JP6325936B2

JP6325936B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP6325936B2
Application number: JP2014155913A
Authority: JP
Inventors: 貴弘藤田
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: JP2016033240A

Description

本発明は、浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理装置に関する。

ワークの耐摩耗性を向上させるためには、ワークの表面層に炭素を固溶させる浸炭処理を行うことが一般的である。浸炭処理を行う熱処理装置には、ワークを搬送しながら加熱、浸炭、焼入れ等の熱処理を行う連続式の熱処理装置や、加熱、浸炭、焼入れ等の処理を別々の熱処理炉で行うバッチ式の熱処理装置がある。バッチ式の熱処理装置としては、例えば特許文献１に記載されたような少ない処理量のワークを小型炉で浸炭処理する装置がある。

ワークの浸炭処理品質を向上させるためには、炉内雰囲気を所望の状態に保持することが重要である。これを実現するための１つの方策として、ワークの搬入、搬出時に開閉する仕切扉の開閉制御をより精密に行うことが挙げられる。そのためには、仕切扉の開閉状態をより正確に検知することが求められる。

従来の仕切扉の開閉検知手段の１つとして、仕切扉の開閉に合わせて動作する検知棒を設け、その検知棒が密閉容器外に設けられたリミットスイッチに触れることで仕切扉の開閉を検知する方法があった。しかし、リミットスイッチ式の検知手段は、動作抵抗の偏りや、構造の複雑さに起因する動作不良が懸念される。

その他の開閉検知手段としては、図１に示すような光電センサー６４を用いた開閉検知手段もあった。図１は、従来の仕切扉装置６０の縦断面図を示しており、ワークの搬送方向は紙面に垂直な方向である。図１に示す仕切扉装置６０では、仕切扉６１の周囲を囲む壁体６２の側壁６２ａ，６２ｂに４つの覗き窓６３が設けられ、一方の側壁６２ａに設けられた投光器６４ａと、他方の側壁６２ｂに設けられた受光器６４ｂが対向するように配置されている。この光電センサー式の検知手段では、投光器６４ａで発した光Ｌが受光器６４ｂで検知できるか否かで仕切扉の上端位置又は下端位置を検知している。

特開２０１４−０７０２５１号公報

しかしながら、光電センサー式の検知手段の場合、リミットスイッチ式の検知手段よりも装置構造が簡易になるという利点はあったが、炉内の浸炭ガスの影響により覗き窓６３に煤が付着することがあった（スーティング現象）。また、炉内で飛散する不純物により、覗き窓６３が曇ることもあった。

このような場合、センサーの光軸が覗き窓６３で遮断されてしまい、仕切扉６１の開閉状態を適切に検知できないことがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易構造の仕切扉装置において、スーティング発生時や不純物飛散時であっても仕切扉の開閉状態を適切に検知することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、密閉可能な熱処理炉と、前記熱処理炉の内部雰囲気と外部雰囲気を遮断する仕切扉装置とを備えた、浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理装置であって、前記仕切扉装置は、前記熱処理炉のワーク搬送口を開閉する仕切扉と、前記仕切扉の周囲を囲う壁体と、前記壁体の側壁に形成された開口部と、前記開口部に挿入されるように取り付けられた近接センサーとを備え、前記近接センサーと前記壁体との間に、前記開口部を封止するシール部材が設けられていることを特徴としている。

近接センサーは、スーティングや飛散不純物の影響を受けにくいため、熱処理炉内や仕切扉装置内において、スーティングが発生したり不純物が飛散したとしても、センサーとしての機能が失われることはない。即ち、本発明に係る仕切扉装置によれば、スーティング発生時や不純物飛散時においても、仕切扉の開閉状態を適切に検知することができる。

本発明によれば、スーティング発生時や不純物飛散時においても、仕切扉の開閉状態を適切に検知することができる。これにより、仕切扉の精密な開閉制御を行うことができ、浸炭処理品質を向上させることができる。

光電センサーを用いた従来の仕切扉装置の概略構成を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係るワークの載置台及び搬送アームの概略形状を示す平面図である。本発明の実施形態に係る仕切扉装置の概略構成を示すＡ−Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る近接センサー取付部の拡大図である。本発明の別の実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る熱処理装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る熱処理装置は、バッチ式の熱処理装置である。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態に係る熱処理装置１は、ワークＷの熱処理を行う熱処理炉２と、熱処理炉２に隣接して設けられた仕切扉装置３０とを備えている。

熱処理炉２は、ワークＷを搬入して熱処理を行う円筒状の熱処理室２ａと、後述の載置台１０と搬送アーム２０との間でワークＷの受け渡しを行う受渡室２ｂを備えている。受渡室２ｂは、熱処理室２ａの下方に設けられている。熱処理室２ａと受渡室２ｂの間には、ワークＷが通過する開口３が形成されている。また、受渡室２ｂの側壁には、熱処理炉内又は熱処理炉外に搬送されるワークＷが通過するワーク搬送口４が形成されている。

