JPH07218145A

JPH07218145A - 加熱炉

Info

Publication number: JPH07218145A
Application number: JP1277994A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tanaka; 清次田中; Shunei Sekido; 俊英関戸
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】高温下での大幅な寿命延長を図ることのできる
抵抗発熱体２を備えたタンマン炉形式の加熱炉を提供す
る。【構成】加熱炉内部に、抵抗発熱体２の表面に融点が２
８００℃以上で、かつ、その熱膨張係数が発熱体材料と
同等以上２．０倍以下の高融点材料から成る被覆層３が
形成された発熱体１を設け、炉殻５と発熱体１との間を
シール手段１６、１７でシールしつつ、被覆層３の外周
面に不活性ガスを導入してその圧力が１kg／cm²・Ｇ以
上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲内で加圧する。この状態で
発熱体１内部で被加熱処理物Ｔを連続的に導入して加熱
処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、炭素繊維等の
被加熱処理物に対する加熱温度が２５００℃以上である
高温焼成用タンマン炉型式の加熱炉の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭素繊維等の炭素材料や、セラミ
ックス系材料等の各種工業用素材の焼成に用いられる高
温加熱炉として、抵抗炉、誘導炉、アーク炉、プラズマ
炉等の数多くの加熱炉が用いられているが、特に黒鉛を
抵抗発熱体とする抵抗炉であるタンマン炉型式の加熱炉
（以下、タンマン式加熱炉という。）は、その加熱手段
の構成が比較的簡単であるため、上記工業用素材の熱処
理用として広く使用されている。

【０００３】このタンマン式加熱炉を用いて少くとも２
０００℃以上の高温加熱を行うには、黒鉛から成る円筒
状の抵抗発熱体に電流を通じ、発生するジュール熱によ
り抵抗発熱体内部に静置または連続的に通過する被加熱
処理物を加熱、焼成するか、あるいは黒鉛から成る円筒
状のマッフルの外側に僅かな絶縁空間を隔てて、該マッ
フルを包囲する円筒状の抵抗発熱体に電流を通じ、該抵
抗発熱体より放射される輻射熱で前記マッフルを加熱す
ることにより、該マッフル内部に静置したるつぼに入れ
た被加熱処理物を加熱するのである。そしてこの加熱処
理は、通常、窒素やアルゴン等の不活性ガスにより大気
圧よりも若干高圧下もしくは減圧真空下で行われる。

【０００４】しかし、この黒鉛から成る抵抗発熱体は、
金属材料やセラミックス系材料の抵抗発熱体では実用に
供し得ない２０００〜３０００℃の高温領域において
も、溶融、分解などを起こさないので、抵抗発熱体とし
て十分その機能を発揮し、かつ比較的安価な材料ではあ
るが、前述の高温下で長時間使用すると徐々に減耗、劣
化するので、継続使用が困難となる欠点があった。

【０００５】すなわち、抵抗発熱体の減耗、劣化により
肉厚が薄くなると、その部分の電気抵抗が局部的に高く
なって加速度的に減耗が進行し、更には発熱密度の変化
に伴なう炉内の温度分布の変化をきたすため、焼成した
製品の品質安定に対する阻害要因となる。したがって、
抵抗発熱体は、経時的に新規なものと交換する必要があ
る。抵抗発熱体の交換作業は、安全上、炉を冷却した後
に行なう必要があるが、特に大型の加熱炉においては、
交換に冷却−解体−組立−再加熱といった一連の作業を
要し、これに多大の時間、労力を必要とするため、抵抗
発熱体の交換周期が短くなるほど単に抵抗発熱体の材料
費に止まらず、生産性を著しく阻害し、かつ焼成コスト
の増大をもたらすものであった。

