JP2019152406A - 真空炉のバーンアウト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バーンアウトに要する時間を短縮することができる真空炉のバーンアウト方法を提供する。【解決手段】真空炉のバーンアウト方法であって、開口部８が設けられると共に炭素材料を用いずに構成される炉体２に、開口部８を閉じた状態で大気圧まで燃焼ガスを導入する導入工程（ステップＳ１１）と、導入された前記燃焼ガスが燃焼した後に、開口部８を開ける開放工程（ステップＳ１２）と、導入工程（ステップＳ１１）及び開放工程（ステップＳ１２）を繰り返し行う工程（ステップＳ１３、ステップＳ１４）と、繰り返し行う工程（ステップＳ１３、ステップＳ１４）が行われた炉体２の開口部８を閉じた状態を保持する工程（ステップＳ１５）と、を備える、真空炉のバーンアウト方法。【選択図】図１

Description

本発明は、真空炉のバーンアウト方法に関する。

金属製ワークの表面に炭素を含浸させる浸炭処理を行うことによって、金属製ワークの性能を向上させる方法が知られている。
例えば、真空炉内において炭化水素ガスを反応させることによって、金属製ワークに浸炭処理を行うことがある。炭化水素ガスの一部は、金属製ワークと反応せずに、煤を生成する。したがって、浸炭処理後の真空炉内には、煤が残留している。浸炭処理を繰り返し行うと、真空炉内に残留している煤の量が多くなる。

真空炉内の煤の量が多くなると、真空炉内に配置された断熱材に煤が含浸する虞がある。煤が含浸した断熱材は、断熱性が低下する。そこで、定期的に真空炉内に残留している煤を除去する必要がある。例えば、煤を燃焼させるバーンアウトを行うことによって、真空炉内の煤を除去することができる。特許文献１には、煤を燃焼させる際に、真空炉内の圧力が５０ｋＰａ〜９０ｋＰａとなるまで燃焼ガスを導入する真空炉のバーンアウト方法が開示されている。

特開２００７−１３１９３６号公報

発明者らは、真空炉のバーンアウト方法に関し、以下の課題を見出した。
真空炉内に燃焼ガスを導入して煤を燃焼させると、真空炉内の温度が上昇する。温度が上昇すると、真空炉や排気手段等が酸化する虞がある。そこで、特許文献１に開示されている真空炉のバーンアウト方法では、導入する燃焼ガスの量を制御することによって、真空炉内の圧力が所定以下となるようにバーンアウトを行っている。真空炉内の圧力が所定以下に保たれているため、真空炉内の温度が所定の温度以上まで上昇することが抑制される。

煤を充分に燃焼させるためには、真空炉内に充分な量の燃焼ガスを導入する必要がある。導入する燃焼ガスの量を制御している場合、充分な量の燃焼ガスを真空炉内に導入するために、複数回燃焼ガスを導入して煤を燃焼させる必要がある。しかしながら、複数回燃焼ガスを導入すると、工程数が増大し、バーンアウトに要する時間が長くなる。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、バーンアウトに要する時間を短縮することができる真空炉のバーンアウト方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、真空炉のバーンアウト方法であって、開口部が設けられると共に炭素材料を用いずに構成される炉体に、前記開口部を閉じた状態で大気圧まで燃焼ガスを導入する導入工程と、導入された前記燃焼ガスが燃焼した後に、前記開口部を開ける開放工程と、前記導入工程及び前記開放工程を繰り返し行う工程と、前記繰り返し行う工程が行われた前記炉体の前記開口部を閉じた状態を保持する工程と、を備える。

本発明に係る真空炉のバーンアウト方法では、開口部が設けられると共に炭素材料を用いずに構成される炉体に、開口部を閉じた状態で大気圧まで燃焼ガスを導入する。炭素材料を用いずに構成される炉体は、酸化に強い。したがって、燃焼ガスの燃焼による炉体の破損が抑制される。

また、燃焼ガスを大気圧まで導入しているため、一度に多量の燃焼ガスを炉内に導入することができる。したがって、少ない導入回数で充分量の燃焼ガスを導入することができる。導入回数が少ないため、バーンアウトに要する工程数を抑制することができる。工程数を抑制することができるため、バーンアウトに要する時間を短縮することができる。

