JP3687902B2 - 連続焼成炉及びそれを用いた焼成体の製造方法 - Google Patents

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連続的に焼成する連続焼成炉及びそれを用いた焼成体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６（ａ）は、本発明者らが先に提案した連続焼成炉の一部を模式的に示す平断面図である。同図に一部を示す連続焼成炉は、焼成室２１内を装入口から抽出口に向かって搬送される被焼成体２２に対してマイクロ波を照射して当該被焼成体２２を加熱焼成するものである。なお、前記焼成室２１は、断熱性及びマイクロ波透過性を有する断熱層２３ａを含む隔壁２３により炉内（炉壁２４の内側）に区画形成されている。
【０００３】
本発明者らは、焼成室２１を囲む隔壁２３の断熱層２３ａの厚みを炉長方向で異ならしめることによって、焼成室２１内の炉長方向（被焼成体２２の搬送方向）の温度分布を任意のパターン（例えば図６（ｂ）に示すようなパターン）に形成することができることを見出した。また、断熱層２３ａの材質を一部代えて該断熱層２３ａの断熱特性やマイクロ波吸収特性を炉長方向で異ならしめることによっても、同様に焼成室２１内の炉長方向の温度分布のパターン（以下、焼成室２１内の炉長方向の温度分布のパターンを焼成室２１内の温度プロファイルという。）を任意に形成することができることを見出した。
【０００４】
こうした知見によれば、炉を設計するに際して焼成室２１内の温度プロファイルを任意に設定することができるので、同温度プロファイルを被焼成体２２の焼成に容易に最適化することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被焼成体２２の材質や形状、大きさが異なると、それに伴ってその焼成に最適な焼成室２１内の温度プロファイルも異なってくる。このため、一つの連続焼成炉で種々の被焼成体２２を焼成するためには、各被焼成体２２の焼成に適した温度プロファイルを焼成室２１内に形成可能であることが要求される。しかし、上記従来の連続焼成炉では、断熱層２３ａの厚み、断熱特性又はマイクロ波吸収特性を炉長方向で異ならしめることで焼成室２１内の温度プロファイルを調節しているので、いったん炉を設計した後に焼成室２１内の温度プロファイルを任意に設定することは困難である。
【０００６】
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、焼成室内の温度プロファイルを任意に設定可能な連続焼成炉及びそれを用いた焼成体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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及び該発熱層の外側を包囲する断熱性からなる隔壁により区画された焼成室を有し、その焼成室内を装入口から抽出口に向かって搬送される被焼成体に対してマイクロ波を照射して当該被焼成体を加熱焼成する連続焼成炉において、前記断熱層に冷却媒体の流路を設け、該流路と前記発熱層との間の距離を変化させることにより炉長方向の温度分布を変化させたことを要旨とする。
また、請求項２に記載の発明は、断熱性及びマイクロ波透過性を有する断熱層を含む隔壁により区画された焼成室を有し、その焼成室内を装入口から抽出口に向かって搬送される被焼成体に対してマイクロ波を照射して当該被焼成体を加熱焼成する連続焼成炉において、前記断熱層に冷却媒体の流路を複数設け、該各流路に導入する冷却媒体の導入速度を調節することにより炉長方向での温度分布を変化させたことを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の連続焼成炉を用いて被焼成体を焼成し焼成体を製造することを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、陶磁器材料又はセラミックス材料で形成された被焼成体を焼成するローラハース式の連続焼成炉に具体化した一実施形態について図面に基づき説明する。
【００１０】
図１（ａ）は本実施形態の連続焼成炉の一部を模式的に示す炉長方向断面図（平断面図）、図２は図１（ａ）の２−２線における断面を示す模式図である。これらの図に示すように、連続焼成炉は平面直線状に延びるトンネル状の炉壁１１を備えるとともに、その炉壁１１の内側に炉長方向に沿って平面直線状に延びる筒状の隔壁１２により区画された焼成室１３を備えている。この連続焼成炉では、図示しない装入口から連続的に炉内に装入されてローラコンベア（図示せず。ただし図２に該ローラコンベアを構成するローラ１４を示す。）によって図示しない抽出口の方向（図１（ａ）では右側）に向かって焼成室１３内を搬送される被焼成体１５に対して、マイクロ波発振器（図示せず）から出力して炉内（炉壁１１の内側）に入射するマイクロ波が照射され、当該被焼成体１５が加熱焼成されるようになっている。
【００１１】
