JPH10170161A - 脱脂焼結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炉内汚染や爆発等の危険性を伴うことなく、脱
脂焼結処理の性能を有効に向上させる。 【解決手段】脱脂雰囲気を炉１内に配置した内箱２内の
処理空間Ｓ１に制限し、この処理空間Ｓ１に空気Ｙを直
接導入しかつその空気Ｙを炉１外へ直接排気しながら減
圧酸素雰囲気下で被処理物に対する脱脂を行うととも
に、継続して炉１内を昇温して焼結工程に移行するよう
にしたので、バインダによる炉内汚染を招かずに脱脂焼
結を一貫工程の下に行うことが可能となり、空気Ｙによ
る酸化分解作用や減圧雰囲気設定も手伝って脱脂を効率
良く進行させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属射出成形プロ
セスに好適に適用される脱脂焼結方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属射出成形品の脱脂焼結を行う
手法として、専用の脱脂炉内に大気を導入し、攪拌しな
がら、炉内に配置した被処理物に対して脱脂処理を施す
ことが行われている。大気導入を行えば、大気中に含ま
れる酸素成分がバインダを酸化分解するので、バインダ
の除去を効率良く進行させることができる。そして、脱
脂完了後、炉から被処理物を取り出して、焼結炉に移し
替え、焼結工程に移行するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
手法では、脱脂工程と焼結工程の間で被処理物が外気に
接触するため、被処理物に水分その他の不純物が混入し
易く、純度の高い製品を得ることが難しいばかりか、全
体の処理効率の低下も招くという問題がある。これに対
して、脱脂から焼結までを単一炉内で一貫して行うこと
で炉の移し替えに伴う不具合を解消する事が有効な手段
として考えられている。しかしながら、従来の焼結炉で
このような連続工程を採用すると、導入した大気が炉内
のヒータや断熱材などを酸化により焼損させるだけでな
く、ヒータ近くに存在するバインダ蒸気が酸素雰囲気の
下にヒータの放電により引火した場合には、炉内全体の
爆発につながる恐れもある。また、炉内でガスを攪拌す
ると、上記の不具合を助長することになるが、攪拌機を
設けることなく被処理物に対して均質な脱脂を進行させ
ることが難しくなる。

【０００４】本発明は、以上のような課題に着目してな
されたものであって、炉内の焼損や爆発等の危険性を伴
うことなく、脱脂焼結処理の性能を有効に向上させるこ
とができるようにした脱脂焼結方法を提供することを目
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、次のような手段を講じたものである。
すなわち、本発明の脱脂焼結方法は、炉内のヒータによ
って加熱され得る位置に排気口と導入口を有した内箱を
内設し、この内箱に被処理物を収容して、内箱の中に酸
素又は酸素混合ガスを炉外より直接導入し、かつそのガ
スを炉外へ直接排気しながら減圧酸素雰囲気下で被処理
物に対する脱脂を行い、継続して炉内を昇温して被処理
物に対する焼結を行うことを特徴とする。

【０００６】具体的な実施の態様としては、内箱内を炉
内空間よりも若干減圧とし、炉内空間に不活性ガスを導
入しそのガスを定常的に内箱内の処理空間内へ差圧フロ
ーさせることでバインダの逆流が生じないようにする手
法や、内箱の気密性を向上する手法等が挙げられる。こ
のような方法により、脱脂雰囲気をこの内箱内の処理空
間に制限し、炉内空間にガスが漏出することがないよう
にして脱脂処理を進行させれば、炉内構成部材の酸化に
よる焼損の問題が有効に回避され、同時に、脱脂時にバ
インダ蒸気がヒータ周辺に漏出することがないため、バ
インダ蒸気がヒータの放電により引火して爆発すること
が無く、被処理物に対するバインダの酸化分解を安全に
進めることが可能となる。その上、減圧雰囲気下で脱脂
を行うことで、大気圧下で脱脂を行う場合に比べてより
低い蒸気圧でバインダ若しくは分解した成分が蒸発する
ため、脱脂を効率良く進行させることができ、攪拌機を
用いなくても均一な脱脂が可能になる。

