(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の熱処理炉に比べて、燃料の浪費が少なく、保守作業および清掃作業のしやすい分解可能な構造を有する熱処理炉の提供する。【解決手段】被処理物２を加熱するための加熱空間３１をもつ加熱ユニット３０と、該加熱部３の出側に位置し、前記被処理物２を冷却するための冷却空間４１をもつ冷却ユニット４０と、これら加熱空間３１及び冷却空間４１を通って前記被処理物２を連続的に搬送する搬送手段５とを具え、前記加熱部３、冷却ユニット４０及び搬送手段５は分解可能に構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を加熱するための少なくとも１つの加熱ユニットからなる加熱部と、該加熱部の出側に位置し、加熱した被処理物を冷却するための少なくとも１つの冷却ユニットからなる冷却部と、これら加熱ユニット及び冷却空間を通って前記被処理物を連続的に搬送する搬送手段とを具え、前記加熱ユニット、冷却部ユニット及び搬送手段は分解可能に構成されることを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記加熱部及び前記冷却部は、それぞれのユニットごとに分離可能であることを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記熱処理炉は、メッシュベルト式熱処理炉であることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項４】
前記加熱ユニットは、２個の分割セグメントで構成される加熱空間と、各加熱空間を加熱する加熱手段と、前記加熱空間内に配置され、前記被処理物を覆うマッフルとを有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の熱処理炉。
【請求項５】
前記分割セグメントは、開閉可能に連結されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の熱処理炉。
【請求項６】
前記冷却部は、 冷却手段を配設した少なくとも２個の冷却ブロックからなる冷却空間を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の熱処理炉。
【請求項７】
前記冷却ブロックのブロック構造は、高熱伝導率の材料で内部に冷媒の通路を形成した板状のブロックであること特徴とする請求項６記載の熱処理炉。
【請求項８】
前記加熱部と前記冷却部の間には、耐熱材料を有する輻射遮断ユニットを設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の熱処理炉。
【請求項９】
前記搬送手段が対をなすロールと、該ロールを駆動させるモータと、前記ロールの周りに巻きつけたメッシュベルトとで構成され、前記ロールが移動機構または折りたたみ構造を有すること特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の熱処理炉。
【請求項１０】
前記加熱部と前記冷却部は、前記被処理物のサイズごとに適した加熱空間及び冷却空間に変更することが可能な組立て式であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を加熱するための加熱空間をもつ加熱部と、該加熱部の出側に位置し、加熱した被処理物を冷却するための冷却空間をもつ冷却部と、これら加熱空間及び冷却空間を通って前記被処理物を連続的に搬送する搬送手段とを具える熱処理炉、特に、金属等の粉末で成形した製品等を焼結する際に使用する熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉末治金製品等の製造プロセスは、通常、材料混合工程、成形工程及び焼結工程からなり、このうち焼結工程に用いられる熱処理炉としては、加熱処理を連続的に行う連続熱処理炉が挙げられる。ここで、前記熱処理炉は、被処理物の搬送方法により前記熱処理炉のタイプが分類され、例えば非特許文献１に開示されているように、メッシュベルト炉、ローラーハース炉、トレープッシャー炉、又はウォーキングビーム炉等がある。
【非特許文献１】日本粉末治金工業会、「焼結機械部品−その設計と製造」、日本、(株) 技術書院、1987年10月20日、P48〜P52
【０００３】
