅ 함량 대비 0.3~1의 비율에 해당하는 것이 바람직하다. 그 함량이 과다할 경우, 제조비용이 증가하고, 급격한 결정화를 일으켜 표면의 조도를 향상시키는 문제를 야기하는 바, 상한을 15%로 한정한다. 다만, 그 함량이 지나치게 낮을 경우, 청소 주기(cycle)가 늘어남에 따라 청소성이 저하되어, 그 하한을 5%로 한정할 수 있다.

또한, 개시된 실시예의 법랑 조성물은 하기의 성분을 포함할 수 있다.

SnO는 무기물로서 매우 안정한 재료이고, 유리를 구성하는 성분을 균일하게 녹임으로써 유리의 내화학성을 증가시킨다.

ZrO₂는 내마찰성 및 내열성이 우수하고, 고온에서 팽창률이 작다. 그리고, SnO, ZrO₂는 알칼리 이온의 이동을 방해함으로써 비저항을 증가시켜 법랑 코팅층의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

TiO₂은 고온에서 각종 무기산, 유기산, 알칼리, 가스 등에 의해 침식되지 않으며, 1800℃까지 용해되지 않는다. 전술한 Al₂O₃ _,ZrO₂ 및 TiO₂이 조합되어, 법랑 코팅층의 내열 특성이 향상될 수 있다. 개시된 실시예에 따른 법랑 조성물은 약 520 내지 약 700℃의 유리 변형 온도를 가져, 높은 온도에서도 변형되지 않는 코팅층을 형성할 수 있다.

알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물은 점성이 낮아, 법랑 조성물의 유동성을 향상시킨다. 하지만 그 함량이 과다하면, 내산성이 열위해지고 코팅 내 과도한 음전하를 발생시키므로 적절한 성분 조절이 필요하다.

상기 알칼리 금속 산화물은 Li₂O, Na₂O, K₂O으로 이루어진 그룹에서 선택할 수 있고, 상기 알칼리 토금속 산화물은 CaO, MgO으로 이루어진 그룹에서 선택할 수 있다.

도 4는 개시된 실시예에 따른 조리실 내면의 일부를 확대한 단면도이고, 도 6은 개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)의 형성과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

개시된 실시예에 따른 조리장치의 제조방법은 조리실을 마련하고; 조리실의 표면에 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 10~15%, Fe₂O₃ 5~10%을 포함하는 법랑 코팅층을 마련하고; 및 법랑 코팅층이 마련된 조리실을 800~1000℃ 에서 가열하는 것;을 포함할 수 있다.

조리실은 철, 주철 또는 철합금 등과 같은 소지금속으로 제조될 수 있다. 소지금속은 전술한 예에 한정되지 않는다.

법랑 코팅층은 법랑 도료 분말을 제조하고, 조리실 표면에 도포하는 과정을 거쳐 형성된다.

법랑 도료 분말의 제조 과정은 크게 법랑 프릿(frit)을 제조하고, 분체 코팅을 위해 첨가제를 상기 제조된 법랑 프릿에 혼합하는 단계로 구분할 수 있다.

법랑 프릿은, 전술한 법랑 조성물을 혼합한 뒤, 용융 공정을 거쳐 제조된다. 구체적으로 상기 용융 공정은, 약 1300 ~ 1600℃의 조건에서 약 1시간 내지 2시간 동안 진행된다.

이후, 용융된 법랑 프릿을 증류수 또는 냉각장치(Chiller)를 사용하여 급냉(Quenching)한다. 급냉 후 생성되는 법랑 프릿의 성분 함량은 법랑 조성물과 거의 동일한 비율로 구성된다.

이후, 상기 법랑 프릿을 아세톤 등의 용매에 분산시켜 건조시키고, mesh를 통하여 걸러낸다. 이때, 걸러진 프릿의 직경은 50μm이하이다.

법랑 프릿을 제조한 후, 분체 코팅을 위한 정전첨가제, 내열첨가제 등을 첨가하여 최종 법랑 도료 분말을 제조한다.

제조된 법랑 도료 분말은 분체 도장 방법을 통해 소지금속 표면에 도포된다. 구체적으로, 분체 도장 방법에는 정전 스프레이 방법, 유동 침적법, 정전 유동 침척법, 용사법 등이 있다.

상기 법랑 도료 분말이 도포된 소지금속을 800℃ 내지 약 1,000℃의 온도조건으로 100초 내지 400초 동안 소성하고, 건조하여 최종 법랑 코팅층을 형성하였다.

