(57)【要約】【課題】断熱室内の被処理物を従来よりも効率よく冷却する。【解決手段】断熱室に収容された被処理物を加熱及び冷却することによって熱処理する熱処理装置であって、上記断熱室を形成し、内部に空間が形成された中空構造を備える断熱体と、上記空間に対する流体の充填状態を設定する流体設定装置とを備え、上記空間は被処理物を囲むように複数設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱室に収容された被処理物を加熱及び冷却することによって熱処理する熱処理装置であって、
前記断熱室を形成し、内部に空間が形成された中空構造を備える断熱体と、
前記空間に対する流体の充填状態を可変設定する流体設定装置とを備え、
前記空間は前記被処理物を囲むように複数設けられることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記流体設定装置は、前記被処理物を加熱処理時に前記空間から流体を回収し、前記被処理物を冷却処理時には前記空間に流体を供給することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記空間には補強部材が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記補強部材は、粒状の断熱材料であることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記空間には前記流体の流れを案内する案内部材が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、加熱室の内部に所定の断熱材で形成された断熱室を設け、当該断熱室の内部に発熱体であるヒータを備えた熱処理装置が開示されている。この熱処理装置は、断熱室に収納された被処理物について、ヒータで被処理物を加熱すると共に当該加熱された被処理物をガス冷却することにより熱処理を施す。なお、上記のような断熱室を備えた熱処理装置は、特許文献１以外の多数の特許文献によって公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０９２１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記断熱室は、被処理物を効率よく加熱するために設けられるものであり、断熱材を所定の厚さに設定することにより所望の断熱性能を呈する。しかしながら、この断熱室は、被処理物をガス冷却する際には、その断熱性能が故に妨げとなる。すなわち、この断熱室は、被処理物を保温する性能（保温性能）を有するので、この保温性能が障害となって被処理物を効率よく冷却することが困難である。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、断熱室内の被処理物を従来よりも効率よく冷却することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、熱処理装置に係る第１の解決手段として、断熱室に収容された被処理物を加熱及び冷却することによって熱処理する熱処理装置であって、前記断熱室を形成し、内部に空間が形成された中空構造を備える断熱体と、前記空間に対する流体の充填状態を可変設定する流体設定装置とを備え、前記空間は前記被処理物を囲むように複数設けられる、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、熱処理装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記流体設定装置は、前記被処理物を加熱処理時に前記空間から流体を回収し、前記被処理物を冷却処理時には前記空間に流体を供給する、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、熱処理装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記空間には補強部材が設けられる、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、熱処理装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記補強部材は粒状の断熱材料である、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、熱処理装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記空間には前記流体の流れを案内する案内部材が設けられる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、断熱体の空間に対する流体の充填状態が流体設定装置によって可変設定されるので、被処理物の断熱時と冷却時とで断熱体の熱伝達率を可変設定することが可能である。