JPH0741848A

JPH0741848A - 熱処理炉装置

Info

Publication number: JPH0741848A
Application number: JP20369693A
Authority: JP
Inventors: Kaneaki Kida; 兼昭紀田; Munehiro Hashimoto; 宗弘橋本; Tsutomu Kobayashi; 力小林
Original assignee: DEMU TEC KK
Current assignee: DEMU TEC KK
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】各種熱処理及び表面改質炉の兼用性及び併用
性を高め、処理内容に応じて、最小の炉数とし、各炉の
組合わせ配置を最良ならしめ、処理材の移動を最小に
し、炉の開閉回数を低減すると共に、各炉の雰囲気を最
良に保持して高品質の処理品を得ると共に、高効率で自
在性があり、省力・省エネの熱処理・表面改質処理を可
能とする。【構成】金属の焼き入れ、焼戻し、焼きなまし、焼き
ならし、溶体化、マルクエンチ・マルテンパ・オーステ
ンパ・サブゼロの各熱処理及び窒化・ＣＶＤ・ＰＶＤの
各表面改質処理のうちの少なくとも２つ以上の処理を実
施する複数の兼用炉ＫＡ，ＵＤ，ＳＱ，ＳＤ，ＡＤ，Ｋ
Ｕを直列または円周上に配置すると共に、加工金属材料
が搬入搬出される第１の経路２５ａ，２５ｂを各炉間を
連絡する第２の経路２６を介して各炉に連絡し、第２の
経路２６を介して第１の経路２５ａ，２５ｂから各炉へ
の加工金属材料の搬入出を行う自動搬入出機２７を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の各種熱処理・表
面改質清浄を行うための熱処理炉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械部品、工具、治具、金型等の
熱処理及び表面改質処理は、単室または複数室炉を単独
で使用する方法、焼き入れや焼戻しや表面改質等の専用
炉を複数直列に設置し、扉を手動または自動により開閉
し、ローダで挿入送出する方法をとっている。

【０００３】例えば、図１７に示すように、焼入専用炉
をＱ１，Ｑ２の２基、焼戻し専用炉をＴ１〜Ｔ６の６
基、表面改質炉をＤ１，Ｄ２の２基が順に直列に配置さ
れ、各炉における金属加工部品を搬入・搬出するために
開閉されるドア側に、各炉に沿ってレール２６が敷設さ
れ、該レール２６上を往復移動し、各炉間の金属加工部
品を搬入・搬出する自動搬入出機２７が設けられてい
た。

【０００４】そのため、焼入れ，焼戻し、焼きなまし，
表面処理等の組合わせで形成される熱処理において、次
の欠点を有する。

【０００５】熱処理のための雰囲気は、真空、大気、ガ
ス、加圧ガス等多岐にわたるため、それぞれの専用炉を
構成するために炉数を多数を要し、設置場所や各炉間の
移送を考慮しなければならず、時間、品質、配材等に余
分な要素を必要とする。

【０００６】また、焼入れ，焼戻し、表面改質は、それ
ぞれ前後処理に深く関連し、独立して行われず、例え
ば、焼入れと焼戻し、一部では表面改質との連続処理を
要する。専用炉では、全サイクルを完了するためには、
各炉ごとに扉開閉、被処理材の搬出入を要するので、処
理品の移動を伴い、この移動による処理品倒れ、接触、
焼付等のトラブルを起こし、不良品を生む原因となって
いる。

【０００７】これを防ぐため、専用治具や締め付け具、
これらの設置空間や余分の手間、人数が必要となり、移
動のための時間、エネルギーを要する。

【０００８】さらに、炉外に処理品を排出するため、処
理品の表面酸化、吸湿を起し、炉内の開閉を頻繁に行う
ために炉内に大気、酸化、吸湿、汚染を惹き起す等の課
題をかかえている。

【０００９】さらにまた、熱処理は、各種の組合せ処理
が多く、焼入れを施したものは、必ず焼戻しをする必要
があるが、焼入れ後の焼戻しは材料特性により、焼戻し
が１回のもの、２回のもの、さらに３，４，５回以上を
要するもの等の組合せが多岐にわたる。このため焼入れ
炉と焼戻し炉の需給能力とのバランスは極めてアンバラ
ンスとなり、通常、焼戻し炉が不足することとなる。焼
入れ炉か焼戻し炉かが遊休状態を起し高価な設備の稼働
率を大きく下げてしまう。

【００１０】それを補うために、焼戻し回数を減らそう
として、材質差、形状差、寸法差等を無視して統合させ
て平均的パターンを選択して、不本意な混載を施し、即
ち、近似材質を集め、複雑、単純形状、形状の大きい物
等を同じロフトにしてワークを統合し、的確さを欠く熱
処理を施し、必要所用時間を無理やり短縮させて稼働率
をあげようとするため、不良品を生む原因となってい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、各種
熱処理及び表面改質炉の兼用性及び併用性を高め、処理
内容に応じて、最小の炉数とし、各炉の組合わせ配置を
最良ならしめ、処理材の移動を最小にし、炉の開閉回数
を低減すると共に、各炉の雰囲気を最良に保持して高品
質の処理品を得ると共に、高効率で自在性があり、省力
・省エネの熱処理・表面改質処理が可能となる熱処理炉
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理炉装置
は、上記課題を解決するために、金属の焼き入れ、焼戻
し、焼きなまし、焼きならし、溶体化、マルクエンチ・
マルテンパ・オーステンパ・サブゼロの各熱処理及び窒
化・ＣＶＤ・ＰＶＤの各表面改質処理のうちの少なくと
も２つ以上の処理を実施する複数の兼用炉を直列または
円周上に配置すると共に、加工金属材料が搬入搬出され
る第１の経路を前記各炉間を連絡する第２の経路を介し
て前記各炉に連絡し、前記第２の経路を介して前記第１
の経路から前記各炉への前記加工金属材料の搬入出を行
う自動搬入出機を設けたことを特徴とする。

