(57)【要約】【課題】  低温域昇温及び高温域昇温を、マイクロ波加熱のみで効率良く実現することができ、焼成処理時の被焼成体における温度勾配の発生を効果的に防止することができ、マイクロ波的に安定し、構造の単純化したマイクロ波焼成炉を提供する。【解決手段】  マイクロ波を照射される金属製キャビティと、該キャビティ内に設けられたマイクロ波の吸収特性の低く断熱性の高い断熱材で囲まれた焼成室、及びマイクロ波発生手段とを備えたマイクロ波焼成炉において、前記焼成室には、マイクロ波損失の大きい物質が前記金属製キャビティから、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／４λを超える以上の距離を置いてマイクロ波電界の弱い場所に配設されていることを特徴とするマイクロ波焼成炉。【選択図】      図１
2005310382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を照射される金属製キャビティと、該キャビティ内に設けられたマイクロ波の吸収特性の低く断熱性の高い断熱材で囲まれた焼成室、及びマイクロ波発生手段とを備えたマイクロ波焼成炉において、前記焼成室には、マイクロ波損失の大きい物質が前記金属製キャビティから、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／４λを超える距離を置いてマイクロ波電界の弱い場所に配設されていることを特徴とするマイクロ波焼成炉。
【請求項２】
前記焼成室には、前記マイクロ波損失の大きな物質が前記金属製キャビティから、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／２λ×ｎ（ｎは自然数）の距離を置いて上下左右に配設されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項３】
前記マイクロ波損失の大きい物質がマイクロ波を透過する断熱材の内部に配設され、該断熱材にはマイクロ波損失の大きい物質からの輻射熱を焼成室の外壁に導くための穴及び溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項４】
前記マイクロ波損失の大きい物質からの輻射熱を焼成室の内部に導くための穴及び溝が、焼成室の外壁に形成、配設されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項５】
前記マイクロ波損失の大きい物質が、マイクロ波最大出力時に４０ｇ／ｋＷ以下の量で配設されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項６】
前記マイクロ波損失の大きい物質が、炭化珪素、窒化珪素及び黒鉛並びにそれらを主成分とする複合材から選ばれる１種類であることを特徴とする請求項１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た被焼成体を焼成して焼成体を製造するためのマイクロ波焼成炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ波加熱によって陶磁器材料やファインセラミックスを焼成することが提案され、既に実用化が始まっている。
セラミックなどのマイクロ波焼成においては、種々の形式が考えられ、セラミックなどの被焼成体がマイクロ波によって自己発熱して焼成する形式と、マイクロ波によって発熱する発熱体を被焼成体の近くに配置し、発熱体の熱によって被焼成体を焼成する形式があるが、前者の形式のものとしては特許文献１の焼成炉がある。
【０００３】
また、後者の形式のマイクロ波焼成炉として、炉の内部にマイクロ波により自己発熱する発熱体で周壁を形成する構造のものも提案されている（特許文献２参照）。この焼成炉は、電子レンジ内にマイクロ波透過性の断熱材から形成された円筒状の容器を収容し、容器内部に炭化ケイ素燒結体からなる円筒状体を配置し、その円筒状体の内部を焼結部とし、そこに被焼成体を入れ、マイクロ波を照射して炭化ケイ素燒結体を発熱させることにより、被焼成体を焼成するものである。
【０００４】
前記の両方の形式を併用する形式として、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、該発熱容器の外側を覆う、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とお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ことを特徴とする焼成炉（特許文献３参照）が提案されており、これは肉厚方向の温度分布を緩和することができるものである。
