JP2014067575A - Heating device to which microwaves are applied - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating device capable of producing high-quality carbon fiber or graphite fiber by applying microwaves.SOLUTION: The heating device comprises: a heating furnace body 11; and microwave means 40 for introducing microwave power to the heating furnace body 11. The heating device further comprises: a heating pot 26 formed of a heat conductive material having a microwave shielding function as a rectangular hollow body, and including a muffle 20 linearly arranged between an inlet part 15a and an outlet part 19a of the heating furnace body 11, a microwave heating element 23 provided in an outer peripheral center region of the muffle 20, and sheath-like heat shielding elements 24, 25 respectively provided on an outer periphery of the microwave heating element 23 and in both side regions of the microwave heating element 23; and filters 21, 22 provided near the inlet part 15a and the outlet part 19a and around an end of the muffle 20. A workpiece 16 is made to pass through the muffle 20, and heated.

Description

本発明は、マイクロ波エネルギーを応用した加熱装置で、例えば、炭素繊維、黒鉛繊維などの生産に使用する加熱炉に適する加熱装置に関する。   The present invention relates to a heating device using microwave energy, for example, a heating device suitable for a heating furnace used for production of carbon fiber, graphite fiber and the like.

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）などの有機合成繊維などを２００〜３００℃の耐炎化炉を用いて空気中で酸化処理（耐炎化処理）して糸状の耐炎繊維を予め生産し、さらに、この耐炎繊維を１０００℃〜１５００℃の炭化炉を用いて不活性雰囲気の中で熱処理することで生産される。
このように生産された炭素繊維は、自動車などの部品材料として使用されている。
また、上記の炭素繊維は、２０００℃〜２５００℃の黒鉛化炉を用いて不活性雰囲気の中で熱処理することで黒鉛繊維が生産される。
この黒鉛繊維は、航空機などの部品材料として使用されている。 The carbon fiber is an organic synthetic fiber such as polyacrylonitrile (PAN) that is oxidized in the air (flame-proofing treatment) in the air using a flame-proofing furnace at 200 to 300 ° C. to produce a filamentous flame-resistant fiber in advance. This flame resistant fiber is produced by heat treatment in an inert atmosphere using a carbonization furnace at 1000 ° C to 1500 ° C.
The carbon fiber produced in this way is used as a component material for automobiles and the like.
The carbon fiber is heat-treated in an inert atmosphere using a graphitization furnace at 2000 ° C. to 2500 ° C. to produce graphite fiber.
This graphite fiber is used as a component material for aircraft and the like.

上記した炭素繊維を生産する炭化炉や黒鉛繊維を生産する黒鉛化炉は、一般に、電気ヒータ構造の加熱炉が広く使われている。
図１０は従来の加熱炉の要部断面を示した概略構成図、図１１は図１０上のＡ−Ａ線拡大断面図である。 In general, a heating furnace having an electric heater structure is widely used as a carbonization furnace for producing carbon fibers and a graphitization furnace for producing graphite fibers.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a cross-section of a main part of a conventional heating furnace, and FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図示するように、この加熱炉１は、長形の加熱炉本体２と、その加熱炉１の入口部３および出口部４、加熱筒体５、加熱筒体５の支持台６、電気ヒータ７、断熱層８から構成されている。
この加熱炉１は、入口部３から供給した糸状のワーク（耐炎繊維または炭素繊維）９を加熱筒体５内に通し、出口部４から引き出すことで、ワーク９を所定の高温に加熱し、続いて、ワーク９を冷却装置（図示せず）で冷却し、炭素繊維または黒鉛繊維を生産する。 As shown in the figure, the heating furnace 1 includes a long heating furnace body 2, an inlet portion 3 and an outlet portion 4 of the heating furnace 1, a heating cylinder 5, a support base 6 for the heating cylinder 5, and an electric heater 7. The heat insulating layer 8 is used.
This heating furnace 1 heats the workpiece 9 to a predetermined high temperature by passing the thread-like workpiece (flame resistant fiber or carbon fiber) 9 supplied from the inlet portion 3 through the heating cylinder 5 and pulling it out from the outlet portion 4. Subsequently, the workpiece 9 is cooled by a cooling device (not shown) to produce carbon fiber or graphite fiber.

加熱筒体５は、熱伝導率が高く、目的とする加熱温度に充分に耐える炭素等を使って扁平断面の中空体として形成してあり、また、加熱炉本体２の入口部３と出口部４とを結ぶ直線上に配置されるように断熱材からなる支持台６で支持させた横長形状のものとなっている。
そして、加熱筒体５の上下位置には、多数の電気ヒータ７が配列されており、電気ヒータ７を通電して発熱させ、その輻射熱で加熱筒体５を加熱昇温させる。 The heating cylinder 5 is formed as a hollow body having a flat cross section using carbon or the like having a high thermal conductivity and sufficiently withstanding a target heating temperature, and the inlet portion 3 and the outlet portion of the heating furnace body 2. 4 is a horizontally long shape that is supported by a support base 6 made of a heat insulating material so as to be arranged on a straight line connecting 4.
A large number of electric heaters 7 are arranged at the upper and lower positions of the heating cylinder 5. The electric heater 7 is energized to generate heat, and the heating cylinder 5 is heated and heated by the radiant heat.

電気ヒータ７は図１１より分かるように、棒状の電気抵抗発熱体７ａ、導電性の発熱体端子部７ｂ、電極７ｃから構成されており、発熱体端子部７ｂを電気絶縁材を介在させて加熱炉本体２に取り付け、また、発熱体端子部７ｂに電極７ｃをクランプすることにより、この電気ヒータ７がワーク９の移送方向に交叉する方向に取り付けられている。   As can be seen from FIG. 11, the electric heater 7 is composed of a rod-shaped electric resistance heating element 7a, a conductive heating element terminal portion 7b, and an electrode 7c, and the heating element terminal portion 7b is heated with an electrical insulating material interposed. The electric heater 7 is attached to the furnace body 2 in a direction intersecting with the transfer direction of the workpiece 9 by clamping the electrode 7c to the heating element terminal portion 7b.

このように構成された電気ヒータ７は、電極７ｃから商用電源電力を供給し、電気抵抗発熱体７ａに交流電流を流して発熱させる。
したがって、加熱筒体５の加熱温度が電気抵抗発熱体７ａの発熱によって上昇するため、ワーク９が加熱筒体５からの輻射熱等により加熱され、必要な熱処理が行われる。 The electric heater 7 configured as described above supplies commercial power from the electrode 7c, and causes an electric current to flow through the electric resistance heating element 7a to generate heat.
Therefore, since the heating temperature of the heating cylinder 5 rises due to the heat generated by the electric resistance heating element 7a, the work 9 is heated by radiant heat from the heating cylinder 5 and the necessary heat treatment is performed.

なお、電気抵抗発熱体７ａはジュール損により発熱するが、電気抵抗発熱体７ａから放射される熱エネルギーは，電気抵抗発熱体７ａの温度の４乗に比例し、距離の２乗に反比例するので、温度が高いほど輻射熱が増大する。
そして、加熱筒体５が得るエネルギーは、加熱筒体５と電気抵抗発熱体７ａとの形状とこれらの配置にも影響される。 Although the electric resistance heating element 7a generates heat due to Joule loss, the thermal energy radiated from the electric resistance heating element 7a is proportional to the fourth power of the temperature of the electric resistance heating element 7a and inversely proportional to the square of the distance. The higher the temperature, the higher the radiant heat.
The energy obtained by the heating cylinder 5 is also affected by the shapes of the heating cylinder 5 and the electric resistance heating element 7a and their arrangement.

また、上記したところの耐炎化炉では、空気中で２００℃〜３００℃の処理温度で酸化処理をしているが、処理温度が低いため、糸状の耐炎繊維を直接１０００℃〜１５００℃の炭化炉に入れて熱処理すると、耐炎繊維が炭素繊維に変化する際に発生するタールの蒸気で炭化炉を汚してしまい、炭素繊維の品質に悪影響を及ぼす。   Moreover, in the flameproofing furnace described above, oxidation treatment is performed at a treatment temperature of 200 ° C. to 300 ° C. in the air, but since the treatment temperature is low, the filamentous flame resistant fiber is directly carbonized at 1000 ° C. to 1500 ° C. When heat-treated in the furnace, the carbonization furnace is contaminated with tar vapor generated when the flame-resistant fiber is changed to carbon fiber, which adversely affects the quality of the carbon fiber.

このため、７００℃〜９００℃の予備炭化炉を追加して、窒素ガスなどを供給して作った不活性雰囲気の中でタール分を予備炭化炉で放出させてから、１０００℃〜１５００℃の不活性雰囲気の炭化炉に投入して熱処理することで品質の良い炭素繊維を生産することも行われている。   For this reason, a preliminary carbonization furnace at 700 ° C. to 900 ° C. is added, and a tar content is released in the preliminary carbonization furnace in an inert atmosphere made by supplying nitrogen gas or the like, and then, 1000 ° C. to 1500 ° C. It is also practiced to produce high-quality carbon fibers by putting them in a carbonization furnace in an inert atmosphere and heat-treating them.

一方、炭素繊維の生産には、上記した電気ヒータ構造の加熱炉の他に、マイクロ波を利用した加熱炉が特公昭６２−７２８８号公報などによって提案されている。
この加熱炉は、炉体と、炉体内を走行する搬送装置（ベルトコンベア）と、炉内にマイクロ波電力を照射するマイクロ波照射装置と、不活性ガス流通装置とから構成され、これらに関連して温度制御装置、冷却装置が設けられている。
この加熱炉は、原料繊維を収容した容器をベルトコンベアに乗せて炉体内を移送し、原料繊維にマイクロ波電力を照射する。
したがって、マイクロ波電力の照射で加熱され炭化繊維となった被加熱物が出口から排出され、続いて、冷却装置で冷却される。 On the other hand, for the production of carbon fiber, in addition to the above-described heating furnace having an electric heater structure, a heating furnace using microwaves has been proposed by Japanese Patent Publication No. 62-7288.
This heating furnace is composed of a furnace body, a transport device (belt conveyor) that travels in the furnace body, a microwave irradiation device that irradiates microwave power into the furnace, and an inert gas distribution device, and is related to these Thus, a temperature control device and a cooling device are provided.
In this heating furnace, a container containing raw material fibers is placed on a belt conveyor, transferred inside the furnace body, and the raw material fibers are irradiated with microwave power.
Therefore, the object to be heated which is heated by irradiation with microwave power and becomes carbonized fibers is discharged from the outlet, and then cooled by the cooling device.

この加熱炉において、不融化した石炭系ピッチの繊維を炭素繊維とするには、長さ１ｍ程度とした原料繊維をトウ状にし、厚さ１００ｍｍに積み重ねて容器に充填密度５０ｋｇ／ｍ^３で収容する。
このような容器を多数準備して順次炉体内に送り込むことによって炭素繊維を得ることができる。 In this heating furnace, in order to convert the infusible coal-based pitch fiber to carbon fiber, the raw material fiber having a length of about 1 m is tow-shaped, stacked to a thickness of 100 mm, and accommodated in a container at a packing density of 50 kg / m ³ . To do.
Carbon fibers can be obtained by preparing a large number of such containers and sequentially feeding them into the furnace.