【０００６】そこで、かかる問題を解決する手段とし
て、抵抗発熱体の外周部を不活性ガスで加圧して発熱体
炭素の蒸発を抑制する方法（特開平４−１６３３２１号
公報）あるいは、マッフルの外側に若干の絶縁空間を隔
てて抵抗発熱体を配設し、更に極く僅かの絶縁空間を隔
てて前記発熱体の外側を完全に覆う円筒状の黒鉛製保護
スリーブを配設する方法（実開昭６２−１４１１９８号
公報）が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平４−１６３３２１号公報提案の抵抗発熱体では、該
発熱体外周面への加圧が高くなるに従い当然、抵抗発熱
体内部への気体透過量が多くなるため、発熱体の電力消
費量が増え、更なる寿命延長が難しいという問題があ
る。

【０００８】また、実開昭６２−１４１１９８号公報提
案のタンマン型加熱炉においては、マッフルの外側に配
設された抵抗発熱体や保護スリーブが不活性ガスにより
大気圧よりも若干高圧に保たれているに過ぎない上に、
黒鉛製の保護スリーブや抵抗発熱体に蒸発抑制手段が施
されていないため、２５００℃以上の高温下では寿命が
短かいという問題がある。また、マッフルの外側に配設
された抵抗発熱体や保護スリーブを蒸発抑制のため不活
性ガスで１kg／cm²・Ｇ以上に加圧すると、電極と端
板、支持部材と端板部との隙間から不活性ガスの洩れが
発生するという欠点がある。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、抵抗発熱体表面からの黒鉛の蒸発、減耗と、抵抗
発熱体内部への気体透過量とを極力抑制すると共に、加
熱炉炉外への不活性ガス漏れを極力防止することによ
り、高温下での大幅な寿命延長を図ることのできる抵抗
発熱体を備えたタンマン炉形式の加熱炉を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加熱炉は、
上記課題を解決するため、黒鉛材から成る筒状の抵抗発
熱体と、該抵抗発熱体の外周上の空間を密閉状態に包囲
する炉殻とを備え、前記抵抗発熱体内部で被加熱処理物
を連続的に熱処理する加熱炉であって、（イ）前記抵抗
発熱体の外周面には、融点が２８００℃以上で、かつ、
その熱膨張係数が前記発熱体材料と同等以上２．０倍以
下の高融点材料から成る被覆層が形成され、（ロ）前記
炉殻には、該炉殻と前記被覆層との間に不活性ガスを流
入し、前記被覆層外周面を１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm
²・Ｇ以下の範囲内に加圧せしめる加圧手段が設けら
れ、（ハ）前記炉殻と前記抵抗発熱体との間には、前記
不活性ガスの炉外への洩れを防止するシール手段が設け
られていることを特徴とする。

【００１１】この場合、前記黒鉛材から成る筒状の発熱
体に代えて、黒鉛材から成る筒状のマッフルと、前記マ
ッフルの外周面上の空間の前記マッフルの長手方向に沿
って複数本が配設された、前記マッフルの外周面に輻射
熱を照射するための黒鉛材から成る発熱体と、前記発熱
体を包囲し、前記マッフルと同芯でその両端部が支持部
材で支持されている黒鉛材から成る外筒とを備えた発熱
部を設けてもよい。

【００１２】また、前記シール手段は、ゴムまたは金属
から成るＯリングで構成するのが好ましく、前記被覆層
は、実用性の観点から、Ｗ、Ｔａ、ＨｆＣ、ＴａＣ、Ｎ
ｂＣ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＳｉＣ、ＨｆＮ、Ｔａ
Ｎ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＨｆＢ₂、ＴａＢ₂、Ｎｂ
Ｂ₂、ＷＢ、ＴｉＢ₂及びＺｒＢ₂の中から選ばれた１
種類以上の高融点材料から形成されるのが好ましく、前
記加圧手段は、不活性ガス供給源とガス供給量調整用自
動弁と導入ノズルと圧力調節計とコントローラとで構成
されているのが好ましい。

