JP2002130960A - 焼成炉、焼成体の製造方法及び焼成体 - Google Patents
焼成炉、焼成体の製造方法及び焼成体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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、焼成体
の製造方法及び焼成体を提供する。 【解決手段】 チャンバ１１の内部には隔壁１５によっ
て区画形成された焼成室１６がある。隔壁１５は、外殻
１５ａと内殻１５ｂの二層構造になっている。外殻１５
ａは断熱性を有するとともにマイクロ波の透過を許容
し、内殻１５ｂはマイクロ波によって自己発熱する。こ
の内殻１５ｂのマイクロ波による単位体積当たりの発熱
量は、被焼成体１０の単位体積当たりの発熱量よりも大
きく、２倍以下であることが好ましい。
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、焼成体
の製造方法及び焼成体を提供する。 【解決手段】 チャンバ１１の内部には隔壁１５によっ
て区画形成された焼成室１６がある。隔壁１５は、外殻
１５ａと内殻１５ｂの二層構造になっている。外殻１５
ａは断熱性を有するとともにマイクロ波の透過を許容
し、内殻１５ｂはマイクロ波によって自己発熱する。こ
の内殻１５ｂのマイクロ波による単位体積当たりの発熱
量は、被焼成体１０の単位体積当たりの発熱量よりも大
きく、２倍以下であることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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焼成炉、焼成体の製造方法
及び焼成体に関するものである。
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焼成炉、焼成体の製造方法
及び焼成体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、被焼成体の焼成には、電気炉、ガ
ス炉などが一般に使用されている。しかし、こうした外
部加熱の場合には、被焼成体の表面と内部とで温度差が
生じないように炉内の温度を徐々に上昇させる必要があ
り、焼成時間が長くなるという問題があった。
ス炉などが一般に使用されている。しかし、こうした外
部加熱の場合には、被焼成体の表面と内部とで温度差が
生じないように炉内の温度を徐々に上昇させる必要があ
り、焼成時間が長くなるという問題があった。
【０００３】そこで、そのような問題点を解決する手段
として、マイクロ波を使って被焼成体を焼成する焼成炉
が種々提案されている（特公昭５８−２３３４９号、特
開平３−２５７０７２号、特開平６−８７６６３号な
ど）。この場合、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、加熱時に被焼成体の表
面と内部とで温度差が生じるおそれは小さい。従って、
昇温速度を大きくすることができ、焼成にかかる時間を
大幅に短縮することが可能であるとともに、均一な焼成
が可能である。
として、マイクロ波を使って被焼成体を焼成する焼成炉
が種々提案されている（特公昭５８−２３３４９号、特
開平３−２５７０７２号、特開平６−８７６６３号な
ど）。この場合、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、加熱時に被焼成体の表
面と内部とで温度差が生じるおそれは小さい。従って、
昇温速度を大きくすることができ、焼成にかかる時間を
大幅に短縮することが可能であるとともに、均一な焼成
が可能である。
【０００４】また、本発明者らは、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を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た。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。
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を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た。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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、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。
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。
【０００６】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してその重
量及び熱容量を小さくすることが必要である。しかし、
ブランケットの厚みを薄くするほど、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に比べて熱伝導
によってブランケットから外部へと失われる熱エネルギ
ーの量の方が無視できないほどに大きくなり、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。そうなると、擬似断熱空間の仮定
が崩れてしまい、放射冷却により被焼成体に熱勾配が生
