JP6338314B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、熱処理装置に関する。
本願は、２０１５年５月２６日に、日本に出願された特願２０１５−１０６３３６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

下記特許文献１には、隔壁を挟んで加熱室と冷却室とが隣接配置された多室真空加熱炉であって、冷却室内において被熱処理品を囲むように複数設けられたガス用ノズルから被熱処理品に冷却ガスを吹き付けることによって被熱処理品を冷却処理する多室式マルチ冷却真空炉が開示されている。

一方、下記特許文献２には、中間搬送室を挟んだ状態で３つの加熱室と１つの冷却室とが配置され、被処理物を中間搬送室を介して３つの加熱室と１つの冷却室との間で移動させることにより被処理物に所望の熱処理を施す多室型熱処理装置が開示されている。この多室型熱処理装置における冷却室は、中間搬送室の下方に配置され、専用の昇降装置によって中間搬送室から搬入された被処理物を液体あるいはミスト状の冷却媒体を用いて冷却する。

日本国特開平１１−１５３３８６号公報 日本国特開２０１４−０５１６９５号公報

ところで、特許文献２に開示された多室型熱処理装置は液体あるいはミスト状の冷却媒体を用いるタイプであり、中間搬送室を備えるタイプの多室型熱処理装置において冷却媒体として気体（ガス）を用いた冷却方式（ガス冷方式）の多室型熱処理装置は開発されていない。上記のような中間搬送室を有するガス冷方式の多室型熱処理装置に限らず、加熱された被処理物を気体（ガス）を用いて冷却する方式の熱処理装置では、冷却ガスとして不活性ガスを用いることが常識となっている。しかしながら、冷却ガスが不活性ガスに限定されると、冷却ガスの選択の自由度が極めて低下する。

本開示は、上述する問題点に鑑みてなされ、熱処理装置において、ガス冷方式を採用する場合に、被処理物に対する所望の熱処理を実現しつつ冷却ガスの選択の自由度を高めることを目的とする。

本開示は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を含む。

本開示の第１の態様は、被処理物が中間搬送室を経由して加熱室に収容される熱処理装置であって、中間搬送室に隣接して設けられ、酸化剤を含む冷却ガスを用いて被処理物を冷却するガス冷却室を備える。

本開示に係る熱処理装置によれば、酸化剤を含む冷却ガスによって被処理物を冷却するガス冷却室を備えている。本開示のように酸化剤を含む冷却ガスを用いた場合であっても、被処理物の表層に所望の耐性を満たせなくなるような粒界酸化が生じさせることなく、被処理物の冷却を行うことができる。したがって、本開示によれば、酸化剤を含む冷却ガスを用いて被処理物の冷却を行うことができ、被処理物に対する所望の熱処理を実現しつつ冷却ガスの選択の自由度を高めることが可能となる。

本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置の正面から見た縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置の上面から見た横断面図である。 本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置における被処理物の出し入れを示す縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置における送風機を示す縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置の変形例を正面から見た縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置の変形例を正面から見た縦断面図である。

以下、図面を参照して、本開示に係る熱処理装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

本実施形態に係る多室型熱処理装置（熱処理装置）は、図１に示すように、中間搬送装置Ｈを介してガス冷却装置ＲＧ、ミスト冷却装置ＲＭ及び３つの加熱装置Ｋを合体させた装置である。なお、実際の多室型熱処理装置は中間搬送装置Ｈに接続された３つの加熱装置Ｋを備えているが、図１では多室型熱処理装置の正面視においてガス冷却装置ＲＧの中心と中間搬送装置Ｈの中心とにおける縦断面を示している関係で１つの加熱装置Ｋのみが示されている。また、この多室型熱処理装置は、図１〜４に図示されていない構成要素として、真空ポンプ、各種配管、各種弁（バルブ）、各種昇降機構、操作盤及び制御装置等を備えている。

中間搬送装置Ｈは、図１及び図２に示すように、搬送チャンバー１、ミスト冷却室昇降台２、複数の搬送レール３、三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂ、３つの加熱室昇降台７ａ〜７ｃ、拡張チャンバー８、区画扉９等を備えている。

搬送チャンバー１は、ミスト冷却装置ＲＭと３つの加熱装置Ｋとの間に設けられた容器である。この搬送チャンバー１の床部には、図２に示すように、ミスト冷却室昇降台２を取り囲むように３つの加熱室昇降台７ａ〜７ｃが配置されている。このような搬送チャンバー１の内部空間及び後述する拡張チャンバー８の内部空間は、金属部品などの被処理物Ｘが移動する中間搬送室である。

ミスト冷却室昇降台２は、ミスト冷却装置ＲＭで被処理物Ｘを冷却する際に被処理物Ｘを載せる支持台であり、図示しない昇降機構により昇降する。すなわち、被処理物Ｘは、ミスト冷却室昇降台２上に載置された状態で上記昇降機構が作動することにより、中間搬送装置Ｈとミスト冷却室昇降台２との間を移動する。

複数の搬送レール３は、図示するように、搬送チャンバー１の床部、ミスト冷却室昇降台２上、加熱室昇降台７ａ〜７ｃ上及び拡張チャンバー８の床部に敷設されている。このような搬送レール３は、搬送チャンバー１及び拡張チャンバー８内で被処理物Ｘを移動させる際のガイド部材（案内部材）である。三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂは、搬送チャンバー１及び拡張チャンバー８内で被処理物Ｘを押圧する搬送アクチュエータである。

