(57)【要約】【課題】断熱性を高め、加熱源からの熱伝導を抑制することができる導電性の断熱部材及びそれを用いた断熱構造を提供する。【解決手段】導電性の断熱部材１０は、プラズマ加熱装置において加熱源としてのルツボと導線との間に介在されて用いられる。断熱部材１０を構成する断熱部１４は、第１板状断熱部１１と第２板状断熱部１２とが連結部１３で一体形成されて断面Ｈ型状に賦形されている。前記第１板状断熱部１１には、前後方向に延びる４つの断熱用空隙１５及び左右方向に延びる４つの断熱用空隙１６が形成され、それらの断熱用空隙１５、１６は各々交差部分で連通している。前記第１板状断熱部１１及び第２板状断熱部１２には連結部１３から両側方に延びる断熱用突出部１８が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性と断熱性とを有し、加熱源に接続されて用いられる断熱部材であって、
導電性材料で構成された断熱部に複数の断熱用空隙を形成したことを特徴とする断熱部材。
【請求項２】
前記断熱部には外方へ突出する断熱用突出部を設け、該断熱用突出部にも断熱用空隙を形成した請求項１に記載の断熱部材。
【請求項３】
前記断熱部は、対向する第１板状断熱部と第２板状断熱部とが連結部で連結されて断面Ｈ型状に形成されている請求項１又は請求項２に記載の断熱部材。
【請求項４】
前記断熱部は、断面Ｈ型状をなす単一のユニットを複数連結した複数のユニットにより形成されている請求項３に記載の断熱部材。
【請求項５】
前記断熱用空隙は、断熱部を貫通する貫通孔により形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の断熱部材。
【請求項６】
前記断熱用空隙は、少なくとも前後方向及び左右方向に延びる貫通孔で構成され、前後方向の貫通孔と左右方向の貫通孔とが連通して形成されている請求項５に記載の断熱部材。
【請求項７】
加熱源を構成する加熱容器には一端が電源に接続された導線の他端が電気的に接続され、加熱容器内に収容される被加熱物をプラズマ加熱又は通電加熱により加熱するように構成されるとともに、前記加熱容器と導線との間には請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の断熱部材が配置されている断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばルツボ（坩堝）内に収容されたアルミニウムを加熱溶融するプラズマ加熱装置において、ルツボから発散される熱量が電極を介して導線（電線）等の外部へと伝熱されることを抑制できる断熱部材及びそれを用いた断熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ加熱装置や通電加熱装置においては、高温に加熱されたルツボの熱がそのルツボから電極を介して導線等の外部へ伝熱されて放出される熱流出が生ずる。この熱流出により、外部の導線等が損傷を受けるとともに、加熱装置の熱効率の低下を招く。
【０００３】
この種の加熱装置として、例えば特許文献１には通電加熱装置が開示されている。この通電加熱装置は、導電性を有する容器、上部電極及び下部電極を有し、容器の上部と底部との間を上部電極及び下部電極により挟持して通電し、容器に収容された材料を加熱するものである。
【０００４】
前記容器と上部電極との間及び容器と下部電極との間には、導電性を有する断熱材が介在されている。このため、容器で発生した熱が上部電極及び下部電極を介して放熱されるロスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した特許文献１に記載されている従来構成の通電加熱装置においては、容器と上部電極との間及び容器と下部電極との間に介在される導電性断熱材は、薄いシート状のものである。そのため、この導電性断熱材は良好な導電性を発揮できる反面、十分な断熱性を発揮することができなかった。