JP2012521531A - 誘導炉及び浸透方法 - Google Patents

Abstract

誘導炉（１）が開示され、この誘導炉は、誘導炉の内部チャンバー（３）を区画する箱型ハウジング構造（２，６）と、サセプタ材料から作られて互いに略平行に離間配置された第一及び第二の放熱プレート（１０，１１）を有して内部チャンバーに収容される浸透るつぼ（７）と、第一及び第二の放熱プレートによって加熱されるべくそれら放熱プレートによって挟まれて、浸透材料（１５）と該材料が浸透される半製品ワークピース（１４）とが収容される浸透チャンバー（１３）と、内部チャンバーに収容されて、放熱プレートを誘導加熱するための電流（ｉ_１，ｉ_２）が供給される誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）を有し、誘導コイルが、第一及び第二のスパイラル誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）を含み、該スパイラルコイルの各々が、放熱プレートの一方に対して比較的短い間隔を持ち且つ放熱プレートの他方に対して比較的長い間隔を持って配置されている。

Description

本発明は、誘導炉に関するもので、より詳述すると、請求項１の前文に記載されているタイプの誘導炉に関するものである。また、本発明は浸透方法に関するものである。

本願は、２００９年３月２４日に出願されたイタリア特許願ＲＭ２００９Ａ０００１３９を優先権主張の基礎とするもので、その出願の内容は参照することにより本願に組み込まれるものである。

高い衝撃抵抗，高い圧縮抵抗及び高い温度抵抗が必要とされる様々な分野においてセラミック複合材料が用いられていることが知られている。それらの抵抗は、単純なセラミック材料によっては担保することのできない特性である。その理由は、単純なセラミック材料が生来的に脆さを有しているからである。

具体的には、セラミック複合材料は、カーボンフィラメントと炭素との束を含んだマトリックスにケイ素を浸透させることにより、例えば、ディスクブレーキ用ディスク、より詳しくは、ディスクブレーキ用ディスクのブレーキバンドを製造するためのミル作業（ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）において用いることが知られている。そのような浸透は、ケイ素が溶融状態になる温度で通常実施される。

公知の技術によれば、そのような複合材料の調製は、
フィラメント束を凝集樹脂とピッチ（ｐｉｔｃｈ）とその他の添加物と混合させ、
その得られた混合物を、加熱及び加圧によって成形される半製品ワークピースを提供するべくモールド内に入れ、
樹脂の炭化又は熱分解を齎すような温度で、半製品ワークピースを炉内で硬化させることにより達成される。

この硬化に起因して、半製品ワークピースは多孔質になる。その理由は、樹脂の炭化又は熱分解温度で揮発性物質が失われるからである。

その後、硬化された半製品ワークピースに、浸透される材料、この場合には、ケイ素で、更に硬化させることを含んだ浸透処理を施す。そのような硬化は、ケイ素を融解させて半製品ワークピースの孔内に浸透させることを可能にするような温度で実施される。

周知の通り、上述した浸透工程（この場合には、シリケイション（ｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ）とも言う。）は、多くの時間を必要とし、非常に費用が掛る。公知の技術によれば、そのような工程は、ケイ素を融解させるためにケイ素を１４００℃〜１７００℃の温度で加熱することを含み、更に、真空ポンプによって減圧させることを含んでいる。この目的のために、所望の温度を提供し且つ真空状態にさせることの可能な特別の炉を用いることが知られている。通常用いられる炉には、所謂、不連続炉（英語で、「ｂａｔｃｈ ｆｕｒｎａｃｅ（バッチ式炉）と呼ばれている。）と、トンネル炉とのほぼ二つのタイプのものがある。

バッチ式炉によって実施される方法は、炉の容積に等しい量の材料を詰め込む工程と、加熱する工程と、シリケイションのために真空下で温度を維持する工程と、冷却する工程を含んでいる。加熱、温度維持及び冷却を含むサイクルは、約１０分程度掛る効果的な浸透を可能にするために、２４時間〜４８時間の間でその継続時間が変更される。

バッチ式炉は、外部圧力に耐えなければならないという事実に起因して構造的に複雑であることに加えて、材料を完全に充填しなければならないという欠点と、小さな連続物又は一体成形品の製造には不適切であるという欠点を有し、その欠点は、製品を製造するのに少なくとも２４時間掛るという事実のために更に悪化される。

他方、トンネル炉では、トンネル炉内で浸透を実施する時に、処理される材料／ピースを、充填ステーションで充填し、加熱領域で運んで、次にアンロードステーションでアンロードしなければならない。トンネル炉は製造された材料の連続した流れを考慮に入れているが、このような炉は、バッチ式炉と比較して構造的に更に複雑であるという欠点があり、この点に関して、真空状態にされている領域を材料が通過しなければならないことを銘記しなければならない。

特許文献１には、炭素／炭素材料から作られた浸透るつぼを含んだ誘導炉が記載されている。その浸透るつぼは、浸透のために必要とされる時間を上述したタイプのバッチ式炉又はトンネル炉と比較して可なり低減させることを可能にする。

従って、特に、一体ワークピースの連続した迅速な製造のために、特許文献１に記載の誘導炉との関係で、製造された製品の均一性と安全性に加えて、処理効率とコストの点において、改善された浸透炉を提供することが要請されている。

国際出願ＰＣＴ／ＩＴ２００５／０００７０８

従って、本発明の目的は、上述した要請に応えられるような誘導炉を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載の本発明による誘導炉と、従属項に記載の本発明の実施形態に係る誘導炉によって達成される。

