ミスト冷却装置、熱処理装置及び冷却方法
【課題】冷却の不均一性を解消でき、冷却の不均一性を原因とする被処理物における歪みや曲がり等の発生を防止できるミスト冷却装置、熱処理装置及び冷却方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、加熱されて冷却炉１０内に設けられた被処理物Ｍに対して冷却用ミストを噴射して冷却するミスト冷却装置３であって、加熱された被処理物Ｍに対する冷却用ミストの噴射時に、被処理物Ｍと冷却用ミストを噴射するノズル３０とを相対移動させる移動装置２０を有する、という構成を採用する。
【解決手段】本発明は、加熱されて冷却炉１０内に設けられた被処理物Ｍに対して冷却用ミストを噴射して冷却するミスト冷却装置３であって、加熱された被処理物Ｍに対する冷却用ミストの噴射時に、被処理物Ｍと冷却用ミストを噴射するノズル３０とを相対移動させる移動装置２０を有する、という構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト冷却装置、熱処理装置及び冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、金属等の被処理物に対する熱処理に用いられ、被処理物を冷却するためのミスト冷却装置が開示されている。ミスト冷却装置は、加熱された被処理物にミスト状の冷却液を噴射し、冷却液の気化潜熱を利用して冷却を行うため、従来のガス噴射型冷却装置に比べその冷却能力は高い。また、ミストの噴射量を調整することで、従来の浸漬型冷却装置では難しかった被処理物の冷却速度の制御を容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５３３８６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、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
冷却液をミスト状に噴射しても、被処理物の形状や大きさによってはミストの当たりにくい箇所が生じてしまい、被処理物に対する冷却の不均一性が生じる可能性があった。冷却が不均一になることで、被処理物に歪みや曲がりが生じる虞があった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、冷却の不均一性を解消でき、冷却の不均一性を原因とする被処理物における歪みや曲がり等の発生を防止できるミスト冷却装置、熱処理装置及び冷却方法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】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、加熱されて冷却炉内に設けられた被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却するミスト冷却装置であって、加熱された被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させる移動装置を有する、という構成を採用する。
本発明では、冷却用ミストの噴射時に被処理物とノズルとの相対位置が変化するため、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることが可能となる。
【０００７】
また、本発明は、移動装置が被処理物を移動させる被処理物移動部を有する、という構成を採用する。
本発明では、冷却炉内で被処理物を取り囲むようにして複数設けられているノズルを移動させる装置を設置することに比べ、被処理物を移動させる被処理物移動部は容易に設けられる。
【０００８】
また、本発明は、冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物移動部を作動させる制御部を有する、という構成を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【０００９】
また、本発明は、被処理物の温度を計測する温度計測器と、温度計測器が計測した被処理物の温度の値を取得し被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物移動部を作動させる制御部とを有する、という構成を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【００１０】
また、本発明は、被処理物移動部が被処理物を冷却炉内に向けて搬送する搬送部を備えている、という構成を採用する。
本発明では、被処理物を冷却炉内に向けて搬送する搬送部を、冷却用ミストの噴射時に被処理物移動部として作動させるため、新たな被処理物移動部を設ける必要がない。
【００１１】
また、本発明は、被処理物移動部が被処理物を上下方向で移動させる上下移動部を備えている、という構成を採用する。
本発明では、被処理物を上下方向で移動させる上下移動部は容易に設けられる。
【００１２】
また、本発明は、被処理物移動部が被処理物を所定の回転軸周りで回転移動させる回転移動部を備えている、という構成を採用する。
本発明では、被処理物を所定の回転軸周りで回転移動させる回転移動部は容易に設けられる。
【００１３】
また、本発明は、被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、請求項１から７のいずれか一項に記載のミスト冷却装置を有する、という構成を採用する。
本発明では、冷却用ミストの噴射時に被処理物とノズルとの相対位置が変化するため、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、加熱された被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却する冷却方法であって、加熱された被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させる、という方法を採用する。
本発明では、冷却用ミストの噴射時に被処理物とノズルとの相対位置が変化するため、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に被処理物を移動させる移動工程を有する、という方法を採用する。
本発明では、冷却炉内で被処理物を取り囲むようにして複数設けられているノズルを移動させることに比べ、被処理物を移動させることは容易に実施される。
【００１６】
また、本発明は、移動工程では、被処理物に対する冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物を移動させる、という方法を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【００１７】
また、本発明は、被処理物の温度を計測する計測工程を有し、移動工程では、計測工程で計測した被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物を移動させる、という方法を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物における歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱処理装置１の全体構成図である。
【図２】冷却室３の構成を示す概略図である。
【図３】ステンレス（ＳＵＳ３０４）のクリープ強さを示すグラフである。
【図４】冷却室３Ａの構成を示す概略図である。
【図５】冷却室３Ａの冷却動作を示す概略図である。
【図６】熱処理装置１Ａの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明では、熱処理装置として２室型の熱処理装置の例を示す。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の全体構成図である。
