JP2018090858A

JP2018090858A - 熱処理炉

Info

Publication number: JP2018090858A
Application number: JP2016235434A
Authority: JP
Inventors: 貴弘藤田; Takahiro Fujita; 文隆虻川; Fumitaka Abukawa
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: JP6817799B2

Abstract

【課題】従来の熱処理炉ではワークを支持する支持部材を介した熱逃げにより、熱処理中のワークに温度ばらつきが生じていた。熱処理中のワークの温度ばらつきを抑制してワークの熱処理品質のばらつきを抑制することが望まれる。【解決手段】ワークＷの熱処理を行う熱処理炉１において、炉内に設けられる第１の断熱材１１と、ワークＷを支持する支持部材４とを備えさせ、支持部材４の炉殻側端部を第１の断熱材１１を貫通させずに該第１の断熱材１１で支持する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用部品や機械部品等のワークの熱処理を行う熱処理炉に関する。

熱処理の一例である浸炭処理を行う炉として特許文献１や特許文献２に記載された真空浸炭炉がある。特許文献１の真空浸炭炉では、炉殻の内面に対向するように断熱材が設けられ、その断熱材を貫通するようにしてワークを支持する支持部材（炉床）が炉殻に取り付けられている。その支持部材の上端部にはトレイまたはバスケットに積載されたワークが配置されている。特許文献２の真空浸炭炉も同様に、炉殻の内面に沿って断熱材が設けられ、その断熱材を貫通するように設けられた架台が炉殻に接するように取り付けられている。ワークはその架台の上に配置されている。従来の炉では、ワークがこのように支持された状態で加熱処理や浸炭処理等が行われている。

特開２００６−１１２７７０号公報特開２００９−５２８３８号公報

各ワークの熱処理後の品質ばらつきを抑えるためには、各ワークの熱処理中の処理条件が同一となることが望ましい。例えば熱処理中の各ワークへの入熱量を均一にして温度ばらつきを抑えることができれば、ワークの熱処理品質のばらつきも抑えることができる。

しかしながら、従来の炉では、ワークを支持する支持部材が炉殻に接触するように取り付けられているために、支持部材を介した熱伝導による熱逃げが生じていた。これに伴い、治具上の支持部材近傍に配置されたワークと、その他の部分に配置されたワークで入熱量が互いに異なり、ワークごとに温度ばらつきが生じていた。これにより、同一ロットで熱処理される各ワークの熱処理品質にばらつきが生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱処理中のワークの温度ばらつきを抑制してワークの熱処理品質のばらつきを抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理炉であって、炉内に設けられる第１の断熱材と、前記ワークを支持する支持部材とを備え、前記支持部材の炉殻側端部が前記第１の断熱材を貫通せずに該第１の断熱材に支持されていることを特徴としている。

本発明に係る熱処理炉によれば、ワークを支持する支持部材を介した熱逃げが抑制される。これにより、熱処理中のワークの温度ばらつきを抑制することができる。

本発明によれば、熱処理中のワークの温度ばらつきを抑制してワークの熱処理品質のばらつきを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る真空浸炭炉の概略構成を示す縦断面図である。図１中のＡ−Ａ断面図である。本発明の他の実施形態に係る真空浸炭炉の概略構成を示す縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る第２の断熱材の概略構成を示す図であり、図１中のＡ−Ａ断面図に相当する断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態では熱処理炉として真空浸炭炉を例に挙げて説明する。図１に示すように、本実施形態に係る真空浸炭炉１は、真空チャンバー２と、ワークＷが収容される断熱材ケース３と、断熱材ケース３の内側に設けられた第１の断熱材１１と、トレイ状の治具Ｊが載せられる奥行き方向Ｄ_２（図１の紙面垂直方向）に延伸するレール２０と、レール２０および治具Ｊを介してワークＷを下方から支持する支持部材４を備えている。複数のワークＷが載せられた治具Ｊは、レール２０上を奥行き方向Ｄ_２にスライド移動するようにして搬送される。

断熱材ケース３は直方体状に形成され、素材として例えばＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０４、ＳＳ４００等の金属が用いられる。断熱材ケース３は、炉殻２ａに設けられた搬入口（不図示）から搬入され、炉底に設けられた受け台５に載せられる。受け台５は板状部材やローラー等で構成される。

