(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ波を用いて、効率よく、焼成体を得られる発熱体装置を提供する。【解決手段】マイクロ波吸収率が低い被焼成体を加熱する為に、マイクロ波加熱装置内の被焼成体の周りに設置する発熱体において、発熱体が被焼成体、発熱体若しくはセンサの温度変化に応じて移動する発熱体移動機構を有することを特徴とする発熱体装置である。更に、発生装置に４００℃以下の低温域で該発熱体がマイクロ波を効率よく吸収するピーク波長を含むマイクロ波発生器と、６００〜１４００℃の高温域で該被焼成体がマイクロ波を効率よく吸収するピーク波長を含むマイクロ波発生器とを備える。【選択図】図１
2008128491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波加熱装置内の被焼成体の周りに設置する発熱体において、
発熱体が被焼成体、発熱体若しくはセンサの温度変化に応じて移動する発熱体移動機構を有することを特徴とする発熱体装置。
【請求項２】
請求項１記載の発熱体装置を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の発熱体装置が、被焼成体の形状及び量に応じて、設置位置を変更できる設置位置機構を有することを特徴とする発熱体装置。
【請求項４】
マイクロ波加熱装置において、４００℃以下の低温域で該発熱体がマイクロ波を効率よく吸収するピーク波長を含むマイクロ波発生器と、６００〜１４００℃の高温域で該被焼成体がマイクロ波を効率よく吸収するピーク波長を含むマイクロ波発生器とを備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロ波加熱装置において、少なくとも４００℃以下の低温域では発熱体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこない、少なくとも６００〜１４００℃の高温域では被焼成体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこなうことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
低温域での加熱に使用する低温域用マイクロ波発生器と、高温域での加熱に使用する高温域用マイクロ波発生器とを備え、マイクロ波吸収率が低い被焼成体を加熱する為にマイクロ波加熱装置内の被焼成体の周りに設置する発熱体を備えたマイクロ波加熱装置において、
低温域のマイクロ波の低温域波長Ｆ０と高温域のマイクロ波の高温域波長Ｆ１の関係が、低温域での発熱体の透過率をＡ％とし、高温域での発熱体の透過率をＢ％としたとき、
【数１】
2008128491.tif 000007
を満たし、
低温域波長F０が高温域波長F１より長いことを特長とするマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
請求項6記載のマイクロ波加熱装置において、
低温域での透過率Ａが４０％以下であり、高温域での透過率Ｂが６０％以上である発熱体を用いることを特長とするマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
被焼成体の受け台のマイクロ波吸収率が６０％以上であり、誘電力率と誘電率の積である損失係数が１以上である材料を用いることを特徴とする請求項１〜７のうちの１つに記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックスおよび陶材を焼成させるマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯科治療において歯牙のウ蝕部位への補綴材料としてポーセレン（陶材）、セラミックス（アルミナ、ジルコニアなど）が用いられており、電気炉により高温で焼成されていた。
【０００３】
セラミックス焼成は成形体を炉内でヒータからの熱伝導と輻射により数１００℃〜１０００℃以上の高温環境をつくり行われる。この方法では入力エネルギーの大半が炉内全体の加熱や外部への放熱に使用されるため、セラミックスの焼成に使用されるエネルギーは約２％程度である。またこの方法で急速な加熱を行うと被焼成体に過熱ムラができる問題があり、昇温レートを遅くすることや焼成時間を延ばす必要があり、時間や消費エネルギーが増大し非効率なものになっていた。更に、セラミックスの焼成には非常に時間を要した。また、炉内温度を均一にすることが難しく場所によって大きなばらつきが生じた。従って技工士が各電気炉の特性の差異を熟知して使いこなす必要があった。
