(57)【要約】【課題】熱応答性が良く、細い径を持つ熱電対を使用してもマイクロ波の影響を最小限に抑えて正確な温度測定を行うことができるマイクロ波焼成炉を得る。【解決手段】補助熱電対７に対してアースを設定するためのアンテナ長規制部１０と、補助熱電対７がマイクロ波の影響を受けないように、その先端部分７Ａのアンテナ長基点部１０１Ａからの長さを調整するための補助熱電対固定部１３とを備える。これにより、白金等の金属を用いた熱電対を使用してもマイクロ波の影響を最小限に抑えることができ、正確な温度測定が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波加熱によって被処理体の焼成を行うマイクロ波焼成炉において、
焼成エリアを形成する断熱材を収容する筐体と、
マイクロ波を前記焼成エリア内に放射するマイクロ波放射手段と、
前記筐体の壁面のうち熱電対が前記焼成エリアに露出する部分に前記熱電対に当接して前記熱電対のマイクロ波に対する接地を行う接地手段と、
前記接地手段による接地位置から先の前記熱電対の長さを調整する調整手段と、
を備えるマイクロ波焼成炉。
【請求項２】
前記熱電対は、径の細い熱電対である請求項１に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項３】
前記接地手段は、前記熱電対を挿入する側の開口端から前記熱電対を前記焼成エリアに露出させる側の開口端に向けて徐々に径が狭くなり、最小径が前記熱電対の径よりも極僅かに大きくなったテーパ状の孔を有する部材である請求項１又は請求項２に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項４】
前記接地手段は、前記熱電対を挿入する側の開口端から前記熱電対を前記焼成エリアに露出させる側の開口端に向けて一定した幅の孔を有すると共に軸心に対して垂直方向に貫通させた少なくとも１つのネジ孔を有する部材と、前記部材のネジ孔に螺合するネジとを備え、前記ネジを前記熱電対に当接させることで前記熱電対のマイクロ波に対する接地を行う請求項１又は請求項２に記載のマイクロ波焼成炉。
【請求項５】
前記接地手段は、前記熱電対を挿入する側の開口端から前記熱電対を前記焼成エリアに露出させる側の開口端に向けて一定した幅の孔を有する部材と、前記熱電対の径よりも極僅かに大きくした孔が軸心に沿って形成され外径の寸法が前記部材の内径の寸法よりも極僅かに小さくしたリング状の固定部材とを備え、前記固定部材に前記熱電対を通すことで前記熱電対のマイクロ波に対する接地を行う請求項１又は請求項２に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、マイクロ波を利用して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処理体を焼成するマイクロ波焼成炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波を利用して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処理体を焼成することが提案され、既に実用化が始まっている（例えば、特許文献１参照）。マイクロ波焼成炉には、焼成する温度が１３００℃程度の陶磁器用途と、その温度を超えたファインセラミックス用途とがあり、陶磁器用途の焼成炉とファインセラミックス用途の焼成炉とは、特に炉室を構成する部品の物性上の耐久性が異なるため別々に開発が進められている。そこで陶磁器用途の焼成炉でファインセラミックス用途並みの高温の焼成を実現したいという要望がある。
【０００３】
炉内雰囲気温度の測定には、一般的に金属素線を金属やセラミックスで造られた保護管やガラス繊維（シース材）で覆った熱電対が用いられるが、マイクロ波空間では該熱電対で発生する起電力には、基本原理であるゼーベック効果によるものだけでなく、熱電対先端がマイクロ波のアンテナとして作用し、電圧印加されることによるものも含まれてしまう。よって、炉内雰囲気温度を正確に測定することが困難になる。
【０００４】
