JP2004308959A - 内壁面に発熱体を備えた炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭｏＳｉ_２製発熱体の破損又破断の事故が発生しない又は発生を抑制できる内壁面に発熱体を備えた炉を提供する。
【解決手段】ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体１１の端子部１２をアルミナ管１３に貫通させ、このアルミナ管１３を介して断熱性炉壁１４，１５に通し、該発熱体１１を断熱性炉壁１４，１５に取付けた構造を備えていることを特徴とする内壁面に発熱体１１を備えた炉、及びアルミナ管１３の内径と ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体１１の外径とのクリアランスが４ｍｍ以下であることを特徴とする上記内壁面に発熱体１１を備えた炉。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、 ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の端子部を断熱性炉壁に設けた孔に貫通させ、断熱性炉壁の内壁面に前記発熱体を配列させた炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス工業、セラミックスの焼成、金属材料熱処理等の多くの分野で、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）を主成分とする発熱体を用いた炉が使用されている。
このＭｏＳｉ_２を主成分（ＭｏＳｉ_２を７０ｗｔ％以上含有している）とする発熱体は優れた耐酸化特性を有するため、特に大気又は酸化性雰囲気下で使用する超高温発熱体として１９５０〜１９６０年頃から販売され、現在まで幅広い用途で使用されている。
近年では、特に半導体製造ラインの熱処理プロセスで使用され、その場合、精密な温度制御が要求されるため、Ｕ字型の発熱部を多数連接した形状の発熱体が採用されている。
【０００３】
このような炉に設けた発熱体１の端子部２は炉の外側に引き出され、電源と接続される。従来、この発熱体１の端子部２は、図１に示すように炉の内側断熱炉壁３と外側断熱炉壁４を貫通させ、発熱体１の発熱部５を内側断熱炉壁３にＵ字形のピン６で固定して使用されていた。
炉の内側断熱炉壁３と外側断熱炉壁４の間には、通常冷却用のエア流動部７がある。図１では内側断熱炉壁３と外側断熱炉壁４の２重構造となっているが、断熱炉壁が図２に示すように、１重の場合もあり、炉の使用形態において任意に採用されている（例えば、特許文献１参照）。
この断熱炉壁が２重構造と１重構造の差異は、簡単に言えば冷却用のエア流動部があるか、ないかだけの差異であり、発熱体１の端子部２を断熱炉壁に設けた孔に貫通させるという取付け構造は、基本的に差異がない。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０１４９０１号
【０００５】
このように断熱炉壁に発熱体であるＭｏＳｉ_２製発熱体を直接取付けた構造の炉では、端子部２の電極部９に給電ケーブルを取付ける作業等において、端子部２に外力が加わった場合、端子部２と発熱部５の間の溶接部８が破損又破断することがある。
これは断熱炉壁に設けた端子部用の貫通孔が変形して大きくなったり、また一定していないこと、また発熱部がＵ字形のピン６で固定されているため、最も脆弱である溶接部８に強いせん断力が作用するからである。
このような破損又破断の事故は炉の修理や交換費用が高くなり、作業能率が低下するという問題となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＭｏＳｉ_２製発熱体の破損又破断の事故が発生しない又は発生を抑制できる内壁面に発熱体を備えた炉を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行なった結果、ＭｏＳｉ_２製発熱体、特に端子部の保持構造を改善することにより、ＭｏＳｉ_２製発熱体の破損又破断の事故を著しく抑制できるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１． ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の端子部をアルミナ管に貫通させ、このアルミナ管を介して断熱性炉壁に通し、該発熱体を断熱性炉壁に取付けた構造を備えていることを特徴とする内壁面に発熱体を備えた炉
２．アルミナ管の内径と ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の外径とのクリアランスが４ｍｍ以下であることを特徴とする上記１記載の内壁面に発熱体を備えた炉
３．アルミナ管の内径と ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の外径とのクリアランスが２ｍｍ以下であることを特徴とする上記１記載の内壁面に発熱体を備えた炉
