(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の処理チャンバの間での熱処理ロードの移送が簡単にアクセス可能なマルチステーション熱処理システムのロード移送機構を提供する。【解決手段】ロード回転機構２６と、前記ロード回転機構に取り付けられたロード並進機構２４と、前記ロード並進機構に作動的に接続された並進駆動システムと、前記ロード回転機構を支持するためのベースを有する、マルチステーション熱処理システムのロード移送機構。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロード回転機構と、
前記ロード回転機構に作動的に接続された回転駆動システムと、
前記ロード回転機構に取り付けられたロード並進機構と、
前記ロード並進機構に作動的に接続された並進駆動システムと、
前記ロード回転機構を支持するためのベースを有する、マルチステーション熱処理システム用のロード移送機構。
【請求項２】
前記ロード回転機構が前記ベース上に回転自在に取り付けられたターンテーブルを有している、請求項１に記載のロード移送機構。
【請求項３】
前記ロード並進機構が、
前記ターンテーブルに取り付けられた固定部と、
前記並進駆動システムによって前記ロード並進機構が作動された時に前記固定部に対して側方へスライドすることができるように前記固定部にスライド自在に接続されたロード支持部を有する、請求項２に記載のロード移送機構。
【請求項４】
前記回転駆動システムと前記並進駆動システムに作動的に接続されたクラッチ機構と動力手段とを有し、前記クラッチ機構が、前記動力手段を前記回転駆動システムにのみ又は前記並進駆動システムにのみ選択的に接続させるように構成されている、請求項１に記載のロード移送システム。
【請求項５】
前記回転駆動システムが、
回転駆動機構と、
前記回転駆動機構に作動的に接続された第一の動力手段を有し、
前記並進駆動システムが、
並進駆動機構と、
前記並進駆動機構に作動的に接続された第二の動力手段を有している、請求項１に記載のロード移送システム。
【請求項６】
前記回転駆動システムが、
回転駆動機構と、
前記回転駆動機構に接続されたコントローラを有し、
前記コントローラが、前記回転機構がインデックスの付いた角度位置へ回転させられるように前記回転駆動機構を作動させるようプログラムされている、請求項１、２又は３に記載のロード移送システム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記ロード回転機構を一定速度で又は様々な速度で回転させるように前記回転駆動機構を作動させるようプログラムされている、請求項６に記載のロード移送システム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記ロード回転機構を一方向、又は、連続して第一の方向と第二の方向に回転させるように前記回転駆動機構を作動させるようプログラムされている、請求項６に記載のロード移送システム。
【請求項９】
チャンバベースを有するハウジングと、前記チャンバベースに取り付けられた、請求項１〜８の何れかに記載のロード移送機構を有する焼入れチャンバ。
【請求項１０】
前記チャンバ内のワークロードに焼入れ媒体を付加するための手段を有し、前記焼入れ媒体が、不活性ガス，オイル，水，液化不活性ガス及びそれらの組合せから成るグループから選択されている、請求項９に記載の焼入れチャンバ。
【請求項１１】
前記焼入れ媒体が不活性ガスであり、前記焼入れ媒体を付加するための前記手段が、前記焼入れチャンバに作動的に接続されたガス冷却再循環装置を含んでいる、請求項１０に記載の焼入れチャンバ。
【請求項１２】
前記焼入れ媒体が、オイル，水、又は、液化不活性ガスであり、前記焼入れ媒体を付加するための前記手段が、スプレイ装置又は噴霧装置を含んでいる、請求項１０に記載の焼入れチャンバ。
【請求項１３】
熱処理されたワークロードを請求項１に記載のロード移送システムによって処理チャンバから焼入れチャンバ内へローディングする工程と、
前記焼入れチャンバを閉成する工程と、
前記閉成された焼入れチャンバ内に焼入れ媒体を注入する工程と、
前記注入工程中に前記ロード移送システム上の前記ロードを回転させる工程を含んでいる、熱処理されたワークロードを高温から焼入れするための方法。
【請求項１４】
