JP2018017425A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの昇温ばらつきを抑制し、当該ワークを効率よく短時間で昇温ができる熱処理炉の提供。【解決手段】加熱ガスをファン２６により循環させてワークＷの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉。ワークＷの熱処理を行う熱処理ゾーン２０と、ワークＷを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーン２１と、前記加熱ガスを加熱ゾーン２１から熱処理ゾーン２０に導く供給ダクト２２とを備えている熱処理炉。熱処理ゾーン２０には、ワークＷが配設されている領域を含んでおり、供給ダクト２２から供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路２３が形成されており、供給ダクト２２は、供給ダクト２２の吹出し口２５が、往路２３と同一直線上において、ワークＷが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている熱処理炉。【選択図】図２

Description

本発明は熱処理炉に関する。さらに詳しくは、加熱ガスを循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉に関する。

自動車に用いられるピストン部品等のアルミ部品の溶体化・時効硬化処理を、図４に示されるような熱風循環式の熱処理炉５１で行うことが知られている。図４に示される熱処理炉５１は、断熱材が充填された炉体板金５２によりワークＷの熱処理を行う熱処理ゾーン５３及び熱処理用の加熱ガスを生成する加熱ゾーン５４が画定されている。ワークＷは金属製のバスケット５５内に配置されており、このバスケット５５は搬送部を構成するチェーン５６の上に複数段搭載されている。

炉内の上方には加熱ガスを循環させるファン５７が配設されており、また、熱処理炉５１の一方の側壁５１ａにはガスを加熱するバーナー５８が設けられている。バーナー５８は、加熱ガスを吹き出す円筒状の吹出し部５８ａを有しており、この吹出し部５８ａは、当該吹出し部５８ａの先端開口５８ｂが熱処理炉５１の他方の側壁５１ｂと対向するようにほぼ水平に配置されている。

熱処理炉５１内には、熱処理ゾーン５３と加熱ゾーン５４とを区切るとともに、両ゾーン５３、５４間の加熱ガスの移動を許容する開口が部分的に形成された整流板５９が配設されている。バーナー５８により加熱されたガスは、ファン５７によって、図４において矢印で示されるように循環し、ワークＷの熱処理を行う。

図４に示される熱処理炉５１では、ワークＷが配置されたバスケット５５の一方の側面から加熱ガスが供給され、当該ワークＷの加熱処理を行った加熱ガスが前記バスケット５５の他方の側面から排気されるサイドフローであるため、ワークＷの形状や当該ワークＷのバスケット５５内での配置態様（荷姿）によっては、加熱ガスの流れの下流側のワークＷに加熱ガスが当たりにくい場合がある。この場合、風上側のワークＷと風下側のワークＷとで昇温時間に差が生じるという問題がある。このため、すべてのワークＷが設定温度（製品温度）に達するまでに時間がかかるという問題があり、生産能力の向上を妨げる一因となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの昇温ばらつきを抑制し、当該ワークを効率よく短時間で昇温させることができる熱処理炉を提供することを目的としている。

本発明の熱処理炉は、
（１）加熱ガスをファンにより循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉であって、
ワークの熱処理を行う熱処理ゾーンと、ワークを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーンと、前記加熱ガスを前記加熱ゾーンから前記熱処理ゾーンに導く供給ダクトとを備えており、
前記熱処理ゾーンには、前記ワークが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクトから供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路が形成されており、
前記供給ダクトは、当該供給ダクトの吹出し口が、前記往路と同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている。

本発明の熱処理炉では、供給ダクトを用いて加熱ガスを往路内のワークの下方から上方に向けて供給しており、この供給ダクトの吹出し口が、ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されているので、加熱ガスを均等に且つ効率よくワークにあてることができる。これにより、ワークの昇温ばらつきを抑制して、ワークの昇温時間を短縮させることができる。その結果、ワークの生産能力を向上させることができる。

（２）上記（１）の熱処理炉において、前記加熱ゾーンには、前記熱処理ゾーンから排気されたガスを加熱する復路が形成されており、
前記復路は、前記往路に対してほぼ平行に形成されていることが望ましい。この場合、熱処理炉内において加熱ゾーンと熱処理ゾーンを水平方向ないし横方向に隣接して設けることができ、熱処理炉をコンパクト化することができる。

