(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉が、炉本体と、この炉本体内に設けられるとともに内部に被加熱体を収容する炉芯管と、この炉芯管および前記被加熱体を加熱する発熱体と、前記炉芯管の温度を検出する熱電対と、この熱電対により検出された温度により前記炉芯管の温度を制御する制御手段とを備えて構成され、
前記熱電対は前記炉芯管に対して接触および離反可能に設けられるとともに、前記制御手段は、前記熱電対が前記炉芯管から離反したときの熱電対の出力温度と離反距離とから前記炉芯管の推定温度を求め、この推定温度に基づいて前記炉芯管の温度を制御することを特徴とする加熱炉の温度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱炉の温度制御装置において、
前記離反距離は連続する複数段階に設定されていることを特徴とする加熱炉の温度制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の加熱炉の温度制御装置において、
前記制御手段は、前記熱電対が前記炉芯管から離反したときの熱電対の出力温度と離反距離に基づく係数とから推定温度を演算して求めることを特徴とする加熱炉の温度制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の加熱炉の温度制御装置において、
前記制御手段は、前記各離反距離に対応して前記熱電対の出力と前記炉芯管の温度との関係を設定した複数のテーブルを有するとともに、入力された離反距離に対応するいずれかのテーブルを選び出し、そのテーブルの中から前記熱電対の出力に対応する前記炉芯管の温度を選び出すことを特徴とする加熱炉の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉の温度制御装置に係り、さらに詳しくは、例えば、放射温度計、熱電対等、２０００℃以上の高温域で使用される温度計の精密校正に使用される加熱炉の温度制御装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
温度計を校正するための温度目盛として、国際的な協定に基づく国際温度目盛（ＩＴＳ−９０）がある。このＩＴＳ−９０では、常温域以上ではいくつかの純金属の凝固点もしくは融点が温度の定義定点として採用され、その温度値およびそれらの間の補間方法を指定する形で定義されている。
【０００３】
定点を用いて温度計を構成する方法としては、JIS C 1612「放射温度計の性能試験方法通則」に記述されているように、黒鉛るつぼ内に定点となる純金属を鋳込み、そのるつぼを温度可変な炉内におき、るつぼの温度を昇温・降温させたときのるつぼの温度変化を観察して行う方法が知られている。ここで、定点物質の液相と固相とが共存する状態では、潜熱により温度変化がなくなる時点があり（プラトー状態）、この時点を温度定点として観察し、その温度定点と校正したい温度計の温度とを比較、対照して温度計の校正を行っている。
【０００４】
一方、現在の我が国における温度目盛の標準供給制度（トレーサビリティ）においては、放射温度計に用いる温度定点として、亜鉛；４１９．５２７℃、アルミニウム；６６０．３２３℃、銀；９６１．７８℃、金；１０６４．１８℃、銅；１０８４．６２℃、を用い、放射温度計はこれらの定点で校正し、補間・補外することで、４００〜２０００℃の範囲で目盛をつけている。
以上の定点の中で、最も高い温度としては１０８４．６２℃の銅点が挙げられ、高温域において実用性のある定点として利用されている。
【０００５】
銅点以上の高温域では、るつぼ材料との反応による定点物質の汚染の問題等から純金属を用いて実用性のある定点を実現できないため、温度目盛の不確かさは高温になるにしたがい急激に増大し、精度の大きな劣化を招いている。
例えば、２０００℃における我が国のＩＴＳ−９０の設定の不確かさは約１℃に及び、同様に２０００℃における国内トレーサビリティの供給精度は設定事業者レベルで約８℃に達し、精度が急激に劣化している。
【０００６】
銅点以上の高温域における温度目盛の不確かさをより小さくするためには、補間・補外によらずに目盛を設定、維持、供給することが必要である。そこで、銅点を超える２０００℃以上の高温域での温度定点を実現できる技術が望まれており、開発が進められている。
【０００７】
その結果、金属―炭素共晶を定点物質とする新しい一連の高温定点が本発明の発明者の一人により考案され、実用的な定点として開発中である（特許２９８７４５９号公報）。この一連の高温定点のうち、Ir-C、Re-C、Os-Cはそれぞれ定点温度が２２９０℃，２４７４℃，２７３２℃である。さらに、より高温の定点として、金属炭化物―炭素共晶を定点物質とする一連の定点も本発明の発明者らにより開発中（特願２０００―０５８４４７）であり、これらはいずれも２０００℃を越える温度域に定点温度を持つ。
【０００８】
これらの高温定点を実用に供するためには、これら定点物質を鋳込んだ定点るつぼを加熱し、るつぼの温度を定点温度近辺で昇温・降温させるための炉が必要である。この炉の条件としては、
