JP4023562B2

JP4023562B2 - 連続式熱処理炉

Info

Publication number: JP4023562B2
Application number: JP05229996A
Authority: JP
Inventors: 愼須藤; 丈夫加藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Ulvac Inc
Current assignee: Hitachi Metals Ltd; Ulvac Inc
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: JPH09222282A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多室形の熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱処理炉は実公平４−２４３９７号、特公平６−３３９４０号、特公平６−３３９４４号などの各公報に例示されているように、ほぼ等長の脱ワックス室（脱バインダー室とも称する）、焼結室、冷却室を連接した連続式熱処理炉とされるのが一般的である。例えば図９は上記特公平６−３３９４４号公報に示されている焼結炉５０を示し、待機室５１に続いて、ほぼ等長の脱ワックス室５２、焼結室５３、冷却室５４が連接されており、各室の間は開閉扉５７が設けられている。また、それらの上流端に装入口５５、下流端に排出口５６を備え、被処理物Ｓは移送ローラ５８、５９によって下流側へ順次移送されるようになっている。
【０００３】
上記のような熱処理炉は次のような欠点を有している。（１）脱ワックス、焼結、冷却の各処理の所要時間が同一の場合には特に問題を生じないが、これらの処理の所要時間は異なることが多く、その場合の連続処理のタクトタイムは最長の処理時間を要する処理、例えば脱ワックス処理によって決定され、焼結室５３、冷却室５４では遊びを生じて処理能力が低くなる。（２）脱ワックス処理時に被処理物Ｓから有機物のワックスが蒸発され、脱ワックス室５２内の冷却されている箇所に凝結して脱ワックス室は汚染を生じ易いが、その汚染が種々の原因で隣接する焼結室５３へ持ち込まれて焼結製品の品質を低下させることが多い。
【０００４】
従来、広く採用されている連続式熱処理炉について、脱ワックス室５２、焼結室５３、冷却室５４の配列を装入口５５、排出口５６、各室間の開閉扉５７と共にブロック図で示せば図１０のＡの如くである。また、図１０のＡにおいて被処理物Ｓを脱ワックス室５２へ装入する時に脱ワックス室５２が大気オープンになることを避けたい場合には、図１０のＢに示すように脱ワックス室５２の上流側に待機室（または前室）５１が設けられる。
【０００５】
従来の連続式熱処理炉の処理能力に関し、前述したように、脱ワックス、焼結、冷却の各処理における所要時間がほぼ同一の場合には図１０のＡまたはＢのような配列であっても特に問題を生じないが、各処理の所要時間は異なることが多い。特に、ワックス（バインダーとも称する）が低温、長時間の脱ワックス条件を必要とする場合など、脱ワックス処理が焼結、冷却の各処理に比べて２倍、ないしはそれ以上の時間を要する場合があり、その場合のタクトタイムは被処理物が脱ワックス室５２に留まる時間によって決定される。すなわち、共通の搬送系で搬送される被処理物Ｓは焼結室５３、冷却室５４に留まる時間のうちの１／２、ないしはそれ以上の時間を無駄に留まっていることになり、各室内の処理条件の制御を複雑化するほか、全体的な処理能力は低下する。
【０００６】
上記のように脱ワックス処理の所要時間が焼結、冷却の各処理に比べて２倍、３倍となる場合には、配列のブロック図である図１１のＡに示すように、等長の２室である第１ワックス室５２₁ と第２ワックス室５２₂ とを直列に接続したり、図１１のＢに示すように、更に第３脱ワックス室５２₃ を設けることによってタクトタイムを短くし、処理能力を向上させることが行われている。そのほか、直列の多室とするのではないが同様な考え方で、特公平２−３３７６２号公報には、冷却処理が他の処理に比べて２倍の時間を要する場合に対して、冷却室の長さを２倍とした焼結装置が開示されている。
【０００７】
