JPS5845304A - 連続真空焼結炉 - 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】 本発明は、鉄系焼結部品の真空焼結にあたり、生産性に
優れ、しがも焼結温度の精度を上げるごとにより、焼結
後の製品の寸法精゛度を良くすることを特徴とする連続
真空焼結炉に関するものである。

鉄系焼結部品の焼結雰囲気としては、一般にブタン等の
変成ガス、アンモニア分解ガス、Ｎ１ガスあるいはＨ，
ガスが用いられているが、易酸化性のＣ「等の元素を含
む品物は、−ガスを除いて他の雰囲気では還元力が弱い
ため、品物が酸化しやすいという問題があった。

一方Ｈ１ガスの場合には、露点を低く管理すれば品物の
酸化は防げるが、他のガスに比べＨユガスのコストが高
くつくという問題がある。

その点真空焼結は還元性が優れ、しかもガスを使用しな
いので、エネルギー的にも非常に便利な方法である。

しかしながら、従来の真空炉はバッチ式であるため、製
品を炉に挿入してから昇温−焼結温度での一定時間保持
一冷却という過程をふみ、発熱体が大気にふれても劣化
しない温度まで低下しないと、炉のフ★を開けて製品を
取り出せないという問題があることから、サイクル時間
が長く、通常＋−，１時間を要していた。このため大量
生産を必要とするような鉄系焼結機械部品には対処しに
くいという問題があり、対処できたとしても製品ｌケ当
りの処理時間が長くなるということ−から、コストが高
くつくという問題があった。

これを解消する手段として、最近連続的に処理できる連
続焼結炉が実用化されているが、発熱体配置が側壁のみ
の２面構造であるため、炉内の温度バラツキが約２０６
０あり、そのため焼結後の品物の寸法バラツキが大きく
なるという問題がある。

それに加えて、炉内におけるポート処理が３〜ｌケース
となっているため、ｌボート焼結室に挿入する毎に、Ｎ
、Ｌガスを導入して大気圧にしてから、焼結室と予備室
の中間扉を開ける構造となっており、真空雰囲気がその
都度中断され、連続して雰囲気制御ができないという問
題を有している。これらの問題点を解消するために考え
出されたのが本発明による連続真空焼結炉である。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の焼結炉（以下本焼結炉と略す）の概略
を示したもので、１は脱ガス室で操業時はｊＯＯ〜７０
００Ｃの温度で保持されている。こ＼で脱ガス室１を設
けた理由は、第１に中央の焼結室２に品物を挿入する際
に、焼結室の発熱体１１が大気にさらされて劣化するこ
とを防ぐための予備室的な役目を果すこと、第２には真
空焼結室２で脱ガスを行うことは、成形体から出て来た
潤滑材が炉壁および真空ポンプ１３内に一部付着し、雰
囲気の汚れ更にはポンプの性能低下をきたすため、前も
って脱ガスを行う方が望ましい辷と、第３には脱ガス室
１と焼結ｉ２とを連続化することにより、脱ガス時に加
熱された予熱を焼結時に有効に生かせるため、焼結時の
加熱に要するエネルギーがその分節約できるという点で
ある。第゛１表は焼結炉がバッチ式で脱ガスを別の炉で
行うという従来の方法と本焼結かでの加熱に要する電力
エネルギーを比較したもので、いずれも鉄系部品乙Ｏｋ
ｇを加熱した場合の数値である。これによって本焼結炉
がエネルギーの節約という点でも、従来の方法に比べ優
れていることが判る。

第　　／　　表 脱ガス−焼結に至る製品加熱に 要する電力エネルギー は、ｊＯＱ０Ｃ以下では成形体中に分散している潤滑材
の飛散が不十分であり、減圧あるいは真空雰囲気におけ
る焼結時に残っていた潤滑材が出てくるため、焼結雰囲
気の制御に悪影響を及ぼすという問題があること、一方
７０００Ｃに達すると潤滑材は１、■く 殆ど抜けており、それ以上温度を上げても効果は変らな
いからである。

次に脱ガスの雰囲気ガスについて述べる。

る。雰囲気ガスとしてはＮ１ガス、アンモニア分解ガス
、Ｈよガス等非酸化性ガスであれば何でもキいが、成形
体から出て来る潤滑材は白煙となるので、出来ればアン
モニア分解ガス、ＨＪガス等の燃焼性ガスを使用して白
煙を燃やして炉外に排出させる方が環境対策の点で望ま
しい。

以上が本発明で雰囲気ガスとして燃焼性ガスを用いる理
由である。但し、アンモニア分解ガス（Ｎ□＋３Ｈ２）
にＮユガスを混合して使用する場合には、混合後におい
てＨＪガスの占める体積比が２ｊ％以上となる様にＮ１
ガス混合量を制限する必要がある。