すなわち、三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂのうち、同一直線状に配置された一対のプッシャー機構４ａ，４ｂは、ミスト冷却室昇降台２と加熱室昇降台７ａとの間で被処理物Ｘを移動させる。一対のプッシャー機構４ａ，４ｂのうち、一方のプッシャー機構４ａは、加熱室昇降台７ａからミスト冷却室昇降台２に向けて被処理物Ｘを押圧し、他方のプッシャー機構４ｂは、ミスト冷却室昇降台２から加熱室昇降台７ａに向けて被処理物Ｘを押圧する。

同じく同一直線状に配置された一対のプッシャー機構５ａ，５ｂは、ミスト冷却室昇降台２と加熱室昇降台７ｂとの間で被処理物Ｘを移動させる。一対のプッシャー機構５ａ，５ｂのうち、一方のプッシャー機構５ａは、加熱室昇降台７ｂからミスト冷却室昇降台２に向けて被処理物Ｘを押圧し、他方のプッシャー機構５ｂは、ミスト冷却室昇降台２から加熱室昇降台７ｂに向けて被処理物Ｘを押圧する。

また、同じく同一直線状に配置された一対のプッシャー機構６ａ，６ｂは、ミスト冷却室昇降台２と加熱室昇降台７ｃとの間で被処理物Ｘを移動させる。すなわち、一対のプッシャー機構６ａ，６ｂのうち、一方のプッシャー機構６ａは、加熱室昇降台７ｃからミスト冷却室昇降台２に向けて被処理物Ｘを押圧し、他方のプッシャー機構６ｂは、ミスト冷却室昇降台２から加熱室昇降台７ｃに向けて被処理物Ｘを押圧する。

上述した複数の搬送レール３は、このような三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを動力源とした被処理物Ｘの移動（搬送）に際して、被処理物Ｘが円滑に移動するように案内することに加え、三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの先端に取り付けられた押圧部の移動をも案内する。

３つの加熱室昇降台７ａ〜７ｃは、各加熱装置Ｋで被処理物Ｘを加熱処理する際に被処理物Ｘを載せる支持台であり、各加熱装置Ｋの直下に設けられている。このような加熱室昇降台７ａ〜７ｃは、図示しない昇降機構により昇降することにより、被処理物Ｘを中間搬送装置Ｈと各加熱装置Ｋとの間で移動させる。

拡張チャンバー８は、搬送チャンバー１の側部に接続され、中間搬送装置Ｈとガス冷却装置ＲＧとを接続するために便宜的に設けられた略箱型の拡張容器である。拡張チャンバー８の一端（一平面）は、搬送チャンバー１の側部に連通し、拡張チャンバー８の他端（一平面）には区画扉９が設けられている。このような拡張チャンバー８の床部には、被処理物Ｘの移動自在なように搬送レール３が敷設されている。

区画扉９は、搬送チャンバー１及び拡張チャンバー８の内部空間である中間搬送室とガス冷却装置ＲＧの内部空間であるガス冷却室とを区画する開閉扉であり、拡張チャンバー８の他端（一平面）に垂直姿勢で設けられている。すなわち、この区画扉９は、図示しない駆動機構によって上下動することによって、拡張チャンバー８の他端を開放あるいは遮蔽する。

続いて、ガス冷却装置ＲＧについて説明する。ガス冷却装置ＲＧは、酸化剤を含む気体である冷却ガスＹを用いて被処理物Ｘを冷却処理する冷却装置である。この冷却ガスＹとしては、多室型熱処理装置の外部の空気（すなわち外気）を用いることができる。また、温度や湿度が調整された空気を用いることもできる。なお、本実施形態の多室型熱処理装置では、被処理物Ｘに対して酸化剤として働く酸素を含む混合ガス、つまり酸化剤を含む気体である空気の他、二酸化炭素等、を冷却ガスとして用いることも可能である。また、上記冷却ガスに混合される酸素の割合を適宜変更してもよい。
ただし、外気を冷却ガスＹとして用いることによって、容易かつ安価に冷却ガスＹを調達することができる。このようなガス冷却装置ＲＧは、図１に示すように、冷却チャンバー１０（ガス冷却室）、循環チャンバー１１、ガス冷却機１２、送風機１３、冷却ガス導入管１４、第１制御弁１５、排気ポンプ１６、第２制御弁１７及び給電装置１８等を備えている。

なお、これら複数の構成要素のうち、冷却チャンバー１０（ガス冷却室）を除く循環チャンバー１１、ガス冷却機１２、送風機１３、冷却ガス導入管１４、第１制御弁１５、排気ポンプ１６、第２制御弁１７及び給電装置１８は、冷却チャンバー１０内の被処理物Ｘに上方から冷却ガスを吹き付け、かつ、被処理物Ｘの冷却に寄与した冷却ガスを被処理物Ｘの下方から排気する冷却ガス流通機構を構成している。

冷却チャンバー１０は、丸みを帯びた略縦型円筒状つまり水平断面形状が略円形（円環形状）の容器であり、中間搬送室を構成する拡張チャンバー８に隣接して設けられている。この冷却チャンバー１０の内部空間は、所定の冷却ガスを被処理物Ｘに吹付けることにより、被処理物Ｘに冷却処理を施すガス冷却室である。なお、冷却チャンバー１０の形状は、５００ｋＰａ以上の正圧の内圧に耐えられるように、圧力耐性の高い形状つまり丸みを帯びた略円筒形状に形成されている。

また、この冷却チャンバー１０は、拡張チャンバー８の一部を内部に取り込む状態、つまり区画扉９がガス冷却室内に側方から内部に突出する状態で拡張チャンバー８に接続されている。さらに、冷却チャンバー１０において区画扉９に対向する位置には、ワーク出入口１０ａが設けられている。このワーク出入口１０ａは、外部とガス冷却室との間で被処理物Ｘを出し入れするための開口である。

