(57)【要約】【課題】従来の真空炉における処理時間の圧縮、精度の高い品質管理、省エネルギー化を主題に置きトータル的な制御の最適化、生産性の改善をめざす。【解決手段】炉内に被加熱物を一部開放して囲うようにした仕切り板３と、炉内壁と仕切り板３の間に位置するヒータ４を設けるとともに、前記ヒータ４で加熱されたガスを循環及び拡散させて被加熱物を昇温させるようにしたファン７を設け、炉内において、ヒータ４で加熱されたガスを、仕切り板の内側、外側に循環及び拡散させることにより、被加熱物の温度分布が均一化し、温度上昇時間が著しく短縮され温度上昇における省エネルギー化を実現できるようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に被加熱物を一部開放して囲うようにした仕切り板と、炉内壁と仕切り板の間に位置するヒータを設けるとともに、前記ヒータで加熱されたガスを循環及び拡散させて被加熱物を昇温させるようにしたファンを設けたことを特徴とする真空炉。
【請求項２】
冷却構造を炉外部に備える請求項１記載の真空炉。
【請求項３】
ヒータで加熱されるガスを置換するためのポートを備える請求項１又は２に記載の真空炉。
【請求項４】
昇温中に使用する制御センサーと真空加熱工程時に使用する制御センサーを独立させ工程の切替わり時にスムースに温度調節器による制御を可能にする電気回路を備える請求項１、２又は３に記載の真空炉。
【請求項５】
ヒータを上下左右の４ゾーンにそれぞれ独立制御可能に設けた請求項１、２、３又は４に記載の真空炉。
【請求項６】
仕切り板に輻射効率を上げるコーティングを施した請求項１、２、３、４又は５に記載の真空炉。
【請求項７】
真空加熱工程完了後、任意のガスを炉内に充填し炉外に取付けた冷却パイプに冷却水を流しながら同時にファンにてガスを循環させることにより急速に被加熱物の温度を下げるようにした請求項１、２、３、４、５又は６に記載の真空炉。
【請求項８】
ファンのモーターの回転をマグネットカップリングの使用により非接触駆動するようにした請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の真空炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱風循環により昇温時間の短縮、真空加熱の高効率化、冷却水を利用し急速冷却を可能にし、生産の高効率化、高品質管理、省エネルギー化に寄与した真空炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空炉における温度上昇は熱源から被加熱物の間に伝熱を司る媒体が存在せず、主に輻射熱が温度を上げる基本となっており昇温時間が非常に長くかかるのが従来の真空炉の特徴である。
【０００３】
この事を改善するために特許文献１、２、３、４には炉内ガス、ファン、熱源を利用する事により昇温時間を短縮する提案がなされている。真空加熱においては様々な熱源からの輻射熱を利用する事で処理されている。冷却時間の短縮については特許文献２、４には冷却用にガスを導入し炉内温度を下げる提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８９７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３９５７号公報
【特許文献３】特開平７−２０８８７６号公報
【特許文献４】実開平７−２６６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１、２、３、４は被加熱物の加熱に対しては有効な提案である。しかしながら、特許文献１、２、３、４の真空炉の真空加熱は熱源からの輻射熱の直接利用の粋を超えていない。冷却に関しては特許文献２、４の提案をもってしても大幅な改善には到らない。
【０００６】
そこで、本発明は高効率化、省エネルギー化を主題に置き上述の各工程に対して構造の最適化、新方式を導入し真空炉をトータル的に制御し工程管理、生産性の向上を劇的に改善した真空炉を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、炉内に被加熱物を一部開放して囲うようにした仕切り板と、炉内壁と仕切り板の間に位置するヒータを設けるとともに、前記ヒータで加熱されたガスを循環及び拡散させて被加熱物を昇温させるようにしたファンを設けたことを特徴とする真空炉としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、冷却構造を炉外部に備えたものとしている。
【０００９】
請求項３に係る発明は、ヒータで加熱されるガスを置換するためのポートを備えたものとしている。
【００１０】
請求項４に係る発明は、昇温中に使用する制御センサーと真空加熱工程時に使用する制御センサーを独立させ工程の切替わり時にスムースに温度調節器による制御を可能にする電気回路を備えたものとしている。
【００１１】
請求項５に係る発明は、ヒータを上下左右の４ゾーンにそれぞれ独立制御可能に設けたものとしている。
【００１２】
請求項６に係る発明は、仕切り板に輻射効率を上げるコーティングを施したものとしている。
【００１３】
請求項７に係る発明は、真空加熱工程完了後、任意のガスを炉内に充填し炉外に取付けた冷却パイプに冷却水を流しながら同時にファンにてガスを循環させることにより急速に被加熱物の温度を下げるようにしたものとしている。
