JPH0445032Y2 - - 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図に示したように、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を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、モリ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５
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
答性を簡単な構造の付加によつて改善可能とした
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が電磁
シールド管によつて覆われ、該電磁シールド管に
少なくとも２個以上の雰囲気出入口開設すること
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
るかつ一端の閉じられた保護管４によつて覆うと
ともに、この保護管４を耐熱性金属材料または炭
素材料によつて形成しかつ同じく一端の閉じられ
た電磁シールド管１９により覆い、電磁シールド
管１９に、図例のように少なくとも２個以上の雰
囲気出入口２１，２２を開設し、これにより保護
管４と電磁シールド管１９との間に存する空間２
０を雰囲気の流動出入可能な雰囲気空間とするこ
とにより、次の作用が生じる。即ちこの熱電対
５、保護管４およびその周側に雰囲気出入口２
１，２２の複数個を開設した電磁シールド管２０
による測温部材を、先に第２図で示したように、
雰囲気焼結炉体１内に装設した場合、炉体１内に
おける高温、高圧のガス雰囲気は、前記出入口２
１，２２を介して、電磁シールド管１９と保護管
４との空間２０の内外に亘るガス流動を、図示矢
印のように起生することにより、その熱伝達を著
しく活発化し、これによつて熱電体５側の熱応答
性を高めることができるのである。

一般に知られるように、流体と固体間の熱伝達
においては、流体が流動すれば、流体が静止して
いる場合に比較し、きわめて大きくなる傾向を持
つものであるから、先に第４図で例示した電磁シ
ールド管９と保護管４との断熱空間１０を持つも
のに対し、本考案のように電磁シールド管１９に
２個以上の雰囲気出入口２１，２２を開設して、
雰囲気流動を活発化することにより、その熱伝達
性は著しく良化され、これによつて熱電対５側に
おける熱応答性の敏速化をもたらし、電磁シール
ド管１９による電磁シールド効果と相まつて、正
確な測温を迅速に行なえることになり、特に高圧
の雰囲気に対して効果的である。また低圧の雰囲
気に対しては、雰囲気出入口２１，２２によるガ
ス流動効果が小さいので、電磁シールド効果を著
しく低減させない範囲において、雰囲気出入口２
１，２２の個数、開口面積を可及的増加すること
により、ガス流動効果の向上とともに、前記出入
口２１，２２を通る放射熱による熱伝達効果を併
用することによつて、同様の効果を得ることが可
能であり、この開口部からの熱放射伝熱は真空雰
囲気下においても有効に働くものであり、これら
により熱電対の熱応答性の改善、測温精度の向上
とともに、昇温時における炉内温度のオーバシユ
ート現象の低減を可能とするのである。

（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
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い。熱電対５は従来
の熱電対と全く同様であり、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
化硼素等のセラミツクス材料を用いることが適切
であり、また保護管４を覆う同じく一端の閉じら
れた電磁シールド管１９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
ことが適切である。電磁シールド管１９の周側面
に開設する雰囲気出入口２１，２２は少なくとも
２個以上であり、その開設位置は炉内における雰
囲気ガスの流動に合わせて、電磁シールド管１９
と保護管４との間の空間２０内外に円滑に流出入
させることができる位置とする。実施例として保
護管４を酸化アルミニウム製とし、電磁シールド
管をグラフアイト製とし、特定雰囲気として炉内
をアルゴンガス雰囲気とした場合、酸化アルミニ
ウムの熱伝導率は15kcal／mhr℃であり、またグ
ラフアイトの熱伝導率は100kcal／mhr℃である
に対し、アルゴンガスは５×10^-2kcal／mhr℃で
あつて、アルゴンガスの熱伝導率はきわめて小さ
いのである。従つて熱電対５の熱応答性を高める
ためには、このガス層における熱伝達を高める必
要がある。図示のように雰囲気出入口２１，２２
を開設し、これによる管内外のガス流動を活発化
すれば、ガス層の熱伝達は向上され、熱電対５の
熱応答性の敏速化が得られるとともに、また出入
口２１，２２の数、面積の増大により、出入口の
開口部を通る放射熱による熱伝達をも利用でき、
これによつて先に作用の項において述べたように
高圧、低圧を問うことなく、熱電対の熱応答性の
改善が得られるのである。

（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り、しかも必要構造と
しても適切な数、面積の雰囲気出入口２１，２２
を電磁シールド管１９に開設するのみで足りると
いう簡単さにおいても著しく有利である。

【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、１９……電磁
シールド管、２１，２２……雰囲気出入口。

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が電磁シールド
   管によつて覆われ、該電磁シールド管に少なく
   とも２個以上の雰囲気出入口を開設することを
   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) 電磁シールド管がタングステン、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。