JP2001242109A - 赤外線加熱炉 - Google Patents

赤外線加熱炉

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JP2001242109A
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Shuichi Matsuo
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料を効率的に加熱することができ、しかも
製作が容易で量産に適し、且つ充分な冷却能力を備えた
赤外線加熱炉を提供する。 【解決手段】 加熱炉本体10の内部に反射部材20を
設け、この反射部材20に囲まれた室内に熱源30を配
置する。熱源30は円環状の赤外線ヒータとし、反射部
材20の内面は回転楕円面とする。この回転楕円面の一
方の焦点円に熱源30を配置し、他方の焦点に試料Sを
配置することで、熱源30からの赤外線を試料に収束さ
せる。反射部材20は、薄肉の金属材料(好ましくは銅
合金板)で形成し、内面に金メッキを施す。この反射部
材20を絞り加工により形成することで、量産が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、熱分析装置等に
おいて試料の加熱に利用される赤外線加熱炉に関する。
【0002】
【従来の技術】熱天秤等の熱分析装置においては、試料
を加熱するために赤外線加熱炉が利用されている。従来
の分析装置に利用される赤外線加熱炉は、棒状の熱源か
ら放射された赤外線を、その周囲に配設した反射部材に
より反射させて試料に収束させる構成となっていたが、
小さな試料ホルダに充填された試料に対し、棒状の熱源
から放射される赤外線はその一部が試料に収束するのみ
で、多くの赤外線は、試料の加熱に寄与していないのが
実状であった。
【0003】そこで、特開平1−163594号公報や
特開平5−288697号公報に開示された如きリング
状の赤外線光源(熱源)を有する赤外線加熱炉が提案さ
れている。この種の赤外線加熱炉を利用すれば、試料に
対し効率的に赤外線を収束させることが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
公報に開示された赤外線光源は、同公報には具体的な説
明はないものの、一般にアルミニウム等からなる炉本体
の内部を楕円面形状に切削して反射面を形成しているた
め、製作コストが高価格であり製品としては量産に適さ
ないという課題があった。また、炉本体中に冷却媒体通
路が形成されているものの、該通路と反射面(炉本体の
内面)とが離間しており、赤外線の照射により加熱する
反射面の周辺部位を充分に冷却することができず、その
結果、炉本体の膨張により反射面の歪み等が生じ、その
結果、赤外線の収束点のズレが生じて試料を効率的に加
熱できなくなるおそれがあった。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、試料を効率的に加熱することができ、しかも製
作が容易で量産に適し、且つ充分な冷却能力を備えた赤
外線加熱炉の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加熱炉本体と、この加熱炉本体の内部に
設けられた反射部材と、該反射部材に囲まれた室内に配
置され赤外線を放射する環状の熱源とを備えた赤外線加
熱炉であって、反射部材を薄肉の金属材料で形成すると
ともに、この反射部材の周囲に、冷却媒体を供給する冷
却空間を形成したことを特徴とする。
【0007】環状の熱源から放出される赤外線は、その
周囲に設けられた反射部材の内面で反射して試料に照射
される。反射部材は、薄肉の板状部材で形成してあり、
その周囲に冷却空間を形成してあるので、反射面(内
面)の近傍に充分な量の冷却媒体を供給することがで
き、効率的に反射部材を冷却することができる。
【0008】ここで、反射部材の内面を、楕円の一方の
焦点を中心とする回転楕円面に形成し、該回転楕円面の
焦点円に沿って環状の熱源を配置するとともに、回転楕
円面の中心となる焦点又はその近傍に試料配置部を設
け、且つ、環状の熱源と試料配置部とを略同一平面上に
配置すれば、熱源からの赤外線を効率的に試料へと収束
させることが可能となる。
【0009】上記反射部材は、絞り加工により形成する