１）２０００℃以上まで繰り返し昇温可能であること、
２）定点物質を汚染しないために、炉内雰囲気を清浄に保てること、
３）黒鉛製るつぼが燃焼しないように無酸素雰囲気であること、
４）溶融・凝固がるつぼ内で一様に進むように温度分布が良好なこと、
５）外部より被校正温度計にてるつぼ温度が測定可能なこと、
６）高精度な温度制御が可能なこと、などが挙げられる。
また、我が国の一次標準器から温度計校正事業者、さらには末端の温度計ユーザまで高温定点を介して温度目盛をトレーサブルな形で供給できるためには、
７）小型・安価で、電力・冷却水・使用ガスなどの量が小さいことが望ましい。
【０００９】
高温で使用可能な炉として、例えば、１．黒鉛ヒータ（グラファイト）を用いる炉、２．タングステンメッシュを用いる炉、３．高周波誘導加熱炉を用いる炉、4．Ｃ／Ｃコンポジット材（炭素／炭素複合材）を用いる炉、の４種類が知られている。
【００１０】
このうち、１．黒鉛ヒータ（グラファイト）を用いる炉では、グラファイトが熱衝撃に弱いため、耐久性を持たせなければならない。そこで、ヒータ厚みを厚くすることになり、例えば１０ｍｍ以上のヒータ厚みが必要となる。その結果、電気抵抗が小さくなり、大電流が流れるため、設備が大型となり、また、価格も高価であるという問題がある。さらに、このタイプの環状炉では黒鉛炉芯管に直接通電加熱するのが通常であるが、炉芯管の両端が水冷銅電極と接触しているため、２０００℃以上から常温まで急激な温度勾配が炉芯管に生じ、定点用の炉としては不適である。
【００１１】
２．タングステンメッシュを用いる炉では、タングステン蒸気がるつぼ内の定点物質を汚染し、温度定点に再現性がなくなるという問題がある。
３．高周波誘導加熱炉を用いる炉では、誘導によりるつぼに電流を直接流し、加熱するが、るつぼ内金属に一様に電流を発生させることは困難であり、温度分布が生じるため定点用の炉には使用できない。また、誘導コイルに大電流を流すため、設備が大型となり、高価であるという問題もある。
【００１２】
４．Ｃ／Ｃコンポジット材（炭素／炭素複合材）をヒータとして用いる炉として、特許２８５４８６４号公報記載のヒータを利用する炉が知られている。この炉では、次のような特徴がある。
(A) 従来のカーボン系ヒータに比べて機械的強度が高い。例えば、引張強度でカーボン系ヒータの約８倍、曲げ強度で約２．５倍である。
(B) 従って、耐熱衝撃性に優れており、Ｃ／Ｃコンポジットヒータは、グラファイトヒータの１／１０の薄さ、約１ｍｍで足りる。そのため、ヒータの電気抵抗を大きく作ることが可能で、少ない電流で加熱が可能であり、装置の小型化・低廉化が容易である。
(C) ヒータが板状であるため、ヒータ自身を軽量に作ることができ、ヒータ端末部（電極部分）を強固に作る必要がなくなる。このため、電極部分からの熱の逃げが小さく、ヒータの温度分布が一様になる。さらに、間接的に炉芯管を加熱することができるため、炉芯管の一様な温度分布が得られやすい。
(D) ヒータを含む炉内全てがＣ／Ｃコンポジット材等の黒鉛材で製作でき、金属蒸気等による汚染の心配がない。
なお、Ｃ／Ｃコンポジット材とは、炭素繊維を芯材とし、それを炭素で固めた炭素繊維と炭素複合材である。また、Ｃ／Ｃコンポジット材の製法としては、炭素繊維にフェノール系樹脂をバインダとして含浸させた後、熱処理を施し、これを数回繰り返すことで作られる。
【００１３】
このようなＣ／Ｃコンポジット材を使用した炉では、２０００℃以上の高温となるヒータの温度制御を行わなければならない。高温の温度制御を行うためには、まず、ヒータの温度を検出することが必要であり、この場合、温度検出用として例えば熱電対が用いられる。しかし、Ｋ熱電対によれば１２００℃までの温度検出はできる。また、タングステン熱電対によれば１８００℃までの温度検出は可能であるが、劣化が速い。いずれにしても、熱電対では２０００℃以上の高温を検出することはできないという問題がある。
【００１４】
一方、放射温度計は２０００℃以上の高温を検出することが可能である。そこで、放射温度計のみを使用して、例えば１０００℃以下の温度から２５００℃までの範囲の温度を検出することによってヒータの温度を制御することができる。しかし、１０００℃以下の温度から２５００℃の範囲において、複数段階の温度を検出するためにはそれぞれの温度に対応した放射温度計が必要となるが、放射温度計は高価なため、広範囲の温度に対応させるべく多種類の放射温度計を揃えることは、多くの費用がかかるという問題がある。
【００１５】
そこで、放射温度計に比べて費用の安い熱電対と、放射温度計とを併用し、これら熱電対、放射温度計を、制御装置によって温度に対応させて適宜使い分けることが考えられる。
この方法では、熱電対で例えば１０００℃までの温度に対応させ、それ以上の高温、例えば２５００℃までは放射温度計で対応させるようにしたものであり、校正する温度計の温度に対応させて、制御装置により熱電対と放射温度計とを適宜切り換えて制御することになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような加熱炉の温度制御では、熱電対と放射温度計とを設け、これらを制御手段で適宜切り換えることによって、校正する温度計の温度に対応させる構成のため、二種類の計器が必要となり、取付構造が複雑となる。また、複数段階の温度に対応させるためには、熱電対および放射温度計も複数揃えなければならず、部品点数が多くなってコストが高くなるという問題がある。