導電性断熱材は具体的には黒鉛質ガスケットにより形成され、その厚さが３ｍｍに形成されていることから、伝熱性が高く、容器から電極に接続される導線への熱流出が避け難く、断熱性が不足するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、断熱性を高め、加熱源からの熱伝導を抑制することができる断熱部材及びそれを用いた断熱構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の断熱部材は、導電性と断熱性とを有し、加熱源に接続されて用いられる断熱部材であって、導電性材料で構成された断熱部に複数の断熱用空隙を形成したことを特徴とする。
【０００９】
前記断熱部には外方へ突出する断熱用突出部を設け、該断熱用突出部にも断熱用空隙を形成することが好ましい。
前記断熱部は、対向する第１板状断熱部と第２板状断熱部とが連結部で連結されて断面Ｈ型状に形成されていることが好ましい。
【００１０】
前記断熱部は、断面Ｈ型状をなす単一のユニットを複数連結した複数のユニットにより形成されていることが好ましい。
前記断熱用空隙は、断熱部を貫通する貫通孔により形成されていることが好ましい。
【００１１】
前記断熱用空隙は、少なくとも前後方向及び左右方向に延びる貫通孔で構成され、前後方向の貫通孔と左右方向の貫通孔とが連通して形成されていることが好ましい。
前記断熱部材を用いた断熱構造は、加熱源を構成する加熱容器には一端が電源に接続された導線の他端が電気的に接続され、加熱容器内に収容される被加熱物をプラズマ加熱又は通電加熱により加熱するように構成されるとともに、前記加熱容器と導線との間には請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の断熱部材が配置されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の断熱部材によれば、断熱性を高め、加熱源からの熱伝導を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における断熱部材を示し、（ａ）は断熱部材を構成する断熱部の平面図、（ｂ）は断熱部の側面図、（ｃ）は断熱部の正面図及び（ｄ）は（ｃ）における１ｄ−１ｄ線断面図。
【図２】（ａ）はプラズマ加熱装置を示す要部を破断した正面図、（ｂ）はプラズマ加熱装置を示す側断面図。
【図３】断熱部材の第１板状断熱部に第２板状断熱部を連結する状態を説明するための説明図。
【図４】第２実施形態におけるプラズマ加熱装置を示す正断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
この第１実施形態では、断熱部材及びプラズマ加熱装置における断熱構造について説明する。
【００１５】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、断熱部材１０は正四角板状の第１板状断熱部１１と、同じく正四角板状の第２板状断熱部１２とが長四角柱状の連結部１３により連結されて断面Ｈ型状（断面横Ｈ型状）に賦形された断熱部１４により構成されている。この断熱部１４は導電性材料により一体的に形成されている。前記導電性材料としては、鋼鉄、ステンレス鋼等の鉄系材料が良好な導電性を有するとともに、熱伝導性を抑えることができるという観点から好適に用いられる。
【００１６】
前記第１板状断熱部１１には、前後方向に円孔状に延びる４つの断熱用空隙１５と、左右方向に円孔状に延びる４つの断熱用空隙１６とが第１板状断熱部１１を貫通する貫通孔により形成されている。前記連結部１３には、前後方向に円孔状に延びる１つの断熱用空隙１７が連結部１３を貫通する貫通孔により形成されている。これらの断熱用空隙１５、１６、１７が断熱機能を発現し、されにそれらの断熱用空隙１５、１６、１７が外部に開放されて放熱されることによって断熱性を高めるようになっている。
【００１７】