被処理物Ｘは、図３に示すように、搬送台車１０ｂに搭載された状態でワーク出入口１０ａから冷却チャンバー１０内に収容される。搬送台車１０ｂは、被処理物Ｘを所定高さに保持する載置台１０ｃを備え、ワーク出入口１０ａに対して自在に進退可能である。すなわち、この搬送台車１０ｂは、多室型熱処理装置が設置される建屋の床面上に敷設された台車用レールに沿って移動することにより、冷却チャンバー１０に対する近接あるいは離間が自在になる。

また、この搬送台車１０ｂには、閉鎖板１０ｄと出入用シリンダー機構１０ｅが備えられている。閉鎖板１０ｄは、被処理物Ｘを冷却チャンバー１０内に収容した際にワーク出入口１０ａに当接して密閉する板状部材である。この閉鎖板１０ｄは、ワーク出入口１０ａに当接した状態で例えばワーク出入口１０ａにボルト止めされることによりワーク出入口１０ａを密閉する。

出入用シリンダー機構１０ｅは、被処理物Ｘを冷却室（冷却チャンバー１０）内と搬送チャンバー１（中間搬送室）内とに移動させる搬送機構である。すなわち、この出入用シリンダー機構１０ｅは、載置台１０ｃ上の被処理物Ｘを押圧することにより中間搬送室内のミスト冷却室昇降台２上に移動させると共に、ミスト冷却室昇降台２上の被処理物Ｘに係合して引っ張ることにより中間搬送室内から載置台１０ｃ上に移動させるプッシャー兼プラー搬送機構である。

ここで、図２に示すように、搬送チャンバー１は、拡張チャンバー８の反対側に被処理物Ｘの出し入れを行うための開口を設けることが可能である。したがって、冷却チャンバー１０に代えて、拡張チャンバー８の反対側にワーク出入口を設けても良い。なお、この場合には、冷却チャンバー１０には出入用シリンダー機構１０ｅと同様の機能を備えるプッシャー兼プラー搬送機構を固定配置し、搬送チャンバー１に設けたワーク出入口には専用の開閉扉を設け、また別途用意した搬送台車を用いて被処理物Ｘをワーク出入口から搬送チャンバー１（中間搬送室）に搬入してミスト冷却室昇降台２上に載置する。

このように搬送チャンバー１にワーク出入口を設ける構成では、出入用シリンダー機構１０ｅに相当する搬送機構を多室型熱処理装置に固定設置することが可能なので、多室型熱処理装置の使い勝手や耐久性を確保することが可能である。

循環チャンバー１１は、円形の一端（ガス吹込口１１ａ）が略縦型円筒状の冷却チャンバー１０の上部（上側）に開口し、また同じく円形の他端（ガス排気口１１ｂ）が被処理物Ｘを挟んでガス吹込口１１ａに対向するように冷却チャンバー１０の下部（下側）に開口する。このような循環チャンバー１１は、冷却チャンバー１０、ガス冷却機１２及び送風機１３を全体として環状に接続する容器である。すなわち、冷却チャンバー１０、循環チャンバー１１、ガス冷却機１２及び送風機１３は、冷却ガスＹがガス吹込口１１ａから下方に向かって流れるように、つまりガス排気口１１ｂに向かって流れるように循環させるガス循環路Ｒを形成する。

このようなガス循環路Ｒには、送風機１３が作動することによって図１に矢印で示すような冷却ガスＹの時計回りの流動が発生する。また、上述したガス吹込口１１ａとガス排気口１１ｂとの間には被処理物Ｘが配置される。ガス吹込口１１ａから下方に吹出された冷却ガスＹは、被処理物Ｘに上方から吹付けられて、被処理物Ｘが冷却される。そして、被処理物Ｘの冷却に寄与した冷却ガスＹは、被処理物Ｘの下方に流れ出てガス排気口１１ｂに流れ込むことにより循環チャンバー１１に回収される。

ここで、ガス吹込口１１ａは、図１に示すように、ガス冷却室内において被処理物Ｘの直上まで延びており、またガス排気口１１ｂはガス冷却室内において被処理物Ｘの直下まで延びている。したがって、ガス吹込口１１ａから吹出した冷却ガスＹは、ガス冷却室内に分散することなく、殆どが被処理物Ｘに吹付けられ、被処理物Ｘの冷却に寄与した冷却ガスＹは、同様にガス冷却室内に分散することなく、殆どが循環チャンバー１１に回収される。

また、円形のガス吹込口１１ａ及びガス排気口１１ｂの略円形の冷却チャンバー１０に対する水平方向の位置は、図１及び図２に示すように、同心ではなく互いの中心が変位している。すなわち、水平方向におけるガス吹込口１１ａの中心及びガス排気口１１ｂの中心は同心であるが、ガス吹込口１１ａの中心及びガス排気口１１ｂの中心は、冷却チャンバー１０の中心よりもワーク出入口１０ａ、つまり区画扉９の反対側に変位している。

ここで、上述したように拡張チャンバー８は、区画扉９がガス冷却室内に側方から内部に突出する状態で冷却チャンバー１０に接続されているが、冷却チャンバー１０の圧力耐性を確保する。すなわち、拡張チャンバー８と冷却チャンバー１０とは溶接接合によって接続されるが、区画扉９が冷却チャンバー１０の側壁に近づけると溶接線が複雑になり、十分な溶接品質を確保することが困難となる。このような事情から、拡張チャンバー８は、区画扉９がガス冷却室内に側方から内部に突出する状態、つまり拡張チャンバー８の一部を取り込むような状態で冷却チャンバー１０に接続されている。

