JP4383093B2 - 電磁波を使用した焼成体の連続焼成方法及びトンネル式連続焼成炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼成体の連続焼成方法に関し、更に詳しくは、電磁波（以下、マイクロ波と称す）照射熱によって焼成温度の異なる多種類の焼成体を連続して得ることが可能な焼成体の連続焼成方法及び連続焼成炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窯業材料やファインセラミックス材料等からなる被焼成体の焼成に、マイクロ波による加熱方法を利用することで、従来の方法と比較して、焼成時間の短縮、均一な焼成の実現が可能となることがわかり、その実用化に向け、製品の品質の向上、生産の更なる合理化を達成し得る手段の開発が種々なされている。これに対し、焼成体が連続して得られ、焼成体の大量生産を可能とするマイクロ波連続焼成炉が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる焼成炉では、マイクロ波を透過する断熱壁によって区分された焼成室の焼成温度を、被焼成体の搬送方向において被焼成体の焼成過程に対応するように変化させている。そして、断熱壁に、断熱性を有し且つマイクロ波の透過を許容する材料を用い、その厚みを漸次増大させ、更に、断熱壁の内側にマイクロ波によって自己発熱する内殻を設けることが提案されている。
【０００３】
上記した構成のマイクロ波連続焼成炉は、特に、内殻の形成材料と類似するマイクロ波による自己発熱特性を有する被焼成体を大量に焼成できる、という特長を有する。このため、異なる発熱特性を有する多種類の被焼成体を大量に焼成する場合には、マイクロ波により自己発熱する内殻の材質を被焼成体に応じて変更することが必要となる。しかしながら、一体化した連続焼成炉の構造から、内殻の材料を被焼成体に応じて変更することは、相当の時間と労力とを要し、発熱特性の異なる多種類の被焼成体を大量に焼成するためには、個々の被焼成体に応じた発熱特性と同じ材料からなる内殻を有する複数の連続焼成炉を用意し、個々の被焼成体が有する自己発熱特性に応じて設計されている炉を選択して用いて焼成を行う必要がある。このため、上記した従来の方法は、少量多品種生産には適したものではなかった。以上のように、従来技術においては、少量多品種生産への対応や、経済性の観点からの解決すべき課題を残していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３０９５５公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、一のマイクロ波連続焼成炉で、個々に異なるマイクロ波による自己発熱特性を有する多種類の被焼成体に対して、該発熱特性に応じた焼成を同時に行なうことができ、良好なマイクロ波加熱によって品質に優れた焼成体が得られる、少量多品種生産に適し、経済性に優れる焼成体の連続焼成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、［１］マイクロ波照射による焼成を行なう加熱・焼結領域が少なくとも設けられているトンネル式連続焼成炉を用いて、焼成温度の異なる多種類の焼成体を連続して得る焼成体の焼成方法において、所定の被焼成体に対する焼成温度条件に設定されている上記加熱・焼結領域に、上記と異なる焼成温度を有する複数の被焼成体を、それぞれの被焼成体の周囲を該被焼成体と、同等又は同等以上のマイクロ波による自己発熱特性を有する材料で形成したサセプターで囲った状態で挿入することを特徴とするマイクロ波を使用した焼成体の連続焼成方法である。より具体的な形態としては、上記サセプターが、それぞれの被焼成体と同様の材質の材料でそれぞれ形成されている焼成体の連続焼成方法が挙げられる。
【０００７】
