JP4214040B2 - マイクロ波加熱炉の操業方法及びマイクロ波加熱炉 - Google Patents

Description

本発明はマイクロ波を用いたマイクロ波加熱炉の操業方法およびマイクロ波加熱炉に関する。詳しくは、マイクロ波を照射して発熱する発熱体内に被加熱物を収容してマイクロ波加熱を施す加熱炉の操業方法およびマイクロ波加熱炉に関する。

マイクロ波による加熱においては、被加熱物を表面からのみでなくその内部からも同時に加熱することができる。しかし、通常は加熱処理時のマイクロ波加熱炉の炉内温度は、被加熱物の表面温度よりもかなり低い温度であるため、被加熱物の表面から熱が放射され、結果的に被加熱物の中心部と表面部との間に温度差を生じる。このため被加熱物はクラックなどの欠陥が発生しやすい。また、肉厚差の大きい形状の被加熱物の場合には、被加熱物の中心部と表面部との間だけではなく、被加熱物の薄肉部と厚肉部とでも温度差を生じて、このことによってもクラックなどの欠陥を発生することがある。さらに、マイクロ波の特性として、加熱温度が高くなるにしたがって被加熱物のマイクロ波吸収率が大きくなる。従って、被加熱物にその部位による温度差が生じると、温度の高い部位のマイクロ波吸収率が高くなるので、その部位の温度はさらに高くなる。このように、一旦被加熱物に部位による温度差が生じると、マイクロ波加熱を施すことによってさらに部位間の温度差が拡大されることになり、これによってクラックなどの欠陥がさらに発生しやすくなる。

このため、マイクロ波加熱によって生じる被加熱物の部位による温度差を補正するために、被加熱物の周囲にマイクロ波を照射することによって発熱する発熱体（以後、本明細書においてはサセプタと称する。）を使用して、サセプタからの放射熱を被加熱物に照射し、被加熱物の表面温度と内部温度との温度差を縮小させる方法がとられている。

例えば、マイクロ波加熱炉の炉壁の内周面にマイクロ波の吸収率の高い材料を用いて被加熱物をマイクロ波加熱する連続式加熱炉が提案されている（特許文献１）。しかし、この従来技術においては、加熱炉の炉内全体を被加熱物の加熱温度近くまで昇温することとなるので、多くの電力を必要とする。また、高温に耐える耐熱材料で炉壁を構成することになるので、加熱炉が高価なものとなる。さらに、炉壁の外表面の温度が上昇するために、放散熱量が多くなり、加熱炉の外表面を構成する炉殻が変形しやすくなって、炉殻の溶接部分の破断などを生じてマイクロ波が漏洩する危険を招く、などといった問題があった。
特公平６−８０３９１号公報

本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、被加熱物の品質を維持しながら消費電力の少ない、また、安価なマイクロ波加熱炉の操業方法を提供することである。また、本発明の第２の目的は、第１の目的を達成するマイクロ波加熱炉を提供することである。

請求項１のマイクロ波加熱炉の操業方法に係わる発明は、上記の第１の目的を達成するために、マイクロ波を照射することによって発熱する発熱体（以下、サセプタと称する。）内に被加熱物を収容して該発熱体とともに該被加熱物を加熱するマイクロ波加熱炉の操業方法であって、前記被加熱物を収容する発熱体は、マイクロ波吸収率の異なる少なくとも２種以上の発熱体からなり、前記発熱体の外周部を形成する第１の発熱体は、前記発熱体の内周部を形成する第２の発熱体よりもマイクロ波吸収率が小さいことを特徴とする。

上記の構成により、本発明のマイクロ波加熱炉の操業方法は、マイクロ波加熱炉の炉内壁をサセプタとしないで、被加熱物を収容する容器をサセプタとすることにより、炉壁の熱負荷を減少させることができる。従って、加熱炉の消費電力量を低減することができるとともに、加熱炉の炉材を安価なものとすることができる。さらに、炉殻の熱によるひずみが少なくなり、マイクロ波の漏洩の危険を防止することができる。そして、被加熱物を収容する容器のサセプタをマイクロ波吸収率の異なる２種以上のサセプタで構成し、被加熱物に近い内周部ほどマイクロ波吸収率の高いサセプタとすることにより、被加熱物をより高温で加熱処理することができる。

