KR100498566B1 - 고능률 냉각식 열처리장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 유리기판 등의 워크의 처리능률이 양호하고 또한 상온 로봇을 사용가능하게 한다.

(해결수단) 클린 오븐은 가열기(22)나 송풍기(23)를 구비하고 열풍을 순환시켜서 열처리하는 열처리실(2), 그 아래에서 열처리후의 워크(W)를 냉각하는 냉각실(3), 양실사이의 간막이부재(4)를 통과시켜 워크(W)를 적재한 카세트(1)를 승강시키는 승강장치(7), 카세트(1)의 상하위치에서 간막이부재(4)와의 사이에서 양실 사이를 실링하는 상하 실링장치(5,6) 등으로 구성되어 있다.

(효과) 열처리한 워크를 적재한 카세트를 아래로 내리는 것만으로 자동적으로 실링이 형성되고 냉각실에서 워크를 냉각할 수 있고, 이것을 상온 사양 로봇으로 처리완료 워크반송라인으로 옮겨 실을 수 있다. 상하 실사이의 카세트 이동시에 기체의 도통이 거의 없고, 열처리실이나 냉각실에서의 처리시간이 단축되어 워크의 처리능률이 양호하다.

Description

고능률 냉각식 열처리장치{HIGHLY EFFECTIVE COOLING TYPE THERMAL TREATMENT UNIT}

본 발명은, 복수의 평판형상의 피처리물을 적재한 적재장치를 열처리실내에 출입시켜 열처리하도록 한 열처리장치에 관한 것이고, 특히 열처리후의 피처리물의 냉각처리기술에 관한 것이다.

LCD 유리기판 등의 워크를 카세트에 적재하여 열처리하는 장치에서는, 일반적으로, 열처리실의 개방문 또는 슬라이드개폐식의 셔터를 개폐하여 로봇이나 슬라이드기구 등의 카세트 이동장치에 의해 카세트를 열처리실로 출입하고, 열처리실의 밖의 냉각스테이지에서 열처리한 워크를 상온에 가까운 온도까지 냉각하고, 이것을 로봇으로 반송라인의 카세트에 옮겨싣고 또는 카세트마다 반송라인으로 옮겨 실은후, 반송라인의 미처리 워크와 교환하여 순차 열처리하도록 하고 있다(예를 들면, 일본 특개평10-232089호 공보의 도 11 및 그 관련 설명참조).

이와 같은 장치에 의하면, 카세트의 동작이 간단하게 됨과 동시에, 워크를 취급하기 위한 로봇을 통상 제품인 상온 사양의 로봇으로 하여 그 코스트를 대폭적으로 저감할 수 있다. 그렇지만, 워크의 열처리 종료후, 셔터를 열어 카세트를 반송할 때에 열처리실의 열기가 외부로 불어 나가게 된다는 문제가 있다. 또, 열처리실내에 외기가 침입하고, 내외공기의 치환에 의해 열처리실내의 온도조건이 대폭적으로 혼란되고, 재차 열처리해야할 온도에 도달하기 위해서 긴 시간이 필요하다는 문제가 있다. 또한, 열처리 종료후에 열처리실내를 충분히 냉각하면, 열기의 불어내기의 문제는 해결되는데, 열처리실의 온도조건의 회복까지에 한층 더 긴 시간을 요하고, 워크의 처리능률이 대폭적으로 저하된다고 하는 문제가 있다.

그 때문에, 열처리실내에서 카세트 또는 동일한 워크 적재장치인 곤돌라를 1택트에 1단씩 승강시키고, 열처리실의 일정위치에 워크를 출입시키는 양만큼의 실링부착 개구를 설치하고, 이 개구를 통해서 밖으로부터 로봇의 핸드를 출입시키고, 1택트에 1매씩 열처리 완료된 워크와 미처리 워크를 교환하도록 한 카세트 사용매수 처리식 열처리장치가 각종 제안되어 있다(예를 들면 상기 일본 공보, 특개평11-016659호, 6-066715호 참조).

또, 열처리실의 전후에 예열실과 제냉실을 구비한 열처리장치에 있어서 상기와 동일한 개구를 설치하고, 열처리실로의 워크의 출입과 워크 지지 교체 옮겨 싣는 것을 동시에 행하고, 워크를 1택트에 1매씩 승강시켜서 열처리하도록 한 워크 지지 교체 매수처리식 열처리장치도 많이 제안되어 있다(예를 들면 일본 특개평11-051569호, 8-110166호 공보 참조).

이와 같은 열처리장치에서는, 워크 교환시에 문이나 이것에 상당하는 셔터와 같은 커다란 개구를 개폐시킬 필요가 없음과 동시에, 각각 워크 옮겨 싣는 기구 등에 있어서 고안된 장치인데, 로봇핸드를 열처리실내에 출입시키기 위해서, 특수 사양의 고가의 내열 로봇이 필요하게 된다는 문제가 있다.

