KR20090015632A - 열처리용 랙 세터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상하 방향과 좌우 방향으로 윈도우 구조를 하고 있어, 상하 좌우로 가스의 순환이 촉진되고 유기물의 배출이 용이한 열린 프레임 구조에 있어서, 열처리 대상물을 올려놓는 상부 프레임과, 상부 프레임으로부터 수직 방향으로 연장되는 다수의 지지 프레임을 포함하며, 상부 프레임은 방사상으로 형성되는 제1프레임과, 제1프레임과 적어도 일부분이 연결되는 제2프레임을 포함하고, 제1프레임이나 제2프레임 혹은 제1프레임과 제2프레임이 교차하는 부분에 다수의 슬릿이 형성되는 열처리용 랙 세터에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 열처리 환경에서 반복적인 사용과 열충격에도 불구하고 랙 세터의 구조적인 안정성이 확보되며, 다양한 형태의 성형체를 대량으로 열처리할 수 있다.

세터, 프레임, 슬릿, 열처리

Description

열처리용 랙 세터{RACK SETTER FOR FIRING}

본 발명은 랙 세터에 관한 것으로, 대상물의 열처리를 위하여 반복적으로 사용하는 경우에도 열충격에 의한 균열이나 파괴가 감소된 새로운 형상의 랙 세터를 제안한다.

다양한 형태의 전자 부품, 기계적 부품의 제조에는 여러가지 재질의 성형품이 이용된다. 근래의 각종 첨단 제품에는 특히 세라믹이나 금속 재질의 박형 구조나 복잡한 형상의 구조물이 이용되며, 이들의 성형에는 출발 물질 이외에도 성형성을 부여하기 위하여 각종 첨가물이 포함된다. 최종 제품에는 유기물 등의 첨가물이 배제되어야 하므로 통상적으로 성형품의 열처리가 수행된다.

성형품의 열처리에는 열처리로에서 성형품이 안치된 상태로 열이 효율적으로 인가되도록 원형 또는 사각형의 세터(setter)가 이용된다. 일반적으로 세터는 고온에 견디기 용이한 내화성 재질로 형성되며, 열처리 가스의 순환 및 배출이 용이하도록 다공성 구조로 형성하기도 한다.

대량의 성형품을 한 번에 열처리하기 위해서는 세터를 적층하기 용이하여야 하며, 적층된 상태에서도 상하 좌우 방향으로의 가스 배출이 효과적이어야 한다. 그러나, 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 세터(100)는 내부 안착면(120)에 열처리 대상물이 놓인 채로 측벽(110)이 가로 막고 있어 가스의 원활한 흐름에 제한이 있다.

한편, 세터는 반복적으로 열처리 환경에 노출될 수 밖에 없는데 고온 및 상온 사이에서 급격하게 변화되는 열충격으로 인하여 구조적인 안정성이 저하될 수 밖에 없다. 특히, 세터의 구조가 프레임 형상일 경우에는 열팽창 정도가 국부적으로 차이가 생길 수 있으며, 이 경우 구조적으로 약한 부분에서 균열 내지 파손이 발생되어 세터의 내구성이 크게 저하될 수 있다. 불량 세터는 성형품의 열처리 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 세터의 잦은 교체로 인하여 최종 제품의 생산 단가를 상승시키는 요인이 되고 있다.

전자 부품 등의 첨단 고가 제품의 대량 생산 및 제조비 절감을 위해서는 장기간 사용에도 구조적인 안정성이 확보되면서 가스 배출이 용이한 구조의 새로운 세터의 개발이 절실히 요청된다.

따라서, 본 발명의 목적은 열처리 환경에서 장기간 구조적인 안정성을 확보할 수 있는 새로운 세터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 가스의 흐름 및 배출이 용이하며, 적층이 효과적인 새로운 세터를 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 열처리 대상물을 올려놓는 세터에 있어서, 상기 열처리 대상물이 직접 안착되는 윈도우 형태의 상부 프레임과, 하부에 공간을 형성하기 위하여 상부 프레임의 하부로 연장되는 윈도우 형태의 지지 프레임을 포함하는 열린 구조이며, 상기 상부 프레임은 다수의 직선 혹은 곡선이 교차하는 연속적인 랙 구조이며, 상기 상부 프레임의 일측에는 상기 직선 혹은 곡선의 일부가 단절되는 비연속적인 랙 구조가 연속적인 랙 구조와 혼합되어 있다.

