(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉体の圧縮成形工程に先立って金属粉体を予熱する方法であって、
前記粉体が一時的に多数の本質的に分離された部分流に分割され、該部分流が重力により推進され、それぞれに入口と出口とを有し、それぞれ独立に１つの同じ所定の出口温度（Ｔout）にまで加熱され、ついで、合流されて加熱された粉体の共通流出流れ（３３）を形成し、前記部分流は、部分流の合流前に各部分流の実質的に全断面にわたって前記所定の出口温度（Ｔout）が得られるように加熱されること、および
前記部分流が、該部分流を画定する加熱面に前記粉体を接触させることによって加熱されることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記部分流の出口（２８ｂ）における前記加熱面（２７）の表面温度が、前記所定の出口温度（Ｔout）を越えないように制御されていることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記部分流の出口（２８ｂ）における前記加熱面（２７）の表面温度が、前記所定の出口温度（Ｔout）にほぼ等しくなるように制御されていることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の方法において、前記部分流の入口（２８ａ）における前記加熱面（２７）の表面温度が、前記所定の出口温度（Ｔout）を越えるように制御されていることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の方法において、前記部分流の入口（２８ａ）における前記加熱面（２７）の表面温度が、前記所定の出口温度（Ｔout）より低くなるように制御されていることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項６】
請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の方法において、前記加熱面（２７）が、部分流の流れ方向に次々に続く複数個の領域であって、部分流を加熱するために異なる電力を供給される領域に分割されていることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法において、前記流出流れ（３３）における加熱された粉体が、粉体を圧縮成形する型へと運ばれることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法において、前記所定の出口温度が５０〜２５０℃の範囲内にあることを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の方法において、前記粉体が金属粉体を含むことを特徴とする金属粉体予熱方法。
【請求項１０】
金属粉体の圧縮成形工程に先立って金属粉体を予熱するための装置にして、前記粉体の貯蔵容器（１０）と、該貯蔵容器（１０）からの粉体を受容し且つ加熱する加熱ユニット（２０）とを有する装置において、
前記加熱ユニット（２０）が、間に複数個の流路（２８）を画定する複数個の互いに隔置された加熱面（２７）を有し、前記複数個の流路（２８）のそれぞれが、前記貯蔵容器（１０）から粉体を受容する上部入口開口（２８ａ）と、加熱された粉体の部分流を排出する下部出口開口（２８ｂ）とを有し、該部分流は、前記粉体を前記加熱面（２７）に接触させることによって加熱されるようになっており、また前記加熱ユニット（２０）は、加熱された粉体の部分流を集合させる手段（２５）であって、それによって共通流出流れ（３３）を形成する手段（２５）を有することを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記部分流を制御する弁手段（２４）であって、前記流路（２８）の下部出口開口（２８ｂ）と、前記加熱された粉体の部分流を集合させる手段（２５）との間に配置される弁手段（２４）が、前記部分流の集合前に、前記各部分流の断面の実質的に全体にわたって所定の出口温度（Ｔout）が得られるように前記部分流を制御するようになっていることを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記弁手段（２４）が、前記流路（２８）の出口開口（２８ｂ）