JP2004101008A

JP2004101008A - 電磁波連続焼成炉、及び電磁波照射を利用する焼成体の連続焼成方法

Info

Publication number: JP2004101008A
Application number: JP2002260998A
Authority: JP
Inventors: Toru Ochiai; 落合　透; Takao Usami; 宇佐美　隆夫
Original assignee: Mino Ceramic Co Ltd
Current assignee: Mino Ceramic Co Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】被焼成体の材質や形状によらず、マイクロ波による焼成が安定して可能な、割れや破損や変形等のある不良品の低減と、品質の向上、更には、搬送ローラーの破損の発生も防止された生産性の向上に大きく寄与できるマイクロ波照射連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法の提供。
【解決手段】少なくとも電磁波照射による被焼成体の焼結を行う加熱・焼結領域と、該領域で得た焼成体を冷却するための冷却領域とを有する焼成体が連続的に得られるトンネル形式の連続焼成炉であって、上記加熱・焼結領域への入口部分に、少なくとも被焼成体を予熱するための予熱装置を有する前室が配置されていることを特徴とするマイクロ波連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陶磁器材料やファインセラミックス材料などで形成された被焼成体を加熱・焼結して、焼成体を製造するための電磁波（以下、マイクロ波と呼ぶ）連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波による被焼成体の焼成方法によれば、従来の方法と比較して、焼成時間の短縮、均一な焼成の実現が可能であるため、焼成体の品質や生産性の向上が達成され、更には、該焼成体を使用するセラミックス製品の品質の向上、生産性の合理化を達成し得る手段として期待が寄せられている。特に、バッチ式の焼成炉に比べて格段に生産性に優れる、マイクロ波によって連続して複数の焼成体を製造できるトンネル形式の連続焼成炉の開発が望まれている。
【０００３】
しかしながら、マイクロ波による被焼成体の焼成方法は、確かに上記したような種々の利点を有するものの、マイクロ波焼成を行なった場合には、従来の方法と比べて急激なマイクロ波照射により被焼成体に局部的な内部発熱が生じ被焼成体に割れや破損の発生が起こり易く、製品歩留りが低下するといった問題があった。かかる問題に対して、バッチ式のマイクロ波焼成炉を用いたマイクロ波焼結方法において、被焼結体をマイクロ波焼成炉内で輻射熱によって予熱し、マイクロ波焼成炉内温度と被焼結体の表面温度の差を制御しながらマイクロ波によって焼結処理することが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、先に述べた、バッチ式の焼成炉に比べて格段に生産性に優れるトンネル形式の連続焼成炉では、入口から出口までの間で、適宜な温度制御を行ないつつ焼結処理がされている（特許文献２参照。）。従って、トンネル形式の連続焼成炉においては、被焼結体に応じた異なる温度制御条件を適宜に操作することで、被焼成体の割れや破損の発生を低減することが可能であると考えられる。
【０００５】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、トンネル形式のマイクロ波連続焼成炉では、マイクロ波漏洩防止のために、マイクロ波によって焼結する焼成室の前後に、扉で仕切られた前室及び中間室が設けられているが、特に、前室から焼成室へと被焼成体を搬送した場合に、被焼成体に割れや破損の発生が起こることがあり、製品歩留りの点で問題があった。又、同様の問題は、焼成体を焼成室から中間室に搬送した場合にもあり、焼成体に割れや破損の発生が起こる場合があった。本発明者らの検討によれば、被焼成体に割れや破損が発生する傾向は、特に、被焼成体が緻密な材質の場合や、厚ものの被焼成体である場合に著しく、これらの場合には、上記した温度制御条件の設定が一層難しく煩雑であり、種々に温度制御条件を操作したとしても、割れや破損の発生を充分には防止できなかった。