【００１３】また、前記各炉のうち、少なくとも１つが
真空と常圧または真空と高圧雰囲気を兼用可能な真空式
炉とする。

【００１４】

【作用】熱処理される加工金属材料は、第１の経路によ
り移送されて、金属の焼き入れ、焼戻し、焼きなまし、
焼きならし、溶体化、マルクエンチ・マルテンパ・オー
ステンパ・サブゼロの各熱処理及び窒化・ＣＶＤ・ＰＶ
Ｄの各表面改質処理のうちの少なくとも２つ以上の処理
を実施する直列または円周上に配置された複数の兼用炉
間を連絡する第２の経路上を移動する自動搬入出機によ
り、第２の経路を介して第１の経路から目的処理される
各炉のいずれかに搬入される。

【００１５】順次第１の経路により移送されてくる各加
工金属材料に対する各熱処理のうち、最も多く処理しな
ければならない処理を複数の兼用炉に行わせ、各兼用炉
の遊休状態を解消する。

【００１６】所定の処理された加工金属材料は、再び自
動搬入出機によって取り出された後、第２の経路を介し
て第１の経路の搬出側に載置されて次工程にむけて移送
される。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の実施例に使用する対流型真
空高圧炉である。

【００１８】炉は、円筒状の耐圧ケーシング１を備え、
その下端側が脚１９，１９により支持されて水平方向に
配置される。耐圧ケーシング１は、その一端面が炉に金
属加工部品を供給及び排出することのできるドア２とし
て構成されている。

【００１９】耐圧ケーシング１内には円筒形の断熱層４
が配備され、該断熱層４の内側には装入物室３が配設さ
れており、装入物室３は外方へは円筒形の断熱層４によ
り仕切られている。

【００２０】断熱層４のドア２側の端面には、壁５が断
熱層４に対して開閉可動自在に設けられ、断熱層４の壁
５に相対する端面には、壁８が設けられている。断熱層
４は、装入物室３中の外方への輻射を遮蔽するので、僅
かなエネルギー損失が生じるにすぎない。なお、壁５
は、ドア２の外側より貫通されたシリンダロッド２０に
固定されており、油圧により開閉可動される。

【００２１】断熱層４の内側の装入物室３中には、装入
物室３に向かって穿孔７を備えた電気ヒータよりなる加
熱管６が配置されている。加熱管６は、その一端寄りを
壁８の外側より壁８と一体に延出された支持部１８内に
挿嵌されると共に、冷却または加熱ガスを分配するガス
分配装置９の壁１５に固定され、加熱管６の一端がガス
分配装置９内の室１６に導入されている。

【００２２】ガス分配装置９は、その内部の室１６に駆
動モータ等により駆動される通風機１０を有すると共に
耐圧ケーシング１内でドア２に相対する側に収納されて
いる。

【００２３】断熱層４の壁８には、同軸の２つのシリン
ダが設けられている。外側シリンダ１１は、装入物室３
の壁８のガス分配装置９側に堅固に固定されており、外
側シリンダ１１の内側に僅かな隙間を以て内側シリンダ
１２が配設されている。内側シリンダ１２は、植込ボル
ト１３によって装入物室３の壁８の内側に固定された衝
突プレート１４と、ガス分配装置９を取囲む壁１５との
間を、図３に示されるようなリンク機構によって移動さ
れる。耐圧ケーシング１と断熱層４との間の室１７に
は、水冷式の熱交換器管１４が収納されている。

【００２４】図３において、シリンダ１１，１２の軸線
に対して横方向の軸２１が耐圧ケーシング１内に案内さ
れ、軸２１には切替えフォーク２２の一端側が固定され
ている。内側シリンダ１２には、ロッド２３が該シリン
ダ１２の径方向に貫通されると共に、その一端は、該シ
リンダ１２の内周面に固定され、その他端は、該シリン
ダ１２の外周面に突出して固定されている。また、外側
シリンダ１１の外周には、軸方向にスリット２４が設け
られ、スリット２４内にロッド２３の他端が案内され、
切替えフォーク２２の他端側に係合されている。

【００２５】軸２１が、僅かな角度で回転すると、切替
えフォーク２２が回転し、切替えフォーク２２の他端側
に係合するロッド２３がスリット２４に沿って移動し、
内側シリンダ１２は外側シリンダ１１に対して、衝突プ
レート１４とガス分配装置９を取囲む壁１５との間で移
動する。

【００２６】図１においては、内側シリンダ１２の一端
面がガス分配装置９の壁１５に当接しており、それによ
って、断熱層４よりも外側の室１７がガス分配装置９内
の室１６に対して遮断されると共に、衝突プレート１４
と装入物室３の壁８との間のガス供給横断面が開放さ
れ、装入物室３は、内側シリンダ１２内を介してガス分
配装置９内の室１６と連通されている。

