(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理体を短時間で確実に乾燥することができるマイクロ波焼成炉を提供する。【解決手段】炉室内に収容される被処理体を焼成するマイクロ波焼成炉１００は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段であるマグネトロン１２と、炉室内の炉内温度を測定する温度測定手段である熱電対１５と、炉内温度を制御目標値としてマイクロ波発生手段を間欠制御する制御手段である制御部１６と、間欠制御と連動して炉室内の空気を換気する炉室内換気手段とを備える。【選択図】図１
2006329559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉室内に収容される被処理体を焼成するマイクロ波焼成炉であって、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
前記炉室内の炉内温度を測定する温度測定手段と、
前記炉内温度を制御目標値として前記マイクロ波発生手段を間欠制御する制御手段と、
前記間欠制御と連動して前記炉室内の空気を換気する炉室内換気手段と、
を備えるマイクロ波焼成炉。
【請求項２】
前記制御手段は、前記炉内温度が前記制御目標値を超えているときに前記マイクロ波発生手段の動作を停止する間欠制御を実行し、
前記炉室内換気手段は、炉室内の空気を排気する排気弁と、炉室に供給する空気を発生する給気ファンと、前記空気を前記炉室内に給気する給気弁と、前記マイクロ波発生手段の動作が停止しているオフ時間をカウントするオフ時間カウント手段と、前記オフ時間が目標時間を超えるときに前記排気弁と前記給気弁を開放して前記給気ファンを駆動する排給制御手段とを備える請求項１に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項３】
前記マイクロ波発生手段を断続的に駆動するオン／オフ駆動手段を備える請求項１または２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、陶磁器材料やファインセラミックス材料などで形成される被処理体を乾燥する乾燥機能を備えるマイクロ波焼成炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、陶芸用焼成炉として、マイクロ波を利用して被処理体を焼成するマイクロ波焼成炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
マイクロ波焼成炉は、マイクロ波によって等温障壁を昇温させ、その輻射熱によって被処理体を加熱すると同時に、マイクロ波によって被処理体も直接加熱するので、被処理体を短時間で焼成することができる。また、マイクロ波焼成炉は、マイクロ波の発振を制御して炉内温度を制御しながら素焼き又は本焼きを行うことができるので、被処理体をムラなく美しく仕上げることができる。
【０００４】
ここで、素焼きとは、予め乾燥した被処理体を含水率が略０％になるまで８０℃〜２００℃の環境下にさらして最終的に７００℃程度で焼成することをいい、本焼きとは、素焼きの後に１２００℃程度の加熱温度で焼成することをいう。乾燥とは、いわゆる生土乾燥、すなわち被処理体の含水率を約２５％から６〜８％程度にすることをいう。
【０００５】
一般に、被処理体が水分を含んだ状態で素焼きを行ってしまうと、素焼き工程で水蒸気爆発をおこし被加熱物がひび割れたり破壊してしまうため、素焼きを行う前には被処理体を十分に乾燥させておく必要がある。
【０００６】
被処理体を乾燥させるため、例えば、日陰で天日乾燥するか又は電気炉等の専用の乾燥機が用いられている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。しかし、被処理体を十分に乾燥させるには、日陰での天日乾燥では３〜７日ほど、ヒータを有する電気炉を用いる場合では約６０℃、６０％の高温多湿の条件下で１日ほどの時間を費やすため、乾燥時間の短縮化の要請がある。
【０００７】
そこで、マイクロ波を利用して被処理体の乾燥を行うマイクロ波焼成炉が提案されている。従来のマイクロ波焼成炉には、天日乾燥と近い仕上がりにするため、乾燥工程において炉内温度が、被処理体を好適に乾燥することができる保温温度以上（例えば６０℃）にならないようにマグネトロンの発振を制御しているものがある。
【特許文献１】特開２００４−７５４５８号公報
【特許文献２】特開平１１−１１６３２１号公報
