JP2020521268A

JP2020521268A - 加熱体およびマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉

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Publication number: JP2020521268A
Application number: JP2019521056A
Authority: JP
Inventors: 鵬劉; 文立徐; 霆杜
Original assignee: 寧波恒普真空技術有限公司
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: CN108458589A; CN108458589B; JP6935050B2; JP3232568U; WO2019192167A1

Abstract

加熱体およびマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉を開示する。該真空焼結炉は、密閉ボックス、加熱装置および断熱筒体を含み、加熱装置は密閉ボックスの外部に均等に分布している複数の加熱体群を含み、加熱体群はそれぞれ同じ構造を有し且つ密閉ボックスの側面を囲んでいる２つの加熱体を含み、加熱体は第１加熱構造と第２加熱構造を含み、第１加熱構造と第２加熱構造の先端が単相変圧器の出力端子に接続され、第１加熱構造と第２加熱構造の末端が長尺状接続部材を介して接続され、単相変圧器、第１加熱構造および第２加熱構造により電流ループが構成される。この加熱体および真空焼結炉を用いると、各々の加熱体で対応領域を加熱することによって、加熱体の加熱温度を自動的に調整することができ、また、複数の加熱体からなる加熱装置で真空焼結炉の複数の領域を加熱することによって、真空焼結炉の炉内の温度均一性を制御できる。【選択図】図１

Description

本発明は、温度制御分野に関し、特に加熱体、およびマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉に関する。

真空焼結炉は、生産性を向上させるために、炉内の空間を増加させる必要があるが、炉内の空間の増加により炉内の異なる領域の温度に通常＞±１０℃と大きな差をもたらし、そして炉内の空間の増加につれて、昇温中の異なる領域では、熱容量、加熱、断熱などの要因のために、温度差がより大きくなり、通常＞±２０℃である。他方、真空炉の発熱体の熱伝達は主に放射によるものであるが、異なる温度（光強度）における放射の熱伝達効率が異なるため、低温における炉内領域間の温度差が高温の場合の３倍になり、その結果、脱脂機能を有する真空炉の低温領域の均一性が製品の脱脂効果に直接影響し、最終製品の炭素含有量などに偏差をきたらす。低温では、脱脂プロセスを行い、温度を一般に≦６００℃とし、高温では、焼結プロセスを行い、温度を一般に≧１０００℃とし、低温の場合は、前後の温度差が１０℃であり、それによって、前後で製品サイズに大きな違いが生じてしまい、前後の温度が近い高温焼結によっても、前の脱脂プロセスによる影響を解消できない。低温領域の均一性と高温領域の均一性が一致しないことにより、実際の生産には両立させることができない。したがって、温度分布の均一性は真空焼結炉の性能をテストするための非常に重要な指標の１つであり、炉内では、前、中間、後、上、下などの各領域での温度偏差が小さいほど、被処理物の焼結後のサイズと性能の制御性が良くなり、収率が高くなり、生産コストが低くなる。

本出願は特許文献１の優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

従来の真空焼結炉は、一体型加熱装置で密閉ボックスを加熱するのが一般的であるが、前後または上下の温度差が大きい場合は、発熱体のサイズを調整することで抵抗値を調整し、加えて、輸入断熱材で断熱して、このように、真空焼結炉の各領域での温度差の値を減少させる。そのため、従来の真空焼結炉の温度制御方式により温度の調整が困難となり、かつコストがかかる。

２０１８年０４月０２日出願、中国特許出願２０１８１０２８３６１５．８、発明の名称「加熱体、およびマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉」

本発明の目的は、従来の一体型加熱装置における上下および前後における温度偏差が大きいことにより、製品のサイズおよび性能の偏差が大きい、装置の温度制御性が悪くなるという問題を解決し、真空焼結炉の製造コストおよび製品の生産コストを下げるために、加熱体、およびマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉を提供することである。

