JP2015229795A - 真空熱処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部における処理時間が長期化しにくい真空熱処理システムを提供することを課題とする。【解決手段】真空熱処理システム１は、ワークＷ２を予熱する予熱部２と、予熱後のワークＷ２を、大気圧よりも低い圧力下で、加熱する加熱部３と、加熱後のワークＷ２を冷却する冷却部４と、を備える。予熱部２は、冷却部４において第一のワークＷ１を冷却する際に発生する熱を利用して、加熱部３に搬入される前の第二のワークＷ２を予熱する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば真空浸炭炉など、大気圧よりも低い圧力下でワークに熱処理を施す真空熱処理システムに関する。

特許文献１に示すように、浸炭焼入れ処理は、浸炭工程と焼入れ工程とを有している。浸炭工程においては、内部に対して表面付近の方が炭素濃度が高くなるように、ワークに浸炭処理が施される。焼入れ工程においては、浸炭処理が施されたワークに、焼入れ処理が施される。ここで、焼入れ工程におけるワークの硬化の程度は、炭素濃度に依存している。このため、浸炭焼入れ処理を施すと、表面付近が硬く内部が軟らかいワークを作製することができる。浸炭焼入れ処理は、耐摩耗性と靭性との両立が要求される機械部品（例えば歯車など）に対して、有効である。

浸炭工程には、真空浸炭炉が用いられる。浸炭工程において、まず、ワークは、真空浸炭炉の加熱室で加熱される。次に、一定温度のまま、ワークに浸炭処理が施される。続いて、一定温度のまま、ワークは所定時間保持される。この際、ワークに浸炭した炭素は、ワークの表面から内部に拡散する。最後に、ワークは自然放冷される。これら一連の過程は、真空下で実行される。

ここで、加熱室におけるワークの加熱、冷却は、加熱室の温度を基準に行っている。例えば、ワーク加熱時には、加熱室の温度が所定温度に到達するまで、加熱を行っている。また、ワーク放冷時には、加熱室の温度が所定温度に到達するまで、放冷を行っている。

特開２０１０−９０４３７号公報

しかしながら、浸炭処理の回数が増えるに連れて、真空浸炭炉の加熱室には、徐々に煤が堆積していく。このため、ワーク加熱時には、堆積した煤の分も含めて、加熱室の温度を所定温度まで上げる必要がある。また、ワーク放冷時には、堆積した煤の分まで、加熱室の温度を所定温度まで下げる必要がある。このため、浸炭処理のサイクルタイム、延いては浸炭焼入れ処理全体のサイクルタイムが長期化してしまう。そこで、本発明は、加熱部における処理時間が長期化しにくい真空熱処理システムを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の真空熱処理システムは、ワークを予熱する予熱部と、予熱後の該ワークを、大気圧よりも低い圧力下で、加熱する加熱部と、加熱後の該ワークを冷却する冷却部と、を備え、該予熱部は、該冷却部において第一の該ワークを冷却する際に発生する熱を利用して、該加熱部に搬入される前の第二の該ワークを予熱することを特徴とする。

本発明の真空熱処理システムは、予熱部を備えている。このため、加熱部搬入前のワークを、予熱することができる。したがって、加熱部における処理時間が長期化しにくい。

また、予熱部の熱源の少なくとも一部は、冷却部において冷却されるワークである。すなわち、冷却部においてワークを冷却すると、その分冷媒が加熱される。加熱された冷媒を利用して、予熱部は、ワークを加熱している。本発明の真空熱処理システムによると、第一のワーク（冷却部の高温のワーク）の熱を利用して、第二のワーク（予熱部の低温のワーク）を、加熱することができる。このため、ワーク（第一のワーク）に蓄積された熱エネルギを再利用することができる。したがって、省エネルギ性に優れている。また、冷却部において加熱された冷媒を、ワーク（第二のワーク）加熱により冷却することができる。したがって、加熱された冷媒を、強制的に冷却する必要がない。

（１−１）上記（１）の構成において、前記予熱部、前記加熱部、前記冷却部は、各々、１個ずつ前記ワークを処理可能であり、第一の該ワークは、Ｎ（Ｎは自然数）個目の該ワークであり、第二の該ワークは、Ｎ＋１個目の該ワークである構成とする方がよい。

本構成によると、複数のワークに対して、順次、熱処理を施す場合、処理の順番が連続する二つのワーク（Ｎ番目のワークとＮ＋１番目のワーク）間において、熱エネルギの受け渡しを行うことができる。

（２）上記（１）の構成において、前記加熱部は、前記ワークを加熱し、該ワークに浸炭処理を施し、該ワークに浸炭した炭素を該ワークの表面から内部に拡散させ、前記冷却部は、該ワークを冷却することにより、該ワークに焼入れ処理を施す構成とする方がよい。