ヒータ炉では被焼成体を輻射熱で加熱するため被焼成体の外部と中心部で大きな温度差が生じることがあり、焼成時にクラックの発生や強度不足問題が発生したりすることがあった。
【０００４】
近年、マイクロ波加熱によって陶磁器材料やセラミックス材料を焼成することが提案され、既に実用化が始まっている。
マイクロ波照射による自己加熱方式を用いると非常に短時間でかつ均一な高温焼成が実現できることが知られている。
さらに、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスは常温では誘電損失が少ないためマイクロ波照射を行っても自己加熱はほとんど起こらないが、６００℃付近のガラス転移点温度からマイクロ波吸収率および誘電損失係数が急激に上昇することが知られている。
【０００５】
特開平６−３４５５４１には、マイクロ波焼成炉の内部にヒータを設置し、該ヒータによってマイクロ波焼成炉内の温度を制御してなるマイクロ波焼成炉が紹介されているが、ヒータの寿命はマイクロ波発生器であるマグネトロンなどに比べて短く、頻繁に交換する必要があり、消耗部品を持たないというマイクロ波加熱装置の利点が失われるという問題があった。
【０００６】
特開平２−２７５７７７には、マイクロ波焼成炉の内部にマイクロ波により発熱する発熱体で被焼成体の周囲に壁の様に設置し、被焼成体を輻射熱で焼成する構造のものが紹介されているが、筒状形状の発熱体内部に被焼成体を設置する方法であるため、照射されたマイクロ波エネルギーの大半が発熱体に吸収され、焼結体のマイクロ波による発熱が期待できないという問題があった。
【０００７】
特開平７−３１８２６２には、マイクロ波損失の大きい物質を主成分とする発熱容器と、該発熱容器を覆う、マイクロ波損失の小さい物質を主成分とする断熱体とを有し、前記発熱容器には開口が形成されており、さらに前記断熱体を通して前記発熱容器に向かってマイクロ波を照射させるための、且つ前記発熱容器の前記開口をとおして前記発熱容器内の被焼成物に向かってマイクロ波を照射させるためのマイクロ波照射装置を有する構造のものが紹介されているが、
発熱体と被焼成体の両方にマイクロ波を照射することを目的としており、被焼成体にマイクロ波を照射する際に、発熱体が被焼成体に照射されたマイクロ波の障害になることを回避するため、発熱体にマイクロ波通過用の穴を複数設けている。該穴を設けることにより、発熱体で構成された発熱容器が密封構造でないことになり低温域における予備加熱時の発熱体の面積が減少し、輻射効率が悪くなる問題や、発熱容器のマイクロ波が通る開口部が離散的であることによる被焼成体へのマイクロ波の照射効率も悪くなるという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４５５４１
【特許文献２】特開平２−２７５７７７
【特許文献３】特開平７−３１８２６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ヒータによる過熱では焼結体内部と外部とで温度勾配が大きく、短時間での加熱が求められていた。マイクロ波加熱ではこれらの課題が解決されたものの、低温域では焼成体の誘電損係数が低く効率の良い加熱が起こらない問題があり、被焼成体を加熱するのに十分な温度であるガラス転移点温度に達するまでチャンバー内を加熱する必要があった。発熱体を使用した低温域における加温では、高温域に達した後は発熱体がマイクロ波の障害物となり被焼成体にマイクロ波が当たらない問題があった。
さらに、被焼成体の大きさと発熱体との位置関係は焼結体の温度上昇に大きく影響する問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、自己加熱するのに十分な温度であるガラス転移点温度に達するまでは、焼結体の周りに設置された発熱体によって加温し、高温域に達した後、発熱体は発熱体移動手段により焼結体に照射するマイクロ波の障害とならない位置に移動する、もしくはマイクロ波の波長を長くすることにより発熱体を透過することにより、マイクロ波による焼結体の加温が容易となり、さらに発熱体の形状又は配置を変えることにより被焼成体がマイクロ波を直接受け、被焼成体の加熱が容易となるマイクロ波加熱装置を提供することである。
