(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉殻と、この炉殻内に配置されたケーシングと、このケーシングの内側に配置した薄板状のアルミナ系セラミック材と、この薄板状のアルミナ系セラミック材と上記ケーシング間に配置した多層の断熱層と、この薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に配置されたヒータ―とより成り、上記多層断熱層が厚板状アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケットの層と、厚板状の高アルミナ・シリカ系セラミックファイバー  ブランケットの層とによって形成されていることを特徴とする真空熱処理炉。
【請求項２】
上記炉殻が水冷型であることを特徴とする請求項１記載の真空熱処理炉。
【請求項３】
上記薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に雰囲気ガスを強制対流する為高強度炭素繊維で形成されるファンを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の真空熱処理炉。
【請求項４】
上記薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に、被処理品搬送用のローラーと、このローラー表面の損傷を防止する為、交換容易なトレイガイドとを設けたことを特徴とする請求項１、２または３記載の真空熱処理炉。
【請求項５】
上記ローラーが高強度炭素繊維で形成されることを特徴とする請求項４記載の真空熱処理炉。
【請求項６】
上記トレイガイドが高強度炭素繊維、Ｓｉを含浸した炭素繊維、炭素材料、セラミックスの何れかによって形成されることを特徴とする請求項４または５記載の真空熱処理炉。
【請求項７】
上記薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に、被処理品の位置検出用フラッパーを設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の真空熱処理炉。
【請求項８】
上記フラッパーが高強度炭素繊維で形成されることを特徴とする請求項７記載の真空熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空熱処理炉、特に、真空熱処理、真空浸炭処理等において、浸炭による劣化を防ぎ、被処理品に対する熱エネルギーの効率を高めるようにした真空熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
減圧下での鉄鋼材料浸炭方法としては従来炉内に炭化水素系ガスを導入して行う真空浸炭があり、炉構成材としての断熱材やヒーターに炭素系材料を使用することが多く、被処理品の支持用ハースレールや、搬送用ハースローラーには耐熱鋼、耐熱鋳鋼、炭素系材料等が使用されている。また、真空熱処理炉には作業環境上及び断熱特性上、炉壁を水冷したタイプと、断熱材を厚くして断熱特性を上げ炉壁を水冷しないタイプとがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、炉構成材として高温度域に鉄系の材料（難浸炭材：高Ni高Cr材も含む）を使用している場合、真空浸炭処理では被処理品の浸炭と同時に炉構成材までもが浸炭してしまい、脆くなり、破損することがある。また、熱エネルギー低減の為、炉壁を水冷せず断熱材を厚くして断熱特性を上げて放散熱量を低減しても、断熱材自体の蓄熱量が多く必要となり、昇温に必要な熱エネルギーが増大すると共に、降温においても時間を要することになる。
【０００４】
本発明は上記の問題を解決したものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空熱処理炉は、炉殻と、この炉殻内に配置されたケーシングと、このケーシングの内側に配置した薄板状のアルミナ系セラミック材と、この薄板状のアルミナ系セラミック材と上記ケーシング間に配置した多層の断熱層と、この薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に配置されたヒータ―とより成り、上記多層断熱層が厚板状アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケットの層と、厚板状の高アルミナ・シリカ系セラミックファイバー  