JP5918881B1 - 熱処理装置用の撹拌ファン、および、これを備える熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理装置用の撹拌ファンにおいて、寿命をより長くできるようにする。【解決手段】熱処理装置用の撹拌ファン７は、軸部２０と、複数の羽根部４０と、を有している。軸部２０は、各羽根部４０を固定する羽根固定部２２を含んでいる。羽根固定部２２は、軸方向Ｓ１に延びる円筒部２９を有している。円筒部２９の内側の孔部３０は、軸部２０の一端面２９ａに開放されている。円筒部２９には、円筒部２９内の気体を羽根固定部２２の外部へ排出するための排出孔部５１が形成されている。排出孔部５１は、軸部２０の一端面２９ａから離隔した位置において羽根固定部２２の外部に開放されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、熱処理装置用の撹拌ファン、および、これを備える熱処理装置に関する。

熱処理炉用のガス撹拌部材としてのファンが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のファンは、数百度程度の高温のガスを撹拌するために用いられる。このファンは、回転軸に固定されたボスと、ボスの外周部に結合された複数の羽根と、を有している。

特開２０１４−３７９０３号公報

ファンは、十分な風量を確保するために、高速で回転する必要がある。このため、この高速回転動作に起因して、ファンに異常振動が生じないようにする必要がある。そこで、通常、ファンの重量バランスが調整される。これにより、ファンの回転時の異常振動は、抑制される。これにより、ファンに作用する負荷を小さくでき、その結果、ファンの寿命を、より長くできる。

ところで、熱処理炉においては、予め高温に加熱されたファンの近傍に常温の被処理品を配置し、この状態から、被処理品をヒータで加熱することがある。この場合、被処理品は、ヒータによって加熱されるまでの間、低温である。このため、ファンは、被処理品の周囲からの冷気を受ける。このため、ファンの表面の温度は、冷気によって急激に低下する。一方、ファンの内部の温度は、急激には低下しない。その結果、ファンにおける温度勾配、特に羽根の根元とボスとの間の温度勾配が大きくなってしまう。これにより、ファンの羽根には、大きな熱応力が生じる。被処理品の加熱処理が繰り返し行われると、ファンの羽根には、大きな熱応力が繰り返し作用することとなり、ファンにクラックなどの異常が生じてしまう。即ち、ファンが早期に寿命を迎えてしまう。

特許文献１に記載の構成では、羽根固定部に、中空状の円筒部が形成されている。これにより、円筒部のうち羽根部の根元部に連続する部分の熱容量は、根元部の熱容量に近い値となる。これにより、たとえば、高温状態の撹拌ファンに、熱処理が施される被処理品からの冷気が接触した場合でも、円筒部の温度と、羽根部の根元部の温度との差を、より小さくできる。即ち、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配を、より小さくできる。よって、羽根の根元部に生じる熱応力を、小さくでき、その結果、撹拌ファンの寿命をより長くできる。

一方で、撹拌ファンの寿命をより長くすることが要請されている。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理装置用の撹拌ファンにおいて、寿命をより長くできるようにすることを、目的とする。

本願発明者は、鋭意研究の結果、撹拌ファンの回転駆動時における、撹拌ファンの周囲での気体の流れに注目するに至った。具体的には、特許文献１に記載の撹拌ファンの回転駆動時には、気体は、撹拌ファンの中心から撹拌ファンの径方向外方に向かって流れる。しかしながら、円筒部が行き止まり形状に形成されている結果、円筒部内での気体の流れが生じず、円筒部内の気体は当該円筒部内に留まる。よって、円筒部では、対流による熱交換が促進されない。

一方、撹拌ファンの外表面部分には、撹拌ファンの回転駆動によって気流が当てられるため、対流による熱交換が積極的に促進される。このため、円筒部の周囲の部分と円筒部の内部との間に温度差が生じ、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配が生じ易い。このため、羽根の根元部に熱応力が生じ易いこととなる。本願発明者は、上記の知見に基づいて本発明を想到するに至った。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置用の撹拌ファンは、軸部と、前記軸部から放射状に延びる複数の羽根部と、を備え、前記軸部は、各前記羽根部を固定する羽根固定部を含み、前記羽根固定部は、前記軸部の軸方向に延びる円筒部を有し、前記円筒部の内側の孔部は、前記軸部の一端面に開放されているとともに当該孔部の奥部が閉塞されており、前記円筒部内の気体を前記羽根固定部の外部へ排出するための排出部をさらに備え、前記排出部は、前記軸部の前記一端面から離隔した位置において前記羽根固定部の外部に開放されている。

この構成によると、円筒部の一端面から円筒部の内部に向かう気流を、円筒部内に取り込むことができる。円筒部の一端面側から円筒部内に進入した気体は、排出部を通して羽根固定部の外部に排出される。このように、円筒部内において気流が生じることで、円筒部の内側で対流による熱交換が促進される。その結果、撹拌ファンの外表面側の部分との温度差を抑制できる。よって、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配を、より小さくできる。すなわち、羽根の根元部に生じる熱応力をより小さくできる。その結果、撹拌ファンの負荷の低減を通して撹拌ファンの寿命をより長くできる。

（２）好ましくは、前記排出部は、前記円筒部内の前記孔部に連続し且つ前記撹拌ファンの外表面に開放された排出孔部を含んでいる。

この構成によると、円筒部内の空間と撹拌ファンの外部とを連続させる排出孔部を形成するという簡易な構成で、撹拌ファンの回転駆動時において円筒部内に気流を発生させることができる。また、排出孔部が形成されているぶん、撹拌ファンの質量をより小さくできるので、撹拌ファンをより軽量化できる。

（３）より好ましくは、前記排出孔部は、前記羽根固定部の外表面に開放されている。

この構成によると、円筒部の羽根固定部に貫通孔を形成する簡易な構成で、排出孔部を形成することができる。

（４）好ましくは、前記排出孔部は、前記軸部の軸方向における前記羽根固定部の前記円筒部の中心部に配置されている。

この構成によると、円筒部内において気流を十分に確保しつつ、軸部のうち円筒部と円筒部以外の箇所との境界部において、中実の部分をより多く確保できる。よって、軸部の強度をより高くできる。

（５）好ましくは、前記排出孔部の中心軸線方向に沿って見たときにおいて、前記排出孔部は、円弧状の隅部を有している。

この構成によると、円筒部のうち、排出孔部における形状が滑らかな形状とされる。その結果、排出孔部の周囲に応力集中が生じることをより確実に抑制できる。

（６）好ましくは、前記円筒部の内周面は、前記軸方向に沿って並ぶ複数の円筒面であって前記円筒部の奥側に配置された前記円筒面の内径が前記軸部の前記一端面側に配置された前記円筒面の内径よりも小さい複数の円筒面を有し、前記排出孔部は、少なくとも２つの前記円筒面に亘って形成されている。

この構成によると、撹拌ファンにおいて円筒部を形成しつつ、円筒部のうち一端面が形成されている先端側とは反対側の基端側において、軸部に十分な厚みを持たせることができる。これにより、羽根部と羽根固定部との結合部分における互いの結合強度を十分に確保できる。また、円筒部の孔部内の空間の大きさを十分に確保できる。これにより、円筒部の内部から外部への気流の流量をより大きくできるので、排出孔部を用いた円筒部の冷却効果をより高くできる。