じることになる。
抑えるためには、ブランケットの厚みを薄くしてその重
量及び熱容量を小さくすることが必要である。しかし、
ブランケットの厚みを薄くするほど、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に比べて熱伝導
によってブランケットから外部へと失われる熱エネルギ
ーの量の方が無視できないほどに大きくなり、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。そうなると、擬似断熱空間の仮定
が崩れてしまい、放射冷却により被焼成体に熱勾配が生
じることになる。
【０００７】本発明は、上記のような従来技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とす
るところは、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、焼成
体の製造方法及び焼成体を提供することにある。
る問題点に着目してなされたものである。その目的とす
るところは、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、焼成
体の製造方法及び焼成体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、マイクロ波によって自
己発熱しうるブランケットにより区画された焼成室と、
その焼成室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要旨とする。
めに、請求項１に記載の発明は、マイクロ波によって自
己発熱しうるブランケットにより区画された焼成室と、
その焼成室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要旨とする。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の焼成炉において、前記ブランケットが、ブランケット
の内側表面温度と被焼成体の表面温度との差分を補償す
るようにマイクロ波によって自己発熱することを要旨と
する。
の焼成炉において、前記ブランケットが、ブランケット
の内側表面温度と被焼成体の表面温度との差分を補償す
るようにマイクロ波によって自己発熱することを要旨と
する。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の焼成炉において、前記ブランケットを構
成する材料の単位体積当たりの発熱量が、被焼成体を構
成する材料の単位体積当たりの発熱量の２倍以下である
ことを要旨とする。
求項２に記載の焼成炉において、前記ブランケットを構
成する材料の単位体積当たりの発熱量が、被焼成体を構
成する材料の単位体積当たりの発熱量の２倍以下である
ことを要旨とする。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１から請
求項３のいずれか一項に記載の焼成炉において、前記ブ
ランケットを、断熱性を有し、かつマイクロ波透過性を
有する別のブランケットの内側に設けたことを要旨とす
る。
求項３のいずれか一項に記載の焼成炉において、前記ブ
ランケットを、断熱性を有し、かつマイクロ波透過性を
有する別のブランケットの内側に設けたことを要旨とす
る。
【００１２】請求項５に記載の発明は、マイクロ波によ
って自己発熱しうるブランケットにより区画された焼成
室の内部に被焼成体を配設し、マイクロ波発生手段によ
り焼成室の外部から前記被焼成体に対してマイクロ波を
照射して被焼成体を焼成する焼成体の製造方法であっ
て、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要旨と
する。
って自己発熱しうるブランケットにより区画された焼成
室の内部に被焼成体を配設し、マイクロ波発生手段によ
り焼成室の外部から前記被焼成体に対してマイクロ波を
照射して被焼成体を焼成する焼成体の製造方法であっ
て、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要旨と
する。
【００１３】請求項６に記載の発明は、マイクロ波によ
って自己発熱しうるブランケットにより区画された焼成
室の内部に被焼成体を配設し、マイクロ波発生手段によ
り焼成室の外部から前記被焼成体に対してマイクロ波を
照射して被焼成体を焼成することにより得られる焼成体
であって、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
要旨とする。
って自己発熱しうるブランケットにより区画された焼成
室の内部に被焼成体を配設し、マイクロ波発生手段によ
り焼成室の外部から前記被焼成体に対してマイクロ波を
照射して被焼成体を焼成することにより得られる焼成体
であって、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
要旨とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施
形態における焼成炉を示す概略平断面図である。同図に
示す焼成炉は、被焼成体１０を焼成して焼成体を製造す
るためのものである。被焼成体１０は、陶磁器材料又は
ファインセラミックス材料を所定形状に成形した成形体
よりなるもので、その成形体、成形体を素焼きしたも
の、成形体に施釉をしたもの、あるいは素焼きした成形