請求項２のマイクロ波加熱炉の操業方法に係わる発明は、上記の第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明において、第１のサセプタはムライトと溶融アルミナとを混合して形成したサセプタであり、第２のサセプタはジルコニアとカルシアなどとを混合して形成したサセプタであることを要旨とする。

被加熱物を収容するサセプタをこのようなマイクロ波吸収率の異なるサセプタの二重構造とすることでマイクロ波加熱の加熱効率を向上することができ、被加熱物をより高温で加熱処理することができる。

請求項３のマイクロ波加熱炉の操業方法に係わる発明は、上記の第１の目的を達成するために、請求項１又は２に記載の発明において、前記被加熱物を収容するサセプタは、このサセプタの外周部にマイクロ波吸収率の低い断熱材を設けたことを要旨とする。

被加熱物を収容した容器のサセプタの外周面をマイクロ波の吸収が低くて断熱性の高いセラミックファイバなどで構成することにより、請求項１又は２と組み合わせることによって、被加熱物を収容した容器のサセプタからの放散熱を低減できる。従って、より一層の消費電力の低減が図られるとともに、炉内温度を一層低下することができ、加熱炉の炉材をより安価なものとすることができる。さらに、炉殻の熱によるひずみが少なくなり、マイクロ波の漏洩の危険を防止することができる。

請求項４のマイクロ波加熱炉の操業方法に係わる発明は、上記の第１の目的を達成するために、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記被加熱物を収容するサセプタは、前記被加熱物の表面温度を測定する測温孔を有することを要旨とする。

被加熱物の表面温度を計測することにより被加熱物の品質を安定化することができる。

請求項５のマイクロ波加熱炉に係わる発明は、上記の第２の目的を達成するために、炉壁によって区画された加熱室と、該加熱室にマイクロ波を導入するマイクロ波発生装置とを有するマイクロ波加熱炉であって、前記加熱室内に被加熱物を収容するマイクロ波を照射することにより発熱する発熱体容器を備え、該発熱体容器は、マイクロ波吸収率の異なる少なくとも２種以上の発熱体からなり、該発熱体容器の外周部を形成する第１の発熱体は、該発熱体容器の内周部を形成する第２の発熱体よりもマイクロ波吸収率が小さいことを特徴とする。

本発明のマイクロ波加熱炉においては、加熱室内に備えられた発熱体容器内に被加熱物を収容してマイクロ波を照射することができるので、加熱炉の炉壁の熱負荷を減少させることができる。従って、加熱炉の消費電力量を低減することができるとともに、加熱炉の炉材を安価なものとすることができる。さらに、炉殻の熱によるひずみが少なくなり、マイクロ波の漏洩の危険を防止することができる。

請求項６のマイクロ波加熱炉に係わる発明は、上記の第２の目的を達成するために、請求項５に記載の発明において、マイクロ波加熱炉は、一端に被加熱物の入口を他端に被加熱物の出口を有する炉体と、該炉体の内部へマイクロ波を導入するマイクロ波発生装置と、該炉体を貫通して前記被加熱物を収容した前記発熱体容器を載置搬送する搬送手段と、を有する連続式マイクロ波加熱炉であることを要旨とする。

本発明の連続式マイクロ波加熱炉を用いて被加熱物に加熱処理を施すことにより、上記の第１の目的を達成することができる。

本発明に係るマイクロ波加熱炉の操業方法は、被加熱物をマイクロ波により加熱するマイクロ波加熱炉の操業方法であって、マイクロ波を照射することによって発熱するサセプタ内に被加熱物を収容してサセプタとともに被加熱物を加熱する。

本発明はマイクロ波を用いて加熱する加熱炉に関するものであるり、マイクロ波加熱が可能であれば加熱炉の形式には特に限定はない。例えば、加熱炉の一側面の開口部から被加熱物を出し入れするシャトル型などのバッチ式加熱炉でも、一端から被加熱物を装入し他端から取り出すトンネル型などの連続式加熱炉でも好適に用いることができる。

本発明の実施形態を連続式マイクロ波加熱炉の場合を例として、図面を参照しながら説明する。

本発明の第１発明はマイクロ波加熱炉の操業方法の発明である。

図１と図２とは本発明に係る第１の形態を説明する要部概略図である。図２は連続式マイクロ波加熱炉の一例を示した概略側面図であり、図１は、図２のＡ−Ａ断面の模式図である。