本構成によると、本発明の真空熱処理システムを、浸炭焼入れ処理に用いることができる。このため、第一のワーク（焼入れ工程の高温のワーク）の熱を利用して、第二のワーク（加熱工程前の低温のワーク）を、加熱することができる。

（３）上記（２）の構成において、前記冷却部は、焼入れ用のオイルに前記ワークを浸漬することにより、該ワークを冷却し、前記予熱部は、該冷却部において第一の該ワークを該オイルに浸漬する際に該ワークから該オイルに移動する熱を利用して、前記加熱部に搬入される前の第二の該ワークを予熱する構成とする方がよい。

焼入れ工程において、高温のワークは、焼入れ用の低温のオイルに浸漬される。この際、第一のワークからオイルに熱が移動する。本構成によると、当該熱を利用して、第二のワークを予熱している。すなわち、オイルを熱媒体として、第一のワークから第二のワークに、熱エネルギを移動させることができる。

（４）上記（３）の構成において、前記加熱部は、前記ワークを収容する加熱室と、該加熱室にガスを流入させる流入口と、該加熱室から該ガスを流出させる流出口と、を有すると共に、該ワークに浸炭した炭素を該ワークの表面から内部に拡散させた後、該ガスにより該ワークを冷却する構成とする方がよい。

前述したように、従来、浸炭焼入れ処理の浸炭工程において、炭素拡散後のワークは、自然放冷されていた。しかしながら、浸炭工程は、真空下で実行される。すなわち、ワークが配置される加熱室は、真空状態である。このため、加熱室は、断熱性が高い。したがって、ワークの温度が下がりにくい。よって、従来は、加熱部における処理時間が長期化しやすかった。

これに対して、本構成によると、炭素拡散後のワークは、加熱室に導入されるガスにより、強制的に冷却される。このため、ワークの温度が下がりやすい。したがって、加熱部における処理時間が長期化しにくい。なお、本構成は、上記（１）から（３）の構成に対して、独立して実施することも可能である。

（５）上記（４）の構成において、前記予熱部は、前記加熱部において第一の前記ワークを冷却する際に該ワークから前記ガスに移動する熱を利用して、前記加熱部に搬入される前の第二の該ワークを予熱する構成とする方がよい。

本構成によると、予熱部は、（ａ）冷却部においてワークをオイルに浸漬する際にワークからオイルに移動する熱（以下、適宜、「オイル蓄熱」と称す）、（ｂ）加熱部においてワークを冷却する際に当該ワークからガスに移動する熱（以下、適宜、「ガス蓄熱」と称す）、の双方を利用して、加熱部搬入前のワークを、予熱することができる。このため、加熱部における処理時間が長期化しにくい。また、加熱部において加熱されたガスを、強制的に冷却する必要がない。

（６）上記（５）の構成において、前記焼入れ処理後の前記ワークに焼戻し処理を施す焼戻し部を備え、該焼戻し部は、前記冷却部において該ワークから前記オイルに移動する熱、および前記加熱部において該ワークから前記ガスに移動する熱のうち、少なくとも一方を利用して、該ワークに該焼戻し処理を施す構成とする方がよい。

本構成によると、焼戻し部は、オイル蓄熱およびガス蓄熱のうち少なくとも一方を利用して、ワークに焼戻し処理を施すことができる。このため、ワークに蓄積された熱エネルギを再利用することができる。したがって、省エネルギ性に優れている。

（７）本発明の真空熱処理システムが実行する浸炭焼入れ方法は、ワークを加熱する加熱工程と、加熱した該ワークに浸炭処理を施す浸炭工程と、該ワークに浸炭した炭素を該ワークの表面から内部に拡散させる拡散工程と、該炭素が拡散した該ワークを冷却する冷却工程と、該ワークを冷却することにより、該ワークに焼入れ処理を施す焼入れ工程と、を有するサイクルを繰り返すことにより、複数のワークに、順次、該浸炭処理、該焼入れ処理を施す浸炭焼入れ方法であって、Ｎ（Ｎは自然数）回目の前記サイクルの前記焼入れ工程において、前記ワークから発生する熱を利用して、Ｎ＋１回目の該サイクルの前記加熱工程前の該ワークを予熱する予熱工程を有することを特徴とする。

この浸炭焼入れ方法が繰り返すサイクルは、予熱工程と、加熱工程と、浸炭工程と、拡散工程と、冷却工程と、焼入れ工程と、を有している。当該サイクルを１回実行すると、１個のワークに、浸炭処理、焼入れ処理を施すことができる。このため、当該サイクルを繰り返すことにより、複数のワークに対して、順次、浸炭処理、焼入れ処理を施すことができる。この浸炭焼入れ方法によると、予熱工程において、加熱工程前のワークを予熱することができる。したがって、加熱工程における処理時間が長期化しにくい。

