JPH0651882B2

JPH0651882B2 - 真空焼結急冷炉

Info

Publication number: JPH0651882B2
Application number: JP60270217A
Authority: JP
Inventors: 正夫武田; 正則太田; 充博西本; 一平山内; 知安川崎; 秀一田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS62167803A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、処理物（粉末成形品）の高温真空雰囲気での
焼結工程と処理物（焼結品）に必要な急冷処理工程とを
一貫工程で実施できる真空焼結急冷炉に関するものであ
る。

［従来の技術］例えば、超硬合金、マグネット材、粉末ハイスなどの焼
結材料では、焼結後、焼入れを施すために所定の高温域
からの急冷を要するものが多い。これは、超硬合金では
この急冷処理によって強度の改善が図られ、マグネット
材料では冷却速度に応じて磁気特性が支配されるなど、
必要な材料特性に得る上で不可欠の熱処理とすることに
よる。このため、この種の急冷処理を必要とする焼結材
料を製造する場合では、まず所望の形状に成形した処理
物（粉末成形品）を脱ロウし焼結炉で真空焼結した後、
その処理物（焼結品）を別の焼入れ炉等に装入し再加熱
してから急冷する分別された二又は三工程を経るのが普
通であり、また真空焼結炉についても処理物を一貫工程
で脱ロウ−焼結−急冷を連続的に行なえるものは、現状
では見当らない。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、このような真空焼結（脱ロウ工程を含む）、急
冷処理を別々の工程で実施する従来の方法では、どうし
ても作業能率や生産効率が低くなり、炉設備費の増大も
無視できない問題とされる。同時に又、材料によっては
焼結後直ちに急冷した方が所期の性質を得る上でより好
都合となるものがあるが、従来の方法ではかかる要求に
対しても応じることができない欠点がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、処理物を真空焼結した後
引き続く一連の工程で当該処理物を高い効率で急冷処理
することを可能にする真空焼結急冷炉を新たに提供する
ものである。

［問題点を解決するための手段］すなわち、上記の問題点を克服解消するために本発明で
提唱する真空焼結急冷炉は、密閉形のチャンバー内に、
その開口端部に開閉可能な扉を有しかつ内部を真空吸引
可能に構成して処理物を収納するタイトボックスと、こ
のタイトボックスのまわりに配置されるヒータと、前記
チャンバー内に供給される冷却ガスを同チャンバー内で
送風する冷却ファンと、この冷却ファンで送風される冷
却ガスを導びく導風通路と、この導風通路から冷却ガス
を導入して前記タイトボックス内の処理物に向けて噴出
する該処理物の対抗位置に複数箇所に亘って配設された
ノズルと、前記タイトボックスから排出される冷却ガス
を前記冷却ファンの吸込側に案内する案内通路と、この
案内通路に介設され冷却ガスを冷却するクーラとを配設
してなることを特徴としているものである。

［作用］本発明の真空焼結急冷炉では、炉のタイトボックス内で
脱ロウし真空焼結した後、引き続き処理物を急冷するに
さいし、その処理物に対し冷却ガスを噴射するようにし
たものであるから、焼入れや組織の調整に必要な高温域
での冷却速度を大きくして処理物を急冷することが可能
となる。つまり、従来では単一炉内で焼結後処理物を連
続的にガス冷却して急冷しようとしても、断熱材その他
の炉材熱容量が大きいため、処理物に必要な高温域での
十分大きな冷却速度を付与することができなかったが、
本発明方法によると、処理物に直接冷却ガスを噴射し
て、不要な炉材の冷却を避けるように冷却するものであ
るから炉全体としての冷却速度は遅くとも、処理物を優
先的に冷却してその高温域における必要な温度範囲での
大きな冷却速度を確保できるのである。

また、処理物を炉内のタイトボックスに収納すれば、そ
のチャンバー内に関連して設けた要素の働きにより、タ
イトボックスの密閉状態での脱ロウとタイトボックスの
開放状態での真空焼結、さらにガス噴射冷却を一貫工程
で連続的に行なえるものとなる。