を覆って延びる弁部材（３０）であって、前記部分流を同時に制御するために部分流の横方向に往復可能である弁部材（３０）を有することを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載の装置において、前記加熱面（２７）が実質的に面平行であり、従って、前記貯蔵容器（１０）からの粉体が、前記流路（２８）内において実質的にシート状の部分流に分割されるようになっていることを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載の装置において、前記加熱面（２７）が互いに１〜３０ｍｍだけ隔置されていることを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４のまでいずれか１項に記載の装置において、前記加熱面を加熱する加熱ユニット（２０）が、前記流路（２８）から隔離され且つ前記加熱面（２７）に隣接して加熱面を覆うように配置された電気抵抗加熱要素を有していることを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置において、前記電気抵抗加熱要素は、前記加熱面（２７）が流れ方向に見てそれぞれ相違した電力を供給される複数個の領域に分割されるように、群をなして配置されていることを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の装置において、前記加熱面（２７）を加熱する加熱ユニット（２０）が、前記流路（２８）から隔離され且つ前記加熱面（２７）と熱接触して流れる加熱された流体を有することを特徴とする金属粉体予熱装置。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１７までのいずれか１項に記載の金属粉体予熱装置の使用方法であって、前記共通流出流れ内の加熱された粉体が、粉体を圧縮成形する型へと運ばれるようになっている金属粉体予熱装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は粉体を加熱する方法、特に、後続する凝集工程（ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ、すなわち圧縮成形）を考慮して金属粉体を加熱する方法と、該方法を実施する装置に関する。さらに、本発明は、後続する凝集工程を考慮して金属粉体を加熱する装置の使用にも関連している。
本発明は、専用ではないが、ほぼばらばらな未固化の粉体にして、次に粉体の塊へ凝集させる型へ供給される粉体を加熱するのに特に適している。本発明に内在する複雑な問題と、本装置の使用に関する以下の説明は、かかる予熱に焦点を当てられる。しかし、本発明が、一般に他の種類の粉体の加熱にも適用可能であり、粉体を後続する凝集工程を考慮して予熱すること以外の目的にも役にたつことも強調される。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
冶金学的粉体凝集において、金属粉体を凝集させ、次に、粉体内に存在する潤滑材を除去するために凝集された物体を加熱し、また該凝集物を焼結してより強固にすることはよく知られている。本目的のため、密接に固化された高い熱伝導度をもつ粉体により満足な加熱成果を与える放射熱炉が従来使用されてきた。
【０００３】
この分野で、例えばＥＰ−Ａ２−０５１６４６７から、充填前の型を予熱したり、および（または）型への供給前に粉体を加熱する等により、粉体凝集前に粉体を予熱することが知られている。本発明は特に、上記のように、粉体を凝集型に供給する前に粉体を予熱することに関する問題を解決することを目的にしている。
粉体は、加熱される粉体の種類、加熱操作の目的に応じて、多くの僅かに相違する方法で加熱され得る。
【０００４】
ほぼばらばらな未固化の金属粉体を加熱する場合には、粉体が互いの間の接触面積が比較的小さい粒子から成り、従って、粉体が多孔性であり相当程度の空気を含有しているために、粉体が絶縁材料として作用するという問題がある。例えば、ばらばらな未固化の粉体の密度は、緊密に固められた凝集体の密度の僅か１／３であり、すなわち、粉体は粒子の間の空所に２／３の空気を含有している。その結果、粒子間の熱伝達は困難である。かくて、未固化の粉体は凝集粉体に比較して低い熱伝導率を有している。
【０００５】
