(57)【要約】【課題】高周波やマイクロ波等の電磁波を受けた場合に高温に発熱し、特に電磁波による加熱調理用の調理器具等に適用が可能な発熱体を提供。【解決手段】発熱体を、無機系材料と炭化物とで構成することにより、マイクロ波、高周波等の電磁波により発熱するものとする。これにより、電磁波を受けて高効率で発熱し、また炭化物と無機系材料の焼結体にて構成されるため、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良い。また吸着性能をも付与され、更には、優れた遠赤外線放射性を有する。従って、例えば電子レンジ等のような電磁波加熱調理器や、ＩＨ調理器等の調理器具を作製するために好適に用いることができる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機系材料と炭化物とで構成され、マイクロ波、高周波等の電磁波により発熱する発熱体。
【請求項２】
無機系材料中に炭化物が分散していることを特徴とする請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
無機系材料の焼結体及び炭化物にて構成されるコア層と、炭化物を含まない無機系材料の焼結体で構成され前記コア層を被覆する被覆層とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱体。
【請求項４】
無機系材料が、一般廃棄物の溶融固化物と金属精錬時に生成されるスラグの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発熱体。
【請求項５】
無機系材料が、線膨脹率の低い無機系材料を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発熱体。
【請求項６】
無機系材料と炭化物にて構成される成形体の表層部分における炭化物を除去することにより、成形体の表層部分に被覆層を形成すると共に、被覆層の内奥にコア層を形成して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波により発熱する発熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子レンジ等のように電磁波（マイクロ波）による加熱調理においては、食材中に含まれる水分がマイクロ波の照射を受けて分子振動が増大し、これにより誘導加熱されるものである。
【０００３】
またＩＨ調理器等のような、高周波による加熱調理においては、高周波を受けて調理用の容器に渦電流が発生し、これにより容器が発熱して食材の加熱を行うものである。
【０００４】
しかし、このような電磁波による加熱において、特にマイクロ波による加熱調理においては、ある程度の水分を含む食材のみしか加熱調理を行うことができず、水分の少ない食材を加熱調理することは困難であった。またこのような水分の加熱による加熱調理では、冷えた食材を温め直したり、煮物料理を調理したりすることはできるが、魚を焼いたりするなどの焼き物の調理を行うことができず、このため電子レンジにてこのような焼き物の調理を行う場合には、オーブン機能を搭載しなければならなかった。
【０００５】
このため、従来から、電磁波を吸収することにより発熱する発熱体を用いて調理器具を作製することにより、電子レンジ等で電磁波の照射により加熱調理する場合に調理器具を発熱させて、この調理器具の発熱を食材の調理に利用することが提案されている。例えば特許文献１では、調理器具に酸化物磁性材料を含ませることにより、調理器具が電磁波の照射を受けた際に発熱させるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５３−９２９４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来技術は、電磁波を受けた際の発熱量が不充分であり、調理器具の発熱を食材の調理に利用することができても、焼き物が可能となるほどの発熱には至っておらず、電磁波の照射にて高温に発熱する発熱体が求められていた。