(57)【要約】【課題】炉心管と配管ユニットとをフランジ付きの部材を介して連結する場合に、炉心管とフランジ付きの部材とを気密に連結する構造を提供する。【解決手段】継ぎ手３０は、炉心管２０に外嵌される第１の管部材３１、第２の管部材３２およびＯリング３４を有する。第１の管部材３１および第２の管部材３２は、それぞれの端部に形成された雄ねじ３１ａおよび雌ねじ３２ａにより継ぎ手３０の軸方向に連結される。第２の管部材３２は、雌ねじ３２ａが形成された側と反対側の端部にフランジ３３を有する。Ｏリング３４は継ぎ手３０の軸方向両側から第１の管部材３１と第２の管部材３２とに挟み付けられるように第１の管部材３１と第２の管部材３２との間に配置されている。【選択図】図２
2015004386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部にフランジが形成されていない炉心管の両端にフランジ付きの配管ユニットを接続するのに用いられる継ぎ手であって、
前記炉心管の外周面上に配置される第１の管部材、第２の管部材および少なくとも１つのシールリングを有し、
前記第１の管部材および第２の管部材は、それぞれの端部に形成されたねじ構造により互いに前記継ぎ手の軸方向に連結され、
前記第２の管部材は、前記ねじ構造が形成された側と反対側の端部にフランジを有し、
前記シールリングは前記軸方向両側から前記第１の管部材と前記第２の管部材とに挟み付けられるように前記第１の管部材と前記第２の管部材との間に配置されていることを特徴とする継ぎ手。
【請求項２】
複数の前記シールリングが前記軸方向に配置され、
隣り合う前記シールリングの間に配置されたリング状のスペーサをさらに有する請求項１に記載の継ぎ手。
【請求項３】
前記軸方向において前記シールリングが位置する領域を含む範囲で前記第１の管部材または前記第２の管部材の外周面に設けられた冷却ジャケットをさらに有する請求項１または２に記載の継ぎ手。
【請求項４】
前記ねじ構造は、前記第１の管部材および第２の管部材のいずれか一方の外面に形成された雄ねじと、前記第１の管部材および第２の管部材のもう一方の内面に形成された雌ねじである請求項１から３のいずれか一項に記載の継ぎ手。
【請求項５】
前記雌ねじが形成された管部材は、前記雄ねじが形成された管部材と連結された状態で、前記雄ねじが形成された管部材の先端面と対向する内面を有しており、前記シールリングは、前記雄ねじが形成された管部材の前記先端面と、前記雌ねじが形成された管部材の前記内面とに挟み込まれる請求項４に記載の継ぎ手。
【請求項６】
前記雌ねじが形成された管部材は、前記シールリングが配置される環状溝を有する請求項５に記載の継ぎ手。
【請求項７】
前記シールリングはＯリングである請求項１から６のいずれか一項に記載の継ぎ手。
【請求項８】
前記第１の管部材を前記炉心管に固定する固定具をさらに有する請求項１から７のいずれか一項に記載の継ぎ手。
【請求項９】
炉心管と、
前記炉心管の両端部を突出させて前記炉心管を収納する加熱炉と、
前記炉心管の両端部に両端部に取り付けられた、請求項１から８のいずれか一項に記載の継ぎ手と、
前記継ぎ手を介して前記炉心管と連結される、フランジ付きの配管ユニットと、
前記継ぎ手および前記配管ユニットを気密に連結するために前記継ぎ手および前記配管ユニットのフランジ同士を把持するクランプと、
を有する熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心管用継ぎ手および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温雰囲気中で原料（試料）を焼成、酸化および還元などといった熱処理する際に、熱処理装置が用いられる。熱処理装置には種々の形態のものが存在するが、実験などに用いられるような比較的簡易な装置としては、熱処理される原料が配置される炉心管と、炉心管を外側から加熱するための加熱炉と、を有するものが知られている。
【０００３】
加熱炉は、炉心管を包囲するように管状に構成されており、炉心管は、その両端部が加熱炉の両端からそれぞれ突出するように加熱炉を貫通して配置される。炉心管の両端の両端には配管ユニットが着脱可能に連結される。この配管ユニットを介して、炉心管の内部を所定の熱処理雰囲気としたり、炉心管の内部温度を測定するための熱電対のケーブルを通したりすることができる。そのため、炉心管と配管ユニットとは、気密に連結される。
【０００４】