したがって、本発明によれば、断熱室内の被処理物を従来よりも効率よく冷却することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構造を示す正断面図である。
【図２】上記正断面図におけるＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】本発明の一実施形態における断熱板の詳細を示す正断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線矢視図（ｂ）である。
【図４】本発明の一実施形態に係る熱処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態における断熱板の性能を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態における断熱板の粒状補強材の充填状態を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る熱処理装置は、図１及び図２に示すように、断熱室Ｒに収容された被処理物Ｘを加熱及び冷却することによって熱処理する装置であり、筐体１、扉２、クランプリング３、４つの脚４、載置台５、車輪６、断熱体７、炉床８、発熱体９、冷却ファン１０、ファンモータ１１、冷却コイル１２、上シリンダ１３、下シリンダ１４及びガス設定装置１５等を備える。
【００１４】
なお、図１及び図２には示されていないが、熱処理装置は、断熱室Ｒを所定真空度の真空状態とするための真空ポンプや断熱室Ｒに冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置、また各部の動きを制御する制御盤等、幾つかの補機を備えている。また、上記被処理物Ｘは、機械的特性を変化させることを目的として熱処理されるものであり、一般的には各種の金属部品である。
【００１５】
筐体１は、図示するように略円筒型の容器であり、中心軸線Ｌが水平方向を向くように横置き姿勢で床上に設置されている。扉２は、このような筐体１の一端側に設けられた湾曲円板型の開閉扉である。すなわち、この扉２は、筐体１の円形開口に対向する円形周縁の一部がヒンジ（図示略）によって筐体１に連結されることにより、筐体１の円形開口を閉鎖あるいは解放する。クランプリング３は、このような扉２を閉鎖状態に保持する保持部品であり、扉２の円形周縁を筐体１の円形開口に密着状態に圧接させる。
【００１６】
４つの脚４は、筐体１の外周かつ下部に所定の距離を隔てて離間配置されており、筐体１を床に対して横置き姿勢の状態に支持する。載置台５は、図示するように筐体１の内部かつ下部に水平方向に所定距離を隔てて対峙する一対の台座であり、対峙方向に直交する水平方向つまり中心軸線Ｌの方向（前後方向）に帯状に延在する。
【００１７】
車輪６は、上記載置台５に対応するように断熱体７の矩形状底部に設けられており、載置台５に対して断熱体７を可動自在に支持する。すなわち、この車輪６は、各々に中心軸線Ｌの方向に離間配置された合計２対が断熱体７の矩形状底部に設けられており、一方の対が載置台５の一方に対応する位置に設けられ、他方の対が載置台５の他方に対応する位置に設けられている。
【００１８】
断熱体７は、６つの壁部を備える略箱型であり、所定の断熱材から形成されている。この断熱体７は、断熱本体７ａ、扉断熱体７ｂ、上開閉断熱体７ｃ及び下開閉断熱体７ｄを備えており、これら断熱本体７ａ、扉断熱体７ｂ、上開閉断熱体７ｃ及び下開閉断熱体７ｄが係合することにより略箱型を構成する。このような断熱体７は、断熱室Ｒを形成している。すなわち、断熱体７の内部空間は断熱室Ｒである。
【００１９】
断熱本体７ａは、複数の断熱板７ｅを箱型に組み合わせたものであり、断熱体７の主部である。この断熱本体７ａは、図２に示すように、扉２の側から見た場合に断熱体７の左壁部、右壁部及び奥壁部の全体、並びに断熱体７の上壁部、下壁部及び前壁部の一部（外周部）を構成している。すなわち、この断熱本体７ａは、上壁部、下壁部及び前壁部の各中央部に所定サイズの開口が形成されている。
