(57)【要約】【課題】外筒と内筒とを引き離す方向に力が加わった場合における封止部材の剥離および真空破壊を防止するとともに、内筒の貫通孔と外筒の貫通孔との位置ずれが起こった場合においても挿通された固定具や内筒の破損を防ぐ、加熱炉用断熱壁構造を提供すること。【解決手段】本発明にかかる加熱炉用断熱壁構造は、外筒２と、外筒２の内側に配置された内筒３と、外筒２と内筒３とに挟圧されることによって、外筒２と内筒３との間において減圧された空間を封止する封止部材４１，４２と、外筒２と内筒３とを挟持締結する固定具８と、を備える。固定具８は、封止部材４１を介して、外筒２および内筒３に設けられた貫通孔２７，３７に遊挿されるとともに、外筒２および内筒３に対してそれぞれ球面接触しており、外筒２と内筒３とを挟持締結しつつ、内筒３の熱膨張に伴って生じる内筒３の貫通孔３７と外筒２の貫通孔２７との位置ずれに追従可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と、
前記外筒の内側に配置された内筒と、
前記外筒と前記内筒とに挟圧されることによって、前記外筒と前記内筒との間において減圧された空間を封止する封止部材と、
前記外筒と前記内筒とを挟持締結する固定具と、を備え、
前記固定具は、前記封止部材を介して、前記外筒および前記内筒に設けられた貫通孔に遊挿されるとともに、前記外筒および前記内筒に対してそれぞれ球面接触しており、前記外筒と前記内筒とを挟持締結しつつ、前記内筒の熱膨張に伴って生じる前記内筒の貫通孔と前記外筒の貫通孔との位置ずれに追従可能である、
加熱炉用断熱壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉用断熱壁構造に関するものであり、特に底を有しない加熱炉用断熱壁のための加熱炉用断熱壁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
底を有する外筒と内筒とを、それぞれ開口部を封止して一体化し、囲われた空間を真空状態とすることで、外筒の外側と内筒の内側の空間とを断熱する、真空断熱容器が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１９１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
底を有しない外筒と内筒とを組み合わせ、開口部を封止部材により封止した真空断熱壁の構造においては、開口部に掛かる大気圧のみで封止部材を圧縮するため、外筒と内筒とを引き離す方向に力が加わった場合、封止部材が剥離して真空破壊が起こるおそれがある。この課題を解決するために、外筒および内筒に貫通孔を開け、固定具を挿通して挟持締結させる方法が考えられる。しかし、そのような構成においては、たとえば内筒に熱が加わるなどして内筒のみが熱膨張変形した場合、内筒の貫通孔と外筒の貫通孔との位置ずれによって、挿通された固定具や内筒が、変形あるいは破損してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、底を有しない加熱炉用断熱壁において、外筒と内筒とを引き離す方向に力が加わった場合における封止部材の剥離および真空破壊を防止するとともに、内筒の貫通孔と外筒の貫通孔との位置ずれが起こった場合においても挿通された固定具や内筒の破損を防ぐ、加熱炉用断熱壁構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる加熱炉用断熱壁構造は、外筒と、前記外筒の内側に配置された内筒と、前記外筒と前記内筒とに挟圧されることによって、前記外筒と前記内筒との間において減圧された空間を封止する封止部材と、前記外筒と前記内筒とを挟持締結する固定具と、を備え、前記固定具は、前記封止部材を介して、前記外筒および前記内筒に設けられた貫通孔に遊挿されるとともに、前記外筒および前記内筒に対してそれぞれ球面接触しており、前記外筒と前記内筒とを挟持締結しつつ、前記内筒の熱膨張に伴って生じる前記内筒の貫通孔と前記外筒の貫通孔との位置ずれに追従可能であることを、特徴としたものである。
【０００７】
