(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射波内あるいはマイクロ波放射線源と部品の間のマイクロ波が照射される領域内に配置されたサセプタ（１４）によって材料および／または部品を熱処理するマイクロ波オーブンであり、サセプタは六角形、菱面体、あるいは立方体状の結晶構造の高純度炭化ケイ素からなり、該炭化ケイ素は単結晶であるとともに平坦な板状に形成されており、その板厚が３ｍｍ以下であることを特徴とするマイクロ波オーブン。
【請求項２】
前記材料および／または部品は歯科用セラミック部品等のセラミック部品である請求項１に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項３】
前記立方体状の結晶構造は２Ｈ、４Ｈ、６Ｈあるいは３Ｃ結晶構造である請求項１または２に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項４】
部品（１２）がマイクロ波放射線に対して広帯域にわたって結合し、また室温、および／または０℃、さらに歯科用セラミックの焼結のために使用される最大の温度において結合することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項５】
前記広帯域は、使用されるマイクロ波放射線源のマイクロ波基礎周波数の１０％超の帯域である請求項４に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項６】
前記歯科用セラミックの焼結のために使用される最大の温度は２０００℃である請求項４または５に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項７】
マイクロ波オーブン（１０）はモノモードあるいはマルチモード動作のために適したキャビティを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項８】
サセプタ（１４）が材料および／またはセラミック部品（１２）に対して不活性あるいは非反応性に形成され、高い温度における接合に際しても部品（１２）とサセプタ（１４）の間の化学反応が防止されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項９】
サセプタ（１４）が材料および／またはセラミック部品（１２）に対して不活性あるいは非反応性に形成されるのは前記サセプタ（１４）の表面上においてである請求項８に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１０】
サセプタ（１４）が２００Ｗ／ｍＫ超の熱伝導性を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１１】
前記サセプタ（１４）の熱伝導性が３５０Ｗ／ｍＫである請求項１０に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１２】
サセプタ（１４）がリング、円盤、あるいはその他の幾何学形状である幾何学的な構造を有し、熱処理される部品および／または材料と直接的に接触するかあるいは直近に設置されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１３】
サセプタ（１４）と材料あるいは部品との間の最大距離が５ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１４】
マイクロ波オーブン（１０）が閉鎖式の内部空間（３４）を有し、マイクロ波放射線源（３２）と波導結合され、その際マイクロ波放射線源が唯一の熱源であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１５】
マイクロ波オーブン（１０）が追加的な熱源を備え、それがサセプタ（１４）、および／または材料あるいは部品に熱エネルギーを照射することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１６】
前記熱源が赤外線スペクトルを放射する請求項１５に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１７】
サセプタ表面に光学式温度測定センサの照準を合わせ、サセプタ（１４）の表面に基づいて部品の温度を記録することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１８】