【００１４】
請求項８に係る発明は、ファンのモーターの回転をマグネットカップリングの使用により非接触駆動するようにしたものとしている。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の真空炉は、上述のような構成を有しており、炉内において、ヒータで加熱されたガスを、仕切り板の内側、外側に循環及び拡散させるようにしているので、被加熱物の温度分布が均一化し、温度上昇時間が著しく短縮され温度上昇における省エネルギー化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】真空炉内部のシーズヒータ、仕切り板、ファンユニット、冷却パイプ、給排気ポートと循環風の流れが判る横からの断面図である。
【図２】真空炉内部のシーズヒータ、仕切り板、ファンユニット、冷却パイプの構成が判る正面からの断面図である。
【図３】ファン駆動方式を説明するファンユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。なお、各図面において、同じ符号を付した部材に対しての重複説明は適宜省略するものとする。また、各図面においては説明に不要な部材等は適宜、図示を省略している。
【００１８】
図１〜図３のうち、図１、図２は真空炉内部のシーズヒータ、仕切り板、ファンユニット、冷却パイプ、給排気ポートと循環風の流れが判る断面図である。
【００１９】
この真空炉は、炉内壁から適正な距離に被加熱物を一部開放して囲うように上下左右に仕切り板３を設け、軸流ファン７を回転させ炉内壁と仕切り板３の間に適正に配列されたシーズヒータ４を熱源に加熱されたガスを循環及び拡散させ被加熱物の温度を急速、均一に昇温する。昇温工程終了後の真空加熱工程では適正に配置された炉内シーズヒータ４からの輻射熱により上下左右に存在する仕切り板を通して被加熱物を加熱する。
【００２０】
冷却工程においては、シーズヒータ４を切り、真空炉に設けたポートから任意のガスを炉内に供給し、軸流ファン７を回転させ循環及び拡散させる。その時に炉外壁面に接するように取付けた冷却パイプ１４に冷却水を循環させ、真空炉本体の温度を急速に下げる。この事により炉内壁面温度が下がり循環ガスとの間で熱交換を促進し循環ガスの温度を下げ、循環ガスと被加熱物の間で熱交換を促進する事により急速に被加熱物の温度を下げる。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係る真空炉は真空チャンバー１に仕切り板３と、シーズヒータ４と、軸流ファン７と、ファンモーター８と、外部マグネットカップリング９Ａと、内部マグネットカップリング９Ｂと、真空排気ポート１２と、ガス給気ポート１３と、冷却パイプ１４とを備え、扉１１を含め断熱材２で保温効果を高めた構成となっている。
【００２２】
仕切り板３は、上下左右の各部分と、中央部分を除く後の部分とで構成されており、前側（扉１１側）には設けられていない。軸流ファン７は、後方の前記仕切り板３の中央の開放部分に配置され、仕切り板３の内側の後方から前方へ至り、そして仕切り板３と炉内壁との空間の前方から後方へ至るガス流を形成する。仕切り板３と軸流ファン７の構成に関し、前後と左右の関係は入れ替わってもよい。
【００２３】
ガス給気ポート１３は、被加熱物の処理条件により不活性ガス、大気を任意に導入できるようになっており、被加熱物の特性により昇温時における循環ガスを任意に導入し、あらゆる被加熱物の急速昇温を実現させる事ができる。
【００２４】
まず、昇温工程では、被加熱物の特性により大気下での加熱処理が可能な場合は被加熱物を図１の真空チャンバー１にセット後、扉１１を閉めて加熱処理を進行する。
【００２５】
また、非加熱物の特性上不活性ガス下の処理が必要な場合は、扉２を閉めた後はじめに真空排気ポート１２を開ける事で炉内の大気を炉外に排気する。排気完了後、真空排気ポート１２を閉じガス給気ポート１３を開ける事で炉内の循環ガスを被加熱物加熱処理に見合ったガスに急速置換させる。
【００２６】
急速置換完了後、ガス給気ポート１３を閉じシーズヒータ４の電力を供給する制御を開始し、軸流ファン７をファンモーター８によりマグネットカップリング９Ａ及び９Ｂを介して回転させる。この構造は図３ファン駆動方式を説明するファンユニットの断面図にて後述する。
【００２７】
軸流ファン７が回転する事により循環風流れ方向１０が発生する。この時、被加熱物を囲む様に取付けられた仕切り板３と真空チャンバー１との間をガスが通過するときに、シーズヒータ４によりガスが加熱される。ガス循環制御用センサー２１にて任意の設定温度に到達するまで熱風循環を継続する。断熱材２の効果で省エネルギー、到達時間の短縮を可能にしている。
【００２８】
任意の設定温度に到達後、軸流ファンの回転を減速し真空排気ポート１２を開けて温度上昇に使用したガスを炉外に排気する。この時ガス循環制御用センサー２１から新しく採用した電気回路により真空加熱制御用センサー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄにスムースに移行し真空加熱制御を行う。
【００２９】
被加熱物の特性に合わせ、真空加熱制御用センサー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを独立制御する事によりシーズヒータ４の電力を供給する制御を行い真空加熱下での被加熱物の温度を均一化する事を可能にしている。
