JP5116339B2 - 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を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、周期的にハースローラを正逆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、浸炭ゾーンの上流側でワークを搭載して往復移動する複数のパレットを設けることにより、搬送経路の平面形状を直線状としたままで、浸炭ゾーンの上流側に連続して設けられた複数の領域のそれぞれの間に中間扉を設置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、炉、複数のパレット、プッシャ装置及びプッシャ・プル装置を備えている。炉は、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、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連続して配置された複数の領域を有する。複数のパレットは、各１個のワークが載置されるとともに、同一平面内で搬送方向に沿って往復移動自在に配置されており、複数の領域と同数である。プッシャ装置は、複数のパレットに各１個ずつ載置された複数のワークを一体的に搬送方向に押圧する。プッシャ・プラー装置は、複数のパレットを一体的に搬送方向に押圧するとともに、複数のパレットのそれぞれを複数の領域のそれぞれに引き戻す。

この構成では、先ず、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連続して配置された複数の領域のそれぞれで、ワークを載置した複数のパレットに各１個のワークが載置される。次に、この状態からプッシャ・プラー装置で複数のパレットを一体的に搬送方向に押圧し、その後、複数のパレットに載置されている複数のワークを一体的にプッシャ装置で搬送方向に押圧することで、最も下流側のワークが浸炭ゾーンに搬入される。このとき、最も上流側のパレットにはワークは載置されていない。プッシャ・プラー装置を用いて複数のパレットのそれぞれを複数の領域のそれぞれまで引き戻すと、最も上流側のパレットに次のワークが載置可能な状態となる。

この構成において、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。

また、複数の領域を、搬送方向に沿ってこの順に配置された、搬入室、パージ室、昇温室としてもよい。搬入室は、搬送開始前のワークを待機させる。パージ室は、外気から隔離される。パージ室は、ワークに対する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。この場合に、複数のパレットは、搬入室、パージ室及び昇温室のそれぞれに配置されるべきワークを載置する３個のパレットとなる。

また、プッシャ・プラー装置は、突起部材とフック機構とを備えたものとしてもよい。突起部材は、複数のパレットの往動時に複数のパレットのうち搬送方向における最も上流側のパレットに搬送方向の下流側に向かって当接する。フック機構は、複数のパレットの復動時に複数の領域のそれぞれの境界位置で複数のパレットのうち搬送方向のより上流側に位置するパレットに順次切り換えて係合する。プッシャ・プラー装置の構成を簡略化できる。

さらに、プッシャ・プラー装置は、リンクチェーンで構成してもよい。プッシャ・プラー装置の配置場所の自由度が増し、連続浸炭炉を小型化できる。

この発明によれば、浸炭ゾーンの上流側でワークを搭載して往復移動する複数のパレットを設けることにより、搬送経路の平面形状を直線状としたままで、浸炭ゾーンの上流側に連続して設けられた複数の領域のそれぞれの間に中間扉を設置することができる。装置の設置スペースを大型化することなく、複数の領域を互いに異なる状態に制御できる状態で浸炭ゾーンの上流側に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、プッシャ装置２、プッシャ・プラー装置３、中間扉４〜８、搬出扉９、ローラハース１０、焼入れ装置１１、搬出装置１２、パレット装置１３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方向に沿って搬入室２０、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。搬入室２０、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。

搬入室２０には、次に浸炭処理を受けるべきワークを積載したトレイ２００が配置される。この例のパージ室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。

パレット装置１３は、３個のパレット１３１〜１３３とレール１３４とからなる。パレット１３１〜１３３のそれぞれは、搬送方向Ｘの長さがトレイ２００と略同一にされ、独立して移動自在にされている。レール１３４は、長手方向を搬送方向Ｘに平行にして搬入室２０からパージ室２１及び昇温室２２を経由して浸炭ゾーン２３を一部まで連続している。レール１３４は、パレット１３１〜１３３の移動方向を規定する。パレット１３１〜１３３は、レール１３４に案内されて搬送方向Ｘに沿って往復移動する。

プッシャ装置２は、パレット１３１〜１３３に載置された合計３個のトレイ２００を一体的に矢印Ｘ方向に押圧する。

プッシャ・プラー装置３は、プッシャ装置３の下方に配置されている。プッシャ・プラー装置３は、パレット１３１〜１３３を一体的に搬送方向Ｘに押圧するとともに、パレット１３１〜１３３のそれぞれを昇温室２２、パージ室２１、搬入室２０まで引き戻す。

