特開2020-204056(P2020-204056A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-204056(P2020-204056A)
(43)【公開日】2020年12月24日
(54)【発明の名称】熱処理装置
(51)【国際特許分類】
   C21D 1/34 20060101AFI20201127BHJP
   F27D 11/02 20060101ALI20201127BHJP
【FI】
   C21D1/34 K
   F27D11/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2019-110907(P2019-110907)
(22)【出願日】2019年6月14日
(71)【出願人】
【識別番号】306039120
【氏名又は名称】DOWAサーモテック株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(72)【発明者】
【氏名】永石 昭浩
(72)【発明者】
【氏名】岡村 脩平
(72)【発明者】
【氏名】横本 祥平
【テーマコード(参考)】
4K063
【Fターム(参考)】
4K063AA05
4K063CA03
4K063FA02
4K063FA07
4K063FA25
4K063FA27
4K063FA29
(57)【要約】
【課題】ヒータの個別制御に伴う電位差によるスパークの発生を回避できる熱処理装置を提供する。
【解決手段】処理室10内に装入したワーク2を加熱処理する熱処理装置1であって、処理室10内に装入されたワーク2を加熱するためのヒータ11が複数箇所に設けられ、複数のヒータ11には、三相4線式の変圧器のU相の電圧線31uと中性線32とに接続されるヒータ11と、V相の電圧線31vと中性線32とに接続されるヒータ11と、W相の電圧線32wと中性線32とに接続されるヒータ11が含まれ、互いに隣接する位置関係にあるU相の電圧線31uと中性線32とに接続されるヒータ11とV相の電圧線31vと中性線32とに接続されるヒータ11は、中性線32に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理室内に装入したワークを加熱処理する熱処理装置であって、
前記処理室内に装入されたワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられ、
前記複数のヒータには、三相4線式の変圧器のU相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが含まれ、
互いに隣接する位置関係にある前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、熱処理装置。
【請求項2】
前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、いずれも2本の直線部分の一端を接続部分で接続したU字型ヒータまたはW字型ヒータであり、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、
請求項1に記載の熱処理装置。
【請求項3】
処理室内に装入したワークを加熱処理する熱処理装置であって、
前記処理室内に装入されたワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられ、
前記複数のヒータには、三相4線式の変圧器のU相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが含まれ、
互いに隣接する位置関係にある前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、熱処理装置。
【請求項4】
前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、いずれも2本の直線部分の一端を接続部分で接続したU字型ヒータまたはW字型ヒータであり、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項3に記載の熱処理装置。
【請求項5】
処理室内に装入したワークを加熱処理する熱処理装置であって、
前記処理室内に装入されたワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられ、
前記複数のヒータには、三相4線式の変圧器のU相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが含まれ、
互いに隣接する位置関係にある前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、熱処理装置。
【請求項6】
前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、いずれも2本の直線部分の一端を接続部分で接続したU字型ヒータまたはW字型ヒータであり、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項5に記載の熱処理装置。
【請求項7】
前記処理室内が、扉側、中側、奥側の3つのゾーンに分けられ、
扉側、中側、奥側のゾーンのいずれかに前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが配置され、
他の2つのゾーンのいずれかに前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが配置され、
残りのゾーンに前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが配置され、
前記扉側のゾーンと前記中側のゾーンが互いに隣接している位置において、互いに隣接する位置関係にある前記扉側ゾーンのヒータと前記中側ゾーンのヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置され、
前記中側のゾーンと前記奥側のゾーンが互いに隣接している位置において、互いに隣接する位置関係にある前記中側ゾーンのヒータと前記奥側ゾーンのヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車部品やその他の機械部品等のワークを加熱処理する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車部品やその他の機械部品等のワークの熱処理装置には、処理室内(炉内)に装入したワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられており、処理室内全体が均一の温度になるように、各ヒータの動作が制御されている。従来の熱処理装置として、処理室内の温度分布を均一にするために、複数の各ヒータに対して、制御部の制御命令にしたがって出力(発熱量)が調節されるように構成されたものが知られている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−91638号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
