JP2003212664A - 焼成体の製造方法及び焼成炉 - Google Patents

焼成体の製造方法及び焼成炉

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JP2003212664A
JP2003212664A JP2002007630A JP2002007630A JP2003212664A JP 2003212664 A JP2003212664 A JP 2003212664A JP 2002007630 A JP2002007630 A JP 2002007630A JP 2002007630 A JP2002007630 A JP 2002007630A JP 2003212664 A JP2003212664 A JP 2003212664A
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JP2002007630A
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Motoyasu Sato
元泰 佐藤
Sadaji Takayama
定次 高山
Masatoshi Mizuno
正敏 水野
Toshio Hirai
敏夫 平井
Nobuhisa Katou
布久 加藤
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Gifu Prefecture
Original Assignee
Gifu Prefecture
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼成体に熱歪みが生じるのを抑制することが
できる焼成体の製造方法及びそのための焼成炉を提供す
る。 【解決手段】 被焼成体10は、補助隔壁17によって
外側を包囲された状態で、主隔壁14により区画された
焼成室15内に配置され、マイクロ波によって焼成され
る。補助隔壁17は、焼成の過程で被焼成体10から除
去される物質又はそれとマイクロ波吸収特性が等価の物
質を含み焼成の過程で消失する性質を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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マイ
クロ波によって焼成して焼成体を製造する焼成体の製造
方法及びそのための焼成炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の焼成体の製造方法及び焼成炉と
しては、本発明者らが先に次のようなものを提案してい
る。すなわち、発熱層と該発熱層の外側を包囲する断熱
層とからなる隔壁により区画された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して被焼成体を焼
成する焼成体の製造方法及びそのための焼成炉である。
前記発熱層は被焼成体とほぼ等価なマイクロ波吸収特性
を有する材料から形成され、前記断熱層は断熱性及びマ
イクロ波透過性を有する材料から形成されている。
【0003】この焼成体の製造方法及び焼成炉によれ
ば、発熱層と被焼成体におけるマイクロ波による発熱量
がほぼ等しいため、被焼成体の表面と隔壁の内面との間
に熱平衡が成立する。このため、放射冷却によって被焼
成体に熱勾配が発生するの抑制することができ、前記熱
勾配に起因する熱歪みを小さくすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、被焼成体に
は通常バインダや水が含まれている。このバインダや水
は、被焼成体に含まれるその他の材料に比べてマイクロ
波吸収率が高く、また焼成の過程で加熱によって気化す
るなどして被焼成体から除去される。従って、焼成初
期、すなわち焼成開始後バインダや水が完全に除去され
るまでの間は、被焼成体に含まれるバインダや水がマイ
クロ波をよく吸収することから、発熱層に比べて被焼成
体の温度が高くなる傾向にある。それゆえ焼成初期に、
放射冷却により被焼成体において熱勾配が生じて熱歪み
が発生するおそれがあった。
【0005】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、焼成の過程で被焼成体から除去される物質
(バインダや水など)に起因して焼成体に熱歪みが生じ
るのを抑制することができる焼成体の製造方法及び焼成
炉を提供することにある。
【0006】
【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
己発熱する発熱層と該発熱層の外側を包囲する断熱性及
びマイクロ波透過性を有する断熱層とを含む主隔壁によ
り区画された焼成室内に配置される被焼成体に対してマ
イクロ波を照射して被焼成体を焼成する焼成体の製造方
法であって、焼成の過程で前記被焼成体から除去される
物質又はそれとマイクロ波吸収特性が等価の物質を含み
焼成の過程で消失する補助隔壁によって前記被焼成体の
外側を包囲して焼成することを要旨とする。
【0007】請求項2に記載の発明は、マイクロ波によ
って自己発熱する発熱層と該発熱層の外側を包囲する断
熱性及びマイクロ波透過性を有する断熱層とを含む主隔
壁により区画された焼成室を備え、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して被焼成体
を焼成する焼成炉であって、焼成の過程で前記被焼成体
から除去される物質又はそれとマイクロ波吸収特性が等
価の物質を含み焼成の過程で消失する補助隔壁によって
前記被焼成体の外側を包囲したことを要旨とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態について図1及び図2を参照して説明する。
【0009】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、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な
る被焼成体10を焼成して焼成体を製造するためのもの
である。
【0010】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の内面は、マイクロ波を反
射する材料で形成されている。前記マイクロ波を反射す
る材料の具体例としては、ステンレス鋼などの金属が挙
げられる。
【0011】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、0.9〜10GH