前記熱処理炉は加熱工程を行うにあたり、炉内を高温（1100〜1200℃程度）に維持しなければならず、常温から炉内温度を高温にするには、通常、48時間程度要するため、実際に熱処理炉を使用してない時間についても稼動させておく必要があり、無駄な燃料を消費するという問題があった。加えて、前記前記熱処理炉を構成する部材のサイズは固定されており、部材のサイズによって前記熱処理炉の大きさが決まるため、被処理物の容量に比べて熱処理炉容量が大きくなり、処理物の大小に関わらず、燃料を浪費しているという問題もあった。
【０００４】
さらに、前記熱処理炉は、炉内の保守作業や清掃のしやすい構造や、熱処理の前後の製造工程との整合性を考慮し、前記熱処理炉を小型化し、搬送が容易となる構造についての要求もあり、前述した課題及び要求を解決できる熱処理炉の開発が望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来の熱処理炉に比べて、加熱エネルギーと雰囲気ガス量の消費が少なく、保守作業および清掃作業のしやすい分解可能な構造を有する熱処理炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、被処理物を加熱するための少なくとも１つの加熱ユニットからなる加熱部と、該加熱部の出側に位置し、加熱した被処理物を冷却するための少なくとも１つの冷却ユニットからなる冷却部と、これら加熱ユニット及び冷却空間を通って前記被処理物を連続的に搬送する搬送手段とを具え、前記加熱ユニット、冷却ユニット及び搬送手段のいずれについても分解可能な構成にすることで、保守作業や清掃作業が容易となり、さらに、被処理物のサイズに対応した効率的な熱処理炉の稼動が可能となることを見出した。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）被処理物を加熱するための少なくとも１つの加熱ユニットからなる加熱部と、該加熱部の出側に位置し、加熱した被処理物を冷却するための少なくとも１つの冷却ユニットからなる冷却部と、これら加熱ユニット及び冷却空間を通って前記被処理物を連続的に搬送する搬送手段とを具え、前記加熱ユニット、冷却部ユニット及び搬送手段は分解可能に構成されることを特徴とする熱処理炉。
【０００８】
（２）前記加熱部及び前記冷却部は、それぞれのユニットごとに分離可能であることを特徴とする上記（１）記載の熱処理炉。
【０００９】
（３）前記熱処理炉は、メッシュベルト式熱処理炉であることを特徴とする上記（２）記載の熱処理炉。
【００１０】
（４）前記加熱ユニットは、２個の分割セグメントで構成される加熱空間と、各加熱空間を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする上記（１）、（２）または（３）記載の熱処理炉。
【００１１】
（５）前記加熱部は、開閉可能に連結されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の熱処理炉。
【００１２】
（６）前記冷却部は、 冷却手段を配設した少なくとも２個の冷却ブロックからなる冷却空間を有することを特徴とすることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１項記載の熱処理炉。
【００１３】
（７）前記冷却ブロックのブロック構造は、高熱伝導率の材料で内部に冷媒の通路を形成した板状のブロックであること特徴とする上記（６）項記載の熱処理炉。
【００１４】
（８）前記加熱部と前記冷却部の間には、耐熱材料を有する輻射遮断ユニットを設けることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか１項記載の熱処理炉。
【００１５】
（９）前記搬送手段が対をなすロールと、該ロールを駆動させるモータと、前記ロールの周りに巻きつけたメッシュベルトとで構成され、前記ロールが移動機構または折りたたみ構造を有すること特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか１項記載の熱処理炉。
【００１６】
（１０）前記加熱部と前記冷却部は、前記被処理物のサイズごとに適した加熱空間及び冷却空間に変更することが可能な組立て式であることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１項記載の熱処理炉。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、従来の熱処理炉に比べて、加熱エネルギーと雰囲気ガスの消費が少なく、保守作業および清掃作業のしやすい分解可能な構造を有する熱処理炉の提供が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に従う熱処理炉１の内部を側方から見たものである。
【００１９】