従って、マイクロ波連続焼成炉を利用できる被焼成体には材質や形状による制限があり、マイクロ波連続焼成炉は、未だ凡用性のある安定した方法とは言い難かった。更に、トンネル形式のマイクロ波連続焼成炉では、一般的に、炉内への被焼成体の搬送、或いは炉内からの焼成体の搬出を、搬出部材であるセラミックス製の搬送ローラーによって行なっているが、運転中に、特に、この前室から焼成室への入口部分、更には、焼成室から中間室への入口部分（即ち、各室の境界付近）に配置された搬送ローラーに破壊を生じる場合があり、これらの点でも解決すべき問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４５５４１号公報
【特許文献２】
特開平８−１５７２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、被焼成体の材質や形状によらず、いずれの場合においてもマイクロ波による焼成が容易にできるマイクロ波連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法を提供することにある。又、本発明の目的は、マイクロ波による焼成を行なっているにもかかわらず、被焼成体や焼成体に割れや破損や変形がなく、製品歩留りがよく、更には、搬送ローラーの破損の発生も有効に防止された、不良品の低減と品質の向上、更には、生産性の向上に大きく寄与できる、経済性に優れたマイクロ波連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、少なくともマイクロ波照射による被焼成体の焼結を行う加熱・焼結領域と、該領域で得た焼成体を冷却するための冷却領域とを有する焼成体が連続的に得られるトンネル形式の連続焼成炉であって、上記加熱・焼結領域への入口部分に、少なくとも被焼成体を予熱するための予熱装置を有する前室が配置されていることを特徴とするマイクロ波連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。本発明者らは、前記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討の結果、先ず、マイクロ波連続焼成炉においては、温度制御条件を最適なものとするのは難しく、又、従来の方法では種々に温度制御条件を操作したとしても、被焼成体の割れや破損の発生を防止することが困難であったが、これは、前室内に配置されていた被焼成体の温度と、加熱・焼結領域（以下、焼成室と呼ぶ）との温度ギャップが大きいためであることを見いだした。即ち、常温の前室に置かれていた被焼成体を焼成室内に搬送すると、常温から一気に加熱が進み、更にマイクロ波照射で急速焼成することとなるため、被焼成体内に残留している水分や脂分に起因して、急激な体積膨張や急速な加熱が生じ、被焼成体に割れや破損を生じる場合があることがわかった。更に詳細な検討を行なった結果、陶磁器材料やセラミックス材料等で、特に、被焼成体が緻密な材質の場合や、厚ものの被焼成体である場合に、被焼成体の割れや破損を生じる傾向が高く、これは、被焼成体の材質によっては、上記した急激な体積膨張や急速な加熱によって生じる熱応力に耐え切れずに、或いは、その形状や厚み等によっては、被焼成体の成形の際に含有される水分や脂分の除去が充分になされない部分があり、その部分で急激な体積膨張や急速な加熱が起こり、これらによって被焼成体に割れや破損が生じることがわかった。
【００１０】
又、連続焼成炉を用いて焼成体を製造する場合には、焼成室内への被焼成体の搬送、或いは、焼成室内からの焼成体の搬出を、セラミックス製の搬送ローラーによって連続して行なうが、この際に、従来の方法では、常温の被焼成体が、中温或いは高温に加熱されたローラーに接しながら搬送・焼成されることや、高温に加熱された焼成体が、常温のローラーに接して搬送されることが起こり、被焼成体或いは焼成体と搬送ローラーとの間の温度差で、搬送ローラーに大きな熱応力が発生し、この結果、搬送ローラーの破壊の問題が生じることもわかった。更に、かかる中間室で焼成体が急激に冷却された場合には、焼成体の破損が起こることもあった。
【００１１】
