JP2013545067A - 多重デッキチャンバー型熱処理炉 - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの水平なチャンバー炉（１６・１７・１８）を有する熱処理炉ハウジング（１１）を有し、前記チャンバー炉は一つが他の一つの上に来るように上下に配置され、前記各チャンバー炉は一側の炉壁（１２）に開口（１３・１４・１５）を有し、そして当該開口は炉扉（２０・２１・２２）により閉じることができる、ワークピース（１９・１９´）を加熱するための多重デッキチャンバー型熱処理炉（１０）において、炉扉（２０・２１・２２）の横断軸線が炉壁（１２）との間に０°よりも大きく４５°よりも小さい角度αを成すように、前記炉扉が付随する前記チャンバー炉の前記開口の前部に配置され、前記炉扉の横断軸線は前記炉扉の水平軸線と垂直に延びており、前記炉扉はこれらの横断軸線に沿って直線的に動くことができることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークピースを加熱するための多重デッキチャンバー型熱処理炉に関し、特に、少なくとも２つの水平なチャンバー炉を有する熱処理炉ハウジングを有し、前記チャンバー炉は一つが他の一つの上に来るように上下に配置され、各チャンバー炉は少なくとも一側の炉壁に開口を有し、そして当該開口は炉扉により閉じることができる、当該多重デッキチャンバー型熱処理炉に関する。このような熱処理炉は、とりわけ、自動車産業に用いられるワークピースを加熱するのに採用することができる。

今日だけでなく将来においても、自動車産業の主要な到達点となり得るべきものには、燃料消費量の減少、ＣＯ_２排出量の低減、そして乗客の安全の向上が含まれる。燃料消費量を低減し、そしてＣＯ_２排出量を低減するために、一般的に採用されている方法は、例えば、車両の重量を低減するという方法である。しかしながら、同時に乗客の安全も向上させるためには、車体パネルに採用される鋼品質は、とても強く、しかも重量が軽いものでなければならない。

結果として、車体パネルの鋼品質であって、重量に対する強度の比率が好適な値を示す鋼品質に対し、大きな関心が寄せられている。これは、一般的に、いわゆるプレス焼入れ又は熱間鍛造の過程により成し遂げることができる。この過程においては、シート状の金属のパーツが８００℃〜１０００℃（華氏１４７２度〜１８３２度）まで加熱され、それから冷却鋳型により成形され急冷される。この過程により、パーツの強度が約３倍に増加する。プレス焼入れは、加熱処理、成形、そして同時に制御冷却と組み合わせることにより、車体パネルをより軽量にかつより硬くすることができる。

通常は、このようなシート状の金属のパーツは、６枚ぐらいまでの個々のシートが互いに隣り合うように及び／又は互いに前後となるように配置されてパックとされて、細長いローラハース熱処理炉又はウォーキングビーム熱処理炉により約９００℃（華氏１６５２度）のオーステナイト温度にまで加熱される。Ｓｉ−Ａｌコーティングをする場合、パーツは約９５０℃（華氏１７４２度）の拡散温度にまで加熱される。Ｓｉ−Ａｌコーティングにおいては、より長い保持時間である約５分程度が必要となる。これらの理由により、必要とされる熱処理炉は、長さが４０メートルぐらいまでとなるように設計される。そのため、この長さが原因で、これらの熱処理炉には莫大なスペースが必要であるという難点が通常存在する。しかしながら、このような設置長さは、近年の自動車プレス工場において、容易に省コストで適合することは困難である。

このため、スペースを抑えるために、水平に、一つが他の一つの上に来るように上下に配置される複数のフロアを有する熱処理炉を採用する可能性が考えられる。このような熱処理炉は、階層熱処理炉とも呼ばれる。ここで、個々の熱処理炉のフロアは引き出し要素により構成され、当該引き出し要素は、ワークピースを載せたり取り出したりするために熱処理炉から水平に引き出すことができる。例えば、独国特許発明第１０２００６０２０７８１Ｂ３号明細書には、鋼薄板を加熱するための階層熱処理炉が開示されており、それには複数の熱処理炉のフロアが水平に、一つが他の一つの上に来るように上下に配置されており、各フロアは少なくとも一つ鋼薄板に対応している。しかしながら、比較的高いチャンバー炉に設けられた棚状の支持構造の上に、複数の金属のシートを一つが他の一つの上に来るように載せることも可能である。

金属のシート又は金属のシートのパックを、一つが他の一つの上に来るように上下に載せることのできる階層熱処理炉又は多重チャンバー熱処理炉の場合、上下に配置される個々の熱処理炉デッキの高さを出来る限り低くすることがとても重要となる。そうすることにより、熱処理炉の全体的な高さは、用いられているグリッパー技術をコスト的に実現することが可能なものとなる。さらに、内部の温度に起因する煙突圧力が高くなり過ぎないようにしなくてはならない。コーティングされていない金属シートに対しては無酸素不活性ガスが用いられなくてはならないため、熱処理炉の中においても気流が発生することを避けなければならない。さらに、いかなる気流の発生も避けられなければならない。そうでなければ、下側の扉の近辺の温度が、制御することが困難又は不可能なような加熱曲線の原因となるからである。

このタイプの第一の熱処理炉は、スライド式の扉を有し、また、チャンバー炉として構成される連続的な内部空間を有する。また、一側にスイング式の扉を有するタイプの熱処理炉も既に存在している。しかしながら、これらのデザインでは、スライド式の扉においては完全にぴったりとはシールされることがなく、そしてスイング式の扉においては大きな体積の空気の動きを招く、という難点を有する。さらに、スイング式の扉の場合、スイングして扉を開くためには広いスペースが要求されるという難点もある。

独国特許発明第１０２００６０２０７８１Ｂ３号明細書

この背景の下に、本発明の目的は、金属シートのパーツを加熱するための多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、上下に配置される複数の熱処理炉のフロアと、扉をしっかりとシールする機構と、を有する多重デッキチャンバー型熱処理炉を提供することである。この多重デッキチャンバー型熱処理炉は、上述の仕様にも対応するものである。

本発明によれば、この目的は、独立請求項１の特徴を有する多重デッキチャンバー型熱処理炉により達成される。当該多重デッキチャンバー型熱処理炉の有利な改良は、従属請求項２〜１５の結果として生じる。

ワークピースを加熱するための本発明に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉は、少なくとも２つの水平なチャンバー炉を有する熱処理炉ハウジングを有し、前記チャンバー炉は一つが他の一つの上に来るように上下に配置され、各チャンバー炉は一側の炉壁に開口を有し、そして当該開口は炉扉により閉じることができる。前記炉扉の横断軸線が前記炉壁との間に０°よりも大きく４５°よりも小さい角度αを成すように、前記炉扉が付随する前記チャンバー炉の前記開口の前部に配置される。ここで、前記炉扉の前記横断軸線は前記炉扉の水平軸線と垂直に延びている。さらに、本発明によれば、前記炉扉はこれらの横断軸線に沿って直線的に動くことができる。

一つが他の一つの上方に配置されるチャンバー炉の炉扉の本発明に関する構成により、熱処理炉及びチャンバー炉の寸法に関係なく、過程を通じてぴったりと閉まる扉の機構を実現することができる。これは、炉扉の傾斜により、狭いスペースにおいても、当該炉扉が直線的に動くことができるからである。このとき、一つの扉が他の一つの扉の動きを邪魔することはない。チャンバー炉がとても低くなるように設計された場合においても、炉扉をぴったりとシールすることが可能であり、例えば従来のスイング式の扉の場合のような空気の入換えが起こることは特にない。とりわけ、一番上及び一番下の炉扉を除いて、各炉扉は隣接する炉扉に沿って直線的に動かすことができる。結果として、本発明の前記扉の構造を採用することにより、チャンバー炉の高さを非常に低く設計することができ、熱処理炉の全体的な高さを小さくすることができる。結果として、当該熱処理炉の全体的な高さは、用いられているグリッパー技術をコスト的に実現することが可能なものとなる。

さらに、本発明に係る前記扉の機構においてはそれほどスペースが必要ではなく、特に、従来のように前記扉をスイングして開けるようにするために前記熱処理炉の周囲にスペースを設ける必要がない。さらに、前記炉扉は直線的に動かすことができるので、前記熱処理炉の中にも気流が入って来ることを避けることができる。これは、例えば従来のスイング式の扉では実現できなかったことである。それにも関わらず、前記炉扉は、ぴったりとシールされるように設計することができ、逃げ出る不活性ガスの量を最小限とするために、部分的に開けることも可能としている。

