単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法
【課題】短時間で効果的に結露を防止し、作業効率を向上させて良好な被処理品を得ることができる単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法を提供する。
【解決手段】炉壁１１に水冷ジャケット１５が設けられ、該炉壁１１により内部に被処理品Ｗの処理空間Ｓが形成された炉本体１と、炉本体１内に設置された被処理品Ｗを加熱する加熱装置２と、処理空間Ｓ内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置３と、処理空間Ｓ内に設置された熱交換器５２により前記冷却ガスを介して被処理品Ｗを冷却する第一の冷媒循環系と、前記処理空間内を減圧する減圧装置４と、冷却ジャケット１５に冷媒Ｃを供給する第二の冷媒循環系とを備えた単室型真空熱処理炉Ａにおいて、前記第二の冷媒循環系は、冷媒Ｃを加熱する冷媒加熱部６５を備えていることを特徴とする。
【解決手段】炉壁１１に水冷ジャケット１５が設けられ、該炉壁１１により内部に被処理品Ｗの処理空間Ｓが形成された炉本体１と、炉本体１内に設置された被処理品Ｗを加熱する加熱装置２と、処理空間Ｓ内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置３と、処理空間Ｓ内に設置された熱交換器５２により前記冷却ガスを介して被処理品Ｗを冷却する第一の冷媒循環系と、前記処理空間内を減圧する減圧装置４と、冷却ジャケット１５に冷媒Ｃを供給する第二の冷媒循環系とを備えた単室型真空熱処理炉Ａにおいて、前記第二の冷媒循環系は、冷媒Ｃを加熱する冷媒加熱部６５を備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属製品について例えば焼入れ等の熱処理を行う際に用いられる単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置として、炉本体の開口部から該炉本体内に被処理品を装入設置し、前記開口部を閉塞したのち該炉本体内を真空引きすると共に、前記炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒を供給して該炉壁を冷却し、前記被処理品を加熱してこれを加熱処理した後、前記炉本体内にガスを導入すると共に該冷却ガスを冷却して該被処理品を冷却し、その後前記開口部を開口させて前記被処理品を新たな被処理品に交換して順次被処理品の熱処理を行うものが知られている。
【０００３】
このような装置は、被処理品の加熱処理中に炉壁が高温となって作業環境が悪化すること及び炉壁が劣化することを防止するために、炉壁に冷却ジャケットを設けてこの炉壁を冷却するものである。
【０００４】
ところで、このような単室型真空熱処理では、真空熱処理後に炉扉を開いて被処理品を外部へ取り出す際に、冷却処理によって炉本体の内表面温度が外気温度より低いと、炉内に流入した外気中の水分が炉本体の内表面に結露する。そして、この状態で新たな被処理品を炉内に装入して加熱すると、真空熱処理中に結露した水滴が除々に気化して水蒸気となり、これが被処理品の表面を酸化して着色する。
【０００５】
下記特許文献１には、被処理品の真空熱処理の真空熱処理の前工程及び／又は後工程として、炉扉を閉じたままで炉内に冷却ガスを循環させると共にこの冷却ガスを炉内に設けられた加熱装置で加熱し、炉内全体を水分の蒸発温度よりも十分高く被処理品が酸化・着色しない温度まで加熱して、炉本体の内表面への結露を防ぐことにより、被処理品への酸化及び着色を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１００９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒が供給されているので、加熱した冷却ガスを循環させても炉本体の内表面の昇温に相当時間を要する。そのため、次の被処理品の処理を開始するまで待つ必要が生じ、結果として被処理品の処理効率が悪くなるという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、短時間で効果的に結露を防止し、作業効率を向上させて良好な被処理品を得ることができる単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、単室型真空熱処理炉に係る第一の解決手段として、炉壁に水冷ジャケットが設けられ、該炉壁により内部に被処理品の処理空間が形成された炉本体と、
前記炉本体内に設置された被処理品を加熱する加熱装置と、前記処理空間内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、前記処理空間内に設置された熱交換器により前記冷却ガスを介して前記被処理品を冷却する第一の冷媒循環系と、前記処理空間内を減圧する減圧装置と、前記冷却ジャケットに冷媒を供給する第二の冷媒循環系とを備えた単室型真空熱処理炉において、前記第二の冷媒循環系は、前記冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えている、という手段を採用する。
【０００９】
単室型真空熱処理炉に係る第二の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉の第一の解決手段において、前記第二の冷媒循環系が、前記冷却ジャケットに供給する冷媒を冷却する冷媒冷却部と、前記冷媒加熱部とを備えて構成され、前記冷媒の温度を計測するセンサと、該センサの出力信号に基づいて前記冷媒加熱部及び前記冷媒冷却部を制御する制御装置と、を備えてなる、という手段を採用する。
【００１０】
単室型真空熱処理炉に係る第三の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉の第二の解決手段において、前記炉本体が、その内部に前記被処理品を搬入・搬出する開口部を具備すると共に、該開口部を開閉する炉扉と、該炉扉による前記開口部の閉塞解除を行うロック機構とを備え、前記制御装置は、前記被処理品の冷却中に前記炉扉を閉塞すると共に冷却後に前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間で保持した場合に解除するロック機構制御部を備えている、という手段を採用する。
【００１１】
単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第一の解決手段として、炉本体の開口部から該炉本体内に被処理品を装入かつ設置し、前記開口部を閉塞したのち該炉本体内を真空引きすると共に、前記炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒を供給して該炉壁を冷却し、前記被処理品を加熱してこれを加熱処理した後、前記炉本体内に冷却ガスを導入すると共に該冷却ガスを冷却して前記被処理品を冷却し、その後前記開口部を開口させて前記被処理品を新たな被処理品に交換して順次被処理品の熱処理を行う単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法であって、前記被処理品の冷却後に前記冷媒を加熱して前記炉壁を昇温させることにより新たな被処理品の加熱処理時における水蒸気の発生を防止して該被処理品の酸化を防止する、という手段を採用する。
【００１２】
