KR101699825B1

KR101699825B1 - 열처리장치

Info

Publication number: KR101699825B1
Application number: KR1020160048633A
Authority: KR
Inventors: 야스시 나가시마
Original assignee: 고요 써모 시스템 가부시끼 가이샤
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2017-01-25
Also published as: JP2010216753A; TWI507651B; CN101838726A; KR20160048051A; TWI542849B; JP5538740B2; TW201534856A; KR20100105379A; TW201040477A; KR101652431B1

Abstract

열처리장치(10)는, 노체(12), 순환팬(22), 히터(20), 내열필터(14), 및 열풍정류판(16)을 구비한다. 열풍정류판(16)은, 내열필터(14)와 워크(18)와의 사이에 배치된다. 열풍정류판(16)은, 워크(18)의 상면에 있어서는, 제1측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량을, 제2측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량보다 많게 하는 한편, 같은 워크(18)의 하면에 있어서는, 제2측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량을, 제1측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량보다 많아지도록 한다.

Description

열처리장치{HEAT TREATMENT APPARATUS}

본 발명은, 순환 열풍에 의해 워크(workpiece)를 가열하도록 구성된 열처리장치에 관한 것이다.

워크에 대하여 열처리를 행하는 열처리장치 중에는, 노체(爐體)의 내부를 순환하는 열풍에 의해 워크를 가열하도록 구성된 열풍순환방식의 가열장치가 존재한다. 이와 같은, 열풍순환방식의 열처리장치에서는, 워크의 바람이 불어오는 쪽과 바람이 불어 가는 쪽에서 온도 분포가 발생하여, 워크의 바람이 불어 가는 쪽에서 온도가 낮아진다고 하는 좋지 않은 상황(이하, '단점'이라 함)이 발생하는 일이 있다. 이와 같은 단점은, 워크가 대형화 할수록 보다 심각해지기 때문에, 이와 같은 단점에 대하여, 종래, 여러가지 대처가 행해져 왔다.

예를 들면, 종래기술 중에는, 평판상의 워크를 강제 대류 가열할 때에, 바람이 불어오는 쪽 측보다 바람이 불어가는 쪽 측이 칸막이 판과의 간격이 좁게 되도록 칸막이 판을 경사지게 배치함으로써 바람이 불어오는 쪽 측보다 바람이 불어가는 쪽 측의 열풍 유속을 크게 하여, 이에 의해 워크를 균일 가열하도록 하는 기술이 존재한다(예를 들어, 특개평 11-118356호 공보 참조).

또, 평판상의 워크를 강제 대류 가열할 때에, 바람이 불어오는 쪽 측 및 바람이 불어가는 쪽 측의 절환을 위하여 열품의 흐름 방향을 역전시키는 것에 의해 워크를 균일 가열하도록 하는 기술도 존재한다(예를 들어, 특개평 8-261647호 공보 참조).

상술의 특개평 11-118356호 공보에 따른 기술에서는, 열풍 유속을 변화시키는 칸막이 판을 경사지게 배치하고 있기 때문에, 워크 설치 장소가 높이 방향으로 증대해 버려, 그 결과, 워크의 처리량이 적어져 버린다고 하는 단점이 있다.

또, 상술의 특개평 8-261647호 공보에 따른 기술에서는, 순환 열풍의 진행방향을 반전시키고 있기 때문에, 필터를 통과하는 풍량이 급격하게 변화하는 것을 원인으로 필터 자신이 발진원으로 되어, 그 결과, 노체 내부의 청정도(clean)가 낮아져 버리는 일이 있다. 또, 순환 열풍의 진행방향을 반전시킬 때에, 필터에 포집되었던 오물 등이 필터로부터 이탈하여 노체 내부를 부유할 염려도 있다.

본 발명의 목적은, 단위 매수당 워크를 처리하기 위하여 필요한 열처리 공간을 확장시키지 않고, 또, 노체 내부의 청정도를 유지하면서, 간이한 구성에 의해 대형의 평판상 워크를 균일하게 가열하는 것이 가능한 열처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 열처리장치는, 순환 열풍에 의해 평판상의 워크를 가열하도록 구성된다. 이 열처리장치는, 노체, 순환팬, 히터, 내열필터, 및 열풍정류수단을 구비한다.

