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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】P2023172682
(43)【公開日】2023-12-06
(54)【発明の名称】熱処理設備
(51)【国際特許分類】
F27B 9/12 20060101AFI20231129BHJP
F27B 9/02 20060101ALI20231129BHJP
F27D 9/00 20060101ALI20231129BHJP
F27D 7/04 20060101ALI20231129BHJP
C21D 1/00 20060101ALI20231129BHJP
C21D 1/773 20060101ALI20231129BHJP
F27D 3/06 20060101ALI20231129BHJP
【ＦＩ】
F27B9/12
F27B9/02
F27D9/00
F27D7/04
C21D1/00 113Z
C21D1/00 119
C21D1/773 D
F27D3/06 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022084653
(22)【出願日】2022-05-24
(71)【出願人】
【識別番号】000003713
【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100076473
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100112900
【弁理士】
【氏名又は名称】江間 路子
(74)【代理人】
【識別番号】100198247
【弁理士】
【氏名又は名称】並河 伊佐夫
(72)【発明者】
【氏名】浅井 康一郎
【テーマコード（参考）】
4K034
4K050
4K055
4K063
【Ｆターム（参考）】
4K034AA19
4K034DB02
4K034DB03
4K034DB04
4K034DB05
4K034EA02
4K034FA01
4K034FA02
4K050AA02
4K050BA02
4K050CA04
4K050CA12
4K050CC08
4K050CD30
4K050CF02
4K050CF12
4K050CG28
4K050EA03
4K050EA08
4K055AA06
4K055EA00
4K063AA05
4K063AA15
4K063BA02
4K063CA06
4K063DA05
4K063DA22
4K063DA26
4K063DA32
4K063DA34
(57)【要約】
【課題】バッチ式の熱処理チャンバ間での被処理品の搬送を担う搬送ユニット内で被処理品を冷却することが可能で、且つ、その際の冷却速度を調整することが可能な熱処理設備を提供する。
【解決手段】熱処理設備１は、レール１０に沿って配置されたバッチ式の第１熱処理チャンバ１２及び第２熱処理チャンバ１３と、被処理品Ｗを搬送する搬送ユニット２０とを有している。搬送ユニット２０は被処理品Ｗを冷却する冷却チャンバ５６を備え、冷却チャンバ５６は、炉殻７６内に断熱材により区画形成された処理室８２を備えるとともに、冷却ガスを循環させる循環ファン１００と、冷却ガスの流路７９上に設けられたガスクーラ９８およびヒータ１２０を有している。循環ファン１００およびガスクーラ９８は、処理室８２の側方であって炉殻７６と処理室８２の間に設けられ、ヒータ１２０は処理室８２の上方に設けられている。
【選択図】 図４
【解決手段】熱処理設備１は、レール１０に沿って配置されたバッチ式の第１熱処理チャンバ１２及び第２熱処理チャンバ１３と、被処理品Ｗを搬送する搬送ユニット２０とを有している。搬送ユニット２０は被処理品Ｗを冷却する冷却チャンバ５６を備え、冷却チャンバ５６は、炉殻７６内に断熱材により区画形成された処理室８２を備えるとともに、冷却ガスを循環させる循環ファン１００と、冷却ガスの流路７９上に設けられたガスクーラ９８およびヒータ１２０を有している。循環ファン１００およびガスクーラ９８は、処理室８２の側方であって炉殻７６と処理室８２の間に設けられ、ヒータ１２０は処理室８２の上方に設けられている。
【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（Ａ）搬送軌道に沿って配置されたバッチ式の第１熱処理チャンバおよび第２熱処理チャンバと、
（Ｂ）被処理品を収容し冷却ガスにより該被処理品を冷却する冷却チャンバと、前記第１熱処理チャンバ若しくは第２熱処理チャンバと前記冷却チャンバとの間で前記被処理品を受渡しする受渡しチャンバとを備えた搬送ユニットと、
を有し、前記第１熱処理チャンバから受け取った熱処理後の前記被処理品を、前記冷却チャンバで所定温度まで冷却するとともに、前記第２熱処理チャンバまで搬送し装入する熱処理設備であって、
前記冷却チャンバは、炉殻内にて断熱材により区画形成された処理室を備えるとともに、前記冷却ガスを循環させる循環ファンと、前記冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラおよびヒータを有し、
前記循環ファンは、炉殻外、または、前記処理室の側方であって前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ガスクーラは、炉殻外、または、前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ヒータは、前記処理室内、前記処理室の上方、前記処理室の下方の何れかに設けられている、熱処理設備。
（Ｂ）被処理品を収容し冷却ガスにより該被処理品を冷却する冷却チャンバと、前記第１熱処理チャンバ若しくは第２熱処理チャンバと前記冷却チャンバとの間で前記被処理品を受渡しする受渡しチャンバとを備えた搬送ユニットと、
を有し、前記第１熱処理チャンバから受け取った熱処理後の前記被処理品を、前記冷却チャンバで所定温度まで冷却するとともに、前記第２熱処理チャンバまで搬送し装入する熱処理設備であって、