単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第二の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第一の解決手段において、前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持して、前記被処理品を装入及び／又は抽出する、という手段を採用する。
単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第三の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第二の解決手段において、前記冷媒の温度が炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持されるまでは、前記炉本体の炉扉を閉じておく、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炉壁に設けられた冷却ジャケットに供給される冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えるので、炉本体の内表面が直接的に昇温される。これにより、炉本体の内表面の結露が短時間で効果的に防止されると共に作業効率を向上させて良好な被処理品を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る単室型真空熱処理炉Ａの全体構成を示す図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図１においては、加熱室Ｒを密閉した状態で図示しており、図２においては、加熱室Ｒを開放した状態で示している。
【００１５】
図１に示すように、単室型真空熱処理炉Ａは、炉本体１と、加熱装置２と、冷却ガス供給装置３と、減圧装置４と、冷却装置５と、冷媒循環系６と、制御装置８とを備えている。
【００１６】
炉本体１は、炉壁１１により内部に被処理品Ｗの処理空間Ｓが形成されたものであって、略円筒形状に形成されたものである。この炉本体１は、中心軸（円筒の中心軸）が水平となるように、周面に形成された脚部１７が下側に位置するように床Ｆに設置されている。
【００１７】
炉本体１は、容器胴部１２と炉扉１３とロック機構１４と冷却ジャケット１５とを備えている。
容器胴部１２は、炉壁１１ａによって構成されて、一方の端部が開口部１２ａとなった略円筒形状のものであり、加熱装置２等を容器胴部１２の内部に収容すると共に開口部１２ａから被処理品Ｗが装入・抽出される。図２に示すように、この容器胴部１２の内部下方には、開口部１２ａから他方の端部近傍まで、炉本体１の中心軸方向に沿って互いに平行に形成された二つの平行床部１２ｂが形成されている。また、開口部１２ａの周囲を囲む炉壁１１ａには、フランジ部１２ｃが形成されている。
【００１８】
炉扉１３は、炉壁１１ｂによって構成された略円盤形状のものであり、開口部１２ａを開口・閉塞するものである。この炉扉１３の周縁には、開口部１２ａの閉塞時において、フランジ部１２ｃと重なるように形成されたフランジ部１３ａが形成されている。
【００１９】
ロック機構１４は、炉扉１３による開口部１２ａの閉塞解除を行うものである。具体的には、フランジ部１２ｃとフランジ部１３ａとに係合するクランプリング１４ａとクランプリング１４ａを締め付ける駆動機構１４ｂとからなり、フランジ部１２ｃとフランジ部１３ａとを密着させた状態で強固固定し、容器胴部１２を密閉することが可能である。
【００２０】
冷却ジャケット１５（１５ａ、１５ｂ）は、処理空間Ｓを囲繞するように炉壁１１（１１ａ，１１ｂ）に設けられたものであり、それぞれ冷媒Ｃが供給される供給口１５ａ１，１５ｂ１が備えられると共に冷媒Ｃを排出する排出口１５ａ２，１５ｂ２が備えられている。なお、冷却ジャケット１５ａ、１５ｂは、直接的には連通しない独立のものである。
【００２１】
加熱装置２は、平行床部１２ｂに支持されて、容器胴部１２内に収容されている。この加熱装置２は、車輪２１の設けられた箱状断熱材２２と、ヒータ２６と、炉床２７とを備えている。
車輪２１は、箱状断熱材２２によって構成される加熱室Ｒが平行床部１２ｂ上を炉本体１の中心軸方向に移動することができるように取り付けられたものである。
【００２２】
箱状断熱材２２は、セラミックファイバ製のものであり、加熱室Ｒを構成するように設けられている。すなわち、加熱室Ｒは、車輪２１が設けられる床板２２ａと、開口部１２ａ側に設けられた正面壁２２ｂと、この正面壁２２ｂと対向するように設けられた背面壁２２ｃと、炉本体１の中心軸に沿うと共に互いに平行となるように設けられた側面壁２２ｄ、２２ｅと、天板２２ｆとから構成され、被処理品Ｗを収容可能である。
なお、この箱状断熱材２２には、加熱室Ｒの温度を計測するための熱電対（不図示）が備えられており、この計測信号が制御装置８に伝送されるようになっている。
【００２３】
また、正面壁２２ｂには、被処理品Ｗの搬入搬出口２３ａが形成されると共にこれを開閉可能な加熱室扉２３ｂが設けられている。さらに、床板２２ａには冷却ガス導入口２４ａが形成されると共にこれを開閉可能な床蓋２４ｂが設けられており、天板２２ｆには冷却ガス排出口２５ａが形成されると共にこれを開閉可能な天蓋２５ｂが設けられている。
【００２４】
床蓋２４ｂは、炉外の下部に設けられた空気圧シリンダ２４ｃによって鉛直に駆動され、また、天蓋２５ｂは、炉外の側部に設けられた空気圧シリンダ２５ｃによって水平に駆動される。なお、加熱室扉２３ｂは、不図示の開閉装置によって開閉が行われる。
【００２５】
このように、搬入搬出口２３ａを加熱室扉２３ｂにより閉塞させた状態において、床蓋２４ｂ及び天蓋２５ｂを閉じることにより加熱室Ｒが密閉されると共に、床蓋２４ｂ及び天蓋２５ｂを開けることにより加熱室Ｒが外部と連通するようになっている。
【００２６】
ヒータ２６は、被処理品Ｗが加熱室Ｒに搬入された場合に被処理品Ｗを囲むように加熱室Ｒに設けられている。
炉床２７は、炉本体１の中心軸に平行な複数の棒状部材から構成されており、床板２２ａに設けられている。
【００２７】
冷却ガス供給装置３は、処理空間Ｓに冷却ガスＧを供給するものであり、減圧装置４は、開口部１２ａから流入した外気を排気して処理空間Ｓを減圧するものである。
【００２８】
冷却装置５は、送風機５１と熱交換器５２とを備えている。
送風機５１は、冷却ガスＧを送風する冷却ファン５１ａと、この冷却ファン５１ａを回動させるファンモータ５１ｂを備えており、冷却ファン５１ａが炉内に、また、ファンモータ５１ｂが炉外に位置するように炉本体１の上部に設けられている。
熱交換器５２は、内部に冷媒Ｃが流れる複数の伝熱管を備えており、この複数の伝熱管が冷却ファン５１ａを囲むようにして、炉本体１における炉内上部に設けられている。
【００２９】
冷媒循環系（第一の冷媒循環系、第二の冷媒循環系）６は、冷却ジャケット１５と、熱交換器５２と、冷媒槽６１と、循環ポンプ６２と、三方弁６３と、並列的に配置される冷媒冷却部６４及び冷媒加熱部６５と、これらの間に順次配設される配管６６（６６ａ〜６６ｍ）とから概略構成されている。
【００３０】
冷媒槽６１は、冷媒Ｃの貯留槽として機能するものであり、常に一定の冷媒Ｃが貯留されているように構成されている。なお、本実施形態においては、冷媒Ｃとしてオイルを用いている。
この冷媒槽６１には、冷媒槽６１に貯留した冷媒Ｃの温度が計測されるように熱電対７１が備えられており、制御装置８に出力信号を継続的に供給するようになっている。
【００３１】
循環ポンプ６２は、配管６６ａにより冷媒槽６１と連通しており、冷媒槽６１に貯留された冷媒Ｃを配管６６ｂに送出する。
三方弁６３は、電動式のものであり、配管６６ｂと、冷媒冷却部６４に連通する配管６６ｃと、冷媒加熱部６５に連通する配管６６ｄとが接続されている。すなわち、この三方弁６３を動作させることにより、循環ポンプ６２から送出された冷媒Ｃの系路を配管６６ｃ又は配管６６ｄのいずれかに切り換えることができる。
