(57)【要約】【課題】ガス浸透熱処理がされた製品の品質を向上すると共に、ガス浸透熱処理にかかるコスト及び設備コストを低減することが可能なガス浸透熱処理装置を提供する。【解決手段】ガス浸透熱処理装置としてのガス浸炭装置１は、加熱炉１０の周方向に巻き回された誘導コイル２０によりワーク２を加熱する。浸炭性ガスが供給される加熱空間１８でワーク２は、その中心軸２と誘導コイル２０の中心軸０１とが略平行になるように２本のシャフト３１に載せられ、回転機構３３により周方向に回転する。これにより、誘導コイル２０が生じる磁界がワーク２に均一に作用するので、ワーク２の各部分の加熱のばらつきが低減され、ワーク２は短時間で均一に加熱される。また、ワーク２が周方向に回転するので、浸炭性ガスがワーク表面に均一にあたり、その浸炭性ガスに含まれる炭素成分がワーク表面に均一に浸透する。【選択図】図１
2015160990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク（２）が入れられる入口（１６）及び前記ワークが出される出口（１７）を有する加熱炉（１０）と、
前記加熱炉の周方向に沿って巻き回され、前記加熱炉内の前記ワークに磁界を印加し加熱する誘導コイル（２０）と、
前記ワークに浸透可能な成分を含むガスを前記加熱炉内に供給するガス供給手段（４１−４６）と、
前記誘導コイルの中心軸（Ｏ１）と前記ワークの中心軸（Ｏ２）とが略平行になるように前記加熱炉内で前記ワークを載置する載置手段（３１，３２）と、
前記載置手段に載せられた前記ワークをその周方向に回転する回転機構（３３）と、を備えることを特徴とするガス浸透熱処理装置（１）。
【請求項２】
前記載置手段は、前記ワークの重力方向下側に設けられて前記ワークの軸方向に延びる複数のシャフトであり、
前記回転機構は、複数の前記シャフトの少なくとも１本をその軸周りに回転することにより、前記ワークを回転することを特徴とする請求項１に記載のガス浸透熱処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段は、
前記ワークの径外側に設けられて前記ワークに向けてガスを供給する供給孔（４３）と、
前記加熱炉の中心軸（Ｏ３）を含む仮想平面（α）を挟んで前記供給孔が設けられた領域とは反対側の領域に設けられ、前記ワークの周囲を流れたガスを排出する排出孔（４４）とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のガス浸透熱処理装置。
【請求項４】
前記供給孔は、前記ワークの径方向の一方に設けられ、
前記排出孔は、前記ワークの径方向の他方の位置から前記加熱炉の軸方向にずれた位置に設けられることを特徴とする請求項３に記載のガス浸透熱処理装置。
【請求項５】
前記載置手段は、前記加熱炉に複数の前記ワークを所定間隔（Ｓ）で載置可能であり、
前記供給孔と前記排出孔は、前記載置手段に載置される複数の前記ワークの間隔と同一の間隔で前記加熱炉の軸方向に複数個設けられることを特徴とする請求項３または４に記載のガス浸透熱処理装置。
【請求項６】
前記載置手段に所定間隔で載置された複数の前記ワークを、前記加熱炉の入口側から出口側へその所定間隔を維持した状態で搬送する搬送手段（５１−５４）をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガス浸透熱処理装置。
【請求項７】
前記搬送手段は、
軸周りに回動可能な軸部（５１，５２）と、
前記軸部から径方向の一方に延びて前記ワークを載置手段から上方へ持ち上げることが可能な腕部（５３）と、
前記軸部および前記腕部を回動可能であり、且つ、軸方向に往復移動可能な駆動部（５４）と、を有し、
前記駆動部の駆動により、前記腕部が前記ワークを前記載置手段から上方へ持ち上げ、前記ワークを前記加熱炉の入口側から出口側へ所定距離を移動した後、前記ワークを前記載置手段に載置することを特徴とする請求項６に記載のガス浸透熱処理装置。
【請求項８】
