JPH0123113Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は熱間静水圧プレス装置の如き高圧ガス
雰囲気下で物品を高温処理する装置における測温
部材の取付態様の改良構成に関するものである。

（従来技術とその問題点） 焼結炉など高圧ガス雰囲気下で物品を高温処理
する装置は従来、焼結、高密度化処理などに利用
されているが、とりわけ熱間静水圧プレス（以
下、HIPと略記する）処理は500〜3000気圧のガ
ス圧と高温の相乗効果により粉末材料を高密度に
焼結したり、鋳造部材や通常焼結品中に含まれる
空孔を圧潰し、真密度化する技術として工業的に
使用されている。特に近年になりセラミツクスを
機能材料として利用しようという試みが進められ
ており、この目的にHIP処理は有力な手段とされ
ており、なかでも耐熱エンジニアリングセラミツ
クとしての窒化ケイ素や炭化ケイ素の高強度化、
高信頼性付与にHIP処理は不可欠とされている。

しかして、かかる用途に利用されるHIP装置の
本体圧力容器部分は第１図に図示するように高圧
シリンダ１とその上下開口部を密封する上蓋２及
び下蓋３によつて構成される高圧容器と、該高圧
容器内に設けられ、下蓋３上に一体に取り付けら
れた支持台６上に載置された被処理体Ｍ加熱用の
加熱装置５と、該加熱装置５の外側に設けられ、
加熱装置５から発生する熱により圧力容器の温度
が上昇するのを抑止する断熱層４とからなつてお
り、図示していないが被処理体Ｍまわりの雰囲気
の温度を検知し、加熱電力を制御するための測温
部材が付設されている。

そして、通常の工業用装置では、運転操業時に
下蓋に載置された被処理体を下蓋と共に下方から
出し入れする方式すなわち断熱層、加熱装置、測
温部材などは、上蓋または二重に構成された下蓋
の外蓋に固定する方式が多用されている。これら
装置は、被処理体のハンドリングが、加熱装置や
測温部材など繊細な部材に触れることなしに実施
可能であるため、被処理体ハンドリング時にこれ
らを損傷することが少ないという利点があり、工
業用として重宝されている。

ところで、これら工業用装置では測温部材は加
熱装置の内側または加熱装置と同一円筒面上に配
置され、加熱装置の構造部材に固定されており、
測温部材としては、通常、熱電対が使用されてい
るが、この寿命は、測温の信頼性をも考慮する
と、加熱装置の寿命の1/100〜1/10である。この
ため、測温部材の交換頻度はかなり高く、交換の
際には、加熱装置と共に高圧容器外に取り出さ
れ、交換されることになる。この作業は極めて時
間が掛ることであり、しかも熱電対交換の際に加
熱装置を損傷することが多いなどの欠点があり、
従来装置の１つの問題点となつている。とくに前
述の窒化ケイ素や炭化ケイ素を処理するための
HIP装置では1600〜2100℃の高温が必要であり、
加熱装置の材料には極めて脆い材料である黒鉛が
多用されているばかりか、測温用のタングステ
ン・レニウム系熱電対は通常、0.5mmの線径であ
ることからその寿命が数回〜数10回と短かく工業
的な利用の大きな障害となつていた。

（考案の目的） 本考案は上述の如き実状に鑑み、その欠点を排
除することを課題とし、測温部材の交換を加熱装
置を高圧容器から取り出すことなく実施可能とす
ることにより交換作業時間を短かく、かつ加熱装
置の破損事故を防止することを目的とするもので
ある。