ことで、容易且つ安価に製作することが可能となる。な
お、反射部材の内面に金メッキを施すことで、熱源から
の赤外線を効率的に反射させることができる。このよう
に、絞り加工により反射部材を形成する場合は、反射部
材を絞り加工性能に優れた薄肉の銅合金で形成すること
が好ましい。また、銅合金の内面に金メッキを施すこと
で、赤外線の反射性能を向上させることが好ましい。
【0010】さらに、本発明の赤外線加熱炉は、熱源の
位置調節手段を備えることを特徴とする。特に回転楕円
面を有する反射部材により熱源からの赤外線を試料に収
束する場合は、回転楕円面の一方の焦点円に熱源を配置
し、他方の焦点に試料を配置する。この位置関係がずれ
ると、熱源からの赤外線を試料へ収束することができ
ず、加熱効率が低下するおそれがある。そこで、熱源の
位置調節手段を備えることで、特に熱源の位置調整を可
能とし、適正な加熱状態を実現することができる。
【0011】例えば、熱源を、赤外線放射用のヒータ線
と、このヒータ線を密封するガラス管とを含み、ガラス
管内に所定のガス封入部から不活性ガスを封入した構成
とし、熱源のガス封入部を加熱炉本体の外部まで延出し
て位置調節手段として利用すれば、簡易な構成にて該位
置調節手段を付加することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施
形態に係る赤外線加熱炉の全体構成を示す正面断面図、
図2は図1における矢視A−A線図である。なお、本実
施の形態では、熱分析装置の一つである熱天秤に、本発
明の赤外線加熱炉を適用した構成を示す。
【0013】図1に示すように、赤外線加熱炉は、加熱
炉本体10、反射部材20、及び熱源30を備えてい
る。加熱炉本体10は、図1のA−A線部分を境として
上部本体10aと下部本体10bに分かれており、これ
ら上部本体10a及び下部本体10bの各開口縁部が接
合板11及びネジ等の締結具12によって接合されて中
空の加熱炉本体10が形成される。また、各部本体10
a,10bにおける接合面(開口面)と対向する壁の中
心部には、熱天秤の保護管1を挿通するための透孔13
a,13bが形成してある。各部本体10a,10b
は、例えば、アルミダイカスト成形により形成すること
ができる。
【0014】反射部材20も、上部本体10a及び下部
本体10bに対応して上側反射部材20aと下側反射部
材20bに分かれており、各反射部材20a,20bの
周縁部が、対応する各部本体10a,10bの接合面
(開口面)の縁部に溶接されている。また、各反射部材
20a,20bの中央壁部には筒状部21a,21bが
形成してあり、この筒状部21a,21bの端縁が、対
応する各部本体10a,10bの透孔13a,13b部
分に溶接されている。これにより、上部本体10aと上
側反射部材20aの間、及び下部本体10bと下側反射
部材20bの間に、それぞれ密閉空間14が形成されて
いる。各反射部材20a,20bは、図1に示すごとく
各部本体10a,10bを接合したとき、周縁部がそれ
ぞれ密着するとともに、加熱炉本体10の中空部内で対
称配置となって、反射部材20を形成する。
【0015】加熱炉本体10の内部に形成された密閉空
間14は、反射部材20の冷却空間を形成しており、こ
の密閉空間14内に水等の冷却媒体が供給される。すな
わち、上部本体10a及び下部本体10bには、図1に
示すごとく、それぞれ冷却媒体の供給口15及び排出口
16が形成してあり、水等の冷却媒体を供給口15に送
るとともに、密閉空間14を通して排出口16から排出
する冷却構造が併設されている。
【0016】各反射部材20a,20bは、薄肉(例え
ば、厚さ2mm程度)の銅合金板を絞り加工して形成さ
れている。銅合金板は、アルミ合金等に比べ絞り加工に
よる加工性能が優れており、絞り加工後の戻り変形も少
なく、高精度に所定の形状を形成することが可能であ
る。このような特性を有する銅合金板を用いることによ
り、絞り加工により各反射部材20a,20bを所望の
形状に成形することができる。さらに、各反射部材20
a,20bの内面は、後述するように赤外線の反射面を
形成するため、この内面には絞り加工後に金メッキを施
し、赤外線の反射特性を向上させてある。
【0017】各反射部材20a,20bの内面22a,
22bは、図3に示すごとく回転楕円面に形成してあ
る。すなわち、仮想楕円Qの一方の焦点aを回転中心と