前記炉壁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。
【００１２】
前記隔壁１２は、発熱層１２ａと該発熱層１２ａの外側を包囲する断熱層１２ｂからなる二層構造になっている。発熱層１２ａ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、アルミナなどが挙げられる。一方、断熱層１２ｂ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。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、隔壁１２には、抽出口側に向かうにつれて徐々に断熱層１２ｂの厚みが増大する領域Ａと、断熱層１２ｂの厚みが最大でなおかつ炉長方向で一定な領域Ｂと、抽出口側に向かうにつれて徐々に厚みが減少する領域Ｃとが、被焼成体１５の搬送方向に沿って順にある。そのうち、領域Ａと領域Ｃの断熱層１２ｂには、周方向（炉長方向に直交する方向）に延びる空孔１６（冷却媒体の流路に相当）が多数形成されている。
【００１４】
図２に示すように、各空孔１６は上下の二箇所で開口しており、各開口には配管１７，１８が接続されている。下側の配管１７は、圧縮空気を封入したボンベ（図示せず）に対してバルブ（図示せず）を介し接続されており、前記バルブの開度に応じて前記ボンベ内の空気（常温空気；冷却媒体に相当）が配管１７を経由して空孔１６に導入されるようになっている。配管１７を経由して空孔１６に導入された空気は、上側の開口に向かって空孔１６内を流通し、上側の配管１８を経由して炉外に導出されるようになっている。
【００１５】
本実施形態によって得られる作用効果について、以下に記載する。
マイクロ波によって発熱層１２ａが自己発熱して焼成室１３内が高温状態にあるとき、断熱層１２ｂに形成された空孔１６にボンベから空気（常温空気）を導入してやる。そうすると、空孔１６に導入された空気が空孔１６内を流通するときにその空孔１６近傍の発熱層１２ａとの間で熱交換することによって、空孔１６近傍の限られた領域で焼成室１３内の温度が低下する。また、この空孔１６内を流通する空気による焼成室１３内の温度低下の度合いは、空孔１６に導入する空気の量（導入速度）を調節して熱交換効率を変化させることで、任意に制御することができる。従って本実施形態によれば、各空孔１６に導入する空気の量（導入速度）を調節することで、たとえ設計後の炉であっても焼成室１３内の温度プロフィルを任意に設定することができる。よって、被焼成体１５の材質や形状、大きさに応じて焼成室１３内の温度プロファイルを最適化することで、一つの連続焼成炉で種々の被焼成体１５の焼成に対応することができる。
【００１６】
本実施形態の連続焼成炉で空孔１６に空気を導入しない状態でマイクロ波を炉内に入射させた場合には、断熱層１２ｂの厚みを炉長方向で異ならしめているので図１（ｂ）に実線αで示すような温度分布が焼成室１３内に形成される。このとき、隔壁１２の領域Ａ及び領域Ｃにある空孔１６にボンベから所定の速度で空気を導入してやると、その領域で焼成室１３内の温度が低下して例えば同図に二点鎖線βで示すような温度分布が形成される。また空気の導入速度を上げてやると、その領域の焼成室１３内の温度がさらに低下して例えば同図に二点鎖線β′で示すような温度分布が形成される。
【００１７】
なお、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。
・ 前記実施形態では本発明をローラコンベアで被焼成体１５を搬送するローラハース式の連続焼成炉に具体化したが、被焼成体１５を搬送する方式はそれに限定されない。例えば台車で被焼成体１５を搬送する台車方式の連続焼成炉に具体化してもよい。
【００１８】
・ 前記実施形態では断熱層１２ｂの厚みを炉長方向で異ならしめたが、断熱層１２ｂの厚みは炉長方向で一定であってもよい。
・ 前記実施形態では隔壁１２の領域Ａと領域Ｃに相当する部位の断熱層１２ｂのみに限定的に空孔１６を形成したが、炉長方向全体にわたって空孔１６を形成するようにしてもよい。また断熱層１２ｂの限定した部位のみに空孔１６を設ける場合であっても、その位置は前記実施形態の態様に特に限定されない。
【００１９】
・ 前記実施形態では隔壁１２を周方向に一周するように各空孔１６が形成されているが、必ずしも一周しなくてもよく、一周に満たなくてもよい。
・ 図３に示すように、断熱層１２ｂを板状の部材を張り合わせた構成に変更するとともに、該板状の部材の張り合わせ面に溝を形成し、その溝を前記実施形態の空孔１６のように冷却媒体の流路として用いるように構成を変更してもよい。
【００２０】
・ 前記実施形態では空孔１６を周方向（炉長方向に直交する方向）に延びるように形成したが、炉長方向に延びるように形成してもよい。この構成の場合、例えば図４（ａ），（ｂ）に示すように炉長方向で空孔１６の径を段階的又は連続的（図４に示す例では段階的）に異ならしめたり、図５に示すように隔壁１２の径方向における空孔１６の位置、すなわち空孔１６と発熱層１２ａとの間の距離を炉長方向で異ならしめたりすれば、たとえ断熱層１２ｂの厚みが炉長方向で一定であっても焼成室１３内の温度を炉長方向で異ならしめることができる。