本発明の一つの実施形態においては、前記チャンバー炉は中間デッキによりそれぞれ互いに分離されており、当該中間デッキは前記熱処理炉ハウジングの中に取り外し可能に取り付けられる。好ましくは、前記中間デッキは、前記熱処理炉ハウジングの中に取り付けられた支持構造の上に実質的に気密に載置されている。この実施形態により、前記熱処理炉の組み立てが容易となり、問題となっている適用に適合した適切な材料で作られた中間デッキを形成することが可能となる。例えば、前記中間デッキは、放射熱透過性石英板として構成することができる。このように構成することにより、気体が熱処理炉の中に混入し混ざることを防止することができる一方、放射熱は中間デッキを通過するようにすることができる。さらに、当該中間デッキは、前記熱処理炉ハウジングの中で有害な煙突圧力が生じることを防止できる。

本発明の一つの実施形態においては、支持構造は、前記熱処理炉ハウジングの内壁に取り付けられた少なくとも２つの対向する支持ビームにより形成され、当該支持ビームは前記熱処理炉ハウジングの側壁に沿って延びており、前記各中間デッキは、互いに対向するように配置された２つの支持ビームの上に載置される。このように、簡単な方法により、実質的に気密となるように前記中間デッキを載せられるように、支持構造を組み立てることができる。

ここで、前記支持ビームは、例えば、ブリッジを有するビームとして構成され、少なくとも一つのフランジが前記ブリッジに対して垂直となるように位置付けられ、前記少なくとも一つのフランジは水平に延びていて、前記中間デッキは、支持ビームの前記少なくとも一つのフランジの上に載置される。好ましくは、前記中間デッキが載せられる前記少なくとも一つのフランジはブリッジの下端に設けられ、そして前記中間デッキはそれぞれ、支持ビームのこの下側のフランジに載置される。さらに、前記支持ビームの前記ブリッジにはそれぞれ少なくとも一つの凹所が設けられ、当該凹所を、前記多重デッキチャンバー型熱処理炉の加熱手段としての放射管が貫通し、当該各放射管は前記熱処理炉ハウジングの前記側壁に嵌め込まれている。このような実施形態は、前記ビームの下側のフランジは中間デッキの座面を作るために有利に用いることができ、一方で、ワークピースを加熱するための放射管は前記中間デッキの上に直接的に配置することができることを意味している。そして、ワークピースが前記放射管の上方に配置されたら（例えば、ワークピースがダブルＴ型ビームの上側のフランジに載置されたら）、放射管は下方からワークピースを加熱することができる。一方で、生成した熱は、下方のチャンバー炉の中にも放射される。

好ましくは、前記支持構造は繊維強化酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）製である。なぜならば、この材料は軽量で、かつ高い耐熱性を示すからである。

前記炉扉は好ましくは個々の駆動部によって動かされる、いずれの場合にも、個々の駆動部は炉扉の側面に取り付けられ、そしてそれは前記関連する炉扉と噛み合っている。好ましくは、前記個々の駆動部の動作は、同期シャフトにより前記炉扉の反対側の側面に伝達され、前記同期シャフトは前記炉扉の水平長手方向の軸に沿って延びている。この実施形態によれば、炉扉の両側面に２つの駆動部を設けるやり方と比べて、コンパクトな構成とすることができる。

さらに、前記炉扉は、部分的に又は全体的に発泡セラミックにより作られているものとすることができる。発泡セラミックは、熱伝導性が低く、熱膨張係数の値も小さいため、一つの炉扉が他の一つの炉扉の前方に動かされた場合においても、当該炉扉の寸法安定性が保たれ、そのためぴったりとシールされた状態に保たれるという利点を発揮する。

さらに、少なくとも前記開口を有する前記炉壁は、前記熱処理炉の前面を安定させることを目的としてこれを冷却することができるように構成されている。この目的のために、前記炉壁の前部及び／又は内部に設けられたパイプシステムの中を例えば冷却剤が流れる。ここで、各炉扉の前記同期シャフトの少なくとも特定の部分は、このパイプシステムの中を通るものとすることができる。このように構成することにより、スペースを取らず、前記同期シャフトが過剰な熱にさらされることから保護することができ、そのため当該同期シャフトは折れ曲がらない。

本発明の付加的な利点、特別な特徴及び実際上の改良は、従属請求項、及び、図を参照した好適な実施形態についての以下の説明により、結果として起こる。

本発明に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉の一つの実施形態についての概略縦断面図。 炉扉が開いた状態の、図１に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉。 図１に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉についての概略横断面図。 図１に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉の拡大断面図であり、個々の駆動部を概略的に描写している。 ２つの側に炉扉を設けた場合の、多重デッキチャンバー型熱処理炉の三次元の図。 （ａ）炉扉が閉じた状態のときの、駆動部の詳細な側面図。（ｂ）図６（ａ）において炉扉が開こうとしているときの詳細な図。 （ａ）炉扉が閉じた状態のときの、駆動部の詳細な図であり、熱処理炉の内側から見たときの後面図。（ｂ）図７（ａ）において炉扉が開こうとしているときの詳細な図。

図１は本発明に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉１０の一つの実施形態を示しており、当該多重デッキチャンバー型熱処理炉１０は、３つのチャンバー炉１６・１７・１８を備える外側熱処理炉ハウジング１１を有する。ここで、チャンバー炉１６・１７・１８はそれぞれ水平に延びており、一つが他の一つの上に来るように上下に配置される。このように、この実施形態においては、３つのチャンバー炉１６・１７・１８が上下に積み重ねられて配置される場合のみを示しているが、チャンバー炉の数として他の数を選択することもできる。

ワークピース１９・１９´は、各チャンバー炉１６・１７・１８の中で加熱手段により加熱される。ここで、複数のワークピースを前記チャンバー炉の中において隣り合うように及び／又は互いに背後となるように配置することができる。ここで、前記ワークピースは前記熱処理炉の中に個別に積み込まれてもよく、あるいは、典型的には６枚までのワークピースを１つのパックにして積み込まれてもよい。前記ワークピースは、例えば、コーティングされた又はコーティングされていない鋼板から成る金属薄板であり、これはその後にプレス加工されて硬化される。ここで、前記金属板の厚みはほぼ１．５ｍｍ程度の厚さである。しかしながら、本発明に係る熱処理炉は、他の適用目的にも用いることができる。

各チャンバー炉の少なくとも一側には、炉壁に設けられた開口が付随する。当該開口を通して、加熱するために前記ワークピースを熱処理炉１０の中に置くことができ、また加熱過程が終了したら取り出すことができる。ここでは、図１に示される実施形態に表されているように、各チャンバー炉１６・１７・１８は、右手側の炉壁１２にただ一つの開口１３・１４・１５を有するものとすることができ、当該開口１３・１４・１５を通して、前記ワークピースを熱処理炉１０の中に置くことができ、またそこから取り出すことができる。しかしながら、各チャンバー炉の付随する炉扉に２つの対向する開口が設けられているものとすることもできる。このように構成した場合、前記チャンバー炉には供給側の炉扉を通してワークピースが連続的に搭載され、その一方で、これらのワークピースは加熱過程が終了した後に反対側の取り除き側の炉扉から取り出される。

チャンバー炉１６・１７・１８の各開口１３・１４・１５は、炉壁１２の外側に配置される炉扉２０・２１・２２により、個別に閉めることができる。ここで、炉扉２０・２１・２２の横断軸線は炉壁１２に対して角度αを成して延びている。当該角度αは、０°よりも大きく４５°よりも小さい。それ故に、熱処理炉１０の側方から見れば分かるように、前記炉扉は炉壁１２に対して傾斜している。

長手軸線という用語は通常、部材の最も長く延びた方向に対応する当該部材の軸線を指す。一方で、部材の横断軸線は、この長手軸線に対して垂直に延びている。典型的には、前記熱処理炉を前方から見たら、前記炉扉はその高さよりも幅が広くなるように構成されているものである。これは、前記チャンバー炉は、その水平方向に延びた幅と比べて、高さは低くなるように構成されているものだからである。このため、炉扉の長手軸線は通常水平方向に延びる一方、その横断軸線はこの長手軸線に対して垂直に延び、炉壁１２に対して角度αを成していると考えられる。すなわち横断軸線は、傾斜に関わらず、本質的には垂直に延びているのである。しかしながらこの発明においては、横断軸線とは、炉扉の寸法に関係なく、当該炉扉の水平な主軸線に対して垂直に延びる主軸線のことを常に指す。ここでは、炉扉の厚み方向に延びる軸線は考慮に入れられるべきではない。