（考案の構成） しかして上記目的を達成するための本考案の特
徴とするところは、被処理体を下蓋と共に高圧容
器の下方から出し入れする前記HIP装置の如き高
圧ガス雰囲気下で物品を高温処理する装置におい
て、下蓋を被処理体を載置する内蓋と、断熱層、
加熱装置および保護管に収容され、測温個所まで
延びる熱電対素線を含む測温部材ならびに前記熱
電対素線と接続、切り離し自在に設けられた熱電
対リード部を支持するリング状の外蓋にて構成
し、前記内蓋と外蓋とを嵌合、分離可能となすと
共に前記測温部材の下端部を内蓋の上方まで半径
方向にスライド可能に支持部材に取り付け、内蓋
を外蓋から分離し、前記測温部材を内蓋の上方ま
でスライドさせ、前記熱電対素線と熱電対リード
部とを切り離し測温部材を下方へ抜き出せるよう
になした点にある。

ここで熱電対素線は通常、タングステンおよ
び／またはタングステンレニウム合金からなり、
その線径は0.7〜2.5mmとし、300℃以下の低温部
で線径0.6mm以下の同組成の熱電対素線または補
償導線に接続する。

又、保護管はその内部に熱電対素線と、酸化物
又は窒化物絶縁管が組み込まれるが、前記熱電対
素線、絶縁管は１組に限らず、２組以上組み込む
ことも可能である。

（実施例） 以下、添付図面を参照しつつ更に本考案の実施
例を詳説する。

第２図、第３図は本考案の１例に係るHIP装置
の要部概要図であり、第２図はHIP装置の運転時
を、又、第３図は第２図装置の測温部材交換時の
状態を示す。

第２図において高圧容器は第１図同様、高圧シ
リンダ１、上蓋２、下蓋３、更に図示していない
が上下の蓋に作用する圧力を支えるプレス枠体か
ら構成されており、特に下蓋３は下蓋内蓋３ａと
リング状の下蓋外蓋３ｂに分割され、高圧容器内
部には均熱制御を実現するための上段および下段
の加熱装置５，５が、下蓋内蓋３ａ上に支持台６
を介して載置された被処理体Ｍを囲むように配置
されている。そして、上記加熱装置５，５の外側
には断熱層４が配設されており、一方、内側には
炉室７内雰囲気温度を検知し、加熱電力を制御す
るための測温部材を構成する熱電対素線１１が熱
電対保護管９内に収設され、断熱層４に一体に取
り付けられた熱電対支持材１０に支持されて立設
されていて熱電対リード線１２を介し外部にとり
出されている。

なお、図中の８は圧媒ガスの出入口であり、１
３は加熱装置用のリード線である。

しかして上記の構成において加熱装置５，５及
びそのリード線１３と、断熱層４と、熱電対素線
１１を含む熱電対保護管９、熱電対支持材１０熱
電対リード線１２からなる測温部材はリング状の
下蓋外蓋３ｂ上に固定されており、被処理体Ｍの
出し入れは下蓋内蓋３ａのみを下方から上下させ
て行なうようになつている。

又、加熱装置に加熱電力を供給するためのリー
ド線１３および測温部材としての熱電対の熱起電
力をとり出すためのリード線１２は図示していな
いが、下蓋外蓋３ｂに設けられた電気絶縁圧力シ
ール構造を介して高圧容器外に導き出されてい
る。

更に測温部材としての熱電対は前述した如く加
熱装置５，５の内側に配置されその下端部が熱電
対支持材１０により断熱層に固定されているがこ
の場合、後述するところから明らかであるが熱電
対下端部は高圧容器の半径方向にスライド可能な
熱電対支持材１０により断熱層４に固定された構
成となつている。

通常、リング状の前記下蓋外蓋の半径方向の厚
さは前記の電気絶縁圧力シール構造があるため薄
くするには限界があり、下蓋外蓋３ｂの内径は加
熱装置５，５の内径と略同じとなつており、下蓋
内蓋３ａを下方に下げた状態では熱電対の下端部
は下方から完全に見えない。しかしながら第３図
に図示するように下蓋内蓋を下げた状態で、前記
のスライドする熱電対支持材１０を内側に引き出
すことにより熱電対を固定している下端部を露出
させることができる。従つて、この状態で熱電対
素線１１と熱電対リード線１２を切り離し、熱電
対を下方に抜き取ることが可能となる。