【０００５】
マイクロ波加熱によりそれらを焼成する場合、被焼成体が均質なものであれば原理的にはマイクロ波が被焼成体の各部分を均一に加熱することになる。しかし、焼成処理時、マイクロ波焼成炉内の雰囲気温度は被焼成体の表面温度よりもかなり低温であるため、被焼成体の表面から熱が放射され、結果的に被焼成体の中心部と表面の間に温度勾配を生じ、クラックが発生し易い。
更に、マイクロ波加熱の特性として、同一物質であれば、温度が高いほど誘電損が大きい。従って、一旦温度勾配が生じれば、温度の高い部分のマイクロ波吸収効率が高くなり、マイクロ波吸収効率の差が更に進み、部分的な局所加熱が起こる。このようにして、一旦温度勾配が生じれば、マイクロ波加熱により温度差がより拡大されて、これにより、クラックの発生が助長される。
【０００６】
また、マイクロ波加熱による焼成では、被焼成体の材質が、常温での誘電損が小さいセラミックスの主材料であるアルミナやシリカ等を原料としている場合、低温域昇温でのマイクロ波加熱によるエネルギー効果が悪いという問題も有していた。
そこで、このような温度勾配の発生を抑止して、クラックの発生を低減させることのできるマイクロ波焼成炉として、図７に示すように、マイクロ波焼成炉の内部にヒーター１８を配設し、該ヒーター１８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（特許文献１参照）がある。
【０００７】
さらに、図８に示すように、マイクロ波によって自己発熱しうるブランケット１９により被焼成体２０の周囲を全部囲むように区画された焼成室２６と、その焼成室２６内に配置される被焼成体に対してマイクロ波を照射するマイクロ波発生手段２２とを備え、マイクロ波による前記ブランケットの単位体積当たりの発熱量が、前記被焼成体の単位体積当たりの発熱量よりも大きく、かつ、ブランケットの内側表面温度と被焼成体の表面温度とが実質的に同一であることを特徴とする焼成炉（特許文献４参照）が提案されている。
【０００８】
これは、マイクロ波による焼成の際、被焼成体と等価なマイクロ波吸収特性を有するブランケットで被焼成体の周囲を完全に囲むことによって被焼成体を擬似的に完全に断熱できることを見出し、この場合、放射冷却により被焼成体に熱勾配が生じるのを抑制することができ、より一層の均一な焼成が可能である、と考えられたのであるが、上記ブランケットで被焼成体を囲んで焼成した場合には、マイクロ波のエネルギーが被焼成体だけでなくブランケットにも吸収されて消費されるため、焼成に要するエネルギー量が著しく増大するという問題があった。
【０００９】
ブランケットで消費されるエネルギー量を抑えるためには、ブランケットの厚みを薄くすると、ブランケットがマイクロ波によって得る熱エネルギーの量よりもブランケットから外部へと失われる熱エネルギーの量の方が大きくなり、そのためにブランケットの内側表面と被焼成体との間に大きな温度差が生じてしまうので、その問題を解決するため、被焼成体の焼成に要するエネルギー量の低減を図りながらも、放射冷却により熱勾配が被焼成体において発生するのを抑制することができる焼成炉を提供しようとしたものである。
その問題を、マイクロ波による前記ブランケットの単位体積当たりの発熱量が、前記被焼成体の単位体積当たりの発熱量よりも大きく、かつ、ブランケットの内側表面温度と被焼成体の表面温度とが実質的に同一である手段によって、解決したものである。
【特許文献１】特開平６−３４５５４１号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】特開平２−２７５７７７号公報（第３頁、図１）
【特許文献３】特開平７−３１８２６２号公報（第３頁、図１）
【特許文献４】特開２００２−１３０９６０号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記した特許文献１のマイクロ波焼成炉のように、独立して加熱処理を実施できるヒーター１８を追加装備した構成では、マイクロ波加熱で苦手な低温域昇温はヒーター１８による加熱で補うことで、常温での誘電損が小さい被焼成体に対する焼成も可能になり、焼成に要するエネルギー効率の改善を図ることができる。
また、特許文献４に記載のように、焼成室を画成するブランケットを、更に別の断熱性に優れたブランケットで覆うことで、焼成室周囲の断熱性を向上させることができ、放熱による温度勾配の発生を抑止することができる。
【００１１】
