JPH0455687A

JPH0455687A - Ｕ字形発熱体による抵抗炉

Info

Publication number: JPH0455687A
Application number: JP16482290A
Authority: JP
Inventors: Toru Katsumata; 徹勝亦; Katsutomo Takahashi; 高橋　克友
Original assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Current assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Priority date: 1990-06-23
Filing date: 1990-06-23
Publication date: 1992-02-24
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH0743224B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明はＵ字形発熱体による抵抗加熱炉（以下抵抗炉と
いう）に関し、とくに酸化物単結晶の育成等の処理・加
工に用いられる抵抗炉に関する。

【従来の技術】

高温を発生させる装置として、高周波誘導炉や輻射加熱
炉に比して簡単な構造の抵抗炉が産業用及び実験用に使
われている。第４図に井桁配置の棒状発熱体による抵抗
炉の一例を示す。棒状発熱体２１ａ、　２１ｂが耐火性
周壁３内の均熱管４の両側に間管と直交する平面上に平
行配置され、この平面から適宜隔てられた平面上の均熱
管４の両側に上記棒状発熱体２１ａ、　２１ｂとそれぞ
れ平行に棒状発熱体２３ａ、　２３ｂが配置され、同様
な間隔毎に棒状発熱体２５ａ、　２５ｂ等が平行配置さ
れる。これら平行棒状発熱体の対Ｚｌａ、２１ｂ；　Ｚ
３ａ、２３ｂ；　２５ａ、２５ｂの中間にこれらと直角
に棒状発熱体の対２２ａ、２２ｂ；　２４ａ、２４ｂ等
が均熱管４を挟んで平行配置される。第５Ａ図及ヒ第５
Ｂ図はその＠片恒の工面Ｍ乃バ怜に需癌ｔ−ヱれぞれ示
す。図示例における従来の棒状発熱体は例えばカーボン、Ｓ
ｉＣ，ＬａＣｒ０．、ＺｒＯ＊等の材料によって構成さ
れる。従来の抵抗炉においては、発熱体の形状や配置を
、所要の温度分布条件、使用される雰囲気、経済性等を
考慮して製作の都度設計しなければならなかった。

【発明が解決しようとする５題】カーボン類の場合を除き、上記棒状発熱体による抵抗炉
は高温の酸化性雰囲気中で使用できるという利点を有す
るものの、均熱管４の外周方向における熱源配置がいわ
ば点状の熱源となり一様でないために加熱効率が低いだ
けでなく周方向の温度分布が不均一となる傾向をもつと
いう欠点があった。また、均熱管４の長さ方向において
も、同様の理由により温度勾配の制御に不便であり、さ
らに作業員に対する安全確保のため棒状発熱体の突出部
を覆う耐熱性の絶縁カバー（図示せず）を必要とし大形
化する欠点も認められた。これらの欠点の一解決策として、本出願人の１名は特願
平１−２２４７０２号において、第６図に示すように棒
状発熱体２７ａ　−２７ｆを均熱管４の軸線５に対しね
じれ角度を以て取付ける構造を提案した。しかし、この
棒状発熱体ねじれ角度配置には、均熱管４の長さ方向に
おける炉温の完全な一様性が得られない点、及び炉構造
の単純性の点においてなお改良の余地が認められる。従って、本発明の目的は高温領域において炉の周方向及
び長さ方向の温度分布が一様であり且つ加熱効率及び安
全性に優れ小形化が容易である抵抗炉を提供するにある
。