【特許文献３】特開２００２−８７８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のマイクロ波焼成炉は炉室の自然排気を行う排気口が設けられているが、乾燥処理においては、被処理体から多くの水蒸気が発生するため自然排気では十分でなく、その水蒸気が炉室内に充満してしまうことがあった。水蒸気で充満した炉室内は、乾燥した炉室内に比べ、水の比熱の影響で温度が下がりにくい環境であり、炉内温度が一度保温温度以上になったときに再び保温温度以下に下がるまで相当の時間がかかってしまう。このため、例えば、マイクロ波焼成炉が、乾燥処理中に、炉内温度が保温温度以上になったときにマグネトロンの発振動作を停止する間欠制御を実行すると、マグネトロンが発振動作しない時間が長くなり、被処理体に対してマグネトロンの照射が十分にされず、予め定められた乾燥時間内では被処理体の乾燥が十分にされないことがあった。
【０００９】
本発明は、被処理体を短時間で確実に乾燥することができる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】
【００１０】
本発明のマイクロ波焼成炉は、炉室内に収容される被処理体を焼成するマイクロ波焼成炉であって、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記炉室内の炉内温度を測定する温度測定手段と、前記炉内温度を制御目標値として前記マイクロ波発生手段を間欠制御する制御手段と、前記間欠制御と連動して前記炉室内の空気を換気する炉室内換気手段とを備える。
【００１１】
この構成によれば、マイクロ波により炉内温度が上昇して被処理体から発生する水蒸気が炉室内に充満するとき、炉室内は外部からの空気が給気されると共に水蒸気が排出されるので、短時間で炉内温度が下がる。炉内温度が下がると再び制御目標値となっている温度になるまでマイクロ波が炉室内に照射されるので、被処理体の乾燥が十分に行われる。
【００１２】
また、本発明のマイクロ波焼成炉の制御手段は、前記炉内温度が前記制御目標値を超えているときに前記マイクロ波発生手段の動作を停止する間欠制御を実行し、前記炉室内換気手段は、炉室内の空気を排気する排気弁と、炉室内に空気を給気する給気ファンと、炉室に前記空気を給気する給気弁と、前記マイクロ波発生手段の動作が停止しているオフ時間をカウントするオフ時間カウント手段と、前記オフ時間が目標時間を超えるときに前記排気弁と前記給気弁を開放して前記給気ファンを駆動する排給制御手段とを備える。
【００１３】
この構成によれば、マイクロ波発生手段が停止してオフ時間が過ぎると炉室内の水蒸気が排出されて炉内温度が下がるため、マイクロ波発生手段が停止している時間が短縮され、被処理体に対して十分にマイクロ波が照射される。
【００１４】
また、前記マイクロ波発生手段を断続的に駆動するオン／オフ駆動手段を備える。
【００１５】
この構成によれば、マイクロ波が断続的に照射されるので、エネルギー的に効率よく乾燥処理を実行することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のマイクロ波焼成炉によれば、被処理体を短時間で確実に乾燥することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るマイクロ波焼成炉の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のマイクロ波焼成炉の概略構成を示す図である。マイクロ波焼成炉１００は、マイクロ波を輻射して被処理体１１を加熱するマイクロ波発生手段となるマグネトロン１２と、マグネトロン１２をオン／オフ制御により駆動してマイクロ波を断続的に輻射させる駆動部１３と、断熱材１４で構成される炉室１０と、炉室内の温度を測定する温度測定手段となる熱電対１５と、給気管１７と給気弁１８とを介して炉室内に空気を送風する給気ファン１９と、炉室１０内の水蒸気等を含む空気を排気する排気管２０と排気弁２１と、各部の動作を制御する制御部１６とを備える。
【００１９】
制御部１６は、炉内温度を参照してマグネトロン１２の動作を停止するマグネトロン停止手段と、マグネトロン停止手段によってマグネトロン１２の発振動作が停止しているオフ時間をカウントするオフ時間カウント手段と、給気弁１８と排気弁２１の開閉動作と給気ファン１９の動作を制御する排給制御手段とを実行する。
【００２０】
マグネトロン停止手段は、予め設定された被処理体を好適に乾燥できる温度（例えば６０℃、以下、保温温度）と熱電対１５により測定される炉室内の温度（以下、炉内温度）とを参照して、炉内温度が保温温度以上のときはマグネトロン１２に対するオン／オフ制御を停止してマグネトロンの発振動作を停止し、また、炉内温度が保温温度未満のときはマグネトロン１２を駆動部１３によりオン／オフ制御して断続的にマイクロ波を輻射させるものである。
