JP6425433B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理装置及び熱処理方法に関する。

低炭素鋼材等（以下、「ワーク」という）の耐摩耗性を向上させるためには、ワークの表面層に炭素を固溶させる浸炭処理を行うことが一般的である。通常、浸炭処理を行う際には、ワークの加熱や焼入れ等の処理も実施される。このような浸炭処理に係る一連の熱処理は、ワークを搬送しながら連続的に各処理を行う連続式の浸炭装置や、加熱処理用の熱処理装置，浸炭処理用の熱処理装置といった各処理を１つの熱処理装置で行うバッチ式の浸炭装置を用いて行われる。

バッチ式の浸炭装置の場合、各熱処理装置には、ワークの熱処理室への搬入時及び熱処理室からの搬出時に、熱処理室のワーク搬送口を開閉する仕切扉が設けられる。そして、その仕切扉を閉じることで熱処理室の内部雰囲気と外部雰囲気が遮断され、これにより熱処理室の内部が各熱処理に適した雰囲気に維持される。

ワークの搬入、搬出時間及び仕切扉の開閉時間の長さは、生産性の優劣に影響を与えるため、これらの時間は可能な限り短くすることが求められる。これを実現する関連技術として、特許文献１に記載された溶解炉がある。この溶解炉では、台車４４に固定された蓋体３４とルツボ１（ワークに相当）が、台車４４の移動と共に一体的に移動する構造となっている。このような構造とすることにより、ルツボ１を処理室３２に搬入すると同時に処理室３２の開口部を蓋体３４で覆うことができる。これにより、処理室３２を密閉している。

特開２００２−３２７９８８号公報

しかしながら、ワークの熱処理を何度も行うと、熱処理室の開口部を覆う蓋体あるいは、熱処理室（特許文献１では収容体３３）側の蓋体との接触面に異物が付着することがある。この場合、特許文献１に記載された装置構造では、ルツボを処理室３２に搬入する際に、蓋体３４と収容体３３との間に異物が挟まれた状態で、蓋体３４が収容体３３に押し付けられる。これにより、蓋体３４が変形してしまうおそれがある。蓋体に変形が生じると、熱処理室の密閉性が維持できないため、蓋体部材の交換等が必要となり、生産性が低下してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱処理室を密閉する蓋体の変形を抑制し、生産性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理装置であって、密閉可能な熱処理室と、前記熱処理室の下方に設けられ、ワークを載置する載置台と、前記載置台に接続された昇降ロッドとを備え、前記昇降ロッドには、前記熱処理室の底部を構成する蓋体が取り付けられ、前記蓋体が回転することで、前記載置台に対する上下方向における該蓋体の位置が調節されるように構成されたことを特徴としている。

本発明によれば、熱処理室の底部を構成する蓋体が昇降ロッドに螺合されていることから、蓋体に下方向の力が作用した際に蓋体が下方に移動する。このため、熱処理室を密閉する際に、蓋体と、蓋体に接する側壁部下端との間に異物が噛み込んだとしても、異物が噛み込んだ状態のままで蓋体が側壁部下端に押し付けられることはない。これにより、蓋体の変形を抑制することが可能となる。

別の観点による本発明は、浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理方法であって、熱処理室の下方に設けられた載置台を昇降させる昇降ロッドに、前記熱処理室の底部を構成する蓋体を、該蓋体が回転することで前記載置台に対する上下方向における該蓋体の位置が調節されるように取り付け、前記熱処理室にワークを搬入する前に、ワークのサイズに応じて前記蓋体を回転させることで、前記載置台に対する上下方向における該蓋体の位置を調節し、ワークを前記熱処理室に搬入する際に、前記昇降ロッドを上昇させ、前記蓋体で前記熱処理室を密閉して熱処理を実施することを特徴としている。

本発明によれば、熱処理室を密閉する蓋体の変形を抑制することができる。これにより、蓋体のメンテナンス頻度を少なくすることができ、生産性を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る載置台と搬送アームの形状を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るワークの熱処理方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、ワークの浸炭処理を行う熱処理装置に基づいて説明する。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。

図１は、本実施形態における熱処理装置１の概略構成図である。なお、図１においては、説明の便宜上、紙面手前側の側壁を図示していない。図１に示すように、本実施形態における熱処理装置１は、ワークＷの浸炭処理を行う円筒状の熱処理室２と、載置台２０と搬送アーム３０との間でワークＷの受け渡しを行う受渡室３を備えている。受渡室３は、熱処理室２の下方に設けられている。