第１の断熱材１１は、断熱材ケース内の側壁部３ａ、底部３ｂおよび天井部３ｃの内面に沿って配置されている。以下の説明では、断熱材ケース側壁部３ａに配置された第１の断熱材１１を側壁部断熱材１１ａ、断熱材ケース底部３ｂに配置された第１の断熱材１１を底部断熱材１１ｂ、断熱材ケース天井部３ｃに配置された第１の断熱材１１を天井部断熱材１１ｃと称す。なお、第１の断熱材１１としては熱伝導を遮断し、断熱効果を得ることができればよく、例えば耐熱レンガ、セラミックボード、セラミックファイバー、真空断熱材、多孔質断熱材等が用いられる。

断熱材ケース３には、一方の側壁部３ａから挿入されるようにして断熱材ケース３の幅方向Ｄ_１に延びるヒーター６が設けられている。ヒーター６はワークＷの上方および下方にそれぞれ配置され、断熱材ケース３の一方の側壁部３ａ（図１中の右側の側壁部）および側壁部断熱材１１ａを貫通し、他方の側壁部断熱材１１ａに先端部が埋設されるようにして固定されている。ヒーター６はＵ字状のものであり、平面視において治具Ｊに載せられた各ワークＷを覆うように断熱材ケース３の奥行き方向Ｄ_２に沿って複数本設置されている。また、断熱材ケース３の他方の側壁部３ａ（図１中の左側の側壁部）には、断熱材ケース内の温度を測定する熱電対７が設けられている。熱電対７は、炉殻２ａ、断熱材ケース３の側壁部３ａおよび側壁部断熱材１１ａを貫通するようにして固定されている。熱電対７は断熱材ケース３を炉内に搬入した後で挿入される。なお、図１中のヒーター６は図面の簡略化のために二点鎖線で示している。

ワークＷを支持する支持部材４は、鉛直方向に延びるように形成され、断面形状は図２に示すように方形状となっている。また、支持部材４は所定の間隔で複数配置されている。支持部材４の素材としては例えばＳＵＳ３１０Ｓ等の金属や、ＳＣＨ２４等の耐熱鋼、ＷやＭｏ等の耐熱金属が用いられる。なお、治具Ｊの形状はトレイ状に限定されることはなく、バスケット状の治具や、階層状にワークＷが載せられる多段式の治具であっても良い。また、支持部材４の本数も特に限定されない。

各支持部材４の下端部には、底部断熱材１１ｂに面接触することで支持部材４と底部断熱材１１ｂとの接触面積を増加させる端部プレート８が設けられている。端部プレート８の素材としては例えばＳＵＳ３１０Ｓ等の金属や、ＳＣＨ２４等の耐熱鋼、ＷやＭｏ等の耐熱金属が用いられる。端部プレート８には座ぐりが形成されており、支持部材４の下端部に固定されたピン９がその座ぐりに嵌め込まれることで、支持部材４と端部プレート８とが着脱自在に固定されている。

底部断熱材１１ｂの上面部には端部プレート８のサイズに合わせて複数の凹部が形成され、端部プレート８はその凹部内の底面に接している。このように各支持部材４の下端部に端部プレート８が設けられていることで、ワークＷや治具Ｊ、レール２０の重量を面で受けることが可能となる。これにより、治具Ｊの支持姿勢を安定させることができると共に、底部断熱材１１ｂの割れ等の発生を抑制することができる。また、端部プレート８を底部断熱材１１ｂの凹部内に設ける構成であるため、端部プレート８の設置時の位置決めを容易に行うことができる。なお、ワークＷや治具Ｊ等の重量、支持部材４の本数および底部断熱材１１ｂの強度等に応じ、支持部材４の下端部に端部プレート８を設けてなくても良い。例えば支持部材４の本数が多ければ、ワークＷや治具Ｊ、レール２０の重量が分散して底部断熱材１１ｂに伝わるため、端部プレート８を設けなくても底部断熱材１１ｂの割れが起きにくくなる。また、本実施形態では、底部断熱材１１ｂに凹部を設けることとしたが、支持部材４の下端部に凹部を設け、底部断熱材１１ｂの上面部に凸部を設けて嵌合してもよい。

図１、図２に示すように断熱材ケース３の底部３ｂには、底部断熱材１１ｂの他に、支持部材４の端部プレート８の上面を覆う第２の断熱材１２が設けられている。第２の断熱材１２は、断熱材ケース３の奥行き方向Ｄ_２に沿って長くなっており、奥行き方向Ｄ_２に並ぶ一群の各支持部材４を１枚の断熱材で覆っている。第２の断熱材１２には支持部材４の形状に合わせた開口部１２ａが形成されている。第２の断熱材１２を端部プレート８に配置する際には、支持部材４を底部断熱材１１ｂに設置した後、第２の断熱材１２の開口部１２ａを支持部材４に通すようにして端部プレート８の上面に第２の断熱材１２を載せる。

