KR101203013B1

KR101203013B1 - 마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로

Info

Publication number: KR101203013B1
Application number: KR1020107016440A
Authority: KR
Inventors: 테루츠구 세가와; 세이지 하마노; 후미오 스가타
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2012-11-20
Also published as: EP2395307A4; JP5220135B2; WO2010090016A1; US20110031238A1; US8779339B2; KR20100102181A; CN101990624B; EP2395307A1; JPWO2010090016A1; EP2395307B1; CN101990624A

Abstract

마이크로파 소성로(101)는 피소성체(102)가 배치되는 소성실(103)과, 마이크로파를 소성로 내부에 조사하는 마그네트론(116)과, 냉각용 기체를 소성로 외부로부터 소성로 내부로 도입하는 냉각용 기체 도입 기구(112b)와, 냉각용 기체를 소성실(103)까지 유통시키는 냉각용 기체 유로(113b)와, 마이크로파가 조사됨으로써 자기발열하여 냉각용 기체 유로(113b)를 유통하는 냉각용 기체를 가열하는 발열체(114a～114e)와, 피소성체(102)가 배치된 소성실(103)을 냉각할 때에 냉각용 기체 도입 기구(112b)에 냉각용 기체를 소성로 내부로 도입시키고, 마그네트론(116)에 마이크로파를 소성로 내부에 단속적으로 조사시키는 제어부(117)를 구비한다.

Description

마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로{MICROWAVE HEATING METHOD AND MICROWAVE HEATING APPARATUS}

본 발명은 파인세라믹스 재료 등으로 제조된 피소성체를 마이크로파 조사에 의해 소성하는 마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로에 관한 것이다.

종래부터, 마이크로파 조사에 의해 파인세라믹스를 소성하는 마이크로파 소성로가 실용화되고 있다. 이 마이크로파 소성로에서는 파인세라믹스 재료 등으로 제조된 피소성체를 소성하는 경우에 피소성체가 균질한 것이면, 원리적으로는 마이크로파 조사에 의해 피소성체의 각 부분을 균일하게 가열한다. 단, 소성 처리 초기시에는 노 내의 분위기 온도가 피소성체의 표면 온도보다 상당히 저온이다. 이 때문에 피소성체의 표면으로부터 열이 방사되어 결과적으로 피소성체의 중심부와 표면 사이에 온도 구배가 발생하여 크랙이 발생되기 쉽다.

또한, 마이크로파 조사에 의한 가열의 특성으로서 동일 물질 내에서는 온도가 높은 부분일수록 유전손(誘電損)이 크다. 즉, 온도가 낮은 부분보다 온도가 높은 부분쪽이 마이크로파 흡수 효율이 높다. 이 때문에 일단 온도 구배가 발생되면 마이크로파 흡수 효율의 차가 더욱 진행되어 부분적인 국소 가열이 일어나서 온도차가 보다 확대되어 크랙의 발생이 조장된다.

이상을 해결하기 위해서, 노 내에 피소성체의 내부로부터 외부로의 온도 구배를 등온분포로 하는 등온장벽을 구성함으로써 피소성체에 있어서의 온도 구배의 발생을 억지시켜 크랙의 발생을 저감시키는 마이크로파 소성로가 제안되어 있다. 이 마이크로파 소성로로서 도 18에 나타내는 구성의 것(예를 들면, 특허문헌1 참조.)이 있다.

도 18에 나타내듯이, 이 마이크로파 소성로(901)는 마이크로파 공간(902)을 구획 형성하는 캐비티(903)와, 이 캐비티(903)에 도파관(904a～904d)을 통해 접속되어서 캐비티(903) 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 발생 수단으로서의 마그네트론(906a～906d)과, 캐비티(903) 내에 방사된 마이크로파를 교반하는 마이크로파 교반 수단(908a,908b)과, 캐비티(903) 내에 설치된 블랭킷(910)과, 블랭킷(910)의 주위를 둘러싼 보조 블랭킷(911)을 구비한다.

캐비티(903)는 적어도 내면이 마이크로파를 마이크로파 공간(902)에 반사하고, 마이크로파의 캐비티(903) 외부로의 누설을 방지하는 구성으로 되어 있다.

마이크로파 교반 수단(908a)은 캐비티(903) 내에 배치된 교반날개(914a,914c)와, 캐비티(903)의 외부에 배치된 구동 모터(916a)와, 구동 모터(916a)의 회전을 교반날개(914a,914c)에 전달하는 회전 전달축(918a)을 구비한다. 회전 전달축(918a)을 회전축으로 해서 교반날개(914a,914c)가 회전함으로써 캐비티(903) 내의 분위기가 교반된다.

마이크로파 교반 수단(908b)은 캐비티(903) 내에 배치된 교반날개(914b,914d)와, 캐비티(903)의 외부에 배치된 구동 모터(918b)와, 구동 모터(916b)의 회전을 교반날개(914b,914d)에 전달하는 회전 전달축(918b)을 구비한다. 회전 전달축(918b)을 회전축으로 해서 교반날개(914b,914d)가 회전함으로써 캐비티(903) 내의 분위기가 교반된다.

블랭킷(910)은 피소성체(921a,921b)를 설치하는 소성실(923)을 구획 형성한 것으로, 소성실(923)을 구획 형성하고 있는 격벽으로서 외각벽(外殼壁)(925a)과 내각벽(內殼壁)(925b)의 이중벽 구조로 되어 있다.

외각벽(925a)은 단열성을 가짐과 아울러 마이크로파의 투과를 허용하는 재료로 형성된 것이다. 구체적으로는 외각벽(925a)은 알루미나 섬유나, 발포 알루미나 등으로 형성되어 있다. 또한, 내각벽(925b)은 외부로부터 조사된 마이크로파에 의해 자기발열하고, 또한, 마이크로파의 일부를 소성실(923) 내까지 투과 가능한 유전 재료에 의해 형성되어 있다. 이 내각벽(925b)에 바람직한 유전 재료로서는, 예를 들면, 피소성체(921a,921b)의 소성 온도 부근의 고온역에서 피소성체(921a,921b)와 동등 이상으로 자기발열하는 고온역용 발열 재료가 이용된다.

보조 블랭킷(911)은 블랭킷(910)의 주위를 단열공간으로 해서 블랭킷(910)으로부터 그 주위의 분위기로의 방열에 의한 온도 구배의 발생을 억지시키기 위한 것이다. 보조 블랭킷(911)은 단열성을 가짐과 아울러 마이크로파의 투과를 허용하는 알루미나 섬유나, 발포 알루미나 등의 단열 재료로 형성되어 있다.

