JPH09229561A - 横型加圧焼結炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内側にヒータエレメントを周設した断熱層胴
部の外周と高圧容器との間にガス流通路として設けた空
間に、その断熱層胴部内側に周設したヒータエレメント
よって加熱された内部の加圧ガスが該断熱層胴部から直
接的に漏れることを防いで、該空間で形成される循環対
流を低く抑制でき、よって、比較的高圧な加圧ガスを用
いる加圧焼結工程においても、高圧容器のオーバーヒー
ト、加熱電力の異常消費および炉内均熱性の低下を防止
できる横型加圧焼結炉を提供する。 【解決手段】 高圧容器(1) 内に配された断熱層(3) の
胴部(3a)内側に周設したヒータエレメント(4) に給電す
るための電極部(5) を、断熱層(3) の後部蓋(3c)および
高圧容器(1) の後蓋(1c)を貫通させて設けると共に、そ
の断熱層(3) の後部蓋(3c)を高圧容器(1) の後蓋(1c)に
密着させて配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末、セラミ
ックス粉末等からなる成形体を加圧ガス雰囲気下で焼結
する横型加圧焼結炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末、セラミックス粉末およびその
混合粉末等からなる成形体を焼結する焼結炉には種々あ
るが、加圧ガス雰囲気下で焼結する横型加圧焼結炉は、
その代表１例の概要構成を示す図面である〔図２〕に示
すように、真空焼結炉と基本的に同様な構造とされてい
る。

【０００３】〔図２〕（同 (a)図は正断面図、 (b)図は
(a)図のＡ−Ａ断面図）に示す横型加圧焼結炉は、外周
に冷却ジャケット(22)を設けた筒状の容器本体(21a) の
前後開口部を、開閉自由な前蓋(21b）と後蓋(21c) とで
気密に閉塞してなる高圧容器(21)と、この高圧容器(21)
の容器本体(21a) の内側に所定間隔おいて同芯に配置さ
れた筒状の胴部(23a) および該胴部(23a) の前後開口部
に配された前・後部蓋(23b),(23c) を有してなる断熱層
(23)と、この断熱層(23)の胴部(23a) の内側に周設され
た抵抗加熱式のヒータエレメント(24)と、このヒータエ
レメント(24)に囲撓される高圧容器(21)の中央部に配置
され、その内部に処理品(M) を収容する筒状の処理品ケ
ース(27)とを備えてなる。

【０００４】また、高圧容器(21)の容器本体(21a) に設
けた給排気口(21d) が、ここでは図示を省略した排気装
置および加圧ガス供給装置に接続されており、それら排
気装置および加圧ガス供給装置により、該高圧容器(21)
内の真空排気および加圧ガスの導入を行うものとされて
いる。また、断熱層(23)および処理品ケース(27)内は、
小さなガス通路ないしは構成部材間の隙間によって高圧
容器(21)内に連通しており、真空排気および加圧ガスの
導入時における圧力は同一となる。また、処理品ケース
(27)と断熱層(23)の胴部(23a) は、該胴部(23a) を貫通
すると共に各ヒータエレメント(24)間の間隔を通して容
器本体(21a) の下側内壁上に立設した複数の支柱(28)に
よって支持されている。

【０００５】一方、外部の入力制御装置からのヒータエ
レメント(24)への給電は、その外側の断熱層(23)の胴部
(23a) および容器本体(21a) を貫通して配された電極部
(25)を通じて行われる。また通常、断熱層(23)の構成材
料としては炭素系のものが使用されるので、その胴部(2
3a) を貫通する電極部(25)の電極棒(25a) との間にはス
リーブ状の絶縁碍子(26)を配置して電気絶縁を行ってい
る。また、電極部(25)は、 (b)図に示すように、高圧容
器(21)の水平軸芯に対して直角な方向に放射状をなして
配置されており、周方向で複数ゾーンに区分して配され
た各ヒータエレメント(24)は、これら電極部(25)の電極
棒(25a) により支持されている。