【００１７】
本発明の目的は、部品点数が少なくてすむとともに簡単な構造で高温を検出できて温度の制御が可能となり、かつ、コスト低減を図れる加熱炉の温度制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、加熱炉が、炉本体と、この炉本体内に設けられるとともに内部に被加熱体を収容する炉芯管と、この炉芯管および前記被加熱体を加熱する発熱体と、前記炉芯管の温度を検出する熱電対と、この熱電対により検出された温度により前記炉芯管の温度を制御する制御手段とを備えて構成され、
前記熱電対は前記炉芯管に対して接触および離反可能に設けられるとともに、前記制御手段は、前記熱電対が前記炉芯管から離反したときの熱電対の出力温度と離反距離とから前記炉芯管の推定温度を求め、この推定温度に基づいて前記炉芯管の温度を制御することを特徴とする加熱炉の温度制御装置である。
【００１９】
このような本発明によれば、熱電対を炉芯管との接触状態から所定距離だけ離反させたときの炉芯管の推定温度を制御手段により求めることができる。例えば、２０００℃以上の温度に対応する離反距離を決めておくことで、熱電対だけで２０００℃以上の高温を検出し、温度を制御できる。従って、部品点数が少なくてすむとともに、熱電対を取り付けるだけでよいので、簡単な構造ですむ。また、熱電対が１個あればよいので費用も安くてすみ、コスト低減を図れる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱炉の温度制御装置において、
前記離反距離は連続する複数段階に設定されていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、熱電対が複数段階で連続的に離反可能なので、それぞれの段階の推定温度を求めることができ、従って、温度範囲の異なる複数種類の温度計の校正を１本の温度計で行うことができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の加熱炉の温度制御装置において、前記制御手段は、前記熱電対が前記炉芯管から離反したときの熱電対の出力温度と離反距離に基づく係数とから推定温度を演算して求めることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、校正したい温度計の温度に対応する温度となるように、熱電対を炉芯管から離反させ、制御手段によって演算すればよいので、炉芯管の推定温度を容易に求めることができ、これにより、炉芯管の温度の制御が容易となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の加熱炉の温度制御装置において、前記制御手段は、前記各離反距離に対応して前記熱電対の出力と前記炉芯管の温度との関係を設定した複数のテーブルを有するとともに、入力された離反距離に対応するいずれかのテーブルを選び出し、そのテーブルの中から前記熱電対の出力に対応する前記炉芯管の温度を選び出すことを特徴とするものである。
このような本発明によれば、校正したい温度計の温度に対して、制御手段によって複数のテーブルの中から炉芯管の温度を選び出せばよいので、炉芯管の推定温度を容易に求めることができ、これにより、炉芯管の温度の制御が容易となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る加熱炉の温度制御装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１，２に示すように、本実施形態の加熱炉１は、横型で通電加熱電気炉タイプの温度計校正用定点黒体炉であり、各種温度計の温度を校正することができるようになっている。
【００２４】
加熱炉１は、炉本体２と、この炉本体２に設けられる不活性ガス導入手段５およびガス置換用真空排気手段６と、面状発熱体であるＣ／Ｃコンポジット（炭素／炭素複合材）ヒータ５５と、炉芯管４６の温度を検出する１個の熱電対１１０（図７参照）と、熱電対１１０により検出された温度に基づき上記炉芯管４６の温度を制御する制御手段１３０（図９参照）と、を備えて構成されている。
【００２５】
炉本体２は、胴部３と、その両端のフランジ１０，１１とを含み構成されている。胴部３は、外部胴３０および内部胴３１からなる二重構造とされている。
フランジ１０の外側には、前記不活性ガス導入手段５を構成するガス導入部材１３，１４等が設けられている。また、フランジ１１の外側には、ガス排出口でありガスブロー入り口でもあるガス排出部材１６を含み構成される空気侵入防止機構１７、クランプ１８、および蓋体を校正する覗き窓部１９等が設けられている。
【００２６】
胴部３の内部胴３１の内部には、当該内部胴３１の長手方向に沿い、かつ、内周に沿った均等位置に、丸棒で形成された所定長さの、例えば６本のガイド３５が固定されている。これらのガイド３５は、外側断熱部材３７等を取付・支持するものである。また、外側断熱部材３７および内側断熱部材４２は、両端面を第１断熱部３３と第２断熱部４５とにより挟み込まれている。
