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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-19
(54)【発明の名称】連続焼結炉で使用するためのラッキングシステム
(51)【国際特許分類】
F27D 3/12 20060101AFI20240312BHJP
C04B 38/00 20060101ALI20240312BHJP
C04B 35/80 20060101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
F27D3/12 Z
C04B38/00 303Z
C04B35/80
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555727
(86)(22)【出願日】2022-03-15
(85)【翻訳文提出日】2023-09-21
(86)【国際出願番号】 US2022020319
(87)【国際公開番号】W WO2022197661
(87)【国際公開日】2022-09-22
(31)【優先権主張番号】63/161,564
(32)【優先日】2021-03-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523346261
【氏名又は名称】ディーエスビー テクノロジーズ， エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】ＤＳＢ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ＬＬＣ
【住所又は居所原語表記】３３３０ Ｐａｌｍｅｒ Ｄｒ， Ｊａｎｅｓｖｉｌｌｅ， Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ５３５４６－２３０５， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100091502
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 正威
(72)【発明者】
【氏名】ラング，ジョセフ
(72)【発明者】
【氏名】デポウティロフ，ピーター，エイ．
(72)【発明者】
【氏名】マーティン，ロナルド
(72)【発明者】
【氏名】アトー，パウル
(72)【発明者】
【氏名】フラー，エルドン
【テーマコード（参考）】
4G019
4K055
【Ｆターム（参考）】
4G019FA15
4K055AA06
4K055HA02
4K055HA08
4K055HA12
4K055HA13
4K055HA14
(57)【要約】
焼結炉の中で被焼結部品を搬送するためのアセンブリであって、耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、前記ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の前記被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルと、を備えるアセンブリ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
焼結炉の中で被焼結部品を搬送するためのアセンブリであって、耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、
前記ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の前記被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルと、を備えるアセンブリ。
【請求項2】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、発泡セラミックタイルである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項3】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、ファイバーボードセラミックタイルである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項4】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、３．５ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項5】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、２．０ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項6】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの隣接するセラミックタイルの間に配置され、それらの垂直方向の間隔を維持するスタンドオフをさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項7】
前記スタンドオフは、セラミックを含む、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項8】
前記スタンドオフは、前記複数の被焼結部品に画定された開口内に配置される、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項9】
耐火金属又は合金で形成された蓋をさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項10】
前記蓋は、複数の開口を含む、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項11】
耐火金属、金属合金、又はセラミック材料のうちの１つで形成された上部キャップをさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項12】
前記上部キャップは、前記ボート内に配置された最上部のセラミックタイルに配置されたスタンドオフによって支持されるように構成されている、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項13】
前記ボートは、モリブデンを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項14】
前記ボートは、ランタン化モリブデン（ＭｏＬａ）を含む、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項15】
前記側壁は、複数の開口を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項16】
前記複数の開口は、均一な間隔で前記側壁に配置されている、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項17】
前記複数の開口は、前記側壁に不均一に分布して、部品への放射エネルギー及びガス流を調整する、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項18】
前記側壁の下部に画定された１つ又は複数のスロットをさらに含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項19】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれは、前記複数の被焼結部品を保持するように構成された複数の凹部を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項20】
前記側壁は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルを前記ボートに積み込み及び前記ボートから取り出すためにアクセスできるスロットを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項21】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最上部のセラミックタイルよりも大きな機械的強度を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項22】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの前記最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの前記最上部のセラミックタイルよりも大きな厚さ又は大きな密度を有する、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項23】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最上部のセラミックタイルと同じ厚さを有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項24】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、少なくとも３つの垂直に積層されたセラミックタイルを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項25】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれは、同数の前記複数の被焼結部品を搬送する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項26】
前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの１つは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの別の１つとは異なる数の前記複数の被焼結部品を搬送する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項27】
前記複数の被焼結部品は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれにおいて同じ位置に配向される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項28】
前記複数の被焼結部品は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの１つと、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルの別の１つとにおいて異なる位置に配向される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項29】
部品を焼結させる方法であって、キャリア内に複数の前記部品を搭載するステップであって、前記キャリアが
耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、
前記ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルと、を備えるステップと、
前記部品を焼結させるのに十分な温度に加熱した焼結炉に前記キャリアを通過させるステップと、を含む方法。
【請求項30】
１つ又は複数の粉末材料をコンパクト化することで前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
金属射出成形によって前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項32】
アディティブマニュファクチャリングによって前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項33】
前記複数のセラミックタイル上に前記複数の被焼結部品を搭載するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項34】
前記複数の被焼結部品内に画定された開口内にスタンドオフを搭載するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
前記ボート内で前記複数の被焼結部品及び前記スタンドオフを含む前記複数のセラミックタイルを積層するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項36】
前記部品がボートなしで全密度セラミックプレートにより前記焼結炉を通過する場合、使用すべき温度よりも低い温度で前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項37】
焼結システムを改造する方法であって、焼結炉の中で被焼結部品を輸送するために使用されるキャリアを、
耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、
前記ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルとを備えるキャリアに置き換えるステップを含む、方法。
【請求項38】
前記焼結炉内で、前記焼結炉を改造する前よりも焼結部品を１時間あたりにより多く製造するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項39】
前記焼結炉を改造する前よりも低い温度で前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項40】
前記焼結炉内で、前記焼結炉を改造する前よりも寸法の可変性が少ない焼結部品を製造するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項41】
前記焼結炉を改造する前よりも少ない詰まりで前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
１．技術分野
本明細書で開示される態様及び実施形態は、概して、連続焼結炉で焼結することによって機械部品を製造するためのシステム及び方法に関する。
本明細書で開示される態様及び実施形態は、概して、連続焼結炉で焼結することによって機械部品を製造するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
２．従来技術の考査
材料は、一般的に、粉末の塊を所望の形状に形成し、その後、制御された雰囲気下で熱を加えることにより、粒子を固体状態で、つまり完全に液化させることなく結合させることによって、有用な形状に形成される。粉末の成形には、一軸ダイコンパクション、冷間静水圧プレス、粉末圧延、粉末押出、粉末射出成形、アディティブマニュファクチャリング（３Ｄ印刷）などの数多くのプロセスが利用できるが、これらに限定されない。形成プロセスには、「グリーン」部を形成するために、内部又は外部潤滑剤、例えばワックスやステアリン酸金属塩が含まれ得る。熱分解又は他の手段を使用して潤滑剤を除去した後、グリーン部は、粉末材料内の原子を拡散させ、粉末の隣接する粒子を冶金的に結合させる高温にさらされる。この加熱と固結のプロセスは焼結として知られている。焼結プロセスは、金属、セラミック、プラスチック、及び複合材料など、様々な材料から形状を固結させるのに適用できる。
材料は、一般的に、粉末の塊を所望の形状に形成し、その後、制御された雰囲気下で熱を加えることにより、粒子を固体状態で、つまり完全に液化させることなく結合させることによって、有用な形状に形成される。粉末の成形には、一軸ダイコンパクション、冷間静水圧プレス、粉末圧延、粉末押出、粉末射出成形、アディティブマニュファクチャリング（３Ｄ印刷）などの数多くのプロセスが利用できるが、これらに限定されない。形成プロセスには、「グリーン」部を形成するために、内部又は外部潤滑剤、例えばワックスやステアリン酸金属塩が含まれ得る。熱分解又は他の手段を使用して潤滑剤を除去した後、グリーン部は、粉末材料内の原子を拡散させ、粉末の隣接する粒子を冶金的に結合させる高温にさらされる。この加熱と固結のプロセスは焼結として知られている。焼結プロセスは、金属、セラミック、プラスチック、及び複合材料など、様々な材料から形状を固結させるのに適用できる。
【0003】
焼結プロセスは、粉末材料の粒子間の気孔又は空隙の減少又は除去をもたらすこともあれば、もたらさないこともある。グリーン部は、最も一般的に、部品の望ましい寸法を維持するために、成長又は収縮のいずれかのサイズ変化が極めて少なくて焼結される。場合によっては、グリーン部のサイズが大きくなって気孔率が増加することがあるが、他の場合には、気孔率の減少によって収縮が発生することもある。収縮が発生した場合、最終的な所望の寸法公差を達成するために、部品内の密度の変動を最小限に抑え、部品に加えられる熱の均一性を最大にして歪みを防止又は最小限に抑えることが一般に望ましい。
【0004】
焼結は、被焼結部品の所望の密度又は機械的強度に影響を与えるのに必要な時間及び温度、部品のサイズ、グリーン部に含まれる１つ又は複数の材料などの様々な要因に応じて、様々な種類のオーブン又は炉のうちの１つで行うことができる。部品は炉又はキルンに置かれ、移動せずにその場で焼結され得る。しかし、大量生産では、部品は入口から出口まで連続的に焼結炉を通過し、手動又は専用の材料処理設備を使用して積み降ろされることが多い。
【0005】
「ベルト炉」は、炉の各端にあるロール上の連続ベルト（通常は金属）によって部品のトレイを炉内に引き込む。トレイはベルト上に乗せられ、ベルトは炉の床（炉床板）を進行する。このベルト炉は、典型的に、金属帯の温度制限により、低温焼結（最大２１５０°Ｆ未満）に限定される。アルミナ又は炭化ケイ素のリンクを使用するセラミックベルト炉は、より高温の焼結には限定的に使用されるが、荷重搬送制限がある。
【0006】
「プッシャー」炉は、機械的なプッシュロッドによって、被焼結部品を収容するセラミック又は金属タイル又はボートの長い列を炉内に押し込む。タイル又はボートは接続されていないが、炉内を背中合わせに押し込まれ、炉の床（炉床板）を直接横切って滑る。このプッシャー炉は、金属ベルト炉よりも高温で運転でき、セラミックベルト炉よりも重い負荷を搬送することができる。
【0007】
「ローラハース」炉は、重荷重の部品を、バスケット又はボート（窯業では「匣鉢」という用語を使用する）に一連のローラを横切って炉の中で搬送することができる。このローラハース炉は、窯業で焼結キルンに広く使用されている。
【0008】
「ウォーキングビーム」炉は、トレイを持ち上げ、前方に移動させてから再びトレイを下ろす、炉を通過するビームを有する。このウォーキングビーム炉は、高温ではプッシャー炉よりも重い負荷を搬送することができるが、「ベローズ」（ビームを前方に移動させる移動部の周囲のシール部）周囲の漏れを最小限に抑える又はなくすという点では、高額な初期資本コストと継続的なメンテナンスが必要になる。
【0009】
連続焼結炉は、典型的には、部品を所望の焼結温度に加熱するための１つ目の「予熱ゾーン」、部品を所望の焼結温度に保持するための２つ目の「高温ゾーン」、及び部品を室温に戻すように冷却するための３つ目の「冷却ゾーン」の３つのゾーンを含む。「一定温度での保持時間」は、高熱ゾーンの長さと選択された炉を通過する押し込み速度に応じて、数分から数時間の範囲になり得る。非限定的な例では、焼結炉は長さ３０～７０フィートであり、部品が炉を通過するのに数時間かかり、典型的には炉内で高熱セクションに費やされる時間が半分未満であり得る。
【発明の概要】
【0010】
一態様によれば、焼結炉の中で被焼結部品を搬送するためのアセンブリが提供される。前記アセンブリは、耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の前記被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルと、を備える。
【0011】
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、発泡セラミックタイルである。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、ファイバーボードである。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、３．５ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、２．０ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの隣接するセラミックタイルの間に配置され、それらの垂直方向の間隔を維持するスタンドオフをさらに備える。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、ファイバーボードである。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、３．５ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、２．０ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの隣接するセラミックタイルの間に配置され、それらの垂直方向の間隔を維持するスタンドオフをさらに備える。
【0012】
いくつかの実施形態では、前記スタンドオフは、セラミックを含む。
いくつかの実施形態では、前記スタンドオフは、前記複数の被焼結部品に画定された開口内に配置される。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、耐火金属又は合金で形成されたボート蓋をさらに備える。
いくつかの実施形態では、前記蓋は、複数の開口を含む。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、耐火金属、金属合金、又はセラミック材料のうちの１つで形成された上部キャップをさらに備える。
いくつかの実施形態では、前記上部キャップは、前記ボート内に配置された最上部のセラミックタイルに配置されたスタンドオフによって支持されるように構成されている。
いくつかの実施形態では、前記スタンドオフは、前記複数の被焼結部品に画定された開口内に配置される。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、耐火金属又は合金で形成されたボート蓋をさらに備える。
いくつかの実施形態では、前記蓋は、複数の開口を含む。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、耐火金属、金属合金、又はセラミック材料のうちの１つで形成された上部キャップをさらに備える。
いくつかの実施形態では、前記上部キャップは、前記ボート内に配置された最上部のセラミックタイルに配置されたスタンドオフによって支持されるように構成されている。
【0013】
いくつかの実施形態では、前記耐火金属は、モリブデンを含むか、又はそれからなる。
いくつかの実施形態では、前記耐火金属は、ランタン化モリブデン（ＭｏＬａ）を含むか、又はそれからなる。
いくつかの実施形態では、前記側壁は、複数の開口を含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の開口は、均一な間隔で前記側壁に配置されている。
いくつかの実施形態では、前記複数の開口は、前記側壁に不均一に分布して、部品への放射エネルギー及びガス流を調整する。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、前記側壁の下部に画定された１つ又は複数のスロットをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれは、前記複数の被焼結部品を保持するように構成された複数の凹部を含む。
いくつかの実施形態では、前記耐火金属は、ランタン化モリブデン（ＭｏＬａ）を含むか、又はそれからなる。
いくつかの実施形態では、前記側壁は、複数の開口を含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の開口は、均一な間隔で前記側壁に配置されている。
いくつかの実施形態では、前記複数の開口は、前記側壁に不均一に分布して、部品への放射エネルギー及びガス流を調整する。
いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、前記側壁の下部に画定された１つ又は複数のスロットをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれは、前記複数の被焼結部品を保持するように構成された複数の凹部を含む。
【0014】
いくつかの実施形態では、前記側壁は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルを前記ボートに積み込み及び前記ボートから取り出すためにアクセスできるスロットを含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最上部のセラミックタイルよりも大きな機械的強度を有する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの前記最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの前記最上部のセラミックタイルよりも大きな厚さ又は大きな密度を有する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最上部のセラミックタイルよりも大きな機械的強度を有する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの前記最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの前記最上部のセラミックタイルよりも大きな厚さ又は大きな密度を有する。
【0015】
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最下部のセラミックタイルは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの最上部のセラミックタイルと同じ厚さを有する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、少なくとも３つの垂直に積層されたセラミックタイルを含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれは、同数の前記複数の被焼結部品を搬送する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの１つは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの別の１つとは異なる数の前記複数の被焼結部品を搬送する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルは、少なくとも３つの垂直に積層されたセラミックタイルを含む。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれは、同数の前記複数の被焼結部品を搬送する。
いくつかの実施形態では、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの１つは、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの別の１つとは異なる数の前記複数の被焼結部品を搬送する。
【0016】
いくつかの実施形態では、前記複数の被焼結部品は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのそれぞれにおいて同じ位置に配向される。
いくつかの実施形態では、前記複数の被焼結部品は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの１つと、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルの別の１つとにおいて異なる位置に配向される。
いくつかの実施形態では、前記複数の被焼結部品は、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルのうちの１つと、前記複数の垂直に積層されたセラミックタイルの別の１つとにおいて異なる位置に配向される。
【0017】
別の態様によれば、部品を焼結させる方法が提供される。前記方法は、キャリア内に複数の前記部品を搭載するステップであって、前記キャリアが耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、前記ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルと、を備えるステップと、前記部品を焼結させるのに十分な温度に加熱した焼結炉に前記キャリアを通過させるステップと、を含む。
【0018】
いくつかの実施形態では、前記方法は、１つ又は複数の粉末材料をコンパクト化することで前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、金属射出成形によって前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、アディティブマニュファクチャリングによって前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記複数のセラミックタイル上に前記複数の被焼結部品を搭載するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記複数の被焼結部品内に画定された開口内にスタンドオフを搭載するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、金属射出成形によって前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、アディティブマニュファクチャリングによって前記複数の被焼結部品を形成するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記複数のセラミックタイル上に前記複数の被焼結部品を搭載するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記複数の被焼結部品内に画定された開口内にスタンドオフを搭載するステップをさらに含む。
【0019】
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記ボート内で前記複数の被焼結部品及び前記スタンドオフを含む前記複数のセラミックタイルを積層するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記部品がボートなしで全密度セラミックプレートにより前記焼結炉を通過する場合、使用すべき温度よりも低い温度で前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記部品がボートなしで全密度セラミックプレートにより前記焼結炉を通過する場合、使用すべき温度よりも低い温度で前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む。
【0020】
別の態様によれば、焼結システムを改造する方法が提供される。前記方法は、焼結炉の中で被焼結部品を輸送するために使用されるキャリアを、耐火金属又は金属合金で形成され、ベース部及び側壁を含むボートと、前記ボート内に配置され、それぞれが前記焼結炉の中で複数の被焼結部品を搬送するサイズとされる、複数の垂直に積層されたセラミックタイルとを備えるキャリアに置き換えるステップを含む、方法。
【0021】
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉内で、前記焼結炉を改造する前よりも焼結部品を１時間あたりにより多く製造するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉を改造する前よりも低い温度で前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉内で、前記焼結炉を改造する前よりも寸法の可変性が少ない焼結部品を製造するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉を改造する前よりも少ない詰まりで前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉を改造する前よりも低い温度で前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉内で、前記焼結炉を改造する前よりも寸法の可変性が少ない焼結部品を製造するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記焼結炉を改造する前よりも少ない詰まりで前記焼結炉を動作させるステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【0022】
添付の図面は、縮尺に合わせて描くことを意図したものではない。図面では、様々な図に示されている同一又はほぼ同一の各構成要素は、同様の符号で表されている。明瞭にするために、全ての構成要素は全ての図面にラベル付けされるわけではない。図面において、
【0023】
【図1】焼結炉の中で部品を搬送するためのタイルの一例を示す。
【図2A】タイルの表面に６つの部品が置かれた、焼結炉の中で部品を搬送するための緻密なアルミナセラミックタイルの平面図である。
【図3A】代替のセラミックタイルの設計の平面図である。
【図4A】２つの積層されたタイルを含む部品焼結支持構造の一例の立面図である。
【図6A】金属ボート内に積層されたタイルを含む部品焼結支持構造の一例の断面図である。
【図6B】金属ボート内に積層されたタイルを含む部品焼結支持構造の別の例の断面図である。
【図8A】カバープレートがない部品焼結支持構造の別の例を示す。
【図9A】部品の、本明細書に開示される金属ボートの一実施形態を利用した焼結炉を通過した場合のスループットと平らなタイルを利用した焼結炉を通過した場合のスループットとの比較結果を示す。
【図9B】別の部品の、本明細書に開示される金属ボートの一実施形態を利用した焼結炉を通過した場合のスループットと平らなタイルを使用した焼結炉を通過した場合のスループットとの比較結果を示す。
【図10A】平らなタイルキャリアを使用した焼結炉内で焼結された部品についての観察された特性寸法の測定値及び統計的まとめを示す。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本明細書に開示される態様及び実施形態は、以下の説明に記載される、又は図面に示される構成要素の構成及び配置の詳細に限定されない。本明細書に開示される態様及び実施形態は、様々な方式で実践又は実行することができる。また、本明細書で使用される表現及び用語は説明を目的とするものであり、限定的なものと見なされるべきではない。本明細書における「備える」、「含む」、「有する」、「含有する」、「伴う」及びそれらの変形の使用は、その後に列挙される事項及びそれらの事項の同等物、ならびに追加の事項を網羅することを意味する。
【0025】
本明細書に開示される１つ又は複数の態様は、焼結炉の中で被焼結部品を収容及び運搬するためのシステム及び方法に関する。被焼結部品は、典型的には、焼結炉を通過する際に、何らかの形態のキャリアによって支持される。キャリアは、焼結中の部品が所望の形状を維持するのに役立つ機械的支持体を提供し、部品を均一に焼結させるように熱を部品にわたって均一に分散させるのに役立つことができる。支持体の１つの形態は、セラミックプレート又はタイルであり得る。被焼結１つ又は複数の部品は、セラミックプレートに直接置かれ、セラミックプレート上に炉の中で搬送され得る。セラミックプレート又はタイルは、金属部品を焼結させるためによく使用される高温、例えば２７００°Ｆ以上に耐えることができるアルミナ又は別の形態のセラミック材料などの材料で形成され得る。このタイプの支持体の例は、図１の１００で示されている。プレート又はタイル１００は、例えば、アルミナ又はジルコニア安定化アルミナで形成され得る。プレート又はタイル１００は、プレート又はタイルが焼結炉を通過するときに１つ又は複数の被焼結部品１０５を支持し得る。プレート又はタイル１００は、いくつかの実施形態では約１インチの厚さであり得るが、より薄い又はより厚いタイルも使用され得る。プレート又はタイル１００の横方向寸法は、プレート又はタイル１００の使用が意図されている炉の内容積の幅に基づいて決定され得、例えば、いくつかの実施方式では幅約１２インチである。場合によっては、タイルとその上での被焼結部品との間の化学的相互作用を防止するために、タイルにコーティングを施すことができる。
【0026】
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示される配置では、焼結コスト、効率及び生産性の点で利点と制限の両方が存在する。単層積層の簡便性は、適切な焼結温度と一定温度での保持時間で部品間のサイズ変化の差を最小限に抑えるのに有効である。しかし、これは、プロセスがより高い温度とより速い速度で実行されるように積極的に設計されていない限り、炉内で複数のトレイを積層する場合と比較して生産性が低下するという犠牲を払い、炉及びタイルに印加されるストレスが大きくなる。タイルを積層することは、１時間あたりに焼結できる部品の数を増加することによって焼結プロセスの生産性を向上させることができるが、このスループットの向上は、積層体の複雑さの増加、積層体内の位置の関数として各部品によって吸収されるエネルギーの変動の増加、炉の詰まりや高価なメンテナンスを引き起こす可能性のある積層体の壊滅的な故障の確率の増加を犠牲にする。連続焼結炉用のラッキングシステムは、理想的に、破損したタイル又はタイルから脱落した部品による詰まりを防止することで炉の詰まりのリスクを最小限に抑え、熱シールドを最適化して加熱要素から部品への直接放射量を制御し、積層体の上部から底部まで部品へのエネルギー入力のバランスをとり、プロセスガスが部品の周囲を自由に流れることを可能にする。このようなラッキングシステムは、モリブデン、チタンジルコニウム安定化モリブデン（「ＴＺＭ」）、又は酸化ランタン安定化モリブデン（ランタン化モリブデン、又は「ＭｏＬａ」）などの耐火材料で作られた金属収容箱と、セラミック、グラファイト、又は金属であり得るトレイとを組み合わせて構成され得る。トレイがグラファイト又は金属である場合、コーティングを利用して部品とトレイの間の反応を防止することができる。
【0027】
図１に示されるようなプレート又はタイルは、典型的には、緻密なセラミック材料の固体プレートで形成される。このタイプの緻密なタイルは、タイルが炉内で背中合わせに押し込まれる際に印加される高い圧縮荷重に耐えるのによく適している。他の実施方式では、焼結部品支持体、例えばプレート又はタイルは、質量を低減するために、コーディエライト、ファイバーボード、又は発泡セラミック（業界では多孔質セラミックとも呼ばれる）材料などの低密度セラミックで形成され得る。発泡セラミックタイルにおける気孔により、空気がタイルを通って高温の領域から低温の領域に移動することができ、タイルにわたって均一な温度を維持するのに役立つことができる。また、発泡セラミックタイルは、典型的には、固体セラミックから形成された同様のタイルよりも質量が小さく、熱容量が小さいため、焼結オーブン内で発泡セラミックキャリア及び支持される部品を加熱又は冷却するのに必要な時間を短縮することができる。焼結炉の中で被焼結部品を搬送するための発泡セラミックタイル２００の一例は、図２Ａの平面図及び図２Ｂの立面図に示されている。タイル２００は、その上面に６つの部品２０５が置かれた状態で示されている。部品２０５は、例えば粉末ステンレス鋼又は他の金属で形成され得る。動作中、部品２０５は、部品ローディング装置によって、又は手動で（例えば窓固定具により）タイル２００の表面に置かれる。タイル２００は、任意の適切な材料、例えば、アルミナ、ジルコニア強化アルミナ、イットリア安定化ジルコニア／アルミナ、カルシア／マグネシア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、又は別のセラミックで形成され得、０．５インチ～１インチの範囲の厚さを有し、焼結炉の特定のモデルに適合するサイズとされる横方向寸法を有し得る。タイル２００の多孔性、例えば、気孔サイズ及び全空隙スペース（実際の材料ではなく気孔が占めるタイルの体積の割合）は、所望のレベルの機械的強度、熱容量、熱伝導率を提供するように選択され得る。特定の非限定的な例では、タイル２００は１インチあたり約３０個の気孔を有し得る。これらの材料で形成され、これらの多孔性を有する発泡セラミックタイルは、例えば、ノースカロライナ州ヘンダーソンビルのＳｅｌｅｅ社から入手可能である。
【0028】
いくつかの実施形態では、発泡セラミックタイル２００は、一部のタイル２００に画定され、例えば図２Ａに示されるように、タイル２００の縁から内側に延びる１つ又は複数の拡張スロット２１０を含み得る。拡張スロット２１０は、タイル２００が焼結炉内で加熱されるときに拡張するときに、応力を低減し、タイル２００が破損する傾向を低減するために提供することができる。
【0029】
他の実施形態では、焼結炉内で被焼結部品を支持するために発泡セラミックタイルを利用するのではなく、例えば３．５ｇ／ｃｍ３未満又は２．０ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する低密度セラミックタイルを利用してもよい。このようなセラミックタイルの例は、ファイバーボードアルミナ、ファイバーボードアルミナシリケート、又はいずれかの上記した他のセラミック材料のファイバーボード構成で形成され得る。
【0030】
いくつかの実施形態では、被焼結部品を支持タイルの上面に置くのではなく、被焼結部品を受け入れるための凹部をタイルに設けてもよい。図３Ａ及び図３Ｂは、部品３０５用の凹部３１０を含む、上記したような発泡セラミック又は低密度セラミックで形成され得るタイル３００を示している。部品３０５は、部品３０５Ａの上面がタイル３００の上面３００Ａのレベル以下に位置するように、凹部内に完全に嵌合し得る。
【0031】
所定の炉幅での焼結炉の生産能力（焼結される部品／時間）を向上させるために、単一のタイルの代わりに積層された焼結支持体を利用することができる。図４Ａ及び図４Ｂは、積層部品焼結支持構造４００の一実施形態を示している。構造４００は、それぞれ５つの部品４０５を保持するように設計された２つのセラミックタイル４００Ａ、４００Ｂを含むが、各タイル上に支持される部品の数は、部品とタイルの相対的なサイズに基づいて変化し得る。タイル４００Ａは、いくつかの実施形態では、マサチューセッツ州ニュートンのＨ．Ｃ． Ｓｔａｒｃｋ社又はメイン州ルイストンのＥｌｍｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能なものうちの１つなど、金属、例えばモリブデン、ＴＺＭ、又はＭｏＬａボート４１０内に配置され得る下部支持タイルである。タイル４００Ｂは、支持体４１５によって下部タイル４００Ａ及び下部タイル４００Ａ上の部品４０５上に支持される上部タイルである。支持体４１５は、下部タイル４００Ａ上の部品４０５の間に、又は部品４０５内に画定されたオリフィス内に置かれ得る。いくつかの実施形態では、支持体４１５は、タイル４００Ａ、４００Ｂのように発泡セラミック又は低密度セラミックで形成されてもよく、あるいはセラミック又は他の耐火材料の固体ブロックであってもよい。上部タイル４００Ｂの下面が下部タイル４００Ａ上に置かれた部品４０５の上面よりも上になると共に、タイル４００Ａ、４００Ｂ間の垂直方向のスペースは、可能な限り小さくなるように選択し得る。図４Ａ及び図４Ｂには、２層のタイル４００Ａ、４００Ｂのみが示されているが、他の実施形態では、例えば３つ～５つ又はそれ以上の垂直に積層されたタイルを有する支持構造を形成するために、追加の積層されたタイルを含んでもよい。部品焼結支持構造内に積層され得るタイルの数は、それが使用される焼結炉の内容積の高さだけで制限され得る。
【0032】
いくつかの実施形態では、下部タイル、例えば図４Ａ及び図４Ｂにおける下部タイル４００Ａは、割れずに上部タイル、例えば図４Ａ及び図４Ｂにおけるタイル４００Ｂを支持するのに十分な機械的強度を提供するために、上部タイルよりも厚く、多孔性が低く、又は緻密であり得る。いくつかの非限定的な例では、下部タイル又はベース部タイル、例えば、図４Ａ及び図４Ｂにおける下部タイル４００Ａは、約０．７５インチの厚さを有し得、一方、上部タイル、例えば、図４Ａ及び図４Ｂにおけるタイル４００Ｂは、約０．５インチの厚さを有し得る。他の実施形態では、積層体内の全てのタイルは、同じ厚さ、及び／又は同じ長さ及び幅の寸法、及び／又は空隙率、及び／又は密度を有してもよい。タイルの材料、厚さ、間隔は、部品周囲の熱プロファイルを最適化するように変更することができる。
【0033】
例えば図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、被焼結部品を保持するための凹部を有するタイルを含む実施形態では、タイルは、例えば、図５に示されるそれぞれ１つ又は複数の部品５０５を収容する、積層されたタイル５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃのように、支持体を介さずに互いに直接積層され得る。
【0034】
焼結炉は、その内容積の側に沿って配置された加熱要素を有することが一般的である。上図のいずれかに示されるような部品支持構造について、支持構造が焼結炉を通過する時に、支持構造上の部品の一部は、他の部分よりも支持構造の側に近く、それにより焼結炉の加熱要素に近くなり得る。したがって、部品が不均一に焼結する可能性があり、その結果、部品のサイズ、密度、又は材料の微細構造が異なることになる。いくつかの実施形態では、支持構造及び部品は、例えばモリブデン、ＴＺＭ、又はＭｏＬａなどの耐火金属で形成された箱状の容器内に配置され得る。
【0035】
このようなラッキングシステムの一例は図６Ａに示されている。ラッキングシステムは、ベース部６００Ａと、側壁６００Ｂと、上部カバー又は蓋６００Ｃとを有するＭｏＬａボート６００を含む。ボート６００内に配置されたのは、部品６０５をラッキングし、ボート６００内の空間容積の使用を最大化するために使用されるセラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃの積層システムである。蓋６００Ｃ及び側壁６００Ｂは、炉の雰囲気が部品６０５の周りを自由に流れることを可能にするように開口部又は開口６００Ｈ（以下の図７Ｅ、図７Ｆ、及び図８Ａ～図８Ｃを参照）を含有する。ボート６００の側壁６００Ｂ及び蓋６００Ｃは、炉の加熱要素から部品６０５へのエネルギーの直接放射を防止するための熱シールドと、ボート６００内の熱のより良好な分散のための部品６０５へのエネルギーの二次放射体の両方として機能する。セラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃは、システムの熱質量又は熱容量を最小限に抑える。同様に発泡セラミック、低密度セラミック、又は全密度セラミックもしくは別の耐火材料で形成され得るスタンドオフ６１５は、セラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃの間の垂直方向の分離を維持する。スタンドオフ６１５は、ボート６００内の部品６０５の一部の位置を示すために、図６Ａ及び図６Ｂでは部分的に透明として示されている。積層部品焼結支持構造体４００と同様に、最下部のタイル６１０Ａは、上部のタイル６１０Ｂ、６１０Ｃよりも厚く、多孔性が低く、又は緻密であり得る。最下部のタイル６１０Ａは、例えば０．７５インチの厚さであり得、一方、上部のタイル６１０Ｂ、６１０Ｃの各々は、０．５インチの厚さであり得る。ボート６００の寸法は、それが使用される焼結炉の内容積に基づいて設定され得る。一例では、ボート６００は、高さが約５インチ、長さ及び／又は幅が約１２インチであり得る。
【0036】
他の例では、ボート６００は金属蓋なしで使用することができるが、図６Ｂに示されるように、追加のスタンドオフ６１５を最上部のタイル６１０Ｃに設けて、ボート６００を形成する金属と同じであっても異なっていてもよい金属で形成され得るカバープレート６００Ｄを支持することができる。あるいは、カバープレート６００Ｄは、セラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃのうちのいずれか１つ又は複数の材料と同じであっても異なっていてもよく、セラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃのうちのいずれか１つ又は複数のセラミックタイルと同じであっても異なっていてもよい厚さを有するセラミック材料で形成され得る。
【0037】
モリブデン、ＴＺＭ、又はＭｏＬａボート部品キャリア構造６００の利点は、ボート６００が、セラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃの一部が炉内でこれらのタイルのうちの１つ以上が破損した場合に収容することができることである。これにより、例えば、ボートに含まれていないタイルが焼結炉内で破損し、炉の詰まりを避けるように破損したタイル片を除去するために、炉がメンテナンスのために停止された場合に発生する可能性のある生産のダウンタイムを避けることができる。
【0038】
空のボート６００の一例は図７Ａに示されている。最下部のタイル６１０Ａ、部品６０５、及び第１層のスタンドオフ６１５が挿入されたボート６００は図７Ｂに示されている。最下部のタイル６１０Ａ上に搭載されている中間タイル６１０Ｂ、第２層の部品６０５、及び第２層のスタンドオフ６１５が挿入されたボート６００は図７Ｃに示されている。中間タイル６１０Ｂ上に搭載されている上部タイル６１０Ｃ、第３層の部品６０５が挿入されたボート６００は図７Ｄに示されている。３つのタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ及び関連部品６０５を備え、所定の位置に蓋６００Ｃを有するボート６００は図７Ｅ及び図７Ｆに示されている。図７Ａ～図７Ｄ及び図７Ｆに示されるように、側壁６００Ｂのうちの１つ以上は、タイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃの挿入及び取り出しを補助するためにタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃにアクセスできる１つ又は複数のスロット６２０を含み得る。
【0039】
図８Ａ～図８Ｃは、ボート６００の壁の下部に画定されたスロット６００Ｓを含む代替のボートの設計を示している。このボートの設計は、図８Ａではカバープレート６００Ｅなしで、図８Ｂではカバープレート６００Ｅありで、図８Ｃでは等角図で示されている。スロット６００は長方形で、水平方向により長いが、代替の実施形態では、異なる高さ及び幅を有してもよい。単一の壁内の異なるスロット６００Ｓは、例えば図８Ｃに示されるように、同じ又は異なる寸法を有してもよい。示されたボートは、各壁に２つのスロットを有しているが、代替の実施形態では、ボートは、各壁に単一のスロット又は３つ以上のスロットを有してもよく、又は壁のサブセットのみにスロットを含んでもよい。スロット６００Ｓは、開口部又は開口６００Ｈよりも多くの加熱空気の流れをボート６００内に提供することができる。開口部又は開口６００Ｈを含む壁の上部は、空気流に対してより大きな抵抗を与えることができ、ボート６００内に加熱空気を維持するのに役立つことができる。
【0040】
複数の部品積層体で動作する焼結炉は、単一の部品積層体で動作する炉と比較して、生産性を犠牲にすることなく、より遅い押し込み速度で動作することができる。より遅い押し込み速度を使用し、焼結温度での保持時間を長くすることにより、潜在的により低い焼結温度が可能になり、炉の構成要素及び部品支持構造のより長い耐用寿命をもたらすことができる。より低い焼結温度は、ＭｏＬａボートの使用によってもたらされる、材料が高熱にさらされた後に、室温で材料の延性を維持するという利点を最大限に活用するのに特に有利である。また、より低い動作温度は、熱サイクルの程度及び熱誘導破壊の可能性を低減することによって、ＭｏＬａボート部品キャリア内のセラミックタイル６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ（例えば図６Ａ及び図６Ｂに示される）の寿命を長くすることができる。
【0041】
実施例１：
以下の表では、（例えば図１に示される）全密度セラミック支持体を使用したステンレス鋼部品の焼結と、（例えば図６～図７Ｆに示される）ＭｏＬａボート及び発泡タイル（ＭｏＬａ）の３層積層体を使用したステンレス鋼部品の焼結についての予想生産性を比較するために計算が行った。
以下の表では、（例えば図１に示される）全密度セラミック支持体を使用したステンレス鋼部品の焼結と、（例えば図６～図７Ｆに示される）ＭｏＬａボート及び発泡タイル（ＭｏＬａ）の３層積層体を使用したステンレス鋼部品の焼結についての予想生産性を比較するために計算が行った。
【0042】
【表1】
【0043】
上記の表１は、全密度セラミック支持体からＭｏＬａキャリアに切り替えた場合のスループットの変化を示している。炉への連続キャリアの導入速度（焼結ラム速度）は、キャリアあたり３．５分間から７．５分間に低下させることで、焼結時間を増加させ、ＭｏＬａキャリアを使用した炉のより低い動作温度を補った。この焼結時間の増加にもかかわらず、全密度セラミック支持体からＭｏＬａキャリアに切り替えた時、全密度セラミック支持体を使用した場合よりもＭｏＬａキャリアを使用した方が焼結できる部品の数が多いことにより、スループットが４６％増加した。
【0044】
【表2】
【0045】
上記の表２に示されるように、ＭｏＬａキャリアは全密度セラミックキャリアよりも重かったが、ＭｏＬａ＆発泡セラミックキャリアに含まれ得る部品の数が多かったため、部品ごとの総重量は低減した。各部品の総加熱重量を低減することにより、焼結される部品あたりのエネルギー節約が実現された。
【0046】
実施例２：
本明細書に開示されるＭｏＬａボート及び焼結トレイ設計構成の実施形態から求められる利点は、焼結作業の生産性を向上させることであった。具体的には、目標は、所定の炉で焼結可能なスループット（部品数／時間）を向上させることである。これは、これまで２つの部品の生産で証明されたが、改善の可能性はこれら２つの部品に限定されない。この目標を達成するために、ボート内で多層で焼結される部品が、開放タイル上に単層で焼結する元のプロセスと同等の寸法能力を有することを確認するためのテストが行われた。具体的には、新たなプロセスからの全ての部品の寸法は、指定された部品公差を満たすべきである。統計的に言えば、全ての限界寸法はＣｐ＞１．０を維持すべきである。
本明細書に開示されるＭｏＬａボート及び焼結トレイ設計構成の実施形態から求められる利点は、焼結作業の生産性を向上させることであった。具体的には、目標は、所定の炉で焼結可能なスループット（部品数／時間）を向上させることである。これは、これまで２つの部品の生産で証明されたが、改善の可能性はこれら２つの部品に限定されない。この目標を達成するために、ボート内で多層で焼結される部品が、開放タイル上に単層で焼結する元のプロセスと同等の寸法能力を有することを確認するためのテストが行われた。具体的には、新たなプロセスからの全ての部品の寸法は、指定された部品公差を満たすべきである。統計的に言えば、全ての限界寸法はＣｐ＞１．０を維持すべきである。
【0047】
実施例２Ａ：
部品番号１は、事前に高温プッシャー炉内で、１２インチｘ１２インチのセラミックタイル上で、６部品／タイルで３．５分間の押し込み速度で焼結され、１０３部品／時間の公称計算スループットが達成された。部品は、２５００°Ｆを超える温度設定値で、公称３０分間ホットゾーンにあった。新たなＭｏＬａボート及びトレイの構成を使用すると、ボートあたり２０つの部品（５部品ｘ４層）が７．５分間の押し込み速度で焼結され、１６０部品／時間の計算された生産速度、又は５５％の計算された生産性の向上が達成された。ＭｏＬａボートで使用されるセラミックタイルの寸法は１１インチｘ１１インチｘ０．２５インチであったので、１２インチｘ１２インチのタイルではタイルあたり６つの部品を収容することに対して、タイルあたり５つの部品を収容した。図９Ａのチャートに示されるように、４か月間にわたって収集された実際のデータでは、生産性が実際に平均で９０部品／時間から１３５部品／時間に（又は５０％）向上したことが示された。
部品番号１は、事前に高温プッシャー炉内で、１２インチｘ１２インチのセラミックタイル上で、６部品／タイルで３．５分間の押し込み速度で焼結され、１０３部品／時間の公称計算スループットが達成された。部品は、２５００°Ｆを超える温度設定値で、公称３０分間ホットゾーンにあった。新たなＭｏＬａボート及びトレイの構成を使用すると、ボートあたり２０つの部品（５部品ｘ４層）が７．５分間の押し込み速度で焼結され、１６０部品／時間の計算された生産速度、又は５５％の計算された生産性の向上が達成された。ＭｏＬａボートで使用されるセラミックタイルの寸法は１１インチｘ１１インチｘ０．２５インチであったので、１２インチｘ１２インチのタイルではタイルあたり６つの部品を収容することに対して、タイルあたり５つの部品を収容した。図９Ａのチャートに示されるように、４か月間にわたって収集された実際のデータでは、生産性が実際に平均で９０部品／時間から１３５部品／時間に（又は５０％）向上したことが示された。
【0048】
実施例２Ｂ：
部品番号２は、事前に高温炉内で、１２インチｘ１２インチのセラミックタイル上で、６部品／タイルで３．５分間の押し込み速度で焼結され、温度設定値が２５００°Ｆを超えるホットゾーンで公称３０分間が達成された。スループットは再び１０３部品／時間と計算された。開示されたＭｏＬａボート及びトレイの構成を使用すると、ボートあたり１５個の部品（５部品ｘ３層）が７．５分間の押し込み速度で焼結され、１２０部品／時間の生産速度が達成され、１７％の計算された生産性の向上が得られた。図９Ｂのチャートに示されるように、４か月間にわたって収集された実際のデータでは、生産性が実際に平均で公称１００部品／時間から１２０部品／時間に（又は２０％）向上したことが示された。層数を３から４に増加するためのさらなるテストが進行中で、５５％の計算された生産性の向上が得られた。
部品番号２は、事前に高温炉内で、１２インチｘ１２インチのセラミックタイル上で、６部品／タイルで３．５分間の押し込み速度で焼結され、温度設定値が２５００°Ｆを超えるホットゾーンで公称３０分間が達成された。スループットは再び１０３部品／時間と計算された。開示されたＭｏＬａボート及びトレイの構成を使用すると、ボートあたり１５個の部品（５部品ｘ３層）が７．５分間の押し込み速度で焼結され、１２０部品／時間の生産速度が達成され、１７％の計算された生産性の向上が得られた。図９Ｂのチャートに示されるように、４か月間にわたって収集された実際のデータでは、生産性が実際に平均で公称１００部品／時間から１２０部品／時間に（又は２０％）向上したことが示された。層数を３から４に増加するためのさらなるテストが進行中で、５５％の計算された生産性の向上が得られた。
【0049】
実施例３：
実現できるもう１つの利点は、ホットゾーンでの焼結時間が３０分間から６０分間に増加し、温度が２４５０°Ｆにわずかに上昇することで、部品の密度を増加させて寸法能力の向上が実現できることであった。端子密度をより近づけることにより、寸法公差の統計的な広がりが減少した。この利点を活用するために、追加の収縮に合わせてツーリングの寸法をリターゲットすることで、より狭いデータ分布を仕様範囲の中心に向けて再集中させることができた。
実現できるもう１つの利点は、ホットゾーンでの焼結時間が３０分間から６０分間に増加し、温度が２４５０°Ｆにわずかに上昇することで、部品の密度を増加させて寸法能力の向上が実現できることであった。端子密度をより近づけることにより、寸法公差の統計的な広がりが減少した。この利点を活用するために、追加の収縮に合わせてツーリングの寸法をリターゲットすることで、より狭いデータ分布を仕様範囲の中心に向けて再集中させることができた。
【0050】
部品番号１は、全仕様範囲に対するＣｐ＝１．７０の部品の内径についての全プロセスの広がりがある、有能な元の単層プロセスを示している。このプロセスも、Ｃｐｋ＝１．１６で仕様内に適切に中心に集中された。図１０Ａは、仕様制御限界と比較した、平らなタイルキャリアを用いた複数回の実行にわたる焼結後の部品番号１の内径の測定値のヒストグラム、及びプロセスが十分に仕様制御限界内にあることを示す測定データの統計的まとめを含む。この図では、「全体的な能力」の数値は、サブグループ内（例えば、８つのＭｏＬａボートの１回の実行）とサブグループ間（例えば、８つのマンボウボートの複数回の実行）の両方の変動を反映している。「潜在的な（内部）能力」の数値は、サブグループ内の変動のみを反映している。Ｐｐ及びＣｐの数値は、測定された部品内径の６－σの広がりに対する仕様の上限と下限の差の比率を反映している。ＰＰＬ及びＣＰＬの数値は、測定された部品内径の平均値から仕様下限（ＬＳＬ）までの距離と、全体的な標準偏差に基づいてプロセスの片側広がり（３－σの変動）とを比較した比率である。ＰＰＵ及びＣＰＵ数は、測定された部品内径の平均値から仕様上限（ＵＳＬ）までの距離と、全体的な標準偏差に基づいてプロセスの片側広がり（３－σの変動）とを比較した比率である。Ｐｐｋ及びＣｐｋの数値は、仕様限界ＬＳＬ及びＵＳＬに対する測定された部品の内径の平均値μ、及び測定されたデータの標準偏差σを考慮した全体的なプロセス能力の尺度であり、式ｍｉｎ［ＵＳＬ－μ／３σ，μ－ＬＳＬ／３σ］により計算できる。図の下部にあるＰＰＭの数値は、内径測定値における観察された可変性に基づいて、仕様の上限又は下限から外れる部品数を百万分率で表している。
【0051】
新たなＭｏＬａボート及び積層プロセスは、より高い収縮率（ＳＦ）が選択された場合の向上したプロセス能力（Ｃｐ＝２．２９）を提供する。しかし、部品間の寸法の変動が減少する時、分布は特性寸法の仕様の下側範囲に向かって移動し、ＣｐＫは－０．０３に低下する。ツーリングにおける収縮率をシフトすることにより、公称寸法を公差帯域の中心にリターゲットすることができ、それによって、向上したＣｐを利用して向上したＣｐＫが得られる。図１０Ｂは、仕様制御限界と比較した、本明細書に開示されたＭｏＬａキャリアの一実施形態における複数回の実行にわたる部品内径の測定値を示すヒストグラム、及びプロセスが十分に制御されているが仕様制御下限に近いことを示す測定データの統計的まとめを含む。
【0052】
本明細書で使用される表現及び用語は説明を目的とするものであり、限定的なものと見なされるべきではない。本明細書で使用されるように、「複数の」という用語は、２つ以上の事項又は構成要素を指す。「含む」、「備える」、「搬送する」、「有する」、「含有する」、及び「伴う」という用語は、明細書又は特許請求の範囲等のいずれにおいても、無制限の用語であり、すなわち、「を含むがそれに限定されない」ことを意味する。したがって、そのような用語の使用は、その後に列挙される事項、及びそれらの事項の同等物、ならびに追加の事項を網羅することを意味する。「からなる」及び「本質的にからなる」という移行句のみが、特許請求の範囲に関して、それぞれ終了又は半終了の移行句である。特許請求の範囲においてクレーム要素を修飾するために「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞を使用することは、それ自体では、あるクレーム要素の別のクレーム要素に対する優先度、優先順位、又は順序、あるいは方法の動作が実行される時間的順序を意味するものではなく、単にクレーム要素を区別するために、特定の名称を持つあるクレーム要素を同じ名称を持つ（ただし、序数語を使用する）別の要素と区別するためのラベルとしてのみ使用される。
【0053】
このように少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したが、当業者であれば、様々な変更、修正、及び改良が容易に想到することを理解されたい。任意の実施形態で説明された任意の特徴は、他の任意の実施形態の任意の特徴に含まれ得るか、又は他の任意の実施形態の任意の特徴と置き換えられ得る。このような変更、修正及び改良は、本開示の一部であることが意図されており、本発明の範囲内にあることが意図されている。したがって、上記の説明及び図面は単なる例に過ぎない。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0041】
実施例１：
以下の表では、（例えば図１に示される）全密度セラミック支持体を使用したステンレス鋼部品の焼結と、（例えば図６Ａ～図７Ｆに示される）ＭｏＬａボート及び発泡タイル（ＭｏＬａ）の３層積層体を使用したステンレス鋼部品の焼結についての予想生産性を比較するための計算を行った。
以下の表では、（例えば図１に示される）全密度セラミック支持体を使用したステンレス鋼部品の焼結と、（例えば図６Ａ～図７Ｆに示される）ＭｏＬａボート及び発泡タイル（ＭｏＬａ）の３層積層体を使用したステンレス鋼部品の焼結についての予想生産性を比較するための計算を行った。
【国際調査報告】