JP2022553983A - ガス焼入れ装置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本明細書は、ガス冷却装置に関し、このガス冷却装置は、チャンバと、チャンバ 内の処理空間へのアクセスのためにチャンバに設けられている少なくとも1つの開口部と、開口部を閉じるための少なくとも1つの扉と、チャンバ内に設けられて少なくとも1つの壁(42)を有するシステム(4) とを備えており、少なくとも1つの壁は、少なくとも1つの壁が開口部及び処理空間間に遮蔽体を形成する第1の位置と、少なくとも1つの壁が開口部から処理空間へのアクセスを可能にする第2の位置との間で移動可能である。

Description

本開示は一般に、金属部品又はガラス部品の処理設備に関し、より具体的にはガス焼入れ装置に関する。
ガス焼入れ装置は特に、金属、金属ベースの合金又はガラスで形成される部品を処理するために業界で広く使用されている。固体状態の部品のこの処理は、典型的には急速冷却(焼入れ)熱処理である。
焼入れ装置は一般に、チャンバ内に置かれる処理されるべき部品を冷却するためのガス(又は焼入れするためのガス)が循環する緊密なチャンバで形成されている。この循環は、処理の質及び設備の性能に影響を及ぼす。
実施形態は、既知の焼入れ装置の不利点の全て又は一部を克服する。
実施形態は、焼入ガスの循環を向上させる焼入れ装置を提供する。
実施形態は、ガス冷却装置であって、
一般に円筒形状のチャンバと、
前記チャンバ内の処理空間へのアクセスのために前記チャンバに設けられている少なくとも1つの開口部と、
前記開口部を閉じるための少なくとも1つの扉と、
前記チャンバ内に設けられて少なくとも1つの壁を有するシステムと
を備えており、
前記少なくとも1つの壁は、前記少なくとも1つの壁が前記開口部及び前記処理空間間に遮蔽体を形成する第1の位置と、前記少なくとも1つの壁が前記開口部から前記処理空間へのアクセスを解放する第2の位置との間で前記円筒形状のチャンバの軸芯と平行な方向に移動可能である、ガス冷却装置を提供する。
実施形態によれば、移動可能な前記少なくとも1つの壁は、ガスの流れを前記処理空間に向けて導く役割を果たす。
実施形態によれば、前記ガス冷却装置は、前記処理空間へのアクセスのために複数の開口部を備えており、前記システムは、各開口部と前記処理空間との間に移動可能な壁を有している。
実施形態によれば、前記チャンバは、前記処理空間へのアクセスのために2つの開口部を有している。
実施形態によれば、前記システムは、前記処理空間の周りに枠を形成すべく配置された4つの壁を有している。
実施形態によれば、前記枠は、前記第1の位置にあるとき、前記処理空間内に配置される処理物を囲むように構成されている。
実施形態によれば、前記チャンバ内でのガスの循環が閉回路で、前記処理空間を含む前記チャンバの中央部分では第1の方向に行われ、前記チャンバの周囲では第2の方向に行われる。
実施形態によれば、一又は複数の壁は、前記一又は複数の壁の下縁部のレベルにデフレクタ要素を有している。
実施形態によれば、一又は複数の壁は垂直方向に並進移動可能である。
実施形態によれば、前記ガス冷却装置は、移動可能な一又は複数の壁を有するシステムの1つの位置から他の位置への移動を制御するための機構を更に備えている。
実施形態によれば、前記機構は、
移動可能な一又は複数の壁の運動方向に垂直な軸芯に沿って配置されている回転シャフトと、
前記回転シャフトの回転運動を前記一又は複数の壁の並進運動に変換するための少なくとも1つのアームと
を有している。
実施形態によれば、前記回転シャフトの回転は、シリンダの並進運動を前記回転シャフトの回転運動に変換する連結ロッド機構によって前記チャンバの外側から生じる。
実施形態によれば、前記処理空間は、処理物を受けるように構成されている処理物支持体を有している。
実施形態によれば、前記ガス冷却装置は、前記処理物支持体と一列に垂直方向に配置されているタービンを更に備えており、
前記タービンは、
前記チャンバの内側に設けられているファンと、
前記チャンバの外側に設けられているアクチュエータと
を有している。
実施形態によれば、前記ファンは、ガスを前記処理空間に導くためのダクトの内側に配置されている。
実施形態によれば、一又は複数の壁は、前記第1の位置で前記ダクトの壁の全て又は一部を延ばす。
前述及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。
焼入れ装置の実施形態を示す外観斜視図である。 焼入れ装置の実施形態を示す部分的な斜視断面図A及び斜視断面図Bである。 焼入れ装置のための可動壁を有するシステムの好ましい実施形態を示す斜視図である。 焼入れ装置に一体化されている可動壁システム及びその作動機構の実施形態を示す斜視断面図である。
