(57)【要約】  マイクロ波焼成炉（１０１）は、被焼成体（１０２）が配置される焼成室（１０３）と、マイクロ波を焼成炉内に照射するマグネトロン（１１６）と、冷却用気体を焼成炉外から焼成炉内に導入する冷却用気体導入機構（１１２ｂ）と、冷却用気体を焼成室（１０３）まで流通させる冷却用気体流路（１１３ｂ）と、マイクロ波が照射されることで自己発熱し、冷却用気体流路（１１３ｂ）を流通する冷却用気体を加熱する発熱体（１１４ａ〜１１４ｅ）と、被焼成体（１０２）が配置された焼成室（１０３）を冷却する際に、冷却用気体導入機構（１１２ｂ）に冷却用気体を焼成炉内に導入させ、マグネトロン（１１６）にマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる制御部（１１７）とを備える。
2010090016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成方法であって、
前記被焼成体が配置された焼成炉内の焼成室を冷却する際に、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させ、
マイクロ波を焼成炉内に断続的に照射し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路に配置された発熱体を発熱させ、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱させる
ことを特徴とするマイクロ波焼成方法。
【請求項２】
前記焼成室が内側に配置された第１の隔壁と、前記第１の隔壁により覆われた第２の隔壁との間に形成された空間を介して、前記焼成室に前記冷却用気体を流通させる
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項３】
前記第１の隔壁を貫通した第１の流路部分から、前記空間を介して、前記第２の隔壁を貫通した第２の流路部分に前記冷却用気体を流通させる
ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項４】
前記空間内に散在するように前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置された複数の前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項５】
前記空間の一部を形成するように前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置された前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項６】
少なくとも前記第１の流路部分と前記第２の流路部分とのいずれか内に配置されて前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項７】
前記第３の流路内に配置されて前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項８】
マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成炉であって、
前記被焼成体が配置される焼成室と、
マイクロ波を焼成炉内に照射するマグネトロンと、
冷却用気体を焼成炉外から焼成炉内に導入する導入機構と、
前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路と、
マイクロ波が照射されることで自己発熱し、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱する発熱体と、
前記被焼成体が配置された前記焼成室を冷却する際に、前記導入機構に前記冷却用気体を焼成炉内に導入させ、前記マグネトロンにマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる制御部とを備える
ことを特徴とするマイクロ波焼成炉。
【請求項９】
前記焼成室が内側に配置された第１の隔壁と、前記第１の隔壁により覆われた第２の隔壁とを備え、
前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に前記流路の一部が形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１０】
前記流路が、前記第１の隔壁を貫通した第１の流路部分と、前記第２の隔壁を貫通した第２の流路部分と、前記第１の流路部分から前記第２の流路部分に前記冷却用気体が流通するように、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に形成された第３の流路部分とを有する
ことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１１】
前記第３の流路部分内に散在する複数の前記発熱体が、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１２】
前記第３の流路部分の一部を形成する前記発熱体が、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１３】
前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体が、少なくとも前記第１の流路部分と前記第２の流路部分とのいずれか内に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１４】
前記発熱体が、平均細孔径３０μｍで気孔率７０％の細孔が形成されたものである
ことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１５】
前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体が、前記第３の流路部分内に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１６】
前記発熱体が、平均細孔径５０μｍで気孔率７５％の細孔が形成されたものである
ことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ波焼成炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファインセラミックス材料などでできた被焼成体をマイクロ波照射により焼成するマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波照射によりファインセラミックスを焼成するマイクロ波焼成炉が実用化されている。このマイクロ波焼成炉では、ファインセラミックス材料などでできた被焼成体を焼成する場合に、被焼成体が均質なものであれば、原理的には、マイクロ波照射により被焼成体の各部分を均一に加熱する。ただし、焼成処理初期時には、炉内の雰囲気温度が被焼成体の表面温度よりもかなり低温である。このため、被焼成体の表面から熱が放射され、結果的に被焼成体の中心部と表面の間に温度勾配が生じ、クラックが発生し易い。【０００３】
さらに、マイクロ波照射による加熱の特性として、同一物質内では、温度が高い部分ほど誘電損が大きい。すなわち、温度の低い部分よりも温度の高い部分の方がマイクロ波吸収効率が高い。このため、一旦温度勾配が生じれば、マイクロ波吸収効率の差が更に進んで部分的な局所加熱が起こり、温度差がより拡大され、クラックの発生が助長される。【０００４】
以上を解決するために、炉内に被焼成体の内部から外部への温度勾配を等温分布とする等温障壁を構成することにより、被焼成体における温度勾配の発生を抑止して、クラックの発生を低減させるマイクロ波焼成炉が提案されている。このマイクロ波焼成炉として、図１８に示す構成のもの（例えば、特許文献１を参照。）がある。【０００５】
図１８に示すように、このマイクロ波焼成炉９０１は、マイクロ波空間９０２を区画形成するキャビティ９０３と、このキャビティ９０３に導波管９０４ａ〜９０４ｄを介して接続されてキャビティ９０３内にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段としてのマグネトロン９０６ａ〜９０６ｄと、キャビティ９０３内に放射されたマイクロ波を攪拌するマイクロ波攪拌手段９０８ａ、９０８ｂと、キャビティ９０３内に設置されたブランケット９１０と、ブランケット９１０の周囲を囲った補助ブランケット９１１とを備える。【０００６】
キャビティ９０３は、少なくとも内面が、マイクロ波をマイクロ波空間９０２に反射し、マイクロ波のキャビティ９０３外への漏洩を防止する構成となっている。【０００７】
マイクロ波攪拌手段９０８ａは、キャビティ９０３内に配置された攪拌羽根９１４ａ、９１４ｃと、キャビティ９０３の外部に配置された駆動モータ９１６ａと、駆動モータ９１６ａの回転を攪拌羽根９１４ａ、９１４ｃに伝達する回転伝達軸９１８ａとを備える。回転伝達軸９１８ａを回転軸として攪拌羽根９１４ａ、９１４ｃが回転することによって、キャビティ９０３内の雰囲気が攪拌される。【０００８】
マイクロ波撹拌手段９０８ｂは、キャビティ９０３内に配置された撹拌羽根９１４ｂ、９１４ｄと、キャビティ９０３の外部に配置された駆動モータ９１８ｂと、駆動モータ９１６ｂの回転を撹拌羽根９１４ｂ、９１４ｄに伝達する回転伝達軸９１８ｂとを備える。回転伝達軸９１８ｂを回転軸として撹拌羽根９１４ｂ、９１４ｄが回転することによって、キャビティ９０３内の雰囲気が撹拌される。【０００９】
ブランケット９１０は、被焼成体９２１ａ、９２１ｂを設置する焼成室９２３を区画形成したもので、焼成室９２３を区画形成している隔壁として、外殻壁９２５ａと内殻壁９２５ｂとの二重壁構造になっている。【００１０】
外殻壁９２５ａは、断熱性を有すると共にマイクロ波の透過を許容する材料で形成されたものである。具体的には、外隔壁９２５ａは、アルミナファイバーや、発泡アルミナ等で形成されている。また、内殻壁９２５ｂは、外部から照射されたマイクロ波によって自己発熱し、且つ、マイクロ波の一部を焼成室９２３内まで透過可能な誘電材料によって形成されている。この内殻壁９２５ｂに好適な誘電材料としては、例えば、被焼成体９２１ａ、９２１ｂの焼成温度付近の高温域で被焼成体９２１ａ、９２１ｂと同等以上に自己発熱する高温域用発熱材料が利用される。【００１１】
補助ブランケット９１１は、ブランケット９１０の周囲を断熱空間として、ブランケット９１０からその周囲の雰囲気への放熱による温度勾配の発生を抑止するためのものである。補助ブランケット９１１は、断熱性を有すると共にマイクロ波の透過を許容するアルミナファイバーや、発泡アルミナ等の断熱材料で形成されている。【００１２】
以上のように、焼成室９２３を画成するブランケット９１０の隔壁を、照射されたマイクロ波によって自己発熱すると共に、マイクロ波の一部を焼成室９２３内に透過可能な内殻壁９２５ｂと、その周囲を囲う断熱性材料製の外殻壁９２５ａとで構成することにより、被焼成体９２１ａ、９２１ｂに対するマイクロ波加熱の進行に並行して、内殻壁９２５ｂ自体の発熱によって焼成室９２３内の雰囲気が昇温すると共に、焼成室９２３から外部への放熱が外殻壁９２５ａによって抑止される。【００１３】
従って、被焼成体９２１ａ、９２１ｂの昇温に応じて、焼成室９２３内の雰囲気が高温に安定維持される。このため、被焼成体９２１ａ、９２１ｂの表面からその周囲の雰囲気への放熱が抑えられる。その結果、被焼成体９２１ａ、９２１ｂの中心部と表面との間に温度勾配が発生し難くなる。これに伴い、温度勾配の発生に起因したクラックの発生を防止し、安定した焼成が可能になる。【００１４】
更に、この温度勾配の発生を抑制する構成として、等温障壁が二重構造である構成のもの（例えば、特許文献２を参照。）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３８４５７７７号公報
【特許文献２】特許第３７９９４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記のような従来の構成では、その目的とするところが、比較的高温度で焼成を行なう場合でも焼成体の熱歪みを抑制することができる焼成炉を提供することにあり、マイクロ波照射による均一な加熱や急速な昇温は可能となるが、その半面、非常に断熱性が高いために、被焼成体および焼成炉内の冷却に膨大な時間を要するという課題を有している。【００１７】
これを解決するために、冷却時に室温の気体を炉内へ入れると、被焼成物、炉内構成部品が気体との温度差による熱衝撃で破壊してしまう。【００１８】