前記回転工程が、焼入れサイクル中に前記ロードを一定速度で回転させることを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転工程が、焼入れサイクル中に前記ロードを様々な速度で回転させることを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記回転工程が、焼入れサイクル中に前記ロードを一方向へ回転させることを含んでいる、請求項１３，１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記回転工程が、前記ロードを第一の時間帯に第一の位置へ回転させ、次に、前記ロードを第二の時間帯に第二の位置へ回転させることを含んでいる、請求項１３，１４又は１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、金属及びその他の熱処理可能な材料の熱処理システムに関し、詳しくは、ワークロードをロードし、アンロードし、及び取り扱うための多機能ロード移送機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多数の処理チャンバと該多数の処理チャンバの間でワークロード（ｗｏｒｋ  ｌｏａｄ）を移送するための移送モジュールとを有する熱処理システムが知られている。それら公知のシステムの或るものにおいては、移送モジュールが多数の処理チャンバに対して中央に配置されている。それらのシステムにおいては、中央の移送モジュールは、一つの処理チャンバと整列する複数のステーションの何れかに向かって回転するように構成されたローディング機構を有している。別の公知のシステムにおいては、複数の処理チャンバは直線状に配列され、移送モジュールは処理ステーションの間のトラック上を直線状に移動する。公知のローディング／アンローディング機構の多くは、フォーク移送機構で、ロードを持ち上げ搬送するように構成されている。別の公知のローディング／アンローディング機構は、加熱チャンバと焼入れチャンバとの間でロードを押圧し又は引っ張るように構成されたチェーン機構を含んでいる。
【０００３】
マルチステーション熱処理システムのほとんどにおいては、焼入れチャンバは、独立し、固定されている。中心に配置された移送機構は、機能的に、焼入れチャンバを含んだ複数の処理チャンバへワークロードをロードすることと該処理チャンバからワークロードをアンロードすることに限定されている。直線配列システムにおいて用いられている移送モジュールは、ワークロードを真空状態及び或る温度に維持させる機能を備えている。個別の移動可能な焼入れチャンバが、代わりの移送モジュールとして直線状配列システムに設けられている。然しながら、可動焼入れチャンバは、ガス焼入れを採用する場合に限定される。別のタイプの焼入れ媒体が用いられる場合には、ワークロードは、所望の焼入れ媒体のために組み立てられた焼入れチャンバへ移送しなければならない。更に、直線配列構造は、パワー、コントロール、水及びガスのための複雑な接続を必要とするという欠点を有している。
【０００４】
別の公知のマルチチャンバ熱処理システムは中央に配置された焼入れチャンバを有し、この焼入れチャンバは、回転して複数の処理チャンバとドッキングするよう構成されている。その構造は焼入れチャンバ内の搬送装置を有しているが、そのチャンバは他のチャンバとの接続を許容するための特別なドッキング構造を必要とする。
【０００５】
公知の熱処理システムの多くにおいては、ワークロードは焼入れサイクル中に焼入れチャンバ内で固定されている。然しながら、ワークロードはジオメトリ又は密度の点で均一ではない。従って、焼入れチャンバ内でロードが不動である時に、ロードは不均一に冷える傾向にある。換言すると、ロードを横切り且つ通る焼入れ媒体の静的フローパターン（ｓｔａｔｉｃ  ｆｌｏｗ  ｐａｔｔｅｒｎ）に起因して、ロードの或る部品が一層ゆっくりと又は一層迅速に冷える。また、加熱サイクル又は焼入れサイクル中に炉内のワークロードを回転させるための手段を有した真空熱処理炉も知られている。
【０００６】