（３）上記（２）の熱処理炉において、前記供給ダクトは、前記熱処理炉の炉底と前記ワークを搬送する搬送部との間に配設されていることが望ましい。この場合、略コの字状または略Ｕ字状のコンパクトな形態の供給ダクトにより、加熱ゾーンからの加熱ガスを、流れの向きを変えて熱処理ゾーンに供給することができる。

（４）上記（１）〜（３）の熱処理炉において、前記供給ダクトは、当該供給ダクト内を流れる加熱ガスの流路を分割させる整流板を備えており、前記整流板は供給ダクトの流路に沿って設けられていることが望ましい。この場合、整流板により供給ダクト内の流路を分割することで、熱処理ゾーン内のワークに対し、より均一な状態の加熱ガスを供給することができる。

（５）上記（２）〜（４）の熱処理炉において、前記ファンは、当該ファンの吸込み口が、前記往路の同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の上面と対向するように配設されており、前記往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーンに向けて吐出することが望ましい。この場合、ファンの吸込み口がワークが配設されている領域の上面と対向しているおり、往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーンに向けて吐出するので、熱処理ゾーンを通過したガスを効率よくファン内に吸い込んで加熱ゾーンに送ることができ、加熱ガスの循環効率を向上させることができる。

（６）上記（３）〜（５）の熱処理炉において、前記整流板は、当該整流板の上流側において前記ファンから遠ざかる側の流路が狭くなるよう前記供給ダクトを分割しており、かつ、当該整流板の下流側の前記供給ダクトの吹出し口において流路をほぼ均等に分割するよう形成されていることが望ましい。この場合、整流板の上流側においてファンから遠ざかる側の流路が狭くなるよう供給ダクトを分割し、かつ、当該整流板の下流側の供給ダクトの吹出し口において流路をほぼ均等に分割することで、復路と垂直な方向における加熱ガスの静圧の差を緩和して、分割された流路のそれぞれに静圧及び風量が略等しい状態の加熱ガスを供給することができる。これにより、往路内のワークに対し、より均一に加熱ガスをあてることができる。

（７）上記（２）〜（６）の熱処理炉において、前記加熱ゾーンにはガスを加熱するバーナーが配設されており、加熱ガスを吹き出す当該バーナーの円筒状の吹出し部の先端開口が、前記復路内において下方を向くよう配置されていることが望ましい。この場合、復路内の加熱ガスの流れ方向にバーナーの円筒状の吹出し部から加熱ガスを吹き出すことができるので、圧力損失を小さくすることができ、当該加熱ガスの循環効率を向上させることができる。

（８）上記（３）〜（７）の熱処理炉において、前記搬送部はローラーハースを備えていることが望ましい。この場合、ワークを収容したバスケット等をチェーンにより搬送するよりも多くの加熱ガスを当該ワークに供給することができ、ワークの昇温効率を向上させることができる。

本発明の熱処理炉によれば、昇温ばらつきを抑制し、ワークを効率よく短時間で昇温させることができる。

本発明の熱処理炉の一実施形態を搬送方向に沿って縦に断面した縦断面説明図である。 図１に示される熱処理炉の昇温室を当該熱処理炉の搬送方向に沿って横に断面した縦断面説明図である。 供給ダクトの水平断面を示す図である。 従来の熱処理炉の横断面説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の熱処理炉の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理炉である溶体化炉１を搬送方向に沿って縦に断面した縦断面説明図であり、図２は、図１に示される溶体化炉１の昇温室２を当該溶体化炉１の搬送方向に沿って横に断面した縦断面説明図である。溶体化炉１は、自動車に用いられるピストン部品等のアルミ部品の溶体化処理を行うための炉であり、水平方向に細長い略角筒形状の炉である。熱処理対象物であるワークＷは、溶体化炉１の搬入口３から炉内に搬入され、熱処理を終えたワークＷは搬出口４から炉外に搬出される。

