JP6905947B2

JP6905947B2 - 熱処理炉

Info

Publication number: JP6905947B2
Application number: JP2018010840A
Authority: JP
Inventors: 智比古大越; 渡辺　進; 進渡辺
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP2019128113A

Description

本発明は、熱処理炉に関するものであり、さらに詳しくは、貫通孔を有するワークを加熱するための熱処理炉に関するものである。

鍛造等の熱間加工を経た後の金属製のワークに対して、焼ならしを施す等の目的で、所定温度に内部空間を加熱することができる熱処理炉が用いられる。熱処理炉において、ワークは、炉内を搬送されながら、徐冷等の処理を受ける。この種の熱処理炉は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１６３２３１号公報

特許文献１に開示されているように、従来一般の熱処理炉においては、ワークは、棚板やトレーやコンベア等の面状の保持部材に載置された状態で、熱処理を受ける。この場合、ワークと保持部材の間の接触面において、局所的にワークの熱が保持部材に奪われる抜熱が生じる。すると、単一のワーク内において、部分ごとに温度差が生じ、熱処理品質にばらつきが生じる。つまり、金属材料の組織変化が不均一に起こりやすくなり、均一な組織および物性を有するワークが得にくくなる。特に、保持部材の上にワークを無秩序に積載する場合には（バラ積み）、ワーク個体間でも熱処理品質にばらつきが生じやすくなる。このような熱処理品質のばらつきを抑えるための手段として、炉内に均熱ゾーンを設ける等の方策が考えられるが、この場合には、炉が大型化するとともに、炉全体としての熱効率が低くなってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、簡素な構成により、ワークの熱処理品質のばらつきを抑えることができる熱処理炉を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる熱処理炉は、貫通孔を有する金属製のワークを熱処理する熱処理炉において、内部の雰囲気を所定温度に調節可能な温度調節部を有する炉体と、前記ワークの貫通孔に挿通可能であり、重力方向と交差する方向に軸を向けて前記温度調節部内に設けられた串部材と、を有することを要旨とする。

ここで、前記串部材は、前記炉体内に設けられた回転軸を中心として放射状に複数設けられ、前記回転軸の周りに回転されることが好ましい。

また、前記炉体の外周部を構成する外周壁と前記回転軸の間には内壁が設けられ、前記回転軸と前記内壁の間の空間として前記温度調節部が設けられ、前記串部材の基端は、前記内壁に取り付けられていることが好ましい。

上記発明にかかる熱処理炉においては、重力方向と交差する方向に軸を向けて配置された串部材を、ワークの貫通孔に挿通して、ワークを炉体の温度調節部内で保持することができる。各ワークを貫通孔の内壁の小面積の領域だけで串部材に接触させた状態でワークを保持することができるので、棚板等の面状の保持部材にワークを載置する場合と比較して、保持部材である串部材による抜熱を小さく抑えることができる。これにより、ワークの熱処理品質の均一性が高くなり、熱処理を経て、金属組織や物性の均一性が高いワークを安定して得ることができる。このように、串部材を温度調節部に設けるという簡素な構成により、貫通孔を有するワークに対して、均質性に優れた熱処理を施すことができる熱処理炉が得られる。

ここで、串部材が、前記炉体内に設けられた回転軸を中心として放射状に複数設けられ、回転軸の周りに回転される場合には、串部材を回転軸の周りに回転させながら熱処理を行うことで、串部材で保持した複数のワークを、高い均質性をもって連続的に熱処理しやすくなる。また、串部材の回転を利用して、温度調節部内へのワークの搬入および温度調節部からのワークの搬出を行いやすくなる。

また、炉体の外周部を構成する外周壁と回転軸の間に内壁が設けられ、回転軸と内壁の間の空間として温度調節部が設けられ、串部材の基端が、内壁に取り付けられている場合には、高い熱効率と均質性をもって、ワークの熱処理を行いやすくなる。

