JP2004053046A - 熱処理炉における加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空式焼結炉における予熱室の加熱装置として、被処理品に対する加熱温度を設定温度よりも高温としてしまって被処理品から発生した油脂類の蒸気を分解してしまい、分解物が被処理品に付着することで焼結品のカーボン濃度が高くなる問題を解決する。
【解決手段】被処理品Ｗを予熱室１４内に設けた加熱部５２，５４，５６，５８，６０，６２にて加熱する真空式焼結炉の加熱装置であって、予熱室１４内に管体を配設して、その内部に、予め所定温度に加熱した熱媒体を流通させて加熱部５２，５４，５６，５８，６０，６２を構成し、熱媒体からの熱によって被処理品Ｗを加熱するようにする。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は真空式焼結炉等の熱処理炉において、被処理品を加熱するための加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粉末の焼結体は素材粉末を所定形状に成形して成る被処理品に対して各種の処理、例えば真空の予熱室で被処理物に含まれているバインダに由来する油脂類を蒸発除去し、その後に加熱処理を複数段階行って得ており、そのための設備として連続式の真空式焼結炉（熱処理炉）が用いられている。
【０００３】
図７は従来の連続式の真空式焼結炉の要部を示している。
同図において、２００は真空式焼結炉２０２における予熱室で、２０４はその予熱室２００に続く第１加熱室である。
被処理品Ｗは、搬送ローラ２１０により予熱室２００内部に搬入されてそこで予熱処理された後、次に第１加熱室２０４に移送されて、そこで第１段目の加熱処理が施される。
被処理品Ｗは更に後続の各処理室を次々と通過し、その過程を通じて焼結が行われる。
【０００４】
ここで予熱室２００は被処理品Ｗに含まれているバインダに由来する油脂類を蒸発させて除去するための室であり、室内にはその加熱のための手段としてラジアントチューブヒータ２１２が配設されている。
【０００５】
ここでラジアントチューブヒータ２１２は、チューブ内部に電気ヒータを挿入してチューブにより内部の電気ヒータを保護した形態のもので、予熱室２００においてこのようなラジアントチューブヒータ２１２を用いているのは、そこで蒸発した油脂類等が直接電気ヒータに付着するのを防ぐためである。
尚、次の第１加熱室２０４内には加熱手段としてカーボンヒータ２１４が配設されている。２１６は温度検知のための熱電対である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、予熱室２００における加熱手段として上記のようなラジアントチューブヒータ２１２を用いた場合、熱電対により被処理品Ｗ周りの温度を検知しつつ同温度が設定温度となるようにラジアントチューブヒータ２１２の加熱制御を行うが、そのようなラジアントチューブヒータ２１２による加熱の場合、ラジアントチューブヒータ２１２自身の温度が設定温度よりも高温となって、被処理品Ｗが設定温度よりも高温に過熱され易い問題がある。
【０００７】
而して被処理品Ｗが過熱されると、即ち設定温度よりも高温に加熱されると、蒸発した油脂類の分解が進み、その分解物が被処理品Ｗに付着して、その後の加熱室での加熱の際に分解により生じたカーボンが被処理品Ｗ内部に浸入し、被処理品Ｗのカーボン濃度が高まってしまう不具合を生じる。
【０００８】
尤も、ラジアントチューブヒータ２１２の温度が高くなるのを防ぐように通電制御、即ち電流や電力制御を行うこともできるが、その場合被処理品Ｗに対する加熱速度、即ち昇温速度が遅くなってしまう。
この点は上記ラジアントチューブヒータ２１２以外の各種ヒータを用いた場合にも事情は同様である。
【０００９】
また以上では真空式焼結炉２０２における予熱室２００での加熱について述べたが、同様の問題は他の熱処理炉、他の目的の処理室においても加熱時に有機物が蒸発する被処理品を加熱処理するに際して共通して生じ得る問題である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理炉における加熱装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、少なくとも有機物が蒸発する被処理品を処理室内に設けた加熱部にて加熱する熱処理炉の加熱装置であって、前記処理室内に管体ないし容器等の通路部材を配設し、該通路部材内に、予め所定温度に加熱した熱媒体を流通させて前記加熱部を構成し、該熱媒体からの熱によって前記被処理品を加熱するようになしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２のものは、請求項１において、前記加熱部における通路部材の少なくとも一部を可撓性の管体で構成して該可撓性に基づいて該加熱部を可動となし、且つ該可動の加熱部に該加熱部を移動させる移動装置を連結したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３のものは、請求項２において、前記可動の加熱部を前記処理室内の前記被処理品の進行方向の前又は／及び後の位置に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項４のものは、請求項２において、前記可動の加熱部を前記処理室内の前後方向において前記被処理品と被処理品との間の位置に挿脱可能に設けてあることを特徴とする。