本発明の別の目的は、請求項１５に記載の浸透方法を提供することにある。

本発明の更なる特徴及び利点については、本発明を何ら限定するものではない本発明の好ましい実施形態に関して添付図面を用いて行った下記記載を参照することにより更に容易に理解することができるであろう。

図１は、幾つかの部品が断面で示されている、第一の運転状態にある本発明に係る誘導炉の概略的な側面図である。 図２は、幾つかの部品が断面で示されている、第二の運転状態にある図１に示した誘導炉の概略的な側面図である。 図３は、図１に示した誘導炉の一部品である絶縁リングの側断面図である。 図４は、図１に示した誘導炉の、変形例に係る一部品の側断面図である。 図５は、図１に示した誘導炉の、更に別の変形例に係る一部品の側断面図である。 図６は、図１に示した誘導炉の別の部品の平面図である。 図７は、浸透プロセスの簡単なフローチャートを示した図である。

添付図面において、同一又は同様な要素は同じ参照符号で示されている。

添付図面を参照すると、本発明による誘導炉は参照符号１で示されている。この誘導炉１は、好ましくは骨組から成る箱型のハウジング構造２を有し、このハウジング構造２は、誘導炉１の内部チャンバー３を区画している壁を含んでいる。

本発明の一実施形態によれば、誘導炉１は、特に、シリケイション炉であり、好ましくは、ディスクブレーキ用ディスク又はディスクブレーキのディスク用ブレーキバンドの如き、例えば、複合セラミック材料から作られたプレート状の半製品ワークピースのシリケイションのために提供される。

図示実施形態においては、誘導炉１は、内部チャンパー３内で所望の真空状態を作り出すための真空ポンプ４を含み、その真空ポンプ４は内部チャンバー３の外部に設けられている。ハウジング構造２の壁の一つに設けられた開口部５が、真空ポンプ４と内部チャンバー３とを接続させている。

好ましくは、真空ポンプ４は、運転圧力を大気圧レベルから、制限値を含む、０．０１〜５００ｍｂａｒの値、より好ましくは、１〜２ｍｂａｒの値に低減させるように構成されている。

内部チャンバー３は、断熱ライニングを備えた内壁を有している。特に好ましい実施形態においては、そのようなライニングは、チャンバー３の内壁と組み合わされた、グラファイトフェルトから成るパネル６を含んでいる。

誘導炉１は、浸透チャンバー１３を持った浸透るつぼ７を有し、チャンバー１３内で、浸透される材料１５の融解、即ち、浸透プロセスが行われる。図１及び図２に示した実施形態においては、浸透るつぼ７の浸透チャンバー１３内に、材料１５が浸透される半製品ワークピース１４が収容される。本発明の一実施形態によれば、材料１５が浸透される半製品ワークピース１４は、リング状又はディスク状に形成されたプレートであって、多孔質にさせるために炭化（又は熱分解）処理が既に施されていて、従って、多孔質の対象物である。図示した特定の実施形態においては、材料１５が浸透される半製品ワークピース１４は、略円形の中央開口部３０が形成された、ディスクブレーキのディスク用ブレーキバンドである。

本発明の特に好ましい実施形態においては、浸透チャンバー１３内で材料が浸透される半製品ワークピースを支持するための支持手段が浸透チャンバー１３内に設けられている。そのような支持手段は、複数の支持要素又は支持脚部１８を含んでいる。

材料が浸透される半製品ワークピース１４とチャンバー１３の内壁との間の隙間を、半製品ワークピース１４の孔内に浸透される材料１５で少なくとも部分的に満たさせるために、好ましくは、浸透チャンバー１３の体積は半製品ワークピース１４の体積の少なくとも二倍の大きさに構成されている。好ましくは、浸透される材料１５は、例えば、粒状又は粉末状の、ケイ素、例えば、純ケイ素、又は、ケイ素合金，アルミニューム合金又は銅合金である。半製品ワークピース１４がディスクブレーキ用ディスクのブレーキバンドである特定の実施形態においては、浸透チャンバー１３は、例えば、一つの一体半製品ワークピースの処理を可能にさせる大きさに寸法付けされている。

浸透るつぼ７は、第一及び第二の放熱プレート１０，１１を含み、これら第一のプレート１０と第二のプレート１１とは互いに平行になって離間配置されている。第一の放熱プレート１０と第二の放熱プレート１１は、それぞれ、浸透チャンバー１３の上側壁と下側壁を構成している。従って、浸透チャンバー１３は、所望の温度までプレート１０，１１によって加熱されるべく、これらプレート１０，１１によって挟まれている。

浸透るつぼ７は、浸透チャンバー１３の周囲を区画している環状側壁１２を更に含んでいる。図示実施形態においては、環状側壁１２は、放熱プレート１１上に配置されて、（例えば、１〜２ｃｍの距離を持って）放熱プレート１０から離間配置され、従って、環状側壁１２と放熱プレート１０との間には隙間１９が区画されている。別の実施形態においては、放熱プレート１０は環状側壁１２に当接配置され、従って、その実施形態においては隙間１９は存在しない。

本発明の一実施形態によれば、双方の放熱プレート１０，１１は、略ディスク状の形状を有し、側壁１２は円筒状に形成されている。

放熱プレート１０，１１は、サセプタ材料（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）、即ち、電磁エネルギーを吸収して、このエネルギーを熱に変換させるのに好適な材料から作られている。