【００２７】金属加工部品を装入物室３に装入した後、
装入物室３に不活性ガスを流して加熱する。不活性ガス
は通風機１０によって加熱管６中へ圧送され、加熱管６
全長にわたって均等に分配された穿孔７より装入物室３
中に入り、内側シリンダ１２内を通って再び通風機１０
へ還流される。不活性ガスは、加熱管６を通って供給さ
れるので、熱輻射範囲内での熱ガスによる装入物の迅速
かつ均一な加熱が保証される。装入物は内部でも均一に
加熱される。保護ガス下のこの加熱工程は、約８５０℃
まで利用される。

【００２８】金属加工部品を急冷する場合には、図２に
示すように内側シリンダ１２を移動して、内側シリンダ
１２の他端面を衝突プレート１４に当接させる。このこ
とにより、断熱層４よりも外側の室１７がガス分配装置
９内の室１６に対して連通されると共に、装入物室３と
内側シリンダ１２内を介するガス分配装置９内の室１６
とのガスの流路は遮断される。またこれに伴い、壁５を
可動して開放する。このことにより、装入物室３が断熱
層４よりも外側の室１７と連通する。

【００２９】高圧で炉に冷たい不活性ガスを圧送する
と、冷却ガスは通風機１０により、冷却された加熱管６
を経て高速で装入物室３中へ圧送され、ここから冷却ガ
スは断熱層４と壁５との間を通って断熱層４よりも外側
の室１７から再びガス分配装置９中に流入し、循環され
る。

【００３０】図４は、本発明の熱処理炉装置の一実施例
を示しており、図１に示される対流型真空高圧炉に表１
に示されるような各熱処理機能を兼用させた各兼用炉Ｋ
Ａ，ＵＤ，ＳＱ，ＳＤ，ＡＤ，ＫＵが順に直列に配置さ
れると共に、兼用炉ＳＱと兼用炉ＳＤとの間に、加工金
属材料が搬入搬出されるコンベア２５ａ，２５ｂよりな
る第１の経路が設けられ、各兼用炉ＫＡ，ＵＤ，ＳＱ，
ＳＤ，ＡＤ，ＫＵにおける金属加工部品を搬入・搬出す
るために開閉されるドア側に、各兼用炉ＫＡ乃至ＫＵに
沿ってレール２６よりなる第２の経路が敷設され、該レ
ール２６上を往復移動し、コンベア２５を各兼用炉ＫＡ
乃至ＫＵ間を連絡するレール２６を介して各兼用炉ＫＡ
乃至ＫＵに連絡し、各兼用炉ＫＡ乃至ＫＵ間及び各兼用
炉ＫＡ乃至ＫＵとコンベア２５間の金属加工部品を搬入
・搬出する自動搬入出機２７が設けられている。

【００３１】

【表１】なお、表１において、恒温処理は、マルクエンチ、マル
テンパ、オーステンパ、サブゼロの各処理よりなる。表
面硬化処理は、窒化処理及びプラズマ浸炭よりなるＣＶ
Ｄ・ＰＶＤ処理である。

【００３２】ここで、マルクエンチは、オーステナイト
化された鋼を、マルテンサイト発生開始温度Ｍ_S点直上
の熱浴に焼入れして、材料の中心部分と外表温度が同一
温度になるまで恒温保持し、この状態では、オーステナ
イトは変態を開始せず、この後、空冷によりオーステナ
イトを変態させる処理である。

【００３３】マルテンパは、オーステナイト化された鋼
を、マルテンサイト発生開始温度Ｍ_S点とマルテンサイ
ト終結温度Ｍ_fとの間の熱浴に焼入れして、材料の中心
部分と外表温度が同一温度になるまで恒温保持し、この
状態で、オーステナイトを残留させ、この後、空冷によ
りオーステナイトを変態させる処理である。

【００３４】オーステンパは、オーステナイトの状態に
加熱した鋼をオーステナイトが安定である温度区間以下
の任意の一定温度に保たれた熱浴に急に浸すことによ
り、いったんその浴温の過冷オーステナイトとなし、し
かる後この温度で恒温的に変態させる処理である。

【００３５】図６は、恒温処理を実施する温度制御部の
概略を示す要部ブロック図であり、処理物の表面温度を
検出する熱電対Ｂと処理物の内部温度を検出する熱電対
Ｃとを装入物室３に設けておき、これらの熱電対Ｂ，Ｃ
による温度検出信号を入力して比較するコントローラ３
６を設け、該コントローラ３６には、加熱ガス供給シス
テム３７、冷却ガス供給システム３８及びガス分配装置
９の通風機１０が連絡されている。また、該コントロー
ラ３６には、マルテンサイト発生開始温度Ｍ_S点の温
度、通風機１０の運転切替温度ｔ１，ｔ２，ｔ３が予め
設定記憶されている。

【００３６】図７に示すように、焼入保持時間完了とな
ると、コントローラ３６は、加熱を停止し、冷却ガスを
圧送すると共に通風機１０を作動し、炉内を冷却する。
処理物の表面温度を検出する熱電対Ｂよりの温度検出信
号及び処理物の内部温度を検出する熱電対Ｃよりの温度
検出信号がコントローラ３６に入力され、コントローラ
３６は、これらの温度検出信号と通風機１０の運転切替
温度ｔ１，ｔ２，ｔ３とを比較判定する。

