JPH0673407A

JPH0673407A - 脱脂炉

Info

Publication number: JPH0673407A
Application number: JP26245992A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakamu; 中務栄治; Ippei Yamauchi; 山内一平; Masao Takeda; 武田正夫
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】処理物のだれや変形を防いで高速脱脂を可能に
する。【構成】コントローラ１３の制御により、処理物Ｗの中
心及び下部温度を表面温度よりも相対的に低温に保って
脱脂を進行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脱脂を適切に且つ効率
良く進行させるために有用となる脱脂炉に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】粉末の射出成形製造プロセスでは、金
属、セラミックス、サーメット等の粉末にバインダ（ワ
ックス等の低分子量成分、熱加塑性樹脂等の高分子量成
分、その他を適宜の分量で配合したもの）を混合し、所
要形状に射出成形していわゆるグリーン体を得る。しか
る後、このグリーン体を脱脂工程でバインダを加熱蒸発
させることによりバインダを１００％近く除去したいわ
ゆるブラウン体の状態にする。そして、このブラウン体
を焼結工程で焼結に付すことにより、最終製品を得るよ
うにしている。脱脂工程と焼結工程とは、別々の炉で行
なわれる場合と、脱脂・焼結炉で一貫して行なわれる場
合とがあるが、いずれにしても、脱脂に長時間を費やす
ことが欠陥の少ない製品を得るために必要とされてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来の脱脂
処理は、加熱手段によって処理物全体を均熱加熱するよ
うになっている。このため、炉内がある温度つまりバイ
ンダの融点以上の温度に達すると、処理物の随所におい
て一斉に軟化が始まり、その自重で処理物の下部に変形
やだれを生じ易い。特に、急激に温度を上げた場合には
そのような不具合が顕著に現われる。しがって、処理物
にだれや変形を生じさせずに脱脂を完了するためには、
極めて緩やかな速度で温度を上昇させていくことが行わ
れ、脱脂に長時間を要するという問題があった。

【０００４】本発明は、このような課題を解決すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。

【０００６】すなわち、本発明に係る脱脂炉は、処理物
を加熱する加熱手段と、処理物を冷却する冷却手段と、
これら加熱手段および冷却手段を制御する制御手段とを
具備してなり、制御手段の制御を通じて処理物の中心及
び下部温度を表面温度よりも相対的に低温に保って脱脂
を進行させることを特徴とする。

【０００７】具体的な実施の態様としては、処理物全体
を加熱し得る部位に加熱手段を設けるとともに、処理物
全体を冷却し得る部位に冷却手段を設け、それらの加熱
手段および冷却手段を制御手段を通じて交互に作動させ
るようにしたものが挙げられる。

【０００８】また、他の具体的な実施の態様としては、
処理物を局所加熱し得る部位に加熱手段を設けるととも
に、それとは異なる部位に処理物を局所冷却し得る冷却
手段を設け、これら加熱手段および冷却手段を制御手段
を通じて同時に作動させるようにしたものも挙げられ
る。

【０００９】

【作用】処理物を均熱加熱していた従来手法に対して、
本発明は処理物内に温度勾配を生じさせ、その中心及び
下部を常に低温に保って処理物全体に保形力を与えるよ
うにしたため、上部表面から脱脂が進み、処理物全体の
だれや変形を有効に防止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。

【００１１】＜第１実施例＞図１に示す脱脂炉は、炉１
内に処理物Ｗを収容する棚２を配置し、その棚２の左右
対向位置にガス導入口３とガス導出口４とを開口させて
いる。また、それらガス導入口３およびガス導出口４の
間を、炉１外においてガス循環系路５を介して接続して
いる。ガス循環系路５は、加熱手段たるヒータ６と、冷
却手段およびワックストラッパとしての役割を兼ねるク
ーラ７とを並列に配置し、その流入端６ａ、７ａを前記
ガス導出口４に接続するとともに、流出端６ｂ、７ｂを
三方弁８を介して前記ガス導入口３に接続してなるもの
で、炉１内には処理物Ｗの周囲にガスの流れを作りその
ガスを循環させるためのファン９が挿入してある。この
ファン９は電動機１０によって駆動される。そして、前
記クーラ７の流出端７ｂにバルブ１１を介してガスボン
ベ１２を接続し、このガスボンベ１２内のガスを適時炉
１内および循環系路５内に充填し得るようにしている。
また、前記三方弁８と、前記ヒータ６およびクーラ７
と、前記バルブ１１とは制御手段たるコントローラ１３
に接続してあり、このコントローラ１３が予め定めた温
度処理パターンに沿って当該三方弁８に対する開閉信号
ａと、ヒータ６およびクーラ７に対する温度制御信号
ｂ、ｃと、バルブ１１に対する開閉信号ｄとを出力する
ようになっている。図２は横軸に時間ｔをとり縦軸にガ
スの温度Ｔをとってその温度処理パターンの一例を示す
もので、炉１内に高温ガス（温度Ｔ_H）と低温ガス（温
度Ｔ_L）とを一定サイクルで周期的に導入し、その後、
それらの温度Ｔ_H、Ｔ_Lを段階的に上昇させて同じ処理
を繰り返すようになっている。