上記目的を達成させるために、本発明の技術案は以下のとおりである。加熱体であって、前記加熱体は、角柱体の３つの隣接側面を構成し、第１加熱構造と第２加熱構造を含み、前記第１加熱構造は第１電極棒、複数の第１加熱部材および複数の第１隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第１加熱部材は１つの前記第１隅部接続部材を介して接続され、前記第１隅部接続部材が前記角柱体の側稜位置に位置し、前記第１加熱部材が前記角柱体の側面位置に位置し、前記第１電極棒の電流出力端子が前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第１電極棒の電流入力端子が単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、前記第２加熱構造は、第２電極棒、複数の第２加熱部材および複数の第２隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第２加熱部材は１つの前記第２隅部接続部材を介して接続され、前記第２隅部接続部材が前記角柱体の側稜位置に位置し、前記第２加熱部材が前記角柱体の側面位置に位置し、前記第２電極棒の電流入力端子が前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流出力端子が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続され、前記第１加熱構造の末端における第１加熱部材と前記第２加熱構造の末端における第２加熱部材は長尺状接続部材を介して接続され、前記単相変圧器、前記第１加熱構造および前記第２加熱構造により電流ループが構成される。

好ましくは、前記単相変圧器の入力端子がパワーコントローラの出力端子に接続され、前記パワーコントローラの制御入力端子がＰＩＤコントローラの制御出力端子に接続され、前記ＰＩＤのＰＶ入力端子が被加熱物体の領域内に設置された熱電対に接続され、前記熱電対は前記加熱体に対応した被加熱物体の温度測定値を前記ＰＩＤコントローラに伝送し、前記ＰＩＤコントローラは前記パワーコントローラの出力パワーを制御することで前記単相変圧器の出力パワーを制御して、前記加熱体の加熱温度を調整する。

前記第１電極棒の電流出力端子は、ネジが設けられており、ナットにより前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流入力端子は、ネジが設けられており、ナットにより前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続されるようにしてもよい。

前記第１加熱部材と前記第２加熱部材はいずれも内部が中空、縁部が曲線状となる板状構造であるようにしてもよい。

前記第１加熱部材と前記第２加熱部材はいずれも内部が中空の長方形板状構造であるようにしてもよい。

本発明はさらに、マルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉であって、密閉ボックス、加熱装置および断熱筒体を含み、前記密閉ボックスは角柱形、前記断熱筒体は円柱形または角柱形であり、前記加熱装置は、前記断熱筒体と前記密閉ボックスの間に設置され、前記密閉ボックスの外部に均等に分布して前記密閉ボックスの複数の領域を加熱する複数の加熱体群を含み、前記加熱体群はそれぞれ同じ構造を有し且つ前記密閉ボックスの側面を上下に囲んでいる２つの加熱体を含み、前記加熱体は、前記密閉ボックスの３つの隣接側面に分布しており、第１加熱構造と第２加熱構造を含み、前記第１加熱構造の先端が単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、前記第２加熱構造の先端が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続され、前記第１加熱構造の末端と前記第２加熱構造の末端は長尺状接続部材を介して接続され、前記単相変圧器、前記第１加熱構造および前記第２加熱構造により電流ループが構成される、真空焼結炉を提供する。

前記第１加熱構造は、第１電極棒、複数の第１加熱部材および複数の第１隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第１加熱部材は１つの前記第１隅部接続部材を介して接続され、前記第１隅部接続部材が前記角柱形の密閉ボックスの側稜位置に位置し、前記第１加熱部材が前記角柱形の密閉ボックスの側面位置に位置し、前記第１電極棒の電流出力端子が前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第１電極棒の電流入力端子が単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、前記第２加熱構造は、第２電極棒、複数の第２加熱部材および複数の第２隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第２加熱部材は１つの前記第２隅部接続部材を介して接続され、前記第２隅部接続部材が前記角柱形の密閉ボックスの側稜位置に位置し、前記第２加熱部材が前記角柱形の密閉ボックスの側面位置に位置し、前記第２電極棒の電流入力端子が前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流出力端子が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続されるようにしてもよい。

