JPH08121969A

JPH08121969A - 加熱炉

Info

Publication number: JPH08121969A
Application number: JP26270794A
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: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】黒鉛から成るマッフル１表面からの蒸発、減耗
とマッフル内部への気体透過量とを極力抑制すると共
に、抵抗発熱体２からマッフル外周面への輻射熱の照射
効率向上と加熱炉炉外への不活性ガスＧの洩れを極力防
止することにより、加熱炉の消費電力量を少なくし、高
温下での大幅な寿命延長を図ることのできるタンマン炉
型式の加熱炉を提供する。【構成】外筒３の内外周面に融点が２８００℃以上で、
かつ、その熱膨張係数が外筒と同等以上２．０倍以下の
高融点材料から成る被覆層４ａ、４ｂを形成し、炉殼５
とマッフル１との間に不活性ガスＧを流入させ、マッフ
ル外周面を１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範
囲内に加圧する加圧手段を設けた加熱炉とする。

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２０００℃
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、焼成するのであるが、この加熱処理は、通常、窒
素やアルゴン等の不活性ガス中あるいは減圧、真空下で
行なわれる。

【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、分解等を起こさないので、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（例え
ば、特開昭５８−１３８９８１号公報、特開昭５９−１
５４７８８号公報）。

【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、さらには発熱密度の変
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、冷却−解体−組立−再加熱といった一連の作業に多
大の時間、労力を必要とし、抵抗発熱体交換周期が短く
なるほど単に抵抗発熱体の材料費のみでなく、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、本発明者らは、上記抵抗発熱体の
問題点、即ち抵抗発熱体表面からの黒鉛の蒸発、減耗を
抑制することにより、高温下での大幅な寿命延長を図る
ことのできるタンマン炉型式の加熱炉について鋭意検討
を行ない、特願平６−１２７７９号で上記抵抗発熱体に
高融点材料から成る被覆層を形成し、被覆層の外周面を
１〜５kg／cm²・Ｇの範囲内に加圧する加熱炉、および
上記抵抗発熱体に代えて筒状のマッフルとこのマッフル
の外周面上に複数本の抵抗発熱体を設け、上記圧力範囲
内に加圧する加熱炉を提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案の加
熱炉は、抵抗発熱体または前記抵抗発熱体に代えて筒状
のマッフルを高温下で寿命を延長する点ではかなりの改
善効果があるものの、抵抗発熱体またはマッフルと同芯
でこれらの外周面と距離を隔てて配設され、輻射熱を受
ける比較的薄肉の外筒の外周面が蒸発、減耗するため、
時として黒鉛材から成る外筒の寿命で加熱炉を停機せざ
るを得ないという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解消し、黒
鉛から成るマッフル表面からの蒸発、減耗とマッフル内
部への気体透過量とを極力抑制すると共に、抵抗発熱体
からマッフル外周面への輻射熱の照射効率向上と加熱炉
炉外への不活性ガス洩れを極力防止することにより、加
熱炉の消費電力量を少なくし、高温下での大幅な寿命延
長を図ることのできるタンマン炉型式の加熱炉を提供す
ることにある。

【０００９】

【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マッフ
ルと、該マッフルの外周面に輻射熱を照射するため、前
記マッフルの長手方向に沿って複数本配設された抵抗発
熱体と、該抵抗発熱体を包囲し、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た黒鉛材から成る外筒
と、前記マッフルの外周上の空間を密閉状態に包囲する
炉殼とを備えた加熱炉であって、（イ）前記外筒の内外
周面には、融点が２８００℃以上で、かつ、その熱膨張
係数が前記外筒と同等以上２．０倍以下の高融点材料か
ら成る被覆層が形成され、（ロ）前記マッフルと前記炉
殼との間に不活性ガスを流入し、前記マッフル外周面を
１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲内に加圧
する加圧手段が設けられ、（ハ）前記マッフルと前記炉
殼との間には、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。

【００１０】すなわち、本発明の特徴は、上記特願平６
−１２７７９号で提案した加熱炉に対し、外筒の寿命と
輻射熱の照射効率を改善するために、黒鉛材から成る外
筒の内外周面を高融点材料で被覆したことを特徴とする
ものである。

