JP2010281547A - Heat treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱処理空間に配置されたワークに対して熱処理を行うように構成された熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus configured to perform heat treatment on a workpiece disposed in a heat treatment space.
真空中あるいは不活性ガス雰囲気中において焼成や焼結等の熱処理を行う熱処理装置では、ワークから蒸発するワックスや水分などの汚染物質からヒータ、断熱材、炉殻などを保護するために有底筒状を呈するインナーマッフルを、ワークを囲むようにして配置する構成を採用するものがあった(例えば、特許文献1および2参照。)。 In heat treatment equipment that performs heat treatment such as firing or sintering in vacuum or in an inert gas atmosphere, a bottomed cylinder is used to protect heaters, heat insulating materials, furnace shells, etc. from contaminants such as wax and moisture that evaporate from the workpiece. Some have adopted a configuration in which an inner muffle exhibiting a shape is arranged so as to surround a workpiece (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
インナーマッフルの構成例としては、通常、円柱状の黒鉛をくり抜いて構成されるものや、鱗状黒鉛の圧縮成形板または炭素を炭素繊維で補強した複合材料であるC/Cコンポジット板のような市販の可撓性材料からなるものが挙げられる。このようなインナーマッフルによってワークを密封することにより、熱処理中にワークから蒸発するワックスや水分などをインナーマッフルにて確実に捕集できるとされていた。 Examples of the configuration of the inner muffle are usually commercially available, such as those formed by hollowing out columnar graphite, or a C / C composite plate that is a compression-molded plate of scaly graphite or a composite material in which carbon is reinforced with carbon fibers. These are made of a flexible material. By sealing the workpiece with such an inner muffle, it has been said that wax, moisture, and the like evaporated from the workpiece during heat treatment can be reliably collected by the inner muffle.
しかしながら、インナーマッフルは、密閉構造を採っているものの、黒鉛同士の接触によってのみインナーマッフル内の熱処理空間をシールするものであるため、熱処理空間の内部の雰囲気を熱処理空間の外部に対して完全に独立させるものではない。 However, although the inner muffle has a sealed structure, it seals the heat treatment space in the inner muffle only by contact between graphites, so that the atmosphere inside the heat treatment space is completely against the outside of the heat treatment space. It does not make it independent.
このため、ヒータ、断熱材、炉殻などを汚損するガス等を発生させる虞があるワークに対して熱処理を試みる場合には、インナーマッフル以外の手段を適宜的に用いて熱処理空間の内部の雰囲気を熱処理空間の外部に対して完全に独立させることが好ましい場合があると言える。例えば、実験や研究目的で極少量のワークを炉内に入れて不活性ガスなどの雰囲気中や真空中で熱処理を施したい場合には、ワークから意図しないガス等が発生することを想定して、念のために熱処理空間の内部の雰囲気を熱処理空間の外部に対して完全に独立させることが好ましい。 For this reason, when trying to heat-treat workpieces that may generate gas, etc. that fouls heaters, heat insulating materials, furnace shells, etc., the atmosphere inside the heat-treatment space is appropriately used by using means other than the inner muffle. It can be said that it may be preferable to completely separate from the outside of the heat treatment space. For example, when an extremely small amount of work is placed in a furnace for experiments or research purposes and heat treatment is performed in an inert gas atmosphere or in a vacuum, it is assumed that unintended gas is generated from the work. As a precaution, it is preferable to completely separate the atmosphere inside the heat treatment space from the outside of the heat treatment space.
本発明の目的は、簡易な構成により、適宜的に、熱処理空間の内部の雰囲気を熱処理空間の外部に対して完全に独立させることが可能な熱処理装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of appropriately making the atmosphere inside the heat treatment space completely independent of the outside of the heat treatment space with a simple configuration.
本発明に係る熱処理装置は、熱処理空間に配置されたワークに対して熱処理を行うように構成される。この熱処理装置は、炉芯管を選択的に装着可能に構成された真空容器、真空容器に対して着脱可能な炉芯管、および炉芯管の端部を覆うように構成され、炉芯管を真空容器に気密に接続可能にするように構成されたシールユニットを備える。 The heat treatment apparatus according to the present invention is configured to perform heat treatment on a workpiece disposed in a heat treatment space. This heat treatment apparatus is configured to cover a vacuum vessel configured to selectively attach a furnace core tube, a furnace core tube removable from the vacuum vessel, and an end of the furnace core tube. A sealing unit configured to be airtightly connectable to the vacuum vessel.
