(57)【要約】【課題】  マイクロ波焼成炉１が備える焼成室２０の炉内の温度分布を均一に保持でき、かつ被焼成体Ｗの材料の違いに容易に対応した発熱炉壁２２の構成とし、セラミック成形体のマイクロ波焼成に適するようにする。【解決手段】  マイクロ波焼成炉の焼成室２０の炉内側表面に発熱炉壁２２を着脱自在に設ける。発熱炉壁２２はマイクロ波吸収特性を有する発熱体２４と、発熱体２４を保持するプレート２３とを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波吸収特性を有する発熱体と、
発熱体を保持する保持体とを含み、
マイクロ波焼成炉の焼成室の炉内側表面に対して着脱自在に取り付け得る構成を備えている、ことを特徴とする発熱炉壁。
【請求項２】
保持体が少なくとも一対のプレートからなり、これら一対のプレート間に発熱体を挟み込んでなる、ことを特徴とする請求項１に記載の発熱炉壁。
【請求項３】
保持体が表面に空隙部を有したプレートからなり、プレートの空隙部にマイクロ波吸収特性を有する物質を充填して当該発熱体とされている、ことを特徴とする請求項１に記載の発熱炉壁。
【請求項４】
被焼成体を収納する焼成室を備えたマイクロ波焼成炉であって、
焼成室の炉内側表面に請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発熱炉壁を設けている、ことを特徴とするマイクロ波焼成炉。
【請求項５】
請求項４に記載のマイクロ波焼成炉を用いてセラミック電子部品を製造する方法であって、
マイクロ波焼成炉の焼成室内に、被焼成体としてセラミック成形体を収納する工程と、
焼成室内にマイクロ波を照射して、セラミック成形体を焼成する工程とを含む、ことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被焼成体をマイクロ波にて焼成するマイクロ波焼成炉、およびその焼成室の炉内側表面を構成する発熱炉壁、ならびにマイクロ波焼成炉によるセラミック電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気炉やガス炉等の焼成炉においては、被焼成体の表面と内部との間で加熱温度に差が生じないように、炉内温度を徐々に上昇させる必要があるため、加熱処理に要する時間が長くかかってしまう。
【０００３】
そこで、被焼成体の表面と内部との間でその加熱温度に差が生じないように、マイクロ波を用いて被焼成体を加熱処理す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においては、マイクロ波が被焼成体の表面，内部に関わらず均一に吸収されるため、加熱処理に際して被焼成体の表面と内部との間で加熱温度に差が生じる恐れが少ない。そのため、炉内温度を徐々にではなく早く上昇させることができる結果、被焼成体の加熱処理に要する時間を短縮させることができるうえ均一な加熱処理も可能となる。
【０００４】
そして、このようなマイクロ波焼成炉においては、従来から、被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を備えた炉壁にて被焼成体を取り囲むことにより、当該被焼成体を擬似的には完全な断熱構造の状態として、放射冷却によって被焼成体に熱勾配が生じるのを抑制した技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
図１１に、このようなマイクロ波焼成炉１の一例を示す。  図１１を参照して、１０はチャンバ、１１，１１はそれぞれチャンバ１０の、図上で下面に、各導波管１２，１２それぞれを介して、併設されて当該チャンバ１０内にマイクロ波を発信するマイクロ波発信器を示す。
【０００６】
１３，１３はそれぞれチャンバ１０の対向する、図上、左側面と右側面とに取り付けられて、チャンバ１０内に入射されてきた上記両マイクロ波をそれぞれ攪拌する攪拌機構を示す。
【０００７】