（７）好ましくは、前記排出孔部は、前記軸部の周方向に隣接する２つの前記羽根部の間において１つ設けられており、且つ、前記周方向における２つの前記羽根部の間の中心部に配置されている。

この構成によると、撹拌シャフトの駆動時において最も応力が高くなる傾向にある、羽根部の根元部から比較的離隔した位置において、排出孔部を形成することができる。

（８）好ましくは、前記排出孔部は、前記軸部の周方向に隣接する２つの前記羽根部の間において複数設けられている。

この構成によると、排出孔部の開口面積の合計値をより大きくできる。また、円筒部内において、より満遍なく気流を生じさせることができる。これにより、排出孔部を用いた円筒部の冷却効果をより高くできる。

（９）より好ましくは、前記排出孔部は、２つの前記羽根部の間において、前記軸方向に沿って複数設けられている。

この構成によると、円筒部内のより奥側まで確実に気流を発生させることができる。

（１０）より好ましくは、複数の前記排出孔部において、前記円筒部の前記一端面寄りの前記排出孔部の開口面積は、前記円筒部の基端部寄りの前記排出孔部の開口面積よりも小さく設定されている。

この構成によると、円筒部の奥側の排出孔部を気体が通過するときの抵抗力を、より小さくできる。その結果、円筒部のうち気流が比較的生じ難い円筒部内の空間における奥側においても、より確実に気流を発生させることができる。これにより、円筒部内における気体の流れの分布をより均一にできる。よって、円筒部における温度分布の偏り（熱応力）をより小さくできる。

（１１）好ましくは、前記排出孔部は、２つの前記羽根部の間において、前記軸部の周方向に沿って等ピッチに設けられている。

この構成によると、軸部の周方向に関して、円筒部内により万遍なく気流を発生させることができる。

（１２）好ましくは、前記排出孔部は、前記軸方向に細長く延びる長孔形状に形成されている。

この構成によると、円筒部内の空間のうち、軸方向におけるより広い範囲に亘って、確実に気流を発生させることができる。

（１３）好ましくは、前記撹拌ファンは、耐熱鋼を用いて形成され、前記撹拌ファンの前記軸部および前記羽根部が１０００℃の雰囲気下で回転駆動するときにおいて、前記軸部および前記羽根部の引張強さをａとし、前記軸部および前記羽根部のうち応力が最も高い箇所の応力をｂとした場合に、ｂ／ａ≦０．７となるように前記排出孔部の形状が設定されている。

この構成によると、撹拌ファンのうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部と羽根部との接続部分（羽根固定部の周辺部分）にクラックなどの破損が生じることを、より確実に抑制できる。

（１４）好ましくは、前記軸部の前記軸方向の一端における前記内周面の開口面積をＡ１とし、前記排出孔部の軸方向と直交する断面における前記排出孔部の開口面積をＢ１とし、前記排出孔部の数をｎ１とした場合において、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１に設定されている。

この構成によると、撹拌ファンのうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部と羽根部との接続部分（羽根固定部の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。

（１５）好ましくは、前記軸方向における前記羽根固定部の全長をＡ２とし、前記円筒部の前記一端面から前記排出孔部までの距離をＢ２１とした場合において、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７に設定されている。

この構成によると、撹拌ファンのうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部と羽根部との接続部分（羽根固定部の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。特に、円筒部の一端面側における上記接続部分の応力を、十分に小さい値にすることができる。

（１６）好ましくは、前記軸方向における前記羽根固定部の全長をＡ２とし、前記羽根固定部のうち前記一端面とは反対側の他端から前記排出孔部までの距離をＢ２２とした場合において、Ｂ２２／Ａ２≦０．５に設定されている。

この構成によると、撹拌ファンのうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部と羽根部との接続部分（羽根固定部の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。特に、羽根固定部の他端側における上記接続部分の応力を、十分に小さい値にすることができる。

（１７）好ましくは、前記軸方向における前記羽根固定部の全長をＡ２とし、前記円筒部の前記一端面から前記排出孔部までの距離をＢ２１とした場合において、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７に設定され、且つ、前記羽根固定部のうち前記一端面とは反対側の他端から前記排出孔部までの距離をＢ２２とした場合において、Ｂ２２／Ａ２≦０．５に設定されている。

この構成によると、撹拌ファンのうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部と羽根部との接続部分（羽根固定部の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。特に、円筒部の一端面側における上記接続部分、および、羽根固定部の他端側における上記接続部分の双方の応力を、十分に小さい値にすることができる。

（１８）より好ましくは、前記円筒部の周方向における当該円筒部の外周面の全長をＡ３とし、前記周方向における前記排出孔部の長さをＢ３とし、前記排出孔部の数をｎ３とした場合において、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３≧０．１に設定されている。

この構成によると、撹拌ファンのうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部と羽根部との接続部分（羽根固定部の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。

（１９）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、被処理品を熱処理するための処理室と、前記処理室に配置された、前記撹拌ファンと、を備えている。

この構成によると、熱処理装置用の撹拌ファンの寿命をより長くできる。

本発明によると、熱処理装置用の撹拌ファンにおいて、寿命をより長くできる。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の模式的な側面図であり、一部を切断した状態を示している。 撹拌ファンの主要部の斜視図である。 撹拌ファンの円筒部周辺の拡大断面図である。 撹拌ファンの底面図である。 ２つの羽根部の間に軸方向に並ぶ複数の排出孔部が形成された変形例を示す主要部の側面図である。 ２つの羽根部の間に周方向に並ぶ複数の排出孔部が形成された変形例を示す主要部の側面図である。 排出孔部に整流部が形成された変形例を示す主要部の側面図である。 試験結果を示すグラフである。 試験結果を示すグラフである。 試験結果を示すグラフである。 試験結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、熱処理装置用の撹拌用ファン、および、熱処理装置として広く適用することができる。

［熱処理装置の概略］
図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１の模式的な側面図であり、一部を切断した状態を示している。図１を参照して、熱処理装置１は、被処理品１００を熱処理するために設けられている。この熱処理として、浸炭処理、焼入処理、焼戻処理、窒化処理、焼鈍処理、その他の熱処理を例示することができる。本実施形態では、熱処理装置１が、ガス浸炭処理炉である場合を例に説明する。また、本実施形態では、被処理品１００は、金属部品である。熱処理装置１は、容器１０１に収容された複数の被処理品１００を、浸炭処理するように構成されている。

また、熱処理装置１は、バッチ式の熱処理装置として設けられている。具体的には、熱処理装置１は、一定量の被処理品１００を一括して収容した状態で、当該被処理品１００を熱処理する。当該熱処理後は、上記被処理品１００は、熱処理装置１から、一括して排出される。

熱処理装置１は、処理室２と、入口扉３と、出口扉４と、搬送装置５と、ヒータ６と、撹拌ファン７と、を備えている。

処理室２は、箱状に形成されている。処理室２は、被処理品１００を収容可能に構成されており、且つ、被処理品１００を熱処理するためのガスを供給されるように構成されている。このガスとして、アセチレン、エチレンなどを例示することができる。処理室２は、入口８と、出口９と、を有している。

処理室２の入口８は、入口扉３によって開閉可能である。被処理品１００を収容した容器１０１は、入口８を通して、処理室２の外部から、処理室２の内部へ搬送される。処理室２の出口９は、出口扉４によって開閉可能である。処理室２内の容器１０１および被処理品１００は、出口９を通して、処理室２の内部から、処理室２の外部へ搬送される。

