JPWO2016158559A1 - 熱処理システム - Google Patents

Abstract

熱処理システムが、被処理物（Ｘ）を加熱処理する加熱室（７Ａ〜７Ｆ）と、被処理物を加熱室に搬入すると共に被処理物を加熱室から搬出し、かつ被処理物を無酸素雰囲気下で搬送する搬送装置（５）とを備え、搬送装置が、被処理物を冷却処理する冷却装置を備える。

Description

本開示は、熱処理システムに関する。
本願は、２０１５年３月３０日に日本に出願された特願２０１５−６７９５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

下記特許文献１には、中間搬送室と加熱室と冷却室とを備える多室型熱処理装置が開示されている。この多室型熱処理装置は、加熱室で加熱処理した被処理物（金属部品）を中間搬送室を経由して冷却室に搬送して冷却処理する。この多室型熱処理装置では、加熱処理に要する時間が冷却処理に要する時間よりも短いことを考慮して、１つの冷却室に対して３つの加熱室を備える構成を採用している。すなわち、この多室型熱処理装置では、冷却室の数よりも加熱室の数を多くすることにより、冷却室の稼働効率を上昇させて全体的な熱処理効率の向上を図っている。

なお、熱処理装置には、上述した多室型の他に、１つの処理室で加熱処理と冷却処理とを行う単室型、１つの加熱室と１つの冷却室とが隣接配置された二室型、複数の加熱室と冷却室とが一列に配置された連続型、あるいは加熱室と冷却室との間に専用の搬送装置が備えられた搬送装置別体型等がある。

日本国特開２０１４−０５１６９５号公報

ところで、金属部品の熱処理においては、周知のように温度履歴の管理が極めて重要である。実際の温度履歴が予め計画した温度履歴と異なっていた場合には、被処理物に意図した機能を付加し得ない。例えば熱処理の１つとして浸炭処理があるが、この浸炭処理では加熱状態で鋼材の表面に炭素を浸入（浸炭）させた後に、急速冷却することにより焼入れ処理する。この急速冷却における温度履歴が予め計画した通りにならないと、被処理物（鋼材）に所望の強度を付与することができない。

しかしながら、上述した多室型熱処理装置では、被処理物を加熱室から冷却室に搬送する際に、被処理物が中間搬送室を通過する。そのため、被処理物を冷却室で冷却する際の温度履歴の管理がし難く、温度履歴の精度の良い管理を実現することができない。

本開示は、上述した事情に鑑みてなされ、被処理物の熱処理において、被処理物を冷却処理する際の温度履歴を従来よりも精度良く管理することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の第一の態様に係る熱処理システムは、被処理物を加熱処理する加熱室と、被処理物を加熱室に搬入すると共に被処理物を加熱室から搬出し、かつ被処理物を無酸素雰囲気下で搬送する搬送装置とを備え、搬送装置が、被処理物を冷却処理する冷却装置を備える。

本開示によれば、搬送装置が被処理物を冷却処理する冷却装置を備えるので、被処理物を冷却処理する際の温度履歴を従来よりも精度良く管理することが可能である。

本開示の一実施形態に係る熱処理システムの要部構成を示す模式図である。 本開示の一実施形態に係る冷却搬送装置の概略構成を示す側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本開示の一実施形態に係る冷却搬送装置と浸炭炉との接続部分の構造を示す断面図である。 本開示の一実施形態に係る浸炭炉の概略構成を示す斜視図である。 本開示の一実施形態における冷却搬送装置の動きを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態における熱処理工程の温度履歴及び圧力履歴を示す第１のグラフである。 本開示の一実施形態における熱処理工程の温度履歴及び圧力履歴を示す第２のグラフである。 本開示の他の実施形態に係る熱処理システムの要部構成を示す模式図である。

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。
本実施形態に係る熱処理システムは、複数の装置が協働することにより被処理物Ｘ（ワーク）に対して所定の熱処理を施す設備である。被処理物Ｘは、金属材料からなる種々の部品（金属部品）であり、所定の搬送容器に収納された状態で装置間を移動する。熱処理システムは、このような被処理物Ｘに対して金属部品への熱処理として周知な浸炭処理を行う。

この熱処理システムは、図１に示すように、５つのローラコンベヤ１Ａ〜１Ｅ、前洗浄機２、一対のターンテーブル３Ａ、３Ｂ、一対の受渡装置４Ａ、４Ｂ、冷却搬送装置５、二対の搬送レール６Ａ、６Ｂ、複数（６つ）の浸炭炉７Ａ〜７Ｆ（加熱室）、ガス冷却炉８（ガス冷室）、移送装置９、後洗浄機１０、また連続式焼戻炉１１を備えている。

５つのローラコンベヤ１Ａ〜１Ｅは、被処理物Ｘを上記各装置間で搬送する搬送装置である。５つのローラコンベヤ１Ａ〜１Ｅのうち、ローラコンベヤ１Ａは、ワーク搬入装置（図示略）から供給された被処理物Ｘを前洗浄機２に搬送する。ローラコンベヤ１Ｂは、前洗浄機２から供給された被処理物Ｘをターンテーブル３Ａに搬送する。ローラコンベヤ１Ｃは、ターンテーブル３Ｂから供給された被処理物Ｘを移送装置９に搬送する。

