(57)【要約】【課題】高温域での冷却に伴う急激な熱収縮によるオーブン内部の板金溶接部分の溶接割れや亀裂等を防止してオーブンの長寿命化を達成でき、熱処理時の冷却器による熱損失をなくして消費電力を節約できる熱処理オーブンを提供する。【解決手段】雰囲気ガスの循環通路の一部である上部通路７にバイパス通路１５を設けて冷却器１６をバイパス通路１５に設置し、循環通路とバイパス通路の切替えを行う通路切替手段として第一及び第二の切替板１７ａ，１７ｂを設けると共に、オーブンの側壁１ｂの内面側に冷却用のエアージャケット１９を設けた構成の熱処理オーブンとする。溶接割れ等が生じやすい高温域での冷却をエアージャケット１９で比較的緩慢に行い、溶接割れ等が生じにくい低温域での冷却を冷却器１６で急速に行うことで溶接割れ等を防止する。熱処理時に雰囲気ガスが冷却器１６を通らないようにバイパス通路１５を閉鎖して熱損失をなくす。【選択図】              図１
2004353058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーブン内で雰囲気ガスを循環させながらヒーターにより加熱してオーブン内の熱処理室を通過させ、熱処理室に置かれた被処理物を雰囲気ガス中で熱処理するオーブンにおいて、雰囲気ガスの循環通路の一部に冷却用のバイパス通路を設けて冷却器をバイパス通路に設置し、循環通路とバイパス通路の切り替えを行う通路切替手段を設けると共に、オーブンの側壁の内面側に冷却用のエアージャケットを設けたことを特徴とする熱処理オーブン。
【請求項２】
エアージャケットから循環通路に突き出す吸熱フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理オーブン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緩慢冷却と急速冷却を行う二段階冷却方式を採用したバッチ式の熱処理オーブンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーブン内で加熱した空気等の雰囲気ガスを循環させながら、雰囲気ガス中で被処理物の熱処理を行う従来のバッチ式の熱処理オーブンでは、雰囲気ガスの循環通路の途中に水冷式の冷却器を設けて加熱処理後の冷却を行うようにしたものが多い。
【０００３】
けれども、かかる熱処理オーブンは、熱処理時においても冷却器に通水してエアハンマー現象による冷却器の破損を防止する必要があるため、熱処理時の冷却器による熱損失をカバーできる大容量のヒーターを搭載しなければならず、消費電力が増大するという問題があった。
【０００４】
そこで、本出願人は、雰囲気ガスの循環通路の一部にバイパス通路を設けて水冷式の冷却器をバイパス通路に設置し、切替ダンパーにより循環通路とバイパス通路を切り替えて雰囲気ガスを流すように構成したバッチ式の熱処理オーブンを提案した（特許文献１）。
【０００５】
この熱処理オーブンは、熱処理時にはバイパス通路を閉鎖して雰囲気ガスを循環通路に流し、バイパス通路の冷却器を通らないようにすることによって、熱損失を最小限に抑えることができる一方、熱処理後の冷却時にはバイパス通路を開いて雰囲気ガスを冷却器に通すことにより迅速に冷却を行うことができる優れた熱処理オーブンであった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３２９４７４号公報（第１頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、雰囲気ガスの循環通路に水冷式の冷却器を設けた従来の熱処理オーブンや、上記特許文献１のようにバイパス通路に水冷式の冷却器を設けた熱処理オーブンは、水冷式の冷却器によって迅速に冷却できるという利点がある反面、急速な温度低下に伴って、熱処理室を構成する板金やオーブンの内張板等が急激に熱収縮するため、これらの板金やその溶接部分に大きい応力が作用して、溶接割れや板金の亀裂などが経時的に発生するという問題があった。このような問題は、特に２８０℃程度以上の高温で熱処理を行うオーブンにおいて高温域から急冷する場合に顕著に見られる。