【００１１】
また、歯科分野におけるメタルボンドなど歯科用陶材の焼成においては、何層もの重ね焼きを行うため、成形物を炉内から何度も出し入れしなければならない。
歯科用マイクロ波加熱装置は成形物の出し入れが容易となる機構や、出し入れ時のチャンバー開閉時にマイクロ波が漏洩しない機構、さらに、チャンバー開閉時に炉内温度があまり下がらないように係留できる機構が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明第１の構成はマイクロ波加熱装置内の被焼成体の周りに設置する発熱体において、発熱体が被焼成体、発熱体若しくはセンサの温度変化に応じて移動する発熱体移動機構を有することを特徴とする発熱体装置である。
【００１３】
本発明は発熱体装置を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
【００１４】
本発明は発熱体装置が、被焼成体の形状及び量に応じて、設置位置を変更できる設置位置機構を有することを特徴とする発熱体装置である。
具体的には被焼成体の形状及び量に応じて発熱体で囲われた空間の大きさを拡大縮小できる様に設置位置を変更できるものである。被焼成体の形状及び量とは、１本の単冠を焼成する場合や、フルマウスや一度に多数の単冠を焼成する場合などがある。
【００１５】
本発明の第２の構成は発熱体と被焼成体において、
４００℃以下の低温域で該発熱体がマイクロ波を効率よく吸収するピーク波長を含むマイクロ波発生器と、６００〜１４００℃の高温域で該被焼成体がマイクロ波を効率よく吸収するピーク波長を含むマイクロ波発生器とを備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
【００１６】
本発明の第２の好ましい構成はマイクロ波加熱装置において、少なくとも４００℃以下の低温域では発熱体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこない、少なくとも６００〜１４００℃の高温域では被焼成体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこなうことを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
【００１７】
本発明は低温域での加熱に使用する低温域用マイクロ波発生器と、高温域での加熱に使用する高温域用マイクロ波発生器とを備え、マイクロ波吸収率が低い被焼成体を加熱する為にマイクロ波加熱装置内の被焼成体の周りに設置する発熱体を備えたマイクロ波加熱装置において、低温域のマイクロ波の低温域波長Ｆ０と高温域のマイクロ波の高温域波長Ｆ１の関係が、低温域での発熱体の透過率をＡ％とし、高温域での発熱体の透過率をＢ％としたとき、
【数１】
2008128491.tif 000003
【００１８】
を満たし、低温域波長F０が高温域波長F１より長いことを特長とするマイクロ波加熱装置である。
【００１９】
本発明はマイクロ波加熱装置において、低温域での透過率Ａが４０％以下であり、高温域での透過率Ｂが６０％以上である発熱体を用いることを特長とするマイクロ波加熱装置である。
【００２０】
本発明は被焼成体の受け台のマイクロ波吸収率が６０％以上であり、誘電力率と誘電率の積である損失係数が１以上である材料を用いることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のマイクロ波加熱装置は、低温域でのマイクロ波による発熱体の加熱により被焼成体が加温され、高温域でのマイクロ波による被焼成体の加熱により焼成をおこなうため、高温域での被焼成体内部の温度勾配が少なく焼成体の加熱が容易となる。
また、高温域での被焼成体の加熱時に、マイクロ波加熱装置内部の発熱体が発熱体移動機構により設置位置を移動させることにより、被焼成体に直接マイクロ波が照射する様になり、焼結体は効率よくマイクロ波を吸収し、マイクロ波加熱装置のエネルギー効率が良くなる。
また、高温域における被焼成体の加熱時に、マイクロ波の波長を長くすることにより、マイクロ波加熱装置内部に設置してある発熱体をマイクロ波が透過し、前記発熱体移動機構を持たない場合でも、本発明を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の第１の構成について以下に説明する。
