JP6414959B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理装置に関する。

従来、被処理物である金属部品に対して焼き入れ等の処理を行うために、加熱室や冷却室を備える熱処理装置が用いられている。例えば、特許文献１には、中間搬送室の上方に複数の加熱室が設けられ、中間搬送室の下方に冷却室が設けられた熱処理装置が開示されている。このような熱処理装置などの冷却室には、一般に、冷却室から冷却液（冷却媒体）を回収するとともに回収した冷却液を冷却して冷却室に供給する冷却液回収供給装置（冷却媒体循環装置）が設けられている。

このような冷却液回収供給装置は、冷却室から回収した冷却液を貯留する冷却液タンクと、冷却液タンクに貯留された冷却液を冷却室のヘッダー管に圧送する冷却ポンプと、冷却ポンプで圧送された冷却液を冷却する熱交換器とを備えている。

特開２０１２−１３３４１号公報

ところで、前記の冷却液回収供給装置では、冷却室から回収され、冷却液タンクに貯留された冷却液を、一度熱交換器に通すことで所望の温度、すなわち冷却室にて冷却液として用いられるのに必要な低温まで、冷却する必要がある。しかしながら、被処理物の容量が大きい場合などでは、これの冷却処理に用いた冷却液が大きく温度上昇するため、この冷却液を一度熱交換器に通しただけでは、所望の温度にまで冷却できないことがある。

そこで、熱交換器で冷却した冷却液を冷却液タンクに返送し、循環させることにより、冷却液を所望の温度にまで冷却することが考えられる。しかし、その場合にも、冷却室から回収された冷却液と、熱交換器で冷却した後に循環させられた冷却液とが冷却液タンク内にて均一に混合されないと、冷却室に循環させられる冷却液が所望の温度にまで冷却されないことがある。このように冷却液を所望の温度にまで冷却できないと、次回の被処理物の冷却処理が充分に行えず、次工程に悪影響が及んだり、得られる製品の品質が損なわれるおそれがある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷却媒体を所望温度にまで良好に冷却して、冷却室に循環させるようにした冷却媒体循環装置を備える熱処理装置を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、内部に収容した被処理物に冷却媒体を接触させることで被処理物を冷却する冷却装置本体を備えた熱処理装置であって、前記冷却装置本体には、該冷却装置本体で冷却に用いた冷却媒体を回収し、回収した冷却媒体の少なくとも一部を冷却して前記冷却装置本体に循環させる冷却媒体循環装置が設けられ、前記冷却媒体循環装置は、前記冷却装置本体にて被処理物を冷却している間に、回収した冷却媒体の少なくとも一部を冷却することを特徴とする熱処理装置。

また、前記熱処理装置において、前記冷却媒体循環装置は、前記冷却装置本体から冷却媒体を回収する回収路と、前記回収路によって回収された冷却媒体を貯留する冷却媒体槽と、前記冷却媒体槽内の冷却媒体を導出して冷却手段に接触させ、冷却した後、冷却後の冷却媒体を再度前記冷却媒体槽内に返送する第１循環路と、前記第１循環路の前記冷却手段より上流側で分岐し、前記冷却装置本体に接続することで、前記冷却媒体槽内から導出した冷却媒体を前記冷却装置本体に循環させる第２循環路と、を備え、前記第１循環路には、前記冷却媒体槽内から導出した冷却媒体を該第１循環路の下流側に送るポンプが設けられたことを特徴とする。

また、前記熱処理装置においては、前記第１循環路を形成する第１配管の吐出口に冷却媒体を噴射する噴射ノズルを設け、前記噴射ノズルを、前記冷却媒体槽の水平方向に沿う中心線の近傍に配置するとともに、前記中心線に対して水平方向に傾けた状態で、該冷却媒体槽に貯留された冷却媒体中に配置したことを特徴とする。

また、前記熱処理装置においては、前記噴射ノズルとして、冷却媒体中で冷却媒体を噴出した際にその負圧を利用して冷却媒体を吸い込むことにより、前記第１配管で供給される冷却媒体量より多くの冷却媒体を噴出する撹拌噴射ノズルを用いたことを特徴とする。
また、前記熱処理装置においては、前記第１循環路に定流量弁を設けたことを特徴とする。

本発明の熱処理装置によれば、冷却装置本体に、回収した冷却媒体の少なくとも一部を冷却して冷却装置本体に循環させる冷却媒体循環装置を設けたので、冷却装置本体で被処理物を冷却している間に、前記冷却媒体循環装置によって回収した冷却媒体の少なくとも一部を冷却することにより、冷却媒体を所望温度にまで冷却して冷却装置本体に循環させることができる。従って、冷却装置本体の冷却室における被処理物の冷却処理を良好に行うことができる。

本発明に係る熱処理装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。 冷却装置の一例の概略構成を説明するための模式図である。 冷却水槽の平面図である。 噴射ノズルの概略構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に係る熱処理装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図であり、図２は、冷却装置の一例の概略構成を説明するための模式図である。