本第１の形態のマイクロ波加熱炉１は、被加熱物の入口５１と出口５２とを有する炉体２と、加熱源であるマイクロ波発生装置４と、炉体２を貫通して被加熱物を載置搬送する搬送手段３とから構成されている。

炉体２は、加熱帯Ｈと冷却帯Ｃとからなり、加熱帯Ｈは鋼材からなる炉殻６と、この炉殻６の内側に設けられた炉壁７とからなる。炉殻６はステンレス鋼などの耐熱性の鋼材をマイクロ波の漏洩を防止するために溶接などによって密閉構造となるように形成したものである。また、炉壁７としてはマイクロ波吸収率の低い断熱材を用いるのが望ましく、例えばセラミックファイバ製のボードやフェルトなどを用いることが好ましい。

マイクロ波発生装置４は、マイクロ波を発生するマグネトロン８とマイクロ波を加熱炉本体２へ導入する導波管９とからなり、本形態においては、炉体２の炉床部からマイクロ波を導入して、スターラ１０でマイクロ波を拡散させて被加熱物Ｍに照射する構成となっている。加熱炉の形式によっては、炉頂部または炉体側部などにマイクロ波発生装置を配設してマイクロ波を照射してもよい。

被加熱物Ｍは、容器状の発熱体（以後、サセプタ容器と称する。）１１に収容されている。サセプタ容器１１はマイクロ波を吸収して発熱するサセプタで形成されており、被加熱物を収容することができる。サセプタ容器の形状は被加熱物を三次元的に囲繞できれば特に限定するものではなく、直方体、円筒形、立方体などの形状を例示することができる。また、サセプタ容器１１の材質は、マイクロ波吸収率が被加熱物Ｍと同等もしくは僅かに高いものであることが望ましく、ムライト、溶融アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、あるいはそれらの混合物などを好適に使用することができる。マイクロ波吸収率を調整するために、所望に応じて、これらの各成分の混合比率を変化させて用いるとよい。例えば、高いマイクロ波吸収率を所望する場合には、炭化珪素を使用し、これにアルミナを配合してマイクロ波吸収率を低下させることができる。つまりこの場合には、アルミナの配合率を調製することで所望のマイクロ波吸収率のサセプタを調製することができる。

ここで、サセプタ容器１１に直接被加熱物Ｍを載置すると、被加熱物Ｍのサセプタ容器１１に接触する部分が接触しない部分に比べて高温となる。従って、被加熱物Ｍをサセプタ容器１１に収容する場合には、被加熱物Ｍとサセプタ容器１１との間に受け具１２を設けることが望ましい。受け具１２は、被加熱物Ｍとの接触面積ができるだけ少ない方が望ましく、従って、受け具１２の断面形状は三角形または円形などであることが好ましい。また、被加熱物Ｍの形状によっては、球形（例えば、ビーズ状）の受け具も好適である。特に、被加熱物Ｍの加熱による収縮が大きい場合には、断面円形のコロ状またはビーズ状の受け具を用いることにより、被加熱物Ｍの加熱による収縮に伴って受け具１２が回転移動するから、被加熱物Ｍに変形や切れといった欠陥が発生する危険性を低減することができる。また、強度が低く撓みや変形などを生じやすい被加熱物Ｍを加熱する場合には、受け具１２の個数を増やして被加熱物Ｍを支持しながら加熱することが好ましい。なお、受け具１２は、直接被加熱物やサセプタ容器１１と接触することとなるので、被加熱物と同等のマイクロ波吸収率を有するセラミックで形成することが望ましい。

被加熱物Ｍの表面温度は、放射温度計１３などで炉体２に穿設した表面温度測定孔１４と、サセプタ容器１１の側面に進行方向に平行に長いスリット状に開設した（図５）測温孔１５を介して測定することができる。炉体２に所定間隔で複数個の表面温度測定孔１４を設けることにより、被加熱物Ｍの表面温度を断続的に測定することができ、各炉内位置における被加熱物Ｍの温度変化を知ることができる。