또, 근년에는 350℃ 나 500℃라는 고온으로 열처리되는 워크가 출현되고 있어, 열처리실내를 질소 등의 불활성가스에 의해 저산소농도 분위기로 하여 워크를 열처리하는 경우가 있으나, 그와 같은 때에는, 워크 출입용의 개구에 있어서, 외기의 침입이나 로봇핸드의 진퇴에 의한 외기의 유입 등이 문제로 된다. 더욱이, 상기와 같은 고온처리조건의 경우를 포함하여, 워크의 재료 등에 의해 산화나 깨짐방지를 위하여 온도강하속도를 제한 등 할 필요가 있고, 그 때문에 열처리실내에 있어서 워크를 어느 정도의 온도까지 냉각한 후 배출해야 할 경우가 있는데, 매수처리식의 열처리장치에서는 그와 같은 처리가 될 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 종래기술에 있어서 상기 문제를 해결하고, 내열 로봇을 사용하는 일없이, 피처리물의 처리능률이 양호하고, 피처리물의 산화나 깨짐방지가 용이하고, 특히 피처리물의 고온 열처리에 최적인 열처리장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 복수의 평판형상의 피처리물을 적재한 적재장치를 열처리실에 출입시켜 열처리하도록 한 열처리장치에 있어서,

상기 피열처리물을 냉각가능하도록 상기 열처리실의 아래에 설치된 냉각실과, 상기 적재장치가 상기 냉각실에 들어가 있는 하위치와 상기 열처리실에 들어가있는 상위치 사이에서 상기 적재장치를 승강가능하게 하는 승강장치와, 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이에서 상기 적재장치가 승강하여 통과가능하도록 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이에 뻗어 설치된 간막이부재와, 상기 적재장치의 상단측에 설치되어 상기 적재장치가 상기 상위치로부터 상기 하위치로 하강하면 상기 간막이부재에 접촉하여 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이를 실링하도록 형성된 상 실링장치와, 상기 적재장치의 하단측에 설치되어 상기 적재장치가 상기 하위치로부터 상기 상위치로 상승하면 상기 간막이부재에 접촉하여 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이를 실링하도록 형성된 하 실링장치를 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명은, 상기에 더하여, 상기 상 실링장치와 상기 하 실링장치는 상기 적재장치로부터 분리가능하게 형성되어 있어, 상기 적재장치가 상기 냉각실에 있을 때에는 상기 상 실링장치와 상기 적재장치 사이에 간격이 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 2의 발명의 특징에 더하여, 상기 승강장치는, 상기 냉각실의 아래에 위치하는 배치 스페이스에 설치되고, 상기 적재장치의 아래에 결합된 승강축과 이 승강축을 승강가능하게 하는 승강구동수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

(발명의 실시형태)

도 1 및 도 2는 본 발명을 적용한 열처리장치로서의 클린 오븐의 전체구성의 일예를 도시한다.

클린 오븐은, 복수의 평판형상의 피처리물로서의 LCD 유리기판 등으로 이루어지는 워크(W)를 적재한 적재장치로서의 카세트(1)를 열처리실(2)에 출입시켜서 열처리하도록 한 장치이고, 워크(W)를 냉각가능하도록 열처리실(2)의 아래에 설치된 냉각실(3), 열처리실(2)과 냉각실(3) 사이에서 카세트(1)가 승강하여 통과가능하도록 이들의 실의 사이에 뻗어 설치된 간막이부재(4), 상 실링장치(5), 하 실링장치(6), 카세트(1)가 냉각실(3)에 들어가 있는 하위치와 열처리실(2)에 들어가있는 상위치 사이에서 카세트(1)를 승강가능하게 하는 승강장치(7), 등으로 구성되어 있다.

본 예의 카세트(1)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상판(11), 하판(12), 틀체를 구성하도록 이들 사이를 결합하는 8개의 지주(13), 중간부분의 지주(13(13₁))에 지지되고 워크(W)를 타는 봉형상의 워크받이(14), 양단의 지주(13(13₂))에 부착되고 워크(W)의 진퇴방향인 Y방향의 양단을 받는 스토퍼부재(15), 등으로 구성되어 있다.

열처리실(2)은, 공조부분을 포함하여 단열케이싱(21)으로 싸여있고, 그 안에는, 화살표로 도시하는 순환기체의 흐름방향의 순으로, 가열기(22), 모터(23a)로 구동되는 송풍기(23), 고성능 필터(24) 등이 통상의 기기로서 배열설치되어 있다. 또한, 본 예의 장치에서는, 열처리실내를 냉각하기 위한 물(水) 쿨러(25)가 설치되어 있다. 부호 26a 및 26b는 가열기(22)를 사용하는 열처리공정과 물 쿨러(25)를 사용하는 열처리후의 냉각공정으로서 기체유로를 전환하기위한 댐퍼이다. 또한, 외부로부터 질소를 도입하기 위한 질소접속구(27), 열처리실내의 압력조정용의 도시하지않은 댐퍼를 내장한 배기통(28), 등이 설치되어 있다.

부호 100은 배관 및 메인테이넌스 스페이스이다. 또한, 열처리실(2)의 하방은 상기 냉각실(3) 및 기계전기실(200)로 되어 있다. 그리고 이들의 부분은 설치면상에 부착다리(301)를 구비한 구조체(300)에 의해 일체적으로 지지되어 있다. 또, 도시하지 않았으나 별도 설치되는 조작제업반이 설치되어 있다.

냉각실(3)에는, 공냉장치(8) 및 배기덕트(9)가 접속되어 있다. 공냉장치(8)는, 독립된 냉각용 클린 모듈로 되어 있어, 도시를 생략하지만, 송풍기, 고성능 필터 등을 포함하는 공조기기를 구비하여 있고, 외기를 들여 저온의 청정한 공기로 하여 냉각실(3)에 공급하는 장치이다.

간막이부재(4)는, 열처리실(2)과 냉각실(3) 사이에 설치되고 상측면(41)과 하측면(42)과 끝면(43)을 구비하고 있어 양실의 벽면으로부터 가장자리형상으로 뻗은 뻗기부재로 되어 있다. 본 예의 것은, 열처리실(2)을 둘러싸는 하측의 단열 케이싱을 절결하여 카세트(1)가 통과가능한 개구를 형성하도록 설치되어 있다.