ブランケットの層とによって形成されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の真空熱処理炉は、上記炉殻が水冷型であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の真空熱処理炉は、上記薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に雰囲気ガスを強制対流する為高強度炭素繊維で形成されるファンを設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の真空熱処理炉は、上記薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に、被処理品搬送用のローラーと、このローラー表面の損傷を防止する為、交換容易なトレイガイドとを設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の真空熱処理炉は、上記薄板状のアルミナ系セラミック材によって囲まれる加熱室内に、被処理品の位置検出用フラッパーを設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図１に示すように本発明の真空熱処理炉は炉殻１を有し、この炉殻１は水冷二重壁構造とする。この炉殻１内側にはSUS鋼材、金網またはパンチングメタルにより形成されたケーシング２に対し厚さ50mmのアルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット３と厚さ50mmの高アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット４とを厚さ1mmの薄板状アルミナ系セラミック複合材５によって保持し、これらをセラミックワッシャーとボルト６で一体に固定して形成した断熱層を設ける。
【００１３】
上記セラミックファイバーブランケット３と４の二層構造を薄板状セラミック複合材５で保持する形の断熱層の代りに、材料コスト、狙いとする断熱材特性によっては、セラミックファイバーボード、炭素繊維のボード・フェルト・板材等を上記ブランケットと組合せた断熱層としても良い。
【００１４】
断熱層の内側には4面加熱の炭素ヒーター７を配置し加熱室を構成する。この加熱室内上部には高強度炭素繊維で形成される軽量のファン８を配置し、加熱室内に配置される被処理品９の昇温・降温時に導入するN2ガスまたは不活性ガス雰囲気を対流させることによって被処理品９内の温度差を小さく、効率良く熱を伝達することができるようにする。このファン８の駆動軸は断面が小さく熱伝導による熱損失が小さいものとし、炉殻１とケーシング２との間の空間に駆動軸との接合部１０を配置し、ピン及びボルトの脱着によりファン８の交換、メンテナンスが容易に可能となるようにする。
【００１５】
加熱室内下部には高強度炭素繊維で形成されるローラー１１を有効加熱帯域内を通るように配置し、被処理品９の温度分布に影響を及ぼすことなく、被処理品９の搬送、昇温、降温を可能ならしめる。このローラー１１は軽量で断面が小さく熱伝導による熱損失が小さいものとし、このローラー１１の駆動軸と駆動源とを接続する接合部を炉殻１とケーシング２との間の空間に配置し、脱着が容易で、ローラー自体が軽量であることから、交換、メンテナンスも容易となるようにする。なお、ローラー１１を使用する搬送動作時、被処理品９がローラー１１に乗り移る際にローラー接触面の炭素繊維方向によっては、ローラー１１に剥離、削れがおこりやすいためローラー１１にトレイガイド１２をかぶせ、このトレイガイド１２が損傷を受けるようにしてローラー１１自体を損傷することなくトレイガイド１２のみの交換ですみ経済的になるようにする。トレイガイド１２には高強度炭素繊維を用いるが、Siを含浸した炭素繊維、炭素材料、セラミックス等を用いても良い。また、加熱室内には、高強度炭素繊維で形成されるワーク位置検出フラッパー１３を設ける。
【００１６】
上記加熱室内には、いずれも真空浸炭処理によって劣化、損傷するおそれがある鉄系材料を使用していない為、最高加熱温度は1473Kも可能である。
【００１７】
本発明の真空熱処理炉はバッチ炉及び連続炉双方に適用することが可能である。
【００１８】
（実施例１）
【００１９】
本発明の真空熱処理炉の炉内有効寸法内の温度分布を測定した。
【００２０】
炉内有効寸法：長さ600mm  幅300mm  高さ300mm
【００２１】
測定条件：真空（2Pa）  空炉  T／C   9点測定
【００２２】
結果：1123K・・・温度幅4.6K、1203K・・・温度幅4.2K、1323K・・・温度幅4.5K
【００２３】
上記のように本発明の真空熱処理炉によればいずれの温度でも温度幅5.0K以内の温度分布を達成できた。
【００２４】
（実施例２）
【００２５】
本発明の真空熱処理炉を用いた真空中とN2ガス雰囲気中での昇温・降温実験において、被処理品内での温度差と昇温・降温時間を比較した。
【００２６】
炉内有効寸法：長さ600mm  幅300mm  高さ300mm
【００２７】
