JPWO2016080197A1 - 熱処理装置及び冷却装置 - Google Patents

Abstract

熱処理装置（Ｍ）は、被処理物（Ｘ）を加熱する加熱装置（Ｋ１，Ｋ２）と、加熱装置によって加熱された被処理物を収容すると共に被処理物を冷却するための冷却媒体が内部に供給される冷却室（ＲＳ）を有する冷却装置（Ｒ）と、冷却室内に昇圧ガスを供給する昇圧ガス供給部（ＲＧ）と、開放されることで冷却室の内部と外部とを連通させる圧力逃がし弁（５２）と、冷却室の内部の圧力を検出する圧力センサ（５１）と、圧力センサの検出結果がしきい値以上である場合に、圧力逃がし弁を開放するように制御する制御部（５３）と、を具備する。

Description

本開示は、熱処理装置及び冷却装置に関する。
本願は、２０１４年１１月２０日に日本に出願された特願２０１４−２３５４４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、被処理物である金属部品に対して焼き入れ等の処理を行うために、加熱室や冷却室を備える熱処理装置が用いられている。例えば、特許文献１には、中間搬送室の上方に複数の加熱室が設けられ、中間搬送室の下方に冷却室が設けられた熱処理装置が開示されている。このような熱処理装置などの冷却室には、一般に、冷却室から冷却液（冷却媒体）を回収するとともに回収した冷却液を冷却して冷却室に供給する冷却液回収供給装置（冷却媒体循環装置）が設けられている。例えば、冷却液回収供給装置は、冷却室から回収した冷却液を貯留する冷却液タンクと、冷却液タンクに貯留された冷却液を冷却室のヘッダー管（ミストヘッダー）に圧送する冷却ポンプと、冷却ポンプで圧送された冷却液を冷却する熱交換器とを備えている。また、冷却室には、例えば、冷却液回収供給装置から供給された冷却液を被処理物に向けて噴霧するミストノズル（冷却ノズル）が設けられている。上記被処理物は、ミストノズルから噴霧される冷却液が気化することによって熱が奪われ、冷却される。

日本国特開２０１２−１３３４１号公報

上記従来技術において、ミストノズルから被処理物に向けて冷却液を噴霧している際、冷却液が気化して生じる蒸気は、ミストノズルから噴き出されるミスト（冷却液）によって冷却され、水滴となり落下する。しかしながら、上記従来技術において、例えば、被処理物の内部と表面との温度を均一化するための、被処理物の冷却中に冷却液の供給を一時停止する噴霧停止期間が設けられている場合、被処理物の温度がまだ高い状態で、噴霧停止期間になると、被処理物に付着した冷却液の蒸発により蒸気が発生し続ける一方で、発生した蒸気はノズルから供給されるミストによって冷却されずに冷却室内にとどまるため、冷却室内の内部圧力が上昇する場合がある。このため、上記従来技術では、上述した冷却室の内部圧力の上昇に伴って、熱処理装置の緊急停止といった不具合が生じる場合があり、被処理物の処理効率が低下する場合がある。

本開示は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、冷却室の内部圧力の上昇を防止できる熱処理装置及び冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の第１の態様に係る熱処理装置は、被処理物を加熱する加熱装置と、加熱装置によって加熱された被処理物を収容すると共に被処理物を冷却するための冷却媒体が内部に供給される冷却室を有する冷却装置と、冷却室内に昇圧ガスを供給する昇圧ガス供給部と、開放されることで冷却室の内部と外部とを連通させる圧力逃がし弁と、冷却室の内部の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサの検出結果がしきい値以上である場合に、圧力逃がし弁を開放するように制御する制御部と、を具備する。

本開示の第２の態様は、上記第１の態様の熱処理装置において、冷却室の内部と外部とを連通可能な配管が、冷却室に接続されている。また、圧力逃がし弁は、上記配管に設けられるとともに、この配管を閉鎖可能である。

本開示の第３の態様は、上記第２の態様の熱処理装置において、上記配管は、冷却室から冷却媒体を排出するオーバーフロー配管である。

本開示の第４の態様は、上記第１から第３のいずれか１つの態様の熱処理装置において、冷却装置は、被処理物の冷却中に、冷却室内への冷却媒体の供給停止期間を少なくとも１回設けるように構成されている。

本開示の第５の態様に係る冷却装置は、被処理物を収容すると共に被処理物を冷却するための冷却媒体が内部に供給される冷却室と、冷却室内に昇圧ガスを供給する昇圧ガス供給部と、開放されることで冷却室の内部と外部とを連通させる圧力逃がし弁と、冷却室の内部の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサの検出結果がしきい値以上である場合に、圧力逃がし弁を開放するように制御する制御部と、を具備する。

本開示によれば、冷却室内部の圧力が不適切に上昇した場合でも、制御部の制御により圧力逃がし弁が開放され冷却室の内部と外部とが圧力逃がし弁を介して連通されるので、冷却室内部の気体（蒸気）を外部に放出でき、よって冷却室内部の圧力を大気圧と等しくすることができる。このため、冷却室の内部圧力の大気圧を超えた不適切な上昇を防止することができる。

本開示の一実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 本開示の一実施形態における冷却装置の模式図である。 本開示の一実施形態における冷却室内の圧力変化と被処理物の温度変化とを示すグラフである。

以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。なお、図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
本実施形態に係る熱処理装置Ｍは、図１に示すように、冷却装置Ｒ、中間搬送装置Ｈ、並びに２つの加熱装置Ｋ１及びＫ２を合体させた装置である。なお、本実施形態の熱処理装置は３つの加熱装置を備えているが、図１は冷却装置Ｒの中心を含む縦断面を示しているので、３つ目の加熱装置は省略されている。

