KR20110134490A - 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 열처리 장치는 가열된 피처리물(M)을 냉각하는 냉각실(120)을 구비하는 열처리 장치로서, 미스트상의 냉각액을 냉각실 내에 공급하는 미스트 공급부(20)와, 기체를 냉각실 내에 공급하여 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정하는 기체 공급부(30)를 가진다.

Description

열처리 장치 및 열처리 방법{Heat treatment device and heat treatment method}

본 발명은 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것으로, 예를 들면 피처리물의 담금질 등의 처리에 이용하기 적합한 열처리 장치에 관한 것이다. 본원은 2009년 4월 10일에 일본 출원된 특원 2009-095892호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

피처리물인 금속재를 가열하고 냉각함으로써, 이른바 담금질 등의 처리를 하는 열처리 장치에서 고속의 냉각을 필요로 하는 경우, 종래는 유냉(油冷) 방식의 냉각 장치나 가스 냉각 방식의 냉각 장치가 이용되고 있다. 상기 유냉 방식의 냉각 장치에서는 냉각 효율은 뛰어나지만 미세한 냉각 컨트롤이 거의 불가능하여 피열처리품이 변형되기 쉬운 문제가 있다. 한편, 가스 냉각 방식의 냉각 장치에서는 가스의 유량 제어 등에 의해 냉각 컨트롤이 용이하여 피열처리품의 변형에 관해서는 뛰어나지만 냉각 효율이 낮은 문제가 있다.

그래서, 특허문헌 1에는 피열처리품을 둘러싸고 액용 노즐과 가스용 노즐을 배치하며, 액용 노즐로부터 냉각액을 스프레이식으로 공급하고(이른바 미스트 냉각), 가스용 노즐로부터 냉각 가스를 공급함으로써 냉각 컨트롤성 및 냉각 효율의 향상을 도모한 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본특개평11-153386호 공보

그러나, 상술한 종래기술에는 이하의 문제가 존재한다.

냉각실 내의 미스트 밀도에 분포가 생기는 경우에는, 냉각 특성에 차이가 생겨 피처리물에 온도 분포가 생길 가능성이 있다. 또한, 피처리물이 복수인 경우에는 미스트 밀도의 분포에 따라 피처리물 사이에 온도차가 생길 가능성이 있다.

이와 같이, 온도 분포가 피처리물에 생긴 경우에는 변형의 원인이 될 가능성이 있다. 또, 온도 분포가 생긴 피처리물에 담금질 처리를 행하면, 피처리물이 같은 경도가 되지 않을 가능성이 있다.

한편, 복수의 피처리물에 온도차가 생긴 경우에는 피처리물 간에 품질에 차이가 생겨 품질이 불량해질 가능성도 있다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 냉각시의 온도 분포를 억제할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명은 가열된 피처리물을 냉각하는 냉각실을 구비하는 열처리 장치로서, 미스트상(狀)의 냉각액을 냉각실 내에 공급하는 미스트 공급부와, 기체를 냉각실 내에 공급하여 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정하는 조정부를 가진다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 미스트상의 냉각액이 냉각실 내에 공급됨과 동시에 기체가 냉각실 내에 공급된다. 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 공급된 기체의 유동에 의해 피처리물로 향하도록 조정된다. 그 때문에, 미스트 밀도가 낮기 때문에 냉각액이 부착되기 어려운 피처리물의 표면에도 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치에서는 조정부가 복수의 방향으로 기체를 공급해도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 냉각액의 부착량이 적은 피처리물의 표면이 복수 존재하는 경우에도 그들 표면에 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치에서는 조정부가 기체의 공급 방향을 변경하는 변경부를 가져도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 변경부의 작동에 의한 기체의 공급 방향의 변경에 따라 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 변화한다.

또한, 본 발명의 열처리 장치에서는 피처리물을 소정의 방향으로 반송하는 반송부를 가져도 된다. 또한, 조정부는 반송부의 반송 방향을 따라 연장되게 설치되며 기체가 도입되는 복수의 관체(管體)와, 관체에 반송 방향을 따라 서로 이격하여 설치되는 복수의 노즐부를 가져도 된다. 또한, 변경부는 복수의 관체에 각각 대응하여 설치되는 개폐 밸브를 가져도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 개폐 밸브의 작동에 의한 기체의 공급 방향의 변경에 따라 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 변화한다. 또한, 기체를 공급하는 노즐부는 피처리물의 반송 방향을 따라 서로 이격하여 복수 설치되어 있기 때문에, 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 상기 반송 방향에 관해 대략 같이 조정된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치는 소정 시간의 경과 후에 기체의 공급 방향을 변경하도록 변경부를 제어하는 제어부를 가져도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 소정 시간의 경과 후에 기체의 공급 방향이 변경되기 때문에, 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동이 소정의 방향으로 안정된 후에 다른 방향으로 변화한다. 따라서, 피처리물의 소정의 표면에 대해 냉각에 충분한 양의 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치는 소정 시간의 경과 전에 기체의 공급 방향을 변경하도록 변경부를 제어하는 제어부를 가져도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 소정 시간의 경과 전에 기체의 공급 방향이 변경되기 때문에, 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동은 안정되지 않고 난류가 된다. 따라서, 피처리물의 표면이 복잡한 형상을 나타내는 경우나 복수의 피처리물을 동시에 냉각하는 경우에도 미스트상의 냉각액이 난류가 되어 유동함으로써 피처리물의 어떤 면에도 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치는 피처리물의 온도를 계측하는 온도 계측부와, 온도 계측부의 계측 결과에 기초하여 변경부를 제어하는 제2 제어부를 가져도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 온도 계측부의 계측 결과에 기초한 제2 제어부의 변경부에 대한 제어에 의해 기체의 공급 방향이 변경된다. 그리고, 이 변경에 따라 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 변화한다.