【００３２】
冷媒冷却部６４は、配管６６ｃから流入した冷媒Ｃと熱交換を行って冷媒Ｃを冷却するものであり、この冷却された冷媒Ｃが流出する配管６６ｅと連通する。
冷媒加熱部６５は、配管６６ｄから流入した冷媒Ｃと熱交換を行って冷媒Ｃを加熱するものであり、この加熱された冷媒Ｃを流出する配管６６ｆと連通する。
【００３３】
配管６６ｅと配管６６ｆとは、連通して一つの配管を構成した後に、三つの配管に分岐する。すなわち、ジャケット１５ａの供給口１５ａ１に接続された配管６６ｇと、ジャケット１５ｂの供給口１５ｂ１に接続された配管６６ｈと、熱交換器５２に接続される配管６６ｉに分岐する。
【００３４】
そして、配管６６ｇ，配管６６ｈからそれぞれ冷却ジャケット１５ａ，１５ｂに流入した冷媒Ｃは、処理空間Ｓを囲繞する冷却ジャケット１５内を流れた後に、排出口１５ａ２，１５ｂ２からそれぞれ配管６６ｊ，６６ｋに流入して、これら配管６６ｊ，６６ｋと連通する冷媒槽６１に貯留されるようになっている。同様に、熱交換器５２の伝熱管を流れた冷媒Ｃは、配管６６ｍを介して冷媒槽６１に貯留されるようになっている。
このようにして冷媒循環系６が構成されている。
【００３５】
制御装置８は、加熱装置２と、冷却ガス供給装置３と、減圧装置４と、冷却装置５と、冷媒循環系６の循環ポンプ６２の動作を制御するものである。
例えば、制御装置８は、被処理品Ｗの加熱処理時において、ヒータ２６に通電して所望の温度まで被処理品Ｗを加熱し、また、冷媒Ｃが冷却されるように循環系路を配管６６ｃとすると共に冷媒冷却部６４を作動させて冷媒Ｃを冷却する。同様に、冷却処理時において、炉内温度よりも設定温度が高い場合には、冷媒Ｃを冷却する。なお、加熱処理及び冷却処理の温度や時間は、被処理品Ｗの金属の種類及び熱処理の種類によって適宜変更される。
【００３６】
この制御装置８は、被処理品Ｗの冷却処理後から新たな被処理品Ｗの装入を完了させるまでの間、冷媒Ｃの温度が設定温度ｔよりも低い場合に冷媒Ｃを昇温させる。具体的には、三方弁６３を動作させて冷媒循環系を配管６６ｄに切り換えると共に、冷媒加熱部６５を作動させて冷媒を加熱する。なお、この冷媒Ｃの設定温度ｔは、一般に炉本体１の内表面の結露を有効に防止することができる温度（外気温を１０℃程度上回る温度）に設定されている。また、外気温は炉外に設けられた温度センサ（不図示）から出力信号が制御装置８に供給されるようになっている。
【００３７】
さらに、この制御装置８は、ロック機構制御部８１を備えている。このロック機構制御部８１は、被処理品Ｗの冷却中に炉扉１３を閉塞すると共に冷却後に冷媒Ｃの温度を設定温度ｔ以上、かつ、所定の時間Ｔで保持した場合に解除するものである。
【００３８】
次に、上記構成からなる単室型真空熱処理炉Ａの動作について説明する。図３は、この単室型真空熱処理炉Ａの処理工程の一部を抜粋したものである。なお、以下の説明では、複数の被処理品Ｗの焼き入れを行う場合について説明し、この熱処理前の直近の熱処理からは十分に時間が経過して、炉内温度が外気温と同一となっている。また、冷媒Ｃは常に冷媒循環系６を循環しているものとする。
【００３９】
まず、炉扉１３を開いて開口部１２ａを開口し、加熱室Ｒを外部に露出させて、加熱室扉２３ｂを開き搬入搬出口２３ａを開口する。
【００４０】
次に、被処理品Ｗが炉床２７と略同一の高さに載置された装入抽出台を開口部１２ａに突き合わせる。そして、被処理品Ｗを加熱室Ｒの内部に装入した後、装入抽出台を開口部１２ａから離間させると共に加熱室扉２３ｂを閉じて、搬入搬出口２３ａを閉じる。さらに、フランジ部１３ａをフランジ部１２ｃに重ね合わせるように炉扉１３を閉じ、駆動機構１４ｂによりクランプリング１４ａを締め付け、容器胴部１２を密閉する。
【００４１】
次に、減圧装置４を作動させて処理空間Ｓを減圧する。この際、加熱室Ｒにおける床板２２ａの冷却ガス導入口２４ａと、天板２２ｆの冷却ガス排出口２５ａとは、開口した状態である。そして、所定の真空度となった後に空気圧シリンダ２４ｃ，２５ｃを作動させて、床蓋２４ｂ、天蓋２５ｂを駆動し、冷却ガス導入口２４ａ、冷却ガス排出口２５ａをそれぞれ閉塞する。
【００４２】
次に、ヒータ２６に通電することにより被処理品Ｗを所定の温度、かつ、所定の時間で加熱する。この際、炉壁１１及び熱交換器５２がヒータ２６からのふく射によって加熱されることにより冷媒Ｃの温度が上昇するので、冷媒循環系６の系路を配管６６ｃとした上で冷媒冷却部６４を作動させて冷媒Ｃを冷却し、炉壁１１を冷却する。
【００４３】
加熱処理後、再び空気圧シリンダ２４ｃ，２５ｃを作動させて、床蓋２４ｂ、天蓋２５ｂを駆動し、冷却ガス導入口２４ａ、冷却ガス排出口２５ａをそれぞれ開口させると共に冷却ガス供給装置３を作動させて冷却ガスＧを供給する（図２参照）。
【００４４】
同時に冷却装置５を駆動させて、冷却ガスＧを処理空間Ｓに循環させる。この際、冷却ガスＧは、熱交換器５２の伝熱管内部に流れる冷媒Ｃと熱交換を行うことにより冷却され、冷媒Ｃが冷却ガスＧから受け取った熱は、冷媒冷却部６４により放熱される。なお、加熱室Ｒにおいては、冷却ガス導入口２４ａから炉床２７を通過して冷却ガス排出口２５ａから排出されるように循環する。
【００４５】
冷却処理完了を検知（ステップＳ１）した制御装置８は、冷媒Ｃの温度を計測すると共に冷媒Ｃの温度が設定温度ｔよりも高いか否か判断する（ステップＳ２）。
ステップＳ２の判断が「Ｎｏ」の場合、すなわち、冷媒Ｃの温度が設定温度ｔを下回っている場合には、三方弁６３による冷媒循環系６の系路が配管６６ｃであるか判断する（ステップＳ３）。
【００４６】
ステップＳ３の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、三方弁６３を作動させて冷媒循環系６の系路を配管６６ｄの方向に切り換える（ステップＳ４）。本実施形態では、上述したように炉壁１１及び冷却ガスＧを冷却するために冷媒循環系６の系路を配管６６ｃとした上で冷媒冷却部６４を作動させていたので、三方弁６３を作動させて冷媒循環系６の系路を配管６６ｄの方向に切り換える。
【００４７】
ステップＳ４の後またはステップＳ３の判断が「Ｎｏ」の場合には、冷媒Ｃを加熱して冷媒Ｃを所定の温度となるまで加熱する（ステップＳ５）。つまり、冷媒加熱部６５で加熱した冷媒Ｃが冷却ジャケット１５に供給されて、炉本体１の内表面及び熱交換器５２が直接的に昇温される。なお、この際、冷却ガスＧは、循環したままである。
その後、再びステップＳ２の判断を行う。
【００４８】
ステップＳ２の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、制御装置８のロック機構制御部８１は、所定の時間、冷媒Ｃが設定温度ｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。なお、この所定の時間は、冷却ガスＧが熱交換器５２及び炉壁１１に暖められて、この冷却ガスＧにより炉内温度が外気温以上となる時間が設定されている。
【００４９】
ステップＳ６の判断が「Ｎｏ」の場合には、再びステップＳ２の判断をする。
ステップＳ６の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、炉内が大気圧となっていることを前提に、ロック機構１４の駆動機構１４ｂを動作させてクランプリング１４ａの締め付けを解除する（ステップＳ７）。
【００５０】
ロック機構１４が解除された後、炉扉１３を開けると共に開口部１２ａを開放し、加熱室Ｒの加熱室扉２３ｂを開いて搬入搬出口２３ａを開口させる（ステップＳ８）。この際、炉本体１の内表面や熱交換器５２の他、加熱室Ｒやファン５１ａも設定温度となっている。