熱処理装置１は、被処理物Ｍに対して焼き入れ等の熱処理を施すものであって、加熱室２と、冷却室（ミスト冷却装置）３とを有している。加熱室２と冷却室３とは、略水平方向に並んで配置されている。加熱室２と冷却室３との間には隔壁４が設けられ、隔壁４の開放時に、加熱室２において加熱された被処理物Ｍを冷却室３へ移動させ、冷却室３内で被処理物Ｍを冷却する。
【００２２】
被処理物Ｍは、熱処理装置１によって熱処理が施されるものであって、所定量の炭素を含有した鋼等の金属材料（合金含む）からなる。以下の説明に用いる各図面では、被処理物Ｍを直方体形状に表しているが、その形状や大きさ、一度に処理する個数等は様々なものが存在する。
【００２３】
次に、冷却室３の構成を、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る冷却室３の構成を示す概略図であって、（ａ）は冷却室３の側方からの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。
【００２４】
冷却室３は、容器（冷却炉）１０と、搬送部（被処理物移動部、移動装置）２０と、ノズル３０と、温度計測器４０と、制御部５０とを有している。
容器１０は、冷却室３の外殻を構成し、内部に密閉した空間を形成可能な略円筒状の容器である。容器１０は、複数の支持脚１１によって床面に設置されている。
【００２５】
搬送部２０は、被処理物Ｍを加熱室２から冷却室３へ搬入し、さらに冷却室３から外部に搬出するためのものであって、容器１０の中心軸と平行する方向で被処理物Ｍを搬送するものである。搬送部２０は、一対の支持フレーム２１と、複数の搬送ローラ２２と、モータ２３とを有している。
【００２６】
一対の支持フレーム２１は、容器１０の内側底部に立設され、複数の搬送ローラ２２を介して被処理物Ｍを下方から支持するものである。一対の支持フレーム２１は、被処理物Ｍの搬送方向に延在して設けられている。複数の搬送ローラ２２は、回転することで被処理物Ｍを円滑に搬送するものであり、一対の支持フレーム２１の互いに対向する面に、搬送方向に所定の間隔をあけて回転自在に設けられている。なお、本実施形態の被処理物Ｍは直接に搬送ローラ２２に載置されず、トレー２４を介して搬送ローラ２２に載置される。
【００２７】
モータ２３は、搬送ローラ２２を回転させて、被処理物Ｍを搬送するための駆動部である。モータ２３は、ブラケット２５を介して容器１０に一体的に取り付けられている。モータ２３の出力軸と、搬送ローラ２２とは、駆動軸２６を介して一体的に連結されている。また、モータ２３は後述する制御部５０と電気的に接続され、制御部５０によってその駆動が制御される。
【００２８】
ノズル３０は、加熱されて容器１０内に設けられた被処理物Ｍに対して冷却液をミスト状に噴射して、被処理物Ｍを冷却するものである。ノズル３０は、容器１０の内壁に被処理物Ｍを取り囲むようにして複数設けられている。これは、被処理物Ｍにおけるミストの当たりにくい部分を極力無くすためである。なお、使用される冷却液としては、例えば水、油、ソルト又はフッ素系不活性液体等が用いられる。
【００２９】
また、ノズル３０は、冷却室３に設けられる不図示の冷却システムを構成する一要素である。冷却システムを構成する他の要素としては、例えば、容器１０内に供給された冷却液を回収する回収管と、回収された冷却液を冷却する熱交換器と、回収された冷却液をノズル３０に向けて送り出すポンプと、ポンプとノズル３０との間に設けられる供給管等が挙げられる。
【００３０】
温度計測器４０は、容器１０内に設けられ、冷却中の被処理物Ｍの温度を非接触で計測できる計測器である。温度計測器４０は制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０に対して温度の計測値が出力される。
【００３１】
制御部５０は、モータ２３の駆動を制御するものである。被処理物Ｍの冷却室３への搬入時及び冷却室３からの搬出時においては、制御部５０がモータ２３の駆動を制御して被処理物Ｍの搬入・搬出動作を行う。さらに、制御部５０は、被処理物Ｍの冷却中においても、温度計測器４０から入力される被処理物Ｍの温度に基づいて、モータ２３の駆動を制御して被処理物Ｍを移動させる。
【００３２】
ここで、制御部５０が被処理物Ｍを移動させるための、被処理物Ｍの温度の基準を、図３を参照して説明する。
図３は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）のクリープ強さを示すグラフである。
図３は、ステンレス材料の温度と、単位時間で所定の歪み（１×１０−４％／ｈｒ）を上記材料に生じさせる応力との関係を示したものである。温度が上昇すれば材料強度は低下するため、移動させることによる被処理物Ｍの歪みや曲がりを防止するためには、被処理物Ｍが所定の温度以下となるまで静止させておく必要がある。本実施形態における制御部５０は、例えば被処理物Ｍがステンレスの場合には、クリープ強さが５．３ｋｇ／ｍｍ２以上となる温度、すなわち６６０℃以下になったときに、モータ２３を駆動させて被処理物Ｍを移動させる制御方法を採用している。
【００３３】
続いて、本実施形態に係る冷却室３の被処理物Ｍに対する冷却動作を、図１から図３を参照して説明する。
被処理物Ｍは加熱室２において加熱される。加熱室２における加熱が終了した後、隔壁４が開放され、搬送部２０の駆動により加熱された被処理物Ｍが冷却室３内に搬入される。
【００３４】
冷却室３への搬入終了後、ノズル３０から被処理物Ｍに対してミスト状の冷却液が噴射され、被処理物Ｍの冷却が開始される。加熱された被処理物Ｍに付着した冷却液は被処理物Ｍから気化潜熱を奪い気化する。冷却液の気化潜熱を利用することで、被処理物Ｍを迅速に冷却することができる。
【００３５】
なお、被処理物Ｍの形状や大きさ等によっては、ミストの当たりにくい箇所が生じてしまい、被処理物Ｍに対する冷却の不均一性が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、冷却中の被処理物Ｍを移動させ被処理物Ｍとノズル３０との相対位置を変化させる。
【００３６】
冷却中の被処理物Ｍの温度は、温度計測器４０によって計測される。計測された被処理物Ｍの温度の値は、温度計測器４０から制御部５０に対して出力される。制御部５０は、温度計測器４０から被処理物Ｍの温度の値を取得し、被処理物Ｍが所定の温度以下となってからモータ２３を駆動させて、被処理物Ｍを移動させる。上述したように、被処理物Ｍの温度が高いと被処理物Ｍの強度は低下する。本実施形態では、被処理物Ｍの温度が所定の温度以下になってから被処理物Ｍの移動が開始されるため、被処理物Ｍの強度が十分に上昇してからその移動を開始することができる。よって、移動させることによる被処理物Ｍの歪みや曲がりを防止することができる。
【００３７】
加熱された被処理物Ｍに対してノズル３０から冷却液をミスト状に噴射している間、すなわち冷却中に被処理物Ｍを移動させることで、被処理物Ｍとノズル３０との相対位置が変化する。そのため、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができるため、被処理物Ｍにおける冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できる。
【００３８】
また、本実施形態では、冷却中に被処理物Ｍを移動させているため、容器１０の内壁に被処理物Ｍを取り囲むようにして複数設けられているノズル３０を移動させる装置を設置することに比べ、低コストに被処理物Ｍとノズル３０との相対位置を変化させることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、搬送部２０を駆動することで冷却中の被処理物Ｍを移動させているため、被処理物Ｍを移動させるための装置を新たに設ける必要がない。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【００４１】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係る冷却室３Ａの構成を、図４を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る冷却室３Ａの構成を示す概略図であって、（ａ）は冷却室３Ａの側方からの断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。また、図４において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