또한, 본 발명의 열처리 장치는 온도 계측부가 피처리물의 온도를 복수 개소에서 계측해도 된다. 그리고, 계측된 복수 개소의 온도차에 기초하여 제2 제어부가 변경부를 제어해도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 계측된 복수 개소의 온도차에 기초하는 제2 제어부의 변경부에 대한 제어에 의해 기체의 공급 방향이 변경된다. 그 때문에, 예를 들면 고온이 되어 있는 피처리물의 표면에 대해 중점적으로 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치는 온도 계측부가 복수의 피처리물의 온도를 각각 계측해도 된다. 그리고, 계측한 복수의 피처리물의 온도차에 기초하여 제2 제어부가 변경부를 제어해도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 복수의 피처리물의 온도차에 기초하는 제2 제어부의 변경부에 대한 제어에 의해 기체의 공급 방향이 변경된다. 그 때문에, 예를 들면 고온이 되어 있는 소정의 피처리물에 대해 중점적으로 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 장치에서는 기체가 냉각실 내의 기압을 조정하는 기압 조정 가스이어도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 공급된 기압 공급 가스의 유동에 의해 피처리물로 향한다.

또한, 본 발명의 열처리 장치에서는 기체가 피처리물을 냉각하는 냉각 가스이어도 된다.

상기 구성의 열처리 장치에서는, 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 공급된 냉각 가스의 유동에 의해 피처리물로 향한다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는, 냉각실 내에 미스트상의 냉각액을 공급하여, 가열된 피처리물을 냉각하는 냉각 공정과, 기체를 냉각실 내에 공급하여 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정하는 조정 공정을 구비한다.

상기 방법에서는, 미스트상의 냉각액이 냉각실 내에 공급됨과 동시에 기체가 냉각실 내에 공급된다. 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 상기 조정 공정에서 공급된 기체의 유동에 의해 피처리물로 향하도록 조정된다. 그 때문에, 미스트 밀도가 낮기 때문에 냉각액이 부착되기 어려운 피처리물의 표면에도 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 기체가 복수의 방향으로 공급되어도 된다.

상기 방법에서는, 냉각액의 부착량이 적은 피처리물의 표면이 복수 존재하는 경우에도 그들 표면에 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 상기 기체의 공급 방향을 변경하는 공정을 구비해도 된다.

상기 방법에서는, 기체의 공급 방향의 변경에 따라 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 변화한다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 피처리물을 소정의 방향으로 반송하는 공정을 구비해도 된다. 그리고, 기체는 피처리물의 반송 방향을 따라 연장되게 설치되는 복수의 관체에 도입됨과 동시에, 관체에 반송 방향을 따라 서로 이격하여 설치되는 복수의 노즐부로부터 냉각실 내에 공급되어도 된다. 그리고, 기체의 공급 방향은 복수의 관체에 각각 대응하여 설치되는 개폐 밸브의 작동에 의해 변경되어도 된다.

상기 방법에서는, 개폐 밸브의 작동에 의한 기체의 공급 방향의 변경에 따라 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 변화한다. 또한, 기체를 공급하는 노즐부는 피처리물의 반송 방향을 따라 서로 이격하여 복수 설치되어 있다. 그 때문에, 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 상기 반송 방향에 관해 대략 같이 조정된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 기체의 공급 방향이 소정 시간의 경과 후에 변경되어도 된다.

상기 방법에서는, 소정 시간의 경과 후에 기체의 공급 방향이 변경된다. 그 때문에, 기체의 공급 방향은 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동이 소정의 방향으로 안정된 후에 다른 방향으로 변화한다. 따라서, 피처리물의 소정의 표면에 대해 냉각에 충분한 양의 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 기체의 공급 방향이 소정 시간의 경과 전에 변경되어도 된다.

