JP4465965B2 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉の内部に配置された被処理体の加熱或いは冷却を行うとともに被処理体の収縮や歪み等の変形を計測する熱処理装置および熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、焼入れ等の熱処理を行うと熱処理対象の被処理体には焼歪みが生じる。焼歪みには、膨張、収縮の寸法変化と、曲り、反り、捩れなどの形状変化（変形）との二通りがあり、形状変化は不均一冷却や不均一加熱が原因となる。特に不均一冷却が曲り等の形状変化の原因となり、曲りは通常早く冷えた側が凸となり、遅く冷えた側が凹となる。形状変化が生じた被処理体は機械加工等により直す必要があり、これには相当の手間と時間がかかり、熱処理作業のコスト増大に繋がる。
【０００３】
従来、熱処理を行うときに生じる曲り等の形状変化を軽減するため、被処理体の均一冷却や均一加熱を行うシステムが提供されている。これは、予めサンプルから均一冷却や均一加熱を行うのに適当と考えられる温度、時間、および被処理体に当る冷却ガス等の流路方向等を情報として取得し、この情報を基に熱処理を行う際の温度や時間を決定するとともに、一定時間により冷却ガス等の流路方向を切り替えるシステムである。このシステムを使用して熱処理を行うと、より均一に被処理体の冷却や加熱を行うことが可能となり、被処理体の曲り等の形状変化を軽減することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２２５８３０号公報 （第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のシステムによると、均一冷却や均一加熱を行うのに適当と考えられる温度、時間及び流路方向等は、被処理体の形状や材質等により大きく異なるため、被処理体毎にそれらの情報を取得する必要があるという問題が存在する。このため、多種類の被処理体の熱処理を行う場合には、実際に熱処理を行うまでに膨大な量のサンプル実験を行う必要があり、相当の時間を費やすことになる。また、形状や材質等が同じサンプルの情報により被処理体の熱処理を行っても、多少の誤差により被処理体の形状変化が生じるため、最終的には機械加工等により直す必要がある。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、熱処理対象である被処理体毎にその形状変化を把握し、被処理体の形状変化（変形）を抑止することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に熱処理対象の被処理体が収納される熱処理炉を備える熱処理装置において、前記被処理体の表面上に定められた定点の位置を検知するセンサー部と、該センサー部に接続され前記定点の位置の変化から前記被処理体の変形を計測する計測部とからなる変位計測手段と、該変位計測手段と電気的に接続され、該変位計測手段によって計測される前記被処理体の変形の情報を受けて当該被処理体の変形を抑止するように熱処理手段を調節する制御部と、を備え、前記センサー部は、前記被処理体を挟むように対をなして設けられ、かつ、前記定点は、少なくとも前記被処理体の中央部及び両端部に設定されることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴により、熱処理炉の中に配置された熱処理対象である被処理体の変形は計測される。また、被処理体の変形の状態によって熱処理の温度設定や、熱処理を行うガスの風速や、熱処理を行うガスの量や、熱処理炉におけるガスの流路方向や、熱処理の時間等を調節する熱処理手段は適宜調整され、被処理体は均一に熱処理される。また、熱処理中の被処理体の変形はリアルタイムで計測される。また、相対的に被処理体全体の形状が把握され、被処理体全体の変形が計測される。また、熱処理によって生じる被処理体の収縮や膨張が把握される。
【００１７】
また、前記センサー部は、前記熱処理炉の外部或いは該熱処理炉を内部に格納する熱処理室の外部のうちのいずれかに配置され、前記熱処理炉或いは前記熱処理室のうちの少なくとも一方には前記センサー部から出るレーザ光が通過する窓部が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
このような特徴により、センサー部から出るレーザ光は、窓部を通過して熱処理炉内に配置された被処理体に当たり、被処理体の定点の位置は計測される。
【００１９】
本発明は、熱処理炉の内部に収納されている被処理体の熱処理方法であって、前記被処理体の熱処理を行うとともに前記被処理体の変形を計測し、前記被処理体の変形に応じて当該被処理体の変形を抑止するように前記被処理体の熱処理方向を調節することを特徴とする。
【００２０】
このような特徴により、被処理体の変形の状態によって熱処理炉における冷却ガスの流路方向等の熱処理方向は切り換えられ、被処理体は均一に熱処理される。
【００２１】
また、前記被処理体の変形の計測は、熱処理初期に前記被処理体に定められた複数の定点のうちの一つである基準点の位置を測定するとともに前記被処理体に定められた複数の定点のうちのその他の観測点の位置を測定し、熱処理中に前記基準点の位置を測定するとともに前記観測点の位置を測定し、熱処理初期の前記基準点及び前記観測点の位置と熱処理中の前記基準点及び前記観測点の位置との差分から算出することを特徴とする。
【００２２】
このような特徴により、熱処理初期の被処理体の形状と熱処理中の被処理体の形状が把握され、被処理体の変形が計測される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る熱処理装置１の全体構成の概略図であり、図１は縦断面図、図２は横断面図である。図１、図２に示すように、熱処理装置１は、被処理体Ｘを冷却する冷却室（熱処理室）２、被処理体Ｘを加熱する加熱室（熱処理室）３を備える多室型熱処理装置であり、これらに加えて、冷却室２と加熱室３との間に中間室４を有している。
【００２４】
図３の（ａ）は冷却室２の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'矢視図である。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、冷却室２は、冷却室２の内部が加圧状態となった場合にその圧力に耐えられるように略円筒形に形状設定されており、この円筒形の中心軸が水平となるように姿勢設定されている。冷却室２の一方側（図１及び図２における右側）には冷却室２の軸方向に水平移動するクラッチ式の扉５が設置されており、他方側（図１及び図２における左側）には上下に開閉するクランプ式の真空シールド扉（中間扉）６が設置されている。熱処理装置１の内側空間は、扉５が閉じた状態で外部と遮断された密閉状態となる。この冷却室２の内部には、冷却室２の中心軸方向に長い略直方体形の冷却炉（熱処理炉）７が設置され、冷却炉７の上方および下方には冷却室２内の冷却ガスの流路方向を調節するガス流案内板８ａ、８ｂがそれぞれ設置されている。また、冷却炉７外の冷却室２の内部は仕切板９によって上下に区分けされている。
【００２５】
