JPH051795Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、高温高圧炉の光学的炉内温度測定装
置に係り、熱間静水圧加圧装置（以下、HIP装置
と略記する）等に利用される。

（従来の技術） HIP装置は高温と高圧の相乗的効果を利用して
粉体の加圧焼結、焼結品や鋳造品の欠陥除去ある
いは拡散接合等に利用されており、この場合、炉
内温度の測定が重要である。

この炉内温度の測定技術として、高温高圧炉内
に、炉下底側から炉長方向に管軸方向を沿わして
閉端管を設置し、閉端管の先端内側からの熱放射
光を集光するレンズ系を、閉端管下部における開
口部側に設け、該レンズ系側に接続した放射温度
計を炉外に設けて炉内温度を光学的に測定するも
のが、例えば、特開昭60−133327号公報等で提案
されている。

（考案が解決しようとする課題） 叙述の従来技術は、閉端管が閉鎖構造であるの
で、その内部のガスの流動による放射光のゆらぎ
は防止され、レンズによつて効率よく放射光が集
光される利点は有するものの、閉端管側面を伝わ
る伝導熱と閉端管上部よりの輻射熱によつてレン
ズ系を収納する筒形レンズホルダの温度が過度に
上昇するいわゆる過昇温が問題となつていた。

レンズホルダの過昇温は、レンズ系を構成する
レンズや光フアイバー等の熱膨張による割れや
歪、あるいは圧媒ガス中に含まれる微量不純物と
の化学反応をひき起すか或いは融解や軟化するこ
とすらあり、光学的測温の安定性や精度を欠くば
かりか測温そのものができなくなつてしまう可能
性すらある。従つて、レンズホルダの温度はでき
る限り低いことが望ましい。

もちろん、光学的測温装置は固定具によつて断
熱層支持具に接続されているのでこれらの熱伝導
によつてある程度の熱は放散されるし、また、ホ
ルダの周囲のガスによつて冷却もされる。

しかしながら、ホルダの昇温は閉端管側壁を伝
わる伝導熱と閉端管先端付近の輻射熱によるもの
であるが、例えば炉内圧力が数10Kg・ｆ／cm²以下
と比較的低い場合にはガスの熱伝達係数が小さい
ために閉端管下部とレンズホルダのガスへの放熱
量は高ガス圧下における量に較べて極端に少なく
その結果としてレンズホルダは昇温するし、2300
℃を越える超高温HIP装置においては例え高ガス
圧下であつてレンズホルダからガスへの放熱量が
多くとも、閉端管側壁からの伝導熱に加えて輻射
熱量が大きくなるために過昇温は避けられない。

また通常の2000℃級HIP装置においても、圧媒
ガス中の微量不純物とレンズ系との化学反応防止
の観点からレンズ系の温度を下げることが重要で
ある。このためレンズホルダと閉端管とを熱的に
絶縁する、例えばレンズホルダと閉端管とを空間
的に離して設置する様な構造をもつたとしても、
輻射熱による昇温は起こり得るし、前述のガスの
流動による放射光のゆらぎの問題が発生してしま
う。

また従来の構成においてホルダと閉端管とを断
熱性の良好な固体を介して接続する方法は閉端管
からの伝導熱量の減少という意味で若干の効果は
認められるもののレンズホルダの熱放散能は変ら
ず、根本的な解決策とはなり得ない。

本考案は、レンズホルダの熱放散能を向上する
ことによつて、レンズ系の過昇温を防止し、もつ
て、低圧から高圧までの巾広い圧力範囲と超高温
までの高い温度範囲にわたつて、光学的温度測定
における測温の安定性と精度向上を図つたことを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本考案は、高温高圧炉１内に、炉下底側から炉
長方向に管軸方向を沿わして閉端管１１を設置
し、閉端管１１の先端内側からの熱放射光を集光
するレンズ系１２，１３を、閉端管１１下部にお
ける開口部側に設け、該レンズ系１２，１３側に
接続した放射温度計１８を炉外に設けて炉内温度
を光学的に測定するものにおいて、叙述の目的を
達成するために次の技術的手段を講じている。

すなわち、本考案は、レンズ系１２，１３を筒
形レンズホルダ１７に設け、該レンズホルダ１７
に、閉端管１１下部の開口部側を固定接続し、レ
ンズホルダ１７を、下蓋３又は下蓋３に熱放散し
得るよう接続固定した架台１９に固定接続したこ
とを特徴とするものである。また、本考案は、閉
端管１１の下部に断熱管２１を有することを特徴
とするものである。更に、本考案は、下蓋３の内
部に、冷媒による冷却手段２３を設けたことを特
徴とするものである。

