JP6878095B2 - Heating method and carbon fiber manufacturing method, carbonization equipment and carbon fiber manufacturing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波を利用する加熱方法等に関する。 The present invention relates to a heating method using microwaves and the like.

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方法が提案されている(例えば特許文献1、2)。特許文献2に記載の方法は、一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面方形状の加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波により、前記加熱管内を走行する被加熱物を加熱し、前記被加熱物は、前記一対の短側壁を横切るように、供給されている。
なお、特許文献2の加熱は、被加熱物に対して電界が垂直となることで加熱される、所謂電界加熱である。
Carbon fibers are produced by heating precursor fibers produced from polyacrylonitrile-based fibers, rayon-based fibers, cellulosic-based fibers, pitch-based fibers and the like. For example, heating of a precursor fiber produced from polyacrylonitrile-based fiber is referred to as 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.
As heating for carbonizing precursor fibers, a method using microwaves has been proposed in addition to the conventional electric heater (for example, Patent Documents 1 and 2). In the method described in Patent Document 2, a heated object traveling in the heating tube is heated by a TE mode microwave propagating in a heating tube having a pair of short side walls and a pair of long side walls and having a rectangular cross section. The object to be heated is supplied so as to cross the pair of short side walls.
The heating in Patent Document 2 is so-called electric field heating, in which the electric field is perpendicular to the object to be heated.

特許6063045号Patent No. 6063045 特開2016−195021号Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-195021

しかしながら、特許文献2の技術は、被加熱物が一対の短側壁を横切るため、被加熱物の加熱長が短くなる。このため、付与するエネルギを確保するために、被加熱物の走行速度を遅くしたり、加熱管を大きくして短側壁を長くしたりする必要があり、生産機への適用が困難である。
また、特許文献1の第80段落に記載のように、前駆体繊維を加熱する場合、蓄熱により反応が進んで前駆体繊維が切断するため、被加熱物に付与するエネルギ(電界)を走行途中で調整できる方が好ましいが、特許文献2の方法ではエネルギの調整が困難である。
なお、これらの課題は、糸状導電材料以外に、フィルム状材料や搬送手段により導波管内を搬送される被加熱物にも生じ得る課題である。
本発明は、上記した課題に鑑み、被加熱物の加熱を長くでき、走行途中で付与するマイクロ波のエネルギ強度の調整が可能な加熱方法や炭素繊維の製造方法等を提供することを目的とする。
However, in the technique of Patent Document 2, since the object to be heated crosses the pair of short side walls, the heating length of the object to be heated becomes short. Therefore, in order to secure the energy to be applied, it is necessary to slow down the traveling speed of the object to be heated or to enlarge the heating tube to lengthen the short side wall, which is difficult to apply to the production machine.
Further, as described in the 80th paragraph of Patent Document 1, when the precursor fiber is heated, the reaction proceeds due to the heat storage and the precursor fiber is cut, so that the energy (electric field) applied to the object to be heated is being applied during traveling. However, it is difficult to adjust the energy by the method of Patent Document 2.
In addition to the filamentous conductive material, these problems can also occur in a film-like material or an object to be heated that is conveyed in the waveguide by a conveying means.
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a heating method, a carbon fiber manufacturing method, and the like, which can lengthen the heating of the object to be heated and can adjust the energy intensity of microwaves applied during traveling. To do.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る加熱方法は、一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面方形状の加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波の電界により、前記加熱管内を当該加熱管の管軸に沿って走行する被加熱物を加熱する加熱方法において、マイクロ波の電界の強さは、前記被加熱物の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整されている。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る加熱方法は、一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面方形状の加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波の電界により、前記加熱管内を当該加熱管の管軸に沿って走行する被加熱物を加熱する加熱方法において、前記加熱管は、マイクロ波発生装置から発生されたマイクロ波を導入させるためのスリットを、前記走行方向に間隔を置いて複数個有し、マイクロ波の電界の強さは、前記スリットにおける前記走行方向の寸法を変化させることで、調整されている。
In order to achieve the above object, the heating method according to one aspect of the present invention uses a TE mode microwave electric field propagating in a heating tube having a rectangular cross section having a pair of short side walls and a pair of long side walls. In a heating method for heating an object to be heated that travels in the heating tube along the tube axis of the heating tube, the strength of the microwave electric field is determined in the cross section of the heating tube along the traveling direction of the object to be heated. It is adjusted by changing the internal area.
In order to achieve the above object, the heating method according to one aspect of the present invention uses a TE-mode microwave electric field propagating in a heating tube having a pair of short side walls and a pair of long side walls. In a heating method for heating an object to be heated that travels in a heating tube along the tube axis of the heating tube, the heating tube has a slit for introducing microwaves generated from a microwave generator in the traveling direction. The strength of the microwave electric field is adjusted by changing the dimension of the slit in the traveling direction.

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方法は、前駆体繊維を加熱して炭素繊維を製造する炭素繊維の製造方法において、前記前駆体を加熱する加熱方法は上記に記載の加熱方法を含む。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る炭素化装置は、断面方形状の加熱管内を当該管軸に沿って走行する前駆体繊維をTEモードのマイクロ波の電界により加熱して炭素化する炭素化装置において、前記前駆体繊維の走行方向に沿って前記マイクロ波の電界の強さを調整する調整手段を備える。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る炭素化装置は、前駆体繊維を加熱して炭素繊維を製造する炭素繊維の製造装置において、前記前駆体を加熱して炭素化する炭素化装置として、上記に記載の炭素化装置を含む。
In order to achieve the above object, the method for producing carbon fiber according to one aspect of the present invention is the method for producing carbon fiber by heating the precursor fiber, wherein the heating method for heating the precursor is Includes the heating methods described above.
In order to achieve the above object, the carbonization apparatus according to one aspect of the present invention heats a precursor fiber traveling along a tube axis in a heating tube having a rectangular cross section by a microwave electric field in TE mode. In the carbonization apparatus for carbonization, an adjusting means for adjusting the strength of the electric field of the microwave along the traveling direction of the precursor fiber is provided.
In order to achieve the above object, the carbonization apparatus according to one aspect of the present invention is a carbon fiber production apparatus for producing carbon fibers by heating the precursor fibers, wherein the precursor is heated and carbonized. The carbonization device includes the carbonization device described above.

本発明の一態様に係る加熱方法及び炭素繊維の製造方法並びに炭素化装置及び炭素繊維の製造装置は、加熱管の管軸に沿って走行する被加熱物を加熱するため被加熱物の加熱を長くでき、加熱管の断面における内部面積を変化させたり、スリットにおける前記走行方向の寸法を変化させたりすることで、走行途中で付与するマイクロ波のエネルギ強度の調整が可能となる。 The heating method and the carbon fiber manufacturing method, and the carbonization device and the carbon fiber manufacturing device according to one aspect of the present invention heat the heated object in order to heat the heated object running along the tube axis of the heating tube. It can be lengthened, and by changing the internal area in the cross section of the heating tube or changing the dimension of the slit in the traveling direction, it is possible to adjust the energy intensity of the microwave applied during the traveling.

(a)はマイクロ波が伝播する加熱管の断面における電界の強さ分布の概念図を示し、(b)は加熱管を伝播するマイクロ波の様子を示す。(A) shows a conceptual diagram of the electric field strength distribution in the cross section of the heating tube through which the microwave propagates, and (b) shows the state of the microwave propagating in the heating tube. (a)は加熱管における導波管側の長側壁に設けた導入孔を示す図であり、(b)は(a)の導入孔が設けられ加熱管内の電界の強さを示す図である。(A) is a diagram showing an introduction hole provided on a long side wall on the waveguide side of the heating tube, and (b) is a diagram showing the strength of the electric field in the heating tube provided with the introduction hole of (a). .. マイクロ波の電界強さを調整する加熱管を説明する図であり、(a)は加熱管を伝播するマイクロ波の様子を示す図であり、(b)はマイクロ波の電界の強さの分布を示す図であり、(c)はマイクロ波の電界の強さを示す図である。It is a figure explaining the heating tube which adjusts the electric field strength of a microwave, (a) is a figure which shows the state of the microwave propagating in a heating tube, (b) is the distribution of the electric field strength of a microwave. It is a figure which shows the strength of the electric field of a microwave, (c) is a figure which shows. (a)は図3の(b)で示すA位置での加熱管の横断面における電界の分布を示す図であり、(b)は図3の(b)で示すB位置での加熱管の横断面における電界の分布を示す図であり、(c)は図3の(b)で示すC位置での加熱管の横断面における電界の分布を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing the distribution of the electric field in the cross section of the heating tube at the position A shown in FIG. 3B, and FIG. 3B is a diagram showing the distribution of the electric field at the position B shown in FIG. 3B. It is a figure which shows the distribution of the electric field in the cross section, and (c) is the figure which shows the distribution of the electric field in the cross section of the heating tube at the position C shown by (b) of FIG. 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. 加熱装置の概略図である。It is a schematic diagram of a heating device. 加熱管内を走行する耐炎繊維の表面の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the surface of the flame-resistant fiber running in a heating tube. (a)は階段状の高さ調整部材を示し、(b)はスロープ状の高さ調整部材を示す。(A) shows a step-shaped height adjusting member, and (b) shows a slope-shaped height adjusting member. 一対の短側壁の間隔を調整してマイクロ波の電界の強さを調整する例を示す図である。It is a figure which shows the example which adjusts the electric field strength of a microwave by adjusting the interval of a pair of short side walls.

<概要>
本発明の一態様に係る加熱方法は、一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面形状が方形状をする加熱管を有し、加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波を利用して管内を走行する被加熱物を加熱する。
ここでは、TEモードの例としてTE10について説明するが、他のTEモード、例えばTE20であってもよい。被加熱物は、方形状となる断面と直交する方向(加熱管の管軸方向である。)に走行する。なお、管軸方向は加熱管の管軸が延伸する方向である。
<Overview>
The heating method according to one aspect of the present invention has a heating tube having a pair of short side walls and a pair of long side walls and having a rectangular cross section, and utilizes a TE mode microwave propagating in the heating tube. It heats the object to be heated running in the pipe.
Here, TE10 will be described as an example of the TE mode, but another TE mode, for example, TE20 may be used. The object to be heated travels in a direction orthogonal to the rectangular cross section (the axial direction of the heating tube). The tube axis direction is the direction in which the tube axis of the heating tube extends.

