JP2009115413A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ろう付け処理又は焼鈍処理において、熱処理時間を短縮する。
【解決手段】 真空に保持された第１加熱室２０にて高周波誘導加熱装置２１を用いて予備加熱を行った後、真空に保持された第２加熱室３０にて電気ヒータ４１の輻射熱を用いて本加熱を行う。これにより、短時間でワークＷを熱処理温度まで昇温することができるので、熱処理時間を短縮することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製品の熱処理を行う熱処理装置に関するもので、磁性焼鈍装置、又は金属製の部品を接合するろう接装置に適用して有効である。
因みに、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。

そして、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。

熱処理装置とは、金属製品（ワーク）を所定温度まで加熱するための装置である。（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３１１２０２号公報

しかし、特許文献１に記載の熱処理装置では、水素ガスやアルゴンガス等の雰囲気を加熱器で加熱し、この加熱された雰囲気を介してワークを加熱（昇温）させているので、ワークを所定温度まで加熱昇温するのに時間を要し、熱処理時間を短縮することが難しいという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、熱処理時間を短縮することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、高周波誘導加熱装置にてワークを加熱する第１加熱室と、第１加熱室にて加熱されたワークが搬入され、略真空状態でヒータから発せられる輻射熱にてワークを加熱する第２加熱室とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、金属製の部品からなるワークをろう接するための熱処理装置であって、高周波誘導加熱装置にてワークを加熱する第１加熱室と、第１加熱室にて加熱されたワークが搬入され、略真空状態でヒータから発せられる輻射熱にてワークを加熱する第２加熱室とを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、金属加工品の焼鈍処理を行うための熱処理装置であって、高周波誘導加熱装置にてワークを加熱する第１加熱室と、第１加熱室にて加熱されたワークが搬入され、略真空状態でヒータから発せられる輻射熱にてワークを加熱する第２加熱室とを備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、第１加熱室内が略真空に保持された状態で高周波誘導加熱装置に通電されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、第１加熱室と第２加熱室とは、常に連通していることを特徴とする。

本発明では、第１加熱室、つまり高周波誘導加熱装置にてワークを予め加熱した後に第２加熱室でワークを加熱するので、雰囲気を介してワークを加熱・昇温させる手段のみを用いてワークを加熱・昇温させる特許文献１に記載の発明に比べて、短時間でワークを昇温させることができ、短時間で熱処理を完了させることが可能となる。

本実施形態は、本発明に係る熱処理装置を銅製の部品とステンレス製の部品とからなるワーク（ろう付け製品）のろう付け装置（ろう接装置）に適用したものであり、以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。

（第１実施形態）
１．ろう付け装置の概略
図１は、本発明の実施形態に係るろう付け装置の模式図（概念図）である。そして、本実施形態に係るろう付け装置は、予備真空室１０、第１加熱室２０、第２加熱室３０、第１冷却室４０及び第２冷却室５０等をワークの搬送方向に直列に配設したものである。

そして、ワークＷは、予備真空室１０→第１加熱室２０→第２加熱室３０→第１冷却室４０→第２冷却室５０の順に搬送されながら加熱・冷却されていき、ワークが第２冷却室５０から搬出された時点でワークＷのろう付け（熱処理）が完了する。

ところで、ろう付け（ろう接）では、前述したように、溶加材（ろう材）を溶加材の融点以上まで加熱して母材を溶融させることなく複数の部品を接合する接合方法であるので、ワークＷをろう付けするには、ワークＷを少なくともろう材の融点以上の温度まで加熱する必要がある。

そこで、本実施形態では、第１加熱室２０にてワークＷをろう材の融点近くまで加熱した後（以下、この加熱工程を予備加熱工程という。）、第２加熱室３０でワークＷをろう付け温度まで加熱（以下、この加熱工程を本加熱工程という。）してワークＷをろう付けし、その後、第１冷却室４０及び第２冷却室５０にてワークＷを冷却する。

２．予備加熱工程
第１加熱室２０は、加熱室内を略真空（例えば、０．１Ｔｏｒｒ以下）とした状態でワークＷを高周波加熱誘導装置２１にて加熱するものであり、高周波加熱誘導装置２１は、周知のごとく、コイルに高周波電流を通電することにより、ワークＷに誘導電流を発生させ、その誘導電流によるジュール熱（ジュール損）によりワークＷを加熱するものである。

