JP4053277B2 - 電気炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランタンクロマイトを主成分とする円筒型の抵抗発熱体の内部を加熱室として利用する電気炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペロブスカイト型結晶構造を有するランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）を主成分とした、必要に応じてＬａの一部をＳｒ、Ｃａなどで、Ｃｒの一部をＣｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇなどで置換固溶した組成を有する発熱体（以下単にランタンクロマイト系という）は、１５００℃以上の高温酸化雰囲気において優れた安定性と長寿命をもつセラミックス抵抗発熱体として広く利用されている。
【０００３】
従来、一般に用いられている抵抗発熱体を使用した電気炉は、図１に示すように複数の棒状発熱体１２を用いて加熱室を加熱する構造になっているが、このような構造の電気炉では、装置の構造が複雑かつ大型化するなどの欠点があり、また熱効率が低く消費電力が高くなるため発熱体の使用温度及び昇温速度などの性能面及び寿命面にも限界があった。なお図１において、１３は断熱材、１４は炉心管を示す。
【０００４】
そこで図２に示すように発熱体１の構造を円筒型の一本の発熱体を用いて、中空部を加熱室とする構造にすることにより、電気炉の熱効率を向上し、使用温度及び昇温速度などの性能面及び寿命面を改善することが可能であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のら管型、複ら管型発熱体などで一部実用化されている。なお、図２において、１５は発熱部、１６は電極、１７はリード線、１８は断熱材、１９は炉心管を示す。
【０００５】
しかしながら、従来より使用されている炭化ケイ素発熱体を大気中１５００℃以上の温度領域で用いる場合には、炭化ケイ素の酸化、及び炭化ケイ素の熱伝導率が高いことから、発熱体の寸法を長尺化し、端子部の温度を低下させること及び発熱部の気密性を高める必要があり、所望の温度とする有効加熱領域に対して発熱体が大型化し、ひいては電気炉が大型化してしまう問題がある。また、急速加熱冷却を繰り返すと短期で破断してしまうため寿命にも問題がある。このため、発熱体の材質だけをランタンクロマイトに変えるなどの対策も物理的には可能であるが、炭化ケイ素は熱膨張率が低く、熱伝導がよく、耐熱衝撃性に優れるのに対し、ランタンクロマイトはこれらに劣る一方、耐熱性、導電性の温度に対する安定性、耐久性が優れるなどの長所がある。そのため、炭化ケイ素製発熱体と同等の構造に使用することが不適当である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決し、小型でありながら発熱体の有効加熱領域が大きく、１９００℃まで急速加熱冷却が可能で長寿命のランタンクロマイト系発熱体からなるコンパクトな電気炉を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発熱体の端子部を一ケ所に集中することにより発熱体の長尺化を防ぎ、発熱体内部を有効加熱室として用いることにより電気炉を一体型化し、これらにより電気炉をコンパクト化すること、及び発熱体の形状及び材料の特性を適切な範囲に設定することにより前記目的を達成することができた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、発熱部と両端部からなる円筒型のランタンクロマイト系発熱体において、該発熱体材料の気孔率が５％未満でありかつ１０００℃における比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であり、発熱体の下端面を２等分割する位置から垂直方向に２ケ所のスリットを設けることによって端子部を一方に集中し、該スリットの幅が１〜１０ｍｍ、端子部と発熱部の長さの合計とスリットの長さの比率（［スリットの長さＬ ３ ］／｛［端子部の長さＬ １ ］＋［発熱部の長さＬ ２ ］｝）が０．８〜１．２の範囲にあり、該端子部に高温用金属電極を取り付けた発熱体と、該発熱体の外側に装着した断熱材と、該発熱体の中空部内に装着したセラミックス炉心管とを備え、該炉心管の中空部内を有効加熱室としたことを特徴とする電気炉に関する。
本発明の第２は、請求項１におけるランタンクロマイト系発熱体において、発熱部と端子部の外径の比率（［端子部外径］／［発熱部外径］）が１．１〜１．６の範囲にあり、発熱部と端子部の長さの比率（［端子部長さＬ１］／［発熱部長さＬ２］）が０．３〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気炉に関する。
【０００９】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の電気炉について説明する。
【００１０】
図３および４は、本発明の電気炉の発熱体を示す図である。
即ち、図３は本発明電気炉の発熱体を正面からみた図、図４（Ａ）は本発明電気炉の発熱体を側面からみた図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００１１】
図３において、発熱体１は、端子部２と発熱部３と上端部４からなる円筒型のランタンクロマイト系セラミックスからなり、発熱部３の外径を端子部２の外径未満として、さらに発熱体１の下端面を２等分割する位置から垂直方向に２ケ所のスリット５を設け、端子部電極を一方に集中して端子部２とし、該端子部２に高温用電極６及び金属リード部品７を取り付け、両端部間を発熱部３としたものである。かくして、電流は、一方の端子部→一方の発熱体→上端部→他方の発熱体→他方の端子部へと流れることとなる。
【００１２】
該発熱体１では、発熱部３と端子部２の外径の比率（［端子部外径］／［発熱部外径］）を１．１〜１．６の範囲とする必要がある。外径の比率が１．１未満の場合、発熱部３と端子部２の外径差がほとんどなくなり、端子部２の抵抗が発熱部３の抵抗とほぼ同じになるため、端子部電極が抵抗発熱を起こすため短寿命となる。また、外径の比率が１．６を超える場合、発熱部３と端子部２との外径差が大きすぎて発熱体１が不必要に大きくなるばかりでなく、消費電力の増大、端子部２への熱衝撃などにより発熱体が短寿命となり実用的でなくなる。このため、発熱部３と端子部２の外径の比率を１．１〜１．６の範囲とする必要があり、１．１５〜１．５の範囲とすることがより望ましい。
【００１３】