特公昭６２−７２８８号公報Japanese Patent Publication No.62-7288

上記した電気ヒータ構造の加熱炉は、電気ヒータ７の電極７ｃが高温となるため、この電極７ｃを水等の液体で冷却し規定温度以下に保持している。
すなわち、電極７ｃは銅材などの電気良導体が使われている関係で、電気抵抗発熱体７ａの高熱が発熱体端子部７ｂを通って熱伝搬することにより高温となるために、銅材などの溶融を防ぐため電極７ｃを水等で冷却している。
したがって、この種の加熱炉１は、電極７ｃにおいて水等で冷却される熱量が無駄となる。
この無駄となる熱量は、電気ヒータ７に給電される全電力の３０％以上に相当すると言われている。 In the heating furnace having the above-described electric heater structure, since the electrode 7c of the electric heater 7 becomes high temperature, the electrode 7c is cooled with a liquid such as water and kept at a specified temperature or lower.
That is, since the electrode 7c uses a good electrical conductor such as a copper material, the high heat of the electric resistance heating element 7a becomes a high temperature due to heat propagation through the heating element terminal portion 7b. In order to prevent melting, the electrode 7c is cooled with water or the like.
Therefore, in this type of heating furnace 1, the amount of heat cooled by water or the like in the electrode 7c is wasted.
It is said that this wasted heat corresponds to 30% or more of the total power supplied to the electric heater 7.

また、電気ヒータ構造の加熱炉の場合、電気ヒータ７の熱エネルギーは、加熱筒体５を加熱昇温させるだけでなく、加熱筒体５を見込む立体角相当分だけが加熱筒体５の加熱に寄与し、それ以外は損失となり、例えば、断熱槽８の表面を加熱するエネルギーとなるから、このような断熱槽８などの構成部品に放射される熱エネルギーが電気ヒータ７の全エネルギーの５０％以上にも達し、それだけ電気エネルギーが無駄に消費されている。   Further, in the case of a heating furnace having an electric heater structure, the heat energy of the electric heater 7 not only heats and raises the temperature of the heating cylinder 5 but also heats the heating cylinder 5 only by the solid angle corresponding to the heating cylinder 5. For example, the heat energy radiated to the components such as the heat insulation tank 8 is 50% of the total energy of the electric heater 7. % Of the energy is wasted.

さらに、電気ヒータ構造の加熱炉は、上記のように多くの電気エネルギーが無駄に消費されているために、加熱炉１を立ち上げる際に、加熱炉本体２が熱平衡状態になるまでの時間、つまり、温度が安定してワークの加熱処理が安定してできるようになるまでの時間が長時間となり、この結果、加熱炉の立ち上げの際に無駄に消費される電気エネルギーも大きくなる。
一般的に、省電力を考えた電気ヒータ構造の炭素繊維製造炉でも、投入した全電気エネルギーに対し、製品の加熱に寄与するエネルギーは４５％程度と言われている。 Furthermore, since the heating furnace of the electric heater structure consumes a lot of electric energy as described above, when the heating furnace 1 is started up, the time until the heating furnace body 2 is in a thermal equilibrium state, That is, it takes a long time until the temperature is stabilized and the heat treatment of the workpiece can be stably performed. As a result, the electric energy that is wasted when the heating furnace is started up is also increased.
In general, even in a carbon fiber manufacturing furnace having an electric heater structure considering power saving, it is said that the energy contributing to the heating of the product is about 45% of the total electric energy input.

一方、特許文献１に記載されたマイクロ波を利用した加熱炉は、原料繊維を高い充填密度で収容した容器を炉体内で移送し、原料繊維にマイクロ波電力を照射して炭素繊維を生産する構成となっている。
通常、マイクロ波を使用した加熱炉は、炉の形状寸法と使用するマイクロ波電力の周波数に応じて、マイクロ波電力のいろいろな共振モードが発生する。
そのため、マイクロ波電力の電磁界密度は炉体内で複雑に分布している。 On the other hand, the heating furnace using the microwave described in Patent Document 1 transports a container containing raw fiber at a high packing density in the furnace, and irradiates the raw fiber with microwave power to produce carbon fiber. It has a configuration.
Usually, in a heating furnace using microwaves, various resonance modes of microwave power are generated according to the geometry of the furnace and the frequency of the microwave power used.
Therefore, the electromagnetic field density of the microwave power is distributed in a complicated manner in the furnace body.

このことから、マイクロ波を使用した上記の加熱炉は、原料繊維を特定の長さにして、特定の充填密度で収容した特定容器を炉内移送することにより、炭素繊維の生産を可能にしている。
しかしながら、例えば、容器を用いず、原料繊維を一本一本並べて炉体内を通すような場合、つまり、炉体内に１２０００本の原料繊維を水平に並べて通す場合には、それぞれの原料繊維が炉体内を通過する際に得るマイクロ波エネルギー量が一本一本異なるので、炭素繊維ができたとしても、その品質が大きくばらつき、良質な炭素繊維を得ることができない。 From this, the above heating furnace using microwaves makes it possible to produce carbon fiber by making the raw fiber into a specific length and transporting a specific container accommodated at a specific filling density into the furnace. Yes.
However, for example, when raw fibers are lined up one by one without passing through the container, that is, when 12,000 raw fibers are horizontally arranged in the furnace, each raw fiber is fed to the furnace. Since the amount of microwave energy obtained when passing through the body differs one by one, even if carbon fibers are produced, the quality varies greatly, and good quality carbon fibers cannot be obtained.

そこで、本発明では、上記した実情にかんがみ、マイクロ波電力を応用して良質な炭素繊維や黒鉛繊維などを生産することができ、かつ、構成簡単にして電気エネルギーの省力化に適する加熱装置を提案することを目的とする。   Therefore, in the present invention, a heating apparatus that can produce high-quality carbon fiber, graphite fiber, and the like by applying microwave power in view of the above-described situation and that is simple in configuration and suitable for labor saving of electric energy. The purpose is to propose.

上記した目的を達成するため、本発明では第１の発明として、マイクロ波遮蔽材からなる加熱炉本体と、前記加熱炉本体にマイクロ波電力を導入するマイクロ波手段と、マイクロ波遮蔽機能を有する熱伝導材で形成し、前記加熱炉本体の一方側に設けた入口部と他方側に設けた出口部との間に直線的に配設した加熱筒体と、前記加熱筒体の外周側に設けて前記加熱筒体に熱伝達するマイクロ波発熱体と、前記加熱炉本体の入口部及び出口部の近くに設けて、前記加熱筒体の端部周囲に配設してマイクロ波電力の漏洩を防ぐフィルターと、前記入口部から供給したワークを、前記加熱筒体内を通し、前記出口部より排出し、前記加熱筒体内で加熱する構成としたことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   In order to achieve the above-described object, the present invention has a heating furnace body made of a microwave shielding material, microwave means for introducing microwave power into the heating furnace body, and a microwave shielding function as the first invention. A heating cylinder formed of a heat conductive material and linearly disposed between an inlet portion provided on one side of the heating furnace body and an outlet portion provided on the other side, and on the outer peripheral side of the heating cylinder body A microwave heating element that transfers heat to the heating cylinder, and is provided near the inlet and outlet of the heating furnace body, and is disposed around the end of the heating cylinder to leak microwave power. And a heating apparatus using microwaves, wherein the workpiece supplied from the inlet portion passes through the heating cylinder, is discharged from the outlet portion, and is heated in the heating cylinder. Propose.

第２の発明としては、上記した第１の発明の加熱装置において、前記加熱筒体と、この加熱筒体の外周中央領域に設けたマイクロ波発熱体と、当該マイクロ波発熱体の両側領域に当たる前記加熱筒体上に設けた鞘状の断熱体および当該マイクロ波発熱体の外周領域に設けたマイクロ波電力の吸収の少ない鞘状の断熱体とで加熱釜を構成し、さらに、前記加熱釜の周囲をマイクロ波吸収の少ないフェルト状の断熱材で覆った断熱構造としたことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   As a second invention, in the heating device of the first invention described above, the heating cylinder, the microwave heating element provided in the central region of the outer periphery of the heating cylinder, and both side areas of the microwave heating element are applied. A heating kettle is constituted by a sheath-like heat insulating body provided on the heating cylinder and a sheath-like heat insulating body provided in an outer peripheral region of the microwave heat generating body with little absorption of microwave power, and further, the heating kettle We propose a microwave-based heating device characterized by a heat-insulating structure that is covered with a felt-like heat-insulating material with little microwave absorption.

第３の発明としては、上記した第１または第２の発明の加熱装置において、前記加熱筒体は、導電率１００Ｓ／ｍ以上でマイクロ波遮蔽機能を有する材料で構成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   As a third invention, in the heating device of the first or second invention described above, the heating cylinder is made of a material having a conductivity of 100 S / m or more and having a microwave shielding function. A heating device using waves is proposed.

第４の発明としては、上記した第１または第２の発明の加熱装置において、前記加熱筒体は、炭素系材料または炭化珪素系材料で構成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   As a fourth invention, in the heating device according to the first or second invention described above, the heating cylinder is made of a carbon-based material or a silicon carbide-based material. Propose.

第５の発明としては、上記した第１または第２の発明の加熱装置において、 前記加熱筒体は、黒鉛またはＣ／Ｃコンポジットで構成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   As a fifth invention, in the heating device according to the first or second invention described above, a heating device using microwaves is proposed, wherein the heating cylinder is made of graphite or C / C composite. To do.

第６の発明としては、上記した第１または第２の発明の加熱装置において、前記したマイクロ波発熱体は、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の材料の粉末に少なくとも無機バインダを混合して形成した形成物を焼成して得た焼成体で構成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   As a sixth invention, in the heating device of the first or second invention described above, the microwave heating element described above is formed by mixing at least an inorganic binder with a powder of a material having an electric conductivity of 100 S / m or more. A heating apparatus using microwaves is proposed, which is composed of a fired body obtained by firing the formed product.

第７の発明としては、上記した第１または第２の発明の加熱装置において、前記マイクロ波発熱体は、前記加熱筒体の外周面に接合させ、又は、少ない隙間を設けて配設したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   As a seventh invention, in the heating device of the first or second invention described above, the microwave heating element is joined to the outer peripheral surface of the heating cylinder or provided with a small gap. We propose a heating device using microwaves.

第８の発明としては、上記した第１または第２の発明の加熱装置において、前記加熱筒体の端部に、当該加熱筒体を冷却する冷却手段を配設したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the microwave according to the first or second aspect of the present invention, wherein a cooling means for cooling the heating cylinder is disposed at an end of the heating cylinder. We propose a heating device that uses

第９の発明としては、上記した第１または２の発明の加熱装置において、金属からなるフィルター、或いは、黒鉛やＣ／Ｃコンポジットで形成したフィルターを備えたことを特徴とるマイクロ波を応用した加熱装置を提案する。   According to a ninth aspect of the present invention, in the heating apparatus according to the first or second aspect of the present invention, heating using microwaves characterized by comprising a filter made of metal or a filter formed of graphite or C / C composite. Propose the device.

第１の発明の加熱装置は、マイクロ波電力を照射してマイクロ波発熱体を発熱させることで加熱筒体に熱伝達され、この加熱筒体が温度上昇する。
ワークはこのように温度上昇した加熱筒体内を通すことで加熱処理する。
すなわち、この発明では、マイクロ波を応用した加熱装置であるが、ワークをマイクロ波電力の照射で加熱するのではなく、加熱筒体内の輻射熱によって加熱処理することを特徴としている。
この結果、ＰＡＮ系繊維やピッチ系繊維を前処理したワークが加熱筒体内で均一加熱されるので、高品質の炭素繊維や黒鉛繊維などの生産が可能になる。 In the heating device of the first invention, heat is transmitted to the heating cylinder by irradiating the microwave power to generate heat from the microwave heating element, and the temperature of the heating cylinder rises.
The work is heat-treated by passing through the heating cylinder thus heated.
In other words, the present invention is a heating device using microwaves, but is characterized in that the workpiece is not heated by irradiation with microwave power but is heated by radiant heat in the heating cylinder.
As a result, the work pre-treated with the PAN-based fiber or the pitch-based fiber is uniformly heated in the heating cylinder, so that high-quality carbon fiber, graphite fiber, or the like can be produced.