公知のマルチステーション熱処理システムの欠点を考慮すると、中央に配置された焼入れチャンバにおいて用いられるようになっている多目的ロード移送機構を確保することが望まれる。そのチャンバは、制御されるが複雑なドッキング構造なしに他の処理チャンバに簡単にアクセスすることを可能にさせるように構成すべきである。また、移送機構は複数の焼入れ媒体と共に用いられるように構成すべきである。更に、移送機構は焼入れチャンバ内でロードを回転させるように構成すべきである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第一のアスペクト（ａｓｐｅｃｔ）によれば、マルチステーション熱処理システムにおいて熱処理ロードを移動させるためのロード移送機構が得られる。移送機構は、移送機構を中央に配置された固定移送チャンバに嵌め合わせることを許容するコンパクトな構造を有している。移送チャンバは、チャンパの回りに配列された複数の処理チャンバに対して即座にアクセス可能なように構成されている。移送機構は、ロードを直線状に移動させるためのロード並進機構と、移送チャンバ内でロードを回転させるためのロード回転機構を含んでいる。
【０００８】
本発明の別のアスペクトによれば、中央に配置された焼入れチャンバを有するマルチステーション熱処理システムが得られる。焼入れチャンバは、焼入れチャンバの回りに配列された複数の熱処理チャンバに対して比較的簡単にアクセスできるように構成されている。焼入れチャンバは一体型移送機構を有し、該一体型移送機構は、ロードを直線状に移動させるためのロード並進機構と、焼入れチャンバ内でロードを回転させるためのロード回転機構を有している。
【０００９】
本発明の更に別のアスペクトによれば、加熱されたロードを焼入れチャンバ内で焼入れするための方法が得られる。その方法は、焼入れチャンバ内に取り付けられた移送機構で、加熱されたロードを加熱チャンバから焼入れチャンバへ移送する工程を含んでいる。更に、その方法は、焼入れサイクル中にロードを回転させる工程を含んでいる。焼入れチャンバは、その方法を様々な焼入れ技術で実施することができるように、複数の焼入れ媒体を用いるように構成されている。
【００１０】
上述した発明の概要も以下に記載する詳細な説明も、添付図面を参照することにより明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明によるマルチステーション熱処理システムの概略的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示した熱処理システムの、図１中の２−２線概略側断面図である。
【図３】図３は、本発明によるロード移送機構の一実施形態の平面図である。
【図４】図４は、図３に示したロード移送機構の正面図である。
【図５】図５は、本発明によるロード移送機構でワークロードを移送する第一の工程の概略図である。
【図６】図６は、図５に示したワークロードを移送する第二の工程の概略図である。
【図７】図７は、図５に示したワークロードを移送する第三の工程の概略図である。
【図８】図８は、図５に示したワークロードを移送する第四の工程の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
多くの図面に亘って同様の参照符号が同一又は同様な構成を示している添付図面、特に図１及び図２を茲で参照すると、本発明によるロード移送機構を備えたマルチステーション熱処理システムが図示されている。そのマルチステーション熱処理システム１０は、第一の処理チャンバ１４と第二の処理チャンバ１６との間に固定的に配置された焼入れチャンバ１２を有している。処理チャンバ１４，１６は、真空加熱炉，大気加熱炉，浸炭炉、又は、それらの組合せとして構成することができる。焼入れチャンバ１２は、該チャンバの周回りの離間した角度位置に配置されたポート４０，４２，４４を有している。ポート４０，４２は、加熱チャンバ１４、１６に夫々アクセス可能なように整列されている。ワークロードＷが処理のためにシステム内にロードされ且つ処理後にシステムからアンロードされることを可能にするように、ポート４４は配置されている。焼入れチャンバの好ましい構造は、２０１１年１２月２２日に出願された同時係属仮特許出願番号６１／５７９，０５８に開示されていて、この出願の全体を本明細書において参照する。
【００１３】