熱処理室２ａの側壁部５は、外壁（以下、「側壁部外壁５ａ」という）と、側壁部外壁５ａの内側面に設けられた断熱材（以下、「側壁部断熱材５ｂ」という）から成る二重構造となっている。また、側壁部外壁５ａの上端及び下端は、熱処理室２ａの内方に突出した形状となっている。同様に、側壁部断熱材５ｂの上端及び下端も熱処理室２ａの内方に突出した形状となっている。また、側壁部断熱材５ｂの上端及び下端は、側壁部外壁５ａの上端及び下端よりも熱処理室２ａの内方に突出した状態となっている。このため、側壁部５の上端及び下端は、段差形状となっている。

開口３の下方には、ワークＷを載置する載置台１０が設けられている。載置台１０は、昇降ロッド６に接続されている。昇降ロッド６は、受渡室２ｂの底部を貫通するようにして設けられ、昇降ロッド６を昇降させる昇降装置（不図示）に接続されている。

昇降ロッド６には、熱処理室２ａの底部を構成する円板状の底蓋７が取り付けられている。底蓋７は、側壁部５と同様に、外壁（以下、「底蓋外壁７ａ」という）と、断熱材（以下、「底蓋断熱材７ｂ」という）から成る二重構造となっている。

底蓋断熱材７ｂの径は、底蓋外壁７ａの径よりも小さくなっている。即ち、底蓋７の周縁は段差形状となっている。また、底蓋外壁７ａと底蓋断熱材７ｂにより形成される段差部は、側壁部５の下端の段差形状に係合する形状を有している。即ち、昇降ロッド６が上昇した際には、底蓋外壁７ａと底蓋断熱材７ｂによって、熱処理室２ａと受渡室２ｂとの間の開口３が塞がれる。

また、側壁部５の段差形状と底蓋７の段差形状が係合するように熱処理室２ａを構成することで、側壁部５と底蓋７との接触面を増やすことができ、熱処理室２ａの気密性を向上させることができる。なお、熱処理室２ａの天井部も、側壁部５や底蓋７と同様に二重構造となっている。

次に、ワークＷを載置する載置台１０と搬送アーム２０について説明する。図３は、本実施形態に係る載置台１０と搬送アーム２０の概略形状を示す平面図である。なお、図３ではワークＷの外形を破線で示している。

図３に示すように、載置台１０は、中央の円板１１と、その円板１１から放射状に突出した３つのワーク載置部１２が一体となった形状を有している。各ワーク載置部１２同士のなす角度は互いに等しくなっており（本実施形態では１２０°）、各ワーク載置部１２の先端部には、ワークＷを支持する載置台ピン１３が設けられている。

また、搬送アーム２０の先端部２１は、平面視において三叉形状を有しており、その三叉形状部の先端は、搬送アーム本体から載置台１０の円板１１の中心に向かうように突出している（ワーク支持部２２）。また、ワーク支持部２２のうち、三叉形状部の両側部に位置する側部ワーク支持部２２ａの先端同士の間には隙間２３が形成されている。この隙間２３は、搬送アーム２０の伸縮移動時において、側部ワーク支持部２２ａが昇降ロッド６に接触しない程度の大きさである。即ち、本実施形態においては、側部ワーク支持部２２ａの先端同士の距離が昇降ロッド６の径より大きくなるように隙間２３が形成されている。

搬送アーム２０の各ワーク支持部２２は、平面視において載置台１０の各ワーク載置部１２の間でワークＷを支持するように設けられている。各ワーク支持部２２同士のなす角度は互いに等しくなっている（本実施形態では１２０°）。各ワーク支持部２２の先端付近には、ワークＷの搬送時にワークＷを支持する搬送アームピン２４が設けられている。

次に、図２、図４に示すように、仕切扉装置３０は、受渡室２ｂのワーク搬送口４を開閉する仕切扉３１と、仕切扉３１の周囲を囲う壁体３２とを備えている。仕切扉３１は、シリンダー３３に接続されており、昇降移動するように構成されている。

図４，図５に示すように、壁体３２の側壁３２ａ，３２ｂのうち、一方の側壁３２ａの上部及び下部には、側壁３２ａを貫通するようにして開口部３４が形成されている。この開口部３４には、近接センサー３５が挿入されており、近接センサー３５は、図５に示すように、ホルダー３６に姿勢を保持されるようにして固定されている。ホルダー３６は、側壁３２ａに固定されている。また、本実施形態においては、センサーヘッド３５ａが側壁３２ａの内側面に対して突出するような位置で近接センサー３５が固定されている。近接センサー３５は、高周波発振形、静電容量形のどちらでも良い。本実施形態に係る仕切扉装置３０に適用する場合には、高周波発振形がより好ましい。