図１（ｄ）に示すように、前記第１板状断熱部１１において前後方向に延びる４つの断熱用空隙１５と左右方向に延びる４つの断熱用空隙１６はそれぞれ直交方向へ延び、それらの交点で交差して両方向へ延びる断熱用空隙１５、１６が各々連通している。このため、断熱用空隙１５、１６の外部への開放性を良好にして、断熱用空隙１５、１６による断熱機能が高められている。
【００１８】
前記断熱部１４の第１板状断熱部１１及び第２板状断熱部１２は連結部１３よりも両側方へ突出した断熱用突出部１８を有している。これらの第１板状断熱部１１及び第２板状断熱部１２の両側方への突出量はいずれも同一に設定されている。第１板状断熱部１１の断熱用突出部１８と第２板状断熱部１２の断熱用突出部１８が連結部１３より両側方へより大きく突出することにより、外気との接触面積が増大して熱流出が増加し、断熱機能が一層高められる。これらの断熱用突出部１８には複数の断熱用空隙１５、１６が貫通して形成されているため、熱流出が一層顕著になり、高度な断熱性が得られる。
【００１９】
次に、上記の断熱部材１０を用いた断熱構造について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱源を構成する加熱容器としてのルツボ２０はラドル形状を有し、内部にアルミニウム、亜鉛等の溶融金属よりなる被加熱物２１が収容されるとともに、上端部には注ぎ口２２が突出形成されている。このルツボ２０は鋳鉄等の金属材料により形成され、具体的には例えば特殊鋼〔古河機械金属（株）製のトケナイト〕により形成されている。なお、ルツボ２０の表面には、ルツボ２０を保護するために図示しない酸化物層による被膜が形成される。ルツボ２０の底壁２０ａは四角板状に形成され、その底壁２０ａは周壁２０ｂよりも厚く形成されている。
【００２０】
前記ルツボ２０の底壁２０ａとルツボ２０を支持する台板（銅板）２３との間には、前述した断熱部材１０が介在されて底壁２０ａと台板２３との間が電気的に接続されている。この第１実施形態における断熱部材１０は、前記断面Ｈ型状をなす断熱部１４により構成される単一のユニットを上下２段に連結した２つのユニットで構成されている。
【００２１】
続いて、この２つのユニットの連結構造について説明する。
図３に示すように、まず下段に位置する断熱部１４に対して上段に位置する断熱部１４を周方向（水平方向）に９０°回転させた状態で、下段の断熱部１４上に載せる。次いで、下段に位置する断熱部１４の第１板状断熱部１１に設けられた２つの挿入孔２４にそれぞれ六角穴付きボルト２５の軸部２５ａを挿通する。さらに、それらの六角穴付きボルト２５の軸部２５ａをそれぞれ第２板状断熱部１２の挿通孔２６に挿通し、上段に位置する断熱部１４の第１板状断熱部１１に螺刻されている雌ねじ孔２７に螺合する。
【００２２】
このようにして上段の断熱部１４が下段の断熱部１４上に連結され、上下２段の断熱部１４よりなる２ユニットの断熱部材１０が形成される。この上下２段の断熱部１４で構成された断熱部材１０が前記台板２３上に載せられるとともに、さらに上段の断熱部１４上にルツボ２０が載置される。
【００２３】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記ルツボ２０の上方位置には、プラズマ加熱装置２８のトーチ２９が配置され、そのトーチ２９内には一方の電極（アノード）３０が設けられ、図示しない電源に一端が接続された導線３１の他端が接続されている。一方、ルツボ２０内の底壁２０ａには他方の電極（カソード）３２が設けられるとともに、図示しない電源に一端が接続された導線３３の他端が台板２３に接続されている。前記導線３３は断熱部材１０及びルツボ２０の底壁２０ａを介して電極３２に電気的に接続されている。
【００２４】
そして、両電極３０、３２間に所定の高電圧を印加することによりプラズマ３４が発生し、発生したプラズマ３４がルツボ２０内の被加熱物２１に照射され、被加熱物２１を高温に加熱して溶融するようになっている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、前記ルツボ２０の周壁２０ｂ上端部の外面の１８０°対向する位置には、それぞれ断熱性ファインセラミックスにより形成された断熱性板材３５を介して前述した１つの断熱部１４による断熱部材１０が水平方向に取付けられている。そして、その断熱部材１０に断熱性板材３５を介して取っ手３６が固定されている。