搬送装置３は、被加熱物の進行方向に対して直角に所定の間隔で平行に配設されたローラ１６と、図示しないチェーンなどで連結した駆動装置とからなる。搬送装置３は、ローラ１６を回転駆動することにより、被加熱物Ｍを収容したサセプタ容器１１を載置して炉体２の入口５１から出口５２に向かって搬送することができる。ローラ１６は耐熱性が高く、かつ、高温においてサセプタ容器１１と反応しない材質であれば特に制約はなく、ローラ１６の材質としては、アルミナ質、ムライト質などを例示することができる。なお、ローラ１６の材質としてはマイクロ波吸収率の低い材質であることが好ましい。ローラ１６と炉体２との隙間１７は、セラミックファイバ製のバルク（綿状）などの断熱材を充填して、加熱炉内の熱の炉外へ放散や、マイクロ波の外部への漏洩を防止することが望ましい。

また、サセプタ容器１１の底面が平坦な場合は、被加熱物Ｍを収容したサセプタ容器１１を直接ローラ１６の上に載置して搬送しながら加熱することができる。しかし、サセプタ容器１１の底面に凹凸がある場合には、搬送中に蛇行することがあり、また、サセプタ容器１１の強度が低い場合や、サセプタ容器１１が高温でローラ１６と反応しやすい場合などには、サセプタ容器１１とローラ１６との間にセッタ１８（図４）を介挿して搬送することが望ましい。セッタ１８は、セラミックなどからなる板状の載置台であり、サセプタ容器１１を載置して搬送加熱することにより、サセプタ容器１１の蛇行による搬送不具合や、サセプタ容器１１内での被加熱物Ｍの移動による加熱ムラなどの不都合を生じることがなく、安定した操業を確保することができる。

以上のように、本第１の形態のマイクロ波加熱炉の操業方法によれば、被加熱物をサセプタ容器に収容してマイクロ波で加熱するので、収容されている被加熱物は、サセプタ容器とともに昇温することができ、被加熱物に温度差が発生することがない。また、サセプタは被加熱物と同等もしくは僅かに高いマイクロ波吸収率を有しているので、サセプタ容器は被加熱物と同等もしくは僅かに高い温度にまで昇温され、炉内温度が低いことによるサセプタ容器表面から炉内へ熱の放散が生じても、サセプタ容器と被加熱物との間の温度差は僅かなものとすることができる。従って、被加熱物の温度差に起因するクラックなどの発生を防止することが可能となる。

また、本実施の形態においては、炉体の炉壁内周面にサセプタを使用していないので、マイクロ波による炉壁の温度上昇を抑制することができる。この結果、マイクロ波加熱炉の消費電力量を従来技術になるマイクロ波加熱炉に比べて大きく低減することができる。さらに、加熱炉本体の炉壁の昇温を抑制できるので、炉壁を構成する断熱材を従来技術の断熱材に比べて耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。例えば、従来技術では耐熱性の高い、例えば１５００℃まで耐熱性のあるアルミナ質ファイバを断熱材として用いていたが、本実施の形態では、例えば、サセプタ容器を、ムライトと溶融アルミナとを、Ａｌ₂Ｏ₃：８０％、ＳｉＯ₂：２０％、となるように配合して形成した場合には、１２００℃程度に耐えるアルミナ−シリカ系のセラミックファイバ製品を使用して、同等以上の断熱効果を得ることができる。さらに、炉殻の熱によるひずみが少なくなり、炉殻の変形によるマイクロ波の漏洩の危険を大幅に低減することができる。

本発明に係る第２の形態は、被加熱物を収容するサセプタよりも小さいマイクロ波吸収率を有するサセプタを、加熱炉の炉壁内側面に配設し、第１の形態と同様に被加熱物をサセプタ容器内に収容してマイクロ波加熱を施すマイクロ波加熱炉の操業方法である。

すなわち、第２の形態は、図３に示すように、炉体２の炉壁７の内側面にサセプタ１９（以後、サセプタＢと称する。）を設け、このサセプタＢ１９は被加熱物を収容するサセプタ容器１１（以後、サセプタＡと称する。）よりもマイクロ波吸収率が小さいものであることが望ましい。なお、マイクロ波加熱炉のその他の構成は第１の形態と同様である。

例えば、サセプタＡを、ムライトと溶融アルミナとを、Ａｌ₂Ｏ₃：８０％、ＳｉＯ₂：２０％、となるように配合して形成し、サセプタＢは、サセプタＡよりもマイクロ波吸収率が低くなるようにムライト分を低減して、ムライトと溶融アルミナとを、Ａｌ₂Ｏ₃：９２％、ＳｉＯ₂：８％となるように配合して形成する。

