KR100303167B1

KR100303167B1 - 박판형상공작물의열처리장치

Info

Publication number: KR100303167B1
Application number: KR1019980040596A
Authority: KR
Inventors: 타카유키 하라다
Original assignee: 다까다 요시유끼; 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2001-11-22
Also published as: JP2954908B2; TW429480B; GB2330003A; CN1213791A; GB9820636D0; CN1106046C; GB2330003B; KR19990030250A; JPH11110053A

Abstract

박판형상의 공작물에 열을 전달하기 위한 전열 플레이트의 하부에, 전기히터를 통해 복수의 파르테소자를 배치하는 동시에, 냉각부를 배치한다.

Description

박판형상 공작물의 열처리장치

본 발명은, 반도체웨이퍼나 광디스크용 기판 또는 액정표시용 기판 등과 같은 박판형상의 공작물에 열처리를 시행하기 위한 열처리장치에 관한 것이다.

본 출원인은 먼저, 특원평9-140492호에 의해, 펠티에소자를 사용하여 박판형상의 공작물을 가열처리 하도록 한 열처리장치를 제안하였다.

상기 열처리장치는, 도4에 도시하듯이, 공작물(W)을 놓아두기 위한 전열플레이트(21)의 하부에, 복수의 보조가열용 펠티에소자(22)와, 전기히터를 내장한 주가열수단(23)과, 열교환용 펠티에소자(24)를 통해 위치하는 냉각수단(25)을 차례로 설치한 것이다. 그리고, 상기 전열플레이트(21)상에 작은 갭으로 받쳐 놓아둔 공작물(W)을 가열할 때는, 주가열수단(23)에서의 열을 펠티에소자(22)를 통해 전열플레이트(21)에 전달하고, 전열면(21a)에서의 복사열에 의해 그 공작물(W)을 소정의 온도로 가열한다. 또한, 상기 공작물(W)의 온도를 내릴(냉각할) 때는, 전열플레이트(21)의 열을, 상기 펠티에소자(22)로부터 주가열수단(23) 및 열교환용 펠티에소자(24)를 거쳐 냉각수단(25)으로 이동시키는 것이다.

이와 같이 펠티에소자를 사용한 열처리장치는, 가열시 및 냉각시의 열 이동을 신속하게 행할 수 있기 때문에 처리효율이 뛰어나다고 하는 이점이 있다. 그러나, 복수의 펠티에소자(22)를 전열플레이트(21)에 조립 부착하는 경우에, 그 펠티에소자(22)의 형상이나 크기 등에 의한 제약이나 실용상의 문제 등에 따라서, 그 펠티에소자를 완전히 간극이 없도록 기밀하게 채워 넣기 곤란하여, 상호간에 간극이 형성되는 것을 피할 수 없다. 그 때문에, 상기 전열플레이트(21)의 온도분포를 완전히 균일하게 하는 것은 곤란하여, 펠티에소자(22)가 존재하는 부분과 그렇지 않은 부분 사이에 약간의 온도차가 발생하기 쉽다. 통상의 열처리에 있어서는 이와 같은 온도차가 그만큼 문제로 되지 않지만, 공작물의 종류에 따라서는 정밀한 열처리를 하지 않으면 되지 않는 경우도 있어서, 이와 같은 경우에는, 온도차를 없을 만큼 균일한 온도분포로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 주요한 기술적 과제는, 공작물을 가열처리 할 때의 전열플레이트의 온도분포를 간단한 구조에 의해 확실하게 균일화 할 수 있으며, 가열정밀도가 좋은 열처리장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는, 상기 열처리장치에 있어서, 전열플레이트의 온도를 신속하게 승강이동시킬 수 있도록 하여, 공작물의 가열 및 냉각효율을 높이는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 공작물에 열을 전달하기 위한 전열면을 상면에 구비한 전열플레이트의 하부에, 전기히터를 통해 복수의 펠티에소자와 냉각부를 조립 부착하여 이루어지는 열처리장치가 제공된다. 상기 전기히터는, 상기 전열플레이트의 전열면 전체를 균등하게 가열할 수 있도록 설치된다.

상기의 구성을 가지는 열처리장치에 의하면, 복수의 펠티에소자와 전열플레이트 사이에 전기히터를 사이에 두어, 공작물의 가열처리를 행하는 때에는, 이들 펠티에소자와 전기히터를 병용하여 전열플레이트를 가열하도록 하고 있으므로, 펠티에소자가 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분에서 전열플레이트에 온도차가 발생하는 것을 상기 전기히터에 의해 보정하고, 그 전열플레이트에 있어서의 전열면 전체의 온도분포를 대략 균일화 할 수 있다. 게다가, 펠티에소자로의 통전량의 증감에 의해 전열플레이트의 온도를 간단하게 조정할 수 있으므로, 그 전열플레이트의 온도설정 및 조정이 용이하다.

