JP4551143B2

JP4551143B2 - マイクロ波発熱体およびその製造方法

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Publication number: JP4551143B2
Application number: JP2004203071A
Authority: JP
Inventors: 初雄平; 克巳内之倉; 義則高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JP2006024502A

Description

本発明は、マイクロ波を吸収して発熱する、マイクロ波発熱体に関する。マイクロ波発熱体は、例えば、ガラスの加熱、自溶性合金溶射被膜のフュージング処理、セラミック・サーメット・金属粉末の焼結などに用いられる。

これまでに、電子レンジにおける使用を目的として、様々なマイクロ波発熱体が開発されている。マイクロ波発熱体を用いれば、被加熱物の均一な加熱が可能であり、様々な用途への応用が期待されている。

マイクロ波発熱体を構成する材料についても、多様な材料が提案されている。例えば、特許文献１には、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２組成のリチア系セラミックからなるマイクロ波発熱体が提案されている。特許文献２には、耐熱性高分子材料中にフェライト材料を分散させたマイクロ波発熱体が提案されている。特許文献３には、金属化合物固体を含むマイクロ波発熱体が提案されている。金属化合物固体としては、含水ケイ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、含水ケイ酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸マグネシウム、二酸化ケイ素、スルフォアルミン酸カルシウムが例示されている。特許文献４には、層間に水分子を有する粘土鉱物からなるマイクロ波発熱体が提案されている。粘土鉱物としては、ハロイサイト、バーミキュライト、スメクタイト、合成ケイ酸ナトリウム・マグネシウムが例示されている。さらに、特許文献５には、アルミニウムの粉末および接着材料からなる層が基材表面に形成されたマイクロ波発熱体が提案されている。

しかしながら、これらの材料は、いずれも電子レンジへの適用を主眼として開発された材料であり、ターゲットとしている温度範囲が低い。例えば、アルミニウムを原料として用いている場合には、マイクロ波発熱体をアルミニウムの融点である６６０℃以上に昇温させることができない。
特開平４−１８２３５１号公報特開平１０−１２３７５号公報特開２０００−２７９３２１号公報特開２００１−１１０５６２号公報特開２００１−１４３８６０号公報

本発明の目的は、高温において使用可能なマイクロ波発熱体を提供することである。

（１）セラミック製の基材と、前記基材の少なくとも一表面に形成されてなる、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末又はホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）粉末を含む第１発熱層と、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３粉末又はフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）粉末を含む第２発熱層と、を有することを特徴とする、マイクロ波発熱体。
（２）前記第１発熱層に含まれる粉末が、炭化珪素（ＳｉＣ）であり、前記第２発熱層に含まれる粉末が、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする、（１）に記載のマイクロ波発熱体。
（３）前記セラミック製の基材が、断熱性セラミックであることを特徴とする、（１）又は（２）に記載のマイクロ波発熱体。
（４）前記セラミック粉末の平均粒径が１〜２００μｍであることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１項に記載のマイクロ波発熱体。
（５）前記発熱層は、さらにニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、およびジルコニウムからなる群より選択される耐熱性金属粉末を含むことを特徴とする、（１）〜（４）のいずれか１項に記載のマイクロ波発熱体。
（６）前記発熱層の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載のマイクロ波発熱体。
（７）炭化珪素（ＳｉＣ）粉末又はホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ _２）粉末と、ＳｉＯ_２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドからなる群より選択される１種以上とを混練して得られた塗液をセラミック製の基材に塗布して、前記基材上に第１発熱層を形成した後に、ＣａＯ・６Ａｌ _２Ｏ _３粉末又はフッ化カルシウム（ＣａＦ _２）粉末と、ＳｉＯ _２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドからなる群より選択される１種以上とを混練して得られた塗液を前記発熱層上に塗布して、第２発熱層を形成することを特徴とする、マイクロ波発熱体の製造方法。
（８）前記第１発熱層に含まれる粉末が、炭化珪素（ＳｉＣ）であり、前記第２発熱層に含まれる粉末が、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする、（７）に記載のマイクロ波発熱体の製造方法。
（９）前記セラミック製の基材が、断熱性セラミックであることを特徴とする（７）又は（８）に記載のマイクロ波発熱体の製造方法。