상기 방법에서는, 소정 시간의 경과 전에 기체의 공급 방향이 변경된다. 그 때문에, 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동은 안정되지 않고 난류가 된다. 따라서, 피처리물의 표면이 복잡한 형상을 나타내고 있는 경우나 복수의 피처리물을 동시에 냉각하는 경우에도 미스트상의 냉각액이 난류가 되어 유동함으로써 피처리물의 어떤 면에도 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 피처리물의 온도를 계측하는 계측 공정을 구비해도 된다. 그리고, 본 발명의 열처리 방법에서는 계측 공정에서 계측한 온도에 기초하여 기체의 공급 방향이 변경되어도 된다.

상기 방법에서는, 계측 공정에서의 계측 결과에 기초하여 기체의 공급 방향이 변경된다. 그리고, 이 변경에 따라 냉각실 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향이 변화한다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 계측 공정에서 피처리물의 복수 개소 온도가 계측되고, 계측된 피처리물의 복수 개소의 온도차에 기초하여 기체의 공급 방향이 변경되어도 된다.

상기 방법에서는, 피처리물의 복수 개소의 온도차에 기초하여 기체의 공급 방향이 변경된다. 그 때문에, 예를 들면 고온이 되어 있는 피처리물의 표면에 대해 중점적으로 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 계측 공정에서 복수의 피처리물의 온도가 각각 계측되고, 계측된 복수의 피처리물의 온도차에 기초하여 기체의 공급 방향이 변경되어도 된다.

상기 방법에서는, 복수의 피처리물 사이에서의 온도차에 기초하여 기체의 공급 방향이 변경된다. 그 때문에, 예를 들면 고온이 되어 있는 소정의 피처리물에 대해 중점적으로 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 기체로서 냉각실 내의 기압을 조정하는 기압 조정 가스가 이용되어도 된다.

상기 방법에서는, 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 공급된 기압 공급 가스의 유동에 의해 피처리물로 향하도록 조정된다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 기체로서 피처리물을 냉각하는 냉각 가스가 이용되어도 된다.

상기 방법에서는, 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 공급된 냉각 가스의 유동에 의해 피처리물로 향하도록 조정된다.

본 발명에 의하면, 미스트 밀도가 낮기 때문에 냉각액의 부착량이 적은 피처리물의 표면에도 충분한 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 본 발명에 의하면, 피처리물의 표면을 대략 균일하게 냉각할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 냉각시에서의 피처리물의 온도 분포를 억제할 수 있고 변형이나 경도의 편차 등을 억제하여 품질 불량의 발생을 회피할 수 있다.

도 1은 진공 열처리로의 전체 구성도이다.
도 2는 제1 실시형태에서의 냉각실의 정면 단면도이다.
도 3은 제2 실시형태에서의 냉각실의 정면 단면도이다.

이하, 본 발명의 열처리 장치 및 열처리 방법의 실시형태를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는 열처리 장치로서 2실형의 진공 열처리로(이하, 단지 「진공 열처리로」라고 칭함)의 예를 나타낸다.

〔제1 실시형태〕

도 1은 본 실시형태에 관한 진공 열처리로(100)의 전체 구성도이다.

진공 열처리로(열처리 장치)(100)는 피처리물(M)에 대해 담금질 등의 열처리를 실시하는 장치로서, 가열실(110)과 냉각실(120)이 인접하여 배치되어 있다. 가열실(110)과 냉각실(120) 사이에는 격벽(130)이 설치되고, 격벽(130)의 개방시에 피처리물(M)은 가열실(110)로부터 냉각실(120)로 이동되어 냉각실(120) 내에서 냉각된다.

피처리물(M)에는 진공 열처리로(100)에 의해 하나씩 열처리가 실시된다. 그리고, 피처리물(M)은 소정량의 탄소를 함유한 강철 등의 금속 재료(합금 포함)에 의해 구성되고 대략 직방체 형상으로 형성되어 있다.

본 발명은 냉각실(120)에서의 냉각 처리에 특징을 가진다. 그 때문에, 이하 냉각실(120)에 대해 상세히 서술한다.

도 2는 본 실시형태에서의 냉각실(120)의 정면 단면도이다. 또, 이하 도 2에서의 지면(紙面) 우측을 단지 「우측」(좌측도 마찬가지)이라고 하고, 지면 상방을 단지 「상방」(하방도 마찬가지)이라고 칭한다.

냉각실(120)은 그 외각(外殼)을 형성하는 대략 원통형상의 진공 용기(1)를 갖고 있다. 또한, 냉각실(120)에는 반송부(10), 미스트 공급부(20), 기체 공급부(조정부)(30), 온도 계측부(40), 제어부(제어부, 제2 제어부)(50)가 설치되어 있다.