【００２７】
すなわち、フランジ１０側端面には第１断熱部３３が設けられており、この第１断熱部３３は、第１押えプレート３６と第３押えプレート３４とで、第１端部断熱部材３９、第１内側端部断熱部材４３を、図略のグラファイト製のボルトとナットで挟み込んだ状態となっている。
同様に、フランジ１１側端面には第２断熱部４５が設けられており、この第２断熱部４５は、第２押えプレート３８、第２端部断熱部材４０、第２内側端部断熱部材４４、第４押えプレート４１を含んで構成されている。
これらの押えプレート３６，３８，３４，４１は、Ｃ／Ｃコンポジット材で形成されており、また、断熱部材３７，３９，４０，４２，４３は、カーボンフェルトで形成されている。
【００２８】
第１、第２内側端部断熱部材４３，４４の中心部にはそれぞれ穴があけられており、これらの穴に嵌込まれて炉芯管４６が設けられている。この炉芯管４６は、第１、第２内側端部断熱材４３，４４内に設けられた第１炉芯部材４７と、この第１炉芯部材４７に連続するとともに、フランジ１１側に延びた第２炉芯部材４８とで構成されている。
【００２９】
これら第１、第２炉芯部材４７，４８とも、Ｃ／Ｃコンポジット材（炭素／炭素複合材）で形成されている。このうち、第１炉芯部材４７は、一端が第１端部断熱部材３９の側面に当接されるとともに、他端が第２端部断熱部材４４の外側の側面と同じ位置まで延びており、第２炉芯部材４８は、第１炉芯部材４７に連続し、途中、支持パイプ４９内を貫通することで支持され、他端がフランジ１１の中心近傍に設けられたリング部材５０の途中まで延びている。
【００３０】
このような炉芯管４６の第１炉芯部材４７の内部には、るつぼ５２が収容されている。このるつぼ５２は、グラファイト製とされ、その内部に所定の定点物質が収納されている。この定点物質は、金属／炭素共晶部材で構成されており、２４７５℃以上の昇温が可能となっている。
なお、るつぼ５２は、図略の保持部材により炉芯管４６の内部所定位置に保持されている。
【００３１】
炉芯管４６の第１炉芯部材４７の周囲には、当該第１炉芯部材４７の外周と所定の隙間をあけて、図３にも示すような、面状発熱体であるＣ／Ｃコンポジット（炭素／炭素複合材）ヒータ５５が設けられている。
ヒータ５５は、薄板、例えば約１ｍｍの６枚の面状部材５５Ａ〜５５Ｆを組合せて形成されている。各面状部材５５Ａ〜５５Ｆ同士はそれぞれ切り離して形成されているが、例えば第１内側端部断熱部材４３側の一端部同士が、所定長さの接続部材５６で接続されている。また、各面状部材５５Ａ〜５５Ｆには接続部材５６側の端部から第１炉芯部材４７に沿って第２炉芯部材４８側に延びる所定長さの切欠き部５５Ｇが形成されている。
【００３２】
各面状部材５５Ａ〜５５Ｆのうち、例えば互いに相対位置に面状部材５５Ａの一端と面状部材５５Ｄの一端とを、他の面状部材５５Ｂ等より突出させ、これら面状部材５５Ａ、５５Ｄの一端に電極５８を設け、これらの電極５８から電流を流すことにより各面状部材５５Ａ〜５５Ｆを加熱し、これにより、第１炉芯部材４７が加熱され、最後にるつぼ５２が加熱されるようになっている。
【００３３】
図４に示すように、ヒータ５５は、面状部材５５Ａと５５Ｄの突出した一端をフランジ１０側に前記第１押えプレート３６を越えて配置するとともに、その端部の電極５８をボルト５９でヒータ取付部材６０に固定して取り付けられている。このヒータ取付部材６０は、ボルト６１により取付けプレート６２に固定され、この取付けプレート６２は、図１に示すように、フランジ１０に固定されている絶縁碍子６３を介して、電流導入端子６４に固定されている。
【００３４】
前記不活性ガス導入手段５は、図１に示すように、炉芯管４６内にアルゴンガスを導入するアルゴンガス導入部６５と、胴部３内にアルゴンガスと例えば５％窒素ガスとの混合ガスを導入する混合ガス導入部６６とを含み構成されている。
アルゴンガス導入部６５は、炉芯管４６内に収容される前記るつぼ５２と反応性の高い金属が、炉芯管４６内に存在しないように、炉芯管４６内にアルゴンガスを注入し、炉芯管４６内をアルゴンガス雰囲気にするために設けられ、図２に示すように、前記ガス導入部材１４を備えている。このガス導入部材１４はガス管６７の側面に設けられ、このガス管６７は、フランジ１０に設けられている。
【００３５】
ガス管６７の炉芯管４６側先端には別の配管６８が接続されており、配管６８の先端は、前記第１端部断熱部材３９にあけられた孔に入り込んでいる。その結果、前述のように、第１端部断熱部材３９の側面には炉芯管４６が当接しているので、ガス導入部材１４から導入されたアルゴンガスは、炉芯管４６内に導入可能となっている。
そして、ここにおいて、前記ガス導入部材１４、ガス管６７および配管６８を含んで前記アルゴンガス導入部６５が構成されている。
【００３６】
混合ガス導入部６６は、図５に詳細を示すように、一端がフランジ１０の外部に設けられた混合ガス導入部材１３を備え、この導入部材１３には配管６９が接続されている。この配管６９は、胴部３の中心線と平行に炉芯管４６側に延び、第１端部断熱部材３９および第１内側端部断熱材４３を貫通して、先端が押えプレート７０に当接されている。