【００５１】
その後、装入抽出台を再度炉床２７に突き合わして、焼き入れ処理した被処理品Ｗを抽出し、新たな被処理品Ｗを装入までの間、制御装置８は、継続的に冷媒Ｃの温度を設定温度ｔ以上とするため、ステップＳ２〜Ｓ５と同様の判断を繰り返す（ステップＳ９〜１２）。
【００５２】
つまり、開口部１２ａが開口している間は、炉本体１の内表面や熱交換器５２は、設定温度ｔ以上に保温されると共に、加熱室Ｒやファン５１ａも設定温度近傍の温度となっているので、炉内に外気が流入したとしても結露しない。
【００５３】
その後、新たな被処理品Ｗを加熱室Ｒに装入した後（ステップＳ１３）、加熱室扉２３ｂと炉扉１３とを再度閉じて、上記と同様にして熱処理を開始する。この際、ヒータ２６により被処理品Ｗを加熱しても、炉本体１の内表面や熱交換器５２の他、加熱室Ｒやファン５１ａに結露が生じていないので、炉内に水蒸気が発生することはない。
【００５４】
同時に、三方弁６３による冷媒循環系６の系路が配管６６ｃであるか判断し（ステップＳ１４）、ステップＳ１４の判断が「Ｙｅｓ」の場合には処理を終了し、ステップＳ１４の判断が「Ｎｏ」の場合には加熱処理時に冷媒Ｃを冷却するために冷媒循環系６の系路を配管６６ｃに切り換え（ステップＳ１５）、処理を終了する。
【００５５】
新たな被処理品Ｗは、炉内に水蒸気が発生していないので、その表面が酸化せず、また、これによる着色も生じることなく、熱処理が完了される。
【００５６】
以上説明した通り、本単室型真空熱処理炉Ａによれば、冷媒循環系６に冷媒Ｃを加熱する冷媒加熱部６５を備えるので、炉本体１の内表面が直接的に昇温される。これにより、炉本体１の内表面の結露が短時間で効果的に防止されると共に作業効率を向上させて良好な被処理品Ｗを得ることが可能となる。
【００５７】
また、冷媒Ｃの温度を計測する熱電対７１と、熱電対７１の出力信号に基づいて冷媒加熱部６５及び冷媒冷却部６４を制御する制御装置とを備えるので、加熱処理時と冷却処理時と分けて、適宜冷媒Ｃの温度を変更することが可能になると共に、冷却処理終了後から新しい被処理品Ｗを装入するまでの間の冷媒Ｃの温度を変更することも可能となる。
【００５８】
また、制御装置８が被処理品Ｗの冷却中に炉扉１３を閉塞すると共に冷却後に冷媒Ｃの温度を設定温度ｔ以上、かつ、所定の時間Ｔで保持した場合に解除するロック機構制御部８１を備えるので、炉内温度を所望の温度に調整して炉本体１の内表面及び熱交換器５２以外の結露を有効に防止することができる。さらに、冷却終了後に炉内温度が所望の温度以上になる前に、誤って炉扉１３を開けることを完全に防止することができる。
【００５９】
また、冷媒Ｃにオイルを用いているので、水を冷媒として用いた場合に発生するスケールの蓄積を防ぐことができる。
【００６０】
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。
例えば、本実施形態では、冷却ジャケット１５と熱交換器５２とを冷媒循環系６として共通のものとして構成したが、これらを独立した構成としても構わない。
【００６１】
また、本実施形態では、三方弁６３を設けて冷媒冷却部６４と冷媒加熱部６５とを並列的に配置して構成したが、三方弁６３を設けずに直列的な配置としてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、冷媒Ｃにオイルを用いたが、冷却水であってもよいのは勿論である。
また、本実施形態では、箱状断熱材２２に車輪２１を設けたが、これは加熱室Ｒのメンテナンス性を向上するために設けたものであり、必ずしも設ける必要はない。
【００６３】
また、本実施形態では、冷媒Ｃは絶えず冷媒循環系６を循環している構成としたが、例えば、被処理品Ｗの加熱処理中に熱交換器５２への冷媒Ｃの供給を中断してもよいし、冷却処理中に冷却ジャケット１５への冷媒Ｃの供給を中断する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の一実施形態における単室型真空熱処理炉Ａの全体構成を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の第一実施形態における単室型真空熱処理炉Ａの処理工程の一部を抜粋したものである。
【符号の説明】
【００６５】
１…炉本体
２…加熱装置
３…供給装置
４…減圧装置
５…冷却装置
６…冷媒循環系
８…制御装置
１１（１１ａ、１１ｂ）…炉壁
１２ａ…開口部
１３…炉扉
１４…ロック機構
１５（１５ａ，１５ｂ）…冷却ジャケット
５２…熱交換器
６４…冷媒冷却部
６５…冷媒加熱部
７１…熱電対（センサ）
８１…ロック機構制御部
Ａ…単室型真空熱処理炉
Ｃ…冷媒
Ｇ…冷却ガス
Ｓ…処理空間
Ｗ…被処理品
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属製品について例えば焼入れ等の熱処理を行う際に用いられる単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置として、炉本体の開口部から該炉本体内に被処理品を装入設置し、前記開口部を閉塞したのち該炉本体内を真空引きすると共に、前記炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒を供給して該炉壁を冷却し、前記被処理品を加熱してこれを加熱処理した後、前記炉本体内にガスを導入すると共に該冷却ガスを冷却して該被処理品を冷却し、その後前記開口部を開口させて前記被処理品を新たな被処理品に交換して順次被処理品の熱処理を行うものが知られている。
【０００３】
このような装置は、被処理品の加熱処理中に炉壁が高温となって作業環境が悪化すること及び炉壁が劣化することを防止するために、炉壁に冷却ジャケットを設けてこの炉壁を冷却するものである。
【０００４】
ところで、このような単室型真空熱処理では、真空熱処理後に炉扉を開いて被処理品を外部へ取り出す際に、冷却処理によって炉本体の内表面温度が外気温度より低いと、炉内に流入した外気中の水分が炉本体の内表面に結露する。そして、この状態で新たな被処理品を炉内に装入して加熱すると、真空熱処理中に結露した水滴が除々に気化して水蒸気となり、これが被処理品の表面を酸化して着色する。
【０００５】
下記特許文献１には、被処理品の真空熱処理の真空熱処理の前工程及び／又は後工程として、炉扉を閉じたままで炉内に冷却ガスを循環させると共にこの冷却ガスを炉内に設けられた加熱装置で加熱し、炉内全体を水分の蒸発温度よりも十分高く被処理品が酸化・着色しない温度まで加熱して、炉本体の内表面への結露を防ぐことにより、被処理品への酸化及び着色を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１００９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒が供給されているので、加熱した冷却ガスを循環させても炉本体の内表面の昇温に相当時間を要する。そのため、次の被処理品の処理を開始するまで待つ必要が生じ、結果として被処理品の処理効率が悪くなるという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、短時間で効果的に結露を防止し、作業効率を向上させて良好な被処理品を得ることができる単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、単室型真空熱処理炉に係る第一の解決手段として、炉壁に水冷ジャケットが設けられ、該炉壁により内部に被処理品の処理空間が形成された炉本体と、
