JP3225205U - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレーターに清掃のタイミングを知らせることができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１０は、圧力容器１２と、圧力容器の内方に配置された断熱体と、断熱体の内部空間に配置されたヒーター２２と、ヒーターに所定電圧を印加する直流電源６２と、直流電源がヒーターに所定電圧を印加したときに、ヒーターからアースに流れる電流を測定する電流計６４と、電流計で測定された電流と直流電源で出力された所定電圧からヒーターとアースとの間の絶縁抵抗を求め、絶縁抵抗から断熱体の内部空間の清掃を判定する、または測定された電流値から断熱体の内部空間の清掃を判定する制御部２８とを備える。
【選択図】図１

Description

本考案は、熱処理装置に関する。

従来、超硬金属または磁性材料などからなる被処理物を真空または加圧環境下で熱処理する熱処理装置が開示されている。たとえば特許文献１の熱処理装置は円筒状の圧力容器、その圧力容器の内面に備えられた断熱体、断熱体で形成された内部空間に配置されたヒーターを備える。被処理物が断熱体の内部空間に収納され、所定の温度および圧力環境で熱処理される。

特開２０１２−２０４５３８号公報

熱処理によって被処理物から紛体が生じる場合がある。ヒーターがカーボン製であれば、そのヒーターの消耗によって紛体が生じる場合がある。それらの粉体が断熱体およびヒーターなどに付着することによって、ヒーターと断熱体と間の絶縁抵抗が低下する。ヒーターがアースに短絡され、ヒーターに電力を供給するための電力供給回路が故障するおそれがある。

そのため、熱処理装置の使用状況に応じて断熱体の内部空間を清掃し、ヒーターとアースとの間の絶縁抵抗をテスターで測定する。絶縁抵抗が所定値よりも高ければ熱処理装置が使用できる。被処理物および熱処理方法によって紛体の生じる量が異なり、清掃の頻度が異なる。熱処理するたびに清掃すればよいが、オペレーターの負担が増え、生産性が低下する。必要最低限の頻度で断熱体の内部空間を清掃することが好ましい。

そこで本考案の目的は、オペレーターに清掃のタイミングを知らせることができる熱処理装置を提供することにある。

以上の課題を解決すべく、本考案に係る熱処理装置は、以下に述べるような構成を有する。

本考案の熱処理装置は、圧力容器と、前記圧力容器の内方に配置された断熱体と、前記断熱体の内部空間に配置されたヒーターと、前記ヒーターに所定電圧を印加する直流電源と、前記直流電源がヒーターに所定電圧を印加したときに、ヒーターからアースに流れる電流を測定する電流計と、前記電流計で測定された電流と直流電源で出力された所定電圧からヒーターとアースとの間の絶縁抵抗を求め、該絶縁抵抗から断熱体の内部空間の清掃を判定する、または測定された電流値から断熱体の内部空間の清掃を判定する制御部とを備える。

本考案によれば、絶縁抵抗が低くなっていれば内部空間を清掃する必要があり、清掃のタイミングが分かる。毎回の熱処理の前に絶縁抵抗を求めるため、最低限の頻度で内部空間を清掃することになり、オペレーターの負担が軽減される。自動的にヒーターとアースの間の絶縁抵抗を求めることができるため、オペレーターがテスターで測定する必要が無い。オペレーターの作業が軽減される。

本考案の熱処理装置の構成を示す図である。 圧力容器、断熱体およびヒーターの構成を示す図である。 制御部がネットワークに接続された熱処理装置の構成を示す図である。

本考案の熱処理装置について図面を参照して説明する。複数の実施形態を説明するが、異なる実施形態であっても同じ手段には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

[実施形態１]
図１、図２に示す本願の熱処理装置１０は、容器状の圧力容器１２、その圧力容器１２の内部に配置された断熱体１４、その断熱体１４の内部空間１６にガスを供給するためのガス供給装置１８、断熱体１４の内部空間１６からガスを排気するガス排気装置２０、断熱体１４の内部空間１６に配置されたヒーター２２、そのヒーター２２を加熱するための電力供給回路２４、ヒーター２２のアースに対する絶縁抵抗を測定する測定回路２６、および熱処理装置１０を制御する制御部２８を備える。