【０００７】一方、多数の被処理物を同時に脱脂するよ
うな場合に、上記の方法に加えて、ヒータによる伝熱の
方向に流れの方向が一致するようにガスを被処理物を並
べた棚の中央部から排気しつつ被処理物に対する脱脂を
行うようにすることも有効である。このようにすれば、
ヒータに最も近い位置にある被処理物から順次脱脂が進
行し、被処理物から蒸発したバインダは下流側に位置す
る排気口を経て排出されるので、一旦脱脂が進行した被
処理物が脱脂中の被処理物から出るバインダ蒸気に再び
晒されることがなく、脱脂処理の性能や効率、最終製品
の品質を更に有効に高めることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１〜図４を参
照して説明する。図１は、この実施例の脱脂焼結方法を
実施する際に用いられる熱処理炉を示している。この熱
処理炉は、炉１内のヒータ１４によって加熱され得る位
置に配置されて内側に処理空間Ｓ１を閉成する内箱２
と、前記処理空間Ｓ１を直接炉１外に排気する内排気系
３と、この内箱２の外側に位置する炉内空間Ｓ２に炉１
外から外入ガスＸを導入する外導入系４と、前記処理空
間Ｓ１に炉１外から直接酸素混合ガスである空気Ｙを導
入する内導入系５とを具備してなる。

【０００９】詳述すると、炉１は、炉胴１１の内部にグ
ラファイトフェルト製の断熱材１２によって包囲される
加熱室１３を有し、この加熱室１３にグラファイト製の
ヒータ１４を内箱２を取り囲むように内設してなるもの
で、炉胴１１の一部を構成する蓋１１ａを断熱材１２の
一部を構成する蓋１２ａと共に開閉することによって処
理物Ｗの出し入れを可能にしている。この炉１には、処
理物Ｗを収容した後に蓋１１ａ、１２ａを閉めて炉内空
間Ｓ２を真空排気するために、一端が炉胴１１を貫通し
て炉内空間Ｓ２に接続され他端がバルブ６１を介して真
空ポンプＰに接続された外排気系６が設けてある。

【００１０】内箱２は、前記加熱室１３におけるヒータ
１４の中心部に配置され、ヒータ１４により加熱される
グラファイト製のもので、箱本体２１と、この箱本体２
１の両端開口部を閉止する位置に配設される蓋２２とを
具備してなる。この内箱２は、グラファイトという素材
の持つ性質により、また箱本体２１が蓋２２により開閉
可能とされている構造により、完全なる気密性を呈し得
るものではなく、箱本体２１と蓋２２との当接隙間等を
通じてある程度のガスの流通を許容し得るものである。
また、この内箱２の内部の処理空間Ｓ１は図１〜図３に
示すように多段棚構造をなしており、各段の棚床２ａの
中央に開口２ｅが設けられ、これらの開口２ｅは底壁部
に設けた排気口２ｃを介して内排気系３に連通している
とともに、端部と蓋２２の間に隙間２ｆが設けられ、こ
れらの隙間２ｆは頂壁部に設けた導入口２ｂを介して内
導入系５に連通されている。そして、内導入系５から導
入口２ｂを介して内箱２内に導入されるガスは、隙間２
ｆを介して各段の棚床２ａに導入され、そこを流れた
後、開口２ｅを経て排気口２ｃより内排気系３に流出す
るようになっている。内箱２には導入口２ｂの入口に予
熱空間５３が設けてあり、この予熱空間５３においてガ
スを処理空間Ｓ１の温度にまで予熱した後、処理物Ｗの
周囲に流通させるようにしている。

【００１１】内排気系３は、一端を炉胴１１及び断熱材
１２を貫通して内箱２に接続され、他端を前記外排気系
６を構成する真空ポンプＰの吸込側にトラップ３１及び
バルブ３２を介して接続されている。外導入系４は、一
端を前記炉胴１１を貫通して内側の炉内空間Ｓ２に接続
され、他端をガス供給源４１にバルブ４２を介して接続
されたもので、このガス供給源４１にはＮ₂やＡｒ等の
不活性ガスＸが充填されている。