前記真空焼結炉はさらに、複数の熱電対、複数のＰＩＤコントローラおよび複数のパワーコントローラを含み、ｋ番目の加熱体に対しては、前記熱電対が前記ＰＩＤコントローラのＰＶ入力端子に接続されて、前記ｋ番目の加熱体に対応した前記密閉ボックスのｋ番目の被加熱領域の温度測定値を前記ＰＩＤコントローラに伝送し、前記ＰＩＤコントローラの制御出力端子が前記パワーコントローラの制御入力端子に接続され、前記パワーコントローラの出力端子が前記ｋ番目の加熱体に対応した単相変圧器の入力端子に接続されて、前記単相変圧器の出力パワーを調整することで、前記ｋ番目の加熱体による前記ｋ番目の被加熱領域への加熱温度を調整するようにしてもよい。

前記真空焼結炉の複数の領域を加熱するために、前記加熱体群の数が１より大きいようにしてもよい。

前記真空焼結炉はさらに、前記加熱装置と前記真空焼結炉内におけるほかの部品とを離間させるための絶縁材料を含むようにしてもよい。

従来技術に比べて、本発明は、真空焼結炉の均一な温度制御を達成するために、各加熱領域の加熱温度がＰＩＤによって自動的に調整されるという利点を有する。マルチ領域温度制御の方式により、真空焼結炉の領域間の温度差が小さく、動的温度応答が良好であり、そして低温領域と高温領域の間の温度差が一致に調整できるという効果を奏する。大体積の炉型でも温度均一性が自動的に実現でき、従来の加熱方式に比べて、同体積の真空焼結炉では、異なる領域間の温度差の値が大幅に減少し、かつ断熱材自体への要求も低下し、さらにコストが削減される。本発明の加熱装置を用いて真空焼結炉を加熱すると、全炉の収率が改善され、生産量が高まり、そして一部の領域の温度偏差によって製品サイズ、炭素含有量、外観および密度が標準に達しないという従来の問題が解決され、昇温速度が高まり、加熱プロセスの時間が短縮されて、コストが節約される。

本発明の加熱体の構造模式図本発明の加熱体の展開模式図本発明の真空焼結炉の断面模式図本発明の真空焼結炉における加熱装置の構造模式図本発明の真空焼結炉における加熱装置の複数の加熱体群の回路模式図本発明の実施形態に係る炉内温度測定点の分布模式図

本発明の趣旨は、従来の一体型加熱装置の上下および前後の温度偏差が大きいことにより、製品のサイズおよび性能の偏差が大きい、装置の温度制御性が悪くなるという問題を解決し、真空焼結炉の製造コストおよび製品の生産コストを下げるために、加熱体、およびマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉を提供することである。

以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
具体的にはな実施例を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

図１は本発明の加熱体の構造模式図である。図１に示されるように、加熱体は、角柱体の３つの隣接側面を構成して、凸状となる。前記加熱体は、第１加熱構造１と第２加熱構造２を含み、前記第１加熱構造１は、第１電極棒１−１、複数の第１加熱部材１−２および複数の第１隅部接続部材１−３を含み、隣接する２つの前記第１加熱部材１−２は１つの第１隅部接続部材１−３を介して接続され、前記第１隅部接続部材１−３が前記角柱体の側稜位置に位置し、前記第１加熱部材１−２が前記角柱体の側面位置に位置し、前記第１電極棒１−１の電流出力端子が前記第１加熱構造１の先端における第１加熱部材に接続され、前記第１電極棒１−１の電流入力端子が単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、第１電極棒１−１の電流出力端子は、ネジが設けられており、ナット１−４によって第１加熱部材１−２に固定して接続される。第１加熱部材１−２と第１隅部接続部材１−３もボルトとナットにより接続される。