同様の特徴が、様々な図で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態に共通する構造的特徴及び/又は機能的特徴は同一の参照符号を有してもよく、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有してもよい。
明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用な工程及び要素のみが示されて詳細に記載されている。特に、様々な焼入ガスの流量、体積、温度及び圧力に応じてこれらの焼入ガスが処理される部品に及ぼす影響は知られており、詳述されておらず、記載されている実施形態は、通常の処理及びパラメータ(流量、体積、圧力、温度など)と適合可能である。
特に示されていない場合、共に接続された2つの要素を参照するとき、これは、導体以外のいかなる中間要素も無しの直接接続を表し、共に連結された2つの要素を参照するとき、これは、これら2つの要素が接続され得るか、又は一若しくは複数の他の要素を介して連結され得ることを表す。
以下の記載では、「前」、「後ろ」、「最上部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの相対位置を限定する用語、又は「水平方向」、「垂直方向」などの方向を限定する用語を参照するとき、特に指定されていない場合、この用語は図面の向き又は通常の使用位置にある焼入れ装置を指す。
特に指定されていない場合、「約」、「略」、「実質的に」及び「程度」という表現は、該当する値の10%の範囲内、好ましくは5%の範囲内を表す。
図1は、急速冷却装置又は焼入れ装置1 の実施形態を示す斜視図である。
このような装置1 は典型的には、金属、金属合金又はガラスで形成される部品を処理するための設備又はラインの一部を形成しており、設備又はラインは、他の部品製造ステーション及び部品処理ステーションを備えている。
ガス焼入れ装置1 は、例えば、一般に円筒形状のチャンバ3 を備えている。チャンバ3 は、垂直方向又は水平方向の主方向(主ガス循環方向)を有する。
図1に示されている好ましい例では、チャンバ3 は、垂直軸芯を有する円筒形状のチャンバである。チャンバ3 は、支持体5 又は脚部に載置されている。
チャンバ3 は、チャンバ内の処理空間へのアクセスのために(図1には示されていない)2つの開口部を有している。2つの開口部は互いに対向していることが好ましい。これら2つの開口部は、特にインライン設備では、処理する部品を導入する又は取り込むため、及び処理された部品を取り出すため、つまり、取り出して移すために夫々使用される。変形例として、処理設備内の装置の配置に応じて、チャンバは、部品を取り込んで取り出すために使用される1つの開口部を有している。各開口部は、チャンバ3 の外側にある扉9 に関連付けられている。例えば、一又は複数の扉9 は、例えば水平なガイドレール11間に摺動可能に組み立てられた扉であり、モータ13によって移動する。一又は複数の扉9 は、焼入れ装置1 を緊密に閉じることを保証し、焼入れ装置1 のチャンバ3 の内部は、動作中、一般に1~20 barの範囲内の圧力である。
図示されている例では、開口部の一方は、装置1 を備えている設備の残り部分の図示されていないモジュールに装置1 を連結するための要素15に関連付けられている。このモジュールは、例えば加熱装置又は移送チャンバである。この連結により、処理される部品を外気に戻すことなく、この処理モジュールと焼入れ装置との間での処理される部品の自動移送を容易にすることが可能になる。2つの開口部は、装置の外側のモジュールに夫々関連付けられてもよい。
ガス焼入れ装置1 は、焼入れ中に一又は複数のガスを冷却するために、チャンバの内部に(図1に示されていない)熱交換器を更に備えている。熱交換器に、冷却剤、例えば水がダクト17を介して供給される。
ガスは、図1の装置の例では、チャンバ3 の上側部分にあるダクト19を介して導入される。例として、装置1 内で焼入れに使用されるガスは、窒素、ヘリウム及び/又はアルゴンである。
図2は、焼入れ装置の実施形態を示す部分的な斜視断面図A及び斜視断面図Bである。
図2の図Aは、焼入れサイクル中の装置1 を示し、装置1 の扉9 は閉じられている。図2の図Bは、例えば、処理される部品を取り込むか又は処理された部分を取り出す段階中の、扉9 が開いている装置1 を示す。
装置1 は、チャンバ3 の内側の処理空間39のレベルに、処理される処理物23を受けるように構成されている支持体21を備えている。処理物がチャンバ3 の水平面の中央に置かれて一又は複数の開口部25(図2B)と整列するように、処理物の支持体21は、処理物23をチャンバ3 の内側に配置し得るべく選択されている。
