JP6461582B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理装置に関する。

加熱炉や冷却炉として、バッチ式と連続式が知られている。一方で、円形のワークを、軸回転するスクリュー羽根で搬送する技術が知られている。例えば、特許文献１には、円形ワークの超音波探傷方法として、同方向に軸回転させた並行２本の載置ローラを水平に配置し、検査対象の円形ワークを、２本の載置ローラ間の一端側へ外周面が接するようにして載置供給して自転させると共に、移動手段により該載置ローラ上をその軸に沿って他端側へ摺動移動させることにより順次連続して供給して行き、その移動行程の途中で超音波を投射し超音波探傷を行うようにしたことを特徴とする円形ワークの連続式超音波探傷方法が開示されている。

特開平１０−２２１３１１号公報

バッチ式の加熱炉、乾燥炉、冷却炉等が知られている。バッチ式の加熱炉等では、大量のワークを加熱、乾燥、又は冷却等の熱処理をするため、ワークを重ねることがある。しかしながら、加熱炉を例にとると、ワークを重ねた場合、重なった箇所のワークを十分に加熱できないなど、ワーク毎に熱履歴に差が生じることが想定される。そのため、ワークを重ねる場合には、加熱時間を長くする必要がある。また、加熱中、ワークは静止しているため、ワークの部位によって熱履歴に差が生じることが想定される。

また、連続式の加熱炉、乾燥炉、冷却炉等として、コンベアを利用したものが知られている。コンベア式の加熱炉等でも、加熱中、ワークは静止しているため、ワークの部位によって熱履歴に差が生じることが想定される。特に、コンベアとの接触面の温度上昇が遅くなることが想定される。

一方で、超音波探傷方法として、円形のワークを、軸回転するスクリュー羽根で搬送する技術がある。この搬送技術は、加熱炉等とは技術分野が異なる。また、この搬送技術は、ワークの排出に、スクリュー羽根の動力源とは異なる動力源を必要としている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ワークの熱履歴を一様にし、かつ、従来よりも簡易な構成でワークの熱処理を行える技術を提供することを課題とする。

本発明では、上記課題を解決するため、ワークを熱処理する炉にワークを回転させながら搬送する回転スクリュー体を通し、更に、この回転スクリュー体と並んで設けられたワークの外周面を支持する回転体を通すこととした。

より詳細には、本発明に係る熱処理装置は、入口と出口を有し、内部を通過するワークを熱処理する炉と、前記炉の入口と出口を通る軸の周りに螺旋状の羽根が設けられ、当該軸が回動することでワークを回転させながら搬送する回転スクリュー体と、前記回転スクリュー体と並んで設けられた前記炉の入口と出口を通る回転体であって、前記回転スクリ
ュー体によって搬送されるワークの外周面を支持する回転体と、を備える。

本発明では、ワークを回転させながら炉内を搬送することで、ワーク毎に熱履歴の差が生じることを抑制することができる。また、ワークの部位よって熱履歴に差が生じることも抑制できる。また、ワークを回転させながら搬送することで、ワークの外郭を整えることができる。出口を出たワークは、回転体による支持が解除されることで自重を利用して搬出される。そのため、従来よりも簡易な構成でワークを排出することができる。

熱処理には、加熱処理、冷却処理、乾燥処理等が含まれる。回転体は、回転スクリュー体と平行に配置することが好ましいが、ワークを支持できればよく、回転スクリュー体と厳密に平行でなくてもよい。

ここで、前記回転体は、前記出口側において、前記回転スクリュー体よりも短くすることができる。回転体を回転スクリュー体よりも短くすることで、出口を出たワークは、回転体による支持が解除されることで自重を利用して、搬送方向と直交する方向へ搬出することができる。そのため、従来よりも簡易な構成でワークを排出することができる。

ワークの形状は特に限定されないが、本発明に係る熱処理装置は、外郭が略円形のワークに好適に用いることができる。略円形のワークには、円形に近い多角形状であることで回転可能なワークが例示される。ワークは、搬送中、回転することで、略円形の外郭を整えることができる。例えば、外郭が略円形のワークには、円盤状、又はリング状のワークが例示される。