熱処理装置１０は、焼結、半焼結、焼成、脱脂、ろう付け、メタライズ、焼き入れ、容体化処理、焼戻し、焼きなましまたは時効熱処理などをおこなうための装置である。

[圧力容器]
圧力容器１２は円筒状になっていて、その両側が蓋によって閉じられている。圧力容器１２は内壁３０と外壁３２を備える（図２）。内壁３０と外壁３２の間の空間３４は冷却水が流れるようになっている。圧力容器１２は減圧されたり加圧されたりする。圧力容器１２の耐圧はたとえば約１０ＭＰａ以上であり、各種設計によって変更される。

[断熱体]
断熱体１４は圧力容器１２の内方に配置されている。たとえば圧力容器１２の内壁３０の内面に断熱体１４が取り付けられている。断熱体１４はグラファイトフェルトまたはグラファイトフォイルなどの耐熱性材料で構成される。断熱体１４によって形成された内部空間１６はヒーター２２によって加熱された空気を閉じ込める。断熱体１４の内部空間１６に被処理物３６が収容されて熱処理される。内部空間１６に被処理物３６を置くための棚が備えられてもよい。断熱体１４の内部空間１６にタイトボックス（インナーボックス）を配置し、その中に被処理物３６を収容してもよい。

[被処理物]
被処理物３６の材料は、超硬金属、鉄系金属、非鉄金属、磁性材料、セラミックス、グラファイト、ハイス鋼、ダイス鋼または低合金鋼などであり、金属は合金を含む。被処理物３６は、粉体、粒体または所定形状を有した固体である。

[ガス供給装置]
ガス供給装置１８はガス源３８、そのガス源３８と断熱体１４の内部空間１６を接続するパイプ４０、そのパイプ４０の途中に備えられたバルブ４２を備える。ガス源３８から内部空間１６に供給されるガスは窒素、アルゴン、水素、一酸化炭素、ヘリウム、メタンなどである。複数種のガスを内部空間１６に供給してもよく、その場合はガス源３８、パイプ４０およびバルブ４２はガスの種類ごとに備えられる。バルブ４２の開閉は制御部２８から送信される信号によって制御される。

[ガス排気装置]
ガス排気装置２０はポンプ４４、そのポンプ４４と断熱体１４の内部空間１６を接続するパイプ４６、そのパイプ４６の途中に設けられたバルブ４８を備える。バルブ４８を開けてポンプ４４を駆動させることで内部空間１６のガスを外部に排気することができる。内部空間１６を減圧することができる。バルブ４８の開閉は制御部２８から送信される信号によって制御される。必要に応じて被処理物３６から生じる紛体を集塵するフィルターがパイプ４６の途中に備えられる。

[ヒーター]
断熱体１４によって形成された内部空間１６にヒーター２２が配置されている。ヒーター２２はグラファイト製のロッドヒーターを使用できる。図２に示すように、ヒーター２２の電極５０が圧力容器１２と断熱体１４を突き抜け、断熱体１４の内部空間１６で電極５０とヒーター２２が接続されている。電極５０が電力供給回路２４に接続され、電力供給回路２４からヒーター２２に電力供給される。

断熱体１４の内部空間１６に熱伝対で構成される温度計５２を配置する。温度計５２によって断熱体１４の内部空間１６の温度を測定する。温度計５２が測定した温度は制御部２８に入力される。温度計５２の数は限定されず、複数の温度計５２を用いて断熱体１４の内部空間１６の温度を測定してもよい。