また、該発熱体１の発熱部３と端子部２の長さの比率（［端子部の長さＬ１］／［発熱部の長さＬ２］）が０．３〜１．０の範囲にある必要がある。長さの比率が０．３未満の場合、端子部２が短すぎるため端子部の冷却が十分にできず高温となり、端子部電極の劣化が速くなるため短寿命となり実用的でない。長さの比率が１．０を超える場合には端子部が不必要に長くなり消費電力が増大することにより寿命が短くなるだけでなく、発熱体の有効加熱領域に対して発熱体が大型化し、ひいては電気炉が大型化してしまい本発明の目的が達成されなくなる。このため発熱部と端子部の長さの比率が０．３〜１．０の範囲にある必要があり、０．６〜０．９５の範囲にあることがより望ましい。また、発熱部３と端子部２の長さは上記の条件の範囲内で適宜決めることができるが、スリットの長さと有効加熱領域とを考慮すると発熱体全長と端子部の長さの比率［（端子部の長さＬ１＋発熱部の長さＬ２＋上端部の長さ）／端子部の長さＬ１］が２．０〜４．０の範囲にあることが望ましい。
【００１４】
該発熱体１に設けられたスリット５の幅は１〜１０ｍｍとすることが必要である。スリット５の幅が１ｍｍ未満の場合には、長時間の使用による発熱体の変形によって接触、回路的短絡が発生する可能性があり、一方、スリット５の幅が１０ｍｍを超える場合には、スリット５からの熱のロスが大きくなるため消費電力が高くなり、さらにスリット５の幅が大きくなるために、発熱体の長時間使用による変形が大きくなり、発熱体が破損しやすくなるなど寿命面での問題があるばかりか、炉内温度分布が不均一となりやすく、発熱体として実用的ではない。このため、該発熱体１に設けられたスリット５の幅は１〜１０ｍｍとすることが必要であり、２〜６ｍｍの範囲にあることがより望ましい。
【００１５】
また、該発熱体１の端子部２と発熱部５の長さの合計とスリット５の長さの比率（［スリットの長さＬ３］／｛［端子部の長さＬ１］＋［発熱部の長さＬ２］｝）が０．８〜１．２の範囲にあることが必要である。かかる比率が０．８未満の場合には、スリットの終端が肉薄である発熱部に位置するために強度的に弱く、発熱体の耐久性が低下する。また比率が１．２倍を超える場合には、上端部４にスリットが入ってくるために上端部の強度が低下し、発熱体の耐久性が低下する。このため、該発熱体１の端子部と発熱部の長さの合計とスリットの長さの比率（［スリットの長さＬ３］／｛［端子部の長さＬ１］＋［発熱部の長さＬ２］｝）が０．８〜１．２の範囲にあることが必要であり、０．９〜１．０５倍の範囲にあることがより望ましい。
【００１６】
該発熱体１の材料として用いるランタンクロマイト系セラミックスは、気孔率が５％未満であることが必要であり、３％未満であることがより望ましい。気孔率を小さくすることにより繰り返しの熱衝撃に対する耐久性に優れた発熱体を得ることが可能となる。これに加えて、発熱体を形成するランタンクロマイト系セラミックスの１０００℃における比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であることが必要である。比抵抗が０．１Ωｃｍ未満の場合は、抵抗特性が低く電流値が大きくなり端子部電極の劣化が速くなるため短寿命となる。また逆に比抵抗が高くなりすぎると、制御に必要な印加電圧値の範囲が大きくなり実用的でなくなるため、比抵抗が０．２〜２．０Ωｃｍの範囲にあることがより望ましい。これらの特性制御は適宜、Ｌａの一部をＳｒ、Ｃａなどで、Ｃｒの一部をＣｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇなどで置換固溶させることにより、上記特性を有する発熱体とすることができる。
【００１７】
図５は、本発明の電気炉の一例を示す断面図であり、発熱体１の中空部内には、セラミックス炉心管８を装着し、この中空部内を有効加熱室とする。セラミックス炉心管８は、この内部に被加熱物を置くことにより、発熱体１からの蒸発物によって被加熱物が汚染されることを防止できる。該セラミックス炉心管８の厚さ、長さ、及び外寸法は、電気炉の仕様に応じて適宜決めることができ、さらに、該セラミックス炉心管８は電気炉の仕様に応じて長さ方向に対して位置によって厚みや外寸法などを変化させてもよい。また、該セラミックス炉心管８は発熱体１と密着させても良いが、発熱部３では非接触とすることで、より一層被加熱物への汚染防止効果が向上する。図４に示した本発明の電気炉は、縦型で示されているが、縦型での使用は勿論のこと、横型での使用も全く問題なく可能であり、横型での使用の場合には、試料の出し入れが容易となる。また、本発明の電気炉において、セラミック炉心管８の上端部は、開放状態で使用されるが、密閉状態で使用することもできる。その場合、試料搬入口と試料搬出口は同一となる。
【００１８】
セラミックス炉心管８は、電気炉を使用する温度域に応じて、従来電気炉の炉心管として用いられている各種の公知のセラミックスを使用することができるが、特に、純度９５％以上、相対密度９３％以上のアルミナ、ムライト、スピネル、安定化ジルコニア（安定化剤も含めた純度が９５％以上）、マグネシア又はイットリアを使用することが望ましく、これらの材料を用いることにより、セラミックス炉心管８の耐熱性がさらに向上すると共に、発熱体１との反応も抑制され、被加熱物への汚染防止効果も向上する。
【００１９】
上記発熱体１の外側には、断熱材９を装着する。発熱体１の外側に断熱材９を装着することによって、電気炉の熱効率を上げることができる。断熱材の材質としては、耐火煉瓦、耐火断熱煉瓦、キャスタブル耐火物、セラミックファイバー成形体等の各種の公知の耐火物を使用できる。又、セラミックファイバー成形体を使用する場合には、断熱性に優れ、蓄熱量が小さいために、消費電力を低減することができ、発熱体１を更に長寿命化することが可能となる。また、断熱材の材質としてセラミックファイバー成形体を使用する場合、発熱体１と断熱材９との間に厚さ１〜３ｍｍ程度のセラミックス層を形成することにより、発熱体１と断熱材９との反応をより一層少なくすることができ、発熱体１をより一層長寿命化することが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明の実施例について下記に説明するが、本発明はこれらの実施例だけに限定するものではない。
【００２１】
実施例１
