(57)【要約】  【課題】  断熱性が高く、１２００℃程度で連続使用可能な耐熱性を有し、低発塵性で炉内の汚染を防止する高放射率で輻射効率に優れる発熱構造体及びその製造方法を提供すること。  【解決手段】  無機繊維を含む耐熱基材Ａ１、Ａ２と、耐熱基材Ａ１の表面４近傍に形成される溝部１と、溝部１に配設される発熱体Ｂとを備える発熱構造体１０において、耐熱基材の少なくとも溝部１の表面に、結晶化ガラス被覆層が形成されてなる。【選択図】        図１
2006086054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維を含む耐熱基材と、該耐熱基材の表面部近傍に形成される溝部と、該溝部に配設される発熱体とを備える発熱構造体であって、該耐熱基材の少なくとも溝部の表面に、結晶化ガラス被覆層が形成されることを特徴とする発熱構造体。
【請求項２】
前記耐熱基材は更に結晶化ガラスを含むものであって、該無機繊維同士が該結晶化ガラスで融着されてなることを特徴とする請求項１記載の発熱構造体。
【請求項３】
無機繊維及び結晶化ガラスを含む耐熱基材と、該耐熱基材の表面部近傍に形成される溝部と、該溝部に配置される発熱体とを備える発熱構造体であって、該無機繊維同士が該結晶化ガラスで融着されてなることを特徴とする発熱構造体。
【請求項４】
前記溝部が、熱を外部に放出する放熱開口部を備える開放溝であるか、又は耐熱基材中に形成された放熱開口部の無い埋設溝であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の発熱構造体。
【請求項５】
パネルヒータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の発熱構造体。
【請求項６】
無機繊維を含むスラリーから脱水成形により成形体を得、次いで、該成形体に溝部を形成する基材製造工程と、該成形体の少なくとも溝部の表面にガラス生成原料粉末を含有するコーティング材を塗布または含浸する工程と、該コーティング材が塗布または含浸された成形体を乾燥又は焼成する工程と、該乾燥又は焼成した成形体の溝部に発熱体を配置する工程とを備えることを特徴とする発熱構造体の製造方法。
【請求項７】
前記基材製造工程が、無機繊維を含むスラリーから脱水成形により溝部が形成された成形体を得る工程であることを特徴とする請求項６記載の発熱構造体の製造方法。
【請求項８】
前記スラリーには、さらにガラス生成原料粉末が添加されていることを特徴とする請求項６又は７記載の発熱構造体の製造方法。
【請求項９】
無機繊維及びガラス生成原料粉末を含むスラリーから脱水成形により成形体を得、次いで、該成形体に溝部を形成する基材製造工程と、該溝部が形成された成形体を焼成する工程と、該成形体の溝部に発熱体を配置する工程とを備えることを特徴とする発熱構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記基材製造工程が、無機繊維及びガラス生成原料粉末を含むスラリーから吸引脱水成形により溝部が形成された成形体を得る工程であることを特徴とする請求項９の発熱構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱性及び耐熱性に優れ、低発塵性、高放射率である例えば電子部品の焼成炉等において好適な発熱構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品等を焼成するためのパネルヒータ（発熱構造体）の製造方法としては、例えば耐熱性に優れたアルミノシリケート繊維等のセラミック繊維と無機バンイダーを含むスラリーを調製し、コイル状電熱線（以下、電熱コイルと言う）を組み込んだ成形型を当該スラリー中に浸漬し、吸引脱水により得る方法、あるいは予め吸引脱水により板状に成形した断熱材を得、次いで該断熱材を加工して支持部を形成し、該支持部に螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込む方法などが知られている。このような従来型のパネルヒータは通電又は非通電による電熱コイルの膨張収縮により、電熱コイルと接触する部分の断熱材が損傷し、粉塵を発生させたりする問題やヒータサイズの設計自由度を制限するなどの問題がある。
【０００３】
これを解決するものとして、特開２００１−２７３９７３号公報には、重ねて組み付けられる板状の断熱体のうち、一方の板状断熱体に、断熱形状が一方の板面から電熱コイルを嵌め込める溝部と、該溝部に連通すると共にコイルの嵌め込み深さを規制し、且つ電熱コイルの熱を他方の板面から外部に放出する放熱溝部からなる貫通溝穴が複数設けられており、前記板状断熱体の電熱コイル嵌め込み側に他方の板状断熱体が蓋体として重ね合わせている電熱ヒータ構造が開示されている。特開２００１−２７３９７３号公報記載の電熱ヒータ構造は、電熱コイルが溝部内に嵌め込まれており、板状の断熱体に密着一体化したものではないため、電熱コイルの動きが多少許容され、断熱材の損傷を抑制するため、クリーン度が高く、ヒータの熱輻射効率が高く、サイズの設計自由化が可能となる等優れたものである。