本発明の一実施形態にかかる熱処理炉の概略を示す水平断面図である。上記熱処理炉の鉛直断面図である。ワークを保持した状態を示す熱処理炉の水平断面図である。ワークを保持した状態を示す熱処理炉の鉛直断面図である。ワークの形状を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる熱処理炉について、図面を参照しながら説明する。図１〜４に概略を示す本発明の一実施形態にかかる熱処理炉１は、鍛造等の熱間加工を経た後の金属製のワークＷを、徐冷により焼ならしするものである。なお、各図面において、断面を示すハッチングは省略している。

［ワークの構成］
本発明の一実施形態にかかる熱処理炉１は、ワークＷの形状を利用することで、簡素な構成で、均質性の高い熱処理を実施するものであり、ワークＷは所定の形状を有する。つまり、ワークＷは、貫通孔Ｗ１を有する金属部材よりなっている。貫通孔Ｗ１を有していれば、どのような外形を有していてもかまわないが、例えば、図５に示すように、円筒状（ドーナツ状）のワークＷを、好適な熱処理対象として例示することができる。円筒状であれば、その中心軸の周りに対称な形状となっているので、熱処理の均一性を特に高くすることができる。

ワークＷを構成する金属材料は、鍛造等の熱間加工の後に、焼きならし等、所定の熱処理を経ることで、金属組織や物性を制御することができるものならば、どのようなものであってもかまわない。その種の金属材料の例として、肌焼鋼を例示することができる。特に好適な鋼種として、ＳＣＲ４２０やＳＣＭ４２０等を挙げることができる。

［熱処理炉の構成］
次に、本発明の一実施形態にかかる熱処理炉１の構成について説明する。熱処理炉１においては、串部材４０を除いて、特許文献１に記載される従来一般の熱処理炉と同様の構成を適用することができる。

熱処理炉１は、炉体１０を本体としてなる。炉体１０は、軸を略鉛直に配置した略円筒状の外周壁１１と、外周壁１１の内側に、外周壁１１と同軸状に設けた略円筒状の内壁１２とを有している。炉体１０はさらに、外周壁１１に囲まれた領域の上端部と下端部をそれぞれ閉塞する上壁１４および下壁１６を有している。外周壁１１および上壁１４、下壁１６は金属酸化物等の耐火物よりなっている。内壁１２は、軸方向に外周壁１１よりも短く形成されており、上端部および下端部がそれぞれ上壁１４および下壁１６から離れている。

外周壁１１には、後述する串部材４０に対応する高さ位置に、ワークＷを出し入れできる開口部として、搬入口１８と搬出口２０が設けられている。なお、特許文献１に示されるように、搬入口１８と搬出口２０を別に設けず、１つの開口部からワークＷの出し入れの両方を行うようにしてもよい。

略円筒状の外周壁１１および内壁１２の中心には、回転軸２４が設けられている。回転軸２４は、炉体１０の上壁１４および下壁１６を貫通しており、図示しない回転機構に連結されている。回転機構によって回転軸２４の軸回転を駆動することができる。内壁１２の上端部および下端部には、それぞれ端板２６，２６が設けられ、端板２６，２６が略円筒状の内壁１２の上下の開口を閉塞するとともに、内壁１２を回転軸２４に固定している。これにより、回転機構を用いて回転軸２４を軸回転させることで、内壁１２が回転軸２４を中心に回転される。

熱処理炉１において、外周壁１１と内壁１２の間の空間、詳細には、外周壁１１と内壁１２、上壁１４と下壁１６、２つの端板２６，２６によって囲まれて閉塞される空間が、温度調節部３０となっている。炉体１０の外周壁１１の内側面には、例えばシーズヒータよりなる加熱部２８が設けられており、温度調節部３０内の雰囲気を加熱することができる。そして、上壁１４には、温度調節部３０に連通した複数の開口が設けられ、それぞれに、冷気を導入できる冷却ブロア３２、気体を排出する排気ダクト３４、気体を循環させる循環ファン３６が設けられている。加熱部２８、冷却ブロア３２、排気ダクト３４、循環ファン３６の出力を組み合わせて制御することで、温度調節部３０内の雰囲気を、所定の温度に調節することができる。熱間加工後のワークＷに対して焼ならしを行う場合には、炉体外部の温度よりも高く、かつワークＷの温度よりも低い温度に、温度調節部３０内の雰囲気を調節すればよい。

