特許 7471686 熱処理装置及び熱処理方法

(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】2024-04-12

(45)【発行日】2024-04-22

(54)【発明の名称】熱処理装置及び熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/773 20060101AFI20240415BHJP

   C21D 1/18 20060101ALI20240415BHJP

   C21D 1/63 20060101ALI20240415BHJP

【ＦＩ】

C21D1/773 D

C21D1/18 J

C21D1/63

C21D1/18 T

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022527388

(86)(22)【出願日】2020-05-28

(86)【国際出願番号】 JP2020021093

(87)【国際公開番号】W WO2021240718

(87)【国際公開日】2021-12-02

【審査請求日】2022-11-25

(73)【特許権者】

【識別番号】390008431

【氏名又は名称】高砂工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加賀 真城

(72)【発明者】

【氏名】平本 昇

【審査官】山本 佳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－２６３００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１９０５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０９０３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１９８１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｄ １／７７３

Ｃ２１Ｄ １／１８

Ｃ２１Ｄ １／６３

Ｆ２７Ｂ ９／００－９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物が熱処理油による熱処理後に収容される乾燥室と、
前記乾燥室を減圧する減圧手段と、
前記減圧手段を制御する制御手段と、
前記熱処理油を貯留する油槽を有する処理室と、
前記処理室に設けられ、前記乾燥室と前記油槽との間で前記被処理物を移動する移動手段と、を備え、
前記乾燥室は、前記処理室に形成され、
前記熱処理油は、前記被処理物を冷却する冷却油であり、
前記移動手段は、前記被処理物が前記油槽における前記冷却油の油温よりも高い温度まで冷却された段階で前記油槽から前記乾燥室へ前記被処理物を移動し、
前記制御手段は、前記乾燥室において、前記被処理物に付着した前記熱処理油が気化する一方、前記油温の前記熱処理油が気化しないように、前記乾燥室の気圧を制御する、
ことを特徴とする装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置であって、
前記乾燥室の気圧を検知する検知手段を備え、
前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づいて前記減圧手段を制御する、
ことを特徴とする装置。

【請求項3】

請求項１に記載の装置であって、
前記制御手段は、所定の乾燥完了条件が成立するまで、前記乾燥室において、前記被処理物に付着した前記熱処理油が気化するように前記乾燥室の気圧を制御する、
ことを特徴とする装置。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記処理室の下部に前記油槽が形成され、上部に前記乾燥室が形成されている、
ことを特徴とする装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記被処理物を加熱する加熱室を備え、
前記加熱室における前記被処理物の加熱と、前記油槽における前記被処理物の冷却とにより、前記被処理物の焼入れが行われる、
ことを特徴とする装置。

【請求項6】

請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記乾燥室で乾燥された前記被処理物を加熱する加熱室を備える、
ことを特徴とする装置。

【請求項7】

請求項６に記載の装置であって、
前記加熱室は、前記乾燥室と開閉扉を介して連通している、
ことを特徴とする装置。

【請求項8】

熱処理油による熱処理後の被処理物を乾燥室に収容する収容工程と、
前記被処理物に付着した前記熱処理油が気化するように前記乾燥室を減圧する減圧工程と、を備え、
前記乾燥室は、前記熱処理油を貯留する油槽を有する処理室に形成され、
前記熱処理油は、前記被処理物を冷却する冷却油であり、
前記収容工程は、前記被処理物が前記油槽における前記冷却油の油温よりも高い温度まで冷却された段階で前記油槽から前記乾燥室へ前記被処理物を移動する工程を含み、
前記減圧工程では、前記被処理物に付着した前記温度の前記熱処理油が気化する一方、前記油温の前記熱処理油が気化しないように、前記乾燥室の気圧を制御する、
ことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は熱処理技術に関する。

【背景技術】

【0002】

金属等の熱処理において、熱処理油を用いて焼入れ等の熱処理を行う熱処理装置が知られている（例えば特許文献１）。熱処理では被処理物に熱処理油が付着する。付着した熱処理油は次工程において悪影響を与える場合がある。このため、次工程に進む前に、被処理物に残留した熱処理油を除去する除去工程が行われる。この除去工程は、例えば、真空洗浄装置により被処理物を洗浄し、乾燥することで行われる（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１２１６５号公報