前記炉は、前記ワークを加熱する加熱炉とすることができる。本発明に係る熱処理装置によれば、加熱処理によるワークの熱履歴を一様にすることができる。

前記回転スクリュー体は、羽根同士の間にワークを載置して、当該ワークを回転させながら搬送することができる。本発明に係る熱処理装置によれば、ワーク同士の重なりや接触を抑制することができ、ワーク毎に熱履歴に差が生じることを抑制できる。また、ワーク同士が重なることがないので、例えば、ワークを重ねて熱処理するバッチ式の炉と比較して、熱処理時間を短縮することができる。

前記ワークは、自重を利用して、前記回転スクリュー体に載置され、前記回転体の支持が解除されることで、自重を利用して排出することができる。本発明に係る熱処理装置によれば、熱処理装置への投入と、熱処理装置からの排出を何れも自重を利用して行うことができる。そのため、本発明に係る熱処理装置は、熱処理装置へのワークの投入や熱処理装置からのワークの排出のための動力源が不要であり、ワークの投入や排出のための動力源を必要とする従来の装置と比較して、簡易な構成とすることができる。

例えば、前記回転体は、前記回転スクリュー体よりも高い位置に配置することができる。これにより、熱処理装置への投入側では、自重を利用して投入されたワークを回転体で受け止めることができる。また、熱処理装置の排出側では、回転体によるワークの支持が解除されることで自重を利用したワークの排出を実現することができる。

前記炉は、前記ワークを加熱する加熱炉であり、本発明に係る熱処理装置は、前記加熱炉に設けられ、当該加熱炉の上流側において、下方から上方に向けて熱風を供給する熱風供給部と、前記加熱炉に設けられ、当該加熱炉の下流側において、当該加熱炉内の空気を回収して前記熱風供給部へ循環させる循環部と、を更に含む、構成としてもよい。

本発明に係る熱処理装置は、熱風供給部と循環部を更に備えることで、より効率よくワ
ークを加熱処理ができる。

ここで、本発明に係る熱処理装置は、熱処理装置として特定することもできる。例えば、本発明は、ワークを熱処理する炉にワークを回転させながら搬送する回転スクリュー体を通し、更に、この回転スクリュー体と並んで設けられたワークの外周面を支持する回転体を通し、前記ワークを熱処理するワークの熱処理方法である。

本発明によれば、ワークの熱履歴を一様にし、かつ、従来よりも簡易な構成でワークの熱処理を行うことができる。

図１は、実施形態に係る加熱炉の全体構成の斜視図を示す。 図２は、実施形態に係る加熱炉の上流側の横断面図を示す。 図３は、実施形態に係る加熱炉の縦断面図を示す。 図４は、実施形態に係る加熱炉の上流側の拡大図を示す。 図５は、実施形態に係る加熱炉の下流側の拡大図を示す。 図６は、実施形態に係る加熱炉における、ワークの流れを示す。 図７は、実施形態に係る加熱炉で加熱されたワークの温度履歴データの一例を示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。実施形態では、本発明の熱処理装置をカーエアコン用クラッチフェーシングを加熱処理する加熱炉に用いる場合を例に説明する。但し、以下に説明する事項は例示であり、本発明は、以下に説明する実施形態の内容に限定されるものではない。

＜実施形態＞
＜＜加熱炉の構成＞＞
図１から図５に示すように、実施形態に係る加熱炉１（本発明の熱処理装置に相当する）は、炉体３１、熱風発生器３２、熱風循環ファン３４、搬送スクリュー４、補助回転棒５、投入シュート６、排出シュート７を備える。

実施形態に係る加熱炉１は、ワーク２として、リング形状のカーエアコン用クラッチフェーシングを加熱する。

炉体３１は、入口３１１と出口３１２を有し、内部には熱風が循環している。ワーク２は、炉体３１を通過することで加熱される。炉体３１は、横断面の外形が四角形であり、外壁と内壁からなる二重筒構造を有する。炉体３１の上流側には、炉体３１の底部の内壁に熱風発生器３２から供給される熱風を炉体３１内部に供給する熱風の供給口３１３が設けられている。炉体３１の下流側には、炉体３１の上部の内壁側面に炉体３１内の空気を回収する回収口３１４が設けられている。また、炉体３１の上流側の外壁側面には、熱風発生器のダクト３２２と接続される上流の接続口３１５（図２参照）が設けられている。また、炉体３１の下流側の外壁底面には、循環ダクト３５の一端と接続される下流の接続口３１６（図３参照）が設けられている。なお、上流、及び下流とは、ワーク２の流れにおける上流、下流を意味する。熱風の供給口３１３は、炉体３１の側方や天井に設け、炉体３１の側方や天井から熱風を供給するようにしてもよい。また、回収口３１４は、炉体３１の天井や底部に設けるようにしてもよい。