マイクロ波Aは、図1の(a)において紙面と直交する方向に伝播し、図1の(b)に示すように加熱管15の管軸方向にマイクロ波Aが伝播する。図1の(a)において、上下方向に延伸する側壁15a,15bを「短側壁」とし、左右方向に延伸する側壁15c,15dを「長側壁」とする。 The microwave A propagates in the direction orthogonal to the paper surface in (a) of FIG. 1, and the microwave A propagates in the axial direction of the heating tube 15 as shown in (b) of FIG. In FIG. 1A, the side walls 15a and 15b extending in the vertical direction are referred to as "short side walls", and the side walls 15c and 15d extending in the horizontal direction are referred to as "long side walls".

被加熱物1bは、図1の(b)に示すように、加熱管15の管軸方向に走行するように、供給される。図1では、被加熱物1bの一例である前駆体繊維を示し、前駆体繊維が一対の長側壁15c,15dと平行に走行する。なお、加熱管15の管軸方向の上流側の端壁15eに被加熱物1bの入口が、下流側の端壁15fに被加熱物1bの出口がそれぞれ設けられている。 As shown in FIG. 1B, the object to be heated 1b is supplied so as to travel in the axial direction of the heating tube 15. FIG. 1 shows a precursor fiber which is an example of the object to be heated 1b, and the precursor fiber runs in parallel with a pair of long side walls 15c and 15d. The end wall 15e on the upstream side of the heating tube 15 in the tube axis direction is provided with an inlet of the object to be heated 1b, and the end wall 15f on the downstream side is provided with an outlet of the object to be heated 1b.

生産性を考慮して被加熱物1bが加熱管15に複数供給される場合がある。図1の(a)では2本である。複数の被加熱物1bの加熱斑、加熱効率や電界強度ムラを考慮すると、長側壁15c,15dの中点同士を結ぶ仮想線に対して線対称となる位置を通過するのが好ましい(図1の(a)参照)。なお、供給される被加熱物1bは誘電体であることが好ましい。 In consideration of productivity, a plurality of objects to be heated 1b may be supplied to the heating tube 15. In FIG. 1A, there are two. Considering the heating spots, heating efficiency, and electric field strength unevenness of the plurality of objects to be heated 1b, it is preferable to pass through a position that is line-symmetric with respect to the virtual line connecting the midpoints of the long side walls 15c and 15d (FIG. 1). (See (a)). The supplied object 1b to be heated is preferably a dielectric material.

加熱管15内のマイクロ波Aは、加熱管15の一端に設けられているマイクロ波発振器から直接導入されてもよいし、マイクロ波発振器が一端に設けられている導波管から加熱管15内に導入されてもよいし、導波管の側壁の孔から洩れたマイクロ波が加熱管15内に導入されてもよい。
導波管から洩れたマイクロ波を利用する場合、導波管(102)は、例えば図6に示すように、加熱管15と併設され、対向する側壁に漏れ用の導入孔(106)を有するように構成される。
The microwave A in the heating tube 15 may be introduced directly from the microwave oscillator provided at one end of the heating tube 15, or may be introduced into the heating tube 15 from the waveguide provided at one end of the microwave oscillator. The microwave leaked from the hole in the side wall of the waveguide may be introduced into the heating tube 15.
When the microwave leaked from the waveguide is used, the waveguide (102) is attached to the heating tube 15 and has an introduction hole (106) for leakage on the opposite side wall, as shown in FIG. 6, for example. It is configured as follows.

被加熱物1bによっては加熱管15の管軸方向でマイクロ波のエネルギ(電界)を調整したほうが好ましい場合がある。たとえば、「発明が解決しようとする課題」で説明したように、前駆体繊維が蓄熱により切断するような場合である。
以下、マイクロ波のエネルギの調整について説明する。
Depending on the object to be heated 1b, it may be preferable to adjust the microwave energy (electric field) in the tube axis direction of the heating tube 15. For example, as described in "Problems to be Solved by the Invention", the precursor fiber is cut by heat storage.
The adjustment of microwave energy will be described below.

(1)導波管からの漏れたマイクロ波を利用する場合
主に図2を用いて説明する。
断面形状が方形状で、当該断面と直交する方向に長い加熱管15を使用し、導波管から洩れたマイクロ波を内部に導入孔106を介して導入する場合、加熱管15の導入孔106の大きさを変えることで、マイクロ波の電界の強さを調整できる。大きさの異なる導入孔106が、本発明における調整手段の一例に相当する。
(1) When using microwaves leaked from a waveguide This will be described mainly with reference to FIG.
When a heating tube 15 having a rectangular cross section and long in a direction orthogonal to the cross section is used and microwaves leaking from the waveguide are introduced into the inside through the introduction hole 106, the introduction hole 106 of the heating tube 15 is used. By changing the magnitude of, the strength of the microwave electric field can be adjusted. The introduction holes 106 having different sizes correspond to an example of the adjusting means in the present invention.

例えば、電界の強さを強める場合は導入孔106を大きくすればよいし、電界の強さを弱める場合は導入孔106を小さくすればよい。
導入孔106は加熱管15内のマイクロ波Aの伝播方向に沿って間隔をおいて複数個(偶数個)設けられている。
導入孔106のピッチLは、マイクロ波Aの導波管の管内波長をλgとすると、
L = λg/2× n
の関係を満たす(ここでのnは整数である。)。
なお、導入孔106は1対で設けられる。つまり、導入孔106は、2個を1組として、複数組設けられる。
For example, when the strength of the electric field is increased, the introduction hole 106 may be increased, and when the strength of the electric field is weakened, the introduction hole 106 may be decreased.
A plurality (even number) of introduction holes 106 are provided at intervals along the propagation direction of the microwave A in the heating tube 15.
The pitch L of the introduction hole 106 is set, assuming that the wavelength inside the waveguide of the microwave A is λg.
L = λg / 2 × n
(N here is an integer).
The introduction holes 106 are provided as a pair. That is, a plurality of sets of introduction holes 106 are provided, with two as one set.

導入孔106は例えば矩形状のスリットにより構成される。なお、スリットの符号も「106」とする
スリット106における加熱管15の管軸方向と直交する方向の寸法である長さaは、加熱管15内のマイクロ波の空間波長をλとすると、その1/2より大きい寸法で固定される。なお、1/2では遮断周波数となる可能性がある。
スリット106における加熱管15の管軸方向の寸法である幅bは加熱管15内の管内波長λgより小さい寸法であればよい。
図2では、複数個のスリット106の長さaは同じであり、各組のスリット106の幅bは、管軸方向の上流端から途中まで同じ(例えば、スリット106Aである。)であり、それ以降下流側に移るにしたがって徐々に小さくなる(例えば、スリット106B,106Cである。)ように設けられている。これにより、同図の(b)に示すように、マイクロ波の電界の強さは、途中まで略一定であり、途中から下流側に進むにしたがって弱くなっている。
このように、管軸方向に間隔をおいて形成された複数組のスリット106において、各組で幅bを下流側に移るにしたがって小さくすることで、管軸方向を下流側に移るにしたがって電界の強さを弱めることができる。
The introduction hole 106 is composed of, for example, a rectangular slit. The code of the slit is also set to "106". The length a, which is the dimension in the direction orthogonal to the tube axis direction of the heating tube 15 in the slit 106, is such that the spatial wavelength of the microwave in the heating tube 15 is λ. Fixed with dimensions greater than 1/2. At 1/2, there is a possibility that the cutoff frequency will be reached.
The width b, which is the dimension of the heating tube 15 in the slit 106 in the tube axis direction, may be a dimension smaller than the in-tube wavelength λg in the heating tube 15.
In FIG. 2, the length a of the plurality of slits 106 is the same, and the width b of the slits 106 of each set is the same from the upstream end in the pipe axis direction to the middle (for example, the slit 106A). After that, it is provided so as to gradually become smaller (for example, slits 106B and 106C) as it moves to the downstream side. As a result, as shown in (b) of the figure, the strength of the microwave electric field is substantially constant halfway, and becomes weaker from the middle to the downstream side.
In this way, in the plurality of sets of slits 106 formed at intervals in the pipe axis direction, the width b is reduced as the width b moves to the downstream side in each set, so that the electric field increases as the pipe axis direction moves to the downstream side. Can weaken the strength of.

(2)加熱管内を伝播するマイクロ波を利用する場合
主に図3及び図4を用いて説明する。
ここで説明するマイクロ波Aは、加熱管15の一端に設けられているマイクロ波発振器から直接導入されてもよいし、マイクロ波発振器が一端に設けられている導波管から導入されてもよいし、導波管の側壁の導入孔から洩れたマイクロ波が導入されてもよい。
マイクロ波Aの電界の強さの調整は、被加熱物1bの走行方向に沿って、加熱管15の断面における内部面積を変化させることで行われる。ここでの内部面積の変化は一対の短側壁15a,15bと平行な方向において対向する一対の長側壁15c,15dの間に存在する空間を形成する一対の対向面の間隔の変化により行われる。
例えば高さ調整部材151を一対の長側壁15c,15dのうち少なくとも一方の長側壁15cに配する場合、他方の長側壁15の内面と、高さ調整部材151における他方の長側壁と対向する面とが一対の対向面となり、高さ調整部材151の高さを変化させることで、一対の対向面の間隔を変化させている。
例えば一対の長側壁15の間隔が異なるように加熱管15が構成されている場合、長側壁15c,15dの内面が一対の対向面となる。
なお、間隔が異なる対向面が、本発明における調整手段の一例に相当する。
(2) When using microwaves propagating in the heating tube This will be described mainly with reference to FIGS. 3 and 4.
The microwave A described here may be introduced directly from a microwave oscillator provided at one end of the heating tube 15, or may be introduced from a waveguide provided at one end of the microwave oscillator. However, microwaves leaking from the introduction hole on the side wall of the waveguide may be introduced.
The strength of the electric field of the microwave A is adjusted by changing the internal area in the cross section of the heating tube 15 along the traveling direction of the object to be heated 1b. The change in the internal area here is performed by changing the distance between the pair of facing surfaces forming a space existing between the pair of long side walls 15c and 15d facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls 15a and 15b.
For example, when the height adjusting member 151 is arranged on at least one of the pair of long side walls 15c and 15d, the inner surface of the other long side wall 15 and the surface of the height adjusting member 151 facing the other long side wall Is a pair of facing surfaces, and by changing the height of the height adjusting member 151, the distance between the pair of facing surfaces is changed.
For example, when the heating pipes 15 are configured so that the distance between the pair of long side walls 15 is different, the inner surfaces of the long side walls 15c and 15d are a pair of facing surfaces.
The facing surfaces having different intervals correspond to an example of the adjusting means in the present invention.

