JP5167640B2

JP5167640B2 - 熱処理設備

Info

Publication number: JP5167640B2
Application number: JP2007005411A
Authority: JP
Inventors: 堀　　哲
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: JP2008170116A

Description

本発明は、バッチ式炉でありながらも生産性が良好で、しかも多様なヒートパターンで金属を浸炭，焼入れ等、熱処理することができる熱処理設備に関するものである。

一般にバッチ式炉は、連続式炉と比較して生産性が劣るために、本出願人の特許出願に係る下記特許文献１に示された熱処理設備では、保温チャンバが搭載された搬送ユニットによって処理品を搬送し、該処理品を処理チャンバに受け渡しできるように構成し、これによって、多品種少量生産に適し、バッチ式炉でありながら連続式炉と同等の生産性ないし熱効率が達成可能であると同時に、連続式炉には不可能であった間引き操業、部分保守を可能にするなど、バッチ式の長所を併せ持つ熱処理設備を具現するものであった。
特開２００６−６３３６３号公報

ところで、処理品の強度を従来の浸炭処理品と比較して向上させるために、加熱（浸炭）後に一旦冷却し、その後再加熱するような２段加熱のヒートパターンを必要とすることが多いが、従来の上記特許文献１に開示された熱処理設備では、このような多様なヒートパターンで金属を浸炭，焼入れ等、熱処理することの要請に応じられないという問題があった。
なお、上記特許文献１に開示された熱処理設備にてあえて２段加熱パターンを実行しようとすれば、処理品を冷却油槽に沈めるほかなかったが、そうすると再加熱する前に処理品に付着した油を除去洗浄する必要が生じるなど、きわめて処理効率の悪いものになるので現実的でない。

上記課題を解決するため本発明に係る熱処理設備は、直線状のレールの一側に複数のバッチ式熱処理チャンバを並設し、該各熱処理チャンバには処理品を加熱するヒータが夫々設けられ、搬送ユニットは気密性・断熱性の開閉扉を間にして保温チャンバと受渡チャンバとを直線状に形成するとともに該保温チャンバと受渡チャンバとを台車上に支持することで前記レール上に走行可能に設けられ、該受渡チャンバには処理品を前記熱処理チャンバとの間および保温チャンバとの間で受け渡しする受渡機構が設けられ、該保温チャンバには処理品を保温するヒータおよび冷却ガスを強制循環することにより処理品を冷却するガス冷却手段が設けられ、前記搬送ユニットをいずれかの熱処理チャンバの前に移動・停止させて該受渡チャンバ内に入れられた処理品を該熱処理チャンバ内に装入して該処理品を該熱処理チャンバ内にて所定の熱処理温度に加熱した後、該処理品を該受渡チャンバを経て保温チャンバ内に移動させて前記ガス冷却手段による冷却ガスの強制循環により該保温チャンバ内にて該処理品を所要温度に冷却し、冷却を終えた処理品が該受渡チャンバを経て再び前記熱処理チャンバ内に装入されることで再加熱されるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る熱処理設備によれば、処理品を多様なヒートパターンで効率よく熱処理することができる。

図１は本発明の実施形態である熱処理設備の平面図である。同図において、１，１は直線状に配設された平行な２本のレール、２ａ〜２ｃは該レールの一側にその開口部を該レール側に向けて並設したバッチ式熱処理チャンバ、３は該レール上を走行するように設けられた搬送ユニット、４は該熱処理チャンバ２ａの隣に並設された装入テーブル、５は該熱処理チャンバ２ｃの隣に並設された冷却油槽である。なお、図１は搬送ユニット３が熱処理チャンバ２ｂと相対するように停止した状態を示す。

バッチ式熱処理チャンバ２ａ〜２ｃは、図２に縦断面図を示したように、円筒形に形成された耐圧性の炉殻内に断熱材６によって囲繞した処理室７を形成し、該処理室内に設けた架台８上に処理品Ｗが載置されるもので、９は該処理室に処理品Ｗを出し入れする開口部である。該開口部には内面に断熱材６が張着された気密性の開閉扉１０が設けられ、該開閉扉はその上部に水平に設けられたシリンダ１１を作動させることにより該チャンバの開口縁に設けられたフランジ１２の内面に沿って横スライドし、該開口部９を開閉可能なるようにしている。１３は該処理室内壁に該処理品Ｗを加熱するために設けたヒータ、１４は該処理室内に設けられたファンで、該ファンはモータ１５の駆動により該処理室内のガスを攪拌する。また、１６は該熱処理チャンバ２ａ〜２ｃを真空ポンプ（図示せず）に繋ぐため形成された吸気口で、該吸気口から該熱処理チャンバ内の空気を吸引することにより該チャンバ内（処理室７内）を真空状態（減圧状態）にする。また、１７は該チャンバ内（処理室７内）にアセチレン等の浸炭ガスを供給する給ガス口で、該給ガス口は配管により浸炭ガスのガス源（図示せず）と連結される。