マイクロ波吸収率が低い被焼成体とは、マイクロ波加熱装置で焼成させる被焼成体のことであり、具体的にはセラミックスのことである。好ましくはシリカ、アルミナ主成分の材料であり、具体的には歯科用陶材及び歯科用セラミックスコア材料である。
【００２３】
発熱体とはマイクロ波加熱装置が発生するマイクロ波を受けて、発熱し間接的に被焼成体を加熱するものであればよく、好ましくは二酸化マンガンおよびシリコンカーバイトである、さらに好ましくは二酸化マンガンである。発熱体は板状であることが好ましく、更に角板状又は楕円板状であることが好ましい。発熱体の厚みは１〜１３ｍｍ、長軸長さは４０〜１００ｍｍ、短軸長さは３０〜６０ｍｍであることが好ましい。
被焼成体の高温に応じた最適周波数は１００ＧＨｚ以上であるが、コストなどを考慮した場合は１〜３ＧＨｚである。
【００２４】
センサとは焼成体の周りの温度を検知するものであればよく、好ましくは熱電対および放射温度計であり、さらに好ましくは放射温度計である。発熱体移動機構がセンサを兼用することができる。
【００２５】
発熱体移動機構とは、発熱体をセンサにより発熱体に放射されたマイクロ波を直接被焼成体に照射できるように移動させる機構であればよい。たとえば、所定の温度により形状が変化するバイメタルや形状記憶合金を使用した機構や、一定温で融解する金属ピンを止め材として用いて、所定の温度になると該金属ピンが溶解し発熱体が移動する機構などがある。発熱体移動機構にバイメタルや形状記憶合金を用いた場合は移動のきっかけとなる温度センサとして、これらのバイメタルや形状記憶合金が用いることが好ましい。
一定温で融解する金属ピンを止め材として用いる場合の具体的な例として、発熱体をヒンジを解して固定されており、６５０℃で溶解する金属ピンにより、被焼成体の周りに配置され、発熱体が６５０℃に達したときに金属ピンが融解し、発熱体がヒンジに沿って、倒れることにより、被焼成体に直接マイクロ波が放射される機構である。
発熱体装置とはマイクロ波加熱装置に設置する発熱体移動機構と発熱体を構成要素として有する装置であり、具体的には前記した発熱体移動機構に発熱体が設置されたものである。
【００２６】
また、発熱体装置が、被焼成体の形状及び量に応じて、設置位置を変更できる設置位置機構を有することが好ましい。被焼成体の形状及び量に応じて、焼成条件を変更する必要があり、被焼成体と発熱体の位置を調整することで焼成条件を変更できるからである。好ましい設置位置機構は、支柱の先端に発熱体を固定し、その支柱を円盤状の台座に設けられた孔に差し込むことにより固定される機構において、台座に設けられた差込孔を変えることにより、設置位置を変更することができる機構であることが好ましい。発熱体固定治具を設置するための取り付け穴が、被焼成体の設置位置を中心として同心円状に設けられた機構を有し、取り付け時に設置穴を選択する機構であることが好ましい。
また、上記機構において、設置穴が長円であり発熱体固定治具を長円の溝を滑らして位置を移動する機構でもよい。
【００２７】
本発明の第２の構成について以下に説明する。
発熱体の４００℃以下の低温域で放射するマイクロ波の最適周波数は１〜３０ＧＨｚであり、好ましくは３〜１５ＧＨｚである。
発熱体の６００〜１４００℃の高温域で放射する吸収ピーク波長のマイクロ波の最適周波数は０．５〜９ＧＨｚ、好ましくは１．５〜４．５ＧＨｚである。
【００２８】
マイクロ波の発生方法において、低温域では発熱体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこない、高温域では被焼成体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこなうことが好ましい。
さらに好ましくは、低温域では発熱体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射をおこない、高温域では被焼成体の吸収ピーク波長と発熱体の吸収ピーク波長のマイクロ波照射とをおこなうことが好ましい。
【００２９】
低温域での加熱に使用する低温域用マイクロ波発生器と、高温域での加熱に使用する高温域用マイクロ波発生器とを備えたマイクロ波加熱装置において、
低温域のマイクロ波は発熱体に吸収され、高温域のマイクロ波では該発熱体を透過する発熱体を用いることが良い。低温域のマイクロ波長Ｆ０と高温域のマイクロ波長Ｆ１の関係は、低温域での発熱体の透過率をＡ％とし、高温域での発熱体の透過率をＢ％としたとき、
【数１】
2008128491.tif 000004