高さ調整部材151は、被加熱物1bの走行方向において加熱管15の管軸方向において下流側でマイクロ波の電界の強さを2段階で弱めるように、構成されている。
高さ調整部材151は、図3及び図4に示すように、第1の高さH1を有する第1高さ部151aと、第2の高さH2を有する第2高さ部151bとを加熱管15の管軸方向に沿って有している。なお、第1高さ部151aの長さをL1とし、第2高さ部151bの長さをL2とする。また、高さ調整部材151が存在していない長さをL3とする。高さ調整部材151の存在していない部分において、仮に部材があるとすると、その高さH3は0であり、第3高さ部(151c)といえる。
高さ部の各高さについては、
H1 > H2 > H3=0
の関係がある。
The height adjusting member 151 is configured to weaken the strength of the microwave electric field in two steps on the downstream side in the tube axis direction of the heating tube 15 in the traveling direction of the object to be heated 1b.
As shown in FIGS. 3 and 4, the height adjusting member 151 heats the first height portion 151a having the first height H1 and the second height portion 151b having the second height H2. It is held along the pipe axis direction of the pipe 15. The length of the first height portion 151a is L1, and the length of the second height portion 151b is L2. Further, the length at which the height adjusting member 151 does not exist is defined as L3. If there is a member in the portion where the height adjusting member 151 does not exist, its height H3 is 0, and it can be said that it is the third height portion (151c).
For each height of the height part,
H1>H2> H3 = 0
There is a relationship.

ここで、加熱管15内において、図3におけるA位置の電界の強さをE1、B位置の電界の強さをE2、C位置の電界の強さE3とすると、高さ調整部材151を設けることで、加熱管15の横断面における内部の空間面積が変化し、マイクロ波Aの電界の強さも変化する。なお、内部面積が小さくなると電界の強さは高くなる。
したがって、加熱管15の内部のマイクロ波Aの電界の強さは、図3の(c)に示すように、
E1 > E2 >E3
となる。
このように、被加熱物1bを加熱管15の管軸方向に沿って走行させることにより、十分にマイクロ波Aのエネルギを付与できる。また、被加熱物1bを加熱管15の管軸方向に沿って走行させることにより、1つの加熱管15を利用してマイクロ波Aの電界の強さを調整できる。
Here, in the heating tube 15, if the strength of the electric field at the A position in FIG. 3 is E1, the strength of the electric field at the B position is E2, and the strength of the electric field at the C position is E3, the height adjusting member 151 is provided. As a result, the internal space area in the cross section of the heating tube 15 changes, and the strength of the electric field of the microwave A also changes. The smaller the internal area, the higher the strength of the electric field.
Therefore, the strength of the electric field of the microwave A inside the heating tube 15 is as shown in FIG. 3 (c).
E1>E2> E3
Will be.
In this way, by running the object to be heated 1b along the tube axis direction of the heating tube 15, the energy of the microwave A can be sufficiently applied. Further, by running the object to be heated 1b along the tube axis direction of the heating tube 15, one heating tube 15 can be used to adjust the strength of the electric field of the microwave A.

上記の高さ調整部材151を加熱管15内に設けると、図3の(b)に示すように、電界の強さの分布は、C位置での分布に対して、調整部材151が高くなるにしたがって、ピーク部分が平坦になる傾向がある。つまり、加熱管15の管軸方向に電界の分布が広がる。ピーク部分が平坦となることで、管軸方向に走行中の被加熱物1bに強いエネルギのマイクロ波Aを長時間与えることができる。
また、加熱管15の横断面における電界の分布は、図4に示すように、C位置での分布に対して、高さ調整部材151が高くなるにしたがって、ピーク部分が平坦になる傾向がある。これにより、加熱管15における横断面において幅方向(図中の左右方向である。)に分布が広がり、加熱管15内に挿入する被加熱物1bの本数を増やすことができる。
When the height adjusting member 151 is provided in the heating tube 15, as shown in FIG. 3B, the distribution of the electric field strength is higher in the adjusting member 151 than in the distribution at the C position. Therefore, the peak portion tends to be flat. That is, the distribution of the electric field spreads in the tube axis direction of the heating tube 15. Since the peak portion becomes flat, microwave A having strong energy can be applied to the object to be heated 1b traveling in the tube axis direction for a long time.
Further, as shown in FIG. 4, the distribution of the electric field in the cross section of the heating tube 15 tends to have a flat peak portion as the height adjusting member 151 becomes higher than the distribution at the C position. .. As a result, the distribution spreads in the width direction (the left-right direction in the drawing) in the cross section of the heating tube 15, and the number of objects to be heated 1b inserted into the heating tube 15 can be increased.

加熱管15の短側壁15a,15bの内面間の距離である幅をWとし、高さ調整部材151の幅をsとすると、
0.3×W ≦ s ≦ 0.6×W
の関係を満たす。この関係を満たすと、加熱管15内のインピーダンスを大きく変化させることなく、加熱管15内の電界の強さを調整することができる。なお、インピーダンスが大きく変化すると、マイクロ波の波長等が変わり、定在波が生じ難くなったり、高さ調整部材151で反射波が発生しやすくなったりする。
Assuming that the width which is the distance between the inner surfaces of the short side walls 15a and 15b of the heating tube 15 is W and the width of the height adjusting member 151 is s.
0.3 × W ≦ s ≦ 0.6 × W
Satisfy the relationship. When this relationship is satisfied, the strength of the electric field in the heating tube 15 can be adjusted without significantly changing the impedance in the heating tube 15. If the impedance changes significantly, the wavelength of the microwave changes, making it difficult for a standing wave to occur, or making it easier for the height adjusting member 151 to generate a reflected wave.

高さ調整部材151の第n高さ部の長さをLnとすると(図3ではn=2である。)、
Ln=(λg/4)×(2k−1)
が好ましい。なお、λgは管内波長であり、kは自然数である。
これにより、マイクロ波Aが高さ調整部材151の立設面で反射する反射波の影響を相殺することができる。
また、高さ調整部材151の高さが低くなる方向、すなわち、一対の対向面の間隔が大きくなる方向は、マイクロ波Aの進行方向と反対方向が好ましい。これにより反射波の影響を少なくするためである。なお、図3においてマイクロ波Aの進行波は加熱管15の下流側から上流側に向かい、図3中の矢印は被加熱物1bの走行方向を示している。
Assuming that the length of the nth height portion of the height adjusting member 151 is Ln (n = 2 in FIG. 3),
Ln = (λg / 4) × (2k-1)
Is preferable. Note that λg is the wavelength in the tube and k is a natural number.
Thereby, the influence of the reflected wave reflected by the microwave A on the upright surface of the height adjusting member 151 can be offset.
Further, the direction in which the height of the height adjusting member 151 decreases, that is, the direction in which the distance between the pair of facing surfaces increases is preferably the direction opposite to the traveling direction of the microwave A. This is to reduce the influence of the reflected wave. In FIG. 3, the traveling wave of the microwave A goes from the downstream side to the upstream side of the heating tube 15, and the arrow in FIG. 3 indicates the traveling direction of the object to be heated 1b.

<実施形態>
1.全体
以下、マイクロ波加熱を利用した炭素繊維の製造方法について図5を用いて説明する。
炭素繊維は、前駆体繊維である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。場合によっては、前駆体繊維束や炭素繊維束ということもある。
<Embodiment>
1. 1. Overall The method for producing carbon fibers using microwave heating will be described below with reference to FIG.
Carbon fibers are produced using precursor fibers, precursor fibers. One precursor is a bundle of a plurality of filaments, for example, 24,000 filaments. In some cases, it may be a precursor fiber bundle or a carbon fiber bundle.

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 monomer to be copolymerized, 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.

炭素繊維は、図5に示すように、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、ボビン39に巻き取られる。
炭素繊維は、図3に示すように、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」といいい、本発明の「前駆体繊維」の一例に相当する。)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(以下、「炭素化後の繊維」ともいう。)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。
As shown in FIG. 5, the carbon fiber is drawn from, for example, the bobbin 30 and travels toward the downstream side, and on the way, various treatments are performed and the carbon fiber is wound up on the bobbin 39.
As shown in FIG. 3, the carbon fiber corresponds to an example of the flame-resistant step of making the precursor 1a flame-resistant and the flame-resistant fiber (hereinafter referred to as “flame-resistant fiber”, which is the “precursor fiber” of the present invention. A carbonization step of carbonizing while stretching 1b, a surface treatment step of improving the surface of the carbonized fiber (hereinafter, also referred to as "fiber after carbonization") 1d, and a surface improvement. It is produced through a sizing step of attaching a resin to the fibers 1e and a drying step of drying the fibers 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。
ここで、プリカーサ1aを耐炎化する処理を耐炎化処理、耐炎繊維1bを炭素化する処理を炭素化処理、炭素化後の繊維1dの表面を改善する処理を表面処理、表面が改善された繊維1eに樹脂を付着させる処理をサイジング処理、樹脂が付着した繊維1fを乾燥させる処理を乾燥処理とそれぞれいう。以下、処理、工程について説明する。
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".
Here, the treatment for making the precursor 1a flame-resistant is the flame-resistant treatment, the treatment for carbonizing the flame-resistant fiber 1b is the carbonization treatment, the treatment for improving the surface of the carbonized fiber 1d is the surface treatment, and the surface-improved fiber. The process of adhering the resin to 1e is called a sizing process, and the process of drying the fiber 1f to which the resin is attached is called a drying process. Hereinafter, the processing and the process will be described.

(1)耐炎化工程(耐炎化処理)
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) Flame resistance process (flame resistance treatment)
The flameproofing step is performed using the 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(炭素化処理)
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炭素化炉15と第2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」や「第1の炭素化処理」とし、この工程を第1の炭素化工程とし、さらに、第1の炭素化処理を終えた(第1の炭素化炉15を出た)繊維を「第1の炭素化処理後の繊維」とする。
(2) Carbonization process (carbonization treatment)
The carbonization step is a step of heating the flame-resistant fiber 1b to cause a thermal decomposition reaction to carry out carbonization. The 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" or "first carbonization treatment", this step is referred to as the first carbonization step, and further, the first The fiber that has been carbonized (exited from the first carbonization furnace 15) is referred to as "the fiber after the first carbonization treatment".

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」や「第2の炭素化処理」とし、この工程を第2の炭素化工程とし、さらに、第2の炭素化処理を終えた(第2の炭素化炉17を出た)繊維を「第2の炭素化処理後の繊維」又は「炭素化後の繊維」という。
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炭素化炉15と第2炭素化炉17の間には繊維の張力を調整する調整手段を設けることができる。
Similarly, the carbonization performed in the second carbonization furnace 17 is referred to as "second carbonization" or "second carbonization treatment", this step is referred to as the second carbonization step, and further, the second The fibers that have been carbonized (exited from the second carbonization furnace 17) are referred to as "fibers after the second carbonization" or "fibers after the carbonization".
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 is adjusted between the first carbonization furnace 15 and the second carbonization furnace 17. Adjustment means can be provided.