このような構成で第１の形態で用いた被加熱物と同様の被加熱物をマイクロ波加熱すると、被加熱物は第１の形態と同様にサセプタＡとともに昇温する。また、同時にサセプタＢも発熱して昇温する。しかし、サセプタＢはサセプタＡに比べてマイクロ波吸収率が低いのでサセプタＡよりも低い温度までしか昇温しない。 ところが、サセプタＢが昇温することによって、サセプタＢを有しない第１の形態に比べ、炉内温度とサセプタＡとの温度差は小さくなる。従って、サセプタＡの表面から炉内へ放射される放射熱量は小さくなり、サセプタＡと被加熱物との温度差は、第１の形態に比べてさらに小さくなる。つまり、サセプタＡ内に収容した被加熱物は一層安定した温度が得られるわけである。

サセプタＢは、炉内をサセプタＡや被加熱物の加熱温度より低い適当な温度にまで加熱できる材質であればよい。本実施の形態においては、消費電力量や炉殻の昇温などについては第１の形態に比べては若干劣るものとなる。しかし、サセプタＢを好適に選定することによって、炉内温度を大きく抑制できるので、従来技術に比較すれば消費電力を大幅に低減することが可能である上に、炉壁を構成する断熱材を耐熱性の低い安価な材料で構成することができる。例えば、本実施の形態における断熱材としては、１３５０℃程度に耐えるセラミックファイバ製品を好適に用いることができる。

また、本第２の形態においては、サセプタＢを有さない第１の形態に比べてサセプタ容器の熱負荷が軽減されるので、サセプタ容器の繰り返し使用回数を大幅に増大させることができ、操業の維持経費を節減することができる。

本発明に係る第３の形態は、被加熱物を収容するサセプタ容器の外周部にマイクロ波吸収率の小さい断熱材を設け、第１の形態と同様に被加熱物をサセプタ容器に収容してマイクロ波加熱を施すマイクロ波加熱炉の操業方法である。

すなわち、第３の形態は図４に示すように、サセプタ容器１１の外周部にマイクロ波吸収率の小さい、例えば、ファイバセラミック製のボードやフェルトなどの断熱材を配設してサセプタ容器からの熱の放散を抑制しようとするものである。なお、マイクロ波加熱炉のその他の構成は第１の形態と同様である。

例えば、被加熱物を収容するサセプタ容器１１を第１の形態と同様にムライトと溶融アルミナとを、Ａｌ₂Ｏ₃：８０％、ＳｉＯ₂：２０％、となるように配合して形成し、被加熱物を収容する。さらに、適当な厚さの比較的密度の高いセラミックファイバ製の断熱材で断熱材容器２０を形成して、この断熱材容器２０に被加熱物を収容したサセプタ容器１１を収容する。

このような構成で第１の形態で用いた被加熱物と同様の被加熱物にマイクロ波加熱を施すと、被加熱物は第１の形態と同様にサセプタ容器１１とともに昇温する。また、サセプタ容器は断熱材容器２０に収容されているのでサセプタ容器１１の表面から炉内への熱の放散は抑制される。従って、被加熱物の温度をより一層安定させることができ、温度差に起因するクラックなどの発生を防止することができる。また、炉体の炉壁内周面にサセプタを使用していないので、マイクロ波による炉壁の温度上昇を大幅に抑制することができる。この結果、マイクロ波加熱炉の消費電力量を前記の第１の形態や第２の形態に比べて一層低減することができる。さらに、炉壁を構成する断熱材を前記の第１の形態や第２の形態に比べてなお一層耐熱性の低い安価な材料、例えば、１２００℃程度に耐えるセラミックファイバ製品で構成することができ、炉殻の変形によるマイクロ波の漏洩の危険をも大幅に低減することができる。

本発明の第４の形態は、被加熱物を収容するサセプタ容器を、マイクロ波吸収率の異なる少なくとも２種以上のサセプタで形成し、サセプタ容器の外周部を形成する第１のサセプタが、その内周部を形成する第２のサセプタよりもマイクロ波吸収率が小さいもので構成するマイクロ波加熱炉の操業方法である。