冷却炉７の長手方向に対応する冷却炉７の側面部７ａ，７ｂはそれぞれ扉５および真空シールド扉６に固定されているとともに冷却炉の本体７ｃと着脱自在に形成されており、扉５及び真空シールド扉６が閉まった場合には冷却炉７の内部が閉じられた空間となるように形成されている。冷却炉７の上壁部及び下壁部には、冷却ガスを整流して通過させる格子状の整流板１０ａ，１０ｂがそれぞれ形成されている。また、冷却炉７の内部には、被処理体Ｘを載せた架台１１を冷却室２の軸方向に移送するための移送台１２が設置されており、移送台１２には複数のフリーローラ１３が架台１１の移送方向に回転自在に備えられている。また、架台１１は冷却ガスが通過できるように例えば格子状に形成されている。
【００２６】
また、冷却炉７の内部には、冷却室２の外部に配置された図２に示す加圧ガス供給装置１４から供給される冷却ガスを吐出するガス吐出枝管１５が被処理体Ｘの全体に吹付けられるように被処理体Ｘの上方及び下方にそれぞれ配置されている。具体的には、冷却炉７の長手方向に延在する四本のガス吐出枝管１５が冷却炉７の四隅部にそれぞれ配置され、４本のガス吐出枝管１５はヘッダー管１６に各々接続されている。また、ガス吐出枝管１５には被処理体Ｘに向けて冷却ガスが吐出する吐出口１５ａが複数形成されている。
【００２７】
扉５は中空形状に形成されており、その内部には熱交換器１７、冷却ファン１８及びダンパ１９ａ，１９ｂが備えられている。熱交換器１７は、水と冷却ガスを熱交換することによって冷却ガスを冷却するものであり、扉５内に配置された熱交換器格納室２０の内部に配置されている。冷却ファン１８は、熱交換器１７内からガス通過口２１ａを通過してきた冷却ガスに流れを与えるためのものであり、熱交換器１７と扉５の内周面との間、すなわち、冷却室２に載置される被処理体Ｘの側面から水平方向に離間するように配置されている。この冷却ファン１８は、扉５から突出するように設置された冷却ファンモータ２２によって駆動される。ダンパ１９ａ，１９ｂは、冷却ファン１８による冷却ガスの流路方向を決定するものであり、熱交換器格納室２０の上部および下部に形成された複数のガス通過口２１ａ、２１ｂと冷却ファン１８の上方および下方に形成されたガス通過口２１ｃ、２１ｄをそれぞれ選択的に閉鎖するものである。なお、熱交換器格納室２０外の扉５の内部は、図示せぬ仕切板によって上下に区分けされている。
【００２８】
また、冷却室２の外部には、レーザ光の波長を基準とした干渉法を利用して定点２３までの直線距離を測定するセンサー部２４と、定点２３の位置の変化から被処理体Ｘの変形を計測する計測部２５とから構成されている変位計測手段２６が配置されている。このような構成の変位計測手段２６により、冷却中の被処理体Ｘの変形をリアルタイムで計測することができる。
【００２９】
センサー部２４は冷却室２の上方及び下方に配置されたベース板２７にそれぞれ複数設置されており、上方のセンサー部２４ａと下方のセンサー部２４ｂとは被処理体Ｘを上下で挟むように対をなして対向する位置に配置されている。このような構成により、被処理体Ｘの厚さが測定されるため、被処理体Ｘの収縮や膨張を測定することができる。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４に示すように、冷却室２の上方に配置されたセンサー部２４ａの鉛直下方の被処理体Ｘ上面、および冷却室２の下方に配置されたセンサー部２４ｂの鉛直上方の被処理体Ｘ下面には、複数の定点２３が定められている。複数の定点２３のうちの一つであって被処理体Ｘの変形計測の基準となる基準点２８、２９は、被処理体Ｘの上面中央および下面中央にそれぞれ設定されている。また、複数の定点のうちのその他（基準点２８、２９以外）である観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは被処理体Ｘの上面および下面の四隅にそれぞれ設定されている。上記のように定点２３が中央部および端部に設定されているため、相対的に被処理体Ｘ全体の形状が把握され、被処理体Ｘ全体の変形が計測することができる。
【００３１】
また、被処理体Ｘの上面の基準点２８と下面の基準点２９とは上下に対応した位置に設定され、上面の観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと下面の観測点３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとはそれぞれ上下に対応した位置に設定されている。
【００３２】
また、各々のセンサー部２４に対向する冷却室２の上壁および下壁には、センサー部２４から出るレーザ光が通過するための窓部３２がそれぞれ設けられている。窓部３２は冷却室２を貫通する孔にガラス板が嵌め込まれる構成からなり、外気が冷却室２内に浸入しないように気密に形成されている。窓部３２は整流板１０ａ，１０ｂの鉛直上方或いは鉛直下方にそれぞれ配置されており、整流板１０ａ，１０ｂの隙間をセンサー部２４から出るレーザ光が貫通される。このような窓部３２により、冷却室２外に配置されたセンサー部２４から出るレーザ光は、窓部３２を通過して冷却炉７内に配置された被処理体Ｘに当たり、被処理体Ｘの定点２３の位置を冷却室２外から計測することができる。
【００３３】
図４、図５に示すように、センサー部２４は、計測部２５に電気的に接続されている。センサー部２４ａ、２４ｂによって測定されるセンサー部２４ａ、２４ｂから基準点２８、２９までの直線距離である基準値Ｌ１、Ｌ２の情報はそれぞれ計測部２５に伝達され、基準点２８、２９の位置は特定される。また、センサー部２４ａ、２４ｂによって測定されるセンサー部２４ａ、２４ｂから観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまでの直線距離である観測値Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の情報はそれぞれ計測部２５に伝達され、観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの位置は特定される。
【００３４】
計測部２５によって、熱処理初期における観測値Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２から熱処理初期における基準値Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ差し引いた計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２はそれぞれ算出され、また熱処理中における観測値Ａ１´、Ｂ１´、Ｃ１´、Ｄ１´、Ａ２´、Ｂ２´、Ｃ２´、Ｄ２´から熱処理中における基準値Ｌ１´、Ｌ２´をそれぞれ差し引いた計算値Ｅ１´、Ｆ１´、Ｇ１´、Ｈ１´、Ｅ２´、Ｆ２´、Ｇ２´、Ｈ２´はそれぞれ算出される。熱処理初期における計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２と熱処理中における計算値Ｅ１´、Ｆ１´、Ｇ１´、Ｈ１´、Ｅ２´、Ｆ２´、Ｇ２´、Ｈ２´との差分の合計した差分値Ｊ１、Ｊ２を比較することで被処理体Ｘの変形は計測される。つまり、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２より小さい場合は、被処理体Ｘは上面が凹で下面が凸となる状態に変形されており、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２より大きい場合は、被処理体Ｘは上面が凸で下面が凹となる状態に変形されている。
【００３５】
以下に、上記した計測部２５における被処理体Ｘの変形計測の計算式を示す。
［被処理体Ｘ上面］
〈熱処理初期の計算値〉Ａ１−Ｌ１＝Ｅ１、Ｂ１−Ｌ１＝Ｆ１、Ｃ１−Ｌ１＝Ｇ１、Ｄ１−Ｌ１＝Ｈ１
