热处理装置的制作方法

本公开内容涉及热处理装置。

本申请基于2015年4月22日在日本申请的特愿2015－87450号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术：

作为具有容纳被处理物的热处理室、在热处理室内供给冷却气体的冷却气体供给装置、使冷却气体在热处理室内循环的冷却气体循环装置的热处理装置，公知有例如在下述专利文献1中所述的多室式多功能冷却真空炉。该多室式多功能冷却真空炉构成为：液用喷嘴与气体用喷嘴在冷却室内配置为包围被处理物，能够供给冷却液与冷却气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平11－153386号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

然而，在热处理工序中，在进行气体冷却的情况下，存在使用惰性气体作为冷却气体的情况。作为冷却气体中使用的惰性气体，虽然存在氮气或氩气等，但是在所谓的光泽热处理(光辉热处理)的气体冷却中，一般使用氮气。在使用氮气作为冷却气体的情况下，为了提高冷却性能，需要提高气体密度。但是，若追求冷却性能的提高，则需要能耐高压的容器或使冷却气体高压化的装置等，此外，需要对这些设备进行检修。

本公开内容是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种热处理装置，即便抑制冷却气体的压力，也能够提高冷却性能。

用于解决上述技术问题的方案

为了解决上述技术问题，本公开内容的第1方案为一种热处理装置，具有：热处理室，容纳被处理物；冷却气体供给装置，将冷却气体供给至热处理室内；冷却气体循环装置，使冷却气体在热处理室内循环，所述热处理装置具有气体吹扫装置，利用惰性气体对被供给至热处理室内的冷却气体与氧气存在混合可能性的部位进行气体吹扫(purge)，冷却气体供给装置使用氢气作为冷却气体供给至热处理室。

发明效果

在本公开内容中，使用氢气作为冷却气体，使氢气在热处理室内循环从而对被处理物进行冷却。因为氢气与氮气相比，具有大约2.2倍的热传导率，所以即便抑制冷却气体的压力，也能够提高冷却性能。另一方面，若氢气与氧气混合，则即便是极微小的火花，也会着火、燃烧。因此，通过利用惰性气体对被供给至热处理室内的冷却气体与氧气存在混合可能性的部位进行气体吹扫，可靠地防止上述部位中的氢气与氧气的混合。由此，能够安全地使用氢气作为冷却气体。

因此根据本公开内容，能够获得一种热处理装置，即便抑制冷却气体的压力，也能够提高冷却性能。

附图说明

图1是从正面看到的本公开内容的一实施方式的多室型热处理装置的纵剖视图。

图2是从俯视看到的本公开内容的一实施方式的多室型热处理装置的横剖视图。

图3是示出本公开内容的一实施方式的氢气回收装置的概略构成的图。

图4是示出本公开内容的一实施方式的氢气的回收动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开内容的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，例示多室型热处理装置作为本公开内容的热处理装置。

图1是从正面看到的本公开内容的一实施方式的多室型热处理装置a的纵剖视图。此外，图2是从俯视看到的本公开内容的一实施方式的多室型热处理装置a的横剖视图。

如图1所示，本实施方式的多室型热处理装置a是经由中间输送装置h组合了气体冷却装置rg、喷雾冷却装置rm以及3个加热装置k而成的装置。

如图1以及图2所示，中间输送装置h具备：输送腔1；喷雾冷却室升降台2；多个输送导轨3；3对推进机构4a、4b、5a、5b、6a、6b；3个加热室升降台7a～7c；扩张腔8；分隔门9等。

输送腔1是设置在喷雾冷却装置rm与3个加热装置k之间的容器。如图2所示，在该输送腔1的底部，以包围喷雾冷却室升降台2的方式配置有3个加热室升降台7a～7c。该输送腔1的内部空间以及后述的扩张腔8的内部空间是被处理物x移动的中间输送室。

喷雾冷却室升降台2是在利用喷雾冷却装置rm对被处理物x进行冷却时承载被处理物x的支承台，通过未图示的升降机构进行升降。即，被处理物x在被载置在喷雾冷却室升降台2上的状态下，通过上述升降机构的工作，使得被处理物x在中间输送装置h与喷雾冷却室升降台2之间移动。