［実施例］以下、本発明の真空焼結急冷炉を図示の実施例について
詳しく説明する。

第１図と第２図は、本発明に係る真空焼結急冷方法の炉
の構造を図示している。

この炉は一端側に開閉可能な炉蓋部１ａを有する中空の
密閉形チャンバー１に、次のような要素を配設して構成
される。

チャンバー１内の中央部には、その周囲を断熱材４ａで
覆ったタイトボックス２を配置している。このタイトボ
ックス２は、筒状の本体２ａとその両端開口端部３、３
を密閉する蓋部２ｂ、２ｂとから構成され、蓋部２ｂ、
２ｂは厚手の断熱壁４ｂ、４ｂに内張されて該断熱壁４
ｂ、４ｂと一体にタイトボックス２の扉５、５を構築し
ている。そして、この両側の扉５、５はそれぞれチャン
バー１に固設した扉開閉装置６、６のシリンダ６ａ、６
ａと連動するリンクレバー６ｂ、６ｂを介して開閉自在
とされている。また、このタイトボックス２は、その本
体２ａの底部中央に脱ロウ時において図外の真空ポンプ
と連通される排気管７を開口させて接続し、扉５、５の
密閉状態でその内部を真空に吸引できるように構成して
いる。そして、このタイトボックス２の内部に、図示の
ように目的の処理物Ａが収納される。なお、チャンバー
１には、該チャンバー１内全体を真空排気するための排
気管２２がその一側に開口させて接続してあり、真空焼
結時にはタイトボックス２の扉５、５を開放して排気す
る。

また、このタイトボックス２のまわりの本体２ａと前記
断熱材４ａとの間にヒータ８を配置している。このヒー
タ８はタイトボックス２内の処理物Ａを間接加熱するた
めのもので、チャンバー１に該ヒータ８に通電させる給
電端子９を装着している。

一方、チャンバー１内における前記炉蓋部１ａと反対側
の端部に、図示しないガス導入管から供給される冷却ガ
ス（不活性ガス）をチャンバー１内で送風し循環させる
ための冷却ファン１０を設けている。この冷却ファン１
０は、その回転軸をシール軸受１１を介して気密に外部
に延出し、炉外に配設したモータ１２で回転駆動される
ようになっている。

そして、処理物Ａの急冷工程において冷却ファン１０を
作動させたとき、該冷却ファン１０から送風される冷却
ガスを導びく導風通路１３をチャンバー１内に設けてい
る。この導風通路１３は、この場合具体的には、冷却フ
ァン１０の導風板１４に一端を連接してチャンバー１の
内面に沿設したダクトからなっている。そして、この導
風通路１３の送風端１３ａを、タイトボックス２の一端
側の前記扉５の外周近接位置に開口させ、第２図のよう
に、その扉５を開いた状態で導風通路１３の送風端１３
ａが丁度扉５の隙間１５と会合し、タイトボックス２の
一端側開口端部３と連通されるように構成している。

そして更に、この導風通路１３と連通されるタイトボッ
クス２の一端側開口端部３の近傍に、タイトボックス本
体２ａに嵌着して仕切板１６を設け、この仕切板１６に
前記導風通路１３から冷却ガスを導入し、タイトボック
ス２内の処理物Ａに向け軸方向に冷却ガスを噴出するノ
ズル１７を開通させている。

このノズル１７からタイトボックス２内に噴出された冷
却ガスは、他端側の開口端部３よりチャンバー１内に排
出されることになるが、この冷却ガスを前記冷却ファン
１０の吸込側に案内し、冷却ガスの循環を行なわしめる
ための案内通路１８をチャンバー１内に設けている。こ
の案内通路１８は、この場合具体的には、タイトボック
ス２をセットしたチャンバー１内に形成される空間を利
用するようにしたものである。

そして、この案内通路１８における前記冷却ファン１０
の吸込側近傍に、前記処理物Ａを冷却し加温してから帰
還される冷却ガスを冷却するクーラ１９を介設してい
る。このクーラ１９は、この場合炉外から流通される冷
却水に冷却ガスを熱交換するラジエータからなってい
る。

次いで、上記構成を具備する真空焼結急冷炉を用いた真
空焼結急冷方法について説明する。

まず第１図に示す真空焼結工程（脱ロウ工程を含む）で
は、処理物（粉末成形品）Ａをタイトボックス２に収納
してから扉５、５を閉じ、さらにチャンバー１を密閉し
て作業を開始する。この真空焼結工程では、内設ヒータ
８でタイトボックス２内の処理物Ａを所定の焼結温度に
加熱するとともに、タイトボックス２内を予め排気管７
で吸引して真空雰囲気に調整しておく。そして、処理物
Ａをこの状態で所定時間保持し先ず脱ロウ処理を行なっ
た後、今度はタイトボックス２の扉５、５を開きチャン
バー１内を排気管２２から真空排気し、さらに高温で所
定時間保持して焼結工程を完了することになる。