〈熱処理中の計算値〉Ａ１´−Ｌ１´＝Ｅ１´、Ｂ１´−Ｌ１´＝Ｆ１´、Ｃ１´−Ｌ１´＝Ｇ１´、Ｄ１´−Ｌ１´＝Ｈ１´
〈差分値〉Ｊ１＝（Ｅ１´−Ｅ１）＋（Ｆ１´−Ｆ１）＋（Ｇ１´−Ｇ１）＋（Ｈ１´−Ｈ１）
［被処理体Ｘ下面］
〈熱処理初期の計算値〉Ａ２−Ｌ２＝Ｅ２、Ｂ２−Ｌ２＝Ｆ２、Ｃ２−Ｌ２＝Ｇ２、Ｄ２−Ｌ２＝Ｈ２
〈熱処理中の計算値〉Ａ２´−Ｌ２´＝Ｅ２´、Ｂ２´−Ｌ２´＝Ｆ２´、Ｃ２´−Ｌ２´＝Ｇ２´、Ｄ２´−Ｌ２´＝Ｈ２´
〈差分値〉Ｊ２＝（Ｅ２´−Ｅ２）＋（Ｆ２´−Ｆ２）＋（Ｇ２´−Ｇ２）＋（Ｈ２´−Ｈ２）
【００３６】
図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、計測部２５は、熱交換器１７、ダンパ１９ａ、１９ｂ、冷却ファンモータ２２、加圧ガス供給装置１４をそれぞれ制御する制御部３３に電気的に接続されている。制御部３３は計測部２５からの情報によって自動的に調節され、計測部２５で計測された被処理体Ｘの変形態様に応じて、熱交換器１７、ダンパ１９ａ、１９ｂ、冷却ファンモータ２２、及び加圧ガス供給装置１４からなる熱処理手段３４は調節あるいは切り換えは行われる。
【００３７】
このような構成により、冷却温度の設定や、冷却ガスの風速や、冷却ガスの量や、熱処理炉における冷却ガスの流路方向や、冷却時間等は適宜調整され、被処理体Ｘは均一に冷却されるため、熱処理に伴って生じる被処理体Ｘの変形は制御され、被処理体の変形を抑止することができる。
【００３８】
一方、図１、図２に示すように、加熱室３は、冷却室２と同様に略円筒形に形状設定されており、図示するように、冷却室２に対向して配置されている。また、加熱室３に連結された搬送棒収納室３５の内部には、本熱処理装置１の内部において、被処理体Ｘが載置された架台１１を搬送することによって被処理体Ｘを搬送するための搬送棒３６が設置されている。
【００３９】
加熱室３の内部には略直方形に形状設定された加熱炉（熱処理炉）３７が設置されている。この加熱炉３７の一方側（冷却室２と対向する側）には上下に開閉する断熱扉３８が設置されており、他方側には搬送棒３６の出入口となる搬送棒用扉３９が設置されている。この搬送棒用扉３９は、加熱室３の外壁から突出するように設置された昇降機構４０によって上下方向に開閉される。加熱炉３７の内部には、被処理体Ｘを載せた架台１１を加熱室３の軸方向に移送するための複数のフリーローラ４１を有する移送台４２が設置されており、この移送台４２は冷却炉７内部に設置された移送台１２の延長線上に配置されている。なお、搬送棒用扉３９、移送台４２および架台１１は断熱扉３８と同様に断熱設計されている。また、加熱炉３７の内部には、被処理体Ｘを加熱するためのヒータ４３が、被処理体Ｘの全体が均等に加熱されるように被処理体Ｘの上下に複数設置されている。
【００４０】
一方、中間室４は、中空の略方形状に形状設定されており、冷却室２と加熱室３との間に配置されている。その上部には、真空シールド扉６を昇降させるためのホイスト等からなる昇降機構４４ａと断熱扉３８を昇降させるための断熱扉用の昇降機構４４ｂとが設置されている。また、冷却室２、加熱室３及び中間室４の外部には、減圧装置４５が設置されている。減圧装置４５は、冷却室２及び加熱室３の内部を真空引きするためのものであり、冷却室２及び加熱室３にそれぞれ接続されている。
【００４１】
次に、上記した構成からなる熱処理装置１の動作について説明する。
【００４２】
まず、図１、図２に示すように、熱処理装置１外で架台１１の上に被処理体Ｘを載せ、扉５を後方に移動させて冷却炉７の側面部７ａを開き、冷却炉７内に設けられた移送台１２の上に被処理体Ｘが載せられた架台１１を移動させる。また、昇降機構４４ａ、４４ｂを駆動させ、真空シールド扉６および断熱扉３８を上方に移動させて冷却炉７、中間室４、加熱炉３７を連通させる。そして、被処理体Ｘが載せられた架台１１を冷却炉７内の移送台１２に備えられたフリーローラ１３と加熱炉３７内の移送台４２に備えられたフリーローラ４１とによって加熱炉３７の中まで案内し、加熱炉３７内の所定位置に架台１１を配置する。
【００４３】
次に、昇降機構４４ａ、４４ｂを再び駆動させて真空シールド扉６および断熱扉３８を下方に移動させ、扉５を前方に移動させて冷却室２に当接させ、冷却炉７の側面部７ａを閉め、冷却室２、加熱室３、および中間室４を密閉する。そして、減圧装置４５を駆動させ、冷却室２、加熱室３及び中間室４の真空引きを行い、ヒータ４３により加熱炉３７の中に配置された被処理体Ｘの加熱を行う。
【００４４】
加熱完了後、ヒータ４３を停止し、昇降機構４４ａ、４４ｂをそれぞれ駆動させて真空シールド扉６および断熱扉３８を上方に移動させるとともに、昇降機構４０により搬送棒用扉３９を上方に移動させる。そして、搬送棒３６により被処理体Ｘが載せられた架台１１を冷却炉７の中まで移動させ、冷却炉７内の所定位置に配置し、昇降機構４４ａによって真空シールド扉６を下降させて冷却室２を密閉する。
【００４５】
次に、加圧ガス供給装置１４を駆動させ、加圧ガス供給装置１４からヘッダー管１６を介して加圧された冷却ガスをガス吐出枝管１５に供給し、ガス吐出枝管１５のガス吐出口１５ａから真空状態の冷却炉７の内部に冷却ガスを噴射する。このとき、図３（ａ）、図３（ｂ）、図５に示すように、センサー部２４ａ、２４ｂから被処理体Ｘの上面および下面にそれぞれレーザ光を当てて、基準点２８、２９および観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄをそれぞれ設定する。また、干渉法を利用してセンサー部２４ａ、２４ｂから基準点２８、２９および観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまでの直線距離をそれぞれ測定し、熱処理初期における基準値Ｌ１、Ｌ２および熱処理初期における観測値Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２をそれぞれ検出する。そして、計測部２５によって、計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２をそれぞれ算出する。
【００４６】
次に、冷却ファンモータ２２を駆動させて冷却ファン１８を作動させ、ガス吐出口１５ａから噴射された冷却ガスを冷却室２内で循環させる。冷却炉７内の冷却ガスは、下方の整流板１０ｂから冷却炉７外の冷却室２内下部に流出し、ガス流案内板８ｂにより冷却室２内の熱交換器１７方向に向かって流通し、ガス通過口２１ｂから熱交換器格納室２０内に流入する。熱交換器格納室２０内に流入した冷却ガスは熱交換器１７によって熱交換が行われ、冷却された冷却ガスは冷却ファン１８を介して冷却室２内上部に流出する。この冷却ガスはガス通過口２１ｃを通過し、ガス流案内板８ａにより冷却炉７方向に向かって流通し、上方の整流板１０ａから冷却炉７内に流入する。冷却ガスは、上方から被処理体Ｘの上面に当たり、再び下方の整流板１０ｂから冷却炉７外の冷却室２内下部に流出する。上記した冷却ガスの流れの場合、ダンパ１９ｂはガス通過口２１ｂとガス通過口２１ｄとのうち択一的にガス通過口２１ｄを塞いでおり、ダンパ１９ａはガス通過口２１ａとガス通過口２１ｃとのうち択一的にガス通過口２１ａを塞いでいる。
【００４７】
