JP2808632B2 - 真空炉における被処理物の冷却方法及び真空炉 - Google Patents

真空炉における被処理物の冷却方法及び真空炉

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JP2808632B2 JP1026367A JP2636789A JP2808632B2 JP 2808632 B2 JP2808632 B2 JP 2808632B2 JP 1026367 A JP1026367 A JP 1026367A JP 2636789 A JP2636789 A JP 2636789A JP 2808632 B2 JP2808632 B2 JP 2808632B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は被処理物の熱処理を行なう為の真空炉にお
いて、加熱された被処理物を冷却する方法及びその冷却
手段が備わっている真空炉に関する。
〔従来の技術〕
この種の真空炉において、加熱された被処理物を冷却
する場合、例えば被処理物を炉内に放置して自然冷却す
ることが行われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
この冷却方法では、被処理物を所望の低温度まで冷却
する場合に非常に長い時間がかかる問題点があった。そ
の問題点の解決の為に、炉内に冷却用ガスを送り込み、
それを流通手段によって被処理物の存置空間に連続的に
流通させることが行われている。しかしこの方法では、
被処理物が高温から中温に至る過程では速い降温速度で
温度が低下し、中温から低温度に至る過程では降温速度
が遅くなり、例えば第2図に2点鎖線で示されるような
カーブを描いて被処理物の温度が低下していた。即ち前
者の過程と後者の過程とでは被処理物の冷却条件が相違
する問題点があった。
本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、被処理物を短時間で冷却できる
は無論のこと、被処理物を予め定めた直線的な降温速度
で冷却することができるようにした真空炉における被処
理物の冷却方法及び真空炉を提供することである。
〔課題を解決する為の手段〕
本願発明は、真空炉内の被処理物存置空間に、被処理
物を速く冷却させる為の冷却用ガスを流通させて、該空
間に存置されている被処理物を冷却する方法において、
上記被処理物の温度を継続的に検出し、上記被処理物の
降温速度が予め定めた直線的な降温速度となるよう、上
記空間における冷却用ガスの流速と、冷却用ガスの圧力
とを制御するようにしたものである。
〔作用〕
被処理物存置空間に冷却用ガスが流通せられ、そのガ
スによって被処理物が冷却される。冷却過程においては
被処理物の温度が継続的に検出される。その検出温度に
基づき上記冷却用ガスの流速及び圧力が制御され、被処
理物は予め定めた直線的な降温速度で冷却される。
〔実施例〕
以下本願の実施例を示す図面について説明する。第1
図において、符号1乃至11は真空炉における周知の部材
を示し、1は中空の炉体、2は断熱室で開閉自在の断熱
蓋3,4を有する。該断熱室2の内部空間は被処理物12の
存置空間5となっている。7はヒータ、8は冷却用ガス
の流通手段で、モータ9とそれによって回されるファン
10とから成るブロアが用いてある。11はガス冷却用のク
ーラで、冷却水位が矢印で示すように流通されるように
なっている。
次に真空炉の制御系について説明する。15は温度検出
手段で、被処理物12の温度の検出用である。本例では上
記存置空間5の温度を検出することによって、それと対
応関係にある被処理物12の温度を間接的に検出するよう
にしてあり、例えば熱電対が用いられる。尚温度検出手
段15を被処理物12に結合させて被処理物12の温度を直接
に検出してもよい。16は圧力調節手段を示し、炉体1の
内部空間における冷却用ガスの圧力を調節する為のもの
で、本例では、三つの制御弁17〜19を用いて構成してあ
る。制御弁17は炉体1と冷却用ガスの供給源20とを結ぶ
管路21に介設してあり、制御弁18は炉体1と真空ポンプ
22とを結ぶ管路23に介設してあり、制御弁19は一端が炉
体1に接続され他端が開放されている管路24に介設して
ある。25は制御手段を示し、符号26〜30で示される部材
によって構成してある。26はコントローラで、被処理物
12の降温速度及び降温速度の制御範囲(偏差)を予め設
定しておくことのできるプログラムコントローラが用い
てある。27は流通手段の作動強度を調節する為の調節器
で、一例としてモータ9の回転速度を調節するようにし
たインバータで用いてある。28はヒータ7の発熱量調節
器で、一例としてサイリスタを利用した回路が用いてあ
る。29は圧力発信器で、炉体1内の圧力を検出して検出
信号を出力するようにしてある。30は圧力設定器で、炉
