JP4878564B2 - 連続浸炭炉 - Google Patents

Description

この発明は、浸炭ガス雰囲気中を搬送される処理対象物（ワーク）に浸炭処理を含む複数の処理を連続して行う連続浸炭炉に関する。

連続浸炭炉は、炉内に昇温ゾーン、浸炭ゾーン、拡散ゾーン、降温ゾーン等が設けられている。ワークを積載したトレイが，炉の搬入口から搬出口に向かって搬送される間に、ワークは各ゾーンで処理を受ける。

炉内におけるワークの搬送方法として、トレイプッシャ方式及びローラハース方式がある。トレイプッシャ方式の連続浸炭炉では、プッシャによって最も上流側のトレイが搬入口から搬出口に向かって押圧され、複数のトレイが互いに接触して搬送される。ローラハース方式の連続浸炭炉では、炉床に配置された多数のハースローラを回転駆動し、ハースローラ上でトレイを移動させる（例えば、特許文献１参照。）。

炉内の昇温ゾーンと浸炭ゾーンとは、互いに異なる加熱エネルギが必要である。また、浸炭ゾーンは、浸炭ガスの導入を受ける。浸炭処理後のワークの品質を向上させるためには、各ゾーンの温度及び雰囲気を一定に保つ必要があり、前後のゾーンとの温度差の著しい昇温ゾーンを中間扉の開閉によって選択的に隔離することが考えられる。

ローラハース方式では、ハースローラの回転を制御することで各トレイ間の間隔を容易に調整できる。このため、昇温ゾーンと浸炭ゾーンとの間に中間扉を設置したローラハース方式の連続浸炭炉が普及している。
特開２００４−１０９４５号公報

しかし、ローラハース方式の連続浸炭炉では、多数のハースローラに炉の外部から駆動しなければならず、ハースローラを軸支する炉の側壁からの熱拡散によって熱エネルギを浪費する。また、トレイからの荷重によるハースローラの撓みを防止すべく、定期的にハースローラを回転させるオシレートが必要となり、駆動制御が煩雑になる。さらに、多数のハースローラに対するメンテナンスも煩雑になる。また、複数のトレイ間に間隔が形成されるために、炉が大型化する。

トレイプッシャ方式の連続浸炭炉では、ローラハース方式の上記の欠点を解消でき、プッシャのストロークを変更することで、最も上流側のトレイとその前方のトレイとの間に間隔を設けることができる。しかし、炉の搬入口側には昇温ゾーンとの間に中間扉を備えたパージ室があり、その先のトレイを昇温ゾーンから浸炭ゾーンに搬送するまでは次のトレイをパージ室に搬入できず、トレイの搬入間隔が長時間化する。また、平面内での押圧角度が互いに直交する複数のプッシャを備え、炉内でのトレイの搬送方向をジグザグに変化させることで搬送中の前後２つのトレイ間に間隔を形成することはできる。しかし、炉の平面形状を直線状に構成することができず、装置の占有面積が大型化する。

この発明の目的は、ワークを積載したトレイの搬送経路を浸炭ゾーンの上流側で上下複数段に構成し、各段でトレイを押圧する複数のプッシャを備えることにより、直線状の平面形状のままで、搬送中の前後２個のトレイ間に中間扉を設置するための間隔を形成することができるトレイプッシャ方式の連続浸炭炉を提供することにある。

この発明の連続浸炭炉は、ワークの搬送方向における浸炭ゾーンの上流側に搬送方向に沿って複数の領域を配置した炉に、少なくとも１つのリフト機構と、複数のプッシャと、を備えている。リフト機構は、複数の領域のうちで搬送方向の最も上流側の領域を除く領域内でワークを降下させる。複数のプッシャは、複数の領域のそれぞれでワークを搬送方向の下流側の領域又は浸炭ゾーンに押圧する。複数のプッシャは、搬送方向でのワークを押圧する位置が下流側にあるものほど下方に配置されている。