前記冷却チャンバは、炉殻内にて断熱材により区画形成された処理室を備えるとともに、前記冷却ガスを循環させる循環ファンと、前記冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラおよびヒータを有し、
前記循環ファンは、炉殻外、または、前記処理室の側方であって前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ガスクーラは、炉殻外、または、前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ヒータは、前記処理室内、前記処理室の上方、前記処理室の下方の何れかに設けられている、熱処理設備。
【請求項2】
前記循環ファンによって循環せしめられる前記冷却ガスの流路に沿って、前記ガスクーラ、前記循環ファン、前記ヒータ、前記被処理品がその順に配置されている、請求項１に記載の熱処理設備。
【請求項3】
前記ガスクーラを回避して前記冷却ガスを流通させるバイパス流路が更に形成されている、請求項２に記載の熱処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は被処理品に熱処理を行う熱処理設備に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、鋼部品の材料においては、後工程での切削性を高める目的で恒温焼鈍が実施されている。恒温焼鈍では、鋼を一旦オーステナイト組織に変態させるための加熱工程と、その後目的の温度まで比較的短時間で冷却する中間冷却工程と、その後目的の温度で均熱する均熱工程が実施される。このような恒温焼鈍を実施するに際しては、加熱工程を担う１次炉、中間冷却工程を担う急冷室、均熱工程を担う２次炉の３室を備えた連続雰囲気炉を用い、処理に際して脱炭や酸化防止の為に還元性ガスを炉内に送気しながら処理を行うのが一般的であった（例えば下記特許文献１参照）。
【0003】
上記のような連続雰囲気炉を用いて焼鈍を行った場合、以下の点が課題とされていた。
（１）連続雰囲気炉停止後の再立上げに際して雰囲気が処理に適した状態になるのに時間を要してしまう。（２）その為、処理が無い場合にも炉内雰囲気を維持する為に、炉内温度と雰囲気を維持しておく必要がある。（３）よって、休日も保安要員の配置が必要となり、また炉内状態を維持するために余分なエネルギーを要してしまう。（４）連続炉であることから各処理品重量に応じたヒートパターン設定を行う事が出来ない。
（１）連続雰囲気炉停止後の再立上げに際して雰囲気が処理に適した状態になるのに時間を要してしまう。（２）その為、処理が無い場合にも炉内雰囲気を維持する為に、炉内温度と雰囲気を維持しておく必要がある。（３）よって、休日も保安要員の配置が必要となり、また炉内状態を維持するために余分なエネルギーを要してしまう。（４）連続炉であることから各処理品重量に応じたヒートパターン設定を行う事が出来ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１０－１７６２１７号公報
【特許文献2】特開２０１５－１７７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の問題を解決する手段として、本出願人の特許出願に係る上記特許文献２に示された熱処理設備を用いることが考えられる。上記特許文献２に示された熱処理設備では、バッチ式の複数の熱処理チャンバと、保温チャンバを備え被処理品を搬送する搬送ユニットと、を備えており、保温チャンバにおいては被処理品をガス冷却する機能を備えている。
しかしながら、前記保温チャンバを用いて被処理品に前記中間冷却処理に相当する冷却を行うと、必要以上に早く被処理品が冷やされてしまい、目的とする冷却勾配が得られず、処理後の組織が予定していたものとは異なるものに変化してしまう。
しかしながら、前記保温チャンバを用いて被処理品に前記中間冷却処理に相当する冷却を行うと、必要以上に早く被処理品が冷やされてしまい、目的とする冷却勾配が得られず、処理後の組織が予定していたものとは異なるものに変化してしまう。
【0006】
本発明は以上のような事情を背景とし、バッチ式の熱処理チャンバ間での被処理品の搬送を担う搬送ユニット内で被処理品を冷却することが可能で、且つ、その際の冷却速度を調整することが可能な熱処理設備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】
而して本発明の熱処理設備は次のように規定される。即ち、
（Ａ）搬送軌道に沿って配置されたバッチ式の第１熱処理チャンバおよび第２熱処理チャンバと、
（Ｂ）被処理品を収容し冷却ガスにより該被処理品を冷却する冷却チャンバと、前記第１熱処理チャンバ若しくは第２熱処理チャンバと前記冷却チャンバとの間で前記被処理品を受渡しする受渡しチャンバとを備えた搬送ユニットと、
を有し、前記第１熱処理チャンバから受け取った熱処理後の前記被処理品を、前記冷却チャンバで所定温度まで冷却するとともに、前記第２熱処理チャンバまで搬送し装入する熱処理設備であって、
前記冷却チャンバは、炉殻内にて断熱材により区画形成された処理室を備えるとともに、前記冷却ガスを循環させる循環ファンと、前記冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラおよびヒータを有し、
前記循環ファンは、炉殻外、または、前記処理室の側方であって前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ガスクーラは、炉殻外、または、前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ヒータは、前記処理室内、前記処理室の上方、前記処理室の下方の何れかに設けられている。
（Ａ）搬送軌道に沿って配置されたバッチ式の第１熱処理チャンバおよび第２熱処理チャンバと、
（Ｂ）被処理品を収容し冷却ガスにより該被処理品を冷却する冷却チャンバと、前記第１熱処理チャンバ若しくは第２熱処理チャンバと前記冷却チャンバとの間で前記被処理品を受渡しする受渡しチャンバとを備えた搬送ユニットと、
