JPH0673408A - 脱脂炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】成形体に与える悪影響を少なくして脱脂の高速
化を図る。 【構成】ヒータ４と冷却器９を用いて交互に処理ガスを
加熱／冷却し、そのガスを成形体Ｗに接触させ、該成形
体Ｗに膨脹、収縮を生ぜしめるようにした。 【効果】脱脂初期において成形体の内部にマイクロクラ
ックが生じ、それが成形体の内外部を連通させる通路に
成長する。その結果、成形体の表面積が増大し、内外部
から同時に脱脂が進行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形体に与える悪影響
を少なくして脱脂処理の高速化を図った脱脂炉に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】粉体の射出成形製造プロセスでは、金
属、セラミックス、サーメット等の粉体にバインダ（ワ
ックス等の低分子量成分、熱加塑性樹脂等の高分子量成
分、その他を適宜の分量で配合したもの）を混合し、所
要形状に射出成形していわゆるグリーン体を得る。しか
る後、このグリーン体から脱脂工程においてバインダを
加熱蒸発させることによりバインダを１００％近く除去
したいわゆるブラウン体の状態にする。そして、このブ
ラウン体を焼結工程で焼結に付すことにより、最終製品
を得るようにしている。脱脂工程と焼結工程とは、別々
の炉で行われる場合と、脱脂・焼結炉で一貫して行われ
る場合とがあるが、いずれにしても、脱脂に長時間を費
やすことが欠陥の少ない製品を得るために必要とされて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、脱脂初期か
ら成形体の内部にまで熱が及ぶような高い温度で処理を
開始すると、バインダが溶融して成形体にだれを惹起
し、また、内部で蒸発したバインダも逃げ場がないため
成形体内の随所に気泡として存在し、その気泡が成形体
を膨脹させて変形を更に加速する。そのため、このよう
な手法では良好な製品を得ることは殆ど期待できない。
そこで、従来の脱脂処理においては、成形体を極めて緩
やかな速度で昇温させていくことにより、先ず成形体の
外側から脱脂を開始し、バインダが蒸発した部位に生じ
るポーラス状の隙間から蒸気を排気し、次第にその含浸
領域を成形体の内部にまで広げ、その結果、成形体全体
の脱脂を完了するようにしている。そのため、脱脂に長
時間を要するという不都合がある。

【０００４】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、成形体に悪影響を及ぼすことなく、
脱脂を高速で行い得るようにした脱脂炉を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。

【０００６】すなわち、本発明に係る脱脂炉は、粉体粒
子をバインダで成形してなる成形体を収容する容器と、
前記成形体を膨脹させる温度にまで加熱する加熱手段
と、前記成形体を収縮させる温度にまで強制冷却する冷
却手段とを具備してなり、前記加熱手段により加熱また
は前記冷却手段により強制冷却を交互に切り換えて前記
容器内の成形体を処理するようにしたことを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】成形体に膨脹／収縮を繰り返し与えると、粒子
とバインダの膨脹率が異なるため、粒子とバインダの境
界近傍に引張応力や擦れが作用し、それが成形体内部に
おいて微小隙間（マイクロクラック）の形成につなが
る。そして、そのマイクロクラックが次第に連なって、
成形体の外部から内部に通じる通路に成長する。このた
め、成形体の実質的な表面積が増大し、蒸気は脱脂初期
からその通路を通じて成形体の外部にまで容易に排気さ
れる。その結果、成形体を、外部からだけでなく内部か
らも好適に脱脂させることが可能になる。また、内部に
気泡が発生しないため、だれや変質を生じさせることな
く昇温速度を速めることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。

【０００９】図１に示す脱脂炉は、断熱材１で囲繞した
空間に容器２を配置してなる。該容器２と前記断熱材１
との間には通路３が形成され、この通路内３に、本発明
に係る加熱手段たるヒータ４が配置してあり、このヒー
タ４を制御信号ａによってＯＮ／ＯＦＦ制御するように
なっている。また、前記容器２の両端には開口部２ａ、
２ｂが設けられ、一方の開口部２ａに臨む部位にファン
５が配置してあり、このファン５によって近傍に存在す
るガスを容器２内に収容された成形体Ｗに向けて吹き付
け得るようにしている。このファン５には、断熱材１を
貫通してモータ６の出力軸６ａが接続され、モータ６は
制御信号ｂによってＯＮ／ＯＦＦ制御されるようになっ
ている。また、前記断熱材１の外側にはボックス７が付
設され、このボックス７と前記断熱材１との間に形成さ
れる通路８に、本発明に係る冷却手段たる水冷式の冷却
器９が内設してあり、この冷却器９の給水口に介設した
電磁バルブ１０に制御信号ｃを入力して冷却水の流通／
遮断制御を行うようにしている。

