(57)【要約】【課題】断熱室に対する冷却ガスの配分量の偏りを抑制できる熱処理炉の提供。【解決手段】炉内に循環する冷却ガスを被処理物Ｗが配置される断熱容器１０内に導くように所定角度で設けられた風向調節板５０を備える真空熱処理炉１であって、上記冷却ガスの流速及び密度のすくなくともいずれか一方の値に基づいて、風向調節板５０の角度を変位駆動させる変位駆動装置６０を有するという構成を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に循環する冷却ガスを被処理物が配置される断熱室内に導くように所定角度で設けられた風向調節板を備える熱処理炉であって、
前記冷却ガスの流速及び密度のすくなくともいずれか一方の値に基づいて、前記風向調節板の角度を変位駆動させる変位駆動装置を有することを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記変位駆動装置は、前記冷却ガスの流速及び密度の両方の値に基づいて、前記風向調節板の角度を変位駆動させることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記変位駆動装置は、前記冷却ガスの流速の値を用いる場合に、前記冷却ガスを循環させるファンの回転数に基づいて、前記風向調節板の角度を変位駆動させることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理炉。
【請求項４】
前記断熱室は、鉛直方向に開口する冷却ガス流入口を備え、
前記風向調節板は、前記冷却ガス流入口よりも上流側に設けられ、前記冷却ガスの流れ方向と直交する水平方向に延びる軸周りに前記変位駆動する第１の風向調節板及び、前記水平方向と直交する鉛直方向に延びる軸周りに前記変位駆動する第２の風向調節板を有する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炉。
【請求項５】
前記第２の風向調節板は、前記第１の風向調節板の前記水平方向両側に対となって設けられていることを特徴とする請求項４に記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱処理炉において焼入れ処理をする際には、被処理物が配置される断熱室に対し、如何に同程度の配分で冷却ガスを流入させるかによって、被処理物の品質が左右される。断熱室に対する冷却ガスの配分量が偏ると、例えば、被処理物の焼入れ不良やＳＵＳ鋭敏化等の不具合を引き起こす虞がある。
【０００３】
下記特許文献１には、炉内に窒素ガスを導入し、該ガスをファンによって循環させると共にクーラによって該ガスを冷却することで被処理物を短時間で冷却できるよう構成された熱処理炉が開示されている。この熱処理炉は、被処理物が配置される断熱室に対し同程度の配分で冷却ガスを導くように所定角度で固定された風向ガイド羽根を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３０５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成の風向ガイド羽根は固定式であるために如何に最適な角度に調節しても、冷却ガスの流速や密度を変更した場合には、断熱室に流入する冷却ガスの配分量が変わってしまうという問題がある。すなわち、冷却ガスの流速や密度が変更されると、冷却ガスの流れのスカラー値（強さ）が変わるため、風向ガイド羽根で流れ方向を変えた冷却ガスが、主流の流れ方向の冷却ガスによって妨げられる度合いが変化して、結果、冷却ガスが断熱室内に偏った配分となって流れ込む虞がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、断熱室に対する冷却ガスの配分量の偏りを抑制できる熱処理炉の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、炉内に循環する冷却ガスを被処理物が配置される断熱室内に導くように所定角度で設けられた風向調節板を備える熱処理炉であって、上記冷却ガスの流速及び密度のすくなくともいずれか一方の値に基づいて、上記風向調節板の角度を変位駆動させる変位駆動装置を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却ガスの流速や密度の変更に応じて、風向調節板の角度を変位駆動させる。これにより、冷却ガスの流速や密度の変更による断熱室に対する冷却ガスの配分量の偏りを軽減する。
【０００８】
