JPWO2005090616A1 - ２室型熱処理炉 - Google Patents

Abstract

加熱された被処理品を冷却する冷却室を内蔵する密閉可能な冷却炉と、冷却室に隣接し被処理品を加熱する加熱室を内蔵する密閉可能な加熱炉と、加熱室と冷却室との間で被処理品を搬送する搬送装置とを備える。搬送装置は、加熱室及び冷却室内に設置され被処理品の幅方向両端部のみを搬送方向に移動可能に支持する複数のフリーローラと、被処理品に係合しながら移動して被処理品を押し引きするプッシュプル部材と、加熱室の冷却室と反対側に隣接して設けられプッシュプル部材を移動させる駆動装置とを有する。

Description

発明の背景
発明の技術分野
本発明は、真空熱処理炉に係り、さらに詳しくは、２室型熱処理炉に関する。
関連技術の説明
真空熱処理炉は、内部を減圧した後、不活性ガス等を再充填して被処理品を熱処理する熱処理炉である。真空熱処理炉は、加熱後に炉内及び処理品についた水分等がガス化した後に再度減圧し、不活性ガス等を再充填することで、水分を完全に除去できるため、水分による色付きのない熱処理（「光輝熱処理」と呼ぶ）ができる利点がある。
また、ガス冷却式真空熱処理炉は、光輝熱処理ができ、かつ脱炭浸炭がない、変形が少ない、作業環境が良いなど、種々の利点を有する。しかし、初期のガス冷却式真空熱処理炉は、減圧冷却式であるため、冷却速度が不十分な欠点があった。そこで、冷却速度を高めるために、高速循環ガス冷却方式が実用化されている。
図１は、非特許文献１に開示された高速循環ガス冷却炉の構成図である。この図において、５０は断熱材、５１はヒータ、５２は有効作業域、５３は炉体及び水冷ジャケット、５４は熱交換器、５５はターボファン、５６はファン用モータ、５７は冷却扉、５８は炉床、５９はガスディストリビュータである。
また、特許文献１の「真空炉におけるガス循環冷却促進法」は、図２に示すように、気密性の真空容器６１内に断熱壁６７によって囲った加熱室６６を設け、加熱室内に配置されたヒータ６２により被熱物６４を真空中で加熱すると共に、真空容器６１内にクーラ６２およびファン６３が設けられ真空容器内に供給された無酸化性ガスをクーラ６２により冷却し、無酸化性ガスをファン６３の回転により加熱室６６の相対する断熱壁６７面に設けられた開口６８，６９より加熱室６６内に循環させて被熱物６４を強制ガス循環冷却する真空炉において、少なくとも一端が末広がり状に形成れた耐熱性の筒状フード６５を加熱室６６内に置かれた被熱物６４の周囲を適宜間隔を離して囲うように、かつその両端が前記開口６８，６９に相対するように配置して無酸化性ガスを加熱室６６内に循環させるようにしたものである。
一方、加熱と冷却を別の場所で行う２室型熱処理炉として、特許文献２が知られている。
特許文献２の「多室型熱処理炉」は、図３に示すように、ガス冷却室と加熱室を中間扉により区画した多室型熱処理炉において、ガス冷却室７１の両側の処理材通過用開口部７２ａ，７２ｂにそれぞれクラッチ式密閉扉７３，７４を設けて、ガス冷却室を耐圧構造にするとともに、少なくとも加熱室７５側のクラッチ式密閉扉７４を昇降式とし、かつ、加熱室の処理材通過用開口部に断熱扉７８を設け、断熱扉７８と加熱室側のクラッチ式密閉扉７４とを加熱室７５とガス冷却室７１との間に設けた扉フード７９内に配設したものである。
山崎勝弘，金属材料の真空熱処理（２），熱処理３０巻２号，平成２年４月 特開平５−２３０５２８号公報 特許第２７３１１２７号公報
非特許文献１及び特許文献１の高速循環ガス冷却炉は、加熱と冷却を同一の場所で行うため、以下の問題点があった。
（１）加熱終了時に加熱用のヒータや炉体が高温になっており、冷却時にヒータや炉体も同時に冷却するため、被処理品を高速冷却できない。
（２）被処理品を囲んで加熱用のヒータや炉体があるため、冷却時に冷却ガスを均一に供給できない。