반송부(10)는 피처리물(M)을 수평 방향에 따른 소정의 방향으로 반송하는 부재이다. 그리고, 반송부(10)는 한 쌍의 지지 프레임(11), 복수의 롤러(12), 제2 지지 프레임(13)을 갖고 있다. 한 쌍의 지지 프레임(11)은 서로 간격을 두고 대향하여 배치되고, 피처리물(M)의 반송 방향으로 연장된다. 복수의 롤러(12)는 각 지지 프레임(11)의 대향하는 면에 회전이 자유롭게, 또한 상기 반송 방향으로 소정 간격을 두고 설치되어 있다. 제2 지지 프레임(13)은 연직 방향을 따라 설치되어 지지 프레임(11)의 양단부를 지지한다.

또, 이하의 설명에서는 반송부(10)에 의한 피처리물(M)의 반송 방향을 단지 반송 방향이라고 칭한다.

미스트 공급부(2O)는 냉각실(120) 내에 냉각액을 미스트상으로 공급함으로써 피처리물(M)을 냉각하는 부재이다. 그리고, 미스트 공급부(20)는 냉각액 공급관(21)과 냉각액 회수·공급계(22)를 구비하고 있다.

또, 본 실시형태의 냉각액으로서는 예를 들어 물, 기름, 솔트 또는 불소계 불활성 액체 등이 이용된다.

냉각액 공급관(21)은 반송 방향으로 연장되는 관형상의 부재이다. 그리고, 냉각액 공급관(21)은 반송부(10)에 의한 피처리물(M)의 반송 경로를 중심으로 하여 진공 용기(1)의 둘레방향으로 대략 등간격(본 실시형태에서는 90°간격)으로 복수(본 실시형태에서는 4개) 설치되어 있다. 보다 상세하게는 냉각액 공급관(21)은 수평 방향으로부터 ±45°의 위치에 설치되어 있다. 각 냉각액 공급관(21)은 냉각실(120)의 반송 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다.

각 냉각액 공급관(21)에는 그 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 각각 소정 간격을 두고 분사부(23)가 복수 설치되어 있다. 그리고, 분사부(23)는 반송부(10) 상에 놓인 피처리물(M)로 향하여 냉각액을 미스트상으로 분사한다.

또, 미스트상의 냉각액은 중력의 영향을 받는다. 그 때문에, 냉각액 공급관(21) 및 분사부(23)는 공급량에 차이가 생길 가능성이 있는 상하 방향을 피해 설치하는 것이 바람직하다. 또, 수평 방향을 따라 미스트상의 냉각액이 공급되도록 냉각액 공급관(21) 및 분사부(23)를 설치하는 것이 보다 바람직하다. 단, 상하 방향을 따라 냉각액을 공급하는 경우에는 중력에 의한 영향을 고려하여 다른 양의 냉각액을 공급하면 된다. 또한, 냉각액 공급관(21)을 4개가 아니라, 예를 들면 3개 배치하는 경우에는, 연직 성분을 최대한 줄이기 위해 천정부와 이 천정부를 사이에 두고 ±120°의 위치에 냉각액 공급관(21)을 배치하는 것이 바람직하다.

냉각액 회수·공급계(22)는 냉각실(120) 내에 공급된 냉각액을 회수하는 배액관(24), 배액관(24)에 접속됨과 동시에 회수된 배액을 냉각하는 열교환기(25), 냉각액 공급관(21)에 냉각액을 송액하는 배관(26), 열교환기(25)에서 냉각된 냉각액을 배관(26)을 개재하여 냉각액 공급관(21)에 송액하는 펌프(27), 후술하는 제어부(50)로부터의 지시에 따라 펌프(27)의 동작을 제어하는 인버터(28), 피처리물(M)로부터의 수열(受熱)에 의해 기화한 냉각액을 액화하는 액화기(액화 트랩)(29)를 갖고 있다.

기체 공급부(조정부)(30)는 냉각실(120) 내의 기압을 조정하기 위한 기압 조정 가스를 냉각실(120) 내에 공급한다. 또, 기체 공급부(조정부)(30)는 기압 조정 가스에 의해 냉각실(120) 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정한다. 기체 공급부(30)는 기체 공급관(관체)(31)과 기체 회수·공급계(32)를 구비하고 있다.

또, 본 실시형태의 기체 조정 가스로서는 예를 들면 아르곤, 헬륨, 질소 등의 불활성 가스가 이용된다.

기체 공급관(31)은 피처리물(M)의 반송 방향으로 연장되는 관형상의 부재이다. 그리고, 기체 공급관(31)은 반송부(10)에 의한 피처리물(M)의 반송 경로를 중심으로 하여 진공 용기(1)의 둘레방향으로 대략 등간격(본 실시형태에서는 90°간격)으로 복수(본 실시형태에서는 4개) 설치되어 있다. 보다 상세하게는 기체 공급관(31)은 도 2에 도시된 진공 용기(1)의 3시, 6시, 9시, 12시의 위치(상하좌우의 위치)에 설치된다. 또, 이하 이들 기체 공급관(31)을, 차례대로 제1 기체 공급관(31a) 내지 제4 기체 공급관(31d)이라고 칭하는 경우가 있다. 각 기체 공급관(31)은 냉각실(120)의 반송 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다.