本発明のマイクロ波発熱体は、高温においても優れた発熱体として機能する。このため、本発明のマイクロ波発熱体を用いることによって、高温加熱が求められる様々な用途に、マイクロ波加熱を適用することが可能である。

本発明者らは、マイクロ波を用いた高温加熱を実現すべく、その実現手段について検討したところ、所定の組成のバルク状固化体、および所定の組成の粉末が、マイクロ波のサセプターとして有効であることを見出した。これらの知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明について、順に詳細に説明する。

本発明の第１の参考形態は、所定の組成のバルク状固化体からなるマイクロ波発熱体に関する。具体的には、本発明の第１の参考形態は、β型ＳｉＣ固化体、またはＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３固化体からなることを特徴とするマイクロ波発熱体である。

ＳｉＣには、α型およびβ型が存在するが、固化体として用いられる場合には、β型ＳｉＣがマイクロ波を吸収しやすく、マイクロ波発熱体として優れている。β型ＳｉＣは気相法を用いて製造することができる。β型ＳｉＣは、既に得られている知見を参照して自ら作製されてもよいし、市販されているβ型ＳｉＣが用いられてもよい。

ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３は、例えば、ＣａＯとアルミナとを１：６程度のモル比で混合し、ロータリーキルンなどを用いて１５００℃以上で焼成することによって製造可能である。ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３は、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３に対応する組成の粉体を電融することによって製造されてもよい。市販されているＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３が用いられてもよい。

固化体とは、β型ＳｉＣまたはＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３からなるバルク状の発熱体を意味する。製造の容易性などを考慮すると、固化体は焼結体であることが好ましい。ただし、焼結以外の固化方法が適用可能であれば、焼結以外の手法が用いられてもよい。例えば、β型ＳｉＣ粉末またはＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３粉末と、アルミナセメントとを混ぜて、固化させる手法が用いられてもよい。

固化方法については、特に限定されない。例えば、β型ＳｉＣまたはＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を焼結する際には、材料の種類や固化体の大きさなどの要因に応じて、焼結装置や焼結時間が決定されればよい。

固化体の形状や大きさについても、特に限定されない。使用用途に応じて、固化体の形状が決定されればよい。例えば、固化体が光学レンズ用ガラスの加熱に用いられる場合には、加熱されるガラスの形状に沿って、固化体に凹凸が形成されてもよい。サイズ固化体の大きさは、被加熱物の大きさに応じて決定されればよい。

固化体は、場合によっては、他の材料と組み合わされてもよい。例えば、β型ＳｉＣおよびＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３を組み合わせて用いてもよいし、断熱材などの他の材料との複合材料となっていてもよい。

本発明の第２の参考形態は、所定の組成の粉末からなる発熱層が、基材上に形成されてなるマイクロ波発熱体に関する。具体的には、本発明の第２は、セラミック製の基材と、前記基材の少なくとも一表面に形成されてなる、黒鉛、カーボンブラック、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）、ホウ化チタン（ＴｉＢ_２）、ホウ化モリブデン（ＭｏＢ）およびフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）からなる群より選択される１種以上のセラミック粉末を含む発熱層とを有することを特徴とする、マイクロ波発熱体である。

これらの粉末は、マイクロ波吸収能に優れ、しかも１０００℃といった高温でも使用可能といった高い耐熱性を有する。このため、これらの粉末からなる発熱層を基材表面に形成することによって、優れた発熱体が得られる。

セラミック製の基材は、使用用途に応じて決定される加熱温度において劣化などの問題が生じない材料であれば、特に限定されない。発熱体の取り扱い性を考慮すると、基材は、断熱材として作用し得る断熱性セラミックであることが好ましい。断熱性セラミックとしては、特に限定されないが、通常セラミックボードと称されている、アルミナやムライト質からなる断熱ボードが挙げられる。珪藻土や、アルミナ質や、シリカ質の断熱レンガが用いられてもよい。

