JPH0445033Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、金属粉末、セラミツクス等を、高圧
ガス雰囲気等の特定雰囲気下に加熱焼結して成形
品を得る雰囲気焼結炉において、炉内温度測定構
造を改善したものに関する。

（従来の技術） 真空処理可能あるいは高圧ガス給排可能とされ
た炉体内に、金属あるいはセラミツクスの粉末材
料を定置し、前記特定の雰囲気下に加熱焼結加工
を行なう雰囲気焼結炉はいうまでもなく公知であ
り、例えばその１例として実公昭62−4872号公報
に開示されたものを挙げることができる。

即ち同号公報に開示されたものは、金属あるい
はセラミツクス粉末を、高圧不活性ガス雰囲気下
において加熱し、等方圧縮により高密度焼結を行
なう熱間静水圧プレス（HIPプレス）の１つであ
るが、以下第２図についてその概要を説示し、第
３，４図について本考案の対象とする測温部材の
従来構造を説示する。第２図において、焼結炉体
１は真空処理可能あるいは高圧ガスの給排可能と
された容器本体１ａと、これに着脱可能に密閉さ
れる容器蓋１ｂとから成り、炉体の中心部分には
被焼結材の載置台７と、同台７上に載置される被
焼結材の処理空間８を構成し、これを囲んで焼結
用熱源である通電ヒータ３、その外側に断熱層２
がそれぞれ配設されることによつて、被焼結材の
焼結加工が真空雰囲気あるいは高圧不活性ガス雰
囲気等のもとに行なわれることになる。このさい
炉体における内部温度測定のために、炉体内部に
測温部材を設ける必要があり、一般的には既知の
ように、温度センサーとしての熱電対５と、同熱
電対５を炉内雰囲気から保護するための保護管４
とによつて測温部材を形成し、これをスペースの
関係上、載置台７と通電ヒータ３の間、あるいは
載置台７に取付ける等して配設し、炉体外の温度
計６に連結して、炉内温度の測定を行なうように
している（上記した各部の詳細については先に例
示した実公昭62−4872号公報記載参照）。

第３図は熱電対５と、その汚染、損傷を防ぐた
めの保護管４とを示しているが、熱電対５として
は既知のように碍子形、シース形の何れでもよ
く、また保護管４は焼結温度、炉内雰囲気等の条
件から適宜選択可能であり、一般的には焼結温度
1500℃以下の温度域では金属材料、セラミツクス
材等を使用し、1500℃以上の場合は耐熱性が特に
必要であるため、専らセラミツクス材料を使用し
ていることも既知である。この種の雰囲気焼結炉
においては、第２図で示したように、その焼結炉
体１は円筒形であり、中心部に載置台７と被焼結
材の載置空間を残して、周辺に断熱層２と通電ヒ
ータ３を配設するため、測温部材の設置スペース
はヒータ３と載置台７との間に制限され、このた
め測温部材はどうしても通電ヒータ３に近接する
ことになる。このように通電ヒータ３と測温部材
とが近接することは、次の問題を生じる。即ち通
電ヒータ３への通電電流、電圧によつて生じるヒ
ータ周囲の電磁場の影響を、測温センサである熱
電対５が受けることになる。このような影響を受
けた場合、熱電対５の出力に変化が起こるため、
測温誤差を生じるのである。従つて精密な測温実
施のためには、通電ヒータ３の電磁場による影響
を排除するため、発生側であるヒータ３と被妨害
側である熱電対５との間に、既知の電磁シールド
構造を介在させることが必要である。即ち電位ゼ
ロの壁で発生側と被妨害側との空間を遮閉すれば
よい訳であるが、このさい1500℃以下の焼結温度
条件のものにおいては、先に述べたように金属材
料、セラミツクス材料による保護管４を用いるの
で、第３図において示した保護管４を金属製のも
のとすれば、同保護管４は熱電対５の保護効果と
同時に電磁シールド効果を持つことになつて支障
を生じない。しかしながら焼結温度が1500℃以上
のものにおいては、耐熱性の観点から保護管４と
してセラミツクス材料を用いるのが通例であるた
め、このセラミツクス製保護管４には、電磁シー
ルド効果を期待できないのである。