前記ガスは、浸炭性ガスであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のガス浸透熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭又は窒化等のガス浸透熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ワークに浸透可能な成分を含むガスを使用し、鋼材からなるワークの表面に炭素又は窒素などを浸透させ、焼入れ処理をすることにより、ワークの表面硬度を高めるガス浸透熱処理装置が知られている。
特許文献１に記載のガス浸透熱処理装置としての浸炭装置は、浸炭性ガスが供給された加熱炉の入口側から出口側へ複数のワークを載せたトレイを移動し、ワークに浸炭処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４８３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の浸炭装置は、トレイに複数のワークを載せて浸炭処理を行うので、誘導コイルによる加熱処理を行う場合、ワークの各部分に作用する磁界の強さにばらつきが生じると、ワーク全体が均一に加熱されるまでの時間が長くなる。
また、この浸炭装置は、トレイに複数のワークを載せていることから、複数のワークに対する浸炭性ガスの当たり方にばらつきが生じると、浸炭性ガスが複数のワークに対して均一に浸透しないおそれがある。そのため、加熱炉を大型化し、浸炭性ガスが複数のワークに均一にあたるようにすれば、設備コストが増えると共に、浸炭性ガスの使用量が増加することが懸念される。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ガス浸透熱処理がされた製品の品質を向上すると共に、ガス浸透熱処理にかかるコスト及び設備コストを低減することが可能なガス浸透熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ガスが供給される加熱炉の周方向に巻き回された誘導コイルによりワークを加熱するガス浸透熱処理装置において、加熱炉内でワークは、その中心軸が誘導コイルの中心軸と略平行となるよう載置手段に載せられ、回転機構により周方向に回転することを特徴とする。
【０００７】
これにより、誘導コイルが生じる磁界がワークに均一に作用するので、ワークの各部分の加熱のばらつきが低減し、ワークは短時間で均一に加熱される。また、ワークが周方向に回転することにより、ワークの各部分の加熱のばらつきがさらに低減すると共に、ワークに対しガスが均一にあたるので、そのガスに含まれる成分がワーク表面に均一に浸透する。したがって、ガス浸透熱処理装置は、ワーク表面の硬化処理がされた製品の品質を向上することができる。
【０００８】
さらに、ガス浸透熱処理装置は、ワークの加熱を短時間で行うことが可能であるので、加熱炉を小型化すると共に生産量を増加することができる。
また、加熱炉を小型化することで、ガスの使用量が低減する。したがって、ガス浸透熱処理装置は、設備コストを低減すると共に、ガス浸透熱処理にかかるコストを低減することができる。
なお、「誘導コイルの中心軸とワークの中心軸とが略平行」とは、誘導コイルが生じる磁界がワークに均一に作用する程度に平行であることをいう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によるガス浸透熱処理装置の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【図３】ガス浸透熱処理装置がワークを回転する様子を示す模式図である。
【図４】ガス浸透熱処理装置がワークを移動する様子を示す模式図である。
【図５】ガス浸透熱処理装置がワークを回転及び移動する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態を図１から図５に示す。本実施形態では、ガス浸透熱処理装置として、ガス浸炭装置１を例に説明する。ガス浸炭装置１は、浸炭性ガスを用いて鋼材からなる略円盤状のワーク２の表面に炭素を浸透させると共にワーク２を加熱し、ワーク２の表面を硬くするガス浸炭処理を行う装置である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、ガス浸炭装置１は、加熱炉１０、誘導コイル２０、シャフト３１，３２、回転機構３３、ガス供給手段及び搬送手段などを備えている。