また、特許文献２の２室型熱処理炉は、加熱と冷却を別の場所で行うため、上記（１）（２）の問題点は解消できるが、以下の問題点があった。
（３）２室型の真空熱処理炉では加熱室と冷却室の間で被処理品を搬送する搬送機構が不可欠となる。この搬送機構は例えば被処理品下面を支持しこれを水平に移動するローラコンベアである。
しかし、この搬送機構を、冷却室内の被処理品下部に設置すると冷却室内のガスのスムースな流れの邪魔となり、ガス流れが複雑となり、被処理品に対し冷却ガスを均一に供給できない。
また、搬送機構を加熱室／冷却室の両側に設置する場合でも、例えば幅方向にわたって駆動ローラが部分的に塞ぐため、被処理品に対し上向き又は下向きに冷却ガスを均一に供給できない。さらに、加熱室に駆動機構があると駆動機構の熱対策が不可欠となり、駆動機構が複雑な機構となる。
発明の要約
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、加熱室と冷却室の間で被処理品を搬送することができ、冷却室の被処理品下面をほとんど塞がず、これにより冷却室内のガスのスムースな流れを阻害せず、被処理品に対し上向き又は下向きに冷却ガスを均一に供給することができ、かつ駆動機構の熱対策がほとんど不要であり、構造をシンプルにできる２室型熱処理炉を提供することにある。
本発明によれば、加熱された被処理品を冷却する冷却室を内蔵する密閉可能な冷却炉と、該冷却室に隣接し被処理品を加熱する加熱室を内蔵する密閉可能な加熱炉と、該加熱室と冷却室との間で被処理品を搬送する搬送装置とを備え、
該搬送装置は、前記加熱室及び冷却室内に設置され被処理品の幅方向両端部のみを搬送方向に移動可能に支持する複数のフリーローラと、被処理品に係合しながら移動して被処理品を押し引きするプッシュプル部材と、加熱室の冷却室と反対側に隣接して設けられ前記プッシュプル部材を移動させる駆動装置とを有する、ことを特徴とする２室型熱処理炉が提供される。
上記本発明の構成によれば、搬送装置を構成するフリーローラのみが、加熱室内及び冷却室内に設置され、これにより被処理品の幅方向両端部のみを支持するので、冷却室内のガスのスムースな流れをほとんど阻害しない。また、フリーローラは、被処理品を搬送方向に移動可能に支持するだけの機能であり、熱対策がほとんど不要であり、構造をシンプルにできる。
従って、冷却室内にフリーローラ以外の搬送機構がないため、ガス流れを妨げず、加熱室内にもフリーローラ以外の搬送機構がないため、搬送のための複雑な手段を必要としない。
本発明の好ましい実施形態によれば、前記プッシュプル部材は、被処理品に係合して被処理品を水平に押し引きする高位置と被処理品に係合することなく水平に移動する低位置とに起伏可能な係合部材を有する。
この構成により、係合部材を高位置にして、プッシュプル部材を水平に移動することにより、被処理品を水平に押し引きすることができる。また、係合部材を低位置にして、被処理品に係合することなくプッシュプル部材を水平に移動することができる。
また、前記駆動装置は、プッシュプル部材の末端部に連結され水平移動する水平移動チェーンと、該水平移動チェーンと歯合するスプロケットと、該スプロケットを回転駆動する回転モータとからなる、ことが好ましい。
この構成により、回転モータでスプロケットを回転駆動し、水平移動チェーンを水平移動させて水平搬送部材を水平に移動し、その先端部の係合部材を水平に移動することができる。
また、本発明の好ましい実施形態によれば、前記冷却炉は、加熱室の反対側に設けられ被処理品を冷却室に搬入又は搬出するための冷却室用搬入搬出扉と、被処理品を静置する冷却領域を囲みその内側に上下方向に断面一定のガス流路を形成する冷却室と、該冷却室内を上下方向に通過するガスを冷却して循環させる冷却室用ガス冷却循環装置と、を備える。
この構成により、冷却室用搬入搬出扉により被処理品を冷却室に搬入し又は搬出することができる。また、冷却室の冷却領域に静置した被処理品に、冷却室用ガス冷却循環装置により上下方向に冷却ガスを循環させることにより、被処理品に対し上向き又は下向きに冷却ガスを均一に供給することができる。