ところが、上記の各文献の技術では、マイクロ波焼成炉の構造が繁雑化し、コストアップを招くという問題があった。また、特許文献４の技術の場合は、温度勾配の発生の抑止についてはある程度の効果は得られるものの、低温域昇温におけるエネルギー効率の改善に対する効力が乏しいという問題もあった。
【００１２】
マイクロ波を照射される金属製キャビティと、マイクロ波発生手段とを備えたマイクロ波焼成炉においては、該キャビティ内に設ける被焼成物を収容する焼成室としてマイクロ波の吸収特性の低く断熱性の高い断熱材で囲まれた焼成室を設けるようにしており、このような構造を有するマイクロ波焼成炉として、効率の良いものとして図６に示す形態のマイクロ波焼成炉が考えられる。
この形態のマイクロ波焼成炉１は、マイクロ波加熱によって陶磁器材料やファインセラミックスを焼成するもので、マイクロ波空間２を画成するキャビティ３と、このキャビティ３に導波管４を介して接続されてキャビティ３内にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段としてのマグネトロン６と、キャビティ３内に放射されたマイクロ波を攪拌するマイクロ波攪拌手段７と、キャビティ３内に設置された、被焼成体１１を囲むブランケット１９とを備えた構成からなる。
【００１３】
キャビティ３は、少なくとも内面が、マイクロ波をマイクロ波空間２に反射し、マイクロ波の漏洩を防止する構成となっている。
マイクロ波攪拌手段７は、キャビティ３内に配置された攪拌羽根８と、キャビティ３の外部に配置された駆動モータ９と、駆動モータ９の回転を攪拌羽根８に伝達する回転伝達軸１０とを備えた構成で、攪拌羽根８の回転によって、キャビティ３内の雰囲気を攪拌する。
【００１４】
ブランケット１９は、被焼成体１１を設置する焼成室１２を区画形成したもので、焼成室１２を区画形成しているブランケット１９が、断熱材１５ａと、マイクロ波損失の大きい物質１５ｂとの二層構造になっている。
断熱材１５ａは、断熱性を有すると共に、マイクロ波の透過を許容する材料で形成したもので、具体的には、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。
この断熱材１５ａは、図９に示すように、厚みを大きくするほど、焼成室１２やブランケット１９からの外部への放熱を押さえることができる。
図９において、曲線Ｆ１は断熱材１５ａの厚さ寸法が小さい場合、曲線Ｆ２は、曲線Ｆ１の場合よりも断熱材１５ａの厚さ寸法を大きくした場合の放熱特性で、断熱材１５ａの厚みを増大させた方が断熱性を向上させることができる。なお、図９において、横軸は焼成室１２の温度、縦軸はブランケット１９から外部へ放出される放熱量を示す。
【００１５】
マイクロ波損失の大きい物質１５ｂは、外部から照射されたマイクロ波によって自己発熱し、照射されたマイクロ波の一部は焼成室１２内の被焼成体１１まで透過可能な誘電材料によって形成されている。
ここで、前記マイクロ波損失の大きい物質は、炭化珪素、窒化珪素、黒鉛及びそれらを主成分とする複合材のいずれかからなるものが好ましい。
【００１６】
ところで、図６に示す形態のマイクロ波焼成炉１においては、マイクロ波を用いて被焼成体１１であるセラミックを焼成する際、マイクロ波損失の大きい物質（炭化珪素等）１５ｂで焼成室１２を６面もしくは全方向一様に覆っていた。
そして、マイクロ波損失の大きい物質１５ｂで焼成室１２を６面もしくは全方向一様に覆った場合、マイクロ波撹拌機能７の有無にかかわらず、マイクロ波損失の大きい物質１５ｂにマイクロ波での局部加熱が発生し被焼成体１１や断熱材１５ａが破損するという問題点があった。
【００１７】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温から高温に至る全温域をマイクロ波加熱のみで効率良く実現することができ、且つ、焼成処理時の被焼成体における温度勾配の発生を効果的に防止することができ、しかも、マイクロ波的に安定し、構造の単純化によって、製造コストの低減を図ることのできるマイクロ波焼成炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を続け、焼成室を低温域で高い発熱量を生じる炭化珪素等のマイクロ波損失の大きい物質で全方向一様に覆うのでなく、マイクロ波電界の弱い場所に適宜間隔をおいて配設することにより、焼成処理時の被焼成体における温度勾配の発生を防止することができることを知見し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１９】
すなわち、本発明は上記の課題を解決するために、下記の構成からなるものである。