各炉扉２０・２１・２２は、個々の駆動部によって、この傾斜した横断軸線に沿って直線的に動かされることができる。好ましくは、前記炉扉は、隣接する炉扉に沿って直線的に動くこととすることができる。これは図２において、真ん中の扉２１を動かす場合を例示している。この例示においては、真ん中の炉扉２１が、これの上方に配置された炉扉２０に沿って上方に直線的に動かされて、そうすることにより、炉扉２０の後方に配置される炉壁１２に形成された開口１４が開放される。こうすることにより、この開口を通してワークピース１９´を取り出すことができ、そして新しいワークピースを前記熱処理炉の中に配置することができる。

閉じた状態においては、炉扉２０・２１・２２は、好ましくは屋根板のように重なり合い、炉扉の下部の領域はそれの下に配置される炉扉により部分的に覆われるようになっている。しかしながら、図１に示した実施形態においては、このことは一番下の炉扉２２については明らかに当てはまらない。一番下の炉扉２２は、これよりも下に他の炉扉が存在しないので、その下部領域がむき出しの状態となっている。しかしながら、炉扉が下方に向かって傾斜し、これらが下方に向かって直線的に動かされることにより下方に向かって開放されるように、炉扉を構成することもできる。この場合、炉扉の配置及び重なり合う箇所は前記と逆になる。このような実施形態は、炉扉を動かす際に当該炉扉の重力が利用できる点において、有利である。

ここで、全ての炉扉２０・２１・２２を同時に開けることができ、あるいは、それぞれの炉扉が個々の駆動部によって別個に動かされるものとすることもできる。このように構成することにより、好ましくは炉扉を部分的に開けることができ、そうすることにより、不活性ガスだけではなく、放射熱も、確保しておくことができる。

前記炉扉が屋根板のように配置されることにより、当該炉扉は十分にしっかりと密閉されることとなる。ここで、前記炉扉の間の間隙は約１ｍｍが許容範囲であり、当該炉扉は過程を通じて隙間がぴったりと閉まっていると考えることができる。前記扉が開くときに当該扉が炉扉の中の熱にさらされてゆがんでしまわないようにするために、各炉扉は全体的に又は少なくとも部分的には発泡セラミックで作られている。当該発泡セラミックは、熱伝導率が低く、熱膨張係数が約１×１０^−７Ｋ^−１である。このことにより、一つの炉扉が他の一つの前方に動かされたようなときでさえ、前記扉は寸法的に安定した状態に保たれ、そのためしっかりと密閉することができる。

図１、２及び３に示すように、個々のチャンバー炉１６・１７・１８は中間デッキ４０・４１によりそれぞれ互いに分離されている。それ故に、３つのチャンバー炉１６・１７・１８につき２つの中間デッキ４０・４１が設けられている。しかしながら、好ましくは、これらの中間デッキ４０・４１は熱処理炉ハウジング１１に取り外せないように固定されているのではなく、むしろ、熱処理炉ハウジング１１の中に取り外し可能に取り付けられている。中間デッキ４０・４１は、例えば、熱処理炉ハウジング１１の中の支持構造の上に載置されている。この支持構造は、複数の支持ビームで形成されているものとすることができる。

前記支持構造の配置及び機能について、図３に基づいて説明する。図３は、熱処理炉ハウジング１１の両側に３つの支持ビーム３０・３１・３２及び３０´・３１´・３２´が形成された構成から成る好ましい支持構造を概略横断面図で示している。これらの支持ビームは前記熱処理炉の内側に取り付けられているか、或いは部分的にその中に配置されており、いずれの場合にも、２つの支持ビームは、同じ高さで対向するように位置付けられている。好ましくは、これらはダブルＴ型ビームであるが、フランジが一つのみのＴ型ビームやその他の好適な支持ビームを適用することも可能である。前記ビームのフランジ３５は水平に延びており、前記ビームのブリッジ３３は垂直に延びており、このような構成により中間デッキ４０・４１を前記フランジの上に載せることができる。

図３に示した実施形態の場合のように、ダブルＴ型ビームが適用された場合、中間デッキ４０・４１は好ましくは下側のフランジ３５の上に載置される。なお、描写を簡潔なものとするために、支持ビーム３０の下側のフランジのみに参照符号３５を付している。それ故に、中間デッキ４０・４１の幅は、熱処理路１０が組み立てられたときに、２つの支持要素の間に中間デッキ４０・４１を配置し、下側のフランジ３５の上に載置することができるような長さとなるように選択される。実際の実施においてアドヴァンテージとなることが確かな前記中間デッキの寸法は、例えば５００ｍｍ×５００ｍｍである。前記チャンバー炉の間の実質的な気密性シールは、前記中間デッキに固有の重量がある結果得られるものである。ここで、前記中間デッキと保持フランジとの間には、小さな隙間があっても構わない。

しかしながら、２つの平行な支持ビームの間の距離を小さくするために、チャンバー炉の側壁の間に付加的な支持ビームが取り付けられているものとすることもできる。このようにした場合、前記中間デッキのサイズも縮小され、そして各中間デッキは２つの支持ビームの上に載せられる。

好ましくは、前記中間デッキは、赤外線スペクトルの放射線に対し高透磁性の石英ガラス板である。ここで、７００ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の赤外線放射に対しての約９８％の透磁性を優先する。前記中間デッキの構造により、熱処理炉ハウジング１１を複数のチャンバー炉に分割するのが簡単となる。各チャンバー炉の高さは、熱処理炉１０の全体的な高さを小さくするために、出来る限り低くなるように選択することができる。チャンバー炉の高さは、例えば、約１５０ｍｍから２００ｍｍ程度の高さである。

特に、ダブルＴ型ビームを備える一つの実施形態においては、ワークピースの寸法がこれに適合する場合には、前記ワークピース又はワークピースのパック１９・１９´を、前記支持ビームの上側フランジ３４の上に直接的に載せることができる。ここで、図３においては、同様に、ビーム３０の上側のフランジのみが参照符号３４を付して示してある。しかしながら、分離構造は前記熱処理炉の中に設けることもでき、そこに前記ワークピースを置くことができる。さらに、左手側の支持ビーム３０・３１・３２から右手側の支持ビーム３０´・３１´・３２´へと延びる追加の交差ビームが、付随する支持ビームの上側のフランジ３４に取り付けられているものとすることもできる。そうした場合、同様に前記ワークピースを追加の交差支持構造の上に載せることができ、その結果、前記熱処理炉の横幅をより有効に利用するために、複数のワークピース又はワークピースのパックを隣同士に載せることができる。また、前記熱処理炉の側壁に外側のビームがあるだけではなく、これらのビームの間に追加の平行なビームを有するような、実施形態を選択することにより、同様の利点を達成することができる。

熱処理炉１０の加熱手段として機能する放射管５０・５１・５２が凹所３６に挿入されるように、複数の凹所３６が前記支持ビームのブリッジ３３に設けられているものとすることができる。これらの放射管５０・５１・５２は、熱処理炉ハウジング１１の側壁に取り付けられ、凹所３６を通って前記支持ビームの中を延びていて、前記チャンバー炉の中の端から端まで延びている。結果として、放射管５０・５１・５２は前記チャンバー炉の中の一側の、ワークピースの下方に配置され、そのため前記ワークピースは均一に加熱される。これらはガス加熱放射管とすることができ、或いは電気抵抗加熱性の放射管とすることができる。当該放射管の直径は、約５０ｍｍから１５０ｍｍ程度の大きさである。

中間デッキ４０・４１が実質的に気密にシールされるこの配置においては、ワークピース１９・１９´と共に入ってきた空気中の酸素が隣接するチャンバー炉に混入し混合されることを防ぐことができ、また一方で放射管の放射熱は透過できるようにすることができる。

一般的に知られる熱処理炉でワークピースのキャリヤとして通常用いられる材料は、耐熱性ステンレス鋼又は脆性セラミックである。金属のキャリヤは所定の時間・温度の負荷を過ぎたら固有の重量に起因して次第にたわみ、約半年ぐらいの短い作動時間を過ぎたらひっくり返されなければならない。その結果、次第にたわむ過程は逆にされる。これは鋼鉄をひどく老朽化させるため、この過程は、ワークピースのキャリヤに亀裂が形成されて取り替えなくてはならなくなるまでに２、３回繰り返すことができるのみである。一方で、脆性セラミックのキャリヤは、例えば、使用されるローディング装置に起因するほんの少しの衝撃や衝突により破壊されてしまう。

このため、支持ビーム３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´のために提案される材料は、特に純粋なＡｌ_２Ｏ_３繊維と適切な焼結結合剤から成る繊維強化セラミックの形のセラミック繊維複合材料である。この複合材料の比重は、鋼のおよそ３分の１であるが、その温度耐性は鋼よりも５倍高い。さらに、この複合材料は、例えばプレス工場で直面する大まかな動作条件に応じて、必要衝撃力及び衝撃抵抗を有する。