更に、焼成炉外部で気体を加熱し、炉内部へ導入するように配管するのは、マイクロ波が影響を受けるため困難であると共に、別プラントを必要とするため、設備コストが増大するという課題も有している。【００１９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、炉外部で加熱源を有することなく、マイクロ波焼成サイクルにおける冷却に要する時間を短縮することができるマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明に係わるマイクロ波焼成方法は、（ａ）マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成方法であって、（ｂ）前記被焼成体が配置された焼成炉内の焼成室を冷却する際に、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させ、（ｃ）マイクロ波を焼成炉内に断続的に照射し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路に配置された発熱体を発熱させ、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱させることを特徴とする。【００２１】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係わるマイクロ波焼成炉は、（ａ）マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成炉であって、（ｂ）前記被焼成体が配置される焼成室と、（ｃ）マイクロ波を焼成炉内に照射するマグネトロンと、（ｄ）冷却用気体を焼成炉外から焼成炉内に導入する導入機構と、（ｅ）前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路と、（ｆ）マイクロ波が照射されることで自己発熱し、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱する発熱体と、（ｇ）前記被焼成体が配置された前記焼成室を冷却する際に、前記導入機構に前記冷却用気体を焼成炉内に導入させ、前記マグネトロンにマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。その結果、炉外部で加熱源を有することなく、マイクロ波焼成サイクルにおける冷却に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ａ−Ａで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ａ−Ａで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す平面図である。
【図５】図５は、実施の形態１から実施の形態４までにおけるマイクロ波焼成方法のフローチャートを示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１から実施の形態４までにおけるマイクロ波焼成方法の温度プロファイルを示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ｂ−Ｂで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ｂ−Ｂで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３におけるマイクロ波焼成炉に使用される発熱体の概略を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ｃ−Ｃで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉に使用される発熱体の概略を示す図である。
【図１８】図１８は、従来のマイクロ波焼成炉の構造の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
＜マイクロ波焼成炉＞
図１、図２に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉１０１では、焼成室１０３内に設置されている被焼成体１０２のマイクロ波焼成を行う際に、マグネトロン１１６によって発生させたマイクロ波が、導波管（図示せず）を介して密閉状態のキャビティ１１０へ導入される。また、マイクロ波焼成炉１０１に備えられたマイクロ波攪拌手段（図示せず）により、キャビティ１１０内に導入されたマイクロ波が撹拌される。また、マイクロ波焼成炉１０１に備えられた制御部１１７により、マイクロ波の照射時間や照射強度の制御が行われる。被焼成体１０２が配置された焼成室１０３を冷却する際に、制御部１１７が、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂとマグネトロン１１６とを制御して、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂに冷却用気体を焼成炉内に導入させ、マグネトロン１１６にマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる。
【００２６】
なお、図１については、マイクロ波焼成炉１０１をＺ方向から透視した状態で示している。図２については、マイクロ波焼成炉１０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００２７】
具体的には、キャビティ１１０内には、外隔壁１０８ｂが設置されている。外隔壁１０８ｂ内には、外隔壁１０８ａが設置されている。外隔壁１０８ａ内には、外隔壁発熱体１０７が設置されている。外隔壁１０８ａ，１０８ｂと外隔壁発熱体１０７とは、内隔壁１０５を囲むように配置されている。内隔壁１０５と外隔壁発熱体１０７との間には、隔壁間スペース１０６として（内隔壁１０５の底面を除いて）５０ｍｍ開けられている。内隔壁１０５内には、内隔壁発熱体１０４が設置されている。内隔壁発熱体１０４内は、焼成室１０３になっている。
【００２８】
被焼成体１０２は、焼成室１０３内に直接または焼成室１０３内の設置台（図示せず）等の上に設置される。なお、焼成中の被焼成体１０２の収縮時に被焼成体１０２が焼成室１０３や設置台に引っかかり変形する場合がある。これを回避するために、被焼成体１０２の下に、球状の物体を敷き詰めることが好ましい。例えば、被焼成体１０２の収縮時に被焼成体１０２に負荷がかからないようにするために、被焼成体１０２の下にアルミナボール等を敷き詰める。本実施の形態では、敷き詰めるアルミナボールとして直径０．５ｍｍの球状のものを用いた。
【００２９】
内隔壁発熱体１０４は、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。内隔壁１０５は、マイクロ波の透過を許容する断熱材料で形成されている。外隔壁発熱体１０７は、内隔壁発熱体１０４と同様に、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。外隔壁１０８ａ，１０８ｂは、内隔壁１０５と同様に、マイクロ波の透過を許容する断熱材料で形成されている。例えば、内隔壁発熱体１０４は、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）、（ｅ）炭化珪素などの無機材料で形成されている。内隔壁１０５は、アルミナファイバーや、発泡アルミナ等で形成されている。なお、内隔壁１０５と外隔壁１０８ａ，１０８ｂとについては、同一材料であっても異なる材料であってもよい。また、内隔壁発熱体１０４と外隔壁発熱体１０７とについても、同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、マイクロ波焼成炉１０１内部の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００３０】
内隔壁発熱体１０４は、内隔壁１０５の内面全体に配置されている。外隔壁発熱体１０７は、外隔壁１０８ａの内面全体に配置されている。なお、内隔壁発熱体１０４と外隔壁発熱体１０７とについては、所望の熱特性を達成することができれば、全体に配置する構成でなく部分的に配置する構成でもよい。例えば、円盤状または八角形の発熱体を内隔壁１０５や外隔壁１０８ａの内面に複数枚配置する構成でもよい。
【００３１】
キャビティ１１０は、ステンレス鋼などの金属で形成されている。さらに、内面がマイクロ波を反射するように形成されている。なお、キャビティ１１０の内面については、反射効率が向上することから、銅めっきを施すことが好ましい。
【００３２】
冷却用気体導入機構１１２ａは、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入する機構である。冷却用気体導入機構１１２ａから、冷却用気体導入管１１１ａ、冷却用気体流路１１３ａを介して、隔壁間スペース１０６内に冷却用気体が導入される。
【００３３】
冷却用気体導入機構１１２ｂは、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入する機構である。冷却用気体導入機構１１２ｂから、冷却用気体導入管１１１ｂ、冷却用気体流路１１３ｂを介して、焼成室１０３内に冷却用気体が導入される。
【００３４】
冷却用気体が空気である場合には、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂとしてファンやポンプが用いられる。冷却用気体が窒素等高圧ガスである場合には、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂとして流量を制御するバルブが用いられる。なお、焼成室１０３内へ導入される冷却用気体中に存在するホコリやゴミを集塵するためのフィルタ（図示せず）を冷却用気体導入管１１１ａ，１１１ｂの管内に設置するとしてもよい。これにより、安定して冷却用気体を隔壁間スペース１０６内や焼成室１０３内に導入することができる。
【００３５】
冷却用気体流路１１３ａは、冷却用気体導入機構１１２ａから冷却用気体導入管１１１ａを介して送られた冷却用気体を隔壁間スペース１０６まで流通させる流路である。層間冷却用気体流路１２１ａ〜１２３ａを有する。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂに層間冷却用気体流路１２１ａが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ａに層間冷却用気体流路１２２ａが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁発熱体１０７に層間冷却用気体流路１２３ａが形成されている。ただし、冷却用気体がＹ方向に直進しないように、層間冷却用気体流路１２１ａ〜１２３ａが配置されている。
【００３６】
層間冷却用気体流路１２１ａは、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が冷却用気体導入管１１１ａに繋がっている。他方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。
【００３７】
層間冷却用気体流路１２２ａは、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ａをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。他方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。
【００３８】
層間冷却用気体流路１２３ａは、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁発熱体１０７をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。他方が隔壁間スペース１０６に繋がっている。
【００３９】
冷却用気体流路１１３ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂから冷却用気体導入管１１１ｂを介して送られた冷却用気体を焼成室１０３まで導入する流路である。層間冷却用気体流路１２１ｂ〜１２５ｂを有する。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂに層間冷却用気体流路１２１ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ａに層間冷却用気体流路１２２ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁発熱体１０７に層間冷却用気体流路１２３ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁１０５に層間冷却用気体流路１２４ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁発熱体１０４に層間冷却用気体流路１２５ｂが形成されている。ただし、冷却用気体がＹ方向に直進しないように、層間冷却用気体流路１２１ｂ〜１２５ｂが配置されている。
【００４０】
層間冷却用気体流路１２１ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が冷却用気体導入管１１１ｂに繋がっている。他方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４１】
層間冷却用気体流路１２２ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ａをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４２】
層間冷却用気体流路１２３ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁発熱体１０７をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が外隔壁発熱体１０７と内隔壁１０５との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４３】