각 기체 공급관(31)에는, 반송부(10) 상에 놓인 피처리물(M)로 향하여 개구된 노즐부(33)가 길이방향의 전체 길이에 걸쳐 각각 소정 간격을 두고 복수 설치되어 있다.

기체 회수·공급계(32)는 냉각실(120) 내에 공급된 기압 조정 가스를 회수하는 배기관(34), 각 기체 공급관(31)에 기압 조정 가스를 공급하는 배관(35), 배기관(34)에 접속됨과 동시에 배관(35)을 개재하여 각 기체 공급관(31)에 기압 조정 가스를 공급하는 팬(36), 후술하는 제어부(50)로부터의 지시에 따라 팬(36)의 동작을 제어하는 제2 인버터(37), 배관(35)에서의 각 기체 공급관(31)과의 접속 개소 근방에 각각 설치되어 제어부(50)의 지시에 따라 개폐하는 개폐 밸브(변경부, 개폐 밸브)(38)를 갖고 있다. 또, 제1 기체 공급관(31a) 내지 제4 기체 공급관(31d)에 각각 대응하는 개폐 밸브(38)를 차례대로 제1 개폐 밸브(38a) 내지 제4 개폐 밸브(38d)라고 칭하는 경우가 있다.

또, 실제로는 팬(36)은 도시하지 않은 임펠러와 도시하지 않은 모터에 의해 구성되어 있다. 그리고, 제2 인버터(37)는 이 모터를 제어함으로써 팬(36)의 동작을 제어하는 부재이다.

온도 계측부(40)는 피처리물(M)의 표면 온도를 계측하는 부재로서, 제1 온도 센서(40a) 내지 제4 온도 센서(40d)로 구성된다. 제1 온도 센서(40a) 내지 제4 온도 센서(40d)는 제1 기체 공급관(31a) 내지 제4 기체 공급관(31d)에 각각 대향하는 피처리물(M)의 표면에 각각 설치되고, 각 온도 센서의 계측 결과는 제어부(50)에 출력된다.

본 실시형태의 제1 온도 센서(40a) 내지 제4 온도 센서(40d)로서는 열전쌍이 이용되고 있다. 그러나, 예를 들면 방사 온도계와 같은 비접촉식의 온도 계측기에 의해 피처리물(M)의 복수 개소를 계측해도 된다.

제어부(50)는 온도 계측부(40)로부터 계측 결과를 취득하고, 또한 인버터(28), 제2 인버터(37) 및 각 개폐 밸브(38)에 대해 동작 지시를 출력하는 부재이다. 제어부(50)는 인버터(28) 및 제2 인버터(37)에 동작 지시를 출력하여 펌프(27) 및 팬(36)의 동작을 제어한다. 그리고, 냉각액 및 기압 조정 가스의 공급량이 조정된다. 또한, 제어부(50)는 각 개폐 밸브(38)를 독립적으로 소정 시간으로 개방할 수 있다.

이어서, 상기 진공 열처리로(100)에 있어서, 가열된 피처리물(M)을 냉각실(120)에서 냉각하는 절차에 대해 설명한다.

우선, 반송부(10)에 의해 가열실(110)에서 가열된 피처리물(M)이 냉각실(120) 내에 반입된다.

다음에, 냉각실(120) 내에 미스트상의 냉각액이 공급된다.

제어부(50)의 지시에 의해 인버터(28)가 펌프(27)를 작동시키고, 냉각액이 배관(26)을 개재하여 냉각액 공급관(21)에 공급된다. 냉각액 공급관(21)에 공급된 냉각액은 냉각실(120) 내에 분사부(23)로부터 미스트상으로 분사된다. 분사부(23)는 미스트상의 냉각액을 완만하게 확산하도록 분사하기 때문에, 분사 직후의 미스트상의 냉각액은 분사부(23)의 주변에 체류하여 점차 중력의 영향을 받아 하강한다. 즉, 분사부(23)로부터 냉각액을 분사하는 것만으로는 냉각실(120) 내의 미스트 밀도에 분포가 생길 가능성이 있다.

본 실시형태에서는 냉각액의 공급과 함께 냉각실(120) 내에 기압 조정 가스를 공급한다.

제어부(50)의 지시에 의해 제2 인버터(37)가 팬(36)을 작동시키고, 기압 조정 가스가 배관(35)에 공급된다. 여기서, 제어부(50)는 특정의 개폐 밸브(38)만을 개방한다.