【００２１】
以下、マグネトロンがオン状態とは、マグネトロン１２が駆動部１３によりオン／オフ制御され断続的にマイクロ波を輻射させる状態をいい、マグネトロンがオフ状態とは、マグネトロン１２に対するオン／オフ制御が停止しマイクロ波が発生しない状態をいう。
【００２２】
排給制御手段は、オフ時間が予め設定された目標時間を超えたときに給気ファン１９を動作させ、さらに給気弁１８と排気弁２１とを開放して炉室内に充満する水蒸気等の空気を換気する。
【００２３】
以下で、空気排給機能がオン状態とは、排給制御手段が給気弁１８と排気弁が開放して給気ファン１９が動作することをいい、空気排給機能がオフ状態とは、給気弁１８と排気弁が閉じていて給気ファン１９が停止している状態をいう。
【００２４】
図２は、マイクロ波焼成炉１００が被処理体１１を乾燥させる乾燥工程において、マグネトロン１２の動作を制御する制御波形と、給気ファンの動作を制御する制御波形と、炉内温度の時間的変化を示す波形を示している。
【００２５】
乾燥工程において、制御部１６は、まず、駆動部１３を制御してマグネトロン１２から断続的にマイクロ波を発生させ、炉内温度を保温温度まで徐々に昇温させる。制御部１６は断続的にマイクロ波を輻射するので、炉内温度が急激に上昇することを防ぐことができる。
【００２６】
マグネトロン１２からマイクロ波が断続的に輻射されて炉内温度が昇温し始めると、被処理体の水分が蒸発し始め、炉室内は徐々に水蒸気で満たされてくる。
【００２７】
図２に示す時刻ｔ１は、マイクロ波の影響で炉内温度が昇温して保温温度を初めて超えた時刻を示している。このとき、制御部１６はマグネトロン１２の動作を停止（オフ）させる。図２中のｔａ区間に示される炉内温度の波形から、マグネトロン１２の動作が停止している間、炉内温度は徐々に低下していくことが確認できる。
【００２８】
時刻ｔ２は、その後、炉内温度が保温温度以下になったときの時刻である。このとき、制御部１６は、再び駆動部１３を制御してマグネトロンにマイクロ波を発生させる。
【００２９】
この後、上述のように、保温温度を制御目標値としてマグネトロン１２の発振動作を繰り返し停止させる、すなわち、間欠制御することで、被処理体１１が加熱され、被処理体１１の内部から水分がゆっくり蒸発していく。すなわち、マイクロ波が効率的に作用して被処理体１１の乾燥を行う。
【００３０】
ところで、マイクロ波の特性上、水分は直ぐに加熱されるため、被処理体１１の含水量が多いときには炉内温度が頻繁に上下するが、マグネトロンの発振動作を制御して断続的にマイクロ波の輻射量の適正化を図ると、炉室内の水蒸気は徐々に蒸発して、炉内温度も保温温度でやがて安定化する。
【００３１】
そして、そのままマイクロ波を断続して輻射し続けていくと、炉室内は被処理体１１から蒸発した水蒸気で満たされる。このとき、炉室内は、空気の対流がないと水蒸気の比熱の影響で炉内温度は下がりにくい環境となる、すなわち、炉内温度が保温温度を超えている時間が長くなる。したがって、必然的にマグネトロン１２が停止している時間も長くなってしまう。マグネトロン１２が停止している時間が長くなると、乾燥効率が低下し、乾燥時間が長びく要因となる。
【００３２】
本実施の形態のマイクロ波焼成炉１００は、マグネトロン１２が停止している時間をカウントするオフ時間カウント手段を備え、このオフ時間が予め設定された目標時間Ｔｓ（被処理体１１から発生する水蒸気が炉室内に充満する指標となる時間、例えば３０分）を超えたとき、制御部１６は空気排給機能を実行する、すなわち、排気弁を開放して炉室内に充満した水蒸気を排気管２０を介して外部に排出するとともに給気弁１８を開放して給気ファン１９を動作させて外部の空気を給気する。
【００３３】
図２中に示す、ｔａ、ｔｂ、ｔｃはそれぞれオフ時間カウント手段がカウントしたオフ時間である。図２に示すようにオフ時間ｔａ、ｔｂは目標時間Ｔｓより短いため、制御部１６は空気排給機能を実行していない。これに対しオフ時間ｔｃはＴｓより長かったため、ｔ３時点で制御部１６は空気排給機能を実行（オン）していることが給気ファンの制御波形から確認できる。
【００３４】
図３は、マイクロ波焼成炉１００が実行する乾燥工程を表すフローチャートである。なお、乾燥工程を開始する前、空気排給機能はオフ状態であるとする。まず、マイクロ波焼成炉１００は、乾燥工程を開始すると、まずマグネトロン１２を駆動部１３によりオン／オフ制御を行い（Ｓ２０１）、炉室内に断続的にマイクロ波を輻射して炉内温度をあげる。
【００３５】