【特許文献１】特開２００１−２７３９７３号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、電子部品製造工場におけるあらゆる分野における効率化は凄まじいものがあり、特開２００１−２７３９７３号公報記載の電熱ヒータ構造を有するパネルヒータにおいても、発塵の問題は未だ十分ではなく、更に低発塵であり、且つ断熱性、耐熱性及び放射率を高めたものが強く要望されている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、断熱性が高く、１２００℃程度で連続使用可能な耐熱性を有し、低発塵性で炉内の汚染を防止する高放射率で輻射効率に優れる発熱構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、耐熱基材に改良の余地があり、発熱体が配設される耐熱基材の溝部の表面に結晶化ガラス被覆層を形成させたもの、あるいは耐熱基材を構成する無機繊維同士を結晶化ガラスで融着されたものが、従来のアルミノシリケート繊維を主体とする耐熱基材のものと比べて、高断熱性、高耐熱性、低発塵性及び高放射率となること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、無機繊維を含む耐熱基材と、該耐熱基材の表面部近傍に形成される溝部と、該溝部に配設される発熱体とを備える発熱構造体であって、該耐熱基材の少なくとも溝部の表面に、結晶化ガラス被覆層が形成されることを特徴とする発熱構造体を提供するものである。
【０００８】
また、本発明（２）は、前記耐熱基材は更に結晶化ガラスを含むものであって、該無機繊維同士が該結晶化ガラスで融着されてなることを特徴とする前記発熱構造体を提供するものである。また、本発明（３）は、無機繊維及び結晶化ガラスを含む耐熱基材と、該耐熱基材の表面部近傍に形成される溝部と、該溝部に配置される発熱体とを備える発熱構造体であって、該無機繊維同士が該結晶化ガラスで融着されてなることを特徴とする発熱構造体を提供するものである。また、本発明（４）は、前記溝部が、熱を外部に放出する放熱開口部を備える開放溝であるか、又は耐熱基材中に形成された放熱開口部の無い埋設溝であることを特徴とする前記発熱構造体を提供するものである。また、本発明（５）は、パネルヒータであることを特徴とする前記発熱構造体を提供するものである。
【０００９】
また、本発明（６）は、無機繊維を含むスラリーから脱水成形により成形体を得、次いで、該成形体に溝部を形成する基材製造工程と、該成形体の少なくとも溝部の表面にガラス生成原料粉末を含有するコーティング材を塗布または含浸する工程と、該コーティング材が塗布または含浸された成形体を乾燥又は焼成する工程と、該乾燥又は焼成した成形体の溝部に発熱体を配置する工程とを備えることを特徴とする発熱構造体の製造方法を提供するものである。また、本発明（７）は、前記基材製造工程が、無機繊維を含むスラリーから脱水成形により溝部が形成された成形体を得る工程であることを特徴とする前記発熱構造体の製造方法を提供するものである。また、本発明（８）は、前記スラリーには、さらにガラス生成原料粉末が添加されていることを特徴とする前記発熱構造体の製造方法を提供するものである。また、本発明（９）は、無機繊維及びガラス生成原料粉末を含むスラリーから脱水成形により成形体を得、次いで、該成形体に溝部を形成する基材製造工程と、該溝部が形成された成形体を焼成する工程と、該成形体の溝部に発熱体を配置する工程とを備えることを特徴とする発熱構造体の製造方法を提供するものである。また、本発明（１０）は、前記基材製造工程が、無機繊維及びガラス生成原料粉末を含むスラリーから脱水成形により溝部が形成された成形体を得る工程であることを特徴とする前記発熱構造体の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発熱構造体は、断熱性が高く、１２００℃程度で連続使用可能な耐熱性を有し、低発塵性で炉内の汚染を防止するため、電子部品製造用のパネルヒータとして好適である。また、放射率は従来のものに比べて、１０〜２０％高いため、消費電力を低減できるか、あるいは焼成時間を短縮でき、製造工程の合理化が可能となる。また、本発明の発熱構造体の製造方法は、簡易な工程でありながら、高品質の発熱構造体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の発熱構造体の形態としては、耐熱基材の表面部近傍に形成される溝部に発熱体を備える形態のものであれば特に制限されず、例えば発熱体を用いたパネルヒータが挙げられる。発熱体としては、特に制限されず、例えば鉄−クロム−アルミニウム系又はニッケル−クロム系金属発熱体等が挙げられる。また、金属発熱体の形態としては、コイル形状や波形状等が挙げられる。また、発熱体をシース（パイプ）に入れ、その間を絶縁物で充填したシーズヒータと呼ばれるもの等が使用できる。パネルヒータの構造の一例を図１及び図２を参照して説明する。図１は電熱コイル開放型パネルヒータの側面の概略断面図、図２は電熱コイル埋設型パネルヒータの側面の概略断面図である。
【００１２】
