(57)【要約】      （修正有）【課題】所定形状に成形された圧粉体を連続的に搬送しながら焼結処理を行う焼結用メッシュベルト炉における焼結部を移動するメッシュベルトの損耗を抑えてメッシュベルトの使用寿命の長期化を図る。【解決手段】炉内１１にワークＷの搬送空間が略水平に貫通形成され、搬送上流側から下流側に向けて、脱ろう部２０、焼結部３０、冷却先頭部４０、冷却部５０がこの順で設けられたトンネル状の炉体１０と、炉体１０の装入口１２から排出口１３にわたってワークＷを搬送するメッシュベルト６０と、炉内１１の底部１１ａに設けられ、メッシュベルト６０が摺動する状態で該メッシュベルト６０の搬送移動を支持するメッシュベルト支持部材７０とを備えたメッシュベルト炉１において、少なくとも焼結部３０のメッシュベルト支持部材７３をセラミックで形成し、かつ、冷却先頭部４０に設けられるメッシュベルト支持部材７４をＳｉＣで形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内にワークの搬送空間が略水平に貫通形成され、搬送上流側から下流側に向けて、脱ろう部、焼結部、冷却先頭部、冷却部がこの順で設けられたトンネル状の炉体と、
前記炉体の入口から出口にわたってワークを搬送するように配設されたメッシュベルトと、
前記炉内の底部に設けられ、前記メッシュベルトが摺動する状態で該メッシュベルトの搬送移動を支持するメッシュベルト支持部材と、
を備えた焼結用メッシュベルト炉において、
少なくとも前記焼結部に設けられる前記メッシュベルト支持部材がセラミックで形成され、かつ、前記冷却先頭部に設けられる前記メッシュベルト支持部材がＳｉＣで形成されていることを特徴とする焼結用メッシュベルト炉。
【請求項２】
前記脱ろう部の前記メッシュベルト支持部材がセラミックで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結用メッシュベルト炉。
【請求項３】
前記冷却先頭部のメッシュベルト支持部材が、前記炉内の底部に敷設された可撓性および／または柔軟性を有する伝熱部材上に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結用メッシュベルト炉。
【請求項４】
前記ＳｉＣで形成された前記メッシュベルト支持部材は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結用メッシュベルト炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定形状に成形された圧粉体を連続的に搬送しながら焼結処理を行う焼結用メッシュベルト炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料粉末を所定形状に圧縮成形した圧粉体を焼結して製造される粉末冶金製品の焼結工程は、圧粉体に含まれる潤滑剤の除去を行う予備工程としての脱ろう工程、所定の温度で加熱する本工程である焼結工程、焼結体を冷却する予後工程である冷却工程を必要としている。これらの工程を実施する炉として、ワークを炉内においてメッシュベルトで搬送しながら各工程を行う脱ろう部、焼結部、冷却部が連続して設けられたメッシュベルト炉が用いられている（特許文献１等）。
【０００３】
メッシュベルトは、熱間強度が高く耐熱性を有するステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１０やＳＵＳ３１６）等の金属で作られており、図４に示すように、メッシュベルト６０は炉体１０の内部すなわち炉内１１の底部１１ａに敷設された複数のスキッドレール１００上に設置され、スキッドレール１００に摺動しながら移動していくように設けられる。メッシュベルト６０上には敷板５を介してワークＷが載置され、移動するメッシュベルト６０とともに炉内１を搬送されていく。スキッドレール１００は長尺な丸管状のもので長手方向を搬送方向に沿う状態にして底部１１ａに複数並べられる。スキッドレールはステンレス系の鋳物や熱伝導率の高い鉄系の金属が用いられ、メッシュベルト６０と同じ材料の金属を用いる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでメッシュベルトがスキッドレール上を移動すると金属どうしの摺動となるため、メッシュベルトには摩耗・摩滅による損耗損傷が生じ、特に焼結部では１０００℃以上の高温下であるため、共摺りや焼き付きといった現象による摺動抵抗の増大が起こりやすく、このため損耗が顕著となる。