KR102453683B1 - 진공침탄로 및 진공침탄 방법 - Google Patents

Abstract

피처리대상에 진공침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄로 및 진공침탄 방법이 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 진공침탄로는 피처리대상에 진공침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄로로서, 제1 공간을 내부에 형성하고 일측에 출입개구부가 구비된 냉각챔버; 원통형 형상의 제2 공간을 내부에 형성하고 상기 냉각챔버의 타측에 위치하며 일측에 상기 제1 공간과 제2 공간을 연통하는 내측개구부가 구비된 진공챔버; 상기 내측개구부를 개폐하도록 구성된 차단도어; 상기 제2 공간 내에 배치된 발열체; 및 상기 제2 공간 내부로 처리가스를 주입하도록 구성되되 상기 원통형 형상의 내주면에서 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되고 길이 방향을 따라 등간격으로 배치된 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 진공챔버 내에서 처리가스가 효과적으로 분포되게 하여 진공침탄 열처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

진공침탄로 및 진공침탄 방법{VACUUM CARBURIZING FURNACE AND VACUUM CARBURIZING METHOD}

본 발명은 피처리대상에 진공침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄로 및 진공침탄 방법에 관한 것이다.

침탄(Carburization)이란 피처리대상의 표면이 탄소를 흡수하게 하여 표면 강도를 증가시키는 기법을 지칭한다. 철을 함유하는 피처리대상이 높은 온도 하에서 탄소를 함유하는 고체, 액체 또는 기체상의 물질에 접촉한 후 ??칭에 의해 급속히 냉각되면, 피처리대상 표면의 탄소 성분이 오스테나이트 구조에서 마르텐사이트 구조로 변경되면서 원태의 인성 및 연성은 유지한 채로 더 높은 강도와 내마모성을 갖게 된다.

침탄 과정을 더 제어된 환경에서 진행할 수 있도록 개발된 것이 진공침탄 열처리 기법이다. 진공침탄은 예를 들어 진공침탄로에 피처리대상을 로딩한 후 챔버 내부의 압력을 강하시키고 온도를 증가시킨 상태에서 침탄가스를 주입함으로써 진행될 수 있다. 침탄 과정으로 인해 피처리대상의 표면에 흡수되는 탄소 성분의 양은 침탄 열처리의 온도, 시간 및 침탄가스의 농도와 연관되므로 이들 변수를 높은 정밀도로 제어하는 것이 요구된다.

한편, 침탄 열처리는 섭씨 1000도 이상의 매우 높은 온도에서 수행되므로, 진공침탄로 내에 의도한 양을 초과하는 양의 공기가 인입된 경우, 공기는 급속히 팽창하여 설계치를 초과하는 높은 압력하고 심지어는 폭발을 초래할 수 있다. 이를 위해 급속한 압력 증가에 상대적으로 취약할 수 있는 진공침탄로의 도어 부분에는 도어의 의도하지 않은 개방을 방지하기 위해 클램프 등의 잠금수단이 설치되는데, 진공침탄로의 압력이 과도히 높아져 폭발이 발생하는 경우 이러한 잠금수단은 폭발 힘에 의해 분리되어 날아가면서 오히려 위험성을 증가시키는 요인이 될 수 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일측면은 진공침탄 열처리 과정을 더 효과적으로 제어하여 더 높은 제품 품질을 제공할 수 있는 진공침탄로 및 진공침탄 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 일측면은 의도치 않게 챔버 내부의 압력이 증가하더라도 안전사고를 방지할 수 있는 진공침탄로 및 진공침탄 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 진공침탄로는 피처리대상에 진공침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄로로서, 제1 공간을 내부에 형성하고 일측에 출입개구부가 구비된 냉각챔버; 원통형 형상의 제2 공간을 내부에 형성하고 상기 냉각챔버의 타측에 위치하며 일측에 상기 제1 공간과 제2 공간을 연통하는 내측개구부가 구비된 진공챔버; 상기 내측개구부를 개폐하도록 구성된 차단도어; 상기 제2 공간 내에 배치된 발열체; 및 상기 제2 공간 내부로 처리가스를 주입하도록 구성되되 상기 원통형 형상의 내주면에서 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되고 길이 방향을 따라 등간격으로 배치된 복수의 노즐을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일측면에 따른 진공침탄로는 피처리대상에 침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄로로서, 제1 공간을 내부에 형성하고 일측에 출입개구부가 구비된 냉각챔버; 원통형 형상의 제2 공간을 내부에 형성하고 상기 냉각챔버의 타측에 위치하며 일측에 상기 제1 공간과 제2 공간을 연통하는 내측개구부가 구비된 진공챔버; 상기 내측개구부를 개폐하도록 구성된 차단도어; 상기 제2 공간 내에 배치된 발열체; 상기 제2 공간 내부로 처리가스를 주입하도록 구성된 노즐; 및 상기 출입개구부를 개폐하도록 구성된 로딩도어를 포함하되, 상기 냉각챔버에서 상기 출입개구부가 형성된 도어측 표면은 위를 향하여 경사지게 형성될 수 있고, 상기 로딩도어는 그 상부가 힌지에 의해 상기 냉각챔버의 도어측 표면에 또는 상기 냉각챔버에 장착된 슬라이드바에 회전가능하게 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 진공침탄로는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 진공침탄로는 상기 출입개구부를 개폐하도록 구성된 로딩도어; 상기 로딩도어가 결합된 슬라이드바; 및 상기 로딩도어가 상기 출입개구부를 개폐하도록 상기 슬라이드바를 일방향을 따라 이동시키도록 구성된 로딩도어 구동부를 더 포함할 수 있고, 상기 냉각챔버에서 상기 출입개구부가 형성된 도어측 표면은 위를 향하여 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 로딩도어는 그 상부가 힌지에 의해 상기 슬라이드바에 회전가능하게 결합될 수 있다. 이 경우, 진공침탄로는 상기 노즐을 복수 개 포함할 수 있고, 상기 복수의 노즐은 상기 원통형 형상의 내주면에서 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되고 상기 원통형 형상의 길이 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다.

상기 발열체는 상기 원통형 형상의 길이 방향을 따라 연장되는 복수의 선형 히터를 포함할 수 있고, 상기 복수의 노즐 각각은 인접한 선형 히터 사이의 중간 지점에 위치할 수 있다.

진공침탄로는 가열챔버를 더 포함할 수 있는데, 상기 가열챔버는 제3 공간을 내부에 형성하고 상기 제3 공간 내에 상기 진공챔버를 수용하여 상기 진공챔버의 적어도 일부를 에워쌀 수 있고, 상기 가열챔버는 상기 제3 공간을 내부에 형성하는 내측 쉘 및 상기 내측 쉘을 에워싸는 외측 쉘을 포함하여 상기 내측 쉘과 상기 외측 쉘 사이에 단열공간이 형성될 수 있으며, 상기 단열공간에는 상기 가열챔버를 냉각하기 위한 냉매가 주입될 수 있다.