しかしながら、区画扉９がガス冷却室内に側方から突出している関係で、ガス吹込口１１ａ及びガス排気口１１ｂを冷却チャンバー１０と同心に位置設定することができない。ここで、冷却チャンバー１０をより大径つまり大型化することによってガス吹込口１１ａ及びガス排気口１１ｂを冷却チャンバー１０と同心に位置設定することが可能であるが、この場合にはガス冷却室（冷却空間）の容積が増大して冷却効率が低下する。したがって、ガス吹込口１１ａ及びガス排気口１１ｂを冷却チャンバー１０に対して変位させることにより、冷却チャンバー１０を極力小径化している。

ガス冷却機１２は、上述したガス循環路Ｒにおいてガス排気口１１ｂの下流側かつ送風機１３の上流側に設けられ、ガス冷チャンバー１２ａと伝熱管１２ｂとからなる熱交換器である。ガス冷チャンバー１２ａは、一端が循環チャンバー１１に連通すると共に他端が送風機１３に連通する筒状体である。伝熱管１２ｂは、このようなガス冷チャンバー１２ａ内に蛇行状態に設けられた金属管であり、内部に所定の液体冷媒が挿通される。このようなガス冷却機１２は、循環チャンバー１１の一端から他端に流通する冷却ガスＹを伝熱管１２ｂ内の液体冷媒と熱交換させることにより冷却する。このガス冷却機１２の下部には、ガス冷チャンバー１２ａの下部に溜ったドレン水を排出するための不図示のドレン排出機構が設置されている。

ここで、冷却チャンバー１０つまりガス冷却室から排気された冷却チャンバー１０（ガス冷却室）において被処理物Ｘの冷却に寄与した冷却ガスＹは、被処理物Ｘが保持する熱によって加熱される。ガス冷却機１２は、このように加熱された冷却ガスＹを例えば被処理物Ｘの冷却に供される前の温度（ガス吹込口１１ａから吹き出される冷却ガスＹの温度）に冷却する。

送風機１３は、上述したガス循環路Ｒの途中部位つまりガス冷却機１２の下流側に設けられ、ファンケーシング１３ａ、ターボファン１３ｂ（ファン）及び水冷モータ１３ｃ（モータ）を備える。ファンケーシング１３ａは、一端がガス冷チャンバー１２ａの他端に連通し、他端が循環チャンバー１１に連通する筒状体である。ターボファン１３ｂは、このようなファンケーシング１３ａ内に収容されている遠心ファンである。水冷モータ１３ｃは、このようなターボファン１３ｂを回転駆動する駆動部である。この水冷モータ１３ｃは、図１に示すように、水冷モータ１３ｃに接続されるモータ軸１３ｃ１を有している。このような水冷モータ１３ｃに給電装置１８から給電されることによって回転動力が生成され、モータ軸１３ｃ１を介して回転動力がターボファン１３ｂに伝達され、これによってターボファン１３ｂが回転駆動される。

図１及び図４に示すように、ガス冷チャンバー１２ａは、横置きの略円筒形容器であり、ターボファン１３ｂの回転軸は、ガス冷チャンバー１２ａの中心軸と同様に水平方向に設定されている。また、ターボファン１３ｂの回転軸は、図４に示すように、ガス冷チャンバー１２ａの中心軸から水平方向に所定寸法だけ変位した位置に設けられている。さらに、図４に示すように、ガス冷チャンバー１２ａ内には、ターボファン１３ｂの上方の流路を絞ると共に流路を反時計方向に向かって滑らかに拡大させる案内板１３ｄが設けられている。

このような送風機１３では、図４に示すように、水冷モータ１３ｃが作動してターボファン１３ｂが反時計回りに回転することによって冷却ガスＹが矢印で示すように流れる。すなわち、この送風機１３では、ターボファン１３ｂの回転軸の前方に位置するファンケーシング１３ａの一端から冷却ガスＹが吸い込まれて反時計回りの方向に送り出され、さらに冷却ガスＹが案内板１３ｄで案内されることによってターボファン１３ｂの回転軸に直交する方向に位置するファンケーシング１３ａの他端から送り出される。この結果、ガス循環路Ｒには、送風機１３が作動することによって、図１に矢印で示すような冷却ガスＹの時計回りの流動が発生する。

このように、ガス循環路Ｒは、循環チャンバー１１の途中部位にガス冷チャンバー１２ａとファンケーシング１３ａとが介装されることによって形成されている。より詳細には、ガス循環路Ｒは、冷却ガスＹの流れ方向においてガス冷チャンバー１２ａがファンケーシング１３ａよりも上流側に位置するように介装されることによって形成されている。また、このようなガス循環路Ｒを形成する循環チャンバー１１には、ファンケーシング１３ａの下流側に送排気ポート１１ｃが設けられている。

冷却ガス導入管１４は、送排気ポート１１ｃに接続される配管であり、多室型熱処理装置の外部からガス循環路Ｒに、本実施形態では外気（すなわち冷却ガスＹ）を導入するための配管である。例えば、この冷却ガス導入管１４の入口には、外気に含まれる異物を除去するための不図示のフィルタが設置されている。なお、上述のように、冷却ガスＹとして外気ではなく温度や湿度が管理された空気や他の気体を用いる場合には、この気体を保持するリザーブタンクが冷却ガス導入管１４に接続される。なお、リザーブタンクを設置する場合には、冷却ガスＹをガス循環路Ｒに供給するときの本実施形態での供給圧力（本実施形態では大気圧）よりも十分に高い圧力で気体をリザーブタンクに充填しておくことが好ましい。これによって、短時間で気体をガス循環路Ｒに供給することが可能となる。このようにリザーブタンクに、高い圧力で気体を保持させる場合には、コンプレッサによって大気やドライヤー等で蒸気を除去した大気を充填させれば良い。なお、ここでの大気圧とは、本実施形態の多室型熱処理装置が設置される箇所における外気の圧力を意味している。