図１に示すように熱処理装置Ｍは、冷却装置Ｒ、中間搬送装置Ｈ及び２つの加熱装置Ｋ１、加熱装置Ｋ２を合体させた装置である。なお、実際の熱処理装置は３つの加熱装置を備えているが、図１では冷却装置Ｒの中心縦断面を示している関係で３つ目の加熱装置が示されていない。

図１、図２に示す冷却装置Ｒは、冷却室ＲＳ内に収容した被処理物Ｘに冷却媒体を接触させることで被処理物Ｘを冷却する冷却装置本体ＲＨと、図２に示すようにこの冷却装置本体ＲＨに設けられて、該冷却装置本体ＲＨで冷却に用いられた冷却媒体を回収し、冷却して前記冷却装置本体ＲＨに循環させる冷却媒体循環装置ＲＪと、を備えて構成されている。

図１に示すように冷却装置本体ＲＨは、冷却チャンバー１、複数の冷却ノズル２、複数のミストヘッダー３等を備える。
冷却チャンバー１は、縦型円筒形の容器（中心軸線が鉛直方向となる容器）であり、内部空間が冷却室ＲＳである。この冷却チャンバー１の上部は中間搬送装置Ｈに接続されており、冷却チャンバー１には冷却室ＲＳを中間搬送装置Ｈの内部空間（搬送室ＨＳ）に連通させる開口が形成されている。冷却室ＲＳには、この開口を介して被処理物Ｘが搬入／搬出される。

複数の冷却ノズル２は、冷却室ＲＳ内に収容された被処理物Ｘの周囲に離散配置されている。より具体的には、複数の冷却ノズル２は、被処理物Ｘの周囲において、鉛直方向に多段（具体的には５段）かつ冷却チャンバー１（冷却室ＲＳ）の周方向に一定間隔を隔てた状態で、被処理物Ｘを全体として取り囲むように、かつ、被処理物Ｘとの距離が極力等距離となるように離散配置されている。

例えば、最上段に属する複数の冷却ノズル２は２つのノズルグループにグループ分けされており、各々のノズルグループにミストヘッダー３が個別に設けられている。一方、最下段及び中間の３段に属する複数の冷却ノズル２については、３つのノズルグループにグループ分けされており、各々のノズルグループについてミストヘッダー３が個別に設けられている。このような各ノズルグループの各冷却ノズル２は、ノズル軸の向きが被処理物Ｘの方向を向くように調節されており、ミストヘッダー３を介して図２に示す冷却媒体循環装置ＲＪの冷却ポンプ４から供給された冷却媒体を被処理物Ｘに向けて噴霧する。

また、図１に示すように最上段に属する複数の冷却ノズル２は、鉛直方向において被処理物Ｘの上端よりも高い位置に配置されている。一方、最下段に属する複数の冷却ノズル２は、被処理物Ｘの下端と略同等な高さに配置されている。さらには、最上段に属する複数の冷却ノズル２は、他の段の冷却ノズル２よりも内側、つまり他の段の冷却ノズル２よりも冷却チャンバー１の内面から離間して配置される。

ここで、前記冷却媒体は、熱処理の冷却用に一般的に用いられる冷却油よりも粘性が低い液体であり、本実施形態では水が用いられている。前記冷却ノズル２の噴射孔は、冷却媒体としての冷却水が所定の噴霧角で均一かつ一定粒径の液滴となるように形状設定されている。また、各冷却ノズル２の噴霧角及び互いに隣り合う冷却ノズル２の間隔は、冷却ノズル２から噴き出た液滴のうち、外周側に位置する液滴が隣接する冷却ノズル２から噴き出た外周側の液滴と交差あるいは衝突するように設定されている。

すなわち、このような複数の冷却ノズル２は、被処理物Ｘを冷却媒体の液滴の集合体つまり冷却水のミストで全体的に包囲するように冷却水を被処理物Ｘに向けて噴霧するものである。前記冷却水ミストは、均一な粒径かつ均一な濃度の液滴によって被処理物Ｘの周りに形成されることが好ましい。

本実施形態の冷却装置本体ＲＨは、このような冷却水ミストを用いて被処理物Ｘを冷却するもの、つまり被処理物Ｘをミスト冷却するものである。なお、この冷却装置本体ＲＨにおける冷却温度や冷却時間等の冷却条件は、被処理物Ｘにおける熱処理の目的や被処理物Ｘの材質等に応じて適宜設定される。