또한, 공작물을 냉각처리 할 때는, 상기 전기히터를 오프(OFF)로 하는 동시에, 상기 펠티에소자에 역방향의 직류를 흐르게 함으로써, 그 펠티에소자의 전열플레이트 측이 냉각측으로 되므로, 전열플레이트의 열이 그 펠티에소자를 통해 냉각부로 이동하여, 전열플레이트의 온도는 신속하게 저하한다.

따라서, 공작물의 온도가 전열플레이트의 설정온도보다 높은 때에, 또는 전열플레이트에 의해 가열된 공작물을 냉각하는 경우에는, 상기 바와 같이, 전기히터로의 통전을 끊는 동시에, 복수의 펠티에소자로의 통전방향을 반대로 함으로써, 전열플레이트가 펠티에소자에 의해 냉각되므로, 전열플레이트의 온도를 신속하게 저하시킬 수 있다.

또한, 펠티에소자의 가열측이 냉각부에 의해 방열되므로, 펠티에소자에 의한 냉각효율은 높아진다.

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 전기히터가, 내열성과 전열성 및 전기절연성을 가지는 외피 내에 발열체를 매설함으로써, 상기 전열플레이트의 전열면 전체에 대응하는 크기를 지닌 시트형상으로 형성되어 있다.

본 발명의 다른 구체적인 실시예에 의하면, 상기 전기히터와 펠티에소자의 사이에, 전열성이 좋은 소재로 이루어진 중간플레이트가, 전기히터 전체를 덮도록 설치되어 있다. 이 중간플레이트는, 상기 전기히터를 눌러 지지하기 위한 수단과, 상기 복수의 펠티에소자에서의 열을 확산시켜 전열플레이트 전체에 균등하게 전달하기 위한 수단을 것으로, 이 중간플레이트를 사이에 둠으로써, 전열플레이트의 온도분포의 균일화를 보다 확실하게 실현할 수 있다.

본 발명에 있어서는 더욱이, 상기 펠티에소자를 두께 방향으로 복수로 겹쳐 설치할 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 열처리장치가, 상기 전열플레이트의 온도를 검출하여 신호를 출력하는 온도센서와, 그 온도센서의 출력신호에 의해 상기 전기히터 및 펠티에소자로의 통전을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있다.

도1은 본 발명에 관한 열처리장치의 한 실시예를 도시하는 단면도이다.

도2는 전열플레이트에 전기히터를 부착한 상태의 이면도이다.

도3은 펠티에소자의 배설상태를 도시하는 평면도이다.

도4는 기(旣)제안된 열처리장치의 단면도이다.

도1은 본 발명에 관한 열처리장치의 대표적인 실시예를 도시하는 것이다. 이 열처리장치(1)는, 박판형상의 공작물(W)에 열을 전달하기 위한 전열면(2a)을 구비한 전열플레이트(2)와, 그 전열플레이트(2)의 하부에 상기 전열면(2a) 전체를 균등하게 가열 가능하도록 설치된 전기히터(3)와, 그 전기히터(3)의 하부에 설치된 중간플레이트(4)와, 그 중간플레이트(4)의 하부에 중간플레이트(4) 및 전기히터(3)를 통해 상기 전열플레이트(2)를 가열하도록 나란히 설치된 복수의 펠티에소자(5)와, 펠티에소자(5)의 하부에 설치된 냉각부(6)를 구비하고 있다.

상기 전열플레이트(2)는 공작물(W)을 얹어 소정의 설정온도로 가열 및/또는 냉각하는 것으로, 그 위의 공작물(W)보다 약간 큰 직경(예컨대 200∼300mm)의 원형으로 형성되며, 그 하면 외주에는, 도2에 도시하듯이, 전기히터(3)를 둘러싸도록 가장자리(2b)가 형성되어 있다. 이 가장자리(2b)의 내경은 공작물(W)의 외경보다 약간 크다.

상기 전기히터(3)는 내열성, 전열성 및 전기절연성을 갖는 외피 내에 발열체를 매설함으로써 얇은 시트형상으로 형성되는 동시에, 상기 전열플레이트(2)의 전열면(2a) 전체에 대응하는 크기의 원형을 이루도록 형성되어 있다. 상기 발열체는 전기저항에 의해 발열하는 소재로 이루어진 얇은 금속조각을 소정의 패턴으로 재단하던지, 선형 소재를 소정의 패턴으로 구부려 형성된다. 상기 외피는 실리콘고무 등으로 형성되어 있다.

