JP2024030238A - 加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスの使用量を削減することができる加熱処理装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る加熱処理装置１は、棒状ワークＷを設置した状態で棒状ワークＷの軸線Ｗ１に沿って搬送し、棒状ワークＷを加熱処理する加熱処理装置１であって、ガス供給部１０と、加熱部２０と、冷却液供給部３０と、を備え、第１搬送空間Ｓ１、第２搬送空間Ｓ２及び第３搬送空間Ｓ３は、ガス供給部１０の搬送方向Ｃの上流側Ｆ１に入口部Ｃ１、冷却液供給部３０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に出口部Ｃ２を有する連続搬送空間Ｓで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱処理装置に関する。

従来、細長ワークに対して無酸化加熱処理を効率的に施すこと、冷却液が加熱機構による加熱を行う加熱空間に侵入するのを効率的に防止することを目的として、細長ワークを水平方向に沿って横置きに配置した状態で前記細長ワークの長手軸線に沿って搬送し、かつ前記細長ワークに無酸化加熱処理を施すように構成される横型加熱処理装置であって、前記細長ワークの外周面の周囲に配置され、かつ前記細長ワークを加熱可能に構成される加熱機構と、前記細長ワークに冷却液を噴射するように構成される噴射口を有し、前記細長ワークの外周面の周囲に配置され、かつ前記加熱機構に対して前記細長ワークの搬送方向の下流側に離れている第１及び第２冷却機構とを備え、前記第１冷却機構が、前記搬送方向にて前記加熱機構及び前記第２冷却機構間に位置し、前記第１冷却機構の噴射口から噴射される冷却液の噴射方向が、前記長手軸線に対して直交すると共にこの噴射口を通る第１仮想平面を基準として前記第２冷却機構寄りに傾斜しており、前記加熱機構及び前記第１冷却機構間に隙間が形成され、前記第１及び第２冷却機構間に隙間が形成されている、横型加熱処理装置が開示されている（特許文献１を参照）。

特開２０２０－１７６２８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の横型加熱処理装置は、無酸化加熱処理を施すために使用する不活性ガスの使用量を削減するには限界があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスの使用量を削減することができる加熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る加熱処理装置は、棒状ワークを設置した状態で前記棒状ワークの軸線に沿って搬送し、前記棒状ワークを加熱処理する加熱処理装置であって、前記棒状ワークの搬送方向上流側に設けられ、内部に前記棒状ワークが搬送される第１搬送空間を有し、かつ、前記第１搬送空間内で前記棒状ワークの外周面に周方向から非酸化性ガスを供給するガス供給部と、前記ガス供給部の搬送方向下流側に連続して設けられ、内部に前記棒状ワークが搬送される第２搬送空間を有し、かつ、前記第２搬送空間内で前記棒状ワークの外周面を周方向から加熱する加熱部と、前記加熱部の搬送方向下流側に連続して設けられ、内部に前記棒状ワークが搬送される第３搬送空間を有し、かつ、前記第３搬送空間内で前記棒状ワークの外周面に周方向から冷却液を供給する冷却液供給部と、を備え、前記第１搬送空間、前記第２搬送空間及び前記第３搬送空間は、前記ガス供給部の搬送方向上流側に入口部、前記冷却液供給部の搬送方向下流側に出口部を有する連続搬送空間で構成されていることを特徴とする。

前記冷却液供給部は、前記棒状ワークの外周面に周方向から冷却液を連続して供給することが好ましい。

前記ガス供給部における前記第１搬送空間内での前記棒状ワークの外周面への周方向からの非酸化性ガスの供給は、前記第１搬送空間の上流側に設けられた入口部より下流側の前記第１搬送空間の内部から行うことが好ましい。

本発明によれば、加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスの使用量を削減することができる加熱処理装置が提供される。