ここで、冷却装置本体ＲＨは、前述した冷却水ミストを用いた被処理物Ｘのミスト冷却に加えて、被処理物Ｘを冷却水に浸漬させる冷却（浸漬冷却）が可能である。この浸漬冷却は、冷却室ＲＳの底部に配置された複数の噴出ノズル８から供給される冷却水（冷却媒体）により、冷却チャンバー１内の被処理物Ｘを浸漬状態にして冷却するものである。すなわち、図２に示す冷却媒体循環装置ＲＪの冷却ポンプ４の吐出側（下流側）には切換弁９ａ、切換弁９ｂが設けられており、冷却ポンプ４は、前記複数のミストヘッダー３あるいは複数の噴出ノズル８に対して択一的に冷却水を供給する。なお、この冷却ポンプ４については、冷却水の吐出圧の時間変動が極力少ないものが選定される。

冷却媒体循環装置ＲＪは、冷却装置本体ＲＨから冷却水を回収する第１回収路３０及び第２回収路３１と、これら第１回収路３０、第２回収路３１によって回収された冷却水を貯留する冷却水槽３２（冷却媒体槽）と、冷却水槽３２に接続する第１循環路３３と、第１循環路３３から分岐する第２循環路３４と、を備えて構成されている。

第１回収路３０は、冷却装置本体ＲＨの底部に一端側が接続し、他端側が冷却水槽３２に接続する配管によって形成されたもので、この配管中に開閉弁３５を有している。なお、第１回収路３０を形成する配管は、本実施形態ではその他端側が前記冷却水槽３２に被着された上蓋（図示せず）に取り付けられている。従って、この配管は、その他端側開口から冷却水槽３２に貯留された冷却水の水面上に、冷却装置本体ＲＨから回収した冷却水を吐出する。

第２回収路３１は、冷却装置本体ＲＨの上部に一端側が接続し、他端側が冷却水槽３２に接続する配管によって形成されたものである。この第２回収路３１を形成する配管も、本実施形態ではその他端側が前記冷却水槽３２に被着された上蓋（図示せず）に取り付けられ、従って、その他端側開口から冷却水槽３２に貯留された冷却水の水面上に、冷却装置本体ＲＨから回収した冷却水を吐出する。

ここで、第１回収路３０は、冷却装置本体ＲＨにおいて被処理物Ｘをミスト冷却した際に、冷却室ＲＳ内の底部に溜まった冷却水を回収するのに用いられ、第２回収路３１は、冷却装置本体ＲＨにおいて被処理物Ｘを浸漬冷却した際に、冷却室ＲＳ内に溜まった冷却水をオーバーフローさせて回収するのに用いられる。

冷却水槽３２は、直方体形状の一般的な水槽であり、該冷却水槽３２の平面図である図３に示すように、一方の短辺側の底面に排水口３６を二つ有している。これら排水口３６には、それぞれ排水管（図示せず）が接続され、これら排水管は一つの第１配管（図示せず）に連結している。

排水管に連結した第１配管は、図２に示すように第１循環路３３を形成している。第１循環路３３は、一端側が前記排水管を介して冷却水槽３２の底面に接続し、他端側が冷却水槽３２内の底部側に配置されている。このような第１循環路３３を形成する第１配管中には、前記冷却ポンプ４が設けられている。これにより、排水口３６から冷却水槽３２内の冷却水が導出させられ、第１循環路３３を流れるようになっている。ここで、冷却ポンプ４は、通常時には連続運転させられるようになっており、したがって前記した冷却室ＲＳ（冷却装置本体ＲＨ）での被処理物Ｘの冷却時にも、作動して冷却水槽３２内の冷却水を第１循環路３３に流すようになっている。

また、この第１循環路３３を形成する第１配管中には、冷却ポンプ４の下流側に、冷却手段としての熱交換器３７が配設されている。熱交換器３７は、図示しない冷却器（チラー）から送られてくる冷却水と、前記第１配管（第１循環路３３）を流れる冷却水との間で熱交換させる公知のもので、第１循環路３３を流れる冷却水を例えば３０℃程度に冷却するように構成されている。

また、この第１循環路３３を形成する第１配管中には、前記冷却ポンプ４と熱交換器３７との間に、定流量弁３８が配設されている。このような構成のもとに第１循環路３３は、冷却水槽３２内の冷却水を導出して熱交換器３７に接触させ、冷却した後、冷却後の冷却水を再度冷却水槽３２内に返送するようになっている。

また、第１循環路３３には、冷却ポンプ４の下流側で、かつ、前記定流量弁３８の上流側、従って熱交換器３７の上流側で分岐し、冷却装置本体ＲＨに接続する第２循環路３４が設けられている。すなわち、第１循環路３３を形成する第１配管に接続して、第２循環路３４を形成する第２配管が設けられている。この第２循環路３４を形成する第２配管は、第１分岐路３９を形成する配管と、第２分岐路４０を形成する配管とに分岐している。

第１分岐路３９を形成する配管には、前記ミストヘッダー３にそれぞれ接続する複数の分岐管４１が設けられており、これら分岐管４１を介して第１分岐路３９は冷却装置本体ＲＨに接続している。すなわち、冷却水槽３２から導出され、第２循環路３４の第１分岐路３９を流れる冷却水は、分岐管４１、ミストヘッダー３を介して冷却ノズル２から冷却室ＲＳ内に噴霧される。なお、分岐管４１には、それぞれ切換弁９ｂが設けられている。

