JPH0816590B2

JPH0816590B2 - 真空焼結炉

Info

Publication number: JPH0816590B2
Application number: JP7547487A
Authority: JP
Inventors: 秀一田中; 正夫武田; 知安川崎
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-03-28
Filing date: 1987-03-28
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPS63243683A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は各種粉末成形品（処理物）の焼結に用いられ
る真空焼結炉に関するものである。

［従来の技術］真空焼結炉には、現在、内部にボックスを配置して、
炉内をヒーティングスペースワーキングスペースとに分
離するようにした炉内構造のものが多く採用されてい
る。これは、処理物をボックス中に収納して一連の処理
を行なうとき、焼結前処理として実施されるデワックス
工程で、該処理物から多量に蒸発するワックスベーパ等
の不純物ガスがヒータ、断熱材、炉壁等の炉材に付着し
て炉内を汚染する問題を回避するのに有効となるからで
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、この種の真空焼結炉において、処理物（焼
結品）を焼入れする目的などで焼結完了後に強制冷却を
実施する場合は、ボックスの両側扉を開放して炉内に冷
却ガス（不活性ガス）を導入すると同時に、内設の冷却
ファンを起動して、冷却ガスをボックスの中を通して炉
内を循環させながら送風するようにしている。

しかしながら、かかる冷却方式を採用すると、次のよ
うな問題点がある。

すなわち、第１の問題点として、ボックスの扉を開放
して内部に冷却ガスを送風するようにすると、処理物に
直接冷却ガスが接触して冷却速度が高められる反面、特
に小物部品の場合などでは、処理物が冷却ガスの風圧に
よって吹き飛ばされてしまうことがある。

また第２の問題点として、強制冷却時に炉内にフレッ
シュな冷却ガスを導入するようにしても、従来方式で
は、冷却ガスは炉殻、断熱材、ヒータ等の炉材が表出す
る炉内空間を経由してからボックス内に送風されること
になる。つまり、ボックス外周のヒーティングスペース
は、通常炉材からのアウトガス（ワックスベーパ等）に
より汚染されており、そのため冷却ガスがこの炉内空間
を流通すると不純物ガスを混入し易く、ひいては処理物
に不純物ガスを接触させて焼結品の品質低下を惹起する
ことになる。

本発明は、上記の問題点を解消し、炉内の強制冷却時
において、処理物の冷却速度を確保しつつ冷却ガスの風
圧や風速により処理物に不都合な変動等を生じることが
なく、また処理物が常に不純物ガスを含まないフレッシ
ュ冷却ガスと接触される真空焼結炉を提供せんとするも
のである。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記の目的を達成するために、炉内に、処
理物を収納する内側ボックスと、この内側ボックスを包
囲し両側に開閉可能な扉を備える外側ボックスと、冷却
ファンとを配置し、前記内側ボックスの内側に冷却ガス
を導入するガス導入口を設けたものであって、両ボック
スには内外での圧力差排気を実現する通気路がそれぞれ
形成され、冷却ファンは外側ボックスの一方の扉に形成
される開口部から吸い出したガスを他方の扉に形成され
る開口部に向かって送風し得る位置に配設されているこ
とを特徴とするものである。

［作用］上記の炉内構造を具備したものであると、内側ボック
スの中で処理物を加熱保持する焼結作業を終えた後、引
き続いて次のように強制冷却を実施することができる。

すなわち、ガス導入口から処理物を収納する内側ボッ
クスの内部に直接冷却ガス（不活性ガス）を導入し、次
いで内側ボックスを包囲する外側ボックスの両側の扉を
開放し、更に炉内に配置してある冷却ファンを起動す
る。すると、内側ボックスの内部に導入された冷却ガス
は、その内部で処理物と接触し該処理物を冷却するとと
もに、通気路を介し順次外側にオーバーフローして来
て、外側ボックスの一方の開口部から炉内空間に吸い出
され拡散して行く。そして、こうして炉内に充満される
冷却ガスが冷却ファンにより他方の開口部に送風される
という具合に、炉内で送風循環され、両側扉を開放した
外側ボックス内に位置する内側ボックスを外側から強制
冷却する。

従って、内側ボックス内の処理物は、内部に直接導入
される冷却ガスによる強制冷却と、送風を受ける外側か
らの強制冷却とによって大きな冷却速度が確保される上
に、処理物に冷却ファンの送風が直接当ることがなくな
り、しかも内側ボックスの中は常にフレッシュ冷却ガ
ス、即ちクリーンな不活性ガスで充満される。