本発明に従う熱処理炉1は、被処理物２を加熱するための加熱空間３１をもつ加熱部３と、該加熱部３の出側に位置し、前記被処理物２を冷却するための冷却空間４１をもつ冷却部４と、これら加熱空間３１及び冷却空間４１を通って前記被処理物２を連続的に搬送する搬送手段５とを具える。
【００２０】
（加熱部）
図２は、図１の加熱ユニット３０のＡ−Ａ断面を拡大して見たものである。本発明による熱処理炉１は、図２に示すように、前記被処理物２を加熱するための、少なくとも１つ（図１では３つ）の加熱ユニット３０からなる加熱部３を有する。前記加熱ユニット３０は、前記被処理物２を所定の温度（1100〜1200℃程度）で加熱することができれば特に限定はないが、例えば図１で示すように、前記被処理物２を加熱するための加熱空間３１と、前記加熱空間３１に配設された前記加熱空間３１を昇温するための加熱手段３２と、前記加熱空間３１に配置された前記被処理物２を覆うためのマッフル３３とで構成することが、被処理物２を効率的かつ効果的に加熱することができるため好適である。
【００２１】
前記加熱空間３１は、耐熱性および断熱性を有している部材より構成されるものであれば特に限定はないが、耐火板や断熱材から構成されることが好ましく、アルミナシリカボードからなることがより好適である。温度の上げ下げに強く、また、従来の耐火レンガ等の耐熱材に比べて、体積が小さいため、前記熱処理炉１の小型化に寄与するからである。また、前記加熱手段３２は、例えば、電気やガス等によるヒーターが挙げられる。また、前記加熱手段３による加熱は、燃料のロスを少なくするため、前記被処理物２の種類によって必要な温度範囲のうち最も低い温度で行うことが好ましい。
【００２２】
さらに、前記空間３１は、２つの分割セグメントからなり、これら分割セグメントが開閉可能に連結されていることが好ましい。例えば図３に示すように、前記空間３１は、２つの部材３１ａおよび３１ｂに分割されていて、これら分割部材３１ａおよび３１ｂは、連結部３１ｃによって連結されている。このような構造を有することで、加熱空間３１の分解が容易となり、作業の効率化が図れるためである。
【００２３】
（冷却部）
本発明による熱処理炉１は、前記加熱部３の出側に位置し、加熱した被処理物２を冷却するための少なくとも１つの冷却ユニット４０からなる冷却部４を具える。前記冷却ユニット４０は、前記被処理物２を冷却できれば特に限定はないが、少なくとも２個の冷却ブロックからなる冷却空間４１と、該冷却空間４１を冷却するための冷却手段４２を有することが、前記被処理物２を効率的に冷却することができる点で好ましい。また、前記冷却ユニット４０は、そのユニットの数を調整することにより前記被処理物２の冷却温度を制御することが可能となる。
【００２４】
前記冷却空間４１は、図４(ａ)、(ｂ)及び(ｃ)に示すように、冷却手段を配設した少なくとも２個の冷却ブロック４１ａ、４１ｂ、４１ｃからなることが好ましい。従来の冷却空間に用いられていた冷却ジャケットの二重壁構造に比べて薄いため、省スペースとなり前記熱処理炉１の小型化に寄与するためである。また、前記水冷ブロック４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、材質が高熱伝導率の材料であることが好ましく、Alを用いることがより好適である。軽量で熱伝導率が高く、かつ加工がしやすいためである。また、前記水冷ブロック４１ａ、４１ｂ中の水の通路は、前記被処理物２を冷却できれば特に限定はなく、通路の形成のしやすさから４１ａおよび４１ｃのような水通路加工形成ブロックや、冷却効率から４１ｂのような水冷パイプ鋳包みブロックとすることができる。
【００２５】
また、前記加熱部３と冷却部４の間には、耐熱材料を有する輻射遮断ユニット６を設けることが好ましい。例えば、図５に示すような輻射遮断ユニット６を設けることで、前記加熱部３からの輻射熱を有効に遮ることができ、さらに、輻射遮断ユニット６の内部に有する耐熱材料は、のれん状のフレキシブルな形状であるため、前記被処理物２の移送は妨げないようにできるからである。前記耐熱材料は、のれん状であって有効に輻射熱を遮断できれば特に限定はないが、高温の前記被処理物２と接触した場合の耐熱性および耐久性が必要となるため、Al2O3、SiO2またはSi3N4のセラミック繊維を編んだ布から作製されたものであることが好ましい。
【００２６】
また、前記加熱部３及び前記冷却部４は、それぞれのユニット３０、４０ごとに分離可能であることが好ましい。ユニット３０、４０ごとに分離可能とすることで、加熱ユニット３０、冷却ユニット４０の個数をそれぞれ調整することが可能となり、所望の処理温度および冷却温度をユニットの増減で実現することができ、さらに搬送が容易となるからである。