ローラコンベヤ１Ｄは、移送装置９から供給された被処理物Ｘを後洗浄機１０に搬送する。ローラコンベヤ１Ｅは、連続式焼戻炉１１内を突き抜ける形態で設けられており、後洗浄機１０から供給された被処理物Ｘを連続式焼戻炉１１内を通過させてワーク搬出装置（図示略）に搬送する。

前洗浄機２は、熱処理前の被処理物Ｘを真空雰囲気下で脱脂洗浄（前脱脂洗浄）する洗浄装置である。この前洗浄機２としては、例えば日本国特開２０１４−１６６６３７号公報に記載された省エネタイプの真空洗浄機が採用される。ターンテーブル３Ａは、被処理物Ｘが載置されるワークテーブルと、このワークテーブルを回転駆動する電動機等を備え、ローラコンベヤ１Ｂから供給された被処理物Ｘの搬送方向を変更して受渡装置４Ａに供給する。本実施形態のターンテーブル３Ａは、図示するように被処理物Ｘの搬送方向を角度として９０度変更して受渡装置４Ａに供給する。

受渡装置４Ａは、ターンテーブル３Ａから供給された被処理物Ｘを冷却搬送装置５に受け渡す。冷却搬送装置５は、搬送レール６Ａ上を移動する油冷却機能付きの搬送装置である。この冷却搬送装置５は、受渡装置４Ａから供給された被処理物Ｘを６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆの何れかに搬送すると共に、浸炭炉７Ａ〜７Ｆから受け取った被処理物Ｘに油冷却処理を施して受渡装置４Ｂやガス冷却炉８に搬送する。

本実施形態の場合、一対の搬送レール６Ａは、一列に配置された浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８に沿って設けられている。冷却搬送装置５は、この搬送レール６Ａ上を移動することによって被処理物Ｘを受渡装置４Ｂ、浸炭炉７Ａ〜７Ｆあるいはガス冷却炉８に搬送する。

この冷却搬送装置５の例を図２及び図３に示す。冷却搬送装置５は、真空ポンプが備えられた所定形状の真空チャンバ５ａ内に油冷却装置５ｂが組み込まれて構成され、移動機構５ｃにより搬送レール６Ａ上を走行可能となっている。油冷却装置５ｂは、例えば所定の冷却油が貯留された油槽と被処理物Ｘを上下動させる昇降機構とを備え、浸炭炉７Ａ〜７Ｆから移載された被処理物Ｘを、昇降機構を用いて下降させて油槽の冷却油に浸漬させ、所定の冷却期間後に被処理物Ｘを上昇させることにより、所望の温度履歴となるように被処理物Ｘを油冷却する。

また、冷却搬送装置５は、油冷却装置５ｂに加え、ガス冷却装置５ｄを備えている。このガス冷却装置５ｄは、真空チャンバ５ａ内を不活性ガス雰囲気（例えば窒素ガス雰囲気）とし、ファン等を用いて不活性ガスを対流させることによって被処理物Ｘを冷却（対流冷却）する。

さらに、冷却搬送装置５は、被処理物Ｘを浸炭炉７Ａ〜７Ｆあるいはガス冷却炉８との間で移載する移載機構（図示略）を備えている。この移載機構は、冷却搬送装置５内に収容された被処理物Ｘを、冷却搬送装置５に設けられた扉５ｅを介して、浸炭炉７Ａ〜７Ｆあるいはガス冷却炉８に移載すると共に浸炭炉７Ａ〜７Ｆあるいはガス冷却炉８内の被処理物Ｘを冷却搬送装置５内に移載する。なお、上記真空ポンプは、真空チャンバ５ａ内を真空雰囲気とする。

上記の通り、本実施形態の冷却搬送装置５は、被処理物Ｘを不活性ガス雰囲気または真空雰囲気下で搬送するとともに冷却処理しており、そのための固有な設備（真空チャンバ５ａ、ガス冷却装置５ｄ等）を備えている。その結果、本実施形態の冷却搬送装置５によれば、搬送中の被処理物Ｘを無酸素雰囲気下におき、被処理物Ｘの酸化を防止することが可能となっている。これは、被処理物Ｘにいわゆる光輝処理等の処理を施す場合等において、表面に着色等の不良が形成されることのない被処理物Ｘを得るにあたり、重要な要素となる。なお、本開示における「無酸素雰囲気下」とは、窒素ガス雰囲気中、不活性ガス雰囲気中、真空雰囲気中等の酸素がない場合だけでなく、被処理物が大気に暴露した状態に比べて酸化しない酸素欠乏状態を含む。上記「無酸素雰囲気下」の酸素濃度は、通常０．１体積％以下（例えば、０〜０．１体積％）である。