前記炉扉を横断軸線に沿って直線的に動かすのに、そして好ましくは隣接する炉扉に沿って動かすのに、用いられる個々の駆動部は、異なる方法で構成することができる。一つの実施形態においては、それは電気モーターであり、或いは、シリンダーに収容されるピストンロッドを有する空圧駆動である。このような駆動部は、図４の詳細な図の中に示してある。描写を簡潔にするために、真ん中の炉扉２１の駆動部のみを示してある。図４においてこの真ん中の扉は開いている。さらに、駆動部全体はハウジングの中に配置されていてもよく、及び／又は他の構成要素を有していてもよい。図４の概略図では、あり得る駆動部の基本原理のみを示すことを意図している。

他の炉扉２０及び２２については、同一の駆動部が前記熱処理炉の同じ側に備えられているものとすることができる。或いは、スペースに関係する理由から、駆動部は前記炉扉の異なる側に交互に配置されるものとすることもできる。後者の場合には、図４に示すように、炉扉２０及び２２の駆動部は、前記熱処理炉の後方に配置され、同様に炉扉２１の図示された駆動部と同一のものとすることができる。

ピストンロッド６３が炉扉２１に取り付けられ、当該ピストンロッド６３は、下方に配置され前記熱処理炉ハウジングに固定されたシリンダー６４に適合する。シリンダー６４も、ピストンロッド６３も、炉扉２１の横断軸線と平行に延びており、そのためこれらは炉壁１２に対して傾斜している。ピストンロッド６３が動くと、炉扉２１はこれの上方に配置された炉扉２０に沿って、上方へ又は下方へ直線的に動く。さらに、前記炉扉の直線的な動きを助力し、そして当該炉扉が前方へ傾くのを防止するために、この目的のためにガイドやその他の手段（ここでは示していない）を設けることとすることもできる。

さらに、冷却パイプ６０・６０´・６０´´を炉壁１２の開口１４・１５・１６の領域に設けることができる。これらの冷却パイプ６０・６０´・６０´´は、この領域の前記熱処理炉の前面を冷却するために、水のような冷却剤を運搬するのに用いられる。冷却パイプ６０・６０´・６０´´は、互いに直列的に接続されていてもよく、或いは、互いに分離して冷却剤が個別に供給されるものとすることもできる。

図５の三次元の図は、一つが他の一つの上に位置している４つの炉扉に対してどのように駆動部が配置され得るかを示している。ここで、この実施形態においては、開口及び関連する炉扉は、熱処理炉１０の両側に設けられている。シリンダーとピストンロッドを有する駆動部が上下に配置され、互いにオフセットとなるように配置される。このような構成により、各ピストンロッドはそれに関連するシリンダーの中で動くことができ、そうすることによりそれに関連する炉扉が直線的に動くことができる。ここで、図５で示した図では駆動部は全て前面に配置されているが、既に言及したように、スペースに関連する理由から、各第二の駆動部は熱処理炉１０の後面に配置することもできる。

好ましくは、駆動部の作動力は炉扉の側面で作用する。しかしながら、これは作動時に炉扉の一側に圧力を与えることとなり、当該炉扉の変形を招くこととなる。そのため、作動力が均等に伝達されるようにするために、駆動部の動きは好ましくは同期シャフト６５により反対側へと、すなわちその炉扉の反対側の側面へと、伝達される。それ故に、同期シャフト６５は炉扉の長手軸線に沿って水平方向に延びている。前記炉扉が閉まっている時は、同期シャフト６５は前記扉の上側領域に位置している。本発明の一つの実施形態においては、付随する同期シャフトの少なくとも特定の部分は、前記熱処理炉の前面の冷却システムの冷却パイプの中を通るものとすることができる。そうすることにより、デザインがよりコンパクトとなり、スペースを抑えることができる。さらに、このように構成することにより、同期シャフトが冷却されることともなり、屈曲することを防ぐことができる。

作動力は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に概略的に示したように、例えばラックピニオンギアにより、同期シャフトを経由して伝達されるものとすることができる。ここで、図６（ａ）には、閉じた状態の時の真ん中の炉扉２１と、それの駆動部と、を示してある。隣接する炉扉２０及び２２は、またもや駆動部なしの状態で示してある。ラック６１が炉扉２１に又はピストンロッド６３に取り付けられており、このラック６１は炉扉２１の横断軸線に沿って延びている。炉扉２１がピストンロッド６３により駆動されることにより動いたとき、この前記ラックはピニオン６２と互いに噛み合う。この過程は、図６（ｂ）において、動きを示す矢印により示してある。ここで、ピストンロッド６３とそれに伴いラック６１とが上方へ動いた場合、ピニオン６２は反時計回りに回転する。ピニオン６２は同期シャフト６５に固定されており、そのためこれは同様に反時計回りに回転する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、前記熱処理炉の内側から見たときの、この作動力伝達機構の概略的な後面図を示している。そのため、真ん中の炉扉２１の同期シャフト６５が、当該炉扉の前方に配置されている。他の２つの炉扉２０・２２は単に破線で示してある。上述のピニオン６２は同期シャフト６５に固定されており、もう１つのピニオン６２´は炉扉２１の反対側で同期シャフト６５上に配置されている。こちら側にも、もう１つのラック６１´が炉扉２１に設けられており、これが第二のピニオン６２´と互いに噛み合っている。

図７（ａ）は、前記炉扉が閉じている状態の時を示しており、真ん中の炉扉２１の同期シャフト６５が当該炉扉２１の上側領域に配置されている。その後、図７（ｂ）に矢印で示されるように、前記炉扉がピストンロッド６３により上方に動かされた場合、ピニオン６２が回転し、この回転は同期シャフト６５を介して反対側のピニオン６２´に伝達される。結果として、反対側のラック６１´も上方へと動き、炉扉２１のもう一方の側面に上方への力を与える。それ故に、動く時には、炉扉２１の両方の側面において上方へ又は下方への垂直な力が作用する。そのため、炉扉２１には均一に圧力が加えられ、作動時に曲がったりすることがない。ピニオン６２・６２´とラック６１・６１´との噛み合いを助力するために、ガイド（ここでは示していない）を設けることもできる。当該ガイドは、前記炉扉の直線的な動きを確かなものとするためのものであり、前記ピニオンが前記ラックから外れることを防止するためのものである。

１０ 熱処理炉、多重デッキチャンバー型熱処理炉
１１ 熱処理炉ハウジング
１２ 炉壁
１３・１４・１５ 開口
１６・１７・１８ チャンバー炉
１９・１９´ ワークピース、ワークピースのパック
２０・２１・２２ 炉扉
３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´ 支持ビーム、ビーム
３３ ブリッジ
３４・３５ フランジ
３６ 凹所
４０・４１ 中間デッキ
５０・５１・５２ 放射管
６０・６０´・６０´´・６０´´´ 冷却パイプ
６１・６１´ ラック
６２・６２´ ピニオン
６３ ピストンロッド
６４ シリンダー
６５ 同期シャフト

本発明は、ワークピースを加熱するための多重デッキチャンバー型熱処理炉に関し、特に、少なくとも２つの水平なチャンバー炉を有する熱処理炉ハウジングを有し、前記チャンバー炉は一つが他の一つの上に来るように上下に配置され、各チャンバー炉は少なくとも一側の炉壁に開口を有し、そして当該開口は炉扉により閉じることができる、当該多重デッキチャンバー型熱処理炉に関する。このような熱処理炉は、とりわけ、自動車産業に用いられるワークピースを加熱するのに採用することができる。

今日だけでなく将来においても、自動車産業の主要な到達点となり得るべきものには、燃料消費量の減少、ＣＯ_２排出量の低減、そして乗客の安全の向上が含まれる。燃料消費量を低減し、そしてＣＯ_２排出量を低減するために、一般的に採用されている方法は、例えば、車両の重量を低減するという方法である。しかしながら、同時に乗客の安全も向上させるためには、車体パネルに採用される鋼品質は、とても強く、しかも重量が軽いものでなければならない。

結果として、車体パネルの鋼品質であって、重量に対する強度の比率が好適な値を示す鋼品質に対し、大きな関心が寄せられている。これは、一般的に、いわゆるプレス焼入れ又は熱間鍛造の過程により成し遂げることができる。この過程においては、シート状の金属のパーツが８００℃〜１０００℃（華氏１４７２度〜１８３２度）まで加熱され、それから冷却鋳型により成形され急冷される。この過程により、パーツの強度が約３倍に増加する。プレス焼入れは、加熱処理、成形、そして同時に制御冷却と組み合わせることにより、車体パネルをより軽量にかつより硬くすることができる。

