KR100418492B1 - 시트형 피가열체 열처리장치 및 그 열처리방법 - Google Patents

Abstract

마이크로웨이브를 이용하여 시트형의 피가열체를 가열시키는 열처리장치 및 그 열처리방법이 개시된다. 상기 시트형 피가열체 열처리장치 및 그 열처리방법은 외부에서 열을 가하는 방식이 아니기 때문에 에너지 효율이 대단히 높고, 또한 빠른 열처리 속도를 얻을 수 있다. 또한, 가열전력과 가열 및 냉각온도 제어가 용이하고 에너지 효율이 높기 때문에 기존의 열풍가열장치 대비 장비 크기를 대폭 줄일 수 있다. 또한, 발열체의 산화 및 열풍 공급에 따라 분진 발생이 없으므로 이물에 의한 피가열체의 제품 불량이 없다. 또한, 온도 균일성이 좋고 인장응력등의 제품불량인자 유발이 억제 되기 때문에 피가열체 열처리 면적의 대형화, 후막화가 용이하고 제품의 요구물성을 대폭 개선 할 수 있다.

Description

시트형 피가열체 열처리장치 및 그 열처리방법 {HEAT TREATMENT APPARATUS OF SHEET TYPE HEATED BODY AND HEAT TREATMENT METHOD OF THE SAME}

본 발명은 마이크로웨이브를 이용하여 시트형의 피가열체를 열처리하는 열처리장치 및 그 열처리방법에 관한 것이다.

성형된 피가열체를 열처리할 경우에는 전기저항에 의하여 발생되는 열로 공기를 데우고 이것을 열풍화하여 피가열체를 가열한다.

이러한 종래의 열풍가열장치는 열풍발생에 필요한 공기를 투입하기 위한 공기투입부와 공기의 필터링을 위한 공기필터링부를 가지는 공기공급장치와, 열풍을 만들기 위한 팬과 팬이 과열되는 것을 막기 위한 팬냉각부와 전기저항에 의해 열을 발생시키는 히터를 가지는 열풍발생장치를 포함한다. 또, 열풍가열장치는 발생한 열풍을 가열 공간 내부로 유도하는 연결장치와, 전체 가열장치를 기계적으로 지지하는 가열로 외벽부와 발생한 열풍을 단열 시키기 위한 단열부를 가지는 가열본체를 더 포함한다. 또, 열풍가열장치는 단열부의 온도를 측정하는 센서부와 온도 제어를 위한 제어부를 가지는 제어장치와, 피가열체를 열처리하고 난 뒤 단열부를 냉각시키기 위한 냉각가스공급장치와, 피가열체를 열처리 할 때 발생하는 반응물을 배기시키는 배기 장치와, 피가열체를 반입, 반출 및 이송시키기 위한 이송장치를 더 포함한다.

상기와 같이 구성된 종래의 열풍가열장치의 동작을 설명한다.

먼저 피가열체를 성형하여 상기 반입부에 위치시키고, 상기 이송부를 통하여 상기 열풍가열장치의 내부로 피가열체를 투입시킨다. 그러면, 상기 공기투입부로부터 유입된 공기가 상기 공기필터링부을 거치면서 이물이 제거된 후 상기 열풍발생장치로 보내지고, 상기 히터에 의해 발생한 열을 팬으로 불어 열풍을 만든다. 열풍은 상기 열풍가열로의 단열부의 좌에서 우로 또는 우에서 좌로 또는 뒤에서 앞으로로 송풍되어 원하는 온도로 피가열체를 열처리를 하게 된다. 상기 열처리된 피가열체는 상기 냉각장치에서 발생하는 냉각가스에 의해 냉각되고 냉각이 완료되면 원하는 온도로 처리된 성형체를 얻을 수 있다.

상기와 같은 종래의 열풍가열장치는 다음과 같은 단점이 있다.

