JP5634127B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理炉に関するものである。

酸化し易い被処理物を熱処理する場合は、加熱室が大気（空気）に触れないよう２室型以上で構成された真空熱処理炉を使用するのが一般的である。加熱室に大気が入り込むと、加熱時に大気中に含まれる水分が被処理物の表面を酸化・着色してしまうという問題が生じる。

下記特許文献１には、ガス冷却室と加熱室を中間扉により区画した多室型熱処理炉が開示されている。この多室型熱処理炉は、被処理物をガス冷却室に搬入した後、ガス冷却室内及び加熱室内を真空排気し、該真空排気によりガス冷却室及び加熱室が同圧になったら、中間扉を開けて、被処理物をガス冷却室から加熱室に搬送する構成となっている。この構成によれば、被処理物と共にガス冷却室に入り込んだ大気中の水分を、加熱前の真空排気により除去することができる。

特開平８−２９５９２６号公報

しかしながら、被処理物と共に搬入室に入り込んだ大気中の水分が結露すると、真空排気では十分に除去できないという問題がある。さらに、大気中に放置された被処理物の表面には、大気中の水分が付着・浸入しており、同じく真空排気では十分に除去できないという問題がある。
また、真空排気による水分除去を実施するためには被処理物が搬入される搬入室を、真空雰囲気下に耐えうる真空容器で構成しなければならず、高価な装置となるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被処理物の酸化・着色を抑制できる熱処理炉の提供を目的とする。また、コスト安で上記問題点を解決できる熱処理炉の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、被処理物が搬入される搬入室と、上記搬入室から搬送されてきた上記被処理物を熱処理する熱処理室とを有する熱処理炉であって、上記搬入室内の水分を気化させる気化装置と、上記気化した水分を上記搬入室外に排気する排気装置とを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、被処理物と共に搬入室に入り込んだ水分を気化させて、気化した水分を搬入室外に排気することで、被処理物を熱処理室に搬送する前において結露した水分及び被処理物に付着した水分が除去されるため、熱処理中の被処理物の酸化・着色を大幅に低減することができる。

また、本発明においては、上記気化装置は、上記搬入室内に熱風を供給する熱風供給部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、熱風の供給により結露した水分及び被処理物に付着した水分を気化させ、気化した水分を気流に乗せて運ぶことが可能となる。

また、本発明においては、上記排気装置は、上記搬入室に設けられて、上記気化した水分を上記熱風と共に上記搬入室外に排気するための熱風排気口を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、気化した水分を熱風排気口から熱風の気流に乗せて搬入室外に排出させることが可能となる。

また、本発明においては、上記排気装置は、上記搬入室内に不活性ガスを供給して上記気化した水分を上記搬入室外に排気するガスパージ部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、不活性ガスの供給により、搬入室内の気体を置換することで、気化した水分を搬入室外に排気することが可能となる。

また、本発明においては、上記排気装置は、上記搬入室内を吸気して上記気化した水分を上記搬入室外に排気する吸気部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、搬入室内を吸気することで、気化した水分を搬入室外に排気することが可能となる。

また、本発明においては、上記排気装置は、上記ガスパージ部による排気の前に、上記搬入室内を吸気して上記気化した水分を上記搬入室外に排気する吸気部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ガスパージ部における不活性ガスの供給量を低減させることができ、コスト安に寄与させることができる。

また、本発明においては、上記熱処理室内に真空雰囲気を形成可能な真空ポンプを備え、上記吸気部として、上記真空ポンプを用いるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、熱処理室を真空雰囲気とする真空ポンプを、吸気部として兼用することで、コスト安に寄与させることができる。

また、本発明においては、上記気化装置は、上記被処理物の酸化特性に基づいて、上記搬入室内の水分を気化させる温度を制御するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、被処理物の酸化を防止しつつ搬入室内の水分を気化させることが可能となる。

本発明によれば、被処理物が搬入される搬入室と、上記搬入室から搬送されてきた上記被処理物を熱処理する熱処理室とを有する熱処理炉であって、上記搬入室内の水分を気化させる気化装置と、上記気化した水分を上記搬入室外に排気する排気装置とを有するという構成を採用し、被処理物と共に搬入室に入り込んだ水分を気化させて、気化した水分を搬入室外に排気し、被処理物を熱処理室に搬送する前において結露した水分及び被処理物に付着した水分を除去することで、熱処理中の被処理物の酸化・着色を大幅に低減することができる。
したがって、本発明では、被処理物の酸化・着色を十分に抑制できる。

