JP6566352B2 - ローラーハース炉およびローラーハース炉による熱処理品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ローラーハース炉、およびそのローラーハース炉を用いた熱処理品の製造方法に関する。

一般に、ワークに焼結などの熱処理を施す連続炉として、ローラーハース炉が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１のローラーハース炉は、不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークを加熱する加熱室と、その加熱室内でワークを搬送する搬送ローラとを有する。ローラーハース炉の天井壁には不活性ガス又は還元性ガスのガス供給口が設けられ、この天井壁のガス供給口から加熱室の内部に不活性ガス又は還元性ガスが供給されるようになっている。

ここで、特許文献１の搬送ローラは、加熱室の側壁に形成したローラ挿通孔を軸端部が挿通して加熱室の外側に突出するように設けられている。そして、この加熱室の外側に突出した搬送ローラの軸端部に、搬送ローラを回転可能に支持する転がり軸受と、搬送ローラに回転を伝達するチェーンスプロケットとが取り付けられている。これにより、転がり軸受やチェーンスプロケット等が加熱室の高温（例えば１１００℃以上）に晒されるのを防止して、その耐久性を確保することが可能となっている。

また、特許文献１の搬送ローラは、加熱室内のワークを搬送する部分がカーボンで形成されている。これは、搬送ローラのワークを搬送する部分は、加熱室内でワークと共に加熱されて高温となる部分であり、この部分をステンレススチール等の金属製とした場合、搬送ローラの耐熱性を確保することができないからである。

特開２００２−２７７１６７号公報

ところで、本願の発明者は、カーボン製の搬送ローラを使用したローラーハース炉を使用して、長期にわたり熱処理品（例えば焼結品）を製造したところ、搬送ローラが次第に減肉する問題があることに気付いた。搬送ローラの減肉は、例えば、直径で１ｍｍ／月程度の速度で進行する。そして、搬送ローラが減肉すると、搬送ローラの直径の変化に伴って、ワークの搬送速度が変化してしまい、その結果、加熱室におけるワークの実際の加熱時間が、予め設定した目標の時間からずれるという問題がある。

カーボン製の搬送ローラが減肉する原因は、加熱室内の不活性ガス又は還元性ガスにわずかな酸素が混入し、搬送ローラのカーボンがその酸素に反応して一酸化炭素に変化するためだと考えられる。

そしてさらに、発明者は、搬送ローラの減肉の態様について調査したところ、搬送ローラの一端側と他端側とで減肉の程度が異なり、チェーンスプロケットが取り付けられた軸端部に近い側が、その反対側よりも大きく減肉することが分かった。

このような減肉の偏りが生じる原因は、次のように考えられる。すなわち、チェーンスプロケットが取り付けられた軸端部には、電動モータおよび回転伝達機構（チェーンスプロケットおよびチェーン）が設けられており、この電動モータおよび回転伝達機構は大気中に設置される。そのため、チェーンスプロケットが取り付けられた軸端部は、大気から完全に遮断した状態とするのが難しい。そのため、チェーンスプロケットが取り付けられた軸端部に近い側が、その反対側よりも大きく減肉するものと考えられる。

本発明は、カーボンで形成された搬送ローラの減肉が生じにくいローラーハース炉を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るローラーハース炉は、
不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークを加熱する加熱室を外部から区画する側壁と、
前記側壁を貫通して設けられたローラ挿通孔と、
前記加熱室内のワークを搬送する部分がカーボンで形成され、前記側壁のローラ挿通孔を軸端部が挿通して前記加熱室の外側に突出するように設けられた搬送ローラと、
前記搬送ローラの軸端部を覆って密閉するように前記側壁の外面に取り付けられたパージカバーと、
前記パージカバー内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給するガス供給部と、
前記パージカバー内の不活性ガス又は還元性ガスを前記加熱室に導入するガス導入路と、
を有するローラーハース炉である。