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、高周波やマイクロ波等の電磁波を受けた場合に高温に発熱し、特に電磁波による加熱調理用の調理器具等に適用が可能な発熱体を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発熱体は、無機系材料と炭化物とで構成され、マイクロ波、高周波等の電磁波により発熱するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１において、無機系材料中に炭化物が分散していることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、無機系材料の焼結体及び炭化物にて構成されるコア層と、炭化物を含まない無機系材料の焼結体で構成され前記コア層を被覆する被覆層とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、無機系材料が、一般廃棄物の溶融固化物と金属精錬時に生成されるスラグの少なくとも一方を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、無機系材料が、線膨脹率の低い無機系材料を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、無機系材料と炭化物にて構成される成形体の表層部分における炭化物を除去することにより、成形体の表層部分に被覆層を形成すると共に、被覆層の内奥にコア層を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係る発熱体は、無機系材料と炭化物とで構成され、マイクロ波、高周波等の電磁波により発熱するものである。
【００１７】
無機系材料としては、適宜のセラミックスを用いることができ、例えばコーディエライト、ペタライト等を用いることができる。また、無機系材料としては、一種類のセラミックのみから構成されるものを用いることができるが、複数種のセラミックから構成されるものを用いることもできる。
【００１８】
またこの無機系材料としては、その一部又は全部として、スラグを用いることもできる。スラグとしては、一般家庭等から排出されるごみ等の一般廃棄物をごみ焼却場等で焼却処理した際に残渣として得られる一般廃棄物の溶融固化物（ごみスラグ）と、製銅、銅精錬、ニッケル精錬等のような金属精錬時に生成されるスラグ（高炉スラグ）とを用いることができ、これらのうちの少なくとも一方を用いることができる。
【００１９】
ここで、一般廃棄物の溶融固化物は、「生衛発第５０３号平成１０年３月２６日」において規定されているものであり、溶融固化とは、燃焼熱や電気から得られた熱エネルギー等により、焼却灰等の廃棄物を加熱し、超高温条件下で有機物を燃焼、ガス化させるとともに、無機系材料を溶融した後に冷却してガラス質の固化物（溶融固化物）とする技術をいう。
【００２０】
これらのスラグは、主としてケイ素と金属の酸化物からなり、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化燐、硫黄酸化物等を含有すると共に、非晶質（ガラス）状のものであり、一般廃棄物の溶融固化物の組成の一例を挙げると、ＳｉＯ２：４０．６３重量％、ＣａＯ：３２．６６重量％、Ａｌ２Ｏ３：１７．７１重量％、ＦｅＯ３：２．３４重量％、ＴｉＯ２：０．８３重量％、ＭｇＯ：１．８４重量％、Ｎａ２Ｏ：２．４４重量％、Ｋ２Ｏ：０．７３重量％、Ｐ２Ｏ５：０．４重量％、ＳＯ３：０．４３重量％である。
【００２１】
ここで、特にこのようなスラグの焼結体で発熱体を構成するようにすると、低温焼結したときの発熱体の強度を向上することができる。すなわち、このようにスラグの焼結体から発熱体を構成する場合には、上記のごみスラグや金属精錬時に生成されるスラグは比較的低温で焼結が可能であり、且つ低温の焼結で高強度の発熱体を得ることが可能となる。例えば焼成温度７５０℃で焼成した際における曲げ強度が１０ＭＰａ以上となる高強度の発熱体を得ることが可能となる。ここで、高強度の発熱体を得るためには、無機系材料中のスラグの含有量にもよるが、７５０〜１４００℃の範囲の加熱温度で焼結させることが好ましい。
【００２２】
ここで、無機系材料としてスラグの焼結体を用いる場合にも、他の無機系材料を併用することもできる。
【００２３】
また無機系材料には、その一部又は全部として、線膨脹率（熱膨張率）の低い無機系材料を用いることもできる。具体的には、線膨脹率が３×１０−６Ｋ−１以下の無機系材料を用いることが好ましいものである。このような線膨脹率が低い無機系材料としては特に制限されないが、コーディエライトやＬｉＯ２、或いはＬｉＯ２を含有するペタライト等のようなＬｉＯ２系無機粉末原料を挙げることができる。
【００２４】
このように線膨脹率の低い無機系材料を含有させると、発熱体の線膨脹率を低減させて、発熱時の破損の発生を抑制することが可能となる。この線膨脹率の低い無機系材料の含有量は特に制限されず、所望の耐熱性を発揮するような適宜の量が用いられ、また無機系材料の全てが線膨脹率の低い無機系材料であっても良い。
【００２５】