図５の電気炉において、発熱体１として、図３および図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、表１に記載した形状および特性を有し、内径３２ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径４４ｍｍ（端子部２の長さ５５ｍｍ、上端部４の長さ２５ｍｍ）、発熱部３の外径３６ｍｍ（有効発熱部の長さ７５ｍｍ）、全長１５５ｍｍの円筒型ランタンクロマイト系セラミックスを用い、端子部２の下端面を２等分割する位置から上端部に向かって垂直方向に２ケ所の幅３ｍｍ、長さ１３０ｍｍの溝を設けスリット５とし、端子部２の下端から２５ｍｍの位置までの部位（外周面及び端面）に白金ペーストを塗布し、１３００℃で焼き付けて、高温用電極６を形成したのち、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなる金属リード部品７を取り付けた。この発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナセラミックス炉心管８（以下炉心管と呼ぶ）（外径３０ｍｍ×内径２４ｍｍ×長さ４００ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが５４ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５０ｍｍ、内径１０が４６ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着した。さらにその外側には断熱材９として、純度９５％のα−アルミナ材質からなる、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３の成形体（セラミックファイバー成形体）を、中央部に４８ｍｍの貫通孔を有する形状に加工して配置し、その外部を、耐火材を内張りにした金属缶体で取り囲み固定することによって、電気炉を得た。
【００２２】
実施例２
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、端子部２の外径５０ｍｍ、端子部２の長さ６０ｍｍ、全長１６０ｍｍ、スリットの長さ１３７ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが６０ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５６ｍｍ、内径１０が５２ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２３】
実施例３
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、端子部２の長さ５０ｍｍ、発熱部３の外径３８ｍｍ、発熱部３の長さ８０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２４】
実施例４
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径２８ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径４０ｍｍ（端子部２の長さ６５ｍｍ、上端部４の長さ２５ｍｍ）、発熱部３の外径３２ｍｍ、スリットの長さ１４０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２５】
実施例５
図５の電気炉において、スリットの幅を５ｍｍ、発熱体１の全長１６０ｍｍ（上端部４の長さ３０ｍｍ）、スリットの長さを１３２ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２６】
実施例６
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径１６ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径２４ｍｍ（端子部２の長さ３５ｍｍ、上端部４の長さ１５ｍｍ）、発熱部３の外径２０ｍｍ（有効発熱部の長さ５０ｍｍ）、全長１００ｍｍ、スリットの幅２．５ｍｍ、スリットの長さ８０ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径１５ｍｍ×内径１１ｍｍ×長さ２００ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが３６ｍｍ、外径１０ｂの大きさが３２ｍｍ、内径１０が２５ｍｍ、全長８０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２７】
実施例７
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径８ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径１５ｍｍ（端子部２の長さ２０ｍｍ、上端部４の長さ３０ｍｍ）、発熱部３の外径１１ｍｍ（有効発熱部の長さ３０ｍｍ）、全長６０ｍｍ、スリットの幅２ｍｍ、スリットの長さ５２ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径６ｍｍ×内径４ｍｍ×長さ９０ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが２４ｍｍ、外径１０ｂの大きさが２０ｍｍ、内径１０が１６ｍｍ、全長７５ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２８】
実施例８
図５の電気炉において、発熱体１の材料の比抵抗が０．５６Ωｃｍであるランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径４５ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径６０ｍｍ（端子部２の長さ１００ｍｍ、上端部４の長さ４０ｍｍ）、発熱部３の外径５０ｍｍ（有効発熱部の長さ１６０ｍｍ）、全長３００ｍｍ、スリットの幅５ｍｍ、スリットの長さ２６０ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径４２ｍｍ×内径３５ｍｍ×長さ４５０ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが８５ｍｍ、外径１０ｂの大きさが７５ｍｍ、内径１０が６５ｍｍ、全長２３０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２９】
比較例１
実施例１における図５の電気炉において、発熱部３の外径を４２ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３０】
比較例２