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、前記特許文献１の熱処理オーブンが有する長所を保持したまま、急冷による溶接割れや板金の亀裂の発生を防止できる熱処理オーブンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の熱処理オーブンは、オーブン内で雰囲気ガスを循環させながらヒーターにより加熱してオーブン内の熱処理室を通過させ、熱処理室に置かれた被処理物を雰囲気ガス中で熱処理するオーブンにおいて、雰囲気ガスの循環通路の一部に冷却用のバイパス通路を設けて冷却器をバイパス通路に設置し、循環通路とバイパス通路の切り替えを行う通路切替手段を設けると共に、オーブンの側壁の内面側に冷却用のエアージャケットを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような熱処理オーブンは、雰囲気ガスが冷却器を通過しないように通路切替手段によりバイパス通路を閉鎖した状態で、循環通路に雰囲気ガスを流して加熱、循環させながら熱処理室の被処理物を高温の雰囲気ガス中で熱処理できるため、雰囲気ガスが冷却器で冷却されない分だけ熱損失を抑えて加熱に要するヒーターの消費電力を節約することができる。
【００１１】
そして、熱処理後の冷却は、次のように高温域と低温域に分けて二段階で行われる。即ち、急冷により溶接割れや亀裂等が生じやすい高温域における冷却は、雰囲気ガスが冷却器を通過しないように通路切替手段によりバイパス通路を閉鎖した状態で雰囲気ガスを循環させながら、冷却用のエアージャケットに冷却用の空気を流して雰囲気ガスおよび熱処理室から熱を奪うことにより比較的緩慢に行われる。そして急冷により溶接割れ等が生じにくい低温域における冷却は、通路切替手段によりバイパス通路を開いて雰囲気ガスを冷却器に通して循環させながら、該冷却器によって急速に行う。このとき、エアージャケットによる冷却は停止してもよいし引き続き行ってもよい。
【００１２】
上記のように高温域における冷却をエアージャケットで比較的緩慢に行うと、熱伸縮による溶接割れや亀裂等の発生を防止できるので、オーブンの耐久性が向上し長寿命化を達成することができる。また、エアージャケットによる冷却は従来よりもやや長い時間を要するが、その後の冷却器による急速な冷却は短時間で行われるので、トータル的な冷却時間は従来の場合とあまり変わらず、特に、低温域の冷却を冷却器とエアージャケットを併用して行う場合は、更に冷却時間を短縮することが可能となる。
【００１３】
本発明の熱処理オーブンにおいては、エアージャケットから循環通路に突き出す吸熱フィンを設けることが好ましく、このようにすると、吸熱フィンによって循環通路を流れる雰囲気ガスから奪う熱量が増加するため、エヤージャケットによる冷却効率が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【００１５】
図１は本発明の熱処理オーブンの一実施形態を示す概略断面図である。
【００１６】
この熱処理オーブン１は、断熱壁よりなる底壁１ａと前後左右の側壁１ｂと天壁１ｃとで箱型に形成されたものであり、前側壁１ｂの出入口には断熱壁２ｂを内側に装着した扉２が開閉自在に取付けられている。
【００１７】
熱処理オーブン１の内部には、隔壁５が扉２の上端縁とほぼ同じ高さに位置して設けられており、この隔壁５の下側が熱処理室６になっている。そして、この隔壁５の上側には、雰囲気ガス（例えば清浄な空気等）が循環する循環通路の一部となる上部通路７が形成されている。この上部通路７には、複数本のシーズヒーター８（金属製の鞘管に抵抗発熱線を挿通して絶縁材を充填した細長いパイプ状のヒーター）が天壁１ｃを貫いて導入されており、上部通路７内を流れる雰囲気ガスを５００℃付近まで加熱できるようになっている。そして、加熱された雰囲気ガスを送るファン９が上部通路７の出口部分に取付けられ、天壁１ｃの上に設置されたモーター１０で駆動されるようになっている。
【００１８】
熱処理室６の背後には二つの耐熱フィルター１１，１１が上下に重ねて取付けられており、これらの耐熱フィルター１１，１１と背後の側壁１ｂとの間には、雰囲気ガスが流れる循環通路の一部となる背面通路１２が形成されている。この耐熱フィルター１１，１１は、耐熱性のガラス繊維を使用したフィルターエレメントと、耐熱性金属のフィルター枠とからなる、耐熱温度が５００℃程度の耐熱フィルターであって、フィルターエレメントの両側を耐熱性金属の網体で挟んで一体化し、フィルター枠に固定してシールしたものである。耐熱フィルター１１を構成する耐熱性の材料としては、耐熱温度が５００℃程度のガラス繊維やＳＵＳ等が使用される。
【００１９】
