JP6938402B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
Heat treatment equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP6938402B2 JP6938402B2 JP2018029252A JP2018029252A JP6938402B2 JP 6938402 B2 JP6938402 B2 JP 6938402B2 JP 2018029252 A JP2018029252 A JP 2018029252A JP 2018029252 A JP2018029252 A JP 2018029252A JP 6938402 B2 JP6938402 B2 JP 6938402B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- processed
- outlet pipe
- flow velocity
- rectifying member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/62—Quenching devices
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
Description
本発明は、被処理物へ熱処理用の媒体、特に液状媒体を供給する熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus that supplies a medium for heat treatment, particularly a liquid medium, to an object to be treated.
歯車を一例とする金属部品(被処理物)等に熱処理を施すための熱処理装置が知られている。熱処理の一種である焼入処理では、高周波加熱等によって加熱された被処理物に、水等の冷却媒体が供給される。熱処理装置内において、媒体は、熱処理装置内において配管を通って被処理物まで運ばれる。ここで、熱処理用の媒体を移送するための構成ではないけれども、気体を移送するためのダクトが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のダクトは、U字状のダクトの内部に気体の流れを案内する案内部材が設けられている。 A heat treatment apparatus for performing heat treatment on a metal part (object to be processed) or the like, for example, a gear, is known. In the quenching treatment, which is a kind of heat treatment, a cooling medium such as water is supplied to the object to be heated by high frequency heating or the like. In the heat treatment apparatus, the medium is carried to the object to be processed through the piping in the heat treatment apparatus. Here, a duct for transferring a gas is known, although it is not configured for transferring a medium for heat treatment (see, for example, Patent Document 1). The duct described in Patent Document 1 is provided with a guide member for guiding the flow of gas inside the U-shaped duct.
焼入処理用の熱処理装置では、配管のレイアウトの都合上、媒体は、水平方向に移送され、その後、垂直方向に進む最中に被処理物に浴びせられる場合がある。この場合、液状の冷却媒体は、水平に向かう箇所から垂直に向かう箇所において流れ方向を大きく変えられる。このため、冷却媒体が垂直に進む箇所において、冷却媒体の流れに乱れが生じる。このような乱れは、被処理物を通過する際における配管内での冷却媒体の乱れの原因となる。そして、被処理物に浴びせられる冷却媒体の流れが不均一であると、被処理物の各部における冷却速度が不均一となり、その結果、被処理物の歪みが大きくなる。 In the heat treatment apparatus for quenching treatment, due to the layout of the piping, the medium may be transferred in the horizontal direction and then exposed to the object to be processed while traveling in the vertical direction. In this case, the flow direction of the liquid cooling medium can be significantly changed from the horizontal portion to the vertical portion. Therefore, the flow of the cooling medium is disturbed at the position where the cooling medium advances vertically. Such turbulence causes turbulence of the cooling medium in the pipe when passing through the object to be processed. If the flow of the cooling medium exposed to the object to be processed is non-uniform, the cooling rate in each part of the object to be processed becomes non-uniform, and as a result, the strain of the object to be processed becomes large.
しかしながら、引用文献1に記載の構成は、熱処理される被処理物へ媒体を供給する構成ではなく、このような被処理物に浴びせられる時点での冷却媒体の乱れについての対策は何ら開示されていない。また、引用文献1に記載の構成であれば、案内部材の手前側(気体の流れ方向上流側)において大がかりな流量調整用ダクトを設ける必要があり、熱処理装置をコンパクトにすることができない。 However, the configuration described in Cited Document 1 is not a configuration in which a medium is supplied to an object to be heat-treated, and no countermeasures against disturbance of the cooling medium at the time of being exposed to such an object to be treated are disclosed. No. Further, in the case of the configuration described in Cited Document 1, it is necessary to provide a large-scale flow rate adjusting duct on the front side (upstream side in the gas flow direction) of the guide member, and the heat treatment apparatus cannot be made compact.
本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理用の媒体が被処理物を通過する際の媒体の流れの分布をより均等にすることのできる熱処理装置を提供することを、目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus capable of making the distribution of the flow of the medium when the medium for heat treatment passes through the object to be treated more even.
(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、被処理物に熱処理を施すための媒体が流入する入口管と、前記入口管における前記媒体の進行方向としての第1方向とは異なる第2方向に向けて前記媒体が進行するように前記入口管に接続されるとともに、前記被処理物が配置される出口管と、前記媒体の進行方向を前記第1方向から前記第2方向に変更するために前記出口管内に配置され、前記第2方向に沿って前記出口管を見たときに、前記出口管の内周面から離隔しており、且つ、前記入口管の出口管側開口部から前記第1方向に進んだ箇所に配置された整流部材と、を備え、前記第2方向に沿って前記出口管を見たときに、前記第1方向と直交する方向としての幅方向において、前記整流部材の両端部と前記出口管の内周面との間に、前記媒体を通過させるための隙間が形成されており、前記整流部材は、前記出口管の底面に固定されるとともに前記出口管の長さ方向と同じ角度に延びるように配置され、前記第1整流部材における前記出口管側開口部側を向く面の面積whと前記入口管の前記出口管側開口部における開口面積dとの比率である形状指数wh/dが、0.5〜6.4の範囲に設定されている。 ( 1 ) In order to solve the above problems, the heat treatment apparatus according to a certain aspect of the present invention has an inlet pipe into which a medium for performing heat treatment on an object to be treated flows in, and a traveling direction of the medium in the inlet pipe. The inlet pipe is connected so that the medium travels in a second direction different from the first direction, and the outlet pipe in which the object to be processed is arranged and the traveling direction of the medium are set in the first direction. It is arranged in the outlet pipe to change to the second direction, and when the outlet pipe is viewed along the second direction, it is separated from the inner peripheral surface of the outlet pipe and is separated from the inner peripheral surface of the outlet pipe. A rectifying member arranged at a position advanced in the first direction from the outlet pipe side opening of the pipe is provided , and when the outlet pipe is viewed along the second direction, it is orthogonal to the first direction. In the width direction as a direction, a gap for passing the medium is formed between both ends of the rectifying member and the inner peripheral surface of the outlet pipe, and the rectifying member is formed on the bottom surface of the outlet pipe. The area wh of the surface of the first rectifying member facing the outlet pipe side opening side and the outlet pipe side of the inlet pipe. The shape index wh / d, which is the ratio of the opening area d at the opening, is set in the range of 0.5 to 6.4 .
この構成によると、整流部材は、第2方向に沿って出口管を見たときに、出口管の内周面から離隔しており、且つ、入口管の出口管側開口部から第1方向に進んだ箇所に配置されている。このような構成であれば、第1方向に沿って入口管を進んだ後に出口管に到達した媒体は、第2方向に沿って出口管を見たときに整流部材の周囲を迂回するように出口管内を進み、その後、第2方向に沿って進む。これにより、出口管のうち入口管との接続部周辺における媒体を、よりスムーズに第2方向に進むように整流部材によって案内できる。したがって、出口管を第2方向に沿って進む媒体の流れの分布(第2方向と直交する断面での流速の分布)をより均等にできる。これにより、熱処理用の媒体が被処理物を通過する際の媒体の流れの分布をより均等にできる。その結果、出口管内に配置された被処理物が媒体によって熱処理される度合いを被処理物の各部においてより均等にできる。例えば、金属製の被処理物を水等の液状媒体で焼入処理する際に、被処理物の各部をより均等に冷却できるので、被処理物に歪みが生じることをより確実に抑制できる。また、この構成によると、媒体は、整流部材の周囲において、整流部材の幅方向両側方の隙間を通って出口管の内周面の全周に到達するように流れる。このようなスムーズな媒体の流れが生じる結果、整流部材の周囲から第2方向に沿って出口管を流れる媒体の流れの分布をより均等にできる。 According to this configuration, the rectifying member is separated from the inner peripheral surface of the outlet pipe when the outlet pipe is viewed along the second direction, and is separated from the outlet pipe side opening of the inlet pipe in the first direction. It is placed in an advanced location. With such a configuration, the medium that reaches the outlet pipe after traveling through the inlet pipe along the first direction bypasses the periphery of the rectifying member when the outlet pipe is viewed along the second direction. Proceed through the exit pipe and then along the second direction. As a result, the medium around the connection portion of the outlet pipe with the inlet pipe can be guided by the rectifying member so as to proceed in the second direction more smoothly. Therefore, the distribution of the flow of the medium traveling along the outlet pipe in the second direction (the distribution of the flow velocity in the cross section orthogonal to the second direction) can be made more even. As a result, the distribution of the flow of the medium when the medium for heat treatment passes through the object to be treated can be made more even. As a result, the degree to which the object to be treated arranged in the outlet pipe is heat-treated by the medium can be made more uniform in each part of the object to be processed. For example, when a metal object to be treated is quenched with a liquid medium such as water, each part of the object to be processed can be cooled more evenly, so that distortion of the object to be processed can be more reliably suppressed. Further, according to this configuration, the medium flows around the rectifying member so as to reach the entire circumference of the inner peripheral surface of the outlet pipe through the gaps on both sides in the width direction of the rectifying member. As a result of such a smooth flow of the medium, the distribution of the flow of the medium flowing through the outlet pipe from the periphery of the rectifying member along the second direction can be made more even.
(2)前記第1方向に沿って見て、前記整流部材は、前記出口管側開口部と前記幅方向の全域に亘って重なっている場合がある。 (2) pre-Symbol viewed along the first direction, the straightening member may overlap the entire area in the width direction and the outlet pipe side opening.
この構成によると、第1方向に真っ直ぐに進み入口管から出口管に到達した媒体は、出口管のうち入口管の出口管側開口部と第1方向に対向する対向内面にそのまま衝突するのではなく、整流部材に一旦受けられることとなる。このような構成であれば、媒体が第1方向に沿って対向内面に勢いよく衝突することで生じる、乱れの度合いの大きな乱流が出口管で生じることを、より確実に抑制できる。 According to this configuration, the medium that travels straight in the first direction and reaches the outlet pipe from the inlet pipe may collide with the outlet pipe side opening of the inlet pipe and the opposite inner surface facing the first direction as it is. Instead, it will be once received by the rectifying member. With such a configuration, it is possible to more reliably suppress the occurrence of turbulence with a large degree of turbulence at the outlet pipe, which is caused by the medium vigorously colliding with the opposing inner surfaces along the first direction.
(3)前記熱処理装置は、前記第2方向において前記整流部材から離隔して配置され、前記第2方向と直交する面における前記出口管の面積を絞る絞り部材をさらに備えている場合がある。 ( 3 ) The heat treatment apparatus may further include a drawing member which is arranged apart from the rectifying member in the second direction and narrows the area of the outlet pipe on a surface orthogonal to the second direction.
この構成によると、絞り部材は、媒体の流れを増速させる作用を通じて、出口管内通過中の媒体の流れが不安定になることを抑制する。より具体的には、絞り部材は、連続の式とベルヌーイの法則とを満たすように媒体の動圧を相対的に低い状態から高い状態に移動させる。これにより、媒体の流れが出口管内の壁摩擦の抵抗に打ち勝つようにし、流体はく離の原因となる媒体逆流の発生を抑える。その結果、簡単な機構で流体的ノイズの原因となる渦、流体はく離などが抑えられる。これにより、出口管内において、第2方向と直交する断面での第2方向の流速分布がより均等となる。 According to this configuration, the throttle member suppresses the instability of the flow of the medium while passing through the outlet pipe through the action of accelerating the flow of the medium. More specifically, the throttle member moves the dynamic pressure of the medium from a relatively low state to a high state so as to satisfy the continuity equation and Bernoulli's principle. As a result, the flow of the medium overcomes the resistance of the wall friction in the outlet pipe, and the occurrence of the backflow of the medium, which causes the fluid separation, is suppressed. As a result, vortices and fluid detachment that cause fluid noise can be suppressed by a simple mechanism. As a result, the flow velocity distribution in the second direction in the cross section orthogonal to the second direction becomes more uniform in the outlet pipe.
(4)前記熱処理装置は、前記出口管内を流れる前記媒体を整流する第2整流部材をさらに備え、前記第2方向に沿って、前記絞り部材、前記第2整流部材、および、前記被処理物の配置位置の順に配置され、前記絞り部材から前記被処理物の配置位置までの距離が、前記整流部材から前記絞り部材までの距離よりも短く設定されている場合がある。 (4) the heat treatment apparatus may further include a second rectifier member that rectifies the medium flowing through the outlet pipe, along said second direction, said throttle member, said second rectifying members, and the object to be processed The objects are arranged in the order of arrangement positions, and the distance from the drawing member to the placement position of the object to be processed may be set shorter than the distance from the rectifying member to the drawing member.
この構成によると、整流部材から絞り部材までの間の比較的長い領域において十分に流れの整った媒体は、第2整流部材でさらに流れを整えられた後に被処理物に与えられる。これにより、被処理物を通過する媒体の流れの分布をより均等にできる。 According to this configuration, the medium having a sufficiently well-flowed area in the relatively long region between the rectifying member and the drawing member is given to the object to be processed after the flow is further adjusted by the second rectifying member. As a result, the distribution of the flow of the medium passing through the object to be processed can be made more even.
本発明によると、熱処理用の媒体が被処理物を通過する際の媒体の流れの分布をより均等にできる。 According to the present invention, the distribution of the flow of the medium when the medium for heat treatment passes through the object to be treated can be made more even.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、熱処理装置1の模式的且つ概念的な斜視図であり、一部を切断して示している。図2(A)は、熱処理装置1の加熱装置4の主要部を正面側から見た一部断面図である。図2(B)は、熱処理装置1の冷却装置6の背面図である。図3は、図2(B)のIII−III線に沿う断面図であり、被処理物100の搬送方向A1と直交する断面を示している。図4は、冷却装置6の媒体供給部22の主要部の構成を示す模式図である。図5は,冷却装置6を正面側から見た断面図である。図6(A)および図6(B)は、冷却装置6における冷却処理動作を説明するための図である。
FIG. 1 is a schematic and conceptual perspective view of the heat treatment apparatus 1, and is shown by cutting a part thereof. FIG. 2A is a partial cross-sectional view of the main part of the heating device 4 of the heat treatment device 1 as viewed from the front side. FIG. 2B is a rear view of the
なお、以下では、熱処理装置1を正面から見た状態を基準として、左右方向X1(搬送方向A1)、前後方向Y1、および、上下方向Z1を規定する。 In the following, the horizontal direction X1 (transportation direction A1), the front-rear direction Y1, and the vertical direction Z1 are defined with reference to the state in which the heat treatment apparatus 1 is viewed from the front.