体に施釉をしたものでもよい。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施
形態における焼成炉を示す概略平断面図である。同図に
示す焼成炉は、被焼成体１０を焼成して焼成体を製造す
るためのものである。被焼成体１０は、陶磁器材料又は
ファインセラミックス材料を所定形状に成形した成形体
よりなるもので、その成形体、成形体を素焼きしたも
の、成形体に施釉をしたもの、あるいは素焼きした成形
体に施釉をしたものでもよい。
【００１５】焼成炉は、密閉容器よりなるチャンバ１１
を備えている。チャンバ１１は、少なくとも内面がマイ
クロ波を反射可能な構成になっている。本実施形態の場
合、チャンバ１１は、ステンレス鋼により長さ２ｍ×幅
１．１ｍ×高さ１．１ｍの四角箱状に形成されている。
を備えている。チャンバ１１は、少なくとも内面がマイ
クロ波を反射可能な構成になっている。本実施形態の場
合、チャンバ１１は、ステンレス鋼により長さ２ｍ×幅
１．１ｍ×高さ１．１ｍの四角箱状に形成されている。
【００１６】チャンバ１１には、マイクロ波発生手段と
してのマイクロ波発振器１２が導波管１３を介して接続
されている。そして、マイクロ波発振器１２から出力さ
れるマイクロ波は、導波管１３を経由してチャンバ１１
内に入射されるようになっている。マイクロ波の周波数
は、０．９〜１００ＧＨｚが好ましく、０．９〜１０Ｇ
Ｈｚ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１２が必要となるため好ましくない。マ
イクロ波発振器１２から出力されるマイクロ波を２．４
５ＧＨｚとした場合には、マイクロ波発振器１２を比較
的小型で低価格なもので済ますことができる。本実施形
態の場合、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイ
クロ波発振器１２（出力１．５ｋＷ）が６台（図１では
４台のみ示す。）使用されている。
してのマイクロ波発振器１２が導波管１３を介して接続
されている。そして、マイクロ波発振器１２から出力さ
れるマイクロ波は、導波管１３を経由してチャンバ１１
内に入射されるようになっている。マイクロ波の周波数
は、０．９〜１００ＧＨｚが好ましく、０．９〜１０Ｇ
Ｈｚ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１２が必要となるため好ましくない。マ
イクロ波発振器１２から出力されるマイクロ波を２．４
５ＧＨｚとした場合には、マイクロ波発振器１２を比較
的小型で低価格なもので済ますことができる。本実施形
態の場合、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマイ
クロ波発振器１２（出力１．５ｋＷ）が６台（図１では
４台のみ示す。）使用されている。
【００１７】チャンバ１１の内部には補助断熱壁１４に
よって区画された空間があり、さらにその補助断熱壁１
４によって区画された空間内には、隔壁１５によって区
画形成された焼成室１６がある。この焼成室１６の容積
は、０．３〜０．６ｍ3が好ましい。
よって区画された空間があり、さらにその補助断熱壁１
４によって区画された空間内には、隔壁１５によって区
画形成された焼成室１６がある。この焼成室１６の容積
は、０．３〜０．６ｍ3が好ましい。
【００１８】前記隔壁１５は、外殻１５ａと内殻１５ｂ
の二層構造になっている。外殻１５ａは、断熱性を有す
るとともにマイクロ波の透過を許容する。この外殻１５
ａを構成する材料としては、アルミナファイバーや発泡
アルミナなどが挙げられる。
の二層構造になっている。外殻１５ａは、断熱性を有す
るとともにマイクロ波の透過を許容する。この外殻１５
ａを構成する材料としては、アルミナファイバーや発泡
アルミナなどが挙げられる。
【００１９】一方、内殻１５ｂはマイクロ波によって自
己発熱し、そのマイクロ波による単位体積当たりの発熱
量は、被焼成体１０の単位体積当たりの発熱量よりも大
きいことが必須であり、２倍以下であることが好まし
い。この内殻１５ｂを構成する材料としては、ムライト
系材料、窒化ケイ素系材料、アルミナなどが挙げられ、
焼成する被焼成体１０に応じて適宜選択される。この内
殻１５ｂを構成する材料は、マイクロ波吸収率の大きい
金属酸化物（例えばマグネシア、ジルコニア、酸化鉄な
ど）又は無機材料（例えば炭化ケイ素など）を少量添加
して用いてもよい。また内殻１５ｂの厚みは、１〜２ｍ
ｍが好ましい。
己発熱し、そのマイクロ波による単位体積当たりの発熱
量は、被焼成体１０の単位体積当たりの発熱量よりも大
きいことが必須であり、２倍以下であることが好まし
い。この内殻１５ｂを構成する材料としては、ムライト
系材料、窒化ケイ素系材料、アルミナなどが挙げられ、
焼成する被焼成体１０に応じて適宜選択される。この内
殻１５ｂを構成する材料は、マイクロ波吸収率の大きい
金属酸化物（例えばマグネシア、ジルコニア、酸化鉄な
ど）又は無機材料（例えば炭化ケイ素など）を少量添加
して用いてもよい。また内殻１５ｂの厚みは、１〜２ｍ
ｍが好ましい。
【００２０】さらに焼成炉は、チャンバ１１内に入射さ
れたマイクロ波を攪拌するためのマイクロ波攪拌手段を
備えている。このマイクロ波攪拌手段は、チャンバ１１
の内面に内側に向かって延設された回転軸１７と、その
回転軸１７に支持された攪拌羽根１８と、その攪拌羽根
１８を回転軸１７を中心にして積極回転させる駆動モー
タ１９とから構成されている。
れたマイクロ波を攪拌するためのマイクロ波攪拌手段を