を有し、前記第１熱処理チャンバから受け取った熱処理後の前記被処理品を、前記冷却チャンバで所定温度まで冷却するとともに、前記第２熱処理チャンバまで搬送し装入する熱処理設備であって、
前記冷却チャンバは、炉殻内にて断熱材により区画形成された処理室を備えるとともに、前記冷却ガスを循環させる循環ファンと、前記冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラおよびヒータを有し、
前記循環ファンは、炉殻外、または、前記処理室の側方であって前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ガスクーラは、炉殻外、または、前記炉殻と前記処理室の間に設けられ、
前記ヒータは、前記処理室内、前記処理室の上方、前記処理室の下方の何れかに設けられている。
【0008】
このように規定された本発明の熱処理設備によれば、バッチ式の熱処理チャンバ間での被処理品の搬送を担う搬送ユニット内の冷却チャンバで恒温焼鈍における中間冷却処理を行なうことができ、恒温焼鈍のための一連の熱処理を効率よく実行することができる。ここで、この熱処理設備では、冷却チャンバで中間冷却処理を行なうに際し、冷却ガスの温度がガスクーラおよびヒータにより調整される。これにより、被処理品の冷却速度を調整することができる。
【0009】
またこの熱処理設備では、ヒータと循環ファンとが異なる位置に配置されているため、ヒータの輻射熱が循環ファンに直接当たることで循環ファンが過度に加熱され故障する問題を回避することができる。
【0010】
この熱処理設備では、前記循環ファンによって循環せしめられる前記冷却ガスの流路に沿って、前記ガスクーラ、前記循環ファン、前記ヒータ、前記被処理品をその順に配置することができる。
このようにすることで、冷却ガスの温度を、被処理品に当たる手前の段階で調整することができるとともに、循環ファンの一次側にガスクーラが位置するため、循環ファンに高温のガスが当たるのを回避することができる。
このようにすることで、冷却ガスの温度を、被処理品に当たる手前の段階で調整することができるとともに、循環ファンの一次側にガスクーラが位置するため、循環ファンに高温のガスが当たるのを回避することができる。
【0011】
またこの熱処理設備では、前記ガスクーラを回避して前記冷却ガスを流通させるバイパス流路を更に形成することができる。
このようにすることで、被処理品を冷却する際、被処理品を通過して高温となった冷却ガスの一部のみがガスクーラを通過し冷却されるので、下流側に位置するヒータが冷却ガスを加熱する際の負荷が軽減され、ヒータの消費電力を抑制することができる。
このようにすることで、被処理品を冷却する際、被処理品を通過して高温となった冷却ガスの一部のみがガスクーラを通過し冷却されるので、下流側に位置するヒータが冷却ガスを加熱する際の負荷が軽減され、ヒータの消費電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第１実施形態の熱処理設備の全体構成を示した図である。
【図2】同実施形態における加熱チャンバ及び搬送ユニットの内部構造を示した断面図である。
【図3】同加熱チャンバ及び搬送ユニットの平面図である。
【図5】同実施形態における受渡し機構の動作説明図である。
【図6】同実施形態における熱処理の各工程を被処理品に対するヒートパターン及び圧力パターンとともに示した図である。
【図7】本発明の第２実施形態の要部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
図６は、本実施形態における熱処理（恒温焼鈍）の各工程を被処理品Ｗに対するヒートパターン及び圧力パターンとともに示したものである。同図に示しているように、ここでは被処理品Ｗを加熱処理した後、所定の温度にまで冷却し、かかる温度で均熱処理し、その後冷却を行っている。具体的には、加熱工程Ｋ１で被処理品Ｗを９１０℃まで昇温加熱し、続く中間冷却工程Ｋ２で所定の冷却速度（例えば１℃／ｓ）で６５０℃まで冷却した後、６５０℃で均熱し（均熱工程Ｋ３）、その後冷却する（冷却工程Ｋ４）。
図６は、本実施形態における熱処理（恒温焼鈍）の各工程を被処理品Ｗに対するヒートパターン及び圧力パターンとともに示したものである。同図に示しているように、ここでは被処理品Ｗを加熱処理した後、所定の温度にまで冷却し、かかる温度で均熱処理し、その後冷却を行っている。具体的には、加熱工程Ｋ１で被処理品Ｗを９１０℃まで昇温加熱し、続く中間冷却工程Ｋ２で所定の冷却速度（例えば１℃／ｓ）で６５０℃まで冷却した後、６５０℃で均熱し（均熱工程Ｋ３）、その後冷却する（冷却工程Ｋ４）。
【0014】
図１は、第１実施形態の熱処理設備１の概略全体構成を示している。同図において、１０は図中左右方向に直線状に延設された搬送軌道たるレールで、このレール１０に沿って複数のバッチ式の熱処理チャンバ（加熱チャンバ１２および均熱チャンバ１３）が、後述の開口部４４（図２参照）を同方向である図中上方に向けた状態で直線状に一列に配置されている。また、図１中の左端には装入テーブル１６が設けられ、同図中の右端には抽出テーブル１８が設けられている。
【0015】
２０は、レール１０上を走行する搬送ユニットである。搬送ユニット２０は、装入テーブル１６上の被処理品Ｗを受け取ってレール１０上を走行し、複数の加熱チャンバ１２の何れかに被処理品Ｗを装入する。
或いはこれら加熱チャンバ１２において加熱処理された後の被処理品Ｗを、それら加熱チャンバ１２から受け取ってレール１０上を走行し、複数の均熱チャンバ１３の何れかに被処理品Ｗを装入する。
また搬送ユニット２０は、均熱チャンバ１３にて均熱処理された後の被処理品Ｗを受け取ってレール１０上を走行し、これを抽出テーブル１８へと搬送する。なお本例では、図６で示す熱処理のうち中間冷却および均熱処理後の冷却の処理が、搬送ユニット２０内で実施される。