첫째, 피가열체를 열처리하기 위하여 전기저항체의 발열로부터 열 에너지를 공급받아 승온시킨 열풍을 사용하므로 상온의 공기뿐만 아니라 주변의 공정 장치까지 가열하여야하므로 열처리 공정의 열 효율이 매우 낮다. 둘째, 발열체의 산화 및 열풍 공급에 따라 분진 발생이 심하여 피가열체의 제품 불량이 야기된다. 셋째, 피가열체의 열처리후 급속냉각을 시키는 경우 인장응력이 발생하여 제품에 균열이 발생된다. 넷째, 열풍 방식의 경우 피가열체의 열처리 면적이 크지면 크질수록 열처리시의 온도균일성이 떨어져 제품의 건조 또는 소성처리 과정상 얼룩, 두께 불균일 및 내부구조 불량등의 각종 문제가 유발된다. 다섯째, 피가열체의 열처리 면적을 크게하거나 또는 처리 두께를 두껍게 하거나 또는 피가열체의 처리량이 증가 할 경우 열처리로의 길이가 길어야 하므로 투자비가 증가하여 생산성이 저하된다.

본 발명은 상기의 단점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 요업물을 시트형으로 성형하여 열처리할 때 높은 에너지 효율과 빠른 열처리 속도를 얻음과 동시에 시트형 피가열체의 열처리 물성을 개선할 수 있는 시트형 피가열체 열처리장치 및 그 열처리방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리장치의 구성을 보인 도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 열풍가열장치와 본 실시예에 따른 열처리장치로 피가열체를 건조시켰을 때의 내부구조를 보인 도.

도 3a 및 도 3b는 종래의 열풍가열장치와 본 실시예에 따른 열처리장치로 피가열체를 소성하였을 때의 내부구조를 보인 도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 단위열처리장치 111 : 발열체

115 : 피가열체 120 : 이송부

131 : 마이크로웨이브 상측발생부 135 : 마이크로웨이브 하측발생부

140 : 캐비티 150 : 애플리케이터

160 : 마이크로웨이브 차단부 170 : 냉각가스 공급부

180 : 반응물 처리부 190 : 메인제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시트형 피가열체 열처리장치는, 시트형의 피가열체를 가열하는 열처리장치에 있어서,

상기 피가열체가 탑재되고 마이크로웨이브를 흡수하여 발열하며 발생된 열을 상기 피가열체로 전도하여 상기 피가열체를 열처리하는 발열체, 상기 발열체가 놓이며 상기 발열체로부터 발열되는 열을 1차 단열시키는 캐비티, 상기 캐비티의 상하측에 각각 마련되어 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부 및 상기 캐비티를 감싸는 형태로 설치되어 상기 캐비티를 지지하면서 2차 단열하는 단열부와 상기 캐비티를 지지하면서 상기 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부에서 발생된 마이크로웨이브의 누설을 방지하는 외벽부를 가지는 애플리케이터를 포함하는 단위열처리장치; 상기 발열체와 상기 피가열체를 이송시켜 상기 단위열처리장치로 유입시키는 반입부, 상기 발열체와 상기 피가열체를 상기 캐비티의 내부로 이송시키는 단위이송부, 상기 발열체와 상기 피가열체를 상기 단위열처리장치의 외부로 반출시키는 반출부를 가지는 이송부; 상기 이송부에 설치되어 마이크로웨이브가 누설되는 것을 방지하는 마이크로웨이브 차단부; 상기 단위열처리장치의 내부로 냉각가스를 주입하여 상기 발열체에 의하여 가열된 상기 단위열처리장치 내부의 온도를 조절하는 냉각가스 공급부; 상기 피가열체의 가열에 의하여 발생되는 반응물들을 처리하는 반응물 처리부; 그리고, 상기 피가열체, 상기 발열체 및 상기 단위열처리장치 내부의 온도를 감지하여 상기 단위열처리장치, 상기 이송부, 상기 냉각가스 공급부 및 상기 반응물 처리부를 제어하는 메인제어부를 구비한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시트형 피가열체 열처리방법은, 시트형의 피가열체를 가열하는 열처리방법에 있어서,