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径１８ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径５０ｍｍ、発熱部３の外径２２ｍｍ、スリットの幅２．５ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径１５ｍｍ×内径１１ｍｍ×長さ４００ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが６０ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５６ｍｍ、内径１０が５２ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３１】
比較例３
実施例１における図５の電気炉において、発熱体１の内径３３ｍｍ、端子部２の長さ３５ｍｍ、発熱部３の長さ８５ｍｍ（全長１４５ｍｍ、スリットの長さ１２０ｍｍ）として発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３２】
比較例４
図５の電気炉において、端子部２の長さを１００ｍｍ（全長２０５ｍｍ、スリットの長さ１８０ｍｍ）として発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３３】
比較例５
図５の電気炉において、端子部２および上端部４の外径４２ｍｍ、発熱部３の外径３５ｍｍ、スリットの幅を０．５ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３４】
比較例６
図５の電気炉において、発熱体１の内径３０ｍｍ、スリットの幅を１２ｍｍ、全長１６０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３５】
比較例７
実施例１における図５の電気炉において、端子部２及び上端部４の外径４６ｍｍ、発熱部３の外径３８ｍｍ、スリットの長さ１１０ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが５８ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５４ｍｍ、内径１０が５０ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３６】
比較例８
実施例１における図５の電気炉において、発熱体１の内径３３ｍｍ、スリットの長さ１４５ｍｍ、全長１６０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３７】
比較例９
実施例８における図５の電気炉において、発熱体１の材料として気孔率７．２％のランタンクロマイト系セラミックスを用いて発熱体１を作製したこと以外は、実施例８と同様にして電気炉を得た。
【００３８】
比較例１０
実施例６における図５の電気炉において、発熱体１の材料の比抵抗が０．０８Ωｃｍであるランタンクロマイト系セラミックスを用いて、スリットの長さを８５ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例６と同様にして電気炉を得た。
【００３９】
試験例１
実施例１〜８及び比較例１〜１０のそれぞれの電気炉を、有効炉内中央での保持温度１８００℃、保持時間３０ｍｉｎ、昇降温速度６００℃／ｈで繰り返しサイクル通電試験を実施したときの、消費電力が最大となる保持温度到達時の電圧、電流、消費電力及び発熱体が破損するまでのサイクル回数を求めた。その結果を表２に示す。
【００４０】
表２から明らかなように、実施例１〜８の電気炉は、高い耐久性を示した。また比較例１〜１０の結果から明らかなように、本発明の要件を満足しないランタンクロマイト系発熱体を用いた電気炉は、耐久性に優れた電気炉とはならない。
【００４１】
試験例２
実施例１及び６〜８のそれぞれの電気炉を、有効炉内中央での保持温度１９００℃、保持時間３０ｍｉｎ、昇降温速度６００℃／ｈで通電試験を実施したときの、消費電力が最大となる保持温度到達時の電圧、電流、消費電力を求めた。その結果を表３に示す。
【００４２】
表３から明らかなように、本発明の電気炉は１９００℃までの急速加熱冷却が可能であった。
【表１】
【表２】
【表３】
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る電気炉においては、円筒型のランタンクロマイト系発熱体に２ケ所のスリットを設けることによって端子部を一方に集中しているため発熱体を従来よりも短尺化することができ、発熱体内部を有効加熱室として用いることにより電気炉を一体型化し、これらにより電気炉をコンパクト化することができる。また１９００℃まで急速加熱冷却が可能で長寿命となるほか、各種雰囲気制御を行うことが可能である。また本電気炉は、縦型での使用はもちろんのこと、横型での使用も全く問題なく可能であり、試料の出し入れが容易であるというメリットも持ちあわせている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は従来の複数の発熱体を使用した管状型電気炉の縦断面図、図１（Ｂ）は従来の管状型電気炉の横断面図である。
【図２】図２（Ａ）は従来の一本の発熱体を使用した一体型の管状型電気炉の縦断面図、図２（Ｂ）は従来の一本の発熱体を使用した一体型の管状型電気炉の横断面図である。
【図３】図３は本発明電気炉の発熱体を正面から見た図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明電気炉の発熱体を側面から見た図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【図５】図５は本発明電気炉の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 発熱体
２ 端子部
３ 発熱部
４ 上端部
５ スリット
６ 電極
７ 金属リード部品
８ セラミックス炉心管
９ 断熱材
１０ セラミックス層
１０ａ セラミックス層
１０ｂ セラミックス層
１１ 金属缶体
１２ 棒状発熱体
１３ 断熱材
１４ 炉心管
１５ 発熱部
１６ 電極
１７ リード線
１８ 断熱材
１９ 炉心管
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランタンクロマイトを主成分とする円筒型の抵抗発熱体の内部を加熱室として利用する電気炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペロブスカイト型結晶構造を有するランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）を主成分とした、必要に応じてＬａの一部をＳｒ、Ｃａなどで、Ｃｒの一部をＣｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇなどで置換固溶した組成を有する発熱体（以下単にランタンクロマイト系という）は、１５００℃以上の高温酸化雰囲気において優れた安定性と長寿命をもつセラミックス抵抗発熱体として広く利用されている。