本実施形態に係る冷却室（ミスト冷却装置）３Ａは、第１の実施形態と同じく、熱処理装置１に設けられるものである。冷却室３Ａは、容器１０と、搬送部２０と、ノズル３０と、温度計測器４０と、制御部５０と、回転移動部（被処理物移動部、移動装置）６０とを有している。なお、図４において、搬送部２０におけるモータ２３、ブラケット２５及び駆動軸２６の記載は省略している。
【００４３】
回転移動部６０は、搬送部２０に載置された被処理物Ｍを、搬送部２０から上昇させた後に回転させるための移動装置である。回転移動部６０は、支持板６１と、アクチュエータ６２と、第２駆動軸６３とを有している。
【００４４】
支持板６１は、被処理物Ｍが載置されるトレー２４を下方から支持するための板部材である。アクチュエータ６２は、支持板６１を上昇させ且つ回転させるための駆動装置であって、制御部５０と電気的に接続され、制御部５０によってその駆動が制御される。第２駆動軸６３は、アクチュエータ６２の駆動軸であり、支持板６１と一体的に接続されている。
【００４５】
続いて、本実施形態に係る冷却室３Ａの被処理物Ｍに対する冷却動作を、図５を参照して説明する。
図５は、冷却室３Ａの冷却動作を示す概略図であって、（ａ）は冷却室３Ａの側方からの断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線視断面図である。
【００４６】
冷却中の被処理物Ｍの温度は、温度計測器４０によって計測される。計測された被処理物Ｍの温度の値は、温度計測器４０から制御部５０に対して出力される。制御部５０は、温度計測器４０から被処理物Ｍの温度の値を取得し、被処理物Ｍが所定の温度以下となってからアクチュエータ６２を駆動させて、被処理物Ｍを移動させる。まず、アクチュエータ６２の駆動によって、被処理物Ｍが載置されるトレー２４を、支持板６１が下方から支持して上方へ移動させる。その後、アクチュエータ６２の駆動によって、被処理物Ｍが、搬送部２０の上方で、鉛直方向に延びる所定の軸周りで回転する。
【００４７】
被処理物Ｍの温度が高いと被処理物Ｍの強度は低下する。本実施形態では、被処理物Ｍの温度が所定の温度以下になってから被処理物Ｍの上方への移動が開始されるため、被処理物Ｍの強度が十分に上昇してからその移動を開始することができる。よって、移動させることによる被処理物Ｍの歪みや曲がりを防止することができる。
【００４８】
加熱された被処理物Ｍに対してノズル３０から冷却液をミスト状に噴射している間、すなわち冷却中に被処理物Ｍを上下移動及び回転移動させることで、被処理物Ｍとノズル３０との相対位置が変化する。そのため、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができるため、被処理物Ｍにおける冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できる。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【００５０】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係る熱処理装置１Ａの構成を、図６を参照して説明する。
図６は、本実施形態に係る熱処理装置１Ａの全体構成図である。また、図６において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
熱処理装置１Ａは、被処理物Ｍに対して焼き入れ等の熱処理を施すものであって、加熱室２と、冷却室（ミスト冷却装置）３Ｂとを有している。加熱室２と冷却室３Ｂとは、鉛直方向に並んで配置されている。なお、加熱室２が上側に、冷却室３Ｂが下側に配置されている。加熱室２の上面には、被処理物Ｍを加熱室２内に搬入するときに用いられる開閉扉２ａが設けられている。
【００５２】
冷却室３Ｂは、加熱室２で加熱された被処理物Ｍを冷却するものである。冷却室３Ｂは、容器１０と、ノズル３０と、温度計測器４０と、制御部５０と、上下移動部（被処理物移動部、移動装置）７０とを有している。
【００５３】
上下移動部７０は、被処理物Ｍを上下移動させるものである。また、上下移動部７０は、被処理物Ｍを熱処理装置１Ａの外部から加熱室２内に搬入し、さらに加熱室２で加熱された被処理物Ｍを冷却室３Ｂ内に移動させるものである。上下移動部７０は、第２支持板７１と、第２モータ７２と、上下駆動軸７３とを有している。
【００５４】
第２支持板７１は、被処理物Ｍを下方から支持するための板部材である。第２モータ７２は、第２支持板７１を上下移動させるための駆動装置であって、制御部５０に電気的に接続され、制御部５０によってその駆動が制御される。上下駆動軸７３は、第２モータ７２の作動により上下移動する軸部材であって、第２支持板７１と第２モータ７２とを連結するものである。
【００５５】
続いて、本実施形態に係る冷却室３Ｂの被処理物Ｍに対する冷却動作を、図６を参照して説明する。
隔壁４が開放されているときに、第２モータ７２の作動によって、加熱室２で加熱された被処理物Ｍが下降して冷却室３Ｂ内に移動する。冷却室３Ｂへの移動完了後、被処理物Ｍが停止してから、ノズル３０から被処理物Ｍに対してミスト状の冷却液が噴射され、被処理物Ｍの冷却が開始される。
【００５６】
制御部５０は、温度計測器４０から被処理物Ｍの温度の値を取得し、被処理物Ｍが所定の温度以下となってから第２モータ７２を駆動させて、被処理物Ｍを上下移動させる。被処理物Ｍは、冷却室３Ｂ内で上下移動する。
【００５７】
加熱された被処理物Ｍに対してノズル３０から冷却液をミスト状に噴射している間、すなわち冷却中に被処理物Ｍを上下移動させることで、被処理物Ｍとノズル３０との相対位置が変化する。そのため、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができるため、被処理物Ｍにおける冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できる。
【００５８】
本実施形態では、熱処理装置１Ａの外部と加熱室２との間、及び加熱室２と冷却室３Ｂとの間で被処理物Ｍを移動させるための上下移動部７０を用いて、冷却中の被処理物Ｍを上下移動させている。そのため、冷却中の被処理物Ｍを移動させるための移動装置を他に設ける必要がない。
また、このような上下移動部７０を用いることで、熱処理装置１Ａにおいて被処理物Ｍを移動させる移動装置を簡略化でき、熱処理装置１Ａを小型化することができる。小型化された熱処理装置１Ａの熱容量は小さくなるため、被処理物Ｍの品種を変更するときにも温度設定等を迅速に変更でき、速やかに次の被処理物Ｍに対する熱処理を開始することが可能となる。そのため、本実施形態における熱処理装置１Ａは、単品処理や多品種少量生産の小ロット処理に適している。
【００５９】
また、本実施形態における熱処理装置１Ａの加熱室２では、被処理物Ｍを加熱する加熱装置として例えばセラミックヒータが用いられるが、このようなヒータの代わりに、被処理物Ｍを高周波により加熱するいわゆる高周波加熱装置（高周波誘導加熱装置）を用いてもよい。
高周波加熱装置は被処理物Ｍを短時間で加熱でき、迅速に冷却工程を開始できるため、被処理物Ｍの処理時間を短縮できる。また、高周波加熱装置は、高周波により被処理物Ｍを自己発熱させるため、被処理物Ｍを内部と外部とで均一に加熱できる。そのため、被処理物Ｍにおける処理ムラ等の発生を防止・抑制することができる。さらに、被処理物Ｍの自己発熱を利用することから、加熱のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すいわゆるパルス加熱を高い追従性で実施することができる。