４．アルミナ管が断熱性炉壁の外側壁から突出する構造を備えていることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
５．アルミナ管が断熱性炉壁の内側壁よりもやや外側に位置する構造を備えていることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
６．炉が間隔のある２重の断熱性炉壁を備え、その間に冷却部を有する構造を備えている ことを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
７．冷却部に位置するアルミナ管を断熱材で囲む構造を備えていることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
８．アルミナ管と断熱性炉壁の アルミナ管貫通孔との間に断熱充填材を装入するとともに、発熱体の端子部が断熱充填材と直接接触させない構造を備えていることを特徴とする上記１〜７のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
９．アルミナ管の内面に溝を設け、アルミナ管と発熱体との接触面積を減少させて摩擦係数を減少させた構造を備えていることを 特徴とする上記１〜８のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
１０．アルミナ管の純度が９３％以上であることを特徴とする上記 １〜９のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図面に基づいて本発明を説明する。図３、４に示すように、 ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体１１の端子部１２をアルミナ管１３に貫通させ、さらにこのアルミナ管１３を介して断熱性炉壁（図３では内側の断熱性炉壁１４と外側の断熱性炉壁１５の２重構造になっている）の貫通孔１９に通して 発熱体１１を断熱性炉壁１４に配置する。
Ｕ字形のＭｏＳｉ_２ 製発熱体１１が湾曲状に多数連接された構造では、端子部１２をそのまま貫通孔１９に通すことはできないので、図４に示すように断熱性炉壁にＵ字形溝２１を作製し、この溝にアルミナ管１３に貫通させた端子部１２を装入して発熱体を断熱性炉壁に配置する。端子部１２装入後のＵ字形溝２１に断熱性の充填材を充填して、Ｕ字形溝（孔）２１の大きさを最小限とする。これらの構造は、断熱性炉壁が１重の場合も、２重の場合も同様に適用できることは言うまでもない。
アルミナ管１３の内径と ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体１１の外径とのクリアランスは４ｍｍ以下、さらには２ｍｍ以下であることが望ましい。これによって、発熱体１１の端子部１２をアルミナ管１３の内部において、ほぼゆるみなく保持することができる。しかし、若干のクリアランスは必要であり、発熱体１１の端子部１２の熱膨張による移動が可能とする。
【０００９】
アルミナ管１３は、断熱性炉壁の外側壁１５から突出する構造を有していることが望ましい。以上の構造によって、断熱性炉壁の外側壁１５から突出する 発熱体１１の端子部１２に上又は下に衝撃がかかった場合、端子部１２のほぼ全長がアルミナ管１３に保持されているので抗折力が著しく向上する。
従来は断熱性炉壁の孔が変形しやすく大きくなったり、また崩れたりして一定ではないので、 端子部１２への上又は下の衝撃は、断熱性炉壁の内側壁１４の溶接部１６へのせん断力として作用する。しかし、本発明のアルミナ管１３に保持かつ拘束された 端子部１２の動きが小さいので、溶接部１６へのせん断力として作用する力は小さく、したがって、破損又は破断に至ることはない。このようにアルミナ管による端子部１２の保持は、 発熱体１１の破損又は破断を防止する上で極めて大きな効果を有する。
【００１０】
さらに、アルミナ管１３が断熱性炉壁の内側壁よりもやや外側に位置する構造を備えていることが望ましい。それは端子部がＬ型に曲がる部分で曲率がついていることにことに関係する。図３のように、アルミナ管をやや外側に位置することにより、端子部の垂直部分を内側壁に近づけることが可能となり、両者の間隔を任意に調整できる範囲が大きくなるメリットがある。
また高温加熱時に端子部の水平部分が外側方向に膨張した時、曲率のついた部分がアルミナ管に引っ掛かることなくスムーズに移動できるメリットもある。
上記のように、炉が間隔のある２重の断熱性炉壁を備え、その間に冷却部を有する構造を備えている場合には、冷却部１７に冷却ガスが導入されるが、冷却の最に 冷却ガスによる急冷時の衝撃（風圧や熱等）はアルミナ管１３によって緩和されるので、端子部１２の破損を抑制できる。
また、冷却部に位置するアルミナ管を図５に示すように断熱材１８で囲むことにより、さらに冷却ガスによる急冷時の衝撃を防止することができる。
【００１１】
アルミナ管と断熱性炉壁の アルミナ管貫通孔との間に図６のように断熱充填材２２を装入することができる。これによって、断熱性炉壁１４、１５と アルミナ管１３との隙間を完全に封止できる。