攪拌機構１３，１３は、それぞれ、駆動モータ１４，１４と、駆動モータ１４，１４それぞれにより回転される回転軸１５，１５と、回転軸１５，１５それぞれの先端に取り付けられたファン１６，１６とにより構成されている。
【０００８】
５０はチャンバ１０内において攪拌機構１３，１３それぞれのファン１６，１６の対向間に配置されて被焼成体Ｗを収納する焼成室を示す。焼成室５０は、セラミック製の断熱ボード５１の炉内側表面に、直接、被焼成体Ｗと同じ材料（主に、ムライト系材料）からなるスラリーをコーティングして層５２が構成されている。
【特許文献１】特開２００２−１３０９６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１２に示した従来のマイクロ波焼成炉における焼成室５０は、主に陶磁器などのムライト材料をマイクロ波加熱により焼成するものであり、市販のアルミナ−シリカ系の断熱ボード５１にスラリーを直接コーティングして層５２を形成できるため、製作することが容易であるという利点がある反面、セラミック成形体の焼成に適用することは困難であった。
【００１０】
その理由を詳しく説明すると、被焼成体Ｗをセラミック成形体とした場合には、焼成室５０全体の内部温度を精密に制御した温度環境状態に確保することが要求される。このような温度環境状態を確保するには、層５２を厚くすることが考えられる。
【００１１】
しかしながら、このように層５２を厚くするにもコーティング技術により限度がある。また、仮に層５２を厚くコーティングすることができたとしても、層５２の表面やその内部に亀裂や剥離などが生じるおそれが大きく、実用性に欠けるものとなってしまう。さらに、層５２の剥離が生じてしまうと、焼成室５０の炉壁に発熱ムラが生じてしまい、炉内の温度を上記温度環境状態を維持できなくなるという課題があった。
【００１２】
層５２における上記コーティングの厚さを説明する。この層５２のコーティング厚さを約１ｍｍ程度として、焼成室５０に配備した温度センサにより当該焼成室５０内部の温度を測定した。この測定結果では焼成室５０内の温度バラツキは２０〜４０℃という大きいバラツキとなった。このため、このような温度バラツキのある焼成室５０内で焼成した電子部品等のセラミック成形体の特性は、実用上の規格に入らなかった。
【００１３】
また、セラミック成形体は、材料的に多種類存在するから、セラミック成形体の種類ごとに対応して断熱ボード５１にコーティングする層５２の材料の種類を変更する必要が生じる。
【００１４】
しかしながら、層５２は断熱ボード５１に直接、コーティングされているために層５２だけを取り替えることはできず、層５２を含む断熱ボード５１全体を取り替える必要がある。このような取り替え作業は、コストが高くつく。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による発熱炉壁は、マイクロ波吸収特性を有する発熱体と、発熱体を保持する保持体とを含み、マイクロ波焼成炉の焼成室の炉内側表面に対して着脱自在に取り付け得る構成を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
保持体は、上記着脱自在に取り付け得る構成として、好ましくは、一対のプレートからなり、これら一対のプレート間に発熱体を挟み込んで構成されている。そして、この保持体は、焼成室を構成する断熱ボードの内面に形成した溝等に嵌め込み可能な構成にしたり、あるいは、断熱ボードの内面に留め具等により固定可能な構成とすることにより、当該焼成室の炉内側表面に対して着脱自在とすることができる。
【００１７】
本発明においては、焼成室の炉内側表面に対する保持体の着脱自在な構成は上記に限定されるものではなく、その他の着脱自在とした構成も含む。
【００１８】
保持体は、好ましくは、その表面に空隙部を有したプレートからなり、プレートの空隙部に被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を有する物質（スラリー）を充填して発熱体とする。
【００１９】
