(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダを含む成形品を収容する内部空間を有する炉と、
前記炉の内部空間へマイクロ波を供給するマイクロ波発生手段と、
前記成形品の温度を測定する温度測定手段と、
前記成形品からの反射光の受光量を検知する第１の反射センサと、
前記受光量が所定の閾値以上の場合には、前記所定の閾値以上のときの前記成形品の温度上昇率が、前記所定の閾値未満のときの前記成形品の温度上昇率より低くなるように、かつ、前記バインダの気化後は、前記バインダが気化を開始する気化開始温度に前記成形品の温度を保つように、前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするマイクロ波脱脂装置。
【請求項２】
前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知する第１の煙センサを備え、前記第１の煙センサにより検知される検知量が所定の閾値に達した場合には、前記制御手段は、前記成形品の温度を前記所定の閾値に達した時点の温度に保つように前記マイクロ波発生手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波脱脂装置。
【請求項３】
前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知する第１の煙センサと、前記第１の煙センサとは異なる位置に配置され、前記炉の内部空間の煙が比較的滞留しない部位の基準検知量を検知するための第２の煙センサを備え、前記第２の煙センサにより検知される基準検知量と、前記第１の煙センサにより検知される検知量と、に基づき、前記バインダの気化の開始を識別することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波脱脂装置。
【請求項４】
バインダを含む成形品を収容する内部空間を有する炉と、
前記炉の内部空間へマイクロ波を供給するマイクロ波発生手段と、
前記成形品の温度を測定する温度測定手段と、
前記成形品からの反射光の受光量を検知する第１の反射センサと、
前記第１の反射センサとは異なる位置に配置され、前記成形品の、前記バインダの滲出する量が比較的少ない部位からの反射光の基準受光量を検知するための第２の反射センサと、を備え、
前記第２の反射センサにより検知される基準受光量と、前記第１の反射センサにより検知される受光量と、を比較することにより、バインダの液化を識別し、前記バインダの液化を識別したあとの前記成形品の温度上昇率が、前記バインダの液化を識別する前の前記成形品の温度上昇率より低くなるように、かつ、前記バインダの気化後は、前記バインダが気化を開始する気化開始温度に前記成形品の温度を保つように、前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするマイクロ波脱脂装置。
【請求項５】
バインダを含む成形品を脱脂するためにマイクロ波を用いるマイクロ波脱脂方法であって、
前記成形品からの反射光の受光量が所定の閾値以上の場合には、前記所定の閾値以上のときの前記成形品の温度上昇率が、前記所定の閾値未満のときの前記成形品の温度上昇率より低くなるように前記成形品を加熱する工程と、
前記バインダの気化後は、前記バインダが気化を開始する気化開始温度に、前記成形品の温度を保つように加熱する工程と、を備えることを特徴とするマイクロ波脱脂方法。
【請求項６】
前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知するために煙センサを用い、前記煙センサにより検知される検知量が所定の閾値に達した場合には、前記成形品の温度を、前記検知量が所定の閾値に達した時点の温度に保つように加熱することを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波脱脂方法。
【請求項７】
前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知する第１の煙センサを備え、前記第１の煙センサにより検知される検知量が所定の閾値に達した場合には、前記制御手段は、前記成形品の温度を前記所定の閾値に達した時点の温度に保つように前記マイクロ波発生手段を制御することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波脱脂装置。
【請求項８】