상기 상부 프레임은, 프레임의 전체 형상을 결정하는 가장자리의 엣지 프레임과, 상기 엣지 프레임 사이를 연결하는 크로스 프레임으로 구성되고, 상기 엣지 프레임의 일측에 비연속적인 슬릿이 형성되어 단절되어 있다.

상기 엣지 프레임과 크로스 프레임이 교차하는 일측이 단절되어 있다.

상기 상부 프레임은, 프레임의 전체 형상을 결정하는 가장자리의 엣지 프레임과, 상기 엣지 프레임 사이를 연결하는 크로스 프레임으로 구성되고, 상기 크로 스 프레임의 일측이 단절되어 있다.

상기 상부 프레임은, 프레임의 전체 형상을 결정하는 가장자리의 엣지 프레임과, 상기 엣지 프레임 사이를 연결하는 크로스 프레임과, 상기 엣지 프레임의 내측에서 크로스 프레임과 교차하는 인사이드 프레임을 포함하고, 상기 인사이드 프레임의 일측이 단절되어 있다.

상기 지지 프레임과 대응되는 엣지 프레임의 상면에는 지지 프레임의 단부가 삽입되는 안착홈을 더 포함한다.

상기 상부 프레임은, 반경 방향으로 연장되는 제1프레임과, 상기 제1프레임과 교차하는 제2프레임을 포함한다.

상기 상부 프레임은 점대칭의 형상이고, 점대칭의 중심으로부터 반지름 방향으로 연장되는 제1프레임과, 점대칭의 중심으로부터 동일한 거리에 있고, 제1프레임과 교차하는 제2프레임을 포함한다.

상기 제1프레임과 교차하지 않는 제2프레임의 일 지점에서 비연속적인 슬릿이 다수 형성된다.

상기 제1프레임과 제2프레임은 교차하여 연결되거나 혹은 교차하지만 연결은 되지 않는다.

상기 제2프레임은 원호 형상이다.

상기 제1프레임과 동일한 거리에 있는 제2프레임이 복수 개이고, 상기 제2프레임 혹은 제1프레임과 연결되는 교차점에 비연속적인 슬릿이 다수 형성된다.

상기 상부 프레임의 상면에는 메쉬가 더 설치되고, 상기 메쉬는 상부 프레임 과 상기 지지 프레임 사이에 개재되어 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열처리용 랙 세터에 의하면 열충격으로 인한 프레임의 균열을 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따르면, 랙 세터를 장기간 열처리 환경에서 사용하더라도 열충격에 따른 균일이나 파손이 방지되어 구조적인 안정성 및 제품 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 랙 세터는 구조가 간단하여 제조 원가를 절감할 수 있으며, 열처리 대상물 주변으로 산소 분위기 또는 공기 분위기 등의 분위기 조절이 매우 용이하며, 열에 의해 분해되는 유기물의 배출이 용이하다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열처리용 랙 세터의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 세터의 구성을 나타내는 사시도이다. 본 발명의 랙 세터(200)는 열처리 대상물을 올려놓는 상부 프레임과, 상부 프레임으로부터 수직 방향으로 연장되는 적어도 셋 이상의 지지 프레임(230)를 포함한다. 본 실시예에서는 네 개의 지지 프레임(230)이 형성되어 있다.

상기 상부 프레임은 망목 구조 또는 바퀴 형태의 방사상 골격 구조로 되어 있고, 세라믹 성형체, 금속 성형체 등 열처리될 대상물이 놓이기에 적당한 안착부를 제공할 수 있도록 다양한 형태의 랙(rack) 구조로 설계될 수 있다. 즉, 상부 프레임은 특히 상하 수직 방향으로 가스의 순환 및 소통이 용이한 개방 구조를 갖 는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는 부가적으로 메쉬(mesh) 형상의 구조물을 상부 프레임 상면에 배치할 수도 있을 것이다.