真空容器は、炉芯管端部支持部、炉芯管導入部、および隔壁部材を少なくとも備える。炉芯管端部支持部は、真空容器の第1の端部に配置され、炉芯管の第1の端部を支持するように構成される。炉芯管導入部は、真空容器の第2の端部に配置され、炉芯管を装着するときに炉芯管を真空容器の内部に導入するための炉芯管導入口、および炉芯管導入口の周囲に配置された真空容器側フランジ部材を有する。隔壁部材は、真空容器の内部に配置されるとともに熱処理空間を画定するように構成されており、炉芯管を挿通するための挿通孔と、挿通孔を塞ぐための栓部材を有する。 The vacuum vessel includes at least a furnace core tube end support part, a furnace core pipe introduction part, and a partition member. The furnace core tube end support portion is disposed at the first end portion of the vacuum vessel and is configured to support the first end portion of the furnace core tube. The furnace core tube introduction part is disposed at the second end of the vacuum vessel, and when the furnace core tube is mounted, a furnace core tube introduction port for introducing the furnace core tube into the vacuum vessel, and the furnace core tube It has a vacuum vessel side flange member arranged around the introduction port. The partition member is arranged inside the vacuum vessel and is configured to define a heat treatment space, and has an insertion hole for inserting the furnace core tube and a plug member for closing the insertion hole.
シールユニットは、炉芯管側フランジ部材、真空用ベローズ、およびガス流入出ユニットを有する。炉芯管側フランジ部材は、炉芯管の第2の端部を支持するように第2の端部に接続される。真空用ベローズは、真空容器側フランジ部材と炉芯管側フランジ部材との間に接続可能で、かつ、真空容器内の真空を維持するように構成される。ガス流入出ユニットは、炉芯管側フランジの外側に接続可能なガス流入出ユニットであって、第2の端部を介して炉芯管に対するガスの供給およびガスの排出を行うように構成される。 The seal unit includes a furnace core tube side flange member, a vacuum bellows, and a gas inflow / outflow unit. The furnace core tube side flange member is connected to the second end so as to support the second end of the furnace core tube. The vacuum bellows is connectable between the vacuum vessel side flange member and the furnace core tube side flange member, and is configured to maintain a vacuum in the vacuum vessel. The gas inflow / outflow unit is a gas inflow / outflow unit connectable to the outside of the furnace core tube side flange, and is configured to supply gas to and discharge gas from the furnace core tube via the second end. The
以上の構成においては、取り外し可能な炉芯管を適宜的に真空容器に挿通することによって熱処理装置を多目的に使用することが可能になる。このとき炉芯管と真空容器との間に熱膨張量の差がある場合であっても、その熱膨張の差が伸縮可能な真空ベローズによって吸収される。また、真空ベローズによって、炉芯管と、真空容器内部および外気との間の気密性が維持される。 In the above configuration, the heat treatment apparatus can be used for multiple purposes by appropriately inserting the removable furnace core tube into the vacuum vessel. At this time, even if there is a difference in thermal expansion between the furnace core tube and the vacuum vessel, the difference in thermal expansion is absorbed by the extendable vacuum bellows. The vacuum bellows maintains the airtightness between the furnace core tube and the inside and outside air of the vacuum vessel.
そして、炉芯管を適宜的に使用することにより、例えば、ワークから発生するガスや蒸発物があっても、それらの発生物によって真空容器内の発熱体や断熱材等の炉内構築物が汚染されることがなくなる。 And by using the furnace core tube appropriately, for example, even if there are gases or evaporates generated from the workpiece, those generated products contaminate the furnace structures such as heating elements and heat insulating materials in the vacuum vessel. It will not be done.
本発明によれば、簡易な構成により、適宜的に、熱処理空間の内部の雰囲気を熱処理空間の外部に対して完全に独立させることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to make the atmosphere inside the heat treatment space completely independent from the outside of the heat treatment space as appropriate with a simple configuration.
