JPS63299067A - 超高温電気炉のヒ−タ制御装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、超高温電気炉のヒータ制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、超高硬度材料や超高強度材料の開発の必要性から
セラミックス焼結やガラス材料の溶融等の実験が実験室
レベルで手軽に行なうことができないかという要望が増
大してきており、約２０００℃前後までの温度制御ので
きる超高温電気炉の出現が望まれていた。

そこで、例えばニケブ化モリプデーンのような材料で作
られたヒータは、通電により表面温度が上昇するとその
電気抵抗が漸次増大して行き、超高温度まで温度上昇さ
せることができるため、この種の材料で作ったヒータを
用いた超高温電気炉が出現するようになってきている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のこの種の超高温電気炉は、ヒータ
の電源に交流電源を用いており、直流電源を用いたもの
は出現していない。そして、交流電源の場合、ノイズが
発生するために効率の良い温度上昇や温度制御ができな
い問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたものであって、ヒータに直流電力を供給するこ
とにより効率の良い温度上昇や温度制御のできる超高温
電気炉のヒータ制御ｉ四を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明の超高温電気炉のヒータ制御装置は、温度上昇
と共に電気抵抗の増大する性質を有する材料で作らｉた
ヒータと、このヒータに直流電力を供給する直流電源と
、この直流電源の電力を制御する電力、制御部とを備え
て成るものである。

（作用） この発明の超高温電気炉のヒータｉ！ＩＩＪ御装置では
、温度上昇と共に電気抵抗の増大するヒータに対して、
直流電力を供給することによりヒータの温度上昇を図り
、炉体内の温度制御を行なう。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例の電気回路のブロック図で
あり、第２図は超高ｍ電気炉の外観を示す斜視図である
。

超高温電気炉１は、第２図に示すように扉２の付いた炉
体３と、この炉体３の内部に設置されたヒータ４と、炉
体３の下側に設けられた制ｔ１１部５とで構成されてい
る。そして、この超高温電気炉１では、炉体３内にセラ
ミックスやガラス材料を挿入して焼結実験や溶融試験を
行なうのである。

前記ヒータ４は、例えばニケイ化モリブデンのような温
度上昇にともなって電気抵抗が漸次増大する性質を供え
た材料によって作られたものが使用される。

前記制御部５は、第１図に示したように、２００ｖの単
相交流電源６と、この交流電源６の交流を平滑する″１
１ｉ源平滑部７と、電源平滑部７からの直流に対する電
力制御部８とを有し、この電力制御１ｉ８の出力が炉体
３内のヒータ４に接続されている。

前＆！！力ＩＩＪｔｌＯ部８に対して電流指令値あるい
は電圧指令値を与えるためのＰＷＭ制御部９が設けられ
ており、電流検出部１０あるいは電圧検出部１１によっ
て検出されたヒータ４に供給される電流あるいは電圧の
情報に基づいてフィードバック制御するようになってい
る。

炉体３内には温度センサ部１２が設けられていて、温度
調節部１３に炉体内温度情報を出力するようになってい
る。この温度調節部１３には、温度設定・表示部１４が
設けられている。

なお、これらのＰ　Ｗ　Ｍ　ｌ１ｉＩＩ御部９とＩ！度
温調節部１３にはそれぞれ電源回路１５．１６が設けら
れている。

第３図は、ヒータ４に対する交流電源６と、電源平滑部
７と、電力！ＩＪＩ１１部８の部分の詳しい構成を示し
ている。交流電源６から電源平滑・部′７・に至るライ
ンには、電源リレーＲＹと、遅延タイマＴＭ１電磁リレ
ーＭＧとが接続されていて、温度調節部１４側からの電
源投入指令信号ＰＯＷによりヒータ４に通電する際にコ
ンデンサＣ１，Ｃ２に対する突入電流が過大になるのを
防止するように・工夫されている。

