JP2020167070A

JP2020167070A - Heating device and carbon fiber manufacturing device

Info

Publication number: JP2020167070A
Application number: JP2019067867A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　慶宜; Yoshinobu Suzuki; 慶宜鈴木; 章成中島; Akinari Nakajima
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP7261061B2

Abstract

To provide a heating device or the like capable of reducing mode disturbance in a circular waveguide type heating furnace.SOLUTION: A heating device X includes a heating tube 101 that heats a traveling precursor fiber Y and is composed of a circular waveguide and has a tube axis in the direction in which the precursor fiber Y travels, a microwave oscillator 201 that generates microwaves, a rectangular waveguide 203 connected to the microwave oscillator 201, and a coaxial tube 211 having an antenna function in which one end is connected to a rectangular waveguide 203 and the other end is connected to the heating tube 101 and emits microwaves into the tube.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マイクロ波を利用する加熱装置等に関する。 The present invention relates to a heating device or the like using microwaves.

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系繊維、レーヨン系繊維、セルロース系繊維及び、ピッチ系繊維等から製造された前駆体繊維を加熱して製造される。例えば、ポリアクリロニトリル系繊維から製造された前駆体繊維の加熱は、酸素を含む雰囲気中（耐炎化炉内）で加熱する耐炎化工程、耐炎化工程を経た繊維（以下、「耐炎繊維」という）を不活性雰囲気中（炭素化炉）で加熱する炭素化工程を経て行われる。なお、上記加熱は、繊維が、耐炎化炉及び炭素化炉を通過（走行）することで行われる。また、ここでの繊維は、フィラメントが複数本集まった束状をしている。
前駆体繊維を炭素化するための加熱として、従来の電気ヒータ以外に、マイクロ波を利用した装置等が提案されている（例えば特許文献１〜３）。
特許文献３に記載の装置（２００）は、「一端が閉塞した円筒導波管からなる筒状炉体（２７）であって、前記円筒導波管の前記一端に繊維導出口（２７ｂ）が形成されるとともに前記円筒導波管の他端に繊維導入口（２７ａ）が形成されてなる筒状炉体（２７）と、前記筒状炉体（２７）内にマイクロ波を導入するマイクロ波発振器（２１）と、一端が前記マイクロ波発振器（２１）側に接続され、他端が前記筒状炉体（２７）の一端に接続される接続導波管（２２）と、を含んでなる。」とされている。 The carbon fiber is produced by heating a precursor fiber produced from polyacrylonitrile-based fiber, rayon-based fiber, cellulosic-based fiber, pitch-based fiber and the like. For example, the heating of a precursor fiber produced from a polyacrylonitrile-based fiber is a fiber that has undergone a flame-resistant step and a flame-resistant step of heating in an atmosphere containing oxygen (in a flame-resistant furnace) (hereinafter referred to as "flame-resistant fiber"). Is heated in an inert atmosphere (carbonization furnace) through a carbonization step. The heating is performed by passing (running) the fibers through the flame-resistant furnace and the carbonization furnace. Further, the fibers here are in the form of a bundle in which a plurality of filaments are gathered.
In addition to the conventional electric heater, a device using microwaves and the like have been proposed as heating for carbonizing the precursor fiber (for example, Patent Documents 1 to 3).
The apparatus (200) described in Patent Document 3 is "a tubular furnace body (27) made of a cylindrical waveguide with one end closed, and a fiber outlet (27b) at the one end of the cylindrical waveguide. A tubular furnace body (27) formed with a fiber introduction port (27a) formed at the other end of the cylindrical waveguide, and a microwave for introducing microwaves into the tubular furnace body (27). It comprises an oscillator (21) and a connecting waveguide (22) having one end connected to the microwave oscillator (21) side and the other end connected to one end of the tubular furnace body (27). . ".

特許６０６３０４５号公報Japanese Patent No. 6063045 特開２０１６−１９５０２１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-195021 再表２０１５／１５２０１９号公報Re-table 2015/152019

しかしながら、特許文献３の技術において、マイクロ波発振器と筒状炉体とを接続導波管で接続し、接続導波管内でマイクロ波のモード変換が行われている。接続導波管内でモードの乱れが生じやすく、筒状炉体内で加熱ムラが生じる傾向にある。
本発明は、円形導波管タイプの加熱炉内におけるモードの乱れを少なくできる加熱装置及び炭素繊維の製造装置を提供することを目的とする。 However, in the technique of Patent Document 3, the microwave oscillator and the tubular furnace body are connected by a connecting waveguide, and the mode conversion of the microwave is performed in the connecting waveguide. Mode disturbance is likely to occur in the connected waveguide, and heating unevenness tends to occur in the tubular furnace.
An object of the present invention is to provide a heating device and a carbon fiber manufacturing device capable of reducing mode disturbance in a circular waveguide type heating furnace.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る加熱装置は、走行する前駆体繊維を加熱する加熱装置において、前記前駆体繊維が走行する方向に管軸を有する円形導波管からなる加熱管と、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、前記マイクロ波発振器に接続された方形導波管と、一端が前記方形導波管に接続され且つ他端が前記加熱管に接続されると共に管内にマイクロ波を放出するアンテナ機能を有する同軸管とを備える。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る炭素繊維の製造装置は、走行する前駆体繊維を加熱して炭素化する炭素繊維の製造装置において、前記前駆体繊維を加熱する加熱装置が上記の加熱装置である。 In order to achieve the above object, the heating device according to one aspect of the present invention comprises a circular waveguide having a tube axis in the direction in which the precursor fibers travel in the heating device for heating the traveling precursor fibers. A heating tube, a microwave oscillator that generates microwaves, a square waveguide connected to the microwave oscillator, one end connected to the square waveguide and the other end connected to the heating tube. A coaxial tube having an antenna function for emitting microwaves is provided in the tube.
In order to achieve the above object, the carbon fiber manufacturing apparatus according to one aspect of the present invention is a heating apparatus for heating the precursor fibers in the carbon fiber manufacturing apparatus for heating and carbonizing the traveling precursor fibers. Is the above-mentioned heating device.

本発明の一態様に係る加熱装置及び炭素繊維の製造装置は、方形導波管と加熱管との接続に同軸管を用いているため、加熱管内でのモードの乱れを少なくできる。 Since the heating device and the carbon fiber manufacturing device according to one aspect of the present invention use a coaxial tube for connecting the rectangular waveguide and the heating tube, the mode disturbance in the heating tube can be reduced.

実施形態に係る加熱装置の概略図である。It is the schematic of the heating apparatus which concerns on embodiment. マイクロ波漏洩対策管を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。It is a figure which shows the microwave leakage countermeasure tube, (a) is a perspective view, and (b) is a sectional view. 加熱管内の電界・磁界の分布を示す図であり、（ａ）は加熱管の管軸と直交する方向から見た断面図であり、（ｂ）は加熱管の管軸方向から見た図である。It is a figure which shows the distribution of the electric field and the magnetic field in a heating tube, (a) is a sectional view seen from the direction orthogonal to the tube axis of a heating tube, and (b) is a view seen from the tube axis direction of a heating tube. is there. 電界調整機構による電界磁界強度の分布の変化の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the change of the distribution of the electric field magnetic field strength by the electric field adjustment mechanism. 炭素繊維の製造工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing process of carbon fiber. 加熱管内を示す概略図である。It is the schematic which shows the inside of a heating tube. 比較例の加熱装置の概略図である。It is the schematic of the heating device of the comparative example. 加熱管内の２本の前駆体繊維の温度を示す図であり、（ａ）は実施例１の解析結果であり、（ｂ）は比較例の解析結果である。It is a figure which shows the temperature of two precursor fibers in a heating tube, (a) is the analysis result of Example 1, and (b) is the analysis result of a comparative example. 加熱管内の２本の前駆体繊維の電界強度を示す図であり、（ａ）は実施例１の解析結果であり、（ｂ）は比較例の解析結果である。It is a figure which shows the electric field strength of two precursor fibers in a heating tube, (a) is the analysis result of Example 1, and (b) is the analysis result of the comparative example. 加熱管内の電界強度の分布を示す図であり、（ａ）は実施例１の解析結果であり、（ｂ）は比較例の解析結果である。It is a figure which shows the distribution of the electric field strength in a heating tube, (a) is the analysis result of Example 1, and (b) is the analysis result of a comparative example. 電界調整機構による電界強度と繊維表面温度の変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the electric field strength and the fiber surface temperature by the electric field adjustment mechanism. マイクロ波漏洩対策管の別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the microwave leakage countermeasure tube.

＜概要＞
本実施形態の一態様に係る加熱装置は、走行する前駆体繊維を加熱する加熱装置において、前記前駆体繊維が走行する方向に管軸を有する円形導波管からなる加熱管と、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、前記マイクロ波発振器に接続された方形導波管と、一端が前記方形導波管に接続され且つ他端が前記加熱管に接続されると共に管内にマイクロ波を放出するアンテナ機能を有する同軸管とを備える。
なお、同軸管の一端は、同じ断面形状の連結管を介して方形導波管と接続されてもよいし、導波管におけるマイクロ波発振器と反対側端部を塞いだ方形導波管と接続されてもよい。
本実施形態の別態様に係る加熱装置において、前記加熱管内のマイクロ波のモードがＴＭモードである。これにより、前駆体繊維を同心円上の位置又は同心円上に近い位置で走行させることにより、前駆体繊維を均等に加熱できる。
本実施形態の別態様に係る加熱装置において、前記加熱管内の電界密度分布を調節する電界調整機構を備える。これにより、前駆体繊維の加熱条件を容易に変更（調整）できる。 <Overview>
The heating device according to one aspect of the present embodiment is a heating device for heating a traveling precursor fiber, in which a heating tube made of a circular waveguide having a tube axis in the direction in which the precursor fiber travels and a microwave are used. The generated microwave oscillator, the square waveguide connected to the microwave oscillator, one end connected to the square waveguide and the other end connected to the heating tube, and the microwave is emitted into the tube. It is equipped with a coaxial tube having an antenna function.
One end of the coaxial tube may be connected to a square waveguide via a connecting tube having the same cross-sectional shape, or may be connected to a square waveguide whose end opposite to the microwave oscillator in the waveguide is closed. May be done.
In the heating device according to another aspect of the present embodiment, the mode of the microwave in the heating tube is the TM mode. As a result, the precursor fibers can be heated evenly by running the precursor fibers at a position on the concentric circles or a position close to the concentric circles.
The heating device according to another aspect of the present embodiment includes an electric field adjusting mechanism for adjusting the electric field density distribution in the heating tube. Thereby, the heating conditions of the precursor fibers can be easily changed (adjusted).

