熱処理装置及び熱処理方法
【課題】冷却時の温度分布を抑制できる熱処理装置及び熱処理方法を提供する。
【解決手段】本発明の熱処理装置は、加熱された被処理物Ｍを冷却する冷却室１２０を備える熱処理装置であって、ミスト状の冷却液を冷却室１２０内に供給するミスト供給部２０と、気体を冷却室１２０内に供給してミスト状の冷却液の流動方向を調整する気体供給部３０とを有するという構成を採用する。
【解決手段】本発明の熱処理装置は、加熱された被処理物Ｍを冷却する冷却室１２０を備える熱処理装置であって、ミスト状の冷却液を冷却室１２０内に供給するミスト供給部２０と、気体を冷却室１２０内に供給してミスト状の冷却液の流動方向を調整する気体供給部３０と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、熱処理装置及び熱処理方法に関し、例えば被処理物の焼き入れ等の処理に用いて好適な熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被処理物である金属材を加熱し、冷却することにより、いわゆる焼入れ等の処理を行う熱処理装置において高速の冷却を必要とする場合、従来は油冷方式の冷却装置やガス冷却方式の冷却装置が用いられている。上記油冷方式の冷却装置においては、冷却効率は優れているものの、細かな冷却コントロールがほとんどできず被熱処理品が変形しやすいという問題がある。一方、ガス冷却方式の冷却装置においては、ガスの流量制御等により冷却コントロールが容易であり、被熱処理品の変形に関しては優れているものの、冷却効率が低いという問題がある。
【０００３】
そこで、特許文献１には、被熱処理品を囲んで液用ノズルとガス用ノズルとを配置し、液用ノズルから冷却液をスプレー式で供給し（いわゆるミスト冷却）、ガス用ノズルから冷却ガスを供給することにより、冷却コントロール性及び冷却効率の向上を図った技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
冷却室内のミスト密度に分布が生じている場合には、冷却特性に差が生じて被処理物に温度分布が生じてしまう可能性がある。また、被処理物が複数の場合には、ミスト密度の分布に応じて被処理物間に温度差が生じる可能性がある。
このように、温度分布が被処理物に生じた場合には、変形の原因となる虞があるとともに、焼き入れ処理に用いた場合には、一様な硬さとならない虞がある。
一方、複数の被処理物に温度差が生じた場合には、被処理物間で品質に差が生じて品質不良となる可能性もある。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、冷却時の温度分布を抑制できる熱処理装置及び熱処理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】
【０００７】
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。
本発明の熱処理装置は、加熱された被処理物を冷却する冷却室を備える熱処理装置であって、ミスト状の冷却液を冷却室内に供給するミスト供給部と、気体を冷却室内に供給してミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ミスト状の冷却液が冷却室内に供給されると共に、気体が冷却室内に供給される。ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された気体の流動によって、被処理物に向かうように調整される。そのため、ミスト密度が低いために冷却液が付着しにくい被処理物の表面にも、冷却液を付着させることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の熱処理装置は、調整部が複数の方向に気体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、冷却液の付着量が少ない被処理物の表面が複数存在する場合でも、それらの表面に冷却液を付着させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の熱処理装置は、調整部が気体の供給方向を変更する変更部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、変更部の作動による気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００１０】
また、本発明の熱処理装置は、被処理物を所定の方向で搬送する搬送部を有し、調整部は、搬送部の搬送方向に沿って延在して設けられ気体が導入される複数の管体と、管体に搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部とを有し、変更部は、複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、開閉弁の作動による気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。また、気体を供給するノズル部は、被処理物の搬送方向に沿って互いに離間して複数設けられているため、ミスト状の冷却液の流動方向が、上記搬送方向に関して略一様に調整される。
【００１１】
また、本発明の熱処理装置は、所定の時間の経過後に気体の供給方向を変更するように変更部を制御する制御部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、所定の時間の経過後に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動が所定の方向で安定した後に、他の方向に変化する。したがって、被処理物の所定の表面に対して冷却に十分な量の冷却液を付着させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の熱処理装置は、所定の時間の経過前に気体の供給方向を変更するように変更部を制御する制御部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、所定の時間の経過前に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動は安定せず乱流となる。したがって、被処理物の表面が複雑な形状を呈している場合や、複数の被処理物を同時に冷却する場合であっても、ミスト状の冷却液が乱流となって流動することにより、被処理物のいずれの面にも冷却液を付着させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の熱処理装置は、被処理物の温度を計測する温度計測部と、温度計測部の計測結果に基づいて、変更部を制御する第２制御部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、温度計測部の計測結果に基づいた第２制御部の変更部に対する制御により、気体の供給方向が変更される。そして、この変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００１４】
また、本発明の熱処理装置は、温度計測部が被処理物の温度を複数箇所で計測し、計測した被処理物における温度差に基づいて第２制御部が変更部を制御するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、被処理物における温度差に基づいた第２制御部の変更部に対する制御により、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている被処理物の表面に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の熱処理装置は、温度計測部が複数の被処理物の温度を各々計測し、第２制御部が計測した複数の被処理物間における温度差に基づいて変更部を制御するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、複数の被処理物間における温度差に基づいた第２制御部の変更部に対する制御により、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている所定の被処理物に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の熱処理装置は、気体が、冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスであるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された気圧供給ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【００１７】
また、本発明の熱処理装置は、気体が、被処理物を冷却する冷却ガスであるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された冷却ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【００１８】
また、本発明は、加熱された被処理物を冷却室内にミスト状の冷却液を供給して冷却する冷却工程を備える熱処理方法であって、気体を冷却室内に供給してミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整工程を備えるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、ミスト状の冷却液が冷却室内に供給されると共に、気体が冷却室内に供給される。ミスト状の冷却液の流動方向は上記調整工程で、供給された気体の流動によって、被処理物に向かうように調整される。そのため、ミスト密度が低いために冷却液が付着しにくい被処理物の表面にも、冷却液を付着させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、気体が、複数の方向に供給されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、冷却液の付着量が少ない被処理物の表面が複数存在する場合でも、それらの表面に冷却液を付着させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、前記気体の供給方向を変更する工程を備えるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００２１】