如图所示，多个输送导轨3被铺设在输送腔1的底部、喷雾冷却室升降台2上、加热室升降台7a～7c上以及扩张腔8的底部。这些输送导轨3是使被处理物x在输送腔1以及扩张腔8内移动时的导向部件(引导部件)。3对推进机构4a、4b、5a、5b、6a、6b是在输送腔1以及扩张腔8内推压被处理物x的输送致动器。

即，3对推进机构4a、4b、5a、5b、6a、6b之中，配置成同一直线状的机构使被处理物x在喷雾冷却室升降台2与3个加热室升降台7a～7c中的一个之间移动。例如，一对推进机构4a、4b之中，一侧的推进机构4a从加热室升降台7a朝向喷雾冷却室升降台2推压被处理物x，另一侧的推进机构4b从喷雾冷却室升降台2朝向加热室升降台7a推压被处理物x。

在使用这些3对推进机构4a、4b、5a、5b、6a、6b而移动(输送)被处理物x时，多个输送导轨3进行引导，使得被处理物x顺畅地移动，并且也引导安装于3对推进机构4a、4b、5a、5b、6a、6b的前端的推压部的移动。

3个加热室升降台7a～7c是在各加热装置k中加热处理被处理物x时承载被处理物x的支承台，设置在各加热装置k的正下方。这些加热室升降台7a～7c通过未图示的升降机构进行升降，由此使被处理物x在中间输送装置h与各加热装置k之间移动。

3个加热装置k是对被处理物x实施加热处理的装置，设置在输送腔1的上方。各加热装置k在内部具备加热室或多个电气加热器等，在规定的减压气氛下，对在被载置于加热室升降台7a～7c上的状态下容纳在加热室内的被处理物x进行均匀地加热。

喷雾冷却装置rm是使用规定的冷却介质的喷雾对被处理物x进行冷却处理的装置，设置在输送腔1的下方。该喷雾冷却装置rm在内部具备喷雾冷却室，从设置在被处理物x的周围的多个喷嘴，对在被载置于上述的喷雾冷却室升降台2上的状态下容纳在喷雾冷却室内的被处理物x喷射冷却介质的喷雾，由此冷却(喷雾冷却)被处理物x。另外，上述冷却介质例如为水。

扩张腔8连接于输送腔1的侧部，为了连接中间输送装置h与气体冷却装置rg，而方便地设置为大致箱型的扩张容器。扩张腔8的一端连通于输送腔1的侧部，在扩张腔8的另一端设置有分隔门9。此外，在扩张腔8的底部，铺设有被处理物x移动用的输送导轨3。

分隔门9是划分扩张腔8的内部空间即中间输送室与气体冷却装置rg的气体冷却室10(热处理室)的分隔门，以垂直姿势设置在扩张腔8的另一端上。即，该分隔门9通过未图示的驱动机构上下移动，由此打开或者遮蔽扩张腔8的另一端。

接着，对气体冷却装置rg进行说明。气体冷却装置rg是使用冷却气体对被处理物x进行冷却处理的冷却装置，使用氢气(h2)作为上述冷却气体。如图1所示，该气体冷却装置rg具备：气体冷却室10、冷却气体供给装置20、冷却气体循环装置30、气体吹扫装置40、氢气回收装置50等。

气体冷却室10具备被处理物容纳部11、冷却气体循环部12、热交换部13等。被处理物容纳部11是耐压性能高的形状即两端表面带有圆度的大致圆筒状的容器，与构成中间输送室的扩张腔8邻接而竖直地(直径方向为水平方向)设置。

此外，被处理物容纳部11在将扩张腔8的一部分容纳在内部的状态下，即分隔门9从侧方突出到气体冷却室10的内部的状态下，被连接于扩张腔8。进而，在被处理物容纳部11中，在与上述分隔门9对置的位置设置有工件进出门11a。该工件进出门11a对在外部与气体冷却室之间的进出被处理物x的工件进出口进行开闭。