【００３０】
であることが良く、さらに低温域のマイクロ波F０が高温域のマイクロ波Ｆ1の波長より長いことが好ましい。
発熱体の低温に応じた透過率は、発熱体がマイクロ波を吸収し発熱する透過率であれば良い。好ましくは４０％以下である。さらに好ましくは３０％以下である。
発熱体の高温に応じた透過率は、マイクロ波が発熱体を透過し、透過したマイクロ波が被焼成体に照射して該マイクロ波を吸収し被焼成体が発熱する透過率であれば良い。好ましくは６０％以上である。さらに好ましくは７０％以上である。
【００３１】
最適な発熱体の透過率は、発熱体の性質における比誘電率及び損失角、及び発熱体の厚さ、及びマイクロ波の周波数により決定される。
例えば、低温に応じた透過率が４０％以下であり、高温に応じた透過率が６０％以上である場合の低温に応じたマイクロ波Ｆ０の最適値は１〜１６ＧＨｚであり、高温に応じたマイクロ波Ｆ１の値は０．５５〜８．９ＧＨｚとなり、二酸化マンガンでは厚さが１．５〜２５．４ｍｍ、シリコンカーバイトでは厚さが１．２〜１９．７ｍｍである。
また、低温に応じた透過率が３０％以下であり、高温に応じた透過率が７０％以上である場合の低温に応じたマイクロ波Ｆ０の最適値は２〜３０ＧＨｚであり、高温に応じたマイクロ波Ｆ１の値は０．５５〜８．９ＧＨｚとなり、二酸化マンガンでは厚さが１．１〜１６．６ｍｍ、シリコンカーバイトでは厚さが０．８〜１２．９ｍｍである。
好ましい範囲として、低温に応じた透過率が４０％以下であり、高温に応じた透過率が６０％以上である場合の低温に応じたマイクロ波Ｆ０の最適値は３〜８GHzであり、高温に応じたマイクロ波Ｆ１の値は１．５〜４．５ＧＨｚとなり、二酸化マンガンでは厚さが３．２〜８．４ｍｍ、シリコンカーバイトでは厚さが２．４〜６．６ｍｍであり、
また、低温に応じた透過率が３０％以下であり、高温に応じた透過率が７０％以上である場合の低温に応じたマイクロ波Ｆ０の最適値は５〜１５ＧＨｚであり、高温に応じたマイクロ波Ｆ１の値は１．５〜４．５ＧＨｚとなり、二酸化マンガンでは厚さが２．２〜６．７ｍｍ、シリコンカーバイトでは厚さが１．７〜５．２ｍｍである。
【００３２】
マイクロ波加熱装置内に焼成材料を設置する受け台とは、発熱体に囲まれた位置に焼成材料を設置する台である。被焼成体の受け台のマイクロ波吸収率が６０％以上であり誘電力率と誘電率の積である損失係数が１以上である材料であり、好ましくは二酸化マンガンおよびシリコンカーバイトである、さらに好ましくは二酸化マンガンである。
上記してきた二酸化マンガンやシリコンカーバイトとの表現は主成分が二酸化マンガンやシリコンカーバイトであることを意味し、それのみで構成されるという意味ではない為、これらを硬化させる為の助剤などを用いることは好ましい。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係るマイクロ波加熱装置の実施形態を示したものである。
【００３４】
この実施形態のマイクロ波加熱装置はマイクロ波による加熱によって被焼成体を焼成するものであって、装置内部で発生したマイクロ波を遮断し外部に漏洩しないためのシールドボックス１１を有し、該シールドボックス内部に設置された焼成炉である真空チャンバー３と、マイクロ波発生手段としてのマグネトロン１と、マイクロ波を真空チャンバーに導くための導波管２と、マイクロ波透過性がよく尚且つ耐熱性素材でできた耐熱室４、可動式の発熱体であるサセプター６、該サセプターを設置するためのサセプター設置テーブル１２、被焼成体を保持するための受け皿７、さらに、シールドボックス１１の外部にチャンバー内を真空にするための真空ポンプ８と、該受け皿に設置された被焼成体を容易に取り出すため昇降モーター９などで構成される。
【００３５】
シールドボックス１１内には、複数の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器であるマグネトロン１が設置されており、発生したマイクロ波は導波管２を通り真空チャンバー３に導かれる。該真空チャンバー３には内部に耐熱室４が設けられ、該耐熱室４の内部には発熱体であるサセプター６が被焼成体を囲む形で複数設置されており、真空チャンバー３に導かれたマイクロ波は耐熱室４を透過してサセプター６に照射され、該サセプター６は発熱を開始し、該耐熱室４内部を加熱し、自己加熱するのに十分な温度に達するまで加熱し続ける。
