(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に開口部を有し内部を抵抗加熱により高温に保持する高温加熱炉と、前記上部開口部から下部開口部まで被加熱物を吊り下げて下降させる吊りロッドと、高温加熱炉内を不活性ガスでパージするガスパージ装置と、前記吊りロッド及び被加熱物を気密に囲み上部開口部に気密に装着可能な上部密閉装置と、上下の開口部を気密に開閉する上下のシール装置と、上部シール装置の上側を真空排気する真空排気装置と、を備え、
被加熱物をセットした上部密閉装置を上部開口部に気密に装着し、下部シール装置を閉じ上部シール装置を開いた状態で、高温加熱炉と共に上部密閉装置を真空排気し、次いで、高温加熱炉内を不活性ガスでパージしながら高温加熱炉を加熱し、下部シール装置を開き、被加熱物を上部開口部から下部開口部まで高温加熱炉内を通して下降させる、ことを特徴とする棒状ワークの高温加熱方法。
【請求項２】
更に、吊りロッドを上昇させ、高温加熱炉の温度を保持したまま上部シール装置を閉じ、上部密閉装置を開放して被加熱物を再セットし、上部密閉装置を上部開口部に気密に再装着し、上部密閉装置を真空排気しその後不活性ガスでパージして高温加熱炉を同圧にした後に上部シール装置を開き、被加熱物を上部開口部から下部開口部まで高温加熱炉内を通して下降させる、ことを特徴とする請求項１に記載の棒状ワークの高温加熱方法。
【請求項３】
上下に開口部を有し内部を抵抗加熱により高温に保持する高温加熱炉と、前記上部開口部から下部開口部まで被加熱物を吊り下げて下降させる吊りロッドと、高温加熱炉内を不活性ガスでパージするガスパージ装置とを備えた棒状ワークの高温加熱装置において、
前記吊りロッド及び被加熱物を気密に囲み上下に伸縮可能な上部密閉装置と、上部密閉装置を伸縮させながら吊りロッドを昇降させるロッド駆動装置と、上下の開口部を気密に開閉する上下のシール装置と、上部シール装置の上側を真空排気する真空排気装置と、を備え、これにより、高温加熱炉と共に上部密閉装置を真空排気し、次いで、高温加熱炉内を不活性ガスでパージしながら高温加熱炉を加熱する、ことを特徴とする棒状ワークの高温加熱装置。
【請求項４】
前記上部密閉装置は、複数の中空円筒部材が軸方向に伸縮自在に嵌合されたテレスコピック装置である、ことを特徴とする請求項３に記載の棒状ワークの高温加熱装置。
【請求項５】
前記ロッド駆動装置は、垂直なボールネジと、該ボールネジと螺合する上下のナットをそれぞれ回転駆動する上下のナット駆動装置とを有し、上部ナット駆動装置は、吊りロッド及びテレスコピック装置の上端部に連結され、下部ナット駆動装置は、テレスコピック装置の下端部に連結されている、ことを特徴とする請求項４に記載の棒状ワークの高温加熱装置。
【請求項６】
前記ロッド駆動装置は、吊りロッド及び上部密閉装置を垂直軸を中心に揺動させるスイング装置を更に備える、ことを特徴とする請求項３乃至５に記載の棒状ワークの高温加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒状の原材料を非酸化状態で１４００℃〜２５００℃の高温に加熱する棒状ワークの高温加熱方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス，シリコーンなどの非鉄材料を１４００℃〜２５００℃（例えば約２３００℃程度）の高温まで加熱するために、図３に例示する高温加熱装置が従来から用いられている。この高温加熱装置は、中空円筒形の加熱炉１内に、中空円筒形のチューブ２，ヒータ３，断熱材４，等をほぼ同心に配置したものであり、抵抗加熱によりヒータ３を発熱させて加熱炉１内を高温に加熱保持し、吊りロッド５に吊り下げられた棒状の被加熱物６（ワーク）を加熱炉１の軸心に沿って下降させてワーク６を所定の温度（例えば１４００℃〜１７００℃）まで加熱し、次いで加熱炉１の下方にワーク６を取り出し、次工程に供給するようになっている。かかる高温加熱装置は、棒状のワーク６を大気圧下で順次供給し、高温加熱したワーク６を次工程でそのまま／或いは冷却して加工することができ、稼働性が高い特徴を有している。