熱風発生器３２は、炉体３１内に熱風を供給する。熱風発生器３２は、炉体３１の上流
側に設けられ、ヒータ３２１、熱風発生器のダクト３２２を備える。ヒータ３２１は、炉体３１の下部に設けられ、循環ダクト３５の他端及び熱風発生器のダクト３２２の一端と接続されている。ヒータ３２１は、循環ダクト３５を介して供給された空気を加熱し、熱風発生器のダクト３２２を介して、炉体３１内に熱風を供給する。

循環ダクト３５は、一端が下流の接続口３１６と接続され、他端がヒータ３２１と接続され、回収口３１４を介して回収された炉体３１内の空気が流れる。循環ダクト３５には、熱風循環ファン３４が設けられている。熱風循環ファン３４は、吸引作用により、炉体３１内から空気を回収し、ヒータ３２１に送りだし、ヒータ３２１で加熱された空気を熱風として炉体３１内に送り出す。

搬送スクリュー４は、本発明の回転スクリュー体に相当し、ワーク２を回転させながら、炉体３１の入口３１１から出口３１２までワーク２を搬送する。搬送スクリュー４は、入口３１１と出口３１２を通る軸４１、この軸４１の回りに形成された螺旋状の羽根４２を有する。軸４１は、駆動源としてモータ（図示せず）の駆動力により一定の速度で回転する。搬送スクリュー４は、羽根４２と羽根４２との間にワーク２が収まるように羽根４２のピッチが設計されている。また、ワーク２が支持できるよう羽根４２の高さが設計されている。羽根４２と羽根４２との間隔（羽根４２のピッチ）や羽根４２の高さは、ワーク２の厚み、ワーク２の形状、ワーク２の大きさによって、適宜設計することができる。

補助回転棒５は、本発明の回転体に相当し、搬送スクリュー４によって搬送されるワーク２の外周面を支持する。補助回転棒５は、搬送スクリュー４と平行であり、炉体３１の入口３１１と出口３１２を通る。補助回転棒５は、連結部としてのプーリーベルトによって搬送スクリュー４と連結され、モータの駆動力によって、搬送スクリュー４と同じ速度で同方向（本実施形態では、一例として反時計回り）に回転する。補助回転棒５は、搬送スクリュー４よりも高い位置に軸が位置し、ワーク２の外周面を支持する。また、補助回転棒５は、炉体３１の出口３１２側では、搬送スクリュー４よりも短く形成されている。そのため、補助回転棒５がワーク２の外周面を支持する範囲は、搬送スクリュー４がワーク２を載置（支持）する範囲よりも短くなっている。なお、補助回転棒５は、搬送スクリュー４と並んで設けられることで、ワーク２を支持できればよく、厳密に平行していなくてもよい。また、補助回転棒５は、搬送スクリュー４との間隔や設置高さをワーク２の形状や大きさ等に応じて適宜変更できるようにしてもよい。これにより、加熱炉１の汎用性を高めることができる。

投入シュート６は、炉体３１の入口３１１の外側近傍に、搬送スクリュー４よりも高い位置に設けられ、加熱前のワーク２を供給する。投入シュート６は、投入シュートの底面６１と投入シュート６の底面の両端部から立ち上げられた対向する投入シュートの側壁６２，６２とを有する。投入シュートの底面６１は、ワーク２の幅よりもやや広く設計され、搬送スクリュー４側が低くなるように傾斜している。投入シュートの側壁６２，６２は、ワーク２の側面を支持できる高さを有している。投入シュート６は、搬送スクリュー４の軸方向と交わるように、搬送スクリュー４側に配置されている。より詳細には、投入シュート６内を転がり落ちるワーク２が搬送スクリュー４の羽根４２と羽根４２との間に収まるよう、投入シュート６の長手方向（投入シュート６におけるワークの供給方向）は、搬送スクリュー４の羽根の方向と平行に配置されている。