処理室内の温度分布を均一化するためには、炉外の周囲温度の影響や、放熱部材とヒータとの距離により生じる温度のバラつきを改善するために、処理室内を、例えば、挿入扉側、中央側、奥側などの復数のゾーンに分けて、各ゾーンのヒータの出力を個別に制御できる熱処理装置が求められている。
【0005】
しかしながら、各ゾーン毎でヒータの出力を個別に制御しようとすると、各ゾーン間に電位差が生じてスパークが発生する恐れがある。スパークによりヒータ及び配線が焼損・断線すると、ヒータ出力を上げても炉内温度が上昇せず、温度制御が不能となったり、ヒータ出力を制御するサイリスタ等の制御部品が故障し、ヒータが制御不能となり、処理室内の温度が上昇しすぎるため、ヒータや熱処理装置の故障原因となるといった課題がある。スパークは、ヒータ間距離が狭くなる小型化の熱処理装置や、熱処理装置の生産効率向上のため、炉内の昇温時間を早めるためヒータ間の絶縁を取るために設けられていた保護管を取り外した素線ヒータを使用する熱処理装置で特に発生する確率が高くなる。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スパークの発生に起因するヒータの制御不能などの不具合を回避できる熱処理装置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】
本発明者らは、処理室内を複数のゾーンに分けて、各ゾーンのヒータの出力を制御できるように構成された熱処理装置において、次のような検討を行った。
【0008】
先ず、処理室10内に形成された、扉側のゾーン15、中側のゾーン16、奥側のゾーン17といった各ゾーン15〜17のヒータ11に給電する電源として三相3線式の変圧器20を用いた熱処理装置1’について説明する。図1に示すように、三相3線式の変圧器20のU相の電圧線21uに単相サイリスタ22を介して一部のヒータ11が接続され、同様に、変圧器20のV相の電圧線21vに単相サイリスタ22を介して一部のヒータ11が接続され、変圧器20のW相の電圧線21wに単相サイリスタ22を介して一部のヒータ11が接続されている。そして、各電圧線21u、電圧線21v、電圧線21wに設けられた単相サイリスタ22を制御部23で制御することにより、各電圧線21u、電圧線21v、電圧線21wに接続されているヒータ11による加熱をそれぞれ制御できるようになっている。
【0009】
図2に示すように、処理室10内における扉側のゾーン15には、W相の電圧線21wに接続されているヒータ11が配置され、中側のゾーン16には、V相の電圧線21vに接続されているヒータ11が配置され、奥側のゾーン17には、U相の電圧線21uに接続されているヒータ11が配置されている。これにより、各ゾーン15〜17に配置されたヒータ11による加熱がそれぞれ制御され、処理室10内の温度分布が均一化させられている。
【0010】
しかしながら、三相3線式の変圧器20を電源とした場合、各ゾーン15〜17毎でヒータの出力を個別に制御しようとすると、各ゾーン間25に電位差が生じてしまう。例えば、扉側のゾーン15のヒータ11の出力を上げるために、W相の電圧線21wから比較的高い電圧をヒータ11に給電し、中側のゾーン16のヒータ11の出力を下げるために、V相の電圧線21vから比較的低い電圧をヒータ11に給電した場合、扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11との間(ゾーン間25)で電位差が生ずる。同様に、中側のゾーン16のヒータ11と奥側のゾーン17のヒータ11との間(ゾーン間25)でも電位差が生ずる場合がある。この電位差によりスパークが発生すると、ヒータが制御不能となったり、ヒータや熱処理装置全体の故障原因となってしまう。特に小型化の熱処理装置では、扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11との間、および、中側のゾーン16のヒータ11と奥側のゾーン17のヒータ11との間の距離が狭く、それらのゾーン間25の位置においてスパークが発生しやすい。また、生産効率向上のため炉内の昇温時間を早めるため絶縁を取るために設けられていた保護管を取り外した素線ヒータを使用する熱処理装置で、特に熱処理装置内に煤が発生する真空浸炭熱処理装置でスパークが発生する確率が高くなる。
【0011】
そこで本発明では、処理室内に設けられた複数のヒータに給電する電源として三相4線式の変圧器を用い、その解決を図った。
【0012】
すなわち本発明によれば、処理室内に装入したワークを加熱処理する熱処理装置であって、前記処理室内に装入されたワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられ、前記複数のヒータには、三相4線式の変圧器のU相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが含まれ、互いに隣接する位置関係にある前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、熱処理装置が提供される。この熱処理装置において、例えば、前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、いずれも2本の直線部分の一端を接続部分で接続したU字型ヒータであり、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする。
【0013】
別の観点による本発明によれば、処理室内に装入したワークを加熱処理する熱処理装置であって、前記処理室内に装入されたワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられ、前記複数のヒータには、三相4線式の変圧器のU相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが含まれ、互いに隣接する位置関係にある前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、熱処理装置が提供される。この熱処理装置において、例えば、前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、いずれも2本の直線部分の一端を接続部分で接続したU字型ヒータであり、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする。
【0014】