【００２０】
上記断熱板７ｅは、平板状かつ中空構造を備える断熱部品であり、図３に示すように平板状の矩形空間Ｋ（空間）を備える。すなわち、この断熱板７ｅは、矩形の断熱材からなる板本体Ｈの内部に当該板本体Ｈの外形（矩形）より若干小さな矩形空間Ｋを形成し、かつ板本体Ｈにおいて同一対角線上に位置する一対の隅部に矩形空間Ｋに連通する一対の吸排気口Ｐを設けたものである。
【００２１】
このような断熱板７ｅからなる断熱本体７ａは、複数に分割された矩形空間Ｋによって囲むように被処理物Ｘを収容する。すなわち、本実施形態における断熱本体７ａは、複数の断熱板７ｅを箱型に組み合わせ構成されるものであり、よって矩形空間Ｋは被処理物Ｘを分割的に囲むように複数設けられる。
【００２２】
また、上記矩形空間Ｋには、当該矩形空間Ｋを複数に分割することなく断熱板７ｅの機械的強度を補強する補強部材Ｎが４つ設けられている。各補強部材Ｎは、断熱室Ｒに冷却ガスを充填させることによって各断熱板７ｅに作用する外力（外圧）に対して各断熱板７ｅの機械的強度を補強するための部材である。このような各補強部材Ｎは、図３に示すように、矩形空間Ｋにおける一方の平行面ｈ１，ｈ１に平行かつ所定間隔を隔てると共に、一端が上記一方の平行面ｈ１，ｈ１に直交する他方の平行面ｈ２，ｈ２の一方と他方とに交互に接触するように配置されている。
【００２３】
このような４つの補強部材Ｎによって、矩形空間Ｋには一対の吸排気口Ｐを結ぶ屈曲した流路（ガス流路）が形成される。また、４つの案内部材Ｎが矩形空間Ｋ内に離間配置されることによって、断熱板７ｅの機械的強度が向上する。また、各補強部材Ｎは、不活性ガスＧの流れをガス流路に沿って案内する案内部材としても機能する。すなわち、４つの案内部材Ｎは、不活性ガスＧ（流体）が矩形空間Ｋの略全域に充填されることを満足させつつ、断熱板７ｅの機械的強度を補強するものである。
【００２４】
上記吸排気口Ｐは、図示しない配管によって隣接する断熱板７ｅの吸排気口Ｐあるいはガス設定装置１５に接続されている。なお、図３では２つの一対つまり２つの吸排気口Ｐが設けられているが、この吸排気口Ｐは１つでもよい。すなわち、隣接する断熱板７ｅの吸排気口Ｐ同士は相互に接続され、また１つの断熱板７ｅの吸排気口がガス設定装置１５に接続されている。したがって、複数の断熱板７ｅのうち、１つはガス設定装置１５に直接接続され、残りは他の断熱板７ｅを介してガス設定装置１５に間接的に接続されている。
【００２５】
扉断熱体７ｂは、断熱体７の前壁部の残部（中央部）を構成しており、扉２に固定されている。この扉断熱体７ｂは、扉２が閉じることにより、断熱本体７ａにおける前壁部の開口を塞ぐ。上開閉断熱体７ｃは、断熱体７の上壁部の残部（中央部）を構成しており、上シリンダ１３のロッド先端部に固定されている。この上開閉断熱体７ｃは、上シリンダ１３が作動することにより、断熱本体７ａにおける上壁部の開口を塞ぐ。下開閉断熱体７ｄは、断熱体７の下壁部の残部（中央部）を構成しており、下シリンダ１４のロッド先端部に固定されている。この下開閉断熱体７ｄは、下シリンダ１４が作動することにより、断熱本体７ａにおける下壁部の開口を塞ぐ。
【００２６】
炉床８は、被処理物Ｘが載置される台座であり、図１に示すように扉断熱体７ｂにおける下壁部の一部（外周部）上に支持されている。この炉床８の上部には、被処理物Ｘの前後方向への移動を可能とするために複数のローラが設けられている。発熱体９は、外部からの通電によって発熱する電気ヒータであり、断熱体７の内部空間つまり断熱室Ｒ内において断熱体７の近傍に設けられている。すなわち、発熱体９は、断熱室Ｒ内に収容される被処理物Ｘを取り囲むように配置されており、被処理物Ｘを周囲から均一に加熱する。
【００２７】
冷却ファン１０は、筐体１内において発熱体９の上方つまり上開閉断熱体７ｃの上方に設けられており、冷却ガスを対流させるための駆動源である。すなわち、冷却ファン１０は、垂直方向を回転軸として回転する遠心ファンであり、冷却ガスを中央部から吸い込んで周縁方向に排気することにより筐体１内に上下方向の対流を発生させる。ファンモータ１１は、このような冷却ファン１０を回転駆動する動力源であり、駆動軸が冷却ファン１０の回転軸に固定されている。
【００２８】
