JP2799172B2 - 真空熱処理炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、真空状態において処理物の熱処理を行う場
合に、ガスを使用する還元炉、反応炉等の真空熱処理炉
に関するものである。

（従来の技術） 従来の真空熱処理炉の例について、添付図面により説
明すると、第４図は従来の真空熱処理炉の一例を示すも
ので内熱式炉である。ここで、真空熱処理炉は断熱材１
の内張された炉体２と、この炉体２内に配置されたヒー
タ３と、同じくこの炉体２内に配置された処理物４を入
れる為のトレイ５と、炉体２内へ還元あるいは反応ガス
を導入するガス導入系６及び炉体２内の気体を排出する
排気系７等から構成されている。そしてガス導入系６は
還元あるいは反応ガスの詰められたボンベ８がバルブ
９、流量調節弁10を介して炉体２内のノズル11と接続さ
れている。一方、排気系７はメカニカルブースターポン
プ12と油回転ポンプ13が接続されており炉体２内の気体
を外部に排出する。

このような構成の熱処理炉において、処理物４をトレ
イ５に入れた後、炉内に入れ十分排気系７で排気し、そ
の後ヒータ３で加熱を開始し、ガス導入系６より還元あ
るいは反応ガスを導入する。この導入されたガスは、図
中矢印のように炉内を流れ処理物４に作用して還元や各
種反応（化学等）をした後、排気系７より炉外へ排出さ
れる。

第５図は、従来の真空熱処理炉の他の構成例を示すも
ので外熱式炉である。ここで、真空熱処理炉は、断熱材
１と、ヒータ３と、この炉体（レトルト）２内に配置さ
れた処理物４を入れる為のトレイ５と、炉体（レトル
ト）２内へ還元あるいは反応ガスを導入するガス導入系
６及び炉内の気体を排出する排気系７等から構成されて
いる。そして、ガス導入系６は還元あるいは反応ガスの
詰められたボンベ８がバルブ９、流量調節弁10を介して
炉内のノズル11と接続されている。一方、排気系７はメ
カニカルブースターポンプ12と油回転ポンプ13が接続さ
れており炉内の気体を外部に排出する。

このような構成の熱処理炉においても、第４図に示す
ものと同様に、処理物４をトレイ５に入れた後、炉内に
入れ、十分排気系７で排気し、その後ヒータ３で加熱を
開始し、ガス導入系６より還元あるいは反応ガスを導入
する。この導入されたガスは、図中矢印のように炉内を
流れ処理物４に作用して還元や各種反応（化学等）した
後、排気系７より炉外に排出される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の真空熱処理炉では以下に述
べるような欠点を有していた。

（１）還元あるいは反応のためのガスを炉内全体に亘っ
て流すので、大量のガスが必要となり、消費するガスの
コストが嵩み、ランニングコスト全体が高価なものとな
っていた。

（２）第４図に示す内熱式の炉にあつては、炉体に使用
する断熱材の飛散が生じ、この飛散した断熱材が処理物
に混入して製品不良を発生させる原因となり問題であつ
た。そこで、断熱材を金属構成とする手段が考えられる
が、高温炉ではMo、Ta、Ｗ等の高価な材料を使う必要が
あるため真空熱処理炉のイニシャルコストが高くなりす
ぎる欠点があった。

（３）第５図に示す外熱式の炉にあつては、断熱材の処
理物への混入という上記欠点を防止するためには有効で
あるが、炉体（レトルト）材に高価な材料を使用しなけ
ればならず、設備のイニシャルコストが高くなるという
欠点があった。また、炉体（レトルト）材についても10
00℃以上では工業的に使用できるものは殆どなく、温度
的な制限があった。さらに、レトルトにひび割れが発生
すると、反応ガスにH₂等を使用する場合には非常に危険
であった。

（４）炉内に還元あるいは反応ガスを流す際に、トレイ
とトレイとの間及びトレイと周囲との間の隙間が一様で
ないためガス流量に差ができ、ガスの大量に流れるトレ
イとそうでないトレイとで反応速度に差ができるという
ことがあった。

（５）処理の終了後、処理物を冷却する際、処理物が粉
体等である場合、冷却ガスの流速が大きいと飛散してし
まうということがあった。このため、徐冷しなければな
らず、冷却時間に５〜10時間程度かかり、生産性を著し
く低下させる要因ともなっていた。

