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JPH0760737B2 - マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法 - Google Patents
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JPH0760737B2 - マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法 - Google Patents

マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法

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JPH0760737B2
JPH0760737B2 JP9892292A JP9892292A JPH0760737B2 JP H0760737 B2 JPH0760737 B2 JP H0760737B2 JP 9892292 A JP9892292 A JP 9892292A JP 9892292 A JP9892292 A JP 9892292A JP H0760737 B2 JPH0760737 B2 JP H0760737B2
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敬 武藤
元泰 佐藤
策治 小林
勉 角岡
豊 東田
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  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、陶磁器及びファインセ
ラミックスの焼結、仮焼、溶融、接合、ファイバ−線引
き等における加熱手段、あるいは、乾燥、仮焼、樹脂抜
き、焼結等の一連の加熱工程における加熱手段に係り、
詳しくは入射されたマイクロ波を繰り返し往復反射させ
ることにより、往復反射されたマイクロ波(即ち、周波
数範囲として300GHz程度を上限とするマイクロ
波)が均一通過する位置に配置された被加熱体を加熱さ
せるためのマイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、陶磁器及びファインセラ
ミックス等を製造するときの加熱工程に用いられる加熱
手段としては、燃料の燃焼加熱、電気ヒ−タによる伝導
及び放射加熱、赤外線による放射加熱等が採用されてお
り、いずれの加熱手段においても被加熱体を、その外側
から加熱し、熱伝導により次第に内部まで加熱するもの
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の加熱手段
は、いずれも被加熱体を、その外側から加熱し、熱伝導
により次第に内部まで加熱するものであるため、昇温中
では常に被加熱体の外側の温度が内部より高くなること
から、被加熱体中に温度勾配が生じる。そのため、温度
の不均一性による熱応力が被加熱体に発生し、焼成歪や
クラックが発生するという問題がある。そのため、特に
セラミック動翼のような複雑な形状のものとか、大型部
品の焼成は容易ではなく、焼成歪やクラックの発生を防
ぐためには、昇温速度を低く制限し、被加熱体の温度勾
配を小さくする必要があるため、加熱時間が長くなり、
生産コストが高くなるという問題がある。そこで本発明
では、マイクロ波出力手段から出力された平行線状のマ
イクロ波を、焦点距離の異なる放物面反射鏡を有する二
つの反射体の間で連続的に往復反射させ、その二つの反
射体の放物面反射鏡の焦点位置に配置された被加熱体に
マイクロ波を均一に通過させることにより、被加熱体を
内部から均一に加熱し、被加熱体中の温度勾配の発生を
抑制するとともに、急速加熱を可能にさせ、生産性の向
上と品質の向上を計ることを解決すべき技術的課題とす
るものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題解決のための技
術的手段は、マイクロ波加熱装置を、所要電力のマイク
ロ波を軸に平行に出力するマイクロ波出力手段と、軸に
平行に入射された前記マイクロ波を反射して反射マイク
ロ波が焦点を通過するように形成された焦点距離faの
放物面反射鏡を有する第1の反射体と、前記第1の反射
体の放物面反射鏡と同一軸上で対面させる放物面反射鏡
を有し、その放物面反射鏡の焦点距離fbが前記第1の
反射体の放物面反射鏡の焦点距離faより小さく、且
つ、前記第1の反射体の放物面反射鏡の焦点位置に焦点
が位置するように配設される第2の反射体とを備え、前
記第1の反射体の放物面反射鏡及び前記第2の反射体の
放物面反射鏡の共有焦点ゾ−ンに被加熱体を配置した構
成にすることである。
【0005】また、焦点距離faの放物面反射鏡を有す
る第1の反射体と焦点距離faより小さな焦点距離fb