ところで、第１加熱室２０にワークＷを搬入するための搬入口２０Ａが、直接、大気側に開口していると、第１加熱室２０にワークＷを搬入する度に第１加熱室２０内の圧力が大気圧となるので、第１加熱室２０内の圧力を略真空まで下げるに要する時間が長くなるとともに、第１加熱室２０内の空気や不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）を吸引する第２真空ポンプ２２の負荷が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態では、第１加熱室２０の搬入口２０Ａ側に予備真空室１０を設け、直接ワークＷを第１加熱室２０に搬入する構成とせず、先ず、ワークＷを予備真空室１０に搬入し、予備真空室１０内の圧力を低下させた後、予備真空室１０の搬出口１０Ｂと第１加熱室２０の搬入口２０Ａとを仕切る第２開閉扉７２を開いて、ワークＷを第１加熱室２０に搬入する構成としている。

なお、第１開閉扉７１は予備真空室１０の搬入口１０Ａを開閉する扉であり、第３開閉扉７３は、第１加熱室２０の搬出口２０Ｂと第２加熱室３０の搬入口３０Ａとを仕切る扉であり、第１真空ポンプ１１は予備真空室１０内の空気や不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）を吸引するポンプ手段である。

また、第１バルブ１２は予備真空室１０と第１真空ポンプ１１の吸入側とを繋ぐ通路を開閉するバルブであり、第２バルブ２３は第１加熱室２０と第２真空ポンプ２２の吸入側とを繋ぐ通路を開閉するバルブであり、第３バルブ１３は予備真空室１０に導入する不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）の導入口を開閉するバルブであり、第４バルブ２４は第１加熱室２０に導入する不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）の導入口を開閉するバルブである。

また、予備真空室１０及び第１加熱室２０各々には、ワークＷを搬送するためのベルトコンベア６１、６２が配設されており、これらのベルトコンベア６１、６２は、耐熱性に優れた金属製のメッシュベルトからなるものである。

３．本加熱工程
第２加熱室３０は、予備加熱工程が終了したワークＷをろう付け温度まで加熱するためのものであり、この第２加熱室３０では、内部を略真空（例えば、０．１Ｔｏｒｒ以下）とした状態で電気ヒータ（シーズヒータ）３１の輻射熱を利用してワークＷを加熱する。

そして、第２加熱室３０においても、真空中でワークＷの加熱が行われるため、第２加熱室３０の搬出口３０Ｂ側には、搬出口３０Ｂと第１冷却室４０の搬入口４０Ａとを仕切る第４開閉扉７４が設けられている。

また、第３真空ポンプ３２は、第２加熱室３０内の空気や不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）を吸引するものであり、第５バルブ３３は第２加熱室３０と第３真空ポンプ３２の吸入側とを繋ぐ通路を開閉するバルブであり、第６バルブ３４は第２加熱室３０に導入する不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）の導入口を開閉するバルブである。

なお、ベルトコンベア６３はワークＷを搬送するためのものであり、このベルトコンベア６３も、ベルトコンベア６１、６２と同様に耐熱性に優れた金属製のメッシュベルトからなるものである。

４．冷却工程
第１冷却室４０及び第２冷却室５０は、第１加熱室２０及び第２加熱室３０にて加熱・ろう付けが終了したワークＷを冷却するためのものである。

なお、本実施形態では、第２加熱室３０からワークＷを搬出して冷却する際に、第２加熱室３０の温度が大きく低下することを抑制するために、ワークＷの冷却を第１冷却室４０と第２冷却室５０とに分けて行っており、第１冷却室４０及び第２冷却室５０の構造は同じである。

すなわち、第４真空ポンプ４１は、第１冷却室４０内の空気や不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）を吸引するものであり、第７バルブ４２は第１冷却室４０と第４真空ポンプ４１の吸入側とを繋ぐ通路を開閉するバルブであり、第８バルブ４３は第１冷却室４０に導入する不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）の導入口を開閉するバルブである。

また、第５開閉扉７５は第１冷却室４０の搬出口４０Ｂと第２冷却室５０の搬入口５０Ａとを仕切る扉であり、ファン４４は第１冷却室４０内に導入された不活性ガスを撹拌してワークＷの冷却を促進するものであり、第１リリーフバルブ４５は、第１冷却室４０内の圧力が大気圧より高い所定の圧力（本実施形態では、０．２ＭＰａ）以上となったときに第１冷却室４０内の圧力を減圧するためのバルブである。