本発明にかかる加熱炉用断熱壁構造では、固定具は、封止部材を介して、外筒および内筒に設けられた貫通孔に遊挿されるとともに、外筒および内筒に対してそれぞれ球面接触しており、外筒と内筒とを挟持締結しつつ、内筒の熱膨張に伴って生じる内筒の貫通孔と外筒の貫通孔との位置ずれに追従可能である。そのため、外筒と内筒とを引き離す方向に力が加わった場合における封止部材の剥離および真空破壊を防止するとともに、内筒の貫通孔と外筒の貫通孔との位置ずれが起こった場合においても挿通された固定具や内筒の破損を防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、外筒と内筒とを引き離す方向に力が加わった場合における封止部材の剥離および真空破壊を防止するとともに、内筒の貫通孔と外筒の貫通孔との位置ずれが起こった場合においても挿通された固定具や内筒の破損を防ぐ、加熱炉用断熱壁構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる加熱炉用断熱壁を、長手方向に沿って切断した縦断面図である。
【図２】図１に示す加熱炉用断熱壁の、切断線ＩＩ−ＩＩにおける横断面図である。
【図３】図１に示す加熱炉用断熱壁の、内筒が収容空間から熱を受けた状態について説明する模式図である。
【図４】変形例１にかかる加熱炉用断熱壁の固定具の周辺を、長手方向に沿って切断したときの部分図である。
【図５】図４に示す加熱炉用断熱壁の、内筒が収容空間から熱を受けた状態について説明する模式図である。
【図６】変形例２にかかる加熱炉用断熱壁の固定具の周辺を、長手方向に沿って切断したときの部分図である。
【図７】図６に示す加熱炉用断熱壁の、内筒が収容空間から熱を受けた状態について説明する模式図である。
【図８】変形例３にかかる加熱炉用断熱壁の、図２に対応する切断面で切断したときの横断面図である。
【図９】変形例４にかかる加熱炉用断熱壁の、図２に対応する切断面で切断したときの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、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、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図１およびその他の図面に示した右手系ｘｙｚ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軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。
【００１１】
まず、図１および図２を参照して、本発明の加熱炉用断熱壁構造について説明する。図１は、本発明にかかる加熱炉用断熱壁１を、長手方向（ｘ軸方向）に沿って切断した縦断面図である。図１に示す加熱炉用断熱壁１の、切断線ＩＩ−ＩＩにおける横断面図である。図１および図２に示すように、加熱炉用断熱壁１は、外筒２と、外筒２の内側に配置された内筒３と、を備えている。
【００１２】
外筒２および内筒３の材質は、たとえば、ステンレス鋼や鉄鋼である。
図１および図２に示すように、外筒２は、ｘ軸を長手方向に横置きされている。外筒２は、筒部２１と、筒部２１の一端に沿って内側に延びた第１環状外壁部２２と、筒部２１の他端に沿って内側に延びた第２環状外壁部２３と、を備えている。
【００１３】
内筒３は、外筒２と平行に、ｘ軸を長手方向に横置きされている。内筒３は、筒部３１と、筒部３１の一端に沿って内側に延びた第１環状内壁部３２と、筒部３１の他端に沿って外側に延びた第２環状内壁部３３と、を備えている。
第１環状外壁部２２と第１環状内壁部３２は、互いに離間して対向するように設けられている。第２環状外壁部２３は第２環状内壁部３３よりも内側（ｘ軸負側）に配置され、第２環状外壁部２３と第２環状内壁部３３は互いに離間して対向するように設けられている。第２環状外壁部２３は、内筒３の筒部３１からも離間している。
【００１４】
封止部材４１，４２は環状であって、外筒２および内筒３よりも熱伝導率が低い弾性体、たとえば、シリコン樹脂やテフロン（登録商標）樹脂で形成されている。封止部材４１は、第１環状外壁部２２と第１環状内壁部３２の間に挟圧され、封止部材４２は、第２環状外壁部２３と第２環状内壁部３３の間に挟圧される。このようにして、封止部材４１，４２は、外筒２と内筒３との間の空間を封止する。封止された外筒２と内筒３の間の空間を、外筒２の側面に設けられた排気孔２４を通じて真空ポンプ５で排気することで、外筒２と内筒３の間に真空空間６が形成される。
【００１５】
図１および図２に示すように、第１環状外壁部２２，第１環状内壁部３２，封止部材４１には、それぞれ複数の貫通孔２７，３７，４７が同一円周上に設けられている。貫通孔２７，３７，４７は、同一軸上に重なり、第１環状外壁部２２から第１環状内壁部３２にかけて貫通する複数の貫通孔７を形成する。貫通孔７には、それぞれ固定具８が間隙をもって挿通される。すなわち、固定具８は貫通孔７に遊挿される。固定具８は、第１環状外壁部２２の外側と第１環状内壁部３２の内側とを挟み込むようにして、外筒２と内筒３を挟持締結する。
【００１６】