耐熱室４の内部温度が自己加熱するのに十分な温度に達すると、移動手段を備えたサセプター６は移動を開始し、被焼成体に対してマイクロ波を遮断しない位置に移動し、マイクロ波が被焼成体に照射され被焼成体の発熱が開始される。
【００３６】
次に焼成体の誘電率および損失係数に係る焼成過程について説明する。
被焼成体がアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスの場合、６００℃以下の低温域においてはマイクロ波の吸収は少なく、マイクロ波の大半は発熱体であるサセプター６に吸収され熱に変わる。低温域における被焼成体はマイクロ波により高温になったサセプターからの輻射熱により温められ、被焼成体の温度が６００℃付近を超えるとアルミナ、ジルコニアなどにおいては誘電率および損失係数が急激に上昇し、被焼成体のマイクロ波吸収による加熱が可能となる。６００℃付近を超える高温域ではサセプターからの輻射熱による加熱よりも材料の加熱による温度上昇の方が焼成過程における被焼成体の温度勾配が少ないことやエネルギー効率の良さから望ましいとされている。
【００３７】
したがって、本発明のマイクロ波加熱装置の実施形態として、６００℃付近までの低温域においては常温での損失係数の大きい材料で構成したサセプター壁で囲まれた空間を備え、該空間内部に設置された被焼成体はサセプター及びサセプターと同材質の受け皿からの輻射によって加熱され、被焼成体の誘電率転移点温度に達した時点でサセプター壁配置が移動することにより、サセプターに吸収されていたマイクロ波エネルギーを被焼成体に向けることが可能となる。
【００３８】
図２、３、４、５にサセプター配置テーブル、サセプター回転機構の例を示す。
【００３９】
図２aはサセプター設置テーブル１２の上面図である。図２のようにサセプター設置テーブルには同心円状にサセプターホルダー取り付け穴があけられており、該サセプターホルダー取り付け穴２０にサセプターホルダーの軸を貫通しサセプターホルダーを設置する。図３はサセプター設置テーブルにサセプターホルダーを設置した側面図である。サセプターホルダーにはサセプター６が差し込めるような溝が設けられている。
さらに、図２bのようにサセプターを装着するホルダーを選択することによりサセプターで囲まれた範囲を調整することが可能となる。
また、サセプターホルダーの一部または全部は回転できる構造になっており被焼成体が一定温度に達すると側壁部分のサセプターは回転して側壁部分を構成する
サセプター間の隙間を大きくし被焼成体に照射されるマイクロ波のエネルギーを増大させることができる。図５にサセプターの移動前後の簡略図を示す。
サセプターホルダーの可動方法として、図４に示すようにサセプターホルダー下部の円盤２１に取り付けられたバネの伸縮長を変更することで任意の回転角度に設定する方法や、
図６のようにサセプターホルダー下部の円盤部分をギアとして、各ギアと連動する大形ギア２２によって個々のサセプターホルダーを任意の角度に回転させることができる。大形ギア２２は温度センサからの信号によってモーターまたはソレノイドなどで駆動され所定の角度までサセプターホルダーを回転させる。
【００４０】
被焼成体の上部に設置されたサセプターは、図７のように半割りになった円盤状の天井部分のそれぞれがバイメタル５などでできた蝶番で耐熱室４とつながっており、前記サセプターホルダーに設置されたサセプターと同様に被焼成体の転移点温度において上方に開くことができる。このようにより被焼成体の誘電率転移点温度においてサセプターを動かすことによってマイクロ波のエネルギー吸収をサセプターから被焼成体へ移すことができる。
【００４１】
また、サセプター移動手段を使用しない方法として、マイクロ波周波数切り替え方式がある。サセプターの減衰率はマイクロ波の周波数に依存するため、低温域および高温域においてマイクロ波の周波数を切り替えることにより、サセプターと被焼成体のマイクロ波吸収比率をコントロールすることが可能となる。この方式の場合は低温高温切り替えのための温度センサが必要となる。
マイクロ波の誘電体中の減衰は電波の入射エネルギーが半減する深さをD０とすると、
【００４２】
【数２】
2008128491.tif 000005
【００４３】
で表される。ここでεは材料の比誘電率、ｔａｎδは損失角、ｆはマイクロ波の周波数で、Kは３．３２×１０７である。したがってマイクロ波の周波数を切り替えることによりサセプターのマイクロ波透過率をコントロールすることも可能となる。