そのため、特にファインセラミックス用途においては、放射温度計が多用されている。しかし、放射温度計は測定範囲が狭く、常温から高温まで（１５００℃程度まで）測定するためには、それぞれの温度領域において最適な素子を用いることを要し、一般的には低温用と高温用の２種類の放射温度計を備えることを要する。よって、放射温度計の測定用の穴も２個必要となる。
【０００５】
ところが、前記測定用の穴からの放射熱の漏れは温度の４乗根に比例して発生するため、ファインセラミックス用途の炉内のように、高温になるほど放射熱量は無視できなくなる。そのため昇温が妨げられたり、あるいは炉室の温度ムラが生じてしまう。特に炉容積が小さい場合にこの現象は顕著となる。
【０００６】
そこで、マイクロ波の影響を避けて熱電対を使用する方法が検討されている。例えば、マイクロ波空間の中においては導電体である金属の保護管を、マイクロ波空間を形成する筐体と電気的に同電位にすることで、マイクロ波の影響を避けて熱電対を使用する方法がある。
【特許文献１】特開平６−３４５５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、マイクロ波焼成炉に用いられる熱電対は、正確な温度測定を行うために、マイクロ波のアンテナとして作用する電圧印加を避けることに加え、マイクロ波のエッジ効果による電界集中を避けることに力点をおいて設計しなければならない。
【０００８】
そこで、熱電対の先端に電界が集中することを避けるために、図７に示すように、金属素線８を覆う熱電対保護管９の先端の形状を丸くしたり、保護管９自体を太くしたりあるいは球体にした熱電対を用いることがある。しかし、このような熱電対では、金属素線８まで熱が伝わるのに時間を要するので熱応答性が悪く、温度変化に追従し且つ正確な温度計測・温度制御ができない。温度計測が迅速かつ正確に行えないと、炉内の温度制御にも遅延等が生じ、被処理物の緻密な処理に支障をきたす原因となってしまう。
【０００９】
一方、熱応答性を向上させるには、熱電対の形状を細くすれば良い。しかし細い金属である熱電対を露出させるとマイクロ波のエッジ効果による電界集中が避けられず、正確な温度測定ができない。
【００１０】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、マイクロ波エッジ効果が起きやすい細い径を持つ熱電対を使用しても、マイクロ波の影響を最小限に抑えて熱応答性が良く、正確な温度測定を行うことができるマイクロ波焼成炉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】
【００１１】
本発明のマイクロ波焼成炉は、マイクロ波加熱によって被処理体の焼成を行うマイクロ波焼成炉において、焼成エリアを形成する断熱材を収容する筐体と、マイクロ波を前記焼成エリア内に放射するマイクロ波放射手段と、前記筐体の壁面のうち熱電対が前記焼成エリアに露出する部分に前記熱電対に当接して前記熱電対のマイクロ波に対する接地を行う接地手段と、前記接地手段による接地位置から先の前記熱電対の長さを調整する調整手段と、を備える。
【００１２】
この構成により、焼成エリア内にはマイクロ波が放射され、熱電対のマイクロ波に対する接地点を固定するようにしたので、接地点から焼成エリアに至る熱電対の長さを調整することによって、１／４波長ごとの熱電対先端のマイクロ波のアンテナとして作用する電圧波の腹点の電圧印加を回避するだけで、マイクロ波のエッジ効果による電界集中が避けられ、マイクロ波の影響を最小限に抑えることができる。これにより、熱応答性の良い、細い径を持つ白金等の熱電対を使用しても該熱電対で発生する起電力が略基本原理であるゼーベック効果によるものだけになり、炉内雰囲気温度を正確に測定することが可能となる。また、白金等の熱電対を用いることができると、高温（１５００程度）まで測定することができる。
【００１３】
また、本発明のマイクロ波焼成炉の熱電対は、径の細い熱電対である。
【００１４】
この構成により、熱電対の応答性が良いので、焼成エリア内の温度変化に迅速に追従して正確に温度を計測することができ、温度制御も精度良く実行することができる。
【００１５】