상부 프레임은 중앙으로부터 방사상으로 형성되는 제1프레임(210)과, 상기 제1프레임(210)과 적어도 일부분이 연결되며 제1프레임 외주부에 위치하는 제2프레임(220)을 포함한다. 상기 제1프레임(210)은 동일 간격 및 형상으로 배치되며, 상호 일단이 연결되는 복수의 서브 프레임(210a, 210b)으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제2프레임(220)은 다각형 또는 원형 등의 형상으로 형성될 수 있으며, 전체적으로 하나의 연속된 형태가 아닌 일부분이 끊어진 형태, 즉 적어도 하나 이상의 슬릿(slit)(225)이 형성된 형태가 바람직하다. 제2프레임(220)은 제1프레임(210)의 각 서브 프레임(210a, 210b)과 수직적으로 연결되는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정될 필요는 없다.

상기 제2프레임(220)에 형성되는 하나 이상의 슬릿(225)은 제1프레임(210)과 제2프레임(220)의 열팽창율 차이에 따른 상부 프레임의 균열 내지 파괴를 방지하는 역할을 한다. 도 2의 A 부분을 확대한 도 3을 참조하면, 제1프레임(210)의 서브 프레임(210c)의 일단은 제2프레임(220)과 일체적으로 연결되어 있다. 랙 세터의 재질을 동일 물질로 사용하더라도 상부 프레임의 구조적인 형상에 기인하여, 제1프레임(210)의 길이 방향 열팽창률(210x)은 제2프레임(220)의 길이 방향 열팽창률(220x)과 차이가 생길 수 있으며, 이러한 열팽창률 차이는 랙 세터의 구조적인 안정성을 저해할 수 있다. 즉, 랙 세터를 열처리 환경에서 고온과 상온 사이에서 장기간 반복적으로 사용할 때 열충격에 의하여 세터에, 특히 제1프레임(210)과 제2프레임(220) 사이에서 균열이 발생될 수 있다.

본 발명에서는 제2프레임(220)에 부분적으로 하나 이상의, 바람직하게는 복수의 슬릿(225)을 형성함으로써 열팽창에 따라 제2프레임이 수축 및 팽창을 반복하게 되더라도 균열을 야기시키지 않으며, 그 결과 랙 세터의 장기간 사용시에도 구조적인 안정성을 확보할 수 있다. 이와 같이 내구성이 향상된 랙 세터는 세라믹이나 금속 성형체 등으로 제조되는 전자 부품의 제조 단가를 낮추어 제품 경쟁력을 제고하는데 일조할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랙 세터(250)의 상부 프레임을 나타내는 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 상부 프레임은, 가장자리에서 상부 프레임의 전체 형상을 결정하는 엣지 프레임(260)과, 엣지 프레임(260) 사이를 연결하는 크로스 프레임(270)과, 엣지 프레임(270)의 내측에서 크로스 프레임(270)과 교차하는 인사이드 프레임(280)을 포함하고, 상기 인사이드 프레임(280)의 일측이 단절되어 다수의 슬릿(290)이 형성됨으로써, 열팽창에도 불구하고 엣지 프레임(260)이나 인사이드 프레임(280)의 균열을 방지할 수 있다. 상기 슬릿(290)은 크로스 프레임(270)에도 형성될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 엣지 프레임(160)의 형상은 원형에만 제한되는 것이 아니고, 사각형이나 그 밖의 형상으로도 성형이 가능하다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 랙 세터(300)의 상부 프레임을 보인 평면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 제1프레임은 내부 중앙의 중앙 프 레임(310)과 이 중앙 프레임으로부터 방사상으로 연장되는 복수의 서브 프레임(315a, 315b)을 포함한다. 상기 중앙 프레임(310)은 도시된 바와 같이 내부가 비어 있는 원형 고리 형태일 수도 있고, 이와 달리 도 7에 도시된 바와 같이 사각형이나 육각형 등의 다각형으로 형성할 수도 있을 것이다.