低温域ではサセプターに大半のエネルギーが吸収されるような周波数にマイクロ波を設定しておき、高温域においてはサセプターの透過率をあげて被焼成体への照射エネルギーが大きくなるように設定すれば外部輻射によるものと加熱によるものとの比率を変えることが可能になる。
この方法は、周波数の異なるマイクロ波発生器を複数搭載することでも良い。
【００４４】
さらに詳細に説明すると、６００℃以下の低温域では被焼成体の周りを取り囲んだ発熱体に対し、マイクロ波吸収の良い波長を照射することにより発熱体が加熱し輻射熱により被焼成体が加熱される。加熱された被焼成体の温度が６００℃付近を超える高温域では、該発熱体に対しては大半が透過し被焼成体に対しては吸収する波長のマイクロ波を照射することにより、効率の良い焼成が可能となる。高温域でのマイクロ波の照射は高温域用のマイクロ波だけでなく、低温域用のマイクロ波を同時に照射することにより、さらに効率の良い焼成が可能となる。
【００４５】
マイクロ波の周波数と発熱体の厚さについて説明する。
発熱体に照射されたマイクロ波がＡ％透過する発熱体の厚さをDとすると、
【００４６】
【数３】
2008128491.tif 000006
で表される。ここでεは発熱体材料の比誘電率、ｔａｎδは損失角、ｆはマイクロ波の周波数でKは３．３２×１０７である。
ここで、二酸化マンガンを発熱体の材料としたとき、比誘電率εは３００となり、損失角ｔａｎδは０．１となる。高温域用のマイクロ波の周波数を産業界で最も使用されている２．４５ＧＨｚ付近の周波数を選択し、低温に応じた透過率が３０％以下であり、高温に応じた透過率を７０％以上とした場合の低温に応じたマイクロ波の最適周波数は８．５ＧＨｚとなり、発熱体の厚さは４ｍｍとした。
【００４７】
また、シリコンカーバイトを発熱体の材料としたとき、比誘電率εは２０となり、損失角ｔａｎδは０．５となる。高温域用のマイクロ波の周波数を産業界で最も使用されている２．４５ＧＨｚ付近の周波数を選択し、低温に応じた透過率が３０％以下であり、高温に応じた透過率を７０％以上とした場合の低温に応じたマイクロ波の最適周波数は８．５ＧＨｚとなり、発熱体の厚さは３ｍｍとした。
【００４８】
歯科用のポーセレンファーネスでは何層もの築盛焼成を行う必要があるため、被焼成体の置かれたテーブルが上下し炉内から被焼成体を自動的に出し入れする機構が必要となる。しかし、出し入れ時に炉内温度が低下する問題がある。被焼成体を収容後に焼成温度の１０００℃近辺まで短時間で昇温するため、炉内の温度は比較的高温に保持する必要がある。
本発明のマイクロ波加熱装置は出し入れ時の温度低下を防ぐため、取り出す際にシャッターが開くと同時に自動的にマイクロ波がオフになる機構と、テーブルが下がり被焼成体が外部に取り出されると同時に金属製のシャッターが閉じ電波をシールドし、温度を保持できる機構を備えていることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は効率的なセラミックス焼成に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】マイクロ波加熱装置の断面図
【図２】サセプター設置テーブルにおけるサセプター設置位置機構の上面図
【図３】サセプターホルダーの側面図
【図４】サセプターホルダーにおけるサセプター移動機構の上面図
【図５】上面から見たサセプターの移動経過説明用簡略図
【図６】側面から見た上方設置サセプターの移動経過説明用簡略図
【図７】上部サセプター開閉機構説明図
【符号の説明】
【００５１】
１    マグネトロン
２    導波管
３    真空チャンバー
４    耐熱室
５    バイメタル
６    サセプター
７    受け皿
８    真空ポンプ
９    昇降モーター
１０  シャッター
１１  シールドボックス
１２  サセプター設置テーブル
１３  サセプターホルダー
【図１】
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【図３】
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【図２】
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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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