마이크로웨이브에 의하여 발열하는 발열체에 상기 피가열체를 탑재시켜 단위열처리장치의 내ㆍ외측으로 이송하는 단계; 상기 단위열처리장치에 설치된 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부를 제어하여 마이크로웨이브를 발생하는 단계; 상기 피가열체를 상기 단위열처리장치로 이송할 때, 상기 단위열처리장치로부터 누설되는 마이크로웨이브를 차단하는 단계; 상기 발열체에서 발열되는 열을 1차 단열하는 단계; 상기 발열체에서 발열하는 열을 2차 단열함과 동시에 마이크로웨이브의 누설을 방지하는 단계; 상기 발열체에서 발열된 열을 상기 피가열체에 전도시키는 단계; 상기 1차 단열된 온도의 조절을 위하여 냉각가스를 공급하는 단계; 상기 피가열체의 가열에 의하여 발생하는 반응물들을 처리하는 단계; 상기 피가열체, 상기 발열체 및 상기 단위열처리장치 내부의 온도를 감지하여 상기 단위열처리장치, 상기 피가열체의 이송, 상기 냉각가스의 공급 및 상기 반응물 처리를 제어하는 단계를 수행한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시트형 피가열체 열처리장치 및 그 열처리방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리장치의 구성을 보인 도이다.

도시된 바와 같이, 시트형의 발열체(111)와 시트형의 피가열체(115)가 놓이는 단위열처리장치(100)가 마련된다. 단위열처리장치(100)의 내부, 더 구체적으로는 피가열체(115)의 아래 및 위 쪽에서 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 상측발생부(131) 및 마이크로웨이브 하측발생부(135)가 설치되고, 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135)에서 발생한 마이크로웨이브를 흡수하여 발열체(111)에서 열이 발생된다. 또, 단위열처리장치(100)의 내부에는 발열체(111)에서 발생한 열을 1차 단열시키기 위한 캐비티(140)가 설치되고, 캐비티(140)의 내부에 발열체(111) 및 피가열체(115)가 위치되어 열발생 및 가열된다. 그리고, 캐비티(140)를 감싸는 형태로 애플리케이터(150)가 단위열처리장치(100)의 내부에 설치된다. 애플리케이터(150)는 캐비티(140)를 지지하면서 2차 단열 및 마이크로웨이브의 누설을 방지하는 단열부(151) 및 외벽부(155)를 가진다.

단위열처리장치(100)의 내ㆍ외측에는 단위열처리장치(100)로 발열체(111) 또는 피가열체(115)를 반입, 이송 및 반출시키기 위한 반입부(121), 단위이송부(125) 및 반출부(129)로 이루어진 이송부(120)가 마련된다. 이때, 반입부(121)와 반출부(129)를 통하여 단위열처리장치(100) 내부의 마이크로웨이브가 누설되는 것을 방지하기 위하여 마이크로웨이브차단부(160)가 이송부(120)에 설치된다. 더 구체적으로는 반입부(121) 및 반출부(129)에 마이크로웨이브차단부(160)가 각각 설치된다.

그리고, 단위열처리장치(100)의 외측에는 소정 온도로 데워진 캐비티(140) 공간의 온도조절을 위한 냉각가스공급부(170)가 마련되어, 캐비티(140)의 공간으로 냉각가스를 공급한다. 또, 피가열체(115)가 가열되면서 발생하는 반응물을 캐비티(140)로부터 유출시켜 처리하는 반응물처리부(180)가 단위열처리장치(100)의 외측에 마련된다. 또, 피가열체(115)의 온도, 발열체(111)의 온도 및 캐비티(140)의 온도를 검출하는 센서부(191)와, 냉각가스공급부(170)와 반응물처리부(180)의 동작을 제어하는 서브제어부(195)를 가지는 메인제어부(190)가 설치된다.