第１制御弁１５は、冷却ガスＹの通過を許容／遮断する開閉弁である。すなわち、第１制御弁１５が閉状態の場合、冷却ガス導入管１４から送排気ポート１１ｃへの冷却ガスＹの供給は遮断され、第１制御弁１５が開状態の場合には、冷却ガス導入管１４から送排気ポート１１ｃに冷却ガスＹが供給される。これらの冷却ガス導入管１４及び第１制御弁１５は、循環チャンバー１１を通じて冷却チャンバー１０に冷却ガスＹを供給する、本開示の冷却ガス供給手段に相当する。

排気ポンプ１６は、第２制御弁１７を介して送排気ポート１１ｃに接続されており、送排気ポート１１ｃを介してガス循環路Ｒ内の冷却ガスＹを外部に排気する。第２制御弁１７は、送排気ポート１１ｃから排気ポンプ１６への冷却ガスＹの流れを決定する開閉弁である。すなわち、第２制御弁１７が閉状態の場合、送排気ポート１１ｃから排気ポンプ１６への冷却ガスＹの流れ（排気）は遮断され、第２制御弁１７が開状態の場合には、送排気ポート１１ｃから排気ポンプ１６への冷却ガスＹの流れが許容される。これらの排気ポンプ１６及び第２制御弁１７は、循環チャンバー１１を通じて冷却チャンバー１０を真空引きする、本開示の排気装置に相当する。

給電装置１８は、制御装置Ｃの制御の下、送風機１３の水冷モータ１３ｃに対して電力を供給すし、水冷モータ１３ｃと電気的に接続されている。この給電装置１８は、水冷モータ１３ｃへ印加される駆動電圧を調整可能とし、制御装置Ｃの制御の下、ガス循環路Ｒへの冷却ガスＹの供給開始時に水冷モータ１３ｃに印加される駆動電圧を、ガス循環路Ｒへの冷却ガスＹの供給が完了した後に水冷モータ１３ｃに印加される駆動電圧よりも低くする。

続いて、ミスト冷却装置ＲＭは、所定の冷却媒体のミストを用いて被処理物Ｘを冷却処理する装置であり、搬送チャンバー１の下方に設けられている。このミスト冷却装置ＲＭは、上述したミスト冷却室昇降台２上に載置された状態でチャンバー内に収容された被処理物Ｘに対して、被処理物Ｘの周囲に設けられた複数のノズルから冷却媒体のミストを噴射することにより冷却（ミスト冷却）する。なお、このようなミスト冷却装置ＲＭの内部空間はミスト冷却室であり、また冷却媒体は例えば水である。

３つの加熱装置Ｋは、被処理物Ｘに加熱処理を施す装置であり、搬送チャンバー１の上方に設けられている。各加熱装置Ｋは、各々にチャンバー、複数の電気ヒータ及び真空ポンプ等を備えており、真空ポンプを用いることにより加熱室昇降台７ａ〜７ｃ上に載置された状態でチャンバー内に収容された被処理物Ｘを所定の減圧雰囲気下に置き、減圧雰囲気下において被処理物Ｘの周囲に設けられた複数のヒータで被処理物Ｘを均一に加熱する。なお、各加熱装置Ｋの内部空間は各々に個別の加熱室である。

また、本実施形態の多室型熱処理装置には、作業者が熱処理条件等の設定情報を入力する操作盤（図示略）と、上記設定情報及び予め記憶した制御プログラムに基づいて各プッシャー機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ、区画扉９、第１制御弁１５、排気ポンプ１６、第２制御弁１７及び給電装置１８等を制御する制御装置Ｃを電気的な構成要素として備えている。

本実施形態の多室型熱処理装置において制御装置Ｃは、冷却チャンバー１０に被処理物Ｘが搬入されるよりも前に排気ポンプ１６及び第２制御弁１７により冷却チャンバー１０を真空引きさせる。また、制御装置Ｃは、冷却チャンバー１０に被処理物Ｘが搬入されてから冷却ガス導入管１４及び第１制御弁１５に冷却ガスＹを冷却チャンバー１０に供給させる。このとき、制御装置Ｃは、冷却ガスＹが冷却チャンバー１０に供給されるよりも前に送風機１３を起動させる。これによって、冷却ガスＹが循環チャンバー１１に供給されるときには、先に送風機１３のターボファン１３ｂが回転駆動されており、冷却ガスＹが循環チャンバー１１に供給されると同時に、ガス循環路Ｒに冷却ガスＹの流れが形成される。このため、被処理物Ｘの冷却速度を向上させることができる。

また、制御装置Ｃは、冷却ガス導入管１４及び第１制御弁１５による冷却チャンバー１０への冷却ガスＹの供給開始時における送風機１３の駆動電圧が、冷却ガス導入管１４及び第１制御弁１５による冷却ガスＹの供給完了時における送風機１３の駆動電圧よりも低くなるよう制御を行う。これによって、ガス循環路Ｒが真空状態のときに水冷モータ１３ｃを駆動しても、水冷モータ１３ｃにて放電が生じることを防止することができる。

以上のように、本実施形態に係る多室型熱処理装置は、上面視で加熱装置Ｋが搬送チャンバー１を挟んで３つ（複数）配置され、被処理物Ｘが搬送チャンバー１を経由して各々の加熱装置Ｋに収容される。また、本実施形態に係る多室型熱処理装置は、上面視で搬送チャンバー１に隣接して設けられる冷却チャンバー１０を備えており、冷却チャンバー１０にて被処理物Ｘを冷却することが可能とされている。

