JPH0820182B2 - 焼結炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はワックスやバインダー等を添加して成型せし
めた粉末成形品を焼結する焼結炉に関する。

従来の技術 従来、焼結炉が利用される分野としては、超合金やフ
ァインセラミックス等を製造する特殊な分野に限られて
いたが、焼結炉の性能が著しく発達した結果、最近では
コスト競争の激しい産業機器部品を製造加工する分野で
も利用されており、従来の機械加工や精密鋳造ではこな
しきれなかった複雑な形状の精密部品を製造する際は勿
論のこと、経済性、作業環境改善等の観点から、加工が
それ程困難ではない金属部品を製造する際にあたっても
焼結炉が用いられるケースが多くなっている。しかも焼
結炉による産業機器部品の製造は大量生産に非常に適し
ているので今後は機械加工製品から粉末冶金製品への切
り換えが活発に行われると予想される。

かかる従来の焼結炉は、真空排気ポンプ等が接続され
ている炉殻の内部には、ワックス等を添加した原料粉末
の射出成形品である粉末成形品を載置する載置台が配設
されており、この載置台の周りには、粉末成形品を加熱
する加熱ヒータが設けられている一方、炉殻の外部から
導入された加圧窒素ガス等を内部循環せしめて高温状態
にある粉末成形品を強制冷却する冷却ガス循環機構が設
けられており、これで良好な焼結体が得られるような構
成となっている。なお、焼結温度（約1200℃）が非常に
高いことから載置台の材質としてはグラファイトのもの
が採用されており、それ故、デワックス、焼結等の一連
の熱処理工程において、粉末成形品の品質を損なう要因
の一つたる所謂侵炭現象を発生させないために、粉末成
形品が載置される接触面にアルミナの粉等からなる侵炭
防止剤を敷くようにして対処している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来例による場合には、熱処理す
べき対象が比較的大型の粉末焼結品であれば問題なく装
置としての性能を十分に享受できるものの、時代の流れ
からしてこれから需要が拡大すると予想される小型の粉
末焼結品を熱処理するにあたっては大きく分けて次に述
べる２つの欠点がある。まず、第１の欠点としては、一
連の熱処理工程を逐次進める中で、冷却ガス循環機構を
駆動させると、加圧窒素ガスの風圧でもって粉末焼結品
が侵炭防止剤とともに辺りに飛び散ってしまうことが掲
げられ、第２の欠点としては、粉末成形品の各表面温度
のバラツキが少なくとも±３℃以内に抑える必要がある
にもかかわらず、粉末焼結品と載置台との熱容量の相当
な違いから、加熱ヒータの対向面と載置台の接触面との
表面温度の差がこの許容範囲内を遥かに超えてしまうと
いうことが掲げられる。これらの欠点は熱処理対象が小
型の粉末焼結品であれば良好な熱処理を行うことができ
ないことを意味しており、産業機器部品の機械加工製品
から粉末冶金製品への転換にあたり大きな障害となり得
る。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、小
型の粉末焼結品であっても良好な熱処理をり行うことが
可能な焼結炉を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明にかかる焼結炉は、加熱ヒータに対向配置して
あり、被処理物を収める凹部を有する載置台と、載置台
に埋設してある冷却媒体流通経路と、炉殻に設けてあ
り、炉殻の外部から導入された冷却ガスを循環せしめる
冷却ガス循環機構とを具備している。

作用 載置台の凹部の収められている被処理物は、加熱ヒー
タにより加熱状態にある載置台を介して加熱される一
方、冷却媒体流通経路に流れる冷却媒体により冷却状態
にある載置台を介して冷却されることになる上に、冷却
ガス循環機構により冷却ガスが炉殻の内部を循環するこ
とになっても、載置台の上面から若干下がった位置に相
当する凹部に収められている関係上、冷却ガスの直接的
な風圧が与えられることはない。

実施例 以下、本発明にかかる焼結炉の一実施例を図面を参照
して説明する。第１図は焼結炉の内部構成図、第２図は
載置台の斜視図、第３図は第２図のＡ−Ａ線による断面
図である。

円筒状の炉殻10の開放両端面には、熱処理すべき粉末
成形品ａを出し入れする際の開閉扉11が夫々設けられて
おり、炉殻10の内部には、円筒状の断熱壁12が配設され
ている。しかも開閉扉11の裏側には、断熱壁12の開放両
端面を塞ぐ断熱扉121が夫々設けられている。また断熱
壁12の内壁には、加熱ヒータたるロッドヒータ13が複数
本固着されており、更に各ロッドヒータ13の対向位置に
相当する断熱壁12の内部には、粉末成形品ａを載置する
載置台20が複数段配設されている。一方、炉殻10の壁面
には、キャリアガス導入経路15、真空排気経路16等が夫
々接続されており、デワックス時に粉末成形品ａから発
生するベーパガスをキャリアガス導入経路15を介して供
給されたキャリアガスでもって、真空排気経路16の途中
に設けてあるワックストラップ装置（図示せず）に転送
回収せしめるようになっている。