開放式のサセプタを使用する場合は部品（１２）の方を指向するサセプタに表面光学式温度測定センサの照準を合わせる請求項１７に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項１９】
材料あるいは部品がマイクロ波放射線に対して自己結合性であり、サセプタ（１４）は基礎負荷マイクロ波シンクとして形成されて所定の量でマイクロ波放射線を吸収し、ホットスポットを伴わずに均等な温度分布を提供するよう作用することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項２０】
マイクロ波オーブン（１０）の内部空間（３４）は気密な方式で閉鎖されるとともに加圧あるいは減圧を形成可能であることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれかに記載のマイクロ波オーブン。
【請求項２１】
前記マイクロ波オーブン（１０）の前記内部空間（３４）は洗浄ガスによって洗浄可能にされる請求項２０に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項２２】
前記マイクロ波オーブン（１０）の前記内部空間（３４）は開放式あるいは閉鎖式のトンネル窯として形成される請求項２０または２１に記載のマイクロ波オーブン。
【請求項２３】
請求項１ないし２２のいずれかに記載の特徴を備えたマイクロ波オーブン（１０）用のサセプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１前段に記載のマイクロ波オーブンに関する。
【背景技術】
【０００２】
材料および／または部品、特にセラミック製部品および／または歯科用セラミックの製造のためのマイクロ波オーブンは従来から知られており、例えば欧州特許出願公開第１０６０７１３号Ａ２明細書を参照することができる。さらに、マイクロ波のためのサセプタも長く知られており、例えば独国特許出願公開第２０２１９０１号明細書にはサセプタの使用ならびにマイクロ波による加熱が記述されている。
【０００３】
マイクロ波加熱装置に使用することができる多様な材料が独国特許出願公開第３７０３１６３号Ａ１明細書に記述されている。そこに記載されているサセプタはマイクロ波放射線を吸収するように機能する。
【０００４】
マイクロ波を使用した歯科用セラミックの熱処理においては、使用されるサセプタに関して広い範囲にわたって結合することが重要となる。この要求は２０００℃を超える耐熱性を備えた炭化ケイ素を使用すれば比較的良好に達成可能であり、従って特に歯科用セラミック等のセラミックの熱処理のために必要とされる広い温度領域が確実にカバーされる。
【０００５】
しかしながら、従来使用されていた炭化ケイ素の品質は製造プロセスに起因する例えばバナジウムやマンガン等の不純物をしばしば含むものであり、それによって例えば熱処理される対象物の変色が生じる可能性がある。
【０００６】
特に大型のセラミック構成要素、および／または多部品製歯科ブリッジあるいはより大きな歯科補綴部材において、均一に分散された加熱を実施し、熱誘導されるストレスならびにそれに伴って生じ得る被熱処理対象物内の微細亀裂の形成を防止することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０６０７１３号Ａ２明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第２０２１９０１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第３７０３１６３号Ａ１明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、完成した歯科補綴部材の品質低下を危惧することなくサイクル時間の点において改善することができる、請求項１前段に記載の材料または部品、特にセラミック部品を熱処理、中でも歯科用セラミック部品を熱処理するためのマイクロ波オーブンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題は本発明に従って請求項１によって解決される。好適な追加構成が従属請求項によって開示される。
【００１０】
意外なことに、ＳｉＣ単結晶の結合特性は従来一般的であった市販のＳｉＣ品質を備えたサセプタに比べて著しく改善されることが確認された。この著しく改善された結合特性が卓越した熱伝導性につながり、それがオーブン空間内に収容された熱処理される材料および／または構成部品の結合特性とは無関係にそれらの熱均等化のために作用する。