通常は、このようなシート状の金属のパーツは、６枚ぐらいまでの個々のシートが互いに隣り合うように及び／又は互いに前後となるように配置されてパックとされて、細長いローラハース熱処理炉又はウォーキングビーム熱処理炉により約９００℃（華氏１６５２度）のオーステナイト温度にまで加熱される。Ｓｉ−Ａｌコーティングをする場合、パーツは約９５０℃（華氏１７４２度）の拡散温度にまで加熱される。Ｓｉ−Ａｌコーティングにおいては、より長い保持時間である約５分程度が必要となる。これらの理由により、必要とされる熱処理炉は、長さが４０メートルぐらいまでとなるように設計される。そのため、この長さが原因で、これらの熱処理炉には莫大なスペースが必要であるという難点が通常存在する。しかしながら、このような設置長さは、近年の自動車プレス工場において、容易に省コストで適合することは困難である。

このため、スペースを抑えるために、水平に、一つが他の一つの上に来るように上下に配置される複数のフロアを有する熱処理炉を採用する可能性が考えられる。このような熱処理炉は、階層熱処理炉とも呼ばれる。ここで、個々の熱処理炉のフロアは引き出し要素により構成され、当該引き出し要素は、ワークピースを載せたり取り出したりするために熱処理炉から水平に引き出すことができる。例えば、独国特許発明第１０２００６０２０７８１Ｂ３号明細書には、鋼薄板を加熱するための階層熱処理炉が開示されており、それには複数の熱処理炉のフロアが水平に、一つが他の一つの上に来るように上下に配置されており、各フロアは少なくとも一つ鋼薄板に対応している。しかしながら、比較的高いチャンバー炉に設けられた棚状の支持構造の上に、複数の金属のシートを一つが他の一つの上に来るように載せることも可能である。

金属のシート又は金属のシートのパックを、一つが他の一つの上に来るように上下に載せることのできる階層熱処理炉又は多重チャンバー熱処理炉の場合、上下に配置される個々の熱処理炉デッキの高さを出来る限り低くすることがとても重要となる。そうすることにより、熱処理炉の全体的な高さは、用いられているグリッパー技術をコスト的に実現することが可能なものとなる。さらに、内部の温度に起因する煙突圧力が高くなり過ぎないようにしなくてはならない。コーティングされていない金属シートに対しては無酸素不活性ガスが用いられなくてはならないため、熱処理炉の中においても気流が発生することを避けなければならない。さらに、いかなる気流の発生も避けられなければならない。そうでなければ、下側の扉の近辺の温度が、制御することが困難又は不可能なような加熱曲線の原因となるからである。

このタイプの第一の熱処理炉は、スライド式の扉を有し、また、チャンバー炉として構成される連続的な内部空間を有する。また、一側にスイング式の扉を有するタイプの熱処理炉も既に存在している。しかしながら、これらのデザインでは、スライド式の扉においては完全にぴったりとはシールされることがなく、そしてスイング式の扉においては大きな体積の空気の動きを招く、という難点を有する。さらに、スイング式の扉の場合、スイングして扉を開くためには広いスペースが要求されるという難点もある。

独国特許発明第１０２００６０２０７８１Ｂ３号明細書

この背景の下に、本発明の目的は、金属シートのパーツを加熱するための多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、上下に配置される複数の熱処理炉のフロアと、扉をしっかりとシールする機構と、を有する多重デッキチャンバー型熱処理炉を提供することである。この多重デッキチャンバー型熱処理炉は、上述の仕様にも対応するものである。

本発明によれば、この目的は、独立請求項１の特徴を有する多重デッキチャンバー型熱処理炉により達成される。当該多重デッキチャンバー型熱処理炉の有利な改良は、従属請求項２〜１５の結果として生じる。

ワークピースを加熱するための本発明に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉は、少なくとも２つの水平なチャンバー炉を有する熱処理炉ハウジングを有し、前記チャンバー炉は一つが他の一つの上に来るように上下に配置され、各チャンバー炉は一側の炉壁に開口を有し、そして当該開口は炉扉により閉じることができる。前記炉扉の横断軸線が前記炉壁との間に０°よりも大きく４５°よりも小さい角度αを成すように、前記炉扉が付随する前記チャンバー炉の前記開口の前部に配置される。ここで、前記炉扉の前記横断軸線は前記炉扉の水平軸線と垂直に延びている。さらに、本発明によれば、前記炉扉はこれらの横断軸線に沿って直線的に動くことができる。

一つが他の一つの上方に配置されるチャンバー炉の炉扉の本発明に関する構成により、熱処理炉及びチャンバー炉の寸法に関係なく、過程を通じてぴったりと閉まる扉の機構を実現することができる。これは、炉扉の傾斜により、狭いスペースにおいても、当該炉扉が直線的に動くことができるからである。このとき、一つの扉が他の一つの扉の動きを邪魔することはない。チャンバー炉がとても低くなるように設計された場合においても、炉扉をぴったりとシールすることが可能であり、例えば従来のスイング式の扉の場合のような空気の入換えが起こることは特にない。とりわけ、一番上及び一番下の炉扉を除いて、各炉扉は隣接する炉扉に沿って直線的に動かすことができる。結果として、本発明の前記扉の構造を採用することにより、チャンバー炉の高さを非常に低く設計することができ、熱処理炉の全体的な高さを小さくすることができる。結果として、当該熱処理炉の全体的な高さは、用いられているグリッパー技術をコスト的に実現することが可能なものとなる。

さらに、本発明に係る前記扉の機構においてはそれほどスペースが必要ではなく、特に、従来のように前記扉をスイングして開けるようにするために前記熱処理炉の周囲にスペースを設ける必要がない。さらに、前記炉扉は直線的に動かすことができるので、前記熱処理炉の中にも気流が入って来ることを避けることができる。これは、例えば従来のスイング式の扉では実現できなかったことである。それにも関わらず、前記炉扉は、ぴったりとシールされるように設計することができ、逃げ出る不活性ガスの量を最小限とするために、部分的に開けることも可能としている。

本発明の一つの実施形態においては、前記チャンバー炉は中間デッキによりそれぞれ互いに分離されており、当該中間デッキは前記熱処理炉ハウジングの中に取り外し可能に取り付けられる。好ましくは、前記中間デッキは、前記熱処理炉ハウジングの中に取り付けられた支持構造の上に実質的に気密に載置されている。この実施形態により、前記熱処理炉の組み立てが容易となり、問題となっている適用に適合した適切な材料で作られた中間デッキを形成することが可能となる。例えば、前記中間デッキは、放射熱透過性石英板として構成することができる。このように構成することにより、気体が熱処理炉の中に混入し混ざることを防止することができる一方、放射熱は中間デッキを通過するようにすることができる。さらに、当該中間デッキは、前記熱処理炉ハウジングの中で有害な煙突圧力が生じることを防止できる。

本発明の一つの実施形態においては、支持構造は、前記熱処理炉ハウジングの内壁に取り付けられた少なくとも２つの対向する支持ビームにより形成され、当該支持ビームは前記熱処理炉ハウジングの側壁に沿って延びており、前記各中間デッキは、互いに対向するように配置された２つの支持ビームの上に載置される。このように、簡単な方法により、実質的に気密となるように前記中間デッキを載せられるように、支持構造を組み立てることができる。

ここで、前記支持ビームは、例えば、ブリッジを有するビームとして構成され、少なくとも一つのフランジが前記ブリッジに対して垂直となるように位置付けられ、前記少なくとも一つのフランジは水平に延びていて、前記中間デッキは、支持ビームの前記少なくとも一つのフランジの上に載置される。好ましくは、前記中間デッキが載せられる前記少なくとも一つのフランジはブリッジの下端に設けられ、そして前記中間デッキはそれぞれ、支持ビームのこの下側のフランジに載置される。さらに、前記支持ビームの前記ブリッジにはそれぞれ少なくとも一つの凹所が設けられ、当該凹所を、前記多重デッキチャンバー型熱処理炉の加熱手段としての放射管が貫通し、当該各放射管は前記熱処理炉ハウジングの前記側壁に嵌め込まれている。このような実施形態は、前記ビームの下側のフランジは中間デッキの座面を作るために有利に用いることができ、一方で、ワークピースを加熱するための放射管は前記中間デッキの上に直接的に配置することができることを意味している。そして、ワークピースが前記放射管の上方に配置されたら（例えば、ワークピースがダブルＴ型ビームの上側のフランジに載置されたら）、放射管は下方からワークピースを加熱することができる。一方で、生成した熱は、下方のチャンバー炉の中にも放射される。

好ましくは、前記支持構造は繊維強化酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）製である。なぜならば、この材料は軽量で、かつ高い耐熱性を示すからである。