発熱層に配置される粉末は、前述のように、黒鉛、カーボンブラック、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）、ホウ化チタン（ＴｉＢ_２）、ホウ化モリブデン（ＭｏＢ）、またはフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）である。この中から、２種以上の化合物が選択されてもよい。なお、炭化珪素（ＳｉＣ）は、粉末が用いられる場合には、α型であってもβ型であっても、いずれでもよい。

使用する粉末は、加熱温度や加熱時間などを考慮して決定されればよい。粉末によってマイクロ波の吸収能力や温度依存性が異なる。マイクロ波の吸収による発熱は、マイクロ波を吸収する発熱体の誘電損失に影響されることが知られているが、発熱体の種類および温度によって誘電損失の値が異なる。例えば、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３やＣａＦ_２は高温になるほど誘電損失が大きくなることが知られている。一方、ＺｒＢ_２は低温領域での誘電損失が大きいことが知られている。従って、低温領域における発熱量を増加させたい場合には、ＺｒＢ_２を用いることが好ましく、高温領域における発熱量を増加させたい場合には、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３やＣａＦ_２を用いることが好ましいといえる。

発熱層の形成に用いられる粉末は、特に限定されないが、好ましくは平均粒径が１〜２００μｍである。この範囲の粒径であると、マイクロ波の吸収による発熱量が大きくなり、効果的に被加熱物を加熱することが可能である。平均粒径は発熱層を作製するために用いられる粉末の粒径を算出することによって、導出可能である。粉末の平均粒径の算出は、特に限定されないが、例えば、コールターカウンター、レーザー回折などを利用した粒度分布測定装置が用いられる。粒径を制御するには、好ましい粒径分布を有するように粉砕し、必要に応じて分級を行えばよい。

発熱層は、マイクロ波を吸収する粉末以外の材料を含んでいてもよい。例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、およびジルコニウムからなる群より選択される耐熱性金属粉末を含む。このような金属粉末が配合されていると、照射されたマイクロ波は、粒子の表層で渦電流を発生させ、この渦電流による発熱現象が生じる効果が得られる。なお、耐熱性金属粉末は、酸化が生じるとマイクロ波吸収が減少する傾向があるため、酸化しにくい金属を選択することが好ましい。耐熱性金属粉末の配合量は、特に限定されないが、マイクロ波による加熱性能および耐熱性金属粉末による効果の双方を考慮すると、マイクロ波を吸収する粉末の質量に対して、好ましくは２５〜７５質量％である。

発熱層の厚さは、特に限定されないが、発熱層の厚さが薄すぎると被加熱物を加熱するために十分な熱量を供給できない虞がある。これを考慮すると、発熱層の厚さは、好ましくは２００μｍ以上である。発熱層の厚さの上限については、特に限定されないが、層の形成のしやすさや実効性を考慮すると、通常は５００μｍ以下とするとよい。なお、発熱層の厚さが部位によって異なる場合には、発熱層の厚さは平均厚さとして定義される。発熱層の厚さは、例えば、ノギスやマイクロメーターを用いて求めることができる。

前述のように、マイクロ波の吸収による発熱は、マイクロ波を吸収する発熱体の誘電損失に影響されることが知られているが、発熱体の種類および温度によって誘電損失の値が異なる。このため、加熱による温度変化量が大きい場合には、全温度領域に渡って誘電損失の値が大きい発熱体が見つからず、迅速な昇温が困難になる虞がある。この問題は、発熱層をマイクロ波の吸収特性の異なる２以上の層からなる多層構造にすることにより解決可能である。２層構造による迅速な昇温の実現について、図面を用いて簡単に説明する。