본 실시예에 따른 열처리장치는 단속로(Batch Furnace)형태 및 연속로 형태로 구성할 수 있다.

단속로 형태일 경우에는 전술한 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135), 애플리케이터(150), 캐비티(140), 발열체(111)를 포함하는 하나의 단위열처리장치(100)와, 냉각가스공급부(170)와 반응물처리부(180)와 메인제어부(190)와 마이크로웨이브 차단부(160)와 이송부(120)로 이루어 진다.

연속로 형태일 경우에는 단위열처리장치(100)가 적어도 2개 이상 연속적으로 설치되고, 여기에 냉각가스공급부(170)와 반응물처리부(180)와 제어부(190)와 마이크로웨이브 차단부(160)와 이송부(120)로 이루어 진다. 이때, 이송부(120)는 단위열처리장치(100)로 발열체(111)와 피가열체(115)를 반입시키는 반입부(121)와, 단위열처리장치(100)내에서 발열체(111)와 피가열체(115)를 이송시키는 적어도 하나 이상의 단위이송부(125)와, 단위열처리장치(100)로부터 발열체(111)와 피가열체(115)를 반출시키는 반출부(129)로 구성된다. 그리고, 이송시키기 위한 수단으로는 메쉬벨트(Mesh Belt), 롤러(Roller), 셔틀(Shuttle) 방식의 장치들이 있으며, 이들 중 한가지 또는 다수개를 조합하여 구성한다.

본 실시예에 따른 열처리장치의 동작 및 그 열처리방법을 설명한다.

본 실시예에 사용되는 시트(Sheet)상 피가열체(115)는 열처리하려고 하는 시트형 요업물성형체 그 자체 또는, 무기물, 유기물,금속재질 중 어느 하나로 이루어진 시트형 기판 위에 시트형 요업물성형체가 형성되어 열처리하려고 하는 복합물을 시트형 피가열체(115)라 한다.

피가열체(115)는 일반적으로 페이스트(Paste) 또는 슬러리(Slurry)로 표현되는 것으로, 세라믹 또는 세라믹-유리 또는 유리로 이루어진 고형분과, 성형체의 결합력 부여를 위한 비이클(Vehicle)로 이루어진 혼합물이다.(이하"요업물"이라 한다.)

상기 요업물은 일반적으로 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 캐스팅, 딥핑, 프레싱, 테이블 코팅등의 방법에 의해 시트형의 단일 또는 패턴 형상으로 구현된다.여기서 피가열체(115)는 이미 열처리가 된 시트형의 요업물 층 위에 기능을 달리하는 새로운 시트형의 요업물을 성형하거나, 기능을 달리하는 시트형의 요업물 층들을 한꺼번에 성형하는 경우도 포함한다. 이후, 피가열체(115)를 건조 또는 소성등의 열처리를 위하여 본 발명에 의한 방법 즉, 마이크로웨이브를 발생시키고 발생한 마이크로웨이브를 발열체(111)가 흡수하여 열을 발생시키면 발열체(111)위에 탑재된 피가열체(115)에 열이 전도되어 피가열체(115)를 열처리 할 수 있도록 하는 간접가열방식을 사용한다.

여기서 마이크로웨이브에 의한 발열 원리는 다음과 같다.

발열체 내부에 쌍극자가 존재할 경우 이 내부에 강한 전계가 주어지면 쌍극자가 전계방향으로 정열하고, 이 전계가 역방향으로 걸리게 되면 쌍극자의 방향도 반대로 배열하게 된다. 이렇게 해서 분자내에서 쌍극자의 회전이나 진동이 발생하고 그 내부 마찰에 의해서 열이 발생한다. 이때 발열체 중에서 열로 변하는 전력손실은 다음과 같이 주어진다.

여기서 P는 전력손실을, f는 마이크로웨이브의 주파수(Hz)를, υ는 마이크로웨이브 전계의 크기(V/m)를, ε는 물질의 비유전율을, tanδ는 유전체 손실각을 나타낸다.