【００１２】内導入系５は、一端を炉胴１１及び断熱材
１２を貫通して内箱２に接続され、他端をガス供給源５
１にバルブ５２を介して接続されたもので、このガス供
給源５１は空気Ｙを供給し得るボンベや圧空ポンプ等で
構成されている。次に、この熱処理炉を用いた本実施例
の脱脂焼結方法を説明する。先ず、処理物Ｗを内箱２内
にセットする。次に、外排気系６及び内排気系３を作動
させ、炉内空間Ｓ２及び処理空間Ｓ１がある程度の真空
度になったら、外排気系６のバルブ６１を閉じ、少なく
とも内排気系３を作動させたままの状態で、今度は外導
入系４のバルブ４２を開いて炉内空間Ｓ２にガスＸを導
入する。このとき同時に、ヒータ１４に通電して被処理
物Ｗに対する脱脂処理を開始する。これにより、炉１内
には、炉内空間Ｓ２に導入されたガスＸが図中矢印で示
すように内箱本体２１と蓋２２との当接隙間等を通って
処理空間Ｓ１に達し、更に内排気系３を通って炉１外に
排出されるというガスの流れが形成される。また、内導
入系５のバルブ５２も開き、内箱２に炉１外から直接空
気Ｙを導入する。これにより、導入された空気Ｙは処理
物Ｗの周囲を流通する際に処理物Ｗに接触し、バインダ
の酸化分解を促進する触媒的な作用を営む。つまり、酸
素がバインダに接触することでこれを酸化分解してＣＯ
₂やＨ₂Ｏにするので、脱脂を促進する効果を発揮する。
しかして、これらの分解したガスは、バインダ蒸気や空
気Ｙ等と共に炉内空間Ｓ２へ漏出することなく、ガスＸ
と共に内箱２の排気口２ｃを経て内排気系３に排出され
た後、トラップ３１において有害分を捕獲され、真空ポ
ンプＰを介して排気される。なお、図４は以上をより子
細に示す工程説明図であって、脱脂工程の前半は内箱２
内が例えば７００〜６００Ｔｏｒｒ程度の弱減圧となる
ように調整して脱脂を進行し、脱脂の後半は３００Ｔｏ
ｒｒ程度の減圧状態と上記弱減圧状態とを間欠的に切換
えながら脱脂を進行させる。このような制御を行うこと
で、脱脂前半は主に低分子系のバインダを除去し、脱脂
後半は主に脱脂の難しい高分子系のバインダを、被処理
物Ｗに割れやダレ（形崩れ）を生じることなく除去す
る。また、脱脂工程時、内箱２の温度は３６０°Ｃ程度
であり、グラファイトの酸化が始まる温度（３８０°
Ｃ）以下である。この時、ヒータ１４の温度は約５００
°Ｃになるが、不活性ガスにより保護される。

【００１３】そして、以上の脱脂工程が完了したなら、
内導入系５を通じた空気Ｙの導入を止め、内箱２内を最
終的に１４００°Ｃ程度となるまで昇温させて、図４に
示すように脱ガス工程、焼結工程を実施する。そして、
最後に炉１内に設けた図示しない冷却機構を働かせ、冷
却工程を経て全工程を終えた最終製品を取り出す。以上
のようにして、本実施例の脱脂焼結方法は、炉１内のヒ
ータ１４によって加熱され得る位置に排気口２ｃと導入
口２ｂを有する内箱２を内設し、この内箱２に被処理物
Ｗを収容して、内箱２の中に空気Ｙを炉１外より直接流
し込みかつそのガスを炉１外へ直接排気しながら減圧酸
素雰囲気下で被処理物Ｗに対する脱脂を進行させ、更に
引き続いて内箱２内を真空雰囲気に置換し、被処理物Ｗ
に対する焼結を行うようにしたものである。

【００１４】このように、脱脂雰囲気を内箱２内の処理
空間Ｓ１に制限し、この処理空間Ｓ１から炉内空間Ｓ２
にガスが漏出することがないようにして脱脂処理を進行
させるものであるため、ヒータ１４や断熱材１２を始め
とする各種の炉内構成部材の汚染や酸化による焼損の問
題を有効に回避することができると同時に、脱脂時にバ
インダ蒸気がヒータ１４の周辺に漏出することがないた
め、バインダ蒸気がヒータ１４の放電等により引火して
爆発するようなことが無く、被処理物Ｗに対するバイン
ダの酸化分解を安全に進めることが可能となる。その
上、減圧雰囲気下で脱脂を行うことで、大気圧下で脱脂
を行う場合に比べてより低い蒸気圧でバインダ若しくは
分解した成分を蒸発させることができるため、脱脂を効
率良く進行させることが可能となる。さらに、脱脂と焼
結を連続して行うため、脱脂後の被処理物Ｗの変質等が
無く、安定した処理を効率的に実施することができる。