加えて、摺動により生じた摩耗粉がメッシュベルトの摺動や転動の作用で炉内雰囲気に保護されながら粒状あるいは塊状に成長し、これがスキッドレールに付着してメッシュベルトを傷める場合もある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、焼結部を移動するメッシュベルトの損耗を抑えてメッシュベルトの使用寿命の長期化が図られる焼結用メッシュベルト炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の焼結用メッシュベルト炉は、炉内にワークの搬送空間が略水平に貫通形成され、搬送上流側から下流側に向けて、脱ろう部、焼結部、冷却先頭部、冷却部がこの順で設けられたトンネル状の炉体と、前記炉体の入口から出口にわたってワークを搬送するように配設されたメッシュベルトと、前記炉内の底部に設けられ、前記メッシュベルトが摺動する状態で該メッシュベルトの搬送移動を支持するメッシュベルト支持部材と、を備えたメッシュベルト炉において、少なくとも前記焼結部に設けられる前記メッシュベルト支持部材がセラミックで形成され、かつ、前記冷却先頭部に設けられる前記メッシュベルト支持部材がＳｉＣ（炭化珪素）で形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によると、高温下でメッシュベルトが移動する焼結部においては、メッシュベルトはセラミックで形成されたメッシュベルト支持部材上を移動する。メッシュベルト支持部材は、従来では金属製のスキッドレールに相当する。メッシュベルト支持部材が摺動性に優れるセラミックで形成されているため、メッシュベルト支持部材に対するメッシュベルトの摺動抵抗が小さく、高温下であっても損耗が抑えられる。焼結部のメッシュベルト支持部材を形成するセラミックとしては、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ３、ＳｉＮ４等が挙げられる。
【０００９】
また、本発明のメッシュベルト炉の冷却先頭部は、焼結部と冷却部との間にあり、焼結のための加熱が終わったメッシュベルト上のワークの温度を下げて冷却部に搬送するゾーンである。冷却先頭部でワークは焼結温度から７００℃〜５００℃程度まで下降し、メッシュベルトは赤熱状態がまだ続いている。冷却先頭部は、例えばエンドサーミックガスを使用する炉においては焼結部直後の徐冷部を含む場合があり、徐冷部では焼結のための加熱が終わったメッシュベルト上のワークの温度を緩やかに下げて冷却部に搬送する。また、本発明の冷却先頭部はウォータジャケットを具備する場合もあり、その場合にはメッシュベルトを介して炉体への有効な抜熱効果が求められる。
【００１０】
そこで本発明者は、高温下でのメッシュベルト支持部材に対するメッシュベルトの損耗を調査する試験を、メッシュベルト支持部材の材料を変えて行ったところ、ＳｉＣの場合に抜熱効果が高いという知見を得、本発明を成すに至った。ＳｉＣの熱伝導率は８０〜３５０Ｗ／ｍ／Ｋと結晶構造により幅をもっているが、この値はステンレス鋼の熱伝導率（１６．７〜２０．９Ｗ／ｍ／Ｋ）や炭素鋼の熱伝導率（３６〜５３Ｗ／ｍ／Ｋ）よりも高い。したがって、焼結部を通過直後の高熱のメッシュベルトが接触するとメッシュベルトの熱はＳｉＣを通過して速やかに冷却先頭部の炉体に伝達し有効な抜熱効果が得られ、ワークの速やかな冷却に寄与する。この観点から特に本発明では、ＳｉＣで形成されたメッシュベルト支持部材は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ／Ｋ以上であることが望ましい。また、ＳｉＣはセラミックであるためメッシュベルトとの摺動抵抗が小さく、メッシュベルトの摩耗が抑えられるといった利点もある。
【００１１】
本発明は、前記脱ろう部の前記メッシュベルト支持部材がセラミックで形成されている形態を含む。この形態によれば、脱ろう部を通過するメッシュベルトの損耗も抑えられる。
【００１２】