の放物面反射鏡を有する第2の反射体とを、同軸上に、
且つ両放物面反射鏡の焦点が一致するように対向配置
し、その共有焦点ゾ−ンに被加熱体を配置した状態で、
マイクロ波出力手段から出力された軸に平行なマイクロ
波を上記二つの放物面反射鏡間で連続的に往復反射さ
せ、被加熱体を往復通過させることにより、その被加熱
体を加熱することである。
【0006】
【作用】上記のようなマイクロ波加熱装置及びマイクロ
波加熱方法において、誘電体で形成された陶磁器及びフ
ァインセラミックス等の被加熱体がマイクロ波電界中に
置かれた場合、その被加熱体の単位体積当りに吸収され
る電力Pは、 P=2πfε0 εr tan δ|E|2 ここで、fは周波数(GHz) ε0 は真空の誘電率(8.86×10-12 F/m) εr は被加熱体の比誘電率 tan δは誘電損失 E(V/m)は内部電界の大きさを示したものである。 上記式から明らかなように、被加熱体の比誘電率εr
及び誘電損失tan δの温度特性がマイクロ波加熱プロセ
スのコントロ−ルに重要である。被加熱体の比誘電率ε
r 、及び誘電損失tan δの温度特性に関して、誘電損失
tan δは常温付近における影響が比誘電率εr に比べて
小さく、被加熱体の昇温とともに緩やかに影響度合いが
増加し、ある臨界温度に達すると急激に大きくなるた
め、その臨界温度を越えると、被加熱体におけるマイク
ロ波エネルギ−の吸収がより効率良く行われるようにな
り、それによって被加熱体の温度が指数関数的に上昇す
る。このようにして被加熱体の温度が上昇された場合、
最高温度に達する温度は、被加熱体から発生された熱量
と、伝導及び放射等で拡散される熱量のバランスで決ま
るため、マイクロ波の出力強度により被加熱体の温度制
御を容易に実現することができ、従ってマイクロ波の出
力を調節することにより、従来の高温炉より上限温度を
高くすることができる。
【0007】以上のような加熱原理に基づいて前記被加
熱体を加熱するためのマイクロ波加熱装置によれば、焦
点距離faの放物面反射鏡を有する第1の反射体と焦点
距離faより小さな焦点距離fbの放物面反射鏡を有す
る第2の反射体とを、同軸上に、且つ両放物面反射鏡の
焦点が一致するように対向配置し、その共有焦点ゾ−ン
に被加熱体を配置した状態で、マイクロ波出力手段から
出力された軸に平行なマイクロ波を上記二つの放物面反
射鏡間で連続的に往復反射させ、被加熱体を往復通過さ
せると、そのマイクロ波は往復反射を繰り返す毎に、そ
の軌跡が放物面反射鏡の外周部から次第に軸に近接する
ため、被加熱体は効率良く、且つ均一に加熱される。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図1は、マイクロ波加熱装置の構成を略体的
に示した構成系統図である。図1において、マイクロ波
発生器(マイクロ波発生手段)1は、例えば、53GH
zのマイクロ波2を平行状に、且つ円環状に出力する。
尚、このマイクロ波発生器1は、マイクロ波の出力、周
波数、及びデュ−ティ%等を所定の範囲で変化させるこ
とができるようになっている。マイクロ波発生器1から
出力されたマイクロ波2は、金属材で形成された箱体3
に入射される。箱体3には、放物面反射鏡5Aを有する
第1の反射体5と、放物面反射鏡6Aを有する第2の反
射体6とが内設されている。
【0009】図1に示すように、箱体3に内設された第
1の反射体5の放物面反射鏡5Aの焦点距離はfaであ
り、第2の反射体6の放物面反射鏡6Aの焦点距離はf
bであって焦点距離faは焦点距離fbより大きい。そ
して第1の反射体5と第2の反射体6は、同一光軸P上
に、且つ、放物面反射鏡5Aの焦点と放物面反射鏡6A
の焦点とが一致するような位置に対向配設されている。
上記共有焦点位置にはファインセラミックス、あるいは
陶磁器材等の被加熱体7が配置されており、次に示すよ
うな作用によりマイクロ波加熱される。
【0010】図1において、マイクロ波発生器1から発
生されたマイクロ波2が、第1の反射体5の放物面反射
鏡5Aの下部で反射されると、その反射波2aは共有焦
点位置を通過して被加熱体7を加熱するとともに第2の
反射体6の放物面反射鏡6Aに達して反射され、平行状
の反射波2bになって第1の反射体5の放物面反射鏡5
Aに達する。この平行状の反射波2bは放物面反射鏡5
Aで反射され、反射された反射波2cは共有焦点位置を
通過して被加熱体7を加熱するとともに第2の反射体6
の放物面反射鏡6Aに達する。そこで反射された平行状
の反射波2dは第1の反射体5の放物面反射鏡5Aに達
し、そこで反射された反射波2eは共有焦点位置を通過
して被加熱体7を加熱するとともに第2の反射体6の放
物面反射鏡6Aに達して反射されるというような軌跡を
辿りながら、順次、反射波2f,2g,2h,2i,2
j,2k,2l等となるに従って次第に光軸Pに近接し
ていく。従って被加熱体7はマイクロ波2の反射波2a