また、このとき、センサー部２４ａ、２４ｂから基準点２８、２９および観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまでの直線距離をそれぞれ測定し、熱処理中における基準値Ｌ１´、Ｌ２´および熱処理中における観測値Ａ１´、Ｂ１´、Ｃ１´、Ｄ１´、Ａ２´、Ｂ２´、Ｃ２´、Ｄ２´をそれぞれ検出する。そして、計測部２５によって、計算値Ｅ１´、Ｆ１´、Ｇ１´、Ｈ１´、Ｅ２´、Ｆ２´、Ｇ２´、Ｈ２´をそれぞれ算出するとともに、熱処理初期の計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２を基に差分値Ｊ１、Ｊ２を算出し、二つの差分値Ｊ１、Ｊ２を比較して被処理体Ｘの変形の状態を計測する。
【００４８】
制御部３３は、被処理体Ｘの変形の態様に応じて熱交換器１７、ダンパ１９ａ、１９ｂ、冷却ファンモータ２２、及び加圧ガス供給装置１４の調節あるいは切り換えを行う。例えば、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２よりも小さく、被処理体Ｘの上面が凹で下面が凸となる状態に変形され、その変形のしきん値を超えたとき、ガス通過口２１ｃを塞ぐ位置にダンパ１９ａを切り換えるとともにガス通過口２１ｂを塞ぐ位置にダンパ１９ｂを切り換え、冷却ガスの流路方向を逆にして、冷却ガスが被処理体Ｘの下面に当るようにする。引き続き被処理体Ｘの変形を継続的に測定して、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２よりも大きく、被処理体Ｘの上面が凸で下面が凹となる状態に変形され、その変形のしきん値を超えたとき、ガス通過口２１ａを塞ぐ位置にダンパ１９ａを切り換えるとともにガス通過口２１ｄを塞ぐ位置にダンパ１９ｂを切り換え、冷却ガスの流路方向を逆にして、冷却ガスが被処理体Ｘの上面に当るようにする。この、被処理体Ｘの変形を継続的に測定し、冷却ガスの流路方向を切り替えることで被処理体Ｘを均等に冷却する。
【００４９】
また、熱交換器１７を調節することで冷却ガスの温度を調整し、冷却ファンモータ２２を調節することで冷却ガスの風速を調整し、加圧ガス供給装置１４を調節することで冷却ガスを増量する。また、必要に応じて熱交換器１７、冷却ファンモータ２２、および加圧ガス供給装置１４のそれぞれを停止或いは作動を切り換え、さらに冷却時間を調整する。
【００５０】
次に、図１、図２に示すように、被処理物Ｘが所定の温度まで冷却された後、扉５を冷却室２から脱離して、被処理物Ｘを外部に搬出して熱処理を完了する。また、必要に応じて上記した加熱と冷却とを繰り返して、より高強度になるように被処理物Ｘの熱処理を行う。
【００５１】
上記した構成からなる熱処理装置１および熱処理方法によれば、冷却炉７の中に配置された被処理体Ｘの変形は把握されるため、被処理体Ｘの変形に応じて冷却ガスの流路方向を切り換えることで被処理体Ｘを均一に冷却することができ、被処理体Ｘの変形を抑止することができる。また、被処理体Ｘの変形が抑止されることで、熱処理後の機械加工の手間が省け、熱処理作業のコストダウンを図ることができる。
【００５２】
以上、本発明に係る熱処理装置および熱処理方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では冷却炉７内における被処理体Ｘの変形を測定しているが、本発明は加熱炉３７内における被処理体Ｘのダレ曲り変形を測定してもよい。また、上記した実施の形態では被処理体Ｘの焼歪みによる変形を計測しているが、本発明は被処理体Ｘの収縮や膨張を測定してもよい。
【００５３】
また、上記した実施の形態では変位計測手段２６によって計測された被処理体Ｘの変形の情報を制御部３３に伝達して自動的に熱処理手段３４が調整されているが、本発明は変位計測手段２６によって被処理体Ｘの変形の状態を把握して手動により熱処理手段３４を調整してもよい。これによって、制御部３３の構造は簡易化されて、熱処理装置１の製作コストが軽減することができる。
【００５４】
また、上記した実施の形態では定点２３を被処理体Ｘの上面及び下面の中央および四隅部にそれぞれ設定されているが、本発明は四隅部以外にも設定してもよく、観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを増やすことで、より正確に被処理体Ｘの変形が計測される。また、センサー部２４を被処理体Ｘの測方に設置して、被処理体Ｘの側面に定点２３を設定してもよく、さらに被処理体Ｘの上下方および測方にセンサー部２４をそれぞれ設置して、被処理体Ｘの上下面および側面に定点２３をそれぞれ設定してもよい。
【００５５】
さらに、上記した実施の形態では被処理体Ｘの変形に応じて冷却ガスの流路方向を調整しているが、本発明は被処理体Ｘの上下方にそれぞれ配置されたガス吐出枝管１５に切換手段を設けて被処理体Ｘの変形に応じて上下方の何れかのガス吐出枝管１５から冷却ガスを噴射させてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱処理装置および熱処理手段によれば、変位計測手段によって熱処理炉内に配置された被処理体の変形は把握されるため、被処理体の変形に応じて被処理体の熱処理方向は調整され、被処理体を均一に熱処理することができ、被処理体の変形を抑止することができる。また、被処理体の変形が抑止されることで熱処理後の機械加工の手間が省け、熱処理作業のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための縦断面図である。
【図２】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための横断面図である。
【図３】 （ａ）は本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための熱処理室の拡大縦断面図である。（ｂ）は本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための図３（ａ）に示すＡ−Ａ´矢視図である。
【図４】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための被処理体の拡大斜視図である。
【図５】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための被処理体の動作図である。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２ 冷却室（熱処理室）
７ 冷却炉（熱処理炉）
２３ 定点
２６ 変位計測手段
３４ 熱処理手段
３３ 制御部
２５ 計測部
２４、２４ａ、２４ｂ センサー部
２８、２９ 基準点
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 観測点
３２ 窓部
Ｘ 被処理体
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉の内部に配置された被処理体の加熱或いは冷却を行うとともに被処理体の収縮や歪み等の変形を計測する熱処理装置および熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、焼入れ等の熱処理を行うと熱処理対象の被処理体には焼歪みが生じる。焼歪みには、膨張、収縮の寸法変化と、曲り、反り、捩れなどの形状変化（変形）との二通りがあり、形状変化は不均一冷却や不均一加熱が原因となる。特に不均一冷却が曲り等の形状変化の原因となり、曲りは通常早く冷えた側が凸となり、遅く冷えた側が凹となる。形状変化が生じた被処理体は機械加工等により直す必要があり、これには相当の手間と時間がかかり、熱処理作業のコスト増大に繋がる。
【０００３】