また、本発明においては、上記変位駆動装置は、上記冷却ガスの流速及び密度の両方の値に基づいて、上記風向調節板の角度を変位駆動させるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却ガスの流速及び密度の変更に応じて、風向調節板の角度を変位駆動させる。これにより、冷却ガスの流速及び密度の変更による断熱室に対する冷却ガスの配分量の偏りを軽減する。
【０００９】
また、本発明においては、上記変位駆動装置は、上記冷却ガスの流速の値を用いる場合に、上記冷却ガスを循環させるファンの回転数に基づいて、上記風向調節板の角度を変位駆動させるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、炉内に流速計を設けずとも冷却ガスの流速の値を求めることが可能となる。
【００１０】
また、本発明においては、上記断熱室は、鉛直方向に開口する冷却ガス流入口を備え、上記風向調節板は、上記冷却ガス流入口よりも上流側に設けられ、上記冷却ガスの流れ方向と直交する水平方向に延びる軸周りに上記変位駆動する第１の風向調節板及び、上記水平方向と直交する鉛直方向に延びる軸周りに上記変位駆動する第２の風向調節板を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、断熱室の冷却ガス流入口に対し、鉛直方向及び水平方向の冷却ガスの流れの調節が可能となる。
【００１１】
また、本発明においては、上記第２の風向調節板は、上記第１の風向調節板の上記水平方向両側に対となって設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、断熱室の冷却ガス流入口に対し、水平方向両側の冷却ガスの流れの調節が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、炉内に循環する冷却ガスを被処理物が配置される断熱室内に導くように所定角度で設けられた風向調節板を備える熱処理炉であって、上記冷却ガスの流速及び密度のすくなくともいずれか一方の値に基づいて、上記風向調節板の角度を変位駆動させる変位駆動装置を有するという構成を採用し、冷却ガスの流速や密度の変更に応じて、風向調節板の角度を変位駆動させる。これにより、冷却ガスの流速や密度の変更による断熱室に対する冷却ガスの配分量の偏りを軽減する。
したがって、本発明では、断熱室に対する冷却ガスの配分量の偏りを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における真空熱処理炉を示す構成図である。
【図２】図１における線視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施形態における第１風向調節板を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態における第２風向調節板を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態における真空熱処理炉内の冷却ガスの流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本実施形態の熱処理炉として、真空熱処理炉を例示して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態における真空熱処理炉１を示す構成図である。図２は、図１における線視Ａ−Ａ断面図である。図３は、本発明の実施形態における第１風向調節板５１を示す側面図である。図４は、本発明の実施形態における第２風向調節板５２を示す平面図である。
本実施形態の真空熱処理炉１は、単室で被処理物Ｗに対して加熱処理及び冷却処理を行う、いわゆる単室型真空熱処理炉である。この真空熱処理炉１は、図２に示す配管２を介して炉内を吸気する真空ポンプ（図示せず）と、図１に示す炉内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置３とを有する。不活性ガスは、被処理物Ｗの酸化・着色を防止すべく炉内に供給されるものであり、炉内を冷却する冷却ガスとしても用いられる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等、あるいはこれら不活性ガスの混合ガスが用いられる。不活性ガス供給装置３は、不活性ガスを炉内に圧送する圧送手段と、炉内の圧力を計測する計測手段とを有する。
【００１６】
本実施形態の真空熱処理炉１は、炉内の圧力状態が変化した場合であってもその圧力に耐えられるように略円筒形状に形状設定された真空容器からなり、この円筒形の中心軸が水平となるように姿勢設定されている。なお、以下の説明では、真空熱処理炉１の中心軸が延びる水平方向をＸ軸方向と、Ｘ軸方向と直交する水平方向をＹ軸方向と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する鉛直方向をＺ軸方向と称して説明する場合がある。