炉心管は、耐熱性や耐食性に優れたアルミナ製あるいは石英ガラス製とされることが多い。一方、配管ユニットは、ポートなどの付属的な構造を有することから加工性に優れた金属製とされることが多い。また、炉心管と配管ユニットとは、互いの端部にフランジを有し、フランジを適宜のクランプ機構で締め付けることで連結される。
【０００５】
材質の異なる部材同士を気密に連結する構造として、特許文献１に記載された構造が知られている。特許文献１に記載された構造では、石英ガラス製の加熱管と、ステンレス製の配管との接続構造において、両者はそれぞれ先端部にフランジを備えており、これら加熱管および配管のフランジの当接面を鏡面に形成し、鏡面同士を当接させて連結している。これにより、高い気密性を保持した状態で、石英ガラス製の加熱管とステンレス製の配管とを連結することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１５９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炉心管が端部にフランジを備えている場合は、特許文献１に記載された構造を適用して炉心管と配管ユニットとを気密に連結することは可能である。しかし、炉心管がフランジを備えていない場合は、フランジを備えた部材を炉心管の端部に取り付け、そのフランジと配管ユニットのフランジとを連結する必要がある。よって、今度は、炉心管と、炉心管に取り付けられるフランジ付きの部材とを気密に連結するための工夫が必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、炉心管と配管ユニットとをフランジ付きの部材を介して連結する場合に、炉心管とフランジ付きの部材とを気密に連結する構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の継ぎ手は、端部にフランジが形成されていない炉心管の両端にフランジ付きの配管ユニットを接続するのに用いられる継ぎ手であって、
前記炉心管の外周面上に配置される第１の管部材、第２の管部材および少なくとも１つのシールリングを有し、
前記第１の管部材および第２の管部材は、それぞれの端部に形成されたねじ構造により互いに前記継ぎ手の軸方向に連結され、
前記第２の管部材は、前記ねじ構造が形成された側と反対側の端部にフランジを有し、
前記シールリングは前記軸方向両側から前記第１の管部材と前記第２の管部材とに挟み付けられるように前記第１の管部材と前記第２の管部材との間に配置されている。
【００１０】
また、本発明の熱処理装置は、炉心管と、
前記炉心管の両端部を突出させて前記炉心管を収納する加熱炉と、
前記炉心管の両端部に両端部に取り付けられた、本発明の継ぎ手と、
前記継ぎ手を介して前記炉心管と連結される、フランジ付きの配管ユニットと、
前記継ぎ手および前記配管ユニットを気密に連結するために前記継ぎ手および前記配管ユニットのフランジ同士を把持するクランプと、
を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、継ぎ手が第１の管部材、第２の管部材およびこれらに挟み付けられるシールリングを有することで、継ぎ手を炉心管に気密に連結することができる。よって、フランジを有していない炉心管を、継ぎ手を介して気密に連結することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による熱処理装置の、加熱炉を断面で示した側面図である。
【図２】図１に示す熱処理装置の、炉心管の一端部での断面図である。
【図３Ａ】図１に示す熱処理装置での、炉心管と配管ユニットとの連結を説明する断面図である。
【図３Ｂ】図１に示す熱処理装置での、炉心管と配管ユニットとの連結を説明する断面図である。
【図４】図３Ｂに示すクランプの正面図である。
【図５】本発明の他の形態による熱処理装置の、炉心管の一端部での断面図である。
【図６】図５に示す熱処理装置の継ぎ手を端面側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、加熱炉１０と、加熱炉１０の内部に配置される炉心管２０と、炉心管２０の両端に接続される配管ユニット４０と、炉心管２０と配管ユニット４０とを気密に連結するのに用いられる継ぎ手３０とを有する、本発明の一実施形態による熱処理装置１が示されている。
【００１４】
加熱炉１０は、管状に構成されており、炉心管２０は、その両端部を加熱炉１０から突出させて加熱炉１０内に配置される。加熱炉１０は、ヒータを内蔵しており、炉心管２０をその外側から全周にわたってほぼ均一に加熱することができる。ヒータとしては任意のヒータを用いることができ、その中でも温度制御が容易であることから電気ヒータが一般に用いられる。また、加熱炉１０は、炉心管２０の出し入れが容易な開閉式、または炉心管２０を軸方向にスライドさせて出し入れする密閉式のいずれであってもよい。