第４図はかかる熱電対を用いた測温部材の構造
の１例を示す。同図より明らかなように熱電対
は、熱電対素線１１を絶縁管１４内に通し、これ
を上端が封じられた熱電対保護管９中に差し込ん
だ構造からなつており、保護管９の下端部は保護
管保持筒１８と共にスライド用長穴１５を有して
スライド可能に取り付けられる熱電対支持材１０
に固定される。このとき絶縁管１４の下端部は適
宜手段により保護管９又は熱電対支持材１０にク
ランプすることにより熱電対素線１１を通したま
ま下方に抜き出すことが可能となる。

なお、熱電対素線１１の冷接点側の端部即ち、
下端には差し込み式のコネクタのオス１６が取り
付けられており、熱電対支持材１０に固定された
メスのコネクタ１７を介して熱電対リード線１２
と接続される構成となつている。

ここで熱電対素線は、温度により、必らずしも
一様ではないが白金−白金ロジウム系、タングス
テン−タングステンレニウム系が使用できる。特
に1700℃以上の高温で使用する際には、線径0.7
〜2.5mmのタングステン−レニウム系熱電対を用
い、差し込み式コネクタに到るまでの300℃以下
の温度の部位にて線径0.5mm以下の同組成の熱電
対素線に繋ぎえることにより、寿命の向上と交換
作業の簡便化が可能となる。

第５図はかかる細径線繋ぎかえの態様を示す炉
構造下端部の詳細であり、前記保護管９が保護管
保持筒１８で保持されてスライド可能な熱電対支
持材１０に固定されていると共に絶縁管１４は絶
縁碍子１９を介して固定ナツト２０により固定さ
れ、太径の熱電対素線１１、正確には図の右方で
下方に引き出されたものはマイナス線であり、そ
の左上方にあるものはプラスの素線であるが、こ
れら素線１１が夫々圧着部材２１を介して細径の
補償導線２２に接続されてコネクタ（図示せず）
へ引き出される。そして熱電対支持材１０はヒー
タ固定用リング５′の下部においてスライドガイ
ド２３に沿つてスライド可能となつており、これ
にはストツパー２４が設けられている。

このような態様で前記熱電対素線の線径を0.7
〜2.5mmの太径とし、低温部で0.6mm以下の熱電対
素線に接線する理由としては熱電対の寿命は素線
の変質や変形によつて決まることが多く、熱起電
力が許容範囲を超えた場合や、変質、変形が過度
に進み、断線した場合が寿命に到達したものと考
えられる。

このうち、変質は雰囲気の汚染物質によるコン
タミネーシヨンや素線自体を構成する材料の極度
の粒成長などが原因となる。また変形については
外力や素線自体の重量によるクリープ変形が主た
る原因である。従つて線径を太くすることによつ
てこれらに起因する寿命を長くすることが可能で
ある。しかしHIP装置を始め高圧ガス雰囲気下で
物品を高温処理する装置の場合、むやみに線径を
太くすることは多段のヒータを制御するのに多数
の熱電対を必要とすることを併せ考えると、高圧
容器内容積の有効利用の観点から自から限界があ
る。しかも素線のハンドリングのし易さをも考慮
すると、0.2〜2.5mm位が最も好適と云える。

因に、通常使用されている0.5mmの熱電対と比
較してみると寿命としては0.7mmで約２倍、2.5mm
では約25倍が期待できる。

一方、前記低温部で0.6mm以下の素線に繋ぎか
えるのは太径の線では柔軟性が乏しく、コネクタ
等への配線が困難であることによる。また300℃
以下の低温部で繋ぎ換えるのは第５図に各部の温
度を表示しているが、断熱層４下端部の下の広い
空間の設けられる領域の温度が概略300℃以下で
あること、第２に300℃以下であれば耐熱性樹脂
（例えば商標名エコノール、ポリエーテルサルホ
ン等）を使用して繋ぎ換えることが可能であるこ
と、更に第３として補償導線に繋ぎ換える場合に
接線部で生じる余分な熱起電力による測温誤差が
大きくなることにもとづくものである。