真空熱処理炉１は、炉内に、被処理物Ｗが配置される断熱容器（断熱室）１０と、被処理物Ｗを加熱する加熱装置２０と、被処理物Ｗを冷却する冷却装置３０とを有する。
【００１７】
真空熱処理炉１の片側端部はクラッチ式扉４として構成されている。なお、このクラッチ式扉４の内側と、断熱容器１０の脱着自在な側壁部１１とは接続されており、クラッチ式扉４を開けることによって側壁部１１は脱離され、断熱容器１０の内部に被処理物Ｗを搬入あるいは断熱容器１０の内部から被処理物Ｗを搬出することができる構成となっている。また、クラッチ式扉４が閉鎖されている場合には、真空熱処理炉１の炉内は密閉空間となる。図２に示すように、真空熱処理炉１の炉内において、断熱容器１０の外部空間は、仕切板５ａ及び仕切板５ｂによって断熱容器１０が設けられる位置を挟んで上下に２分されている。
【００１８】
断熱容器１０は、その内部において被処理物Ｗが加熱処理及び冷却処理されるものである。断熱容器１０は、例えばグラファイトウールやセラミックウール等のウール系の断熱材から構成される。断熱容器１０の上面の一部を構成する上蓋部１２は、シリンダ機構１２ａによって鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動して、断熱容器１０の上面に設けられた開口部１３を開閉可能な構成になっている。また、断熱容器１０の下面の一部を構成する下蓋部１４は、シリンダ機構１４ａによって鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動して、断熱容器１０の下面に設けられた開口部１５を開閉可能な構成になっている。断熱容器１０の内部には、被処理物Ｗを載置するための載置台１６が配置されており、この載置台１６には被処理物Ｗとの融着を防止するため、セラミック棒材１７が複数設置されている。なお、この載置台１６は、上下方向に気体が通過可能な構造（例えば、Ｘ方向に延在する平行板状）とされている。
【００１９】
加熱装置２０は、断熱容器１０内に設けられて被処理物Ｗを囲む格子状の発熱部を有する。加熱装置２０は、上蓋部１２及び下蓋部１４が閉じた状態で、発熱部を通電により発熱させ、断熱容器１０内を１０００℃以上の高温に加熱し、被処理物Ｗを加熱処理する構成となっている。
【００２０】
冷却装置３０は、送風機３１と熱交換器３２とを有する。送風機３１は、炉内の冷却ガス（不活性ガス）を循環させるファン３１ａと、ファン３１ａを駆動させるファンモータ３１ｂとを有する。送風機３１は、ファン３１ａをＸ軸方向に延びる回転軸周りに回転させることで、Ｘ軸方向から冷却ガスを吸い込んでラジアル方向に噴出することによって、冷却ガスに流れを与えている。なお、ファン３１ａから噴出する冷却ガスは、Ｘ軸周りの旋回流となる。
【００２１】
熱交換器３２は、冷却媒体が流通する複数のフィンチューブから構成されており、被処理物Ｗを冷却することによって加温された冷却ガスを再び冷却するものである。熱交換器３２は、ファン３１ａのラジアル方向を囲むようにして設けられている。冷却装置３０は、上蓋部１２及び下蓋部１４が開いた状態で、送風機３１と熱交換器３２とを駆動させ、炉内の冷却ガスを循環させて、被処理物Ｗを冷却処理する構成となっている。
【００２２】
また、本実施形態の真空熱処理炉１は、冷却ガスの循環方向を変化させるための循環方向切替板４０が設置されている。この循環方向切替板４０によって真空熱処理炉１の内部空間の適所を塞ぎ、適所を開放することによって、真空熱処理炉１の内部における冷却ガスの循環方向を変化させることが可能となる。本実施形態では、循環方向切替板４０によって、冷却ガスが断熱容器１０内を上から下に流通する第１の冷却ガス循環方向と、冷却ガスが断熱容器１０内を下から上に流通する第２の冷却ガス循環方向とに切り替えが可能な構成となっている。すなわち、第１の冷却ガス循環方向では、開口部１３が冷却ガス流入口で開口部１５が冷却ガス流出口となり、第２の冷却ガス循環方向では、開口部１５が冷却ガス流入口で開口部１３が冷却ガス流出口となる。
【００２３】
本実施形態の真空熱処理炉１には、炉内に循環する冷却ガスを被処理物Ｗが配置される断熱容器１０内に導くように所定角度で設けられた風向調節板５０と、冷却ガスの流速及び密度の少なくともいずれか一方の値に基づいて、風向調節板５０の角度を変位駆動させる変位駆動装置６０とを有する。風向調節板５０は、第１の冷却ガス循環方向において断熱容器１０の開口部１３よりも上流側に設けられた風向調節板５０Ａと、第２の冷却ガス循環方向において断熱容器１０の開口部１５よりも上流側に設けられた風向調節板５０Ｂとからなる。なお、風向調節板５０Ａと風向調節板５０Ｂとの構成は略同一であるので、以下の説明では、風向調節板５０として風向調節板５０Ａの構成について説明し、風向調節板５０Ｂの構成の説明については割愛することとする。