【００１１】
それに対して、本発明によって開示されるＳｉＣの品質はそれらがＳｉおよびＣの単一の結晶から形成されるため極めて純粋なものとなる。特に、それらは１０−１ｐｐｍ未満、好適には２０−２ｐｐｍ未満の不純物を含むものとなる。
【００１２】
市販の炭化ケイ素部材に比べて熱伝導性が大幅に改善され、それによって加熱勾配を著しく向上させることが可能になり、例えば複雑な形状の部品についても加熱速度が４００°Ｋ／分となる。明らかに、好適には単結晶として使用される高純度の炭化ケイ素が導入された熱を大幅に良好に分配し、従って不均一な熱配分は存在しなくなる。
【００１３】
特にそれ自体良好な熱伝導性および／またはマイクロ波放射線に対して自律結合性を備えていない部品に関して、前記のＳｉＣ単結晶がそれ自体卓越してマイクロ波放射線に結合するとともに発生した熱を極めて短時間に極めて均一に分配するためそのＳｉＣ単結晶のサセプタとしての使用が効果的である。この特徴のため従来のオーブンにおいて必要であった停止時間を短縮し、および／または迅速な温度均一化に基づいて高速に加熱することが可能になり、それによって処理時間を大幅に短縮することができる。これらの全てはＳｉＣ単結晶の使用によって熱ストレスおよび微細亀裂の危険を伴わずに達成することができ、従って従来の技術に比べてより短い時間で少なくとも同程度、またはより良好な品質で材料および／または部品の熱処理を実施することができる。
【００１４】
意外なことに、自己破壊ならびに変色の危険性も大幅に削減される。ＳｉＣ基礎材料が昇華プロセスによって基礎相からＳｉＣ核結晶上に析出されるケイ素と炭素の結晶からなるため、熱処理される材料および／または部品、特に歯科用セラミック部品に対して汚染の危険性が発生せず、従って変色は現実的な問題とならない。
【００１５】
意外なことに従来使用されていたＳｉＣ品質の場合に比べて著しく質量でサセプタを使用することが可能になり、それが著しく改善された熱出力とサセプタ質量の間の比率をもたらす。
【００１６】
意外なことに、六角形あるいは立方体の結晶構造を有する高純度の炭化ケイ素をサセプタに使用することによって（基本的にサセプタの外形とは殆ど無関係に）加熱される材料および／またはセラミック部品のより良好な結合が得られる。このサセプタは極めて広い温度領域にわたって極めて均一に結合し、吸収した熱をその卓越した熱伝導性のため即座に熱処理される材料および／または歯科用セラミック部品に伝導する。
【００１７】
例えば、サセプタがカップ形状の基礎構造を有することができ、従って歯科補綴部材は水平方向において全ての側がサセプタによって包囲されるとともに均一に熱が放射される。
【００１８】
さらに本発明によれば、例えば鍋形状のサセプタに一方からマイクロ波放射線を照射してもそれほど著しい温度勾配が生じないことが好適である。高い熱伝導性のためマイクロ波放射線源から離れたサセプタの部位でも迅速に加熱され、場合によって発生し得る熱ストレスとその結果生じる微細亀裂の問題も迅速な加熱によってむしろ削減される。
【００１９】
この意外な特徴はマイクロ波オーブンの設計者がより大きな設計自由度を有することにつながり：一方従来のサセプタにおいては可能な限り均一なサセプタのマイクロ波放射線照射を達成するためにマイクロ波オーブンの空間内におけるマイクロ波放射線の反射を常に正確に計算に入れる必要があったが、そのことがもはや不要となる。モノモードならびにマルチモード稼働のいずれにおいても、所要の温度均一化および強力な（オーブン）装置の適応を容易に提供することができる。
【００２０】
好適な構成形態によれば、結晶サセプタは平滑かつ視覚的に良好な表面を有する。このことは、例えば焼結された炭化ケイ素体の場合に生じる微細点接触に比べて、サセプタと歯科補綴部材との間の熱伝導抵抗を低下させる大面積の接合が可能になるという顕著な利点を有する。
【００２１】
本発明に係る結晶サセプタの形状は必要に応じて広範囲に適応させ得ることが理解される。例えば、極めて気密な球パッケージに個別に配置され結晶サセプタとして形成されるとともに熱処理される密に接合して対象物を包囲するサセプタ体を提供することもできる。
【００２２】
本発明によれば、放射波内あるいはマイクロ波放射線源と部品の間のマイクロ波が照射される領域内に配置されたサセプタによって材料および／または部品、特に歯科用セラミック部品等のセラミック部品を熱処理するために、サセプタが六角形、菱面体、あるいは立方体状の結晶構造、特に２Ｈ−、４Ｈ−、６Ｈ−あるいは３Ｃ−結晶構造の高純度炭化ケイ素からなることを特徴とする点が極めて好適である。