【０００３】
上述した高温加熱装置には、１４００℃〜２５００℃の高温での使用を可能にするために、ヒータ３及び断熱材４にカーボン（例えば、高純度グラファイト）が用いられる。また、高温におけるカーボンヒータ３及びカーボン断熱材４の酸化を防ぐために、加熱炉１内に窒素ガスを連続パージし、加熱炉１の内部を正圧に保持し、外気が流入しないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の高温加熱装置では、装置にワークを供給する前に、装置内を窒素ガスでパージ（以下、単にＮ2 パージという）する。しかし、このＮ2 パージにより、加熱炉内の空気（酸素）を完全に窒素に置換するのが、非常に困難である問題点があった。
【０００５】
すなわち、加熱炉１の上下には、ワーク６を通す開口部があり、そのまま内部をＮ2 パージしても、ポーラスな断熱材４内の空気（Ｏ2 ）の置換に長時間を必要とし、この置換を完全に行うと装置の稼働率（すなわち生産性）が大幅に低下する問題点があった。
また、装置の稼働率を高めるために不完全なＮ2 パージのまま運転すると、加熱炉内の残存酸素により、高温に加熱されたカーボン材（カーボンヒータ３及びカーボン断熱材４）が酸化して消耗が激しくなる問題点があった。
【０００６】
また、この酸化により酸化不純物がワークに付着し、ワークの品質を低下させ、かつこの酸化物の除去のために、その除去作業を必要とし、稼働性が更に悪化する問題点があった。更に、従来の高温加熱装置では、高温で大気開放するとカーボンが酸化（燃焼）するため、１回の運転毎に、装置を冷却する必要があり、結果として装置の昇温／冷却に時間がかかり、稼働率が更に低下する問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の主目的は、加熱炉内の空気（酸素）を短時間に完全に窒素に置換することができ、かつこの状態で空気の流入を完全に防ぎながら、棒状のワークを大気圧下で順次供給し、高温加熱したワークを取り出すことができる棒状ワークの高温加熱方法と装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、カーボン材の酸化を防止してカーボン材の寿命を伸ばし、カーボン材の消耗／交換頻度を大幅に低減し、かつヒータを加熱保持したままワークを順次供給でき、これにより稼働率を大幅に高めることができる棒状ワークの高温加熱方法と装置を提供することにある。また本発明の更に別の目的は、酸化不純物によるワークの品質低下を防ぎ、ワークの酸化物除去作業を不要にし、これにより生産性を損なうことなくワークの品質を高めることができる棒状ワークの高温加熱方法と装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上下に開口部を有し内部を抵抗加熱により高温に保持する高温加熱炉と、前記上部開口部から下部開口部まで被加熱物を吊り下げて下降させる吊りロッドと、高温加熱炉内を不活性ガスでパージするガスパージ装置と、前記吊りロッド及び被加熱物を気密に囲み上部開口部に気密に装着可能な上部密閉装置と、上下の開口部を気密に開閉する上下のシール装置と、上部シール装置の上側を真空排気する真空排気装置と、を備え、被加熱物をセットした上部密閉装置を上部開口部に気密に装着し、下部シール装置を閉じ上部シール装置を開いた状態で、高温加熱炉と共に上部密閉装置を真空排気し、次いで、高温加熱炉内を不活性ガスでパージしながら高温加熱炉を加熱し、下部シール装置を開き、被加熱物を上部開口部から下部開口部まで高温加熱炉内を通して下降させる、ことを特徴とする棒状ワークの高温加熱方法が提供される。
【０００９】