中間扉４〜６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４は、搬入室２０とパージ室２１との間の搬入口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、リフト機構４２及び油槽４３を備えている。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及び取出扉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。取出扉５２は、搬出装置１２の取出口１２Ａを開閉する。

図３は、上記連続浸炭炉に備えられるプッシャ・プラー装置の側面図である。プッシャ・プラー装置３は、リンクチェーン３１によって構成さている。リンクチェーン３１は、スプロケット３２に噛合しており、図示しないモータによってスプロケット３２が回転することでリンクチェーン３１がガイド３１Ａに案内されて搬送方向Ｘ及び復動方向Ｘ′に沿って往復移動する。

リンクチェーン３１には、突起部材３３及びフック３４が取り付けられている。突起部材３３は、搬送方向Ｘにおける最も上流側のパレット１３３の上流側端部に搬送方向Ｘに向かって当接する。フック３４は、突起部材３３の取付位置よりも搬送方向Ｘにおける下流側の位置でフレーム３７を介して揺動自在に取り付けられている。フック３４が通過する範囲の下方には、カム体３６Ａ〜３６Ｃ（図３ではカム体３６Ｂ，３６Ｃは現れていない。）が位置を固定されて配置されている。

フック３４は、下端部がカム体３６Ａ〜３６Ｃに当接していない場合には、図３中一点鎖線で示す中立位置から自由に回転できる状態にある。フック３４は、下端部がカム体３６Ａ〜３６Ｃに、搬送方向Ｘに向かって当接したときに時計方向に回転して図３中二点鎖線で示す退避位置に位置し、復動方向Ｘ′に向かって当接したときに反時計方向に回転して図３中実線で示す当接位置に位置する。フック３４、カム体３６Ａ〜３６Ｃがこの発明のフック機構に相当する。

フレーム３７には、ストッパ３７が設けられている。ストッパ３７は、フック３４の時計方向の揺動範囲を規定する。ストッパ３７は、フック３４の下端部がカム体３６Ａ〜３６Ｃに搬送方向Ｘに向かって当接したときのフック３４との間に多少の間隙を設けて配置されている。チェーン３１の多少の上下動を許容するためである。

リンクチェーン３１を搬送方向Ｘに往動させると、突起部材３３が最も上流側のパレット１３３の上流側の端部に当接する。リンクチェーン３１の搬送方向Ｘへの往動を継続させると、パレット１３３がパレット１３２に当接し、パレット１３２がパレット１３１に当接することで、３個のパレット１３１〜１３３が一体的に搬送方向Ｘに向かって往動する。このとき、フック３４は、カム体３６Ｃ〜３６Ａとの当接を経るあいだに中立位置と退避位置との間で揺動するが、パレット１３１〜１３３の往動には影響を与えない。

リンクチェーン３１を搬送方向Ｘとは逆方向の復動方向Ｘ′に移動させると、カム体３６Ａとの当接によって当接位置に回転したフック３４の上端がパレット１３１に当接し、パレット１３１〜１３３が復動方向Ｘ′に向かって移動する。リンクチェーン３１の復動方向Ｘ′の移動を継続すると、フック３４の下端がカム体３６Ａに当接しなくなり、フック３４の上端が時計方向に揺動してパレット１３１に当接しなくなる。このとき、パレット１３１〜１３３は復動方向Ｘ′への移動を停止する。さらに、リンクチェーン３１の復動方向Ｘ′の移動を継続すると、フック３４の下端はカム体３６Ｂに当接して反時計方向に回転し、フック３４の上端が上流側のパレット１３２に当接する。これによって、パレット１３２，１３３が復動方向Ｘ′に向かって移動を再開する。リンクチェーン３１の復動中にフック３４がカム体３６Ｃを通過する時も同様であり、パレット１３２，１３３の復動が一次停止された後、パレット１３３のみが復動方向Ｘ′に向かって移動を再開する。

カム体３６Ａ〜３６Ｃをそれぞれ昇温室２２と浸炭ゾーン２３との間、パージ室２１と昇温室２２との間、及び搬入室２０とパージ室２１との間の下方に配置することで、リンクチェーン３１の復動中にパレット１３１〜１３３をそれぞれ昇温室２２、パージ室２１及び搬入室２０内に停止させることができる。

図４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の搬入室２０、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４〜６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。

昇温室２２から浸炭ゾーン２３へのトレイ２００Ａの搬入前には、図４（Ａ）に示すように、昇温室２２、パージ室２１、搬入室２０のそれぞれに、トレイ１３１〜１３３のそれぞれの上に載置された状態で、トレイ２００Ａ〜２００Ｃが収納されている。中間扉４〜６は、閉鎖位置にあり、それぞれが配置されている位置で搬送経路を閉鎖している。