【０００３】
従来、一般に用いられている抵抗発熱体を使用した電気炉は、図１に示すように複数の棒状発熱体１２を用いて加熱室を加熱する構造になっているが、このような構造の電気炉では、装置の構造が複雑かつ大型化するなどの欠点があり、また熱効率が低く消費電力が高くなるため発熱体の使用温度及び昇温速度などの性能面及び寿命面にも限界があった。なお図１において、１３は断熱材、１４は炉心管を示す。
【０００４】
そこで図２に示すように発熱体１の構造を円筒型の一本の発熱体を用いて、中空部を加熱室とする構造にすることにより、電気炉の熱効率を向上し、使用温度及び昇温速度などの性能面及び寿命面を改善することが可能であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のら管型、複ら管型発熱体などで一部実用化されている。なお、図２において、１５は発熱部、１６は電極、１７はリード線、１８は断熱材、１９は炉心管を示す。
【０００５】
しかしながら、従来より使用されている炭化ケイ素発熱体を大気中１５００℃以上の温度領域で用いる場合には、炭化ケイ素の酸化、及び炭化ケイ素の熱伝導率が高いことから、発熱体の寸法を長尺化し、端子部の温度を低下させること及び発熱部の気密性を高める必要があり、所望の温度とする有効加熱領域に対して発熱体が大型化し、ひいては電気炉が大型化してしまう問題がある。また、急速加熱冷却を繰り返すと短期で破断してしまうため寿命にも問題がある。このため、発熱体の材質だけをランタンクロマイトに変えるなどの対策も物理的には可能であるが、炭化ケイ素は熱膨張率が低く、熱伝導がよく、耐熱衝撃性に優れるのに対し、ランタンクロマイトはこれらに劣る一方、耐熱性、導電性の温度に対する安定性、耐久性が優れるなどの長所がある。そのため、炭化ケイ素製発熱体と同等の構造に使用することが不適当である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決し、小型でありながら発熱体の有効加熱領域が大きく、１９００℃まで急速加熱冷却が可能で長寿命のランタンクロマイト系発熱体からなるコンパクトな電気炉を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発熱体の端子部を一ケ所に集中することにより発熱体の長尺化を防ぎ、発熱体内部を有効加熱室として用いることにより電気炉を一体型化し、これらにより電気炉をコンパクト化すること、及び発熱体の形状及び材料の特性を適切な範囲に設定することにより前記目的を達成することができた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、発熱部と両端部からなる円筒型のランタンクロマイト系発熱体において、該発熱体材料の気孔率が５％未満でありかつ１０００℃における比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であり、発熱体の下端面を２等分割する位置から垂直方向に２ケ所のスリットを設けることによって端子部を一方に集中し、該スリットの幅が１〜１０ｍｍ、端子部と発熱部の長さの合計とスリットの長さの比率（［スリットの長さＬ ３ ］／｛［端子部の長さＬ １ ］＋［発熱部の長さＬ ２ ］｝）が０．８〜１．２の範囲にあり、該端子部に高温用金属電極を取り付けた発熱体と、該発熱体の外側に装着した断熱材と、該発熱体の中空部内に装着したセラミックス炉心管とを備え、該炉心管の中空部内を有効加熱室としたことを特徴とする電気炉に関する。
本発明の第２は、請求項１におけるランタンクロマイト系発熱体において、発熱部と端子部の外径の比率（［端子部外径］／［発熱部外径］）が１．１〜１．６の範囲にあり、発熱部と端子部の長さの比率（［端子部長さＬ１］／［発熱部長さＬ２］）が０．３〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気炉に関する。
【０００９】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の電気炉について説明する。
【００１０】
図３および４は、本発明の電気炉の発熱体を示す図である。
即ち、図３は本発明電気炉の発熱体を正面からみた図、図４（Ａ）は本発明電気炉の発熱体を側面からみた図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００１１】
図３において、発熱体１は、端子部２と発熱部３と上端部４からなる円筒型のランタンクロマイト系セラミックスからなり、発熱部３の外径を端子部２の外径未満として、さらに発熱体１の下端面を２等分割する位置から垂直方向に２ケ所のスリット５を設け、端子部電極を一方に集中して端子部２とし、該端子部２に高温用電極６及び金属リード部品７を取り付け、両端部間を発熱部３としたものである。かくして、電流は、一方の端子部→一方の発熱体→上端部→他方の発熱体→他方の端子部へと流れることとなる。
【００１２】
該発熱体１では、発熱部３と端子部２の外径の比率（［端子部外径］／［発熱部外径］）を１．１〜１．６の範囲とする必要がある。外径の比率が１．１未満の場合、発熱部３と端子部２の外径差がほとんどなくなり、端子部２の抵抗が発熱部３の抵抗とほぼ同じになるため、端子部電極が抵抗発熱を起こすため短寿命となる。また、外径の比率が１．６を超える場合、発熱部３と端子部２との外径差が大きすぎて発熱体１が不必要に大きくなるばかりでなく、消費電力の増大、端子部２への熱衝撃などにより発熱体が短寿命となり実用的でなくなる。このため、発熱部３と端子部２の外径の比率を１．１〜１．６の範囲とする必要があり、１．１５〜１．５の範囲とすることがより望ましい。
【００１３】
また、該発熱体１の発熱部３と端子部２の長さの比率（［端子部の長さＬ１］／［発熱部の長さＬ２］）が０．３〜１．０の範囲にある必要がある。長さの比率が０．３未満の場合、端子部２が短すぎるため端子部の冷却が十分にできず高温となり、端子部電極の劣化が速くなるため短寿命となり実用的でない。長さの比率が１．０を超える場合には端子部が不必要に長くなり消費電力が増大することにより寿命が短くなるだけでなく、発熱体の有効加熱領域に対して発熱体が大型化し、ひいては電気炉が大型化してしまい本発明の目的が達成されなくなる。このため発熱部と端子部の長さの比率が０．３〜１．０の範囲にある必要があり、０．６〜０．９５の範囲にあることがより望ましい。また、発熱部３と端子部２の長さは上記の条件の範囲内で適宜決めることができるが、スリットの長さと有効加熱領域とを考慮すると発熱体全長と端子部の長さの比率［（端子部の長さＬ１＋発熱部の長さＬ２＋上端部の長さ）／端子部の長さＬ１］が２．０〜４．０の範囲にあることが望ましい。