【文献】特許第６０６７８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

除去工程では、各種の溶剤、特に炭化水素系の溶剤が用いられることが多い。熱処理油や炭化水素系溶剤はいずれも枯渇資源である化石燃料から生成される。資源保護の観点から、その使用量の削減が望まれる。また、除去工程にかける設備、時間等が削減できれば有利である。

【0005】

本発明の目的は、溶剤による洗浄を経ずに被処理物から熱処理油を除去可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、
被処理物が熱処理油による熱処理後に収容される乾燥室と、
前記乾燥室を減圧する減圧手段と、
前記減圧手段を制御する制御手段と、
前記熱処理油を貯留する油槽を有する処理室と、
前記処理室に設けられ、前記乾燥室と前記油槽との間で前記被処理物を移動する移動手段と、を備え、
前記乾燥室は、前記処理室に形成され、
前記熱処理油は、前記被処理物を冷却する冷却油であり、
前記移動手段は、前記被処理物が前記油槽における前記冷却油の油温よりも高い温度まで冷却された段階で前記油槽から前記乾燥室へ前記被処理物を移動し、
前記制御手段は、前記乾燥室において、前記被処理物に付着した前記熱処理油が気化する一方、前記油温の前記熱処理油が気化しないように、前記乾燥室の気圧を制御する、
ことを特徴とする装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、溶剤による洗浄を経ずに被処理物から熱処理油を除去可能な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱処理装置の概略図。

【図2A】図１の熱処理装置による被処理物の処理動作の例を示す図。

【図2B】図１の熱処理装置による被処理物の処理動作の例を示す図。

【図2C】図１の熱処理装置による被処理物の処理動作の例を示す図。

【図3A】制御ユニットが実行する乾燥処理の例を示すフローチャート。

【図3B】は熱処理油の温度と飽和蒸気圧との関係を示す図。

【図4】別の実施形態に係る熱処理装置の概略図。

【図5】更に別の実施形態に係る熱処理装置の概略図。

【図6A】図５の熱処理装置による被処理物の処理動作の例を示す図。

【図6B】図５の熱処理装置による被処理物の処理動作の例を示す図。

【図6C】図５の熱処理装置による被処理物の処理動作の例を示す図。

【図7A】図５の熱処理装置における被処理物の温度変化を示す図。

【図7B】熱処理油の温度と飽和蒸気圧との関係を示す図。

【図8】更に別の実施形態に係る熱処理装置の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

＜第一実施形態＞
＜装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１の概略図である。熱処理装置１は金属材料等の被処理物の焼入れと乾燥とを連続的に実行する装置である。熱処理装置１は、被処理物の搬送方向であるＤ方向に連続的に配列された、加熱装置１０と、冷却装置２０と、乾燥装置３０とを備える。

【0011】

加熱装置１０は、気密に維持可能な処理室１１を備える。処理室１１は被処理物を加熱する加熱室である。

【0012】

処理室１１のＤ方向の一端には被処理物が搬入される搬入口２が形成され、他端には冷却装置２０の処理室２１と連通する連通口３が形成されている。搬入口２はアクチュエータ２ｂの駆動により移動する開閉扉２ａにより開閉され、連通口３はアクチュエータ３ｂの駆動により移動する開閉扉３ａにより開閉される。開閉扉２ａ及び３ａが閉状態の場合、処理室１１は気密状態となる。アクチュエータ２ｂ、３ｂは、例えば、開閉扉２ａ、３ａを上下に移動する流体シリンダである。

【0013】

処理室１１には搬送ユニット１２が設けられている。本実施形態の場合、搬送ユニット１２は複数のローラ１２ａを備えたローラコンベアであり、被処理物をＤ方向に水平に移動する。処理室１１内にはまた、加熱ユニット１３が設けられている。加熱ユニット１３は複数の発熱素子１３ａを備え、処理室１１に搬入された被処理物を、処理室１１が気密な状態において加熱する。