前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知する第１の煙センサと、前記第１の煙センサとは異なる位置に配置され、前記炉の内部空間の煙が比較的滞留しない部位の基準検知量を検知するための第２の煙センサとを備え、前記第２の煙センサにより検知される基準検知量と、前記第１の煙センサにより検知される検知量と、に基づき、前記バインダの気化の開始を識別することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波脱脂装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮成形、押出成形、粉末冶金射出成形（ＭＩＭ）等により作製した成形品にマイクロ波を照射して、短時間で脱脂処理を完了させることができるマイクロ波脱脂装置及びマイクロ波脱脂方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マイクロ波を用いて成形品に含まれるバインダを脱脂処理する装置及び方法が知られている。例えば温度測定手段により成形品の温度を測定し、成形品に付与する脱脂ガスの温度を成形品の温度と同等かそれ以上に加熱した上で、マイクロ波を照射するとともに、当該加熱された脱脂ガスを成形品に供給してバインダを脱脂する脱脂方法がある（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成形品の形状を保持するために必要なバインダとして、水やワックスなどいろいろな材料が用いられている。例えば、陶磁器などの成形品を成形する場合には、水、即ち、一種類のバインダだけが用いられる。また、粉末冶金により金属粉末から作製される成形品の場合は、摂氏数百度で行う仮焼結に至るまで成形品の形を維持するために、融点や沸点が異なる複数のバインダを用いている。
【０００５】
しかしながら、従来の脱脂方法のように、マイクロ波を照射することによる成形品の表面の温度上昇に対応して、成形品の周囲に存在する脱脂ガスの温度を上昇させ、成形品の表面とその周囲の温度と一致させただけでは、成形品に亀裂や変形などが発生することを防止することが困難であった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、脱脂処理において成形品に亀裂や変形などが生じないマイクロ波脱脂装置及びマイクロ波脱脂方法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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、発明者等は、鋭意研究し以下のような知見を得た。即ち、固相⇒液相⇒気相（又は固相から直接気相）に相転移するバインダを含む成形品は、成形品の基材である粉末の粒子間の隙間に、バインダが満たされた状態で固化されている。脱脂工程でワークが加熱されると、バインダが液化することで生じる液化バインダ又は気化することで生じる気化バインダが、排出経路である相対的に狭い粒子間の隙間を通り外部へ出される。液化又は気化したバインダをすべてワークの外部へ出す前に、バインダの沸点又は昇華点における気化温度を越えてワークの温度を上昇させると、バインダの液化又は気化に伴う急激な圧力上昇や体積膨張によりワークに亀裂や変形等が発生していると考えられる。
【０００８】
上記知見に基づき、本発明のマイクロ波脱脂装置の第１の態様は、バインダを含む成形品を収容する内部空間を有する炉と、前記炉の内部空間へマイクロ波を供給するマイクロ波発生手段と、前記成形品の温度を測定する温度測定手段と、前記バインダの液化後の前記成形体の温度上昇率が、前記バインダの液化前の前記成形体の温度上昇率より低くなるように、かつ、前記バインダの気化後は、前記バインダが気化を開始する気化開始温度に前記成形品の温度を保つように、前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、を備える。
【０００９】
さらに、本発明のマイクロ波脱脂装置の第２の態様によれば、マイクロ波脱脂装置の第１の態様であって、前記成形品の表面の反射度を検知する第１の反射センサと、前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知する第１の煙センサと、を備え、前記成形品の表面の反射度が所定の閾値を越えた場合には、前記制御手段は、前記所定の閾値を越えた後の前記成形体の温度上昇率が、前記所定の閾値を越える前の前記成形体の温度上昇率より低くなるように前記マイクロ波発生手段を制御し、前記内部空間の検知量が所定の閾値を越えた場合には、前記制御手段は、前記成形体の温度を前記所定の閾値を越えた時点の温度に保つように前記マイクロ波発生手段を制御する。
【００１０】
また、本発明のマイクロ波脱脂装置の第３の態様によれば、マイクロ波脱脂装置の第２の態様であって、前記第１の煙センサとは異なる位置に配置され、前記炉の内部空間の基準検知量を検知するための第２の煙センサを備え、前記第２の煙センサにより検知される基準検知量と、前記第１の煙センサにより検知される検知量と、に基づき、前記バインダの気化を識別する。
【００１１】
さらに、本発明のマイクロ波脱脂装置の第４の態様によれば、マイクロ波脱脂装置の第２又は第３の態様であって、前記第１の反射センサとは異なる位置に配置され、前記成形品の基準反射度を検知するための第２の反射センサを備え、前記第２の反射センサにより検知される基準反射度と、前記第１の反射センサにより検知される反射度と、を比較することにより、バインダの液化を識別する。