zがより好ましく、特に2.45GHzが好ましい。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2.45G
Hz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。
【0012】チャンバ11の内部には主隔壁14によっ
て区画された焼成室15がある。図2は、その焼成室1
5を示す概略平断面図である。焼成室15の容積は、
0.3〜0.6m3が好ましい。
【0013】前記主隔壁14は、発熱層14aと該発熱
層14aの外側を包囲する断熱層14bからなる二層構
造になっている。発熱層14aは、マイクロ波によって
自己発熱する材料で形成されている。前記マイクロ波に
よって自己発熱する材料の具体例としては、ムライト系
材料、窒化ケイ素系材料、アルミナなど、被焼成体10
とほぼ等価なマイクロ波吸収特性を有する材料が挙げら
れる。
【0014】一方、断熱層14bは、断熱性及びマイク
ロ波透過性を有する材料で形成されている。前記断熱性
及びマイクロ波透過性を有する材料の具体例としては、
アルミナファイバー、発泡アルミナなどが挙げられる。
【0015】図1に示すように、主隔壁14は、補助断
熱壁16によって外側を包囲されている。補助断熱壁1
6は、アルミナファイバー、発泡アルミナなどの断熱性
及びマイクロ波透過性を有する材料から形成されてい
る。この補助断熱壁16は、主隔壁14に対し所定のク
リアランスをもって設けられている。
【0016】ところで、焼成室15内に配置される被焼
成体10は、補助隔壁17によって外側を包囲された状
態で焼成される。補助隔壁17は、焼成の過程で被焼成
体10から除去される物質を含み焼成の過程で消失する
性質を有している。本例では、被焼成体10に含まれる
バインダ及び水を紙に含浸させたものを補助隔壁17と
して用いている。
【0017】また焼成炉は、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。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18と、回転軸18
に支持された攪拌羽根19と、攪拌羽根19を回転軸1
8を中心にして積極回転させる駆動モータ20とから構
成されている。
【0018】次に、上記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、
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15内に配置する。そして、マイクロ波発振器12
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、補助断熱壁
16及び断熱層14bを透過して発熱層14a、補助隔
壁17及び被焼成体10に吸収される。発熱層14a、
補助隔壁17及び被焼成体10に吸収されたマイクロ波
は熱エネルギーに変換され、その結果、発熱層14a、
補助隔壁17及び被焼成体10の温度が上昇する。
【0019】このとき、マイクロ波を吸収しやすいバイ
ンダ及び水を含んだ被焼成体10及び補助隔壁17は、
発熱層14aに比べて幾分速やかに昇温する。しかし、
被焼成体10と補助隔壁17についてはほぼ同じ速度で
昇温する。従って、焼成初期の段階、すなわち、焼成開
始後バインダ及び水が完全に除去されるまでの間は、被
焼成体10は補助隔壁17との間で熱平衡が保たれるこ
とになる。
【0020】焼成が進み温度がさらに上昇すると、被焼
成体10及び補助隔壁17に含まれる水が気化し、さら
には補助隔壁17を構成していた紙が焼失して補助隔壁
17が消失する。この段階では被焼成体10に含まれて
いた水は既に気化して除去されているので、被焼成体1
0と発熱層14aは温度がほぼ同一になり、被焼成体1
0は今度は発熱層14aとの間で熱平衡が保たれること
になる。
【0021】本実施形態によって得られる効果につい
て、以下に記載する。 ・ 被焼成体10は、焼成初期は補助隔壁17との間で
熱平衡を保ち、補助隔壁17の消失以降は発熱層14a
との間で熱平衡を保ちつつ焼成される。このため、焼成
の過程を通して放射冷却により被焼成体10において熱
勾配が生じるおそれは少なく、焼成体における熱歪みを
抑制することができる。すなわち、被焼成体10に含ま
れるバインダ及び水に起因する焼成体における熱歪みを
抑制することができる。
【0022】・ バインダ及び水を含浸させた紙によっ
て補助隔壁17を構成したことにより、極めて簡単な構
成でもって焼成体における熱歪みを抑制することができ
る。 ・ 攪拌羽根19等から構成されるマイクロ波攪拌手段
の働きでマイクロ波の反射方向が時間的に変化される結
果、チャンバ11内におけるマイクロ波の電界分布は一
様に近い状態となる。このため、焼成ムラを抑制してよ
り均一に焼成することが可能である。
【0023】尚、前記実施形態を次のように変更して構
成することもできる。 ・ 前記実施形態ではバインダ及び水を含浸させた紙に
よって補助隔壁17を構成したが、バインダのみを含浸
させた紙、あるいは水のみを含浸させた紙によって補助
隔壁17を構成するようにしてもよい。
【0024】・ バインダや水といった焼成の過程で被
焼成体10から除去される物質を保持するものは、前記
実施形態の紙に限定されるものでなく、焼成の過程で消
失し得るものであればよい。
【0025】・ 主隔壁14の内側表面にバインダや水
といった焼成の過程で被焼成体10から除去される物質
を含浸させて、これを前記実施形態の補助隔壁17に代
わるものとしてもよい。
【0026】・ 前記実施形態の補助隔壁17を、焼成
の過程で被焼成体10から除去される物質とマイクロ波
吸収特性が等価の物質を含む構成の補助隔壁に置き換え
てもよい。この場合も前記実施形態とほぼ同様の作用効
果を発揮することができる。
【0027】・ 前記実施形態ではそれぞれのマイクロ
波発振器12から出力されるマイクロ波の周波数がいず
れも同じ(2.45GHz)であったが、複数あるマイ
クロ波発振器12のうち一部の発振器12から出力され
るマイクロ波の周波数が他の発振器12から出力される
マイクロ波の周波数と異なってもよい。このように構成
すればチャンバ11内での定在波の発生を抑制すること
ができ、焼成ムラを抑制してより均一に焼成することが
できる。
【0028】・ 前記実施形態ではマイクロ波発振器1
2から出力されるマイクロ波の周波数が常に一定(2.
