JP2018017425A - 熱処理炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークの昇温ばらつきを抑制し、当該ワークを効率よく短時間で昇温ができる熱処理炉の提供。【解決手段】加熱ガスをファン26により循環させてワークWの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉。ワークWの熱処理を行う熱処理ゾーン20と、ワークWを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーン21と、前記加熱ガスを加熱ゾーン21から熱処理ゾーン20に導く供給ダクト22とを備えている熱処理炉。熱処理ゾーン20には、ワークWが配設されている領域を含んでおり、供給ダクト22から供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路23が形成されており、供給ダクト22は、供給ダクト22の吹出し口25が、往路23と同一直線上において、ワークWが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている熱処理炉。【選択図】図2
Description
本発明は熱処理炉に関する。さらに詳しくは、加熱ガスを循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉に関する。
自動車に用いられるピストン部品等のアルミ部品の溶体化・時効硬化処理を、図4に示されるような熱風循環式の熱処理炉51で行うことが知られている。図4に示される熱処理炉51は、断熱材が充填された炉体板金52によりワークWの熱処理を行う熱処理ゾーン53及び熱処理用の加熱ガスを生成する加熱ゾーン54が画定されている。ワークWは金属製のバスケット55内に配置されており、このバスケット55は搬送部を構成するチェーン56の上に複数段搭載されている。
炉内の上方には加熱ガスを循環させるファン57が配設されており、また、熱処理炉51の一方の側壁51aにはガスを加熱するバーナー58が設けられている。バーナー58は、加熱ガスを吹き出す円筒状の吹出し部58aを有しており、この吹出し部58aは、当該吹出し部58aの先端開口58bが熱処理炉51の他方の側壁51bと対向するようにほぼ水平に配置されている。
熱処理炉51内には、熱処理ゾーン53と加熱ゾーン54とを区切るとともに、両ゾーン53、54間の加熱ガスの移動を許容する開口が部分的に形成された整流板59が配設されている。バーナー58により加熱されたガスは、ファン57によって、図4において矢印で示されるように循環し、ワークWの熱処理を行う。
図4に示される熱処理炉51では、ワークWが配置されたバスケット55の一方の側面から加熱ガスが供給され、当該ワークWの加熱処理を行った加熱ガスが前記バスケット55の他方の側面から排気されるサイドフローであるため、ワークWの形状や当該ワークWのバスケット55内での配置態様(荷姿)によっては、加熱ガスの流れの下流側のワークWに加熱ガスが当たりにくい場合がある。この場合、風上側のワークWと風下側のワークWとで昇温時間に差が生じるという問題がある。このため、すべてのワークWが設定温度(製品温度)に達するまでに時間がかかるという問題があり、生産能力の向上を妨げる一因となっていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの昇温ばらつきを抑制し、当該ワークを効率よく短時間で昇温させることができる熱処理炉を提供することを目的としている。
本発明の熱処理炉は、
(1)加熱ガスをファンにより循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉であって、
ワークの熱処理を行う熱処理ゾーンと、ワークを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーンと、前記加熱ガスを前記加熱ゾーンから前記熱処理ゾーンに導く供給ダクトとを備えており、
前記熱処理ゾーンには、前記ワークが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクトから供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路が形成されており、
前記供給ダクトは、当該供給ダクトの吹出し口が、前記往路と同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている。
(1)加熱ガスをファンにより循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉であって、
ワークの熱処理を行う熱処理ゾーンと、ワークを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーンと、前記加熱ガスを前記加熱ゾーンから前記熱処理ゾーンに導く供給ダクトとを備えており、