이상과 같이, 소성실(923)을 구획형성하는 블랭킷(910)의 격벽을 조사된 마이크로파에 의해 자기발열시킴과 아울러, 마이크로파의 일부를 소성실(923) 내로 투과 가능한 내각벽(925b)과, 그 주위를 둘러싸는 단열성 재료제의 외각벽(925a)으로 구성함으로써 피소성체(921a,921b)에 대한 마이크로파 가열의 진행에 병행하여 내각벽(925b) 자체의 발열에 의해 소성실(923) 내의 분위기가 승온함과 아울러, 소성실(923)로부터 외부로의 방열이 외각벽(925a)에 의해 억지된다.

따라서, 피소성체(921a,921b)의 승온에 따라 소성실(923) 내의 분위기가 고온으로 안정 유지된다. 이 때문에, 피소성체(921a,921b)의 표면으로부터 그 주위의 분위기로의 방열이 억제된다. 그 결과, 피소성체(921a,921b)의 중심부와 표면 사이에 온도 구배가 발생되기 어려워진다. 이것에 따라 온도 구배의 발생에 기인한 크랙의 발생을 방지하여 안정된 소성이 가능하게 된다.

또한, 이 온도 구배의 발생을 억제하는 구성으로서 등온장벽이 이중 구조인 구성의 것(예를 들면, 특허문헌2 참조.)이 제안되어 있다.

일본 특허 제 3845777호 공보 일본 특허 제 3799454호 공보

그러나, 상기와 같은 종래의 구성에서는 그 목적으로 하는 바는 비교적 고온도에서 소성을 행하는 경우라도 소성체의 열변형을 억제할 수 있는 소성로를 제공하는 것에 있고, 마이크로파 조사에 의한 균일한 가열이나 급속한 승온은 가능하게 되지만, 그 반면, 매우 단열성이 높기 때문에 피소성체 및 소성로 내부의 냉각에 방대한 시간을 요한다는 과제를 갖고 있다.

이것을 해결하기 위해서, 냉각시에 실온의 기체를 노 내에 넣으면, 피소성물, 노 내 구성부품이 기체와의 온도차에 의한 열충격으로 파괴되어 버린다.

또한, 소성로 외부에서 기체를 가열해서 노 내부로 도입하도록 배관하는 것은 마이크로파가 영향을 받으므로 곤란함과 아울러, 별도 플랜트를 필요로 하므로 설비 비용이 증대한다는 과제도 갖고 있다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 노 외부에서 가열원을 갖지 않아 마이크로파 소성 사이클에 있어서의 냉각에 요하는 시간을 단축시킬 수 있는 마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 마이크로파 소성 방법은 (a)마이크로파를 사용해서 피소성체를 소성하는 마이크로파 소성 방법으로서, (b)상기 피소성체가 배치된 소성로 내부의 소성실을 냉각할 때에 소성로 외부로부터 소성로 내부로 냉각용 기체를 도입하여 상기 냉각용 기체를 상기 소성실까지 유통시키고, (c)마이크로파를 소성로 내부로 단속적으로 조사하여 상기 냉각용 기체를 상기 소성실까지 유통시키는 유로에 배치된 발열체를 발열시키고, 상기 유로를 유통하는 상기 냉각용 기체를 가열시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 마이크로파 소성로는 (a)마이크로파를 사용해서 피소성체를 소성하는 마이크로파 소성로로서, (b)상기 피소성체가 배치되는 소성실과, (c)마이크로파를 소성로 내부에 조사하는 마그네트론과, (d)냉각용 기체를 소성로 외부로부터 소성로 내부로 도입하는 도입 기구와, (e)상기 냉각용 기체를 상기 소성실까지 유통시키는 유로와, (f)마이크로파가 조사됨으로써 자기발열하여 상기 유로를 유통하는 상기 냉각용 기체를 가열하는 발열체와, (g)상기 피소성체가 배치된 상기 소성실을 냉각할 때에 상기 도입 기구에 상기 냉각용 기체를 소성로 내부로 도입시키고, 상기 마그네트론에 마이크로파를 소성로 내부에 단속적으로 조사시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 급격한 온도변화에 의한 열충격 파괴를 발생시키지 않고, 급속하게 피소성체 및 소성로 내부를 냉각할 수 있다. 그 결과, 노 외부에서 가열원을 갖지 않아 마이크로파 소성 사이클에 있어서의 냉각에 요하는 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 실시형태1에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수직방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태1에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수평방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태1에 있어서의 마이크로파 소성로를 절단선 A-A로 절단해서 화살표방향으로 본 경우의 냉각용 기체 유로의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 4는 실시형태1에 있어서의 마이크로파 소성로를 절단선 A-A로 절단해서 화살표방향으로 본 경우의 냉각용 기체 유로의 개략을 나타내는 평면도이다.
도 5는 실시형태1 내지 실시형태4에 있어서의 마이크로파 소성 방법의 플로챠트를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시형태1 내지 실시형태4에 있어서의 마이크로파 소성 방법의 온도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시형태2에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수직방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시형태2에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수평방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시형태2에 있어서의 마이크로파 소성로를 절단선 B-B로 절단해서 화살표방향으로 본 경우의 냉각용 기체 유로의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 10은 실시형태2에 있어서의 마이크로파 소성로를 절단선 B-B로 절단해서 화살표방향으로 본 경우의 냉각용 기체 유로의 개략을 나타내는 평면도이다.
도 11은 실시형태3에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수직방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시형태3에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수평방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시형태3에 있어서의 마이크로파 소성로에 사용되는 발열체의 개략을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시형태4에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수직방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 15는 실시형태4에 있어서의 마이크로파 소성로의 구조를 수평방향에서 본 경우의 개략을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시형태4에 있어서의 마이크로파 소성로를 절단선 C-C로 절단해서 화살표방향으로 본 경우의 냉각용 기체 유로의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 17은 실시형태4에 있어서의 마이크로파 소성로에 사용되는 발열체의 개략을 나타내는 도면이다.
도 18은 종래의 마이크로파 소성로의 구조의 개략을 나타내는 도면이다.

(실시형태1)

이하, 본 발명에 따른 실시형태1에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

<마이크로파 소성로>

도 1, 도 2에 나타내듯이, 본 실시형태에 있어서의 마이크로파 소성로(101)에서는 소성실(103) 내에 설치되어 있는 피소성체(102)의 마이크로파 소성을 행할 때에 마그네트론(116)에 의해 발생시킨 마이크로파가 도파관(도시 생략)을 통해 밀폐상태의 캐비티(110)로 도입된다. 또한, 마이크로파 소성로(101)에 구비된 마이크로파 교반 수단(도시 생략)에 의해 캐비티(110) 내로 도입된 마이크로파가 교반된다. 또한, 마이크로파 소성로(101)에 구비된 제어부(117)에 의해 마이크로파의 조사 시간이나 조사 강도의 제어가 행해진다. 피소성체(102)가 배치된 소성실(103)을 냉각할 때에 제어부(117)가 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)와 마그네트론(116)을 제어해서 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)에 냉각용 기체를 소성로 내부로 도입시키고, 마그네트론(116)에 마이크로파를 소성로 내부에 단속적으로 조사시킨다.