押えプレート７０には、ガス導入穴７０Ａがあけられており、これにより、ガス導入部材１３から導入されたアルゴンガスと５％窒素ガスとの混合ガスは、炉芯管４６の外周、つまり、ヒータ５５の周囲に充満されるようになっており、炉芯管４６の外部での加熱は、アルゴンガスと例えば５％窒素ガスとの混合ガス雰囲気中で行われる。
【００３７】
そして、この混合ガスは、外側、内側断熱部材３７，４２等の隙間から胴内を通り、胴部３に設けられている混合ガス排出口７１（図１参照）から外部に排出されるようになっている。また、前記ガス導入部材１３、配管６９等を含んで前記混合ガス導入部６６が構成されている。
【００３８】
図１，６に示すように、フランジ１１の外側には蓋部材８８が設けられ、蓋部材８８の中心部には、前記リング部材５０が挿入されている。また、蓋部材８８の外部には、前記空気侵入防止機構を構成する排気・ブロー機構１７が設けられている。
排気・ブロー機構１７は、リング部材５０との間に押えリング５１を挟んで蓋部材８８に固定されるフランジ部材９０と、当該フランジ部材９０に設けられる外筒部材９１および内筒部材９２と、内筒部材９２に接続されたブロー部材９３とを備えて構成されている。
【００３９】
ブロー部材９３は、例えば、金属粉末を圧縮成形し、溶融点以下の温度で焼固めた焼結金属で形成されている。外筒部材９１には、図６に示すように、前記ガス排出部材１６が設けられ、通常運転時には、炉芯管４６内を流れてきたアルゴンガスが、ガス排出部材１６を経由して大気中に排出されるようになっている。
また、ガス排出部材１６は、覗き窓部１９を取外したとき、ブロー部材９３に向けてアルゴンガスまたは窒素ガスを吹込むようにもなっており、吹き込まれたガスは、焼結金属で形成されたブロー部材９３に染み込むように吸収された後、そこから均一にブロー部材９３内部に流出されるとともに、出口Ｂ側に排出されるようになっている。そのため、炉芯管４６内には外部からの空気が侵入しない。
【００４０】
ガス排出部材１６には図示しないが２つのバルブが接続されており、一方のバルブを閉じて他方のバルブをあけたとき、他方のバルブから炉芯管４６内のアルゴンガスが外部に排出され、他方のバルブを閉じて一方のバルブをあけたとき、一方のバルブからブロー部材９３内にアルゴンガスまたは窒素ガスを流入できるようになっている。つまり、ガス排出部材１６は、ガスの排出と、アルゴンガスまたは窒素ガスを流入させる２つの役割を果たしている。
【００４１】
排気・ブロー機構１７の外筒部材９１の先端には、前記クランプ１８が設けられている。クランプ１８は、一端部を支点として径方向に２つ割可能となっており、排気・ブロー機構１７の外筒部材９１に対して覗き窓部１９を容易に着脱できるようになっている。
【００４２】
図１に戻って、覗き窓部１９は、るつぼ５２内の定点物質のプラトー状態を観察するものであり、間に石英ガラスで形成された覗き窓９７を挟み込んだ外フランジ９８と内フランジ９９とを備えて構成され、内フランジ９９には、筒部材１０１が設けられている。そして、前述のように、このような覗き窓部１９は、前記クランプ１８によってクランプ・アンクランプ可能とされ、昇温中であっても、排気・ブロー機構１７に対して容易に着脱できることになる。
【００４３】
胴部３の側部には、図２に示すように、図略の真空装置とともに前記ガス置換用真空排気手段６を構成する真空排気口３２が設けられている。この真空排気口３２は、炉芯管４６内にるつぼ５２の出し入れを行った後、炉芯管４６および胴部３内を不活性ガス雰囲気にするために、炉芯管４６および胴部３内の空気を前記真空装置により抜き出すものである。
【００４４】
また、胴部３の側部には、図２，７に示すように、取付部材１１１を介して熱電対１１０が設けられている。取付部材１１１は、その先端が、炉芯管４６の第１炉芯部材４７に接触可能となっているとともに、第１炉芯部材４７からの離反距離が調整可能となっている。
【００４５】
ここで、熱電対１１０は、例えば１０００℃までの温度を検出できるものが使用されている。これに対して、加熱炉１は、例えば２５００℃まで昇温可能となっており、そのままでは、熱電対１１０により加熱炉１の温度を検出することができない。
そこで、本発明は、上述のように、炉芯管４６の第１炉芯部材４７からの熱電対１１０の離反距離を調整することで、熱電対１１０により２５００℃まで対応することができるようにしたものである。
【００４６】
すなわち、胴部３の側面、かつ、外部胴３０から内部胴３１にわたって取付けボス１１２が設けられ、この取付けボス１１２の内部には取付部材１１１がスライド自在に設けられている。取付部材１１１は棒状部材で形成されるとともに、ヒータ５５側先端には熱電対１１０が設けられ、胴部３の外部側先端には電線接続部材１１３が設けられている。
取付部材１１１の外部胴３０および内部胴３１を挟んだ所定寸法間はスライド部１１１Ａとされ、このスライド部１１１Ａが取付けボス１１２の内部をスライド自在となっている。ここで、スライド部１１１Ａと取付けボス１１２とは、普通に手で押して動く程度の嵌合状態となっている。
【００４７】
