单室型真空热处理炉以及单室型真空热处理炉中的被处理品的氧化防止方法

摘要

本发明的单室型真空热处理炉(A)，包括：炉主体，在炉壁(11)上设有水冷套(15)，通过该炉壁(11)在内部形成有被处理品(W)的处理空间(S)；加热装置(2)，对设置在炉主体(1)内的被处理品(W)进行加热；冷却气体供给装置(3)，向处理空间(S)内供给冷却气体；第一制冷剂循环系统，通过设置在处理空间(S)内的热交换器(52)，经由上述冷却气体对被处理品(W)进行冷却；减压装置(4)，对上述处理空间内进行减压；以及第二制冷剂循环系统，向冷却套(15)供给制冷剂；其中，上述第二制冷剂循环系统具备对制冷剂(C)进行加热的制冷剂加热部(65)。根据上述结构，能够在短时间内有效地防止炉主体(1)的内表面的结露，提高作业效率，获得良好的被处理品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在针对金属制品进行例如淬火等热处理时采用的单室型真空热处理炉以及单室型真空热处理炉中的被处理品的氧化防止方法。

本申请基于2008年3月12日在日本提出的专利申请特愿2008-62557号要求优先权，其内容援用于此。

背景技术

以往，作为这种装置，公知的是将被处理品经由炉主体的开口部设置在炉主体内，在封闭上述开口部后对炉主体内进行真空抽吸，并且对上述被处理品进行加热，在对其进行了加热处理后，将冷却气体导入上述炉主体内对被处理品进行冷却，之后打开上述开口部，将上述被处理品更换成新的被处理品，依次进行被处理品的热处理。

在这种装置中，在被处理品的加热处理中炉壁成为高温，为了防止作业环境恶化以及炉壁劣化，向设在炉壁上的冷却套内供给制冷剂，对炉壁进行冷却。

但是，在这种单室型的真空热处理中，在真空热处理后打开炉门将被处理品向外部取出之际，如果由于冷却处理而炉主体的内表面温度低于外气温度，则流入炉内的外气中的水分在炉主体的内表面上结露。而且，当在该状态下将新的被处理品设置在炉内进行加热时，真空热处理中结露的水滴逐渐气化而成为水蒸气，这将使被处理品的表面氧化而使被处理品着色。

在下述的专利文献1中公开了一种方法，作为被处理品的真空热处理的前工序以及/或者后工序，通过在关闭了炉门的状态下使冷却气体在炉内循环，同时通过设在炉内的加热装置对该冷却气体进行加热，将炉内整体加热到远高于水分的蒸发温度而被处理品不氧化、着色的温度，从而防止水分向炉主体的内表面上的结露以及随之产生的被处理品的氧化以及着色。

专利文献1：特开2006-10097号公报

但是，在现有技术中，由于制冷剂供给到设在炉主体的炉壁内的冷却套内，所以即便使加热后的冷却气体循环，炉主体的内表面的升温也需要相当的时间。因此，在开始下一个被处理品的处理之前需要等待，其结果，存在被处理品的处理效率降低的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述事情而提出的，其目的在于提供一种单室型真空热处理炉以及单室型真空热处理炉中的被处理品的氧化防止方法，能够在短时间内有效地防止炉内的结露，提高作业效率，获得良好的被处理品。

为了达到上述目的，本发明提出了以下的方案。

即，作为单室型真空热处理炉的第一方案，本发明采用了一种单室型真空热处理炉，包括：炉主体，在炉壁上设有冷却套，通过炉壁在内部形成有被处理品的处理空间；加热装置，对设置在炉主体内的被处理品进行加热；冷却气体供给装置，向处理空间内供给冷却气体；第一制冷剂循环系统，通过设置在处理空间内的热交换器，经由冷却气体对被处理品进行冷却；减压装置，对处理空间内进行减压；以及第二制冷剂循环系统，向冷却套供给制冷剂；其中，第二制冷剂循环系统具备对制冷剂进行加热的制冷剂加热部。

作为单室型真空热处理炉的第二方案，采用了在上述第一方案中，第二制冷剂循环系统具备对向冷却套供给的制冷剂进行冷却的制冷剂冷却部，和制冷剂加热部，进而单室型真空热处理炉具备计量第二制冷剂循环系统中制冷剂的温度的传感器，和基于传感器的输出信号控制制冷剂加热部以及制冷剂冷却部的控制装置。