上述したように、高周波加熱装置は高周波により被処理物Ｍの自己発熱させるため、被処理物Ｍの品種を変更しても速やかに次の被処理物Ｍに対する熱処理を開始できる。よって、高周波加熱装置を備える熱処理装置１Ａは小ロット処理に適している。なお、処理時間をさらに短縮するために、高周波加熱装置と共に一般的なセラミックヒータ等を使用してもよい。
【００６０】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や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。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、冷却中に被処理物Ｍを移動させているが、これに限定されるものではなく、ノズル３０を移動させる移動装置を設け、被処理物Ｍの冷却中にノズル３０を移動させてもよい。このような構成によっても、冷却中の被処理物Ｍとノズル３０との相対位置を変化させることができる。
【００６３】
また、上記実施形態では、温度計測器４０が冷却中の被処理物Ｍの温度を計測し、制御部５０は被処理物Ｍの温度に応じて被処理物Ｍの移動を開始しているが、これに限定されるものではなく、制御部５０が、被処理物Ｍの冷却開始後、所定の時間が経過してから被処理物Ｍを移動させる構成であってもよい。この時間は、被処理物Ｍの材質及び必要とする強度等によって決定される。このような構成によっても、被処理物Ｍの強度が十分に上昇してからその移動を開始することができる。
【００６４】
また、第２の実施形態では、回転移動部６０は被処理物Ｍを搬送部２０から上昇させた後に回転させているが、これに限定されるものではなく、被処理物Ｍの冷却中に上下移動を行う上下移動部のみを有する構成であってもよい。
【００６５】
また、第３の実施形態では、上下移動部７０は被処理物Ｍを上下移動のみさせているが、これに限定されるものではなく、被処理物Ｍを鉛直方向に延びる所定の軸周りで回転させる回転駆動装置を上下移動部７０に設け、被処理物Ｍの冷却中に、被処理物Ｍの上下移動とともに回転させ、又は上下移動と回転動作とを順次行うようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態における冷却液は、その沸点と被処理物Ｍの温度との差に応じた熱量を吸熱するため、被処理物Ｍからの吸熱量のばらつきを抑えることを考慮すると、ミスト状冷却液の供給温度と冷却液の沸点の温度差が一定であることが望ましい。具体的には、ミスト状冷却液の供給温度が下がった場合には、その分だけ冷却液の沸点も低くするように雰囲気調整圧を高くすることが望ましい。一方、ミスト上冷却液の供給温度が上がった場合には、その分だけ冷却液の沸点も高くするように雰囲気調整圧を低くすることが望ましい。なお、図示しない真空排気装置により容器内の気体を排気することにより雰囲気調整圧を低くする。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ…熱処理装置、３，３Ａ，３Ｂ…冷却室（ミスト冷却装置）、１０…容器（冷却炉）、２０…搬送部（被処理物移動部、移動装置）、３０…ノズル、４０…温度計測器、５０…制御部、６０…回転移動部（被処理物移動部、移動装置）、７０…上下移動部（被処理物移動部、移動装置）、Ｍ…被処理物、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト冷却装置、熱処理装置及び冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、金属等の被処理物に対する熱処理に用いられ、被処理物を冷却するためのミスト冷却装置が開示されている。ミスト冷却装置は、加熱された被処理物にミスト状の冷却液を噴射し、冷却液の気化潜熱を利用して冷却を行うため、従来のガス噴射型冷却装置に比べその冷却能力は高い。また、ミストの噴射量を調整することで、従来の浸漬型冷却装置では難しかった被処理物の冷却速度の制御を容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５３３８６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、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
冷却液をミスト状に噴射しても、被処理物の形状や大きさによってはミストの当たりにくい箇所が生じてしまい、被処理物に対する冷却の不均一性が生じる可能性があった。冷却が不均一になることで、被処理物に歪みや曲がりが生じる虞があった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、冷却の不均一性を解消でき、冷却の不均一性を原因とする被処理物における歪みや曲がり等の発生を防止できるミスト冷却装置、熱処理装置及び冷却方法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】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、加熱されて冷却炉内に設けられた被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却するミスト冷却装置であって、加熱された被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させる移動装置を有する、という構成を採用する。
本発明では、冷却用ミストの噴射時に被処理物とノズルとの相対位置が変化するため、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることが可能となる。
【０００７】
また、本発明は、移動装置が被処理物を移動させる被処理物移動部を有する、という構成を採用する。
本発明では、冷却炉内で被処理物を取り囲むようにして複数設けられているノズルを移動させる装置を設置することに比べ、被処理物を移動させる被処理物移動部は容易に設けられる。
【０００８】
また、本発明は、冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物移動部を作動させる制御部を有する、という構成を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【０００９】
また、本発明は、被処理物の温度を計測する温度計測器と、温度計測器が計測した被処理物の温度の値を取得し被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物移動部を作動させる制御部とを有する、という構成を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【００１０】
また、本発明は、被処理物移動部が被処理物を冷却炉内に向けて搬送する搬送部を備えている、という構成を採用する。
本発明では、被処理物を冷却炉内に向けて搬送する搬送部を、冷却用ミストの噴射時に被処理物移動部として作動させるため、新たな被処理物移動部を設ける必要がない。
【００１１】
また、本発明は、被処理物移動部が被処理物を上下方向で移動させる上下移動部を備えている、という構成を採用する。
本発明では、被処理物を上下方向で移動させる上下移動部は容易に設けられる。
【００１２】
また、本発明は、被処理物移動部が被処理物を所定の回転軸周りで回転移動させる回転移動部を備えている、という構成を採用する。
本発明では、被処理物を所定の回転軸周りで回転移動させる回転移動部は容易に設けられる。
【００１３】
また、本発明は、被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、請求項１から７のいずれか一項に記載のミスト冷却装置を有する、という構成を採用する。
