JPH03252081A

JPH03252081A - 高圧雰囲気マイクロ波加熱炉

Info

Publication number: JPH03252081A
Application number: JP5052990A
Authority: JP
Inventors: Masao Nishihara; 西原　正夫; Masao Fujikawa; 藤川　理男; Kazuhiro Uehara; 一浩上原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1991-11-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高圧流体雰囲気下において、マイクロ波を吸
収するような被処理材をマイクロ波加熱により、脱脂あ
るいは加熱焼結するための加熱炉に関し、各種セラミッ
クスの加熱焼結や食品の防腐加工等に用いられる。

（従来の技術）マイクロ波を吸収するようなセラミックス材料の焼結や
成形時に添加された有機系のバインダの加熱除去（脱脂
）にマイクロ波を利用した技術がある。

セラミック材料の加熱加圧焼結への適用としては、マイ
クロ波空洞共振器或いは導波管の内部で磁器型に収容し
たセラミック粉末材料を加圧機構で押圧しつつ当該マイ
クロ波空洞共振器或いは導波管の内部にマイクロ波を導
入し、そのセラミック粉末材料をマイクロ波の電界が大
きなところに位置させて内部発熱することにより誘電加
熱でセラミック粉末材料を焼結するようにした技術があ
る（特開昭６０−２２１３６７号公報参照、以下、従来
例の１という）。

また、マイクロ波をマイクロ波加熱炉本体内に導入して
被焼結物を加熱焼結するマイクロ波同調型加熱装置にお
いて、上記マイクロ波加熱炉本体の中央部に上記被焼結
物を加圧するピストンを設けると共に、該ピストンの周
囲に筒状に設けられ該ピストンが密に摺動するように構
成される耐熱性断熱誘電体を上記マイクロ波加熱炉本体
の下部に設け、前記筒状の耐熱性断熱誘電体内に被焼結
物を投入し前記ピストンの加圧下にマイクロ波を印加し
加熱焼結する技術がある（特開昭６２−２５５８９８号
公報参照、以下、従来例の２という）。

更に、脱脂への適用としては、金属もしくは金属の酸化
物、炭化物、窒化物、硼化物などのようなセラミックま
たはこれらの中から用途に応じて任意に選定した少なく
とも１または２以上の種類の粉体の混合物と添加結合剤
との焼結用混合組成物を、最終焼結をする前処理として
所要のマイクロウェーブを加えさらに静電界を加えて前
記結合剤を除去する技術がある（特開昭６１−１９９０
０１号公報参照、以下、従来例の３という）。

これらの例のようにセラミックス系材料などの加熱にマ
イクロ波を用いる場合、マイクロ波発振器としてはマグ
ネトロン（特開昭６１−１９９００１　）やクライスト
ロンが用いられる。その理由は、容易に１〜１１０００
ｋの大電力を発生しうるからである。

一方、最近になって、特定のセラミックスについては特
定の高圧ガス雰囲気で焼結を行なうことが好ましいこと
、あるいは気孔率が５％以下となった時点以降の高密度
化には高圧ガスの圧力を利用して緻密化すると緻密化が
促進されかつ密度ムラなどを生じに（いことが認識され
るようになった。

前者は加圧雰囲気焼結などと呼ばれ、後者は熱間静水圧
プレス法（ＨＩＰ法）と呼ばれ、工業生産手段として用
いられている。

また、セラミックス粉末の成形時に、成形性を向上する
ために添加した有機系バインダーの加熱除去に高圧のＣ
Ｏ８など超臨界流体を用いると効果的なことが知られ、
超臨界脱脂法として普及しつつある。このような、セラ
ミックスを高圧流体雰囲気下で加熱する方法では通常、
ジュール熱を利用する抵抗線加熱方式のヒータが用いら
れている。