本発明の目的は、上述した従来の欠点に鑑みてなされ
たもので、還元あるいは反応に使用するガスの量を大幅
に減少させることによりランニングコストを低減すると
ともに、処理物に断熱材等の不純物が混入することのな
い真空熱処理炉を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の真空熱処理炉
は、密閉可能なトレイと、このトレイ本体の第１側壁部
の空洞へガスを供給する第１のガス供給部と、炉内へガ
スを供給する第２のガス供給部と、トレイ内の第１側壁
部と対向した第２の側壁部の空洞内からガスを排出する
第１のガス排出部と、炉内からガスを排出する第２のガ
ス排出部と、トレイの周囲に配設された加熱部とを有す
ることを特徴とする。

また、本発明に係る真空熱処理炉は、密閉可能なトレ
イと、トレイ本体を複数個積み重ねたトレイの上下の第
１側壁部の空洞を連通した部分、及び処理物の上部へガ
スを供給する第１のガス供給部と、炉内へガスを供給す
る第２のガス供給部と、トレイ本体を複数個積み重ねた
トレイの上下の第１側壁部と対向した第２の側壁部の空
洞を連通した部分、及び処理物の上部からガスを排出す
る第１のガス排出部と、炉内からガスを排出する第２の
ガス排出部と、トレイの周囲に配設された加熱部とを有
することを特徴とするものである。

（作用） このように、本発明の真空熱処理炉によればトレイを
密封可能とし、トレイの内部と外部に別々のガスを流せ
るようにするとともに、トレイの内部も真空排気できる
ようにガス排出部に接続されているため、トレイ内の処
理物の周囲のみに還元あるいは反応ガスを流して効果的
に処理を行うことができる。また、トレイは密封されて
いるので、不純物の混入や飛散を防止できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面にしたがって説明
する。

第１図は本発明の真空熱処理炉の一例を示す断面図で
ある。ここで、真空熱処理炉は断熱材20の内張された炉
体21と、この炉体21内に配置されたヒータ22と、同じく
この炉体21内に配置された処理物23を入れる為のトレイ
24と、不活性ガスを導入するガス供給部25と、トレイ内
へ還元あるいは反応ガスを導入するガス供給部26と、炉
内及びトレイ内の気体を排出する２系統のガス排出部2
7、27′等から構成されている。そして、ガス供給部26
は還元あるいは反応ガスの詰められたボンベ28がバルブ
29、流量調節弁30を介してトレイ内の吐出口31と接続さ
れている。ガス供給部25は不活性ガスの詰められたボン
ベ32がバルブ33、流量調節弁34を介して炉内のノズル35
と接続されている。

一方、排気系27、27′はメカニカルブースターポンプ
36、36′と油回転ポンプ37、37′が直列に接続されてお
り炉内及びトレイ内の気体を外部へ排出する。トレイ2
4、24′はトレイ支柱38a、38bの上に載置され、それぞ
れガス供給部26及びガス排出部27と連通している。そし
て、トレイ24の一番上には蓋24aが載置され、トレイ24
の凹部を閉じて、密閉する。

第２図は、本発明のトレイ24を示す一部切り欠き斜視
図である。トレイ24の一方の側壁にはガス供給部26に接
続されるための空洞24cが穿設されるとともに、トレイ2
4の凹部に向かって吐出口31が複数個設けられている。
また、トレイ24の反対側の側壁には吐出口31から吐出さ
れたガスを排出するための吐出口24bが複数個設けら
れ、ガス排出部27と接続される空洞24dに連通してい
る。トレイ24は複数個積み重ねることにより上下の空洞
24c及び24dが連通してそれぞれガス供給部26、ガス排出
部27と接続される。第１図の場合は、３個のトレイ24を
積み重ねた状態を示している。

このような構成の真空熱処理炉において、炉外で処理
物23をトレイ24の凹部に入れた後、炉内に入れトレイ支
柱上にセットする。次に、２系統のガス排出部27、27′
で同時にトレイ24及び炉内の排気を行う。排出後、ヒー
タ22で加熱しつつ、ガス供給部26により還元あるいは反
応ガスをトレイ24内に導入する。この導入されたガス
は、図中矢印のようにトレイ24内を流れ、処理物23に作
用して還元や各種反応（化学等）した後、ガス排出部27
により炉外へ排出される。この際、ガス供給部25からも
還元あるいは反応ガスを流してもよい。還元あるいは反
応ガスは吐出口31から均一に流れ出るので処理物23との
反応を均一に行うことができる。つまり、ガスがトレイ
24内で均一に処理物と触れ合うので、一部の反応が進み
すぎたりすることはない。