次に、本発明の重要な構成となっている上記した加熱筒体とマイクロ波発熱体について、さらに、詳細に説明する。
図１は、８００℃を超える温度でも安定した形状を保ち、マイクロ波電力を吸収して発熱する材料を実験により求めた特性図である。
この特性図において、横軸はマイクロ波照射時間、縦軸は材料温度を示し、特性１００Ａは黒鉛材料の温度特性、特性１００Ｂは炭化珪素材料の温度特性、特性１００Ｃは炭化珪素粉末の焼成体の温度特性である。
なお、炭化珪素粉末の焼成体は、炭化珪素の粉末、無機バインダ、有機気孔剤を混合して形成した成形物を焼成して得た焼成体（見掛気孔率４５％）である。 Next, the heating cylinder and the microwave heating element, which are important components of the present invention, will be described in more detail.
FIG. 1 is a characteristic diagram in which a material that maintains a stable shape even at a temperature exceeding 800 ° C. and generates heat by absorbing microwave power is obtained by experiments.
In this characteristic diagram, the horizontal axis represents the microwave irradiation time, the vertical axis represents the material temperature, the characteristic 100A is the temperature characteristic of the graphite material, the characteristic 100B is the temperature characteristic of the silicon carbide material, and the characteristic 100C is the sintered body of the silicon carbide powder. It is a temperature characteristic.
The fired body of silicon carbide powder is a fired body (apparent porosity 45%) obtained by firing a molded product formed by mixing silicon carbide powder, an inorganic binder, and an organic pore agent.

この特性図に示すように、黒鉛材料に１ｋＷのマイクロ波電力を９分間照射したところ、１５０℃程度に温度上昇した。
また、炭化珪素材料に１ｋＷのマイクロ波電力を９分間照射したところ、２００℃程度に温度上昇した。
さらに、炭化珪素粉末の焼成体に、１ｋＷのマイクロ波電力を９分間照射したところ、９００℃を超える温度に昇温した。 As shown in this characteristic diagram, when the graphite material was irradiated with 1 kW of microwave power for 9 minutes, the temperature rose to about 150 ° C.
Further, when the silicon carbide material was irradiated with 1 kW of microwave power for 9 minutes, the temperature rose to about 200 ° C.
Furthermore, when the sintered body of the silicon carbide powder was irradiated with 1 kW of microwave power for 9 minutes, the temperature was raised to over 900 ° C.

また、物質が吸収するマイクロ波電力Ｐ_０には、次式（１）に示すように、導電率が関係するジュール損、誘電率に関係する誘電損、透磁率に関係するヒステリシス損がある。 Further, the microwave power P ₀ absorbed by the substance has a Joule loss related to conductivity, a dielectric loss related to dielectric constant, and a hysteresis loss related to magnetic permeability, as shown in the following equation (1).

Ｅ：電界
Ｈ：磁界
ω：角周波数（２πｆ）
ｆ：周波数
σ：導電率
ε”：複素誘電率の虚数部（ε_０・ε_ｒ・ｔａｎδ）
μ”：複素透磁率の虚数部（μ_０・μ_ｒ・ｔａｎδ’）
この式（１）より分かるように、炭化珪素材料や黒鉛材料のマイクロ波電力の吸収については、この式（１）の導電率σに関する第１項から知ることができる。

E: Electric field H: Magnetic field ω: Angular frequency (2πf)
f: Frequency σ: Conductivity ε ″: Imaginary part of complex dielectric constant (ε ₀ · ε _r · tan δ)
μ ”: Imaginary part of complex permeability (μ ₀ · μ _r · tan δ ′)
As can be seen from this equation (1), the microwave power absorption of the silicon carbide material or the graphite material can be known from the first term relating to the conductivity σ of this equation (1).

導電材料の場合、表皮の深さδは、表面の電磁界に対し、１／ｅ＝０．３６８（ｅは自然対数の底）となる深さで定義される。
すなわち、ωを角周波数、μを物質の透磁率、σを物質の導電率とすると、表皮の深さδは次式（２）で表される。 In the case of a conductive material, the skin depth δ is defined as a depth that is 1 / e = 0.368 (e is the base of natural logarithm) with respect to the electromagnetic field on the surface.
That is, when ω is the angular frequency, μ is the magnetic permeability of the substance, and σ is the electric conductivity of the substance, the skin depth δ is expressed by the following equation (2).

同じ導電率σであっても、非磁性と磁性の材料とでは表皮の深さδが異なり、非磁性材料の方がδは深い。
ただ、磁性材料も高温になると磁性を失うので、高温で使用する加熱炉の場合には、導電率σだけで表皮の深さδを評価した方が安全である。
一般に、導電率が１０^６Ｓ／ｍ以上の材料を導体（良導体）、導電率が１０^−６Ｓ／ｍ以下の材料を不導体（絶縁材）、その中間を半導体と分類する。 Even with the same conductivity σ, the depth δ of the skin is different between nonmagnetic and magnetic materials, and δ is deeper in nonmagnetic materials.
However, since the magnetic material loses its magnetism at a high temperature, in the case of a heating furnace used at a high temperature, it is safer to evaluate the skin depth δ only by the conductivity σ.
In general, a material having a conductivity of 10 ⁶ S / m or more is classified as a conductor (good conductor), a material having a conductivity of 10 ⁻⁶ S / m or less is classified as a non-conductor (insulating material), and the middle is classified as a semiconductor.

非磁性で導電率が１００Ｓ／ｍ以上の材料の場合、２．４５ＧＨｚにおいて表皮の深さδは、約１．０２ｍｍ以下となる。
マイクロ波電力を遮蔽するのに必要な減衰率を１００ｄＢとすれば、表皮の深さδが１．０２ｍｍの材料は、表皮の深さδの約１２倍、すなわち、約１２ｍｍの厚さで減衰率が１００ｄＢになる。
このことから、１２ｍｍの厚さがあれば、マイクロ波電力を充分に遮蔽することができる。
したがって、本発明では、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力を考えればよいので、１００Ｓ／ｍ以上の材料を便宜上マイクロ波遮蔽材と定義する。 In the case of a material that is nonmagnetic and has a conductivity of 100 S / m or more, the depth δ of the skin is about 1.02 mm or less at 2.45 GHz.
Assuming that the attenuation required to shield the microwave power is 100 dB, a material having a skin depth δ of 1.02 mm is attenuated by about 12 times the skin depth δ, ie, a thickness of about 12 mm. The rate is 100 dB.
For this reason, if the thickness is 12 mm, the microwave power can be sufficiently shielded.
Therefore, in the present invention, microwave power in the 2.45 GHz band may be considered, so a material of 100 S / m or more is defined as a microwave shielding material for convenience.

例えば、黒鉛の導電率は天然物と人造物で異なるが、導電率の悪い天然物でも表皮の深さδは約４１μｍ程度であるので、０．５ｍｍの厚さで、約２０３７００分の１（減衰率：１０６．２ｄＢ）となり、導電率が１２５０００Ｓ／ｍの人造黒鉛では、表皮の深さδは２９μｍであるので、０．５ｍｍの厚さで、約３７０２６０００分の１以下（減衰率：１５１．４ｄＢ）となる。   For example, the electrical conductivity of graphite differs between natural products and artificial products, but even natural products with poor electrical conductivity have a skin depth δ of about 41 μm. In an artificial graphite having an electrical conductivity of 125000 S / m, the depth δ of the skin is 29 μm, so that the thickness is 0.5 mm and is about 1/37026000 or less (attenuation rate: 151). .4 dB).

一方、炭化珪素の導電率は黒鉛の約１００分の１と言われているが、メーカのカタログ掲載のデータから計算した導電率５８８Ｓ／ｍを使っても、その表皮の深さδは約０．４２ｍｍであるので、５ｍｍの厚さで、約２０３６８１分の１以下（減衰率：１０６．１８ｄＢ）となる。
したがって、炭化珪素材料や黒鉛材料は、マイクロ波遮蔽材として充分に満足できる材料である。 On the other hand, the conductivity of silicon carbide is said to be about one-hundredth that of graphite, but even if the conductivity 588 S / m calculated from the data in the manufacturer's catalog is used, the skin depth δ is about 0. Since the thickness is .42 mm, the thickness is 5 mm, which is about 203681 or less (attenuation rate: 106.18 dB).
Accordingly, silicon carbide materials and graphite materials are materials that are sufficiently satisfactory as microwave shielding materials.

上記のように、図１の特性図で求めた実験では、厚さ約５ｍｍの塊状の黒鉛材料と炭化珪素材料を使用し、これらの材料に対し１ｋＷのマイクロ波電力を９分間照射しても１５０℃から２００℃程度しか昇温しなかった。
また、既に述べた通り、黒鉛材料や炭化珪素材料は、導電率が１００Ｓ／ｍ以上であるから、マイクロ波電力を遮蔽する材料となる。 As described above, in the experiment obtained from the characteristic diagram of FIG. 1, a massive graphite material and a silicon carbide material having a thickness of about 5 mm are used, and even if these materials are irradiated with microwave power of 1 kW for 9 minutes. The temperature rose only from 150 ° C to 200 ° C.
Further, as already described, the graphite material and the silicon carbide material have a conductivity of 100 S / m or more, and thus are materials that shield microwave power.

すなわち、上記した段落番号〔００３５〕、〔００３６〕において説明したように、黒鉛材料の場合は０．５ｍｍ以上の板厚とすることで、また、炭化珪素材料の場合は５ｍｍ以上の板厚とすることで、マイクロ波電力を遮蔽する機能を持つ。
したがって、黒鉛材料も炭化珪素材料も１５００℃を超える高温でも安定して形状を保ちマイクロ波遮蔽機能を持つ材料であるから、加熱炉内の筐体を形成する材料としても使用することができる。 That is, as described in paragraphs [0035] and [0036] above, in the case of graphite material, the thickness is 0.5 mm or more, and in the case of silicon carbide material, the thickness is 5 mm or more. By doing so, it has the function of shielding the microwave power.
Therefore, since both graphite material and silicon carbide material are materials having a microwave shielding function that stably maintain a shape even at a high temperature exceeding 1500 ° C., they can be used as materials for forming a casing in a heating furnace.

一方、加熱装置を形成する加熱炉本体などの筐体は、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の非磁性材で形成すると、筐体表面はジュール損による発熱だけとなるので都合がよい。
つまり、加熱炉本体などの筐体を磁性材で形成すると、ジュール損とヒステリシス損の両方で筐体が発熱するので、マイクロ波発熱体に照射するマイクロ波電力が低下する。
したがって、例えば、黒鉛板、Ｃ／Ｃコンポジット板、炭化珪素板などは、非磁性材で１００Ｓ／ｍ以上の材料であるので、マイクロ波電力を閉じ込める加熱炉本体などの筐体を形成する材料に適する。 On the other hand, when a casing such as a heating furnace body forming a heating device is formed of a nonmagnetic material having an electric conductivity of 100 S / m or more, it is convenient because the casing surface only generates heat due to Joule loss.
That is, when a casing such as a heating furnace body is formed of a magnetic material, the casing generates heat due to both Joule loss and hysteresis loss, so that the microwave power applied to the microwave heating element is reduced.
Therefore, for example, a graphite plate, a C / C composite plate, a silicon carbide plate, etc. are non-magnetic materials of 100 S / m or more, so that they can be used as materials for forming a casing such as a heating furnace body that confines microwave power. Suitable.

黒鉛板やＣ／Ｃコンポジット板は、２０００℃を超える温度になっても窒素ガスやアルゴンガスなどからなる不活性雰囲気中で安定して形状を維持できるので、高温になる材料として使用することができる。
また、炭化珪素板は不活性雰囲気中だけでなく、空気中でも安定した形状を維持できるので、大気中で高温になる部品の材料としても使用することができる。 Graphite plates and C / C composite plates can be stably used in inert atmospheres such as nitrogen gas or argon gas even when the temperature exceeds 2000 ° C. it can.
Further, since the silicon carbide plate can maintain a stable shape not only in an inert atmosphere but also in the air, it can also be used as a material for parts that become hot in the atmosphere.