なお、300℃という上限温度は一応の設定であ
り、PR熱電対の場合、特に補償導線に接続する
場合は100℃にすることが望ましく、もしそれ以
上であれば測温誤差の許容値を越えることが起
る。

次に前記絶縁管としては、アルミナ、ベリリア
などの酸化物セラミツクスや、窒化ケイ素、窒化
ホウ素などの窒化物セラミツクスが使用される。
とくに、窒素ガスを圧媒として使用する際には窒
化物セラミツクスを使用することが好ましい。保
護管としては、モリブデンなどの金属や、アルミ
ナ、窒化ホウ素などのセラミツクスおよびグラツ
シーカーボンなどの炭素材料が使用可能である。

なお、１本の保護管の中に前記の熱電対素線を
通した絶縁管を数組み挿入することにより、多点
測温の簡素化が可能となる。通常、加熱装置の段
数（ゾーン数）と同数の測温が必要であるので、
１本の保護管にこの段数分の熱電対を挿入するこ
とが、空間の有効利用の点から好ましい。また、
運転時の熱電対の断線事故に備え、更にもう１本
保護管を設け、同様に多数の熱電対を挿入するこ
とも、好ましい手段の１つである。

第６図及び第７図は本考案に係る前記測温部材
取付けの他の実施例を示す。炉室の高さが１ｍ以
上になると、第３図、第４図のように測温部材全
体を平行にスライドさせることは構造の安全性の
点から事実上、実施することが困難となる。そこ
で、このような場合には第６図に示すように保護
管９の上端部を保護管ガイド２５で支持し、保護
管９の下端部のみがスライドする構造が好まし
い。

このとき、必然的に保護管９が図の如く傾くの
で熱電対支持材１０′はスライドすると同時にこ
の傾斜に応じ回動することが必要となる。第７図
はかかる回動に適したヒンジ構造の例であり、熱
電対支持材１０′はヒンヂ２６によつて支着され
ていると共に傾斜用テーパ２７が形成され、スラ
イドガイド２８によつてスライドがなされるよう
に作られている。

しかし、勿論、これらの構成は同効の他の手段
をもつて代替することが出来ることは云うまでな
い。

かくして、本考案の構成により測温部材の交換
は、下蓋内蓋３ａをリング状外蓋３ｂから分離
し、前記測温部材を内蓋の上方までスライドさせ
ると共に熱電対素線１１と熱電対リード部とを切
り離せば、測温部材は容易に下方へ抜き出せるよ
うになり、加撚装置を高圧容器から取り出すこと
なく、測温部材の交換が可能となる。

（考案の効果） 本考案は以上の如く下蓋を内蓋とリング状外蓋
で構成し、外蓋に断熱層、加熱装置と測温部材及
び測温部材の熱電対素線と接続、切り離し可能に
設けられた熱電対リード部を支持させ、かつ前記
測温部材の下端部を内蓋の上方位置までスライド
可能に熱電対支持材に取り付けた構成からなるも
のであり、内蓋を外蓋から分離し、測温部材をス
ライドさせるだけで加熱装置に関係なく測温部材
を抜き出すことができるので熱電対など測温部材
の交換が非常に容易となり、日常の被処理体の出
し入れの際に簡便に実施が可能となつて熱電対交
換時間を大幅に短縮する顕著な効果を有する。即
ち従来、加熱装置と共に高圧容器外に出して熱電
対を交換するには２〜３時間を要し、場合によつ
ては交換のために操業を１日中止する必要があつ
たが、本考案により、この交換作業は５〜10分と
短時間で終えることが可能となつた。就中、窒化
ケイ素や炭化ケイ素の処理用のHIP装置に使用さ
れるタングステン−レニウム系熱電対の場合に
は、寿命が極めて短かいため、熱電対の交換回数
が多くならざるを得ず、本考案は、この窒化ケイ
素や炭化ケイ素用のHIP装置の工業的利用に寄与
するところが非常に大きい。