상기 전력손실을 매시간, 단위 체적에 대해서 발생하는 열량으로 환산하면 다음과 같다.

따라서 상기 공식에서 주어지는 열량 Q가 전도되어 시트형 피가열체(115)를 가열시킨다.

상기 원리를 바탕으로 본 실시예에 따른 열처리장치를 통하여 동작을 시키면 다음과 같다

먼저 상기 요업물을 전술한 성형방법에 의해 시트형 피가열체(115)로 만들고 발열체(111)에 탑재시킨다. 이때, 발열체는 손실정접(Loss Tangent)값이 큰 재료로 시트형으로 압축 성형하여 만든다. 이후, 피가열체(115)와 발열체(111)를 반입부(121)에 위치시키고, 단위이송부(125)를 통하여 단위열처리장치(100)내로 투입시킨다. 그러면, 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135)에서 마이크로웨이브를 발열체(111)에 조사하게 된다. 이때, 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135)에 사용되는 마그네트론은 상용되는 915MHZ 또는 2.45GHZ의 것을 사용하며 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135)내에 다수 개 배열한다.

여기서 기판의 재질, 요업물의 특성, 가열온도 균일성등의 변수를 고려하여 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135)를 두개 다 사용하거나, 또는 마이크로웨이브 상측발생부(131)만을 사용하거나, 또는 마이크로웨이브 하측발생부(135)만을 사용할 수 있다.

마이크로웨이브 조사가 이루어지면 발열체(111)가 발열하게 되고, 그 열이 피가열체(115)에 전달된다. 이때, 발생 열손실 방지와 균일 가열을 위한 공간이 필요하게 되는데 이는 캐비티(140)로 해결된다. 캐비티(140)는 캐비티(140) 전체를기계적으로 지지하고 또한 단열이 잘 되면서 동시에 마이크로웨이브를 잘 통과시키는, 즉 손실 정접값이 낮은 재료들을 사용하여 상기 발열체(111)로부터 발생한 열의 손실 방지와 균일 가열을 달성할 수 있다.

또한, 캐비티(140)와 더불어 애플리케이터(150)는 마이크로웨이브의 조사가 이루어 질 때, 캐비티(140)를 지지하면서 발열체(111)에서 발생한 열을 2차적으로 단열시키는 단열부(151)와, 마이크로웨이브가 단위열처리장치(100)의 외부로 누설이 되지 않도록하는 금속재질의 외벽부(155)로 구성되어 있다.

마이크로웨이브에 의해 피가열체(115)가 열처리 될 때, 일반적으로 피가열체(115)의 제품 결함이 없도록 하기 위하여 온도 프로파일(Profile)을 따라 열처리 하게 된다. 즉, 시간당 특정 승온속도를 가지는 승온 구간과, 건조 또는 소성등의 열처리 목적에 맞게 최고온도 유지시간을 가지는 최고온도 유지구간과, 시간당 특정 냉각속도를 가지는 냉각 구간으로 구성된다.

여기서 본 실시예에 따른 연속로 형태는 단위열처리장치(100)를 2개 이상 병렬 연결하여 상기 온도 프로파일을 구현할 수 있다.

예를 들면, 3개이상이 연속적으로 연결된 경우는, 승온용 단위열처리장치(100) 1개와 최고온도 유지용 단위열처리장치(100) 1개와 냉각용 단위열처리장치(100) 1개로 연속로를 구성할 수 있다.