【００１４】
該発熱体１に設けられたスリット５の幅は１〜１０ｍｍとすることが必要である。スリット５の幅が１ｍｍ未満の場合には、長時間の使用による発熱体の変形によって接触、回路的短絡が発生する可能性があり、一方、スリット５の幅が１０ｍｍを超える場合には、スリット５からの熱のロスが大きくなるため消費電力が高くなり、さらにスリット５の幅が大きくなるために、発熱体の長時間使用による変形が大きくなり、発熱体が破損しやすくなるなど寿命面での問題があるばかりか、炉内温度分布が不均一となりやすく、発熱体として実用的ではない。このため、該発熱体１に設けられたスリット５の幅は１〜１０ｍｍとすることが必要であり、２〜６ｍｍの範囲にあることがより望ましい。
【００１５】
また、該発熱体１の端子部２と発熱部５の長さの合計とスリット５の長さの比率（［スリットの長さＬ３］／｛［端子部の長さＬ１］＋［発熱部の長さＬ２］｝）が０．８〜１．２の範囲にあることが必要である。かかる比率が０．８未満の場合には、スリットの終端が肉薄である発熱部に位置するために強度的に弱く、発熱体の耐久性が低下する。また比率が１．２倍を超える場合には、上端部４にスリットが入ってくるために上端部の強度が低下し、発熱体の耐久性が低下する。このため、該発熱体１の端子部と発熱部の長さの合計とスリットの長さの比率（［スリットの長さＬ３］／｛［端子部の長さＬ１］＋［発熱部の長さＬ２］｝）が０．８〜１．２の範囲にあることが必要であり、０．９〜１．０５倍の範囲にあることがより望ましい。
【００１６】
該発熱体１の材料として用いるランタンクロマイト系セラミックスは、気孔率が５％未満であることが必要であり、３％未満であることがより望ましい。気孔率を小さくすることにより繰り返しの熱衝撃に対する耐久性に優れた発熱体を得ることが可能となる。これに加えて、発熱体を形成するランタンクロマイト系セラミックスの１０００℃における比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であることが必要である。比抵抗が０．１Ωｃｍ未満の場合は、抵抗特性が低く電流値が大きくなり端子部電極の劣化が速くなるため短寿命となる。また逆に比抵抗が高くなりすぎると、制御に必要な印加電圧値の範囲が大きくなり実用的でなくなるため、比抵抗が０．２〜２．０Ωｃｍの範囲にあることがより望ましい。これらの特性制御は適宜、Ｌａの一部をＳｒ、Ｃａなどで、Ｃｒの一部をＣｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇなどで置換固溶させることにより、上記特性を有する発熱体とすることができる。
【００１７】
図５は、本発明の電気炉の一例を示す断面図であり、発熱体１の中空部内には、セラミックス炉心管８を装着し、この中空部内を有効加熱室とする。セラミックス炉心管８は、この内部に被加熱物を置くことにより、発熱体１からの蒸発物によって被加熱物が汚染されることを防止できる。該セラミックス炉心管８の厚さ、長さ、及び外寸法は、電気炉の仕様に応じて適宜決めることができ、さらに、該セラミックス炉心管８は電気炉の仕様に応じて長さ方向に対して位置によって厚みや外寸法などを変化させてもよい。また、該セラミックス炉心管８は発熱体１と密着させても良いが、発熱部３では非接触とすることで、より一層被加熱物への汚染防止効果が向上する。図４に示した本発明の電気炉は、縦型で示されているが、縦型での使用は勿論のこと、横型での使用も全く問題なく可能であり、横型での使用の場合には、試料の出し入れが容易となる。また、本発明の電気炉において、セラミック炉心管８の上端部は、開放状態で使用されるが、密閉状態で使用することもできる。その場合、試料搬入口と試料搬出口は同一となる。
【００１８】
セラミックス炉心管８は、電気炉を使用する温度域に応じて、従来電気炉の炉心管として用いられている各種の公知のセラミックスを使用することができるが、特に、純度９５％以上、相対密度９３％以上のアルミナ、ムライト、スピネル、安定化ジルコニア（安定化剤も含めた純度が９５％以上）、マグネシア又はイットリアを使用することが望ましく、これらの材料を用いることにより、セラミックス炉心管８の耐熱性がさらに向上すると共に、発熱体１との反応も抑制され、被加熱物への汚染防止効果も向上する。
【００１９】
上記発熱体１の外側には、断熱材９を装着する。発熱体１の外側に断熱材９を装着することによって、電気炉の熱効率を上げることができる。断熱材の材質としては、耐火煉瓦、耐火断熱煉瓦、キャスタブル耐火物、セラミックファイバー成形体等の各種の公知の耐火物を使用できる。又、セラミックファイバー成形体を使用する場合には、断熱性に優れ、蓄熱量が小さいために、消費電力を低減することができ、発熱体１を更に長寿命化することが可能となる。また、断熱材の材質としてセラミックファイバー成形体を使用する場合、発熱体１と断熱材９との間に厚さ１〜３ｍｍ程度のセラミックス層を形成することにより、発熱体１と断熱材９との反応をより一層少なくすることができ、発熱体１をより一層長寿命化することが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明の実施例について下記に説明するが、本発明はこれらの実施例だけに限定するものではない。
【００２１】
実施例１
図５の電気炉において、発熱体１として、図３および図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、表１に記載した形状および特性を有し、内径３２ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径４４ｍｍ（端子部２の長さ５５ｍｍ、上端部４の長さ２５ｍｍ）、発熱部３の外径３６ｍｍ（有効発熱部の長さ７５ｍｍ）、全長１５５ｍｍの円筒型ランタンクロマイト系セラミックスを用い、端子部２の下端面を２等分割する位置から上端部に向かって垂直方向に２ケ所の幅３ｍｍ、長さ１３０ｍｍの溝を設けスリット５とし、端子部２の下端から２５ｍｍの位置までの部位（外周面及び端面）に白金ペーストを塗布し、１３００℃で焼き付けて、高温用電極６を形成したのち、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなる金属リード部品７を取り付けた。