また、炭化物とは、木炭、活性炭等のような、炭素に富んだ材料を指すものである。この炭化物としては、その形状として、粉末状、粒状等のものを用いることができ、その寸法は粒径又は一辺が１０μｍ〜２ｍｍの範囲のものが好ましい。
【００２６】
発熱体は、上記のような無機系材料と炭化物とから構成されるものであるものであり、このように構成される発熱体は、マイクロ波、高周波等の電磁波を受けて高効率で発熱するものであり、例えば５００Ｗの出力で周波数２４５０ＭＨｚ（２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を照射した場合に、３分間で表面温度が５００℃以上となるような発熱体を得ることが可能となる。また２０〜６０ｋＨｚの周波数の高周波にて発熱することから、ＩＨヒータ等に使用することもできる。
【００２７】
また炭化物と無機系材料にて構成されるため、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良いものである。
【００２８】
また発熱体は、無機系材料と炭化物とから構成されることから、高い吸着性能をも付与され、特に発熱体にて調理用器具を作製する場合には、食材から出る油や臭い成分を吸着することができる。特に発熱体を無機系材料の焼結体にて多孔質性に形成すると、比表面積が高くなって特に優れた吸着性を発揮する。
【００２９】
また更にこの発熱体は、無機系材料と炭化物とから構成されることから優れた遠赤外線放射性を有し、この遠赤外線放射により更に加熱効率が向上するものであり、例えば調理器具として用いて魚などを調理する際にはパリッと香ばしく焼き上げることができるものである。
【００３０】
この発熱体にて、電磁波加熱調理用等の調理器具を作製するにあたっては、調理の対象である食材や調理の態様等に応じて適宜の形状に形成することができ、例えばプレート状に形成して、電子レンジの付属品としたり、電子レンジの内張として一体に設けたりすることもできる。また皿状等の容器状に形成して、調理器具と食器とを兼用できるようにすることもできる。更には、その他ＩＨ調理器の発熱体に使用することもできる。
【００３１】
また、発熱体の用途は、電磁波加熱調理用等の調理器具の作製用に限られず、種々の発熱体の用途に用いることができるものであり、例えばシーズヒータやパネルヒータの発熱体として用いることもできる。
【００３２】
また、無機系材料と炭化物とは、一体の成形体として形成されていれば、特にその構造は制限されないが、無機系材料中に炭化物が分散して存在するように形成することが好ましく、これにより炭化物が無機系材料中に安定して保持されて、更に強固な発熱体が得られる。
【００３３】
炭化物を無機系材料中に分散させる場合には、炭化物が無機系材料中に均一に分散した成形体にて発熱体を構成することができる。この場合、発熱体中における無機系材料と炭化物の割合は適宜設定されるものであるが、好ましくは炭化物を１〜８０重量％、無機系材料を１〜９９重量％含むようにするものである。ここで、炭化物の割合が１重量％に満たないと、充分な発熱効率が発揮されなくなるおそれがあり、またこの割合が８０重量％を超えると成形が困難となるおそれがある。また、発熱体が、電磁波を受けて特に高効率で発熱するためには、発熱体中に炭化物を１〜２０重量％含むようにすることが好ましい。
【００３４】
また発熱体は、必ずしも無機系材料の焼結体と炭化物のみにて構成する必要はなく、その他の添加物を含有させることもできる。
【００３５】
また、発熱体を、無機系材料で構成されると共に炭化物を含まない被覆層と、無機系材料と炭化物にて構成されるコア層とから構成することもできる。
【００３６】
コア層は上記の無機系材料中に炭化物が分散した構成となるように形成することができる。コア層における無機系材料や炭化物の割合は適宜設定されるものであるが、好ましくは炭化物を１〜８０重量％、無機系材料を１〜９９重量％含むようにするものである。ここで、炭化物の割合が１重量％に満たないと、充分な発熱効率が発揮されなくなるおそれがあり、またこの割合が８０重量％を超えると成形が困難となるおそれがある。また、発熱体が、電磁波を受けて特に高効率で発熱するためには、コア層中に炭化物を１〜２０重量％含むようにすることが好ましい。
【００３７】
ここでコア層は必ずしも無機系材料と炭化物のみにて構成する必要はなく、その他の添加物を含有させることもできる。
【００３８】
一方、被覆層はコア層の表面の全面を覆うように形成することが好ましい。この被覆層の厚みは特に制限はされないが、３０μｍ〜１０ｍｍの範囲とすることが好ましい。またこの被覆層は複数の細孔を有する多孔質状に形成すると、発熱体の外部とコア層とを被覆層に形成された細孔にて連通することができ、発熱体に付与される吸着性が更に向上される。ここで被覆層は必ずしも無機系材料のみで構成する必要はなく、その他の添加物を含有させることもできるが、炭化物は含有されないものとする。