図１は、マイクロ波発熱体の温度と、ｔａｎＳ（Ｓ：マイクロ波発熱体の誘電損失）との関係を示すグラフである。化合物ＡのｔａｎＳは、図１においてＡで表される挙動を示し、化合物ＢのｔａｎＳは、図１においてＢで表される挙動を示すとする。このとき、発熱体の温度をｔ_１からｔ_２に昇温させて、被加熱物を加熱するとする。マイクロ波発熱体として化合物Ａを用いた場合、温度ｔ_１に近い低温域においてはマイクロ波の吸収による発熱が効率的であり、速やかに発熱体の温度は上昇する。しかしながら、発熱体の温度上昇と共に発熱効率は低下していき、発熱体の温度上昇は緩やかになる。一方、マイクロ波発熱体として化合物Ｂを用いた場合、温度ｔ_２に近い高温域においてはマイクロ波の吸収による発熱が効率的である。しかしながら、温度ｔ_１に近い低温域においては、発熱効率が低く、発熱体の温度上昇は緩やかである。いずれの場合にも、被加熱物の迅速な加熱が困難である。

この問題は、化合物Ａを含む発熱層と化合物Ｂを含む発熱層とを積層させることによって解決可能である。例えば、基材上に、化合物Ａを含む第１発熱層を配置し、第１発熱層上に化合物Ｂを含む第２発熱層を配置し、第２発熱層上に被加熱物を配置するとする。ここにマイクロ波を照射した場合、低温域での発熱効率の高い化合物Ａを含む第１発熱層において効率的に発熱が進行し、その熱によって発熱体の温度が迅速に上昇する。発熱体の温度上昇と共に化合物Ａの発熱効率は低下するが、化合物Ｂの発熱効率が上昇し、第２発熱層において効率的に発熱が進行する。そして、発熱体の温度が迅速に上昇し、被加熱物は効率的に加熱される。

図１は、２層構造を採用した場合について説明したが、必要に応じて、３層以上の多層構造を採用しても、勿論よい。

発熱層を２層以上の多層構造にする場合の化合物の選択は、被加熱物の加熱温度や発熱体の周辺雰囲気の温度に依存する。発熱体の加熱開始温度から被加熱物の加熱温度にまで昇温する時間が短くなるように、化合物を選択するとよい。また、各層における発熱量の制御は、各層の厚さや各層における化合物の配合量などによって制御されてもよい。

発熱層を２層以上の多層構造にする場合の化合物の配置は、特に限定されないが、被加熱物の効率的な加熱を考慮すると、図１のＢのように、高温領域での誘電損失が高い化合物を被加熱物側に配置し、図１のＡのように、低温領域での誘電損失が高い化合物を基材側に配置することが好ましい。

本発明のマイクロ波発熱体の用途としては、特に限定されないが、ガラスの加熱、自溶性合金溶射被膜のフュージング処理、セラミック・サーメット・金属粉末の焼結などが挙げられる。これらへの適用と、本発明がもたらす効果について、以下、簡単に説明する。

ガラスの加熱は、例えば、光学レンズとして用いられるガラスを所定形状に成形する際に行われる。所定形状のガラスは、成形可能な温度にまでガラスを加熱し、ガラスを成形することによって得られる。ガラスの加熱は、赤外線イメージ炉において実行可能であるが、ガラスの昇温に要する時間が比較的長い。マイクロ波を用いてガラスを加熱する場合も、５００℃以下ではガラスによるマイクロ波の吸収が少ないため、ガラスの昇温に要する時間が長くなってしまう。本発明のマイクロ波発熱体を用いれば、低温領域においてはガラスの周囲に存在する発熱体がマイクロ波を吸収してガラスを効果的に加熱し、ガラスの温度が上昇するとガラス自体がマイクロ波を吸収して、さらにガラスの温度が上昇する。このような機構によって、成形可能な温度にまで、ガラスを短時間で昇温させ得る。

自溶性合金溶射被膜のフュージング処理に関しては、現在は、自溶性合金を溶射した後、通常はガスバーナーで加熱される。しかしながら、作業員によるバーナー加熱を採用する場合、ゴミなどの異物が付着しやすい。また、面積の広い自溶性合金溶射被膜を加熱する場合には、均質な加熱が困難である。これらは、界面付近のボイドを増加させる要因となり得る。