【００１２】
本発明のマイクロ波脱脂装置の第５の態様によれば、第１の態様のマイクロ波脱脂装置であって、前記成形品の表面の反射度を検知する第１の反射センサを備え、前記成形品の表面の反射度が所定の閾値を越えた場合には、前記制御手段は、前記所定の閾値を越えた後の前記成形体の温度上昇率が、前記所定の閾値を越える前の前記成形体の温度上昇率より低くなるように前記マイクロ波発生手段を制御する。
【００１３】
本発明のマイクロ波脱脂装置の第６の態様によれば、第１の態様のマイクロ波脱脂装置であって、前記成形品を加熱することにより生じる煙を検知する第１の煙センサを備え、前記第１の煙センサにより検知される検知量が所定の閾値を越えた場合には、前記制御手段は、前記成形体の温度を前記所定の閾値を越えた時点の温度に保つように前記マイクロ波発生手段を制御する。
【００１４】
さらに、上述した課題を解決し、目的を達成するために、バインダを含む成形品を脱脂するためにマイクロ波を用いる本発明のマイクロ波脱脂方法は、前記バインダの液化後の前記成形品の温度上昇率が、前記バインダの液化前の前記成形品の温度上昇率より低くなるように前記成形品を加熱する工程と、前記バインダの気化後は、前記バインダが気化を開始する気化開始温度に、前記成形品の温度を保つように加熱する工程と、を備える。
【００１５】
なお、本明細書において、バインダの融点、沸点は、それぞれ、常圧（約０．１ＭＰａ）の下で昇温したときに、固体から液体へ転移する温度、液体から気体へ転移する温度を意味する。成形品を加熱し、バインダが固体から液体へ転移するのに必要な熱エネルギーが融解熱で、このときの温度が融点である。そして、液体のバインダが気体に転移するのに必要な熱エネルギーが気化熱である。なお、常圧以外の圧力条件においても、本発明の作用効果が得られることは言うまでもない。
【００１６】
また、本明細書においてバインダの液化後とは、バインダの一部が融点に達し、その一部が液化を開始した時点以降を意味する。従って、バインダの液化前では、バインダ全体が固体状である。同様に、バインダの気化後とは、バインダの一部が沸点に達し、その一部が気化（蒸発）を開始した時点以降を意味する。従って、バインダの気化前では、バインダ全体が液体状（昇華の場合には、固体状）である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかるマイクロ波脱脂装置及びマイクロ波脱脂方法は、成形品に用いられているバインダの液化後は、バインダの液化前よりワークの温度上昇率を下げてワークを加熱し、バインダが気化しているときには、成形品をその気化温度に保つように加熱することで、成形品に亀裂や変形が生じることなく短時間でバインダの脱脂することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置のブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置のブロック図である。
【図３】図２に示される脱脂炉に装着される反射センサ及び煙センサの位置関係を示す模式平面図である。
【図４】実施例に係るワークを脱脂するためのマイクロ波照射実験を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかるマイクロ波脱脂装置の実施形態及び実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置のブロック図である。マイクロ波脱脂装置１は、主として、バインダを有する成形品であるワーク３を収容するための炉である脱脂炉５と、脱脂炉５内へマイクロ波を供給するマイクロ波発生手段、すなわちマイクロ波発振器７と、炉５内へ脱脂ガスを供給する脱脂ガス供給手段、すなわち脱脂ガス供給源９と、ワーク３の温度を測定する第１の温度測定手段、すなわち放射温度計１１と、バインダの気化が起きているときは、放射温度計１１により測定されるワーク３の温度を、バインダの気化温度に保つようにマイクロ波発振器７を制御する制御手段である、制御部１３と、を備える。以下に各構成要素について説明する。
【００２１】
ワーク３は、粉末冶金成形のためにワックス系や樹脂系等のバインダを繋ぎとして混練りされた金属粉末や非金属粉末の混練物を、圧縮成形、押出成形、射出成形等により成形したものである。金属粉末としては、鉄、ニッケル、コバルト、銅、アルミニウム等やこれらの化合物を用いることができる。また、非金属粉末としては、炭化物、窒化物等の非金属の無機材料を用いることができる。
【００２２】
脱脂炉５は、ステンレス鋼等などからなる箱形状の部材から構成され、ワーク３の脱脂処理をするためのほぼ密閉状態に保持できる内部空間５ａを有している。なお、本実施形態及び後述の実施形態及び実施例において、ワーク３は、内部空間５ａに載置される。また、マイクロ波発振器７は、導波管２５により脱脂炉５へ連結され、マイクロ波は、導波管２５を介して脱脂炉５内へ供給される。