【００２３】
好適な実施形態によれば、炭化ケイ素が単結晶とされる。
【００２４】
好適な実施形態によれば、部品がマイクロ波放射線に対して広帯域、特に使用されるマイクロ波放射線源のマイクロ波基礎周波数の１０％超の帯域にわたって結合し、また特に室温、および／または０℃、さらに歯科用セラミックの焼結のために使用される最大の温度、特に２０００℃において結合する。
【００２５】
好適な実施形態によれば、マイクロ波オーブンはモノモードあるいはマルチモード動作のために適したキャビティを備える。
【００２６】
好適な実施形態によれば、サセプタが特にその表面上において材料および／またはセラミック部品に対して不活性あるいは非反応性に形成され、高い温度における接合に際しても部品とサセプタの間の化学反応が防止される。
【００２７】
好適な実施形態によれば、サセプタが２００Ｗ／ｍＫ超、特に約３５０Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有する。
【００２８】
好適な実施形態によれば、サセプタがリング、円盤、あるいはその他の幾何学形状である幾何学的な構造を有し、熱処理される部品および／または材料と直接的に接触するかあるいは直近に設置される。
【００２９】
好適な実施形態によれば、サセプタと材料あるいは部品との間の最大距離が５ｃｍ未満である。
【００３０】
好適な実施形態によれば、マイクロ波オーブンが閉鎖式の内部空間を有し、マイクロ波放射線源と波導結合され、その際マイクロ波放射線源が唯一の熱源である。
【００３１】
好適な実施形態によれば、マイクロ波オーブンが追加的な熱源を備え、特に前記熱源が赤外線スペクトルを放射し、それがサセプタ、および／または材料あるいは部品に熱エネルギーを照射する。
【００３２】
好適な実施形態によれば、サセプタ表面、開放式のサセプタを使用する場合は特に部品の方を指向するサセプタ表面に光学式温度測定センサの照準を合わせ、サセプタ表面に基づいて部品の温度を記録する。
【００３３】
好適な実施形態によれば、材料あるいは部品がマイクロ波放射線に対して自己結合性ではなく、完全にサセプタの熱放射によって加熱される。
【００３４】
好適な実施形態によれば、材料あるいは部品がマイクロ波放射線に対して自己結合性であり、サセプタは基礎負荷マイクロ波シンクとして形成されて一定の量でマイクロ波放射線を吸収し、ホットスポットを伴わずに均等な温度分布を提供するよう作用する。
【００３５】
好適な実施形態によれば、マイクロ波オーブンの内部空間は気密な方式で閉鎖されるとともに加圧あるいは減圧を形成可能であり、特に洗浄ガスによって洗浄可能にされ、また極めて好適には開放式あるいは閉鎖式のトンネル窯として形成される。
【００３６】
好適な実施形態によれば、サセプタが電磁放射線に対するセラミック部品の結合を防止ならびにそれから防護し、特に到達した電磁放射線の１０％未満を部品に対して透過させる。
【００３７】
好適な実施形態によれば、サセプタが平滑かつ外観的に良好な表面を有する。
【００３８】
本発明のその他の詳細、特徴ならびに種々の利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例に係るマイクロ波オーブンを示した概略図である。
【図２】図１の実施例において本発明に従って形成されたサセプタを示した概略図である。
【図３】図１の本発明に係るマイクロ波オーブンの加熱曲線の比較グラフを示した説明図である。
【図４】従来市販のＳｉＣ動作するマイクロ波オーブンと比較した本発明に係るマイクロ波オーブンの加熱曲線を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１には歯科用セラミック部品１２を熱処理するためのマイクロ波オーブン１０が示されている。図示されているように、歯科用セラミック部品は複雑かつ大型であるが、ここでは例示的に示されたものである。これに代えて任意の適宜な歯科用セラミック部品を熱処理することが可能であることが理解され、例えば複数の部品を同時に熱処理することもできる。
【００４１】
本発明に従って、部品１２を少なくとも部分的に包囲する特殊なサセプタ１４が設けられ、図示された実施例においては完全に包囲している。
【００４２】
本発明に係るサセプタ１４は、４Ｈ結晶構造を有する六角形結晶構造の高純度の炭化ケイ素から形成された例示的なサセプタである。
【００４３】
しかしながら、２Ｈあるいは６Ｈ結晶構造、または立方体３Ｃ結晶構造を提供することも問題無く可能であることが理解される。