したがって、上記した第３，４，５の発明の通り、マイクロ波電力を遮蔽するに足りる板厚とした黒鉛材料や炭化珪素材料によって加熱筒体を構成することができる。
なお、炭素系材料のＣ／Ｃコンポジットや炭素質材料も導電率は１００００Ｓ／ｍ以上の材料である。 Therefore, as described in the third, fourth, and fifth inventions, the heating cylinder can be formed of a graphite material or a silicon carbide material having a thickness sufficient to shield microwave power.
Note that carbon-based C / C composites and carbonaceous materials are also materials having electrical conductivity of 10,000 S / m or more.

その上、Ｃ／Ｃコンポジットは、炭素を炭素繊維に補強した材料で、強靱で、プレス成型ができるなどの特徴があり、２０００℃を超える温度にも耐えるので、高温で使用する加熱筒体を構成する材料として特に適している。
なお、モース硬度によれば、炭化珪素が９に対し、黒鉛が０．５〜１．０であるので、例えば、炭素繊維のような傷つき易いワークの場合は、黒鉛を使った加熱筒体が適している。 In addition, C / C composite is a material in which carbon is reinforced with carbon fiber, and has characteristics such as toughness and press molding, and can withstand temperatures exceeding 2000 ° C. It is particularly suitable as a constituent material.
According to the Mohs hardness, since silicon carbide is 9 and graphite is 0.5 to 1.0, for example, in the case of a work that is easily damaged such as carbon fiber, a heating cylinder using graphite is used. Is suitable.

一方、図１から分かるように、同じ炭化珪素であっても、塊状のものと粉末のものとでは、１ｋＷのマイクロ波電力を同様に９分間照射しても昇温レベルが大きく異なっている。
すなわち、塊状の炭化珪素材料は、２００℃程度であるが、炭化珪素粉末の焼成体は９００℃を超えている。 On the other hand, as can be seen from FIG. 1, even if the silicon carbide is the same, the temperature rise level is greatly different between the lump and the powder even when the microwave power of 1 kW is similarly applied for 9 minutes.
That is, the bulk silicon carbide material is about 200 ° C., but the sintered body of the silicon carbide powder exceeds 900 ° C.

このように炭化珪素粉末の焼成体が高温となるのは、この焼成体が炭化珪素の粉末と無機バインダと気孔（空洞）とからなるので、マイクロ波電力が無機バインダや気孔を通り抜けて焼成体の内部奥深くまで浸透できるからである。
そして、塊状の炭化珪素材と炭化珪素粉末の焼成体とを比較すると、マイクロ波電力が浸透できる深さまでに存在する炭化珪素材の総体積が粒子状の方が非常に大きいために、炭化珪素の粉末内部に誘起されたマイクロ波電流によるジュール損が大きくなり、効率良く発熱昇温するものと考えられる。 The fired body of the silicon carbide powder thus becomes high in temperature because the fired body is composed of the silicon carbide powder, the inorganic binder, and the pores (cavities), so that the microwave power passes through the inorganic binder and the pores and is fired. This is because it can penetrate deep inside.
Then, when the lump silicon carbide material and the sintered body of the silicon carbide powder are compared, the total volume of the silicon carbide material existing up to the depth at which the microwave power can penetrate is much larger in the form of particles. It is considered that Joule loss due to the microwave current induced inside the powder increases and the temperature rises efficiently.

また、上記したように、炭化珪素の表皮の深さδが約０．４２ｍｍであるので、この２倍の大きさ以下の粒子であれば、マイクロ波電力により粒子全体がジュール損で発熱して昇温する。
すなわち、炭化珪素の粒子サイズが約０．８ｍｍ以下の粒子（詳しくは、３方向（Ｘ面、Ｙ面、Ｚ面）から見た粒子において、１つの面で見た粒子サイズが、表皮の深さδの約２倍以下の粒子）であれば、表面から進入したマイクロ波電力が粒子全体に浸透して発熱に寄与するので、高い発熱効率が得られる。 Further, as described above, since the depth δ of the skin of silicon carbide is about 0.42 mm, if the particle is twice this size or less, the entire particle generates heat due to Joule loss by the microwave power. Raise the temperature.
That is, in a particle having a silicon carbide particle size of about 0.8 mm or less (specifically, in a particle viewed from three directions (X plane, Y plane, Z plane), the particle size viewed from one plane is the depth of the skin. If the particle is less than about twice the depth δ, the microwave power entering from the surface penetrates the entire particle and contributes to heat generation, so that high heat generation efficiency is obtained.

したがって、上記した第６の発明の通り、炭化珪素粉末の焼成体によってマイクロ波発熱体を構成することができる。
そして、この焼成体には、必ずしも有機気孔剤は混合しなくともよいが、有機気孔剤を混合して形成することで、焼成過程で有機気孔剤が気化してできる気孔がマイクロ波電力のさらなる浸透を助けるだけでなく、断熱性（保温性）を高めるので、マイクロ波発熱体としてさらに適したものとなる。 Therefore, as described in the sixth aspect of the invention, the microwave heating element can be configured by the sintered body of the silicon carbide powder.
The fired body does not necessarily have to be mixed with an organic pore agent, but by forming the organic pore agent by mixing, the pores formed by vaporizing the organic pore agent in the firing process can be further increased in microwave power. In addition to helping the penetration, it enhances the heat insulation (heat retention), and thus becomes more suitable as a microwave heating element.

なお、炭素質粉末、黒鉛粉末、カーボンナノチューブなどの炭素系粉末も導電率が１００００Ｓ／ｍ以上の材料で２０００℃を超えても安定しているので、無機バインダ、有機気孔剤との混合焼成体とすれば、マイクロ波発熱体に適した材料となる。
なお、このような混合焼成体を使用してマイクロ波発熱体を形成する場合は、必ずしも有機気孔剤を用いる必要はない。
また、このように実施する混合焼成体は、炭化珪素との表皮の深さの違いから、粒子サイズは約０．０８ｍｍ以下でよい。 Carbon-based powders such as carbonaceous powder, graphite powder, and carbon nanotubes are stable even when the electrical conductivity exceeds 10,000 S / m and exceeds 2000 ° C. Therefore, a mixed fired body with an inorganic binder and an organic pore agent Then, it becomes a material suitable for a microwave heating element.
In addition, when forming a microwave heat generating body using such a mixed fired body, it is not always necessary to use an organic pore agent.
In addition, the mixed fired body thus implemented may have a particle size of about 0.08 mm or less due to the difference in skin depth from silicon carbide.

上記のように、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の材料の粉末に無機バインダと有機気孔剤を混合して形成した焼成体は、焼成工程で有機気孔剤が気化して気孔が残るので、焼成体の気孔率を調整できる特徴を有する。
これはマイクロ波電力の浸透の深さを加減する機能をもつと同時に、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の材料の粉末同士が直接接触するのを妨げるので、より安定したマイクロ波発熱体となる。 As described above, a fired body formed by mixing an inorganic binder and an organic pore agent in a powder of a material having an electrical conductivity of 100 S / m or more is left in the firing step because the organic pore agent is vaporized in the firing step. The porosity can be adjusted.
This has a function of adjusting the depth of penetration of the microwave power, and at the same time prevents direct contact between powders of materials having an electrical conductivity of 100 S / m or more, thus providing a more stable microwave heating element.

例えば、３０μｍ〜３００μｍの炭化珪素の粉末を７０％〜９０％、無機バインダを１０％〜３０％とした焼成体はマイクロ波発熱体として使用可能である。
また、上記の焼成体に少量の有機気孔剤を混入させ、見掛気孔率を１５％から４７％まで変えた焼成体にマイクロ波電力を照射したが、マイクロ波発熱体として充分に使用できることを実験によって確認した。 For example, a fired body in which silicon carbide powder of 30 μm to 300 μm is 70% to 90% and inorganic binder is 10% to 30% can be used as a microwave heating element.
In addition, a small amount of an organic pore agent was mixed into the fired body, and the fired body with the apparent porosity changed from 15% to 47% was irradiated with microwave power. However, it can be used as a microwave heating element. Confirmed by experiment.

ただし、機械的強度の観点から見掛気孔率は４７％を超えないことが好ましい。
また、炭化珪素の粉末サイズを変えて実験したが、５０μｍ〜２００μｍの炭化珪素粉末を使用した焼成体は同じマイクロ波電力を照射した場合、低温度帯で昇温スピードが速くなると言う結果を得た。 However, it is preferable that the apparent porosity does not exceed 47% from the viewpoint of mechanical strength.
Moreover, although it experimented by changing the powder size of silicon carbide, when the same microwave electric power was irradiated to the sintered body which used the silicon carbide powder of 50 micrometers-200 micrometers, the result that temperature rising speed became quick was obtained. It was.

さらに、５０μｍ〜２００μｍの炭化珪素の粉末に無機バインダと有機気孔剤とを混合して成形物を形成し、その成形物を焼成して得た焼成体にマイクロ波電力を照射して、１５５０℃まで昇温したが、異常は発生せず、マイクロ波発熱体として充分に使用に耐えることが実験によって確認された。
さらに、上記の焼成体を電気炉に入れて１８００℃まで昇温して信頼性を確認したが、無機バインダが蒸発したことによる焼成体の減量収縮以外は特段に異常は見られなかった。 Further, an inorganic binder and an organic pore agent are mixed with 50 μm to 200 μm silicon carbide powder to form a molded product, and a fired body obtained by firing the molded product is irradiated with microwave power to 1550 ° C. However, no abnormalities occurred, and it was confirmed by experiments that it was fully usable as a microwave heating element.
Furthermore, the fired body was put in an electric furnace and the temperature was raised to 1800 ° C. to confirm the reliability. However, no particular abnormality was observed except for the shrinkage of the fired body due to evaporation of the inorganic binder.

そして、この焼成体を黒鉛材料で作った加熱筒体の外表面に設けてマイクロ波電力を照射し昇温の実験を行った。
この実験では、加熱筒体の外表面に焼成体を接触させ、また、隙間を設けて配設したが、加熱筒体が焼成体の加熱に追随して昇温することが確認された。 Then, this fired body was provided on the outer surface of a heating cylinder made of a graphite material, and microwave heating was applied to conduct an experiment for raising the temperature.
In this experiment, the fired body was brought into contact with the outer surface of the heating cylinder and provided with a gap, but it was confirmed that the heating cylinder raised the temperature following the heating of the fired body.

また、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の材料で形成した加熱筒体は、熱エネルギーが格子振動で伝達されるだけでなく、自由電子も熱エネルギーの伝達に寄与するので、熱伝導が絶縁体より速い特性を持つ。
この結果、加熱筒体の長手方向に直角となる断面内の温度が速やかに均一化される。 In addition, in the heating cylinder formed of a material having an electrical conductivity of 100 S / m or more, not only thermal energy is transmitted by lattice vibration, but also free electrons contribute to the transmission of thermal energy. Has fast characteristics.
As a result, the temperature in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the heating cylinder is quickly made uniform.

前記加熱炉本体の入口部及び出口部の近くに設けて、前記加熱筒体の端部周囲に配設したフィルターによって、加熱筒体の両端へ向かうマイクロ波電力が遮断されるので、両端の開放部から加熱筒体内に回り込むマイクロ波電力はない。
この結果、加熱筒体内を通すワークは、加熱筒体部分から放射される高温の熱エネルギー（輻射熱）だけで所望の温度まで昇温する。
特に、加熱筒体の長手方向に直角となる断面内の温度が均一化されているので、ワークが一様に所望の温度に昇温され、高品位の熱処理物の生産が可能になる。 The microwave power toward both ends of the heating cylinder is cut off by a filter provided near the inlet and outlet of the heating furnace body and arranged around the end of the heating cylinder. There is no microwave power that wraps around the heating cylinder.
As a result, the workpiece passing through the heating cylinder is heated to a desired temperature only by high-temperature thermal energy (radiant heat) radiated from the heating cylinder portion.
In particular, since the temperature in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the heating cylinder is made uniform, the workpiece is uniformly heated to a desired temperature, and high-quality heat-treated products can be produced.