上記によれば、カーボンで形成された搬送ローラの減肉を効果的に防止することができる。

本発明の実施形態にかかるローラーハース炉を示す断面図である。 図１の加熱室の側壁の外面に取り付けられたパージカバーを破断した状態を示す断面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
（１）本発明の一態様に係るローラーハース炉は、
不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークを加熱する加熱室を外部から区画する側壁と、
前記側壁を貫通して設けられたローラ挿通孔と、
前記加熱室内のワークを搬送する部分がカーボンで形成され、前記側壁のローラ挿通孔を軸端部が挿通して前記加熱室の外側に突出するように設けられた搬送ローラと、
前記搬送ローラの軸端部を覆って密閉するように前記側壁の外面に取り付けられたパージカバーと、
前記パージカバー内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給するガス供給部と、
前記パージカバー内の不活性ガス又は還元性ガスを前記加熱室に導入するガス導入路と、
を有するローラーハース炉である。
このようにすると、搬送ローラの軸端部をパージカバーで覆って密閉し、そのパージカバー内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給する構成なので、搬送ローラの軸端部とローラ挿通孔の隙間から加熱室内に酸素が侵入するのが防止され、カーボンで形成された搬送ローラが酸素と反応して減肉するのを効果的に防止することが可能となる。
また、パージカバー内に供給された不活性ガス又は還元性ガスは、加熱室に導入される前に、加熱室の側壁から放出される熱によって予熱される。そのため、加熱室の側壁から放出される熱を有効に利用することができ、省エネルギーである。
（２）上記のローラーハース炉は、以下の構成を加えることができる。
電動モータと、
前記電動モータの回転を前記搬送ローラの軸端部に伝達する回転伝達機構とを更に有し、
前記パージカバーは、前記電動モータと前記回転伝達機構とを前記搬送ローラの軸端部と一緒に密閉するように形成されている。
このようにすると、搬送ローラの軸端部だけでなく、電動モータおよび回転伝達機構も一緒にパージカバー内に密閉された状態となるので、大気中の酸素がパージカバー内に侵入するのを効果的に防止することができ、その結果、搬送ローラの軸端部とローラ挿通孔の隙間から加熱室内に酸素が侵入するのを極めて効果的に防止することが可能となる。
（３）また、本発明の一態様に係るローラーハース炉による熱処理品の製造方法として、以下の構成のものを提供する。
不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークを加熱する加熱室を外部から区画する側壁と、前記側壁を貫通して設けられたローラ挿通孔と、前記加熱室内のワークを搬送する部分がカーボンで形成され、前記側壁のローラ挿通孔を軸端部が挿通して前記加熱室の外側に突出するように設けられた搬送ローラと、前記搬送ローラの軸端部を覆って密閉するように前記側壁の外面に取り付けられたパージカバーとを有するローラーハース炉を使用し、
前記パージカバー内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給するとともに、前記パージカバー内の不活性ガス又は還元性ガスを前記加熱室に導入しながら前記ワークの加熱を行なう、
ローラーハース炉による熱処理品の製造方法。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかるローラーハース炉およびこのローラーハース炉を用いた熱処理品の製造方法を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、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。

図１に、本発明の実施形態にかかるローラーハース炉を示す。このローラーハース炉は、鉄系の粉末材料を圧縮成形して得られるワークＷを、１１００℃以上（好ましくは１２００℃以上）の焼結温度に加熱して焼結する連続焼結炉である。このローラーハース炉は、上流側から下流側に向かって順に、脱ワックス室２、予熱室３、加熱室４、徐冷室５、第１冷却室６、第２冷却室７を有する。

これら各室２〜７には、複数のワークＷを載せたカーボントレイ１を上流側から下流側に移動させる搬送ローラ８〜１３が設けられている。搬送ローラ８〜１３は、各室２〜７にワークＷの搬送方向に間隔をおいて複数設けられている。脱ワックス室２の搬送ローラ８、予熱室３の搬送ローラ９、徐冷室５の搬送ローラ１１、第１冷却室６の搬送ローラ１２、第２冷却室７の搬送ローラ１３は、いずれも金属（例えばステンレススチール）で形成されている。一方、加熱室４の搬送ローラ１０は、耐熱性を確保するために、ワークＷを搬送する部分１０ａ（図３参照）がカーボンで形成されている。

脱ワックス室２の入口、脱ワックス室２と予熱室３の間、予熱室３と加熱室４の間、加熱室４と徐冷室５の間、徐冷室５と第１冷却室６の間、第１冷却室６と第２冷却室７の間、第２冷却室７の出口には、それぞれシャッター１４〜２０が設けられている。これらのシャッター１４〜２０は個々に開閉駆動される。

脱ワックス室２、予熱室３、加熱室４、徐冷室５には、それぞれの室内雰囲気を加熱するヒータ２１〜２４が設けられている。加熱室４は、不活性ガス又は還元性ガス（例えば窒素ガス、水素ガス）の雰囲気で満たされており、その不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークＷを加熱する。加熱室４内の不活性ガス又は還元性ガスは、後述のパージカバー４０（図３参照）の内部からガス導入路４４を通って加熱室４内に供給されるものであり、それ以外に加熱室４内への不活性ガス又は還元性ガスの供給源は存在しない（つまり加熱室４の天井壁２９に、従来のような不活性ガス又は還元性ガスの供給口は存在しない）。

第１冷却室６には送風ファン２５が接続され、第１冷却室６と送風ファン２５の間で冷却ガスが循環するようになっている。冷却ガスは不活性ガス又は還元性ガス（例えば窒素ガス、水素ガス）である。第１冷却室６と送風ファン２５の間の冷却ガスの循環経路の途中には、冷却ガスを冷却する熱交換器（図示せず）が設けられている。