マイクロ波を用いた加熱を作用する場合、例えば、図２に示す加熱装置を用いることによって、これらの問題を解決可能である。図２は、金属板１０の表面に形成された溶射膜２０を、マイクロ波発熱体３０を用いて加熱する態様の一例である。加熱する面積が広い場合には、図２に示すように、加熱装置を移動させて、溶射膜２０の加熱が行われてもよい。加熱装置は、内部にマイクロ波発熱体３０が配置されており、マイクロ波が照射可能になっている。マイクロ波発熱体３０は、本発明の第１のマイクロ波発熱体であってもよいし、本発明の第２のマイクロ波発熱体であってもよい。図には、マイクロ波発熱体３０が、セラミック製の基材３２と発熱層３４とからなる態様を示したが、このような態様に限定されるわけではない。マイクロ波発熱体３０は、溶射膜２０と接触するように配置されてもよいし、接触しないように配置されてもよい。接触しない場合には、周辺雰囲気の熱伝達を通じて、間接的に溶射膜２０が加熱される。

その他、加熱装置には、必要に応じて他の部材が配置されてもよい。例えば、加熱装置内部への異物の混入を防ぐために、加熱装置の外周にそって、異物混入防止フード４０が設置されてもよい。

マイクロ波を用いて溶射膜を加熱する場合、溶射膜の均一な加熱が可能であり、また、種々の異物の付着を防止可能である。このため、溶射膜の界面付近におけるボイドが減少する。

セラミック・サーメット・金属粉末の焼結は、現在、抵抗加熱炉などの加熱炉において行われている。しかし、ガラスの加熱と同様、昇温に要する時間が比較的長い。本発明のマイクロ波発熱体を用いれば、所望する温度にまで短時間で効率的に加熱することが可能であり、焼結作業の効率化に貢献し得る。

さらに、ガラスの加熱、自溶性合金溶射被膜のフュージング処理、およびセラミック・サーメット・金属粉末の焼結に共通する効果として、被加熱物が複雑な形状を有する場合であっても、均質に加熱可能である点が挙げられる。バーナーや加熱炉における加熱と異なり、マイクロ波発熱体を用いて加熱する場合には、マイクロ波発熱体の形状を被加熱物に応じて成形すれば、複雑な形状の被加熱物を均質に加熱することが可能である。この効果は、光学レンズ用ガラスなど、被加熱物が均一な加熱を必要とする精密部材である場合に、非常に有益である。

マイクロ波発熱体を発熱される際に用いられるマイクロ波については、特に限定されない。例えば、マグネトロンを発振管とする０．９１５ＧＨｚの周波数のマイクロ波、電子レンジなどで採用されている２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波、ジャイラトロンを発振管とする２８ＧＨｚのマイクロ波など、種々の周波数のマイクロ波が用いられうる。

なお、本発明のマイクロ波発熱体を用いて被加熱物を加熱する際には、複数の発熱体が併用されてもよい。例えば、ガラスを加熱する際に、ガラスが載置されるガラス形状の窪みが形成された本発明の第１のマイクロ波発熱体を中央に設置し、このマイクロ波発熱体を、基材が断熱材である本発明の第２のマイクロ波発熱体で取り囲む。このような態様により、より効率的な加熱が可能である。

本発明の第３の参考形態は、セラミック製の基材上に、発熱層が形成されたマイクロ波発熱体の製造方法に関する。具体的には、本発明の第３は、黒鉛、カーボンブラック、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）、ホウ化チタン（ＴｉＢ_２）、ホウ化モリブデン（ＭｏＢ）およびフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）からなる群より選択される１種以上のセラミック粉末と、ＳｉＯ_２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドからなる群より選択される１種以上とを混練して得られた塗液をセラミック製の基材に塗布して、前記基材上に発熱層を形成することを特徴とする、マイクロ波発熱体の製造方法である。以下、本発明の第３について、工程順に説明する。