【００１１】ここで、前記被膜層としては、タングステ
ン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウムカーバイド
（ＨｆＣ）、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、ニオブカ
ーバイド（ＮｂＣ）、ジルコニウムカーバイド（Ｚｒ
Ｃ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、バナジウムカーバ
イド（ＶＣ）、シリサイドカーバイド（ＳｉＣ）、窒化
ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化
ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化
ホウ素（ＢＮ）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ₂）、ホウ
化タンタル（ＴａＢ₂）、ホウ化ニオブ（ＮｂＢ₂）、
ホウ化タングステン（ＷＢ）、ホウ化チタン（Ｔｉ
Ｂ₂）及びホウ化ジルコニウム（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のが
好ましい。また、前記シール手段は、ゴムまたは金属か
ら成るＯリングであるのが好ましい。さらに、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
成するのが好ましい。

【００１２】

【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。

【００１３】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、図２は、図１の加熱炉をＡ−Ａ′線
で切断した概略横断面図である。

【００１４】図１において、１は、円筒状をした黒鉛製
のマッフルで、内部を図示しない引取装置で連続的に通
過する糸条Ｔに対して輻射熱を照射し、加熱するための
ものである。マッフル１自身は、発熱するものではな
く、マッフル１の外側に僅かに距離を隔てて設けられた
黒鉛材から成る抵抗発熱体２が図２に示すようにマッフ
ル軸と直交して複数本配設され、抵抗発熱体２の表面か
ら放射される輻射熱で前記マッフル１が加熱され、その
輻射熱で内部の糸条Ｔが加熱されるようになっている。
３は、マッフル１の外周面から距離を隔てて、かつ、長
手方向に複数個に分割されて設けられた黒鉛から成る外
筒であり、外筒３の内外周面には、それぞれ融点が２８
００℃以上で、かつ、その熱膨張係数が外筒３と同等以
上２．０倍以下の高融点材料から成る被覆層４ａ、４ｂ
が形成されている。この被膜層４ａ、４ｂは、タングス
テン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウムカーバイド
（ＨｆＣ）、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、ニオブカ
ーバイド（ＮｂＣ）、ジルコニウムカーバイド（Ｚｒ
Ｃ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、バナジウムカーバ
イド（ＶＣ）、シリサイドカーバイド（ＳｉＣ）、窒化
ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化
ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化
ホウ素（ＢＮ）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ₂）、ホウ
化タンタル（ＴａＢ₂）、ホウ化ニオブ（ＮｂＢ₂）、
ホウ化タングステン（ＷＢ）、ホウ化チタン（Ｔｉ
Ｂ₂）及びホウ化ジルコニウム（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のが
好ましい。これら被覆層の多くは、その組織が黒鉛材か
ら成る外筒と異なり緻密であり、かつ、色彩が灰色を呈
しているものである。５は、鋼板製の炉殻であり、その
内部には保温材１２が充填されている。すなわち、本実
施態様例の加熱炉は、内部を走行する糸条Ｔに対し、そ
れぞれ円筒断面のマッフル１、外筒３、炉殻５が同芯状
に配置されて三重菅構造となっており、輻射熱による発
熱を抑えるために中心部よりも断面積を大きくしたマッ
フル１両端部の径大部に固定された支持部材７が外筒３
と炉殻５とをマッフル１に対して同芯状に支持してお
り、マッフル１の外周面と外筒３の内周面との間には間
隙δ（外周空間）が形成されている。また、左右の支持
部材７には、後述する導入ノズル１４から導入された不
活性ガスＧが上記外周空間内に直ちに導入され、かつ、
比較的薄肉の外筒３の内外周面間に圧力差が生じないよ
うにするため、ガス導入孔１１が設けてある。また、外
筒３の外周面側の被覆層４ａと炉殻５の内周面との間隙
部には、抵抗発熱体２を保温するための通気性を有する
断熱材１２が充填され、抵抗発熱体２から放射される輻
射熱の一部が外筒３の内周面側の被覆層４ｂで反射せず
径方向へ逃げるのを極力防止している。この断熱材１２
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。