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。
炭素工程における炭素化は、耐炎繊維1bを第1の炭素化炉15内でマイクロ波を利用して加熱して熱分解反応させる第1の炭素化工程と、マイクロ波で加熱した繊維1cを第2の炭素化炉17内で延伸しながらプラズマを利用して急速均一加熱して炭素化を進行させる第2の炭素化工程とを含んでいる。なお、第1炭素化炉は、本発明の炭素化装置の一例に相当する。
A roller 19 is located outside the first carbonization furnace 15 on the inlet side, a roller 21 is provided between the first carbonization furnace 15 and the second carbonization furnace 17, and a second carbonization furnace is provided. Rollers 23 are provided on the outside of the 17 and on the outlet side, respectively.
For carbonization in the carbon process, the first carbonization step in which the flame-resistant fiber 1b is heated in the first carbonization furnace 15 using a microwave to cause a thermal decomposition reaction, and the fiber 1c heated by the microwave are first. It includes a second carbonization step in which carbonization proceeds by rapidly uniformly heating using plasma while stretching in the carbonization furnace 17 of 2. The first carbonization furnace corresponds to an example of the carbonization apparatus of the present invention.

第1の炭素化工程は、断面形状が方形状をする加熱管の内部を伝播するマイクロ波を利用した加熱装置で行われる。なお、耐炎繊維1bは加熱管15の管軸方向に沿って加熱管15内を走行して加熱される。この際、加熱源となる電界エネルギは、マイクロ波が伝播する導波路から導入孔を介して加熱管15側に導入され、対となる導入孔間で電界が整合される。第1の炭素化工程に利用する加熱装置については、後で詳細に説明する。なお、第2の炭素化工程は、プラズマ以外の加熱手段で加熱してもよい。 The first carbonization step is performed by a heating device using microwaves propagating inside a heating tube having a rectangular cross section. The flame-resistant fiber 1b runs in the heating tube 15 along the tube axis direction of the heating tube 15 and is heated. At this time, the electric field energy serving as a heating source is introduced from the waveguide through which the microwave propagates to the heating tube 15 side through the introduction hole, and the electric field is matched between the paired introduction holes. The heating device used in the first carbonization step will be described in detail later. The second carbonization step may be heated by a heating means other than plasma.

(3)表面処理工程(表面処理)
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。
表面処理は一般に炭素繊維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、酸化剤に炭素化後の繊維1dを浸漬することによる化学酸化や、炭素化後の繊維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、炭素化後の繊維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 process (surface treatment)
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.
Surface treatment is generally performed by oxidizing the surface of carbon fibers. As the surface treatment, for example, there is a treatment in a liquid phase or a gas phase. Treatment in the liquid phase includes chemical oxidation by immersing the carbonized fiber 1d in an oxidizing agent, and anodic electrolytic oxidation by energizing in the electrolytic solution in which the carbonized fiber 1d is immersed. Used for.
The treatment in the gas phase can be carried out by passing the carbonized 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(サイジング処理)
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、表面処理された繊維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 process (sizing process)
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 surface-treated fibers 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(乾燥処理)
乾燥工程は、繊維1fが乾燥炉35内を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 process (drying process)
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.加熱装置(第1炭素化炉)
(1)概略
図6を用いて加熱装置を説明する。
加熱装置100は、断面が方形状の加熱管を有している。この加熱管は、図5における第1の炭素化炉15である。なお、加熱管の符号を「15」として以下説明する。
2. Heating device (first carbonization furnace)
(1) Schematic The heating device will be described with reference to FIG.
The heating device 100 has a heating tube having a rectangular cross section. This heating tube is the first carbonization furnace 15 in FIG. The reference numeral of the heating tube will be referred to as "15", which will be described below.

加熱管15は、一対の短側壁15a,15bと一対の長側壁15c,15dとを有する。マイクロ波AはTEモードである。ここでは、TE10モードである。耐炎繊維1bは加熱管15の内部を管軸に沿って走行する。加熱管15の管軸方向の両端の端壁15e,15fには耐炎繊維1b用の入口と出口とが設けられている(図6参照)。
加熱管15内へのマイクロ波Aの導入は導波管102により行われる。導波管102は、後述のマイクロ波発振器から発信されたマイクロ波BをTEモードで伝播させるため、断面形状が加熱管15と同様に、方形状としている。
The heating tube 15 has a pair of short side walls 15a and 15b and a pair of long side walls 15c and 15d. Microwave A is in TE mode. Here, it is the TE10 mode. The flame-resistant fiber 1b runs inside the heating tube 15 along the tube axis. The end walls 15e and 15f at both ends of the heating tube 15 in the tube axial direction are provided with inlets and outlets for flame-resistant fibers 1b (see FIG. 6).
The microwave A is introduced into the heating tube 15 by the waveguide 102. The waveguide 102 has a rectangular cross-sectional shape similar to that of the heating tube 15 in order to propagate the microwave B transmitted from the microwave oscillator described later in the TE mode.

導波管102は、当該導波管102の管軸が加熱管15の管軸と平行であって加熱管15の内部と導波管102の内部とが連通する状態で、設けられている。ここでは、加熱管15と導波管102とは一体化されており、加熱空間(加熱管15の内部空間である。)と導波空間(導波管102の内部空間である。)とが仕切り壁104により区画されている。ここでは、仕切り壁104は、加熱管15における導波管102側の長側壁(15c)である。 The waveguide 102 is provided in a state in which the tube axis of the waveguide 102 is parallel to the tube axis of the heating tube 15 and the inside of the heating tube 15 and the inside of the waveguide 102 communicate with each other. Here, the heating tube 15 and the waveguide 102 are integrated, and the heating space (the internal space of the heating tube 15) and the waveguide space (the internal space of the waveguide 102) are integrated. It is partitioned by a partition wall 104. Here, the partition wall 104 is a long side wall (15c) on the waveguide 102 side of the heating tube 15.

仕切り壁104は導入孔106を有している。ここでは、導入孔106は、加熱管15及び導波管102の各管軸と直交する方向に延伸するスリット状に設けられている。導波管102内のマイクロ波Bは導入孔(スリット)106から加熱管15側へと漏れる。
マイクロ波発振器108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108の出力は、加熱管15の内部を走行する耐炎繊維1bの本数、速度、炭素度等により適宜選択できる。なお、マイクロ波発振器108から発信されるマイクロ波の周波数は、0.3[GHz]〜140[GHz]である。
The partition wall 104 has an introduction hole 106. Here, the introduction hole 106 is provided in a slit shape extending in a direction orthogonal to each tube axis of the heating tube 15 and the waveguide 102. The microwave B in the waveguide 102 leaks from the introduction hole (slit) 106 to the heating tube 15 side.
As the microwave oscillator 108, 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 108 can be appropriately selected depending on the number of flame-resistant fibers 1b running inside the heating tube 15, the speed, the carbon content, and the like. The frequency of the microwave transmitted from the microwave oscillator 108 is 0.3 [GHz] to 140 [GHz].

マイクロ波発振器108は、接続導波管110を介して導波管102の一端102aに接続される。導波管102の他端102bには固定短絡板112が設けられている。固定短絡板112は、導波管102の一端102aから他端102bへと伝播してきたマイクロ波Bを一端102a側へと反射させるためのものであり、これにより、導波管102の内部に定在波を起こさせることができる。
導波管102内の定在波(B)は、仕切り壁104の導入孔106を介して加熱管15へと漏れ出し、加熱管15内を伝播する。
The microwave oscillator 108 is connected to one end 102a of the waveguide 102 via the connecting waveguide 110. A fixed short-circuit plate 112 is provided on the other end 102b of the waveguide 102. The fixed short-circuit plate 112 is for reflecting the microwave B propagating from one end 102a of the waveguide 102 to the other end 102b toward one end 102a, thereby being fixed inside the waveguide 102. It can cause a wave.
The standing wave (B) in the waveguide 102 leaks to the heating tube 15 through the introduction hole 106 of the partition wall 104 and propagates in the heating tube 15.

導入孔106は、仕切り壁104におけるマイクロ波Aの伝播方向に沿って間隔をおいて複数個(偶数個)設けられている。なお、通常の定常波の場合、導入孔106の大きさは同じである。 A plurality (even number) of introduction holes 106 are provided at intervals along the propagation direction of the microwave A in the partition wall 104. In the case of a normal standing wave, the size of the introduction hole 106 is the same.

加熱管15の一端にも固定短絡板114が設けられ、他端側には接続導波管115を介して可変短絡板116が設けられている。
一端の固定短絡板114は、導入孔106から漏れて一端に向かって伝播するマイクロ波Aを他端15f側へと反射させる。これにより、マイクロ波Aを有効に利用できる。他端15fの可変短絡板116は、加熱管15の内部を伝播して他端15fに達したマイクロ波Aを一端側へと反射させ、図6の装置構成の場合にはスリースタブチューナ122との間で共振状態にさせるためのものである。これにより、図1や図6に示すように、加熱管15内に定在波を起こさせることができる。
A fixed short-circuit plate 114 is also provided at one end of the heating tube 15, and a variable short-circuit plate 116 is provided at the other end side via a connecting waveguide 115.
The fixed short-circuit plate 114 at one end reflects the microwave A that leaks from the introduction hole 106 and propagates toward one end toward the other end 15f. As a result, the microwave A can be effectively used. The variable short-circuit plate 116 at the other end 15f reflects the microwave A that propagates inside the heating tube 15 and reaches the other end 15f toward one end, and in the case of the device configuration of FIG. It is for making a resonance state between. As a result, as shown in FIGS. 1 and 6, a standing wave can be generated in the heating tube 15.

マイクロ波発振器108と導波管102を結ぶ接続導波管110には、マイクロ波発振器108側から、アイソレータ118、方向性結合器120、スリースタブチューナ122が設けられている。アイソレータ118は、導波管102の他端102bで反射してきたマイクロ波Bによって、マイクロ波発振器108が破損するのを防止するものである。 The connecting waveguide 110 connecting the microwave oscillator 108 and the waveguide 102 is provided with an isolator 118, a directional coupler 120, and a three-stub tuner 122 from the microwave oscillator 108 side. The isolator 118 prevents the microwave oscillator 108 from being damaged by the microwave B reflected by the other end 102b of the waveguide 102.