図1を参照して、熱処理装置1は、被処理物100に熱処理を施すために設けられている。この熱処理は、加熱処理および冷却処理である。加熱処理の一例として、浸炭加熱処理、均熱処理などを例示することができる。また、冷却処理として、焼入処理などを例示することができる。本実施形態では、熱処理装置1で行われる熱処理として、焼入処理を例に説明する。本実施形態では、熱処理に用いられる媒体(冷媒)として、液状冷媒としてのポリマー水溶液が用いられるけれども、冷却水(水道水)または焼入油等が用いられてもよい。また、冷媒として、ガス等の気体が用いられてもよい。 With reference to FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 is provided for heat-treating the object to be treated 100. This heat treatment is a heat treatment and a cooling treatment. As an example of the heat treatment, carburizing heat treatment, soaking heat treatment and the like can be exemplified. Further, as the cooling treatment, a quenching treatment or the like can be exemplified. In the present embodiment, the quenching treatment will be described as an example of the heat treatment performed by the heat treatment apparatus 1. In the present embodiment, as the medium (refrigerant) used for the heat treatment, a polymer aqueous solution as a liquid refrigerant is used, but cooling water (tap water), quenching oil, or the like may be used. Further, a gas such as gas may be used as the refrigerant.
本実施形態では、被処理物100は、鋼等の金属部品であり、例えば、歯車である。なお、被処理物100の材料として、実用上、焼入処理を必要とする材料を例示できる。このような材料として、SCM材(クロムモリブデン鋼鋼材)、SCr材(クロム鋼鋼材)、SNCM材(ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材)、SUJ(高炭素クロム軸受鋼鋼材)を例示することができる。 In the present embodiment, the object to be processed 100 is a metal part such as steel, for example, a gear. As the material of the object to be treated 100, a material that practically requires quenching treatment can be exemplified. Examples of such materials include SCM material (chrome molybdenum steel material), SCr material (chrome steel material), SNCM material (nickel chrome molybdenum steel material), and SUJ (high carbon chrome bearing steel material).
熱処理装置1は、焼入工程のうち、加熱後の特に冷却時において冷媒の流速制御をすることで、被処理物100内の冷却温度のばらつきを抑える。これにより、被処理物100に生じる歪み(変形)をより小さくする。より具体的には、熱処理装置1の後述する冷却装置6における、冷媒の整流化および冷媒の流速Vの均等化を通じて、被処理物100に生じる歪み(変形)を抑制する。特に、厚みの薄い(薄肉である)被処理物100においては、冷媒を整流しても、被処理物100の各部の冷却を均等にし難い傾向にあるので、本実施形態では、冷媒の流速制御も重要視している。
The heat treatment apparatus 1 suppresses variations in the cooling temperature in the object to be processed 100 by controlling the flow velocity of the refrigerant after heating, especially during cooling, in the quenching step. As a result, the strain (deformation) generated in the object to be processed 100 is made smaller. More specifically, the strain (deformation) generated in the object to be processed 100 is suppressed through the rectification of the refrigerant and the equalization of the flow velocity V of the refrigerant in the
熱処理装置1は、搬送トレイ2と、第1搬送機構3と、加熱装置4と、中間扉ユニット5と、冷却装置6と、を有している。
The heat treatment device 1 includes a
搬送トレイ2は、被処理物100を支持するための搬送支持部材である。搬送トレイ2は、本実施形態では、金属製またはカーボン製の部材であり、熱処理装置1における被処理物100の熱処理において繰り返し用いられる。搬送トレイ2は、被処理物100を水平方向に沿って延びる所定の搬送方向A1に沿って搬送する。
The
搬送トレイ2は、枠部2aと、支持部2bと、を有している。
The
枠部2aは、第1搬送機構3によって支持される部分として設けられている。枠部2aは、例えば、矩形状の外形を有し、且つ、所定の厚みを有する板状に形成されている。枠部2aは、加熱装置4内に収容可能で、且つ、冷却装置6内に収容可能な大きさに形成されている。枠部2aの中央部には、孔部2c(開口部)が形成されている。この孔部2cは、例えば、円形に形成されており、枠部2aを当該枠部2aの厚み方向に貫通している。この孔部2cは、加熱装置4において被処理物100を昇降させるために設けられており、且つ、冷却装置6において、冷媒を通過させるために設けられている。冷却装置6で供給される冷媒の温度は、20℃〜25℃程度である。
The
孔部2cの内周部から孔部2cの中央に向けて、複数の梁状の支持部2bが延びている。支持部2bは、被処理物100を支持する部分として設けられている。これらの支持部2bの先端は、互いに離隔しており、後述する第2搬送機構15による被処理物100の持ち上げ動作を阻害しないように構成されている。
A plurality of beam-shaped
また、各支持部2bには、被処理物100を位置決め(センタリング)するための位置決め凸部2dが設けられている。凸部2dは、被処理物100の外周面を受けるように配置されており、上方に延びている。この支持部2bに、被処理物100が、点接触または線接触となるように載せられることが好ましい。この支持部2bは、後述する媒体通路40において、冷媒を整流するための整流部材として機能する。なお、搬送トレイ2に複数の被処理物100が積層されることで、バッチ処理が行われてもよい。
Further, each
上記の構成を有する搬送トレイ2は、第1搬送機構3によって、搬送方向A1に沿って加熱装置4および冷却装置6に搬送される。
The
第1搬送機構3は、加熱室側搬送部11と、冷却室側搬送部12と、加熱室側搬送部11および冷却室側搬送部12の間に配置された中間搬送部13と、を有している。
The
加熱室側搬送部11は、搬送トレイ2を加熱室7内で搬送するために設けられている。また、冷却室側搬送部12は、加熱室7を通過した搬送トレイ2を冷却室8内で搬送するために設けられている。中間搬送部13は、中間扉ユニット5において、搬送トレイ2を搬送方向A1に沿って配置するために設けられている。第1搬送機構3のより具体的な構成は、後述する。
The heating chamber
図1および図2(A)を参照して、加熱装置4は、加熱室7と、加熱コイル14と、第2搬送機構15と、を有している。
With reference to FIGS. 1 and 2 (A), the heating device 4 includes a
加熱室7は、図示しない真空ポンプによって真空にされた状態で、被処理物100に加熱処理を施すように構成されている。
The
被処理物100は、加熱室側搬送部11によって、加熱室7内に配置される。この加熱室側搬送部11は、ベルトコンベア式の搬送部であり、搬送トレイ2を搬送方向A1に搬送するように構成されている。
The object to be processed 100 is arranged in the
搬送方向A1における加熱室7の中間部に加熱コイル14が配置され、さらに、加熱コイル14の下方に、第2搬送機構15が配置されている。
The
加熱コイル14は、本実施形態では、加熱室側搬送部11の上方に配置されている。加熱コイル14は、本実施形態では、誘導加熱コイルであり、被処理物100に誘導加熱による加熱を行うように構成されている。加熱コイル14による誘導加熱によって、被処理物100は、所定の焼入温度Thまで加熱される。
In the present embodiment, the
第2搬送機構15は、加熱室7において被処理物100を、搬送トレイ2と加熱コイル14との間に上下移動させるために設けられている。第2搬送機構15は、加熱室7において、搬送トレイ2に形成された孔部2cを通して被処理物100を持ち上げることで、搬送トレイ2は持ち上げずに被処理物100を加熱コイル14に持ち上げる。搬送トレイ2、および、加熱処理がされた後の被処理物100は、加熱室側搬送部11によって、中間扉ユニット5側に搬送される。
The
中間扉ユニット5は、加熱室7の出口壁7bに形成された出口7hと、冷却室8の入口壁8aに形成された入口8gと、の間を気密的且つ液密的に封止した状態で閉じることが可能に構成され、且つ、これらの出口7hおよび入口8gを開いた状態にすることが可能に構成されている。
The
出口壁7bの出口7hは、中間扉ユニット5の中間扉16によって開閉される。中間扉16が開かれている状態で、加熱室7を通過した被処理物100は、中間搬送部13によって、冷却室8内に搬送される。
The
中間搬送部13は、ベルトコンベア式の搬送機構を含んでおり、冷却室8内に配置されている。中間搬送部13によって冷却室8内に搬送された被処理物100は、さらに、冷却室側搬送部12によって冷却室8内を搬送されるとともに、冷却装置6によって冷却処理を施される。
The
図1〜図5を参照して、冷却装置6では、加熱装置4で加熱された被処理物100を冷媒に浸漬する。これにより、被処理物100の周囲において、冷媒の蒸気膜が発生し、次いで冷媒が沸騰し、次いで冷媒が対流を生じるように構成されている。この構成により、被処理物100が冷却される。
With reference to FIGS. 1 to 5, in the
冷却装置6は、冷却室8と、出口扉20を含む出口扉ユニット21と、媒体供給部22と、上下変位機構23と、を有している。
The
冷却室8は、被処理物100を冷却するために、加熱室7に隣接して配置されている。冷却室8は、縦長の略直方体状の箱状に形成されている。冷却室8は、入口壁8aと、出口壁8bと、前壁8cと、後壁8dと、天壁8eと、底壁8fと、を有している。
The cooling
入口壁8aは、上下に延びる壁部である。この入口壁8aには入口8gが形成されており、この入口8gに中間扉ユニット5の枠部5aが固定されている。中間扉ユニット5の枠部5aを通過した被処理物100は、搬送方向A1における冷却室8の下流側へ向けて進む。出口壁8bには、被処理物100を冷却室8から搬出するための出口8hが形成されている。この出口8hは、出口扉20によって開閉される。
The
媒体供給部22は、冷媒を冷却室8の外部から冷却室8内に取り込み、この冷媒で被処理物100を浸漬するために設けられている。媒体供給部22は、電子制御によって、被処理物100への冷媒の流速Vを変更可能に構成されている。本実施形態では、媒体供給部22は、搬送トレイ2上で静止している被処理物100に向けて所定の流速V1,V2で冷媒を供給する。
The
媒体供給部22は、媒体供給設定部24と、媒体通路形成体25と、を有している。
The
媒体供給設定部24は、媒体通路形成体25(被処理物100)への冷媒の供給量を設定するために設けられている。本実施形態では、媒体供給設定部24は、媒体通路形成体25の後述する出口管42における冷媒の流速Vを設定する。なお、媒体供給設定部24は、出口管42における冷媒の流量(単位時間当たりにおける出口管42での冷媒の通過量)を設定してもよい。
The medium
媒体供給設定部24は、ポンプ26と、ポンプ26に接続された供給管27と、供給管27の途中に設けられた並列管部28と、並列管部28から流れた冷媒が通過する第4制御弁34と、制御部29と、を有している。
The medium
ポンプ26は、例えば電動ポンプである。ポンプ26は、冷媒タンク30および供給管27に接続されており、冷媒タンク30に溜められた冷媒を、供給管27へ輸送する。ポンプ26の電動モータは、PWM(Pulse Width Modulation)制御等によって制御部29で制御される。この制御により、ポンプ26は、電動モータの回転数、すなわち、ポンプ26の流量が所定値となるように制御される。
The
供給管27での冷媒の流れ方向におけるポンプ26の下流側に、並列管部28が設けられている。並列管部28は、出口管42に供給される媒体の流速Vを調整するために設けられている。
A
並列管部28は、複数(本実施形態では、3つ)の並列部分を有しており、本実施形態では、第1部分28aと、第2部分28bと、第3部分28cと、を有している。
The
第1部分28aは、本実施形態では、ベースラインとして設けられており、供給管27に冷媒が供給されているときには常時開いているラインである。第2部分28bおよび第3部分28cは、供給管27から出口管42へ供給される冷媒の流速Vが比較的高く設定される場合に、冷媒を通される部分である。
The
第1部分28aは、第1制御弁31と、第1仕切弁35と、を有している。第2部分28bは、第2制御弁32と、第2仕切弁36と、を有している。第3部分28cは、第3制御弁33と、第3仕切弁37と、を有している。
The
第1〜第3制御弁31〜33は、それぞれ、冷媒が通過する電磁弁である。これらの制御弁31〜33は、制御部29によって個別に開度設定される。仕切弁35〜37は、本実施形態では、手動弁であり、通常は、全開にされている。
The first to
第1部分28a、第2部分28bおよび第3部分28cにおける冷媒の合計の流量は、制御部29による第1〜第3制御弁31〜33の制御によって適宜設定される。
The total flow rate of the refrigerant in the
供給管27での冷媒の流れ方向における並列管部28の下流側に、第4制御弁34が設けられている。第4制御弁34は、出口管42への冷媒の供給のオン/オフを切り替えるために設けられている。第4制御弁34は、冷媒が通過する電磁弁であり、制御部29によって開度設定される。
A
ポンプ26および各制御弁31〜34は、前述したように、制御部29によって制御される。本実施形態では、制御部29は、媒体供給部22の一要素であるけれども、媒体供給部22とは別の要素として設けられてもよい。制御部29は、所定の入力信号に基づいて、所定の出力信号を出力する構成を有し、例えば、安全プログラマブルコントローラなどを用いて形成することができる。安全プログラマブルコントローラとは、JIS(日本工業規格) C 0508−1のSIL2またはSIL3の安全機能をもつ公的に認証されたプログラマブルコントローラをいう。なお、制御部29は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)を含むコンピュータ等を用いて形成されていてもよい。
The
供給管27での流れ方向における供給管27の下流端部は、媒体通路形成体25の後述する入口管41に接続されている。
The downstream end of the
媒体通路形成体25は、被処理物100に所定の冷媒を供給する媒体通路40を形成するためのユニットである。すなわち、冷媒供給部22は、被処理物100が設置され冷媒が通過する媒体通路40を含んでいる。媒体通路形成体25は、冷却室8の外側から内側に向けて延びている。