また、本発明の好ましい実施形態によれば、前記加熱炉は、内部が真空排気されるようになった真空容器と、被処理品を内部に収容する加熱室と、加熱室に被処理品を出し入れするための前扉と、加熱室内の被処理品を移動させるための開口を閉じる後扉と、被処理品を前後に水平移動可能に載せる載置台と、被処理品を加熱するためのヒータとを備える。
この構成により、真空容器の内部を真空に減圧し、ヒータにより被処理品を所定の温度まで加熱することができる。
前記加熱炉は、更に加熱室内を通過するガスを冷却して循環させる加熱室用ガス冷却循環装置を備える、ことが好ましい。
この構成により、加熱室用ガス冷却循環装置により冷却ガスを循環させることにより、真空容器の内部を短時間に冷却することができる。
また、本発明の好ましい実施形態によれば、前記加熱炉は、更に冷却室の反対側に設けられ被処理品を搬入又は搬出するための加熱炉用搬入搬出扉を備える。
この構成により、加熱炉用搬入搬出扉により被処理品を加熱室に直接搬入し又は搬出することができる。
また本発明によれば、被処理品を冷却する冷却炉と、該被処理品を加熱する加熱炉と、該加熱室と冷却室との間で被処理品を搬送する搬送装置とを備え、搬送装置、加熱炉、冷却炉の順に配置されている、ことを特徴とする２室型熱処理炉が提供される。
本発明のその他の目的及び有利な特徴は、添付図面を参照した以下の説明から明らかになろう。

図１は、非特許文献１に開示された高速循環ガス冷却炉の構成図である。
図２は、特許文献１の「真空炉におけるガス循環冷却促進法」の構成図である。
図３は、特許文献２の「多室型熱処理炉」の構成図である。
図４は、本発明の２室型熱処理炉の第１実施形態を示す全体構成図である。
図５は、本発明の２室型熱処理炉の第２実施形態を示す全体構成図である。
図６は、本発明の２室型熱処理炉の第３実施形態を示す全体構成図である。
好ましい実施例の説明
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図４は、本発明の２室型熱処理炉の第１実施形態を示す全体構成図である。本発明の２室型熱処理炉は、加熱炉１０、冷却炉２０、及び搬送装置３０を備える。
加熱炉１０は、冷却室２２とほぼ同じ高さで冷却室に隣接し被処理品１を加熱する加熱室１２を内蔵する密閉可能な炉であり、被処理品１を減圧した後、不活性ガス等を再充填して加熱する機能を有する。冷却炉２０は、加熱された被処理品１をガス冷却する冷却室２２を内蔵する密閉可能な加圧容器であり、加熱した被処理品１を加圧した循環ガス２で冷却する機能を有する。搬送装置３０は、被処理品１を加熱室１２と冷却室２２との間で被処理品１を水平に搬送する機能を有する。
加熱炉１０は、内部が真空排気されるようになった真空容器１１、被処理品１を内部に収容する加熱室１２、加熱室に被処理品１を出し入れするための前扉１３、加熱室内の被処理品１を移動させるための開口を閉じる後扉１４、被処理品１を前後に水平移動可能に載せる載置台１５、被処理品１を加熱するためのヒータ（図示せず）、等からなる。なおこの図において、前扉１３と後扉１４を開状態で示している。また、５ａと５ｂは、上下を開閉するトップバングとボトムバングである。
この構成により、真空容器１１の内部を真空に減圧し、ヒータにより被処理品１を所定の温度まで加熱することができる。
図４において、冷却炉２０は、冷却室用搬入搬出扉２１、冷却室２２、及び冷却室用ガス冷却循環装置２３を備える。
冷却室用搬入搬出扉２１は、加熱室１２の反対側（図で右側）に設けられ、被処理品１を冷却室２２に搬入し又は搬出するために用いられる。この搬入／搬出は、炉外に設けられた搬送手段（例えば、フォークリフト、クレーン等）で行われる。なおこの図において、冷却室用搬入搬出扉２１を開状態で示している。