【００１２】次に、本実施例の作用を説明する。先ずバ
ルブ１１を開にし、ガスボンベ１２内のガスを炉１内お
よび循環系路５内に充填する。次に、電動機１０を作動
させて炉１のガス導入口３からガス導出口４に向かうガ
スの流れをつくる。そして、図２に示した温度処理パタ
ーンを開始する。すなわち、コントローラ１３は三方弁
８を周期的に切り換えて、ガス導入口３にヒータ６によ
り加熱した温度Ｔ_Hなる高温ガスとクーラ７により冷却
した温度Ｔ_Lなる低温ガスとを交互に供給する。これに
より、処理物Ｗの表面温度Ｔ_sおよび内部及び下部温度
Ｔ_cが一旦、低温ガスの温度Ｔ_Lに近付き、しかる後、
高温ガスの温度Ｔ_Hに近付くという温度変化が繰り返さ
れる。しかして、内部及び下部温度Ｔ_cが表面温度Ｔ_s
に達する前に次の冷却サイクルに移行するようにすれ
ば、処理物Ｗは常に、図３に示すように内部及び下部温
度Ｔ_cが表面温度Ｔ_sよりも低い状態に保持される。し
たがって、その状態においては、処理物Ｗの中心部はバ
インダが溶融しないため保形力を保持し、表面に存在す
るバインダのみが先に蒸発して脱脂される。そして、次
に低温ガスが導入されたときに再び処理物Ｗ全体が低温
ガスの温度Ｔ_L近くに保たれる。このような処理を一定
サイクル繰り返し、次にヒータ６の加熱能力を上げて高
温ガスＴ_Hの温度を高め、このとき必要に応じてクーラ
７の冷却能力を落として低温ガスＴ_Lの温度も高める。
そして、同様の処理を複数サイクル繰り返す。このと
き、先のサイクルでは蒸発しなかった比較的高融点のバ
インダが加熱時に溶融して脱脂される。勿論、処理物Ｗ
の中心部は常に低温であるからこの部位の高融点バイン
ダは溶融せず、処理物Ｗ全体の形が保形される。さらに
必要ならば、ヒータ６の加熱能力を数段階に亘って上昇
させて一層融点の高いバインダの脱脂を行う。そして、
最終的に処理物Ｗが仮焼結される温度にまで高温ガスの
温度Ｔ_Hを上昇させたとき、中心及び下部も表面部より
遅れて脱脂が進行し、全体の脱脂処理を完了する。

【００１３】しかして、このように構成される脱脂炉に
おいては、加熱時に処理物Ｗの内部に常に温度勾配が生
じ、その中心及び下部が常に低温に保持されて処理物Ｗ
全体の形が保形されることになる。このため、表面部か
ら脱脂が進行し、処理物Ｗ全体のだれや変形を有効に防
止することができ、その結果、従来の脱脂炉に比べて脱
脂時間を短縮して炉の稼動効率を確実に向上させること
が可能になる。

【００１４】なお、処理物Ｗを図４に示すようにベルト
２０に載せて搬送し、高温ガス吹出口２１からの噴出ガ
スと低温ガス吹出口２２からの噴出ガスとに交互に接触
させてもよい。また、図示しないがベルトの代わりに回
転テーブルを用いることもできる。