取付けボス１１２の外部側端部には、取付部材１１１のスライド部１１１Ａに装着されるＯリング１１４と、スライド部１１１Ａを挿通可能とするとともに、Ｏリング１１４を押付けるＯリング押さえ１１５が設けられ、さらに、スライド部１１１Ａを挿通可能とするとともに、取付けボス１１２外周とねじ結合されてＯリング押さえ１１５を固定するカップリング１１６が設けられている。
【００４８】
取付部材１１１におけるスライド部１１１Ａの一端には内部ストッパ１１７、他端には外部ストッパ１１８がそれぞれ設けられ、これにより、取付けボス１１２が胴部３から抜けないようになっており、また、カップリング１１６から先の胴部３の内部側には移動できないようになっている。
【００４９】
このような取付部材１１１をスライドさせることにより、熱電対１１０を炉芯管４６に対して、接触させた離反距離０の状態から、複数段階、例えば、離反距離Ｌ１〜Ｌ６までの間で連続的に接近、離隔させることができる。
熱電対１１０は１０００℃までの温度に対応するものが使用されているので、炉芯管４６に接触している状態では１０００℃までの温度を検出でき、炉芯管４６から離反距離Ｌ１離れた状態の温度、離反距離Ｌ２離れた状態の温度、離反距離Ｌ３離れた状態の温度、さらに、離反距離Ｌ４〜Ｌ６離れた状態の温度を、それぞれ検出できるように設定されている。
【００５０】
このような距離と温度との関係は、制御手段１３０（図９参照）により、熱電対１１０が炉芯管４６から離反したときの熱電対１１０の出力温度ｔ℃と離反距離に基づく係数とから推定温度を演算して求められる。
すなわち、熱電対１１０の出力温度ｔ℃と離反距離との関係は、図８のグラフに示されている。ここでは、縦軸（Ｙ）が炉芯管温度Ｔ℃、横軸（Ｘ軸）が熱電対出力温度ｔ℃とされており、一つの関数ｙ＝ｆ（ｘ）において、ｙがｘに正比例している状態、例えば、熱電対１１０が炉芯管４６に接触している状態では、関数のグラフ、ｙ＝ａ（ｘ）で表され、そのグラフは、原点を通って傾きがα°に等しい直線Ｌ０となっている。ここで、傾きとは、直線Ｌ０がＸ軸となす角θの正接ｔａｎθをいう。
従って、正比例の直線Ｌ０では、熱電対１１０の出力温度が１０００℃のときは、炉芯管温度も１０００℃であり、熱電対１１０の出力温度が例えば８００℃のときは、炉芯管温度も８００℃である。
【００５１】
熱電対１１０を炉芯管４６から離反距離Ｌ１離したときの、炉芯管温度Ｔ℃を推定する際、前記ｙ＝ｆ（ｘ）と平行なｙ＝ｆ（ｘ）＋ｚの曲線Ｌ１に基づき演算される。この曲線Ｌ１によれば、熱電対１１０の出力温度が１０００℃のときは、炉芯管温度は１２５０℃となっている。
【００５２】
以上と同じように、熱電対１１０を炉芯管４６から離反距離Ｌ２離したときの、炉芯管温度Ｔ℃の推定は、ｙ＝ｆ（ｘ）と平行なｙ＝ｆ（ｘ）＋ｚの曲線Ｌ２に基づき演算される。そして、この曲線Ｌ２によれば、熱電対１１０の出力温度が１０００℃のとき、炉芯管温度は１５００℃となっている。
また、熱電対１１０を炉芯管４６から離反距離Ｌ３離したときの、炉芯管温度Ｔ℃の推定は、ｙ＝ｆ（ｘ）と平行なｙ＝ｆ（ｘ）＋ｚの曲線Ｌ３に基づき演算される。そして、この曲線Ｌ３によれば、熱電対１１０の出力温度が１０００℃のとき、炉芯管温度は１７５０℃となっている。
上記と同じように、ｙ＝ｆ（ｘ）と平行なｙ＝ｆ（ｘ）＋ｚの曲線を順次Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６とすることで、出力温度が１０００℃の熱電対１１０により、炉芯管４６の２５００℃までの推定温度を測定することができるようになっている。
【００５３】
このような熱電対１１０の炉芯管４６からの距離Ｌ１〜Ｌ６の位置の確認は、図７に示すように、取付部材１１１のスライド部１１１Ａに記された０〜６位置からなる目盛１２０を、指針１２５に合わせることによって確認される。
指針１２５は、胴部３の外周に設けられ、取付部材１１１の軸方向に沿ってカップリング１１６側に延び、先端がスライド部１１１Ａ側に曲げられ、目盛１２０の０〜６位置を指すことができるように形成されている。
なお、取付部材１１１の外側ストッパ１１８には、スライド部１１１Ａをスライドさせるとき、指針１２５に干渉しないように逃げ溝１１８Ａが形成されている。
【００５４】
目盛１２０の０〜６位置は、それぞれ熱電対１１０と炉芯管４６との離反距離０（接触状態）、離反距離Ｌ１〜Ｌ６に対応している。
すなわち、目盛１２０の０位置は、スライド部１１１Ａの最も外側ストッパ１１８側に記され、取付部材１１１を炉芯管４６側にスライドさせ、熱電対１１０の先端を炉芯管４６に接触させた状態、離反距離０に対応している。
【００５５】
目盛１２０の１位置は、スライド部１１１Ａにおいて目盛０の内側ストッパ１１７寄りに記され、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から離反距離Ｌ１だけ離した状態に対応している。
目盛１２０の２位置は、スライド部１１１Ａにおいて目盛１の内側ストッパ１１７寄りに記され、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から離反距離Ｌ２だけ離した状態に対応している。