The medium
媒体通路形成体25は、入口管41と、出口管42と、搬送トレイ2と、を含んでいる。
The medium
媒体通路40内の冷媒は、入口管41において前後方向Y1に沿う水平方向としての第1方向D1に沿って進み、入口管41から出口管42の下端部に到達し、出口管42において、鉛直上方向である第2方向D2(上下方向Z1)に沿って進む。
The refrigerant in the
入口管41は、被処理物100に熱処理(焼入処理)を施すための冷媒が流入する管であり、冷媒を冷却室8の外部から冷却室8内に導入する。入口管41は、前後方向Y1に沿って水平に延びる円筒管である。入口管41の内径D41は、出口管42の内径D42未満(D41<D42)に設定されている。本実施形態では、入口管41は、冷却室8の後方から前方に向けて延びている。入口管41の一端は、冷却室8の外部に配置されている。入口管41の中間部は、冷却室8の後壁8dを貫通している。
The
入口管41の他端部としての出口側開口部41aは、出口管42の後述する下側部材43に接続されている。この構成により、入口管41の内部が、出口管42内に開放されている。供給管27から入口管41に進入した冷媒は、入口管41の延びる方向である第1方向D1に沿って進む。すなわち、第1方向D1は、入口管41における冷媒の進行方向である。第1方向D1と直交する断面において、入口管41内の媒体がより均等な流速分布となるように、供給管27のうち入口管41との接続部と、入口管41とは、一直線に並んでいることが好ましい。
The
出口管42は、本実施形態では、円筒形状に形成されている。なお、出口管42は、断面四角形等の断面多角形形状の管部材であってもよい。
In the present embodiment, the
出口管42は、複数の冷媒通路形成部材としての下側部材43および上側部材44を含んでいる。搬送トレイ2は、被処理物100の冷却時において、下側部材43と上側部材44との間に配置される。すなわち、本実施形態では、搬送トレイ2は、被処理物100を搬送する機能と、媒体通路40の一部を形成する機能の双方を有しており、入口管41、下側部材43および上側部材44(出口管42)と協働して媒体通路40を形成する。搬送トレイ2は、出口管42の一部を構成しているともいえる。出口管42の内径D42は、被処理物100の直径D100(外径)よりも大きく設定されている。
The
本実施形態では、出口管42の下側部材43、搬送トレイ2、および、上側部材44は、搬送方向A1と交差する上下方向Z1(交差方向)に沿って互いに接近するように相対変位することで、被処理物100を収容した状態で媒体通路40を形成するように構成され、且つ、上下方向Z1に沿って互いに離隔するように相対変位することで、媒体通路40に対する搬送方向A1に沿った被処理物100の出し入れを許容するように構成されている。媒体通路40は、冷却室8内において被処理物100に冷媒を供給するために設けられている。
In the present embodiment, the
出口管42は、下側部材43、搬送トレイ2および上側部材44がこの順に重ね合わされることで形成される。そして、下側部材43に対して搬送トレイ2および上側部材44が上側に変位することで、出口管42が分割され、搬送トレイ2およびこの搬送トレイ2に載せられた被処理物100を媒体通路40に対して出し入れできる。
The
出口管42は、第1方向D1とは異なる第2方向D2(本実施形態では、鉛直上方向)に向けて冷媒が進行するように入口管41に接続されており、当該出口管42内に被処理物100が配置される。冷媒は、入口管41を通った後、入口管41の出口側開口部41aから、第1方向D1に進みながら出口管42の下端部に進入し、当該下端部において第2方向D2に向きを変えられ、出口管42内を第2方向D2に進む。
The
下側部材43は、冷却室8の底壁8fから上方に延びる円筒状の管として設けられている。下側部材43は、上下方向Z1に沿って延びる円筒管であり、一定の内径を有している。下側部材43の下端部は、閉じられた形状を有している。上下方向Z1において、下側部材43の底面、すなわち、出口管42の底面42aの高さ位置は、入口管41の底部41bの高さ位置と揃えられている。すなわち、入口管41の底部41bと出口管42の底面42aとの間に段差が生じていない。
The
なお、入口管41の底部41bと出口管42の底面42aとの間に段差が生じていてもよい。この場合、出口管42の底面42aの高さ位置は、入口管41の底部41bの高さ位置より高くてもよいし、低くてもよい。
A step may be formed between the
下側部材43の内径は、出口管42の内径でもあり、入口管41の内径D41より大きい。下側部材43の高さは、下側部材43の内径よりも大きく設定されており、下側部材43において第2方向D2に進む冷媒の流れは、第2方向D2の下流側に進むに従いより均等な分布となる。下側部材43の上端部の高さ位置は、所定の冷却位置P1の近傍に設定されている。換言すれば、下側部材43の上端部は、冷却室側搬送部12の近傍に配置されており、搬送トレイ2の下方に位置する。下側部材43の上端部の外周部には、環状のフランジ部43aが設けられている。フランジ部43aの上面には、環状溝が形成されており、この環状溝にOリング等の環状のシール部材が嵌め込まれている。下側部材43のフランジ部43a上には、搬送トレイ2の枠部2aが載せられる。また、搬送トレイ2の枠部2a上には、上側部材44が載せられる。
The inner diameter of the
上側部材44は、上下方向Z1に延びる円筒状の可動管として設けられている。上側部材44の内径は、下側部材43の内径および搬送トレイ2の孔部2cの内径と同じに設定されている。この構成により、上側部材44、搬送トレイ2および下側部材43が重ね合わされて出口管42が形成されたとき、出口管42の内周面に実質的に段差が生じないようにされている。上側部材44の下端部の外周部には、環状のフランジ部44aが設けられている。
The
フランジ部44aの下面には、環状溝が形成されており、この環状溝にOリング等の環状のシール部材が嵌め込まれている。上側部材44のフランジ部44aは、搬送トレイ2の枠部2aの上面に押さえつけられる。上側部材44は、被処理物100の冷却時、被処理物100の周囲を全周に亘って取り囲んでいる。本実施形態では、上下方向Z1における上側部材44の長さは、出口管42の内径D42以下に設定されているけれども、内径D42より長くてもよい。上側部材44の上端部44bの高さ位置は、被処理物100の熱処理時における被処理物100の高さ位置よりも高く設定されている。この上側部材44は、ブラケット45を介して、流体圧シリンダ46のロッド47に支持されており、このロッド47の変位に応じて上下移動する。流体圧シリンダ46は、冷却室8の天壁8eに支持されている。出口管42の上側部材44を通過した冷媒は、冷却室8内において、出口管42の外部に排出される。出口管42の外部に排出された冷媒は、排出管48を通って冷却室8の外部に排出される。
An annular groove is formed on the lower surface of the
排出管48は、入口管41に隣接した位置において、冷却室8の後壁8dの下端部に形成されており、冷却室8の内部と外部とに連続している。排出管48は、図示しないドレンタンクに接続されており、このドレンタンクに貯蔵される。
The
搬送トレイ2は、冷却室側搬送部12によって、上側部材44および下側部材43の間に位置する所定の搬送位置P2に搬送される。
The
冷却室側搬送部12は、冷却室8内に配置されている。この冷却室側搬送部12は、ベルトコンベア式の搬送機構である。
The cooling chamber
冷却室側搬送部12は、冷却室8に取り付けられた電動モータである冷却室側モータ51と、冷却室側モータ51の出力を伝達する出力伝達部材52と、出力伝達部材52によって回転される駆動軸53および従動軸54と、冷却室8の内部に配置され、出力伝達部材52からの動力を受けて搬送トレイ2を搬送方向A1に変位させる一対のチェーン55,55と、を有している。そして、駆動軸53、従動軸54およびチェーン55,55を含むチェーンユニット56が形成されている。チェーンユニット56は、上下方向Z1に移動可能に構成されており、搬送位置P2および冷却位置P1に変位可能である。これにより、搬送トレイ2は、上側部材44および下側部材43に搬送トレイ2が結合されるときには冷却位置P1に向けて下方に変位することが可能であり、搬送トレイ2が上側部材44および下側部材43との結合を解除されるときには搬送位置P2に向けて上方に変位することが可能である。
The cooling chamber
出力伝達部材52は、一対の自在継手を有する軸状部材である。出力伝達部材52は、一対の自在継手を有していることにより、当該出力伝達部材52の一端部と他端部の相対位置を変更可能である。
The
出力伝達部材52には、駆動軸53が連結されている。駆動軸53と平行に、従動軸54が配置されている。駆動軸53と従動軸54の間に、下側部材43が配置されている。前後方向Y1における駆動軸53の一対の端部、および、前後方向Y1における従動軸54の一対の端部には、それぞれ、スプロケットが一体回転可能に連結されている。そして、搬送方向A1に並ぶ一対のスプロケットに、チェーン55,55が巻き掛けられている。チェーン55,55は、前後方向Y1に離隔して配置されており、搬送トレイ2の枠部2aを載せることが可能に構成されている。また、チェーン55,55の間に、下側部材43の上端部が配置されている。
A
上記の構成により、冷却室側モータ51の駆動に伴い、出力伝達部材52が回転し、この回転が駆動軸53に伝わる。そして、この駆動軸53は、チェーン55,55を駆動し、従動軸54を回転させる。これにより、一対のチェーン55,55上の搬送トレイ2は、搬送方向A1に移動する。
With the above configuration, the
次に、冷却装置6における冷却動作の概要を説明する。図7は、冷却装置6における冷却動作の一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、フローチャートを参照しながら説明する場合、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明する。
Next, the outline of the cooling operation in the
図7を参照して、冷却装置6において被処理物100が冷却される際には、まず、被処理物100が出口管42内に収容される(ステップS1)。
With reference to FIG. 7, when the object to be processed 100 is cooled in the
ステップS1における動作においては、図3に示すように、搬送トレイ2が所定の搬送位置P2に到達すると、冷却室側モータ51の停止に伴いチェーン55が停止し、搬送トレイ2が搬送位置P2で停止する。次に、流体圧シリンダ46のロッド47が下方に変位する。これにより、上側部材44が変位する。上側部材44の下降移動に連動して、チェーンユニット56が下方に変位し、図4、図6(A)および図6(B)に示すように、チェーンユニット56は、冷却位置P1に到達する。このとき、搬送トレイ2は、下側部材43に受けられている。
In the operation in step S1, as shown in FIG. 3, when the
上側部材44が下方に変位することに伴い、当該上側部材44が搬送トレイ2を下側へ加圧する。そして、下側部材43、および、上側部材44によって搬送トレイ2が挟まれた状態となり、下側部材43、搬送トレイ2、および、上側部材44によって、出口管42(媒体通路40)が形成される。すなわち、被処理物100が出口管42内に収容される。
As the
媒体通路40は、L字状の通路である。この媒体通路40は、入口管41の内周面および出口管42の内周面42cによって形成されており、冷却室8内において、上方に開放されている。この構成により、冷媒の流れ方向における媒体通路40の下流端部(上側部材44の上端部44b)は、媒体通路40内の圧力よりも低い圧力に設定された媒体通路40の外部に開放されている。
The
この媒体通路40内において、搬送トレイ2に支持された被処理物100へ向けて、冷媒が下方から上方へ向けて流される(ステップS2)。媒体通路40のうち被処理物100が設置された領域における第2方向D2は、鉛直方向において下側から上側に向かっている。ステップS2での動作をより具体的に説明すると、第1制御弁31〜第4制御弁34の開度が制御部29によって設定された状態で、所定の回転数に設定されたポンプ26の駆動によって冷媒が供給管27を通過する。供給管27を通過した冷媒は、入口管41を第1方向D1に沿って通過し、出口側開口部41aを通して出口管42に到達する。出口管42に到達した冷媒は、第2方向D2に向きを変えて出口管42を上昇する。
In the
冷媒は、出口管42を通過するときに搬送トレイ2に支持されている静止状態の被処理物100を浸漬し、被処理物100を冷却する。この冷媒は、媒体通路40の上端(上側部材44の上端部44b)まで到達した後、媒体通路40の外方に排出されることで、冷却室8の底壁8fに向けて落下する。冷却室8の底壁8fに落下した冷媒は、排出管48から冷却室8の外部に排出される。ステップS2では、媒体通路40における冷媒の流速Vが制御部29によって制御されることで、被処理物100の熱歪みのばらつきを小さくできる。
The refrigerant immerses the
ステップS2において被処理物100への冷媒の供給が完了した後、出口管42から被処理物100が搬出される(ステップS3)。具体的には、上下変位機構23の流体圧シリンダ46のロッド47が、図3および図5に示すように、上方に変位する。これにより、上側部材44は、上方に変位する。上側部材44の変位に伴い、チェーンユニット56が冷却位置P1から搬送位置P2に上昇する。これにより、搬送トレイ2は、搬送位置P2に戻され、搬送方向A1に沿って進むことが可能となる。
After the supply of the refrigerant to the object to be processed 100 is completed in step S2, the object to be processed 100 is carried out from the outlet pipe 42 (step S3). Specifically, the
次いで、冷却室側モータ51が駆動することで、チェーンユニット56のチェーン55,55が回転し、搬送トレイ2は、出口扉20側へ移動する。そして、出口扉20が開かれることで、搬送トレイ2および被処理物100は、冷却室8から搬出される。
Next, the cooling
[焼入処理における冷却処理時の状態説明]
図8(A)は、一般的な焼入処理について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物100の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Vを示している。図8(A)を参照して、被処理物100の焼入処理に際しては、被処理物100が焼入温度Thまで加熱された後、冷媒によって冷却される。この冷却時、流速V=所定値Vαであり、被処理物100は、通常、(1)蒸気膜段階、(2)沸騰段階、(3)対流段階の3つの段階を経る。
[Explanation of state during cooling process in quenching process]
FIG. 8A is a schematic graph for explaining a general quenching treatment, the upper graph shows the time course of the temperature of the object to be treated 100, and the lower graph shows the refrigerant. The flow velocity V of is shown. With reference to FIG. 8A, in the quenching treatment of the object to be processed 100, the object to be processed 100 is heated to the quenching temperature Th and then cooled by the refrigerant. At the time of cooling, the flow velocity V = a predetermined value Vα, and the object to be treated 100 usually goes through three stages of (1) steam film stage, (2) boiling stage, and (3) convection stage.
