JPS5839702A - 連続減圧雰囲気焼結炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉末冶金製品を大気圧以下の減圧ガス雰囲気
下で焼結するにあたり、生産性に優れ、しかも寸法精度
の良い焼結体を得ることを目的とした連続減圧雰囲気焼
結炉に関するものである〇一般に粉末冶金法における焼
結雰囲気としてはブタン等の変成ガス、アンモニア分解
ガス、ＮＬガス　Ｈガスあるいは真空雰囲気が使用され
てしする　　　２ が、ＣｒｌＭｎ等の易酸化性元素を含む材料は、真空雰
囲気以外の上記ガス雰囲気では酸化しやすいという問題
があった。

その点、真空雰囲気による焼結は還元性が優れているが
、Ｃを含むような材料はＣと製品中の酸素が反応して還
元が進む為、製品中のＣ量の制御が困難であり、他方、
蒸気圧の高い元素を含む材料の場合には、真空中では飛
散しやすいという問題がある。

これを解消する手段として考え出されたのが、炉内を真
空に引きながら雰囲気ガスを導入し、大気圧下の減圧ガ
ス雰囲気中で焼結を行う方法である。Ｃ量の制御が問題
となる製品の場合には、減圧下でＣＯあるいはＨ２ガス
を導入し、これらのガスによって還元反応を促進させる
方法が有効であり、元素の蒸発が問題となる様な場合に
はＮ：Ｌ、Ａｒ等のガスを導入することが有効であるこ
とが確認されている。

しかしながら、従来の減圧雰囲気焼結炉は、ノぐッチ式
の真空炉をベースにしている為、製品挿入→昇温→焼結
→冷却→製品取り出しの／サイクル時間が長く、通常ｔ
−５時間を要している。

この為、大量生産を必要とするような鉄系焼結機械部品
には、対応し難いという生産能力上の問題があった。し
かも、従来のバッチ式真空炉は発熱体が側壁のみの２面
構造である為、炉内の温度バラツキ巾が２０°Ｃと大き
く、焼結体の寸法精度が悪く、高精度を要求される焼結
機械部品には適用しにくいという問題を有していた。こ
れらの問題点を解消するために考え出されたのが、本発
明の連続減圧雰囲気焼結炉である。

以下本発明の実施例について添付図画に従って説明する
。

〔実施例〕

第１図は本発明の焼結炉の概略を示したものである。

第１図の１は脱ガス室で、操業時はｊＯＯ〜７０００Ｃ
の温度で保持されている。こ＼で脱ガス室を設けた理由
は、第１に中央の焼結室２に品物を挿入する際に１焼結
室の発熱体が大気にさらされて劣化することを防ぐ為の
予備室的な役目を果すこと、第２には、真空あるいは減
圧雰囲気焼結室で脱ガスを行うことは、成形体から出て
来た潤滑材が炉壁および真空ポンプ内に一部付着し、雰
囲気の汚れ更にはポンプの性能低下をきたす為、前もっ
て脱ガスを行う方が望ましいこと、第３には、脱ガス室
１と焼結室２とを連続化することにより、脱ガス時に加
熱された予熱を焼結時に有効に生かせる為、焼結時の加
熱に要するエネルギーがその分節約できるという点であ
る。第１表は、焼結炉がバッチ式で脱ガスを別の炉で行
うという従来の方法と本焼結炉での加熱に要する電力エ
ネルギーを比較したもので、いずれも鉄系焼結部品乙Ｏ
ｋｇを加熱した場合の数値である。これによって本焼結
炉がエネルギーの節約という点でも従来の方法に比べ優
れていることが判る。

第　　／　　表 脱ガス−焼結に至る製品加熱に 要する電力エネルギー 次に脱ガス室の湿度を５００〜７００°Ｃとした理由は
、５０００Ｃ以下では成形体中に゛分散している潤滑材
の飛散が不十分であり、減圧あるいは真空雰囲気におけ
る焼結時に残っていた潤滑材が出てくる為、焼結雰囲気
の制御に悪影響を及ぼすという問題があること、一方７
００＠Ｃに達すやと潤滑材は殆ど抜けており、それ以上
温度を上げても効果は変らないからである。

第１図の１８は脱ガス雰囲気ガスの導入回路で１５は電
磁弁である。雰囲気ガスとしてはＮよ、アンモニア分解
ガス、エキソサミツクガス、Ｈよガス等非酸化性ガスで
あれば何でも良いが、成形体から出てくる潤滑材は白煙
となるので、出来ればアンモニア分解ガスｌ　Ｈ，ガス
等の燃焼性ガスを使用して白煙を燃やして炉外に排出さ
せる方が環境対策の点で望ましい。

