熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法
【課題】処理装置内からの熱の放出をできる限り防止し、エネルギー効率が高く、また装置内の雰囲気が高精度で均一であり、スペース効率のよい熱処理装置および熱処理方法を提供し、さらに、該熱処理装置を備える熱処理設備を提供する。
【解決手段】ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、断熱材を備えた筐体と、前記筐体内部に設けられる複数の収納段を有するワーク収納棚と、前記ワーク収納棚の各収納段に設置される引出し式トレイと、前記筐体の内部の気体を加熱する加熱器と、前記筐体内部の気体を循環させる循環ファンと、を備える熱処理装置が提供される。
【解決手段】ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、断熱材を備えた筐体と、前記筐体内部に設けられる複数の収納段を有するワーク収納棚と、前記ワーク収納棚の各収納段に設置される引出し式トレイと、前記筐体の内部の気体を加熱する加熱器と、前記筐体内部の気体を循環させる循環ファンと、を備える熱処理装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気中で焼鈍し、焼きならし等の熱処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法であって、例えば熱間鍛造等の加熱処理が行われた鋼部品などのワークに焼鈍し処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ギアや歯車等の鋼部品であるワークには、熱間鍛造等の前段処理が行われた後、均熱状態で所定の時間ワークを保持し、その後徐冷を行う、いわゆる焼鈍し処理が行われる。この焼鈍し処理においては、ワークをオーステナイト組織の状態で十分保持しておくために、均熱状態でワークを保持する熱処理装置が必要となる。
【０００３】
そこで、特許文献１には、回転炉床の上に放射方向にワークを複数段配置し、軸流ファンにより上下もしくは平面方向に熱風循環流を発生させ、ワークが１回転する間に、熱風によってそのワークを均熱状態で保持する熱風循環炉が開示されている。また、特許文献２には、回転するワーク載置棚と平面視周方向に熱風を循環させる熱風循環装置を備える熱処理設備が開示されている。即ち、特許文献１および特許文献２に記載の熱処理装置はワークを回転させながら熱風を接触させ均熱状態を保持する構成となっており、以下ではこの構成
をとる熱処理装置を回転型熱処理装置と呼ぶ。
【０００４】
また、従来一般的に用いられてきた連続処理炉としては、トンネル型の長い処理炉が例示され、このトンネル型処理炉では、一端のワーク搬入口から搬入されたワークが、他端のワーク搬出口へ向けて移動する間に均熱や冷却等が行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５７６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−２００８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示された回転型熱処理装置は、ワークを放射状に配置するため、スペース効率が悪くなってしまうという問題があった。また、ワークの搬入・搬出時にロボットアームを処理装置の炉内に入れて作業を行う際、その作業中に開放された扉から熱が放出されてしまうため、均熱のために炉内の熱を保持しておく熱処理装置としては、熱効率に問題があった。さらに、炉の扉開放時の熱の放出を極力抑えるために、炉内に空のスペースを設ける場合にも、スペースが余分に必要となるためスペース効率が悪く、ワークの収容効率も悪くなってしまうという問題があった。また、ロボットアームを炉内に入れて作業を行うため、そのロボットアーム等のトラブル時には、復旧にかなりの時間が必要になってしまうという問題点があった。
【０００７】
上記トンネル型処理炉を用いた場合には、ワークの冷却を行う冷却部を通過する、各炉共通のコンベアが備えられており、冷却されたコンベアがワークの均熱を行う炉を通過する際に、均熱部の熱がコンベアに奪われてしまうため、エネルギーの無駄が発生してしまうという問題があった。また、ワークを連続してコンベア上に配置し熱処理を行う際に、ワーク同士の衝突による衝突キズを防止するためワーク同士の間隔をある程度あけて各ワークを配置するが、これによりコンベアの長さ、即ち、トンネル型処理炉全体の長さが長くなってしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明の目的は、処理装置内からの熱の放出をできる限り防止し、エネルギー効率が高く、また装置内の雰囲気が高精度で均一であり、スペース効率のよい熱処理装置および熱処理方法を提供し、さらに、該熱処理装置を備える熱処理設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、断熱材を備えた筐体と、前記筐体内部に設けられる複数の収納段を有するワーク収納棚と、前記ワーク収納棚の各収納段に設置される引出し式トレイと、前記筐体の内部の気体を加熱する加熱器と、前記筐体内部の気体を循環させる循環ファンと、を備える熱処理装置が提供される。
【００１０】
上記熱処理装置によれば、炉体内部にワークを搬送する搬送機構を持たないため、炉体容積をコンパクトにして、かつ大量のワークを炉体内に収納させることが可能となる。即ち、ワークを均熱状態で保持するという観点から、コンパクトな炉体内に大量のワークを保持することにより熱処理の熱効率を従来の熱処理装置と比べ高めることができる。さらに、炉体容積がコンパクトであるため、使用スペースを抑えることができ、その構成部品が少ないことから、製作納期や製作コストの面でも有用性が高い。また、メンテナンス時に、比較的単純な構造であり、炉体が小さいため、メンテナンスのための炉体冷却時間が短くてすむという利点がある。
【００１１】
また、上記熱処理装置は、前記収納段に流入する気体の流入側空間を１または複数の収納段ごとに複数の流路に分割する整流板と、前記流路内に各収納段に対応して取り付けられる風量調整用ダンパーと、を備えている。この熱処理装置によれば、各収納段に均一な熱風を供給することができ、ワークの均熱性を安定して保持することができる。これにより、製品化されたワークの品質の安定化が図られる。
【００１２】
また、前記引出し式トレイの前端部および後端部に断熱材が備えられている。このため、ワークの搬入・搬出時に炉体内部から放出される熱が減少するため、炉内の雰囲気を安定化させることが可能となり、熱効率の上昇が図られる。また、前記筐体内部に大気を導入する大気導入機構を備えていてもよい。なお、前記ワークとしては自動車部品のシャフトやギアが例示される。
【００１３】
また、別な観点からの本発明によれば、ワークに熱処理を施す熱処理設備であって、上記熱処理装置と、上記熱処理装置の外部に設置されるワークを熱処理装置に搬入および搬出する搬送機構を備える、熱処理設備が提供される。
【００１４】
上記熱処理設備によれば、ワークを熱処理装置に搬入および搬出する搬送機構が熱処理装置の外部に設置されるため、熱処理装置の外で搬送装置の故障状態を観察し、そのメンテナンスを容易に行うことができ、設備故障を少なく抑えられる。また、設備故障時の復旧も安全かつ迅速に行うことが可能である。
【００１５】