すなわち、サセプタ容器１１は、第１のサセプタ容器１１ａと、この第１のサセプタ容器１１ａの内側に収容される第２のサセプタ容器１１ｂとの二重構造となっており、被加熱物Ｍは第２のサセプタ容器１１ｂ内に収容して加熱される。ここで、第２のサセプタ容器１１ｂは第１のサセプタ容器１１ａよりもマイクロ波吸収率が大きいく、サセプタ容器１１ｂのマイクロ波吸収率は前記と同様に被加熱物のマイクロ波吸収率よりも僅かに大きいことが好ましい。

このような構成で第１の形態で用いた被加熱物と同様の被加熱物にマイクロ波加熱を施すと、被加熱物は第１の形態と同様にサセプタ容器１１とともに昇温する。また、サセプタ容器はマイクロ波吸収率の異なるサセプタの二重構造となっているので、被加熱物から第２のサセプタ容器への熱放射はほぼ完全に抑制される。また、第１のサセプタ表面から炉内への熱の放散も抑制されるため、被加熱物は均一に加熱冷却されることができ、クラックなどの品質的な不具合を生じることがない。また、第２のサセプタは被加熱物よりもマイクロ波吸収率が高く、かつ第１のサセプタによって熱の放散が抑えられるので被加熱物を効率よく高温まで加熱することができる。

例えば、第１のサセプタ容器１１ａを第１の形態と同様にムライトと溶融アルミナとを、Ａｌ₂Ｏ₃：８０％、ＳｉＯ₂：２０％、となるように配合して形成した場合には、第２のサセプタ容器１１ｂをジルコニアとカルシアとがＺｒＯ₃：８８％、ＣａＯ：１２％、となるように配合して形成することができる。なお、この場合の第２のサセプタ容器１１ｂとしては、ジルコニアの他に炭化珪素やチタン酸アルミニウム等もマイクロ波吸収率を調整して好適に用いることができる。さらに、図６に示すように、前記の実施の形態と同様に適当な厚さの比較的密度の高いセラミックファイバ製の断熱材で断熱材容器２０を形成して、この断熱材容器２０に被加熱物を収容した上記のような二重構造のサセプタ容器１１を収容することも好ましい。本実施の形態においては、サセプタ容器１１は上記の二重構造容器に限定されることなく、所望に応じてマイクロ波吸収率が段階的に異なる複数のサセプタからなる複数層の容器構成とすることもできる。

本発明のマイクロ波加熱炉の操業方法によれば、以上の効果に加えて次のような効果を奏することができる。

従来技術においては、炉壁内周面にサセプタを設けて被加熱物に生じる温度差を緩和するようにしていた。しかし、この構成では被加熱物の形状が複雑であったり、成形助剤として使用されるバインダなどの性状の違いに合わせて適正なサセプタを選択して交換することは極めて困難であった。

一方、本発明の操業方法によれば、サセプタ容器に被加熱物を収容してマイクロ波加熱を施す構成であるから、被加熱物の形状や性状に合わせて最適な材質のサセプタを容易に選択してサセプタ容器とすることができる。

例えば、被加熱物の形状が複雑であり、わずかな温度差でクラックなどのダメージを受けるような被加熱物の燒結の場合には、その被加熱物の最もダメージを受けやすい温度域で被加熱物と同程度のマイクロ波吸収率を有する材質のサセプタ容器を使用することによって、被加熱物の表面温度とサセプタ容器の温度とを略同一にすることができる。従って、被加熱物の表面温度と内部温度との温度差が縮小し、被加熱物のダメージを低減することができる。

本発明の第２発明は、マイクロ波加熱炉の発明である。前述したように本発明においては加熱炉の形式は特に限定されるものではない。マイクロ波を照射できればバッチ式加熱炉でも連続式加熱炉でもよい。

加熱炉の実施形態については、図１および図２に本発明を実施するための連続式マイクロ波加熱炉の最良の形態を示し、第１発明の第１の形態で詳細に説明したのでここでは説明を省略する。

本実施の形態においては、連続式マイクロ波加熱炉として、ローラハース式連続炉の場合を例示した。しかし、本発明の連続式マイクロ波加熱炉における連続式加熱炉は、ローラ式、ネットコンベア式、台車式、あるいはスラブプッシャー式など、連続式の加熱炉であれば特に限定するものではない。