上記本発明の方法によれば、高温加熱炉と共に上部密閉装置を真空排気した後に、高温加熱炉内を不活性ガスでパージするので、加熱炉内の空気（酸素）を短時間に完全に不活性ガス（窒素）に置換することができ、かつこの状態で不活性ガスによるパージで空気の流入を完全に防ぎながら、高温加熱炉を加熱するので、カーボン材の酸化を防止してカーボン材の寿命を伸ばすことができる。また、この状態で下部シール装置を開き、被加熱物を上部開口部から下部開口部まで高温加熱炉内を通して下降させるので、空気の流入を完全に防ぎながら、棒状のワークを大気圧下で供給し、高温加熱したワークを取り出すことができ、かつ酸化不純物によるワークの品質低下を防ぐことができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、更に、吊りロッドを上昇させ、高温加熱炉の温度を保持したまま上部シール装置を閉じ、上部密閉装置を開放して被加熱物を再セットし、上部密閉装置を上部開口部に気密に再装着し、上部密閉装置を真空排気しその後不活性ガスでパージして高温加熱炉を同圧にした後に上部シール装置を開き、被加熱物を上部開口部から下部開口部まで高温加熱炉内を通して下降させる。この方法により、高温加熱炉の温度を保持し、ヒータを加熱保持したままワークを順次供給でき、これにより稼働率を大幅に高めることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、上下に開口部を有し内部を抵抗加熱により高温に保持する高温加熱炉と、前記上部開口部から下部開口部まで被加熱物を吊り下げて下降させる吊りロッドと、高温加熱炉内を不活性ガスでパージするガスパージ装置とを備えた棒状ワークの高温加熱装置において、前記吊りロッド及び被加熱物を気密に囲み上下に伸縮可能な上部密閉装置と、上部密閉装置を伸縮させながら吊りロッドを昇降させるロッド駆動装置と、上下の開口部を気密に開閉する上下のシール装置と、上部シール装置の上側を真空排気する真空排気装置と、を備え、これにより、高温加熱炉と共に上部密閉装置を真空排気し、次いで、高温加熱炉内を不活性ガスでパージしながら高温加熱炉を加熱する、ことを特徴とする棒状ワークの高温加熱装置が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、吊りロッド及び被加熱物を気密に囲み上下に伸縮可能な上部密閉装置を有するので、高温加熱炉と共に上部密閉装置を真空排気し、次いで、高温加熱炉内を不活性ガスでパージしながら高温加熱炉を加熱した後に、ロッド駆動装置により上部密閉装置を縮めながら被加熱物を上部開口部から下部開口部まで高温加熱炉内を通して下降させることができ、パージガスの上方への漏れを完全になくし、パージガスの流れを下向きに整えることができ、これにより、空気の流入を完全に防ぎながら、棒状のワークを大気圧下で供給し、高温加熱したワークを取り出すことができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記上部密閉装置は、複数の中空円筒部材が軸方向に伸縮自在に嵌合されたテレスコピック装置である。この構成により、比較的薄肉の中空円筒部材で真空時の差圧に耐えることができ、上部密閉装置を軽量にすることができ、かつ真空度を十分に高め、加熱炉内の空気の置換を一層完全に行うことができる。
【００１４】
また、前記ロッド駆動装置は、垂直なボールネジと、該ボールネジと螺合する上下のナットをそれぞれ回転駆動する上下のナット駆動装置とを有し、上部ナット駆動装置は、吊りロッド及びテレスコピック装置の上端部に連結され、下部ナット駆動装置は、テレスコピック装置の下端部に連結されている。この構成により、上部ナット駆動装置により上ナットを回転させることにより、吊り下げ棒及びテレスコピック装置の上端部を同時に昇降させて、上部密閉装置を伸縮させながら吊りロッドを昇降させることができ、下部ナット駆動装置により下ナットを回転させることにより、テレスコピック装置の下端部を昇降させて上部密閉装置の下部を開閉し、被加熱物をセットすることができる。
【００１５】