【００１０】このような構成において、前記通路３、８
は前記容器２の内部空間に対して並列的に連通してい
る。そして、それらの通路３、８の入口および出口にア
クチュエータ１２によって駆動される一対の切換弁１１
を配置し、これらの切換弁１１を通じて前記通路３、８
を背反的に前記容器２の内部空間に対して連通／遮断す
るようにしている。すなわち、切換弁１１を図示の切換
位置Ｘに保持したときは、通路３を容器２内に連通させ
るとともに通路８を容器２から遮断し、逆に切換弁１１
を図示の切換位置Ｙに保持したときは、通路８を容器２
内に連通させるとともに通路３を容器２から遮断するよ
うになっている。このアクチュエータ１２は制御信号ｄ
によって駆動される。

【００１１】一方、前記ヒータ４、モータ６、電磁バル
ブ１０およびアクチュエータ１２は、コントローラ１３
に接続されている。このコントローラ１３は、通常のマ
イクロコンピュータユニット等により構成されるもの
で、メモリ内には予め設定された温度処理パターンに沿
って制御信号ａ〜ｄを出力するためのプログラムが格納
されており、そのプログラムに従って図示脱脂炉におけ
る脱脂処理を進行させるようにしている。

【００１２】図２は、その温度処理パターンの一例を概
略的に示している。このような温度パターンを得るため
に、コントローラ１３は先ず、処理開始と同時にヒータ
４をＯＮ、モータ６をＯＮ、電磁バルブ１０をＯＦＦに
し、切換弁１１を切換位置Ｘに保持する。そして、通路
３において加熱した処理ガスを容器２内に送風して成形
体Ｗに接触させ、再び通路３に導いて加熱するというガ
ス循環を行わせる。これにより成形体Ｗが７０℃まで加
熱され、所定時間経過後、ヒータ４をＯＦＦ、モータ６
をＯＮにしたまま、電磁バルブ１０をＯＮにし、切換弁
１１を切換位置Ｙに切り換える。そして、通路８におい
て強制冷却した処理ガスを容器２内に送風して成形体Ｗ
に接触させ、再び通路８に導いて冷却するというガス循
環を行わせる。これにより成形体Ｗが４０℃まで強制冷
却されたら、モータ６をＯＮにしたまま、ヒータ４をＯ
Ｎ、電磁バルブ１０をＯＦＦにし、切換弁１１を再び切
換位置Ｘに保持する。そして、今度は成形体Ｗが８０℃
に達するまで加熱を行う。さらに、成形体Ｗが８０℃に
達し所定時間が経過した後は、再び同様の操作によって
成形体Ｗを４０℃まで強制冷却する。このようにして、
成形体Ｗに対する加熱処理と冷却処理とを交互に繰り返
し行い、その際に加熱時の温度を１０℃づつ上げてゆ
き、その温度が上限値（例えば１６０℃程度）に達した
ら、処理を終えるようにしている。

【００１３】このような処理を行うと、成形体Ｗは当初
図３に示すように粉体粒子ＡとバインダＢが隙間なくつ
まった状態にあるが、加熱ガスおよび冷却ガスが繰り返
し成形体Ｗに接触することにより、成形体Ｗに同図中矢
印Ｉに示すような膨脹／収縮が生起される。そして、そ
の際に粒子ＡとバインダＢの膨脹率が異なるため、図４
に示すように粒子ＡとバインダＢの境界近傍（図中×印
の部位）に引張応力や擦れが作用し、それが成形体Ｗの
内部において微小隙間（マイクロクラック）Ｃの形成に
つながる。そして、そのマイクロクラックＣが次第に連
なって、図５に示すように成形体Ｗの外部から内部に通
じる通路Ｄに成長する。それらのマイクロクラックＣや
通路ＤにおいてバインダＢが蒸発をする。蒸発したバイ
ンダＢは該通路Ｄを通じて支障なく成形体Ｗの外部に導
出される。このように、本実施例においては脱脂初期か
ら成形体Ｗの表面積が急速に拡張していくため、成形体
Ｗにおいて外部からだけではなく内部からも好適に脱脂
が進行し、脱脂が高速で完了することになる。そして、
この間の処理は比較的低温領域でなされるため、成形体
Ｗの外部にだれや変質を生じさせることがなく、またバ
インダＢの蒸気を通路Ｄを通じて外部に導くため、成形
体Ｗ全体の膨脹、変形を惹起する恐れもなくなる。