一方、搬送ユニット３は、図３に縦断面図を示すように保温チャンバ２０と受渡チャンバ２１とをフランジ２２を間にして直線状に結合すると共に、レール１，１上を走行し得るように設けられた台車２３上にコロローラ２４を配置し、該コロローラ上に保温チャンバ２０を支持することにより、該保温チャンバ２０と受渡チャンバ２１とを該台車２３の走行方向と直交する方向に微小に進退動可能なるように支持している。４６は該保温チャンバ２０と受渡チャンバ２１とを微小に進退動させるために該台車上に設けたシリンダである。また、図１に符号４１で示すものは該搬送ユニット３の保温チャンバ２０の一側に固設された真空ポンプ、４１ａ，４１ｂは該真空ポンプの吸気管に設けられた電磁バルブたる真空排気弁である。

保温チャンバ２０は、図４にも示したように円筒形に形成された耐圧性の炉殻内に断熱材２５によって囲繞した処理室２６を形成し、該処理室内に処理品Ｗが載置される架台２７を設けると共に、該処理室内壁に保温用のヒータ２８を設け、該処理室２６の上壁と下壁に夫々通風口２９，３０を形成し、該通風口に夫々シリンダ３１，３２により開閉可能なるように断熱性扉３３，３４を設けている。４４は炉内ガスを強制循環させるために上方の通風口２９の上部に設けられたモータ４５によって回転するよう配置されたファンである。なお、３７は該ファン４４の過熱を防止するために通風口２９上に設けられた冷却水配管である。また、３８，３８は処理室２６の両側に配置された一対の熱交換器からなるガス冷却手段で、該熱交換器中に冷却水を通水することにより該熱交換器は低温度に保たれる。３９は受渡チャンバ２１との境に設けられた開閉扉で、該開閉扉は上部に水平に設けられたシリンダ４０を作動させることによりフランジ２２の内面に沿って横スライドする。なお、該開閉扉３９の内面にも断熱材２５が張着されている。このため、該保温チャンバ２０は該開閉扉３９を閉じることにより受渡チャンバ２１との間に気密性、断熱性が保たれる。４２は吸気口で、該吸気口は前記真空ポンプ４１の真空排気弁４１ａに繋がれ、該吸気口からガスを吸引することにより該保温チャンバ内を減圧状態にできる。また、４３は該保温チャンバ内に窒素ガス等の不活性ガスを供給するために形成された給ガス口で、該給ガス口はフレキシブルホース（図示せず）を介してガス源（図示せず）に連結される。

受渡チャンバ２１は、略円筒形で耐圧性に形成され、その一端を前記フランジ２２の外面にボルト５０によって固定すると共に、他端に枠状パッキン５１が固着され、前記シリンダ４６を作動させて該受渡チャンバ２１を保温チャンバ２０と共に進出動させたときに図５に示したように該枠状パッキン５１が前記熱処理チャンバ２ａ〜２ｃの開口部に設けられたフランジ１２外面に気密に圧接し得るようにしている。また、５２は該受渡チャンバ２１内底部に設けられた受渡機構で、該受渡機構は図６に概略を示すように、処理品Ｗを載置し得るフォーク５３が水平スライド部材５４ａ，５４ｂ上に支持され、該水平スライド部材をモータ等の駆動源により進退動させることにより該フォーク５３が前記熱処理チャンバ２ａ〜２ｃ内および保温チャンバ２０内に進退動し、前記架台８，２７上の処理品Ｗを該フォーク５３上に受け渡しできるようにしている。また、５５は該受渡チャンバ２１を前記真空ポンプ４１の真空排気弁４１ｂに繋ぐために形成された吸気口、５６は該受渡チャンバ内に窒素ガス等の不活性ガスを供給するために形成された給ガス口で、該給ガス口はフレキシブルホース（図示せず）を介して給気源（図示せず）に連結される。

図１に示した冷却油槽５は、容器中に焼入れ用の冷却油が収容され、該容器のレール１，１側と相対する前面にフランジ６３を備えた開口が形成され、該開口内にシリンダ６５を作動させることにより自動で開閉する引戸式の扉６０が設けられ、その背面にはフランジ６４を備えた開口が形成され、該開口内にシリンダ６６を作動させることにより自動で開閉する引戸式の扉６１を設けたものである。