ボートの挿入であるが、挿入は入口の扉４を開けて外部
のローグーを用いて脱ガス室のボート２１の位置にセッ
トする。脱ガス室の入口扉４を開ける際には、上部の潤
滑材とガスの排気口８をフタ９によって閉じておくと共
に、炉内圧は／気王をや＼上回る程度にして大気から炉
内にエアーをまき込まないようにする。ボート２１がセ
ットされた後は扉４を閉めて排気口のフタ９を開けて排
気口８から潤滑材をガスと共に燃焼させながら排出させ
る。脱ガス室１に保持する時間は、次工程の焼結時間に
よって決定されるが、潤滑材を十分に飛散させるという
点からは少なくとも３０分以上が望ましい。

次に焼結室２への移動であるが移動の前に先ず焼結室内
にガス導入回路１９から電磁弁１６を開口してＮあるい
はＡｒガスを導入し、炉内圧を脱ガス室１と同等か若干
上回る程度にし、この状態で中間扉５を開ける。次に脱
ガス室内下部にセットされたローグーを用いてボート２
１を焼結室２内に移動させ、セット、が終ると中間扉を
閉め、ガス導入を止め、電磁弁１４を開にし真空ポンプ
１３で炉内を真空にする。この間の所要時間はできる限
り短時間であることが望ましいので、導入ガス流量調整
範囲を広くとり、雰囲気ガス導入の場合は少量、ボート
移動の際には大量にと流量が切換えできる様な構造とし
、真空ポンプ１３の排気能力も高くして大体３分以内で
移動完了できるようにすることが望ましい。なお、焼結
室２内に示す１０は断熱材。

１１は発熱体である。

脱ガス室から焼結室へボーｉを移動させる別の方法とし
て、脱ガス室に真空ポンプによる排気回路を設け、脱ガ
ス終了後、排気口８のフタを閉じ電磁弁１４′を開口し
、二条ンブ１６′で炉内を真空にし、焼結室も真空にし
た状態で中間扉５を開け、ボートを移動させることも可
能である。

ボートが焼結室にセットされ所定の温度に達すると、ガ
ス同人回路１９．電磁弁１６により雰囲気ガスを導入し
、排気回路の電磁弁１４を開−閉の調整によって炉内を
所定の減圧下に保ち、焼結を実施する。

次に焼結室の発熱体の構造について述べる。

従来の焼結炉は発熱体の配置が側面の２面に限られてい
る為、炉内の温度バラツキが大きく、ボートの中央部に
比べてボートの上及び下部は温度が低い傾向にあり、通
常温度中１−２００Ｃｊ位あり、その為、焼結体の寸法
バラツキも大きくなるという問題があった。そこで本焼
結炉では温度精度を上げる為、第３図に示すような発熱
体の構造をとること＼した。

第３図で３１　、３２　、３３はそれぞれカーボン発熱
体てｔ面構造をなしており、それぞれ別個に３５　、３
６で示される電流回路及び電源によって加熱される様に
なっている。温度制御は熱電対６４によって温度を検知
し、マイコン６８及びフィードバック回路６７によって
、所定の温度あるいは昇温速度を維持できるように３１
．ろ２，３３の発熱体に加える電力を調整することによ
り達成する。

即ち、上下方向の温度バラツキは上下面の発熱体によっ
て低く抑え、前後方向のバラツキは発熱体を３ゾーンに
分割制御することによって低く抑えることができ、極め
て高い温度精度が得られることが可能となった。第２表
は／２０００Ｃの温度における炉内の温度バラツキを示
したものである。

次に焼結室における品物の保持時間について述べる。脱
ガス室で乙０Ｏ０Ｃに加熱された品物を／２０００Ｃで
焼結する場合を例にとると、昇温速度を２０°Ｃ／分と
すれば、約３０分で焼結温度に達する。

こ＼で焼結温度での保持時間を３０分とすれば、４止局
焼結室での保持時間は６ｏ分となる。保持時間について
は昇温速度、焼結温度、焼結温度での保持時間の設定に
よって適宜変更が可能である。

第　２　表　　炉内温度バラツキ 最後に焼結された品物の冷却室６への移動であるが、こ
の場合、焼り室２及び冷却室６共に真空ポンプ１６によ
って炉内を真空にし、その時点で中間扉６を開け、冷却
室に設けられたローグーによって焼結室内のボート２１
を取り出し冷却室にセットする。セット終了後直ちに中
間扉６を閉じ、ガス導入回路２０．電磁弁１７より冷却
ガスを炉内圧７００〜７１０Ｔｏｒｒに達するまで導入
する。