また、第５真空ポンプ５１は、第２冷却室５０内の空気や不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）を吸引するものであり、第９バルブ５２は第２冷却室５０と第５真空ポンプ５１の吸入側とを繋ぐ通路を開閉するバルブであり、第１０バルブ５３は第２冷却室５０に導入する不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）の導入口を開閉するバルブである。

また、第６開閉扉７６は第２冷却室５０の搬出口５０Ｂを開閉する扉であり、ファン５４は第２冷却室５０内に導入された不活性ガスを撹拌してワークＷの冷却を促進するものであり、第２リリーフバルブ５５は、第２冷却室５０内の圧力が大気圧より高い所定の圧力（本実施形態では、０．２ＭＰａ）以上となったときに第２冷却室５０内の圧力を減圧するためのバルブである。

なお、ベルトコンベア６４、６５はワークＷを搬送するためのものであり、このベルトコンベア６４、６５も、ベルトコンベア６１、６２と同様に耐熱性に優れた金属製のメッシュベルトからなるものである。

そして、ワークＷを冷却する際には、第１冷却室４０及び第２冷却室５０それぞれを密閉状態とした後、各々の冷却室４０、５０に不活性ガスを導入して内部の圧力を大気圧より高い所定の圧力とした状態でファン４５、５５を回転させる。

なお、第１〜１０バルブ１２〜５３、第１真空ポンプ１１〜第５真空ポンプ５１、第１〜６開閉扉７１〜７６及びベルトコンベア６１〜６５の作動は、図示しない電子制御装置にて制御されている。

５．ろう付け装置の作動
ワークＷは、予備真空室１０→第１加熱室２０→第２加熱室３０→第１冷却室４０→第２冷却室５０の順に搬送されながら、予備加熱工程及び本加熱工程を経て加熱されることによりろう付けされた後、第１冷却室４０及び第２冷却室５０にて冷却される。以下、その詳細を説明する。

高周波加熱誘導装置２１は、電磁誘導用のコイルとワークＷとの配置関係や通電時間によってワークＷに発生する誘導電流が大きく変化してしまうので、コイルとワークＷとの配置関係が変動すると、ワークＷを適切に加熱昇温することが非常に難しくなる。

そこで、本実施形態では、ベルトコンベア６２を停止させてコイルに対してワークＷを静止させた状態として上で、第２、３開閉扉７２、７３を閉じて第１加熱室２０内の真空状態を維持しながらワークＷを加熱する。

すなわち、第１加熱室２０にてワークＷを加熱昇温させる際には、先ず、少なくとも第２開閉扉７２を閉じた状態で、第１開閉扉７１を開いてワークＷを予備真空室１０に搬入した後、第１開閉扉７１を閉じて予備真空室１０を密閉した状態で第１真空ポンプ１１にて予備真空室１０内の圧力を低下させるとともに、予備真空室１０内の空気（特に、酸素）を吸引除去する。

なお、予備真空室１０にワークＷを搬入する際には、事前に予備真空室１０内に不活性ガスを導入して予備真空室１０内の圧力を大気圧と同等程度まで複圧した後、第１開閉扉７１を開くが望ましい。

次に、第１開閉扉７１、第２開閉扉７２及び第３開閉扉７３を閉じた状態で、第３バルブ１３を開いて予備真空室１０内の圧力と第１加熱室２０内の圧力とが略同等なるまで予備真空室１０内を復圧させた後、第２開閉扉７２を開くとともに、ベルトコンベア６１、６２を作動させてワークＷを第１加熱室２０に搬入する。

そして、第１加熱室２０へのワークＷの搬入が完了すると、第２開閉扉７２を閉じた後、第２真空ポンプ２２を作動させて予備真空室１０から第１加熱室２０内に流入した不活性ガスを吸引除去し、第１加熱室２０内を略真空（０．１Ｔｏｒｒ以下）とし、ベルトコンベア６２を停止させてコイルに対してワークＷを静止させた状態でコイルに通電してワークＷをろう付け温度近くまで加熱昇温させる。