本実施形態の別態様に係る加熱装置において、前記電界調整機構は、前記加熱管内のマイクロ波が伝播する円筒内空間の径方向の寸法を調節可能とされている。これにより、容易に電界調整機構を容易に実施できる。
本実施形態の別態様に係る加熱装置において、前記前駆体繊維は、前記加熱管の管軸から半径方向に半径の３０％〜９５％の間の領域を走行する。これにより、電界調整機構を有効に機能させることができる。
本実施形態の別態様に係る加熱装置において、前記電界調整機構を前記加熱管の管軸方向に沿って複数個ある。これにより、走行する前駆体繊維の状態変化に合わせて加熱条件を調整できる。
本実施形態の別態様に係る加熱装置において、前記管軸方向に沿って複数個ある電界調整機構は、前記加熱管内に形成される定在波の１／２周期間隔で設けられている。これにより、マイクロ波のモードを満たすことなく、電界調整機構を設けることができる。 In the heating device according to another aspect of the present embodiment, the electric field adjusting mechanism is capable of adjusting the radial dimension of the space inside the cylinder through which microwaves propagate in the heating tube. As a result, the electric field adjusting mechanism can be easily implemented.
In the heating device according to another aspect of the present embodiment, the precursor fiber runs in a region between 30% and 95% of the radius in the radial direction from the tube axis of the heating tube. As a result, the electric field adjustment mechanism can function effectively.
In the heating device according to another aspect of the present embodiment, there are a plurality of the electric field adjusting mechanisms along the tube axis direction of the heating tube. As a result, the heating conditions can be adjusted according to the state change of the traveling precursor fiber.
In the heating device according to another aspect of the present embodiment, a plurality of electric field adjusting mechanisms along the tube axis direction are provided at intervals of 1/2 period of the standing wave formed in the heating tube. As a result, the electric field adjustment mechanism can be provided without satisfying the microwave mode.

本実施形態の一態様の係る加熱装置は、走行する前駆体繊維をマイクロ波により加熱する加熱装置において、前記前駆体繊維が走行する方向に管軸を有する加熱管と、前記加熱管における前記前駆体繊維の導出口に設けられ且つ前記前駆体繊維の走行方向に沿って拡径する多段筒状体とを備える。これによりマイクロ波が前駆体繊維の導出口から漏洩するのを抑制できる。
本発明の一態様に係る炭素繊維の製造装置は、走行する前駆体繊維を加熱して炭素化する炭素繊維の製造装置において、前記前駆体繊維を加熱する加熱装置が上記の加熱装置である。 The heating device according to one aspect of the present embodiment is a heating device that heats traveling precursor fibers by microwaves, in which a heating tube having a tube axis in the direction in which the precursor fibers travel and the precursor in the heating tube. It is provided with a multi-stage tubular body provided at the outlet of the body fiber and whose diameter is expanded along the traveling direction of the precursor fiber. As a result, it is possible to suppress the leakage of microwaves from the outlet of the precursor fiber.
The carbon fiber manufacturing apparatus according to one aspect of the present invention is a carbon fiber manufacturing apparatus that heats a traveling precursor fiber to carbonize, and the heating apparatus that heats the precursor fiber is the above-mentioned heating apparatus.

＜実施形態１＞
以下、加熱対象物が炭素繊維の前駆体繊維である場合を説明する。
１．加熱装置
図１は加熱装置Ｘの概略図である。
加熱装置Ｘは、加熱部１００とマイクロ波導入部２００とを有している。なお、前駆体繊維Ｙは加熱部１００内を走行することで加熱される。 <Embodiment 1>
Hereinafter, a case where the object to be heated is a precursor fiber of carbon fiber will be described.
1. 1. Heating device FIG. 1 is a schematic view of a heating device X.
The heating device X has a heating unit 100 and a microwave introduction unit 200. The precursor fiber Y is heated by running in the heating unit 100.

（１）加熱部
加熱部１００は加熱管１０１を備える。ここでの加熱管１０１は円形導波管が利用されている。加熱部１００は前駆体繊維Ｙ用の導入口と導出口とを有している。導入口は加熱管１０１の管軸方向の一端に、導出口は加熱管１０１の管軸方向の他端に、それぞれ設けられている。
加熱部１００は可変短絡板１０３を加熱管１０１の他端に有している。可変短絡板１０３は加熱管１０１の一端側から進行してきたマイクロ波を一端側に向けて反射させる。可変短絡板１０３は管軸方向に移動可能であり、マイクロ波の波長に合わせて移動させることで、加熱管１０１内に定在波を発生させる。これにより前駆体繊維Ｙを効率よく加熱できる。 (1) Heating unit The heating unit 100 includes a heating tube 101. As the heating tube 101 here, a circular waveguide is used. The heating unit 100 has an introduction port and an outlet for the precursor fiber Y. The introduction port is provided at one end of the heating tube 101 in the tube axis direction, and the outlet is provided at the other end of the heating tube 101 in the tube axis direction.
The heating unit 100 has a variable short-circuit plate 103 at the other end of the heating tube 101. The variable short-circuit plate 103 reflects the microwave traveling from one end side of the heating tube 101 toward one end side. The variable short-circuit plate 103 is movable in the tube axis direction, and by moving it according to the wavelength of the microwave, a standing wave is generated in the heating tube 101. As a result, the precursor fiber Y can be efficiently heated.

加熱部１００は、加熱管１０１の内部に不活性ガスを供給する供給管１０５と、前駆体繊維Ｙから発生したガスを排出する排出管１０７とを有する。不活性ガスとして、例えば、窒素を利用できる他、アルゴン等を利用できる。
加熱部１００は、加熱管１０１の他端の導出口にマイクロ波漏洩対策管１３０を有している。マイクロ波漏洩対策管１３０は導出口からマイクロ波が漏洩するのを対策する。 The heating unit 100 includes a supply pipe 105 for supplying the inert gas inside the heating pipe 101, and a discharge pipe 107 for discharging the gas generated from the precursor fiber Y. As the inert gas, for example, nitrogen can be used, or argon or the like can be used.
The heating unit 100 has a microwave leakage countermeasure tube 130 at the outlet at the other end of the heating tube 101. The microwave leakage countermeasure pipe 130 takes measures against the leakage of microwaves from the outlet.

マイクロ波漏洩対策管１３０は、図２に示すように、有蓋多段筒状体１３１と磁性体１３３とを備える。有蓋多段筒状体１３１は、ここでは、有蓋筒状部１３５と、筒状部１３７とを筒軸方向に連結して備える。有蓋筒状部１３５は、有蓋多段筒状体１３１における加熱管１０１と反対側に位置し、磁性体１３３を収容する。
有蓋筒状部１３５は筒状部１３７の直径よりも大きい。有蓋筒状部１３５の蓋部分には前駆体繊維Ｙ用の貫通孔１３５ａが設けられている。なお、有蓋筒状部１３５及び筒状部１３７の横断面形状は円形状をしている。 As shown in FIG. 2, the microwave leakage countermeasure tube 130 includes a covered multi-stage tubular body 131 and a magnetic body 133. Here, the covered multi-stage tubular body 131 includes a covered tubular portion 135 and a tubular portion 137 connected in the tubular axial direction. The covered tubular portion 135 is located on the side opposite to the heating tube 101 in the covered multi-stage tubular body 131, and accommodates the magnetic body 133.
The covered tubular portion 135 is larger than the diameter of the tubular portion 137. A through hole 135a for the precursor fiber Y is provided in the lid portion of the covered tubular portion 135. The cross-sectional shape of the covered tubular portion 135 and the tubular portion 137 is circular.

磁性体１３３は、例えば、フェライトコア等を利用できる。磁性体１３３は、円柱状をし、軸部分に前駆体繊維Ｙ用の貫通孔１３３ａを有している。磁性体１３３は、筒状部１３７内を進行してきたマイクロ波を吸収する。
なお、有蓋多段筒状体１３１は、２以上の筒状部を有すればよく、２段に限定されるものではない。 As the magnetic material 133, for example, a ferrite core or the like can be used. The magnetic material 133 has a columnar shape and has a through hole 133a for the precursor fiber Y in the shaft portion. The magnetic material 133 absorbs microwaves traveling in the tubular portion 137.
The covered multi-stage tubular body 131 may have two or more tubular portions, and is not limited to two stages.

加熱部１００は、図１に示すように、加熱管１０１の内部の電界密度分布を調節する電界調整機構１２０を備える。電界調整機構１２０は、マイクロ波が伝播する伝播空間（ここでは円形導波管（円筒）の内部空間であり、円筒内空間とする）の径方向（半径方向）の寸法を調節することで行われる。具体的には、電界調整機構１２０は、加熱管１０１に対して径方向に挿抜自在に支持された棒状部１２１と、棒状部１２１における加熱管１０１の内部に位置する端部に設けられた板状部１２３とを有する。なお、棒状部１２１を位置固定する図外の固定手段が設けられている。
板状部１２３は、図１に示すように管軸と直交する方向から見ると管軸と平行に延伸し、図３の（ｂ）に示すように管軸方向から見ると管軸を中心とする円弧状をしている。 As shown in FIG. 1, the heating unit 100 includes an electric field adjusting mechanism 120 that adjusts the electric field density distribution inside the heating tube 101. The electric field adjustment mechanism 120 adjusts the radial (radial direction) dimension of the propagation space in which microwaves propagate (here, the internal space of a circular waveguide (cylinder), which is the space inside the cylinder). Will be Specifically, the electric field adjusting mechanism 120 includes a rod-shaped portion 121 that is radially supported by the heating tube 101 and a plate provided at an end portion of the rod-shaped portion 121 that is located inside the heating tube 101. It has a shape portion 123. A fixing means (not shown) for fixing the position of the rod-shaped portion 121 is provided.
As shown in FIG. 1, the plate-shaped portion 123 extends parallel to the tube axis when viewed from the direction orthogonal to the tube axis, and as shown in FIG. 3B, the plate-shaped portion 123 is centered on the tube axis when viewed from the tube axis direction. It has an arc shape.

板状部１２３における管軸方向の長さは、加熱管１０１内のマイクロ波の定在波の波長（管内波長）の１／２波長の自然数倍に略等しい。
電界調整機構１２０は、図１に示すように軸方向に沿って多段（例えば３段）あり、図３の（ｂ）に示すように周方向に４個ある。なお、電界調整機構１２０の個数は、加熱管１０１の全長、直径の他、前駆体繊維Ｙの投入本数等により適宜決定される。なお、板状部１２３はアルミニウム等の金属材料を利用することができる。 The length of the plate-shaped portion 123 in the tube axis direction is substantially equal to a natural number multiple of 1/2 wavelength of the standing wave wavelength (tube wavelength) of the microwave in the heating tube 101.
The electric field adjusting mechanism 120 has a plurality of stages (for example, three stages) along the axial direction as shown in FIG. 1, and four electric field adjusting mechanisms 120 in the circumferential direction as shown in FIG. 3 (b). The number of electric field adjusting mechanisms 120 is appropriately determined by the total length and diameter of the heating tube 101, the number of precursor fibers Y charged, and the like. A metal material such as aluminum can be used for the plate-shaped portion 123.