また、本実施の形態においては、加熱源としてマイクロ波加熱のみを有するマイクロ波加熱炉について例示した。しかし、加熱源として、電気ヒータ、あるいはバーナによる燃焼などの対流加熱や輻射加熱を補助加熱手段として併用することも可能である。特に、サセプタや被加熱物のマイクロ波吸収率の低い低温域や、休止後の加熱炉の立ち上げ時などにこれらの補助加熱手段を併用することは効果的である。

以下、実施例により本発明のマイクロ波加熱炉の操業方法についてさらに詳しく説明する。
（参考例１）
図２に示す連続式マイクロ波加熱炉を使用して、アルミナ質の生素地（寸法：１００×１００×２８ｍｍのアルミナブロック）を被加熱物とした。このアルミナブロックをサセプタ容器内に収容しさらに、このサセプタ容器を図４に示すように断熱材容器に収容してマイクロ波加熱を施した。

サセプタ容器は、Ａｌ₂Ｏ₃：８５．５％、ＳｉＯ₂：１５．５％からなる厚さ１５ｍｍの板（アルミナ−ムライト質耐火物）を組み合わせて、縦１５０×横１５０×深さ８０ｍｍの容器としたものである。また、断熱材容器には、厚さ４０ｍｍのセラミックファイバーボードを用いた。

上記のように構成した被加熱物であるアルミナブロックを内蔵した被加熱容器を厚さ１０ｍｍのセッタ（ハイアルミナ質耐火物）上に載置し、連続式マイクロ波加熱炉中を１ｍ／時間の速度で通過させた。アルミナブロックの最高温度が１５２０℃となるように１０時間かけて加熱し、その後１０時間かけて常温まで冷却した。

炉内温度の変化を図７に示す。ここで横軸は、アルミナブロックを内蔵する被加熱容器を加熱炉へ装入してからの経過時間で、縦軸はその経過時間後の被加熱容器の通過位置における炉内温度（本実施例においては、例えば５時間後の温度は、炉の装入口から５ｍ入った位置での炉内温度）を示す。

図７からアルミナブロックが最高温度の１５２０℃で、その付近の炉内温度は１３８０℃であることが分かる。すなわち、被加熱物を１５００〜１６００℃に加熱する場合であっても炉壁内周面の断熱材は１４００℃程度に耐える材質でよいことが分かった。従来は、被加熱物をこのような高温とする場合には、炉壁内周面の断熱材は１６００℃以上に耐える極めて高価な材質のもが要求された。

さらに、マイクロ波加熱炉の炉壁の内面温度は、最高温度付近で１３８０℃であり、従来の１５５０℃に比べて大幅に低下することができた。また、消費電力も従来に比べて約２０％節減することができた。
（実施例２）
図６に示すようにサセプタ容器をマイクロ波吸収率の異なる２種類のサセプタを用いて形成した以外は、参考例１と同様にして、参考例１と同様のアルミナブロックをマイクロ波加熱した。

サセプタ容器１１は、Ａｌ₂Ｏ₃：８０％、ＳｉＯ₂：２０％からなる厚さが６ｍｍで縦１６０×横１６０×深さ５０ｍｍの容器を第１のサセプタ容器１１ａとし、さらに、この第１のサセプタ容器１１ａの内周面にＺｒＯ₂：８８％、ＣａＯ：１２％からなる厚さ３ｍｍの板を当接させて配置し第２のサセプタ容器１１ｂを形成して、マイクロ波吸収率の異なる２種類のサセプタの二重構造とした。

以上のように構成したサセプタ容器１１にアルミナブロックを収容し、さらに参考例１と同様に断熱材容器に収容して被加熱容器としてセッタに載置し、連続式マイクロ波加熱炉中を１ｍ／時間の速度で通過させた。ここで、炉内温度を図７の温度曲線となるように調整して、アルミナブロックを内蔵する被加熱容器にマイクロ波加熱を施した。

被加熱物であるアルミナブロックは、炉内温度が１３８０℃の最高温度となる時点で、１６５６℃まで加熱された。なお、アルミナブロックの焼成温度は、サセプタ容器内のアルミナブロック近傍にリファサーモ（（財）ファインセラミックセンター製）を配置してサセプタ容器内の最高温度を測定し、アルミナブロックの最高温度とした。