この構成により、ワークの搬送経路が浸炭ゾーンの上流側で上下複数段に構成され、ワークは各段で個別のプッシャによって搬送方向に押圧される。浸炭ゾーンの上流側に複数の領域が配置されている場合にも、ワークの搬送経路の平面形状を直線状としたままで搬送中の前後２個のワーク間に中間扉を設置するための間隔を形成でき、炉長が短く占有面積が小さいトレイプッシャ方式の連続浸炭炉の特徴を損なうことがない。

この構成には、複数の領域における各領域間、及び複数の領域のうちで最も下流側の領域と浸炭ゾーンとの間のそれぞれを選択的に開閉する複数の中間扉をさらに備えてもよい。互いに異なる雰囲気又は温度に制御される複数の領域及び浸炭ゾーンのそれぞれが、隣接する領域及びゾーンから隔離される。単一のトレイに多数のワークを積載して搬送する場合にも、各領域及びゾーンで各トレイに積載されている全てのワークに対して均一な処理を施すことができる。

この構成において、複数の領域をパージ室及び昇温室とし、複数のプッシャを第１及び第２のプッシャとしてもよい。パージ室は、炉外の大気が炉内に進入するのを阻止する。さらに、このパージ室は、ワークに前処理を施すように構成されたものであってもよい。昇温室は、ワークを浸炭処理時の浸炭温度より低温の予熱温度に加熱する。第１のプッシャは、パージ室へのワークの搬入及びパージ室から昇温室へのワークの搬送を行う。第２のプッシャは、第１のプッシャよりも下方に配置されて昇温室から浸炭ゾーンにワークを搬送する。この場合には、リフト機構を昇温室に配置する。

この発明によれば、ワークの搬送経路の平面形状を直線状としたまま、搬送中の前後２個のワーク間に中間扉を設置するための間隔を形成することができる。炉長が短く占有面積が小さいトレイプッシャ方式の連続浸炭炉の特徴を損なうことなく、浸炭ゾーンの上流側に複数の領域を互いに隔離可能な状態で配置することができる。

以下に、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。図１は、この発明の実施形態に係る連続浸炭炉の一例を示す平面断面図である。図２は、同連続浸炭炉の側面断面図である。

連続浸炭炉１００は、平面形状が直線状の搬送経路に沿って搬送中のワークに、一例として、前処理、昇温処理、浸炭処理、拡散処理、降温処理、焼入れ処理を連続して行う。連続浸炭炉１００は、多数のワークを積載したトレイを、前処理、昇温処理、浸炭処理及び拡散処理ではトレイプッシャ方式で搬送し、降温処理及び焼入れ処理ではローラハース方式で搬送するハイブリッド方式の連続浸炭炉である。連続浸炭炉１００は、炉本体１、リフト機構２、プッシャ３，４、中間扉５〜８、搬入扉９、ローラハース１０、焼入れ装置１１、搬出装置１２を備えている。

炉本体１は、この発明の炉であり、矢印Ｘで示すトレイ２００の搬送方向に沿って平面形状が略一定幅の矩形を呈している。炉本体１には、矢印Ｘ方向に沿ってパージ室２１、昇温室２２、浸炭ゾーン２３、拡散ゾーン２４、降温ゾーン２５がこの順に配置されている。パージ室２１及び昇温室２２が、この発明の複数の領域に相当する。

本例のパージ室２１では、外気から隔離された雰囲気中でトレイ２００に積載されたワークを４００℃程度に加熱し、脱脂処理等の前処理が行われる。パージ室２１は、これに限定されるものではなく、その内部の雰囲気が置換できればよい。昇温室２２では、ＲＸガス等のキャリアガスの雰囲気中でワークが９００℃程度に予備加熱される。浸炭ゾーン２３では、ＲＸガス等のキャリアガスと炭化水素ガス等のエンリッチガスとが供給され、浸炭ガス雰囲気中でワークを９３０℃〜９５０℃程度に加熱して浸炭処理が行われる。拡散ゾーン２４では、浸炭処理でワークの表面に持ち込まれた炭素をワークの内部に拡散させるための拡散処理が行われる。降温ゾーン２５では、ワークを焼入れ処理前の温度である８５０℃程度まで降温して均熱する。