【００３７】コントローラ３６は、処理品の表面温度を
測定する熱電対Ｂよりの温度検出信号が通風機１０の運
転切替温度ｔ１に達すると、冷却ガス圧を約１ｂに減少
し、通風機１０の送風を弱に切替える。この後、コント
ローラ３６は、熱電対Ｂよりの温度検出信号がマルテン
サイト発生開始温度Ｍ_S点の温度よりもやや高いところ
の温度通風機１０の運転切替温度ｔ２に達すると、通風
機１０を作動し、再び炉内を冷却する。

【００３８】処理品の表面温度がマルテンサイト発生開
始温度Ｍ_S点の温度よりもやや低い温度ｔ３に達する
と、コントローラ３６は、通風機１０の作動を停止す
る。この時点では、処理品の内部温度は、処理品の外部
温度よりも高いため、熱電対Ｂによって測定される処理
品の表面温度は、上昇し始め、再び通風機１０の運転切
替温度ｔ２に達する。この時、コントローラ３６は、通
風機１０を作動し、再び炉内を冷却する。

【００３９】この冷却工程は、熱電対Ｃよりの温度検出
信号により測定される処理品の内部温度が、熱電対Ｂよ
りの温度検出信号により測定される処理品の表面温度と
等しくなるまで繰り返される。

【００４０】コントローラ３６は、処理品の内部温度が
処理品の表面温度と等しくなり、Ｍ_S点の温度より下が
ると、急冷を再び開始する。

【００４１】表１において、サブゼロは、０℃より下の
温度で、焼入れした鋼に５〜２０％残存する残留オース
テナイトをマルテンサイトに変化させる処理であり、実
施例においては、焼入れ直後、ただちに−８０℃程度ま
で冷却する処理とする。

【００４２】ＣＶＤは、即ち、化学的蒸着法であり、Ｔ
ｉＣ，ＣｒＣ等の炭化物、ＴｉＮ等の窒化物、ＴｉＣＮ
等の炭窒化物及びセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）などの単
層あるいは複層多重のコーティングをする操作であっ
て、処理温度９００〜１０５０℃で加熱密閉したレトル
ト内に処理品をセットし、ＴｉＣｌ₄，Ｈ₂，ＣＨ₄お
よびＮ₂などの高純度ガスを供給して母材表面に約１０
μｍの超硬質化合物を化学的に被服させる処理である。

【００４３】ＰＶＤは、即ち、物理的蒸着法であり、真
空容器中で処理品を２００〜４８５℃に加熱し、高圧電
弧によって陰極からＴｉイオンを蒸発させる処理であ
る。Ｔｉイオンは窒素ガスと結合し、高エネルギーのプ
ラズマを作って処理品の表面に突進し、ＴｉＮやＴｉＣ
の層厚２〜４μｍの硬いコーティングを作る。

【００４４】本実施例では、ＣＶＤ処理とＰＶＤ処理と
を兼ねる処理として、プラズマ浸炭を行う。プラズマ浸
炭は、プロパン，メタンまたはＬＮＧ等の浸炭ガスを１
３３．３〜１３３３Ｐａの圧力に保ち、陰極である処理
品と陽極である電極との間に直流電圧を印加した時に生
ずる異常グロー放電によって、浸炭ガスを分解解離し、
発生した炭素イオンを電位差により処理品に打ち込んで
浸炭を行う処理である。

【００４５】図８は、プラズマ浸炭を行うＳＤ炉の概略
を示しており、ＳＤ炉は、図１に示される対流型真空高
圧炉の耐圧ケーシング１に対して耐圧ケーシング１内の
残留ガスを回収する真空システム３１が接続されると共
に、加熱管６にＮ₂，Ｃ₃Ｈ₆，Ａｒ，Ｈ₂，Ｈｅの各
ガスが加熱管６に個別にまたは同時にこれら各ガスを供
給するガス供給システム３２により接続され、装入物室
３内には陰極３３が設けられると共に、該陰極３３に対
設して陽極３４が設けられ、該陽極３４には直流電源３
５が接続されている。装入物室３内に金属加工部品を搬
入した後、プラズマ浸炭を行う場合には、耐圧ケーシン
グ１内を真空システム３１により真空後、陽極３４と陰
極３３との間に直流電圧を印加し、発生した異常グロー
放電によって金属加工部品はプラズマの中で浸炭され
る。

【００４６】図４において、熱処理される金属加工部品
はカゴ２８ｂ内に搬入され、各カゴが搬入側のコンベア
上に載置されて順次移送され、コンベア２５ａの末端に
て自動搬入出機２７によって目的処理される各兼用炉Ｋ
Ａ乃至ＫＵのいずれか熱処理室に搬入される。また、所
定の処理された金属加工部品のカゴ２８ｂは、再び自動
搬入出機２７によって取り出された後、搬出側のコンベ
ア２５ｂに載置されて次工程にむけて移送される。