本実施形態においては、上記のように取り付けられた近接センサー３５により、仕切扉３１の上端位置や下端位置を検知している。近接センサー３５は、スーティングや飛散不純物の影響を受けにくいため、炉内の浸炭ガスにより壁体内にスーティングが発生した場合、あるいは炉内で生じた不純物が飛散した場合であっても、近接センサー３５の性能は低下しない。これにより、スーティング発生時や不純物飛散時においても、仕切扉３１の上端位置あるいは下端位置を適切に検知することができる。なお、近接センサー３５は、モールド成型品のようにセンサー本体のシール性が確保された一般的なものを採用すれば良い。

また、近接センサー３５とホルダー３６との間には、Ｏリング等のシール部材３７が設けられている。同様に、ホルダー３６と側壁３２ａとの間にもシール部材３７が設けられている。このようにシール部材３７が配置されることで、熱処理炉２の内部雰囲気と外部雰囲気が遮断される。これにより、炉内の雰囲気乱れによる熱処理品質の低下を防ぐことができる。

さらに、側壁３２ａの開口部３４においては、近接センサー３５やホルダー３６が可動しない構成となっているため、シール部材３７が、近接センサー３５とホルダー３６との間やホルダー３６と側壁３２ａとの間において、繰り返し擦れたり、ねじれたりすることがない。これにより、シール部材３７の劣化を抑制することができる。その結果、メンテナンス頻度を少なくすることができると共に、開口部３４におけるシール性を長時間維持することができる。なお、シール部材３７は、真空条件下や高圧条件下においても耐え得るものを採用している。

また、図５に示すように、開口部周辺の側壁３２ａの外側には、開口部３４を覆うようにしてセンサー抜け防止部材３８が取り付けられている。センサー抜け防止部材３８は、ホルダー３６を押えるようにしてボルト３９で固定されている。また、センサー抜け防止部材３８の中央部には、貫通口（不図示）が形成されており、その貫通口に近接センサー３５のコード４０が通されている。

このセンサー抜け防止部材３８が設けられていることにより、壁体外部への近接センサー３５の飛び出しを防ぐことができる。例えば、壁体３２の内部圧力が外部圧力よりも大きい場合において、近接センサー３５がホルダー３６から外れるようなことがあっても、センサー抜け防止部材３８により近接センサー３５の飛び出しを防ぐことができる。即ち、センサー抜け防止部材３８が設けられていることにより、装置としての安全性を向上させることができる。

なお、図示はしていないが、本実施形態における熱処理装置１は、加熱機構やガス導入機構、排気機構等の一般的な熱処理に必要な構成を備えている。例えば、この熱処理装置１において、真空浸炭処理を実施する場合には、浸炭ガスを導入するガス導入管（不図示）が熱処理室２ａに接続され、炉内を真空とするための排気管（不図示）が熱処理室２ａや受渡室２ｂに接続される。

以上の通り、本実施形態に係る熱処理装置１は、仕切扉３１の開閉検知手段としてスーティングや飛散不純物の影響を受けにくい近接センサー３５を設ける構造となっているため、スーティング発生時や不純物飛散時においても、適切に仕切扉３１の位置を検知することができる。即ち、スーティング発生時や不純物飛散時においても仕切扉３１の精密な開閉制御を行うことができる。その結果、炉内雰囲気を所望の雰囲気に保持しやすくなり、熱処理品質を向上させることができる。

上記の効果は、１度の熱処理で少量（例えば１つ）のワークＷを熱処理するといった品質重視の熱処理を行う際に顕著に現れる。なぜなら、少量処理を行う場合には、ワークＷの搬入、搬出頻度が高くなり、仕切扉３１の開閉頻度が高くなるためである。即ち、従来よりも精密な開閉制御を行う回数が増えることになるため、本発明に係る効果がより大きくなる。

また、少量処理の場合には小型炉を使用することになるため、仕切扉開閉時に炉内雰囲気が乱れやすい傾向にある。しかし、本実施形態に係る熱処理装置１によれば、仕切扉３１の開閉制御を従来よりも精密に行うことができるため、炉内雰囲気を従来よりも所望の状態に保持しやすくなる。このため、本実施形態に係る熱処理装置１は、少量処理を行う熱処理装置として採用することが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、仕切扉装置３０の一方の側壁３２ａの上部及び下部に近接センサー３５を配置したが、近接センサー３５の配置は、これに限定されない。例えば、一方の側壁３２ａの上部に近接センサー３５を配置し、他方の側壁３２ｂの下部に近接センサー３５を配置しても良い。また、側壁３２ａの開口部３４における近接センサー３５の取付方法は、上記実施形態で説明したものに限定されない。