本発明にかかる焼成体の連続焼成方法の好ましい形態としては、下記の［２］〜［４］ものが挙げられる。上記［１］の構成において、［２］更に、上記サセプターの周囲を耐火断熱材で囲う焼成体の連続焼成方法。上記［１］又は［２］いずれかの構成において、［３］前記連続焼成炉を構成している炉材の耐熱温度が、前記サセプターの耐熱温度よりも低い焼成体の連続焼成方法。上記［２］の構成において、［４］前記連続焼成炉を構成している炉材の耐熱温度が、前記断熱材の耐熱温度よりも低い焼成体の連続焼成方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、好ましい実施の形態を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討の結果、連続焼成炉の加熱・焼結領域内に、個々の被焼成体の大きさに見合った領域であって、且つ個々の被焼成体の有するマイクロ波による発熱特性（以下、自己発熱特性という）に合致した熱特性を有する加熱・焼結領域を適宜に形成できれば、個々に異なる自己発熱特性を有する多種類の被焼成体を、所定の温度条件に設定されている同一の連続焼成炉内で同時に焼成することができ、少量多品種生産への対応が可能となり、格段に経済性を向上させることができることを見いだして、本発明を達成した。
【００１０】
本発明にかかる焼成体の連続焼成方法では、マイクロ波照射による焼成を行なう加熱・焼結領域が少なくとも設けられているトンネル式連続焼成炉を用い、該加熱・焼結領域の温度条件を、所定の被焼成体を焼成する焼成温度に設定した状態とし、該領域に、上記と異なる焼成温度を有する別の種類の被焼成体を挿入する。そして、挿入する際に、被焼成体の周囲を、該被焼成体の自己発熱特性に応じたマイクロ波による自己発熱特性を有する材料で形成されたサセプターで囲うことを特徴とする。かかる方法によれば、トンネル式連続焼成炉における炉材等の構成や、運転する際の設定温度条件を通常の状態から変更することなく、同一の焼成炉で、焼成温度の異なる複数種類の焼成体を連続して得ることができる。
【００１１】
被焼成体をサセプターで囲う方法としては、図１（ａ）に示したような形状のサセプターを使用して被焼成体の全体を囲う方法や、図１（ｂ）に示したような形状の、連続炉の進行方向の前後を開放とした形状のサセプターを用い、サセプター内が擬似的に連続炉と同様のトンネル式の態様となるように囲う方法等が挙げられる。これらのサセプターによって囲われる被焼成体の数は、１個であることが好ましいが、場合によっては複数個の被焼成体を囲ってもよい。又、本発明のより好ましい態様としては、サセプターの周囲を、更に耐火断熱材で囲うことが挙げられる。
【００１２】
本発明で使用するサセプターは、被焼成体の自己発熱特性に応じたマイクロ波による自己発熱特性を有する材質からなる材料を用いて形成される。例えば、被焼成体がアルミナからなるものである場合は、アルミナ質サセプターを用い、被焼成体がジルコンからなるものである場合は、ジルコン質サセプターを用い、又、被焼成体がＳＫ３２耐火煉瓦からなるものである場合は、コーディエライト質サセプター又はシャモット質サセプターを用いる。そして、これらのサセプターを断熱材で囲うことが好ましい。サセプターの材料は、被焼成体の成分とほぼ一致するものが好ましいが、類似成分、他の材質でも自己発熱特性の温度差が、およそ５０℃以内であれば使用することができる。
【００１３】
又、これらのサセプターの周囲を囲う耐火断熱材としては、耐熱温度が焼成温度よりも５０℃以上高いものを用いることが好ましい。より好ましくは、耐熱温度が焼成温度よりも１００℃以上高いものを使用するとよい。例えば、アルミナ質の被焼成体を１，６００℃で焼成する場合に使用する耐火断熱材には、例えば、１，７００℃耐用のアルミナ質断熱ファイバーボードを使用することが好ましい。
【００１４】
上記したような構成を有する本発明の焼成体の焼成方法では、サセプターや、必要に応じてその周囲に配置させる断熱材に、被焼成体の焼成処理のために必要となる焼成温度に耐え得る耐熱特性を有する材料のものを使用すれば足りる。一方、トンネル式のマイクロ波連続焼成炉に付帯する炉材には、上記に挙げたサセプターや断熱材の耐熱温度よりも耐熱温度が低い、耐熱特性に劣る炉材を用いることができる。このため、本発明の方法によれば、焼成炉に付帯する炉材を損耗することなく使用できるという利点もある。
【００１５】
以上のような構成を有する本発明にかかる焼成体の焼成方法によれば、特定の被焼成体を定常的に連続焼成するため、トンネル式のマイクロ波連続焼成炉の基本設計や、運転条件を変更することなく、該炉内に適宜なサセプターを配置するという簡単な手段のみによって、所定のマイクロ波出力により加熱・焼結領域が所定の温度勾配に保たれている連続炉内の炉内温度を大きく変更することなく、定常的な連続焼成を問題なく行ないつつ、同時に、連続焼成炉の設定温度よりも高温で焼成された異なる種類の焼成体を得ることができる。上記においては、定常の被焼成体よりも焼成温度の高い異なる種類の被焼成体を、該被焼成体と同等、好ましくは同等以上のマイクロ波による自己発熱特性を有するサセプターで囲って、トンネル式のマイクロ波連続焼成炉の加熱・焼結領域に搬送する。