後続する凝集工程を考慮して金属粉体を加熱する場合、粉体の不均一な温度は凝集粉体の不均一な密度を招来するから、凝集前の粉体温度を均一にしておくことが重要である。
さらに、予熱の際、粉体を過熱しないことが大切である、何となれば、過熱は粉体を酸化させ、粉体を不均一にし、凝集粉体の密度を不均質にするからである。
さらに、加熱装置は過度に複雑であったり、嵩張ってはならず、現存の凝集装置と容易に組み合わせる必要がある。
後続する凝集工程を考慮しての金属粉体を予熱する従来の方法は、上記のＥＰ−Ａ２−０５１６４６７に記載されている。該ＥＰ明細書は、圧縮凝集（ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ、すなわち圧縮成形）を意図して、ポリマー被覆粉体を予熱し供給するシステムを開示している。粉体は加熱されつつ、供給スクリューを囲むハウジングの外側にハウジングに沿って置かれた螺旋状の加熱要素を備えた水平供給スクリュー内へ供給される。本システムは設計複雑で、可動部品が多く、運転上の混乱の危険があり、加えて、供給スクリューを回転させるエネルギーを必要とする。
【０００６】
【本発明の目的および目的を達成するための手段】
本発明の基本的目的は、均一な温度を得るように加熱するための、特に、凝集される金属粉体を均一に予熱するための、簡単にして信頼性のある方法を提供することである。
さらに、本発明の特殊な目的は、粉体が過熱されることを防止することである。
これらおよび他の目的は、粉体を一時的に、所定温度まで個別に加熱される部分流に分割することにより達成される。次に、該部分流が合流されて、加熱された粉体の共通流出流れを形成する。部分流は、部分流の合流前に各部分流のほぼ全断面にわたって均一な温度が得られるように加熱される。
【０００７】
かくて、本発明は、粉体、特に金属粉体を、後続する凝集工程を考慮して加熱する方法にして、粉体が一時的に多数の本質的に分離された多数の部分流に分割され、該部分流が重量により推進され、それぞれに入口と出口とを有し、それぞれ独立に１個の同じ出口温度まで加熱され、次に合流されて、加熱された粉体の共通流出流れを形成し、部分流が、部分流の合流前に各部分流のほぼ全断面にわって所定の出口温度が得られるように加熱されることを特徴とする方法を提供する。
【０００８】
さらに本発明は、後続する凝集工程を考慮して、粉体、特に金属粉体を予熱するため、粉体の貯蔵容器と、該貯蔵容器からの粉体を受容し加熱する加熱ユニットとを、既知の態様で備えた装置にして、加熱ユニットが、貯蔵容器から粉体を受容する上部入口開口と、加熱された粉体の流れの一部を排出する下部出口開口とをそれぞれに有する複数個の流路を画定する複数個の互いに隔置された加熱面と、加熱された粉体の部分流を集合させ、加熱された粉体の共通流出流れを形成させる手段とを有することを特徴とする装置を提供する。
【０００９】
本発明はまた、金属粉体を予熱するための本発明の装置の使用にして、予熱された粉体を共通流出流れとして、粉体を凝集させる型へと運ぶようになった使用に関する。
本発明の新規な顕著な特徴は、粉体が多数の分離された部分流に分割され、それにより、供給される熱が熱伝導率の低い多量の粉体を介して伝達される必要がないから、粉体内の全ての粒子が迅速に均一に加熱され得ることである。「分離された部分流」という表現は、ある程度互いに接触する、ほぼ分離された部分流をも包含して使用されている。
【００１０】
本発明の他の顕著な特徴は、部分流が合流される前に、全ての部分流が、所定の共通温度に均一に個別に加熱されることである。このことは、共通流出流れにおける温度の実質的等温度化が、部分流が温度粉体の低い熱伝導度のために不均一に加熱されることに左右されないのであるから、重要な特徴である。
【００１１】
【実施例】
本発明の他の顕著な特徴と利点とは、以下の記載と特許請求の範囲とから明らかになろう。
以下、本発明の実施例を付図を参照して詳細に説明する。
図１、図２に示した装置は、粉体貯蔵容器１０と、貯蔵容器からの金属粉体を受容し加熱するための、貯蔵容器１０の下方に置かれた加熱ユニット２０とを有している。さらに、図１は、加熱ユニット２０に関連した凝集装置４０（詳細には説明せず）の概略を示している。
貯蔵容器１０は、枠１１から吊り下げられており、該枠は、容器に対向する側に、垂直方向に分布された多数のレベルピン１２等を有し、該ピンが、上方に開いた溝１６を有する垂直方向に移動可能なブラケット１５を支持し、容器１０の外側から側方へ突出した懸吊軸１３を受容している。貯蔵容器１０の底は、煙突形の出口開口１４に開いている。