【0014】

冷却装置２０は、気密に維持可能な処理室２１を備える。処理室２１は被処理物を急冷する熱処理室である。

【0015】

処理室１１で加熱された被処理物は、処理室２１のＤ方向の一端の連通口３を通って処理室２１に搬入される。連通口３は処理室１１と処理室２１とを区画する隔壁に形成されており、処理室１１と処理室２１とは開閉扉３ａを介して連通している。処理室２１のＤ方向の他端には乾燥装置３０の乾燥室３１と連通する連通口４が形成されている。連通口４はアクチュエータ４ｂの駆動により移動する開閉扉４ａにより開閉される。開閉扉３ａ及び４ａが閉状態の場合、処理室２１は気密状態となる。アクチュエータ４ｂは、例えば、開閉扉４ａを上下に移動する流体シリンダである。

【0016】

処理室２１は上部空間２１ａと下部空間２１ｂとを含む。上部空間２１ａは、搬送ユニット２２が設けられた搬送室である。本実施形態の場合、搬送ユニット２２は複数のローラ２２ａを備えたローラコンベアであり、被処理物をＤ方向に水平に移動する。下部空間２１ｂには熱処理油２３ａを貯留する油槽２３が設けられている。熱処理油２３ａは冷却油（焼入れ油）であり、熱処理油２３ａに被処理物を浸漬することで被処理物を冷却する。油槽２３の熱処理油２３ａは、油温センサ２５による油温の検知結果に基づいて、ヒータ２４により加熱され、所定の油温に維持される。

【0017】

処理室２１には、被処理物を移動する移動機構２６が設けられている。移動機構２６は被処理物を支持する昇降テーブル２６ａと、アクチュエータ２６ｂとを備える。昇降テーブル２６ａはアクチュエータ２６ｂの駆動により、実線で示す上昇位置と、破線で示す降下位置との間を昇降する。アクチュエータ２６ｂは例えば流体シリンダである。昇降テーブル２６ａにはローラ２２ａが設けられている。昇降テーブル２６は、上昇位置にある場合には、被処理物をＤ方向に搬送する搬送ユニット２２の一部として機能する。昇降テーブル２６ａは、被処理物を搭載して降下位置に降下することにより、被処理物を油槽２３に浸漬することができ、また、降下位置から上昇位置に上昇することで、被処理物を油槽２３から引き上げることができる。

【0018】

乾燥装置３０は、気密に維持可能な乾燥室３１を備える。乾燥室３１には熱処理油２３ａによる熱処理後の被処理物が収容される。熱処理油２３ａが表面に付着している被処理物は乾燥室３１で乾燥される。

【0019】

処理室２１で冷却された被処理物は、乾燥室３１のＤ方向の一端の連通口４を通って乾燥室３１に搬入される。連通口４は処理室２１と乾燥室３１とを区画する隔壁に形成されており、処理室２１と乾燥室３１とは開閉扉４ａを介して連通している。乾燥室３１のＤ方向の他端には搬出口５が形成されている。搬出口５はアクチュエータ５ｂの駆動により移動する開閉扉５ａにより開閉される。開閉扉４ａ及び５ａが閉状態の場合、乾燥室３１は気密状態となる。アクチュエータ５ｂは、例えば、開閉扉５ａを上下に移動する流体シリンダである。

【0020】

乾燥室３１には搬送ユニット３２が設けられている。本実施形態の場合、搬送ユニット３２は複数のローラ３２ａを備えたローラコンベアであり、被処理物をＤ方向に水平に移動する。乾燥装置３０は乾燥室３１を減圧する減圧ユニット３３を備える。本実施形態の減圧ユニット３３は、乾燥室３１と配管を介して連通した真空ポンプ３３ａと、乾燥室３１と真空ポンプ３３ａとの間の配管の途中に設けられた制御弁３３ｂとを備える。真空ポンプ３３ａの駆動により乾燥室３１内の気体が外部に排出され、乾燥室３１を減圧することができる。制御弁３３ｂを開弁すると乾燥室３１と真空ポンプ３３ａとが連通状態となり、閉弁すると遮断状態となる。

【0021】

乾燥室３１には、乾燥室３１の気圧を検知するセンサ３４が設けられている。センサ３４の検知結果に基づいて、減圧ユニット３３による乾燥室３１の減圧を制御することにより、乾燥室３１を、制御上の目標気圧に維持することができる。乾燥室３１を減圧することで、被処理物に付着した熱処理油２３ａの蒸発が促進され、かつ、その蒸気が乾燥室３１の外部に排出される。これにより被処理物に付着していた熱処理油２３ａが除去され、被処理物が乾燥される。