本発明では、冷却用ミストの噴射時に被処理物とノズルとの相対位置が変化するため、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、加熱された被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却する冷却方法であって、加熱された被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させる、という方法を採用する。
本発明では、冷却用ミストの噴射時に被処理物とノズルとの相対位置が変化するため、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に被処理物を移動させる移動工程を有する、という方法を採用する。
本発明では、冷却炉内で被処理物を取り囲むようにして複数設けられているノズルを移動させることに比べ、被処理物を移動させることは容易に実施される。
【００１６】
また、本発明は、移動工程では、被処理物に対する冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物を移動させる、という方法を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【００１７】
また、本発明は、被処理物の温度を計測する計測工程を有し、移動工程では、計測工程で計測した被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物を移動させる、という方法を採用する。
被処理物の温度が高いと被処理物の強度は減少する。本発明では、被処理物の温度が所定の温度以下になってから被処理物の移動が開始されるため、被処理物の強度が十分に上昇してからその移動が開始される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、被処理物の形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物における歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱処理装置１の全体構成図である。
【図２】冷却室３の構成を示す概略図である。
【図３】ステンレス（ＳＵＳ３０４）のクリープ強さを示すグラフである。
【図４】冷却室３Ａの構成を示す概略図である。
【図５】冷却室３Ａの冷却動作を示す概略図である。
【図６】熱処理装置１Ａの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明では、熱処理装置として２室型の熱処理装置の例を示す。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の全体構成図である。
熱処理装置１は、被処理物Ｍに対して焼き入れ等の熱処理を施すものであって、加熱室２と、冷却室（ミスト冷却装置）３とを有している。加熱室２と冷却室３とは、略水平方向に並んで配置されている。加熱室２と冷却室３との間には隔壁４が設けられ、隔壁４の開放時に、加熱室２において加熱された被処理物Ｍを冷却室３へ移動させ、冷却室３内で被処理物Ｍを冷却する。
【００２２】
被処理物Ｍは、熱処理装置１によって熱処理が施されるものであって、所定量の炭素を含有した鋼等の金属材料（合金含む）からなる。以下の説明に用いる各図面では、被処理物Ｍを直方体形状に表しているが、その形状や大きさ、一度に処理する個数等は様々なものが存在する。
【００２３】
次に、冷却室３の構成を、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る冷却室３の構成を示す概略図であって、（ａ）は冷却室３の側方からの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。
【００２４】
冷却室３は、容器（冷却炉）１０と、搬送部（被処理物移動部、移動装置）２０と、ノズル３０と、温度計測器４０と、制御部５０とを有している。
容器１０は、冷却室３の外殻を構成し、内部に密閉した空間を形成可能な略円筒状の容器である。容器１０は、複数の支持脚１１によって床面に設置されている。
【００２５】
搬送部２０は、被処理物Ｍを加熱室２から冷却室３へ搬入し、さらに冷却室３から外部に搬出するためのものであって、容器１０の中心軸と平行する方向で被処理物Ｍを搬送するものである。搬送部２０は、一対の支持フレーム２１と、複数の搬送ローラ２２と、モータ２３とを有している。
【００２６】
一対の支持フレーム２１は、容器１０の内側底部に立設され、複数の搬送ローラ２２を介して被処理物Ｍを下方から支持するものである。一対の支持フレーム２１は、被処理物Ｍの搬送方向に延在して設けられている。複数の搬送ローラ２２は、回転することで被処理物Ｍを円滑に搬送するものであり、一対の支持フレーム２１の互いに対向する面に、搬送方向に所定の間隔をあけて回転自在に設けられている。なお、本実施形態の被処理物Ｍは直接に搬送ローラ２２に載置されず、トレー２４を介して搬送ローラ２２に載置される。
【００２７】
モータ２３は、搬送ローラ２２を回転させて、被処理物Ｍを搬送するための駆動部である。モータ２３は、ブラケット２５を介して容器１０に一体的に取り付けられている。モータ２３の出力軸と、搬送ローラ２２とは、駆動軸２６を介して一体的に連結されている。また、モータ２３は後述する制御部５０と電気的に接続され、制御部５０によってその駆動が制御される。
【００２８】
ノズル３０は、加熱されて容器１０内に設けられた被処理物Ｍに対して冷却液をミスト状に噴射して、被処理物Ｍを冷却するものである。ノズル３０は、容器１０の内壁に被処理物Ｍを取り囲むようにして複数設けられている。これは、被処理物Ｍにおけるミストの当たりにくい部分を極力無くすためである。なお、使用される冷却液としては、例えば水、油、ソルト又はフッ素系不活性液体等が用いられる。
【００２９】
また、ノズル３０は、冷却室３に設けられる不図示の冷却システムを構成する一要素である。冷却システムを構成する他の要素としては、例えば、容器１０内に供給された冷却液を回収する回収管と、回収された冷却液を冷却する熱交換器と、回収された冷却液をノズル３０に向けて送り出すポンプと、ポンプとノズル３０との間に設けられる供給管等が挙げられる。
【００３０】
温度計測器４０は、容器１０内に設けられ、冷却中の被処理物Ｍの温度を非接触で計測できる計測器である。温度計測器４０は制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０に対して温度の計測値が出力される。
【００３１】
制御部５０は、モータ２３の駆動を制御するものである。被処理物Ｍの冷却室３への搬入時及び冷却室３からの搬出時においては、制御部５０がモータ２３の駆動を制御して被処理物Ｍの搬入・搬出動作を行う。さらに、制御部５０は、被処理物Ｍの冷却中においても、温度計測器４０から入力される被処理物Ｍの温度に基づいて、モータ２３の駆動を制御して被処理物Ｍを移動させる。
【００３２】
ここで、制御部５０が被処理物Ｍを移動させるための、被処理物Ｍの温度の基準を、図３を参照して説明する。
図３は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）のクリープ強さを示すグラフである。
図３は、ステンレス材料の温度と、単位時間で所定の歪み（１×１０−４％／ｈｒ）を上記材料に生じさせる応力との関係を示したものである。温度が上昇すれば材料強度は低下するため、移動させることによる被処理物Ｍの歪みや曲がりを防止するためには、被処理物Ｍが所定の温度以下となるまで静止させておく必要がある。本実施形態における制御部５０は、例えば被処理物Ｍがステンレスの場合には、クリープ強さが５．３ｋｇ／ｍｍ２以上となる温度、すなわち６６０℃以下になったときに、モータ２３を駆動させて被処理物Ｍを移動させる制御方法を採用している。
【００３３】