また、上記実施形態では、仕切扉３１の上端又は下端検知用としてそれぞれ近接センサー３５を設けたが、熱処理装置１の構造や特性に応じて、上端検知用又は下端検知用に１つの近接センサー３５のみを設ける構成としても良い。例えば、仕切扉装置３０の側壁下部においてスーティングが発生しやすく、側壁上部においてスーティングが発生しにくいような場合には、側壁下部に近接センサー３５を配置し、側壁上部においては従来の検知手段を用いても良い。ただし、側壁の上部及び下部にそれぞれ近接センサー３５を設けた方が、スーティングや飛散不純物に起因する仕切扉３１の開閉検知精度の低下をより確実に防ぐことができる。

また、熱処理装置１に生じるスーティングは、従来の仕切扉装置３０に設けられていた覗き窓の透光性を低下させるだけでなく、各部品の劣化や性能低下を引き起こす要因にもなる。このため、熱処理炉内においてスーティングの影響を受けにくい対策を施すことが好ましい。

例えば、図６に示すように、熱処理炉２の熱処理室２ａ内に遮蔽容器５０を設けることが好ましい。遮蔽容器５０は、熱処理室２ａ内に搬入されたワークＷの周囲を囲うようにして配置されている。また、遮蔽容器５０は、容器内の内部雰囲気と外部雰囲気を遮断するような通気性を有しない気密性材料で形成されている。遮蔽容器５０には、容器内に浸炭ガスを導入する遮蔽容器用のガス導入管５１と、容器内を排気する遮蔽容器用の排気管５２が接続される。

このように遮蔽容器５０を設けることで、遮蔽容器内に浸炭ガスが留まることになるため、熱処理室２ａの内壁においてはスーティングが発生しにくくなる。これにより、熱処理炉２を構成する各部品の劣化や性能低下を防ぐことができる。

また、上記実施形態では、熱処理炉２を熱処理室２ａと受渡室２ｂで構成することとしたが、熱処理炉２は熱処理室２ａのみを有する構成としても良い。この場合であっても、仕切扉装置内でスーティングの発生や不純物の飛散が懸念されるため、上記実施形態のように近接センサー３５を設けることで、仕切扉の開閉を適切に検知することができる。

また、上記実施形態では、バッチ式の熱処理装置１について説明したが、本発明に係る仕切扉装置３０は、浸炭処理を行う連続式の熱処理装置に適用することも可能である。

本発明は、ワークの加熱処理や浸炭処理、焼入れ処理等の熱処理に適用することができる。

１熱処理装置
２熱処理炉
２ａ熱処理室
２ｂ受渡室
３開口
４ワーク搬送口
５側壁部
５ａ側壁部外壁
５ｂ側壁部断熱材
６昇降ロッド
７底蓋
７ａ底蓋外壁
７ｂ底蓋断熱材
１０載置台
１１円板
１２ワーク載置部
１３載置台ピン
２０搬送アーム
２１搬送アームの先端部
２２ワーク支持部
２２ａ側部ワーク支持部
２３隙間
２４搬送アームピン
３０仕切扉装置
３１仕切扉
３２壁体
３２ａ壁体の側壁
３２ｂ壁体の側壁
３３シリンダー
３４開口部
３５近接センサー
３５ａセンサーヘッド
３６ホルダー
３７シール部材
３８センサー抜け防止部材
３９ボルト
４０コード
５０遮蔽容器
５１ガス導入管
５２排気管
６０仕切扉装置
６１仕切扉
６２壁体
６２ａ壁体の側壁
６２ｂ壁体の側壁
６３覗き窓
６４光電センサー
６４ａ投光器
６４ｂ受光器
Ｌ光
Ｗワーク

Claims

密閉可能な熱処理炉と、前記熱処理炉の内部雰囲気と外部雰囲気を遮断する仕切扉装置とを備えた、浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理装置であって、
前記仕切扉装置は、
前記熱処理炉のワーク搬送口を開閉する仕切扉と、
前記仕切扉の周囲を囲う壁体と、
前記壁体の側壁に形成された開口部と、
前記開口部に挿入されるように取り付けられた近接センサーとを備え、
前記近接センサーと前記壁体との間に、前記開口部を封止するシール部材が設けられている、熱処理装置。
前記開口部は、前記側壁の上部及び下部にそれぞれ形成されている、請求項１に記載の熱処理装置。
前記側壁の外部に、前記開口部を覆うセンサー抜け防止部材が設けられている、請求項１又は２に記載の熱処理装置。
前記熱処理炉の内部に、搬送されたワークの周囲を囲う遮蔽容器が設けられ、
前記遮蔽容器は、気密性材料で形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。