예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 피처리물(M)의 우측에 설치되는 제1 기체 공급관(31a)에 대응하는 제1 개폐 밸브(38a)만을 개방한다. 기압 조정 가스는 제1 개폐 밸브(38a)를 통과하여 제1 기체 공급관(31a)에 공급되고, 노즐부(33)를 개재하여 냉각실(120) 내에 공급된다. 노즐부(33)는 피처리물(M)로 향하여 개구하고 있기 때문에, 기압 조정 가스는 제1 기체 공급관(31a)의 노즐부(33)로부터 피처리물(M)로 향하여 공급된다. 그리고, 기압 조정 가스는 노즐부(33)로부터 피처리물(M)로 향하는 방향으로 유동한다.

그리고, 이 기압 조정 가스의 유동에 의해, 냉각실(120) 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 피처리물(M)로 향하도록 조정된다(조정 공정). 또, 노즐부(33)는 기체 공급관(31)에 반송 방향에 관해 서로 이격하여 복수 설치되어 있기 때문에, 미스트상의 냉각액의 유동 방향은 반송 방향에 관해 대략 같이 조정된다. 따라서, 미스트상의 냉각액은 제1 기체 공급관(31a)의 노즐부(33)로부터 피처리물(M)로 향하여 유동하고, 피처리물(M)의 우측 표면에 미스트상의 냉각액이 부착된다.

냉각액은 가열된 피처리물(M)의 표면에 부착됨으로써 증발한다. 그리고, 이 증발시에 냉각액이 피처리물(M)의 열을 빼앗기 때문에, 냉각액이 부착된 피처리물(M)의 표면이 냉각된다(냉각 공정). 또, 증발한 냉각액은 액화기(29)에서 다시 액화되어 재이용된다.

또한, 제어부(50)는 개폐 밸브(38)를 소정의 시간만큼 개방한다.

이 소정의 시간이란, 냉각실(120) 내에 공급된 기압 조정 가스가 안정된 흐름을 형성하는 시간, 즉 대략 일정한 유동 경로로 유동하는 흐름을 형성하기에 충분한 시간이다. 따라서, 기압 조정 가스 및 미스트상의 냉각액의 유동은 모두 안정되기 때문에, 피처리물(M)의 표면에 대해 냉각에 충분한 양의 냉각액을 부착시킬 수 있다.

다음에, 제어부(50)는 상기 소정 시간의 경과 후에, 개방하는 개폐 밸브(38)를 절환한다.

예를 들면, 제어부(50)는 제1 개폐 밸브(38a)를 폐쇄하고, 그 대신에 제2 개폐 밸브(38b)를 개방한다. 제2 개폐 밸브(38b)의 개방에 의해, 기압 조정 가스는 제2 기체 공급관(31b)의 노즐부(33)로부터 공급되고, 진공 용기(1)의 바닥부로부터 피처리물(M)로 향하여 유동한다. 그리고, 미스트상의 냉각액의 유동 방향도 진공 용기(1)의 바닥부로부터 피처리물(M)로 향하도록 조정되고, 피처리물(M)의 하면에 미스트상의 냉각액이 부착된다. 따라서, 제2 개폐 밸브(38b)를 개방함으로써 피처리물(M)의 하면을 냉각할 수 있다.

이어서, 제2 개폐 밸브(38b)를 개방하는 경우와 마찬가지로, 제3 개폐 밸브(38c) 및 제4 개폐 밸브(38d)를 각각 개방함으로써 피처리물의 좌측 표면 및 상면을 각각 냉각할 수 있다.

따라서, 제어부(50)에 의해 특정의 개폐 밸브(38)만이 개방됨으로써 냉각실(120) 내에 미스트상의 냉각액의 흐름이 만들어진다. 그 때문에, 미스트 밀도가 낮은 개소가 있었다고 해도 피처리물(M)의 표면에 대해 냉각에 충분한 냉각액을 부착시킬 수 있다.

또, 제어부(50)는 개폐 밸브(38)의 개방 시간을 미세조정한다.

온도 계측부(40)가 피처리물(M)의 각 표면의 온도를 계측하고, 그 계측 결과를 제어부(50)에 출력한다. 제어부(50)는 이 계측 결과로부터 피처리물(M)에서의 온도 분포의 유무를 확인한다. 그리고, 제어부(50)는 소정의 표면이 다른 표면에 비해 높은 온도를 갖고 있는 경우에는, 높은 온도를 갖는 표면에 대응하는 개폐 밸브(38)의 개방 시간을 증가시킨다.

예를 들면, 제3 온도 센서(40c)가 다른 센서보다도 높은 온도를 계측한 경우에는 피처리물(M)의 좌측 표면이 다른 면보다도 높은 온도를 갖고 있다. 그래서, 제어부(50)는 제3 개폐 밸브(38c)의 개방 시간을 증가시킨다. 그 때문에, 제3 기체 공급관(31c)의 노즐부(33)로부터의 기압 조정 가스의 공급 시간이 연장되고, 피처리물(M)의 좌측 표면을 다른 면보다도 중점적으로 냉각할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는 피처리물(M)의 표면의 온도 분포에 기초하여 개폐 밸브(38)의 개방 시간이 미세 조정되어 피처리물(M)의 표면을 보다 균일하게 냉각할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

미스트 밀도가 낮기 때문에 냉각액의 부착량이 적은 피처리물(M)의 표면에도 충분한 냉각액을 부착시키는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 본 실시형태에 의하면 피처리물(M)의 표면을 대략 균일하게 냉각할 수 있다. 따라서, 냉각시에서의 피처리물(M)의 온도 분포를 억제할 수 있고 변형이나 경도의 편차 등을 억제하여 품질 불량의 발생을 회피할 수 있다.