さらに別の観点からの本発明によれば、上記熱処理装置を用いて、ワークに熱処理を施す熱処理方法であって、使用する引出し式トレイの数を前記ワークの処理時間および前記ワークの生産数に応じて変化させる、熱処理方法が提供される。この熱処理方法によれば、ワークの処理時間および生産数に応じて、熱処理装置をフレキシブルに稼動させることができ、生産コストおよび省エネルギーの観点から非常に有効にワークの熱処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、処理装置内（筐体）からの熱の放出をできる限り防止し、エネルギー効率が高く、また装置内の雰囲気が高精度で均一であり、スペース効率のよい熱処理装置および該熱処理装置を用いた熱処理設備が提供される。また、ワークの処理時間および生産数に応じて、熱処理装置をフレキシブルに稼動させることができ、生産コストおよび省エネルギーの観点から非常に有効にワークの熱処理が行える熱処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱処理装置１の正面断面図である。
【図２】熱処理装置１の側面断面図である。
【図３】熱処理設備５０の概略説明図である。
【図４】熱処理装置６０の正面断面図である。
【図５】熱処理装置７０の概略図である。
【図６】熱処理設備８０の概略図である。
【図７】実施例で用いた熱処理装置の正面断面図である。
【図８】熱処理装置において位置ａ〜ｉでの温度変化を時間の経過に沿ってグラフ化したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図１は本実施の形態にかかる熱処理装置１の正面断面図である。また、図２は熱処理装置１の側面断面図である。なお、図２では、以下に説明する引出し式トレイ３５が一箇所引き出されている状態を図示している。
【００２０】
図１に示すように、熱処理装置１の外周は、断熱材９を備えた筐体１０によって構成されている。筐体１０は外部への放熱を抑えるために全面にわたり断熱材９で構成され、筐体１０の内部には、例えばギアや歯車等の鋼部品であるワーク１５を収納するワーク収納棚２０（以下収納棚２０とする）が設けられており、収納棚２０は縦４段、横５列に分割され、複数のワーク収納部２２（以下収納部２２とする）に仕切られている。なお、本実施の形態にかかる熱処理装置１においては、収納棚２０は縦４段、横５列に仕切られているとして説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、収納するワークの数や大きさ等によって収納部２２の数（仕切る段数および列数）は適宜定めることができる。
【００２１】
また、熱処理装置１内において、収納棚２０下方には、加熱器２４が設置され、加熱器２４の側方近傍には熱処理装置１内の気体を循環させる循環ファン２５が設置されている。循環ファン２５にはファンを回転させる例えばモーター等の駆動機構２６が接続しており、駆動機構２６は熱処理装置１外周部に設置されている。また、熱処理装置１の外部には、熱処理装置１内部に連通し、大気を送り込むポンプ２８が設けられている。なお、気体を加熱する前記加熱器２４は必ずしも熱処理装置１内に設置されている必要はないが、スペース効率やエネルギー効率を考えた場合、熱処理装置１内に設置されることが好ましい。また、熱処理装置１内の気体を循環させるために、複数台の循環ファン２５を図１に示す場所以外の適当な部分に設置してもよい。
【００２２】
収納棚２０の両側方の空間Ａ、空間Ｂそれぞれには、流動する気体を整流する整流板３０、３１が設置されている。ここで、空間Ａとは、循環ファン２５から送られる気体が収納棚２０に流入する際に通過する空間であり、空間Ｂとは、収納棚２０から流出した気体が加熱器２４に吸引されるまでに通過する空間である。本実施の形態にかかる熱処理装置１においては、空間Ａに設けられる整流板３０の形状は、図１に示すように、熱処理装置１の角部に対応する曲線形状の円弧部分と直線部分が組み合わさった形状（熱処理装置１の角に沿った形状）である。各整流板３０は空間Ａに４つの流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を形成するように設置される。４つの流路３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは、縦に４段設けられた収納部２２にそれぞれ対応し、収納部２２の各段に、循環ファン２５から送られる気体（熱風）を水平方向に流動させる流路となっている。また、筐体１０内において、上記空間Ａに形成される流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）には、それぞれ風量調節ダンパー２９が設けられている。なお、整流板３０によって形成される流路の数は、本実施の形態では４つであるが、これは収納部２２の段数に応じた数であり、収納部２２の段数が異なればその数に応じた流路数となることが好ましい。
【００２３】
上述したように、空間Ａにおいて４段の収納部２２に対応した４つの流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を形成するように整流板３０が設置されているが、空間Ｂにおいても同様に、収納部２２の段数に対応する数の流路、即ち、図１、図２においては４段なので４つの流路３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）が整流板３１によって形成される。整流板３１の形状は整流板３０と同様に熱処理装置１の角部に沿った形状であり、収納部２２を通過した気体（熱風）が鉛直方向（図１内下方向）に向かうように流動させられる。
【００２４】
また、図１および図２に示すように、複数の収納部２２それぞれには、前後に引出し自在であり、熱処理装置１の正面から奥行き方向（図２左右方向）へ伸長する引出し式トレイ３５（以下トレイ３５とする）が設けられており、各トレイ３５には１個以上のワーク１５が収納され、複数のワーク１５が一定間隔で収納されることが好ましい。また、各トレイ３５の前端部、後端部にはそれぞれ前部断熱材３６、後部断熱材３７が施工されている。従って、トレイ３５が収納部２２内へ収納されている場合、前部断熱材３６によって収納部２２内は断熱状態となり、トレイ３５が収納部２２から引き出された場合（図２に示す上から１段目の状態）には、後部断熱材３７によって収納部２２内は断熱状態となる。即ち、トレイ３５の収納時、引き出し時の両方の場合共に、収納部２２（熱処理装置１）は断熱状態とされ、内部の熱が逃げにくい構成となっている。また、熱処理装置１内部が断熱状態であるため、内部温度が上昇しすぎる場合を考慮し、図１および図２に示すように熱処理装置１上部には熱を逃がすことが可能な開閉式の排熱ダクト３９が設置されている。
【００２５】
また、図３は、熱処理装置１の収納部２２へのトレイ３５の引き出しおよび収納や、ワーク１５の収納および取り出しを行うアーム４１を備える外部搬送機構４０と、熱処理装置１から構成される熱処理設備５０の概略説明図である。図３に示すように構成される熱処理設備５０（熱処理装置１）において、加熱処理された高温のワーク１５を均熱状態で保持する、熱処理が行われる。まず、外部搬送機構４０のアーム４１によって収納部２２からトレイ３５が引き出される。そして、外部搬送機構４０によって、例えば熱間鍛造工程において高温状態となったワーク１５が熱処理装置１のトレイ３５に複数配置される。ワーク１５がトレイ３５に配置された後、外部搬送機構４０によってトレイ３５は収納部２２へ収納される。熱処理装置１は断熱材９の施工された筐体１０から構成されているため、熱処理装置１内は高温のワーク１５自身の熱によって加熱され高温雰囲気下となる。
【００２６】