도 7은 개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)의 형성과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

개시된 실시예에서는 소지금속의 표면처리를 통해 법랑 코팅층의 밀착성을 향상시키고자 하였다. 구체적으로, 소지금속을 법랑 분말 또는 습식도료로 코팅하기 전에 표면처리를 수행하여 기재 표면의 조도(Roughness)를 높일 수 있다. 표면처리는 소지금속 표면에 부착된 녹, 기름 등의 이물질을 제거하고, 소지금속 표면의 거칠기를 일정하게 하여 법랑 코팅층의 접착력을 향상시킨다.

상기 표면처리의 방법은 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용하는 세척 방법이면 특별히 제한하지 않으며, 구체적인 예로서 샌드 블라스트(sand blast) 방법, 에칭(Etching) 등이 있다. 샌드 블라스트는 고압의 공기 또는 고속 회전하는 임펠러(날개차)로규사 등의 모래를 대상표면에 분사하여 산화물 스케일이나 녹 등을 제거하는 방법이다. 기재 표면의 에칭은 질산처리를 통해 가능하다. 구체적으로 질산의 농도는 20~300g/L이고, 처리 시간은 질산농도에 반비례하여 결정될 수 있다.

또한, 개시된 실시예에서는 소지금속 표면에 인산화염 피막을 형성함으로써 법랑 코팅층의 밀착성을 향상시키고자 하였다. 구체적으로, 인산 아연계, 인산 망간계 또는 인산 철계의 형태로 소지금속 표면에 인산화염 피막을 형성하여 법랑 코팅층의 밀착성뿐만 아니라 내식성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 인산 아연계를 사용하는 종래의 일반 법랑, 촉매 법랑 및 열분해 법랑과 달리, 인산 망간계를 사용한다. 인산 망간계를 사용할 경우, 인산 아연계를 사용할 경우 대비 피막형성에 있어 부반응을 억제할 수 있어 고르고 높은 표면 조도를 형성할 수 있다. 이와 같은 인산 망간계는 치밀한 미립자로 된 피막이 요구되고 두꺼운 피막처리가 가능하여 내마멸성을 개선할 수 있다.

도 5는 개시된 실시예에 따른 조리실 내면의 일부를 확대한 단면도이다.

개시된 실시예에서는 소지금속 표면에 중간 코팅층(400)을 도입함으로써 법랑 코팅층(300)의 밀착성을 향상시키고자 하였다. 소지금속과의 밀착력이 높은 붕소 규산염(Borosilicate)계 법랑을 하유(base coat)로 활용하여 중간 코팅층(400)을 형성한 후, 그 상부에 본 발명의 법랑 코팅층(300)을 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 중간 코팅층(400)은 중량% 합이 10% 이상 80% 이하가 되도록 SiO₂ 와 B₂O₃를 포함하는 붕소 규산염계 법랑을 하유로 활용하여 형성될 수 있다. SiO₂ 와 B₂O₃ 함량이 과도하면, 법랑 열팽창 특성 변화로 인해 코팅에 크랙이 발생하거나 기재로부터 박리되는 현상이 발생할 수 있어 그 상한을 80%로 한정할 수 있다.

도 8은 개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)의 형성과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)은 붕소 규산염계 법랑 하유를 소지금속 표면에 스프레이(spray) 또는 디핑(dipping) 방법으로 코팅하여 중간 코팅층(400)을 마련하고, 그 상부에 본 발명에 따른 법랑 도료 분말을 도포한 후, 800℃ 내지 1,000℃의 온도조건으로 100초 내지 400초 동안 1회 이상 소성하여 마련될 수 있다.

도 9는 개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)의 형성과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)은 붕소 규산염계 법랑 하유를 기재 표면에 스프레이(spray) 또는 디핑(dipping) 방법으로 코팅하고, 자연 건조 또는 열풍 건조를 통해 하유를 건조하여 중간 코팅층(400)을 마련하고, 그 상부에 본 발명에 따른 법랑 도료 분말을 도포한 후, 800℃ 내지 1,000℃의 온도조건으로 100초 내지 400초 동안 1회 이상 소성하여 마련될 수 있다.

도 10은 개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)의 형성과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

개시된 실시예에 따른 법랑 코팅층(300)은 붕소 규산염계 법랑 하유를 기재 표면에 스프레이(spray) 또는 디핑(dipping) 방법으로 코팅하고, 800℃ 내지 900℃의 온도조건에서 1차 소성하여 중간 코팅층(400)을 마련하고, 그 상부에 본 발명에 따른 법랑 도료 분말을 도포한 후, 800℃ 내지 1,000℃의 온도조건으로 100초 내지 400초 동안 2차 소성하여 마련될 수 있다.