加熱炉１０は、例えば石英ガラスなどから形成された炉本体１１、上台座１２、下台座１３、上板部材１４及び下板部材１５などを有する。
炉本体１１は、円筒状に形成され、軸方向の一方にワーク２が入れられる入口１６を有し、軸方向の他方にワーク２が出される出口１７を有する。なお、炉本体１１の入口１６と出口１７にはそれぞれ、炉本体１１の内側空間と外気とを遮断する扉を設けてもよい。
上台座１２と下台座１３は、炉本体１１の内壁に溶着されている。上板部材１４は上台座１２の上側に設置され、下板部材１５は下台座１３の上側に設置されている。上板部材１４と下板部材１５との間にワーク２が搬送される加熱空間１８が形成される。
【００１２】
加熱炉１０の径外側に設けられた誘導コイル２０は、加熱炉１０の外周に沿って巻き回されている。誘導コイル２０に交流を流し、誘導コイル２０から生じた磁界がワーク２に作用すると、ワーク２に渦電流が流れ、そこにジュール熱が発生することにより、ワーク２は自己発熱する。これにより、誘導コイル２０は、加熱空間１８を搬送されるワーク２を加熱することが可能である。
【００１３】
ワーク２は、加熱空間１８に設けられた２本のシャフト３１，３２の重力方向上側に載置される。本実施形態の２本のシャフト３１，３２が特許請求の範囲に記載の「載置手段」の一例に相当する。
ワーク２が２本のシャフト３１，３２の上に載置された状態で、誘導コイル２０の中心軸Ｏ１とワーク２の中心軸Ｏ２とが略平行になる。また、本実施形態では、ワーク２の中心軸Ｏ２と加熱炉１０の中心軸Ｏ３と誘導コイル２０の中心軸Ｏ１とが略同軸である。２本のシャフト３１，３２は、加熱空間１８に複数のワーク２を所定間隔Ｓで載置可能である。
【００１４】
シャフト３１，３２の軸方向の一方に設けられた回転機構３３は、シャフト３１，３２の少なくともいずれか一方を、その軸周りに回転可能である。回転機構３３がシャフト３１，３２を回転すると、シャフト３１，３２に載せられたワーク２は周方向に自転する。
【００１５】
加熱炉１０には、加熱空間１８に浸炭性ガスを供給するガス供給手段が設けられる。このガス供給手段は、ガス供給管４１、供給流路４２、供給孔４３、排出孔４４、排出流路４５及びガス排出管４６などから構成される。なお、図２では、ガス排出管４６が出口１７側に設けられる位置を破線で示している。
供給流路４２は、炉本体１１の内壁と上板部材１４との間に形成される流路である。この供給流路４２には、ガス供給管４１から浸炭性ガスが供給される。
上板部材１４は、板厚方向に通じる複数の供給孔４３を有する。複数の供給孔４３は、加熱空間１８に設置された複数のワーク２の直上に例えば３個ずつ設けられ、複数のワーク２に向けて浸炭性ガスを供給する。複数の供給孔４３が炉本体１１の軸方向に設けられる間隔は、加熱空間１８に設置される複数のワーク２の間隔と同一である。したがって、複数の供給孔４３は、加熱空間１８に設置される全てのワーク２に向けて浸炭性ガスを均一に供給することが可能である。
【００１６】
一方、排出流路４５は、炉本体１１の内壁と下板部材１５との間に形成される流路である。この排出流路４５を流れる浸炭性ガスは、ガス排出管４６から加熱炉１０の外側に排出される。
下板部材１５は、板厚方向に通じる複数の排出孔４４を有する。複数の排出孔４４は、加熱空間１８に設置された複数のワーク２の直下から炉本体１１の軸方向にずれた位置に例えば２個ずつ設けられ、加熱空間１８から排出流路４５へ浸炭性ガスを排出する。複数の排出孔４４が設けられる間隔は、加熱空間１８に設置される複数のワーク２の間隔と同一である。これにより、供給孔４３からワーク２に向けて供給された浸炭性ガスは、ワーク２の周囲を径方向または周方向に流れ、排出孔４４から排出される。図１では、浸炭性ガスの流れを破線矢印Ｚで示している。
【００１７】
なお、供給孔４３と排出孔４４の位置は上記の位置に限ることなく、加熱炉１０の中心軸Ｏ３を含む仮想平面αを挟んでワーク２の径方向の一方の領域に供給孔４３を設け、ワーク２の径方向の他方の領域に排出孔４４を設けることが可能である。この場合、供給孔４３と排出孔４４は、加熱炉１０の軸方向に互いにずれた位置に設けられ、且つ、供給孔４３と排出孔４４とを結ぶ直線上にワーク２が配置される。