【００２３】
マイクロ波発振器７のマイクロ波発振デバイスには、大出力まで発振可能なマグネトロンを利用することができる。マグネトロンのマイクロ波出力は、平均陽極電流がマイクロ波出力に比例するので、平均陽極電流を測定することにより取得することができる。マイクロ波出力の制御は、陽極電圧の波高値や流通角を増減させることにより平均陽極電流を増減させることで行われる。
【００２４】
脱脂炉５に設けられている攪拌器１７は、脱脂炉５の内部でマイクロ波を攪拌するための回転羽根１５と、回転羽根１５を回転させるモータ１６と、を有し、ワーク３の加熱ムラを抑制する効果を有する。また、脱脂ガス供給源９は、脱脂ガス供給管１９により脱脂炉５に連結され、脱脂ガス供給源９から脱脂炉５内へ脱脂ガスを供給できるように構成されている。なお、図示されていないが、攪拌機１７は、制御部１３に電気的に連結され、攪拌機１７の作動は、制御部１３により制御される。脱脂ガスとしては、空気、酸素ガス、水素ガス（湿潤水素ガスを含む。）二酸化炭素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等を使用できる。
【００２５】
また、脱脂炉５の内部空間５ａで、ワーク３の脱脂処理で発生するバインダの蒸気などを含有する脱脂ガスを外部に放出するための排風機２１が、排気管２３により連結されている。排風機２１は、従来から知られているように、ロータを回転させて吸引する遠心式の構成とすることができる。また、脱脂ガスを排気する手段としては、真空ポンプやエジェクタを備える構成としてもよい。なお、排風機２１を用いる代わりに、脱脂炉５の内部空間５ａ内に脱脂ガス等を送り込む送風機を脱脂ガス供給管１９に設け、排気管２３は単に大気と連通する構成としても良い。後述する他の実施形態の構成においても同様の変形が可能である。
さらに、脱脂炉５には、ワーク３の表面温度を非接触に測定できるに放射温度計１１が配置されている。
【００２６】
また、マイコンやシーケンサ等から構成される制御部１３は、マイクロ波発振器７、脱脂ガス供給源９、放射温度計１１、及び排風機２１それぞれに電気的に接続されており、各動作を司っている。さらに、制御部１３には、記憶部（例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ
Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））２７が接続され、ワーク３のバインダの融点、沸点等のワーク３に関する情報、ワーク３の温度を温度プロファイル通りに最適制御するためのＰＩＤ制御パターン及びマイクロ波出力に関する情報、温度プロファイル、ワーク温度と最大マイクロ波出力との関係、及びマイクロ波脱脂装置１の作動プログラムといったワーク３を脱脂する際の温度制御情報が記憶部３７に格納される。
【００２７】
上記構成のマイクロ波脱脂装置１において、使用者は、ワーク３に使用されているバインダの融点、沸点及び昇華点等の温度特性を入力部２９を介し記憶部２７に保存する。脱脂処理は、記憶部２７に記憶されたバインダの温度特性を参照しつつ、放射温度計１１により検出されたワーク３の表面温度に基づき制御部１３によりマイクロ波発振器７を制御して行われる。マイクロ波発振器７から導波管２５を介して脱脂炉５の内部空間５ａに供給されたマイクロ波は、攪拌器１７により攪拌され、ワーク３に吸収されワーク３を加熱する。
【００２８】
ワーク３を、マイクロ波により加熱する際、ワーク３の表面温度は、放射温度計１１により検出されており、温度上昇率（すなわち、単位時間当たりのワーク３の表面３ａの温度の上昇量）が所定値になるように制御部１３により制御されている。
【００２９】
これは、以下の理由による。バインダが融点又はその近傍の温度に達すると、バインダは液化し始める。液化バインダは、ワークに含まれる金属粒子間の隙間により構成される経路を通り、ワーク３の表面３ａに滲出する。液化バインダの容量が、経路の容積に比べ相対的に大きくなると、ワークの内圧が高まり、ワークの変形や割れなどが生じる恐れがある。そこで、液化バインダが、ワーク３の表面に確実に滲出できるように、温度上昇率を相対的に下げている。一方、バインダが、ワークの変形や割れが生じる恐れが少ない固体状である場合には、加熱時間を短縮化するために、温度上昇率を相対的に高くしている。
【００３０】
このように、予め記憶部２７に保存されているバインダの融点（バインダの液化開始温度）に、ワーク３の表面温度が達した時点以降は、バインダの融点に達する前のワークの温度上昇率より、下げるようにマイクロ発振器７が制御され、ワーク３が加熱される。もちろん、温度上昇率がマイナスになってしまうと、液化したバインダが再度固化する恐れがあるため、温度上昇率は、０以上にすることが好ましい。さらに、液体から気体又は固体から気体に相転移する気化温度にワーク３の表面温度が達した場合には、ワーク３を気化温度に維持するように、マイクロ波発振器７が制御され、ワーク３が加熱される。これは、ワーク３に含有されるバインダの量によっては、ワーク３の表面温度をバインダの沸点より高い温度に加熱すると、バインダの体積の急激な膨張により成形品に変形や、割れが生じる恐れがあるからである。