【００１５】＜第２実施例＞図５に示す脱脂炉は、炉１
０１内に処理物Ｗを載設するための熱伝導の良好な素材
（例えば銅など）からなる床１０２を配置し、その床１
０２の上方および下方にそれぞれガス導入口１０３およ
びガス導出口１０４を開口させている。また、それらガ
ス導入口１０３およびガス導出口１０４の間を、炉１０
１外においてガス循環系路１０５を介して接続してい
る。前記炉１０１内には加熱手段たるヒータ１０６が配
置してある。また、前記床１０２の肉厚内には冷却手段
としての水冷板１０２ａが形成してあり、この水冷板１
０２ａに、バルブ１０８ａを介して冷却水を導入し得る
ようになっている。また、ガス循環系路１０５にはワッ
クストラッパ１０７が介設してあり、ガス導出口１０４
から流出したガスをこのワックストラッパ１０７でデワ
ックスした後、再びガス導入口１０３より炉１０１内に
流入させ得るようになっている。さらに、前記炉１０１
内には処理物Ｗの周囲にガスの流れを作りそのガスを循
環させるためのファン１０９が挿入してあり、電動機１
１０によって駆動されるようになっている。そして、前
記ヒータ１０６と、前記バルブ１０８ａに制御手段たる
コントローラ１１３が接続してあり、このコントローラ
１１３が予め定めた温度処理パターンに沿って当該ヒー
タ１０６に対する制御信号ｅと、バルブ１０８ａに対す
る開閉信号ｆとを出力するようになっている。

【００１６】次に、本実施例の作用を説明する。先ず、
ヒータ１０６をＯＮにしてガス温度Ｔ₁を高温にすると
ともにバルブ１０８ａを開にして水温Ｔ₂の冷却水を流
したときには、処理物Ｗは図６に示すように上面側の表
面温度Ｔ_pが高温ガスの温度Ｔ₁に近付くとともに内部
温度Ｔ_oおよび下面側の表面温度Ｔ_qが冷却水の温度Ｔ
₂に近付き、その状態において、処理物Ｗの中心及び下
部はバインダが溶融しないため保形力を保持するのに対
して、上面または側面に存在するバインダのみが先に蒸
発して脱脂される。

【００１７】しかして、処理物Ｗに常に温度勾配が生
じ、その中心及び下部が常に低温に保持されて処理物Ｗ
全体の形が保形されることになる。このため、表面部か
ら脱脂が進み、処理物Ｗ全体のだれや変形を有効に防止
することができ、その結果、従来の脱脂炉に比べて脱脂
時間を短縮して炉の稼動効率を確実に向上させることが
可能になる。

【００１８】なお、処理の最終段階で冷却水を止め、処
理物の全面を加熱することにより、残りのバインダを脱
脂するようにしてもよい。

【００１９】＜第３実施例＞図７に示す脱脂炉は、炉２
０１内を仕切板２０２を介して処理室２０３とガス温度
調節室２０４に区画し、両室２０３、２０４を仕切板２
０２の両端に設けた一対の開口部２０５、２０６を介し
て連通させている。処理室２０３には処理物Ｗを載置す
る支持台２０７が配置され、この支持台２０７に対峙す
る炉２０１の上壁に加熱手段である光源２０８を懸吊支
持しており、この光源２０８を制御機構２０９によって
ＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、レンズ２０８ａを介
して集光した光を支持台２０７上に載置される処理物Ｗ
に照射し得るようにしている。ガス温度調節室２０４の
入口は邪魔板２１０で二分され、各分室２０４ａ、２０
４ｂをアクチュエータ２１１ａを有した切換機構２１１
によって背反的に開閉するようにしており、その一方の
分室２０４ｂに冷却手段たる冷却パイプ２１２を配設し
ている。この冷却パイプ２１２内への冷却水の供給はバ
ルブ２１２ａを通じてなされる。また、邪魔板２１０を
通過したガス温度調節室２０４内にはガスを所要温度に
まで加熱するヒータ２１３が配設してある。さらに、一
方の開口部２０５に臨むガス温度調節室２０４内にはフ
ァン２１４が配設してあり、このファン２１４を炉２０
１外のモータ２１５によって駆動することにより、処理
室２０３とガス温度調節室２０４との間を図中矢印に示
す方向に沿って循環するガスの流れを生起させるように
している。

【００２０】そして、前記制御機構２０９、アクチュエ
ータ２１１ａ、バルブ２１２ａ、ヒータ２１３およびモ
ータ２１５をそれぞれコントローラ２１６に接続し、こ
のコントローラ２１６から予め定めた温度処理パターン
に沿ってそれらの制御要素２０９、２１１ａ、２１２
ａ、２１３、２１５に制御信号ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを出
力するようになっている。