また、本発明のマイクロ波焼成炉は、前記接地手段が、前記熱電対を挿入する側の開口端から前記熱電対を前記焼成エリアに露出させる側の開口端に向けて徐々に径が狭くなり、最小径が前記熱電対の径よりも極僅かに大きくなったテーパ状の孔を有する部材である。
【００１６】
この構成により、熱電対のマイクロ波に対する接地点を容易に固定することができる。
【００１７】
また、本発明のマイクロ波焼成炉は、前記接地手段は、前記熱電対を挿入する側の開口端から前記熱電対を前記焼成エリアに露出させる側の開口端に向けて一定した幅の孔を有すると共に軸心に対して垂直方向に貫通させた少なくとも１つのネジ孔を有する部材と、前記部材のネジ孔に螺合するネジとを備え、前記ネジを前記熱電対に当接させることで前記熱電対のマイクロ波に対する接地を行う。
【００１８】
この構成により、熱電対のマイクロ波に対する接地点を容易に固定することができる。
【００１９】
また、本発明のマイクロ波焼成炉は、前記接地手段は、前記熱電対を挿入する側の開口端から前記熱電対を前記焼成エリアに露出させる側の開口端に向けて一定した幅の孔を有する部材と、前記熱電対の径よりも極僅かに大きくした孔が軸心に沿って形成され外径の寸法が前記部材の内径の寸法よりも極僅かに小さくしたリング状の固定部材とを備え、前記固定部材に前記熱電対を通すことで前記熱電対のマイクロ波に対する接地を行う。
【００２０】
この構成により、熱電対のマイクロ波に対する接地点を容易に固定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、細い径を持つ熱電対を使用しても該熱電対で発生する起電力が略基本原理であるゼーベック効果によるものだけになり、炉内雰囲気温度を熱応答性が良く、温度変化に追従し、かつ正確に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係るマイクロ波焼成炉の内部構造を示す斜視図である。また、図２は図１の炉部分の構成を示す断面図である。なお、図１及び図２において前述した図７と共通する部分には同一の符号を付ける。図１及び図２において、本実施の形態のマイクロ波焼成炉１は、マイクロ波を利用して被処理体(図示略)の焼成を行うものであり、１２５０℃程度までの焼成が可能な通常焼成エリア２を形成する通常焼成炉３と、１５００℃程度までの焼成が可能な高温焼成エリア４を形成する高温焼成炉５と、通常焼成炉３内の雰囲気温度(通常炉内温度)を測定するための主熱電対６と、高温焼成炉５内の雰囲気温度(高温炉内温度)を測定するための補助熱電対７とを備えて構成される。補助熱電対７は、アンテナ長規制部(接地手段)１０、補助熱電対ガイドパイプ１１０及び補助熱電対固定部(調整手段)１３によって筐体１２０内に導入される。
【００２４】
また、マイクロ波焼成炉１は、焼成エリア内にマイクロ波を導く導波菅（図示せず）を有している。この導波菅は、一般的にコストを抑制するために電子レンジなどで使われている方式で、磁界が焼成エリア内への入射面に平行なマイクロ波（Ｈ波）または電界Ｅが焼成エリア内への入射面に平行なマイクロ波（Ｅ波）のいずれか一方のマイクロ波を焼成エリア内に放射するものである。例えば、出口面が方形であり１つの面内にフレアしたＨ面扇型ホーンアンテナまたはＥ面扇型ホーンアンテナを導波菅として用いればよい。
【００２５】
通常焼成炉３と高温焼成炉５は、共にマイクロ波の影響を受けないアルミナ・シリカ系の断熱材１０を用いて方形状に組立てられている。高温焼成炉５は通常焼成炉３内に設置される関係上、通常焼成炉３より小型に造られている。因みに、高温焼成炉５を設けた理由は、陶磁器を焼成できる程度の温度仕様で設計してもファインセラミックスを焼成できるようにするためである。この場合、ファインセラミックスを焼成するときに高温焼成炉５を設け、陶磁器を焼成するときには取り出すようにしている。
【００２６】
図２において、通常焼成炉３には、その内部に主熱電対６を貫通させるための孔３１と補助熱電対７を貫通させる孔３２がそれぞれ形成されている。高温焼成炉５には通常焼成炉３の孔３２と同位置に孔５１が形成されている。高温焼成炉５の孔５１と通常焼成炉３の孔３２を通して補助熱電対７の先端部分が高温焼成炉５内に露出する。補助熱電対７は、金属保護管に覆われた熱電対であり、先端部分７Ａが高温焼成炉５内に露出する位置で固定されている。特に、補助熱電対７はマイクロ空間内でマイクロ波の影響を受けることになる。そのため、本発明では、補助熱電対７のキャビティを形成する筐体１２０内における長さをマイクロ波の影響が最小となる長さに規定している。この詳細については後述する。