備えている。このマイクロ波攪拌手段は、チャンバ１１
の内面に内側に向かって延設された回転軸１７と、その
回転軸１７に支持された攪拌羽根１８と、その攪拌羽根
１８を回転軸１７を中心にして積極回転させる駆動モー
タ１９とから構成されている。
【００２１】次に、この焼成炉を使用した焼成体の製造
方法について説明する。焼成体を製造する場合には、ま
ず陶磁器材料又はファインセラミックス材料を所定形状
に成形して被焼成体１０を作製し、その被焼成体１０を
焼成室１６内に配置する。続いて、マイクロ波発振器１
２を作動させて、マイクロ波をチャンバ１１に入射させ
る。チャンバ１１に入射したマイクロ波は、外殻１５ａ
を透過して内殻１５ｂ及び被焼成体１０に吸収され、熱
エネルギーに変換されて内殻１５ｂ及び被焼成体１０の
温度を上昇させる。
方法について説明する。焼成体を製造する場合には、ま
ず陶磁器材料又はファインセラミックス材料を所定形状
に成形して被焼成体１０を作製し、その被焼成体１０を
焼成室１６内に配置する。続いて、マイクロ波発振器１
２を作動させて、マイクロ波をチャンバ１１に入射させ
る。チャンバ１１に入射したマイクロ波は、外殻１５ａ
を透過して内殻１５ｂ及び被焼成体１０に吸収され、熱
エネルギーに変換されて内殻１５ｂ及び被焼成体１０の
温度を上昇させる。
【００２２】このとき、本実施形態においては内殻１５
ｂの厚みを従来よりも薄く形成しているため、熱伝導に
よって内殻１５ｂから外部へと失われる熱エネルギーの
量が、マイクロ波によって内殻１５ｂが得る熱エネルギ
ーの量に比べて無視できない大きさになるおそれがあ
る。しかし、内殻１５ｂの単位体積当たりの発熱量が被
焼成体１０の単位体積当たりの発熱量よりも大きいた
め、この発熱量の差によって内殻１５ｂの内側表面温度
と被焼成体１０の表面温度との差分が補償されることに
なる。その結果、内殻１５ｂと被焼成体１０の熱平衡が
保たれて、内殻１５ｂの内側表面温度と被焼成体１０の
表面温度とが実質的に同一の状態となり、被焼成体１０
が擬似的に完全に断熱されることになる。尚、内殻１５
ｂの内側表面温度と被焼成体１０の表面温度とが実質的
に同一であるとは、両者の温度差が焼成体に有害な熱歪
みを生じない程度の差であることをいい、この温度差は
具体的には２０℃以下であることが好ましい。
ｂの厚みを従来よりも薄く形成しているため、熱伝導に
よって内殻１５ｂから外部へと失われる熱エネルギーの
量が、マイクロ波によって内殻１５ｂが得る熱エネルギ
ーの量に比べて無視できない大きさになるおそれがあ
る。しかし、内殻１５ｂの単位体積当たりの発熱量が被
焼成体１０の単位体積当たりの発熱量よりも大きいた
め、この発熱量の差によって内殻１５ｂの内側表面温度
と被焼成体１０の表面温度との差分が補償されることに
なる。その結果、内殻１５ｂと被焼成体１０の熱平衡が
保たれて、内殻１５ｂの内側表面温度と被焼成体１０の
表面温度とが実質的に同一の状態となり、被焼成体１０
が擬似的に完全に断熱されることになる。尚、内殻１５
ｂの内側表面温度と被焼成体１０の表面温度とが実質的
に同一であるとは、両者の温度差が焼成体に有害な熱歪
みを生じない程度の差であることをいい、この温度差は
具体的には２０℃以下であることが好ましい。
【００２３】また、内殻１５ｂが被焼成体１０と熱平衡
を保ちながら加熱されるために、被焼成体１０から放射
によって失われる熱エネルギーは、内殻１５ｂの内側表
面から放射される熱エネルギーによって相殺され、被焼
成体１０の放射損失は原理的にゼロとなる。すなわち、
被焼成体１０にとって焼成室１６は擬似的に完全に断熱
された閉空間になる。このため、放射冷却により熱勾配
が被焼成体１０において発生するのが抑制される。
を保ちながら加熱されるために、被焼成体１０から放射
によって失われる熱エネルギーは、内殻１５ｂの内側表
面から放射される熱エネルギーによって相殺され、被焼
成体１０の放射損失は原理的にゼロとなる。すなわち、
被焼成体１０にとって焼成室１６は擬似的に完全に断熱
された閉空間になる。このため、放射冷却により熱勾配
が被焼成体１０において発生するのが抑制される。
【００２４】理論的解析によれば、図２に示すように、
誘電体（被焼成体１０）が適当な距離をおいて他の誘電
体（内殻１５ｂ）で囲まれていると仮定した場合、熱伝
導方程式は下記（１）及び（２）式のように書ける。 ∂θ1／∂ｔ＝κ1（∂2θ1／∂ｘ2＋∂2θ1／∂ｙ2＋∂2θ1／∂ｚ2） ＋σ（θ2 4−θ1 4）＋２πｆ／（ｃ1ρ1）Ｅ2ε0ε1tanδ1 …（１） ∂θ2／∂ｔ＝κ2（∂2θ2／∂ｘ2＋∂2θ2／∂ｙ2＋∂2θ2／∂ｚ2） ＋σ（θ1 4−θ2 4）＋２πｆ／（ｃ2ρ2）Ｅ2ε0ε2tanδ2 …（２） ここで、θは温度、κは熱伝導率、ｃは比熱、ρは密度
を表し、添字「１」は被焼成体１０、添字「２」は内殻
１５ｂを示す。
誘電体（被焼成体１０）が適当な距離をおいて他の誘電
体（内殻１５ｂ）で囲まれていると仮定した場合、熱伝
導方程式は下記（１）及び（２）式のように書ける。 ∂θ1／∂ｔ＝κ1（∂2θ1／∂ｘ2＋∂2θ1／∂ｙ2＋∂2θ1／∂ｚ2） ＋σ（θ2 4−θ1 4）＋２πｆ／（ｃ1ρ1）Ｅ2ε0ε1tanδ1 …（１） ∂θ2／∂ｔ＝κ2（∂2θ2／∂ｘ2＋∂2θ2／∂ｙ2＋∂2θ2／∂ｚ2） ＋σ（θ1 4−θ2 4）＋２πｆ／（ｃ2ρ2）Ｅ2ε0ε2tanδ2 …（２） ここで、θは温度、κは熱伝導率、ｃは比熱、ρは密度
を表し、添字「１」は被焼成体１０、添字「２」は内殻
１５ｂを示す。
【００２５】理想的な断熱状態においては、被焼成体１