【００２６】
すなわち、ルツボ２０の周壁２０ｂ外面に対し１枚の断熱性板材３５を宛がった状態で断熱部１４の第２板状断熱部１２側を断熱性板材３５に押し当て、その状態で六角穴付きボルト２５の軸部２５ａを第１板状断熱部１１の挿入孔２４から第２板状断熱部１２の挿通孔２６に挿通し、ルツボ２０の周壁２０ｂに螺入する。第１板状断熱部１１の底面には２枚の断熱性板材３５が接合され、それらの断熱性板材３５には取っ手３６が接合されている。
【００２７】
このようにして、ルツボ２０の周壁２０ｂ上端部の外面の１８０°対向する位置に断熱部材１０を介して一対の取っ手３６が取付けられる。そして、これらの取っ手３６を把持してルツボ２０を傾けることにより、ルツボ２０内の溶融した被加熱物２１を注ぎ口２２から取り出すことができるようになっている。
【００２８】
次に、前記のように構成された第１実施形態の断熱部材１０及び断熱構造について作用を説明する。
さて、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被加熱物２１としてのアルミニウムをプラズマ加熱装置２８により加熱して溶融する場合には、アルミニウムをルツボ２０内の下部に収容する。その状態で両電極３０、３２間に高電圧を印加してプラズマ３４を発生させ、アルミニウムを７００〜８００℃に加熱して溶融させる。
【００２９】
この場合、加熱溶融したアルミニウムから発せられる高温の熱は、ルツボ２０の底壁２０ａから断熱部材１０を介して導線３３側へ伝達される。すなわち、ルツボ２０の底壁２０ａから断熱部材１０に伝達される熱は、上段の断熱部１４から下段の断熱部１４へと伝達される。
【００３０】
このとき、これらの断熱部１４の第１板状断熱部１１には前後方向及び左右方向に延びる断熱用空隙１５、１６がそれぞれ４つ設けられるとともに、連結部１３にも断熱用空隙１７が１つ設けられている。このため、これらの断熱用空隙１５、１６、１７により、ルツボ２０の底壁２０ａから導線３３への熱伝導が遮られる。
【００３１】
さらに、これらの断熱用空隙１５、１６、１７は貫通孔で構成され、外部に通じていることから、各断熱用空隙１５、１６、１７内の空気が冷却され、断熱用空隙１５、１６、１７による熱伝導の遮蔽作用が高められる。言い換えれば、断熱部材１０において断熱作用が発現され、熱伝導が抑制される。
【００３２】
図１（ｄ）に示すように、前記前後方向に延びる断熱用空隙１５と左右方向に延びる断熱用空隙１６とは連通されていることから、両断熱用空隙１５、１６間では空気が相互に出入りして、断熱用空隙１５、１６による熱伝導による遮蔽作用が著しく高められ、断熱作用が格段に向上する。
【００３３】
加えて、断熱部１４の第２板状断熱部１２及び第１板状断熱部１１は、連結部１３よりも両側方へ突出した断熱用突出部１８を有し、第１板状断熱部１１の断熱用突出部１８には断熱用空隙１５、１６が設けられている。このため、断熱用突出部１８が放熱用のフィンの働きをし、第２板状断熱部１２及び第１板状断熱部１１に伝達された高温の熱は断熱用突出部１８から熱放出されやすく、断熱作用の向上を図ることができる。
【００３４】
このため、上段の断熱部１４の下端部の温度はルツボ２０の底壁２０ａの温度より大きく低下し、さらに下段の断熱部１４の下端部の温度は上段の断熱部１４の下端部の温度より一層大きく低下する。従って、導線３３の温度上昇が抑えられる。
【００３５】
加えて、ルツボ２０の周壁２０ｂの上端部と一対の取っ手３６との間には前記断熱部材１０が介在されている。このため、ルツボ２０の周壁２０ｂから取っ手３６への高温の熱伝導が抑えられ、取っ手３６の温度上昇が抑制される。その結果、両取っ手３６を把持してルツボ２０を傾けてルツボ２０内の溶融したアルミニウムを取り出す作業を円滑に進めることができる。