被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を有する発熱体の材料としては、被焼成体と同材料を用いることの他、異なる材料であっても被焼成体のマイクロ波吸収特性とほぼ同等のマイクロ波吸収特性を有する材料からなるものであればよい。
【００２０】
本発明によるマイクロ波焼成炉は、被焼成体を収納する焼成室を備えたマイクロ波焼成炉であって、焼成室の炉内側表面に上記発熱炉壁を設けていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明によるセラミック電子部品の製造方法は、上記マイクロ波焼成炉を用いてセラミック電子部品を製造する方法であって、マイクロ波焼成炉の焼成室内に、被焼成体としてセラミック成形体を収納する工程と、焼成室内にマイクロ波を照射して、前記セラミック成形体を焼成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００２２】
被焼成体としては、陶磁器の他、各種セラミック成形体が挙げられる。また、被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を有する発熱体の材料としては、ムライト系、窒化珪素系、アルミナ系がある。
【００２３】
本発明の発熱炉壁、焼成炉、セラミック電子部品の製造方法によると、焼成炉の焼成室の炉内側表面に発熱炉壁が着脱自在に設けられており、被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を有する発熱体を備えた発熱炉壁に容易に交換でき、多数の材料が存在するセラミック成形体のマイクロ波焼成に適する。
【００２４】
また、発熱炉壁は、マイクロ波吸収特性を有する発熱体を保持体にて保持してなり、発熱体の厚さを十分に厚くでき、亀裂や剥離が発生せず、炉壁に発熱ムラが発生せず、炉内の温度分布を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の発熱炉壁、焼成炉によれば、炉内の温度分布を均一に保つことができ、かつ、被焼成体の材料の違いに容易に対応して被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を備えた炉壁にて被焼成体を囲むことができ、セラミック成形体のマイクロ波焼成に適しているという効果が得られる。また、本発明のセラミック電子部品の製造方法によれば、特性のバラツキのない良好なものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施例１という）を、図面を参照して、詳細に説明する。
【００２７】
図１ないし図４は、本発明の実施例１に係り、図１はマイクロ波焼成炉の概略構造を示す断面図、図２は図１のマイクロ波焼成炉内に配置された焼成室を拡大して示す断面図、図３は図２の焼成室を構成する発熱炉壁を分解して示す斜視図、図４は図３の発熱炉壁の断面構造を示す断面図である。
【００２８】
図１を参照して、１はマイクロ波焼成炉全体を示す。
１０はチャンバであり、このチャンバ１０の図面上で下面に２つのマイクロ波発信器１１，１１が、それぞれ、対応する導波管１２，１２を介して、取り付けられている。チャンバ１０の図面上で左右の両側面には、マイクロ波発信器１１，１１それぞれからチャンバ１０内に入射されてきたマイクロ波を攪拌する攪拌機構１３，１３が配備されている。このチャンバ１０内の中央部には、被焼成体Ｗを収納する焼成室２０が配備されている。
【００２９】
チャンバ１０は、少なくとも内面がマイクロ波を反射する構造とされている。このマイクロ波を反射させる材料としては例えばステンレス鋼等があるが、その材料は適宜に選択することができる。
【００３０】
両マイクロ波発信器１１，１１は、それぞれ、マイクロ波を発信するものであり、その発信するマイクロ波の周波数は、例えば０．９〜１００ＧＨｚ程度である。マイクロ波発信器１１，１１は、導波管１２，１２を介して、図面上、チャンバ１０の下面の両側に互いから所定の距離を隔てられて配備されている。
