JPH01281394A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 童１上■剋且立立 本発明は焼き入れ、焼結等の熱処理を行う熱処理炉に関
する。

正来夏且孟 種り多様な熱処理炉の中でも焼結炉が利用される分野と
しては、超合金やファインセラミックス等を製造する特
殊な分野に限られていたが、焼結炉の性能が著しく発達
した結果、最近ではコスト競争の激しい卒業機器部品を
製造加工する分野でも利用されており、従来の機械加工
や精密鋳造ではこなしきれなかった複雑な形状の精密部
品を製造する際は勿論のこと、加工がそれ程困難ではな
い金属部品を製造する際にあたっても経済性、作業環境
改善等の観点から焼結炉或いは焼結焼き入れ炉が用いら
れるケースが多くなっている。しかもこれらの焼結炉に
よる産業機器部品の製造は天運生産に非常に適している
ので今後は機械加工製品から粉末冶金製品への切り換え
が活発に行われると予想される。

第３図は従来の焼結焼き入れ炉の炉殻１０の内部構造を
併せて示す簡略構成図である。

そこでは、円筒状の炉殻１０の開放両端面には、熱処理
すべき被処理物７０を出し入れする際の開閉扉１１が夫
々設けられており、炉殻ｌＯの内部には被処理物７０を
収容する円筒状の断熱壁２０が配設されている。また断
熱壁２０の内壁には、被処理物７０を加熱する複数本の
加熱ヒータ３０が固着されており、開放扉１１の裏面に
は断熱壁２０の開放両端面を塞ぐ断熱扉２１が夫々設け
られている。中でも図中右側に相当する開放扉１１には
、焼き入れ工程において被処理物７０を焼結温度から常
温程度にまで冷却する冷却ガス循環機構４０が設けられ
ている。この冷却ガス循環機構４０は図外の窒素ガス供
給装置から炉殻１０の内部に導入された窒素ガスを、循
環ファン４３、熱交換器４２、断熱壁２０の外壁と炉殻
ｌＯの内壁との間に設けた冷却ガス流通管４５、冷却ガ
ス流通管４５の先端部に被処理物７０に向けて複数個設
けてある７ノズル４５１、そして若干開けられた断熱壁
２０と断熱扉２１との隙間をそれぞれ順次的に介して内
部循環せしめ、この過程で被処理物７０等が強制冷却さ
れ得るような構成となっている。なお、断熱壁２０の壁
面には、窒素ガスが噴出するノズル４５１を挿入させる
ノズル挿通穴２１２が複数個設けられている。

■　（”ンしようと　る喋因 しかしながら、上記従来例による場合には、炉殻１０の
内部構造が複雑化することが避けられない上に、先端部
が断熱壁２０の内部に挿入されているノズル４５１にあ
っては耐熱材料のものを使用せねばならず、結果として
装置自体が非常に割高となるという欠点がある。またノ
ズル部４５１をノズル挿通穴２１２の外方に相当する断
熱壁２０の外部に配置せしめた場合には、耐熱材料のも
のを採用しなくても済むものの、デワックス工程、本焼
結工程で被処理物７０を加熱するにあたっては、ノズル
４５１と同等な数だけ存在しているノズル挿通穴２１２
から漏れる熱は熱損失の大きな原因となり、これに伴う
種々の不都合が発生することになる。これらの欠点は何
れも装置のコストダウンを図る上で大きな障害となって
いる。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、炉殻
の内部構造がシンプルで、しかも耐熱材料からなるノズ
ルを採用する必要がない熱処理炉を提供することを目的
とする。

１・　　”るための 本発明にかかる熱処理炉は、炉殻の外部から導入された
冷却ガスを内部循環せしめる冷却ガス循環機構と、冷却
ガス循環機構に接続され、且つ冷却ガスを被処理物に噴
出せしめるノズルと、先端部に固着してあるノズルを断
熱壁の内部位置と外部位置とにわたって移動せしめるノ
ズル位置可変機構とを具備している。

■ 熱処理すべき被処理物を炉殻の内部に挿入した後に、ノ
ズルが断熱壁の外部位置にある状態で加熱し−タを通電
させると、これから発せられる熱により被処理物が加熱
されることになる。そしてノズル位置可変機構によりノ
ズルを断熱壁の外部位置から内部位置に移動させた後に
、冷却ガス循環機構を駆動させると、加熱状態にあった
被処理物がノズルの先端から噴出された冷却ガスにより
強制冷却されることになる。

１施■ 以下、本発明にかかる熱処理炉の一実施例を図面を参照
して説明する。第１図及び第２図は焼結焼き入れ炉の炉
殻の内部構造を併せて示す簡略構成図であって、第１図
は被処理物の加熱状態を、第２図は同じく強制冷却状態
を夫々示している。