[電力供給回路]
電力供給回路２４は三相交流の電力をヒーター２２に供給する回路である。三相交流の３つの端子はＲ、Ｓ、Ｔである。電力供給回路２４は各端子Ｒ、Ｓ、Ｔにつながる配線５４、その配線５４に流れる電流を測定する電流計５６、電力供給する配線５４を選択するサイリスタ５８、電力変換するトランス６０を備える。サイリスタ５８がオンになるとトランス６０を介してヒーター２２に電力供給される。制御部２８には電流計５６で測定された電流値および温度計５２で測定された温度が入力される。断熱体１４の内部空間１６の温度が所定温度になるように制御部２８がサイリスタ５８のオン・オフを制御する。

[測定回路]
測定回路２６はヒーター２２に電圧を印加する直流電源６２、ヒーター２２からアースに流れた電流を測定する電流計６４、直流電源６２とヒーター２２とを接続または切断するスイッチ６６を備える。直流電源６２はスイッチ６６を介して配線５４に接続されている。直流電源６２とスイッチ６６の間に電流計６４が接続されている。スイッチ６６はＦＥＴ（Field Effect Transistor）などである。スイッチ６６は制御部２８の信号によってオンとオフが切り替えられる。電力供給回路２４からヒーター２２に電力を供給する前にスイッチ６６をオンにし、直流電源６２からヒーター２２に電圧を印加する。その際に電流計６４で測定された電流値が制御部２８に入力される。

直流電源６２の出力電圧を一定値にし、その電圧値を制御部２８の記憶装置に記憶しておく。制御部２８はヒーター２２の絶縁抵抗をオームの法則によって求める。なお、厳密にはヒーター２２とアースの間の絶縁抵抗以外にもヒーター２２の抵抗などもあるが、絶縁抵抗が非常に大きいため、他の抵抗を無視してよい。本願では圧力容器１２がアース電位になっている。ヒーター２２の絶縁抵抗が高ければヒーター２２からアース（圧力容器１２）に電流が流れず、絶縁抵抗が低くなればヒーター２２からアースに電流が流れる。

[制御部]
制御部２８はＰＬＣ（Programmable Logic Controller）またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算回路である。制御部２８は必要に応じてメモリなどの記憶装置を備える。制御部２８は上述したようにバルブ４２、４８、サイリスタ５８、スイッチ６６の制御をおこない、さらに絶縁抵抗を求めている。さらに制御部２８は求めた絶縁抵抗に応じて内部空間１６の清掃の必要性を判定する。絶縁抵抗が所定値よりも高ければ内部空間１６の清掃は必要なく、制御部２８は電力供給回路２４を起動させる。絶縁抵抗が所定値を下回っていれば内部空間１６の清掃が必要であり、制御部２８は電力供給回路２４を起動させない。被処理物３６などから生じる紛体などが内部空間１６のヒーター２２などに付着するとヒーター２２の絶縁抵抗が低下し、絶縁抵抗が所定値よりも低ければヒーター２２からアースに電流が流れ、電力供給回路２４を破損するおそれがあるからである。絶縁抵抗の所定値は数百Ω〜数ＭΩ以上であることが好ましい。

熱処理装置１０の状態を表示する表示装置６８を備えてもよい。たとえば、表示装置６８は、上記電流計６４で測定された電流値および計算された絶縁抵抗を表示する。表示装置６８にタッチパネルを組み込み、タッチパネルで熱処理装置１０を操作できるようにしてもよい。絶縁抵抗が所定値よりも低い場合に警報を発する警報装置を備えてもよい。警報音によって内部空間１６を清掃の必要性をオペレーターに知らせる。表示装置６８に清掃の必要性を表示してもよい。

[その他]
本願の熱処理装置１０は断熱体１４の内部空間１６を冷却するためのファンおよびクーラーを備えてもよい。クーラーとして水冷式の熱交換器が挙げられる。ファンを回転させてガスを循環させ、クーラーによってガスを冷却する。さらに熱処理装置１０は断熱体１４の内部空間１６のガス圧を測定する圧力計を備えてもよい。表示装置６８に温度およびガス圧を表示させてもよい。