【００３１】
攪拌機構１３，１３は、それぞれ、駆動モータ１４，１４と、その回転軸１５，１５と、それら回転軸１５，１５それぞれの先端に取り付けられたファン１６，１６とにより構成されている。
【００３２】
焼成室２０は、中空直方体の形状とされた断熱ボード２１を備える。断熱ボード２１の炉内側の表面には、複数の発熱炉壁２２が設けられている。なお、これら発熱炉壁２２は、図解の容易な理解のため、断熱ボード２１に対する配置位置を問わず、同じ符号で示している。
【００３３】
各発熱炉壁２２は、底面、天面、左右両側面だけ図示されているが、正面側と背面側にも設けられている。したがって、焼成室２０における正面側と背面側は図に表れていないが、これらすべての発熱炉壁は単に発熱炉壁２２ということにする。この焼成室２０には、図示しないが、当該焼成室２０を囲む補助断熱壁を設けることが好ましい。
【００３４】
断熱ボード２１は、断熱性とマイクロ波透過性とを具有する物質、例えば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。断熱ボード２１の図上では正面側が被焼成体Ｗの出し入れ用の嵌め込み式の扉となっている。扉は図解の簡略のため図示していない。
【００３５】
このように発熱炉壁２２は、断熱ボード２１の炉内側表面のすべてに設置されている。断熱ボード２１の炉内側表面に対する発熱炉壁２２の取り付けは、当該発熱炉壁２２が断熱ボード２１から容易に着脱することができるように、断熱ボード２１の内面に形成した溝に嵌め込んだり、あるいは、簡単に着脱することができる留め具等にて固定する。
【００３６】
図２ないし図４を参照して、焼成室２０の構造を詳しく説明する。
【００３７】
各発熱炉壁２２は、それぞれ、保持体として対向する一対の矩形のプレート２３，２３と、両プレート２３，２３間に挟み込まれた、発熱物質からなる板状の発熱体２４と、プレート２３，２３の両対向端部を発熱体２４を内包した状態で接合する一対の外枠２５，２５とから構成されている。両外枠２５，２５は、例えば両プレート２３，２３と同じ材質のもので形成されている。両プレート２３，２３と両外枠２５，２５との接着にはアルミナ系の接着剤を用いる。
【００３８】
各発熱炉壁２２において、両プレート２３，２３は、被焼成体Ｗと比べてマイクロ波吸収特性に劣る材質のもので形成されている。例えば、両プレート２３，２３は、アルミナやジルコニア等にて形成されている。
【００３９】
各発熱炉壁２２において、プレート２３，２３は、メッシュ状に形成されている。これは、焼成室２０の外部から当該焼成室２０の内部に対してマイクロ波が容易に透過し、かつ、マイクロ波の吸収により発熱体２４の熱が炉内に迅速にかつ容易に伝わるようにするためである。プレート２３は、上記メッシュ状以外に、例えば多孔板等を用いてもよく、あるいはマイクロ波や熱が十分通過するのであれば、孔等の空いていない単なる平板であってもよい。
【００４０】
また、発熱体２４は、被焼成体Ｗと等価なマイクロ波吸収特性を有する材質のものが用いられる。例えば、発熱体２４を構成する物質には、被焼成体Ｗと同じ物質のものが用いられる。すなわち、マイクロ波により焼成する被焼成体Ｗとなるセラミック成形体が、例えば、誘電体共振器の（Ｚｒ,Ｓｎ）ＴｉＯ４系材料からなる場合、この（Ｚｒ,Ｓｎ）ＴｉＯ４系材料を発熱物質として用いて板状に形成し、さらに焼成して発熱体２４を得る。なお、セラミック成形体とは異なる材料であって、マイクロ波吸収特性がほぼ同等な物質を用いて、発熱体２４を形成してもよい。
【００４１】
なお、発熱体２４は、収納状態にてプレート２３，２３や外枠２５，２５との間に若干の隙間が形成される大きさに形成されている。これは、焼成時に発熱体２４が熱膨張した際に、プレート２３，２３や外枠２５，２５に当接して破損するのを防止するためである。
【００４２】
次に、セラミック成形体からなる被焼成体Ｗの焼成を説明する。
【００４３】