【００１５】そして、マッフル１両端部の径大部には、
更に筒状のホルダー６が螺合され、支持部材７の外壁面
とホルダー６の外周面間には、水冷溝８ａと伸縮吸収部
８ｂとを有する水冷支持金具８がゴム又は金属等から成
る弾性体のＯリング１９（シール手段）を介してホルダ
ー６に挿入されて後、パッキン１８を介して炉壁５側面
に図示しないボルトで固定されている。これらにより導
入ノズル１４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。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。な
お、上記ホルダー６の両開口部には、それぞれ封止材９
が装着され、封止材９の略中心部には糸条Ｔをマッフル
１内に導入・導出するための狭い内径を有する貫通孔１
０が形成されている。

【００１６】このように構成された加熱炉に対し、被覆
層４ａ、４ｂは、予め外筒３の内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３０〜３００
Ｔｏｒｒ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、内周面は、抵抗発熱体２の表面から放射され
る輻射熱を効率よく反射させるため、また外周面は黒鉛
の蒸発抑制効果を向上させるため、更には剥離やクラッ
クが生じるのを防止するため、膜厚２０〜１００μｍの
範囲、より好ましくは５０〜５００μｍの範囲にするの
がよい。なお、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、１０
０μｍ以下で通常溶射に用いられるものであればよい。

【００１７】抵抗発熱体２は、図２に示すように、マッ
フル１を介して上下一対のものが外筒３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２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２ａ、２ｂには絶縁スリーブ１３が挿入さ
れ、外筒３や断熱材１２には電源部２０からの低電圧大
電流が流されない構造となっている。よって、端子部２
ａ、２ｂは、電源部２０に接続され、この電源部２０か
らの通電により抵抗発熱体２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２５００〜３００
０℃の高温になるように構成されている。

【００１８】一方、炉殻５の下方には、糸条Ｔ、マッフ
ル１、抵抗発熱体２、外筒３および断熱材１２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１４、ガス供給量調
整用自動弁１５、圧力調節計ノズル１６及び圧力の上限
値、下限値が任意設定できる圧力調整計１７が設けられ
ており、コントローラ２１からの指示により圧力調節計
１７の圧力値すなわちマッフル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。

【００１９】マッフル１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次の式

【数１】より、拡散係数Ｄは、抵抗発熱体２の温度Ｔの１．５乗
に比例し、抵抗発熱体２に加わる圧力Ｐに反比例すると
いう法則に基づいている。本発明の目的であるマッフル
１、抵抗発熱体２および外筒３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を小さく、
すなわちマッフル１、抵抗発熱体２および外筒３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
を越えるとマッフル１の予期せぬ劣化減耗の進行によ
り、運転中に万一マッフル１が破断した場合、封止材９
の貫通孔１０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１４、圧力調節計ノズル１６、圧力調節
計１７、ガス供給量調整用自動弁１５及びコントローラ
２１で加圧手段を構成している。

【００２０】上記実施態様例において、外筒３は、その
内周面側に溶射加工を行うには内径が小さく溶射ガンが
挿入できないため、長手方向に複数個に分割した上、そ
の内周面側に被覆層４ａを形成したが、被覆層４ａの形
成手段が他にあればこの態様に限定されるものではな
い。また、外筒３は、被覆層４ａ、４ｂのみを被覆した
が、外周面側の被覆層４ｂの外側に更に炭素繊維糸条が
複数回捲回された炭素繊維糸条層を形成してもよく、更
にこの炭素繊維糸条層の外側にシート状黒鉛を複数回捲
回積層したシート状黒鉛層を形成してもよい。これらの
多くの被覆層を形成することは、外筒３の蒸発抑制と保
温の点からも好ましい。一方、マッフル１の外周面には
何ら被覆層処理が施されていないが、勿論被覆してもよ
く、被覆の外側に上記炭素繊維糸条層やシート状黒鉛層
を形成してもよく、このようにすると不活性ガスＧの炉
外への漏洩量が減少するという効果がある。なお、上記
実施態様例において、抵抗発熱体２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。