上記のマイクロ波発熱体は、上記した第２の発明の通り、加熱筒体の外周中央領域に設け、さらに、このマイクロ波発熱体の両側領域および外周領域に設けた鞘状の断熱体を設けて加熱釜として構成することができる。
なお、マイクロ波発熱体の外周領域に設ける鞘状の断熱体は、マイクロ波電力の吸収の少ない焼成物で形成する。 The microwave heating element is provided in the outer peripheral central region of the heating cylinder as described in the second aspect of the invention, and further provided with a sheath-like heat insulating member provided in both side regions and the outer peripheral region of the microwave heating element. Can be configured as a heating kettle.
Note that the sheath-like heat insulator provided in the outer peripheral region of the microwave heating element is formed of a fired product with little absorption of microwave power.

すなわち、マイクロ波発熱体を加熱筒体の外周中央領域に設けることで、マイクロ波電力をマイクロ波発熱体に集中して照射させることができ、マイクロ波発熱体の発熱効率を高めることができる。
また、マイクロ波発熱体の加熱温度を、例えば、８００℃以上の高温となるように設定する場合には、マイクロ波発熱体の外周領域とこのマイクロ波発熱体の両側領域となる加熱筒体の外周領域に鞘状の焼成物からなる断熱体を設けることが好ましい。 That is, by providing the microwave heating element in the central region of the outer periphery of the heating cylinder, it is possible to concentrate and irradiate the microwave power on the microwave heating element, and to increase the heat generation efficiency of the microwave heating element.
Further, when the heating temperature of the microwave heating element is set to be, for example, a high temperature of 800 ° C. or more, the outer peripheral area of the microwave heating element and the heating cylinder that is the both side areas of the microwave heating element It is preferable to provide a heat insulator made of a sheath-like fired product in the outer peripheral region.

つまり、マイクロ波発熱体や加熱筒体の外周にマイクロ波電力の吸収の少ないフェルト状の断熱材を設けて断熱構造とする場合、マイクロ波発熱体が８００℃以上の高温となると、このマイクロ波発熱体に接触するフェルト状の断熱材が化学反応したり、溶融したりするなどの支障が表れるため、上記した鞘状の断熱体を設ける。   That is, when a microwave-like heat generating body or a heating cylinder is provided with a felt-like heat insulating material that absorbs little microwave power to form a heat insulating structure, when the microwave heat generating body reaches a high temperature of 800 ° C. or higher, Since the felt-like heat insulating material in contact with the heating element may cause problems such as a chemical reaction or melting, the above-described sheath-like heat insulating body is provided.

なお、マイクロ波発熱体の温度が８００℃を超える場合でも、加熱筒体の温度が１２５０℃以上とならないようなときは、この加熱筒体の外周には鞘状の断熱体を設けなくともよく、また、マイクロ波発熱体の温度が、フェルト状の断熱材が化学反応したり、溶融したりすることがない温度、例えば、８００℃を超えないように設定する加熱装置の場合は、上記した鞘状の断熱体は備えなくともよい。   Even when the temperature of the microwave heating element exceeds 800 ° C., when the temperature of the heating cylinder does not exceed 1250 ° C., it is not necessary to provide a sheath-like heat insulator on the outer periphery of the heating cylinder. In addition, in the case of a heating apparatus in which the temperature of the microwave heating element is set so as not to exceed the temperature at which the felt-like heat insulating material does not chemically react or melt, for example, 800 ° C. It is not necessary to provide a sheath-like heat insulator.

さらに、マイクロ波発熱体は、上記した第７の発明の通り、加熱筒体の外周面に接合させて設けることができるが、少ない隙間を設けて配設することもできる。
すなわち、マイクロ波発熱体を加熱筒体との間に隙間を設けて配設することにより、マイクロ波発熱体の加熱エネルギー効率を高めることができる。 Furthermore, although the microwave heating element can be provided by being joined to the outer peripheral surface of the heating cylinder as described in the seventh invention, it can also be provided with a small gap.
That is, the heating energy efficiency of the microwave heating element can be enhanced by providing the microwave heating element with a gap between the heating cylinder and the heating element.

また、上記した第８の発明の通り、加熱筒体の端部に冷却手段を設けて加熱筒体端部の高温の昇温を抑えれば、通常の金属、例えば、ステンレスなどを用いてフィルターを形成することができる。
したがって、上記した第９の発明の通り、高温度に耐える黒鉛板やＣ／Ｃコンポジット板などで形成したフィルターを配設する場合には、上記の冷却手段は設けなくてもよい。 Further, as described in the eighth invention, if a cooling means is provided at the end of the heating cylinder to suppress the high temperature rise at the end of the heating cylinder, a filter using a normal metal such as stainless steel is used. Can be formed.
Therefore, as described in the ninth aspect of the present invention, when a filter formed of a graphite plate or a C / C composite plate that can withstand high temperatures is provided, the cooling means may not be provided.

黒鉛材料、炭化珪素材料、炭化珪素粉末焼成体のマイクロ波照射時間に対する温度特性を示した特性図である。It is the characteristic view which showed the temperature characteristic with respect to the microwave irradiation time of a graphite material, a silicon carbide material, and a silicon carbide powder sintered body. 本発明の第１実施形態を示し、ワークの移送方向に平行して切断した加熱装置の断面図である。It is sectional drawing of the heating apparatus which showed 1st Embodiment of this invention and was cut | disconnected in parallel with the transfer direction of the workpiece | work. 図２上のＢ−Ｂ線拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line B-B in FIG. 2. 図２に示した加熱装置に備えたフィルターの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the filter with which the heating apparatus shown in FIG. 2 was equipped. 上記したフィルターの拡大部分正面図である。It is an enlarged partial front view of an above-described filter. 本発明の第２実施形態を示し、ワークの移送方向に平行して切断した加熱装置の断面図である。It is sectional drawing of the heating apparatus which showed 2nd Embodiment of this invention and was cut | disconnected in parallel with the transfer direction of the workpiece | work. 図６上のＣ−Ｃ線拡大断面図である。FIG. 7 is an enlarged sectional view taken along the line CC in FIG. 6. 図２に示す第１実施形態の変形例を示す図３同様の拡大断面図である。It is an expanded sectional view similar to FIG. 3 which shows the modification of 1st Embodiment shown in FIG. 図６に示す第２実施形態の変形例を示す図７同様の拡大断面図である。It is an expanded sectional view similar to FIG. 7 which shows the modification of 2nd Embodiment shown in FIG. 従来例として示した加熱炉の断面図である。It is sectional drawing of the heating furnace shown as a prior art example. 図１０上のＡ−Ａ線拡大断面図である。It is an AA line expanded sectional view on FIG.

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図２は、本発明の第１実施形態を示し、ワークの移送方向に平行して切断した加熱装置の断面図であり、図３は図２上のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
これらの図面から分かるように、本実施形態の加熱装置は、加熱炉本体１１と、この加熱炉本体１１内にマイクロ波電力（以下、「マイクロ波」という）を導入するマイクロ波手段４０を備えている。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the heating apparatus according to the first embodiment of the present invention, cut in parallel with the workpiece transfer direction, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view along the line BB in FIG.
As can be seen from these drawings, the heating apparatus of the present embodiment includes a heating furnace body 11 and microwave means 40 for introducing microwave power (hereinafter referred to as “microwave”) into the heating furnace body 11. ing.

加熱炉本体１１は、横長加熱炉を形成するために、横長の中空体１２の一方端には、孔口１３ａを設けた端板１３を接続し、さらに、この端板１３の外面には、入口形成板１５を設けた前室形成体１４が接続してある。
そして、入口形成板１５の入口部１５ａから、ワーク１６を導入する。
同様に、中空体１２の他方端には、孔口１７ａを設けた端板１７を接続し、さらに、この端板１７の外面には、出口形成板１９を設けた後室形成体１８が接続してある。
また、出口形成板１９の出口部１９ａから、ワーク１６を排出させる構成としてある。 In order to form a horizontally long heating furnace, the heating furnace body 11 is connected to an end plate 13 provided with a hole 13a at one end of the horizontally long hollow body 12, and further, on the outer surface of the end plate 13, A front chamber forming body 14 provided with an inlet forming plate 15 is connected.
Then, the workpiece 16 is introduced from the inlet portion 15 a of the inlet forming plate 15.
Similarly, an end plate 17 provided with a hole 17a is connected to the other end of the hollow body 12, and a rear chamber forming body 18 provided with an outlet forming plate 19 is connected to the outer surface of the end plate 17. It is.
Further, the workpiece 16 is discharged from the outlet portion 19 a of the outlet forming plate 19.

雰囲気ガスは、例えば、中空体１２に設けたガス導入口（図示せず）から加熱炉本体１１内に導入し、入口形成板１５の入口部１５ａおよび出口形成板１９の出口部１９ａから加熱炉本体１１外に排出させている。
なお、本実施形態では、ワーク１６は、並列に並べた多数の糸状物（ＰＡＮ系繊維やピッチ系繊維を前処理した繊維）や前記糸状物を多数並列状にして一体化した一つ又は複数の帯状物（束状物）からなる。 The atmospheric gas is introduced into the heating furnace main body 11 from, for example, a gas inlet (not shown) provided in the hollow body 12, and is heated from the inlet portion 15 a of the inlet forming plate 15 and the outlet portion 19 a of the outlet forming plate 19. It is discharged out of the main body 11.
In the present embodiment, the workpiece 16 is one or a plurality of yarns arranged in parallel (fibers obtained by pre-processing PAN-based fibers or pitch-based fibers) or a plurality of the yarn-like materials integrated in parallel. It consists of a strip (bundle).

上記した加熱炉本体１１は、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の非磁性材料で形成してある。
つまり、加熱炉本体１１を磁性材料で形成すると、加熱炉本体１１がジュール損とヒステリシス損の両方で発熱し、マイクロ波発熱体に照射するマイクロ波が低下するので、加熱炉本体１１は、例えば、非磁性材料である黒鉛板、Ｃ／Ｃコンポジット板、炭化珪素板で形成し、マイクロ波を閉じ込めるようにしてある。
勿論、非磁性金属で形成してもよい。 The heating furnace body 11 described above is made of a nonmagnetic material having an electrical conductivity of 100 S / m or more.
That is, when the heating furnace body 11 is formed of a magnetic material, the heating furnace body 11 generates heat due to both Joule loss and hysteresis loss, and the microwave irradiated to the microwave heating element is reduced. It is made of a graphite plate, a C / C composite plate, or a silicon carbide plate, which is a nonmagnetic material, and confines microwaves.
Of course, you may form with a nonmagnetic metal.

なお、上記した雰囲気ガスの導入、排出方法は、上記の他に、出口部１９ａから導入し、入口部１５ａから排出させ、前室形成体１４及び後室形成体１８に設けたガス導入口から導入して入口部１５ａ及び出口部１９ａから排出させ、さらには、中空体１２に導入した雰囲気ガスを中空体１２から排出させるなど、いろいろな導入、排出手段を採用することができ、また、それらの複数の導入、排出手段を採用することもできる。   In addition to the above, the introduction and discharge methods of the atmospheric gas described above are introduced from the outlet 19a, discharged from the inlet 15a, and from the gas inlets provided in the front chamber forming body 14 and the rear chamber forming body 18. Various introducing and discharging means such as introducing and discharging from the inlet 15a and outlet 19a, and discharging the atmospheric gas introduced into the hollow body 12 from the hollow body 12, can be adopted. A plurality of introduction and discharge means can be employed.