また、本発明は、前記冷却先頭部のメッシュベルト支持部材が、前記炉内の底部に敷設された可撓性および／または柔軟性を有する伝熱部材上に設置されている形態を含む。この形態によれば、多数のブロック状のＳｉＣを用いる場合、直接炉内の底部に設置すると、ＳｉＣと底部との間に空隙が生じやすく、熱伝導性が低下してしまう。そこで可撓性および／または柔軟性を有する伝熱部材を底部に敷設し、この伝熱部材の上にＳｉＣを設置することで、熱伝導性を阻害する空隙を伝熱部材が埋めることになり、炉内底部に対するＳｉＣの実質的な接触面積を増大させることができる。その結果、メッシュベルトの熱はＳｉＣから伝熱部材を経て炉内底部すなわち炉体に十分に伝わり、抜熱効果を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、焼結部を移動するメッシュベルトの損耗を抑えてメッシュベルトの使用寿命の長期化が図られる焼結用メッシュベルト炉が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るメッシュベルト炉を模式的に示す側断面図である。
【図２】一実施形態のメッシュベルト炉の焼結部の横断面図である。
【図３】一実施形態のメッシュベルト炉の冷却先頭部の横断面図である。
【図４】従来のメッシュベルト炉の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）メッシュベルト炉の基本構成
図１は、一実施形態の焼結用メッシュベルト炉を示している。このメッシュベルト炉１は、炉内１１にワークＷの搬送空間が水平に貫通形成されたトンネル状の炉体１０と、ワークＷを炉内１１の搬送上流側から下流側（図１で左側から右側）に沿って搬送する無端状のメッシュベルト６０とを主体として構成されている。ワークＷは、この場合、原料粉末を所定形状に圧縮成形した圧粉体である。
【００１６】
炉体１０は金属マッフル等で構成され、その上流端には装入口１２が設けられ、下流端には排出口１３が設けられている。メッシュベルト６０は、装入口１２側および排出口１３側の搬送ローラ１８、１９に巻架されており、装入口１２から排出口１３にわたって水平に架設された搬送部６０Ａと、排出口１３から炉体１０の下側を通って装入口１２に戻る戻り部６０Ｂとを有している。
【００１７】
搬送ローラ１８、１９のうち、上流側の搬送ローラ１８が駆動ローラであり、駆動側の搬送ローラ１８が回転することでメッシュベルト６０は矢印方向に回転駆動され、搬送部６０Ａは装入口１から排出口１３に向かって所定速度で移動するよう駆動される。なお、メッシュベルト６０は図示せぬ他の複数のローラにも支持され、適度なテンションが掛かった状態とされる。
【００１８】
炉体１０は、ワークＷの搬送上流側から下流に向けて、脱ろう部２０、焼結部３０、冷却先頭部４０、冷却部５０が連続して一体的に設けられた構成となっている。ワークＷは、炉内１１をメッシュベルト６０の搬送部６０Ａによって脱ろう部２０、焼結部３０、冷却先頭部４０、冷却部５０の順に通過させられて焼結処理される。
【００１９】
ワークＷは耐熱性の敷板５に載せられ、敷板５とともに炉体１０の装入口１２からメッシュベルト６０の搬送部６０Ａに積載されて、まず脱ろう部２０に導入される。ワークＷは、脱ろう部２０において、脱ろう部２０に配設された図示せぬ加熱手段によって所定の脱ろう温度（例えば６００〜７５０℃程度）に加熱される。脱ろう部２０の加熱手段としては、カップバーナー、直火のガスバーナー、電気式ヒーター、ラジアントチューブバーナー等が挙げられる。
【００２０】
脱ろう部２０内には、脱ろう用ガスが導入される。脱ろう用ガスは、熱源として例えばプロパンやブタンなどの炭化水素ガスを不完全燃焼させたもので、図示せぬ脱ろう用ガス生成部で生成される。
【００２１】
ワークＷは脱ろう部２０を通過する間に、圧粉体の圧縮成形時に用いられたステアリン酸亜鉛や金属石けん等のろう状の潤滑剤成分が、熱分解されて除去、すなわち脱ろうされる。脱ろうによってワークＷから生じる排気ガスは、脱ろう部２０に設けられた排気筒２３から外部に排出される。
【００２２】
メッシュベルト６０で搬送されて脱ろう部２０を通過したワークＷは、接続通路１４を経て焼結部３０に導入され、焼結部３０で所定の焼結温度（例えば１１００〜１２００℃程度）に加熱される。焼結部３０での加熱手段は図示していないが、加熱温度に応じた発熱体（例えば、ニクロム、カンタル、炭化珪素等）が加熱手段として選択され、その加熱手段は焼結部３０の炉内１１に適宜な密度で配設される。
【００２３】
また、焼結部３０内には、焼結部３０と冷却先頭部４０との境界部分に配設された焼結用ガス源３１から、焼結部３０の下流端に接続された焼結用ガス導入管３２を介して雰囲気ガスが導入され、この雰囲気ガスによって焼結部３０内は所定圧力に保持される。
【００２４】