第２冷却室７には、室内雰囲気を冷却するクーラー２６と、室内雰囲気を循環させる循環ファン２７とが設けられている。

図３に示すように、加熱室４を外部から区画する側壁３０には、ローラ挿通孔３１が貫通して設けられている。搬送ローラ１０は、加熱室４内のワークＷを搬送する部分１０ａがカーボンで形成されている。搬送ローラ１０の軸端部１０ｂは、金属で形成されており、ローラ挿通孔３１を挿通して加熱室４の外側に突出している。搬送ローラ１０の軸端部１０ｂには、搬送ローラ１０を回転可能に支持する転がり軸受３２と、チェーンスプロケット３３が取り付けられている。

図２に、搬送ローラ１０を駆動する電動モータ３４と、電動モータ３４の回転を搬送ローラ１０の軸端部１０ｂに伝達する回転伝達機構３５とを示す。電動モータ３４は、側壁３０の外面にモータブラケット３６を介して取り付けられている。電動モータ３４は減速機（図示せず）を内蔵しており、この減速機で減速した回転をモータ軸３４ａに出力する。モータ軸３４ａには、チェーンスプロケット３７が取り付けられている。チェーンスプロケット３７は、各搬送ローラ１０の軸端部１０ｂに取り付けられた複数のチェーンスプロケット３３に、チェーン３８を介して連結されている。ここで、チェーンスプロケット３７、チェーン３８、チェーンスプロケット３３は、電動モータ３４の回転を搬送ローラ１０の軸端部１０ｂに伝達する回転伝達機構３５を構成している。

側壁３０の外面には、各搬送ローラ１０の軸端部１０ｂを覆って密閉するようにパージカバー４０が取り付けられている。このパージカバー４０は、電動モータ３４と回転伝達機構３５とを搬送ローラ１０の軸端部１０ｂと一緒に密閉するように形成されている。パージカバー４０は、電動モータ３４と回転伝達機構３５とを一緒に囲む周壁部４０ａと、周壁部４０ａの側壁３０の側の端部に形成されたフランジ部４０ｂと、周壁部４０ａの側壁３０とは反対側の端部開口を塞ぐように形成された端板４０ｃ（図３参照）とを有する。

図３に示すように、パージカバー４０のフランジ部４０ｂは、ガスケット４１を介して側壁３０の外面にボルト４２で締め付けられている。また、パージカバー４０には、パージカバー４０内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給するガス供給部４３が設けられている。ガス供給部４３は、パージカバー４０に形成された配管接続口４３ａと、この配管接続口４３ａと不活性ガス又は還元性ガスボンベ（図示せず）の間を連通する配管４３ｂとで構成されている。また、転がり軸受３２の内部の隙間と、軸端部１０ｂの外周とローラ挿通孔３１の内周の隙間には、パージカバー４０内の不活性ガス又は還元性ガスを、加熱室４に導入するガス導入路４４が形成されている。ここでは、ガス導入路４４として、転がり軸受３２の内部を通るものを採用したが、側壁３０のパージカバー４０に覆われた部分にローラ挿通孔３１とは別個の貫通孔を形成し、その貫通孔をガス導入路４４としてもよい。

次に、このローラーハース炉でワークＷを加熱し、焼結品を製造する工程を説明する。図１に示すように、ワークＷが脱ワックス室２に入ると、ワークＷは５００〜７００℃程度の温度になるまで加熱される。このとき、ワークＷに存在するワックス成分が燃焼し、ワックス成分が除去される。その後、ワークＷが脱ワックス室２から予熱室３に搬送される。予熱室３では、ワークＷが焼結温度よりも低い８００〜１０００℃程度の温度に加熱される。その後、ワークＷは、予熱室３から加熱室４に搬送される。加熱室４では、ワークＷが１１００〜１３００℃程度の焼結温度になるまで加熱され、所定時間、焼結温度に保持される。これにより、ワークＷを構成する粉末が焼結して一体化する。その後、ワークＷは、徐冷室５、第１冷却室６、第２冷却室７を順に経て冷却される。このようにして、ワークＷは焼結品となる。

ローラーハース炉を運転している間、図３に示すように、パージカバー４０内には、ガス供給部４３から不活性ガス又は還元性ガスが供給されるとともに、パージカバー４０内の不活性ガス又は還元性ガスがガス導入路４４を通って加熱室４に導入される。このパージカバー４０内から加熱室４に導入される不活性ガス又は還元性ガスにより、加熱室４の内部は、不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気に保たれる。

上述のローラーハース炉は、搬送ローラ１０の軸端部１０ｂをパージカバー４０で覆って密閉し、そのパージカバー４０内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給する構成なので、搬送ローラ１０の軸端部１０ｂとローラ挿通孔３１の隙間から加熱室４内に酸素が侵入するのが防止され、カーボンで形成された搬送ローラ１０が酸素と反応して減肉するのを効果的に防止することが可能である。