【０００６】この横型加圧焼結炉は、高圧容器(21)内を
真空排気して、処理品ケース(27)内に収容した処理品
(M) を、高温、真空下で焼結する真空焼結工程に続い
て、焼結を促進させる水素ガス等を 10MPa前後に加圧し
て高圧容器(21)内に導入し、高温、高圧な加圧ガス雰囲
気下で熱処理する加圧焼結工程を加えることで、均質で
緻密な組織の焼結体を得ることができる。また、この横
型加圧焼結炉は、加圧ガスを導入せずに真空焼結工程の
みによる焼結や、真空焼結工程と低圧ガス雰囲気焼結工
程とによる焼結なども行えて、その適用範囲が広いとい
う利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の横型加圧焼結炉では、ヒータエレメント(24)への給
電のための電極部(25)が、断熱層(23)の胴部(23a) を複
数貫通し、また、各貫通部における電極棒(25a) 上には
絶縁碍子(26)が外挿されているが、これら電極棒(25a)
と絶縁碍子(26)とは、熱変形挙動および熱膨張に差異が
あるため、両者間を完全にガスシールすることが非常に
難しく、実質的に不可能に近い。そのため、加圧焼結工
程において、断熱層(23)の内部で加熱された高温な加圧
ガスが、その胴部(23a) の上側に位置する電極棒(25a)
貫通部から漏れて高圧容器(21)の内面に達し、そこで冷
却されて該胴部(23a) の下側に位置する電極棒(25a) 貫
通部から再度内側に流れ込む対流熱放散のルートが形成
され、高圧容器(21)上側内面での偏ったオーバーヒー
ト、加熱電力の異常消費および炉内均熱性の低下を引き
起こす。

【０００８】そして、その際の対流熱放散は、加圧ガス
の圧力が約1MPa以下ではガス密度が比較的低くて熱容量
も小さいため大きな問題とならないが、それ以上では圧
力の増大に比例して顕著となる。また、その対流熱放散
ルートは、断熱層(23)の胴部(23a) 外周と高圧容器(21)
との間にガス流通可能な空間が存在するために循環対流
として容易に形成され、しかも、この空間は胴部(23a)
の全長に渡る外周に存在するために、循環対流が発生し
た場合には、その熱的および炉内均熱性の劣化は炉全体
に影響を及ぼす、しかし、この断熱層(23)の胴部(23a)
外周の空間は、高圧容器(21)内の真空排気および加圧ガ
ス導入のためのガス流通路として使用されるため、全体
的に狭窄したり部分的に閉塞したりすると、真空排気や
ガス導入が円滑に達成し難くなって処理効率を大幅に低
下させる。従って、処理効率を高く維持する一方で、1M
Pa以上の比較的高圧な加圧ガスを用いる加圧焼結工程に
おいても、高圧容器のオーバーヒート、加熱電力の異常
消費および炉内均熱性の低下を防止するには、高圧容器
と断熱層の胴部外周との間にガス流通路として設けた空
間に、内部で加熱された加圧ガスが断熱層胴部から直接
的に漏れることを防いで、該空間に形成される循環対流
を低く抑制できる構成とする必要がある。

【０００９】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、ガス流通路として高圧容器と断
熱層の胴部外周との間に設けた空間に、内部で加熱され
た加圧ガスが断熱層胴部から直接的に漏れることを防い
で、該空間で形成される循環対流を低く抑制でき、よっ
て、比較的高圧な加圧ガスを用いる加圧焼結工程におい
ても、高圧容器のオーバーヒート、加熱電力の異常消費
および炉内均熱性の低下を防止できる横型加圧焼結炉を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成とされている。すなわち、本
発明に係る横型加圧焼結炉は、水平方向に配された筒状
の容器本体の前後開口部を前・後蓋で気密に閉塞してな
る高圧容器と、この高圧容器の容器本体の内側に所定間
隔おいて同芯に配置された筒状の胴部および該胴部の前
後開口部に配された前・後部蓋を有してなる断熱層と、
この断熱層の胴部内側に周設されたヒータエレメント
と、前記断熱層および高圧容器を貫通してヒータエレメ
ントに接続された電極部と、前記ヒータエレメントに囲
撓された高圧容器の中央部に配置され、その内部に処理
品を収容する筒状の処理品ケースとを備えてなる横型加
圧焼結炉において、前記電極部が断熱層の後部蓋および
高圧容器の後蓋を貫通して設けられていることを特徴と
する。