【００２１】
・ 前記実施形態では本発明を平面直線状に延びる筒状の隔壁１２により区画された焼成室１３を備えた連続焼成炉に具体化したが、平面円形状又は平面弓形状に延びる筒状の隔壁１２により区画された焼成室１３を備えた連続焼成炉に具体化してもよい。
【００２２】
・ 前記実施形態では空孔１６に空気を導入するようにしたが、空気に代えてその他のガスを導入するようにしてもよい。また常温空気でなく冷却空気（冷却ガス）を空孔１６に導入するようにしてもよい。
【００２３】
・ 前記実施形態の空孔１６を省略し、断熱層１２ｂの外側に空冷ジャケットを装着させてもよい。なお、この場合は空冷ジャケットと断熱層１２ｂを合わせたものが請求項１の「断熱層」に相当する。
【００２４】
・ 前記実施形態において発熱層１２ａを省略してもよい。この場合は、空孔１６に導入された空気が空孔１６内を流通するときに焼成室１３内の空気との間で熱交換することによって、空孔１６近傍の限られた領域で焼成室１３内の温度が低下する。従って、前記実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００２５】
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。
・ 前記隔壁が、マイクロ波によって自己発熱する発熱層を含むことを特徴とする請求項２に記載の連続焼成炉。このように構成すれば、焼成時の被焼成体の放射冷却を抑えることができるので、放射冷却により被焼成体に熱勾配が生じるのを抑えることができる。
【００２６】
・ 前記流路を複数有し、各流路が炉長方向に略直交して延びることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。このように構成すれば、各流路に導入する冷却媒体の量（導入速度）を調節することで、焼成室内の温度を炉長方向で異ならしめることができる。
【００２７】
・ 前記断熱層の厚みを炉長方向で異ならしめたことを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。このように構成すれば、焼成室内の温度プロファイルを断熱層の厚みによって大まかに設定し、流路に導入する冷却媒体の量（導入速度）によって微調整することができる。
【００２８】
【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、焼成室内の温度プロファイルを任意に設定することができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明によれば、連続焼成炉の焼成室内の温度プロファイルを被焼成体の焼成に好適なものに設定することで、品質の高い焼成体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は実施形態の連続焼成炉の一部を模式的に示す平断面図、（ｂ）はその焼成室内の温度と炉長方向の位置との関係を示すグラフ。
【図２】 図１（ａ）の２−２線における断面を示す模式図。
【図３】 別の実施形態における連続焼成炉の一部を模式的に示す平断面図。
【図４】 （ａ）は別の実施形態における連続焼成炉の一部を模式的に示す平断面図、（ｂ）は（ａ）の４ｂ―４ｂ線における端面図。
【図５】 別の実施形態における連続焼成炉の一部を模式的に示す平断面図。
【図６】 （ａ）は従来の連続焼成炉の一部を模式的に示す平断面図、（ｂ）はその焼成室内の温度と炉長方向の位置との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１２…隔壁、１２ｂ…断熱層、１３…焼成室、１５…被焼成体、１６…空孔。

Claims (3)

1. マイクロ波によって自己発熱する発熱層及び該発熱層の外側を包囲する断熱性からなる隔壁により区画された焼成室を有し、その焼成室内を装入口から抽出口に向かって搬送される被焼成体に対してマイクロ波を照射して当該被焼成体を加熱焼成する連続焼成炉において、前記断熱層に冷却媒体の流路を設け、該流路と前記発熱層との間の距離を変化させることにより炉長方向の温度分布を変化させたことを特徴とする連続焼成炉。
2. 断熱性及びマイクロ波透過性を有する断熱層を含む隔壁により区画された焼成室を有し、その焼成室内を装入口から抽出口に向かって搬送される被焼成体に対してマイクロ波を照射して当該被焼成体を加熱焼成する連続焼成炉において、前記断熱層に冷却媒体の流路を複数設け、該各流路に導入する冷却媒体の導入速度を調節することにより炉長方向での温度分布を変化させたことを特徴とする連続焼成炉。
3. 請求項１又は請求項２に記載の連続焼成炉を用いて被焼成体を焼成し焼成体を製造する焼成体の製造方法。

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