次に、このように構成された多室型熱処理装置の動作、特にガス冷却装置ＲＧ（ガス冷却室）における被処理物Ｘの冷却動作について詳しく説明する。なお以下では、多室型熱処理装置による被処理物Ｘに対する熱処理の一例として、１つの加熱装置Ｋ（加熱室）及びガス冷却装置ＲＧ（ガス冷却室）を用いて被処理物Ｘに焼入れ処理を施す場合の動作について説明する。

最初に、作業者は搬送台車１０ｂを手動操作することにより被処理物Ｘを冷却チャンバー１０（ガス冷却室）内に搬入する。そして、作業者は、閉鎖板１０ｄをワーク出入口１０ａにボルト止めすることによりワーク出入口１０ａを密閉することにより準備作業を終了する。そして、作業者は、上記操作盤を手動操作することにより熱処理条件を設定し、さらに熱処理の開始を制御装置Ｃに指示する。

この結果、制御装置Ｃは、搬送チャンバー１等に接続された真空ポンプと、ガス循環路Ｒに接続された排気ポンプ１６を作動させてガス冷却室及び中間搬送室つまり冷却チャンバー１０、拡張チャンバー８及び搬送チャンバー１内を所定の真空雰囲気とし、さらに出入用シリンダー機構１０ｅを作動させることによって、冷却チャンバー１０内の被処理物Ｘを搬送チャンバー１内のミスト冷却室昇降台２上に移動させる。そして、制御装置Ｃは、例えばプッシャー機構６ａを作動させることによって被処理物Ｘを加熱室昇降台７ｃ上に移動させ、さらに加熱室昇降台７ｃの直上に位置する加熱装置Ｋ（加熱室）に移動させて上記熱処理条件に沿った加熱処理を行わせる。

そして、制御装置Ｃは、プッシャー機構６ｂを作動させることによって加熱処理が完了した被処理物Ｘを加熱室昇降台７ｃ上からミスト冷却室昇降台２上に移動させ、さらに出入用シリンダー機構１０ｅを作動させることによって、ミスト冷却室昇降台２上の被処理物Ｘを冷却チャンバー１０内に移動させる。なお、この移動の際、制御装置Ｃは、区画扉９を上昇させることによって拡張チャンバー８と冷却チャンバー１０とを連通状態とし、被処理物Ｘの冷却チャンバー１０への移動が完了すると、区画扉９を降下させて拡張チャンバー８と冷却チャンバー１０との連通状態を遮断させる。この結果、冷却チャンバー１０（ガス冷却室）は中間搬送室から完全に隔離される。

このように区画扉９を降下させて冷却チャンバー１０を隔離するのに合わせて、制御装置Ｃは、給電装置１８に駆動電圧を印加し、送風機１３を起動させる。つまり、制御装置Ｃは、ガス循環路Ｒが真空引きされた状態で、送風機１３を起動させる。なお、冷却チャンバー１０が真空引きされた状態では、送風機１３の水冷モータ１３ｃの内部が真空状態となる。このため、水冷モータ１３ｃに対して給電をすることによって、放電が生じる可能性がある。放電の生じ易さは、駆動電圧の高さに依存する。よって、本実施形態の多室型熱処理装置において、制御装置Ｃは、冷却ガス導入管１４及び第１制御弁１５による冷却チャンバー１０への冷却ガスＹの供給開始時における送風機１３の駆動電圧が、冷却ガス導入管１４及び第１制御弁１５による冷却ガスＹの供給完了時における送風機１３の駆動電圧よりも低くなるよう制御を行う。そして、制御装置Ｃは、冷却ガスＹの供給開始前における送風機１３の駆動電圧も、冷却チャンバー１０への冷却ガスＹの供給開始時における送風機１３の駆動電圧と同様に、冷却ガスＹの供給完了時における送風機１３の駆動電圧よりも低くなるように制御を行う。これによって、水冷モータ１３ｃでの放電を抑制しつつ、送風機１３を冷却ガスＹの供給前に起動させることができる。

また、より水冷モータ１３ｃでの放電を抑制するために、冷却ガスＹの冷却チャンバー１０への供給が開始されてから送風機１３に駆動電圧を印加しても良い。例えば、ガス循環路Ｒの圧力が２０ｋＰａ〜５０ｋＰａとなってから、送風機１３を起動させても良い。これによって、水冷モータ１３ｃの内部に冷却ガスＹが流れ込んでから送風機１３への給電が行われるため、水冷モータ１３ｃでの放電をより抑制することができる。ただし、このような場合には、水冷モータ１３ｃへの冷却ガスＹの流入を待ってから送風機１３を起動する。このため、冷却ガスＹの循環流を形成するまでの時間が長くなり、被処理物Ｘの冷却速度が、冷却ガスＹの流入前から水冷モータ１３ｃを起動させる場合と比較して僅かに遅延化する。

続いて、制御装置Ｃは、第１制御弁１５を閉状態から開状態に状態変更させると共に第２制御弁１７を閉状態に設定することによって、送排気ポート１１ｃからガス循環路Ｒ内への冷却ガスＹの供給を開始させる。そして、制御装置Ｃは、ガス循環路Ｒ内に所定量の冷却ガスＹが供給されると、第１制御弁１５を開状態から閉状態に状態を変更させ、水冷モータ１３ｃに印加される駆動電圧を上げさせて冷却ガスＹを循環させ、伝熱管１２ｂへの液体冷媒の供給を開始させることによって、被処理物Ｘを冷却させる。