作为单室型真空热处理炉的第三方案，采用了在上述第二方案中，炉主体具备将被处理品在其内部搬入和搬出的开口部，并且具备开闭开口部的炉门，和进行炉门对开口部的封闭解除的锁定机构，控制装置具备锁定机构控制部，在被处理品的冷却中封闭炉门，并且在冷却后将制冷剂的温度保持在炉外周围的气温以上规定时间的情况下解除封闭。

作为单室型真空热处理炉中的被处理品的氧化防止方法的第一方案，将被处理品经由炉主体的开口部装入并设置在炉主体内，封闭开口部后对炉主体内进行真空抽吸，并且向设在炉主体的炉壁上的冷却套内供给制冷剂，对炉壁进行冷却，对被处理品进行加热，在对其进行了加热处理后，将冷却气体导入炉主体内，对被处理品进行冷却，之后使开口部开口，将被处理品更换成新的被处理品，依次进行被处理品的热处理，其中，在被处理品的冷却后对制冷剂进行加热，使炉壁升温，从而防止在新的被处理品的加热处理时产生水蒸气，防止处理品的氧化。

作为单室型真空热处理炉中的被处理品的氧化防止方法的第二方案，采用了在上述第一方案中，将制冷剂的温度保持在炉外周围的温度以上规定的时间，搬入以及/或者搬出被处理品。

而且，作为单室型真空热处理炉中的被处理品的氧化防止方法的第三方案，采用了在上述第二方案中，预先将炉主体的炉门关闭到制冷剂的温度保持在炉外周围的温度以上规定的时间。

根据本发明，由于具备对向设在炉壁上的冷却套供给的制冷剂进行加热的制冷剂加热部，所以炉主体的内表面直接升温。这样一来，能够在短时间内有效地防止炉主体的内表面的结露，并且提高作业效率，获得良好的被处理品。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的单室型真空热处理炉的整体结构的附图。

图2是图1中的A-A线剖视图。

图3是摘录了本发明一实施方式的单室型真空热处理炉的处理工序的一部分的附图。

附图标记说明：

1：炉主体，2：加热装置，3：供给装置，4：减压装置，5：冷却装置，6：制冷剂循环系统，8：控制装置，11(1a、11b)：炉壁，12a：开口部，13：炉门，14：锁定机构，15(15a、15b)：冷却套，52：热交换器，64：制冷剂冷却部，65：制冷剂加热部，71：热电偶(传感器)，81：锁定机构控制部，A：单室型真空热处理炉，C：制冷剂，G：冷却气体S：处理空间，W：被处理品。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的实施方式的单室型真空热处理炉A的整体结构的附图，图2是图1中的A-A线剖视图。另外，图1表示将加热室R密闭后的状态，图2表示将加热室R开放后的状态。

如图1所示，单室型真空热处理炉A具备：炉主体1，加热装置2，冷却气体供给装置3，减压装置4，冷却装置5，制冷剂循环系统6，以及控制装置8。

炉主体1通过炉壁11而形成大致圆筒形状，内部形成有被处理品W的处理空间S。该炉主体1以中心轴(上述圆筒的中心轴)为水平的方式经由位于下侧的脚部17设置在地面F上。

炉主体1具备容器筒体部12，炉门13，锁定机构14，以及冷却套15。

容器筒体部12由炉壁11a构成，呈一侧的端部为开口部12a的大致圆筒形状，加热装置2等收放在容器筒体部12的内部，被处理品W从开口部12搬入、搬出。如图2所示，在该容器筒体部12的内部下方形成有两个平行底座部12b，沿着炉主体1的中心轴方向相互平行地从开口部12a形成到另一侧的端部附近。而且，在包围开口部12a的周围的炉壁11a上形成有凸缘部12c。

炉门13呈由炉壁11b构成的大致圆盘形状，打开或封闭开口部12a。在该炉门13的周缘上形成有在开口部12a封闭时与凸缘部12c重合的凸缘部13a。

锁定机构14进行炉门13对开口部12a的封闭以及封闭的解除。具体地说，由与凸缘部12a和凸缘部13a卡和的夹圈14a以及紧固夹圈14a的驱动机构14b构成，以使凸缘部12c和凸缘部13a紧贴的状态强力固定，能够密闭容器筒体部12。

冷却套15(15a、15b)以包围处理空间S的方式分别设在炉壁11(11a、11b)的两端部，具备分别供给制冷剂C的供给15a1、15a2，并且具备排出制冷剂C的排出15a2、15a2。另外，冷却套15a、15b不直接连通而是相互独立的。