このように構成した熱処理設備において、処理品Ｗを例えば図７に示したように、９５０℃に昇温・均熱して浸炭・拡散させた後、１００℃〜６５０℃に冷却し、その後、該処理品Ｗを８５０℃に再度昇温・均熱して浸炭・拡散させ、８５０℃にて保温後に油冷するといった２段加熱のヒートパターンにて熱処理する手順を次に説明する。先ず、装入テーブル４上にある処理品Ｗを搬送ユニット３によってバッチ式熱処理チャンバ２ａ〜２ｃのいずれかに搬入する。そのために搬送ユニット３をレール１，１上を走行させて装入テーブル４の前に停止し、受渡機構５２を作動させることにより該装入テーブル上の処理品Ｗをフォーク５３上に受けて受渡チャンバ２１内に入れる。そして搬送ユニット３をいずれかの熱処理チャンバの前に移動・停止させ、シリンダ４６を作動させることにより受渡チャンバ２１の枠状パッキン５１を該熱処理チャンバのフランジ１２外面に圧接させた後、真空排気弁４１ｂを開放して真空ポンプ４１により受渡チャンバ２１内部を真空排気する。真空排気完了後、該熱処理チャンバの開閉扉１０を開き、フォーク５３を進出させることにより該処理品Ｗを該熱処理チャンバ内に装入する。

該熱処理チャンバは予め８５０℃〜９５０℃程度に予熱されており、処理品Ｗ装入後は、引き続き処理品Ｗの昇温工程が行われる。この際特に６５０℃以下の低温域での昇温速度を短縮する目的で、窒素ガスを大気圧程度まで導入して輻射加熱と対流加熱を併用してもよい。処理品Ｗが浸炭温度（ここでは９５０℃）に昇温できたら、一旦該熱処理チャンバ内の窒素ガスを再度真空排気した後、浸炭ガスを所定量だけ導入して、浸炭・拡散工程が行われる。浸炭ガスは予め設定された条件に従って、断続的に導入される。その間に保温チャンバ２０および受渡チャンバ２１は、真空排気弁４１ａおよび４１ｂを開き真空ポンプ４１により真空排気されたまま、処理品Ｗを受け入れるために待機している。浸炭・拡散工程完了後、開閉扉１０および３９を開き、該熱処理チャンバ内に受渡機構５２のフォーク５３を進出させて該フォーク上に処理品Ｗを受け、該フォーク５３を後退させることによりそのまま該フォーク５３を保温チャンバ２０内に進出させ、該熱処理チャンバから取り出した処理品Ｗを該保温チャンバ内の架台２７上に載置する。そして、開閉扉１０および３９を閉じ、さらに真空排気弁４１ａを閉じた後、給ガス口４３より窒素ガスを導入し、該保温チャンバ２０内を所定の圧力に加圧して、ガス冷却手段たる熱交換器３８に冷却水を通水すると共に、ファン４４を回転させ該保温チャンバ２０内のガスを図４に矢印で示したように、通風口２９，３０を通して熱交換器３８，３８と処理品Ｗに強制循環させ、該処理品Ｗをガス冷却する。これにより処理品Ｗは１００℃〜６５０℃の所要温度に冷却される。

そして、冷却を終えた処理品Ｗは、受渡チャンバ２１を経て再び熱処理チャンバ２ａ〜２ｃに装入され、該熱処理チャンバにて再加熱し、８５０℃に昇温・均熱後、浸炭ガスを導入して２回目の浸炭・拡散工程を行う。この間に該保温チャンバはヒータ２８に通電することにより、８５０℃に予熱され、再度該処理品Ｗを受け入れるために待機している。浸炭・処理工程完了後、該処理品Ｗは再度前回と同様の手順により該熱処理チャンバから該保温チャンバに搬送され、該保温チャンバにて８５０℃に保持されると共に、その間に、搬送ユニット３は該熱処理チャンバから冷却油槽５の前に移動・停止し、シリンダ４６を作動させることにより受渡チャンバ２１の枠状パッキン５１を該冷却油槽５のフランジ６３外面に圧接させた後、真空排気弁４１ｂを開放して真空ポンプ４１により受渡チャンバ２１内部を一旦真空排気し、その後、真空排気弁４１を閉じ、給ガス口５６を開いて窒素ガスを導入し、該受渡チャンバ２１内が大気圧の窒素ガスで満たされるようにする。所定の保持時間経過後、真空排気弁４１ａを閉じ、給ガス口４３を開いて窒素ガスを導入し、該保温チャンバ２０内を大気圧の窒素ガスで満たしてから、開閉扉６０および３９を開き、受渡機構５２のフォーク５３を該保温チャンバ２０内に進出させて該処理品Ｗを受け、該フォーク５３を前進させることによりそのまま該フォーク５３を冷却油槽５内に進出させ、該保温チャンバ２０から取り出した処理品Ｗを冷却油槽５内の架台上に載置する。開閉扉６０および３９を閉じ、冷却油槽５内の架台を油槽内で降下させることにより、該処理品Ｗは焼入油中に浸漬され、焼入れ工程が行われる。このようにして一連の熱処理を終えた処理品Ｗは、該冷却油槽５の背面に設けられた扉６１を開けて抽出される。