[熱処理]
次に本願の熱処理装置１０を使用した処理について説明する。熱処理装置１０による処理は下記（１）〜（３）によっておこなわれる。

（１）絶縁抵抗測定
制御部２８からの信号によってスイッチ６６を閉じ、直流電源６２からヒーター２２に電圧を印加し、ヒーター２２からアースに流れた電流を電流計６４で測定する。直流電源６２から出力される電圧は一定である。制御部２８は既知になっている電圧と測定された電流からヒーター２２の絶縁抵抗を求める。絶縁抵抗を求めた後、制御部２８からの信号を停止してスイッチ６６を開ける。測定された電流値と求められた絶縁抵抗を表示装置６８で表示する。

絶縁抵抗が所定値よりも高ければ電力供給回路２４を起動させて被処理物３６を熱処理する。熱処理を開始する前に、断熱体１４の内部空間１６に被処理物３６を収容し、圧力容器１２の蓋をする。

絶縁抵抗が所定値を下回っていれば表示装置６８にその旨を表示し、断熱体１４の内部空間１６にあるヒーター２２を清掃する必要があることを表示する。そのため、絶縁抵抗が所定値を下回っていれば、バルブ４２、４８とサイリスタ５８が制御されることは無く、熱処理装置１０は停止したままである。

（２）熱処理工程
制御部２８がサイリスタ５８のオン・オフを制御し、ヒーター２２に電力供給する。ヒーター２２に電流が流れて温度上昇し、内部空間１６の温度が上昇し、被処理物３６が加熱される。必要に応じてバルブ４２、４８の開閉を制御し、ガス源３８から内部空間１６に所定のガスを供給したり、ポンプ４４で内部空間１６からガスを排気したり、内部空間１６を所定ガス雰囲気およびガス圧にする。

（３）冷却工程
被処理物３６の熱処理が完了すればサイリスタ５８を全てオフにしてヒーター２２への電力供給を停止する。ファンおよびクーラーによって内部空間１６の温度を下げ、被処理物３６を冷却する。

以上のように、本願は熱処理を開始する前にヒーター２２の絶縁抵抗を測定することで、ヒーター２２を含めて内部空間１６の清掃の必要性がわかる。必要最低限の頻度で内部空間１６を清掃することができる。ヒーター２２の絶縁抵抗が自動的に測定されるため、従来のようにオペレーターがテスターで絶縁抵抗を測定する必要は無い。オペレーターにとって操作が簡単な熱処理装置１０である。

[実施形態２]
制御部２８は測定された電流に応じて電力供給回路２４を起動させるか否かを判定してもよい。測定された電流が所定値を下回っていれば、電力供給回路２４を起動させて被処理物３６を熱処理する。電流が所定値を下回ることでヒーター２２とアースの間の絶縁抵抗が保たれているからである。反対に電流が所定値を上回っていれば、表示装置６８にその旨を表示し、断熱体１４の内部空間１６にあるヒーター２２を清掃する必要があることを表示する。本願は、オームの法則によって求めた絶縁抵抗または測定された電流値のいずれかを用いて断熱体１４の内部空間１６の清掃の必要性を判定する。

[実施形態３]
図３の熱処理装置８０のように、制御部２８で求めた絶縁抵抗は通信装置８２によってネットワーク８４を介してホストコンピュータ８６に送信されてもよい。通信装置８２はネットワーク８４を介して有線または無線で通信する装置が挙げられる。制御部２８で算出した絶縁抵抗をホストコンピュータ８６に送信し、ホストコンピュータ８６の記憶手段で記憶してもよい。絶縁抵抗の値を蓄積し、内部空間１６の清掃する頻度を算出してもよい。

[実施形態４]
直流電源６２は３本の配線５４のいずれかに接続されたが、直流電源６２を複数本の配線５４にスイッチで接続することも可能である。ヒーター２２の絶縁抵抗を測定できるのであれば、ヒーター２２と直流電源６２の接続方法は限定されない。