体1内の圧力を設定する為のものである。
上記真空炉による被処理物12の熱処理について説明す
る。周知の如く炉体1内が真空排気されると共に断熱蓋
3,4が閉じられ、その状態においてヒータ7に通電さ
れ、存置空間5に置かれた被処理物12が所定の温度に加
熱される。
上記のようにして行う加熱工程又は加熱と均熱工程が
終了後、次のようにして冷却工程が行なわれる。即ち、
断熱蓋3,4が開かれると共に、制御弁17が開かれ、冷却
用ガス例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスが炉体1内
に導入される。導入された冷却用ガスはブロア8の作動
により矢印31で示されるように循環され、存置空間5を
流通する。この冷却用ガスの流通によって、存置空間5
にある被処理物12が冷却される。
上記冷却の場合において流通手段8の作動強度又はそ
の作動強度と炉体1内の冷却用ガスの圧力が次のように
調節されて、被処理物12は予め設定された降温速度で冷
却される。即ち、先ず予め、圧力設定器30にて冷却用ガ
スの圧力設定がなされ、またコントローラ26にて降温速
度と降温速度制御範囲(偏差)が設定しておかれる。こ
の設定状態において上記のように冷却工程が行なわれる
場合、検出手段15が存置空間5の温度を例えば第2図に
Aのグラフで示される如く継続的に検出する。コントロ
ーラ26は上記検出による信号を得て被処理物12の実際の
降温速度を演算し、それが設定降温速度を上回っておれ
ば流通手段8の作動強度を低下させる為の指令を調節器
27に与える。すると調節器27はモータ9の回転速度を低
下させる。その結果、存置空間5を流通する冷却用ガス
の流速は低下し、被処理物12の降温速度が低下する。一
方、反対の場合には、コントローラ26は流通手段8の作
動強度を上昇させる為の指令を出す為、モータ9の回転
速度は上昇し、その結果冷却用ガスの流速は上昇して被
処理物12の降温速度は上昇する。このようにして被処理
物12は例えば第2図のBのグラフに示されるように予め
設定された直線的な降温速度で冷却される。尚上記流通
手段8の作動強度は、本例では連続可変であるが、段階
的な可変であってもよい。また検出手段15による温度の
継続的な検出態様は、連続的な検出の他、間欠的な検出
であってもよい。間欠的な検出の場合、被処理物12の降
温速度が速い場合には検出間隔を短かくして必要充分な
検出精度が得られるようにするとよい。反対に遅い場合
には、検出間隔を長くしてもよい。
上記の場合において、検出された被処理物12の降温速
度が上記流通手段8の作動強度の調節による降温速度の
制御範囲を越える場合には、コントローラ26からの指令
によって圧力設定器30の設定圧力が変更される。例え
ば、検出された降温速度が小さすぎる場合は設定圧力が
上げられ、大きすぎる場合は設定圧力が下げられる。そ
の結果、存置空間5における冷却用ガスの圧力は夫々上
昇又は低下する為、被処理物12の降温速度は、前者の場
合には上昇し、後者の場合には低下して、いずれも上記
制御範囲に入る。従って、上記流通手段8の作動強度の
調節によって、被処理物12の冷却は予め設定された降温
速度で行なわれる。
尚上記設定圧力が変更された場合における圧力調節手
段の動作は次の通りである。先ず、設定圧力が上げられ
た場合には、コントローラ26からの指令に応じて制御弁
17が適宜開かれる。その結果、冷却用ガス供給源20から
の冷却用ガスが炉体1内に流入し、圧力が上昇する。一
方、設定圧力が下げられた場合には、次の二つの態様の
動作が選択的に行なわれる。炉体1内の圧力が大気圧以
上の場合には制御弁19が開かれ、炉体1内の冷却用ガス
が排出される。反対に大気圧以下の場合には制御弁18が
開かれ、真空ポンプ22によって炉体1内の冷却用ガスが
引き抜かれる。これらの作用によって炉体1内の圧力が
低下する。
次に種々の設定降温速度と、各々の場合における炉内
冷却用ガスの設定圧力の例を示せば第1表の通りであ
る。
第1表において、例えば設定降温速度を100℃/分と
し、設定圧力を3の2250Torrとした場合においては、被
処理物12の実際の降温速度が100℃/分となるよう先ず
流通手段8の作動強度が制御される。そして冷却中にお
いて検出された降温速度が前記制御範囲を越えて小さす
ぎる場合には、設定圧力が4の3000Torrと変更され、そ
の状態で流通手段8の作動強度が制御される。そしてそ
れでも不足の場合には次に5の3750Torrと変更されて同
様の制御が行われる。反対に大きすぎる場合には、2の
1500Torr、1の760Torrと順次変更しながら上記と同様
の制御がなされる。
次に第3図(A)〜(D)は上記真空炉における冷却
工程での温度制御パターンの種々異なる例を示すもの
で、いずれもそのようなパターンを予めコントローラ26