０の表面で放射、熱伝導及び熱伝達による熱の出入り差
がゼロ、つまり熱平衡になっている。このような状態
は、被焼成体１０の表面温度と内殻１５ｂの内側表面温
度が等しいとき実現される。言い換えれば、表面からの
エネルギー損失、つまり、内部から表面に向かう熱流束
がないから、温度勾配∂θ1／∂ｘ，∂θ1／∂ｙ，∂θ
1／∂ｚはゼロになる。従って、上記（１）式は、 ∂θ1／∂ｔ＝２πｆ／（ｃ1ρ1）Ｅ2ε0ε1tanδ1 …（１′） 上記（２）式は、 ∂θ2／∂ｔ＝Ｐrf／（ｃ2ρ2）ε2tanδ2−Ｐloss／（ｃ2ρ2） …（２′） と書ける。
０の表面で放射、熱伝導及び熱伝達による熱の出入り差
がゼロ、つまり熱平衡になっている。このような状態
は、被焼成体１０の表面温度と内殻１５ｂの内側表面温
度が等しいとき実現される。言い換えれば、表面からの
エネルギー損失、つまり、内部から表面に向かう熱流束
がないから、温度勾配∂θ1／∂ｘ，∂θ1／∂ｙ，∂θ
1／∂ｚはゼロになる。従って、上記（１）式は、 ∂θ1／∂ｔ＝２πｆ／（ｃ1ρ1）Ｅ2ε0ε1tanδ1 …（１′） 上記（２）式は、 ∂θ2／∂ｔ＝Ｐrf／（ｃ2ρ2）ε2tanδ2−Ｐloss／（ｃ2ρ2） …（２′） と書ける。
【００２６】このとき、ｘ＝０、∂θ1／∂ｔ＝∂θ2／
∂ｔ、θ1＝θ2、かつ、内殻１５ｂが閉空間（あるいは
等価的に閉空間）を構成しているから、その内側表面で
熱平衡が成り立つには、内側表面でのエネルギーの授受
がゼロ、つまり、内側表面で∂θ／∂ｘ＝０でなければ
ならない。従って、上記（２′）式を満足する条件は、
下記（３）式で表される。 ε1tanδ1／ｃ1ρ1＝ε2tanδ2／ｃ2ρ2−Ｐloss／Ｐrf …（３） ここで、Ｐrf（＝２πｆＥ2ε0）はマイクロ波電力密
度、Ｐlossは内殻１５ｂから外部に失われるエネルギー
である。
∂ｔ、θ1＝θ2、かつ、内殻１５ｂが閉空間（あるいは
等価的に閉空間）を構成しているから、その内側表面で
熱平衡が成り立つには、内側表面でのエネルギーの授受
がゼロ、つまり、内側表面で∂θ／∂ｘ＝０でなければ
ならない。従って、上記（２′）式を満足する条件は、
下記（３）式で表される。 ε1tanδ1／ｃ1ρ1＝ε2tanδ2／ｃ2ρ2−Ｐloss／Ｐrf …（３） ここで、Ｐrf（＝２πｆＥ2ε0）はマイクロ波電力密
度、Ｐlossは内殻１５ｂから外部に失われるエネルギー
である。
【００２７】以上詳述した本実施形態によれば次のよう
な効果が発揮される。 ・ 被焼成体１０から放射によって失われる熱エネルギ
ーは、内殻１５ｂの内側表面から放射される熱エネルギ
ーによって相殺されるため、被焼成体１０の放射損失は
原理的にゼロとなる。このため、放射冷却により熱勾配
が被焼成体１０において発生するのを抑制することがで
き、従来のマイクロ波による焼成炉に比べて、より一層
の均一な焼成が可能であり、歪みや割れの発生を抑制す
ることができる。
な効果が発揮される。 ・ 被焼成体１０から放射によって失われる熱エネルギ
ーは、内殻１５ｂの内側表面から放射される熱エネルギ
ーによって相殺されるため、被焼成体１０の放射損失は
原理的にゼロとなる。このため、放射冷却により熱勾配
が被焼成体１０において発生するのを抑制することがで
き、従来のマイクロ波による焼成炉に比べて、より一層
の均一な焼成が可能であり、歪みや割れの発生を抑制す
ることができる。
【００２８】・ 内殻１５ｂのマイクロ波による単位体
積当たりの発熱量を被焼成体１０の単位体積当たりの発
熱量よりも大きくすることにより、被焼成体１０と内殻
１５ｂの内側表面との間の熱平衡を維持しながら内殻１
５ｂの厚みを薄くしてその重量及び熱容量を小さくする
ことが可能である。これにより、内殻１５ｂで消費され
るエネルギー量を抑え、被焼成体１０の焼成に要するエ
ネルギー量の低減を図ることができる。
積当たりの発熱量を被焼成体１０の単位体積当たりの発
熱量よりも大きくすることにより、被焼成体１０と内殻
１５ｂの内側表面との間の熱平衡を維持しながら内殻１
５ｂの厚みを薄くしてその重量及び熱容量を小さくする
ことが可能である。これにより、内殻１５ｂで消費され
るエネルギー量を抑え、被焼成体１０の焼成に要するエ
ネルギー量の低減を図ることができる。
【００２９】・ 内殻１５ｂを、断熱性を有しマイクロ
波透過性を有する外殻１５ａの内面に設けたことによ
り、内殻１５ｂの熱損失を効果的に抑えることができ
る。 ・ 焼成炉は複数のマイクロ波発振器を有し、そのマイ
クロ波発振器１２から出力されるマイクロ波がチャンバ
１１に入射する入射口は、一つでなく複数設けられてい
る。このため、被焼成体１０の一部分に電界が集中して
斑焼けが生じるのを抑制することができる。
波透過性を有する外殻１５ａの内面に設けたことによ
り、内殻１５ｂの熱損失を効果的に抑えることができ
る。 ・ 焼成炉は複数のマイクロ波発振器を有し、そのマイ
クロ波発振器１２から出力されるマイクロ波がチャンバ
１１に入射する入射口は、一つでなく複数設けられてい
る。このため、被焼成体１０の一部分に電界が集中して
斑焼けが生じるのを抑制することができる。
【００３０】
【実施例】次に、実施例を挙げて前記実施形態をさらに
具体的に説明する。 （実施例１）陶磁器材料から形成された被焼成体１０
（重量１０ｋｇ、平均肉厚５ｍｍ）を図１に示す前記実
施形態の焼成炉を使って焼成し、焼成体（陶磁器）を得
た。
具体的に説明する。 （実施例１）陶磁器材料から形成された被焼成体１０
（重量１０ｋｇ、平均肉厚５ｍｍ）を図１に示す前記実