前記炉本体内に設置された被処理品を加熱する加熱装置と、前記処理空間内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、前記処理空間内に設置された熱交換器により前記冷却ガスを介して前記被処理品を冷却する第一の冷媒循環系と、前記処理空間内を減圧する減圧装置と、前記冷却ジャケットに冷媒を供給する第二の冷媒循環系とを備えた単室型真空熱処理炉において、前記第二の冷媒循環系は、前記冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えている、という手段を採用する。
【０００９】
単室型真空熱処理炉に係る第二の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉の第一の解決手段において、前記第二の冷媒循環系が、前記冷却ジャケットに供給する冷媒を冷却する冷媒冷却部と、前記冷媒加熱部とを備えて構成され、前記冷媒の温度を計測するセンサと、該センサの出力信号に基づいて前記冷媒加熱部及び前記冷媒冷却部を制御する制御装置と、を備えてなる、という手段を採用する。
【００１０】
単室型真空熱処理炉に係る第三の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉の第二の解決手段において、前記炉本体が、その内部に前記被処理品を搬入・搬出する開口部を具備すると共に、該開口部を開閉する炉扉と、該炉扉による前記開口部の閉塞解除を行うロック機構とを備え、前記制御装置は、前記被処理品の冷却中に前記炉扉を閉塞すると共に冷却後に前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間で保持した場合に解除するロック機構制御部を備えている、という手段を採用する。
【００１１】
単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第一の解決手段として、炉本体の開口部から該炉本体内に被処理品を装入かつ設置し、前記開口部を閉塞したのち該炉本体内を真空引きすると共に、前記炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒を供給して該炉壁を冷却し、前記被処理品を加熱してこれを加熱処理した後、前記炉本体内に冷却ガスを導入すると共に該冷却ガスを冷却して前記被処理品を冷却し、その後前記開口部を開口させて前記被処理品を新たな被処理品に交換して順次被処理品の熱処理を行う単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法であって、前記被処理品の冷却後に前記冷媒を加熱して前記炉壁を昇温させることにより新たな被処理品の加熱処理時における水蒸気の発生を防止して該被処理品の酸化を防止する、という手段を採用する。
【００１２】
単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第二の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第一の解決手段において、前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持して、前記被処理品を装入及び／又は抽出する、という手段を採用する。
単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第三の解決手段として、上記単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法の第二の解決手段において、前記冷媒の温度が炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持されるまでは、前記炉本体の炉扉を閉じておく、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炉壁に設けられた冷却ジャケットに供給される冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えるので、炉本体の内表面が直接的に昇温される。これにより、炉本体の内表面の結露が短時間で効果的に防止されると共に作業効率を向上させて良好な被処理品を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る単室型真空熱処理炉Ａの全体構成を示す図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図１においては、加熱室Ｒを密閉した状態で図示しており、図２においては、加熱室Ｒを開放した状態で示している。
【００１５】
図１に示すように、単室型真空熱処理炉Ａは、炉本体１と、加熱装置２と、冷却ガス供給装置３と、減圧装置４と、冷却装置５と、冷媒循環系６と、制御装置８とを備えている。
【００１６】
炉本体１は、炉壁１１により内部に被処理品Ｗの処理空間Ｓが形成されたものであって、略円筒形状に形成されたものである。この炉本体１は、中心軸（円筒の中心軸）が水平となるように、周面に形成された脚部１７が下側に位置するように床Ｆに設置されている。
【００１７】
炉本体１は、容器胴部１２と炉扉１３とロック機構１４と冷却ジャケット１５とを備えている。
容器胴部１２は、炉壁１１ａによって構成されて、一方の端部が開口部１２ａとなった略円筒形状のものであり、加熱装置２等を容器胴部１２の内部に収容すると共に開口部１２ａから被処理品Ｗが装入・抽出される。図２に示すように、この容器胴部１２の内部下方には、開口部１２ａから他方の端部近傍まで、炉本体１の中心軸方向に沿って互いに平行に形成された二つの平行床部１２ｂが形成されている。また、開口部１２ａの周囲を囲む炉壁１１ａには、フランジ部１２ｃが形成されている。
【００１８】
炉扉１３は、炉壁１１ｂによって構成された略円盤形状のものであり、開口部１２ａを開口・閉塞するものである。この炉扉１３の周縁には、開口部１２ａの閉塞時において、フランジ部１２ｃと重なるように形成されたフランジ部１３ａが形成されている。
【００１９】
ロック機構１４は、炉扉１３による開口部１２ａの閉塞解除を行うものである。具体的には、フランジ部１２ｃとフランジ部１３ａとに係合するクランプリング１４ａとクランプリング１４ａを締め付ける駆動機構１４ｂとからなり、フランジ部１２ｃとフランジ部１３ａとを密着させた状態で強固固定し、容器胴部１２を密閉することが可能である。
【００２０】
冷却ジャケット１５（１５ａ、１５ｂ）は、処理空間Ｓを囲繞するように炉壁１１（１１ａ，１１ｂ）に設けられたものであり、それぞれ冷媒Ｃが供給される供給口１５ａ１，１５ｂ１が備えられると共に冷媒Ｃを排出する排出口１５ａ２，１５ｂ２が備えられている。なお、冷却ジャケット１５ａ、１５ｂは、直接的には連通しない独立のものである。
【００２１】
加熱装置２は、平行床部１２ｂに支持されて、容器胴部１２内に収容されている。この加熱装置２は、車輪２１の設けられた箱状断熱材２２と、ヒータ２６と、炉床２７とを備えている。
車輪２１は、箱状断熱材２２によって構成される加熱室Ｒが平行床部１２ｂ上を炉本体１の中心軸方向に移動することができるように取り付けられたものである。
【００２２】
箱状断熱材２２は、セラミックファイバ製のものであり、加熱室Ｒを構成するように設けられている。すなわち、加熱室Ｒは、車輪２１が設けられる床板２２ａと、開口部１２ａ側に設けられた正面壁２２ｂと、この正面壁２２ｂと対向するように設けられた背面壁２２ｃと、炉本体１の中心軸に沿うと共に互いに平行となるように設けられた側面壁２２ｄ、２２ｅと、天板２２ｆとから構成され、被処理品Ｗを収容可能である。