処理物23は、チャンバ内で処理物によって占める体積を表す直方体によって図2に概略的に示されている。実際には、処理物は、一又は複数の透かしバスケット内及び/又は透かしプレート上に配置される、処理される複数の部品を含む。
装置1 は、処理物支持体21と一列に垂直方向に配置されているタービンを更に備えている。タービンは、チャンバ3 の内側にファン27を有しており、チャンバの外側に駆動モータ29を有している。シャフト31はチャンバ3 の上側部分を横切り、駆動モータ29をファン27に連結する。
ファン27は、ガスを処理物支持体21に向けて導くためのダクト32の内側に配置されている。ファン27は、ダクト32の上端部の内側に配置されていることが好ましい。ダクト32は、ファンを含む上側部分に円形状の断面を有し、処理される処理物が内接する形状に適合する正方形状又は矩形状の断面を他方の端部に有していることが好ましい。
処理物23の焼入れ中、装置1 のチャンバ3 内の焼入ガスの循環は、一般に閉回路で行われる。ファン27はガスをダクト32の下方に、言い換えれば、支持体21に向けて、ひいては処理される処理物23に向けて押し流す。焼入ガスは、処理空間39内に置かれた処理物23を横切り、その後、ダクト32とチャンバ3 の壁との間の周囲の空間を介してチャンバ内を上昇して戻る。
ファンによって加速されるガス循環により、より急速な冷却が可能になる。急速とは、金属部品に関して毎秒略5度~毎秒略10度の範囲内の冷却速度を意味する。
熱交換器33が、この周囲の空間に、好ましくはファン27のレベルで上側部分に配置されている。熱交換器33は、閉回路循環でガスを再び処理物23に向けて押し出す前にガスを冷却する機能を有する。
チャンバの下側部分でのガスの流れの循環を容易にするため、より具体的には、チャンバの中央部分から周囲に向けてガスの方向を変えるために、上方に向いた円錐状構造体35が処理物支持体21の下に配置されている。円錐体35の先端はファン27の軸芯と略同軸である。
熱交換器によって冷却されたガスの流れを周囲の循環空間からチャンバの中央部分に戻すために、下方に向いた同様の円錐状構造体35' がチャンバの上側部分に設けられている。構造体35' の円錐の先端はファンの軸芯と略同軸である。
円錐状構造体35, 35' は、チャンバの中央部分での最上部から底部へのガス循環、及びチャンバの周囲での底部から最上部へのガス循環を容易にする。
処理物に達するガスの流れを均質化するために使用されるグリッド37が、ダクト32の内側に、好ましくはダクトの下端部のレベルに配置されていることが好ましい。グリッド37の機能は、処理物23のレベルでガスの層流を生成することである。
処理の質及び設備の性能は、チャンバ3 内のガス循環の均質性によって決まる。記載されている実施形態は、処理チャンバ内のガスの流れの新たな分析結果に由来している。この分析結果によると、扉9 の存在、より具体的には開口部25及び対応する扉の枠の存在が、チャンバ内のガスの層流を妨げる渦を生じさせる傾向があるようである。これにより、周囲でのガスの上向きの流れが妨げられるだけでなく、特に処理物のレベル、及び開口部25の前方にある処理物の部分のレベルでの処理物の最上部から底部への下向きのガスの流れの均質性が妨げられる。この現象は、大部分の場合に相当する円筒形状のチャンバの場合に顕著になる。
この現象を克服するために、装置1 には、チャンバ3 の各開口部25に関連付けられている可動壁42のシステムが設けられており、可動壁42はチャンバ内に設けられており、円筒形状のチャンバの軸方向に移動可能であり、開口部25はチャンバの周囲に設けられており、軸方向の端部に設けられていない。言い換えれば、開口部25及び一又は複数の壁42はチャンバの軸芯と平行な面に設けられている。
壁42の機能は、開口部25と処理空間39との間、より具体的には開口部25と少なくともこれらの開口部の前方にある処理物23の部分との間に遮蔽体を形成することである。処理される部品の装置1 への取り込み及び処理された部分の取り出しを妨げることを避けるために、壁42は、少なくとも壁が処理物23及び対応する開口部25間で遮蔽体を形成する、図2Aに示されている第1の(低)位置と、壁が処理物支持体21、ひいては処理空間39へのアクセスを解放する、図2Bに示されている第2の(高)位置との間で移動可能である。
図2の図Aは、焼入れサイクル中の壁42の位置を示す。各可動壁42は、ダクト32の壁の連続部分として配置されている。この位置では、可動壁42は、処理物23を通る下向きの流れを、場合によっては開口部25によって生じるチャンバ3 内の上向きの流れの妨害から保護する。図示されている例では、可動壁42は、ダクト32を下方に延ばすことにより、処理物に向かう下向きの流れを導くために更に使用される。
図2の図Bは、例えば装置1 の扉9 が開いているときの、焼入れサイクル以外の壁42の位置を示す。そのため、可動壁42は、開口部25、逆に処理空間39、ひいては処理物へのアクセスを解放するように配置されている。この位置では、可動壁42は、例えばダクト32の両側で上昇していることが好ましい。