方向性結合器120は、入射(導波管102の他端102bに向かうマイクロ波である。)電力や、反射(他端で反射してマイクロ発信器に向かうマイクロ波である。)電力を測定するものである。スリースタブチューナ122は、導波管102内のインピーダンス整合を調整するためのものである。この整合によりマイクロ波加熱を効率的に行うことが可能となる。
加熱管15は、管内を走行する耐炎繊維1bの温度を測定するための温度測定窓124を走行方向に沿って複数有している。なお、温度測定窓124には酸素の流入を防止するための蓋が設けられている。
The directional coupler 120 measures incident (microwaves toward the other end 102b of the waveguide 102) power and reflected (microwaves reflected at the other end toward the microtransmitter) power. It is something to do. The three-way tuner 122 is for adjusting the impedance matching in the waveguide 102. This matching makes it possible to efficiently perform microwave heating.
The heating tube 15 has a plurality of temperature measuring windows 124 for measuring the temperature of the flame-resistant fiber 1b traveling in the tube along the traveling direction. The temperature measurement window 124 is provided with a lid for preventing the inflow of oxygen.

加熱管15又は導波管102には、管内を不活性ガス雰囲気にするためのガス導入口128や、耐炎繊維1bの加熱の際に発生するガスを排気するための排気口126等が設けられている。不活性ガスは、例えば、窒素を利用できる他、アルゴン等を利用できる。
加熱管15は、他端15fにおいて接続導波管115を介して可変短絡板116に接続されている。接続導波管115には方向性結合器130が設けられている。この方向性結合器130は、加熱管15内を他端15fに向かって伝播し、耐炎繊維1bに吸収されなかったマイクロ波Aの電力と、可変短絡板116で反射され一端に向かって伝播するマイクロ波Aの電力とを測定する。
The heating tube 15 or the waveguide 102 is provided with a gas introduction port 128 for creating an inert gas atmosphere in the tube, an exhaust port 126 for exhausting gas generated when the flame-resistant fiber 1b is heated, and the like. ing. As the inert gas, for example, nitrogen can be used, or argon or the like can be used.
The heating tube 15 is connected to the variable short circuit plate 116 via a connecting waveguide 115 at the other end 15f. The connecting waveguide 115 is provided with a directional coupler 130. The directional coupler 130 propagates in the heating tube 15 toward the other end 15f, and the electric power of the microwave A not absorbed by the flame-resistant fiber 1b is reflected by the variable short-circuit plate 116 and propagates toward one end. Measure the power of microwave A.

(2)マイクロ波の調整
耐炎繊維1bに一定の強度の電界を与えると、蓄熱して切断する場合がある。このため、加熱管15内において耐炎繊維1bの走行方向の途中から下流側に移るにしたがってマイクロ波Aの電界の強さを弱めている(調整している)。以下、電界の強さの調整方法及びその調整手段について説明する。
(2) Microwave adjustment When an electric field of constant strength is applied to the flame-resistant fiber 1b, heat may be stored and cut. Therefore, the strength of the electric field of the microwave A is weakened (adjusted) as it moves from the middle of the traveling direction of the flame-resistant fiber 1b to the downstream side in the heating tube 15. Hereinafter, a method for adjusting the strength of the electric field and the means for adjusting the electric field strength will be described.

(2−1)導入孔
導入孔の一例としてスリット106を利用できる。通常、スリット106の大きさは同一である。しかしながら、スリット106の大きさを変化させることで、電界の強さを調整できる。
ここでは、スリット106の幅bを図2の(a)に示すように加熱管15の管軸方向の中間から下流側に進むにしたがって小さくしている。これにより、図2の(b)に示すように、加熱管15の管軸方向の中間から下流側に進むにしたがって電界の強さを小さくすることができる。
(2-1) Introduction hole A slit 106 can be used as an example of the introduction hole. Normally, the size of the slit 106 is the same. However, the strength of the electric field can be adjusted by changing the size of the slit 106.
Here, as shown in FIG. 2A, the width b of the slit 106 is reduced from the middle to the downstream side of the heating tube 15 in the tube axis direction. As a result, as shown in FIG. 2B, the strength of the electric field can be reduced from the middle to the downstream side of the heating tube 15 in the tube axis direction.

(2−2)内部空間の面積
加熱管15の内部空間に面する一対の対向面の間隔を調整することで内部空間の面積が変わり、電界の強さを調整できる。ここでは、加熱管15内に、図3の(a)に示すように、高さ調整部材151を配置している。高さ調整部材151と長側壁15dとの間隔は、加熱管15の管軸方向の中間から下流側に進むにしたがって大きくしている。これにより、図3の(c)に示すように、加熱管15の管軸方向の中間から下流側に進むにしたがって電界の強さを小さくすることができる。
(2-2) Area of internal space By adjusting the distance between the pair of facing surfaces facing the internal space of the heating tube 15, the area of the internal space can be changed and the strength of the electric field can be adjusted. Here, as shown in FIG. 3A, the height adjusting member 151 is arranged in the heating tube 15. The distance between the height adjusting member 151 and the long side wall 15d is increased from the middle to the downstream side of the heating tube 15 in the tube axis direction. As a result, as shown in FIG. 3C, the strength of the electric field can be reduced from the middle to the downstream side of the heating tube 15 in the tube axis direction.

3.実施例
以下、実施形態の一実施例について説明する。
加熱装置100は供給された耐炎繊維1bをマイクロ波Aにより加熱する。
使用する耐炎繊維1bは、密度が1.36[g/cm]である。加熱装置100の加熱管15への耐炎繊維1bの供給は2本であり、加熱管15の管軸方向に沿って耐炎繊維1bが供給される。耐炎繊維1bのフィラメント数は、24,000[本]である。
加熱装置100で利用するマイクロ波Aは、波長が0.705[m]〜0.00737[m]の範囲内に、周波数が425[MHz]〜40680[MHz]の範囲内にそれぞれある。
3. 3. Examples Hereinafter, one embodiment of the embodiment will be described.
The heating device 100 heats the supplied flame-resistant fiber 1b by microwave A.
The flame-resistant fiber 1b used has a density of 1.36 [g / cm 3 ]. Two flame-resistant fibers 1b are supplied to the heating tube 15 of the heating device 100, and the flame-resistant fibers 1b are supplied along the tube axis direction of the heating tube 15. The number of filaments of the flame-resistant fiber 1b is 24,000 [lines].
The microwave A used in the heating device 100 has a wavelength in the range of 0.705 [m] to 0.00737 [m] and a frequency in the range of 425 [MHz] to 40680 [MHz].

導波管102及び加熱管15の幅(一対の短側壁15a,15b間の寸法である。)は0.5[m]〜16[m]の範囲内にある。導波管102及び加熱管15の高さ(一対の長側壁15c,15d間の寸法である。)は、0.2[m]〜10[m]の範囲内にある。
マイクロ波Aの出力は、0.1[kW]〜1000[kW]の範囲内である。耐炎繊維1bの走行速度は、0.01[m/min]〜50[m/min]の範囲内である。加熱管15内は、窒素雰囲気下で、91000[Pa]〜122000[Pa]に保たれている。第1の炭素化工程では、耐炎繊維1bを、密度が例えば1.50[g/cm]〜1.60[g/cm]になるまで炭素化する。
なお、従来の電気ヒータを用いた加熱装置では、炉内の温度が500[℃]〜800[℃]で約7[分]〜10[分]程度加熱される。
The width of the waveguide 102 and the heating tube 15 (the dimension between the pair of short side walls 15a and 15b) is in the range of 0.5 [m] to 16 [m]. The heights of the waveguide 102 and the heating tube 15 (dimensions between the pair of long side walls 15c and 15d) are in the range of 0.2 [m] to 10 [m].
The output of microwave A is in the range of 0.1 [kW] to 1000 [kW]. The traveling speed of the flame-resistant fiber 1b is in the range of 0.01 [m / min] to 50 [m / min]. The inside of the heating tube 15 is maintained at 91000 [Pa] to 122000 [Pa] under a nitrogen atmosphere. In the first carbonization step, the flame-resistant fiber 1b is carbonized until the density becomes, for example, 1.50 [g / cm 3 ] to 1.60 [g / cm 3].
In a heating device using a conventional electric heater, the temperature inside the furnace is 500 [° C.] to 800 [° C.], and the heating is performed by about 7 [minutes] to 10 [minutes].

4.加熱試験
加熱装置100を利用して加熱試験を行った。
(1)試験1
実施例1では、耐炎繊維1bの走行速度は0.3[m/min]である。この場合の加熱管15の内部の耐炎繊維1bの滞留時間は約8[分]である。マイクロ波Aの出力は、1.0[kW]である。
スリット106の幅bは、14[mm]、10[mm]、8[mm]、6[mm]であり、耐炎繊維1bの走行方向に37[mm]の間隔をおいて設けられている。なお、スリット106は、同じ幅のものが一対で隣接して設けられており、合計で8個ある。ここで、耐炎繊維1bの走行方向の上流側から「i」番目(ここでの「i」は、1から8までの自然数である。)に存在するスリットをi番目のスリットとし、この「i」をスリット番号とする。
加熱管15内を走行する耐炎繊維1bの表面の温度変化を図7の実線で示す。なお、耐炎繊維1bの表面温度の測定は放射温度計を利用している。
4. Heating test A heating test was performed using the heating device 100.
(1) Test 1
In the first embodiment, the traveling speed of the flame resistant fiber 1b is 0.3 [m / min]. In this case, the residence time of the flame-resistant fiber 1b inside the heating tube 15 is about 8 [minutes]. The output of microwave A is 1.0 [kW].
The width b of the slit 106 is 14 [mm], 10 [mm], 8 [mm], and 6 [mm], and is provided at an interval of 37 [mm] in the traveling direction of the flame-resistant fiber 1b. A pair of slits 106 having the same width are provided adjacent to each other, and there are a total of eight slits 106. Here, the slit existing at the "i" th slit (where "i" is a natural number from 1 to 8) from the upstream side in the traveling direction of the flame resistant fiber 1b is defined as the i-th slit, and this "i" is used. Is the slit number.
The temperature change on the surface of the flame-resistant fiber 1b running in the heating tube 15 is shown by the solid line in FIG. A radiation thermometer is used to measure the surface temperature of the flame-resistant fiber 1b.