被焼成体Ｗは、例えば、セラミック粉末が円盤状にプレス成形され、予め脱脂されている。多数の被焼成体Ｗを焼成室２０に収納する。この収納の状態で、攪拌機構１３，１３それぞれのモータ１４，１４を駆動させてファン１６，１６を回転させる。その一方、マイクロ波発信器１１，１１を作動させてマイクロ波をチャンバ１０内に導入させる。マイクロ波は、焼成室２０の断熱ボード２１を透過し、発熱体２４および被焼成体Ｗに吸収される。こうして吸収されたマイクロ波は、熱エネルギに変換され、発熱体２４および被焼成体Ｗの温度が上昇させられる。
【００４４】
焼成室２０の炉内の温度制御は、例えば放射温度計を用いて得られる被焼成体Ｗの温度測定値に従いマイクロ波発信器１１のマイクロ波出力を制御することによって行われる。本実施例１の場合、具体的には、焼成室２０の炉内の温度を１３５０℃とし、その温度状態を２時間保持して焼成した。その後、このようにして製造したセラミック成形体の特性評価を行った。
【００４５】
このように構成した発熱炉壁、焼成炉及びセラミック電子部品の製造方法によると、焼成炉１の焼成室２０の炉内側表面に発熱炉壁２２を着脱自在としたから、被焼成体Ｗの種類が変更されても、この被焼成体Ｗと同等のマイクロ波吸収特性を有する材料からなる発熱体２４を備えた発熱炉壁２２に短時間で容易に取り替えることができるようになり、多数の種類の材料が存在するセラミック成形体のマイクロ波焼成に適したものとなる。
【００４６】
また、発熱炉壁２２は、被焼成体Ｗと等価なマイクロ波吸収特性を有する材料からなる発熱体２４をプレート２３にて保持してなり、発熱体２４の厚さを十分に厚くでき、発熱炉壁２２に亀裂や剥離が発生せず、当該発熱炉壁２２に発熱ムラが発生せず、焼成室２０の炉内温度の分布を均一に維持することができる。
【００４７】
具体的には、発熱体２４の厚さを約３ｍｍとしたとき温度センサによる炉内の温度バラツキは５〜１０℃の範囲に留まった。これは、剥離現象が生じない板状の発熱体２４が発熱しているため、発熱ムラが生じ難くなっているためである。また、コーティングと比較して厚く、発熱量が増大していることも、温度分布均一にプラスに作用している。この結果、焼成後の共振器特性のバラツキは小さく、規格内に収まるという効果が得られた。
【００４８】
発熱炉壁２２は、保持体となる一対の矩形のプレート２３，２３間に、発熱体２４を挟み込み、プレート２３，２３どうしを外枠２５にて接合して形成され、製造が容易に行える。
【００４９】
以下において、他の実施例を説明する。
【００５０】
本発明の実施例２を図５ないし図７を参照して説明する。
【００５１】
図５は焼成炉の焼成室の断面図、図６は発熱炉壁の製造工程図、図７は発熱炉壁の斜視図である。
【００５２】
実施例２は発熱炉壁３２に特徴があり、焼成炉の全体構造、ならびに被焼成体Ｗの焼成方法等は、実施例１に記載の例と同様である。
【００５３】
発熱炉壁３２の製造について説明する。
【００５４】
図６に示すように、保持体となるアルミナ質のメッシュプレート３３を、発熱体となる（Ｚr,Ｓn）ＴｉＯ４系材料からなるスラリー３４中に浸し、乾燥、脱脂工程を経て焼成した。これによって空隙部となるメッシュ間にスラリー３４が焼結して充填され、メッシュプレート３３全体が発熱材料で構成されている状態に近い発熱炉壁３２が得られた。
【００５５】
このように構成された発熱炉壁３２を、実施例１と同様、断熱ボード３１の四方の側面ならびに天地両面の計六面に、それぞれ着脱可能に設置する。焼成室３０内に被焼成体Ｗを収納してマイクロ波焼成した結果、実施例１と同様の効果が得られた。
【００５６】
なお、メッシュプレート３３に発熱体となるスラリー３４を充填、焼成してなる発熱炉壁３２を、実施例１に示した発熱炉壁２２の発熱体２４の代わりにプレート２３間に挟み込み、発熱炉壁としてもよい。
【００５７】
なお、保持体はメッシュプレート３３に限るものではなく、例えば、表面にスラリー３４が充填される凹部からなる空隙部を有したプレートにて形成されていてもよい。
【００５８】
次に、本発明の実施例３を図８ないし図１０を参照して説明する。