本発明によれば、バーンアウトに要する時間を短縮することができる真空炉のバーンアウト方法を提供することができる。

本実施の形態に係る真空炉の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 バーンアウトサイクルを示すフローチャートである。 バーンアウトサイクルに要する時間を示すグラフである。 本実施の形態に係る真空炉のバーンアウト方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る真空炉のバーンアウト方法を実施することができる真空炉（本実施の形態に係る真空炉）の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る真空炉の平面図である。真空炉１は、図１に示すように、炉体２、ガスインレット６、及び排気ポート７を備える。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。真空炉１は、図１で示した構成に加えて、図２に示すように、扉３、断熱材４、及びヒーター５を備える。

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正方向が鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

炉体２内には、ワークを格納することができる。炉体２には、炉内に連通する開口部８が設けられている。炉体２の開口部８は、図２に示すように、扉３を用いて閉じることができる。開口部８は、ワークの搬入出口やメンテナンスハッチとして使用される。扉３は、例えば、開閉可能な自動扉である。

炉体２及び扉３は、炭素材料を含有しない材料を用いて構成される。炉体２及び扉３は、例えば、セラミックスファイバー、アルミナ・シリカ、及び炭化ケイ素等のセラミックスを用いて構成される。また、炉体２及び扉３は、一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ規格のＳＳ４００材）等の鉄鋼材料を用いて構成されてもよい。炉体２及び扉３は、炭素材料を含有しないため、酸化に強い。

炉体２内には、図２に示すように、ヒーター５が配置されている。ヒーター５と炉体２との間隙には、図２に示すように、断熱材４が配置されている。炉体２内は、ヒーター５を用いて加熱される。炉体２は、図２に示すように断熱材４が配置されているため、炉内が高温になっても、炉外の温度が上昇しにくい。また、炉体２内の大きさを小さくすると、炉内の温度調節を短時間で行うことができる。さらに、炉体２内の大きさを小さくすると、浸炭処理時に炉体２内に導入される浸炭ガスの量を少なくすることができる。したがって、浸炭処理後に残留する煤の量を少なくすることができる。

断熱材４は、保温性に優れ、かつ、耐高熱性に優れた材料を用いて構成される。断熱材４は、例えば、アルミナ・シリカ系等のセラミックスファイバーを用いて構成される。断熱材４は、セラミックスファイバー同士の間隙に空気が保持されているため、保温性に優れている。浸炭処理を繰り返し行うと、炉体２内に煤が多く残留する。残留した煤の一部は、断熱材４が有する間隙に含浸する。間隙に煤が含浸した断熱材４は、保温性が低下する。

ヒーター５は、セラミックスヒーター等の酸化に強いヒーターを用いて構成される。ヒーター５は、例えば、炭化ケイ素ヒーター（ＳｉＣヒーター）を用いて構成される。ヒーター５は、酸化に強いため、ヒーターチューブを用いずに炉体２内において使用することができる。ヒーターチューブを用いずにヒーター５を使用することによって、ヒーターチューブを用いた場合よりも、短時間で所定の温度に炉体２内を調節することができる。

炉体２には、図１に示すように、ガスインレット６が延設されている。ガスインレット６を開けることによって、燃焼ガスを炉体２内に導入することができる。ガスインレット６には、例えば、燃焼ガスが充填されたガスボンベやバッファタンク等が連結されていてもよい。燃焼ガスは、例えば、エアーである。また、燃焼ガスは、酸素を含有する混合ガスでもよい。

炉体２には、図１に示すように、排気ポート７が延設されている。排気ポート７には、真空ポンプ（不図示）が連結されている。排気ポート７を開けると共に真空ポンプを作動させることによって、炉体２内の雰囲気を外部へ排出することができる。

ガスインレット６及び排気ポート７は、炉体２内に連通する位置であれば、どのような位置に延設されていてもよい。ガスインレット６及び排気ポート７は、例えば、図２に示すように、炉体２の側壁に延設される。また、ガスインレット６及び排気ポート７は、酸化に強い材料を用いて構成されることが好ましい。

次に、図３及び図４を参照して、バーンアウトサイクルについて説明する。図３は、バーンアウトサイクルを示すフローチャートである。図４は、バーンアウトサイクルに要する時間を示すグラフである。バーンアウトサイクルを行うことによって、炉体２内の煤を除去し、浸炭処理を行うことができるようにすることができる。バーンアウトサイクルを行う際には、ヒーター５を作動することによって、炉体２内を加熱する。バーンアウトサイクルは、炉体２内にワークを格納せずに行われる。