第２の断熱材１２が設けられることによりヒーター６の輻射熱を反射する端部プレート８の上面を覆うことになり、各ワークＷへの入熱量のばらつきを抑制することができる。また、第２の断熱材１２が設けられていることで、底部断熱材１１ｂの熱収縮による変形を抑えることができ、ワークＷとヒーター６の位置のばらつきを抑えることができる。それにより各ワークＷへの入熱量のばらつきを抑制することができる。さらにまた、第２の断熱材１２が設けられていることで、底部断熱材１１ｂのスーティングを抑えることができ、底部断熱材１１ｂの補修頻度を低くできる。その結果、支持部材４を底部断熱材１１ｂの上面に配置したまま炉内を補修することが可能となるため、補修作業効率を上げることができる。第２の断熱材１２を設けることは必須ではないが、ワークＷの温度ばらつきを抑制する観点からは第２の断熱材１２を設けることが好ましい。なお、第２の断熱材１２としては熱伝導を遮断し、断熱効果を得ることができればよく、例えば耐熱レンガ、セラミックボード、セラミックファイバー、真空断熱材、多孔質断熱材等が用いられる。また、底部断熱材１１ｂには硬くて圧縮強度と加工精度が高い断熱材を用い、第２の断熱材１２には底部断熱材１１ｂより断熱性に優れた断熱材を用いる等、第２の断熱材１２と第１の断熱材１１の材質は異なっていてもよい。これにより、ワークＷや治具Ｊ、レール２０の自重を支える底部断熱材１１ｂの割れが発生し難くなると共に、第２の断熱材１２により十分な断熱性を確保することができる。

本実施形態では、断熱材ケース３の底部３ｂにおいて、底部断熱材１１ｂの上面の、第２の断熱材１２が設けられていない部分に第３の断熱材１３が設けられている。第３の断熱材１３は、第２の断熱材１２と側壁部断熱材１１ａとの隙間を埋めるように敷き詰められ、第３の断熱材１３の上面と第２の断熱材１２の上面が同一（略同一を含む）の高さとなるように配置されている。このような第３の断熱材１３が設けられることで、ワーク下方におけるヒーター６と断熱材の距離が一定となり、各ワークＷをより均一に加熱することができる。第３の断熱材１３を設けることは必須ではないが、ワークＷの温度ばらつきを抑制する観点からは第３の断熱材１３を設けることが好ましい。なお、第３の断熱材１３としては熱伝導を遮断し、断熱効果を得ることができればよく、例えば耐熱レンガ、セラミックボード、セラミックファイバー、真空断熱材、多孔質断熱材等が用いられる。また、第３の断熱材１３と第２の断熱材１２とが一体に形成されていても良い。

本実施形態に係る真空浸炭炉１は以上のように構成されている。なお、説明は省略しているが、真空浸炭炉１は、断熱材ケース内に処理ガスを供給するガスインレットや、炉内を真空排気する排気管および真空ポンプ等の真空浸炭処理の実施に必要な構成を備えている。

本実施形態の真空浸炭炉１によれば、ワークＷを下方から支持する支持部材４の下端部が底部断熱材１１ｂに接触した状態で熱処理が実施される。換言すると、支持部材４の下端部が断熱材ケース３や炉殻２ａに接触していない状態で熱処理が実施される。これにより、ワークＷの加熱処理や浸炭処理といった熱処理中において支持部材４を介した熱伝導による熱逃げが抑制され、各ワークＷの温度ばらつきを抑制することが可能となる。その結果、各ワークＷの熱処理品質のばらつきを抑制することができる。

なお、本実施形態では、第１の断熱材１１に凹部内底面を設け、その凹部内底面にワークＷの支持部材４を接触させることとしたが、第１の断熱材１１に凹部を設けず、第１の断熱材１１の上面にワークＷの支持部材４を接触させることにしても良い。また、ワークＷの個数も限定されない。例えば、サイズの大きなワークＷを浸炭処理する場合、支持部材４を介して熱逃げが発生する従来の浸炭炉では、１つのワークＷの中でも部位ごとに浸炭ばらつきが生じる。一方、本実施形態のような浸炭炉であれば、そのようなワークＷを浸炭処理する場合でも熱逃げ抑制の効果が得られるため、ワークＷの部位ごとの浸炭ばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態では、ワークＷの支持構造として支持部材４の上端部がレール２０の下面に接し、支持部材４の下端部が底部断熱材１１ｂに接するように構成したが、ワークＷの支持構造はこれに限定されない。ワークＷを一定時間、熱処理領域に保持しておくことができれば他の支持構造であっても良い。即ち、支持部材４の端部（上記実施形態ではワーク側端部４ａと炉殻側端部４ｂ）のうち、炉殻側端部４ｂが、第１の断熱材１１を貫通せず、断熱材ケース３との間に第１の断熱材１１が介在するように支持されていれば、他の支持構造であっても支持部材４を介した熱逃げを抑制することができる。また、支持部材４の炉殻側端部４ｂと断熱材ケース３との間に第１の断熱材１１が介在していることにより、外乱の影響も受けにくくなり、熱処理品質を向上させることができる。