【００１２】
貯蔵容器１０の出口開口１４の真下に置かれた加熱ユニット２０は、端部が開放され、垂直に延びるケーシング２１を有し、該ケーシングは上端２２において貯蔵容器１０の出口開口１４を受容し取り囲み、下端２３において、以下詳細に説明するように、弁手段２４を介して排出手段２５に連結されている。
ケーシング２１の内部には、カバー２１のほぼ全体の高さにわたって垂直に延びる、互いに隔置された複数個の流体加熱要素２６が搭載されている。強調さるべきは、加熱要素２６の数が実際には、単に概要を示したに過ぎない実施例のそれとは相当相違していることである。加熱要素２６は実質的には互いに平行な板状の壁要素の形状を有している。互いに対向した加熱要素２６の表面は、複数個の垂直な板状の面平行の流路２８をその間に画定する加熱面２７を形成している。
【００１３】
好適には加熱面２７は、特に粉体材料、流体速度、加熱温度に対応して、１〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ互いに隔置されている。
各流路２８は、貯蔵容器１０からの金属粉体を受容する上部入口開口２８ａと、加熱された粉体の部分流を排出手段２５へと排出する下部出口開口２８ｂとを有している。加熱要素２６の上部水平縁２６ｃは、貯蔵容器１０からの粉体を下方へ、それぞれの流路２８へと導くために、尾根状にされている。
図１、図２に示した実施例において、加熱面２７が油のような流体を用いて加熱され、該流体は、加熱状態において加熱ユニット２０へ導かれ、各加熱要素２６の入口２６ａを通り供給され、加熱要素２６の内部流路（図示せず）に沿って流れ、出口２６ｂを通り排出される。入口２６ａと出口２６ｂとは、図２の実施例と比較されるように、互いに場所を変えてもよい。
【００１４】
流路２８内の部分流の流速を制御する弁手段２４は、頂部をケーシング２１に、底部を排出手段２５に連結されたケーシング２９と、ケーシング２９のほぼ全断面を覆って延びる弁部材３０とを有している。弁部材３０は、数において出口開口２８ｂに等しい多数の独立した流通開口３１を有し、２方向矢印Ｐで示す方向に、平行流を横切って、多くの平行流を同時に制御するために往復運動可能である。さらに、図１は、弁部材３０を横方向に移動させるのに適したピストン・シリンダ組立体３２を概略的に示している。
熱を他の方法で加熱面２７に供給することも可能である。例えば、加熱ユニットは、流路２８から離れ、加熱面２７に隣接して加熱面を覆うように配置された電気抵抗加熱要素を有してもよい。
さらに、電気抵抗加熱要素を、加熱面２７が、流れの方向に見て、違った電力を供給される複数個の領域に分割されるように構成することも可能である。かかる抵抗加熱要素は、独立の電気加熱体または加熱面全体を覆って延びる箔から成っていてよい。
【００１５】
上述の装置は下記のように作動する。重力の作用の下で、貯蔵容器１０内の粉体が下方へ加熱ユニット２０の上部入り口開口２８ａを通り流れ、重力により押される多数の垂直部分流（図示せず）に分割される。流路２８を完全に充填している部分流が、加熱面２７との接触の結果として、流路２８内の１個の同一な所定温度Ｔｏｕｔ  まで個別に加熱され、加熱面２７からの電力供給と弁手段２４とが電力により加熱される粉体の温度を制御している。
【００１６】
粉体の温度が所定の温度Ｔｏｕｔ  に達すると、加熱された部分流が合流され、煙突状の排出手段２５により共通流出流れ３３を形成する。弁手段２４は、排出手段２５内の加熱された粉体が、部分流の不均一な減速を起こさせることがないことを保証している。弁手段２４のおかげで、部分流は全て同じ流速を有する。弁手段２４無しでは、中央の部分流は、図示の実施例においては、周辺部の部分流よりも速く流れ、不均一な加熱を生じさせよう。
前述したように、部分流が合流して共通流出流れを形成した後では、実質的熱伝達または等温度化は起こらないから、部分流が合流する前に、それぞれの部分流のほぼ全断面わたり同一温度Ｔｏｕｔ  が得られるように、粉体が加熱されることが重要である。
【００１７】