図１の電熱コイル開放型パネルヒータ１０は、例えば特開２００１−２７３９７３号公報記載の電熱ヒータ構造で示されるものあり、無機繊維を含む耐熱基材Ａ１、Ａ２と、耐熱基材Ａ１の表面部４近傍に形成される貫通溝穴１と、貫通溝穴１に配設される電熱コイルＢを備える。貫通溝穴１は、図１中、左右方向に適宜のピッチで多数併設され、紙面に対して垂直方向に延出しており、耐熱基材Ａ１の表面部４に熱を外部に放出する放熱溝部（開口部）１ｂを有する開放溝である。耐熱基材Ａ１、Ａ２は別部材として作製され、耐熱基材Ａ１の裏面から貫通溝穴１に電熱コイルＢが装着された後、耐熱基材Ａ２を組み付けて両者は一体化する。
【００１３】
図２において図１と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について説明する。すなわち、図２の電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、図１の電熱コイル開放型パネルヒータ１０と異なる点は耐熱基材Ａ３に形成される埋設溝１ｅの形状である。すなわち、埋設溝１ｅは耐熱基材中に形成される放熱開口部の無い溝である。表面部４ａの厚みｔは薄いほど、放熱効率が高くなる点で好ましい。電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａによれば、表面部４ａが面状発熱体となるため、電熱コイル開放型パネルヒータに比べて昇温特性は低下するものの、昇温後は輻射効率は高くなる。
【００１４】
溝部の形成位置である耐熱基材の表面部近傍とは、パネルヒータなどの発熱構造体としての機能を奏する位置であれば特に限定されず、従来の電熱コイル埋設型パネルヒータや電熱コイル開放型パネルヒータにおける電熱コイルの設置位置でよい。
【００１５】
本発明において、結晶化ガラス被覆層は、耐熱基材に結晶化ガラスを含まない場合、少なくとも溝部の表面であればよく、耐熱基材の表面全体であってもよい。溝部の表面とは、発熱体が配設される溝部の内壁面を言う。発熱体が配設される溝部の表面に結晶化ガラス被覆層が形成されることにより、発熱構造体は、従来のパネルヒータ等と比べて、一層高断熱性、高耐熱性、低発塵性となり、更に放射率が向上する。
【００１６】
本発明において、耐熱基材に結晶化ガラスを含む場合、この結晶化ガラス被覆層は上記の被覆位置にあっても、無くてもよい。耐熱基材に結晶化ガラスを含む場合、無機繊維同士が結晶化ガラスで融着されており、耐熱基材の表面に結晶化ガラス被覆層が無くとも、発熱構造体は高断熱性、高耐熱性、低発塵性となり、更に放射率が向上する。すなわち、本発明の発熱構造体における結晶化ガラスの配合の形態としては、耐熱基材無配合の場合、少なくとも溝部の表面に結晶化ガラス被覆層が形成される形態（第１の形態の発熱構造体）、耐熱基材に結晶化ガラス配合の場合、少なくとも溝部の表面に結晶化ガラス被覆層が形成される形態（第２の形態の発熱構造体）、耐熱基材に結晶化ガラス配合の場合、耐熱基材の表面に結晶化ガラス被覆層が形成されない形態（第３の形態の発熱構造体）の３態様であり、このうち、第２の形態の発熱構造体が、より確実に高断熱性、高耐熱性、低発塵性を奏し、更に放射率が向上する点で好ましい。
【００１７】
第１の形態の発熱構造体において、耐熱基材は、無機繊維を主材とするものである。無機繊維としては、例えば、アルミノシリケート繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維等が挙げられる。このうち、アルミノシリケート繊維は、１２００℃における耐熱性に優れ、低コストのため好ましい。無機粒子としては、例えば、ＣａＯ粉末、ＳｉＯ２粉末、ワラストナイト粉末、アルミナ粉末、ムライト粉末、ジルコニア粉末等が挙げられる。このうち、アルミナ粉末は、高耐熱性であり、また低コストであるため好ましい。無機バインダーとしては、例えば、コロイダルシリカ、アルミナゾル等が挙げられる。無機繊維、無機粒子及び無機バインダーは、それぞれ１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１８】
耐熱基材は、空隙率が通常５０％以上、好ましくは７０〜９８％、さらに好ましくは８０〜９５％である。ここで、空隙率とは耐熱基材中の空隙の全体積を耐熱基材の嵩体積で除した値をいう。耐熱基材の空隙率が上記範囲内にあると、熱容量が小さく、熱伝導率が低く、軽量で熱衝撃に強い発熱構造体が得られる。更に、耐熱基材と結晶化ガラス被覆層との間の熱膨張率を小さくすることにより、熱膨張の際に応力が生じても使用中に結晶化ガラス被覆層にクラックが発生したり、結晶化ガラス被覆層が耐熱基材から剥がれたりすることが起こり難くなる。
【００１９】
耐熱基材は、嵩密度が、通常１．５ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．１〜１．２ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは０．１５〜０．７ｇ／ｃｍ３である。嵩密度が１．５ｇ／ｃｍ３を超えると、熱伝導率及び熱容量が大きくなるため断熱材として用いる場合に好ましくない。
【００２０】
耐熱基材は、熱膨張係数が、通常１０×１０−６／℃以下、好ましくは８×１０−６／℃以下である。熱膨張係数が１０×１０−６／℃を超えると、熱衝撃に弱くなるため好ましくない。熱膨張係数は、ＪＩＳ−Ｒ１６１８「ファインセラミックスの熱機械分析による熱膨張の測定方法」又はこれに準じた測定方法で測定することができる。