도 4 및 도 5는 실링부분의 구조예를 도시한다.

상 실링장치(5)는, 도 4의 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 또 도 5에 상세부분을 도시하는 바와 같이, 카세트(1)의 상단측으로서 본 예에서는 상단의 상판(11)의 위에 설치되어 있어, 카세트(1)가 열처리실(2)에 들어가 있는 상위치로부터 냉각실(3)에 들어가 있는 하위치로 하강하면 간막이부재(4)에 접촉하여 양실의 사이를 실링하도록 형성되어 있다. 즉, 본 예에서는, 상판(11)의 위에 부착되고 실링시에 간막이부재(4)의 끝면(43)과 대향하도록 형성된 상개장체(上介裝體 : 상부 사이에 끼워진 몸체)(51), 그 위에 부착된 실링틀체(52), 이것과 걸어맞춤하도록 간막이부재(4)의 상측면(41)에 부착된 받이틀체(41a), 등으로 구성되어 있다. 실링 틀체(52)는, 상하간격이 조정가능하도록 상개장체(51)에 부착된 지지핀(51a)에 상방으로 여유를 갖도록 끼워넣어져 있다. 상기에 있어서 카세트(1)가 냉각실(3)에 들어가 있는 하위치에서는, 2점쇄선으로 도시하는 카세트(1)의 하판(12)이 L₁위치에 있다.

하 실링장치(6)는, 도 4의 실선으로 도시하는 바와 같이, 또, 도 5에 상세부분을 도시하는 바와 같이, 카세트(1)의 하단측으로서 본 예에서는 하단의 하판(12)의 아래에 설치되어 있어, 카세트(1)가 냉각실(3)에 들어가 있는 하위치로부터 열처리실(2)에 들어가 있는 상위치로 상승하면 간막이부재(4)에 접촉하여 양실의 사이를 실링하도록 형성되어 있다. 즉, 본 예에서는, 하판(12)의 아래에 부착되어 실링시에 간막이부재(4)의 끝면(43)과 대향하도록 형성된 하개장체(下介裝體)(61), 그 뻗기 부분(61a), 이 부분 및 간막이부재(4)의 하측면(42)에 각각 부착된 접촉부재(62 및 42a), 등으로 구성되어 있다. 또한, 접촉부재는 서로 반대측 부분에 부착되어도 좋다. 또한, 실링부분으로서는, 이들의 접촉부재(62 및 42a)와 동일한 형상의 것 또는 다른 적당한 형상의 것을 더블 실링형상으로 설치하여도 좋다. 더욱이, 간막이부재의 끝면(43)과 상하개장체(51,61)의 끝면의 사이에 적당한 구조의 실링장치를 설치하는 것도 가능하다. 상기에 있어서 카세트(1)가 열처리실(2)에 들어가 있는 상위치에서는, 실선으로 도시하는 카세트(1)의 하판(12)이 L₂위치로 되어 있다.

또한, 이상에서는, 상하개장체(51 및 61)가 카세트(1)의 상하판(11 및 12)에 별체로서 부착되어 있는 예를 도시하고 있지만, 이들은 카세트부분에 일체로서 형성되어 있어도 좋다.

도 6은 승강장치의 구성예를 도시한다.

승강장치(7)는, 카세트(1)를 상기 하위치(L₁)와 상위치(L₂)의 사이에서 승강가능하게 하는 기구이고, 본 예에서는 볼나사와 리니어가이드를 이용한 기구를 채용하고 있어, 하개장체(61)를 통해서 카세트(1)에 결합된 승강축(71), 승강축(71)을 승강가능하게 하는 승강구동수단으로서, 승강축(71)에 결합된 승강블럭(72a)과 일체화된 볼너트(72), 상하의 축받이(73a 및 73b)에 회전자유로이 지지되어 회전되므로써 볼너트(72)를 승강시켜 승강블럭(72a)을 통해서 승강축(71)을 승강시키는 볼나사(73), 이것을 종동풀리(74a), 톱니부착벨트(74b) 및 구동풀리(74c)를 통해서 회전시키는 모터(74), 승강축(71)과 결합되어 이것을 상하방향으로 가이드하는 리니어가이드의 이동체(75) 및 가이드레일(76), 등에 의해 구성되어 있다.

승강장치(7)를 구성하는 이들의 기계류는, 냉각실(3)의 아래에 위치하는 배치스페이스인 승강기계실(77)에 배치되어 있다. 승강장치의 축받이(73a,73b), 모터(74) 및 가이드레일(76)은 승강기계실(77)의 도시하지않은 구조체나 부착대에 적당히 고정지지되어 있다. 또한, 승강장치(7)로서는, 본 예의 것에 한하지않고, 에어실린더장치나 래크 피니언기구 등을 사용한 아래로부터 승강시키는 장치나 감기기계 등을 사용한 매달아 올리기 매달기식 장치 등 공지의 적당한 기구의 각종장치를 사용할 수 있다.

도 7은, 본 발명을 적용한 클린 오븐에 의한 열처리라인의 구성예를 도시한다.