図１は、本実施形態に係る加熱処理装置１を、棒状ワークＷの軸線Ｗ１に沿って切断した断面概念図である。 図２は、本実施形態に係る加熱処理装置１のガス供給部１０を棒状ワークＷの搬送方向Ｃの上流側Ｆ１から下流側Ｆ２に向けて見た時の概念上面図である。 図３は、図２をＡ－Ａ線で切断した時の円盤状箱型１０Ｈの内部近傍を拡大した断面概念図である。 図４は、本実施形態に係る加熱処理装置１の冷却液供給部３０を棒状ワークＷの搬送方向Ｃの下流側Ｆ２から上流側Ｆ１に向けて見た時の概念下面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る加熱処理装置１を、棒状ワークＷの軸線Ｗ１に沿って切断した断面概念図である。なお、図１では、棒状ワークＷの搬送方向を実線矢印Ｃにより示し、棒状ワークＷの搬送方向Ｃの上流側を点線矢印Ｆ１、棒状ワークＷの搬送方向Ｃの下流側を点線矢印Ｆ２でそれぞれ示す。

本実施形態に係る加熱処理装置１は、図１に示すように、棒状ワークＷを設置した状態で前記棒状ワークＷの軸線Ｗ１に沿って搬送し、前記棒状ワークＷを加熱処理する加熱処理装置であって、ガス供給部１０、加熱部２０、冷却液供給部３０を備える。

ガス供給部１０は、棒状ワークＷの搬送方向Ｃの上流側Ｆ１に設けられ、内部に棒状ワークＷが搬送される第１搬送空間Ｓ１を有し、かつ、第１搬送空間Ｓ１内で棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から非酸化性ガスＧを供給する。
棒状ワークＷは、ボールねじ、直動レール、シャフト等の棒状の形状を有する鋼材が適用される。
非酸化性ガスＧは、例えば、不活性ガス（アルコンガス等）や窒素ガスが用いられる。

加熱部２０は、ガス供給部１０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に連続して設けられ、内部に棒状ワークＷが搬送される第２搬送空間Ｓ２を有し、かつ、第２搬送空間Ｓ２内で棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する。

冷却液供給部３０は、加熱部２０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に連続して設けられ、内部に棒状ワークＷが搬送される第３搬送空間Ｓ３を有し、かつ、第３搬送空間Ｓ３内で棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から冷却液Ｌを供給する。
冷却液Ｌは、ポリマー系の冷却液や水が用いられる。なお、後述する棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から冷却液Ｌを連続して供給する場合は、当該冷却液Ｌを循環使用することが好ましい。

また、本実施形態に係る加熱処理装置１は、第１搬送空間Ｓ１、第２搬送空間Ｓ２及び第３搬送空間Ｓ３は、ガス供給部１０の搬送方向Ｃの上流側Ｆ１に入口部Ｃ１、冷却液供給部３０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に出口部Ｃ２を有する連続搬送空間Ｓで構成されている。

このように、本実施形態では、棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から非酸化性ガスＧを供給するガス供給部１０と、前記棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する加熱部２０及び前記棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から冷却液Ｌを供給する冷却液供給部３０をそれぞれ個別に設け、かつ、それぞれの内部の第１搬送空間Ｓ１、第２搬送空間Ｓ２及び第３搬送空間Ｓ３は、ガス供給部１０の搬送方向Ｃの上流側Ｆ１に入口部Ｃ１、冷却液供給部３０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に出口部Ｃ２を有する連続搬送空間Ｓで構成されている。
そのため、特許文献１のような加熱部１０の空間にガスを供給するよりも短時間で効率的に棒状ワークＷの外周面Ｗ２近傍を無酸化加熱処理に近づけることができる。