【００１４】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記加熱部を複数設けるとともに、炉体外に各加熱部に共通の前記熱媒体のタンクを設置して各加熱部と該タンクとを配管で接続し、該タンク内の加熱状態の熱媒体の各加熱部への供給流量を独立に調整することで、各加熱部の温度を制御するようになしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６のものは、請求項１〜５の何れかにおいて、前記加熱部から流出した前記熱媒体の温度を検知し、該検知に基づいて対応する加熱部への該熱媒体の供給流量を制御するようになしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７のものは、請求項１〜６の何れかにおいて、前記熱処理炉が金属粉体の焼結炉であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８のものは、請求項１〜７の何れかにおいて、前記熱処理炉が真空式の熱処理炉であることを特徴とする。
【００１８】
請求項９のものは、請求項１〜８の何れかにおいて、前記処理室がバインダに由来する油脂類を蒸発処理するための予熱室であることを特徴とする。
【００１９】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、予め所定温度に加熱した熱媒体を、処理室内に設置した管体ないし容器等の通路部材内を流通させて加熱部を構成し、その熱媒体からの熱により被処理品を加熱するようになしたもので、このように熱媒体からの熱によって被処理品を加熱するようになした場合、外部で熱媒体の温度を所定温度にコントロールした状態で処理室の通路部材内に通して被処理品を加熱することが可能であり、また処理室内部の温度が局部的にしろ熱媒体の温度よりも高くなることはない。
【００２０】
例えば熱媒体の温度を予め２００℃にコントロールした状態で通路部材内に通して処理室内を加熱するとき、処理室内部の温度が最大２００℃よりも高くなることはない。
かかる本発明によれば、処理室内の最大加熱温度を有機物の分解温度以下に設定しておくことで、被処理品から蒸発した有機物が分解し、その分解物が被処理品に付着して被処理品の品質を落とすといった問題を解消することができる。
【００２１】
一方においてこの熱媒体による加熱方式の場合、通路部材内部に熱媒体を通すだけで加熱部を構成することができるため、電気式のヒータと異なってかかる加熱部を被処理品を取り巻く様々な位置に、また様々な方向に向けて設置することが容易であり、従って被処理品を加熱するに際し速やかにこれを設定温度まで加熱昇温させることが可能である。
【００２２】
本発明では、加熱部における通路部材の一部を可撓性の管体にて構成し、その可撓性に基づいて加熱部を可動となした上、これに移動装置を連結しておくことができる（請求項２）。
このようにしておけば、通常は設置することが困難な位置或いは向きに容易に加熱部を配設することができる。
例えば処理室内において被処理品の前側，後側の位置に加熱部を配設し（請求項３）、そして被処理品に対する加熱が終わったところで、これらを移動装置により上昇させるなどして退避位置に移動させることで、被処理品の搬送手段による前後方向の移動を確保しつつ、被処理品を前，後から加熱することが可能となる。
【００２３】
或いはまたその加熱部を同じ処理室内において、被処理品と被処理品との間の位置に挿入して加熱を行い、加熱後にこれを上昇させるなどして退避位置に移動させることで、被処理品の前後方向の移動を確保しつつ、被処理品をそれらの間の位置から加熱することが可能となる。（請求項４）。
而してこのような位置に加熱部を配置し、被処理品の加熱を行うことで、被処理品を全体的に万遍なくより均一に加熱できるようになる。
【００２４】
請求項５は、加熱部を複数設けるとともに、炉体外に各加熱部に共通の熱媒体のタンクを設置して各加熱部と配管で接続し、そしてタンク内の加熱状態の熱媒体の各加熱部への供給流量を独立に調整するようになしたもので、このようにすることで、熱媒体の温度そのものを一定温度に保持しつつ、各加熱部への供給流量を調整することで、各加熱部の温度を適正温度に容易に調整することができ、ひいては処理室内において被処理品を適正に加熱することができる。