本発明は、上記したマイクロ波照射による被焼成体の連続焼成にかかる課題に着目してなされたものであるが、本発明者らの検討によれば、先に述べたように、マイクロ波連続焼成炉では温度制御条件を最適なものとすることは難しく、又、種々に操作したとしても、常温の前室に配置されていた被焼成体と焼成室との温度差、更には、常温の中間室と焼成体との温度差が大き過ぎる場合があり、被焼成体の安定した連続焼成を可能とするためには、これらの温度差を小さくすることが有効であることを知見して本発明を達成した。具体的には、焼成室内への入口部分に配置した前室の温度を上げて被焼成体を予熱すること、更に好ましくは、焼成室からの出口側の中間室の温度を高温に保つことで、被焼成体、搬送ローラー、更には焼成体にかかる大きな熱応力が抑制でき、その結果、短時間焼成且つ短い長さの連続炉で品質の高い焼成体を歩留りよく、高い生産性をもって得ることができることを見いだした。
【００１２】
上記の構成によって、マイクロ波照射を行なう前に、前室において被焼成体の予熱が行なわれることになり、この段階で、成形時に含有されることとなった被焼成体中の水分や脂分が充分に除去されるので、焼成室内において、被焼成体内に残留している水分や脂分が一気に加熱されることに起因する急激な体積膨張や急速な加熱を抑制することができる。更に、前室において被焼成体が予熱されるため、被焼成体と焼成室内の搬送ローラーとの間の温度差を小さくすることができ、この結果、特に焼成室の入口近傍に配置されている搬送ローラーにかかる熱応力を抑制でき、搬送ローラーの破損を有効に防止することができる。更には、焼成室からの出口側に配置した中間室の温度を高温に保つ構成とすれば、中間室に搬送された焼成体が急冷されることによって生じる破損の発生が防止でき、更には、中間室の搬送ローラーに高温の焼成体が接触することによって生じる熱応力を抑制することが可能となり、これらの搬送ローラーの破損を有効に防止することができる。
【００１３】
以下、本発明のマイクロ波連続焼成炉の構造について、詳細に説明する。本発明にかかるマイクロ波連続焼成炉は、マイクロ波照射を行なう焼成室への被焼成体の導入経路に設けた前室に、少なくとも被焼成体の予熱を行なうための予熱装置を配置したことを特徴とする。この場合の予熱手段としては、電磁波、電熱、ガス及び液体燃料等、いずれであってもよい。
【００１４】
又、前室において行なう被焼成体の予熱の程度は、前記した目的を達成し得るものであればいずれであってもよい。例えば、被焼成体の材質或いは形状によっても異なるが、特に、前室内を３０℃〜４００℃、更に好ましくは、１００〜３００℃に昇温して、最終的に被焼成体の温度が３０℃〜４００℃から選ばれる特定の温度に、更に好ましくは、１００〜３００℃の範囲内の適宜な温度に保持されるように構成することが好ましい。このためには、前室に配置する予熱装置の稼動を、例えば、焼成室入口部の製品表面温度或いは側壁表面温度から約−１００℃〜−２００℃になる様に、前室の予熱温度を設定し制御することが好ましい。
【００１５】
以下、上記した構成について、図を用いて更に詳細に説明する。図１は、本発明にかかるマイクロ波連続焼成炉の全体を表す概略断面図である。又、図２は、図１に示した前室２のＡＡ’部の模式的断面図及び概略拡大図である。
【００１６】
本発明にかかる連続焼成炉は、複数の被焼成体１０をマイクロ波照射によって連続的に焼成し、複数の焼成体を連続的に製造するものであるが、図１に示したように、例えば、装入テーブル５、前室２、焼成室（加熱・焼結領域）１、中間室３、冷却室４、抽出テーブル６より構成される。
【００１７】
焼成室１は、マイクロ波透過性を有し、最内層は等温壁発熱性能を有する断熱壁にて囲繞されており、更に、その周りに設ける外壁を鋼板等で形成することで、マイクロ波が反射する構成として外部へとマイクロ波が漏洩しないようにしている。
【００１８】