焼結室５３の汚染について、従来例の連続式熱処理炉では図１０のＡ、Ｂのように脱ワックス室５２と焼結室５３とが接続されているので、被処理物Ｓの受け渡しのために、間の開閉扉５７が開かれると、一時的に脱ワックス室５２の雰囲気と焼結室５３との雰囲気とは混ざり合うほか、温度の高い焼結室５３からの輻射熱によって間の開閉扉５７や脱ワックス室５２の内壁などの冷却されている箇所に凝結しているワックスが溶融蒸発されて焼結室５３へ流れ込み汚染を生じている。このことは図１１のＡ、Ｂについても同様である。
【０００８】
また、図１１のＡ、Ｂにおいては、第１脱ワックス室５２₁ と第２脱ワックス室５２₂ 、更には第３脱ワックス室５２₃ との間の開閉扉５７は上述のように冷却されワックスが凝結しているが、脱ワックス処理中の温度の高い被処理物Ｓがこの開閉扉５７を通過することによってワックスが加熱され蒸発して被処理物を汚染することもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
長時間を要する処理について直列の多室を設けることはタクトタイムを短くするという点では有効であるが、例えば脱ワックス処理の所要時間が長く、かつその処理時の温度と圧力とがあるプログラムに従って時間と共に変化させるものである場合には、この脱ワックス処理を直列の等長の多室で行い、開閉扉をくぐらせて多室間を搬送することは厳密な意味ではプログラムに忠実性を欠くことになる。このことは焼結処理、冷却処理についても同様である。また、脱ワックス室の汚染が焼結室へ持ち込まれ易いという従来の連続式熱処理炉の欠点は脱ワックス室を直列の多室としたり、長い室とすることによっては解決されない。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みれなされ、脱ワックス、焼結、冷却の各処理の何れか、例えば脱ワックス処理に長時間を要する熱処理について、タクトタイムが短く処理能力が大で、更には焼結室が汚染され難い連続式熱処理炉を提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の連続式熱処理炉は脱ワックス室と焼結室とは装入口を備えた第１搬送室を介して接続し、また焼結室と冷却室とは第２搬送室を介して接続し、かつ脱ワックス処理に要する時間、焼結処理に要する時間、冷却処理に要する時間の比がｐ：ｑ：ｒである場合に脱ワックス室、焼結室、冷却室はそれぞれの数をｐ、ｑ、ｒに近い整数とし、それらの数が複数であれば並列状として第１搬送室または第２搬送室に接続している。
【００１２】
すなわち、脱ワックス処理、焼結処理、冷却処理の何れか長い処理時間を要しても、その時間に応じた数の処理室が設けられて並列処理されるので、各処理室は遊び時間を生ずることなく稼働される。また、焼結室は汚染源である脱ワックス室との間を第１搬送室によって隔離されているので、脱ワックス室からのワックス蒸気による汚染を受けない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を使って本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は発明の連続式熱処理炉の平面図である。この連続式熱処理炉は脱ワックス処理の所要時間が焼結、冷却の各処理の所要時間のほぼ２倍である場合に対応させたものである。装入口５を備えた搬送室１に第１脱ワックス室２₁ と第２ワックス室２₂ とが並列に接続され、搬送室１の下流側に焼結室３と冷却室４とが直列に接続されており、冷却室４に排出口６が設けられている。
【００１５】
被処理物Ｓは装入口５から搬送室１内へ装入され、第１脱ワックス室２₁ と第２脱ワックス室２₂ とへ交互に搬送され所定の条件で脱ワックス処理される。そして被処理物Ｓは脱ワックス処理の完了した順に搬送室１へ取り出され、搬送室１から焼結室３内へ搬送されて焼結された後、冷却室４で冷却され排出口６から排出される。焼結、冷却の各処理に比べてほぼ２倍の時間を要する脱ワックス処理は第１脱ワックス室２₁ と第２脱ワックス室２₂ との２室で１／２サイクルの時間をずらせて並列処理するので、焼結室３、冷却室４は能力を余すことなく稼働される。また、第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ は大気側とは搬送室１を介しているため、直接大気と触れることが防がれ、ワックスが可燃性の高いものであっても極めて安全性が高い。更に、焼結室３は第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ との間に搬送室１があって隔離されているので、第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ からのワックス蒸気による汚染を受けない。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の連続式熱処理炉の実施例による真空焼結炉１０について図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施例）図１は連続式の真空焼結炉１０の平面図であり、図２は図１における［２］−［２］線方向の側面図である。この真空焼結炉１０は脱ワックス処理に要する時間が焼結処理、冷却処理のほぼ２倍である場合に対処するものである。