トレイ２００Ａに積載されたワークの予熱処理が完了し、トレイ２００Ａを昇温室２２から浸炭ゾーン２３へ搬入する際には、図４（Ｂ）に示すように、中間扉４〜６を開放位置に移動させ、プッシャ・プラー装置３によってパレット１３３を搬送方向Ｘに向かって押圧する。パレット１３３がパレット１３２に当接し、パレット１３２がパレット１３１に当接することで、パレット１３１〜１３３が一体的に搬送方向Ｘに向かって移動する。この移動は、トレイ２００Ａが浸炭室２３内で最も上流側に停止しているトレイ２００に当接するまで継続される。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、プッシャ装置２を用いて、トレイ２００Ａ〜２００Ｃを搬送方向Ｘに向かって押圧する。このとき、プッシャ装置２は、トレイ２００Ａ〜２００Ｃを１個のトレイ２００の長さ分だけ押圧する。これによって、トレイ２００Ａは浸炭ゾーン２３内の最も上流側の位置に達する。また、トレイ２００Ｂ，２００Ｃがそれぞれパレット１３２，１３３上からパレット１３１，１３２上に移動する。

この後、図４（Ｄ）に示すように、プッシャ・プラー装置３を用いて、パレット１３１〜１３３を一体的に復動方向Ｘ′に向かって移動させる。プッシャ・プラー装置３は、図３に示したフック３４及びカム体３６Ａ〜３６Ｃの作用により、パレット１３１，１３２を順に昇温室２２及びパージ室２１内に停止させつつ、パレット１３３を搬入室２０内に引き戻す。この間に、中間扉６、中間扉５、中間扉４を順に閉鎖する。搬入室２０に戻されたパレット１３３にはトレイ２００は載置されていないため、次のトレイ２００をパレット１３３上に載置することができる。

以上の処理により、炉１の平面形状を直線状に構成したままで、浸炭ゾーン２３の上流側に配置された複数の領域を、それぞれ中間扉４〜６で隔離することができる。

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の上流側に搬入室２０、パージ室２１及び昇温室２２を配置しているが、３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、４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。さらに、上記の実施形態における搬入室２０は必ずしも周囲を包囲したものである必要はなく、外部に開放したものであってもよい。

また、プッシャ装置２をリンクチェーンで構成することで、連続浸炭炉１００の搬送方向Ｘの全長を短くすることができる。また、プッシャ・プラー装置３をロッドで構成することで、コストの低廉化を図ることができる。

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。 同連続浸炭炉に備えられるプッシャ・プラー装置の側面図である。 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 プッシャ装置
３ プッシャ・プラー装置
４〜６ 中間扉
２０ 搬入室
２１ パージ室
２２ 昇温室
２３ 浸炭ゾーン
３３ 突起部材
３４ フック
３６Ａ，３６Ｂ カム体
１００ 連続浸炭炉
２００ トレイ

Claims (6)

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連続して配置された複数の領域を有する炉と、
   各１個のワークが載置されるとともに、同一平面内で前記搬送方向に沿って往復移動自在に配置された、前記複数の領域と同数である複数のパレットと、
   前記複数のパレットに各１個ずつ載置された複数のワークを一体的に前記搬送方向に押圧するプッシャ装置と、
   前記複数のパレットを一体的に前記搬送方向に押圧するとともに、前記複数のパレットのそれぞれを前記複数の領域のそれぞれに引き戻すプッシャ・プラー装置と、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、搬送開始前のワークを待機させる搬入室と、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、を含み、
   前記複数のパレットは、前記搬入室、パージ室及び昇温室のそれぞれに配置されるべきワークを載置する３個のパレットである請求項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。
5. 前記プッシャ・プラー装置は、前記複数のパレットの往動時に前記複数のパレットのうち前記搬送方向における最も上流側のパレットに前記搬送方向の下流側に向かって当接する突起部材と、前記複数のパレットの復動時に前記複数の領域のそれぞれの境界位置で前記複数のパレットのうち前記搬送方向のより上流側に位置するパレットに順次切り換えて係合するフック機構と、を含む請求項１乃至４の何れかに記載の連続浸炭炉。
6. 前記プッシャ・プラー装置は、リンクチェーンで構成された請求項１乃至５の何れかに記載の連続浸炭炉。

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