さらに、粉体を過熱すると酸化が生じ、粉体密度が不均一になり、その結果、凝集粉体の不均質が生じるから、粉体を過熱しないことが大切である。過熱を防ぐために、加熱面２７の温度が種々の方法で制御され、選択された表面温度も変化し得る。出口開口２８ｂにおける表面温度が、粉体の所定出口温度Ｔｏｕｔ  を決して越えないことが好ましい。かくて、プラントの運転上の擾乱が加熱ユニット２０内の部分流の一時的静止を起こさせたような場合においても、粉体が過熱されないことが保証される。最適の条件下では、出口開口２８ｂにおける表面温度が、粉体の所定出口温度にほぼ等しい。
【００１８】
流路２８の入り口開口２８ａにおける加熱面２７の表面温度は、所定の温度Ｔｏｕｔ  を越えるように、または、該温度以下になるように制御される。この選択は、使用される粉体、流路２８内の許容される滞留時間に大きく依存する。
上記のように、粉体が予熱された後で、加熱された共通流出流れ３３が、往復動可能な押圧シュー４１により、凝集装置の一部を形成し、粉体を凝集させる型へと運ばれる。
加熱される粉体は種々の種類であってよく、通常、金属基礎粉体、好ましくは鉄粉体である。
粉体の所定出口温度は、使用される粉体の種類に大きく依存する。鉄粉体の場合、本温度は５０〜２５０℃の範囲にある。
【００１９】
粉体の流路２８はさらに、四角形または円形の、上記から判るような螺旋形または折り畳んだ葉形状の管から成っている。代わりに、流路２８は同心、または環状の部品として設計されてもよい。
本発明の種々の加熱ユニットの粉体温度のプロフィールを説明するために、コンピュータ・シミュレーションがなされたが、その３種のシミュレーションの結果が図３〜５に示されている。図３〜５の３次元ダイアグラムにおいて、座標軸の方向はそれぞれ、粉体温度、流路内の滞留時間、１０ｍｍ幅の流路内の粉体位置である。
図３は、約２００℃の温度を有する油の形態の加熱された流体による、加熱面２７へのシミュレートされた熱供給を示している。ダイアグラムから、加熱面に直接接触している粉体が比較的迅速に所定温度Ｔｏｕｔ  （２００℃）にまで加熱された。次いで、流路の横方向の温度プロフィールが水準化され、粉体が流路内に滞留している間に、全ての粉体粒子が所定出口温度に達した。
【００２０】
図４に示したコンピュータ・シミュレーションにおいては、熱は電気抵抗加熱要素により供給され、該電力は加熱面の全てに供給された。図から判るように、粉体は、全加熱工程を通して断面上でほぼ均一に加熱され、初期の粉体は、粉体内の温度が上昇し始める前には、加熱面への強い冷却効果を有していた。
【００２１】
図５に示したコンピュータ・シミュレーションにおいては、熱は同様に電気抵抗加熱要素により供給されたが、加熱面が、流れの方向に見て、違った電力供給を有する３領域に分割されていた。電力供給は流路の入口開口で最大であり、流路の出口開口に向かって続く２個の領域において段階的に減少していた。かくて、加熱効果は初期において強く、粉体はより迅速に所定出口温度Ｔｏｕｔ  に達した。出口開口における電力供給は、所定出口温度を正確に与える加熱効果に対応していた。しかし、入口開口における電力供給は、所定出口温度Ｔｏｕｔ  より高い温度を与える加熱効果に対応していた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、均一に加熱された粉体を信頼性をもって製造することを可能にする利点を有する。さらに、鉄粉体の場合、好ましくない酸化へと導きかねない粉体の過熱の危険が存在しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】凝集装置と組み合わされた本発明の装置の好適実施例の概要図。
【図２】図１の加熱ユニットの拡大図。
【図３】図１、図２の加熱ユニットにおけるコンピュータ・シミュレートされた温度プロフィールを示す。
【図４】加熱ユニットの他の実施例におけるコンピュータ・シミュレートされた温度プロフィールを示す。
【図５】３個の過熱領域をもつ加熱ユニットにおけるコンピュータ・シミュレートされた温度プロフィールを示す。
【符号の説明】
１０  貯蔵容器
１４  出口開口
２０  加熱ユニット
２４  弁手段
２５  排出手段
２６  加熱要素
２７  加熱面
２８  流路
３０  弁部材
【図１】
0003626530.tif 000002
【図２】
0003626530.tif 000003
【図３】
0003626530.tif 000004
【図４】
0003626530.tif 000005
【図５】
0003626530.tif 000006