まず、発熱層を形成するために用いられる塗液を準備する。塗液は、セラミック粉末と、ＳｉＯ_２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドからなる群より選択される１種以上とを混練することによって得られる。セラミック粉末の種類、粒径などについては、本発明の第２で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。いずれのセラミック粉末を用いるかについても前述の通りである。被加熱物の加熱温度、セラミック粉末のマイクロ波吸収特性、価格などの種々の要素を考慮して、好適なセラミック粉末を選択すればよい。

ＳｉＯ_２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドは、セラミック粉末のバインダーとして機能する。

水ガラスは、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどのアルカリ−ケイ酸系ガラスの濃厚水溶液である。通常は、ＳｉＯ_２：Ｎａ_２ＯまたはＫ_２Ｏの比が２：１〜４：１のアメ状のアルカリ性粘稠液である。

金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）_ｎで表される化合物である。Ｍは金属元素であり、ここでいう金属元素にはケイ素も含まれる。Ｍの具体例としては、アルミニウム（Ａｌ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、インジウム（Ｉｎ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ナトリウム（Ｎａ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などが挙げられる。Ｒはアルキル基である。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｓｅｃ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などが挙げられる。ｎは金属元素によって定まる整数である。例えば、Ｍがケイ素である場合には、ｎは通常４である。

金属アルコキシドの具体例としては、Ａｌ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、Ｂａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、Ｃａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、Ｆｅ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、Ｇａ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、Ｇｅ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｈｆ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４、Ｉｎ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、ＫＯＣ_２Ｈ_５、Ｌａ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、ＬｉＯＣＨ_３、Ｍｇ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、Ｍｏ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５、ＮａＯＣ_２Ｈ_５、Ｎｂ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５、Ｐｂ（ＯＣ_３Ｈ_７）_２、Ｓｂ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｓｎ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４、Ｓｒ（ＯＣ_３Ｈ_７）_２、Ｔａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５、Ｔｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４、ＶＯ（Ｃ_２Ｈ_５）_３、Ｗ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５、Ｙ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、Ｚｎ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、Ｚｒ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４、Ｚｒ（ＯＣ_４Ｈ_９）_４などが挙げられる。

金属アルコキシドは、大気中に存在する水分によって、加水分解反応（Ｍ（ＯＲ）_ｎ＋ｎＨ_２Ｏ→Ｍ（ＯＨ）_ｎ＋ｎＲＯＨ）を起こす。発熱層中に含めることを希望する化合物を、この反応を利用して生成させることも可能である。例えば、金属Ｍとしてケイ素を用いた場合には、金属アルコキシドを利用してＳｉＣを発熱層中に含有させることも可能である。

他にも、塗液には、必要に応じて、耐熱性金属粉末が配合されてもよい。耐熱性金属粉末については、本発明の第２において説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。

塗膜におけるセラミック粉末と、ＳｉＯ_２ゾル、水ガラスまたは金属アルコキシドとの配合比は、特に限定されない。セラミック粉末の種類、バインダーとして用いられるＳｉＯ_２ゾル、水ガラスまたは金属アルコキシドの種類、耐熱層の厚さなどの諸条件を考慮して決定されればよい。通常は、セラミック粉末とバインダーとして用いられる前記物質との質量比は、２０：８０〜８０：２０程度である。

塗液を準備したら、塗液をセラミック製の基材に塗布する。塗液の塗布手段は特に限定されない。例えば、刷毛を用いた塗布、バーコーティング、ダイコーティング、スプレーコーティングなどの各種塗布手段から、粘度などの条件を考慮して選択されればよい。

塗膜の厚さは、求める発熱特性に応じて決定されればよい。発熱特性を高めるためには、塗膜を厚くして、発熱量を増大させればよい。

塗膜を加熱することによって、発熱層が形成されるが、加熱手段についても特に限定されない。場合によっては、塗膜の加熱にマイクロ波を利用してもよい。マイクロ波を照射して塗膜を乾燥させ、高温状態の加熱層がそのまま被加熱物の加熱に用いられてもよい。マイクロ波照射による塗膜の乾燥と、発熱層の昇温とを一度に遂行した場合、作業の効率化が図れる。