また、予熱工程の熱源の少なくとも一部は、焼入れ工程において冷却されるワークである。すなわち、焼入れ工程においてワークを冷却すると、その分冷媒が加熱される。加熱された冷媒を利用して、予熱工程において、ワークを加熱している。この浸炭焼入れ方法によると、Ｎ回目のサイクルの焼入れ工程における高温のワークの熱を利用して、Ｎ＋１回目のサイクルの予熱工程において、低温のワークを加熱することができる。このため、ワークに蓄積された熱エネルギを再利用することができる。したがって、省エネルギ性に優れている。また、焼入れ工程において加熱された冷媒を、ワーク加熱により冷却することができる。したがって、加熱された冷媒を、強制的に冷却する必要がない。また、処理の順番が連続する二つのワーク（Ｎ回目のサイクルのワークとＮ＋１回目のサイクルのワーク）間において、熱エネルギの受け渡しを行うことができる。

本発明によると、加熱部における処理時間が長期化しにくい真空熱処理システムを提供することができる。

本発明の一実施形態の真空熱処理システムの上側から見た断面図である。 オイル用熱交換器の上下方向断面図である。 ガス用熱交換器の上下方向断面図である。 （ａ）は、本実施形態の浸炭焼入れ方法の工程表である。（ｂ）は、従来の浸炭焼入れ方法の工程表である。 その他の実施形態（その１）の真空熱処理システムの上面図である。 その他の実施形態（その２）の真空熱処理システムの上面図である。

以下、本発明の真空熱処理システムの実施の形態について説明する。

＜真空熱処理システムの構成＞
まず、本実施形態の真空熱処理システムの構成について説明する。図１に、本実施形態の真空熱処理システムの上側から見た断面図を示す。図１に示すように、本実施形態の真空熱処理システム１は、予熱部２と、真空浸炭炉９と、２本のオイル配管７０と、２本のガス配管７１と、複数のバルブＶ１〜Ｖ９と、を備えている。

［真空浸炭炉９］
真空浸炭炉９は、ハウジング９０と、隔壁９１と、第一ドア９２と、第二ドア９３と、減圧ポンプ９５と、加熱部３と、冷却部４と、を備えている。ハウジング９０は、鋼製であって箱状を呈している。隔壁９１は、ハウジング９０の内部空間を、左右２室に仕切っている。第一ドア９２は、ハウジング９０の左壁の開口に配置されている。第二ドア９３は、隔壁９１の開口に配置されている。減圧ポンプ９５は、後述する加熱室３１、冷却室４１を減圧可能である。

加熱部３は、ハウジング９０の内部空間のうち、隔壁９１の右側の空間に配置されている。加熱部３は、ハウジング３０と、加熱室３１と、流入口３２と、流出口３３と、複数のヒータ３５と、第三ドア３６と、を備えている。ハウジング３０は、パンチングメタル製であって箱状を呈している。ハウジング３０の内面には、セラミックファイバー製の断熱材が配置されている。加熱室３１は、断熱材の内側に配置されている。

加熱室３１には、バルブＶ６を介して、窒素ガスを供給可能である。また、加熱室３１には、バルブＶ９を介して、浸炭ガスを供給可能である。なお、浸炭ガスは、アセチレンガスである。また、加熱室３１には、温度検出用の熱電対（図略）が配置されている。

複数のヒータ３５は、電熱式であって、加熱室３１に配置されている。第三ドア３６は、ハウジング３０の左壁の開口に配置されている。流入口３２、流出口３３は、各々、加熱室３１の側壁に開設されている。後述するように、ワーク冷却用のガスＧは、流入口３２を介して加熱室３１に流入する。また、ガスＧは、流出口３３を介して加熱室３１から流出する。なお、ガスＧは、窒素ガスである。

冷却部４は、冷却室４１と、流入口４２と、流出口４３と、搬送フォーク４４と、エレベータ４５と、を備えている。冷却室４１は、ハウジング９０の内部空間のうち、隔壁９１の左側の空間に配置されている。冷却室４１には、バルブＶ５を介して、窒素ガスを供給可能である。搬送フォーク４４、エレベータ４５は、冷却室４１の上部に配置されている。一方、冷却室４１の下部には、ワークＷ１焼入れ用のオイルＯが貯留されている。