熱処理室２と受渡室３の間には、ワークＷの搬入、搬送を行う搬送口４が形成されている。搬送口４は、ワークＷの熱処理中を除いて開放された状態となっており、熱処理室２の雰囲気と受渡室３の雰囲気は連通した状態となっている。また、受渡室３の側壁には、ワークＷの搬入、搬出を行う開口５が形成されている。開口５が設けられた側壁の外側には、この開口５を開閉する開閉扉６が設けられている。

熱処理室２の側壁部７は、外壁（以下、「側壁部外壁７ａ」という）と、側壁部外壁７ａの内側面に設けられた断熱材（以下、「側壁部断熱材７ｂ」という）から成る二重構造となっている。また、側壁部外壁７ａの上端及び下端は、熱処理室２の内方に突出した形状となっている。同様に、側壁部断熱材７ｂの上端及び下端も熱処理室２の内方に突出した形状となっている。また、側壁部断熱材７ｂの上端及び下端は、側壁部外壁７ａの上端及び下端に対して熱処理室２の内方に突出した状態となっている。即ち、側壁部７の上端及び下端は、段差形状となっている。

熱処理室２の下方には、ワークＷを載置する載置台２０が設けられている。載置台２０は、昇降ロッド８に接続されている。昇降ロッド８は、受渡室３の底部を貫通するようにして設けられ、昇降ロッド８を昇降させる昇降装置（不図示）に接続されている。

昇降ロッド８の上端部は、ねじ切り加工が施されている。このねじ切り部９には熱処理室２の底部を構成する円板状の蓋体１０が取り付けられている。蓋体１０は、側壁部７と同様に、外壁（以下、「蓋体外壁１０ａ」という）と、断熱材（以下、「蓋体断熱材１０ｂ」という）から成る二重構造となっている。蓋体外壁１０ａと蓋体断熱材１０ｂの中央には、雌ねじ加工が施された穴（不図示）が形成されている。即ち、蓋体１０は、昇降ロッド８に螺合されている。このため、蓋体１０を回転させることにより、載置台２０に対する蓋体１０の位置を調節することができる。

蓋体断熱材１０ｂの径は、蓋体外壁１０ａの径よりも小さくなっている。即ち、蓋体１０の周縁は段差形状となっている。また、蓋体外壁１０ａの径は、側壁部外壁７ａの突出部側面Ｓ１の径と概ね等しい径を有している。また、蓋体断熱材１０ｂの径は、側壁部断熱材７ｂの突出部側面Ｓ２の径と概ね等しい径を有している。

したがって、載置台２０を上昇させた際には、蓋体周縁の段差形状部が側壁部下端の段差形状部に係合することになる。具体的には、側壁部外壁７ａの突出部側面Ｓ１に蓋体外壁１０ａの側面Ｓ３が接し、側壁部断熱材７ｂの突出部側面Ｓ２に蓋体断熱材１０ｂの側面Ｓ４が接し、側壁部断熱材７ｂの突出部下面Ｕ１に蓋体外壁１０ａの上面Ｕ２が当接する。このように側壁部７と蓋体１０との接触面が複数あることにより、いずれかの接触面に大きな隙間が生じた場合であっても、他の接触面により熱処理室２の密閉性を維持することができる。即ち、蓋体１０の周縁の形状を側壁部下端の段差形状に係合する形状とすることにより、熱処理室２の密閉性を高めることができる。

また、熱処理室２の天井部１１も、外壁（以下、「天井部外壁１１ａ」という）と断熱材（以下、「天井部断熱材１１ｂ」という）から成る二重構造となっている。天井部１１と側壁部７の係合構造も、蓋体１０と側壁部７の係合構造と同様の構造となっている。なお、天井部１１は、熱処理室２から取り外し可能に構成されており、これにより、メンテナンス性を向上させている。

次に、載置台２０と搬送アーム３０について説明する。図２は、本実施形態における載置台２０と搬送アーム３０の形状を示す平面図である。なお、図２ではワークＷの外形を破線で示している。

図２に示すように、載置台２０は、中央の円板２１と、円板２１から放射状に突出した３つのワーク載置部２２が一体となって形状となっている。各ワーク載置部２２同士のなす角度は互いに等しくなっており（本実施形態では１２０°）、各ワーク載置部２２の先端部には、ワークＷを支持する載置台ピン２３が設けられている。即ち、ワークＷは載置台ピン２３により３点支持される。

