特許 7181840 熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-22

(45)【発行日】2022-12-01

(54)【発明の名称】熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/34 20060101AFI20221124BHJP

   F27D 11/02 20060101ALI20221124BHJP

【ＦＩ】

C21D1/34 K

F27D11/02 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019110907

(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公開番号】P2020204056

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-10-14

(73)【特許権者】

【識別番号】306039120

【氏名又は名称】ＤＯＷＡサーモテック株式会社

(73)【特許権者】

【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

【審査官】相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５１－１３７９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８３９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０５９７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９７５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－０５６０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４７－００８３１８（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｄ １／００－１／８４

Ｆ２７Ｄ １１／０２

Ｈ０５Ｂ ３／１０－３／１８

(57)【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】

【文献】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】