前記炉扉は好ましくは個々の駆動部によって動かされる、いずれの場合にも、個々の駆動部は炉扉の側面に取り付けられ、そしてそれは前記関連する炉扉と噛み合っている。好ましくは、前記個々の駆動部の動作は、同期シャフトにより前記炉扉の反対側の側面に伝達され、前記同期シャフトは前記炉扉の水平長手方向の軸に沿って延びている。この実施形態によれば、炉扉の両側面に２つの駆動部を設けるやり方と比べて、コンパクトな構成とすることができる。

さらに、前記炉扉は、部分的に又は全体的に発泡セラミックにより作られているものとすることができる。発泡セラミックは、熱伝導性が低く、熱膨張係数の値も小さいため、一つの炉扉が他の一つの炉扉の前方に動かされた場合においても、当該炉扉の寸法安定性が保たれ、そのためぴったりとシールされた状態に保たれるという利点を発揮する。

さらに、少なくとも前記開口を有する前記炉壁は、前記熱処理炉の前面を安定させることを目的としてこれを冷却することができるように構成されている。この目的のために、前記炉壁の前部及び／又は内部に設けられたパイプシステムの中を例えば冷却剤が流れる。ここで、各炉扉の前記同期シャフトの少なくとも特定の部分は、このパイプシステムの中を通るものとすることができる。このように構成することにより、スペースを取らず、前記同期シャフトが過剰な熱にさらされることから保護することができ、そのため当該同期シャフトは折れ曲がらない。

本発明の付加的な利点、特別な特徴及び実際上の改良は、従属請求項、及び、図を参照した好適な実施形態についての以下の説明により、結果として起こる。

本発明に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉の一つの実施形態についての概略縦断面図。 炉扉が開いた状態の、図１に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉。 図１に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉についての概略横断面図。 図１に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉の拡大断面図であり、個々の駆動部を概略的に描写している。 ２つの側に炉扉を設けた場合の、多重デッキチャンバー型熱処理炉の三次元の図。 （ａ）炉扉が閉じた状態のときの、駆動部の詳細な側面図。（ｂ）図６（ａ）において炉扉が開こうとしているときの詳細な図。 （ａ）炉扉が閉じた状態のときの、駆動部の詳細な図であり、熱処理炉の内側から見たときの後面図。（ｂ）図７（ａ）において炉扉が開こうとしているときの詳細な図。

図１は本発明に係る多重デッキチャンバー型熱処理炉１０の一つの実施形態を示しており、当該多重デッキチャンバー型熱処理炉１０は、３つのチャンバー炉１６・１７・１８を備える外側熱処理炉ハウジング１１を有する。ここで、チャンバー炉１６・１７・１８はそれぞれ水平に延びており、一つが他の一つの上に来るように上下に配置される。このように、この実施形態においては、３つのチャンバー炉１６・１７・１８が上下に積み重ねられて配置される場合のみを示しているが、チャンバー炉の数として他の数を選択することもできる。

ワークピース１９・１９´は、各チャンバー炉１６・１７・１８の中で加熱手段により加熱される。ここで、複数のワークピースを前記チャンバー炉の中において隣り合うように及び／又は互いに背後となるように配置することができる。ここで、前記ワークピースは前記熱処理炉の中に個別に積み込まれてもよく、あるいは、典型的には６枚までのワークピースを１つのパックにして積み込まれてもよい。前記ワークピースは、例えば、コーティングされた又はコーティングされていない鋼板から成る金属薄板であり、これはその後にプレス加工されて硬化される。ここで、前記金属板の厚みはほぼ１．５ｍｍ程度の厚さである。しかしながら、本発明に係る熱処理炉は、他の適用目的にも用いることができる。

各チャンバー炉の少なくとも一側には、炉壁に設けられた開口が付随する。当該開口を通して、加熱するために前記ワークピースを熱処理炉１０の中に置くことができ、また加熱過程が終了したら取り出すことができる。ここでは、図１に示される実施形態に表されているように、各チャンバー炉１６・１７・１８は、右手側の炉壁１２にただ一つの開口１３・１４・１５を有するものとすることができ、当該開口１３・１４・１５を通して、前記ワークピースを熱処理炉１０の中に置くことができ、またそこから取り出すことができる。しかしながら、各チャンバー炉の付随する炉扉に２つの対向する開口が設けられているものとすることもできる。このように構成した場合、前記チャンバー炉には供給側の炉扉を通してワークピースが連続的に搭載され、その一方で、これらのワークピースは加熱過程が終了した後に反対側の取り除き側の炉扉から取り出される。

チャンバー炉１６・１７・１８の各開口１３・１４・１５は、炉壁１２の外側に配置される炉扉２０・２１・２２により、個別に閉めることができる。ここで、炉扉２０・２１・２２の横断軸線は炉壁１２に対して角度αを成して延びている。当該角度αは、０°よりも大きく４５°よりも小さい。それ故に、熱処理炉１０の側方から見れば分かるように、前記炉扉は炉壁１２に対して傾斜している。

長手軸線という用語は通常、部材の最も長く延びた方向に対応する当該部材の軸線を指す。一方で、部材の横断軸線は、この長手軸線に対して垂直に延びている。典型的には、前記熱処理炉を前方から見たら、前記炉扉はその高さよりも幅が広くなるように構成されているものである。これは、前記チャンバー炉は、その水平方向に延びた幅と比べて、高さは低くなるように構成されているものだからである。このため、炉扉の長手軸線は通常水平方向に延びる一方、その横断軸線はこの長手軸線に対して垂直に延び、炉壁１２に対して角度αを成していると考えられる。すなわち横断軸線は、傾斜に関わらず、本質的には垂直に延びているのである。しかしながらこの発明においては、横断軸線とは、炉扉の寸法に関係なく、当該炉扉の水平な主軸線に対して垂直に延びる主軸線のことを常に指す。ここでは、炉扉の厚み方向に延びる軸線は考慮に入れられるべきではない。

各炉扉２０・２１・２２は、個々の駆動部によって、この傾斜した横断軸線に沿って直線的に動かされることができる。好ましくは、前記炉扉は、隣接する炉扉に沿って直線的に動くこととすることができる。これは図２において、真ん中の扉２１を動かす場合を例示している。この例示においては、真ん中の炉扉２１が、これの上方に配置された炉扉２０に沿って上方に直線的に動かされて、そうすることにより、炉扉２１の後方に配置される炉壁１２に形成された開口１４が開放される。こうすることにより、この開口を通してワークピース１９´を取り出すことができ、そして新しいワークピースを前記熱処理炉の中に配置することができる。

閉じた状態においては、炉扉２０・２１・２２は、好ましくは屋根板のように重なり合い、炉扉の下部の領域はそれの下に配置される炉扉により部分的に覆われるようになっている。しかしながら、図１に示した実施形態においては、このことは一番下の炉扉２２については明らかに当てはまらない。一番下の炉扉２２は、これよりも下に他の炉扉が存在しないので、その下部領域がむき出しの状態となっている。しかしながら、炉扉が下方に向かって傾斜し、これらが下方に向かって直線的に動かされることにより下方に向かって開放されるように、炉扉を構成することもできる。この場合、炉扉の配置及び重なり合う箇所は前記と逆になる。このような実施形態は、炉扉を動かす際に当該炉扉の重力が利用できる点において、有利である。

ここで、全ての炉扉２０・２１・２２を同時に開けることができ、あるいは、それぞれの炉扉が個々の駆動部によって別個に動かされるものとすることもできる。このように構成することにより、好ましくは炉扉を部分的に開けることができ、そうすることにより、不活性ガスだけではなく、放射熱も、確保しておくことができる。

前記炉扉が屋根板のように配置されることにより、当該炉扉は十分にしっかりと密閉されることとなる。ここで、前記炉扉の間の間隙は約１ｍｍが許容範囲であり、当該炉扉は過程を通じて隙間がぴったりと閉まっていると考えることができる。前記扉が開くときに当該扉が炉扉の中の熱にさらされてゆがんでしまわないようにするために、各炉扉は全体的に又は少なくとも部分的には発泡セラミックで作られている。当該発泡セラミックは、熱伝導率が低く、熱膨張係数が約１×１０^−７Ｋ^−１である。このことにより、一つの炉扉が他の一つの前方に動かされたようなときでさえ、前記扉は寸法的に安定した状態に保たれ、そのためしっかりと密閉することができる。

図１、２及び３に示すように、個々のチャンバー炉１６・１７・１８は中間デッキ４０・４１によりそれぞれ互いに分離されている。それ故に、３つのチャンバー炉１６・１７・１８につき２つの中間デッキ４０・４１が設けられている。しかしながら、好ましくは、これらの中間デッキ４０・４１は熱処理炉ハウジング１１に取り外せないように固定されているのではなく、むしろ、熱処理炉ハウジング１１の中に取り外し可能に取り付けられている。中間デッキ４０・４１は、例えば、熱処理炉ハウジング１１の中の支持構造の上に載置されている。この支持構造は、複数の支持ビームで形成されているものとすることができる。