ワーク１６を通過させる加熱筒体（以下、「マッフル」と言う）２０は、マイクロ波遮蔽機能を有する熱伝導材で長形の中空体として形成してあり、加熱炉本体１１の入口部１５ａと出口部１９ａとの間に直線的に配設してある。
このマッフル２０は、導電率が約１２５０００Ｓ／ｍの黒鉛材で、肉厚５ｍｍの長形の中空体として形成してあるが、図３より分かる通り、長さ方向に直交する断面形が高さの低い矩形断面となるように形成してある。
つまり、このようにマッフル２０を横長の矩形断面とすることにより、並列に並べた多数の糸状物（ＰＡＮ系繊維やピッチ系繊維を前処理した繊維）や前記糸状物を多数並列状にして一体化した一つまたは複数の帯状物（束状物）からなるワーク１６を通過させることができる。 A heating cylinder (hereinafter referred to as “muffle”) 20 through which the workpiece 16 passes is formed as a long hollow body made of a heat conductive material having a microwave shielding function, and an inlet 15a of the heating furnace body 11 and A straight line is provided between the outlet 19a.
The muffle 20 is a graphite material having an electrical conductivity of about 125,000 S / m, and is formed as a long hollow body having a thickness of 5 mm. As can be seen from FIG. 3, the cross-sectional shape perpendicular to the length direction is high. It is formed to have a low rectangular cross section.
That is, by making the muffle 20 into a horizontally long rectangular cross-section in this way, a large number of yarns arranged in parallel (fibers pretreated with PAN-based fibers and pitch-based fibers) and a large number of the yarn-like materials are arranged in parallel. It is possible to pass the workpiece 16 composed of one or more strips (bundles).

このように形成した矩形断面のマッフル２０は、黒鉛板を組み合わせて形成することができるので、安価に生産することができる。
なお、黒鉛板の合わせ部分は、例えば、黒鉛の釘で固定した上、合わせ部分の隙間にバインダとして黒鉛粉末を練り込んだペーストを詰め込み、貼り合わせ部の導電性を保つ構成としてある。 Since the rectangular cross-section muffle 20 formed in this way can be formed by combining graphite plates, it can be produced at low cost.
The mating portion of the graphite plate is configured, for example, to be fixed with graphite nails and packed with a paste kneaded with graphite powder as a binder in the gap between the mating portions to maintain the conductivity of the laminating portion.

一方、マッフル２０については、その一端部側を端板１３の孔口１３ａを通して前室形成体１４内に延設し、前室形成体１４内に設けたリング状のフィルター２１内に配設してあり、同様にその他端部側を端板１７の孔口１７ａを通して後室形成体１８内に延設し、後室形成体１８内に設けたリング状のフィルター２２内に配設してある。   On the other hand, one end of the muffle 20 extends into the front chamber forming body 14 through the hole 13 a of the end plate 13 and is disposed in a ring-shaped filter 21 provided in the front chamber forming body 14. Similarly, the other end side is extended into the rear chamber forming body 18 through the hole 17a of the end plate 17, and is arranged in a ring-shaped filter 22 provided in the rear chamber forming body 18. .

なお、フィルター２１、２２については後述するが、マッフル２０とフィルター２１、２２の間を所定の間隔に定めることにより、加熱炉本体１１、特に、入口部１５ａおよび出口部１９ａから外部へのマイクロ波の漏洩を防止することができる他、マッフル２０内に入り込むマイクロ波が遮断される。   Although the filters 21 and 22 will be described later, by setting the gap between the muffle 20 and the filters 21 and 22 at a predetermined interval, microwaves from the heating furnace main body 11, in particular, the inlet portion 15 a and the outlet portion 19 a to the outside. In addition, the microwaves that enter the muffle 20 are blocked.

マイクロ波発熱体２３は、マッフル２０の外周中央領域に接触させて配設してある。
このマイクロ波発熱体２３は、炭化珪素の粉末（標準粒径１２５μｍ）と無機バインダと有機気孔剤とを混合した形成物を生産した後、その形成物を焼成して得た焼成体によって形成してある。 The microwave heating element 23 is disposed in contact with the central area of the outer periphery of the muffle 20.
The microwave heating element 23 is formed by a fired body obtained by firing a formed product obtained by mixing a silicon carbide powder (standard particle size 125 μm), an inorganic binder, and an organic pore agent. It is.

また、加熱装置の定格温度を、例えば、１４５０℃に設定すると、マイクロ波発熱体が８００℃以上の高温に達するため、このマイクロ波発熱体についてはムライトとアルミナ等とを混合させて形成した焼成体である鞘状の断熱体２４で覆ってある。
なお、この鞘状の断熱体２４はマイクロ波の吸収の少ない焼成体である。 In addition, when the rated temperature of the heating device is set to, for example, 1450 ° C., the microwave heating element reaches a high temperature of 800 ° C. or higher. Therefore, the microwave heating element is formed by mixing mullite and alumina. The body is covered with a sheath-like heat insulator 24.
The sheath-like heat insulator 24 is a fired body that absorbs less microwaves.

さらに、マッフル２０が１２００℃以上となるような場合には、鞘状の断熱体２５を設けることが好ましい。
したがって、本実施形態では、マイクロ波発熱体２３の両側領域（端板１３、１７とマイクロ波発熱体２３の間）に当たるマッフル２０の外周囲に、非アルミナ系の断熱材の焼成体からなる断熱体、例えば、マグネシアからなる鞘状の断熱体２５で覆ってある。 Furthermore, when the muffle 20 is 1200 ° C. or higher, it is preferable to provide a sheath-like heat insulator 25.
Therefore, in this embodiment, the heat insulation which consists of the baking body of a non-alumina-type heat insulating material in the outer periphery of the muffle 20 which hits the both-sides area | region (between the end plates 13 and 17 and the microwave heat generating body 23) of the microwave heat generating body 23. It is covered with a body, for example, a sheath-like heat insulator 25 made of magnesia.

本実施形態では、上記したマッフル２０、マイクロ波発熱体２３、鞘状の断熱体２４、２５によって加熱釜２６が形成されており、この加熱釜２６がフェルト状の断熱材２７、２８、２９を介在させて設けた位置出し用の断熱材３０によって所定位置に支持されている。
加熱釜２６を覆うように設けたフェルト状の外部断熱材２７、２８、２９、位置出し用の断熱材３０は、単に使用温度定格の違いによるもので、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト等のようなマイクロ波の吸収が少なく高温まで使用可能な材料からなるファイバ状の断熱材をフェルト状に加工した断熱材である。 In the present embodiment, a heating kettle 26 is formed by the muffle 20, the microwave heating element 23, and the sheath-like heat insulators 24, 25. The heating kettle 26 is made of felt-like heat insulating materials 27, 28, 29. It is supported at a predetermined position by a positioning heat insulating material 30 provided to be interposed.
The felt-like external heat insulating materials 27, 28, 29 and the positioning heat insulating material 30 provided so as to cover the heating kettle 26 are simply due to the difference in operating temperature ratings, such as alumina, silica, mullite, etc. It is a heat-insulating material obtained by processing a fiber-like heat insulating material made of a material that absorbs a large amount of microwaves and can be used at high temperatures into a felt shape.

したがって、これらフェルト状の断熱材２７、２８、２９は高温対応の断熱材２７で統一することも可能である反面、これらフェルト状の断熱材がマッフル２０やマイクロ波発熱体２３に接触すると、化学的に反応したり、溶融したりすることがあるため、それらの現象を上記した鞘状の断熱体２４、２５を備えて防止している。
したがって、マッフル２０やマイクロ波発熱体２３の温度が、フェルト状の断熱材が接触しても化学的に反応せず、溶融しない温度、例えば、８００℃以下に設定されるような場合には、上記した鞘状の断熱体２４、２５を備えなくともよい。 Accordingly, these felt-like heat insulating materials 27, 28, and 29 can be unified with the high-temperature heat insulating material 27, but when these felt-like heat insulating materials come into contact with the muffle 20 or the microwave heating element 23, These phenomena are prevented by the provision of the sheath-like heat insulators 24 and 25 described above.
Therefore, in the case where the temperature of the muffle 20 or the microwave heating element 23 is set to a temperature at which the felt-like heat insulating material does not chemically react and does not melt even when contacted, for example, 800 ° C. or less, The sheath-like heat insulators 24 and 25 described above may not be provided.

一方、本実施形態の加熱装置では、前室形成体１４内にマッフル２０の冷却手段３１が配置してある。
この冷却手段３１は、端板１３とフィルター２１との間でマッフル２０を挟持固定するジャケット３１ａ、３１ｂとを備えている。
なお、これらジャケット３１ａ、３１ｂはパイプによって連結されている。
そして、下側のジャケット３１ｂには、前室形成体１４の下部部所に設けたパイプ継ぎ手３５からパイプを通して下側のジャケット３１ｂに冷却液を送り、上側のジャケット３１ａからパイプを介して送られる冷却液を前室形成体１４の上部部所に設けたパイプ継ぎ手３２から排出させるようになっている。 On the other hand, in the heating device of this embodiment, the cooling means 31 of the muffle 20 is disposed in the front chamber forming body 14.
The cooling means 31 includes jackets 31 a and 31 b that sandwich and fix the muffle 20 between the end plate 13 and the filter 21.
The jackets 31a and 31b are connected by a pipe.
Then, a coolant is sent to the lower jacket 31b from the pipe joint 35 provided at the lower portion of the front chamber forming body 14 through the pipe to the lower jacket 31b, and is sent from the upper jacket 31a via the pipe. The coolant is discharged from a pipe joint 32 provided at an upper portion of the front chamber forming body 14.

また、マッフル２０が温度上昇によって熱膨張し長手方向に移動するので、上記ジャケット３１ａ、３１ｂを摺動可能に支持する支持台３６が端板１３に備えてある。
冷却液を供給、排水する上記した各パイプは、冷却液がマイクロ波で加熱されないように非磁性の金属パイプとしてあるが、熱膨張によるマッフル２０の移動に伴いジャケット３１ａ、３１ｂが移動するので、蛇腹式の金属パイプのような可撓性のある金属パイプを使用する。
なお、後室形成体１８内にも同様の冷却手段３１が配置してあるが、同じ構成であるので説明を省略する。 Further, since the muffle 20 is thermally expanded by the temperature rise and moves in the longitudinal direction, the end plate 13 is provided with a support base 36 that slidably supports the jackets 31a and 31b.
Each of the pipes for supplying and draining the cooling liquid is a non-magnetic metal pipe so that the cooling liquid is not heated by the microwave, but the jackets 31a and 31b move with the movement of the muffle 20 due to thermal expansion. A flexible metal pipe such as a bellows type metal pipe is used.
In addition, although the same cooling means 31 is arrange | positioned also in the rear chamber formation body 18, since it is the same structure, description is abbreviate | omitted.

図４は、前室形成体１４内に設けたフィルター２１の拡大断面図である。
図示する如く、このフィルター２１は、マイクロ波の波長に関係した寸法のフィルター素子２１ａを多段に並べて構成してある。
具体的には、各フィルター片２１ｂを４辺形枠に一体形成したフィルター素子２１ａを設け、このように形成した４つのフィルター素子２１ａを筒状の枠板２１ｂ内面に多段にして溶接或いはねじ止めなどにより固着したフィルター構成となっている。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the filter 21 provided in the front chamber forming body 14.
As shown in the figure, the filter 21 is configured by arranging filter elements 21a having dimensions related to the wavelength of the microwave in multiple stages.
Specifically, a filter element 21a in which each filter piece 21b is integrally formed in a quadrilateral frame is provided, and the four filter elements 21a thus formed are welded or screwed in multiple stages on the inner surface of the cylindrical frame plate 21b. The filter configuration is fixed by the

そして、このフィルター２１は、枠板２１ｃのフランジ２１ｄを前室形成体１４と入口形成板１５との接続部に固着することによって、図示点線の如く、フィルター素子２１ａの４辺形枠内にマッフル２０の一端部分２０ａが位置するように張り出させてある。
後室形成体１８内にも同構成のフィルター２２が配置してあり、マッフル２０の他端部分がフィルター素子の４辺形枠内に位置するように張り出させてある。 This filter 21 is muffled within the quadrilateral frame of the filter element 21a by fixing the flange 21d of the frame plate 21c to the connecting portion between the front chamber forming body 14 and the inlet forming plate 15 as shown by the dotted line in the figure. The one end portion 20a of 20 is overhanging.
The filter 22 having the same configuration is also disposed in the rear chamber forming body 18 and is extended so that the other end portion of the muffle 20 is positioned within the quadrilateral frame of the filter element.