【００２７】
（搬送手段）
本発明による熱処理炉1は、前記加熱空間３１及び冷却空間４１を通って、前記被処理物２を連続的に搬送する搬送手段５を具えている。前記搬送手段５は、所望の速度で連続的に前記被処理物２を搬送することができれば限定なく、搬送方式（メッシュベルト式やローラーハース式等）によっても異なるが、例えば図１で示す熱処理炉１のように、メッシュベルト式の場合、搬送するための前記被処理物を乗せるためのメッシュベルト５１と、メッシュベルト５１を巻きつけて動かすための対をなすローラ５２と、ロール５２を回転させるためのモータ（図示せず）と、モータと連結した駆動ローラ５３で構成されることが、前記被処理物２を連続的に安定して移送できる点で好ましい。
【００２８】
また、前記ロール５２は、図６(ａ)に示すように、移動機構５２ａを有するか、または、図６(ｂ)に示すように、折りたたみ構造５２ｂを有することにより、前記ロール５２を移動させて、前記メッシュベルト５１の取り外しを容易にできる点で好ましい。さらにまた、図６(ｃ)に示すように、炉体を支えるために設けられている炉体脚５４の形状をコの字形状とすれば、前記メッシュベルト５１を取り外しやすくなるため、さらに好適である。
【００２９】
以上のような構成の熱処理炉１において、本発明者らは、燃料の浪費が少なく、保守作業および清掃作業が容易な構造について鋭意研究を行った。その結果、構成部材が大きく、清掃や点検を頻繁に行う必要のある前記加熱部３及び冷却部４を、分解可能な構成にすることで、保守作業や清掃作業が容易になることを見出し、さらに、熱慣性を考慮してミニサイズ、好ましくは、立ち上がり時間が１時間以内となる様な炉のサイズを設定することができ、熱処理炉１を加熱して使用できるようになるまでの時間（立ち上げ時間）を短縮し、使用していない時間帯には停止させることができるため、効率的な稼動が可能となることを見出した。
【００３０】
前記加熱ユニット３０及び冷却ユニット４０の分解可能な構成とは、保守作業や清掃作業が容易となる程度に分解できる構成である。加熱ユニット３０の分解可能な構成とは、例えば、図７(ａ)に示すように、加熱空間３１を上下に分割して分解するか、図７(ｂ)に示すように、前記加熱空間３１を構成する輻射板３１ａ〜ｄを分解し、さらに、前記加熱空間３１内のマッフル３３をマッフル天井（図示せず）とマッフル側板（図示せず）に分解できるような構成である。また、冷却ユニット４０の分解可能な構成とは、前記加熱ユニット３０の構成と同様に、前記冷却空間４１を、上下に分割するか、冷却ブロック４１ａ、４１ｂごとに４分割できるような構成である。
【００３１】
また、前記加熱部３と前記冷却部４は、分解可能な構成であるとともに、前記被処理物２のサイズに対応して、適正な加熱空間３１及び冷却空間４１に変更することが可能な組立て式であることが好ましい。加熱空間３１及び冷却空間４１が種々のサイズに変更可能になることで、燃料や炉の立ち上げ時間のロスをなくすことができるためであり、例えば、時間当り20kgを1100℃で処理する焼結炉のヒーター出力を66kWとし、その15％の熱がロスする場合、45分で立ち上げたい場合には、適正な炉のサイズ（幅400mm×長さ1600mm×高さ500mm）の熱処理炉１の組み立てが可能となる。さらに、組立式であれば、熱処理炉１の持ち運びが可能となり、場所を選ばずに前記熱処理炉１を稼動させることができるためである。
【００３２】
また、図８は図１中のマッフル３３のＡ−Ａ断面を示したものであるが、本発明による熱処理炉のマッフル３３は、前記被処理物２が通過できる最小限のサイズであることが好ましい。空間７が大きくなるほど、必要とする雰囲気ガスの量および加熱に要する燃料が多くなるため、効率的な稼動および省エネルギーの観点より好ましくないからである。具体的には、前記被処理物２と前記マッフル３３が干渉しない最小の寸法となるようにし、幅方向に10mm以上、高さ方向に10mm以上の隙間を設けることにより、前記空間７を形成する。
【００３３】
なお、本発明による熱処理炉１は、小型焼結炉に適用するのが効果的で、該小型焼結炉は、メッシュベルト式焼結炉であることがより好適である。本発明による熱処理炉１の構成は、分解可能でかつ組立て可能であることから、粉末治金を加熱処理する場合に粉末に起因し、その汚れを避ける上で、焼結炉の用途に適しており、さらに、メッシュベルト式焼結炉とすることで、迅速な分解および組立てが容易となるため、本発明による効果が最も発揮されるためである。
【００３４】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３５】
（実施例）