封止された外筒２と内筒３の間の空間を真空ポンプ５で排気して減圧する際に、このように固定具８で外筒２と内筒３を締結することによって、封止部材４１に加わるシール圧を上昇させ、外筒２および内筒３と封止部材４１との間の密着性を高め、効率よく排気することができる。
また、外筒２と内筒３とを引き離す方向に力が加わった場合、すなわち、内筒３をｘ軸正方向に動かすような力が加わった場合、外筒２および内筒３から封止部材４１が剥離するのを防ぐ。このため、形成された真空空間６を真空破壊から防ぐことができる。
【００１７】
固定具８は、ボルト８１と、ナット８２と、２つのボール８３ａ，８３ｂとを備えている。
ボール８３ａ，８３ｂの直径は貫通孔７の内径よりも大きく、ボール８３ａ，８３ｂは貫通孔７を挿通できないが、ボルト８１の外径は貫通孔７の内径よりも十分小さく、ボルト８１は貫通孔７に間隙をもって挿通される。すなわち、ボルト８１は貫通孔７に遊挿される。また、ナット８２の内径はボルト８１の外径よりもわずかに大きく、ボルト８１とナット８２は互いに螺合する。ボール８３ａ，８３ｂにも、ナット８２の内径と略同一の貫通孔が設けられており、ボルト８１が挿通される。
【００１８】
本実施の形態において、ボルト８１は、ボール８３ａ，貫通孔７，ボール８３ｂ，ナット８２の順に挿通される。図１に示した例では、ボール８３ａが第１環状外壁部２２と接するように、ボール８３ｂが第１環状内壁部３２と接するように配置されている。
この状態でボルト８１とナット８２を締め付けると、ボール８３ａ，８３ｂは、それぞれ第１環状外壁部２２，第１環状内壁部３２と球面接触しながら密着される。このようにして、外筒２と内筒３は挟持締結される。
【００１９】
上記の構成において、外筒２の外側は外気であり、内筒３の内側の収容空間３０は加熱される空間である。すなわち、外筒２は外気と接し、内筒３は加熱される空間である収容空間３０と接している。ここで、外筒２と内筒３は、外筒２および内筒３よりも熱伝導率の小さな物質で形成された封止部材４１，４２を介して接しており、外筒２と内筒３との間には真空空間６が形成されている。このため、内筒３が収容空間３０から熱を受けた場合にも、内筒３の熱が外筒２に伝わるのを抑制することができる。すなわち、外気と収容空間３０との間を断熱することができる。
【００２０】
なお、外筒２と内筒３との間の熱伝導をさらに抑えるために、固定具８には熱伝導率の低い材質を用いると好ましい。固定具８は外筒２と内筒３との両方に接触するからである。たとえば、ボール８３ａ，８３ｂは、シリコン樹脂やテフロン（登録商標）樹脂のような、外筒２および内筒３よりも熱伝導率が低い材質で形成されるとよい。
また、外気と収容空間３０との間の断熱効果をさらに上げる目的で、真空空間６内に、外筒２および内筒３との間に金属板などの反射膜を備えてもよい。この構成により、外筒２と内筒３の間で輻射による熱伝導を抑制することができる。
【００２１】
ここで、図３を用いて、収容空間３０内で加熱処理を行った場合の加熱炉用断熱壁１の状態について説明する。図３は、加熱炉用断熱壁１の、内筒３が収容空間３０から熱を受けた状態について説明する模式図である。である。図３において、二点鎖線は、収容空間３０内で加熱処理を行う前の内筒３の位置を表す仮想線である。
【００２２】
図３に示すように、収容空間３０から熱を受けた内筒３は、径方向に広がりつつ長手方向に延びるように熱膨張する。一方、外筒２は、真空空間６と封止部材４１，４２によって断熱されているためにほとんど熱を受けず、熱膨張による移動も起こらない。このため、外筒２に対する内筒３の相対位置が変化し、封止部材４１，４２には径方向にせん断応力が加わる。このとき、封止部材４１，４２は弾性体であるため、応力の方向に弾性変形し、破損を防ぐことができる。
【００２３】
内筒３のみが熱膨張に伴って拡径すると、内筒３の貫通孔３７と外筒２の貫通孔２７との間に位置ずれが生じる。このとき、ボール８３ｂは内筒３と球面接触しているため、内筒３の熱膨張に伴って生じる位置ずれに対し、内筒３と球面接触を保つように回転しながらする。上述した通り、貫通孔７内では、ボルト８１が若干傾くことができるため、ボール８３ｂの動きに伴って、ボルト８１，ナット８２，ボール８３ａも一体化して動くことができる。このように、固定具８は熱膨張した内筒３に追従可能であるため、内筒３および固定具８に無理な力が掛からず、内筒３および固定具８の変形や破損を防ぐことができる。
【００２４】
以上のように、外筒２と内筒３を締結する固定具８を、外筒２および内筒３と球面接触させるように設けることで、外筒２と内筒３とを引き離す方向に力が加わった場合に真空空間６を真空破壊から防ぐとともに、内筒３が熱膨張した場合、内筒３および固定具８の変形や破損を防ぐことができる。