진공침탄로는 상기 내측개구부에 인접한 위치에서 상기 차단도어를 수용하는 수용공간을 내부에 형성하는 수용샤프트를 더 포함할 수 있는데, 상기 수용공간은 상기 제3 공간에 연통할 수 있다.

상기 냉각챔버는 상기 제1 공간의 하부에 유체를 수용하도록 구성될 수 있고, 상기 제1 공간 내에서 상기 피처리대상을 지지하도록 구성된 승강대 및 상기 승강대를 상기 내측개구부에 대응하는 높이와 상기 유체에 침지되는 높이 사이에서 이동시키는 승강구동부를 구비할 수 있다. 상기 냉각챔버는 상기 유체를 교반하도록 구성된 교반부를 더 구비할 수도 있다.

본 발명의 일측면에 따른 진공침탄 방법은 피처리대상에 진공침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄 방법으로서, 냉각챔버의 제1 공간과 진공챔버의 제2 공간 사이의 내측개구부를 폐쇄하는 차단도어를 상기 진공챔버를 에워싸는 가열챔버의 제3 공간과 연통하는 수용샤프트의 수용공간으로 이동시켜 상기 내측개구부를 개방하는 단계; 상기 내측개구부를 통해 상기 제1 공간으로부터 상기 제2 공간의 중심으로 상기 피처리대상을 이송하는 단계; 상기 차단도어를 이동시켜 상기 내측개구부를 폐쇄하는 단계; 상기 제2 공간 내부를 가열 및 감압하는 단계; 및 상기 제2 공간이 이루는 원통형 형상의 내주면에서 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되고 길이 방향을 따라 등간격으로 배치된 복수의 노즐을 통해 상기 제2 공간에 처리가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 진공침탄방법은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 공간 내부를 가열 및 감압하는 단계 이후에 상기 가열챔버의 내측 쉘과 외측 쉘 사이의 단열공간에 냉매를 주입하여 상기 가열챔버를 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각챔버에서 출입개구부가 형성된 도어측 표면은 위를 향하여 경사지게 형성될 수 있고, 상기 출입개구부를 개폐하는 로딩도어는 그 상부가 힌지에 의해 상기 냉각챔버의 도어측 표면에 또는 상기 냉각챔버에 장착된 슬라이드바에 회전가능하게 결합될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명은 아래의 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 진공챔버 내에서 처리가스가 효과적으로 분포되게 하여 진공침탄 열처리의 균일성을 향상시킬 수 있는 진공침탄로 및 진공침탄 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 더 안전하게 운용할 수 있는 진공침탄로 및 진공침탄 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로를 측면에서 바라본 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각챔버를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로의 로딩도어를 확대하여 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 냉각챔버와 수용샤프트를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 가열챔버 및 진공챔버를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 가열챔버 및 진공챔버를 측면에서 바라본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)를 측면에서 바라본 단면도이다. 도 2는 냉각챔버(200)를 나타내는 정면도이고, 도 4는 냉각챔버(200)와 수용샤프트(300)를 정면에서 바라본 단면도이다. 도 5와 도 6은 가열챔버(400) 및 진공챔버(500)를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)는 피처리대상(50)에 진공침탄 열처리를 가하기 위한 가열로이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)는 크게 로딩유닛(100), 냉각챔버(200), 수용샤프트(300), 가열챔버(400) 및 진공챔버(500)를 포함할 수 있다. 진공침탄 열처리가 수행되는 피처리대상(50)은 출입개구부(5)를 통해 냉각챔버(200) 내부의 제1 공간(10)으로 로딩된 후, 내측개구부(15)를 통해 진공챔버(500) 내부의 제2 공간(20)에서 진공침탄 열처리를 거친 후, 다시 내측개구부(15), 제1 공간(10) 및 출입개구부(5)를 거쳐 외부로 언로딩될 수 있다. 발명의 이해를 돕기 위해, 도면에서 공간 또는 개구부에 대응하는 참조번호는 괄호 안의 숫자로 표시되어 있다.

로딩유닛(100)은 피처리대상(50)을 냉각챔버(200)에 로딩하는 역할을 할 수 있다. 로딩유닛(100)은 조작부(110)와 이송부(130)를 포함할 수 있는데, 피처리대상(50)이 이송부(130)에 안착되면, 이송부(130)는 조작부(110)를 통한 조작에 따라 피처리대상(50)을 출입개구부(5)를 향해 이송시킬 수 있다. 조작부(110)는 진공침탄로의 전체적인 작동을 관장하는 제어부와 연계되어 이송부(130)의 구동뿐만 아니라 진공침탄로(1000)과 관련된 다양한 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다.

냉각챔버(200)는 피처리대상(50)이 진공챔버(500)에 진입하기 전 및 후에 거치는 부분이다. 냉각챔버(200)는 내부에 제1 공간(10)을 형성하는데, 냉각챔버(200)의 하부에는 ??칭오일(미도시)이 수용되는 저유 공간(12)이 마련될 수 있다. 피처리대상(50)이 진공챔버(500)의 내부인 제2 공간(20)에 곧바로 로딩되지 않고 제1 공간(10)을 거쳐 로딩됨에 따라 제2 공간(20)의 온도와 압력을 유지하기가 더 용이해지고, 피처리대상(50)이 제1 공간(10)에서 예열되는 효과도 얻을 수 있다. 피처리대상(50)이 진공챔버(500)에서 침탄 열처리를 거친 후에는 냉각챔버(200)의 저유 공간(12)에서 ??칭을 거칠 수 있다. 냉각챔버(200)에도 제1 공간(10)에 필요한 온도 및 압력 조건을 조성하기 위한 장치가 구비될 수 있다. 예를 들어, 냉각챔버(200)에도 발열체가 구비될 수 있고, 압력조절 수단이 구비될 수 있다.

수용샤프트(300)는 내측개구부(15)에 인접한 위치에서 내측개구부(15)를 개폐하는 차단도어(350)를 수용하기 위한 수용공간(17)을 내부에 형성한다. 즉, 진공챔버(500)의 제2 공간(20)은 내측개구부(15)에서 냉각챔버(200)의 제1 공간(10)에 연통하고, 차단도어(350)는 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 이동하여 내측개구부(15)를 개폐하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 차단도어(350)가 폐쇄위치에 있을 때에는(도면에서 350a로 표시함) 내측개구부(15)에서 진공챔버(500)에 밀착되어 내측개구부(15)를 폐쇄하고 제2 공간(20)을 밀폐할 수 있고, 차단도어(350)가 개방위치에 있을 때에는(도면에서 350b로 표시함) 수용공간(17) 내부에 배치되어 피처리대상(50)이 내측개구부(15)를 통과할 수 있게 한다.