或いはこれら加熱チャンバ１２において加熱処理された後の被処理品Ｗを、それら加熱チャンバ１２から受け取ってレール１０上を走行し、複数の均熱チャンバ１３の何れかに被処理品Ｗを装入する。
また搬送ユニット２０は、均熱チャンバ１３にて均熱処理された後の被処理品Ｗを受け取ってレール１０上を走行し、これを抽出テーブル１８へと搬送する。なお本例では、図６で示す熱処理のうち中間冷却および均熱処理後の冷却の処理が、搬送ユニット２０内で実施される。
【0016】
図２に、加熱チャンバ１２及び搬送ユニット２０の内部構造が示してある。
同図に示しているように加熱チャンバ１２は、有底の円筒状とされた耐圧性の炉殻２２と、その内部に配置された断熱材２４とを有している。断熱材２４は有底の円筒状の断熱壁２５を構成している。そしてその断熱壁２５は内側に処理室２６を形成している。
この加熱チャンバ１２には吸引口３２が設けられている。吸引口３２は図示を省略する真空ポンプに繋がっており、該吸引口からチャンバ内の空気を吸引することによりチャンバ内（処理室２６内）は真空状態（減圧状態）とされる。
同図に示しているように加熱チャンバ１２は、有底の円筒状とされた耐圧性の炉殻２２と、その内部に配置された断熱材２４とを有している。断熱材２４は有底の円筒状の断熱壁２５を構成している。そしてその断熱壁２５は内側に処理室２６を形成している。
この加熱チャンバ１２には吸引口３２が設けられている。吸引口３２は図示を省略する真空ポンプに繋がっており、該吸引口からチャンバ内の空気を吸引することによりチャンバ内（処理室２６内）は真空状態（減圧状態）とされる。
【0017】
加熱チャンバ１２にはまた、その内部に窒素ガスを供給するための供給口３４が設けられている。供給口３４から供給された窒素ガスは、一旦ヘッダー３６へと導かれ、更にこのヘッダー３６に続く分岐管３７及び分岐管３７に設けられたノズル３８から加熱チャンバ１２内部、詳しくは断熱壁２５内側の処理室２６へと導入される。尚ここでは分岐管３７に１つのノズル３８が設けられているが、複数のノズル３８を設けておいても良い。
【0018】
断熱壁２５には、処理室２６内で供給された窒素ガスを撹拌させて対流させ、被処理品Ｗの昇温期においてその昇温を促進する対流加熱用のファン３９と、これを回転させるモータ４０とが設けられている。また断熱壁２５には、モータ４０を熱から保護するための水冷パネル４１がモータ４０近傍に設けられている。
【0019】
加熱チャンバ１２には、開口部４４を開閉する引戸式の扉４２が設けられている。扉４２はシリンダ４６によってフランジ４８内面を摺動し、閉状態で開口部４４をゴムパッキンを介して気密にシールする。この扉４２には板状の断熱材５５が一体移動する状態に設けられており、この断熱材５５によって円筒状の断熱壁２５の開口部５２が閉鎖される。
加熱チャンバ１２においては、扉４２の内面側にも、開口部４４を気密にシールするゴムパッキンを熱から保護するための水冷パネル５１が設けられている。
加熱チャンバ１２においては、扉４２の内面側にも、開口部４４を気密にシールするゴムパッキンを熱から保護するための水冷パネル５１が設けられている。
【0020】
以上、加熱チャンバ１２についての構造を説明したが、均熱チャンバ１３も基本的に同様の構造である。このため均熱チャンバ１３の内部構造において、加熱チャンバ１２と同様の部分については符号のみを示して詳しい説明は省略する。
【0021】
図２において、搬送ユニット２０は、レール１０上を走行する走行台車９０を有しており、更に走行台車９０上において、後述の冷却チャンバ５６を受渡しチャンバ５４とともにレール１０と直交方向である図２中左右方向に進退移動し、受渡しチャンバ５４及び冷却チャンバ５６を加熱チャンバ１２及び均熱チャンバ１３に対して連結及び連結解除させる連結台車９２を有している。
９４は、その連結台車９２を図２中左右方向に微小ストローク進退移動させるシリンダで、冷却チャンバ５６及び受渡しチャンバ５４は、このシリンダ９４によりローラ９６の転動を伴って図２中左右方向に進退移動せしめられる。
この実施形態では、これら連結台車９２，ローラ９６，シリンダ９４等が進退移動手段を成している。
９４は、その連結台車９２を図２中左右方向に微小ストローク進退移動させるシリンダで、冷却チャンバ５６及び受渡しチャンバ５４は、このシリンダ９４によりローラ９６の転動を伴って図２中左右方向に進退移動せしめられる。
この実施形態では、これら連結台車９２，ローラ９６，シリンダ９４等が進退移動手段を成している。
【0022】
搬送ユニット２０は、加熱チャンバ１２，均熱チャンバ１３側の前部に受渡しチャンバ５４を、反対側の後部に、図６の工程Ｋ２、Ｋ４で被処理品Ｗを冷却するための冷却チャンバ５６を有している。
【0023】
受渡しチャンバ５４は、耐圧性の角筒状の筒壁５８を有しており、その内部に被処理品Ｗを収容する収容室６０を形成している。この収容室６０には受渡し機構６２が設けられている。
受渡し機構６２は、加熱チャンバ１２等と後部の冷却チャンバ５６との間で被処理品Ｗを受渡しするもので、図５に示しているようにフォーク部６２Ａと水平スライド部材６２Ｂ，６２Ｃとを有しており、それらを水平方向にスライドさせることによりフォーク部６２Ａにて被処理品Ｗを受渡しする。
受渡し機構６２は、加熱チャンバ１２等と後部の冷却チャンバ５６との間で被処理品Ｗを受渡しするもので、図５に示しているようにフォーク部６２Ａと水平スライド部材６２Ｂ，６２Ｃとを有しており、それらを水平方向にスライドさせることによりフォーク部６２Ａにて被処理品Ｗを受渡しする。
【0024】
この受渡しチャンバ５４には吸引口６３が設けられており、この吸引口６３が、図３に示す真空ポンプ６４に対して吸引管６６Ａを通じて接続され、受渡しチャンバ５４の内部が真空ポンプ６４により真空吸引されるようになっている。
吸引管６６上には電磁弁から成る開閉弁６８Ａが設けられており、開閉弁６８Ａの開閉によって、吸引口６３と真空ポンプ６４とが連通及び連通遮断されるようになっている。
吸引管６６上には電磁弁から成る開閉弁６８Ａが設けられており、開閉弁６８Ａの開閉によって、吸引口６３と真空ポンプ６４とが連通及び連通遮断されるようになっている。