同様に、第２加熱構造２は、第１加熱構造１と同じ構造を有し、第２電極棒２−１、複数の第２加熱部材２−２および複数の第２隅部接続部材２−３を含み、隣接する２つの前記第２加熱部材２−２は第２隅部接続部材２−３を介して接続され、前記第２隅部接続部材２−３が前記角柱体の側稜位置に位置し、前記第２加熱部材２−２が前記角柱体の側面位置に位置し、前記第２電極棒２−１の電流入力端子が前記第２加熱構造２の先端における第２加熱部材に接続され、前記第２電極棒２−１の電流出力端子が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続される。

前記第１加熱構造１の末端における第１加熱部材と前記第２加熱構造２の末端における第２加熱部材は長尺状接続部材３を介して接続され、前記単相変圧器（未図示）、前記第１加熱構造１、前記長尺状接続部材３および前記第２加熱構造２により電流ループが構成される。

第１加熱部材と第２加熱部材の構造については、内部が中空、縁部が曲線状となる板状構造としてもよく、内部が中空の長方形板状構造としてもよく、また、加熱部材の厚みと幅を減少させることによって、抵抗を増大するとともに、スペースをコンパクトにする。また、曲線状に配列されることで、放射面積を大幅に増大して、加熱されるべき物体をより迅速かつ均一に加熱する。

加熱体を使用するとき、ＰＩＤコントローラで単相変圧器の出力パワーを制御することで、加熱体の加熱温度を調整できる。具体的には、単相変圧器の入力端子がパワーコントローラの出力端子に接続され、前記パワーコントローラの制御入力端子がＰＩＤコントローラの制御出力端子に接続され、前記ＰＩＤのＰＶ入力端子が被加熱物体の領域内に設置された熱電対に接続され、前記熱電対は、前記加熱体に対応した被加熱物体の温度測定値を前記ＰＩＤコントローラに伝送し、前記ＰＩＤコントローラは、前記パワーコントローラの出力パワーを制御することで前記単相変圧器の出力パワーを制御して、前記加熱体による被加熱領域への加熱温度を調整する。

図２は本発明の加熱体の展開模式図である。図２に示されるように、加熱体は単相回路を構成し、電流が単相変圧器の出力端子の第１端から取り出されて、第１電極棒１−１、第１加熱部材１−２、長尺状接続部材３、第２加熱部材２−２、第２電極棒２−１を流れて、単相変圧器出力端子の第２端に入る。

図３は本発明の真空焼結炉の断面模式図である。図３に示されるように、前記真空焼結炉は、炉体７の内部に配置された、密閉ボックス４、加熱装置５および断熱筒体６を含む。

前記密閉ボックス４は角柱形であり、前記加熱装置５は前記断熱筒体６と前記密閉ボックス４の間に設置され、密閉ボックスガイドレール８が密閉ボックス４の底面に取り付けらえて、前記密閉ボックス４を支持する。前記加熱装置５は、前記密閉ボックス４の外部に均一に分布して前記密閉ボックス４を均一に囲んでいる複数の加熱体群を含む。

前記加熱体群はそれぞれ同じ構造を有しかつ前記密閉ボックス４の側面を上下に囲んでいる２つの加熱体を含み、前記加熱体は図１に示された加熱体構造を有する。前記加熱体は、前記密閉ボックス４の３つの隣接側面に分布しており、第１加熱構造と第２加熱構造を含み、前記第１加熱構造の先端が前記単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、前記第２加熱構造の先端が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続され、前記第１加熱構造の末端と前記第２加熱構造の末端は前記長尺状接続部材３を介して接続され、前記単相変圧器、前記第１加熱構造、および前記第２加熱構造により電流ループが構成される。前記第１加熱構造は、第１電極棒、複数の第１加熱部材および複数の第１隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第１加熱部材は１つの前記第１隅部接続部材を介して接続され、前記第１隅部接続部材が前記角柱形の密閉ボックスの側稜位置に位置し、前記第１加熱部材が前記角柱形の密閉ボックスの側面位置に位置し、前記第１電極棒の電流出力端子が前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第１電極棒の電流入力端子が前記単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、前記第２加熱構造は、第２電極棒、複数の第２加熱部材および複数の第２隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第２加熱部材は１つの前記第２隅部接続部材を介して接続され、前記第２隅部接続部材が前記角柱形の密閉ボックスの側稜位置に位置し、前記第２加熱部材が前記角柱形の密閉ボックスの側面位置に位置し、前記第２電極棒の電流入力端子が前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流出力端子が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続される。ここでいう加熱体が同じ構造を有する、および、加熱体群が同じ構造を有するとは、同じ構成要素を有するとともに、構造の組成が同じであることを意味する。通常、全体の形状が完全に同様にされればよいが、特殊な位置の場合は、加熱部材の幅または湾曲形状などのほかのパラメータを必要に応じて調整することができる。図３において、５−１は加熱体群における１つの加熱体の１つの電極棒である。