焼入れチャンバ１２内にはロード移送機構２０が配置されている。ロード移送機構２０は、好ましくは、焼入れチャンバのベース２２に位置決めされた台座２１上に支持されている。ロード移送機構２０は焼入れチャンバ１２の内部に全体的に嵌り合うように寸法付けされている。ロード移送機構２０は、並進機構２４と回転機構２６とを有している。並進機構２４は、ロードが処理チャンバ１４又は処理チャンバ１６内にロードされ且つそれらからアンロードされることができるようにロードＷを側方に移動させるよう構成配置されている。別の実施形態においては、焼入れチャンバ内でロードを縦方向に移動させて付随的な機能を発揮するように並進機構を構成することができるようにすることが考えられる。回転機構２６は、焼入れチャンバ１２内でロードＷを回転させるように構成配置されている。回転機構２６は、好ましくは、ワークロードを内部で３６０°又はそれ小さい角度回転させ、時計方向又は半時計方向に回転させるように構成される。
【００１４】
茲で図３及び図４を参照すると、本発明によるロード移送機構２０が詳細に図示されている。並進機構２４は、ロードを焼入れチャンバ１２内に伸ばし及び焼入れチャンバ１２から外へ伸ばすための手段を含んでいる。好ましくは、並進機構２４は、テレスコーピング構造として構成されている。図３に示したように、並進機構２４は、ロード支持部２８と中間部３０と固定部３２とを有している。ロード支持部２８と中間部３０と固定部３２とは、テレスコーピング態様で互いに相対スライド可能なように相互連結されている。ロード支持部２６は、好ましくは、フォーク状構造に配列された一対の平行なビームで構成されている。支持部のフォーム状構造は、ワークロードのピックアップし及びドロップオフするのに資する。並進機構２４には並進駆動機構３４が作動的に接続されている。並進駆動機構３４は、当該技術のスキル内における何らかの構造によって具体化させることができる。図示実施形態においては、並進駆動機構３４は、ギア従動構造によって具体化されている。然しながら、摩擦ドライブ，チェーンドライブ，ケーブルドライブ、又はそれらの組合せのようなその他のタイプの駆動機構を用いることができることを当業者は理解するであろう。並進機構２４が回転機構で移動するように、固定部３２は回転機構２６に取り付けられている。並進機構２４は、並進駆動機構によって作動されて、図１に示した引っ込み位置と図３に示した伸長位置との間を移動する。
【００１５】
回転機構２６は、ターンテーブル３６と回転駆動機構３８とを有している。回転駆動機構３８は、モータのような動力手段に作動的に接続されている。図示実施形態においては、ターンテーブル３６はそれの周回りにギア歯を有し、回転駆動機構３８は電気モータ又はその他の動力手段によって駆動されるギアから構成されている。然しながら、他のタイプの回転駆動機構及び動力手段を用いることができることを当業者は理解するであろう。回転機構２６は回転駆動機構３８によって作動されて、ターンテーブルを３６０°までの何れかの角度で回転させる。回転機構２６の運動は、ロード並進機構２４が回転され且つロードＷを焼入れチャンバ内にロードさせ又は焼入れチャンバからアンロードさせるようにポート４０，４２又は４４の内の一つと整列することができるようにインデックスを付けることができる。
【００１６】
図３及び図４に図示した実施形態においては、ロード移送機構は、並進駆動機構３４又は回転駆動機構３８を電気モータのような動力手段に選択的に接続させるように作動することの可能なクラッチ機構５０を組み込んでいる。クラッチ機構５０は、互いに作動的に接続され且つ並進駆動機構３４及び回転駆動機構３８にも作動的に接続された、リンケージ５２とレバー５４とを含んでいる。レバー５４とリンケージ５２は、レバーが第一の位置に移動させられた時に、リンケージ５２が並進駆動機構３４だけを動力手段に接続させるように作動するよう構成配置されている。また、レバー５４とリンケージ５２は、レバーが第二の位置に移動させられた時に、リンケージ５２が回転駆動機構３８だけを動力手段に接続させるように作動するよう構成配置されている。レバー５４は、好ましくは、アクチュエータ５６によって作動させるようにしてもよい。クラッチ機構５０を用いることにより、並進駆動機構と回転駆動機構とを単一の動力手段で作動させることができるという利点が得られる。別の実施形態においては、並進駆動機構と回転駆動機構は、クラッチ機構を必要としないように、夫々が個別の動力手段によって駆動される。
【００１７】