冷却コイル１２は、熱交換によって冷却ガスを冷却する一種の熱交換器であり、図示するように筐体１内において断熱体７の上部側方、つまり冷却ガスを対流の途中位置に設けられている。より具体的には、冷却コイル１２は、冷却ファン１０つまりファンモータ１１の駆動軸を巻回中心として断熱体７の上部側方に巻回された伝熱管であり、内部に水等の冷却液が流通する。
【００２９】
上シリンダ１３は、シリンダ軸が水平方向に設定された状態で筐体１に固定された油圧シリンダあるいはエアーシリンダであり、シリンダ軸の方向に先進／後退するロッドの先端に上開閉断熱体７ｃが固定されている。この上シリンダ１３は、ロッドを前進させることにより上開閉断熱体７ｃで断熱本体７ａにおける上壁部の開口を塞ぎ、ロッドを後退させることにより上開閉断熱体７ｃを断熱本体７ａにおける上壁部の開口から離間させる。
【００３０】
下シリンダ１４は、シリンダ軸が垂直方向に設定された状態で筐体１に固定された油圧シリンダあるいはエアーシリンダであり、シリンダ軸の方向に先進／後退するロッドの先端に下開閉断熱体７ｄが固定されている。この下シリンダ１４は、ロッドを前進させることにより下開閉断熱体７ｄで断熱本体７ａにおける下壁部の開口を塞ぎ、ロッドを後退させることにより下開閉断熱体７ｄを断熱本体７ａにおける下壁部の開口から離間させる。
【００３１】
ガス設定装置１５は、一定容量の不活性ガスＧを貯留するガスタンクを備えており、上述した各断熱板７ｅの矩形空間Ｋに対する不活性ガスＧの充填状態を可変設定する装置である。すなわち、ガス設定装置１５は、断熱本体７ａを構成する全ての断熱板７ｅの矩形空間Ｋに接続されており、全ての矩形空間Ｋに不活性ガスＧを供給することにより矩形空間Ｋ内をガス充填状態に設定したり、あるいは全ての矩形空間Ｋから不活性ガスＧを回収して矩形空間Ｋを真空状態に設定する。
【００３２】
なお、上記不活性ガスＧは、断熱室Ｒにおける被処理物Ｘの冷却時における雰囲気温度（最高で１０００〜１２００℃程度）において化学的に安定なガスであればよく、例えば比較的安価な窒素ガスである。
【００３３】
次に、このように構成された熱処理装置の動作について、図４に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。
【００３４】
例えば、この熱処理装置を用いて被処理物Ｘに熱処理の一形態である焼き入れ処理を行う場合、被処理物Ｘは扉２が開閉されることにより断熱室Ｒに収容される（ステップＳ１）。すなわち、断熱室Ｒは、扉２が解放されることにより被処理物Ｘの収容が可能な状態となり、扉２が閉じられることにより被処理物Ｘを外界から遮断された状態（隔離状態）に収容する。
【００３５】
この状態で真空ポンプが作動を開始することにより断熱室Ｒが真空引きされ、所定真空度の真空状態となる（ステップＳ２）。そして、ガス設定装置１５が作動することにより断熱本体７ａの各矩形空間Ｋから不活性ガスＧが回収されることにより（ステップＳ３）、各矩形空間Ｋが所定の真空度の真空状態となる。なお、断熱室Ｒの真空度と断熱本体７ａの各矩形空間Ｋの真空度とはほぼ同等である。
【００３６】
ここで、各断熱板７ｅの矩形空間Ｋがガス設定装置１５によって所定の真空度に状態設定されることにより、各断熱板７ｅは、熱伝達率が相対的に低い状態になる。すなわち、この時点つまり被処理物Ｘの加熱処理の前段階において、複数の断熱板７ｅからなる断熱本体７ａは熱伝達率が最も低い状態つまり断熱性能が最も高い状態に設定される。
【００３７】
そして、被処理物Ｘの加熱処理に対する最終的な準備（加熱準備）が行われる（ステップＳ４）。すなわち、この加熱準備では、上シリンダ１３が作動して上開閉断熱体７ｃで断熱本体７ａにおける上壁部の開口を塞ぐと共に、下シリンダ１４が作動して下開閉断熱体７ｄで断熱本体７ａにおける下壁部の開口を塞ぐ。この加熱準備によって被処理物Ｘは、断熱体７によって完全に囲まれた状態となる。
【００３８】
この状態において、発熱体９への通電が開始され（ステップＳ５）、発熱体９による被処理物Ｘの加熱処理が開始される。そして、所定時間に亘って発熱体９への通電が継続されることによって、被処理物Ｘは所定の焼入温度まで加熱されると共に当該焼入温度に一定時間保持される。そして、発熱体９への通電が終了することにより（ステップＳ６）、被処理物Ｘの加熱処理が完了する。
【００３９】
この加熱処理が完了すると、冷却ガス供給装置（図示略）が作動することによって断熱室Ｒに冷却ガスが供給される（ステップＳ７）。そして、ガス設定装置１５が作動することにより断熱本体７ａの各矩形空間Ｋに不活性ガスＧが供給されることにより（ステップＳ８）、各矩形空間Ｋがガス充填状態となる。この結果、断熱本体７ａを構成する各断熱板７ｅは、各矩形空間Ｋが真空状態の場合よりも熱伝導率が高くなる。