また、第２分岐路４０を形成する配管は、前記噴出ノズル８にそれぞれ接続するヘッダー（図示せず）に接続しており、これによって第２分岐路４０も冷却装置本体ＲＨに接続している。すなわち、冷却水槽３２から導出され、第２循環路３４の第２分岐路４０を流れる冷却水は、ヘッダーを介して噴出ノズル８から冷却室ＲＳ内に噴出される。なお、第２分岐路４０を形成する配管には、切換弁９ａが設けられている。

第１循環路３３の他端側、すなわち冷却水槽３２内の底部側に配置された第１配管には、図３に示すように噴射ノズル４２が設けられている。この噴射ノズル４２は、冷却水槽３２内の底部側にてこれに貯留される冷却水の水面より下方に配置されたもので、第１循環路３３から返送され、循環させられた冷却水を貯留された冷却水中に噴射することにより、冷却水槽３２内の冷却水に対流を起こさせ、撹拌、混合するように機能する。

このような撹拌効果を高めるべく、噴射ノズル４２は、冷却水槽３２の水平方向に沿う中心線、本実施形態では平面視矩形の冷却水槽３２の、平面視したときの長辺の長さ方向に沿う中心線Ｃの近傍で、かつ、冷却水槽３２の一方の短辺側に配置されるとともに、その噴射流が前記中心線Ｃに交差するように配置されている。例えば、噴射ノズル４２の噴射流と中心線Ｃとがなす角度θが約３０°となるように、噴射ノズル４２は中心線Ｃに対して水平方向に傾けられた状態で配置されている。また、噴射ノズル４２は、排水口３６が形成された短辺側に配置されるとともに、排水口３６と反対の側に向けて配置されている。

このように噴射ノズル４２を配置したことにより、冷却水槽３２内の冷却水は噴射ノズル４２から噴射された冷却水によって図３中に矢印で示すように大きく対流させられ、撹拌される。これにより、冷却室ＲＳから第１回収路３０または第２回収路３１によって回収され、冷却水槽３２内に貯留された冷却水と、第１循環路３３によって返送され、循環させられた冷却水とは、均一に混合される。

また、本実施形態では噴射ノズル４２として、図４に示すように円筒形の管壁４２ａに複数の開口４２ｂを形成した、撹拌噴射ノズルが用いられている。この撹拌噴射ノズル（噴射ノズル４２）は、第１循環路３３を形成する第１配管４３の先端部に螺合等によって取り付けられたもので、第１配管４３から冷却水が供給されてこれを噴射する際に、その負圧を利用して冷却水槽３２内の冷却水を開口４２ｂから吸い込むようになっている。

これにより、前記第１配管４３で供給された冷却水量に加えて開口４２ｂから吸い込んだ冷却水も噴射することにより、第１配管４３で供給された冷却水量よりも多くの冷却水を噴出できるようになっている。例えば、第１配管４３で供給された冷却水量が４０Ｌ／分である場合に、撹拌噴射ノズルから噴射（噴出）する冷却水が３倍の１２０Ｌ／分程度となるように設計されている。

よって、本実施形態では、噴射ノズル４２として図４に示した撹拌噴射ノズルを用いたことにより、冷却水槽３２内をより大きく対流させ、撹拌することができる。これにより、冷却室ＲＳから回収されて冷却水槽３２内に貯留された冷却水と、第１循環路３３によって返送された冷却水とを、より均一に混合することができるようになっている。なお、このような撹拌噴射ノズル（噴射ノズル４２）は、冷却水槽３２に貯留される冷却水が少なくなっても、開口４２ｂから冷却水を吸い込んで噴射できるように、冷却水槽３２の底部に配置される。

また、本実施形態では、図２に示したように第１循環路３３中の冷却ポンプ４と熱交換器３７との間に、第１循環路３３を形成する第１配管を流れる冷却水量を一定にする、定流量弁３８を配設している。この定流量弁３８は、例えば冷却室ＲＳにおける冷却ノズル２の冷却水の噴射圧を高めるべく、冷却ポンプ４の出力を高めて送水量を多くした際、第１循環路３３を通って冷却水槽３２に返送される冷却水量を一定量に留め、これによって第２循環路３４に送られる冷却水量を充分に多くするためである。

このような定流量弁３８が無いと、冷却ポンプ４の出力を高めて送水量を多くしても、第１循環路３３を通って冷却水槽３２に返送される冷却水量が多くなることにより、第２循環路３４に送られる冷却水量が充分に多くならず、冷却ノズル２からの冷却水の噴射圧を所望の圧に高めるのが困難になる。しかし、定流量弁３８を設けたことにより、冷却ポンプ４の出力を高めることで冷却ノズル２からの冷却水の噴射圧を所望の圧に容易に高めることが可能になる。

