JPH0432130B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱処理装置、たとえば真空熱処理装
置に関するものである。

真空熱処理装置は、被熱処理材料をたとえば焼
入れ硬化する場合には、真空排気した加熱炉内に
て被熱処理材料（以下ワークと称する。）を主と
して放射伝熱によつて酸化ならびに脱炭を防止し
ながら、所定の焼入れ温度に加熱し、その温度に
一定時間保持してから、ワークを、前記加熱炉に
隣接して設けられた真空密閉室に引き出し、その
下部に設けられた油タンクに浸漬し、油冷却によ
つて焼入れする真空加熱炉、冷却装置を備えた密
閉室およびワークのハンドリング装置からなつて
いる。

この種の装置におけるワークの加熱は、それが
鋼の場合、それをオーステナイト状態にするとと
もに、オーステナイト粒子の粗大化を抑えながら
その中に炭化物として存在する炭素、その他の合
金元素をできるだけ多くオーステナイト中に固溶
させることが必要で、そのためにワークの昇温が
徐々になされるようにきめられた加熱炉の昇温速
度、加熱温度、ならびにワークの温度をその中心
部まで前記加熱温度まで昇温させるための保持時
間の３つのフアクターがインプツトされたプログ
ラムコントロールによる加熱炉の自動運転にてな
されるのが一般である。

たとえばあまり大きくなく、しかも質量効果が
小さい鋼材からなるワークをその内部まで均一に
焼入れ硬化する必要のある場合には、その中心部
の温度が前記加熱温度すなわち所定温度に到達す
るまで加熱し、直ちに焼入れを行えばよいのであ
るから、このようなワークの所定温度における保
持時間は、ワークの表面温度が所定温度に到達し
た時点から、ワークの中心部の温度が前記所定温
度に到達する時点までの経過時間に等しくとられ
ておれば十分であることになる。ここではこのよ
うな保持時間を最適保持時間と呼ぶことにする。

従来プログラムにインプツトされるフアクター
の１つである前記保持時間の設定は、たてえびワ
ークの厚さ1″当りの経験からきめられた加熱持続
時間から算出するきめ方、ないしはそれを形状な
どによつて補正するといつた方法でなされてお
り、このように設定された保持時間が前記最適保
持時間に一致しているかどうかは十分に検討され
ることなく推移してきたのが現状である。

いいかえれば前記保持時間が最適保持時間より
短いときは、ワークの焼入れ硬化は内部まで均一
に行われず品質不良とされることから、一般に前
記保持時間は最適保持時間よりも長くとられがち
であり、このことが熱処理時のワークの加熱に際
し、熱エネルギー、ならびに時間を無駄にしてい
ることになる。

この発明は、従来の熱処理装置において被熱処
理材料の加熱炉での所定温度における加熱保持時
間がともすれば前記した最適保持時間より長く保
持されることから、熱エネルギーならびに時間の
無駄な消費を来たしている現状を改善するために
なされたものであつて、被熱処理材料を加熱炉に
おいて所定温度に加熱昇温させ、この温度での最
適保持時間の加熱が完了すれば、直ちに次工程へ
移行せしめるようにした熱処理装置を提供するこ
とを目的とするものである。

以下、この発明にかかる実施例装置について図
面を参照しながら詳細に説明する。

第１図はこの実施例装置全体の構成を示す模式
説明図である。この装置は、その本体部が前記し
た従来の真空熱処理装置とほぼ同様に構成されて
おり、真空加熱炉１１と、下部が油タンク１２と
された真空密閉室１３と、ワーク１４のハンドリ
ング装置とからなつている。加熱炉１１の床部に
は、ワーク１４を直接、もしくは補助台枠（図示
せず）を介して支承する１対のレール１５、断熱
耐熱構造の天井、床および側壁にはヒータ１６が
それぞれ設けられ、密閉室１３との境界には同じ
く断熱耐熱構造のドア１７が外部からの操作で上
下方向に開閉できるように設けられている。密閉
室１３の内部には、エレベータ１８が設けられ、
前記したドア１７と同じく外部からガイドレール
１９にそつてケージ２０を昇降できるようにされ
ている。ケージ２０は枠体から構成され、その床
枠にはレール１５とゲージを同じくするレール２
１が固定されている。

密閉室１３に対しワーク１４を出し入れするた
めの開口部２２には、ヒンジ付きドア２３が取付
けられ、ドア２３をロツクすることによつて室内
の真空保持が可能なるようにされ、その底部に設
けられたレール２４は加熱炉１１内のレール１５
の延長線上に位置するようにされている。また密
閉室１３にはガイド溝（図示せず）にそつて水平
方向に摺動自在とされ、外部から回転駆動される
スプロケツトホイール２５によつて繰り出される
リングチエーンからなるプツシヤー・プル搬送機
構２６が設けられている。したがつてこの装置の
ワーク１４のハンドリング装置は、レール１５，
２１，２４、エレベータ１８およびプツシヤー・
プル搬送機構２６から構成されているわけであ
る。