［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。

第１図は、本発明に係る真空焼結炉の概要を示し、図
において、１は両側に開閉扉1aを有する炉殻（チャン
バ）、２は両側に開閉扉2aを有する断熱材、３はこの断
熱材の内面に配設したヒータ３を示す。そして、この断
熱材２で画される炉内空間にヒーティングスペース４の
内部に、内、外二重のボックス（タイトボックスと通称
される）７、８を配置している。

内側ボックス７はその中に形成されるワーキングスペ
ース６に処理物５を収納している。また、この内側ボッ
クス７を包囲する外側ボックス８は、該内側ボックス７
と適当な間隔をおいて両者の間に排気空間11を形成して
いる。そして、この場合は、内外側のボックス７、８
は、全体がグラファイトで成形されているとともに、そ
の扉の４隅の隙間等に内外での圧力差排気を実現する通
気路を形成している。なお、内側ボックス７はバスケッ
トのような処理物容器で兼用するようしてもよい。

これら内、外二重のボックス７、８には円筒状本体の
両側開口端に、互いに独立して開閉可能な扉7a、8aを備
えている。内側ボックス７の各扉7aは、炉外に設置した
シリンダ９により（リンク機構を介し）作動ロッドで開
閉される。また、外側ボックス７の各扉8aも、同様に、
炉外に設置したシリンダ10で開閉される。なお、外側ボ
ックス８の各扉8aは、前記断熱材２の扉2aに一体に内張
されている。

このようにして、炉内に二重のボックス７、８を配置
しているとともに、内側ボックス７内のワーキングスペ
ース６と、内側ボックス７と外側ボックス８との間の排
気空間11と、さらに炉殻１の内面とに、それぞれ個別
に、その内部を炉外へ直接排気させるための真空排気口
12、13、14を設けている。これら真空排気口12、13、14
は、炉外の真空ポンプ15に各々接続される３本の独立し
た排気ライン16、17、18の各終端に開口され、各排気ラ
インには各々開閉切換自在の排気弁16a、17a、18aを介
設している。なお、排気ライン16と17とには、ワックス
トラップ19、20が介設される。

また、炉内にはその片側の扉1a近傍の炉殻１の内面
に、炉外のモータ22から回転駆動される冷却ファン21を
配置している。この冷却ファン21は、炉内に充填された
冷却ガスを前面から吸込み、外周から風板23に沿って送
風し、炉内全域で冷却ガスを循環しながら強制冷却する
役目を果す。そして、冷却ファン21の吸込み側に当る前
面に、炉外の注水口24aと排水口24bとから冷却水を内部
に循環する熱交換器24を設置している。

さらに、この真空焼結炉では炉芯部に位置する内側ボ
ックス７に、その内側のワーキングスペース６に直接冷
却ガス（不活性ガス）を導入するためのガス導入口25を
設置するようにしている。このガス導入口25は、炉外に
設置した図示省略の不活性ガス供給源に接続される供給
ライン26の終端を、炉殻１および炉材を貫通し内側ボッ
クス７の内面で開口させたもので、その開口端から処理
物５に向けて直接冷却ガスが導入される。なお、熱処理
条件によっては、処理物５に特殊ガス（CO、H₂等）を供
給するため、ガス導入口25を開口する供給ライン26に
は、特殊ガスの供給ライン27が接続される。また、炉内
に炉殻１の内面で設けたガス導入口28から不活性ガスを
導入するため、供給ライン26には該ガス導入口28に不活
性ガスを導くための供給ライン29が分岐して接続され
る。これらの各供給ラインには、所定の位置で開閉切換
自在のガスバルブ26a、27a、29aを介設している。

かかる構成を具備してなる真空焼結炉で、まず炉内全
体の真空引きを行なうときは、排気弁16a、17a、18aを
全開にし、各真空排気口12、13、14から炉内を同時に排
気するようにする（18a→17a→16aの順に開いてもよ
い）。こうすれば、排気速度を上げ、炉内全域の真空分
布を均一にすることができる。