エレベータ４５は、シリンダ（図略）により、上下方向に移動可能である。搬送フォーク４４は、エレベータ４５に配置されている。搬送フォーク４４は、左右方向に伸縮可能である。このため、搬送フォーク４４は、後述するバスケットＢを、左右方向に搬送可能である。すなわち、搬送フォーク４４は、バスケットＢを、左側の冷却室４１と右側の加熱室３１との間で、往復動させることができる。エレベータ４５は、搬送フォーク４４ごと、バスケットＢを、上下方向に搬送可能である。すなわち、エレベータ４５は、オイルＯに対して、バスケットＢを、浸漬し、引き上げることができる。

流入口４２、流出口４３は、各々、冷却室４１の側壁に開設されている。後述するように、オイルＯは、流入口４２を介して冷却室４１に流入する。また、オイルＯは、流出口４３を介して冷却室４１から流出する。

［予熱部２］
予熱部２は、真空浸炭炉９の前側に配置されている。予熱部２は、ハウジング２０と、予熱室２１と、拡散ファン２２と、オイル用熱交換器２３と、ガス用熱交換器２４と、第四ドア２５と、を備えている。ハウジング２０は、鋼製であって箱状を呈している。ハウジング２０の内面には、セラミックファイバー製の断熱材が配置されている。第四ドア２５は、ハウジング２０の左壁の開口に配置されている。予熱室２１は、断熱材の内側に配置されている。拡散ファン２２は、予熱室２１の天井に配置されている。予熱室２１の圧力は、大気圧である。予熱室２１には、空気Ａが充満している。

オイル用熱交換器２３は、予熱室２１に収容されている。オイル用熱交換器２３は、流入口２３０と流出口２３１とを備えている。図２に、オイル用熱交換器の上下方向断面図を示す。図２に示すように、オイル用熱交換器２３は、複数のチューブ２３２を備えている。複数のチューブ２３２は、各々、上下方向に延在している。複数のチューブ２３２は、各々、流入口２３０と流出口２３１との間に介装されている。

オイル用熱交換器２３においては、流入口２３０から流出口２３１に向かって、複数のチューブ２３２内を、オイルＯが流動する。流動する際、チューブ２３２の管壁を介して、オイルＯと空気Ａとの間で熱交換が行われる。すなわち、空気Ａが加熱される。

ガス用熱交換器２４は、予熱室２１に収容されている。ガス用熱交換器２４は、流入口２４０と流出口２４１とを備えている。図３に、ガス用熱交換器の上下方向断面図を示す。図３に示すように、ガス用熱交換器２４は、複数のエロフィンチューブ２４２を備えている。複数のエロフィンチューブ２４２は、各々、上下方向に延在している。複数のエロフィンチューブ２４２は、各々、流入口２４０と流出口２４１との間に介装されている。

ガス用熱交換器２４においては、流入口２４０から流出口２４１に向かって、複数のエロフィンチューブ２４２内を、ガスＧが流動する。流動する際、エロフィンチューブ２４２の管壁やフィンを介して、ガスＧと空気Ａとの間で熱交換が行われる。すなわち、空気Ａが加熱される。

［２本のオイル配管７０、２本のガス配管７１］
図１に示すように、２本のオイル配管７０は、冷却室４１とオイル用熱交換器２３とを、オイル蓄熱（冷却部４において第一のワークＷ１をオイルＯに浸漬する際にワークＷ１からオイルＯに移動する熱）の熱媒体であるオイルＯが循環可能に、連結している。２本のオイル配管７０のうち、一方のオイル配管７０は、冷却部４の流出口４３と、オイル用熱交換器２３の流入口２３０と、を連結している。当該オイル配管７０を介して、冷却室４１からオイル用熱交換器２３に、熱交換前の高温のオイルＯが移動する。２本のオイル配管７０のうち、他方のオイル配管７０は、冷却部４の流入口４２と、オイル用熱交換器２３の流出口２３１と、を連結している。当該オイル配管７０を介して、オイル用熱交換器２３から冷却室４１に、熱交換後の低温のオイルＯが移動する。

２本のガス配管７１は、加熱室３１とガス用熱交換器２４とを、ガス蓄熱（加熱部３において第一のワークＷ１を冷却する際にワークＷ１からガスＧに移動する熱）の熱媒体であるガスＧが循環可能に、連結している。２本のガス配管７１のうち、一方のガス配管７１は、加熱部３の流出口３３と、ガス用熱交換器２４の流入口２４０と、を連結している。当該ガス配管７１には、送風機７１０が配置されている。当該ガス配管７１を介して、加熱室３１からガス用熱交換器２４に、熱交換前の高温のガスＧが移動する。２本のガス配管７１のうち、もう１本のガス配管７１は、加熱部３の流入口３２と、ガス用熱交換器２４の流出口２４１と、を連結している。当該ガス配管７１を介して、ガス用熱交換器２４から加熱室３１に、熱交換後の低温のガスＧが移動する。