그리고, 단위열처리장치(100) 두개가 연속적으로 마련된 경우에는, 상기 연속된 단위열처리장치중 어느 하나의 단위열처리장치가 승온 및 최고온도를 유지하는 구역이면, 다른 하나의 단위열처리장치는 냉각구역이 된다. 또는, 상기 연속된단위열처리장치중 어느 하나의 단위열처리장치가 승온구역이면, 다른 하나의 단위열처리장치는 최고온도를 유지 및 냉각구역이 된다. 즉, 승온과 최고온도 유지 역할을 함께 하는 단위열처리장치(100) 1개와 냉각용 단위열처리장치(100) 1개로 연속로를 구성할 수 있으며, 또한 승온의 정밀제어를 위하여 승온용 단위열처리장치(100)를 적어도 2개 이상으로 하고 최고온도 유지용 단위열처리장치(100) 1개와 냉각용 단위열처리장치(100) 1개로 연속로를 구성할 수 있다. 또한, 언급한 구성방법 이외에 요업물 열처리 특성에 따라 3개의 구간에 대응한 다양한 병렬 연결이 가능하다.

그리고, 단속로 형태는 상기 단위열처리장치(100)를 1개 사용하여 캐비티(140) 공간 내의 온도 조절을 마이크로웨이브 발생정도와 냉각가스 공급정도를 조절함으로써 승온,최고온도 유지,냉각 구간을 연속적으로 처리하는 온도 프로파일을 구현할 수 있다.

상기와 같이 피가열체(115)를 단위열처리장치(100)내에서 처리할 때 온도 프로파일의 온도조절과 피가열체(115)의 적절한 열처리 반응 특성에 대응하여 공기, 질소가스, 수소가스, 산소가스등의 냉각가스를 냉각가스공급부(170)를 통하여 공급시킨다. 또한, 피가열체(115)가 열처리 될 때 폐가스, 산화물, 탄화물등의 반응 생성물들이 발생하게 되는데, 이것은 반응물처리부(180)가 캐비티(140)로부터 반응 생성물들을 뽑아 내어 반응물들을 처리한다.

그리고, 반입부(121)와 반출부(129)는 단위열처리장치(100) 외부와 열려져 있기 때문에 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부(131,135)에서 발생한 마이크로웨이브가 단위열처리장치(100)의 외부로 누설이 될 수 있는데, 이는 마이크로웨이브 차단부(160)에 의하여 누설되지 않는다. 즉, 반입부(121)와 단위열처리장치(100)와 반출부(129)의 연결부위에 금속셔터를 설치하여 피가열체(115)가 반입 또는 반출 될 때만 셔터를 열도록 한다든지, 반입부(121)와 반출부(129)에 마이크로웨이브의 반사파와 외부로 향하는 파동의 위상차가 λ/2이 되도록 하는 쵸크를 설치하여 마이크로웨이브를 상쇄시키도록 한다든지, 마이크로웨이브 차단부(160)내에 손실정접이 큰 마이크로웨이브 흡수체를 설치하는 것 등으로 마이크로웨이브의 누설을 막는다.

그리고, 마이크로웨이브의 발생정도와 균일성, 피가열체(115)의 이송정도, 열처리를 위한 온도프로파일, 냉각가스의 공급정도, 반응물의 처리 정도등을 조절하기 위해서는 메인제어부(190)가 필요하다. 즉, 단위열처리장치(100)에 설치된 센서부(191)는 피가열체(115)의 온도와 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 발열 할 때의 온도와 캐비티(140)내의 온도를 측정하여 서브제어부(191)에 전달하고, 서브제어부(191)는 상기 정보들을 연산하여 상기 제어 인자들을 제어한다.

피가열체(115)의 열처리 목적에 맞게 열처리되고 냉각이 된 피가열체(115)는 단위이송부(125)을 거쳐 반출부(129)로 반출된다.

이하, 본 실시예에 따른 구체적인 실험예들을 설명한다.

요업물은 고형분이 PbO-B2O3-SiO2계 유리분말 80%, 비이클이 20%되게 구성하고, 상기 요업물을 스크린프린터로 유리기판 위에 인쇄를 한다. 즉, 메쉬가 250인 오프닝(Opening) 제판 위에 상기 요업물을 얹고 스크래핑(Scrapping)하고 스퀴징(Squizing)하여 기판 위에 시트형 요업물 인쇄체를 형성시킨다.

