(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平に配置され、耐熱性の材質からなる直円筒状の炉芯管と、この炉芯管を収容して加熱する加熱手段とを備え、炉体内壁を断熱材で断熱された高温熱処理炉において、炉体内壁下部の断熱材に断熱性の炉芯管支持台を取り付け、炉芯管の熱処理炉内部に位置する領域を断熱性の炉芯管支持台で連続的に支持し、炉芯管と炉芯管支持台との間に炉芯管支持用の炉芯管支持部材を長手方向に連続的に配置するとともに、
炉芯管支持部材は、長手方向の中央部を熱伝導率の高い材質で形成し、両端部を熱伝導率の低い材質で形成し、
炉体内壁のうち炉体上部内壁は、板状の上部断熱材を炉芯管の長手方向に複数枚並べて配置し、各々の板状の上部断熱材には加熱手段としてのＵ字型ヒータが炉芯管を両側から挟むように装着され、各々の板状の上部断熱材はＵ字型ヒータ交換のために個別に取り出し可能に設けられ、さらに、複数枚並べて配置された板状の上部断熱材には、制御用温度計が炉芯管の真上にその長手方向に適宜の間隔をもって複数設けられており、
炉芯管両端部を支持する炉芯管端断熱材を炉体内壁の断熱材と切り離すとともに、該炉芯管端断熱材の上下に炉体内壁の断熱材との空間を設け、炉芯管支持台の熱膨張、圧縮による炉芯管支持台の高さの変化に伴う炉芯管への応力を防ぐようにしたことを特徴とする高温熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対などの熱処理等の高温熱処理プロセスに用いられる高温熱処理炉に関し、特に、均熱性に優れた高温熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温熱処理炉において、アルミナをはじめとするセラミックスや耐熱金属等の材質で作られた炉芯管（熱処理等の高温熱処理プロセスに用いられる管状のものであって、内部に熱処理される部材を収容するものであり、炉殻あるいはプロセスチューブと呼ばれることもあるが、本明細書においては「炉芯管」と呼ぶ。）は高温では軟化するため、従来の高温熱処理炉では炉芯管両端での支持の他に炉芯管中央部付近に数ヶ所、支持台または支持棒を設けて炉芯管が曲がるのを防いでいる。例えば、特開平６−２４１６５８号公報には、熱処理作業中の高温により炉殻の天井がクリープ変形して垂れ下がることを防止するため、炉殻の天井部を吊り上げ、天井部を適切な位置に保持する機能を有する独立した複数の機構を具備してなる横型雰囲気熱処理炉が記載されている。
また、特開２０００−５８４６７号公報には、プロセスチユ−ブの両側部を、耐熱性材料からなる左右一対の挟持体により挟持して、プロセスチユ−ブの半径方向外方への変形を拘束することにより、プロセスチユ−ブの熱による変形を防止する熱処理炉が記載されている。
【特許文献１】特開平６−２４１６５８号公報
【特許文献２】特開２０００−５８４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の高温熱処理炉では、炉芯管中央付近に支持台または支持棒を数ヶ所設けているため、この炉芯管支持部分より局所的に熱の逃げが発生し、その結果、温度分布の均熱性が悪くなる。すなわち、従来の炉芯管中央付近を支持台または支持棒により数ヶ所支持する機構においては、全体としての熱効率の面では良いものの、支持部付近において熱が逃げることから、炉芯管の軸方向における温度の均一性が悪くなるという問題点を有していた。また、この炉芯管中央付近に支持台または支持棒を数ヶ所設けるものでは、支持部の間において高温の炉芯管が重力によりたれさがり変形するという問題点も有していた。
【０００４】
本発明は、従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、炉芯管の温度均一性を良好にすると同時に、高温における炉芯管の変形も防止するようにした高温熱処理炉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】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明の高温熱処理炉は、略水平に配置され、耐熱性の材質からなる直円筒状の炉芯管と、この炉芯管を収容して加熱する加熱手段とを備え、炉体内壁を断熱材で断熱された高温熱処理炉において、炉芯管の熱処理炉内部に位置する領域を断熱性の炉