図1を用いて、この発明の実施形態に係る真空加熱炉10の概略を説明する。真空加熱炉10は概略円筒状を呈しており、真空容器12、真空容器12内にガスを供給するガス供給部14、および真空容器12内からガスを排出するガス排出部16を備える。
An outline of a
真空容器12は、容器本体122と、この容器本体122に揺動可能な状態で支持された第1の扉124および第2の扉126とを備える。第1の扉124には、後述する炉芯管30を支持可能な炉芯管端部支持部22が設けられる。一方で、第2の扉126には、炉芯管導入部25が設けられる。炉芯管導入部25は、炉芯管30を装着するときに炉芯管30を真空容器12の内部に導入するための炉芯管導入口24、炉芯管導入口24の周囲に配置された真空容器側フランジ部材26、および真空容器側フランジ部材26に接続された真空容器蓋体28を有する。
The
真空容器12の内部には、熱処理されるべきワークを支持するように構成されたワーク支持台196が設けられる。ワーク支持台196の周囲には、円筒状のマッフル本体18が設けられる。このマッフル本体18の両側の開放部を選択的に閉塞するように第1のマッフル蓋体182および第2のマッフル蓋体184が設けられる。
Inside the
この実施形態では、マッフル本体18、第1のマッフル蓋体182、および第2のマッフル蓋体184が、それぞれ炭素を炭素繊維で補強してなるC/Cコンポジットによって構成されるが、この構成に限定されるものではない。
In this embodiment, the
マッフル本体18の外側には円筒状の断熱材本体20が設けられる。さらに、断熱材本体20の両側の開放端を選択的に閉塞するための第1の断熱材蓋体202および第2の断熱材蓋体204が設けられる。
A cylindrical heat insulating
この実施形態では、マッフル本体18、第1のマッフル蓋体182、第2のマッフル蓋体184、断熱材本体20、第1の断熱材蓋体202、および第2の断熱材蓋体204によって、熱処理空間を画定するように構成された隔壁部材が形成される。ただし、隔壁部材の構成はこれに限定されるものではない。
In this embodiment, the
第1のマッフル蓋体182は第1の断熱材蓋体202にボルトおよびナット等の締結部を介して接続されており、さらに第1の断熱材蓋体202は上述の第1の扉124に固定されている。同様に、第2のマッフル蓋体184は第2の断熱材蓋体204にボルトおよびナット等の締結部を介して接続されており、さらに第2の断熱材蓋体204は上述の第2の扉126に固定されている。よって、第1の扉124の開放に伴って第1のマッフル蓋体182および第1の断熱材蓋体202が熱処理空間を開放するように移動する。また、第2の扉126の開放に伴って第2のマッフル蓋体184および第2の断熱材蓋体204が熱処理空間を開放するように移動する。
The first
第1のマッフル蓋体182および第1の断熱材蓋体202には、後述する炉芯管30を挿通可能な挿通孔191が形成されており、この挿通孔191を選択的に閉塞するための第1の栓192が設けられる。同様に、第2のマッフル蓋体184および第2の断熱材蓋体204には、後述する炉芯管30を挿通可能な挿通孔193が形成されており、この挿通孔193を選択的に閉塞するための第2の栓194が設けられる。
The
上述のマッフル本体18および断熱材本体20の間には、円筒状を呈するヒータ25が設けられる。ヒータ25は、図示しないヒータ支持部材によって真空容器12内の所定の位置に配置されるとともに、図示しない電力供給源より電力の供給を受けることによって発熱するように構成される。
A
ガス供給部14は、真空加熱炉10の熱処理に必要なガスを真空容器12に供給するためのガス供給装置142を備える。ガス供給装置142は、バルブ144が設けられたダクトおよびポート146,148等を介して真空容器12に接続される。
The
ガス排出部16は、マッフル18本体、第1のマッフル蓋体182、および第2のマッフル蓋体184によって囲まれる処理空間内のガスを排出するための排気ダクト165と、処理空間の外側のガスを排出するための排気用ポート162,164に接続されたダクトとを備える。排気ダクト165は、ワックス等を捕集するためのトラップを有しており、バルブ168を介して真空ポンプ160に接続される。排気用ポート162,164それぞれ、バルブ166を介して真空ポンプ160に接続される。
The
上述の真空加熱炉10にワークを投入して熱処理を行う際には、例えば図2(A)に示すように、第1の扉124、第1の断熱材蓋体202、および第1のマッフル蓋体182を開放して、処理空間内のワーク支持台196上にワークを載置することで加熱有効域を大きくとることができる。
When the workpiece is put into the
さらに、真空加熱炉10では、選択的に後述の炉芯管30を用いて熱処理を行うことが可能になるように構成されている。炉芯管30を用いる際には、まず図2(B)に示すように、第2の扉126、第2の断熱材蓋体204、および第2のマッフル蓋体184を開放し、第1の栓192および第2の栓194を取り除く。その状態で、図2(C)に示すように、炉芯管30を下から支持するための炉芯管支持部材198をワーク支持台196の上に載置するとともに、第2の扉126を閉じ、真空容器蓋体28を取り外す。真空容器蓋体28を取り外すことにより、チューブ挿入口24を介して炉芯管30を真空加熱炉に導入することが可能になる。
Furthermore, the