ここに掲げる熱処理炉はワックス等を添加して成形せし
めた粉末成形品である被処理物７０をデワックス、本焼
結、焼き入れ等の一連の熱処理を行う際に使用される焼
結焼き入れ炉である。以下、各部の構成について説明す
ると、円筒状の炉殻１０の開放両端面には、被処理物７
０を出し入れする際の開閉扉１１ａ　、ｌｌｂが夫々設
けられており、炉殻１０の内部には、被処理物７０を収
納する円筒状の断熱壁２０が配設されている。しかも開
閉扉１１ａ　、　１１ｂの裏側には、断熱壁２０の開放
両端面を塞ぐ断熱扉２１ａ　、２１ｂが夫々設けられて
いる。また断熱壁２０の内壁には、ロッドヒータである
加熱ヒータ３０が複数本固着されている。なお、被処理
物７０の焼結温度（約１２００’ｃ）が非常に高いこと
から、加熱ヒータ３０、断熱壁２０を代表とする炉殻１
０の内部における主要構成部はグラファイトから構成さ
れるいる。

また、炉殻１０の壁面には、後述する冷却ガス循環機構
４０の一構成部たる冷却ガス流通管４１．４４の他に、
図示省略されている真空排気経路及びキャリアガス供給
管が接続されており、デワックス工程時に被処理物７０
から発生ずるベーパガスをキャリアガス供給管を介して
導入されたキャリアガスでもって、真空排気経路の途中
に設けてあるワックストラップ（図示せず）に転送回収
せしめるようになっている。

この冷却ガス循ＩＯ機構４０は、窒素ガス供給装置（図
示せず）から炉殻１０の内部に供給された窒素ガスを冷
却ガス流通管４１、エロフィンチューブ等である熱交換
２Ｓ４２、循環ファン４３、冷却ガス流通管４４等を順
次的に介して循環せしめ、この循環過程で炉殻１０の内
部の主要構成部を冷却するような基本構成となっており
、中でも冷却ガス流通管４４の一端は、後述するノズル
位置可変機構５０ａ　、５０ｂにより移動自在してある
バイブ状のノズル６０ａ、６０ｂに夫々接続されるよう
になっており、このノズル６０ａ　、　６０ｂの壁面に
複数個、被処理物７０に向けて設けてあるノズル穴６１
から窒素ガスが噴出するようになっている。接続方式と
しては、可撓バイブによる方式或いはノズル６０ａ　、
６０ｂが第２図に位置したときのみ連通させる着脱方式
（この場合スライドバルブを介在させる）等の種々の方
法が挙げられるが、これらの点は図面上では省略されて
いる。なお、図中示す２２は窒素ガスの内部循環を円滑
に行うべく断熱壁２０の内部に設けられた冷却ガス流通
溝である。

このノズル位置可変機構５０ａ　、５０ｂは、開閉扉１
１ａの壁面を筒状に突出せしめて形成したノズル収納室
１１１ａ、ｔｉｉｂの先端部外面に夫々固着されている
シリンダ・ロッド機構であって、ノズル収納室１１１ａ
、　１ｌｌｂの内部に夫々向けられている口・ノド５１
ａ　、５１ｂの先端には、断ｖ！、扉２１ａに設けたノ
ズル挿通穴２１１ａ、２１１ｂを通ることになるノズル
６０ａ、６０ｂが夫々連結されており、ノズル６０ａ　
、６０ｂが断熱壁２０の内部位置（第１図参照）と外部
位置（第２図参照）とにわたって移動するような構成と
なっている。なお、ノズル６０ａ　、６０ｂが断熱壁２
０の内部位置にある場合とは、この各々に設けてあるノ
ズル穴６１が被処理物７０の対向している状態を指して
おり、ノズル６０ａ　、６０ｂが断熱壁２０の外部位置
にある場合とは、ノズル６０ａ　、６０ｂがノズル挿通
穴２１１ａ、＋ｚｉｉｂから引き抜かれ、ノズル収納室
１１１ａ、　１］、１ｂに収納されている状態を指して
いる。

上記のように構成された熱処理炉の動作説明を行う。但
し、ノズル６０ａ　、６０ｂの初期状態は第２図に示す
ように断熱壁２０の外部位置にあるとする。

まず、被処理物７０を断熱壁２０の内部にセントして、
装置自体を立ち上げると、図外の真空排気装置が駆動し
、その後、所定の真空状態に達したならば、被処理物７
０のデワックス工程が開始することになり、加熱巳−夕
６０が通電さｎることになる。

そして、彼処ｔｌ’ｌ　吻７０からベーパガスが十分抜
けるに相当する時間が経過すると、本焼結工程が開始さ
れ、デワックス工程の温度よりも更に高い焼結温度でも
って被処理物７０が加熱されることになる。

その後、本焼結工程が終了すると、次の焼き入れ工程を
開始すべく、ノズル位置可変機構５０ａ　、５０ｂを動
作させ、ノズル６０ａ　、６０ｂを断熱壁２０の外部位
置から内部位置にまで移動せしめ、と同時に、窒素ガス
供給装置とともに冷却ガス循環機構４０を動作させる。