炉体１０の温度調節部３０の中には、複数の棒状の串部材４０が設けられている。串部材４０は、基端が内壁１２の外側面に固定され、軸を略水平に向けて、外側へ向かって突出している。串部材４０の先端は、外周壁１１に接触していない。串部材４０は、回転軸２４に沿って、複数の段に設けられている（図の例では４段）。各段において、串部材４０は、回転軸２４を中心として対称になるように、放射状に設けられている。串部材４０は、ワークＷよりも高い耐熱性を有する金属材料よりなることが好ましい。

串部材４０の外径は、ワークＷの貫通孔Ｗ１の孔径よりも小さく設定されている。串部材４０の先端側から、串部材４０をワークＷの貫通孔Ｗ１に挿通し、串部材４０にワークＷを吊るすことで、ワークＷを温度調節部３０内で保持することができる。１本の串部材４０で複数のワークＷを保持することができる（図では５個）。串部材４０の長さおよび串部材４０を設ける段数、各段における串部材４０の数を適切に定めることで、同じ串部材４０に保持されたワークＷの間、そして隣接する串部材４０に保持されたワークＷの間で、接触が起こらないようにして、あるいは小面積でのみ接触するようにして、多数のワークＷを炉体１０内に収容することができる。

搬入口１８および搬出口２０の外側には、ワークＷを把持して串部材４０への抜き差しを行うことができるロボット（不図示）が備えられている。ロボットとしては、前後動可能な爪状の把持部を複数備え、円筒状のワークＷの端面の一方側から、ワークＷを把持するものを例示することができる。ロボットが、ある串部材４０の位置に貫通孔Ｗ１の位置を合わせた状態でワークＷを把持し、搬入口１８を介して温度調節部３０内に搬入して、串部材４０の軸に沿って前進させることで、ワークＷを串部材４０に掛けることができる。串部材４０に掛けたワークＷを串部材４０の基端側に押し、次のワークＷを掛ければ、１本の串部材４０に複数のワークＷを順次掛けることができる。また、串部材４０に保持されたワークＷを、ロボットが搬出口２０を介して把持部で把持し、後退させることで、ワークＷを串部材４０から外すことができる。

回転軸２４を間欠的に軸回転させることで、内壁１２に固定された串部材４０が回転軸２４を中心として回転され、串部材４０に保持されたワークＷが炉内を移動することになる。ロボットを利用して、回転軸２４の回転と同期させながら、熱間加工を受けたワークＷを搬入口１８から炉内に搬入するとともに、熱処理炉１内を約１周して熱処理を受け終えたワークＷを搬出口２０から搬出することで、多数のワークＷを連続的に熱処理することができる。

本実施形態にかかる熱処理炉１においては、上記のように、略水平に軸を向けて設置された串部材４０をワークＷの貫通孔Ｗ１に挿通し、ワークＷを串部材４０に掛けることで、熱処理を受けるワークＷを保持している。ワークＷを保持する保持部材である串部材４０とワークＷとの間の接触部位は、ワークＷの貫通孔Ｗ１の内壁の小さい面積の領域に限定される。これにより、保持部材とワークＷとの間の接触部からワークＷの熱が保持部材によって奪われる抜熱が抑制される。そして、単一のワークＷの中で、温度分布が生じることが抑制される。その結果、保持部材が棚板やトレー、コンベア等の面状の部材よりなり、その上にワークＷを載置して保持する場合と比較して、単一のワークＷ内での熱処理品質のばらつきが小さくなり、金属組織や物性の空間的均一性が高くなる。同一の串部材４０に保持された複数のワークＷの間、また隣接する串部材４に保持された複数のワークＷの間の接触面積も、棚板等に無秩序に複数のワークＷを載置する場合と比較して、小さく抑えることができるので、ワークＷの個体間での熱処理品質のばらつきも小さく抑えることができる。