して、当該仮想楕円Qを回転して描かれる回転楕円面に
沿って、反射部材20の内面が形成されている。
【0018】熱源30は、サークルラインヒータと称す
る円環状の赤外線ヒータを用いている。その構造は、図
2に示すごとく、石英ガラスで形成された密封管31内
にコイル状のタングステンフィラメント32(ヒータ
線)を配置するとともに、密封管31内に適量の不活性
ガスを封入した構造となっている。封入する不活性ガス
としては、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガ
ス等が用いられる。熱源30の基端部は、ガイドブッシ
ュ33を介して反射部材20に支持されている。
【0019】この熱源30は、図3に示した反射部材2
0における回転楕円面(内面22a,22b)の焦点円
bに沿って配設してある。また、反射部材20における
回転楕円面(内面22a,22b)の他方の焦点a付近
を、試料Sの配置部としてある。
【0020】次に、上述した赤外線加熱炉の作用を説明
する。図1に示すごとく、熱天秤は、試料Sを先端に保
持する棒状の試料ホルダ2の周囲に保護管1を配置した
構造を有しており、これら保護管1及び試料ホルダ2
を、下側反射部材20bの筒状部21bから挿入するこ
とで、試料Sが反射部材20の試料配置部へ配置され
る。上述したように、試料配置部は反射部材20におけ
る回転楕円面(内面)の他方の焦点a付近に設定してあ
り、しかも熱源30は反射部材20における回転楕円面
(内面22a,22b)の一方の焦点円bに沿って配設
してあるので、熱源30から放射された赤外線は、反射
部材20の内面22a,22bで反射して試料配置部に
収束する。したがって、熱源30からの赤外線が試料S
に集中して、効率的に加熱することができる。
【0021】熱源30から放射された赤外線の影響によ
り、反射部材20は加熱する。そこで、加熱炉本体10
内の密閉空間14に、供給口15から水等の冷却媒体を
供給し、反射部材20を冷却する。密閉空間14は反射
部材20の裏面側に接しており、しかも反射部材20は
薄肉の銅合金板により形成されているので、赤外線が直
接当たる反射部材20の内面22a,22bと冷却媒体
との間の距離が短い。したがって、反射部材20に生じ
た熱をすみやかに冷却媒体が吸収し、効率的に反射部材
20を冷却することができる。
【0022】図4及び図5は本発明の他の実施形態に係
る赤外線加熱炉を示す図である。なお、先に示した図2
と同一部分又は相当する部分には同一符号を付し、その
部分の詳細な説明は省略する。本実施形態の赤外線加熱
炉には、熱源30の位置調整手段が次のような構成で形
成してある。すなわち、既述した熱源30の製作におい
て、密封管31内にハロゲンガスを封入するために、密
封管31の一部に突起状のガス封入部34が形成され
る。一般に、このガス封入部34は、図2に示すごとく
密封管31の周面から僅かに突き出しているに過ぎない
が、本実施形態では、このガス封入部34を加熱炉本体
10の外部まで延出する長さに形成して、熱源30の位
置調節手段として利用している(図4参照)。
【0023】反射部材20には、図5に示すごとくガイ
ド孔23が形成してあり、このガイド孔23の内面でガ
ス封入部34を支持するとともに、このガイド孔23か
らガス封入部34を外部へ延出させている。ガイド孔2
3は、ガス封入部34を熱源30の径方向及び周方向に
移動させ得る大きさに形成してある。また、熱源30の
基端部を支持するガイドブッシュ33には、熱源30の
移動調整を許容するために、熱源30を比較的ルーズに
嵌め合わせてある。以上の構成により、ガス封入部34
を加熱炉本体10の外部から操作して、熱源30の位置
を調節することが可能となる。この調節により、反射部
材20の焦点円に対する熱源30の位置合わせが容易と
なる。
【0024】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、熱源30の位置調節手段と
しては、密封管31のガス封入部34を利用する以外に
も、熱源30を外部から移動させ得る突出し部を独自に
形成する等、他の構成を採用することもできる。また、
反射部材20の内面を放物面状に形成すれば、反射部材
20で反射した赤外線を平行ビームとして試料に照射す
ることができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線加