リフト機構２は、昇温室２２に配置されており、昇温室２２の床面を構成するリフト台３１及び昇降シリンダ３２を備えている。リフト機構２は、油圧駆動される昇降シリンダ３２によってリフト台３１を昇降させてトレイ２００の搬送経路を下方に変位させる。リフト機構２は、エア駆動やモータ駆動によってリフト第３１を昇降させるものであってもよい。パージ室２１の床面は、浸炭ゾーン２１以降の床面よりも高い。搬入台１３からパージ室２１内部までのトレイ２００の搬送経路に比較して浸炭ゾーン２３以降の搬送経路は低く、炉本体１には上下２段の搬送経路が構成されている。リフト機構２は、昇温室２２内でトレイ２００の搬送経路を上段から下段に変位させるべく、トレイ２００を降下させる。

プッシャ３及び４は、この発明の複数のプッシャである。プッシャ３は、この発明の第１のプッシャであり、トレイ２００を搬入台１３からパージ室２１までの間、及び、パージ室２１から昇温室２２までの間で矢印Ｘ方向に押圧する。プッシャ４は、この発明の第２のプッシャであり、トレイ２００を昇温室２２から浸炭ゾーン２３までの間で矢印Ｘ方向に押圧する。

中間扉５〜８は、この発明の複数の中間扉である。中間扉５は、パージ室２１と昇温室２２との間を開閉する。中間扉６は、昇温室２２と浸炭ゾーン２３との間を開閉する。中間扉７は、拡散ゾーン２４と降温ゾーン２５との間を開閉する。中間扉８は、降温ゾーン２５と焼入れ装置１１との間を開閉する。搬入扉９は、パージ室２１の搬入口２１Ａを開閉する。

中間扉５，６により、パージ室２１と昇温室２２との間、及び昇温室２２と浸炭ゾーン２３との間が、選択的に隔離される。パージ室２１、昇温室２２及び浸炭ゾーン２３は、互いに異なる雰囲気及び温度に維持可能とされる。

ローラハース１０は、複数のハースローラ１０Ａと、複数のハースローラ１０Ａに回転力を供給する図示しないモータと、を備えている。複数のハースローラ１０Ａは、拡散ゾーン２４の下流側の一部から降温ゾーン２５を経て焼入れ装置１１の上流側の一部までの間に、等間隔で配置されて床面を構成している。ハースローラ１０Ａは、両端部が炉本体１の側壁を貫通して炉本体１の外部に露出し、図示しない軸受によって軸支されている。ハースローラ１０Ａの一端部にモータの回転が伝達される。

焼入れ装置１１は、出口扉４１、リフト機構４２及び油槽４３を備えている。出口扉４１は、焼入れ装置１１と搬出装置１２との間を開閉する。リフト機構４２は、複数のローラ４２Ａで構成されたリフト台４２Ｂを昇降自在に備えている。リフト台４２Ｂには、降温ゾーン２５から搬入されたトレイ２００が搭載される。油槽４３は、トレイ２００の搬送経路よりも下方に配置されており、焼入れ油を貯留している。リフト機構４２は、トレイ２００を搭載したリフト台４２Ｂを降下させ、トレイ２００を油槽４３内に浸漬する。トレイ２００に積載されたワークは、焼入れ油によって急冷される。

搬出装置１２は、複数のローラ５１及び搬出扉５２を備えている。複数のローラ５１は、搬出装置１２内でトレイ２００の搬送面を構成している。搬出扉５２は、搬出装置１２の搬出口１２Ａを開閉する。

図３は、この発明の実施形態に係る連続浸炭炉の要部の動作を説明する概略の側面断面図である。以下に、トレイ２００のパージ室２１、昇温室２２及び浸炭ゾーン２３への搬入処理時における中間扉５，６及び搬入扉９に関する動作のみに着目して説明し、他の扉の動作については説明を省略する。