（２）マイクロ波導入部
マイクロ波導入部２００は、マイクロ波発振器２０１、方形導波管（以下、単に「導波管」とする）２０３、アイソレータ２０５、ＥＨチューナー２０７、連結管２０９及び同軸管２１１を備える。
マイクロ波発振器２０１で発生したマイクロ波は、導波管２０３を経由して同軸管２１１から加熱管１０１の内部へと伝送される。
マイクロ波発振器２０１は、例えば、クライストロン及びマグネトロン等のマイクロ波電子管や、ダイオード等を利用したマイクロ波半導体素子等を利用することができる。マイクロ波発振器２０１の出力は、加熱管１０１の内部を走行する前駆体繊維Ｙの本数、速度、加熱温度等により適宜選択できる。 (2) Microwave introduction unit The microwave introduction unit 200 includes a microwave oscillator 201, a square waveguide (hereinafter, simply referred to as “waveguide”) 203, an isolator 205, an EH tuner 207, a connecting tube 209, and a coaxial tube. It includes 211.
The microwave generated by the microwave oscillator 201 is transmitted from the coaxial tube 211 to the inside of the heating tube 101 via the waveguide 203.
As the microwave oscillator 201, for example, a microwave electron tube such as a klystron or a magnetron, a microwave semiconductor element using a diode or the like can be used. The output of the microwave oscillator 201 can be appropriately selected depending on the number of precursor fibers Y running inside the heating tube 101, the speed, the heating temperature, and the like.

導波管２０３の一端にはマイクロ波発振器２０１が接続される。導波管２０３の他端には連結管２０９が接続される。ここでの導波管２０３は方形導波管であり、当該導波管２０３内を伝播するマイクロ波はＴＥモードである。
導波管２０３には、アイソレータ２０５とＥＨチューナー２０７とが設けられている。アイソレータ２０５は、導波管２０３の他端（連結管２０９側の可変短絡板２１３）で反射してきたマイクロ波によって、マイクロ波発振器２０１が破損するのを防止するものである。ＥＨチューナー２０７は、導波管２０３内のインピーダンス整合を調整するためのものである。なお、連結管２０９の可変短絡板２１３とＥＨチューナー２０７とにより導波管２０３内に定在波が形成される。これにより加熱管１０１へのマイクロ波の伝送が効率よく行われる。 A microwave oscillator 201 is connected to one end of the waveguide 203. A connecting tube 209 is connected to the other end of the waveguide 203. The waveguide 203 here is a rectangular waveguide, and the microwave propagating in the waveguide 203 is in TE mode.
The waveguide 203 is provided with an isolator 205 and an EH tuner 207. The isolator 205 prevents the microwave oscillator 201 from being damaged by the microwave reflected by the other end of the waveguide 203 (the variable short-circuit plate 213 on the connecting tube 209 side). The EH tuner 207 is for adjusting the impedance matching in the waveguide 203. A standing wave is formed in the waveguide 203 by the variable short-circuit plate 213 of the connecting tube 209 and the EH tuner 207. As a result, microwaves are efficiently transmitted to the heating tube 101.

連結管２０９は、所謂、同軸導波管変換器であり、他端に可変短絡板２１３を有する方形導波管とコネクタとを備える。連結管２０９の方形導波管の他端は導波管２０３に接続され、連結管２０９のコネクタは同軸管２１１に接続される。 The connecting tube 209 is a so-called coaxial waveguide converter, and includes a rectangular waveguide having a variable short-circuit plate 213 at the other end and a connector. The other end of the rectangular waveguide of the connecting tube 209 is connected to the waveguide 203, and the connector of the connecting tube 209 is connected to the coaxial tube 211.

同軸管２１１は、導波管２０３の内部を伝播するＴＥモード（ＴＥ０１）のマイクロ波（定在波）をＴＭモード（ＴＭ０１）に変換して加熱管（円形導波管）１０１の内部へと伝送させる。同軸管２１１におけるコネクタと接続される側と反対側は、加熱管１０１の内部へと先端部２１１ａが延出するように加熱管１０１に接続されている。これにより、同軸管２１１の先端部２１１ａは、マイクロ波を放出するアンテナとして機能する。 The coaxial tube 211 converts the microwave (standing wave) of the TE mode (TE01) propagating inside the waveguide 203 into the TM mode (TM01) into the inside of the heating tube (circular waveguide) 101. To transmit. The side of the coaxial tube 211 opposite to the side connected to the connector is connected to the heating tube 101 so that the tip portion 211a extends into the inside of the heating tube 101. As a result, the tip portion 211a of the coaxial tube 211 functions as an antenna that emits microwaves.

（３）加熱管内の電界分布及び磁気分布
（３−１）電界分布
加熱管１０１内のマイクロ波の電界分布は、図３の（ｂ）の実線で示すように、加熱管（円形導波管）１０１の径方向に分布し、図３の（ａ）に示すように、加熱管１０１の管壁から管軸に向かい、その後に管軸に沿って進行し、その後、管壁に向かう。つまり、管壁から「Ｕ」字状に管軸側に張り出すように分布する。管壁から出て、管壁に戻るまでの管軸方向の長さは、管内波長の１／２である。
加熱管１０１内のマイクロ波の磁界分布は、図３の（ｂ）の破線で示すように、電界成分と直交するように周方向に分布する。 (3) Electric field distribution and magnetic distribution in the heating tube (3-1) Electric field distribution The electric field distribution of the microwave in the heating tube 101 is a heating tube (circular waveguide) as shown by the solid line in FIG. 3B. ) 101 is distributed in the radial direction, and as shown in FIG. 3A, it goes from the tube wall of the heating tube 101 toward the tube axis, then proceeds along the tube axis, and then toward the tube wall. That is, it is distributed so as to project from the pipe wall toward the pipe shaft side in a "U" shape. The length in the tube axial direction from the tube wall to the tube wall is 1/2 of the wavelength in the tube.
The magnetic field distribution of the microwave in the heating tube 101 is distributed in the circumferential direction so as to be orthogonal to the electric field component, as shown by the broken line in FIG. 3B.

図４は、加熱管１０１における管軸方向に並設する２個の電界調整機構１２０の電界強度及び磁界強度の分布を示している。電界強度及び磁界強度は管軸の延伸する方向（図では上方）が「＋」側である。また、上側の電界調整機構１２０（板状部１２３）と下側の電界調整機構１２０（板状部１２３）の強度の違いが分かるように強度が「０」の横軸を各板状部１２３の下端に一致させている。なお、電界強度及び磁界強度は、電界調整機構１２０における管軸方向の中央部位での分布である。 FIG. 4 shows the distribution of the electric field strength and the magnetic field strength of the two electric field adjusting mechanisms 120 arranged side by side in the tube axis direction in the heating tube 101. The electric field strength and the magnetic field strength are on the "+" side in the direction in which the tube shaft extends (upper in the figure). Further, each plate-shaped portion 123 has a horizontal axis of "0" so that the difference in strength between the upper electric field adjusting mechanism 120 (plate-shaped portion 123) and the lower electric field adjusting mechanism 120 (plate-shaped portion 123) can be seen. Matches the bottom edge of. The electric field strength and the magnetic field strength are distributions at the central portion in the tube axis direction in the electric field adjusting mechanism 120.

電界強度に関しては、図４の実線で示すように、管軸に近いほど高く、管軸から離れるほど低くなっている。磁界強度に関しては、図４の破線で示すように、管軸に近いほど低く、管軸から離れるほど高くなっている。 As shown by the solid line in FIG. 4, the electric field strength is higher as it is closer to the tube axis and lower as it is farther from the tube axis. As shown by the broken line in FIG. 4, the magnetic field strength is lower as it is closer to the tube axis and higher as it is farther from the tube axis.

２．電界調整機構
電界調整機構１２０による電界の調整は、マイクロ波が伝播する円筒内空間を形成する円筒の内周面の直径を変化させることで行われる。具体的には、板状部が円筒内空間の管軸と直交する方向、つまり、径方向に移動することで行われる。
板状部１２３が管軸に近づくと、マイクロ波が伝播している円筒内空間の直径が小さくなり、電界密度及び磁束密度が高まり、電界強度及び磁界強度が高くなる。逆に、板状部１２３が管軸から離れると、円筒内空間の直径が大きくなり、電界密度及び磁束密度が低くなり、電界強度及び磁界強度が低くなる。 2. Electric field adjustment mechanism The electric field adjustment mechanism 120 adjusts the electric field by changing the diameter of the inner peripheral surface of the cylinder forming the space inside the cylinder through which microwaves propagate. Specifically, it is performed by moving the plate-shaped portion in the direction orthogonal to the tube axis of the space inside the cylinder, that is, in the radial direction.
When the plate-shaped portion 123 approaches the tube axis, the diameter of the space inside the cylinder in which the microwave is propagating becomes smaller, the electric field density and the magnetic flux density increase, and the electric field strength and the magnetic field strength increase. On the contrary, when the plate-shaped portion 123 is separated from the tube axis, the diameter of the space inside the cylinder becomes large, the electric field density and the magnetic flux density become low, and the electric field strength and the magnetic field strength become low.

図４を用いて、板状部１２３が管軸に近づいた状態を説明する。
ここでは、上の板状部１２３が下の板状部１２３よりも管軸に近づいた状態を示している。なお、上の板状部１２３を基準にすると、下側の板状部１２３が上の板状部１２３よりも管軸から離れた状態である。
下側の板状部１２３において、電界強度は、管軸から径方向に移るにしたがって低くなっている。一方、磁界強度は、管軸から径方向に移るにしたがって高くなっている。 A state in which the plate-shaped portion 123 approaches the pipe axis will be described with reference to FIG.
Here, the upper plate-shaped portion 123 shows a state closer to the pipe axis than the lower plate-shaped portion 123. In addition, based on the upper plate-shaped portion 123, the lower plate-shaped portion 123 is in a state of being farther from the pipe axis than the upper plate-shaped portion 123.
In the lower plate-shaped portion 123, the electric field strength decreases as it moves from the tube axis in the radial direction. On the other hand, the magnetic field strength increases as it moves from the tube axis in the radial direction.