また、熱処理品質のばらつきを小さく抑えられることにより、上記のように、全体として温度制御した温度調節部３０内で約１周にわたってワークＷを移動させるだけの簡素な熱処理炉１によって、ワークＷに均一性の高い熱処理を施すことができる。ワークＷを一旦所定の温度まで加熱する均熱ゾーン等、温度調節部３０以外の空間を熱処理品質の均質化を目的として炉内に設ける必要はない。その結果、従来に比べて、熱処理炉１を小型化することができる。また均熱ゾーン等の空間を加熱するための熱源が省略されることにより、熱処理炉１全体としての熱効率を高めることができる。

串部材４０にワークＷを吊るすようにして保持することには、熱処理品質の均質化以外の利点もある。略水平に突出した串部材４０をワークＷの貫通孔Ｗ１に挿通し、重力によってワークＷを吊り下げることで、ワークＷの姿勢および位置がその状態から変化しにくく、熱処理工程全体を安定に実行することができる。また、保持部材として棚板等の面状の部材を利用する場合と比較して、ワークＷを温度調節部３０内に高密度に収容することが可能となる。さらに、ロボットを用いて連続的にワークＷを串部材４０に対して抜き差しする場合に、ロボットがワークＷを把持するとともに前後動させるだけで、抜き差しの動作を行うことができる。この観点から、串部材４０の先端等には、ワークＷの落下防止等を目的として、軸と交差する方向に突出した構造が設けられないことが好ましく、上記のように、串部材４０が単純な棒状構造よりなることが好ましい。

なお、本実施形態においては、串部材４０の軸を略水平に配置しており、それによって、同じ串部材４０に保持されたワークＷ間の接触面積を小さくすることができ、またロボットによるワークＷの抜き差しを容易に行うことができる。ただし、必ずしも串部材４０の突出方向は水平に限られるものではなく、重力方向と交差する方向に軸を向けていればよい。

本実施形態においては、回転軸２４を中心として回転される内壁１２から突出させて串部材４０が設けられたが、内壁１２に限らず、炉体１０を構成する任意の部材に串部材４０を固定するようにしてもよい。しかし、上記のように、複数の串部材４０を回転軸２４の周りに対称になるように放射状に突出させ、回転軸２４の周りを回転させることで、多数のワークＷに対して、個体間での熱処理品質のばらつきを抑えた状態で、連続的に熱処理を行いやすくなる。さらに、回転軸２４と内壁１２の間に空間を設け、串部材４０を回転軸２４から離れた内壁１２の面から突出させることで、温度調節部３０の加熱における熱処理効率を高めることができる。内壁１２を設けずに外周壁１１の内側の領域を全て温度調節部３０とし、串部材４０を回転軸２４から直接突出させる場合よりも、隣接するワークとの接触を小さくしながら保持できるワークＷの数に対して、加熱が必要な温度調節部３０の容積が小さくなるためである。また、串部材４０の基端側に配置したワークＷと先端側に配置したワークＷの間での熱処理品質のばらつきも、小さく抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１熱処理炉
１０炉体
１１外周壁
１２内壁
１８搬入口
２０搬出口
２４回転軸
２６端板
２８加熱部
３０温度調節部
３２冷却ブロア
３４排気ダクト
３６循環ファン
４０串部材
Ｗワーク
Ｗ１貫通孔

Claims

貫通孔を有する金属製のワークを熱処理する熱処理炉において、
内部の雰囲気を所定温度に調節可能な温度調節部を有する炉体と、
前記ワークの貫通孔に挿通可能であり、重力方向と交差する方向に軸を向けて前記温度調節部内に設けられた串部材と、を有することを特徴とする熱処理炉。
前記串部材は、前記炉体内に設けられた回転軸を中心として放射状に複数設けられ、前記回転軸の周りに回転されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
前記炉体の外周部を構成する外周壁と前記回転軸の間には内壁が設けられ、前記回転軸と前記内壁の間の空間として前記温度調節部が設けられ、
前記串部材の基端は、前記内壁に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱処理炉。