また、本発明は、被処理物を所定の方向で搬送する工程を備え、気体は、被処理物の搬送方向に沿って延在して設けられる複数の管体に導入されると共に、管体に搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部から冷却室内に供給され、気体の供給方向は、複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁の作動により変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、開閉弁の作動による気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。また、気体を供給するノズル部は、被処理物の搬送方向に沿って互いに離間して複数設けられているため、ミスト状の冷却液の流動方向が、上記搬送方向に関して略一様に調整される。
【００２２】
また、本発明は、気体の供給方向が、所定の時間の経過後に変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、所定の時間の経過後に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動が所定の方向で安定した後に、他の方向に変化する。したがって、被処理物の所定の表面に対して冷却に十分な量の冷却液を付着させることが可能となる。
【００２３】
また、本発明は、気体の供給方向が、所定の時間の経過前に変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、所定の時間の経過前に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動は安定せず乱流となる。したがって、被処理物の表面が複雑な形状を呈している場合や、複数の被処理物を同時に冷却する場合であっても、ミスト状の冷却液が乱流となって流動することにより、被処理物のいずれの面にも冷却液を付着させることが可能となる。
【００２４】
また、本発明は、被処理物の温度を計測する計測工程を備え、計測工程で計測した温度に基づいて、気体の供給方向が変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、計測工程での計測結果に基づいて、気体の供給方向が変更される。そして、この変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００２５】
また、本発明は、計測工程では被処理物の温度を複数箇所で計測し、計測した被処理物における温度差に基づいて、気体の供給方向が変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、被処理物における温度差に基づいて、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている被処理物の表面に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００２６】
また、本発明は、計測工程では複数の被処理物の温度を各々計測し、計測した複数の被処理物間の温度差に基づいて、気体の供給方向が変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、複数の被処理物間における温度差に基づいて、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている所定の被処理物に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、気体として、冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスが用いられるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された気圧供給ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【００２８】
また、本発明は、気体として、被処理物を冷却する冷却ガスが用いられることを特徴とするという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された冷却ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【発明の効果】
【００２９】
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、ミスト密度が低いために冷却液の付着量が少ない被処理物の表面にも十分な冷却液を付着させることが可能となるため、被処理物の表面を略均一に冷却することができる。したがって、本発明によれば、冷却時における被処理物の温度分布を抑制することができ、変形や硬さのバラツキ等を抑え、品質不良の発生を回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】真空熱処理炉１００の全体構成図である。
【図２】第１の実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。
【図３】第２の実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の熱処理装置及び熱処理方法の実施の形態を、図１から図３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、本実施形態では、熱処理装置として、２室型の真空熱処理炉（以下、単に「真空熱処理炉」と称する）の例を示す。
【００３２】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る真空熱処理炉１００の全体構成図である。
真空熱処理炉（熱処理装置）１００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１１０と、冷却室１２０とが隣接して配置されている。加熱室１１０と冷却室１２０との間には隔壁１３０が設けられ、隔壁１３０の開放時に、被処理物Ｍを加熱室１１０から冷却室１２０へ移動させ、冷却室１２０内で被処理物Ｍを冷却できる構成となっている。
【００３３】
被処理物Ｍは、真空熱処理炉１００によって１つづつ熱処理が施されるものであり、所定量の炭素を含有した鋼等の金属材料（合金含む）によって形成されている。また、本実施形態の被処理物Ｍは、略直方体状に形成されている。
【００３４】
本発明は、冷却室１２０における冷却処理に特徴を有しているため、以下、冷却室１２０について詳述する。
図２は、本実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。なお、以下、図２における紙面右側を単に「右側」（左側も同様）と、紙面上方を単に「上方」（下方も同様）と称する。
冷却室１２０は、その外殻を形成する略円筒状の真空容器１を有している。また、冷却室１２０には、搬送部１０と、ミスト供給部２０と、気体供給部（調整部）３０と、温度計測部４０と、制御部（制御部、第２制御部）５０とが設けられている。
【００３５】
搬送部１０は、被処理物Ｍを水平方向に沿った所定の方向で搬送するものであって、互いに間隔を空けて対向配置され被処理物Ｍの搬送方向に延在する一対の支持フレーム１１と、各支持フレーム１１の対向する面に回転自在に、且つ上記搬送方向に所定間隔を空けて設けられた複数のローラ１２と、鉛直方向に沿って設けられ支持フレーム１１の両端部を指示する第２支持フレーム１３とを有している。
なお、以下の説明においては、搬送部１０による被処理物Ｍの搬送方向を単に搬送方向と称する。
【００３６】
ミスト供給部２０は、冷却室１２０内に冷却液をミスト状に供給することによって被処理物Ｍを冷却するものであって、冷却液供給管２１と、冷却液回収・供給系２２とを備えている。
なお、本実施形態の冷却液としては、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。
【００３７】
冷却液供給管２１は、搬送方向で延在する管状の部材であり、搬送部１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心として、真空容器１の周方向に略等間隔（ここでは９０°間隔）で複数（ここでは４つ）設けられている。より詳細には、冷却液供給管２１は、水平方向から±４５°の位置に設けられている。各冷却液供給管２１は、冷却室１２０の搬送方向での長さに亘る長さで形成されている。
各冷却液供給管２１には、搬送部１０上に載置された被処理物Ｍに向けて冷却液をミスト状に噴射する噴射部２３が長さ方向全体に亘って、それぞれ所定間隔を空けて複数設けられている。
【００３８】
なお、冷却液供給管２１及び噴射部２３の配置としては、ミスト状の冷却液が重力の影響を受けることから、供給量に差が生じる可能性がある上下方向を避けることが好ましく、好適には、水平方向に沿ってミスト状の冷却液を供給する。ただし、上下方向に沿って冷却液を供給する場合には、重力による影響を考慮して供給量を異ならせればよい。また、冷却液供給管２１を４つではなく、例えば３つ配置する場合には、鉛直成分を極力減らすためにも、天頂部と、この天頂部を挟んで±１２０°の位置に配置することが好ましい。
【００３９】