【００１３】

【実施態様例】以下、本発明の加熱炉の一実施態様例を
図面に基づいて具体的に説明する。◎図１は、本発明に
係る加熱炉の一実施態様例の概略縦断面図である。図１
において、１は、内部を連続的に通過する糸条Ｔを加熱
するための長尺の発熱体であり、黒鉛から成る円筒状の
抵抗発熱体２と、その外周面に被覆された融点が２８０
０℃以上で、かつ、その熱膨張係数が抵抗発熱体と同等
以上２．０倍以下の高融点材料から成る被覆層３とで構
成されている。この被覆層３は、図示のように抵抗発熱
体２の両端部を除く部分の外径を細くした部分に形成さ
れている。被覆層３は、予め抵抗発熱体２の外周面の異
物等を除去すると同時に、素材表面を粗面化して被覆材
に対してアンカー効果をもたせるため、サンドブラスト
加工を施した後に皮膜として形成させるのが好ましい。
その表面粗さは、ＪＩＳＢ０６０１規定の中心線平
均粗さ（Ｒａ）が３〜１０μｍ、最大高さ（Ｒｍａｘ）
が５０μｍ以下の範囲に加工するのが好ましい。上記皮
膜形成は、例えば、空気雰囲気中または窒素やアルゴン
等の不活性ガス雰囲気中でプラズマ溶射によって、また
は３０〜３００Ｔｏｒｒの減圧下（不活性ガス雰囲気）
での減圧溶射によって形成することができる。膜厚は、
母材の素地が現れにくく、また、後述する不活性ガスを
通過しにくく抵抗発熱体炭素の蒸発抑制効果を向上させ
ると共に、剥離やクラックが生じるのを防止する観点か
ら、膜厚２０〜１０００μｍの範囲、より好ましくは５
０〜５００μｍの範囲にするのがよい。尚、溶射に用い
られる高融点金属粉末または高融点化合物粉末の粒度
は、特に限定されないが、１００μｍ以下で通常溶射に
用いられるものであればよい。

【００１４】発熱体１の両端開口部は、それぞれ封止材
６によって塞がれており、封止材６の略中心部には、糸
条Ｔを発熱体１内に導入・導出するための狭い内径の貫
通孔７が形成されている。また、発熱体１の両端部に
は、発熱体中心部よりもその断面積を大きくした端子部
１ａ、１ｂが形成されており、それぞれの端子部には材
質が例えば、窒化硼素成形体から成る絶縁部材８と、発
熱体１に電流を通電するための水冷電極９とが固定され
ている。

【００１５】４は、輻射熱を内部に反射させて均熱ゾー
ンを長くするために設けられた保護管であり、多数の通
気孔１１を有する円筒状に形成されている。５は、薄鋼
板製の炉殻であり、両端にフランジ部を有する円筒状に
形成されている。これら保護管４、炉殻５は、発熱体１
の外周面上の空間にいずれも発熱体と同芯状に三重管構
造に設けられている。上記絶縁部材８は、保護管４と炉
殻５とを発熱体１に対して電気絶縁状態に支持するもの
であり、この絶縁部材８によって発熱体１の外周面と保
護管４の内周面との間には間隙δ（外周空間）が形成さ
れている。上記水冷電極９は、図示しない低電圧大電流
の電源部に接続され、その電源部からの通電により、発
熱体１はジュール発熱し、断面積の小さい（抵抗の大き
い）中央部は約２５００〜３０００℃の高温になるよう
にされている。

【００１６】保護管４の外周面と炉殻５の内周面との間
隙部には、発熱体１を保温するための通気性を有する断
熱材１０が充填され、発熱体１からの発熱がその外径方
向へ逃げるのを極力防止している。この断熱材１０とし
ては、黒鉛質の粉末または粒状物を充填したものや、他
の軽量な断熱材、例えば黒鉛質のフェルト状物や黒鉛質
の成形材料を用いるのが好ましい。