本実施例では、第１と第２のマイクロ波吸収率の異なるサセプタを組み合わせることによって、炉内温度を高めることなくアルミナブロックの焼成温度を炉内温度よりも２７６℃も高温とすることができた。

すなわち、マイクロ波吸収率の異なる複数のサセプタを組み合わせることによりマイクロ波加熱の加熱効率を飛躍的に向上させうることが分かった。

本発明のマイクロ波加熱炉の操業方法と連続式マイクロ波加熱炉は、セラミックスなど誘電体の加熱処理、特に焼結処理などに好適に使用することができる。 本発明では被加熱物をサセプタ容器に収容してマイクロ波加熱を施すので、被加熱物の温度差によるクラックなどの不都合を生じる危険がない。従って、薄肉部と厚肉部とを有するような複雑な形状の被加熱物についても安定した品質を得ることができる。また、炉壁温度の上昇を抑制することができるので、炉壁内周部の断熱材を安価なものとすることができ、加熱炉の製造コストや消費電力を大幅に低減することができる。

さらに、被加熱物を収容するサセプタ容器を、マイクロ波吸収率の異なる複数のサセプタを組み合わせて形成することにより、マイクロ波加熱の加熱効率を飛躍的に向上させることができる。

第１の形態を示す断面模式図である。 第１の形態を説明する概略側面図である。 第２の形態を示す断面模式図である。 第３の形態のサセプタ容器の構成を示す要部断面模式図である。 サセプタ容器を示す要部側面模式図である。 第４の形態のサセプタ容器の構成を示す要部断面模式図である。 参考例１の加熱経過時間による炉内温度の変化を示す線図である。

符号の説明

１：連続式マイクロ波加熱炉 ２：炉体 ３：搬送手段 ４：マイクロ波発生装置 ６：炉殻 ７：炉壁 １０：スターラ １１：サセプタ容器 １２：受け具 １３：放射温度計 １５：測温孔 １６：ローラ １８：セッタ １９：サセプタＢ ２０：断熱材（容器） Ｍ：被加熱物 Ｈ：加熱帯 Ｃ：冷却帯

Claims (6)

1. マイクロ波を照射することによって発熱する発熱体内に被加熱物を収容して該発熱体とともに該被加熱物を加熱するマイクロ波加熱炉の操業方法であって、
   前記被加熱物を収容する発熱体は、マイクロ波吸収率の異なる少なくとも２種以上の発熱体からなり、前記発熱体の外周部を形成する第１の発熱体は、前記発熱体の内周部を形成する第２の発熱体よりもマイクロ波吸収率が小さいことを特徴とするマイクロ波加熱炉の操業方法。
2. 前記第１の発熱体はムライトと溶融アルミナとを混合して形成した発熱体であり、前記第２の発熱体はジルコニアとカルシアとを混合して形成した発熱体である請求項１に記載のマイクロ波加熱炉の操業方法。
3. 前記被加熱物を収容する発熱体は、該発熱体の外周部にマイクロ波吸収率の低い断熱材を設けた請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱炉の操業方法。
4. 前記被加熱物を収容する発熱体は、前記被加熱物の表面温度を測定する測温孔を有する請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ波加熱炉の操業方法。
5. 炉壁によって区画された加熱室と、
   該加熱室内にマイクロ波を導入するマイクロ波発生装置とを有するマイクロ波加熱炉であって、
   前記加熱室内に、被加熱物を収容するマイクロ波を照射することにより発熱する発熱体容器を備え、
   該発熱体容器は、マイクロ波吸収率の異なる少なくとも２種以上の発熱体からなり、該発熱体容器の外周部を形成する第１の発熱体は、該発熱体容器の内周部を形成する第２の発熱体よりもマイクロ波吸収率が小さいことを特徴とするマイクロ波加熱炉。
6. 前記マイクロ波加熱炉は、一端に被加熱物の入口を他端に被加熱物の出口を有し、少なくとも加熱帯と冷却帯とを備えた炉体と、
   該炉体の前記加熱帯の内部へマイクロ波を導入するマイクロ波発生装置と、
   該炉体を貫通して前記被加熱物を収容した前記発熱体容器を載置搬送する搬送手段と、
   を有する請求項５に記載のマイクロ波加熱炉。

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