(57)【要約】      （修正有）【課題】正確に温度測定できる工業炉を提供する。【解決手段】工業炉は、容器１２と、被処理物が収容される断熱体１６と、ヒータと、一端と他端を有し、一端が断熱体１６の内部空間１８に配置され、他端が容器１２の外部に配置された筒体６８と、筒体６８の一端に形成されており、筒体６８の一端を封止する測定部７０と、筒体６８の他端に配置されたビューポート７２と、ビューポート７２を介して測定部７０の温度を測定する放射温度計７４と、放射温度計７４で測定された温度が入力され、ヒータの温度を制御する制御装置とを備える。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器の内部空間に配置され、被処理物を収容する断熱体と、
前記断熱体の内部空間に配置されたヒータと、
一端と他端を有し、一端が前記断熱体の内部空間に配置され、他端が前記容器の外部に配置された筒体と、
前記筒体の一端に形成されており、筒体の一端を封止する測定部と、
前記筒体の他端に配置されたビューポートと、
前記ビューポートを介して測定部の温度を測定する放射温度計と、
前記放射温度計で測定された温度が入力され、ヒータの温度を制御する制御装置と、
を備えた工業炉。
【請求項２】
ガス源と、
前記筒体の他端付近に形成され、ガス源からのガスを筒体の内部に導入するための導入口と、
前記ガス源と導入口をつなぐパイプと、
を備えた請求項１の工業炉。
【請求項３】
前記容器に取り付けられた内管と外管からなる二重配管を備え、該内管の内面で前記筒体が保持された請求項１または２の工業炉。
【請求項４】
前記断熱体の内部空間の温度を測定する熱電対温度計を備え、
前記制御装置に放射温度計で測定された温度または熱電対温度計で測定された温度が入力され、前記制御装置がヒータの温度を制御する請求項１から３のいずれかの工業炉。
【請求項５】
前記筒体の一端を封止する測定部と熱電対温度計の測定部分とが断熱体の内部空間の中心に対して対称な箇所に配置された請求項４の工業炉。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、工業炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属、磁性材料またはセラミックスなどからなる被処理物が工業炉で熱処理されている。たとえば、下記の特許文献１に開示される工業炉は、加熱室、ヒータおよびマッフル板を備える。加熱室の中にヒータとマッフル板が備えられる。マッフル板で被処理物の収容領域を形成している。
【０００３】
収容領域に被処理物が収容される。ヒータに電流が流されると、ヒータが発熱する。ヒータの熱がマッフル板を介して被処理物に伝熱される。被処理物は脱脂され、その後に焼結などの所定の処理がおこなわれる。脱脂などを正確におこなうために、被処理物の温度または加熱室の内部の温度を測定し、ヒータを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号  WO２０１６／００６５００
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
被処理物の温度または加熱室の内部の温度が正確に測定されないと、被処理物が不良品になるおそれがある。被処理物の温度または加熱室の内部の温度を正確に測定することが求められている。
【０００６】
そこで本考案の目的は、正確に温度測定できる工業炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決すべく、本考案に係る工業炉は、以下に述べるような構成を有する。
【０００８】
本考案の工業炉は、容器と、前記容器の内部空間に配置され、被処理物を収容する断熱体と、前記断熱体の内部空間に配置されたヒータと、一端と他端を有し、一端が前記断熱体の内部空間に配置され、他端が前記容器の外部に配置された筒体と、前記筒体の一端に形成されており、筒体の一端を封止する測定部と、前記筒体の他端に配置されたビューポートと、前記ビューポートを介して測定部の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計で測定された温度が入力され、ヒータの温度を制御する制御装置とを備える。