また、本実施形態では、炉内にワークＷを収容する断熱材ケース３を設ける構成としたが、図３のように断熱材ケース３を設けない構成としても良い。このような構成であっても、ワークＷを支持する支持部材４が炉殻２ａに接触しない構成、即ち、支持部材４の炉殻側端部４ｂと炉殻２ａとの間に第１の断熱材１１が介在する構成であれば、支持部材４を介した熱逃げの抑制や外乱の影響を受けにくいといった効果を得ることができる。ただし、例えば断熱材の補修作業が必要になった場合、炉殻内面に断熱材を配置する構成の炉では、断熱材の補修作業の実施中に炉を使用することができず、生産性が低下することになる。一方、断熱材ケース３を設ける構成の炉では、１つの断熱材ケース３の補修作業中に他の断熱材のケースを用いて熱処理を行うことができ、生産性の低下を抑えることが可能となる。この観点からは断熱材ケース３を設けることが好ましい。

また、本実施形態では、断熱材ケース３の奥行き方向Ｄ_２に並ぶ一群の支持部材４を１枚の第２の断熱材１２で覆うこととしたが、例えば図４に示すように複数枚の第２の断熱材１２で覆うことにしても良い。複数枚の第２の断熱材１２を設けることで、開口部１２ａの位置精度が低くても、各第２の断熱材１２を支持部材４に通すことができる。これにより、第２の断熱材１２の設置時の作業効率が向上する。さらに、ワークＷと第２の断熱材１２との間にワークＷを加熱するヒーター６が配置される場合、ヒーター６の素線間の間隔に合わせて第２の断熱材１２を、ヒーター６の素線間を通過可能な形状にすることが好ましい。これにより、着脱自在に固定された支持部材４を取り外した後に第２の断熱材１２を持ち上げ、傾けることでヒーター６の素線間を通して抜き取ることが可能となる。これにより、ヒーター６を取り外すことなく、第２の断熱材１２の補修作業を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、真空浸炭炉に適用することができる。また、本発明は、真空浸炭炉以外にも、ガス浸炭等の他の方法で浸炭処理する浸炭炉や、ガス窒化処理やガス軟窒化処理等を行う窒化処理炉に適用することもできる。即ち、本発明は、ワークの加熱を要する熱処理を行う熱処理炉に適用することができる。

１真空浸炭炉
２真空チャンバー
２ａ炉殻
３断熱材ケース
３ａ断熱材ケースの側壁部
３ｂ断熱材ケースの底部
３ｃ断熱材ケースの天井部
４支持部材
４ａ支持部材のワーク側端部
４ｂ支持部材の炉殻側端部
５受け台
６ヒーター
７熱電対
８端部プレート
９ピン
１１第１の断熱材
１１ａ側壁部断熱材
１１ｂ底部断熱材
１１ｃ天井部断熱材
１２第２の断熱材
１２ａ第２の断熱材の開口部
１３第３の断熱材
２０レール
Ｄ_１断熱材ケースの幅方向
Ｄ_２断熱材ケースの奥行き方向
Ｊ治具
Ｗワーク

Claims

ワークの熱処理を行う熱処理炉であって、
炉内に設けられる第１の断熱材と、
前記ワークを支持する支持部材とを備え、
前記支持部材の炉殻側端部が前記第１の断熱材を貫通せずに該第１の断熱材に支持されている、熱処理炉。
第２の断熱材が前記第１の断熱材に重ねて配置されている、請求項１に記載の熱処理炉。
前記支持部材は前記ワークを下方から支持するように設けられ、
前記支持部材の下端部に、前記第１の断熱材に面接触する端部プレートが設けられている、請求項１又は２に記載の熱処理炉。
前記第１の断熱材に重ねて配置される第２の断熱材が前記端部プレートの上面を覆うように設けられている、請求項３に記載の熱処理炉。
前記第１の断熱材の上面において、前記第２の断熱材が設けられていない部分に第３の断熱材が設けられている、請求項４に記載の熱処理炉。
前記ワークが収容される断熱材ケースを備え、
前記第１の断熱材は前記断熱材ケースの内側に設けられている、請求項１〜５のいすれか一項に記載の熱処理炉。