この発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナセラミックス炉心管８（以下炉心管と呼ぶ）（外径３０ｍｍ×内径２４ｍｍ×長さ４００ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが５４ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５０ｍｍ、内径１０が４６ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着した。さらにその外側には断熱材９として、純度９５％のα−アルミナ材質からなる、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３の成形体（セラミックファイバー成形体）を、中央部に４８ｍｍの貫通孔を有する形状に加工して配置し、その外部を、耐火材を内張りにした金属缶体で取り囲み固定することによって、電気炉を得た。
【００２２】
実施例２
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、端子部２の外径５０ｍｍ、端子部２の長さ６０ｍｍ、全長１６０ｍｍ、スリットの長さ１３７ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが６０ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５６ｍｍ、内径１０が５２ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２３】
実施例３
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、端子部２の長さ５０ｍｍ、発熱部３の外径３８ｍｍ、発熱部３の長さ８０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２４】
実施例４
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径２８ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径４０ｍｍ（端子部２の長さ６５ｍｍ、上端部４の長さ２５ｍｍ）、発熱部３の外径３２ｍｍ、スリットの長さ１４０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２５】
実施例５
図５の電気炉において、スリットの幅を５ｍｍ、発熱体１の全長１６０ｍｍ（上端部４の長さ３０ｍｍ）、スリットの長さを１３２ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２６】
実施例６
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径１６ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径２４ｍｍ（端子部２の長さ３５ｍｍ、上端部４の長さ１５ｍｍ）、発熱部３の外径２０ｍｍ（有効発熱部の長さ５０ｍｍ）、全長１００ｍｍ、スリットの幅２．５ｍｍ、スリットの長さ８０ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径１５ｍｍ×内径１１ｍｍ×長さ２００ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが３６ｍｍ、外径１０ｂの大きさが３２ｍｍ、内径１０が２５ｍｍ、全長８０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２７】
実施例７
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径８ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径１５ｍｍ（端子部２の長さ２０ｍｍ、上端部４の長さ３０ｍｍ）、発熱部３の外径１１ｍｍ（有効発熱部の長さ３０ｍｍ）、全長６０ｍｍ、スリットの幅２ｍｍ、スリットの長さ５２ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径６ｍｍ×内径４ｍｍ×長さ９０ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが２４ｍｍ、外径１０ｂの大きさが２０ｍｍ、内径１０が１６ｍｍ、全長７５ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２８】
実施例８
図５の電気炉において、発熱体１の材料の比抵抗が０．５６Ωｃｍであるランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径４５ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径６０ｍｍ（端子部２の長さ１００ｍｍ、上端部４の長さ４０ｍｍ）、発熱部３の外径５０ｍｍ（有効発熱部の長さ１６０ｍｍ）、全長３００ｍｍ、スリットの幅５ｍｍ、スリットの長さ２６０ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径４２ｍｍ×内径３５ｍｍ×長さ４５０ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが８５ｍｍ、外径１０ｂの大きさが７５ｍｍ、内径１０が６５ｍｍ、全長２３０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００２９】
比較例１
実施例１における図５の電気炉において、発熱部３の外径を４２ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３０】
比較例２
図５の電気炉において、実施例１と同様の特性を有するランタンクロマイト系セラミックスを用いて、発熱体１の内径１８ｍｍ、端子部２及び上端部４の外径５０ｍｍ、発熱部３の外径２２ｍｍ、スリットの幅２．５ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の中空部内に純度９９．５％、相対密度９７％のアルミナ炉心管（外径１５ｍｍ×内径１１ｍｍ×長さ４００ｍｍ）を挿入し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが６０ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５６ｍｍ、内径１０が５２ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３１】