入口扉３および出口扉４は、処理室２内で被処理品１００の熱処理が行われている際には、閉じられている。容器１０１および被処理品１００は、搬送装置５によって、処理室２内を搬送される。

搬送装置５は、搬送部材および受け部としてのローラ１０を、複数有している。複数のローラ１０は、処理室２内において、入口８と出口９との間に配置されている。複数のローラ１０は、入口８から出口９に向かう方向としての搬送方向Ｄ１に沿って、間隔を隔てて配置されている。被処理品１００を収容した容器１０１は、複数のローラ１０上を、搬送方向Ｄ１に搬送される。被処理品１００は、ローラ１０によって、処理室２内で受けられる。この状態で、被処理品１００は、ヒータ６によって、加熱される。

ヒータ６は、たとえば、チューブバーナであり、処理室２内のガスを加熱するように構成されている。被処理品１００の熱処理時、ヒータ６は、処理室２内のガスを、１０００℃程度まで加熱する。この温度は、好ましくは約８００℃であり、より好ましくは、約９００℃である。

本実施形態では、ヒータ６は、処理室２内に配置された部分を有している。この部分は、蛇行状に配置されており、処理室２内において、搬送方向Ｄ１に進んだ場合に、上下に蛇行している。搬送方向Ｄ１における、入口８と出口９の中間領域１１において、ヒータ６は、処理室２内の上側部分に位置している。この中間領域１１に隣接して、撹拌ファン７が配置されている。

撹拌ファン７は、処理室２内のガスを撹拌するために設けられている。撹拌ファン７によって、処理室２内の被処理品１００の迅速な昇温を行うことができる。また、撹拌ファン７によって、処理室２内のガスの温度分布を、より均等にすることができる。

撹拌ファン７は、処理室２の上部に配置されている。被処理品１００は、熱処理される際に、撹拌ファン７の下方に配置される。撹拌ファン７は、処理室２によって、回転可能に支持されている。また、撹拌ファン７は、図示しない電動モータなどの駆動装置によって、回転される。駆動装置の駆動によって、撹拌ファン７は、回転し、処理室２内のガスを撹拌する。

上記の構成を有する熱処理装置１で被処理品１００が熱処理される場合、まず、入口扉３が開かれる。次に、被処理品１００を収容した容器１０１が、入口８から処理室２内へ投入される。この場合、容器１０１の温度および被処理品１００の温度は、たとえば、常温であり、２０℃程度である。容器１０１および被処理品１００は、搬送装置５によって、搬送方向Ｄ１に搬送され、撹拌ファン７の下方に配置される。

次に、入口扉３および出口扉４が閉じられた状態で、ヒータ６による加熱が開始される。これにより、処理室２内のガスが加熱される。また、撹拌ファン７が回転される。これにより、処理室２内のガスが撹拌される。これにより、処理室２内のガスの濃度分布が均され、且つ、処理室２内のガスの温度が、均される。

処理室２内の温度は、前述した温度まで上昇される。これにより、被処理品１００が、熱処理される。熱処理が完了した後、出口扉４が開かれる。更に、搬送装置５が動作する。これにより、容器１０１は、出口９を通して処理室２の外部へ排出される。

［撹拌ファンの詳細な構成］
図２は、撹拌ファン７の主要部の斜視図である。図３は、撹拌ファン７の円筒部周辺の拡大断面図である。図４は、撹拌ファン７の底面図である。

図２〜図４を参照して、本実施形態では、撹拌ファン７は、遠心ファンであり、撹拌ファン７の径方向Ｒ１の外方に向かう風を発生するように構成されている。尚、以下では、撹拌ファン７の軸方向Ｓ１を、単に「軸方向Ｓ１」という。本実施形態では、軸方向Ｓ１と平行な方向も、軸方向Ｓ１という。また、撹拌ファン７の径方向Ｒ１を、単に「径方向Ｒ１」という。また、撹拌ファン７の周方向Ｃ１を、単に「周方向Ｃ１」という。本実施形態では、軸方向Ｓ１は、鉛直方向であり、径方向Ｒ１は、水平方向である。

撹拌ファン７は、耐熱鋼などの金属材料によって形成されている。この耐熱鋼として、ＪＩＳ（日本工業規格）のＳＣＨ１３，ＳＣＨ２２，ＳＣＨ２４，ＳＣＨ３１，ＳＣＨ４６を例示することができる。撹拌ファン７の製法は、特に限定されない。たとえば、撹拌ファン７は、溶融した金属材料を、型に流し込むことにより、形成することができる。より具体的には、撹拌ファン７は、金型鋳造法、ロストワックス法などによって、形成することができる。本実施形態では、撹拌ファン７は、金型鋳造によって、形成されている。

撹拌ファン７の回転速度は、たとえば、１００ｒｐｍ〜１６００ｒｐｍに設定されている。撹拌ファン７の回転速度が上記の下限以上であれば、撹拌ファン７が発生する風量を、十分に大きくできる。尚、撹拌ファン７の回転速度の下限は、５００ｒｐｍであることが、より好ましい。また、撹拌ファン７の回転速度が上記の上限以下であれば、撹拌ファン７の後述する羽根部４０の遠心力が過度に大きくなることを抑制できる。その結果、撹拌ファン７の引張応力が過度に大きくなることを抑制できるので、撹拌ファン７の寿命を、より長くできる。また、撹拌ファン７は、質量バランス調整作業を経て完成している。これにより、撹拌ファン７の回転時に振動が生じることは、抑制されている。

撹拌ファン７は、軸方向Ｓ１に細長く延びる略円柱形状の軸部２０と、軸部２０から放射状に延びる複数の羽根部４０と、排出部５０と、を有している。

軸部２０は、主軸部２１と、羽根固定部２２と、を有している。

主軸部２１は、中実の柱状に形成されている。即ち、主軸部２１は、内部が詰まった柱状の部材として設けられている。

主軸部２１は、一端部２３と、中間部２４と、他端部２５と、を有している。軸方向Ｓ１に沿って、他端部２５と、中間部２４と、一端部２３とが、この順に配列されている。

他端部２５は、軸方向Ｓ１における主軸部２１の他端部を構成しており、且つ、撹拌ファン７の他端部を構成している。他端部２５は、略円柱形状に形成されている。この他端部２５は、図示しない電動モータからの駆動力を入力されるように構成されている。他端部２５は、中間部２４と連続している。

中間部２４は、軸方向Ｓ１に細長く延びる円柱状部分であり、他端部２５から一端部２３側に向かうに従い、直径が段階的に大きくなる形状に形成されている。中間部２４の外周面は、軸受２７，２７と嵌合している（図１参照）。各軸受２７，２７は処理室２に保持されている。これにより、撹拌ファン７は、軸受２７，２７を介して、処理室２に回転可能に支持されている。撹拌ファン７の回転方向は、周方向Ｃ１の一方である。中間部２４は、一端部２３と連続している。

再び図２〜図４を参照して、一端部２３は、羽根部４０側に進むに従い、直径が連続的に大きくなる部分として設けられている。一端部２３は、羽根固定部２２と連続している。

羽根固定部２２は、複数の羽根部４０を固定するために設けられている。即ち、羽根固定部２２は、羽根部４０と結合されている部分として設けられている。羽根固定部２２は、主軸部２１の一端部を形成している。軸方向Ｓ１において、羽根固定部２２の長さは、軸部２０の長さよりも短く設定されている。