ところで粉末成形品ａの焼結温度（約1200℃）が非常
に高いことから、ロッドヒータ13、載置台20を代表とす
る炉殻10の内部の主要構成部はグラファイトから構成さ
れているが、これらの構成部が高い温度を有したまま大
気雰囲気に下に置かれると酸化して劣化することにな
る。そこで、開閉扉11の一方には、熱処理工程のサイク
ルを短縮せしめる観点からも、熱処理が完了した粉末成
形品ａを含めて炉殻10の内部の構成部を強制冷却する冷
却ガス循環機構14が装備されている。この冷却ガス循環
機構14は、炉殻10の内部に導入された加圧酸素ガス等を
循環せしめる冷却ファン141と、冷却ファン141の周りに
配置してあるエロフィンチューブからなる熱交換器142
からなるもので、断熱扉121を若干開けた状態で加圧窒
素ガスを強制循環せしめ、この過程で載置台20に載置収
納された粉末成形品ａをも冷却するような構成となって
いる。次に載置台20について詳しく説明すると、第２図
に示すようにグラファイト製の板材の上面には、縦５列
横５列に配置された凹部22が設けられ、しかも冷却媒体
として窒素ガス等が流通する冷却管21（冷却媒体流通経
路に相当する）が埋設された形となっている。しかもこ
の載置台20が断熱壁12の内部にて複数段棚状に配置され
ている。中でも、炉殻10の外部に装備された窒素ガス供
給装置（図示せず）から炉殻10の内部に引き込まれてい
る冷却管21は、載置台20の内部にて凹部22の横配列に沿
った形で蛇行状に通されており、図示されていないが、
更に下段から上段にかけての載置台20へと順次通された
後、再び炉殻10の外部に取り出されるようになってい
る。一方、粉末成形品ａが余裕をもって収められる程度
の空き空間を有する凹部22の底面中央部には、アルミナ
の粉等からなる侵炭防止剤を敷くための円形状の切り込
み溝221が設けられている。

上記のように構成された焼結炉でもって小型の粉末成
形品ａであっても良好な熱処理が行うことができること
の原理について説明する。

まず、侵炭防止剤が予め敷かれている凹部22に熱処理
すべき粉末成形品ａをセットした後に、開閉扉11を開
じ、焼結炉の運転を開始させると、図外の真空排気ポン
プが駆動し、ロッドヒータ13の通電が開始され、やがて
デワックス工程、本焼結工程が逐次進められることにな
る。これらの工程における粉末成形品ａの加熱の大部分
は、これが載置台20の上面から若干下がった位置に相当
する凹部22に収められている関係上、粉末成形品ａに比
較して遥かに熱容量が大きい載置台20の保有熱により行
われることになり、ロッドヒータ13からの直接加熱の度
合いが減った分だけ均等加熱の度合いが高くなり、それ
故、各面表面温度のバラツキも要求されている±３℃以
内に抑えることが可能となり得る。

そして、本焼結工程が終了すれば、焼き入れ工程とし
て窒素ガス供給装置（図示せず）を駆動させて、窒素ガ
スを冷却管21に流通せしめる。すると、粉末成形品ａが
載置台20とともに速やかに冷却され、焼結温度から常温
にまで急激に下げられることになる。しかも、この焼き
入れ工程において、冷却ガス循環機構14を駆動させた場
合であっても、加圧窒素ガスの風圧が粉末成形品ａ及び
侵炭防止剤に直接当たらないようになっている一方にお
いて、炉殻10の内部における主要構成部を冷却させるだ
けの程度でよいことから、結果として、形状変形や品質
劣化に繋がることになる粉末成形品ａ及び侵炭防止剤が
吹き飛ばされることも無くなる。

従って、本実施例による場合には、熱処理すべき対象
が小型の粉末成形品ａであっても良好な熱処理を行うこ
とができ、しかも熱処理サイクル時間を短縮できること
も併せて焼結炉の元来有するメリットを十分に享受でき
ることになり、産業機器部品の機械加工製品から粉末冶
金製品への転換を大きく推進する上で意義がある。

なお、本発明にかかる焼結炉は上記実施例に限定され
ず、例えば載置台の構造、個数は勿論のこと、粉末成形
品を収める凹部を溝状とするようにしてもよく、また載
置台の凹部を別部材でもって塞ぐような形態であっても
構わない。更に、冷却ガス循環機構にあってはその主要
部を炉殻の外部に装備するようにしても良い。

発明の効果 以上、本案焼結炉による場合には、粉末成形品が載置
台に設けてある冷却媒体流通経路に流通する冷却媒体に
より冷却され得るような構成となっているので、時代の
流れからしてこれから需要が拡大すると予想される小型
の粉末成形品であっても良好な熱処理を行うことができ
る。それ故、産業機器部品の機械加工製品から粉末冶金
製品への転換をより推進する上で大きな意義がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図にかけては本発明にかかる焼結炉の実
施例における説明図てあって、第１図は焼結炉の内部構
成図、第２図は載置台の斜視図、第３図は第２図のＡ−
Ａ線による断面図である。 10……炉殻 13……ロッドヒータ 14……冷却ガス循環機構 20……載置台 21……冷却管 22……凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉殻の内部に挿入された被処理物を加熱ヒ
   ータにより加熱して焼結する焼結炉において、前記加熱
   ヒータに対向配置してあり、前記被処理物を収める凹部
   を有する載置台と、載置台に設けてある冷却媒体流通経
   路と、前記炉殻に設けてあり、炉殻の外部から導入され
   た冷却ガスを内部循環せしめる冷却ガス循環機構とを具
   備することを特徴とする焼結炉。