在工件进出门11a的内侧，设置有将被处理物x保持在规定高度的载置台10b。通过图2所示的进出用压力缸机构10c进行被保持在载置台10b的被处理物x的移动。进出用压力缸机构10c是使被处理物x在被处理物容纳部11与输送腔1中移动的输送机构。

冷却气体循环部12是连接被处理物容纳部11与热交换部13的环状的容器。如图1所示，冷却气体循环部12的一端(气体吹入口12a)在被处理物容纳部11的上部(上侧)开口，冷却气体循环部12的另一端(气体排气口12b)隔着被处理物x以与气体吹入口12a对置的方式在被处理物容纳部11的下部(下侧)开口。

在冷却气体循环部12上经由排气管12c连接有真空泵12d。真空泵12d将气体冷却室10内的气体经由排气管12c排出至外部。能够使用例如罗茨泵作为真空泵12d。在冷却气体循环部12与真空泵12d之间的排气管12c上设置有控制气体的排气的开闭阀12c1。真空泵12d的下游侧，分路为大气开放管12e与氢气回收管12f。在大气开放管12e上设置有开闭阀12e1，在氢气回收管12f上设置有开闭阀12f1。

热交换部13在气体排气口12b的下游侧(排气侧)设置于冷却气体循环部12，具有热交换器13a。热交换器13a具有设置为蛇形状态的多个传热管，在内部插通有规定的液体冷却介质。该热交换部13，使从冷却气体循环部12的一端经过被处理物容纳部11、流动至冷却气体循环部12的另一端的冷却气体与传热管内的液体冷却介质进行热交换，由此进行冷却。在热交换部13中，将由被处理物x加热的冷却气体冷却至例如提供至被处理物x的冷却之前的温度(从气体吹入口12a被吹出的冷却气体的温度)。

冷却气体供给装置20具有供给容器21、冷却气体供给管22、开闭阀23等。供给容器21将作为冷却气体使用的氢气保持在高压状态。供给容器21经由冷却气体供给管22连接于气体冷却室10。开闭阀23容许/断开冷却气体供给管22中的冷却气体的通过。在开闭阀23为关闭的状态下，冷却气体从供给容器21向气体冷却室10的供给被断开，在开闭阀23为打开状态下，冷却气体从供给容器21被供给至气体冷却室10。

冷却气体循环装置30具备涡轮风扇31(叶轮)、旋转轴32、电机33、密封部件34等。涡轮风扇31是设置在气体冷却室10内的离心风扇。旋转轴32在水平方向上延伸，贯通气体冷却室10的壁部10a，与涡轮风扇31连接。电机33是使旋转轴32旋转的动力源，设置在气体冷却室10外。能够使用例如水冷电机作为电机。

电机33具有将惰性气体导入至内部的气体导入部33a与从内部排出惰性气体的气体排出部33b。气体导入部33a以及气体排出部33b是设置于电机33的壳体的开口部，所述电机33容纳转子以及定子。密封部件34设置在旋转轴32的周围，对气体冷却室10与电机33之间进行密封。能够使用例如区段密封(segmentseal)作为密封部件34。

气体吹扫装置40，利用惰性气体至少对电机33进行吹扫。气体吹扫装置40具有供给容器41、气体吹扫室42、第1气体吹扫管43、第2气体吹扫管44、第3气体吹扫管45等。供给容器41将用于气体吹扫的惰性气体保持在高压状态下。虽然能够使用氮气、氩气等作为惰性气体，但是本实施方式的供给容器41保持比较便宜的氮气(n2气体)。

气体吹扫室42是至少气密地包围电机33的容器。本实施方式的气体吹扫室42构成为包围电机33以及气体冷却室10。具体而言，气体吹扫室42形成为大致箱型，如图1以及图2所示，气体吹扫室42包围电机33以及气体冷却室10的上表面和四周的侧面。此外，气体吹扫室42也包围分隔门9的外侧的扩张腔8的至少一部分。在气体吹扫室42的上表面设置有排气管42a。排气管42a具有安全阀，在排气管42a变为规定压力时打开，例如在1.1bar以上的状态下被打开。