目盛１２０の３位置は、スライド部１１１Ａの内側ストッパ１１８側に記され、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から距離Ｌ３だけ離した状態に対応している。
同様に、目盛１２０の６位置は、スライド部１１１Ａの最も内側ストッパ１１８側に記され、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から距離Ｌ６だけ離した状態に対応している。
【００５６】
このような炉芯管４６の温度の制御は、前述した図８の関数のグラフにおける直線Ｌ０および曲線Ｌ１〜Ｌ６に基づき、図９に示すような制御手段１３０により行われる。制御手段１３０は、熱電対１１０により検出された温度に基づき、直線Ｌ０および曲線Ｌ１〜Ｌ６の所定の位置から、炉芯管４６の推定温度を演算し、コントローラ１３１を介してヒータ５５の温度を制御するようになっている。
【００５７】
次に、このような熱電対１１０を用いた加熱炉１の温度制御を説明する。
るつぼ５２内に、金属／炭素共晶部材で構成された定点物質を収納し、そのるつぼ５２を、第１炉芯部材４７内の所定位置に押し込み収納した後、炉芯管４６内にアルゴンガスを充満させるとともに、ヒータ５５周囲に、アルゴンガスと５％窒素ガスとの混合ガスを流入させ、加熱炉１を駆動可能状態とする。
【００５８】
校正対象の放射温度計の定点温度が例えば１０００℃なら、取付部材１１１をスライドさせ、目盛０を指針１２５の先端と一致させる。つまり、熱電対１１０の先端と炉芯管４６とを接触させる。
制御手段１３０によりコントローラ１３１を介してヒータ５５を加熱し、熱電対１１０が１０００℃を検出するまで加熱を継続する。
【００５９】
るつぼ５２内の定点物質が溶解し、１０００℃のプラトー状態を覗き窓部１９の覗き窓９７から観察することができたら、クランプ１８を解除して覗き窓部１９を取り外し、次いで、校正したい放射温度計を所定の位置に設置し、るつぼ５２内の定点物質から放射される定点温度の熱輻射を捉え、その放射温度計の表示された温度が正確か否かを計測する。
【００６０】
校正対象の放射温度計の定点温度が、例えば１２５０℃なら、前述と同じように最初の段階で、るつぼ５２内に１２５０℃の定点物質を収納し、そのるつぼ５２を、第１炉芯部材４７内の所定位置に押し込み収納し、加熱炉１を加熱可能な状態とする。そして、取付部材１１１をスライドさせ、目盛１を指針１２５の先端と一致させる。つまり、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から距離Ｌ１だけ離し、この熱電対１１０で、１２５０℃を検出できるまでヒータ５５を加熱する。
【００６１】
以後、校正する温度計の温度が、例えば１５００℃、あるいは１７５０℃の場合も、前述と同じように、加熱炉１を加熱可能な状態とする。すなわち、１５００℃の場合は、取付部材１１１をスライドさせ、目盛２を指針１２５の先端と一致させ、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から距離Ｌ２だけ離し、この熱電対１１０で、１５００℃を検出できるまでヒータ５５を加熱する。
また、１７５０℃の場合は、取付部材１１１をスライドさせ、目盛３を指針１２５の先端と一致させ、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から距離Ｌ３だけ離し、この熱電対１１０で、１７５０℃を検出できるまでヒータ５５を加熱する。
２５００℃の場合は、取付部材１１１をスライドさせ、目盛６を指針１２５の先端と一致させ、熱電対１１０の先端を炉芯管４６から距離Ｌ６だけ離し、この熱電対１１０で、２５００℃を検出できるまでヒータ５５を加熱する。
【００６２】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
(1) 熱電対１１０を炉芯管４６との接触状態から所定距離だけ離反させたときの炉芯管４６の推定温度を、熱電対１１０の出力温度ｔ℃と離反距離に基づく係数とから、制御手段１３０で演算して求めることができるので、例えば、２０００℃以上の温度に対応する離反距離を決めておくことで、熱電対だけで２０００℃以上の高温を検出し、温度を制御できる。従って、部品点数が少なくてすむとともに、熱電対を取り付けるだけでよいので、簡単な構造ですむ。また、熱電対が１個あればよいので費用も安くてすみ、コスト低減を図れる。
【００６３】
(2) 熱電対１１０が炉芯管４６から離反したときの炉芯管４６の推定温度を、制御手段１３０により、熱電対１１０の出力温度ｔ℃と離反距離に基づく係数とから演算して求めることができるので、炉芯管４６の推定温度を容易に求めることができ、これにより、炉芯管４６の温度の制御が容易となる。
【００６４】
(3) 熱電対１１０が複数段階（０〜６位置）で離反可能なので、それぞれの段階の推定温度を求めることができ、従って、温度範囲の異なる複数種類の温度計の校正を１個の熱電対１１０で行うことができ、部品点数を少なくすることができる。
【００６５】