なお、この箱状断熱材２２には、加熱室Ｒの温度を計測するための熱電対（不図示）が備えられており、この計測信号が制御装置８に伝送されるようになっている。
【００２３】
また、正面壁２２ｂには、被処理品Ｗの搬入搬出口２３ａが形成されると共にこれを開閉可能な加熱室扉２３ｂが設けられている。さらに、床板２２ａには冷却ガス導入口２４ａが形成されると共にこれを開閉可能な床蓋２４ｂが設けられており、天板２２ｆには冷却ガス排出口２５ａが形成されると共にこれを開閉可能な天蓋２５ｂが設けられている。
【００２４】
床蓋２４ｂは、炉外の下部に設けられた空気圧シリンダ２４ｃによって鉛直に駆動され、また、天蓋２５ｂは、炉外の側部に設けられた空気圧シリンダ２５ｃによって水平に駆動される。なお、加熱室扉２３ｂは、不図示の開閉装置によって開閉が行われる。
【００２５】
このように、搬入搬出口２３ａを加熱室扉２３ｂにより閉塞させた状態において、床蓋２４ｂ及び天蓋２５ｂを閉じることにより加熱室Ｒが密閉されると共に、床蓋２４ｂ及び天蓋２５ｂを開けることにより加熱室Ｒが外部と連通するようになっている。
【００２６】
ヒータ２６は、被処理品Ｗが加熱室Ｒに搬入された場合に被処理品Ｗを囲むように加熱室Ｒに設けられている。
炉床２７は、炉本体１の中心軸に平行な複数の棒状部材から構成されており、床板２２ａに設けられている。
【００２７】
冷却ガス供給装置３は、処理空間Ｓに冷却ガスＧを供給するものであり、減圧装置４は、開口部１２ａから流入した外気を排気して処理空間Ｓを減圧するものである。
【００２８】
冷却装置５は、送風機５１と熱交換器５２とを備えている。
送風機５１は、冷却ガスＧを送風する冷却ファン５１ａと、この冷却ファン５１ａを回動させるファンモータ５１ｂを備えており、冷却ファン５１ａが炉内に、また、ファンモータ５１ｂが炉外に位置するように炉本体１の上部に設けられている。
熱交換器５２は、内部に冷媒Ｃが流れる複数の伝熱管を備えており、この複数の伝熱管が冷却ファン５１ａを囲むようにして、炉本体１における炉内上部に設けられている。
【００２９】
冷媒循環系（第一の冷媒循環系、第二の冷媒循環系）６は、冷却ジャケット１５と、熱交換器５２と、冷媒槽６１と、循環ポンプ６２と、三方弁６３と、並列的に配置される冷媒冷却部６４及び冷媒加熱部６５と、これらの間に順次配設される配管６６（６６ａ〜６６ｍ）とから概略構成されている。
【００３０】
冷媒槽６１は、冷媒Ｃの貯留槽として機能するものであり、常に一定の冷媒Ｃが貯留されているように構成されている。なお、本実施形態においては、冷媒Ｃとしてオイルを用いている。
この冷媒槽６１には、冷媒槽６１に貯留した冷媒Ｃの温度が計測されるように熱電対７１が備えられており、制御装置８に出力信号を継続的に供給するようになっている。
【００３１】
循環ポンプ６２は、配管６６ａにより冷媒槽６１と連通しており、冷媒槽６１に貯留された冷媒Ｃを配管６６ｂに送出する。
三方弁６３は、電動式のものであり、配管６６ｂと、冷媒冷却部６４に連通する配管６６ｃと、冷媒加熱部６５に連通する配管６６ｄとが接続されている。すなわち、この三方弁６３を動作させることにより、循環ポンプ６２から送出された冷媒Ｃの系路を配管６６ｃ又は配管６６ｄのいずれかに切り換えることができる。
【００３２】
冷媒冷却部６４は、配管６６ｃから流入した冷媒Ｃと熱交換を行って冷媒Ｃを冷却するものであり、この冷却された冷媒Ｃが流出する配管６６ｅと連通する。
冷媒加熱部６５は、配管６６ｄから流入した冷媒Ｃと熱交換を行って冷媒Ｃを加熱するものであり、この加熱された冷媒Ｃを流出する配管６６ｆと連通する。
【００３３】
配管６６ｅと配管６６ｆとは、連通して一つの配管を構成した後に、三つの配管に分岐する。すなわち、ジャケット１５ａの供給口１５ａ１に接続された配管６６ｇと、ジャケット１５ｂの供給口１５ｂ１に接続された配管６６ｈと、熱交換器５２に接続される配管６６ｉに分岐する。
【００３４】
そして、配管６６ｇ，配管６６ｈからそれぞれ冷却ジャケット１５ａ，１５ｂに流入した冷媒Ｃは、処理空間Ｓを囲繞する冷却ジャケット１５内を流れた後に、排出口１５ａ２，１５ｂ２からそれぞれ配管６６ｊ，６６ｋに流入して、これら配管６６ｊ，６６ｋと連通する冷媒槽６１に貯留されるようになっている。同様に、熱交換器５２の伝熱管を流れた冷媒Ｃは、配管６６ｍを介して冷媒槽６１に貯留されるようになっている。
このようにして冷媒循環系６が構成されている。
【００３５】
制御装置８は、加熱装置２と、冷却ガス供給装置３と、減圧装置４と、冷却装置５と、冷媒循環系６の循環ポンプ６２の動作を制御するものである。
例えば、制御装置８は、被処理品Ｗの加熱処理時において、ヒータ２６に通電して所望の温度まで被処理品Ｗを加熱し、また、冷媒Ｃが冷却されるように循環系路を配管６６ｃとすると共に冷媒冷却部６４を作動させて冷媒Ｃを冷却する。同様に、冷却処理時において、炉内温度よりも設定温度が高い場合には、冷媒Ｃを冷却する。なお、加熱処理及び冷却処理の温度や時間は、被処理品Ｗの金属の種類及び熱処理の種類によって適宜変更される。
【００３６】
この制御装置８は、被処理品Ｗの冷却処理後から新たな被処理品Ｗの装入を完了させるまでの間、冷媒Ｃの温度が設定温度ｔよりも低い場合に冷媒Ｃを昇温させる。具体的には、三方弁６３を動作させて冷媒循環系を配管６６ｄに切り換えると共に、冷媒加熱部６５を作動させて冷媒を加熱する。なお、この冷媒Ｃの設定温度ｔは、一般に炉本体１の内表面の結露を有効に防止することができる温度（外気温を１０℃程度上回る温度）に設定されている。また、外気温は炉外に設けられた温度センサ（不図示）から出力信号が制御装置８に供給されるようになっている。
【００３７】
さらに、この制御装置８は、ロック機構制御部８１を備えている。このロック機構制御部８１は、被処理品Ｗの冷却中に炉扉１３を閉塞すると共に冷却後に冷媒Ｃの温度を設定温度ｔ以上、かつ、所定の時間Ｔで保持した場合に解除するものである。
【００３８】
次に、上記構成からなる単室型真空熱処理炉Ａの動作について説明する。図３は、この単室型真空熱処理炉Ａの処理工程の一部を抜粋したものである。なお、以下の説明では、複数の被処理品Ｗの焼き入れを行う場合について説明し、この熱処理前の直近の熱処理からは十分に時間が経過して、炉内温度が外気温と同一となっている。また、冷媒Ｃは常に冷媒循環系６を循環しているものとする。
【００３９】
まず、炉扉１３を開いて開口部１２ａを開口し、加熱室Ｒを外部に露出させて、加熱室扉２３ｂを開き搬入搬出口２３ａを開口する。
【００４０】
次に、被処理品Ｗが炉床２７と略同一の高さに載置された装入抽出台を開口部１２ａに突き合わせる。そして、被処理品Ｗを加熱室Ｒの内部に装入した後、装入抽出台を開口部１２ａから離間させると共に加熱室扉２３ｂを閉じて、搬入搬出口２３ａを閉じる。さらに、フランジ部１３ａをフランジ部１２ｃに重ね合わせるように炉扉１３を閉じ、駆動機構１４ｂによりクランプリング１４ａを締め付け、容器胴部１２を密閉する。
【００４１】
次に、減圧装置４を作動させて処理空間Ｓを減圧する。この際、加熱室Ｒにおける床板２２ａの冷却ガス導入口２４ａと、天板２２ｆの冷却ガス排出口２５ａとは、開口した状態である。そして、所定の真空度となった後に空気圧シリンダ２４ｃ，２５ｃを作動させて、床蓋２４ｂ、天蓋２５ｂを駆動し、冷却ガス導入口２４ａ、冷却ガス排出口２５ａをそれぞれ閉塞する。
【００４２】
次に、ヒータ２６に通電することにより被処理品Ｗを所定の温度、かつ、所定の時間で加熱する。この際、炉壁１１及び熱交換器５２がヒータ２６からのふく射によって加熱されることにより冷媒Ｃの温度が上昇するので、冷媒循環系６の系路を配管６６ｃとした上で冷媒冷却部６４を作動させて冷媒Ｃを冷却し、炉壁１１を冷却する。