また、扉２の内側の断熱壁２ａには、扉２の内面（断熱壁２ａの表面）と平行な３枚の整流板１３が間隔をあけて複数枚重ねて取付けられている。この整流板１３は５００℃以上の高熱に耐え得る耐熱性の金属板よりなるものであって、扉２の断熱壁２ａから突設された上下のステー１４，１４に溶接して取付けられている。最も内側の整流板１３は、その上下寸法が他の整流板１３よりも少し大きくなっており、図１に示すように扉２を閉めたとき、最も内側の整流板１３の下端（流入端）と底壁１ａとの間に適度な大きさの開口部が形成されるようになっている。そして、最も内側の整流板１３の上端は、扉２を閉めたとき前述の隔壁７の前端に近接し、この近接した部分から熱処理室６内の雰囲気ガスが実質的に上部通路７に流出しないように構成されている。このように扉２の内側に整流板１３を複数枚重ねて取付けると、扉の内側に風洞や流量調整板を取付けた従来の熱処理オーブンに比べて、扉の構造が簡素になり、扉の厚みや重量の増加を大幅に抑えることが可能となる。
【００２０】
オーブン内で雰囲気ガスが循環する循環通路は、背面通路１２と、耐熱フィルター１１，１１と、熱処理室６と、整流板１３の相互間の通路と、上部通路７とで構成されており、シーズヒーター８で高温（例えば４５０℃以上、フィルターの耐熱温度以下）に加熱された雰囲気ガスはファン９によって上記の循環通路を循環しながら、耐熱フィルター１１，１１で浄化されて熱処理室６内を流れ、この清浄な雰囲気ガス中で熱処理室６の被処理物が熱処理されるようになっている。
【００２１】
循環通路の一部である上部通路７の上側には、雰囲気ガスを冷却する冷却用バイパス通路１５が形成されており、このバイパス通路７ａには、多数の冷却フィンを備えた水冷式の冷却器１６が設置されている。そして、この冷却器１６に冷水を供給する給水管１６ａと、熱交換した水を排出する排水管１６ｂが、オーブンの天壁１ｃを貫通して冷却器１６に接続されている。
【００２２】
冷却器１６の下側には、循環通路の上部通路７とバイパス通路１５の切り替えを行って雰囲気ガスを流す通路切替手段として、略Ｔ字形の第一切替板１７ａと平板状の第二切替板１７ｂが９０°回転自在に取付けられている。図１に示すように、これらの切替板１７ａ，１７ｂが上部通路開通位置にあるときは、上部通路７の第一ゲート７ａ及び第二ゲート７ｂが開き、バイパス通路１５の冷却器１６よりも前方側（入口側）が第一切替板１７ａで閉鎖されると共に、バイパス通路１５の合流口（出口側）も第二切替板１７ｂで閉鎖されるため、雰囲気ガスは冷却用のバイパス通路１５を流れないで循環通路の上部通路７を流れることになる。そして、これらの切替板１７ａ，１７ｂを仮想線（一点鎖線）で示すように９０°回転させると、循環通路の上部通路７の第一ゲート７ａ及び第二ゲート７ｂが第一切替板１７ａと第二切替板１７ｂによって閉鎖され、バイパス通路１５の入口側も出口側も開放されてバイパス通路１５が開通するため、循環する雰囲気ガスはこのバイパス通路１５の冷却器１６を通って上部通路７に合流することになる。
【００２３】
また、このオーブン１の前側壁を除く三面の側壁１ｂ（左右側壁及び後側壁）の内面側には、冷却用エアージャケット１９が設けられており、内張板１８によってエアージャケット１９と循環通路の背面通路１２等が仕切られている。そして、このエアージャケット１９に冷却用の空気を供給する給気口１９ａがオーブンの天壁１ｃに設けられ、エアージャケット１９から空気を排出する排気口１９ｂがオーブン１の底壁１ａの下方に設けられている。この冷却用エアージャケット１９は、オーブン１の側壁１ｂの内面を凹設した面状通気層であり、給気口１９ａから冷却用の空気を該ジャケット１９に供給すると共に、排気口１９ｂから吸熱した空気を排出してエアージャケット１９に空気を流すことにより、高温の雰囲気ガスを比較的緩慢に冷却するものである。このエアージャケット１９の冷却効率を高めるために、エアージャケット１９から循環通路の背面通路１２等に突き出す多数枚の吸熱フィン１９ｃが設けられている。
【００２４】
尚、図１中、２０はオーブン１内に雰囲気ガスを給排気するための給排気管である。
【００２５】
次に、この熱処理オーブン１の動作について説明する。
【００２６】
被処理物（不図示）をオーブン１の熱処理室６にセットすると共に、オーブン１内の空気を給排気管２０から供給される雰囲気ガス（例えば清浄な空気等）に置換し、第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ｂを図１に示す上部通路開通位置にしてシーズヒーター８を発熱させながら、モーター１０でファン９を回すと、ファン９によって送り出された雰囲気ガスは、循環通路、即ち、背面通路１２、耐熱フィルター１１，１１、熱処理室６、整流板１３の相互間の通路、上部通路７を通って循環し、上部通路７を通るときにシーズヒーター８により加熱されて所定の熱処理温度（例えば４５０℃以上、フィルター１１の耐熱温度以下）まで上昇する。そして、耐熱フィルター１１，１１を通過するときに塵埃や汚染物質が除去されて雰囲気ガスが浄化され、この清浄な雰囲気ガス中で、熱処理室６にセットされた被処理物が塵埃や汚染物質による悪影響を受けることなく熱処理される。