（１）マイクロ波を照射される金属製キャビティと、該キャビティ内に設けられたマイクロ波の吸収特性の低く断熱性の高い断熱材で囲まれた焼成室、及びマイクロ波発生手段とを備えたマイクロ波焼成炉において、前記焼成室には、マイクロ波損失の大きい物質が前記金属製キャビティから、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／４λを超える距離を置いてマイクロ波電界の弱い場所に配設されていることを特徴とするマイクロ波焼成炉。
（２）前記焼成室には、前記マイクロ波損失の大きな物質が、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／２λ×ｎ（ｎは自然数）の距離を置いて上下左右に配設されていることを特徴とする前記（１）記載のマイクロ波焼成炉。
【００２０】
（３）前記マイクロ波損失の大きい物質がマイクロ波を透過する断熱材の内部に配設され、該断熱材にはマイクロ波損失の大きい物質からの輻射熱を焼成室の外壁に導くための穴及び溝が形成されていることを特徴とする前記（１）記載のマイクロ波焼成炉。
（４）前記マイクロ波損失の大きい物質からの輻射熱を焼成室の内部に導くための穴及び溝が、焼成室の外壁に形成、配設されていることを特徴とする前記（１）記載のマイクロ波焼成炉。
（５）前記マイクロ波損失の大きい物質が、マイクロ波最大出力時に４０ｇ／ｋＷ以下の量で配設されていることを特徴とする前記（１）記載のマイクロ波焼成炉。
（６）前記マイクロ波損失の大きい物質が、炭化珪素、窒化珪素及び黒鉛並びにそれらを主成分とする複合材から選ばれる１種類であることを特徴とする前記（１）記載のマイクロ波焼成炉。
【００２１】
本発明においては、焼成室は、マイクロ波の照射によって常温を含む低温域から焼成温度となる高温域までを、マイクロ波損失の大きい物質を発熱材とする発熱体エレメントを、マイクロ波電界の弱い場所に配設していることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の焼成炉において、マイクロ波発生手段からマイクロ波が照射されると、隔壁を透過したマイクロ波により発熱体エレメントと焼成室内の被焼成体がマイクロ波加熱によって同時に昇温する。
このような焼成処理時、マイクロ波加熱による加熱初期から、マイクロ波加熱が進んで、隔壁が所定の高温域に昇温するまで、発熱体エレメントを構成するマイクロ波損失の大きい物質が、本来の高いエネルギー効率で発熱して、周囲の温度上昇を行う。
【００２３】
この加熱の際、金属製キャビティから反射されるマイクロ波がマイクロ波損失の大きい物質に照射されて発熱する部分があり、マイクロ波損失の大きい物質が金属製キャビティに近い位置にあるときには、金属製キャビティから反射されるマイクロ波の量が焼成室の箇所によって大きく異なる関係で、その発熱量が異なってきて、焼成室内の温度を不均一とする原因を作っている。この点により、本発明では、前記焼成室には、マイクロ波損失の大きい物質を前記金属製キャビティから、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／４λを超える距離を置くようにすることにより、マイクロ波損失の大きい物質をマイクロ波電界の弱い場所に配設するようにして、焼成室内における発熱量が箇所により大きく異なる要因を減らすことにより、焼成室内の温度を均一にするようにしている。
【００２４】
これにより、本発明では、発熱体エレメントがマイクロ波電界の弱い場所にだけ配設されているので、発熱体エレメントからの輻射熱が被焼成体の表面にのみ集中して被焼成体表面が過度に昇温することを防止できると同時に、発熱体エレメントの存在しない断熱材部分を透過したマイクロ波により焼成室内の被焼成体もマイクロ波加熱によって昇温するので、被焼成体の表面と内部で温度差が生じることがなくなり、均一に加熱されるので、内外の温度差による被焼成体のひび割れや破損の発生が生じなくなる。
【００２５】
さらに、本発明では、その実施においては、焼成室には、前記マイクロ波損失の大きな物質の相互の間隔が、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／２λ×ｎ（ｎは自然数）の距離を置いて上下左右に配設されていることが好ましく、これによって焼成室における温度の均一化を一層良く果たすことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のマイクロ波焼成炉によれば、焼成室を覆っているマイクロ波損失の大きい物質を、前記金属製キャビティから使用されるマイクロ波波長λに対して１／４λを超える距離を置いて、マイクロ波電界の弱い場所に配設すれば良いので、炭化珪素などの高価なマイクロ波損失の大きい物質の使用量を低減でき、製造コストの低減を図ることができるとともに、マイクロ波の電界集中によるホットスポット、スパーク等の問題を解決することができる。