また、従来の装置では熱電対の交換時に、加熱
装置を破損するなどの事故がある程度避けられな
いものであつたが、本考案によれば、加熱装置に
触れることなく、熱電対の交換が可能であり、上
述の如き事故を防止することができる。

本考案はHIP装置を始めとし、焼結炉などそれ
と類似の構造を持つた他の各種高圧ガス雰囲気下
で物品を高温処理をする装置にも適用して同様の
効果を得ることできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はHIP装置の基本構成を示す断面図、第
２図は本考案を適用したHIP装置の運転状態時に
おける断面図、第３図は同第２図の装置の測温部
材交換時の状態を示す断面図、第４図は熱電対を
用いた本考案における測温部材の構造例を示す一
部切欠斜視図、第５図は本考案における炉構造下
端部の詳細を示す要部断面図、第６図は本考案に
係るHIP装置の他の実施例を示す測温部材交換状
態断面図、第７図は第６図における測温部材の構
造例を示す要部斜視図である。 １……高圧シリンダ、２……上蓋、３……下
蓋、３ａ……内蓋、３ｂ……外蓋、４……断熱
層、５……加熱装置、９……熱電対保護管、１
０，１０′……熱電対支持材、１１……熱電対素
線、１２……熱電対リード線、１４……絶縁管、
１５……スライド用長穴、１６，１７……差込み
式コネクタ、２２……補償導線、２３，２８……
スライドガイド、Ｍ……被処理体。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 高圧シリンダと、その上下開口部を密封する
   上蓋と下蓋からなる高圧容器内に断熱層と、そ
   の内側に加熱装置を配設し、かつ測温部材を有
   し、被処理体をそれを支持する下蓋と共に高圧
   容器の下方から出し入れする高圧ガス雰囲気下
   で物品を高温処理する装置において、前記下蓋
   を被処理体を支持する内蓋と、断熱層、加熱装
   置、保護管に収容され、測温個所まで延びる熱
   電対素線を含む測温部材および前記熱電対素線
   と接続、切り離し自在に設けられた熱電対リー
   ド部を支持するリング状外蓋にて構成し、前記
   内蓋と外蓋とを嵌合、分離可能となすと共に、
   前記測温部材の下端部を内蓋の上方位置まで高
   圧容器半径方向にスライド可能に熱電対支持材
   に取り付けたことを特徴とする高圧ガス雰囲気
   下で物品を高温処理する装置。 ２ 測温部材が熱電対素線、該熱電対素線を内部
   に通す絶縁管および上端を封じた保護管からな
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の高圧ガ
   ス雰囲気下で物品を高温処理する装置。 ３ 保護管が１組以上の熱電対素線および絶縁管
   からなるユニツトを組み込み収納する実用新案
   登録請求の範囲第１項又は２項記載の高圧ガス
   雰囲気下で物品を高温処理する装置。 ４ 熱電対素線が冷接点側の端部において差し込
   み方式のコネクタに接続されている実用新案登
   録請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の
   高圧ガス雰囲気下で物品を高温処理する装置。 ５ 熱電対素線がタングステンおよび／またはタ
   ングステン・レニウム合金である実用新案登録
   請求の範囲第１〜４項の何れかの項に記載の高
   圧ガス雰囲気下で物品を高温処理する装置。 ６ 熱電対素線が線径0.7〜2.5mmであり、300℃
   以下の低温部で線径0.6mm以下の同組成の熱電
   対素線または補償導線に接続される実用新案登
   録請求の範囲第１〜５項の何れかの項に記載の
   高圧ガス雰囲気下で物品を高温処理する装置。