加热装置2支撑在平行底座部12b上并收放在容器筒体部12内。该加热装置2具备设有车轮21的箱状隔热材料22，加热器26，以及炉床27。

车轮21安装在箱状隔热材料22的底板22a(后述)的下面，由箱状隔热材料22构成的加热室R能够沿着炉主体1的中心轴在平行床部12b上移动。

箱状隔热材料22由陶瓷纤维制成，构成加热室R。即，加热室R由设有车轮21的底板22a，设在开口部12a一侧的正面壁22b，与该正面壁22b相对向地设置的背面壁22c，沿着炉主体1的中心轴并相互平行地设置的侧面壁22d、22e，以及顶板22f构成，能够收放被处理品W。

另外，在该箱状隔热材料22上具备用于计量加热室R的温度的热电偶(未图示)，其计量信号传送到控制装置8。

而且，在正面壁22b上形成有被处理品W的搬入搬出口23，同时设有能够开闭该搬入搬出口的加热室门23b。进而在底板22a上形成有冷却气体导入口24a，同时设有能够开闭该导入口的底盖24b，在顶板22f上形成有冷却气体排出口25a，同时设有能够开闭该排出口的顶盖25b。

底盖24b由设在炉外的下部的气压缸24c竖直驱动，而且，顶盖25b由设在炉外的侧部的气压缸25c水平驱动。另外，加热室门23b通过未图示的开闭装置而开闭。

这样一来，在通过加热室门23b封闭了搬入搬出口23a的状态下，通过关闭底盖24b以及顶盖25b而加热室R被密闭，并且通过打开底盖24b以及顶盖25b而加热室R与外部连通。

加热器26以在被处理品W搬入了加热室R后的情况下包围被处理品W的方式设在加热室R中。

炉床27由平行于炉主体1的中心轴的多个棒状部件构成，设在底板22a上。

冷却气体供给装置3向处理空间S供给冷却气体G，减压装置4将从开口部12a流入的外气进行排气，从而对处理空间S进行减压。

冷却装置5具备送风机51和热交换器52。

送风机51具备送入冷却气体G的冷却风扇51a和使该冷却风扇51a转动的风扇马达51b，冷却风扇51a位于炉内，风扇马达51b以位于炉外的方式设在炉主体1的上部。

热交换器52具备制冷剂C在内部流通的多个传热管，该多个传热管以包围冷却风扇51a的方式设在炉主体1的炉内上部。

制冷剂循环系统(第一制冷剂循环系统、第二制冷剂循环系统)6大致由冷却套15，热交换器52，制冷剂槽61，循环泵62，三通阀63，并列配置的制冷剂冷却部64和制冷剂加热部5，以及依次装配在其间的配管66(66a～66m)构成。

制冷剂槽61作为制冷剂C的存留槽起作用，始终存留有一定的制冷剂C。另外，在本实施方式中，制冷剂C采用了油。

制冷剂槽61上具备热电偶71。该热电偶71计量存留在制冷剂槽61中的制冷剂C的温度，并持续地向控制装置8供给计量信号。

循环泵63通过配管66a与制冷剂槽61连通，将存留在制冷剂槽61中的制冷剂C向配管66b送出。

三通阀63为电动式，连接有配管66b，与制冷剂冷却部64连通的配管66c，以及与制冷剂加热部65连通的配管66d。即，通过使该三通阀63动作，能够将从循环泵62送出的制冷剂C的路径切换到配管66c或配管66d中的某一个上。

制冷剂冷却部64进行与从配管66c流入的制冷剂C的热交换，从而对制冷剂C进行冷却，与该冷却后的制冷剂C流出的配管66e连通。

制冷剂加热部65进行与从配管66d流入的制冷剂C的热交换，从而对制冷剂C进行加热，与该加热后的制冷剂C流出的配管66f连通。

在配管66e与配管66f连通而构成一个配管之后，分歧成与冷却套15a的供给口15a1相连的配管66g，与冷却套15b的供给口15b1相连的配管66h，以及与热交换器52相连的配管66i这三个配管。

而且，分别从配管66g、配管66h流入冷却套15a、15b中的制冷剂C在流过围绕处理空间S的冷却套15内之后分别从排出口15a2、15b2流入配管66j、66k，并存留在与这些配管66j、66k连通的制冷剂槽61中。同样，流过热交换器52的传热管的制冷剂C经由配管66m存留在制冷剂槽61中。

从而构成了制冷剂循环系统6。

控制装置8在被处理品W的加热处理时向加热器26通电，将被处理品W加热到所希望的温度，而且，以制冷剂C被冷却的方式将循环路径统作为配管66c并使制冷剂冷却部64动作，从而对制冷剂C进行冷却。同样，在冷却处理时，在设定温度高于炉内温度的情况下，控制装置8对制冷剂C进行冷却。另外，加热处理以及冷却处理的温度及时间根据被处理品W的金属的种类以及热处理的种类而适当变更。