このようなガス冷却装置ＲＧにおける被処理物Ｘの冷却処理において、被処理物Ｘがガス吹込口１１ａの直下かつガス排気口１１ｂの直上に位置しているので、被処理物Ｘには直上から冷却ガスＹが吹き付けられ、また冷却に寄与した冷却ガスＹが直下から流れ出てガス排気口１１ｂに流れ込む。

すなわち、ガス吹込口１１ａから被処理物Ｘの直上に流れ出た冷却ガスＹは、冷却チャンバー１０（ガス冷却室）内において被処理物Ｘ以外の領域に殆ど拡散することなく、専ら被処理物Ｘの冷却に寄与して被処理物Ｘの直下から循環チャンバー１１に排気される。したがって、このガス冷却装置ＲＧによれば、冷却ガスＹが有する冷熱の殆どが被処理物Ｘの冷却に利用されるので、効率的なガス冷却を実現することができる。

ここで、このガス冷却装置ＲＧでは、冷却チャンバー１０（ガス冷却室）内において、ガス吹込口１１ａを被処理物Ｘの直上まで延び、かつ、ガス排気口１１ｂを被処理物Ｘの直下まで延びることによって冷却効率を極力向上させた。しかしながら、ガス吹込口１１ａと被処理物Ｘとの距離及びガス排気口１１ｂと被処理物Ｘとの距離を多少大きくしてもよい。例えば、ガス冷却装置ＲＧで様々な大きさの被処理物Ｘを熱処理する場合には、被処理物Ｘの大きさの大小に応じてガス吹込口１１ａと被処理物Ｘとの距離及びガス排気口１１ｂと被処理物Ｘとの距離をある程度確保する必要がある。

このような冷却ガスＹを用いた被処理物Ｘの冷却が完了すると、制御装置Ｃは、第２制御弁１７を閉状態から開状態に状態変更させると共に排気ポンプ１６を作動させることによって、送排気ポート１１ｃからガス循環路Ｒ内の冷却ガスＹを外部に排気する。これによって、ガス循環路Ｒ内及びガス冷却室内から冷却ガスＹが排除されるので、閉鎖板１０ｄをワーク出入口１０ａから乖離させてワーク出入口１０ａから外部に被処理物Ｘを搬出することができる。

また、このガス冷却装置ＲＧによれば、ガス循環路Ｒを設けることにより、被処理物Ｘの冷却に供されることによって加熱された冷却ガスＹを冷却して被処理物Ｘの冷却に再利用するので、被処理物Ｘの冷却に供された冷却ガスＹを廃棄する場合と比較して、冷却ガスＹの使用量を大幅に削減することができる。

以上のような本実施形態の多室型熱処理装置によれば、酸化剤を含む冷却ガスＹによって被処理物Ｘを冷却する冷却チャンバー１０を備えている。蒸気を用いたミスト冷却による被処理物の冷却においては、蒸気に酸化剤（酸素）が含まれているにも関わらず、被処理物の表層において粒界酸化が生じておらず、被処理物の耐性が低下していないことが確認されている。このため、本実施形態の多室型熱処理装置のように酸化剤を含む冷却ガスを用いた場合であっても、被処理物Ｘの表層に所望の耐性を満たせなくなるような粒界酸化を生じさせることなく、被処理物Ｘの冷却を行うことができる。したがって、本実施形態の多室型熱処理装置によれば、酸化剤を含む冷却ガスを用いて被処理物Ｘの冷却を行うことができ、被処理物Ｘに対する所望の熱処理を実現しつつ冷却ガスの選択の自由度を高めることが可能となる。

なお、本実施形態の多室型熱処理装置では、被処理物Ｘに対して粒界酸化が生じないよう、予め実験によって運転条件（冷却ガスＹの温度、流量、冷却時間）が定められている。ここで、粒界酸化とは、高温環境下において、金属の表面層の結晶粒界が酸素によって酸化され、結晶粒界に酸化物が付着する現象を言う。また、粒界酸化が発生することにより、金属表面の耐性が低下することも知られている。そこで、本開示の場合、制御装置Ｃには、熱処理を行う被処理物Ｘの種類や数ごと等に粒界酸化が起こらない運転条件が記憶されており、作業者が操作パネル等で被処理物Ｘの種類や数を入力すると、粒界酸化が生じない条件において運転を制御する。このような場合であっても、被処理物Ｘのごく表層が酸化されて被処理物Ｘの表面が着色することが考えられる。上記ごく表層の着色とは、被処理物の表層から深部に向かってオングストロームオーダーの範囲における着色を指す。一方、粒界酸化は、被処理物の表面の結晶の粒界が酸化される現象であり、被処理物の表面から深部方向に数十μｍの範囲において発生する。粒界酸化が発生した場合は、被処理物に対して耐性の低下等の影響を及ぼすが、着色の場合は、ごく表層部分でしか発生しない為、本願で想定している金属部品などの被処理物Ｘに対しては影響を及ぼさない。したがって、本開示で発生する着色によって、被処理物Ｘの耐性は低下しない。

また、被処理物Ｘの冷却速度が速いと粒界酸化の発生がより抑制されることが分かった。これは冷却初期で被処理物Ｘの酸化が始まり、冷えにくい部分では酸化が深くまで進むためと考えられる。これに対して、本実施形態の多室型熱処理装置では、冷却ガスＹが冷却チャンバー１０に供給されるよりも前に送風機１３が起動される。これによって、冷却ガスＹが循環チャンバー１１に供給されるときには、先に送風機１３のターボファン１３ｂが回転駆動されており、冷却ガスＹが循環チャンバー１１に供給されると同時に、ガス循環路Ｒに冷却ガスＹの流れが形成され、被処理物Ｘの冷却速度を向上させている。したがって、本実施形態の多室型熱処理装置によれば、より確実に被処理物Ｘの粒界酸化を抑制することが可能となる。また、冷却ガスＹとして空気を使用する場合、空気のガス圧を大気圧よりも高くした場合には、冷却ガスＹである空気の圧力が大気圧であるときよりも短時間で冷却ガスＹが循環チャンバー１１に供給され、被処理物Ｘの冷却速度を向上させることができ、被処理物Ｘの粒界酸化をより確実に抑制することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の趣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。