層間冷却用気体流路１２４ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁１０５をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁発熱体１０７と内隔壁１０５との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が内隔壁１０５と内隔壁発熱体１０４との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４４】
層間冷却用気体流路１２５ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁発熱体１０４をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が内隔壁１０５と内隔壁発熱体１０４との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が焼成室１０３に繋がっている。
【００４５】
さらに、図３、図４に示すように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、その空間内に散在するように、発熱体１１４ａ〜１１４ｅが配置されている。その空間と発熱体１１４ａ〜１１４ｅとで、層間冷却用気体流路１２１ｂからＸ−Ｚ面に沿って層間冷却用気体流路１２２ｂに冷却用気体が流通する流路部分が形成されている。
【００４６】
なお、図３、図４については、図１、図２に示す切断線Ａ−Ａでマイクロ波焼成炉１０１を切断して矢視方向に見た状態で示している。また、図３については、層間冷却用気体流路１２１ｂ，１２２ｂを仮想線（破線）で示している。
【００４７】
発熱体１１４ａ〜１１４ｅは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体１１４ａ〜１１４ｅは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）、（ｅ）炭化珪素などの無機材料で形成されている。なお、発熱体１１４ａ〜１１４ｅについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、マイクロ波焼成炉１０１内部の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００４８】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に流入する。その空間に流入した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体１１４ａ〜１１４ｅを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、マイクロ波焼成炉１０１の外隔壁については、外隔壁１０８ａ，１０８ｂの２層構造としている。しかしながら、マイクロ波焼成炉１０１の隔壁層の数については、何層であってもよい。焼成温度が低く、焼成室１０３の温度が所望の焼成温度に十分に到達できる場合には、外隔壁１０８ａ，１０８ｂと外隔壁発熱体１０７が無い構成としてもよい。また、隔壁間スペース１０６については、５０ｍｍに限定されず、マイクロ波焼成炉１０１のサイズや、焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００５０】
なお、本実施の形態では、冷却用気体流路については、冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂの２つの系統としている。しかしながら、必ずしも２つの系統である必要は無く、１つ以上の系統を持っていればよい。例えば、焼成室１０３内のみ冷却する構成としてもよく、隔壁間スペース１０６のみを冷却する構成としてもよい。または、ある系統を分岐してそれぞれ焼成室１０３と隔壁間スペース１０６を冷却する構成としてもよい。
【００５１】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉１０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。
【００５２】
具体的には、まず、被焼成体１０２を焼成室１０３内に設置する（ステップＳ１）。このとき、焼成室１０３内にアルミナボール等を敷き詰め、焼成室１０３内に敷き詰めたものの上に被焼成体１０２を設置する。これにより、被焼成体１０２の寸法収縮時に被焼成体１０２に負荷がかからないようにすることができる。
【００５３】
次に、被焼成体１０２に対して予め設定した温度プロファイルにより被焼成体１０２を焼成する（ステップＳ２）。このとき、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させて冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂ内に一定の圧力をかける。これにより、焼成室１０３から高温の気体が、冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを通り外層へ流出することを防ぐことができる。また、焼成室１０３から熱が逃げ出さないようにすることができる。
【００５４】
次に、焼成室１０３を室温まで冷却するために、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉１０１内部を冷却する（ステップＳ３）。このとき、マイクロ波照射を断続的に行い、冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂに配置された発熱体１１４ａ〜１１４ｅを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉１０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００５５】
最後に、焼成室１０３内の温度が被焼成体１０２を取り出すことが可能な温度（図６に示す温度Ｈ）まで下がったことを確認した後、焼成が完了した被焼成体１０２を焼成室１０３より取り出す（ステップＳ４）。
【００５６】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉１０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００５７】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【００５８】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５９】
＜マイクロ波焼成炉＞
図７、図８に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉２０１では、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体２１４ａが配置されている。
【００６０】
なお、図７については、マイクロ波焼成炉２０１をＺ方向から透視した状態で示している。図８については、マイクロ波焼成炉２０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００６１】
さらに、図９、図１０に示すように、層間冷却用気体流路１２１ｂからＸ−Ｚ面に沿って層間冷却用気体流路１２２ｂに冷却用気体が流通する流路部分が発熱体２１４ｂに形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、層間冷却用気体流路２２１ａが発熱体２１４ａに形成されている。
【００６２】
同様に、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に発熱体２１４ｂが配置されている。層間冷却用気体流路１２１ａからＸ−Ｚ面に沿って層間冷却用気体流路１２２ａに冷却用気体が流通する流路部分が発熱体２１４ａに形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、層間冷却用気体流路２２１ｂが発熱体２１４ｂに形成されている。
【００６３】
なお、図９、図１０については、図７、図８に示す切断線Ｂ−Ｂでマイクロ波焼成炉２０１を切断して矢視方向に見た状態で示している。また、図９については、層間冷却用気体流路２２１ｂを仮想線（破線）で示している。
【００６４】
層間冷却用気体流路２２１ａは、発熱体２１４ａをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと発熱体２１４ａとの間に形成された空間に繋がっている。他方が層間冷却用気体流路１２２ａに繋がっている。
【００６５】
層間冷却用気体流路２２１ｂは、発熱体２１４ｂをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと発熱体２１４ｂとの間に形成された空間に繋がっている。他方が層間冷却用気体流路１２２ｂに繋がっている。
【００６６】
発熱体２１４ａ，２１４ｂは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体２１４ａ，２１４ｂは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）、（ｅ）炭化珪素などの無機材料で形成されている。なお、発熱体２１４ａ、２１４ｂについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、焼成室１０３内の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００６７】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂと発熱体２１４ｂとの間に形成された空間に流入する。その空間に流入した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体２１４ｂを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００６８】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉２０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。ただし、実施の形態１と比べて、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉２０１内部を冷却する工程（ステップＳ３）が異なる。
【００６９】
具体的には、マイクロ波照射を断続的に行い、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７、冷却用気体加熱体２１４ａ，２１４ｂを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉２０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３内の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００７０】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、実施の形態１と同様にして、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉２０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００７１】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、実施の形態１の場合と同様に、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【００７２】
（実施の形態３）
以下、本発明に係わる実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７３】
＜マイクロ波焼成炉＞
図１１、図１２に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉３０１では、層間冷却用気体流路１２１ａに、発熱体３１４ａが配置されている。層間冷却用気体流路１２２ａに、発熱体３１４ｂが配置されている。層間冷却用気体流路１２３ａに、発熱体３１４ｃが配置されている。層間冷却用気体流路１２１ｂに、発熱体３１４ｄが配置されている。層間冷却用気体流路１２２ｂに、発熱体３１４ｅが配置されている。層間冷却用気体流路１２３ｂに、発熱体３１４ｆが配置されている。層間冷却用気体流路１２４ｂに、発熱体３１４ｇが配置されている。層間冷却用気体流路１２５ｂに、発熱体３１４ｈが配置されている。
【００７４】
なお、図１１については、マイクロ波焼成炉３０１をＺ方向から透視した状態で示している。図１２については、マイクロ波焼成炉３０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００７５】