上記(1)の蒸気膜段階は、高温の被処理物100が冷媒に浸漬された直後の段階であり、被処理物100の周囲に冷媒の蒸気膜が発生する。この段階は、上記3つの段階の中で冷却速度が最も遅い。この蒸気膜段階を経た後、上記(2)の沸騰段階に移行する。沸騰段階では、被処理物100の表面において冷媒から激しく気泡が発生し、上記3つの段階の中で最も冷却速度が早くなる。そして、被処理物100の表面温度が約400℃程度に達すると、上記(3)の対流段階に移行する。対流段階では、比較的緩い冷却速度で被処理物100が冷却される。このような熱処理では、被処理物100が冷媒に浸漬され始めてからの被処理物100の全体が冷媒に浸漬されるまでの時間が長くなり、その結果、被処理物100の各部の冷却の度合いが不均一になる。よって、被処理物100に生じる歪みが大きくなる。
The vapor film step (1) is a step immediately after the high-
一方、冷媒を被処理物100に浸漬する際の冷媒の流速Vを図8(A)に示す上記一般的な処理の場合に比べて十分に大きい流速Vβにした場合、被処理物100は、図8(B)に示す経過を辿る。図8(B)は、冷媒の流速が十分に高い場合の焼入処理について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物100の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Vを示している。図8(B)に示すように、冷媒の流速Vが十分高いことにより、被処理物100に冷媒が勢いよく衝突する結果、被処理物100の周囲に蒸気膜が発生しても、この蒸気膜は瞬時に崩壊する(破られる)。このように、被処理物100が冷媒に浸漬され始めてから被処理物100の全体が冷媒に浸漬されるまでの時間を短かくできる。しかしながら、冷媒の流速Vが速いと、被処理物100の大きさによって焼入の効果が変化するという質量効果を無視できなくなる。その結果、対流段階において、被処理物100の形状に応じて、被処理物100の冷却速度がグラフTx1,Tx2,Tx3に示すように個体差を生じ、複数の被処理物100において均等な冷却をし難い。
On the other hand, when the flow velocity V of the refrigerant when the refrigerant is immersed in the object to be processed 100 is set to a flow velocity Vβ sufficiently larger than that in the case of the above general treatment shown in FIG. The process shown in FIG. 8B is followed. FIG. 8B is a schematic graph for explaining the quenching treatment when the flow velocity of the refrigerant is sufficiently high, and the upper graph shows the time course of the temperature of the object to be treated 100. The lower graph shows the flow velocity V of the refrigerant. As shown in FIG. 8B, even if a steam film is generated around the object to be processed 100 as a result of the refrigerant colliding vigorously with the object to be processed 100 due to a sufficiently high flow velocity V of the refrigerant, the vapor is generated. The membrane collapses (breaks) instantly. In this way, the time from when the object to be treated 100 starts to be immersed in the refrigerant until the entire object to be processed 100 is immersed in the refrigerant can be shortened. However, when the flow velocity V of the refrigerant is high, the mass effect that the quenching effect changes depending on the size of the object to be processed 100 cannot be ignored. As a result, in the convection stage, the cooling rate of the object to be processed 100 varies depending on the shape of the object to be processed 100 as shown in the graphs Tx1, Tx2, and Tx3, and the plurality of
一方、冷媒を被処理物100に供給する(浴びせる)際の冷媒の流速Vが上記一般的な処理の場合の流速Vαに比べて小さい流速Vγである場合、被処理物100は、図9(A)に示す経過を辿る。図9(A)は、冷媒の流速Vが遅い場合の焼入処理の一例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物100の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Vを示している。図9(A)に示すように、冷媒の流速Vが遅い場合、被処理物100に冷媒が接触開始するタイミングについて、被処理物100毎のばらつきを生じ易い。その結果、沸騰段階において、被処理物100内での冷却速度が不均一となり、被処理物100に歪みが生じてしまう。
On the other hand, when the flow velocity V of the refrigerant when supplying (spraying) the refrigerant to the object to be processed 100 is a flow velocity Vγ smaller than the flow velocity Vα in the case of the general treatment, the object to be processed 100 is shown in FIG. Follow the process shown in A). FIG. 9A is a schematic graph for explaining an example of the quenching treatment when the flow velocity V of the refrigerant is slow, and the upper graph shows the time course of the temperature of the object to be treated 100. The lower graph shows the flow velocity V of the refrigerant. As shown in FIG. 9A, when the flow velocity V of the refrigerant is slow, the timing at which the refrigerant starts to come into contact with the
図9(B)は、冷媒の流速Vが遅い場合の焼入処理の別の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物100の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Vを示している。図9(B)に示すように、冷媒の流速Vが遅い場合、特に、Tx4線で示す場合において、冷媒の流速Vが遅いことにより、冷媒の流れの勢いによっても蒸気膜が破断されない箇所が生じる。その結果、冷媒による被処理物100の冷却態様が均等にならない(蒸気膜崩壊を制御できない)こととなり、被処理物100内での冷却速度が不均一となり、被処理物100に歪みが生じてしまう。 FIG. 9B is a schematic graph for explaining another example of the quenching treatment when the flow velocity V of the refrigerant is slow, and the upper graph shows the time course of the temperature of the object to be treated 100. The lower graph shows the flow velocity V of the refrigerant. As shown in FIG. 9B, when the flow velocity V of the refrigerant is slow, especially when the flow velocity V of the refrigerant is slow, there are places where the vapor film is not broken even by the force of the flow of the refrigerant. Occurs. As a result, the cooling mode of the object to be processed 100 by the refrigerant is not uniform (the vapor film collapse cannot be controlled), the cooling rate in the object to be processed 100 becomes non-uniform, and the object to be processed 100 is distorted. It ends up.
上述した被処理物100の冷却に関して、特に、被処理物100が鋼である場合の冷却における変形への影響因子として、冷却に伴う被処理物100の熱収縮と、被処理物100のマルテンサイト変態に伴う変態膨張を上げることができる。そして、これらの熱収縮・変態膨張を最適化することで、被処理物100が均等に冷却され、被処理物100の歪みをより小さくできる。 Regarding the above-mentioned cooling of the object to be treated 100, in particular, when the object to be processed 100 is steel, the factors influencing the deformation in cooling are the heat shrinkage of the object to be processed 100 due to cooling and the martensite of the object to be processed 100. It is possible to increase the transformation expansion accompanying the transformation. Then, by optimizing these heat shrinkage / transformation expansion, the object to be processed 100 is uniformly cooled, and the strain of the object to be processed 100 can be made smaller.
そこで、本実施形態では、冷却装置6は、被処理物100の冷却段階に応じて冷媒の流速Vを変化させることで、被処理物100の冷却時に生じる歪みを抑制している。図10は、本実施形態における、冷媒の流速Vが可変である焼入処理の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物100の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Vを示している。
Therefore, in the present embodiment, the
図4および図10を参照して、本実施形態では、制御部29は、ポンプ26、および、制御弁31〜34の少なくとも一方を制御する。これにより、制御部29は、被処理物100の冷却時における所定の第1段階において冷媒の流速Vを所定の第1流速V1に設定し、且つ、冷却時における第1段階よりも後の第2段階において流速Vを第1流速V1よりも低い第2流速V2に設定する。本実施形態では、冷媒への被処理物100の浸漬開始時の流速Vを第1流速V1に設定し、且つ、被処理物100の周囲で冷媒が対流を生じるときの流速Vを第2流速V2に設定する。
With reference to FIGS. 4 and 10, in this embodiment, the
制御部29は、例えば、第1流速V1のときには、第1〜第4制御弁31〜34の全てを開き、第2流速V2のときには第1制御弁31および第4制御弁34は開くとともに第2制御弁32および第3制御弁33は閉じる。なお、制御部29は、第1〜第3制御弁31〜33を開いた状態で、ポンプ26の回転数を制御することで、流速Vを第1流速V1または第2流速V2に設定してもよい。
For example, the
第1段階とは、入口管41への冷媒の供給開始から、少なくとも搬送トレイ2上の被処理物100の全体が冷媒に浸漬されるまでの間であり、この間、流速Vが第1流速V1となるように設定される。特に、本実施形態では、被処理物100の冷却が沸騰段階から対流段階に移行する時点で、第1段階(第1流速V1)から第2段階(第2流速V2)に移行する。すなわち、制御部29は、被処理物100の周囲において冷媒の対流が発生するまでの間、流速Vを第1流速V1に設定する。
The first step is from the start of supplying the refrigerant to the
そして、第1流速V1は、第2流速V2の2倍以上に設定されており、本実施形態では、5倍に設定されている。換言すれば、V1≧2×V2に設定されており、本実施形態では、V1=5×V2に設定されている。このように、第1流速V1を十分に大きな値に設定することで、冷媒の運動エネルギーによって被処理物100の周囲に生じた蒸気膜を迅速に崩壊させることができる。このため、図10に示すグラフでは、実質的に蒸気膜段階が生じていない。すなわち、被処理物100が冷媒に浸漬され始めると同時に蒸気膜の生成および崩壊が瞬時に起こる。これにより、冷却速度が遅くなり且つ冷却が不安定に行われる原因となる蒸気膜を破断するタイミングをより早くでき、被処理物100の各部のより均等な冷却を促進できる。そして、被処理物100が冷媒に浸漬され始めるのと略同時に、被処理物100の全体が冷媒に浸漬され、沸騰段階に移行する。この沸騰段階においては、流速Vは第1流速V1で一定である。
The first flow velocity V1 is set to be twice or more the second flow velocity V2, and in the present embodiment, it is set to five times. In other words, V1 ≧ 2 × V2 is set, and in this embodiment, V1 = 5 × V2 is set. By setting the first flow velocity V1 to a sufficiently large value in this way, the vapor film formed around the object to be processed 100 can be rapidly disintegrated by the kinetic energy of the refrigerant. Therefore, in the graph shown in FIG. 10, the vapor film step does not substantially occur. That is, at the same time when the
そして、被処理物100の周囲の冷媒の沸騰が収まり、対流段階に移行する時点で、制御部29は、ポンプ26および制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することで、流速Vを第2流速V2に変更する。流速Vを第1流速V1からより低速である第2流速V2へ切り替えることにより、対流段階にある被処理物100の冷却時に、被処理物100の冷却速度を緩やかにできる。このような緩やかな冷却により、冷媒の流れが被処理物100の冷却に与える影響を抑えることができる。その結果、対流段階において被処理物100全体をより均等に冷却できる。第2段階は、被処理物100が所定の冷却完了温度Teに到達するまで継続される。
Then, when the boiling of the refrigerant around the object to be processed 100 has subsided and the process shifts to the convection stage, the
なお、流速V1,V2、第1段階が実行される時間L1、および、第2段階が実行される時間L2は、それぞれ、事前に制御部29内のメモリに設定(記憶)されている。
The flow velocities V1 and V2, the time L1 at which the first stage is executed, and the time L2 at which the second stage is executed are set (stored) in advance in the memory in the
図11は、図7に示すフローチャートにおける、被処理物100への冷媒供給動作(ステップS2)の詳細を説明するためのサブルーチンを示すフローチャートである。図4、図10および図11を参照して、制御部29は、被処理物100へ冷媒を供給する際、まず、ポンプ26および各制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することにより、出口管42を通過する冷媒の流速Vを第1流速V1に設定する(ステップS21)。そして、被処理物100への冷媒の供給開始から第1段階が実行される時間L1の経過後、制御部29は、ポンプ26および各制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することにより、出口管42を通過する冷媒の流速Vを第2流速V2に減速する(ステップS22)。そして、第2段階が実行される時間L2の経過後、制御部29は、制御弁34を閉じることで、出口管42への冷媒の供給を停止する(ステップS23)。
FIG. 11 is a flowchart showing a subroutine for explaining the details of the refrigerant supply operation (step S2) to the object to be processed 100 in the flowchart shown in FIG. 7. With reference to FIGS. 4, 10 and 11, when supplying the refrigerant to the object to be processed 100, the
以上説明したように、熱処理装置1の冷却装置6によると、被処理物100の冷却時における第1段階では、冷媒の流速Vを早い速度としての第1流速V1にする。換言すれば、冷却装置6によると、被処理物100の冷却開始時における、冷媒へ被処理物100を浸漬する時点では、冷媒の流速Vを早い速度としての第1流速V1にする。よって、被処理物100を冷媒中へ迅速に浸漬できる。これにより、被処理物100が冷媒に触れ始めるタイミングを、被処理物100の表面の各部でより均等にできる。その結果、被処理物100の各部をより均等に冷却できる。また、冷媒は、高速(第1流速V1)で被処理物100に当てられることで、蒸気膜段階において被処理物100の周囲に生じる蒸気膜を破ることができる。よって、被処理物100の冷却速度が遅く且つ冷却状態が不安定な蒸気膜段階から、冷却速度のより安定した沸騰段階へ、迅速に移行できる。このように、冷媒を被処理物100に供給する速度を第1流速V1にすることで、第1段階(蒸気膜段階および沸騰段階)において、被処理物100の各部をより均等に冷却できる。また、第2段階(対流段階)での冷媒の流速Vを第2流速V2とすることで、対流段階において、冷媒の流れに起因する被処理物100の冷却度合いのばらつきを抑制できる。よって、第2段階においても、被処理物100の各部をより均等に冷却できる。さらに、冷媒は、静止した被処理物100へ供給される。これにより、被処理物100の各部が冷媒に触れ始めるタイミングをより均等にできる。以上の次第で、第1段階、第2段階の何れにおいても被処理物100をより均等に冷却できる結果、被処理物100に歪みが生じることをより確実に抑制できる。
As described above, according to the
また、冷却装置6によると、被処理物100に歪みが生じることをより確実に抑制できる結果、被処理物100の歩留まりをより高くできる。また、被処理物100の熱歪みが小さいことにより、この熱歪みを修正するための作業を少なくまたは省略できる。よって、被処理物100の製造コストをより少なくできる。
