JP4102239B2 - 内壁面に発熱体を備えた炉 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、 MoSi2 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(MoSi2)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MoSi2を主成分(MoSi2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MoSi2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、MoSi2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、MoSi2製発熱体、特に端子部の保持構造を改善することにより、MoSi2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.MoSi2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有し、前記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内壁面に発熱体を備えた炉
2.MoSi2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有し、アルミナ管が断熱性炉壁の内側壁よりも外側に位置する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
3.アルミナ管が断熱性炉壁の内側壁よりも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記載の内壁面に発熱体を備えた炉
4.アルミナ管の内径とMoSi2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1〜3のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉
5.アルミナ管の内径とMoSi2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4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6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、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、 MoSi2 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MoSi2 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 MoSi2 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(Al2O3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、 MoSi2 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、MoSi2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)
- MoSi2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有し、前記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内壁面に発熱体を備えた炉。
- MoSi2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有し、アルミナ管が断熱性炉壁の内側壁よりも外側に位置する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。
- アルミナ管が断熱性炉壁の内側壁よりも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記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
- アルミナ管の内径とMoSi2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1〜3のいずれかに記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
- アルミナ管の内径とMoSi2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4記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
- 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。
- 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6記載の内壁面に発熱体を備えた炉。
- 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。
- 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。
- 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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