まず、バーンアウトする工程（ステップＳ１）を行う。詳細は後述するが、バーンアウトする工程（ステップＳ１）を行うことによって、炉体２内に残留した煤を除去することができる。また、炉体２内には、炭化水素ガス等の浸炭処理に用いられるガスが残留していることがある。バーンアウトする工程（ステップＳ１）を行うことによって、炉体２内に残留した炭化水素ガスを除去することができる。詳細は後述するが、バーンアウトする工程（ステップＳ１）に要する時間は、図４に示すように、８分程度である。バーンアウトする工程（ステップＳ１）を行う際には、炉体２内の温度が、８８０℃〜９５０℃であることが好ましい。

炭化水素ガスを燃焼させると、水が生成される。したがって、バーンアウトする工程（ステップＳ１）を行うと、炉体２内に水分が残留することがある。そこで、バーンアウトする工程（ステップＳ１）を行った後に、ベーキングする工程（ステップＳ２）を行う。ベーキングする工程（ステップＳ２）を行う際には、真空ポンプを用いて、炉体２内の圧力が２００Ｐａ〜４００Ｐａとなるまで真空引きする。そして、炉内２内の圧力が２００Ｐａ〜４００Ｐａとなった状態を１０分程度保持する。ベーキングする工程（ステップＳ２）に要する時間は、図４に示すように、１０分程度である。ベーキングする工程（ステップＳ２）を行う際には、炉体２内の温度が、１０００℃程度であることが好ましい。

バーンアウトする工程（ステップＳ１）及びベーキングする工程（ステップＳ２）が行われた炉体２内には、煤等がほとんど存在しない。煤等がほとんど存在しない炉体２を用いて浸炭処理が行われたロットは、１回以上浸炭処理が行われた後に浸炭処理が行われたロットと比較して、浸炭処理にばらつきが生じる虞がある。そこで、ベーキングする工程（ステップＳ２）を行った後に、シーズニングする工程（ステップＳ３）を行う。

シーズニングする工程（ステップＳ３）を行う際には、例えば、炉体２内にアセチレンガス等の炭化水素ガスを少量導入し、加熱する。そして、炭化水素ガスの不完全燃焼等によって、炉体２内に少量の炭素を生成する。シーズニングする工程（ステップＳ３）を行う際には、炉体２内の圧力が２００Ｐａ〜４００Ｐａ程度であることが好ましい。シーズニングする工程（ステップＳ３）に要する時間は、図４に示すように、１２分程度である。シーズニングする工程（ステップＳ３）を行う際には、炉体２内の温度が、９５０℃程度であることが好ましい。

シーズニングする工程（ステップＳ３）を行うと、炉体２内に少量の炭素が生成される。したがって、シーズニングする工程（ステップＳ３）を行うことによって、ベーキングアウトサイクルを行った直後に浸炭処理が行われたロットと、２回目以降に浸炭処理が行われたロットと、の品質のばらつきを抑制することができる。

上記のようにバーンアウトサイクルを行うことによって、バーンアウトサイクルに要する時間を６０分間以下とすることができる。
次に、図５を参照して、バーンアウトする工程（ステップＳ１）について、詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係る真空炉のバーンアウト方法を示すフローチャートである。バーンアウトする工程（ステップＳ１）は、図５に示すように、ステップＳ１１〜ステップＳ１５を備える。

まず、燃焼ガスを導入する導入工程（ステップＳ１１）を行う。導入工程（ステップＳ１１）を行う際には、扉３を用いて炉体２の開口部８を閉じる。開口部８を閉じた状態で、ガスインレット６を用いて炉体２内に燃焼ガスを導入する。炉体２内の圧力が大気圧程度となるまで、燃焼ガスを導入する。そして、燃焼ガスを導入した状態を１分間保持する。導入工程（ステップＳ１１）を行う際には、ヒーター５を用いて炉体２内を加熱する。炉体２内を加熱すると共に燃焼ガスを導入することによって、炉体２内に残留している煤や炭化水素ガスを燃焼させることができる。

次に、開口部８を開ける開放工程（ステップＳ１２）を行う。開放工程（ステップＳ１２）を行う際には、扉３を開けることによって炉体２の開口部８を開ける。開口部８を開けると、炉体２内の雰囲気及び外部の燃焼ガスが、炉体２内において対流を起こす。炉体２内において対流が起こると、煤や炭化水素ガスの燃焼が促進される。また、燃焼した燃焼ガスから生成した排気ガスを外部に排気することができる。開放工程（ステップＳ１２）を行う際には、開口部８を開けた状態を３０秒間保持する。