焼結部３０に導入する雰囲気ガスは、窒素ガス、水素ガス、アンモニア分解ガス、エキソサーミックガス（プロパン、ブタン、メタン等の炭化水素ガスと空気を発熱反応させた炭化水素変成ガス）、エンドサーミックガス（エキソサーミックガスと同じ原ガスで、空気／ガス比を低くして加熱分解したガス）等の還元性ガスあるいは非酸化性ガスが選択され、室温の状態で、なおかつ脱水して水分を低減した状態で、焼結部３０内に導入される。焼結部３０内に導入された雰囲気ガスは、加熱手段３３によって焼結温度程度まで加熱される。このため、焼結部３０内の温度低下は生じないようになされている。
【００２５】
メッシュベルト６０によりワークＷが焼結部３０内を搬送されながら雰囲気ガス中で加熱され、焼結部３０の終盤で焼結に必要な加熱処理が完了し、次いでワークＷは冷却先頭部４０を経て冷却部５０に導入される。冷却部５０はワークＷを冷却するための図示せぬ冷却手段（例えば、炉体１０に設けたウォータジャケット）を有しており、ワークＷは冷却先頭部４０と冷却部５０を通過することで、非酸化、非脱炭の状態が確保される温度以下（例えば２００℃以下）まで冷却される。冷却先頭部４０では、焼結部３０から排出されたワークＷが冷却部３０に搬送されながら例えば７００℃〜５００℃程度まで温度下降する。メッシュベルト６０は冷却先頭部４０では赤熱状態はまだ生じているが、冷却部５０に入る段階では赤熱する温度よりも低くなくなっている。冷却先頭部４０では温度を緩やかに下げる徐冷が実施されたり、あるいは炉体１０にウォータジャケットが装備されて冷却されたりする。
【００２６】
冷却部５０を通過して焼結処理が最終的に完了したワークＷは、冷却部５０の下流端に連続して設けられた排出部１５に入り、排出部１５の下流端に設けられた排出口１３から炉体１０の外部に排出される。排出されたワークＷは回収され、次の工程に移される。
【００２７】
以上が一実施形態のメッシュベルト炉１の基本的な構成および作用である。次いで、本発明に係るメッシュベルト６０を支持する炉床構造について説明する。
【００２８】
（２）炉床構造
図１に示すように、炉内１１の底部１１ａには、装入口から排出口にわたりメッシュベルト支持部材７０が敷設されている。メッシュベルト６０の炉内１１側の搬送部６０Ａはメッシュベルト支持部材７０の上面に設置され、運転時にはメッシュベルト支持部材７０の上面を摺動しながら装入口１２から排出口１３にわたって移動する。メッシュベルト６０の搬送部６０Ａはメッシュベルト支持部材７０上に設置されることで水平、かつ平坦状態が保持され、これによりワークＷが安定して搬送されるようになされている。
【００２９】
メッシュベルト支持部材７０は、脱ろう部２０、焼結部３０、冷却先頭部４０および冷却部５０の炉内温度や機能に応じた材質のものが選択されて敷設されることが好ましく、態様は次のパターンに分けられる。なお、脱ろう部２０、焼結部３０、冷却先頭部４０および冷却部５０のメッシュベルト支持部材７０を、それぞれ符号７２、７３、７４、７５と分けて説明する。
【００３０】
（２−１）焼結部と冷却先頭部
少なくとも焼結部３０のメッシュベルト支持部材７３がセラミックで形成され、冷却先頭部４０のメッシュベルト支持部材７４がＳｉＣ（炭化珪素）で形成されている。
【００３１】
この場合、焼結部３０のメッシュベルト支持部材７３を形成するセラミックは、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ３、ＳｉＮ４等が挙げられる。セラミックからなるメッシュベルト支持部材７３は、図２に示すように例えば多数のプレート状のセラミックブロック７３ａを炉内１１の底部１１ａに直接敷き詰めることで敷設することができる。なお、焼結部３０の炉内１１の底部１１ａに敷設されるセラミックとしては、熱伝導性が低いものが、接触するメッシュベルト６０の熱を炉体１０に伝わりにくくして焼結部３０の炉内温度の低下を抑える観点から好ましい。
【００３２】
金属同士の摺動に比較し、セラミックは金属との摺動性（滑り性）に優れることから、摺動するメッシュベルト６０との摺動抵抗が小さくなり、高温の焼結部３０の炉内１１であってもメッシュベルト６０とメッシュベルト支持部材７３とが共摺りや焼き付きを起こすことがなく、このためメッシュベルト６０の損耗が抑えられる。例えば従来のスキッドレール上をメッシュベルト６０が摺動する形態において、両者がＳＵＳ３１０Ｓ等の同金属であった場合の摩擦係数は、１１００℃程度の高温下では１．０程度であるが、ＳＵＳ３１０Ｓとセラミックの場合には０．６程度と判っている。したがって従来の金属製のスキッドレールよりもセラミックで形成された本実施形態のメッシュベルト支持部材７３の方が格段に摺動抵抗が小さく、よってメッシュベルト６０の損耗も抑えられ、結果として使用寿命の長期化が図られる。