노체는, 워크를 지지하는 워크 지지부를 내부에 구비한다. 순환팬은, 노체에 있어서 제1측면 측 및 제1측면 측 각각에 배치되어, 순환 열풍을 발생시키도록 구성된다. 히터는, 노체에 있어서 제1측면 측 및 제2측면 측 각각에 배치되어, 순환 열풍을 가열하도록 구성된다. 내열필터는, 노체에 있어서 제1측면 측 및 제2측면 측 각각에 배치되어, 순환 열풍을 청정화하도록 구성된다. 이들 순환팬, 히터, 내열필터는, 노체의 폭방향에 있어서 좌우 대칭으로 배치되는 것이 바람직하다.

열풍정류수단은, 내열필터와 워크의 사이에 배치됨과 함께, 제1측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량과, 제2측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량을 각각 조정하도록 구성된다. 구체적으로는, 열풍정류수단은, 워크의 상면에 있어서는, 제1측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량을, 제2측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량보다 많게 하는 한편, 동일한 워크의 하면에 있어서는, 제2측면 측으로부터 워크에 공급되는 열품의 풍량을, 제1측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량보다 많게 하도록 한다. 열풍정류수단의 대표 예로서는, 제1측면 측 및 제2측면 측에 각각 배치되는 열풍조정판을 들 수 있다.

이 구성에 있어서는, 제1측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량이, 제2측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량과 같게 되지 않도록 창의 연구되어 있기 때문에, 좌우로부터 공급된 열풍이 워크의 폭방향 중앙부에서 서로 밀게되어 중앙부로 열풍이 흐르기 어려운 환경이 형성된다고 하였던 단점이 발생하는 일이 없다. 이 때문에, 워크의 폭방향 중앙부에서 온도가 저하하는 일이 방지된다.

또, 워크의 상면 및 하면에 있어서, 제1측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량과, 제2측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량의 대소관계를 반전시키고 있기 때문에, 워크에 있어서 좌우의 온도차가 발생하지도 않는다.

또, 내열필터를 통과하는 열풍의 이동방향이 반전하는 것이 아니기 때문에, 내열필터에 있어서 발진이 생기기 어렵다. 더욱이, 워크를 지지하는 워크 지지부의 구성을 변화시킬 필요가 없기 때문에, 단위 매수당 워크를 처리하기 위하여 필요한 스페이스가 확장되어 버리지도 않는다.

그리고, 워크를 다단상으로 적재하는 경우에는, 단 마다 제1측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량과, 제2측면 측으로부터 워크에 공급되는 열풍의 풍량과의 대소관계를 반전시킴으로써, 다단상으로 워크를 적재하는 경우에도 좌우의 온도차가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 단위 매수당 워크를 처리하기 위하여 필요한 열처리 공간을 확장시키지 않고, 또, 노체 내부의 청정도를 유지하면서, 간이한 구성에 의해 대형의 평판상 워크를 균일하게 가열하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 열처리장치의 개략을 나타낸 도면이다.
도 2는 열처리장치의 개략을 나타낸 블록도이다.
도 3은 열풍정류판의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 열풍정류판의 작용을 나타낸 도면이다.
도 5는 열풍의 유통 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열처리장치의 개략을 나타낸 도면이다.
도 7은 열풍의 유통 상태를 제어하는 예를 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 이용하여, 본 발명의 실시형태에 따른 열처리장치(10)의 기본 구성을 설명한다. 열처리장치(10)는, 열풍순환식 클린 오븐(clean oven) 이며, 노체(12)에 반입된 평판상의 워크(18)를 순환 열풍에 의해 가열하도록 구성된다.

노체(12)의 내부에는, 워크(18)를 다단상으로 지지하도록 구성된 복수의 랙(rack)부재(28)가 설치된다. 노체(12)의 전면에는, 워크의 반입 및 반출시에 개폐하도록 구성된 도어(26)가 설치된다. 도어(26)는, 상하방향으로 배열된 복수의 셔터(shutter)에 의해 구성되어 있고, 반입 또는 반출되어야 할 워크(18)에 할당된 단에 대응하는 셔터만이 개폐하도록 구성되어 있다.

노체(12)의 배면측에는, 복수의 히터(20), 복수의 순환팬(22), 복수의 덕트(duct)(24)가 설치된다. 히터(20), 순환팬(22), 및 덕트(24)는, 노체(12)의 폭방향(도 1a 및 도 1b 중의 좌우방향)의 중앙부를 사이에 두고 양측에 배치되어 있다. 히터(20)는, 노체(12)의 내부를 순환하는 열풍을 가열하도록 구성된다. 순환팬(22)은, 노체(12)의 내부에 순환풍을 발생시키도록 구성되어 있고, 히터(20)를 통과한 열풍을 흡입하여 덕트(24)로 송출하도록 구성되어 있다. 이 실시형태에서는, 순환팬(22)으로서 시로코팬(sirocco fan)을 이용하고 있으나, 다른 종류의 팬을 이용하는 것도 가능하다.