なお、保温チャンバ２０内で処理品Ｗを冷却している間に搬送ユニット３を移動させ、装入テーブル４上に用意された次の処理品Ｗを空いている熱処理チャンバ２ａ〜２ｃに装入することができると共に、該熱処理チャンバ２ａ〜２ｃ内の再加熱が終わった処理品Ｗを該熱処理チャンバから取り出して冷却油槽５に搬送することができる。このため本発明の熱処理設備は、バッチ式でありながらも処理品Ｗを次から次へと効率よく熱処理することができ高い生産性を維持することができる。

しかも本発明では、搬送ユニット３の保温チャンバ２０と受渡チャンバ２１とを台車２３上にその走行方向と直交する方向に微小に進退動可能なるように支持することにより、該受渡チャンバ２１の開口部を前記各バッチ式熱処理チャンバ２ａ〜２ｃの開口部に密着させられるようにし、該保温チャンバ２０にガス冷却手段を備えたことにより、外部空気に曝すことなく処理品Ｗを該熱処理チャンバから保温チャンバ２０に移動させ冷却ガスを強制循環することにより該処理品Ｗをガス冷却することができるので、この実施形態に示した２段加熱のように種々の処理品を金属の特質に依存する多様なヒートパターンにより熱処理することの要請に応じることができる。

なお、この実施形態ではレールの一側に３つの熱処理チャンバ２ａ〜２ｃを設けたが、熱処理チャンバの数は生産能力の要請に従い増減することができる。また、搬送ユニット３についてもレール上に２台以上を走行させるようにしてもよい。また、受渡機構５２はこの実施形態ではフォーク５３を進退動させる構成としたが、受渡機構はこのような構成に限らずローラ式等その他の機構としてもよい。

本発明の実施形態を示す熱処理設備の平面図。図１のバッチ式熱処理チャンバの縦断面図。図１の搬送ユニットの縦断面図。図３のＡ−Ａ線断面図。図１のＢ−Ｂ線断面図。本発明の実施形態を示す受渡機構の概略図。本発明の熱処理設備による処理品のヒートパターン図。

符号の説明

Ｗ処理品
１レール
２ａ〜２ｃバッチ式熱処理チャンバ
３搬送ユニット
４装入テーブル
５冷却油槽
９開口部
１０開閉扉
１３ヒータ
１６吸気口
１７給ガス口
２０保温チャンバ
２１受渡チャンバ
２３台車
２４コロローラ
２８ヒータ
２９，３０通風口
３８ガス冷却手段（熱交換器）
３９開閉扉
４１真空ポンプ
４２吸気口
４３給ガス口
４４ファン
５２受渡機構
５５吸気口
５６給ガス口

Claims

直線状のレールの一側に複数のバッチ式熱処理チャンバを並設し、該各熱処理チャンバには処理品を加熱するヒータが夫々設けられ、搬送ユニットは気密性・断熱性の開閉扉を間にして保温チャンバと受渡チャンバとを直線状に形成するとともに該保温チャンバと受渡チャンバとを台車上に支持することで前記レール上に走行可能に設けられ、該受渡チャンバには処理品を前記熱処理チャンバとの間および保温チャンバとの間で受け渡しする受渡機構が設けられ、該保温チャンバには処理品を保温するヒータおよび冷却ガスを強制循環することにより処理品を冷却するガス冷却手段が設けられ、前記搬送ユニットをいずれかの熱処理チャンバの前に移動・停止させて該受渡チャンバ内に入れられた処理品を該熱処理チャンバ内に装入して該処理品を該熱処理チャンバ内にて所定の熱処理温度に加熱した後、該処理品を該受渡チャンバを経て保温チャンバ内に移動させて前記ガス冷却手段による冷却ガスの強制循環により該保温チャンバ内にて該処理品を所要温度に冷却し、冷却を終えた処理品が該受渡チャンバを経て再び前記熱処理チャンバ内に装入されることで再加熱されるようにしたことを特徴とする熱処理設備。