羽根固定部２２は、中実部２８と、円筒部２９と、を有している。中実部２８および円筒部２９は、軸方向Ｓ１に沿って、上記の順に並んでいる。

中実部２８は、羽根部４０との十分な結合強度を確保するために設けられている。具体的には、中実部２８は、金属材料が詰まった部分として設けられている。即ち、中実部２８は、孔が形成されていない部分として設けられている。中実部２８は、一端部２３と連続している。中実部２８は、円筒部２９と連続している。

円筒部２９は、処理室２内のローラ１０（図１参照）と向かい合うように配置されている。ローラ１０上の容器１０１と、円筒部２９との距離は、鉛直方向において、たとえば、１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。円筒部２９は、羽根部４０に生じる熱応力を低減するための中空部分として設けられている。

円筒部２９は、円筒部２９の内側において軸方向Ｓ１に延びる孔部３０を有している。孔部３０は、円筒部２９の一端面２９ａ、即ち、軸部２０の一端面に開放されており、当該一端面２９ａから中実部２８に向かって、軸方向Ｓ１に沿って延びている。なお、羽根固定部２２のうち一端面２９ａとは反対側の他端２９ｃ（他端面）は、主軸部２１の一端部２３に連続している。孔部３０は、略円柱状の空間を形成している。孔部３０は、一端面２９ａから当該孔部３０の奥側に進むに従い、直径が段階的に小さくなるように設定されている。この孔部３０の他端部は、テーパ状に形成されることで、中実部２８に近い部分ほど、直径が小さく設定されている。

孔部３０の内周面は、第１円筒面３１と、第２円筒面３２と、テーパ状部３３と、を有している。

第１円筒面３１、第２円筒面３２、および、テーパ状部３３は、軸方向Ｓ１に沿って順に並んでいる。第１円筒面３１、および、第２円筒面３２は、円筒部２９の奥側に進むに従い内径が順次小さくなるように配置されている。

第１円筒面３１は、一端面２９ａに連続する円筒状の部分として設けられている。本実施形態では、軸方向Ｓ１における長さは、第１円筒面３１の長さ、テーパ状部３３の長さ、第２円筒面３２の長さの順に大きい。第１円筒面３１と第２円筒面３２との境界部には、面取り部３４が形成されており、第１円筒面３１は、この面取り部３４を介して第２円筒面３２に接続されている。

第２円筒面３２は、軸方向Ｓ１における孔部３０の中間部に配置されており、第１円筒部３１の位置に対して円筒部２９の奥側の位置に配置されている。第２円筒面３２の内径は、第１円筒面３１の内径よりも小さく設定されている。第２円筒面３２は、テーパ状部３３に接続されている。

テーパ状部３３は、孔部３０の奥側に進むに従い、軸方向Ｓ１と直交する断面での直径が小さくなる先細り形状に形成されている。テーパ状部３３の底部は、孔部３０の最奥側の部分を構成している。

本実施形態では、円筒部２９の外径は、約８０ｍｍ〜１００ｍｍに設定されている。円筒部２９の内径（第１円筒部３１の直径）は、約５０ｍｍ〜７０ｍｍに設定されている。上記の構成を有する羽根固定部２２は、複数の羽根部４０を固定している。

本実施形態では、羽根部４０は、径方向Ｒ１の外方に向かう風を発生させるために設けられている。羽根部４０は、周方向Ｃ１に等間隔（等ピッチ）に複数設けられており、羽根固定部２２から放射状に延びている。本実施形態では、羽根部４０は、６つ設けられている。これらの羽根部４０の構成は同様である。

羽根部４０は、板状に形成されており、径方向Ｒ１のうちの一方向に沿って延び、且つ、軸方向Ｓ１に延びている。羽根部４０の先端と、撹拌ファン７の中心軸線Ｂ１との間の距離、即ち、撹拌ファン７の半径は、２５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度に設定されている。

羽根部４０の厚みは、羽根部４０の根元部４１において最も大きく設定されている。羽根部４０の厚みは、羽根部４０の先端部４２に近づくに従い小さくなるように設定されており、且つ、本実施形態では、羽根部４０の先端部４２において、突起部４３が設けられている。

羽根部４０の根元部４１は、羽根固定部２２に連続している。軸方向Ｓ１における根元部４１の一端４１ａ（上部）は、中実部２８の外周部に固定されている。軸方向Ｓ１における根元部４１の他端４１ｂ（下部）は、円筒部２９の外周部に固定されている。

このような羽根部４０において、根元部４１における熱応力が、撹拌ファン７の熱応力のなかで最大となる。特に、熱処理装置１による熱処理時、撹拌ファン７において生じる応力（熱応力）は、羽根部４０の根元部４１の一端部４１ａ（上部）および他端部４１ｂ（下部）において、最も大きくなる傾向にある。そこで、本実施形態では、この応力をより低減させるための構成として、排出部５０が設けられている。

排出部５０は、円筒部２９内の気体を円筒部２９の羽根固定部２２の外部へ排出するために設けられている。気体は、矢印Ｆに示すように円筒部２９の一端面２９ａ側から円筒部２９内に進入し、排出部５０を通って撹拌ファン７の外部に排出される。これにより、円筒部２９の孔部３０の内部における気体の滞留を抑制し、円筒部２９を対流により熱交換を促進することができる。その結果、円筒部２９の外径部側と内径部側との温度差を抑制する。これにより、円筒部２９（羽根固定部２２）における熱応力（熱の偏り）を抑制させる。以下、排出部５０の構成について、より具体的に説明する。

排出部５０は、本実施形態では、円筒部２９の羽根固定部２２に形成されている。より具体的には、排出部５０は、排出孔部５１を有している。

排出孔部５１は、円筒部２９を径方向Ｒ１に貫通するように形成された貫通孔である。本実施形態では、排出孔部５１は、周方向Ｃ１に等ピッチに複数形成されている。より具体的には、排出孔部５１の中心軸線Ｓ５１は、周方向Ｃ１に沿って等ピッチに（６０度ピッチに）配置されており、羽根部４０と排出孔部５１とが交互に配置されている。なお、各排出孔部５１の構成は同様である。

排出部孔５１は、軸部２０の円筒部２９の一端面２９ａから離隔した位置において、羽根固定部２２の外部（外表面）に開放されている。本実施形態では、排出孔部５１は、円筒部２９における孔部３０の内周面に開放されているとともに、円筒部２９の外周面２９ｂに開放されている。換言すれば、排出孔部５１は、円筒部２９内の孔部３０に連続し、且つ、撹拌ファン７の外表面に開放されている。

本実施形態では、排出孔部５１の中心軸線Ｓ５１は、軸方向Ｓ１における羽根固定部２２２の円筒部２９の中心部に配置されている。なお、排出孔部５１の中心が軸方向Ｓ１における円筒部２９の中心部に配置されていてもよいし、排出孔部５１の中心以外の箇所が円筒部２９の中心部に配置されていてもよい。また、排出孔部５１は、周方向Ｃ１に隣接する２つの羽根部４０，４０の間において１つ設けられている。中心軸線Ｓ５１は、周方向Ｃ１における２つの羽根部４０，４０の間の中心に配置されている。