【００４３】
加熱処理後、再び空気圧シリンダ２４ｃ，２５ｃを作動させて、床蓋２４ｂ、天蓋２５ｂを駆動し、冷却ガス導入口２４ａ、冷却ガス排出口２５ａをそれぞれ開口させると共に冷却ガス供給装置３を作動させて冷却ガスＧを供給する（図２参照）。
【００４４】
同時に冷却装置５を駆動させて、冷却ガスＧを処理空間Ｓに循環させる。この際、冷却ガスＧは、熱交換器５２の伝熱管内部に流れる冷媒Ｃと熱交換を行うことにより冷却され、冷媒Ｃが冷却ガスＧから受け取った熱は、冷媒冷却部６４により放熱される。なお、加熱室Ｒにおいては、冷却ガス導入口２４ａから炉床２７を通過して冷却ガス排出口２５ａから排出されるように循環する。
【００４５】
冷却処理完了を検知（ステップＳ１）した制御装置８は、冷媒Ｃの温度を計測すると共に冷媒Ｃの温度が設定温度ｔよりも高いか否か判断する（ステップＳ２）。
ステップＳ２の判断が「Ｎｏ」の場合、すなわち、冷媒Ｃの温度が設定温度ｔを下回っている場合には、三方弁６３による冷媒循環系６の系路が配管６６ｃであるか判断する（ステップＳ３）。
【００４６】
ステップＳ３の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、三方弁６３を作動させて冷媒循環系６の系路を配管６６ｄの方向に切り換える（ステップＳ４）。本実施形態では、上述したように炉壁１１及び冷却ガスＧを冷却するために冷媒循環系６の系路を配管６６ｃとした上で冷媒冷却部６４を作動させていたので、三方弁６３を作動させて冷媒循環系６の系路を配管６６ｄの方向に切り換える。
【００４７】
ステップＳ４の後またはステップＳ３の判断が「Ｎｏ」の場合には、冷媒Ｃを加熱して冷媒Ｃを所定の温度となるまで加熱する（ステップＳ５）。つまり、冷媒加熱部６５で加熱した冷媒Ｃが冷却ジャケット１５に供給されて、炉本体１の内表面及び熱交換器５２が直接的に昇温される。なお、この際、冷却ガスＧは、循環したままである。
その後、再びステップＳ２の判断を行う。
【００４８】
ステップＳ２の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、制御装置８のロック機構制御部８１は、所定の時間、冷媒Ｃが設定温度ｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。なお、この所定の時間は、冷却ガスＧが熱交換器５２及び炉壁１１に暖められて、この冷却ガスＧにより炉内温度が外気温以上となる時間が設定されている。
【００４９】
ステップＳ６の判断が「Ｎｏ」の場合には、再びステップＳ２の判断をする。
ステップＳ６の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、炉内が大気圧となっていることを前提に、ロック機構１４の駆動機構１４ｂを動作させてクランプリング１４ａの締め付けを解除する（ステップＳ７）。
【００５０】
ロック機構１４が解除された後、炉扉１３を開けると共に開口部１２ａを開放し、加熱室Ｒの加熱室扉２３ｂを開いて搬入搬出口２３ａを開口させる（ステップＳ８）。この際、炉本体１の内表面や熱交換器５２の他、加熱室Ｒやファン５１ａも設定温度となっている。
【００５１】
その後、装入抽出台を再度炉床２７に突き合わして、焼き入れ処理した被処理品Ｗを抽出し、新たな被処理品Ｗを装入までの間、制御装置８は、継続的に冷媒Ｃの温度を設定温度ｔ以上とするため、ステップＳ２〜Ｓ５と同様の判断を繰り返す（ステップＳ９〜１２）。
【００５２】
つまり、開口部１２ａが開口している間は、炉本体１の内表面や熱交換器５２は、設定温度ｔ以上に保温されると共に、加熱室Ｒやファン５１ａも設定温度近傍の温度となっているので、炉内に外気が流入したとしても結露しない。
【００５３】
その後、新たな被処理品Ｗを加熱室Ｒに装入した後（ステップＳ１３）、加熱室扉２３ｂと炉扉１３とを再度閉じて、上記と同様にして熱処理を開始する。この際、ヒータ２６により被処理品Ｗを加熱しても、炉本体１の内表面や熱交換器５２の他、加熱室Ｒやファン５１ａに結露が生じていないので、炉内に水蒸気が発生することはない。
【００５４】
同時に、三方弁６３による冷媒循環系６の系路が配管６６ｃであるか判断し（ステップＳ１４）、ステップＳ１４の判断が「Ｙｅｓ」の場合には処理を終了し、ステップＳ１４の判断が「Ｎｏ」の場合には加熱処理時に冷媒Ｃを冷却するために冷媒循環系６の系路を配管６６ｃに切り換え（ステップＳ１５）、処理を終了する。
【００５５】
新たな被処理品Ｗは、炉内に水蒸気が発生していないので、その表面が酸化せず、また、これによる着色も生じることなく、熱処理が完了される。
【００５６】
以上説明した通り、本単室型真空熱処理炉Ａによれば、冷媒循環系６に冷媒Ｃを加熱する冷媒加熱部６５を備えるので、炉本体１の内表面が直接的に昇温される。これにより、炉本体１の内表面の結露が短時間で効果的に防止されると共に作業効率を向上させて良好な被処理品Ｗを得ることが可能となる。
【００５７】
また、冷媒Ｃの温度を計測する熱電対７１と、熱電対７１の出力信号に基づいて冷媒加熱部６５及び冷媒冷却部６４を制御する制御装置とを備えるので、加熱処理時と冷却処理時と分けて、適宜冷媒Ｃの温度を変更することが可能になると共に、冷却処理終了後から新しい被処理品Ｗを装入するまでの間の冷媒Ｃの温度を変更することも可能となる。
【００５８】
また、制御装置８が被処理品Ｗの冷却中に炉扉１３を閉塞すると共に冷却後に冷媒Ｃの温度を設定温度ｔ以上、かつ、所定の時間Ｔで保持した場合に解除するロック機構制御部８１を備えるので、炉内温度を所望の温度に調整して炉本体１の内表面及び熱交換器５２以外の結露を有効に防止することができる。さらに、冷却終了後に炉内温度が所望の温度以上になる前に、誤って炉扉１３を開けることを完全に防止することができる。
【００５９】
また、冷媒Ｃにオイルを用いているので、水を冷媒として用いた場合に発生するスケールの蓄積を防ぐことができる。
【００６０】
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。
例えば、本実施形態では、冷却ジャケット１５と熱交換器５２とを冷媒循環系６として共通のものとして構成したが、これらを独立した構成としても構わない。
【００６１】
また、本実施形態では、三方弁６３を設けて冷媒冷却部６４と冷媒加熱部６５とを並列的に配置して構成したが、三方弁６３を設けずに直列的な配置としてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、冷媒Ｃにオイルを用いたが、冷却水であってもよいのは勿論である。
また、本実施形態では、箱状断熱材２２に車輪２１を設けたが、これは加熱室Ｒのメンテナンス性を向上するために設けたものであり、必ずしも設ける必要はない。
【００６３】
また、本実施形態では、冷媒Ｃは絶えず冷媒循環系６を循環している構成としたが、例えば、被処理品Ｗの加熱処理中に熱交換器５２への冷媒Ｃの供給を中断してもよいし、冷却処理中に冷却ジャケット１５への冷媒Ｃの供給を中断する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の一実施形態における単室型真空熱処理炉Ａの全体構成を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の第一実施形態における単室型真空熱処理炉Ａの処理工程の一部を抜粋したものである。
【符号の説明】
【００６５】
１…炉本体
２…加熱装置
３…供給装置
４…減圧装置
５…冷却装置
６…冷媒循環系
８…制御装置
１１（１１ａ、１１ｂ）…炉壁
１２ａ…開口部
１３…炉扉
１４…ロック機構
１５（１５ａ，１５ｂ）…冷却ジャケット