Further, according to the
また、冷却装置6によると、制御部29は、冷媒への被処理物100の浸漬が開始された後、少なくとも蒸気膜が発生する時点を含む期間L1の流速Vを、第1流速V1に設定する。この構成によると、被処理物100の周囲に発生する蒸気膜を、十分な流速V1の冷媒でより迅速に破ることができる。
Further, according to the
また、冷却装置6によると、制御部29は、少なくとも被処理物100の全体が冷媒に浸漬されるまでの間、流速Vを第1流速V1に設定する。この構成によると、冷媒が被処理物100へ接触を開始するタイミングを、被処理物100の各部でより均等にできる。
Further, according to the
また、冷却装置6によると、制御部29は、出口管42への冷媒の供給を開始してから対流の発生が開始するまでの間、流速Vを第1流速V1に設定する。この構成によると、冷媒の流速Vが速いことが好ましい段階において、冷媒の流速Vが高い状態を維持できる。
Further, according to the
また、冷却装置6によると、制御部29は、ポンプ26および制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することで、流速Vを設定する。この構成によって、制御部29による流速制御を行うための構成を実現できる。
Further, according to the
また、冷却装置6によると、冷媒の流れ方向における媒体通路40の下流端部である上側部材44の上端部44bは、媒体通路40内の圧力よりも低い圧力に設定された媒体通路40の外部に開放されている。この構成によると、媒体通路40において、被処理物100を通過した冷媒の圧力が媒体通路40の外部に開放される。これにより、媒体供給部22における意図的な流速変化を生じさせ易くできる。
Further, according to the
また、冷却装置6によると、媒体通路40のうち被処理物100が設置された領域における流れ方向D2は、鉛直方向において下側から上側に向かっている。この構成によると、特に冷媒が液体である本実施形態において、媒体通路40内の流れ方向D2と直交する断面における冷媒の分布をより均等にできる。その結果、冷媒を被処理物100へより均等に供給できる。
Further, according to the
また、熱処理装置1によると、搬送トレイ2の支持部2bは、媒体通路40内において冷媒を整流するための整流部材として機能する。この構成によると、冷媒を被処理物100へより均等に供給できる。
Further, according to the heat treatment apparatus 1, the
上述の第1実施形態では、流速Vが第1流速V1と第2流速V2の2段階に設定される構成を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、制御部29によって、図12に示すように、3種類の流速としての第1流速V1、第2流速V2および第3流速V3が設定されてもよい。
In the above-described first embodiment, a configuration in which the flow velocity V is set in two stages of the first flow velocity V1 and the second flow velocity V2 has been described as an example. However, this does not have to be the case. For example, as shown in FIG. 12, the
図12は、第1実施形態の変形例における、冷媒の流速Vが可変である場合の焼入処理の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物100および流速Vの経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Vを示している。
FIG. 12 is a schematic graph for explaining an example of quenching treatment when the flow velocity V of the refrigerant is variable in the modified example of the first embodiment, and the upper graph shows the
図4および図12を参照して、この変形例では、制御部29は、ポンプ26、および、各制御弁31〜34の少なくとも一方を制御する。これにより、制御部29は、冷媒供給開始から被処理物100の全体が冷媒に浸漬されるまでの間、流速Vを第1流速V1に設定し、対流の発生開始以降の流速Vを第2流速V2に設定し、且つ、被処理物100の全体が冷媒に浸漬された後から対流の発生開始までの間(期間L3の間)、流速Vを第1流速V1と第2流速V2とは異なる第3流速V3に設定する。
With reference to FIGS. 4 and 12, in this modification, the
より具体的には、被処理物100への冷媒の供給開始から被処理物100の全体が冷媒に浸漬されるまでの間、流速Vが第1流速V1に設定される。そして、被処理物100の全体が冷媒に浸漬された後、蒸気膜段階および沸騰段階において流速Vが第3流速V3に設定される。そして、沸騰段階から対流段階に移行する時点で、流速Vが第2流速V2に設定される。
More specifically, the flow velocity V is set to the first flow velocity V1 from the start of supplying the refrigerant to the object to be processed 100 to the time when the entire object to be processed 100 is immersed in the refrigerant. Then, after the
第1流速V1>第3流速V3>第2流速V2であることが好ましいけれども、第1流速V1>第2流速V2>第3流速V3であってもよい。第1流速V1>第3流速V3>第2流速V2である場合、第1流速V1から第3流速V3への速度変化が比較的緩やかであるので、出口管42内において冷媒の流れが乱れることを、より抑制できる。
Although it is preferable that the first flow velocity V1> the third flow velocity V3> the second flow velocity V2, the first flow velocity V1> the second flow velocity V2> the third flow velocity V3 may be satisfied. When the first flow velocity V1> the third flow velocity V3> the second flow velocity V2, the velocity change from the first flow velocity V1 to the third flow velocity V3 is relatively gentle, so that the flow of the refrigerant is disturbed in the
図13は、図7に示すフローチャートにおける、被処理物100への冷媒供給動作(ステップS2)の詳細の変形例を説明するためのサブルーチンを示すフローチャートである。図4、図12および図13を参照して、この変形例では、被処理物100へ冷媒が供給される際、制御部29は、まず、ポンプ26および各制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することにより、出口管42を通過する冷媒の流速Vを第1流速V1に設定する(ステップS31)。そして、被処理物100への冷媒供給開始から第1段階が実行される時間L1が経過した後、制御部29は、ポンプ26および各制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することにより、出口管42を通過する冷媒の流速Vを第3流速V3に減速する(ステップS32)。そして、第3段階が実行される時間L3が経過した後、制御部29は、ポンプ26および各制御弁31〜34の少なくとも一方を制御することにより、出口管42を通過する冷媒の流速Vを第2流速V2に変更する(ステップS33)。そして、第2段階が実行される時間L2が経過した後、制御部29は、制御弁34を閉じることで、出口管42への冷媒の供給を停止する(ステップS34)。
FIG. 13 is a flowchart showing a subroutine for explaining a detailed modification of the refrigerant supply operation (step S2) to the object to be processed 100 in the flowchart shown in FIG. With reference to FIGS. 4, 12 and 13, in this modification, when the refrigerant is supplied to the
この変形例によると、被処理物100が冷媒に浸漬されるまでの間、冷媒の流速Vを速い第1流速V1にしているので、冷媒は被処理物100を迅速に浸漬できる。また、対流段階での冷媒の流速Vを低い第2流速V2にしているので、冷媒に乱流が生じることを抑制できる。これにより、対流段階において、被処理物100をより均等に冷却できる。さらに、冷媒への被処理物100の浸漬が完了した後、対流段階に移行するまでの間、例えば、蒸気膜段階および沸騰段階(期間L3)において、より適した流速Vとしての第3流速V3で被処理物100に冷媒を供給できる。このように、冷媒の流速Vを、各段階により適した値にできる。
According to this modification, since the flow velocity V of the refrigerant is set to the high first flow velocity V1 until the object to be processed 100 is immersed in the refrigerant, the refrigerant can quickly immerse the
なお、上述の第1実施形態および変形例において、流速Vが2段階または3段階に設定される形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。流速Vは、4段階以上に設定されていてもよい。 In the first embodiment and the modified example described above, a mode in which the flow velocity V is set in two or three stages has been described as an example. However, this does not have to be the case. The flow velocity V may be set to four or more steps.
また、上述の第1実施形態および変形例において、媒体供給部22にポンプを1つ設ける形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、並列管部28の各部分28a〜28cにポンプが設けられてもよい。この場合、複数のポンプが制御部29によって制御される。
Further, in the above-described first embodiment and modified example, a mode in which one pump is provided in the
また、上述の第1実施形態および変形例において、冷媒が全体としてL字状をなす入口管41および出口管42を通って被処理物100に供給される形態を例に説明した。しかしながら。この通りでなくてもよい。被処理物100に冷媒を供給する冷媒通路の形状は、上述の第1実施形態および変形例で説明した形状に限定されず、任意の形状でよい。例えば、断面多角形状の冷媒通路を通して冷媒が被処理物100に供給されてもよい。
Further, in the above-described first embodiment and the modified example, a mode in which the refrigerant is supplied to the object to be processed 100 through the
また、上述の第1実施形態および変形例において、出口管42において冷媒が下方から上方に上昇し被処理物100に供給される形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。冷媒は、落下しながら被処理物100に浴びせられてもよい。この場合、冷媒の初期流速をより速くできるとともに、被処理物100が冷媒に触れ始めてから被処理物100の全体が冷媒に浸されるまでの時間をより短縮できる。また、冷媒は、水平に進みながら被処理物100に浴びせられてもよい。
Further, in the above-described first embodiment and the modified example, a mode in which the refrigerant rises from the lower side to the upper side in the
また、上述の第1実施形態および変形例において、媒体通路40の下流端部(上側部材44の上端部44b)が媒体通路40内の圧力よりも低い圧力の冷却室8に開放された形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、冷媒通路は、閉回路を形成していてもよい。
Further, in the above-described first embodiment and modification, the downstream end portion (
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお、以下では、主に、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と同様の構成には図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following, configurations different from those of the first embodiment will be mainly described, and the same configurations as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
図14は、本発明の第2実施形態に係る冷却装置6Aの概略構成を示す、一部断面側面図である。図15は、図14に示す冷却装置6Aの主要部を示す断面図であり、主要部を側面から見た状態を示している。図16は、冷却装置6Aの主要部を示す断面図であり、主要部を加熱装置44側から見た状態を示している。図17は、入口管41、出口管42の底面42aおよび第1整流部材61を模式的に示す平面図である。
FIG. 14 is a partial cross-sectional side view showing a schematic configuration of the
図14〜図17を参照して、冷却装置6Aは、冷却装置6の構成に加えて、第1整流部材61と、絞り部材62と、第2整流部材63と、を有している。すなわち、冷却装置6Aは、冷却室8と、出口扉ユニット21と、媒体供給部22と、上下変位機構23と、第1整流部材61と、絞り部材62と、第2整流部材63と、を有している。
With reference to FIGS. 14 to 17, the
第1整流部材61は、冷媒の進行方向を第1方向D1から第2方向D2に変更するために出口管42内に配置され、入口管41の出口側開口部41aと出口管42の対向内面42bとの間の領域の少なくとも一部を覆っている。第1方向D1に沿って見たときにおいて、第1整流部材61は、出口側開口部41aの少なくとも一部を覆っている。なお、冷媒の流れは矢印F1で模式的に図示されている。
The
対向内面42bは、出口管42の内周面42cの一部であって、入口管41の出口側開口部41aと第1方向D1に対向する面である。すなわち、第1方向D1に沿って見たときに、出口管42の内周面42cのうち出口側開口部41aで囲まれた空間と重なる領域が、対向内面42bである。
The facing
第1整流部材61は、冷媒の向きを第1方向D1から第2方向D2へ変更するのに際して、冷媒に乱流が生じることを抑制するように構成されている。第1整流部材61は、金属、強化繊維プラスチック(FRP)等の、高剛性材を用いて形成されており、冷媒の流れの衝撃によっては変位および変形を実質的に生じない程度の剛性を有している。
The
本実施形態では、第1整流部材61は、出口管42の底面42a上に設置されており、当該底面42aに固定されている。第1整流部材61は、矩形の平板状部材によって形成されており、均一な厚みE1を有している。第1整流部材61の厚みE1は特に限定されていないけれども、数mm〜数cm程度の範囲内に設定されていることが好ましい。本実施形態では、第1方向D1に沿って見たときにおいて、第1整流部材61の四隅は、何れも、90度の直角先鋭形状に形成されており、面取りが形成されていない。
In the present embodiment, the first rectifying
第1整流部材61は、第1方向D1と直交するように延びており、本実施形態では、上下方向Z1に沿って延びている。第1整流部材61は、入口管41の出口側開口部41a側を向く一側面61aと、出口管42の対向内面42b側を向く他側面61bと、を有している。これらの側面61a,61bは、それぞれ、第2方向D2に沿って延びており、出口管42の底面42aと直交している。この構成により、第1整流部材61と、出口管42の底面42aとは、直角に交わっており、湾曲形状が設けられていない。
The
図17に示されているように、第2方向D2に沿って出口管42を見たとき(出口管42を平面視したとき、以下、単に平面視ともいう)、第1整流部材61は、出口管42の内周面42cから離隔しており、且つ、入口管41の出口側開口部41aから第1方向D1に進んだ箇所に配置されている。
As shown in FIG. 17, when the
より具体的には、平面視において、第1方向D1と直交する方向である、第1整流部材61の幅方向(前後方向Y1)において、第1整流部材61の両端部と出口管42の内周面42cとの間に、冷媒を通過させるための隙間64,65が形成されている。本実施形態では、第1整流部材61は、出口管42の底面42aにおいて、左右方向X1の中央に配置されているとともに、前後方向Y1の中央に配置されている。この構成により、平面視において、出口管42および第1整流部材61は、左右方向X1に対称な形状に形成されている。また、平面視において、出口管42および第1整流部材61は、前後方向Y1に対称な形状に形成されている。
More specifically, in the width direction (front-back direction Y1) of the first rectifying
本実施形態では、幅方向(前後方向Y1)において、出口管42の内周面42cと第1整流部材61の一端部との間の隙間64の長さk64は、出口管42の内周面42cと第1整流部材61の他端部との間の隙間65の長さk65と同じに設定されている。
In the present embodiment, in the width direction (front-rear direction Y1), the length k64 of the
なお、幅方向(前後方向Y1)における隙間64の長さk64と隙間65の長さk65とは、互いに異なっていてもよいし、一方がゼロであってもよい。すなわち、幅方向(前後方向Y1)における第1整流部材61の一対の端部の何れかは、内周面42cに接触しているか、または、内周面42cと一体化されていてもよい。
The length k64 of the
第1整流部材61の幅wは、入口管41の出口側開口部41aにおける内径D41の少なくとも50%以上(w≧0.5×D41)であることが好ましく、100%以上(w≧D41)であることがより好ましい。幅wが内径D41の50%以上であれば、第1方向D1に沿って入口管41から出口管42に進入した冷媒が、出口管42の対向内面42bに直接衝突することを抑制する効果を十分に発揮できる。そして、幅wが内径D41の100%以上である場合、第1方向D1に沿って入口管41から出口管42に進入した冷媒が、出口管42の対向内面42bに直接衝突するのを抑制する効果をより確実に高めることができる。幅wは、出口管42の内径D42未満(w<D42)に設定されることで、隙間64,65を確保することができる。より好ましくは、幅wは、出口管42の内径D42の50%以下(w≦0.5×D42)に設定されることで、隙間64,65を十分に確保することができる。
The width w of the first rectifying
幅wは、例えば、内径D41の100%〜187.5%の範囲に設定される。 The width w is set, for example, in the range of 100% to 187.5% of the inner diameter D41.