冷却液回収・供給系２２は、冷却室１２０内に供給された冷却液を回収する排液管２４と、排液管２４に接続されると共に回収された排液を冷却する熱交換器２５と、冷却液供給管２１に冷却液を送液する配管２６と、熱交換器２５で冷却された冷却液を配管２６を介して冷却液供給管２１に送液するポンプ２７と、後述する制御部５０からの指示に従いポンプ２７の動作を制御するインバータ２８と、被処理物Ｍからの受熱により気化した冷却液を液化する液化器（液化トラップ）２９とを有している。
【００４０】
気体供給部（調整部）３０は、冷却室１２０内の気圧を調整するための気圧調整ガスを冷却室１２０内に供給すると共に、該気圧調整ガスによって冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動方向を調整するためのものである。気体供給部３０は、気体供給管（管体）３１と、気体回収・供給系３２とを備えている。
なお、本実施形態の気体調整ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが用いられる。
【００４１】
気体供給管３１は、搬送方向で延在する管状の部材であり、搬送部１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心として、真空容器１の周方向に略等間隔（ここでは９０°間隔）で複数（ここでは４つ）設けられている。より詳細には、気体供給管３１は、図２に示す真空容器１の３時、６時、９時、１２時の位置（上下左右の位置）に設けられる。なお、以下、これらの気体供給管３１を、順に第１気体供給管３１ａないし第４気体供給管３１ｄと称する場合がある。各気体供給管３１は、冷却室１２０の搬送方向での長さに亘る長さで形成されている。
各気体供給管３１には、搬送部１０上に載置された被処理物Ｍに向けて開口するノズル部３３が長さ方向全体に亘って、それぞれ所定間隔を空けて複数設けられている。
【００４２】
気体回収・供給系３２は、冷却室１２０内に供給された気圧調整ガスを回収する排気管３４と、各気体供給管３１に気圧調整ガスを供給する配管３５と、排気管３４に接続されると共に配管３５を介して各気体供給管３１に気圧調整ガスを供給するファン３６と、後述する制御部５０からの指示に従いファン３６の動作を制御する第２インバータ３７と、配管３５における各気体供給管３１との接続箇所近傍に各々設けられ制御部５０の指示に従い開閉する開閉弁（変更部、開閉弁）３８とを有している。なお、第１気体供給管３１ａないし第４気体供給管３１ｄに各々対応する開閉弁３８を、順に第１開閉弁３８ａないし第４開閉弁３８ｄと称する場合がある。
なお、実際にはファン３６は図示しない羽根車と図示しないモータとにより構成されており、第２インバータ３７はこのモータを制御することによりファン３６の動作を制御するものである。
【００４３】
温度計測部４０は、被処理物Ｍの表面温度を計測するものであって、第１温度センサ４０ａないし第４温度センサ４０ｄから構成される。第１温度センサ４０ａないし第４温度センサ４０ｄは、第１気体供給管３１ａないし第４気体供給管３１ｄに各々対向する被処理物Ｍの表面にそれぞれ設けられ、各温度センサの計測結果は制御部５０に出力される。
本実施形態の第１温度センサ４０ａないし第４温度センサ４０ｄとしては、熱電対が用いられているが、例えば放射温度計のような非接触式の温度計測器により被処理物Ｍの複数箇所を計測する構成としてもよい。
【００４４】
制御部５０は、温度計測部４０から計測結果を取得し、かつインバータ２８、第２インバータ３７及び各開閉弁３８に対して動作指示を出力するものである。制御部５０は、インバータ２８及び第２インバータ３７に動作指示を出力することで、ポンプ２７及びファン３６の動作を制御し、冷却液及び気圧調整ガスの供給量を調整することができる。また、制御部５０は、各開閉弁３８を各々独立に所定の時間で開放することができる。
【００４５】
続いて、上記の真空熱処理炉１００において、加熱された被処理物Ｍを冷却室１２０で冷却する手順について説明する。
まず、搬送部１０によって加熱室１１０で加熱された被処理物Ｍが、冷却室１２０内に搬入される。
【００４６】
次に、冷却室１２０内にミスト状の冷却液を供給する。
制御部５０の指示によりインバータ２８がポンプ２７を作動させ、冷却液が配管２６を介して冷却液供給管２１に供給される。冷却液供給管２１に供給された冷却液は、冷却室１２０内に噴射部２３からミスト状に噴射される。噴射部２３はミスト状の冷却液を緩やかに拡散するように噴射するため、噴射直後のミスト状の冷却液は、噴射部２３の周辺に滞留し、次第に重力の影響を受けて下降する。すなわち、噴射部２３から冷却液を噴射するのみでは、冷却室１２０内のミスト密度に分布が生じる虞がある。
【００４７】
本実施形態では、冷却液の供給と共に、冷却室１２０内に気圧調整ガスを供給する。
制御部５０の指示により第２インバータ３７がファン３６を作動させ、気圧調整ガスが配管３５に供給される。ここで、制御部５０は、特定の開閉弁３８のみを開放する。
例えば、図２に示すように、被処理物Ｍの右側に設けられる第１気体供給管３１ａに対応する第１開閉弁３８ａのみを開放する。気圧調整ガスは、第１開閉弁３８ａを通って第１気体供給管３１ａに供給され、ノズル部３３を介して冷却室１２０内に供給される。ノズル部３３は、被処理物Ｍに向かって開口しているため、気圧調整ガスは、第１気体供給管３１ａのノズル部３３から被処理物Ｍに向かって供給され、この方向で流動する。
【００４８】
そして、この気圧調整ガスの流動によって、冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動方向は、被処理物Ｍに向かうように調整される（調整工程）。なお、ノズル部３３は、気体供給管３１に搬送方向に関して互いに離間して複数設けられているため、ミスト状の冷却液の流動方向は搬送方向に関して略一様に調整される。よって、ミスト状の冷却液は、第１気体供給管３１ａのノズル部３３から被処理物Ｍに向かって流動し、被処理物Ｍの右側表面にミスト状の冷却液が付着する。
【００４９】
冷却液は、加熱された被処理物Ｍの表面に付着することで蒸発し、この蒸発時に被処理物Ｍの熱を奪うことから、冷却液が付着した被処理物Ｍの表面を冷却することができる（冷却工程）。なお、蒸発した冷却液は、液化器２９にて再び液化され再利用される。
【００５０】
また、制御部５０は、開閉弁３８を所定の時間だけ開放する。
この所定の時間とは、冷却室１２０内に供給された気圧調整ガスが安定した流れ、すなわち略一定の流動経路で流動する流れを形成するに足る時間である。よって、気圧調整ガス及びミスト状の冷却液の流動は共に安定するため、被処理物Ｍの表面に対して冷却に十分な量の冷却液を付着させることができる。
【００５１】
次に、制御部５０は、上記所定の時間の経過後に、開放する開閉弁３８を切り替える。
例えば、第１開閉弁３８ａを閉鎖し、代わりに第２開閉弁３８ｂを開放する。第２開閉弁３８ｂの開放により、気圧調整ガスは第２気体供給管３１ｂのノズル部３３から供給され、真空容器１の底部から被処理物Ｍに向かって流動する。そして、ミスト状の冷却液の流動方向も、真空容器１の底部から被処理物Ｍに向かうように調整され、被処理物Ｍの下面にミスト状の冷却液が付着する。したがって、第２開閉弁３８ｂを開放することで、被処理物Ｍの下面を冷却することができる。
【００５２】
続いて、同様に、第３開閉弁３８ｃ及び第４開閉弁３８ｄをそれぞれ開放することで、被処理物の左側表面及び上面を各々冷却することができる。
したがって、制御部５０が特定の開閉弁３８のみを開放することで、冷却室１２０内にミスト状の冷却液の流れを作り出し、ミスト密度が低い箇所があったとしても被処理物Ｍの表面に対して冷却に十分な冷却液を付着させることができる。
【００５３】
さらに、制御部５０は、開閉弁３８の開放時間を微調整する。
温度計測部４０が、被処理物Ｍの各表面の温度を計測し、その計測結果を制御部５０に出力する。制御部５０は、この計測結果から被処理物Ｍにおける温度分布の有無を確認し、所定の表面が他の表面に比べて高い温度を有している場合には、高い温度を有する表面に対応する開閉弁３８の開放時間を増加させる。
【００５４】
例えば、第３温度センサ４０ｃが他のセンサよりも高い温度を計測した場合には、被処理物Ｍの左側表面が他の面よりも高い温度を有していることになる。そこで、第３開閉弁３８ｃの開放時間を増加させ、第３気体供給管３１ｃのノズル部３３からの気圧調整ガスの供給を延長し、被処理物Ｍの左側表面を他の面に比べてより重点的に冷却することができる。
よって、被処理物Ｍにおける表面の温度分布に基づいて、開閉弁３８の開放時間を微調整することができ、被処理物Ｍの表面をより均一に冷却することができる。
【００５５】
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、ミスト密度が低いために冷却液の付着量が少ない被処理物Ｍの表面にも十分な冷却液を付着させることが可能となるため、被処理物Ｍの表面を略均一に冷却することができる。したがって、本発明によれば、冷却時における被処理物Ｍの温度分布を抑制することができ、変形や硬さのバラツキ等を抑え、品質不良の発生を回避できるという効果がある。
【００５６】
〔第２実施形態〕
図３は、本実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。
この図において、図１及び図２に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
本実施形態における冷却室１２０は、複数の被処理物Ｍをまとめて冷却するものである。なお、本実施形態における被処理物Ｍは、第１実施形態における被処理物Ｍに比べて小さな外形で形成されている。
搬送部１０におけるローラ１２上には、トレー１４が載置されている。トレー１４は、パンチング穴等の冷却液用流動孔が形成された板材を格子状に配列した構成となっており、複数段を有している。被処理物Ｍは、トレー１４の各段に複数載置されている。
【００５８】