冷却室２２は、被処理品１を静置する冷却領域を囲み、その内側に上下方向に断面一定のガス流路を形成する。
冷却室用ガス冷却循環装置２３は、冷却ファン２４と熱交換器（図示せず）からなり、冷却室２２内を上下方向に通過するガス２を冷却して循環させ、被処理品１を冷却ガス２で均一に冷却するようになっている。なお、この図と相違し、冷却室用ガス冷却循環装置２３を側面に設置してもよい。
搬送装置３０は、複数のフリーローラ３２、プッシュプル部材３４、及び駆動装置３６を備える。
複数のフリーローラ３２は、加熱室１２及び冷却室２２内に設置され、被処理品１の幅方向両端部のみを水平搬送方向に移動可能に支持する。このフリーローラ３２は、軸心を中心に自由に回転可能な円筒形の短いローラであり、冷却室２２内のガスのスムースな流れをほとんど阻害しないようになっている。またフリーローラは、被処理品１を水平搬送方向に移動可能に支持するだけの機能であり、加熱室１２内で加熱されても機能を損なわないように簡単な軸受（例えば隙間の大きいジャーナル軸受）で構成され、定期的に点検又は交換することにより、熱対策がほとんど不要なシンプルな構造になっている。
プッシュプル部材３４は、被処理品１に係合しながら水平に移動して被処理品を水平に押し引きする。この例において、プッシュプル部材３４は、末端部（図で左端部）が加熱室１２の図で左側近傍に位置するときに、先端部（図で右端部）は冷却室２２の内部まで達するように細長い部材（例えば中空矩形断面の部材）であるのがよい。またこのプッシュプル部材３４は、起伏可能な係合部材３５を先端部に有し、プッシュプル部材３４の末端部（左端部）に内蔵された図示しないアクチュエータで起伏動作を随時できるようになっている。この起伏動作で、係合部材３５は、高位置と低位置に随時変更でき、高位置において被処理品１（またはその載置台）に係合して被処理品１を水平に押し引きでき、低位置では被処理品（またはその載置台）に係合することなく水平に移動できるように構成されている。
なおこの起伏機構は、アクチュエータで直接起伏する構造に限定されず、加熱室１２及び冷却室２２の外部から起伏できる限りで、ラックピニオン、チェーン駆動、その他の機構であってもよい。また、プッシュプル部材３４を常に水平に保持するために、プッシュプル部材用のフリーローラ３３を冷却室２２以外の領域に設ける。
駆動装置３６は、加熱室の冷却室と反対側（図で左側）に隣接して設けられ、プッシュプル部材３４を水平に移動させる機能を有する。この例において、駆動装置３６は、１対のスプロケット３６ａの間に掛け渡されたエンドレスチェーン３６ｂであり、エンドレスチェーン３６ｂの一部がプッシュプル部材３４の末端部に連結されている。また、図で左側のスプロケット３６ａは、図示しない回転モータにより回転駆動される。
この構成により、回転モータでスプロケット３６ａを回転駆動し、プッシュプル部材３４の末端部を水平に移動し、その先端部の係合部材３５を水平に移動することができる。
上述した図４の構成によれば、搬送装置３０を構成するフリーローラ３２のみが、加熱室１２内及び冷却室２２内に設置され、これにより被処理品１の幅方向両端部のみを支持するので、冷却室２２内のガスのスムースな流れをほとんど阻害しない。
また、フリーローラ３２は、被処理品１を水平搬送方向に移動可能に支持するだけの機能であり、熱対策がほとんど不要であり、構造をシンプルにできる。
従って、冷却室内にフリーローラ３２以外の搬送機構がないため、ガス流れを妨げず、加熱室１２内にもフリーローラ以外の搬送機構がないため、搬送のための複雑な手段を必要としない。