ロード移送機構２０は、焼入れ媒体がロードと接触するのを妨害されることを最小限度に抑える開放構造で構成されている。これに関連して、図３に示したように、ターンテーブル３６は、好ましくは、ハブとリム部との間に伸びたスポークを有するホィールとして構成されている。そのような構成によってターンテーブルに複数の開口が提供される。同様に、ロード並進機構２４が引っ込み位置にある時に可能な限り多くの開口領域を提供するために、ロード並進機構２４の部分は最小限の数のクロスビームで構成されている。ロード移送機構２０の部品は、非常に高い温度に耐えることのできる一つの材料又は複数の材料から作ることができる。また、その部品は、焼入れサイクル中に用いることのできるオイルや水のような液体焼入れ剤による化学的劣化に耐えられるものでなければならない。更に、回転機構、特に回転駆動機構の部品は、以下に詳述するように焼入れサイクル中に用いることの可能な焼入れ媒体の何れにおいても作動することができるように選択される。
【００１８】
茲で図５〜８を参照すると、本発明によるロード移送機構の作動における様々な工程が図示されている。図５に示したように、ロード並進機構２４は焼入れチャンバ１２のポート又はウィンドウを介して外部に伸ばされている。ワークロードＷは、並進機構のロード支持部２８上に支持されている。図６に示したように、ロードＷがチャンバ１２内に全体的に含まれるようにロード並進機構２４は完全に引っ込められている。次にチャンバが閉成されて、回転機構は、図７に示されているように、Ａ又はＢ方向においてロードＷをインデックスの付いた第一の位置（ｉｎｄｅｘｅｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）へ回転させるように作動される。そのインデックスの付いた第一の位置において、並進機構２４は、処理チャンバ１４に繋がった第二のポートに整列される。チャンバのドアが開成されて、次に、ロードＷを処理チャンバ１４内に移動させるように並進機構が作動される。次に、並進機構２４は焼き入れチャンバ内に引っ込められる。処理チャンバと焼入れチャンバとが次に閉成され、ロードＷが処理チャンバ内で処理される。処理サイクルが終了した時に、ロード移動工程の順序を逆転させて、ロードＷは、焼入れ又は他の処理チャンバへの移送のために焼入れチャンバ１２内に引っ込められる。図５〜８には周囲のローディングステーションと処理チャンバ１４との二つステーションだけしか示されていないが、チャンバ１２の回りに配列された複数のステーションの何れにもインデックスを付けた態様（ｉｎｄｅｘｅｄ  ｍａｎｎｅｒ）で本発明によるロード移送機構が回転可能となるように設計されることが理解される。
【００１９】
同時係属出願番号６１／５７９，０５８に記載されているように、焼入れチャンバは様々な焼入れ媒体を用いて焼入れサイクルを実行するように構成配置されている。使用することの可能な焼入れ媒体の中には、窒素，アルゴン及びヘリウムのようなガスと、オイル又は水のような液体がある。水が用いられる場合には、それをスチームの形態で又は霧（フォッグ）として適用することができる。更に、液化窒素のような液化不活性ガスを含んだ低温焼入れ媒体を用いることが可能であると考えられる。焼入れ媒体が下方から上方へ流れることを許容するようにシステムを設計することができることについて当業者に理解されるであろうが、液体及び低温焼入れ媒体は、好ましくは、上方から下方へ焼入れチャンバを通って流される。これに代えて、焼入れ剤は、バッフル及び／又はノズルを用いて焼入れチャンバの側部から注入することができる。ガス焼入れが採用される場合には、それは強制ガス再循環に関連して用いられる。液体焼入れの場合には、焼入れ剤をワークロード上に溢れさせ又は噴霧させることができ、或る焼入れサイクルにおいては、ロードを液体焼入れ剤中に浸すことができる。
【００２０】
焼入れサイクル中にロードは移送機構上に支持されて、焼入れサイクル中は静止したままである。好ましいプロセスにおいては、焼入れサイクル中にロードは回転させられる。焼入れサイクル中にロードを回転させることの目的は、ロードの横断面全体に亘った冷却の均一性を向上させることにある。ロード移送機構の回転駆動制御システムを、ロードのジオメトリや、焼入れサイクルにおいて用いられる焼入れ媒体に合わせて調整される様々な回転パターンを齎す様々な態様にプログラムすることができる。例えば、一定速度で一方向の回転を齎すように回転駆動制御システムをプログラムすることができる。別のサイクルにおいては、一定速度でロードを回転させるように回転駆動制御システムをプログラムすることができるが、回転方向は、二つの角度又はそれ以上の角度反転され、又は、周期的な間隔のような一つ又はそれ以上の選択された時間間隔の後に反転される。別の例としては、回転駆動制御システムは、様々な間隔の間に様々な速度でロードを回転させ且つ同じ又は様々な時間間隔で回転の方向を変更するようにプログラムすることができる。熱処理された後のワークロードの均一な冷却を達成するのにかなりの柔軟性をもたせるために、速度と方向との多くの組合せを用いることができることについて当業者は理解するであろう。