前記ロッド駆動装置は、吊りロッド及び上部密閉装置を垂直軸を中心に揺動させるスイング装置を更に備える。この構成により、吊りロッド及び上部密閉装置を揺動させて、高温加熱炉の上部を開放し、クレーン等により被加熱物を上部開口部の上方に運搬して適当な治具で仮置きすることができ、被加熱物のセットを容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による高温加熱装置の全体構成図である。この図において、高温加熱装置１０は、上下に開口部１ａ，１ｂを有し内部を抵抗加熱により高温に保持する高温加熱炉１と、上部開口部１ａから下部開口部１ｂまで被加熱物６（ワーク）を吊り下げて下降させる吊りロッド５と、高温加熱炉１内を不活性ガス（例えば窒素ガス）でパージするガスパージ装置７とを備えている。高温加熱炉１内には、カーボンヒータ３及びカーボン断熱材４が内蔵され、抵抗加熱によりヒータ３を発熱させて加熱炉１内を高温に加熱保持し、吊りロッド５に吊り下げられた棒状のワーク６を加熱炉１の軸心に沿って下降させてワーク６を所定の温度（例えば１４００℃〜１７００℃）まで加熱し、次いで加熱炉１の下方にワーク６を取り出し次工程（図示せず）に供給するようになっている。かかる構成は、図３に示した従来の高温加熱装置と同様である。
【００１７】
本発明の高温加熱装置１０は更に、吊りロッド５及び被加熱物６（ワーク）を気密に囲み上下に伸縮可能な上部密閉装置１２と、上部密閉装置１２を伸縮させながら吊りロッド５を昇降させるロッド駆動装置１４と、上下の開口部１ａ，１ｂを気密に開閉する上下のシール装置１６ａ，１６ｂと、上部シール装置１６ａの上側を真空排気する真空排気装置１８とを備える。
【００１８】
図１において、上部密閉装置１２は、複数の中空円筒部材１３が軸方向に伸縮自在に嵌合されたテレスコピック装置である。各中空円筒部材１３の間には真空シール材が取り付けられており、軸方向に摺動しながらその間の気密を保持するようになっている。この構成により、比較的薄肉の中空円筒部材１３で真空時の差圧（約７６０ｍｍＡｑ）に耐えることができ、上部密閉装置１２を軽量にすることができ、かつ真空度を十分に高め、加熱炉１内の空気の置換を完全に行うことができる。
【００１９】
また、ロッド駆動装置１４は、垂直なボールネジ１５ａと、ボールネジ１５ａと螺合する上下のボールナット１５ｂ，１５ｃをそれぞれ回転駆動する上下のナット駆動装置１９ａ，１９ｂとを有する。上部ナット駆動装置１９ａは、吊りロッド５の上端部５ａとテレスコピック装置１２の上端部１２ａとに連結され、下部ナット駆動装置１９ｂは、テレスコピック装置１２の下端部１２ｂに連結されている。
【００２０】
この構成により、上部ナット駆動装置１９ａにより上ナット１５ｂを回転させることにより、吊り下げ棒５及びテレスコピック装置１２の上端部５ａ，１２ａを同時に昇降させて、上部密閉装置１２を伸縮させながら吊りロッド５を昇降させることができ、下部ナット駆動装置１９ｂにより下ナット１５ｃを回転させることにより、テレスコピック装置１２の下端部１２ｂを昇降させて上部密閉装置１２の下部を開閉し、ワーク６を容易にセットすることができる。
【００２１】
図１に示すようにロッド駆動装置１４は、吊りロッド５及び上部密閉装置１２を高温加熱炉１から間隔を隔てた垂直軸Ｚを中心に揺動させるスイング装置２０を更に備えている。このスイング装置２０は、図示しない直動シリンダ等で必要な角度（例えば９０〜１２０°）を水平に揺動するようになっている。この構成により、吊りロッド５及び上部密閉装置１２を水平に揺動させて、高温加熱炉１の上部を開放し、クレーン等によりワーク６を上部開口部１ａの上方に運搬して適当な治具で仮置きすることができ、ワーク６のセットを容易に行うことができる。
【００２２】
図２は、本発明による棒状ワークの高温加熱方法を示す工程図である。この図において、（Ａ）は、最初のワーク６を加熱する場合を示しており、（Ｂ）は２本目以降のワーク６を加熱する場合を示している。
【００２３】