【００４７】図５は、本発明の熱処理炉装置の他の実施
例を示しており、径方向にレールが敷設されたターンテ
ーブル２９には、レール上に自動搬入出機２７が往復移
動自在に設けられており、かつ該自動搬入出装置は、図
示されていないレール２６上の脚部に対して一側に掴持
アーム３０を備えた胴部が回動自在に連結されている。

【００４８】また、ターンテーブル２９の周方向に沿っ
て、加工金属材料が搬入搬出されるコンベア２５ａ，２
５ｂが設けられ、コンベア２５ａ，２５ｂの左側より右
側までに時計回りに各兼用炉がＵＤ１，ＫＡ，ＵＤ２，
ＳＱ，ＳＤ，ＡＤ，ＫＵの順にターンテーブルを中心と
する同一円周上に略等間隔で配設されると共に、各兼用
炉ＵＤ乃至ＫＵは、その金属加工部品を搬入・搬出する
ために開閉されるドア側がターンテーブル２９に向けら
れている。

【００４９】次に、本発明の熱処理炉装置による各処理
について説明する。対流加熱及び冷却に用いる加熱ガス
及び冷却ガスは、窒素ガスを用いるが、Ｈｅ，Ｈ₂，Ｎ
₂，Ａｒ等の不活性ガス単体またはこれらのうちより選
ばれた混合ガスを用いてもよい。

【００５０】図９は、高速度工具鋼（ＳＫＤ６１）にお
ける焼き入れ焼戻し処理の工程を示す図である。

【００５１】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で５５０℃まで加熱する。

【００５２】(２) ５５０℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【００５３】(３) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
圧力７００ＫＰａ，昇温速度２０／分で８００℃まで加
熱する。

【００５４】(４) ８００℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【００５５】(５) その後、７０Ｐａで真空パージを行
い、熱輻射により昇温速度２０／分で１０２０℃まで真
空加熱する。

【００５６】(６) １０２０℃，圧力７０Ｐａで０．５
時間保持する。

【００５７】(７) 加圧冷却ガスを還流させて９．５ｂ
で急冷する。

【００５８】(８) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で５６０℃〜６０
０℃まで加熱する。

【００５９】(９) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度５６
０℃〜６００℃で３〜６時間保持し、焼き戻す。

【００６０】(１０) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００６１】(１１) その後、加熱ガスを炉内に供給
し、１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で５６０℃〜
６００℃まで加熱する。

【００６２】(１２) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度５
６０℃〜６００℃で３〜６時間保持し、焼き戻す。

【００６３】(１３) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００６４】(１４) その後、加熱ガスを炉内に供給
し、１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で５６０℃〜
６００℃まで加熱する。

【００６５】(１５) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度５
６０℃〜６００℃で３〜６時間保持し、焼き戻す。

【００６６】(１６) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００６７】図１０は、高速度工具鋼（ＳＫＤ６１）に
おけるマルテンパ処理の工程を示す図である。

【００６８】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で５５０℃まで加熱する。

【００６９】(２) ５５０℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【００７０】(３) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
圧力７００ＫＰａ，昇温速度２０／分で８００℃まで加
熱する。

【００７１】(４) ８００℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【００７２】(５) その後、７０Ｐａで真空パージを行
い、熱輻射により昇温速度２０／分で１０２０℃まで真
空加熱する。

【００７３】(６) １０２０℃，圧力７０Ｐａで０．５
時間保持する。

【００７４】(７) ９．５ｂで加圧冷却ガスを還流させ
て製品の表面温度が５００℃となるまで冷却した後、１
ｂで冷却ガスを還流させてと製品の表面温度と中心温度
とが５００℃となるまで冷却する。

【００７５】(８) その後、９．５ｂで加圧冷却ガスを
還流させて急冷する。

【００７６】(９) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で５６０℃〜６０
０℃まで加熱する。

【００７７】(１０) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度５
６０℃〜６００℃で３〜６時間保持し、焼き戻す。

【００７８】(１１) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００７９】(１２) その後、加熱ガスを炉内に供給
し、１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で５６０℃〜
６００℃まで加熱する。

【００８０】(１３) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度５
６０℃〜６００℃で３〜６時間保持し、焼き戻す。

【００８１】(１４) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００８２】図１１は、高速度工具鋼（ＳＫＤ６１）に
おける焼入、焼戻し、窒化処理の工程を示す図である。

【００８３】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で５５０℃まで加熱する。

【００８４】(２) ５５０℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【００８５】(３) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
圧力７００ＫＰａ，昇温速度２０／分で８００℃まで加
熱する。

【００８６】(４) ８００℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【００８７】(５) その後、７０Ｐａで真空パージを行
い、熱輻射により昇温速度２０／分で１０２０℃まで真
空加熱する。

【００８８】(６) １０２０℃，圧力７０Ｐａで０．５
時間保持する。

【００８９】(７) 加圧冷却ガスを還流させて９．５ｂ
で急冷する。

【００９０】(８) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で６００℃まで加
熱する。

【００９１】(９) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度６０
０℃で６時間保持し、焼き戻す。

【００９２】(１０) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００９３】(１１) その後、ＮＨ₃，Ｎ₂，ＣＯ₂，
Ｏ₂の混合ガスをを炉内に供給し、１〜７ｂの範囲内で
昇温速度２０／分で５７０℃まで加熱する。