【００２７】
この熱処理時には、通路切替手段の第一切替板１７ａと第二切替板１７ｂによってバイパス通路１５が閉鎖され、雰囲気ガスがバイパス通路１５の冷却器１６を通らないので、冷却器１６による熱損失がなくなり、シーズヒーター８の消費電力を大幅に節約することができる。
【００２８】
また、このオーブン１のように扉２の内側に整流板１３が取付けられていると、熱処理室６内での雰囲気ガスの乱流が抑えられ、整流板１３の部分的な温度低下が生じないため、熱処理室６内部の温度分布のバラツキが減少して精度が向上する。そして、被処理物から発生したバインダー揮発物が整流板１３の低温部分の表面で凝固して付着する心配も解消されるので、付着物の除去作業が不要となりメンテナンスが容易になる。尚、このオーブンで４５０℃以下の熱処理を行ってもよいことは言うまでもない。
【００２９】
熱処理後の冷却は、急冷によって熱処理室の板金やオーブンの内張板の溶接割れや亀裂が生じやすい高温域（２８０℃付近〜５００℃付近の温度域）と、そのような溶接割れや亀裂が生じにくい低温域（２８０℃付近より低い温度域）に分けて二段階で行う。即ち、熱処理直後の高温域での冷却は、図１に示すように第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ａを上部通路開通位置にして、雰囲気ガスが冷却器１６を通過しないようにバイパス通路１５を閉鎖した状態で雰囲気ガスを循環させながら、冷却用のエアージャケット１９に冷却用の空気を流して雰囲気ガスから熱を奪うことにより、温度が２８０℃程度に下がるまで比較的緩慢に行なう。その場合、冷却速度が−４℃／分〜−５℃／分程度となるようにエアージャケット１９の冷却用の空気供給量を調節することが望ましい。
【００３０】
このエアージャケット１９による緩慢な冷却によって温度が２８０℃付近まで低下すると、第一切替板１７ａ，第二切替板１７ｂを図１に仮想線で示すように９０°回転させて、循環通路の上部通路７を閉鎖すると同時にバイパス通路１５を開通させ、雰囲気ガスをバイパス通路１５の水冷式の冷却器１６に通して循環させることにより、雰囲気ガスを安全に排出できる温度まで急速な冷却を行う。この低温域での冷却時には、エアージャケット１９による冷却は停止してもよいし引き続き行ってもよい。
【００３１】
上記のように、エアージャケット１９による比較的緩慢な冷却と、冷却器１６による急冷とを二段階で行う冷却方式を採用すると、２８０℃付近以上の高温域で急冷する場合に見られる急激な熱収縮に伴う板金溶接部分の溶接割れや亀裂等を防止できるので、オーブン１の耐久性が向上し、長寿命化を達成することができる。また、エアージャケット１９による冷却はやや長い時間を要するが、水冷式の冷却器１６による急速な冷却は短時間で行われるので、トータル的な冷却時間は従来の冷却方式の場合とあまり変わらず、特に、低温域の冷却を冷却器１６とエアージャケット１９を併用して行う場合は、更に冷却時間を短縮することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理オーブンは、冷却用エアージャケットによる高温域での比較的緩慢な冷却と、冷却器による低温域での急速な冷却との二段階の冷却により、高温域における急激な熱収縮に伴う板金溶接部分の溶接割れや亀裂等を防止してオーブンの耐久性の向上と長寿命化を達成することができ、しかも、トータル的な冷却時間が従来とあまり変わらず、また、熱処理時の冷却器による熱損失がないので消費電力を大幅に節約することもできるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理オーブンの一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  熱処理オーブン
２  扉
６  熱処理室
７  上部通路
８  シーズヒーター
９  ファン
１１  耐熱フィルター
１２  背面通路
１３  整流板
１５  冷却用のバイパス通路
１６  冷却器
１７ａ  通路切替手段である第一切替板
１７ｂ  通路切替手段である第二切替板
１９    冷却用エアージャケット
１９ｃ  吸熱フィン
【図１】
2004353058.tif 000003