【００２１】
第１の形態の発熱構造体における耐熱基材の少なくとも溝部の表面、好ましくは耐熱基材の表面全体には、結晶化ガラス被覆層が形成される。結晶化ガラス被覆層とは、実質的に結晶化ガラスからなり、且つ、耐熱基材の表面を被覆する層を意味する。なお、発熱構造体の断面構造は、表面側から内部へ、順に結晶化ガラス被覆層、結晶化ガラス含浸層、結晶化ガラスを含まない耐熱基材となる。結晶化ガラス含浸層は、結晶化ガラス被覆層の接着のために耐熱基材の内部に食い込んだ結晶化ガラス部分を言う。
【００２２】
本発明において結晶化ガラスとは、ガラスを再結晶化させて得られる材料をいう。結晶化ガラスは、例えば、非晶質であるガラスに熱処理や紫外線照射処理等を行うことによりガラス内部から結晶を析出させたり、非晶質であるガラスとセラミック粉末とを反応させて結晶を析出させたり、金属酸化物等の原料を結晶化ガラスを生成し得る組成比で混合して熱処理したりする方法により得られる。結晶化ガラスは、通常の非晶質ガラスに比べて、強固な結合を有し、熱膨張率が低く、熱衝撃に強い性質を有する。また、結晶化ガラスは、ホウ素化合物又は鉛化合物を含まないものであると、耐熱構造体を１２００℃程度の高温で用いても揮発する成分がなく、被焼成物が発塵で汚染されないため好ましい。
【００２３】
本発明に用いられる結晶化ガラスの具体的な組成としては、例えば、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系結晶化ガラス、Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、ＺｎＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系結晶化ガラス、ＭｇＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラスが挙げられる。
【００２４】
このうち、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶化ガラスであるコーディライト結晶化ガラス（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２）及びＺｎＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラスであるウィレマイト結晶化ガラス（２ＺｎＯ−ＳｉＯ２）は、結晶化ガラス被覆層が強度及び耐熱性に優れるため好ましい。
【００２５】
結晶化ガラスの生成は、Ｘ線回析により各種結晶化ガラスの組成に特有の回析ピークが得られるため、結晶化ガラス被覆層の表面をＸ線回析すれば容易に判断することができる。
【００２６】
結晶化ガラス被覆層は、熱膨張係数を、前記耐熱基材の熱膨張係数に対して、通常−２５〜＋２５％、好ましくは−１０〜＋１０％、さらに好ましくは−５〜＋５％の範囲内になるように選ぶと、結晶化ガラス被覆層にクラックが入ったり
結晶化ガラス被覆層が剥離したりして発塵することが起こり難いため好ましい。
【００２７】
結晶化ガラス被覆層は、厚さが、通常３０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは５０〜６００μｍ、さらに好ましくは１００〜４００μｍである。厚さが３０μｍ未満であると、強度が弱く低発塵の効果が得られ難いため好ましくなく、１ｍｍを超えると乾燥時、熱処理時のクラックが発生し易くなるため好ましくない。ここで、結晶化ガラス被覆層の厚さとは、耐熱基材の表面上に存在する結晶化ガラス層の厚さの平均値を意味する。
【００２８】
第１の形態の発熱構造体は、このように結晶化ガラス被覆層が形成されることにより、加熱の際に耐熱基材と結晶化ガラス被覆層との熱膨張又は熱収縮の状態が異なる場合でも、クラックの発生や結晶化ガラス被覆層の剥離が生じ難くなるため、耐熱基材から発生する発塵を抑えることができ、１２００℃程度の高温においても連続使用することができる。
【００２９】
第２の形態及び第３の形態の発熱構造体における耐熱基材は、第１の発熱構造体における耐熱基材に更に結晶化ガラスが配合され、無機繊維同士が結晶化ガラスで融着されている以外は、第１の発熱構造体における耐熱基材と同様である。
【００３０】
第２の形態及び第３の形態の発熱構造体の耐熱基材において、例えば無機繊維の含有量が通常２０〜９０重量％、好ましくは３０〜７０重量％である。また、結晶化ガラスの含有量が通常１０〜８０重量％、好ましくは３０〜７０重量％である。無機繊維及び結晶化ガラスの含有量が上記範囲内にあると、低密度で、耐熱性に優れ、強度が高くなるため好ましい。
【００３１】
第２の形態及び第３の形態の発熱構造体の耐熱基材において、空隙率、嵩密度及び熱膨張率は第１の形態の発熱構造体の耐熱基材と同様である。また、第３の形態の発熱構造体は、耐熱基材の表面に結晶化ガラス被覆層の形成はないものの、耐熱基材に結晶化ガラスが配合されており、加熱の際、クラックの発生が生じ難くなり、耐熱基材からの発塵を抑えることができ、１２００℃程度の高温においても連続使用することができる。
【００３２】