前記熱処理ゾーンには、前記ワークが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクトから供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路が形成されており、
前記供給ダクトは、当該供給ダクトの吹出し口が、前記往路と同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている。
本発明の熱処理炉では、供給ダクトを用いて加熱ガスを往路内のワークの下方から上方に向けて供給しており、この供給ダクトの吹出し口が、ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されているので、加熱ガスを均等に且つ効率よくワークにあてることができる。これにより、ワークの昇温ばらつきを抑制して、ワークの昇温時間を短縮させることができる。その結果、ワークの生産能力を向上させることができる。
(2)上記(1)の熱処理炉において、前記加熱ゾーンには、前記熱処理ゾーンから排気されたガスを加熱する復路が形成されており、
前記復路は、前記往路に対してほぼ平行に形成されていることが望ましい。この場合、熱処理炉内において加熱ゾーンと熱処理ゾーンを水平方向ないし横方向に隣接して設けることができ、熱処理炉をコンパクト化することができる。
前記復路は、前記往路に対してほぼ平行に形成されていることが望ましい。この場合、熱処理炉内において加熱ゾーンと熱処理ゾーンを水平方向ないし横方向に隣接して設けることができ、熱処理炉をコンパクト化することができる。
(3)上記(2)の熱処理炉において、前記供給ダクトは、前記熱処理炉の炉底と前記ワークを搬送する搬送部との間に配設されていることが望ましい。この場合、略コの字状または略U字状のコンパクトな形態の供給ダクトにより、加熱ゾーンからの加熱ガスを、流れの向きを変えて熱処理ゾーンに供給することができる。
(4)上記(1)〜(3)の熱処理炉において、前記供給ダクトは、当該供給ダクト内を流れる加熱ガスの流路を分割させる整流板を備えており、前記整流板は供給ダクトの流路に沿って設けられていることが望ましい。この場合、整流板により供給ダクト内の流路を分割することで、熱処理ゾーン内のワークに対し、より均一な状態の加熱ガスを供給することができる。
(5)上記(2)〜(4)の熱処理炉において、前記ファンは、当該ファンの吸込み口が、前記往路の同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の上面と対向するように配設されており、前記往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーンに向けて吐出することが望ましい。この場合、ファンの吸込み口がワークが配設されている領域の上面と対向しているおり、往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーンに向けて吐出するので、熱処理ゾーンを通過したガスを効率よくファン内に吸い込んで加熱ゾーンに送ることができ、加熱ガスの循環効率を向上させることができる。
(6)上記(3)〜(5)の熱処理炉において、前記整流板は、当該整流板の上流側において前記ファンから遠ざかる側の流路が狭くなるよう前記供給ダクトを分割しており、かつ、当該整流板の下流側の前記供給ダクトの吹出し口において流路をほぼ均等に分割するよう形成されていることが望ましい。この場合、整流板の上流側においてファンから遠ざかる側の流路が狭くなるよう供給ダクトを分割し、かつ、当該整流板の下流側の供給ダクトの吹出し口において流路をほぼ均等に分割することで、復路と垂直な方向における加熱ガスの静圧の差を緩和して、分割された流路のそれぞれに静圧及び風量が略等しい状態の加熱ガスを供給することができる。これにより、往路内のワークに対し、より均一に加熱ガスをあてることができる。
(7)上記(2)〜(6)の熱処理炉において、前記加熱ゾーンにはガスを加熱するバーナーが配設されており、加熱ガスを吹き出す当該バーナーの円筒状の吹出し部の先端開口が、前記復路内において下方を向くよう配置されていることが望ましい。この場合、復路内の加熱ガスの流れ方向にバーナーの円筒状の吹出し部から加熱ガスを吹き出すことができるので、圧力損失を小さくすることができ、当該加熱ガスの循環効率を向上させることができる。
(8)上記(3)〜(7)の熱処理炉において、前記搬送部はローラーハースを備えていることが望ましい。この場合、ワークを収容したバスケット等をチェーンにより搬送するよりも多くの加熱ガスを当該ワークに供給することができ、ワークの昇温効率を向上させることができる。
本発明の熱処理炉によれば、昇温ばらつきを抑制し、ワークを効率よく短時間で昇温させることができる。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の熱処理炉の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1は、本発明の一実施形態に係る熱処理炉である溶体化炉1を搬送方向に沿って縦に断面した縦断面説明図であり、図2は、図1に示される溶体化炉1の昇温室2を当該溶体化炉1の搬送方向に沿って横に断面した縦断面説明図である。溶体化炉1は、自動車に用いられるピストン部品等のアルミ部品の溶体化処理を行うための炉であり、水平方向に細長い略角筒形状の炉である。熱処理対象物であるワークWは、溶体化炉1の搬入口3から炉内に搬入され、熱処理を終えたワークWは搬出口4から炉外に搬出される。