또한, 도 1에 대해서는 마이크로파 소성로(101)를 Z방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다. 도 2에 대해서는 마이크로파 소성로(101)를 X방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다.

구체적으로는, 캐비티(110) 내에는 외격벽(108b)이 설치되어 있다. 외격벽(108b) 내에는 외격벽(108a)이 설치되어 있다. 외격벽(108a) 내에는 외격벽 발열체(107)가 설치되어 있다. 외격벽(108a,108b)과 외격벽 발열체(107)는 내격벽(105)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 내격벽(105)과 외격벽 발열체(107) 사이에는 격벽간 스페이스(106)로서[내격벽(105)의 저면을 제외하고] 50㎜ 벌어져 있다. 내격벽(105) 내에는 내격벽 발열체(104)가 설치되어 있다. 내격벽 발열체(104) 내는 소성실(103)로 되어 있다.

피소성체(102)는 소성실(103) 내에 직접 또는 소성실(103) 내의 설치대(도시 생략) 등의 위에 설치된다. 또한, 소성 중의 피소성체(102)의 수축시에 피소성체(102)가 소성실(103)이나 설치대에 걸려 변형되는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위해서 피소성체(102) 아래에 구상의 물체를 까는 것이 바람직하다. 예를 들면, 피소성체(102)의 수축시에 피소성체(102)에 부하가 가해지지 않도록 하기 위해서 피소성체(102) 아래에 알루미나볼 등을 깐다. 본 실시형태에서는 까는 알루미나볼로서 지름 0.5㎜의 구상의 것을 사용했다.

내격벽 발열체(104)는 마이크로파 조사에 의해 자기발열하는 재료로 형성되어 있다. 내격벽(105)은 마이크로파의 투과를 허용하는 단열 재료로 형성되어 있다. 외격벽 발열체(107)는 내격벽 발열체(104)와 마찬가지로 마이크로파 조사에 의해 자기발열하는 재료로 형성되어 있다. 외격벽(108a,108b)은 내격벽(105)과 마찬가지로 마이크로파의 투과를 허용하는 단열 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 내격벽 발열체(104)는 (a)멀라이트계 재료, (b)질화규소계 재료, (c)알루미나, (d)마이크로파 흡수율이 큰 금속산화물(예를 들면, 마그네시아, 지르코니아, 산화철 등.), (e)탄화규소 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 내격벽(105)은 알루미나 섬유나 발포 알루미나 등으로 형성되어 있다. 또한, 내격벽(105)과 외격벽(108a,108b)에 대해서는 동일 재료이어도 다른 재료이어도 좋다. 또한, 내격벽 발열체(104)와 외격벽 발열체(107)에 대해서도 동일 재료이어도 다른 재료이어도 좋다. 단, 열특성 등이 극단적으로 다른 재료를 사용한 경우에는 마이크로파 소성로(101) 내부의 온도 제어가 복잡하게 된다. 이 때문에, 이들에 대해서는 가능하면 동일 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

내격벽 발열체(104)는 내격벽(105)의 내면 전체에 배치되어 있다. 외격벽 발열체(107)는 외격벽(108a)의 내면 전체에 배치되어 있다. 또한, 내격벽 발열체(104)와 외격벽 발열체(107)에 대해서는 소망의 열특성을 달성할 수 있으면, 전체에 배치하는 구성이 아닌 부분적으로 배치하는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 원반상 또는 팔각형의 발열체를 내격벽(105)이나 외격벽(108a)의 내면에 복수매 배치하는 구성이어도 좋다.

캐비티(110)는 스텐레스강 등의 금속으로 형성되어 있다. 또한, 내면이 마이크로파를 반사하도록 형성되어 있다. 또한, 캐비티(110)의 내면에 대해서는 반사 효율이 향상되는 점에서 구리 도금을 실시하는 것이 바람직하다.

냉각용 기체 도입 기구(112a)는 소성로 외부로부터 소성로 내부로 냉각용 기체를 도입하는 기구이다. 냉각용 기체 도입 기구(112a)로부터 냉각용 기체 도입관(111a), 냉각용 기체 유로(113a)를 통해 격벽간 스페이스(106) 내로 냉각용 기체가 도입된다.

냉각용 기체 도입 기구(112b)는 소성로 외부로부터 소성로 내부로 냉각용 기체를 도입하는 기구이다. 냉각용 기체 도입 기구(112b)로부터 냉각용 기체 도입관(111b), 냉각용 기체 유로(113b)를 통해 소성실(103) 내로 냉각용 기체가 도입된다.

냉각용 기체가 공기인 경우에는 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)로서 팬이나 펌프가 사용된다. 냉각용 기체가 질소 등 고압 가스인 경우에는 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)로서 유량을 제어하는 밸브가 사용된다. 또한, 소성실(103) 내로 도입되는 냉각용 기체 중에 존재하는 먼지나 티끌을 집진하기 위한 필터(도시 생략)를 냉각용 기체 도입관(111a,111b)의 관 내에 설치하는 것으로 해도 좋다. 이것에 의해 안정되게 냉각용 기체를 격벽간 스페이스(106) 내나 소성실(103) 내로 도입할 수 있다.

냉각용 기체 유로(113a)는 냉각용 기체 도입 기구(112a)로부터 냉각용 기체 도입관(111a)을 통해 보내진 냉각용 기체를 격벽간 스페이스(106)까지 유통시키는 유로이다. 층간 냉각용 기체 유로(121a～123a)를 갖는다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108b)에 층간 냉각용 기체 유로(121a)가 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108a)에 층간 냉각용 기체 유로(122a)가 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽 발열체(107)에 층간 냉각용 기체 유로(123a)가 형성되어 있다. 단, 냉각용 기체가 Y방향으로 직진하지 않도록 층간 냉각용 기체 유로(121a～123a)가 배치되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(121a)는 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108b)을 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 냉각용 기체 도입관(111a)에 연결되어 있다. 다른쪽이 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 공간에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(122a)는 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108a)을 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 외격벽(108a)와 외격벽 발열체(107) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 공간에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(123a)는 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽 발열체(107)를 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽(108a)과 외격벽 발열체(107) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 격벽간 스페이스(106)에 연결되어 있다.