このように構成したフィルター２１、２２は、工業用として認められている２．４５ＧＨｚのＩＳＭ周波数帯域（２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ）に渡って、１００ｄＢ以上の減衰量を確保できることが可能になる。
この結果、図５に示すように、フィルター素子２１とマッフル２０とは間隔Ｄの距離をおいて配設されているが、加熱炉本体１１内にマイクロ波手段４０から放射されるマイクロ波が入口部１５ａから外部へ漏洩するのを防ぐことができる。
同様に、フィルター２２によって出口部１９ａから外部へのマイクロ波の漏洩を防ぐことができる。 The filters 21 and 22 configured in this way can secure an attenuation of 100 dB or more over the 2.45 GHz ISM frequency band (2.4 GHz to 2.5 GHz) that is recognized as industrial use. .
As a result, as shown in FIG. 5, the filter element 21 and the muffle 20 are disposed at a distance D, but the microwave radiated from the microwave means 40 enters the heating furnace body 11. It is possible to prevent leakage from the portion 15a to the outside.
Similarly, the filter 22 can prevent microwave leakage from the outlet 19a to the outside.

また、上記フィルター２１、２２は、マッフル２０の一端部と他端部から入るマイクロ波を遮蔽するので、マッフル２０内にマイクロ波が入り込むことがない。
なお、既に述べたように、黒鉛板やＣ／Ｃコンポジット板などの高耐温材料でフィルター２１、２２を形成する場合には、上記した冷却手段は備えなくともよい。 Further, since the filters 21 and 22 shield microwaves entering from one end and the other end of the muffle 20, the microwaves do not enter the muffle 20.
As described above, when the filters 21 and 22 are formed of a high temperature resistant material such as a graphite plate or a C / C composite plate, the cooling means described above may not be provided.

しかし、上記フィルター２１、２２を固定する前室形成体１４と入口形成板１５の接続部の温度、或いは、後室形成体１８と出口形成板１９との接続部の温度が安全上問題になる温度を超える場合は、自然空冷や強制空冷などの冷却手段を必要とする。
この冷却手段によるエネルギーの損失は微々たるもので、装置の基本機能には影響を与えることはない。 However, the temperature of the connecting portion between the front chamber forming body 14 and the inlet forming plate 15 that fixes the filters 21 and 22 or the temperature of the connecting portion between the rear chamber forming body 18 and the outlet forming plate 19 becomes a safety problem. When the temperature is exceeded, a cooling means such as natural air cooling or forced air cooling is required.
The loss of energy due to this cooling means is negligible and does not affect the basic function of the device.

マイクロ波手段４０は、マイクロ波発振伝送手段４１とマイクロ波伝播手段４２とで構成した公知構成のものであり、マイクロ波発振伝送手段４１は、図示しないマイクロ波発振器、アイソレータ、パワーモニタ、ＥＨチューナなどのマイクロ波デバイスからなっている。
マイクロ波伝播手段４２は、マイクロ波発振伝送手段４１で発生したマイクロ波を加熱炉本体１１内に送る導波管４２ａと、放射器４２ｂ、絶縁板４２ｃから構成してある。 The microwave means 40 has a known configuration constituted by a microwave oscillation transmission means 41 and a microwave propagation means 42. The microwave oscillation transmission means 41 includes a microwave oscillator, an isolator, a power monitor, and an EH tuner (not shown). It consists of microwave devices such as.
The microwave propagation means 42 includes a waveguide 42a for sending the microwave generated by the microwave oscillation transmission means 41 into the heating furnace body 11, a radiator 42b, and an insulating plate 42c.

放射器４２ｂは加熱炉本体１１に溶接などで接続してあり、導波管４２ａがマイクロ波を通過させる石英ガラス、テフロン（登録商標）などからなる絶縁板４２ｃを挟持させて放射器４２ｂに接続してある。
絶縁板４２ｃは、マイクロ波を通過させるだけでなく、マイクロ波発振器側の導波管内の空気が加熱炉本体１１内に進入することを防ぐと同時に、加熱炉本体１１の雰囲気ガスがマイクロ波発振器側へ漏洩することを防ぐ機能を持つ。 The radiator 42b is connected to the furnace body 11 by welding or the like, and the waveguide 42a is connected to the radiator 42b by sandwiching an insulating plate 42c made of quartz glass, Teflon (registered trademark) or the like through which microwaves pass. It is.
The insulating plate 42c not only allows microwaves to pass, but also prevents air in the waveguide on the microwave oscillator side from entering the heating furnace main body 11, and at the same time, the atmosphere gas in the heating furnace main body 11 causes the microwave oscillator to Has a function to prevent leakage to the side.

上記した加熱装置は、入口部１５ａからワーク１６を挿入して、マッフル２０の中を通過させて出口部１９ａから引き出し、ワーク１６に張力を与えた状態とする。
そして、例えば、中空体１２の導入口（図示せず）から導入した雰囲気ガスのガス量を、入口部１５ａおよび出口部１９ａから排出する雰囲気ガスのガス量より若干多く設定して、マッフル２０内に外気が侵入するのを防止する。 The heating device described above inserts the workpiece 16 from the inlet portion 15a, passes through the muffle 20, and pulls it out from the outlet portion 19a, thereby applying tension to the workpiece 16.
For example, the gas amount of the atmospheric gas introduced from the inlet (not shown) of the hollow body 12 is set slightly larger than the gas amount of the atmospheric gas discharged from the inlet portion 15a and the outlet portion 19a. Prevent outside air from entering.

続いて、雰囲気ガスによる置き換えが終わった時点で、マイクロ波手段４０からマイクロ波を送り、その放射器４２ｂから加熱炉本体１１内にマイクロ波を放射させる。
これより、マイクロ波が断熱構造の断熱材２７、２９、３０と鞘状の断熱体２４を通ってマイクロ波発熱体２３に放射され、このマイクロ波発熱体２３が放射されたマイクロ波を吸収して発熱し昇温する。
マイクロ波発熱体２３で発生した熱エネルギーは、熱伝導と熱放射によりマッフル２０に伝達され、マッフル２０が昇温する。 Subsequently, when the replacement with the atmospheric gas is finished, the microwave is sent from the microwave means 40, and the microwave is radiated into the heating furnace main body 11 from the radiator 42b.
Thus, the microwave is radiated to the microwave heating element 23 through the heat insulating materials 27, 29, and 30 having the heat insulating structure and the sheath-like heat insulating body 24, and the microwave heating element 23 absorbs the emitted microwave. Heats up and heats up.
The thermal energy generated in the microwave heating element 23 is transmitted to the muffle 20 by heat conduction and heat radiation, and the muffle 20 is heated.

マッフル２０の高温部が所望の温度に到達したところで、張力を与えたままワーク１６を移動させて、所望の時間（例えば、１分間）、所望の温度（例えば、１３５０℃）でワーク１６を加熱することで、加熱処理が終了する。
なお、図示しないが、マッフル２０とマイクロ波発熱体２３の温度は、放射温度計で監視して、ＰＩＤ制御などにより、所望の設定温度でワーク１６を加熱処理する制御手段を備えている。 When the high temperature portion of the muffle 20 reaches a desired temperature, the workpiece 16 is moved while tension is applied, and the workpiece 16 is heated at a desired temperature (for example, 1350 ° C.) for a desired time (for example, 1 minute). This completes the heat treatment.
Although not shown in the drawings, the temperature of the muffle 20 and the microwave heating element 23 is monitored by a radiation thermometer, and is provided with a control means for heating the workpiece 16 at a desired set temperature by PID control or the like.

なお、ＰＩＤ制御において、Ｐは比例制御、Ｉは積分制御、Ｄは微分制御を表す。
例えば、具体例として、温度測定手段によって得られた測定値と設定温度プロファイルとを比較してその温度差が大きい間は比例制御を主体的にしてマイクロ波出力を制御して速やかに温度差を小さくさせ、その温度差が第１の閾値より小さくなったら、微分制御を主体的にしてマイクロ波出力を制御し速やかに設定温度プロファイルに近づけ、その温度差が第２の閾値より小さくなって設定温度プロファイルと略一致する範囲に入ったら積分制御を主体的にしてマイクロ波出力の微調整を行い設定温度プロファイル通りの温度プロファイルを実現する。
なお、上記は３パターンのＰＩＤ制御係数を用いて温度を制御する方法を説明したが、これには拘わらない。 In PID control, P represents proportional control, I represents integral control, and D represents differential control.
For example, as a specific example, the measured value obtained by the temperature measuring means is compared with the set temperature profile, and while the temperature difference is large, proportional control is mainly performed to control the microwave output and the temperature difference is quickly determined. When the temperature difference is smaller than the first threshold, the differential output is mainly controlled to control the microwave output and quickly approach the set temperature profile, and the temperature difference is set smaller than the second threshold. When the temperature profile is in a range that approximately matches the temperature profile, the integral control is mainly performed to fine-tune the microwave output to realize a temperature profile according to the set temperature profile.
In the above description, the method for controlling the temperature using the three patterns of PID control coefficients has been described, but the present invention is not limited to this.

また、既に述べたように、フィルター２１、２２によって、マッフル２０内に侵入するマイクロ波が遮断されるから、マッフル２０内にはマイクロ波が存在しない。
したがって、マッフル２０に挿通したワーク１６がマイクロ波の影響を受けず、マッフル２０が発生する輻射熱によって均一に加熱される。 Further, as already described, since the microwaves that enter the muffle 20 are blocked by the filters 21 and 22, no microwaves are present in the muffle 20.
Therefore, the work 16 inserted through the muffle 20 is not affected by the microwave and is uniformly heated by the radiant heat generated by the muffle 20.

次に、図６、図７に示す本発明の第２実施形態について説明する。
図６はワークの移送方向に平行して切断した加熱装置の断面図であり、図７は図６上のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
この第２実施形態の加熱装置は、上記した第１実施形態の加熱装置に比べ、下記する（ａ）〜（ｅ）に特徴があり、その他は同じ構成となっているから、同じ部品や部所については同符号を付して説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention shown in FIGS. 6 and 7 will be described.
6 is a cross-sectional view of the heating device cut in parallel with the workpiece transfer direction, and FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
The heating device according to the second embodiment is characterized by the following (a) to (e) as compared with the heating device according to the first embodiment described above, and the other components have the same configuration. The same reference numerals are assigned to the places, and the description is omitted.

（ａ） 加熱釜２６の位置出し用断熱材５１、５２が加熱炉本体１１の中空体１２の左右寄りに設けてある。
すなわち、この断熱材５１、５２はマッフル２０を通し、また、それらの周囲を中空体１２に接するようにして、加熱釜２６の重量を支え、また、加熱釜２６を所定の位置に配設させるようになっている。
これら断熱材５１、５２は、端板１３，１７を中空体１２に取り付ける前に、中空体１２内に組付け、その後に断熱材５３、５４を上記断熱材５１、５２に押し付けるようにして端板１３、１７を中空体１２に接続してある。 (A) Insulating materials 51 and 52 for positioning the heating pot 26 are provided on the left and right sides of the hollow body 12 of the heating furnace body 11.
That is, the heat insulating materials 51 and 52 pass through the muffle 20, and the periphery of the heat insulating materials 51 and 52 is in contact with the hollow body 12 to support the weight of the heating pot 26, and the heating pot 26 is disposed at a predetermined position. It is like that.
These heat insulating materials 51 and 52 are assembled in the hollow body 12 before attaching the end plates 13 and 17 to the hollow body 12, and then the heat insulating materials 53 and 54 are pressed against the heat insulating materials 51 and 52. The plates 13 and 17 are connected to the hollow body 12.