【００１７】そして、炉殻５の外周面には、糸条Ｔ、発
熱体１および断熱材１０の酸化や劣化を防止するため、
図示しない不活性ガスＧの供給源と接続された不活性ガ
ス導入ノズル１２、ガス供給量調整用自動弁１５、圧力
計ノズル１３及び圧力の上限値、下限値が任意設定でき
る圧力調節計１４が設けられており、コントローラ２８
からの指示により圧力調節計１４の圧力値すなわち被覆
層外周面に対する圧力が常に１kg／cm²・Ｇ以上５kg／
cm²・Ｇ以下となるように自動弁１５の開度が自動調整
できるようになっている。被覆層外周面に対する圧力を
かかる圧力範囲にする理由は、次の通りである。すなわ
ち、一般の物質の蒸発速度は、ステファンの法則による
式：Ｄ∞Ｔ^1.5／Ｐより、発熱体蒸気の拡散係数Ｄに比
例し、この拡散係数Ｄは、発熱体１の温度Ｔの１．５乗
に比例し、発熱体１に加わる圧力Ｐに反比例するという
法則に基づき、本発明の目的である発熱体１の寿命をよ
り向上させるには、温度Ｔは加熱温度として一定の制約
を受けるため、圧力Ｐを上げることによって拡散係数Ｄ
すなわち抵抗発熱体２の蒸発速度を抑制するのである
が、かかる圧力が１kg／cm²・Ｇ未満では、その抑制効
果が小さく、一方５kg／cm²・Ｇを越えると発熱体１の
予期せぬ劣化減耗の進行により、運転中に万一発熱体１
が破断した場合、封止材６の貫通孔７から高温の不活性
ガスが炉外に一気に吹出す事故につながる恐れがある。
したがって上記圧力範囲が実用的に好ましい。本実施態
様例では、これら不活性ガス導入ノズル１２、圧力調節
計ノズル１３、圧力調節計１４、ガス供給量調整用自動
弁１５及びコントローラ２８で加圧手段を構成してい
る。

【００１８】炉殻５の両端面には、ゴムパッキン１６を
介して水冷電極９の一部が取り付けられており、更に水
冷電極９と端子部１ａ、１ｂとの間にはＯリング１７が
設けられている。これらにより導入ノズル１２から導入
された不活性ガスＧが炉外へ漏洩するのを防ぐ構造とな
っている。尚、不活性ガスＧとしては、アルゴンガス、
窒素ガスを用いることができる。

【００１９】次に、本実施態様例の作用を説明する。

【００２０】まず自動弁１５、導入ノズル１２から炉内
に不活性ガスＧが導入されると、ガスは断熱材１０を通
過し、保護管４の通気孔１１を通って、発熱体１の被覆
層３外周面に到達する。炉内雰囲気圧力がコントローラ
２８で設定した上記圧力範囲内の上限値に達すると自動
弁１５が閉じ、また、ゴムパッキン１６とＯリング１７
が不活性ガスの炉外洩れを防止するので、炉内圧力を一
定に保持する。次に予め貫通孔７から炉内に導入された
糸条Ｔを、図示しない引取手段で走行させつつ水冷電極
９に通電し、炉内温度を３０００℃程度に昇温する。こ
こで被覆層３では、発熱体１の内部圧力が大気圧に等し
いのであるから外周面から内周面方向への圧力がかかる
のであるが、被覆層３の材質として融点が２８００℃以
上で、かつ、その熱膨張係数が発熱体１と同等以上２．
０倍以下の高融点材料から構成されているので、発熱体
１からの蒸発速度は極めて抑制される。すなわち、２５
００℃以上の高温下では発熱体１を構成している黒鉛材
の蒸発（昇華）が起き、外周雰囲気中へと拡散していく
のであるが、被覆層３の熱膨張係数が発熱体１と同等以
上２．０倍以下の高融点材料から構成されているので、
被覆材である抵抗発熱体２と被覆層３間に剥離やクラッ
クが生じない。、また、被覆層３の外周面は不活性ガス
によって１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲
に加圧されるので、被覆層３を介して該被覆層３と一体
化された抵抗発熱体２の外周面にも圧力が加わり、抵抗
発熱体炭素の蒸発を抑制することができる。更に組織が
緻密な被覆層３で蒸発が強力に抑制されるため、その拡
散係数は抵抗発熱体２の単体品よりも更に低い値とな
る。