処理の終了後、第３図に示すようにシャッター39を開
き、炉内に設けられた強制冷却機構41によりトレイ24の
外周面に強制的に冷却ガスを流す。この時、トレイ24は
密封されているので、冷却ガスによりトレイ24内の処理
物23が飛散するおそれはない。

一般に、還元あるいは反応を行う場合の処理物は表面
積を増し反応面積を増すために小粒や粉末の場合がおお
い。

ここで冷却すべきものは、処理物であるが、熱容量は
トレイ24の方が極端に大きく、トレイ24を冷却すれば、
処理物を容易に冷却できる。このようにして、本実施例
では処理の終了後の冷却時間を大幅に短縮することがで
きた。つまり、従来５〜９時間かかっていた冷却時間を
0.5〜１時間にすることができる。したがって、真空熱
処理炉の処理時間を短縮することにより生産性を向上さ
せることができる。

冷却後、トレイ24、24′は炉外へ取り出され、次の処
理工程に備える。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明に係る真空熱処理
炉は、反応効率が高く従来の熱処理炉のように炉全体に
還元ガスあるいは反応ガスを大量に流す必要がないの
で、トレイ中を流すガスは微量でよい。したがって、ラ
ンニングコストの大幅な低減を図ることができる。

また、トレイの外周を流すガス量もトレイ内圧力より
トレイ外圧力を低くして、トレイ内から外へガスが流れ
ても支障がないため少量でよい。

さらに、処理物はトレイ内部に収納されているため加
熱、冷却中でも炉材（主に断熱材）からの不純物の混入
のない純度の高い製品を製造できる。つまり、外熱式の
炉でしか達成できなかった高品質の製品が内熱式の炉で
製造可能となり、真空熱処理炉のイニシャルコストの低
減を図ることができる。

さらにまた、外熱式の炉のように炉材に耐高熱性の特
殊材料を使う必要がないため、炉を製造する際のイニシ
ャルコストが高くなることはない。

一方、トレイ内に設けたガスの吐出口及び排出口によ
りトレイ内のガス流を均一にできるので還元等の反応を
均一にすることができる。

また、処理終了後の冷却時間を大幅に短縮することが
できるため、サイクルタイムの短縮により生産性を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は本発明の真空熱処理炉の一例を示す断面図、第２図
は真空熱処理炉に配置されるトレイの一部切り欠き斜視
図、第３図は熱処理の終了後のトレイ冷却原理を説明す
るための断面図、第４図は従来の真空熱処理炉の一例を
示す縦断面図、第５図は従来の真空熱処理炉の別の例を
示す縦断面図である。 図中、 20……断熱材 21……炉体 22……ヒータ 23……処理物 24、24′……トレイ 25、26……ガス供給部 27、27′……ガス排出部 28……ボンベ 29、33……バルブ 30、34……流量調節弁 31……吐出口 35……ノズル 36……メカニカルブースターポンプ 37……油回転ポンプ なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示してい
る。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉可能なトレイと、 このトレイ本体の第１側壁部の空洞へガスを供給する第
   １のガス供給部と、 炉内へガスを供給する第２のガス供給部と、 トレイ内の第１側壁部と対向した第２の側壁部の空洞内
   からガスを排出する第１のガス排出部と、 炉内からガスを排出する第２のガス排出部と、 トレイの周囲に配設された加熱部とを 有することを特徴とする真空熱処理炉。
2. 【請求項２】密閉可能なトレイと、 トレイ本体を複数個積み重ねたトレイの上下の第１側壁
   部の空洞を連通した部分、及び処理物の上部へガスを供
   給する第１のガス供給部と、 炉内へガスを供給する第２のガス供給部と、 トレイ本体を複数個積み重ねたトレイの上下の第１側壁
   部と対向した第２の側壁部の空洞を連通した部分、及び
   処理物の上部からガスを排出する第１のガス排出部と、 炉内からガスを排出する第２のガス排出部と、 トレイの周囲に配設された加熱部とを 有することを特徴とする真空熱処理炉。