また、別の観点による本発明によれば、処理室内に装入したワークを加熱処理する熱処理装置であって、前記処理室内に装入されたワークを加熱するためのヒータが複数箇所に設けられ、前記複数のヒータには、三相4線式の変圧器のU相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが含まれ、互いに隣接する位置関係にある前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、熱処理装置が提供される。この熱処理装置において、例えば、前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータと、前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータは、いずれも2本の直線部分の一端を接続部分で接続したU字型ヒータであり、前記中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする。
【0015】
また、前記処理室内が、扉側、中側、奥側の3つのゾーンに分けられ、扉側、中側、奥側のゾーンのいずれかに前記U相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが配置され、他の2つのゾーンのいずれかに前記V相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが配置され、残りのゾーンに前記W相の電圧線と中性線とに接続されるヒータが配置されていても良い。また、本発明の熱処理装置は、例えば真空浸炭熱処理である。なお、本発明において、「熱処理」には、浸炭処理、窒化処理、真空浸炭処理、真空窒化処理、真空浸炭・窒化処理が含まれる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の熱処理装置にあっては、互いに隣接する位置にあるヒータ間において、中性線に接続される側が互いに隣接するように配置されている。このため、電圧線同士の間に介在している中性線によって両者間の電位差が低減され、ヒータ間でのスパークの発生に起因するヒータの制御不能などの不具合が回避される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】電源として三相3線式の変圧器を用いた場合の説明図である。
図2】ゾーン間でスパークが発生する状態の説明図である。
図3】本発明の実施の形態にかかる熱処理装置の説明図であり、処理室内における扉側のゾーン、中側のゾーン、奥側のゾーンのそれぞれに設けられたヒータの配置図である。
図4】電源として三相4線式の変圧器を用いた場合の説明図である。
図5】ヒータとして、W字型ヒータを用いた本発明の実施の形態にかかる熱処理装置1の説明図である。
図6】ヒータとして、S字型ヒータを用いた本発明の実施の形態にかかる熱処理装置1の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。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要素においては、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3に示すように、熱処理装置1の処理室10内には、仕切扉が開かれて、自動車部品やその他の機械部品等のワーク2が挿入される。処理室10内にはワーク2を加熱するための電熱式のヒータ11が複数箇所に設けられている。処理室10内は、扉側のゾーン15、中側のゾーン16、奥側のゾーン17といった3つのゾーン15〜17に分けられており、それら各ゾーン15〜17に複数のヒータ11が分布して設けられている。
【0020】
図4に示すように、この実施の形態に係る熱処理装置1では、三相4線式の変圧器30を電源に用いている。そして、処理室10内に配置された複数のヒータ11の内、一部のヒータ11には、三相4線式の変圧器30のU相の電圧線31uとN相の中性線32が接続され、一部のヒータ11には、三相4線式の変圧器30のV相の電圧線31vとN相の中性線32が接続され、一部のヒータ11には、三相4線式の変圧器30のW相の電圧線31wとN相の中性線32が接続されている。すなわち、三相4線式の変圧器30にスター結線で結線され、処理室10内に配置された複数のヒータ11には、三相4線式の変圧器30のU相の電圧線31uと中性線32、V相の電圧線31vと中性線32、W相の電圧線31wと中性線32のいずれかから給電が行われるようになっている。
【0021】
U相の電圧線31u、V相の電圧線31v、および、W相の電圧線31wには、2次側に設けられた単相サイリスタ33がそれぞれ介在されている。これら各単相サイリスタ33を制御部34で個別に制御することにより、U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11、V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11、W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11の加熱能力を、それぞれ制御できるようになっている。処理室10内の温度が、設定温度になるように、例えばPID制御を行う制御部34から出力した信号を各単相サイリスタ33に入力し、各ゾーン15〜17のヒータ11への印加電圧を制御することで、ヒータ11の加熱能力を、それぞれ制御できるようになっている。なお、U相の電圧線31u、V相の電圧線31v、および、W相の電圧線31wと中性線32は、回路として各ヒータ11に接続されていればよく、それらの各線は、必ずしも処理室10内に無くても良い。なお、各ゾーン15〜17の各ヒータ11への印加電圧は10〜200Vに制御し、加熱能力は1kW〜20kWにすることが好ましい。
【0022】
この実施の形態では、図3に示すように、熱処理装置1の処理室10内における扉側のゾーン15には、W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11が配置され、中側のゾーン16には、V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11が配置され、奥側のゾーン17には、U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11が配置されている。これにより、各ゾーン15〜17に配置されたヒータ11による加熱がそれぞれ制御され、処理室10内の温度分布が均一化させられている。また、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が、互いの境界35vwを挟んで隣接し合い、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いの境界35uvを挟んで隣接し合う位置関係となっている。
【0023】
この実施の形態では、処理室10内に配置された複数のヒータ11は、いずれもU字型ヒータである。すなわち、各ヒータ11は、2本の直線部分11aの一端(図5において左端)を接続部分11bで接続したU字型ヒータで構成されている。
【0024】