【００２１】長時間の熱処理により抵抗発熱体２を透過
した極少量のガスにより炉内圧力が圧力調節計１４で設
定した下限値に達すると直ちに自動弁１５が開き、導入
ノズル１２から不活性ガスＧを導入し、炉内圧力を復元
する。発熱体１の内部に漏洩した不活性ガスＧは、貫通
孔７から炉外に漏洩し、同時に外気が糸条Ｔに随伴され
て発熱体１内部に入り込むのを防止する。

【００２２】上記実施態様例においては、発熱体１は抵
抗発熱体２と被覆層３のみで構成したが、この態様に限
定されるものではなく被覆層３の外側に更に炭素繊維糸
条を複数回捲回された炭素繊維糸条層を形成してもよ
く、更に炭素繊維糸条層の外側にシート状黒鉛を捲回積
層したシート状黒鉛層を形成してもよい。また、保護管
４は、多数の通気孔１１を設けたが黒鉛材には気体透過
性があるため場合によっては単なる筒状の保護管であっ
てもよい。

【００２３】図２は、図１の加熱炉とは異なる実施態様
例の概略縦断面図、図３は、図２の加熱炉をＡ−Ａ′線
で切断した概略横断面図である。図２の炉が図１の炉と
異なる点は、筒状の発熱体１に代えてマッフル２０、発
熱体２１、外筒２２、支持部材２４で一体に構成される
発熱部２９を設けた点であり、その他の点は図１の炉と
ほぼ同様であり、図中同一部材は同一の符号を用いてい
る。

【００２４】すなわち、図２において２０は、内部を連
続的に通過する糸条Ｔを輻射熱で加熱するためのマッフ
ルで、黒鉛から成る筒状を呈し通電はされない。このマ
ッフル２０の外側には僅かに距離を隔てて黒鉛材から成
る抵抗発熱体２１がマッフル軸と直交して複数本配設さ
れ、抵抗発熱体２１の表面から放射される輻射熱で前記
マッフル２０が加熱されるようになっている。更に、中
心部よりも断面積が大きくなったマッフル２０の両端部
には、支持部材２４で支持された黒鉛製の外筒２２が設
けられている。これらマッフル２０、外筒２２、炉殻５
が同芯状に配置されて三重管構造になっている点は図１
の加熱炉と同様である。

【００２５】マッフル２０の両端部は、図１の炉と同
様、輻射熱による発熱を抑えるために中心部よりも断面
積が大きくなっており、筒状のホルダー２３がマッフル
２０の両端部で螺合されている。ホルダー２３の両開口
部は、それぞれ封止材６によって塞がれており、封止材
６の略中心部には、糸条Ｔをマッフル２０内に導入・導
出するための貫通孔７が形成されている。図３に示すよ
うに、抵抗発熱体２１は、マッフル２０を介して上下一
対のものが外筒２２と炉殻５とを貫通した状態で固定さ
れている。抵抗発熱体２１は、その両側が中心部よりも
断面積が大きく形成されており、それぞれの端子部２１
ａ，２１ｂには絶縁スリーブ２６が挿入され、断熱材１
０や外筒２２には電源部２７からの低電圧大電流が流れ
ない構造となっている。よって、端子部２１ａ、２１ｂ
は、電源部２７に接続され、この電源部２７からの通電
により抵抗発熱体２１がジュール発熱し、断面積の小さ
い（抵抗の大きい）中央部が約２５００〜３０００℃の
高温になるように構成されている。

【００２６】この実施態様例の炉においても図１の炉と
同様、炉内圧力は、１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ
以下の範囲に加圧されてようになっている。そして、炉
殻５の両端面にゴムパッキン１６を介して水冷支持金具
２５が、ホルダー２３との間には、Ｏリング１７が挿入
されており、Ｏリング１７によりマッフル２０と炉殻５
との間に充填・加圧された不活性ガスＧが炉外へ漏洩す
るのを防ぐ構造となっている。