이후 종래의 열풍가열장치와 본 실시예에 따른 열처리장치에 각각 요업물 인쇄체를 투입하고, 온도 프로파일은 표1과 같이 설정한다.

온도 프로파일 설정

	승온속도(℃/분)	바이클연소온도/유지시간(℃/분)	최고온도/유지시간(℃/분)	냉각속도(℃/분)	온도프로파일총 소요시간(분)
열풍가열로	5	350/60	550/60	1.9	1,185
본발명에 의한처리장치	20	350/10	550/30	10	129

상기와 같이 온도프로파일 총 소요시간이 열풍가열장치 대비 1/10 정도로 가능한 것은 열풍의 경우 요업물의 표면에서 내부로 열처리가 되는 반면, 본 실시예에 따른 열처리장치의 경우 마이크로웨이브의 특성상 피가열체를 부피가열과 선택가열이 되도록 할 뿐만 아니라 발열체(111)가 피가열체(115)바로 밑에서 가열되므로 가열효율이 좋아 가열시간을 단축할 수 있다. 뿐만 아니라 냉각에 있어서도 열풍가열장치는 열풍가열장치 내의 공간 만큼의 가열 부피를 냉각시켜야 하고 또한 급냉에 따른 피가열체(115)의 결함을 방지하기 위해서는 냉각속도를 빠르게 할 수 없다.

그러나, 본 실시예에 따른 열처리장치는 캐비티(140)의 공간이 열풍 소성로 대비 매우 작을 뿐만 아니라, 급냉시 발생하는 인장응력을 제거할 수 있기 때문에 피가열체(115)에 생기는 휨, 균열등의 제품 결함 없이 급냉 시킬 수 있다.

상기와 같이 종래의 장치와 본 실시예에 따른 장치로 열처리를 행하고 난 뒤의 건조상태와 소성상태를 도 2a 내지 도 3b에 도시하였다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 열풍가열장치와 본 실시예에 따른 열처리장치로 피가열체를 건조시켰을 때의 내부구조를 보인 도이고, 도 3a 및 도 3b는 종래의 열풍가열장치와 본 실시예에 따른 열처리장치로 피가열체를 소성하였을 때의 내부구조를 보인 도이다.

도시된 바와 같이,주사 전자 현미경 사진을 촬영하여 피가열체(115)의 내부구조를 관찰한 결과, 종래의 장치에 의한 건조 및 소성상태와 본 실시예에 따른 장치에 의한 건조 및 소성상태에 있어서 품질특성이 차이가 없다는 결과를 얻었다.

이상에서 설명하듯이, 본 발명에 따른 시트형 피가열체 열처리장치 및 그 열처리방법은 외부에서 열을 가하는 방식이 아니기 때문에 에너지 효율이 대단히 높고, 또한 빠른 열처리 속도를 얻을 수 있다.

또한, 가열전력과 가열 및 냉각온도 제어가 용이하고 에너지 효율이 높기 때문에 기존의 열풍가열장치 대비 장비 크기를 대폭 줄일 수 있다.

또한, 발열체의 산화 및 열풍 공급에 따라 분진 발생이 없으므로 이물에 의한 피가열체의 제품 불량이 없다.

또한, 온도 균일성이 좋고 인장응력등의 제품불량인자 유발이 억제 되기 때문에 피가열체 열처리 면적의 대형화, 후막화가 용이하고 제품의 요구물성을 대폭 개선 할 수 있다.