【００１６】
更に、サセプターの材質を適宜に選択すれば、当該サセプターで囲うという簡単な手段のみで、連続焼成炉の設定温度よりも低温で焼成された異なる種類の焼成体を得ることが可能となる。但し、本発明者らの検討によれば、連続焼成炉の設定温度よりも低温で焼成される焼成体を得ようとする場合には、サセプターの温度が、連続焼成炉の炉内温度によって上昇してしまう恐れがあるため、先に挙げたような材質からなる断熱材でサセプターを囲うことが望ましい。
【００１７】
又、サセプターの周囲を断熱材で囲って断熱層を設けた形態の本発明にかかる焼成体の焼成方法によれば、より高度に、所定の温度勾配に保たれている炉内温度への影響が抑制され、且つ、サセプターで囲われた領域内への炉内温度からの影響がより高度に抑制できるため、サセプターで囲われた領域内は、所望する温度条件が安定に保持された状態の加熱・焼結領域となる。又、サセプターの周囲を断熱材で囲うことで、被焼成体をサセプターで囲っただけの場合よりも、更に、炉内温度と差のある焼成温度で焼成された焼成体を得ることが可能となる。この結果、トンネル式のマイクロ波連続焼成炉における定常運転によって、定常的な焼成体を得ると同時に、個々に焼成温度の異なる多種類の焼成体を必要に応じて適宜に得ることが可能となる。
【００１８】
サセプターの周囲を断熱材で囲うか否かは、適宜に決定すればよい。例えば、所定の温度勾配に保たれている連続炉の温度よりも焼成温度が高い被焼成体を焼成する場合には、サセプターからの放熱を防ぐために、サセプターを更に断熱材で囲うことが望ましい。一方、所定の温度勾配に保たれている連続炉の温度よりも焼成温度が低い被焼成体を焼成する場合には、炉内からの熱輻射によりサセプター及び被焼成体の温度が上がってしまうのを防ぐため、この場合も断熱材で囲うことが好ましい。
【００１９】
上記したように、本発明にかかる焼成体の焼成方法によれば、所定のマイクロ波出力により炉内温度が所定の温度勾配に保たれたトンネル式のマイクロ波連続焼成炉を用いて、焼成温度が種々に異なる所望の焼成体を同時に得ることができるため、多品種少量生産でき、経済的である。又、本発明にかかる焼成体の焼成方法によれば、使用するマイクロ波連続焼成炉を構成する炉材等の耐熱性を、従来のものよりも低く構成することが可能であり、この点でも経済性に優れる。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例では、加熱・焼結領域が１，３５０℃に保たれたトンネル式のマイクロ波連続焼成炉を用いた。そして、純度９９．６％のアルミナ粉末を主原料とする１５０×１５０×３０ｍｍの大きさのアルミナ被焼成体を、該被焼成体の全体を、図１（ａ）に示したような形状のサセプターで囲った状態で、加熱・焼結領域へと搬送した。この際、サセプターには、上記の被焼成体と同様の材質の、純度約９９％のアルミナを主原料とするアルミナ質のものを使用した。サセプターには、被焼成体の全体を囲うものであって、且つ、被焼成体を配置した場合に、被焼成体とサセプターとの間隔が約３０〜６０ｍｍ程度となる形状のものを使用した。本実施例では、更に、このサセプターの周囲を、厚みが５０ｍｍのアルミナ質製の断熱材で覆った状態とした。この結果、アルミナ焼成体の焼成温度である１，５００℃で焼成した焼成体とほぼ同等の密度の焼成体が得られた。
【００２１】
更に、サセプターの形状に、図１（ｂ）に示したようなサセプター内が擬似的に連続炉の態様となる、連続炉の進行方向の前後が開放された形状のものを用いた以外は上記と同様にして、被焼成体を加熱・焼結領域へと搬送した。即ち、被焼成体とサセプターとの間隔を約３０〜６０ｍｍ程度とし、厚みが５０ｍｍのアルミナ質製の断熱材を用いた。この結果、上記したと同様に、加熱・焼結領域が１，３５０℃に保たれたトンネル式のマイクロ波連続焼成炉において、１，５００℃で焼成した焼成体とほぼ同等の密度の焼成体を得ることができた。
【００２２】