施形態の焼成炉を使って焼成し、焼成体（陶磁器）を得
た。
【００３１】ただし、この実施例１においては、ムライ
ト系磁器で内殻１５ｂを形成し、アルミナファイバーボ
ードで外殻１５ａを形成した。尚、内殻１５ｂは肉厚８
ｍｍで重量４５ｋｇ、外殻１５ａは肉厚４０ｍｍで重量
５ｋｇである。内殻１５ｂ、外殻１５ａ及び被焼成体１
０の物性を１に示す。
ト系磁器で内殻１５ｂを形成し、アルミナファイバーボ
ードで外殻１５ａを形成した。尚、内殻１５ｂは肉厚８
ｍｍで重量４５ｋｇ、外殻１５ａは肉厚４０ｍｍで重量
５ｋｇである。内殻１５ｂ、外殻１５ａ及び被焼成体１
０の物性を１に示す。
【００３２】
【表１】 （実施例２）陶磁器材料から形成された被焼成体１０
（重量１０ｋｇ、平均肉厚５ｍｍ）を図１に示す前記実
施形態の焼成炉を使って焼成し、焼成体（陶磁器）を得
た。
（重量１０ｋｇ、平均肉厚５ｍｍ）を図１に示す前記実
施形態の焼成炉を使って焼成し、焼成体（陶磁器）を得
た。
【００３３】ただし、この実施例２においては、酸化鉄
（ＦｅＯ）を０．１％添加したムライト系セメントで内
殻１５ｂを形成し、アルミナファイバーボードで外殻１
５ａを形成した。尚、内殻１５ｂは肉厚２ｍｍで重量５
ｋｇ、外殻１５ａは肉厚４０ｍｍで重量５ｋｇである。
内殻１５ｂ、外殻１５ａ及び被焼成体１０の物性を表２
に示す。
（ＦｅＯ）を０．１％添加したムライト系セメントで内
殻１５ｂを形成し、アルミナファイバーボードで外殻１
５ａを形成した。尚、内殻１５ｂは肉厚２ｍｍで重量５
ｋｇ、外殻１５ａは肉厚４０ｍｍで重量５ｋｇである。
内殻１５ｂ、外殻１５ａ及び被焼成体１０の物性を表２
に示す。
【００３４】
【表２】 （実施例３）高純度（９９％）アルミナから形成された
被焼成体１０（重量１０ｋｇ、平均肉厚５ｍｍ）を図１
に示す前記実施形態の焼成炉を使って焼成し、焼成体を
得た。
被焼成体１０（重量１０ｋｇ、平均肉厚５ｍｍ）を図１
に示す前記実施形態の焼成炉を使って焼成し、焼成体を
得た。
【００３５】ただし、この実施例３においては、ジルコ
ニアを１モル％添加したアルミナで内殻１５ｂを形成
し、アルミナファイバーボードで外殻１５ａを形成し
た。尚、内殻１５ｂは肉厚１ｍｍで重量０．２ｋｇ、外
殻１５ａは肉厚４０ｍｍで重量５ｋｇである。内殻１５
ｂ、外殻１５ａ及び被焼成体１０の物性を表３に示す。
ニアを１モル％添加したアルミナで内殻１５ｂを形成
し、アルミナファイバーボードで外殻１５ａを形成し
た。尚、内殻１５ｂは肉厚１ｍｍで重量０．２ｋｇ、外
殻１５ａは肉厚４０ｍｍで重量５ｋｇである。内殻１５
ｂ、外殻１５ａ及び被焼成体１０の物性を表３に示す。
【００３６】
【表３】 次に、前記実施形態から把握できる技術的思想について
以下に記載する。
以下に記載する。
【００３７】・ マイクロ波によって自己発熱しうるブ
ランケットが、マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物又
は無機材料を含んで構成されることを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれか一項に記載の焼成炉。このよ
うに構成した場合、ブランケットの発熱量を容易に高め
ることができる。
ランケットが、マイクロ波吸収率の大きい金属酸化物又
は無機材料を含んで構成されることを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれか一項に記載の焼成炉。このよ
うに構成した場合、ブランケットの発熱量を容易に高め
ることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
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。
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。
【図１】 本実施形態における焼成炉を示す概略平断面
図。
図。
【図２】 焼成室を示す概略平断面図。
１０…被焼成体、１２…マイクロ波発生手段としてマイ
クロ波発振器、１４…断熱性を有し、かつマイクロ波透
過性を有するブランケットとしての補助断熱壁、１５ａ
…断熱性を有し、かつマイクロ波透過性を有するブラン
ケットとしての外殻、１５ｂ…マイクロ波によって自己
発熱しうるブランケットとしての内殻、１６…焼成室。
クロ波発振器、１４…断熱性を有し、かつマイクロ波透
過性を有するブランケットとしての補助断熱壁、１５ａ
…断熱性を有し、かつマイクロ波透過性を有するブラン
ケットとしての外殻、１５ｂ…マイクロ波によって自己
発熱しうるブランケットとしての内殻、１６…焼成室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高山 定次 岐阜県多治見市星ヶ台３丁目11番地 岐阜 県セラミックス技術研究所 内 (72)発明者 水野 正敏 岐阜県多治見市星ヶ台３丁目11番地 岐阜 県セラミックス技術研究所 内 (72)発明者 尾畑 成造 岐阜県多治見市星ヶ台３丁目11番地 岐阜 県セラミックス技術研究所 内 (72)発明者 島田 忠 岐阜県多治見市星ヶ台３丁目11番地 岐阜 県セラミックス技術研究所 内 (72)発明者 平井 敏夫 岐阜県多治見市星ヶ台３丁目11番地 岐阜 県セラミックス技術研究所 内 Ｆターム(参考） 3K090 AA01 AB13 BA01 BA08 BB03 BB08 BB11 BB15 CA01 DA06 DA15 DA17 EB02 EB03 EB04 EB29 4K018 AA40 DA11 DA23 4K063 AA06 AA07 BA04 BA05 CA03 FA82