【0022】

真空ポンプ３３ａと制御弁３３ｂとの間には凝縮器３５が設けられている。凝縮器３５には、熱処理油２３ａの凝縮点以下の温度の冷却水が通過する配管３５ａが設けられており、乾燥室３１から排出された気体と冷却水との間で熱交換が行われる。これにより、乾燥室３１から排出された熱処理油２３ａの蒸気は液化する。

【0023】

液化した熱処理油２３ａは、回収系３６を介して油槽２３に戻される。回収系３６は例えば凝縮器３５と油槽２３との間の配管、熱処理油２３ａの貯留器、貯留器内の熱処理油２３ａを油槽２３に送出するポンプ等を含む。こうした構成によって、熱処理油２３ａが真空ポンプ３３ａに到達して真空ポンプ３３ａが劣化することを防止でき、また、熱処理油２３ａを再利用することができる。

【0024】

熱処理装置１は、制御ユニット４０を備える。制御ユニット４０は、ＣＰＵに代表されるプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶デバイス、制御ユニット４０の外部のデバイス（センサやアクチュエータ）とプロセッサとの間で信号を入出力するＩ／Ｏインタフェース等を備える。記憶デバイスにはプロセッサが実行するプログラムが格納され、プロセッサがこのプログラムを実行し、センサの検知結果に基づいてアクチュエータ等を駆動することで熱処理装置１が動作する。

【0025】

＜被処理物に対する処理の例＞
熱処理装置１による被処理物の処理の例について図２Ａ乃至図２Ｃを参照して説明する。図２Ａ乃至図２Ｃは熱処理装置１による被処理物Ｗの処理動作の例を示す図である。図２Ａは被処理物Ｗが搬入口２を通って処理室１１に搬入され、加熱処理がなされる状態を示している。その後、処理室１１は気密状態とされ、加熱ユニット１３の発熱により加熱される。これにより被処理物Ｗが焼入れ温度まで加熱される。被処理物Ｗの加熱が完了すると、開閉扉３ａが開放され、搬送ユニット１２及び２２により連通口３を通って被処理物Ｗが処理室１１から処理室２１へ搬送される。その後、処理室２１は気密状態とされる。

【0026】

図２Ｂは処理室２１での被処理物Ｗの処理を示している。破線で示すように被処理物Ｗは昇降テーブル２６ａ上に搬送される。実線で示すように昇降テーブル２６ａが降下位置に降下し、被処理物Ｗが熱処理油２３ａに浸漬される。被処理物Ｗを熱処理油２３ａで急冷する焼入れ処理が行われる。被処理物Ｗは所定温度になるまで浸漬され、本実施形態の場合、所定温度は熱処理油２３ａの油温Ｔ０と等しい温度である。被処理物Ｗが所定温度Ｔ０まで冷却されたか否かは例えば浸漬時間で判断することができる。その後、昇降テーブル２６ａが破線で示す上昇位置に上昇され、被処理物Ｗが油槽２３から引き上げられる。

【0027】

被処理物Ｗの焼入れが完了すると、開閉扉４ａが開放され、図２Ｃに示すように搬送ユニット２２及び３２により連通口４を通って被処理物Ｗが処理室２１から乾燥室３１へ搬送される。その後、乾燥室３１は気密状態とされる。続いて減圧ユニット３３の作動により乾燥室３１を減圧し、被処理物Ｗに付着した熱処理油２３ａを気化する。被処理物Ｗの温度はＴ０であるので、被処理物Ｗに残留している熱処理油２３ａの油温もＴ０である。図３Ｂに示すように、温度Ｔ０における熱処理油２３ａの飽和蒸気圧をＰ０とすると、乾燥室３１には、飽和蒸気圧Ｐ０に応じた熱処理油２３ａの蒸気の分圧が発生している。乾燥室３１の熱処理油２３ａの分圧を飽和蒸気圧Ｐ０よりも低く維持することで、被処理物Ｗに付着した熱処理油２３ａを蒸発させて除去し、乾燥することができる。

【0028】

このような乾燥方法によれば、溶剤による洗浄を経ずに被処理物Ｗから熱処理油２３ａを除去できるので、従来必要であった被処理物Ｗの溶剤洗浄が不要となる。したがって洗浄装置やこれにともなう搬送装置の設置も不要となるため、装置の初期費用、維持管理費用、各種機器の設置スペース等を削減でき、効率的な生産ラインを構築することができる。また、洗浄用の溶剤も不要となり、資源保護も図れる。