本発明の好ましい実施形態においては、双方の放熱プレート１０，１１は、炭素／炭素材料（Ｃ／Ｃ）から作られている。好ましくは、環状側壁１２もサセプタ材料、好ましくは、Ｃ／Ｃから作られているので、浸透るつぼ７の壁は全体としてＣ／Ｃから作られている。本発明の一実施形態によれば、浸透るつぼ７の壁を構成しているＣ／Ｃのタイプは、放熱プレート１０，１１においては、長い織物状繊維を有する０／４５°方位の炭素／炭素材料であるが、環状側壁１２の内周の材料は、一方向性のものである。浸透るつぼ７を構成するのに用いられる炭素／炭素材料の密度は、好ましくは、制限値を含む１〜１．９ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは、１．７ｇ／ｃｍ^３に相当する密度である。

本発明の好ましい別の実施形態によれば、浸透るつぼ７の壁（即ち、放熱プレート１０，１１双方と環状側壁１２）はグラファイト、又は、その他の好適なサセプタ材料から作られている。

図１及び図２に示されているように、特に有益な実施形態においては、誘導炉１は、例えばグラファイトフェルトの如き断熱材料から作られた環状絶縁壁又は絶縁リング１６を更に含み、その環状絶縁壁又はリング１６は浸透チャンバー１３の回りに延在する絶縁チャンバー８を少なくとも側方で区画している。本発明を何ら制限するものではないが、好ましくは、絶縁チャンバー８の上壁又は下壁は、少なくとも部分的に二つの放熱プレート１０，１１の一方から構成されている。図示した特定の実施形態においては、放熱プレート１０が絶縁チャンバー８を上方で部分的に閉塞して、絶縁リング１６の開口部４５内に固定されている。絶縁リング１６は、図３に示したように断面Ｌ字状の側面を有し、好ましくは、一つのリング４６と複数のリング４７とを軸線方向で重ねて互いに固定することにより提供される。これらリングは比較的堅い材料から作られていて、リング４６は、他のリング４７と比較して、小さな内径と、広い全幅を有している。有益的には、比較的堅い材料の絶縁リング１６の内面は、ＣＦＲＣ（炭素繊維強化カーボン）の保護ホイルによって被覆され、例えば、１．５ｍｍの厚みを有する低剛性の材料から作られている。

図１に示した実施形態によれば、絶縁リング１６はるつぼ７の側壁１２の外径よりも大きな内径を有しているので、炉が図１に示した状態にある時に、絶縁リング１６の内面とるつぼ７の側壁１２の外面との間に隙間を提供するべく、それらの間の距離は、少なくとも、数ｃｍ、例えば、５ｃｍ、に等しくなっている。

誘導炉１は、内部チャンバー３内に収容された少なくとも誘導コイルＬ１，Ｌ２を更に有し、該誘導コイルＬ１，Ｌ２には、誘導によって放熱プレート１０，１１の双方を加熱するための少なくとも電流信号ｉ_１，ｉ_２が供給される。

誘導炉１は、少なくとも供給ラインＦ１，Ｆ２によって誘導コイルＬ１，Ｌ２に接続された交流発電機３５を有している。その交流発電機３５は、１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの好ましい周波数範囲を有する少なくとも交流電流信号ｉ_１，ｉ_２を出力するよう構成されている。

特に、誘導コイルＬ１と誘導コイルＬ２は、第一の誘導スパイラルコイルＬ１と第二の誘導スパイラルコイルＬ２を夫々含んでいる。これらスパイラルコイルＬ１，Ｌ２の各々は、それぞれの関連する放熱プレート１０又は１１からは比較的短い距離を隔てて、及び、他方の放熱プレート１１又は１０からは比較的長い距離を隔てて、配置されている。実際に、誘導コイルＬ１が、放熱プレート１０に対して比較的短い距離を隔て、及び、放熱プレート１１に対して比較的長い距離を隔てて、位置し、他方、誘導コイルＬ２が、放熱プレート１０に対して比較的長い距離を隔て、及び、放熱プレート１１に対して比較的短い距離を隔てて、位置していることが、図１及び図２から銘記される。従って、これらコイルの各々は関連する放熱プレート、即ち、プレート１０又はプレート１１を主に加熱するために設けられているので、誘導コイルＬ１は主として放熱プレート１０に関連し、他方、誘導コイルＬ２は主として放熱プレート１１に関連するものと言うことができる。明らかに、各誘導コイルＬ１，Ｌ２は、関連する放熱プレート１０又は１１を加熱することに加えて、距離に相違があるため僅かではないが、より少ない程度に、他方の放熱プレート１１又は１０を加熱する。その理由は、磁場の強度が距離の二乗で低減することが知られているからである。

明らかに、るつぼ７の側壁１２もサセプタ材料から作られている場合には、側壁１２も、放熱プレート１０，１１と比較してより少ない程度であるが、誘導コイルＬ１，Ｌ２によって発生させられる磁場の影響を受ける。従って、環状側壁１２による浸透チャンバー１３の加熱についての貢献の程度は、僅かではないが、放熱プレート１０，１１の貢献度と比較して小さい。