溶体化炉1は、搬入口3から搬出口4に向けて、予熱室5、昇温室2および均熱室7を有している。なお、溶体化炉1の搬出口4には、溶体化処理後のワークWの焼き入れ処理を行うための水槽8が当該搬出口4に隣接して配置されている。焼き入れ処理が施されたワークWは、図示しない後続の工程へ移送される。図1において白抜きの矢印はワークWを搭載した段積み状態のバスケット9の移動経路を示している。
ワークWは金属製のバスケット9内に複数個配置されている。バスケット9は、通気性を有しており、当該バスケット9内に配置されたワークWに加熱ガスがあたるようになっている。本実施形態では、4つのバスケット9が垂直方向に積み重ねられた状態、すなわち段積みの状態で溶体化炉1に搬入されて熱処理が行われる。段積みされたバスケット9の炉内の移動は、駆動部10により回転駆動されるローラーハース11により行われる。なお、炉内へのバスケット9の搬入及び炉内からのバスケット9の搬出は、ローラーコンベヤ17により行われる。
溶体化炉1の搬入口3には図示しない駆動部により垂直方向に移動可能な搬入ゲート12が設けられている。また、溶体化炉1の搬出口4には、同じく図示しない駆動部により垂直方向に移動可能な搬出ゲート13が設けられている。溶体化炉1の内部は、前述したように、予熱室5、昇温室2および均熱室7の3つの室ないしスペースに区分けされている。予熱室5と昇温室2の間には、第1仕切板14が設けられており、昇温室2と均熱室7の間には第2仕切板15が設けられている。第1仕切板14及び第2仕切板15は、それぞれ図示しない駆動部により垂直方向に移動可能である。
本実施形態では、昇温室2の上流側に予熱室5がおり、この予熱室5である程度の温度まで昇温させたワークWを続く昇温室2で所定の温度まで加熱している。ただし、この予熱室5は、ワークWの設定温度や昇温時間等の熱処理条件によっては、省略することも可能である。本実施形態における予熱室5及び昇温室2の構成は略同じであり、後述するバーナーやファンの運転条件が若干異なっている。
本実施形態に係る溶体化炉1は、熱風循環式の熱処理炉であり、予熱室5及び昇温室2では、加熱ガスをファンにより循環させてワークWの熱処理が行われる。
図2に示されるように、昇温室2は、断熱材が充填された炉体板金からなる天井部2a、底部2b及び両側部2c、2dを有している。昇温室2は、かかる天井部2a、底部2b及び両側部2c、2d並びに前記第1仕切板14及び第2仕切板15により区画されている。
図2に示されるように、昇温室2は、断熱材が充填された炉体板金からなる天井部2a、底部2b及び両側部2c、2dを有している。昇温室2は、かかる天井部2a、底部2b及び両側部2c、2d並びに前記第1仕切板14及び第2仕切板15により区画されている。
昇温室2は、ワークWの熱処理を行う熱処理ゾーン20と、ワークWを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーン21と、前記加熱ガスを前記加熱ゾーン21から前記熱処理ゾーン20に導く供給ダクト22とを備えている。
熱処理ゾーン20には、ワークWが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクト22から供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路23が形成されている。また、加熱ゾーン21には、熱処理ゾーン20から排気されたガスを加熱する復路24が形成されている。この復路24は前記往路23に対して略平行に形成されている。
供給ダクト22は、金属で作製されており、当該供給ダクト22の吹出し口25が、前記往路23と同一直線上において、ワークWが配設されている領域の下面と対向するように配設されている。より詳細には、供給ダクト22の吹出し口25の平面視の形状は、図3に示されるように矩形状である。一方、ワークWを搭載したバスケット9の平面視の形状も前記吹出し口25と略同じ大きさの矩形状である。かかる供給ダクト22の吹出し口25が、段積み状態の最下部のバスケット9の底面9aと所定距離a(例えば、85mm程度)だけ離れて対向するように供給ダクト22が配設されている。この距離aは、ローラーハース11の熱膨張や組立時のずれにより供給ダクト22の吹出し口25がローラーハース11と干渉するのを防止するとともに、メンテナンスを考慮して、ローラーハース11の下端と吹出し口25との間に10〜20mmの距離bが確保できるように設定されている。
なお、本明細書において、ワークWが配設されている「領域」とは、単に平面的な範囲だけを意味するものではなく、立体的な範囲ないし空間を意味する。本実施形態では、ワークWがバスケット9内に充填されているので、このバスケット9により画定されている範囲ないし空間を、ワークWが配設されている「領域」とすることができる。