본 예의 열처리라인은, 클린 오븐(A₁ 및 A₂)의 2기를 1조로 한 열처리장치를 배치한 장치라인(A), 각각의 클린 오븐의 냉각실(3)에 대향하는 위치에 공통용으로서 1대의 주행로봇(400)을 배치한 로봇라인(B), 및 열처리전후의 워크(W)를 적재한 카세트(1')를 반송하는 롤러컨베이어 등으로 이루어지는 카세트라인(C)으로 구성되어 있다. 또한, 이와 같은 클린 오븐을 복수조 배치한 열처리라인으로 할 수 도 있다.

열처리장치가 이와 같은 열처리라인으로서 배치될 때에, 본 예의 열처리장치와 같이, 승강장치(7)를 냉각실(3)의 아래의 승강기계실(77)에 배치하여 카세트(1)를 그 아래로부터 승강축(71)에 의해 승강시키도록 하면, 냉각실(3)과 동일 레벨의 주위의 어느 면에도 승강기계용의 스페이스가 불필요하게 되므로, 낭비가 없는 합리적인 배치가 가능하게 되고, 공장 등의 스페이스를 유효하게 이용할 수 있다.

또, 주행로봇(400)으로 냉각실(3)에 내려가 있는 카세트(1)의 워크(W)를 반출입할 때에, 냉각실(3)을 적당한 높이위치로 할 수 있다. 더욱이, 열처리실(2)에 워크 예냉용의 물 쿨러(25)나 댐퍼(26a,26b)를 포함하는 풍로 스페이스 등이 필요하게 될 때에, 열처리실(3)의 아래에 있는 냉각실(3)의 가로의 스페이스를 승강기계실로 하는 일없이, 열처리실의 일부로서 이용될 수 있으므로, 열처리장치의 대형화를 회피할 수 있다.

로봇(400)은, 본 예에서는, 로봇라인(B)상을 주행하여 2기의 클린 오븐의 워크를 1대로 처리하도록 배열설치되어 있어, 본체부(401), 회전자유식 암(402), 암의 선단에 부착되어 워크를 흡착지지하여 암의 선회에 의해 신축함과 동시에 승강하여 각단의 워크를 장치라인(A)과 카세트라인(C) 사이에서 옮겨싣는 핸드(403), 등에 의해 구성되어 있다.

이상과 같은 클린 오븐은 다음과 같이 운전되어 그 작용효과를 발휘한다.

또한, 통상, 카세트라인에서의 카세트의 반송 및 로봇의 동작은 각각의 도시되지않은 제어장치에 의해 자동화되어 있음과 동시에, 클린 오븐측의 카세트의 승강, 열처리실 및 냉각실의 온도, 질소공급량, 열처리실내의 산소농도, 압력 등은 적당히 센서류가 설치되어 도시하지않은 조작제어반 또는 기계측에서 자동제어되어 있는데, 이하에서는 제어관계에 대한 설명은 생략한다.

워크(W)를 예를 들면 25단으로 적재한 카세트(1')가 카세트라인(C)으로 반송되어오면, 로봇(400)이 작동하여 그 핸드(403)가 카세트(1')로부터 워크(W)를 1매씩 반출하고, 이것을 클린 오븐측의 냉각실(3)내에 있는 카세트(1)에 25단으로 적재한다. 이 때, 냉각실내는 상온으로 되어 있으므로, 로봇(400)은 상온 규격의 것으로 좋다.

냉각실(3)의 카세트(1)에 워크(W)가 적재되면, 승강장치(4)가 작동된다. 즉, 모터(74)가 회전하고, 토크전달부분을 통해서 볼나사(73)가 회전하고, 볼너트(72)가 상승하여 승강블럭(72a)을 통해서 승강축(71)을 상승시켜, 이 축에 결합된 이동체(75)가 가이드레일(76)을 따라 상승하여 승강축(71)의 상승궤도를 정확히 유지하고, 이 축의 상단에 결합된 하개장체(61)를 통해서 카세트(1)가 상승하고, 최초에 L₁위치에 있던 카세트의 하판(12)이 L₂위치로 되면 승강장치(4)가 정지한다.

이 때, 접촉부재(62,42a)가 압접되고, 하간막이부재(4)의 하측면(42)과 하개장체(61)의 사이가 실링되며, 그 결과 열처리실(2)과 냉각실(3) 사이가 완전히 차단된다. 이 경우, 상하배치되었던 양실사이에서 카세트를 승강이동시키도록 되어 있으므로, 종래의 옆으로 나란히 배치된 때와 같이 양실사이에 문이나 셔터를 설치하지않고, 폐쇄를 위한 구동장치나 시간을 전혀 필요로 하지않고 단지 실링장치에 의해 간단하고 또한 자동적으로 양실사이의 개구를 차단할 수 있다.

도 8은 이상과 같은 클린 오븐에 의해 열처리프로세스의 일예를 도시한다.

카세트(1)가 열처리실(2)에 들어가면 열처리공정이 개시된다. 본 예의 클린 오븐은 워크를 저산소분위기의 아래에서 500℃ 또는 350℃에서 소성(燒成)하는 장치이기 때문에, 질소접속구(27)로부터 질소를 공급하면서 배기통(28)으로부터 공기를 배출하고, 열처리실(2)내를 N₂로 치환한다. 또, N₂치환과 병행하여, 가열기(22)를 온으로 하여 송풍기(23)를 운전하고, 실내가스를 순환시켜 이것을 저산소농도화하면서 먼저 중간온도(t₁)까지 상승시키고, 다시 소성온도(t₂)까지 승온시켜, 일정시간 이 온도로 유지시켜 워크를 소성한다.