比較例３
実施例１における図５の電気炉において、発熱体１の内径３３ｍｍ、端子部２の長さ３５ｍｍ、発熱部３の長さ８５ｍｍ（全長１４５ｍｍ、スリットの長さ１２０ｍｍ）として発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３２】
比較例４
図５の電気炉において、端子部２の長さを１００ｍｍ（全長２０５ｍｍ、スリットの長さ１８０ｍｍ）として発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３３】
比較例５
図５の電気炉において、端子部２および上端部４の外径４２ｍｍ、発熱部３の外径３５ｍｍ、スリットの幅を０．５ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３４】
比較例６
図５の電気炉において、発熱体１の内径３０ｍｍ、スリットの幅を１２ｍｍ、全長１６０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３５】
比較例７
実施例１における図５の電気炉において、端子部２及び上端部４の外径４６ｍｍ、発熱部３の外径３８ｍｍ、スリットの長さ１１０ｍｍとして発熱体１を作製し、発熱体１の外側に、純度９９．５％、相対密度９７％の円筒型のアルミナセラミックス１０（外径１０ａの大きさが５８ｍｍ、外径１０ｂの大きさが５４ｍｍ、内径１０が５０ｍｍ、全長１２０ｍｍ）を装着したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３６】
比較例８
実施例１における図５の電気炉において、発熱体１の内径３３ｍｍ、スリットの長さ１４５ｍｍ、全長１６０ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電気炉を得た。
【００３７】
比較例９
実施例８における図５の電気炉において、発熱体１の材料として気孔率７．２％のランタンクロマイト系セラミックスを用いて発熱体１を作製したこと以外は、実施例８と同様にして電気炉を得た。
【００３８】
比較例１０
実施例６における図５の電気炉において、発熱体１の材料の比抵抗が０．０８Ωｃｍであるランタンクロマイト系セラミックスを用いて、スリットの長さを８５ｍｍとして発熱体１を作製したこと以外は、実施例６と同様にして電気炉を得た。
【００３９】
試験例１
実施例１〜８及び比較例１〜１０のそれぞれの電気炉を、有効炉内中央での保持温度１８００℃、保持時間３０ｍｉｎ、昇降温速度６００℃／ｈで繰り返しサイクル通電試験を実施したときの、消費電力が最大となる保持温度到達時の電圧、電流、消費電力及び発熱体が破損するまでのサイクル回数を求めた。その結果を表２に示す。
【００４０】
表２から明らかなように、実施例１〜８の電気炉は、高い耐久性を示した。また比較例１〜１０の結果から明らかなように、本発明の要件を満足しないランタンクロマイト系発熱体を用いた電気炉は、耐久性に優れた電気炉とはならない。
【００４１】
試験例２
実施例１及び６〜８のそれぞれの電気炉を、有効炉内中央での保持温度１９００℃、保持時間３０ｍｉｎ、昇降温速度６００℃／ｈで通電試験を実施したときの、消費電力が最大となる保持温度到達時の電圧、電流、消費電力を求めた。その結果を表３に示す。
【００４２】
表３から明らかなように、本発明の電気炉は１９００℃までの急速加熱冷却が可能であった。
【表１】
【発明の効果】
本発明に係る電気炉においては、円筒型のランタンクロマイト系発熱体に２ケ所のスリットを設けることによって端子部を一方に集中しているため発熱体を従来よりも短尺化することができ、発熱体内部を有効加熱室として用いることにより電気炉を一体型化し、これらにより電気炉をコンパクト化することができる。また１９００℃まで急速加熱冷却が可能で長寿命となるほか、各種雰囲気制御を行うことが可能である。また本電気炉は、縦型での使用はもちろんのこと、横型での使用も全く問題なく可能であり、試料の出し入れが容易であるというメリットも持ちあわせている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は従来の複数の発熱体を使用した管状型電気炉の縦断面図、図１（Ｂ）は従来の管状型電気炉の横断面図である。
【図２】図２（Ａ）は従来の一本の発熱体を使用した一体型の管状型電気炉の縦断面図、図２（Ｂ）は従来の一本の発熱体を使用した一体型の管状型電気炉の横断面図である。
【図３】図３は本発明電気炉の発熱体を正面から見た図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明電気炉の発熱体を側面から見た図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【図５】図５は本発明電気炉の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 発熱体
２ 端子部
３ 発熱部
４ 上端部
５ スリット
６ 電極
７ 金属リード部品
８ セラミックス炉心管
９ 断熱材
１０ セラミックス層
１０ａ セラミックス層
１０ｂ セラミックス層
１１ 金属缶体
１２ 棒状発熱体
１３ 断熱材
１４ 炉心管
１５ 発熱部
１６ 電極
１７ リード線
１８ 断熱材
１９ 炉心管
Claims (2)
- 発熱部と両端部からなる円筒型のランタンクロマイト系発熱体において、該発熱体材料の気孔率が５％未満でありかつ１０００℃における比抵抗が０．１Ωｃｍ以上であり、発熱体の下端面を２等分割する位置から垂直方向に２ケ所のスリットを設けることによって端子部を一方に集中し、該スリットの幅が１〜１０ｍｍ、端子部と発熱部の長さの合計とスリットの長さの比率（［スリットの長さＬ ３ ］／｛［端子部の長さＬ １ ］＋［発熱部の長さＬ ２ ］｝）が０．８〜１．２の範囲にあり、該端子部に高温用金属電極を取り付けた発熱体と、該発熱体の外側に装着した断熱材と、該発熱体の中空部内に装着したセラミックス炉心管とを備え、該炉心管の中空部内を有効加熱室としたことを特徴とする電気炉。
- 請求項１におけるランタンクロマイト系発熱体において、発熱部と端子部の外径の比率（［端子部外径］／［発熱部外径］）が１．１〜１．６の範囲にあり、発熱部と端子部の長さの比率（［端子部長さＬ１］／［発熱部長さＬ２］）が０．３〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気炉。
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