냉각용 기체 유로(113b)는 냉각용 기체 도입 기구(112b)로부터 냉각용 기체 도입관(111b)을 통해 보내진 냉각용 기체를 소성실(103)까지 도입하는 유로이다. 층간 냉각용 기체 유로(121b～125b)를 갖는다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108b)에 층간 냉각용 기체 유로(121b)가 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108a)에 층간 냉각용 기체 유로(122b)가 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽 발열체(107)에 층간 냉각용 기체 유로(123b)가 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 내격벽(105)에 층간 냉각용 기체 유로(124b)가 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 내격벽 발열체(104)에 층간 냉각용 기체 유로(125b)가 형성되어 있다. 단, 냉각용 기체가 Y방향으로 직진하지 않도록 층간 냉각용 기체 유로(121b～125b)가 배치되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(121b)는 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108b)을 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 냉각용 기체 도입관(111b)에 연결되어 있다. 다른쪽이 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(122b)는 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108a)을 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 외격벽(108a)과 외격벽 발열체(107) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(123b)는 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽 발열체(107)를 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽(108a)과 외격벽 발열체(107) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 외격벽 발열체(107)와 내격벽(105) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(124b)는 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 내격벽(105)을 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽 발열체(107)와 내격벽(105) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 내격벽(105)과 내격벽 발열체(104) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(125b)는 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 내격벽 발열체(104)를 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 내격벽(105)과 내격벽 발열체(104) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 소성실(103)에 연결되어 있다.

또한, 도 3, 도 4에 나타내듯이, 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 공간에 그 공간 내에 산재하도록 발열체(114a～114e)가 배치되어 있다. 그 공간과 발열체(114a～114e)에 의해 층간 냉각용 기체 유로(121b)로부터 X-Z면을 따라서 층간 냉각용 기체 유로(122b)에 냉각용 기체가 유통하는 유로부분이 형성되어 있다.

또한, 도 3, 도 4에 대해서는 도 1, 도 2에 나타내는 절단선 A-A로 마이크로파 소성로(101)를 절단해서 화살표방향으로 본 상태로 나타내고 있다. 또한, 도 3에 대해서는 층간 냉각용 기체 유로(121b,122b)를 가상선(파선)으로 나타내고 있다.

발열체(114a～114e)는 마이크로파 조사에 의해 자기발열하는 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 발열체(114a～114e)는 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107)와 마찬가지로, (a)멀라이트계 재료, (b)질화규소계 재료, (c)알루미나, (d)마이크로파 흡수율이 큰 금속산화물(예를 들면, 마그네시아, 지르코니아, 산화철 등.), (e)탄화규소 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 또한, 발열체(114a～114e)에 대해서는 내격벽 발열체(104)나 외격벽 발열체(107)와 동일 재료이어도 다른 재료이어도 좋다. 단, 열특성 등이 극단적으로 다른 재료를 사용한 경우에는 마이크로파 소성로(101) 내부의 온도 제어가 복잡하게 된다. 이 때문에, 이들에 대해서는 가능하면 동일 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 소성실(103)을 실온까지 냉각할 때에 냉각용 기체 도입 기구(112b)로부터 보내진 냉각용 기체가 냉각용 기체 도입관(111b)으로부터 층간 냉각용 기체 유로(121b)를 통과해서 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간으로 유입된다. 그 공간으로 유입된 냉각용 기체가 층간 냉각용 기체 유로(122b)로부터 다음 층인 외격벽(108a)으로 유출된다. 이 때, 발열체(114a～114e)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다.

또한, 본 실시형태에서는 마이크로파 소성로(101)의 외격벽에 대해서는 외격벽(108a,108b)의 2층 구조로 되어 있다. 그러나, 마이크로파 소성로(101)의 격벽층의 수에 대해서는 몇층이어도 좋다. 소성 온도가 낮아 소성실(103)의 온도가 소망의 소성 온도에 충분히 도달할 수 있을 경우에는 외격벽(108a,108b)과 외격벽 발열체(107)가 없는 구성으로 해도 좋다. 또한, 격벽간 스페이스(106)에 대해서는 50㎜에 한정되지 않고, 마이크로파 소성로(101)의 사이즈나, 소성실(103)에서의 최고 온도 등의 조건에 따라 변경해도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는 냉각용 기체 유로에 대해서는 냉각용 기체 유로(113a,113b)의 2개의 계통으로 되어 있다. 그러나, 반드시 2개의 계통일 필요는 없고, 1개 이상의 계통을 가지고 있으면 좋다. 예를 들면, 소성실(103) 내만 냉각하는 구성으로 해도 좋고, 격벽간 스페이스(106)만을 냉각하는 구성으로 해도 좋다. 또는, 소정 계통을 분기해서 각각 소성실(103)과 격벽간 스페이스(106)를 냉각하는 구성으로 해도 좋다.

<마이크로파 소성 방법>

다음에, 이상과 같은 구성을 구비한 마이크로파 소성로(101)를 사용한 마이크로파 소성 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는 도 5에 나타내는 플로챠트에 따라 소성을 행한다.

구체적으로는, 우선 피소성체(102)를 소성실(103) 내에 설치한다(스텝 S1). 이 때, 소성실(103) 내에 알루미나볼 등을 깔고, 소성실(103) 내에 깐 것 위에 피소성체(102)를 설치한다. 이것에 의해 피소성체(102)의 치수 수축시에 피소성체(102)에 부하가 가해지지 않도록 할 수 있다.

다음에, 피소성체(102)에 대하여 미리 설정한 온도 프로파일에 의해 피소성체(102)를 소성한다(스텝 S2). 이 때, 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)를 동작시켜서 냉각용 기체 유로(113a,113b) 내에 일정 압력을 가한다. 이것에 의해 소성실(103)로부터 고온의 기체가 냉각용 기체 유로(113a,113b)를 통과해서 외층으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소성실(103)로부터 열이 배출되지 않도록 할 수 있다.

다음에, 소성실(103)을 실온까지 냉각하기 위해서 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)를 동작시켜 피소성체(102) 및 마이크로파 소성로(101) 내부를 냉각한다(스텝 S3). 이 때, 마이크로파 조사를 단속적으로 행하여 냉각용 기체 유로(113a,113b)에 배치된 발열체(114a～114e)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다. 냉각용 기체 유로(113a,113b)를 냉각용 기체가 통과하는 과정에서 마이크로파 소성로(101)를 구성하는 재료가 열충격에 의해 파괴되지 않는 온도까지 냉각용 기체가 가열된다. 소성실(103)의 온도가 저하됨에 따라 마이크로파 조사 시간을 단축해 가서 마직막에는 마이크로파 조사를 정지시킨다.

마직막으로, 소성실(103) 내의 온도가 피소성체(102)를 인출할 수 있는 온도[도 6에 나타내는 온도(H)]까지 내려간 것을 확인한 후, 소성이 완료된 피소성체(102)를 소성실(103)로부터 인출한다(스텝 S4).