温度計測部４０における第１温度センサ４０ａは、トレー１４内の右側に位置する被処理物Ｍに設けられている。同様に、第２温度センサ４０ｂ、第３温度センサ４０ｃ、第４温度センサ４０ｄは、トレー１４内の下側、左側、上側に位置する被処理物Ｍにそれぞれ設けられている。なお、第１実施形態と同様に、熱電対タイプの温度センサの代わりに放射温度計等の非接触型の温度計測器を使用してもよい。
【００５９】
本実施形態における制御部５０は、所定の時間、すなわち冷却室１２０内に供給された気圧調整ガスが安定した流れを形成するに足る時間が経過する前に、開放する開閉弁３８を切り替えることを特徴とする。よって、気圧調整ガスの流動は安定せず乱流状態となる。気圧調整ガスの流動が乱流状態となっているため、冷却室１２０内に供給されるミスト状の冷却液の流動も乱流状態となる。
【００６０】
本実施形態では、複数の被処理物Ｍがトレー１４に載置されているため、例えばトレー１４の中央部に載置されている被処理物Ｍには、ミスト状の冷却液を付着させることが難しい。そこで、冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動を乱流状態とすることで、上記のような冷却液を付着させにくい被処理物Ｍに対しても、冷却に十分な冷却液を付着させることができる。
【００６１】
なお、複数の開閉弁３８を同時に開放してもよい。この場合には、複数のノズル部３３から異なる方向で供給された気圧調整ガスが互いに干渉し合うことにより、冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動を乱流状態とすることができる。
【００６２】
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、複数の被処理物Ｍの冷却時において、冷却液を付着させにくい被処理物Ｍに対しても、冷却に十分な冷却液を付着させることができる。したがって、本実施形態によれば、冷却時における複数の被処理物Ｍの温度差を抑制することができ、硬さのバラツキ等を抑え、品質不良の発生を回避できるという効果がある。
【００６３】
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。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、第１実施形態では所定の時間の経過後に開放する開閉弁３８を切り替え、第２実施形態では所定の時間の経過前に開放する開閉弁３８を切り替えているが、これに限定されるものではなく、互いに逆の方法を用いてもよい。これは、被処理物Ｍの表面形状等により、より適切な流動状態が異なるためである。
【００６５】
また、上記実施形態では、温度計測部４０を用いて被処理物Ｍの温度を計測しているが、これに限定されるものではなく、温度計測部４０を用いることなく、制御部５０がタイマ等で計測した一定の時間毎に開放する開閉弁３８を切り替える構成としてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、ミスト状の冷却液の流動方向を調整するものとして、冷却室１２０内の気圧を調整するための気圧調整ガスを用いているが、これに限定されるものではなく、被処理物Ｍを冷却するための冷却ガスを用いてもよい。なお、この場合には、冷却室１２０から回収された冷却ガスを再び冷却するための熱交換器が排気管３４に設置してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００…真空熱処理炉（熱処理装置）、１２０…冷却室、１０…搬送部、２０…ミスト供給部、３０…気体供給部（調整部）、３１…気体供給管（管体）、３３…ノズル部、３８…開閉弁（変更部、開閉弁）、４０…温度計測部、５０…制御部（制御部、第２制御部）、Ｍ…被処理物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置及び熱処理方法に関し、例えば被処理物の焼き入れ等の処理に用いて好適な熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被処理物である金属材を加熱し、冷却することにより、いわゆる焼入れ等の処理を行う熱処理装置において高速の冷却を必要とする場合、従来は油冷方式の冷却装置やガス冷却方式の冷却装置が用いられている。上記油冷方式の冷却装置においては、冷却効率は優れているものの、細かな冷却コントロールがほとんどできず被熱処理品が変形しやすいという問題がある。一方、ガス冷却方式の冷却装置においては、ガスの流量制御等により冷却コントロールが容易であり、被熱処理品の変形に関しては優れているものの、冷却効率が低いという問題がある。
【０００３】
そこで、特許文献１には、被熱処理品を囲んで液用ノズルとガス用ノズルとを配置し、液用ノズルから冷却液をスプレー式で供給し（いわゆるミスト冷却）、ガス用ノズルから冷却ガスを供給することにより、冷却コントロール性及び冷却効率の向上を図った技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
冷却室内のミスト密度に分布が生じている場合には、冷却特性に差が生じて被処理物に温度分布が生じてしまう可能性がある。また、被処理物が複数の場合には、ミスト密度の分布に応じて被処理物間に温度差が生じる可能性がある。
このように、温度分布が被処理物に生じた場合には、変形の原因となる虞があるとともに、焼き入れ処理に用いた場合には、一様な硬さとならない虞がある。
一方、複数の被処理物に温度差が生じた場合には、被処理物間で品質に差が生じて品質不良となる可能性もある。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、冷却時の温度分布を抑制できる熱処理装置及び熱処理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】
【０００７】
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。
本発明の熱処理装置は、加熱された被処理物を冷却する冷却室を備える熱処理装置であって、ミスト状の冷却液を冷却室内に供給するミスト供給部と、気体を冷却室内に供給してミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ミスト状の冷却液が冷却室内に供給されると共に、気体が冷却室内に供給される。ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された気体の流動によって、被処理物に向かうように調整される。そのため、ミスト密度が低いために冷却液が付着しにくい被処理物の表面にも、冷却液を付着させることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の熱処理装置は、調整部が複数の方向に気体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、冷却液の付着量が少ない被処理物の表面が複数存在する場合でも、それらの表面に冷却液を付着させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の熱処理装置は、調整部が気体の供給方向を変更する変更部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、変更部の作動による気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００１０】
また、本発明の熱処理装置は、被処理物を所定の方向で搬送する搬送部を有し、調整部は、搬送部の搬送方向に沿って延在して設けられ気体が導入される複数の管体と、管体に搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部とを有し、変更部は、複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、開閉弁の作動による気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。また、気体を供給するノズル部は、被処理物の搬送方向に沿って互いに離間して複数設けられているため、ミスト状の冷却液の流動方向が、上記搬送方向に関して略一様に調整される。
【００１１】
また、本発明の熱処理装置は、所定の時間の経過後に気体の供給方向を変更するように変更部を制御する制御部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、所定の時間の経過後に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動が所定の方向で安定した後に、他の方向に変化する。したがって、被処理物の所定の表面に対して冷却に十分な量の冷却液を付着させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の熱処理装置は、所定の時間の経過前に気体の供給方向を変更するように変更部を制御する制御部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、所定の時間の経過前に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動は安定せず乱流となる。したがって、被処理物の表面が複雑な形状を呈している場合や、複数の被処理物を同時に冷却する場合であっても、ミスト状の冷却液が乱流となって流動することにより、被処理物のいずれの面にも冷却液を付着させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の熱処理装置は、被処理物の温度を計測する温度計測部と、温度計測部の計測結果に基づいて、変更部を制御する第２制御部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、温度計測部の計測結果に基づいた第２制御部の変更部に対する制御により、気体の供給方向が変更される。そして、この変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００１４】