上側の板状部１２３は、下側の板状部１２３よりも管軸に近いため、下側の板状部１２３に対して電界密度及び磁束密度が高くなる。これにより、電界強度と磁界強度が下側の板状部１２３の電界強度と磁界強度よりも大きくなる。なお、上側の板状部１２３では、管軸との距離が小さくなり、強度は高くなるが、マイクロ波のエネルギとしては下側の板状部１２３と同じである。
このように板状部１２３が管軸に近づくことにより、上側の板状部１２３の強度分布が下側の板状部１２３の強度分布に対して偏平な状態となる。つまり、管軸方向の中央周辺では、電界強度の高い領域が広くなると共に磁界強度の低い領域も広くなる。 Since the upper plate-shaped portion 123 is closer to the pipe axis than the lower plate-shaped portion 123, the electric field density and the magnetic flux density are higher than those of the lower plate-shaped portion 123. As a result, the electric field strength and the magnetic field strength become larger than the electric field strength and the magnetic field strength of the lower plate-shaped portion 123. The upper plate-shaped portion 123 has a smaller distance from the tube shaft and a higher intensity, but the microwave energy is the same as that of the lower plate-shaped portion 123.
As the plate-shaped portion 123 approaches the pipe axis in this way, the strength distribution of the upper plate-shaped portion 123 becomes flat with respect to the strength distribution of the lower plate-shaped portion 123. That is, in the vicinity of the center in the tube axis direction, the region where the electric field strength is high becomes wide and the region where the magnetic field strength is low becomes wide.

上側の板状部１２３が管軸に近づくことで、電界・磁界とも円筒内空間が小さくなり、高密度となると共に、電界強度と磁界強度とが同じになる位置（電界強度の分布線と磁界強度の分布線と交点）が管軸側へ移動する。
図４において、前駆体繊維Ｙは管軸と平行に走行している。前駆体繊維Ｙは、下側の板状部１２３では電界強度が磁界強度よりも強い強電界領域内を走行し、上側の板状部１２３では磁界強度が電界強度よりも強い強磁界領域内を走行する。
なお、強電界領域での加熱モードは電界加熱が主となり、強磁界領域で加熱モードは磁界加熱が主となる。
このように、電界調整機構１２０の板状部１２３の径方向の移動により、電界及び磁界の強度分布が変わり、前駆体繊維Ｙの位置によっては加熱モードが変わる。 As the upper plate-shaped portion 123 approaches the tube axis, the space inside the cylinder becomes smaller in both the electric field and the magnetic field, and the density becomes high, and the position where the electric field strength and the magnetic field strength become the same (the distribution line of the electric field strength and the magnetic field). The intensity distribution line and intersection) move to the tube axis side.
In FIG. 4, the precursor fiber Y runs parallel to the tube axis. The precursor fiber Y runs in a strong electric field region in which the electric field strength is stronger than the magnetic field strength in the lower plate-shaped portion 123, and in the strong magnetic field region in which the magnetic field strength is stronger than the magnetic field strength in the upper plate-shaped portion 123. Run.
The heating mode in the strong electric field region is mainly electric field heating, and the heating mode in the strong magnetic field region is mainly magnetic field heating.
In this way, the radial movement of the plate-shaped portion 123 of the electric field adjusting mechanism 120 changes the intensity distribution of the electric field and the magnetic field, and the heating mode changes depending on the position of the precursor fiber Y.

したがって、加熱により前駆体繊維Ｙの性質が変移するような場合、例えば、絶縁性の前駆体繊維Ｙを電界加熱し、当該前駆体繊維Ｙが加熱により導電性を有するように変移する場合、前駆体繊維Ｙの走行方向の途中で電界調整機構１２０を利用して電界加熱から磁界加熱へと移行できる。この場合、前駆体繊維Ｙを磁界加熱させたい円筒内空間（ここでは、上側の板状部１２３である）の半径の１／２よりも板状部１２３側を走行するように前駆体繊維Ｙと投入すればよい。
逆に、電界加熱から磁界加熱に変更する必要がない場合、前駆体繊維Ｙを電界加熱させたい円筒内空間（ここでは、上側の板状部１２３である）の半径の１／２よりも管軸側を走行するように前駆体繊維Ｙと投入すればよい。 Therefore, when the properties of the precursor fiber Y are changed by heating, for example, when the insulating precursor fiber Y is electrically heated and the precursor fiber Y is changed to have conductivity by heating, the precursor The electric field adjusting mechanism 120 can be used in the middle of the traveling direction of the body fiber Y to shift from electric field heating to magnetic field heating. In this case, the precursor fiber Y runs on the plate-shaped portion 123 side rather than 1/2 of the radius of the space inside the cylinder (here, the upper plate-shaped portion 123) for which the precursor fiber Y is to be magnetically heated. Just put it in.
On the contrary, when it is not necessary to change from electric field heating to magnetic field heating, the tube is smaller than 1/2 of the radius of the space inside the cylinder (here, the upper plate-shaped portion 123) in which the precursor fiber Y is to be electric-heated. The precursor fiber Y may be charged so as to run on the shaft side.

＜実施形態２＞
１．全体
以下、マイクロ波加熱を利用した炭素繊維の製造装置及び方法について図５を用いて説明する。
炭素繊維はプリカーサを用いて製造される。１本のプリカーサは、複数本、例えば、２４，０００本のフィラメントが束になったものである。 <Embodiment 2>
1. 1. Overall The carbon fiber manufacturing apparatus and method using microwave heating will be described below with reference to FIG.
Carbon fiber is manufactured using a precursor. One precursor is a bundle of a plurality of filaments, for example, 24,000 filaments.

プリカーサ１ａは、アクリロニトリルを９０質量％以上含有する単量体を重合した紡糸溶液を湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法において紡糸した後、水洗・乾燥・延伸して得られる。なお、共重合する単量体としては、アクリル酸アルキル、メタクリル酸アルキル、アクリル酸、アクリルアミド、イタコン酸、マレイン酸等が利用される。
通常、プリカーサ１ａを製造する速さと、プリカーサ１ａを炭素化して炭素繊維を製造する速さが異なる。このため、製造されたプリカーサ１ａは、一旦、カートンに収容されたり、ボビンに巻き取られたりする。 The precursor 1a is obtained by spinning a spinning solution obtained by polymerizing a monomer containing 90% by mass or more of acrylonitrile by a wet spinning method or a dry wet spinning method, and then washing, drying and stretching. As the copolymerizable monomer, alkyl acrylate, alkyl methacrylate, acrylic acid, acrylamide, itaconic acid, maleic acid and the like are used.
Usually, the speed at which the precursor 1a is produced and the speed at which the precursor 1a is carbonized to produce carbon fibers are different. Therefore, the manufactured precursor 1a is once housed in a carton or wound up on a bobbin.

プリカーサ１ａは、例えばボビン３０から引き出され、下流側に向かって走行し、その途中で、各種の処理がなされて、炭素繊維１ｇとしてボビン３９に巻き取られる。
炭素繊維１ｇは、プリカーサ１ａを耐炎化する耐炎化工程と、耐炎化された繊維（以下、「耐炎繊維」という）１ｂを延伸させながら炭素化する炭素化工程と、炭素化された繊維１ｄの表面を改善する表面処理工程と、表面が改善された繊維１ｅに樹脂を付着させるサイジング工程と、樹脂が付着した繊維１ｆを乾燥させる乾燥工程とを経て製造される。 The precursor 1a is drawn from, for example, the bobbin 30 and travels toward the downstream side, and on the way, various treatments are performed and the precursor 1a is wound up on the bobbin 39 as 1 g of carbon fiber.
The carbon fiber 1g includes a flame-resistant step of making the precursor 1a flame-resistant, a carbonization step of carbonizing the flame-resistant fiber (hereinafter referred to as “flame-resistant fiber”) 1b while stretching it, and carbonized fiber 1d. It is manufactured through a surface treatment step of improving the surface, a sizing step of attaching a resin to the fiber 1e having an improved surface, and a drying step of drying the fiber 1f to which the resin is attached.

乾燥された繊維１ｇは、炭素繊維１ｇとしてボビン３９に巻き取られる。なお、各工程を終えた繊維を、例えば耐炎繊維１ｂのように、区別しているが、単に「繊維」として説明する際の符号は、「１」を用いる。 1 g of the dried fiber is wound around the bobbin 39 as 1 g of carbon fiber. The fibers that have completed each step are distinguished, for example, flame-resistant fiber 1b, but "1" is used as the reference numeral when simply describing as "fiber".

（１）耐炎化工程
耐炎化工程は、炉内が２００［℃］〜３５０［℃］の酸化性雰囲気に設定された耐炎化炉３を利用して行う。具体的には、耐炎化は、空気雰囲気中の耐炎化炉３内をプリカーサ１ａが複数回通過することで行われる。なお、酸化性雰囲気は、酸素、二酸化窒素等を含んでいてもよい。
耐炎化工程中のプリカーサ１ａは、製造する炭素繊維に合わせて所定の張力で延伸される。耐炎化工程での延伸倍率は、例えば、０．７〜１．３の範囲内である。プリカーサ１ａの延伸は、耐炎化炉３の入口の２個のローラ５，７や出口の３個のローラ９，１１，１３により行われる。 (1) Flameproofing Step The flameproofing step is performed using a flameproofing furnace 3 in which the inside of the furnace is set to an oxidizing atmosphere of 200 [° C.] to 350 [° C.]. Specifically, flame resistance is achieved by passing the precursor 1a a plurality of times in the flame resistance furnace 3 in an air atmosphere. The oxidizing atmosphere may contain oxygen, nitrogen dioxide and the like.
The precursor 1a in the flame resistance step is stretched with a predetermined tension according to the carbon fiber to be produced. The draw ratio in the flame resistance step is, for example, in the range of 0.7 to 1.3. The extension of the precursor 1a is performed by the two rollers 5 and 7 at the inlet of the flameproof furnace 3 and the three rollers 9, 11 and 13 at the outlet.

（２）炭素化工程
炭素化工程は、耐炎繊維１ｂを加熱することで熱分解反応を生じさせて炭素化を行う工程である。炭素化は、耐炎繊維１ｂが第１の炭素化炉１５を通過し、さらに、第１の炭素化炉１５を通過した繊維１ｃが第２の炭素化炉１７を通過することで行われる。ここでの炭素化は、少なくとも第１の炭素化炉１５と第２の炭素化炉１７を通過することで行われる。
ここで、第１の炭素化炉１５で行われる炭素化を「第１の炭素化」とし、この工程を第１の炭素化工程とする。同様に、第２の炭素化炉１７で行われる炭素化を「第２の炭素化」とし、この工程を第２の炭素化工程とする。
複数個の炭素化炉は、互いに独立した形態で設けられている。ここでは、第１の炭素化炉１５と第２の炭素化炉１７とは互いに独立して設けられ、第１の炭素化炉１５と第２の炭素化炉１７の間には繊維１の張力を調整する調整手段を設けることができる。 (2) Carbonization Step The carbonization step is a step of heating the flame-resistant fiber 1b to cause a thermal decomposition reaction to carry out carbonization. Carbonization is performed by the flame-resistant fiber 1b passing through the first carbonization furnace 15 and the fiber 1c passing through the first carbonization furnace 15 passing through the second carbonization furnace 17. The carbonization here is carried out by passing through at least the first carbonization furnace 15 and the second carbonization furnace 17.
Here, the carbonization performed in the first carbonization furnace 15 is referred to as "first carbonization", and this step is referred to as the first carbonization step. Similarly, the carbonization performed in the second carbonization furnace 17 is referred to as "second carbonization", and this step is referred to as the second carbonization step.
The plurality of carbonization furnaces are provided in a form independent of each other. Here, the first carbonization furnace 15 and the second carbonization furnace 17 are provided independently of each other, and the tension of the fiber 1 is provided between the first carbonization furnace 15 and the second carbonization furnace 17. Adjustment means can be provided to adjust.