【００２１】次に、そのコントローラ２１６によって行
われる脱脂工程について説明する。先ず図示しないガス
導入系路から炉２０１内に不活性ガス等のガスを充填す
る。次に、モータ２１５を作動させて炉２０１内に図中
矢印に沿ったガスの流れを生起し、それと同時に、切換
機構２１１を図中実線に示す切換位置に保持し、その状
態で冷却パイプ２１２をＯＮにする。これにより、ガス
は処理室２０３とガス温度調節室２０４の間を循環しな
がら冷却パイプ２１２によって冷却される。処理物Ｗ全
体が所定温度にまで冷却されたら、光源２０８に対して
図８に示すようなパルス幅τ（例えば１sec ）のＯＮ／
ＯＦＦ制御を開始し、処理物Ｗの上面にレンズ２０８ａ
で集光した光を照射する。これにより、図９に示すよう
に、処理物Ｗの内部及び下部温度Ｔ_vは冷却ガスの温度
近くに保持されるのに対して、光が照射された表面温度
Ｔ_wのみが例えば２００℃まで瞬間的に加熱昇温され
る。したがって、この実施例においては、処理物Ｗの中
心部及び下部はバインダが溶融せずに保形力が保持さ
れ、上面の光が照射された部位に存在する低融点バイン
ダのみが先に蒸発して脱脂される。そのバインダー蒸気
はガスの流れに沿って冷却パイプ２１２を通過する際に
凝縮してトラップされる。その後、光源２０８の向きを
必要に応じて変更し、処理物Ｗの必要な部位のバインダ
ーを蒸発させる。

【００２２】このようにして、表面処理が終わったら、
切換機構２１１を図中想像線で示す位置に切り換え、冷
却パイプ２１２をＯＦＦにし、ヒータ２１３をＯＮにす
る。これにより、処理物Ｗをガスにより４００℃程度に
均熱加熱して、残存するバインダを高速で除去する。

【００２３】以上のような脱脂炉においては、加熱時に
処理物Ｗの内部に常に温度勾配が生じ、その中心及び下
部が常に低温に保持されて処理物Ｗ全体の形が保形され
るとともに、表面部のうち輻射加熱された部位のみが瞬
間的に昇温してその部位に存在する低融点バインダーが
蒸発し、ブラウン体としての保形力が生じることにな
る。このため、表面部から好適に脱脂が進行し、処理物
Ｗ全体のだれや変形を有効に防止することができ、その
結果、従来の脱脂炉に比べて脱脂時間を短縮して炉の稼
動効率を確実に向上させることが可能になる。また、こ
の実施例ではレンズ２０８ａをスライドさせる等の手段
によって光をスポット照射することも容易であるため、
処理物Ｗに局所処理を施したい場合に極めて有効とな
る。

【００２４】なお、光源は複数個設けてもよく、その種
類は熱線やレーザ光によってもよい。また、光源の向き
を変更する代わりに、あるいはそれと並行して、支持台
を移動させるようにしてもよい。

【００２５】＜第４実施例＞図１０に示す脱脂炉は、炉
３０１内に冷却板３０２が配置してあり、この冷却板３
０２にバルブ３０２ａを介して炉外から冷却水を導入す
るようにしている。この冷却板３０２上には内部に適宜
量の冷却液ｏ（例えば水、他の例ではシリコン油など）
を充填した容器３０３が取り付けてあり、その冷却液ｏ
はバルブ３０５ａを操作することにより排出パイプ３０
５を通じて適宜炉３０１外に排出し得るようになってい
る。グリーン体Ｗはこの容器３０３内に浸漬され、上部
のみを液面から上方に表出させられる。なお、それらの
冷却板３０２および容器３０３は熱伝導性の良好な素
材、例えば銅等でできており、冷却板３０２に持ち込ま
れた冷熱は容器３０３内の冷却液ｏに効率良く伝達され
るようになっている。冷却板３０２と容器３０３が本発
明の冷却手段３０７を構成している。一方、炉３０１の
上方には加熱手段であるヒータ３０４が配置してあり、
このヒータ３０４から前記グリーン体Ｗのうち液面から
上方に表出した部位を加熱するようにしている。そし
て、前記ヒータ３０４およびバルブ３０２ａ、３０５ａ
を制御手段たるコントローラ３０６に接続し、このコン
トローラ３０６が予め定めた温度処理パターンに沿って
それらの制御要素３０４、３０２ａ、３０５ａに制御信
号ｍ、ｎ、ｒを出力するようになっている。