第1气体吹扫管43是将惰性气体供给至电机33内的管。第1气体吹扫管43连接在供给容器41与电机33的气体导入部33a之间。第1气体吹扫管43上设置有开闭阀43a。开闭阀43a容许/断开第1气体吹扫管43中的惰性气体的通过。在开闭阀43a为关闭的状态下，惰性气体从供给容器41向电机33内的供给被断开，在开闭阀43a为打开状态下，惰性气体从供给容器41被供给至电机33内。

第2气体吹扫管44是将惰性气体供给至气体吹扫室42内的管。第2气体吹扫管44连接在供给容器41与气体吹扫室42之间。第2气体吹扫管44上设置有开闭阀44a。开闭阀44a容许/断开第2气体吹扫管44中的惰性气体的通过。在开闭阀44a为关闭的状态下，惰性气体从供给容器41向气体吹扫室42内的供给被断开，在开闭阀44a为打开状态下，惰性气体从供给容器41被供给至气体吹扫室42内。

第3气体吹扫管45是将惰性气体供给至气体冷却室10内的管。第3气体吹扫管45连接在供给容器41与气体冷却室10之间。第3气体吹扫管45上设置有开闭阀45a。开闭阀45a容许/断开第3气体吹扫管45中的惰性气体的通过。在开闭阀45a为关闭的状态下，惰性气体从供给容器41向气体冷却室10内的供给被断开，在开闭阀45a为打开状态下，惰性气体从供给容器41被供给至气体冷却室10内。

接着，参照图3对氢气回收装置50的构成进行说明。

图3是示出本公开内容的一实施方式的氢气回收装置50的概略构成的图。

氢气回收装置50对作为冷却气体供给至气体冷却室10的氢气进行回收。如图1所示，本实施方式的氢气回收装置50，连接于真空泵12d的下游侧的氢气回收管12f，将回收的氢气供给至冷却气体供给装置20的供给容器21。

如图3所示，氢气回收装置50具有多个回收容器51a～51d、压缩机52、氢气供给管53等。多个回收容器51a～51d分别经由具有开闭阀51a1～51d1的管道而与氢气回收管12f连接。例如开闭阀51a1容许/断开氢气通过回收容器51a。在开闭阀51a1为关闭的状态下，氢气从氢气回收管12f向回收容器51a的供给被断开，在开闭阀51a1为打开状态下，从氢气回收管12f向回收容器51a供给氢气。

多个回收容器51a～51d之中，回收容器51a～51c(第1回收容器)设置为用于回收气体冷却室10内的氢气，所述回收通过多次的均压操作(在本实施方式中为3次的均压操作(后述))进行。此外，回收容器51d(第2回收容器)设置为用于在多次的均压操作之后，通过真空泵12d的驱动回收气体冷却室10内的氢气。压缩机52使在多个回收容器51a～51d中回收的氢气升压，并供给至冷却气体供给装置20。

氢气供给管53将通过压缩机52升压后的氢气供给至冷却气体供给装置20的供给容器21。本实施方式的供给容器21包括多个供给容器21a～21c。设置于氢气供给管53的开闭阀53a～53c，容许/断开氢气通过供给容器21a～21c。例如，在开闭阀53a为关闭的状态下，氢气从氢气供给管53向供给容器21a的供给被断开，在开闭阀53a为打开的状态下，从氢气供给管53向供给容器21a供给氢气。

接着，对像这样地构成的多室型热处理装置a的动作，特别是气体冷却室10中的被处理物x的冷却动作详细地进行说明。

首先，使用者经由工件进出门11a将被处理物x搬入至被处理物容纳部11(气体冷却室)内。接着，使用者对工件进出口11a进行密闭，通过手动操作未图示的操作面板，设定热处理条件，进而向未图示的控制装置指示热处理的开始。控制装置基于设定的热处理条件，使被处理物x移动至加热装置k从而进行加热处理。根据需要在喷雾冷却装置rm中对加热处理后的被处理物x进行喷雾冷却后，通过进出用压力缸机构10c，将被处理物x输送至气体冷却装置rg，在被保持在载置台10b的状态下，配置在气体吹入口12a与气体排气口12b之间。