次いで、熱処理装置１内においては、ワーク１５を所定の時間一定の温度に均熱することによりその熱処理が行われるが、そのためには熱処理装置１内を常時一定の高温雰囲気下に保持する必要がある。これは、例えば鋼部品であるワーク１５をオーステナイト状態で保持しておく焼きならしにより、所望の性質を持つ製品を得るためである。
【００２７】
そこで、上述したようにワーク１５自身の熱によって加熱された熱処理装置１内を一定の温度に保つため、加熱器２４、ポンプ２８および排熱ダクト３９が備えられる。熱処理装置１内の温度が所望の温度より下がってしまった場合には、加熱器２４の稼動によって熱処理装置１内の気体を加熱することで所望の温度に保つ。一方、熱処理装置１内の温度が所望の温度より上昇してしまった場合には、排熱ダクト３９を開放するとともにポンプ２８によって熱処理装置１内に大気（外気）を導入し、内部の熱を逃がすことで熱処理装置１内の温度を所望の温度に保つのである。ここで、鋼部品であるワーク１５をオーステナイト状態で保持するために、均熱処理を行う温度は６５０℃前後が望ましい。
【００２８】
さらに、熱処理装置１内の加熱器２４の側方近傍に設けられた循環ファン２５の稼動により、熱処理装置１内の気体（通常は空気）は流動させられる。この熱処理装置１内の気体流動は、空間Ａにおいて上述したような形状・構成を有する整流板３０に整流され、流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を高温の気体が通過する。ここで、流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）にはそれぞれ風量調節ダンパー２９が設けられているため、収納棚２０の各段への気体（熱風）の流入量は制御することが可能となっている。従って、この風量調節ダンパー２９の制御により収納棚２０の各段でのワーク１５への均熱処理が均等に行われ、また、所定の温度での均熱処理が可能となる。そして、収納棚２０の各段を該気体が通過した後、空間Ｂにおいて整流板３４によって形成される流路３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）を、それぞれ高温の気体が通過し、熱処理装置１内を高温の気体が循環流動することとなる。なお、収納棚２０を通過後の気体（熱風）は流路３４を通過した後、加熱器２４内に吸引され、温度が所定値より低下した場合は再度加熱された後、再び循環ファン２５によって空間Ａへ送り出される。なお、前記気体は空気に限らず、例えば熱処理の必要に応じて不活性ガス等をポンプ２８により外部から流入させ、不活性ガス雰囲気で熱処理を行ってもよい。
【００２９】
各収納部２２のトレイ３５に収納された複数のワーク１５は、熱処理装置１内が高温雰囲気下であり、さらにその内部の気体が各収納部２２（収納棚２０の各段）に均一に流動させられることにより、均一な温度でもって均熱状態で保持されることとなる。収納棚２０に収納された複数のワーク１５の均熱性が、高精度かつ安定的に保持されることにより、その熱処理によって製品としてのワークが安定して製造されることとなる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３１】
上記実施の形態では、ワーク１５として鋼部品を例示し、その熱間鍛造後、焼きならしや焼鈍の処理を行う場合に用いる熱処理装置として熱処理装置１を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。大気中や不活性ガス中などの雰囲気ガス中で熱処理を行うものであれば本熱処理装置を適用できる。例えば、アルミの熱処理を行うアルミ時効炉やセラミックス等の焼結を行う焼結炉など、連続的かつ高効率な熱処理工程を行うための様々な炉に用いることが可能である。
【００３２】
また、上記実施の形態にかかる熱処理装置１の構成としては、収納棚２０、加熱器２４および循環ファン２５の配置を、図１に示すように加熱器２４が収納棚２０の下方にされ、循環ファン２５が加熱器２４の側方に配置されるものとしたが、本発明はこの構成に限られるものではない。そこで、以下に他の構成を有する熱処理装置について図面を参照して説明する。
【００３３】
図４には、本発明の他の実施の形態にかかる熱処理装置６０の正面断面図を示す。以下において、熱処理装置６０の各構成要素は上記実施の形態の構成要素と同様であるため、同じ符号を用い、各構成要素の詳細な説明は省略する。熱処理装置６０はその内部において、収納棚２０が下方に配置され、収納棚２０上方に加熱器２４、加熱器２４の側方に循環ファン２５がそれぞれ配置されている。
【００３４】
この熱処理装置６０によれば、循環ファン２５の稼動により内部の気体（空気）が循環させられる。ここで、一般的に、高温の空気はそれより温度の低い空気と比べ上方に溜まってしまうという性質があるが、熱処理装置６０内部において高温の気体は循環ファン２５によって熱処理装置６０下方へと押し出されるように（図４中反時計回りに）循環させられているため、高温の気体が熱処理装置６０の上方に溜まってしまうことなく均熱状態が担保される。即ち、熱処理装置６０内部において各々場所の異なる複数の収納部２２に収納されたワーク１５が、高精度で全て同じ温度での均熱状態を保持することが比較的容易に可能となる。
【００３５】
また、図５には、上記実施の形態にかかる熱処理装置１を二台、即ち、熱処理装置１ａ、１ｂを用いた熱処理設備７０の概略図を示す。ここで、熱処理設備７０の外部搬送装置４０’にはアーム４１が複数設けられており、ワーク１５を熱処理装置１ａから熱処理装置１ｂに連続的に移動収納させることが可能となっている。なお、各熱処理装置１ａ、１ｂの構成要素については上記実施の形態で説明したものと同一であるため説明は省略する。
【００３６】
例えば、鍛造のＩＡ（恒温焼鈍）処理、焼き入れ焼き戻し処理、アルミの容体炉（溶体化処理）、時効炉を用いた処理（時効処理）等の２種以上の温度帯での均熱保持を必要とする処理を効率的に行う場合には、ワーク１５には異なる温度域でもって連続的に均熱状態を保持させる必要がある。図５に示す熱処理設備７０を用いた場合、異なる温度域で均熱保持されている熱処理装置１ａと１ｂの間において、ワーク１５を連続的に移動させることが可能となる。従って、ワーク１５の均熱状態での保持を異なる温度域でもって安定して行うことができ、製品としてのワークが安定して生産されることとなる。
【００３７】
なお、本発明は上記図１、図４および図５に示した構成に限られるものではなく、ワーク１５の材質や形状等によって均熱状態を効率よく担保できるように収納棚２０、加熱器２４、循環ファン２５等の配置は適宜変更することが望ましく、また、熱処理の工程に必要とされる場合には熱処理装置１を複数設けてもよい。
【００３８】
また、以下には、図１および図５に記載した上記実施の形態にかかる熱処理装置、熱処理設備に準じた熱処理装置（設備）を用いて行う熱処理方法の一例について説明する。図６は５列８段の収納棚２０’とそれに対応した４０個のトレイ３５を有する熱処理装置１ａ’、１ｂ’を備える熱処理設備８０の概略図である。ここでは、熱間鍛造により成形されたワーク１５を６５０℃で約２２分間の焼きならし処理を行う熱処理を例として説明する。
【００３９】
まず、熱間鍛造により成形されたワーク１５（ギア）を、ロボット（図示しない）の稼動により、外部搬送機構４０’によって引き出された収納棚２０の最上部左端の引き出し式トレイ３５の上に搭載（収納）する。前記熱間鍛造においては約４秒に１個のペースでワーク１５が連続的に成形され、それに応じてワーク１５が前記ロボット（図示せず）により引き出し式トレイ３５に順に搭載され、４個が一定間隔で収納される。熱間鍛造によって成形されたワーク１５は、冷却工程を経ずに連続的に引き出し式トレイ３５上に搭載するので、加熱された状態にある。また、熱処理装置内は予め加熱器により空気が加熱され、６５０℃に保持されており、循環ファンにより内部の空気が循環された状態にある。