【００２５】
［変形例１］
以下、図４を参照して、加熱炉用断熱壁１における変形例１を説明する。図４は、変形例１にかかる加熱炉用断熱壁１ａの固定具８ａの周辺を、長手方向に沿って切断したときの部分図である。
なお、前述した実施の形態と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
図４に示すように、固定具８ａは、ボルト８１と、ナット８２とを備えている。また、第１環状外壁部２２には、貫通孔２７の周りが球面状に盛り上がった凸面部８４ａが形成されており、ボルト８１の頭部と球面接触している。また、第１環状内壁部３２には、貫通孔３７の周りが球面状に盛り上がった凸面部８４ｂが形成されており、ナット８２と球面接触している。
【００２７】
この状態でボルト８１とナット８２を締め付けると、それぞれ凸面部８４ａ，凸面部８４ｂと球面接触しながら密着される。このようにして、外筒２と内筒３は挟持締結される。
固定具８ａで外筒２と内筒３を締結することによって、封止部材４１に加わるシール圧を上昇させ、外筒２および内筒３と封止部材４１との間の密着性を高め、効率よく排気することができる。また、外筒２と内筒３とを引き離す方向に力が加わった場合、すなわち、内筒３をｘ軸正方向に動かすような力が加わった場合、外筒２および内筒３から封止部材４１が剥離するのを防ぐ。このため、形成された真空空間６を真空破壊から防ぐことができる。
【００２８】
ここで、図５を用いて、収容空間３０内で加熱処理を行った場合の変形例１にかかる加熱炉用断熱壁１ａの状態について説明する。図５は、加熱炉用断熱壁１ａの、内筒３が収容空間３０から熱を受けた状態について説明する模式図である。図５において、二点鎖線は、収容空間３０内で加熱処理を行う前の内筒３の位置を表す仮想線である。
【００２９】
図５に示すように、収容空間３０から熱を受けた内筒３は、径方向に広がりつつ長手方向に延びるように熱膨張する。一方、外筒２は、真空空間６と封止部材４１，４２によって断熱されているためにほとんど熱を受けず、熱膨張による移動も起こらない。このため、内筒３の貫通孔３７と外筒２の貫通孔２７との間に位置ずれが生じる。
このとき、ナット８２は内筒３と凸面部８４ｂを介して球面接触しているため、内筒３の熱膨張に伴って生じる位置ずれに対し、内筒３の貫通孔３７と球面接触を保つように追従する。貫通孔７内では、ボルト８１が若干傾くことができるため、凸面部８４ｂとナット８２の動きに伴って、ボルト８１も一体化して動くことができる。このように、固定具８ａは熱膨張した内筒３に追従可能であるため、内筒３および固定具８ａに無理な力が掛からず、内筒３および固定具８ａの変形を防ぐことができる。
【００３０】
［変形例２］
次に、図６を参照して、加熱炉用断熱壁１における変形例２を説明する。図６は、変形例２にかかる加熱炉用断熱壁１ｂの固定具８ｂの周辺を、長手方向に沿って切断したときの部分図である。
なお、前述した実施の形態と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
図６に示すように、固定具８ｂは、球ボルト８５と、球面ナット８６とを備えている。
球ボルト８５の外径は貫通孔７の内径よりも十分小さく、球ボルト８５は貫通孔７に間隙をもって挿通される。すなわち、球ボルト８５は貫通孔７に遊挿される。また、球面ナット８６の内径は球ボルト８５の外径よりもわずかに大きく、球ボルト８５と球面ナット８６は互いに螺合する。
球ボルト８５の頭部は第１環状外壁部２２と球面接触し、球面ナット８６は第１環状内壁部３２と球面接触している。
【００３２】
この状態で球ボルト８５と球面ナット８６を締め付けると、それぞれ第１環状外壁部２２，第１環状内壁部３２と球面接触しながら密着される。このようにして、外筒２と内筒３は挟持締結される。
固定具８ｂで外筒２と内筒３を締結することによって、封止部材４１に加わるシール圧を上昇させ、外筒２および内筒３と封止部材４１との間の密着性を高め、効率よく排気することができる。また、外筒２と内筒３とを引き離す方向に力が加わった場合、すなわち、内筒３をｘ軸正方向に動かすような力が加わった場合、外筒２および内筒３から封止部材４１が剥離するのを防ぐ。このため、形成された真空空間６を真空破壊から防ぐことができる。
【００３３】
ここで、図７を用いて、収容空間３０内で加熱処理を行った場合の変形例２にかかる加熱炉用断熱壁１ｂの状態について説明する。図７は、加熱炉用断熱壁１ｂの、内筒３が収容空間３０から熱を受けた状態について説明する模式図である。図７において、二点鎖線は、収容空間３０内で加熱処理を行う前の内筒３の位置を表す仮想線である。
【００３４】