接着，控制装置驱动气体冷却装置rg，对被处理物x进行气体冷却。具体而言，控制装置驱动冷却气体供给装置20，将氢气供给至气体冷却室10。开闭阀23通过控制装置从关闭状态变为打开状态，则氢气从冷却气体供给管22被供给至气体冷却室10。若规定量的氢气被供给至气体冷却室10，则控制装置使开闭阀23从打开状态变为关闭状态，此外驱动冷却气体循环装置30使氢气开始循环，由此基于上述热处理条件开始被处理物x的冷却处理。

若冷却气体循环装置30被驱动，则产生如图1中箭头所示的氢气的(在图1的例子中为顺时针的)流动。从气体吹入口12a吹出至下方的氢气，从被处理物x的上方被吹出至被处理物x，对被处理物x进行冷却。而且，帮助了被处理物x冷却的氢气流出至被处理物x的下方，并流入至气体排气口12b，由此被导入至热交换部13，在热交换部13中被冷却后，通过冷却气体循环部12进行循环。

像这样地，在本实施方式中，使用氢气作为被处理物x的冷却处理的冷却气体，使氢气在气体冷却室10内循环而对被处理物x进行冷却。因为氢气与氮气相比，具有约2.2倍的热传导率，所以即便抑制冷却气体的压力，也能够提高冷却性能。例如，将气体冷却室10的体积设为2m³，将供给容器21a～21c的体积分别地设为1.5m³，将供给容器21a～21c中保持的氢气的压力分别设为10bar，打开开闭阀23时气体冷却室10的压力大致为6.9bar。如果利用氮气以实现该冷却性能，则需要大致15.2bar的压力。

另一方面，若氢气与氧气混合，则即便是极微小的火花，也会着火、燃烧。因此，在本实施方式中，在通过冷却气体循环装置30的电机33旋转的旋转轴32的周围设置密封部件34，对存在有氢气的气体冷却室10与电机33之间进行密封。此外，因为难以使旋转轴32的周围完全地密封，所以在本实施方式中设置气体吹扫装置40，通过利用惰性气体对电机33内进行气体吹扫，可靠地防止氢气与氧气在电机33内混合。由此，能够安全地使用氢气作为冷却气体。

具体而言，气体吹扫装置40具有：第1气体吹扫管43，将氮气供给至电机33内；气体吹扫室42，至少包围电机33；第2气体吹扫管44，将氮气供给至气体吹扫室42内。根据该构成，利用氮气置换电机33内的气氛，进而利用氮气也置换电机33外的气氛，因此能够可靠地防止电机33内以及其附近的氢气与氧气的混合。

此外，在本实施方式中，因为气体吹扫室42包围电机33以及气体冷却室10，所以能够包括气体冷却室10在内地、全面地包围使用氢气的部位。此外，本实施方式的气体吹扫室42包围到比隔离气体冷却室10与扩张腔8之间的分隔门9更靠外侧的扩张腔8的一部分，因此能够可靠地防止氢气与氧气的混合。此外，气体吹扫室42具有设置有安全阀的排气管42a，即便万一氢气泄漏至气体吹扫室42，也能够使压力降低到规定值以下，能够可靠地防止氢气自发地着火。

然而，虽然氢气的冷却性能比氮气高，但是氢气比氮气价格贵，因此优选是减少氢气的消耗量。因此，在本实施方式中，具有氢气回收装置50，回收供给至气体冷却室10内的氢气。

图4是本公开内容的一实施方式的氢气的回收动作的流程图。另外，在以下的说明中，是在假设多个回收容器51a～51d各自的体积为1m³的条件下进行的说明。

在氢气的回收动作中，首先将图3所示的开闭阀51a1设为打开状态，使回收容器51a与气体冷却室10连通(1次均压操作：步骤s1)。由此，气体冷却室10的压力从大致6.9bar降低至大致4.3bar。

之后，关闭开闭阀51a1，将开闭阀51b1设为打开状态，使回收容器51b与气体冷却室10连通(2次均压操作：步骤s2)。由此，气体冷却室10的压力从大致4.3bar降低至大致2.75bar。