【0029】

乾燥が完了すると、開閉扉５ａが開放され、被処理物Ｗは搬出口５から装置外へ搬出される。以上により、１サイクルの処理が終了する。

【0030】

＜乾燥制御例＞
制御ユニット４０の制御例について説明する。図３Ａは、乾燥装置３０における被処理物Ｗの乾燥に関わる制御例を示すフローチャートであり、被処理物Ｗが乾燥室３１に搬送され、乾燥室３１が気密状態になった段階で実行される処理例である。

【0031】

Ｓ１では減圧ユニット３３を駆動して乾燥室３１の減圧を開始する。具体的には真空ポンプ３３ａを駆動して、制御弁３３ｂを開放する。真空ポンプ３３ａは事前に駆動が開始され、常時駆動されていてもよい。

【0032】

Ｓ２ではセンサ３４の検知結果を取得して、乾燥室３１の気圧が所定圧未満か否かを判定する。センサ３４が検知する乾燥室３１の気圧は、熱処理油２３ａの蒸気の分圧と乾燥室３１に存在し得る他の気体（例えば空気）との合計の気圧となる。よって、比較基準となる所定圧は、熱処理油２３ａの飽和蒸気圧Ｐ０と他の気体の分圧とを考慮して予め実験等によって設定され、熱処理油２３ａの蒸気の分圧が飽和蒸気圧Ｐ０よりも低いときの乾燥室３１の気圧相当の値とされる。乾燥室３１の気圧が所定圧未満である場合はＳ３へ進み、所定圧以上である場合はＳ４へ進む。

【0033】

Ｓ３では制御弁３３ｂを閉弁して乾燥室３１の減圧を一時停止する。Ｓ４では乾燥室３１の減圧を継続する。Ｓ５では乾燥の完了条件が成立したか否かを判定する。完了条件としては、例えば、Ｓ１の減圧開始からの経過時間が所定時間に達したことが挙げられる。或いは、Ｓ２で乾燥室３１の気圧が所定気圧未満と最初に判定されてからの経過時間が所定時間に達したことが挙げられる。或いは、乾燥室３１の気圧（センサ３４の検知結果）が所定時間継続して閾値以下であった場合を挙げられる。

【0034】

乾燥の完了条件が成立した場合はＳ６へ進み、成立していない場合はＳ２へ戻って同様の処理を繰り返す。Ｓ２～Ｓ５の処理が繰り返されることにより、完了条件が成立するまで、乾燥室３１の熱処理油２３ａの分圧が飽和蒸気圧Ｐ０よりも低く維持される。Ｓ６では乾燥室３１の減圧を終了する。ここでは、制御弁３３ｂを閉弁する。真空ポンプ３３ａは停止してもよいし、次の処理に備えて駆動したままとしてもよい。

【0035】

以上の処理により、被処理物Ｗから熱処理油２３ａを除去し、乾燥することができる。なお、本実施形態では、減圧ユニット３３が真空ポンプ３３ａと制御弁３３ｂとを備える構成としたが、真空ポンプ３３ａのみの構成であってもよい。この場合、真空ポンプ３３ａの駆動／停止によって、乾燥室３１の減圧／減圧停止を切り替えることになる。また、本実施形態では、Ｓ２～Ｓ５の処理により、乾燥室３１の気圧を所定圧に維持されるように制御したが、乾燥室３１の気圧が所定圧よりも低ければよいので、Ｓ３の減圧の一時停止は行わずに、完了条件が成立するまで、減圧を継続してもよい。

【0036】

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、焼入れ後の被処理物の乾燥の例を説明したが、他の熱処理後の被処理物の乾燥にも同様の乾燥方法が適用可能である。図４は本実施形態に係る熱処理装置１Ａの概略図である。第一実施形態の熱処理装置１と異なる構成について説明する。