また、移動機構５ｃは、搬送レール６Ａ上に配置された駆動輪及び駆動輪を回転駆動する駆動機構等で構成されている。

また、運用上の理由から、冷却搬送装置５は可能な限り低床とすることが望ましい。そこで、本実施形態の冷却搬送装置５では、冷却搬送装置５の床部を補強するためのリブ５ｆ，５ｇ，５ｈを冷却搬送装置５の内部側に設けている。具体的には、リブ５ｆ〜５ｈを、上記床部上に突出するよう設けている。これにより、リブ５ｆ〜５ｈとレール６Ａ等の干渉を防止するとともに、上記床部とレール６Ａ間の距離を減少させ、冷却搬送装置５の低床化を実現している。

一方、リブ５ｆ〜５ｈを冷却搬送装置５の内部側に設けた場合、上記床部上に突出するリブ５ｆ〜５ｈと、例えば油冷却装置５ｂ等の一部（油槽内の冷却油を冷却、撹拌するための装置等）との干渉が懸念される。そこで、本実施形態の冷却搬送装置５では、例えば図３に示すように、冷却搬送装置５の底部に設置された油冷却装置５ｂ等の設備と干渉しない位置にリブ５ｆ〜５ｈを設けることより、これらの設備とリブ５ｆ〜５ｈとの干渉と、それに伴う冷却搬送装置５の全高の増加を防止している。具体的には、上記設備と上下に重ならず、かつ前後及び／または左右に重なる位置にリブ５ｆ〜５ｈを配置することにより、特に上下方向における上記設備とリブ５ｆ〜５ｈとの干渉を防止している。

また、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８との間における被処理物Ｘの移載に際しては、移載に伴う被処理物Ｘの周囲の温度変化や外気との接触による被処理物Ｘの酸化等を可能な限り抑制するため、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａ〜７Ｆまたはガス冷却炉８とを密着させた状態で、被処理物Ｘを移載することが望ましい。そのための構造として、本実施形態の冷却搬送装置５、並びに浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８は、例えば図４に示す構造を備えている。

図４は、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａ〜７Ｆとの接続部分の構造を示す断面図である。冷却搬送装置５の、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ側を向く（すなわち扉５ｅが形成された側の）外壁５ｉには、扉５ｅの周囲を囲む枠状のカバー５ｊが取り付けられている。カバー５ｊは浸炭炉７Ａ〜７Ｆ側に向け突出した後、内側に屈曲するとともに外壁５ｉと平行な面を形成し、さらに浸炭炉７Ａ〜７Ｆ側に向け突出した後、外側に屈曲している。その結果、カバー５ｊの先端には、外壁５ｉと平行な、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ側を向く端面５ｋが形成されている。

端面５ｋ上には、可撓性部材からなるシール部５ｌが、扉５ｅの周囲を囲むよう配置されている。シール部５ｌは筒状の断面を有し、その内部空間５ｍに例えば空気等の流体を供給することにより、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ側に向け均一に膨脹する。また、シール部５ｌの材質には、例えばフッ素樹脂やケイ素樹脂等の耐熱性樹脂、あるいはニトリルゴム等が使用される。

一方、浸炭炉７Ａ〜７Ｆの、冷却搬送装置５側を向く外壁７ａには、浸炭炉７Ａ〜７Ｆの扉（後述）の周囲を囲む枠状のカバー７ｂが取り付けられている。カバー７ｂは外壁７ａと平行な端面７ｃを形成した後、冷却搬送装置５側に向け屈曲し、冷却搬送装置５側に突出する保護板７ｄを形成している。また、端面７ｃ及び保護板７ｄの位置は、冷却搬送装置５から浸炭炉７Ａ〜７Ｆへの被処理物Ｘの移載のために冷却搬送装置５を浸炭炉７Ａ〜７Ｆに接続した際に、端面７ｃがシール部５ｌの先端面と対向し、かつ保護板７ｄが内側からシール部５ｌを覆うよう、各々設定されている。なお、図示は省略するが、ガス冷却炉８の、冷却搬送装置５側を向く外壁にも、カバー７ｂと同様の構造を有するカバーが取り付けられている。

６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆは、各々に被処理物Ｘに対して加熱処理及び浸炭処理を施す加熱室である。各浸炭炉７Ａ〜７Ｆは、真空チャンバ、真空ポンプ、メカニカルブースターポンプ、加熱装置及び浸炭ガス供給装置等を備えており、被処理物Ｘが収容された真空チャンバ内を、真空ポンプを用いて所定の真空雰囲気（真空度）とすると共に加熱装置を用いて所定の高温状態とし、この状態で浸炭ガス供給装置から真空チャンバ内にアセチレン等の浸炭用ガスを供給することによって被処理物Ｘの表層に炭素を注入（浸炭）する。

また、本実施形態の浸炭炉７Ａ〜７Ｆでは、例えば図５に示すように、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ内の、被処理物Ｘの搬入／搬出方向Ｄに沿った両側に、複数の加熱装置７ｅが縦に配列された構造を有している。なお、図５における符号７ｆは、冷却搬送装置５との間で被処理物Ｘを搬入／搬出するための扉である。