排出孔部５１は、軸方向Ｓ１に細長い長孔形状に形成されている。本実施形態では、排出孔部５１は、円筒部２９の内周面のうちの少なくとも２つの円筒面（本実施形態では、２つの円筒面３１，３２）に亘って形成されている。排出孔部５１の内周面５１ａは、径方向Ｒ１に沿って延びる平坦面である。換言すれば、排出孔部５１の内周面５１ａを径方向Ｒ１に沿って進んだときにおいて、当該内周面５１ａには起伏が設けられていない。なお、排出孔部５１の内周面５１ａは、径方向Ｒ１に沿って進んだときにおいて、起伏または傾斜が設けられていてもよい。径方向Ｒ１における排出孔部５１の端部に面取り部などが形成された場合、排出孔部５１の内周面５１ａには、傾斜が設けられることとなる。

排出孔部５１の中心軸線方向（径方向Ｒ１）に沿って視たときにおいて、排出孔部５１は、円弧状の隅部５１ｂを有している。本実施形態では、隅部５１ｂは、軸方向Ｓ１における排出孔部５１の両端部に形成されている。排出孔部５１の中心軸線方向（径方向Ｒ１）に沿って視たときにおいて、各隅部５１ｂは、半円状に形成されている。

前述したように、本実施形態では、撹拌ファン７は、耐熱鋼を用いて形成されている。そして、本実施形態では、撹拌ファン７の軸部２０および羽根部４０が１０００℃の雰囲気下で回転駆動するときにおいて、軸部２０および羽根部４０の引張強さをａとし、軸部２０および羽根部４０のうち応力が最も高い箇所（羽根固定部２２と羽根部４０との接続部としての根元部４１のうち、軸方向Ｓ１における端部４１ａまたは端部４１ｂ）の応力をｂと定義する。この場合において、ｂ／ａ≦０．７となるように排出孔部５１の形状が設定されている。

応力に関する上記のｂ／ａ≦０．７とするための構成のさらなる具体例を説明する。この場合の構成の一例として、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１とする構成を挙げることができる。Ａ１は、軸部２０の一端面２９ａ側における孔部３０の内周面（第１円筒面３１）のうち、軸方向Ｓ１と直交する断面における開口面積である。また、Ｂ１は、排出孔部５１の軸方向と直交する断面（半径方向Ｒ１に沿って見た側面）における排出孔部５１の開口面積である。また、ｎ１は、撹拌ファン７における排出孔部５１の数である。なお、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＜０．１とした場合、円筒部２９の孔部３０内において、円筒部２９を内側から冷却するための気流の流量が十分でなく、円筒部２９の外表面と内部との温度差に起因する熱応力が大きくなり易い。

また、応力に関する上記のｂ／ａ≦０．７とするための構成の一例として、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７とする構成を挙げることができる。Ａ２は、軸方向Ｓ１における羽根固定部２２の全長である。Ｂ２１は、円筒部２９の一端面２９ａから排出孔部５１までの距離である。なお、Ｂ２１／Ａ２＜０．０７とした場合、円筒部２９の奥側において十分な気流を発生させ難い。その結果、円筒部２９を内側から冷却するための気流の流量が十分でなく、円筒部２９の外表面と内部との温度差に起因する熱応力が大きくなり易い。

また、応力に関する上記のｂ／ａ≦０．７とするための構成の一例として、Ｂ２２／Ａ２≦０．５とする構成を挙げることができる。Ｂ２２は、羽根固定部２２のうち一端面２９ａとは反対側の他端２９ｃから排出孔部５１までの距離である。なお、Ｂ２２／Ａ２＞０．５とした場合、円筒部２９の奥側において十分な気流を発生させ難い。その結果、円筒部２９を内側から冷却するための気流の流量が十分でなく、円筒部２９の外表面と内部との温度差に起因する熱応力が大きくなり易い。

また、応力に関する上記のｂ／ａ≦０．７とするための構成の一例として、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３≧０．１とする構成を挙げることができる。Ａ３は、円筒部２９の周方向Ｃ１における当該円筒部２９の外周面２９ｂの全長（円周長）である。Ｂ３は、周方向Ｃ１における排出孔部５１の長さである。ｎ３は、排出孔部５１の数である（本実施形態では、ｎ３＝６）。なお、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３＜０．１とした場合、円筒部２９の内部から排出孔部５１を用いた気体の排出量を十分に確保し難い。その結果、円筒部２９を内側から冷却するための気流の流量が十分でなく、円筒部２９の外表面と内部との温度差に起因する熱応力が大きくなり易い。

以上説明したように、本実施形態によると、排出部５０の排出孔部５１は、軸部２０の一端面２９ａから離隔した位置において羽根固定部２２の外部に開放されている。この構成によると、円筒部２９の一端面２９ａから円筒部２９の内部に向かう気流Ｆを、円筒部２９内に取り込むことができる。円筒部２９の一端面２９ａ側から円筒部２９内に進入した気体は、排出部５０の排出孔部５１を通して羽根固定部２２の外部に排出される。このように、円筒部２９内において気流Ｆが生じることで円筒部２９の内側で対流による熱交換が促進される。その結果、撹拌ファン７の外表面側の部分との温度差を抑制できる。よって、円筒部２９と羽根部４０の根元部４１との間の温度勾配を、より小さくできる。すなわち、羽根部４０の根元部４１に生じる熱応力をより小さくできる。その結果、撹拌ファン７の負荷の低減を通じて撹拌ファン７の寿命をより長くできる。

また、本実施形態によると、排出孔部５１は、円筒部２９内の孔部３０に連続し且つ撹拌ファン７の外表面に開放されている。この構成によると、円筒部２９内の空間と撹拌ファン７の外部とを連続させる排出孔部５１を形成するという簡易な構成で、撹拌ファン７の回転駆動時において円筒部２９内に気流Ｆを発生させることができる。また、排出孔部５１が形成されているぶん、撹拌ファン７の質量をより小さくできるので、撹拌ファン７をより軽量化できる。

また、本実施形態によると、排出孔部５１は、羽根固定部２２の外表面に開放されている。この構成によると、円筒部２９の羽根固定部２２に貫通孔を形成する簡易な構成で、排出孔部５１を形成することができる。

また、本実施形態によると、排出孔部５１は、軸部２０の軸方向Ｓ１における羽根固定部２２の中心部に配置されている。この構成によると、円筒部２９内において気流Ｆを十分に確保しつつ、軸部２０のうち円筒部２９と円筒部２９以外の箇所との境界部において、中実の部分をより多く確保できる。よって、軸部２０の強度をより高くできる。

また、本実施形態によると、排出孔部５１の中心軸線方向に沿って見たときにおいて、排出孔部５１は、円弧状の隅部５１ｂを有している。この構成によると、円筒部２９のうち、排出孔部５１における形状が滑らかな形状とされる。その結果、排出孔部５１の周囲に応力集中が生じることをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、円筒部２９において、内径の異なる複数の円筒面３１，３２が形成されている。これにより、撹拌ファン７において円筒部２９を形成しつつ、円筒部２９のうち一端面２９ａが形成されている先端側とは反対側の基端側において、軸部２０に十分な厚みを持たせることができる。これにより、羽根部４０と羽根固定部２２との結合部分における互いの結合強度を十分に確保できる。また、円筒部２９の孔部３０内の空間の大きさを十分に確保できる。これにより、円筒部２９の内部から外部への気流Ｆの流量をより大きくできるので、排出孔部５１を用いた円筒部２９の冷却効果をより高くできる。

また、本実施形態によると、排出孔部５１は、周方向Ｃ１に隣接する２つの羽根部４０，４０の間において１つ設けられており、且つ、周方向Ｃ１における２つの羽根部４０，４０の間の中心部に配置されている。この構成によると、撹拌ファン７の駆動時において最も応力が高くなる傾向にある、羽根部４０の根元部４１から比較的離隔した位置において、排出孔部５１を形成することができる。