第2方向D2における第1整流部材61の高さhは、入口管41の内径D41の少なくとも50%以上(h≧0.5×D41)であることが好ましく、100%以上(h≧D41)であることがより好ましい。高さhが内径D41の50%以上であれば、第1方向D1に沿って入口管41から出口管42に進入した冷媒が出口管42の対向内面42bに直接衝突することを抑制する効果を、十分に発揮できる。そして、高さhが内径D41の100%以上である場合、第1方向D1に沿って入口管41から出口管42に進入した冷媒が出口管42の対向内面42bに直接衝突することを抑制する効果を、より確実に高めることができる。高さhは、出口管42の底面42aから絞り部材62までの距離k1未満に設定されることが好ましい(h<k1)。h<k1とすることで、第1整流部材61の一側面61a側を通過して上昇する冷媒と、第1整流部材61の他側面61b側を通過して上昇する冷媒との衝突に起因する、冷媒の流れの乱れ状態が被処理物100にまで続くことを抑制できる。
The height h of the first rectifying
また、第1整流部材61の下端(出口管42の底面42a)から被処理物100の下端(被処理物配置位置)までの高さをHとした場合、第1整流部材61の高さhと上記高さHとの割合h/Hは、0.1≦h/H≦0.5であることが好ましい。0.1>h/Hであると、第1整流部材61から被処理物100までの距離が長くなり、第1整流部材61による冷媒の整流効果が被処理物100の周囲において低くなり易い。また、h/H>0.5であると、第1整流部材61と被処理物100との距離が近くなり過ぎ、その結果、入口管41から出口管42に至った冷媒の整流が十分になされないまま、冷媒が被処理物100に供給されるおそれがある。
Further, when the height from the lower end of the first rectifying member 61 (
高さhは、例えば、内径D41の75%〜187.5%の範囲に設定される。 The height h is set, for example, in the range of 75% to 187.5% of the inner diameter D41.
そして、幅wおよび高さhがいずれも内径D41の100%以上(w≧D41、且つ、h≧D41)である構成、すなわち、第1方向D1に沿って見て、第1整流部材61が出口側開口部41aの全域(対向内面42bの全域)を覆う構成が好ましい。この構成であれば、第1方向D1に沿って入口管41から出口管42に到達した冷媒が対向内面42bに第1方向D1に沿って真っ直ぐに直接衝突することを、略確実に防止することができる。
The width w and the height h are both 100% or more of the inner diameter D41 (w ≧ D41 and h ≧ D41), that is, the first rectifying
幅wは、例えば、高さhの約50%〜200%の範囲に設定される。 The width w is set, for example, in the range of about 50% to 200% of the height h.
特に、幅wが入口管41の内径D41の100%〜250%であることが、出口管42での被処理物100の周囲における冷媒の流れの均一化に好ましい。
In particular, it is preferable that the width w is 100% to 250% of the inner diameter D41 of the
また、入口管41の出口側開口部41aにおける開口面積(第1方向D1と直交する断面での開口部分の面積)をdとした場合、第1方向D1と直交する断面での第1整流部材61の面積(一側面61aの面積)w×hと開口面積dとの比率wh/dは、所定の範囲に設定されることが好ましい。この比率wh/dは、0.5〜6.4の範囲に設定されていること(0.5≦wh/d≦6.4)が好ましい。
Further, when the opening area (the area of the opening portion in the cross section orthogonal to the first direction D1) in the outlet side opening 41a of the
比率wh/dが0.5未満であると、第1整流部材61の大きさを十分に確保できない。その結果、入口管41を通過して出口管42に進入した冷媒が第1方向D1に沿って対向内面42bに直接衝突することを防止する効果を、第1整流部材61は十分に発揮し難い。このため、入口管41から出口管42に到達した冷媒が第1方向D1に沿って直接対向内面42bに衝突する程度は大きくなる。その結果、出口管42を上昇する冷媒に乱流が生じやすい。このような乱流が生じる結果、被処理物100が冷媒に均等に当てられず、被処理物100の歪みが大きくなる原因となる。
If the ratio wh / d is less than 0.5, the size of the first rectifying
また、比率wh/dが6.4を超えると、第1整流部材61の一側面61a側の冷媒は、他側面61b側に流れ難くなる。その結果、第1整流部材61の一側面61a側の冷媒の上昇速度と第1整流部材61の他側面61b側の冷媒の上昇速度とが不均一になり易い。このため、出口管42を上昇する冷媒の上昇速度のばらつきが大きくなり、出口管42を上昇する冷媒に乱流が生じやすい。
Further, when the ratio wh / d exceeds 6.4, the refrigerant on the one
上記の構成を有する第1整流部材61の上方に、絞り部材62が設けられている。絞り部材62は、第2方向D2において第1整流部材61から離隔して配置され、第2方向D2と直交する面における出口管42の面積を絞る部材として設けられている。絞り部材62は、出口管42を第2方向D2に沿って進む冷媒を整流する部材である。絞り部材62は、出口管42の内周面42cに着脱可能な筒状部材である。絞り部材62の外径は、出口管42の内径D42と略同じに設定されている。絞り部材62の内周面は、第2方向D2に進むに従い直径が小さくなる円錐台テーパ状に形成されている。この内周面(円錐台テーパ形状)の中心軸線は、出口管42の中心軸線と一致していることが好ましい。
A
絞り部材62の厚み(第2方向D2における絞り部材62の内周面の長さ)は、出口管42の内径D42未満に設定されており、本実施形態では、内径D42の半分未満に設定されている。本実施形態では、絞り部材62の厚みは、第2整流部材63の厚みと略同じに設定されている。第2方向D2(上下方向Z1)に対する絞り部材62の内周面のテーパ状面の傾斜角度は、被処理物100の形状等に応じて適宜設定される。絞り部材62の上方、すなわち、絞り部材62から第2方向D2に進んだ位置に、第2整流部材63が配置されている。
The thickness of the drawing member 62 (the length of the inner peripheral surface of the drawing
第2整流部材63は、絞り部材62を通った冷媒を整流するために設けられている。第2整流部材63は、本実施形態では、出口管42の内周面42cに固定された部材であり、平面視において格子状に形成されている。第2整流部材63の外径は、出口管42の内径D42と略同じに設定されている。第2整流部材63を平面視したときに、第2整流部材63には、多数の例えば四角形状の孔部を有する格子状部分が形成されている。より具体的には、第2整流部材63には、所定の第1水平方向に延びる複数の第1隔壁と、第1水平方向とは直交する第2水平方向に延びる複数の第2隔壁と、が設けられている。そして、複数の第1隔壁は、第2水平方向に等ピッチで配置されており、複数の第2隔壁は、第1水平方向に等ピッチで配置されている。
The
第2整流部材63の格子状部分で形成された孔部の大きさは、被処理物100の形状等に応じて適宜設定される。
The size of the holes formed in the grid-like portion of the second rectifying
本実施形態では、被処理物100が冷媒によって冷却されているとき、第2方向D2に沿って、絞り部材62、第2整流部材63、および、被処理物100(搬送トレイ2、被処理物100の配置位置)の順に配列されている。そして、絞り部材62から被処理物100(被処理物100の配置位置)までの距離k2が、第1整流部材61から絞り部材62までの距離k3よりも短く設定されている(k2<k3)。
In the present embodiment, when the object to be processed 100 is cooled by the refrigerant, the drawing
より具体的には、距離k2は、絞り部材62の上端から被処理物100の下端までの距離である。また、距離k3は、第1整流部材61の上端から絞り部材62の下端までの距離である。本実施形態では、距離k2は、出口管42の内径D42未満であるのに対して、距離k3は、出口管42の内径D42よりも大きい。
More specifically, the distance k2 is the distance from the upper end of the drawing
以上説明したように、第2実施形態に係る冷却装置6Aによると、第1整流部材61は、入口管41の出口側開口部41aと、出口管42の対向内面42bとの間の領域の少なくとも一部を覆っている。これにより、入口管41から出口管42に到達した冷媒は、第1方向D1に沿って対向内面42bに勢いよく衝突することを抑制される。その結果、冷媒が第1方向D1に沿って対向内面42bに勢いよく衝突することで生じる、乱れの度合いの大きな乱流が出口管42で生じることを、抑制できる。よって、出口管42を第2方向D2に沿って進む冷媒の流れの分布(第2方向D2と直交する断面での流速の分布)をより均等にできる。これにより、熱処理用の冷媒が被処理物100を通過する際の冷媒の流れの分布をより均等にできる。その結果、出口管42内に配置された被処理物100が冷媒によって熱処理される度合いを被処理物100の各部においてより均等にできる。本実施形態では、金属製の被処理物100を液状の冷媒で焼入処理する際に、被処理物100の各部をより均等に冷却できるので、被処理物100に歪みが生じることをより確実に抑制できる。
As described above, according to the
また、冷却装置6Aによると、第1整流部材61は、第2方向D2に沿って出口管42を見たときに、出口管42の内周面42cから離隔しており、且つ、入口管41の出口側開口部41aから第1方向D1に進んだ箇所に配置されている。このような構成であれば、第1方向D1に沿って入口管41を進んだ後に出口管42に到達した媒体は、第2方向D2に沿って出口管42を見たときに第1整流部材61の周囲を迂回するように出口管42内を進み、その後、第2方向D2に沿って進む。これにより、出口管42のうち入口管41との接続部周辺における冷媒を、よりスムーズに第2方向D2に進むように第1整流部材61によって案内できる。したがって、出口管42を第2方向D2に沿って進む冷媒の流れの分布(第2方向D2と直交する断面での流速の分布)をより均等にできる。これにより、熱処理用の冷媒が被処理物100を通過する際の冷媒の流れの分布をより均等にできる。その結果、出口管42内に配置された被処理物100が冷媒によって熱処理される度合いを被処理物100の各部においてより均等にできる。本実施形態では、金属製の被処理物100を液状の冷媒で焼入処理する際に、被処理物100の各部をより均等に冷却できるので、被処理物100に歪みが生じることをより確実に抑制できる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、簡易な構成である第1整流部材61を設けるコンパクトな構成で、出口管42における冷媒のより均等な流れを実現できるので、冷却装置6Aをより小型にできる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、冷媒は、第1整流部材61の周囲において、第1整流部材61の幅方向(前後方向Y1)両側方の隙間64,65を通って出口管42の内周面42cの全周に到達するように流れる。このようなスムーズな冷媒の流れが生じる結果、第1整流部材61の周囲から第2方向D2に沿って出口管42を流れる冷媒の流れの分布をより均等にできる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、第1整流部材61は、第1方向D1と直交するように配置された平板状部材を含んでいる。この構成によると、第1整流部材61を、構成の簡易な平板状部材を用いて実現できる。さらに、第1整流部材61の周囲から第2方向D2に沿って出口管42を流れる媒体の流れの分布をより一層均等にできる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、第1方向D1に沿って見て、第1整流部材61は、出口側開口部41aと幅方向(前後方向Y1)の全域に亘って重なっていることが好ましい。この構成によると、第1方向D1に真っ直ぐに進み入口管41から出口管42に到達した冷媒は、出口管42のうち入口管41の出口側開口部41aと第1方向D1に対向する対向内面42bにそのまま衝突するのではなく、第1整流部材61に一旦受けられることとなる。このような構成であれば、冷媒が第1方向D1に沿って対向内面42bに勢いよく衝突することで生じる、乱れの度合いの大きな乱流が出口管42で生じることを、より確実に抑制できる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、絞り部材62は、冷媒の流れを増速させる作用を通じて、出口管42内を通過中の冷媒の流れが不安定になることを抑制する。より具体的には、絞り部材62は、連続の式とベルヌーイの法則とを満たすように冷媒の動圧を相対的に低い状態から高い状態に移動させる。これにより、冷媒の流れが出口管42の内周面42cの壁面摩擦の抵抗に打ち勝つようにし、流体はく離の原因となる冷媒逆流の発生を抑える。これにより、簡単な機構で流体的ノイズの原因となる渦、流体はく離などが抑えられる。よって、出口管42内において、第2方向D2と直交する断面での第2方向D2の流速分布がより均等となる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、第2方向D2に沿って、絞り部材62、第2整流部材63、および、被処理物100の順に配置され、絞り部材62から被処理物100までの距離k2が、第1整流部材61から絞り部材62までの距離k3よりも短く設定されている(k1<k3)。この構成によると、第1整流部材61から絞り部材62までの間の比較的長い領域において十分に流れの整った冷媒は、第2整流部材63でさらに流れを整えられた後に被処理物100に与えられる。これにより、被処理物100を通過する冷媒の流れの分布をより均等にできる。
Further, according to the
また、冷却装置6Aによると、第1実施形態で詳述した、制御部29による冷媒の流速制御によって、被処理物100の各部をより均等に冷却する効果に加えて、第1整流部材61、絞り部材62および第2整流部材63による冷媒の整流効果によって、被処理物100の各部をより均等に冷却する効果を発揮できる。このように、冷媒の流速Vの制御と、冷媒の流れを案内する部材61〜63との相乗効果によって、被処理物100の各部を均等に冷却することのできる効果を顕著に高めることができる。
Further, according to the
なお、上述の第2実施形態では、第1実施形態または第1実施形態の変形例で説明した態様で制御部29が流速Vを制御する場合を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。第2実施形態においては、被処理物100の冷却処理時に流速Vを変化させる制御が行われなくてもよい。
In the second embodiment described above, the case where the
また、第2実施形態では、絞り部材62および第2整流部材63の少なくとも一方が省略されてもよい。
Further, in the second embodiment, at least one of the
また、第2実施形態では、液状またはガス状の媒体を用いて被処理物100を加熱する処理が行われてもよい。 Further, in the second embodiment, the treatment of heating the object to be treated 100 may be performed using a liquid or gaseous medium.
また、上述の第2実施形態では、第1方向D1に沿って見たときにおいて、第1整流部材61が入口管41の出口側開口部41aの全体を覆う形態を図示して説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、第2実施形態の変形例の主要部の平面図である図18(A)を参照して、第1整流部材61は、第1方向D1と平行に配置されてもよい。この場合も、入口管41を第1方向D1に沿って流れてきた冷媒を第1整流部材61が第2方向D2に向かうように案内できる。なお、第2方向D2から見たときの出口管42の周方向回りの第1整流部材61の向きは、上述した形態に限定されず、任意の向きを採用することができる。
Further, in the above-mentioned second embodiment, a mode in which the first rectifying
また、第2実施形態の別の変形例の主要部を示す図18(B)を参照して、第1方向D1から見たときにおいて、第1整流部材61は、幅方向(前後方向Y1)において出口側開口部41aの全体を覆うけれども第2方向D2においては出口側開口部41aの上端側の一部を覆わないように配置されてもよい。
Further, when viewed from the first direction D1 with reference to FIG. 18B showing the main part of another modification of the second embodiment, the first rectifying
また、上述の第2実施形態およびその変形例では、第1整流部材61が平板状部材である形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、第1整流部材61に変えて、第2実施形態のさらに別の変形例の主要部を示す図18(C)を参照して、下端部に湾曲状案内面61c,61dが設けられた第1整流部材61Aが用いられてもよい。第1整流部材61Aが第1整流部材61と異なっている点は、一対の湾曲状案内面61c,61dの下部が、下方(第2方向D2と反対の方向)に進むに従い互いに離隔するように延びている点にある。各湾曲状案内面61c,61dの下部は、円弧面状に形成されており、所定の曲率半径Rを有している。このような構成であれば、冷媒は、各湾曲状案内面61c,61dの下部の湾曲状部分を伝って第2方向D2に向きを変えられることとなる。
Further, in the above-described second embodiment and its modification, although the embodiment in which the first rectifying
また、上述の第2実施形態およびその変形例では、第1方向D1と第2方向D2とが直角に交わる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。第1方向D1と第2方向D2とが交差する角度は、直角以外の角度であってもよい。例えば、第2実施形態のさらなる変形例を示す図18(D)を参照して、出口管42が鉛直方向に対して傾斜するように延びている場合、第1方向D1と第2方向D2との交差角度θ(劣角)は、数度〜90度未満に設定されていてもよい。交差角度θの下限は、30度であってもよいし、45度であってもよいし、60度であってもよいし、75度であってもよい。
Further, in the above-described second embodiment and its modified example, a mode in which the first direction D1 and the second direction D2 intersect at right angles has been described as an example. However, this does not have to be the case. The angle at which the first direction D1 and the second direction D2 intersect may be an angle other than a right angle. For example, referring to FIG. 18D showing a further modification of the second embodiment, when the
以上、本発明の実施形態および変形例について説明したけれども、本発明は上述の構成に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described configuration. The present invention can be modified in various ways as described in the claims.