また、本発明の熱処理装置は、温度計測部が被処理物の温度を複数箇所で計測し、計測した被処理物における温度差に基づいて第２制御部が変更部を制御するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、被処理物における温度差に基づいた第２制御部の変更部に対する制御により、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている被処理物の表面に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の熱処理装置は、温度計測部が複数の被処理物の温度を各々計測し、第２制御部が計測した複数の被処理物間における温度差に基づいて変更部を制御するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、複数の被処理物間における温度差に基づいた第２制御部の変更部に対する制御により、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている所定の被処理物に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の熱処理装置は、気体が、冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスであるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された気圧供給ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【００１７】
また、本発明の熱処理装置は、気体が、被処理物を冷却する冷却ガスであるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された冷却ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【００１８】
また、本発明は、加熱された被処理物を冷却室内にミスト状の冷却液を供給して冷却する冷却工程を備える熱処理方法であって、気体を冷却室内に供給してミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整工程を備えるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、ミスト状の冷却液が冷却室内に供給されると共に、気体が冷却室内に供給される。ミスト状の冷却液の流動方向は上記調整工程で、供給された気体の流動によって、被処理物に向かうように調整される。そのため、ミスト密度が低いために冷却液が付着しにくい被処理物の表面にも、冷却液を付着させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、気体が、複数の方向に供給されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、冷却液の付着量が少ない被処理物の表面が複数存在する場合でも、それらの表面に冷却液を付着させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、前記気体の供給方向を変更する工程を備えるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００２１】
また、本発明は、被処理物を所定の方向で搬送する工程を備え、気体は、被処理物の搬送方向に沿って延在して設けられる複数の管体に導入されると共に、管体に搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部から冷却室内に供給され、気体の供給方向は、複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁の作動により変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、開閉弁の作動による気体の供給方向の変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。また、気体を供給するノズル部は、被処理物の搬送方向に沿って互いに離間して複数設けられているため、ミスト状の冷却液の流動方向が、上記搬送方向に関して略一様に調整される。
【００２２】
また、本発明は、気体の供給方向が、所定の時間の経過後に変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、所定の時間の経過後に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動が所定の方向で安定した後に、他の方向に変化する。したがって、被処理物の所定の表面に対して冷却に十分な量の冷却液を付着させることが可能となる。
【００２３】
また、本発明は、気体の供給方向が、所定の時間の経過前に変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、所定の時間の経過前に気体の供給方向が変更されるため、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動は安定せず乱流となる。したがって、被処理物の表面が複雑な形状を呈している場合や、複数の被処理物を同時に冷却する場合であっても、ミスト状の冷却液が乱流となって流動することにより、被処理物のいずれの面にも冷却液を付着させることが可能となる。
【００２４】
また、本発明は、被処理物の温度を計測する計測工程を備え、計測工程で計測した温度に基づいて、気体の供給方向が変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、計測工程での計測結果に基づいて、気体の供給方向が変更される。そして、この変更に応じて、冷却室内におけるミスト状の冷却液の流動方向が変化する。
【００２５】
また、本発明は、計測工程では被処理物の温度を複数箇所で計測し、計測した被処理物における温度差に基づいて、気体の供給方向が変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、被処理物における温度差に基づいて、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている被処理物の表面に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００２６】
また、本発明は、計測工程では複数の被処理物の温度を各々計測し、計測した複数の被処理物間の温度差に基づいて、気体の供給方向が変更されるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、複数の被処理物間における温度差に基づいて、気体の供給方向が変更される。そのため、例えば高温となっている所定の被処理物に対して、重点的に冷却液を付着させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、気体として、冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスが用いられるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された気圧供給ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【００２８】
また、本発明は、気体として、被処理物を冷却する冷却ガスが用いられることを特徴とするという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、ミスト状の冷却液の流動方向は、供給された冷却ガスの流動によって、被処理物に向かうように調整される。
【発明の効果】
【００２９】
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、ミスト密度が低いために冷却液の付着量が少ない被処理物の表面にも十分な冷却液を付着させることが可能となるため、被処理物の表面を略均一に冷却することができる。したがって、本発明によれば、冷却時における被処理物の温度分布を抑制することができ、変形や硬さのバラツキ等を抑え、品質不良の発生を回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】真空熱処理炉１００の全体構成図である。
【図２】第１の実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。
【図３】第２の実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の熱処理装置及び熱処理方法の実施の形態を、図１から図３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、本実施形態では、熱処理装置として、２室型の真空熱処理炉（以下、単に「真空熱処理炉」と称する）の例を示す。
【００３２】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る真空熱処理炉１００の全体構成図である。
真空熱処理炉（熱処理装置）１００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１１０と、冷却室１２０とが隣接して配置されている。加熱室１１０と冷却室１２０との間には隔壁１３０が設けられ、隔壁１３０の開放時に、被処理物Ｍを加熱室１１０から冷却室１２０へ移動させ、冷却室１２０内で被処理物Ｍを冷却できる構成となっている。
【００３３】
被処理物Ｍは、真空熱処理炉１００によって１つづつ熱処理が施されるものであり、所定量の炭素を含有した鋼等の金属材料（合金含む）によって形成されている。また、本実施形態の被処理物Ｍは、略直方体状に形成されている。
【００３４】