【００２１】次に、上記装置の作用を説明する。

【００２２】まず、自動弁１５が開き、導入ノズル１４
から炉内に不活性ガスＧが導入されると、不活性ガスＧ
は断熱材１２を通過し、支持部材７に設けたガス導入孔
１１を通ってマッフル１の外周面に到達する。炉内雰囲
気圧力がコントローラ２１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が閉じる。炉殻５と水冷支
持金具８間のゴムパッキン１８と、水冷支持金具８とホ
ルダー６間のＯリング１９により不活性ガスが直接炉外
へ洩れるのを防止するので、炉内圧力を一定に保持す
る。

【００２３】次に、予め貫通孔１０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端子部
２ａ、２ｂに通電し、抵抗発熱体２を加熱すると、抵抗
発熱体表面から放射された輻射熱はマッフル１を加熱
し、マッフルが糸条Ｔを周囲から加熱する。この際、外
筒３の内周面側は、抵抗発熱体表面から放射された輻射
熱を反射させる機能を果し、抵抗発熱体２によるマッフ
ル１の加熱を促進する。一方、外筒３の外周面側は、外
筒３の蒸発抑制と保温機能を果す。

【００２４】本実施態様例の外筒３の内外周面は、上述
したように融点が２８００℃以上で、かつ、その熱膨張
係数が外筒３と同等以上２．０倍以下の高融点材料から
成る被覆層４ａ，４ｂで被覆されているので、外筒３の
外周面側からの蒸発速度は極めて抑制される。すなわ
ち、２５００℃以上の高温下では外筒３を構成している
黒鉛材の蒸発（昇華）が起き、外周雰囲気中へ拡散して
いくのであるが、被覆層４ａ、４ｂの熱膨張係数が外筒
３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、被覆材である外筒３と被覆層４ａ、４ｂ間に
剥離やクラックが生じない。また、被覆層４ｂの外周面
と被覆層４ａの内周面は、不活性ガスによって１kg／cm
²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲に加圧されるの
で、被覆層４ａ、４ｂを介して該被覆層４ａ、４ｂと一
体化された外筒３の内周面および外周面にも圧力が加わ
り、特に外筒３の外周面に圧力が加わることにより、外
筒３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４ｂで蒸発が強力に抑制されるため、その拡散係
数は被覆なしの外筒３よりも更に低い値となる。黒鉛材
の蒸発（昇華）は上述したように、２５００℃以上の高
温下で起き、被覆のない黒鉛材から成る筒状の外筒３
や、外筒３と同材料から成るマッフル１の蒸発はいずれ
も外径側の長手中央部付近から起り、外周雰囲気中へ拡
散していき、内径側はいずれも減耗しない。このため外
筒３の内周面側の被覆層４ａは、組織が緻密で、被覆層
の色彩が抵抗発熱体表面から放射された輻射熱をよく反
射できる傾向色、すなわち灰色を呈しているので前記輻
射熱の反射能を増加することができる上、内面側には被
覆材である外筒３の蒸発がないため、何時までも被覆層
４ａを初期状態に保つことができる。

【００２５】所定時間の熱処理によりマッフル１から炉
外に透過した極少量のガスにより炉内圧力が圧力調節計
１７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１４から不活性ガスＧが導入され、炉
内圧力を設定圧力に復元する。このマッフル１内部に漏
洩した不活性ガスＧは、貫通孔１０から炉外に漏洩する
と同時に外気が糸条Ｔに随伴されてマッフル１内部に入
り込むのを防止する。

【００２６】

【作用】請求項１の発明によれば、外筒の内外周面に
被覆された高融点材料から成る被覆層は、黒鉛材から成
る外筒の組織に比べ緻密であるから、外筒よりも気体透
過量を著しく低下できるため、外筒の蒸発速度を極めて
遅くする作用が働く。また、被覆層の色彩が灰色を呈し
ているため、外筒の内周面側の被覆層は、輻射熱の反射
能を増加させる作用が働く。また、マッフルの外周面
は、１kg／cm²・Ｇ以上５kg／cm²・Ｇ以下の範囲内に
加圧されるので、抵抗発熱体、マッフル及び外筒表面か
らの蒸発が遮断もしくは著しく抑制され、これら部材の
減耗劣化を抑制させる作用が働く。更に、マッフルを抵
抗発熱体で輻射加熱するだけで、マッフル自身には通電
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。