第１の形態の発熱構造体を製造する方法としては、無機繊維を含むスラリーから脱水成形により成形体を得、次いで、該成形体に溝部を形成する基材製造工程と、該成形体の少なくとも溝部の表面にガラス生成原料粉末を含有するコーティング材を塗布または含浸する工程と、該コーティング材が塗布または含浸された成形体を乾燥又は焼成する工程と、該乾燥又は焼成した成形体の溝部に発熱体を配置する工程を備える方法が挙げられる。
【００３３】
無機繊維を含むスラリーは、通常無機繊維以外に、更に無機粒子、凝集剤及び凝集補助材等を適宜配合してもよい。スラリー中における各原料の配合量は、適宜決定されるが、スラリー濃度、すなわち、スラリー中の成形体原料全体の含有量は、通常０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜５重量％である。スラリー濃度が該範囲内にあると、成形性が良いため好ましい。
【００３４】
スラリーを調製したら、次に、該スラリーを脱水成形して成形体を得る工程を行う。脱水成形方法としては公知の方法を用いることがきでき、該方法としては、例えば吸引脱水成形方法が挙げられる。脱水成形を行うことにより、成形体が得られる。この成形体は乾燥工程に送られる。乾燥されて得られた耐熱基材は、切断や切削などの機械加工により溝部が形成される。基材製造工程は、無機繊維を含むスラリーから吸引脱水成形により溝部が形成された成形体を得る工程とすることもできる。この場合、溝部が形成された成形体は、乾燥工程に送られ、乾燥工程後の機械加工を省略することができる。
【００３５】
次に、得られた成形体の少なくとも溝部の表面にガラス生成原料粉末を含有するコーティング材を塗布または含浸する。ガラス生成原料粉末としては、結晶化ガラス粉末、結晶性ガラス粉末又は結晶化ガラスを生成する金属酸化物組成比のものが挙げられる。結晶化ガラス粉末とは、上記結晶化ガラスの粉末である。このうち、ガラス生成原料粉末が合成コーディライトであると、１２００℃程度の高温で使用しても結晶化ガラス被覆層から揮発する成分がなく、強度及び耐熱性に優れるため好ましい。ここで、合成コーディライトとは、平均粒径０．５〜４０μｍのコーディライト結晶化ガラスの粉末である。結晶化ガラス粉末は、平均粒径が、通常１〜４５μｍ、好ましくは３〜１５μｍである。平均粒径が、該範囲内にあるとバインダーとの反応性が良いためため好ましい。結晶化ガラス粉末を使用する場合、通常コーティング材中にはバインダーを含ませる。
【００３６】
結晶性ガラス粉末は、結晶化ガラスを生成し得るものであり、且つ１２００℃以下の使用時において揮発成分が発生しないものであればどのようなものでもよく特に限定されるものでないが、例えば、上記結晶化ガラスの組成と同一又は略同一の組成を有するものが挙げられる。具体的には、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系結晶化ガラス、Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、ＺｎＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラス、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系結晶化ガラス、ＭｇＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラス等の組成と同一又は略同一の組成を有し、且つ結晶化していない状態にあるガラスが挙げられる。
【００３７】
このうち、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶化ガラスであるコーディライト結晶化ガラス（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２）の組成と同一又は略同一の組成を有するコーディライトフリット、及びＺｎＯ−ＳｉＯ２系結晶化ガラスであるウィレマイト結晶化ガラス（２ＺｎＯ−ＳｉＯ２）の組成と同一又は略同一の組成を有するウィレマイト（Ｗｉｌｌｅｍｉｔｅ）フリットを用いると、結晶化ガラス被覆層が強度及び耐熱性に優れるため好ましい。
【００３８】
結晶化ガラスを生成する金属酸化物組成比のガラス生成原料粉末とは、熱処理することにより結晶化ガラスを生成し得る複数の金属酸化物、セラミックス又は鉱物等からなる粉末混合物である。ガラス生成原料粉末としては、例えば、ムライト、タルク、粘土、アルミナ、マグネシア及び珪石を、元素の組成比がコーディライトと略同一となるように混合してなる配合コーディライト、酸化亜鉛及び珪石を、元素の組成比がウィレマイトと略同一となるように混合してなる配合ウィレマイト（Ｗｉｌｌｅｍｉｔｅ）等が挙げられる。このうち、配合コーディライトを用いると、結晶化ガラス被覆層が強度及び耐熱性に優れるため好ましい。
【００３９】
バインダーは、例えば、コロイダルシリカ、アルミナゾル等の無機バインダーが挙げられる。コーティング材は、必要に応じて更に粘土等の増粘材を配合することができる。増粘材の配合は、コーティング材に適度な粘性が付与されてコーティング材が塗布時に良好な伸び性を示し、これにより緻密で保水性に優れた結晶化ガラス被覆層を形成することができるため好ましい。