【００１８】
上流側の装入テーブル１１に続くローラコンベヤ１２の下流端に、搬送室１の装入口５が扉の開閉装置７と共に設けられ、装入口５の両側において、搬送室１に第１ワックス室２₁ と第２ワックス室２₂ とが接続されている。搬送室１の下流側には焼結室３が接続され、これに冷却室４が接続されており、各室間には開閉扉用の昇降装置８が設けられている。冷却室４には排出口６が扉の開閉装置７と共に設けられ、排出口６の下流側にはローラコンベヤ１２と共に排出テーブル１３が設けられている。
【００１９】
また、配管は図示せずとも、油回転ポンプとブースターポンプとからなる真空ポンプ系２１、２２がそれぞれ第１脱ワックス室２₁ と第２脱ワックス室２₂ に接続され、真空ポンプ系２３、２４はそれぞれ搬送室１、冷却室４に接続されている。焼結室３は真空ポンプ系２５と拡散ポンプ２６とによって排気される。
【００２０】
次にこの真空焼結炉１０の作用について説明する。被処理物Ｓは装入テーブル１１、ローラコンベヤ１２を経て装入口５から搬送室１内へ装入され、搬送室１から第１脱ワックス室２₁ 内へ搬送されて脱ワックスされる。後続する被処理物Ｓは同じく搬送室１内へ装入された後、第２脱ワックス室２₂ 内へ搬送されて脱ワックスされる。以降も同様に、第１ワックス室２₁ と第２脱ワックス室２₂ とへ交互に搬送される。
【００２１】
第１脱ワックス室２₁ または第２脱ワックス室２₂ 内で所定条件下に脱ワックスされた被処理物Ｓは交互に搬送室１へ取り出され、搬送室１から焼結室３内へ搬送されて所定の条件で焼結され、次いで冷却室４で所定の条件で冷却されて排出口６から排出される。
【００２２】
図３は、上記の第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス２₂ 、焼結室３、冷却室４における各処理についての時間と圧力、温度との関係を示すタイムスケジュールの１例であり、横軸は単位時間毎に目盛を付している。図３に示すように第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ においては２単位時間を要する１サイクルのなかで温度は常温から脱ワックスに適した温度まで２段階にステップ上昇され、圧力の１例としては温度変化に応じてアルゴン雰囲気下の２００Ｔｏｒｒから１０^-3Ｔｏｒｒ程度に減圧される。
【００２３】
焼結室３においては、１単位時間の１サイクルのなかで温度は脱ワックス温度から８００℃と１１００〜１２００℃とにステップ上昇される。圧力は搬送室１との間の開閉扉が開けられた時の数Ｔｏｒｒから直ちに１０^-5Ｔｏｒｒ程度の高真空に減圧されるので曲線としては示していない。ただし、開閉扉が開けられる寸前に焼結室３内に不活性ガスを流し始め、搬送室１の圧力より高くして焼結室３から搬送室１側へ不活性ガスの流れを作り、できるだけ焼結室３の汚染を防ぐ方法も行われる。冷却室４においては、同様に１単位時間の１サイクル内で圧力６５０Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気下に１１００〜１２００℃の被処理物Ｓが冷却された後、約２／３サイクルの時点で大気オープンされて被処理物Ｓが排出口６から排出され、次いで残りの１／３サイクルで冷却室４は次のサイクルのために５×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の減圧とされる。
【００２４】
そして全体としては、第１脱ワックス２₁ における脱ワックス処理サイクルａで脱ワックスされた被処理物Ｓは焼結室３における焼結処理サイクルａにおいて焼結され、冷却室３の冷却処理サイクルａで冷却される。第１脱ワックス室２₁ における脱ワックス処理サイクルｂ、ｄ、第２脱ワックス室２₂ における脱ワックス処理サイクルｃについても、それぞれ対応する焼結処理サイクル、冷却処理サイクルにｂ、ｃ、ｄを付した。スタート時のみ第１脱ワックス室２₁ と第２脱ワックス室２₂ とに同時に被処理物Ｓが収容されるので、第２脱ワックス室２₂ における脱ワックス処理ｍは３単位時間となっている。