【００２７】請求項２の発明によれば、被覆層の組織は
材質が黒鉛材から成る外筒と異なり緻密であるため、炉
内に導入された不活性ガスを被覆層が容易に透過させ
ず、遮断する作用が働く。

【００２８】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リングで構成されているので、
水冷支持金具とホルダーとの間を効果的にシールし、不
活性ガスの炉外への漏出を防止する。

【００２９】請求項４の発明によれば、加圧手段が不活
性ガス供給源、ガス供給量調整用自動弁、導入ノズル、
圧力調節計及びコントローラで構成されているので、炉
内圧力を所望の圧力に自動的に調整する。

【００３０】

【実施例】図１の加熱炉において、マッフル１として内
径３０ｍｍ、外径５０ｍｍ（中央部の肉厚１０ｍｍ）、
長さ９００ｍｍの黒鉛から成る円筒状のものを用いた。
長手方向に２分割した内径１４０ｍｍ、外径１５０ｍｍ
（肉厚５ｍｍ）で黒鉛から成る外筒３の内外周部に、被
覆層として平均粒子径４０μｍのニオブカーバイド（Ｎ
ｂＣ）を大気中でプラズマ溶射し、膜厚２００μｍの被
覆層４ａ、４ｂを形成した。長さが６５０ｍｍ隔ってい
る左右の支持部材７間にマッフル１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。

【００３１】そして、不活性ガスＧとしてアルゴンガス
を炉内に導入し、マッフル１外周面の圧力を１、２、３
kg／cm²・Ｇの各３水準について、マッフルの内部温度
を３０００℃に昇華の後、マッフル１に破断等の異常が
生じるまで連続運転した。なお、ゴムパッキン１８、Ｏ
リング１９は、いずれもニトリルゴム製のものを用い、
マッフル温度３０００℃の制御は、マッフルの内部長手
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
の表面温度をマッフルの軸方向の端部（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。

【００３２】係るマッフル１の外周面圧力とマッフルの
寿命との関係をグラフ化したものが図３の○印データで
あり、本実施例における消費電力は１６．１ｋｗであっ
た。このデータから明らかなように、外筒３の内外周面
を被覆し、マッフル１の外周部を１kg／cm²・Ｇに加圧
した場合は、１９３時間（約８日間）で寿命を迎えた。
また、このマッフル１の外周部に対する加圧力を上げ、
２kg／cm²・Ｇ、３kg／cm²・Ｇとした場合には、各々
２８５時間（約１２日間）、３９２時間（約１６．５日
間）もの長寿命となった。

【００３３】このようにして合計３回の連続運転を行っ
たが、マッフル１と螺合されているホルダー６と水冷支
持金具８とのシール部でのトラブルは一度も発生しなか
った。

【００３４】

【比較例】比較のため、図１の加熱炉において、外筒３
として内径１４０ｍｍ、外径１５０ｍｍ（肉厚５ｍｍ）
の黒鉛製筒体の単体品、すなわち何も被覆層を設けない
外筒３と、ＮｂＣで外周面を被覆したマッフル１を用い
た他は実施例と同一の温度、雰囲気ガス条件で連続運転
した。そして、ＮｂＣで外周面を被覆したマッフル１の
外周面圧力を１、２、３kg／cm²・Ｇの３水準に加圧し
た。