また、係合部材３５を高位置にして、プッシュプル部材３４を水平に移動することにより、被処理品１を水平に押し引きすることができ、係合部材３５を低位置にして、被処理品１に係合することなくプッシュプル部材３４を水平に移動することができる。従って、冷却室２２に外部から被処理品１を装入した後、搬送装置３０を用いて、冷却室２２から加熱室１２に移動し、加熱処理後に、加熱室１２から冷却室２２に移動することができ、冷却後に外部に搬出することができる。更に、加熱室内での加熱中、及び冷却室内での冷却中には、プッシュプル部材３４を加熱室１２の左側まで待機させることができるので、それぞれの室を気密に保持することができる。また待機中は、フリーローラ３２以外の搬送装置３０が、非加熱領域に位置するので、その過熱を特別な熱対策なしに防ぐことができる。
図５は、本発明の２室型熱処理炉の第２実施形態を示す全体構成図である。
この例において、搬送装置３０は、チェーンプッシャプラー型である。また駆動装置３６は、プッシュプル部材３４の末端部に連結され水平移動する水平移動チェーン３７ａと、水平移動チェーンと歯合するスプロケット３７ｂと、スプロケット３７ｂを回転駆動する回転モータ（図示せず）とからなる。更に、プッシュプル部材３４と水平移動チェーン３７ａを常に水平に保持するために、プッシュプル部材用のフリーローラ３３を冷却室２２以外の領域に適宜備える。
この構成により、回転モータでスプロケット３７ｂを回転駆動し、水平移動チェーン３７ａを水平移動させてプッシュプル部材３４を水平に移動し、その先端部の係合部材３５を水平に移動することができる。
またこの例において、冷却炉２０は、気密に開閉可能なクラッチリング２５で左右方向に分割可能に構成されており、図の右端にガス冷却循環装置２４と熱交換器２６が内蔵されている。
この構成により、クラッチリング２５を開放しガス冷却循環装置２４と熱交換器２６を図で右方に後退させることにより、被処理品１を冷却室２２に直接収納することができる。また、クラッチリング２５により冷却炉２０を気密にし、加圧した冷却用ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素、水素等）を内部に供給することにより、加圧ガスを冷却に用いることができる。
冷却室２２は、加熱炉１０に隣接して容器胴部の中央部に設けられる。冷却室２２の加熱炉側は中間断熱扉、ガス冷却循環装置と両側面は気密性のある断熱壁で仕切られている。またこの冷却室２２は、上下端は開口しており、かつその内側に上下方向に断面一定のガス流路を形成している。この冷却室２２の内側が冷却領域であり、被処理品１は、例えばギヤ・シャフトジェットエンジンの動翼、静翼、ボルト等の小型金属部品であり、トレーやバスケット内に収容し、冷却室２２の中央に通気性のある載置台に載せて静置される。
載置台２３は加熱炉１０の載置台と同一高さに設置され、内蔵するローラ３２上を自由に移動できるようになっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
この構成により、係合部材３５を高位置にして、プッシュプル部材３４を水平に移動することにより、被処理品１を水平に押し引きすることができ、係合部材３５を低位置にして、被処理品１に係合することなくプッシュプル部材３４を水平に移動することができる。従って、クラッチリング２５を開放して冷却室２２に外部から被処理品１を装入した後、搬送装置３０を用いて、冷却室２２から加熱室１２に移動し、加熱処理後に、加熱室１２から冷却室２２に移動することができ、冷却後に外部に搬出することができる。更に、加熱室内での加熱中、及び冷却室内での冷却中には、プッシュプル部材３４を加熱室１２の左側まで待機させることができるので、それぞれの室を気密に保持することができる。また待機中は、フリーローラ３２以外の搬送装置３０が、非加熱領域に位置するので、その過熱を特別な熱対策なしに防ぐことができる。
図６は、本発明の２室型熱処理炉の第３実施形態を示す全体構成図である。
この例において、加熱炉１０は、加熱室１２内を通過するガスを冷却して循環させる加熱室用ガス冷却循環装置１６を備える。また、冷却室２２の反対側（この図で左側）に加熱炉用搬入搬出扉１７を備え、被処理品１を加熱室１２に直接搬入し又は搬出することができるようになっている。その他の構成は第２実施形態と同様である。