測定条件：昇温特性  温度1223Kの炉内に被処理品を挿入して昇温する。
【００２８】
真空（2Pa）N2ガス雰囲気（0.1MPa）被処理品グロス80kg  T／C  5点測定
【００２９】
降温特性  温度1223Kに保持された被処理品を1103Kまで降温する。
【００３０】
真空（0.4Pa）N2ガス雰囲気（0.1MPa）被処理品グロス80kg  T／C  9点測定
【００３１】
結果：昇温特性
【００３２】
真空中（2Pa）・・・最大温度幅  298K  被処理品内温度幅10K到達時間  3.4Ks（図２Ａに示す）
【００３３】
N2ガス雰囲気中（0.1MPa）・・・最大温度幅  192K  被処理品内温度幅10K到達時間  2.0Ks（図２Ｂに示す）
【００３４】
結果：降温特性
【００３５】
真空中（0.4Pa）・・・最大温度幅  9K  被処理品内温度平均1103K到達時間3.7Ks（図３Ａに示す）
【００３６】
N2ガス雰囲気中（0.1MPa）・・・最大温度幅  9K  被処理品内温度平均1103K到達時間  2.8Ks（図３Ｂに示す）
【００３７】
上記のように真空に比べN2ガス雰囲気を対流させることの方が表１及び表２に示すように被処理品内の温度差を小さく、効率良く熱を伝達することができる。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
【表２】
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【００４０】
（実施例３）
【００４１】
本発明の真空熱処理炉の断熱層の性能特性を測定した。図４Ａと図４Ｂは炉内温度1203Kと1323Kのときの断熱材温度、放散熱量、蓄熱量を示す。
【００４２】
（比較例）
【００４３】
本発明の真空熱処理炉において、鋼部品（被処理品重量グロス85Kg）の浸炭を1.7KPaにて、炭化水素ガス（C3H8）と酸化性ガス（CO2）を用いて行った。その結果、従来大気圧雰囲気で行われるガス浸炭と同等の浸炭処理結果が得られた。そこで従来のガス浸炭炉（同和鉱業株式会社製TKM−80）と本発明の真空熱処理炉で得られたデータから、被処理品重量グロス550kgにおいて有効硬化層深さ0.8mmを得る為の浸炭焼入処理を計算し、両者の断熱特性と熱エネルギーの比較を行なった。
【００４４】
断熱層の性能特性比較の結果、図５Ａと図５Ｂに示すように放散熱量で28％減、蓄熱量で86％減を確認した。
【００４５】
同じく熱エネルギー比較の結果、図６Ａと図６Ｂに示すように放散熱量の低減、処理品に対する熱効率の向上で同じ品質の浸炭焼入処理品を得る為に必要となる熱エネルギーは40％低減できた。
【００４６】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、炉構成材に鉄系の材料、浸炭によって劣化するような材料は使用せず、損傷、破損時には交換容易な炉構成とし、作業環境上、炉壁を水冷した上で断熱材特性を向上して放散熱量を低減しながら蓄熱量を低く抑え、昇温・降温時の被処理品に対する熱伝達効率を高くする炉構成としたので従来の欠点を一層できる大きな利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空熱処理炉の縦断正面図である。
【図２Ａ】本発明の真空熱処理炉を用いた真空中の昇温特性図である。
【図２Ｂ】本発明の真空熱処理炉を用いたN2ガス雰囲気中の昇温特性図である。
【図３Ａ】本発明の真空熱処理炉を用いた真空中の降温特性図である。
【図３Ｂ】本発明の真空熱処理炉を用いたN2ガス雰囲気中の降温特性図である。
【図４Ａ】本発明の真空熱処理炉の断熱層の性能特性説明図である。
【図４Ｂ】本発明の真空熱処理炉の断熱層の性能特性説明図である。
【図５Ａ】従来のガス浸炭炉の断熱層の性能特性説明図である。
【図５Ｂ】本発明の真空熱処理炉の断熱層の性能特性説明図である。
【図６Ａ】従来のガス浸炭炉の熱エネルギー収支の説明図である。
【図６Ｂ】本発明の真空熱処理炉の熱エネルギー収支の説明図である。
【符号の説明】
１  炉殻
２  ケーシング
３  アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット
４  高アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット
５  薄板状アルミナ系セラミック複合材
６  セラミックワッシャーとボルト
７  炭素ヒーター
８  ファン
９  被処理品
１０  接合部
１１  ローラー
１２  トレイガイド
１３  フラッパー
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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