本発明の実施形態における真空熱処理炉を示す構成図である。 本発明の実施形態における真空熱処理炉を示す平面図である。 本発明の実施形態における真空熱処理炉の水分除去動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本実施形態の熱処理炉として、真空熱処理炉を例示して説明する。

図１は、本発明の実施形態における真空熱処理炉１を示す構成図である。図２は、本発明の実施形態における真空熱処理炉１を示す平面図である。
本実施形態の真空熱処理炉１は、図１に示すように、被処理物Ｗが搬入される搬入室１０と、搬入室１０から搬送されてきた被処理物Ｗを熱処理する熱処理室２０とを有する。搬入室１０と熱処理室２０との間には、昇降可能な炉扉３０が設けられている。また、真空熱処理炉１は、各構成機器の駆動を統括的に制御する制御装置（図示せず）を有する。

熱処理室２０は、真空雰囲気下に耐えうる真空容器（耐圧容器）からなる。熱処理室２０には、図２に示すように、内部を吸気する真空ポンプ４０と配管４０ａを介して接続されている。図１に戻り、熱処理室２０は、搬送されてきた被処理物Ｗを囲う断熱容器２１と、被処理物Ｗを加熱する加熱装置２２と、被処理物Ｗを冷却する冷却装置２３とを有する。熱処理室２０においては、被処理物Ｗの加熱・冷却を一室で行うことで焼入れ処理等の熱処理を実施する構成となっている。

断熱容器２１は、熱処理室２０内に設けられ、例えばグラファイトウールやセラミックウール等のウール系の断熱材から構成される。断熱容器２１は箱状となっており、炉扉３０に臨む面側が炉扉３０と共に昇降可能な構成となっている。断熱容器２１の上面の一部を構成する上蓋２１ａは、シリンダ機構２４ａによって略水平方向に移動して、断熱容器２１の上面を開閉可能な構成になっている。また、断熱容器２１の下面の一部を構成する下蓋２１ｂは、シリンダ機構２４ｂによって略鉛直方向に移動して、断熱容器２１の下面を開閉可能な構成になっている。

加熱装置２２は、断熱容器２１内に設けられて被処理物Ｗを囲む略矩形枠状の発熱部を複数有する。加熱装置２２は、上蓋２１ａ及び下蓋２１ｂが閉じた状態で、発熱部を通電により発熱させ、断熱容器２１内を１０００℃以上の高温に加熱し、被処理物Ｗを加熱処理する構成となっている。

冷却装置２３は、送風機２５と熱交換器２６とを有する。送風機２５は、熱処理室２０内のガスを循環させるファン２５ａと、ファン２５ａを駆動させるファンモータ２５ｂとを備えており、熱処理室２０の上部に設けられている。熱交換器２６は、内部に冷却媒体が流通する複数の伝熱管を備えており、この複数の伝熱管がファン２５ａを囲むようにして、熱処理室２０の上部に設けられている。冷却装置２３は、上蓋２１ａ及び下蓋２１ｂが開いた状態で、送風機２５と熱交換器２６とを駆動させ、熱処理室２０内のガスを冷却すると共に循環させて、被処理物Ｗを冷却処理する構成となっている。

搬入室１０は、鉄板で構成された筐体１０ａ内部に被処理物Ｗを収容可能な空間を有し、該空間に対応する筐体１０ａの側面の一部に被処理物Ｗを装入・抽出するための開閉可能な装入抽出扉１１が設けられている（図２参照）。また、搬入室１０は、筐体１０ａ内部に、昇降可能な炉扉３０を収容すると共に熱処理室２０との間で被処理物Ｗを受け渡すための搬送装置１２を収容する構成となっている。筐体１０ａは、昇降可能な炉扉３０を収容するために鉛直方向に突出する凸部１０ａ１と、搬送装置１２を収容するために水平方向に突出する凸部１０ａ２とを有する構成となっている。

搬送装置１２は、熱処理室２０に向かって水平方向に延在するガイド１３と、ガイド１３を昇降させるシリンダ機構１４と、ガイド１３に沿って移動可能な搬送機構１５と、搬送機構１５に搭載されて被処理物Ｗを保持すると共に被処理物Ｗを昇降させる受渡用昇降装置１６とを有する。搬送装置１２は、炉扉３０が上昇して熱処理室２０が開状態となった時に、ガイド１３に沿って搬送機構１５を移動させ、受渡用昇降装置１６を断熱容器２１内に挿入して昇降させることで、被処理物Ｗの受け渡しを行う構成となっている。