図７に示すように、収容空間３０から熱を受けた内筒３は、径方向に広がりつつ長手方向に延びるように熱膨張する。一方、外筒２は、真空空間６と封止部材４１，４２によって断熱されているためにほとんど熱を受けず、熱膨張による移動も起こらない。このため、内筒３の貫通孔３７と外筒２の貫通孔２７との間に位置ずれが生じる。
このとき、球面ナット８６は内筒３と球面接触しているため、内筒３の熱膨張に伴って生じる位置ずれに対し、内筒３の貫通孔３７と球面接触を保つように追従する。貫通孔７内では、球ボルト８５が若干傾くことができるため、内筒３と球面ナット８６の動きに伴って、球ボルト８５も一体化して動くことができる。このように、固定具８ｂは熱膨張した内筒３に追従可能であるため、内筒３および固定具８ｂに無理な力が掛からず、内筒３および固定具８ｂの変形を防ぐことができる。
【００３５】
以上の変形例１，２においても、外筒２と内筒３を締結する固定具８ａ，８ｂを、外筒２および内筒３と球面接触させるように設けることで、外筒２と内筒３とを引き離す方向に力が加わった場合に真空空間６を真空破壊から防ぐとともに、内筒３が熱膨張した場合、内筒３および固定具８ａ，８ｂの変形や破損を防ぐことができる。
【００３６】
［変形例３］
次に、図８を参照して、加熱炉用断熱壁１における変形例３を説明する。図８は、変形例３にかかる加熱炉用断熱壁１ｃを、図２に対応する切断面で切断したときの横断面図である。
なお、前述した実施の形態と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
図８に示すように、外筒２と内筒３との間には、図２における封止部材４１に代えて、環状の封止部材４１ｃが挟圧されている。封止部材４１ｃは、封止部材４１と異なり、固定具８が遊挿されるための貫通孔を有していない。封止部材４１ｃの内側には、貫通孔２７と貫通孔３７とが同一軸上に重なって形成する貫通孔７が、同一円周上に複数配置されている。貫通孔７には、それぞれ固定具８が遊挿される。
【００３８】
変形例３の構成においては、封止部材４１ｃは、固定具８が遊挿されるための貫通孔を有していないため、貫通孔２７および貫通孔３７に対する封止部材４１ｃの位置決めをする必要がないという利点がある。
【００３９】
［変形例４］
次に、図９を参照して、加熱炉用断熱壁１における変形例４を説明する。図９は、変形例４にかかる加熱炉用断熱壁１ｄを、図２に対応する切断面で切断したときの横断面図である。
なお、前述した実施の形態と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図９に示すように、外筒２と内筒３との間には、変形例３で示した封止部材４１ｃの内側に、封止部材４１ｃよりも小さな環状の封止部材４１ｄが挟圧されている。封止部材４１ｄは、封止部材４１ｃと同様に、固定具８が遊挿されるための貫通孔を有していない。貫通孔２７と貫通孔３７とが同一軸上に重なって形成する貫通孔７は、封止部材４１ｃの内側かつ封止部材４１ｄの外側に、同一円周上に複数配置されている。貫通孔７には、それぞれ固定具８が遊挿される。
【００４１】
変形例４の構成においても、封止部材４１ｄは、固定具８が遊挿されるための貫通孔を有していないため、貫通孔２７および貫通孔３７に対する封止部材４１ｄの位置決めをする必要がない。また、変形例３の構成に比べて、外筒２と内筒３との間に挟圧される弾性体の面積が増えるため、より強固に外筒２と内筒３とを締着させることができる。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  加熱炉用断熱壁
２  外筒
３  内筒
５  真空ポンプ
６  真空空間
７  貫通孔
８，８ａ，８ｂ  固定具
２１  筒部
２２  第１環状外壁部
２３  第２環状外壁部
２４  排気孔
２７，３７，４７  貫通孔
３０  収容空間
３１  筒部
３２  第１環状内壁部
３３  第２環状内壁部
４１，４１ｃ，４１ｄ，４２  封止部材
８１  ボルト
８２  ナット
８３ａ，８３ｂ  ボール
８４ａ，８４ｂ  凸面部
８５  球ボルト
８６  球面ナット
【図１】
2019002431.tif 000003
【図２】
2019002431.tif 000004
【図３】
2019002431.tif 000005
【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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【図９】
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