図3は、真空加熱炉10に炉芯管30が導入された状態を示している。具体的には、同図は、真空容器12の軸方向に炉芯管30が挿通された状態を示している。炉芯管30は、黒鉛やアルミナ等のセラミックス素材からなっており、その第1の端部302が炉芯管端部支持部22によって支持される。この炉芯管30は、処理量や処理品の大きさ、処理目的に合わせて取り外しが可能な構造となっている。また、炉芯管30は、その中央部が炉芯管支持部材198によって支持される。
FIG. 3 shows a state where the
さらに、炉芯管30は、その第1の端部302が、第1の真空シール部32によって覆われるとともに、その第2の端部304が第2の真空シール部34によって覆われる。なお、この実施形態では、第1の真空シール部32および第2の真空シール部34が本発明のシールユニットに対応する。
Further, the
ここで、図4(A)を用いて、第1の真空シール部32の概略を説明する。同図に示すように、炉芯管30の第1の端部302は、Oリング326等のシール部材を介して炉芯管端部支持部22に支持される。第1の真空シール部32は、Oリング326および炉芯管30の第1の端部302を密閉状態にて覆うことによって真空容器12内部および炉芯管30内部の真空を維持するように構成されたカバー部材322を備える。カバー部材322には、炉芯管30内の温度を測定するための熱電対36を装着可能にするための熱電対取付フランジ324が設けられる。
Here, the outline of the 1st
続いて、図4(B)を用いて、第2の真空シール部34の概略を説明する。炉心管30の第2の端部304には、第2の端部304を支持するような状態で炉芯管側フランジ部材348がOリング345等のシール部材を介して接続される。この炉芯管側フランジ部材348には、その第1の端部344が真空容器側フランジ部材26に接続された真空用ベローズ342の第2の端部346がボルトやナット等の締結部材を介して接続される。真空用ベローズ342は、炉芯管側フランジ部材26および炉芯管側フランジ部材348の間で真空容器12の軸方向に伸縮可能になるように構成されており、真空容器12内の真空を維持するように構成されている。
Subsequently, the outline of the second
さらに、炉芯管側フランジ部材348の外側には、炉芯管30に対するガスの供給およびガスの排出を行うように構成されたガス流入出ユニット350が接続される。ガス流入出ユニット350は、ガス導入部351およびガス排出部352を備えており、第2の端部304を介して炉芯管30に対するガスの供給および排出を行うように構成される。例えば、この実施形態では、ガス流入出ユニット350は、炉芯管30の内部にN2 、H2 、Arガス等の雰囲気ガスを導入したり、炉芯管30の内部を真空排気したりするように構成される。
Further, a gas inflow /
以上の構成においては、真空加熱炉10でワークを真空容器12内の処理空間のワーク支持台196の上に載せて有効寸法を大きくとって通常の熱処理をすることが可能であるとともに、熱処理空間に炉芯管30を挿入して炉心管30の内部のワークに対して熱処理を行うことが可能となる。つまり、真空加熱炉10を多目的に利用することが可能となる。
In the above configuration, the workpiece can be placed on the
例えば、炉芯管30を使用することにより、ワークから発生する汚染物質により真空容器12の内部が汚染されることがない。また、雰囲気ガスは比較的小径な炉芯管30の内部のみに流せるため少量のガスで熱処理が可能になる。このため、実験や研究目的で極少量のワークを炉内に入れて不活性ガスなどの雰囲気中や真空中で熱処理を施したい場合に、適宜的に炉芯管30を利用して熱処理を行うと良い。
For example, by using the
そして、たとえ炉芯管30が熱によって真空容器12より大きく膨張する場合であっても、炉芯管30の伸びに応じて真空用ベローズ342が伸びて炉芯管30の伸びを吸収するため、真空容器12内の真空が適切に維持される。
And even if the
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The above description of the embodiment is to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the claims. Furthermore, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
10−真空加熱炉
12−真空容器
14−ガス供給部
16−ガス排出部
22−炉芯管端部支持部
25−炉芯管導入部
30−炉芯管
32−第1の真空シール部
34−第2の真空シール部
342−真空用ベローズ
348−炉芯管側フランジ部材
350−ガス流入出ユニット
10-vacuum heating furnace 12-vacuum vessel 14-gas supply unit 16-gas discharge unit 22-furnace core tube end support unit 25-furnace core tube introduction unit 30-furnace core tube 32-first vacuum seal unit 34- Second vacuum seal portion 342-Vacuum bellows 348-Furnace core tube side flange member 350-Gas inflow / outflow unit