可動壁42の数は異なってもよく、例えばチャンバ3 の形状及びチャンバ内の要素によって決まる。記載されている実施形態では、チャンバは一般に円筒形状を有し、一又は複数の壁はチャンバの軸芯と平行な方向に移動可能である。例えば、1つの開口部25を有するチャンバは1つの可動壁を有してもよい。好ましい実施形態によれば、4つの可動壁が設けられている。このため、処理空間39、ひいては処理物23を囲むことができ、ひいては処理空間を通してガスの流れを導く機能を向上させることができる。
壁42によって流れを導くことにより、下向きのガスの流れを、処理物を横切った後の上向きのガスの流れから分離することができる。従って、(処理物を処理するための)下向きのガスの流れは、扉9 の枠のレベルで場合によっては生じるガスの渦巻きの影響をあまり受けないか又は受けなくなる。このため、処理の流れを均質化することができ、ひいては処理された部分の質を高めることができる。
図3は、焼入れ装置のための可動壁42を有するシステム4 の好ましい実施形態を示す斜視図である。
この実施形態によれば、システム4 は、枠44又はスリーブ又は煙突、例えば直方体を形成すべく配置された4つの壁42を有している。枠44は、高位置(図2の図B)と低位置(図2の図A)との間で円筒形状のチャンバの軸芯と平行に移動可能である。例えば、枠44は、2つの位置間で枠44を移動させるように適合されている制御機構5 に連結される(懸架される)ように構成されているタブ46を、2つの対向する壁42の上側部分に有している。
例えば、制御機構5 は、湾曲したアーム52の第1の端部が連結されている水平なシャフト54を有している。アーム52の第2の端部は、垂直面で円の弧をたどるポート又はスロット56を有している。各ポート56は、枠44を懸架するための垂直タブ46の一方の水平ピン48を摺動可能に受ける。
制御機構5 の機能は、軸芯Xを中心としたシャフト54の回転運動を、高位置及び低位置間での枠44の垂直並進運動に変換することであり、シャフト54の回転の影響によるアーム52の垂直方向の回動と共に、ピン48がポート56内を摺動して1つの位置から別の位置に移動する。このため、シャフト54の軸芯Xは壁42の運動方向に垂直である。
シャフト54は、ダクト32の外側にあってガス循環を妨げないように、枠44に対して横方向に偏移して好ましくは配置されている。
このような運動変換を提供する利点は、チャンバ3 の緊密性を維持しながら、チャンバの外側から可動壁42を有するシステム4 の垂直並進を容易に制御することである。例えば、シャフト54は、緊密な連結部分によって支持されながらチャンバ3 を水平方向に横切り、シャフトの回転は、シリンダ66の、例えば垂直方向の並進運動をシャフト54の回転運動に変換する連結ロッド64による機構6 によって外側から制御される。
低位置では、壁42の枠44が処理物を囲み、ひいては処理物をチャンバの周囲に沿って上昇するガスの流れから保護する。このため、処理物は、チャンバ3 の開口部25によって生じる可能性がある層流の妨害によって影響を受けない。
図3に示されているような処理物を囲むシステムの利点は、低位置では、壁42がダクト32を延ばし、ひいてはチャンバの最上部から処理空間39への層流のガスの流れに有利であるということである。
壁42は、特に下向きから上向きへの循環方向の反転のレベルでガス循環に対する壁42の下縁部の影響を弱めるために丸みを帯びた形状のデフレクタ425 を下側部分に有していることが好ましい。
図4は、図3に関連して記載されているようなシステム4 を備えた焼入れ装置1 の実施形態を示す垂直断面図の部分的な斜視図である。
図4には、図2及び図3に関連して記載されている様々な要素が記載されている。図4では、枠44は低位置にある。装置の下側部分は図4に示されていない。
図4は、ファンの下に配置されることになる機構に関してガス循環を妨げることを避けるためのシャフト54の中心から外れた位置を強調している。シャフト54がファンと一列に配置されないということは更に、中心から外れた回転運動のため、アームの形状の正当な理由となる。
図4は、機構6 をチャンバに取り付ける取付具67、及びシリンダ66のアクチュエータ68を更に示している。
様々な実施形態及び変形例が記載されている。当業者は、これらの様々な実施形態及び変形例のある特徴を組み合わせることができると理解し、他の変形例が当業者に想起される。特に、可動壁42を有するシステム4 及び壁移動機構5 のチャンバ3 の形状への適合、並びにこの形状に関連する制約の考慮は、上記の開示に基づく当業者の技能の範囲内である。
最後に、記載された実施形態及び変形例の実際の実施は、特に該当する焼入れ装置、より一般的には処理設備への適合のために、上述した機能的な表示に基づく当業者の技能の範囲内である。