また、本実施形態によると、排出孔部５１は、軸方向Ｓ１に細長く延びる長孔形状に形成されている。この構成によると、排出孔部５１は、円筒部２９内の空間のうち、軸方向Ｓ１におけるより広い範囲に亘って、確実に気流Ｆを発生させることができる。

また、本実施形態によると、ｂ／ａ≦０．７となるよう排出孔部５１の形状が設定されている。この構成によると、撹拌ファン７のうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部２０と羽根部４０との接続部分（羽根固定部２２の周辺部分）にクラックなどの破損が生じることを、より確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１に設定されている。この構成によると、撹拌ファン７のうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部２０と羽根部４０との接続部分（羽根固定部２２の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。

また、本実施形態によると、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７に設定されている。この構成によると、撹拌ファン７のうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部２０と羽根部４０との接続部分（羽根固定部２２の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。特に、円筒部２９の一端面２９ａ側における上記接続部分の応力を、十分に小さい値にすることができる。

また、本実施形態によると、Ｂ２２／Ａ２≦０．５に設定されている。この構成によると、撹拌ファン７のうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部２０と羽根部４０との接続部分（羽根固定部２２の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。特に、羽根固定部２２の他端２９ｃ側における上記接続部分の応力を、十分に小さい値にすることができる。

また、本実施形態によると、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７である条件と、Ｂ２２／Ａ２≦０．５である条件の双方が満たされている。この構成によると、撹拌ファン７のうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部２０と羽根部４０との接続部分（羽根固定部２２の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。特に、円筒部２９の一端面２９ａ側における上記接続部分、および、羽根固定部２２の他端２９ｃ側における上記接続部分の双方の応力を、十分に小さい値にすることができる。

また、本実施形態によると、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３≧０．１に設定されている。この構成によると、撹拌ファン７のうち応力が最も高くなる傾向にある箇所としての、軸部２０と羽根部４０との接続部分（羽根固定部２２の周辺部分）における応力を、十分に小さい値にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

（１）たとえば、上述の実施形態では、排出孔部５１が羽根部４０と羽根部４０との間に１つ設けられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、図５の変形例に示すように、円筒部２９において、周方向Ｃ１に隣接する羽根部４０と羽根部４０との間に２つ以上の排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃが形成されていてもよい。

排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、周方向Ｃ１に隣接する２つの羽根部４０，４０間において、円筒部２９において軸方向Ｓ１に沿って複数設けられた排出孔部である。排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、たとえば、円筒部２９における羽根部４０と羽根部４０との間のそれぞれに設けられている。排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、順に、円筒部２９の一端面２９ａ側から軸方向Ｓ１に沿って並んで配置されている。

各排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、たとえば、軸方向Ｓ１に細長い長孔形状に形成されている。本実施形態では、排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃにおいて、円筒部２９の一端面２９ａ寄りの排出孔部５１Ａの開口面積は、円筒部２９の基端部寄りの排出孔部５１Ｃの開口面積よりも小さく設定されている。本実施形態では、排出孔部５１Ａの開口面積＜排出孔部５１Ｂの開口面積＜排出孔部５１Ｃの開口面積にすることができる。但し、排出孔部５１Ａの開口面積＝排出孔部５１Ｂの開口面積＝排出孔部５１Ｃの開口面積であってもよいし、開口面積の大きさの順が上記と逆であってもよい。

上記の構成により、円筒部２９の下側（一端面２９ａ）側からガスを吸い込むので、円筒部２９内の上の方（奥側）の圧力が高くなる。よって、排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの大きさが同じだと、上側の排出孔部５１Ｃから出るガスの流速が上がり、その結果、排出孔部５１Ｃの縁部の温度が上がる。よって、上側の排出孔部５１Ｃをより大きく形成することで、上記の流速を低い値にする。より好ましくは、各排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃからのガスの流速を等しくすることで、各排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの縁部の熱伝達率を合わせることができる。

本実施形態では、周方向Ｃ１における各排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの長さ（幅）は、同じに設定されているけれども、異なっていてもよい。また、軸方向Ｓ１における各排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの長さは、排出孔部５１Ａが最も小さく、排出孔部５１Ｂが２番目に小さく、排出孔部５１Ｃが最も大きい。

この変形例によると、円筒部２９において、羽根部４０，４０の間に、複数の排出孔部としての排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃが設けられている。この構成によると、排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの開口面積の合計値をより大きくできる。また、円筒部２９内において、より満遍なく気流Ｆを生じさせることができる。これにより、排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを用いた円筒部２９の冷却効果をより高くできる。

また、この変形例によると、排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、２つの羽根部４０，４０の間において、軸方向Ｓ１に沿って複数設けられている。この構成によると、円筒部２９のより奥側まで確実に気流を発生させることができる。

また、この変形例によると、複数の排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃにおいて、円筒部２９の一端面２９ａ寄りの排出孔部５１Ａの開口面積は、円筒部２９の基端部寄りの排出孔部５１Ｃの開口面積よりも小さく設定されている。この構成によると、円筒部２９の奥側の排出孔部５１Ｃを気体が通過するときの抵抗力を、より小さくできる。その結果、円筒部２９のうち気流Ｆが比較的生じ難い円筒部２９内の空間の奥側においても、より確実に気流Ｆを発生させることができる。これにより、円筒部２９内における気体の流れの分布をより均一にできる。よって、円筒部２９における温度分布の偏り（熱応力）をより小さくできる。

（２）なお、上述の変形例では、複数の排出孔部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、羽根部４０，４０の間において、軸方向Ｓ１に並んで配置されていた。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、図６に示すように、周方向Ｃ１に隣接する２つの羽根部４０，４０の間において、周方向Ｃ１に沿って複数の排出孔部５１Ｄ，５１Ｅが配置されていてもよい。排出孔部５１Ｄ，５１Ｅは、たとえば、排出孔部５１の形状と略同様の形状を有している。そして、排出孔部５１Ｄ，５１Ｅは、２つの羽根部４０，４０の間において、周方向Ｃ１に沿って等ピッチに配置されている。すなわち、周方向Ｃ１に沿って並ぶ、羽根部４０の中心、排出孔部５１Ｄの中心、排出孔部５１Ｅの中心、および、羽根部４０は、周方向Ｃ１に等間隔に配置されている。ただし、等間隔でなくてもよい。

この変形例では、排出孔部５１Ｄ，５１Ｅは、２つ前記羽根部の間において、周方向Ｃ１に沿って等ピッチに設けられている。この構成によると、周方向Ｃ１に関して、円筒部２９内により万遍なく気流Ｆを発生させることができる。

（３）また、上述の実施形態および変形例では、排出孔部５１の内周面５１ａが滑らかな面に形成されていた。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、図７に示すように、排出孔部５１の内周面５１ａに、整流部５５が形成されていてもよい。整流部５５は、円筒部２９内から円筒部２９外に流れる気流を整流するために設けられている。この整流部５５は、排出孔部５１の内周面５１ａから突出するフィンとして形成されている。なお、整流部５５は、排出部５０の内周面５１ａを窪ませて形成された形状を有していてもよい。