【0025】
受渡しチャンバ５４にはまた、図３に示しているように供給口７０が設けられており、この供給口７０を通じて窒素ガスが受渡しチャンバ５４内に供給されるようになっている。
受渡しチャンバ５４は、その前端即ち図２中左端が扉を有しない開口部７２とされている。受渡しチャンバ５４にはこの開口部７２周りに偏平な枠状パッキン７４が設けられている。
受渡しチャンバ５４は、この枠状パッキン７４を加熱チャンバ１２及び均熱チャンバ１３の外面に気密に接触させる状態に、加熱チャンバ１２，均熱チャンバ１３側への前進移動により、それら加熱チャンバ１２，均熱チャンバ１３にドッキングされる。
受渡しチャンバ５４は、その前端即ち図２中左端が扉を有しない開口部７２とされている。受渡しチャンバ５４にはこの開口部７２周りに偏平な枠状パッキン７４が設けられている。
受渡しチャンバ５４は、この枠状パッキン７４を加熱チャンバ１２及び均熱チャンバ１３の外面に気密に接触させる状態に、加熱チャンバ１２，均熱チャンバ１３側への前進移動により、それら加熱チャンバ１２，均熱チャンバ１３にドッキングされる。
【0026】
他方、後者の冷却チャンバ５６は有底円筒状をなす耐圧性の炉殻７６の内部に断熱材７８を有しており、その断熱材７８が断熱壁８０を構成している。断熱壁８０で囲繞された内側の領域には処理室８２が形成されており、そこに被処理品Ｗを収容するようになっている。処理室８２には架台８４が設けられており、処理室８２内の被処理品Ｗは、その架台８４上に載置されて支持される。また、処理室８２を形成する断熱壁８０の上部および下部には、後述する冷却ガスとしての窒素ガスを流通させるための開口１０４，１０６が設けられている。
【0027】
この冷却チャンバ５６には、図４に示しているようにその内部を真空吸引するための吸引口８６が設けられており、この吸引口８６が、図３に示すように上記の真空ポンプ６４に対して吸引管６６Ｂを通じ接続されている。この吸引管６６Ｂ上には電磁バルブから成る開閉弁６８Ｂが設けられており、開閉弁６８Ｂの開閉動作によって吸引口８６と真空ポンプ６４とが連通及び連通遮断されるようになっている。
【0028】
冷却チャンバ５６にはまた、図４で示すように、窒素ガスを内部に供給する供給口８８が炉殻７６に設けられている。本例では炉殻７６内部に供給された窒素ガスを冷却ガスとして用い処理室８２に収容された被処理品Ｗを冷却する。
【0029】
図４において、１００は冷却チャンバ５６内で窒素ガスを循環させる循環ファン、１０２は循環ファン１００を回転させるモータである。循環ファン１００は、処理室８２の図中左側方であって、炉殻７６と処理室８２の間の領域に設けられている。また処理室８２の図中右側方には、炉殻７６と処理室８２の間の領域（図中右側の領域）を閉鎖する隔壁７７が設けられている。
本例では、循環ファン１００によって、図４において矢印で示すような、処理室８２内を上方から下方に抜けていく往路７９ａと、炉殻７６と処理室８２との間を上向きに抜けて行く復路７９ｂを含む窒素ガスの循環流れ７９を生じさせる。
本例では、循環ファン１００によって、図４において矢印で示すような、処理室８２内を上方から下方に抜けていく往路７９ａと、炉殻７６と処理室８２との間を上向きに抜けて行く復路７９ｂを含む窒素ガスの循環流れ７９を生じさせる。
【0030】
９８は窒素ガスを熱交換により温度低下させるガスクーラである。ガスクーラ９８は、循環ファン１００と同様に処理室８２の図中左側方であって、炉殻７６と処理室８２の間に設けられており、被処理品Ｗを通過して高温となった窒素ガスの温度を一旦低下させる。
【0031】
１２０は窒素ガスを加熱するためのヒータで、本例では処理室８２の直上であって、上部の開口１０４を臨む位置に配設されている。
１２１は冷却チャンバ５６内を流通する窒素ガスの温度を検出する温度センサで、ガス流路７９におけるヒータ１２０と被処理品Ｗとの間の位置に設置されて、ヒータ１２０の二次側における窒素ガスの温度を検出する。本例では、温度センサ１２１と接続された制御部（図示省略）により、温度センサ１２１で検出された窒素ガスの温度が、予め設定された目標ガス温度と一致するように、ヒータ１２０の出力が制御される。なお、温度センサ１２１は、ガス流路７９における被処理品Ｗとガスクーラ９８との間の位置、あるいは、ガスクーラ９８の二次側に設置することも可能である。
１２１は冷却チャンバ５６内を流通する窒素ガスの温度を検出する温度センサで、ガス流路７９におけるヒータ１２０と被処理品Ｗとの間の位置に設置されて、ヒータ１２０の二次側における窒素ガスの温度を検出する。本例では、温度センサ１２１と接続された制御部（図示省略）により、温度センサ１２１で検出された窒素ガスの温度が、予め設定された目標ガス温度と一致するように、ヒータ１２０の出力が制御される。なお、温度センサ１２１は、ガス流路７９における被処理品Ｗとガスクーラ９８との間の位置、あるいは、ガスクーラ９８の二次側に設置することも可能である。
【0032】
これらガスクーラ９８、循環ファン１００、ヒータ１２０、温度センサ１２１および制御部は、被処理品Ｗに対するガス冷却装置を構成している。
このガス冷却装置では、循環ファン１００の回転により、図４で示すように、窒素ガスが断熱壁８０の上部の開口１０４を通じ下向きに流れて高温の被処理品Ｗに当り、これを冷却する。このとき被処理品Ｗとの熱交換により高温となった窒素ガスは、断熱壁８０の下部の開口１０６より流出した後、炉殻７６と処理室８２の間の流路（復路７９ｂ）を上向きに流れてガスクーラ９８を通過して、そこで一旦温度低下せしめられる。その後、窒素ガスはヒータ１２０で加熱され、所定の温度に調整される。温度が調整された窒素ガスは、再び被処理品Ｗに当りこれを冷却する。即ち本例では、処理室８２に収容された被処理品Ｗを単に冷却するだけでなく、窒素ガスの温度を制御して被処理品Ｗを所望の冷却勾配で冷却することができる。