【0037】

熱処理装置１Ａは、Ｄ方向で加熱装置１０と乾燥装置３０との間に、冷却装置２０Ａ、再加熱装置２０Ｂが設けられている。冷却装置２０Ａ、再加熱装置２０Ｂの構成は第一実施形態の冷却装置２０と同じであるが、冷却装置２０Ａは被処理物の焼入れに用い、再加熱装置２０Ｂは被処理物の焼き戻しに用いる。冷却装置２０Ａと再加熱装置２０Ｂとは、これらの各処理室２１を区画する隔壁に形成された連通口６で連通しており、開閉扉６ａはアクチュエータ６ｂの駆動により連通口６を開閉する。

【0038】

乾燥装置３０は、再加熱装置２０Ｂによる焼き戻し後に、被処理物に付着した熱処理油２３ａの除去に用いられる。

【0039】

＜第三実施形態＞
第一実施形態では、冷却装置２０と乾燥装置３０とを別々に構成したが、共通の装置として構成することもできる。図５は本実施形態に係る熱処理装置１Ｂの概略図である。第一実施形態の熱処理装置１と異なる構成について説明する。

【0040】

熱処理装置１Ｂは、Ｄ方向に連続的に配列された加熱装置１０と冷却装置２０Ｃとを備える。加熱装置１０の構成は第一実施形態の加熱装置１０と同じである。冷却装置２０Ｃは、第一実施形態の冷却装置２０の処理室２１の上部空間２１ａを乾燥室２１ａ’として利用したものである。以下、冷却装置２０Ｃについて、第一実施形態の冷却装置２０及び乾燥装置３０と適宜対比しつつ説明する。

【0041】

冷却装置２０Ｃは、気密に維持可能な処理室２１を備える。処理室２１は被処理物を急冷する熱処理室であると共に被処理物を乾燥する乾燥室としても機能する。第一実施形態と同様、処理室１１で加熱された被処理物は、処理室２１のＤ方向の一端の連通口３を通って処理室２１に搬入される。一方、第一実施形態と異なり、処理室２１のＤ方向の他端には搬出口５が形成されている。搬出口５はアクチュエータ５ｂの駆動により移動する開閉扉５ａにより開閉される。開閉扉３ａ及び５ａが閉状態の場合、処理室２１は気密状態となる。

【0042】

処理室２１は上部空間である乾燥室２１ａ’と下部空間２１ｂとを含む。乾燥室２１ａ’は、搬送ユニット２２が設けられた搬送室であると共に、熱処理油２３ａによる熱処理後の被処理物が収容される収容室である。乾燥室２１ａ’において、熱処理油２３ａが表面に付着している被処理物が乾燥される。下部空間２１ｂには第一実施形態と同様、熱処理油２３ａを貯留する油槽２３が設けられており、また、油温センサ２５、ヒータ２４が設けられている。

【0043】

第一実施形態と同様、処理室２１には、被処理物を移動する移動機構２６が設けられており、被処理物は降下位置と上昇位置との間で移動される。冷却装置２０Ｃは乾燥室２１ａ’を含む処理室２１を減圧する減圧ユニット３３を備え、減圧ユニット３３は第一実施形態の減圧ユニット３３と同じ構成である。第一実施形態と同様、乾燥室２１ａ’には、乾燥室２１ａ’の気圧を検知するセンサ３４が設けられている。第一実施形態と同様、真空ポンプ３３ａと制御弁３３ｂとの間には凝縮器３５が設けられ、凝縮器３５には冷却水が通過する配管３５ａが設けられている。凝縮器３５で液化した熱処理油２３ａは、回収系３６を介して油槽２３に戻される。

【0044】

熱処理装置１Ｂによる被処理物の処理の例について図６Ａ乃至図６Ｃを参照して説明する。図６Ａ乃至図６Ｃは熱処理装置１Ｃによる被処理物Ｗの処理動作の例を示す図である。図６Ａは被処理物Ｗが搬入口２を通って処理室１１に搬入され、加熱処理がなされる状態を示している。その後、処理室１１は気密状態とされ、加熱ユニット１３の発熱により加熱される。これにより被処理物Ｗが焼入れ温度まで加熱される。被処理物Ｗの加熱が完了すると、開閉扉３ａが開放され、搬送ユニット１２及び２２により連通口３を通って被処理物Ｗが処理室１１から処理室２１へ搬送される。その後、処理室２１は気密状態とされる。