図１、図２に示す冷却装置Ｒは、冷却室ＲＳ内に収容された被処理物Ｘに冷却媒体を接触させることで被処理物Ｘを冷却する冷却装置本体ＲＨと、図２に示すようにこの冷却装置本体ＲＨに設けられて、この冷却装置本体ＲＨで冷却に用いられた冷却媒体を回収し、回収された冷却媒体を冷却して上記冷却装置本体ＲＨに循環させる冷却媒体循環装置ＲＪと、冷却室ＲＳ内の気圧を大気圧と近似した圧力で安定させる圧力安定装置ＲＡと、冷却室ＲＳ内の気圧を上昇させる昇圧ガス（例えば、窒素あるいは空気）を冷却室ＲＳ内に供給する昇圧ガス供給装置ＲＧ（昇圧ガス供給部）と、を備えて構成されている。なお、以下、冷却室ＲＳ内の「気圧」を、単に冷却室ＲＳ内の「圧力」と称する。

図１に示すように冷却装置本体ＲＨは、冷却チャンバー１、複数の冷却ノズル２、複数のミストヘッダー３等を備える。

冷却チャンバー１は、縦型円筒形の容器（中心軸線が鉛直方向に平行な容器）であり、内部空間が冷却室ＲＳである。この冷却チャンバー１の上部は中間搬送装置Ｈに接続されており、冷却チャンバー１には冷却室ＲＳを中間搬送装置Ｈの内部空間（搬送室ＨＳ）に連通させる開口が形成されている。冷却室ＲＳには、この開口を介して被処理物Ｘが搬入／搬出される。

複数の冷却ノズル２は、冷却室ＲＳ内に収容された被処理物Ｘの周囲に離散配置されている。より具体的には、複数の冷却ノズル２は、被処理物Ｘの周囲において、鉛直方向に多段（具体的には５段）かつ冷却チャンバー１（冷却室ＲＳ）の周方向に一定間隔をあけて、被処理物Ｘを全体として取り囲むように、かつ、被処理物Ｘとの距離が極力等距離となるように離散配置されている。

例えば、最上段に属する複数の冷却ノズル２は２つのノズルグループにグループ分けされており、各々のノズルグループにミストヘッダー３が個別に設けられている。一方、最下段及び中間の３段に属する複数の冷却ノズル２は、各段毎に３つのノズルグループにグループ分けされており、各々のノズルグループについてミストヘッダー３が個別に設けられている。このような各ノズルグループの各冷却ノズル２は、ノズル軸の向きが被処理物Ｘを向くように調節されており、ミストヘッダー３を介して図２に示す冷却媒体循環装置ＲＪの冷却ポンプ４から供給された冷却媒体を被処理物Ｘに向けて噴霧する。

また、図１に示すように最上段に属する複数の冷却ノズル２は、鉛直方向において被処理物Ｘの上端よりも高い位置に配置されている。一方、最下段に属する複数の冷却ノズル２は、被処理物Ｘの下端と略同等な高さに配置されている。さらには、最上段に属する複数の冷却ノズル２は、他の段の冷却ノズル２よりも冷却チャンバー１の内側（冷却チャンバー１の鉛直中心軸線寄り）、つまり他の段の冷却ノズル２よりも冷却チャンバー１の内面から離間して配置される。

上記冷却媒体は、熱処理の冷却用に一般的に用いられる冷却油よりも粘性が低い液体であり、本実施形態では水が用いられている。上記冷却ノズル２の噴射孔は、冷却媒体としての冷却水が所定の噴霧角で均一かつ一定粒径の液滴で噴霧されるように形状設定されている。また、各冷却ノズル２の噴霧角及び互いに隣り合う冷却ノズル２の間隔は、冷却ノズル２から拡がるように噴き出た液滴が、隣の他の冷却ノズル２から拡がるように噴き出た液滴と交差あるいは衝突するように設定されている。

すなわち、このような複数の冷却ノズル２は、被処理物Ｘを冷却媒体の液滴の集合体つまり冷却水のミストで全体的に包囲するように冷却水を被処理物Ｘに向けて噴霧する。上記冷却水ミストは、均一な粒径の液滴かつ均一なミスト濃度で被処理物Ｘの周りに形成されることが好ましい。

本実施形態の冷却装置本体ＲＨは、このような冷却水ミストを用いて被処理物Ｘを冷却する、つまり被処理物Ｘをミスト冷却する。なお、この冷却装置本体ＲＨにおける冷却温度や冷却時間等の冷却条件は、被処理物Ｘにおける熱処理の目的や被処理物Ｘの材質等に応じて適宜設定される。

冷却装置本体ＲＨは、前述した冷却水ミストを用いた被処理物Ｘのミスト冷却に加えて、被処理物Ｘを冷却水に浸漬させる冷却（浸漬冷却）が実施可能である。この浸漬冷却は、冷却室ＲＳの底部に配置された複数の噴出ノズル８から供給される冷却水（冷却媒体）を冷却チャンバー１内に貯留し、冷却チャンバー１内の冷却水に被処理物Ｘを浸漬して冷却する。すなわち、図２に示す冷却媒体循環装置ＲＪの冷却ポンプ４の吐出側（下流側）には切換弁９ａ及び９ｂが設けられており、冷却ポンプ４は、切換弁９ａ及び９ｂの切り換えにより上記複数のミストヘッダー３及び複数の噴出ノズル８の一方に冷却水を供給する。なお、この冷却ポンプ４については、冷却水の吐出圧の時間変動が極力少ないポンプが選定される。

冷却媒体循環装置ＲＪは、冷却装置本体ＲＨから冷却水を回収する第１回収路３０及び第２回収路３１と、これら第１回収路３０及び第２回収路３１（オーバーフロー配管）によって回収された冷却水を貯留する冷却水槽３２と、冷却水槽３２に接続する第１循環路３３と、第１循環路３３から分岐する第２循環路３４と、を備えて構成されている。

第１回収路３０は、冷却装置本体ＲＨの底部に一端側が接続し、他端側が冷却水槽３２に接続する配管によって形成されており、この配管の途中に開閉弁３５を有している。なお、第１回収路３０を形成する配管は、本実施形態ではその他端側が上記冷却水槽３２に被着された上蓋（図示せず）に取り付けられている。従って、この配管は、冷却水槽３２に貯留された冷却水の水面上に、冷却装置本体ＲＨから回収した冷却水をその他端側開口から吐出する。