【００４０】
コーティング材の具体例としては、例えば、合成コーディライト５０〜９０重量％、コロイダルシリカ１０〜２０重量％、カオリン０〜１０重量％及びメチルセルロース０．１〜０．５重量％からなる固形原料を、０．０１〜５Ｐａ・ｓ、好ましくは０．０５〜３Ｐａ・ｓの粘度になるように適当量の水と混合したもの、コーディライトフリット６０〜１００重量％、カオリン０〜３５重量％、ベントナイト０〜５重量％及びメチルセルロース０．１〜０．５重量％からなる固形原料を、上記粘度範囲内になるように適当量の水と混合したもの、又はムライト粒子８５〜９５重量％、酸化マグネシウム４〜８重量％、コロイダルシリカ１〜７重量％、メチルセルロース０．１〜１．０重量％からなる固形原料を、上記粘度範囲内になるように適当量の水と混合したものが挙げられる。
【００４１】
コーティング材を塗布する方法としては、スプレー等を用いて吹き付ける方法、刷毛やブレードで塗りつける方法が挙げられる。また、コーティング材を含浸する方法としては、公知の方法を用いることができる。
【００４２】
コーティング材の塗布量又は含浸量は、固形原料への換算量が、通常０．０１〜２ｇ／ｃｍ２である。塗布量又は含浸量が該範囲内にあると、発熱構造体が低発塵性のものとなり、また結晶化ガラス被覆層に割れが発生し難いため好ましい。
【００４３】
次に、結晶化ガラス粉末及びバインダーを含むコーティング材が塗布又は含浸された成形体を乾燥する。乾燥装置としては、例えば、電気炉、ガス炉及びランプヒーター等を用いることができる。乾燥温度は、通常４０〜１８０℃、好ましくは６０〜１１０℃であり、乾燥時間は、成形体の大きさにもよるが、通常３〜２４時間、好ましくは６〜１２時間である。乾燥が終了すると、発熱構造体が得られる。
【００４４】
また、結晶性ガラス粉末又は結晶化ガラスを生成する金属酸化物組成比の粉末を含むコーティング材が塗布又は含浸された耐熱基材は焼成する。焼成装置としては、例えば電気炉、ガス炉及びランプヒーター等を用いることができる。焼成温度は焼成する結晶化ガラスの組成により異なるが、通常８００〜１５００℃、好ましくは１０００〜１４８０℃である。なお、コーティング材が塗布又は含浸された耐熱基材は、焼成前に予め乾燥させておくと、焼成時において、結晶化ガラス被覆層にクラックが入ったり、結晶化ガラス被覆層が剥離したりすることが起こり難くなるため好ましい。乾燥方法としては、例えば、初めに室温で１０分〜１時間乾燥させた後、さらに６０〜１２０℃で１〜２４時間乾燥させる方法が挙げられる。
【００４５】
次に、乾燥した成形体の溝部に発熱体を配置する。乾燥した成形体の溝部に発熱体を配置する方法としては、特に制限されず、例えば、図１及び図２においては、耐熱基材Ａ２と組み付け前の耐熱基材Ａ１又は耐熱基材Ａ３の裏面から発熱体Ｂを溝部１又は１ｅに装着する方法が挙げられる。
【００４６】
また、第２の形態の発熱構造体は、上記第１の形態の発熱構造体の製造方法の基材製造工程におけるスラリーに、さらにガラス生成原料粉末が添加されたものを用いることで得ることができる。ガラス生成原料粉末は前述のものと同様のものが使用できる。また、スラリー中における無機繊維の配合量は、スラリー中にある成形体原料の合計量を１００重量％として、３０〜７０重量％、ガラス生成原料粉末の配合量は、スラリー中にある成形体原料の合計量を１００重量％として、１０〜８０重量％である。無機繊維及びガラス生成原料粉末が上記範囲内にあると、低密度で且つ高強度である点で好ましい。スラリー調製方法及び乾燥等は第１の形態の発熱構造体の製造方法のものと同様である。
【００４７】
また、第３の形態の発熱構造体の製造方法は、無機繊維及びガラス生成原料粉末を含むスラリーから脱水成形により成形体を得、次いで、該成形体に溝部を形成する基材製造工程と、該溝部が形成された成形体を焼成する工程と、該成形体の溝部に発熱体を配置する工程とを備える方法が挙げられる。この基材製造工程は、無機繊維及びガラス生成原料粉末を含むスラリーから脱水成形により溝部が形成された成形体を得る工程とすることもできる。基材製造工程で得られた成形体は、成形体の溝部に発熱体を配置する前に焼成される。焼成方法及び焼成条件は前述と同様のものである。第３の形態の発熱構造体の製造方法は、第２の形態の発熱構造体の製造方法において、成形体の表面に結晶化ガラス粉末を含有するコーディング材を塗布又は含浸する工程を省略し、基材製造工程で得られた成形体を焼成したものである。
【００４８】
次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００４９】
以下の手順により図３〜図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータを作製した。なお、該電熱コイル開放型パネルヒータの構成部材及び作製方法は特開２００１−２７３９７３号公報段落番号００１３〜００１５に開示されたものである。
【００５０】
（耐熱基材ａの作製）