【考案の効果】
【０００９】
本考案によれば、筒体の一端を測定部で封止しており、被処理物から放出された放出物が筒体の中に入りにくくなっている。筒体およびビューポートが被処理物から放出された放出物で汚れにくく、放射温度計で正確に温度測定しやすくなっている。測定部の位置が固定されるため、全ての被処理物に対して同一条件で温度測定できる。同一条件で被処理物を処理しやすくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】工業炉の構成を示す図面である。
【図２】温度測定装置の構成を示す図面である。
【図３】ヒータへ電力供給するための構成を示す図面である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
本考案の工業炉について図面を参照して説明する。一の実施形態で説明した手段は、他の実施形態で同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００１２】
[実施形態１]
図１に示す本願の工業炉１０は、容器状の容器１２、その容器１２の内部空間１４に配置された断熱体１６、その断熱体１６の内部空間１８に配置されたヒータ２０、ガス源２６、そのガス源２６から容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８をつなぐ第1供給パイプ３０、ポンプ３４、そのポンプ３４と容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８をつなぐ排気パイプ３８を備える。
【００１３】
工業炉１０は、焼結、半焼結、焼成、脱脂、脱ガス、ろう付け、メタライズ、焼き入れ、容体化処理、焼戻し、焼きなましまたは時効熱処理などをおこなうための装置である。
【００１４】
[容器]
容器１２は容器本体４２および容器蓋４４を備える。容器本体４２は円筒形状になっており、その両端は開口になっている。容器蓋４４は容器本体４２の両端の開口を開閉するものである。容器本体４２の両端を容器蓋４４で閉じると、容器１２の内部空間１４は気密にされた空間になる。容器１２の内部空間１４はガス源２６からガスが供給されると加圧され、ポンプ３４でガスが排気されると減圧される。
【００１５】
容器１２は内壁４6と外壁４８を備え、二重構造になっている。内壁４６と外壁４８の間を冷却液が流れる。工業炉１０は、内壁４６と外壁４８の間に冷却液を供給するためのポンプ（図示省略）を備えてもよい。
【００１６】
[断熱体]
断熱体１６は容器１２の内部空間１４に配置されている。断熱体１６は断熱体本体５０および断熱体蓋５２を備える。断熱体本体５０は筒状または箱状になっていて、両端が開口になっている。断熱体本体５０の両端の開口は断熱体蓋５２で開閉される。断熱体蓋５２の開閉装置（図示省略）が容器１２の内部空間１４に備えられる。容器蓋４４を閉じた状態で断熱体蓋５２が開閉できる。断熱体１６はグラファイトフェルトまたはグラファイトフォイルなどの耐熱性材料で構成される。
【００１７】
[ヒータ]
断熱体１６の内部空間１８にヒータ２０が配置されている。ヒータ２０はグラファイト製のロッドヒータを使用することができ、他の種類のヒータであってもよい。ヒータ２０は直線状になっており、ヒータ２０の長さ方向は断熱体１６の長さ方向を向いている。さらに、断熱体１６の内部空間１８に複数のヒータ２０が配置されている。ヒータ２０に電力供給する回路（図３）が備えられる。その回路からヒータ２０に電力が供給され、ヒータ２０が発熱する。ヒータ２０の熱は断熱体１６の内部空間１８の中に閉じ込められる。
【００１８】
[被処理物]
断熱体１６の内部空間１８に被処理物２２が配置される。必要に応じて被処理物２２が載置される棚または台などを備える。被処理物２２の材料は、超硬金属、鉄系金属、非鉄金属、磁性材料、セラミックス、グラファイト、ハイス鋼（高速度鋼）、ダイス鋼または低合金鋼などであり、金属は合金を含む。被処理物２２は、粉体、粒体または所定形状を有した固体である。