このような整流部５５が設けられることで、円筒部２９内から円筒部２９外へ排出される気体の流量をより大きくできる。

また、上述の実施形態および変形例では、円筒部２９を径方向Ｒ１に貫通する排出孔部を排出部５０として形成する形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。排出部は、軸部２０の一端面２９ａから離隔した位置において円筒部２９の内部に開放され且つ羽根固定部２２の外部に開放されていればよい。たとえば、軸部２０を軸方向Ｓ１に貫通する排出孔部が形成されてもよい。

実施例においては、撹拌ファンの軸部および羽根部が１０００℃の雰囲気下で回転駆動するときにおいて、軸部および羽根部の引張強さをａとし、軸部および羽根部のうち応力が最も高い箇所の応力をｂとした場合に、ｂ／ａ≦０．７となるように排出孔部の形状が設定されることについて、説明する。

［１．軸部の軸方向の一端における円筒部の内周面の開口面積をＡ１とし、排出孔部の軸方向と直交する断面における排出孔部の開口面積をＢ１とし、排出孔部の数をｎ１とした場合において、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１とすることの意義の説明］
［実施例の作製］
上記実施形態の図２に示す撹拌ファン７と同形状の撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、実施例１〜５を作製した。なお、実施例１〜５の材料は、ＪＩＳ（日本工業規格）のＳＣＨ１３の設定にすることで、１０００℃における引張強さａ＝８８ＭＰａとした。実施例１〜５について、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１は、以下の通りである。
実施例１：（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＝０．１
実施例２：（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＝０．５
実施例３：（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＝１．０
実施例４：（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＝１．５
実施例５：（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＝２．０

［比較例の作製］
排出孔部が形成されていない点以外は、実施例と同様の構成を有する撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、比較例を作製した。即ち、比較例は、排出孔部を有しておらず、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１＝０である。

［実験条件］
実施例について、下記に示す条件で、有限要素法を用いたコンピュータシミュレーションを実行した。

条件：羽根部が下側に位置するように撹拌ファンが立てられた姿勢で当該撹拌ファンが１０００℃に加熱された状態において、所定の回転速度（１０００ｒｐｍ）で撹拌ファンを回転させた。このときにおける、羽根部の根元部のうち軸方向の両端部（上部および下部）のそれぞれの応力を算出した。羽根部の根元部のうち軸方向の両端部のどちらも、撹拌ファンの駆動時において、応力が最も高くなる箇所である。尚、本実施例における応力は、ミーゼス応力である。

そして、撹拌ファンの１０００℃のときの引張強さ（８８ＭＰａ）をａとし、羽根部の根元部のうち軸方向の両端部のそれぞれの応力をｂとしたときの応力比（ｂ／ａ）をグラフ化した。なお、以下では、グラフについては、各比較例および実施例の結果の傾向を示す線も併せて示している。

比較例についても、上記と同様の条件で、比較例の羽根部の根元部のうち軸方向の両端部の応力を算出し、さらに、応力比（ｂ／ａ）をグラフ化した。

［計算結果］
結果を、図８に示す。図８を参照して、比較例では、羽根部の根元部の上部および下部の何れにおいても、応力比（ｂ／ａ）が０．７を大きく超えている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が大きく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましくないことが示された。

一方、実施例１〜５では、羽根部の根元部の上部および下部の何れにおいても、応力比（ｂ／ａ）が０．７未満の小さな値となっている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が小さく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましいことが示された。なお、比較例１と実施例１との間における応力比（ｂ／ａ）の変化は、実施例１と実施例２との間における応力比（ｂ／ａ）の変化と比べて、急峻である。よって、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１とする臨界的意義が明確である。

また、実施例１〜５において、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１の値が大きく変化しているにも係わらず、応力比（ｂ／ａ）については、０．３程度という小さな変動幅であった。よって、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１のときには、応力比（ｂ／ａ）について、顕著な変化は見られなかった。以上の次第で、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１とすることで、撹拌ファンにおける応力比を十分に小さくできること、より具体的には、応力比ｂ／ａ≦０．７を実現できることが実証された。

［２．軸方向における羽根固定部の全長をＡ２とし、羽根固定部のうち一端面とは反対側の他端から排出孔部までの距離をＢ２２とした場合において、Ｂ２２／Ａ２≦０．５とすることの意義の説明］
［実施例の作製］
上記実施形態の図２に示す撹拌ファン７と同様の形状の撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、実施例６，７，８，９を作製した。なお、実施例６〜９の材料は、実施例１と同じである。また、実施例６〜９について、Ｂ２２／Ａ２は、以下の通りである。
実施例６：（Ｂ２２／Ａ２）＝０．２６
実施例７：（Ｂ２２／Ａ２）＝０．３３
実施例８：（Ｂ２２／Ａ２）＝０．３８
実施例９：（Ｂ２２／Ａ２）＝０．５０

［比較例の作製］
実施例６〜９と同様の構成を有する撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、比較例２，３を作製した。なお、比較例２，３におけるＢ２２／Ａ２は、以下の通りである。
比較例２：（Ｂ２２／Ａ２）＝０．５５
比較例３：（Ｂ２２／Ａ２）＝０．６０

［実験条件］
実施例６〜９および比較例２，３についての実験条件は、実施例１〜５についての実験条件と同様である。そして、実施例６〜９および比較例２，３について、羽根部の根元部の上部における応力比（ｂ／ａ）をグラフ化した。

［計算結果］
結果を、図９に示す。図９を参照して、比較例２，３では、前述したように、羽根部の根元部の上部において、応力比（ｂ／ａ）が０．７を明らかに超えている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が大きく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましくないことが示された。

一方、実施例６〜９では、羽根部の根元部の上部において、応力比（ｂ／ａ）が０．７未満の小さな値となっている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が小さく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましいことが示された。よって、（Ｂ２２／Ａ２）≦０．５とする臨界的意義が明確である。

［３．軸方向における羽根固定部の全長をＡ２とし、円筒部の一端面から排出孔部までの距離をＢ２１とした場合において、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７とすることの意義の説明］
［実施例の作製］
上記実施形態の図２に示す撹拌ファン７と同様の形状の撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、実施例１０〜１４を作製した。なお、実施例１０〜１４の材料は、実施例１と同じである。また、実施例１０〜１４について、Ｂ２１／Ａ２は、以下の通りである。
実施例１０：（Ｂ２１／Ａ２）＝０．０７
実施例１１：（Ｂ２１／Ａ２）＝０．１２
実施例１２：（Ｂ２１／Ａ２）＝０．２４
実施例１３：（Ｂ２１／Ａ２）＝０．３０
実施例１４：（Ｂ２１／Ａ２）＝０．３８

［比較例の作製］
実施例１０〜１４と同様の構成を有する撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、比較例４を作製した。なお、比較例４におけるＢ２１／Ａ２は、以下の通りである。
比較例４：（Ｂ２１／Ａ２）＝０．０３

［実験条件］
実施例１０〜１４および比較例４についての実験条件は、実施例１〜５についての実験条件と同様である。そして、実施例１０〜１４および比較例４について、応力比（ｂ／ａ）をグラフ化した。

結果を、図１０に示す。図１０を参照して、比較例４では、前述したように、羽根部の根元部の下部において、応力比（ｂ／ａ）が０．７を大きく超えている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が大きく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましくないことが示された。