第１の炭素化炉１５の外であって入口側にはローラ１９が、第１の炭素化炉１５と第２の炭素化炉１７との間にはローラ２１が、第２の炭素化炉１７の外側であって出口側にはローラ２３がそれぞれ設けられている。
第１の炭素化炉１５は、マイクロ波プラズマ、電気ヒータ等を利用する。第２の炭素化炉１７は、第１の炭素化工程で加熱した繊維１ｃを延伸しながらマイクロ波を利用して加熱する。ここでの第２の炭素化炉１７は、第１の実施形態で説明した加熱装置を利用している。 A roller 19 is located outside the first carbonization furnace 15 on the inlet side, and a roller 21 is located between the first carbonization furnace 15 and the second carbonization furnace 17 to form a second carbonization furnace. Rollers 23 are provided on the outside of the 17 and on the outlet side, respectively.
The first carbonization furnace 15 utilizes microwave plasma, an electric heater, and the like. The second carbonization furnace 17 heats the fibers 1c heated in the first carbonization step by using microwaves while stretching them. The second carbonization furnace 17 here utilizes the heating device described in the first embodiment.

（３）表面処理工程
表面処理工程は、炭素化後の繊維１ｄが表面処理装置２５内を通過することで行われる。表面処理装置２５の出口にはローラ２６が設けられている。なお、表面処理することで、炭素繊維１ｇを利用して複合材料とした場合、炭素繊維１ｇとマトリックス樹脂との親和性や接着性が向上する。
表面処理は繊維（１ｄ）の表面を酸化することにより行われる。表面処理として、例えば、液相中又は気相中の処理がある。液相中での処理は、酸化剤に繊維１ｄを浸漬することによる化学酸化や、繊維１ｄが浸漬する電解液中で通電することによる陽極電解酸化等が工業的に用いられる。
気相中での処理は、繊維１ｄを酸化性気体の中を通過させたり、放電等によって発生した活性種を吹き付けたりすることにより行うことができる。 (3) Surface Treatment Step The surface treatment step is performed by passing the carbonized fiber 1d through the surface treatment device 25. A roller 26 is provided at the outlet of the surface treatment device 25. By surface treatment, when 1 g of carbon fiber is used as a composite material, the affinity and adhesiveness between 1 g of carbon fiber and the matrix resin are improved.
The surface treatment is performed by oxidizing the surface of the fiber (1d). As the surface treatment, for example, there is a treatment in a liquid phase or a gas phase. For the treatment in the liquid phase, chemical oxidation by immersing the fiber 1d in the oxidizing agent, anodic electrolytic oxidation by energizing in the electrolytic solution in which the fiber 1d is immersed, and the like are industrially used.
The treatment in the gas phase can be performed by passing the fiber 1d through an oxidizing gas or by spraying an active species generated by an electric discharge or the like.

（４）サイジング工程
サイジング工程は、繊維１ｅが樹脂液２９内を通過することで行われる。樹脂液２９は樹脂浴２７に貯留されている。なお、サイジング工程により繊維１ｅの収束性が高まる。
サイジング工程中の繊維１ｅは、樹脂浴２７の内部や樹脂浴２７の周辺に配された複数のローラ３１，３３等により走行方向を変更しながら樹脂液２９内を通過する。樹脂液２９は、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を溶剤に溶解させた液やエマルション液が利用される。 (4) Sizing step The sizing step is performed by passing the fiber 1e through the resin liquid 29. The resin liquid 29 is stored in the resin bath 27. The sizing step enhances the convergence of the fiber 1e.
The fibers 1e in the sizing step pass through the resin liquid 29 while changing the traveling direction by a plurality of rollers 31, 33 and the like arranged inside the resin bath 27 and around the resin bath 27. As the resin liquid 29, for example, a liquid or an emulsion liquid in which an epoxy resin, a urethane resin, a phenol resin, a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin or the like is dissolved in a solvent is used.

（５）乾燥工程
乾燥工程は、乾燥炉３５内を繊維１ｆが通過することで行われる。なお、乾燥した繊維１ｇは、乾燥炉３５の下流側のローラ３７を介してボビン３９に巻き取られる（巻取工程である）。 (5) Drying Step The drying step is performed by passing the fiber 1f through the drying furnace 35. The dried fiber 1 g is wound around the bobbin 39 via a roller 37 on the downstream side of the drying furnace 35 (this is a winding step).

２．実施例
以下、一実施例について説明する。
加熱装置Ｘを第２の炭素化炉１７として、耐炎繊維１ｂから炭素繊維１ｇを製造した。加熱装置Ｘに供給された前駆体繊維Ｙは、第１の炭素化工程を終えた繊維（予備炭素化繊維）１ｃであり、その密度は１．５６［ｇ／ｃｍ^３］である。加熱装置Ｘの加熱管１０１への前駆体繊維Ｙの供給は、図６に示すように４本である。４本の前駆体繊維Ｙは、円筒状の加熱管１０１内を、周方向に等角度（ここでは９０［°］である）をおいて且つ管軸に対して１／２半径離れた同心円上を管軸と平行に走行する。前駆体繊維Ｙのフィラメント数は、２４，０００［本］である。
加熱管１０１の加熱方式はマイクロ波である。加熱管１０１内を伝播するマイクロ波はＴＭモードであり、波長が０．１２０［ｍ］〜０．１２５［ｍ］の範囲内に、周波数が２，４００［ＭＨｚ］〜２，５００［ＭＨｚ］の範囲内にそれぞれある。 2. Examples Hereinafter, one embodiment will be described.
Using the heating device X as the second carbonization furnace 17, 1 g of carbon fiber was produced from the flame resistant fiber 1b. The precursor fiber Y supplied to the heating device X is a fiber (pre-carbonized fiber) 1c that has completed the first carbonization step, and its density is 1.56 [g / cm ³ ]. The supply of the precursor fibers Y to the heating tube 101 of the heating device X is four as shown in FIG. The four precursor fibers Y are placed on a concentric circle in the cylindrical heating tube 101 at an equal angle (here, 90 [°]) in the circumferential direction and 1/2 radius away from the tube axis. Run parallel to the tube axis. The number of filaments of the precursor fiber Y is 24,000 [lines].
The heating method of the heating tube 101 is microwave. The microwave propagating in the heating tube 101 is in TM mode, and has a wavelength in the range of 0.120 [m] to 0.125 [m] and a frequency of 2,400 [MHz] to 2,500 [MHz]. Each is within the range of.

マイクロ波発振器で発信するマイクロ波の出力は、０．１［ｋＷ］〜１０００［ｋＷ］の範囲内である。前駆体繊維Ｙの走行速度は、０．０１［ｍ／ｍｉｎ］〜５０［ｍ／ｍｉｎ］の範囲内である。
加熱管１０１内は、窒素雰囲気下で、９１，０００［Ｐａ］〜１２２，０００［Ｐａ］に保たれている。第２の炭素化工程では、第１の炭素化工程を終えた繊維１ｃである前駆体繊維Ｙを、密度が例えば１．７０［ｇ／ｃｍ^３］〜１．８５［ｇ／ｃｍ^３］になるまで炭素化する。 The output of the microwave transmitted by the microwave oscillator is in the range of 0.1 [kW] to 1000 [kW]. The traveling speed of the precursor fiber Y is in the range of 0.01 [m / min] to 50 [m / min].
The inside of the heating tube 101 is maintained at 91,000 [Pa] to 122,000 [Pa] under a nitrogen atmosphere. In the second carbonization step, the precursor fiber Y, which is the fiber 1c that has completed the first carbonization step, has a density of, for example, 1.70 [g / cm ³ ] to 1.85 [g / cm ³ ]. Carbonize until it becomes.

（１）実施例１
実施例１では、前駆体繊維Ｙの走行速度は０．５［ｍ／ｍｉｎ］である。前駆体繊維Ｙ（第１の炭素化工程を終えた繊維１ｄ）の投入本数は４本である。この場合の加熱管１０１の内部の前駆体繊維Ｙの滞留時間は約１［分］である。マイクロ波の出力（マイクロ波発振器２０１）は、１．２［ｋＷ］、周波数は２，４５０［ＭＨｚ］である。 (1) Example 1
In Example 1, the traveling speed of the precursor fiber Y is 0.5 [m / min]. The number of precursor fibers Y (fibers 1d that have completed the first carbonization step) is four. In this case, the residence time of the precursor fiber Y inside the heating tube 101 is about 1 [minute]. The microwave output (microwave oscillator 201) is 1.2 [kW] and the frequency is 2,450 [MHz].

加熱管１０１と、マイクロ波導入部２００の連結管２０９との接続に同軸管２１１を利用した。加熱管１０１を伝播するマイクロ波はＴＭモードの定在波である。なお、実施例１では、電界調整機構１２０のすべての板状部１２３の位置は同じであり、電界・磁界の分布等は調整していない。
上記条件により製造された炭素繊維１ｇの炭素化度（炭素含有率）は９０［％］〜９１［％］であり、十分に炭素化されていた（表１において、炭素化判定「〇」である）。前駆体繊維Ｙの加熱中、つまり、第２の炭素化工程中は、繊維の切断等も発生せず、第２の炭素化工程は安定していた（表１において、工程安定化「〇」である）。なお、上記の結果を表１に示している。 A coaxial tube 211 was used to connect the heating tube 101 and the connecting tube 209 of the microwave introduction unit 200. The microwave propagating in the heating tube 101 is a standing wave in TM mode. In the first embodiment, the positions of all the plate-shaped portions 123 of the electric field adjusting mechanism 120 are the same, and the distribution of the electric and magnetic fields is not adjusted.
The carbonization degree (carbon content) of 1 g of the carbon fiber produced under the above conditions was 90 [%] to 91 [%], and the carbon fiber was sufficiently carbonized (in Table 1, the carbonization determination "○" was used. is there). During the heating of the precursor fiber Y, that is, during the second carbonization step, no fiber cutting or the like occurred, and the second carbonization step was stable (in Table 1, the step stabilization “〇”. Is). The above results are shown in Table 1.