実施例1では、耐炎繊維1bの走行方向に沿ってスリット幅bを小さくすることで、耐炎繊維1bの走行方向に沿ってマイクロ波Aのエネルギ(電界の強さ)を弱くしている。
耐炎繊維1bはマイクロ波Aのエネルギにより温度が上昇し(加熱され)、炭素化されていく。この際の耐炎繊維1bの温度は、図7の実線で示すように、加熱管15に進入してから4番目のスリット位置をピークに、それ以降は緩やかに低下している。
このようにマイクロ波Aの電界の強さを耐炎繊維1bの炭素化の進行に沿って弱めているため、耐炎繊維1bに蓄熱する熱量が少なくなり、走行中の耐炎繊維1bに切断等のトラブルは生じなかった。
In the first embodiment, the energy (electric field strength) of the microwave A is weakened along the traveling direction of the flame-resistant fiber 1b by reducing the slit width b along the traveling direction of the flame-resistant fiber 1b.
The temperature of the flame-resistant fiber 1b rises (heats) due to the energy of the microwave A, and the flame-resistant fiber 1b is carbonized. At this time, as shown by the solid line in FIG. 7, the temperature of the flame-resistant fiber 1b peaks at the fourth slit position after entering the heating tube 15, and gradually decreases thereafter.
Since the strength of the electric field of the microwave A is weakened along with the progress of carbonization of the flame-resistant fiber 1b, the amount of heat stored in the flame-resistant fiber 1b is reduced, and troubles such as cutting into the flame-resistant fiber 1b during traveling are reduced. Did not occur.

(2)実験2
実施例1で説明したスリット幅bのスリット106が設けられた加熱管15を利用して、内部に高さ調整部材151を配している。マイクロ波Aの出力は、0.75[W]である。
高さ調整部材151は加熱管15の一対の対向面の間隔(空間の高さ)を調整している。間隔(高さ)は、上流側から11[mm]、16[mm]、21[mm]である。なお、ここでの間隔(高さ)は、図3の(a)で示した高さ調整部材151の高さを長側壁15c,15d間の距離から引いたものである。
(2) Experiment 2
The height adjusting member 151 is arranged inside by using the heating tube 15 provided with the slit 106 having the slit width b described in the first embodiment. The output of microwave A is 0.75 [W].
The height adjusting member 151 adjusts the distance (height of the space) between the pair of facing surfaces of the heating tube 15. The intervals (height) are 11 [mm], 16 [mm], and 21 [mm] from the upstream side. The interval (height) here is obtained by subtracting the height of the height adjusting member 151 shown in FIG. 3A from the distance between the long side walls 15c and 15d.

加熱管15内を走行する耐炎繊維1bの表面の温度変化を図7の一点鎖線で示す。
実施例2では、耐炎繊維1bの走行方向に沿って対向面の間隔(長側壁間の空間の高さ)を広げることで、耐炎繊維1bの走行方向に沿ってマイクロ波Aの電界エネルギを弱くしている(スリット106の効果も含めている。)。
加熱管15内の耐炎繊維1bの温度は、図7の一点鎖線で示すように、走行する(下流側に移動する。)にしたがって、徐々に温度が上昇している。これは、マイクロ波Aの出力が実施例1に比べて低いが、長側壁15c,15d間の空間の高さを狭めているため、マイクロ波Aのエネルギ(密度)が大きくなったためである。
その後、対向面の間隔(空間の高さ)を広げながら、マイクロ波Aのエネルギを弱めている。これにより、耐炎繊維1bの温度は緩やかに上昇し、耐炎繊維1bの暴走反応を抑制でき、走行中に耐炎繊維1bが切断するようなことはなかった。
The temperature change on the surface of the flame-resistant fiber 1b running in the heating tube 15 is shown by the alternate long and short dash line in FIG.
In the second embodiment, the electric field energy of the microwave A is weakened along the traveling direction of the flame-resistant fiber 1b by widening the distance between the facing surfaces (the height of the space between the long side walls) along the traveling direction of the flame-resistant fiber 1b. (Including the effect of slit 106).
As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7, the temperature of the flame-resistant fiber 1b in the heating tube 15 gradually increases as it travels (moves to the downstream side). This is because the output of the microwave A is lower than that of the first embodiment, but the height of the space between the long side walls 15c and 15d is narrowed, so that the energy (density) of the microwave A is increased.
After that, the energy of the microwave A is weakened while widening the distance between the facing surfaces (height of the space). As a result, the temperature of the flame-resistant fiber 1b gradually rises, the runaway reaction of the flame-resistant fiber 1b can be suppressed, and the flame-resistant fiber 1b does not cut during traveling.

(3)比較例
比較のため、スリット幅bを一定にした加熱管15を利用してマイクロ波Aにより加熱した。耐炎繊維1bの走行速度、本数、マイクロ波の出力は実施例1と同じである。なお、比較例におけるスリット幅bは10[mm]であり、加熱管の管軸方向に4組(8個)設けられている。なお、スリット106のピッチLは実施例1と同じである。
(3) Comparative Example For comparison, heating was performed by microwave A using a heating tube 15 having a constant slit width b. The traveling speed, the number of the flame-resistant fibers 1b, and the output of the microwave are the same as those in the first embodiment. The slit width b in the comparative example is 10 [mm], and 4 sets (8 pieces) are provided in the tube axis direction of the heating tube. The pitch L of the slit 106 is the same as that of the first embodiment.

加熱管15内を走行する耐炎繊維1bの表面の温度変化を図7の破線で示す。
加熱管15内の耐炎繊維1bの温度は、図7の破線で示すように、加熱管15内に進入して5番目のスリット位置程度までは、実施例1及び実施例2の温度よりも低くなっている。これは、実施例1及び実施例2では加熱管15の上流側においてマイクロ波Aのエネルギを下流側に比べて高くしているが、比較例ではエネルギの調整を行っていないため、上流側のエネルギが低いためである。
比較例の耐炎繊維1bの温度は、加熱管15に進入して3番目のスリット位置ぐらいから温度勾配が高くなり、6番目のスリット位置ぐらいで実施例1及び実施例2よりも温度が高くなっている。これは、耐炎繊維1bの蓄熱により暴走反応が開始したためであり、走行中に耐炎繊維1bが切断することがあった。
The temperature change on the surface of the flame-resistant fiber 1b running in the heating tube 15 is shown by the broken line in FIG.
As shown by the broken line in FIG. 7, the temperature of the flame-resistant fiber 1b in the heating tube 15 is lower than the temperatures of Examples 1 and 2 up to the fifth slit position after entering the heating tube 15. It has become. This is because, in Examples 1 and 2, the energy of the microwave A is higher on the upstream side of the heating tube 15 than on the downstream side, but in the comparative example, the energy is not adjusted, so that it is on the upstream side. This is because the energy is low.
The temperature of the flame-resistant fiber 1b of the comparative example enters the heating tube 15 and the temperature gradient becomes higher from about the third slit position, and the temperature becomes higher than that of Examples 1 and 2 at about the sixth slit position. ing. This is because the runaway reaction was started by the heat storage of the flame-resistant fiber 1b, and the flame-resistant fiber 1b may be cut during the running.

(4)まとめ
上記のように、スリット幅bの変更による調整(実施例1)や一対の対向面の間隔(空間の高さ)の変更による調整(実施例2)は、マイクロ波Aのエネルギの強度を調整することができ、例えば、耐炎繊維1bの炭素化工程を安定して(切断なく)、行うことができる。
また、実施例2に示すように、低い出力のマイクロ波Aを利用しても、走行方向の上流側でエネルギを強めることで、高い出力のマイクロ波Aと同等のエネルギを与えることができる。
(4) Summary As described above, the adjustment by changing the slit width b (Example 1) and the adjustment by changing the distance (height of space) between the pair of facing surfaces (Example 2) are the energies of the microwave A. The strength of the flame-resistant fiber 1b can be adjusted, and for example, the carbonization step of the flame-resistant fiber 1b can be performed stably (without cutting).
Further, as shown in the second embodiment, even if the low output microwave A is used, the energy equivalent to that of the high output microwave A can be given by increasing the energy on the upstream side in the traveling direction.

<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、黒鉛化処理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1の炭素化に本発明の加熱方法等を用いたが、本加熱方法等は、高弾性品、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する第1の炭素化にも利用できる。
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 treatment may be further performed before the surface treatment step. That is, in the embodiment, in the production of carbon fibers having a general-purpose product (elastic modulus 240 [GPa], the heating method or the like of the present invention was used for the first carbonization, but the present heating method or the like is a highly elastic product or medium. It can also be used for the first carbonization of the precursor fiber for carbon fiber of a high-performance product such as an elastic high-strength product.

2.マイクロ波による加熱
(1)温度
試験では、繊維の表面温度が400[℃]〜800[℃]に加熱されていたが、炭素化に合わせた温度に設定すればよい。温度調整は、例えば、マイクロ波の出力調整、前駆体繊維の走行速度の調整、加熱管の寸法、マイクロ波のTEモードの変更等で行うことができる。
2. Heating by microwave (1) In the temperature test, the surface temperature of the fiber was heated to 400 [° C] to 800 [° C], but it may be set to a temperature suitable for carbonization. The temperature can be adjusted, for example, by adjusting the output of the microwave, adjusting the traveling speed of the precursor fiber, changing the dimensions of the heating tube, changing the TE mode of the microwave, and the like.

(2)TEモード
実施形態では、マイクロ波のモードはTE10であったが、他のモードであってもよい。他のモードとしては、TE20モードやTE30モード等がある。つまり、マイクロ波のモードは、短側壁での電界の強さが0になる(低くなる)TEm0モード(「m」は自然数であり、「0」は、数字のゼロである。)であればよい。
なお、「m」が2以上になると、加熱管において、一対の短側壁の中心同士を結ぶ仮想面を挟んだ2つの領域(電界の強さが正と負の2つの領域である。)を、前駆体繊維の走行領域とすることができ、前駆体繊維の供給本数を、前駆体繊維の走行領域が1つのTE10モードに比べて、2倍にすることができる。ただし、マイクロ波の出力が同じ場合は、TE20モードの電界の強さはTE10モードの電界の強さの半分になる。
(2) TE mode In the embodiment, the microwave mode is TE10, but other modes may be used. Other modes include TE20 mode and TE30 mode. That is, if the microwave mode is the TEm0 mode in which the strength of the electric field on the short side wall becomes 0 (lowers) (“m” is a natural number and “0” is a number zero). Good.
When "m" is 2 or more, in the heating tube, two regions (two regions in which the strength of the electric field is positive and negative) sandwiching the virtual surface connecting the centers of the pair of short side walls are formed. , The traveling region of the precursor fiber can be set, and the number of supplied precursor fibers can be doubled as compared with the TE10 mode in which the traveling region of the precursor fiber is one. However, when the microwave output is the same, the electric field strength in the TE20 mode is half the electric field strength in the TE10 mode.