이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (7)

1. 시트형의 피가열체를 가열하는 열처리장치에 있어서,

   상기 피가열체가 탑재되고 마이크로웨이브를 흡수하여 발열하며 발생된 열을 상기 피가열체로 전도하여 상기 피가열체를 열처리하는 발열체, 상기 발열체가 놓이며 상기 발열체로부터 발열되는 열을 1차 단열시키는 캐비티, 상기 캐비티의 상하측에 각각 마련되어 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부 및 상기 캐비티를 감싸는 형태로 설치되어 상기 캐비티를 지지하면서 2차 단열하는 단열부와 상기 캐비티를 지지하면서 상기 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부에서 발생된 마이크로웨이브의 누설을 방지하는 외벽부를 가지는 애플리케이터를 포함하는 단위열처리장치;

   상기 발열체와 상기 피가열체를 이송시켜 상기 단위열처리장치로 유입시키는 반입부, 상기 발열체와 상기 피가열체를 상기 캐비티의 내부로 이송시키는 단위이송부, 상기 발열체와 상기 피가열체를 상기 단위열처리장치의 외부로 반출시키는 반출부를 가지는 이송부;

   상기 이송부에 설치되어 마이크로웨이브가 누설되는 것을 방지하는 마이크로웨이브 차단부;

   상기 단위열처리장치의 내부로 냉각가스를 주입하여 상기 발열체에 의하여 가열된 상기 단위열처리장치 내부의 온도를 조절하는 냉각가스 공급부;

   상기 피가열체의 가열에 의하여 발생되는 반응물들을 처리하는 반응물 처리부; 그리고,

   상기 피가열체, 상기 발열체 및 상기 단위열처리장치 내부의 온도를 감지하여 상기 단위열처리장치, 상기 이송부, 상기 냉각가스 공급부 및 상기 반응물 처리부를 제어하는 메인제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시트형 피가열체 열처리장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위열처리장치는 하나만 마련되고,

   상기 단위열처리장치의 내부는 소정 시간단위로 승온되는 승온구간, 최고온도를 유지하는 최고온도유지구간 및 냉각되는 냉각구간을 가지는 것을 특징으로 하는 시트형 피가열체 열처리장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위열처리장치는 두개가 연속적으로 마련되고,

   상기 연속된 단위열처리장치중 어느 하나의 단위열처리장치가 승온 및 최고온도를 유지하는 구역이면, 다른 하나의 단위열처리장치는 냉각구역이 되고,

   상기 연속된 단위열처리장치중 어느 하나의 단위열처리장치가 승온구역이면, 다른 하나의 단위열처리장치는 최고온도를 유지 및 냉각구역인 것을 특징으로 하는 시트형 피가열체 열처리장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위열처리장치는 3개 이상이 연속적으로 연결되고,

   상기 연속된 단위열처리장치의 내부에는 상기 피가열체를 승온시키는 승온부와, 상기 피가열체를 최고온도로 유지시키는 최고온도유지부와, 상기 피가열체를 냉각시키는 냉각부가 소정 간격으로 구획된 것을 특징으로 하는 시트형 피가열체 열처리장치.
6. 삭제
7. 시트형의 피가열체를 가열하는 열처리방법에 있어서,

   마이크로웨이브에 의하여 발열하는 발열체에 상기 피가열체를 탑재시켜 단위열처리장치의 내ㆍ외측으로 이송하는 단계;

   상기 단위열처리장치에 설치된 마이크로웨이브 상ㆍ하측발생부를 제어하여 마이크로웨이브를 발생하는 단계;

   상기 피가열체를 상기 단위열처리장치로 이송할 때, 상기 단위열처리장치로부터 누설되는 마이크로웨이브를 차단하는 단계;

   상기 발열체에서 발열되는 열을 1차 단열하는 단계;

   상기 발열체에서 발열하는 열을 2차 단열함과 동시에 마이크로웨이브의 누설을 방지하는 단계;

   상기 발열체에서 발열된 열을 상기 피가열체에 전도시키는 단계;

   상기 1차 단열된 온도의 조절을 위하여 냉각가스를 공급하는 단계;

   상기 피가열체의 가열에 의하여 발생하는 반응물들을 처리하는 단계;

   상기 피가열체, 상기 발열체 및 상기 단위열처리장치 내부의 온도를 감지하여 상기 단위열처리장치, 상기 피가열체의 이송, 상기 냉각가스의 공급 및 상기 반응물 처리를 제어하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 시트형 피가열체 열처리방법.