実施例は、図１に示すように、分解可能な加熱部３と、分解可能な冷却部４及び分解可能な搬送手段５とを具え、加熱部３と冷却部４との間には、輻射遮断ユニット６を設けた、外径が幅：500mm×高さ：600mm×長さ3500mmで、炉内の容量がおよそ0.1m2であるメッシュベルト式の小型焼結炉を得た。
【比較例】
【００３６】
（比較例）
比較例は、従来の方法で製造された加熱部と、冷却部と、搬送手段を具える、外径が幅：1700mm×高さ：2000mm×長さ：15000mmで、炉内の容量がおよそ0.9m2であるメッシュベルト式の焼結炉を得た。
【００３７】
本実施例及び比較例で行った試験の評価方法を以下に示す。
【００３８】
（評価方法）
（１）炉の立ち上げ時間
実施例および比較例で製造された各焼結炉の稼動を停止した状態から、炉内温度が1100℃に達するまでの時間を測定し、以下の評価基準に従って評価した。
○：1時間以内 
×：1時間超え
【００３９】
（２）分解時間
実施例および比較例で製造された各焼結炉の加熱ユニットおよび冷却ユニットを分解して、かかった時間を測定し、以下の評価基準に従って評価した。
○：10分以内
×：10分超え
【００４０】
（３）組立時間
実施例および比較例で製造された各焼結炉の、分解した後、組立てにかかった時間を測定し、以下の評価基準に従って評価した。
○：10分以内
×：10分超え
【００４１】
（４）熱処理性能
実施例および比較例で製造された各焼結炉の、１時間あたりの熱処理を施した粉末治金製品の数を計測し、以下の評価基準に従って評価した。
○：600個／時間以上
×：600個／時間未満
【００４２】
上記各試験の評価結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2009014227.tif 000003
【００４４】
これによれば、実施例の小型焼結炉は、比較例の焼結炉に比べ、立ち上げ時間、分解時間および組立時間について良好な結果が得られていることがわかる。また、熱処理性能についても、実施例は比較例の焼結に比べてサイズが小さいものの、同等の処理性能を有していることがわかった。なお、実施例の炉の製作コストは1／20であるため、実施例の炉を１０基用意して比較例の炉と同じ数の粉末治金製品を作製する場合でも、トータルコストは半減することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、従来の熱処理炉に比べて、燃料の消費が少なく、保守作業および清掃作業のしやすい分解可能な構造を有する熱処理炉を低コストで提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に従う熱処理炉を模式的に示したの斜視図である。
【図２】本発明に従う熱処理炉の加熱ユニットの構成を示した断面図である。
【図３】本発明に従う熱処理炉の加熱空間の分割構造を模式的に示したものであり、(ａ)および(ｂ)は加熱空間の断面図、(ｃ)は加熱空間の斜視図、（ｄ）は本発明に従う加熱空間の別形態についての断面図である。
【図４】本発明に従う熱処理炉の水冷ブロックを模式的に示す斜視図であり、(ａ)は水通路加工形成ブロック、(ｂ)は水冷パイプ鋳包みブロック、（ｃ）は水通路加工形成ブロックの別の形態を示す。
【図５】本発明に従う熱処理炉ののれん状輻射遮断仕切りを示す斜視図である。
【図６】本発明に従う熱処理炉の搬送手段のロールおよびメッシュベルトの構造を模式的に示す図であり、 (ａ)は移動機構有する搬送手段を示す斜視図、 (ｂ)は折りたたみ構造を有する搬送手段を示す斜視図、（ｃ）はメッシュベルトと炉脚の関係を示した断面図である。
【図７】本発明に従う熱処理炉の加熱ユニットを模式的に示した斜視図であり、(ａ)は２分割した状態、(ｂ)は４分割した状態を示す。
【図８】図１中の本発明に従う熱処理炉のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    熱処理炉
２    被処理物
３    加熱部
４    冷却部
５    搬送手段
６    輻射遮断ユニット
７    空間
３０  加熱ユニット
３１  加熱空間
３１ａ、ｂ  分割セグメント
３１ｃ  連結部
４０  冷却ユニット
４１  冷却空間
４１ａ、ｂ  水冷ブロック
５１  メッシュベルト
５２  ロール
５２ａ  ロールの移動機構
５２ｂ  ロールの折りたたみ構造
５３  駆動ローラ
５４  炉脚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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