本特許出願は、参照により本明細書に組み込まれている仏国特許出願第19/11902 号明細書の優先権を主張している。

Claims (16)

  1. ガス冷却装置(1) であって、
    一般に円筒形状のチャンバ(3) と、
    前記チャンバ(3) 内の処理空間(39)へのアクセスのために前記チャンバ(3) に設けられている少なくとも1つの開口部(25)と、
    前記開口部を閉じるための少なくとも1つの扉(9) と、
    前記チャンバ(3) 内に設けられて少なくとも1つの壁(42)を有するシステム(4) と
    を備えており、
    前記少なくとも1つの壁は、前記少なくとも1つの壁が前記開口部及び前記処理空間間に遮蔽体を形成する第1の位置と、前記少なくとも1つの壁が前記開口部から前記処理空間へのアクセスを解放する第2の位置との間で前記円筒形状のチャンバの軸芯と平行な方向に移動可能である、ガス冷却装置。
  2. 移動可能な前記少なくとも1つの壁(42)は、ガスの流れを前記処理空間(39)に向けて導く役割を果たす、請求項1に記載のガス冷却装置。
  3. 前記処理空間(39)へのアクセスのために複数の開口部(25)を備えており、
    前記システム(4) は、各開口部(25)と前記処理空間(39)との間に移動可能な壁(42)を有している、請求項1又は2に記載のガス冷却装置。
  4. 前記チャンバ(3) は、前記処理空間(39)へのアクセスのために2つの開口部(25)を有している、請求項1~3のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  5. 前記システム(4) は、前記処理空間(39)の周りに枠(44)を形成すべく配置された4つの壁(42)を有している、請求項1~4のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  6. 前記枠(44)は、前記第1の位置にあるとき、前記処理空間(39)内に配置される処理物(23)を囲むように構成されている、請求項5に記載のガス冷却装置。
  7. 前記チャンバ(3) 内でのガスの循環が閉回路で、前記処理空間(39)を含む前記チャンバの中央部分では第1の方向に行われ、前記チャンバの周囲では第2の方向に行われる、請求項1~6のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  8. 一又は複数の壁(42)は、前記一又は複数の壁の下縁部のレベルにデフレクタ要素(425) を有している、請求項1~7のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  9. 一又は複数の壁(42)は垂直方向に並進移動可能である、請求項1~8のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  10. 移動可能な一又は複数の壁を有するシステム(4) の1つの位置から他の位置への移動を制御するための機構(5) を更に備えている、請求項1~9のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  11. 前記機構は、
    移動可能な一又は複数の壁の運動方向に垂直な軸芯(X) に沿って配置されている回転シャフト(54)と、
    前記回転シャフトの回転運動を前記一又は複数の壁(42)の並進運動に変換するための少なくとも1つのアーム(52)と
    を有している、請求項10に記載のガス冷却装置。
  12. 前記回転シャフト(54)の回転は、シリンダ(66)の並進運動を前記回転シャフト(54)の回転運動に変換する連結ロッド機構(6) によって前記チャンバ(3) の外側から生じる、請求項11に記載のガス冷却装置。
  13. 前記処理空間(39)は、処理物(23)を受けるように構成されている処理物支持体(21)を有している、請求項1~12のいずれか1つに記載のガス冷却装置。
  14. 前記処理物支持体(21)と一列に垂直方向に配置されているタービンを更に備えており、
    前記タービンは、
    前記チャンバ(3) の内側に設けられているファン(27)と、
    前記チャンバの外側に設けられているアクチュエータ(29)と
    を有している、請求項13に記載のガス冷却装置。
  15. 前記ファン(27)は、ガスを前記処理空間(39)に導くためのダクト(32)の内側に配置されている、請求項14に記載のガス冷却装置。
  16. 一又は複数の壁(42)は、前記第1の位置で前記ダクト(32)の壁の全て又は一部を延ばす、請求項15に記載のガス冷却装置。
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