【００３６】
従って、第１実施形態の断熱部材１０では断熱性が著しく高められ、加熱源としてのルツボ２０から導線３３や取っ手３６への伝熱が効果的に遮られる。
以上の第１実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
【００３７】
（１）この第１実施形態の断熱部材１０は、導電性材料で構成された断熱部１４に複数の断熱用空隙１５、１６、１７が形成されて構成されている。このため、断熱部材１０は導電性を発揮できるとともに、複数の断熱用空隙１５、１６、１７により良好な断熱性を発揮することができる。
【００３８】
従って、第１実施形態の断熱部材１０によれば、断熱性を高め、加熱源としてのルツボ２０から導線３３及び取っ手３６への熱伝導を抑制することができるという効果を奏する。
【００３９】
（２）前記断熱部１４には両側方へ突出する断熱用突出部１８を設け、該断熱用突出部１８にも断熱用空隙１５、１６が形成されている。この断熱用突出部１８により熱放出を高めることができる上に、断熱用空隙１５、１６により熱伝導の遮蔽効果を発揮でき、断熱性を一層向上させることができる。
【００４０】
（３）前記断熱部１４は第２板状断熱部１２、第１板状断熱部１１及び連結部１３により断面Ｈ型状に形成されている。そのため、第１板状断熱部１１と第２板状断熱部１２との双方により熱伝導の遮蔽を図ることができ、断熱性をさらに向上させることができる。
【００４１】
（４）前記断熱部１４は、断面Ｈ型状をなす断熱部１４より形成される単一のユニットを２つ連結した２つのユニットにより形成されている。従って、断熱部材１０は単一のユニットに比べて、断熱性を格段に向上させることができる。
【００４２】
（５）前記断熱用空隙１５、１６、１７は、断熱部１４を貫通する貫通孔により形成されている。この貫通孔は外部に開放されていることから、断熱用空隙１５、１６、１７は貫通されていない場合に比べて、断熱用空隙１５、１６、１７内の空気の流通を良好にすることができ、断熱性の向上に大きく寄与することができる。
【００４３】
（６）前記断熱用空隙１５、１６は、前後方向及び左右方向に延びる貫通孔で構成され、前後方向の貫通孔と左右方向の貫通孔とが連通して形成されている。そのため、前後方向の貫通孔と左右方向の貫通孔との間で空気を相互に流通させることができ、断熱部１４全体を均一に熱遮蔽でき、断熱性の均一な向上を図ることができる。
【００４４】
（７）前記断熱部材１０を用いた断熱構造は、一端が電源に接続された導線３３の他端がルツボ２０に電気的に接続され、ルツボ２０内に収容される被加熱物２１をプラズマ加熱するように構成され、ルツボ２０と導線３３との間には前記断熱部材１０が配置されている。このため、ルツボ２０と導線３３との間の断熱性を図ることができ、ルツボ２０から導線３３への熱伝導を有効に抑制することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。なお、この第２実施形態では主に第１実施形態と相違する部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００４６】
図４に示すように、前記ルツボ２０と台板２３との間には、第１実施形態と同じ断熱部１４が上下３段に連結されて断熱部材１０が構成されている。すなわち、断熱部材１０は、断面Ｈ型状をなす断熱部１４よりなる単一のユニットが上下３段に連結された３つのユニットで構成されている。具体的には、最下段の断熱部１４上には中段の断熱部１４が最下段の断熱部１４に対して周方向に９０°回転した状態で連結され、さらにその上に最上段の断熱部１４が中段の断熱部１４に対して周方向に９０°回転した状態で連結されている。
【００４７】
前記最下段の断熱部１４と中段の断熱部１４との連結及び中段の断熱部１４と最上段の断熱部１４との連結方法は、いずれも第１実施形態で示した連結方法と同じである。