発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）などの無機材料で形成されている。なお、発熱体３１４ａ〜３１４ｈについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、焼成室１０３内の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００７６】
さらに、発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、図１３に示すように、スポンジのような構造であり、冷却用気体が透過することができる細孔を有する。例えば、発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、平均細孔径３０μｍで気孔率約７０％の炭化珪素で形成された直径４０ｍｍの円筒形の多孔体である。なお、発熱体３１４ａ〜３１４ｈの細孔径と気孔率とについては、この値に限らず、必要な冷却用気体流量や必要な冷却用気体温度、発熱体３１４ａ〜３１４ｈによる圧損に応じて適宜変更してもよい。
【００７７】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に流入する。その空間に流入した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体３１４ｃを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、発熱体３１４ａ〜３１４ｈのそれぞれが、１つの部品で形成されている。しかしながら、発熱体３１４ａ〜３１４ｈのそれぞれが、複数の部品で形成されていてもよく、複数の部品が異なるマイクロ波吸収率をもつ発熱体で形成されていてもよい。
【００７９】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉３０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。ただし、実施の形態１と比べて、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉３０１内部を冷却する工程（ステップＳ３）が異なる。
【００８０】
具体的には、マイクロ波照射を断続的に行い、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７、発熱体３１４ａ〜３１４ｈを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉３０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００８１】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、実施の形態１と同様にして、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉３０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００８２】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、実施の形態１の場合と同様に、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【００８３】
（実施の形態４）
以下、本発明に係わる実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８４】
＜マイクロ波焼成炉＞
図１４、図１５に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉４０１では、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ａ，４１４ｂと流路形成用発熱体４１５ａとが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｃが配置されている。
【００８５】
なお、図１４については、マイクロ波焼成炉４０１をＺ方向から透視した状態で示している。図１５については、マイクロ波焼成炉４０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００８６】
また、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと流路形成用発熱体４１５ｂとが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｆが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁発熱体１０７と内隔壁１０５との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｇが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁１０５と内隔壁発熱体１０４との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｈが配置されている。
【００８７】
さらに、図１６に示すように、発熱体４１４ｄと発熱体４１４ｅとの間に流路形成用発熱体４１５ｂが配置されている。これにより、冷却用気体導入管１１１ｂから導入された冷却用気体が、短絡的に、層間冷却用気体流路１２１ｂから層間冷却用気体流路１２２ｂへ流出することを防止することができる。
【００８８】
同様に、発熱体４１４ａと発熱体４１４ｂとの間に、流路形成用発熱体４１５ａが配置されている。これにより、冷却用気体導入管１１１ａから導入された冷却用気体が、短絡的に、層間冷却用気体流路１２１ａから層間冷却用気体流路１２２ａへ流出することを防止することができる。
【００８９】
なお、図１６については、図１４、図１５に示す切断線Ｃ−Ｃでマイクロ波焼成炉４０１を切断して矢視方向に見た状態で示している。また、図１６については、外隔壁１０８ａ，１０８ｂを一部切り欠いた状態で示している。また、図１６については、層間冷却用気体流路１２１ｂ，１２２ｂを仮想線（破線）で示している。
【００９０】
発熱体４１４ａ〜４１４ｈと流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂとは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体４１４ａ〜４１４ｈと流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂとは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）などの無機材料で形成されている。なお、発熱体４１４ａ〜４１４ｈと流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂとについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、焼成室１０３内の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００９１】
さらに、図１７に示すように、発熱体４１４ａ〜４１４ｈは、スポンジのような構造であり、冷却用気体が透過することができる細孔を有する。例えば、発熱体４１４ａ〜４１４ｈは、平均細孔径５０μｍで気孔率約７５％の炭化珪素で形成された厚さ８ｍｍの板状の多孔体である。なお、発熱体４１４ａ〜４１４ｈの細孔径と気孔率とについては、この値に限らず、必要な冷却用気体流量や必要な冷却用気体温度、発熱体４１４ａ〜４１４ｈによる圧損に応じて適宜変更してもよい。
【００９２】
さらに、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと比べて、流路形成用発熱体４１５ｂのＸ−Ｚ面のサイズが一回り小さい。これにより、発熱体４１４ｄと発熱体４１４ｅとの間に流路形成用発熱体４１５ｂが配置された状態で、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと、外隔壁１０８ａ，１０８ｂと、流路形成用発熱体４１５ｂとで囲まれた発熱体間冷却用気体流路４１６ｂが、流路形成用発熱体４１５ｂの外周に形成される。同様に、発熱体間冷却用気体流路４１６ａが、流路形成用発熱体４１５ａの外周に形成される。
【００９３】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂ側に配置された発熱体４１４ｄ内を透過する。発熱体４１４ｄを透過した冷却用気体が、発熱体間冷却用気体流路４１６ｂを通り、外隔壁１０８ａ側に配置された発熱体４１４ｅ内を透過する。発熱体４１４ｅを透過した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと流路形成用発熱体４１５ｂとを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂにより、冷却用気体が短絡的に流出することを防止している。しかしながら、冷却用気体が短絡的に流出することを防止することが可能な構成であれば、流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂが、外隔壁１０８ａ、１０８ｂと同様に、マイクロ波の透過を許容する断熱材料で形成されているとしてもよい。
【００９５】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉４０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。ただし、実施の形態１と比べて、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉４０１内部を冷却する工程（ステップＳ３）が異なる。
【００９６】
具体的には、マイクロ波照射を断続的に行い、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７、発熱体４１４ａ〜４１４ｈ、流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉４０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００９７】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、実施の形態１と同様にして、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉４０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００９８】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、実施の形態１の場合と同様に、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、ファインセラミックス材料などで形成された被焼成体をマイクロ波照射により焼成して焼成体を製造するためのマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉などとして、特に、セラミックスではない他の被焼成材料をマイクロ波焼成する用途にも適用可能なマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉などとして利用することができる。
【図１】
2010090016.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月1日(2010.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成方法であって、
前記被焼成体が配置された焼成炉内の焼成室を冷却する際に、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させ、
マイクロ波を焼成炉内に断続的に照射し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路に配置された発熱体を発熱させ、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱させる
ことを特徴とするマイクロ波焼成方法。
【請求項２】
前記焼成室が内側に配置された第１の隔壁と、前記第１の隔壁により覆われた第２の隔壁との間に形成された空間を介して、前記焼成室に前記冷却用気体を流通させる
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項３】
前記第１の隔壁を貫通した第１の流路部分から、前記空間を介して、前記第２の隔壁を貫通した第２の流路部分に前記冷却用気体を流通させる
ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項４】
前記空間内に散在するように前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置された複数の前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項５】