【課題を解決するための手段】

第１Ａ図及び第１Ｂ図の実施例を参照するに、本発明の
抵抗炉３０に用いられるＵ字形発熱体１は、端の連結部
１０２　（第２図）で相互に結合された２本の平行脚部
１０１を有する。本発明は炉３０の軸線５と直交する所
定径りの炉内仮想円６に沿って複数のＵ字形発熱体１を
等間隔で適当に配置し各Ｕ字形発熱体１の平行脚部１０
１を前記軸線６と平行にしてなる構成を用いる。好まし
くは、各Ｕ字形発熱体１の各平行脚部１０１の自由端に
端子部２を形成し、すべてのＵ字形発熱体１の端子部２
を前記軸線６に直交する一平面上、例えば第３図の耐熱
性底壁１０と絶縁固定台１１との間に配置する。図示例では、垂直な炉３０内に同軸的に均熱管４を配置
しその中心軸線に相当する軸線５と直交する径りの仮想
円６に沿い、記号ＩＡＳＩＢ、　　・・・ｌＫ１１して
示される１２本のＵ字形発熱体１を垂直且つ等間隔で取
付ける。各Ｕ字形発熱体１の連結部１０２を上に、端子
部２を下にし、炉３０の耐熱性頂壁９、耐熱性底壁１０
、及び絶縁固定台１１によりＵ字形発熱体１を固定する
。しかし、Ｕ字形発熱体１の数及び固定方法は図示例に
限定されるものではない。Ｕ字形発熱体１に対する電気的接続は、炉３０内におけ
る各Ｕ字形発熱体１の発熱量が等しくなるように行なう
。例えば、各Ｕ字形発熱体１の抵抗値を等しくした上で
すべてのＵ字形発熱体１を第１図のように直列に接続す
る。抵抗値が等しい複Ｕ字形発熱体１ごとに等しい発熱
が得られることは当業者には明らかである。すべてのＵ
字形発熱体１の端子部２を第３図のように実質的１こ同
一平面上に配置し、それらを例えば制御回路７カ〜ら接
続ｉ８ａ、　ｓｂ、　　・・・、８ｍによって直列に接
続する手法は、炉３０の小形化のために有効であるのみ
でなく組立時の接続作業が簡単になる。しかし、Ｕ字形
発熱体１の電気的接続方法は図示例１こ限定されるもの
ではない。２本の平行脚部１０１を有するＵ字形発熱体１の使用は
、均熱管４の周囲におけるヒータの高密度化を容易にし
、しかも均熱管４に沿うＵ字形発熱体１の平行配置は、
炉の周壁からの突出部無しくこ実施できるので、作業員
に対する安全性を高める。また炉下部の底壁１０と固定台１１との間における端子
部２の接続は、接続作業を容易にすると共（こその安全
性を確保する。本発明の抵抗炉３０においては、均熱管４は必ずしも必
要ではない。仮想円６は抵抗炉３０内にある限定される
ものではなく、抵抗炉３０内の任意の軸線であれば足り
る。

【作用】

第１Ａ図及び第１Ｂ図の実施例において１２本のＵ字形
発熱体ＩＡ　−ＩＬが付勢されて発熱すると、均熱管４
の前記仮想円６に囲まれた部分は高温度に加熱され、し
かも複数のＵ字形発熱体１が均熱管４に近接し且つＵ字
形発熱体１相互は等間隔を以て均熱管４に臨んでいるの
で、炉３０の周方向の温度分布の一様性が向上する。ま
た、Ｕ字形発熱体１の平行脚部１０１は軸線５と平行に
配置されているので、軸方向、即ち炉３０の長さ方向の
温度分布の一様性も同様に向上する。この長さ方向の一
様性は、第４図の従来構造では必ずしも確保されず、上
記特願平１−２２４７０２号の第６図構造によっても炉
３０の全長に亘っては必ずしも充分に実現されなかった
ものである。さらに本発明による上記周方向及び長さ方向の両方向温
度分布−様性は、とくに大口径の均熱管４を使用する場
合に顕著な効果を奏する。には、炉３０の周方向におけるＵ字形発熱体１の密度を
高くすればよい。炉３０の長さ方向における高い温度分布−様性が上記の
ように確保されるので、同じ長さ方向に温度勾配か必要
な場合にも適切に対応することができる。即ち、Ｕ字形
発熱体１の一端又は中間部分に、所要の温度勾配に応じ
た断熱材を配置するか又は放熱機構を併設すればかなり
広範囲の温度勾配を正確に実現することができる。炉３０の一方の端末部分、とくに図示実施例の如くＵ字
形発熱体１を垂直配置した場合の炉下端部分を、炉高温
部分から熱的に遮断してこれを室温に保持すると共に開
放凹部を形成し、制御回路７（電源を含む）とＵ字形発
熱体１との接続をこの端末部分の開放凹部内で行なえば
、放熱による接点の過熱防止と絶縁構造物自体による感
電防止とによって充分な安全性が具備される。従って、
本発明によるＵ字形発熱体１の炉軸線と平行な配置は、
発熱体突出部に対する作業員保護を不要とするだけでな
くＵ字形発熱体と電源との接続部構造を簡単にできるの
で、従来の抵抗炉に比しコンパクト即ち小形である抵抗
炉を提供することができる。即ち、棒状発熱体を用いた第４図及び第６図の従来構造
では、単に炉長さ方向の温度勾配の制御が困難であるだ
けでなく発熱体の一部が炉の耐熱周壁から外部へ突出す
るので保護カバー（図示せず）が必要とムリ抵抗炉の大
形化が免れなかった。均熱管４を用いない場合であうでも、本発明による上記
炉周方向及び長さ方向の温度分布−様性の改善、炉長さ
方向温度勾配の制御の容易化、及び抵抗炉小形化が確保
されることは当業者には明らかである。従って、本発明の目的である「高温領域において炉の周
方向及び長さ方向の温度分布が−様であり且つ加熱効率
及び安全性に優れ小形化が容易である抵抗炉」の提供が
達成される。