【００４０】
次に、ワーク１５が収納された引き出し式トレイ３５を、外部搬送機構４０’が押すことで、熱処理装置１ａ’の収納部２２にトレイ３５が収納される。続いて外部搬送機構４０’によって、ワーク１５を収納したトレイ３５の下側のトレイ３５（上から２段目、左端）を引き出す。この上に連続的に熱間鍛造され成形されたワーク１５を前述と同様に４個搭載し収納部２２にトレイ３５を収納する。次に上から３段目、左端のトレイ３５を引き出し、同様にワーク１５を搭載する。図６に記載の熱処理装置１ａ’を正面から見た場合における左端の最上段のトレイ３５から始まり、その下方のトレイ３５にワーク１５を収納してそのトレイ３５を収納部２２に収納することを繰り返し、左端最下段までワーク１５をトレイ３５に収納しそのトレイ３５を収納部２２に収納する。続いて熱処理装置１ａ’を正面から見た場合の左端から２番目の列の最上段のトレイ３５から下方に向かって収納の工程を繰り返し、さらに順に右側の列のトレイ３５にワーク１５を収納する。以上を繰り返し、最後に右端の最下段（８段目）にワーク１５をトレイ３５に収納し、そのトレイ３５を収納部２２に収納するようにする。このようにして、熱処理装置１ａ’にワーク１５が満載された状態となる。次に、熱処理装置１ｂ’にも同様の方法でワーク１５をトレイ３５に搭載する。
【００４１】
熱処理装置１ａ’、１ｂ’にワーク１５が満載されたとき、すなわち合計８０個のトレイ３５に全てワーク１５が搭載されたときに、最初に収納した熱処理装置１ａ’の左端最上段のトレイ３５は約１６秒×８０個（トレイ３５の全個数）＝約１２８０秒（約２２分）の均熱処理（焼きならし）、すなわち目的の時間熱処理が行われたことになる。この間、６５０℃の温度に熱処理装置内を保持するために、加熱器２４や排熱ダクト３９、外部からの空気の導入などで温度制御が行われる。また、図６中には図示していない整流板３０、３１を調整することでも収納棚２０の各段における均熱が図られる。
【００４２】
次いで、最初に収納したトレイ３５から順に外部搬送機構４０’によりトレイ３５引き出し、ワーク１５を前記ロボット（図示せず）により取り出しワーク１５の熱処理を終了した。さらに、連続的に熱間鍛造によりワーク１５が新たに成形され、トレイ３５上に搭載され、その後トレイ３５を収納棚２０に収納する。次いで２番目に収納したトレイ３５を引き出しワーク１５を取り出し、そのトレイ３５に熱間鍛造で成形されたワーク１５を搭載し、そのトレイ３５を収納棚２０に収納する。このような繰り返しにより、連続的にワーク１５の熱処理が可能となる。
【００４３】
ここで、熱処理設備８０においては、ワーク１５の処理時間や生産数が変わっても、上述のトレイ３５の数を変えることにより対処することができる。例えば、熱処理時間が約１１分であれば、熱処理装置は一方のみ（１ａ’だけ（４０トレイ））で連続処理が可能となり、熱処理装置のトレイ数や使用するトレイ数を変更することで、様々な処理時間に対応可能となる。なお、熱処理設備中のワーク１５をトレイ３５に入れる順番は任意でも構わない。また、熱処理装置の構造からわかる通り、連続処理が不要な場合は、バッチ炉的な処理も可能である。
【００４４】
また、ワーク１５が熱間鍛造後の冷却工程を経ないで、連続的に熱処理装置１ａ’、１ｂ’内に投入され、ワークの持つ熱を熱処理炉内の気体の加熱に利用できるため、エネルギーコストを大幅に削減でき、且つ一端室温まで冷却した場合と比べて大幅な処理時間の短縮が図られる。
【実施例】
【００４５】
本発明の実施例として、本発明にかかる熱処理装置において、加熱器により加熱された空気を熱処理装置内部で循環させ、熱処理装置内部の各位置での温度分布を測定した。図７は本実施例で用いた熱処理装置の正面断面図である。熱処理装置の構成要素については、上記実施の形態において説明したので省略する。
【００４６】
熱処理装置の内部位置を以下の位置ａ〜ｉように定め、加熱器および循環ファンを稼動させ、到達設定温度を６５０℃としてそれぞれの位置における温度を測定した。なお、このときワークは投入しなかった。
ａ：収納棚下側部手前側（図７中左下手前）
ｂ：収納棚下側部奥側（図７中左下奥）
ｃ：収納棚上側部手前側（図７中左上手前）
ｄ：収納棚上側部奥側（図７中左上奥）
ｅ：収納棚下部中央手前側（図７中中央下部）
ｆ：収納棚中央（図７中中央部）
ｇ：収納棚下側部手前側（図７中右下手前）
ｈ：収納棚中央側部（図７中右側中央）
ｉ：収納棚上側部奥側（図７中右上奥）
【００４７】
図８は上記位置ａ〜ｉでの温度変化を時間の経過に沿ってグラフ化したものである。図８によれば、各位置ａ〜ｉの温度変化はほぼ同じような推移をしていることが分かった。また、設定温度に到達してからは６５０℃±１５℃の範囲に保持されていることが分かった。即ち、収納棚の各段・各列に設けられた収納部はほぼ均一な温度に保持され、収納部に配置されるワークについても、高精度で均熱状態が保持されることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、雰囲気中で焼鈍し、焼きならし等の熱処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法であって、例えば熱間鍛造等の加熱処理が行われた鋼部品などのワークに焼鈍し処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法に適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ、１ｂ、１ａ’、１ｂ’、６０…熱処理装置
９…断熱材
１０…筐体
１５…ワーク
２０…ワーク収納棚（収納棚）
２２…ワーク収納部（収納部）
２４…加熱器
２５…循環ファン
２６…駆動機構
２８…ポンプ
３０、３１…整流板
３３、３４…流路
３５…引き出し式トレイ（トレイ）
３６…前部断熱材
３７…後部断熱材
３９…排熱ダクト
４０…外部搬送機構
４１…アーム
５０、７０、８０…熱処理設備
Ａ、Ｂ…空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気中で焼鈍し、焼きならし等の熱処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法であって、例えば熱間鍛造等の加熱処理が行われた鋼部品などのワークに焼鈍し処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ギアや歯車等の鋼部品であるワークには、熱間鍛造等の前段処理が行われた後、均熱状態で所定の時間ワークを保持し、その後徐冷を行う、いわゆる焼鈍し処理が行われる。この焼鈍し処理においては、ワークをオーステナイト組織の状態で十分保持しておくために、均熱状態でワークを保持する熱処理装置が必要となる。
【０００３】
そこで、特許文献１には、回転炉床の上に放射方向にワークを複数段配置し、軸流ファンにより上下もしくは平面方向に熱風循環流を発生させ、ワークが１回転する間に、熱風によってそのワークを均熱状態で保持する熱風循環炉が開示されている。また、特許文献２には、回転するワーク載置棚と平面視周方向に熱風を循環させる熱風循環装置を備える熱処理設備が開示されている。即ち、特許文献１および特許文献２に記載の熱処理装置はワークを回転させながら熱風を接触させ均熱状態を保持する構成となっており、以下ではこの構成
をとる熱処理装置を回転型熱処理装置と呼ぶ。
【０００４】