トレイ２００の搬入前には、中間扉５〜８及び搬入扉９は閉鎖位置にあり、それぞれの配置されている位置で搬送経路を閉鎖している。また、リフト機構２は、安全を配慮して、リフト台３１を下側の位置に待機させている。

多数のワークを積載した第１のトレイ２００Ａが搬入台１３に載置された後、図３（Ａ）に示すように、搬入扉９を開放位置に移動させて搬入口２１Ａを開放し、プッシャ３によってトレイ２００Ａを矢印Ｘ方向に押圧する。トレイ２００Ａは、搬入台１３からパージ室２１内に搬入される。トレイ２００Ａをパージ室２１内に搬入した後、搬入扉９を閉鎖位置に移動させ、パージ室２１を閉鎖する。トレイ２００Ａに積載されたワークは、外気から隔離された雰囲気中で所定温度に加熱され、表面に付着した油脂等を焼却する脱脂処理が施される。

脱脂処理が完了すると、図３（Ｂ）に示すように、リフト機構２がリフト台３１を上側の位置に移動させて停止させるとともに、中間扉５を開放位置に移動させてパージ室２１と昇温室２２との間を開放し、プッシャ３によってトレイ２００Ａを矢印Ｘ方向に押圧する。トレイ２００Ａは、パージ室２１から昇温室２２内に搬入され、リフト台３１上に載置される。トレイ２００Ａを昇温室２２内に搬入した後、中間扉５を閉鎖位置に移動させ、パージ室２１と昇温室２２との間を閉鎖する。トレイ２００Ａに積載されたワークは、キャリアガス雰囲気中で所定温度に加熱されて予熱処理される。

先のトレイ２００Ａに積載されたワークに予熱処理を施している間に、第２のトレイ２００Ｂが搬入台１３に載置され、搬入扉９を開放位置に移動させて搬入口２１Ａを開放し、プッシャ３によってトレイ２００Ｂを矢印Ｘ方向に押圧する。トレイ２００Ｂは、搬入台１３からパージ室２１内に搬入される。トレイ２００Ｂをパージ室２１内に搬入した後、搬入扉９を閉鎖位置に移動させ、パージ室２１を閉鎖する。トレイ２００Ｂに積載されたワークは、外気から隔離された雰囲気中で所定温度に加熱されて脱脂処理される。

トレイ２００Ａに積載されたワークに対する予熱処理が完了するまでに、図３（Ｃ）に示すように、リフト台３１をトレイ２００Ａとともに下側の位置まで降下させておく。

トレイ２００Ａに積載されたワークに対する予熱処理が完了すると、図３（Ｄ）に示すように、中間扉６を開放位置に移動させて昇温室２２と浸炭ゾーン２３との間を開放し、プッシャ３によってトレイ２００Ａを矢印Ｘ方向に押圧する。トレイ２００Ａは、昇温室２２から浸炭ゾーン２３内に搬入される。トレイ２００Ａを浸炭ゾーン２３内に搬入した後、中間扉６を閉鎖位置に移動させ、昇温室２２と浸炭ゾーン２３との間を閉鎖する。トレイ２００Ａに積載されたワークは、浸炭ガス雰囲気中で所定温度に加熱されて浸炭処理される。

トレイ２００Ａを浸炭ゾーン２３内に搬入した後、中間扉６を閉鎖位置に移動させる（図３（Ｅ）参照。）。以上で、トレイ２００の浸炭ゾーン２３内への搬入処理の１サイクルが完了する。

この後、図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示す動作を行うと、トレイ２００Ｂが昇温室２２から浸炭ゾーン２３内に搬入される際にトレイ２００Ａがトレイ２００Ｂによって押圧され、浸炭ゾーン２３内を矢印Ｘ方向に移動する。図３（Ｂ）〜（Ｅ）に示す動作を繰り返し行うと、浸炭ゾーン２３及び拡散ゾーン２４内を複数のトレイ２００が互いに接触した状態で矢印Ｘ方向に移動する。