가열챔버(400)는 진공챔버(500)를 에워싸는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 가열챔버(400)가 내부에 형성하는 제3 공간(30)에는 진공챔버(500)가 수용될 수 있다. 가열챔버(400)가 진공챔버(500)를 에워쌈에 따라 제3 공간(30)이 진공챔버(500)와 외부 사이에서 열 및 압력과 관련하여 완충 역할을 할 수 있다.

진공챔버(500)는 피처리대상(50)에 진공침탄 열처리가 실제로 가해지는 부분으로서, 내부에 제2 공간(20)을 형성한다. 피처리대상(50)이 내측개구부(15)를 통해 제2 공간(20) 내부에 로딩되면, 진공챔버(500)에 설치된 감압수단(미도시) 및 발열체(510)는 진공침탄에 요구되는 조건이 조성되도록 제2 공간(20)의 온도와 압력을 제어할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)의 구성요소들을 더 자세히 설명하기로 한다.

로딩유닛(100)의 조작부(110)에 피처리대상(50)의 이송 및/또는 열처리에 관한 명령이 입력되면, 로딩도어(150)가 개방되는 동시에 또는 개방된 이후에 이송부(130)에 배치된 피처리대상(50)이 냉각챔버(200)를 향해 이송될 수 있다. 필요에 따라 이송부(130)는 냉각챔버(200) 내의 제1 공간(10)이 특정 온도 및 압력 조건에 다다를 때까지 대기한 후 피처리대상(50)을 이송할 수도 있다.

냉각챔버(200)의 일측에는 출입개구부(5)가 형성될 수 있고, 출입개구부(5)를 개폐하도록 구성된 로딩도어(150)가 결합될 수 있다. 진공침탄로(1000)의 나머지 부분들과 마찬가지로, 로딩도어(150) 역시 높은 온도 및 높은 압력 차이를 견딜 수 있는 재질과 두께로 형성될 수 있다. 로딩도어(150)에 응력이 가해질 때 로딩도어(150)의 어느 지점에서도 과도한 전단력이 발생하지 않도록, 로딩도어(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 외측을 향해 볼록한 원형 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 로딩도어(150)는 그 상부가 힌지(170)에 의해 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)에서 냉각챔버(200)의 도어측 표면(210)에는 슬라이드바(180)가 구비될 수 있고, 슬라이드바(180)는 구동부(190)에 의해 일방향을 따라 이동하도록 구성될 수 있으며, 로딩도어(150)는 슬라이드바(180)의 아래에 형성되어 힌지(170)에 의해 슬라이드바(180)에 결합될 수 있다. 로딩도어(150)가 슬라이드바(180)에 쉽게 결합될 수 있도록, 로딩도어(150)의 외표면에는 편평한 표면을 제공하는 연결플랜지(155)가 형성될 수 있고, 수직 방향으로 연장되는 연결편(160)의 양단이 연결플랜지(155)와 힌지(170)에 각각 결합될 수 있다.

도 1에는 식별가능하게 도시되어 있지는 않지만, 출입개구부(5)가 형성된 냉각챔버(200)의 도어측 표면(210)은 중력 방향에 평행하게 수직으로 형성되어 있지 않고, 약간 위를 향하여 경사지게 형성되어 있다. 따라서 출입개구부(5) 역시 약간 위를 향하는 경사를 가지며 형성되어 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)의 로딩도어(150)를 확대하여 나타내는 측면도이다. 도 3에서와 같이 도어측 표면(210) 및 출입개구부(5)가 경사를 갖도록 형성되면, 로딩도어(150)의 중량으로 인한 중력(G)는 수직 하향으로 가해지고, 로딩도어(150)에 대해 도어측 표면(210)이 가하는 항력(N)은 로딩도어(150)를 향해 기울어진 각도로 가해질 수 있다. 로딩도어(150)는 진공침탄로(1000)의 매우 큰 압력을 견딜 수 있도록 큰 두께로 형성되어 상당한 중량을 가지며, 따라서 이로 인한 중력(G) 및 항력(N) 역시 상당한 값에 이를 수 있다.

중력(G)과 항력(N)이 로딩도어(150)를 출입개구부(5)에 밀착시키는 방향으로 가해지므로, 자체 중량으로 인해 로딩도어(150)가 출입개구부(5)를 강한 힘으로 밀폐시킬 수 있고, 출입개구부(5)를 폐쇄함에 있어 높은 밀폐 성능을 제공할 수 있다. 후술되는 바와 같이 냉각챔버(200)의 제1 공간(10)에서 압력을 강하시키면 제1 공간(10)의 부압으로 인해 로딩도어(150)가 출입개구부(5)에 더 밀착될 수 있다. 본 명세서에서 도어측 표면(210)이 위를 향하여 경사져 있다 함은 로딩도어(150)가 도면에서와 같이 대체로 수직 방향을 따라 세워지되 약간의 경사를 갖는 경우뿐만 아니라 더 큰 각도의 경사를 갖는 경우 및 수평 방향을 따라 눕혀진 경우도 포괄하는 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 로딩도어(150)의 테두리에는 플랜지(152)가 형성될 수 있고, 도어측 표면(210)에는 플랜지(152)에 대응하는 지지부(212)가 형성될 수 있다. 로딩도어(150)는 플랜지(152)에 의해 도어측 표면(210)에 접촉하므로 더 넓은 면적의 접촉면을 가질 수 있고, 이로 인해 출입개구부(5)에 대한 밀폐 성능을 강화시킬 수 있다. 플랜지(152) 및/또는 지지부(212)에는 씰링부재(215)가 구비될 수 있고, 씰링부재(215)는 로딩도어(150)가 출입개구부(5)를 폐쇄하고 있을 때 로딩도어(150)와 도어측 표면(210) 사이의 밀폐 성능을 더 증가시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 도어측 표면(210)이 경사를 가짐에 따라 로딩도어(150)는 씰링부재(215)를 가압하게 되어 출입개구부(5)를 강하게 밀폐시킬 수 있다.

로딩도어(150)가 개방될 때에는 구동부(190)가 슬라이드바(180)를 이동시킬 수 있고, 슬라이드바(180)에 결합된 로딩도어(150)가 함께 개방위치로 이동할 수 있다. 슬라이드바(180)와 로딩도어(150)는 수평 방향을 따라 출입개구부(5)의 측부로 이동할 수 있다.

즉, 도시된 실시예에서와 같이, 로딩도어(150)가 폐쇄위치에 있을 때에는(도면에서 150a로 표시함) 출입개구부(5)에서 도어측 표면(210)에 밀착되어 출입개구부(5)를 폐쇄하여 제1 공간(20)을 밀폐할 수 있고, 로딩도어(150)가 개방위치에 있을 때에는(도면에서 150b로 표시함) 출입개구부(5)의 측부에 배치되어 피처리대상(50)이 출입개구부(5)를 통과할 수 있게 한다.