前記真空焼結炉はさらに、複数のＴｈｃ熱電対９、複数のＰＩＤコントローラおよび複数のパワーコントローラを含み、この場合、熱電対、ＰＩＤコントローラ、パワーコントローラ、単相変圧器および加熱体の数が対応している。ｋ番目の加熱体に対しては、前記熱電対は前記ＰＩＤコントローラのＰＶ入力端子に接続されて、前記ｋ番目の加熱体に対応した前記密閉ボックスのｋ番目の被加熱領域の温度測定値を前記ＰＩＤコントローラに伝送し、前記ＰＩＤコントローラの制御出力端子が前記パワーコントローラの制御入力端子に接続され、前記パワーコントローラの出力端子が前記ｋ番目の加熱体に対応した単相変圧器の入力端子に接続されて、前記ｋ番目の加熱体に対応した単相変圧器の出力パワーを調整することで、前記ｋ番目の加熱体による前記ｋ番目の被加熱領域への加熱温度を調整する。ｋ番目の加熱体とは、加熱装置におけるいずれかの加熱体である。

具体的には、加熱装置５の構造は図４に示されており、図４は本発明の真空焼結炉における加熱装置の構造模式図である。従来の炉型で生じる温度偏差が前、中、後、上、下の６つの領域では大きいため、真空焼結炉を６つの領域に分けて加熱制御を行える。図４には、３組の加熱体群を例にしており、Ａ１は第１加熱体群における一番目の加熱体の第１電極棒であり、Ｂ１は第１加熱体群における一番目の加熱体の第２電極棒であり、Ａ４は第１加熱体群における二番目の加熱体の第１電極棒であり、Ｂ４は第１加熱体群における二番目の加熱体の第２電極棒であり、Ａ２は第２加熱体群における一番目の加熱体の第１電極棒であり、Ｂ２は第２加熱体群における一番目の加熱体の第２電極棒であり、Ａ５は第２加熱体群における二番目の加熱体の第１電極棒であり、Ｂ５は第２加熱体群における二番目の加熱体の第２電極棒であり、Ａ３は第３加熱体群における一番目の加熱体の第１電極棒であり、Ｂ３は第３加熱体群における一番目の加熱体の第２電極棒であり、Ａ６は第３加熱体群における二番目の加熱体の第１電極棒であり、Ｂ６は第３加熱体群における二番目の加熱体の第２電極棒である。以上の加熱体群は、炉内の密閉ボックスを６つの領域に分けて加熱温度制御を行い、第１加熱体群の第１加熱体は密閉ボックスの上部について加熱と温度制御を行い、第１加熱体群の第２加熱体は密閉ボックスの下部について加熱と温度制御を行う。同様に、第２、第３加熱体群は、密閉ボックスの対応領域について加熱と温度制御を行い、このように、前、中、後、上、下の６つの領域に分けて別々に温度制御を行うことによって、炉内の温度均一性が実現される。

勿論、炉型が大きくなればなるほど、その区域の設計が増えて、それに対応して、加熱体群の数も増える。また、たとえば、脱脂口の位置での熱損失が大きく、気流が旋回する傾向があり、それによって脱脂口での製品のサイズが大きくなったり、灰色の外観となったりするような欠陥などの問題が発生し、この場合、独立した加熱体を設計して領域加熱をすることができる。それに対して、炉型が小さい場合は、領域を適切に減らして加熱と温度制御を行うことができる。