【００２５】
本発明ではまた加熱部の温度制御に際し、その加熱部から流出した熱媒体の温度を検知し、その検知温度に基づいて対応する加熱部への熱媒体の供給流量を制御するようになすことができる（請求項６）。
このようにすることで加熱部の温度を極め細かく且つ適正温度に制御することができる。
【００２６】
この発明は金属粉体の焼結炉における加熱装置に適用して好適なものであり（請求項７）、またその焼結炉（熱処理炉）が真空式のものである場合に適用して効果の大なるものである（請求項８）。
真空式の熱処理炉においてヒータから成る加熱部を設置する場合、絶縁を図る必要があるなどその設置位置に関して様々な制約を受ける。
【００２７】
然るに本発明に従って熱媒体により加熱する方式の場合、そのような制約が少なく、様々な位置，向きに加熱部を配置することが可能であって、これにより特に真空式の熱処理炉であっても被処理品自身による陰の発生によって加熱が不均一となる問題を回避して、被処理品を様々な位置ないし方向から均一に加熱できる利点が得られる。
また本発明は、被処理品の前，後位置にも加熱部を配設することが可能であることから、特に被処理品が前後方向に連続的に搬送されて行く連続式の真空式熱処理炉に適用して効果が大である。
【００２８】
本発明はまた、特にバインダに由来する油脂類を蒸発処理する予熱室内の被処理品を加熱するための加熱装置に適用して好適なものである（請求項９）。
【００２９】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は連続式の真空式焼結炉（熱処理炉）で、図中左から順に前室１２，予熱室１４，第１加熱室１６，第２加熱室１８及び冷却室２０を有している。
前室１２の入口と冷却室２０の出口とには扉２２，３４が設けられており、更に前室１２，予熱室１４，第１加熱室１６，第２加熱室１８及び冷却室２０の各境界部にも出入口が設けられていて、それら出入口が扉２４，２６，２８，３０及び３２にて開閉されるようになっている。
【００３０】
被処理品Ｗ（ここでは金属の素材粉末の成形体）は、先ず前室１２の入口から前室１２内部に搬入され、続いて搬送ローラ３６の回転により前室１２から予熱室１４へ、更に続いて第１加熱室１６，第２加熱室１８へと移送され、その間に焼結が行われてその後冷却室２０を経て外部へと搬出される。
【００３１】
尚、各扉２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４にはそれぞれ開閉シリンダ３８，４０，４２，４４，４６，４８が連結されており、それらによって各扉が開閉される。
ここで前室１２はパージ室としての働きを有しており、被処理品Ｗは、パージ室１２が大気圧状態の下でこの前室１２内部に搬入される。
【００３２】
被処理品Ｗが前室１２に搬入されたところで前室１２が真空吸引され、所定真空圧に達したところで扉２４の開閉によって被処理品Ｗが前室１２から予熱室１４へと搬送ローラ３６の回転により移送される。
予熱室１４は、被処理品Ｗに含まれているバインダに由来する油脂類を加熱により蒸発させて除去するための室で、このようにして油脂類が蒸発除去されたところで、被処理品Ｗが次の第１加熱室１６へと移送され、そこで第１段目の加熱処理が行われる。
続いて被処理品Ｗは第２加熱室１８へと移されて、そこで第２段目の加熱処理が行われる。
【００３３】
被処理品Ｗは、これら第１加熱室１６及び第２加熱室１８における加熱によって焼結処理される。そして焼結品が冷却室２０を経て外部へと搬出される。
ここで第１加熱室１６及び第２加熱室１８の内部には、加熱のためのカーボンヒータ５０がそれぞれ設けられている。
【００３４】
図２に示しているように、予熱室１４の内部には複数の加熱部が配設されている。
この例では被処理品Ｗに対する上側，下側に第１加熱部５２，第２加熱部５４が、また図３に示しているように右側，左側に第３加熱部５６，第４加熱部５８が、更に被処理品Ｗの前側，後側に第５加熱部６０，第６加熱部６２がそれぞれ配設されている。
これら各加熱部５２，５４，５６，５８，６０，６２は、何れも加熱媒体による加熱によって被処理品Ｗを加熱するように構成されている。
【００３５】
図４に加熱部５２の具体的構成が示してある。
同図に示しているように加熱部５２は、蛇行形状に回曲した管体（通路部材）６４と、これを固定し保持するフレーム６６と、管体６４内部を流通する加熱液体（オイル）から成る熱媒体Ｋ（図５参照）とを有しており、その管体６４に対し入側配管６８ａ，出側配管６８ｂが接続されている。
尚、第２加熱部５４，第３加熱部５６，第４加熱部５８も基本的に同様の構成である。
【００３６】
これら第１加熱部５２，第２加熱部５４，第３加熱部５６，第４加熱部５８は、それぞれ支持部材７０（図３参照）を介して炉体に支持されている。