従来、熱処理を行うときに生じる曲り等の形状変化を軽減するため、被処理体の均一冷却や均一加熱を行うシステムが提供されている。これは、予めサンプルから均一冷却や均一加熱を行うのに適当と考えられる温度、時間、および被処理体に当る冷却ガス等の流路方向等を情報として取得し、この情報を基に熱処理を行う際の温度や時間を決定するとともに、一定時間により冷却ガス等の流路方向を切り替えるシステムである。このシステムを使用して熱処理を行うと、より均一に被処理体の冷却や加熱を行うことが可能となり、被処理体の曲り等の形状変化を軽減することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２２５８３０号公報 （第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のシステムによると、均一冷却や均一加熱を行うのに適当と考えられる温度、時間及び流路方向等は、被処理体の形状や材質等により大きく異なるため、被処理体毎にそれらの情報を取得する必要があるという問題が存在する。このため、多種類の被処理体の熱処理を行う場合には、実際に熱処理を行うまでに膨大な量のサンプル実験を行う必要があり、相当の時間を費やすことになる。また、形状や材質等が同じサンプルの情報により被処理体の熱処理を行っても、多少の誤差により被処理体の形状変化が生じるため、最終的には機械加工等により直す必要がある。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、熱処理対象である被処理体毎にその形状変化を把握し、被処理体の形状変化（変形）を抑止することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に熱処理対象の被処理体が収納される熱処理炉を備える熱処理装置において、前記被処理体の表面上に定められた定点の位置を検知するセンサー部と、該センサー部に接続され前記定点の位置の変化から前記被処理体の変形を計測する計測部とからなる変位計測手段と、該変位計測手段と電気的に接続され、該変位計測手段によって計測される前記被処理体の変形の情報を受けて当該被処理体の変形を抑止するように熱処理手段を調節する制御部と、を備え、前記センサー部は、前記被処理体を挟むように対をなして設けられ、かつ、前記定点は、少なくとも前記被処理体の中央部及び両端部に設定されることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴により、熱処理炉の中に配置された熱処理対象である被処理体の変形は計測される。また、被処理体の変形の状態によって熱処理の温度設定や、熱処理を行うガスの風速や、熱処理を行うガスの量や、熱処理炉におけるガスの流路方向や、熱処理の時間等を調節する熱処理手段は適宜調整され、被処理体は均一に熱処理される。また、熱処理中の被処理体の変形はリアルタイムで計測される。また、相対的に被処理体全体の形状が把握され、被処理体全体の変形が計測される。また、熱処理によって生じる被処理体の収縮や膨張が把握される。
【００１７】
また、前記センサー部は、前記熱処理炉の外部或いは該熱処理炉を内部に格納する熱処理室の外部のうちのいずれかに配置され、前記熱処理炉或いは前記熱処理室のうちの少なくとも一方には前記センサー部から出るレーザ光が通過する窓部が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
このような特徴により、センサー部から出るレーザ光は、窓部を通過して熱処理炉内に配置された被処理体に当たり、被処理体の定点の位置は計測される。
【００１９】
本発明は、熱処理炉の内部に収納されている被処理体の熱処理方法であって、前記被処理体の熱処理を行うとともに前記被処理体の変形を計測し、前記被処理体の変形に応じて当該被処理体の変形を抑止するように前記被処理体の熱処理方向を調節することを特徴とする。
【００２０】
このような特徴により、被処理体の変形の状態によって熱処理炉における冷却ガスの流路方向等の熱処理方向は切り換えられ、被処理体は均一に熱処理される。
【００２１】
また、前記被処理体の変形の計測は、熱処理初期に前記被処理体に定められた複数の定点のうちの一つである基準点の位置を測定するとともに前記被処理体に定められた複数の定点のうちのその他の観測点の位置を測定し、熱処理中に前記基準点の位置を測定するとともに前記観測点の位置を測定し、熱処理初期の前記基準点及び前記観測点の位置と熱処理中の前記基準点及び前記観測点の位置との差分から算出することを特徴とする。
【００２２】
このような特徴により、熱処理初期の被処理体の形状と熱処理中の被処理体の形状が把握され、被処理体の変形が計測される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る熱処理装置１の全体構成の概略図であり、図１は縦断面図、図２は横断面図である。図１、図２に示すように、熱処理装置１は、被処理体Ｘを冷却する冷却室（熱処理室）２、被処理体Ｘを加熱する加熱室（熱処理室）３を備える多室型熱処理装置であり、これらに加えて、冷却室２と加熱室３との間に中間室４を有している。
【００２４】
図３の（ａ）は冷却室２の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'矢視図である。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、冷却室２は、冷却室２の内部が加圧状態となった場合にその圧力に耐えられるように略円筒形に形状設定されており、この円筒形の中心軸が水平となるように姿勢設定されている。冷却室２の一方側（図１及び図２における右側）には冷却室２の軸方向に水平移動するクラッチ式の扉５が設置されており、他方側（図１及び図２における左側）には上下に開閉するクランプ式の真空シールド扉（中間扉）６が設置されている。熱処理装置１の内側空間は、扉５が閉じた状態で外部と遮断された密閉状態となる。この冷却室２の内部には、冷却室２の中心軸方向に長い略直方体形の冷却炉（熱処理炉）７が設置され、冷却炉７の上方および下方には冷却室２内の冷却ガスの流路方向を調節するガス流案内板８ａ、８ｂがそれぞれ設置されている。また、冷却炉７外の冷却室２の内部は仕切板９によって上下に区分けされている。
【００２５】
冷却炉７の長手方向に対応する冷却炉７の側面部７ａ，７ｂはそれぞれ扉５および真空シールド扉６に固定されているとともに冷却炉の本体７ｃと着脱自在に形成されており、扉５及び真空シールド扉６が閉まった場合には冷却炉７の内部が閉じられた空間となるように形成されている。冷却炉７の上壁部及び下壁部には、冷却ガスを整流して通過させる格子状の整流板１０ａ，１０ｂがそれぞれ形成されている。また、冷却炉７の内部には、被処理体Ｘを載せた架台１１を冷却室２の軸方向に移送するための移送台１２が設置されており、移送台１２には複数のフリーローラ１３が架台１１の移送方向に回転自在に備えられている。また、架台１１は冷却ガスが通過できるように例えば格子状に形成されている。
【００２６】
また、冷却炉７の内部には、冷却室２の外部に配置された図２に示す加圧ガス供給装置１４から供給される冷却ガスを吐出するガス吐出枝管１５が被処理体Ｘの全体に吹付けられるように被処理体Ｘの上方及び下方にそれぞれ配置されている。具体的には、冷却炉７の長手方向に延在する四本のガス吐出枝管１５が冷却炉７の四隅部にそれぞれ配置され、４本のガス吐出枝管１５はヘッダー管１６に各々接続されている。また、ガス吐出枝管１５には被処理体Ｘに向けて冷却ガスが吐出する吐出口１５ａが複数形成されている。