また、第１加熱室２０での加熱昇温が完了すると、第２開閉扉７２及び第３開閉扉７３を閉じた状態で、第４バルブ２４を開いて第１加熱室２０内の圧力と第２加熱室３０内の圧力とが略同等なるまで第１加熱室２０内を復圧させた後、第３開閉扉７３を開くとともに、ベルトコンベア６２、６３を作動させてワークＷを第２加熱室３０に搬入する。

なお、第１加熱室２０内を復圧させる理由は、第１加熱室２０と第２加熱室３０との圧力差が大きい場合には、第３開閉扉７３が不動状態となり、第３開閉扉７３の開閉制御ができなくなるためである。したがって、第２加熱室３０が既に略真空となっている場合には、第１加熱室２０に不活性ガスを導入して復圧させる必要はない。

そして、第２加熱室３０へのワークＷの搬入が完了すると、第３開閉扉７３を閉じた後、第３真空ポンプ３２を作動させて第１加熱室２０から第２加熱室３０内に流入した不活性ガスを吸引除去するとともに、第２加熱室３０内を略真空（０．１Ｔｏｒｒ以下）とし、ベルトコンベア６３を停止させて電気ヒータ３１に通電し、電気ヒータ３１から発せられる輻射熱にてワークＷをろう付け温度まで加熱昇温させる。

なお、ワークＷを第２加熱室３０に搬入する時点で既に第２加熱室３０が略真空となっているときには、第３真空ポンプ３２を作動させることなく、ベルトコンベア６３を停止させて電気ヒータ３１に通電してワークＷをろう付け温度まで加熱昇温させる。

そして、第２加熱室３０での加熱昇温が完了すると、第３開閉扉７３及び第４開閉扉７４を閉じた状態で、第６バルブ３４を開いて第２加熱室３０内の圧力と第１冷却室４０内の圧力とが略同等なるまで第２加熱室３０内を復圧させた後、第４開閉扉７４を開くとともに、ベルトコンベア６３、６４を作動させてワークＷを第１冷却室４０に搬入する。

なお、第２加熱室３０内を復圧させる理由は、第１加熱室２０を復圧させた理由と同じであり、第４開閉扉７４の開閉制御ができなくなることを防止するためである。したがって、ワークＷを第１冷却室４０に搬入する時点で第１冷却室４０が略真空となっている場合には、第２加熱室３０に不活性ガスを導入して復圧させる必要はない。

そして、第１冷却室４０へのワークＷの搬入が完了すると、第４開閉扉７４及び第５開閉扉７５が閉じられた後、第４真空ポンプ４１を作動させて第１冷却室４０内のガス（特に、酸素）を吸引除去した後、ベルトコンベア６４を停止させた状態で、第８バルブ４３を開いて不活性ガスを第１冷却室４０に導入して内部の圧力を大気圧より高い所定の圧力とした状態でファン４４を回転させる。

なお、前述したように、第１冷却室４０へワークＷが搬入される前に既に第１冷却室４０内が略真空となっている場合には、第８バルブ４３を開いて不活性ガスを第１冷却室４０に導入して内部の圧力を大気圧より高い所定の圧力とした状態でファン４４を回転させる。

また、ワークＷを第２冷却室５０に搬入する前に、第５真空ポンプ５１を作動させて第２冷却室５０内の空気等を吸引除去し、その後、第１０バルブ５３を開いて不活性ガスを第２冷却室５０に導入して、第１冷却室４０内の圧力のと第２冷却室５０内の圧力とがほぼ等しくなったときに、第５開閉扉７５を開いてワークＷを第２冷却室５０に搬入し、ファン５４を回転させる。

そして、第２冷却室５０での冷却が完了すると、第２冷却室５０内の圧力を大気圧まで低下させた後、第６開閉扉７６を開いてワークＷをろう付け装置から搬出する。
なお、上記の作動説明は、特定のワークＷに着目してろう付け装置の作動を説明したが、実際には、予備加熱工程、本加熱工程及び冷却工程は同時に行われている。このため、実際の真空ポンプの作動タイミング及び不活性ガスの導入タイミング等は、前工程及び後工程も考慮したタイミングで決定され、前述したタイミングとならない場合もある。

６．本実施形態に係るろう付け装置の特徴
第１加熱室２０の高周波加熱誘導装置２１は、ワークＷに誘導電流を発生させ、その誘導電流によるジュール熱（ジュール損）によりワークＷを加熱するので、非常に短時間でワークＷを昇温させることができる。