상기 서브 프레임(315a, 315b) 외주부에는 환형의 제2프레임(320)이 형성되어 있다. 앞선 도 3의 실시예에서와 달리, 제2프레임(320)과 서브 프레임(315a, 315b)이 만나는 연결 부위 중 일부에 슬릿(325)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 복수의 서브 프레임(315a, 315b) 중 일부분만이 제2프레임(320)과 연결되고 나머지 서브 프레임은 제2프레임과 단절된다. 도시된 바에 따르면, 총 네 개의 서브 프레임(315a)에 제2프레임이 연결되어 있고, 나머지 네 개의 서브 프레임(315b)에는 제2프레임이 연결되지 않은 채 제2프레임과 서브 프레임이 만나는 지점에 슬릿(325)이 존재하는 것을 볼 수 있다. 이러한 형태의 랙 세터는 제2프레임이 열충격에 의하여 수축과 팽창을 반복하더라도 제1프레임에 영향을 미치지 않아 열처리 환경에서 반복적인 사용에도 불구하고 구조적인 안정성을 더욱 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 랙 세터는 다수의 세터를 적층 하여 한 번에 많은 수의 부품을 열처리할 수 있도록 적층이 용이한 구조로 형성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 예를 들어 서브 프레임(315a)과 제2프레임(320)이 만나는 부위의 제2프레임(320) 상면에 홈(340)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이 홈(340)에 다른 랙 세터의 지지 프레임(330)가 안착 되도록 함으로써 랙 세터의 적층 시 안정성을 확 보할 수 있고, 여러 개의 세터를 수직으로 용이하게 적층 할 수 있을 것이다. 바람직하게는 상기 홈이 지지 프레임과 동일한 수 및 동일한 위치에 형성되는 것이 적절하다.

본 발명에 따른 랙 세터의 열처리 환경에서의 특성을 평가하기 위하여 다음과 같은 테스트를 수행하였다. 먼저, 도 6의 실시예에서와 유사한 형태로서, 슬릿이 존재하지 않는 세터(비교예), 슬릿이 제2프레임에 슬릿이 네 개 형성된 세터(실시예 1), 슬릿이 제2프레임에 여덟 개 형성된 세터(실시예 2)를 각각 제조하고, 이들을 상호 적층하여 총 15층의 수직 구조물로 준비하였다. 적층 순서는 비교예, 실시예 1, 실시예 2의 순서로 각각의 세터를 5개씩 번갈아 적재하였다. 또한, 비교예, 실시예 1, 실시예 2의 세터들 각각의 사이에는 하중을 부여하기 위하여 일정한 무게를 갖는 얇은 판재를 배치하였다.

적층된 각 세터들을 열처리로에 장입하고, 승온 속도를 35℃/min으로 하여 고온으로 승온시키고 2시간을 유지한 후, 다시 상온으로 로냉하여 각 세터들의 구조적인 안정성을 확인하였다. 온도 상승 및 유지, 로냉 과정은 도 9의 온도 변화 그래프에 도시한 바와 같다.

세터들의 구조적인 안정성 테스트 결과를 표 1에 나타내었으며, 전체적으로 볼 때 슬릿이 형성되지 않은 비교예의 세터는 균열이 발생되거나 부분적으로 파손되어 열충격에 따른 구조적인 안정성이 취약한 것으로 확인되었고, 본 발명에 따른 세터들은 균열이 없이 모두 양호한 안정성을 보였다.