前記空間の一部を形成するように前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置された前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項６】
少なくとも前記第１の流路部分と前記第２の流路部分とのいずれか内に配置されて前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項７】
前記流路内に配置されて前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体にマイクロ波を照射する
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波焼成方法。
【請求項８】
マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成炉であって、
前記被焼成体が配置される焼成室と、
マイクロ波を焼成炉内に照射するマグネトロンと、
冷却用気体を焼成炉外から焼成炉内に導入する導入機構と、
前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路と、
マイクロ波が照射されることで自己発熱し、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱する発熱体と、
前記被焼成体が配置された前記焼成室を冷却する際に、前記導入機構に前記冷却用気体を焼成炉内に導入させ、前記マグネトロンにマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる制御部とを備える
ことを特徴とするマイクロ波焼成炉。
【請求項９】
前記焼成室が内側に配置された第１の隔壁と、前記第１の隔壁により覆われた第２の隔壁とを備え、
前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に前記流路の一部が形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１０】
前記流路が、前記第１の隔壁を貫通した第１の流路部分と、前記第２の隔壁を貫通した第２の流路部分と、前記第１の流路部分から前記第２の流路部分に前記冷却用気体が流通するように、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に形成された第３の流路部分とを有する
ことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１１】
前記第３の流路部分内に散在する複数の前記発熱体が、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１２】
前記第３の流路部分の一部を形成する前記発熱体が、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１３】
前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体が、少なくとも前記第１の流路部分と前記第２の流路部分とのいずれか内に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１４】
前記発熱体が、平均細孔径３０μｍで気孔率７０％の細孔が形成されたものである
ことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１５】
前記冷却用気体が透過可能な前記発熱体が、前記第３の流路部分内に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項１６】
前記発熱体が、平均細孔径５０μｍで気孔率７５％の細孔が形成されたものである
ことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ波焼成炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファインセラミックス材料などでできた被焼成体をマイクロ波照射により焼成するマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波照射によりファインセラミックスを焼成するマイクロ波焼成炉が実用化されている。このマイクロ波焼成炉では、ファインセラミックス材料などでできた被焼成体を焼成する場合に、被焼成体が均質なものであれば、原理的には、マイクロ波照射により被焼成体の各部分を均一に加熱する。ただし、焼成処理初期時には、炉内の雰囲気温度が被焼成体の表面温度よりもかなり低温である。このため、被焼成体の表面から熱が放射され、結果的に被焼成体の中心部と表面の間に温度勾配が生じ、クラックが発生し易い。
【０００３】
さらに、マイクロ波照射による加熱の特性として、同一物質内では、温度が高い部分ほど誘電損が大きい。すなわち、温度の低い部分よりも温度の高い部分の方がマイクロ波吸収効率が高い。このため、一旦温度勾配が生じれば、マイクロ波吸収効率の差が更に進んで部分的な局所加熱が起こり、温度差がより拡大され、クラックの発生が助長される。
【０００４】
以上を解決するために、炉内に被焼成体の内部から外部への温度勾配を等温分布とする等温障壁を構成することにより、被焼成体における温度勾配の発生を抑止して、クラックの発生を低減させるマイクロ波焼成炉が提案されている。このマイクロ波焼成炉として、図１８に示す構成のもの（例えば、特許文献１を参照。）がある。
【０００５】
図１８に示すように、このマイクロ波焼成炉９０１は、マイクロ波空間９０２を区画形成するキャビティ９０３と、このキャビティ９０３に導波管９０４ａ〜９０４ｄを介して接続されてキャビティ９０３内にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段としてのマグネトロン９０６ａ〜９０６ｄと、キャビティ９０３内に放射されたマイクロ波を攪拌するマイクロ波攪拌手段９０８ａ，９０８ｂと、キャビティ９０３内に設置されたブランケット９１０と、ブランケット９１０の周囲を囲った補助ブランケット９１１とを備える。
【０００６】
キャビティ９０３は、少なくとも内面が、マイクロ波をマイクロ波空間９０２に反射し、マイクロ波のキャビティ９０３外への漏洩を防止する構成となっている。
【０００７】
マイクロ波攪拌手段９０８ａは、キャビティ９０３内に配置された攪拌羽根９１４ａ，９１４ｃと、キャビティ９０３の外部に配置された駆動モータ９１６ａと、駆動モータ９１６ａの回転を攪拌羽根９１４ａ，９１４ｃに伝達する回転伝達軸９１８ａとを備える。回転伝達軸９１８ａを回転軸として攪拌羽根９１４ａ，９１４ｃが回転することによって、キャビティ９０３内の雰囲気が攪拌される。
【０００８】
マイクロ波撹拌手段９０８ｂは、キャビティ９０３内に配置された撹拌羽根９１４ｂ，９１４ｄと、キャビティ９０３の外部に配置された駆動モータ９１６ｂと、駆動モータ９１６ｂの回転を撹拌羽根９１４ｂ，９１４ｄに伝達する回転伝達軸９１８ｂとを備える。回転伝達軸９１８ｂを回転軸として撹拌羽根９１４ｂ，９１４ｄが回転することによって、キャビティ９０３内の雰囲気が撹拌される。
【０００９】
ブランケット９１０は、被焼成体９２１ａ，９２１ｂを設置する焼成室９２３を区画形成したもので、焼成室９２３を区画形成している隔壁として、外殻壁９２５ａと内殻壁９２５ｂとの二重壁構造になっている。
【００１０】
外殻壁９２５ａは、断熱性を有すると共にマイクロ波の透過を許容する材料で形成されたものである。具体的には、外隔壁９２５ａは、アルミナファイバーや、発泡アルミナ等で形成されている。また、内殻壁９２５ｂは、外部から照射されたマイクロ波によって自己発熱し、且つ、マイクロ波の一部を焼成室９２３内まで透過可能な誘電材料によって形成されている。この内殻壁９２５ｂに好適な誘電材料としては、例えば、被焼成体９２１ａ，９２１ｂの焼成温度付近の高温域で被焼成体９２１ａ，９２１ｂと同等以上に自己発熱する高温域用発熱材料が利用される。
【００１１】
補助ブランケット９１１は、ブランケット９１０の周囲を断熱空間として、ブランケット９１０からその周囲の雰囲気への放熱による温度勾配の発生を抑止するためのものである。補助ブランケット９１１は、断熱性を有すると共にマイクロ波の透過を許容するアルミナファイバーや、発泡アルミナ等の断熱材料で形成されている。
【００１２】
以上のように、焼成室９２３を画成するブランケット９１０の隔壁を、照射されたマイクロ波によって自己発熱すると共に、マイクロ波の一部を焼成室９２３内に透過可能な内殻壁９２５ｂと、その周囲を囲う断熱性材料製の外殻壁９２５ａとで構成することにより、被焼成体９２１ａ，９２１ｂに対するマイクロ波加熱の進行に並行して、内殻壁９２５ｂ自体の発熱によって焼成室９２３内の雰囲気が昇温すると共に、焼成室９２３から外部への放熱が外殻壁９２５ａによって抑止される。
【００１３】
従って、被焼成体９２１ａ，９２１ｂの昇温に応じて、焼成室９２３内の雰囲気が高温に安定維持される。このため、被焼成体９２１ａ，９２１ｂの表面からその周囲の雰囲気への放熱が抑えられる。その結果、被焼成体９２１ａ，９２１ｂの中心部と表面との間に温度勾配が発生し難くなる。これに伴い、温度勾配の発生に起因したクラックの発生を防止し、安定した焼成が可能になる。
【００１４】
更に、この温度勾配の発生を抑制する構成として、等温障壁が二重構造である構成のもの（例えば、特許文献２を参照。）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３８４５７７７号公報
【特許文献２】特許第３７９９４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記のような従来の構成では、その目的とするところが、比較的高温度で焼成を行なう場合でも焼成体の熱歪みを抑制することができる焼成炉を提供することにあり、マイクロ波照射による均一な加熱や急速な昇温は可能となるが、その半面、非常に断熱性が高いために、被焼成体および焼成炉内の冷却に膨大な時間を要するという課題を有している。
【００１７】
これを解決するために、冷却時に室温の気体を炉内へ入れると、被焼成物、炉内構成部品が気体との温度差による熱衝撃で破壊してしまう。
【００１８】
更に、焼成炉外部で気体を加熱し、炉内部へ導入するように配管するのは、マイクロ波が影響を受けるため困難であると共に、別プラントを必要とするため、設備コストが増大するという課題も有している。
【００１９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、炉外部で加熱源を有することなく、マイクロ波焼成サイクルにおける冷却に要する時間を短縮することができるマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明に係わるマイクロ波焼成方法は、（ａ）マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成方法であって、（ｂ）前記被焼成体が配置された焼成炉内の焼成室を冷却する際に、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させ、（ｃ）マイクロ波を焼成炉内に断続的に照射し、前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路に配置された発熱体を発熱させ、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱させることを特徴とする。
【００２１】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係わるマイクロ波焼成炉は、（ａ）マイクロ波を使用して被焼成体を焼成するマイクロ波焼成炉であって、（ｂ）前記被焼成体が配置される焼成室と、（ｃ）マイクロ波を焼成炉内に照射するマグネトロンと、（ｄ）冷却用気体を焼成炉外から焼成炉内に導入する導入機構と、（ｅ）前記冷却用気体を前記焼成室まで流通させる流路と、（ｆ）マイクロ波が照射されることで自己発熱し、前記流路を流通する前記冷却用気体を加熱する発熱体と、（ｇ）前記被焼成体が配置された前記焼成室を冷却する際に、前記導入機構に前記冷却用気体を焼成炉内に導入させ、前記マグネトロンにマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。その結果、炉外部で加熱源を有することなく、マイクロ波焼成サイクルにおける冷却に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図
【図２】実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図
【図３】実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ａ−Ａで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す斜視図
【図４】実施の形態１におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ａ−Ａで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す平面図
【図５】実施の形態１から実施の形態４までにおけるマイクロ波焼成方法のフローチャートを示す図