なお、本明細書において、ワークWが配設されている「領域」とは、単に平面的な範囲だけを意味するものではなく、立体的な範囲ないし空間を意味する。本実施形態では、ワークWがバスケット9内に充填されているので、このバスケット9により画定されている範囲ないし空間を、ワークWが配設されている「領域」とすることができる。
昇温室2内の上部には、加熱ガスを当該昇温室2内で循環させるファン26が配設されている。本実施形態では、大きな風量と静圧を確保するためにターボファンが採用されている。ファン26は、炉外に配設された、減速機構を備えたモータ27により駆動される。
加熱ゾーン21にはガスを加熱するためのバーナー28が配設されている。バーナー28は、加熱ガスを吹き出す円筒状の吹出し部29を備えている。この吹出し部29の先端の開口29aは、前記復路24内において下方を向くように配置されている。すなわち、復路24内の加熱ガスの流れ方向に沿って吹出し部29から加熱されたガスが吹き出されるように構成されている。
供給ダクト22は、昇温室2の底部2bの上面2b1、すなわち炉底と、搬送部を構成するローラーハース11との間に配設されている。かかる供給ダクト22は、昇温室2を溶体化炉1の搬送方向に沿って横に断面した縦断面において略コの字状又は略U字状の形態を呈している。供給ダクト22は、昇温室2の底部2bに設けたピン18に図示しないボルトにより固定されている。
供給ダクト22は、当該供給ダクト22内を流れる加熱ガスの流路を分割させる2枚の整流板30a,30bを備えている。整流板30a,30bは供給ダクト22の流路に沿って設けられている。整流板30a,30bにより供給ダクト22内の流路を分割することで、熱処理ゾーン20内のワークWに対し、より均一な状態の加熱ガスを供給することができる。
また、整流板30a,30bは、当該整流板30a,30bの上流側、すなわち加熱ガスの流れを基準とした場合における上流側において前記ファン26から遠ざかる側の流路が狭くなるよう前記供給ダクトを分割している。ファン26から遠ざかる側とは、当該ファン26の回転軸を基準として当該回転軸を延長した線分から水平方向に遠ざかる側のことであり、図2では左側、図3では上側のことである。本実施形態では、供給ダクト22の内部が3つの流路31a、31b、31cに分割されているが、ファン26から遠ざかる側の流路である流路31aが最も狭く、ファン26に近づくにつれて徐々に広くなっている。一方、整流板30a,30bは、当該整流板30a,30bの下流側の前記供給ダクト22の吹出し口25において、図2〜3に示されるように、流路をほぼ均等に分割するよう形成されている。
このように整流板30a,30bを構成することで、供給ダクト22における復路24と垂直な方向における加熱ガスの静圧の差を緩和して、分割された3つの流路のそれぞれに静圧及び風量が略等しい状態の加熱ガスを供給することができる。
このように整流板30a,30bを構成することで、供給ダクト22における復路24と垂直な方向における加熱ガスの静圧の差を緩和して、分割された3つの流路のそれぞれに静圧及び風量が略等しい状態の加熱ガスを供給することができる。
本実施形態では、ワークWが配設されている領域の上方に、すなわち段積みされた4つのバスケット9の最上段のバスケット9の上方に、当該バスケット9を通過した加熱ガスをファン26の吸込み口26aに誘導するガイド部32が設けられている。また、ファン26の吸込み口26aが、前記往路23の同一直線上において、前記最上段のバスケット9上面と対向するように配設されている。さらに、ファン26は、往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーン21に向けて吐出する。これらにより、本実施形態では、熱処理ゾーンを通過したガスを効率よくファン26内に吸い込んで加熱ゾーン21に送ることができ、加熱ガスの循環効率を向上させることができる。加熱ガスは、図2において矢印で示されるように、昇温室2内を循環する。
本実施形態に係る溶体化炉1では、供給ダクト22を用いて加熱ガスを往路23内のワークWの下方から上方に向けて供給しており、この供給ダクト22の吹出し口25が、ワークWが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている。このため、加熱ガスを均等に且つ効率よくワークWにあてることができ、ワークWの昇温ばらつきを抑制して、ワークの昇温時間を短縮させることができる。その結果、ワークWの生産能力を向上させることができる。
また、熱処理ゾーン20から排気されたガスを加熱する復路24を、当該熱処理ゾーン20内の往路23に対してほぼ平行に位置するように形成しているので、昇温室2内において加熱ゾーン21と熱処理ゾーン20を水平方向ないし横方向に隣接して設けることができ、昇温室2、ひいては溶体化炉1をコンパクト化することができる。