【００３９】
このように被覆層とコア層で構成される発熱体では、被覆層を構成する無機系材料とコア層を構成する無機系材料として、異なる組成を有するものを用いることもできるが、好ましくは被覆層とコア層とを同一の組成を有する無機系材料で構成する。すなわち、発熱体全体を均一な組成を有する無機系材料からなる母相にて構成し、この母相の内奥部のみに炭化物を含有させてコア層を形成すると共に、コア層の外側には炭化物を含有させずに、被覆層として形成するものである。このようにすると、コア層と被覆層とは一体に形成されることとなって、コア層と外層との界面の強度が向上し、コア層から被覆層が剥離しにくくなって、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。
【００４０】
また、コア層と被覆層との境界領域においては、炭化物の含有量が不連続に変化するような明確な界面が形成されるようにすることもできるが、好ましくは、コア層と被覆層との境界領域において、炭化物の含有量がコア層側から被覆層側にいくに従って連続的に減少するように形成するものである。このようにすると、コア層と被覆層との間には明確な界面が存在しなくなり、コア層と被覆層との一体性が向上して、コア層から被覆層が剥離しにくくなり、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。
【００４１】
このようにコア層と被覆層とで構成される発熱体は、炭化物を含有するものであるが、被覆層が存在することによって炭化物が表面に露出しないこととなり、発熱体を繰り返し使用して発熱させても、コア層内の炭化物が酸化により消失することを防止することができ、長期に亘って使用することができるものである。また被覆層により、人間が手で触れても手が黒く汚れるようなことがなく、かつ炭化物の微粉末が飛散するようなこともなくなって、取扱性が良好なものである。
【００４２】
上記の発熱体を得るにあたっては、その製造のための工程は特に制限されず、適宜の方法を適用することができる。例えば無機系材料と炭化物にて構成される成形体を成形し、或いはこれをコア層として、その外層に無機系材料から構成される層をコーティングすることにより被覆層を形成することもできる。
【００４３】
また、コア層と被覆層とを有する発熱体を得る場合は、無機系材料と炭化物の混合物を所望の形状に成形して、全体に亘って無機系材料と炭化物とが分散した成形体を作製し、この成形体の表層部分から炭化物を除去することにより、炭化物が除去された部分を被覆層として形成すると共に、その内奥の炭化物が除去されていない部分にてコア層を形成して、発熱体を得ることもできる。このようにすると、発熱体は被覆層が形成される部分とコア層が形成される部分とが完全に一体となった成形体から作製されることとなり、コア層から被覆層が更に剥離しにくくなって、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。また、被覆層における炭化物が除去された部分には細孔が形成されることとなり、被覆層の多孔質性が向上することとなって、発熱体に付与される吸着性能が向上するものである。
【００４４】
成形体の表層部分から炭化物を除去する方法は特に限定されず、適宜の手法を用いることができるが、好ましくは、成形体の表層側において炭化物と酸素とを反応させて酸化させることにより除去するものである。このような成形体の表面酸化により炭化物を除去するにあたっては、例えば、成形体を空気雰囲気等のような酸素を含む雰囲気下において加熱することができる。この場合、成形体の表層部分のみにおいて炭化物が除去されるように、適宜、加熱条件を設定するものであり、このような加熱条件の制御により、所望の厚みを有する被覆層が形成された発熱体が得られる。
【００４５】
また、このような表面酸化の過程においては、被覆層側で炭化物が酸化されて飛散すると共に、コア層側での炭化物の酸化が生じ、この炭化物の酸化の度合いは被覆層側ほど大きくなる。このため、このような表面酸化により発熱体を得ると、コア層と被覆層との境界領域における炭化物の含有量が、コア層側から被覆層側にいくに従って連続的に減少するような発熱体が容易に得られるものである。
【００４６】