종래기술에서는 진공침탄로 내외의 큰 압력차를 감안하여 도어에 클램프 등의 잠금장치를 설치하였으나, 전술한 바와 같이 진공침탄로의 작동에 의한 높은 온도로 인해 의도치 않은 압력 증가가 발생할 때 이러한 구성요소는 도어가 급작스럽게 열리고 부품들이 튕겨져 나가 안전 측면에 있어서 위험성을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 로딩도어(150)에 클램프 등의 잠금장치를 설치하지 않고 경사진 도어측 표면(210), 로딩도어(150)의 자체 중량, 씰링부재(미도시) 및 제1 공간(10)의 부압만으로 로딩도어(150)가 밀폐된 상태를 유지하게 할 수 있다. 만약 진공침탄로(1000)에 의도치 않은 압력 증가가 발생한다면, 로딩도어(150)가 폐쇄위치에 있더라도 제1 공간(10) 내의 부압의 해제로 로딩도어(150)의 밀착이 해제될 수 있고, 압력 증가가 과도하여 로딩도어(150)의 중량을 들어올릴 정도의 수준이 되면 로딩도어(150)가 힌지(170)를 중심으로 회전하여 개방될 수 있다.

즉, 도시된 실시예에서는 로딩도어(150)의 개폐가 슬라이드바(180)와 구동부(190)에 의해 수평 방향을 따라(도 2에서 좌우 방향을 따라) 이동하면서 이루어지지만, 내부에 의도치 않은 과도한 압력이 발생하는 경우, 로딩도어(150)는 슬라이드바(180)를 중심으로 위로(도 1에서 슬라이드바(180)를 기준으로 시계방향으로) 회전하여 비상 개방이 이루어질 수 있다. 로딩도어(150)가 개방되면 제1 공간(10) 내부의 압력이 자연히 강하하게 된다. 본 발명의 일실시예에서는 로딩도어(150)에 센서가 구비되어 압력 증가에 의한 개방이 일어날 때 이를 감지하고 신호를 출력하게 할 수 있다. 위 센서에서 로딩도어(150)가 비상 개방된 것을 감지하여 신호를 출력하면, 제어부가 진공침탄로(1000)의 작동을 정지시킬 수도 있다. 물론, 냉각챔버(200)에도 센서가 구비되어 내부의 압력을 측정할 수 있고, 로딩도어(150)의 개방 여부를 감지할 수 있다.

전술한 바와 같이 냉각챔버(200) 하부의 저유 공간(12)에는 유체(예컨대, ??칭오일)가 수용될 수 있다. 유체는 피처리대상(50)에 진공침탄 열처리가 가해진 후 ??칭을 수행하는 데 사용될 수 있는데, ??칭이란 열처리를 거친 피처리대상(50)을 물, 오일, 공기 등의 유체에 의해 급격히 냉각시킴으로써 열처리 온도와 상온 사이의 특정 온도에서 발생할 수 있는 물리적/화학적 과정을 최소화시키는 것을 지칭한다. 냉각챔버(200)에는 저유 공간(12)에 수용된 유체를 교반하기 위한 교반스크류(220)를 포함할 수 있다. 교반스크류(220)는 제어부의 제어에 의해 또는 조작부(110)의 조작에 의해 회전될 수 있고, 저유 공간(12)에 수용된 유체가 전체적으로 균일한 온도 분포를 갖게 하여 ??칭을 위한 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

냉각챔버(200) 역시 이송부(230)를 포함할 수 있다. 이송부(230)는 출입개구부(5)를 통과한 피처리대상(50)을 냉각챔버(200) 내에서 전진 및 후퇴시키는 역할을 할 수 있다.

이송부(230)는 승강대(240)와 연동할 수 있다. 도시된 실시예에서는 승강구동부가 액추에이터(260)를 포함하는데, 액추에이터(260)가 작동하면서 이에 연결된 구동축(265)은 스프로켓(267)을 회전시킬 수 있고, 이에 결합된 승강대(240)는 양측의 가이드레일을 따라 상승 및 하강할 수 있다.

필요에 따라 이송부(230)가 피처리대상(50)을 승강대(240) 상으로 이동시키거나 이송부(230)의 일부가 피처리대상(50)를 지지한 상태로 승강대(240)와 함께 이동할 수 있고, 승강구동부는 승강대(240)를 내측개구부(15)에 대응하는 높이와 유체에 침지되는 높이 사이에서 이동시킬 수 있다.

피처리대상(50)이 진공챔버(500) 내에서 진공침탄 열처리를 거친 후 다시 냉각챔버(200)의 제1 공간(10)으로 이송되면, 승강대(240)는 피처리대상(50)을 저유 공간(12)의 유체에 침지하여 ??칭을 수행할 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 냉각챔버(200)에도 온도와 압력을 제어하기 위한 수단이 구비될 수 있다. 냉각챔버(200)는 제어부의 제어에 따라 제1 공간(10) 온도와 압력을 적정 수준으로 조절하여 진공침탄 열처리 이전 및 이후 피처리대상(50)이 노출되는 환경을 최적화할 수 있고, 제1 공간(10)이 열과 압력 면에 있어서 제2 공간(20)과 외부 공간 사이의 완충 공간 역할을 하게 할 수 있다. 특히, 냉각챔버(200)는 제1 공간(10)의 압력을 상압보다 낮게 유지하여 로딩도어(150)가 폐쇄 상태를 유지하는 데 일조할 수 있다.

수용샤프트(300)는 내부에 수용공간(17)을 형성하고 수용공간(17) 내에 차단도어(350)를 수용할 수 있다. 수용공간(17)은 가열챔버(400)의 제3 공간(30)에 연통하도록 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이 차단도어(350)는 진공챔버(500)의 제2 공간(20)으로 통하는 내측개구부(15)를 개폐하는 역할을 하는데, 도 1에 도시된 바와 같이 차단도어(350)는 개방위치에서도 폐쇄위치에서도 제1 공간(10)과 수용공간(17) 사이를 구획할 수 있다. 수용공간(17)이 제3 공간(30)과 연통되므로, 진공챔버(500) 내에서 진공침탄 열처리 과정이 진행될 때 수용공간(17) 역시 어느 정도 가열될 수 있으며, 진공침탄 열처리 과정이 마쳐진 후 차단도어(350)가 개방되어 수용공간(17) 내로 이동할 때 차단도어(350)가 과도한 온도 차이를 경험하지 않아도 되어 차단도어(350)에 가해지는 열충격을 완화시킬 수 있다.

도 2 및 도 4에서 개방위치에 있는 차단도어(350b)에는 진공챔버(500)의 내측개구부(15)를 커버하는 부분이 점선 원형으로 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 차단도어(350)는 내측개구부(15)보다 크게 형성되어 내측개구부(15)에 밀착되도록 구성될 수 있다. 진공챔버(500) 내에는 낮은 압력이 조성되고, 이는 차단도어(350)가 내측개구부(15)에 밀착되는 것을 도울 수 있다. 한편, 폐쇄위에 있는 차단도어(350a)는 진공챔버(500)의 반대편에 다른 물체에 접촉하지 않아 제2 공간(20) 내에 의도치 않은 과도한 압력 증가가 있을 때 차단도어(350)가 내측개구부(15)로부터 이격되도록 구성될 수 있다.