芯管支持台で連続的に支持することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉芯管と炉芯管支持台との間に炉芯管支持用の炉芯管支持部材を配置することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉芯管支持部材の長手方向において、中央部を熱伝導率の高い材質で形成するとともに両端部を熱伝導率の低い材質で形成することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉体上部内壁に板状の上部断熱材を炉芯管の長手方向に複数枚並べて配置し、各々の板状の上部断熱材にＵ字型ヒータを装着することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉芯管両端部を支持する炉芯管端断熱材を炉体内壁の断熱材と切り離すとともに該炉芯管端断熱材の上下に空間を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）炉芯管の熱処理炉内部に位置する領域を断熱性の炉芯管支持台で連続的に支持することにより、高温熱処理炉の炉内の温度均一性を従来のものに比較して少なくとも６倍向上させることができる。特に、本発明の装置を用いて作製された熱電対は、従来達成し得なかった高い均質性を有するものであった。熱電対の精度を決定する要因において、均質性は最も重要な要素であり、本発明の装置の出現より、初めて高精度の熱電対を作成することが可能となった。
（２）本発明の装置を、１６００℃で１００時間使用しても、炉芯管の歪みは全く生じることがなかった。
（３）炉芯管と炉芯管支持台との間に炉芯管支持用の炉芯管支持部材を配置することにより、高温状態においても炉芯管と炉芯管支持台との反応を防止することができる。
（４）炉芯管支持部材の長手方向において、中央部を熱伝導率の高い材質で形成するとともに両端部を熱伝導率の低い材質で形成することにより、炉芯管両端部からの熱の逃げを防止して炉芯管の均熱部分を長くできるとともに、炉芯管中央部分の均熱性のさらなる向上を図ることができる。
（５）炉体上部内壁に板状の上部断熱材を炉芯管の長手方向に複数枚並べて配置し、各々の板状の上部断熱材にＵ字型ヒータを装着することにより、ヒータ故障時に当該ヒータを支持する上部断熱材のみを取り出してヒータ取り換え作業を行うことができる。
（６）炉芯管両端部を支持する炉芯管端断熱材を炉体内壁の断熱材と切り離すとともに該炉芯管端断熱材の上下に空間を設けることにより、炉芯管支持台の熱膨張あるいは圧縮による高さの変化に伴う炉芯管への応力を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る高温熱処理炉を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。  
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の高温熱処理炉を概略的に示す側面断面図であり、また、図２は、図１のα−α線断面図である。
高温熱処理炉は、主に、ヒータ１、制御用温度計２、炉芯管３、炉芯管支持用の炉芯管支持部材４、炉芯管支持台５、断熱材６、上部断熱材７、炉芯管端断熱材８及び筐体９から構成されている。
筐体９の内側の底壁及び側壁部分には、断熱材６が、また、天井部分には上部断熱材７が設けられ、炉体内壁を形成する。断熱材としては１６００℃まで耐えられる材質から選ばれるものであり、例えば、セラミックファイバが適している。
【０００９】
ヒータ１は、図１に示すようにＵ字型の形状のものを、図２に示すように炉芯管３の両側に設けられるものであり、材料としては例えばＭｏＳｉ２が用いられる。
制御用温度計２は、炉芯管３の真上にその長手方向に適宜の間隔をもって複数設けられており、例えば、ＪＩＳ記号「Ｂ」タイプの熱電対が使用される。
【００１０】
断熱材６及び上部断熱材７で囲まれた高温熱処理炉内部には、アルミナで作られた炉芯管３が配置されている。本実施の形態においては、炉芯管３はアルミナ製としているがこれに限らずセラミックス又は耐熱金属等で形成してもよいことはいうまでもない。