여기서, 소성실(103) 내의 온도를 내릴 경우에는 냉각용 기체를 도입하면서 마이크로파를 단속적으로 조사한다. 이것에 의해 급속으로 냉각하면서도 소망의 온도 프로파일로 소성실(103) 내의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 나타내듯이, 점 B로부터 점 C 사이에서는 온도 프로파일을 따라서 온도를 제어하면서 1회의 조사 시간을 30초로 하고, 조사 시간의 합계가 점 B로부터 점 C까지의 소요시간의 8%에 상당하는 시간이 되도록 마이크로파를 단속적으로 조사했다. 계속해서, 점 C로부터 점 D2 사이에서는 1회의 조사 시간을 7초로 하고, 조사 시간 합계의 비율을 상기 8%로부터 서서히 감소시켰다. 그리고, 점 E부터는 마이크로파의 조사를 정지시켰다. 또한, 마이크로파의 1회의 조사 시간 및 조사 시간 비율에 대해서는 본 실시형태에서 나타낸 내용 뿐만 아니라, 마이크로파 소성로(101)의 외형 사이즈나 소성실(103)에서의 최고 온도 등의 조건에 따라 변경해도 좋다.

이상, 점 C로부터 냉각한 경우에, 종래에서는 점 C로부터 점 D1까지 연결되는 온도 프로파일(실선)로 되어 있었다. 이것에 대하여, 본 실시형태에서는 점 C로부터 점 D2까지 연결되는 온도 프로파일(파선)로 되어 결과적으로 냉각에 필요로 하는 시간이 단축되어 있다. 이것에 의해 급격한 온도변화에 의한 열충격 파괴를 발생시키지 않고, 급속히 피소성체 및 소성로 내부를 냉각할 수 있다. 예를 들면, 파인세라믹스 등의 마이크로파 소성에 있어서는 마이크로파 소성에 요하는 시간을 약 20% 단축시킬 수 있었다.

(실시형태2)

이하, 본 발명에 따른 실시형태2에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시형태1과 동일 구성 요소에 대해서는 동일 참조 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

<마이크로파 소성로>

도 7, 도 8에 나타내듯이, 본 실시형태에 있어서의 마이크로파 소성로(201)에서는 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(214a)가 배치되어 있다.

또한, 도 7에 대해서는 마이크로파 소성로(201)를 Z방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다. 도 8에 대해서는 마이크로파 소성로(201)를 X방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다.

또한, 도 9, 도 1O에 나타내듯이, 층간 냉각용 기체 유로(121b)로부터 X-Z면을 따라 층간 냉각용 기체 유로(122b)에 냉각용 기체가 유통하는 유로부분이 발열체(214b)에 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 층간 냉각용 기체 유로(221a)가 발열체(214a)에 형성되어 있다.

마찬가지로, 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 공간에 발열체(214b)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(121a)로부터 X-Z면을 따라 층간 냉각용 기체 유로(122a)에 냉각용 기체가 유통하는 유로부분이 발열체(214a)에 형성되어 있다. 냉각용 기체가 Y방향으로 유통하도록 층간 냉각용 기체 유로(221b)가 발열체(214b)에 형성되어 있다.

또한, 도 9, 도 10에 대해서는 도 7, 도 8에 나타내는 절단선 B-B로 마이크로파 소성로(201)를 절단해서 화살표방향으로 본 상태로 나타내고 있다. 또한, 도 9에 대해서는 층간 냉각용 기체 유로(221b)를 가상선(파선)으로 나타내고 있다.

층간 냉각용 기체 유로(221a)는 발열체(214a)를 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽(108b)과 발열체(214a) 사이에 형성된 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 층간 냉각용 기체 유로(122a)에 연결되어 있다.

층간 냉각용 기체 유로(221b)는 발열체(214b)를 Y방향으로 관통한 유로부분이다. 한쪽이 외격벽(108b)과 발열체(214b) 사이에 형성된 공간에 연결되어 있다. 다른쪽이 층간 냉각용 기체 유로(122b)에 연결되어 있다.

발열체(214a,214b)는 마이크로파 조사에 의해 자기발열하는 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 발열체(214a,214b)는 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107)와 마찬가지로, (a)멀라이트계 재료, (b)질화규소계 재료, (c)알루미나, (d)마이크로파 흡수율이 큰 금속산화물(예를 들면, 마그네시아, 지르코니아, 산화철 등.), (e)탄화규소 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 또한, 발열체(214a,214b)에 대해서는 내격벽 발열체(104)나 외격벽 발열체(107)와 동일 재료이어도 다른 재료이어도 좋다. 단, 열특성 등이 극단적으로 다른 재료를 사용한 경우에는 소성실(103) 내의 온도 제어가 복잡하게 된다. 이 때문에, 이들에 대해서는 가능하면 동일 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 소성실(103)을 실온까지 냉각할 때에 냉각용 기체 도입 기구(112b)로부터 보내진 냉각용 기체가 냉각용 기체 도입관(111b)으로부터 층간 냉각용 기체 유로(121b)를 통과해서 외격벽(108b)과 발열체(214b) 사이에 형성된 공간으로 유입된다. 그 공간으로 유입된 냉각용 기체가 층간 냉각용 기체 유로(122b)로부터 다음 층인 외격벽(108a)으로 유출된다. 이 때, 발열체(214b)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다.

<마이크로파 소성 방법>

다음에, 이상과 같은 구성을 구비한 마이크로파 소성로(201)를 사용한 마이크로파 소성 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는 실시형태1과 마찬가지로 도 5에 나타내는 플로챠트에 따라 소성을 행한다. 단, 실시형태1과 비교해서, 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)를 동작시켜 피소성체(102) 및 마이크로파 소성로(201) 내부를 냉각하는 공정(스텝 S3)이 다르다.

구체적으로는 마이크로파 조사를 단속적으로 행하여 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107), 냉각용 기체 가열체(214a,214b)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다. 냉각용 기체 유로(113a,113b)를 냉각용 기체가 통과하는 과정에서 마이크로파 소성로(201)를 구성하는 재료가 열충격에 의해 파괴되지 않는 온도까지 냉각용 기체가 가열된다. 소성실(103) 내의 온도가 저하됨에 따라 마이크로파 조사 시간을 단축해 가서 마지막에는 마이크로파 조사를 정지시킨다.