워크의 소성이 종료되면, 가열기(22)를 오프로 하고, 댐퍼(26a,26b)를 도 1(b)의 실선의 위치로부터 2점쇄선의 위치로 전환, 물 쿨러(25)를 운전하고, 열처리를 한 때의 저산소농도 분위기의 상태로 실험실내를 대략 중간온도(t₁)까지 냉각한다.

이와 같은 운전에 있어서, 열처리실과 냉각실에서 기체의 도통이 차단되어 있음과 동시에, 매수처리식장치와 같이 워크를 출입시키는 개구가 없으므로, 고온에서 열처리하는 워크 등에 대하여 상기와 같이 저산소 분위기에서의 운전이 가능하게 된다. 또, 워크 전체를 동시에 열처리하는 장치이기 때문에, 워크를 열처리실내에서 중간온도까지 냉각하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 냉각실(3)의 통상 산소농도로 되어 있는 상온공기에 워크를 노출시켰을 때에, 그 산화나 깨어짐을 확실히 방지할 수 있다.

열처리실내의 온도가 대략 t₁으로 되면, 생력화 및 질소절약을 위해서 열처리실내로의 질소의 공급을 정지시키는데, 열처리실내의 저산소농도 분위기를 변경하는 일 없이 그대로의 상태로 하여 승강장치(4)를 작동시키고, 이번에는 카세트(1)를 하판(12)의 L₂위치로부터 L₁위치까지 하강시킨다. 이 때, 접촉부재(62 와 42a)의 접촉이 해제되고, 열처리실(2)과 냉각실(3) 사이가 도통하게 되는데, 냉각실(3)의 상온공기에 비하여 열처리실의 기체온도(t₁)는 200℃정도이기 때문에, 상하의 기체의 1.5배 이상의 비중차에 의해, 양기체의 혼합, 냉각실로의 열기의 취출 및 열처리실의 온도저하는 근소한 정도에 그친다.

또, 워크를 적재한 카세트가 하강할 때에는, 워크가 열처리실의 기체를 수반하는데, 워크자체가 순차 간막이부의 개구의 대부분을 폐쇄하면서 하강하므로, 양실사이의 기체의 유통, 혼합은 극히 근소한 정도에 머문다. 그 결과, 열처리실내를 t₁에 가까운 온도로 유지할 수 있다. 또한, 냉각실내의 온도도 그다지 상승하지않는다. 또한, 종래의 장치에서 양실이 옆으로 나란히 배치되어 있는 경우에는, 양실사이를 카세트가 통과할 때에 문이나 셔터를 열 필요가 있기 때문에, 열기가 순식간에 냉각실로 불어냄과 동시에 냉각실의 냉기가 열처리실에 침입하고, 대략 전면적으로 기체의 혼합현상이 생기고, 양실내의 분위기가 대폭적으로 혼란되는데, 본 발명에 의하면 이와같은 단점이 대략 완전히 방지된다.

카세트(1)가 하판(12)의 L₂위치에 있으면, 이번에는 상개장체(51)의 실링틀체(52)가 간막이부재(4)의 상측면(41)의 받이틀체(41a)내에 들어가서 이것과 접촉하고, 카세트가 통과하는 개구에 덮개를 하는 형으로 열처리실(2)과 냉각실(3) 사이를 완전히 차단한다. 그 결과, 각각의 실내의 온도조건이 유지됨과 동시에, 열처리실(2)내의 저산소 분위기도 어느 정도 유지된다.

이 경우, 본 발명의 상 실링장치(5)에 의하면, 카세트(1)의 승강동작을 이용하여 자동적으로 양실사이의 도통을 차단할 수 있으므로, 문이나 셔터를 설치하는 경우와 같이 이들을 개폐하는 조작이나 제어가 불필요하게 되고, 조작이나 제어를 위해 복잡한 기구가 불필요하게 되는것, 따라서 장치코스트가 저렴하게 되는 것, 문이나 셔터의 스페이스도 불필요하게 되는 배치구성이 용이하게 됨과 동시에 장치전체의 소형간단화가 도모되는 것, 문 등의 개폐가 없게 되기 때문에, 카세트(1)가 냉각실(3)에 내려간 때에 그 상부가 열려 있는 동안 다대한 기체도통이 없어지는 것, 운전시간도 단축되는 것, 등의 여러가지 작용효과를 얻을 수 있다.

냉각실(3)에서는, 내부의 클린상태를 유지하기 위해서 통상 공냉장치(8)가 항상 운전되고 있어, 이것에 의해, 외부로부터 취입된 공기를, 청정한 냉각공기로 하여 송풍기로 냉각실(3)에 공급하고, 카세트(1)내에 적재된 워크(W)의 사이를 통과시켜서 이것을 냉각하고, 배기덕트(9)에서 외부로 배출한다. 이것에 의해, 워크의 표면온도를 로봇핸드링이 가능한 온도인 t₃=70℃이하로 한다. 냉각실(3)의 온도는 최종적으로 클린 오븐이 설치되어 있는 클린룸의 온도(t₄＝23℃)로 된다.

냉각실내에서의 냉각공정이 종료하면, 로봇(400)이 작동하여 워크(W)를 카세트라인(C)의 카세트(1')에 옮겨 싣는다. 이 경우, 워크가 충분히 냉각되어 있으므로, 이것을 취급하는 로봇을 내열로봇이 아니고 상온 규격의 것으로 할 수 있다. 그 결과, 일반 시판품의 로봇을 채용할 수 있고, 열처리설비 전체로서의 코스트저감을 도모할 수 있다. 또, 로봇자체의 내구성이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

열처리완료의 워크의 옮겨싣기가 완료하면, 카세트라인(C)에 다음의 미처리 워크를 옮겨실은 카세트(1')가 반송되어 와서, 냉각실내의 카세트(1)로의 워크의 옮겨싣기로부터 열처리완료된 워크의 카세트(1')로의 반출까지의 지금까지 설명한 공정이 반복되고, 카세트라인의 워크가 순차 열처리되어 간다. 한편, 클린 오븐(A₂)에서는, A₁과 공통용의 로봇(400)에 의해, A₁에서의 처리공정과 위상을 어긋나게 한 공정이 병행하여 행해진다.