第２回収路３１は、冷却装置本体ＲＨの冷却室ＲＳの上部に一端側が接続し、他端側が冷却水槽３２に接続する配管によって形成されるオーバーフロー配管である。この第２回収路３１を形成する配管も、本実施形態ではその他端側が上記冷却水槽３２に被着された上記上蓋に取り付けられ、従って、冷却水槽３２に貯留された冷却水の水面上に、冷却装置本体ＲＨから回収した冷却水をその他端側開口から吐出する。つまり、冷却室ＲＳ内に供給される冷却水は、冷却室ＲＳ内の所定の水位を超えたときには、第２回収路３１を介してオーバーフローして冷却水槽３２に回収されるため、第２回収路３１の一端の接続位置よりも冷却室ＲＳ内の水位が高くなることが防止される。

第１回収路３０は、冷却装置本体ＲＨにおいて被処理物Ｘをミスト冷却した際に、冷却室ＲＳ内の底部に溜まった冷却水を回収するのに用いられ、第２回収路３１は、冷却装置本体ＲＨにおいて被処理物Ｘを浸漬冷却した際に、冷却室ＲＳ内に溜まった冷却水をオーバーフローさせて回収するのに用いられる。

冷却水槽３２は、例えば、直方体形状の一般的な水槽であり、一方の短辺側の底面に排水口を有している。この排水口は、第１循環路３３に接続されている。第１循環路３３は、一端側が冷却水槽３２の上記排水口に接続し、他端側が冷却水槽３２内の底部側に配置される噴射ノズル４２に接続する配管である。

上記噴射ノズル４２は、冷却水槽３２内の底部側にてこれに貯留される冷却水の水面より下方に配置されており、第１循環路３３から返送され、循環させられた冷却水を貯留された冷却水中に噴射することにより、冷却水槽３２内の冷却水に水平方向に大きな対流を起こさせ、撹拌して混合する。これにより、冷却室ＲＳから第１回収路３０または第２回収路３１によって回収され、冷却水槽３２内に貯留された冷却水と、第１循環路３３によって返送され、循環させられた冷却水とは、均一に混合される。

また、この第１循環路３３の経路中には、上記冷却ポンプ４が設けられている。これにより、冷却水槽３２の排水口から冷却水が導出させられ、第１循環路３３を流れる。冷却ポンプ４は、通常時には連続運転するようになっており、したがって上記した冷却室ＲＳ（冷却装置本体ＲＨ）での被処理物Ｘの冷却時にも、作動して冷却水槽３２内の冷却水を第１循環路３３に流すようになっている。

また、この第１循環路３３の経路中には、冷却ポンプ４の下流側に、熱交換器３７が配設されている。熱交換器３７は、図示しない冷却器（チラー）から送られてくる冷却水と、第１循環路３３を流れる冷却水との間で熱交換させる公知の装置であり、第１循環路３３を流れる冷却水を例えば３０℃程度に冷却するように構成されている。

また、この第１循環路３３の経路中には、上記冷却ポンプ４と熱交換器３７との間に、定流量弁３８が配設されている。このような構成のもとに第１循環路３３は、冷却水槽３２内の冷却水を導出し、熱交換器３７を通過させて冷却し、冷却後の冷却水を再度、冷却水槽３２内に返送するようになっている。

また、第１循環路３３には、冷却ポンプ４の下流側で、かつ、上記定流量弁３８の上流側、従って熱交換器３７の上流側の部分から分岐し、冷却装置本体ＲＨに接続する第２循環路３４が設けられている。すなわち、第１循環路３３に、第２循環路３４である配管が接続されている。この第２循環路３４を形成する配管は、第１分岐路３９を形成する配管と、第２分岐路４０を形成する配管とに分岐している。

第１分岐路３９を形成する配管には、上記ミストヘッダー３にそれぞれ接続する複数の分岐管４１が設けられており、これら分岐管４１を介して第１分岐路３９は冷却装置本体ＲＨに接続している。すなわち、冷却水槽３２から導出され、第２循環路３４の第１分岐路３９を流れる冷却水は、分岐管４１及びミストヘッダー３を介して冷却ノズル２から冷却室ＲＳ内に噴霧される。なお、分岐管４１には、それぞれ切換弁９ｂが設けられている。

また、第２分岐路４０を形成する配管は、上記噴出ノズル８にそれぞれ接続するヘッダー（図示せず）に接続しており、これによって第２分岐路４０も冷却装置本体ＲＨに接続している。すなわち、冷却水槽３２から導出され、第２循環路３４の第２分岐路４０を流れる冷却水は、ヘッダーを介して噴出ノズル８から冷却室ＲＳ内に噴出される。なお、第２分岐路４０を形成する配管には、切換弁９ａが設けられている。

また、本実施形態では、図２に示したように第１循環路３３中の冷却ポンプ４と熱交換器３７との間に、第１循環路３３を形成する配管を流れる冷却水量を一定にする、定流量弁３８を配設している。この定流量弁３８は、例えば冷却室ＲＳにおける冷却ノズル２の冷却水の噴射圧を高めるべく、冷却ポンプ４の出力を高めて送水量を多くした際、第１循環路３３を通って冷却水槽３２に返送される冷却水量を一定量に制限し、これによって第２循環路３４に送られる冷却水量を冷却ポンプ４の出力に応じて多くするために設けられている。

このような定流量弁３８が無い場合、冷却ポンプ４の出力を高めて送水量を多くしても、第１循環路３３を通って冷却水槽３２に返送される冷却水量が多くなってしまうため、第２循環路３４に送られる冷却水量が増加せず、冷却ノズル２からの冷却水の噴射圧を所望の圧に高めるのが困難になる。しかし、定流量弁３８を設けたことにより、冷却ポンプ４の出力を高めることで冷却ノズル２からの冷却水の噴射圧を所望の圧に容易に高めることが可能になる。

圧力安定装置ＲＡは、冷却室ＲＳ内の圧力を検出する圧力センサ５１と、冷却室ＲＳ内の圧力を低下させるために第２回収路３１を介して冷却室ＲＳ内を外部に対して開放状態とする圧力逃がし弁５２と、圧力センサ５１の検出結果に基づいて圧力逃がし弁５２を制御する制御部５３と、を備えて構成されている。