被処理材料がマイクロ波を吸収するような材料である場
合、マイクロ波による処理材の直接加熱が可能であるが
、これまでのところ、そのような技術についての公知例
はない、その理由は、このような加熱にマイクロ波を用
いる場合、かなりの電力が必要となることから、マイク
ロ波発振器として前記のマグネトロンやタライストロン
などの真空管形の電力増幅器しか入手できず、これらの
発振器が大気中に設置せざるをえないため、大寸法の導
波管や大径の同軸ケーブルでマイクロ波を圧力容器中に
導入するという煩雑な方法をとる以外に対応ができない
という事情によるものと考えられる。

（発明が解決しようとする課Ｈ）前述のように、現状では流体を封入した圧力容器の内部
にマイクロ波を導入する方法としては、同軸ケーブルあ
るいは導波管を用いて大気中に設置した発振器から導入
する方法にたよらざるを得ないのが実情である。しかし
、同軸ケーブルを用いる場合には、出力３〜４に−でケ
ーブルの直径が３〜５１と太くなり圧力容器内への導入
部分の圧力シール部材が大きくなること、また、導波管
の場合には圧力容器にマイクロ波透過窓を設ける必要が
あることなど、技術的な問題が山積している。

（課題を解決するための手段）本発明は、圧力容器１内に配置した被処理材６を、マイ
クロ波を用いて加熱するとともに、該圧力容器１内に高
圧の流体を圧力媒体として導入することで加圧する高圧
雰囲気マイクロ波加熱炉であって、次の技術的手段を講
じている。

すなわち、本発明は、マイクロ波を発生する装置の少な
くとも最終増幅段が半導体アンプ９Ａからなり、該半導
体アンプ９Ａが前記圧力容器１内における下部の低温部
に配置されていることを特徴とするものである（請求項
（す）。

また、本発明は、半導体アンプ９＾を圧力媒体に曝露す
ることを特徴とするものである（請求項（２））。

更に、本発明は、マイクロ波を発生する半導体アンプ９
Ａの直上にマイクロ波を透過する物質で構成された処理
台５が配設され、該処理台５が、該処理台５上に被処理
材６を載置可能であることを特徴とするものである（請
求項（３））。

また、本発明は、半導体アンプ９Ａが、被処理材６の方
向に開口部１１Ａを有する筒状の導波管ｌｌ内に配置さ
れているとともに、該筒状の導波管１１の下部に、導波
管１１の内部と外部とを連通ずる窓孔１５が設けられて
いることを特徴とするものである（請求項（ａ）。

（作　用）請求項（１）記載の本発明によると、半導体アンプ９Ａ
が圧力容器ｌ内における下部の低温部に配置′されてい
ることから、素子の過熱防止がなされる。

すなわち、常圧下ではこの発熱に対する対策として放熱
板などヒートシンクを付与することが必須であるが、本
発明の如き、高圧流体雰囲気下、とくに高圧のガス圧雰
囲気下では、圧力媒体として使われるような流体とくに
ガス体が、高密度・低粘性の極めて流動性に冨んだ状態
となり、自然対流による熱の放散が促進されるためこの
対流による放熱効果の利用が可能となる。

本発明者らの評価によれば、大気圧下空気中での境膜熱
伝達係数的５　ｋｃａｌ／ｓ”ｈｒ”ｃに対し、１００
１００Ｏ／ｄのアルゴンガス雰囲気下では、間約１５０
ｋｃａｌ／■”ｈｒ　”Ｃとなり、素子と雰囲気の温度
差が同一でも約３０倍も放熱が容易になる。

請求項（２）記載の本発明によれば、半導体アンプ９Ａ
を圧力媒体に曝らしているので、半導体アンプ９Ａの冷
却効果がより一層向上される。

請求項（３）記載の本発明によれば、半導体アンプ９Ａ
の直上に処理台５を介して被処理材６が配置されている
ので、マイクロ波の照射の効率がよくなる。

請求項（４）記載の本発明によれば、導波管１１とこの
下部に設けられた窓孔１５とによって所謂煙突効果作用
が生起して高圧ガスの自然対流による半導体アンプ９Ａ
の冷却効果がより向上する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。