<冷媒の流速制御の有無に起因する、被処理物冷却の均等さの違いの検証>
図3,4に示す第1実施形態の冷却装置6を用いて、被処理物100を冷却する試験を行った。被処理物100は、焼入温度Thまで加熱された状態において出口管42内において搬送トレイ2に載せられた状態から、冷媒としての冷却水を用いて冷却された。冷却は、被処理物100が蒸気膜段階、沸騰段階および対流段階が完了するまで行われた。被処理物100は、円柱状の鋼材である。冷却装置における試験条件は、冷媒の流速以外の条件は、同一とした。
<Verification of the difference in the uniformity of cooling of the object to be processed due to the presence or absence of flow velocity control of the refrigerant>
A test for cooling the object to be processed 100 was performed using the
試験条件は、以下の通りである。
実施例1A:(流速制御有り):出口管42を通過する冷媒の流速Vを、冷媒が被処理物100の浸漬を開始してから沸騰段階が完了するまでの間、第1流速V1に設定し、沸騰段階の後の対流段階で第2流速V2に設定した。第1流速V1と第2流速V2の比V1:V2=5:1である。
比較例1A(低速):出口管42を通過する冷媒の流速Vを、第2流速V2(V=V2)の固定値に設定した。
比較例2A(高速):出口管42を通過する冷媒の流速Vを、第1流速V1(V=V1)の固定値に設定した。
The test conditions are as follows.
Example 1A: (with flow velocity control): The flow velocity V of the refrigerant passing through the
Comparative Example 1A (low speed): The flow velocity V of the refrigerant passing through the
Comparative Example 2A (high speed): The flow velocity V of the refrigerant passing through the
実施例1A、比較例1Aおよび比較例2Aにおける被処理物の材質は、SCM材(クロムモリブデン鋼材)である。 The material of the object to be treated in Example 1A, Comparative Example 1A and Comparative Example 2A is an SCM material (chromium molybdenum steel material).
評価は、実施例1A、比較例1Aおよび比較例2Aをそれぞれ複数回実施し、実施例1A、比較例1Aおよび比較例2Aのそれぞれにおける、被処理物100の焼入処理前後の真円度の変化量の平均値を測定した。 In the evaluation, Example 1A, Comparative Example 1A, and Comparative Example 2A were carried out a plurality of times, respectively, and the roundness of the object to be treated 100 before and after the quenching treatment in each of Example 1A, Comparative Example 1A, and Comparative Example 2A was evaluated. The average value of the amount of change was measured.
比較例2Aにおける真円度の変化量の平均値を1とした場合の、真円度の変化量の平均値は、以下の通りである。
比較例2A:1.0
比較例1A:0.6
実施例1A:0.2
When the average value of the amount of change in roundness in Comparative Example 2A is 1, the average value of the amount of change in roundness is as follows.
Comparative Example 2A: 1.0
Comparative Example 1A: 0.6
Example 1A: 0.2
上記から明らかなように、被処理物の焼入処理前後の真円度の変化量の平均値(以下、真円度平均値ともいう。)は、比較例2Aが最も大きく、次に比較例1Aが大きく、実施例1Aは格段に小さかった。このように、実施例1Aにおける真円度平均値は、比較例1Aの1/3に過ぎず、さらに、比較例2Aの1/5に過ぎない。 As is clear from the above, the average value of the change in roundness before and after the quenching treatment of the object to be treated (hereinafter, also referred to as the average roundness) is the largest in Comparative Example 2A, followed by Comparative Example. 1A was large, and Example 1A was significantly smaller. As described above, the average roundness value in Example 1A is only 1/3 of that of Comparative Example 1A, and further is only 1/5 of that of Comparative Example 2A.
次に、材料をSUJ材(軸受鋼)とした点以外は実施例1Aと同一条件である実施例2Aと、材料をSUJ材(軸受鋼)とした点以外は比較例2Aと同一条件である比較例3Aと、について、真円度平均値を測定した。 Next, the conditions are the same as in Example 2A except that the material is SUJ material (bearing steel) and the same conditions as in Comparative Example 2A except that the material is SUJ material (bearing steel). For Comparative Example 3A, the average roundness was measured.
比較例3Aにおける真円度平均値を1とした場合の、真円度平均値は、以下の通りである。
比較例3A:1.0
実施例2A:0.1
When the average roundness value in Comparative Example 3A is 1, the average roundness value is as follows.
Comparative Example 3A: 1.0
Example 2A: 0.1
このように、実施例2Aにおける真円度平均値は、比較例3Aの1/10に過ぎず、極めて小さい。 As described above, the average roundness value in Example 2A is only 1/10 of that of Comparative Example 3A, which is extremely small.
以上の次第で、焼入温度Thに加熱された被処理物100を冷却する際の熱歪みが、実施例1A,2Aにおいて極めて小さいことが実証された。すなわち、実施例1A,2Aに関して、出口管42内において冷媒が高度に整流されており且つ均等な流速分布が実現されており、被処理物100へ冷媒を均等に供給できる能力が極めて高いことが実証された。
Based on the above, it was demonstrated that the thermal strain when cooling the object to be treated 100 heated to the quenching temperature Th was extremely small in Examples 1A and 2A. That is, with respect to Examples 1A and 2A, the refrigerant is highly rectified in the
<第1整流部材の有無および第1整流部材の形状に起因する、冷媒の流れの均一度合いの違いの検証>
図18(C)に示す第2実施形態の変形例に係る冷却装置6Aの構成をモデル化したコンピュータシミュレーションを行った。
<Verification of the difference in the degree of uniformity of the refrigerant flow due to the presence or absence of the first rectifying member and the shape of the first rectifying member>
A computer simulation modeling the configuration of the
(比較例1B実および実施例1Bについて)
比較例1Bのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図19(A)を参照して、比較例1Bは、第1整流部材61が設けられていない点は、冷却装置6Aと実質的に同一の構成を有している。
(Regarding Comparative Example 1B Actual and Example 1B)
With reference to FIG. 19A, which is a schematic side view showing a model of Comparative Example 1B and a schematic view showing the distribution of the flow of the refrigerant, Comparative Example 1B is not provided with the first rectifying
また、実施例1Bのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図19(B)を参照して、実施例1Bは、図18(C)に示す冷却装置6Aの変形例に相当する構成を有している。すなわち、第1整流部材61の一対の側面61a,61bのそれぞれの下部に湾曲状案内面61c,61dが形成されている。実施例1Bにおいて、第1整流部材61の幅(紙面に垂直な方向の長さ)wの値を1としたとき、高さh=2.5w、湾曲形状部分の曲率半径R=wに設定されている。
Further, with reference to FIG. 19 (B), which is a schematic side view showing the model of Example 1B and a schematic view showing the distribution of the refrigerant flow, Example 1B is the cooling device shown in FIG. 18 (C). It has a configuration corresponding to a modified example of 6A. That is, curved guide surfaces 61c and 61d are formed below each of the pair of
比較例1Bおよび実施例1Bのそれぞれについて、入口管41から流速Vを一定にして冷媒を出口42管へ流したときの、被処理物100が配置される箇所での、水平断面における冷媒の流速分布を算出した。結果は、図19(A)のおよび図19(B)に示されている。
For each of Comparative Example 1B and Example 1B, the flow velocity of the refrigerant in the horizontal cross section at the place where the object to be processed 100 is arranged when the refrigerant flows from the
図19(A)および図19(B)では、流速Vが高い箇所ほどハッチングの間隔が狭くされている。具体的には、水平断面における流速Vが4段階Q1〜Q4で示されている。流速Q1が4段階の流速Vの中で最も早く、流速Q4が最も遅い。そして、最も速い流速Q1におけるハッチングの間隔はゼロであり、塗りつぶされている。 In FIGS. 19A and 19B, the hatching interval is narrowed as the flow velocity V is higher. Specifically, the flow velocity V in the horizontal cross section is shown in four stages Q1 to Q4. The flow velocity Q1 is the fastest among the four-step flow velocity V, and the flow velocity Q4 is the slowest. The hatching interval at the fastest flow velocity Q1 is zero and is filled.
比較例1Bでは、被処理物100が配置される箇所において、出口管42の対向内面42b側の領域の上方において流速Vが高くなっており、水平断面における冷媒の流れの分布に大きな偏りが生じている。一方、実施例1Bでは、被処理物100が配置される箇所において、第1整流部材61の幅方向両端の領域の上方での流速Vが僅かに高くなっているものの、水平断面における冷媒の流れ分布の偏りは、小さい。
In Comparative Example 1B, the flow velocity V is high above the region on the opposite
被処理物100が配置される箇所での水平断面における、流速Vの最大値(最大流速)と、平均値(平均流速)との差(偏差)について、比較例1Bにおける偏差を1とした場合、以下の通りとなる。 Regarding the difference (deviation) between the maximum value (maximum flow velocity) of the flow velocity V and the average value (average flow velocity) in the horizontal cross section at the location where the object to be processed 100 is arranged, the deviation in Comparative Example 1B is set to 1. , It becomes as follows.
比較例1Bの偏差:1.000
実施例1Bの偏差:0.589
Deviation of Comparative Example 1B: 1.000
Deviation of Example 1B: 0.589
すなわち、被処理物100が配置される箇所における水平断面での流速の偏りについて、実施例1Bでは、比較例1Bの40%以上(41.1%)小さくされていることが実証された。このように、第1整流部材61Aを設けることで、被処理物100が配置される箇所における水平断面での流速Vの偏りを顕著に低減できることが実証された。
That is, it was demonstrated that the deviation of the flow velocity in the horizontal cross section at the place where the object to be processed 100 is arranged is reduced by 40% or more (41.1%) in Example 1B as compared with Comparative Example 1B. As described above, it has been demonstrated that by providing the
(実施例2Bおよび実施例3Bについて)
次に、実施例2Bのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図20(A)を参照して、実施例2Bは、第1整流部材61Aの幅(紙面に垂直な方向の長さ)wの値と1としたとき、高さh=2.5w、湾曲形状部分61c,61dの曲率半径R=0.75wである。実施例2Bは、第1整流部材61の湾曲形状部分61c,61dの曲率半径R=0.75wである点以外は、実施例1Bと同一の構成を有している。
(About Example 2B and Example 3B)
Next, with reference to FIG. 20 (A), which is a schematic side view showing the model of Example 2B and a schematic view showing the distribution of the flow of the refrigerant, in Example 2B, the width of the
次に、実施例3Bのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図20(B)を参照して、実施例2Bは、第1整流部材61の幅(紙面に垂直な方向の長さ)wを1としたときに高さh=2.5wに設定されており、湾曲形状部分が設けられていない。実施例3Bでは、第1整流部材61が平板状部材で形成されて湾曲形状部分が設けられていない点以外は、実施例2Bと同一の構成を有している。
Next, with reference to FIG. 20 (B), which is a schematic side view showing the model of Example 3B and a schematic view showing the distribution of the flow of the refrigerant, in Example 2B, the width of the first rectifying member 61 ( The height h = 2.5w is set when w (the length in the direction perpendicular to the paper surface) w is 1, and the curved shape portion is not provided. Example 3B has the same configuration as that of Example 2B except that the first rectifying
実施例2Bおよび実施例3Bのそれぞれについて、入口管41から流速Vを一定にして冷媒を出口管42へ流したときの、被処理物100が配置される箇所での、水平断面における冷媒の流速分布を算出した。結果は、図20(A)のおよび図20(B)に示されている。
For each of Example 2B and Example 3B, the flow velocity of the refrigerant in the horizontal cross section at the place where the object to be processed 100 is arranged when the refrigerant flows from the
図20(A)および図20(B)では、図19(A)および図19(B)で示したのと同様に、4段階の流速Q1〜Q4で流速を模式的に示している。実施例2Bでは、出口管42の対向内面42b側の領域の上方において流速Vが僅かに高いものの、水平断面における冷媒の流れの分布は偏りが小さい。また、実施例3Bでは、出口管42の対向内面42b側の領域の上方において流速Vの大きな領域が僅かであり、水平断面における冷媒の流れの分布は偏りが極めて小さい。
In FIGS. 20 (A) and 20 (B), the flow velocities are schematically shown by the four-step flow velocities Q1 to Q4, as shown in FIGS. 19 (A) and 19 (B). In Example 2B, although the flow velocity V is slightly higher above the region on the opposite
実施例2B,3Bのそれぞれについて、上記水平断面における、最大流速と平均流速との差(偏差)について、実施例2Bにおける偏差を1とした場合、以下の通りとなる。 For each of Examples 2B and 3B, the difference (deviation) between the maximum flow velocity and the average flow velocity in the horizontal cross section is as follows, assuming that the deviation in Example 2B is 1.