排出シュート７は、炉体３１の出口３１２の外側近傍に、搬送スクリュー４よりも低い位置に設けられ、加熱後のワーク２を排出する。排出シュート７は、排出シュートの底面７１と排出シュート７の底面の両端部から立ち上げられた対向する排出シュートの側壁７２，７２とを有する。排出シュートの底面７１は、ワーク２の外径よりも大きく設計され、搬送スクリュー４側が高くなるように傾斜している。排出シュートの側壁７２，７２は
、滑り落ちる排出シュート７の側方からワーク２が脱落しない高さを有している。排出シュート７は、搬送スクリュー４の軸方向と交わるように、補助回転棒５側に配置されている。

＜＜加熱炉の動作＞＞
図１から図５に加えて、図６も参照しながら、加熱炉１の動作について説明する。図５は、実施形態に係る加熱炉の下流側の拡大図を示す。なお、図５では、ワーク２が一纏まりで搬送されているが、ワーク２は、連続的に搬送することができる。

図４、及び図６（ａ）等に示すように、投入シュート６を介して、加熱前のワーク２が、加熱炉１の入口３１１側に順次投入される。より詳細には、成形工程終了後の加熱前のリング状のワーク２が、図示しない切り出し装置により、投入シュート６に１つずつ投入され、傾斜する投入シュートの底面６１上を転がり落ち、搬送スクリュー４の軸４１の上に載置され、ワーク２の外周面が補助回転棒５で支持され、ワーク２の側面が搬送スクリュー４の羽根４２と羽根４２とで支持される。ワーク２の投入シュート６への投入間隔は、搬送スクリュー４及び補助回転棒５の回転速度に応じて、投入されるワーク２が順次羽根４２と羽根４２の間に収まるよう制御される。ワーク２が投入シュートの底面６１上を転がる際、ワーク２の側面が投入シュートの側壁６２，６２に支持され、ワーク２の姿勢が維持される。

図２、図６（ｂ）等に示すように、ワーク２は、搬送スクリュー４及び補助回転棒５により、炉体３１内を回転しながら通過する。より詳細には、搬送スクリュー４及び補助回転棒５が同方向（本実施形態では、一例として、反時計回り）に一定の速度で回転し、搬送スクリュー４の軸４１の上に載置されたワーク２は、外周面が補助回転棒５で支持され、側面が搬送スクリュー４の羽根４２と羽根４２とで支持され、回転しながら入口３１１から炉体３１内に搬送される。

図２、図３等に示すように、炉体３１の上流側（炉体３１の入口３１１近傍）では、回転しながら搬送されるワーク２に対して、熱風の供給口３１３から上方に向けて熱風が供給される。炉体３１内に供給された熱風は、熱風循環ファン３４の吸引作用により、炉体３１の下流側の回収口３１４から回収され、循環ダクト３５を通り、ヒータ３２１で加熱され、熱風発生器のダクト３２２を通り、炉体３１内へ再び供給される。つまり、炉体３１内には、上流側から下流側に向けて熱風が常に循環している。ワーク２は、熱風が循環する炉体３１内を回転しながら搬送される。

図５、図６（ｃ）等に示すように、炉体３１内で加熱されたワーク２は、出口３１２を通り、排出シュート７を介して排出される。より詳細には、出口３１２付近では、ワーク２は、搬送スクリュー４の軸４１の上に載置され、外周面が補助回転棒５で支持され、側面が搬送スクリュー４の羽根４２と羽根４２とで支持されている。ここで、補助回転棒５は、搬送スクリュー４よりも短く形成され、出口３１２から更に延出する搬送スクリュー４と異なり、出口３１２近傍までしか延出していない。そのため、出口３１２を通過すると、補助回転棒５による、ワーク２の側面の支持が解除される。その結果、ワーク２の自重により、ワーク２が落下し、傾斜する排出シュートの底面７１を滑り落ち、加熱炉１の外部に排出される。排出されたワーク２は、研磨や溝切りなどの次工程を行うエリアまで、図示しないベルトコンベアで搬送される。排出されたワーク２は、台車等により搬送してもよい。