该控制装置8在从被处理品W的冷却处理后到结束新的被处理品W的装入之前的期间制冷剂C的温度低于设定温度t的情况下使制冷剂C升温。具体地说，使三通阀63动作，将制冷剂循环系统切换到配管66d上，并且使制冷剂加热部65动作，从而对制冷剂进行加热。另外，该制冷剂C的设定温度t通常设定成能够有效地防止炉主体1的内表面的结露的温度(高于外气温10℃左右的温度)。而且，外气温的信息作为来自设在炉外的温度传感器(未图示)的输出信号向控制装置8供给。

进而，该控制装置8具备锁定机构控制部81。该锁定机构控制部81在被处理品W的冷却中封闭炉门13，并且在冷却后将制冷剂C的温度保持了设定温度t以上规定的时间T的情况下解除制冷剂炉门的封闭。

以下，对由上述结构构成的单室型真空热处理炉A的动作进行说明。图3是摘录了该单室型真空热处理炉A的处理工序的一部分的附图。另外，在以下的说明中，针对进行多个被处理品W的淬火的情况进行说明。而且，距该热处理前最近的热处理经过了充分的时间后，炉内温度与外气温相同，制冷剂C始终在制冷剂循环系统6中循环。

首先，打开炉门13将开口部12a开口，使加热室R露出到外部，打开加热室门23b将搬入搬出口23a开口。

接着，使被处理品W装载成与炉床27为大致相同的高度的装入抽出台与开口部12a对合。而且，在将被处理品W搬入到加热室R的内部后，使装入抽出台离开开口部12a，同时关闭加热室门23b，并关闭搬入搬出口23a。进而，关闭炉门13使凸缘部13a与凸缘部12c重合，通过驱动机构14b紧固夹圈14a，密闭容器筒体部12。

然后，使减压装置4动作而对处理空间S进行减压。此时，加热室R的底板22a的冷却气体导入口24a与顶板22f的冷却气体排出口25a为开口状态。而且，在成为规定的真空度后使气压缸24c、25c动作，驱动底盖24b、顶盖25b，分别封闭冷却气体导入口24a、冷却气体排出口25a。

接着，向加热器26通电，以规定的温度和规定的时间对被处理品W进行加热。此时，由于炉壁11以及热交换器52因来自加热器26的辐射而被加热，从而制冷剂C的温度上升，所以将制冷剂循环系统6的路径作为配管66c并使制冷剂冷却部64动作，对制冷剂C进行冷却，并且对炉壁11进行冷却。

加热处理后使气压缸24c、25c再次动作，驱动底盖24b、顶盖25b，分别使冷却气体导入口24a、冷却气体排出口25a开口，同时使冷却气体供给装置3动作而供给冷却气体G(参照图2)。

同时驱动冷却装置5，使冷却气体G在处理空间S中循环。此时，冷却气体G通过进行与在热交换器52的传热管内部连通的制冷剂C的热交换而被冷却，制冷剂C从冷却气体G获取的热通过制冷剂冷却部64散热。另外，在加热室R中，从冷却气体导入口24a穿过炉床27而从冷却气体排出口25a排出地循环。

检测到冷却处理结束(步骤S1)的控制装置8计量制冷剂C的温度，同时判断制冷剂C的温度是否高于设定温度t(步骤S 2)。

在步骤S2的判断为“否”的情况下，即制冷剂C的温度低于设定温度t的情况下，判断三通阀63的制冷剂循环系统6的路径是否为配管66c(步骤S3)。

在步骤S3的判断为“是”的情况下，使三通阀63动作，将制冷剂循环系统6的路径向配管66d的方向切换(步骤4)。在本实施方式中，由于如上所述，为了对炉壁11以及冷却气体C进行冷却而使制冷剂循环系统6的路径为配管66c并使制冷剂冷却部64动作，所以使三通阀63动作，将制冷剂循环系统6的路径向配管66d的方向切换。

在步骤S4之后或者步骤S 3的判断为“否”的情况下，对制冷剂C进行加热，将制冷剂C加热到规定的温度(步骤S5)。也就是说，被制冷剂加热部65加热后的制冷剂C供给到冷却套15，炉主体1的内表面以及热交换器52直接升温。另外，此时冷却气体G依旧循环。

之后，再次进行步骤S2的判断。

在步骤S2的判断为“是”的情况下，控制装置8的锁定机构控制部81判断制冷剂C是否为设定温度t以上规定的时间(步骤S6)。另外，该规定的时间设定成冷却气体G被热交换器52以及炉壁11温暖，通过该冷却气体G而炉内温度成为外气温以上的时间。