５２…熱交換器
６４…冷媒冷却部
６５…冷媒加熱部
７１…熱電対（センサ）
８１…ロック機構制御部
Ａ…単室型真空熱処理炉
Ｃ…冷媒
Ｇ…冷却ガス
Ｓ…処理空間
Ｗ…被処理品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉壁に水冷ジャケットが設けられ、該炉壁により内部に被処理品の処理空間が形成された炉本体と、
前記炉本体内に設置された被処理品を加熱する加熱装置と、
前記処理空間内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、
前記処理空間内に設置された熱交換器により前記冷却ガスを介して前記被処理品を冷却する第一の冷媒循環系と、
前記処理空間内を減圧する減圧装置と、
前記冷却ジャケットに冷媒を供給する第二の冷媒循環系とを備えた単室型真空熱処理炉において、
前記第二の冷媒循環系は、前記冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えていることを特徴とする単室型真空熱処理炉。
【請求項２】
前記第二の冷媒循環系は、前記冷却ジャケットに供給する冷媒を冷却する冷媒冷却部と、前記冷媒加熱部とを備えて構成され、
前記冷媒の温度を計測するセンサと、該センサの出力信号に基づいて前記冷媒加熱部及び前記冷媒冷却部を制御する制御装置と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の単室型真空熱処理炉。
【請求項３】
前記炉本体は、その内部に前記被処理品を搬入・搬出する開口部を具備すると共に、該開口部を開閉する炉扉と、該炉扉による前記開口部の閉塞解除を行うロック機構とを備え、
前記制御装置は、前記被処理品の冷却中に前記炉扉を閉塞すると共に冷却後に前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間で保持した場合に解除するロック機構制御部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の単室型真空熱処理炉。
【請求項４】
炉本体の開口部から該炉本体内に被処理品を装入かつ設置し、前記開口部を閉塞したのち該炉本体内を真空引きすると共に、前記炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒を供給して該炉壁を冷却し、前記被処理品を加熱してこれを加熱処理した後、前記炉本体内に冷却ガスを導入すると共に該冷却ガスを冷却して前記被処理品を冷却し、その後前記開口部を開口させて前記被処理品を新たな被処理品に交換して順次被処理品の熱処理を行う単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法であって、
前記被処理品の冷却後に前記冷媒を加熱して前記炉壁を昇温させることにより新たな被処理品の加熱処理時における水蒸気の発生を防止して該被処理品の酸化を防止することを特徴とする単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法。
【請求項５】
前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持して、前記被処理品を装入及び／又は抽出することを特徴とする請求項４に記載の単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法。
【請求項６】
前記冷媒の温度が炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持されるまでは、前記炉本体の炉扉を閉じておくことを特徴とする請求項５に記載の単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法。
【請求項１】
炉壁に水冷ジャケットが設けられ、該炉壁により内部に被処理品の処理空間が形成された炉本体と、
前記炉本体内に設置された被処理品を加熱する加熱装置と、
前記処理空間内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、
前記処理空間内に設置された熱交換器により前記冷却ガスを介して前記被処理品を冷却する第一の冷媒循環系と、
前記処理空間内を減圧する減圧装置と、
前記冷却ジャケットに冷媒を供給する第二の冷媒循環系とを備えた単室型真空熱処理炉において、
前記第二の冷媒循環系は、前記冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えていることを特徴とする単室型真空熱処理炉。
【請求項２】
前記第二の冷媒循環系は、前記冷却ジャケットに供給する冷媒を冷却する冷媒冷却部と、前記冷媒加熱部とを備えて構成され、
前記冷媒の温度を計測するセンサと、該センサの出力信号に基づいて前記冷媒加熱部及び前記冷媒冷却部を制御する制御装置と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の単室型真空熱処理炉。
【請求項３】
前記炉本体は、その内部に前記被処理品を搬入・搬出する開口部を具備すると共に、該開口部を開閉する炉扉と、該炉扉による前記開口部の閉塞解除を行うロック機構とを備え、
前記制御装置は、前記被処理品の冷却中に前記炉扉を閉塞すると共に冷却後に前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間で保持した場合に解除するロック機構制御部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の単室型真空熱処理炉。
【請求項４】
炉本体の開口部から該炉本体内に被処理品を装入かつ設置し、前記開口部を閉塞したのち該炉本体内を真空引きすると共に、前記炉本体の炉壁に設けられた冷却ジャケット内に冷媒を供給して該炉壁を冷却し、前記被処理品を加熱してこれを加熱処理した後、前記炉本体内に冷却ガスを導入すると共に該冷却ガスを冷却して前記被処理品を冷却し、その後前記開口部を開口させて前記被処理品を新たな被処理品に交換して順次被処理品の熱処理を行う単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法であって、
前記被処理品の冷却後に前記冷媒を加熱して前記炉壁を昇温させることにより新たな被処理品の加熱処理時における水蒸気の発生を防止して該被処理品の酸化を防止することを特徴とする単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法。
【請求項５】
前記冷媒の温度を炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持して、前記被処理品を装入及び／又は抽出することを特徴とする請求項４に記載の単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法。
【請求項６】
前記冷媒の温度が炉外周囲の気温以上、かつ、所定の時間保持されるまでは、前記炉本体の炉扉を閉じておくことを特徴とする請求項５に記載の単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２１６３４４（Ｐ２００９−２１６３４４Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６２５５７（Ｐ２００８−６２５５７）
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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