＜浸炭焼入れ方法＞
次に、本実施形態の真空熱処理システムを用いて行われる浸炭焼入れ方法について説明する。図４（ａ）に、本実施形態の浸炭焼入れ方法の工程表を示す。図４（ｂ）に、従来の浸炭焼入れ方法の工程表を示す。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の浸炭焼入れ方法は、複数のサイクルＣを繰り返し実行することにより、複数のワークに対して、順次、浸炭処理、焼入れ処理を施している。

初回のサイクルＣ（１個目のワークに対応）は、加熱工程Ｐ１と、浸炭工程Ｐ２と、拡散工程Ｐ３と、冷却工程Ｐ４と、焼入れ工程Ｐ５と、を有している。２回目移行のサイクルＣ（２個目以降のワークに対応）は、予熱工程Ｐ０と、加熱工程Ｐ１と、浸炭工程Ｐ２と、拡散工程Ｐ３と、冷却工程Ｐ４と、焼入れ工程Ｐ５と、を有している。

［初回のサイクルＣの加熱工程Ｐ１］
本工程においては、まず、図１に示すバルブＶ５を開けて、冷却室４１に窒素ガスを供給する。すなわち、冷却室４１の圧力を、大気圧未満から大気圧に復圧させる。次に、バスケットＢを、第一ドア９２に正対する位置まで、移動させる。なお、バスケットＢには、１個目のワークＷ１が配置されている。続いて、第一ドア９２を開ける。それから、冷却室４１の搬送フォーク４４に、バスケットＢを載せる。

続いて、第一ドア９２を閉める。それから、バルブＶ７を開けて、減圧ポンプ９５により、冷却室４１を減圧する。なお、この際、バルブＶ８は閉まっている。冷却室４１の圧力が加熱室３１の圧力に到達したら、バルブＶ７を閉めて、第二ドア９３、第三ドア３６を開ける。そして、搬送フォーク４４により、バスケットＢを、加熱室３１に搬入する。その後、第二ドア９３、第三ドア３６を閉める。

それから、バルブＶ８を開けて、減圧ポンプ９５により、加熱室３１を、真空状態（例えば、１０ｋＰａ以下）になるまで、減圧する。また、減圧と並行して、複数のヒータ３５により、加熱室３１を、９５０℃〜１０５０℃程度まで加熱する。なお、加熱室３１の温度は、熱電対により検出される。

［初回のサイクルＣの浸炭工程Ｐ２、拡散工程Ｐ３］
浸炭工程Ｐ２においては、バルブＶ９を開けて、７５分程度、加熱室３１に浸炭ガスを供給する。所定の時間が経過したら、バルブＶ９を閉めて、浸炭ガスの供給を停止する。拡散工程Ｐ３においては、加熱室３１を、７５分間程度、９５０℃〜１０５０℃程度の温度に保持する。この際、ワークＷ１の表面から内部に、炭素が拡散する。

［初回のサイクルＣの冷却工程Ｐ４、２回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０］
冷却工程Ｐ４においては、まず、もう一つのバスケットＢを、第四ドア２５に正対する位置まで、移動させる。なお、バスケットＢには、２個目のワークＷ２が配置されている。続いて、第四ドア２５を開ける。それから、予熱室２１に、バスケットＢを搬入する。続いて、第四ドア２５を閉める。なお、ここまでの作業は、上記加熱工程Ｐ１、浸炭工程Ｐ２、拡散工程Ｐ３のいずれかと、同時並行的に行ってもよい。

次に、バルブＶ６を開けて加熱室３１に所定量だけ窒素ガス、つまりガスＧを供給し、バルブＶ６を閉じる。続いて、バルブＶ３、Ｖ４を開けて、２本のガス配管７１を介して、加熱室３１とガス用熱交換器２４との間で、ガスＧを循環させる。

加熱室３１においては、低温のガスＧと、高温の１個目のワークＷ１と、の間で熱交換が行われる。すなわち、ワークＷ１からガスＧに熱が移動することにより、ワークＷ１が冷却され、ガスＧが加熱される。加熱されたガスＧ、つまりガス蓄熱を保有したガスＧは、ガス配管７１を介して、図３に示すガス用熱交換器２４に流れ込む。ガス用熱交換器２４においては、高温のガスＧと、低温の空気Ａと、の間で熱交換が行われる。すなわち、ガスＧから空気Ａに熱が移動することにより、ガスＧが冷却され、空気Ａが加熱される。

また、予熱室２１においては、加熱され高温になった空気Ａと、低温の２個目のワークＷ２と、の間で熱交換が行われる。すなわち、空気ＡからワークＷ２に熱が移動することにより、空気Ａが冷却され、ワークＷ２が加熱される。