【００１９】
[ガス源]
ガス源２６は窒素、アルゴン、水素、一酸化炭素、ヘリウム、メタンなどを貯蔵、生成またはその両方をおこなう。ガス源２６と容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８は第１供給パイプ３０で接続されている。図１では、第１供給パイプ３０はガス源２６と容器１２の内部空間１４を接続している。第１供給パイプ３０にバルブ５８が設けられている。バルブ５８の開閉によってガスの流量を制御できる。ガス源２６から第１供給パイプ３０を介して容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８にガスが導入される。ガス源２６を複数にして、複数種のガスを容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８に供給してもよい。第1供給パイプ３０を複数設け、複数種のガスが供給されるようにする。なお、断熱体１６は完全に気密にされていないため、容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８の一方にガスを導入することで、他方にもガスを導入することができる。
【００２０】
[ポンプ]
ポンプ３４と容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８は排気パイプ３８で接続されている。排気パイプ３８にバルブ６４が備えられていて、バルブ６４の開閉によっても排気を制御することができる。なお、断熱体１６は完璧に気密にされていないため、容器１２の内部空間１４または断熱体１６の内部空間１８の一方からガスを排気することで、他方もガスが排気される。
【００２１】
[温度測定装置]
本願は断熱体１６の内部空間１８の温度を測定する温度測定装置６６を備える（図２）。温度測定装置６６は、筒体６８、測定部７０、ビューポート７２および放射温度計７４を備える。
【００２２】
[筒体]
筒体６８はグラファイトなどの耐熱材料で形成された直線状の筒である。筒体６８の一端は断熱体１６の内部空間１８に配置され、他端は容器１２の外部に配置されている。容器１２および断熱体１６に筒体６８が通過するための貫通穴を設けている。
【００２３】
筒体６８は断熱体１６に開けられた穴７６の中に入り、穴７６を形成する内壁７７で保持されている。さらに、筒体６８の外周に内管７８と外管８０からなる二重管８２が配置されている。筒体６８は内管７８の内面で保持されている。二重配管８２は容器１２の外部から容器１２に取り付けられている。内管７８は内壁４６に取り付けられ、外管８０は外壁４８に取り付けられている。内管７８と外管８０の間は、内壁４６と外壁４８の間につなげられている。内壁４６と外壁４８の間を流れる冷却液が内管７８と外管８０の間にも流れる。温度測定装置６６に使用するパッキン等の温度が上昇しても冷却液で冷却できるようになっている。
【００２４】
筒体６８の他端付近に第１治具８４が取り付けられ、第１治具８４に第２治具８６が取り付けられている。第２治具８６にビューポート７２が取り付けられている。
【００２５】
[測定部]
測定部７０は筒体６８の一端に設けられている。測定部７０は筒体６８の一端を封止する板体である。測定部７０は筒体６８と同じようにグラファイトなどの耐熱部材で構成される。測定部７０の温度を放射温度計７４で測定することで、断熱体１６の内部空間１８の温度を測定する。
【００２６】
[ビューポート]
ビューポート７２は筒体６８の他端に配置されている。ビューポート７２は少なくとも赤外線が透過できる材料で構成されている。たとえば、ビューポート７２はガラスまたは耐熱性樹脂などで構成された板体である。ビューポート７２は第２治具８６に取り付けられている。第２治具８６に開口９０を設け、開口９０およびビューポート７２を介して測定部７０を放射温度計７４で温度測定できるようになっている。
【００２７】
[ガスの導入口]