노체(12)의 폭방향의 양단부(양측면 측)에는, 복수의 내열필터(14)가 설치된다. 내열필터(14)는, 덕트(24)를 통과한 열풍에 포함된 미립자를 포집함으로써 워크(18)에 분사되는 열풍을 청정화하도록 구성된다. 한편, 내열필터(14)의 예로서는, 헤파(HEPA) 필터를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

내열필터(14)와 랙부재(28)의 사이에는, 열풍의 순환경로를 조정하도록 구성된 복수의 열풍정류판(16)이 배치된다. 열풍정류판(16)은, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 내열필터(14)의 배치 위치에 대응하는 위치에 배치된다. 열풍정류판(16)의 구성 및 작용 등에 대해서는 후술한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 열처리장치(10)는, CPU(50)을 구비하고 있고, 이 CPU(50)에 ROM(52), RAM(54), 센서유닛(56), I/F부(58), 팬구동부(60), 히터구동부(62), 및 도어구동부(64) 등이 접속되어 있다. ROM(52)은, CPU(50)의 동작에 필요한 복수의 프로그램을 격납한다. RAM(54)은, CPU(50)가 일시적으로 데이터를 기록하기 위한 휘발성 메모리이다. 센서유닛(56)은, 노체(12)의 내부 온도나 압력 등의 정보를 수집하기 위한 복수의 계기로 구성된다. I/F부(58)는, 외부의 기기와 통신하는 기능을 구비한다. 팬구동부(60)는, CPU(50)로부터의 신호에 기초하여 복수의 순환팬(22) 각각을 구동하도록 구성된다. 히터구동부(62)는, CPU(50)로부터의 신호에 기초하여 복수의 히터(20) 각각을 구동하도록 구성된다. CPU(50)로부터의 신호에 기초하여 도어구동부(64)는, 도어(26)의 복수의 셔터 각각의 개폐동작을 행하도록 구성된다.

계속해서, 도 3a 및 도 3b를 이용하여, 열풍정류판(16)의 구성을 설명한다. 열풍정류판(16)은, 열풍을 분산 및 집합시키는 것에 의해, 각 단의 워크 마다 공급되는 열풍의 풍량을 조정하기 위하여 설치된다. 열풍정류판(16)은, 열풍을 경사진 방향으로 안내하는 가이드면으로서 기능하는 경사면을 구비하는 상측가이드부(161) 및 하측가이드부(163)와, 상측가이드부(161) 및 하측가이드부(163)를 연결하도록 구성된 연결부(165)를 구비하고 있다. 상측가이드부(161) 및 하측가이드부(163)에는 각각 열풍이 통과 가능한 복수의 관통공(162)이 설치된다. 연결부(165)는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 비스(166) 등의 체결부재를 개재하여, 노체(12)의 소정위치에 설치된 프레임(164)에 고착되도록 구성된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 열풍정류판(16)의 상측가이드부(161)의 단부는, 워크(18)의 배치 위치와 거의 동일한 높이에 배치되고, 또한, 열풍정류판(16)의 하측가이드부(163)의 단부는, 이 워크(18)보다 1단 아래의 워크(18)의 배치 위치와 거의 동일한 높이에 배치된다. 또한, 열풍정류판(16)은, 워크(18)의 좌우 양측에 배치되어 있으나, 좌측에 배치되는 열풍정류판(16)과, 우측에 배치되는 열풍정류판(16)은, 서로 높이 방향으로 1단씩 어긋난 위치에 배치되어 있다.