（２）実施例２
実施例２は、実施例１に対して電界調整機構１２０を機能させている。ここでは、最も上流側に位置する電界調整機構１２０を１段目とし、２段目の電界調整機構１２０の板状部１２３を１段目の電界調整機構１２０の板状部１２３よりも管軸に５［％］近づけ、３段目の電界調整機構１２０の板状部１２３を２段目の電界調整機構１２０の板状部１２３よりも管軸に１０［％］近づけている。なお、本例では、１段目の電界調整機構１２０の内周面が加熱管の内周面となり、１段目の電界調整機構１２０の内周面を基準にすると、３段目の電界調整機構１２０の板状部１２３は管軸に１４．５[％]近づけたことになる。 (2) Example 2
In the second embodiment, the electric field adjusting mechanism 120 is made to function as compared with the first embodiment. Here, the electric field adjusting mechanism 120 located on the most upstream side is set as the first stage, and the plate-shaped portion 123 of the second-stage electric field adjusting mechanism 120 is a tube shaft more than the plate-shaped portion 123 of the first-stage electric field adjusting mechanism 120. The plate-shaped portion 123 of the third-stage electric field adjusting mechanism 120 is brought closer to the tube shaft by 10 [%] than the plate-shaped portion 123 of the second-stage electric field adjusting mechanism 120. In this example, the inner peripheral surface of the first-stage electric field adjusting mechanism 120 becomes the inner peripheral surface of the heating tube, and the third-stage electric field adjustment is based on the inner peripheral surface of the first-stage electric field adjusting mechanism 120. The plate-shaped portion 123 of the mechanism 120 is brought closer to the tube shaft by 14.5 [%].

上記条件により製造された炭素繊維１ｇの炭素化度（炭素含有率）は９３［％］〜９４［％］であり、十分に炭素化されていた（表１において、炭素化判定「〇」である）。前駆体繊維Ｙの加熱中、つまり、第２の炭素化工程中は、繊維の切断等も発生せず、第２の炭素化工程は安定していた（表１において、工程安定化「〇」である）。なお、上記の結果を表１に示している。 The carbonization degree (carbon content) of 1 g of the carbon fiber produced under the above conditions was 93 [%] to 94 [%], and the carbon fiber was sufficiently carbonized (in Table 1, the carbonization determination "○" was used. is there). During the heating of the precursor fiber Y, that is, during the second carbonization step, no fiber cutting or the like occurred, and the second carbonization step was stable (in Table 1, the step stabilization “〇”. Is). The above results are shown in Table 1.

（３）比較例
比較例では、前駆体繊維Ｙの投入本数、加熱管内の走行位置は実施例１と同じである。前駆体繊維Ｙの走行速度は０．３［ｍ／ｍｉｎ］である。マイクロ波の出力（マイクロ波発振器２０１）は、ＴＭモードであり、１．２５［ｋＷ］、周波数は２，４５０［ＭＨｚ］である。
加熱管９０１は、図７に示すように、上流側（図の下側である）端が上流側導波管９０３に、下流側端が下流側導波管９０５にそれぞれ接続されている。加熱管９０１は、上流側導波管９０３を介してマイクロ波導入部２００（図１参照）に接続されている。なお、図中の矢印はマイクロ波伝播方向を示している。 (3) Comparative Example In the comparative example, the number of precursor fibers Y charged and the traveling position in the heating tube are the same as those in the first embodiment. The traveling speed of the precursor fiber Y is 0.3 [m / min]. The microwave output (microwave oscillator 201) is in TM mode and has a frequency of 1.25 [kW] and a frequency of 2,450 [MHz].
As shown in FIG. 7, the heating tube 901 is connected to the upstream side waveguide 903 at the upstream side (lower side of the figure) end and to the downstream side waveguide 905 at the downstream side end. The heating tube 901 is connected to the microwave introduction section 200 (see FIG. 1) via the upstream waveguide 903. The arrows in the figure indicate the microwave propagation direction.

ここでは加熱管９０１内の定在波は、マイクロ波導入部２００のＥＨチューナー２０７（図１参照）と、下流側導波管９０５に設けられた可変短絡板９０９とにより生成されている。
なお、比較例の加熱管９０１は電界調整機構１２０を備えていない。また、上流側導波管９０３内にも可変短絡板９０７が設けられ、加熱管９０１内に導入させるマイクロ波を定在波にするために利用される。
上記条件により製造された炭素繊維１ｇの炭素化度（炭素含有率）は８５［％］〜９２［％］であり、炭素化されていない場合があった（表１において、炭素化判定「×」である）。前駆体繊維Ｙの加熱中、つまり、第２の炭素化工程中は、繊維の切断等も発生せず、第２の炭素化工程は安定していた（表１において、工程安定化「〇」である）。なお、上記の結果を表１に示している。 Here, the standing wave in the heating tube 901 is generated by the EH tuner 207 (see FIG. 1) of the microwave introduction unit 200 and the variable short-circuit plate 909 provided in the downstream waveguide 905.
The heating tube 901 of the comparative example does not include the electric field adjusting mechanism 120. A variable short-circuit plate 907 is also provided in the upstream waveguide 903, and is used to make the microwave introduced in the heating tube 901 a standing wave.
The carbonization degree (carbon content) of 1 g of the carbon fiber produced under the above conditions was 85 [%] to 92 [%], and there was a case where it was not carbonized (in Table 1, the carbonization determination "x". "). During the heating of the precursor fiber Y, that is, during the second carbonization step, no fiber cutting or the like occurred, and the second carbonization step was stable (in Table 1, the step stabilization “〇”. Is). The above results are shown in Table 1.

（４）比較
（４−１）接続方法
加熱管１０１とマイクロ波導入部２００の連結管２０９との接続に、実施例１及び実施例２では同軸管（同軸アンテナ）２１１を使用し、比較例では導波管を使用している。
（４−１−１）温度状態
図８は、加熱管内の前駆体繊維Ａ，Ｂの温度を示す解析結果であり、（ａ）は実施例１の解析結果であり、（ｂ）は比較例の解析結果である。なお、横軸は、加熱管１０１，９０１の入り口からの距離を示している。
図８に示すように、同軸管を使用した実施例１では前駆体繊維Ａ，Ｂの温度差が小さく、加熱管１０１内における繊維の温度のバラつきが小さいことが分かる。また、実施例１の前駆体繊維Ａ，Ｂの温度差は、導波管を使用した比較例での前駆体繊維Ａ，Ｂの温度差よりも小さい。つまり、実施例１の方が、比較例よりも前駆体繊維の加熱ムラを小さくできるといえる。

(4) Comparison (4-1) Connection method A coaxial tube (coaxial antenna) 211 is used in Examples 1 and 2 to connect the heating tube 101 and the connecting tube 209 of the microwave introduction unit 200, and comparative examples are used. Is using a waveguide.
(4-1-1) Temperature State FIG. 8 shows the analysis results showing the temperatures of the precursor fibers A and B in the heating tube, (a) is the analysis result of Example 1, and (b) is a comparative example. It is the analysis result of. The horizontal axis indicates the distance from the entrance of the

heating tubes

101 and 901.
As shown in FIG. 8, it can be seen that in Example 1 using the coaxial tube, the temperature difference between the precursor fibers A and B is small, and the variation in the temperature of the fibers in the heating tube 101 is small. Further, the temperature difference between the precursor fibers A and B in Example 1 is smaller than the temperature difference between the precursor fibers A and B in the comparative example using the waveguide. That is, it can be said that the heating unevenness of the precursor fiber can be made smaller in Example 1 than in Comparative Example.

（４−１−２）電界強度状態
図９は、加熱管内の前駆体繊維Ａ，Ｂの電界強度を示す解析結果であり、（ａ）は実施例１の解析結果であり、（ｂ）は比較例の解析結果である。なお、横軸は、加熱管１０１，９０１の入り口からの距離を示している。
図９に示すように、実施例１では前駆体繊維Ａ，Ｂが受ける電界強度の差が小さく、加熱管１０１内における繊維が受ける電界強度のバラつきが小さいことが分かる。また、実施例１の前駆体繊維Ａ，Ｂの電界強度の差は、比較例での前駆体繊維Ａ，Ｂの電界強度の差よりも小さい。つまり、実施例１の方が、比較例よりも加熱管内の電界ムラを小さくできといえる。 (4-1-2) Electric field strength state FIG. 9 shows the analysis results showing the electric field strengths of the precursor fibers A and B in the heating tube, (a) is the analysis result of Example 1, and (b) is the analysis result. It is an analysis result of a comparative example. The horizontal axis indicates the distance from the entrance of the heating tubes 101 and 901.
As shown in FIG. 9, it can be seen that in Example 1, the difference in the electric field strength received by the precursor fibers A and B is small, and the variation in the electric field strength received by the fibers in the heating tube 101 is small. Further, the difference in the electric field strengths of the precursor fibers A and B in Example 1 is smaller than the difference in the electric field strengths of the precursor fibers A and B in the comparative example. That is, it can be said that the electric field unevenness in the heating tube can be made smaller in the first embodiment than in the comparative example.

（４−１−３）電界分布状態
図１０は、加熱管内の電界分布を示す解析結果であり、（ａ）は実施例１の解析結果であり、（ｂ）は比較例の解析結果である。なお、図に向かって左側の繊維が「繊維Ａ」であり、右側の繊維が「繊維Ｂ」である。
図１０において、上流側から２番目の縦長の楕円状をした部分１ｂ，２ｂにおいて電界強度が最も高く、上流側に最も近い楕円状をした部分１ａ，２ａの電界強度が低くなっている。実施例１では、電界強度が最も高い部分１ｂよりも下流側に急激な電界強度の変化は見られないが、比較例では、電界強度が最も高い部分２ｂよりも下流側部分２ｃに急激な電界強度（電界強度が低くなっている）の変化がみられる。
図１０に示すように、実施例１における電界分布は、加熱管１０１の中心軸（図示省略）を基準にして、その左右が略線対称となっており、電界分布の歪が小さいことが分かる。 (4-1-3) Electric field distribution state FIG. 10 shows the analysis result showing the electric field distribution in the heating tube, (a) is the analysis result of Example 1, and (b) is the analysis result of the comparative example. .. The fiber on the left side of the figure is "fiber A", and the fiber on the right side is "fiber B".
In FIG. 10, the electric field strength is highest in the vertically elongated elliptical portions 1b and 2b second from the upstream side, and the electric field strength is low in the elliptical portions 1a and 2a closest to the upstream side. In the first embodiment, no abrupt change in the electric field strength is observed on the downstream side of the portion 1b having the highest electric field strength, but in the comparative example, the abrupt electric field is found in the portion 2c downstream of the portion 2b having the highest electric field strength. There is a change in strength (electric field strength is low).
As shown in FIG. 10, the electric field distribution in the first embodiment is substantially line-symmetrical with respect to the central axis (not shown) of the heating tube 101, and it can be seen that the distortion of the electric field distribution is small. ..