筒体６８の他端付近および第１治具８４にガスの導入口９２が形成されている。ガスの導入口９２は第１治具８４と筒体６８を一直線に貫通させて形成された穴である。筒体６８に入れられるガスは容器１２の内部空間１４に入れられるガスと同じである。本願は、ガス源２６のガスを導入口９２まで導く第２供給パイプ９４を備える（図１）。第２供給パイプ９４は第１供給パイプ３０とともにガス源２６につなげられる。第２供給パイプ９４は第２供給パイプ９４を開閉するバルブ９６が備えられている。さらに、第２供給パイプ９４にガスの流量を減流するレギュレーターおよびガス流量を調整するニードルバルブを備えてもよい。筒体６８の内部および筒体６８の他端付近がガスによって陽圧になる。筒体６８と内管７８の隙間から漏れたガスが筒体６８の中に入ったりビューポート７２の付近を漂ったりして、ビューポート７２に付着することを防止できる。ビューポート７２の透明度を保つことができる。
【００２８】
[放射温度計]
放射温度計７４はビューポート７２を介して測定部７０の温度を測定する。放射温度計７４は測定部７０から放射される赤外線の強度を計測し、計測された赤外線の強度を温度に変換する。ビューポート７２は少なくとも赤外線を透過する材料で構成されているため、ビューポート７２が放射温度計７４の測定に影響されない。測定部７０はグラファイトなどの耐熱材料であり、黒色になっている。
【００２９】
[熱電対温度計]
本願は放射温度計７４以外に熱電対温度計９８も備える（図１）。熱電対温度計９８の測定点は断熱体１６の内部空間１８である。放射温度計７４と熱電対温度計９８で測定する温度帯が異なる。放射温度計７４が高温に対応し、熱電対温度計９８が低温に対応する。所定温度、たとえば約１５００〜１６００℃以上であれば放射温度計７４で温度測定し、所定温度よりも低ければ熱電対温度計９８で温度測定する。熱電対温度計９８は所定温度よりも高温を測定することはできず、高温になると熱電対温度計９８が故障するおそれがある。そのため、熱電対温度計９８にエアシリンダーなどの動力装置を取り付け、高温になれば熱電対温度計９８を断熱体１６の内部空間１８から引き抜くようにしてもよい。
【００３０】
断熱体１６の構造は水平方向の中心に対して対称になっている。断熱体１６の水平方向の中心に対して対称となる箇所に測定部７０と熱電対温度計９８の測定点が配置される。断熱体１６の内部空間１８が低温であれば熱電対温度計９８で測定し、高温であれば放射温度計７４で測定する。
【００３１】
[制御装置]
本願は放射温度計７４で測定された温度と熱電対温度計９８で測定された温度が入力される制御装置１００を備える（図３）。制御装置１００は入力された温度に応じてヒータ２０の温度を制御する。制御装置１００はＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの演算回路を備える。放射温度計７４と制御装置１００の間および熱電対温度計９８と制御装置１００の間にアナログ・ディジタル変換回路を設け、放射温度計７４と熱電対温度計９８の温度を制御装置１００で使用できるように変換してもよい。
【００３２】
ヒータ２０に電力を供給するための電力供給回路１０２は図３のようになっている。電力供給回路１０２は三相交流の電力をヒータ２０に供給する。三相交流の３つの端子はＲ、Ｓ、Ｔである。電力供給回路１０２は各端子Ｒ、Ｓ、Ｔにつながる配線１０４、その配線１０４に流れる電流を測定する電流計１０６、電力供給する配線を選択するスイッチ１０８、電力変換するトランス１１０を備える。スイッチ１０８はサイリスタなどの素子を使用できる。
【００３３】
制御装置１００には放射温度計７４で測定された温度または熱電対温度計９８で測定された温度および電流計１０６で測定された電流値が入力される。断熱体１６の内部空間１８の温度が所定温度になるように制御装置１００がスイッチ１０８のオン・オフを制御する。
【００３４】
[その他]
容器１２の内部空間１４にファン１１２が備えられる。ファン１１２を回転させるためのモーター１１４が容器蓋４４に取り付けられている。ファン１１２は、容器蓋４４が閉じられ、断熱体蓋５２が開けられたときに回転する。容器１２の内部空間１４および断熱体１６の内部空間１８をガスが循環する。
【００３５】