図示したように、本発明の好ましい実施形態においては、第一及び第二の誘導コイルＬ１，Ｌ２は、平面スパイラル誘導コイルであって、それらは互いに対して及び放熱プレート１０，１１に対して略平行になっている。例えば、誘導コイルＬ１，Ｌ２の各々は、平面アルキメデススパイラル，フェルマースパイラル，対数スパイラル、又は、別のタイプの平面スパイラル又は略平面スパイラル（ここで用いた用語「略」は、例えば、技術的理由に起因する、正確には平面ではないが、大体平面であるスパイラルの実施形態について言及したものである）に従って形成される。

本発明の一実施形態によれば、スパイラル誘導コイルＬ１，Ｌ２の各々は、スパイラルを形成するように巻回された、例えば、銅製のコンダクターを含んでいる。好ましくは、そのようなコンダクターは、パイプで、更に好ましくは、そのようなパイプ内に冷却流体、例えば、流水を流してもよい。図１及び図２においては、このパイプは円形の断面で示されている。図５に示した修正例においては、パイプは、例えば、正方形断面の如き四角形の断面を有している。図５において、パイプは、パイプ内を冷却流体が流れることを可能にするよう中空状に形成してもよいことが分かる。

本発明の特に有益な実施形態によれば、誘導コイルＬ１と誘導コイルＬ２は、互いに独立した、個別のコイルであり、より正確に説明すると、それぞれ、対応の供給ラインＦ１又はＦ２によって対応の供給電流ｉ_１又はｉ_２が供給される、個別の回路に属する。こうして、浸透チャンバー１３を均一に加熱するべく、各誘導コイルＬ１，Ｌ２とそられが関連する放熱プレート１０，１１との間の異なった距離を補償するための、又は、浸透チャンバー１３の不均一又は最適でない加熱を齎す何らかのその他の非対称を補償するための、例えば、供給電流ｉ１，ｉ２の間の電流比を設定するために、発電機３５によって、両コイルＬ１，Ｌ２に対して個別に電流を供給することができる。この目的のために、誘導炉１は、電流比を設定するべく、一般に浸透プロセスをコントロールし、特に発電機３５をもコントロールするための電子制御系３６を備えていてもよい。そのような電子制御系３６によって、発電機３５に異なった周波数で供給電流ｉ_１，ｉ_２を出力させるために発電機３５をコントロールすることも可能である。

本発明の一実施形態によれば、供給ラインＦ１，Ｆ２は、これらが誘導コイルＬ１，Ｌ２の間で相互に移動することを可能にするべく、少なくとも部分的に可撓性コンダクターにて構成されている。

本発明の一実施形態によれば、第一の保護シールド２１と第二の保護シールド２２が、それぞれ、第一の誘導コイルＬ１と第二の誘導コイルＬ２とに関係付けられている。好ましくは、そのような第一の保護シールド２１と第二の保護シールド２２とは、それぞれ、第一の保護プレート２１と第二の保護プレート２とにより構成されている。以下においては、保護シールド２１，２２は、本発明に対して何ら限定を加える意図なく、保護プレート２１，２２と言う。

好ましくは、誘導コイルＬ１，Ｌ２の各々は、対応の保護プレート２１又は２２内に、少なくとも部分的に埋め込まれ、又は、より好ましくは、（添付図面に示された実施形態におけるように）全体として埋め込まれる。保護プレート２１，２２は、好ましくは、セラミック材料から作られている。例えば、保護プレート２１，２２は、耐火セメントから作られている。有益なことに、保護プレート２１，２２は、誘導コイルＬ１，Ｌ２の断熱を確実にし、同コイルのループ部間の（可能性として温度勾配に起因する）危険な相対的な動きを回避するために同コイルを固定し、融解中に噴出される浸透材料が危険なまでに誘導コイルＬ１，Ｌ２に衝突することを防止する。有益なことに、誘導コイルＬ１，Ｌ２を少なくとも部分的に保護プレート２１，２２に埋め込んだ場合には、保護プレート２１，２２によって誘導コイルＬ１，Ｌ２に齎される剛性又は寸法安定性に起因して、誘導炉１のために高密度ループを持った誘導コイルＬ１，Ｌ２を用いることができることが分かる。その理由は、隣接したループ間の距離を、短絡を齎すことなく、任意に低減させることができるからである。

本発明の一実施形態によれば、保護プレート２１，２２の少なくとも一方は、対応の放熱プレート１０又は１１を箱状のハウジング構造２に接続するための支持要素として用いられている。好ましくは、保護プレート２１，２２の双方とも、それぞれ、対応の放熱プレート１０，１１を箱状のハウジング構造２に接続するための支持要素として用いられる。図１及び図２に示した特定の実施形態においては、特に図２を参照すると、保護プレート２１は、放熱プレート１０の支持要素として用いられ、放熱プレート１０は環状の絶縁壁１６とスペーサーアーム３９とによって保護プレート２１からぶら下がり、且つ、保護プレート２２は、放熱プレート１１の支持要素として用いられ、放熱プレート１１は保護プレート２２上に横たわっている。

本発明の特定の実施形態においては、保護プレート２１は内部チャンバー３の一壁から間接的に吊り下げられ、他方、保護プレート２２は内部チャンバー３の反対側の壁に対して間接的に支えられている。