【００３１】
そして、当該バインダの気化が完了すると、脱脂処理が終了する。なお、本実施形態及び後述の第２の実施形態及び実施例では、バインダが一つの場合について説明している。しかし、本発明は、複数のバインダを含むワークの脱脂処理を行うことも可能である。複数のバインダを含む場合には、気化温度の最も低いバインダから、順番に、すべてのバインダの脱脂処理を行う構成となる。
【００３２】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置２０１について、図２を参照しつつ説明する。図２は、第２の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置２０１のブロック図であり、図３は、図２に示される脱脂炉５に装着される反射センサ２３１及び煙センサ２０３の位置関係を示す模式平面図である。なお、図３は、脱脂炉５の上方から見た場合における反射センサ２３１及び煙センサ２０３の位置関係を説明するための図であるため、図２に示されるその他の構成要素は図面から割愛されている。
【００３３】
第２の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置２０１は、第１の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置１に、バインダが気化することで生じる煙を検知する煙（ガス）検知手段、すなわち第１の煙（ガス）センサ２０３と、ワーク３の表面に滲出する液状バインダを検知する液状バインダ検出手段、すなわち第１の反射センサ２３１と、を加えた構成である。なお、特に記載しないマイクロ波脱脂装置２０１の構成、作用、及び効果は、第１の実施形態のマイクロ波脱脂装置１と同じである。
【００３４】
光電センサにより構成される第１の反射センサ２３１は、光を照射する発光素子と、発光素子から照射された光の反射光を受光する受光素子と、を有する。第１の反射センサ２３１に用いられる光電センサは、公知の構成であるので詳細は割愛する。
【００３５】
第１の反射センサ２３１の発光素子から照射される光が、ワーク３で反射すると、ワーク３に対する入射角と等しい反射角で反射する正反射光と、入射光とは異なる反射角で拡散するように反射する拡散反射光と、が生じる。正反射光と拡散反射光との割合は、光が照射されるワーク３の表面３ａの反射度によって異なる。ワーク３の表面３ａの反射度が高いほど（すなわち、ワーク３の表面３ａに存在する液化バインダの量が多いほど）、正反射光の割合が高くなり、ワーク３の表面３ａの反射度が低いほど（すなわち、ワークの表面に存在する液化バインダの量が少ないほど）、正反射光の割合が低くなる。従って、受光素子の正反射光の受光量の閾値を設定し、当該閾値を越えた場合には、ワーク３の表面３ａに液化バインダが滲出していることを識別する構成である。
【００３６】
なお、本実施形態において、ワーク３の鉛直方向（図２の上下方向）の上面、すなわち表面３ａに、照射する発光素子からの光を照射する構成である。光を照射するワーク３の部位は、適宜変更できることは言うまでもない。
【００３７】
このような構成のマイクロ波脱脂装置２０１により、ワーク３の温度を上昇させると、第１のバインダの融点或いはその近傍の温度で、ワーク３の表面３ａに液化したバインダが滲出し始める。このとき、ワーク３の表面３ａのバインダにより、発光素子から照射された光の反射量が増大する。一方、予備実験により液化バインダがワーク３の表面３ａに滲出するときの受光素子の出力値（閾値）を取得しておく。そして、反射センサ２３１の受光素子の出力がその閾値を越えた場合には、バインダの液化の開始を識別できる。
【００３８】
このように、本実施形態では、バインダの融点に達したか否かは、液化バインダがワーク３の表面３ａへ滲出したか否かにより識別され、ワーク３の温度上昇率を変更するタイミングを制御できる。従って、予備実験によりワークに含まれるバインダ固有の融点を取得することなく、ワーク３の加熱の制御を行う事も可能となる。第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比べ脱脂処理を簡易に行うことができる。
【００３９】
次に、第１の煙センサ２０３について説明する。光電式の第１の煙センサ２０３は、脱脂工程の際に、脱脂炉５内でワーク３に含まれるバインダに起因する煙（ガス）を検知するためのものであり、互いに隣り合うように配置される発光素子及び受光素子を有する検知部材２０３ａと、光反射部材２０３ｂとを備える。互いに光軸方向に対向するように、検知部材２０３ａと光反射部材２０３ｂとが脱脂炉５の側壁に装着されている。検知部材２０３ａの発光素子から照射された光は、光反射部材２０３ｂで反射され、受光素子で受ける。第１の煙センサ２０３に用いられる光電センサは、公知の構成であるので詳細は割愛する。
【００４０】