【実施例】

第３図は、引上げ法による酸化物の育成等に適する本発
明の抵抗炉３０の実施例を示す。この種用途は炉長さ方
向の強い温度勾配を要求するので、抵抗炉上端に蓋部材
１５付の冷却部１６を設ける。均熱管１２内に置かれた
ルツボ１３の中の原料は、複数のＵ字形発熱体１によっ
て−様な周方向温度分布を維持しながら加熱・溶融され
、溶融原料１４となる。同様に周方向温度分布を以て加
熱された均熱管１２内の空気は上昇気流となり均熱管１
２の上端即ち冷却部１６へ一旦進入するが、ここで冷却
され重い低温空気となって均熱管１２内へ戻る。この戻り空気のため、均熱管１２内部及び溶融原料１４
も冷却されるが、この冷却効果と複数のＵ字形発熱体１
による−様な加熱効果との均衡によりルツボ１３内の溶
融原料１４は固化されることなく高温に保たれる。この
ようにして、単結晶育成に必要な炉長さ方向の温度勾配
が形成・維持される。とくに近年は単結晶の大形化の必要性が高く炉上端の冷
却部１６も大形化の傾向にあるので、本発明の抵抗炉３
０における複数のＵ字形発熱体１によるる。大きな温度勾配が求められる用例について説明したが、
温度勾配が僅かであるか又は不用である場合には、冷却
部１６を縮小又は省略することがで、いる。本発明で使われるＵ字形発熱体１の材料としては、耐熱
性及び耐酸化性が高くしかも市販されているＳｉＣ又は
Ｍｏ５ｉＯｚを用いることができる。　また他の材料例
えばＬａＣｒ０．又はＺｒ０ｚ等を使用することも可能
である。本発明の一特徴は、入手容易なＵ字形発熱体に
より高温用の抵抗炉を短期間に低コストで製作可能とす
ることにある。

【発明の効果】

以上説明したように本発明の抵抗炉は、炉の軸線と直交
する炉内仮想円に沿って複数のＵ字形発熱体を等間隔で
適当に配置し各Ｕ字形発熱体の平行脚部を前記軸線と平
行にするので、次の効果を奏する。（イ）抵抗炉の周方向の温度分布の一様性を改善するこ
とができる。（ロ）抵抗炉の軸線に沿った長さ方向の温度分布の一様
性を高めることができる。（ハ）発熱体がすべて炉壁内に収められ突出部がないの
で、安全性を高め且つコンパクトな構造とすることがで
きる。（ニ）発熱体の発熱部の全長が実質的に炉内空間に接す
るので、加熱効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は一実施例の図式的平面図及び図
式的縦断面図、第２図はＵ字形発熱体の説明図、第３図
は他の実施例の図式的縦断面図、第４図は従来の抵抗炉
の斜視図、第５Ａ図及び第５Ｂ図は第４図の抵抗炉の平
面図及び要部断面図、第６図は他の従来例の説明図であ
る。ＩＡ−ＩＬ・・・Ｕ字形発熱体、　２・・・端子部、　
３・・・耐熱性周壁、　４．１２・・・均熱管、５・・
・軸線、６・・・仮想円、　７・・・制御回路、　８ａ
−８ｍ−接続線、　９・・・耐熱性頂壁、　１０・・・
耐熱底壁、１１・・・絶縁固定台、　１３・・・ルツボ
、　１４・・・溶融原料、１５・・・蓋部材、　１６・
・・冷却部、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ
、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ２７ａ−２
７ｆ・・・棒状発熱体、　３０・・・抵抗炉、１０１・
・・平行脚部、　１０２・・・連結部。ム（川／

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉の軸線と直交する所定径の炉内仮想円に沿って
複数のＵ字形発熱体を等間隔で適当に配置し各Ｕ字形発
熱体の平行脚部を前記軸線と平行にしてなるＵ字形発熱
体による抵抗炉。
（２）請求項１記載の抵抗炉において、前記各Ｕ字形発
熱体の各平行脚部の自由端に端子部を形成し、すべての
Ｕ字形発熱体の端子部を前記軸線に直交する一平面上に
配置してなるＵ字形発熱体による抵抗炉。
（３）請求項１記載の抵抗炉において、前記各Ｕ字形発
熱体の材料をＳｉＣ、ＭｏＳｉＯ＿２、ＬａＣｒＯ＿３
、又はＺｒＯ＿２としてなる棒状発熱体を用いた抵抗炉
。
（４）請求項１記載の抵抗炉において、前記各Ｕ字形発
熱体の抵抗値をほぼ等しくし、前記各Ｕ字形発熱体の電
力が等しくなるように接続してなるＵ字形発熱体による
抵抗炉。