【００１４】なお、本発明は上述した実施例のみに限定
されるものではない。例えば、上記実施例では成形体Ｗ
に対する脱脂を完了するようにしているが、引き続きよ
り高温度の焼結処理を行いたい場合には、図６に示すよ
うな既存の焼結炉を利用することも有効となる。この焼
結炉は、本発明に係る容器としての役割を担うタイトボ
ックス１０１を備え、このタイトボックス１０１内にガ
ス導入系路１０２から導入される処理ガスを導き得るよ
うになっており、その導入途中に本発明の加熱手段とし
て利用されるヒータ１０３が配置してある。１０８はタ
イトボックス１０１内を排気する排気系である。また、
前記タイトボックス１０１の左右の端板１０１ａ、１０
１ｂは断熱性を有した蓋１０４とともに図中矢印Ｚ方向
に作動してタイトボックス１０１内を炉内空間１０５側
に開放するようになっており、その状態でファン１０６
を作動させることにより、タイトボックス１０１内の処
理ガスを一方の端板１０１ａ側から導出して循環させ他
方の端板１０１ｂ側から再び該タイトボックス１０１内
に導入し得るようにしている。このような従来炉におい
て、本実施例は更にファン１０６の出口に本発明に係る
冷却手段としての冷却パイプ１０７を巻装している。

【００１５】このような構成において、加熱時には、タ
イトボックス１０１の端板１０１ａ、１０１ｂをそれぞ
れ閉じ、ヒータ１０３をＯＮにし、排気系１０８を作動
させ、ファン１０６を止め、冷却パイプ１０７への冷却
水の供給をカットしておくことにより、タイトボックス
１０１内を負圧にしてガス導入系路１０２からの処理ガ
スをヒータ１０３を介して加熱後にタイトボックス１０
１内に導き、成形体Ｗに接触させた後に炉外に導出させ
る制御を行い、また、強制冷却時には、ヒータ１０３お
よび排気系１０８をＯＦＦにし、タイトボックス１０１
の端板１０１ａ、１０ｂをそれぞれ開き、ファン１０６
を作動させ、冷却パイプ１０７に冷却水を供給すること
により、タイトボックス１０１内に連続的に冷却した処
理ガスを送給し、成形体Ｗを強制冷却する制御を行うよ
うにする。このような制御を前記実施例に準じた温度処
理パターンで行っても、前記実施例と同様の作用効果を
得ることができる。また、これにより炉の稼動効率が向
上するといった実用的な効果も得られることになる。

【００１６】

【発明の効果】本発明に係る脱脂炉は、成形体を繰り返
し加熱／冷却し、該成形体に膨脹、収縮を生ぜしめるよ
うにしたため、脱脂初期において成形体内部にマイクロ
クラックが生じ、そのマイクロクラックが成長して成形
体の内外部を連通させる通路に成長して、成形体の表面
積を増大させる。このため、成形体全体を短時間で比較
的均等に加熱することができ、外部からだけではなく内
部からも同時に脱脂を進行させて、脱脂処理を高速で完
了できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体断面図。

【図２】同実施例における温度処理パターンを示すグラ
フ。

【図３】同実施例において成形体内部の粒子構造に変化
が生じる前の様子を示す図。

【図４】同実施例において成形体内部の粒子構造に変化
が生じている最中の様子を示す図。

【図５】同実施例において成形体内部の粒子構造に変化
が生じた後の様子を示す図。

【図６】本発明の他の実施例を示す全体断面図。

【符号の説明】

Ａ…粉体粒子 Ｂ…バインダ Ｗ…成形体 ２…容器 ４…加熱手段（ヒータ） ９…冷却手段（冷却器） １０１…容器（タイトボックス） １０３…加熱手段（ヒータ） １０７…冷却手段（冷却パイプ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉体粒子をバインダで成形してなる成形体
   を収容する容器と、前記成形体を膨脹させる温度にまで
   加熱する加熱手段と、前記成形体を収縮させる温度にま
   で強制冷却する冷却手段とを具備してなり、前記加熱手
   段により加熱または前記冷却手段により強制冷却を交互
   に切り換えて前記容器内の成形体を処理するようにして
   いることを特徴とする脱脂炉。