しかし、発熱体１１の端子部１２が断熱充填材と直接接触させない。これによって、発熱体１１の端子部１２が剛構造とせず、ある程度の膨張収縮を可能とし、これによって発熱体１１の破損、破壊を防止する構造とするのが望ましい。なお、図６は一例であり、上記条件を満たせば、どのような充填構造でも良い。
発熱体１１の端子部１２はアルミナ管１３の中で滑動するが、さらにアルミナ管の内面に螺旋状又は直線状の溝を設け、アルミナ管と発熱体との接触面積を減少させて摩擦係数を減少させることができる。これによって、 端子部１２のアルミナ管１３中での滑動が容易となり、収縮が可能となり 発熱体１１の破損を防止できる。また、アルミナ管１３自体の熱衝撃による破損防止や高温での発熱体等との反応を避けるためにアルミナ管の純度（Ａｌ_２Ｏ_３組成）が９３％以上であることが望ましい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、 ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の端子部をアルミナ管に貫通させ、このアルミナ管を介して断熱性炉壁に通すことにより、ＭｏＳｉ_２製発熱体、特に溶接部の破損又破断を効果的に抑制でき、 発熱体の破損や修理コストを大きく低減できる著しい効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】発熱体を設置した従来の２重断熱性炉壁の炉構造の一例を示す部分概観説明図である。
【図２】発熱体を設置した従来の１重断熱性炉壁の炉構造の一例を示す部分概観説明図である。
【図３】本発明のアルミナ管により発熱体の端子部を保持した２重断熱性炉壁の炉構造の一例を示す部分断面説明図である。
【図４】本発明のアルミナ管により発熱体の端子部を保持した１重断熱性炉壁の炉構造の一例を示す部分斜視図である。
【図５】冷却部に位置するアルミナ管を断熱材で囲んだ構造の炉構造の一例を示す部分断面説明図である。
【図６】断熱充填剤を装填したアルミナ管の部分説明図である。
【図７】アルミナ管の内面に螺旋溝を設けた部分断面図である。
【符号の説明】
１ 発熱体
２ 端子部
３ 内側断熱炉壁
４ 外側断熱炉壁
５ 発熱部
６ Ｕ字形ピン
７ 冷却部
８ 溶接部
９ 電極部
１１ 発熱体
１２ 端子部
１３ アルミナ管
１４ 内側断熱炉壁
１５ 外側断熱炉壁
１６ 溶接部
１７ 冷却部
１８ 断熱材
１９ 断熱炉壁の孔
２０ Ｕ字形ピン
２１ Ｕ字形溝
２２ 断熱充填材
２３ 一重の炉壁

Claims (10)

1. ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の端子部をアルミナ管に貫通させ、このアルミナ管を介して断熱性炉壁に通し、該発熱体を断熱性炉壁に取付けた構造を備えていることを特徴とする内壁面に発熱体を備えた炉。
2. アルミナ管の内径と ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の外径とのクリアランスが４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
3. アルミナ管の内径と ＭｏＳｉ_２ を主成分とする発熱体の外径とのクリアランスが２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
4. アルミナ管が断熱性炉壁の外側壁から突出する構造を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
5. アルミナ管が断熱性炉壁の内側壁よりもやや外側に位置する構造を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
6. 炉が間隔のある２重の断熱性炉壁を備え、その間に冷却部を有する構造を備えている ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
7. 冷却部に位置するアルミナ管を断熱材で囲む構造を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
8. アルミナ管と断熱性炉壁の アルミナ管貫通孔との間に断熱充填材を装入するとともに、発熱体の端子部が断熱充填材と直接接触させない構造を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
9. アルミナ管の内面に溝を設け、アルミナ管と発熱体との接触面積を減少させて摩擦係数を減少させた構造を備えていることを 特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
10. アルミナ管の純度が９３％以上であることを特徴とする 請求項１〜９のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。

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