また各入側配管６８ａ，出側配管６８ｂは、それぞれ炉体を貫通して外部に延び出している。
【００３７】
一方被処理品Ｗの後側の第６加熱部６２は、図３（Ａ）に示しているように左右の縦の管体７２と、それらを繋ぐように上下に列設された複数の横の管体７４と、縦の管体７２に連通して予熱室１４内部に配管された可撓性の管体（ここではステンレスチューブ）７６とを含んで構成されており、そしてその可撓性の管体７６に対し、入側配管６８ａと出側配管６８ｂとが炉体を内外に貫通する状態で接続されている。
【００３８】
同図に示しているように、この第６加熱部６２は管体７６の可撓性に基づいて上下に可動であり、且つこの第６加熱部６２には昇降シリンダ（移動装置）７８が連結されていて、その昇降シリンダ７８により第６加熱部６２全体が昇降させられるようになっている。
尚図２において、被処理品Ｗの前側の第５加熱部６０も基本的に第６加熱部６２と同様の構成である。但し第５加熱部６０は扉２６用の開閉シリンダ４２に連結されていて、扉２６と一体に昇降させられるようになっている。
【００３９】
図５に示しているように、第１加熱部５２，第２加熱部５４，第３加熱部５６，第４加熱部５８，第５加熱部６０，第６加熱部６２の各管体（但し図では第１加熱部５２，第２加熱部５４のみが示してある）は、入側配管６８ａ，出側配管６８ｂを通じて炉体の外部に設置された、各加熱部に共通のタンク８０と連絡されている。
【００４０】
タンク８０の内部には熱媒体Ｋが収容されており、その熱媒体Ｋがヒータ８２によって加熱されるようになっている。
このタンク８０内部の熱媒体Ｋは、温度検知器８４によって温度検知されるようになっており、そしてその温度検知器８４の温度検知に基づいて、ヒータ８２がコントローラ８６により作動制御されるようになっている。
【００４１】
即ちこの例では、コントローラ８６による制御の下にタンク８０内部の熱媒体Ｋの温度が所定温度（ここでは２００℃）に保持されるようになっている。
尚、タンク８０には撹拌機８８が備えられており、内部の熱媒体Ｋがこれにより撹拌されるようになっている。
【００４２】
このタンク８０内部の熱媒体Ｋは、共通のポンプ９０によって各加熱部５２，５４・・・に供給されるようになっており、そしてその供給流量が各加熱部５２，５４・・・ごとに独立に調整され、これにより各加熱部５２，５４・・・の温度がそれぞれ独立に制御可能とされている。
【００４３】
詳しくは、各加熱部５２，５４・・・におけるそれぞれの入側配管６８ａには、加熱媒体の流量を調整する流量調整弁９２と、その流量調整弁９２の開度をコントロールするコントロールモータ９４が設けられており、そのコントロールモータ９４による流量調整弁９２の開度の調整によって、各加熱部５２，５４・・・への熱媒体Ｋの供給流量が調整されるようになっている。
【００４４】
一方各加熱部５２，５４・・・における出側配管６８ｂには、内部の熱媒体Ｋの温度を検知する温度検知器８４が設けられている。
各加熱部５２，５４・・・の温度制御は、これら温度検知器８４による温度検知に基づいて、コントローラ８６による制御の下に流量調整弁９２の開度が調整されることにより行われる。
【００４５】
尚、図６に示しているように予熱室１４内の被処理品Ｗの後側の第６加熱部６２と同様の構成の加熱部６２を、被処理品ＷとＷとの間の位置及び前側の位置に昇降可能に配置し、それらを昇降シリンダ７８にて昇降可能に配設しておくこともできる。
この場合、従来では困難であった被処理品Ｗ、詳しくは図中前側の被処理品Ｗに対する後面及び後側の被処理品Ｗの前面に対する加熱部６２からの加熱も可能となって、被処理品Ｗを全体的により均等に加熱できるようになる。
【００４６】
以上のように本例の加熱装置では、炉体外のタンク８０で予め温度コントロールした熱媒体Ｋを各加熱部５２，５４・・・に流して被処理品Ｗを加熱するもので、予熱室１４内部の温度が局部的にしろ熱媒体Ｋの温度よりも高くなることはない。
【００４７】
従って本例によれば、予熱室１４内の最大加熱温度を油脂類の分解温度以下に設定しておくことで、被処理品Ｗから蒸発した油脂類が分解し、その分解物が被処理品Ｗに付着して被処理品Ｗの品質を落とす問題を解消することができる。
【００４８】
また本例では加熱部５２，５４・・・を従来の電気ヒータによる加熱部では困難であった被処理品Ｗを取り巻く様々な位置に配設しており、これにより被処理品Ｗを速やかに設定温度まで加熱昇温させることができる。
【００４９】
また本例では第５加熱部６０，第６加熱部６２の一部を可撓性の管体７６で構成して加熱部６０，６２を可動とした上、これに開閉シリンダ４２，昇降シリンダ７８を連結してあるので、通常は設置することが困難である被処理品Ｗの前側，後側或いは場合によって被処理品ＷとＷとの間の位置にも加熱部６０，６２を容易に配設することができる。
これにより被処理品Ｗを全体的に万遍なくより均一に加熱できるようになる。