수용샤프트(300)에는 차단도어(350)를 상승 및 하강시키기 위한 도어구동부가 구비될 수 있다. 도시된 실시예에서는 도어구동부가 액추에이터(360)를 포함하는데, 액추에이터(360)가 작동하면서 이에 연결된 구동축(365)은 스프로켓(367)을 회전시킬 수 있고, 이에 결합된 차단도어(350)는 양측의 가이드레일을 따라 상승 및 하강할 수 있다.

가열챔버(400)는 내부에 제3 공간(30)을 형성하고, 제3 공간(30) 내에 진공챔버(500)를 수용할 수 있다. 제3 공간(30)은 수용샤프트(300)의 수용공간(17)과 연통하고 제1 공간(10)과도 비교적 좁은 면적을 통해 연통할 수 있다. 가열챔버(400)는 냉각챔버(200) 및 수용샤프트(300)와 함께 진공챔버(500)를 외부로부터 격리시키는 것으로 볼 수 있고, 가열챔버(400)가 가장 가까이에서 진공챔버(500)를 에워쌀 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 가열챔버(400)는 내측 쉘(410)과 외측 쉘(440)을 포함하는 이중쉘 구조로 형성될 수 있다. 내측 쉘(410)은 내부에 제3 공간(30)을 형성할 수 있고, 외측 쉘(440)은 내측 쉘을 에워싸도록 형성되어 내측 쉘(410)과 외측 쉘(440) 사이에 단열공간(420)이 형성되게 할 수 있다. 단열공간(420)에는 물 등의 냉매가 주입될 수 있다.

가열챔버(400)가 이와 같이 이중쉘 구조로 형성되고 내측 및 외측 쉘(410, 440) 사이에 냉매가 순환됨에 따라 매우 높은 온도로 가열되는 진공챔버(500) 주위를 열적으로 완충하여 안전 사고를 방지할 수 있고, 필요에 따라 가열챔버(400) 및 그 내부의 진공챔버(500)를 비교적 신속하게 냉각시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 진공챔버(500) 내의 진공침탄 열처리가 항상 균일한 온도에서 수행되는 것은 아닐 수 있으며, 진공침탄 열처리가 종료되기 전이라도 입력된 설정치에 따라 진공챔버(500)의 온도를 약간 강하시키는 것이 요구될 수 있다. 이 때, 가열챔버(400)는 단열공간(420)에 주입되는 냉매의 온도 및 유량을 제어함으로써 진공챔버(500) 내의 온도를 필요한 수준으로 제어하는 데 일조할 수 있다.

진공챔버(500)는 내부에 제2 공간(20)을 형성할 수 있고, 제2 공간(20)은 일측에 형성된 내측개구부(15)를 통해 제1 공간(10)에 연통할 수 있다. 진공챔버(500)는 냉각챔버(200)의 타측에서 가열챔버(400)의 내부에 위치할 수 있다. 진공챔버(500)는 그 내부에 형성되는 제2 공간(20)의 주요 부분이 원통형 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서는 진공챔버(500) 자체가 원통형 형상으로 형성되어 있다.

본 명세서에서 제2 공간(20)이 원통형 형상으로 형성된다 함은 진공챔버(500) 내부의 공간 전체가 원통형 형상으로 한정된다는 의미가 아니라, 진공챔버(500) 내부의 공간 중 원통형 형상을 가진 부분이 포함됨을 의미하는 것이다. 일부 실시예에서는 진공챔버(500)의 타측 단부가 반구 또는 기타 입체 회전체의 형상을 가질 수 있다.

진공챔버(500)에는 제2 공간(20)의 환경을 제어하기 위한 구성요소들이 구비될 수 있다. 예를 들어, 진공챔버(500)에는 제2 공간(20)의 온도를 상승시키기 위한 발열체(10), 온도를 강하시키기 위한 팬(미도시), 압력을 강하시키기 위한 흡입부(미도시) 및 처리가스를 주입하기 위한 노즐(520) 등이 구비될 수 있다.

진공챔버(500)는 가열챔버(400)의 내부에 해당하는 제3 공간(30) 내에 위치할 수 있고, 가열챔버(400)에는 진공챔버(500) 내의 환경을 제어하기 위한 구성요소들이 장착될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 진공챔버(500)에는 제2 공간(20)의 온도를 상승시키기 위한 발열체(10), 온도를 강하시키기 위한 팬(미도시), 압력을 강하시키기 위한 흡입부(미도시), 처리가스(예를 들어, 침탄가스)를 주입하기 위한 노즐(520) 등이 구비될 수 있는데, 이에 대응하여 가열챔버(400)에는 발열체(10)를 구동하기 위한 전극(480), 팬(미도시)을 구동하기 위한 구동부(미도시), 흡입부(미도시)를 구동하기 위한 진공펌프(미도시), 노즐(520)에 처리가스를 공급하기 위한 가스공급라인(530) 등이 구비될 수 있다. 가열챔버(400) 내부의 제3 공간(30)은 이러한 구성요소의 실장을 위한 공간을 제공하는 동시에 매우 높은 온도로 가열되는 진공챔버(500)와 외부 사이에 완충 공간을 제공할 수 있다.

진공챔버(500)의 제2 공간(20)은 진공침탄 열처리가 수행되는 공간으로서, 진공침탄 열처리에 적합한 온도 및 압력이 조성될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄 열처리는 섭씨 약 800도 내지 1200도의 범위 내에서 수행될 수 있다.

각 노즐(520)은 가스공급라인(530)에 연결되어 제2 공간(20)에 주입될 처리가스를 공급받을 수 있으며, 처리가스는 등간격으로 배치된 복수의 노즐(520)을 통해 제2 공간(20)에 주입될 수 있다. 가스공급라인(530)은 가스공급원(미도시)에 연결될 수 있고, 가스공급원(미도시)은 아세틸렌(Acetylene) 등의 침탄가스를 공급할 수 있다.

도시되지는 않았지만, 진공챔버(500) 및/또는 가열챔버(400)에는 제2 공간(20) 및/또는 제3 공간(30) 내의 온도 및 압력을 측정하는 센서부가 구비될 수 있다. 진공침탄로(1000)의 제어부는 센서부의 측정값에 기초하여 제2 공간(20) 및/또는 제3 공간(30) 내의 온도 및 압력을 제어할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 진공챔버(500)의 제2 공간(20)에는 복수의 노즐(520)이 구비되되, 노즐(520)들은 제2 공간(20) 중 원통형 형상을 이루는 부분의 내주면에서 원주 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있고, 길이 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다. 도 5 및 도 6에는 노즐(520)들이 원통 형상의 길이 방향을 따라 등간격으로 배치된 5개 지점 각각에서 원주 방향을 따라 6개가 배치되어 진공챔버(500)에 총 30개의 노즐(520)이 배치된 실시예가 도시되어 있다. 물론, 노즐(520)들이 길이 방향을 따라 일렬로 정렬되도록 배치될 필요는 없으며, 길이 방향을 따른 각 지점에서 노즐(520)들이 각도의 차이를 두어 교호하여 배치될 수도 있다.