具体的には、非酸化性ガスＧは、ガス供給部１０において、棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から供給されるため、第１搬送空間Ｓ１内で、当該外周面Ｗ２に衝突する。その後、衝突した非酸化性ガスＧは、第１搬送空間Ｓ１の入口部Ｃ１方向か、連続搬送空間Ｓとなった第３搬送空間Ｓ３の出口部Ｃ２方向に流れる。その出口部Ｃ２方向に流れた非酸化性ガスＧは、同じく連続搬送空間Ｓとなった加熱部２０内部の第２搬送空間Ｓ２内も棒状ワークＷの外周面Ｗ２に沿って流れることになる。従って、第２搬送空間Ｓ２内での棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する際に、当該棒状ワークＷの外周面Ｗ２近傍を短時間で効率的に無酸化加熱処理に近づけることができる。

従って、棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスＧの使用量を削減することができる。また、無酸化加熱処理に近づけた加熱処理を行うことができるため、当該加熱処理された棒状ワークＷの外周面Ｗ２の酸化スケール発生を抑止することができる。

次に、ガス供給部１０、加熱部２０及び冷却液供給部３０の具体的な構成を説明する。
図２は、本実施形態に係る加熱処理装置１のガス供給部１０を棒状ワークＷの搬送方向Ｃの上流側Ｆ１から下流側Ｆ２に向けて見た時の概念上面図である。
ガス供給部１０は、具体的には、図２に示すように、内部（中心点Ｏ（棒状ワークＷの軸線Ｗ１）を含む内部領域）に棒状ワークＷが搬送される第１搬送空間Ｓ１となる貫通部１０Ｓが厚さ方向（図１では上下方向Ｄ１、図２では紙面方向Ｄ１）に形成された円盤状箱型１０Ｈ（以下、単に「円盤状箱型１０Ｈ」という。）で構成されている。

円盤状箱型１０Ｈの外側の外面１０ＨＯ（図１では上下方向Ｄ１に垂直する水平方向Ｄ２の外面１０ＨＯ）に設けられたガス導入口１２と、ガス導入口１２に連結され、ガス導入口１２から円盤状箱型１０Ｈの内部空間Ｖに非酸化性ガスＧを供給するガス供給機構１４（図１及び図２ではガス供給配管１４のみ図示（ガス供給装置等は不図示））と、ガス導入口１２から供給された非酸化性ガスＧを内部空間Ｖから棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から供給する円盤状箱型１０Ｈの内側（内部）の内面１０ＨＵに設けられた複数の噴射口１５を備える。

図３は、図２をＡ－Ａ線で切断した時の円盤状箱型１０Ｈの内部近傍を拡大した断面概念図である。
より具体的には、ガス供給部１０は、図１から図３に示すように、円盤状箱型１０Ｈの内側（内部）の内面１０ＨＵに、棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向（好ましくは周方向全体）から非酸化性ガスＧを供給する複数の噴射口１５を有している。複数の噴射口１５は、搬送方向Ｃと平行な方向（上下方向Ｄ１）に並んだ噴射口群Ｈ１を構成すると共に、噴射口群Ｈ１が上下方向Ｄ１に垂直する水平方向Ｄ２（棒状ワークＷの外周面Ｗ２の周方向）に複数列（好ましくは周方向全体に）平行して並んで設けられている。
これにより、ガス供給部１０は、第１搬送空間Ｓ１内で棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向（好ましくは周方向全体）から非酸化性ガスＧを供給することができる。

加熱部２０は、具体的には、図１に示すように、ガス供給部１０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に連続して設けられ、内部に棒状ワークＷが搬送される第２搬送空間Ｓ２を有する加熱コイル部２０ａで構成されている。
加熱コイル部２０ａは、棒状ワークＷを高周波誘導加熱可能に構成されている。
加熱コイル部２０ａは、内部に棒状ワークＷが搬送される第２搬送空間Ｓ２を有し、かつ、第２搬送空間Ｓ２内で棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向（好ましくは周方向全体）から加熱する図示しないコイル本体と、当該コイル本体に電気的に接続された図示しない電源部とを有する。
コイル本体に電源部から電流を流すとコイル本体が第２搬送空間Ｓ２を通過する棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向（好ましくは周方向全体）から誘導加熱することができる。