そしてこの装置の加熱炉１１の自動制御装置
は、温度センサー（たとえば高温測定用PR熱電
対）３０、PID演算回路を備えた温度調節計３
１、それから出力される操作電流によつて炉１１
の加熱用電流を制御するSCR調整器３２および
この調整器３２からヒータ１６への出力電流Ｉを
カレント・トランスフオーマ（変流器）３３を介
して計測し、特定の電流値を計測した場合にスイ
ツチ３４を作動させるメータリレー式電流計３５
によつて構成されている。

つぎにこの装置における動作を説明する。

ドア２３，１７を開き、エレベータ１８をその
レール２１がレール２４，１５と同一レベルを占
める位置に止めておき、たとえば均一に焼入れ硬
化させようとするワーク１４をレール２４，２１
上をすべらせてケージ２０に托してから、プチシ
ヤー・プル搬送機構２６によつて炉１１内に押込
み、レール１５に支承させる。ドア２３，１７を
閉じ、真空加熱炉１１および密閉室１３の真空排
気を行う。ついで、温度調節計３１の指示計を所
定の焼入れ温度T_Hにセツトし、ヒータ１６に通
電を行う。このヒータ１６に通電がなされること
により炉１１内の温度は徐々に昇温してゆくが、
その炉内温度は温度センサー３０によつて検出さ
れ、温度調節計３１に入力される。調節計３１は
この入力信号と前記した設定値との偏差を比較
し、そのPID演算回路によつて演算を行い、前記
偏差に対する操作信号をたとえば４〜20mAの直
流電流ｉとしてSCR調整器３２へ出力する。こ
の出力信号ｉに応じてSCRのゲート制御用の点
弧回路内の磁気増幅器がSCRの導通角を制御し
てヒータ１６に供給する電流Ｉを連続的に調整す
る。このようにしてヒータ１６によつて加熱炉１
１が加熱され、その炉内温度が次第に上昇してゆ
く。第２図はこの場合のワーク１４の表面温度
（炉内温度と等しいとみなされる。）Ts（℃）と、
前記供給電流Ｉ（最大電流を100とし、％にてあら
わす。）との関係を時間経過ｔについて示したも
のである。この例では、ワーク１４の表面温度が
T_Mになるまでの間は、温度調節計３１に操作量
が100％出力される様にPID定数がセツトしてあ
る。

第２図から、炉内温度、すなわちワーク１４の
表面温度T_Sはt₁時点には設定温度、すなわち所定
の焼入れ温度T_Hに到達することがわかる。

ところでワーク１４は固有の質量ｍおよび比熱
Ｃをもつた固体であるから、その有する熱容量
ｍ・Ｃに応じてヒータ１６からその表面に放射伝
熱によつて付与される熱量を、その内部に熱伝導
によつて吸収し、その内部温度が次第に上昇す
る。

第２図の点線で示した曲線はワーク１４の中心
温度T_Sを示したもので、表面温度T_Sと中心温度
T_Cとの間に温度差Tdが存在する間は、温度勾配
があることになり、ヒータ１６からの熱量は前記
した過程によりワーク１４の内部に吸収される。
ところでt₁時点以降において、ヒータ１６の供給
電流Ｉによる発熱量は主としてワーク１４の内部
温度の昇温、すなわち前記温度差Tdをゼロに近
付けるのに消費され、Td＝０となるt₂時点にお
いては、炉内温度〈ワーク１４の表面温度T_S〉、
その中心部の温度T_Cのいずれもが所定の焼入れ
温度T_Hとなり、このt₂時点における供給電流Ｉに
よるヒータ１６の発熱量は、加熱炉１１から密閉
室１３、もしくは外界へ放射伝熱によつて放出さ
れるわずかの熱量、いいかえれば外乱に対応し、
炉内温度を所定温度T_Hに維持するのに消費され
ることとなる。この装置においては、加熱炉１１
の運転時には加熱炉１１、密閉室１３はいずれも
真空状態に保持されるとともに、加熱炉１１の外
界との断熱に対しては十分に配慮されているの
で、前記した加熱炉１１から外部への放熱量は一
定であり、外乱の安定した制御系として構成され
ていることから、前記したt₂時点以降の供給電流
Ｉはもはや変化せず一定値を保持する。そしてこ
の値I_Sはワーク１４の熱容量とは無関係であり、
所定加熱温度T_Hのみによつてきめられるもので
あり、このI_Sを加熱飽和電流値と称することにす
る。

