(57)【要約】【課題】構造材料として耐熱性セラミックス材料を使用した場合でも、耐熱性セラミックス材料がマイクロ波を吸収して熱効率を低減させることが極めて少なく、より熱効率の高いマイクロ波高温炉を提供する。【解決手段】本発明のマイクロ波高温炉１は、焼結室２を区画構成するセラミックス製隔壁層３内に、冷却媒体を流通可能とする第１の冷却媒体流通部４が配されている。また、被焼結物を配置するための台座５を支持するための支柱材６内に、冷却媒体を流通可能とする第２の冷却媒体流通部７が設けられている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結室を区画構成するセラミックス製隔壁層内に、冷却媒体を流通可能とする冷却媒体流通部が配されていることを特徴とするマイクロ波高温炉。
【請求項２】
前記セラミックス製隔壁層は、セラミックス繊維の積層体にて形成されており、前記冷却媒体流通部は、略水平方向に延在するように配され前記セラミックス繊維の積層体を支持する冷却媒体流通管にて構成されている請求項１に記載のマイクロ波高温炉。
【請求項３】
セラミックス繊維の積層体にて形成された前記セラミックス製隔壁層の内側には、セラミックス製薄板が設けられている請求項２に記載のマイクロ波高温炉。
【請求項４】
被焼結物を配置するための台座を支持するための支柱材内に、冷却媒体を流通可能とする冷却媒体流通部が設けられていることを特徴とするマイクロ波高温炉。
【請求項５】
前記冷却媒体流通部には、前記台座と前記支柱材との接触面に向かって冷却媒体を吹き付け可能とする冷却媒体吹付管が配されている請求項４に記載のマイクロ波高温炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を利用してセラミックスなどを焼結等させるマイクロ波高温炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波高温炉は、被焼結物であるセラミックス成形体等にマイクロ波を照射して直接発熱させるため、従来の外部加熱方式（間接加熱）に比して熱効率が高く短時間の焼結が可能となる。
【０００３】
このようなマイクロ波高温炉の利点をより実現化するためには、マイクロ波高温炉の構造材料として、マイクロ波を吸収して発熱しない材料が使用されることが望ましい。
【０００４】
しかし、マイクロ波高温炉内の構造材料には、少なくとも１０００℃以上の高温に耐え得る耐熱性が要求されるため、マイクロ波を吸収する耐熱性セラミックス材料（例えば、セラミックスブロック、セラミックスファイバーまたは煉瓦など）が随所に使用されている。
【０００５】
具体的には、焼結室を区画構成する隔壁材料として、セラミックスファイバーやセラミックスブロックが使用されており、焼結室内において被焼結物を配置する台座を支持するための支柱材にも耐熱煉瓦が使用され、さらに焼結室内の台座にもセラミックスプレートなどが使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、隔壁材料として、セラミックスファイバーを使用する場合、特に炉が大型化するほど、セラミックスファイバーが自重で垂下し、経時的に隔壁としての形態を保持できなくなる。そのため、セラミックスファイバーを掛止する部材を隔壁内に設けることが好ましいが、耐熱性を有し低廉な掛止部材となるとセラミックス製品が好適であり、この掛止部材がマイクロ波を吸収して発熱してしまう。
【０００７】
また、隔壁材料としてセラミックスブロックを使用した場合でも、マイクロ波を吸収して発熱し軟化してしまう。
【０００８】
さらに、支柱材や台座、特に支柱材と台座との接触面は、マイクロ波を吸収して発熱すると、接触面故に放熱作用が起こらず、軟化さらには液状化して陥没し、被焼結物を安定して保持できなくなる。
【０００９】
ところで、セラミックスのマイクロ波吸収能（誘電損率）は、高温になると急激に上昇するが低温では極小さいため、セラミックスを低温に維持できれば、マイクロ波高温炉の構造材料としてセラミックスを使用しても、マイクロ波は被焼結物に吸収され、マイクロ波高温炉の熱効率を下げることがない。
【００１０】
本願発明者は、そのような点に着目して本発明を想起したものであり、すなわち、本発明の課題は、構造材料として耐熱性セラミックス材料を使用した場合でも、耐熱性セラミックス材料がマイクロ波を吸収して熱効率を低減させることが極めて少なく、より熱効率の高いマイクロ波高温炉を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するものは、焼結室を区画構成するセラミックス製隔壁層内に、冷却媒体を流通可能とする冷却媒体流通部が配されていることを特徴とするマイクロ波高温炉である。