이때, 법랑 상유의 소성 온도는 법랑 하유의 소성 온도보다 약 0 내지 40℃ 낮은 것이 바람직하다. 이는 중간 코팅층(400)의 녹는점과 법랑 코팅층(300)의 녹는점 사이에서 소성을 수행함으로써 법랑 하유로 형성된 중간 코팅층(400)과 법랑 상유로 형성된 법랑 코팅층(300)의 완벽한 결합을 유도할 수 있기 때문이다.

또한, 800℃ 미만에서 1차 소성하는 경우, 상기 성형물 표면에 중간 코팅층(400)이 제대로 접착되지 않을 수 있고, 900℃를 초과할 경우, 높은 온도에 의해 중간 코팅층이 산화될 수 있다.

상기 중간 코팅층의 두께(T₄₀₀)는 특별히 한정하는 것은 아니나, 50 내지 150μm인 것이 바람직하다. 상기 중간 코팅층의 두께(T₄₀₀)가 50μm 미만일 경우, 소성 과정에서 Burn 현상으로 인한 변색이 발생하고, 코팅층의 내구성, 내마모성, 내식성 등의 물성이 저하되는 문제가 있고, 150μm 를 초과할 경우 지나치게 두꺼워서 소성 후 법랑 코팅층 표면 평활도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 법랑 코팅층의 두께(T₃₀₀)는 50 내지 300μm인 것이 바람직하다. 상기 법랑 코팅층의 두께(T₃₀₀)가 50μm 미만일 경우, 소성 과정에서 Burn 현상으로 인한 변색이 발생하는 문제가 있고, 300μm 를 초과할 경우 지나치게 두꺼워서 소성 후 코팅에 크랙이 발생하거나 기재로부터 박리되는 문제가 있다.

또한, 상기 중간 코팅층의 두께(T₄₀₀)는 상기 법랑 코팅층의 두께(T₃₀₀) 이하인 것이 바람직하다. 상대적으로 하부에 도포되는 중간 코팅층(400)이 전체 코팅층에 미치는 영향력이 더 크고, 중간 코팅층(400)이 지나치게 두꺼울 경우 법랑 코팅층(300)의 표면 평활도 저하 및 코팅층 크랙이나 기재로부터의 박리 우려가 있기 때문이다.

전술한 제조 방법에 의해 제조된 조리장치는 법랑 코팅층(300)에 의하여 내오염성이 개선됨으로써, 조리실(20)의 내면 및 도어(100)의 이면이 유기 물질에 의하여 오염되는 현상이 감소되고, 또한 그 세척이 용이하다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.

하기 [표 1]의 조성에 따라 법랑 도료 분말을 각각 제조한 후, 법랑용 강판에 정전분체스프레이를 이용하여 도포한 후, 840℃ 온도의 소성로에 투입하여 4분 동안 소성하였다. 소성 이후, 자연냉각으로 상온까지 식혀 법랑 코팅층이 마련된 시편을 제작하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예3
SiO₂	5	4	3	4	53.6	4	2.5
B₂O₃	7	8	5	8	11.5	11	8
Al₂O₃	15	14	15	14	1	20	21
P₂O₅	14	14	20	15	-	20	19
Fe₂O₃	5	5	5	5	-	-	-
TiO₂	1	-	-	1	3.5	2	2
MgO	1	2	-	1	-	1	-
Li₂O	8	8	8	8	6	8	8
Na₂O	12	12	12	10	7	10	11
K₂O	6	3	6	6	0.5	5	6
CaO	5	6	2	4	1.5	6	2
CeO₂	15	14	14	14	1	3	10
CoO	3	6	6	6	3.5	4	6
NiO	1	1	1	1	3.5	2	2
SnO	-	-	-	-	-	1	1
CuO	1	1	1	1	2.4	1	1
ZrO₂	1	1	1	1	3.5	1	-
MnO₂	-	1	1	1	1.5	1	0.5

이어서 시편의 청소성, 내열성, 밀착성 및 표면을 각각 소정의 시험 방법에 따라 평가하였다.