【００１５】以上に加え、本実施例は、ヒータ１４によ
る伝熱の方向が内箱２の周囲から中心部に向き、空気Ｙ
の流れの方向も内箱２の周囲から中心部を向き、両方向
は略一致したものになるため、ヒータ１４に最も近い位
置にある被処理物Ｗから順次脱脂が進行し、被処理物Ｗ
から蒸発したバインダは図中矢印で示すように下流側に
位置する排気口２ｃを経て排出されるので、一旦脱脂が
進行した上流側の被処理物Ｗが脱脂進行中である下流側
の被処理物Ｗから出るバインダ蒸気に再び晒されるとい
う不具合を生じることがなく、また、周囲からのガスの
流れにより昇温しにくい内箱２の中央部が加熱されると
いう均熱効果も加わり、脱脂処理の性能や効率を更に有
効に高めることが可能となる。

【００１６】なお、各部の具体的な構成は、上述した実
施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々変形が可能である。例えば、内箱には図
５及び図６に示すように中央に排気孔２６ａのあるガイ
ド管２６を内排気系３に連通させて設けたものや、図７
及び図８に示すように２枚の棚の間に隙間２７を設けた
り、中央に中空体状の仕切り板２８を内排気系３に連通
させて設けたもの等を用いることができる。内箱の材質
はＭｏ等の金属を用いてもよい。また、上記実施例では
酸素混合ガスとして空気を用いたが、他の酸素混合ガス
乃至純粋な酸素を用いることもできる。さらに、上記実
施例では、内導入系５は空気のみ流しているが、工程の
途中でＮ₂等の不活性ガスに切換えてもよい。また、Ｔ
ｉ等の酸化の影響を受け易い材質の場合には脱脂完了後
この内導入系５を通じて内箱２内の処理空間Ｓ１に水素
を導入し、被処理物Ｗを還元した後に継続して焼結する
ようにしてもよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。すなわ
ち、本発明の脱脂焼結方法は、炉内に被処理物を収容す
る内箱を内設して内箱内の処理空間に酸素又は酸素混合
ガスを炉外より直接流し込みかつそのガスを炉外へ直接
排気しながら減圧酸素雰囲気下で被処理物に対する脱脂
を行い、継続して炉内を昇温して焼結を行うようにした
ものである。

【００１８】このため、炉内構成部材の汚染や酸化によ
る焼損、或いはヒータ付近でバインダ蒸気に引火するこ
とによる炉の爆発事故等を惹起することなく脱脂処理を
酸化分解を利用して行うことができ、引き続き焼結工程
を一貫して実施することとも相まって、製品の品質や脱
脂焼結工程全体の処理効率、安全性等を従来に比べて有
効に向上させることが可能となる。その上、本発明は脱
脂雰囲気を減圧酸素雰囲気とすることでバインダの蒸発
を効率良く進行させ、その均質化も向上させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略的な縦断面図。

【図２】図１の要部拡大断面図。

【図３】図２の平断面図。

【図４】同実施例の工程説明図。

【図５】本発明の他の実施例を示す図２に対応した断面
図。

【図６】図５の平断面図。

【図７】本発明の更に他の実施例を示す図３に対応した
図。

【図８】本発明の更に他の実施例を示す図３に対応した
図。

【符号の説明】

１…炉 ２ｃ…排気口 ２ｂ…導入口 １４…ヒータ Ｗ…被処理物 Ｙ…空気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内のヒータによって加熱され得る位置に
   排気口と導入口を有した内箱を内設し、この内箱に被処
   理物を収容して、内箱の中に酸素又は酸素混合ガスを炉
   外より直接導入し、かつそのガスを炉外へ直接排気しな
   がら減圧酸素雰囲気下で被処理物に対する脱脂を行い、
   継続して炉内を昇温して被処理物に対する焼結を行うこ
   とを特徴とする脱脂焼結方法。