第１図は本発明にかかる加熱炉の本体部分を概念的に示
したものであり、この第１図において、１は圧力容器で
あり、上下に開口部を有する円筒形に形成してあり、上
開口部にはシールリング２Ａを介して上蓋２が気密状で
かつ嵌脱自在に設けられ、下開口部にはシールリング３
Ａを介して下蓋３が気密状でかつ嵌脱自在に設けられ、
ここに、圧力容器ｌと上・下Ｉ２，３とで処理室４が画
成されている。

なお、上蓋２にはアルゴンガス等の高圧流体による圧力
媒体の導入・排出口２Ｂが形成してあり、また、下蓋３
には電波リード線３Ｂが設けられている。

５は処理台であり、筒状層５Ａと載置台５Ｂとからなっ
ていて、マイクロ波を透過可能なセラミックス等の材料
（物質）から構成されていて、筒状層５Ａを下蓋３上に
着脱固定自在に取付けることで処理室４内に配置され、
載置台５Ｂ上にはマイクロ波を吸収する材料（物質）、
例えばセラミックス等の被処理材６が載置されている。

なお、被処理材６は、マイクロ波を吸収しない材料で作
成された有底筒状のコンテナ７を介して載置台５Ｂ上に
載置可能であり、上蓋２の開閉により処理室４から出入
れ自在である。

９はマイクロ波を発生する装置、すなわち、半導体発振
器であり、処理台５の下部空間に収められて下Ｉ３上に
着脱自在に配置されており、この半導体発振器９は、マ
イクロ波を放出するアンテす１０を有し、被処理材６の
方向に開口部１１Ａを有する導波管１１内に収められて
いて、この直上に配置されている被処理材６に対してマ
イクロ波を効率良く導くことが可能とされている。

半導体発振器９は、発振用の素子と増幅用の素子の組合
せにより構成されていて、該マイクロ波発振用の素子と
して代表的なものは、発振用としてＧａＡＳ電界効果形
トランジスタ（ＦＥＴ）　、増幅用としてＧａＡＳ電界
効果形トランジスタおよびバイポーラ形トランジスタが
採用でき、この場合、全体を圧力容器１の処理室４内に
収納しても構わないけれども最終の電力増幅用の素子す
なわち半導体アンプ９Ａのみを処理室４内に収納する方
が、投入電力の制御および処理室４の空間有効利用等の
観点から有利となる。

第２図では、半導体発振器９として少なくとも放熱量の
大きな最終増幅段の半導体アンプ９Ａが電界効果形トラ
ンジスタとされ、この場合には、該アンプ９Ａはドレー
ン電極部でネジ１２により固定板１３に結合され、この
全体が高圧ガス雰囲気の中に曝露された形態で固定板１
３を介して下蓋３上に着脱自在に取付けである。

なお、固定板１３には、第２図に示す如く放熱フィン１
４を装着することにより放熱効果をより一層向上させる
こともできる。

被処理材６をマイクロ波を用いて加熱するとともに処理
室４内に高圧の流体を圧力媒体として導入することで等
方圧で加圧処理中において、高圧流体（ガス）の自然対
流により半導体アンプ９Ａから発生する熱を効率よく除
去するには、自然対流を促進することが好ましく、この
ため、第３図で示す如く筒状の導波管１１の下部には、
導波管１１の内部と外部を連通ずる窓孔１５が設けられ
ており、また、第１図に示す如く処理台５の筒状層５Ａ
の下部にも窓孔１６が設けられここに、導波管１１等に
よる煙突効果によりガス対流が促進されて半導体アンプ
９Ａの冷却効果が向上される。

なお、電波リード線３Ｂにより半導体アンプ９Ａには接
続部８を介して電力が供給可能とされる。また、発振器
９の出力側には加熱対象部材からの反射電力を吸収する
ためのアイソレータや被処理材に効率よくマイクロ波を
吸収させるため等の観点から整合器を設けることができ
る。

即ち、第４図において整合器１７は導波管１１の部分に
設けられ、該導波管１１の断面積を変化させるように、
導波管１１の管軸に対して板面が直角となるように金属
板１８を挿脱自在に差込む構造としたものである。尚、
この場合の整合機１７は被処理材６に対して導波管と反
対側、すなわち、上側にマイクロ波を反射させて定圧波
を生じさせるような位置に配置することが望ましい。