【００２７】上記実施態様例においては、マッフル２０
の外周面には何ら図１の炉のような被覆層処理が施され
ていないが、勿論被覆してもよく、このようにすると不
活性ガスＧの炉外への漏洩量を減少さす上からも好まし
い。また、抵抗発熱体２１は、棒状のものとしたが、発
熱部の断面積と等しければ例えば円筒形状等であっても
よい。また、外筒２２は、両端開口の円筒状のものとし
たが、矩形であってもよい。尚、上記しない他の構成及
びこれに伴なう作用は、図１の炉と基本的に同様である
のでここでは詳しい説明は省略する。

【００２８】

【作用】請求項１の発明によれば、高融点材料から成る
被覆層は、抵抗発熱体の組織に比べ緻密であり、黒鉛材
から成る抵抗発熱体よりも気体透過量を著しく低下でき
るため、抵抗発熱体の蒸発速度を極めて遅くする作用が
働く。また、発熱体の外周部を加圧する不活性ガスが筒
状の発熱体内部へ漏洩する量をも減少する作用が働く。
更に、被覆層の外周面に不活性ガスを炉外に漏れないよ
うにシール手段で封止した状態でその圧力が１kg／cm²
・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲内に加圧するので、
発熱体材質の黒鉛の蒸発を遮断もしくは著しく抑制する
ことができ、黒鉛の蒸発による減耗劣化を防止もしくは
極力減少させる作用が働く。

【００２９】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明の作用に加えてマッフルを抵抗発熱体で輻射加熱し
マッフルには通電しないため、ホルダー部での発熱がな
く、ホルダーと水冷支持金具とのシール部でのトラブル
が激減する。

【００３０】請求項３の発明によれば、シール手段がゴ
ム又は金属から成るＯリングで構成されているので、水
冷電極と抵抗発熱体との間を効果的にシールする。

【００３１】請求項４の発明によれば、被覆層は緻密で
あるため、被覆層の外周面の加圧された雰囲気ガスが抵
抗発熱体やマッフルの外周面から内部へ漏洩するのを極
力減少させる作用が働く。

【００３２】

【実施例】実施例１図１に示した加熱炉において、抵抗発熱体２に内径３０
ｍｍ、外径５０ｍｍ（中央部の肉厚１０ｍｍ）、長さ１
２５０ｍｍの黒鉛製筒体を用い、その中央部（長さ６０
０ｍｍ）の外周面に、平均粒子径４０μｍのニオブカー
バイド（ＮｂＣ）を大気中でプラズマ溶射し、膜厚２０
０μｍの被覆層３を形成して発熱体１を構成した。そし
て、不活性ガスＧとしてアルゴンガスを用い、発熱体１
の外周面の圧力を１、２、３kg／cm²・Ｇの３水準につ
いて、発熱体の内部温度を３０００℃に昇温の後、発熱
体１に電流変動や破断等の異常が生じるまで連続運転し
た。尚、ゴムパッキン１６及びＯリング１７は、いずれ
もニトリルゴム製のものを用いた。また、３０００℃の
温度制御は、発熱体の内部長手方向中心位置にセットし
た図示しない黒鉛製小ブロックの表面温度を発熱体の軸
方向の端部（加熱炉外部）に設置した放射温度計（図示
せず）で測定し、電力制御した。

【００３３】かかる発熱体１の外周面加圧と発熱体の寿
命との関係をグラフ化にしたものが図４の○印データで
ある。

【００３４】このデータから明らかなように、被覆層３
がＮｂＣの発熱体１の外周面を１kg／ｃｍ²・Ｇに加圧
した場合は、１３８時間（約６日間）で寿命を迎えた。
また、この発熱体の外周面を２kg／cm²・Ｇ、３kg／cm
²・Ｇのそれぞれの圧力で加圧した場合には、各々２２
８時間（９．５日間）、３２１時間（約１３．５日間）
で寿命となり、概想した大気圧に比べ大幅な寿命延長と
なった。