（作用） 本考案によれば、高温高圧炉１内の温度は、閉
端管１１の先端内側からの熱放射光をレンズ系１
２，１３で集光し、該レンズ系１２，１３側に接
続した炉外の放射温度計１８を介して光学的に測
定する。

この場合、閉端管１１の下部開口部がレンズホ
ルダ１７に固定接続されているから、光軸の精度
を出すことになる。

また、たとえ閉端管１１の熱を逃がしてもレン
ズホルダ１７は輻射熱によつて過昇温されること
があるも、ホルダ１７は本質的に冷い下蓋３側に
接続固定されているので、過昇温が防止される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面を参照して詳述す
る。

第１図において、１は高圧容器（高温高圧炉）
で、上部及び下部がそれぞれ開口されている。２
は上蓋で、アルゴン等の圧媒ガスの導入孔４を有
し、高圧容器１の上部開口を気密下で施蓋してい
る。３は下蓋で、環形状とされた下上蓋３Ａと該
外下上３Ａに挿脱自在に嵌合された下下蓋３Ｂと
の二重蓋構造であり、下上蓋３Ａが高圧容器１の
下部開口を気密下で施蓋して取外し自在に固定さ
れ、下下蓋３Ｂが下上蓋３Ａの製品挿脱孔３Ｃに
気密下で挿脱自在とされている。

なお、上蓋２の上端面と下下蓋３Ｂの下端面と
には、加圧処理中の軸力を受ける図外のプレスフ
レームが係合される。

５は断熱層で、高圧容器１内に設置されて、下
上蓋３Ａに支持台５Ａを介して支持されている。

６はヒーターで、断熱層５で画成される炉室７
内に設置されており、１段設置と多段設置等があ
り、下上蓋３Ａに取付けられる。

８は被処理体で、試料台９を介して炉室７に装
入され、導入孔４を介して供給された圧媒ガスと
ヒーター６の通電等によつて等方圧で高温高圧下
に加圧成形され、図では、下方取出方式で示され
ている。

１０は光学的測温装置であり、閉端管１１、レ
ンズ１２、光フアイバー１３、及びレンズ１２と
光フアイバー１３端面を収納するレンズホルダ１
７等からなり、閉端管１１の管軸方向に炉長方向
に沿わせて炉下底側から立設させて炉室７内でヒ
ーター６と径方向略同位置に設置されている。

この光学的測温装置１０は、閉端管１１先端内
側からの熱放射光を閉端管１１下部のレンズ１２
で集光し、光フアイバー１３を介して炉外に導き
放射温度計１８から図外の測定系に接続されるこ
とで、炉内（炉室）温度を光学的に測定するもの
である。

叙述のHIP装置において、本考案は、第２図か
ら第５図に示す技術的手段を講じている。

第２図において、閉端管１１はその下部開口側
が断熱管２１にネジ止めされ、この断熱管２１を
レンズホルダ１７にネジ止めしてホルダ１７は下
蓋３に形成した有低孔３Ｄに挿嵌してネジ止めす
ることにより、各々固定接続されている。レンズ
１２はホルダ１７内でリング２０によつて固定さ
れ、光フアイバー１３はその上部をホルダ１７下
端に取付けられた蓋２２に固定されており、コー
ン１６を介して炉外に導出されている。

また、レンズホルダ１７と蓋２２による光学的
測温装置１０内外の圧力をバランスさせるために
各々均圧孔１４ａ，１４ｂがあけられている。上
記構成によつてレンズホルダ１７の熱は直接下蓋
３に放散され、しかも閉端管１１からの伝導熱は
断熱管２１によつて遮ぎられるので、レンズホル
ダ１７は低い温度に保たれる。また、レンズ１２
の垂直方向の位置を下蓋３上面より下方にするこ
とによつてレンズ系の過昇温防止の効果は更に向
上する。

レンズホルダ１７及び蓋２２の材料は熱伝導率
の大きい、銅、黄銅などが、また、断熱管２１の
材料は閉端管１１を精度よく支持するのに十分な
強度を有し、かつ熱伝導率の小さいシリカ、アル
ミナ、ジルコニア、窒化ケイ素などが各々好適で
ある。第２図に示した構成は、閉端管１１として
熱伝導率の比較的大きいグラフアイト、モリブデ
ン、タングステン等の材料を用いている場合に好
適である。