続いて、本実施形態に係る冷却室３の被処理物Ｍに対する冷却動作を、図１から図３を参照して説明する。
被処理物Ｍは加熱室２において加熱される。加熱室２における加熱が終了した後、隔壁４が開放され、搬送部２０の駆動により加熱された被処理物Ｍが冷却室３内に搬入される。
【００３４】
冷却室３への搬入終了後、ノズル３０から被処理物Ｍに対してミスト状の冷却液が噴射され、被処理物Ｍの冷却が開始される。加熱された被処理物Ｍに付着した冷却液は被処理物Ｍから気化潜熱を奪い気化する。冷却液の気化潜熱を利用することで、被処理物Ｍを迅速に冷却することができる。
【００３５】
なお、被処理物Ｍの形状や大きさ等によっては、ミストの当たりにくい箇所が生じてしまい、被処理物Ｍに対する冷却の不均一性が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、冷却中の被処理物Ｍを移動させ被処理物Ｍとノズル３０との相対位置を変化させる。
【００３６】
冷却中の被処理物Ｍの温度は、温度計測器４０によって計測される。計測された被処理物Ｍの温度の値は、温度計測器４０から制御部５０に対して出力される。制御部５０は、温度計測器４０から被処理物Ｍの温度の値を取得し、被処理物Ｍが所定の温度以下となってからモータ２３を駆動させて、被処理物Ｍを移動させる。上述したように、被処理物Ｍの温度が高いと被処理物Ｍの強度は低下する。本実施形態では、被処理物Ｍの温度が所定の温度以下になってから被処理物Ｍの移動が開始されるため、被処理物Ｍの強度が十分に上昇してからその移動を開始することができる。よって、移動させることによる被処理物Ｍの歪みや曲がりを防止することができる。
【００３７】
加熱された被処理物Ｍに対してノズル３０から冷却液をミスト状に噴射している間、すなわち冷却中に被処理物Ｍを移動させることで、被処理物Ｍとノズル３０との相対位置が変化する。そのため、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができるため、被処理物Ｍにおける冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できる。
【００３８】
また、本実施形態では、冷却中に被処理物Ｍを移動させているため、容器１０の内壁に被処理物Ｍを取り囲むようにして複数設けられているノズル３０を移動させる装置を設置することに比べ、低コストに被処理物Ｍとノズル３０との相対位置を変化させることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、搬送部２０を駆動することで冷却中の被処理物Ｍを移動させているため、被処理物Ｍを移動させるための装置を新たに設ける必要がない。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【００４１】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係る冷却室３Ａの構成を、図４を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る冷却室３Ａの構成を示す概略図であって、（ａ）は冷却室３Ａの側方からの断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。また、図４において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
本実施形態に係る冷却室（ミスト冷却装置）３Ａは、第１の実施形態と同じく、熱処理装置１に設けられるものである。冷却室３Ａは、容器１０と、搬送部２０と、ノズル３０と、温度計測器４０と、制御部５０と、回転移動部（被処理物移動部、移動装置）６０とを有している。なお、図４において、搬送部２０におけるモータ２３、ブラケット２５及び駆動軸２６の記載は省略している。
【００４３】
回転移動部６０は、搬送部２０に載置された被処理物Ｍを、搬送部２０から上昇させた後に回転させるための移動装置である。回転移動部６０は、支持板６１と、アクチュエータ６２と、第２駆動軸６３とを有している。
【００４４】
支持板６１は、被処理物Ｍが載置されるトレー２４を下方から支持するための板部材である。アクチュエータ６２は、支持板６１を上昇させ且つ回転させるための駆動装置であって、制御部５０と電気的に接続され、制御部５０によってその駆動が制御される。第２駆動軸６３は、アクチュエータ６２の駆動軸であり、支持板６１と一体的に接続されている。
【００４５】
続いて、本実施形態に係る冷却室３Ａの被処理物Ｍに対する冷却動作を、図５を参照して説明する。
図５は、冷却室３Ａの冷却動作を示す概略図であって、（ａ）は冷却室３Ａの側方からの断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線視断面図である。
【００４６】
冷却中の被処理物Ｍの温度は、温度計測器４０によって計測される。計測された被処理物Ｍの温度の値は、温度計測器４０から制御部５０に対して出力される。制御部５０は、温度計測器４０から被処理物Ｍの温度の値を取得し、被処理物Ｍが所定の温度以下となってからアクチュエータ６２を駆動させて、被処理物Ｍを移動させる。まず、アクチュエータ６２の駆動によって、被処理物Ｍが載置されるトレー２４を、支持板６１が下方から支持して上方へ移動させる。その後、アクチュエータ６２の駆動によって、被処理物Ｍが、搬送部２０の上方で、鉛直方向に延びる所定の軸周りで回転する。
【００４７】
被処理物Ｍの温度が高いと被処理物Ｍの強度は低下する。本実施形態では、被処理物Ｍの温度が所定の温度以下になってから被処理物Ｍの上方への移動が開始されるため、被処理物Ｍの強度が十分に上昇してからその移動を開始することができる。よって、移動させることによる被処理物Ｍの歪みや曲がりを防止することができる。
【００４８】
加熱された被処理物Ｍに対してノズル３０から冷却液をミスト状に噴射している間、すなわち冷却中に被処理物Ｍを上下移動及び回転移動させることで、被処理物Ｍとノズル３０との相対位置が変化する。そのため、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができるため、被処理物Ｍにおける冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できる。
【００４９】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【００５０】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係る熱処理装置１Ａの構成を、図６を参照して説明する。
図６は、本実施形態に係る熱処理装置１Ａの全体構成図である。また、図６において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
熱処理装置１Ａは、被処理物Ｍに対して焼き入れ等の熱処理を施すものであって、加熱室２と、冷却室（ミスト冷却装置）３Ｂとを有している。加熱室２と冷却室３Ｂとは、鉛直方向に並んで配置されている。なお、加熱室２が上側に、冷却室３Ｂが下側に配置されている。加熱室２の上面には、被処理物Ｍを加熱室２内に搬入するときに用いられる開閉扉２ａが設けられている。
【００５２】
冷却室３Ｂは、加熱室２で加熱された被処理物Ｍを冷却するものである。冷却室３Ｂは、容器１０と、ノズル３０と、温度計測器４０と、制御部５０と、上下移動部（被処理物移動部、移動装置）７０とを有している。
【００５３】
上下移動部７０は、被処理物Ｍを上下移動させるものである。また、上下移動部７０は、被処理物Ｍを熱処理装置１Ａの外部から加熱室２内に搬入し、さらに加熱室２で加熱された被処理物Ｍを冷却室３Ｂ内に移動させるものである。上下移動部７０は、第２支持板７１と、第２モータ７２と、上下駆動軸７３とを有している。
【００５４】