【００２６】このような構成において、コントローラ３
０６は先ず、ヒータ３０４をＯＮにするとともに、バル
ブ３０２ａを開、バルブ３０５ａを閉に保持する。これ
により、グリーン体Ｗは冷却液ｏに浸漬されている中心
部および下部が温度Ｔ_xまで冷却され、逆に冷却液ｏか
ら上方に表出している部位はヒータ３０４によって温度
Ｔ_Yまで加熱される。したがって、この実施例において
は、処理物Ｗの中心部及び下部はバインダが溶融せずに
保形力が保持され、上面の液面から表出した部位に存在
する低融点バインダのみが先に蒸発して脱脂される。こ
の状態で、バルブ３０５ａを僅かに開にし、容器３０３
内の冷却液ｏを徐々に排出しながら液面を下げていく
と、逆にグリーン体Ｗ上の加熱領域が広がり、最終的に
冷却液ｏを全て排出したときに脱脂が完了する。

【００２７】以上のような脱脂炉においては、処理物Ｗ
の内部に常に温度勾配が生じ、その中心及び下部が常に
低温に保持されて処理物Ｗ全体の形が保形されるととも
に、液面から上方に表面した部位の低融点バインダーの
みが蒸発してブラウン体としての保形力が生じ、そのよ
うな領域が次第に拡張していくことになる。このため、
処理物Ｗの上部から下部に向かって好適に脱脂が進行
し、その結果、処理物Ｗ全体のだれや変形を有効に防止
できることになり、従来の脱脂炉に比べて脱脂時間を短
縮して炉の稼動効率を確実に向上させることが可能にな
る。また、この実施例は加熱領域と冷却領域の境界を明
確にすることができるので、そのような条件を必要とす
る用途に特に好適に適用可能となる。

【００２８】なお、排出系路３０５やバルブ３０５ａは
必須構成要件ではなく、冷却液の除去は蒸発に頼っても
よい。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、加熱時
に処理物に常に温度勾配を生じさせ、その中心及び下部
を常に表面部よりも低温に保持して処理物全体を保形す
るようにしたため、表面部から脱脂が進み処理物全体の
だれや変形を有効に防止することができる。そのため、
従来の脱脂炉に比べて脱脂時間を短縮して炉の稼動効率
を確実に向上させる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式的な断面図。

【図２】同実施例における温度処理パターンの一例を示
すグラフ。

【図３】同実施例において処理物に温度勾配が生じてい
る様子を示す図。

【図４】同実施例の変形例を示す図。

【図５】本発明の他の実施例を示す模式的な断面図。

【図６】同実施例において処理物に温度勾配が生じてい
る様子を示す図。

【図７】本発明のさらに他の実施例を示す模式的な断面
図。

【図８】同実施例における温度処理パターンの一例を示
すグラフ。

【図９】同実施例において処理物に温度勾配が生じてい
る様子を示す図。

【図１０】本発明のさらに他の実施例を示す模式的な断
面図。

【符号の説明】

Ｗ…処理物Ｔ_c、Ｔ_o、Ｔ_v、Ｔ_x…中心及び下部温度Ｔ_p、Ｔ_q、Ｔ_s、Ｔ_w、Ｔ_Y…表面温度６…加熱手段（ヒータ）７…冷却手段（クーラ）１３…制御手段（コントローラ）１０２ａ…冷却手段（水冷板）１０６…加熱手段（ヒータ）１０９…冷却手段（ファン）１１３…制御手段（コントローラ）２０８…加熱手段（光源）２１２…冷却手段（冷却パイプ）２１６…制御手段（コントローラ）３０４…加熱手段（ヒータ）３０６…制御手段（コントローラ）３０７…冷却手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理物を加熱する加熱手段と、処理物を冷
却する冷却手段と、これら加熱手段および冷却手段を制
御する制御手段とを具備してなり、制御手段の制御を通
じて処理物の中心及び下部温度を表面温度よりも相対的
に低温に保って脱脂を進行させることを特徴とする脱脂
炉。