여기서, 소성실(103) 내의 온도를 내리는 경우에는 실시형태1과 마찬가지로 해서 냉각용 기체를 도입하면서 마이크로파를 단속적으로 조사한다. 이것에 의해 급속하게 냉각하면서도 소망의 온도 프로파일로 소성실(103) 내의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 나타내듯이, 점 B로부터 점 C 사이에서는 온도 프로파일을 따라서 온도를 제어하면서 1회의 조사 시간을 30초로 하고, 조사 시간의 합계가 점 B로부터 점 C까지의 소요시간의 8%에 상당하는 시간이 되도록 마이크로파를 단속적으로 조사했다. 계속해서, 점 C로부터 점 D2 사이에서는 1회의 조사 시간을 7초로 하고, 조사 시간 합계의 비율을 상기 8%로부터 서서히 감소시켰다. 그리고, 점 E부터는 마이크로파의 조사를 정지시켰다. 또한, 마이크로파의 1회의 조사 시간 및 조사 시간 비율에 대해서는 본 실시형태에서 나타낸 내용 뿐만 아니라, 마이크로파 소성로(201)의 외형 사이즈나 소성실(103)에서의 최고 온도 등의 조건에 따라 변경해도 좋다.

이상, 점 C로부터 냉각한 경우에 종래에서는 점 C로부터 점 D1까지 연결되는 온도 프로파일(실선)로 되어 있었다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는 점 C로부터 점 D2까지 연결되는 온도 프로파일(파선)로 되어 결과적으로 냉각에 필요로 하는 시간이 단축되어 있다. 이것에 의해 급격한 온도변화에 의한 열충격 파괴를 발생시키지 않고, 급속하게 피소성체 및 소성로 내부를 냉각할 수 있다. 예를 들면, 파인세라믹스 등의 마이크로파 소성에 있어서는 실시형태1의 경우와 마찬가지로 마이크로파 소성에 요하는 시간을 약 20% 단축시킬 수 있었다.

(실시형태3)

이하, 본 발명에 따른 실시형태3에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시형태1과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

<마이크로파 소성로>

도 11, 도 12에 나타내듯이, 본 실시형태에 있어서의 마이크로파 소성로(301)에서는 층간 냉각용 기체 유로(121a)에 발열체(314a)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(122a)에 발열체(314b)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(123a)에 발열체(314c)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(121b)에 발열체(314d)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(122b)에 발열체(314e)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(123b)에 발열체(314f)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(124b)에 발열체(314g)가 배치되어 있다. 층간 냉각용 기체 유로(125b)에 발열체(314h)가 배치되어 있다.

또한, 도 11에 대해서는 마이크로파 소성로(301)를 Z방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다. 도 12에 대해서는 마이크로파 소성로(301)를 X방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다.

발열체(314a～314h)는 마이크로파 조사에 의해 자기발열하는 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 발열체(314a～314h)는 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107)와 마찬가지로 (a)멀라이트계 재료, (b)질화규소계 재료, (c)알루미나, (d)마이크로파 흡수율이 큰 금속산화물(예를 들면, 마그네시아, 지르코니아, 산화철 등.) 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 또한, 발열체(314a～314h)에 대해서는 내격벽 발열체(104)나 외격벽 발열체(107)와 동일 재료이어도 다른 재료이어도 좋다. 단, 열특성 등이 극단적으로 다른 재료를 사용한 경우에는 소성실(103) 내의 온도 제어가 복잡하게 된다. 이 때문에, 이들에 대해서는 가능하면 동일 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 발열체(314a～314h)는 도 13에 나타내듯이, 스폰지와 같은 구조이며, 냉각용 기체가 투과할 수 있는 세공을 갖는다. 예를 들면, 발열체(314a～314h)는 평균 세공 지름 30㎛이며 기공률 약 70%의 탄화규소로 형성된 지름 40㎜의 원통형의 다공체이다. 또한, 발열체(314a～314h)의 세공 지름과 기공률에 대해서는 이 값에 한정되지 않고, 필요한 냉각용 기체 유량이나 필요한 냉각용 기체 온도, 발열체(314a～314h)에 의한 압손에 따라서 적당히 변경해도 좋다.

그리고, 소성실(103)을 실온까지 냉각할 때에 냉각용 기체 도입 기구(112b)로부터 보내진 냉각용 기체가 냉각용 기체 도입관(111b)으로부터 층간 냉각용 기체 유로(121b)를 통과해서 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 공간으로 유입된다. 그 공간으로 유입된 냉각용 기체가 층간 냉각용 기체 유로(122b)로부터 다음 층인 외격벽(108a)으로 유출된다. 이 때, 발열체(314c)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다.

또한, 본 실시형태에서는 발열체(314a～314h)의 각각이 1개의 부품으로 형성되어 있다. 그러나, 발열체(314a～314h)의 각각이 복수의 부품으로 형성되어 있어도 좋고, 복수의 부품이 다른 마이크로파 흡수율을 갖는 발열체로 형성되어 있어도 좋다.

<마이크로파 소성 방법>

다음에, 이상과 같은 구성을 구비한 마이크로파 소성로(301)를 사용한 마이크로파 소성 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는 실시형태1과 마찬가지로 도 5에 나타내는 플로챠트에 따라 소성을 행한다. 단, 실시형태1과 비교해서, 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)를 동작시켜 피소성체(102) 및 마이크로파 소성로(301) 내부를 냉각하는 공정(스텝 S3)이 다르다.

구체적으로는 마이크로파 조사를 단속적으로 행하여 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107), 발열체(314a～314h)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다. 냉각용 기체 유로(113a,113b)를 냉각용 기체가 통과하는 과정에서 마이크로파 소성로(301)를 구성하는 재료가 열충격에 의해 파괴되지 않는 온도까지 냉각용 기체가 가열된다. 소성실(103)의 온도가 저하됨에 따라 마이크로파 조사 시간을 단축시켜 가서 마지막에는 마이크로파 조사를 정지시킨다.

여기서, 소성실(103) 내의 온도를 내리는 경우에는 실시형태1과 마찬가지로 해서 냉각용 기체를 도입하면서 마이크로파를 단속적으로 조사한다. 이것에 의해 급속하게 냉각하면서도 소망의 온도 프로파일로 소성실(103) 내의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 나타내듯이, 점 B로부터 점 C 사이에서는 온도 프로파일을 따라서 온도를 제어하면서 1회의 조사 시간을 30초로 하고, 조사 시간의 합계가 점 B로부터 점 C까지의 소요시간의 8%에 상당하는 시간이 되도록 마이크로파를 단속적으로 조사했다. 계속해서, 점 C로부터 점 D2 사이에서는 1회의 조사 시간을 7초로 하고, 조사 시간 합계의 비율을 상기 8%로부터 서서히 감소시켰다. 그리고, 점 E부터는 마이크로파의 조사를 정지시켰다. 또한, 마이크로파의 1회의 조사 시간 및 조사 시간 비율에 대해서는 본 실시형태에서 나타낸 내용 뿐만 아니라, 마이크로파 소성로(301)의 외형 사이즈나 소성실(103)에서의 최고 온도 등의 조건에 따라 변경해도 좋다.