また、浸炭炉７Ａ〜７Ｆは、各々に真空ポンプを備えるだけでなく、メカニカルブースターポンプを備えている。メカニカルブースターポンプは、真空ポンプを補助するポンプであり、真空チャンバ内がある程度低圧化した際の排気速度を増大させる。このようなメカニカルブースターポンプを６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆの各々に設けることにより、各浸炭炉７Ａ〜７Ｆの真空チャンバ内を、メカニカルブースターポンプを備えない場合よりも高速に所望の真空度（例えば５００Ｐａ以下）まで減圧することができる。なお、浸炭用ガスとしてアセチレンを用いる場合、各浸炭炉７Ａ〜７Ｆにおける真空チャンバ内の真空度は、例えば２００〜３００Ｐａに設定される。

ガス冷却炉８は、被処理物Ｘに対してガス冷処理を施すガス冷室である。このガス冷却炉８は、真空チャンバ、真空ポンプ、冷却ガス供給装置及び循環装置等を備えており、被処理物Ｘが収容された真空チャンバ内を真空ポンプを用いて所定の真空雰囲気とし、この状態で冷却ガス供給装置から真空チャンバ内に窒素ガス等の冷却ガスを供給すると共に循環装置を用いて冷却ガスを真空チャンバ内で循環させることによって被処理物Ｘを所望の温度履歴で冷却する。

ここで、６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆは、図示するようにガス冷却炉８を挟んだ状態で一列に配列している。すなわち、３つの浸炭炉７Ａ〜７Ｃが互いに隣接した状態で一列に配列し、また残りの３つの浸炭炉７Ｄ〜７Ｆが同じく互いに隣接した状態で一列に配列しており、浸炭炉７Ｃと浸炭炉７Ｄとの間にガス冷却炉８が配置されている。換言すると、熱処理システムでは、ガス冷却炉８が６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆの中間位置に配置されている。

受渡装置４Ｂは、冷却搬送装置５から受け取った被処理物Ｘをターンテーブル３Ｂに受け渡す装置である。ターンテーブル３Ｂは、被処理物Ｘが載置されるワークテーブルとワークテーブルを回転駆動する電動機等を備え、受渡装置４Ｂから供給された被処理物Ｘの搬送方向を変更してローラコンベヤ１Ｃに供給する。本実施形態のターンテーブル３Ｂは、上述したターンテーブル３Ａと同様に被処理物Ｘの搬送方向を角度として９０度変更してローラコンベヤ１Ｃに供給する。

移送装置９は、ローラコンベヤ１Ｃから供給された被処理物Ｘをローラコンベヤ１Ｃと同一方向に延びるローラコンベヤ１Ｄに移送する装置である。この移送装置９は、一対の搬送レール６Ｂに沿って移動することによって被処理物Ｘをローラコンベヤ１Ｃからローラコンベヤ１Ｄに移送する。一対の搬送レール６Ｂは、上述した一対の搬送レール６Ａに対して直交する方向に延びるように設けられている。すなわち、移送装置９は、冷却搬送装置５の移動方向に直交する方向に移動する。

ここで、熱処理システムでは、図示するように浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８を一列に配置し、これら浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８に沿って搬送レール６Ａを敷設することによって、冷却搬送装置５を直線的に移動させるようにレイアウトが設定されている。このような基本レイアウトの関係で、搬送レール６Ａ、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ、ガス冷却炉８及び冷却搬送装置５以外の装置は、図示するように、搬送レール６Ａを挟んで浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８とは反対側に、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８の配列方向つまり搬送レール６Ａの延びる方向と同一方向に沿って、２列に配置されている。

後洗浄機１０は、熱処理後の被処理物Ｘを真空雰囲気下で脱脂洗浄（後脱脂洗浄）する装置である。すなわち、この後洗浄機１０は、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及び冷却搬送装置５によって、あるいは浸炭炉７Ａ〜７Ｆ、冷却搬送装置５及びガス冷却炉８によって浸炭処理された被処理物Ｘに後脱脂洗浄処理を施す。なお、この後洗浄機１０としては、上述した前洗浄機２と同様に、例えば日本国特開２０１４−１６６６３７号公報に記載された省エネタイプの真空洗浄機が採用される。

連続式焼戻炉１１は、複数の焼戻炉が一列に連続して設けられた装置であり、後脱脂洗浄処理された被処理物Ｘに焼戻し処理を施す。すなわち、連続式焼戻炉１１は、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ、ガス冷却炉８及び冷却搬送装置５で浸炭処理された被処理物Ｘを再加熱することによって被処理物Ｘ（金属部品）の金属組織を安定化させる。

なお、図示していないが、上述した熱処理システムを構成する各装置は、所定の制御装置によって動作が統括的に制御されている。この制御装置は、所定の制御プログラムに基づいて各装置を制御するソフトウエアを備え、熱処理システムの統一的な運転を実現する。

次に、このように構成された熱処理システムの動作について、図２〜図４をも参照して詳しく説明する。

この熱処理システムに外部から供給された被処理物Ｘは、最初にローラコンベヤ１Ａによって前洗浄機２に搬送され、前洗浄機２において前脱脂洗浄処理を受ける。そして、前脱脂洗浄処理後の被処理物Ｘは、ローラコンベヤ１Ｂ→ターンテーブル３Ａ→受渡装置４Ａの順に搬送されて冷却搬送装置５に供給される。