【００１５】
炉心管２０は、両端が開放した管状の部材であり、この内部に、熱処理の対象となる原料（試料）が設置される。炉心管２０は、耐熱性および耐食性に優れる材料で作られており、その材料としては、例えば、アルミナやムライトなどのセラミック、あるいは石英ガラスなどを好ましく用いることができる。
【００１６】
炉心管２０の開口端には配管ユニット４０が接続される。配管ユニット４０には、炉心管２０の内部を所定の熱処理雰囲気としたり、炉心管２０の内部の温度を測定するための熱電対のケーブルを通したりするために、１つ以上のポートが設けられている。原料の熱処理に応じてポートの数やタイプが異なる複数種類の配管ユニット４０が用意されていてもよい。この場合、熱処理に際してはそれらの中から適切な配管ユニット４０が選択的に使用される。
【００１７】
配管ユニット４０は、従来と同様に構成することができ、加工性などの観点からステンレスなどの金属で作られている。また、配管ユニット４０は、その炉心管２０と接続される側の端部にフランジ付きソケット４１を有している。フランジ付きソケット４１の先端にはフランジ４１ａが形成されている。
【００１８】
このような配管ユニット４０と炉心管２０とを気密に連結するために、炉心管２０の両端部に継ぎ手３０が取り付けられている。継ぎ手３０は、先端にフランジ３３を有している。このフランジ３３と配管ユニット４０のフランジ４１ａとを突き合わせ、適宜のクランプで両者を固定することで、炉心管２０は継ぎ手３０を介して配管ユニット４０と気密に連結される。
【００１９】
以下、継ぎ手３０について図２を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図２に示すように、継ぎ手３０は、炉心管２０に外嵌される、第１の管部材３１、第２の管部材３２およびシールリングであるＯリング３４と、を有する。
【００２１】
第１の管部材３１および第２の管部材３２は、炉心管２０に外嵌されることによって、炉心管２０の外周面上に配置されている。第１の管部材３１および第２の管部材３２は、それぞれの端部に形成されたねじ構造によって互いに継ぎ手３０の軸方向（すなわち炉心管２０の軸方向）に連結されており、第２の管部材３２は、第１の管部材３１よりも炉心管２０の端部側に位置している。
【００２２】
第１の管部材３１および第２の管部材３２は、加工性、強度および耐熱性の観点などから金属製であることが好ましい。その中でも、耐食性に優れた、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼を好ましく用いることができる。
【００２３】
第１の管部材３１は、その一端部において外周面上にねじ構造として雄ねじ３１ａが形成されている。第２の管部材３２の一端部には、ねじ構造として、第１の管部材３１と噛み合う雌ねじ３２ａが、内周面上に形成されている。これら雄ねじ３１ａと雌ねじ３２ａとの噛み合いにより、第１の管部材３１と第２の管部材３２とが互いに連結される。
【００２４】
第１の管部材３１には、その管壁を管壁の厚さ方向に貫通する少なくとも１つのねじ孔３１ｂが形成されている。ねじ孔３１ｂには固定ねじ３５がねじ込まれ、これによって第１の管部材３１が炉心管２０に固定される。第１の管部材３１が炉心管２０に固定されることで、継ぎ手３０が炉心管２０に対して揺動するのを防止できる。
【００２５】
第２の管部材３２の内面には、第１の管部材３１と第２の管部材３２とが連結された状態で第１の管部材の先端面に対向する内面を有するように環状溝３２ｂが形成されており、Ｏリング３４はこの環状溝３２ｂ内に配置されている。Ｏリング３４は、任意の材料からなるものであってよく、例えば、ニトリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム製のものを用いることができる。Ｏリング３４の内径は、炉心管２０の外径と等しいか、または、Ｏリング３４を炉心管２０に外嵌できる程度に炉心管２０の外径より小さい。
【００２６】