断熱体本体５０からファン１１２に向かうガイド１１６を設けてもよい。ガイド１１６によって循環するガスの方向を定める。ガスの方向を定められればガイド１１６の形状は限定されない。容器１２は二重構造になっており、その内部に冷却液が流れるため、その冷却液によって循環するガスが冷却される。ファン１１２と断熱体１６の間に水冷式の熱交換器１１８を配置し、その熱交換器１１８でもガスを冷却してもよい。
【００３６】
[熱処理]
次に本願の工業炉１０を使用した熱処理について説明する。なお、説明する熱処理は一例であり、被処理物２２の種類および処理方法に応じて適宜変更される。
【００３７】
（１）断熱体１６の内部空間１８に被処理物２２を収容し、断熱体蓋５２および容器蓋４４を閉じる。
【００３８】
（２）ポンプ３４を駆動させ、容器１２の内部空間１４、断熱体１６の内部空間１８からガスを排気する。この排気と同時に、ガス源２６から容器１２の内部空間１４、断熱体１６の内部空間１８にガスを供給し、それらの空間１４、１８、２８を所定のガスで満たす。ガスの供給量と排気量を調整することで、容器１２の内部空間１４および断熱体１６の内部空間１８を所定圧力にする。
【００３９】
（３）ヒータ２０に電力供給し、ヒータ２０を発熱させて断熱体１６の内部空間１８を昇温させる。断熱体１６の内部空間１８に配置された被処理物２２が加熱される。
【００４０】
（４）ヒータ２０に流れる電流を増加させ、被処理物２２の温度を高める。たとえば、約１５００℃以上で被処理物２２を熱処理する。この時、被処理物２２からバインダがガスとなり放出される。
【００４１】
（５）被処理物２２が熱処理された後、被処理物２２を冷却する。断熱体蓋５２を開ける。ファン１１２を回転させてガスを循環させ、被処理物２２を冷却させる。冷却する際、ガス源２６から容器１２の内部空間１４、断熱体１６の内部空間１８にガスを導入してもよい。さらに、容器１２の内壁４６と外壁４８の間に冷却液を供給し容器１２を冷却してもよい。容器１２が冷却されることで、容器１２の内壁４６に触れたガスが冷却される。熱交換器１１８によって循環するガスを冷却してもよい。ガスが冷却されることで、被処理物２２がガスに触れて冷却される。
【００４２】
被処理物２２が冷却されれば、容器蓋４４と断熱体蓋５２を開け、被処理物２２を取り出す。
【００４３】
[温度制御]
上記熱処理における断熱体１６の内部空間１８の温度制御について説明する。断熱体１６の内部空間１８の温度は放射温度計７４または熱電対温度計９８で測定される。所定値よりも低い場合、熱電対温度計９８で測定し、所定値よりも高くなれば放射温度計７４で測定する。たとえば、最初に熱電対温度計９８で温度測定し、所定値よりも高くなれば放射温度計７４で温度測定する。測定された温度は制御装置１００に入力される。制御装置１００には配線１０４を流れる電流の値も入力される。制御装置１００は温度および電流値によってスイッチ１０８のオン・オフを制御し、ヒータ２０に流れる電流を制御する。ヒータ２０に流れる電流を制御する方法として、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御などの制御方法が挙げられる。ヒータ２０に流れる電流が制御されることで、断熱体１６の内部空間１８の温度が設定された値になる。断熱体１６の内部空間１８の温度が設定された値になることで、被処理物２２の温度が所望の値になり、被処理物２２が脱脂などされる。
【００４４】
被処理物２２の熱処理の間、第２供給パイプ９４を介してガス源２６から筒体６８にガスを供給する。筒体６８の中および筒体６８の他端の近辺のガス圧が陽圧になる。筒体６８の中および他端の付近にあるビューポート７２に被処理物２２から放出されたガスが到達しにくくなる。筒体６８およびビューポート７２に被処理物２２から放出された放出物が付着しにくくなる。放射温度計７４で測定部７０を正確に測定できる。測定部７０の位置が固定されるため、被処理物２２を熱処理するごとに温度に誤差が生じることがない。
【００４５】
[実施形態２]
測定部７０と熱電対温度計９８の測定個所は断熱体１６の内部空間１８の中心に対して水平方向に対称な箇所に配置されたが、測定部７０と熱電対温度計９８は任意の場所に配置してもよい。断熱体１６の構造および温度対称性などを考慮して、測定部７４と熱電対温度計９８の測定個所を決定する。