또한, 상기 중간플레이트(4)는 상기 전기히터(3)를 눌러 지지하기 위한 수단과, 복수의 펠티에소자(5)로부터의 열을 확산시켜 전열플레이트(2) 전체에 균등하게 전달하기 위한 수단을 겸비한 것으로, 알루미늄이나 동과 같은 전열성이 좋은 소재로 형성되며, 상기 전기히터(3) 전체를 덮도록 설치되어 있다. 이 중간플레이트(4)의 두께는 예컨대 5mm 정도가 좋다.

상기 펠티에소자(5)는, 도3에 도시하듯이, 상기 전열플레이트(2) 중심의 주위에 등각도 간격으로 방사상태로 배치되어 있다. 또한, 이 펠티에소자(5)는, 상하 양면 사이의 온도차를 확보하기 위해, 도시한 바와 같이 상하로 2매를 쌓아 올려 설치하는 것이 바람직하다.

상기 냉각부(6)는 냉각수를 흘리기 위한 냉각유체통로(6a)를 구비하고, 이 냉각유체통로는 냉각공급원에 접속되어 있다.

상기 열처리장치(1)에는 또한 전열플레이트(2)의 온도를 검출하여 신호를 출력하는 온도센서(8)와 컨트롤러(9)가 구비되어 있다. 이 컨트롤러(9)는 온도센서(8)의 출력신호에 의해 전기히터(3)와 각 펠티에소자(5)로의 통전량을 제어하여, 전열플레이트(2)의 온도를 조절하는 것으로, 전기히터(3)에는 교류전류를 공급하고, 펠티에소자(5)에는 직류전류를 공급하도록 되어 있다. 또한, 펠티에소자(5)에 공급되는 직류전류는 방향이 변환되도록 되어 있다.

상기 전열플레이트(2)에는, 열처리하는 공작물(W)을 전열면(2a)과의 사이에 작은 갭을 유지한 상태로 지지하는 구형상의 선단을 구비한 스페이서(10)가, 정삼각형상으로 3개 설치되어 있다. 이들 스페이서(10)는, 도시하지 않은 적당한 승강수단에 의해, 도시한 위치보다 더욱 상방으로 돌출한 위치까지 상승할 수 있도록 되어 있다.

이와 같은 스페이서(10)를 설치함으로써, 전열플레이트(2)의 상면과 공작물(W) 사이에 작은 갭이 형성되므로, 공작물(W)로의 열전달량은 약간 감소하지만, 이 갭에 의해 공작물(W)의 가열 또는 냉각을 더욱 균일하게 할 수 있다.

상기 구성을 가지는 열처리장치에 있어서, 공작물(W)을 가열처리하는 때에는, 상기 펠티에소자(5)에 전열플레이트(2) 측이 가열측으로 되는 방향의 직류전류를 흐르게 하고, 전기히터(3)에는 교류전류를 흘린다. 이것에 의해 전열플레이트(2)가 상기 전기히터(3)와 펠티에소자(5)에 의해 가열되어, 전열면(2a)상의 공작물(W)이 균일하게 가열된다. 이 경우, 냉각부(6)의 냉각유체통로(6a)에는 적절한 냉각수가 흐르도록 한다.

온도센서(8)로부터 출력되는 신호에 의해 컨트롤러(9)가 전기히터(3) 및 펠티에소자(5)로의 통전량을 조절함으로써, 상기 전열플레이트(2)의 온도가 정밀하게 제어된다.

이렇게, 상기 전기히터(3)를 펠티에소자(5)보다도 전열플레이트(2) 측으로 배설하고 전기히터(3)의 외측에 펠티에소자(5)를 설치함으로써, 상기 전기히터(3)로 전열플레이트(2) 전체가 직접 가열되어, 상기 펠티에소자(5)가 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분에서 전열플레이트(2)에 온도차가 발생하는 것이 방지되므로, 전열플레이트(2)의 전열면(2a) 전체의 온도분포를 확실하게 균일화 할 수 있다. 게다가, 상기 복수의 펠티에소자(5)로부터의 열은 중간플레이트(4)에 의해 확산되어 전열플레이트(2) 전체에 균등하게 전달되고, 이 때문에 전열플레이트(2)의 온도분포가 더 균일해진다.

또, 펠티에소자(5)로의 통전량의 증감에 따라서 전열플레이트(2)의 온도를 간단히 조정할 수 있으므로, 전열플레이트(2)의 온도설정 및 조정이 용이하다.