【００１２】
前記セラミックス製隔壁層は、セラミックス繊維の積層体にて形成されており、前記冷却媒体流通部は、略水平方向に延在するように配され前記セラミックス繊維の積層体を支持する冷却媒体流通管にて構成されていることが好ましい。セラミックス繊維の積層体にて形成されたセラミックス製隔壁層の内側には、セラミックス製薄板が設けられていることが好ましい。
【００１３】
また、上記課題を解決するものは、被焼結物を配置するための台座を支持するための支柱材内に、冷却媒体を流通可能とする冷却媒体流通部が設けられていることを特徴とするマイクロ波高温炉である。
【００１４】
前記冷却媒体流通部には、前記台座と前記支柱材との接触面に向かって冷却媒体を吹き付け可能とする冷却媒体吹付管が配されていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロ波高温炉を図１または図２に示した一実施例を用いて説明する。図１は本発明のマイクロ波高温炉の一実施例の基本構造を示す概略図であり、図２は本発明のマイクロ波高温炉の特徴的構成を説明するための部分断面図である。
【００１６】
この実施例のマイクロ波高温炉１は、図１および図２に示すように、焼結室２を区画構成するセラミックス製隔壁層３内に、冷却媒体を流通可能とする第１の冷却媒体流通部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅが配されており、被焼結物を配置するための台座５ａ，５ｂを支持するための支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ内にも、冷却媒体を流通可能とする第２の冷却媒体流通部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄがそれぞれ設けられている。以下、各構成について順次詳述する。
【００１７】
焼結室２は、所要形態に成形された被焼結物を焼結等するために、図１に示すように、マイクロ波高温炉１内に配置されるものであり、この実施例では、セラミックス製隔壁層３により長方体に区画構成され、ハウジング１１内に配置されている。
【００１８】
セラミックス製隔壁層３はセラミックス繊維の積層体にて形成されており、このセラミックス製隔壁層３の断熱作用によって、ハウジング１１の過熱を抑制し、かつ被焼結物配置空間１０の保温性が担保される。
【００１９】
セラミックス繊維の積層体を形成するセラミックス繊維としては、酸化物繊維、窒化物繊維、炭化物繊維などのセラミックスファイバーが好適に使用できるが、この実施例では、酸化物繊維のうちのアルミナ・シリカ系繊維が使用されている。
【００２０】
セラミックス繊維の積層体としては、上記セラミックスファイバーのブランケット製品、フェルト製品、ブランケット積層品、フェルト積層品などが好適に使用できる。
【００２１】
セラミックス製隔壁層３内には、図２に示すように、冷却媒体を流通可能とする第１の冷却媒体流通部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅが配されている。ただし、図２は図１に示したマイクロ波高温炉の左下部付近の一部拡大断面図であり、第１の冷却媒体流通部４は、図２に示された４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅのみではなく、長方体の隔壁を構成するセラミックス製隔壁層３の全体に渡って配されている。なお、第１の冷却媒体流通部４ａ，４ｂは、図２中、手前側から奥に向かって延在し側面部を構成するセラミックス製隔壁層３内に、手前側から奥に向かって延在するように配された冷却媒体流通部であり、他方、第１の冷却媒体流通部４ｃ，４ｄ，４ｅは、図２中、左右に渡って延在し、背面部を構成するセラミックス製隔壁層３に、左右に渡って延在するように配された冷却媒体流通部である。
【００２２】
また、第１の冷却媒体流通部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、それぞれ略水平方向に延在するように配され、セラミックス繊維の積層体を支持している。より具体的には、第１の冷却媒体流通部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、冷却媒体流通管にて構成されており、冷却媒体流通管がセラミックス製隔壁層３内に挿通されて掛止部材として機能する。このため、経時変化によりセラミックス繊維が自重で垂下することもなく、隔壁としての保形性も維持することができる。
【００２３】