【００２７】
扉５は中空形状に形成されており、その内部には熱交換器１７、冷却ファン１８及びダンパ１９ａ，１９ｂが備えられている。熱交換器１７は、水と冷却ガスを熱交換することによって冷却ガスを冷却するものであり、扉５内に配置された熱交換器格納室２０の内部に配置されている。冷却ファン１８は、熱交換器１７内からガス通過口２１ａを通過してきた冷却ガスに流れを与えるためのものであり、熱交換器１７と扉５の内周面との間、すなわち、冷却室２に載置される被処理体Ｘの側面から水平方向に離間するように配置されている。この冷却ファン１８は、扉５から突出するように設置された冷却ファンモータ２２によって駆動される。ダンパ１９ａ，１９ｂは、冷却ファン１８による冷却ガスの流路方向を決定するものであり、熱交換器格納室２０の上部および下部に形成された複数のガス通過口２１ａ、２１ｂと冷却ファン１８の上方および下方に形成されたガス通過口２１ｃ、２１ｄをそれぞれ選択的に閉鎖するものである。なお、熱交換器格納室２０外の扉５の内部は、図示せぬ仕切板によって上下に区分けされている。
【００２８】
また、冷却室２の外部には、レーザ光の波長を基準とした干渉法を利用して定点２３までの直線距離を測定するセンサー部２４と、定点２３の位置の変化から被処理体Ｘの変形を計測する計測部２５とから構成されている変位計測手段２６が配置されている。このような構成の変位計測手段２６により、冷却中の被処理体Ｘの変形をリアルタイムで計測することができる。
【００２９】
センサー部２４は冷却室２の上方及び下方に配置されたベース板２７にそれぞれ複数設置されており、上方のセンサー部２４ａと下方のセンサー部２４ｂとは被処理体Ｘを上下で挟むように対をなして対向する位置に配置されている。このような構成により、被処理体Ｘの厚さが測定されるため、被処理体Ｘの収縮や膨張を測定することができる。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４に示すように、冷却室２の上方に配置されたセンサー部２４ａの鉛直下方の被処理体Ｘ上面、および冷却室２の下方に配置されたセンサー部２４ｂの鉛直上方の被処理体Ｘ下面には、複数の定点２３が定められている。複数の定点２３のうちの一つであって被処理体Ｘの変形計測の基準となる基準点２８、２９は、被処理体Ｘの上面中央および下面中央にそれぞれ設定されている。また、複数の定点のうちのその他（基準点２８、２９以外）である観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは被処理体Ｘの上面および下面の四隅にそれぞれ設定されている。上記のように定点２３が中央部および端部に設定されているため、相対的に被処理体Ｘ全体の形状が把握され、被処理体Ｘ全体の変形が計測することができる。
【００３１】
また、被処理体Ｘの上面の基準点２８と下面の基準点２９とは上下に対応した位置に設定され、上面の観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと下面の観測点３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとはそれぞれ上下に対応した位置に設定されている。
【００３２】
また、各々のセンサー部２４に対向する冷却室２の上壁および下壁には、センサー部２４から出るレーザ光が通過するための窓部３２がそれぞれ設けられている。窓部３２は冷却室２を貫通する孔にガラス板が嵌め込まれる構成からなり、外気が冷却室２内に浸入しないように気密に形成されている。窓部３２は整流板１０ａ，１０ｂの鉛直上方或いは鉛直下方にそれぞれ配置されており、整流板１０ａ，１０ｂの隙間をセンサー部２４から出るレーザ光が貫通される。このような窓部３２により、冷却室２外に配置されたセンサー部２４から出るレーザ光は、窓部３２を通過して冷却炉７内に配置された被処理体Ｘに当たり、被処理体Ｘの定点２３の位置を冷却室２外から計測することができる。
【００３３】
図４、図５に示すように、センサー部２４は、計測部２５に電気的に接続されている。センサー部２４ａ、２４ｂによって測定されるセンサー部２４ａ、２４ｂから基準点２８、２９までの直線距離である基準値Ｌ１、Ｌ２の情報はそれぞれ計測部２５に伝達され、基準点２８、２９の位置は特定される。また、センサー部２４ａ、２４ｂによって測定されるセンサー部２４ａ、２４ｂから観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまでの直線距離である観測値Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の情報はそれぞれ計測部２５に伝達され、観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの位置は特定される。
【００３４】
計測部２５によって、熱処理初期における観測値Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２から熱処理初期における基準値Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ差し引いた計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２はそれぞれ算出され、また熱処理中における観測値Ａ１´、Ｂ１´、Ｃ１´、Ｄ１´、Ａ２´、Ｂ２´、Ｃ２´、Ｄ２´から熱処理中における基準値Ｌ１´、Ｌ２´をそれぞれ差し引いた計算値Ｅ１´、Ｆ１´、Ｇ１´、Ｈ１´、Ｅ２´、Ｆ２´、Ｇ２´、Ｈ２´はそれぞれ算出される。熱処理初期における計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２と熱処理中における計算値Ｅ１´、Ｆ１´、Ｇ１´、Ｈ１´、Ｅ２´、Ｆ２´、Ｇ２´、Ｈ２´との差分の合計した差分値Ｊ１、Ｊ２を比較することで被処理体Ｘの変形は計測される。つまり、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２より小さい場合は、被処理体Ｘは上面が凹で下面が凸となる状態に変形されており、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２より大きい場合は、被処理体Ｘは上面が凸で下面が凹となる状態に変形されている。
【００３５】
以下に、上記した計測部２５における被処理体Ｘの変形計測の計算式を示す。
［被処理体Ｘ上面］
〈熱処理初期の計算値〉Ａ１−Ｌ１＝Ｅ１、Ｂ１−Ｌ１＝Ｆ１、Ｃ１−Ｌ１＝Ｇ１、Ｄ１−Ｌ１＝Ｈ１
〈熱処理中の計算値〉Ａ１´−Ｌ１´＝Ｅ１´、Ｂ１´−Ｌ１´＝Ｆ１´、Ｃ１´−Ｌ１´＝Ｇ１´、Ｄ１´−Ｌ１´＝Ｈ１´
〈差分値〉Ｊ１＝（Ｅ１´−Ｅ１）＋（Ｆ１´−Ｆ１）＋（Ｇ１´−Ｇ１）＋（Ｈ１´−Ｈ１）
［被処理体Ｘ下面］
〈熱処理初期の計算値〉Ａ２−Ｌ２＝Ｅ２、Ｂ２−Ｌ２＝Ｆ２、Ｃ２−Ｌ２＝Ｇ２、Ｄ２−Ｌ２＝Ｈ２
〈熱処理中の計算値〉Ａ２´−Ｌ２´＝Ｅ２´、Ｂ２´−Ｌ２´＝Ｆ２´、Ｃ２´−Ｌ２´＝Ｇ２´、Ｄ２´−Ｌ２´＝Ｈ２´
〈差分値〉Ｊ２＝（Ｅ２´−Ｅ２）＋（Ｆ２´−Ｆ２）＋（Ｇ２´−Ｇ２）＋（Ｈ２´−Ｈ２）
【００３６】
図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、計測部２５は、熱交換器１７、ダンパ１９ａ、１９ｂ、冷却ファンモータ２２、加圧ガス供給装置１４をそれぞれ制御する制御部３３に電気的に接続されている。制御部３３は計測部２５からの情報によって自動的に調節され、計測部２５で計測された被処理体Ｘの変形態様に応じて、熱交換器１７、ダンパ１９ａ、１９ｂ、冷却ファンモータ２２、及び加圧ガス供給装置１４からなる熱処理手段３４は調節あるいは切り換えは行われる。