その理由はＮ１ガスの体積比カイ２ｊ％以下になると混
合ガスとしては不燃性となり、潤滑材を燃焼させること
が出来な（なるからである。

具体的にはＮ２ガスを混合する際、その混合量は全体に
占める体積比で６６％以下であることが必要である。　
　　　□ 以上アンモニア分解ガスとＮ２ガスとの混合ガスについ
て述べたが、混合ガスは最終的に−はＮ２ガスとＨユガ
スから成るので、アンモニア分解ガスの代りにＮ１ガス
を用い、ＨＪＬガスとＮＡガスの混合ガスを用いること
も可能である。この場合も当然ながらＨＪガス量は体積
比で８％以上必要である。

ボートの挿４人であるが、挿入は入口の扉４を開けて外
部のローダ−を用いて脱ガス室１のボート２１の位置に
セットする。扉４を開ける際には上部の排気口８をフタ
９によって閉じておくと共に、炉内圧は／気圧をや＼上
回る程度にして大気からエアーをまき込まないようにす
る。ボート２１がセットされた後は扉４を閉めて排気口
８のフタ９を。

開けて排気口８から潤棒君をガスと共に燃焼させながら
排出させる。脱ガス室に保持する時間は次工程の焼結時
間によって決定されるが、潤滑材を十分に飛散させると
いう点からは少なくとも３０分以上が望ましい。

次に焼結室への移動であるが、移動の前に先ず焼結室内
にガス導入回路１９．電磁弁１６からＮ２ガスあるいは
Ａｒガスを導入し、炉内圧を脱ガス室と同等か若干上ま
わる程度にし４、この状態で中間扉５を開ける。次に脱
ガス室内下部にセットされたローダ−を用いてボートを
焼結室内に移動させ、セットが終ると中間扉５を閉め、
ガス導入を止め、電磁弁１４を開にし、真空ポンプ１６
で炉内を真空にする。この間の所要時間はできる限り短
時間であることが望ましいので、ガス導入回路１９から
のガス流量を多くなるようにし、真空ポンプの排気能力
も高くじて、大体１分以内で移動完了できるようにする
ことが望ましい。

脱ガス室１から焼結室２ヘボート２１．を移動させる別
の方法として、脱ガス室に真空ポンプ１３′、電磁弁１
４′による排気回路を設け、脱ガス終了後、排気−ｔ１
８の一フタを閉じ、ｉ榛ボゾプ１６′で炉内を真空にし
、焼結室も真空にした状態で中間扉５を開け、ボート２
１を移動させることも可能である。この場合、焼結室の
ガス導入回路１９および電磁弁１６は不要となる。

次に焼結室の発熱体の構造について述べる。

従来の焼結炉は発熱体の配置が側面の２面に限られてい
るため、炉内の温度バラツキが大きく、ボ−トの中央部
に比べてボートの上部および下部は温度が低い傾向にあ
り、通常温度中で２００Ｃ位あり、そのため焼結体の寸
法バラツキも大きくなるという問題があった。そこで本
焼結体では温度精度を上げるため、第３図に示すような
発熱体の構造をとること＼した。第３図でカーボン発熱
体６１（前部）、３２（中央部）、３３（後部）はｔ面
構造をなしており、それぞれ別個に電流回路３５および
電源３６によって加熱される。ようになっている。温度
制御は熱電対３４によって温度を検知し、マイコン３８
およびフィードバック回路６７によって、所定の温度あ
るいは昇温速度を維持できるように、発熱体６１゜３２
．３３に加える電４カを調整することにより達成する。

すなわち、上下方向の温度バラツキは上下面の発熱体に
よって低く抑え、前後方向のバラツキは発熱体を３ゾー
ンに分割制御することによって低く抑えることができ、
極めて高い温度精度が得られることが可能となった。第
２表は／２０００Ｃの温度における炉内の温度バラツキ
を示したものである。

第　２　表　　炉内温度バラツキ 次に焼結室における品物の保持時間について述べる。脱
ガス室で乙０Ｏ０Ｃに加熱された品物を／２０００Ｃで
焼結する場合を例にとると、昇温速度を２００Ｃ／分と
すれば、約３０分で焼結温度に達する。ここで焼結温度
での保持時間を３０分とすれば、結局焼結室での保持時
間は１０分となる。保持時間については昇温速度、焼結
温度、焼結温度での保持時間の設定によって適宜変更が
可能である。

最後に、焼結された品物の冷却室への移動であるが、こ
の場合、冷却室も真空ポンプによって炉内を真空にし、
その時点で中間扉６を開け、冷却室に設けられたローグ
ーによって焼結室内のボートを取り出して冷却室にセッ
トする。セット終了後直ちに中間扉６を閉じ、ガス導入
回路２０．電磁弁１７により冷却ガスを炉内圧７００〜
７乙ＱＴｏｒｒに達するまで導入する。この時冷却速度
を早めたい場合には、冷却ガスを導入した後、ファン１
２をまわしてガスファン強制冷却を実施する。あるいは
また更に冷却速度を早めたい場合には、セットされたボ
ートをエレベータ−によって、冷却室下部の油槽２２に
下げ油焼入れを実施する。油焼入れが終ればエレベータ
−によって元の位置に上昇させ油切りを行う。冷却が終
れば炉内圧を大気圧とした後、出口の扉７を開は外部ロ
ーグーによって炉、内のボートを外へ出す。