【００９４】(１２) ＮＨ₃，Ｎ₂，ＣＯ₂，Ｏ₂の混
合ガス中で、温度５７０℃で３時間保持し、窒化する。

【００９５】(１３) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【００９６】図１２は、高速度工具鋼（ＳＫＤ６１）に
おけるプラズマ浸炭、焼戻し処理の工程を示す図であ
る。

【００９７】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で８００℃まで加熱する。この工程において、
電圧を印加して、プラズマを発生させる。

【００９８】(２) プラズマ発生下、温度８００℃，圧
力７００ＫＰａで０．５時間保持する。

【００９９】(３) その後、プラズマ発生下、７０Ｐａ
で真空パージを行い、熱輻射により昇温速度２０／分で
１０００℃まで真空加熱する。

【０１００】(４) プラズマ発生下、１０００℃，圧力
７００Ｐａで１５時間保持する。

【０１０１】(５) 圧力２０ｂで加圧冷却ガスを還流さ
せて急冷する。

【０１０２】(６) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で６００℃まで加
熱する。

【０１０３】(７) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度６０
０℃で３時間保持し、焼き戻す。

【０１０４】(８) 圧力１０ｂで加圧冷却ガスを還流さ
せて冷却する。

【０１０５】図１３は、高速度工具鋼（ＳＫＤ６１）に
おける焼きなまし、焼入、焼戻し処理の工程を示す図で
ある。

【０１０６】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で８５０℃まで加熱する。

【０１０７】(２) ８５０℃，圧力７００ＫＰａで２時
間保持する。

【０１０８】(３) その後、炉冷し、焼きなます。

【０１０９】(４) その後、図９に示す焼入、焼戻し処
理を続けて行う。

【０１１０】図１４は、炭素鋼（Ｓ４０Ｃ）における窒
化、焼入、焼戻し処理の工程を示す図である。

【０１１１】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
ＮＨ₃，Ｎ₂，ＣＯ₂，Ｏ₂の混合ガスをを炉内に供給
し、１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で８５０℃ま
で加熱する。

【０１１２】(２) ＮＨ₃，Ｎ₂，ＣＯ₂，Ｏ₂の混合
ガス中で、温度８５０℃で２時間保持し、窒化する。

【０１１３】(３) その後、圧力６ｂで加圧冷却ガスを
還流させて冷却する。

【０１１４】(４) その後、図９に示す焼入、焼戻し処
理を続けて行う。

【０１１５】図１５は、１８％Ｎｉマルエージング鋼
（ＹＡＧ３００）における溶体化処理、析出硬化処理の
工程を示す図である。

【０１１６】(１) １０_-3Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で８００℃まで加熱する。

【０１１７】(２) ８００℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【０１１８】(３) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
圧力７００ＫＰａ，昇温速度２０／分で８５０℃まで加
熱する。

【０１１９】(４) ８５０℃，圧力７００Ｐａで０．５
時間保持する。

【０１２０】(８) その後、２０ｂで加圧冷却ガスを還
流させて急冷する。

【０１２１】(９) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
１〜７ｂの範囲内で昇温速度２０／分で５００℃まで加
熱する。

【０１２２】(１０) 圧力１〜７ｂの範囲内で、温度５
００℃で３〜６時間保持し、焼き戻す。

【０１２３】(１１) 圧力６ｂで加圧冷却ガスを還流さ
せて冷却する。

【０１２４】図１６は、鋼（ＳＫＤ１１）における焼
入、サブゼロ、焼戻し処理の工程を示す図である。

【０１２５】(１) １０^-2Ｐで真空パージを行った後、
加熱ガスを炉内に供給し、圧力７００ＫＰａ，昇温速度
２０／分で５５０℃まで加熱する。

【０１２６】(２) ５５０℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【０１２７】(３) その後、加熱ガスを炉内に供給し、
圧力７００ＫＰａ，昇温速度２０／分で８００℃まで加
熱する。