【００３５】この結果を示したのが上記図３中の●印デ
ータであり、マッフル外周面を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、２kg／cm²・Ｇの加圧では、２５３時間（１０．
５日間）で寿命を迎え、３kg／cm²・Ｇ加圧では、３４
５時間（約１４．５日間）で寿命となり、いずれも各水
準の実施例に比べ、１．５〜２日間程度寿命が短くなる
ことが分った。なお、本比較例における消費電力は、１
９．５kwであり、実施例に比べ３．４kw（２１％）大き
いが、この理由は外筒が黒鉛製そのもので、その色彩が
黒色を呈しているため、抵抗発熱体表面から放射された
輻射熱の反射率が低いためである。

【００３６】

【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、黒鉛材から成る外筒の内外周面に高
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、黒鉛材から成るマッフルの外周面を、不活性ガ
スが炉外に洩れないように封止した状態で、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、外筒内周面側の被覆層で抵抗発熱体より放射
される輻射熱を効率よく反射できるため抵抗発熱体の消
費電力を減少させることができる。また、外筒外周面側
の被覆層は、黒鉛から成る外筒自身の蒸発を遮断もしく
は著しく抑制することができ、その減耗劣化を著しく抑
制させることができる。

【００３７】また、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い。

【００３８】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外筒、抵抗発熱
体およびマッフルの寿命延長を図ることができる上、マ
ッフル内部は殆ど常圧であるため、封止材の貫通孔が十
分大きくでき、貫通孔での毛羽詰りによる糸切れの発生
もない。

【００３９】請求項２の発明によれば、黒鉛材から成る
外筒の内外周面に被覆する請求項２に記載の高融点の金
属および高融点化合物は、被覆材である外筒に比べその
組織が緻密である上、熱膨張係数が外筒と同等以上２．
０倍以下であるため、剥離やクラックが生じない。

【００４０】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、
シール部からの不活性ガス洩れを少なくすることができ
る。請求項４の発明によれば、加圧手段が不活性ガス供
給源、ガス供給量調整用自動弁、導入ノズル、圧力調節
計及びコントローラで構成されているので、炉内圧力を
所望の圧力に自動的に調整することができる。

【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】図１の加熱炉のＡ−Ａ′線に沿う概略横断面図
である。

【図３】本発明の効果を説明する図である。

【符号の説明】

１……………マッフル２……………抵抗発熱体２ａ、２ｂ…端子部３……………外筒４ａ、４ｂ…被覆層５……………炉殻６……………ホルダー７……………支持部材８……………水冷支持金具９……………封止材１０……………貫通孔１１……………ガス導入孔１２……………断熱材１３……………絶縁スリーブ１４……………導入ノズル１５……………自動弁１６……………ノズル１７……………圧力調節計１８……………ゴムパッキン１９……………Ｏリング２０……………電源部２１……………コントローラＴ……………糸条 δ……………間隙Ｇ……………不活性ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛材から成る筒状のマッフルと、該マッ
フルの外周面に輻射熱を照射するため、前記マッフルの
長手方向に沿って複数本配設された抵抗発熱体と、該抵
抗発熱体を包囲し、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た黒鉛材から成る外筒と、前記マッ
フルの外周上の空間を密閉状態に包囲する炉殼とを備え
た加熱炉であって、（イ）前記外筒の内外周面には、融点が２８００℃以上
で、かつ、その熱膨張係数が前記外筒と同等以上２．０
倍以下の高融点材料から成る被覆層が形成され、（ロ）前記マッフルと前記炉殼との間に不活性ガスを流
入し、前記マッフル外周面を１kg／cm²・Ｇ以上５kg／
cm²・Ｇ以下の範囲内に加圧する加圧手段が設けられ、（ハ）前記マッフルと前記炉殼との間には、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】前記被膜層は、タングステン、タンタル、
ハフニウムカーバイド、タンタルカーバイド、ニオブカ
ーバイド、ジルコニウムカーバイド、チタンカーバイ
ド、バナジウムカーバイド、シリサイドカーバイド、窒
化ハフニウム、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化
チタン、窒化ホウ素、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタ
ル、ホウ化ニオブ、ホウ化タングステン、ホウ化チタ
ン、ホウ化ジルコニウムの中から選ばれた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リングであることを特徴とする請求項１の加熱炉。
【請求項４】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、コントローラとから成ることを特徴とする請求項１
の加熱炉。