このガス冷却装置では、循環ファン１００の回転により、図４で示すように、窒素ガスが断熱壁８０の上部の開口１０４を通じ下向きに流れて高温の被処理品Ｗに当り、これを冷却する。このとき被処理品Ｗとの熱交換により高温となった窒素ガスは、断熱壁８０の下部の開口１０６より流出した後、炉殻７６と処理室８２の間の流路（復路７９ｂ）を上向きに流れてガスクーラ９８を通過して、そこで一旦温度低下せしめられる。その後、窒素ガスはヒータ１２０で加熱され、所定の温度に調整される。温度が調整された窒素ガスは、再び被処理品Ｗに当りこれを冷却する。即ち本例では、処理室８２に収容された被処理品Ｗを単に冷却するだけでなく、窒素ガスの温度を制御して被処理品Ｗを所望の冷却勾配で冷却することができる。
【0033】
また搬送ユニット２０においては、図２に示しているように、冷却チャンバ５６と受渡しチャンバ５４との間、詳しくは冷却チャンバ５６の受渡しチャンバ５４側の端部に開口部１２２が設けられており、この開口部１２２が、シリンダ１２４によってフランジ１２６内面を摺動する扉１２８によって開閉されるようになっている。
【0034】
前記の加熱チャンバ１２におけるのと同様、この冷却チャンバ５６の扉１２８にもまた、断熱壁８０の開口部１２９を開閉する板状の断熱材１３０が一体移動する状態に設けられており、また開口部１２２を気密にシールするゴムパッキンを熱から保護するための水冷パネル１３２が扉１２８に設けられている。
【0035】
次に本実施形態における一連の熱処理について具体的に説明する。
先ず搬送ユニット２０は、受渡しチャンバ５４において受渡し機構６２により装入テーブル１６（図１参照）上の被処理品Ｗを受け取り、これを受渡しチャンバ５４内に収容する。その後、搬送ユニット２０は何れかの加熱チャンバ１２の位置まで移動し、被処理品Ｗを搬送する。
先ず搬送ユニット２０は、受渡しチャンバ５４において受渡し機構６２により装入テーブル１６（図１参照）上の被処理品Ｗを受け取り、これを受渡しチャンバ５４内に収容する。その後、搬送ユニット２０は何れかの加熱チャンバ１２の位置まで移動し、被処理品Ｗを搬送する。
【0036】
その後、搬送ユニット２０は、シリンダ９４により受渡しチャンバ５４を後部の冷却チャンバ５６とともに加熱チャンバ１２側に微小距離前進移動させて、受渡しチャンバ５４の先端の枠状パッキン７４を加熱チャンバ１２の外面に密着させる状態に、加熱チャンバ１２に対しドッキングさせる。
【0037】
そして冷却チャンバ５６との間の扉１２８を閉鎖した状態で、真空ポンプ６４により吸引口６３を通じて受渡しチャンバ５４内部が真空吸引され、受渡しチャンバ５４内部が加熱チャンバ１２と同程度の真空圧まで減圧される。
【0038】
受渡しチャンバ５４内の圧力が加熱チャンバ１２内の圧力と同程度の真空圧となったところで、加熱チャンバ１２の扉４２を開いて、受渡しチャンバ５４内の被処理品Ｗを受渡し機構６２により加熱チャンバ１２内の処理室２６に装入し、架台３０上にセットする。
【0039】
被処理品Ｗが加熱チャンバ１２内に装入されると、被処理品Ｗの加熱が開始され、図６の加熱工程Ｋ１で示すように、被処理品Ｗは目標加熱温度である９１０℃まで昇温せしめられる。
【0040】
その際に昇温を促進するため、加熱チャンバ１２内に窒素ガスが供給口３４から供給されるとともに、対流加熱ファン３９が回転せしめられて、その対流加熱ファン３９による対流加熱とヒータ２８による輻射熱とによって、被処理品Ｗが速やかに目標加熱温度の９１０℃まで昇温せしめられる。被処理品Ｗが９１０℃まで昇温したところで、加熱チャンバ１２内部の窒素ガスが吸引口３２を通じて真空排気され、加熱チャンバ１２内部が設定された真空圧（例えば１０Ｐａ）に減圧される。なお、加熱チャンバ内部は大気圧以下であればよく、例えば、７０ｋＰａ程度とすることも可能である。
【0041】
被処理品Ｗに対する加熱処理を終えたところで、一旦加熱チャンバ１２から離れていた搬送ユニット２０を再び加熱チャンバ１２に向けて前進移動させ、受渡しチャンバ５４を加熱チャンバ１２に対しドッキングさせる。そして、受渡しチャンバ５４の内部と冷却チャンバ５６の内部とを真空ポンプ６４により真空吸引し、それらを真空圧(チャンバー１２と同圧)とする。
【0042】
その後に加熱チャンバ１２の扉４２を開いて、加熱チャンバ１２内の加熱処理後の被処理品Ｗを受渡しチャンバ５４内に移動させ、引続いてこれを受渡しチャンバ５４から冷却チャンバ５６へと移動させて、被処理品Ｗを冷却チャンバ５６内に収容する。
【0043】
被処理品Ｗを冷却チャンバ５６内に収容したところで、扉１２８を閉じ、その後、図６の中間冷却工程Ｋ２で示すように、被処理品Ｗを目的の温度（例えば６５０℃）まで冷却する。その際、冷却チャンバ５６内に窒素ガスが供給口８８から供給されるとともに、循環ファン１００が回転せしめられて、窒素ガスを循環させる。このとき被処理品Ｗに当たる窒素ガスの温度も、ガスクーラ９８およびヒータ１２０により調整されるため被処理品Ｗを所望の冷却勾配で冷却することができる。
なお、窒素ガスは定量供給してもよいし、可変供給してもよい。可変供給する場合、例えば、炉内圧力が予め設定された目標炉内圧力と一致するように窒素ガス流量が制御されるようにすることが可能である。また、炉内圧力は、一定の圧力となるように制御することが可能であり、大気圧としてもよいし、大気圧よりも圧力を高めた所定の加圧状態としてもよい。所定の加圧状態で窒素ガスを循環させることで、対流の熱伝達効率を向上させ冷却時の材料間の温度バラつきを低減する事も可能である。
なお、窒素ガスは定量供給してもよいし、可変供給してもよい。可変供給する場合、例えば、炉内圧力が予め設定された目標炉内圧力と一致するように窒素ガス流量が制御されるようにすることが可能である。また、炉内圧力は、一定の圧力となるように制御することが可能であり、大気圧としてもよいし、大気圧よりも圧力を高めた所定の加圧状態としてもよい。所定の加圧状態で窒素ガスを循環させることで、対流の熱伝達効率を向上させ冷却時の材料間の温度バラつきを低減する事も可能である。
【0044】
被処理品Ｗが目的の温度まで冷却されたところで、冷却チャンバ５６内部の窒素ガスが吸引口８６を通じて真空排気され、冷却チャンバ５６内部が減圧される。被処理品Ｗについては目的の温度で温度保持される。