また、搬送アーム３０の先端部３１は、平面視において三叉形状を有しており、その三叉形状部の先端は、載置台２０の円板２１の中心に向かうようにして搬送アーム本体３２から突出している（ワーク支持部３３）。また、搬送アーム本体３２の両側部から突出する側部ワーク支持部３４の先端同士の間には隙間が形成されている。即ち、搬送アーム３０の先端部３１には開口３５が設けられている。開口３５のサイズは、搬送アーム３０の伸縮移動時において、側部ワーク支持部３４が載置台２０に接続する昇降ロッド８に接触しないサイズ、例えば側部ワーク支持部３４の先端同士の距離が昇降ロッド８の径より大きくなるようなサイズである。

搬送アーム３０の各ワーク支持部３３は、平面視において載置台２０の各ワーク載置部２２の間でワークＷを支持するように設けられている。各ワーク支持部３３同士のなす角度は互いに等しくなっている（本実施形態では１２０°）。各ワーク支持部３３の先端部には、ワークＷの搬送時にワークＷを支持する搬送アームピン３６が設けられており、ワークＷは搬送アームピン３６により３点支持される。

本実施形態における熱処理装置１は、以上のように構成されている。なお、図示はしていないが、熱処理装置１は加熱機構や浸炭ガス導入機構、排気機構等の一般的な浸炭処理に必要な構成を備えている。受渡室は、真空雰囲気とすることが可能であり、真空雰囲気を形成するための排気口、真空計などを備えても良い。

次に、上記熱処理装置１を用いた浸炭処理方法について説明する。なお、図３〜図９に示す熱処理装置１においては、構成部品の一部の図示を省略している。

まず、図３に示すように、浸炭工程の前工程である加熱工程において、浸炭処理温度近傍まで加熱されたワークＷが搬送アーム３０に支持されて受渡室３に搬入される。

続いて、図４に示すように、載置台２０が上昇する。これにより、ワークＷが搬送アーム３０から載置台２０に受け渡される。その後、図５に示すように、搬送アーム３０が後退し、受渡室３の開閉扉６が閉じられる。

続いて、図６に示すように、載置台２０が上昇し、ワークＷが熱処理室２に搬入される。これと同時に、熱処理室２の側壁部７の下端の段差形状部に、昇降ロッド８に螺合する蓋体周縁の段差形状部が係合する。これにより、熱処理室２が密閉される。

このとき、昇降ロッド８は所定の上昇量に達するまで上昇動作を停止しない。このため、例えば蓋体外壁１０ａの上面Ｕ２と、側壁部断熱材７ｂの突出部下面Ｕ１との間に異物が噛み込まれた場合であっても、昇降ロッド８は上昇し続ける。しかし、本実施形態における熱処理装置１においては、蓋体１０が昇降ロッド８に螺合されているため、噛み込んだ異物から受ける反力により、蓋体１０は昇降ロッド８の下方に移動する。即ち、異物が噛み込んだ状態のままで、蓋体１０が側壁部断熱材７ｂの突出部下面Ｕ１に押し付けられることはない。これにより、蓋体１０の変形を抑制することができる。

なお、蓋体１０が下方に移動することにより、蓋体１０と側壁部７の下端との間には隙間が生じ、熱処理室２の密閉性が低下することになる。このとき、例えば熱処理室２の密閉性を検知するセンサー等により、蓋体１０と側壁部下端との間に隙間が生じていることを検知することができる。この場合、ワークＷの熱処理を一時的に中断し、異物を除去した後、蓋体１０を回転させることで蓋体１０を所定の位置まで戻すことができる。

続いて、熱処理室２にワークＷが搬入された後、浸炭ガスが導入され、浸炭処理が実施される。浸炭処理の終了後、図７に示すように、載置台２０が下降し、受渡室３の開閉扉６が開かれる。その後、図８に示すように、搬送アーム３０が受渡室内に前進し、図９に示すように、載置台２０から搬送アーム３０にワークＷが受け渡される。

このようにして本実施形態に係る一連の浸炭処理が終了する。受渡室３から搬出されたワークＷは、その後、他の熱処理装置１において焼入れ処理等が施される。

以上説明したように、本実施形態によれば、熱処理室２の底部を構成する蓋体１０が昇降ロッド８に螺合されているため、載置台２０を上昇させた際の異物の噛み込みによる蓋体１０の変形を抑制することが可能となる。これにより、蓋体部材の交換等のメンテナンスに費やす時間が少なくなり、生産性を向上させることができる。

この効果は、特に、１度の処理で少量（例えば１つ）のワークＷしか処理しないような製品品質を重視した処理を行う際に顕著に現れる。なぜなら、少量処理を行う場合には、熱処理室２へのワークＷの搬入頻度が高くなり、必然的に蓋体１０の上面と側壁部７の下端の接触頻度が高くなるためである。即ち、少量処理を行う場合には蓋体１０の変形が起こりやすい状態になるが、本実施形態における熱処理装置１においては、その変形を抑制することができる。