搬入室１０は、装入抽出扉１１から被処理物Ｗと共に搬入室１０内に入り込んだ水分を気化させる気化装置５０と、気化装置５０によって気化した水分を搬入室１０外に排気する排気装置６０とを有する。本実施形態の気化装置５０は、熱風供給部５１を有する。また、本実施形態の排気装置６０は、熱風排気口６１と、ガスパージ部６２と、吸気部６３（図２参照）とを有する。

熱風供給部５１は、発熱部及びファン機構を備える熱風発生装置５２と、熱風発生装置５２からの熱風を搬入室１０内に導く熱風供給ライン５３とを有する。熱風発生装置５２は、空気を所定温度まで加熱すると共に加熱した空気（熱風）を、熱風供給ライン５３を介して送風する構成となっている。熱風発生装置５２は、制御装置の制御の下、被処理物Ｗの酸化特性に基づいて熱風の温度を調節する構成となっている。被処理物Ｗの酸化温度は、その組成によって種々様々であるが、低いものでは１５０℃程度で酸化してしまうものも存在するため、本実施形態では熱風の温度を、１１０℃〜１２０℃の範囲内で調節する構成となっている。また、熱風供給ライン５３は、搬入室１０の凸部１０ａ２に対応する位置の底部と接続される配管及び該配管を開閉させ熱風の供給量を調節するための制御弁機構５３ａを含んで構成されている。

熱風排気口６１は、熱風供給部５１による熱風とその熱風により気化した水分とを搬入室１０外に排気するべく、搬入室１０の凸部１０ａ１に対応する位置の側部に設けられている。この構成によれば、搬入室１０の底部から供給された熱風を、煙突効果により搬入室１０の上部（凸部１０ａ１）まで流通させて、凸部１０ａ１に設けられた熱風排気口６１から排出させることが可能となる。また、熱風排気口６１は、搬入室１０の凸部１０ａ１に対応する位置の側部と接続される配管及び該配管を開閉させ熱風の排気量を調節するための制御弁機構６１ａを含んで構成されている。

ガスパージ部６２は、搬入室１０内に不活性ガスを供給して搬入室１０内の気体（空気）をパージするものであり、不活性ガス供給ライン６２ａと、不活性ガス排気ライン６２ｂとを有する。不活性ガス供給ライン６２ａは、搬入室１０の凸部１０ａ２に対応する位置の底部と接続される配管、該配管を介して不活性ガスを圧送するブロア等の圧送手段（図示せず）及び該配管を開閉させ不活性ガスの供給量を調節するための制御弁機構６２ａ１を含んで構成されている。不活性ガス排気ライン６２ｂは、搬入室１０の凸部１０ａ１に対応する位置の側部と接続される配管及び該配管を開閉させ不活性ガスの排気量を調節するための制御弁機構６２ｂ１を含んで構成されている。本実施形態のガスパージ部６２は、不活性ガスとして窒素ガスを供給する構成となっている。なお、不活性ガスとしては、例えば他にアルゴンガスやヘリウムガス等を用いることができ、また複数種の不活性ガスの混合ガスを用いることができる。この不活性ガスは、搬入室１０内の気体をパージするパージ用として用いられると共に被処理物Ｗを熱処理室２０に搬送するためのキャリア用としても用いられる。

図２に示すように、吸気部６３は、搬入室１０内を吸気するものである。本実施形態の吸気部６３は、熱処理室２０内に真空雰囲気を形成可能な真空ポンプ４０を利用して搬入室１０内を吸気する構成となっている。吸気部６３は、昇降可能な炉扉３０を収容する空間に対応する筐体１０ａの側部に対応する位置に接続される配管４０ｂ及び該配管４０ｂを介して吸気する真空ポンプ４０を含んで構成されている。

続いて、上記真空熱処理炉１の被処理物Ｗと共に搬入室１０に入り込んだ水分を除去する動作について図１〜図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態における真空熱処理炉１の水分除去動作を示すフローチャートである。

先ず、搬入室１０の装入抽出扉１１を開き、被処理物Ｗを搬入室１０内に装入する（ステップＳ１）。そして、被処理物Ｗを搬入室１０内に装入した後、搬入室１０の装入抽出扉１１を閉じる（ステップＳ２）。
このとき、搬入室１０内には、被処理物Ｗと共に大気中の水分が入り込む。さらに、大気中に放置された被処理物Ｗの表面には、大気中の水分が付着・浸入しているため、搬入室１０内には、被処理物Ｗが持ち込んだ水分も存在している。