一方、比較例における電界分布は、加熱管９０１の中心軸を基準にして左右が線対称となっておらず、電界分布の歪が大きいことが分かる。
加熱管１０１，９０１の上流側の接続部分に着目すると、比較例の方で電界分布の乱れ（歪んだ形状）があるのに対して、実施例１では上流側の接続部分に電界分布の乱れが見られない。なお、比較例において、繊維Ｂでは下流側の分布の乱れが生じている部分２ｃを通過しておらず、繊維Ａは乱れが生じている部分２ｃを通過している。この影響により、図８及び図９で示すように、繊維Ａと繊維Ｂの温度と電界強度との差が、下流側において、大きくなっていると考えられる。 On the other hand, it can be seen that the electric field distribution in the comparative example is not line-symmetrical with respect to the central axis of the heating tube 901, and the distortion of the electric field distribution is large.
Focusing on the connection portion on the upstream side of the heating tubes 101 and 901, the electric field distribution is disturbed (distorted shape) in the comparative example, whereas in the first embodiment, the electric field distribution is disturbed in the connection portion on the upstream side. Can not be seen. In the comparative example, the fiber B does not pass through the portion 2c where the distribution on the downstream side is disturbed, and the fiber A passes through the portion 2c where the disorder is generated. Due to this effect, as shown in FIGS. 8 and 9, the difference between the temperature and the electric field strength of the fibers A and B is considered to be large on the downstream side.

（４−１−４）まとめ
上述のように、温度、電界強度及び電界分布を示す図８から図１０により、加熱管と連結管とを同軸管で接続することで、円形導波管タイプの加熱管内におけるマイクロ波の伝播時のモードの乱れを少なくできる。 (4-1-4) Summary As described above, by connecting the heating tube and the connecting tube with a coaxial tube according to FIGS. 8 to 10 showing the temperature, electric field strength and electric field distribution, a circular waveguide type can be obtained. Mode turbulence during microwave propagation in the heating tube can be reduced.

（４−２）電界調整機構
電界調整機構の効果について、図１１を用いて説明する。
図１１は、実施形態で説明した加熱装置Ｘにおける加熱管１０１内の電界強さ、前駆体繊維の表面温度及び電界調整機構（板状部）の位置を示しており、（ａ）は電界調整なしの場合であり、（ｂ）は電界調整ありの場合である。
なお、図中の横軸は、左側が前駆体繊維の入口側であり、右側が前駆体繊維の出口側である。 (4-2) Electric Field Adjustment Mechanism The effect of the electric field adjustment mechanism will be described with reference to FIG.
FIG. 11 shows the electric field strength in the heating tube 101, the surface temperature of the precursor fiber, and the position of the electric field adjusting mechanism (plate-shaped portion) in the heating device X described in the embodiment, and FIG. 11A shows the electric field adjusting. The case is the case without, and the case (b) is the case with the electric field adjustment.
The horizontal axis in the figure is the inlet side of the precursor fiber on the left side and the outlet side of the precursor fiber on the right side.

電界調整機構は、（ｂ）に示すように、出口側に近づくにしたがって中心軸（図中の上側である）に近づくように板状部を挿入させている。
これにより、電界調整なしの場合、出口側に移るにしたがって電界強度が低下するのに対し、電界調整機構を機能させることで電界強度の低下を抑制することができる。
これは、電界調整機構を挿入させることで、図４に示すように、電界密度が高くなり、電界強度が高められたためと考えられる。 As shown in (b), the electric field adjusting mechanism inserts a plate-shaped portion so as to approach the central axis (upper side in the drawing) as it approaches the outlet side.
As a result, in the case of no electric field adjustment, the electric field strength decreases as it moves to the outlet side, whereas the decrease in the electric field strength can be suppressed by making the electric field adjustment mechanism function.
It is considered that this is because the electric field density is increased and the electric field strength is increased by inserting the electric field adjusting mechanism, as shown in FIG.

前駆体繊維を炭素化する場合、加熱炉へ進入してしばらくの間（図中の「ａ」と「ｂ」の範囲である）は導電性が低く、マイクロ波が前駆体繊維に吸収されにくい。これにより、前駆体繊維の表面温度は、「ａ」と「ｂ」の領域では上昇する。なお、電界調整機構を機能させると、「ａ」、「ｂ」の領域で電界強度の低下が少なくなり、前駆体繊維の表面温度の上昇（傾き）は電界調整機構を機能させない場合に比べて大きくなる。 When carbonizing the precursor fiber, the conductivity is low for a while (in the range of "a" and "b" in the figure) after entering the heating furnace, and microwaves are difficult to be absorbed by the precursor fiber. .. As a result, the surface temperature of the precursor fiber rises in the regions "a" and "b". When the electric field adjustment mechanism is made to function, the decrease in the electric field strength is reduced in the regions "a" and "b", and the increase (inclination) of the surface temperature of the precursor fiber is larger than that in the case where the electric field adjustment mechanism is not made to function. growing.

前駆体繊維を炭素化する場合、加熱炉へ進入して、炭素化度が進む（図中の「ｃ」の範囲である）と導電性が高くなり、マイクロ波が前駆体繊維に吸収されやすい。これにより、「ｃ」の領域では電界強度の低下が「ａ」や「ｂ」の領域での電界強度の低下より大きくなる。
しかしながら、電界調整機構を機能させると、図４に示すように、電界密度の向上に加えて、繊維に吸収されにくい磁界強度（磁界加熱である）が高まり、電界加熱から磁界加熱へシフトしたためと考えられる。 When carbonizing the precursor fiber, it enters the heating furnace, and as the degree of carbonization progresses (in the range of "c" in the figure), the conductivity becomes high and the microwave is easily absorbed by the precursor fiber. .. As a result, the decrease in the electric field strength in the region "c" becomes larger than the decrease in the electric field strength in the regions "a" and "b".
However, when the electric field adjustment mechanism is made to function, as shown in FIG. 4, in addition to the improvement of the electric field density, the magnetic field strength (which is the magnetic field heating) which is difficult to be absorbed by the fibers increases, and the electric field heating is shifted to the magnetic field heating. Conceivable.

（４−３）マイクロ波漏洩対策管
マイクロ波漏洩対策管１３０の効果について、表１を用いて説明する。
実施例１及び実施例２では、加熱管１０１の導出口にマイクロ波漏洩対策管１３０が設けられている。マイクロ波の漏洩量を測定した結果、実施例１では０．５［ｍＷ／ｃｍ^２］であり、実施例２では０．８［ｍＷ／ｃｍ^２］であった。
これに対し、マイクロ波漏洩対策管１３０を設けていない比較例１の漏洩量は３［ｍＷ／ｃｍ^２］であり、実施例１及び実施例２よりも大きな漏洩値となっている。
このように多段筒状体構造のマイクロ波漏洩対策管１３０を利用することで、マイクロ波が、多段筒状体内で反射を繰り返しながら減衰し、さらに磁性体１３３により吸収され、加熱管１０１から漏洩するのを規制できる。 (4-3) Microwave Leakage Countermeasure Tube The effect of the microwave leakage countermeasure tube 130 will be described with reference to Table 1.
In the first and second embodiments, the microwave leakage countermeasure pipe 130 is provided at the outlet of the heating pipe 101. As a result of measuring the amount of microwave leakage, it was 0.5 [mW / cm ² ] in Example 1 and 0.8 [mW / cm ² ] in Example 2.
On the other hand, the leakage amount of Comparative Example 1 in which the microwave leakage countermeasure pipe 130 is not provided is 3 [mW / cm ² ], which is a larger leakage value than that of Example 1 and Example 2.
By using the microwave leakage countermeasure tube 130 having a multi-stage tubular structure in this way, microwaves are attenuated while being repeatedly reflected in the multi-stage tubular body, further absorbed by the magnetic body 133, and leaked from the heating tube 101. Can be regulated.

なお、漏洩量の測定方法は、ＣＥＭＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製のマイクロ波検知器ＤＴ−２Ｇを用い、加熱管１０１の導出口又はマイクロ波漏洩対策管の出口において、前駆体繊維Ｙの走行方向に１０［ｃｍ］離れた位置で測定した。
総務省の「電波利用における人体の防護指針」では、作業環境管理下でのマイクロ波の漏洩量が５［ｍＷ／ｃｍ^２］以下と示されており、実施例１及び２でのマイクロ波の漏洩値が非常に少ないと言える。 As a method for measuring the amount of leakage, a microwave detector DT-2G manufactured by CEM Instrument was used, and at the outlet of the heating tube 101 or the outlet of the microwave leakage countermeasure tube, 10 [in the traveling direction of the precursor fiber Y. cm] Measured at a distance.
The Ministry of Internal Affairs and Communications' Guidelines for the Protection of the Human Body in Using Radio Waves indicates that the amount of microwave leakage under work environment management is 5 [mW / cm ² ] or less, and the microwaves in Examples 1 and 2 It can be said that the leakage value is very small.

＜変形例＞
以上説明したが、本発明は実施形態に限られない。例えば、以下で説明する実施形態や変形等の何れかを適宜組み合わせてもよいし、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。 <Modification example>
As described above, the present invention is not limited to the embodiment. For example, any of the embodiments and modifications described below may be appropriately combined, or a plurality of modified examples may be appropriately combined.

１．前駆体繊維
実施形態では、フィラメント数が２４，０００本の耐炎繊維について説明したが、フィラメント数が３，０００本、６，０００本、１２，０００本、３６，０００本等の他の本数の耐炎繊維にも適用できる。
実施形態では、炭素化工程を含んだ炭素繊維の製造方法について説明したが、例えば、さらに、黒鉛化工程を表面処理工程前に行ってもよい。つまり、実施形態では、汎用品（弾性率２４０［ＧＰａ］）の炭素繊維の製造において、第２の炭素化に本発明の加熱装置を用いたが、本加熱装置等は、高弾性品の黒鉛化繊維、中弾性高強度品等の高性能品の炭素繊維用の前駆体繊維に対して利用できる。 1. 1. In the precursor fiber embodiment, the flame-resistant fiber having 24,000 filaments has been described, but other fibers such as 3,000, 6,000, 12,000, and 36,000 filaments have been described. It can also be applied to flame-resistant fibers.
In the embodiment, the method for producing the carbon fiber including the carbonization step has been described, but for example, the graphitization step may be further performed before the surface treatment step. That is, in the embodiment, in the production of carbon fibers of a general-purpose product (elastic modulus 240 [GPa]), the heating device of the present invention was used for the second carbonization, but the heating device and the like are highly elastic graphite. It can be used for high-performance carbon fiber precursor fibers such as chemical fibers and medium-elasticity high-strength products.