また、本実施形態のように蓋体１０が昇降ロッド８に螺合される構成であれば、熱処理対象のワークＷのサイズ（高さ、厚さ）に応じて蓋体１０を回転させることで、蓋体１０の位置を調節することができる。これにより、熱処理室２の高さを変えずに様々なサイズのワークＷを熱処理することができる。

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。

例えば、上記実施形態では、熱処理装置１で浸炭処理を実施することとしたが、熱処理装置１で実施される熱処理は浸炭処理に限定されることはない。加熱や冷却等の浸炭処理に係る他の処理を実施しても良い。また、上記実施形態では、昇降ロッド８の上端部にねじ切り加工を施すこととしたが、昇降ロッド全体をねじ切り加工しても良い。

また、上記実施形態では、蓋体１０を側壁部７の下端の段差形状部に係合する形状としたが、蓋体１０及び側壁部７は段差形状としなくても良い。また、蓋体１０に断熱材を用いなくても良い。さらに、蓋体１０は二重構造でなくても良い。即ち、蓋体１０が昇降ロッド８に螺合されていれば、異物の噛み込みに起因する蓋体１０の変形を抑制することは可能である。

ただし、蓋体１０を複層構造として、蓋体１０の周縁の形状を側壁部下端の段差形状部に係合する形状とした方が、蓋体１０と側壁部下端との接触面が増え、熱処理室２の密閉性を向上させることができる。また、複層構造とする場合には、少なくとも１層を断熱材とすることで、熱処理室２の断熱性を更に向上させることができる。さらには、熱処理室２から受渡室３への不要な雰囲気ガスの流入を防ぐこともでき、真空雰囲気とした場合には、真空度を安定保持することが可能となる。

本発明は、ワークの浸炭処理に適用することができる。

１ 熱処理装置
２ 熱処理室
３ 受渡室
４ 搬送口
５ 開口
６ 開閉扉
７ 側壁部
７ａ 側壁部外壁
７ｂ 側壁部断熱材
８ 昇降ロッド
９ ねじ切り部
１０ 蓋体
１０ａ 蓋体外壁
１０ｂ 蓋体断熱材
１１ 天井部
１１ａ 天井部外壁
１１ｂ 天井部断熱材
２０ 載置台
２１ 円板
２２ ワーク載置部
２３ 載置台ピン
３０ 搬送アーム
３１ 搬送アーム先端部
３２ 搬送アーム本体
３３ ワーク支持部
３４ 側部ワーク支持部
３５ 開口
３６ 搬送アームピン
Ｓ１ 側壁部外壁の突出部側面
Ｓ２ 側壁部断熱材の突出部側面
Ｓ３ 蓋体外壁の側面
Ｓ４ 蓋体断熱材の側面
Ｕ１ 側壁部断熱材の突出部下面
Ｕ２ 蓋体外壁の上面
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理装置であって、
   密閉可能な熱処理室と、
   前記熱処理室の下方に設けられ、ワークを載置する載置台と、
   前記載置台に接続された昇降ロッドとを備え、
   前記昇降ロッドには、前記熱処理室の底部を構成する蓋体が取り付けられ、
   前記蓋体が回転することで、前記載置台に対する上下方向における該蓋体の位置が調節されるように構成された、熱処理装置。
2. 前記熱処理室は、複層構造であり、前記熱処理室の側壁部下端が段差形状となっており、前記蓋体の周縁が前記段差形状に係合する形状である、請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記熱処理室は、複層構造であり、少なくとも１層は断熱材で構成されている、請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 浸炭処理に係る熱処理をワークに施す熱処理方法であって、
   熱処理室の下方に設けられた載置台を昇降させる昇降ロッドに、前記熱処理室の底部を構成する蓋体を、該蓋体が回転することで前記載置台に対する上下方向における該蓋体の位置が調節されるように取り付け、
   前記熱処理室にワークを搬入する前に、ワークのサイズに応じて前記蓋体を回転させることで、前記載置台に対する上下方向における該蓋体の位置を調節し、
   ワークを前記熱処理室に搬入する際に、前記昇降ロッドを上昇させ、前記蓋体で前記熱処理室を密閉して熱処理を実施する、熱処理方法。
5. 前記熱処理室を複層構造とし、前記熱処理室の側壁部下端を段差形状とし、前記蓋体の周縁を前記段差形状に係合する形状とした前記蓋体で前記熱処理室を密閉する、請求項４に記載の熱処理方法。
6. 前記熱処理室を複層構造として、少なくとも１層を断熱材で構成する、請求項４又は５に記載の熱処理方法。

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