好ましくは、放熱プレート１１は、突出したスペーサースタッド３８を含んだ少なくともシールド又は保護ライニング２３，２９を介装することにより保護プレート２２に間接的に接触し、放熱プレート１１はスペーサースタッド３８に効果的に支持されている。図１及び図２に示した本発明の実施形態によれば、保護ライニングは、フェルト層２９と、窒化ホウ素から作られて、フェルト層２９に支持されたタイル（ｔｉｌｅ）２３と、該タイル２３に一体に設けられたスタッド３８を有している。図４を参照すると、本発明の別の実施形態によれば、保護ライニングは、耐火セメントから成るマスク４０を有し、該マスク４０は、保護プレート２２を部分的に包むような形状に形成されて、保護プレート２２に支持されている。また、この場合には、スペーサースタッド３８は、好ましくは、マスク４０と一体に形成される。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、誘導炉１は、可動誘導コイル（この実施形態においては、誘導コイルＬ２）をハウジング構造２に接続させるための支持装置２４を更に含んでいる。この支持装置２４は、可動誘導コイルＬ２をハウジング構造２に対して移動させるために、例えば、コントロールユニット３６によって制御可能に構成されている。コントロールユニット３６によって支持装置２４を制御することにより、誘導コイルＬ１，Ｌ２の間の間隔を変更して、誘導コイルＬ１，Ｌ２が互いに相対的に近接した第一の運転状態（図１参照）と誘導コイルＬ１，Ｌ２が互いに相対的に離れた第二の運転状態（図２参照）に設定することができる。図示実施形態においては、誘導コイルＬ２が保護プレート２２内に埋め込まれているので、制御可能な支持装置２４は、保護プレート２２、即ち、可動保護プレート２２をもハウジング構造２に対して接続させることを可能にさせる。実際に、支持装置２４は、誘導コイルＬ１，Ｌ２が互いに相対的に近接した第一の運転状態（図１参照）と誘導コイルＬ１，Ｌ２が互いに相対的に離れた第二の運転状態（図２参照）となるように誘導コイルＬ１，Ｌ２を設定するべく保護プレート２１，２２の間の間隔を変更するために、保護プレート２２をハウジング構造２に対して移動させるように制御される。

図示実施形態においては、制御可能な装置２４は、空気圧シリンダを含んでいる。

本発明の特に有益な実施形態によれば、誘導炉１は、他方の誘導コイルＬ１をハウジング構造２に接続させるための支持装置２５，２６，３４を更に有している。支持装置２６は、誘導炉１が第一の運転状態（図１）にある時に、誘導コイルＬ１を誘導コイルＬ２に対して適切に位置決めさせることを確実にするための位置調整カップリング素子である。図示した特定の実施形態においては、誘導コイルＬ１が保護プレート２１に埋め込まれているので、支持装置２５，２６，３４は保護プレート２１をハウジング構造２に接続させることを可能にする。従って、少なくとも位置調整カップリング素子２６は、誘導炉１が第一の運転状態（図１）にある時に、保護プレート２１を保護プレート２２に対して正確に位置決めさせることを確実にする。

図示した特定の実施形態においては、伸縮自在なピストンのような、長さを変更することの可能な位置調整カップリング素子２６が複数設けられ、限定されるものではないが、図１及び図２の実施例においては、三つのカップリング素子２６が設けられている。位置調整カップリング素子２６としては、伸縮自在なピストン２６に代えて、通常のスライドガイド、又は、クリアランスを備えた機械的カップリング素子の如き、別の種類の位置調整カップリング素子を用いることができることは明らかである。有益なことに、図示実施形態においては、図２に示した運転状態から図１に示した運転状態へと変化する過程における保護プレート２２の移動によって齎される可能性のある応力を位置調整カップリング素子２６が吸収して、絶縁リング１６と保護プレート２２とが適切な位置で当接することを確実にさせる。更に、そのようなカップリング素子２６は、有益なことに、誘導炉１が図１に示した運転状態にある時に、内部チャンバー３内で危険な応力を生じさせる可能性のある熱ひずみを打ち消すことを可能にする。

本発明の別の実施形態によれば、コイルＬ１，Ｌ２の支持装置の少なくとも一つは、金属製支持プレート２５又は２７を有している。図示した特定の実施形態においては、一対の略ディスク状の金属製支持プレート２５，２７が設けられている。支持プレート２５と支持プレート２７は、夫々、保護プレート２１と保護プレート２２とに関連するもので、スペーサーアーム３４を介してそれら保護プレート２１，２２に夫々接続されている。金属製支持プレート２５だけを示している図６を参照すると、誘導炉１の運転中に金属製支持プレート２５，２７の内部に望ましくない電流が誘導によって生ずることを回避するために、金属製支持プレート２５，２７は有益なことに金属製支持プレート２５，２７の中央部３３から周縁部５１まで伸びたスルーカット（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｃｕｔ）５０を備えている。

図１を参照すると、放熱プレート１０，１１の少なくとも一方、図示実施形態においては、放熱プレート１０は、誘導炉１の運転中に浸透チャンバー１３内で発生する蒸気の、真空ポンプ４による抽出を可能にさせるための少なくとも第一の貫通開口部３１を含み、該貫通開口部３１は浸透チャンバー１３と連通している。好ましくは、その第一の貫通開口部３１は放熱プレート１０の略中央に設けられている。好ましくは、第一の貫通開口部３１が設けられた放熱プレート１０に関連するコイルＬ１の保護プレート２１は、同様に、放熱プレート１０の第一の貫通開口部３１の前方に、好ましくは、軸線方向で第一の貫通開口部３１と整列位置した第二の貫通開口部３２を有している。更に好ましくは、金属製支持プレート２５は、同様に、第一の貫通開口部３１と第二の貫通開口部３２の前方に、軸線方向でそれらと整列位置した第三の貫通開口部３３を有している。こうして、有益なことに、材料が浸透される環状の半製品ワークピース１４を、それの中央開口部３０が貫通開口部３１，３２，３３と軸線方向で整列位置するように浸透チャンバー１３内で位置決めさせることが可能となり、従って、真空ポンプ４を開口部３０，３１，３２，３３と接続させるための、ハウジング構造２に設けられた開口部５にほとんど直接的に向いた蒸気の抽出路が提供される。図１に示した特定の実施形態においては、開口部３０，３１，３２，３３，５が、軸線４１に沿って軸線方向で互いに整列配置されていることが理解できる。