【００３０】
真空加熱下におけるシーズヒータ４から供給される熱エネルギーは仕切り板３にコーティングされた高効率輻射塗料により赤外線領域で全波長域に放射率を高め、被加熱物に直接吸収させて効率のよい加熱を行い真空加熱における省エネルギー化を実現させている。さらに、ヒータに吸熱コーティング加工を追加することにより、吸熱、放射の効率を改善することができる。
【００３１】
安定した真空加熱終了後、ガス給気ポート１３を開け被加熱物に見合ったガスを炉内に充填し減速していた軸流ファン７の回転を元に戻し、循環風流れ方向１０を発生させる。
【００３２】
この時、真空加熱制御センサー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ制御からガス循環制御用センサー２１に切替えシーズヒータ４の電力を供給する制御を終了する。
【００３３】
なお、昇温工程及び真空加熱工程でより高精度に温度制御を実現するため、熱電対を少なくとも２個以上独立させ、各工程の移り変わり時にスムースに温度調節機による制御を可能にするための電気回路を備えたものとすることができる。例えば、真空加熱工程用に４個の熱電対を上下左右に配置し、それぞれが独立温度制御を行い被加熱物の加熱を高精度に均一化できるようにするとよい。これにより、被加熱物に対しての各工程における安定した制御が可能となり、安定した品質管理を実現させることができる。
【００３４】
また、ヒータ４を上下左右の４ゾーンにそれぞれ独立制御可能に設けることにより、四方から真空炉の形状特性、被加熱物の吸熱特性に応じた温度管理が可能であり、数種類の吸熱特性の被加熱物の同時真空加熱処理も実現させることができる。
【００３５】
続く冷却工程では、炉外壁に接するように取付けた冷却パイプ１４に冷却水入口５から冷却水を注水し冷却水出口６から排水する。この時、高温になった真空チャンバー１の熱エネルギーを熱交換する事により急速な温度降下を促進させる。
【００３６】
軸流ファン７により発生した循環風流れ方向１０は仕切り板３と真空チャンバー１との間を通過する際、急速に温度降下した真空チャンバーとの間で熱交換が進み冷却される。
【００３７】
冷却された循環風流れ方向１０は被加熱物との間で熱交換を行い、被加熱物の温度降下を急速に促進させ冷却時間の劇的な短縮を可能にしている。
【００３８】
このように、真空加熱工程完了後、任意のガスを炉内に充填し炉外に取付けた冷却パイプに冷却水を流しながら同時にファンにてガスを循環させることにより急速に被加熱物の温度を下げるようにすれば、冷却用ガスをワンパスさせる事による冷却方式に使用されるガス量と比べて劇的に使用量を減量させ省エネルギー化を実現させる事ができる。また、冷却水により真空炉自体の急速冷却を可能にするので、冷却時間の大幅な短縮により生産性の劇的向上を実現させる事ができる。
【００３９】
図３によるファン駆動方式を説明するファンユニットの断面図より軸流ファン７の駆動原理を説明する。
【００４０】
真空チャンバー１の背面に穴を空けそこにファン軸３２を貫通させる。このファン軸３２は軸受ベアリング３１により真空チャンバー１に取付けられた軸受ユニット３４に保持される。
【００４１】
軸受ユニットに保持されたファン軸３２の右側に内部マグネットカップリング９Ｂを取付け、反対側には軸流ファン７を取付ける。
【００４２】
ファン軸３３の先端に外部マグネットカップリング９Ａを取付けたファンモーター８をモーターベース３５に取付ける。モーターベースは4本のモーターベース固定支柱により真空チャンバー１に固定する。
【００４３】
外部マグネットカップリング９Ａと内部マグネットカップリング９Ｂは磁気の力を利用し、非接触でのトルク伝達を可能にしており、磨耗による発塵は無くクリーン環境、真空環境に非常に適している。
【００４４】
ファンモーター８の電力を供給する制御を開始しモーター軸３３及び外部マグネットカップリング９Ａを回転させると内部マグネットカップリング９Ｂも同調しながら回転する。
【００４５】
内部マグネットカップリング９Ｂが回転する事により、連結しているファン軸３３が軸受ベアリング３１に保持されながらスムースに回転し始める。この事により軸流ファン７が回転し循環風流れ方向１０が発生する。
【００４６】
以上がこの発明の好適な実施形態であるが、この発明は上述の実施形態の構成に限定されるものではなく、形状、寸法、材質等を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  真空チャンバー
２  断熱材
３  仕切り板
４  シーズヒータ
５  冷却水入口
６  冷却水出口
７  軸流ファン
８  ファンモーター
９Ａ  外部マグネットカップリング
９Ｂ  内部マグネットカップリング
１０  循環風流れ方向
１１  扉
１２  真空排気ポート
１３  ガス給気ポート
１４  冷却パイプ
２１  ガス循環制御用センサー
２２Ａ  真空加熱制御用センサー上
２２Ｂ  真空加熱制御用センサー右
２２Ｃ  真空加熱制御用センサー下
２２Ｄ  真空加熱制御用センサー左
３１  軸受ベアリング
３２  ファン軸
３３  モーター軸
３４  軸受ユニット
３５  モーターベース
３６  モーターベース固定支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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