かくして、炉内を所定の真空度（10^-3mbar）にまで排
気すると、排気弁16aと18aとを閉じ、内側ボックス７と
外側ボックス８との間の排気空間11に位置する真空排気
口13から排気を続行しながらヒータ３に通電して、炉内
を昇温して行く。このとき、ガスバルブ29aを開いてガ
ス導入口28から減圧した不活性ガスを導入すると、前記
排気空間11には、内側ボックス７の隙間より処理物５か
ら発生する不純物ガスが、また外側ボックス８の隙間よ
り炉内に供給された不活性ガス等がそれぞれ通気路を介
して導入して来て、それらが真空排気口13より直接炉外
に排気されることになる。つまり、外側ボックス８の外
側にワックスベーパが流出して炉材を汚染することな
く、また炉材のアウトガスが処理物５と接触することも
なく処理することができる。なお、処理物５に特殊ガス
を反応させる場合には、ガスバルブ27aを開いてガス導
入口25から内側ボックス７内に特殊ガスを直接導入する
ようにすればよい。かくすれば、特殊ガスが不活性ガス
で希釈されることなく所定の供給濃度で処理物５と接触
させることができ、さらに有害な特殊ガスがヒーティン
グスペース４に拡散することも防止される。

このようにして必要な焼結工程を終了したら、炉内を
強制冷却して処理物５を急冷する冷却工程に移る。

このときには炉内に対する排気とガスの供給を停止し
て、ガスバルブ27aのみを開成させる。つまり、これに
よってガス導入口25から内側ボックス７内のワーキング
スペース６に冷却ガス（不活性ガス）が導入される。そ
して、冷却ガスの導入を開始した後、シリンダ10、10を
作動して、第２図に示すように、外側ボックス８の両側
扉8a、8aを断熱材２の扉2a、2aと一体に開放する。さら
に、この状態の下で適当なタイミングで冷却ファン21を
作動ONにする。

すると、第２図中、ガスの流れを矢印で示すように、
ガス導入口25から内側ボックス７の内部に導入された冷
却ガスは、その隙間から順次外側にオーバーフローして
行き、さらに両側扉8a、8aを開放した外側ボックス８の
一方の開口部から吸い出されて炉内空間に拡散して行
く。こうして炉内空間に拡散し、その内部で加圧域にま
で充満される冷却ガスは、冷却ファン21により炉内空間
で送風される。そして、冷却ファン21で送風される冷却
ガスは、その吸込み側の熱交換器24で冷却されるととも
に、風板23に案内されて炉内空間を反対側に迂回し、他
方の開口部に送給される。そして、内側ボックス７を包
囲する円筒状の外側ボックス８内を流通して、処理物５
を、該処理物５を収納する内側ボックス７の外側から強
制冷却する。

従って、かかる強制冷却段階では、内側ボックス７内
の処理物５には、ガス導入口25から直接導入されて外部
にオーバーフローして行くフレッシュ冷却ガスによる強
制冷却と、冷却ファン21により炉内空間を送風される冷
却ガスとにより強制冷却とが同時に働くものとなるから
大きな冷却速度を得ることができる。そして、内側ボッ
クス７に収納されている処理物５は、冷却ファン21によ
る送風を直接受けないので、その風圧や風速を大きくし
ても、従来のように処理物５が変動するおそれはない
し、また内側ボックス７内は絶えず導入されるフレッシ
ュ冷却ガス（クリーンな不活性ガス）の雰囲気下におか
れるので、従来のように炉内を還流した不純物ガスを含
む冷却ガスと接触し、処理物（焼結品）５が品質低下す
る心配も除かれる。

このように本真空焼結炉にあっては、焼結工程後の処
理物の強制冷却作業をより好ましい条件で円滑に実施す
ることができる。

なお、二重ボックス構造を採用する場合の他の利点と
して、内側ボックス７内の温度分布を均一化し、処理物
５を均一加熱できることがある。

［発明の効果］以上のように、本発明の真空焼結炉を利用すれば、焼
結後に処理物を強制冷却する際に、その冷却速度を確保
しながら、冷却ファンの送風によって処理物が変動し易
い問題と、送風冷却ガスとの接触によって処理物が汚染
される問題とを的確に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す真空焼結炉の断面概要
図である。第２図はその作動を示す要部の断面概要図で
ある。１……炉殻２……断熱材３……ヒータ４……ヒーティングスペース５……処理物６……ワーキングスペース７……内側ボックス 7a……扉８……外側ボックス 8a……扉９……シリンダ 10……シリンダ 11……排気空間 21……冷却ファン 25……ガス導入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉内に、処理物を収納する内側ボックス
と、この内側ボックスを包囲し両側に開閉可能な扉を備
える外側ボックスと、冷却ファンとを配置し、前記内側
ボックスの内側に冷却ガスを導入するガス導入口を設け
たものであって、両ボックスには内外での圧力差排気を
実現する通気路がそれぞれ形成され、冷却ファンは外側
ボックスの一方の扉に形成される開口部から吸い出した
ガスを他方の扉に形成される開口部に向かって送風し得
る位置に配設されていることを特徴とする真空焼結炉。