第２支持板７１は、被処理物Ｍを下方から支持するための板部材である。第２モータ７２は、第２支持板７１を上下移動させるための駆動装置であって、制御部５０に電気的に接続され、制御部５０によってその駆動が制御される。上下駆動軸７３は、第２モータ７２の作動により上下移動する軸部材であって、第２支持板７１と第２モータ７２とを連結するものである。
【００５５】
続いて、本実施形態に係る冷却室３Ｂの被処理物Ｍに対する冷却動作を、図６を参照して説明する。
隔壁４が開放されているときに、第２モータ７２の作動によって、加熱室２で加熱された被処理物Ｍが下降して冷却室３Ｂ内に移動する。冷却室３Ｂへの移動完了後、被処理物Ｍが停止してから、ノズル３０から被処理物Ｍに対してミスト状の冷却液が噴射され、被処理物Ｍの冷却が開始される。
【００５６】
制御部５０は、温度計測器４０から被処理物Ｍの温度の値を取得し、被処理物Ｍが所定の温度以下となってから第２モータ７２を駆動させて、被処理物Ｍを上下移動させる。被処理物Ｍは、冷却室３Ｂ内で上下移動する。
【００５７】
加熱された被処理物Ｍに対してノズル３０から冷却液をミスト状に噴射している間、すなわち冷却中に被処理物Ｍを上下移動させることで、被処理物Ｍとノズル３０との相対位置が変化する。そのため、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができるため、被処理物Ｍにおける冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できる。
【００５８】
本実施形態では、熱処理装置１Ａの外部と加熱室２との間、及び加熱室２と冷却室３Ｂとの間で被処理物Ｍを移動させるための上下移動部７０を用いて、冷却中の被処理物Ｍを上下移動させている。そのため、冷却中の被処理物Ｍを移動させるための移動装置を他に設ける必要がない。
また、このような上下移動部７０を用いることで、熱処理装置１Ａにおいて被処理物Ｍを移動させる移動装置を簡略化でき、熱処理装置１Ａを小型化することができる。小型化された熱処理装置１Ａの熱容量は小さくなるため、被処理物Ｍの品種を変更するときにも温度設定等を迅速に変更でき、速やかに次の被処理物Ｍに対する熱処理を開始することが可能となる。そのため、本実施形態における熱処理装置１Ａは、単品処理や多品種少量生産の小ロット処理に適している。
【００５９】
また、本実施形態における熱処理装置１Ａの加熱室２では、被処理物Ｍを加熱する加熱装置として例えばセラミックヒータが用いられるが、このようなヒータの代わりに、被処理物Ｍを高周波により加熱するいわゆる高周波加熱装置（高周波誘導加熱装置）を用いてもよい。
高周波加熱装置は被処理物Ｍを短時間で加熱でき、迅速に冷却工程を開始できるため、被処理物Ｍの処理時間を短縮できる。また、高周波加熱装置は、高周波により被処理物Ｍを自己発熱させるため、被処理物Ｍを内部と外部とで均一に加熱できる。そのため、被処理物Ｍにおける処理ムラ等の発生を防止・抑制することができる。さらに、被処理物Ｍの自己発熱を利用することから、加熱のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すいわゆるパルス加熱を高い追従性で実施することができる。
上述したように、高周波加熱装置は高周波により被処理物Ｍの自己発熱させるため、被処理物Ｍの品種を変更しても速やかに次の被処理物Ｍに対する熱処理を開始できる。よって、高周波加熱装置を備える熱処理装置１Ａは小ロット処理に適している。なお、処理時間をさらに短縮するために、高周波加熱装置と共に一般的なセラミックヒータ等を使用してもよい。
【００６０】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、被処理物Ｍの形状や大きさに応じて生じる、ミストを当てることが難しい箇所に対してもミストを当てることができることから、冷却の不均一性を解消できる。よって、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍにおける歪みや曲がり等の発生を防止できるという効果がある。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や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。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、冷却中に被処理物Ｍを移動させているが、これに限定されるものではなく、ノズル３０を移動させる移動装置を設け、被処理物Ｍの冷却中にノズル３０を移動させてもよい。このような構成によっても、冷却中の被処理物Ｍとノズル３０との相対位置を変化させることができる。
【００６３】
また、上記実施形態では、温度計測器４０が冷却中の被処理物Ｍの温度を計測し、制御部５０は被処理物Ｍの温度に応じて被処理物Ｍの移動を開始しているが、これに限定されるものではなく、制御部５０が、被処理物Ｍの冷却開始後、所定の時間が経過してから被処理物Ｍを移動させる構成であってもよい。この時間は、被処理物Ｍの材質及び必要とする強度等によって決定される。このような構成によっても、被処理物Ｍの強度が十分に上昇してからその移動を開始することができる。
【００６４】
また、第２の実施形態では、回転移動部６０は被処理物Ｍを搬送部２０から上昇させた後に回転させているが、これに限定されるものではなく、被処理物Ｍの冷却中に上下移動を行う上下移動部のみを有する構成であってもよい。
【００６５】
また、第３の実施形態では、上下移動部７０は被処理物Ｍを上下移動のみさせているが、これに限定されるものではなく、被処理物Ｍを鉛直方向に延びる所定の軸周りで回転させる回転駆動装置を上下移動部７０に設け、被処理物Ｍの冷却中に、被処理物Ｍの上下移動とともに回転させ、又は上下移動と回転動作とを順次行うようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態における冷却液は、その沸点と被処理物Ｍの温度との差に応じた熱量を吸熱するため、被処理物Ｍからの吸熱量のばらつきを抑えることを考慮すると、ミスト状冷却液の供給温度と冷却液の沸点の温度差が一定であることが望ましい。具体的には、ミスト状冷却液の供給温度が下がった場合には、その分だけ冷却液の沸点も低くするように雰囲気調整圧を高くすることが望ましい。一方、ミスト上冷却液の供給温度が上がった場合には、その分だけ冷却液の沸点も高くするように雰囲気調整圧を低くすることが望ましい。なお、図示しない真空排気装置により容器内の気体を排気することにより雰囲気調整圧を低くする。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ…熱処理装置、３，３Ａ，３Ｂ…冷却室（ミスト冷却装置）、１０…容器（冷却炉）、２０…搬送部（被処理物移動部、移動装置）、３０…ノズル、４０…温度計測器、５０…制御部、６０…回転移動部（被処理物移動部、移動装置）、７０…上下移動部（被処理物移動部、移動装置）、Ｍ…被処理物、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されて冷却炉内に設けられた被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却するミスト冷却装置であって、
加熱された前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、前記被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させる移動装置を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のミスト冷却装置において、
前記移動装置は、前記被処理物を移動させる被処理物移動部を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載のミスト冷却装置において、
冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから前記被処理物移動部を作動させる制御部を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項４】