本発明の方法によれば、最初のワーク６を加熱する場合（Ａ）には、以下の操作手順によりワークを加熱する。（１）まず、ワーク６をセットした上部密閉装置１２を上部開口部１ａに気密に装着する。（２）次いで、図２（Ａ）に示すように、下部シール装置１６ｂを閉じ、上部シール装置１６ａを開いた状態で、高温加熱炉１と共に上部密閉装置１２を真空排気する。この操作で、加熱炉１内の空気（酸素）を短時間に完全に不活性ガス（窒素）に置換することができる。
（３）次いで、高温加熱炉１内を不活性ガスでパージしながら高温加熱炉１の加熱を開始する。この操作により不活性ガスによるパージで空気の流入を完全に防ぎながら、高温加熱炉１を加熱するので、カーボン材（カーボンヒータ３及びカーボン断熱材４）の酸化を防止してカーボン材の寿命を伸ばすことができる。
（４）次に、下部シール装置１６ｂを開き、ワーク６を上部開口部１ａから下部開口部１ｂまで高温加熱炉１内を通して下降させる。これにより、空気の流入を完全に防ぎながら、棒状のワーク６を大気圧下で供給し、高温加熱したワーク６を下方から取り出すことができ、かつ酸化不純物によるワーク６の品質低下を防ぐことができる。
【００２４】
次に、２本目以降のワーク６を加熱する場合（Ｂ）には、（５）図２（Ａ）に示すように、下方から取り出したワーク６を次工程に供給した後、吊りロッド５を上昇させ、高温加熱炉１の温度を保持したまま上部シール装置１６ａを閉じる。この際、下部開口部１ｂは開いたままにし、パージで空気の流入を防いだ状態に保持するのがよいが、必要により、下部開口部１ｂを閉じてパージガスを停止してもよい。（６）次いで、上部密閉装置１２を開放してワーク６を再セットし、上部密閉装置１２を上部開口部１ａに気密に再装着し、上部密閉装置１２を真空排気しその後不活性ガスでパージして高温加熱炉を同圧にした後に上部シール装置１６ａを開く。この操作により、高温加熱炉１の温度を保持し、かつ空気の流入を完全に防止したままで、ワーク６を再セットすることができる。（７）次に、ワーク６を上部開口部１ａから下部開口部１ｂまで高温加熱炉１内を通して下降させ、高温加熱したワーク６を下方から取り出す。この方法により、高温加熱炉１の温度を保持し、ヒータを加熱保持したままワークを順次供給でき、これにより稼働率を大幅に高めることができる。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の棒状ワークの高温加熱方法と装置は、▲１▼加熱炉内の空気（酸素）を短時間に完全に窒素に置換することができ、かつこの状態で空気の流入を完全に防ぎながら、棒状のワークを大気圧下で順次供給し、高温加熱したワークを取り出すことができ、▲２▼カーボン材の酸化を防止してカーボン材の寿命を伸ばし、カーボン材の消耗／交換頻度を大幅に低減し、かつヒータを加熱保持したままワークを順次供給でき、これにより稼働率を大幅に高めることができ、▲３▼酸化不純物によるワークの品質低下を防ぎ、ワークの酸化物除去作業を不要にし、これにより生産性を損なうことなくワークの品質を高めることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高温加熱装置の全体構成図である。
【図２】本発明による棒状ワークの高温加熱方法を示す工程図である。
【図３】従来の高温加熱装置の構成図である。
【符号の説明】
１  高温加熱炉
１ａ，１ｂ  開口部
２  チューブ
３  ヒータ（カーボンヒータ）
４  断熱材（カーボン断熱材）
５  吊りロッド
６  被加熱物（棒状ワーク）
７  ガスパージ装置
１０  高温加熱装置
１２  上部密閉装置
１３  中空円筒部材
１４  ロッド駆動装置
１５ａ  ボールネジ
１５ｂ，１５ｃ  上下のボールナット
１６ａ，１６ｂ  上下のシール装置
１８  真空排気装置
１９ａ，１９ｂ  上下のナット駆動装置
２０  スイング装置
【図１】
0003907242.tif 000002
【図２】
0003907242.tif 000003
【図３】
0003907242.tif 000004