煙センサ２０３は、発光素子及び受光素子の間の光路上に感知すべき煙、塵埃が存在すると、受光素子で受ける光量が減少し（検知量が閾値を越え）、電気出力が減少することを利用して、煙、塵埃を感知する構成である。なお、発光素子と受光素子とをある角度を設けて設置し、発光素子からの光が煙、塵埃により散乱される散乱光を受光素子で検知して、煙、塵埃の存在を感知する光散乱方式の煙センサを用いることも可能である。
【００４１】
さらに、検知部材２０３ａに対向するように、光反射部材２０３ｂを配置し、発光素子と同軸に配置された受光素子で反射部材により反射された散乱光を受光する構成ではなく、発光素子と受光素子とを互いに対面する構成としても良い。
【００４２】
上記構成のマイクロ波脱脂装置２０１では、煙センサ２０３によりバインダが沸点に達していることを感知できる。第１の実施形態においては、固体から気体へ昇華を開始する昇華開始温度や、液体から気体へ気化を開始する気化開始温度を予備実験で取得し、その情報を記憶部２７に予め保存しておく。そして、気化温度にワークが達した場合には、その温度にワークを維持するように制御していた。
【００４３】
しかし、本実施形態によれば、液体（又は固体）であるバインダが気化する気化温度を記憶部２７に保存する必要がない。バインダの気化により生じる煙（ガス）を煙センサ２０３により検出し、検出時のワーク３の気化開始温度（沸点）を放射温度計１１により測定する。そして、煙センサ２０３により、煙が検出されている間は、ワーク３の表面温度をその気化開始温度に維持するようにマイクロ波発振器７を制御部１３により制御する。
なお、制御部１３は、反射センサ２３１及び煙センサ２０３が電気的に連結され、両センサの作動は、制御部１３により制御されることは言うまでもない。
【００４４】
第１の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置１に比べ、ワーク３に含まれるバインダが液化又は気化する際の液化温度又は気化温度を予め調べることが不要となり、脱脂処理の作業効率をより高めることができる。また、脱脂処理をするワーク間に個体差がある場合であっても、脱脂処理を正確かつ確実に行うことができる。
【００４５】
〔変形例〕
さらに、第２の実施形態の変形例について説明する。変形例は、第２の実施形態のマイクロ波脱脂装置２０１に、第２の煙センサ３０３（図２に一点鎖線で示す）及び第２の反射センサを加える構成である。第２の煙センサは、第１の煙センサ２０３と同じ構成であるが、配置される場所が異なる。第２の煙センサ３０３は、炉５の内壁５ｂであって、煙が比較的滞留しない部位に配置される。
【００４６】
気化バインダに起因する煙は、内部空間５ａの上部（図２の紙面の上下方向上方）に滞留する傾向がある。従って、第１の煙センサ２０３より図２の紙面の上下方向に関し下方又は図２の紙面の上下方向に関し同じ位置であって、図３の上下方向に関し第１の煙センサ２０３と離間する位置（すなわち、ワーク３が煙センサ２０３の光路を通らない位置）に配置する。もちろん、図３の上下方向に対向する脱脂炉５の壁面に配置することも可能である。
【００４７】
第２の煙センサ３０３により内部空間５ａに脱脂処理を行うべきワークを配置した状態で、検知量すなわち基準検知量を検出する。例えば、脱脂処理を行ったマイクロ波脱脂装置２０１の内部空間５ａの雰囲気状態で、第２の煙センサ３０３により基準検知量を検出する。その後、ワークの脱脂処理工程において、第１の煙センサ２０３により検出される検知量と、第２の煙センサ３０３により検出される基準検知量との差分が、所定の閾値を越えた場合には、バインダの気化が開始したことを識別する。従って、脱脂炉５の内部空間５ａの雰囲気の状態に拘わらず、バインダの気化開始温度を正確に識別できる。
【００４８】
同様に、ワークの基準受光量を検出するための第２の反射センサを設けることも可能である。第２の反射センサは、その発光素子が、液化バインダの滲出する量が比較的少ない部位に向くように配置される。脱脂処理されるワークの個体差により反射度が異なる場合がある。その場合でも、液化バインダの存在しない（又は存在がほとんど無い）部位からの受光量を第２の反射センサにより基準受光量として検出し、第１の反射センサにより検出される受光量と、基準受光量との差分が閾値を越えた場合には、バインダの液化が開始したことを識別する構成とすることができる。ワークの個体差に拘わらず、バインダの液化を正確に識別することができる。
【実施例】
【００４９】