【００２４】
風向調節板５０Ａは、上蓋部１２の移動経路上を避けた位置に設けられている。風向調節板５０Ａは、Ｙ軸方向に延びる軸周りに変位駆動可能な第１風向調節板５１と、Ｚ軸方向に延びる軸周りに変位駆動可能な第２風向調節板５２とを有する（図３及び図４参照）。第１風向調節板５１は、Ｚ軸方向における冷却ガスの流れ方向を調節するものである。また、第２風向調節板５２は、Ｙ軸方向における冷却ガスの流れ方向を調節する（特にＸ軸周りの冷却ガスの旋回流（斜め流）を調節する）ものである。
【００２５】
第１風向調節板５１は、Ｙ軸方向において、開口部１３の一辺と略同一の長さを有する。第１風向調節板５１は、−Ｘ側の一辺がＹ軸方向に延びる回転軸５１ａによって軸支されている。第１風向調節板５１の中央部には、シリンダ機構５３の先端部５３ａが嵌合するスライドブロック５３ｂが固定されている。スライドブロック５３ｂは、第１風向調節板５１の面に沿って延びるスライド溝５３ｂ１が設けられている。シリンダ機構５３は、変位駆動装置６０の制御の下、先端部５３ａをＺ軸方向に移動させることによって、先端部５３ａに対するスライドブロック５３ｂの嵌めあい位置を変動させ、第１風向調節板５１の角度を回転軸５１ａ周りに変位させる構成となっている。
【００２６】
第２風向調節板５２（５２Ａ、５２Ｂ）は、図４に示すように、Ｙ軸方向において、第１風向調節板５１の両側に一対となって設けられている。すなわち、第２風向調節板５２Ａと第２風向調節板５２Ｂとの間隔は、Ｙ軸方向において、開口部１３の一辺の長さよりも広くなっている。第２風向調節板５２は、−Ｘ側のＺ軸方向に延びる一辺が回転軸５２ａとして軸支されている。また、回転軸５２ａは、変位駆動装置６０の制御の下に駆動され、第２風向調節板５２の角度を回転軸５２ａ周りに変位させる構成となっている。
【００２７】
図１に戻り、変位駆動装置６０は、冷却ガスの流速及び密度の少なくともいずれか一方の値に基づいて、風向調節板５０Ａの角度を変位駆動させる。本実施形態の変位駆動装置６０は、第１風向調節板５１及び第２風向調節板５２の変位駆動をそれぞれ制御するコンピュータシステムを有する。また、本実施形態の変位駆動装置６０は、冷却ガスの流速の値として、送風機３１のファン３１ａの回転数を用い、具体的にはファンモータ３１ｂに設けられたエンコーダ（不図示）によって検出した回転数データを、ファンモータ３１ｂの駆動を制御するインバータ（不図示）に取り込み、そのインバータから出力して、受ける構成となっている。また、本実施形態の変位駆動装置６０は、冷却ガスの密度の値として、炉内の圧力の値を用い、具体的には不活性ガス供給装置３の圧力計測手段（圧力センサ）よって検出した圧力データを受ける構成となっている。
【００２８】
変位駆動装置６０は、冷却ガスの流速及び密度の値に応じて、風向調節板５０Ａの角度を変位駆動させ、断熱容器１０に流入する冷却ガスの配分量の偏りをなくすよう制御する。冷却ガスの流速や密度が変更されると、冷却ガスの流れのスカラー値（強さ）が変わり、風向調節板５０Ａで流れ方向を変えた冷却ガスが、主流の流れ方向の冷却ガスによって妨げられる度合いが変化するため、この変化を相殺するように、変位駆動装置６０は、風向調節板５０Ａの角度を変位駆動させる。具体的に変位駆動装置６０は、冷却ガスの流れのスカラー値が高い場合（例えば流速大、密度大の場合）は、第１風向調節板５１の角度をＸＹ平面に対して浅く、第２風向調節板５２の角度をＸＺ平面に対して浅く制御する。一方、冷却ガスの流れのスカラー値が低い場合（例えば流速小、密度小の場合）は、第１風向調節板５１の角度をＸＹ平面に対して深く、第２風向調節板５２の角度をＸＺ平面に対して深く制御する。
【００２９】
次に、このように構成された本実施形態の真空熱処理炉１の動作について図１〜図５を参照して説明する。
図５は、本発明の実施形態における真空熱処理炉１内の冷却ガスの流れを説明するための図である。なお、図５においては、炉内の冷却ガスの流れを矢印を用いて模式的に示している。
【００３０】
まず、真空熱処理炉１のクラッチ式扉４及び断熱容器１０の側壁部１１とが開放された状態で、断熱容器１０の内部に被処理物Ｗを搬入する。その後、クラッチ式扉４及び断熱容器１０の側壁部１１を閉鎖し、さらに上蓋部１２及び下蓋部１４を閉じる。
そして、加熱装置２０によって被処理物Ｗを加熱することによって、被処理物Ｗを加熱処理する。この加熱処理では、被処理物Ｗを所定時間かけて所定の温度まで加熱する。
【００３１】
このような加熱処理が完了すると、上蓋部１２及び下蓋部１４を開くことによって、断熱容器１０の冷却ガス出入口（開口部１３及び開口部１５）が開放される。