前記支持構造の配置及び機能について、図３に基づいて説明する。図３は、熱処理炉ハウジング１１の両側に３つの支持ビーム３０・３１・３２及び３０´・３１´・３２´が形成された構成から成る好ましい支持構造を概略横断面図で示している。これらの支持ビームは前記熱処理炉の内側に取り付けられているか、或いは部分的にその中に配置されており、いずれの場合にも、２つの支持ビームは、同じ高さで対向するように位置付けられている。好ましくは、これらはダブルＴ型ビームであるが、フランジが一つのみのＴ型ビームやその他の好適な支持ビームを適用することも可能である。前記ビームのフランジ３５は水平に延びており、前記ビームのブリッジ３３は垂直に延びており、このような構成により中間デッキ４０・４１を前記フランジの上に載せることができる。

図３に示した実施形態の場合のように、ダブルＴ型ビームが適用された場合、中間デッキ４０・４１は好ましくは下側のフランジ３５の上に載置される。なお、描写を簡潔なものとするために、支持ビーム３０の下側のフランジのみに参照符号３５を付している。それ故に、中間デッキ４０・４１の幅は、熱処理路１０が組み立てられたときに、２つの支持要素の間に中間デッキ４０・４１を配置し、下側のフランジ３５の上に載置することができるような長さとなるように選択される。実際の実施においてアドヴァンテージとなることが確かな前記中間デッキの寸法は、例えば５００ｍｍ×５００ｍｍである。前記チャンバー炉の間の実質的な気密性シールは、前記中間デッキに固有の重量がある結果得られるものである。ここで、前記中間デッキと保持フランジとの間には、小さな隙間があっても構わない。

しかしながら、２つの平行な支持ビームの間の距離を小さくするために、チャンバー炉の側壁の間に付加的な支持ビームが取り付けられているものとすることもできる。このようにした場合、前記中間デッキのサイズも縮小され、そして各中間デッキは２つの支持ビームの上に載せられる。

好ましくは、前記中間デッキは、赤外線スペクトルの放射線に対し高透磁性の石英ガラス板である。ここで、７００ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の赤外線放射に対しての約９８％の透磁性を優先する。前記中間デッキの構造により、熱処理炉ハウジング１１を複数のチャンバー炉に分割するのが簡単となる。各チャンバー炉の高さは、熱処理炉１０の全体的な高さを小さくするために、出来る限り低くなるように選択することができる。チャンバー炉の高さは、例えば、約１５０ｍｍから２００ｍｍ程度の高さである。

特に、ダブルＴ型ビームを備える一つの実施形態においては、ワークピースの寸法がこれに適合する場合には、前記ワークピース又はワークピースのパック１９・１９´を、前記支持ビームの上側フランジ３４の上に直接的に載せることができる。ここで、図３においては、同様に、ビーム３０の上側のフランジのみが参照符号３４を付して示してある。しかしながら、分離構造は前記熱処理炉の中に設けることもでき、そこに前記ワークピースを置くことができる。さらに、左手側の支持ビーム３０・３１・３２から右手側の支持ビーム３０´・３１´・３２´へと延びる追加の交差ビームが、付随する支持ビームの上側のフランジ３４に取り付けられているものとすることもできる。そうした場合、同様に前記ワークピースを追加の交差支持構造の上に載せることができ、その結果、前記熱処理炉の横幅をより有効に利用するために、複数のワークピース又はワークピースのパックを隣同士に載せることができる。また、前記熱処理炉の側壁に外側のビームがあるだけではなく、これらのビームの間に追加の平行なビームを有するような、実施形態を選択することにより、同様の利点を達成することができる。

熱処理炉１０の加熱手段として機能する放射管５０・５１・５２が凹所３６に挿入されるように、複数の凹所３６が前記支持ビームのブリッジ３３に設けられているものとすることができる。これらの放射管５０・５１・５２は、熱処理炉ハウジング１１の側壁に取り付けられ、凹所３６を通って前記支持ビームの中を延びていて、前記チャンバー炉の中の端から端まで延びている。結果として、放射管５０・５１・５２は前記チャンバー炉の中の一側の、ワークピースの下方に配置され、そのため前記ワークピースは均一に加熱される。これらはガス加熱放射管とすることができ、或いは電気抵抗加熱性の放射管とすることができる。当該放射管の直径は、約５０ｍｍから１５０ｍｍ程度の大きさである。

中間デッキ４０・４１が実質的に気密にシールされるこの配置においては、ワークピース１９・１９´と共に入ってきた空気中の酸素が隣接するチャンバー炉に混入し混合されることを防ぐことができ、また一方で放射管の放射熱は透過できるようにすることができる。

一般的に知られる熱処理炉でワークピースのキャリヤとして通常用いられる材料は、耐熱性ステンレス鋼又は脆性セラミックである。金属のキャリヤは所定の時間・温度の負荷を過ぎたら固有の重量に起因して次第にたわみ、約半年ぐらいの短い作動時間を過ぎたらひっくり返されなければならない。その結果、次第にたわむ過程は逆にされる。これは鋼鉄をひどく老朽化させるため、この過程は、ワークピースのキャリヤに亀裂が形成されて取り替えなくてはならなくなるまでに２、３回繰り返すことができるのみである。一方で、脆性セラミックのキャリヤは、例えば、使用されるローディング装置に起因するほんの少しの衝撃や衝突により破壊されてしまう。

このため、支持ビーム３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´のために提案される材料は、特に純粋なＡｌ_２Ｏ_３繊維と適切な焼結結合剤から成る繊維強化セラミックの形のセラミック繊維複合材料である。この複合材料の比重は、鋼のおよそ３分の１であるが、その温度耐性は鋼よりも５倍高い。さらに、この複合材料は、例えばプレス工場で直面する大まかな動作条件に応じて、必要衝撃力及び衝撃抵抗を有する。

前記炉扉を横断軸線に沿って直線的に動かすのに、そして好ましくは隣接する炉扉に沿って動かすのに、用いられる個々の駆動部は、異なる方法で構成することができる。一つの実施形態においては、それは電気モーターであり、或いは、シリンダーに収容されるピストンロッドを有する空圧駆動である。このような駆動部は、図４の詳細な図の中に示してある。描写を簡潔にするために、真ん中の炉扉２１の駆動部のみを示してある。図４においてこの真ん中の扉は開いている。さらに、駆動部全体はハウジングの中に配置されていてもよく、及び／又は他の構成要素を有していてもよい。図４の概略図では、あり得る駆動部の基本原理のみを示すことを意図している。

他の炉扉２０及び２２については、同一の駆動部が前記熱処理炉の同じ側に備えられているものとすることができる。或いは、スペースに関係する理由から、駆動部は前記炉扉の異なる側に交互に配置されるものとすることもできる。後者の場合には、図４に示すように、炉扉２０及び２２の駆動部は、前記熱処理炉の後方に配置され、同様に炉扉２１の図示された駆動部と同一のものとすることができる。

ピストンロッド６３が炉扉２１に取り付けられ、当該ピストンロッド６３は、下方に配置され前記熱処理炉ハウジングに固定されたシリンダー６４に適合する。シリンダー６４も、ピストンロッド６３も、炉扉２１の横断軸線と平行に延びており、そのためこれらは炉壁１２に対して傾斜している。ピストンロッド６３が動くと、炉扉２１はこれの上方に配置された炉扉２０に沿って、上方へ又は下方へ直線的に動く。さらに、前記炉扉の直線的な動きを助力し、そして当該炉扉が前方へ傾くのを防止するために、この目的のためにガイドやその他の手段（ここでは示していない）を設けることとすることもできる。

さらに、冷却パイプ６０・６０´・６０´´を炉壁１２の開口１４・１５・１６の領域に設けることができる。これらの冷却パイプ６０・６０´・６０´´は、この領域の前記熱処理炉の前面を冷却するために、水のような冷却剤を運搬するのに用いられる。冷却パイプ６０・６０´・６０´´は、互いに直列的に接続されていてもよく、或いは、互いに分離して冷却剤が個別に供給されるものとすることもできる。

図５の三次元の図は、一つが他の一つの上に位置している４つの炉扉に対してどのように駆動部が配置され得るかを示している。ここで、この実施形態においては、開口及び関連する炉扉は、熱処理炉１０の両側に設けられている。シリンダーとピストンロッドを有する駆動部が上下に配置され、互いにオフセットとなるように配置される。このような構成により、各ピストンロッドはそれに関連するシリンダーの中で動くことができ、そうすることによりそれに関連する炉扉が直線的に動くことができる。ここで、図５で示した図では駆動部は全て前面に配置されているが、既に言及したように、スペースに関連する理由から、各第二の駆動部は熱処理炉１０の後面に配置することもできる。