【００４６】
[実施形態３]
熱電対温度計９８の代わりに、低温を測定できる放射温度計を備えてもよい。その場合に、図２の温度測定装置６６と同様の構成に低温を測定できる放射温度計を利用してもよい。また、１つの放射温度計７４で全域の温度計測が可能であれば、熱電対温度計９８を省略することも可能である。
【００４７】
（第１項）一態様に係る工業炉は、容器と、前記容器の内部空間に配置され、被処理物を収容する断熱体と、前記断熱体の内部空間に配置されたヒータと、一端と他端を有し、一端が前記断熱体の内部空間に配置され、他端が前記容器の外部に配置された筒体と、前記筒体の一端に形成されており、筒体の一端を封止する測定部と、前記筒体の他端に配置されたビューポートと、前記ビューポートを介して測定部の温度を測定する放射温度計と、前記放射温度計で測定された温度が入力され、ヒータの温度を制御する制御装置とを備える。
【００４８】
第１項に記載の工業炉によれば、筒体の一端を測定によって塞いでいるため、筒体の他端とビューポートの間に被処理物から放出された放出物が入りにくくなっている。ビューポートが放出物で汚れにくく、放射温度計で正確に温度測定しやすくなっている。測定部が筒体の一端で固定されているため、被処理物ごとに温度を測定する場所が変更されることはない。全ての被処理物に対して同一条件で温度測定することができる。
【００４９】
（第２項）ガス源と、前記筒体の他端付近に形成され、ガス源からのガスを筒体の内部に導入するための導入口と、前記ガス源と導入口をつなぐパイプとを備える。
【００５０】
第２項に記載の工業炉によれば、筒体の他端付近にガスが供給される。筒体の内部およびビューポートに被処理物から放出された放出物が付着しにくくなる。
【００５１】
（第３項）前記容器に取り付けられた内管と外管からなる二重配管を備え、該内管の内面で前記筒体が保持されている。
【００５２】
第３項に記載の工業炉によれば、筒体と内管との間に隙間が生じてもガスによってビューポートに放出物が付着することを防止できる。
【００５３】
（第４項）前記断熱体の内部空間の温度を測定する熱電対温度計を備え、前記制御装置に放射温度計で測定された温度または熱電対温度計で測定された温度が入力され、前記制御装置がヒータの温度を制御する。
【００５４】
第４項に記載の工業炉によれば、温度によって放射温度計と熱電対温度計を使い分けながらヒータの温度を制御することができる。
【００５５】
（第５項）前記筒体の一端を封止する測定部と熱電対温度計の測定部分とが断熱体の内部空間の中心に対して対称な箇所に配置されている。
【００５６】
第５項に記載の工業炉によれば、測定部と熱電対温度計の測定部分が同じ温度の位置に配置されることで、放射温度計と熱電対温度計が同じ条件で温度測定できる。
【００５７】
その他、本考案は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明した各実施形態は独立したものではなく、当業者の知識に基づき適宜組み合わせて実施できるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０：工業炉
１２：容器
１４：容器の内部空間
１６：断熱体
１８：断熱体の内部空間
２０：ヒータ
２２：被処理物
２６：ガス源
３０、９４：供給パイプ
３４：ポンプ
３８：排気パイプ
４２：容器本体
４４：容器蓋
４６：内壁
４８：外壁
５０：断熱体本体
５２：断熱体蓋
５８、６４、９６：バルブ
６６：温度測定装置
６８：筒体
７０：測定部
７２：ビューポート
７４：放射温度計
７６：断熱体に形成された穴
７７：穴を形成する内壁
７８：内管
８０：外管
８２：二重管
８４、８６：治具
９０：開口
９２：ガスの導入口
９８：熱電対温度計
１００：制御装置
１０２：電力供給回路
１０４：配線
１０６：電流計
１０８：スイッチ
１１０：トランス
【図１】
0003230921.tif 000003
【図２】
0003230921.tif 000004
【図３】
0003230921.tif 000005