また、ガス供給部４３からパージカバー４０内に供給された不活性ガス又は還元性ガスは、加熱室４に導入される前に、加熱室４の側壁３０から放出される熱によって予熱される。そのため、上述のローラーハース炉は、加熱室４の側壁３０から放出される熱を有効に利用することが可能であり、省エネルギーである。

また、上述のローラーハース炉は、搬送ローラ１０の軸端部１０ｂだけでなく、電動モータ３４および回転伝達機構３５も一緒にパージカバー４０内に密閉しているので、大気中の酸素がパージカバー４０内に侵入するのを効果的に防止することができ、その結果、搬送ローラ１０の軸端部１０ｂとローラ挿通孔３１の隙間から加熱室４内に酸素が侵入するのを極めて効果的に防止することが可能となっている。

上記実施形態では、ローラーハース炉として粉末成形体を焼結する連続焼結炉を例に挙げて説明したが、この発明は、例えば電子部品の焼成用のローラーハース炉等にも適用することが可能である。

１ カーボントレイ
２ 脱ワックス室
３ 予熱室
４ 加熱室
５ 徐冷室
６ 第１冷却室
７ 第２冷却室
８〜１０ 搬送ローラ
１０ａ ワークを搬送する部分
１０ｂ 軸端部
１１〜１３ 搬送ローラ
１４〜２０ シャッター
２１〜２４ ヒータ
２５ 送風ファン
２６ クーラー
２７ 循環ファン
２９ 天井壁
３０ 側壁
３１ ローラ挿通孔
３２ 転がり軸受
３３ チェーンスプロケット
３４ 電動モータ
３４ａ モータ軸
３５ 回転伝達機構
３６ モータブラケット
３７ チェーンスプロケット
３８ チェーン
４０ パージカバー
４０ａ 周壁部
４０ｂ フランジ部
４０ｃ 端板
４１ ガスケット
４２ ボルト
４３ ガス供給部
４３ａ 配管接続口
４３ｂ 配管
４４ ガス導入路
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークを加熱する加熱室を外部から区画する側壁と、
   前記側壁を貫通して設けられたローラ挿通孔と、
   前記加熱室内のワークを搬送する部分がカーボンで形成され、前記側壁のローラ挿通孔を軸端部が挿通して前記加熱室の外側に突出するように設けられた搬送ローラと、
   電動モータと、
   前記電動モータの回転を前記搬送ローラの軸端部に伝達する回転伝達機構と、
   前記搬送ローラの軸端部を覆って密閉するように前記側壁の外面に取り付けられたパージカバーと、
   前記パージカバー内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給するガス供給部と、
   前記パージカバー内の不活性ガス又は還元性ガスを前記加熱室に導入するガス導入路と、
   を有し、
   前記搬送ローラは、前記搬送ローラの軸端部の外周と前記ローラ挿通孔の内周との間の環状隙間を塞ぐように前記側壁に取り付けられた転がり軸受で回転可能に支持され、
   前記転がり軸受の内部の隙間と、前記搬送ローラの軸端部の外周と前記ローラ挿通孔の内周の環状隙間とでガス導入路を形成し、
   前記パージカバーは、前記電動モータと前記回転伝達機構とを前記搬送ローラの軸端部と一緒に密閉するように形成されている、
   ローラーハース炉。
2. 不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中でワークを加熱する加熱室を外部から区画する側壁と、前記側壁を貫通して設けられたローラ挿通孔と、前記加熱室内のワークを搬送する部分がカーボンで形成され、前記側壁のローラ挿通孔を軸端部が挿通して前記加熱室の外側に突出するように設けられた搬送ローラと、電動モータと、前記電動モータの回転を前記搬送ローラの軸端部に伝達する回転伝達機構と、前記搬送ローラの軸端部を覆って密閉するように前記側壁の外面に取り付けられたパージカバーとを有するローラーハース炉を使用し、
   前記パージカバー内に外部から不活性ガス又は還元性ガスを供給するとともに、前記パージカバー内の不活性ガス又は還元性ガスを前記加熱室に導入しながら前記ワークの加熱を行ない、
   前記搬送ローラは、前記搬送ローラの軸端部の外周と前記ローラ挿通孔の内周との間の環状隙間を塞ぐように前記側壁に取り付けられた転がり軸受で回転可能に支持され、
   前記転がり軸受の内部の隙間と、前記搬送ローラの軸端部の外周と前記ローラ挿通孔の内周の環状隙間とでガス導入路を形成し、
   前記パージカバーは、前記電動モータと前記回転伝達機構とを前記搬送ローラの軸端部と一緒に密閉するように形成されている、
   ローラーハース炉による熱処理品の製造方法。

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