図１に戻り、中間搬送装置Ｈは、搬送チャンバー１０、冷却室載置台１１、冷却室昇降台（図示せず）、冷却室昇降シリンダー１３、一対の搬送レール１４、プッシャーシリンダー１５、プッシャーシリンダー１６、加熱室昇降台１７及び加熱室昇降シリンダー１８等を備えて構成されている。搬送チャンバー１０は、冷却装置Ｒと加熱装置Ｋ１、加熱装置Ｋ２との間に設けられた容器であり、内部空間が搬送室ＨＳである。被処理物Ｘは、バスケット等の容器（収納容器）内に収容された状態で、外部の搬送装置によって搬入／搬出口（図示略）から搬送チャンバー１０内に搬入される。

冷却室載置台１１は、冷却装置Ｒで被処理物Ｘを冷却する際に被処理物Ｘを載せる支持台であり、被処理物Ｘの底部が極力広く露出するように被処理物Ｘを支持する。この冷却室載置台１１は、冷却室昇降台（図示せず）上に設けられている。冷却室昇降台は、冷却室載置台１１を支持する支持台、つまり被処理物Ｘを冷却室載置台１１を介して支持する支持台であり、冷却室昇降シリンダー１３の可動ロッドの先端に固定されている。

冷却室昇降シリンダー１３は、前記冷却室昇降台を上下動（昇降）させるアクチュエータである。すなわち、冷却室昇降シリンダー１３及び前記冷却室昇降台は、冷却装置Ｒの専用搬送装置であり、冷却室載置台１１上に載置された被処理物Ｘを搬送室ＨＳから冷却室ＲＳに搬送するとともに冷却室ＲＳから搬送室ＨＳに搬送する。

一対の搬送レール１４は、搬送チャンバー１０内の床部に水平方向に延在するように敷設されている。これら搬送レール１４は、冷却装置Ｒと加熱装置Ｋ１との間で被処理物Ｘを搬送させる際のガイド部材（案内部材）である。プッシャーシリンダー１５は、搬送チャンバー１０内の被処理物Ｘを加熱装置Ｋ１に向けて搬送する際に、被処理物Ｘを押圧するアクチュエータである。プッシャーシリンダー１６は、被処理物Ｘを加熱装置Ｋ１から冷却装置Ｒに搬送する際に、被処理物Ｘを押圧するアクチュエータである。

すなわち、一対の搬送レール１４及びプッシャーシリンダー１５、プッシャーシリンダー１６は、被処理物Ｘを加熱装置Ｋ１と冷却装置Ｒとの間に搬送する専用搬送装置である。なお、図１には一対の搬送レール１４及びプッシャーシリンダー１５、プッシャーシリンダー１６が示されているが、実際の中間搬送装置Ｈは、合計３対の搬送レール１４及びプッシャーシリンダー１５、プッシャーシリンダー１６を備えている。すなわち、搬送レール１４及びプッシャーシリンダー１５、プッシャーシリンダー１６は、加熱装置Ｋ１用だけではなく、加熱装置Ｋ２用に、また図示しない３つ目の加熱装置用にも設けられている。

加熱室昇降台１７は、被処理物Ｘを中間搬送装置Ｈから加熱装置Ｋ１に搬送する際に被処理物Ｘが載置される支持台である。すなわち、被処理物Ｘは、前記プッシャーシリンダー１５によって図１の右方向に押圧されることにより、加熱室昇降台１７の直上に搬送される。加熱室昇降シリンダー１８は、前記加熱室昇降台１７上の被処理物Ｘを上下動（昇降）させるアクチュエータである。すなわち、加熱室昇降台１７及び加熱室昇降シリンダー１８は、加熱装置Ｋ１の専用搬送装置であり、加熱室昇降台１７上に載置された被処理物Ｘを搬送室ＨＳから加熱装置Ｋ１の内部（加熱室ＫＳ）に搬送するとともに加熱室ＫＳから搬送室ＨＳに搬送する。

加熱装置Ｋ１、加熱装置Ｋ２は基本的に同一構成を有する。従って、以下では代表して加熱装置Ｋ１の構成を説明する。加熱装置Ｋ１は、加熱チャンバー２０、断熱容器２１、複数の加熱ヒータ２２、真空排気管２３、真空ポンプ２４、撹拌翼２５及び撹拌モータ２６等を備えている。

加熱チャンバー２０は、搬送チャンバー１０上に設けられた容器であり、内部空間が加熱室ＫＳである。この加熱チャンバー２０は、前述した冷却チャンバー１と同様に縦型円筒形の容器（中心軸線が鉛直方向となる容器）であるが、冷却チャンバー１よりも小型に形成されている。断熱容器２１は、前記加熱チャンバー２０内に設けられた縦型円筒形の容器であり、所定の断熱性能を有する断熱材から形成されている。