次に、制御部１６は、熱電対１５が測定する炉内温度を確認する（Ｓ２０２）。そして、炉内温度が制御目標値である保温温度に到達したか否かを判断する（Ｓ２０３）。測定された炉内温度が保温温度より低いとき（Ｓ２０３−Ｎｏ）は、Ｓ２０１に戻り、継続してマグネトロン１２をオン／オフ制御して断続的にマイクロ波を輻射させる。
【００３６】
これに対して、炉内温度が保温温度に到達した場合（Ｓ２０３−Ｙｅｓ）はマグネトロンのオン／オフ制御動作を停止（オフ）して、マイクロ波の輻射を停止させる（Ｓ２０４）。
【００３７】
そして、オフ時間カウント手段は、マグネトロン１２のオフ時間のカウントを開始する（Ｓ２０５）。このオフ時間が予め設定された所定時間以上か否かを判定し（Ｓ２０６）、オフ時間のカウントが目標時間未満で終了する場合、すなわち、目標時間内に炉内温度が保温温度を下回った場合（Ｓ２０６−Ｎｏ）は、Ｓ２０１に戻る。
【００３８】
目標時間内に炉内温度が保温温度を下回らずにオフ時間が目標時間を超えた場合、（Ｓ２０６−Ｙｅｓ）、制御部１６は、給気弁１８と排気弁２０を開放し給気ファン１９を動作することで炉室内の水蒸気を排出し、さらに、炉室内に新たな空気を給入して炉室内の空気の換気を開始する（Ｓ２０７）。
【００３９】
炉室温度が保温温度未満になるまで空気の換気（空気排給機能）を続け（Ｓ２０８−Ｎｏ）、炉室温度が保温温度未満に到達したときは空気排給機能をオフする（Ｓ２０９）。この後、ここまで乾燥開始から要した時間（全工程時間）と乾燥処理を終了する時間として規定された規定時間（例えば、３６０分）とを比較して全工程時間が規定時間を超えていた場合には（Ｓ２１０）、乾燥処理を終了する。規定時間未満である場合はＳ２０１に戻り再びマグネトロンのオン／オフ制御をオンする。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係るマイクロ波焼成炉１００によれば、マグネトロン１２によりマイクロ波を断続的に輻射して被処理体１１を加熱し、炉内温度が被処理体１１を好適に乾燥できる保温温度に到達した時点からマグネトロン１２をオフする毎にそのオフ時間をカウントすると共に、オフ時間が水蒸気が炉室内に充満する指標となる時間を超えた場合に、給気ファン、給気弁及び排気弁をオンして空気を炉室内に給気して、炉室内の水蒸気を強制的に排気させ、炉室内の保温温度を短時間で下げて保温温度が持続する時間を短縮することができる。
【００４１】
保温温度が持続する時間を短縮するとマグネトロンが停止している時間が短縮するので、マグネトロンの照射効率が向上する。したがって、被処理体１１の乾燥効率が向上して乾燥時間が短縮する。すなわち、被処理体１１の含水量が少ない場合は、従来よりもさらに短時間で十分な乾燥が可能となり、形状が大きい又は含水量が多い被処理体を乾燥するときであっても、確実に乾燥することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、炉室内から水蒸気を排出して炉室内に新たな空気を給気するときに、排気弁、給気弁および給気ファンを同じタイミングで制御する場合について説明したが、これに限られるものではなく、炉室内を効率的に換気できるよう排気弁と給気弁の開閉動作のタイミングをずらしたり、また、給気ファンの動作タイミングをずらしたり、風力の強弱を変更させることで、さらに換気効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のマイクロ波焼成炉は、被処理体を短時間で確実に乾燥することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施の形態１のマイクロ波焼成炉の概略構成を示す図
【図２】乾燥工程中のマグネトロンの動作を制御する制御波形と、給気ファンの動作を制御する制御波形と、炉内温度の時間的変化を示す波形図
【図３】本実施の形態１のマイクロ波焼成炉が実行する乾燥工程を表すフローチャート
【符号の説明】
【００４５】
１０              炉室
１１              被処理体
１２              マグネトロン
１３              駆動部
１４              断熱材
１５              熱電対
１６              制御部
１７              給気菅
１８              給気弁
１９              給気ファン
２０              排気菅
２１              排気弁
１００              マイクロ波焼成炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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