[표 1]

	테스트 결과	비고
비교예	불량	맨 위에 적층된 세터는 양호
실시예 1	양호
실시예 2	양호

[표 1]의 결과로부터 본 발명에 따른 슬릿이 형성된 랙 세터는 열충격에 대하여 매우 안정된 구조적 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 랙 세터는 열처리로에서 단독으로 혹은 적층 상태로 열처리 과정이 수행될 수도 있으며, 탈지 및 소성이 연속적으로 수행되는 배치(batch) 시스템에도 효과적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 긴 로 내부에서 연속적인 열처리가 진행되고, 컨베이어 밸트에 의하여 이동되는 랙 세터 상의 열처리 대상물이 각 단계별로 탈지 및 소성이 차례로 진행되도록 할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명에 따른 랙 세터는 프레임 구조로서 상하 방향, 좌우 방향의 가스 순환이 용이하여 열처리 과정의 진행 중 유기물의 배출이 용이하고 균일한 가스 분위기를 확보할 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명의 랙 세터에 있어서 제1프레임은 반드시 직선형으로 한정될 필요는 없으며, 각형 구조, 망목 구조 또는 좀더 복잡한 곡선 형태로 형성될 수도 있다. 또한 제2프레임은 반드시 원형으로 형성될 필요는 없으며, 다각형 형태나 타원형 등으로 변형된 형상을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 랙 세터는 다공성 재질의 세라믹 물질로 형성될 수 있으며, 하나 이상의 내화성 재질이 복합되어 형성될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 열처리용 세터를 보인 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 세터를 보인 사시도.

도 3은 도 2의 A 부분 확대도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원형 랙 세터를 보인 평면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다각형 랙 세터를 보인 평면도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원형 랙 세터를 보인 평면도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다각형 랙 세터를 보인 평면도.

도 8은 도 6의 B 부분 확대도.

도 9는 본 발명의 랙 세터의 열처리 테스트시 온도 변화를 보인 그래프.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200, 250, 300: 랙 세터 210: 제1프레임

220: 제2프레임 225, 290, 325: 슬릿

230: 지지 프레임 260: 엣지 프레임

270: 크로스 프레임 280: 인사이드 프레임

310: 중앙 프레임 210a, 210b, 315a, 315b: 서브 프레임

340: 홈

Claims (9)

1. 열처리 대상물을 올려놓는 세터에 있어서,

   상기 열처리 대상물이 직접 안착되는 윈도우 형태의 상부 프레임;

   하부에 공간을 형성하기 위하여 상부 프레임의 하부로 연장되는 윈도우 형태의 지지 프레임; 을 포함하는 열린 구조이며,

   상기 상부 프레임은 다수의 직선 혹은 곡선이 교차하는 연속적인 랙 구조이며,

   상기 상부 프레임의 일측에는 상기 직선 혹은 곡선의 일부가 단절되는 비연속적인 랙 구조가 연속적인 랙 구조와 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 프레임은,

   프레임의 전체 형상을 결정하는 가장자리의 엣지 프레임;

   상기 엣지 프레임 사이를 연결하는 크로스 프레임; 으로 구성되고,

   상기 엣지 프레임 혹은 크로스 프레임의 일측에 비연속적인 슬릿이 형성되어 단절되는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 엣지 프레임과 크로스 프레임이 교차하는 일측에 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 프레임은,

   프레임의 전체 형상을 결정하는 가장자리의 엣지 프레임;

   상기 엣지 프레임 사이를 연결하는 크로스 프레임;

   상기 엣지 프레임의 내측에서 크로스 프레임과 교차하는 인사이드 프레임; 을 포함하고, 상기 인사이드 프레임의 일측이 단절되는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지 프레임과 대응되는 엣지 프레임의 상면에는 지지 프레임의 단부가 삽입되는 안착홈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 프레임은,

   반경 방향으로 연장되는 제1프레임;

   상기 제1프레임과 교차하는 제2프레임; 을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 프레임은 점대칭의 형상이고,

   점대칭의 중심으로부터 반지름 방향으로 연장되는 제1프레임;

   점대칭의 중심으로부터 동일한 거리에 있고, 제1프레임과 교차하는 제2프레임; 을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 제1프레임과 교차하지 않는 제2프레임의 일 지점에서 비연속적인 슬릿이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 제1프레임과 동일한 거리에 있는 제2프레임이 복수 개이고,

   상기 제2프레임 혹은 제1프레임과 연결되는 교차점에 비연속적인 슬릿이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리용 랙 세터.

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