図１に示したように、本発明にかかる連続焼成炉では、焼成室１の入口側に前室２が設けられ、該前室２に予熱装置が配置されていることを特徴とする。図２は、前室２の一例の断面図であるが、この一例は予熱熱源を電気ヒーターとした場合である。炉床に電気ヒーター２−７を配置し、天井に配置した熱電対２−８により予熱温度を測定する構成となっている。尚、測温装置は必ずしも熱電対でなくても、放射温度計等、測温できるものであれば、どのようなタイプのものを使用してもよい。予熱装置としては、特に温度制御機構を有するものが好ましい。そして、この予熱装置を用いることで前室２内の温度を、例えば、３０℃〜４００℃の範囲で段階的に昇温し、被焼成体１０を特定の温度にまで昇温し、保持する。この結果、前室の段階で、被焼成体１０に残留されていた水分や脂分が充分に除去される。又、焼成室１に搬送された場合に、被焼成体１０と、焼成室１内にある搬送ローラー１３等との温度差を小さくすることができる。これによって、焼成室１の前室２の近傍にある搬送ローラー１３にかかる熱応力を少なくできる。以上の結果、被焼成体１０が、焼成室１内で一気加熱されることが抑制されるので、加熱・焼結時における被焼成体１０の割れや変形の発生を防止できる。更に、焼成室１内の搬送ローラーの破壊が有効に防止される。
【００１９】
本発明においては、図１中の３で示した中間室に、加熱装置と、冷却装置と、中間室内の温度を制御するための制御機構とを配置することが好ましい。かかる構成とすることによって、中間室３内の温度を高温に保つことが可能であり、高温の焼成体１０’が、焼成室１から中間室３へと搬出されてきた場合に、中間室内の温度と、焼成体１０’との温度差を小さくすることができる。これによって、中間室３内の、特に、焼成室１の近傍にある搬送ローラー１３にかかる熱応力を少なくできる結果、中間室内の搬送ローラーの破壊が有効に防止される。更に、焼成体の冷却速度を適宜に制御できるので、冷却時における焼成体の割れや変形をより少なくできる。
【００２０】
以上のように構成することで、本発明のマイクロ波連続焼成炉における各部の加熱曲線は、例えば、図３に示したようになる。これに対して、前室２及び中間室３に加熱装置或いは冷却装置を有さない、従来のマイクロ波連続焼成炉における各部の加熱曲線は、図４に示したようになる。
【００２１】
本発明のマイクロ波連続焼成炉では、上記した前室２の入口と出口には、焼成室１のマイクロ波が外部に漏れないようにした構造の、扉２−１及びに２−３が夫々設けられている。焼成室１の入口側は、これらの２つの扉によって、焼成室１で連続して照射するマイクロ波が外部へと漏洩することなく、被焼成体の連続焼成を達成できる２重扉構造となっている。即ち、下記に述べるようにして、前室の入口に設けられた扉２−１と、出口に設けられた扉２−３とを交互に操作することで、焼成室１のマイクロ波が外部に漏れないようにしつつ、被焼成体１０の連続焼成を行うことができる。
【００２２】
図１に示した２−１は前室の入口扉であり、２−２は、入口扉２−１を上下に移動させるための昇降装置であり、２−５は、昇降装置２−２部分から外部へとマイクロ波の漏洩が生じないようにするための、昇降装置２−２を包囲して設けられたシールボックスである。２−３は前室の出口扉であり、被焼成体１０は、ここから前室を出て、焼成室１内へと搬送される。２−４は、出口扉２−３を上下に移動させるための昇降装置であり、入口扉２−１の場合と同様に、昇降装置２−４を包囲した状態でシールボックス２−６が設置されている。
【００２３】
更に、図１中の３−１は中間室の入口扉であり、３−３は中間室の出口扉であり、これらの扉にも、上記した前室２の場合と同様に、入口扉３−１、出口扉３−３を上下に移動させるための昇降装置３−２、３−４、これらの昇降装置を包囲した状態でシールボックス３−５、３−６が設置されている。
【００２４】
本発明においては、上記した前室２及び中間室３の、入口及び出口の各扉を用い、開閉操作を下記に述べるタイミングとなるように制御することで、焼成室１内で照射されているマイクロ波の外部への漏洩を防止しつつ、順次、被焼成体１０を焼成室１内へと搬送し、連続的に焼成体１０’を製造することを可能とできる。
【００２５】
上記で説明した各扉を開閉するタイミングとしては、例えば、下記に述べるようにすることで、焼成室１内に連続的に照射されているマイクロ波の外部への漏洩を防止できる。先ず、マイクロ波が連続照射されている焼成室１の入口部分に配置した前室２の入口扉２−１を開放する際には、必ず前室２の焼成室１側にある出口扉２−３が閉鎖された状態にあり、且つ、中間室３の出口扉３−３を開放する際には、少なくとも焼成室１側にある中間室３の入口扉３−１が閉鎖された状態となるようにする。これに加えて、前室２の焼成室１側にある出口扉２−３を開放する際には、前室２の入口扉２−１が閉鎖され、更に、中間室の入口扉３−１及び出口扉３−３のいずれかが閉鎖された状態にあるようにする。更に、中間室３の入口扉３−１を開放する際には、少なくとも中間室３の出口扉３−３が閉鎖され、且つ、前室２の入口扉２−１及び出口扉２−３のいずれかが閉鎖された状態となるようにする。