さて前記した加熱電流Ｉの変化は、メータリレ
ー式電流計３５の指針の動きによつて示されるか
ら、設定指針３５′を加熱炉１１の運転開始後に
加熱飽和電流値I_Sに一致させてセツトしておけ
ば、加熱電流値Ｉの飽和時点t₂においてメータリ
レー式電流計３５によりスイツチ３４を作動させ
ることができる。すなわち、ワーク１４が加熱昇
温させられ、その中心部の温度が所定温度T_Hに
到達した時点t₂において遅滞なく、この装置によ
つてワーク１４をつぎの工程へ移行させることが
できる。この場合第２図に示したt_aが前記した最
適保持時間に外ならない。

ところで、前記したメータリレー式電流計３５
の指定指針３５′のセツトについては、加熱飽和
電流値I_Sは、所定加熱温度T_Hのみによつてきめら
れる加熱炉１１のもつ固有値であるので、炉内に
ワーク１４を収容することなく、炉１１を所定加
熱温度T_Hにて運転し、データをとつてI_S値を予め
決定しておけばよい。

t₂時点におけるスイツチ３４の作動によつて、
ドアー１７の開扉、プツシヤー・プル搬送機構２
６によるエレベータ１８のレール２１上へのワー
ク１４の引出し、ヒータ１６への通電しや断、エ
レベータ１８を下降させ、ワーク１４を油タンク
１２の焼入れ油に浸漬することによる冷却などの
シーケンス動作を順次行わせ、ワーク１４に対す
る均一な焼入れ硬化処理が熱エネルギーならびに
時間をできるだけ無駄にすることなく行われる。

以上の説明においてはワーク１４を均一に焼入
れ硬化する熱処理の１例について説明したが、た
とえば炭素鋼被処理材料のオーステナイト状態に
おいてその中に固溶する炭化物の量をコントロー
ルしたり、そのオーステナイト粒子の成長をコン
トロールしたりするといつたことが必要な熱処理
に対して前記被処理材料を所定温度にて前記した
最適保持時間t_aより長く保持しなけばならないよ
うな場合においても、最適保持時間t_aより長く保
持する余分な時間のみを規制するタイマーを別に
設け、このタイマーをスイツチ３４によつてまず
作動させ、以下所要のシーケンス動作を前記タイ
マーの作動により行わせるようにすれば前記の場
合と同じく熱エネルギーならびに時間を無駄に消
費することなく、ワーク１４に所定の加熱を施す
ことができる。

また、この実施例装置においては、SCR調整
器３２からの出力電流Ｉの供給回路に変流器３３
を介してメータリレー式電流計３５を接続してい
るが、前記出力電流Ｉは、温度調節計３１からの
操作電流ｉと比例関係にあることから、メータリ
レー電流計３５を前記操作電流回路に直接接続
し、スイツチ３４を前記同様に作動させるように
することも可能である。

以上の説明において明らかなようにこの発明に
かかる熱処理装置においては、その加熱炉によつ
て被熱処理材料を所定温度に加熱するに際して、
被熱処理材料の表面温度が前記所定温度に到達し
た時点から、その中心部の温度が前記所定温度に
到達する時点までの経過時だけ前記所定温度にて
被熱処理材料を加熱保持するようにされているこ
とから、被熱処理材料の所定温度における保持時
間を最適にとつた加熱を行うことが可能であり、
被熱処理材料の熱処理時の加熱に要する熱エネル
ギーならびに時間の無駄を排除することができ
る。

なお、この発明は前記実施例装置に限定される
ものでなく、その加熱炉が被熱処理材料の所定温
度における加熱時に炉外へ放出する熱量に変動を
生じないものであればこのような加熱炉を備えた
熱処理装置に対しても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる実施例装置全体の構
成を示す模式説明図、第２図はこの装置の加熱炉
におけるヒータへの供給電流と前記炉内に収容さ
れた被処理材料の温度との関係を時間経過につい
て示したグラフである。 １１……加熱炉（真空加熱炉）、１６……電気
ヒータ、３０……温度センサー、３１……PID演
算回路を備えた温度調節計、３２……SCR調整
器、３３……変流器、３４……スイツチ、３５…
…メータリレー式電流計、ｉ……操作電流、Ｉ…
…ヒータへの供給電流、T_S……被処理材料の表
面温度（炉内温度）、T_C……被処理材料の中心部
の温度、t_a……加熱最適保持時間、t₂……飽和時
点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気ヒータと温度センサーとを加熱炉の内部
   に有し、前記温度センサーからの検出信号を被熱
   処理材料の所定加熱温度に対応する設定値と比較
   し、その偏差を小ならしめ、両者を一致させるよ
   うに前記電気ヒータへの供給電流を連続的に制御
   し、被熱処理材料を前記所定温度に加熱昇温させ
   るようにした加熱炉に併せて冷却装置を備えた熱
   処理装置において、前記電気ヒータへの電流供給
   回路に、電気ヒータへの供給電流値を計測し、供
   給電流値の変化が停止する飽和値として予め設定
   された電流値を計測した時点で、前記被熱処理材
   料の所定温度における加熱保持を停止させるため
   のスイツチを作動させる電流計を接続したことを
   特徴とする熱処理装置。