また、従来一般的に用いられてきた連続処理炉としては、トンネル型の長い処理炉が例示され、このトンネル型処理炉では、一端のワーク搬入口から搬入されたワークが、他端のワーク搬出口へ向けて移動する間に均熱や冷却等が行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５７６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−２００８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示された回転型熱処理装置は、ワークを放射状に配置するため、スペース効率が悪くなってしまうという問題があった。また、ワークの搬入・搬出時にロボットアームを処理装置の炉内に入れて作業を行う際、その作業中に開放された扉から熱が放出されてしまうため、均熱のために炉内の熱を保持しておく熱処理装置としては、熱効率に問題があった。さらに、炉の扉開放時の熱の放出を極力抑えるために、炉内に空のスペースを設ける場合にも、スペースが余分に必要となるためスペース効率が悪く、ワークの収容効率も悪くなってしまうという問題があった。また、ロボットアームを炉内に入れて作業を行うため、そのロボットアーム等のトラブル時には、復旧にかなりの時間が必要になってしまうという問題点があった。
【０００７】
上記トンネル型処理炉を用いた場合には、ワークの冷却を行う冷却部を通過する、各炉共通のコンベアが備えられており、冷却されたコンベアがワークの均熱を行う炉を通過する際に、均熱部の熱がコンベアに奪われてしまうため、エネルギーの無駄が発生してしまうという問題があった。また、ワークを連続してコンベア上に配置し熱処理を行う際に、ワーク同士の衝突による衝突キズを防止するためワーク同士の間隔をある程度あけて各ワークを配置するが、これによりコンベアの長さ、即ち、トンネル型処理炉全体の長さが長くなってしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明の目的は、処理装置内からの熱の放出をできる限り防止し、エネルギー効率が高く、また装置内の雰囲気が高精度で均一であり、スペース効率のよい熱処理装置および熱処理方法を提供し、さらに、該熱処理装置を備える熱処理設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、断熱材を備えた筐体と、前記筐体内部に設けられる複数の収納段を有するワーク収納棚と、前記ワーク収納棚の各収納段に設置される引出し式トレイと、前記筐体の内部の気体を加熱する加熱器と、前記筐体内部の気体を循環させる循環ファンと、を備える熱処理装置が提供される。
【００１０】
上記熱処理装置によれば、炉体内部にワークを搬送する搬送機構を持たないため、炉体容積をコンパクトにして、かつ大量のワークを炉体内に収納させることが可能となる。即ち、ワークを均熱状態で保持するという観点から、コンパクトな炉体内に大量のワークを保持することにより熱処理の熱効率を従来の熱処理装置と比べ高めることができる。さらに、炉体容積がコンパクトであるため、使用スペースを抑えることができ、その構成部品が少ないことから、製作納期や製作コストの面でも有用性が高い。また、メンテナンス時に、比較的単純な構造であり、炉体が小さいため、メンテナンスのための炉体冷却時間が短くてすむという利点がある。
【００１１】
また、上記熱処理装置は、前記収納段に流入する気体の流入側空間を１または複数の収納段ごとに複数の流路に分割する整流板と、前記流路内に各収納段に対応して取り付けられる風量調整用ダンパーと、を備えている。この熱処理装置によれば、各収納段に均一な熱風を供給することができ、ワークの均熱性を安定して保持することができる。これにより、製品化されたワークの品質の安定化が図られる。
【００１２】
また、前記引出し式トレイの前端部および後端部に断熱材が備えられている。このため、ワークの搬入・搬出時に炉体内部から放出される熱が減少するため、炉内の雰囲気を安定化させることが可能となり、熱効率の上昇が図られる。また、前記筐体内部に大気を導入する大気導入機構を備えていてもよい。なお、前記ワークとしては自動車部品のシャフトやギアが例示される。
【００１３】
また、別な観点からの本発明によれば、ワークに熱処理を施す熱処理設備であって、上記熱処理装置と、上記熱処理装置の外部に設置されるワークを熱処理装置に搬入および搬出する搬送機構を備える、熱処理設備が提供される。
【００１４】
上記熱処理設備によれば、ワークを熱処理装置に搬入および搬出する搬送機構が熱処理装置の外部に設置されるため、熱処理装置の外で搬送装置の故障状態を観察し、そのメンテナンスを容易に行うことができ、設備故障を少なく抑えられる。また、設備故障時の復旧も安全かつ迅速に行うことが可能である。
【００１５】
さらに別の観点からの本発明によれば、上記熱処理装置を用いて、ワークに熱処理を施す熱処理方法であって、使用する引出し式トレイの数を前記ワークの処理時間および前記ワークの生産数に応じて変化させる、熱処理方法が提供される。この熱処理方法によれば、ワークの処理時間および生産数に応じて、熱処理装置をフレキシブルに稼動させることができ、生産コストおよび省エネルギーの観点から非常に有効にワークの熱処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、処理装置内（筐体）からの熱の放出をできる限り防止し、エネルギー効率が高く、また装置内の雰囲気が高精度で均一であり、スペース効率のよい熱処理装置および該熱処理装置を用いた熱処理設備が提供される。また、ワークの処理時間および生産数に応じて、熱処理装置をフレキシブルに稼動させることができ、生産コストおよび省エネルギーの観点から非常に有効にワークの熱処理が行える熱処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱処理装置１の正面断面図である。
【図２】熱処理装置１の側面断面図である。
【図３】熱処理設備５０の概略説明図である。
【図４】熱処理装置６０の正面断面図である。
【図５】熱処理装置７０の概略図である。
【図６】熱処理設備８０の概略図である。
【図７】実施例で用いた熱処理装置の正面断面図である。
【図８】熱処理装置において位置ａ〜ｉでの温度変化を時間の経過に沿ってグラフ化したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図１は本実施の形態にかかる熱処理装置１の正面断面図である。また、図２は熱処理装置１の側面断面図である。なお、図２では、以下に説明する引出し式トレイ３５が一箇所引き出されている状態を図示している。
【００２０】
図１に示すように、熱処理装置１の外周は、断熱材９を備えた筐体１０によって構成されている。筐体１０は外部への放熱を抑えるために全面にわたり断熱材９で構成され、筐体１０の内部には、例えばギアや歯車等の鋼部品であるワーク１５を収納するワーク収納棚２０（以下収納棚２０とする）が設けられており、収納棚２０は縦４段、横５列に分割され、複数のワーク収納部２２（以下収納部２２とする）に仕切られている。なお、本実施の形態にかかる熱処理装置１においては、収納棚２０は縦４段、横５列に仕切られているとして説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、収納するワークの数や大きさ等によって収納部２２の数（仕切る段数および列数）は適宜定めることができる。
【００２１】