【００３５】実施例２今度は図２の加熱炉において、マッフル２０に内径３０
ｍｍ、外径５０ｍｍ（中央部の肉厚１０ｍｍ）、長さ９
００ｍｍの黒鉛から成る円筒状のものをセットし、長さ
６５０ｍｍ隔っている支持部材２４間にマッフル２０の
外側で僅かに距離を隔てて黒鉛から成る直径２０ｍｍの
抵抗発熱体１４本をピッチ７５ｍｍでマッフルの上下に
各々７本配設した。その他は実施例１と同一条件で炉内
圧力を３水準で連続運転した。尚、ゴムパッキン１６及
びＯリング１７は、実施例１と同一材質のものを用い
た。

【００３６】この結果を示したのが図４の×印データで
あり、マッフルの外周面を１kg／cm²・Ｇ加圧した時に
は９２時間（約４日間）で寿命となった。また、マッフ
ルの外周面を２kg／cm²・Ｇ加圧では１８０時間（７．
５日間）で寿命を迎え、３kg／cm²・Ｇ加圧では２３８
時間（約１０日間）で寿命となった。

【００３７】尚、計３回連続運転を行ったが、マッフル
２０と螺合されているホルダー２３と水冷支持金具２５
とのシール部でのトラブルは１度も発生しなかった。

【００３８】実施例３図２に示した加熱炉において、実施例２で使用したと同
様の黒鉛から成る円筒状マッフル２０の中央部（長さ６
００ｍｍ）の外周部に、被覆層３として平均粒子径４０
μｍのニオブカーバイド（ＮｂＣ）を大気中でプラズマ
溶射し、膜厚２００μｍの被覆層を形成した他は実施例
２と同一条件で３水準変更し、連続運転した。

【００３９】この結果を示したのが図４の△印データで
あり、ＮｂＣ被覆マッフルの外周面を１kg／cm²・Ｇ加
圧した時には１５５時間（約６．５日間）で寿命を迎え
た。また、ＮｂＣ被覆層の外周面を２kg／cm²・Ｇ加圧
では２５３時間（１０．５日間）で寿命を迎え、３kg／
cm²・Ｇ加圧では３４５時間（約１４．５日間）で寿命
となり、実施例１よりも更に長時間加熱炉を運転するこ
とができた。

【００４０】比較例比較のため、図１の加熱炉において、抵抗発熱体１とし
て内径３０ｍｍ、外径５０ｍｍ（中央部の肉厚１０ｍ
ｍ）、長さ１２５０ｍｍの黒鉛製筒体の単体品を用いた
他は実施例１と同一の温度、雰囲気ガスで連続運転し
た。この抵抗発熱体１の外周面圧力を大気圧、３、４．
５kg／cm²・Ｇと３水準の圧力に変更して連続運転し
た。

【００４１】この結果を示したのが図４の●印データで
あり、大気圧では３７時間（１．５日間）で抵抗発熱体
の外周部付近がテーパ状に減耗して破断し、運転不可能
になった。一方、抵抗発熱体の外周面を加圧した場合、
３kg／cm²・Ｇ加圧では２８８時間（１２日間）で寿命
を迎え、４．５kg／cm²・Ｇ加圧では２５２時間（１
０．５日間）で寿命となった。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、黒鉛材から成る抵抗発熱体やマッフ
ルの外周面に高融点の金属および高融点化合物から成る
被覆層を設けると共に、被覆層の外周面に不活性ガスを
炉外に漏れないようにシール手段で封止した状態でその
圧力が１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲内
に加圧したので、発熱体材質の黒鉛の蒸発を遮断もしく
は著しく抑制することができ、黒鉛の蒸発による減耗劣
化を防止もしくは極力減少させることができる。請求項
２の発明によれば、上記発熱体に代えて、マッフル、発
熱体及び外筒から成る発熱部を設けたので、上記効果に
加えてマッフルおよびマッフルと螺合されているホルダ
ーは発熱がないため、該ホルダーと水冷支持金具とのシ
ールが容易な上、マッフルには通電がないため、マッフ
ルの両端部に取付けた支持部材が安価な黒鉛製でよく、
高価な絶縁部材が不要である。したがって、本発明の加
熱炉は２５００℃以上の高温下においても黒鉛材から成
る抵抗発熱体やマッフルの大幅な寿命延長を図ることが
できる上、抵抗発熱体やマッフルの内部は殆んど常圧で
あるため、封止材の貫通孔が十分大きくでき、貫通孔で
の毛羽詰まりによる糸切れ等の発生もない。