之后，关闭开闭阀51b1，将开闭阀51c1设为打开状态，使回收容器51c与气体冷却室10连通(3次均压操作：步骤s3)。由此，气体冷却室10的压力从大致2.75bar降低至大致1.85bar。

像这样地，氢气回收装置50通过多次的均压操作，将气体冷却室10内的氢气回收至回收容器51a～51c内。由此，能够回收大致75％的氢气。

之后，关闭开闭阀51c1，将开闭阀51d1设为打开状态，使回收容器51d与气体冷却室10连通。而且，驱动真空泵12d将气体冷却室10内的氢气强制地回收至回收容器51d内(步骤s4)。由此，气体冷却室10内的压力，从大致1.85bar降低至大致0.1bar。

像这样地，氢气回收装置50在多次的均压操作之后，通过真空泵12d的驱动对气体冷却室10内的氢气进行回收。其结果是能够回收大致99％的氢气。

驱动真空泵12d之后，经由第3气体吹扫管45将氮气供给至气体冷却室10，将无法回收干净的氢气进行大气放出(步骤s5)。如上所述，氢气的回收动作结束。

回收至多个回收容器51a～51d的氢气，通过图3所示的压缩机52升压，作为冷却气体被供给至冷却气体供给装置20的供给容器21a～21c中的任一个。由此，能够对氢气进行再利用，能够降低气体冷却装置rg的运行成本。

像这样地，上述的本实施方式公开了一种多室型热处理装置a，具有：容纳被处理物x的气体冷却室10；冷却气体供给装置20，将冷却气体供给至气体冷却室10；冷却气体循环装置30，使冷却气体在气体冷却室10内循环。此外，冷却气体供给装置20将氢气作为冷却气体供给至气体冷却室10。通过采用上述的构成，即便抑制冷却气体的压力，也能够提高冷却性能。

进而，冷却气体循环装置30具有：设置在气体冷却室10内的涡轮风扇31；旋转轴32，贯通气体冷却室10的壁部10a，与涡轮风扇31连接；电机33，设置在气体冷却室10外，使旋转轴32旋转；气体吹扫装置40，利用惰性气体至少对电机33进行气体吹扫。通过采用上述的构成，可靠地防止氢气与氧气的混合，能够安全地将氢气作为冷却气体来使用。

另外，本公开内容并不限定于上述实施方式，例如能够考虑如下的变形例。

(1)虽然在上述实施方式中，对气体吹扫室42包围电机33以及气体冷却室10的情况进行了说明，但是本公开内容并不限定于此。例如，气体吹扫室42只要是最小限度地包围电机33即可。即，只要具有气体吹扫装置，利用惰性气体对供给至气体冷却室10(热处理室)内的冷却气体(氢气)与氧气存在混合可能性的部位(在上述实施方式中为电机33)进行气体吹扫，就能够可靠地防止氢气与氧气的混合，能够安全地使用氢气作为冷却气体。

(2)此外，在上述实施方式中，对在电机33的旋转轴32的周围设置有密封部件34的构成进行了说明，但是只要电机33进行了充分的气体吹扫，也可以不设置密封部件34，不对电机33的壳体与气体冷却室10之间进行隔离。此外，只要设置在电机33的旋转轴32的周围的密封部件34能够保持气体冷却室10的压力(容许些许的气体泄漏)，也可以去除电机33的壳体。

(3)此外，虽然在上述实施方式中，对氢气回收装置50进行了3次均压操作进行了说明，但是本公开内容并不限定于此。例如，也可以进行1次、2次均压操作，也可以进行4次以上的均压操作。

工业实用性

根据本公开内容，能够得到一种热处理装置，即便抑制冷却气体的压力，也能够提高冷却性能。此外，能够安全地使用氢气作为冷却气体。

附图标记说明

10气体冷却室(热处理室)

10a壁部

20冷却气体供给装置

30冷却气体循环装置

31涡轮风扇(叶轮)

32旋转轴

33电机

34密封部件

40气体吹扫装置

42气体吹扫室

43第1气体吹扫管

44第2气体吹扫管

50氢气回收装置

51a～51d回收容器

52压缩机

a多室型热处理装置(热处理装置)

x被处理物