この構成により、係合部材３５を高位置にして、プッシュプル部材３４を水平に移動することにより、被処理品１を水平に押し引きすることができ、係合部材３５を低位置にして、被処理品１に係合することなくプッシュプル部材３４を水平に移動することができる。従って、加熱炉用搬入搬出扉１７を開放して加熱室１２に外部から被処理品１を装入した後、搬送装置３０を用いて、加熱処理後に、加熱室１２から冷却室２２に移動することができ、冷却後に外部に搬出することができる。更に、加熱室内での加熱中、及び冷却室内での冷却中には、プッシュプル部材３４を加熱室１２の左側まで待機させることができるので、それぞれの室を気密に保持することができる。また待機中は、フリーローラ３２以外の搬送装置３０が、非加熱領域に位置するので、その過熱を特別な熱対策なしに防ぐことができる。
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

Claims (8)

1. 加熱された被処理品を冷却する冷却室を内蔵する密閉可能な冷却炉と、該冷却室に隣接し被処理品を加熱する加熱室を内蔵する密閉可能な加熱炉と、該加熱室と冷却室との間で被処理品を搬送する搬送装置とを備え、
   該搬送装置は、前記加熱室及び冷却室内に設置され被処理品の幅方向両端部のみを搬送方向に移動可能に支持する複数のフリーローラと、被処理品に係合しながら移動して被処理品を押し引きするプッシュプル部材と、加熱室の冷却室と反対側に隣接して設けられ前記プッシュプル部材を移動させる駆動装置とを有する、ことを特徴とする２室型熱処理炉。
2. 前記プッシュプル部材は、被処理品に係合して被処理品を水平に押し引きする高位置と被処理品に係合することなく水平に移動する低位置とに起伏可能な係合部材を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の２室型熱処理炉。
3. 前記駆動装置は、プッシュプル部材の末端部に連結され水平移動する水平移動チェーンと、該水平移動チェーンと歯合するスプロケットと、該スプロケットを回転駆動する回転モータとからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の２室型熱処理炉。
4. 前記冷却炉は、加熱室の反対側に設けられ被処理品を冷却室に搬入又は搬出するための冷却室用搬入搬出扉と、被処理品を静置する冷却領域を囲みその内側に上下方向に断面一定のガス流路を形成する冷却室と、該冷却室内を上下方向に通過するガスを冷却して循環させる冷却室用ガス冷却循環装置と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の２室型熱処理炉。
5. 前記加熱炉は、内部が真空排気されるようになった真空容器と、被処理品を内部に収容する加熱室と、加熱室に被処理品を出し入れするための前扉と、加熱室内の被処理品を移動させるための開口を閉じる後扉と、被処理品を前後に水平移動可能に載せる載置台と、被処理品を加熱するためのヒータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の２室型熱処理炉。
6. 前記加熱炉は、更に加熱室内を通過するガスを冷却して循環させる加熱室用ガス冷却循環装置を備える、ことを特徴とする請求項５に記載の２室型熱処理炉。
7. 前記加熱炉は、更に冷却室の反対側に設けられ被処理品を搬入又は搬出するための加熱炉用搬入搬出扉を備える、ことを特徴とする請求項５に記載の２室型熱処理炉。
8. 被処理品を冷却する冷却炉と、該被処理品を加熱する加熱炉と、該加熱室と冷却室との間で被処理品を搬送する搬送装置とを備え、搬送装置、加熱炉、冷却炉の順に配置されている、ことを特徴とする２室型熱処理炉。

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