Claims (6)
- 【請求項１】 マイクロ波によって自己発熱しうるブラ
ンケットにより区画された焼成室と、その焼成室内に配
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。 - 【請求項２】 前記ブランケットが、ブランケットの内
側表面温度と被焼成体の表面温度との差分を補償するよ
うにマイクロ波によって自己発熱することを特徴とする
請求項１に記載の焼成炉。 - 【請求項３】 前記ブランケットを構成する材料の単位
体積当たりの発熱量が、被焼成体を構成する材料の単位
体積当たりの発熱量の２倍以下であることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の焼成炉。 - 【請求項４】 前記ブランケットを、断熱性を有し、か
つマイクロ波透過性を有する別のブランケットの内側に
設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
か一項に記載の焼成炉。 - 【請求項５】 マイクロ波によって自己発熱しうるブラ
ンケットにより区画された焼成室の内部に被焼成体を配
設し、マイクロ波発生手段により焼成室の外部から前記
被焼成体に対してマイクロ波を照射して被焼成体を焼成
する焼成体の製造方法であって、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体の製造方法。 - 【請求項６】 マイクロ波によって自己発熱しうるブラ
ンケットにより区画された焼成室の内部に被焼成体を配
設し、マイクロ波発生手段により焼成室の外部から前記
被焼成体に対してマイクロ波を照射して被焼成体を焼成
することにより得られる焼成体であって、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体。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000319416A JP3845777B2 (ja) | 2000-10-19 | 2000-10-19 | 焼成炉及び焼成体の製造方法 |
| KR10-2002-7017668A KR100497798B1 (ko) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | 소성로 |
| US10/312,492 US6891140B2 (en) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | Sintering furnace, method of manufacturing sintered objects, and sintered objects |
| EP01902669A EP1333012B1 (en) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | Burning furnace, burnt body producing method, and burnt body |
| PCT/JP2001/000620 WO2002032831A1 (fr) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | Fourneau de calcination, procédé de production de corps calciné, et corps calciné |
| CA002411114A CA2411114C (en) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | Burning furnace, burnt body producing method, and burnt body |
| CNB018117295A CN1250477C (zh) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | 烧结炉、制造烧结物的方法和烧结物 |
| AT01902669T ATE556038T1 (de) | 2000-10-19 | 2001-01-31 | Kalzinierungsofen, herstellung von kalzinierten körpern und kalzinierter körper |
| TW090102384A TW523497B (en) | 2000-10-19 | 2001-02-05 | Kiln, burned material, and its producing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000319416A JP3845777B2 (ja) | 2000-10-19 | 2000-10-19 | 焼成炉及び焼成体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002130960A true JP2002130960A (ja) | 2002-05-09 |
| JP3845777B2 JP3845777B2 (ja) | 2006-11-15 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000319416A Expired - Lifetime JP3845777B2 (ja) | 2000-10-19 | 2000-10-19 | 焼成炉及び焼成体の製造方法 |