이상의 구성에 있어서, 열풍정류판(16)에 접촉한 열풍의 대부분은 상측가이드부(161) 및 하측가이드부(162)의 경사면을 따라서 진입하는 한편, 열풍정류판(16)에 접촉한 열풍의 일부분이 관통공(162)을 통과하면서 진입한다. 이 때문에, 상측가이드부(161)의 단부에 대응하는 높이에 배치된 워크(18)의 상면에 공급되는 열풍의 풍량은 많게 되는 한편, 이 워크(18)의 하면에 공급되는 열풍의 풍량은 적어지게 된다. 또, 하측가이드부(163)의 단부에 대응하는 높이에 배치된 워크의 하면에 공급되는 열풍의 풍량은 많게 되는 한편, 이 워크(18)의 상면에 공급되는 열풍의 풍량은 적어지게 된다. 그리고, 우측과 좌측의 열풍정류판(16)이 서로 1단씩 어긋나게 배치되어 있는 것으로부터, 우로부터 공급되는 열풍의 풍량이 많은 단에서는 좌로부터 공급되는 열풍의 풍량이 적어지게 되고, 또한, 우로부터 공급되는 열풍의 풍량이 적은 단에서는 좌로부터 공급되는 열풍의 풍량이 많아지게 된다.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 좌측으로부터 공급되는 열풍의 풍량이 많고 우측으로부터 공급되는 열풍이 풍량이 적은 경우에는, 좌로부터 공급된 열풍은 워크(18)의 폭방향의 중앙부를 넘어서 워크(18)의 우측까지 도달한다. 한편, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 우측으로부터 공급되는 열풍의 풍량이 많고 좌측으로부터 공급되는 열풍의 풍량이 적은 경우에는, 우로부터 공급된 열풍은 워크(18)의 폭방향의 중앙부를 넘어서 워크(18)의 좌측까지 도달한다. 이 때문에, 좌우로부터 동일한 강도의 열풍을 공급한 때와 같이, 워크(18)의 폭방향의 중앙부에서 좌우로부터의 열풍이 서로 미는 것을 원인으로 워크(18)의 중앙부분의 열풍이 흐르기 어렵게 되었던 단점의 발생이 방지된다. 이 때문에, 워크(18)의 폭방향의 중앙부의 온도가 저하한다고 하였던 단점의 발생이 방지된다. 게다가, 워크(18)의 상면에 있어서 좌측으로부터 강한 열풍이 공급되고 있는 경우에는, 같은 워크(18)의 하면에 있어서 우측으로부터 강한 열풍이 공급되고 있기 때문에, 워크(18)의 좌우에서 온도차가 발생하는 일이 없다. 예를 들어, 이 실시형태의 경우에는, 워크(18)의 가열 설정 온도가 230도로 설정되어 있는데, 워크(18)의 전역에서 플러스 마이너스 3도 이상의 불균형이 발생하지 않는다고 하는 양호한 결과가 얻어지고 있다.

또한, 내열필터(14)를 통과하는 열풍의 풍량은 변화하지 않기 때문에, 내열필터(14)로부터의 발진에 의해 노체(12)의 내부 청정도가 저하하는 일이 없다. 그리고, 워크(18)를 지지하는 랙부재(28)의 구성을 변경하지 않기 때문에, 단위 매수당 워크(18)를 배치하기 위하여 필요한 공간이 확장되는 것도 아니다.

도 6은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열처리장치(102)의 개략을 나타내고 있다. 열처리장치(102)의 기본적인 구성은 상술의 열처리장치(10)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 열처리장치(102)는, 상술의 열풍정류판(16)을 구비하지 않는 점이, 열처리장치(10)와 상위하다.

통상, 상술의 열풍정류판(16)을 사용하지 않고, 워크(18)의 좌우로부터 동일한 강도의 열풍을 공급하는 경우에는, 워크(18)의 중앙부에 다른 부분보다 온도가 낮아지는 온도 에리어(70)가 발생하는 일이 있다.

이 때문에, 열처리장치(102)에서는, CPU(50)가 팬구동부(60)을 제어하는 것에 의해, 시간과 함께 좌우로부터의 열풍의 강도를 변화시키도록 하고 있다.

이 실시형태에서는, 서서히 우로부터의 열풍을 강하게 하면서 좌로부터의 열풍을 약하게 하고, 그 후, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 소정시간만큼 우로부터 강한 열풍을 공급한다. 이어서, 서서히 좌우로부터의 열풍의 강도를 동일하게 해 나가, 그 후 소정시간만큼, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 좌우로부터 동일한 강도의 열풍을 공급한다. 이어서, 서서히 좌로부터의 열풍을 강하게 하면서 우로부터의 열풍을 약하게 하고, 그 후 소정시간만큼, 도 7c에 나타낸 바와 같이 좌로부터 강한 열풍을 공급한다.