(3)進行波、定在波
実施形態のマイクロ波Aは主に定在波で説明しているが、進行波であってもよい。この場合、加熱管内に高さ調整部材を配する際に、反射波の影響を少なくなる向きに配するのが好ましい。
例えば、図3の(a)に示すような高さ調整部材151の場合、上流側からマイクロ波を導入させるのが好ましい。逆に、図3の(a)に示すような高さ調整部材(151)が加熱管15の中央に配されているような場合、高さ部の低い側(加熱管の下流側)から進行波を導入させるのが好ましい。
(3) Traveling wave, standing wave Although the microwave A of the embodiment is mainly described as a standing wave, it may be a traveling wave. In this case, when arranging the height adjusting member in the heating tube, it is preferable to arrange it in a direction that reduces the influence of the reflected wave.
For example, in the case of the height adjusting member 151 as shown in FIG. 3A, it is preferable to introduce microwaves from the upstream side. On the contrary, when the height adjusting member (151) as shown in FIG. 3A is arranged in the center of the heating pipe 15, the height portion proceeds from the lower side (downstream side of the heating pipe). It is preferable to introduce waves.

(4)電界・磁界
実施形態での加熱は、マイクロ波の電界成分を利用しているが、例えば、磁界成分を利用して被加熱物を加熱してもよいし、電界成分及び磁界成分の両成分を利用して被加熱物を加熱してもよい。
(4) Electric field / magnetic field The heating in the embodiment uses the electric field component of the microwave, but for example, the object to be heated may be heated by using the magnetic field component, or the electric field component and the magnetic field component may be heated. Both components may be used to heat the object to be heated.

3.加熱管
実施形態の加熱管の横断面形状は方形状をしているが、他の形状であってもよい。他の形状の例としては、円形状、楕円形状がある。なお、これらの形状の場合、マイクロ波の伝搬モードは、例えばTM01等のTMモードとなる。
実施形態では、加熱管15内に高さ調整部材151を配しているが、例えば、高さ調整部材151を配した場合の内部空間を有するような形状の加熱管を用いてもよい。
3. 3. Heating tube The cross-sectional shape of the heating tube of the embodiment is rectangular, but other shapes may be used. Examples of other shapes include a circular shape and an elliptical shape. In the case of these shapes, the microwave propagation mode is a TM mode such as TM01.
In the embodiment, the height adjusting member 151 is arranged in the heating tube 15, but for example, a heating tube having a shape having an internal space when the height adjusting member 151 is arranged may be used.

4.高さ調整部材
実施形態の高さ調整部材は、図8の(a)に示すように、階段状をしている。しかしながら、高さ調整部材は、高さ調整部材と加熱管との対向面の間隔を調整できればよく、例えば、図8の(b)に示すようにスロープ状としてもよい。スロープを構成する上面(加熱管と対向する面)は、縦断面において直線状をしてもよいし、曲線状をしてもよい。
4. Height adjusting member The height adjusting member of the embodiment has a stepped shape as shown in FIG. 8A. However, the height adjusting member may have a slope shape as shown in FIG. 8 (b), as long as the distance between the height adjusting member and the facing surface of the heating tube can be adjusted. The upper surface (the surface facing the heating tube) constituting the slope may be linear or curved in the vertical cross section.

5.強度調整
実施形態の一例では高さ調整部材によりマイクロ波の電界の強さを調整している。しかしながら、例えば、断面方形状の加熱管の場合、図9に示すように、一対の短側壁の間隔を調整してもよい。
図9では、加熱管15Aの一対の短側壁15Aa,15Abの間隔が徐々に広がり、加熱管15Aの内部に調整部材151Aが配されている。調整部材151Aは第1高さ部151Aaと第2高さ部151Abとを有している。第1高さ部151Aaは第2高さ部151Abよりも高くなっている。調整部材151Aの幅は一対の短側壁15Aa,15Abに対応して徐々に広がっている。
この場合も、マイクロ波のエネルギ密度が変化して、加熱管内のマイクロ波のエネルギの強度を調整できる。
なお、加熱管の空間面積の調整は、実施形態では、高さ調整部材を利用しているが、上述のように、加熱管の形状を高さ調整部材に合わせた形状としてもよい。つまり、強度調整は、調整部材を用いてもよいし、加熱管自在に調整機能を持たせてもよい。
5. Intensity adjustment In an example of the embodiment, the strength of the microwave electric field is adjusted by a height adjusting member. However, for example, in the case of a heating tube having a rectangular cross section, the distance between the pair of short side walls may be adjusted as shown in FIG.
In FIG. 9, the distance between the pair of short side walls 15Aa and 15Ab of the heating tube 15A is gradually widened, and the adjusting member 151A is arranged inside the heating tube 15A. The adjusting member 151A has a first height portion 151Aa and a second height portion 151Ab. The first height portion 151Aa is higher than the second height portion 151Ab. The width of the adjusting member 151A gradually increases corresponding to the pair of short side walls 15Aa and 15Ab.
In this case as well, the energy density of the microwave can be changed to adjust the intensity of the microwave energy in the heating tube.
In the embodiment, the height adjusting member is used to adjust the space area of the heating tube, but as described above, the shape of the heating tube may be adjusted to match the height adjusting member. That is, for the strength adjustment, an adjusting member may be used, or the heating tube may be freely provided with an adjusting function.

1 繊維
1a プリカーサ
1b 耐炎繊維
1c 第1の炭素化繊維
15 第1の炭素化炉(加熱管)
15a,15b 短側壁
15c,15d 長側壁
151 高さ調整部材
1 Fiber 1a Precursor 1b Flame resistant fiber 1c First carbonized fiber 15 First carbonized furnace (heating tube)
15a, 15b Short side wall 15c, 15d Long side wall 151 Height adjustment member

Claims (9)