上述のよう″なサイクルによって、品物の脱ガス。

焼結および冷却を連続的に実施するのである。た（シ、
実際に連続的に操業する場合には、ボートの移動先を先
ず空にしておくという必要から゛、先ず冷却室のボート
を外へ、次に焼結室のボートを冷却室へ、その次に脱ガ
ス室のボートを焼結室へと順次後のボートから先に移動
させることが必要である。

最後に、乙Ｏｋｇの製品を脱ガス、焼結および冷却させ
るのに要する・時間について、従来のバッチ式の炉と本
発明の焼結炉で行った比較結果を第３表に示す。第３表
より、本焼結炉の生産性がバッチ式の従来炉に比べ、格
段に優れていることが明らかである。

第　３　表　脱ガス、焼結に要する時間いずれもボート
６０ｋｇ処理の場合 ※バッチ式の場合、ガスファン冷却を 用いても、カーボン発熱体が大気に ふれても劣化しない低温になるまで に時間がか＼る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の連続真空焼結炉の実施例概略説明図、
第２図は脱ガス−焼結に至る製品加熱に要する電力エネ
ルギーの温度パターン図で（イ）は従来の方法によるも
の、（ロ）は本焼結炉によるもの。 第３図は本焼結炉の温度精度を上げるための発熱体の構
造を示すものである。 １・・・脱ガス室、２・・・焼結室、３・・・冷却室、
４・・・入凸扉、５，６・・・中間扉、７・・・出口扉
、８・・・潤滑材とガスの排気口、９・・・排気口フタ
、１０・・・断熱材、１１・・・発熱体、１２・・・冷
却用ファン１．１３，１３’・・・真空ボ、ンプ、１４
　、１４’、　１５　、　ｊ６．１７・・・電磁弁、１
８，１９，２０・・・ガス導入回路、２１・・・ボート
、２２・・・油槽、３１，３２゜６６・・・カーボン発
熱体、６４・・・熱電対、６５・・・発熱体加熱用電源
回路、３６・・・発熱体室゛源、３７・・・フィードバ
ック回路（温度制御、電力制御信号回路）、６８・・・
マイコン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　粉末冶金法によって成形された成形体を、真空雰
   囲気中で焼結させる焼結炉で（その構造が）成形時の金
   型潤滑を目的として、原料粉末中に添加混合された潤滑
   材を加熱して成形体から飛散させる脱ガス室と、脱ガス
   された成形体を真空雰囲気中で焼結させる焼結室および
   焼結された製品を非酸化性雰囲気ガス中で冷却させる冷
   却室からなり、品物挿入側から脱ガス室→焼結室→冷却
   室の順に連続して配置され、各室の間には中間扉を設け
   ることにより、各々独立して気密性を保つことが出来る
   構造を有し、各室の処理量を製品を充填したボートでｌ
   ケースと限定することにより、焼結時の温度およびｆｆ
   ［気の制御が容易でしかも精度が良くなるようにしたこ
   とを特徴とする連続真空焼結炉。 ２、脱ガス室、焼結室および冷却室の各室における処理
   時間を同一とし、処理終了毎に中間扉を開はボートを次
   の室にローダ−を用いて移動させ、その順序としては、
   （１）冷却室のボートを外へ、（２）焼結室のボートを
   冷却室へ、（３）脱ガス室のボートを焼結室へ、（４）
   処理前のボートを脱ガス室へと続けて送り、一定時間毎
   にｌボート炉から出て来ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の連続真空焼結炉。 ３、脱ガス室での加熱温度をｊＯＯ〜７０００Ｃとし、
   雰囲気ガスとして燃焼性ガスであるＨＬガス。 アンモニア分解ガス、あるいはアンモニア分解ガスにＮ
   Ｊガスを混合し、体積比でＨよガスが２ｊ％以上となる
   様なアンモニア分解ガスとＮ１ガスの混合ガスを用い、
   成形体から分解して出て来た潤滑材を燃焼させながら排
   出させることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の連続真空焼結炉。 ４、焼結室における発熱体の配置を上下面および左右の
   側壁の四面とすると共に、ボート移動方向に発熱体を３
   分割し、それぞれ別個に温度制御が出来るようにするこ
   とにより、少なくとも炉内でボートが占める体積範囲の
   温度バラツキが６°Ｃ′以内であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の連続真
   空焼結炉。 ５、冷却室において焼結後の品物を冷却するにあたり、
   炉内にＮユガスあるいはＨｊＬガスを導入することによ
   るガス冷却、もしくは冷却室に少なくとも７台以上のフ
   ァンを取りつけることにより、ＮＪガスあるいはＨ！ガ
   ス中での強制ファン冷却が出来ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項９竿２項、第３項または第１項記載の
   連続真空焼結炉。 ６、冷却室下部に油槽を設け、焼結室から出て来た製品
   をエレベータ−によって油槽に下げることにより、油焼
   入れが出来ることを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項、第３項、第１項または第５項記載の連続真室焼
   結炉。