ステップＳ２の後、制御装置は、熱風供給部５１を駆動させると共に熱風排気口６１を開状態にして、被処理物Ｗと共に搬入室１０に入り込んだ水分を気化させて、該気化した水分を搬入室１０外に排気する（ステップＳ３）。
ステップＳ３では、熱風供給部５１の熱風の供給により搬入室１０内の壁面において結露した水分及び被処理物Ｗに付着した水分を気化させ、気化した水分を熱風の気流に乗せて運び、煙突効果により熱風排気口６１から搬入室１０外に排気させる。また、熱風の温度は、１１０℃〜１２０℃の範囲内で設定されているため、被処理物Ｗの酸化を防止しつつ搬入室１０内の水分を気化させることができる。この処理は、搬入室１０の大きさにもよるが、搬入室１０内の温度が１１０℃〜１２０℃に達した後５分程度行う。そして、５分が経過したら、制御装置は、熱風供給部５１の駆動を停止させると共に熱風排気口６１を閉状態にして、熱風供給を停止する（ステップＳ４）。

ステップＳ４の後、制御装置は、吸気部６３を駆動させて、搬入室１０内を吸気させる（ステップＳ５）。
ステップＳ５では、吸気部６３の駆動により、搬入室１０内の空気と共に残存する気化した水分を排気する。また、ステップＳ５では、搬入室１０内を吸気することで、後のステップＳ６における不活性ガスのパージ量を低減させる。これにより、コスト安に寄与できる。なお、本実施形態の吸気部６３は、真空ポンプ４０を用いているため、耐圧容器から構成されていない搬入室１０から吸気する際には、真空ポンプ４０を暖機運転させることが好ましい。

ステップＳ５の後、制御装置は、ガスパージ部６２を駆動させて、搬入室１０内に不活性ガスを供給して搬入室１０内の空気と共に気化した水分を搬入室１０外に排気する（ステップＳ６）。
ステップＳ６では、制御装置は、不活性ガス供給ライン６２ａを開状態にすると共に不活性ガス排気ライン６２ｂを開状態にすることで、搬入室１０内に不活性ガスを供給して、搬入室１０内の空気と置換させ、気化した水分を搬入室１０外に完全に排気する。そして、制御装置は、搬入室１０内が不活性ガスで完全にパージされたら、不活性ガス供給ライン６２ａを閉状態にすると共に不活性ガス排気ライン６２ｂを閉状態にして、パージ処理を停止する（ステップＳ７）。

上記のように水分除去を行った後、制御装置は、炉扉３０を開状態にして、搬送装置１２を駆動させ、被処理物Ｗを搬入室１０から熱処理室２０へ装入する（ステップＳ８）。そして、熱処理室２０において被処理物Ｗの熱処理を行う。
なお、炉扉３０を開状態にする際には、搬入室１０と熱処理室２０とが完全に同圧になるように、両室に接続された同圧配管（図示せず）を開状態とする構成を採用してもよい。

したがって、上述した本実施形態によれば、被処理物Ｗが搬入される搬入室１０と、搬入室１０から搬送されてきた被処理物Ｗを熱処理する熱処理室２０とを有する真空熱処理炉１であって、搬入室１０内の水分を気化させる気化装置５０と、気化した水分を搬入室１０外に排気する排気装置６０とを有するという構成を採用し、被処理物Ｗと共に搬入室１０に入り込んだ水分を気化させて、気化した水分を搬入室１０外に排気し、被処理物Ｗを熱処理室２０に搬送する前において結露した水分及び被処理物Ｗに付着した水分を除去することで、熱処理中の被処理物Ｗの酸化・着色を大幅に低減することができる。
したがって、本実施形態によれば、被処理物Ｗの酸化・着色を十分に抑制できる。

また、本実施形態においては、気化装置５０は、搬入室１０内に熱風を供給する熱風供給部５１を有するという構成を採用することによって、熱風の供給により結露した水分及び被処理物Ｗに付着した水分を気化させ、気化した水分を気流に乗せて運ぶことが可能となる。また、この構成によれば、搬入室１０内に発熱部を設ける構成と比べて、コスト安で、且つ、搬入室１０内の設置空間を圧迫することもない。

また、本実施形態においては、排気装置６０は、搬入室１０に設けられて、気化した水分を上記熱風と共に搬入室１０外に排気するための熱風排気口６１を有するという構成を採用することによって、気化した水分を熱風排気口６１から熱風の気流に乗せて搬入室１０外に排出させることが可能となる。

また、本実施形態においては、排気装置６０は、搬入室１０内に不活性ガスを供給して上記気化した水分を搬入室１０外に排気するガスパージ部６２を有するという構成を採用するとによって、不活性ガスの供給により、搬入室１０内の気体を置換することで、気化した水分を搬入室１０外に排気することが可能となる。また、この構成によれば、搬入室１０が不活性ガスで満たされているため、被処理物Ｗを熱処理室２０に搬送する際、空気を持ち込むことがない。