〔제2 실시형태〕

도 3은 본 실시형태에서의 냉각실(120)의 정면 단면도이다.

이 도면에서, 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시형태의 구성요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에서의 냉각실(120)은 복수의 피처리물(M)을 모아 냉각하는 구조를 구비하고 있다. 또, 본 실시형태에서의 피처리물(M)은 제1 실시형태에서의 피처리물(M)에 비해 작은 외형으로 형성되어 있다.

반송부(10)에서의 롤러(12) 상에는 트레이(14)가 놓여 있다. 트레이(14)에는 펀칭 홀 등의 냉각액용 유동공이 형성되고, 격자형상으로 배열된 판재가 복수단 설치되어 있다. 피처리물(M)은 트레이(14)의 각 단에 복수 놓여 있다.

온도 계측부(40)에서의 제1 온도 센서(40a)는 트레이(14) 내의 우측에 위치하는 피처리물(M)에 설치되어 있다. 마찬가지로 제2 온도 센서(40b), 제3 온도 센서(40c), 제4 온도 센서(40d)는 트레이(14) 내의 하측, 좌측, 상측에 위치하는 피처리물(M)에 각각 설치되어 있다. 또, 제1 실시형태와 마찬가지로, 열전쌍 타입의 온도 센서 대신에 방사 온도계 등의 비접촉형 온도 계측기를 사용해도 된다.

본 실시형태에서의 제어부(50)는 소정의 시간, 즉 냉각실(120) 내에 공급된 기압 조정 가스가 안정된 흐름을 형성하기에 충분한 시간이 경과하기 전에 개방하는 개폐 밸브(38)를 절환한다. 따라서, 기압 조정 가스의 유동은 안정되지 않고 난류 상태가 된다. 기압 조정 가스의 유동이 난류 상태가 되어 있기 때문에, 냉각실(120) 내에 공급되는 미스트상의 냉각액의 유동도 난류 상태가 된다.

본 실시형태에서는 복수의 피처리물(M)이 트레이(14)에 놓여 있기 때문에, 예를 들면 트레이(14)의 중앙부에 놓여 있는 피처리물(M)에는 미스트상의 냉각액을 부착시키기가 어렵다. 그래서, 냉각실(120) 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동을 난류 상태로 함으로써, 냉각액을 부착시키기가 어려운 피처리물(M)에 대해서도 냉각에 충분한 냉각액을 부착시킬 수 있다.

또, 복수의 개폐 밸브(38)를 동시에 개방해도 된다. 이 경우에는, 복수의 노즐부(33)로부터 다른 방향으로 공급된 기압 조정 가스가 서로 간섭한다. 그 때문에, 냉각실(120) 내에서의 미스트상의 냉각액의 유동을 난류 상태로 할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

복수의 피처리물(M)의 냉각시에 있어서 냉각액을 부착시키기가 어려운 피처리물(M)에 대해서도 냉각에 충분한 냉각액을 부착시킬 수 있다. 따라서, 냉각시에서의 복수의 피처리물(M)의 온도차를 억제할 수 있다. 그 때문에, 경도의 편차 등을 억제하여 품질 불량의 발생을 회피할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재의 여러 가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.

예를 들면, 제1 실시형태에서는 소정 시간의 경과 후에 개방하는 개폐 밸브(38)가 절환된다. 또한, 제2 실시형태에서는 소정 시간의 경과 전에 개방하는 개폐 밸브(38)가 절환된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 반대의 방법을 이용해도 된다. 이는 피처리물(M)의 표면 형상 등에 의해 보다 적절한 유동 상태가 다르기 때문이다.

또한, 상기 실시형태에서는 온도 계측부(40)를 이용하여 피처리물(M)의 온도가 계측되고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 온도 계측부(40)를 이용하지 않고 제어부(50)가 타이머 등으로 계측한 일정한 시간마다 개방하는 개폐 밸브(38)를 절환하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정하는 가스로서 냉각실(120) 내의 기압을 조정하기 위한 기압 조정 가스를 이용하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 피처리물(M)을 냉각하기 위한 냉각 가스를 이용해도 된다. 또, 이 경우에는 냉각실(120)로부터 회수된 냉각 가스를 다시 냉각하기 위한 열교환기가 배기관(34)에 설치되어도 된다.