以下に、マイクロ波脱脂装置の実施例について図３、図４を参照しつつ説明する。実施例は、第２の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置２０１によりワーク３を脱脂処理する例である。図４は、実施例に係るワーク３を脱脂するためのマイクロ波照射実験を示すグラフである。図４のグラフの左側縦軸は、ワーク３の表面温度（℃）及び第１の反射センサ２３１の受光素子の受光量を示し、右側縦軸は、第１の煙センサー２０３を構成する受光素子の受光量を示し、横軸は、ワークの処理時間（分）を示す。グラフＬは、第１の煙センサー２０３の受光量と処理時間との関係を示し、グラフＳは、第１の反射センサー２３１の受光量と処理時間との関係を示し、グラフＨは、ワーク３の表面温度（℃）と処理時間（分）との関係を示し、Ｔは、煙の有無を識別するために用いる第１の煙センサ２０３の受光量の閾値（４７００）を示し、Ｒは、滲みの有無を識別するために用いる第１の反射センサ２３１の受光量の閾値（３１０）を示す。上記閾値は、予め試験片を用いた予備試験により取得することができる。
【００５０】
なお、図４のグラフに示す受光量は、第１の煙センサ２０３の発光素子からの光を遮断した場合の受光素子の受光量を０とし、第１の煙センサ２０３の発光素子から受光素子までの光路に障害物が無い場合の受光素子の受光量（最大値）を５０００としたときの、第１の煙センサ２０３の受光素子が受ける受光量の相対値である。同様に、第１の  反射センサ２３１の発光素子からの光を遮断した場合の受光素子の受光量２００とし、第１の反射センサ２３１の発光素子から受光素子までの光路に障害物が無い場合の受光量（最大値）を４０９５としたときの、第１の反射センサ２３１の受光素子が受ける受光量の相対値である。従って、利用する煙センサー及び反射センサの種類や発光量が変わることにより、受光量の値が変わることはいうまでもない。
【００５１】
本実施例では、バインダが液化しワーク表面に滲みが生じた場合の第１の反射センサ２３１の受光素子の受光量（閾値）を３１０とし、受光量が閾値未満の場合にはバインダの液化による滲みは生じていないとみなし、受光量が閾値以上の場合には、液化による滲みが生じているとみなしている。また、バインダが気化しガスが生じた場合の第１の煙センサ２０３の受光素子の受光量（閾値）を、４７００とし、受光量が閾値より高い場合にはバインダの気化による煙は生じていないとみなし、閾値以下の場合には、気化による煙が生じているとみなしている。
【００５２】
使用したワーク３は、ＳＣＭ４１５（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５３：２００８）を用いて作製されている。また、ワーク３は、円盤部材の円形面の一方に円柱形状の突起が設けられたボタン形状であり、円盤部材の直径は、直径が３５ｍｍであり、ワーク３の高さが１５ｍｍ〜１８ｍｍである。また、ワーク３は、ＳＣＭ４１５と仮焼結の温度まで、ワークの形状を保つようにするため、３種類のバインダとを混練りし射出成形された成形品であり、バインダを、８．５９重量パーセント含む。
【００５３】
また、本実施例では、第２の実施形態に係るマイクロ波脱脂装置２０１を使用した。従って、マイクロ波脱脂装置の構成、作用、及び効果は、第２の実施形態のマイクロ波脱脂装置２０１と同じであるので、説明は割愛する。さらに、本実施例では、脱脂ガス供給源９から供給される窒素（Ｎ２）ガスを、流量２ｍ３／ｈで脱脂炉５の内部空間５ａ内に供給し、気化バインダを排出している。
【００５４】
図４に示されるとおり、ワーク３の最初の表面温度は、１０℃である。そして、ワーク３が、平均５０℃／２４０秒の温度上昇率（単位時間当たりの温度上昇量）で昇温するように、ワーク３にマイクロ波を照射する。ワーク３の温度が上昇するとともに、第１の反射センサ２３１の受光素子による受光量が増加する。照射開始から約８分経過後に、第１の反射センサ２３１の受光素子の受光量が閾値である３１０に到達したことを制御部１３が識別すると、制御部１３は、その時に放射温度計１１により測定される表面温度、すなわち８０℃に維持するようにマイクロ波発振器７を制御する。
【００５５】
照射開始から６２分経過後に、第１の反射センサ２３１の受光素子の受光量が再度閾値未満になると、ワーク３上に滲み出た液化バインダが無いことが、制御部１３により識別され、マイクロ波発振器７により、ワーク３の表面３ａの温度が、５０℃／２４０秒の温度上昇率となるように制御される。６２分から１００分位までの間は、第１の反射センサ２３１の受光素子の受光量が閾値を越えたり、超えなかったりの変化を繰り返すので、閾値を超えた場合には、閾値を超えた時の温度にワーク３を維持し、閾値より下回っている場合には、所定の温度上昇率でワーク３を加熱する。
【００５６】
なお、第１の反射センサ２３１の受光量が閾値を超えている１００分から１２８分までは、ワーク３の温度上昇率が安定していないが、これは、放射温度計１１の測定精度によるものと考えられる。実際は、１００分から１２８分までの滲みが発生しない状態では、５０℃／２４０秒の温度上昇率でワークが加熱されている。
【００５７】
処理時間が約１２０分経過すると、、第１の煙センサ２０３の受光素子２０３ｂによる受光量が減少する。照射開始から約１２８分経過後に、第１の煙センサ２０３の受光素子２０３ｂの受光量が閾値である４７００以下となった（閾値を越える）ことを制御部１３が識別すると、制御部１３は、放射温度計１１により測定される温度、すなわち液体から気体への気化温度である１３０℃に維持するようにマイクロ波発振器７を制御する。そして、第１の煙センサ２０３の受光素子により測定される受光量が閾値４７００より大きくなるまで、制御部１３は、放射温度計１１から得られる温度情報を参照しつつ、ワーク３を気化温度に維持する。