例えば、図５に示すように、送風機１３が、モータ軸１３ｃ１とファンケーシング１３ａとの隙間に配置されるシール部２０を備えても良い。このシール部２０としては、例えば非接触のラビリンスシールを用いることができる。このようなシール部２０を備えることによって、水冷モータ１３ｃの内部が真空になることを抑制することができ、冷却ガスＹが冷却チャンバー１０に供給される前に送風機１３を起動しても、放電が生じることを抑制することができる。

さらに、図６に示すように、制御装置Ｃの制御の下、水冷モータ１３ｃに冷却ガスを供給する冷却ガス供給部２１を備えても良い。このような冷却ガス供給部２１によって冷却ガスＹとしての空気が冷却チャンバー１０に供給される前に水冷モータ１３ｃに空気を予め供給しておくことができ、より確実に放電が生じることを抑制することができる。

また、上記実施形態ではガス循環路Ｒを設けたが、本開示はこれに限定されない。ガス循環路Ｒを削除し、被処理物Ｘの冷却に供された冷却ガスを廃棄してもよい。
さらに、上記実施形態では加熱装置Ｋ（加熱室）を３つ設けたが、本開示はこれに限定されない。加熱装置Ｋ（加熱室）の個数は、１個または２個あるいは４個以上でもよい。

また、上記実施形態においては、中間搬送装置Ｈ（拡張チャンバー８）を備える多室型熱処理装置に本開示を適用した例について説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されず、中間搬送装置Ｈを備えない熱処理装置に適用することが可能である。例えば、加熱室とガス冷却室の２室のみの熱処理装置に本開示を適用し、ガス冷却室で使用する冷却ガスに酸化剤を含む冷却ガスを用いることも可能である。

本開示の熱処理装置によれば、酸化剤を含む冷却ガスを用いて被処理物の冷却を行うことができ、被処理物に対する所望の熱処理を実現しつつ冷却ガスの選択の自由度を高めることが可能となる。

Ｈ 中間搬送装置
ＲＧ ガス冷却装置
ＲＭ ミスト冷却装置
Ｋ 加熱装置（加熱室）
Ｃ 制御装置
１ 搬送チャンバー（中間搬送室）
２ ミスト冷却室昇降台
３ 搬送レール
４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ プッシャー機構
７ａ〜７ｃ 加熱室昇降台
８ 拡張チャンバー（中間搬送室）
９ 区画扉
１０ 冷却チャンバー（ガス冷却室）
１１ 循環チャンバー
１２ ガス冷却機
１３ 送風機
１４ 冷却ガス導入管
１５ 第１制御弁
１６ 排気ポンプ
１７ 第２制御弁
１８ 給電装置
２０ シール部
２１ 冷却ガス供給部

Claims (7)

1. 被処理物が中間搬送室を経由して加熱室に収容される熱処理装置であって、
   前記中間搬送室に隣接して設けられ、酸化剤を含む冷却ガスを用いて前記被処理物を冷却するガス冷却室と、
   前記ガス冷却室を真空引きする排気装置と、
   前記ガス冷却室に前記冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、
   前記冷却ガスを流動させる送風機と、
   前記ガス冷却室に前記冷却ガスが供給されるよりも前に前記排気装置に前記ガス冷却室を真空引きさせ、前記ガス冷却室に前記冷却ガスが供給されるよりも前に前記送風機を起動させ、前記送風機を起動させてから前記冷却ガス供給手段に前記冷却ガスを前記ガス冷却室に供給させる制御装置と
   を備える熱処理装置。
2. 加熱室と、
   酸化剤を含む冷却ガスを用いて被処理物を冷却するガス冷却室と、
   前記ガス冷却室を真空引きする排気装置と、
   前記ガス冷却室に前記冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、
   前記冷却ガスを流動させる送風機と、
   前記ガス冷却室に前記冷却ガスが供給されるよりも前に前記排気装置に前記ガス冷却室を真空引きさせ、前記ガス冷却室に前記冷却ガスが供給されるよりも前に前記送風機を起動させ、前記送風機を起動させてから前記冷却ガス供給手段に前記冷却ガスを前記ガス冷却室に供給させる制御装置と
   を備える熱処理装置。
3. 前記制御装置は、前記冷却ガス供給手段による前記ガス冷却室への前記冷却ガスの供給開始時における前記送風機の駆動電圧が、前記冷却ガス供給手段による前記冷却ガスの供給完了時における前記送風機の駆動電圧よりも低くなるよう制御を行う請求項１または２記載の熱処理装置。
4. 前記送風機は、
   回転駆動されるファンと、
   前記ファンに接続されるモータ軸を有するモータと、
   前記モータ軸の周りをシールするシール部と
   を備える請求項１〜３いずれか一項に記載の熱処理装置。
5. 一端が前記ガス冷却室内において前記被処理物に向けて延びるガス吹込口とされ、他端が前記被処理物を挟んで前記ガス吹込口に対向するように前記被処理物に向けて延びるガス排気口とされたガス循環路を備える請求項１〜４いずれか一項に記載の熱処理装置。
6. 前記冷却ガスのガス圧は大気圧よりも高く設定されている請求項１〜５いずれか一項に記載の熱処理装置。
7. 前記冷却ガスは空気である請求項１〜６いずれか一項に記載の熱処理装置。

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