청소성 평가 방법

청소성 평가는 시편 표면에 오염물로서 닭기름 4.3mg/cm²을 골고루 얇게 도포한 다음, 250℃의 온도에서 3시간 동안 가열하여 오염물을 고착화시켰다. 이후, 시편을 20분 동안 스팀처리하고 내마모 측정기에 설치한 후, 직경 60mm의 마찰자에 젖은 수건을 장착하여, 2 kgf 의 하중으로 5회 왕복하여 경화된 닭기름을 닦아내었다. 청소 정도에 따라 1~5점 척도로 점수를 주었으며 기준은 하기와 같다.

1: 청소가 매우 잘됨 (청소면적 90% 이상)

2: 청소가 잘됨 (청소면적 70~90%)

3: 청소는 되나 힘이 많이 들어감 (청소면적 50~70%)

4: 청소가 잘 되지 않음 (청소면적 30~50%)

5: 스팀 처리로는 청소가 되지 않음 (청소면적 30% 이하)

내열성 평가 방법

내열성 평가는 시편을 250℃의 온도에서 30 분 동안 가열한 다음 상온의 물에 급냉시키는 것을 반복하여 표면 상태(깨짐, 박리, 열변형 여부)를 관찰하였고, 표면 상태에 따라 1~5점 척도로 점수를 주었으며 기준은 하기와 같다.

1: 3싸이클 후 표면에 깨짐, 박리, 변형없음

2: 3싸이클 후 표면에 일부 박리 발생함

3: 2싸이클 후 표면에 깨짐, 박리, 변형없음

4: 2싸이클 후 표면에 일부 박리 발생함

5: 1싸이클 후 표면에 깨짐, 박리, 변형 발생함

밀착성 평가 방법

밀착성 평가는 2.0kg 하중의 강구(steel ball)를 25cm 높이에서 시편에 낙하시킨 다음 육안으로 관찰하여 충격부의 소지노출 정도에 따라 1~5점 척도로 점수를 주었으며 기준은 하기와 같다.

1: 소지의 노출 정도가 30% 이하

2: 소지의 노출 정도가 40% 이하

3: 소지의 노출 정도가 50% 이하

4: 소지의 노출 정도가 60% 이상

5: 소지의 노출 정도가 70% 이상

표면 평가 방법

표면 평가는 시편의 표면을 육안으로 관찰하고, 거칠기(Roughness)를 측정하여 1~5점 척도로 점수를 주었으며 기준은 아래와 같다.

1: 표면에 핀홀, 블래스터 등이 없고 Ra값(중심선 평균 거칠기)이 1μm이내

2: 표면에 핀홀, 블래스터 등이 없고 Ra값이 3μm 이내

3: 표면에 핀홀, 블래스터가 존재하나 Ra값이 3μm 이내

4: 표면에 핀홀, 블래스터가 존재하고 Ra값이 3μm 이상

5: 표면에 핀홀, 블래스터가 다량 존재

평가 결과는 아래 [표 2]에 도시된 바와 같다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
청소성	1	1	1	1	5	2	1
내열성	1	1	1	1	1	3	5
밀착성	2	2	2	2	1	3	5
표면	1	1	2	2	1	3	3

상기 표 1를 참조하면, 실시예 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 법랑 코팅층의 조성을 만족한다. 이에 비하여, 비교예 1은 일반적인 붕소 규산염계 법랑의 조성을 나타내고, 비교예 2는 Fe₂O₃ 및 희토류 산화물 함량이 벗어나고, 비교예 3은 Fe₂O₃의 함량이 벗어난다.

표 2를 참조하면, 본 발명의 법랑 조성물은 조리장치용 법랑에 요구되는 밀착성, 내열성 등의 물리화학적 안정성을 확보할 수 있다.

또한, Al₂O₃와 P₂O₅를 주요 네트워크 형성체 (network former)로 하고, 희토류 산화물과 Fe₂O₃를 첨가한 본 발명의 법랑 조성물은 청소성능이 우수하며, 이는 조리장치의 오염물질을 물이나 스팀으로 용이하게 제거할 수 있다는 것을 나타낸다.