図５は本発明の真空焼結炉における加熱装置の複数の加熱体群の回路模式図である。図５に示されるように、６つの単相変圧器から電力を供給し、対応するパワーコントローラで加熱パワーを制御し、各被加熱領域ごとに実際温度（ＰＶ値）をＰＩＤにフィードバックする熱電対Ｔｈｃを設け、ＰＩＤにより現在設定温度（ＳＶ値）に従ってＭＶ値を計算してパワーコントローラに出力し、それによって、ＰＶ値が現在設定されているＳＶ値に限りなく近づくようにパワーコントローラの出力パワーを調整する。

本発明に係る一実施形態は以下のとおりである。

出荷前に炉体をデバッグする必要があり、その中でも、温度分布は必要とされるテスト項目である。

たとえば、炉内設定温度が８００℃の場合、図６に示すように、炉内の６個の異なる点の位置でセンサにより温度を検出し、図６は本発明の実施形態に係る炉内温度検出点の分布模式図であり、黒い点は検出点を示し、各検出点で検出された温度は以下のとおりである。
点１は８００℃、点２は８１０℃、点３は７９５℃、点４は８００℃、点５は８０５℃、点６は７９０℃である。

この場合、点１は８００℃、点６は７９０℃である。

このとき、上下の２つの領域に分けた温度制御設計を採用した場合、すなわち、２つの発熱体で加熱する場合は、点１と点６が共に下部領域にあるため、別々に温度制御を調整することができない。

このとき、６つの領域に分けた温度制御の設計を採用した場合、すなわち、６つの加熱体で加熱する場合、各領域の熱電対は検出された実際温度（ＰＶ値）をＰＩＤにフィードバックし、ＰＩＤはそれを設定温度（ＳＶ値）と比較する。点３と点６がある領域の温度が８００℃より低いと検出した場合、その領域のみについて加熱パワーを上げ、この領域の温度（ＰＶ値）をＳＶ値まで向上させ、点２と点５がある領域の温度が８００℃を超えると検出した場合、その領域のみについて加熱パワーを下げ、この領域の温度（ＰＶ値）をＳＶ値まで低下させる。炉内の異なる領域の温度は、炉内の異なる領域の温度を別々に監視することによって独立して制御される。それにより、温度均一性が最適な効果となる。

前記のとおり、炉体の容積が同じである場合、独立して温度制御を行う領域が多いほど、炉内の温度均一性が良くなる。

以下、従来技術との相違点を比較しながら、本発明の有益な効果を説明する。
従来技術では、単一領域加熱が一般的である。温度分布の均一性に影響を及ぼす要因は以下のとおりである。
１．設計：たとえば、炉体の体積の大きさ：体積が大きくなるほど、温度均一性は悪くなる。炉体での接続口の位置：たとえば、ポンプポートでの熱損失が大きく、あるいは、どこかにクーラーが設置されるため、熱損失が大きくなる。
２．断熱材自体の断熱均一性の差異。
３．加熱の均一性：発熱体自体の抵抗にも均一性の差異が存在し、たとえば、グラファイト部材では、同じ材料であっても、必ずしも同じ抵抗値を有するとは限らない。
４．各領域での気流による影響や気流の流動方向：たとえば、高温の気体が上向きに流れるため、一般的に上部の温度が下部の温度より高い。

従来技術では、温度均一性は以下の点によって維持される。
１．断熱性能を高めるために、断熱材として輸入された高級材料を用いる。
２．発熱材の抵抗を調整し、たとえば、前後の温度差が大きい場合、前後の抵抗値を調整する。（設計された発熱材の形状に応じて調整する必要があるため、調整はより困難である）
３．炉型を小型化させる。すなわち、加熱範囲を減らすことによって温度均一性を改善する。