また、このような表面酸化の過程により炭化物が飛散したあとは細孔が形成され、この細孔量及び細孔径は炭化物の酸化の度合いに従ってコア層側から被覆層側に行くにつれて大きくなる。このため、細孔径及び細孔量が大きい表層側から吸着すべき成分が容易に侵入し、更にコア層側の細孔を通じて内部へと更に侵入して、吸着が効率よくなされることとなる。この細孔量及び細孔径の傾斜の度合いは、上記の表面酸化条件を制御することにより調節することが可能である。
【００４７】
上記のように成形体の表面酸化により発熱体を得る場合には、成形体の焼結体から表面酸化により被覆層を形成して発熱体を形成したり、あるいは表面酸化のための加熱処理の際に同時に成形体中の無機系材料を焼結させたりすることにより、無機系材料の焼結体から構成される発熱体を得ることができる。
【００４８】
以下に、発熱体の、具体的な製造方法を挙げる。
【００４９】
まず第一の製造例について説明する。
【００５０】
本製造例は炭化物と無機系材料とを配合した成形用組成物から発熱体を得るものである。また必要に応じて他の添加材を配合することができる。また成形用組成物には水を配合することが好ましく、また成形性を向上する目的で一般的に用いられるバインダーを配合することもできる。
【００５１】
成形用組成物は上記の各成分を配合し、混練機等を用いて充分に混練することにより調製することができる。このとき、成形用組成物中の水を除く配合成分の総量に対して、無機系材料を２０〜９９重量％、炭化物を１〜８０重量％の割合で配合することが好ましい。更に水を配合する場合は、成形用組成物の総量に対して水を１〜７０重量％の範囲で配合することが好ましい。
【００５２】
更に、このように調製された成形用組成物中に、他の無機材料又は有機材料を混入することもできる。例えば補強材として他の無機材料又は有機材料を混入して、発熱体の機械的強度を更に向上することができる。
【００５３】
このようにして調製された成形用組成物を、使用目的に適合する所望の形状に成形した後、得られた成形体を乾燥し、更に不活性雰囲気下、無酸素雰囲気下又は還元性雰囲気下で高温加熱を行って焼成する。
【００５４】
ここで成形体の乾燥を行うにあたっては、室温で放置するか、あるいは乾燥機を用いて好ましくは室温以上、２５０℃以下の範囲で加熱し、このような状態で適宜の時間、充分に乾燥させるものである。
【００５５】
また乾燥後の成形体を不活性雰囲気下で焼成する場合は、加熱炉内を窒素やヘリウム等の不活性ガスで置換し、この状態で焼成を行うことができる。また無酸素雰囲気下で焼成を行う場合には、加熱炉内を不活性ガスにて置換する際に酸素が存在しなくなるまで完全に置換し、この状態で焼成を行うことができる。また無酸素雰囲気下で焼成を行う場合には、いわゆる蒸し焼き状態で焼成することもでき、この場合は、例えば密閉された加熱炉内で加熱により成形体中の炭化物の一部を酸化させることにより炉内の酸素を除去し、この状態で焼成をおこなうことができる。また、還元性雰囲気下で焼成を行う場合には、加熱炉内に還元剤粉末を投入すると共に成形体をこの還元剤粉末内に配置して加熱炉内を還元性雰囲気とし、この状態で焼成を行うことができる。この焼成時には、成形体の組成にもよるが、加熱炉内を７５０〜１４００℃の範囲で加熱して行うことができる。この時の加熱時間は成形体の形状や寸法によって適宜設定されるが、好ましくは成形体全体が均一に温度上昇した後、３０分間〜１０時間の範囲で加熱するものである。この加熱工程により、成形体中の無機系材料が焼結して焼結体となり、無機系材料の焼結体中に炭化物が均一に分散した発熱体が得られる。
【００５６】
また発熱体にコア層と被覆層とを形成する場合には、焼結後の成形体を、空気雰囲気下等の酸素が存在する雰囲気下で好ましくは４００〜６００℃の温度で加熱する（表面酸化）。このとき成形体の表層部分では炭化物が酸化されて除去され、成形体の表層部分には炭化物を含まない無機系材料の焼結体からなる被覆層が形成される。このとき被覆層には炭化物が除去された部分が微細な細孔として形成され、多孔質状に成形される。また被覆層の内側には無機系材料の焼結体と炭化物とから構成されるコア層が形成される。ここで、加熱温度及び加熱時間を適宜設定することにより被覆層の厚みを所望の厚みに制御することができる。このため加熱時間の範囲は加熱温度や所望の被覆層の厚みによって異なるが、好ましくは成形体全体が均一に温度上昇した後、３０秒間〜５時間の範囲で加熱するものである。
【００５７】
以上のような工程を経て成形される発熱体は、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良いものであり、また、無機系材料の焼結体にて構成されることから機械的強度にも優れるものである。また表面酸化によって被覆層を形成すると、被覆層は炭化物を含まず、かつ無機系材料の焼結体からなる多孔質状に形成されることから、素焼きの焼き物状の外観と肌触りを備えることとなり、優れた外観を有することとなる。