電源平滑部７は、トランスＴＳとダイオードＤ１〜Ｄ４
によるブリッジ回路１７とで構成されている。

電力ｔｌｌＪ１部８は、ヒータ４が定格６０Ａであるの
に対して、後述するＭＯ８ＦＥＴＱＩ〜Ｑ４の定格が１
５Ａ程度であるため、４つに分割したチョッパ部１８〜
２１から構成されている。各チョッパ部１８〜２１は、
ＭＯ８ＦＥＴＱ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ５〜Ｄ８と、
ボイルし１〜Ｌ４と、コンデンサ０３〜Ｃ６とで構成さ
れており、各ＭＯ８ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のゲートに前記Ｐ
ＷＭ制御部９の出力が接続され、各コイルＬ１〜［４が
コンデンサＣ７を介してヒータ４に接続されている。

したがって、各ＭＯ８ＦＥＴＱ１〜Ｑ４は、ゲートにか
かるＰ　Ｗ　Ｍ　ＩＩＩ　８部９のパルスのデＪ−ティ
Ｉ制御によりオン、オフ時間をｌ１ｌｔＫｌｂ、ヒータ
４の負荷電圧を制御することができる。

上記の構成の超高温電気炉のヒータ制御Ｉ装置の動作に
・ついて、次に説明する。

ヒータ４は第５図に示すような温度−抵抗特性を右する
。つまり、ヒータ４の表面温度の上昇にともなって抵抗
値がほぼ直線的に増加づる。そこで、このヒータ４に通
電することにより第６図に示すような温度−電圧特性を
得る。この第６図を参照するに、例えば、？ｉ流を一定
の６０Ａとしておき、印加する電圧を徐々に増加させる
とき、室温から約１８００℃以上まで温度上昇させるこ
とができる。通電電流が５５Ａであっても、電圧１３０
Ｖのときには、約１５００℃の表面温度を得ることがで
きるのである。

そこで、この超高温電気炉１におけるヒータ４の温度上
昇を制御する手順について説明する。

室温−１５００℃の立ち上げ時の制御 温度調節部１３からの指令ＰＯＷにより電源リレーＲＹ
がまず励磁され、リレー接点ｒＶ−１゜ｒｙ−２がオン
となり小電流が電源ラインに流れ、電力制御部８のコン
デンサＣ１，Ｃ２に充電される。この電源リレーＲＹへ
の通電と同時に、遅延タイマＴＭが働ぎ、約１．５秒後
にリレー接点ｔｍをオンにして電磁気リレーＭＧを動作
させる。

この結果、主リレー接点ｍＱ−１，ｍＱ−２をオンとし
、大電流を電源ラインに流すことになる。

この電源投入後、第４図において区間Ａで表わされる室
温から約１５００℃までの立ち上げ時には、温度が低い
ためにヒータ４の抵抗値が比較的小さく、そのため、一
定電圧をかけてヒータ４を温めようとするならば、大電
流がヒータに流れて急激な温度上昇が起こる。そして、
この急激な温度上昇によってヒータ４に大きな熱歪みが
発生し、　−断線などの損傷が生じる恐れがある。

そこで、この温度区間Ａでは、ヒータ４に対する通電電
流を制御し、急激な温度上昇が生じないようにする。

この電流制御は、ヒータ定格の６０Ａに設定し、第６図
に示したような上昇曲線に沿ってヒータ温度を上昇させ
るようにする。そして、ヒータ４に対する電流は、電流
検出部１０によって検出し、Ｐ　Ｗ　Ｍ　１Ｉｌｌ　Ｗ
部９が設定電流と実際電流との差からＭＯＳ　Ｆ　Ｅ　
ＴＱ　１〜Ｑ４のゲートに対するパルス信号のオン、オ
フのデユーティを調整し、ヒータ４に供給する電力の電
流υ制御を行なうのである。

このとぎのヒータ表面温度は炉体３内の温度のセンサ部
１２によって検出し、温度調節部１３に与える。温ｒ！
１調節部１３では、設定温度まで達、しているかどうか
を判断し、ＰＷＭ制御部９に電流ｔＩＩ１ｗｌｌ動作の
続行、停止の指令信号を与える。