【図６】実施の形態１から実施の形態４までにおけるマイクロ波焼成方法の温度プロファイルを示す図
【図７】実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図
【図８】実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図
【図９】実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ｂ−Ｂで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す斜視図
【図１０】実施の形態２におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ｂ−Ｂで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す平面図
【図１１】実施の形態３におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図
【図１２】実施の形態３におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図
【図１３】実施の形態３におけるマイクロ波焼成炉に使用される発熱体の概略を示す図
【図１４】実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉の構造を垂直方向から見た場合の概略を示す図
【図１５】実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉の構造を水平方向から見た場合の概略を示す図
【図１６】実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉を切断線Ｃ−Ｃで切断して矢視方向に見た場合の冷却用気体流路の概略を示す斜視図
【図１７】実施の形態４におけるマイクロ波焼成炉に使用される発熱体の概略を示す図
【図１８】従来のマイクロ波焼成炉の構造の概略を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
＜マイクロ波焼成炉＞
図１、図２に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉１０１では、焼成室１０３内に設置されている被焼成体１０２のマイクロ波焼成を行う際に、マグネトロン１１６によって発生させたマイクロ波が、導波管（図示せず）を介して密閉状態のキャビティ１１０へ導入される。また、マイクロ波焼成炉１０１に備えられたマイクロ波攪拌手段（図示せず）により、キャビティ１１０内に導入されたマイクロ波が撹拌される。また、マイクロ波焼成炉１０１に備えられた制御部１１７により、マイクロ波の照射時間や照射強度の制御が行われる。被焼成体１０２が配置された焼成室１０３を冷却する際に、制御部１１７が、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂとマグネトロン１１６とを制御して、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂに冷却用気体を焼成炉内に導入させ、マグネトロン１１６にマイクロ波を焼成炉内に断続的に照射させる。
【００２６】
なお、図１については、マイクロ波焼成炉１０１をＺ方向から透視した状態で示している。図２については、マイクロ波焼成炉１０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００２７】
具体的には、キャビティ１１０内には、外隔壁１０８ｂが設置されている。外隔壁１０８ｂ内には、外隔壁１０８ａが設置されている。外隔壁１０８ａ内には、外隔壁発熱体１０７が設置されている。外隔壁１０８ａ，１０８ｂと外隔壁発熱体１０７とは、内隔壁１０５を囲むように配置されている。内隔壁１０５と外隔壁発熱体１０７との間には、隔壁間スペース１０６として（内隔壁１０５の底面を除いて）５０ｍｍ開けられている。内隔壁１０５内には、内隔壁発熱体１０４が設置されている。内隔壁発熱体１０４内は、焼成室１０３になっている。
【００２８】
被焼成体１０２は、焼成室１０３内に直接または焼成室１０３内の設置台（図示せず）等の上に設置される。なお、焼成中の被焼成体１０２の収縮時に被焼成体１０２が焼成室１０３や設置台に引っかかり変形する場合がある。これを回避するために、被焼成体１０２の下に、球状の物体を敷き詰めることが好ましい。例えば、被焼成体１０２の収縮時に被焼成体１０２に負荷がかからないようにするために、被焼成体１０２の下にアルミナボール等を敷き詰める。本実施の形態では、敷き詰めるアルミナボールとして直径０．５ｍｍの球状のものを用いた。
【００２９】
内隔壁発熱体１０４は、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。内隔壁１０５は、マイクロ波の透過を許容する断熱材料で形成されている。外隔壁発熱体１０７は、内隔壁発熱体１０４と同様に、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。外隔壁１０８ａ，１０８ｂは、内隔壁１０５と同様に、マイクロ波の透過を許容する断熱材料で形成されている。例えば、内隔壁発熱体１０４は、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）、（ｅ）炭化珪素などの無機材料で形成されている。内隔壁１０５は、アルミナファイバーや、発泡アルミナ等で形成されている。なお、内隔壁１０５と外隔壁１０８ａ，１０８ｂとについては、同一材料であっても異なる材料であってもよい。また、内隔壁発熱体１０４と外隔壁発熱体１０７とについても、同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、マイクロ波焼成炉１０１内部の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００３０】
内隔壁発熱体１０４は、内隔壁１０５の内面全体に配置されている。外隔壁発熱体１０７は、外隔壁１０８ａの内面全体に配置されている。なお、内隔壁発熱体１０４と外隔壁発熱体１０７とについては、所望の熱特性を達成することができれば、全体に配置する構成でなく部分的に配置する構成でもよい。例えば、円盤状または八角形の発熱体を内隔壁１０５や外隔壁１０８ａの内面に複数枚配置する構成でもよい。
【００３１】
キャビティ１１０は、ステンレス鋼などの金属で形成されている。さらに、内面がマイクロ波を反射するように形成されている。なお、キャビティ１１０の内面については、反射効率が向上することから、銅めっきを施すことが好ましい。
【００３２】
冷却用気体導入機構１１２ａは、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入する機構である。冷却用気体導入機構１１２ａから、冷却用気体導入管１１１ａ、冷却用気体流路１１３ａを介して、隔壁間スペース１０６内に冷却用気体が導入される。
【００３３】
冷却用気体導入機構１１２ｂは、焼成炉外から焼成炉内に冷却用気体を導入する機構である。冷却用気体導入機構１１２ｂから、冷却用気体導入管１１１ｂ、冷却用気体流路１１３ｂを介して、焼成室１０３内に冷却用気体が導入される。
【００３４】
冷却用気体が空気である場合には、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂとしてファンやポンプが用いられる。冷却用気体が窒素等高圧ガスである場合には、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂとして流量を制御するバルブが用いられる。なお、焼成室１０３内へ導入される冷却用気体中に存在するホコリやゴミを集塵するためのフィルタ（図示せず）を冷却用気体導入管１１１ａ，１１１ｂの管内に設置するとしてもよい。これにより、安定して冷却用気体を隔壁間スペース１０６内や焼成室１０３内に導入することができる。
【００３５】
冷却用気体流路１１３ａは、冷却用気体導入機構１１２ａから冷却用気体導入管１１１ａを介して送られた冷却用気体を隔壁間スペース１０６まで流通させる流路である。層間冷却用気体流路１２１ａ〜１２３ａを有する。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂに層間冷却用気体流路１２１ａが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ａに層間冷却用気体流路１２２ａが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁発熱体１０７に層間冷却用気体流路１２３ａが形成されている。ただし、冷却用気体がＹ方向に直進しないように、層間冷却用気体流路１２１ａ〜１２３ａが配置されている。
【００３６】
層間冷却用気体流路１２１ａは、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が冷却用気体導入管１１１ａに繋がっている。他方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。
【００３７】
層間冷却用気体流路１２２ａは、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ａをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。他方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。
【００３８】
層間冷却用気体流路１２３ａは、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁発熱体１０７をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ａ側の空間に繋がっている。他方が隔壁間スペース１０６に繋がっている。
【００３９】
冷却用気体流路１１３ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂから冷却用気体導入管１１１ｂを介して送られた冷却用気体を焼成室１０３まで導入する流路である。層間冷却用気体流路１２１ｂ〜１２５ｂを有する。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂに層間冷却用気体流路１２１ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ａに層間冷却用気体流路１２２ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁発熱体１０７に層間冷却用気体流路１２３ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁１０５に層間冷却用気体流路１２４ｂが形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁発熱体１０４に層間冷却用気体流路１２５ｂが形成されている。ただし、冷却用気体がＹ方向に直進しないように、層間冷却用気体流路１２１ｂ〜１２５ｂが配置されている。
【００４０】
層間冷却用気体流路１２１ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が冷却用気体導入管１１１ｂに繋がっている。他方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４１】
層間冷却用気体流路１２２ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ａをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４２】
層間冷却用気体流路１２３ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁発熱体１０７をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が外隔壁発熱体１０７と内隔壁１０５との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４３】
層間冷却用気体流路１２４ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁１０５をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁発熱体１０７と内隔壁１０５との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が内隔壁１０５と内隔壁発熱体１０４との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。
【００４４】
層間冷却用気体流路１２５ｂは、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁発熱体１０４をＹ方向に貫通した流路部分である。一方が内隔壁１０５と内隔壁発熱体１０４との間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に繋がっている。他方が焼成室１０３に繋がっている。
【００４５】