【００５８】
また、被覆層を上記のような表面酸化によって形成することにより、被覆層を簡便な工程にて形成することができ、被覆層とコア層とを別個に成形する必要がなく、炭化物と無機系材料とを配合した成形用組成物から成形される成形体に被覆層とコア層とを形成して発熱体を得ることができて、被覆層を簡便な工程にて形成することができるものである。またこのとき、表面酸化による被覆層の形成を成形体を焼結させた後に行うことから、表面酸化の度合いを容易に制御できて、炭化物の除去量を容易に調整することができ、被覆層を所望の厚みに形成することが容易なものである。
【００５９】
また、コア層と被覆層とは成形体に焼成と表面酸化を施すことにより形成されるものであるから、発熱体は、全体に亘ってほぼ均一な組成を有する無機系材料の焼結体からなる母相から構成され、この母相の表層側に炭化物を含まない被覆層が形成されていると共に、母相の内奥部には母相中に炭化物が含有されたコア層が形成されており、このためコア層と被覆層とは一体に形成されている。更には、成形体の最外層においては炭化物は完全に除去されて被覆層が形成されるが、被覆層よりも内側のコア層においても炭化物の一部が酸化されて除去されているものであり、その除去量は表層側ほど大きくなっている。このため、コア層と被覆層との間には組成が不連続に変化するような明確な界面が存在せず、コア層における被覆層との境界領域での炭化物の含有量は、コア層側の領域から被覆層の領域にいくに従って連続的に減少し、このように炭化物の含有量が減少することにより炭化物の含有量が０となった部分に被覆層が形成されている。
【００６０】
このように、コア層と被覆層とは一体に形成されると共に、コア層と被覆層との間には明確な界面が存在しないことから、コア層から被覆層が剥離するおそれがなく、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。
【００６１】
次に第二の製造例について説明する。本実施形態は炭化されていない木質材料と無機系材料とを配合した成形用組成物から発熱体を得るものである。
【００６２】
木質材料としては、粉末状、粒状、あるいはチップ状等のものを用いることができ、例えばオガクズを用いることができる。その寸法は一辺又は粒径が１０μｍ〜３０ｍｍのものを用いることが好ましい。また成形用組成物には必要に応じて他の添加材を配合することができる。また成形用組成物には水を配合することが好ましく、また成形性を向上する目的で一般的に用いられるバインダーを配合することもできる。またこのとき成形用組成物中には、木質材料に加えて、第一の製造例と同様の炭化物を含有させることもできる。
【００６３】
成形用組成物は上記の各成分を配合し、混練機等を用いて充分に混練することにより調製することができる。このとき、成形用組成物中の水を除く配合成分の総量に対して、無機系材料を２０〜９９重量％、木質材料を１〜８０重量％の割合で配合することが好ましい。更に水を配合する場合は、成形用組成物の総量に対して水を１〜７０重量％の範囲で配合することが好ましい。
【００６４】
更に、このように調製された成形用組成物中に、他の無機材料又は有機材料を混入することもできる。
【００６５】
このようにして調製された成形用組成物を、使用目的に適合する所望の形状に成形した後、得られた成形体を乾燥し、更に不活性雰囲気中、無酸素雰囲気中又は還元性雰囲気中で高温加熱を行って焼成すると共に、木質材料を炭化させることにより、無機系材料の焼結体中に炭化物が均一に分散した発熱体が得られる。
【００６６】
ここで成形体の乾燥を行うにあたっては、室温で放置するか、あるいは乾燥機を用いて好ましくは室温以上、２５０℃以下の範囲で加熱し、このような状態で適宜の時間、充分に乾燥させるものである。
【００６７】
また乾燥後の成形体を不活性雰囲気下で焼成する場合は、加熱炉内を窒素やヘリウム等の不活性ガスで置換し、この状態で焼成を行うことができる。また無酸素雰囲気下で焼成を行う場合には、加熱炉内を不活性ガスにて置換する際に酸素が存在しなくなるまで完全に置換し、この状態で焼成を行うことができる。また無酸素雰囲気下で焼成を行う場合には、いわゆる蒸し焼き状態で焼成を行うこともでき、この場合は例えば密閉された加熱炉内で加熱により成形体中の木質材料の一部を炭化させることにより炉内の酸素を除去し、この状態で焼成をおこなうことができる。また、還元性雰囲気下で焼成を行う場合には、加熱炉内に還元剤粉末を投入すると共に成形体をこの還元剤粉末内に配置して加熱炉内を還元性雰囲気とし、この状態で焼成を行うことができる。この焼成は、成形体の組成にもよるが、加熱炉内を７５０〜１４００℃の範囲で加熱して行うことができる。この時の加熱時間は成形体の形状や寸法によって適宜設定されるが、好ましくは成形体全体が均一に温度上昇した後、３０分間〜１０時間の範囲で加熱するものである。この加熱工程により、成形体中の無機系材料が焼結して焼結体となると共に、木質材料が炭化されて炭化物となる。このとき、成形用組成物中に予め木質材料と炭化物とが含有されている場合には、元々含有されている炭化物と、木質材料が炭化することにより生成した炭化物とが混在することとなる。