したがって、本実施形態に係るろう付け装置のごとく、第１加熱室２０、つまり高周波加熱誘導装置２１にてワークＷを予め加熱した後に第２加熱室３０でワークＷを加熱すれば、雰囲気を介してワークＷを加熱・昇温させる手段のみを用いてワークＷを加熱・昇温させる特許文献１に記載の発明に比べて、短時間でワークＷを昇温させることができ、ろう付け製品の生産性を更に向上させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、図２に示すように、第３開閉扉７３を廃止し、第１加熱室２０と第２加熱室３０とを常に連通させたものである。

すなわち、上述したように、第３開閉扉７３の開閉制御を確実なものとするために、第１実施形態では、第３開閉扉７３を開閉する際に、第１加熱室２０及び第２加熱室３０に不活性ガスを導入して両加熱室３０、３０間の圧力差を小さくしていた。

しかし、第１加熱室２０及び第２加熱室３０では共に略真空に保持された密閉空間内でワークＷを加熱するので、第３開閉扉７３を廃止して第１加熱室２０と第２加熱室３０とを常に連通させた状態としても何ら問題がない。

そこで、本実施形態では、第３開閉扉７３を廃止し、第１加熱室２０と第２加熱室３０とを常に連通させ、１つの加熱空間を構成している。
なお、電気ヒータ３１の輻射熱により第１加熱室２０内も加熱されるので、予備加熱工程の短縮化を期待することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る熱処理装置をろう付け装置に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、金属加工品の焼鈍処理を行うための焼鈍装置にも適用することができる。なお、焼鈍装置とろう付け装置とでは加熱温度が異なるが、熱処理装置の構成は実質的に同一である。

また、上述の実施形態では、ワークＷの冷却を２つの冷却室で行ったが本発明はこれに限定されるものではなく、１つの冷却室又は３つ以上の冷却室で実行してもよい。
また、上述の実施形態では、大気圧以上に不活性ガスを加圧した状態でファンを回転させてワークＷを冷却したが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の概念図である。 本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の概念図である。

符号の説明

１０…予備真空室、１０Ａ…搬入口、１０Ｂ…搬出口、１１…第１真空ポンプ、
１２…第１バルブ、１３…第３バルブ、２０…第１加熱室、２０Ａ…搬入口、
２０Ｂ…搬出口、２１…高周波加熱誘導装置、２２…第２真空ポンプ、
２３…第２バルブ、２４…第４バルブ、３０…第２加熱室、３０Ａ…搬入口、
３０Ｂ…搬出口、３１…電気ヒータ、３２…第３真空ポンプ、３３…第５バルブ、
３４…第６バルブ、４０…第１冷却室、４０Ａ…搬入口、４０Ｂ…搬出口、
４１…第４真空ポンプ、４２…第７バルブ、４３…第８バルブ、
４５…ファン、４５…第１リリーフバルブ、５０…第２冷却室、５０Ａ…搬入口、
５０Ｂ…搬出口、５１…第５真空ポンプ、５２…第９バルブ、５３…第１０バルブ、
５４…ファン、５５…第２リリーフバルブ、６１〜６５…ベルトコンベア、
７１…第１開閉扉、７２…第２開閉扉、７３…第３開閉扉、７４…第４開閉扉、
７５…第５開閉扉、７６…第６開閉扉。

Claims (5)

1. 高周波誘導加熱装置にてワークを加熱する第１加熱室と、
   前記第１加熱室にて加熱された前記ワークが搬入され、略真空状態でヒータから発せられる輻射熱にて前記ワークを加熱する第２加熱室と
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 金属製の部品からなるワークをろう接するための熱処理装置であって、
   高周波誘導加熱装置にてワークを加熱する第１加熱室と、
   前記第１加熱室にて加熱された前記ワークが搬入され、略真空状態でヒータから発せられる輻射熱にて前記ワークを加熱する第２加熱室と
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
3. 金属加工品の焼鈍処理を行うための熱処理装置であって、
   高周波誘導加熱装置にてワークを加熱する第１加熱室と、
   前記第１加熱室にて加熱された前記ワークが搬入され、略真空状態でヒータから発せられる輻射熱にて前記ワークを加熱する第２加熱室と
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
4. 前記第１加熱室内が略真空に保持された状態で前記高周波誘導加熱装置に通電されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱処理装置。
5. 前記第１加熱室と前記第２加熱室とは、常に連通していることを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。

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