また、供給孔４３と排出孔４４の形状は、その断面が円形に限らず、例えば楕円形又は多角形等としてもよい。さらに、供給孔４３の形状は、加熱空間側の内径よりも供給流路側の内径が小さいテーパ状としてもよく、排出孔４４の形状は、加熱空間側の内径よりも排出流路側の内径が小さいテーパ状としてもよい。
【００１８】
２本のシャフト３１，３２に所定間隔Ｓで載置された複数のワーク２は、搬送手段によって加熱炉１０の入口側から出口側へその所定間隔Ｓを維持した状態で搬送される。この搬送手段は、２本の軸部５１，５２、その軸部５１，５２に固定された腕部５３、及び、軸部５１，５２の端部に設けられた駆動部５４などから構成される。
２本の軸部５１，５２はそれぞれ、２本のシャフト３１，３２よりも上方に、シャフト３１，３２と同軸に設けられる。２本の軸部５１，５２はそれぞれ、その軸周りに回動可能である。
腕部５３は、軸部５１，５２から径方向の一方に延びる楕円部分である。この腕部５３は、軸部５１，５２と共に回動することで、ワーク２を２本のシャフト３１，３２から上方へ持ち上げることが可能である。
駆動部５４は、軸部５１，５２および腕部５３を回動可能であり、且つ、軸方向に往復移動可能である。
【００１９】
搬送手段によるワーク２の搬送方法を図３から図５を参照して説明する。
なお、図５では、加熱炉１０の出口側（進行方向前側）に位置するワーク２を符号２Ｘで示し、加熱炉１０の入口側（進行方向後側）に位置するワーク２を符号２Ｙで示す。
先ず、図３及び図５（Ａ）に示すように、矢印Ａ、Ｂの方向へ回転する２本のシャフト３１，３２の上に載置されたワーク２は、矢印Ｃの方向へ自転する。
【００２０】
次に、図４及び図５（Ｂ）に示すように、駆動部５４により軸部５１，５２と腕部５３が矢印Ｄ、Ｅの方向へ移動すると、腕部５３はワーク２の径方向外側に位置する。続いて、駆動部５４により軸部５１，５２と腕部５３が矢印Ｆ、Ｇの方向へ回動すると、ワーク２は、図４の矢印Ｈに示すように、腕部５３によって２本のシャフト３１，３２から上方へ持ち上げられる。
【００２１】
図５（Ｃ）に示すように、駆動部５４により軸部５１，５２と腕部５３が矢印Ｉ、Ｊの方向へ移動し、その後、軸部５１，５２と腕部５３が矢印Ｋ、Ｌの方向へ回動すると、ワーク２は２本のシャフト３１，３２の上に載置され、シャフト３１，３２と共に自転する。このとき、軸部５１，５２と腕部５３が矢印Ｉ、Ｊの方向へ移動する距離は、２本のシャフト３１，３２に複数のワーク２が設けられる間隔と同一の距離である。したがって、全てのワーク２は、常に供給孔４３の直下に位置する箇所で自転しつつ、入口側から出口側へ順に送られる。
【００２２】
ガス浸炭装置１の動作について説明する。
図１に示すように、ワーク２が加熱炉１０の入口側に搬送されたワーク２は、２本のシャフト３１，３２に載せられる。そのワーク２は、搬送手段によって入口側から出口側へ所定間隔Ｓを維持した状態で搬送される。そのとき、誘導コイル２０の生じる磁界の作用により、ワーク２はジュール熱により自己発熱する。これと同時に、供給孔４３からワーク２に向けて供給された浸炭性ガスは、図１の破線矢印Ｚに示すように、ワーク２の周囲を径方向または周方向に流れ、排出孔４４から排出される。このとき、浸炭性ガスに含まれる炭素成分は、ワーク２の表面に浸透する。加熱炉１０の出口１７から出たワーク２は、図示しない水槽に水没し、急冷される。これにより、ワーク２は表面の硬化処理がされた製品となる。
【００２３】
本実施形態のガス浸炭装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、ワーク２の中心軸Ｏ２と誘導コイル２０の中心軸Ｏ１とが略平行となるよう２本のシャフト３１，３２にワーク２が載せられ、そのワーク２は周方向に自転する。
これにより、誘導コイル２０が生じる磁界がワーク２に均一に作用するので、ワーク２の各部分の加熱のばらつきが低減される。そのため、ガス浸炭装置１は、ワーク２を短時間で均一に加熱することが可能である。
また、ワーク２を自転させることで、ワーク２の各部分の加熱のばらつきがさらに低減されると共に、浸炭性ガスがワーク表面に均一にあたるので、その浸炭性ガスに含まれる炭素成分がワーク表面に均一に浸透する。したがって、ガス浸炭装置１は、ワーク表面の硬化処理がされた製品の品質を向上することができる。