誘導炉１は、好ましくは、チャンバー３内に、例えば、窒素の如き冷却流体を注入するためのシステム３７を更に有し、このシステム３７は、例えば、コントロールユニット３６によって制御される。また、好ましくは、誘導炉１は、強制対流冷却システム（図示せず）を含んでいる。

図７を参照して、上記タイプの誘導炉によって実施される浸透方法の好ましい実施形態について説明する。参照符号１００で示したこの方法は、空気圧シリンダ２４と、窒素注入システム３７と、発電機３５と、真空ポンプ４と、誘導炉１に含まれるその他の部品，変換器と、強制対流冷却システムに作動的に接続される誘導炉１のコントロールユニット３６を介して直接的に制御可能であるので、この方法は、自動的又は殆ど自動的に実施することができる。誘導炉１に含まれる上記部品としては、ポジションセンサ，温度センサ及び圧力センサ等がある。

浸透方法１００は、誘導コイルＬ１と誘導コイルＬ２とが互いに離間している図２に示した運転状態に誘導炉１を設定するために、誘導炉１を予めセットするための初期工程１０１を含んでいる。

浸透方法１００は、浸透るつぼ７、特に、放熱プレート１１と環状壁１４とによって形成される枠組みを積み込む工程を更に含み、その枠組み内には、ディスクブレーキのディスク用ブレーキバンドの如き、材料が浸透される半製品ワークピース１４が、その半製品ワークピース１４の孔内に浸透されるケイ素の如き材料１５と共に収容されている。従って、本発明を何ら限定するものではないこの例示的な浸透方法１００は、材料が浸透される多孔質半製品ワークピース１４のシリケイション方法である。この方法１００を実施するにあたっては、枠組み１１，１２は、例えば、ロボットのフォーク（図示せず）によって予めチャンバー３から取り出されている。この状態で、枠組み１１，１２の積み込みが例えば、上記ロボットのフォームによって実施される。この場合に、枠組み１１，１２の積み込み工程１０２は、材料が浸透される半製品ワークピース１４とケイ素１５とが充填された枠組み１１，１２を例えば上記フォークによって保護プレート２２上に位置決めさせることを含んでいる。材料が浸透される半製品ワークピースとケイ素１５とを枠組み１１，１２内に充填する前に、枠組み１１，１２を、本発明を何ら制限するものではないが、好ましくは、窒化ホウ素を枠組み１１，１２上にスプレイし、それらをグラファイトペーパーで被覆し、更に窒化ホウ素をそれらにスプレイするというような、枠組み１１，１２に対する前処理を施すことが考えられる。材料が浸透される半製品ワークピース１４を充填する工程は、例えば、材料が浸透される半製品ワークピース１４が相対的に厚いか又は薄いかを決定し及び／又はその直径が相対的に大きいか又は小さいかを決定するために、材料が浸透される半製品ワークピース１４の種類を（例えば、上記フォークによって）自動的に同定することを含んでいてもよい。この場合には、同定作業によって得られた、材料が浸透される半製品ワークピース１４の種類に関する少なくとも同定情報をコントロールユニット３６に入力又は送信する。

浸透方法１００は、絶縁チャンバー８が少なくとも部分的に閉成され且つ環状絶縁壁１６が可動保護プレート２２に当接する、図１に示した運転状態に、誘導炉１をさせるべく、コイルＬ２を、この実施形態においては、保護プレート２２をも、シリンダ２４によって移動させる後続の工程を含んでいる。有益なことに、環状絶縁壁１６の可動保護プレート２２に対する適切な当接は、位置調整カップリング素子２６によって担保される。

後続の工程１０４においては、誘導炉１のチャンバー３の内圧を約８００〜９００ｍｂａｒの値から約０．０１〜２５０ｍｂａｒ、好ましくは、約１ｍｂａｒに下げるために、例えば、コントロールユニット３６を介して真空ポンプ４を駆動させる。

真空ポンプ４を駆動させる工程１０４と同時に実施される、加熱／浸透工程と呼ばれる工程１０５において、るつぼ７の感受部品、主に、放熱プレート１０，１１を加熱するための周波数とパワーとを有する交流電流信号をコイルＬ１，Ｌ２に供給する。そのような加熱は、関連する誘導コイルＬ１，Ｌ２内の交流電流の流れによって生じる電磁場によって双方の放熱プレート１０，１１内で誘導される寄生電流よって主として達成される。こうして、プレート１０，１１は、浸透される材料１５が融解状態になる温度まで、浸透チャンバー１３内に放熱する。ケイ素の場合には、プレート１０，１１は、浸透チャンバー１３内の温度が約１４００℃〜１７００℃、好ましくは、約１５００℃に達するまで加熱される。この温度範囲内で、ケイ素１５は、融解し、材料が浸透される半製品ワークピース１４の孔内に浸透する。更に、この工程１０５においては、放熱プレート１０，１１に関連する直接誘導による加熱に加えて、誘導コイルＬ１，Ｌ２が直接誘導によって半製品ワークピース１４を加熱し、半製品ワークピースにおける寄生電流の直接誘導に起因する自己発熱に加えてチャンバー１３の加熱に起因して、ケイ素１５が半製品ワークピースに浸透するのに最適な状態に達する。この工程１０５において発生する蒸気は、工程１０５全体を通して駆動している真空ポンプ４によって排出される。