一方、実施例１０〜１４では、羽根部の根元部の下部において、応力比（ｂ／ａ）が０．７未満の小さな値となっている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が小さく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましいことが示された。なお、羽根部の下部に関して、比較例４と実施例１０との間における応力比（ｂ／ａ）の変化は、実施例１０と実施例１１との間における応力比（ｂ／ａ）の変化と比べて、急峻である。よって、（Ｂ２１／Ａ２）≧０．０７とする臨界的意義が明確である。

［４．円筒部の周方向における円筒部の外周面の全長をＡ３とし、周方向における排出孔部の長さをＢ３とし、排出孔部の数をｎ３とした場合において、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３≧０．１とすることの意義の説明］
［実施例の作製］
上記実施形態の図２に示す撹拌ファン７と同様の形状の撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、実施例１５〜１８を作製した。なお、実施例１５〜１８の材料は、実施例１と同じである。実施例１５〜１８について、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３は、以下の通りである。
実施例１５ ：（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３＝０．１５
実施例１６，１７：（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３＝０．３０
実施例１８ ：（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３＝０．５０

なお、実施例１５，１６は、開口面積が（Ａ１／１２）ｍｍ^２の排出孔部を２つ有している。また、実施例１７，１８は、開口面積が（Ａ１／６）ｍｍ^２の排出孔部を２つ有している。

［実験条件］
実施例１５〜１８についての実験条件は、実施例１〜５についての実験条件と同様である。そして、実施例１５〜１８および比較例１について、応力比（ｂ／ａ）をグラフ化した。

［計算結果］
結果を、図１１に示す。図１１を参照して、比較例１では、羽根部の根元部の上部および下部の何れにおいても、応力比（ｂ／ａ）が０．７を大きく超えている。

一方、実施例１５〜１８では、羽根部の根元部の上部および下部の何れにおいても、応力比（ｂ／ａ）が０．７未満の小さな値となっている。したがって、羽根部の根元部にかかる負荷が小さく、撹拌ファンのさらなる長寿命化の実現に好ましことが示された。なお、羽根部の上部に関して、比較例１と実施例１５との間における応力比（ｂ／ａ）の変化は、実施例１５と実施例１６との間における応力比（ｂ／ａ）の変化と比べて、急峻である。よって、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３≧０．１とする臨界的意義が明確である。

本発明は、熱処理装置用の撹拌ファン、および熱処理装置として、広く適用することができる。

１ 熱処理装置
２ 処理室
７ 撹拌ファン
２０ 軸部
２２ 羽根固定部
２９ 円筒部
２９ａ 円筒部の一端面
２９ｃ 羽根固定部の他端
３０ 孔部
３１ 第１円筒面（円筒面）
３２ 第２円筒面（円筒面）
４０ 羽根部
５０ 排出部
５１ 排出孔部
５１ｂ 隅部
１００ 被処理品
Ｃ１ 周方向
Ｓ１ 軸方向

Claims (19)

1. 軸部と、
   前記軸部から放射状に延びる複数の羽根部と、を備え、
   前記軸部は、各前記羽根部を固定する羽根固定部を含み、
   前記羽根固定部は、前記軸部の軸方向に延びる円筒部を有し、
   前記円筒部の内側の孔部は、前記軸部の一端面に開放されているとともに当該孔部の奥部が閉塞されており、
   前記円筒部内の気体を前記羽根固定部の外部へ排出するための排出部をさらに備え、
   前記排出部は、前記軸部の前記一端面から離隔した位置において前記羽根固定部の外部に開放されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
2. 請求項１に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出部は、前記円筒部内の前記孔部に連続し且つ前記撹拌ファンの外表面に開放された排出孔部を含んでいることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
3. 請求項２に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出孔部は、前記羽根固定部の外表面に開放されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
4. 請求項２または請求項３に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出孔部は、前記軸部の軸方向における前記羽根固定部の前記円筒部の中心部に配置されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
5. 請求項２ないし請求項４の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出孔部の中心軸線方向に沿って見たときにおいて、前記排出孔部は、円弧状の隅部を有していることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
6. 請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記円筒部の内周面は、前記軸方向に沿って並ぶ複数の円筒面であって前記円筒部の奥側に配置された前記円筒面の内径が前記軸部の前記一端面側に配置された前記円筒面の内径よりも小さい複数の円筒面を有し、
   前記排出孔部は、少なくとも２つの前記円筒面に亘って形成されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
7. 請求項２〜請求項６の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出孔部は、前記軸部の周方向に隣接する２つの前記羽根部の間において１つ設けられており、且つ、前記周方向における２つの前記羽根部の間の中心部に配置されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
8. 請求項２〜請求項６の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出孔部は、前記軸部の周方向に隣接する２つの前記羽根部の間において複数設けられていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
9. 請求項８に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
   前記排出孔部は、２つの前記羽根部の間において、前記軸方向に沿って複数設けられていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
10. 請求項９に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    複数の前記排出孔部において、前記円筒部の前記一端面寄りの前記排出孔部の開口面積は、前記円筒部の基端部寄りの前記排出孔部の開口面積よりも小さく設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
11. 請求項８〜請求項１０の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記排出孔部は、２つの前記羽根部の間において、前記軸部の周方向に沿って等ピッチに複数設けられていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
12. 請求項２〜請求項１１の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記排出孔部は、前記軸方向に細長く延びる長孔形状に形成されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
13. 請求項２〜請求項１２の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記撹拌ファンは、耐熱鋼を用いて形成され、
    前記撹拌ファンの前記軸部および前記羽根部が１０００℃の雰囲気下で回転駆動するときにおいて、前記軸部および前記羽根部の引張強さをａとし、前記軸部および前記羽根部のうち応力が最も高い箇所の応力をｂとした場合に、ｂ／ａ≦０．７となるように前記排出孔部の形状が設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
14. 請求項１３に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記軸部の前記軸方向の一端における前記内周面の開口面積をＡ１とし、前記排出孔部の軸方向と直交する断面における前記排出孔部の開口面積をＢ１とし、前記排出孔部の数をｎ１とした場合において、（Ｂ１×ｎ１）／Ａ１≧０．１に設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
15. 請求項１３または請求項１４に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記軸方向における前記羽根固定部の全長をＡ２とし、前記円筒部の前記一端面から前記排出孔部までの距離をＢ２１とした場合において、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７に設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
16. 請求項１３〜１５の何れか１項に記載の熱処理用の撹拌ファンであって、
    前記軸方向における前記羽根固定部の全長をＡ２とし、前記羽根固定部のうち前記一端面とは反対側の他端から前記排出孔部までの距離をＢ２２とした場合において、Ｂ２２／Ａ２≦０．５に設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
17. 請求項１３〜請求項１６の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記軸方向における前記羽根固定部の全長をＡ２とし、前記円筒部の前記一端面から前記排出孔部までの距離をＢ２１とした場合において、Ｂ２１／Ａ２≧０．０７に設定され、且つ、
    前記羽根固定部のうち前記一端面とは反対側の他端から前記排出孔部までの距離をＢ２２とした場合において、Ｂ２２／Ａ２≦０．５に設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
18. 請求項１３〜１７の何れか１項に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
    前記円筒部の周方向における当該円筒部の外周面の全長をＡ３とし、前記周方向における前記排出孔部の長さをＢ３とし、前記排出孔部の数をｎ３とした場合において、（Ｂ３×ｎ３）／Ａ３≧０．１に設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
19. 被処理品を熱処理するための処理室と、
    前記処理室に配置された、請求項１〜請求項１８の何れか１項に記載の撹拌ファンと、
    を備えていることを特徴とする、熱処理装置。

Images