한편, 진공챔버(500)의 제2 공간(20) 내에 배치되는 발열체(510)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 선형 히터의 형태로 구비될 수 있다. 선형 히터 형태의 발열체(510)는 제2 공간(20)의 원통형 형상의 길이 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있고, 인접한 발열체(510)의 단부에서 고정편(505)에 의해 고정될 수 있다. 도시된 실시예에서와 같이 발열체(510)가 전극(480)에 의해 전류를 제공받아 가열되는 경우, 고정편(505)은 인접한 발열체(510)를 전기적으로 연결하는 역할을 겸할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 예에서는 위로부터 첫번째와 두번째의 두 발열체(510)가 오른쪽 단부에서 하나의 고정편(505)에 의해 연결되어 있고, 두번째와 세번째의 발열체(510)는 왼쪽 단부에서 다른 고정편(505)에 의해 연결되어 있다. 이와 같이 인접한 선형 히터 형태의 발열체(510)들은 한쪽 단부에서 고정편(505)에 의해 고정되어, 발열체(510)와 고정편(505)이 전류의 통로 역할을 하게 할 수 있다.

발열체(510)가 이와 같이 배치된 경우, 복수의 노즐(520) 각각은 인접한 선형 히터 사이의 중간 지점에 위치하도록 배치될 수 있다. 도 5를 참조하면, 발열체(510)들은 제2 공간(20)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있고, 각각의 노즐(520)은 인접한 발열체(510) 사이의 중간 지점에 위치하도록 배치될 수 있다. 이로써 노즐(520)을 통해 처리가스가 제2 공간(20) 내부로 주입될 때 처리가스가 제2 공간(20)의 중심에 배치된 피처리대상(50)에 원활히 도달할 수 있다.

전술한 바와 같이 길이 방향을 따른 각 지점에서 노즐(520)들이 각도의 차이를 두어 교호하여 배치되는 경우에도, 노즐(520)들은 각 지점에서 서로 다른 발열체(510) 사이의 중간 지점에 위치하게 배치될 수 있다.

진공침탄로에서 진공챔버에 침탄가스를 주입함에 있어 1개 지점에서 하나의 노즐을 통해 침탄가스를 주입하면, 침탄가스가 진공챔버의 내부에 균일하게 확산되지 않으며, 그 결과 고가의 진공침탄 설비를 사용하고도 높은 품질의 침탄층을 얻지 못하는 결과가 초래될 수 있다. 본 발명의 일실시예는 이러한 품질 저하를 방지하기 위해, 제2 공간(20)을 원통형 형상으로 구현하고, 노즐(520)들이 원통형 형상의 내주면에서 원주 방향 및 길이 방향을 따라 등간격으로 배치되게 하여 제2 공간(20) 내에 처리가스가 균일하게 분포하게 할 수 있다.

진공챔버(500)에는 또한 피처리대상(50)을 지지하기 위한 지지대(460)가 구비될 수 있다. 지지대(460)는 접촉하는 면적을 최소한으로 유지하면서 피처리대상(50)을 지지할 수 있다. 즉, 지지대(460)에 접촉하여 가려지는 부분에는 침탄 열처리가 비교적 적게 수행될 수 있으므로, 지지대(460)가 피처리대상(50)을 접촉하는 면적을 적게 할 수 있고, 또한 피처리대상(50)에서 진공침탄 열처리가 적게 수행되어도 무방한 부분이 지지대(460)에 접촉하게 하여 피처리대상(50)의 나머지 부분에는 진공침탄 열처리가 원할히 수행되게 할 수 있다.

냉각챔버(200)의 이송부(230)로부터 진공챔버(500) 내로 이송된 피처리대상(50)은 제2 공간(20)의 중심에 배치될 수 있고, 이 상태에서 피처리대상(50)에 진공침탄 열처리가 가해질 수 있다. 진공챔버(500)에는 피처리대상(50)의 위치를 조절하기 위한 수단 및 피처리대상(50)을 다시 냉각챔버(200)로 이송하기 위한 수단 등이 더 구비될 수 있다.

이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000)를 이용하여 진공침탄 열처리를 수행하는 방법을 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄 방법은 피처리대상(50)을 냉각챔버(200)의 제1 공간(10)으로 이송시키는 단계(S610)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 피처리대상(50)은 먼저 로딩유닛(100)의 이송부(130)에 배치될 수 있고, 로딩유닛(130)은 조작부(110)의 조작 및 진공침탄로(1000)의 제어부의 제어에 따라 냉각챔버(200)로 이동할 수 있다. 즉, 진공침탄로(1000)의 작동이 시작될 때, 로딩도어(150)가 개방될 수 있고, 로딩유닛(100)의 이송부(130)는 피처리대상(50)을 냉각챔버(200) 내부의 제1 공간(10)으로 이송시킬 수 있다.

여기서, 냉각챔버(200)의 일측에 형성된 출입개구부(5)를 개폐하는 로딩도어(150)는 힌지(170)에 의해 냉각챔버(200)의 도어측 표면(210)에 또는 냉각챔버(200)에 장착된 슬라이드바(180)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 냉각챔버(200)의 도어측 표면(210)은 위를 향하여 경사지게 형성될 수 있으며, 이로써 로딩도어(150)가 자체 중량에 의해 출입개구부(5)를 밀폐시킬 수 있다. 진공침탄로(1000) 내에 의도치 않은 압력 증가가 발생하면, 로딩도어(150)는 힌지(170)에 의해 회전하여 개방되면서 내부의 압력이 하강하게 할 수 있다.

필요에 따라 제1 공간(10), 제2 공간(20) 및 제3 공간(30) 중 전부 또는 일부를 예열하는 단계가 피처리대상(50)을 제1 공간(10)으로 이송하는 단계(S610) 이전에, 이후에, 또는 이전 및 이후 모두 수행될 수 있다.

피처리대상(50)이 제1 공간(10)으로 이송된 후, 내측개구부(15)를 개방하는 단계(S620)가 수행될 수 있다. 내측개구부(15)를 개방하는 단계(S620)는 차단도어(350)를 수용샤프트(300)의 수용공간(17)으로 이동시킴으로써 수행될 수 있다.