そして、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで配置された扉側のゾーン15のヒータ11(W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態となっている。また同様に、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで配置された中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、奥側のゾーン17のヒータ11(U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態となっている。なお、この実施の形態では、扉側のゾーン15と奥側のゾーン17との間に中側のゾーン16があり、扉側のゾーン15と奥側のゾーン17は互いに離れた位置関係にある。このため、扉側のゾーン15のヒータ11と、奥側のゾーン17のヒータ11との間では、スパークは発生する心配がない。
【0025】
ここで、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで中側のゾーン16のヒータ11と隣接し合う位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11(扉側のゾーン15のヒータ11の中で最も境界35vwに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35vwに近くなり、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aが境界35vwから離れるように配置されている。また、境界35vwを挟んで扉側のゾーン15のヒータ11と隣接し合う位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11(中側のゾーン16のヒータ11の中で最も境界35vwに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35vwに近くなり、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aが境界35vwから離れるように配置されている。これにより、境界35vwを挟んで互いに隣接する位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11においては、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aと、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0026】
また同様に、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで奥側のゾーン17のヒータ11と隣接し合う位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11(中側のゾーン16のヒータ11の中で最も境界35uvに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35uvに近くなり、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aが境界35uvから離れるように配置されている。また、境界35uvを挟んで中側のゾーン16のヒータ11と隣接し合う位置関係にある奥側のゾーン17のヒータ11(奥側のゾーン17のヒータ11の中で最も境界35uvに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35uvに近くなり、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aが境界35uvから離れるように配置されている。これにより、境界35uvを挟んで互いに隣接する位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11と奥側のゾーン17のヒータ11は、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aと、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0027】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る熱処理装置1において、処理室10内に自動車部品やその他の機械部品等のワーク2が装入される。そして、処理室10内に配置された複数のヒータ11には、電源である三相4線式の変圧器30からそれぞれ給電が行われ、ワーク2が加熱される。その際、扉側のゾーン15に配置されたヒータ11、中側のゾーン16に配置されたヒータ11、および、奥側のゾーン17に配置されたヒータ11による加熱能力が制御部34で個別に制御され、ワーク2に対する均一な加熱が行われる。なお、三相の電源UVWからそれぞれのゾーンに異なった電圧で供給されている。
【0028】
この実施の形態に係る熱処理装置1では、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで互いに隣接する位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11は、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aと、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。また、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで互いに隣接する位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11と奥側のゾーン17のヒータ11は、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aと、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0029】
そのため、各電圧線31u、31v、31wと中性線32との間では電位差があるが(三相の電源UVWからそれぞれのゾーンに異なった電圧で供給されているため)、各ゾーン15〜17間での電位差が、中性線32に接続される側の直線部分11aの介在によって解消され、境界35vwおよび境界35uvでの隣接するヒータ11間でのスパークの発生が低減される。その結果、ヒータの制御不能などの不具合が回避される。また、保護管を取り外した素線ヒータを使用する熱処理装置などでもスパークの発生が低減され、炉内の昇温時間を早めることができ、生産効率が向上する。ただし、例えば、扉側ゾーン15と中側ゾーン16に同電圧を供給した場合など、扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11との間で電位差が生じない場合は、電位差が生じる境界35uvを挟んで配置された中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、奥側のゾーン17のヒータ11(U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態することで、境界35uvでの隣接するヒータ11間でのスパークの発生が低減され、その結果、ヒータの制御不能などの不具合が回避することができる。