ムライト繊維（電気化学工業株式会社製、製品名Ｂ８０、アルミナ含有量８０％、シリカ含有量２０％、平均繊維径３μｍ）４０重量部、結晶性ガラス粉末として平均粒径４μｍのコージェライト質結晶性ガラス粉末（東罐マテリアルテクノロジー株式会社製、製品名１４−３６３５Ｐ）６０重量部、凝集剤としてポリアクリルアミド１重量部、及び凝集補助剤としてコロイダルシリカ１重量部、アルミナゾル０．５重量部を混合調整したスラリーを吸引脱水することにより成形体が得られ、１０５℃で２４時間乾燥させることにより耐熱基材ａを得た。
【００５１】
耐熱基材ａは、切断や切削等の機械加工により、蓋材である耐熱基材Ａ１とバック材である耐熱基材Ａ２を作製した。耐熱基材ａの密度は約０．３０ｇ／ｃｍ３であり、切断や切削等の機械加工を容易に行うことが出来た。
【００５２】
（コーティング液Ａの作製）
水３０重量部、結晶性ガラス粉末として平均粒径７μｍのコージェライト質結晶性ガラス粉末（東罐マテリアルテクノロジー株式会社製、製品名１４−３６３５）６０重量部、平均粒径１０μｍのカオリン粉末１０重量部、メチルセルロース０．２重量部及び平均粒径１０μｍのベントナイト粉末０．２重量部を混合し、ボールミルで撹拌して粘度２Ｐａ・ｓの被覆層用のコーティング液Ａを得た。
【００５３】
（コーティング液Ｂの作製）
水１５０重量部、結晶性ガラス粉末として平均粒径７μｍのコージェライト質結晶性ガラス粉末（東罐マテリアルテクノロジー株式会社製、製品名１４−３６３５）６０重量部、平均粒径１０μｍのカオリン粉末１０重量部、メチルセルロース０．２重量部及び平均粒径１０μｍのベントナイト粉末０．２重量部を混合し、ボールミルで撹拌して粘度０．５Ｐａ・ｓの含浸層用のコーティング液Ｂを得た。
【００５４】
（蓋材へのコーティング）
加工した蓋材である耐熱基材Ａ１に対し、コーティング液Ａを全固形分に換算して０．０６ｇ／ｃｍ２の面密度になるようにスプレーで塗布し、室温で３０分乾燥させた後、１０５℃の乾燥器で１時間以上乾燥させた。乾燥体を１２００℃で焼成することにより、熱膨張係数４．０×１０−６／℃の結晶化ガラス被覆層が形成された発熱構造体を構成する蓋材を得た。
【００５５】
（バック材へのコーティング）
加工したバック材である耐熱基材Ａ２に対し、コーティング液Ｂを全固形分に換算して０．１０ｇ／ｃｍ２の面密度になるようにスプレーで塗布し、室温で３０分乾燥させた後、１０５℃の乾燥器で１時間以上乾燥させた。乾燥体を１２００℃で焼成することにより、熱膨張係数４．０×１０−６／℃の被覆層が形成された発熱構造体を構成するバック材を得た。
【００５６】
（電熱コイルの組み込み及び断熱材の貼り合わせ）
蓋材である耐熱基材Ａ１の溝１の加工した部分に電熱コイルＢを嵌め込み、その後、蓋材とバック材を接着剤を用いて接着してパネルヒータＡを得た。
【００５７】
比較例１
耐熱基材ａに代えて下記の耐熱基材ｂを用いたこと、コーティング処理を省略したこと及び焼成を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で行い、パネルヒータＢ得た。
【００５８】
（耐熱基材ｂの作製）
ムライト繊維（電気化学工業株式会社製、製品名Ｂ８０、アルミナ含有量８０％、シリカ含有量２０％、平均繊維径３μｍ）５０重量部、アルミナ粒子（昭和電工株式会社製、製品名Ａ−４２−２、平均粒子径５μｍ）５０重量部、コロイダルシリカ（日本化学工業株式会社製、製品名シリカドール３０）８重量部、及び有機バインダーとしてポリアクリルアミド１重量部を混合調整したスラリーから吸引脱水成形法にて成形体を形成し、１０５℃で２４時間以上乾燥させることにより耐熱基材ｂを得た。耐熱基材ｂの密度は約０．４０ｇ／ｃｍ３であり、切断や切削等の機械加工を容易に行うことが出来た。
【００５９】
比較例２
耐熱基材ａに代えて下記の耐熱基材ｃを用いたこと、コーティング処理を省略したこと及び焼成を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で行い、パネルヒータＣ得た。
【００６０】
（耐熱基材ｃの作製）
アルミノシリケート繊維（ニチアス株式会社製、製品名ファインフレックス、アルミナ含有量５０％、シリカ含有量５０％、平均繊維径３μｍ）９０重量部、コロイダルシリカ（日本化学工業株式会社製、製品名シリカドール３０）１０重量部、及び有機バインダーとしてポリアクリルアミド１重量部を混合調整したスラリーから吸引脱水成形法にて成形体を形成し、１０５℃で２４時間以上乾燥させることにより耐熱基材ｃを得た。耐熱基材ｃの密度は約０．２０ｇ／ｃｍ３であり、切断や切削等の機械加工を容易に行うことが出来た。
【００６１】
上記各実施例及び比較例で得られたパネルヒータについて、耐熱性、発塵性、平滑性、光沢性、放射率及び乾燥効果を評価した。耐熱性、発塵性、平滑性、光沢性及び放射率の結果を表１に示し、乾燥効果の結果を図６に示す。
【００６２】
（耐熱性の評価）
炉内にパネルヒータを設置した状態で室温から１２００℃に加熱した後、室温まで冷却した。冷却後、パネルヒータの辺方向の寸法変化率を測定した。寸法変化率が０．５％以内のものを「◎」、０．５〜３％のものを「△」、３％以上のものを「×」とした。
【００６３】
（発塵性の評価）
発塵性の評価は、下記のような方法で得られる発塵指数で評価した。
（１）サンプル（パネルヒータ）の上面からサンプルの表面に圧力３×１０４Ｎ／ｍ２で「ニチバン株式会社製セロテープ(登録商標)；ＣＴ−２４  幅２４ｍｍ」を貼り付けた。