結論：
上記方法により、従来の小炉型の温度均一性は＜±５℃、大型真空炉の温度均一性は＜±１０℃に制御することができる。しかしながら、上記方法はコストが高く、調整が困難であるため、温度均一性を確保するには、新しい温度制御方法が期待される。

本発明は、以下のとおりである。
１．マルチ領域温度制御を通じて、各領域の温度均一性を実現する。
２．異なるＳＶ値を設定し、各領域の温度均一性をＰＩＤにより別々に調整して制御する。
３．構造がシンプルであるため、領域を容易に追加でき、たとえば、元炉の炉型には２つの領域があるが、炉型が長くなると、４つの領域に設計できる。
４．発熱体の面積が大きく、たとえば、Ｓ字型に設計されることによって、発熱面積を増大させて、密閉ボックスの昇温速度を加速させ、そして均一な温度を有する。
５．発熱体は、断面積が小さくて薄く、コンパクトに設計されているため、有効利用スペースが大きくなる。

効果：
１．一般的な断熱材を使用して各領域の温度偏差の欠陥を補うことによって、断熱材自体に存在する温度偏差の欠陥を補うことができる。（断熱材に対する要求が低下する）
２．従来のように抵抗を調整することで温度差を調整すると、調整が困難である。そして、各炉の温度差が異なるので、調整が不便である。（温度差を調整することで温度差を調整する必要はない）
３．大体積の炉型でも、温度均一性が実現でき、温度均一性は＜±５℃に制御することができる。
４．同体積の炉でも、異なる領域間の温度差が大幅に減少される。（同体積の炉では、独立して温度制御がされる領域が多くなればなるほど、炉内の空間内の温度はより均一になる）
５．動的温度応答が良好である。
６．低温領域と高温領域の違いについて、一致に調整できる。
７．全炉の収量が増加し、すなわち生産量が増加する。一部の領域の温度偏差により製品のサイズ、炭素含有量、外観、および密度が標準に達しないという従来の問題を解決する。
８．発熱体が大きな面積を有するため、温度放射がより均一である。
９．昇温速度を上げ、加熱プロセスに要する時間を短縮させて、コストを削減させる。
１０．加圧炉の炉型では、内部の気体には明らかな対流を有するため、領域間で著しい温度差を生じさせる。

上記実施例は、単に本発明を説明する目的で提供されており、本発明の範囲を限定することを意図していない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われる様々な等価の置換および修正は、いずれも本発明の範囲によって包含される。