【００２６】
本発明にかかるマイクロ波連続焼成炉を構成する焼成室１では、少なくとも、マイクロ波発生手段によって、停止することなくマイクロ波照射が行われ、これによって、焼成室１に搬送されてくる被焼成体１０は、マイクロ波加熱されて焼成体１０’となる。マイクロ波発生手段としては、従来知られているマイクロ波発振器を用いる方法等をいずれも使用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、焼成室におけるマイクロ波加熱によって生じることのあった被焼成体の割れや破損や変形等のある不良品の発生が抑制され、且つ、焼成室内における搬送ローラの破壊の発生も抑制でき、高い品質の焼成体が安定して得られる生産性が向上したマイクロ波連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法が提供される。又、本発明の好ましい形態によれば、中間室内における搬送ローラの破壊の発生を抑制でき、焼成体の割れや変形をより少なくでき、不良品の発生が低減された、高い品質の焼成体が得られる生産性が向上したマイクロ波連続焼成炉、及びマイクロ波照射を利用する焼成体の連続焼成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波連続焼成炉の概略断面図である。
【図２】図１に示した前室２のＡＡ’概略断面図及び概略拡大図である。
【図３】本発明の一例のマイクロ波連続焼成炉における各部の加熱曲線である。
【図４】従来のマイクロ波連続焼成炉における各部の加熱曲線である。
【符号の説明】
１：焼成室
２：前室
２−１：前室の入口扉
２−２：前室の入口扉の開閉装置（昇降装置）
２−３：前室の出口扉
２−４：前室の出口扉の開閉装置（昇降装置）
２−５：前室の入口扉のシールボックス
２−６：前室の出口扉のシールボックス
２−７：前室の電気ヒーター
２−８：前室の熱電対
３：中間室
３−１：中間室の入口扉
３−２：中間室の入口扉の開閉装置（昇降装置）
３−３：中間室の出口扉
３−４：中間室の出口扉の開閉装置（昇降装置）
３−５：中間室の入口扉のシールボックス
３−６：中間室の出口扉のシールボックス
４：冷却室
５：装入テーブル
６：抽出テーブル
１０：被焼成体
１０’：焼成体
１３：搬送ローラ

Claims

少なくとも電磁波照射による被焼成体の焼結を行う加熱・焼結領域と、該領域で得た焼成体を冷却するための冷却領域とを有する焼成体が連続的に得られるトンネル形式の連続焼成炉であって、上記加熱・焼結領域への入口部分に、少なくとも被焼成体を予熱するための予熱装置を有する前室が配置されていることを特徴とする電磁波連続焼成炉。
前記予熱装置の熱源が、電磁波、電熱、ガス及び液体燃料から選択される請求項１に記載の電磁波連続焼成炉。
更に、前記予熱装置を制御するための制御機構が設けられ、前室内の温度を３０℃〜４００℃に保持し、前室内に配置されている被焼成体を少なくとも上記保持温度に昇温し、被焼成体及び／又は搬送部材の熱的ショックによる損傷防止を可能とする請求項１又は２に記載の電磁波連続焼成炉。
更に、前記加熱・焼結領域の出口側に中間室が設けられ、該中間室は、加熱装置と、冷却装置と、中間室内における温度を制御するための制御機構とを有し、焼成体及び／又は搬送部材の損傷を防ぐための機構が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁波連続焼成炉。
被焼成体に電磁波照射による焼結を行って焼成体を連続的に得る焼成体の連続焼成方法であって、電磁波照射する前に、電磁波照射を行なう場所とは別の予熱装置を設けた前室において、該前室内に配置されている被焼成体自身の予熱を実行し、その後に電磁波照射することを特徴とする焼成体の連続焼成方法。
前記予熱が、最終的に被焼成体の温度が３０℃〜４００℃から選ばれる特定の温度に保持されるように行なわれる請求項５に記載の焼成体の連続焼成方法。