Claims (3)
炉芯管を選択的に装着可能に構成された真空容器と、
前記真空容器に対して着脱可能な炉芯管と、
前記炉芯管の端部を覆うように構成され、前記炉芯管を前記真空容器に気密に接続可能にするように構成されたシールユニットと、
を備えており、
前記真空容器は、
前記真空容器の第1の端部に配置され、前記炉芯管の第1の端部を支持するように構成された炉芯管端部支持部と、
前記真空容器の第2の端部に配置され、前記炉芯管を装着するときに前記炉芯管を前記真空容器の内部に導入するための炉芯管導入口、および前記炉芯管導入口の周囲に配置された真空容器側フランジ部材を有する炉芯管導入部と、
前記真空容器の内部に配置されるとともに前記熱処理空間を画定するように構成された隔壁部材であって、前記炉芯管を挿通するための挿通孔と、前記挿通孔を塞ぐための栓部材を有する隔壁部材と、を備え、
前記シールユニットは、
前記炉芯管の第2の端部を支持するように前記第2の端部に接続された炉芯管側フランジ部材と、
前記真空容器側フランジ部材と前記炉芯管側フランジ部材との間に接続可能で、かつ、前記真空容器内の真空を維持するように構成された真空用ベローズと、
前記炉芯管側フランジの外側に接続可能なガス流入出ユニットであって、前記第2の端部を介して前記炉芯管に対するガスの供給およびガスの排出を行うように構成されたガス流入出ユニットと、を備えた
熱処理装置。 A heat treatment apparatus configured to perform heat treatment on a workpiece arranged in a heat treatment space,
A vacuum vessel configured to selectively attach a furnace core tube;
A furnace core tube removable from the vacuum vessel;
A seal unit configured to cover an end of the furnace core tube, and configured to allow the furnace core tube to be hermetically connected to the vacuum vessel;
With
The vacuum vessel is
A furnace core tube end support portion disposed at a first end portion of the vacuum vessel and configured to support the first end portion of the furnace core tube;
A furnace core pipe inlet for introducing the furnace core pipe into the vacuum container when the furnace core pipe is mounted, and the furnace core pipe inlet arranged at the second end of the vacuum vessel A furnace tube introduction part having a vacuum vessel side flange member disposed around
A partition member disposed inside the vacuum vessel and configured to demarcate the heat treatment space, and comprising: an insertion hole for inserting the furnace core tube; and a plug member for closing the insertion hole A partition member having,
The seal unit is
A furnace core tube side flange member connected to the second end so as to support the second end of the furnace core tube;
A vacuum bellows configured to be connectable between the vacuum vessel side flange member and the furnace core tube side flange member, and configured to maintain a vacuum in the vacuum vessel;
A gas inflow / outflow unit connectable to the outside of the furnace core side flange, wherein the gas inflow is configured to supply gas to and discharge gas from the furnace core pipe via the second end. And a heat treatment apparatus comprising a discharge unit.
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