在步骤S6的判断为“否”的情况下，再次进行步骤S2的判断。

在步骤S6的判断为“是”的情况下，以炉内成为大气压为前提使锁定机构14的驱动机构14b动作，解除夹圈14a的紧固(步骤S7)。

在锁定机构14被解除后，打开炉门13，同时打开开口部12a，并将加热室R的加热室门23b打开而使搬入搬出口23a开口(步骤S8)。此时，除了炉主体1的内表面及热交换器52之外，加热室R及风扇51a也成为了设定温度。

之后，使装入抽出台再次与炉床27对合，搬出淬火处理后的被处理品W。由于在从被处理品W的搬出到新的被处理品W的搬入的期间，控制装置8为了使制冷剂C的温度持续为设定温度t以上重复与步骤S2～S5同样的判断(步骤S9～12)。

也就是说，由于在开口部12a开口的期间，炉主体1的内表面及热交换器52被保温在设定温度t以上，并且加热室R及风扇51a也成为设定温度附近的温度，所以即使外气流入炉内也不结露。

之后，在将新的被处理品W装入加热室R中后(步骤S13)，再次关闭加热室门23b和炉门13，与上述同样地开始热处理。此时，即使通过加热器26对被处理品W进行加热，由于除了炉主体1的内表面及热交换器52之外，加热室R及风扇51a上也未产生结露，所以不会在炉内产生水蒸气。

同时，判断三通阀63的制冷剂循环系统6的路径是否为配管66c(步骤S14)，在步骤S14的判断为“是”的情况下结束处理，在步骤S14的判断为“否”的情况下，为了在加热处理时对制冷剂C进行冷却，将制冷剂循环系统6的路径切换到配管66b(步骤S15)并结束处理。

新的被处理品W由于在炉内未产生水蒸气而其表面不氧化，而且也不会产生因此引起的着色，其热处理结束。

如上所述，根据本单室型真空热处理炉A，由于在制冷剂循环系统6中具备对制冷剂C进行加热的制冷剂加热部65，所以炉主体1的内表面被直接升温。这样一来，能够在短时间内有效地防止炉主体1的内表面的结露，并且能够提高作业效率，获得良好的被处理品W。

而且，由于具备计量制冷剂C的温度的热电偶71，以及基于热电偶71的输出信号控制制冷剂加热部65和制冷剂冷却部64的控制装置，所以能够分成加热处理时和冷却处理时，变更适当的制冷剂C的温度，同时也能够变更从冷却处理结束后到装入新的被处理品W的期间的制冷剂C的温度。

而且，由于控制装置8具备锁定机构控制部81，在被处理品W的冷却中封闭炉门13，并且在冷却后将制冷剂C的温度保持了设定温度t以上规定时间了T的情况下解除，所以能够将炉内温度调整到所希望的温度，有效地防止炉主体1的内表面以及热交换器52以外的结露。进而能够完全防止在冷却结束后、炉内温度成为所希望的温度以上之前误将炉门13打开。

而且，由于制冷剂C采用了油，所以能够防止在采用水作为制冷剂的情况下所发生的水垢的积蓄。

另外，在上述的实施方式中所表示的动作顺序或者各构成部件的诸形状及材质及其组合等仅是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够基于设计要求等进行各种变更。

例如，在本实施方式中，冷却套15和热交换器52作为制冷剂循环系统6共通的装置构成的，但这些也可以是独立的结构。

而且，在本实施方式中，是设置三通阀63，并列地配置制冷剂冷却部64和制冷剂加热部65的结构，但也可以不设置三通阀63而串联地配置制冷剂冷却部64和制冷剂加热部65。

而且，在本实施方式中，制冷剂C采用了油，但显然采用水也是可以的。

而且，在本实施方式中，在箱状隔热材料22上设有车轮21，但这是用于提高加热室R的维护性而设置的，并不是一定要设置。

而且，在本实施方式中，是制冷剂C不断地在制冷剂循环系统6中循环的结构，但例如也可以在被处理品W的加热处理中中断制冷剂C向热交换器52的供给，或在冷却处理中中断制冷剂C向冷却套15的供给的结构。

在该单室型真空热处理炉中，由于具备对供给到设在炉壁上的冷却套的制冷剂进行加热的制冷剂加热部，所以炉主体的内表面直接地升温。这样一来，能够在短时间内有效地防止炉主体的内表面的结露，并且能够提高作业效率，获得良好的被处理品。