【００２５】
以上のように、被処理物Ｓが第１脱ワックス２₁ と第２脱ワックス室２₂ とから交互に焼結室３へ搬入されるので、焼結室３及びそれに続く冷却室４は遊び時間を生ずることなく稼働され、高い処理能力が得られる。
【００２６】
また図１へ戻り、焼結室３はワックス蒸気を放出して汚染源となり易い第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ との間に搬送室１があって隔離されているので、ワックス蒸気が焼結室３内へ持ち込まれ、焼結室３内の高温の被処理物Ｓと接触することによる品質の劣化が防がれる。
【００２７】
また、第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ は被処理物Ｓの受け渡しを搬送室１との間で行ない大気オープンになることはないので、ワックス蒸気に大気が混合し爆発ガスを生ずる恐れはない。また、大気中のＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏによる汚染を防止することができ、脱ワックス性能を高品位に保持できる。
【００２８】
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２９】
例えば本実施例では、連続式の真空焼結炉について説明したが、本発明の連続式熱処理炉は真空を利用しない連続式の焼結炉についても適用される。その他、脱ワックス室を脱洗浄溶剤室とし、焼結室をろう付け室として金属類をろう付けするための連続式ろう付け炉や、これら以外の一般的な連続式熱処理炉としても適用され得る。
【００３０】
また、本実施例においては搬送室１を搬送のみに使用する例として示したが被処理物を搬送室１から第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ へ搬送するまでの一時的な保管室、または第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ から焼結室３へ搬送するまでの一時的な保管室として使用し得る。この場合、各室の配列のブロック図である図４のＡに示すように、搬送室１の内部に予備加熱源９を設けて、被処理物Ｓを脱ワックス室２または焼結室３へ搬送する前に予備加熱するようにしてもよい。なお、搬送室１、脱ワックス室２、焼結室３、冷却室４、各開閉扉７、装入口５、排出口６は実施例と同様な符号を付しているので、当該箇所以外の説明は省略する。以下に示すブロック図についても同様である。
【００３１】
また、本実施例においては脱ワックス処理が焼結処理、冷却処理に比べて２倍の時間を要する場合について説明したが、例えば脱ワックス処理が他の処理に比べて、例えば４倍の時間を要する場合には、図４のＢに示すように第３脱ワックス室２₃ 、第４脱ワックス室２₄ を増設することによって対処し得る。
【００３２】
また、本実施例においては、搬送室１の装入口５の両側へ第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ を接続したが、搬送室１を一時的な保管室として使用しない場合には保管中の被処理物が搬送の邪魔になることを考慮しなくともよいので、配列のブロック図である図５のＡ、Ｂに示すように、第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ 、第３脱ワックス室２₃ を装入口５の片側へ接続してもよい。
【００３３】
また、本実施例においては、焼結室３、冷却室４が１列に接続された場合を示したが、配列のブロック図である図６に示すように、第１焼結室３₁ 、第１冷却室４₁ の列のほかに第２焼結室３₂ 、第２冷却室４₂ の列を並列させてもよい。
【００３４】
また、本実施例においては脱ワックス処理が焼結処理、冷却処理に比べて２倍の時間を要する場合について説明したが、それ以外に焼結処理、または冷却処理が他の処理に比べて長時間を要するような各種の場合にも対処し得る。
【００３５】
例えば、図７は脱ワックス処理、焼結処理、冷却処理に要する時間が２：１：２である場合、すなわち実施例に比べて冷却処理に要する時間が２倍である場合を示し、第１脱ワックス室２₁ 、第２脱ワックス室２₂ と焼結室３とを接続する第１搬送室１₁ のほかに、焼結室３に第１冷却室４₁ と第２冷却室４₂ との２室を接続するための第２搬送室１₂ を設けて冷却処理を並列処理する例である。