【００５０】
本例では、炉体外に加熱部５２，５４・・・に共通の熱媒体Ｋのタンク８０を設置して、各加熱部５２，５４・・・と配管で接続し、そしてタンク８０内で加熱した熱媒体Ｋの加熱部５２，５４・・・への供給流量を独立に調整するようにしてあり、これにより熱媒体Ｋの温度そのものを一定温度に保持しつつ、加熱部５２，５４・・・への供給流量を調整することで、各加熱部５２，５４・・・の温度を適正温度に容易に調整することができ、ひいては予熱室１４内において被処理品Ｗを適正に加熱することができる。
【００５１】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記予熱室１４において、ある温度までは内部に無酸化ガスを導入しておいて予熱室１４に設けたファンにより対流させ、被処理品Ｗを対流加熱で昇温させ、その後予熱室１４を真空状態に切り替えて各加熱部からの輻射加熱をなすようにするといったことも可能である。
【００５２】
その他本発明は上記真空式の焼結炉以外の熱処理炉或いは焼結炉以外の熱処理炉における加熱装置に適用することも可能であるなど、その主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である加熱装置を含む連続式の真空式焼結炉を示す図である。
【図２】図１における予熱室の内部を加熱装置の要部及び周辺部とともに拡大して示す図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図４】同実施例の加熱装置の要部を更に具体的に示す図である。
【図５】同実施例の加熱装置の熱媒体の流通経路を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部を示す図である。
【図７】従来の熱処理炉における加熱装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０　真空式焼結炉（熱処理炉）
１４　予熱室
４２　開閉シリンダ
５２　第１加熱部
５４　第２加熱部
５６　第３加熱部
５８　第４加熱部
６０　第５加熱部
６２　第６加熱部
６４，７２，７４，７６　管体（通路部材）
７８　昇降シリンダ（移動装置）
８０　タンク
Ｋ　熱媒体
Ｗ　被処理品

Claims (9)

1. 少なくとも有機物が蒸発する被処理品を処理室内に設けた加熱部にて加熱する熱処理炉の加熱装置であって、
   前記処理室内に管体ないし容器等の通路部材を配設し、該通路部材内に、予め所定温度に加熱した熱媒体を流通させて前記加熱部を構成し、該熱媒体からの熱によって前記被処理品を加熱するようになしたことを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
2. 請求項１において、前記加熱部における通路部材の少なくとも一部を可撓性の管体で構成して該可撓性に基づいて該加熱部を可動となし、且つ該可動の加熱部に該加熱部を移動させる移動装置を連結したことを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
3. 請求項２において、前記可動の加熱部を前記処理室内の前記被処理品の進行方向の前又は／及び後の位置に配置したことを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
4. 請求項２において、前記可動の加熱部を前記処理室内の前後方向において前記被処理品と被処理品との間の位置に挿脱可能に設けてあることを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記加熱部を複数設けるとともに、炉体外に各加熱部に共通の前記熱媒体のタンクを設置して各加熱部と該タンクとを配管で接続し、該タンク内の加熱状態の熱媒体の各加熱部への供給流量を独立に調整することで、各加熱部の温度を制御するようになしたことを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記加熱部から流出した前記熱媒体の温度を検知し、該検知に基づいて対応する加熱部への該熱媒体の供給流量を制御するようになしたことを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
7. 請求項１〜６の何れかにおいて、前記熱処理炉が金属粉体の焼結炉であることを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記熱処理炉が真空式の熱処理炉であることを特徴とする熱処理炉における加熱装置。
9. 請求項１〜８の何れかにおいて、前記処理室がバインダに由来する油脂類を蒸発処理するための予熱室であることを特徴とする熱処理炉における加熱装置。

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