【００３３】
また、冷却先頭部４０は、焼結部３０において加熱されたワークＷの温度を速やかに下げて冷却部５０に搬送するゾーンであり、上記焼結温度から７００℃〜５００℃程度まで温度が下降する。冷却先頭部４０では次の冷却部５０までにワークＷの温度を速やかに下げることが求められ、そのためにはメッシュベルト６０を介して炉内１１の底部１１ａへ熱を逃がす抜熱効果が高いと効果的である。
【００３４】
そこで本実施形態において冷却先頭部４０のメッシュベルト支持部材７４として用いたＳｉＣは、上記のように熱伝導率がステンレス鋼や炭素鋼よりも高いものである。このため、焼結部３０を通過直後の高熱のメッシュベルト６０が接触するとメッシュベルト６０の熱はＳｉＣからなる冷却先頭部４０のメッシュベルト支持部材７４を通過して、冷却されている冷却先頭部４０の炉体１０に円滑に伝達する。よって有効な抜熱効果が得られ、結果としてワークＷの速やかな冷却に寄与する。また、ＳｉＣはセラミックであるためメッシュベルト６０との摺動抵抗が小さく、メッシュベルト６０の摩耗が抑えられるといった利点もあるなお、ＳｉＣは上記のように熱伝導率に差があるものであり、メッシュベルト支持部材７４としては、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ／Ｋ以上のものを用いることが好ましい。
【００３５】
冷却先頭部４０のメッシュベルト支持部材７４としてＳｉＣを用いるにあたっては、多数のＳｉＣからなるプレート状のブロックを底部１１ａに直接敷き詰めて設置してもよいが、図３に示すように、底部１１ａに伝熱部材８０を敷設し、この伝熱部材８０上に多数のＳｉＣからなるプレート状のブロック７４ａを敷き詰めて敷設するとよい。
【００３６】
伝熱部材８０は可撓性および／または柔軟性を有し、かつ、熱伝導率が高いものが用いられ、例えば繊維状の細い銅線を高密度のシート状に成形したものや、金属粉末などが挙げられる。多数のプレート状のＳｉＣからなるブロック７４ａでメッシュベルト支持部材７４を構成する場合、直接炉内１１の底部１１ａに設置すると、ＳｉＣと底部１１ａとの間に空隙が生じやすく、熱伝導性が低下してしまう。そこで図３に示すように底部１１ａとＳｉＣからなるメッシュベルト支持部材７４（ブロック７４ａ）との間に伝熱部材８０を介在させることにより、熱伝導性を阻害する空隙を伝熱部材８０が埋めることになり、底部１１ａに対するメッシュベルト支持部材７４の実質的な接触面積を増大させることができる。その結果、メッシュベルト６０の熱はメッシュベルト支持部材７４から伝熱部材８０を経て底部１１ａすなわち炉体１０に十分に伝わり、抜熱効果を確保することができる。
【００３７】
（２−２）脱ろう部
本実施形態では、脱ろう部２０のメッシュベルト支持部材７２も上記のようなセラミックで形成されている形態を好ましいものとする。脱ろう部２０のメッシュベルト支持部材７２がセラミックで形成されていると、脱ろう部２０を通過するメッシュベルト６０のメッシュベルト支持部材７２に対する摺動抵抗が上記焼結部３０と同様に小さいものとなり、このためメッシュベルト６０の摩耗が抑えられる。
【００３８】
（２−３）冷却部
冷却部５０のメッシュベルト支持部材７５は、特に限定されないが、上記セラミックであればメッシュベルト６０との摺動抵抗が小さく、メッシュベルト６０の摩耗が抑えられて好ましい。しかし、冷却部５０の後半部は焼結部３０のように高温による焼き付き等が生じないことから摺動抵抗に関しては特に重要視はされず、したがって従来のスチール等の金属からなるスキッドレールを適用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…焼結用メッシュベルト炉
１０…炉体
１１…炉内
１２…装入口
１３…排出口
２０…脱ろう部
３０…焼結部
４０…冷却先頭部
５０…冷却部
６０…メッシュベルト
７０（７２、７３、７４、７５）…メッシュベルト支持部材
８０…伝熱部材
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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