(4) 熱電対１１０を炉芯管４６に対して所定距離離反させるには、取付部材１１１を、取付けボス１１２に対してスライドさせ、スライド部１１１Ａに記された目盛１２０の０〜３位置を指針１２５に合わせればよいので、操作が簡単で、離反距離の設定が容易である。
【００６６】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるものであれば、次に示すような変形形態でもよいものである。
例えば、前記実施形態では、熱電対１１０として、１０００℃までの温度を検出できるものが使用されているが、これに限らない。１０００℃以上あるいは１０００℃以下検出用の熱電対を使用してもよい。そして、これらの熱電対を使用する場合も、前記実施形態と同様に、熱電対が炉芯管から離反したときの熱電対の出力温度と離反距離に基づく係数とから、炉芯管の推定温度を演算して求めることが好ましい。
【００６７】
また、前記実施形態では、炉芯管４６の推定温度を求める場合、熱電対１１０が炉芯管４６から離反したときの熱電対１１０の出力温度と離反距離に基づく係数とから求めていたが、これに限らない。図１０に示すように、離反距離に対応して熱電対の出力温度ｔ℃と炉芯管４６の推定温度Ｔ℃との関係を設定した複数のテーブル１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃ、１４１Ｄ…１４１Ｇを、前記制御手段１３０に備えさせてもよい。
【００６８】
テーブル１４１Ａには、予め、離反距離Ｌ０、つまり、熱電対１１０を炉芯管４６に接触したときの、熱電対１１０の出力に対応する炉芯管４６の温度が記載され、テーブル１４１Ｂには、離反距離Ｌ１のときの、熱電対１１０の出力に対応する炉芯管４６の温度が記載されている。また、テーブル１４１Ｃには、離反距離Ｌ３のときの、熱電対１１０の出力に対応する炉芯管４６の温度が記載され、さらに、テーブル１４１Ｄには、離反距離Ｌ３のときの、熱電対１１０の出力に対応する炉芯管４６の温度がそれぞれ予め記載されている。また、制御手段１３０は、順次、図８の曲線Ｌ４、Ｌ５に相当するテーブル（図略）と、図８の曲線Ｌ６に相当するテーブル１４１Ｇを備え、テーブル１４１Ｇには、離反距離Ｌ６のときの、熱電対１１０の出力に対応する炉芯管４６の温度がそれぞれ予め記載されている。
制御手段１３０は、入力された離反距離に対応するいずれかのテーブル１４１Ｂ等を選び出し、そのテーブル１４１Ｂ等の中から、熱電対１１０の出力温度ｔ℃に対応する炉芯管４６の温度Ｔ℃を選び出し、炉芯管４６が所定温度となるまでヒータ５５を加熱するようになっている。
【００６９】
さらに、前記第１実施形態では、熱電対１１０の炉芯管４６からの離反距離を、離反距離０（接触状態）〜Ｌ６の７段階に設定したが、これに限らない。７段階以上でもよくあるいは７段階以下でもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の加熱炉の温度制御装置によれば、熱電対を炉芯管との接触状態から所定距離だけ離反させたときの炉芯管の推定温度を制御手段により求めることができる。例えば、２０００℃以上の温度に対応する離反距離を決めておくことで、熱電対だけで２０００℃以上の高温を検出し、温度を制御できる。従って、部品点数が少なくてすむとともに、熱電対を取り付けるだけでよいので、簡単な構造ですむ。また、熱電対が１個あればよいので費用も安くてすみ、コスト低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱炉の温度制御装置の位置実施形態を示す全体縦断面図である。
【図２】図１におけるII矢視図である。
【図３】前記実施形態の面状発熱体を示す斜視図である。
【図４】前記実施形態の面状発熱体の取付け状態を示す縦断面図である。
【図５】図１におけるＡ部を示す詳細図である。
【図６】前記実施形態の要部を示す縦断面図である。
【図７】前記実施形態の熱電対の取付構造を示す縦断面図である。
【図８】前記実施形態の熱電対の出力温度と発熱体の温度との関係を表すグラフである。
【図９】前記実施形態の制御手段を示す構成図である。
【図１０】本発明の一変形形態を示す図である。
【符号の説明】
１    加熱炉
４６    炉芯管
５２    るつぼ
５５    発熱体である面状のヒータ
１１０    熱電対
１１１    取付部材
１１１Ａ  スライド部
１２０    目盛
１２５    指針
１３０    制御手段
Ｌ０    離反距離０（接触状態）
Ｌ１    離反距離１
Ｌ２    離反距離２
Ｌ３    離反距離３
Ｌ６    離反距離６
【図１】
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【図２】
0003828815.tif 000003
【図３】
0003828815.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003828815.tif 000006
【図６】
0003828815.tif 000007
【図７】
0003828815.tif 000008
【図８】
0003828815.tif 000009
【図９】
0003828815.tif 000010
【図１０】
0003828815.tif 000011