複数の加熱ヒータ２２は、棒状の発熱体であり、垂直姿勢で断熱容器２１の内側かつ周方向に所定間隔で設けられている。これら複数の加熱ヒータ２２は、加熱室ＫＳ内に収容された被処理物Ｘを所望温度（加熱温度）まで加熱する。なお、この加熱温度や加熱時間等の加熱条件は、被処理物Ｘに関する熱処理の目的や被処理物Ｘの材質等に応じて適宜設定される。

ここで、前記加熱条件には加熱室ＫＳ（加熱チャンバー２０）内の真空度（圧力）が含まれる。真空排気管２３は、加熱室ＫＳに連通する配管であり、一端が断熱容器２１の上部に接続され、他端が真空ポンプ２４に接続されている。真空ポンプ２４は、このような真空排気管２３を介して加熱室ＫＳ内の空気を吸引する排気ポンプである。加熱室ＫＳ内の真空度は、真空ポンプ２４による空気の排気量によって決定される。

撹拌翼２５は、断熱容器２１内の上部に、回転軸の方向が鉛直方向（上下方向）となる姿勢で設けられた回転翼である。この撹拌翼２５は、撹拌モータ２６によって駆動されることによって、加熱室ＫＳ内の空気を撹拌する。撹拌モータ２６は、出力軸が鉛直方向（上下方向）となるように加熱チャンバー２０上に設けられた回転駆動源である。加熱チャンバー２０上に位置する撹拌モータ２６の出力軸は、加熱チャンバー２０内に位置する撹拌翼２５の回転軸に対して、加熱チャンバー２０の気密性（シール性）を損なわないように軸結合している。

なお、図１には示していないものの、本実施形態に係る熱処理装置は、専用の制御盤（制御装置）を備えている。この制御盤は、ユーザが熱処理における各種条件を設定入力する操作部と、内部に予め記憶された制御プログラムに基づいて前記冷却ポンプ４、加熱ヒータ２２、各種シリンダー、真空ポンプ２４等の各駆動部を制御することにより、被処理物Ｘに対して前記設定情報に従った熱処理を実行させる制御部と、を備えている。このような制御盤は、特に冷却ポンプ４に対して、前述したように通常時には停止させることなく、連続運転させるように制御する。

次に、このように構成された熱処理装置の動作（熱処理方法）、特に冷却装置の動作（冷却処理方法）について詳しく説明する。この熱処理装置の動作は、前記制御盤が設定情報に基づいて主体的に実行するものである。なお、周知のように熱処理には目的に応じて種々のものがある。以下では、熱処理の一例として被処理物Ｘを焼入れする場合の動作について説明する。

焼入れは、例えば被処理物Ｘを温度Ｔ１に加熱した後に温度Ｔ２まで急速冷却し、当該温度Ｔ２で一定時間保持した後に緩やかに冷却することにより完了する。外部の搬送装置によって搬入／搬出口から中間搬送装置Ｈ内に収容された被処理物Ｘは、例えばプッシャーシリンダー１５が作動することによって加熱室昇降台１７上に搬送され、さらに加熱室昇降シリンダー１８が作動することによって加熱室ＫＳ内に収容される。

そして、被処理物Ｘは、加熱ヒータ２２が一定時間通電されることによって温度Ｔ１に加熱されると、加熱室昇降シリンダー１８が作動し、さらにプッシャーシリンダー１６が作動することによって冷却室載置台１１上に搬送される。そして、冷却室昇降シリンダー１３が作動することによって冷却室ＲＳに搬送される。

冷却室ＲＳに搬送される被処理物Ｘに対しては、予め設定された冷却処理、すなわちミスト冷却、浸漬冷却のいずれかの冷却処理がなされる。
冷却室ＲＳにて被処理物Ｘをミスト冷却する場合には、搬送された被処理物Ｘを冷却室ＲＳに収容した後、連続運転している冷却ポンプ４の吐出口側となる第２循環路３４の分岐路を、切換弁９ａ、切換弁９ｂによって第１分岐路３９とする。これにより、冷却水の供給先が冷却ノズル２に選択され、冷却ノズル２から冷却水の液滴が被処理物Ｘに向けて噴射される。すなわち、被処理物Ｘは、冷却ノズル２から噴射される冷却水の液滴によってミスト冷却される。このミスト冷却において、複数の冷却ノズル２から噴射された冷却水は、図２に示す第１回収路３０を介して冷却水槽３２に連続的に返送される。