このため焼結温度1500℃以上の条件であるもの
において、熱電対５に対して電磁シールド構造を
付加するに当つては、第４図に示すように、熱電
対５をセラミツクス製の保護管４で保護するとと
もに、保護管４の外側に電磁シールド効果を持つ
電磁シールド管９に更に被覆させる二重管構造を
採用しているのである。この電磁シールド管９と
しては、耐熱性も必要であるため、タングステ
ン、モルブデン等の耐熱金属材料または炭素材料
を用いて形成するのである。

（考案が解決しようとする問題点） 上記した熱電対５を保護管４と電磁シールド管
９とによつて被覆する二重管構造を用いた測温部
材においては、次の点において大きな問題点があ
る。図示のように保護管４および電磁シールド管
９は、ともに一端を閉じた形状のものとされ、か
つ両管４，９の間には断熱空間１０が存在するた
め、熱電対５の熱応答性がきわめて鈍化する点で
ある。

このような熱応答性の悪さは、真実の温度が測
定できるまでに長時間を要し、炉内温度の迅速か
つ正確な把握を困難にするのみならず、第４図に
示すように、昇温過程において、予期せぬ炉内温
度のオーバーシユート現象が起るという欠点が生
じるのであり、かかるオーバシユート現象は、極
端な場合には焼結処理品が欠陥品となる可能性が
あるため、二重管構造による測温部材を用いるも
のにおいて、早急に解決が必要とされるのであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、上記の問題点を解決するため、かか
る二重管構造による測温部材において、その熱応
答性を電磁シールド効果を減殺することなく、敏
速化するようにしたものであり、具体的には、特
定雰囲気の生成可能とされた焼結炉体内に、断熱
部を介しかつ被焼結体の定置空間を残して、焼結
用熱源である通電ヒータ並びに炉内温度測定部材
として熱電対による測温部材を配設するものにお
いて、前記熱電対が保護管によつて覆われるとと
もに、該保護管の外表に電磁シールド材を被着す
ることにある。

（作用） 本考案の前記した技術的手段によれば、第１図
に示すように、熱電対５をセラミツクス材料によ
るかつ一端が閉じられた保護管４によつて覆うと
ともに、保護管４の外表全面に耐熱金属材料また
は炭素材料による電磁シールド層１８を一体に被
着することによつて、この熱電対５および保護管
４、電磁シールド層１８による測温部材を、先に
第２図において説示した雰囲気焼結炉内に、従来
と同様に設置した場合、第４図に示した従来の二
重管構造の測温部材、即ち熱電対５を保護管４で
覆い、更にこの保護管４を断熱空間１０を存して
電磁シールド管９で覆うものに対し、空間１０を
有しないことによつて、伝熱性を著しく良好化す
ることにより、熱電対５における熱応答性を大幅
に敏速化できることになる。これは次の理由によ
つて裏付けられる。今第４図に示した保護管４お
よび電磁シールド管９による二重管構造のものに
ついて、熱電対５に対する伝熱内容を調査してみ
ると、例えば保護管４を酸化アルミニウム製と
し、これに対し電磁シールド管９をグラフアイト
製とし、炉内雰囲気ガス（このガスは一端を閉じ
た電磁シールド管９内に当然流入して断熱空間１
０内を満たす）をアルゴンガスとした場合、その
熱伝導率は酸化アルミニウム15kcal／mhr℃、グ
ラフアイト100kcal／mhr℃に対し、アルゴンガ
スは５×10^-2kcal／mhr℃であり、保護管４およ
び電磁シールド管９側は比較的大きな熱伝導率を
持つため、伝熱に対する抵抗は余り大きくないに
反し、両管４，９間に介在する空間１０内のガス
における熱伝導率はきわめて小さく、このガスの
存在が熱電対５に対する伝熱を大きく阻害してい
るのである。本考案はこれに基いて第１図に示す
ように、保護管５の外表全面に亘つて電磁シール
ド材料を用いた電磁シールド層１８を一体に被着
して、前記空間１０を抹消することにより、熱電
対５に対する伝熱性を大きく良化し、かつ併せて
電磁シールド効果は前記シールド層１８により完
全に得られることになり、熱電対５における熱応
答性の鈍化という問題点の解決が得られ、電磁シ
ールドによる測温精度の向上、迅速的確な測温結
果の把握、またオーバルシユート現象の発生の低
減が可能となるのである。