さらに、図３、図４に示すように、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、その空間内に散在するように、発熱体１１４ａ〜１１４ｅが配置されている。その空間と発熱体１１４ａ〜１１４ｅとで、層間冷却用気体流路１２１ｂからＸ−Ｚ面に沿って層間冷却用気体流路１２２ｂに冷却用気体が流通する流路部分が形成されている。
【００４６】
なお、図３、図４については、図１、図２に示す切断線Ａ−Ａでマイクロ波焼成炉１０１を切断して矢視方向に見た状態で示している。また、図３については、層間冷却用気体流路１２１ｂ，１２２ｂを仮想線（破線）で示している。
【００４７】
発熱体１１４ａ〜１１４ｅは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体１１４ａ〜１１４ｅは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）、（ｅ）炭化珪素などの無機材料で形成されている。なお、発熱体１１４ａ〜１１４ｅについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、マイクロ波焼成炉１０１内部の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００４８】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に流入する。その空間に流入した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体１１４ａ〜１１４ｅを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、マイクロ波焼成炉１０１の外隔壁については、外隔壁１０８ａ，１０８ｂの２層構造としている。しかしながら、マイクロ波焼成炉１０１の隔壁層の数については、何層であってもよい。焼成温度が低く、焼成室１０３の温度が所望の焼成温度に十分に到達できる場合には、外隔壁１０８ａ，１０８ｂと外隔壁発熱体１０７が無い構成としてもよい。また、隔壁間スペース１０６については、５０ｍｍに限定されず、マイクロ波焼成炉１０１のサイズや、焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００５０】
なお、本実施の形態では、冷却用気体流路については、冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂの２つの系統としている。しかしながら、必ずしも２つの系統である必要は無く、１つ以上の系統を持っていればよい。例えば、焼成室１０３内のみ冷却する構成としてもよく、隔壁間スペース１０６のみを冷却する構成としてもよい。または、ある系統を分岐してそれぞれ焼成室１０３と隔壁間スペース１０６を冷却する構成としてもよい。
【００５１】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉１０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。
【００５２】
具体的には、まず、被焼成体１０２を焼成室１０３内に設置する（ステップＳ１）。このとき、焼成室１０３内にアルミナボール等を敷き詰め、焼成室１０３内に敷き詰めたものの上に被焼成体１０２を設置する。これにより、被焼成体１０２の寸法収縮時に被焼成体１０２に負荷がかからないようにすることができる。
【００５３】
次に、被焼成体１０２に対して予め設定した温度プロファイルにより被焼成体１０２を焼成する（ステップＳ２）。このとき、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させて冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂ内に一定の圧力をかける。これにより、焼成室１０３から高温の気体が、冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを通り外層へ流出することを防ぐことができる。また、焼成室１０３から熱が逃げ出さないようにすることができる。
【００５４】
次に、焼成室１０３を室温まで冷却するために、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉１０１内部を冷却する（ステップＳ３）。このとき、マイクロ波照射を断続的に行い、冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂに配置された発熱体１１４ａ〜１１４ｅを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉１０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００５５】
最後に、焼成室１０３内の温度が被焼成体１０２を取り出すことが可能な温度（図６に示す温度Ｈ）まで下がったことを確認した後、焼成が完了した被焼成体１０２を焼成室１０３より取り出す（ステップＳ４）。
【００５６】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉１０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００５７】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【００５８】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５９】
＜マイクロ波焼成炉＞
図７、図８に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉２０１では、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体２１４ａが配置されている。
【００６０】
なお、図７については、マイクロ波焼成炉２０１をＺ方向から透視した状態で示している。図８については、マイクロ波焼成炉２０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００６１】
さらに、図９、図１０に示すように、層間冷却用気体流路１２１ｂからＸ−Ｚ面に沿って層間冷却用気体流路１２２ｂに冷却用気体が流通する流路部分が発熱体２１４ｂに形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、層間冷却用気体流路２２１ａが発熱体２１４ａに形成されている。
【００６２】
同様に、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に発熱体２１４ｂが配置されている。層間冷却用気体流路１２１ａからＸ−Ｚ面に沿って層間冷却用気体流路１２２ａに冷却用気体が流通する流路部分が発熱体２１４ａに形成されている。冷却用気体がＹ方向に流通するように、層間冷却用気体流路２２１ｂが発熱体２１４ｂに形成されている。
【００６３】
なお、図９、図１０については、図７、図８に示す切断線Ｂ−Ｂでマイクロ波焼成炉２０１を切断して矢視方向に見た状態で示している。また、図９については、層間冷却用気体流路２２１ｂを仮想線（破線）で示している。
【００６４】
層間冷却用気体流路２２１ａは、発熱体２１４ａをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと発熱体２１４ａとの間に形成された空間に繋がっている。他方が層間冷却用気体流路１２２ａに繋がっている。
【００６５】
層間冷却用気体流路２２１ｂは、発熱体２１４ｂをＹ方向に貫通した流路部分である。一方が外隔壁１０８ｂと発熱体２１４ｂとの間に形成された空間に繋がっている。他方が層間冷却用気体流路１２２ｂに繋がっている。
【００６６】
発熱体２１４ａ，２１４ｂは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体２１４ａ，２１４ｂは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）、（ｅ）炭化珪素などの無機材料で形成されている。なお、発熱体２１４ａ、２１４ｂについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、焼成室１０３内の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００６７】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂと発熱体２１４ｂとの間に形成された空間に流入する。その空間に流入した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体２１４ｂを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００６８】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉２０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。ただし、実施の形態１と比べて、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉２０１内部を冷却する工程（ステップＳ３）が異なる。
【００６９】
具体的には、マイクロ波照射を断続的に行い、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７、冷却用気体加熱体２１４ａ，２１４ｂを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉２０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３内の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００７０】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、実施の形態１と同様にして、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉２０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００７１】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、実施の形態１の場合と同様に、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【００７２】
（実施の形態３）
以下、本発明に係わる実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７３】
＜マイクロ波焼成炉＞
図１１、図１２に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉３０１では、層間冷却用気体流路１２１ａに、発熱体３１４ａが配置されている。層間冷却用気体流路１２２ａに、発熱体３１４ｂが配置されている。層間冷却用気体流路１２３ａに、発熱体３１４ｃが配置されている。層間冷却用気体流路１２１ｂに、発熱体３１４ｄが配置されている。層間冷却用気体流路１２２ｂに、発熱体３１４ｅが配置されている。層間冷却用気体流路１２３ｂに、発熱体３１４ｆが配置されている。層間冷却用気体流路１２４ｂに、発熱体３１４ｇが配置されている。層間冷却用気体流路１２５ｂに、発熱体３１４ｈが配置されている。
【００７４】
なお、図１１については、マイクロ波焼成炉３０１をＺ方向から透視した状態で示している。図１２については、マイクロ波焼成炉３０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００７５】
発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）などの無機材料で形成されている。なお、発熱体３１４ａ〜３１４ｈについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、焼成室１０３内の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００７６】
さらに、発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、図１３に示すように、スポンジのような構造であり、冷却用気体が透過することができる細孔を有する。例えば、発熱体３１４ａ〜３１４ｈは、平均細孔径３０μｍで気孔率約７０％の炭化珪素で形成された直径４０ｍｍの円筒形の多孔体である。なお、発熱体３１４ａ〜３１４ｈの細孔径と気孔率とについては、この値に限らず、必要な冷却用気体流量や必要な冷却用気体温度、発熱体３１４ａ〜３１４ｈによる圧損に応じて適宜変更してもよい。
【００７７】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された冷却用気体導入機構１１２ｂ側の空間に流入する。その空間に流入した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体３１４ｃを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、発熱体３１４ａ〜３１４ｈのそれぞれが、１つの部品で形成されている。しかしながら、発熱体３１４ａ〜３１４ｈのそれぞれが、複数の部品で形成されていてもよく、複数の部品が異なるマイクロ波吸収率をもつ発熱体で形成されていてもよい。