【００３７】
このような構成により、冷却温度の設定や、冷却ガスの風速や、冷却ガスの量や、熱処理炉における冷却ガスの流路方向や、冷却時間等は適宜調整され、被処理体Ｘは均一に冷却されるため、熱処理に伴って生じる被処理体Ｘの変形は制御され、被処理体の変形を抑止することができる。
【００３８】
一方、図１、図２に示すように、加熱室３は、冷却室２と同様に略円筒形に形状設定されており、図示するように、冷却室２に対向して配置されている。また、加熱室３に連結された搬送棒収納室３５の内部には、本熱処理装置１の内部において、被処理体Ｘが載置された架台１１を搬送することによって被処理体Ｘを搬送するための搬送棒３６が設置されている。
【００３９】
加熱室３の内部には略直方形に形状設定された加熱炉（熱処理炉）３７が設置されている。この加熱炉３７の一方側（冷却室２と対向する側）には上下に開閉する断熱扉３８が設置されており、他方側には搬送棒３６の出入口となる搬送棒用扉３９が設置されている。この搬送棒用扉３９は、加熱室３の外壁から突出するように設置された昇降機構４０によって上下方向に開閉される。加熱炉３７の内部には、被処理体Ｘを載せた架台１１を加熱室３の軸方向に移送するための複数のフリーローラ４１を有する移送台４２が設置されており、この移送台４２は冷却炉７内部に設置された移送台１２の延長線上に配置されている。なお、搬送棒用扉３９、移送台４２および架台１１は断熱扉３８と同様に断熱設計されている。また、加熱炉３７の内部には、被処理体Ｘを加熱するためのヒータ４３が、被処理体Ｘの全体が均等に加熱されるように被処理体Ｘの上下に複数設置されている。
【００４０】
一方、中間室４は、中空の略方形状に形状設定されており、冷却室２と加熱室３との間に配置されている。その上部には、真空シールド扉６を昇降させるためのホイスト等からなる昇降機構４４ａと断熱扉３８を昇降させるための断熱扉用の昇降機構４４ｂとが設置されている。また、冷却室２、加熱室３及び中間室４の外部には、減圧装置４５が設置されている。減圧装置４５は、冷却室２及び加熱室３の内部を真空引きするためのものであり、冷却室２及び加熱室３にそれぞれ接続されている。
【００４１】
次に、上記した構成からなる熱処理装置１の動作について説明する。
【００４２】
まず、図１、図２に示すように、熱処理装置１外で架台１１の上に被処理体Ｘを載せ、扉５を後方に移動させて冷却炉７の側面部７ａを開き、冷却炉７内に設けられた移送台１２の上に被処理体Ｘが載せられた架台１１を移動させる。また、昇降機構４４ａ、４４ｂを駆動させ、真空シールド扉６および断熱扉３８を上方に移動させて冷却炉７、中間室４、加熱炉３７を連通させる。そして、被処理体Ｘが載せられた架台１１を冷却炉７内の移送台１２に備えられたフリーローラ１３と加熱炉３７内の移送台４２に備えられたフリーローラ４１とによって加熱炉３７の中まで案内し、加熱炉３７内の所定位置に架台１１を配置する。
【００４３】
次に、昇降機構４４ａ、４４ｂを再び駆動させて真空シールド扉６および断熱扉３８を下方に移動させ、扉５を前方に移動させて冷却室２に当接させ、冷却炉７の側面部７ａを閉め、冷却室２、加熱室３、および中間室４を密閉する。そして、減圧装置４５を駆動させ、冷却室２、加熱室３及び中間室４の真空引きを行い、ヒータ４３により加熱炉３７の中に配置された被処理体Ｘの加熱を行う。
【００４４】
加熱完了後、ヒータ４３を停止し、昇降機構４４ａ、４４ｂをそれぞれ駆動させて真空シールド扉６および断熱扉３８を上方に移動させるとともに、昇降機構４０により搬送棒用扉３９を上方に移動させる。そして、搬送棒３６により被処理体Ｘが載せられた架台１１を冷却炉７の中まで移動させ、冷却炉７内の所定位置に配置し、昇降機構４４ａによって真空シールド扉６を下降させて冷却室２を密閉する。
【００４５】
次に、加圧ガス供給装置１４を駆動させ、加圧ガス供給装置１４からヘッダー管１６を介して加圧された冷却ガスをガス吐出枝管１５に供給し、ガス吐出枝管１５のガス吐出口１５ａから真空状態の冷却炉７の内部に冷却ガスを噴射する。このとき、図３（ａ）、図３（ｂ）、図５に示すように、センサー部２４ａ、２４ｂから被処理体Ｘの上面および下面にそれぞれレーザ光を当てて、基準点２８、２９および観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄをそれぞれ設定する。また、干渉法を利用してセンサー部２４ａ、２４ｂから基準点２８、２９および観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまでの直線距離をそれぞれ測定し、熱処理初期における基準値Ｌ１、Ｌ２および熱処理初期における観測値Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２をそれぞれ検出する。そして、計測部２５によって、計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２をそれぞれ算出する。
【００４６】
次に、冷却ファンモータ２２を駆動させて冷却ファン１８を作動させ、ガス吐出口１５ａから噴射された冷却ガスを冷却室２内で循環させる。冷却炉７内の冷却ガスは、下方の整流板１０ｂから冷却炉７外の冷却室２内下部に流出し、ガス流案内板８ｂにより冷却室２内の熱交換器１７方向に向かって流通し、ガス通過口２１ｂから熱交換器格納室２０内に流入する。熱交換器格納室２０内に流入した冷却ガスは熱交換器１７によって熱交換が行われ、冷却された冷却ガスは冷却ファン１８を介して冷却室２内上部に流出する。この冷却ガスはガス通過口２１ｃを通過し、ガス流案内板８ａにより冷却炉７方向に向かって流通し、上方の整流板１０ａから冷却炉７内に流入する。冷却ガスは、上方から被処理体Ｘの上面に当たり、再び下方の整流板１０ｂから冷却炉７外の冷却室２内下部に流出する。上記した冷却ガスの流れの場合、ダンパ１９ｂはガス通過口２１ｂとガス通過口２１ｄとのうち択一的にガス通過口２１ｄを塞いでおり、ダンパ１９ａはガス通過口２１ａとガス通過口２１ｃとのうち択一的にガス通過口２１ａを塞いでいる。
【００４７】
また、このとき、センサー部２４ａ、２４ｂから基準点２８、２９および観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまでの直線距離をそれぞれ測定し、熱処理中における基準値Ｌ１´、Ｌ２´および熱処理中における観測値Ａ１´、Ｂ１´、Ｃ１´、Ｄ１´、Ａ２´、Ｂ２´、Ｃ２´、Ｄ２´をそれぞれ検出する。そして、計測部２５によって、計算値Ｅ１´、Ｆ１´、Ｇ１´、Ｈ１´、Ｅ２´、Ｆ２´、Ｇ２´、Ｈ２´をそれぞれ算出するとともに、熱処理初期の計算値Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２を基に差分値Ｊ１、Ｊ２を算出し、二つの差分値Ｊ１、Ｊ２を比較して被処理体Ｘの変形の状態を計測する。
【００４８】