好ましくは、駆動部の作動力は炉扉の側面で作用する。しかしながら、これは作動時に炉扉の一側に圧力を与えることとなり、当該炉扉の変形を招くこととなる。そのため、作動力が均等に伝達されるようにするために、駆動部の動きは好ましくは同期シャフト６５により反対側へと、すなわちその炉扉の反対側の側面へと、伝達される。それ故に、同期シャフト６５は炉扉の長手軸線に沿って水平方向に延びている。前記炉扉が閉まっている時は、同期シャフト６５は前記扉の上側領域に位置している。本発明の一つの実施形態においては、付随する同期シャフトの少なくとも特定の部分は、前記熱処理炉の前面の冷却システムの冷却パイプの中を通るものとすることができる。そうすることにより、デザインがよりコンパクトとなり、スペースを抑えることができる。さらに、このように構成することにより、同期シャフトが冷却されることともなり、屈曲することを防ぐことができる。

作動力は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に概略的に示したように、例えばラックピニオンギアにより、同期シャフトを経由して伝達されるものとすることができる。ここで、図６（ａ）には、閉じた状態の時の真ん中の炉扉２１と、それの駆動部と、を示してある。隣接する炉扉２０及び２２は、またもや駆動部なしの状態で示してある。ラック６１が炉扉２１に又はピストンロッド６３に取り付けられており、このラック６１は炉扉２１の横断軸線に沿って延びている。炉扉２１がピストンロッド６３により駆動されることにより動いたとき、この前記ラックはピニオン６２と互いに噛み合う。この過程は、図６（ｂ）において、動きを示す矢印により示してある。ここで、ピストンロッド６３とそれに伴いラック６１とが上方へ動いた場合、ピニオン６２は反時計回りに回転する。ピニオン６２は同期シャフト６５に固定されており、そのためこれは同様に反時計回りに回転する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、前記熱処理炉の内側から見たときの、この作動力伝達機構の概略的な後面図を示している。そのため、真ん中の炉扉２１の同期シャフト６５が、当該炉扉の前方に配置されている。他の２つの炉扉２０・２２は単に破線で示してある。上述のピニオン６２は同期シャフト６５に固定されており、もう１つのピニオン６２´は炉扉２１の反対側で同期シャフト６５上に配置されている。こちら側にも、もう１つのラック６１´が炉扉２１に設けられており、これが第二のピニオン６２´と互いに噛み合っている。

図７（ａ）は、前記炉扉が閉じている状態の時を示しており、真ん中の炉扉２１の同期シャフト６５が当該炉扉２１の上側領域に配置されている。その後、図７（ｂ）に矢印で示されるように、前記炉扉がピストンロッド６３により上方に動かされた場合、ピニオン６２が回転し、この回転は同期シャフト６５を介して反対側のピニオン６２´に伝達される。結果として、反対側のラック６１´も上方へと動き、炉扉２１のもう一方の側面に上方への力を与える。それ故に、動く時には、炉扉２１の両方の側面において上方へ又は下方への垂直な力が作用する。そのため、炉扉２１には均一に圧力が加えられ、作動時に曲がったりすることがない。ピニオン６２・６２´とラック６１・６１´との噛み合いを助力するために、ガイド（ここでは示していない）を設けることもできる。当該ガイドは、前記炉扉の直線的な動きを確かなものとするためのものであり、前記ピニオンが前記ラックから外れることを防止するためのものである。

１０ 熱処理炉、多重デッキチャンバー型熱処理炉
１１ 熱処理炉ハウジング
１２ 炉壁
１３・１４・１５ 開口
１６・１７・１８ チャンバー炉
１９・１９´ ワークピース、ワークピースのパック
２０・２１・２２ 炉扉
３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´ 支持ビーム、ビーム
３３ ブリッジ
３４・３５ フランジ
３６ 凹所
４０・４１ 中間デッキ
５０・５１・５２ 放射管
６０・６０´・６０´´・６０´´´ 冷却パイプ
６１・６１´ ラック
６２・６２´ ピニオン
６３ ピストンロッド
６４ シリンダー
６５ 同期シャフト

Claims (15)

1. 少なくとも２つの水平なチャンバー炉（１６・１７・１８）を有する熱処理炉ハウジング（１１）を有し、前記チャンバー炉（１６・１７・１８）は一つが他の一つの上に来るように上下に配置され、各チャンバー炉（１６・１７・１８）は一側の炉壁（１２）に開口（１３・１４・１５）を有し、そして当該開口は炉扉（２０・２１・２２）により閉じることができる、ワークピース（１９・１９´）を加熱するための多重デッキチャンバー型熱処理炉（１０）において、
   炉扉（２０・２１・２２）の横断軸線が炉壁（１２）との間に０°よりも大きく４５°よりも小さい角度αを成すように、炉扉（２０・２１・２２）が付随する前記チャンバー炉（１６・１７・１８）の前記開口（１３・１４・１５）の前部に配置され、炉扉（２０・２１・２２）の横断軸線は炉扉（２０・２１・２２）の水平軸線と垂直に延びており、炉扉（２０・２１・２２）はこれらの横断軸線に沿って直線的に動くことができることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
2. 請求項１に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   一番上の及び一番下の前記炉扉を除いて、各炉扉は隣接する前記炉扉に沿って直線的に動くことができることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
3. 請求項１又は２に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   前記チャンバー炉（１６・１７・１８）は中間デッキ（４０・４１）によりそれぞれ互いに分離されており、当該中間デッキ（４０・４１）は前記熱処理炉ハウジング（１１）の中に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
4. 請求項３に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   前記中間デッキ（４０・４１）は、前記熱処理炉ハウジング（１１）の中に取り付けられた支持構造の上に載置されていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
5. 請求項４に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   支持構造は、前記熱処理炉ハウジング（１１）の内壁に取り付けられた少なくとも２つの対向する支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）により形成され、当該支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）は前記熱処理炉ハウジングの側壁に沿って延びており、前記各中間デッキ（４０・４１）は、互いに対向するように配置された２つの支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）の上に載置されていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
6. 請求項５に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   前記支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）は、ブリッジ（３３）を有するビームとして構成され、少なくとも一つのフランジ（３４・３５）が前記ブリッジ（３３）に対して垂直となるように位置付けられ、前記少なくとも一つのフランジ（３４・３５）は水平に延びていて、前記中間デッキ（４０・４１）は、支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）の前記少なくとも一つのフランジ（３４・３５）の上に載置されていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
7. 請求項６に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   前記少なくとも一つのフランジ（３５）はブリッジ（３３）の下端に設けられ、そして前記中間デッキ（４０・４１）はそれぞれ、支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）のこの下側のフランジ（３５）に載置され、そして前記支持ビーム（３０・３０´・３１・３１´・３２・３２´）の前記ブリッジ（３３）にはそれぞれ少なくとも一つの凹所（３６）が設けられ、当該凹所（３６）を、前記多重デッキチャンバー型熱処理炉（１０）の加熱手段としての放射管（５０・５１・５２）が貫通し、当該各放射管（５０・５１・５２）は前記熱処理炉ハウジング（１１）の前記側壁に嵌め込まれていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
8. 請求項３から７までのいずれか一項に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   前記中間デッキ（４０・４１）は放射熱透過性石英板として構成されることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
9. 請求項４から８までのいずれか一項に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
   前記支持構造は繊維強化酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）製であることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
    いずれの場合にも、個々の駆動部が炉扉（２０・２１・２２）の側面に取り付けられ、そしてそれは前記関連する炉扉（２０・２１・２２）と噛み合っていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
11. 請求項１０に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
    前記個々の駆動部の動作は、同期シャフト（６５）により前記炉扉（２０・２１・２２）の反対側の側面に伝達され、前記同期シャフト（６５）は前記炉扉（２０・２１・２２）の水平長手方向の軸に沿って延びていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
    前記炉扉（２０・２１・２２）は、部分的に又は全体的に発泡セラミックにより作られていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
    少なくとも前記開口（１３・１４・１５）を有する前記炉壁（１２）は、これを冷却することができるように構成されていることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
14. 請求項１３に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
    前記炉壁（１２）を冷却するために、当該炉壁（１２）の前部及び／又は内部に設けられたパイプシステムの中を冷却剤が流れることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。
15. 請求項１１及び１４に記載の多重デッキチャンバー型熱処理炉であって、
    前記同期シャフト（６５）の少なくとも特定の部分は、前記炉壁（１２）を冷却するための前記冷却パイプの中を通ることを特徴とする、多重デッキチャンバー型熱処理炉。

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