＜＜実験例＞＞
ここで、図７は、実施形態に係る加熱炉で加熱されたワークの温度履歴データの一例を示す。図７において、縦軸は温度（℃）、横軸は時間（ｓ）、実線はワークの温度（℃）
、点線は炉体３１内の雰囲気温度（℃）を示す。本実験では、炉体３１２内の温度を１８０±３℃とし、搬送スクリュー４の回転速度を６ｒｐｍとし、熱風の流速を６±０．５ｍ／ｓに設定した。炉体３１内の温度は、炉体３１の側面に設けた温度センサ（図示せず）で測定した。ワーク２の温度は、ワーク２に測温体を埋設して直接測定した。

図７に示すように、炉体３１内では、雰囲気温度とワーク２の温度とがほぼ一致しており、ワーク２に対して均一に加熱処理が行われていることが確認できた。

＜＜効果＞＞
実施形態に係る加熱炉１によれば、加熱炉１内に熱風を循環させ、ワーク２を回転させながら炉２内を搬送することで、ワーク２毎に熱履歴の差が生じることを抑制することができる。

また、羽根４２と羽根４２との間にワーク２が載置されて搬送されるので、ワーク２同士の重なりや接触を抑制することができ、ワーク２の部位ごとに熱履歴の差が生じることを抑制することができる。換言すると、均一にワーク２を加熱処理することができる。また、ワーク２同士が重なることがないので、例えば、ワークを重ねて熱処理するバッチ式の炉と比較して、加熱処理の時間を短縮することができる。

また、ワーク２を回転させながら搬送することで、リング状のワーク２（カーエアコン用クラッチフェーシング）の外郭を整えることができる。

また、実施形態に係る加熱炉１は、投入シュート６、及び排出シュート７を備えることで、加熱炉１への投入と、加熱炉１からの排出を何れも自重を利用して行うことができる。そのため、実施形態に係る加熱炉１は、投入や排出のための動力源が不要であり、投入や排出のための動力源を必要とする従来の装置と比較して、簡易な構成とすることができる。

なお、上記した種々の内容は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲に於いて可能な限り組合せることができる。

例えば、実施形態では、本発明の熱処理装置をカーエアコン用クラッチフェーシングを加熱処理する加熱炉に用いる場合を例に説明したが、ワーク２は、カーエアコン用クラッチフェーシングに限定されない。ワーク２は、外郭が円形、若しくはこれに近い多角形状の工業製品（例えば、ウエットディスク、工業用ブレーキ）に好適に用いることができる。

また、実施形態では、本発明の熱処理装置をカーエアコン用クラッチフェーシングを加熱処理する加熱炉に用いる場合を例に説明したが、本発明の熱処理装置は、加熱炉の他、乾燥炉、冷却炉にも適用することができる。

１・・・加熱炉
２・・・ワーク
３１・・・炉体
３１１・・・入口
３１２・・・出口
３２・・・熱風発生器
３４・・・熱風循環ファン
４・・・搬送スクリュー
５・・・補助回転棒
６・・・投入シュート
７・・・排出シュート

Claims (7)

1. 入口と出口を有し、内部を通過するワークを熱処理する炉と、
   前記炉の入口と出口を通る軸の周りに螺旋状の羽根が設けられ、当該軸が回動することでワークを回転させながら搬送する回転スクリュー体と、
   前記回転スクリュー体と並んで設けられた前記炉の入口と出口を通る回転体であって、前記回転スクリュー体によって搬送されるワークの外周面を支持し、前記出口側において、前記回転スクリュー体よりも短い回転体と、
   を備える熱処理装置。
2. 前記ワークは、外郭が略円形である、請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記炉は、前記ワークを加熱する加熱炉である、請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記回転スクリュー体は、羽根同士の間にワークを載置して、当該ワークを回転させながら搬送する、請求項１から３の何れか１項に記載の熱処理装置。
5. 前記ワークは、自重を利用して、前記回転スクリュー体に載置され、前記回転体の支持が解除されることで、自重を利用して排出される、請求項１から４の何れか１項に記載の熱処理装置。
6. 前記回転体は、前記回転スクリュー体よりも高い位置にある、請求項１から５の何れか１項に記載の熱処理装置。
7. 前記炉は、前記ワークを加熱する加熱炉であり、
   前記加熱炉に設けられ、当該加熱炉の上流側において、下方から上方に向けて熱風を供給する熱風供給部と、
   前記加熱炉に設けられ、当該加熱炉の下流側において、当該加熱炉内の空気を回収して前記熱風供給部へ循環させる循環部と、を更に含む、請求項１、２、４から６の何れか１項に記載の熱処理装置。