이상, 점 C로부터 냉각한 경우에 종래에서는 점 C로부터 점 D1까지 연결되는 온도 프로파일(실선)로 되어 있었다. 이것에 대하여, 본 실시형태에서는 점 C로부터 점 D2까지 연결되는 온도 프로파일(파선)로 되고, 결과적으로 냉각에 필요로 하는 시간이 단축되어 있다. 이것에 의해 급격한 온도변화에 의한 열충격 파괴를 발생시키지 않고, 급속하게 피소성체 및 소성로 내부를 냉각할 수 있다. 예를 들면, 파인세라믹스 등의 마이크로파 소성에 있어서는 실시형태1의 경우와 마찬가지로 마이크로파 소성에 요하는 시간을 약 20% 단축시킬 수 있었다.

(실시형태4)

이하, 본 발명에 따른 실시형태4에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시형태1과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

<마이크로파 소성로>

도 14, 도 15에 나타내듯이, 본 실시형태에 있어서의 마이크로파 소성로(401)에서는 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(414a,414b)와 유로 형성용 발열체(415a)가 배치되어 있다. 냉각용 기체 도입 기구(112a)측의 외격벽(108a)과 외격벽 발열체(107) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(414c)가 배치되어 있다.

또한, 도 14에 대해서는 마이크로파 소성로(401)를 Z방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다. 도 15에 대해서는 마이크로파 소성로(401)를 X방향에서 투시한 상태로 나타내고 있다.

또한, 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108b)과 외격벽(108a) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(414d,414e)와 유로 형성용 발열체(415b)가 배치되어 있다. 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽(108a)과 외격벽 발열체(107) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(414f)가 배치되어 있다. 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 외격벽 발열체(107)와 내격벽(105) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(414g)가 배치되어 있다. 냉각용 기체 도입 기구(112b)측의 내격벽(105)과 내격벽 발열체(104) 사이에 형성된 공간에 X-Z면에 평행하게 발열체(414h)가 배치되어 있다.

또한, 도 16에 나타내듯이, 발열체(414d)와 발열체(414e) 사이에 유로 형성용 발열체(415b)가 배치되어 있다. 이것에 의해 냉각용 기체 도입관(111b)으로부터 도입된 냉각용 기체가 단락적으로 층간 냉각용 기체 유로(121b)로부터 층간 냉각용 기체 유로(122b)로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

마찬가지로, 발열체(414a)와 발열체(414b) 사이에 유로 형성용 발열체(415a)가 배치되어 있다. 이것에 의해 냉각용 기체 도입관(111a)으로부터 도입된 냉각용 기체가 단락적으로 층간 냉각용 기체 유로(121a)로부터 층간 냉각용 기체 유로(122a)로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 16에 대해서는 도 14, 도 15에 나타내는 절단선 C-C로 마이크로파 소성로(401)를 절단해서 화살표방향으로 본 상태로 나타내고 있다. 또한, 도 16에 대해서는 외격벽(108a,108b)을 일부 노칭한 상태로 나타내고 있다. 또한, 도 16에 대해서는 층간 냉각용 기체 유로(121b,122b)를 가상선(파선)으로 나타내고 있다.

발열체(414a～414h)와 유로 형성용 발열체(415a,415b)는 마이크로파 조사에 의해 자기발열하는 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 발열체(414a～414h)와 유로 형성용 발열체(415a,415b)는 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107)와 마찬가지로 (a)멀라이트계 재료, (b)질화규소계 재료, (c)알루미나, (d)마이크로파 흡수율이 큰 금속산화물(예를 들면, 마그네시아, 지르코니아, 산화철 등.) 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 또한, 발열체(414a～414h)와 유로 형성용 발열체(415a,415b)에 대해서는 내격벽 발열체(104)나 외격벽 발열체(107)와 동일 재료이어도 다른 재료이어도 좋다. 단, 열특성 등이 극단적으로 다른 재료를 사용한 경우에는 소성실(103) 내의 온도 제어가 복잡하게 된다. 이 때문에, 이들에 대해서는 가능하면 동일 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 17에 나타내듯이, 발열체(414a～414h)는 스폰지와 같은 구조이며, 냉각용 기체가 투과할 수 있는 세공을 갖는다. 예를 들면, 발열체(414a～414h)는 평균 세공 지름 50㎛이며 기공률 약 75%의 탄화규소로 형성된 두께 8㎜의 판상의 다공체이다. 또한, 발열체(414a～414h)의 세공 지름과 기공률에 대해서는 이 값에 한정되지 않고, 필요한 냉각용 기체 유량이나 필요한 냉각용 기체 온도, 발열체(414a～414h)에 의한 압손에 따라서 적당히 변경해도 좋다.

또한, 발열체(414d,414e)와 비교해서 유로 형성용 발열체(415b)의 X-Z면의 사이즈가 한단계 작다. 이것에 의해 발열체(414d)와 발열체(414e) 사이에 유로 형성용 발열체(415b)가 배치된 상태이며, 발열체(414d,414e)와, 외격벽(108a,108b)과, 유로 형성용 발열체(415b)로 둘러싸여진 발열체간 냉각용 기체 유로(416b)가 유로 형성용 발열체(415b)의 외주에 형성된다. 마찬가지로, 발열체간 냉각용 기체 유로(416a)가 유로 형성용 발열체(415a)의 외주에 형성된다.

그리고, 소성실(103)을 실온까지 냉각할 때에 냉각용 기체 도입 기구(112b)로부터 보내진 냉각용 기체가 냉각용 기체 도입관(111b)으로부터 층간 냉각용 기체 유로(121b)를 통과하여 외격벽(108b)측에 배치된 발열체(414d) 내를 투과한다. 발열체(414d)를 투과한 냉각용 기체가 발열체간 냉각용 기체 유로(416b)를 통과하여 외격벽(108a)측에 배치된 발열체(414e) 내를 투과한다. 발열체(414e)를 투과한 냉각용 기체가 층간 냉각용 기체 유로(122b)로부터 다음 층인 외격벽(108a)으로 유출된다. 이 때, 발열체(414d,414e)와 유로 형성용 발열체(415b)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다.

또한, 본 실시형태에서는 유로 형성용 발열체(415a,415b)에 의해 냉각용 기체가 단락적으로 유출되는 것을 방지하고 있다. 그러나, 냉각용 기체가 단락적으로 유출되는 것을 방지하는 것이 가능한 구성이면, 유로 형성용 발열체(415a,415b)가 외격벽(108a,108b)과 마찬가지로 마이크로파의 투과를 허용하는 단열 재료로 형성되어 있는 것으로 해도 좋다.