【００７９】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉３０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。ただし、実施の形態１と比べて、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉３０１内部を冷却する工程（ステップＳ３）が異なる。
【００８０】
具体的には、マイクロ波照射を断続的に行い、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７、発熱体３１４ａ〜３１４ｈを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉３０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００８１】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、実施の形態１と同様にして、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉３０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００８２】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、実施の形態１の場合と同様に、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【００８３】
（実施の形態４）
以下、本発明に係わる実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８４】
＜マイクロ波焼成炉＞
図１４、図１５に示すように、本実施の形態におけるマイクロ波焼成炉４０１では、冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ａ，４１４ｂと流路形成用発熱体４１５ａとが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ａ側の外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｃが配置されている。
【００８５】
なお、図１４については、マイクロ波焼成炉４０１をＺ方向から透視した状態で示している。図１５については、マイクロ波焼成炉４０１をＸ方向から透視した状態で示している。
【００８６】
また、冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ｂと外隔壁１０８ａとの間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと流路形成用発熱体４１５ｂとが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁１０８ａと外隔壁発熱体１０７との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｆが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ｂ側の外隔壁発熱体１０７と内隔壁１０５との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｇが配置されている。冷却用気体導入機構１１２ｂ側の内隔壁１０５と内隔壁発熱体１０４との間に形成された空間に、Ｘ−Ｚ面に平行して、発熱体４１４ｈが配置されている。
【００８７】
さらに、図１６に示すように、発熱体４１４ｄと発熱体４１４ｅとの間に流路形成用発熱体４１５ｂが配置されている。これにより、冷却用気体導入管１１１ｂから導入された冷却用気体が、短絡的に、層間冷却用気体流路１２１ｂから層間冷却用気体流路１２２ｂへ流出することを防止することができる。
【００８８】
同様に、発熱体４１４ａと発熱体４１４ｂとの間に、流路形成用発熱体４１５ａが配置されている。これにより、冷却用気体導入管１１１ａから導入された冷却用気体が、短絡的に、層間冷却用気体流路１２１ａから層間冷却用気体流路１２２ａへ流出することを防止することができる。
【００８９】
なお、図１６については、図１４、図１５に示す切断線Ｃ−Ｃでマイクロ波焼成炉４０１を切断して矢視方向に見た状態で示している。また、図１６については、外隔壁１０８ａ，１０８ｂを一部切り欠いた状態で示している。また、図１６については、層間冷却用気体流路１２１ｂ，１２２ｂを仮想線（破線）で示している。
【００９０】
発熱体４１４ａ〜４１４ｈと流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂとは、マイクロ波照射により自己発熱する材料で形成されている。例えば、発熱体４１４ａ〜４１４ｈと流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂとは、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７と同様に、（ａ）ムライト系材料、（ｂ）窒化珪素系材料、（ｃ）アルミナ、（ｄ）マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物（例えば、マグネシア、ジルコニア、酸化鉄など。）などの無機材料で形成されている。なお、発熱体４１４ａ〜４１４ｈと流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂとについては、内隔壁発熱体１０４や外隔壁発熱体１０７と同一材料であっても異なる材料であってもよい。ただし、熱特性などが極端に異なる材料を用いた場合には、焼成室１０３内の温度制御が複雑になる。このため、これらについては、できれば同一材料を用いることが好ましい。
【００９１】
さらに、図１７に示すように、発熱体４１４ａ〜４１４ｈは、スポンジのような構造であり、冷却用気体が透過することができる細孔を有する。例えば、発熱体４１４ａ〜４１４ｈは、平均細孔径５０μｍで気孔率約７５％の炭化珪素で形成された厚さ８ｍｍの板状の多孔体である。なお、発熱体４１４ａ〜４１４ｈの細孔径と気孔率とについては、この値に限らず、必要な冷却用気体流量や必要な冷却用気体温度、発熱体４１４ａ〜４１４ｈによる圧損に応じて適宜変更してもよい。
【００９２】
さらに、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと比べて、流路形成用発熱体４１５ｂのＸ−Ｚ面のサイズが一回り小さい。これにより、発熱体４１４ｄと発熱体４１４ｅとの間に流路形成用発熱体４１５ｂが配置された状態で、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと、外隔壁１０８ａ，１０８ｂと、流路形成用発熱体４１５ｂとで囲まれた発熱体間冷却用気体流路４１６ｂが、流路形成用発熱体４１５ｂの外周に形成される。同様に、発熱体間冷却用気体流路４１６ａが、流路形成用発熱体４１５ａの外周に形成される。
【００９３】
そして、焼成室１０３を室温まで冷却する際に、冷却用気体導入機構１１２ｂから送られた冷却用気体が、冷却用気体導入管１１１ｂから、層間冷却用気体流路１２１ｂを通り、外隔壁１０８ｂ側に配置された発熱体４１４ｄ内を透過する。発熱体４１４ｄを透過した冷却用気体が、発熱体間冷却用気体流路４１６ｂを通り、外隔壁１０８ａ側に配置された発熱体４１４ｅ内を透過する。発熱体４１４ｅを透過した冷却用気体が、層間冷却用気体流路１２２ｂから、次の層である外隔壁１０８ａへ流出する。このとき、発熱体４１４ｄ，４１４ｅと流路形成用発熱体４１５ｂとを、マイクロ波照射により自己発熱させる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂにより、冷却用気体が短絡的に流出することを防止している。しかしながら、冷却用気体が短絡的に流出することを防止することが可能な構成であれば、流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂが、外隔壁１０８ａ、１０８ｂと同様に、マイクロ波の透過を許容する断熱材料で形成されているとしてもよい。
【００９５】
＜マイクロ波焼成方法＞
次に、以上のような構成を備えたマイクロ波焼成炉４０１を使用したマイクロ波焼成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、図５に示すフローチャートに従って焼成を行う。ただし、実施の形態１と比べて、冷却用気体導入機構１１２ａ，１１２ｂを動作させ、被焼成体１０２およびマイクロ波焼成炉４０１内部を冷却する工程（ステップＳ３）が異なる。
【００９６】
具体的には、マイクロ波照射を断続的に行い、内隔壁発熱体１０４、外隔壁発熱体１０７、発熱体４１４ａ〜４１４ｈ、流路形成用発熱体４１５ａ，４１５ｂを、マイクロ波照射により自己発熱させる。冷却用気体流路１１３ａ，１１３ｂを冷却用気体が通過する過程で、マイクロ波焼成炉４０１を構成する材料が熱衝撃によって破壊されない温度まで冷却用気体が加熱される。焼成室１０３の温度が低下するにしたがって、マイクロ波照射時間を短縮していき、最後はマイクロ波照射を停止する。
【００９７】
ここで、焼成室１０３内の温度を下げる場合には、実施の形態１と同様にして、冷却用気体を導入しながらマイクロ波を断続的に照射する。これにより、急速に冷却しつつも所望の温度プロファイルで焼成室１０３内の温度を制御することができる。例えば、図６に示すように、点Ｂから点Ｃの間では、温度プロファイルに沿って温度を制御しながら、１回の照射時間を３０秒として、照射時間の合計が点Ｂから点Ｃまでの所要時間の８％に相当する時間になるように、マイクロ波を断続的に照射した。続いて、点Ｃから点Ｄ２の間では、１回の照射時間を７秒として、照射時間合計の割合を上記の８％から徐々に減少させた。そして、点Ｅからは、マイクロ波の照射を停止した。なお、マイクロ波の１回の照射時間および照射時間比率については、本実施の形態で示した内容だけでなく、マイクロ波焼成炉４０１の外形サイズや焼成室１０３での最高温度等の条件により変更してもよい。
【００９８】
以上、点Ｃより冷却した場合に、従来では、点Ｃから点Ｄ１まで繋がる温度プロファイル（実線）となっていた。これに対して、本実施の形態では、点Ｃから点Ｄ２まで繋がる温度プロファイル（破線）となり、結果として、冷却に必要とする時間が短縮されている。これにより、急激な温度変化による熱衝撃破壊を発生させることなく、急速に被焼成体および焼成炉内を冷却することができる。例えば、ファインセラミックス等のマイクロ波焼成においては、実施の形態１の場合と同様に、マイクロ波焼成に要する時間を約２０％短縮することができた。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、ファインセラミックス材料などで形成された被焼成体をマイクロ波照射により焼成して焼成体を製造するためのマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉などとして、特に、セラミックスではない他の被焼成材料をマイクロ波焼成する用途にも適用可能なマイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉などとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１０１  マイクロ波焼成炉
１０２  被焼成体
１０３  焼成室
１０４  内隔壁発熱体
１０５  内隔壁
１０６  隔壁間スペース
１０７  外隔壁発熱体
１０８ａ，１０８ｂ  外隔壁
１１０  キャビティ
１１１ａ，１１１ｂ  冷却用気体導入管
１１２ａ，１１２ｂ  冷却用気体導入機構
１１３ａ，１１３ｂ  冷却用気体流路
１１４ａ〜１１４ｅ  発熱体
１１６  マグネトロン
１１７  制御部
１２１ａ〜１２３ａ  層間冷却用気体流路
１２１ｂ〜１２５ｂ  層間冷却用気体流路
２０１  マイクロ波焼成炉
２１４ａ，２１４ｂ  発熱体
２２１ａ，２２１ｂ  層間冷却用気体流路
３０１  マイクロ波焼成炉
３１４ａ〜３１４ｈ  発熱体
４０１  マイクロ波焼成炉
４１４ａ〜４１４ｈ  発熱体
４１５ａ，４１５ｂ  流路形成用発熱体
４１６ａ，４１６ｂ  発熱体間冷却用気体流路
９０１  マイクロ波焼成炉
９０２  マイクロ波空間
９０３  キャビティ
９０４ａ〜９０４ｄ  導波管
９０６ａ〜９０６ｄ  マグネトロン
９０８ａ，９０８ｂ  マイクロ波攪拌手段
９１０  ブランケット
９１１  補助ブランケット
９１４ａ〜９１４ｄ  攪拌羽根
９１６ａ，９１６ｂ  駆動モータ
９１８ａ，９１８ｂ  回転伝達軸
９２１ａ，９２１ｂ  被焼成体
９２３  焼成室
９２５ａ  外殻壁
９２５ｂ  内殻壁
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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