これと同時に、熱交換器３２が冷却ガスを冷却し、さらに送風機３１が冷却ガスに流れを与えることによって、冷却ガスが真空熱処理炉１の内部を循環する。このように循環される冷却ガスは、例えば、図５に示す矢印方向に循環されている場合には、ファン３１ａから排出された後、風向調節板５０Ａによって流れ方向を調節された後に開口部１３を介して断熱容器１０の内部に流入する。
【００３２】
ここで、本実施形態の真空熱処理炉１においては、変位駆動装置６０が冷却ガスの流速及び密度の値に応じて、風向調節板５０Ａの角度を変位駆動させ、断熱容器１０に流入する冷却ガスの配分量の偏りをなくすよう制御する。具体的には、第１風向調節板５１が、Ｚ軸方向における冷却ガスの流れ方向を調節し、断熱容器１０に対し等配分で冷却ガスを導入する。また、第２風向調節板５２は、Ｙ軸方向における冷却ガスの流れ方向を調節し、Ｘ軸周りの冷却ガスの旋回流（斜め流）を相殺するようにして、断熱容器１０に対し等配分で冷却ガスを導入する。このため、被処理物Ｗの全体に均一に冷却ガスが吹付けられ、被処理物Ｗを均一に冷却することができる。また、冷却処理中にファン３１ａの回転数及び炉内の圧力の値が変更されても、それに応じて、変位駆動装置６０が風向調節板５０Ａの角度を最適な角度に変位駆動させることで、常に断熱容器１０に対し等配分で冷却ガスを導入することができる。
【００３３】
断熱容器１０の内部に流入した冷却ガスは、被処理物Ｗを冷却した後、開口部１５を介して断熱容器１０の外部に流出する。
その後、断熱容器１０の外部に流出した冷却ガスは、ファン３１ａによって吸気された後、熱交換器３２によって熱交換され、炉内を再び循環することとなる。
【００３４】
なお、循環方向切替板４０によって冷却ガスの循環方向を逆方向に変化させた場合には、冷却ガスは、ファン３１ａから排出された後、風向調節板５０Ｂによって流れ方向を調節された後に断熱容器１０の内部に流入する。そして、冷却ガスは、被処理物Ｗを冷却した後に開口部１３を介して断熱容器１０の外部に流出する。なお、このときは、変位駆動装置６０が冷却ガスの流速及び密度の値に応じて、風向調節板５０Ｂの角度を変位駆動させ、断熱容器１０に流入する冷却ガスの配分量の偏りをなくすよう制御する。
【００３５】
このようにして被処理物Ｗの冷却処理が完了すると、真空熱処理炉１のクラッチ式扉４及び断熱容器１０の側壁部１１とが開放され、断熱容器１０の内部に配置された被処理物Ｗが断熱容器１０の外部に搬出される。
【００３６】
したがって、上述した本実施形態によれば、炉内に循環する冷却ガスを被処理物Ｗが配置される断熱容器１０内に導くように所定角度で設けられた風向調節板５０を備える真空熱処理炉１であって、冷却ガスの流速及び密度のすくなくともいずれか一方の値に基づいて、風向調節板５０の角度を変位駆動させる変位駆動装置６０を有するという構成を採用し、冷却ガスの流速や密度の変更に応じて、風向調節板５０の角度を変位駆動させ、冷却ガスの流速や密度の変更による断熱容器１０に対する冷却ガスの配分量の偏りを軽減する。
このように、本実施形態では、断熱容器１０に対する冷却ガスの配分量の偏りを抑制できる。したがって、本実施形態の真空熱処理炉１によれば、被処理物Ｗの焼入れ不良やＳＵＳ鋭敏化等を抑制でき、高品質の被処理物Ｗを得ることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や材質、その組み合わせ等は一例であって、本発明の主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。
【００３８】
例えば、ファン３１ａの回転方向が一方のみである場合、Ｘ軸周りの冷却ガスの旋回流（斜め流）が一方側のみ偏ることとなるため、上記実施形態では第１風向調節板５１の両側に一対となって設けられている第２風向調節板５２を、第１風向調節板５１の一方側にだけ設ける構成であってもよい。
また、例えば、変位駆動装置６０は、風向調節板５０Ａの角度の変位駆動と、風向調節板５０Ｂの角度の変位駆動とを、同時に実行する構成であっても良い。この構成によれば、循環方向切替板４０によって冷却ガスの循環方向を逆方向に変化させた場合にも瞬時に対応できる。
【符号の説明】
【００３９】
１…真空熱処理炉（熱処理炉）、１０…断熱室（断熱容器）、１３…開口部（冷却ガス流入口）、３１ａ…ファン、５０…風向調節板、５１…第１風向調節板、５２…第２風向調節板、６０…変位駆動装置、Ｗ…被処理物
【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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