図４は、本実施形態に係る加熱処理装置１の冷却液供給部３０を棒状ワークＷの搬送方向Ｃの下流側Ｆ２から上流側Ｆ１に向けて見た時の概念下面図である。
冷却液供給部３０は、具体的には、図４に示すように、内部（中心点Ｏ（棒状ワークＷの軸線Ｗ１）を含む内部領域）に棒状ワークＷが搬送される第３搬送空間Ｓ３となる貫通部１０Ｔが厚さ方向（図１では上下方向Ｄ１、図４では紙面方向Ｄ１）に形成された円盤状箱型１０Ｉ（以下、単に「円盤状箱型１０Ｉ」という。）の冷却ジャケット３０ａで構成されている。

円盤状箱型１０Ｉの外側の外面１０ＩＯ（図１では上下方向Ｄ１に垂直する水平方向Ｄ２の外面１０ＩＯ）に設けられた図示しない冷却液導入口と、冷却液導入口に連結され、冷却液導入口から円盤状箱型１０Ｉの図示しない内部空間に冷却液を供給する図示しない冷却液供給機構と、冷却液導入口から供給された冷却液を当該内部空間から棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向から供給する円盤状箱型１０ＩＯの内側（内部）の内面１０ＩＵに設けられた複数の噴射口３０ａａを備える。

より具体的には、冷却液供給部３０は、図４に示すように、円盤状箱型１０Ｉの内側（内部）の内面１０ＩＵに、例えば出口部Ｃ２から搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に遠ざかる方向に角度を設けて、棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向（好ましくは周方向全体）から冷却液Ｌを供給する複数の噴射口３０ａａを有している。
これにより、冷却液供給部３０は、第３搬送空間Ｓ３内で棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向（好ましくは周方向全体）から冷却液Ｌを供給することができる。

前記冷却液供給部３０は、前記棒状ワークＷの外周面Ｗ２に周方向（好ましくは周方向全体）から冷却液Ｌを連続して供給することが好ましい。
このようにすることで、第３搬送空間Ｓ３の前記周方向に連続して供給される冷却液Ｌによって、連続搬送空間Ｓの出口部Ｃ２に蓋をしているような構成とすることができる。
従って、第１搬送空間Ｓ１に供給した非酸化性ガスＧを連続搬送空間Ｓ内に閉じ込めやすくなるため、第２搬送空間Ｓ２内での棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する際に、当該棒状ワークＷの外周面Ｗ２近傍をより無酸化加熱処理に近づけることができる。
以上から、棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスＧの使用量をより削減することができる。

前記ガス供給部１０における前記第１搬送空間Ｓ１内での前記棒状ワークＷの外周面Ｗ２への周方向（好ましくは周方向全体）からの非酸化性ガスＧの供給は、図１及び図２に示すように、第１搬送空間Ｓ１の上流側Ｆ１に設けられた入口部Ｃ１より下流側Ｆ２の前記第１搬送空間Ｓ１の内部から行うことが好ましい。
具体的には、ガス供給部１０における複数の噴射口１５を、図１及び図２に示すように、第１搬送空間Ｓ１の上流側Ｆ１に設けられた入口部Ｃ１より下流側Ｆ２の前記第１搬送空間Ｓ１の内部に設けて、前記複数の噴射口１５から非酸化性ガスＧを供給することが好ましい。

これにより、第１搬送空間Ｓ１内に供給することで、衝突した非酸化性ガスＧは、連続搬送空間Ｓとなった第３搬送空間Ｓ３の出口部Ｃ２方向に流れる量が増加するため、加熱部２０での、当該棒状ワークＷの外周面Ｗ２近傍をより無酸化加熱処理に近づけることができる。
従って、棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスＧの使用量をより削減することができる。