本発明は、発熱層（「第１発熱層」と記載する）を形成した後に、さらに発熱層（「第２発熱層」と記載する）を積層させるものである。つまり、第１発熱層を形成した後に、第１発熱層を形成するために用いた塗液と異なる組成の塗液を第１発熱層上に塗布する。これにより、第１発熱層上に、第１発熱層とマイクロ波吸収特性の異なる第２発熱層を形成する。第２発熱層の形成は、第１発熱層の形成方法に準じて行われ得る。発熱層を多層構造にすることによって得られる効果については、本発明の第２の参考形態において説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。

以下、本発明の効果について、実施例を用いて説明する。以下の実施例においては、本発明の効果をガラスの加熱を用いて説明するが、本発明の技術的範囲が実施例に限定されることはない。

＜ガラス＞
直径が約１２ｍｍ、最大厚さが約６ｍｍである円盤形状のガラスを用いた。ガラスの組成は、ＳｉＯ_２：３０．８％、Ｂ_２Ｏ_３：１７．９％、Ａｌ_２Ｏ_３：１．４％、Ｎａ_２Ｏ：０．３％、ＢａＯ：４８．７％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０．４％、Ａｓ_２Ｏ_３：０．５％である。

＜参考例１＞
β型ＳｉＣ固化体としては、イビデン株式会社製イビセラム^ＴＭＳＣ−８５０を使用した。このマイクロ波発熱体にガラスを載置し、１ＫＷのマイクロ波（２４５０Ｈｚ）を照射した。熱電対を用いてガラスの温度を測定するとマイクロ波によってスパークが生じてしまうため、ガラスの加熱速度は、ガラスが赤くなる時点を目視で観察することによって評価した。マイクロ波の照射開始からの時間を測定したところ、６０秒でガラスを赤熱させることができた。結果を表１に示す。

確認のため、赤熱させたガラスを水中にて急冷し、水温の変化よりガラス温度を推定したところ、８２７℃という計算結果が得られた。

＜参考例２＞
参考例１で準備したマイクロ波発熱体の側面および上面を、断熱材（電気化学工業株式会社製デンカアルセンボード、ＢＤ−１７００ＬＮ）で囲み、参考例１と同様のマイクロ波を照射した。マイクロ波の照射開始からの時間を測定したところ、４０秒でガラスを赤熱させることができた。結果を表１に示す。

＜参考例３＞
平均粒度約２００μｍの研削剤用ＳｉＣ粉末（屋久島電工株式会社、ＧＣ１５０）と、ＳｉＯ_２ゾル（日産化学工業株式会社、スノーテックス^ＴＭ２０番）とを、質量比１：１で混練した。得られたスラリーを、断熱材上に、刷毛を用いて塗布した。膜厚は約５００μｍとした。

このＳｉＣ粉末を含む発熱層が形成されたマイクロ波発熱体で、参考例１で準備したマイクロ波発熱体の側面および上面を囲んだ。マイクロ波発熱体は、発熱層がガラス側になるように配置した。参考例１と同様のマイクロ波を照射し、マイクロ波の照射開始からの時間を測定したところ、３０秒でガラスを赤熱させることができた。結果を表１に示す。

＜参考例４＞
参考例３で作製した、ＳｉＣ粉末を含む発熱層が形成されたマイクロ波発熱体上にガラスを載置し、参考例１と同様のマイクロ波を照射した。マイクロ波の照射開始からの時間を測定したところ、３５秒でガラスを赤熱させることができた。結果を表１に示す。

＜実施例１＞
平均粒度約２００μｍの研削剤用ＳｉＣ粉末（屋久島電工株式会社、ＧＣ１５０）と、ＳｉＯ_２ゾル（日産化学工業株式会社、スノーテックス^ＴＭ２０番）とを、質量比１：１で混練した。得られたスラリーを、断熱材上に、刷毛を用いて塗布した。膜厚は約５００μｍとした。