また、熱処理装置１内において、収納棚２０下方には、加熱器２４が設置され、加熱器２４の側方近傍には熱処理装置１内の気体を循環させる循環ファン２５が設置されている。循環ファン２５にはファンを回転させる例えばモーター等の駆動機構２６が接続しており、駆動機構２６は熱処理装置１外周部に設置されている。また、熱処理装置１の外部には、熱処理装置１内部に連通し、大気を送り込むポンプ２８が設けられている。なお、気体を加熱する前記加熱器２４は必ずしも熱処理装置１内に設置されている必要はないが、スペース効率やエネルギー効率を考えた場合、熱処理装置１内に設置されることが好ましい。また、熱処理装置１内の気体を循環させるために、複数台の循環ファン２５を図１に示す場所以外の適当な部分に設置してもよい。
【００２２】
収納棚２０の両側方の空間Ａ、空間Ｂそれぞれには、流動する気体を整流する整流板３０、３１が設置されている。ここで、空間Ａとは、循環ファン２５から送られる気体が収納棚２０に流入する際に通過する空間であり、空間Ｂとは、収納棚２０から流出した気体が加熱器２４に吸引されるまでに通過する空間である。本実施の形態にかかる熱処理装置１においては、空間Ａに設けられる整流板３０の形状は、図１に示すように、熱処理装置１の角部に対応する曲線形状の円弧部分と直線部分が組み合わさった形状（熱処理装置１の角に沿った形状）である。各整流板３０は空間Ａに４つの流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を形成するように設置される。４つの流路３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは、縦に４段設けられた収納部２２にそれぞれ対応し、収納部２２の各段に、循環ファン２５から送られる気体（熱風）を水平方向に流動させる流路となっている。また、筐体１０内において、上記空間Ａに形成される流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）には、それぞれ風量調節ダンパー２９が設けられている。なお、整流板３０によって形成される流路の数は、本実施の形態では４つであるが、これは収納部２２の段数に応じた数であり、収納部２２の段数が異なればその数に応じた流路数となることが好ましい。
【００２３】
上述したように、空間Ａにおいて４段の収納部２２に対応した４つの流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を形成するように整流板３０が設置されているが、空間Ｂにおいても同様に、収納部２２の段数に対応する数の流路、即ち、図１、図２においては４段なので４つの流路３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）が整流板３１によって形成される。整流板３１の形状は整流板３０と同様に熱処理装置１の角部に沿った形状であり、収納部２２を通過した気体（熱風）が鉛直方向（図１内下方向）に向かうように流動させられる。
【００２４】
また、図１および図２に示すように、複数の収納部２２それぞれには、前後に引出し自在であり、熱処理装置１の正面から奥行き方向（図２左右方向）へ伸長する引出し式トレイ３５（以下トレイ３５とする）が設けられており、各トレイ３５には１個以上のワーク１５が収納され、複数のワーク１５が一定間隔で収納されることが好ましい。また、各トレイ３５の前端部、後端部にはそれぞれ前部断熱材３６、後部断熱材３７が施工されている。従って、トレイ３５が収納部２２内へ収納されている場合、前部断熱材３６によって収納部２２内は断熱状態となり、トレイ３５が収納部２２から引き出された場合（図２に示す上から１段目の状態）には、後部断熱材３７によって収納部２２内は断熱状態となる。即ち、トレイ３５の収納時、引き出し時の両方の場合共に、収納部２２（熱処理装置１）は断熱状態とされ、内部の熱が逃げにくい構成となっている。また、熱処理装置１内部が断熱状態であるため、内部温度が上昇しすぎる場合を考慮し、図１および図２に示すように熱処理装置１上部には熱を逃がすことが可能な開閉式の排熱ダクト３９が設置されている。
【００２５】
また、図３は、熱処理装置１の収納部２２へのトレイ３５の引き出しおよび収納や、ワーク１５の収納および取り出しを行うアーム４１を備える外部搬送機構４０と、熱処理装置１から構成される熱処理設備５０の概略説明図である。図３に示すように構成される熱処理設備５０（熱処理装置１）において、加熱処理された高温のワーク１５を均熱状態で保持する、熱処理が行われる。まず、外部搬送機構４０のアーム４１によって収納部２２からトレイ３５が引き出される。そして、外部搬送機構４０によって、例えば熱間鍛造工程において高温状態となったワーク１５が熱処理装置１のトレイ３５に複数配置される。ワーク１５がトレイ３５に配置された後、外部搬送機構４０によってトレイ３５は収納部２２へ収納される。熱処理装置１は断熱材９の施工された筐体１０から構成されているため、熱処理装置１内は高温のワーク１５自身の熱によって加熱され高温雰囲気下となる。
【００２６】
次いで、熱処理装置１内においては、ワーク１５を所定の時間一定の温度に均熱することによりその熱処理が行われるが、そのためには熱処理装置１内を常時一定の高温雰囲気下に保持する必要がある。これは、例えば鋼部品であるワーク１５をオーステナイト状態で保持しておく焼きならしにより、所望の性質を持つ製品を得るためである。
【００２７】
そこで、上述したようにワーク１５自身の熱によって加熱された熱処理装置１内を一定の温度に保つため、加熱器２４、ポンプ２８および排熱ダクト３９が備えられる。熱処理装置１内の温度が所望の温度より下がってしまった場合には、加熱器２４の稼動によって熱処理装置１内の気体を加熱することで所望の温度に保つ。一方、熱処理装置１内の温度が所望の温度より上昇してしまった場合には、排熱ダクト３９を開放するとともにポンプ２８によって熱処理装置１内に大気（外気）を導入し、内部の熱を逃がすことで熱処理装置１内の温度を所望の温度に保つのである。ここで、鋼部品であるワーク１５をオーステナイト状態で保持するために、均熱処理を行う温度は６５０℃前後が望ましい。
【００２８】
さらに、熱処理装置１内の加熱器２４の側方近傍に設けられた循環ファン２５の稼動により、熱処理装置１内の気体（通常は空気）は流動させられる。この熱処理装置１内の気体流動は、空間Ａにおいて上述したような形状・構成を有する整流板３０に整流され、流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を高温の気体が通過する。ここで、流路３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）にはそれぞれ風量調節ダンパー２９が設けられているため、収納棚２０の各段への気体（熱風）の流入量は制御することが可能となっている。従って、この風量調節ダンパー２９の制御により収納棚２０の各段でのワーク１５への均熱処理が均等に行われ、また、所定の温度での均熱処理が可能となる。そして、収納棚２０の各段を該気体が通過した後、空間Ｂにおいて整流板３４によって形成される流路３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）を、それぞれ高温の気体が通過し、熱処理装置１内を高温の気体が循環流動することとなる。なお、収納棚２０を通過後の気体（熱風）は流路３４を通過した後、加熱器２４内に吸引され、温度が所定値より低下した場合は再度加熱された後、再び循環ファン２５によって空間Ａへ送り出される。なお、前記気体は空気に限らず、例えば熱処理の必要に応じて不活性ガス等をポンプ２８により外部から流入させ、不活性ガス雰囲気で熱処理を行ってもよい。
【００２９】