【００４３】請求項３の発明によれば、シール手段がゴ
ムまたは金属から成るＯリングで形成されているので、
シ−ル部からの不活性ガス漏れを完璧になくすことがで
きる。

【００４４】請求項４の発明によれば、被覆層は緻密で
あるため、被覆層の外周面の加圧された雰囲気ガスが抵
抗発熱体やマッフルの外周面から内部へ漏洩するのを極
力減少させることができ、不活性ガスの消費量が少なく
て済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加熱炉の一実施態様例の概略縦
断面図である。

【図２】本発明に係る他の加熱炉の一実施態様例の概
略縦断面図である。

【図３】図２の加熱炉のＡ−Ａ′線に沿う概略横断面
図である。

【図４】本発明の効果を説明する図である。

【符号の説明】

１…発熱体１ａ、１ｂ…端子部２…抵抗発熱体３…被覆層４…保護管５…炉殻６…封止材７…貫通孔８…絶縁部材９…水冷電極１０…断熱材１１…通気孔１２…導入ノズル１３…ノズル１４…圧力調節計１５…自動弁１６…ゴムパッキン１７…Ｏリング２０…マッフル２１…抵抗発熱体２１ａ、２１ｂ…端子部２２…外筒２３…ホルダー２４…支持部材２５…水冷支持金具２６…絶縁スリーブ２７…電源部２８…コントローラ２９…発熱部Ｔ…糸条 δ…間隙Ｇ…不活性ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｂ 3/40 Ａ 7512−3Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛材から成る筒状の抵抗発熱体と、該
抵抗発熱体の外周上の空間を密閉状態に包囲する炉殻と
を備え、前記抵抗発熱体内部で被加熱処理物を連続的に
熱処理する加熱炉であって、（イ）前記抵抗発熱体の外周面には、融点が２８００℃
以上で、かつ、その熱膨張係数が前記発熱体材料と同等
以上２．０倍以下の高融点材料から成る被覆層が形成さ
れ、（ロ）前記炉殻には、該炉殻と前記被覆層との間に不活
性ガスを流入し、前記被覆層外周面を１kg／cm²・Ｇ以
上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲内に加圧せしめる加圧手段
が設けられ、（ハ）前記炉殻と前記抵抗発熱体との間には、前記不活
性ガスの炉外への洩れを防止するシール手段が設けられ
ていることを特徴とする加熱炉。
【請求項２】前記黒鉛材から成る筒状の発熱体に代え
て、黒鉛材から成る筒状のマッフルと、前記マッフルの外周面上の空間の前記マッフルの長手方
向に沿って複数本が配設された、前記マッフルの外周面
に輻射熱を照射するための黒鉛材から成る発熱体と、前記発熱体を包囲し、前記マッフルと同芯でその両端部
が支持部材で支持されている黒鉛材から成る外筒とを備
えた発熱部が設けられていることを特徴とする請求項１
の加熱炉。
【請求項３】前記シール手段は、ゴムまたは金属から
成るＯリングで構成されていることを特徴とする請求項
１または２の加熱炉。
【請求項４】前記被覆層は、Ｗ、Ｔａ、ＨｆＣ、Ｔａ
Ｃ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＳｉＣ、ＨｆＮ、
ＴａＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＨｆＢ₂、ＴａＢ₂、
ＮｂＢ₂、ＷＢ、ＴｉＢ₂及びＺｒＢ₂の中から選ばれ
た１種類以上の高融点材料から形成されていることを特
徴とする請求項１、２または３の加熱炉。
【請求項５】前記加圧手段は、不活性ガス供給源とガ
ス供給量調整用自動弁と導入ノズルと圧力調節計とコン
トローラとで構成されていることを特徴とする請求項
１、２、３または４の加熱炉。