（第１項）一態様に係る熱処理装置は、圧力容器と、前記圧力容器の内方に配置された断熱体と、前記断熱体の内部空間に配置されたヒーターと、前記ヒーターに所定電圧を印加する直流電源と、前記直流電源がヒーターに所定電圧を印加したときに、ヒーターからアースに流れる電流を測定する電流計と、前記電流計で測定された電流と直流電源で出力された所定電圧からヒーターとアースとの間の絶縁抵抗を求め、該絶縁抵抗から断熱体の内部空間の清掃を判定する、または測定された電流値から断熱体の内部空間の清掃を判定する制御部とを備える。

第１項に記載の熱処理装置によれば、自動的にヒーターとアースの間の絶縁抵抗を求めることができるため、オペレーターがテスターで測定する必要が無い。オペレーターの作業が軽減される。絶縁抵抗が低くなっていれば内部空間を清掃する必要があり、清掃のタイミングが分かる。毎回、熱処理の前に絶縁抵抗を求めるため、最低限の頻度で内部空間を清掃することになり、オペレーターの負担が軽減される。

（第２項）前記直流電源とヒーターとを接続または切断するスイッチを備える。

第２項に記載の熱処理装置によれば、必要なタイミングでヒーターに電圧を印加して絶縁抵抗を測定することができる。

（第３項）前記ヒーターに電力供給するための電力供給回路を備え、前記制御部はヒーターとアースとの間の絶縁抵抗が所定値よりも高ければ電力供給回路を起動させる。

第３項に記載の熱処理装置によれば、絶縁抵抗が低ければ電力供給回路からヒーターに電力供給できず、電力供給回路が保護される。

（第４項）前記ヒーターに電力供給するための電力供給回路を備え、前記制御部は測定された電流値が所定値よりも低ければ電力供給回路を起動させる。

第４項に記載の熱処理装置によれば、電流値が所定値よりも低ければ電力供給回路からヒーターに電力供給できず、電力供給回路が保護される。

その他、本考案は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明した各実施形態は独立したものではなく、当業者の知識に基づき適宜組み合わせて実施できるものである。

１０、８０：熱処理装置
１２：圧力容器
１４：断熱体
１６：断熱体の内部空間
１８：ガス供給装置
２０：ガス排気装置
２２：ヒーター
２４：電力供給回路
２６：測定回路
２８：制御部
３０：内壁
３２：外壁
３４：内壁と外壁の間の空間
３６：被処理物
３８：ガス源
４０、４６：パイプ
４２、４８：バルブ
４４：ポンプ
５０：電極
５２：温度計
５４：配線
５６：電流計
５８：サイリスタ
６０：トランス
６２：直流電源
６４：電流計
６６：スイッチ
８０：通信装置
８２：ネットワーク
８４：ホストコンピュータ

Claims (4)

1. 圧力容器と、
   前記圧力容器の内方に配置された断熱体と、
   前記断熱体の内部空間に配置されたヒーターと、
   前記ヒーターに所定電圧を印加する直流電源と、
   前記直流電源がヒーターに所定電圧を印加したときに、ヒーターからアースに流れる電流を測定する電流計と、
   前記電流計で測定された電流と直流電源で出力された所定電圧からヒーターとアースとの間の絶縁抵抗を求め、該絶縁抵抗から断熱体の内部空間の清掃を判定する、または測定された電流値から断熱体の内部空間の清掃を判定する制御部と、
   を備えた熱処理装置。
2. 前記直流電源とヒーターとを接続または切断するスイッチを備えた請求項１の熱処理装置。
3. 前記ヒーターに電力供給するための電力供給回路を備え、
   前記制御部はヒーターとアースとの間の絶縁抵抗が所定値よりも高ければ電力供給回路を起動させる請求項１または２の熱処理装置。
4. 前記ヒーターに電力供給するための電力供給回路を備え、
   前記制御部は測定された電流値が所定値よりも低ければ電力供給回路を起動させる請求項１または２の熱処理装置。

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