前記第１搬送空間Ｓ１、前記第２搬送空間Ｓ２及び前記第３搬送空間Ｓ３、すなわち連続搬送空間Ｓは、図１及び図２に示すように、前記ガス供給部１０の搬送方向Ｃの上流側Ｆ１に入口部Ｃ１、前記冷却液供給部３０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に出口部Ｃ２のみを有する準閉鎖空間で構成されていることが更に好ましい。
すなわち、ガス供給部１０は搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に隙間なく加熱部２０と連結しており、加熱部２０は搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に隙間なく冷却液供給部３０と連結しており、当該連続搬送空間Ｓは、図１及び図２に示すように、前記ガス供給部１０の搬送方向Ｃの上流側Ｆ１に入口部Ｃ１、前記冷却液供給部３０の搬送方向Ｃの下流側Ｆ２に出口部Ｃ２のみを有する準閉鎖空間で構成されていることが更に好ましい。

これにより、ガス供給部１０と加熱部２０との間、加熱部２０と冷却液供給部３０との間から第１搬送空間Ｓ１内に供給した非酸化性ガスＧが漏れ出すのを抑制することができる。
従って、加熱部２０での当該棒状ワークＷの外周面Ｗ２近傍をより無酸化加熱処理に近づけることができる。
以上から、棒状ワークＷの外周面Ｗ２を周方向から加熱する加熱処理を施すために使用する非酸化性ガスＧの使用量をより削減することができる。

また、本実施形態に係る加熱処理装置１は、高周波誘導加熱における焼入処理に使用する高周波焼入装置に好適に使用することができる。
すなわち、本実施形態に係る加熱処理装置１は、加熱部２０では棒状ワークＷの外周面Ｗ２に対して高周波誘導加熱処理を行い、冷却液供給部３０では加熱処理された棒状ワークＷの外周面Ｗ２に対して冷却液Ｌを供給して急冷処理を行う高周波焼入装置に好適に使用することができる。

本発明に係る加熱処理装置は、上述した実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る加熱処理装置は、上述した作用効果により限定されるものではない。
すなわち、本発明に係る加熱処理装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 加熱処理装置
１０ ガス供給部
２０ 加熱部
３０ 冷却液供給部
Ｗ 棒状ワーク

Claims (3)

1. 棒状ワークを設置した状態で前記棒状ワークの軸線に沿って搬送し、前記棒状ワークを加熱処理する加熱処理装置であって、
   前記棒状ワークの搬送方向上流側に設けられ、内部に前記棒状ワークが搬送される第１搬送空間を有し、かつ、前記第１搬送空間内で前記棒状ワークの外周面に周方向から非酸化性ガスを供給するガス供給部と、
   前記ガス供給部の搬送方向下流側に連続して設けられ、内部に前記棒状ワークが搬送される第２搬送空間を有し、かつ、前記第２搬送空間内で前記棒状ワークの外周面を周方向から加熱する加熱部と、
   前記加熱部の搬送方向下流側に連続して設けられ、内部に前記棒状ワークが搬送される第３搬送空間を有し、かつ、前記第３搬送空間内で前記棒状ワークの外周面に周方向から冷却液を供給する冷却液供給部と、を備え、
   前記第１搬送空間、前記第２搬送空間及び前記第３搬送空間は、前記ガス供給部の搬送方向上流側に入口部、前記冷却液供給部の搬送方向下流側に出口部を有する連続搬送空間で構成されている加熱処理装置。
2. 前記冷却液供給部は、前記棒状ワークの外周面に周方向から冷却液を連続して供給する請求項１に記載の加熱処理装置。
3. 前記ガス供給部における前記第１搬送空間内での前記棒状ワークの外周面への周方向からの非酸化性ガスの供給は、前記第１搬送空間の上流側に設けられた入口部より下流側の前記第１搬送空間の内部から行う請求項１又は２に記載の加熱処理装置。
   
   

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