본 발명에 의하면, 이상과 같은 열처리공정을 대폭적으로 합리화할 수 있다. 즉, 순차 반복되는 열처리공정에 있어서, 열처리실내를 저산소 분위기로 또한 중간온도(t₁)에 가까운 온도로 유지될 수 있기 때문에, N₂ 치환에 필요한 질소량을 충분히 적게 하고 운전코스트를 낮추게 할 수 있음과 동시에 N₂ 치환을 위한 시간 및 공급되는 상온 질소를 승온시켜서 열처리실내를 중간온도(t₁)에 도달시키기 위한 시간을 충분히 짧게 할 수 있다.

또, 카세트(1)가 열처리실(2)로부터 냉각실(3)로 이동할 때에 냉각실(3)로의 열기의 취출이 근소한 정도에 그치므로, 이 때의 열처리실의 열기가 충분히 낮은 산소농도로 되어 있어도, 열처리실에서의 워크의 예냉이 종료하면, 그 분위기를 변하게 하는 조작을 하지않고 그대로의 상태로 즉시 카세트를 냉각실로 내리고, 냉각실에서 냉각공정을 실시할 수 있다. 그 결과, 열처리공정으로부터 냉각공정으로 이행할 때에 여분의 조작이나 시간을 불필요하게 하여, 공정의 합리화와 처리시간의 단축을 도모할 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 적용한 열처리설비를 사용한 워크처리 프로세스에 있어서, 도 9에 근거하여 온도 및 처리시간의 일예를 들면 다음과 같다:

워크소성온도 350℃ 500℃

열처리실의 중간온도 t₁ 약200℃ 350℃

열처리실의 최종설정온도 t₂ 350℃ 500℃

냉각후의 워크온도 t₃ 70℃이하 70℃이하

N₂치환 및 N₂승온시간 T₁ 13분 13분

승온시간 T₂ 28분 38분

설정온도 유지 시간 T₃ 60분 60분

열처리실에서의 강온시간 T₄ 14분 30분

냉각실에서의 냉각시간 T₅ 15분 15분

합계프로세스타임 T 130분 156분

이상의 결과에 의하면, 지금까지 설명한 바와 같이 열처리실 분위기를 승온시키는 온도폭이 작게 되기 때문에 T₁+T₂시간이 짧게 됨과 동시에, 저산소 분위기에서 강온하기 때문에 T₄+T₅의 합계 강온시간이 짧게 되어 있어, 종래의 문개폐식의 열처리장치의 경우보다도 전체 프로세스시간이 대폭적으로 단축된다. 또, 이와 같이 열교환시간이 단축되므로, 소비에너지가 작게 되고, 본 발명의 클린 오븐에 의하면 운전시의 에너지절약화를 도모할 수 도 있다. 또한, 워크 소성온도가 500℃일때에, 열처리실의 중간온도(t₁)를 워크소성온도가 350℃일때와 동일한 200℃로 하는 것도 가능하다. 다만, 이때에는, 승온시간이 약 51분 걸려 다소 길게 된다.

도 9는 본 발명을 적용한 클린 오븐의 다른 예를 도시한다.

본 예의 클린 오븐은, 상하 실링장치(5,6)가 카세트(1)에서 분리가능하게 형성되어 있어, 도시한 바와 같이 카세트(1)가 냉각실(3)에 있을 때에는 상 실링장치(5)와 카세트(1) 사이에 간격(d)이 생길 수 있도록 구성되어 있다. 이 경우, 도시를 생략하고 있는데, 카세트(1)와 상하 개장체(51,61)의 사이에서는, 양자간의 상대적위치가 정해지도록 가이드부재 등의 적당한 위치결정기구가 설치되고, 카세트(1)를 통해서 상하 실링장치가 항상 정해진 위치로 승강되어, 그 실링부분이 간막이부재(4)측에 확실히 접촉하여 실링될 수 있도록 된다.

또한, 도면에 있어서 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 상하의 실링장치(5,6)를 구성하는 상하 개장체(51,61)사이를 지주(53)로 연결하고, 이들을 일체식 실링구조체로 하여 승강장치(7)의 승강축(71)에 고정하도록 하여도 좋다. 그 경우에는, 상하 개장체(51,61)에 대한 카세트(1)의 위치결정부분을 생략할 수 있는 가능성이 있다.

본 예의 장치에서는, 냉각실(3)에는 일체 또는 별체의 상하 실링장치(5,6)만이 항상 설치되어 있다. 그리고 예를 들면 클린 오븐의 양측에 로봇라인(B) 및 카세트라인(C)이 설치되고, 일방측의 카세트라인으로부터 미처리워크를 탑재한 카세트(1)가 로봇 등의 옮겨싣기 장치에 의해 하 개장체(61)의 위에 옮겨 싣고, 이들이 승강하여 워크의 열처리가 완료하면, 처리완료워크를 탑재한 동일 카세트(1)가 별도의 옮겨싣기 장치에 의해 타방측의 카세트라인에 옮겨싣는 것으로 된다. 이 경우, 상 실링장치(5)와 카세트(1) 사이에는 상기와 같이 간격(d)이 열려 있으므로, 카세트(1)를 상하 개장체 사이에 실을 수 있다.