（２）５秒の静置後、サンプルから粘着テープを剥がした。
（３）剥がした粘着テープを黒色紙上に貼り付け、明度指数を測定した。
（４）次式により求められる数値を発塵指数とした。明度指数の測定は同一サンプルについて５回行い、その平均値を採用した。
発塵指数＝サンプルから剥がした粘着テープの明度指数−ブランクから剥がした粘着テープの明度指数
ここで、明度指数とは、例えば色彩色差計（形式「ＣＲ−３００」、測定ヘッド９１ｍｍ幅×２０１ｍｍ高さ×６０ｍｍ奥行×６７０ｇ重量×測定径８ｍｍ、ミノルタ株式会社製）等を用いて測定されるＬ＊ａ＊ｂ＊表色系のＬ値である。
塵芥が付着していない粘着テープは光源からの光が粘着テープをほとんど透過し黒色紙からは光がほとんど反射しないからＬ値が低いのに対し、塵芥が付着した粘着テープは光源からの光が塵芥で反射されるからＬ値が高くなる。発塵指数は、このような性質を利用したものであり、塵芥の付着量が多いほど発塵指数も大きい数値を示す。また、ブランクの明度指数とは粘着テープに何も付着させない状態で黒色紙上に貼り付けたときの明度指数を示す。明度指数が１０未満のものを「◎」、明度が１０以上〜２０未満のものを「○」、２０以上のものを「△」とした。
【００６４】
（平滑性及び緻密性の評価）
着色した水を試料のパネルヒータの表面に滴下し、表面への水の染み込み状況を目視する方法で行った。水が滴下して３分経っても染み込まないものを「◎」、水が滴下した直後は染み込まないが３分以内に染み込むものを「○」、水が滴下した直後に染み込むものを「×」として評価した。
【００６５】
（光沢性の評価）
光沢性は目視により観察した。光沢があるものを「◎」、部分的に光沢があるもの「○」、光沢が無いもの「△」とした。
【００６６】
（放射率）
試料であるパネルヒータからの室温付近における赤外線の分光放射率を赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用い下記方法に準拠して測定した。分光放射率は５〜２０μｍにおける積分放射率（％）で示した。
・  分析装置；日本電子製フーリエ変換赤外分光光度計ＪＩＲ−５５００型/
赤外放射ユニットＩＲ−ＩＲＲ２００
・  標準黒体炉；４０、８０℃（２点温度標準検量法）
・  測定温度；４０℃    ・検出器；ＭＣＴ（測定波長範囲４．５〜２０μｍ）
・  分解能；１６ｃｍ−１    ・積算回数；５００回
【００６７】
（乾燥効果）
炉内寸法が縦、横、高さ各３００ｍｍの簡易炉を作製し、その床部分に試料であるパネルヒータを設置した。ヒータ表面温度を５００℃になるように調節し、試験体の重量減少率を所定の時間毎に測定した。試験体は縦横各１００ｍｍ、高さ１０ｍｍのスポジューメン系セラミック仮焼体を用いた。試験体を予め１００℃の乾燥機で十分に乾燥し、これを乾燥重量とした。次いで、これを蒸留水を入れた容器の中に漬け、それごと真空容器の中に入れて減圧した。最初激しい気泡が発生するが、暫くすると全く泡が試験体から発生しなくなるため、これを出発重量とすると共に炉の床部分に設置した。試験体の当初吸水率は１６％であった。結果を横軸に時間（分）、縦軸に重量減少率（％）で示した。
【００６８】
【表１】
2006086054.tif 000003
【００６９】
表１及び図６の結果から、実施例１のパネルヒータＡは、断熱性が高く、１２００℃程度で連続使用可能な耐熱性を有し、低発塵性、平滑性及び光沢性に優れたものであった。また、放射率は比較例に比べて、１０〜２０％高いため、消費電力を低減できるか、あるいは焼成時間を短縮できる。また、実施例１のパネルヒータＡは比較例１、２のパネルヒータＢ、Ｃに比べて乾燥が早く、乾燥効果試験においても放射率の高いことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】電熱コイル開放型パネルヒータの側面の概略断面図である。
【図２】電熱コイル埋設型パネルヒータの側面の概略断面図である。
【図３】実施例及び比較例で用いたパネルヒータの斜視図である。
【図４】図３のパネルヒータの組み付け状態を示す側面から見た図である。
【図５】図３のパネルヒータの一部を破断して示す平面図である。
【図６】乾燥効果試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１        開放溝穴
１ａ      電熱コイルの嵌め込み溝部
１ｂ      放熱溝部
１ｃ      電熱コイルのコイル部分を受け入れる凹部
１ｄ      電熱コイルのリード端子接続用連絡凹部
１ｅ      埋設溝
２        電熱コイルのリード端子接続用スリーブ
３        ボルト挿入孔
４、４ａ        表面部
１０、１０ａ    発熱構造体（パネルヒータ）
Ａ１      耐熱基材（蓋材）
Ａ２      耐熱基材（バック材）
Ｂ        電熱コイル
【図１】
2006086054.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006086054.tif 000006
【図４】
2006086054.tif 000007
【図５】
2006086054.tif 000008
【図６】
2006086054.tif 000009