冷却搬送装置５に供給された前脱脂洗浄処理後の被処理物Ｘは、冷却搬送装置５によって待機中の浸炭炉、例えば浸炭炉７Ａに搬送される。すなわち、冷却搬送装置５は、搬送レール６Ａ上を受渡装置４Ａまで走行して被処理物Ｘを受け取り、さらに浸炭炉７Ａまで走行して被処理物Ｘを浸炭炉７Ａ内に収納する。

さらに、冷却搬送装置５は、浸炭炉７Ａ内における被処理物Ｘに対する処理が終了すると、被処理物Ｘを浸炭炉７Ａから回収して自らのチャンバ内に収容し冷却処理を施し、また浸炭炉７Ａから受渡装置４Ｂに移動して被処理物Ｘを受け渡す。

ここで、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとの間における被処理物Ｘの移載に際しては、図４に示すように、冷却搬送装置５のカバー５ｊ内に浸炭炉７Ａの保護板７ｄが挿入されるよう、冷却搬送装置５を浸炭炉７Ａに対し相対移動させる。また、それに伴い、シール部５ｌの先端面が端面７ｃと対向し、かつシール部５ｌが内側から保護板７ｄで覆われる。そして、この状態でシール部５ｌの内部空間５ｍに例えば空気等の流体を供給すると、シール部５ｌが浸炭炉７Ａ〜７Ｆ側に向け均一に膨脹し、その結果、図４に二点鎖線で示すように、シール部５ｌの先端面が端面７ｃに密着し、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとの間の気密性が確保される。これにより、被処理物Ｘの周囲の温度変化や外気との接触による被処理物Ｘの酸化等を抑制しつつ、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとの間で被処理物Ｘの移載を行うことができる。

冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとの間における被処理物Ｘの移載が完了したら、内部空間５ｍへの流体の供給を停止し、シール部５ｌを収縮させる。その後、カバー５ｊ内に挿入されていた保護板７ｄがカバー５ｊから離れるよう、冷却搬送装置５を浸炭炉７Ａに対し相対移動させる。これにより、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとの接続が解除される。

この場合、シール部５ｌの材質に耐熱性樹脂を使用することにより、相対的に高温な浸炭炉７Ａの端面７ｃにシール部５ｌの先端面を密着させた場合でも、熱によるシール部５ｌの劣化が小さくなる。また、シール部５ｌが相対的に低温な冷却搬送装置５に取り付けられているため、シール部５ｌが熱による影響を受けにくく、シール部５ｌの経時変化が小さくなる。また、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとを接続した際に、保護板７ｄが内側からシール部５ｌを覆うため、シール部５ｌが内側から保護板７ｄにより保護され、浸炭炉７Ａ等からの熱や油分等によるシール部５ｌへの影響が低下する。更に、対向する端面５ｋ，７ｃ間の距離や上下左右における相対的な位置に多少のずれがあっても、シール部５ｌの先端面が端面７ｃと当接していれば、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａとの間の気密性が確保される。そのため、冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａ〜７Ｆとの接続に際し、両者間の位置決め精度が相対的に低くて済む。

被処理物Ｘは、受渡装置４Ｂ→ターンテーブル３Ｂ→ローラコンベヤ１Ｃ→移送装置９→ローラコンベヤ１Ｄを介して後洗浄機１０に搬送されて後脱脂洗浄処理を受ける。そして、後脱脂洗浄処理がなされた被処理物Ｘは、ローラコンベヤ１Ｅによって搬送される間に連続式焼戻炉１１において焼戻し処理を施されて外部に排出される。

以上が熱処理システムの全体的な動作であるが、このような熱処理システムの一連の動作の中で、冷却搬送装置５は、図２のフローチャートに示すように動作する。

すなわち、冷却搬送装置５は、上述した制御装置から被処理物Ｘの浸炭炉７Ａへの搬送指令を受信すると、移動機構を作動させることによって受渡装置４Ａに移動して被処理物Ｘを受け取る（ステップＳ１）。そして、冷却搬送装置５は、真空ポンプを作動させることによって自らのチャンバ内を所定の真空雰囲気とし（ステップＳ２）、移動機構を作動させることによって浸炭炉７Ａに移動し、また移載機構を作動させることによって被処理物Ｘを自らのチャンバ内から浸炭炉７Ａのチャンバ内に移載する（ステップＳ３）。

浸炭炉７Ａは、このように被処理物Ｘを収容すると、図３に示すように自らのチャンバ内の減圧を時刻ｔ０から開始して所定の真空雰囲気とし、その上で時刻ｔ１からチャンバ内の加熱を開始して時刻ｔ２において所望の浸炭温度Ｔ１まで加熱する。その後、浸炭炉７Ａは、浸炭温度Ｔ１を時刻ｔ５まで維持するが、その間の時刻ｔ３〜ｔ４の期間（浸炭期間）において浸炭用ガスをチャンバ内に供給することによって被処理物Ｘに浸炭処理を施す。なお、上記浸炭期間の前後の時刻ｔ２〜ｔ３の期間は均熱期間であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は拡散期間である。浸炭炉７Ａは、拡散期間が終了すると、加熱装置７ｅの作動を停止させることにより浸炭温度Ｔ１を温度Ｔ２まで比較的緩やかに下げ、時刻ｔ６〜ｔ７では温度Ｔ２を維持する。