본 예와 같은 장치에 의하면, 냉각실과 외부반송라인 사이에서 로봇핸드에 의해 워크를 1매씩 옮겨 실을 필요가 없어지므로, 워크핸들링시간이 단축되고, 전체 열처리시간이 한층 더 단축되는 것을 도모할 수 있다.

또한 이상에서는, 클린 오븐에서의 워크의 처리온도가 350℃ 또는 500℃정도의 통상온도보다도 고온에서 또한 N₂ 치환을 하는 경우에 대하여 설명하였다. 본 발명은, 이와 같이 처리온도가 350℃ 내지 500℃정도로 통상온도보다도 고온에 있는 경우나, N₂ 등의 불활성가스 치환에 의해 열처리환경을 저산소 분위기로 하는 장치에 극히 효과적으로 적용된다. 다만, 냉각실을 가지는 열처리후에 워크를 냉각하는 열처리장치에 대하여 본 발명을 확대 적용할 수 있는 것은 물론이다. 그리고, 그 경우에도, 열처리공정과 냉각공정의 전환시에 있어서의 열처리실 분위기의 유지, 냉각실로의 열기의 취출방지, 상온 로봇의 채용, 운전의 에너지절약화 등의 충분한 작용효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서는, 피처리물을 냉각가능하도록 열처리실의 아래에 냉각실을 설치하고, 피처리물을 적재한 적재장치가 승강하여 통과가능하도록 열처리실과 냉각실 사이에 뻗은 간막이부재를 설치하고, 적재장치가 냉각실에 들어가 있는 하위치와 열처리실에 들어가 있는 상위치 사이에서 적재장치를 승강장치에 의해 승강가능하게 하고, 더욱이 상하 실링장치를 적재장치의 상하단측에 설치하여, 적재장치가 상하위치 사이에서 승강하면 간막이부재에 접촉하여 열처리실과 냉각실 사이를 실링하도록 상하 실링장치를 형성하므로, 각각의 실의 분위기를 거의 혼란없이 적재장치를 열처리실과 냉각실 사이에서 승강시켜 피처리물의 열처리 및 냉각처리를 할 수 있다. 그 결과, 열처리시의 승온시간을 단축하고, 처리능률을 향상시킬 수 있다. 또, 열처리실내의 분위기의 냉각실로의 취출을 방지하고, 냉각실 및 그것에 장비되는 클린 룸의 온도를 포함하는 환경조건을 유지할 수 있다. 또한, 운전시의 에너지절약화를 도모할 수 있다.

더욱이, 상기와 같이 상하 배치로 양실사이에서 카세트를 승강이동시킴과 동시에 상하 실링장치를 적재장치의 상하단측에 설치하여 적재장치의 상하위치 사이의 승강동작을 이용하여 실링장치를 간막이부재에 접촉시키므로써 자동적으로 실링상태를 형성시키므로, 종래의 열처리와 같이 양실사이의 문이나 셔터설비가 불필요하게 되고, 그에 따라 문 등의 개폐장치나 개폐제어 및 개폐를 위한 여분의 시간을 불필요하게 하고, 실링성의 대폭적인 향상에 더하여, 장치의 소형간소화, 저코스트 처리시간의 단축 등을 도모할 수 있다.

또, 열처리완료의 피처리물을 열처리실 사이를 실링하여 냉각실에서 냉각처리할 수 있으므로, 냉각실로부터 피처리물 또는 이것과 함께 적재장치를 외부의 생산라인 등에 옮겨실을 때에, 내열로봇이 아니고 범용로봇을 사용할 수 있고, 코스트저감과 로봇의 신뢰성이나 내구성을 향상시킬 수 있다.

그리고 더욱이, 열처리실에 개구를 설치하여 이곳으로부터 피처리물을 출입시켜 열처리하는 매수처리식의 장치가 아니고 열처리실의 폐쇄성이 높기 때문에, 특히 고온열처리 등의 경우에 실내 분위기를 불활성가스 치환하여 저산소농도 운전을 할 수 있다. 그 경우, 열처리실과 냉각실 사이의 실링성을 유지하여 적재장치를 승강시킬 수 있으므로, 저산소 분위기가 지나치게 혼란되지않고, 공급하는 질소 등의 양을 적게 할 수 있음과 동시에, 불활성가스치환을 위한 시간을 짧게 하여 열처리실의 승온시간을 단축할 수 있다.

또, 피처리물 전체를 열처리실내에서 어느 정도 냉각한 후 밖으로 보내서 더 냉각함으로써, 피처리물의 산화나 깨짐 등을 완전히 방지할 수 있다. 이와 같은 예냉을 저산소 분위기에서 행할 때에는, 냉각실로의 저산소 분위기의 취출이 거의 없기 때문에, 저산소 분위기의 상태에서 그대로 냉각공정으로 이행할 수 있고, 전체적 냉각시간을 단축할 수 있다.

이상과 같이, 청구항 1의 발명에 의하면, 복수의 피처리물의 적재장치에 의한 일체적 열처리방식에 있어서 열처리실과 냉각실의 상하배치와 그사이의 간막이부재와 이 부분을 통과하는 승강장치와 통과전후에서의 자동 실링형성식 실링장치를 유기적으로 조합시키므로써, 여러가지 중요한 작용효과를 발생시킬 수 있다.