さらに、ガス浸炭装置１は、ワーク２の加熱を短時間で行うことが可能であるので、加熱炉１０を小型化すると共に生産量を増加することができる。また、加熱炉１０を小型化することで、ガスの使用量を低減することができる。したがって、このガス浸炭装置１は、設備コストを低減すると共に、浸炭処理にかかるコストを低減することができる。
【００２４】
（２）本実施形態では、ワーク２を載せる２本のシャフト３１，３２の少なくともいずれか一方を回転機構３３が回転することにより、ワーク２を自転させる。
これにより、ワーク２に接触する面積が小さくなるので、浸炭ガスの炭素成分をワーク２の表面に均一に浸透させることができる。
【００２５】
（３）本実施形態では、ガス供給手段は、ワーク２の径外側に設けた供給孔４３からワーク２に向けてガスを供給し、ワーク２を挟んで供給孔４３と向き合う位置に設けた排出孔４４からワーク２の周囲を流れたガスを排出する。
これにより、ワーク２の径方向または周方向に気流を流し、ワーク表面に炭素成分を均一に浸透させることができる。
【００２６】
（４）本実施形態では、供給孔４３はワーク２の径方向の一方に設けられ、排出孔４４はワーク２の径方向の他方から加熱炉１０の軸方向にずれた位置に設けられる。
これにより、ガス供給手段は、ワーク２の表面近傍を流れる気流を乱すことなく、供給孔４３から排出孔４４へ速やかに気流を流すことができる。
【００２７】
（５）本実施形態では、供給孔４３と排出孔４４は、２本のシャフト３１，３２に載置される複数のワーク２の間隔と同一の間隔で加熱炉１０の軸方向に複数個設けられる。
これにより、ガス供給手段は、加熱空間１８の全てのワーク２に対してガスを均一に当てることができる。
【００２８】
（６）本実施形態では、搬送手段は、２本のシャフト３１，３２に所定間隔Ｓで載置された複数のワーク２を、加熱炉１０の入口側から出口側へその所定間隔Ｓを維持した状態で搬送する。
これにより、ワーク２が搬送されるとき、供給孔４３又は排出孔４４が設けられた場所に全てのワーク２が配置される。したがって、全てのワーク２に対して浸炭性ガスを均一に当てることができる。
【００２９】
（７）本実施形態では、搬送手段は、駆動部５４の駆動により腕部５３がワーク２を２本のシャフト３１，３２から上方へ持ち上げ、ワーク２を加熱炉１０の入口側から出口側へ所定間隔移動した後、ワーク２を２本のシャフト３１，３２に載置する。
これにより、搬送手段は、複数のワーク２を所定間隔Ｓを維持した状態で一度に搬送することができる。
【００３０】
（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、ガス浸透熱処理装置として、ワークに浸透可能な成分を含むガスとして浸炭性ガスを用いたガス浸炭装置を例に説明した。これに対し、ガス浸透熱処理装置は、例えば窒素成分を含むガスを用いた窒化装置などであってもよい。
（２）上述した実施形態では、加熱炉は円筒状のものを使用した。これに対し、他の実施形態では、加熱炉は角筒状のものであってもよい。
（３）上述した実施形態では、ワークは、略円盤状の鋼材を例に説明した。これに対し、他の実施形態では、ワークは、回転可能な形状であればよく、また、セラミックなどでもよい。
（４）上述した実施形態では、ワークの中心軸と加熱炉の中心軸と誘導コイルの中心軸とを略同軸とした。これに対し、他の実施形態では、ワークの中心軸と誘導コイルの中心軸とが略平行であればよい。なお、加熱炉の中心軸はそれらと同軸又は平行でなくてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ・・・浸炭装置（ガス浸透熱処理装置）
２  ・・・ワーク
１０・・・加熱炉
１６・・・入口
１７・・・出口
２０・・・誘導コイル  
３１，３２・・・シャフト（載置手段）
３３・・・回転機構
４３・・・供給孔（ガス供給手段）
４４・・・排出孔（ガス供給手段）
【図１】
2015160990.tif 000003
【図２】
2015160990.tif 000004
【図３】
2015160990.tif 000005
【図４】
2015160990.tif 000006
【図５】
2015160990.tif 000007