また、第５図はアイソレータ１９の取付例を示し、フェ
ライト製のアイソレータ１９が導波管１１内に組み込ま
れている。この場合、偏光現象を利用して下から−へは
マイクロ波が透過するが、反対方向には透過しないで吸
収される。吸収により発生した熱は、冷却フィン２０か
ら高圧ガスの自然対流を利用して放出されるが、発熱量
が多い場合には、水冷することにしてもよい。

（発明の効果）本発明は以上の通りであり、被処理材の焼結、脱脂等の
処理において、圧力容器内への高圧流体の導入による等
方圧加圧とマイクロ波による加熱と行なうものであるか
ら、処理時間が大幅に短縮され、処理も均一かつ容易に
できるという基本的作用効果に加えて次の特有な作用効
果を奏する。

■二マイクロ波を発生する装置の最終増幅段のための半
導体アンプが圧力容器の低温部に配置されているので、
該アンプにおける素子の過熱防止が図れる。

■：また、半導体アンプは圧力媒体に曝露されているの
で、該圧力媒体が高密度・低粘性で極めて流動性に冨ん
だ状態となり、自然対流による熱の放散が促進される。

■　更に、半導体アンプは導波管の内部に収められてお
り、処理台上の被処理材に対してマイクロ波を効率よく
導くことができながら、導波管の下部にこの内外を連通
ずる窓孔を設けていることによって所謂煙突作用が生起
されて自然対流を促進して半導体アンプの過熱防止を−
層増進できる。

従って、本発明は、圧力容器中でマイクロ波を用いた加
熱処理が非常に簡便に行えるようになり、今後、普及が
期待されるセラミックス材料の焼結、あるいは食品など
の有機系物質の高温高圧処理の発展に寄与するところ多
大である。

とくに本発明によれば、人体に危険な大電力のマイクロ
波が、圧力容器内部のみで発生するため、安全上の寄与
も大きい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は加熱炉全体の概
念断面図、第２図はマイクロ波発振装置における半導体
アンプの装着−例を示す斜視図、第３図は導波管とマイ
クロ波発振装置との取合−例を示す斜視図、第４図は整
合機を組合した例の断面図、第５図はアイソレータを取
りつけた場合の断面図である。１・・・圧力容器、５・・・処理台、６・・・被処理材
、９・・・マイクロ波発生装置、９Ａ・・・半導体アン
プ、１１・・・導波管、１５・・・窓孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧力容器（１）内に配置した被処理材（６）を、
マイクロ波を用いて加熱するとともに、該圧力容器（１
）内に高圧の流体を圧力媒体として導入することで加圧
する高圧雰囲気マイクロ波加熱炉であって、マイクロ波を発生する装置の少なくとも最終増幅段が半
導体アンプ（９Ａ）からなり、該半導体アンプ（９Ａ）
が前記圧力容器（１）内における下部の低温部に配置さ
れていることを特徴とする高圧雰囲気マイクロ波加熱炉
。
（２）半導体アンプ（９Ａ）を圧力媒体に曝露すること
を特徴とする請求項（１）記載の高圧雰囲気マイクロ波
加熱炉。
（３）マイクロ波を発生する半導体アンプ（９Ａ）の直
上にマイクロ波を透過する物質で構成された処理台（５
）が配設され、該処理台（５）が、該処理台（５）上に
被処理材（６）を載置可能であることを特徴とする請求
項（１）記載の高圧雰囲気マイクロ波加熱炉。
（４）半導体アンプ（９Ａ）が、被処理材（６）の方向
に開口部（１１Ａ）を有する筒状の導波管（１１）内に
配置されているとともに、該筒状の導波管（１１）の下
部に、導波管（１１）の内部と外部とを連通する窓孔（
１５）が設けられていることを特徴とする請求項（１）
記載の高圧雰囲気マイクロ波加熱炉。