圧力センサ５１は、上記冷却室ＲＳ内において、冷却室ＲＳの上部に接続される第２回収路３１の一端より高い位置に設けられ、冷却室ＲＳ内の圧力を検出する。この圧力センサ５１は、冷却室ＲＳの圧力を示す圧力検出信号を制御部５３に出力する。

圧力逃がし弁５２は、第２回収路３１に設けられる。例えば、圧力逃がし弁５２は、第２回収路３１の上部に設けられる排気口３１ａ（図２参照）に設けられる。つまり、圧力逃がし弁５２は、その開放と閉鎖を切り替えることによって、排気口３１ａの開放と閉鎖を切り替える。圧力逃がし弁５２は、開放されることで冷却室ＲＳの内部と外部とを連通するように構成されている。

この圧力逃がし弁５２は、制御部５３から入力される制御指令に従って動作し、冷却室ＲＳ内の圧力が大気圧と近似した圧力（大気圧よりも僅かに低い圧力、後述する第２圧力値Ｄ２）となると、開放されるように構成されている。この結果、第２回収路３１の上部に設けられる排気口３１ａが開放されるため、冷却室ＲＳ内に溜まる気体が外部に放出されて、冷却室ＲＳ内の圧力は大気圧で安定する。このような圧力逃がし弁５２が無い場合、冷却室ＲＳ内の圧力が不適切に上昇し、熱処理装置Ｍや冷却装置Ｒの緊急停止といった不具合が生じる場合がある。

制御部５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、圧力センサ５１及び圧力逃がし弁５２に電気的に接続されこれらと各種信号の送受信を行うインターフェイス回路等と、を備えて構成されている。この制御部５３は、圧力逃がし弁５２と通信を行い、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラム及び圧力センサ５１から入力される圧力検出信号に基づいて圧力逃がし弁５２の動作を制御する。例えば、制御部５３は、圧力センサ５１の検出結果が第２圧力値Ｄ２（しきい値）以上である場合に、圧力逃がし弁５２を開放するように圧力逃がし弁５２を制御する。すなわち、制御部５３は、圧力センサ５１から入力される冷却室ＲＳ内の圧力の検出結果（圧力値）と、上記ＲＡＭ等に記憶された第２圧力値Ｄ２（しきい値）とを比較し、上記検出結果が第２圧力値Ｄ２以上である場合に、圧力逃がし弁５２を開放する。制御部５３の上記比較は、所定の時間間隔毎に実施される。第２圧力値Ｄ２は、大気圧よりも低い値に設定されている。

昇圧ガス供給装置ＲＧは、冷却室ＲＳ内の圧力を上昇させる昇圧ガス（例えば、窒素あるいは空気）を貯留するための昇圧ガスタンク６１と、昇圧ガスタンク６１と冷却チャンバー１とを連結し昇圧ガスタンク６１から冷却室ＲＳに送出される昇圧ガスが流通する昇圧ガス配管６３と、昇圧ガス配管６３の途中に設けられたバルブ６２と、を備えて構成されている。

昇圧ガスタンク６１は、昇圧ガスを貯留する容器であり、昇圧ガス配管６３の一端に接続されている。例えば、昇圧ガスに不活性ガスである窒素ガスを用いる場合は、窒素ガス又は液体窒素が昇圧ガスタンク６１に貯留されている。また、昇圧ガスタンク６１に窒素ガスが随時補給されてもよい。

昇圧ガス配管６３は、一端側が昇圧ガスタンク６１に接続し、他端側が冷却室ＲＳ（例えば、冷却室ＲＳの上部側）に接続する配管である。これにより、昇圧ガスタンク６１から昇圧ガスが導出させられ、昇圧ガス配管６３を流れるようになっている。

バルブ６２は、昇圧ガス配管６３を閉塞可能であり、バルブ６２の開閉によって、昇圧ガス配管６３を介した昇圧ガスの冷却室ＲＳへの供給及び供給停止を切り替える。バルブ６２の開閉動作は、図示しない制御装置によって制御されている。上述したように、昇圧ガスタンク６１には昇圧ガスが貯留されているため、制御装置の制御に基づいてバルブ６２が開放するのみで、昇圧ガスタンク６１内の昇圧ガスを昇圧ガス配管６３を介して冷却室ＲＳ内に供給可能となっている。なお、バルブ６２は、上述した定流量弁３８と同様に、昇圧ガス配管６３を流通する昇圧ガスの流量を一定値に制限可能であってもよい。

図１に戻り、中間搬送装置Ｈは、搬送チャンバー１０、冷却室載置台１１、冷却室昇降台（図示せず）、冷却室昇降シリンダー１３、一対の搬送レール１４、プッシャーシリンダー１５及び１６、加熱室昇降台１７並びに加熱室昇降シリンダー１８等を備えて構成されている。搬送チャンバー１０は、冷却装置Ｒと加熱装置Ｋ１及びＫ２との間に設けられた容器であり、内部空間が搬送室ＨＳである。被処理物Ｘは、バスケット等の容器（収納容器）内に収容された状態で、外部の搬送装置によって搬入／搬出口（図示略）から搬送チャンバー１０内に搬入される。搬送チャンバー１０は、内部の搬送室ＨＳを真空状態とできるように構成されている。

冷却室載置台１１は、冷却装置Ｒ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、被処理物Ｘの底部が極力広く露出するように被処理物Ｘを支持する。この冷却室載置台１１は、冷却室昇降台（図示せず）上に設けられている。冷却室昇降台は、冷却室載置台１１を支持する支持台、つまり被処理物Ｘを冷却室載置台１１を介して支持する支持台であり、冷却室昇降シリンダー１３の可動ロッドの先端に固定されている。

冷却室昇降シリンダー１３は、上記冷却室昇降台を上下動（昇降）させるアクチュエータである。すなわち、冷却室昇降シリンダー１３及び上記冷却室昇降台は、冷却装置Ｒの専用搬送装置であり、冷却室載置台１１上に載置された被処理物Ｘを搬送室ＨＳから冷却室ＲＳに搬送するとともに冷却室ＲＳから搬送室ＨＳに搬送する。

一対の搬送レール１４は、搬送チャンバー１０内の底部に水平方向に延在するように敷設されている。これら搬送レール１４は、冷却装置Ｒと加熱装置Ｋ１との間で被処理物Ｘを搬送させる際のガイド部材（案内部材）である。プッシャーシリンダー１５は、搬送チャンバー１０内の被処理物Ｘを加熱装置Ｋ１に向けて搬送するために、被処理物Ｘを押圧するアクチュエータである。プッシャーシリンダー１６は、被処理物Ｘを加熱装置Ｋ１から冷却装置Ｒに搬送するために、被処理物Ｘを押圧するアクチュエータである。

すなわち、一対の搬送レール１４並びにプッシャーシリンダー１５及び１６は、被処理物Ｘを加熱装置Ｋ１と冷却装置Ｒとの間で搬送する専用搬送装置である。なお、図１には一対の搬送レール１４並びにプッシャーシリンダー１５及び１６が示されているが、本実施形態の中間搬送装置Ｈは、合計で３セットの搬送レール１４並びにプッシャーシリンダー１５及び１６を備えている。すなわち、搬送レール１４並びにプッシャーシリンダー１５及び１６は、加熱装置Ｋ１用だけではなく、加熱装置Ｋ２用に、また図示しない３つ目の加熱装置用にも設けられている。

加熱室昇降台１７は、被処理物Ｘを中間搬送装置Ｈから加熱装置Ｋ１に搬送する際に被処理物Ｘが載置される支持台である。すなわち、被処理物Ｘは、上記プッシャーシリンダー１５によって図１の右方向に押圧されることにより、加熱室昇降台１７上に搬送される。加熱室昇降シリンダー１８は、上記加熱室昇降台１７上の被処理物Ｘを上下動（昇降）させるアクチュエータである。すなわち、加熱室昇降台１７及び加熱室昇降シリンダー１８は、加熱装置Ｋ１の専用搬送装置であり、加熱室昇降台１７上に載置された被処理物Ｘを搬送室ＨＳから加熱装置Ｋ１の内部（加熱室ＫＳ）に搬送するとともに加熱室ＫＳから搬送室ＨＳに搬送する。

加熱装置Ｋ１及びＫ２並びに３つ目の加熱装置は略同一の構成を有する。従って、以下では代表して加熱装置Ｋ１の構成を説明する。加熱装置Ｋ１は、加熱チャンバー２０、断熱容器２１、複数の加熱ヒータ２２、真空排気管２３、真空ポンプ２４、撹拌翼２５及び撹拌モータ２６等を備えている。

加熱チャンバー２０は、搬送チャンバー１０上に設けられた容器であり、内部空間が加熱室ＫＳである。この加熱チャンバー２０は、前述した冷却チャンバー１と同様に縦型円筒形の容器（中心軸線が鉛直方向に平行な容器）であるが、冷却チャンバー１よりも小型に形成されている。断熱容器２１は、上記加熱チャンバー２０内に設けられた縦型円筒形の容器であり、所定の断熱性能を有する断熱材から形成されている。

複数の加熱ヒータ２２は、棒状の発熱体であり、垂直に延びる姿勢で断熱容器２１の内側かつ周方向に所定間隔で設けられている。これら複数の加熱ヒータ２２は、加熱室ＫＳ内に収容された被処理物Ｘを所望温度（加熱温度）まで加熱する。なお、この加熱温度や加熱時間等の加熱条件は、被処理物Ｘに対する熱処理の目的や被処理物Ｘの材質等に応じて適宜設定される。

上記加熱条件には加熱室ＫＳ（加熱チャンバー２０）内の真空度（圧力）が含まれる。真空排気管２３は、加熱室ＫＳに連通する配管であり、一端が断熱容器２１の上部に接続され、他端が真空ポンプ２４に接続されている。真空ポンプ２４は、このような真空排気管２３を介して加熱室ＫＳ内の空気を吸引する排気ポンプである。加熱室ＫＳ内の真空度は、真空ポンプ２４による空気の排気量によって決定される。

撹拌翼２５は、断熱容器２１内の上部に、回転軸が鉛直方向（上下方向）に延びる姿勢で設けられた回転翼である。この撹拌翼２５は、撹拌モータ２６によって駆動されることによって、加熱室ＫＳ内の空気を撹拌する。撹拌モータ２６は、出力軸が鉛直方向（上下方向）に平行となるように加熱チャンバー２０上に設けられた回転駆動部である。撹拌モータ２６は加熱チャンバー２０の上部外面に設けられており、その出力軸は加熱チャンバー２０の壁部を貫通している。攪拌モータ２６の出力軸は、加熱チャンバー２０内に位置する撹拌翼２５の回転軸に対して、加熱チャンバー２０の気密性（シール性）を損なわないように連結されている。

なお、図１には示していないが、本実施形態に係る熱処理装置Ｍは、専用の制御装置を備えている。この制御装置は、ユーザが熱処理における各種条件を入力して設定する操作部と、内部に予め記憶された制御プログラム等に基づいて上記冷却ポンプ４、加熱ヒータ２２、各種シリンダー、真空ポンプ２４及び昇圧ガス供給ポンプ６２等の各駆動部を制御することにより、被処理物Ｘに対して上記設定情報に従った熱処理を実行させる制御部と、を備えている。このような制御装置は、特に冷却ポンプ４に対して、前述したように通常時には停止させることなく、連続運転させるように制御する。

次に、このように構成された熱処理装置の動作（熱処理方法）、特に冷却装置の動作（冷却処理方法）について詳しく説明する。この熱処理装置の動作は、上記制御装置が設定情報に基づいて主体的に実行する。なお、周知のように熱処理には目的に応じて様々な種類がある。以下では、熱処理の一例として被処理物Ｘを焼入れする場合の動作について説明する。

焼入れは、例えば被処理物Ｘを温度Ｔ１よりも高い温度に加熱した後に温度Ｔ１から温度Ｔ２まで急速冷却し、温度Ｔ２で一定時間保持した後に緩やかに冷却することにより完了する。外部の搬送装置によって搬入／搬出口から中間搬送装置Ｈ内に収容された被処理物Ｘは、例えばプッシャーシリンダー１５が作動することによって加熱室昇降台１７上に搬送され、さらに加熱室昇降シリンダー１８が作動することによって加熱室ＫＳ内に収容される。

そして、被処理物Ｘは、加熱ヒータ２２が一定時間通電されることによって温度Ｔ１よりも高い温度に加熱され、所定の熱処理が実施されると、加熱室昇降シリンダー１８が作動し、さらにプッシャーシリンダー１６が作動することによって冷却室載置台１１上に搬送される。そして、冷却室昇降シリンダー１３が作動することによって冷却室ＲＳに搬送される。なお、被処理物Ｘの、搬送室ＨＳ、加熱室ＫＳ、及び冷却室ＲＳでの搬送中は、これらの３室は真空状態に保たれている。

冷却室ＲＳに搬送される被処理物Ｘに対しては、予め設定された冷却処理、すなわちミスト冷却、浸漬冷却のいずれかの冷却処理がなされる。
冷却室ＲＳにて被処理物Ｘをミスト冷却する場合には、搬送された被処理物Ｘを冷却室ＲＳに収容した後、連続運転している冷却ポンプ４の吐出口側に位置する第２循環路３４の分岐路において、切換弁９ａを閉鎖し、切換弁９ｂを開放することによって、第１分岐路３９に冷却水を流通させる。これにより、冷却水の供給先が冷却ノズル２に選択され、冷却ノズル２から冷却水の液滴（ミスト）が被処理物Ｘに向けて噴射される。すなわち、被処理物Ｘは、冷却ノズル２から噴射される冷却水の液滴によってミスト冷却される。このミスト冷却において、複数の冷却ノズル２から噴射された冷却水は、図２に示す第１回収路３０を介して冷却水槽３２に連続的に返送される。

また、被処理物Ｘを浸漬冷却する場合には、被処理物Ｘを冷却室ＲＳに収容する前に、まず、上記のミスト冷却と同様にして冷却水の供給先を冷却ノズル２に選択し、開閉弁３５を閉鎖した状態で、この冷却ノズル２から冷却水の液滴を噴射することにより、冷却室ＲＳ内にある程度冷却水を溜める。続いて、切換弁９ａを開放し、切換弁９ｂを閉鎖することで冷却水の供給先を噴出ノズル８とする。なお、浸漬冷却を実施する場合に、冷却ノズル２から冷却水を噴射することなく、切換弁９ａを開放し、切換弁９ｂを閉鎖することで第２分岐路４０に冷却水を流通させて、冷却水の供給先を噴出ノズル８としてもよい。

このようにして複数の噴出ノズル８から冷却媒体を供給することにより、冷却室ＲＳ内を冷却水で満たす。次いで、冷却水で満たされた冷却室ＲＳ内に被処理物Ｘを収容することにより、浸漬冷却を行う。これにより、被処理物Ｘは、冷却水中に浸漬されて温度Ｔ２まで急冷される。この浸漬冷却は所定時間に亘って行われるが、この浸漬冷却において、複数の噴出ノズル８から冷却水が冷却室ＲＳ内に連続的に供給され、これによって冷却室ＲＳ内の冷却水が撹拌される。また、図２に示す第２回収路３１と冷却室ＲＳとの連結部分からオーバーフローした冷却水は、この第２回収路３１を介して冷却水槽３２に返送される。そして、このような浸漬冷却が完了すると、開閉弁３５が開放されて冷却室ＲＳ内の冷却水が第１回収路３０を介して短時間で冷却水槽３２に返送され、これによって被処理物Ｘは、冷却水（冷却媒体）に浸漬された状態から空気中に設置された状態に短時間で移行する。

以下、被処理物Ｘのミスト冷却中の冷却装置Ｒの動作について、より詳細に説明する。
図３は冷却室ＲＳ内の圧力変化と被処理物Ｘの温度変化とを示すグラフであって、図３の紙面上側のグラフは冷却室ＲＳ内の圧力変化を示し、図３の紙面下側のグラフは被処理物Ｘの温度変化を示している。なお、以下、図３の紙面上側のグラフを図３（ａ）、図３の紙面下側のグラフを図３（ｂ）と称する場合がある。図３（ａ）及び図３（ｂ）の横軸は同一の時間軸を示している。

加熱装置によって温度Ｔ１よりも高い温度まで加熱された被処理物Ｘは、中間搬送装置Ｈを介して冷却室ＲＳに搬入される。なお、上述したように、被処理物Ｘの搬送中の搬送室ＨＳや冷却室ＲＳは真空状態に保たれており、真空状態での冷却室ＲＳ内の圧力を圧力Ｄ０とする。温度Ｔ１より高い温度まで加熱された被処理物Ｘの温度は、搬送中の熱放射によって徐々に低下する。

冷却室ＲＳ内に被処理物Ｘが搬入されると、被処理物Ｘが搬送される冷却チャンバー１の不図示の開口が閉鎖され、冷却室ＲＳは密閉状態となる。図３の時刻Ｐ０において、上記制御装置の制御に基づいて昇圧ガス供給装置ＲＧのバルブ６２が開放される。冷却室ＲＳは真空状態に保たれており、昇圧ガスタンク６１には昇圧ガス（又は液化した昇圧ガス）が貯留されているため、バルブ６２が開放するのみで、昇圧ガスタンク６１内の昇圧ガスは昇圧ガス配管６３を介して冷却室ＲＳ内に供給される。昇圧ガスは一定の流量で冷却室ＲＳ内に供給され、冷却室ＲＳ内の圧力は時間の経過とともに徐々に上昇する（図３（ａ）参照）。なお、昇圧ガスの供給は、冷却室ＲＳ内の圧力が後述する第２圧力値Ｄ２に到達するまで実施される。

昇圧ガスの供給により、冷却室ＲＳ内の圧力が第１圧力値Ｄ１となった時刻Ｐ１で、複数の冷却ノズル２から冷却水（ミスト）が被処理物Ｘに向けて噴霧される第１噴霧工程が開始される。冷却室ＲＳ内の圧力が低すぎると冷却ポンプ４が適切に動作できない場合があるため、第１圧力値Ｄ１は、冷却ポンプ４の適切な動作及び冷却ノズル２からの適切な冷却水の噴霧が可能である圧力値に設定されている。なお、時刻Ｐ１では被処理物Ｘの温度は温度Ｔ１となっているため、被処理物Ｘの冷却処理は温度Ｔ１から開始される。噴霧された冷却水（ミスト）は、高温の被処理物Ｘに付着し、そこで蒸発することで被処理物Ｘから蒸発熱を奪い、よって被処理物Ｘが冷却される。

本実施形態のミスト冷却では、第１噴霧工程に続いて、時刻Ｐ２から時刻Ｐ４まで均熱工程（冷却媒体の供給停止期間）を実施する。この均熱工程は、急速なミスト冷却によって生じる被処理物Ｘの内部と外面との温度差を緩和するために行われる。均熱工程では、冷却ノズル２からの冷却水の噴霧が停止される。本実施形態では、時刻Ｐ２での冷却室ＲＳ内の圧力は、大気圧よりも低い圧力となっている。また、時刻Ｐ２と時刻Ｐ４との間の時刻Ｐ３で、冷却室ＲＳ内の圧力は大気圧より僅かに低い第２圧力値Ｄ２に到達し、その後冷却室ＲＳが大気開放されて冷却室ＲＳ内の圧力は大気圧に等しくなる。なお、第２圧力値Ｄ２は大気圧に近い圧力であるため、図３（ａ）では、便宜上、第２圧力値Ｄ２と大気圧とを同一の値として記載している。このような均熱工程が実施されることで、被処理物Ｘの内部と外面との温度差が緩和される。この結果、被処理物Ｘの材質の不均一化や変形等を抑制できる。

均熱工程に続いて、時刻Ｐ４から時刻Ｐ５まで第２噴霧工程を実施する。この第２噴霧工程では、上記第１噴霧工程と同様に、複数の冷却ノズル２から冷却水（ミスト）が被処理物Ｘに向けて噴霧される。第２噴霧工程が実施されることにより、被処理物Ｘは温度Ｔ２まで冷却される。時刻Ｐ５から、被処理物Ｘは温度Ｔ２から緩やかに冷却されて、本実施形態のミスト冷却は終了する。

次に、上述したミスト冷却中の圧力安定装置ＲＡの動作を説明する。
図３を用いて説明した上記ミスト冷却では、均熱工程が開始される時刻Ｐ２での冷却室ＲＳ内の圧力は、大気圧や第２圧力値Ｄ２よりも低くなっている。被処理物Ｘの表面に凹部等が形成されている場合、第１噴霧工程が終了した時点でその凹部等に冷却水が溜まっている場合がある。また、被処理物Ｘの冷却処理の温度プロファイルによっては、時刻Ｐ２の時点で、冷却水が蒸発するに十分な温度を被処理物Ｘが有している場合がある。

このように、均熱工程が開始される時刻Ｐ２で、被処理物Ｘに多量の冷却水が付着しているとともに、被処理物Ｘの温度が高い場合には、均熱工程において、被処理物Ｘに付着した冷却液の蒸発により蒸気が発生し続ける。一方、冷却ノズル２からの冷却水の噴霧は停止しており、被処理物Ｘから発生した蒸気は冷却ノズル２から供給される冷却水によって冷却されずに冷却室ＲＳ内にとどまる。このため、発生する蒸気によって冷却室ＲＳ内の圧力が予期せず急激に上昇する場合があり、このような冷却室ＲＳの圧力上昇に伴って、熱処理装置Ｍや冷却装置Ｒの緊急停止といった不具合が生じる場合がある。

しかしながら、本願の冷却装置Ｒは圧力安定装置ＲＡを備えており、圧力安定装置ＲＡの制御部５３が、圧力センサ５１から入力される冷却室ＲＳ内の圧力の検出結果（圧力値）と、第２圧力値Ｄ２（しきい値）とを所定の時間間隔毎に比較している。このため、冷却室ＲＳ内の圧力が急激に上昇した場合でも、上記検出結果が第２圧力値Ｄ２以上となった時点で、制御部５３が圧力逃がし弁５２を開放する。圧力逃がし弁５２が開放されることで、冷却室ＲＳの内部と外部とが第２回収路３１や排気口３１ａを介して連通されるため、冷却室ＲＳ内の圧力は速やかに大気圧と等しくなる。従って、本実施形態の均熱工程において、被処理物Ｘに付着した冷却液の蒸発により蒸気が発生し続けている場合であっても、冷却室ＲＳ内の圧力が大気圧を超えることを防止できる。よって、熱処理装置Ｍや冷却装置Ｒの緊急停止を防止して、被処理物の高い処理効率を維持できる。

圧力センサ５１の圧力検出から圧力逃がし弁５２の開放動作までには多少の時間（タイムラグ）を要する場合がある。このため、冷却室ＲＳ内の圧力が大気圧を超えることを確実に防止すべく、第２圧力値Ｄ２は、大気圧よりも低い値に設定されている。この第２圧力値Ｄ２の値は、上記タイムラグ等に鑑みて適切に調整してよい。

どのような場合に冷却室ＲＳ内の急激な圧力上昇が発生するかを予測することは困難であるため、制御部５３による、圧力センサ５１の検出結果（圧力値）と第２圧力値Ｄ２（しきい値）とを比較は、所定の時間間隔毎に実施されている。このため、冷却室ＲＳ内の圧力が急激に上昇せずに、図３（ａ）に示すように時間とともに次第に上昇している場合であっても、冷却室ＲＳ内の圧力値が第２圧力値Ｄ２以上となったときに、制御部５３は圧力逃がし弁５２を開放し、冷却室ＲＳの内部と外部とを圧力逃がし弁５２等を介して連通させる。すなわち、冷却室ＲＳ内の圧力が急激に上昇しない通常の冷却工程においても、冷却室ＲＳ内の圧力が第２圧力値Ｄ２に到達したときの冷却室ＲＳの大気開放は、圧力逃がし弁５２によって行われている。

このような本実施形態によれば、冷却室ＲＳに接続される第２回収路３１に設けられ、開放することによって冷却室ＲＳの内部の圧力を大気圧と等しくさせる圧力逃がし弁５２を冷却装置Ｒが具備する。このため、冷却室ＲＳ内部の圧力が高くなってしまった場合でも、圧力逃がし弁５２を開放させることで冷却室ＲＳ内部の圧力を大気圧と等しくさせて、冷却室ＲＳの内部圧力の大気圧を超える不適切な上昇を防止することができる。また、本実施形態によれば、従来から搭載されている第２回収路３１（オーバーフロー配管）に圧力逃がし弁５２を設けることで、冷却装置Ｒの大きな改修を行うことなく、冷却室ＲＳの内部圧力の大気圧を超える上昇の防止を実現することができる。

以上、本開示の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、構成の負荷、省略、置換、及びその他の変更が可能である。例えば以下のような変形例が考えられる。

（１）上記実施形態では、オーバーフロー配管である第２回収路３１に圧力逃がし弁５２を取り付けたが、本開示はこれに限定されない。例えば、冷却装置Ｒに設けられる図示しない排気配管（冷却室ＲＳの内部と外部とを連通可能な配管）に圧力逃がし弁５２を設け、この排気配管を介して冷却室ＲＳ内の蒸気を外部に排出して、冷却室ＲＳ内の圧力を大気圧と等しくするようにしてもよい。また、配管を介さずに、冷却室ＲＳ（冷却チャンバー１）の壁部に開口を設け、この開口に圧力逃がし弁５２を取り付けるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、昇圧ガス配管６３の途中にバルブ６２が設けられているが、本開示はこの構成に限定されない。例えば、昇圧ガスタンク６１から冷却室ＲＳ内への昇圧ガスの供給速度を向上させる必要のある場合には、上記バルブ６２に代えて、又は上記バルブ６２とともに、昇圧ガスを冷却室ＲＳに向けて送り出す供給ポンプを昇圧ガス配管６３の途中に設けてもよい。昇圧ガスの供給時にこの供給ポンプを駆動させることで、昇圧ガスの供給速度を向上させることができる。

（３）上記実施形態のミスト冷却では、均熱工程が開始される時刻Ｐ２では冷却室ＲＳ内の圧力が大気圧より低くなっている。しかし、冷却室ＲＳ内の圧力が既に大気圧と等しくなっている時点で、均熱工程が開始されてもよい。すなわち、上記第１噴霧工程の実施中に、冷却室ＲＳ内の圧力が第２圧力値Ｄ２に到達し、その結果、冷却室ＲＳ内の圧力が大気圧に等しくなってもよい。

（４）上記実施形態のミスト冷却では、被処理物Ｘの冷却中に、冷却室ＲＳ内への冷却液の供給停止期間である均熱工程を１回設けている。しかし、被処理物Ｘの冷却中に、冷却液の供給停止期間を複数回設けてもよい。すなわち、冷却液の噴霧工程を間欠的に行ってもよい。また、言い換えれば、噴霧工程と均熱工程とを交互に実施してもよい。

（５）上記実施形態では冷却媒体として水を用いているが、冷却媒体として代替フロンや有機溶剤等を用いることも可能である。

（６）上記実施形態では熱処理装置Ｍについて説明しているが、本開示は加熱装置を備えない冷却装置に適用することも可能である。この場合には、冷却装置が、昇圧ガス供給部ＲＧ、圧力逃がし弁５２、圧力センサ５１、及び制御部５３等を備える。

本開示は、被処理物に冷却液を噴射して冷却する熱処理装置及び冷却装置に利用できる。

２ 冷却ノズル
４ 冷却ポンプ
８ 噴出ノズル
３０ 第１回収路
３１ 第２回収路（オーバーフロー配管）
３２ 冷却水槽
３３ 第１循環路
３４ 第２循環路
３７ 熱交換器
３８ 定流量弁
４２ 噴射ノズル
Ｍ 熱処理装置
Ｒ 冷却装置
ＲＨ 冷却装置本体
ＲＪ 冷却媒体循環装置
ＲＳ 冷却室
Ｋ１ 加熱装置
Ｋ２ 加熱装置
Ｘ 被処理物
ＲＡ 圧力安定装置
５１ 圧力センサ
５２ 圧力逃がし弁
５３ 制御部
３１ａ 排気口
ＲＧ 昇圧ガス供給装置（昇圧ガス供給部）
６１ 昇圧ガスタンク
６２ バルブ
６３ 昇圧ガス配管

Claims (5)

1. 被処理物を加熱する加熱装置と、
   前記加熱装置によって加熱された前記被処理物を収容すると共に前記被処理物を冷却するための冷却媒体が内部に供給される冷却室を有する冷却装置と、
   前記冷却室内に昇圧ガスを供給する昇圧ガス供給部と、
   開放されることで前記冷却室の内部と外部とを連通させる圧力逃がし弁と、
   前記冷却室の内部の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの検出結果がしきい値以上である場合に、前記圧力逃がし弁を開放するように制御する制御部と、を具備する熱処理装置。
2. 前記冷却室の内部と外部とを連通可能な配管が、前記冷却室に接続され、
   前記圧力逃がし弁は、前記配管に設けられるとともに、前記配管を閉鎖可能である請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記配管は、前記冷却室から前記冷却媒体を排出するオーバーフロー配管である請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記冷却装置は、前記被処理物の冷却中に、前記冷却室内への冷却媒体の供給停止期間を少なくとも１回設けるように構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
5. 被処理物を収容すると共に前記被処理物を冷却するための冷却媒体が内部に供給される冷却室と、
   前記冷却室内に昇圧ガスを供給する昇圧ガス供給部と、
   開放されることで前記冷却室の内部と外部とを連通させる圧力逃がし弁と、
   前記冷却室の内部の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの検出結果がしきい値以上である場合に、前記圧力逃がし弁を開放するように制御する制御部と、を具備する冷却装置。

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