【００２７】
また、焼成室において、前記マイクロ波損失の大きな物質（発熱体エレメント）が、使用されるマイクロ波の波長λに関して１／２λ×ｎ（ｎは自然数）の距離を置いて相互に上下左右に配設するようにすると、これによって焼成室における温度の均一化を一層良く果たすことができる。発熱体エレメント間の隙間から直接焼成室内の被焼成体もマイクロ波加熱によって昇温するので、被焼成体の表面と内部の温度差がなくなり、ひび割れの発生を効率的に防止することができる。
【００２８】
さらに、発熱体エレメントを断熱材内部に配設し、発熱体エレメントからの輻射熱を焼成壁に導くための穴や溝を断熱材中に形成した場合には、マイクロ波で加熱された発熱体エレメントからの輻射熱を前記の穴や溝を通って焼成室内へ効率良く導くことができるので、室内の温度を均一に、かつ迅速に上昇させることができる。
発熱体エレメントをマイクロ波の最大出力時に４０ｇ／ｋＷ以下の量で配設させた場合は、マイクロ波の炭化珪素等の発熱体エレメントを加熱する割合を過大に増大させることがないので、被加熱体のマイクロ波による加熱割合を余り減少させることがなく、マイクロ波の利用効率を良好に保持することができるとともに、焼成室内の温度を均一に保持できるために、ひび割れの発生を効率的に防止することができる。
【００２９】
上記のように、本発明によれば、被加熱体を加熱する場合、マイクロ波による加熱によってマイクロ波焼成室内の温度を制御して、マイクロ波焼成室内の温度と被焼結体の表面温度との差を小さくすることができ、被焼結体表面からの熱の放射を低滅し、温度の分布を均一にして、被焼成体の各部分の温度差を小さくすることによって、被焼成体にクラックが発生することを防止し、高品質の被焼成体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施の形態に係るマイクロ波焼成炉を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るマイクロ波焼成炉の第１の実施の形態を示したものである。
【００３１】
この実施形態のマイクロ波焼成炉１は、マイクロ波加熱によって陶磁器材料やファインセラミックスを焼成するもので、マイクロ波空間２を画成するキャビティ３と、このキャビティ３に導波管４を介して接続されてキャビティ３内にマイクロ波を放射するマイクロ波発生手段としてのマイクロ波発振器（マグネトロン）６と、キャビティ３内に放射されたマイクロ波を攪拌するマイクロ波攪拌手段７と、キャビティ３内に設置されたマイクロ波を透過する断熱材１５ａからなる隔壁１４と、断熱材１５ａの内壁と焼成室壁１３の間に配置した、マイクロ波で発熱するマイクロ波損失の大きい物質１５ｂ（発熱体エレメント）を備えた構成である。
【００３２】
キャビティ３は、少なくとも内面が、マイクロ波をマイクロ波空間２に反射し、マイクロ波の漏洩を防止する構成となっている。
マイクロ波攪拌手段７は、キャビティ３内に配置された攪拌羽根８と、キャビティ３の外部に配置された駆動モータ９と、駆動モータ９の回転を攪拌羽根８に伝達する回転伝達軸１０とを備えた構成で、攪拌羽根８の回転によって、キャビティ３内の雰囲気を攪拌する。
【００３３】
断熱材１５ａからなる隔壁１４は、被焼成体１１を設置する焼成室１２を区画形成している。発熱体エレメント１５ｂは焼成室１２の左右両面に設けられている。隔壁１４を構成する断熱材１５ａは、断熱性を有すると共に、マイクロ波の透過を許容する材料で形成したもので、具体的には、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。この隔壁１４は、図９に示すように、厚みを大きくするほど、焼成室１２や発熱体エレメント１５ｂからの外部への放熱を押えることができる。
図９において、曲線Ｆ１は隔壁１４の厚さ寸法が小さい場合、曲線Ｆ２は、曲線Ｆ１の場合よりも隔壁３５の厚さ寸法を大きくした場合の放熱特性で、隔壁１４の厚みを増大させた方が断熱性を向上させることができる。なお、図９において、横軸は焼成室１２の温度、縦軸は焼成室１２から外部へ放出される放熱量を示す。
【００３４】