【０１２８】(４) ８００℃，圧力７００ＫＰａで０．
５時間保持する。

【０１２９】(５) その後、７０Ｐａで真空パージを行
い、熱輻射により昇温速度２０／分で１０２０℃まで真
空加熱する。

【０１３０】(６) １０２０℃，圧力７０Ｐａで０．５
時間保持する。

【０１３１】(７) ６．０ｂで加圧冷却ガスを還流させ
て３０℃となるまで冷却する。

【０１３２】(８) 圧力６．０ｂで加熱ガスを炉内に供
給し、１００℃まで加熱する。

【０１３３】(９) １００℃，圧力６．０ｂで０．３時
間保持する。

【０１３４】(１０) その後、６．０ｂで加圧冷却ガス
を還流させて２０℃まで冷却する。 (１１) ２０℃，圧力６．０ｂで０．２時間保持する。

【０１３５】(１２) その後、１．０ｂで液体窒素ガス
を還流させ、−７０℃まで冷却する。

【０１３６】(１３) −７０℃、１．０ｂで２時間持す
る。

【０１３７】(１４) その後、加熱ガスを炉内に供給
し、１ｂで昇温速度１０／分で２０℃まで加熱する。

【０１３８】(１５) ２０℃，圧力１．０ｂで０．２時
間保持する。

【０１３９】(１６) その後、加熱ガスを炉内に供給
し、圧力１．０ｂ，昇温速度１０／分で２００℃まで加
熱する。

【０１４０】(１７) 圧力１．０ｂで、温度２００℃で
３〜６時間保持し、焼き戻す。

【０１４１】(１８) 加圧冷却ガスを還流させて冷却す
る。

【０１４２】図９乃至図１６に示された各熱処理及び各
表面改質処理は、各工程の最初の段階では焼入処理をま
た各工程の最終段階においては焼戻し処理を必要とする
ものであり、図１７に示した従来の直列式の専用炉で
は、全サイクルを完了するためには、各炉ごとに扉開
閉、被処理材の搬出入を要するので、処理品の移動を伴
い、この移動による処理品倒れ、接触、焼付等のトラブ
ルを起こし、さらに、炉外に処理品を排出するため、処
理品の表面酸化、吸湿を起し、炉内の開閉を頻繁に行う
ために炉内に大気、酸化、吸湿、汚染を惹き起す等の課
題をかかえて、不良品を生む原因となっていた。

【０１４３】さらにまた、熱処理は、各種の組合せ処理
が多く、焼入れを施したものは、必ず焼戻しをする必要
があるが、焼入れ後の焼戻しは材料特性により、図９乃
至図１６に示すように、焼戻しが１回のもの、２回のも
の、さらに３，４，５回以上を要するもの等の組合せが
多岐にわたり、焼入れ炉と焼戻し炉の需給能力とのバラ
ンスは極めてアンバランスとなり、通常、焼戻し炉が不
足することとなり、設備の稼働率を大きく下げてしまっ
ていた。

【０１４４】本発明の熱処理炉装置は、例えば、焼入処
理がピークであれば、図４におけるＳＱ炉及びＳＤ炉を
焼入処理専用炉として使用する。また、焼戻し処理がピ
ークとなる時には、ＫＡ炉、ＵＤ炉、ＳＱ炉、ＳＤ炉、
ＡＤ炉及びＫＵ炉の全炉に焼戻し処理を行わせる。さら
に、表面改質処理がピークとなる時には、ＫＡ炉、ＵＤ
炉、ＳＤ炉及びＡＤ炉に表面改質処理を行わせる。

【０１４５】このように、本発明の熱処理炉装置は、表
１に示すように、各炉において実行可能な処理の兼用性
を高め、図４または図５に示すように、これら各兼用炉
を直列または円周上に配置して併用性を高めたことによ
り、例えば、コンベア２５ａより移送されてきた処理品
が、マルテンパ処理を行うものであれば、該処理品をＳ
Ｑ炉に搬入し、次に移送されてきた処理品がプラズマ浸
炭を行うものであれば、ＳＤ炉に搬入する。

【０１４６】ＳＱ炉においては、図１０に示されるサイ
クルの熱処理が連続して行われ、またＳＤ炉において
は、図１２に示されるサイクルの表面改質処理を含む熱
処理が連続して行われるため、各炉ごとに扉開閉、被処
理品の搬出入を要することなく、処理品の移動を行わな
いので、移動による処理品倒れ、接触、焼付等のトラブ
ルが解消され、さらに、炉外に処理品を排出することに
よる、処理品の表面酸化、吸湿がなく、炉内に大気、酸
化、吸湿、汚染を惹き起すことがない。

【０１４７】また、焼戻し処理を行う処理品が連続して
移送されてくる場合であっても、順次ＫＡ炉、ＵＤ炉、
ＡＤ炉、ＫＵ炉へと搬入し、ＫＡ炉、ＵＤ炉、ＡＤ炉、
ＫＵ炉において焼戻し処理を行わせることにより、設備
の稼働率を下げることはない。

【０１４８】次に、実施例における効果を述べると、従
来炉では、焼入れ炉２基、焼戻し炉６基、表面硬化炉２
基計１０台を設置し、７０ｔ／月の処理能力であったの
に対し、本発明の熱処理炉装置では、この６基で１００
ｔ／月の処理が可能となった。

【０１４９】従来炉では、高速度工具鋼の焼入れ、焼戻
し３回で計３３時間を要していたが、兼用炉の組合せに
よって１７時間に短縮できた。この場合、焼入れのみの
時間で対比すれば１０時間が５時間に短縮された。

【０１５０】また、高速度工具鋼熱処理の場合、従来３
００ｋｇが７００ｋｇへチャージ量が大巾に増加でき
た。

【０１５１】配置される炉数が１０基から６基に削減さ
れたため、６６％の設置面積で稼働が可能となり故障頻
度も半減した。

【０１５２】従来炉に対し７３％の消費量で十分であ
り、エネルギー・電気消費量の節減された。

【０１５３】従来炉では、昼夜連続操業であったが、本
発明の熱処理炉装置では夜勤を廃止できた。また、所要
人員も７名を４名で処理でき大巾な省人と時間外労働時
間を３０時間／人カットすることができた。

【０１５４】従来炉では、焼入れ、焼戻し３回、表面硬
化の計５回の別炉で、その都度入れ替え、大気接触の必
要があったが、本発明の熱処理炉装置では、必要製品に
よって一炉連続操業のまま全処理が達成された。特に、
小物、細物等の移動に伴う製品の倒れ、接触の虞れがあ
るものについては、それらを絶無とすることができた。