高温状態での温　制御 第４図において区間Ｂに示すように、炉体３内温度が所
定の温度、例えば約１５００℃程度まで上昇すると、温
度調節部１３はＰ　Ｗ　Ｍ　ｉｌｌ　１１１部９に対し
て電圧制御に切り替えるように指令を与える。これは、
電流制御を行なうならば、ヒータ４の表面温度がすぐに
融点の２０５０℃まで上昇してしまい、損傷を引き起こ
すからである。

ヒータ４の電圧制御は、定格の１３０ｖの電圧がヒータ
４の端子間にかかるように行なう。電圧をｌす御すると
ぎ、それまで電流制御により比較的急激な上昇曲線で上
がってぎていたヒータの温度は、緩やかな曲線を描きな
がら約１６５０℃程度まで上昇し、定格の６０Ａ、１３
０Ｖに達することになる。

ヒータ４に印加される電圧は電圧検出部１１によって検
出され、ＰＷＭ詞御部９にフィードバックされる。ＰＷ
Ｍ制御部９では実際電圧を設定電圧１３０ｖと比較し、
その差に応じて電力制御部８に与えるパルス信号のデユ
ーティを変化させ、ＭＯ８ＦＥＴＱＩ〜Ｑ４のゲートの
オン、オフ時間を制御し、ヒータ４にかかる電圧を一定
にするのである。

なお、定格６０Ａ、１３０Ｖでのヒータ温度は、第６図
に示した特性曲線では１６５０℃であり、それ以下の電
流であるならばヒータ表面温度は低下する゛ことになる
が、実際の超高温電気炉１では炉体３内の蓄熱が大きく
、多少の電流の低下があっても１６５０℃前後の高温を
維持することができるのである。

状　での温　制御 第４図において区＠Ｃに示すように、炉体的温度が温度
調節部の設定した１６５０℃まで上昇した後は、温度調
節部１３がセンサ部１２の検出する実ａｍ度を設定温度
と比較し、その差信号をＰＷＭ制御部９に与え、Ｐ　Ｗ
　Ｍ　ＩＩＩ御部９が電力−制御部８を１ＩＩＪ御して
温度を一定に保つように働くのである。

このようにして、この実施例の場合、室温から１５００
℃程度の高温までの立ち上げ時には電流υＩｌｌにより
比較釣線やかな上昇曲線に沿って炉体内澗度を上昇させ
、高温に達した後は電圧制御に切り替えることによって
ヒータ４への通電電流を抑え、ヒータ４の温度がすぐに
融点まで到達する危険を防止、し、目的の温度まで円滑
に上昇させることができるのである。

なお、上記の実施例では、ヒータ４の温度上昇に電流制
御と電圧制御とを切り替えて用いるようにしたが、この
発明は特にこの実施例に限定されるものではなく、最初
から定格の直流電力をヒータに与えて温度上昇させ、所
定の温度に到達した棲も定格電流、定格電圧を印加する
ことにより高温維持する構成とすることも無論可能であ
る。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、直流電源によってヒー
タを加熱するため、従来の交流電源による加熱の場合の
ようなノイズがなく、ヒータを効率良く超高温に加熱で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路ブロック図、第２図
は上記実施例の用いられている超高温電気炉の正面図、
第３図、は上記実施例の詳細な回路図、第４図は上記実
施例によるヒータの温度上昇特性を示すグラフ、第５図
は上記実施例に用いられているヒータの温度−抵抗特性
を示すグラフ、第６図は上記実施例のヒータの温度一端
子電圧特性を示すグラフである。 １・・・超高温電気炉　　３・・・炉体４・・・ヒータ
　　　　　６・・・交流電源７・・・電源平滑部　　　
８・・・電力制御部９・・・Ｐ　Ｗ　Ｍ　ＩＩＩ　１１
１部　１０・・・電流検出部１１・・・電圧検出部　　
１２・・・センサ部１３・・・温度調節部 １８〜２１・・・チョッパ部 ０１〜Ｑ４・・・ＭＯＳＦＥＴ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 温度上昇と共に電気抵抗の増大する性質を有する材料で
   作られたヒータと、このヒータに直流電力を供給する直
   流電源と、この直流電源の電力を制御する電力制御部と
   を備えて成る超高温電気炉のヒータ制御装置。