전술한 바와 같이, Al₂O₃와 P₂O₅를 주요 네트워크 형성체(network former)로 하여 네트워크 자유도를 증가시켜 표면의 극성 옥사이드 그룹의 생성이 저감된다. 또한, 희토류 산화물을 첨가하여 물리화학적으로 안정한 코팅 표면을 확보하여 청소 용이성이 향상됨을 알 수 있다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1: 오븐 10: 본체
20: 조리실 21: 상면
22: 하면 23: 후면
24: 우측면 25: 좌측면
30: 전장실 40: 컨벡션히터
50: 컨벡션팬 60: 팬 구동모터
70: 커버 케이스 71: 흡입구
72: 토출구 80: 단열부재
90: 컨트롤패널 100: 도어
101: 도어 내면 110: 핸들
120: 도어 글라스 130: 도어 프레임
140: 지지부재 300: 법랑 코팅층
400: 중간 코팅층 T₃₀₀: 법랑 코팅층 두께
T₄₀₀: 중간 코팅층 두께

Claims

조리대상이 수용되도록 마련된 조리실;
상기 조리실을 개폐하도록 마련된 도어; 및
상기 조리실의 표면에 마련되고, 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, Fe₂O₃ 5~10%, 및 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 법랑 코팅층;을 포함하고,
상기 법랑 코팅층은 상기 Fe₂O₃를 상기 Al₂O₃에 대해 0.5~1의 중량비로 포함는 조리장치.
제 1항에 있어서,
상기 법랑 코팅층은 상기 Al₂O₃를 상기 P₂O₅에 대해 0.5~1의 중량비로 포함하는 조리장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 법랑 코팅층은 상기 희토류 산화물을 상기 P₂O₅에 대해 0.3~1의 중량비로 포함하는 조리장치.
제 1항에 있어서,
상기 희토류 산화물은 CeO₂, La₂O₃ 및 Sm₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하는 조리장치.
제 1항에 있어서,
상기 법랑 코팅층은 CoO, NiO, SnO 및 CuO 중 적어도 하나를 포함하는 밀착제;를 더 포함하는 조리장치.
제 1항에 있어서,
상기 법랑 코팅층은 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물;을 더 포함하는 조리장치.
제1항에 있어서,
상기 조리실과 상기 법랑 코팅층 사이에 마련되고, 중량%의 합이 10~80% 가 되도록 SiO₂ 와 B₂O₃를 포함하고, 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 중간 코팅층;을 더 포함하는 조리장치.
제8항에 있어서,
상기 중간 코팅층의 두께는 상기 법랑 코팅층의 두께 이하인 조리장치.
조리실을 마련하고;
상기 조리실의 표면에 중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, Fe₂O₃ 5~10%, 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 법랑 코팅층을 마련하고; 및
상기 법랑 코팅층이 마련된 조리실을 800~1000℃에서 가열하는 것;을 포함하고,
상기 법랑 코팅층은 상기 Fe₂O₃를 상기 Al₂O₃에 대해 0.5~1의 중량비로 포함하는, 조리장치의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 마련된 조리실에 대한 에칭처리를 수행하는 것;을 더 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 11항에 있어서,
상기 에칭처리를 수행하는 것은,
상기 마련된 조리실에 대해 20~300g/L 농도의 질산을 이용하여 에칭처리를 수행하는 것;을 포함하는 조리장치의 제조 방법.
제 10항에 있어서,
상기 마련된 조리실에 대한 샌드 블라스트 처리를 수행하는 것;을 더 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 마련된 조리실에 대한 인산망간염 처리를 수행하는 것;을 더 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 조리실이 마련되면, 상기 조리실의 표면에 중량%의 합이 10% 이상 80% 이하가 되도록 SiO₂ 와 B₂O₃를 포함하고, 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 중간 코팅층을 마련하는 것;을 더 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 15항에 있어서,
상기 중간 코팅층이 마련되면, 상기 중간 코팅층을 건조하는 것;을 더 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 15항에 있어서,
상기 중간 코팅층을 마련하는 것은,
상기 중간 코팅층의 두께가 상기 법랑 코팅층의 두께 이하가 되도록 상기 중간 코팅층을 마련하는 것;을 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 15항에 있어서,
상기 중간 코팅층이 마련되면, 상기 중간 코팅층을 800~900℃ 에서 가열하는 것;을 더 포함하는 조리장치의 제조방법.
제 18항에 있어서,
상기 중간 코팅층을 마련하는 것은,
상기 중간 코팅층의 두께가 상기 법랑 코팅층의 두께 이하가 되도록 상기 중간 코팅층을 마련하는 것;을 포함하는 조리장치의 제조방법.
중량%로, SiO₂ 5% 이하(0은 제외), Al₂O₃ 10~20%, P₂O₅ 10~20%, 희토류 산화물 5~15%, 및 Fe₂O₃ 5~10%을 포함하고, 나머지 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 Fe₂O₃를 상기 Al₂O₃에 대해 0.5~1의 중량비로 포함하는, 법랑 조성물.