すると、ノズル６０ａ　、６０ｂのノズル穴５１から窒
素ガスが高い温度を有する被処理物７０に連続的に噴出
することになり、この過程で被処理物７０等が強制冷却
されることになる。しかも窒素ガスは冷却ガス流通溝２
２等を介して断熱壁２０の外部周りにも流通するように
なっていることから、グラファイトからなる断熱壁２０
等も酸化温度以下に速やかに冷却され、これで一連の熱
処理工程が終了することになる。

従って、上記実施例による場合には、デワックス工程、
本焼結工程にて被処理物７０が加熱状態にあっては、ノ
ズル６０ａ　、６０ｂが断熱壁２０の外部位置に置かれ
、一方、焼き入れ工程においてノズル６０ａ　、６０ｂ
を未だ高温である断熱壁２０の内部位置に移動せしめた
状態にあっては、これ自体が内部ユニ流通する窒素ガス
により冷却されることになるので、結果として価格が非
常に高い耐熱材料のノズルを採用する必要が無（なる。

しかも被処理物７０が加熱される場合に、断熱壁２０等
に開けられている穴はノズル挿通穴２１１ａ、２１１ｂ
だけであることから、熱損失が非常に小さくなり、それ
故、加熱ヒータ３０も加熱容量の小さいものを選択する
ことは勿論のこと、省エネの観点からもメリットがある
。これは、熱処理すべき対象が昇温速度を高く設定する
ことの必要なダイス鋼やハイス鋼等である場合には特に
顕著な効果（結晶粒の粗大化を防止し、硬度及びジン性
を良くできる）を得ることができることを意味している
。

また、焼き入れ工程にて被処理物７０を強制冷却する場
合であっても、ノズル６０ａ、６０ｂと被処理物７０と
は近接状態にあるが故に、ノズル六６１から噴出する冷
却ガスが被処理物７０に直接当たる形となり、被処理物
７０を極めて短時間で常温にまで冷却することが可能と
なり、これに伴いあらゆる対象の被処理物７０を確実に
焼き入れすること可能となる。

更に、ノズル位置可変機構５０ａ　、５０ｂ等が別途必
要となるものの、第３図に示す従来例による場合に比較
して、炉殻ＩＯの内部構造がシンプルとなっているので
、これに伴う装置製造上のメリットがある。

つまり上記した本実施例による場合には、装置としての
価格が割安となる上に熱処理性能をも向上することがで
き、今後活発に行われるであろう焼結焼き入れ炉による
機械加工製品から粉末冶金製品への転換するにあたり大
きな意義がある。

なお、本発明にかかる熱処理炉は焼結焼き入れだけに止
まらず他の熱処理を行う場合でも適用可能であり、ノズ
ルにあっては、その形状、個数、被処理物に対する位置
関係も限定されない。またノズル位置可変機構にあって
は、シリンダ・ａラド機構ではな（螺子送り機構等であ
っても良く、冷却ガス循環機構にあっては、炉殻の内部
に装備する形態であっても構わない。

発所Ω力１゜ 以上、本案熱処理炉による場合には、冷却ガスが噴出す
るノズルが断熱壁の内部位置と外部位１とにわたって移
動可能である構成となっているので、耐熱材料からなる
ノズルを使用する必要がない上に、ノズル位置可変機構
が別途必要となることを加味しても、構成上、炉殻の内
部構造がシンプルとなる。また、断熱壁に間けられる穴
はノズルを通過させるためだけのもので良いので、断熱
壁における実効開口面積を小さくできた分だけ、熱１員
失を向上させることとができる。被処理物を冷却する際
にあっては、ノズルと被処理物との距翔を小さく採るこ
とができるので、装置として冷却効率がアップすること
二こなる。従って、装置価格力４ｑ安出なることは勿論
のこと、熱処理を行う上での性能も向上することになる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明にかかる熱処理炉の一実施例
における説明図である。第１図及び第２図は焼結焼き入
れ炉の炉殻の内部構造を併せて示す簡略構成図であって
、第１図は被処理物の加熱状態を、第２図は同じく強制
冷却状態を夫々示しいる。第３図は従来の焼結焼き入れ
炉の炉殻ｌＯの内部構造を併せて示す簡略構成図である
。 ＩＯ・・・炉殻 ２０・・・断熱壁 ３０・・・加熱ヒータ ４０・・・冷却ガス循［機構 ５０ａ　、５０ｂ　　・・・ノズル位置可変機構６０８
１６０ｂ・・・ノズル ７０・・・被処理物 特許出願人　　株式会社島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉殻の断熱壁の内部に挿入された被処理物を断熱
   壁の内部に設けてある加熱ヒータにより加熱して熱処理
   する熱処理炉において、前記炉殻の外部から導入された
   冷却ガスを内部循環せしめる冷却ガス循環機構と、冷却
   ガス循環機構に接続され、且つ前記冷却ガスを前記被処
   理物に噴出せしめるノズルと、先端部に固着してあるノ
   ズルを前記断熱壁の内部位置と外部位置とにわたって移
   動せしめるノズル位置可変機構とを具備することを特徴
   とする熱処理炉。