各収納部２２のトレイ３５に収納された複数のワーク１５は、熱処理装置１内が高温雰囲気下であり、さらにその内部の気体が各収納部２２（収納棚２０の各段）に均一に流動させられることにより、均一な温度でもって均熱状態で保持されることとなる。収納棚２０に収納された複数のワーク１５の均熱性が、高精度かつ安定的に保持されることにより、その熱処理によって製品としてのワークが安定して製造されることとなる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３１】
上記実施の形態では、ワーク１５として鋼部品を例示し、その熱間鍛造後、焼きならしや焼鈍の処理を行う場合に用いる熱処理装置として熱処理装置１を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。大気中や不活性ガス中などの雰囲気ガス中で熱処理を行うものであれば本熱処理装置を適用できる。例えば、アルミの熱処理を行うアルミ時効炉やセラミックス等の焼結を行う焼結炉など、連続的かつ高効率な熱処理工程を行うための様々な炉に用いることが可能である。
【００３２】
また、上記実施の形態にかかる熱処理装置１の構成としては、収納棚２０、加熱器２４および循環ファン２５の配置を、図１に示すように加熱器２４が収納棚２０の下方にされ、循環ファン２５が加熱器２４の側方に配置されるものとしたが、本発明はこの構成に限られるものではない。そこで、以下に他の構成を有する熱処理装置について図面を参照して説明する。
【００３３】
図４には、本発明の他の実施の形態にかかる熱処理装置６０の正面断面図を示す。以下において、熱処理装置６０の各構成要素は上記実施の形態の構成要素と同様であるため、同じ符号を用い、各構成要素の詳細な説明は省略する。熱処理装置６０はその内部において、収納棚２０が下方に配置され、収納棚２０上方に加熱器２４、加熱器２４の側方に循環ファン２５がそれぞれ配置されている。
【００３４】
この熱処理装置６０によれば、循環ファン２５の稼動により内部の気体（空気）が循環させられる。ここで、一般的に、高温の空気はそれより温度の低い空気と比べ上方に溜まってしまうという性質があるが、熱処理装置６０内部において高温の気体は循環ファン２５によって熱処理装置６０下方へと押し出されるように（図４中反時計回りに）循環させられているため、高温の気体が熱処理装置６０の上方に溜まってしまうことなく均熱状態が担保される。即ち、熱処理装置６０内部において各々場所の異なる複数の収納部２２に収納されたワーク１５が、高精度で全て同じ温度での均熱状態を保持することが比較的容易に可能となる。
【００３５】
また、図５には、上記実施の形態にかかる熱処理装置１を二台、即ち、熱処理装置１ａ、１ｂを用いた熱処理設備７０の概略図を示す。ここで、熱処理設備７０の外部搬送装置４０’にはアーム４１が複数設けられており、ワーク１５を熱処理装置１ａから熱処理装置１ｂに連続的に移動収納させることが可能となっている。なお、各熱処理装置１ａ、１ｂの構成要素については上記実施の形態で説明したものと同一であるため説明は省略する。
【００３６】
例えば、鍛造のＩＡ（恒温焼鈍）処理、焼き入れ焼き戻し処理、アルミの容体炉（溶体化処理）、時効炉を用いた処理（時効処理）等の２種以上の温度帯での均熱保持を必要とする処理を効率的に行う場合には、ワーク１５には異なる温度域でもって連続的に均熱状態を保持させる必要がある。図５に示す熱処理設備７０を用いた場合、異なる温度域で均熱保持されている熱処理装置１ａと１ｂの間において、ワーク１５を連続的に移動させることが可能となる。従って、ワーク１５の均熱状態での保持を異なる温度域でもって安定して行うことができ、製品としてのワークが安定して生産されることとなる。
【００３７】
なお、本発明は上記図１、図４および図５に示した構成に限られるものではなく、ワーク１５の材質や形状等によって均熱状態を効率よく担保できるように収納棚２０、加熱器２４、循環ファン２５等の配置は適宜変更することが望ましく、また、熱処理の工程に必要とされる場合には熱処理装置１を複数設けてもよい。
【００３８】
また、以下には、図１および図５に記載した上記実施の形態にかかる熱処理装置、熱処理設備に準じた熱処理装置（設備）を用いて行う熱処理方法の一例について説明する。図６は５列８段の収納棚２０’とそれに対応した４０個のトレイ３５を有する熱処理装置１ａ’、１ｂ’を備える熱処理設備８０の概略図である。ここでは、熱間鍛造により成形されたワーク１５を６５０℃で約２２分間の焼きならし処理を行う熱処理を例として説明する。
【００３９】
まず、熱間鍛造により成形されたワーク１５（ギア）を、ロボット（図示しない）の稼動により、外部搬送機構４０’によって引き出された収納棚２０の最上部左端の引き出し式トレイ３５の上に搭載（収納）する。前記熱間鍛造においては約４秒に１個のペースでワーク１５が連続的に成形され、それに応じてワーク１５が前記ロボット（図示せず）により引き出し式トレイ３５に順に搭載され、４個が一定間隔で収納される。熱間鍛造によって成形されたワーク１５は、冷却工程を経ずに連続的に引き出し式トレイ３５上に搭載するので、加熱された状態にある。また、熱処理装置内は予め加熱器により空気が加熱され、６５０℃に保持されており、循環ファンにより内部の空気が循環された状態にある。
【００４０】
次に、ワーク１５が収納された引き出し式トレイ３５を、外部搬送機構４０’が押すことで、熱処理装置１ａ’の収納部２２にトレイ３５が収納される。続いて外部搬送機構４０’によって、ワーク１５を収納したトレイ３５の下側のトレイ３５（上から２段目、左端）を引き出す。この上に連続的に熱間鍛造され成形されたワーク１５を前述と同様に４個搭載し収納部２２にトレイ３５を収納する。次に上から３段目、左端のトレイ３５を引き出し、同様にワーク１５を搭載する。図６に記載の熱処理装置１ａ’を正面から見た場合における左端の最上段のトレイ３５から始まり、その下方のトレイ３５にワーク１５を収納してそのトレイ３５を収納部２２に収納することを繰り返し、左端最下段までワーク１５をトレイ３５に収納しそのトレイ３５を収納部２２に収納する。続いて熱処理装置１ａ’を正面から見た場合の左端から２番目の列の最上段のトレイ３５から下方に向かって収納の工程を繰り返し、さらに順に右側の列のトレイ３５にワーク１５を収納する。以上を繰り返し、最後に右端の最下段（８段目）にワーク１５をトレイ３５に収納し、そのトレイ３５を収納部２２に収納するようにする。このようにして、熱処理装置１ａ’にワーク１５が満載された状態となる。次に、熱処理装置１ｂ’にも同様の方法でワーク１５をトレイ３５に搭載する。
【００４１】
熱処理装置１ａ’、１ｂ’にワーク１５が満載されたとき、すなわち合計８０個のトレイ３５に全てワーク１５が搭載されたときに、最初に収納した熱処理装置１ａ’の左端最上段のトレイ３５は約１６秒×８０個（トレイ３５の全個数）＝約１２８０秒（約２２分）の均熱処理（焼きならし）、すなわち目的の時間熱処理が行われたことになる。この間、６５０℃の温度に熱処理装置内を保持するために、加熱器２４や排熱ダクト３９、外部からの空気の導入などで温度制御が行われる。また、図６中には図示していない整流板３０、３１を調整することでも収納棚２０の各段における均熱が図られる。
【００４２】
次いで、最初に収納したトレイ３５から順に外部搬送機構４０’によりトレイ３５引き出し、ワーク１５を前記ロボット（図示せず）により取り出しワーク１５の熱処理を終了した。さらに、連続的に熱間鍛造によりワーク１５が新たに成形され、トレイ３５上に搭載され、その後トレイ３５を収納棚２０に収納する。次いで２番目に収納したトレイ３５を引き出しワーク１５を取り出し、そのトレイ３５に熱間鍛造で成形されたワーク１５を搭載し、そのトレイ３５を収納棚２０に収納する。このような繰り返しにより、連続的にワーク１５の熱処理が可能となる。