청구항 2의 발명에 있어서는, 상 실링장치와 하 실링장치를 적재장치에서 분리가능하게 형성하고, 적재장치가 냉각실에 있을 때에는 실링장치와 적재장치의 사이에 간격이 있도록 구성하므로, 로봇 등의 반송장치에 의해, 적재장치를 상기 간격내에서 들어올려, 상하 실링장치를 각각 실링부분 및 승강장치부분에 남긴 상태에서 적재장치만을 냉각실로부터 외부로 반입·반출할 수 있다. 그 결과, 외부의 반송라인에 열처리되어야 할 피처리물을 적재한 새로운 적재장치를 준비하여 두는 공정을 짜맞추므로써, 피처리물 자체를 적재장치에 출입시키지 않고, 이것을 적재한 적재장치를 냉각실에 출입시키고, 단시간에 다음의 열처리를 개시할 수 있다. 그 결과, 열처리능율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

청구항 3의 발명에 있어서는, 승강장치를 냉각실의 아래에 위치하는 기계배치 스페이스에 설치하여, 적재장치의 아래에 결합된 승강축과 승강축을 승강가능하게 하는 승강구동수단을 갖는 구성으로 하므로, 냉각실의 아래의 배치스페이스는 승강장치에 의해 점유되는데, 냉각실과 같은 레벨의 주위스페이스를 승강장치를 위한 점유스페이스에서 완전히 해방할 수 있다.

그 결과, 공장에 있어서 열처리장치를 열처리라인에 배치할 때에, 낭비없는 합리적인 배치가 가능하게 되고, 공장 등의 스페이스를 유효하게 이용할 수 있다. 또, 냉각실에서 적재장치에 적재된 평판형상의 피시험물을 로봇 등으로 반출입할 때에, 승강장치의 스페이스를 냉각실의 아래에 배치함으로써, 냉각실을 적당한 높이위치로 하여, 로봇 등의 피시험물 핸들링장치의 높이위치의 밸런스를 양호하게 할 수 있다. 더욱이, 냉각실의 옆의 일부분을 열처리하기 위한 연장부분으로서 이용하는 것도 가능하게 되고, 예를 들면 고온열처리가 필요한 피시험물의 경우에 있어서 열처리실내에 예냉장치를 설치할 때에는, 열처리장치의 전체치수를 크게 하지않고 그와 같은 추가장치의 배치를 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 열처리장치인 클린 오븐의 설명도로서, 도 1a 및 도 1b는 각각 열처리실 횡단면 및 열처리실과 냉각실부분의 종단면을 도시하는 도면이다.

도 2는 도 1a의 A-A 화살표부분의 설명도이다.

도 3a 및 도 3b는 카세트의 구조예를 도시하는 평면도 및 정면도이다.

도 4는 상기 클린 오븐의 실링장치부분의 설명도이다.

도 5a 및 도 5b는 상기 실링장치부분을 확대하여 도시한 설명도이다.

도 6은 승강장치의 설명도로서, 도 6a는 정면상태에서, 도 6b는 평면상태를 도시한 도면이다.

도 7은 상기 클린 오븐에 의한 열처리라인의 설명도로서, 도 7a는 평면상태로, 도 7b는 정면상태를 도시한 도면이다.

도 8은 열처리시의 시간에 대한 온도변화의 상태를 도시하는 설명도이다.

도 9는 실링장치부분의 다른 예를 도시하는 설명도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1; 카세트(적재장치) 2; 열처리실

3; 냉각실 4; 간막이부재

5; 상 실링장치 6; 하 실링장치

7; 승강장치 71; 승강축

72; 볼너트(승강구동수단) 73; 볼나사(승강구동수단)

74; 모터(승강구동수단)

75; 리니어가이드의 이동체(승강구동수단)

76; 가이드레일(승강구동수단) d; 간격

L₁; 하위치 L₂; 상위치

W; 워크(피처리물)

Claims (3)

1. 복수의 평판형상의 피처리물을 적재한 적재장치를 열처리실에 출입시켜 열처리하도록 한 열처리장치에 있어서,

   상기 피열처리물을 냉각가능하도록 상기 열처리실의 아래에 설치된 냉각실과, 상기 적재장치가 상기 냉각실에 들어가 있는 하위치와 상기 열처리실에 들어가있는 상위치 사이에서 상기 적재장치를 승강가능하게 하는 승강장치와, 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이에서 상기 적재장치가 승강하여 통과가능하도록 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이에서 뻗어 설치된 간막이부재와, 상기 적재장치의 상단측에 설치되고 상기 적재장치가 상기 상위치로부터 상기 하위치로 하강하면 상기 간막이부재에 접촉하여 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이를 실링하도록 형성된 상 실링장치와, 상기 적재장치의 하단측에 설치되어 상기 적재장치가 상기 하위치로부터 상기 상위치로 상승하면 상기 간막이부재에 접촉하여 상기 열처리실과 상기 냉각실 사이를 실링하도록 형성된 하 실링장치를 갖는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상 실링장치와 상기 하 실링장치는 상기 적재장치로부터 분리가능하게 형성되어 있어, 상기 적재장치가 상기 냉각실에 있을 때에는 상기 상 실링장치와 상기 적재장치 사이에 간격이 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 승강장치는, 상기 냉각실의 아래에 위치하는 배치 스페이스에 설치되고, 상기 적재장치의 아래에 결합된 승강축과 이 승강축을 승강가능하게 하는 승강구동수단을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리장치.