【００６８】
また発熱体にコア層と被覆層とを形成する場合には、焼結後の成形体を、空気雰囲気下等の酸素が存在する雰囲気下で好ましくは４００〜６００℃の温度で加熱する（表面酸化）。このとき成形体の表層部分では炭化物が酸化されて除去され、成形体の表層部分には無機系材料の焼結体からなる被覆層が形成される。この被覆層には炭化物が除去された部分が微細な細孔として形成され、多孔質状に成形される。また被覆層の内側には無機系材料の焼結体と炭化物とから構成されるコア層が形成される。ここで、加熱温度及び加熱時間を適宜設定することにより被覆層の厚みを所望の厚みに制御することができる。このため加熱時間の範囲は加熱温度や所望の被覆層の厚みによって異なるが、好ましくは成形体全体が均一に温度上昇した後、３０秒間〜５時間の範囲で加熱するものである。
【００６９】
以上のような工程を経て成形される発熱体は、第一製造例の場合と同様に、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良いものであり、また、無機系材料の焼結体にて構成されることから機械的強度にも優れるものである。また表面酸化によって被覆層を形成すると、被覆層は炭化物を含まず、かつ無機系材料の焼結体からなる多孔質状に形成されることから、素焼きの焼き物状の外観と肌触りを備えることとなり、従来の黒色系の炭化物材料とは異なる優れた外観を有することとなる。更に、被覆層を上記のような表面酸化によって形成することにより、簡便な工程にて形成すると共に表面酸化の度合いを容易に制御できて被覆層を所望の厚みに形成することが容易なものであり、しかもコア層と被覆層とは一体に形成されると共に、コア層と被覆層との間には明確な界面が存在しないことから、コア層から被覆層が剥離するおそれがなく、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。
【００７０】
更に、本製造例では、成形体の成形後に木質材料を炭化するものであることから、特に成形用組成物中に炭化物を配合しない場合には、木質材料を予め炭化した後、無機系材料と混練して再度焼成するよりも工程数を削減することができ、また炭化物を扱う工程が減ることで粉塵等の飛散がなく、作業環境を向上することができる。
【００７１】
また炭化物よりも木質材料の方が無機系材料と混練した場合の成形用組成物の可塑性が優れ、成形性がより向上するものであり、また焼成後の形状加工が容易となる。更に、焼成時に木質材料が水分の脱離や有機成分の分解脱離によって炭化物となる過程において体積収縮が起こり、成形体中の空隙が増加して均質な多孔質状に成形されるものであり、その結果、被覆層だけでなくコア層も更に多孔質状に形成されるものである。
【００７２】
次に第三の製造例について説明する。
【００７３】
本製造例は、第一の製造例の場合と同様に炭化物と無機系材料とを配合した成形用組成物から発熱体を得るものであり、まず第一の製造例と同様の手法により成形用組成物からなる成形体を成形する。
【００７４】
このようにして得られた成形体を乾燥し、更に酸素含有雰囲気中で高温加熱を行って焼成する。
【００７５】
ここで成形体の乾燥を行うにあたっては、室温で放置するか、あるいは乾燥機を用いて好ましくは室温以上、２５０℃以下の範囲で加熱し、このような状態で適宜の時間、充分に乾燥させるものである。
【００７６】
乾燥後の成形体を焼成するにあたっては、空気雰囲気のような酸素含有雰囲気の加熱炉内に成形体を配置し、この状態で、成形体の組成にもよるが、加熱炉内を７５０〜１４００℃の範囲で加熱して行うことができる。
【００７７】
この加熱工程においては、成形体中の無機系材料が焼結して焼結体となると同時に、成形体の表層部分では炭化物が酸化されて除去され、成形体の表層部分には炭化物を含まない無機系材料の焼結体からなる被覆層が形成される。このとき被覆層には炭化物が除去された部分が微細な細孔として形成され、多孔質状に成形される。また被覆層の内側には無機系材料の焼結体と炭化物とから構成されるコア層が形成される。
【００７８】