【0030】
加えて、三相4線式の変圧器30を電源に用いたことにより、変圧器が1台で済み、変圧器の設置スペースを減少できるので、熱処理装置1の小型化に繋がるという副次的な効果もある。なお、N相の中性線32は接地してもしなくてもどちらでもよいが、接地する方が好ましい。
【0031】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的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う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。例えば、図3では、ヒータ11としてU字型ヒータを例示したが、ヒータ11はU字型に限らずW字型ヒータ、S字型ヒータでも良い。
【0032】
図5は、ヒータ11として、W字型ヒータを用いた本発明の実施の形態にかかる熱処理装置1の説明図である。熱処理装置1の処理室10内における扉側のゾーン15には、W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11が配置され、中側のゾーン16には、V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11が配置され、奥側のゾーン17には、U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11が配置されている。
【0033】
そして、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで配置された扉側のゾーン15のヒータ11(W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態となっている。また同様に、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで配置された中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、奥側のゾーン17のヒータ11(U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態となっている。
【0034】
扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで中側のゾーン16のヒータ11と隣接し合う位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11(扉側のゾーン15のヒータ11の中で最も境界35vwに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35vwに近くなり、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aが境界35vwから離れるように配置されている。また、境界35vwを挟んで扉側のゾーン15のヒータ11と隣接し合う位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11(中側のゾーン16のヒータ11の中で最も境界35vwに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35vwに近くなり、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aが境界35vwから離れるように配置されている。これにより、境界35vwを挟んで互いに隣接する位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11においては、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aと、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0035】
また同様に、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで奥側のゾーン17のヒータ11と隣接し合う位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11(中側のゾーン16のヒータ11の中で最も境界35uvに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35uvに近くなり、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aが境界35uvから離れるように配置されている。また、境界35uvを挟んで中側のゾーン16のヒータ11と隣接し合う位置関係にある奥側のゾーン17のヒータ11(奥側のゾーン17のヒータ11の中で最も境界35uvに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35uvに近くなり、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aが境界35uvから離れるように配置されている。これにより、境界35uvを挟んで互いに隣接する位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11と奥側のゾーン17のヒータ11は、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aと、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0036】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る熱処理装置1においても同様に、各ゾーン15〜17間での電位差が、中性線32に接続される側の直線部分11aの介在によって解消され、境界35vwおよび境界35uvでの隣接するヒータ11間でのスパークの発生が低減される。その結果、熱処理装置1の故障が回避される。
【0037】
図6は、ヒータ11として、S字型ヒータを用いた本発明の実施の形態にかかる熱処理装置1の説明図である。熱処理装置1の処理室10内における扉側のゾーン15には、W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11が配置され、中側のゾーン16には、V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11が配置され、奥側のゾーン17には、U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11が配置されている。