２．加熱装置
（１）構造
実施形態では、マイクロ波導入部２００の連結管２０９と加熱部１００の加熱管１０１との接続に同軸管２１１を利用し、加熱管１０１に電界調整機構１２０が設けられていたが、両者を備える装置に限定するものではない。
つまり、加熱装置は、方形導波管内のＴＥモードのマイクロ波を円形導波管にＴＭモードのマイクロ波として伝送する際、モード変換による不整合による加熱斑を問題にしない場合などは、従来通りの導波管により接続してもよい。
また、加熱装置は、前駆体繊維が加熱により特性が変化せず、例えば、電界加熱から磁界加熱に変更する必要がない場合や、磁界加熱から電界加熱に変更する必要がない場合は、電界調整機構を備えなくてよい。 2. Heating device (1) structure In the embodiment, a coaxial tube 211 is used to connect the connecting tube 209 of the microwave introduction section 200 and the heating tube 101 of the heating section 100, and the heating tube 101 is provided with an electric field adjusting mechanism 120. However, the device is not limited to the device including both.
That is, when the heating device transmits the TE mode microwave in the rectangular waveguide to the circular waveguide as the TM mode microwave, if the heating spot due to the inconsistency due to the mode conversion is not a problem, the heating device is the same as before. It may be connected by a waveguide of.
Further, in the heating device, when the characteristics of the precursor fibers do not change due to heating, for example, when it is not necessary to change from electric field heating to magnetic field heating, or when it is not necessary to change from magnetic field heating to electric field heating, the electric field adjustment It does not have to have a mechanism.

（２）マイクロ波
方形導波管内及び円形導波管内を伝播するマイクロ波は定在波であったが、進行波であってもよい。但し、エネルギ効率を考慮すると、定在波の方が好ましい。 (2) Microwave The microwave propagating in the rectangular waveguide and the circular waveguide is a standing wave, but it may be a traveling wave. However, in consideration of energy efficiency, a standing wave is preferable.

（３）電界調整機構
（３−１）段数
実施形態において、電界調整機構１２０は、加熱管１０１の管軸方向に３段あったが、複数段あればよく、４段以上であってもよい。
実施形態では、加熱管１０１の前駆体繊維Ｙの投入本数と、１段中の電界調整機構１２０の数とが同じ４本であったが、前駆体繊維Ｙに対して１個の電界調整機構を設けなくてもよい。例えば、前駆体繊維Ｙの投入本数が８本で、１段の電界調整機構が４個であってもよい。
（３−２）長さ
実施形態の板状部の管軸方向の長さは、加熱管１０１内のマイクロ波の１／２波長であったが、マイクロ波の１／２の自然数倍であればよい。 (3) Number of Stages of Electric Field Adjusting Mechanism (3-1) In the embodiment, the electric field adjusting mechanism 120 has three stages in the pipe axis direction of the heating tube 101, but a plurality of stages may be sufficient, and four or more stages may be used. ..
In the embodiment, the number of input of the precursor fiber Y in the heating tube 101 and the number of the electric field adjusting mechanism 120 in one stage are the same four, but one electric field adjusting mechanism for the precursor fiber Y. It is not necessary to provide. For example, the number of input fibers Y of the precursor fiber Y may be eight, and the number of one-stage electric field adjusting mechanisms may be four.
(3-2) Length The length of the plate-shaped portion of the embodiment in the tube axis direction was 1/2 wavelength of the microwave in the heating tube 101, but it is a natural number times 1/2 of the microwave. All you need is.

（４）前駆体繊維の位置
実施形態では、前駆体繊維Ｙの投入位置を、加熱管１０１の管軸から１／２半径の距離が離れた同心円上としていたが、前駆体繊維Ｙの投入位置は、図６に示すように、ＡからＢの範囲の円環領域内にあればよい。
ここで、Ａは、加熱管１０１において内周面の半径に対して、３０［％］以上であり、好ましくは３５［％］以上であり、より好ましくは４０［％］以上である。Ｂは、加熱管１０１内の内周面の半径に対して、９５［％］以下であり、好ましくは９０［％］以下であり、より好ましくは８８［％］以下である。
前駆体繊維Ｙの投入位置を上記の円環領域内とすることで、電界調整機構による効果を受けることができる。
なお、前駆体繊維Ｙは、管軸に平行に投入されているが、管軸に対して傾斜するように投入されてもよい。
前駆体繊維の加熱を電界加熱から磁界加熱に変更するような場合、Ｂは９０［％］以下が好ましく、８５［％］以下がより好ましい。この範囲を前駆体繊維が通過することで、電界加熱と磁界加熱との比率を調整できる。 (4) Position of Precursor Fiber In the embodiment, the charging position of the precursor fiber Y is set on a concentric circle separated by a distance of 1/2 radius from the tube axis of the heating tube 101, but the charging position of the precursor fiber Y. May be within the annular region in the range A to B, as shown in FIG.
Here, A is 30 [%] or more, preferably 35 [%] or more, and more preferably 40 [%] or more with respect to the radius of the inner peripheral surface of the heating tube 101. B is 95 [%] or less, preferably 90 [%] or less, and more preferably 88 [%] or less with respect to the radius of the inner peripheral surface in the heating tube 101.
By setting the charging position of the precursor fiber Y within the above-mentioned annular region, the effect of the electric field adjustment mechanism can be obtained.
Although the precursor fiber Y is charged parallel to the pipe shaft, it may be charged so as to be inclined with respect to the pipe shaft.
When the heating of the precursor fiber is changed from electric field heating to magnetic field heating, B is preferably 90 [%] or less, more preferably 85 [%] or less. By passing the precursor fiber through this range, the ratio between the electric field heating and the magnetic field heating can be adjusted.

（５）漏洩対策管
漏洩対策管は、実施形態のように有蓋多段筒状体１３１内に磁性体１３３を収容していたが、他の構造であってもよい。
以下、図１２を用いて説明する。 (5) Leakage Countermeasure Pipe The leak countermeasure pipe accommodates the magnetic body 133 in the covered multi-stage tubular body 131 as in the embodiment, but may have another structure.
Hereinafter, it will be described with reference to FIG.

漏洩対策管２３０は、同図の（ａ）に示すように、大径筒状部２３３と小径筒状部２３５とを有する多段筒状体２３１により構成される。大径筒状部２３３は、前駆体繊維Ｙの導出側の端壁２３９と、小径筒状部２３５と接続する端壁２４１とを有している。端壁２３９，２４１には、それぞれ貫通孔２３９ａ，２４１ａが設けられている。 As shown in (a) of the figure, the leakage prevention pipe 230 is composed of a multi-stage tubular body 231 having a large-diameter tubular portion 233 and a small-diameter tubular portion 235. The large-diameter tubular portion 233 has an end wall 239 on the lead-out side of the precursor fiber Y and an end wall 241 connected to the small-diameter tubular portion 235. Through holes 239a and 241a are provided in the end walls 239 and 241 respectively.

大径筒状部２３３は、内部に筒軸の方向に間隔をおいて筒軸に向かって延伸する仕切壁２４３，２４５を筒壁２３７に有している。仕切壁２４３，２４５は複数枚（ここでは２枚）ある。仕切壁２４３，２４５は筒軸を含む中央部分に貫通孔２４３ａ，２４５ａを有している。
仕切壁２４３，２４５の貫通孔２４３ａ，２４５ａは、仕切壁が小径筒状部２３５から離れるにしたがって孔径が小さくなるように設けられている。これにより、大径筒状部２３３内に進入したマイクロ波が、仕切壁２４３と端壁２４１との間及び仕切壁２４３，２４５間で多重反射を繰り返し、端壁２３９の貫通孔２３９ａからマイクロ波が漏洩するのを防止できる。 The large-diameter tubular portion 233 has internal partition walls 243 and 245 extending toward the tubular shaft at intervals in the direction of the tubular shaft on the tubular wall 237. There are a plurality of partition walls 243 and 245 (here, two). The partition walls 243 and 245 have through holes 243a and 245a in the central portion including the cylinder shaft.
The through holes 243a and 245a of the partition walls 243 and 245 are provided so that the hole diameter becomes smaller as the partition wall is separated from the small diameter tubular portion 235. As a result, the microwave that has entered the large-diameter tubular portion 233 repeats multiple reflections between the partition wall 243 and the end wall 241 and between the partition walls 243 and 245, and the microwave is emitted from the through hole 239a of the end wall 239. Can be prevented from leaking.

漏洩対策管３３０は、同図の（ｂ）に示すように、上記の多段筒状体２３１の内部に磁性体３３１を備える。具体的には、大径筒状部２３３の端壁２４１と仕切壁２４３の間に磁性体３３３を、仕切壁２４３，２４５間に磁性体３３５を、仕切壁２４５と端壁２３９との間に磁性体３３７をそれぞれ収容している。 As shown in (b) of the figure, the leakage countermeasure pipe 330 includes a magnetic body 331 inside the multi-stage tubular body 231. Specifically, a magnetic material 333 is provided between the end wall 241 and the partition wall 243 of the large-diameter tubular portion 233, a magnetic material 335 is provided between the partition walls 243 and 245, and a magnetic material 335 is provided between the partition wall 245 and the end wall 239. Each of the magnetic materials 337 is housed.

１繊維
１ａプリカーサ
１ｃ第１の炭素化繊維（前駆体繊維）
１６第２の炭素化炉（加熱装置）
１００加熱部
１２０電界調整機構
２００マイクロ波導入部
２１１同軸管
Ｘ加熱装置
Ｙ前駆体繊維 1 Fiber 1a Precursor 1c First carbonized fiber (precursor fiber)
16 Second carbonization furnace (heating device)
100 Heating part 120 Electric field adjustment mechanism 200 Microwave introduction part 211 Coaxial tube X Heating device Y Precursor fiber

Claims

In a heating device that heats the traveling precursor fibers
A heating tube made of a circular waveguide having a tube axis in the direction in which the precursor fiber travels,
A microwave oscillator that generates microwaves and
A rectangular waveguide connected to the microwave oscillator,
A heating device including a coaxial tube having an antenna function in which one end is connected to the rectangular waveguide and the other end is connected to the heating tube and emits microwaves into the tube.

The heating device according to claim 1, wherein the mode of the microwave in the heating tube is the TM mode.

The heating device according to claim 1 or 2, further comprising an electric field adjusting mechanism for adjusting the electric field density distribution in the heating tube.

The heating device according to claim 3, wherein the electric field adjusting mechanism can adjust the radial dimension of the space inside the cylinder through which microwaves propagate in the heating tube.

The heating device according to claim 4, wherein the precursor fiber travels in a region between 30% and 95% of a radius in the radial direction from the tube axis of the heating tube.

The heating device according to claim 4 or 5, wherein a plurality of the electric field adjusting mechanisms are provided along the tube axis direction of the heating tube.

The heating device according to claim 6, wherein a plurality of electric field adjusting mechanisms are provided along the tube axis direction at intervals of 1/2 period of a standing wave formed in the heating tube.

In a heating device that heats traveling precursor fibers by microwaves
A heating tube having a tube axis in the direction in which the precursor fibers travel,
A heating device including a multi-stage tubular body provided at an outlet of the precursor fiber in the heating tube and whose diameter is expanded along the traveling direction of the precursor fiber.

In a carbon fiber manufacturing apparatus that heats and carbonizes traveling precursor fibers
The carbon fiber manufacturing apparatus, wherein the heating apparatus for heating the precursor fibers is the heating apparatus according to any one of claims 1 to 8.