〜2l等が順次通過するため均一加熱ができる。
【0011】次に、被加熱体7をマイクロ波加熱したと
きの特長をまとめると次のようになる。 (1)被加熱体に直接マイクロ波を吸収させ、被加熱体
を内部から一様に加熱することができるため、複雑な形
状の物でも、あるいは大型の物でも均一に加熱すること
ができる。そのため、被加熱体の温度勾配が低減される
ことから、被加熱体の内部応力が少なくなり、割れとか
破壊を防ぐことができる。 (2)被加熱体を加熱する場所、即ち発熱場所をエネル
ギ−供給装置から空間的に切り離すことができるため、
真空中、加圧室中、大気中、あるいは酸化/還元雰囲気
中での加熱が可能である。 (3)被加熱体が臨界温度を越えると、マイクロ波吸収
がより効率良く行われるようになることから、臨界温度
を越えて加熱されると、被加熱体の温度上昇が急速にな
り、指数関数的に昇温されるため急速加熱が可能にな
る。そのため、従来の加熱手段に比べて2〜50倍程の
急速加熱が可能になることから、必要最小の成長粒を持
つ緻密体、即ち加速焼結ができる。 (4)加熱時間が短縮されるため、エネルギ−、工数等
を削減することができることから、生産コストを低減す
ることができる。 (5)被加熱体の比誘電率εr と誘電損失tan δの積に
比例して被加熱体の温度が上昇するため、原理的に温度
上限が無く、大電力の出力装置を用いれば大型の高温電
気炉を構成することができることから、2000℃以上
の高温でセラミックス等を加熱することができる。 (6)反射体を用いることにより、供給されたマイクロ
波を往復反射させ、マイクロ波を被加熱体に均一通過さ
せることができるため、マイクロ波から熱への変換効率
をより向上させることができる。
【0012】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、マイクロ
波出力手段から出力されたマイクロ波を、焦点距離の異
なる放物面反射鏡を有する二つの反射体の間で連続的に
往復反射させ、その二つの反射体の間に配置された被加
熱体にマイクロ波を均一通過させるように構成したた
め、被加熱体を内部から均一に加熱し、被加熱体中の温
度勾配の発生を抑制するとともに、急速加熱を可能にす
ることができるようになり被加熱体の加熱過程における
生産性を向上させるとともに、被加熱体の品質を向上さ
せることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロ波加熱装置の構成を略体的に示した系
統図である。
【符号の説明】
1 マイクロ波発生器 2 マイクロ波 3 箱体 5 第1の反射体 5A 第1の反射体の放物面反射鏡 6 第2の反射体 6A 第2の反射体の放物面反射鏡 7 被加熱体 fa 第1の反射体の放物面反射鏡の焦点距離 fb 第2の反射体の放物面反射鏡の焦点距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 元泰 滋賀県滋賀郡志賀町小野朝日1−5−21 (72)発明者 小林 策治 大阪府枚方市御殿山南町4番3944号 (72)発明者 角岡 勉 愛知県刈谷市野田町段留25−8 (72)発明者 東田 豊 愛知県小牧市光ヶ丘二丁目18−3 (56)参考文献 特開 平4−137391(JP,A) 特開 平4−209495(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所要電力のマイクロ波を軸に平行に出力
    するマイクロ波出力手段と、軸に平行に入射された前記
    マイクロ波を反射して反射マイクロ波が焦点を通過する
    ように形成された焦点距離faの放物面反射鏡を有する
    第1の反射体と、前記第1の反射体の放物面反射鏡と同
    一軸上で対面させる放物面反射鏡を有し、その放物面反
    射鏡の焦点距離fbが前記第1の反射体の放物面反射鏡
    の焦点距離faより小さく、且つ、前記第1の反射体の
    放物面反射鏡の焦点位置に焦点が位置するように配設さ
    れる第2の反射体とを備え、前記第1の反射体の放物面
    反射鏡及び前記第2の反射体の放物面反射鏡の共有焦点
    ゾ−ンに被加熱体を配置したことを特徴とするマイクロ
    波加熱装置。
  2. 【請求項2】 焦点距離faの放物面反射鏡を有する第
    1の反射体と焦点距離faより小さな焦点距離fbの放
    物面反射鏡を有する第2の反射体とを、同軸上に、且つ
    両放物面反射鏡の焦点が一致するように対向配置し、そ
    の共有焦点ゾ−ンに被加熱体を配置した状態で、マイク
    ロ波出力手段から出力された軸に平行なマイクロ波を上
    記二つの放物面反射鏡間で連続的に往復反射させ、被加
    熱体を往復通過させることにより、その被加熱体を加熱
    することを特徴とするマイクロ波加熱方法。
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