제2 공간(20) 및 이를 에워싸는 제3 공간(30)은 제1 공간(10)에 비해 더 높은 온도를 가질 수 있는데, 예를 들어 제2 공간(20)을 더 높은 온도로 예열하였거나 이전에 다른 피처리대상에 진공침탄 열처리를 가한 경우 그러할 수 있다. 차단도어(350)가 개방위치(350b)에 있을 때 제3 공간(30)과 연통하는 수용공간(17) 내에 위치함에 따라 차단도어(350)는 제3 공간(30)과 유사한 온도에 머무를 수 있다. 이는 차단도어(350)가 다시 폐쇄위치(350a)로 이동될 때 제2 공간(30)에 발생할 수 있는 열손실을 줄일 수 있고, 차단도어(350) 자체에도 과도한 온도 차이가 발생하는 것을 방지하여 차단도어(350)에 가해지는 열충격을 감소시키고 내구성을 더 강하게 할 수 있다.

내측개구부(15)를 개방하는 단계(S620) 후, 진공침탄 대상 물체인 피처리대상(50)을 제1 공간(10)으로부터 제2 공간(20)의 중심으로 이송하는 단계(S630)가 수행될 수 있다. 이를 위해, 냉각챔버(200)의 이송부(230)는 피처리대상(50)을 내측개구부(15)를 통해 진공챔버(500) 내부의 제2 공간(20)으로 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서는 진공챔버(500) 내에도 피처리대상(50)의 위치를 미세조정하는 수단이 구비될 수 있는데, 이는 지지대(460)에 대하여 피처리대상(50)의 상대적 위치를 조절하는 것이 관련될 수도 있고, 진공챔버(500)에 대하여 지지대(460)의 상대적 위치이를 조절하는 것이 관련될 수도 있다. 피처리대상(50)을 제1 공간(10)으로부터 제2 공간(20)의 중심으로 이송하는 단계(S630)에 의해 피처리대상(50)은 지지대(460) 상에 안착된 상태로 제2 공간(20)의 중심에 배치될 수 있다.

피처리대상(50)이 제2 공간(20)의 중심에 배치된 상태에서, 내측개구부(15)를 폐쇄하는 단계(S640)가 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 차단도어(350)가 개방위치(350b)에 있을 때 제3 공간(30)과 연통하는 수용공간(17) 내에 위치하였으므로, 차단도어(350)는 제3 공간(30)과 유사한 온도에 머무를 수 있다.

이어서, 제2 공간(20) 내부를 가열 및 감압하는 단계(S650)가 수행될 수 있다. 진공챔버(500)에 장착된 발열체(510)는 제2 공간(20)을 요구되는 온도로 가열할 수 있고, 진공챔버(500)에 장착된 흡입부(미도시)는 제2 공간(20) 내의 공기를 흡입하여 제2 공간(20)을 요구되는 압력으로 감압할 수 있다. 제2 공간(20)의 압력이 강하됨에 따라 차단도어(350)는 내측개구부(15)에 더 밀착될 수 있다.

제2 공간(20) 내부를 가열 및 감압하는 단계(S650) 이후에 가열챔버(400)를 냉각하는 단계(S660)가 수행될 수 있다. 가열챔버(400)를 냉각하는 단계(S660)는 가열챔버(400)의 외피를 이루는 내측 쉘(410)과 외측 쉘(440) 사이의 단열공간(420)에 물 또는 기타 냉매를 주입함으로써 수행될 수 있다.

가열챔버(400)를 냉각하는 단계(S660)는 제2 공간(20) 내부를 가열 및 감압하는 단계(S650)가 시작된 이후에 시작될 수 있으며, 반드시 제2 공간(20) 내부를 가열 및 감압하는 단계(S650)가 종료된 후에 시작되어야 하는 것은 아니다. 가열챔버(400)를 냉각하는 단계(S660)는 가열챔버(400) 내측의 진공챔버(500)의 온도를 냉각시키기 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 진공챔버(500)의 제2 공간(20) 내에서 수행되는 진공침탄 열처리 및 이에 부속하는 템퍼링 등의 처리는 반드시 동일한 온도에서만 수행되어야 하는 것은 아니며, 제2 공간(20) 내의 온도를 더 낮은 수준으로 변경해야 하는 경우도 있다. 이를 위해 진공챔버(500)의 온도를 낮추어야 하는 경우, 가열챔버(400)를 냉각시킴으로써 진공챔버(500)의 온도를 더 쉽게 강하시킬 수 있다.

한편, 가열챔버(400)를 냉각하는 단계(S660)는 가열챔버(400)의 외표면이 과도히 높은 온도로 상승하여 사람 및 물체에게 해를 끼치는 것을 방지하기 위해 수행될 수도 있다. 이 경우, 제2 공간(20) 내부를 가열 및 감압하는 단계(S650)에 의해 가열챔버(400)의 표면이 특정 온도에 다다르거나 제2 공간(20) 내부를 가열 및 감압하는 단계(S650)가 시작된지 소정 기간의 시간이 지난 후 가열챔버(400)를 냉각하는 단계가 수행될 수 있다.

제2 공간(20) 내에 진공침탄 열처리에 요구되는 온도 및 압력이 조성된 상태에서, 제2 공간(20) 내주면의 복수의 노즐(520)을 통해 처리가스를 주입하는 단계(S670)가 수행될 수 있다. 제2 공간(20)은 전술한 바와 같이 원통형 형상을 가질 수 있으며, 복수의 노즐(520)들이 원통형 형상의 내주면에 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되고 길이 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다. 처리가스를 주입하는 단계(S670)에서 처리가스는 이와 같이 진공챔버(500)에 배치된 복수의 노즐(520)을 통해 주입될 수 있다. 처리가스가 한 지점에서만 주입되지 않고 복수개의 위치에 배치된 노즐(520)을 통해 주입됨에 따라, 제2 공간(20) 내에는 아세틸렌 등의 처리가스가 공간 전체에 균일하게 주입될 수 있다.

처리가스를 주입하는 단계(S670)는 설정된 시간 동안 지속될 수 있으며, 이로 인해 제2 공간(20) 내부의 피처리대상(50)에는 진공침탄 열처리가 가해질 수 있다.

전술한 바와 같이, 진공침탄 열처리는 섭씨 1000도 전후의 매우 높은 온도에서 진행되므로, 진공챔버(500) 내에 설정치의 부압이 유지되지 않으면, 즉 의도치 않게 압력 증가가 발생하면, 진공챔버(500) 내의 공기가 높은 온도로 인해 급격하게 팽창하여 압력 증가가 폭발의 수준에 이르기까지 갑작스럽게 증가할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 차단도어(350)가 진공챔버(500) 일측의 내측개구부(15)를 진공챔버(500)의 외측에서 폐쇄하고, 차단도어(350)에서 내측개구부(15)를 향하는 표면 반대측의 표면은 다른 물체에 접촉하지 않으므로, 진공챔버(500)의 제2 공간(20) 내에 과도한 압력이 발생하면 차단도어(350)가 개방되어 일차적으로 압력 강하가 일어나고, 이어서 힌지(170)에 의해 결합된 로딩도어(150)가 힌지(170)를 중심으로 회전하면서 로딩도어(150)가 개방되어 이차적으로 압력 강하가 일어날 수 있다. 이는 진공침탄로(1000)의 오작동으로 인한 폭발을 방지하고 부품들이 비산하여 안전 사고의 위험성이 커지는 것을 방지할 수 있다.