溶体化炉１は、搬入口３から搬出口４に向けて、予熱室５、昇温室２および均熱室７を有している。なお、溶体化炉１の搬出口４には、溶体化処理後のワークＷの焼き入れ処理を行うための水槽８が当該搬出口４に隣接して配置されている。焼き入れ処理が施されたワークＷは、図示しない後続の工程へ移送される。図１において白抜きの矢印はワークＷを搭載した段積み状態のバスケット９の移動経路を示している。

ワークＷは金属製のバスケット９内に複数個配置されている。バスケット９は、通気性を有しており、当該バスケット９内に配置されたワークＷに加熱ガスがあたるようになっている。本実施形態では、４つのバスケット９が垂直方向に積み重ねられた状態、すなわち段積みの状態で溶体化炉１に搬入されて熱処理が行われる。段積みされたバスケット９の炉内の移動は、駆動部１０により回転駆動されるローラーハース１１により行われる。なお、炉内へのバスケット９の搬入及び炉内からのバスケット９の搬出は、ローラーコンベヤ１７により行われる。

溶体化炉１の搬入口３には図示しない駆動部により垂直方向に移動可能な搬入ゲート１２が設けられている。また、溶体化炉１の搬出口４には、同じく図示しない駆動部により垂直方向に移動可能な搬出ゲート１３が設けられている。溶体化炉１の内部は、前述したように、予熱室５、昇温室２および均熱室７の３つの室ないしスペースに区分けされている。予熱室５と昇温室２の間には、第１仕切板１４が設けられており、昇温室２と均熱室７の間には第２仕切板１５が設けられている。第１仕切板１４及び第２仕切板１５は、それぞれ図示しない駆動部により垂直方向に移動可能である。

本実施形態では、昇温室２の上流側に予熱室５がおり、この予熱室５である程度の温度まで昇温させたワークＷを続く昇温室２で所定の温度まで加熱している。ただし、この予熱室５は、ワークＷの設定温度や昇温時間等の熱処理条件によっては、省略することも可能である。本実施形態における予熱室５及び昇温室２の構成は略同じであり、後述するバーナーやファンの運転条件が若干異なっている。

本実施形態に係る溶体化炉１は、熱風循環式の熱処理炉であり、予熱室５及び昇温室２では、加熱ガスをファンにより循環させてワークＷの熱処理が行われる。
図２に示されるように、昇温室２は、断熱材が充填された炉体板金からなる天井部２ａ、底部２ｂ及び両側部２ｃ、２ｄを有している。昇温室２は、かかる天井部２ａ、底部２ｂ及び両側部２ｃ、２ｄ並びに前記第１仕切板１４及び第２仕切板１５により区画されている。

昇温室２は、ワークＷの熱処理を行う熱処理ゾーン２０と、ワークＷを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーン２１と、前記加熱ガスを前記加熱ゾーン２１から前記熱処理ゾーン２０に導く供給ダクト２２とを備えている。

熱処理ゾーン２０には、ワークＷが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクト２２から供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路２３が形成されている。また、加熱ゾーン２１には、熱処理ゾーン２０から排気されたガスを加熱する復路２４が形成されている。この復路２４は前記往路２３に対して略平行に形成されている。

供給ダクト２２は、金属で作製されており、当該供給ダクト２２の吹出し口２５が、前記往路２３と同一直線上において、ワークＷが配設されている領域の下面と対向するように配設されている。より詳細には、供給ダクト２２の吹出し口２５の平面視の形状は、図３に示されるように矩形状である。一方、ワークＷを搭載したバスケット９の平面視の形状も前記吹出し口２５と略同じ大きさの矩形状である。かかる供給ダクト２２の吹出し口２５が、段積み状態の最下部のバスケット９の底面９ａと所定距離ａ（例えば、８５ｍｍ程度）だけ離れて対向するように供給ダクト２２が配設されている。この距離ａは、ローラーハース１１の熱膨張や組立時のずれにより供給ダクト２２の吹出し口２５がローラーハース１１と干渉するのを防止するとともに、メンテナンスを考慮して、ローラーハース１１の下端と吹出し口２５との間に１０〜２０ｍｍの距離ｂが確保できるように設定されている。
なお、本明細書において、ワークＷが配設されている「領域」とは、単に平面的な範囲だけを意味するものではなく、立体的な範囲ないし空間を意味する。本実施形態では、ワークＷがバスケット９内に充填されているので、このバスケット９により画定されている範囲ないし空間を、ワークＷが配設されている「領域」とすることができる。