この時、冷却速度を早めたい場合には、冷却ガスを導入
した後、冷却用ファン１２をまわしてガスファン強制冷
却を実施する。冷却が終れば炉内圧を／気王とした後、
出口の扉７を開は外部′ローグーによって炉内のボート
２１を外へ出すＯこの様なサイクルによって品物の脱ガ
ス、焼結及び冷却を連続的に実施するのである。但し、
実際に連続的に操業する場合には、ボートの移動先を先
ず空にしておくという必要から、先ず冷却室のボートを
外へ、次に焼結室のボートを冷却室へその次に脱ガス室
のボートを焼結室へと順次後のボートから先に移動させ
ることが必要である。

最後に乙Ｏｋｇの製品を脱ガス、焼結、冷却させるのに
要する時間について、バッチ式の炉と本焼結炉で行った
比較結果を第３表に示す。

第３表より、本焼結炉の生産性がバッチ式に比べ格段に
優れていることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の連続減圧算囲気焼結炉の概略説明図、
第２図は脱ガス→焼結に至る製品加熱に要する電力エネ
ルギーの脱ガス→焼結パターンの図で、（イ）は従来の
方法の場合、（→は本発明の焼結る。 １・・・脱ガス室、２・・・焼結室、６・１．冷却室、
４・・・入口扉、５，６・・・中間扉、７・・・出口扉
九８・・・潤滑材とガスの排気口、９・・・排気口フタ
、１０・・・断熱材、１１・・・発熱体、１２・・・冷
却用ファン、１３　、１３・・・真空ポンプ、１４　、
１４’、　１５　、１６　、１７・・・電磁弁、１８，
１９．２０・・・ガス導入回路、２１・・・ボー）、３
１，３２．３３・・・そわぞれ前部、中央部、後部のカ
ーボン発熱体、３４・・・熱電対、３５・・・発熱体加
熱用電流回路、３６・・・発熱俸電代理人　弁理士　浦
田清− 左１図 木２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　粉末冶金法によって成形された成形体を、大気圧
   以下の減圧ガス雰囲気中で焼結させる焼結炉で、その構
   造が成形時の金型潤滑の為に、原料粉末中に添加混合さ
   れた潤滑材を５ＯＯ０Ｃ〜７００°Ｃの温度範囲で加熱
   して、成形体から飛散させることを目的とした脱ガス室
   と、脱ガスされた成形体を減圧下で焼結させる焼結室、
   および焼結された品物を非酸化性雰囲気ガス中で冷却さ
   せる冷却室からなり、品物挿入側から脱ガス室、焼結室
   、冷却室の順に連続して配置され、各室の間に設けられ
   た中間扉によって各々独立して気密性を保つことが出来
   ると共に、各室での処理量をボート／ケースと限定する
   ことにより、焼結時の温度、雰囲気制御の精憤を上げ、
   寸法精度の良い焼結体を得ることを特徴とする連続減圧
   雰囲気焼結炉。 ２、脱ガス室、焼結室及び冷却室の各室における製品の
   処理時間即ち、処理物を充填したボートの滞在時間を同
   一とし、この処理時間が終了する毎に中間扉を開け、ボ
   ートをローグーを用いて次の室に順次移動させることに
   より、ボート挿入→脱ガス→焼結→冷却→取り出しのサ
   イクルを連続的に行うことを特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載の連続減圧雰囲気焼結炉。 ６、焼結室における発熱体の配置を、左右の側面だけで
   なく上下面にも配置した四面構造にすると共に、ボート
   移動方向に発熱体を３分割し、そ−れぞれ独立して温度
   制御を行うことにより、少くとも炉内でボートが占める
   体積範囲内の温度バラツキが乙００以内であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の連続
   減圧雰囲気焼結炉。 ４、焼結室には、真空ポンプによって炉内のガスを排気
   させる排気回路をつけると共に、非酸化性雰囲気ガスを
   導入させるガス導入回路を設け、炉内を真空に引きなが
   らガスを導入し、排気回路の中間に設けられた電磁弁に
   よって、炉内を大気圧以下の所定の圧力に保ち、その減
   圧ガス雰囲気下で品物を焼結させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の連続減
   圧雰囲気焼結炉。 ５、焼結室に導入するガスがＣｏ、　Ｎ、　、　Ｈ，、
   及びＡｒであり、処理物の材質あるいは焼結条件に応じ
   て、その何れかを選択できることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、第）項、第３項または第を項記載の連続
   減圧雰囲気焼結炉。 ６、　冷却室に非酸化性ガスを導入させるガス導入回路
   を設けると共に、室内に７台以上のファンを取りつけ、
   ガスによる冷却もしくはガスを導入した後、ファンを回
   すことによるガスファン強制冷却ができることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項ま
   たは第５項記載の連続減圧雰囲気焼結炉。 Ｚ　冷却室に導入する非酸化性ガスがＮ！、　Ｈユガス
   であり、冷却条件によってその何れかを選択できること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、
   第を項、第５項または第３項記載の連続減圧雰囲気焼結
   炉。