열처리장치(102)에서는, 급격한 열풍의 변화가 발생하지 않도록, 소정시간이 경과할 때마다 도 7a→도 7b→도 7c→도 7b→도 7a→도 7b→도 7c···이라는 상태를 서서히 변화시킨다.

이상의 실시형태에 의하면, 상시, 좌우로부터 동일한 강도의 열풍을 공급한 때와 같이, 워크(18)의 중앙부분에 열풍이 흐르기 어렵게 된다고 하였던 단점의 발생이 방지되어, 워크(18)의 중앙부에 온도가 저하한다고 하였던 단점의 발생이 방지된다. 더욱이, 소정시간 마다 좌우로부터의 열풍의 강약관계를 반전시키고 있기 때문에, 워크(18)의 좌우에서 온도차가 발생하는 일이 없다.

또, 내열필터(14)를 통과하는 열풍의 풍량에 급격한 변화가 없고, 또, 내열필터(14)를 통과하는 열풍의 이동방향이 변화하는 것도 아니기 때문에, 내열필터(14)로부터 발진하는 것도 아니어서, 노체(12)의 내부 청정도를 유지하는 것이 가능하다.

여기서는, 좌우로부터의 열풍의 강약관계를 간헐적으로 변화시키는 예를 설명하였으나, 좌우로부터의 열풍의 강약관계를 연속적으로 변화시키도록 하여도 좋다. 예를 들어, 좌우의 순환팬(22)에 인가하는 전압에 대하여 간헐적으로 경사출력제어(ramping control)를 행하여도 좋고, 또, 연속적으로 경사출력제어를 행하는 것에 의해 상시 인가 전압을 변화시키도록 하여도 좋다.

또한, 좌우의 순환팬(22)에 인가하는 전압을, 시간의 경과와 함께 직선적으로 증가 또는 감소시키는 제어뿐만 아니라, 이들의 전압을, 정현파를 그리도록 변화시키는 것도 가능하다. 어느 경우에서도, 좌우의 순환팬(22) 중 한 쪽에 인가하는 전압을 강하게 할 때는 다른 쪽에 인가하는 전압을 약하게 하고, 반대로 한 쪽에 인가하는 전압을 약하게 할 때는 다른 쪽에 인가하는 전압을 강하게 하도록 하여, 좌우로부터의 열풍의 강약관계를 반전시키는 것이 중요하다. 또, 좌우의 순환팬(22)에 인가하는 전압을 스텝상으로 변화시키는 것을 피하는 것도 중요하다.

상술의 실시형태의 설명은, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상술의 실시형태는 아니며, 특허청구의 범위에 의해 나타난다. 또한, 본 발명의 범위는, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

10: 열처리장치
12: 노체
18: 워크
28: 랙(rack)부재
26: 도어
20: 히터
22: 순환팬
24: 덕트(duct)

Claims

순환 열풍에 의해 평판상의 워크를 가열하도록 구성된 열처리장치로서,
워크를 지지하는 워크지지부를 구비하는 노체와,
상기 노체에 있어서 제1측면측 및 제2측면측 각각에 배치되고, 또한, 상기 순환 열풍을 발생시키도록 구성된 복수의 순환팬과,
상기 노체에 있어서 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측 각각에 배치되고, 또한, 상기 순환 열풍을 가열하도록 구성된 복수의 히터와,
상기 노체에 있어서 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측 각각에 배치된, 상기 순환 열풍을 청정화시키기 위한 내열필터와,
소정시간만 상기 제1측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍을 상기 제2측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍보다 강하게 하고, 서서히 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측으로부터의 열풍의 강도를 동일하게 하고, 그 후 소정시간만 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측으로부터 같은 강도의 열풍을 공급하고, 이어서, 서서히 상기 제2측면측으로부터의 열풍을 강하게 하면서 상기 제1측면측으로부터의 열풍을 약하게, 그 후 소정시간만 상기 제1측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍을 상기 제2측면측으로부터 워크에 공급되는 열풍보다 약하게 하고, 서서히 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측으로부터의 열풍의 강도를 동일하게 하고, 그 후 소정시간만 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측으로부터 같은 강도의 열풍을 공급하도록 상기 복수의 순환팬의 각각의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 소정시간마다 상기 제1측면측 및 상기 제2측면측으로부터의 열풍의 강약 관계를 반전시키는 열처리장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 순환팬 각각은, 상기 열풍의 순환경로에 있어서 상기 복수의 가열히터 각각의 하류측에 배치되는 열처리장치.