【００４４】
好適には、底面および上面を含んだ個々の壁部が単結晶に係るものである。
【００４５】
サセプタ１４は図２にも立体的に示されているが、製造プロセス上の理由から板型の個々の壁部材から構成されている。サセプタの設計に際して壁部材の厚さは極めて小さく維持することができるが、この壁厚は必要に応じて任意に適応させ得ることが理解される。
【００４６】
図示された実施例においてサセプタ１４は長方形あるいは円筒形の形状を有し閉鎖式である。それは上壁部１６と下壁部１８と左壁部２０と右壁部２２と前壁部２４と不可視の後壁部を有している。
【００４７】
それに代えて、上壁部１６を除いた開放式の構造も可能である。
【００４８】
上壁部１６を除いた各壁部は任意の適宜な方式、例えば噛み合い溝によって相互に結合される。他方、上壁部１６は単純に上から載置され、必要であれば内部空間３４内に幾らか沈降可能な緩やかな喰付部を端部に有し、従って脱落することが無いように側壁部２０，２２、前壁部２４および後壁部上に接合する。
【００４９】
全ての壁部１６ないし２４は１枚の板から裁断され単結晶として製造される。製造のためには、多結晶ＳｉＣを昇華することが好適である。単結晶炭化ケイ素を製造するためにＰＶＴ法あるいは改良レリー法、またはその他の任意の方法を使用することができる。
【００５０】
また化学蒸着を使用してエピタキシャル方式で単結晶炭化ケイ素を製造することもできる。使用可能な方法は国際公開第０１／０４３８９号パンフレットに開示されている。
【００５１】
その他の任意の少なくとも部分的に閉鎖式のサセプタ１４の製造形態が使用可能であることが理解される。しかしながら、単結晶によって実現するためには平坦な板を使用することが有利である。
【００５２】
図示されているように、比較的小さな壁厚がサセプタ１４に使用される。壁厚はサセプタ１４のサイズに応じて３ｍｍよりも著しく小さく低減される。
【００５３】
１７０以上のＳｉＣによる変種が知られている六角形結晶構造を使用することが好適であるが、立体対角線の１／４だけ相互に離間した異なった原子による立方体的に正面に面した２個の格子によって結晶が形成された正方形結晶構造またはせん亜鉛鉱構造を使用することも可能である。このＳｉＣはβ−ＳｉＣとも呼ばれ、他のＳｉＣ変種は六角形あるいは菱面体単位セルのいずれかを有し総称としてα−ＳｉＣと呼ばれる。本明細書において全体的に引用している国際公開第０１／０４３８９号パンフレットに開示されているように、α−相は１８００℃超の温度における製造に際して初めて顕著に発生し、例えば２０００℃における昇華生成に際して発生する。
【００５４】
周知の方式によってマイクロ波オーブン１０に図示されていないマグネトロンを介してマイクロ波エネルギーが供給され、そのエネルギーは入力口３２を介してマイクロ波オーブン１０の内部空間３４に供給される。入力口３４はサセプタ１４に比べて充分に大きく、例えば容量比で２０：１となる。モード攪拌機を設けることができる場合も、それは本発明において必要不可欠ではなく、何故なら薄い壁厚にもかかわらずα−ＳｉＣにおいて、さらにβ−ＳｉＣにおいても、３５０Ｗ／ｍＫあるいは４００Ｗ／ｍＫの卓越した熱伝導性が得られ従って“ホットスポット”上に発生したマイクロ波エネルギーが迅速に分配されるためである。
【００５５】
他方、薄い壁厚のためＳｉＣは極めて低い熱容量を有し、それが迅速な加熱を促進する。
【００５６】
図３によれば、本発明に係るマイクロ波１０の加熱曲線が実線で示され、従来のマイクロ波オーブン１０の加熱曲線は破線で示されている。本発明によれば、３６０Ｋ／分の最大傾斜で加熱が達成され、他方従来のマイクロ波オーブン１０においては１８０Ｋ／分の最大傾斜までしか到達しない。
【００５７】
図４には、より小さな熱容量とそれに従って短いサイクル時間を有するオーブンの変更された加熱曲線が示されている。ここでも、実線で示された本発明に係るマイクロ波オーブンと破線で示された従来のマイクロ波オーブンの比較から本発明により加熱曲線が明確に改善されることが理解される。
【符号の説明】
【００５８】
１０  マイクロ波オーブン
１２  歯科用セラミック部品
１４  サセプタ
１６  上壁部
１８  下壁部
２０  左壁部
２２  右壁部
２４  前壁部
３２  入力口
３４  内部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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