これら第１の冷却媒体流通部（冷却媒体流通管）４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ内には、冷却媒体が流通可能に構成されている。具体的には、冷却媒体流通管４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ等は、すべて外部に設けられた冷却媒体供給装置（図示しない）に接続されており、冷却媒体供給装置から供給される冷却媒体が流通（例えば還流）するように構成されている。
【００２４】
このように、隔壁層３内に冷却媒体流通管４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ等が配され冷却されることにより、構造材料（隔壁層）として耐熱性セラミックス材料を使用した場合でも、耐熱性セラミックス材料が冷却されるため、マイクロ波を吸収して熱効率を低減させることが極めて少なくなり、より熱効率の高いマイクロ波高温炉となる。
【００２５】
冷却媒体流通管としては、例えば、アルミナパイプ、ジルコニアパイプなどが好適に使用できるが、焼結時に冷却媒体を流通可能な管であればどのようなものでもよい。また、冷却媒体としては、気体、液体いずれでもよく、冷却媒体流通管内を流通して冷却可能なものであればどのようなものでもよい。さらに、この実施例のセラミックス製隔壁層３は、セラミックス繊維の積層体にて形成されているが、セラミックスブロックにて形成されたものも本発明の範疇に包含される。セラミックスブロックとしては、アルミナ系セラミックスブロック、アルミナ系セラミックスボードなどが好適に使用できる。
【００２６】
なお、セラミックス繊維の積層体にて形成されたセラミックス製隔壁層３の内側には、セラミックス製薄板１５が設けられている。具体的には、この実施例の場合、セラミックス製薄板１５は、長方体に構成された焼結室２において、セラミックス製隔壁層３の内側、すなわち、セラミックス製隔壁層３の内側面および内側上面に張設または内張りされている。
【００２７】
セラミックス製薄板１５は、マイクロ波を大量に吸収して熱効率を低下させないように、セラミックス製隔壁層３に比して十分に薄く張設されることが肝要であり、例えばこの実施例では、セラミックス製隔壁層３の厚さが１８０ｍｍに対して、厚さ２５ｍｍのセラミックスボードが使用されている。ただし、セラミックス製薄板は、この実施例のようなセラミックスボードに限定されるものではなく、より好ましくはマイクロ波の吸収量が低く、被焼結物から発生する遠赤外線を焼結室２の内部空間１０内に遮蔽可能なものであればどのようなものでもよい。
【００２８】
セラミックス製隔壁層３の内側に、このようなセラミックス製薄板１５が設けられることにより、被焼結物から発せられる遠赤外線がセラミックス製隔壁層３を透過して、セラミックス製隔壁層３の外側に存在する空気断熱層１６さらにはハウジング１１を高温化させることを抑止できる。
【００２９】
そして、この実施例のマイクロ波高温炉１では、図２に示すように、焼結室２内において被焼結物を配置するための台座（炉床）５ａ，５ｂを支持するための支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ内にも、冷却媒体を流通可能とする第２の冷却媒体流通部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄがそれぞれ設けられている。ただし、図２は図１に示したマイクロ波高温炉の左下部付近の一部拡大断面図であり、支柱材は６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのみではなく、図２中、支柱６ａの左側にも複数存在する。そのため、図２に示された支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ以外の支柱にも、同様に冷却媒体流通部７が設けられている。
【００３０】
具体的には、この実施例の第２の冷却媒体流通部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ内において、長手方向（略垂直方向）に延在するように設けられた空洞部と、該空洞部内にそれぞれ配された冷却媒体吹付管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄとから構成されている。
【００３１】