好ましくは、加熱／浸透工程１０５中に、誘導コイルＬ１，Ｌ２に供給される電流は、浸透チャンバー１３と半製品ワークピースの均一な加熱を担保するべく、コントロールユニット３６によって、場合によっては、特定の種類の半製品ワークピース１４に関する同定情報に依存して、設定され且つ制御される。好ましくは、この工程は、浸透チャンバー１３と半製品ワークピース１４を最適に加熱するべく、誘導コイルＬ１，Ｌ２に供給される各電流の比強度を決定し設定すること、又は、それら電流の値間の比率を決定し設定することを含んでいる。

本発明の一実施形態に係る浸透方法１００は、好ましくは、るつぼが閉塞された状態で実施される後続の冷却工程１０６を含んでいる。この工程においては、誘導炉１が図１に示した運転状態に維持され且つ誘導コイルＬ１，Ｌ２への電流供給が遮断されると共に絶縁チャンバー８内が例えば８００℃に等しい所定温度閾値になるまで注入システム３７を介してチャンバー３に窒素が注入される。

本発明の一実施形態に係る浸透方法１００は、好ましくは、るつぼが開成された状態で実施される後続の冷却工程１０７を含んでいる。この工程においては、誘導炉１が図２に示した運転状態にされ且つ所定温度閾値が例えば２５０℃に達するまで強制対流冷却システムが駆動される。

続いて、誘導炉１を開成して、好ましくは、ロボットのフォークによって浸透るつぼ７の枠組み１１，１２を取り除く工程１０８が実施される。材料が浸透されたワークピースの製造サイクル中に、工程１０１〜工程１０８は、材料が浸透された複数のワークピースの連続した製造のために上述した様々な時間で繰り返される。

上述した記述から、本発明の目的が完全に達成されることが理解される。

特に、上述したタイプの誘導炉によれば、半製品ワークピースへの材料の浸透を比較的短い時間内で完了させることを可能にして、材料が浸透されたワークピースの均一生産を確実にさせる。特に、実地試験の結果は、対応の放熱プレート１０又は１１に対しては比較的近い距離をもって、他方のプレート１１又は１０に対しては比較的離れた距離をもって、それぞれ配置された第一のスパイラル誘導コイルＬ１とＬ２を設けることにより、特に均一な浸透プロセスが可能になることを示した。これは、上述した如き特徴を持せたために、浸透炉における又は材料が浸透されるワークピースの位置決めにおける構造的非対称を補償するべく又は特定の加熱条件を満たすべく、放熱プレートの各々の加熱を良好にコントロールすることができるという事実に主に起因する。更に、上述した記述から明らかなように、二つのスパイラルコイルを設けることにより、るつぼの搬入と搬出とを簡単に実施することができるようにさせる。その主な理由は、放熱プレートに対して平行に移動させて、るつぼを炉から抽出することができるからである。こうして、浸透プロセスを短縮させて、処理コストを低減させることができる。

本発明による誘導炉においては、反復可能な信頼性のある態様で、個々の小型なワークピースに関してさえも良好な費用対効果をもって浸透処理を実施することができる。

特別な及び付随的な要請に応えるべく、本願の特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、当業者が、本発明に係る誘導炉に対して様々な修正及び変更を加えることができることは明らかである。

Claims (18)