（実施例） 本考案の適切な実施例を第１図について説示す
る。雰囲気焼結炉の構造としては、先に第２図で
説示した従来の雰囲気焼結炉と、測温部材を除く
外は全く同様であつて差支えなく、熱電対５も従
来の熱電対と全く同様である。この熱電対５の汚
染、損傷を防ぐための、一端が閉じられた保護管
４は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒
素硼素等のセラミツクス材料を用いることが適切
であり、同保護管４の外表全面に所要厚さに被着
される電磁シールド層１８の電磁シールド材料と
しては、タングステン、モリブデン等の耐熱金属
材料または炭素材料を用いることが適切とされ、
その被着一体化手段は自由に選択可能であり、ま
た被覆厚さは通電ヒータ３側の使用電源、電圧に
対応して適切に設定する。

このさい第４図に示した二重管４，９構造をそ
のままとし、電磁シールド管９にガス出入口を開
設し、同管内外におけるガス流動性を促進するこ
とにより、熱応答性を改善することも考えられる
が、これは使用ガスの高圧か低圧かによつて効果
が不同であり、ガス出入口の個数や開口面積の増
大によつて、放射による熱伝達を利用することに
より、上記欠点を是正できるとしても、電磁シー
ルド効果を減殺しないで、かかる出入口を設ける
ことは相当に難しい不安がある。これに対し本考
案の空間１０を抹消して電磁シールド層１８を設
ける手段は、上記の不安がなく、またその施工が
容易で簡単化され、かつ測温部材の径を大型化す
るおそれなく、電磁シールド効果を全く損なわな
い点において、有利かつ安定な効果が得られる。

（考案の効果） 本考案によれば、測温精度の向上のために、保
護管の他に電磁シールド管を必須とする二重管構
造の測温部材において生じる重大な問題点、即ち
これがために生じる熱電対の熱応答性低下を効果
的に改善し、熱電対の正確かつ敏速な熱応答性を
確保し、誤りのない測温結果が得られるととも
に、昇温時における炉内温度のオーバシユート現
象をも低減できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の要部縦断正面図、第２
図は雰囲気焼結炉１例の縦断正面図、第３図は従
来の一重管タイプ測温部材の要部縦断正面図、第
４図は同二重管タイプ測温部材の同正面図、第５
図はオーバシユート現象の説明グラフ図である。 １……炉体、２……断熱層、３……通電ヒー
タ、５……熱電対、４……保護管、１８……電磁
シールド層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 特定雰囲気の生成可能とされた焼結炉体内
   に、断熱部を介しかつ被焼結体の定置空間を残
   して、焼結用熱源である通電ヒータ並びに炉内
   温度測定部材として熱電対による測温部材を配
   設するものにおいて、前記熱電対が保護管によ
   つて覆われるとともに該保護管の外表に電磁シ
   ールド材を被着することを特徴とする雰囲気焼
   結炉。 (2) 保護管が酸化アルミニウム、酸化マグネシウ
   ム、窒化硼素等の耐熱セラミツクスから成る実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の雰囲気焼結
   炉。 (3) 電磁シールド材がタングステン、モリブデン
   等の耐熱金属材料または炭素材料から成る実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の雰囲気焼結
   炉。