本発明は、冷却室１２０における冷却処理に特徴を有しているため、以下、冷却室１２０について詳述する。
図２は、本実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。なお、以下、図２における紙面右側を単に「右側」（左側も同様）と、紙面上方を単に「上方」（下方も同様）と称する。
冷却室１２０は、その外殻を形成する略円筒状の真空容器１を有している。また、冷却室１２０には、搬送部１０と、ミスト供給部２０と、気体供給部（調整部）３０と、温度計測部４０と、制御部（制御部、第２制御部）５０とが設けられている。
【００３５】
搬送部１０は、被処理物Ｍを水平方向に沿った所定の方向で搬送するものであって、互いに間隔を空けて対向配置され被処理物Ｍの搬送方向に延在する一対の支持フレーム１１と、各支持フレーム１１の対向する面に回転自在に、且つ上記搬送方向に所定間隔を空けて設けられた複数のローラ１２と、鉛直方向に沿って設けられ支持フレーム１１の両端部を指示する第２支持フレーム１３とを有している。
なお、以下の説明においては、搬送部１０による被処理物Ｍの搬送方向を単に搬送方向と称する。
【００３６】
ミスト供給部２０は、冷却室１２０内に冷却液をミスト状に供給することによって被処理物Ｍを冷却するものであって、冷却液供給管２１と、冷却液回収・供給系２２とを備えている。
なお、本実施形態の冷却液としては、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。
【００３７】
冷却液供給管２１は、搬送方向で延在する管状の部材であり、搬送部１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心として、真空容器１の周方向に略等間隔（ここでは９０°間隔）で複数（ここでは４つ）設けられている。より詳細には、冷却液供給管２１は、水平方向から±４５°の位置に設けられている。各冷却液供給管２１は、冷却室１２０の搬送方向での長さに亘る長さで形成されている。
各冷却液供給管２１には、搬送部１０上に載置された被処理物Ｍに向けて冷却液をミスト状に噴射する噴射部２３が長さ方向全体に亘って、それぞれ所定間隔を空けて複数設けられている。
【００３８】
なお、冷却液供給管２１及び噴射部２３の配置としては、ミスト状の冷却液が重力の影響を受けることから、供給量に差が生じる可能性がある上下方向を避けることが好ましく、好適には、水平方向に沿ってミスト状の冷却液を供給する。ただし、上下方向に沿って冷却液を供給する場合には、重力による影響を考慮して供給量を異ならせればよい。また、冷却液供給管２１を４つではなく、例えば３つ配置する場合には、鉛直成分を極力減らすためにも、天頂部と、この天頂部を挟んで±１２０°の位置に配置することが好ましい。
【００３９】
冷却液回収・供給系２２は、冷却室１２０内に供給された冷却液を回収する排液管２４と、排液管２４に接続されると共に回収された排液を冷却する熱交換器２５と、冷却液供給管２１に冷却液を送液する配管２６と、熱交換器２５で冷却された冷却液を配管２６を介して冷却液供給管２１に送液するポンプ２７と、後述する制御部５０からの指示に従いポンプ２７の動作を制御するインバータ２８と、被処理物Ｍからの受熱により気化した冷却液を液化する液化器（液化トラップ）２９とを有している。
【００４０】
気体供給部（調整部）３０は、冷却室１２０内の気圧を調整するための気圧調整ガスを冷却室１２０内に供給すると共に、該気圧調整ガスによって冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動方向を調整するためのものである。気体供給部３０は、気体供給管（管体）３１と、気体回収・供給系３２とを備えている。
なお、本実施形態の気体調整ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが用いられる。
【００４１】
気体供給管３１は、搬送方向で延在する管状の部材であり、搬送部１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心として、真空容器１の周方向に略等間隔（ここでは９０°間隔）で複数（ここでは４つ）設けられている。より詳細には、気体供給管３１は、図２に示す真空容器１の３時、６時、９時、１２時の位置（上下左右の位置）に設けられる。なお、以下、これらの気体供給管３１を、順に第１気体供給管３１ａないし第４気体供給管３１ｄと称する場合がある。各気体供給管３１は、冷却室１２０の搬送方向での長さに亘る長さで形成されている。
各気体供給管３１には、搬送部１０上に載置された被処理物Ｍに向けて開口するノズル部３３が長さ方向全体に亘って、それぞれ所定間隔を空けて複数設けられている。
【００４２】
気体回収・供給系３２は、冷却室１２０内に供給された気圧調整ガスを回収する排気管３４と、各気体供給管３１に気圧調整ガスを供給する配管３５と、排気管３４に接続されると共に配管３５を介して各気体供給管３１に気圧調整ガスを供給するファン３６と、後述する制御部５０からの指示に従いファン３６の動作を制御する第２インバータ３７と、配管３５における各気体供給管３１との接続箇所近傍に各々設けられ制御部５０の指示に従い開閉する開閉弁（変更部、開閉弁）３８とを有している。なお、第１気体供給管３１ａないし第４気体供給管３１ｄに各々対応する開閉弁３８を、順に第１開閉弁３８ａないし第４開閉弁３８ｄと称する場合がある。
なお、実際にはファン３６は図示しない羽根車と図示しないモータとにより構成されており、第２インバータ３７はこのモータを制御することによりファン３６の動作を制御するものである。
【００４３】
温度計測部４０は、被処理物Ｍの表面温度を計測するものであって、第１温度センサ４０ａないし第４温度センサ４０ｄから構成される。第１温度センサ４０ａないし第４温度センサ４０ｄは、第１気体供給管３１ａないし第４気体供給管３１ｄに各々対向する被処理物Ｍの表面にそれぞれ設けられ、各温度センサの計測結果は制御部５０に出力される。
本実施形態の第１温度センサ４０ａないし第４温度センサ４０ｄとしては、熱電対が用いられているが、例えば放射温度計のような非接触式の温度計測器により被処理物Ｍの複数箇所を計測する構成としてもよい。
【００４４】
制御部５０は、温度計測部４０から計測結果を取得し、かつインバータ２８、第２インバータ３７及び各開閉弁３８に対して動作指示を出力するものである。制御部５０は、インバータ２８及び第２インバータ３７に動作指示を出力することで、ポンプ２７及びファン３６の動作を制御し、冷却液及び気圧調整ガスの供給量を調整することができる。また、制御部５０は、各開閉弁３８を各々独立に所定の時間で開放することができる。
【００４５】
続いて、上記の真空熱処理炉１００において、加熱された被処理物Ｍを冷却室１２０で冷却する手順について説明する。
まず、搬送部１０によって加熱室１１０で加熱された被処理物Ｍが、冷却室１２０内に搬入される。
【００４６】
次に、冷却室１２０内にミスト状の冷却液を供給する。
制御部５０の指示によりインバータ２８がポンプ２７を作動させ、冷却液が配管２６を介して冷却液供給管２１に供給される。冷却液供給管２１に供給された冷却液は、冷却室１２０内に噴射部２３からミスト状に噴射される。噴射部２３はミスト状の冷却液を緩やかに拡散するように噴射するため、噴射直後のミスト状の冷却液は、噴射部２３の周辺に滞留し、次第に重力の影響を受けて下降する。すなわち、噴射部２３から冷却液を噴射するのみでは、冷却室１２０内のミスト密度に分布が生じる虞がある。
【００４７】
本実施形態では、冷却液の供給と共に、冷却室１２０内に気圧調整ガスを供給する。
制御部５０の指示により第２インバータ３７がファン３６を作動させ、気圧調整ガスが配管３５に供給される。ここで、制御部５０は、特定の開閉弁３８のみを開放する。
例えば、図２に示すように、被処理物Ｍの右側に設けられる第１気体供給管３１ａに対応する第１開閉弁３８ａのみを開放する。気圧調整ガスは、第１開閉弁３８ａを通って第１気体供給管３１ａに供給され、ノズル部３３を介して冷却室１２０内に供給される。ノズル部３３は、被処理物Ｍに向かって開口しているため、気圧調整ガスは、第１気体供給管３１ａのノズル部３３から被処理物Ｍに向かって供給され、この方向で流動する。
【００４８】
そして、この気圧調整ガスの流動によって、冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動方向は、被処理物Ｍに向かうように調整される（調整工程）。なお、ノズル部３３は、気体供給管３１に搬送方向に関して互いに離間して複数設けられているため、ミスト状の冷却液の流動方向は搬送方向に関して略一様に調整される。よって、ミスト状の冷却液は、第１気体供給管３１ａのノズル部３３から被処理物Ｍに向かって流動し、被処理物Ｍの右側表面にミスト状の冷却液が付着する。
【００４９】
冷却液は、加熱された被処理物Ｍの表面に付着することで蒸発し、この蒸発時に被処理物Ｍの熱を奪うことから、冷却液が付着した被処理物Ｍの表面を冷却することができる（冷却工程）。なお、蒸発した冷却液は、液化器２９にて再び液化され再利用される。
【００５０】
また、制御部５０は、開閉弁３８を所定の時間だけ開放する。
この所定の時間とは、冷却室１２０内に供給された気圧調整ガスが安定した流れ、すなわち略一定の流動経路で流動する流れを形成するに足る時間である。よって、気圧調整ガス及びミスト状の冷却液の流動は共に安定するため、被処理物Ｍの表面に対して冷却に十分な量の冷却液を付着させることができる。
【００５１】
次に、制御部５０は、上記所定の時間の経過後に、開放する開閉弁３８を切り替える。
例えば、第１開閉弁３８ａを閉鎖し、代わりに第２開閉弁３８ｂを開放する。第２開閉弁３８ｂの開放により、気圧調整ガスは第２気体供給管３１ｂのノズル部３３から供給され、真空容器１の底部から被処理物Ｍに向かって流動する。そして、ミスト状の冷却液の流動方向も、真空容器１の底部から被処理物Ｍに向かうように調整され、被処理物Ｍの下面にミスト状の冷却液が付着する。したがって、第２開閉弁３８ｂを開放することで、被処理物Ｍの下面を冷却することができる。