（ｂ） マイクロ波発熱体２３と鞘状の断熱体２４との間にスペーサ５５を挿入し、これらマイクロ波発熱体２３と断熱体２４との間に一定の間隔（隙間）が設けてある。
このようにマイクロ波発熱体２３と断熱体２４との間に一定の間隔を設けることで、断熱体２４を介在させて断熱材２７へ伝導されるマイクロ波発熱体２３の加熱エネルギーが僅かとなり、エネルギー効率が良くなる。 (B) A spacer 55 is inserted between the microwave heating element 23 and the sheath-like heat insulator 24, and a certain interval (gap) is provided between the microwave heating element 23 and the heat insulator 24.
Thus, by providing a certain interval between the microwave heating element 23 and the heat insulating body 24, the heating energy of the microwave heating element 23 conducted to the heat insulating material 27 through the heat insulating body 24 becomes small, Energy efficiency is improved.

（ｃ） マイクロ波伝播手段４２の放射器４２ｂの先端から断熱材２９までの距離を離すように、加熱炉本体１１の中空部１２に張り出し部１２ａが設けてある。
すなわち、放射器４２ｂの先端から放射されるマイクロ波の電力密度は距離の２乗にしたがって減少するので、放射器４２ｂから放射されるマイクロ波が断熱材２９の一定箇所に集中し、断熱材２９が変質することが防止される。
その上、張り出し部１２ａの中に、例えば、金属製の攪拌羽根（スターラ）を設けることができるので、この攪拌羽根を回転してマイクロ波を攪拌して散らすことにより、断熱材２９の一定箇所にマイクロ波を集中させない構成とすることも、また、マイクロ波発熱体２３のヒートスポットを解消させることもできる。 (C) An overhanging portion 12 a is provided in the hollow portion 12 of the heating furnace body 11 so as to increase the distance from the tip of the radiator 42 b of the microwave propagation means 42 to the heat insulating material 29.
That is, since the power density of the microwave radiated from the tip of the radiator 42b decreases with the square of the distance, the microwave radiated from the radiator 42b concentrates on a certain portion of the heat insulating material 29, and the heat insulating material 29 Is prevented from being altered.
In addition, since, for example, a metal stirring blade (stirrer) can be provided in the overhanging portion 12a, a fixed portion of the heat insulating material 29 can be obtained by rotating the stirring blade and stirring and scattering the microwaves. In addition, the microwave can be prevented from being concentrated, and the heat spot of the microwave heating element 23 can be eliminated.

（ｄ） 張り出し部１２ａに窓孔１２ｂを形成し、この窓孔１２ｂに放射器４２ｂを着脱自在に取り付ける構成としてある。
このように、構成すれば、放射器４２ｂを交換して放射性能の微調整が可能になる。 (D) A window hole 12b is formed in the overhanging portion 12a, and the radiator 42b is detachably attached to the window hole 12b.
If configured in this manner, the radiation performance can be finely adjusted by replacing the radiator 42b.

（ｅ） 入口形成板１５と出口形成板１９の各々に凹形部１５ｂ、１９ｂを形成し、これら凹形部１５ｂ、１９ｂに入口部１５ａと出口部１９ａが設けてあり、さらに、これら凹形部１５ｂ、１９ｂの内部には、マッフル２０を支持させた断熱材５６、５７を設け、フィルター２１、２２を通過させたマッフル２０の一端部と他端部とを安定に支持させてある。   (E) Recessed portions 15b and 19b are formed in the inlet forming plate 15 and the outlet forming plate 19, respectively. The recessed portions 15b and 19b are provided with an inlet portion 15a and an outlet portion 19a. Inside the portions 15b and 19b, heat insulating materials 56 and 57 that support the muffle 20 are provided, and one end and the other end of the muffle 20 that have passed through the filters 21 and 22 are stably supported.

図８は、図２に示した第１実施形態の変形例として示した図３同様の拡大断面図である。
図示するように、この変形例の加熱装置では、マッフル２０、マイクロ波発熱体２３、鞘状の断熱体２４からなる加熱釜２６について、両側を丸めた横長の断面形状の加熱釜として構成してある。
なお、本変形例のように実施する場合は、フィルター２１、２２や鞘状の断熱体２５、フェルト状の断熱材２７、２９についてもマッフル２０に沿ったリング状のものとして形成してある。 FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view similar to FIG. 3 shown as a modification of the first embodiment shown in FIG.
As shown in the figure, in the heating device of this modified example, the heating pot 26 composed of the muffle 20, the microwave heating element 23, and the sheath-like heat insulator 24 is configured as a heating pot having a horizontally long cross-sectional shape with both sides rounded. is there.
When implemented as in this modification, the filters 21 and 22, the sheath-like heat insulator 25, and the felt-like heat insulators 27 and 29 are also formed in a ring shape along the muffle 20.

図９は、図６に示した第２実施形態の変形例として示した図７同様の拡大断面図である。
図示するように、この変形例の加熱装置は、マッフル２０、マイクロ波発熱体２３、鞘状の断熱材２４からなる加熱釜２６が円形断面の加熱釜として構成してある。
なお、本変形例のように実施する場合は、フィルター２１、２２や鞘状の断熱体２４、フェルト状の断熱材２７、２９、加熱炉本体１１についてもマッフル２０に沿った円形状に形成してある。 FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view similar to FIG. 7 shown as a modification of the second embodiment shown in FIG.
As shown in the figure, in the heating apparatus of this modification, a heating pot 26 including a muffle 20, a microwave heating element 23, and a sheath-like heat insulating material 24 is configured as a heating pot having a circular cross section.
When implemented as in this modification, the filters 21 and 22, the sheath-like heat insulator 24, the felt-like heat insulators 27 and 29, and the heating furnace body 11 are also formed in a circular shape along the muffle 20. It is.

炭素繊維、黒鉛繊維などの生産に使用する加熱装置に適する。     Suitable for heating equipment used for production of carbon fiber, graphite fiber, etc.

１１ 加熱炉本体
１２ 中空体
１２ａ 張り出し部
１３ 端板
１４ 前室形成体
１５ 入口形成板
１５ａ 入口部
１６ ワーク
１７ 端板
１８ 後室形成体
１９ 出口形成板
１９ａ 出口部
２０ マッフル（加熱筒体）
２１、２２ フィルター
２３ マイクロ波発熱体
２４、２５ 鞘状の断熱体
２６ 加熱釜
２７〜３０ フェルト状の断熱材
３１ 冷却手段
３１ａ、３１ｂ ジャケット
４０ マイクロ波手段
４１ マイクロ波発振伝送手段
４２ マイクロ波伝播手段






DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Heating furnace main body 12 Hollow body 12a Overhang | projection part 13 End plate 14 Front chamber formation body 15 Inlet formation board 15a Inlet part 16 Work 17 End plate 18 Rear chamber formation body 19 Outlet formation board 19a Outlet part 20 Muffle (heating cylinder)
21, 22 Filter 23 Microwave heating element 24, 25 Sheath-shaped heat insulator 26 Heating pot 27-30 Felt-shaped heat insulating material 31 Cooling means 31a, 31b Jacket 40 Microwave means 41 Microwave oscillation transmission means 42 Microwave propagation means

Claims (9)

マイクロ波遮蔽材からなる加熱炉本体と、
前記加熱炉本体にマイクロ波電力を導入するマイクロ波手段と、
マイクロ波遮蔽機能を有する熱伝導材で形成し、前記加熱炉本体の一方側に設けた入口部と他方側に設けた出口部との間に直線的に配設した加熱筒体と、
前記加熱筒体の外周側に設けて前記加熱筒体に熱伝達するマイクロ波発熱体と、
前記加熱炉本体の入口部及び出口部の近くに設けて、前記加熱筒体の端部周囲に配設してマイクロ波電力の漏洩を防ぐフィルターと、
前記入口部から供給したワークを、前記加熱筒体内を通し、前記出口部より排出し、前記加熱筒体内で加熱する構成としたことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 A heating furnace body made of a microwave shielding material;
Microwave means for introducing microwave power into the furnace body;
A heating cylinder formed of a heat conductive material having a microwave shielding function, linearly disposed between an inlet portion provided on one side of the heating furnace body and an outlet portion provided on the other side,
A microwave heating element provided on the outer peripheral side of the heating cylinder and transferring heat to the heating cylinder;
A filter provided near the inlet and outlet of the heating furnace body and disposed around the end of the heating cylinder to prevent leakage of microwave power;
A heating apparatus using microwaves, wherein the workpiece supplied from the inlet is passed through the heating cylinder, discharged from the outlet, and heated in the heating cylinder. 請求項１に記載した加熱装置において、
前記加熱筒体と、この加熱筒体の外周中央領域に設けたマイクロ波発熱体と、当該マイクロ波発熱体の両側領域に当たる前記加熱筒体上に設けた鞘状の断熱体および当該マイクロ波発熱体の外周領域に設けたマイクロ波電力の吸収の少ない鞘状の断熱体とで加熱釜を構成し、さらに、前記加熱釜の周囲をマイクロ波吸収の少ないフェルト状の断熱材で覆って断熱構造としたことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating device according to claim 1,
The heating cylinder, a microwave heating element provided in an outer peripheral central region of the heating cylinder, a sheath-like heat insulating body provided on the heating cylinder corresponding to both sides of the microwave heating element, and the microwave heating A heating kettle is configured with a sheath-like heat insulator that absorbs less microwave power provided in the outer peripheral region of the body, and further, the heat kettle is covered with a felt-like heat insulating material with less microwave absorption. A heating device using microwaves, characterized by 請求項１または２に記載した加熱装置において、
前記加熱筒体は、導電率１００Ｓ／ｍ以上でマイクロ波遮蔽機能を有する材料で形成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating apparatus according to claim 1 or 2,
A heating apparatus using microwaves, wherein the heating cylinder is formed of a material having a conductivity of 100 S / m or more and having a microwave shielding function. 請求項１または２に記載した加熱装置において、
前記加熱筒体は、炭素系材料または炭化珪素系材料で形成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating apparatus according to claim 1 or 2,
A heating apparatus using microwaves, wherein the heating cylinder is formed of a carbon-based material or a silicon carbide-based material. 請求項１または２に記載した加熱装置において、
前記加熱筒体は、黒鉛またはＣ／Ｃコンポジットで形成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating apparatus according to claim 1 or 2,
A heating apparatus using microwaves, wherein the heating cylinder is made of graphite or C / C composite. 請求項１または２に記載した加熱装置において、
前記したマイクロ波発熱体は、導電率が１００Ｓ／ｍ以上の材料の粉末に少なくとも無機バインダを混合して形成した形成物を焼成して得た焼成体で構成したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating apparatus according to claim 1 or 2,
The microwave heating element described above is a microwave comprising a fired body obtained by firing a product formed by mixing at least an inorganic binder with powder of a material having an electrical conductivity of 100 S / m or more. Applied heating device. 請求項１または２に記載した加熱装置において、
前記マイクロ波発熱体は、前記加熱筒体の外周面に接合させ、又は、少ない隙間を設けて配設したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating apparatus according to claim 1 or 2,
A heating apparatus using microwaves, wherein the microwave heating element is bonded to the outer peripheral surface of the heating cylinder or provided with a small gap. 請求項１または２に記載した加熱装置において
前記加熱筒体の端部に、当該加熱筒体を冷却する冷却手段を配設したことを特徴とするマイクロ波を応用した加熱装置。 The heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein a cooling means for cooling the heating cylinder is disposed at an end of the heating cylinder. 請求項１または２に記載した加熱装置において
金属からなるフィルター、或いは、黒鉛やＣ／Ｃコンポジットで形成したフィルターを備えたことを特徴とるマイクロ波を応用した加熱装置。








The heating apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a filter made of metal or a filter formed of graphite or C / C composite.

Images