【０１５５】兼用炉の増加により、移動距離、扉開閉が
少なくなった。これにより時間短縮、省エネまた、移動
に伴うトラブルの減少があった。

【０１５６】また、扉開閉の半減により大気吸湿量が半
減したため、炉内機器、内壁等への温度、熱密度が向上
し、真空制御の時間が半減し、汚染度の真空ポンプ等の
機器の保全等が改善された。

【０１５７】

【発明の効果】本発明の熱処理炉装置は、金属の焼き入
れ、焼戻し、焼きなまし、焼きならし、溶体化、マルク
エンチ・マルテンパ・オーステンパ・サブゼロの各熱処
理及び窒化・ＣＶＤ・ＰＶＤの各表面改質処理のうちの
少なくとも２つ以上の処理を実施する複数の兼用炉を直
列または円周上に配置すると共に、加工金属材料が搬入
搬出される第１の経路を各炉間を連絡する第２の経路を
介して各炉に連絡し、第２の経路を介して第１の経路か
ら各炉への加工金属材料の搬入出を行う自動搬入出機を
設けたことにより、第１の経路により移送される加工金
属材料を直列または円周上に配置された複数の兼用炉間
を連絡する第２の経路上を移動する自動搬入出機によ
り、第２の経路を介して第１の経路から目的処理される
各炉のいずれかに搬入して、各加工金属材料に対する各
熱処理のうち、最も多く処理しなければならない処理を
複数の兼用炉に行わせるので、加工金属材料の移動を最
小とし、炉の開閉回数を低減することができると共に、
各炉の雰囲気を最良に保持して高品質の処理品を得るこ
とができ、目標処理量に対する必要な熱処理、表面改質
炉の台数が減少でき、初度整備量やランニングコストが
節減でき、装置設置面積が縮小され、炉の稼働率が大き
く向上し、処理サイクルが短縮でき、納期短縮に寄与す
ると共に、ランニングコストの低減を計ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における対流型真空高圧炉の対流加熱作
業時の断面図

【図２】図１の対流型真空高圧炉の冷却作業時の断面図

【図３】図１の一部拡大図

【図４】本発明の実施例に係る熱処理炉装置の平面図

【図５】本発明の別の実施例に係る熱処理炉装置の平面
図

【図６】恒温処理を実施する温度制御部の概略を示す要
部ブロック図

【図７】温度制御部によるマルテンパ処理の処理工程を
示す図

【図８】実施例におけるＳＤ炉を概略で示す図

【図９】本発明の実施例における高速度工具鋼（ＳＫＤ
６１）における焼き入れ焼戻し処理の工程を示す図

【図１０】本発明の実施例における高速度工具鋼（ＳＫ
Ｄ６１）におけるマルテンパ処理の工程を示す図

【図１１】本発明の実施例における高速度工具鋼（ＳＫ
Ｄ６１）における焼入、焼戻し、窒化処理の工程を示す
図

【図１２】本発明の実施例における高速度工具鋼（ＳＫ
Ｄ６１）におけるプラズマ浸炭、焼戻し処理の工程を示
す図

【図１３】本発明の実施例における高速度工具鋼（ＳＫ
Ｄ６１）における焼きなまし、焼入、焼戻し処理の工程
を示す図

【図１４】本発明の実施例における炭素鋼（Ｓ４０Ｃ）
における窒化、焼入、焼戻し処理の工程を示す図

【図１５】本発明の実施例における１８％Ｎｉマルエー
ジング鋼（ＹＡＧ３００）における溶体化処理、析出硬
化処理の工程を示す図

【図１６】本発明の実施例における鋼（ＳＫＤ１１）に
おける焼入、サブゼロ、焼戻し処理の工程を示す図

【図１７】従来の熱処理炉装置の平面図

【符号の説明】

１耐圧ケーシング２ドア３装入物室４断熱層５壁６加熱管７穿孔８壁９ガス分配装置１０通風機１１外側シリンダ１２内側シリンダ１３植込ボルト１４衝突プレート１５壁１６室１７室１８支持部１９脚２０シリンダロッド２１軸２２切替えフォーク２３ロッド２４スリット２５コンベア（第１の経路）２６レール（第２の経路）２７自動搬入出装置２８カゴ２９ターンテーブル３０掴持アーム３１真空システム３２ガス供給システム３３陰極３４陽極３５直流電源３６コントローラ３７加熱ガス供給システム３８冷却ガス供給システムＵＤ兼用炉ＵＤ１兼用炉ＵＤ２兼用炉ＫＡ兼用炉ＳＱ兼用炉ＳＤ兼用炉ＡＤ兼用炉ＫＵ兼用炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属の焼き入れ、焼戻し、焼きなまし、
焼きならし、溶体化、マルクエンチ・マルテンパ・オー
ステンパ・サブゼロの各熱処理及び窒化・ＣＶＤ・ＰＶ
Ｄの各表面改質処理のうちの少なくとも２つ以上の処理
を実施する複数の兼用炉を直列または円周上に配置する
と共に、加工金属材料が搬入搬出される第１の経路を前
記各炉間を連絡する第２の経路を介して前記各炉に連絡
し、前記第２の経路を介して前記第１の経路から前記各
炉への前記加工金属材料の搬入出を行う自動搬入出機を
設けたことを特徴とする熱処理炉装置。
【請求項２】前記各炉のうち、少なくとも１つが真空
と常圧または真空と高圧雰囲気を兼用可能な真空式炉で
あることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉装置。