<마이크로파 소성 방법>

다음에, 이상과 같은 구성을 구비한 마이크로파 소성로(401)를 사용한 마이크로파 소성 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는 실시형태1과 마찬가지로 도 5에 나타내는 플로챠트에 따라서 소성을 행한다. 단, 실시형태1과 비교해서 냉각용 기체 도입 기구(112a,112b)를 동작시켜 피소성체(102) 및 마이크로파 소성로(401) 내부를 냉각하는 공정(스텝 S3)이 다르다.

구체적으로는 마이크로파 조사를 단속적으로 행하여 내격벽 발열체(104), 외격벽 발열체(107), 발열체(414a～414h), 유로 형성용 발열체(415a,415b)를 마이크로파 조사에 의해 자기발열시킨다. 냉각용 기체 유로(113a,113b)를 냉각용 기체가 통과하는 과정에서 마이크로파 소성로(401)를 구성하는 재료가 열충격에 의해 파괴되지 않는 온도까지 냉각용 기체가 가열된다. 소성실(103)의 온도가 저하됨에 따라 마이크로파 조사 시간을 단축시켜 가서 마지막에는 마이크로파 조사를 정지시킨다.

여기서, 소성실(103) 내의 온도를 내리는 경우에는 실시형태1과 마찬가지로 해서 냉각용 기체를 도입하면서 마이크로파를 단속적으로 조사한다. 이것에 의해 급속으로 냉각하면서도 소망의 온도 프로파일로 소성실(103) 내의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 나타내듯이, 점 B로부터 점 C 사이에서는 온도 프로파일을 따라서 온도를 제어하면서 1회의 조사 시간을 30초로 하고, 조사 시간의 합계가 점 B로부터 점 C까지의 소요시간의 8%에 상당하는 시간이 되도록 마이크로파를 단속적으로 조사했다. 계속해서, 점 C로부터 점 D2 사이에서는 1회의 조사 시간을 7초로 하고, 조사 시간 합계의 비율을 상기 8%로부터 서서히 감소시켰다. 그리고, 점 E부터는 마이크로파의 조사를 정지시켰다. 또한, 마이크로파의 1회의 조사 시간 및 조사 시간 비율에 대해서는 본 실시형태에서 나타낸 내용 뿐만 아니라, 마이크로파 소성로(401)의 외형 사이즈나 소성실(103)에서의 최고 온도 등의 조건에 따라 변경해도 좋다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 파인세라믹스 재료 등으로 형성된 피소성체를 마이크로파 조사에 의해 소성해서 소성체를 제조하기 위한 마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로 등으로서, 특히 세라믹스가 아닌 다른 피소성 재료를 마이크로파 소성하는 용도에도 적용 가능한 마이크로파 소성 방법 및 마이크로파 소성로 등으로서 이용할 수 있다.

Claims

마이크로파를 사용해서 피소성체를 소성하는 마이크로파 소성 방법으로서:
상기 피소성체가 배치된 소성로 내부의 소성실을 냉각할 때에 상기 소성로 외부로부터 상기 소성로 내부로 냉각용 기체를 도입해서 상기 냉각용 기체를 상기 소성실까지 유통시키고,
마이크로파를 상기 소성로 내부에 단속적으로 조사하여 상기 냉각용 기체를 상기 소성실까지 유통시키는 유로에 배치된 발열체를 발열시켜서 상기 유로를 유통하는 상기 냉각용 기체를 가열시키는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 소성실이 내측에 배치된 제 1 격벽과, 상기 제 1 격벽에 의해 덮여진 제 2 격벽 사이에 형성된 공간을 통해 상기 소성실에 상기 냉각용 기체를 유통시키는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 격벽을 관통한 제 1 유로부분으로부터 상기 공간을 통해 상기 제 2 격벽을 관통한 제 2 유로부분으로 상기 냉각용 기체를 유통시키는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 공간 내에 산재하도록 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 격벽 사이에 배치된 복수의 상기 발열체에 마이크로파를 조사하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 공간의 일부를 형성하도록 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 격벽 사이에 배치된 상기 발열체에 마이크로파를 조사하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성 방법.
제 3 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 유로부분과 상기 제 2 유로부분 중 어느 하나 내에 배치되어 상기 냉각용 기체가 투과 가능한 상기 발열체에 마이크로파를 조사하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성 방법.
삭제
마이크로파를 사용해서 피소성체를 소성하는 마이크로파 소성로로서:
상기 피소성체가 배치되는 소성실;
상기 마이크로파를 상기 소성로 내부에 조사하는 마그네트론;
냉각용 기체를 상기 소성로 외부로부터 상기 소성로 내부로 도입하는 도입 기구;
상기 냉각용 기체를 상기 소성실까지 유통시키는 유로;
마이크로파가 조사됨으로써 자기발열하여 상기 유로를 유통하는 상기 냉각용 기체를 가열하는 발열체; 및
상기 피소성체가 배치된 상기 소성실을 냉각할 때에 상기 도입 기구에 상기 냉각용 기체를 소성로 내부로 도입시키고, 상기 마그네트론에 마이크로파를 소성로 내부에 단속적으로 조사시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 8 항에 있어서,
상기 소성실은 내측에 배치된 제 1 격벽과, 상기 제 1 격벽에 의해 덮여진 제 2 격벽을 구비하고;
상기 제 1 격벽과 상기 제 2 격벽 사이에 상기 유로의 일부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 9 항에 있어서,
상기 유로는,
상기 제 1 격벽을 관통한 제 1 유로부분;
상기 제 2 격벽을 관통한 제 2 유로부분; 및
상기 제 1 유로부분으로부터 상기 제 2 유로부분으로 상기 냉각용 기체가 유통하도록 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 격벽 사이에 형성된 제 3 유로부분을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 10 항에 있어서,
상기 제 3 유로부분 내에 산재하는 복수의 상기 발열체는 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 격벽 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 10 항에 있어서,
상기 제 3 유로부분의 일부를 형성하는 상기 발열체는 상기 제 1 격벽과 상기 제 2 격벽 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 10 항에 있어서,
상기 냉각용 기체가 투과 가능한 상기 발열체는 적어도 상기 제 1 유로부분과 상기 제 2 유로부분 중 어느 하나 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 13 항에 있어서,
상기 발열체는 평균 세공 지름 3O㎛이며 기공률 7O%의 세공이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 10 항에 있어서,
상기 냉각용 기체가 투과 가능한 상기 발열체는 상기 제 3 유로부분 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.
제 15 항에 있어서,
상기 발열체는 평균 세공 지름 5O㎛이며 기공률 75%의 세공이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 소성로.