浸炭炉７Ａは、このように時刻ｔ０〜ｔ７に亘る期間において被処理物Ｘの加熱処理及び浸炭処理を行う。加熱処理及び浸炭処理が完了すると、被処理物Ｘは浸炭炉７Ａから冷却搬送装置５に移されて急速冷却処理を受ける。すなわち、冷却搬送装置５は、上述した制御装置から被処理物Ｘからの浸炭炉７Ａの回収指令を受信すると、真空ポンプを作動させることによって自らのチャンバ内を所定の真空雰囲気とし（ステップＳ４）、さらに移動機構を作動させることによって浸炭炉７Ａに移動して被処理物Ｘを受け取る（ステップＳ５）。

そして、冷却搬送装置５は、油冷却装置５ｂを作動させることによって被処理物Ｘを急速冷却する（ステップＳ６）。すなわち、冷却搬送装置５は、移載機構を用いて浸炭炉７Ａから受け取った被処理物Ｘを、昇降機構を作動させて速やかに油槽内の冷却油に浸漬させることによって、被処理物Ｘを急速冷却する。図３における時刻ｔ７〜ｔ８の期間は、冷却搬送装置５による急速冷却期間である。

ここで、被処理物Ｘに浸炭処理を施す際の温度履歴には、図３に示す場合の他に図４に示すように、浸炭温度Ｔ１からＴ３まで比較的緩やかに冷却した後に温度Ｔ２まで加熱する場合がある。このような温度履歴で被処理物Ｘに浸炭処理を施す場合には、時刻ｔ４〜ｔ５における拡散期間が終了した段階で被処理物Ｘを浸炭炉７Ａから冷却搬送装置５に移動させ、時刻ｔ５〜ｔ９の期間（前ガス冷却期間）では冷却搬送装置５のガス冷却装置５ｄを作動させて被処理物Ｘを比較的緩やかに冷却し、その後被処理物Ｘを冷却搬送装置５からガス冷却炉８に移動させて、時刻ｔ９〜ｔ１０に亘る期間（後ガス冷却期間）でさらにガス冷却を行う。

ここで、冷却搬送装置５は、一対の受渡装置４Ａ、４Ｂ、６個の浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８間において被処理物Ｘの搬送作業を行う。よって、冷却搬送装置５が、受渡装置４Ａから受け渡された被処理物Ｘを浸炭炉７Ａに搬送した後、他の浸炭炉７Ｂ〜７Ｆやガス冷却炉８等に被処理物Ｘを搬送する作業を行う場合がある。

したがって、熱処理システムの全体的な稼働効率を考慮した場合、冷却搬送装置５の拘束時間（冷却搬送装置５の内部が被処理物Ｘにより占有されている時間）を長くすることは好ましくない。このような事情から、この熱処理システムでは、上述した後ガス冷却期間を冷却搬送装置５で行うのではなくガス冷却炉８で行うことによって、冷却搬送装置５の拘束時間の短縮を図っている。

ガス冷却炉８における後ガス冷却期間が完了すると、被処理物Ｘは、冷却搬送装置５によってガス冷却炉８から待機中の浸炭炉、例えば浸炭炉７Ｃに搬送させて収容される。そして、被処理物Ｘは、浸炭炉７Ｃにおいて時刻ｔ１０〜１２に亘って再加熱され、再加熱期間が完了すると、冷却搬送装置５によって急速冷却される。すなわち、冷却搬送装置５は、時刻ｔ１２〜ｔ１３において被処理物Ｘを急速冷却処理する。この場合、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８間における被処理物Ｘの搬送の都度、上述したような、シール部５ｌを用いた冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８との間の気密性確保が行われることは言うまでもない。

このような本実施形態によれば、冷却搬送装置５が油冷却装置５ｂを備えるので、浸炭炉７Ａ内で加熱処理かつ浸炭処理された被処理物Ｘを浸炭炉７Ａから冷却搬送装置５の油冷却装置５ｂに移動させ、油冷却装置５ｂ内で速やかに冷却することができる。したがって、被処理物Ｘを急速冷却処理する際の温度履歴を従来よりも精度良く管理することができる。

また、本実施形態によれば、冷却搬送装置５がガス冷却装置５ｄを備えるので、浸炭炉７Ａ内で加熱処理かつ浸炭処理された浸炭温度Ｔ１の被処理物Ｘを比較的緩やかに温度Ｔ３まで冷却した後に再加熱する場合に、浸炭温度Ｔ１から温度Ｔ３までの冷却を冷却搬送装置５で行うことが可能となる。よって、このような冷却における温度履歴を精度良く管理することができる。