なお、中間冷却工程における目的の温度は、所望の組織を得るために最短時間となる温度であり一般的には５５０～６８０℃である。より詳細には、恒温変態曲線を用いて定めることが可能であり、例えば、微細なフェライト－パーライト組織を得たい場合、ＳＡＥ１５４１は５５０℃、ＳＣＭ４２０は６８０℃とすることが可能である。また、目的の温度への冷却速度は、恒温変態曲線のノーズを考慮して決定することが可能であり、例えば、０．１～１０℃／ｓとすることが可能であり、０．３～３℃／ｓとすることが好ましい。
なお、中間冷却工程における目的の温度は、所望の組織を得るために最短時間となる温度であり一般的には５５０～６８０℃である。より詳細には、恒温変態曲線を用いて定めることが可能であり、例えば、微細なフェライト－パーライト組織を得たい場合、ＳＡＥ１５４１は５５０℃、ＳＣＭ４２０は６８０℃とすることが可能である。また、目的の温度への冷却速度は、恒温変態曲線のノーズを考慮して決定することが可能であり、例えば、０．１～１０℃／ｓとすることが可能であり、０．３～３℃／ｓとすることが好ましい。
【0045】
搬送ユニット２０が加熱チャンバ１２から離れて移動し、受け渡しチャンバ５４内の圧力と均熱チャンバ１３内の圧力が同程度の真空圧となったところで、目的とする温度で保温された被処理品Ｗを、今度は均熱チャンバ１３に受渡しチャンバ５４を通じて装入する。
【0046】
均熱チャンバ１３に装入された被処理品Ｗは、その後、図６の均熱工程Ｋ３で示すように、恒温焼鈍における等温保持温度である６５０℃に保持されながら均熱チャンバ１３内部で均熱処理される。詳しくは、均熱チャンバ１３における扉４２（図２参照）を閉じた状態で、被処理品Ｗが、ヒータ２８による加熱にて６５０℃に保温される。
【0047】
均熱処理が終了したところで、搬送ユニット２０の受渡しチャンバ５４を均熱チャンバ１３にドッキングさせる。そして均熱処理された被処理品Ｗを、均熱チャンバ１３から取り出し、受渡しチャンバ５４内に移動させ、引続いてこれを受渡しチャンバ５４から冷却チャンバ５６へと移動させて、被処理品Ｗを冷却チャンバ５６内に収容する。
【0048】
冷却チャンバ５６に収容された被処理品Ｗは、その後、図６で示すように冷却される（冷却工程Ｋ４参照）。詳しくは、冷却チャンバ５６内に窒素ガスが供給口８８から供給されるとともに、循環ファン１００が回転せしめられ、冷却ガスとしての窒素ガスを被処理品Ｗに当てることにより冷却が行われる。
【0049】
そして冷却が完了すると、冷却チャンバ５６の扉１２８が開いて、被処理品Ｗは開口部７２を通じて図１中右端の抽出テーブル１８へと排出される。抽出テーブル１８上に排出された被処理品Ｗは、続いて下流工程へと引き取られて行く。
【0050】
以上のように構成された本実施形態の熱処理設備１によれば、バッチ式の熱処理チャンバ間での被処理品Ｗの搬送を担う搬送ユニット２０内の冷却チャンバ５６で中間冷却処理を行なうことができ、恒温焼鈍のための一連の熱処理を効率よく実行することができる。
バッチ式の各熱処理チャンバは、真空ポンプによる脱気機能を備え、炉内雰囲気を短時間で処理に適した状態に入れ替えることができるため、連続雰囲気炉の場合のように被処理品が無い場合に炉内雰囲気の状態を維持する必要なく、炉内雰囲気の状態を維持するためだけの無駄なエネルギー使用を削減できる。
また本実施形態の熱処理設備１では、冷却チャンバ５６での中間冷却に際し、冷却ガスとしての窒素ガスの温度が、ガスクーラ９８およびヒータ１２０により調整される。これにより、被処理品Ｗの冷却速度を調整することができる。
バッチ式の各熱処理チャンバは、真空ポンプによる脱気機能を備え、炉内雰囲気を短時間で処理に適した状態に入れ替えることができるため、連続雰囲気炉の場合のように被処理品が無い場合に炉内雰囲気の状態を維持する必要なく、炉内雰囲気の状態を維持するためだけの無駄なエネルギー使用を削減できる。
また本実施形態の熱処理設備１では、冷却チャンバ５６での中間冷却に際し、冷却ガスとしての窒素ガスの温度が、ガスクーラ９８およびヒータ１２０により調整される。これにより、被処理品Ｗの冷却速度を調整することができる。
【0051】
また本実施形態の熱処理設備１では、ヒータ１２０が処理室８２の上方に、また循環ファン１００が処理室８２の側方にそれぞれ配置されているため、ヒータ１２０の輻射熱が循環ファン１００に直接当たることで循環ファン１００が過度に加熱され故障する問題を回避することができる。
【0052】
また本実施形態の熱処理設備１では、循環ファン１００によって循環せしめられる窒素ガスの流路７９に沿って、ガスクーラ９８、循環ファン１００、ヒータ１２０、被処理品Ｗがその順に配置されているため、窒素ガスの温度を被処理品Ｗに当たる手前の段階で適正に調整できるとともに、循環ファン１００の一次側にはガスクーラ９８が位置するため、循環ファン１００に高温の窒素ガスが当たるのを回避することができる。
【0053】
図７は、本発明の第２実施形態の要部を示した図である。
第２実施形態の熱処理設備１Ｂでは、炉殻７６と処理室８２の間の領域に上下方向に延びる隔壁１３５を設けてガス流路を二つに区画し、一方の流路１３６にのみガスクーラ９８が設けられている。他方の流路１３７については、ガスクーラ９８を回避して窒素ガスを流通させるバイパス流路とされている。本例では、このバイパス流路１３７に流量調節用のダンパ１３９が設けられ、ガス流路７９におけるガスクーラ９８とヒータ１２０の間に温度センサ１２１Ｂが設けられている。ダンパ１３９は、例えば温度センサ１２１Ｂで検出されたガスクーラ９８の二次側のガス温度に基づいてその開度を調整できるように構成されている。なお、温度センサ１２１Ｂは、ガス流路７９における被処理品Ｗとガスクーラ９８との間に設けることも可能であり、この場合、ガスクーラ７９の一次側のガス温度に基づいてダンパ１３９の開度を調整できるように構成することが可能である。