また、本実施形態では、バーナー28の円筒状の吹出し部29の先端開口29aが、加熱ゾーン21における復路24内において下方を向くよう配置されており、当該復路24内の加熱ガスの流れ方向にバーナー28の円筒状の吹出し部29から加熱ガスが吹き出すことができるので、圧力損失を小さくすることができ、当該加熱ガスの循環効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、溶体化炉1の搬送部はローラーハース11を備えているので、ワークWを収容したバスケット9をチェーンにより搬送するよりも多くの加熱ガスを当該ワークWに供給することができ、ワークWの昇温効率を向上させることができる。
〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、供給ダクト内に2枚の整流板を設けているが、整流板の数は、供給ダクトのサイズ等に応じて適宜変更することができ、1枚でもよいし、また3枚以上であってもよい。
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、供給ダクト内に2枚の整流板を設けているが、整流板の数は、供給ダクトのサイズ等に応じて適宜変更することができ、1枚でもよいし、また3枚以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、アルミ部品の溶体化処理を行う溶体化炉に本発明を適用しているが、かかる溶体化炉に限定されるものではなく、例えば時効炉にも本発明を適用することができる。さらには、アルミ部品だけでなく他の金属部品の熱処理を行う熱処理炉にも本発明を適用することが可能である。
1 :溶体化炉(熱処理炉)
2 :昇温室
3 :搬入口
4 :搬出口
5 :予熱室
7 :均熱室
8 :水槽
9 :バスケット
11 :ローラーハース
12 :搬入ゲート
13 :搬出ゲート
14 :第1仕切板
15 :第2仕切板
20 :熱処理ゾーン
21 :加熱ゾーン
22 ;供給ダクト
23 :往路
24 :復路
25 :吹出し口
26 :ファン
27 :モータ
28 :バーナー
29 :吹出し部
29a:先端開口
30a:整流板
30b:整流板
31a:流路
31b:流路
31c:流路
32 :ガイド部
2 :昇温室
3 :搬入口
4 :搬出口
5 :予熱室
7 :均熱室
8 :水槽
9 :バスケット
11 :ローラーハース
12 :搬入ゲート
13 :搬出ゲート
14 :第1仕切板
15 :第2仕切板
20 :熱処理ゾーン
21 :加熱ゾーン
22 ;供給ダクト
23 :往路
24 :復路
25 :吹出し口
26 :ファン
27 :モータ
28 :バーナー
29 :吹出し部
29a:先端開口
30a:整流板
30b:整流板
31a:流路
31b:流路
31c:流路
32 :ガイド部
Claims (8)
- 加熱ガスをファンにより循環させてワークの熱処理を行う熱風循環式の熱処理炉であって、
ワークの熱処理を行う熱処理ゾーンと、ワークを加熱する加熱ガスを生成する加熱ゾーンと、前記加熱ガスを前記加熱ゾーンから前記熱処理ゾーンに導く供給ダクトとを備えており、
前記熱処理ゾーンには、前記ワークが配設されている領域を含んでおり、前記供給ダクトから供給された加熱ガスを下方から上方に通過させる往路が形成されており、
前記供給ダクトは、当該供給ダクトの吹出し口が、前記往路と同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の下面と対向するよう配設されている、熱処理炉。 - 前記加熱ゾーンには、前記熱処理ゾーンから排気されたガスを加熱する復路が形成されており、
前記復路は、前記往路に対してほぼ平行に形成されている、請求項1に記載の熱処理炉。 - 前記供給ダクトは、前記熱処理炉の炉底と前記ワークを搬送する搬送部との間に配設されている、請求項2に記載の熱処理炉。
- 前記供給ダクトは、当該供給ダクト内を流れる加熱ガスの流路を分割させる整流板を備えており、前記整流板は供給ダクトの流路に沿って設けられている、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の熱処理炉。
- 前記ファンは、当該ファンの吸込み口が、前記往路の同一直線上において、前記ワークが配設されている領域の上面と対向するように配設されており、前記往路からのガスを当該往路と略垂直方向に前記加熱ゾーンに向けて吐出する、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の熱処理炉。
- 前記整流板は、当該整流板の上流側において前記ファンから遠ざかる側の流路が狭くなるよう前記供給ダクトを分割しており、かつ、当該整流板の下流側の前記供給ダクトの吹出し口において流路をほぼ均等に分割するよう形成されている、請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載の熱処理炉。
- 前記加熱ゾーンにはガスを加熱するバーナーが配設されており、加熱ガスを吹き出す当該バーナーの円筒状の吹出し部の先端開口が、前記復路内において下方を向くよう配置されている、請求項2〜請求項6のいずれか1項に記載の熱処理炉。
- 前記搬送部はローラーハースを備えている、請求項3〜請求項7のいずれか1項に記載の熱処理炉。
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