【００１１】上記本発明の横型加圧焼結炉では、前後開
口部に前・後部蓋を配した断熱層の筒状の胴部を、水平
方向に配された高圧容器の容器本体内側に所定間隔おい
て同芯に配置すると共に、この断熱層の内側に周設され
たヒータエレメントに給電するための電極部を、断熱層
の後部蓋および高圧容器の後蓋を貫通して設けているの
で、この断熱層の胴部外周と高圧容器との間に真空排気
および加圧ガス導入に際するガス流通路としての空間を
確保する一方、加圧焼結工程に際して、内部で加熱され
た加圧ガスが、断熱層の胴部から直接的に漏れることを
防止できる。更に、この断熱層の後部蓋と高圧容器の後
蓋とを密着ないしは相互間の間隙を最小限に限定するこ
とで、内部で加熱された加圧ガスが、断熱層の後部蓋の
貫通部から漏れることを抑制でき、また、例え該後部蓋
の貫通部から加圧ガスの漏れが生じた場合でも、断熱層
の胴部の複数部位から直接的に漏れる従来技術のものと
比べて、熱量的にも低く抑えられ、かつ、その影響は断
熱層の後部蓋周辺の局部に限定されるため、該断熱層の
胴部外周の空間に形成される循環対流を低く抑制でき、
よって、高圧容器のオーバーヒート、加熱電力の異常消
費および炉内均熱性の低下を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。〔図１〕は、本発明に係る横型加
圧焼結炉の１実施形態の概要構成を示す断面図面であっ
て、 (a)図は正断面図、 (b)図は (a)図のＡ−Ａ断面図
である。

【００１３】〔図１〕において、(1) は高圧容器であっ
て、この高圧容器(1) は、筒状の容器本体(1a)の前後開
口部を、開閉自由な前蓋(1b)と、着脱可能な後蓋(1c)と
で気密に閉塞してなる耐圧容器とされている。また、容
器本体(1a)の外周には冷却ジャケット(2) を周設すると
共に、ここでは図示を省略した排気装置および加圧ガス
供給装置に接続させた給排気口(1d)を設けており、それ
ら排気装置および加圧ガス供給装置により、該高圧容器
(1) 内の真空排気および加圧ガスの導入を行うものとさ
れている。

【００１４】(3) は断熱層であって、この断熱層(3)
は、炭素系断熱材からなり、高圧容器(1) の容器本体(1
a)の内側に所定間隔おいて同芯に配置された筒状の胴部
(3a)と、該胴部(3a)の前後開口部に配された開閉自由な
前部蓋(3b)と、後部蓋(3c)とを備えてなる。また、その
後部蓋(3c)は高圧容器(1) の後蓋(1c)に密着して配され
ている。また、この断熱層(3) 内は、ここでは図示を省
略した小さなガス通路ないしは構成部材間の隙間によっ
て高圧容器(1) 内に連通されている。

【００１５】(4) はヒータエレメントであって、このヒ
ータエレメント(4) は、抵抗加熱式のもので、断熱層
(3) の胴部(3a)の内側に、周方向に所定間隔をおいて配
列されると共に、周方向で４つの制御ゾーンに区分して
周設されている。一方、外部の入力制御装置から各制御
ゾーンのヒータエレメント(4) に給電するための電極部
(5) は、断熱層(3) の後部蓋(3c)および高圧容器(2) の
後蓋(2c)を、ヒータエレメント(4) の周設円に沿うと共
に、各制御ゾーンに対応する部位で貫通して水平方向に
設けられている。また、各電極部(5) は、高圧容器(2)
の後蓋(2c)を貫通して突出させた後端部に、シール部材
(10)を介装して、高圧容器(2) との間をガスシールする
と共に、断熱層(3) の後部蓋(3c)を貫通させた電極棒(5
a)上にスリーブ状の絶縁碍子(6) を配して、導電性を有
する断熱層(3) との間を電気絶縁した上で、その前端部
を各制御ゾーンのヒータエレメント(4) に接続させてい
る。

【００１６】(7) は処理品ケースであって、この処理品
ケース(7) は、前部に開閉蓋(7a)を有する筒状容器で、
ヒータエレメント(4) の囲撓される高圧容器(1) の中央
部に配置され、その内部に処理品(M) を収容するものと
されている。また、この処理品ケース(7) 内は、ここで
は図示を省略した小さなガス通路ないしは構成部材間の
隙間によって断熱層(3) 内に連通されている。

【００１７】また、処理品ケース(7) および断熱層(3)
の胴部(3a)は、該胴部(3a)を貫通すると共に、下部のヒ
ータエレメント(4) 間の間隔を通して容器本体(1a)の下
側内壁上に立設した複数の支柱(8) によって支持されて
いる。一方、各制御ゾーンのヒータエレメント(4) は、
それぞれの前後部の内側に配した絶縁支持部材(9) を介
して、内方の処理品ケース(7) に支持されている。