【００２７】
図３は、アンテナ長規制部１０の構成及びその周辺部分を示す断面図である。同図において、アンテナ長規制部１０は、マイクロ波焼成炉１の筐体１２０の壁面で補助熱電対７に対してアースをとるものであり、アンテナ長固定ブロック１０１と、ユニット取付フランジ１０２と、補助シールド材１０３と、ユニット固定ナット１０４と、パイプ固定ナット１０５とから構成される。アンテナ長固定ブロック１０１は、補助熱電対７を挿入する側の開口端から補助熱電対７をマイクロ波空間内に露出させる側の開口端に向けて徐々に径が狭くなり、最小径が補助熱電対７の径よりも極僅かに大きくなったテーパ状の孔１０１１を有している。なお、孔１０１１の最も狭い部分をアンテナ長基点(接地点)１０１Ａと呼ぶ。アンテナ長固定ブロック１０１によって、補助熱電対７がアンテナ長基点１０１Ａに接する状態で支持される。
【００２８】
アンテナ長固定ブロック１０１の熱電対挿入側部分には、ユニット固定ナット１０４及びパイプ固定ナット１０５と螺合するネジが形成されている。アンテナ長固定ブロック１０１はユニット固定ナット１０４にて筐体１２０の壁面に固定されている。筐体１２０のアンテナ長固定ブロック取付部分にはユニット取り付けフランジ１０２が設けられており、取付強度の強化が図られている。また、ユニット取付フランジ１０２と筐体１２０の壁面との間には銅製の補助シールド材１０３が設けらており、マイクロ波の漏洩防止が図られている。補助熱電対ガイドパイプ１１０は、パイプ固定ナット１０５にてアンテナ長固定ブロック１０１に接続されている。補助熱電対ガイドパイプ１１０もマイクロ波の漏洩防止する機能を有するものである。
【００２９】
補助熱電対ガイドパイプ１１０の補助熱電対挿入側には補助熱電対固定部１３が接続されている。図４は補助熱電対固定部１３の構成を示す断面図である。同図において、補助熱電対固定部１３は、圧着ブロック押しボルト１３１と、圧着ブロック１３２と、圧着ブロック受けナット１３３と、パイプ固定ナット１３４とから構成される。圧着ブロック押しボルト１３１には、その軸心に沿って補助熱電対７を通過させるための孔が開けられている。圧着ブロック１３２は、その先端部分が先端に行くに従って径が小さくなるテーパ状に形成されるとともに、その軸心に沿って補助熱電対７を通過させるための孔が開けられている。
【００３０】
圧着ブロック受けナット１３３は、その内側の壁面に圧着ブロック押しボルト１３１と螺合するネジが形成されるとともに、圧着ブロック１３２を収容するテーパ状部が形成されている。圧着ブロック受けナット１３３内に圧着ブロック１３２を収容させた状態で圧着ブロック押しボルト１３１を締め込みことによって、圧着ブロック１３２の先端部分の周囲に圧力が加わり、これによって補助熱電対７が締め付けられて固定される。圧着ブロック押しボルト１３１を弛めて補助熱電対７を前後させることで、アンテナ長基点１０１Ａからの補助熱電対７の長さを調整することができる。
【００３１】
アンテナ長基点１０１Ａで補助熱電対７に対してアースをとるとともに、補助熱電対固定部１３でアンテナ長基点１０１Ａからの補助熱電対７の長さをマイクロ波の１／４波長の整数倍にならないように調整する。例えば、補助熱電対７の全長を４９５ｍｍとすると、アンテナ長基点１０１Ａから補助熱電対７の先端までの長さが２３９ｍｍとなる。但し、λはマイクロ波の波長(２．４５ＧＨｚで１２２．４４５ｍｍ)、ｎは整数値である。このようにアンテナ長をマイクロ波の１／４波長の整数倍にならないように調整することで、補助熱電対７にはマイクロ波加熱による起電力の発生が無くなり、基本原理であるゼーベック効果によるものだけとなるので、正確な温度測定が可能となる。
【００３２】