被加熱体１１に対する発熱体エレメント１５ｂの配置形式については、発熱体エレメント１５ｂから発生する熱を被加熱体１１に与えるために、被加熱体１１の周囲の被加熱体１１に対する面に配置することになるが、その配置する面の数は１面でも２面でもよいが、被加熱体１１を均一に加熱するためにはその面の数は多いほどよい。ただ、焼成室１２内では熱の伝導は輻射のみではなく、空気の循環（自然対流に限らない）により行われる部分もあるので、全面の６面に配置することは必ずしも必要としない。最も実用的なのは、５面に配置し、残りの１面に配置しない形式のものであり、この残りの面を開けて空気の循環が起きるようにしてもよいし、必要によりマイクロ波を透過し、自己発熱しない素材の断熱材１５ａを配置するようにしてもよい。なお、図１では、発熱体エレメント１５ｂは焼成室１２の空中に配置されているかのように見えるが、そのように配置することはできないので、その周囲にマイクロ波の損失の少ない物質からなる耐火性に充填材を入れて保持させるようにする。
【００３５】
マイクロ波損失の大きい物質１５ｂ（発熱体エレメント）は、マイクロ波による単位体積当たりの発熱量が、常温時は被焼成体１１を構成する材料の単位体積当たりの数倍から数十倍の発熱量を呈し、焼成温度になる高温域でもマイクロ波吸収に優れた材料が使用される。具体的には、例えば、炭化珪素、窒化珪素、黒鉛及びそれらを主成分とする複合材などである。
【００３６】
以上のマイクロ波焼成炉１によれば、マイクロ波発生手段であるマイクロ波発振器（マグネトロン）６から発熱体エレメント（マイクロ波損失の大きい物質）１５ｂにマイクロ波が照射されると、発熱体エレメント１５ｂがマイクロ波加熱によって昇温すると同時に、発熱体エレメント１５ｂを透過したマイクロ波によって断熱材１５ａからなる隔壁１４が画成した焼成室１２内の被焼成体１１がマイクロ波加熱によって昇温する。
【００３７】
このような焼成処理時、マイクロ波加熱による加熱初期の低温域昇温時は、発熱体エレメントのマイクロ波損失の大きい物質１５ｂが、高いエネルギー効率で発熱して、周囲の温度上昇を早める。そして、マイクロ波加熱が進んで、所定の高温域まで昇温しても高いエネルギー効果で発熱して、周囲の温度上昇を担う。
また焼成室内１２には発熱体エレメント１５ｂに面しない面も存在するが、昇温中に発生する温度差による空気循環により焼成室１２内部は均一に昇温される。また焼成の温度までにこの空気循環により発熱体エレメント１５ｂを有しない面も均一な温度に上昇する。
従って、発熱体エレメント１５ｂの昇温を、マイクロ波加熱のみで効率良く実現することができ、低温域から高温域に到達するまでの昇温時間の短縮が図れるだけでなく、例えば、被焼成体１１の材質が、常温での誘電損が小さいセラミックスの主材料であるアルミナやシリカ等を原料としている場合でも、高いエネルギー効率で円滑に焼成を進めることができる。
【００３８】
次に、複数のマイクロ波損失の大きい物質１５ｂ（発熱体エレメント）の配設のそれぞれの位置関係について説明するが、その前に先ず本発明において使用するマイクロ波について説明する。
現在商用されているマイクロ波には、周波数２．４５ＧＨｚと０．９１５ＧＨｚの２種があり、本発明に係る焼成炉１は、上述したように一般家庭用に利用されている２．４５ＧＨｚの電子レンジへの使用に限定されることなく、周波数０．９１５ＧＨｚのものにも使用可能である。この場合、被焼成体１１の焼成室壁１３からの輻射加熱による加熱量と、被焼成体１１自身のマイクロ波加熱による加熱量とのバランスを図って、肉厚方向の温度分布を緩和してひび割れを防止すべく、焼成室１２に設ける開口面積を予め調整した上で焼成炉１を製造すればよい。即ち、例えば開口面積を大きくした場合には、被焼成体１１に吸収されるマイクロ波が増大し、マイクロ波によるか熱量が増え、一方で発熱部分が減ることによって輻射による加熱量が減少することになる。
【００３９】
ところで、マイクロ波の周波数は、０．９〜１００ＧＨｚが好ましく、０．９〜１０ＧＨｚがより好ましく、特に２．４５ＧＨｚが好ましい。この周波数が０．９ＧＨｚ未満では、波長が長くなりすぎるとともにマイクロ波の吸収率が低下するため好ましくない。逆に１００ＧＨｚを超える場合には、高価なマイクロ波発振器６が必要となるため好ましくない。マイクロ波発振器６から出力されるマイクロ波を２．４５ＧＨｚとした場合には、マイクロ波発振器６を比較的小型で低価格なもので済ますことができる。
【００４０】
そして、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚであると、マイクロ波の波長は約１２２ｍｍとなり、この１／２で６１ｍｍとなる。従って、マイクロ波損失の大きい物質１５ｂで構成される発熱体エレメントは、相互に６１ｍｍ×ｎ以上の間隔を置いて配設される必要がある。このような配設によって上記したような被焼成体２１の表面と内部の均一な加熱が可能となり、被焼成体１１にひび割れが生じることを効率的に防止することが可能になる。