引き続く第２図に示す急冷工程では、炉外からチャンバ
ー１内に冷却ガスを加圧して供給するとともに、同チャ
ンバー１内に設けた冷却ファン１０とクーラ１９の作動
を開始し、さらにこれと同時的にタイトボックス２の両
側扉５、５を開放する。すると、チャンバー１内に導入
された加圧冷却ガスが導風通路１３、タイトボックス２
の片側扉５の隙間１５を通ってタイトボックス一端側の
開口端部３に導びかれ、さらにこの部分からその仕切板
１６に開設したノズル１７群から軸方向に噴出され、タ
イトボックス２内の処理物（焼結品）Ａに直接加圧冷却
ガスが流通し接触されることになる。そして、この処理
物Ａを冷却した加圧冷却ガスは反対側の開口端部３より
密閉形チャンバー１内に排出され、同チャンバー１内に
設けた案内通路１８を通って冷却ファン１０の吸込側に
帰り、クーラ１９で冷却されてから冷却ファン１０で再
び循環されることになる。この加圧冷却ガスの流れを第
２図に示す矢線で示す。かくして、一定時間処理物Ａに
対する冷却ガスの噴射を行なったならば急冷工程を終了
し、その後炉内を放冷して適宜のタイミングで処理物Ａ
を取出す。

以上の如く、本発明の真空焼結急冷炉では単一炉内で一
貫工程の下に脱ロウ、焼結、急冷処理を連続して実施で
きるものとなる。そして、かかる本発明における最大の
特徴は、その急冷工程時において、炉内に供給される冷
却ガスを直接処理物に噴射せしめるようにしたことであ
る。すなわち、冷却ガスを加圧して送風すればより効果
的な冷却効果が発揮できるものとなるが、さらに処理物
Ａに直接冷却ガスを作用せしめるようにすれば、たとえ
大きな熱容量を持つ炉材の冷却が遅延しても比較的熱容
量の小さい処理物Ａは高温域から早急に温度低下させる
ことができ、必要な急冷効果を十分に発現できるものと
なるのである。なお、この方法によっても、炉材の大き
な熱容量が影響するため処理物Ａが高温域からある程度
低い温度にまで急冷した後は、その冷却速度が遅くなる
ことを免れないが、一般に焼結品の焼入れ処理などで急
冷を要求される区間は高温側の一定温度域に限られるた
め、その急冷処理後に冷却速度が鈍化しても別段支障な
い。

本発明の真空焼結急冷炉は、以上のように、処理物の真
空焼結工程と急冷工程とを単一炉内で連続した一貫工程
で実施できるものであるため、今までのこの種焼結品の
製造に比較すると、作業能率と生産効率とが改善され、
炉の設備費も低くできるなど種々のメリットが得られ
る。加えて、この方法によると、ノズル１７による冷却
ガスの処理物Ａに対する当りを均一化しさえすれば、別
工程で急冷処理する場合のような加熱、冷却ムラを起す
要因が排除されることになり、特に焼入れ鋼製品の場合
にあっては、焼入硬度のバラツキや焼入れ歪の発生を少
なくすることができる。

また、この真空焼結急冷炉は、今までに比類のない全く
新規なものである上、装置全体としてもノズル機構を付
加改良するだけで、従来の真空焼結炉と殆ど変わりない
内部の基本構造でコンパクトにまとめることができる特
徴を有する。

次に、本発明の真空焼結急冷炉の他の実施例、特にタイ
トボックス内の処理物に対するノズルの取付配置構造の
変形例について説明する。

第１図、第２図に図示したタイトボックス２の開口端部
３から軸方向、つまり横向きに冷却ガスを噴出させて処
理物Ａに当てる形式のものは、処理物Ａが比較的小物で
タイトボックス２内に多段に積重されるような場合に
は、均一で最も有効的に冷却作用を発揮できるが、例え
ば大物品をその立長を立ててセットするような場合で
は、第３図あるいは第４図に示すように、タイトボック
ス２内の処理物Ａに対しノズル２０又は２１から冷却ガ
スを軸直交方向の縦向きにして噴射させるようにした方
が効果的となる場合がある。