第２の管部材３２の雌ねじ３２ａが形成されている側の端部と反対側の端部には、フランジ３３が一体に設けられている。フランジ３３は、第２の管部材３２の一部として構成されていてもよいし、第２の管部材３２と別部品で構成され、第２の管部材３２と気密接続されていてもよい。フランジ３３が第２の管部材３２と別部品である場合、フランジ３３は、第２の管部材３２と同じ材料で構成することができ、また、第２の管部材３２とフランジ３３とは、溶接などにより気密に接続される。フランジ３３の先端面には、配管ユニット４０（図１参照）と連結されたときに配管ユニット４０との間での気密性を向上させるためのＯリング５０（図３Ａ参照）を受け入れる環状溝３３ａが形成されている。
【００２７】
上記のとおり構成された継ぎ手３０によれば、第１の管部材３１および第２の管部材３２が炉心管２０に外嵌された状態で第１の管部材３１の雄ねじ３１ａと第２の管部材３２の雌ねじ３２ａとを噛み合わせ、第１の管部材３１と第２の管部材３２とを締め付けていくと、Ｏリング３４は、第１の管部材３１の先端面とそれに対向する第２の管部材３２の内面（本形態では環状面３２ｂの壁面）との間で挟み付けられて弾性変形する。Ｏリング３４は、弾性変形することによって、炉心管２０の外周面、第１の管部材３１の先端面、および第１の管部材３１の先端面と対向する第２の管部材３２の内面に密着する。そのことにより、継ぎ手３０は、炉心管２０の外周面上に気密に連結される。
【００２８】
継ぎ手３０と配管ユニット４０との連結について以下に説明する。
【００２９】
継ぎ手３０と配管ユニット４０との連結に際し、図３Ａに示すように、Ｏリング５０を用意する。まず、Ｏリング５０を継ぎ手３０のフランジ３３に形成された環状溝３３ａに嵌め込む。次いで、継ぎ手３０のフランジ３３および配管ユニット４０のフランジ４１ａの先端面同士を密着させる。この状態で、図３Ｂに示すように、クランプ６０でフランジ同士を把持し、継ぎ手３０と配管ユニット４０とを固定する。これにより、継ぎ手３０と配管ユニット４０とはＯリング５０によって気密に連結されるので、継ぎ手３０を介して炉心管２０と配管ユニット４０とが気密に連結される。また、継ぎ手３０と配管ユニット４０とを、クランプ６０で連結することにより、配管ユニット４０の着脱が容易になり、その結果、炉心管２０へ試料を簡単に出し入れすることができる。
【００３０】
クランプ６０としては、継ぎ手３０および配管ユニット４０のフランジ同士を把持できるものであれば任意のものを用いることができる。その一例を図４に示す。図４に示すクランプ６０は、円弧状の２つのフランジ保持部材６１、６２を有する。これらフランジ保持部材６２、６２は共通の半径を有しており、連結軸６３によって一端部同士が揺動自在に連結され、他端部同士はクランプねじ６４によって連結されるようになっている。フランジ保持部材６１、６２の内周面には、継ぎ手３０および蓋部材４０のフランジ同士を密着させた状態で両フランジを受け入れる円弧状の溝が形成されている。
【００３１】
上記のようなクランプ６０によれば、２つのフランジ保持部材６１、６２を開いた状態で、互いに密着しているフランジ３３、４０ａにこれらフランジ保持部材６１、６２を被せ、両フランジ保持部材６１、６２を閉じる。そして、クランプねじ６４を締め付けることにより、フランジ保持部材６１、６２によってフランジ同士が把持されて固定される。
【００３２】
以上説明した本実施形態によれば、継ぎ手３０は、ねじ結合により互いに連結された第１の管部材３１と第２の管部材３２とでＯリング３４を挟みつけて弾性変形させることによって、炉心管２０に気密連結される。よって、炉心管２０がフランジを有していない構造であっても、継ぎ手３０の先端にフランジ３３を有する構造とし、このフランジ３３を配管ユニット４０のフランジ４１ａと密着させて両者を気密に連結することができ、結果的に、フランジを有していない炉心管２０と配管ユニット４０とを、気密に連結することができる。
【００３３】
また、配管ユニット４０のフランジ４１ａとの相手方となるフランジを継ぎ手３０に設けることができるので、炉心管２０とは異なる材料でフランジ３３を構成することができる。そのため、配管ユニット４０のフランジ４１ａとの相手方となるフランジを、加工性や強度を考慮した適切な材料、例えばステンレス鋼などの金属で構成することができる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態について、図５および図６を参照して説明する。
【００３５】
本実施形態は、継ぎ手３０が以下の点で、図２等を用いて説明した前述の実施形態と相違している。
（１）炉心管２０との間での気密性を確保する構造として２つのＯリング３４およびスペーサ３６を有する。
（２）冷却ジャケット７０をさらに有する。
その他は前述の実施形態と同様でよいので説明を省略し、上記の相違点を中心に本実施形態について説明する。
【００３６】