実施例2Bの偏差:1.000
実施例3Bの偏差:0.944
Deviation of Example 2B: 1.000
Deviation of Example 3B: 0.944
すなわち、被処理物100が配置される箇所における水平断面での流速の偏りについて、実施例3Bでは、実施例2Bの5%以上(約5.6%)小さくされていることが実証された。このように、第1整流部材61Aを設けることで、被処理物100が配置される箇所における水平断面での流速の偏りを顕著に低減でき、さらには第1整流部材61を平板状部材とすることで当該偏りをより一層低減できることが実証された。
That is, it was demonstrated that the deviation of the flow velocity in the horizontal cross section at the place where the object to be processed 100 is arranged is reduced by 5% or more (about 5.6%) in Example 3B as compared with Example 2B. By providing the
<第1整流部材の面積に対する入口管の開口面積の比と、出口管における流速分布のばらつきとの関係についての検証>
図14に示す第2実施形態の冷却装置6Aの構成に相当する構成をモデル化したコンピュータシミュレーションを行った。
<Verification of the relationship between the ratio of the opening area of the inlet pipe to the area of the first rectifying member and the variation in the flow velocity distribution in the outlet pipe>
A computer simulation modeling a configuration corresponding to the configuration of the
この冷却装置6Aの入口管41から冷媒としての冷却水を流した場合をシミュレーションした。具体的には、第2整流部材63の下流側位置(被処理物100が配置される箇所)での水平断面における冷媒の流速Vのばらつき値σ(当該水平断面での流速Vの最大値と平均値との差)を算出した。なお、以下では、被処理物100が配置される箇所での水平断面における冷媒の流速Vのばらつき値を、「流速ばらつき値」という。
A simulation was performed in which cooling water as a refrigerant was flowed from the
シミュレーション条件は、形状指数wh/dを設定し、この形状指数wh/dが異なる複数の場合において、入口管41から同一流速の冷却水を冷媒として流す条件とした。なお、wは第1整流部材の幅であり、hは第1整流部材の高さであり、dは入口管41の出口側開口部41aの開口断面積である。
As the simulation condition, the shape index wh / d was set, and in the case where the shape index wh / d was different, the cooling water having the same flow velocity was flown from the
そして、形状指数wh/dがゼロ、すなわち、第1整流部材61が設けられていないときの流速ばらつき値σbを基準として、所定の形状指数wh/dにおける流速ばらつき値σの割合σ/σbを算出した。この割合を、以下では流速ばらつき割合σ/σbともいう。形状指数wh/dと流速ばらつき割合σ/σbとの関係は、以下の表1において表で示し、図21においてグラフで示している。なお、表1で示している内容と図21で示している内容とは同じである。図21においては、形状指数wh/dと流速ばらつき割合σ/σbとの関係を示す傾向線が示されている。
Then, the ratio σ / σb of the flow velocity variation value σ in the predetermined shape index wh / d is set with reference to the flow velocity variation value σb when the shape index wh / d is zero, that is, when the first rectifying
表1および図21から明らかなように、形状指数wh/dが0.1または0.2のとき、流速ばらつき割合σ/σbが100%以上である。これは、第1整流部材61の面積が小さすぎることにより、第1整流部材61による冷媒の整流効果が十分に発揮されていないことを示している。一方で、形状指数wh/dが0.5以上であれば、流速ばらつき割合σ/σbが100%未満である。なお、本実施例では、形状指数wh/dの最大値は8.6である。そして、形状指数が0.5〜6.4のとき、流速ばらつき割合σ/σbは、90%未満であり、出口管42において特に流速Vの均一さの度合いが高い。以上の次第で、形状指数wh/dが0.2と0.5との間で流速ばらつき割合σ/σbが顕著に低下し、さらに、形状指数wh/dが0.5〜6.4において、流速ばらつき割合σ/σbが十分に低い値(90%未満)となることが実証された。
As is clear from Table 1 and FIG. 21, when the shape index wh / d is 0.1 or 0.2, the flow velocity variation ratio σ / σb is 100% or more. This indicates that the area of the first rectifying
<第1整流部材の有無に起因する、被処理物冷却の均等さの違いの検証>
図14に示す第2実施形態の冷却装置6Aを用いて、被処理物100を冷却する試験を行った。被処理物100は、焼入温度Thまで加熱された状態において出口管42内において搬送トレイ2に載せられた状態から、冷媒としての冷却水を用いて冷却された。冷却は、被処理物100が蒸気膜段階、沸騰段階および対流段階が完了するまで行われた。被処理物100は、鋼材である。冷却装置6Aにおける試験条件は、第1整流部材61の有無以外の条件は、同一とした。
<Verification of the difference in the uniformity of cooling of the object to be processed due to the presence or absence of the first rectifying member>
A test for cooling the object to be processed 100 was performed using the
すなわち、実施例1Cは、第1整流部材61が設けられた冷却装置で冷却処理が行われ、比較例1Cは、第1整流部材61が設けられていない点以外は冷却装置6Aと同じ構成の冷却装置で冷却処理が行われた。
That is, in the first embodiment, the cooling process is performed by the cooling device provided with the first rectifying
実施例1Cおよび比較例1Cのそれぞれにおける、焼入処理に起因する被処理物の歪み量を測定した。 The amount of strain of the object to be treated due to the quenching treatment was measured in each of Example 1C and Comparative Example 1C.
比較例1Cにおける歪み量を1としたとき、実施例1Cにおける歪み量は、0.4に過ぎなかった。すなわち、比較例1Cにおける歪み量と実施例1Cにおける歪み量の比率は、以下の通りである。
比較例1C:1.0
実施例1C:0.4
When the strain amount in Comparative Example 1C was 1, the strain amount in Example 1C was only 0.4. That is, the ratio of the amount of strain in Comparative Example 1C to the amount of strain in Example 1C is as follows.
Comparative Example 1C: 1.0
Example 1C: 0.4
以上の次第で、焼入温度Thに加熱された被処理物100を冷却する際の熱歪みが、実施例1Cにおいて極めて小さいことが実証された。すなわち、実施例1Cに関して、第1整流部材61が設けられていることにより出口管42内において冷媒が高度に整流されており且つ均等な流速分布が実現されており、被処理物100へ冷媒を均等に供給できる能力が極めて高いことが実証された。
Based on the above, it was demonstrated that the thermal strain when cooling the object to be treated 100 heated to the quenching temperature Th was extremely small in Example 1C. That is, with respect to the first embodiment, since the first rectifying
本発明は、熱処理装置として、広く適用することができる。 The present invention can be widely applied as a heat treatment apparatus.
1 熱処理装置
41 入口管
41a 出口管側開口部
42 出口管
42b 出口管の対向内面
42c 出口管の内周面
61 第1整流部材(整流部材)
62 絞り部材
63 第2整流部材
64,65 隙間
100 被処理物
D1 第1方向
D2 第2方向
k2 絞り部材から被処理物の配置位置までの距離
k3 整流部材から絞り部材までの距離
Y1 前後方向(幅方向)
1
62 Squeezing
Claims (4)
前記入口管における前記媒体の進行方向としての第1方向とは異なる第2方向に向けて前記媒体が進行するように前記入口管に接続されるとともに、前記被処理物が配置される出口管と、
前記媒体の進行方向を前記第1方向から前記第2方向に変更するために前記出口管内に配置され、前記第2方向に沿って前記出口管を見たときに、前記出口管の内周面から離隔しており、且つ、前記入口管の出口管側開口部から前記第1方向に進んだ箇所に配置された整流部材と、
を備え、
前記第2方向に沿って前記出口管を見たときに、前記第1方向と直交する方向としての幅方向において、前記整流部材の両端部と前記出口管の内周面との間に、前記媒体を通過させるための隙間が形成されており、
前記整流部材は、前記出口管の底面に固定されるとともに前記出口管の長さ方向と同じ角度に延びるように配置され、前記整流部材における前記出口管側開口部側を向く面の面積whと前記入口管の前記出口管側開口部における開口面積dとの比率wh/dが、0.5〜6.4の範囲に設定されていることを特徴とする、熱処理装置。 An inlet pipe into which a medium for heat treatment is applied to the object to be treated, and
An outlet pipe in which the medium is connected to the inlet pipe so that the medium travels in a second direction different from the first direction as the traveling direction of the medium in the inlet pipe, and the object to be processed is arranged. ,
It is arranged in the outlet pipe to change the traveling direction of the medium from the first direction to the second direction, and when the outlet pipe is viewed along the second direction, the inner peripheral surface of the outlet pipe. A rectifying member that is separated from the inlet pipe and is arranged at a position that advances in the first direction from the outlet pipe side opening of the inlet pipe.
Equipped with a,
When the outlet pipe is viewed along the second direction, the outlet pipe is located between both ends of the rectifying member and the inner peripheral surface of the outlet pipe in the width direction as a direction orthogonal to the first direction. A gap is formed for the medium to pass through,
The rectifying member is fixed to the bottom surface of the outlet pipe and is arranged so as to extend at the same angle as the length direction of the outlet pipe. A heat treatment apparatus , wherein the ratio wh / d of the inlet pipe to the opening area d at the outlet pipe side opening is set in the range of 0.5 to 6.4.
前記第1方向に沿って見て、前記整流部材は、前記出口管側開口部と前記幅方向の全域に亘って重なっていることを特徴とする、熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1.
A heat treatment apparatus, characterized in that the rectifying member overlaps the outlet pipe side opening over the entire width direction when viewed along the first direction.
前記第2方向において前記整流部材から離隔して配置され、前記第2方向と直交する面における前記出口管の面積を絞る絞り部材をさらに備えていることを特徴とする、熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1 or 2.
A heat treatment apparatus further comprising a drawing member which is arranged apart from the rectifying member in the second direction and narrows the area of the outlet pipe on a surface orthogonal to the second direction.
前記出口管内を流れる前記媒体を整流する第2整流部材をさらに備え、
前記第2方向に沿って、前記絞り部材、前記第2整流部材、および、前記被処理物の配置位置の順に配置され、
前記絞り部材から前記被処理物の配置位置までの距離が、前記整流部材から前記絞り部材までの距離よりも短く設定されていることを特徴とする、熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 3.
A second rectifying member for rectifying the medium flowing in the outlet pipe is further provided.
Along said second direction, said throttle member, said second rectifying member, and are arranged in the order of the arrangement position of the object to be processed,
A heat treatment apparatus, characterized in that the distance from the drawing member to the arrangement position of the object to be processed is set shorter than the distance from the rectifying member to the drawing member.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018029252A JP6938402B2 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Heat treatment equipment |
| CN201910121673.5A CN110184428B (en) | 2018-02-22 | 2019-02-19 | Heat treatment device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018029252A JP6938402B2 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Heat treatment equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019143208A JP2019143208A (en) | 2019-08-29 |
| JP6938402B2 true JP6938402B2 (en) | 2021-09-22 |
Family
ID=67713610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018029252A Active JP6938402B2 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Heat treatment equipment |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6938402B2 (en) |
| CN (1) | CN110184428B (en) |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06235019A (en) * | 1993-02-09 | 1994-08-23 | Daido Steel Co Ltd | Quenching tank |
| JP4280981B2 (en) * | 2003-06-27 | 2009-06-17 | 株式会社Ihi | Cooling gas air path switching device for vacuum heat treatment furnace |
| WO2009107639A1 (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-03 | 新日本製鐵株式会社 | Cooling system and cooling method of rolling steel |
| JP5214350B2 (en) * | 2008-06-27 | 2013-06-19 | 株式会社ジェイテクト | Quenching apparatus, quenching method for workpieces, and mounting table used for these |
| JP2010100967A (en) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Toray Ind Inc | Heat-treatment furnace, flame retardant fiber bundle, and method for producing carbon fiber |
| JP5538740B2 (en) * | 2009-03-18 | 2014-07-02 | 光洋サーモシステム株式会社 | Heat treatment equipment |
| JP4884547B2 (en) * | 2010-04-04 | 2012-02-29 | 有限会社川野技研 | Blowout elbow with guide vanes |
| KR101604932B1 (en) * | 2011-07-28 | 2016-03-18 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | Flame-retardant heat treatment furnace |
| JP5779087B2 (en) * | 2011-12-28 | 2015-09-16 | 株式会社Ihi | Vacuum heat treatment equipment |
| JP5704241B2 (en) * | 2012-06-27 | 2015-04-22 | 三菱レイヨン株式会社 | Carbonization furnace for producing carbon fiber bundles and method for producing carbon fiber bundles |
| JP6271096B2 (en) * | 2015-09-11 | 2018-01-31 | 光洋サーモシステム株式会社 | Heat treatment equipment |
-
2018
- 2018-02-22 JP JP2018029252A patent/JP6938402B2/en active Active
-
2019
- 2019-02-19 CN CN201910121673.5A patent/CN110184428B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110184428A (en) | 2019-08-30 |
| JP2019143208A (en) | 2019-08-29 |
| CN110184428B (en) | 2021-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5368112B2 (en) | Injection hardening system for heat treated metal products | |
| US10704726B2 (en) | Curved flow channel with built-in lattice structure | |
| EP3006576B1 (en) | Device for individual quench hardening of technical equipment components | |
| JP6938402B2 (en) | Heat treatment equipment | |
| JP6097095B2 (en) | Heat treatment method and heat treatment apparatus for shaft parts | |
| JP6987459B2 (en) | Manufacturing method of heat treatment equipment and metal parts | |
| KR100941675B1 (en) | Method and device for patenting steel wires | |
| JP6271096B2 (en) | Heat treatment equipment | |
| JP6326672B2 (en) | Hollow shaft heat treatment method, hollow shaft heat treatment apparatus and screw shaft manufacturing method | |
| US10866029B2 (en) | Heat treatment apparatus | |
| US11673822B2 (en) | Method and apparatus for controlling glass tube taper | |
| CN108373256A (en) | Device and method for the cooling component being in contact with glass melt | |
| JP2005281754A (en) | Cooling system | |
| JP7753019B2 (en) | Heat Treatment Equipment | |
| KR20110034465A (en) | Immersion Press Curing Mold Device | |
| JP2009270195A (en) | Gas cooling apparatus and gas cooling method | |
| US740981A (en) | Apparatus for steaming and processing canned goods. | |
| JP5422228B2 (en) | Heat treatment furnace | |
| WO2006124102A2 (en) | Coolant system for inject cores | |
| CN112442580A (en) | Double-vortex quenching equipment | |
| CN119464671A (en) | Jet heat treatment device suitable for large aspect ratio and thick wall cavity structure | |
| JPS63160784A (en) | Method for improving residual stress of double metal pipe and the like | |
| KR20070080465A (en) | Throttle valve with timing belt with sagging member | |
| JP2017082285A (en) | Gas hardening method | |
| KR20050111033A (en) | Homogenizing furnace for heating successively |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20191106 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200828 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210519 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210525 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210623 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210831 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210901 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6938402 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |