(57)【要約】【課題】断面形状を楕円形状や長円形状の被誘導加熱部材を横置きした場合であっても、被誘導加熱部材の断面形状に沿った温度分布を均一にすることのできる誘導加熱装置を提供する。【解決手段】胴部が被処理部材の上下に位置するように配置された筒状のグラファイトチューブ１２（グラファイトチューブを含む被加熱部材）と、グラファイトチューブ１２をソレノイド状に巻回する誘導加熱コイル１６と、巻回された誘導加熱コイル１６を覆う断熱材１８とを備え、グラファイトチューブ１２と誘導加熱コイル１６との間には、空隙を設け、誘導加熱コイル１６と断熱材１８とは接触または近接させていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部が被処理部材の上下に位置するように配置された筒状の被誘導加熱部材の周囲に、当該被誘導加熱部材との間に空隙を設けた状態で巻回された誘導加熱コイルの外周に断熱部材を接触または近接させた状態で、
前記誘導加熱コイルに電力を供給することを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項２】
胴部が被処理部材の上下に位置するように配置された筒状の被誘導加熱部材と、
前記被誘導加熱部材をソレノイド状に巻回する誘導加熱コイルと、
巻回された前記誘導加熱コイルを覆う断熱材と、
を備え、
前記被誘導加熱部材と前記誘導加熱コイルとの間には、空隙を設け、前記誘導加熱コイルと前記断熱材とは接触または近接させていることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
前記被誘導加熱部材は、筒状の両端開口部近傍それぞれに、板状被誘導加熱部材を配置したことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記断熱部材は、シート状部材であることを特徴とする請求項２または３に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記被誘導加熱部材の断面形状は、長円型であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱方法、および装置に係り、特に、被加熱物を加熱炉内に水平配置して加熱する場合に好適な、誘導加熱方法、および装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
被処理物をプロセスチューブ内に配置し、このプロセスチューブを誘導加熱することで、プロセスチューブ内に水平配置された被処理物を加熱するという技術が、特許文献１−３に開示されている。
【０００３】
特許文献１−３に開示されている技術は、いずれも断面形状を長円型としたプロセスチューブと、このプロセスチューブの外周に巻回されたソレノイド状の誘導加熱コイルを基本として構成されている。プロセスチューブは、ガラス状炭素により構成されており、誘導加熱コイルからの磁束を受けることにより発熱する。そして、プロセスチューブは、長円の長軸を水平方向に配置し、内部に被処理部材を水平配置する構成とされている。また、特許文献１−３には、必要に応じて、誘導加熱コイルとプロセスチューブとの狭い隙間の間に、石英管を配置し、プロセスチューブと誘導加熱コイルとの間の絶縁性を確保すると良いことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】２００６−８０１５１号公報
【特許文献２】２００６−１２０６９３号公報
【特許文献３】２００７−１５０１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１−３に開示されている誘導加熱装置には開示されていないが、誘導加熱コイル２の外周側には、図３に示すように、断熱や保護を目的としたハウジング３が設けられる。このような構成の場合、ハウジング３による密閉空間（プロセスチューブ１の外周とハウジング３の内周の間の空間）に図中矢印付破線で示すような対流が生じる。プロセスチューブ１の周囲に対流が生じると、密閉空間に温度差が生ずることとなる。温度差は、プロセスチューブ１の上部側が高温となり下部側が低温となるといったものである。このような温度差が生ずると、発熱体であるプロセスチューブ１の放熱にも影響を及ぼし、水平配置されたプロセスチューブ１の上部側は高温、下部側は低温となり、プロセスチューブ１の円周方向における温度分布にばらつきが生じてしまう。
【０００６】
このような温度分布のばらつきが生じると、プロセスチューブ１により加熱される被処理部材の加熱にも影響がおよび、均等加熱が困難となるという実状がある。
【０００７】
そこで本発明では、断面形状を楕円形状や長円形状（トラック形状）とした被誘導加熱部材を横置き（水平配置）した場合であっても、被誘導加熱部材の端面に沿った断面周りの温度分布、すなわち、断面形状に沿った温度分布を均一にすることのできる誘導加熱方法、および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような温度分布のばらつきは、プロセスチューブとハウジングとの間の空間における気体の対流に起因するものであると考えられる。このため、上記目的を達成するためには、当該空間における気体の対流の発生を抑制すれば良い。よって、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、胴部が被処理部材の上下に位置するように配置された筒状の被誘導加熱部材の周囲に、当該被誘導加熱部材との間に空隙を設けた状態で巻回された誘導加熱コイルの外周に断熱部材を接触または近接させた状態で、前記誘導加熱コイルに電力を供給することを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、胴部が被処理部材の上下に位置するように配置された筒状の被誘導加熱部材と、前記被誘導加熱部材をソレノイド状に巻回する誘導加熱コイルと、巻回された前記誘導加熱コイルを覆う断熱材と、を備え、前記被誘導加熱部材と前記誘導加熱コイルとの間には、空隙を設け、前記誘導加熱コイルと前記断熱材とは接触または近接させていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記被誘導加熱部材は、筒状の両端開口部近傍それぞれに、板状被誘導加熱部材を配置すると良い。
【００１１】
このような構成とすることにより、被誘導加熱部材の内部空間に配置する被処理部材の端部側の放熱を抑制することができる。
【００１２】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記断熱部材は、シート状部材とすることが望ましい。
【００１３】
このような構成とすることにより、断熱部材を誘導加熱コイルの巻回形状に沿って配置することができる。このため、被誘導加熱部材と断熱部材との距離にばらつきが生ずることを抑えることができると共に、断熱部材を被誘導加熱部材に密接させることが可能となる。
【００１４】
さらに、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記被誘導加熱部材の断面形状は、長円型とすることが望ましい。
【００１５】
このような構成とすることにより、被誘導加熱部材の上部壁面と下部壁面を平らにすることができる。よって、被誘導加熱部材の内部に配置する被処理部材と、被誘導加熱部材の間の間隔を均等に保つことが容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような特徴を有する誘導加熱方法、および誘導加熱装置では、断面形状を楕円形状や長円形状の被誘導加熱部材を横置き（水平配置）した場合であっても、被誘導加熱部材の断面形状に沿った温度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明に係る誘導加熱装置における側面構成を示す端面図であり、図２におけるＢ−Ｂ端面を示す。
【図２】発明に係る誘導加熱装置における正面構成を示す断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示す。
【図３】従来の誘導加熱装置における正面構成と、加熱時に生ずる雰囲気ガスの対流の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の誘導加熱方法、および誘導加熱装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図１は、発明に係る誘導加熱装置の側面構成を示す図であり、図２におけるＢ−Ｂ端面を示す。また、図２は、発明に係る誘導加熱装置の正面構成を示す図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【００１９】
本実施形態に係る誘導加熱装置１０は、グラファイトチューブ１２と、グラファイト板１４、誘導加熱コイル１６、断熱材１８、およびハウジング２０を主な構成要素としている。グラファイトチューブ１２は、被誘導加熱部材であり、チューブ内部に、被処理部材３０を配置するための要素である。また、グラファイトチューブ１２の形状は、筒状とされている。グラファイトチューブ１２の断面形状は、本実施形態では、図２に示すように長円形状としている。長円形状とすることにより、グラファイトチューブ１２内に被処理部材３０を配置した場合に、被処理部材３０と、被処理部材３０の上下に対向するチューブ壁面１２ａ，１２ｂとの間の距離が均等となるからである。また、グラファイトチューブ１２は、被処理部材３０の上下に対向するチューブ壁面１２ａ，１２ｂが、水平となるように、配置されている。なお、筒状に形成される被誘導加熱部材は、グラファイトに替えてガラス状炭素などにより構成しても良い。このような構成とした場合であっても、誘導加熱により加熱することができるからである。
【００２０】
グラファイト板１４は、板状の被誘導加熱部材であり、上述した筒状の被誘導加熱部材と同じ部材により構成すれば良い。グラファイト板１４は、水平配置されたグラファイトチューブ１２の両端部に、それぞれ配置される。グラファイト板１４の配置形態は、チューブ端部の近傍とし、グラファイトチューブ１２との間に、僅かに隙間を設けた状態で配置している。このような配置形態とすることで、グラファイトチューブ１２内に配置した被処理部材３０の端部からの放熱を抑制することが可能となると共に、グラファイトチューブ１２とグラファイト板１４との間の隙間から、不活性ガスや被処理ガスを、グラファイトチューブ１２内に導入することが可能となる。
【００２１】
誘導加熱コイル１６は、上述したグラファイトチューブ１２やグラファイト板１４を電磁誘導により加熱するための要素である。誘導加熱コイル１６は、本実施形態の場合、グラファイトチューブ１２を端面に沿った断面方向に巻回するように配置されている。つまり、グラファイトチューブの断面形状が長円形状である場合、誘導加熱コイル１６の巻回断面の形状も長円形状となる。誘導加熱コイル１６には、図示しない電源装置が接続されており、誘導加熱コイル１６に対して高周波電流を供給することを可能としている。誘導加熱コイル１６は、中空部材により構成され、内部に冷媒を挿通させることを可能としている。なお、冷媒としては、水などであれば良い。
【００２２】
なお、本実施形態では、誘導加熱コイル１６は、１本のコイルをソレノイド状に巻回することで構成するように示しているが、誘導加熱コイル１６は、複数分割されたものであっても良い。誘導加熱コイル１６を複数分割する場合には、各誘導加熱コイル１６に、電源装置を接続し、近接配置された誘導加熱コイル１６間に生じる相互誘導の影響を回避した状態で電力制御ができるように構成することが望ましい。
【００２３】
グラファイトチューブ１２と誘導加熱コイル１６との間には、気体層が介在されるように、空隙を設けている。空隙を設けることにより、グラファイトチューブ１２と誘導加熱コイル１６との間には、雰囲気ガスによる断熱層が介在されることとなる。ガスは、熱伝達率が低いため、グラファイトチューブ１２から誘導加熱コイル１６への熱の伝わりを均一化すると共に、抑制することができる。また、ガスを断熱層とすることにより、熱膨張による影響を受ける虞が少ない。すなわち、断熱層を一般的な断熱材により構成した場合、熱膨張の影響により、断熱部材の少なくとも一部がグラファイトチューブ１２の外側面から剥離した際に、熱伝達率にばらつきが生じてしまう。熱伝達率にばらつきが生じた場合、グラファイトチューブ１２からの放熱量に差が生じ、温度分布にばらつきが生じることとなるのである。
【００２４】
断熱材１８は、誘導加熱コイル１６の外周側に、誘導加熱コイル１６に密接、あるいは近接させるように配置する。断熱材１８の配置形態は、グラファイトチューブ１２に巻回された誘導加熱コイル１６全体を外周側から覆う形態とすれば良い。このような配置形態とすることにより、グラファイトチューブ１２の外周に生じていた開放領域が、断熱材１８により狭隘な領域に制限されることとなる。これにより、グラファイトチューブ１２の発熱時に生じる雰囲気ガスの対流を抑制することができる。よって、対流によって生ずるグラファイトチューブ１２の上下間における温度差の発生を抑えることが可能となる。また、対流を抑制することにより、熱伝達係数を低く保つことができ、グラファイトチューブ１２全体の放熱量を抑制することもできる。
【００２５】
断熱材１８としては、板状部材としても良いが、誘導加熱コイル１６の外周形状に沿う形態とするために、シート状部材により構成することが望ましい。構成材料としては、断熱性と耐熱性、および可撓性を備えた部材であれば良く、例えばシリカシートなどを挙げることができる。
【００２６】
断熱材１８による被覆範囲は、誘導加熱コイル１６の巻回領域の範囲であれば良く、グラファイト板１４の配置範囲までを覆う必要性は無い。グラファイト板１４の発熱量は、グラファイトチューブ１２に比べて低く、被処理部材３０の端部からの放熱を抑制できれば足りるからである。また、グラファイト板１４の外側に対流が生じたとしても、グラファイトチューブ１２の温度分布に影響を与えることはほとんどないからである。
【００２７】
ハウジング２０は、加熱領域を密閉空間とするための外郭であり、チャンバとしての役割を担う。ハウジング２０は、電磁誘導の影響を受けない材料であって、耐熱性を備えていると良い。
【００２８】
このような構成の誘導加熱装置１０では、誘導加熱コイル１６に電力を供給すると、誘導加熱コイル１６の周りに磁束が生じる。磁束がグラファイトチューブ１２やグラファイト板１４に投入されると、グラファイトチューブ１２やグラファイト板１４が発熱する。
【００２９】
熱処理時には、ハウジング２０内は、窒素等の不活性ガス雰囲気に置換されることとなる。そして、グラファイトチューブ１２の外周に接触しているガスは暖められ、グラファイトチューブ１２の外形形状に沿って上昇しようとする。しかし、本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、グラファイトチューブ１２の外周領域を断熱材１８により被覆し、ガスが暖められる領域を狭隘化している。このため、ガスの流れが妨げられ、淀みが生じ対流が少なくなる。
【００３０】
熱伝達により暖められるガスの対流が抑制されると、グラファイトチューブ１２の上部側のチューブ壁面１２ａと下部側のチューブ壁面１２ｂの外周側に存在するガスの温度は均等となる。このため、グラファイトチューブ１２の上部側のチューブ壁面１２ａと下部側のチューブ壁面１２ｂとの間における放熱量も等しくなり、グラファイトチューブ１２の円周方向の温度分布を均一化することが可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、望ましい構成の一例として、グラファイトチューブ１２の断面形状が長円形状である旨記載した。しかしながら、本発明を実施するにあたっては、グラファイトチューブ１２の断面形状を他の形状とした場合であっても、その発明の効果に影響を及ぼすものではない。よって、グラファイトチューブ１２の内部に配置する被処理部材３０の大きさや形状に合わせ、グラファイトチューブ１２の断面形状を円形や矩形、その他の形状としても良い。
【００３２】
また、上記実施形態では、グラファイトチューブ１２とグラファイト板１４との間に隙間を設ける構成としているが、これらを一体化させ、密閉性のあるプロセスチューブとした場合であっても、本発明の一部とみなすことができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０………誘導加熱装置、１２………グラファイトチューブ、１２ａ………チューブ壁面、１２ｂ………チューブ壁面、１４………グラファイト板、１６………誘導加熱コイル、１８………断熱材、２０………ハウジング、３０………被処理部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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