このように本実施の形態に係るマイクロ波焼成炉１によれば、焼成エリア内にマイクロ波を放射し、補助熱電対７に対してアースを設定するためのアンテナ長規制部１０と、補助熱電対７がマイクロ波の影響を受けないように、その先端部分７Ａのアンテナ長基点部１０１Ａからの長さを調整するための補助熱電対固定部１３とを備えるので、熱応答性の良い、細い径を持つ熱電対を使用してもマイクロ波の影響を最小限に抑えることができ、正確な温度測定が可能となる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、マイクロ波に対するアースとなるアンテナ長基点１０１Ａを設けるために、アンテナ長固定ブロック１０１の断面形状を、補助熱電対挿入側の開口端から補助熱電対取り出し側の開口端に向けて徐々に径が狭くなるテーパ状としたが、図５の(ａ)に示すように、補助熱電対挿入側の開口端から補助熱電対取り出し側の開口端まで一定した幅の帯状にして、アンテナ長基点１０１Ａとなる位置に例えば１２０度間隔で３本のネジ１５を設け(図５の(ｂ)参照)、これらネジ１５で補助熱電対７を固定するようにしても良い。この方式によれば、アンテナ長基点１０１Ａからの補助熱電対７の長さ調整をアンテナ長固定ブロック１０１側にて行うことができる。
【００３４】
また、図６の(ａ)及び(ｂ)に示すように、補助熱電対７の径よりも極僅かに大きくした孔１６Ａを軸心に沿って形成し、外径の寸法をアンテナ長固定ブロック１０１の内径の寸法よりも極僅かに小さくしたリング状の固定部材１６を設けて、補助熱電対７をアンテナ長固定ブロック１０１のアンテナ長基点１０１Ａに固定するようにしても良い。図５及び図６に示すアンテナ長固定ブロック１０１の応用例は従来のものと同じ形状であるので、従来のものをそのまま用いることができる。これにより、コストダウンが図れる。
【００３５】
また上記実施例では、焼成エリア内にマイクロ波を導く導波菅は、磁界が焼成エリア内への入射面に平行なマイクロ波（Ｈ波）または電界が焼成エリア内への入射面に平行なマイクロ波（Ｅ波）のいずれか一方のマイクロ波を焼成エリア内に放射するものであった。しかし焼成エリア内に電磁波の腹点を炉内全般に均等に存在させて均一電界の場を作るために、Ｈ波（磁界Ｈが入射面に平行な電磁波）とＥ波（電界Ｅが入射面に平行な電磁波）を放射混在する方法においても、熱電対先端のマイクロ波のアンテナとして作用する電圧波の腹点の電圧印加を回避する空間を見い出すことで同じ効果を得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、熱応答性の良い、細い径を持つ熱電対を使用してもマイクロ波の影響を最小限に抑えて正確な温度測定を行うことができると言った効果を有し、マイクロ波焼成炉への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波焼成炉の内部構造を示す斜視図
【図２】図１の炉部分の構成を示す断面図
【図３】図１のアンテナ長規制部の構成及びその周辺部分を示す断面図
【図４】図１の補助熱電対固定部の構成を示す断面図
【図５】図１のアンテナ長規制部の応用例の構成及びその周辺部分を示す断面図
【図６】図１のアンテナ長規制部の応用例の構成及びその周辺部分を示す断面図
【図７】従来の熱電対を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１  マイクロ波焼成炉
２  通常焼成エリア
３  通常焼成炉
４  高温焼成エリア
５  高温焼成炉
６  主熱電対
７  補助熱電対
７Ａ  補助熱電対の先端部分
１０  アンテナ長規制部
１３  補助熱電対固定部
１５  ネジ
１６  固定部材
１０１  アンテナ長固定ブロック
１０１Ａ  アンテナ長基点
１０２  ユニット取付フランジ
１０３  補助シールド材
１０４  ユニット固定ナット
１０５  パイプ固定ナット
１１０  補助熱電対ガイドパイプ
１２０  筐体
１３１  圧着ブロック押しボルト
１３２  圧着ブロック
１３３  圧着ブロック受けナット
１３４  パイプ固定ナット
【図１】
2007278640.tif 000003
【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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