【００５２】
続いて、同様に、第３開閉弁３８ｃ及び第４開閉弁３８ｄをそれぞれ開放することで、被処理物の左側表面及び上面を各々冷却することができる。
したがって、制御部５０が特定の開閉弁３８のみを開放することで、冷却室１２０内にミスト状の冷却液の流れを作り出し、ミスト密度が低い箇所があったとしても被処理物Ｍの表面に対して冷却に十分な冷却液を付着させることができる。
【００５３】
さらに、制御部５０は、開閉弁３８の開放時間を微調整する。
温度計測部４０が、被処理物Ｍの各表面の温度を計測し、その計測結果を制御部５０に出力する。制御部５０は、この計測結果から被処理物Ｍにおける温度分布の有無を確認し、所定の表面が他の表面に比べて高い温度を有している場合には、高い温度を有する表面に対応する開閉弁３８の開放時間を増加させる。
【００５４】
例えば、第３温度センサ４０ｃが他のセンサよりも高い温度を計測した場合には、被処理物Ｍの左側表面が他の面よりも高い温度を有していることになる。そこで、第３開閉弁３８ｃの開放時間を増加させ、第３気体供給管３１ｃのノズル部３３からの気圧調整ガスの供給を延長し、被処理物Ｍの左側表面を他の面に比べてより重点的に冷却することができる。
よって、被処理物Ｍにおける表面の温度分布に基づいて、開閉弁３８の開放時間を微調整することができ、被処理物Ｍの表面をより均一に冷却することができる。
【００５５】
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、ミスト密度が低いために冷却液の付着量が少ない被処理物Ｍの表面にも十分な冷却液を付着させることが可能となるため、被処理物Ｍの表面を略均一に冷却することができる。したがって、本発明によれば、冷却時における被処理物Ｍの温度分布を抑制することができ、変形や硬さのバラツキ等を抑え、品質不良の発生を回避できるという効果がある。
【００５６】
〔第２実施形態〕
図３は、本実施形態における冷却室１２０の正面断面図である。
この図において、図１及び図２に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
本実施形態における冷却室１２０は、複数の被処理物Ｍをまとめて冷却するものである。なお、本実施形態における被処理物Ｍは、第１実施形態における被処理物Ｍに比べて小さな外形で形成されている。
搬送部１０におけるローラ１２上には、トレー１４が載置されている。トレー１４は、パンチング穴等の冷却液用流動孔が形成された板材を格子状に配列した構成となっており、複数段を有している。被処理物Ｍは、トレー１４の各段に複数載置されている。
【００５８】
温度計測部４０における第１温度センサ４０ａは、トレー１４内の右側に位置する被処理物Ｍに設けられている。同様に、第２温度センサ４０ｂ、第３温度センサ４０ｃ、第４温度センサ４０ｄは、トレー１４内の下側、左側、上側に位置する被処理物Ｍにそれぞれ設けられている。なお、第１実施形態と同様に、熱電対タイプの温度センサの代わりに放射温度計等の非接触型の温度計測器を使用してもよい。
【００５９】
本実施形態における制御部５０は、所定の時間、すなわち冷却室１２０内に供給された気圧調整ガスが安定した流れを形成するに足る時間が経過する前に、開放する開閉弁３８を切り替えることを特徴とする。よって、気圧調整ガスの流動は安定せず乱流状態となる。気圧調整ガスの流動が乱流状態となっているため、冷却室１２０内に供給されるミスト状の冷却液の流動も乱流状態となる。
【００６０】
本実施形態では、複数の被処理物Ｍがトレー１４に載置されているため、例えばトレー１４の中央部に載置されている被処理物Ｍには、ミスト状の冷却液を付着させることが難しい。そこで、冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動を乱流状態とすることで、上記のような冷却液を付着させにくい被処理物Ｍに対しても、冷却に十分な冷却液を付着させることができる。
【００６１】
なお、複数の開閉弁３８を同時に開放してもよい。この場合には、複数のノズル部３３から異なる方向で供給された気圧調整ガスが互いに干渉し合うことにより、冷却室１２０内におけるミスト状の冷却液の流動を乱流状態とすることができる。
【００６２】
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、複数の被処理物Ｍの冷却時において、冷却液を付着させにくい被処理物Ｍに対しても、冷却に十分な冷却液を付着させることができる。したがって、本実施形態によれば、冷却時における複数の被処理物Ｍの温度差を抑制することができ、硬さのバラツキ等を抑え、品質不良の発生を回避できるという効果がある。
【００６３】
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。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、第１実施形態では所定の時間の経過後に開放する開閉弁３８を切り替え、第２実施形態では所定の時間の経過前に開放する開閉弁３８を切り替えているが、これに限定されるものではなく、互いに逆の方法を用いてもよい。これは、被処理物Ｍの表面形状等により、より適切な流動状態が異なるためである。
【００６５】
また、上記実施形態では、温度計測部４０を用いて被処理物Ｍの温度を計測しているが、これに限定されるものではなく、温度計測部４０を用いることなく、制御部５０がタイマ等で計測した一定の時間毎に開放する開閉弁３８を切り替える構成としてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、ミスト状の冷却液の流動方向を調整するものとして、冷却室１２０内の気圧を調整するための気圧調整ガスを用いているが、これに限定されるものではなく、被処理物Ｍを冷却するための冷却ガスを用いてもよい。なお、この場合には、冷却室１２０から回収された冷却ガスを再び冷却するための熱交換器が排気管３４に設置してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００…真空熱処理炉（熱処理装置）、１２０…冷却室、１０…搬送部、２０…ミスト供給部、３０…気体供給部（調整部）、３１…気体供給管（管体）、３３…ノズル部、３８…開閉弁（変更部、開閉弁）、４０…温度計測部、５０…制御部（制御部、第２制御部）、Ｍ…被処理物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された被処理物を冷却する冷却室を備える熱処理装置であって、
ミスト状の冷却液を前記冷却室内に供給するミスト供給部と、
気体を前記冷却室内に供給して前記ミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整部とを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記調整部は、複数の方向に前記気体を供給することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置において、
前記調整部は、前記気体の供給方向を変更する変更部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置において、
前記被処理物を所定の方向で搬送する搬送部を有し、
前記調整部は、前記搬送部の搬送方向に沿って延在して設けられ前記気体が導入される複数の管体と、前記管体に前記搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部とを有し、
前記変更部は、前記複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の熱処理装置において、
所定の時間の経過後に前記気体の供給方向を変更するように前記変更部を制御する制御部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の熱処理装置において、
所定の時間の経過前に前記気体の供給方向を変更するように前記変更部を制御する制御部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
前記被処理物の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部の計測結果に基づいて、前記変更部を制御する第２制御部とを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱処理装置において、
前記温度計測部は、前記被処理物の温度を複数箇所で計測し、
前記第２制御部は、計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記変更部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の熱処理装置において、
前記温度計測部は、複数の前記被処理物の温度を各々計測し、
前記第２制御部は、計測した前記複数の被処理物間における温度差に基づいて、前記変更部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
前記気体は、前記冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
前記気体は、前記被処理物を冷却する冷却ガスであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
加熱された被処理物を、冷却室内にミスト状の冷却液を供給して冷却する冷却工程を備える熱処理方法であって、
気体を前記冷却室内に供給して前記ミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整工程を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の熱処理方法において、