第２実施形態の熱処理設備１Ｂでは、炉殻７６と処理室８２の間の領域に上下方向に延びる隔壁１３５を設けてガス流路を二つに区画し、一方の流路１３６にのみガスクーラ９８が設けられている。他方の流路１３７については、ガスクーラ９８を回避して窒素ガスを流通させるバイパス流路とされている。本例では、このバイパス流路１３７に流量調節用のダンパ１３９が設けられ、ガス流路７９におけるガスクーラ９８とヒータ１２０の間に温度センサ１２１Ｂが設けられている。ダンパ１３９は、例えば温度センサ１２１Ｂで検出されたガスクーラ９８の二次側のガス温度に基づいてその開度を調整できるように構成されている。なお、温度センサ１２１Ｂは、ガス流路７９における被処理品Ｗとガスクーラ９８との間に設けることも可能であり、この場合、ガスクーラ７９の一次側のガス温度に基づいてダンパ１３９の開度を調整できるように構成することが可能である。
【0054】
被処理品Ｗを通過した後の窒素ガスは、二つの流路１３６，１３７に分かれて流通した後、ガスクーラ９８の二次側で合流し、合流した窒素ガスはさらに下流のヒータ１２０に向けて送られる。なお、熱処理設備１Ｂの構成各部のうち、第１実施形態に係る熱処理設備１の構成と共通する構成については、同じ符号を用いて示すとともに、その説明を省略する。
【0055】
このように構成された熱処理設備１Ｂによれば、被処理品Ｗを冷却する際、被処理品Ｗを通過して高温となった窒素ガスの一部のみがガスクーラ９８を通過し冷却されるので、下流側に位置するヒータ１２０が窒素ガスを加熱する際の負荷が軽減され、ヒータ１２０の消費電力を抑制することができる。
【0056】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示である。例えば下記で示すように、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
（１）上記実施形態では、図４で示すように、処理室８２の側方であって炉殻７６と処理室８２の間に、冷却ガス流路７９における復路７９ｂを設けているが、本発明では、かかる復路７９ｂを炉殻７６外に設け、そこにガスクーラ９８や循環ファン１００を設けることも可能である。
（２）上記実施形態では、図４で示すように、ガスクーラ９８および循環ファン１００を、処理室８２の図中左側方にのみ設けているが、本発明では処理室８２の左側方および右側方にそれぞれ１式（計２式）設置することも可能である。
（３）上記実施形態では、図４で示すように、処理室８２の外側（上方）にヒータ１２０を設けているが、場合によっては処理室８２内であって被処理品Ｗよりも上流側にヒータ１２０を設けることも可能である。
（４）上記実施形態では、図４で示すように、被処理品Ｗを冷却する際の冷却ガスの流れ７９ａが、処理室８２の上方から導入されて下方に抜けていくダウンフローであったが、本発明ではヒータ１２０を処理室８２の下方に配置して、冷却ガスの流れを、処理室８２の下方から導入されて上方に抜けていくアップフローとすることも可能である。この場合においても、窒素ガスの流路に沿って、ガスクーラ、循環ファン、ヒータ、被処理品がその順に配置されていることが好ましい。
（５）上記実施形態では、雰囲気ガスとして窒素ガスを用いているが、場合によっては窒素ガス以外の低酸化性ガスおよび／または還元性ガスを用いることも可能である。
（６）上記実施形態は、図６で示す中間冷却および均熱処理後の冷却の両方の処理を搬送ユニット２０内で行う例であったが、場合によっては冷却用の熱処理チャンバを搬送軌道に沿って別途配置し、かかる冷却用の熱処理チャンバで均熱処理後の冷却の処理を行うように熱処理設備を構成することも可能である。
（１）上記実施形態では、図４で示すように、処理室８２の側方であって炉殻７６と処理室８２の間に、冷却ガス流路７９における復路７９ｂを設けているが、本発明では、かかる復路７９ｂを炉殻７６外に設け、そこにガスクーラ９８や循環ファン１００を設けることも可能である。
（２）上記実施形態では、図４で示すように、ガスクーラ９８および循環ファン１００を、処理室８２の図中左側方にのみ設けているが、本発明では処理室８２の左側方および右側方にそれぞれ１式（計２式）設置することも可能である。
（３）上記実施形態では、図４で示すように、処理室８２の外側（上方）にヒータ１２０を設けているが、場合によっては処理室８２内であって被処理品Ｗよりも上流側にヒータ１２０を設けることも可能である。
（４）上記実施形態では、図４で示すように、被処理品Ｗを冷却する際の冷却ガスの流れ７９ａが、処理室８２の上方から導入されて下方に抜けていくダウンフローであったが、本発明ではヒータ１２０を処理室８２の下方に配置して、冷却ガスの流れを、処理室８２の下方から導入されて上方に抜けていくアップフローとすることも可能である。この場合においても、窒素ガスの流路に沿って、ガスクーラ、循環ファン、ヒータ、被処理品がその順に配置されていることが好ましい。
（５）上記実施形態では、雰囲気ガスとして窒素ガスを用いているが、場合によっては窒素ガス以外の低酸化性ガスおよび／または還元性ガスを用いることも可能である。
（６）上記実施形態は、図６で示す中間冷却および均熱処理後の冷却の両方の処理を搬送ユニット２０内で行う例であったが、場合によっては冷却用の熱処理チャンバを搬送軌道に沿って別途配置し、かかる冷却用の熱処理チャンバで均熱処理後の冷却の処理を行うように熱処理設備を構成することも可能である。
【符号の説明】
【0057】
１，１Ｂ 熱処理設備
１０ レール
１２ 加熱チャンバ（第１熱処理チャンバ）
１３ 均熱チャンバ（第２熱処理チャンバ）
２０ 搬送ユニット
５４ 受渡しチャンバ
５６ 冷却チャンバ
７６ 炉殻
７９ ガス流路
８２ 処理室
９８ ガスクーラ
１００ 循環ファン
１２０ ヒータ
１３７ バイパス流路
Ｗ 被処理品
１０ レール
１２ 加熱チャンバ（第１熱処理チャンバ）
１３ 均熱チャンバ（第２熱処理チャンバ）
２０ 搬送ユニット
５４ 受渡しチャンバ
５６ 冷却チャンバ
７６ 炉殻
７９ ガス流路
８２ 処理室
９８ ガスクーラ
１００ 循環ファン
１２０ ヒータ
１３７ バイパス流路
Ｗ 被処理品
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】