アルミナ製の炉芯管３は、アルミナ製の炉芯管支持部材４を介して炉芯管支持台５により支持されている。炉芯管支持部材４は、第一に、炉芯管３の交換に備え、高温状態において炉芯管３と炉芯管支持台５とが反応するのを防止する役割を果たすものであり、高温雰囲気において雰囲気ガスと反応しにくい材質であればよく、アルミナ製に限定されることはない。
また、炉芯管支持部材４は、第二に、その長手方向において、中央部を熱伝導率の高い材質で形成するとともに両端部を熱伝導率の低い材質で形成することにより、炉芯管両端部からの熱の逃げを防止して炉芯管両端の均熱部分を長くできるとともに、炉芯管中央部分の長手方向における均熱性のさらなる向上を図ることができる。
この場合、炉芯管支持部材４中央部の熱伝導率の高い材質としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が、また、両端部の熱伝導率の低い材質としてはチタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）が望ましいが、特段これらに限定されるものでもない。
また、炉芯管支持部材４の断面形状は図２に示す半円形状の他、円形状あるいは角形状でもよい。断面が円形状の炉芯管支持部材４を用いた場合、炉芯管の周囲に均一な高温域が形成されることから、一層の炉芯管の均熱性の向上を図ることができる。
【００１１】
炉芯管支持台５は、断熱性が良く、高温域で変形し難い材質で形成される。図２中のａは炉芯管支持台５の下部の断熱材６からの高さを、ｂは炉芯管支持台５の厚さを示している。ａをｂに対して十分大きくすることにより、炉芯管３の垂直方向の温度分布を向上させることができる。
本実施の形態において炉芯管支持台５は、その上端が炉芯管支持部材４の外面に沿った半円形状をしており、また、その下側部分は下部の断熱材６の凹溝に嵌合している。
【００１２】
炉芯管支持台５の熱膨張、圧縮による炉芯管支持台５の高さａの変化に対応するため、炉芯管３の両端部を支持する炉芯管端断熱材８は、炉体側面の断熱材６と切り離す。図１に示すように、炉芯管端断熱材８の上下に空間を設けることにより、炉芯管支持台５の高さａの変化に伴う炉芯管３への応力を防ぐことができる。
【００１３】
炉壁上部には、図１に示すように、板状の上部断熱材７を横一列に複数枚並べて、炉壁の天井を形成する。各板状の上部断熱材７は、図２に示すように、側面を階段状に加工しており、また、板状の上部断熱材７の１個につきＵ字型ヒータ１を炉芯管３を両側から挟むようにして２個支持している。ヒータ１の故障時は、故障したヒータ１を支持する板状の上部断熱材７のみを取り出すことができ、ヒータ取り換え作業を効率化することができる。
【００１４】
図１、２に示す装置を作製し、１６００℃までの温度で動作を行った。また、温度均一性を示すデータの例として、１１００℃における炉内の温度分布を測定した。
図３は、本発明の高温熱処理炉と従来型の熱処理炉との炉芯管内温度分布を比較した図であり、点線Ａは従来の熱処理炉の温度分布を、また、実線Ｂは本発明の高温熱処理炉温度分布を示している。局所的な支持台を有する従来の高温熱処理炉では、１１００℃での温度均一性は炉芯管中央±５０ｃｍの範囲で±６℃であるが、本発明を用いて作製した高温熱処理炉では１１００℃での温度均一性は炉芯管中央±５０ｃｍの範囲で±１℃以下となった。
また、１６００℃で１００時間使用した結果、炉芯管に歪みが全く生じていない。 
【００１５】
本発明の高温熱処理炉を用いて作製した熱電対は、従来達成し得なかった高い均質性を有するものであった。熱電対の精度を決定する要因において、均質性は最も重要な要素であり、本発明の装置の出現により、初めて、高精度の熱電対を作製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る高温熱処理炉を概略的に示す側面断面図である。
【図２】図１のα−α線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る高温熱処理炉と従来の熱処理炉との炉芯管内温度分布を比較した図である。
【符号の説明】
【００１７】
１    ヒータ
２    制御用温度計
３    炉芯管
４    炉芯管支持用の炉芯管支持部材
５    炉芯管支持台
６    断熱材
７    上部断熱材
８    炉芯管端断熱材
９    筐体  
【図１】
0004415110.tif 000002
【図２】
0004415110.tif 000003
【図３】
0004415110.tif 000004