前記気体は、複数の方向に供給されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の熱処理方法において、
前記気体の供給方向を変更する工程を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の熱処理装置において、
前記被処理物を所定の方向で搬送する工程を備え、
前記気体は、前記被処理物の搬送方向に沿って延在して設けられる複数の管体に導入されると共に、前記管体に前記搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部から前記冷却室内に供給され、
前記気体の供給方向は、前記複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁の作動により変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の熱処理方法において、
前記気体の供給方向が、所定の時間の経過後に変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１７】
請求項１４又は１５に記載の熱処理方法において、
前記気体の供給方向が、所定の時間の経過前に変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
前記被処理物の温度を計測する計測工程を備え、
前記計測工程で計測した温度に基づいて、前記気体の供給方向が変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の熱処理方法において、
前記計測工程では、前記被処理物の温度を複数箇所で計測し、
計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記気体の供給方向が変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の熱処理方法において、
前記計測工程では、複数の前記被処理物の温度を各々計測し、
計測した前記複数の被処理物間の温度差に基づいて、前記気体の供給方向が変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２１】
請求項１２から２０のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
前記気体として、前記冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスが用いられることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２２】
請求項１２から２０のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
前記気体として、前記被処理物を冷却する冷却ガスが用いられることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１】
加熱された被処理物を冷却する冷却室を備える熱処理装置であって、
ミスト状の冷却液を前記冷却室内に供給するミスト供給部と、
気体を前記冷却室内に供給して前記ミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整部とを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記調整部は、複数の方向に前記気体を供給することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置において、
前記調整部は、前記気体の供給方向を変更する変更部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置において、
前記被処理物を所定の方向で搬送する搬送部を有し、
前記調整部は、前記搬送部の搬送方向に沿って延在して設けられ前記気体が導入される複数の管体と、前記管体に前記搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部とを有し、
前記変更部は、前記複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の熱処理装置において、
所定の時間の経過後に前記気体の供給方向を変更するように前記変更部を制御する制御部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の熱処理装置において、
所定の時間の経過前に前記気体の供給方向を変更するように前記変更部を制御する制御部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
前記被処理物の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部の計測結果に基づいて、前記変更部を制御する第２制御部とを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱処理装置において、
前記温度計測部は、前記被処理物の温度を複数箇所で計測し、
前記第２制御部は、計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記変更部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の熱処理装置において、
前記温度計測部は、複数の前記被処理物の温度を各々計測し、
前記第２制御部は、計測した前記複数の被処理物間における温度差に基づいて、前記変更部を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
前記気体は、前記冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載の熱処理装置において、
前記気体は、前記被処理物を冷却する冷却ガスであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
加熱された被処理物を、冷却室内にミスト状の冷却液を供給して冷却する冷却工程を備える熱処理方法であって、
気体を前記冷却室内に供給して前記ミスト状の冷却液の流動方向を調整する調整工程を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の熱処理方法において、
前記気体は、複数の方向に供給されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の熱処理方法において、
前記気体の供給方向を変更する工程を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の熱処理装置において、
前記被処理物を所定の方向で搬送する工程を備え、
前記気体は、前記被処理物の搬送方向に沿って延在して設けられる複数の管体に導入されると共に、前記管体に前記搬送方向に沿って互いに離間して設けられる複数のノズル部から前記冷却室内に供給され、
前記気体の供給方向は、前記複数の管体に各々対応して設けられる開閉弁の作動により変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の熱処理方法において、
前記気体の供給方向が、所定の時間の経過後に変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１７】
請求項１４又は１５に記載の熱処理方法において、
前記気体の供給方向が、所定の時間の経過前に変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
前記被処理物の温度を計測する計測工程を備え、
前記計測工程で計測した温度に基づいて、前記気体の供給方向が変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の熱処理方法において、
前記計測工程では、前記被処理物の温度を複数箇所で計測し、
計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記気体の供給方向が変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の熱処理方法において、
前記計測工程では、複数の前記被処理物の温度を各々計測し、
計測した前記複数の被処理物間の温度差に基づいて、前記気体の供給方向が変更されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２１】
請求項１２から２０のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
前記気体として、前記冷却室内の気圧を調整する気圧調整ガスが用いられることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２２】
請求項１２から２０のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
前記気体として、前記被処理物を冷却する冷却ガスが用いられることを特徴とする熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２４９３３２（Ｐ２０１０−２４９３３２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９５８９２（Ｐ２００９−９５８９２）
【出願日】平成２１年４月１０日（２００９．４．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１０日（２００９．４．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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