【００５８】
図４のグラフに示されるように、加熱を開始してから約２３２分後に煙センサ２０３の受光素子の受光量が閾値以上となったことを制御部１３が識別すると（脱脂処理の完了）、制御部１３は、所定の温度上昇率となるようにマイクロ波発振器７を制御し、ワーク３を昇温させる。その後、放射温度計１１により測定されたワーク３の温度が、所定温度（例えば、仮焼結温度等）に到達したことを、制御部１３により識別されると、制御部１３はマイクロ発振器７、脱脂ガス供給源９等を停止し仮焼結工程が終了する。このように、バインダの気化が生じている間、ワーク３をバインダの気化温度に維持することで、成形品に亀裂や変形が生じることなくバインダを脱脂することができる。なお、図４に示されるように、ワークの温度を気化温度に維持するように制御しているときであっても、ワーク３の実際の表面温度は、所定の温度幅（±約１０℃）内で変化している。しかし、脱脂処理したワーク３に、亀裂や変形は生じなかった。
【００５９】
また、同一のバインダにより成形されている複数のワークを脱脂処理する場合には、以下のように行うこともできる。最初のワークの温度特性についての情報（例えば、図４に示す情報）を取得するため、上述の通り、第１の煙センサーを用いて脱脂処理を行う。そして、取得した温度特性を記憶部２７に格納し、格納された温度特性に従って、２つめ以降のワーク３を脱脂装置２０１内において脱脂処理することにより、成形品に亀裂や変形が生じることなくバインダを脱脂することができる。さらに、ワークにバインダが複数含まれている場合には、受光量が閾値以下である場合には、その気化温度に維持するように制御されることになる。
【００６０】
さらに、上述した実施形態及び実施例のマイクロ波脱脂装置は、ワークを脱脂処理するために必要な加熱条件を検出することを目的としているため、脱脂炉５の内部空間５ａ内に静止状態でワークが載置され、加熱される構成であるが、本発明のマイクロ波脱脂装置は、この構成に限定されない。本発明のマイクロ波脱脂装置は、回転可能なターンテーブルを脱脂炉５内に備え、回転した状態のワーク３を加熱し脱脂処理する構成とすることもできる。このマイクロ波脱脂装置の場合には、回転するターンテーブル上に配置されているワークの温度や滲みを検出できるように、反射センサ及び反射温度計を、複数設ける構成とすることやワークの移動に同期させて回転させる構成とすることも可能である。
【００６１】
なお、本実施形態及び本実施例では、固相から液相を経て気相にバインダを用いて説明しているが、固相から気相へ昇華するバインダの脱脂処理をできることは言うまでもない。この場合には、気化したバインダに起因する煙を検知し、煙が検知された温度にワークの温度に維持するように加熱する構成となる。
【００６２】
第２の実施形態及び実施例では、反射センサ及び煙センサを備える構成のマイクロ波脱脂装置であるが、本発明のマイクロ波脱脂装置は、この構成に限定されず、反射センサ及び煙センサの一方を備える構成とすることも可能である。例えば、反射センサのみを備えるマイクロ波脱脂装置の場合には、第１の実施形態のように、気化温度（煙センサのみを備えるマイクロ波脱脂装置の場合には液化温度）を予備試験により取得しておき、気化温度（煙センサのみを備えるマイクロ波脱脂装置の場合には液化温度）に到達した場合には、気化開始温度にワークの温度を保つように（煙センサのみを備えるマイクロ波脱脂装置の場合には、バインダの液化後のワークの温度上昇率がバインダの液化前のワークの温度上昇率より低くなるように）マイクロ波発生器を制御する。
【符号の説明】
【００６３】
１、２０１    マイクロ波脱脂装置
３            ワーク
３a           ワーク表面
５            脱脂炉
５ａ          内部空間
７            マイクロ波発振器
９            脱脂ガス供給源
１１            放射温度計
１３            制御部
１５            回転羽根
１６            モータ
１７            攪拌器
１９            脱脂ガス供給管
２１            排風機
２３            排気管
２５            導波管
２７            記憶部
２９            入力部
２０３            煙（ガス）センサ
２０３ａ          煙（ガス）センサ発光素子
２０３ｂ          煙（ガス）センサ受光素子
２３１            反射センサ
【図１】
0005814572.tif 000002
【図２】
0005814572.tif 000003
【図３】
0005814572.tif 000004
【図４】
0005814572.tif 000005