【００３６】
また、図８は脱ワックス処理、焼結処理、冷却処理に要する時間の比が１：２：１である場合を示し、第１焼結室３₁ と第２焼結室３₂ とが並列に設けられ、かつこれらは１室の脱ワックス室２と第１搬送室１₁ を介して接続され、冷却室４とは第２搬送室１₂ を介して接続される。上記以外にも各種の組み合わせが可能である。また、これら何れの場合も脱ワックス室と焼結室とは搬送室で隔離され、焼結室の汚染が防止される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３８】
脱ワックス、焼結、冷却の各処理が行われる多室形の熱処理炉において、各処理に要する時間が異なる場合に、長時間を要する処理に対してはその時間に応じて処理室の数を増やし並列処理するので、本発明の連続式熱処理炉は脱ワックス、焼結、冷却の各処理に能力不足や能力過剰を生ずることなく、全体として高い処理能力を発揮する。
【００３９】
また、本発明の連続式熱処理炉では、脱ワックス室と焼結室との間を第１搬送室によって隔離しているので、従来例の連続式熱処理炉のように被処理物の受け渡し時に脱ワックス室の雰囲気と焼結室の雰囲気とが直接に混合したり、脱ワックス室が焼結室からの輻射熱で加熱されて凝結しているワックスを蒸発させるようなことはなく、従って焼結室が脱ワックス室からのワックス蒸気によって汚染されることはない。
【００４０】
更には、被処理物は搬送室へ装入され、従来広く採用されているように脱ワックス室へ直接に装入されないので、装入口を開けた時にワックス蒸気と大気とが混合して爆発性のガスを生ずるような恐れもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の真空焼結炉の平面図である。
【図２】図１における［２］−［２］線方向の側面図である。
【図３】実施例の真空焼結炉の第１脱ワックス室、第２脱ワックス室、焼結室、冷却室における温度と圧力のタイムスケジュールである。
【図４】脱ワックス室、焼結室、冷却室の配列を示すブロック図であり、Ａは搬送室が予備加熱電源を備えた場合、Ｂは脱ワックス室を４室とした場合を示す。
【図５】同じく配列のブロック図であり、Ａは搬送室における装入口の片側に２室の脱ワックス室を接続した配列、Ｂは３室の脱ワックス室を接続した配列を示す。
【図６】焼結室と冷却室とからなる列の２列を並列に接続した配列を示すブロック図である。
【図７】配列のブロック図であり、冷却室を２室として並列に接続した配列を示す。
【図８】配列のブロック図であり、焼結室を２室として並列に接続した配列を示す。
【図９】代表的な従来例の連続式熱処理炉の破断側面図である。
【図１０】従来例における脱ワックス室、焼結室、冷却室の配列を示すブロック図であり、Ａは基本的な配列、ＢはＡに前室が付加された配列を示す。
【図１１】図１０のＢにおける脱ワックス室を多室とした配列を示すブロック図であり、Ａは脱ワックス室を２室、Ｂは脱ワックス室を３室とした配列を示す。
【符号の説明】
１搬送室
１₁ 第１搬送室
１₂ 第２搬送室
２₁ 第１脱ワックス室
２₂ 第２脱ワックス室
３焼結室
４冷却室
５装入口
６排出口
７開閉扉
１０実施例の真空焼結炉

Claims

被処理物を少なくとも脱ワックス、焼結、冷却の順に処理する多室形の連続式熱処理炉において、脱ワックス室と焼結室とが装入口を備えた第１搬送室を介して接続され、前記焼結室と排出口を備えた冷却室とが第２搬送室を介して接続されており、かつ前記脱ワックス処理、前記焼結処理、前記冷却処理の所要時間の比がｐ：ｑ：ｒである場合に、前記脱ワックス室、前記焼結室、前記冷却室はそれぞれの数をｐ、ｑ、ｒに近い整数とし、それらの数が複数であれば並列状として前記第１搬送室または前記第２搬送室に接続され、前記焼結処理の所要時間と前記冷却処理の所要時間とがほぼ等しい場合には、前記第２搬送室が省略されて、同数の前記焼結室と前記冷却室とがそれぞれ直接に接続されることを特徴とする連続式熱処理炉。
少なくとも前記脱ワックス室と前記焼結室とに真空排気装置が接続されており、真空雰囲気下の熱処理が可能とされている請求項１に記載の連続式熱処理炉。
前記第１搬送室内に前記脱ワックス処理または前記焼結処理のための予備加熱源が設けられている請求項１または請求項２に記載の連続式熱処理炉。