【００２１】
上述した内容を考慮すると、本発明によるシステムによって提供される利点の幾つかが明らかになる。例えば、上述したマルチステーション熱処理システムは、ワークロードを熱処理システム内の他のステーションに移送し及び該他のステーションから移送するためのモジュールとしても機能する固定して中央に配置された焼入れチャンバを有し、それによって公知のマルチステーション熱処理システムと比較して少ないチャンバで済むという結果を齎す。本発明による焼入れチャンバは、チャンバ内で回転するよう構成された一体型ロード移送機構を含んでいる。ロード移送機構は、ワークロードを支持し且つ伸縮してワークロードをチャンバに対してロードし及びアンロード並びに別の処理チャンバ及び外部ステーションに対してロードし及びアンロードするロード並進機構を有している。更に、ロード移送機構の引っ込み自在な構造によって、該機構が完全に引っ込められた位置にある時に非常にコンパクトな構造が提供される。ロード移送機構がそのようにコンパクトであるので、公知のシステムと比較して焼入れチャンバの寸法を小さくさせることができる。本発明によるロード移送機構は、焼入れサイクル中に用いることのできる様々な焼入れ媒体において十分な操作性を発揮する材料から構成されている。
【００２２】
本発明によるロード移送機構の統合によって、焼入れチャンバの作動にとって付加的な利点を齎す。例えば、ロード移送機構は、ワークロードを十分に支持するが、焼入れ媒体がワークロードと接触することを妨げない開放構造を考慮して設計されている。更に、ロード移送機構は、様々な位置でローディング／アンローディングするためにワークロードを回転させ、又は、焼入れサイクル中にワークロードを回転させるために設けられた回転駆動システムを有している。好ましい実施形態においては、ロード並進機構とロード回転機構が単一の動力手段から独立して作動されるように構成配置されたクラッチ機構を有している。回転駆動機構の制御システムは、焼入れサイクル中における回転速度と回転角度と回転方向の変更との様々な組み合わせを齎すようにプログラムすることができる。本発明によるシステムのインデックス付き且つプログラムされた回転能力によって、ワークロードのジオメトリ又は断面に関係なくワークロードの均一な冷却を齎すという能力を可なり向上させる。更に、ワークロードのプログラムされた回転と組み合わせて様々な焼入れ媒体と技術とを用いることが出来るということによって、熱処理されたワークロードの焼入れにおいて無類の順応性を齎す。
【００２３】
本明細書において用いた用語及び表現は、本発明を説明するために用いたに過ぎないものであって、本発明を何ら限定するものではない。そのような用語及び表現を用いたからと言って、そのことに、上述した構成又は工程の何らかの均等物又はその一部を排除する意図はない。従って、本発明の範囲及び要旨の範囲内で様々な修正を加えることができることが認められる。よって、本発明は、上述した発明の範囲に属する変形例を包含するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月1日(2013.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014118625.tif 000013
【図４】
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【図５】
2014118625.tif 000015
【図６】
2014118625.tif 000016
【図７】
2014118625.tif 000017
【図８】
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【外国語明細書】
2014118625000001.pdf