冷却されたガスＧ、つまりガス蓄熱を空気Ａに渡したガスＧは、ガス配管７１を介して、図１に示す加熱室３１に流れ込む。加熱室３１においては、再び、低温のガスＧと、高温の１個目のワークＷ１と、の間で熱交換が行われる。加熱室３１の温度が８５０℃程度まで下がったら、バルブＶ３、Ｖ４を閉じて、ガスＧの循環を停止する。すなわち、初回のサイクルＣの冷却工程Ｐ４を終了する。

このように、初回のサイクルＣの冷却工程Ｐ４と、２回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０の前半と、は並行して行われる（図４参照）。ガスＧは、熱媒体として、加熱室３１と、ガス用熱交換器２４と、の間を循環する。当該循環により、加熱室３１において１個目のワークＷ１が冷却される一方、予熱室２１において２個目のワークＷ２が予熱される。

［初回のサイクルＣの焼入れ工程Ｐ５、２回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０］
焼入れ工程Ｐ５においては、図１に示すバルブＶ５を開けて、冷却室４１に窒素ガスを供給する。そして、冷却室４１の圧力を、焼入れ時の圧力値に設定する。また、バルブＶ６を開けて、加熱室３１に窒素ガスを供給する。そして、加熱室３１の圧力を、冷却室４１の圧力と、等圧にする。続いて、第二ドア９３、第三ドア３６を開ける。そして、１個目のワークＷ１が搭載されたバスケットＢを、冷却室４１に搬入する。続いて、第二ドア９３、第三ドア３６を閉める。

次に、バルブＶ１、Ｖ２を開けて、２本のオイル配管７０を介して、冷却室４１とオイル用熱交換器２３との間で、オイルＯを循環させる。続いて、エレベータ４５を、バスケットＢごと下降させる。すなわち、ワークＷ１を、オイルＯに浸漬する。

冷却室４１においては、低温のオイルＯと、高温の１個目のワークＷ１と、の間で熱交換が行われる。すなわち、ワークＷ１からオイルＯに熱が移動することにより、ワークＷ１が冷却され、オイルＯが加熱される。加熱されたオイルＯ、つまりオイル蓄熱を保有したオイルＯは、オイル配管７０を介して、図２に示すオイル用熱交換器２３に流れ込む。オイル用熱交換器２３においては、高温のオイルＯと、低温の空気Ａと、の間で熱交換が行われる。すなわち、オイルＯから空気Ａに熱が移動することにより、オイルＯが冷却され、空気Ａが加熱される。

また、予熱室２１においては、加熱され高温になった空気Ａと、低温の２個目のワークＷ２と、の間で熱交換が行われる。すなわち、空気ＡからワークＷ２に熱が移動することにより、空気Ａが冷却され、ワークＷ２が加熱される。

冷却されたオイルＯ、つまりオイル蓄熱を空気Ａに渡したオイルＯは、オイル配管７０を介して、図１に示す冷却室４１に流れ込む。冷却室４１においては、再び、低温のオイルＯと、高温の１個目のワークＷ１と、の間で熱交換が行われる。冷却室４１のオイルＯ貯留部分の温度が８０℃程度まで下がったら、バルブＶ１、Ｖ２を閉じて、オイルＯの循環を停止する。

その後、エレベータ４５を、バスケットＢごと上昇させる。すなわち、ワークＷ１を、オイルＯから引き上げる。続いて、冷却室４１を大気圧に復圧し、第一ドア９２を開ける。そして、冷却室４１からバスケットＢを取り出す。このようにして、初回のサイクルＣの焼入れ工程Ｐ５を終了する。並びに、２回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０を終了する。

このように、初回のサイクルＣの焼入れ工程Ｐ５と、２回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０の後半と、は並行して行われる。オイルＯは、熱媒体として、冷却室４１と、オイル用熱交換器２３と、の間を循環する。当該循環により、冷却室４１において１個目のワークＷ１が冷却される一方、予熱室２１において２個目のワークＷ２が予熱される。

この後、予熱された２個目のワークＷ２に対して、加熱工程Ｐ１と、浸炭工程Ｐ２と、拡散工程Ｐ３と、冷却工程Ｐ４と、焼入れ工程Ｐ５と、が実行される。また、２個目のワークＷ２に対する冷却工程Ｐ４、焼入れ工程Ｐ５と並行して、３個目のワークに対して、予熱工程Ｐ０が実行される。このように、Ｎ（Ｎは自然数）回目のサイクルＣの冷却工程Ｐ４および焼入れ工程Ｐ５と、Ｎ＋１回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０と、は同時並行的に実行される。