制御部３３は、被処理体Ｘの変形の態様に応じて熱交換器１７、ダンパ１９ａ、１９ｂ、冷却ファンモータ２２、及び加圧ガス供給装置１４の調節あるいは切り換えを行う。例えば、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２よりも小さく、被処理体Ｘの上面が凹で下面が凸となる状態に変形され、その変形のしきん値を超えたとき、ガス通過口２１ｃを塞ぐ位置にダンパ１９ａを切り換えるとともにガス通過口２１ｂを塞ぐ位置にダンパ１９ｂを切り換え、冷却ガスの流路方向を逆にして、冷却ガスが被処理体Ｘの下面に当るようにする。引き続き被処理体Ｘの変形を継続的に測定して、上面の差分値Ｊ１が下面の差分値Ｊ２よりも大きく、被処理体Ｘの上面が凸で下面が凹となる状態に変形され、その変形のしきん値を超えたとき、ガス通過口２１ａを塞ぐ位置にダンパ１９ａを切り換えるとともにガス通過口２１ｄを塞ぐ位置にダンパ１９ｂを切り換え、冷却ガスの流路方向を逆にして、冷却ガスが被処理体Ｘの上面に当るようにする。この、被処理体Ｘの変形を継続的に測定し、冷却ガスの流路方向を切り替えることで被処理体Ｘを均等に冷却する。
【００４９】
また、熱交換器１７を調節することで冷却ガスの温度を調整し、冷却ファンモータ２２を調節することで冷却ガスの風速を調整し、加圧ガス供給装置１４を調節することで冷却ガスを増量する。また、必要に応じて熱交換器１７、冷却ファンモータ２２、および加圧ガス供給装置１４のそれぞれを停止或いは作動を切り換え、さらに冷却時間を調整する。
【００５０】
次に、図１、図２に示すように、被処理物Ｘが所定の温度まで冷却された後、扉５を冷却室２から脱離して、被処理物Ｘを外部に搬出して熱処理を完了する。また、必要に応じて上記した加熱と冷却とを繰り返して、より高強度になるように被処理物Ｘの熱処理を行う。
【００５１】
上記した構成からなる熱処理装置１および熱処理方法によれば、冷却炉７の中に配置された被処理体Ｘの変形は把握されるため、被処理体Ｘの変形に応じて冷却ガスの流路方向を切り換えることで被処理体Ｘを均一に冷却することができ、被処理体Ｘの変形を抑止することができる。また、被処理体Ｘの変形が抑止されることで、熱処理後の機械加工の手間が省け、熱処理作業のコストダウンを図ることができる。
【００５２】
以上、本発明に係る熱処理装置および熱処理方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では冷却炉７内における被処理体Ｘの変形を測定しているが、本発明は加熱炉３７内における被処理体Ｘのダレ曲り変形を測定してもよい。また、上記した実施の形態では被処理体Ｘの焼歪みによる変形を計測しているが、本発明は被処理体Ｘの収縮や膨張を測定してもよい。
【００５３】
また、上記した実施の形態では変位計測手段２６によって計測された被処理体Ｘの変形の情報を制御部３３に伝達して自動的に熱処理手段３４が調整されているが、本発明は変位計測手段２６によって被処理体Ｘの変形の状態を把握して手動により熱処理手段３４を調整してもよい。これによって、制御部３３の構造は簡易化されて、熱処理装置１の製作コストが軽減することができる。
【００５４】
また、上記した実施の形態では定点２３を被処理体Ｘの上面及び下面の中央および四隅部にそれぞれ設定されているが、本発明は四隅部以外にも設定してもよく、観測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを増やすことで、より正確に被処理体Ｘの変形が計測される。また、センサー部２４を被処理体Ｘの測方に設置して、被処理体Ｘの側面に定点２３を設定してもよく、さらに被処理体Ｘの上下方および測方にセンサー部２４をそれぞれ設置して、被処理体Ｘの上下面および側面に定点２３をそれぞれ設定してもよい。
【００５５】
さらに、上記した実施の形態では被処理体Ｘの変形に応じて冷却ガスの流路方向を調整しているが、本発明は被処理体Ｘの上下方にそれぞれ配置されたガス吐出枝管１５に切換手段を設けて被処理体Ｘの変形に応じて上下方の何れかのガス吐出枝管１５から冷却ガスを噴射させてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱処理装置および熱処理手段によれば、変位計測手段によって熱処理炉内に配置された被処理体の変形は把握されるため、被処理体の変形に応じて被処理体の熱処理方向は調整され、被処理体を均一に熱処理することができ、被処理体の変形を抑止することができる。また、被処理体の変形が抑止されることで熱処理後の機械加工の手間が省け、熱処理作業のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための縦断面図である。
【図２】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための横断面図である。
【図３】 （ａ）は本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための熱処理室の拡大縦断面図である。（ｂ）は本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための図３（ａ）に示すＡ−Ａ´矢視図である。
【図４】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための被処理体の拡大斜視図である。
【図５】 本発明に係る熱処理装置および熱処理手段を説明するための被処理体の動作図である。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２ 冷却室（熱処理室）
７ 冷却炉（熱処理炉）
２３ 定点
２６ 変位計測手段
３４ 熱処理手段
３３ 制御部
２５ 計測部
２４、２４ａ、２４ｂ センサー部
２８、２９ 基準点
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 観測点
３２ 窓部
Ｘ 被処理体
Claims (4)
- 内部に熱処理対象の被処理体が収納される熱処理炉を備える熱処理装置において、
前記被処理体の表面上に定められた定点の位置を検知するセンサー部と、該センサー部に接続され前記定点の位置の変化から前記被処理体の変形を計測する計測部とからなる変位計測手段と、
該変位計測手段と電気的に接続され、該変位計測手段によって計測される前記被処理体の変形の情報を受けて当該被処理体の変形を抑止するように熱処理手段を調節する制御部と、を備え、
前記センサー部は、前記被処理体を挟むように対をなして設けられ、かつ、前記定点は、少なくとも前記被処理体の中央部及び両端部に設定される
ことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項１記載の熱処理装置において、
前記センサー部は前記熱処理炉の外部或いは該熱処理炉を内部に格納する熱処理室の外部のうちのいずれかに配置され、前記熱処理炉或いは前記熱処理室のうちの少なくとも一方には前記センサー部から出るレーザ光が通過する窓部が形成されていることを特徴とする熱処理装置。 - 熱処理炉の内部に収納されている被処理体の熱処理方法であって、
前記被処理体の熱処理を行うとともに前記被処理体の変形を計測し、前記被処理体の変形に応じて当該被処理体の変形を抑止するように前記被処理体の熱処理方向を調節することを特徴とする熱処理方法。 - 請求項３記載の熱処理方法において、
前記被処理体の変形の計測は、熱処理初期に前記被処理体に定められた複数の定点のうちの一つである基準点の位置を測定するとともに前記被処理体に定められた複数の定点のうちのその他の観測点の位置を測定し、熱処理中に前記基準点の位置を測定するとともに前記観測点の位置を測定し、熱処理初期の前記基準点及び前記観測点の位置と熱処理中の前記基準点及び前記観測点の位置との差分から算出することを特徴とする熱処理方法。
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