공작물(W)의 가열온도를 낮게 조정하는 때에는, 상기 펠티에소자(5)에 역방향의 전류를 흘리면 되고, 그것에 의해 펠티에소자(5)의 전열플레이트(2)측이 냉각측으로 되므로, 전열플레이트(2)의 온도를 저하시킬 수 있다.

또한, 가열 처리된 공작물(W)을 냉각처리하는 때에는, 상기 전기히터(3)를 오프(off)로 하는 동시에, 상기 펠티에소자(5)에 역방향의 전류를 인가하면, 펠티에소자(5)의 전열플레이트(2) 측이 냉각측으로 되므로, 전열플레이트(2)의 열이 펠티에소자(5)를 통해 냉각부(6)로 이동하여, 전열플레이트(2)의 온도가 신속하게 저하한다.

따라서, 공작물(W)의 온도가 전열플레이트(2)의 설정온도보다 높은 때, 또는 전열플레이트(2)에 의해 가열된 공작물(W)을 냉각하는 경우에는, 상기 설명과 같이, 전기히터(3)로의 통전을 끊는 동시에 복수의 펠티에소자(5)로의 통전방향을 역으로 하는 조작을 행하면 된다.

이 경우, 펠티에소자(5)의 가열측이 냉각부(6)에 의해 방열되므로, 펠티에소자(5)에 의한 냉각효율은 높아지게 된다.

상기의 구성을 가지는 열처리장치에 의하면, 복수의 펠티에소자와 전열플레이트 사이에 전기히터를 사이에 두어, 공작물의 가열처리를 행하는 때에는, 이들 펠티에소자와 전기히터를 병용하여 전열플레이트를 가열하도록 하고 있으므로, 펠티에소자가 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분에서 전열플레이트에 온도차가 발생하는 것을 상기 전기히터에 의해 보정하고, 전열플레이트의 전열면 전체의 온도 분포를 균일화 할 수 있다. 또, 펠티에소자로의 통전량의 증감에 의해 전열플레이트의 온도를 간단히 조정할 수 있으므로, 전열플레이트의 온도설정 및 조정이 용이하다.

또한, 공작물을 냉각처리 할 때는, 상기 전기히터를 오프(OFF)하는 동시에, 상기 펠티에소자에 역방향의 직류를 흐르게 하면, 펠티에소자의 전열플레이트 측이 냉각측으로 되므로, 전열플레이트의 열이 펠티에소자를 통해 냉각부로 이동하여, 전열플레이트의 온도는 신속하게 저하한다.

따라서, 공작물의 온도가 전열플레이트의 설정온도보다 높은 때에, 또는 전열플레이트에 의해 가열된 공작물을 냉각하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 전기히터로의 통전을 끊는 동시에, 복수의 펠티에소자로의 통전방향을 반대로 하여 전열플레이트가 펠티에소자에 의해 냉각되므로, 전열플레이트의 온도를 신속하게 저하시킬 수 있다.

Claims

(정정) 박판형상의 공작물에 열을 전달하기 위한 전열면을 상면에 구비한 전열플레이트와, 상기 전열플레이트의 하부에 상기 전열면 전체를 균등하게 가열 가능하도록 설치된 전기히터와, 상기 전기히터의 하부에 전기히터를 통해 상기 전열플레이트를 가열 가능하도록 나란히 설치된 복수의 펠티에소자와, 상기 펠티에소자의 하부에 설치된 냉각부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박판형상 공작물의 열처리장치.
(정정) 제1항에 있어서, 상기 전기히터가 내열성과 전열성 및 전기절연성을 갖는 외피 내에 발열체를 매설함으로써 시트형상으로 형성되는 동시에, 상기 전열플레이트의 전열면 전체에 대응하는 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박판형상 공작물의 열처리장치.
(정정) 제2항에 있어서, 상기 전기히터와 펠티에소자의 사이에 전열성이 좋은 소재로 이루어진 중간플레이트가 전기히터 전체를 덮도록 설치되고, 이 중간플레이트가 상기 전기히터를 눌러 지지하기 위한 수단과 상기 복수의 펠티에소자로부터의 열을 확산시켜 전열플레이트 전체에 균등하게 전달하기 위한 수단을 겸비하고 있는 것을 특징으로 하는 박판형상 공작물의 열처리장치.
(정정) 제1항에 있어서, 상기 펠티에소자가 두께방향으로 복수로 겹쳐 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 박판형상 공작물의 열처리장치.
(정정) 제1항에 있어서, 상기 전열플레이트의 온도를 검출하여 신호를 출력하는 온도센서와, 이 온도센서의 출력신호에 따라 상기 전기히터 및 펠티에소자로의 통전을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 박판형상 공작물의 열처리장치.