一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面方形状の加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波の電界により、前記加熱管内を当該加熱管の管軸が延伸する管軸方向の一端の入口から他端の出口に向かって前記管軸に沿って走行する被加熱物を加熱する加熱方法において、
前記マイクロ波の電界の強さは、前記被加熱物の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整され
前記加熱管の断面における内部面積の変化は、前記一対の短側壁と平行な方向において対向する対向面の間隔の変化により行われ、
前記間隔の変化は、一方の長側壁に高さ調整部材を配することで行われ、
前記一対の短側壁の内面間の距離を「W」とし、前記高さ調整部材における前記一対の短側壁の対向する方向の寸法を「S」としたときに、
0.3×W ≦ S ≦0.6×W
の関係を満たす
加熱方法。
The inlet of one end in the tube axis direction in which the tube axis of the heating tube extends in the heating tube by the electric field of the TE mode microwave propagating in the heating tube having a pair of short side walls and a pair of long side walls. In a heating method for heating an object to be heated running along the pipe axis from the to the outlet at the other end.
The intensity of the electric field of the microwave, the along the running direction of the object to be heated, by changing the internal area of the cross section of the heating tube, is adjusted,
The change in the internal area in the cross section of the heating tube is performed by the change in the distance between the facing surfaces facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls.
The change in the interval is performed by arranging a height adjusting member on one of the long side walls.
When the distance between the inner surfaces of the pair of short side walls is "W" and the dimension of the height adjusting member in the opposite direction of the pair of short side walls is "S".
0.3 × W ≦ S ≦ 0.6 × W
A heating method that satisfies the relationship.
一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面方形状の加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波の電界により、前記加熱管内を当該加熱管の管軸が延伸する管軸方向の一端の入口から他端の出口に向かって前記管軸に沿って走行する被加熱物を加熱する加熱方法において、
前記マイクロ波の電界の強さは、前記被加熱物の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整され、
前記加熱管の断面における内部面積の変化は、前記一対の短側壁と平行な方向において対向する対向面の間隔の変化により行われ、
前記間隔の変化は、一方の長側壁に高さ調整部材を配することで行われ、
前記マイクロ波の進行方向は、前記被加熱物の走行方向と反対であり、
前記高さ調整部材は、n個(nは、2以上の自然数である)の異なる高さを有すると共に高さが前記他端の出口に向かうにしたがって段差状に低くなり、
前記入口に最も近い位置にある高さを1番目とし、前記出口に最も近い位置にある高さをn番目としたときに、
n番目の高さを有する部分の前記管軸方向の長さを「Ln」とし、前記加熱管の管内波長を「λg」とすると、
Ln = (λg/4)×(2k−1)
である(ただし、kは、自然数である)
加熱方法。
The inlet of one end in the tube axis direction in which the tube axis of the heating tube extends in the heating tube by the electric field of the TE mode microwave propagating in the heating tube having a pair of short side walls and a pair of long side walls. In a heating method for heating an object to be heated running along the pipe axis from the to the outlet at the other end.
The strength of the electric field of the microwave is adjusted by changing the internal area in the cross section of the heating tube along the traveling direction of the object to be heated.
The change in the internal area in the cross section of the heating tube is performed by the change in the distance between the facing surfaces facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls.
The change in the interval is performed by arranging a height adjusting member on one of the long side walls.
The traveling direction of the microwave is opposite to the traveling direction of the object to be heated.
The height adjusting member has n different heights (n is a natural number of 2 or more), and the height becomes lower in a stepped manner toward the outlet at the other end.
When the height closest to the entrance is the first and the height closest to the exit is the nth.
Assuming that the length of the portion having the nth height in the tube axis direction is "Ln" and the wavelength in the tube of the heating tube is "λg", it is assumed.
Ln = (λg / 4) × (2k-1)
(However, k is a natural number)
Heating method.
一対の短側壁と一対の長側壁とを有する断面方形状の加熱管内を伝播するTEモードのマイクロ波の電界により、前記加熱管内を当該加熱管の管軸が延伸する管軸方向の一端の入口から他端の出口に向かって前記管軸に沿って走行する被加熱物を加熱する加熱方法において、
前記マイクロ波の電界の強さは、前記被加熱物の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整され、
前記加熱管の断面における内部面積の変化は、前記一対の短側壁と平行な方向において対向する対向面の間隔の変化により行われ、
前記間隔の変化は、一方の長側壁に高さ調整部材を配することで行われ、
前記一対の短側壁の内面間の距離を「W」とし、前記高さ調整部材における前記一対の短側壁の対向する方向の寸法を「S」としたときに、
0.3×W ≦ S ≦0.6×W
の関係を満たし、
前記マイクロ波の進行方向は、前記被加熱物の走行方向と反対であり、
前記高さ調整部材は、n個(nは、2以上の自然数である)の異なる高さを有すると共に高さが前記他端の出口に向かうにしたがって段差状に低くなり、
前記入口に最も近い位置にある高さを1番目とし、前記出口に最も近い位置にある高さをn番目としたときに、
n番目の高さを有する部分の前記管軸方向の長さを「Ln」とし、前記加熱管の管内波長を「λg」とすると、
Ln = (λg/4)×(2k−1)
である(ただし、kは、自然数である)
加熱方法。
The inlet of one end in the tube axis direction in which the tube axis of the heating tube extends in the heating tube by the electric field of the TE mode microwave propagating in the heating tube having a pair of short side walls and a pair of long side walls. In a heating method for heating an object to be heated running along the pipe axis from the to the outlet at the other end.
The strength of the electric field of the microwave is adjusted by changing the internal area in the cross section of the heating tube along the traveling direction of the object to be heated.
The change in the internal area in the cross section of the heating tube is performed by the change in the distance between the facing surfaces facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls.
The change in the interval is performed by arranging a height adjusting member on one of the long side walls.
When the distance between the inner surfaces of the pair of short side walls is "W" and the dimension of the height adjusting member in the opposite direction of the pair of short side walls is "S".
0.3 × W ≦ S ≦ 0.6 × W
Meet the relationship,
The traveling direction of the microwave is opposite to the traveling direction of the object to be heated.
The height adjusting member has n different heights (n is a natural number of 2 or more), and the height becomes lower in a stepped manner toward the outlet at the other end.
When the height closest to the entrance is the first and the height closest to the exit is the nth.
Assuming that the length of the portion having the nth height in the tube axis direction is "Ln" and the wavelength in the tube of the heating tube is "λg", it is assumed.
Ln = (λg / 4) × (2k-1)
(However, k is a natural number)
Heating method.
記加熱管は、マイクロ波発生装置から発生されたマイクロ波を導入させるためのスリットを、前記走行方向に間隔を置いて複数個有し、
マイクロ波の電界の強さは、前記スリットにおける前記走行方向の寸法を変化させることで、調整されている
請求項1〜3の何れか1項に記載の加熱方法。
Before SL heating tube, a slit for introducing the microwaves generated from the microwave generator has a plurality at intervals in the traveling direction,
The strength of the microwave electric field is adjusted by changing the dimension of the slit in the traveling direction.
The heating method according to any one of claims 1 to 3.
前駆体繊維を加熱して炭素繊維を製造する炭素繊維の製造方法において、
前記前駆体繊維を加熱する加熱方法は請求項1〜4の何れか1項に記載の加熱方法を含む
炭素繊維の製造方法。
In the method for producing carbon fiber, which produces carbon fiber by heating the precursor fiber,
The heating method for heating the precursor fiber is a method for producing carbon fiber, which comprises the heating method according to any one of claims 1 to 4.
断面方形状の加熱管内を当該加熱管の管軸が延伸する管軸方向の一端の入口から他端の出口に向かって前記管軸に沿って走行する前駆体繊維をTEモードのマイクロ波の電界により加熱して炭素化する炭素化装置において、
前記前駆体繊維の走行方向に沿って前記マイクロ波の電界の強度を調整する調整手段を備え
前記マイクロ波の電界の強度は、前記前駆体繊維の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整され、
前記加熱管の断面における内部面積の変化は、前記加熱管の一対の短側壁と平行な方向において対向する対向面の間隔の変化により行われ、
前記調整手段は、前記間隔の変化を行うために、前記加熱管の一方の長側壁に配された高さ調整部材を備え、
前記高さ調整部材は、前記一対の短側壁の内面間の距離を「W」とし、前記高さ調整部材における前記一対の短側壁の対向する方向の寸法を「S」としたときに、
0.3×W ≦ S ≦0.6×W
の関係を満たす
炭素化装置。
A microwave electric field in TE mode is used to drive precursor fibers running along the tube axis from the inlet at one end in the direction of the tube axis extending in the heating tube having a rectangular cross section to the outlet at the other end. In a carbonization device that is heated and carbonized by
An adjusting means for adjusting the strength of the electric field of the microwave along the traveling direction of the precursor fiber is provided .
The strength of the microwave electric field is adjusted by changing the internal area in the cross section of the heating tube along the traveling direction of the precursor fiber.
The change in the internal area in the cross section of the heating tube is performed by the change in the distance between the facing surfaces facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls of the heating tube.
The adjusting means includes a height adjusting member arranged on one long side wall of the heating tube in order to change the interval.
When the distance between the inner surfaces of the pair of short side walls of the height adjusting member is "W" and the dimension of the pair of short side walls in the opposite direction of the height adjusting member is "S",
0.3 × W ≦ S ≦ 0.6 × W
Carbonation equipment that satisfies the relationship.
断面方形状の加熱管内を当該加熱管の管軸が延伸する管軸方向の一端の入口から他端の出口に向かって前記管軸に沿って走行する前駆体繊維をTEモードのマイクロ波の電界により加熱して炭素化する炭素化装置において、
前記前駆体繊維の走行方向に沿って前記マイクロ波の電界の強度を調整する調整手段を備え、
前記マイクロ波の電界の強度は、前記前駆体繊維の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整され、
前記加熱管の断面における内部面積の変化は、前記加熱管の一対の短側壁と平行な方向において対向する対向面の間隔の変化により行われ、
前記調整手段は、前記間隔の変化を行うために、前記加熱管の一方の長側壁に配された高さ調整部材を備え、
前記マイクロ波の進行方向は、前記前駆体繊維の走行方向と反対であり、
前記高さ調整部材は、n個(nは、2以上の自然数である)の異なる高さを有すると共に高さが前記他端の出口に向かうにしたがって段差状に低くなり、
前記入口に最も近い位置にある高さを1番目とし、前記出口に最も近い位置にある高さをn番目としたときに、
n番目の高さを有する部分の前記管軸方向の長さを「Ln」とし、前記加熱管の管内波長を「λg」とすると、
Ln = (λg/4)×(2k−1)
である(ただし、kは、自然数である)
炭素化装置。
A microwave electric field in TE mode is used to drive precursor fibers running along the tube axis from the inlet at one end in the direction of the tube axis extending in the heating tube having a rectangular cross section to the outlet at the other end. In a carbonization device that is heated and carbonized by
An adjusting means for adjusting the strength of the electric field of the microwave along the traveling direction of the precursor fiber is provided.
The strength of the microwave electric field is adjusted by changing the internal area in the cross section of the heating tube along the traveling direction of the precursor fiber.
The change in the internal area in the cross section of the heating tube is performed by the change in the distance between the facing surfaces facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls of the heating tube.
The adjusting means includes a height adjusting member arranged on one long side wall of the heating tube in order to change the interval.
The traveling direction of the microwave is opposite to the traveling direction of the precursor fiber.
The height adjusting member has n different heights (n is a natural number of 2 or more), and the height becomes lower in a stepped manner toward the outlet at the other end.
When the height closest to the entrance is the first and the height closest to the exit is the nth.
Assuming that the length of the portion having the nth height in the tube axis direction is "Ln" and the wavelength in the tube of the heating tube is "λg", it is assumed.
Ln = (λg / 4) × (2k-1)
(However, k is a natural number)
Carbonization equipment.
断面方形状の加熱管内を当該加熱管の管軸が延伸する管軸方向の一端の入口から他端の出口に向かって前記管軸に沿って走行する前駆体繊維をTEモードのマイクロ波の電界により加熱して炭素化する炭素化装置において、
前記前駆体繊維の走行方向に沿って前記マイクロ波の電界の強度を調整する調整手段を備え、
前記マイクロ波の電界の強度は、前記前駆体繊維の走行方向に沿って、前記加熱管の断面における内部面積を変化させることで、調整され、
前記加熱管の断面における内部面積の変化は、前記加熱管の一対の短側壁と平行な方向において対向する対向面の間隔の変化により行われ、
前記調整手段は、前記間隔の変化を行うために、前記加熱管の一方の長側壁に配された高さ調整部材を備え、
前記高さ調整部材は、前記一対の短側壁の内面間の距離を「W」とし、前記高さ調整部材における前記一対の短側壁の対向する方向の寸法を「S」としたときに、
0.3×W ≦ S ≦0.6×W
の関係を満たし、
前記マイクロ波の進行方向は、前記前駆体繊維の走行方向と反対であり、
前記高さ調整部材は、n個(nは、2以上の自然数である)の異なる高さを有すると共に高さが前記他端の出口に向かうにしたがって段差状に低くなり、
前記入口に最も近い位置にある高さを1番目とし、前記出口に最も近い位置にある高さをn番目としたときに、
n番目の高さを有する部分の前記管軸方向の長さを「Ln」とし、前記加熱管の管内波長を「λg」とすると、
Ln = (λg/4)×(2k−1)
である(ただし、kは、自然数である)
炭素化装置。
A microwave electric field in TE mode is used to drive precursor fibers running along the tube axis from the inlet at one end in the direction of the tube axis extending in the heating tube having a rectangular cross section to the outlet at the other end. In a carbonization device that is heated and carbonized by
An adjusting means for adjusting the strength of the electric field of the microwave along the traveling direction of the precursor fiber is provided.
The strength of the microwave electric field is adjusted by changing the internal area in the cross section of the heating tube along the traveling direction of the precursor fiber.
The change in the internal area in the cross section of the heating tube is performed by the change in the distance between the facing surfaces facing each other in the direction parallel to the pair of short side walls of the heating tube.
The adjusting means includes a height adjusting member arranged on one long side wall of the heating tube in order to change the interval.
When the distance between the inner surfaces of the pair of short side walls of the height adjusting member is "W" and the dimension of the pair of short side walls in the opposite direction of the height adjusting member is "S",
0.3 × W ≦ S ≦ 0.6 × W
Meet the relationship,
The traveling direction of the microwave is opposite to the traveling direction of the precursor fiber.
The height adjusting member has n different heights (n is a natural number of 2 or more), and the height becomes lower in a stepped manner toward the outlet at the other end.
When the height closest to the entrance is the first and the height closest to the exit is the nth.
Assuming that the length of the portion having the nth height in the tube axis direction is "Ln" and the wavelength in the tube of the heating tube is "λg", it is assumed.
Ln = (λg / 4) × (2k-1)
(However, k is a natural number)
Carbonization equipment.
前駆体繊維を加熱して炭素繊維を製造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して炭素化する炭素化装置として、請求項6〜8の何れか1項に記載の炭素化装置を含む
炭素繊維の製造装置。
In a carbon fiber manufacturing apparatus that heats precursor fibers to produce carbon fibers,
A carbon fiber manufacturing apparatus including the carbonization apparatus according to any one of claims 6 to 8, as a carbonization apparatus for heating and carbonizing the precursor fiber.
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