閉端管の材料にアルミナ、ジルコニア、窒化ケ
イ素などの比較的熱伝導率の小さい材料を用いた
場合には第３図に示すように、第２図における断
熱管２１を取り除いて閉端管１１をレンズホルダ
１７に直接固定接続する構成も推奨される。

第４図は閉端管１１を直接下蓋３に固定接続
し、レンズホルダ１７を閉端管１１に固定接続す
ることによつてレンズホルダ１７の熱を閉端管１
１を介して下蓋３に放散させる構成をとつた場合
の実施例である。

この実施例では閉端管１１に均圧孔１４Ｃがあ
けてある以外は第３図で示した実施例と基本的に
は同じ要素から成つているが、レンズホルダ１７
の熱放散性の観点から、閉端管１１の材料として
グラフアイト、モリブデン、タングステンなどが
推奨される。本実施例は第３図におけるよりも閉
端管の鉛直精度が良いという利点を有する。

第５図は下蓋３に熱放散されるよう固定接続さ
れた架台１９に、閉端管１１を有するレンズホル
ダ１７が接続されている実施例であり、閉端管１
１と架台１９が直接接触していないので架台１９
は閉端管１１からの熱的影響を受けにくく、しか
もコーン１６部の設計、製作が容易である利点を
有する。

レンズホルダ１７の熱放散性を更に向上させる
ためには、第１図に示す如く下蓋３内に平面視で
環形通路２３を設け、その通路２３に供給通路２
３Ａを介して冷却水（冷媒）によつて冷却する手
段を設けることがより有効である。下蓋３の冷却
手段２３による冷却はレンズホルダ１７のみなら
ず、圧力シール材の過昇温防止にも有効である。

炉外に光学的信号を取出すのに光フアイバーを
用いているが、これに限らず、ロツド状の光学材
料でもよく、あるいは受光素子そのものを置いて
電気的信号を取出してもよい。レンズとレンズで
集光された光を受ける光フアイバー、ロツド状光
学材料あるいは受光素子の部分をレンズ系と呼
び、レンズ系はレンズホルダ１７に収納される。

（考案の効果） 以上のように、本考案によればレンズ系を収納
するレンズホルダを効果的に冷却することによつ
てレンズ系の損傷を防止するものであるから、従
来の光学的測温手段に較べ、低圧から高圧までの
巾広い圧力範囲における光学的測温を安定して行
うことができ、更には熱輻射が問題となる2300℃
を越える超高温においてもレンズ系の過昇温が防
止される効果があり、広範囲にわたるHIP装置の
炉内温度の安定測定並びに制御に頗る実効が期待
される。

更に、閉端管とレンズホルダの光軸精度を出し
得る点でも有効であるし、断熱管を設けてより一
層の過昇温防止ができ、しかも冷却手段によつて
過昇温防止とともに揮発性不純物の発生は冷却に
よつておさえられ、光学的測温の安定性と精度向
上が期待できる。

よつて、本考案は熱間静水圧加圧装置を初め、
高温高圧炉の光学的炉内温度測定装置として実益
大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例のいくつかを示してお
り、第１図は全体構成立断面図、第２図から第５
図は第１〜４実施例を示す各要部の一部省略立断
面図である。 １……高温高圧炉、３……下蓋、１１……閉端
管、１２，１３……レンズ系、１８……放射温度
計、１９……架台、２１……断熱管、２３……冷
却手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 高温高圧炉１内に、炉下底側から炉長方向に
   管軸方向を沿わして閉端管１１を設置し、閉端
   管１１の先端内側からの熱放射光を集光するレ
   ンズ系１２，１３を、閉端管１１下部における
   開口部側に設け、該レンズ系１２，１３側に接
   続した放射温度計１８を炉外に設けて炉内温度
   を光学的に測定するものにおいて、 レンズ系１２，１３を筒形レンズホルダ１７
   に設け、該レンズホルダ１７に、閉端管１１下
   部の開口部側を固定接続し、レンズホルダ１７
   を、下蓋３又は下蓋３に熱放散し得るよう接続
   固定した架台１９に固定接続したことを特徴と
   する高温高圧炉の光学的炉内温度測定装置。 (2) 閉端管１１の下部に断熱管２１を有すること
   を特徴とする請求項(1)記載の高温高圧炉の光学
   的炉内温度測定装置。 (3) 下蓋３の内部に、冷媒による冷却手段２３を
   設けたことを特徴とする請求項(1)又は(2)に記載
   の高温高圧炉の光学的炉内温度測定装置。