【0038】
そして、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで配置された扉側のゾーン15のヒータ11(W相の電圧線31wと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態となっている。また同様に、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで配置された中側のゾーン16のヒータ11(V相の電圧線31vと中性線32に接続されているヒータ11である。)と、奥側のゾーン17のヒータ11(U相の電圧線31uと中性線32に接続されているヒータ11である。)とが互いに隣接した状態となっている。
【0039】
扉側のゾーン15と中側のゾーン16が互いに隣接している位置においては、境界35vwを挟んで中側のゾーン16のヒータ11と隣接し合う位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11(扉側のゾーン15のヒータ11の中で最も境界35vwに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35vwに近くなり、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aが境界35vwから離れるように配置されている。また、境界35vwを挟んで扉側のゾーン15のヒータ11と隣接し合う位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11(中側のゾーン16のヒータ11の中で最も境界35vwに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35vwに近くなり、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aが境界35vwから離れるように配置されている。これにより、境界35vwを挟んで互いに隣接する位置関係にある扉側のゾーン15のヒータ11と中側のゾーン16のヒータ11においては、W相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aと、V相の電圧線31wに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0040】
また同様に、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いに隣接している位置においては、境界35uvを挟んで奥側のゾーン17のヒータ11と隣接し合う位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11(中側のゾーン16のヒータ11の中で最も境界35uvに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35uvに近くなり、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aが境界35uvから離れるように配置されている。また、境界35uvを挟んで中側のゾーン16のヒータ11と隣接し合う位置関係にある奥側のゾーン17のヒータ11(奥側のゾーン17のヒータ11の中で最も境界35uvに近い位置にあるヒータ11)は、中性線32に接続される側の直線部分11aが境界35uvに近くなり、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aが境界35uvから離れるように配置されている。これにより、境界35uvを挟んで互いに隣接する位置関係にある中側のゾーン16のヒータ11と奥側のゾーン17のヒータ11は、V相の電圧線31vに接続される側の直線部分11aと、U相の電圧線31uに接続される側の直線部分11aとの間に、中性線32に接続される側の直線部分11aが介在するように配置されている。
【0041】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る熱処理装置1においても同様に、各ゾーン15〜17間での電位差が、中性線32に接続される側の直線部分11aの介在によって解消され、境界35vwおよび境界35uvでの隣接するヒータ11間でのスパークの発生が低減される。その結果、熱処理装置1の故障が回避される。
【0042】
このように、本発明では、ヒータ11として、U字型に限らずW字型ヒータ、S字型ヒータも用いることができる。但し、S字型ヒータに比べて、U字型ヒータやW字型ヒータは、炉の片側に配線を集中させることができる点で有利である。
【0043】
また、以上に図示した実施の形態では、扉側のゾーン15と中側のゾーン16が、互いの境界35vwを挟んで隣接し合い、中側のゾーン16と奥側のゾーン17が互いの境界35uvを挟んで隣接し合う位置関係となっており、扉側のゾーン15と奥側のゾーン17は互いに離れた位置関係にある例を示したが、扉側のゾーン15と奥側のゾーン17が隣接し合う位置関係である場合にも、本発明は同様に適用でき、扉側のゾーン15に配置されたヒータ11と奥側のゾーン17に配置されたヒータ11との間でもスパークの発生を低減できる。
【実施例】
【0044】
図3,4に示すような、電源として三相4線式の変圧器を用いて扉側のゾーン、中側のゾーン、奥側のゾーンの保護管を取り外した電熱式の各素線ヒータに給電した本発明の実施例の熱処理装置では、稼働中にサイリスタ異常等は発生することなく、炉内温度を設定温度でキープできており、3ゾーンでの制御が可能であった。15回以上設備を稼働したが、ヒータ間でのスパークの発生に起因するヒータの制御不能などの不具合の発生は見られず、スパーク対策の効果が確認された。
【0045】
これに対して、比較例では、電源として三相3線式の変圧器を用いて保護管を取り外した各素線ヒータをデルタ結線した熱処理装置とした。比較例では、スパークの発生によるサイリスタ異常が発生し、また、サイリスタ異常発生後、炉内温度が設定温度を超えて上昇した。以降、2度、熱処理装置を稼働したが、同様な異常が発生し、炉内温度が設定温度を超えて上昇し、最終的に過昇温でヒータが折損した。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0047】
1 1’ 熱処理装置
2 ワーク
10 処理室
11 ヒータ
11a 直線部分
11b 接続部分
15 扉側のゾーン
16 中側のゾーン
17 奥側のゾーン
20 三相3線式の変圧器
21u U相の電圧線
21v V相の電圧線
21w W相の電圧線
22 単相サイリスタ
23 制御部
25 ゾーン間
30 三相4線式の変圧器
31u U相の電圧線
32 N相の中性線
31v V相の電圧線
31w W相の電圧線
33 単相サイリスタ
34 制御部
35vw 扉側のゾーンと中側のゾーンの境界
35uv 中側のゾーンと奥側のゾーンの境界
図1
図2
図3
図4
図5
図6