【００５９】
図８は焼成炉の焼成室の断面図、図９は発熱炉壁の分解斜視図、図１０は発熱炉壁の断面図である。
【００６０】
実施例３は発熱炉壁４２に特徴があり、焼成炉の全体構造、ならびに被焼成体Ｗの焼成方法等は、実施例１に記載の例と同様である。
【００６１】
発熱炉壁４２の製造について説明する。
【００６２】
発熱体２６は、被焼成体Ｗと等価なマイクロ波吸収特性を有する材質が用いられる。本実施例では、例えば、発熱体２６としてチタン酸バリウムを主成分とするＰＴＣサーミスタ材料を用いた。メッシュ状のプレート２３に挟み込む形状としては、製品として生産されている焼成後の円盤状ＰＴＣサーミスタをそのまま用いた。これにより、実施例１のように、板状に成形する労力を省略でき、低コスト化が図れる。
【００６３】
発熱炉壁４２は、保持体となる一対の矩形のプレート２３，２３間に、複数の発熱体２６を並べて挟み込み、プレート２３，２３どうしを外枠２５，２５にて接合して形成される。
【００６４】
このように構成された発熱炉壁４２を、実施例１と同様、断熱ボード４１の四方の側面ならびに天地両面の計六面に、それぞれ着脱可能に設置する。
【００６５】
そして、焼成室４０内に被焼成体Ｗを収納してマイクロ波焼成した結果、実施例１と同様の効果が得られた。
【００６６】
なお、前記各実施例では、セラミック電子部品が誘電体共振器であって、被焼成体Ｗとなるセラミック成形体が（Ｚr,Ｓn）ＴｉＯ４系材料からなるものや、セラミック電子部品がＰＴＣサーミスタであって、被焼成体Ｗとなるセラミック成形体がチタン酸バリウム材料からなるものを例示したが、これらに限るものではなく、発熱体も被焼成体Ｗと等価なマイクロ波吸収特性を有する材質を適宜用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、誘電体共振器やＰＴＣサーミスタ等のセラミック電子部品を構成するセラミック成形体をマイクロ波にて焼成する焼成炉とその焼成室の発熱炉壁、ならびに焼成炉によるセラミック電子部品の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例１に係るマイクロ波焼成炉の概略断面図
【図２】同実施例１に係るマイクロ波焼成炉の焼成室の断面図
【図３】同実施例１に係るマイクロ波焼成炉の発熱炉壁の分解斜視図
【図４】同実施例１に係るマイクロ波焼成炉の発熱炉壁の断面図
【図５】本発明の実施例２に係るマイクロ波焼成炉の焼成室の断面図
【図６】同実施例２に係るマイクロ波焼成炉の発熱炉壁の製造工程図
【図７】同実施例２に係るマイクロ波焼成炉の発熱炉壁の斜視図
【図８】本発明の実施例３に係るマイクロ波焼成炉の焼成室の断面図
【図９】同実施例３に係るマイクロ波焼成炉の発熱炉壁の分解斜視図
【図１０】同実施例３に係るマイクロ波焼成炉の発熱炉壁の断面図
【図１１】従来例の焼成炉の概略断面図
【図１２】従来例の焼成炉の焼成室の断面図
【符号の説明】
【００６９】
１  マイクロ波焼成炉
２０，３０，４０  焼成室
２２，３２，４２  発熱炉壁
２３  プレート（保持体）
２４，２６  発熱体
３３  メッシュプレート（保持体）
３４  スラリー（発熱体）
Ｗ  被焼成体（セラミック成形体）
【図１】
2005195252.tif 000003
【図２】
2005195252.tif 000004
【図３】
2005195252.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005195252.tif 000007
【図６】
2005195252.tif 000008
【図７】
2005195252.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005195252.tif 000011
【図１０】
2005195252.tif 000012
【図１１】
2005195252.tif 000013
【図１２】
2005195252.tif 000014