1. 誘導炉（１）の内部チャンバー（３）を区画している箱型のハウジング構造（２，６）と、
   前記内部チャンバー（３）内に収容されて、サセプタ材料から作られて互いに略平行になって離間配置された第一の放熱プレート（１０）と第二の放熱プレート（１１）と、浸透材料（１５）と該浸透が浸透される半製品ワークピース（１４）とが収容される浸透チャンバー（１３）を有する浸透るつぼ（７）と、
   前記内部チャンバー（３）内に収容されて、前記放熱プレート（１０，１１）を誘導加熱するための少なくとも電流（ｉ_１，ｉ_２）が供給される少なくとも誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）を有し、
   前記浸透チャンバー（１３）が、前記放熱プレート（１０，１１）によって加熱されるように、前記放熱プレート（１０，１１）によって挟まれた誘導炉（１）において、
   前記誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）が、第一及び第二のスパイラル誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）を有し、該スパイラル誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）の各々が、対応の放熱プレート（１０又は１１）に対して比較的短い距離を隔て、他方の放熱プレート（１１又は１０）に対して比較的長い距離を隔てて位置決めされていることを特徴とする誘導炉（１）。
2. 前記第一及び第二の誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）が、互いに略平行になった平面スパイラル誘導コイルである、請求項１に記載の誘導炉（１）。
3. 前記第一の誘導コイル（Ｌ１）と前記第二の誘導コイル（Ｌ２）に夫々連結される第一の保護シールド（２１）と第二の保護シールド（２２）を有する、請求項１又は２に記載の誘導炉（１）。
4. 前記第一及び第二の保護シールドが第一及び第二の保護プレート（２１，２２）を有し、前記第一の誘導コイル（Ｌ１）と前記第二の誘導コイル（Ｌ２）が夫々少なくとも部分的に前記第一の保護プレート（２１）と第二の保護プレート（２２）内に埋め込まれている、請求項１〜３の何れかに記載の誘導炉（１）。
5. 前記保護プレート（２１，２２）がセラミック材料から作られている、請求項４に記載の誘導炉（１）。
6. 前記誘導コイルの一方（Ｌ２）を前記ハウジング構造（２）に接続するための支持装置（２４）を有し、該支持装置（２４）が、それをコントロールすることにより前記誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）の間の間隔を変えるために、及び、前記誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）を互いに比較的近接した第一の運転状態位置と互いに比較的離間した第二の運転状態位置との間を移動させるために、前記誘導コイル（Ｌ２）を移動させるようにコントロール可能に構成されている、請求項１〜５の何れかに記載の誘導炉（１）。
7. 前記誘導コイルの他方（Ｌ１）を支持するための支持装置（２５，２６）を更に有し、該支持装置（２５，２６）が、前記誘導コイル（Ｌ１）の位置を調製し、且つ、誘導炉が前記第一の運転状態になった時に前記誘導コイル（Ｌ１）を前記可動コイル（Ｌ２）に対して正確に位置決めさせることを確実にするための少なくともカップリング素子（２６）を有している、請求項６に記載の誘導炉（１）。
8. 前記支持装置の少なくとも一つが、金属製プレート（２５，２７）を有し、該金属製プレートが、その金属製プレートの中央部（３３）から周縁部（５１）まで伸びたスルーカット（５０）を備えている、請求項６又は７に記載の誘導炉（１）。
9. 前記浸透るつぼ（７）が、前記放熱プレート（１０，１１）の一方に支えられた環状壁（１２）を含んでいる、請求項１〜８の何れかに記載の誘導炉（１）。
10. 前記第一の誘導コイルと前記第二の誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）が、互いに個別に構成され、夫々に個別の電流が供給されるようになっている、請求項１〜９の何れかに記載の誘導炉（１）。
11. 前記電流間の強度比を設定するためのコントロールシステム（３６）を含んでいる、請求項１０に記載の誘導炉（１）。
12. 前記二つの放熱プレート（１０，１１）の少なくとも一方（１０）が、前記誘導炉（１）の運転中に前記浸透チャンバー（１３）内で発生する蒸気を抽出させるための、前記浸透チャンバー（１３）に連通した第一の貫通開口部（３１）を少なくとも有している、請求項１〜１１の何れかに記載の誘導炉（１）。
13. 前記第一の貫通開口部（３１）が設けられた前記放熱プレート（１０）に関連する前記コイルが前記保護プレート（２１）内に埋め込まれ、前記保護プレート（２１）が、前記第一の貫通開口部（３１）に対向した第二の貫通開口部（３２）を有している、請求項４に従属する請求項１２に記載の誘導炉（１）。
14. 前記浸透チャンバー（１３）を取り囲む絶縁チャンバー（８）を区画する、断熱材から作られた環状壁（１６）を更に有し、前記絶縁チャンバー（８）が上方又は下方において前記放熱プレート（１０，１１）の一方によって区画されている、請求項１〜１３の何れかに記載の誘導炉（１）。
15. 浸透チャンバー（１３）を区画している浸透るつぼと、サセプタ材料から作られて互いに略平行に離間配置された第一の放熱プレート（１０）と第二の放熱プレート（１１）と、少なくとも誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）を含んだ誘導炉（１）内に、半製品ワークピース（１４）を誘導する工程（１０２）と、
    誘起効果で前記第一及び第二の放熱プレート（１０，１１）を加熱することにより、前記浸透チャンバー（１３）を放熱により加熱する工程（１０５）を含む、半製品ワークピース（１４）に材料を浸透させるための浸透方法（１００）であって、
    前記誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）が、第一のスパイラルコイル（Ｌ１）と第二のスパイラルコイル（Ｌ２）を有し、該スパイラルコイル（Ｌ１，Ｌ２）の各々が、前記放熱プレート（１０，１１）の一方に対して比較的短い間隔を持ち且つ前記放熱プレート（１０，１１）の他方に対して比較的長い間隔を持って配置され、
    前記加熱工程（１０５）が、前記放熱プレート（１０，１１）に夫々関連するスパイラルコイル（Ｌ１，Ｌ２）によって各放熱プレート（１０，１１）を加熱することを含んでいる、半製品ワークピース（１４）に材料を浸透させるための浸透方法（１００）。
16. 前記誘導コイル（Ｌ１，Ｌ２）が互いに離間した個別のコイルであって、前記加熱工程（１０５）が、前記コイルに夫々個別の電流を供給することを含んでいる、請求項１５に記載の浸透方法（１００）
17. 前記浸透チャンバーと前記半製品ワークピースとを均一に加熱するために、前記電流の各々の比強度レベルを設定する工程を更に含んでいる、請求項１６に記載の浸透方法。
18. 前記半製品ワークピース（１４）が、ディスクブレーキのディスク用のブレーキバンドである、請求項１５〜１７の何れかに記載の浸透方法（１００）。

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