昇温室２内の上部には、加熱ガスを当該昇温室２内で循環させるファン２６が配設されている。本実施形態では、大きな風量と静圧を確保するためにターボファンが採用されている。ファン２６は、炉外に配設された、減速機構を備えたモータ２７により駆動される。

加熱ゾーン２１にはガスを加熱するためのバーナー２８が配設されている。バーナー２８は、加熱ガスを吹き出す円筒状の吹出し部２９を備えている。この吹出し部２９の先端の開口２９ａは、前記復路２４内において下方を向くように配置されている。すなわち、復路２４内の加熱ガスの流れ方向に沿って吹出し部２９から加熱されたガスが吹き出されるように構成されている。

供給ダクト２２は、昇温室２の底部２ｂの上面２ｂ１、すなわち炉底と、搬送部を構成するローラーハース１１との間に配設されている。かかる供給ダクト２２は、昇温室２を溶体化炉１の搬送方向に沿って横に断面した縦断面において略コの字状又は略Ｕ字状の形態を呈している。供給ダクト２２は、昇温室２の底部２ｂに設けたピン１８に図示しないボルトにより固定されている。

供給ダクト２２は、当該供給ダクト２２内を流れる加熱ガスの流路を分割させる２枚の整流板３０ａ，３０ｂを備えている。整流板３０ａ，３０ｂは供給ダクト２２の流路に沿って設けられている。整流板３０ａ，３０ｂにより供給ダクト２２内の流路を分割することで、熱処理ゾーン２０内のワークＷに対し、より均一な状態の加熱ガスを供給することができる。

また、整流板３０ａ，３０ｂは、当該整流板３０ａ，３０ｂの上流側、すなわち加熱ガスの流れを基準とした場合における上流側において前記ファン２６から遠ざかる側の流路が狭くなるよう前記供給ダクトを分割している。ファン２６から遠ざかる側とは、当該ファン２６の回転軸を基準として当該回転軸を延長した線分から水平方向に遠ざかる側のことであり、図２では左側、図３では上側のことである。本実施形態では、供給ダクト２２の内部が３つの流路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに分割されているが、ファン２６から遠ざかる側の流路である流路３１ａが最も狭く、ファン２６に近づくにつれて徐々に広くなっている。一方、整流板３０ａ，３０ｂは、当該整流板３０ａ，３０ｂの下流側の前記供給ダクト２２の吹出し口２５において、図２〜３に示されるように、流路をほぼ均等に分割するよう形成されている。
このように整流板３０ａ，３０ｂを構成することで、供給ダクト２２における復路２４と垂直な方向における加熱ガスの静圧の差を緩和して、分割された３つの流路のそれぞれに静圧及び風量が略等しい状態の加熱ガスを供給することができる。

本実施形態では、ワークＷが配設されている領域の上方に、すなわち段積みされた４つのバスケット９の最上段のバスケット９の上方に、当該バスケット９を通過した加熱ガスをファン２６の吸込み口２６ａに誘導するガイド部３２が設けられている。また、ファン２６の吸込み口２６ａが、前記往路２３の同一直線上において、前記最上段のバスケット９上面と対向するように配設されている。さらに、ファン２６は、往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーン２１に向けて吐出する。これらにより、本実施形態では、熱処理ゾーンを通過したガスを効率よくファン２６内に吸い込んで加熱ゾーン２１に送ることができ、加熱ガスの循環効率を向上させることができる。加熱ガスは、図２において矢印で示されるように、昇温室２内を循環する。

本実施形態に係る溶体化炉１では、供給ダクト２２を用いて加熱ガスを往路２３内のワークＷの下方から上方に向けて供給しており、この供給ダクト２２の吹出し口２５が、ワークＷが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている。このため、加熱ガスを均等に且つ効率よくワークＷにあてることができ、ワークＷの昇温ばらつきを抑制して、ワークの昇温時間を短縮させることができる。その結果、ワークＷの生産能力を向上させることができる。