また、被処理物Ｘを浸漬冷却する場合には、被処理物Ｘを冷却室ＲＳに収容する前に、まず、前記のミスト冷却と同様にして冷却水の供給先を冷却ノズル２に選択し、該冷却ノズル２から冷却水の液滴を噴射することにより、冷却室ＲＳ内にある程度冷却水を溜める。続いて、切換弁９ａ、切換弁９ｂを切り換えて冷却水の供給先を噴射ノズル８とする。このようにして複数の噴出ノズル８から冷却媒体を供給することにより、冷却室ＲＳ内を冷却水で満たす。次いで、冷却水で満たされた冷却室ＲＳ内に被処理物Ｘを収容することにより、浸漬冷却を行う。これにより、被処理物Ｘは、冷却水中に浸漬されて温度Ｔ２まで急冷される。この浸漬冷却は所定時間に亘って行われるが、この浸漬冷却において、複数の噴出ノズル８から冷却水が冷却室ＲＳ内に連続的に供給され、これによって冷却室ＲＳ内の冷却水が撹拌される。また、冷却室ＲＳでオーバーフローした冷却水は、図２に示す第２回収路３１を介して冷却水槽３２に返送される。そして、このような浸漬冷却が完了すると、開閉弁３５が開放されて冷却室ＲＳ内の冷却水が第１回収路３０を介して短時間で冷却水槽３２に返送され、これによって被処理物Ｘの状態は、冷却媒体に浸漬された状態から空気中に放置された状態に短時間で移行する。

このような冷却装置本体ＲＨでの被処理物Ｘの冷却中において、冷却媒体循環装置ＲＪでは、以下のように作動する。
第１回収路３０または第２回収路３１から冷却に供された冷却水が冷却水槽３２に返送されると、その一部は連続運転させられている冷却ポンプ４によって排水口３６から第１循環路３３に導出される。

第１循環路３３を流れる冷却水は、一部が定流量弁３８を通って熱交換器３７で熱交換され、所定温度、例えば３０℃程度に冷却される。また、残部は第２循環路３４を流れ、冷却室ＲＳ内に導かれて、被処理物Ｘの冷却に供される。なお、例えば冷却ノズル２からの噴出圧を高めるべく、冷却ポンプ４の出力を高め、排水口３６から第１循環路３３に導出される冷却水の量を多くしても、第１循環路３３中の熱交換器３７に流れる冷却水の量は定流量弁３８によって一定に維持されているため、冷却ノズル２からの噴出圧を確実に高めることができる。また、このように熱交換器３７に流れる冷却水の量が定流量弁３８によって一定に維持されているため、熱交換器３７の冷却を行うための冷却能力も大きく変動させることなく、ほぼ一定に維持させることができる。従って、熱交換器３７に接続してこれに冷却水を循環させる冷却器（チラー）の負荷も、安定的に維持される。

また、熱交換器３７で熱交換され、冷却された冷却水は、図３に示した噴射ノズル４２（撹拌噴射ノズル）を通って冷却水槽３２内に噴射される。その際、噴射ノズル４２は前述したように冷却水槽３２内に対流を起こさせるように配置されているので、冷却水槽３２内の冷却水は図３中に矢印で示すように水平方向に大きな対流を形成する。これにより、冷却水槽３２内が撹拌され、第１回収路３０または第２回収路３１から返送された、被処理物Ｘの冷却処理後の比較的高温の冷却水と、第１循環路３３から返送された、熱交換器３７により冷却された比較的低温の冷却水とが良好に混合される。従って、冷却水槽３２内の冷却水は、冷却室ＲＳでの冷却に供するのに適した低温に調整される。

なお、冷却装置本体ＲＨによる被処理物Ｘの冷却を停止している間にも、冷却ポンプ４は停止させられることなく連続運転しているため、冷却水槽３２の冷却水は第１循環路３３を循環することによって連続的に冷却され、所望の低温に維持される。

本実施形態の冷却媒体循環装置ＲＪにあっては、冷却装置本体ＲＨの冷却室ＲＳで被処理物Ｘを冷却している間に、冷却媒体循環装置ＲＪによって回収した冷却水の一部を冷却するようにしたので、冷却水を所望温度にまで冷却して冷却装置本体ＲＨの冷却室ＲＳに循環させることができる。従って、冷却室ＲＳにおける被処理物Ｘの冷却処理を良好に行うことができる。

また、冷却媒体循環装置ＲＪの第１循環路３３に冷却ポンプ４を設けているので、冷却室ＲＳでの冷却を停止し、これによって第２循環路３４への冷却水の供給を停止した際にも、冷却ポンプ４は冷却水を第１循環路３３と冷却水槽３２との間で循環させるため、その運転に支障が無く、従って安定して連続運転を行うことができる。

また、第１循環路３３を形成する第１配管４３の吐出口に設けた噴射ノズル４２を、冷却水槽３２の水平方向に沿う中心線Ｃに対して水平方向に傾けた状態で、該冷却水槽３２の冷却水中に配置しているので、噴射ノズル４２からの噴射流が冷却水槽３２内の冷却水に水平方向での対流を起こさせるようになり、従って熱交換器３７（冷却手段）で冷却した後に循環させた冷却水と冷却室ＲＳから回収された冷却水とを、冷却水槽３２中にて均一に混合することができる。よって、冷却水を要求される所望温度にまで充分に冷却することができ、冷却室ＲＳにおける被処理物Ｘの冷却処理をより良好に行うことができる。