前記一対の取っ手３６を取付けるための各断熱部材１０はルツボ２０の周壁２０ｂの上部外面の１８０°対向する位置に取付けられている。各断熱部１４はルツボ２０の周壁２０ｂ外面に２枚の断熱性板材３５を介して取付けられ、取っ手３６は１枚の断熱性板材３５を介して前記断熱部１４に取付けられている。
【００４８】
さて、この第２実施形態では、アルミニウムをルツボ２０内に収容し、プラズマ３４を照射してアルミニウムを加熱溶融すると、高温に達したルツボ２０の底壁２０ａから最上段の断熱部１４へ高温の熱が伝達される。この最上段の断熱部１４では、第１実施形態の上段の断熱部１４と同様にして、断熱部１４自体の材質、複数の断熱用空隙１５、１６、１７、断熱用突出部１８等により熱伝導が遮蔽され、断熱作用が発現される。このため、最上段の断熱部１４の下端部の温度は、ルツボ２０の底壁２０ａの温度より大きく低下する。
【００４９】
引き続いて、中段の断熱部１４においては、第１実施形態の下段の断熱部１４と同様にして、熱伝導が遮られて断熱作用が発揮される。そのため、中段の断熱部１４の下端部の温度は、最上段の断熱部１４の下端部の温度より大きく低下する。
【００５０】
最後に、最下段の断熱部１４においても、最上段の断熱部１４及び中段の断熱部１４と同様に断熱作用が発現され、最下段の断熱部１４の下端部の温度は中段の断熱部１４の下端部の温度に比べて大きく低下する。その結果、例えばルツボ２０の底壁２０ａの温度が６５０℃であったとき、最下段の断熱部１４の下端部の温度を２００℃に低下させることができる。
【００５１】
また、ルツボ２０の周壁２０ｂの上部と一対の取っ手３６との間には前記断熱部材１０が介在されていることから、ルツボ２０の周壁２０ｂから取っ手３６への熱伝達が抑えられ、取っ手３６の温度上昇が抑制される。その結果、例えばルツボ２０の底壁２０ａの温度が６５０℃であったとき、取っ手３６の温度を１０２℃にまで低下させることができる。
【００５２】
従って、この第２実施形態によれば、前記第１実施形態に比べて断熱性をさらに高めることができ、導線３３への熱伝導を一層抑制することができる。
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
【００５３】
・前記断熱部１４の第２板状断熱部１２にも、強度、取付構造等の点において差支えない範囲で、前後方向の断熱用空隙１５や左右方向の断熱用空隙１６を設けてもよい。
・前記断熱部１４の第２板状断熱部１２や第１板状断熱部１１に上下方向に延びる断熱用空隙を形成してもよく、さらにその上下方向の断熱用空隙を、前後方向の断熱用空隙１５や左右方向の断熱用空隙１６と連通するように構成してもよい。
【００５４】
・前記断熱部１４を構成する連結部１３を、楕円柱状、円柱状等の形状に形成してもよい。
・前記断熱部１４の断熱用突出部１８を円板状等の形状に形成したり、第２板状断熱部１２における断熱用突出部１８と第１板状断熱部１１における断熱用突出部１８の形状が異なるように形成したりしてもよい。
【００５５】
・前記断熱部材１０の断熱用空隙１５、１６、１７を非貫通孔で構成したり、貫通孔と非貫通孔とを組合せて構成したりしてもよい。
・前記断熱部１４を、断面Ｉ型状、断面ユ型状、断面コ型状、断面エ型状、断面山型状、断面Ｔ型状等の断面形状を有するように構成してもよい。
【００５６】
・前記ルツボ２０の取っ手３６に代えて、ロボットのアームを取付ける取付部を設けてもよい。
・通電加熱装置等の加熱装置により加熱源としてのルツボ２０を加熱するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０…断熱部材、１１…第１板状断熱部、１２…第２板状断熱部、１３…連結部、１４…断熱部、１５、１６、１７…断熱用空隙、１８…断熱用突出部、２０…加熱源を構成する加熱容器としてのルツボ、２１…被加熱物、３１、３３…導線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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