排気ガスは、燃焼した燃焼ガスから生成されるため、高温である。したがって、開口部８を開けると、排気ガスは、開口部８から上昇しながら排気される。炉体２は、開放工程（ステップＳ１２）を行う際に、開口部８以外が閉め切られている。したがって、排気された排気ガスと同量の空気が、開口部８の下方から炉体２内に、入り込む。

開放工程（ステップＳ１２）を行うと、ノズル等を用いて燃焼ガスを炉体２内に導入する場合よりも、短時間で空気を炉体２内に入り込ませることができる。排気された排気ガスと同量の空気が短時間で入り込むと、炉体２内の対流が促進される。そのため、入り込んだ空気は、ノズル等を用いて燃焼ガスを導入する場合よりも、短時間で炉体２内の隅々まで拡散する。そして、入り込んだ空気は、燃焼ガスとして、煤を燃焼する。したがって、開放工程（ステップＳ１２）を行うことによって、ノズル等を用いて燃焼ガスを導入する場合よりも、短時間で煤の燃焼を促進することができる。

次に、燃焼ガスを導入する導入工程（ステップＳ１３）を行う。導入工程（ステップＳ１３）を行う際には、扉３を用いて炉体２の開口部８を閉じる。開口部８を閉じた状態で、ガスインレット６を用いて炉体２内に燃焼ガスを導入する。炉体２内の圧力が大気圧程度となるまで、燃焼ガスを導入する。そして、燃焼ガスを導入した状態を１分間保持する。導入工程（ステップＳ１３）を行う際には、ヒーター５を用いて炉体２内を加熱する。炉体２内を加熱すると共に燃焼ガスを導入することによって、炉体２内に残留している煤や炭化水素ガスを燃焼させることができる。

なお、導入工程（ステップＳ１３）を行う前に、真空ポンプを動作させることによって、炉体２内を真空引きしてもよい。炉体２内を真空引きすることによって、導入工程（ステップＳ１１）及び開放工程（ステップＳ１２）において発生した排気ガスを排気することができる。

次に、開口部８を開ける開放工程（ステップＳ１４）を行う。開放工程（ステップＳ１２）を行う際には、扉３を開けることによって炉体２の開口部８を開ける。開口部８を開けると、炉体２内の雰囲気及び外部の燃焼ガスが、炉体２内において対流を起こす。炉体２内において対流が起こると、煤や炭化水素ガスの燃焼が促進される。また、燃焼した燃焼ガスから生成した排気ガスを外部に排気することができる。開放工程（ステップＳ１４）を行う際には、開口部８を開けた状態を３０秒間保持する。

次に、開口部８を閉じた状態を保持する工程（ステップＳ１５）を行う。開口部８を閉じる工程（ステップＳ１５）を行う際には、扉３を用いて炉体２の開口部８を閉じる。そして、開口部８を閉じた状態を５分間保持する。開口部８を閉じた状態を保持する工程（ステップＳ１５）を行うことによって、炉体２内に残留していた煤や炭化水素ガスをさらに燃焼させることができる。

以上で説明したようにステップＳ１１〜ステップＳ１５を備えるバーンアウトする工程（ステップＳ１）を行うことによって、炉体２内に残留した煤を除去することができる。バーンアウトする工程（ステップＳ１）は、所定の時間で行うことができる。したがって、バーンアウトサイクルに要する時間にばらつきが生じにくい。また、炉体２内に残留した煤を人手による清掃作業を行うことなく除去することができる。

以上で説明した本発明に係る真空炉のバーンアウト方法によって、バーンアウトに要する時間を短縮することができる真空炉のバーンアウト方法を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 真空炉
２ 炉体
３ 扉
４ 断熱材
５ ヒーター
６ ガスインレット
７ 排気ポート
８ 開口部

Claims (1)

1. 真空炉のバーンアウト方法であって、
   開口部が設けられると共に炭素材料を用いずに構成される炉体に、前記開口部を閉じた状態で大気圧まで燃焼ガスを導入する導入工程と、
   導入された前記燃焼ガスが燃焼した後に、前記開口部を開ける開放工程と、
   前記導入工程及び前記開放工程を繰り返し行う工程と、
   前記繰り返し行う工程が行われた前記炉体の前記開口部を閉じた状態を保持する工程と、を備える、
   真空炉のバーンアウト方法。

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