また、噴射ノズル４２として、貯留された冷却水中で冷却水を噴射（噴出）した際にその負圧を利用して冷却水を吸い込むことにより、第１配管４３で供給される冷却水量より多くの冷却水を噴出する撹拌噴射ノズルを用いているので、冷却水槽３２内をより大きく対流させ、撹拌することができ、これによって冷却室ＲＳから回収されて冷却水槽３２内に貯留された冷却水と、第１循環路３３によって返送された冷却水とを、より均一に混合することできる。

また、第１循環路３３に定流量弁３８を設けているので、例えば冷却室ＲＳにおける冷却ノズル２からの冷却水の噴射圧を高めるべく、冷却ポンプ４の出力を高めて送水量を多くした際、第１循環路３３を通って冷却水槽３２に返送される冷却水量を一定量に留めることにより、第２循環路３４に送られる冷却水量を充分に多くし、冷却ノズル２の噴射圧を高めることができる。また、熱交換器３７の冷却を行うための冷却能力をほぼ一定に維持できるため、熱交換器３７に接続してこれに冷却水を循環させる冷却器（チラー）についても、過負荷にすることなく適切な負荷に安定的に維持することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。前述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、前記実施形態では、冷却水槽３２内にて水平方向に対流を起こさせるように噴射ノズル４２を配置したが、水平方向に対流に加えて鉛直方向にも対流を起こさせることができるように、噴射ノズル４２を鉛直方向に傾けて配置してもよい。

また、前記実施形態では、冷却装置Ｒ、中間搬送装置Ｈ及び３つの加熱装置を備える熱処理装置について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば冷却装置Ｒと単一の加熱室とが開閉扉を介して隣り合うタイプの熱処理装置にも適用可能である。
また、前記実施形態の冷却装置Ｒは、被処理物Ｘを上方から冷却室ＲＳ内に収容するタイプのものであるが、本発明はこれに限定されることなく、被処理物Ｘを側方（水平方向）あるいは下方から冷却室ＲＳ内に収容するタイプのものにも適用可能である。

２…冷却ノズル、４…冷却ポンプ（ポンプ）、８…噴出ノズル、３０…第１回収路、３１…第２回収路、３２…冷却水槽（冷却媒体槽）、３３…第１循環路、３４…第２循環路、３７…熱交換器（冷却手段）、３８…定流量弁、４２…噴射ノズル（撹拌噴射ノズル）、４３…第１配管、Ｃ…中心線、Ｍ…熱処理装置、Ｒ…冷却装置、ＲＨ…冷却装置本体、ＲＪ…冷却媒体循環装置、ＲＳ…冷却室、Ｋ１…加熱装置、Ｋ２…加熱装置、Ｘ…被処理物

Claims (4)

1. 内部に収容した被処理物に冷却媒体を接触させることで被処理物を冷却する冷却装置本体を備えた熱処理装置であって、
   前記冷却装置本体には、該冷却装置本体で冷却に用いた冷却媒体を回収し、回収した冷却媒体の少なくとも一部を冷却して前記冷却装置本体に循環させる冷却媒体循環装置が設けられ、
   前記冷却媒体循環装置は、前記冷却装置本体から冷却媒体を回収する回収路と、前記回収路によって回収された冷却媒体を貯留する冷却媒体槽と、前記冷却媒体槽内の冷却媒体を導出して冷却手段に接触させ、冷却した後、冷却後の冷却媒体を再度前記冷却媒体槽内に返送する第１循環路と、前記第１循環路の前記冷却手段より上流側で分岐し、前記冷却装置本体に接続することで、前記冷却媒体槽内から導出した冷却媒体を前記冷却装置本体に循環させる第２循環路と、を備え、
   前記第１循環路には、前記冷却媒体槽内から導出した冷却媒体を該第１循環路の下流側に送るポンプが設けられ、
   前記冷却媒体循環装置は、前記冷却装置本体にて被処理物を冷却している間に、回収した冷却媒体の少なくとも一部を冷却することを特徴とする熱処理装置。
2. 前記第１循環路を形成する第１配管の吐出口に冷却媒体を噴射する噴射ノズルを設け、前記噴射ノズルを、前記冷却媒体槽の水平方向に沿う中心線の近傍に配置するとともに、前記中心線に対して水平方向に傾けた状態で、該冷却媒体槽に貯留された冷却媒体中に配置したことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 前記噴射ノズルとして、冷却媒体中で冷却媒体を噴出した際にその負圧を利用して冷却媒体を吸い込むことにより、前記第１配管で供給される冷却媒体量より多くの冷却媒体を噴出する撹拌噴射ノズルを用いたことを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
4. 前記第１循環路に定流量弁を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。

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