すなわち、第３図の例は、前記の例でタイトボックス２
の開口端部３に設けられる仕切板１６に直接軸方向のノ
ズル１７を開設するのに代えて、この仕切板１６から導
風通路１３と連通する開口端部３に一端を開口させて処
理物Ａを挟むようにタイトボックス２内に適数本のノズ
ル２０を延設し、このノズル２０の側面に所々ノズル穴
２０ａを開口させて処理物Ａの上下面側にその軸直交方
向に噴出される冷却ガスを噴射させるようにしたもので
ある。また、第４図の例は、前記導風通路１３をタイト
ボックス２の外周位置まで延長して設けるとともに、こ
の導風通路１３から前記断熱材４ａとタイトボックス本
体２ａを貫通して、ノズル２１をタイトボックス２内に
その先端部２１ａを臨出させ、第３図の例と同じく当該
ノズル２１から処理物Ａの上下面に対し冷却ガスを軸直
交方向に噴射せしめるようにしたものである。なお、こ
の第４図の例では、タイトボックス２の両端開口端部
３、３から冷却ガスを排出させるようにしている。

上記に掲げた変形実施例の他、本発明ではそのノズルに
取付配置構造や炉の他の構成要素については、本発明の
主旨を変更しない範囲で図示例の他にその様々な設計変
更が可能である。

なお、本発明で新たに提案する構成の炉については、そ
の名称に関わらず、その他真空加圧焼結炉、真空加圧焼
入炉、真空脱ガス炉、調質炉などに多目的に利用できる
余地がある。

［発明の効果］本発明は、以上に説明した通りであって、従来別々の工
程で処理しなければならなかった粉末成形品の真空焼結
工程とその焼結品の急冷工程とを連続した一貫工程で行
なえるものとなり、作業性、生産性、品質、経済性等に
おける多面的改善が図られる。また、複数のノズルが処
理物に対向して配置されるため、処理物に対する冷却効
率が格段に向上されたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は共に本発明の第１実施例に係る真空焼
結急冷炉の概略断面図である。第３図は本発明の第２実
施例に係る真空焼結急冷炉の概略断面図である。第４図
は本発明の第３実施例に係る真空焼結急冷炉の概略断面
図である。Ａ……処理物１……チャンバー、１ａ……炉蓋部２……タイトボックス２ａ……本体、２ｂ……蓋部３……開口端部４ａ……断熱材、４ｂ……断熱壁５……扉６……扉開閉装置７……排気管８……ヒータ１０……冷却ファン１３……導風通路１５……隙間１６……仕切板１７、２０、２１……ノズル１８……案内通路１９……クーラ２２……排気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山内一平京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所三条工場内 (72)発明者川崎知安京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所三条工場内 (72)発明者田中秀一京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所三条工場内 (56)参考文献特開昭50−75105（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−120611（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−9801（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉形のチャンバー内に、その開口端部に
開閉可能な扉を有しかつ内部を真空吸引可能に構成して
処理物を収納するタイトボックスと、このタイトボック
スのまわりに配置されるヒータと、前記チャンバー内に
供給される冷却ガスを同チャンバー内で送風する冷却フ
ァンと、この冷却ファンで送風される冷却ガスを導びく
導風通路と、この導風通路から冷却ガスを導入して前記
タイトボックス内の処理物に向けて噴出する該処理物の
対向位置に複数箇所に亘って配設されたノズルと、前記
タイトボックスから排出される冷却ガスを前記冷却ファ
ンの吸込側に案内する案内通路と、この案内通路に介設
され冷却ガスを冷却するクーラとを配設してなることを
特徴とする真空焼結急冷炉。
【請求項２】導風通路を、タイトボックスの扉を開けた
状態でその一端側開口端部と連通するように設けるとと
もに、このタイトボックスの開口端部に設けたノズルで
冷却ガスを軸方向に向けて噴出せしめるようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空焼結急冷
炉。
【請求項３】導風通路を、タオトボックスの扉を開けた
状態でその一端側開口端部と連通するように設けるとと
もに、このタイトボックスの開口端部から延設したノズ
ルで冷却ガスを軸直交方向に向けて噴出せしめるように
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空
焼結急冷炉。
【請求項４】導風通路を、タイトボックスの外周に設け
るとともに、この導風通路からタイトボックスを貫通し
て設けたノズルで冷却ガスを軸直交方向に向けて噴出せ
しめるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の真空焼結急冷炉。