さらに、本実施形態によれば、６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆに対して単一のガス冷却炉８が設けられている。このような浸炭炉７Ａ〜７Ｆの個数とガス冷却炉８の個数の割合は、浸炭炉７Ａ〜７Ｆにおける処理時間がガス冷却炉８における処理時間よりも大幅に長いことを考慮している。また、このような６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及び単一のガス冷却炉８を一列に配置するレイアウトを本実施形態で採用するにあたり、ガス冷却炉８が６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆの中間に位置しているので、浸炭炉７Ａ〜７Ｆとガス冷却炉８間における被処理物Ｘの搬送に際し、冷却搬送装置５の移動距離が短くなる。よって、冷却搬送装置５による被処理物Ｘの搬送作業を効率よく行うことができる。

また、本実施形態によれば、図５に示すように、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ内の、被処理物Ｘの搬入／搬出方向Ｄに沿った両側に、複数の加熱装置７ｅが縦に配列されている。そのため、加熱装置７ｅの交換等に際し、加熱装置７ｅを浸炭炉７Ａ〜７Ｆから上方に抜く／浸炭炉７Ａ〜７Ｆに上方から挿入することが可能となり、加熱装置７ｅの交換のためのスペースを浸炭炉７Ａ〜７Ｆの側方に設ける必要がない。したがって、隣接する浸炭炉７Ａ〜７Ｆ間の距離を狭めることが可能となり、一列に配置された浸炭炉７Ａ〜７Ｆの全長（図１におけるＦ）を短縮することができる。その結果、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ間における被処理物Ｘの搬送に際し、冷却搬送装置５の移動距離が短くなるとともに、浸炭炉７Ａ〜７Ｆを含む熱処理システムの小型化が可能となる。

なお、本開示は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では被処理物Ｘを浸炭処理する場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示は、浸炭処理以外の熱処理、例えば焼入れ処理や窒化処理等にも適用可能である。すなわち、本開示の加熱室は、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ（浸炭室）に限定されない。

（２）上記実施形態では、ガス冷却炉８を設けることによって後ガス冷却期間をガス冷却炉８に担当させたが、本開示はこれに限定されない。後ガス冷却期間を冷却搬送装置５に担当させてもよい。また、被処理物Ｘの再加熱が不要な場合には、ガス冷却炉８を削除してもよい。

（３）上記実施形態では、複数（６つ）の浸炭炉７Ａ〜７Ｆを設けたが、本開示はこれに限定されない。浸炭炉７Ａ〜７Ｆの個数は、６つ以外、例えば１つでもよい。また、６つの浸炭炉７Ａ〜７Ｆの配置は一列に限定されない。例えば浸炭炉７Ａ〜７Ｆを２列に配置し、これら２列に配置された浸炭炉７Ａ〜７Ｆの間に一対の搬送レール６Ａを設けることにより、２列に配置された浸炭炉７Ａ〜７Ｆに沿って冷却搬送装置５が移動してもよい。なお、この場合には、冷却搬送装置５の移動方向の一端側に受渡装置４Ａを設け、他端側に受渡装置４Ｂを設ける。

（４）上記実施形態では、浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８間における被処理物Ｘの搬送の都度、シール部５ｌを用いた冷却搬送装置５と浸炭炉７Ａ〜７Ｆ及びガス冷却炉８との間の気密性確保を行っているが、この操作が不要な場合には、上記操作あるいは上記操作のための設備（図４参照）は省略可能である。

また、例えば２種類以上の冷却油による冷却を行う場合等、同一の熱処理システムで複数の冷却搬送装置５を使用する場合がある。このような場合には、図１に示すように、搬送レール６Ａの両端に、冷却搬送装置５の退避用のスペースＳを設け、使用中の冷却搬送装置５が搬送レール６Ａ上にある場合には、使用していない冷却搬送装置５をこのスペースＳに退避させておくことにより、複数の冷却搬送装置５を、同一の熱処理システムで支障なく使用することが可能となる。また、このスペースＳを、使用していない冷却搬送装置５のメンテナンス（冷却油の交換、冷却等）のスペースとして使用することもできる。

また、例えば図９に示すように、搬送レール６Ａを、複数の直線部分を含むループ状に形成し、このループの内側に、上記直線部分に沿って、図１に示すような浸炭炉７Ａ〜７Ｆとガス冷却炉８とからなる列Ｌを各々設置してもよい。この場合、列Ｌの個数に応じた複数の冷却搬送装置５を搬送レール６Ａ上に配置し、これら複数の冷却搬送装置５の中から、条件に応じた冷却搬送装置５を選択的に用いて、個々の列Ｌにおける浸炭炉７Ａ〜７Ｆとガス冷却炉８との間で被処理物Ｘの熱処理を行う。また、搬送レール６Ａに上述したスペースＳを設けたり、搬送レール６Ａの一部（図９に符号Ｍで示す部分）を、上述したような冷却搬送装置５のメンテナンスに用いることもできる。図９の場合、浸炭炉７Ａ〜７Ｆとガス冷却炉８とからなる列Ｌを３列設置し、４台の冷却搬送装置５を搬送レール６Ａ上に配置して、３台の冷却搬送装置５を被処理物Ｘの熱処理に用いるとともに、１台の冷却搬送装置５をメンテナンスに供している。

また、図９の例では、ローラコンベヤ１Ａ〜１Ｅ、前洗浄機２、ターンテーブル３Ａ、３Ｂ、受渡装置４Ａ、４Ｂ、移送装置９、後洗浄機１０及び連続式焼戻炉１１等は、上記ループの外側に適宜設置される。一方、図９の例において、浸炭炉７Ａ〜７Ｆとガス冷却炉８とからなる列Ｌを、上記ループの外側に、上記直線部分に沿って各々設置し、ローラコンベヤ１Ａ〜１Ｅ、前洗浄機２、ターンテーブル３Ａ、３Ｂ、受渡装置４Ａ、４Ｂ、移送装置９、後洗浄機１０及び連続式焼戻炉１１等を、上記ループの内側に設置してもよい。

被処理物の熱処理において、被処理物を冷却処理する際の温度履歴を従来よりも精度の良く管理することができる。

１Ａ〜１Ｅ ローラコンベヤ
２ 前洗浄機
３Ａ、３Ｂ ターンテーブル
４Ａ、４Ｂ 受渡装置
５ 冷却搬送装置
５ｂ 油冷却装置
５ｄ ガス冷却装置
６Ａ、６Ｂ 搬送レール
７Ａ〜７Ｆ 浸炭炉（加熱室）
８ ガス冷却炉（ガス冷室）
９ 移送装置
１０ 後洗浄機
１１ 連続式焼戻炉

以上が熱処理システムの全体的な動作であるが、このような熱処理システムの一連の動作の中で、冷却搬送装置５は、図６のフローチャートに示すように動作する。

浸炭炉７Ａは、このように被処理物Ｘを収容すると、図７に示すように自らのチャンバ内の減圧を時刻ｔ０から開始して所定の真空雰囲気とし、その上で時刻ｔ１からチャンバ内の加熱を開始して時刻ｔ２において所望の浸炭温度Ｔ１まで加熱する。その後、浸炭炉７Ａは、浸炭温度Ｔ１を時刻ｔ５まで維持するが、その間の時刻ｔ３〜ｔ４の期間（浸炭期間）において浸炭用ガスをチャンバ内に供給することによって被処理物Ｘに浸炭処理を施す。なお、上記浸炭期間の前後の時刻ｔ２〜ｔ３の期間は均熱期間であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は拡散期間である。浸炭炉７Ａは、拡散期間が終了すると、加熱装置７ｅの作動を停止させることにより浸炭温度Ｔ１を温度Ｔ２まで比較的緩やかに下げ、時刻ｔ６〜ｔ７では温度Ｔ２を維持する。

そして、冷却搬送装置５は、油冷却装置５ｂを作動させることによって被処理物Ｘを急速冷却する（ステップＳ６）。すなわち、冷却搬送装置５は、移載機構を用いて浸炭炉７Ａから受け取った被処理物Ｘを、昇降機構を作動させて速やかに油槽内の冷却油に浸漬させることによって、被処理物Ｘを急速冷却する。図７における時刻ｔ７〜ｔ８の期間は、冷却搬送装置５による急速冷却期間である。

ここで、被処理物Ｘに浸炭処理を施す際の温度履歴には、図７に示す場合の他に図８に示すように、浸炭温度Ｔ１からＴ３まで比較的緩やかに冷却した後に温度Ｔ２まで加熱する場合がある。このような温度履歴で被処理物Ｘに浸炭処理を施す場合には、時刻ｔ４〜ｔ５における拡散期間が終了した段階で被処理物Ｘを浸炭炉７Ａから冷却搬送装置５に移動させ、時刻ｔ５〜ｔ９の期間（前ガス冷却期間）では冷却搬送装置５のガス冷却装置５ｄを作動させて被処理物Ｘを比較的緩やかに冷却し、その後被処理物Ｘを冷却搬送装置５からガス冷却炉８に移動させて、時刻ｔ９〜ｔ１０に亘る期間（後ガス冷却期間）でさらにガス冷却を行う。

Claims (8)

1. 被処理物を加熱処理する加熱室と、
   前記被処理物を前記加熱室に搬入すると共に前記被処理物を前記加熱室から搬出し、かつ前記被処理物を無酸素雰囲気下で搬送する搬送装置とを備え、
   前記搬送装置が、前記被処理物を冷却処理する冷却装置を備える
   熱処理システム。
2. 前記搬送装置が、前記冷却装置として前記被処理物を所定の冷却油で冷却する油冷却装置を備える請求項１に記載の熱処理システム。
3. 前記搬送装置が、前記油冷却装置に加え、前記被処理物を所定の冷却ガスで冷却するガス冷却装置を備える請求項２に記載の熱処理システム。
4. 前記被処理物をガス冷却するガス冷室をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理システム。
5. 前記加熱室が複数備えられ、
   前記ガス冷室が、複数の前記加熱室の中間位置に配置される請求項４に記載の熱処理システム。
6. 前記加熱室がメカニカルブースターポンプを備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理システム。
7. 前記加熱室がメカニカルブースターポンプを備える請求項４に記載の熱処理システム。
8. 前記複数の加熱室が各々メカニカルブースターポンプを備える請求項５に記載の熱処理システム。

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