冷却媒体吹付管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、外部に設けられた冷却媒体供給装置（図示しない）に接続されており、冷却媒体供給装置から供給される冷却媒体が、図２に示す矢印のように、冷却媒体吹付管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ内を通過し、先端開口から流出して空洞部内を流通して外部に流出するように構成されている。これにより、支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、内部から冷却されるため、支柱材として耐熱性セラミックス材料（例えば煉瓦）を使用した場合でも、支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがマイクロ波を吸収して発熱することを軽減でき、より熱効率の高いマイクロ波高温炉となる。
【００３２】
また、冷却媒体吹付管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの先端開口から流出する冷却媒体は、支柱材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ内部から、台座５と支柱材６との接触面８方向に向かって吹き付けられるように構成されているため、支柱材６と台座５との接触面８における軟化さらには液状化による陥没を防止することができ、被焼結物を安定して保持できる。
【００３３】
なお、この実施例のマイクロ波高温炉の基本構造は、図１に示す通りである。すなわち、マイクロ波高温炉１は、ハウジング１１と、ハウジング１１内に設けられた焼結室２と、マイクロ波発生手段１２と、ハウジング１１とマイクロ波発生手段１２とを連通する導波管１３とを有している。
【００３４】
ハウジング１１は、少なくとも内面がマイクロ波を反射可能な材料、例えばステンレス材にて形成されている。
【００３５】
マイクロ波発生手段１２は、マイクロ波を出力するためのものであり、マイクロ波発振器からなる。マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波の周波数は、好ましくは０．９〜１００ＧＨｚであり、より好ましくは、安価なマイクロ波発振器を使用できる２．４５ＧＨｚである。
【００３６】
マイクロ波発生手段１２から出力されるマイクロ波は、マイクロ波発生手段１２とハウジング１１とを連通する導波管１３を介してハウジング１１内に照射される。
【００３７】
ハウジング１１内へ照射されたマイクロ波は、回転反射翼１４ａ，１４ｂにより分散され、ハウジング１１の内面にて多重反射しながらセラミックス製隔壁層３を透過して焼結室２内に入射するように構成されている。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、構造材料（隔壁層）として耐熱性セラミックス材料を使用した場合でも、耐熱性セラミックス材料がマイクロ波を吸収して熱効率を低減させることが極めて少なく、より熱効率の高いマイクロ波高温炉となる。
請求項２に記載した発明によれば、セラミックス繊維の積層体が掛止部材により掛止されるため、上記請求項１の発明の効果に加え、経時的にセラミックスファイバーが自重で垂下することもなく、隔壁としての保形性を維持することができる。
請求項３に記載した発明によれば、上記請求項１および２の効果に加え、被焼結物から発生する遠赤外線をセラミックス製薄板にて遮断してハウジングが高温化することを抑制できる。
請求項４に記載した発明によれば、構造材料（支柱材）として耐熱性セラミックス材料を使用した場合でも、耐熱性セラミックス材料がマイクロ波を吸収して熱効率を低減させることが極めて少なく、より熱効率の高いマイクロ波高温炉となる。
請求項５に記載した発明によれば、上記請求項４の発明の効果に加え、支柱材と台座との接触面における軟化さらには液状化による陥没を防止することができ、被焼結物を安定して保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波高温炉の一実施例の基本構造を示す概略図である。
【図２】本発明のマイクロ波高温炉の特徴的構成を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１　マイクロ波高温炉
２　焼結室
３　セラミックス製隔壁層
４　第１の冷却媒体流通部
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ　冷却媒体流通管
５　台座
６　支柱材
７　第２の冷却媒体流通部
８　接触面
９　冷却媒体吹付管
１０　被焼結物配置空間
１１　ハウジング
１２　マイクロ波発生手段
１３　導波管
１４ａ，１４ｂ　回転反射翼
１５　セラミックス製薄板
１６　空気断熱層
【図１】
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【図２】
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