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| Country | Link |
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004051469A (ja) * | 2002-07-24 | 2004-02-19 | Takasago Ind Co Ltd | マイクロ波加熱炉の操業方法および被加熱物の載置台 |
| JP2005203723A (ja) * | 2003-10-24 | 2005-07-28 | Kyocera Corp | ガラスセラミック基板およびその製造方法 |
| EP1585370A2 (en) | 2004-04-07 | 2005-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
| EP1587345A2 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
| JP2006046764A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Ibiden Co Ltd | 焼成炉 |
| JP2006147553A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-06-08 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
| WO2006103697A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-05 | Bharat Heavy Electricals Limited | Rapid and homogenous heat treatment of large metallic sample using high power microwaves |
| JP2006306698A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-11-09 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 黒鉛材料耐酸化処理炉および黒鉛材料の耐酸化処理方法 |
| US7223950B2 (en) | 2004-02-05 | 2007-05-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave burning furnace including heating element having two types of materials |
| WO2010090016A1 (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-12 | パナソニック株式会社 | マイクロ波焼成方法およびマイクロ波焼成炉 |
-
2000
- 2000-10-19 JP JP2000319416A patent/JP3845777B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US7315012B2 (en) | 2004-04-07 | 2008-01-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
| EP1585370A3 (en) * | 2004-04-07 | 2008-01-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
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| EP1587345A3 (en) * | 2004-04-16 | 2008-02-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
| US7217909B2 (en) | 2004-04-16 | 2007-05-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
| EP1587345A2 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave baking furnace |
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| JP2006147553A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-06-08 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
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| KR101203013B1 (ko) | 2009-02-06 | 2012-11-20 | 파나소닉 주식회사 | 마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로 |
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