＜作用効果＞
次に、本実施形態の真空熱処理システムの作用効果について説明する。本実施形態の真空熱処理システム１は、予熱部２を備えている。このため、加熱部３搬入前のワークＷ２を、予熱することができる。したがって、図４（ｂ）（従来）の加熱工程Ｐ１の処理時間と、図４（ａ）（本実施形態）の加熱工程Ｐ１の処理時間と、を比較すると判るように、加熱工程Ｐ１の処理時間を短縮することができる。また、加熱室３１における煤の堆積が経時的に進行する場合であっても、加熱工程Ｐ１における処理時間が長期化しにくい。

また、Ｎ（Ｎは自然数）回目のサイクルＣの冷却工程Ｐ４および焼入れ工程Ｐ５と、Ｎ＋１回目のサイクルＣの予熱工程Ｐ０と、は時間的に重複して実行される。このため、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の真空熱処理システム１を用いて行われる浸炭焼入れ方法によると、予熱工程Ｐ０の分だけ工程数が増えるにもかかわらず、複数のワークＷ１、Ｗ２の生産時間を短縮することができる。

また、予熱部２の熱源の一部は、冷却部４（焼入れ工程Ｐ５）において冷却されるワークＷ１である。すなわち、冷却部４においてワークＷ１を冷却すると、その分冷媒（オイルＯ）が加熱される。加熱された冷媒を利用して、予熱部２は、ワークＷ２を加熱している。本実施形態の真空熱処理システム１によると、第一のワークＷ１（冷却部４の高温のワークＷ１）の熱を利用して、第二のワークＷ２（予熱部２の低温のワークＷ２）を、加熱することができる。このため、ワークＷ１に蓄積された熱エネルギを再利用することができる。したがって、省エネルギ性に優れている。また、冷却部４において加熱された冷媒を、ワークＷ２加熱により冷却することができる。したがって、加熱された冷媒を、強制的に冷却する必要がない。

また、本実施形態の真空熱処理システム１によると、予熱部２、加熱部３、冷却部４は、各々、１個ずつワークＷ１、Ｗ２を処理可能である。このため、複数のワークＷ１、Ｗ２に対して、順次、熱処理を施す場合、処理の順番が連続する二つのワーク（Ｎ番目のワークＷ１とＮ＋１番目のワークＷ２）間において、熱エネルギの受け渡しを行うことができる。詳しくは、焼入れ工程Ｐ５の高温のワークＷ１の熱を利用して、加熱工程Ｐ１前の低温のワークＷ２を、加熱することができる。また、オイルＯを熱媒体として、高温のワークＷ１から低温のワークＷ２に、熱エネルギを移動させることができる。

また、本実施形態の真空熱処理システム１によると、冷却工程Ｐ４において、ガスＧによりワークＷ１を強制的に冷却している。このため、図４（ｂ）（従来）の冷却工程Ｐ４の処理時間と、図４（ａ）（本実施形態）の冷却工程Ｐ４の処理時間と、を比較すると判るように、ワークＷ１を真空下で自然放冷する場合と比較して、冷却工程Ｐ４の処理時間を短縮することができる。また、加熱室３１における煤の堆積が経時的に進行する場合であっても、冷却工程Ｐ４における処理時間が長期化しにくい。

また、予熱部２の熱源の一部は、加熱部３（冷却工程Ｐ４）において冷却されるワークＷ１である。すなわち、加熱部３においてワークＷ１を冷却すると、その分冷媒（ガスＧ）が加熱される。加熱された冷媒を利用して、予熱部２は、ワークＷ２を加熱している。本実施形態の真空熱処理システム１によると、第一のワークＷ１（加熱部３の高温のワークＷ１）の熱を利用して、第二のワークＷ２（予熱部２の低温のワークＷ２）を、加熱することができる。このため、ワークＷ１に蓄積された熱エネルギを再利用することができる。したがって、省エネルギ性に優れている。また、加熱部３において加熱された冷媒を、ワークＷ２加熱により冷却することができる。したがって、加熱された冷媒を、強制的に冷却する必要がない。

＜その他＞
以上、本発明の真空熱処理システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図５に、その他の実施形態（その１）の真空熱処理システムの上面図を示す。図６に、その他の実施形態（その２）の真空熱処理システムの上面図を示す。なお、これらの図において、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。また、窒素ガス用の配管、浸炭ガス用の配管は省略する。

図５に示すように、加熱部３の右側に予熱部２を配置してもよい。すなわち、予熱部２（図４（ａ）の予熱工程Ｐ０を行うエリア）、加熱部３（図４（ａ）の加熱工程Ｐ１、浸炭工程Ｐ２、拡散工程Ｐ３、冷却工程Ｐ４を行うエリア）、冷却部４（図４（ａ）の焼入れ工程Ｐ５を行うエリア）を、工程順に連結して配置してもよい。こうすると、予熱部２から加熱部３にワークを搬送する際の、ワークの温度低下を抑制することができる。