に設定しておくことによって、被処理物の温度変化をそ
のようなパターンに制御できる。
先ず(A)における(イ)、(ロ)は夫々設定降温速
度の異なる例を示す。
(B)は冷却過程の途中の時点において設定降温速度
を変更する例を示す。この場合において、(ハ)及び
(ホ)の降温速度は例えば100℃/分であり、(ニ)の
降温速度は例えば150℃/分である。
(C)は冷却途中の(ヘ)の区間において被処理物を
一定の温度で保持する例を、(D)は(ト)及び(リ)
の区間において被処理物を一定の温度で保持し、(チ)
の区間において被処理物の温度を上昇させる例を夫々示
す。上記(ヘ)、(ト)、(チ)、(リ)の区間では流
通手段8の動作が停止されると共に、ヒータ7に通電さ
れて被処理物12の加熱が行なわれる。この場合、温度検
出手段15による検出値に基づき、コントローラ26からの
指令によってヒータ7への電力が発熱量調節器28により
制御される。例えば区間(ヘ)、(ト)、(リ)では自
然冷却を補うに足る電力が、また区間(チ)では被処理
物12の温度を所定の昇温速度で上昇させるに足る電力が
夫々供給される。その結果、被処理物12は設定された通
りに温度制御される。
〔発明の効果〕
以上のように本発明にあっては、炉内において被処理
物12を冷却する場合、冷却用ガスの流通により速く被処
理物12の温度を下降させて、短時間で所望の低温度まで
冷却できる効果がある。
しかも冷却時における温度の下降状態は、冷却用ガス
の流速の制御に加えて、冷却用ガスの圧力を制御するこ
とにより、高温域と、中温域でのガスの流速の制御のみ
に基づく降温速度の湾曲化を防止して、直線的な降温速
度で冷却できるから、被処理物を高温から中温に至らせ
るときも、中温から低温に至らせるときも同じ温度低下
率で下降させることを可能にする特長がある。
その上上記の如き直線的な降温速度となるように冷却
用ガスの流速を制御する場合、炉内における冷却用ガス
の圧力を制御して降温度合を大幅に調節できるようにし
たものであるから、上記直線的な降温速度(第2図のB
の温度勾配)を種々に変更し、夫々の降温速度において
夫々直線性を発揮させ得る特長もある。
これらのことは、例えば磁石用の粉末の焼結処理時の
冷却を行う場合、冷却のプロセスの違いによって品質の
種々異なるものを、反復繰り返して、しかも何時の場合
においても均質なものを得るようにすることができる利
点がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本願の実施例を示すもので、第1図は真空炉の構
成を略示すると共にその制御系をブロックで示す図、第
2図は温度制御パターンの一例を示すグラフ、第3図
(A)−(D)は夫々温度制御パターンの異なる例を示
す図。 1……炉体、5……存置空間、8……流通手段、12……
被処理物、15……温度検出手段、16……圧力調節手段、
25……制御手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F27D 19/00 F27D 19/00 D (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 1/00,1/773,11/00 B22F 3/24 F27D 3/00,7/06,19/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空炉内の処理為物存置空間に、被処理物
    を速く冷却させる為の冷却用ガスを流通させて、該空間
    に存置されている被処理物を冷却する方法において、上
    記被処理物の温度を継続的に検出し、上記被処理物の降
    温速度が予め定めた直線的な降温速度となるよう、上記
    空間における冷却用ガスの流速と、冷却用ガスの圧力と
    を制御することを特徴とする真空炉における被処理物の
    冷却方法。
  2. 【請求項2】予め定められた降温速度が冷却過程の中途
    の時点で変更されていることを特徴とする請求項1記載
    の真空炉における被処理物の冷却方法。
  3. 【請求項3】内部に被処理物の存置空間を備える炉体に
    は、上記空間に冷却用ガスを流通させる為の流通手段が
    付設されている真空炉において、上記存置空間に存置さ
    れた被処理物の温度を検出する為の温度検出手段と、上
    記空間における冷却用ガスの圧力を調節する為の圧力調
    節手段と、上記検出手段によって検出された被処理物の
    温度に基づいて、被処理物の降温速度が予め定めた直線
    的な降温速度となるように、上記流通手段の作動強度と
    上記圧力調節手段の設定圧力を制御するようにした制御
    手段とが備えられていることを特徴とする真空炉。
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