【００４３】
ここで、熱処理設備８０においては、ワーク１５の処理時間や生産数が変わっても、上述のトレイ３５の数を変えることにより対処することができる。例えば、熱処理時間が約１１分であれば、熱処理装置は一方のみ（１ａ’だけ（４０トレイ））で連続処理が可能となり、熱処理装置のトレイ数や使用するトレイ数を変更することで、様々な処理時間に対応可能となる。なお、熱処理設備中のワーク１５をトレイ３５に入れる順番は任意でも構わない。また、熱処理装置の構造からわかる通り、連続処理が不要な場合は、バッチ炉的な処理も可能である。
【００４４】
また、ワーク１５が熱間鍛造後の冷却工程を経ないで、連続的に熱処理装置１ａ’、１ｂ’内に投入され、ワークの持つ熱を熱処理炉内の気体の加熱に利用できるため、エネルギーコストを大幅に削減でき、且つ一端室温まで冷却した場合と比べて大幅な処理時間の短縮が図られる。
【実施例】
【００４５】
本発明の実施例として、本発明にかかる熱処理装置において、加熱器により加熱された空気を熱処理装置内部で循環させ、熱処理装置内部の各位置での温度分布を測定した。図７は本実施例で用いた熱処理装置の正面断面図である。熱処理装置の構成要素については、上記実施の形態において説明したので省略する。
【００４６】
熱処理装置の内部位置を以下の位置ａ〜ｉように定め、加熱器および循環ファンを稼動させ、到達設定温度を６５０℃としてそれぞれの位置における温度を測定した。なお、このときワークは投入しなかった。
ａ：収納棚下側部手前側（図７中左下手前）
ｂ：収納棚下側部奥側（図７中左下奥）
ｃ：収納棚上側部手前側（図７中左上手前）
ｄ：収納棚上側部奥側（図７中左上奥）
ｅ：収納棚下部中央手前側（図７中中央下部）
ｆ：収納棚中央（図７中中央部）
ｇ：収納棚下側部手前側（図７中右下手前）
ｈ：収納棚中央側部（図７中右側中央）
ｉ：収納棚上側部奥側（図７中右上奥）
【００４７】
図８は上記位置ａ〜ｉでの温度変化を時間の経過に沿ってグラフ化したものである。図８によれば、各位置ａ〜ｉの温度変化はほぼ同じような推移をしていることが分かった。また、設定温度に到達してからは６５０℃±１５℃の範囲に保持されていることが分かった。即ち、収納棚の各段・各列に設けられた収納部はほぼ均一な温度に保持され、収納部に配置されるワークについても、高精度で均熱状態が保持されることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、雰囲気中で焼鈍し、焼きならし等の熱処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法であって、例えば熱間鍛造等の加熱処理が行われた鋼部品などのワークに焼鈍し処理を行う熱処理装置、熱処理設備および熱処理方法に適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ、１ｂ、１ａ’、１ｂ’、６０…熱処理装置
９…断熱材
１０…筐体
１５…ワーク
２０…ワーク収納棚（収納棚）
２２…ワーク収納部（収納部）
２４…加熱器
２５…循環ファン
２６…駆動機構
２８…ポンプ
３０、３１…整流板
３３、３４…流路
３５…引き出し式トレイ（トレイ）
３６…前部断熱材
３７…後部断熱材
３９…排熱ダクト
４０…外部搬送機構
４１…アーム
５０、７０、８０…熱処理設備
Ａ、Ｂ…空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、
断熱材を備えた筐体と、
前記筐体内部に設けられる複数の収納段を有するワーク収納棚と、
前記ワーク収納棚の各収納段に設置される引出し式トレイと、
前記筐体の内部の気体を加熱する加熱器と、
前記筐体内部の気体を循環させる循環ファンと、を備える熱処理装置。
【請求項２】
前記収納段に流入する気体の流入側空間を１または複数の収納段ごとに複数の流路に分割する整流板と、
前記流路内に各収納段に対応して取り付けられる風量調整用ダンパーと、を備える請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記引出し式トレイの前端部および後端部に断熱材が備えられている、請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記筐体内部に大気を導入する大気導入機構を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項５】
ワークに熱処理を施す熱処理設備であって、
請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置と、
前記熱処理装置の外部に設置されるワークを前記熱処理装置に搬入および搬出する搬送機構を備える、熱処理設備。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置を用いて、ワークに熱処理を施す熱処理方法であって、
使用する前記引出し式トレイの数を前記ワークの処理時間および前記ワークの生産数に応じて変化させる、熱処理方法。
【請求項１】
ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、
断熱材を備えた筐体と、
前記筐体内部に設けられる複数の収納段を有するワーク収納棚と、
前記ワーク収納棚の各収納段に設置される引出し式トレイと、
前記筐体の内部の気体を加熱する加熱器と、
前記筐体内部の気体を循環させる循環ファンと、を備える熱処理装置。
【請求項２】
前記収納段に流入する気体の流入側空間を１または複数の収納段ごとに複数の流路に分割する整流板と、
前記流路内に各収納段に対応して取り付けられる風量調整用ダンパーと、を備える請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記引出し式トレイの前端部および後端部に断熱材が備えられている、請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記筐体内部に大気を導入する大気導入機構を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項５】
ワークに熱処理を施す熱処理設備であって、
請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置と、
前記熱処理装置の外部に設置されるワークを前記熱処理装置に搬入および搬出する搬送機構を備える、熱処理設備。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置を用いて、ワークに熱処理を施す熱処理方法であって、
使用する前記引出し式トレイの数を前記ワークの処理時間および前記ワークの生産数に応じて変化させる、熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２２９４（Ｐ２０１１−１２２９４Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５５６３４（Ｐ２００９−１５５６３４）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（３０６０３９１２０）ＤＯＷＡサーモテック株式会社 (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（３０６０３９１２０）ＤＯＷＡサーモテック株式会社 (45)
【Ｆターム（参考）】
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