【００１８】上記構成の本実施例の横型加圧焼結炉で
は、まず高圧容器(1) 内を真空排気して、処理品ケース
(7) 内に装入した処理品(M) を、高温、真空下で焼結す
る真空焼結工程を行い、続いて、焼結を促進させる水素
ガス等を 10MPa前後に加圧して高圧容器(1) 内に導入
し、高温、高圧な加圧ガス雰囲気下で熱処理する加圧焼
結工程を行うことで、均質で緻密な組織の焼結体を得る
ことができる。ここで、本実施例では、断熱層(3) 内側
に配したヒータエレメント(4) に給電するための電極部
(5) の電極棒(5a)を、該断熱層(3) の後部蓋(3c)および
高圧容器(1) の後蓋(2c)を貫通して設けており、前記従
来技術のように断熱層胴部の複数部位で貫通させていな
いので、この断熱層(3) の胴部(3a)外周と高圧容器(1)
との間に真空排気および加圧ガス導入に際するガス流通
路としての空間を確保する一方、加圧焼結工程に際し
て、内部で加熱された加圧ガスが、該断熱層(3) の胴部
(3a)から直接的に漏れることを防止できる。更に、その
断熱層(3) の後部蓋(3c)を高圧容器(1) の後蓋(2c)に密
着させているので、内部で加熱された加圧ガスが、該後
部蓋(3c)の電極棒(5a)貫通部から漏れることを抑制で
き、また、例えこの後部蓋(3c)の貫通部から加圧ガスの
漏れが生じた場合でも、断熱層の胴部の複数部位から直
接的に漏れる従来技術のものと比べて、量的にも低く抑
えられ、しかも、その影響は後部蓋(3c)周辺の局部に限
定されるため、該断熱層(3) の胴部(3a)外周の空間に形
成される循環対流を低く抑制することができる。従っ
て、真空排気および加圧ガス導入を円滑なものとして処
理効率を高く維持する一方、比較的高圧な加圧ガスを用
いる加圧焼結工程においても、高圧容器のオーバーヒー
ト、加熱電力の異常消費および炉内均熱性の低下を防止
できる。

【００１９】なお、上記実施例では、断熱層は、図示省
略の小さなガス通路ないしは構成部材間の隙間によって
内外を連通させたものとしたが、これは１例であって、
例えば、高圧容器の前蓋に設けたシリンダ装置等にて、
断熱層の前部蓋を外部から開閉可能とし、その前部蓋を
開放することで真空排気や加圧ガス導入に際する内外の
ガス流通をより円滑なものとして処理効率を高める構成
とされも良い。また、ヒータエレメントは、周方向で４
つの制御ゾーンに区分して周設したが、これは内部の処
理品(M) を所期の温度に均等に制御加熱できれば、単一
ゾーンないしは４つ以外の複数ゾーンに区分されていも
良いことは言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る横型
加圧焼結炉では、ガス流通路として高圧容器と断熱層の
胴部外周との間に設けた空間に、内部で加熱された加圧
ガスが断熱層胴部から直接的に漏れることを防いで、該
空間で形成される循環対流を低く抑制でき、よって、比
較的高圧な加圧ガスを用いる加圧焼結工程においても、
高圧容器のオーバーヒート、加熱電力の異常消費および
炉内均熱性の低下を防止できて、安定かつ効率の良い処
理を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の横型加圧焼結炉の１実施形態の概要構
成を示す図面であって、 (a)図は正断面図、 (b)図は
(a)図のＡ−Ａ断面図である。

【図２】従来の横型加圧焼結炉の代表１例の概要構成を
示す図面であって、 (a)図は正断面図、 (b)図は (a)図
のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

(1) --高圧容器 (1a)--容器本体 (1b)--前蓋 (1c)--後蓋 (1d)--後蓋 (2) --冷却ジャ
ケット (3) --断熱層 (3a)--胴部 (3b)--前部蓋 (3c)--後部蓋 (4) --ヒータエレメント (5) --電極部 (5a)--電極棒 (6) --絶縁碍子 (7) --処理品ケース (7a)--開閉蓋 (8) --支柱 (9) --絶縁支持
部材 (10)--シール部材 (M) --処理品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に配された筒状の容器本体の前
   後開口部を前・後蓋で気密に閉塞してなる高圧容器と、
   この高圧容器の容器本体の内側に所定間隔おいて同芯に
   配置された筒状の胴部および該胴部の前後開口部に配さ
   れた前・後部蓋を有してなる断熱層と、この断熱層の胴
   部内側に周設されたヒータエレメントと、前記断熱層お
   よび高圧容器を貫通してヒータエレメントに接続された
   電極部と、前記ヒータエレメントに囲撓された高圧容器
   の中央部に配置され、その内部に処理品を収容する筒状
   の処理品ケースとを備えてなる横型加圧焼結炉におい
   て、前記電極部が断熱層の後部蓋および高圧容器の後蓋
   を貫通して設けられていることを特徴とする横型加圧焼
   結炉。