また、本実施形態においては、排気装置６０は、ガスパージ部６２による排気の前に、搬入室１０内を吸気して上記気化した水分を搬入室１０外に排気する吸気部６３を有するという構成を採用することによって、ガスパージ部６２における不活性ガスの供給量を低減させることができ、コスト安に寄与させることができる。

また、本実施形態においては、熱処理室２０内に真空雰囲気を形成可能な真空ポンプ４０を備え、吸気部６３として、真空ポンプ４０を用いるという構成を採用することによって、熱処理室２０を真空雰囲気とする真空ポンプ４０を、吸気部６３として兼用することで、コスト安に寄与させることができる。

また、本実施形態においては、気化装置５０は、被処理物Ｗの酸化特性に基づいて、搬入室１０内の水分を気化させる温度を１１０℃〜１２０℃の範囲内で制御するという構成を採用することによって、被処理物Ｗの酸化を防止しつつ搬入室１０内の水分を十分に気化させることが可能となる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や材質、その組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…真空熱処理炉（熱処理炉）、１０…搬入室、２０…熱処理室、４０…真空ポンプ、５０…気化装置、５１…熱風供給部、６０…排気装置、６１…熱風排気口、６２…ガスパージ部、６３…吸気部、Ｗ…被処理物

Claims (9)

1. 被処理物が搬入される搬入室と、前記搬入室から搬送されてきた前記被処理物を熱処理する熱処理室とを有する熱処理炉であって、
   前記搬入室内の水分を気化させる気化装置と、
   前記気化した水分を前記搬入室外に排気する排気装置と、を有し、
   前記気化装置は、外気を加熱して生成した熱風を前記搬入室内に供給する熱風供給部を有し、
   前記搬入室は、前記熱処理室の昇降可能な炉扉を収容するために鉛直方向に突出する凸部を有し、
   前記排気装置は、前記搬入室に設けられて、前記気化した水分を前記熱風と共に前記搬入室外に排気するための熱風排気口を、前記凸部に有することを特徴とする熱処理炉。
2. 前記搬入室は、前記熱処理室との間で前記被処理物を受け渡しする搬送装置を収容するために水平方向に突出する第２の凸部を有し、
   前記熱風供給部は、前記熱風を前記搬送室の前記第２の凸部に対応する位置の底部に供給することを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記排気装置は、前記搬入室内に不活性ガスを供給して前記気化した水分を前記搬入室外に排気するガスパージ部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理炉。
4. 前記排気装置は、前記搬入室内を吸気して前記気化した水分を前記搬入室外に排気する吸気部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理炉。
5. 前記排気装置は、前記ガスパージ部による排気の前に、前記搬入室内を吸気して前記気化した水分を前記搬入室外に排気する吸気部を有することを特徴とする請求項３に記載の熱処理炉。
6. 前記熱処理室内に真空雰囲気を形成可能な真空ポンプを備え、
   前記吸気部として、前記真空ポンプを用いることを特徴とする請求項４または５に記載の熱処理炉。
7. 前記気化装置は、前記被処理物の酸化特性に基づいて、前記搬入室内の水分を気化させる温度を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱処理炉。
8. 被処理物が搬入される搬入室と、前記搬入室から搬送されてきた前記被処理物を熱処理する熱処理室とを有する熱処理炉であって、
   前記搬入室内の水分を気化させる気化装置と、
   前記気化した水分を前記搬入室外に排気する排気装置と、を有し、
   前記気化装置は、外気を加熱して生成した熱風を前記搬入室内に供給する熱風供給部を有し、
   前記搬入室は、前記熱処理室との間で前記被処理物を受け渡しする搬送装置を収容するために水平方向に突出する第２の凸部を有し、
   前記熱風供給部は、前記熱風を前記搬送室の前記第２の凸部に対応する位置の底部に供給することを特徴とする熱処理炉。
9. 被処理物が搬入される搬入室と、前記搬入室から搬送されてきた前記被処理物を熱処理する熱処理室と、前記熱処理室内に真空雰囲気を形成可能な真空ポンプとを有する熱処理炉であって、
   前記搬入室内の水分を気化させる気化装置と、
   前記気化した水分を前記搬入室外に排気する排気装置と、を有し、
   前記気化装置は、外気を加熱して生成した熱風を前記搬入室内に供給する熱風供給部を有し、
   前記排気装置は、前記搬入室内を吸気して前記気化した水分を前記搬入室外に排気する吸気部を有し、
   前記吸気部として、前記真空ポンプを用いることを特徴とする熱処理炉。

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