第２の管部材３２は、その内面に、前述の実施形態と同様の環状溝を有する。ただし、本実施形態では、環状溝は、第２の管部材３２の軸方向での長さが前述の実施形態より長く、２つのＯリング３４およびスペーサ３６を軸方向に並べて配置することができる長さとなっている。スペーサ３６は、炉心管２０に外嵌されるリング状の部材であり、軸方向両側をＯリング３４に挟まれた状態で、２つのＯリング３４とともに環状溝内に配置される。スペーサ３６は、Ｏリング３４と密着して配置されることになるので、Ｏリング３４と密着していてもＯリング３４を変質させない材料、例えば金属で構成されることが好ましい。
【００３７】
本実施形態でも、第１の管部材３１と第２の管部材３２とでＯリング３４を挟み付け、Ｏリング３４を炉心管２０、第１の管部材３１および第２の管部材３２に密着させることで継ぎ手３０を炉心管２０に気密に連結することができる。しかも、２つのＯリング３４を用いているので、前述の実施形態と比べてより良好に気密性を確保することができる。また、２つのＯリング３４の間にスペーサ３５が配置されているので、Ｏリング３４同士が密着することがなくなり、その結果、Ｏリング３４同士の密着によるゴムの劣化を防止することができる。
【００３８】
ここでは２つのＯリング３４を有する場合を示したが、Ｏリング３４の数は３つ以上であってもよい。３つ以上のＯリング３４を有する場合は、隣り合うＯリング３４の間にスペーサ３６を配置することが好ましい。
【００３９】
冷却ジャケット７０は、継ぎ手３０の軸方向においてＯリング３４が位置する領域を含む範囲で、第２の管部材３２の外周面を全周にわたって覆っている。冷却ジャケット７０には、冷却ジャケット７０の内部に形成される冷却流体通路７０ａに連通する、冷却流体用の導入口７１および排出口７２が設けられている。導入口７１から冷却流体通路７０ａに導入された冷却流体は、冷却流体通路７０ａ内を流通し、排出口７２から排出される。これにより、継ぎ手３０、特に、Ｏリング３４の周辺の部分を冷却することができる。冷却流体としては、冷却流体通路７０ａを流通できるものであれば任意の流体を用いることができ、好適には水を用いることができる。
【００４０】
このように、継ぎ手３０に冷却ジャケット７０を付加し、Ｏリング３４の周辺を冷却することで、他の部材に比べて耐熱性が低いＯリング３４の温度上昇を抑制することができる。冷却ジャケット７０による冷却は、炉心管２０が２００℃以上の高温で使用される場合に特に好ましい。
【００４１】
なお、本実施形態では、複数のＯリング３４および冷却ジャケット７０の両方を適用したが、何れか一方のみであってもよい。
【００４２】
また、前述の実施形態および本実施形態では、第１の管部材３１の雄ねじ３１ａと第２の管部材３２の雌ねじ３２ａとの噛み合わせによって第１の管部材３１と第２の管部材３２とを連結する構造を示した。しかし、第１の管部材３１と第２の管部材３２とで継ぎ手３０の軸方向両側からＯリング３４を挟み付けることのできる構造であれば、第１の管部材３１と第２の管部材３２との連結構造は任意であってよい。例えば、上記とは逆に、第１の管部材３１の内周面に雌ねじを形成するとともに第２の管部材３２の外周面に雄ねじを形成し、これら雄ねじと雌ねじを噛み合わせることで第１の管部材３１と第２の管部材３２とを連結してもよい。この場合、Ｏリングは、第２の管部材３２のフランジを有する側とは反対側の端面と、この端面と対向するように第１の管部材３１の内側に形成された面とに挟まれて保持されるように、第１の管部材３１および第２の管部材３２とが構成される。また、冷却ジャケットを有する場合、冷却ジャケットは、継ぎ手３０の軸方向においてＯリング３４が位置する領域を含む範囲で、第１の管部材３１の外周面を全周にわたって覆って設けられる。
【符号の説明】
【００４３】
１    熱処理装置
１０    加熱炉
２０    炉心管
３０    継ぎ手
３１    第１の管部材
３１ａ    雄ねじ
３２    第２の管部材
３２ａ    雌ねじ
３２ｂ    環状溝
３３、４１ａ    フランジ
３４、５０    Ｏリング
３６    スペーサ
４０    配管ユニット
４１    フランジ付きソケット
６０    クランプ
【図１】
2015004386.tif 000003
【図２】
2015004386.tif 000004
【図３Ａ】
2015004386.tif 000005
【図３Ｂ】
2015004386.tif 000006
【図４】
2015004386.tif 000007
【図５】
2015004386.tif 000008
【図６】
2015004386.tif 000009