【0045】

図６Ｂは処理室２１での被処理物Ｗの処理を示している。破線で示すように被処理物Ｗは昇降テーブル２６ａ上に搬送される。実線で示すように昇降テーブル２６ａが降下位置に降下し、被処理物Ｗが熱処理油２３ａに浸漬される。被処理物Ｗを熱処理油２３ａで急冷する焼入れ処理が行われる。被処理物Ｗは所定温度になるまで浸漬され、本実施形態の場合、所定温度は熱処理油２３ａの油温Ｔ０よりも高い温度Ｔ１である。被処理物Ｗが所定温度Ｔ１まで冷却されたか否かは例えば浸漬時間で判断することができる。その後、昇降テーブル２６ａが破線で示す上昇位置に上昇され、被処理物Ｗが油槽２３から引き上げられる。

【0046】

このように本実施形態では、被処理物Ｗが油槽２３における熱処理油２３ａの油温Ｔ０よりも高い温度Ｔ１まで冷却された段階で油槽２３から乾燥室２１ａ’へ被処理物Ｗが移動される。

【0047】

被処理物Ｗの焼入れが完了すると、減圧ユニット３３の作動により乾燥室２１ａ’を減圧し、被処理物Ｗに付着した熱処理油２３ａを気化する。被処理物Ｗの温度はＴ１であるので、被処理物Ｗに残留している熱処理油２３ａの油温もＴ１である。ここで、図７Ａを参照して冷却装置２０Ｃ内における被処理物Ｗの温度変化の推移について説明する。

【0048】

時間ｔ０～ｔ１は、昇降テーブル２６ａが上昇位置から降下位置に降下する段階を示し、被処理物Ｗが油槽２３に油没する段階を示している。被処理物Ｗは加熱装置１０による加熱処理により焼入れ温度Ｔ２（＞Ｔ１＞Ｔ０）である。時間ｔ１～ｔ２において被処理物Ｗが熱処理油２３ａに浸漬され、温度Ｔ１（＞Ｔ０）に達する。時間ｔ２～ｔ３は昇降テーブル２６ａが降下位置から上昇位置に上昇する段階を示し、被処理物Ｗが油槽２３から引き上げられる段階を示している。時間ｔ３から被処理物Ｗの乾燥を開始する。

【0049】

図７Ｂに示すように、温度Ｔ１における熱処理油２３ａの飽和蒸気圧をＰ１とすると、乾燥室２１ａ’には、飽和蒸気圧Ｐ１に応じた熱処理油２３ａの蒸気の分圧が発生している。したがって、乾燥室２１ａ’の熱処理油２３ａの分圧を飽和蒸気圧Ｐ１よりも低く維持することで、被処理物Ｗに付着した熱処理油２３ａを蒸発させて除去し、乾燥することができる。一方、処理室２１の油槽２３には油温Ｔ０の熱処理油２３ａが存在しており、その飽和蒸気圧はＰ０（＜Ｐ１）である。乾燥室２１ａ’の熱処理油２３ａの分圧が飽和蒸気圧Ｐ０よりも低くなると、油槽２３の熱処理油２３ａが蒸発してしまう。

【0050】

そこで、乾燥室２１ａ’の熱処理油２３ａの分圧を飽和蒸気圧Ｐ１よりも低く、飽和蒸気圧Ｐ０よりも高く維持する。これにより、被処理物Ｗに付着した熱処理油２３ａを蒸発させて除去し、乾燥しつつ、油槽２３の熱処理油２３ａが蒸発することを防止できる。こうした減圧により、真空ポンプ３３ａが、油槽２３に由来する大量の熱処理油２３ａの蒸気を吸引することを回避し、被処理物Ｗに付着した熱処理油２３ａのみの選択的な気化が可能となる。

【0051】

乾燥が完了すると、開閉扉５ａが開放され、被処理物Ｗは搬出口５から装置外へ搬出される。以上により、１サイクルの処理が終了する。本実施形態によれば、冷却装置２０Ｃ内で被処理物Ｗの乾燥を行えるため、熱処理ラインの効率化が可能となる。

【0052】

なお、乾燥を経た被処理物Ｗは空冷工程に移行することができる。このように急冷と緩慢な冷却を組み合わせた焼入れ手法は、いわゆるマルクエンチとして知られているが、本実施形態で説明した通り、マルクエンチにも本実施形態の乾燥手法を適用可能である。