図６に示すように、真空熱処理システム１に、焼戻し部６を追加配置してもよい。焼戻し部６においては、焼入れ後のワークに焼戻し処理が施される。予熱部２と同様に、焼戻し部６に、オイル用熱交換器２３と、ガス用熱交換器２４と、を配置してもよい。また、加熱部３とガス用熱交換器２４とを、２本のガス配管７１で連結してもよい。並びに、冷却部４とオイル用熱交換器２３とを、２本のオイル配管７０で連結してもよい。こうすると、加熱部３および冷却部４のワークの熱を利用して、予熱部２のワークのみならず、焼戻し部６のワークを、加熱することができる。なお、焼戻し部６には、ワークの加熱を助勢するために、ヒータを配置してもよい。

また、真空熱処理システム１の各構成部材の配置は特に限定しない。例えば、真空浸炭炉９と予熱部２とが左右方向に並んでいてもよい。また、真空浸炭炉９の加熱部３と冷却部４とが前後に並んでいてもよい。また、加熱部３と冷却部４とが、互いに独立して配置されていてもよい。

また、熱媒体であるガスＧ、オイルＯの種類は特に限定しない。また、予熱室２１に充填されるガスの種類は、空気Ａに限定しない。また、浸炭ガスの種類は特に限定しない。例えば、アセチレンガス、プロパンガスなどであってもよい。すなわち、炭化水素ガスであればよい。

１：真空熱処理システム。
２：予熱部、２０：ハウジング、２１：予熱室、２２：拡散ファン、２３：オイル用熱交換器、２３０：流入口、２３１：流出口、２３２：チューブ、２４：ガス用熱交換器、２４０：流入口、２４１：流出口、２４２：エロフィンチューブ、２５：第四ドア。
３：加熱部、３０：ハウジング、３１：加熱室、３２：流入口、３３：流出口、３５：ヒータ、３６：第三ドア。
４：冷却部、４１：冷却室、４２：流入口、４３：流出口、４４：搬送フォーク、４５：エレベータ。
６：焼戻し部。
７０：オイル配管、７１：ガス配管、７１０：送風機。
９：真空浸炭炉、９０：ハウジング、９１：隔壁、９２：第一ドア、９３：第二ドア、９５：減圧ポンプ。
Ａ：空気、Ｂ：バスケット、Ｃ：サイクル、Ｇ：ガス、Ｏ：オイル、Ｐ０：予熱工程、Ｐ１：加熱工程、Ｐ２：浸炭工程、Ｐ３：拡散工程、Ｐ４：冷却工程、Ｐ５：焼入れ工程、Ｖ１〜Ｖ９：バルブ、Ｗ１：ワーク、Ｗ２：ワーク。

Claims (6)

1. ワークを予熱する予熱部と、
   予熱後の該ワークを、大気圧よりも低い圧力下で、加熱する加熱部と、
   加熱後の該ワークを冷却する冷却部と、
   を備え、
   該予熱部は、該冷却部において第一の該ワークを冷却する際に発生する熱を利用して、該加熱部に搬入される前の第二の該ワークを予熱する真空熱処理システム。
2. 前記加熱部は、前記ワークを加熱し、該ワークに浸炭処理を施し、該ワークに浸炭した炭素を該ワークの表面から内部に拡散させ、
   前記冷却部は、該ワークを冷却することにより、該ワークに焼入れ処理を施す請求項１に記載の真空熱処理システム。
3. 前記冷却部は、焼入れ用のオイルに前記ワークを浸漬することにより、該ワークを冷却し、
   前記予熱部は、該冷却部において第一の該ワークを該オイルに浸漬する際に該ワークから該オイルに移動する熱を利用して、前記加熱部に搬入される前の第二の該ワークを予熱する請求項２に記載の真空熱処理システム。
4. 前記加熱部は、前記ワークを収容する加熱室と、該加熱室にガスを流入させる流入口と、該加熱室から該ガスを流出させる流出口と、を有すると共に、該ワークに浸炭した炭素を該ワークの表面から内部に拡散させた後、該ガスにより該ワークを冷却する請求項３に記載の真空熱処理システム。
5. 前記予熱部は、前記加熱部において第一の前記ワークを冷却する際に該ワークから前記ガスに移動する熱を利用して、前記加熱部に搬入される前の第二の該ワークを予熱する請求項４に記載の真空熱処理システム。
6. 前記焼入れ処理後の前記ワークに焼戻し処理を施す焼戻し部を備え、
   該焼戻し部は、前記冷却部において該ワークから前記オイルに移動する熱、および前記加熱部において該ワークから前記ガスに移動する熱のうち、少なくとも一方を利用して、該ワークに該焼戻し処理を施す請求項５に記載の真空熱処理システム。

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