さらに、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３粉末（米国アルコア社製）を約５μｍに粉砕後、これと、ＳｉＯ_２ゾル（日産化学工業株式会社、スノーテックス^ＴＭ２０番）とを、質量比３：７で混練した。得られたスラリーを、前述のＳｉＣ粉末を用いて形成された皮膜上に、刷毛を用いて塗布した。膜厚は総膜厚が約８００μｍとなるようにした。

このマイクロ波発熱体上にガラスを載置し、参考例１と同様のマイクロ波を照射した。マイクロ波の照射開始からの時間を測定したところ、３０秒でガラスを赤熱させることができた。結果を表１に示す。

＜参考例５＞
平均粒度約４５μｍのＺｒＢ_２粉末（旭硝子株式会社）と、水ガラス４号とを、質量比１：１で混練した。得られたスラリーを、断熱材上に、刷毛を用いて塗布した。膜厚は約６００μｍとした。

このマイクロ波発熱体上にガラスを載置し、参考例１と同様のマイクロ波を照射した。マイクロ波の照射開始からの時間を測定したところ、２５秒でガラスを赤熱させることができた。結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明のマイクロ波発熱体は、高温においても優れた発熱体として機能する。また、マイクロ波照射によって、発熱体の温度を短時間で高温に上昇させることが可能である。なお、参考例１〜５および実施例１で用いた発熱体の中では、ＺｒＢ_２からなる発熱層を形成した態様が、最も昇温速度が速かったが、例えば１２００℃といった高温にまで温度を上昇させる場合には、目的温度に応じて実施例１のような発熱体を組み合わせる態様が有効である。

本発明のマイクロ波発熱体は、例えば、ガラスの加熱、自溶性合金溶射被膜のフュージング処理、セラミック・サーメット・金属粉末の焼結などに用いられる。

マイクロ波発熱体の温度と、ｔａｎＳ（Ｓ：マイクロ波発熱体の誘電損失）との関係を示すグラフである。金属板の表面に形成された溶射膜を、マイクロ波発熱体を用いて加熱する態様の一例である。

符号の説明

１０…金属板、２０…溶射膜、３０…マイクロ波発熱体、３２…基材、３４…発熱層、４０…異物混入防止フード。

Claims

セラミック製の基材と、
前記基材の少なくとも一表面に形成されてなる、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末又はホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）粉末を含む第１発熱層と、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３粉末又はフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）粉末を含む第２発熱層と、を有することを特徴とする、マイクロ波発熱体。
前記第１発熱層に含まれる粉末が、炭化珪素（ＳｉＣ）であり、前記第２発熱層に含まれる粉末が、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波発熱体。
前記セラミック製の基材が、断熱性セラミックであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ波発熱体。
前記セラミック粉末の平均粒径が１〜２００μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波発熱体。
前記発熱層は、さらにニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、およびジルコニウムからなる群より選択される耐熱性金属粉末を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波発熱体。
前記発熱層の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波発熱体。
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末又はホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ _２）粉末と、ＳｉＯ_２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドからなる群より選択される１種以上とを混練して得られた塗液をセラミック製の基材に塗布して、前記基材上に第１発熱層を形成した後に、ＣａＯ・６Ａｌ _２Ｏ _３粉末又はフッ化カルシウム（ＣａＦ _２）粉末と、ＳｉＯ _２ゾル、水ガラスおよび金属アルコキシドからなる群より選択される１種以上とを混練して得られた塗液を前記発熱層上に塗布して、第２発熱層を形成することを特徴とする、マイクロ波発熱体の製造方法。
前記第１発熱層に含まれる粉末が、炭化珪素（ＳｉＣ）であり、前記第２発熱層に含まれる粉末が、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ波発熱体の製造方法。
前記セラミック製の基材が断熱性セラミックであることを特徴とする、請求項７又は８に記載のマイクロ波発熱体の製造方法。