【0053】

本実施形態における制御ユニット４０の乾燥制御例については、図３Ａに例示したフローチャートと同様である。Ｓ２において、乾燥室２１ａ’の気圧が所定圧未満か否かを判定する場合、比較基準となる所定圧は熱処理油２３ａの蒸気の分圧と乾燥室２１ａ’に存在し得る（例えば空気）の分圧とを考慮して予め実験等によって設定される。その際、飽和蒸気圧Ｐ１及びＰ０も考慮され、熱処理油２３ａの蒸気の分圧が飽和蒸気圧Ｐ１よりも低く、かつ、飽和蒸気圧Ｐ０よりも高いときの乾燥室２１ａ’の気圧相当の値とされる。これにより、被処理物Ｗに付着した温度Ｔ１の熱処理油２３ａが気化する一方、油温Ｔ０の油槽２３の熱処理油２３ａが気化しないように、乾燥室２１ａ’の気圧を制御することができる。

【0054】

＜第四実施形態＞
上記各実施形態で説明した乾燥方法は、焼き入れを繰り返す装置における被処理物の乾燥にも適用可能である。図８は本実施形態に係る熱処理装置１Ｃの概略図である。

【0055】

熱処理装置１Ｃは、Ｄ方向に連続的に配置された加熱装置１０Ａと、冷却装置２０Ｄと、加熱装置１０Ｂと、冷却装置２０Ｅとを備える。加熱装置１０Ａ及び冷却装置２０Ｄは、第三実施形態の加熱装置１０及び冷却装置２０Ｃと同じ構成であり、加熱装置１０Ｂ及び冷却装置２０Ｅも、第三実施形態の加熱装置１０及び冷却装置２０Ｃと同じ構成である。つまり、熱処理装置１Ｃは、第三実施形態の熱処理装置１ＢをＤ方向に複数（二つ）連続的に配置した構成である。

【0056】

なお、冷却装置２０Ｄの処理室２１と、加熱装置１０Ｂの処理室１１とは連通口７において連通し、連通口７はアクチュエータ７ｂの駆動により移動する開閉扉７ａにより開閉される。開閉扉３ａ及び７ａが閉状態の場合、冷却装置２０Ｄの処理室２１は気密状態となる。また、加熱装置１０Ｂの処理室１１と、冷却装置２０Ｅの処理室２１とは連通口８において連通し、連通口８はアクチュエータ８ｂの駆動により移動する開閉扉８ａにより開閉される。開閉扉７ａ及び８ａが閉状態の場合、加熱装置１０Ｂの処理室１１は気密状態となる。冷却装置２０Ｅには搬出口５が形成されている。開閉扉８ａ及び５ａが閉状態の場合、冷却装置２０Ｅの処理室２１は気密状態となる。

【0057】

熱処理装置１Ｃにおいて、被処理物には、加熱装置１０Ａによる加熱処理、冷却装置２０Ｄによる焼入れ及び乾燥、加熱装置１０Ｂによる加熱処理、冷却装置２０Ｅによる焼入れ及び乾燥が順次行われる。各装置の制御は第三実施形態で述べた内容と同様である。

【0058】

本実施形態によれば、被処理物の加熱と焼入れとを繰り返し行うことができ、例えば、所謂結晶粒微細化による金属材料の強化を行うことができる。そして、冷却装置２０Ｄの処理を経た被処理物を加熱装置１０Ｂへ搬送して加熱処理を行う際、被処理物は既に乾燥されているため、二度目の加熱処理を迅速に行うことができる。

【0059】

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、加熱装置１０～１０Ｂや、冷却装置２０及び２０Ａ、再加熱装置２０Ｂ、冷却装置２０Ｃ～２０Ｅ、及び、乾燥装置３０がそれぞれ一つの処理室又は乾燥室を備える構成を例示したが、これに限られず、複数の被処理物に対応した複数の処理室又は乾燥室を備えていてもよい。被処理物の並列的な処理が可能となる。

【0060】

また、乾燥機能を備えた冷却装置２０Ｃ～２０Ｅの後段に、乾燥に特化した乾燥装置３０を配置し、冷却装置２０Ｃ～２０Ｅによる乾燥と、乾燥装置３０による乾燥とを選択的に行えるようにしてもよい。

【0061】

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】