【００４０】
さらに、冷却準備として、上シリンダ１３が作動して上開閉断熱体７ｃを断熱本体７ａにおける上壁部の開口から離間させると共に、下シリンダ１４が作動して下開閉断熱体７ｄを断熱本体７ａにおける下壁部の開口から離間させる（ステップＳ９）。この冷却準備によって、断熱本体７ａにおける上壁部の開口及び断熱本体７ａにおける下壁部の開口は、解放される。
【００４１】
この状態において、ファンモータ１１が作動することによって冷却ファン１０が回転を開始する（ステップＳ１０）。この結果、断熱室Ｒには冷却ガスの対流が発生して被処理物Ｘが効果的に冷却される。そして、所定時間に亘って被処理物Ｘを冷却すると、ファンモータ１１の作動が停止して冷却ファン１０が回転を停止する（ステップＳ１１）。この結果、冷却ガスによる被処理物Ｘの冷却（ガス冷却）が完了する。
【００４２】
このような本実施形態では、被処理物Ｘの加熱処理時にはガス設定装置１５が不活性ガスＧを各矩形空間Ｋから回収し、被処理物Ｘの冷却処理時にはガス設定装置１５が各矩形空間Ｋに不活性ガスＧを供給する。したがって、図５に示すように、断熱板７ｅは、加熱処理時には断熱性能が高い真空状態となり、冷却処理時には断熱性能が低いガス充填状態となる。したがって、本実施形態によれば、加熱処理時と冷却処理時とで断熱性能が同じである従来技術よりも断熱室Ｒ内の被処理物Ｘを効率よく冷却することが可能である。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、断熱本体７ａのみに矩形空間Ｋ（空間）を設けたが、本発明はこれに限定されない。断熱本体７ａに加えて、扉断熱体７ｂ、上開閉断熱体７ｃ及び下開閉断熱体７ｄに空間を設け、扉断熱体７ｂ、上開閉断熱体７ｃ及び７下開閉断熱体ｄの断熱性能を加熱処理時と冷却処理時とで切替えてもよい。
【００４４】
（２）上記実施形態では、流体設定装置としてガス設定装置１５を設けたが、本発明はこれに限定されない。気体である不活性ガスＧに代えて液体を各矩形空間Ｋに対して回収／供給する液体設定装置を流体設定装置として設けても良い。
【００４５】
（３）上記実施形態では、４つの補強部材Ｎを設けた断熱板７ｅを用いたが、本発明はこれに限定されない。断熱板７ｅに代えて、図６に示すような粒状補強材Ｍを設けた断熱板７ｆを用いてもよい。この断熱板７ｆに設けられる粒状補強材Ｍは、例えば球体の断熱材料であり、互いの表面が接触する程度に矩形空間Ｋに密に充填される。この結果、外圧が断熱板７ｆに冷却ガスによる外圧が作用した場合に断熱板７ｆの機械的強度を補強することができる。
【００４６】
（４）上記実施形態では、ステップＳ２の処理の後にステップＳ３の処理を行ったが、これは断熱室Ｒを所定真空度まで減圧するのに要する時間と各矩形空間Ｋを所定の真空度まで減圧するのに要する時間とでは、前者の方が長いためである。しかしながら、必要に応じてステップＳ２の処理とステップＳ３の処理とを入れ替えてもよい。
【００４７】
（５）上記実施形態では、ステップＳ７の処理の後にステップＳ８の処理を行ったが、これは断熱室Ｒに所定量の冷却ガスを供給するのに要する時間と各矩形空間Ｋに所定量の不活性ガスＧを供給するのに要する時間とでは、前者の方が長いためである。しかしながら、必要に応じてステップＳ７の処理とステップＳ８の処理とを入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
Ｘ  被処理物
Ｒ  断熱室
Ｌ  中心軸線
Ｇ  不活性ガス
Ｋ  矩形空間
Ｈ  板本体
Ｎ  補強部材
Ｍ  粒状補強材
１  筐体
２  扉
３  クランプリング
４  脚
５  載置台
６  車輪
７  断熱体
７ａ  断熱本体
７ｂ  扉断熱体
７ｃ  上開閉断熱体
７ｄ  下開閉断熱体
７ｅ，７ｆ  断熱板
８  炉床
９  発熱体
１０  冷却ファン
１１  ファンモータ
１２  冷却コイル
１３  上シリンダ
１４  下シリンダ
１５  ガス設定装置
【図１】
2018128203.tif 000003
【図２】
2018128203.tif 000004
【図３】
2018128203.tif 000005
【図４】
2018128203.tif 000006
【図５】
2018128203.tif 000007
【図６】
2018128203.tif 000008