【００４１】
図２及び図３は、本発明に係るマイクロ波焼成炉１のマイクロ損失の大きい物質１５ｂ（発熱体エレメント）からの輻射熱を焼成室壁１３へ導く穴１６及び溝１７を断熱材１５ａ内部に形成した実施の形態を示す正面図及び側面図である。
この場合は、マイクロ波損失の大きい物質１５ｂ（発熱体エレメント）は、断熱材１５ａの中に埋め込むように配設されている。なお、前記物質１５ｂは断熱材１５ａの中に埋め込むように配設される際には、穴１６及び溝１７は焼成室壁１３の外側に向くように配設される。このように配設した方が焼成室内の温度を均一化するために有利である。
【００４２】
図４及び図５は、焼成室壁２８に、マイクロ波損失の大きい物質１５ｂからの輻射熱を焼成室１２内に導くための穴１６及び溝１７を形成した実施の形態の正面図及び側面図である。
図２及び図３の場合と図４及び図５の場合の両方とも、断熱材１５ａ中や断熱材１５ａと焼成室壁１３の間にある炭化珪素などのマイクロ波損失の大きい物質１５ｂが、マイクロ波照射により発生する輻射熱を穴１６や溝１７を通って、焼成室１２内へ効率良く導くことができ、焼成室１２内の温度を均一に迅速に上昇させることができる。
【００４３】
次の実施の形態は、炭化珪素などの発熱体エレメント１５ｂが、マイクロ波最大出力時に４０ｇ／ｋＷ以下の量で配設されていることである。
炭化珪素などの発熱体エレメント１５ｂを断熱材１５ａ中に４０ｇ／ｋＷ以上挿入すると、マイクロ波が炭化珪素を加熱する割合が増大し、被焼成体１１をマイクロ波が加熱する割合が減少し、マイクロ波の利用効率が低下するとともに、焼成室１２内と被焼成体１１との間に温度差が生じ、被焼成体１１の表面にひび割れを生じる原因となる。従って、炭化珪素などの発熱体エレメント１５ｂの配設量をマイクロ波最大出力時に４０ｇ／ｋＷ以下に抑えることは、被焼成体のひび割れや破損を防止するためには極めて有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、被焼成体をマイクロ波により加熱する際に、被焼成体に温度勾配を生じさせることなく被焼成体の加熱を均一に行って焼成することができ、ひび、割れの発生を防ぐことができるので、陶磁器類やセラミックスの焼成に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るマイクロ波焼成炉の一実施形態の概略構成図である。
【図２】マイクロ波損の大きい物質を埋め込み輻射熱を導く穴及び溝を形成した断熱材の構造を説明する正面図である。
【図３】マイクロ波損の大きい物質を埋め込み輻射熱を導く穴及び溝を形成した断熱材の構造を説明する側面図である。
【図４】輻射熱を導く穴及び溝を形成した焼成室壁の構造を説明する正面図である。
【図５】輻射熱を導く穴及び溝を形成した焼成室壁の構造を説明する側面図である。
【図６】マイクロ波損失の大きい物質が焼成室を包囲する従来のマイクロ波焼成炉の概略構成図である。
【図７】内部にヒータを設置した形式の従来のマイクロ波焼成炉の概略構成図である。
【図８】内部に被加熱物を囲むマイクロ波で自己発熱する発熱体のブランケットを設置した形式の従来のマイクロ波焼成炉の概略構成図である。
【図９】図１に示したマイクロ波焼成炉の焼成室の内殻を構成している断熱性の隔壁の厚さを変えた場合の、発熱体エレメントからの発熱量の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１    マイクロ波焼成炉
２    マイクロ波空間
３    キャビティ
４    導波管
６    マイクロ波発振器
７    マイクロ波攪拌手段
８    攪拌羽根
９    駆動モータ
１０    駆動軸
１１    被焼成体
１２    焼成室
１３    焼成室壁
１４    隔壁
１５ａ  断熱材
１５ｂ  マイクロ波損失の大きい物質
１６    穴
１７    溝
１８    ヒーター
１９    ブランケット
２０    焼成体
２１    チャンバ
２２    マイクロ波発生手段
２３    導波管
２４    補助断熱壁
２５ａ  外殻
２５ｂ  内殻
２６    焼成室
２７    回転軸
２８    攪拌羽根
２９    駆動モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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