Claims

加熱体であって、
前記加熱体は角柱体の３つの隣接側面を構成し、第１加熱構造と第２加熱構造を含み、前記第１加熱構造は第１電極棒、複数の第１加熱部材および複数の第１隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第１加熱部材は１つの前記第１隅部接続部材を介して接続され、前記第１隅部接続部材が前記角柱体の側稜位置に位置し、前記第１加熱部材が前記角柱体の側面位置に位置し、前記第１電極棒の電流出力端子が前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第１電極棒の電流入力端子が単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、
前記第２加熱構造は、第２電極棒、複数の第２加熱部材および複数の第２隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第２加熱部材は１つの前記第２隅部接続部材を介して接続され、前記第２隅部接続部材が前記角柱体の側稜位置に位置し、前記第２加熱部材が前記角柱体の側面位置に位置し、前記第２電極棒の電流入力端子が前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流出力端子が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続され、
前記第１加熱構造の末端における第１加熱部材と前記第２加熱構造の末端における第２加熱部材は長尺状接続部材を介して接続され、前記単相変圧器、前記第１加熱構造および前記第２加熱構造により電流ループが構成される
ことを特徴とする加熱体。
前記単相変圧器の入力端子がパワーコントローラの出力端子に接続され、前記パワーコントローラの制御入力端子がＰＩＤコントローラの制御出力端子に接続され、前記ＰＩＤのＰＶ入力端子が被加熱物体の領域内に設置された熱電対に接続され、前記熱電対は前記加熱体に対応した被加熱物体の温度測定値を前記ＰＩＤコントローラに伝送し、前記ＰＩＤコントローラは前記パワーコントローラの出力パワーを制御することで前記単相変圧器の出力パワーを制御して、前記加熱体の加熱温度を調整する
請求項１に記載の加熱体。
前記第１電極棒の電流出力端子は、ネジが設けられており、ナットにより前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流入力端子は、ネジが設けらており、ナットにより前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続される
請求項１に記載の加熱体。
前記第１加熱部材と前記第２加熱部材はいずれも内部が中空、縁部が曲線状となる板状構造である
請求項１に記載の加熱体。
前記第１加熱部材と前記第２加熱部材はいずれも内部が中空の長方形板状構造である
請求項１に記載の加熱体。
マルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉であって、
密閉ボックス、加熱装置および断熱筒体を含み、前記密閉ボックスは角柱形、前記断熱筒体は円柱形または角柱形であり、前記加熱装置は、前記断熱筒体と前記密閉ボックスの間に設置され、前記密閉ボックスの外部に均等に分布して前記密閉ボックスの複数の領域を加熱する複数の加熱体群を含み、
前記加熱体群はそれぞれ同じ構造を有し且つ前記密閉ボックスの側面を上下に囲んでいる２つの加熱体を含み、前記加熱体は、前記密閉ボックスの３つの隣接側面に分布しており、第１加熱構造と第２加熱構造を含み、前記第１加熱構造の先端が単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、前記第２加熱構造の先端が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続され、前記第１加熱構造の末端と前記第２加熱構造の末端は長尺状接続部材を介して接続され、前記単相変圧器、前記第１加熱構造および前記第２加熱構造により電流ループが構成される
ことを特徴とするマルチ領域温度制御が可能な真空焼結炉。
前記第１加熱構造は、第１電極棒、複数の第１加熱部材および複数の第１隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第１加熱部材は１つの前記第１隅部接続部材を介して接続され、前記第１隅部接続部材が前記角柱形の密閉ボックスの側稜位置に位置し、前記第１加熱部材が前記角柱形の密閉ボックスの側面位置に位置し、前記第１電極棒の電流出力端子が前記第１加熱構造の先端における第１加熱部材に接続され、前記第１電極棒の電流入力端子が前記単相変圧器の出力端子の第１端に接続され、
前記第２加熱構造は、第２電極棒、複数の第２加熱部材および複数の第２隅部接続部材を含み、隣接する２つの前記第２加熱部材は１つの前記第２隅部接続部材を介して接続され、前記第２隅部接続部材が前記角柱形の密閉ボックスの側稜位置に位置し、前記第２加熱部材が前記角柱形の密閉ボックスの側面位置に位置し、前記第２電極棒の電流入力端子が前記第２加熱構造の先端における第２加熱部材に接続され、前記第２電極棒の電流出力端子が前記単相変圧器の出力端子の第２端に接続される
請求項６に記載の真空焼結炉。
前記真空焼結炉はさらに、複数の熱電対、複数のＰＩＤコントローラおよび複数のパワーコントローラを含み、ｋ番目の加熱体に対しては、前記熱電対が前記ＰＩＤコントローラのＰＶ入力端子に接続されて、前記ｋ番目の加熱体に対応した前記密閉ボックスのｋ番目の被加熱領域の温度測定値を前記ＰＩＤコントローラに伝送し、前記ＰＩＤコントローラの制御出力端子が前記パワーコントローラの制御入力端子に接続され、前記パワーコントローラの出力端子が前記ｋ番目の加熱体に対応した前記単相変圧器の入力端子に接続されて、前記単相変圧器の出力パワーを調整することで、前記ｋ番目の加熱体による前記ｋ番目の被加熱領域への加熱温度を調整する
請求項６に記載の真空焼結炉。
前記真空焼結炉の複数の領域を加熱するために、前記加熱体群の数が１より大きい
請求項６に記載の真空焼結炉。
前記真空焼結炉はさらに、前記加熱装置と前記真空焼結炉内におけるほかの部品とを離間させるための絶縁材料を含む
請求項６に記載の真空焼結炉。