昇温室２２にリフト機構２を配置することでトレイ２００の搬送経路を上下２段に構成し、搬入台１３からパージ室２１を経て昇温室２２までの上段の搬送経路ではトレイ２００を上側のプッシャ３によって押圧し、昇温室２２から浸炭ゾーン２３までの下段の搬送経路ではトレイ２００を下側のプッシャ４で押圧する。この構成により、搬送経路における浸炭ゾーン２３の上流側で、搬送中の前後２個のトレイ２００間に中間扉６を設置するための間隔を形成することができる。

搬送経路における浸炭ゾーン２３の上流側にパージ室２１と昇温室２２とを中間扉５，６によって互いに隔離できる状態に配置した場合にも、浸炭ゾーン２３内で複数のトレイ２００を互いに接触させて搬送できる。炉長の短縮化、及び占有面積の小型化を維持しつつ、パージ室２１での前処理、昇温室２２での予熱処理、及び浸炭ゾーン２３での浸炭処理を多数のワークに均一に行うことができる。

上記の実施形態では、搬送経路における浸炭ゾーン２３の上流側にパージ室２１及び昇温室２２を配置しているが、２つの領域における処理はこれに限るものではなく、他の処理を行う領域であってもよい。また、３つ以上の領域を配置した場合にもこの発明を同様に実施できる。この場合には、領域数と同数のプッシャを上下方向に配置し、最も上流側の領域を除く領域のそれぞれにリフト機構を設け、領域数と同数段の搬送経路を上下方向に構成する。

なお、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味およ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。

この発明の実施形態に係る連続浸炭炉の平面断面図である。 同連続浸炭炉の側面断面図である。 同連続浸炭炉の要部の動作を説明する側面断面の略図である。

符号の説明

１ 炉本体（炉）
２ リフト機構
３ プッシャ（第１のプッシャ）
４ プッシャ（第２のプッシャ）
５〜８ 中間扉
２１ パージ室（領域）
２２ 昇温室（領域）
２３ 浸炭ゾーン
１００ 連続浸炭炉
２００ トレイ

Claims (4)

1. 搬送方向に沿って搬送中のワークに浸炭処理を施す浸炭ゾーンを備え、前記搬送方向における前記浸炭ゾーンの上流側に前記搬送方向に沿って配置された複数の領域を有する炉と、
   前記複数の領域のうちで前記搬送方向の最も上流側の領域を除く領域内でワークを降下させる少なくとも１つのリフト機構と、
   前記複数の領域のそれぞれでワークを前記搬送方向の下流側の領域又は前記浸炭ゾーンに押圧する複数のプッシャであって、前記搬送方向でのワークを押圧する位置が下流側にあるものほど下方に配置された複数のプッシャと、を備えた連続浸炭炉。
2. 前記複数の領域における各領域間、及び前記複数の領域のうちで最も下流側の領域と前記浸炭ゾーンとの間のそれぞれを選択的に開閉する複数の中間扉をさらに備えた請求項１に記載の連続浸炭炉。
3. 前記複数の領域は、前記搬送方向に沿ってこの順に配置された、外気から隔離されるパージ室と、ワークを前記浸炭処理時の浸炭温度より低温の予熱温度に加熱する昇温室と、からなり、
   前記複数のプッシャは、前記パージ室へのワークの搬入及び前記パージ室から前記昇温室へのワークの搬送を行う第１のプッシャと、前記第１のプッシャの下方に配置されて前記昇温室から前記浸炭ゾーンにワークを搬送する第２のプッシャと、からなり、
   前記リフト機構は、前記昇温室に配置され、ワークを降下させる請求項１又は２に記載の連続浸炭炉。
4. 前記パージ室は、ワークに対する前処理を施す請求項３に記載の連続浸炭炉。

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