熱炉によれば、環状の熱源から放出される赤外線を反射
部材の内面で反射して試料に照射する構成としたので、
試料を効率的に加熱することができる。しかも、反射部
材を薄肉の金属材料で構成し、且つ、反射部材の周囲に
冷却媒体を供給する冷却空間を形成したので、反射部材
を効率的に冷却することができる。また、反射部材を絞
り加工により形成することで、同部材を容易に製作でき
量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る赤外線加熱炉の全体構
成を示す正面断面図である。
【図2】図1における矢視A−A線図である。
【図3】反射部材の形状を示す正面断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態に係る赤外線加熱炉の内
部構造を、図2に対応して示す平面図である。
【図5】図4の要部を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
1:保護管 2:試料ホルダ 10:加熱炉本体 10a:上部本体 10b:下部本体 13a,13b:透孔 14:密閉空間 15:供給口 16:排出口 20:反射部材 20a:上側反射部材 20b:下側反射部材 21a,21b:筒状部 22a、22b:内面 23:ガイド孔 30:熱源 31:密封管 32:タングステンフィラメント 33:ガイドブッシュ 34:ガス封入部
フロントページの続き Fターム(参考) 2G040 AA02 CA08 CA16 EA06 EB02 ZA02 3K092 PP09 QA02 QB02 QB25 QB27 RA06 RB14 RD10 RD39 SS32 VV01 VV22

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱炉本体と、この加熱炉本体の内部に
    設けられた反射部材と、該反射部材に囲まれた室内に配
    置され赤外線を放射する環状の熱源とを備えた赤外線加
    熱炉であって、 前記反射部材は薄肉の金属材料からなり、 且つ、前記反射部材の周囲に、冷却媒体を供給する冷却
    空間を形成したことを特徴とする赤外線加熱炉。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の赤外線加熱炉において、 前記反射部材は、楕円の一方の焦点を中心とする回転楕
    円面を内面に有し、 該回転楕円面の焦点円に沿って前記環状の熱源を配置す
    るとともに、 前記回転楕円面の中心となる焦点又はその近傍に試料配
    置部を設け、 且つ、前記環状の熱源と試料配置部とを、略同一平面上
    に配置したことを特徴とする赤外線加熱炉。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の赤外線加熱炉にお
    いて、 前記反射部材を絞り加工により形成したことを特徴とす
    る赤外線加熱炉。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の赤外線加熱炉において、 前記反射部材は、薄肉の銅合金の内面に金メッキを施し
    てなることを特徴とする赤外線加熱炉。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4記載のいずれか一項に記
    載した赤外線加熱炉において、 前記熱源の位置調節手段を備えたことを特徴とする赤外
    線加熱炉。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の赤外線加熱炉において、 前記熱源は、赤外線を放射するヒータ線と、このヒータ
    線を密封するガラス管とを含むとともに、前記ガラス管
    内に所定のガス封入部から不活性ガスを封入してなり、 該熱源のガス封入部を前記加熱炉本体の外部まで延出し
    て前記位置調節手段としたことを特徴とする赤外線加熱
    炉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1307854C (zh) * 2002-11-28 2007-03-28 株式会社三永电机制作所 采用环状加热器的开合式反射型加热装置
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