45GHz)で不変であったが、発振器12から出力さ
れるマイクロ波の周波数を時間的に変化させてもよい。
このように構成した場合も定在波の発生を抑制すること
ができ、焼成ムラを抑制してより均一に焼成することが
できる。
【0029】・ 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なる成形体を素焼きしたも
の、成形体に施釉をしたもの、あるいは成形体を素焼き
してさらに施釉したものを被焼成体10として用いるよ
うにしてもよい。
【0030】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。 ・ 前記発熱層を、前記被焼成体とほぼ等価なマイクロ
波吸収特性を有する材料で形成したことを特徴とする請
求項1に記載の焼成体の製造方法。このように構成すれ
ば、被焼成体と発熱層との間に熱平衡を容易に成立させ
ることができる。
【0031】・ 前記補助隔壁が、焼成の過程で前記被
焼成体から除去される物質又はそれとマイクロ波吸収特
性が等価の物質を紙に保持させたものである請求項1に
記載の焼成体の製造方法。このように構成すれば、焼成
の過程で被焼成体から除去される物質に起因する熱歪み
を、極めて簡単な構成でもって抑制することができる。
【0032】・ 前記補助隔壁が、焼成の過程で前記被
焼成体から除去される物質又はそれとマイクロ波吸収特
性が等価の物質を前記主隔壁の内側表面に保持させたも
のである請求項1に記載の焼成体の製造方法。このよう
に構成すれば、焼成の過程で被焼成体から除去される物
質に起因する熱歪みを、極めて簡単な構成でもって抑制
することができる。
【0033】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ため、次のような効果を奏する。請求項1及び請求項2
に記載の発明によれば、焼成体に熱歪みが生じるのを抑
制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態における焼成炉を示す概略平断面
図。
【図2】 焼成室を示す概略平断面図。
【符号の説明】
10…被焼成体、14…主隔壁、14a…発熱層、14
b…断熱層、15…焼成室、17…補助隔壁。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 6/80 C04B 35/64 F (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 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 (72)発明者 加藤 布久 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 BA03 BB01 PA03 PA04 4K063 AA06 BA04 BA05 CA03 FA82

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波によって自己発熱する発熱層
    と該発熱層の外側を包囲する断熱性及びマイクロ波透過
    性を有する断熱層とを含む主隔壁により区画された焼成
    室内に配置される被焼成体に対してマイクロ波を照射し
    て被焼成体を焼成する焼成体の製造方法であって、 焼成の過程で前記被焼成体から除去される物質又はそれ
    とマイクロ波吸収特性が等価の物質を含み焼成の過程で
    消失する補助隔壁によって前記被焼成体の外側を包囲し
    て焼成することを特徴とする焼成体の製造方法。
  2. 【請求項2】 マイクロ波によって自己発熱する発熱層
    と該発熱層の外側を包囲する断熱性及びマイクロ波透過
    性を有する断熱層とを含む主隔壁により区画された焼成
    室を備え、その焼成室内に配置される被焼成体に対して
    マイクロ波を照射して被焼成体を焼成する焼成炉であっ
    て、 焼成の過程で前記被焼成体から除去される物質又はそれ
    とマイクロ波吸収特性が等価の物質を含み焼成の過程で
    消失する補助隔壁によって前記被焼成体の外側を包囲し
    たことを特徴とする焼成炉。
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