更に、上記で用いたと同様の純度９９．６％のアルミナ粉末成形体を被焼成体とし、断熱材を用いることなく、図１（ｂ）に示した形状の、アルミナ９９％のアルミナ質サセプターのみで囲い、連続炉に搬送した。この結果、焼成体の適正焼成温度である１，４００℃で焼結した焼成体とほぼ同程度の品質の焼成体が得られた。
【００２３】
（実施例２）
実施例１で使用したアルミナ被焼成体を、約９８％ジルコンを含有するジルコンサンドとジルコンフラワーを主原料とするジルコン被焼成体とし、且つ、ジルコンとムライトを主原料とするジルコン質サセプターとし、断熱材を使用しなかった以外は実施例１と同様にして、ジルコン被焼成体を、図１（ａ）に示した形状のサセプターで囲った状態で加熱・焼結領域へと搬送した。この結果、ジルコン焼成体の焼成温度である１，４６０℃で焼成した焼成体とほぼ同等の密度の焼成体が得られた。
【００２４】
更に、サセプターに、図１（ｂ）に示したようなサセプター内が擬似的に連続炉の態様となる、連続炉の進行方向の前後が開放された形状のものを用いた以外は上記と同様にして、被焼成体を加熱・焼結領域へと搬送した。この結果、上記したと同様に、加熱・焼結領域が１，３５０℃に保たれたトンネル式のマイクロ波連続炉において、１，４６０℃で焼成した焼成体とほぼ同等の密度の焼成体を得ることができた。
【００２５】
（実施例３）
実施例１で使用したアルミナ被焼成体を、シャモット及び耐火粘土を主原料とするＳＫ３２耐火煉瓦の被焼成体とし、コーディエライト質サセプターを用い、その周囲を、最高使用温度１，６００℃のアルミナ・シリカ系断熱ボード製の断熱層を設けたこと以外は実施例１と同様にして、加熱・焼結領域へと搬送した。この結果、ＳＫ３２耐火煉瓦の焼成体の焼成温度である１，２７０℃で焼成した焼成体とほぼ同等の密度の焼成体が得られた。
【００２６】
更に、サセプターに、図１（ｂ）に示したようなサセプター内が擬似的に連続炉の態様となる、連続炉の進行方向の前後が開放された形状のものを用いた以外は上記と同様にして、被焼成体を加熱・焼結領域へと搬送した。この結果、上記したと同様に、加熱・焼結領域が１，３５０℃に保たれたトンネル式のマイクロ波連続炉において、１，２７０℃で焼成した焼成体とほぼ同等の密度の焼成体を得ることができた。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、加熱・焼結領域の温度条件を、所定の被焼成体の焼成温度に対するものに設定したマイクロ波連続焼成炉を用いているにもかかわらず、個々に異なる焼成温度を有する多種類の被焼成体に対して、個々の焼成温度に応じた最適な焼成を同時に行なうことができ、マイクロ波加熱によって品質に優れた種々の焼成体が得られる、少量多品種生産に適し、経済性に優れる焼成体の連続焼成方法、及びトンネル式連続焼成炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するサセプター及び断熱層の形状の一例を示す模式図である。

Claims (5)

1. 電磁波照射による焼成を行なう加熱・焼結領域が少なくとも設けられているトンネル式連続焼成炉を用いて、焼成温度の異なる多種類の焼成体を連続して得る焼成体の焼成方法において、所定の被焼成体に対する焼成温度条件に設定されている上記加熱・焼結領域に、上記と異なる焼成温度を有する複数の被焼成体を、それぞれの被焼成体の周囲を該被焼成体と、同等又は同等以上のマイクロ波による自己発熱特性を有する材料で形成したサセプターで囲った状態で挿入することを特徴とする電磁波を使用した焼成体の連続焼成方法。
2. 前記サセプターが、それぞれの被焼成体と同様の材質の材料でそれぞれ形成されている請求項１に記載の焼成体の連続焼成方法。
3. 更に、前記サセプターの周囲を耐火断熱材で囲う請求項１又は２に記載の焼成体の連続焼成方法。
4. 前記連続焼成炉を構成している炉材の耐熱温度が、前記サセプターの耐熱温度よりも低い請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼成体の連続焼成方法。
5. 前記連続焼成炉を構成している炉材の耐熱温度が、前記断熱材の耐熱温度よりも低い請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼成体の連続焼成方法。

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