請求項２に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物の温度を計測する温度計測器と、
前記温度計測器が計測した前記被処理物の温度の値を取得し、前記被処理物の温度が所定の温度以下になってから前記被処理物移動部を作動させる制御部と、を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物移動部は、前記被処理物を前記冷却炉内に向けて搬送する搬送部を備えていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか一項に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物移動部は、前記被処理物を上下方向で移動させる上下移動部を備えていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか一項に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物移動部は、前記被処理物を所定の回転軸周りで回転移動させる回転移動部を備えていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項８】
被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載のミスト冷却装置を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
加熱された被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却する冷却方法であって、
加熱された前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、前記被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させることを特徴とする冷却方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷却方法において、
前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、前記被処理物を移動させる移動工程を有することを特徴とする冷却方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷却方法において、
前記移動工程では、前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから前記被処理物を移動させることを特徴とする冷却方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の冷却方法において、
前記被処理物の温度を計測する計測工程を有し、
前記移動工程では、前記計測工程で計測した前記被処理物の温度が、所定の温度以下になってから前記被処理物を移動させることを特徴とする冷却方法。
【請求項１】
加熱されて冷却炉内に設けられた被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却するミスト冷却装置であって、
加熱された前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、前記被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させる移動装置を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のミスト冷却装置において、
前記移動装置は、前記被処理物を移動させる被処理物移動部を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載のミスト冷却装置において、
冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから前記被処理物移動部を作動させる制御部を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項４】
請求項２に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物の温度を計測する温度計測器と、
前記温度計測器が計測した前記被処理物の温度の値を取得し、前記被処理物の温度が所定の温度以下になってから前記被処理物移動部を作動させる制御部と、を有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物移動部は、前記被処理物を前記冷却炉内に向けて搬送する搬送部を備えていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか一項に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物移動部は、前記被処理物を上下方向で移動させる上下移動部を備えていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか一項に記載のミスト冷却装置において、
前記被処理物移動部は、前記被処理物を所定の回転軸周りで回転移動させる回転移動部を備えていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項８】
被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載のミスト冷却装置を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
加熱された被処理物に対して冷却用ミストを噴射して冷却する冷却方法であって、
加熱された前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、前記被処理物と冷却用ミストを噴射するノズルとを相対移動させることを特徴とする冷却方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷却方法において、
前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射時に、前記被処理物を移動させる移動工程を有することを特徴とする冷却方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷却方法において、
前記移動工程では、前記被処理物に対する冷却用ミストの噴射開始後、所定の時間が経過してから前記被処理物を移動させることを特徴とする冷却方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の冷却方法において、
前記被処理物の温度を計測する計測工程を有し、
前記移動工程では、前記計測工程で計測した前記被処理物の温度が、所定の温度以下になってから前記被処理物を移動させることを特徴とする冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９６６２１（Ｐ２０１１−１９６６２１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４４０３（Ｐ２０１０−６４４０３）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１９８３２９）株式会社ＩＨＩ機械システム (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１９８３２９）株式会社ＩＨＩ機械システム (27)
【Ｆターム（参考）】
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