본 발명에 의하면, 냉각시에서의 피처리물(M)의 온도 분포를 억제할 수 있어, 변형이나 경도의 편차 등을 억제하여 품질 불량의 발생을 회피할 수 있다.

100…진공 열처리로(열처리 장치)
120…냉각실, 10…반송부
20…미스트 공급부
30…기체 공급부(조정부)
31…기체 공급관(관체)
33…노즐부
38…개폐 밸브(변경부, 개폐 밸브)
40…온도 계측부
50…제어부(제어부, 제2 제어부)
M…피처리물

Claims (22)

1. 가열된 피처리물을 냉각하는 냉각실을 구비하는 열처리 장치로서,
   미스트상(狀)의 냉각액을 상기 냉각실 내에 공급하는 미스트 공급부;
   기체를 상기 냉각실 내에 공급하여 상기 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정하는 조정부;를 가지는 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 조정부는 복수의 방향으로 상기 기체를 공급하는 열처리 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 조정부는 상기 기체의 공급 방향을 변경하는 변경부를 가지는 열처리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 피처리물을 소정의 방향으로 반송하는 반송부를 가지며,
   상기 조정부는, 상기 반송부의 반송 방향을 따라 연장되게 설치되어 상기 기체가 도입되는 복수의 관체(管體)와, 상기 관체에 상기 반송 방향을 따라 서로 이격하여 설치되는 복수의 노즐부를 가지며,
   상기 변경부는, 상기 복수의 관체에 각각 대응하여 설치되는 개폐 밸브를 가지는 열처리 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   소정 시간의 경과 후에 상기 기체의 공급 방향을 변경하도록 상기 변경부를 제어하는 제어부를 가지는 열처리 장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   소정 시간의 경과 전에 상기 기체의 공급 방향을 변경하도록 상기 변경부를 제어하는 제어부를 가지는 열처리 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 피처리물의 온도를 계측하는 온도 계측부와,
   상기 온도 계측부의 계측 결과에 기초하여 상기 변경부를 제어하는 제2 제어부를 가지는 열처리 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 온도 계측부는 상기 피처리물의 온도를 복수 개소에서 계측하고,
   상기 제2 제어부는 계측한 상기 피처리물에서의 온도차에 기초하여 상기 변경부를 제어하는 열처리 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 온도 계측부는 복수의 상기 피처리물의 온도를 각각 계측하고,
   상기 제2 제어부는 계측한 상기 복수의 피처리물 사이에서의 온도차에 기초하여 상기 변경부를 제어하는 열처리 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 상기 냉각실 내의 기압을 조정하는 기압 조정 가스인 열처리 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 상기 피처리물을 냉각하는 냉각 가스인 열처리 장치.
12. 가열된 피처리물을 냉각실 내에 미스트상의 냉각액을 공급하여 냉각하는 냉각 공정을 구비하는 열처리 방법으로서,
    기체를 상기 냉각실 내에 공급하여 상기 미스트상의 냉각액의 유동 방향을 조정하는 조정 공정을 구비하는 열처리 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 기체는 복수의 방향으로 공급되는 열처리 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 기체의 공급 방향을 변경하는 공정을 구비하는 열처리 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 피처리물을 소정의 방향으로 반송하는 공정을 구비하고,
    상기 기체는 상기 피처리물의 반송 방향을 따라 연장되게 설치되는 복수의 관체에 도입됨과 동시에, 상기 관체에 상기 반송 방향을 따라 서로 이격하여 설치되는 복수의 노즐부로부터 상기 냉각실 내에 공급되며,
    상기 기체의 공급 방향은 상기 복수의 관체에 각각 대응하여 설치되는 개폐 밸브의 작동에 의해 변경되는 열처리 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 기체의 공급 방향이 소정 시간의 경과 후에 변경되는 열처리 방법.
17. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 기체의 공급 방향이 소정 시간의 경과 전에 변경되는 열처리 방법.
18. 제14항에 있어서,
    상기 피처리물의 온도를 계측하는 계측 공정을 구비하고,
    상기 계측 공정에서 계측한 온도에 기초하여 상기 기체의 공급 방향이 변경되는 열처리 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 계측 공정에서는 상기 피처리물의 온도를 복수 개소에서 계측하고,
    계측한 상기 피처리물에서의 온도차에 기초하여 상기 기체의 공급 방향이 변경되는 열처리 방법.
20. 제18항에 있어서,
    상기 계측 공정에서는 복수의 상기 피처리물의 온도를 각각 계측하고,
    계측한 상기 복수의 피처리물 사이의 온도차에 기초하여 상기 기체의 공급 방향이 변경되는 열처리 방법.
21. 제12항에 있어서,
    상기 기체로서, 상기 냉각실 내의 기압을 조정하는 기압 조정 가스가 이용되는 열처리 방법.
22. 제12항에 있어서,
    상기 기체로서 상기 피처리물을 냉각하는 냉각 가스가 이용되는 열처리 방법.

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