처리가스를 주입하는 단계(S670) 이후에는 제2 공간(20) 내의 온도 및 압력 조건을 변경하는 단계(S680)가 수행될 수 있다. 제2 공간(20)의 온도 및 압력 조건을 변경하는 단계는 처리가스를 주입하는 단계(S670)가 시작된 이후에 시작될 수 있으며, 반드시 처리가스를 주입하는 단계(S670)가 종료된 후 시작되어야 하는 것은 아니다. 필요에 따라 제2 공간(20)의 온도를 상승시키거나 하강시킬 수 있고, 압력을 상승시키거나 하강시킬 수 있으며, 변경된 조건 하에서 피처리대상(50)이 템퍼링을 거치게 할 수 있다.

피처리대상(50)에 템퍼링 등을 포함하여 진공침탄 열처리 과정이 완료되면, 다시 내측개구부(15)를 개방하는 단계(S690)가 수행될 수 있다. 이는 차단도어(350)를 수용샤프트(300)의 수용공간(17)으로 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이 수용공간(17)은 제3 공간(30)과 연통하여 유사한 온도 조건 및 동일한 압력 조건 하에 있으며, 이에 진입하게 되는 차단도어(350)는 과도한 온도 차이를 경험하지 않게 된다.

내측개구부(15)가 개방된 상태에서 피처리대상(50)을 다시 제2 공간(20)으로부터 제1 공간(10)으로 이송하는 단계(S700)가 수행될 수 있다. 피처리대상(50)을 제2 공간(20)으로부터 제1 공간(10)으로 이송하는 단계(S700)는 제2 공간(20) 내의 온도와 압력이 변경된 후에 수행될 수도 있다.

피처리대상(50)이 제1 공간(10)으로 이송된 후, 피처리대상(50)을 ??칭하는 단계(S710)가 수행될 수 있다. 여기서, 승강대(240)는 피처리대상(50)을 냉각챔버(200) 하부의 저유 공간(12)에 수용된 ??칭오일 등의 유체(미도시)에 설정된 시간 동안 침지시킬 수 있다. 피처리대상(50)이 ??칭으로 인해 급격히 냉각됨에 따라 특정 온도에서 발생할 수 있는 원하지 않는 물리적/화학적 과정을 최소화시킬 수 있다.

피처리대상(50)의 ??칭(S710)이 완료된 후, 로딩도어(150)를 개방하는 단계가 수행될 수 있고, 피처리대상(50)은 진공침탄로(1000)의 외부로 언로딩될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 진공침탄로(1000) 및 진공침탄 방법에 따르면, 진공챔버(500)가 원통형 형상의 공간을 형성하게 하고 복수의 노즐(520)이 원통형 형상의 원주 방향 및 길이 방향을 따라 등간격으로 배치하고 인접한 발열체(510) 사이의 중간 지점에 위치하게 하여 효과적으로 처리가스가 진공챔버(500)의 공간 내에 균일하게 분포되게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 진공챔버(500) 내에서 의도치 않은 압력 증가가 발생하더라도 로딩도어(150)와 차단도어(350)가 이에 자연스럽게 반응하여 압력 증가를 해소하게 하고, 또한 진공챔버(500)를 에워싸는 가열챔버(400)의 표면을 냉각시킴으로써 가열챔버(400) 주위의 안전성을 증가시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1000: 진공침탄로
5: 출입개구부 10: 제1 공간
15: 내측개구부 17: 수용 공간
20: 제2 공간 30: 제3 공간
100: 로딩유닛 200: 냉각챔버
300: 수용샤프트 400: 가열챔버
500: 진공챔버

Claims (10)

1. 피처리대상에 침탄 열처리를 가하기 위한 진공침탄로로서,
   제1 공간을 내부에 형성하고 일측에 출입개구부가 구비된 냉각챔버;
   원통형 형상의 제2 공간을 내부에 형성하고 상기 냉각챔버의 타측에 위치하며 일측에 상기 제1 공간과 제2 공간을 연통하는 내측개구부가 구비된 진공챔버;
   상기 내측개구부를 개폐하도록 구성된 차단도어;
   상기 제2 공간 내에 배치된 발열체;
   상기 제2 공간 내부로 처리가스를 주입하도록 구성된 노즐; 및
   상기 출입개구부를 개폐하도록 구성된 로딩도어를 포함하되,
   상기 냉각챔버에서 상기 출입개구부가 형성된 도어측 표면은 위를 향하여 경사지게 형성되어 있으며, 상기 로딩도어는 그 상부가 힌지에 의해 상기 냉각챔버의 도어측 표면에 또는 상기 냉각챔버에 장착된 슬라이드바에 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 로딩도어의 테두리에는 플랜지가 형성되어 있고, 상기 로딩도어는 상기 플랜지에 의해 상기 도어측 표면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 도어측 표면에는 상기 플랜지에 대응하는 지지부가 형성되어 있고, 상기 플랜지와 상기 지지부 중 적어도 하나에는 씰링부재가 구비된 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐을 복수 개 포함하고,
   상기 복수의 노즐은 상기 원통형 형상의 내주면에서 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되고 상기 원통형 형상의 길이 방향을 따라 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 발열체는 상기 원통형 형상의 길이 방향을 따라 연장되는 복수의 선형 히터를 포함하고,
   상기 복수의 노즐 각각은 인접한 선형 히터 사이의 중간 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   제3 공간을 내부에 형성하고 상기 제3 공간 내에 상기 진공챔버를 수용하여 상기 진공챔버의 적어도 일부를 에워싸는 가열챔버를 더 포함하되,
   상기 가열챔버는 상기 제3 공간을 내부에 형성하는 내측 쉘 및 상기 내측 쉘을 에워싸는 외측 쉘을 포함하여 상기 내측 쉘과 상기 외측 쉘 사이에 단열공간이 형성되고, 상기 단열공간에는 상기 가열챔버를 냉각하기 위한 냉매가 주입되는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 내측개구부에 인접한 위치에서 상기 차단도어를 수용하는 수용공간을 내부에 형성하는 수용샤프트를 더 포함하되,
   상기 수용공간은 상기 제3 공간에 연통하는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각챔버는 상기 제1 공간의 하부에 유체를 수용하도록 구성되어 있고, 상기 제1 공간 내에서 상기 피처리대상을 지지하도록 구성된 승강대 및 상기 승강대를 상기 내측개구부에 대응하는 높이와 상기 유체에 침지되는 높이 사이에서 이동시키는 승강구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 냉각챔버는 상기 유체를 교반하도록 구성된 교반부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진공침탄로.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처리대상을 상기 냉각챔버에 로딩하도록 구성된 로딩유닛을 더 포함하는 진공침탄로.

Images