また、熱処理ゾーン２０から排気されたガスを加熱する復路２４を、当該熱処理ゾーン２０内の往路２３に対してほぼ平行に位置するように形成しているので、昇温室２内において加熱ゾーン２１と熱処理ゾーン２０を水平方向ないし横方向に隣接して設けることができ、昇温室２、ひいては溶体化炉１をコンパクト化することができる。

また、本実施形態では、バーナー２８の円筒状の吹出し部２９の先端開口２９ａが、加熱ゾーン２１における復路２４内において下方を向くよう配置されており、当該復路２４内の加熱ガスの流れ方向にバーナー２８の円筒状の吹出し部２９から加熱ガスが吹き出すことができるので、圧力損失を小さくすることができ、当該加熱ガスの循環効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、溶体化炉１の搬送部はローラーハース１１を備えているので、ワークＷを収容したバスケット９をチェーンにより搬送するよりも多くの加熱ガスを当該ワークＷに供給することができ、ワークＷの昇温効率を向上させることができる。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、供給ダクト内に２枚の整流板を設けているが、整流板の数は、供給ダクトのサイズ等に応じて適宜変更することができ、１枚でもよいし、また３枚以上であってもよい。

また、前述した実施形態では、アルミ部品の溶体化処理を行う溶体化炉に本発明を適用しているが、かかる溶体化炉に限定されるものではなく、例えば時効炉にも本発明を適用することができる。さらには、アルミ部品だけでなく他の金属部品の熱処理を行う熱処理炉にも本発明を適用することが可能である。

１ ：溶体化炉（熱処理炉）
２ ：昇温室
３ ：搬入口
４ ：搬出口
５ ：予熱室
７ ：均熱室
８ ：水槽
９ ：バスケット
１１ ：ローラーハース
１２ ：搬入ゲート
１３ ：搬出ゲート
１４ ：第１仕切板
１５ ：第２仕切板
２０ ：熱処理ゾーン
２１ ：加熱ゾーン
２２ ；供給ダクト
２３ ：往路
２４ ：復路
２５ ：吹出し口
２６ ：ファン
２７ ：モータ
２８ ：バーナー
２９ ：吹出し部
２９ａ：先端開口
３０ａ：整流板
３０ｂ：整流板
３１ａ：流路
３１ｂ：流路
３１ｃ：流路
３２ ：ガイド部

Claims (8)

1. 加熱ガスをファンにより循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉であって、
   ワークの熱処理を行う熱処理ゾーンと、ワークを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーンと、前記加熱ガスを前記加熱ゾーンから前記熱処理ゾーンに導く供給ダクトとを備えており、
   前記熱処理ゾーンには、前記ワークが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクトから供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路が形成されており、
   前記供給ダクトは、当該供給ダクトの吹出し口が、前記往路と同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている、熱処理炉。
2. 前記加熱ゾーンには、前記熱処理ゾーンから排気されたガスを加熱する復路が形成されており、
   前記復路は、前記往路に対してほぼ平行に形成されている、請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記供給ダクトは、前記熱処理炉の炉底と前記ワークを搬送する搬送部との間に配設されている、請求項２に記載の熱処理炉。
4. 前記供給ダクトは、当該供給ダクト内を流れる加熱ガスの流路を分割させる整流板を備えており、前記整流板は供給ダクトの流路に沿って設けられている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱処理炉。
5. 前記ファンは、当該ファンの吸込み口が、前記往路の同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の上面と対向するように配設されており、前記往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーンに向けて吐出する、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の熱処理炉。
6. 前記整流板は、当該整流板の上流側において前記ファンから遠ざかる側の流路が狭くなるよう前記供給ダクトを分割しており、かつ、当該整流板の下流側の前記供給ダクトの吹出し口において流路をほぼ均等に分割するよう形成されている、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の熱処理炉。
7. 前記加熱ゾーンにはガスを加熱するバーナーが配設されており、加熱ガスを吹き出す当該バーナーの円筒状の吹出し部の先端開口が、前記復路内において下方を向くよう配置されている、請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の熱処理炉。
8. 前記搬送部はローラーハースを備えている、請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の熱処理炉。

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