ここで、焼成時の加熱時間は、加熱温度、成形体中の炭化物の含有量、成形体の形状や寸法等によって適宜設定されるものであり、成形体を構成する無機系材料が十分に焼結されると共に表層部分の炭化物の除去量が所望のものとなるように調整されるものである。また加熱温度及び加熱時間を適宜設定することにより被覆層の厚みを所望の厚みに制御することができる。
【００７９】
以上のような工程を経て成形される発熱体は、第一及び第二製造例の場合と同様に、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良いものであり、また、無機系材料の焼結体にて構成されることから機械的強度にも優れるものである。また表面酸化によって形成される被覆層は炭化物を含まず、かつ無機系材料の焼結体からなる多孔質状に形成されることから、素焼きの焼き物状の外観と肌触りを備えることとなり、従来の黒色系の炭化物材料とは異なる優れた外観を有することとなる。更に、被覆層を上記のような表面酸化によって形成することにより、被覆層を簡便な工程にて形成することができ、しかもコア層と被覆層とは一体に形成されると共に、コア層と被覆層との間には明確な界面が存在しないことから、コア層から被覆層が剥離するおそれがなく、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。
【００８０】
更に、上記の第三製造例におけるような工程にて発熱体を成形すると、成形体の焼結と成形体の表層側における炭化物の除去とが同時に行われることから、製造工程を簡略化することができ、発熱体の製造効率を向上することができるものである。
【００８１】
次に第四の製造例について説明する。
【００８２】
本製造例は、第二の製造例の場合と同様に炭化物と木質材料とを配合した成形用組成物から発熱体を得るものであり、このとき木質材料に加えて、炭化物を配合することもできる。そして、まず第二の製造例と同様の手法により成形用組成物からなる成形体を成形する。
【００８３】
このようにして得られた成形体を乾燥し、更に酸素含有雰囲気中で高温加熱を行って焼成する。
【００８４】
ここで成形体の乾燥を行うにあたっては、室温で放置するか、あるいは乾燥機を用いて好ましくは室温以上、２５０℃以下の範囲で加熱し、このような状態で適宜の時間、充分に乾燥させるものである。
【００８５】
乾燥後の成形体を焼成するにあたっては、空気雰囲気のような酸素含有雰囲気の加熱炉内に成形体を配置し、この状態で、成形体の組成にもよるが、加熱炉内を７５０〜１４００℃の範囲で加熱して行うことができる。
【００８６】
この加熱工程においては、成形体中の無機系材料が焼結して焼結体となると同時に、成形体中の木質材料が炭化されて炭化物となる。このとき、成形用組成物中に予め木質材料と炭化物とが含有されている場合には、元々含有されている炭化物と、木質材料が炭化することにより生成した炭化物とが混在することとなる。更にこのとき成形体の表層部分では炭化物が酸化されて除去され、成形体の表層部分には無機系材料の焼結体からなる被覆層が形成される。この被覆層には炭化物が除去された部分が微細な細孔として形成され、多孔質状に成形される。また被覆層の内側には無機系材料の焼結体と炭化物とから構成されるコア層が形成される。
【００８７】
ここで、焼成時の加熱時間は、加熱温度、成形体中の炭化物の含有量、成形体の形状や寸法等によって適宜設定されるものであり、成形体を構成する無機系材料が十分に焼結されると共に表層部分の炭化物の除去量が所望のものとなるように調整されるものである。また加熱温度及び加熱時間を適宜設定することにより被覆層の厚みを所望の厚みに制御することができる。
【００８８】
以上のような工程を経て成形される発熱体は、第一及び第二製造例の場合と同様に、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良いものであり、また、無機系材料の焼結体にて構成されることから機械的強度にも優れるものである。また表面酸化によって形成される被覆層は炭化物を含まず、かつ無機系材料の焼結体からなる多孔質状に形成されることから、素焼きの焼き物状の外観と肌触りを備えることとなり、優れた外観を有することとなる。更に、被覆層を上記のような表面酸化によって形成することにより、被覆層を簡便な工程にて形成することができ、しかもコア層と被覆層とは一体に形成されると共に、コア層と被覆層との間には明確な界面が存在しないことから、コア層から被覆層が剥離するおそれがなく、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。
【００８９】
更に、本製造例では、成形体の成形後に木質材料を炭化するものであることから、特に成形用組成物中に炭化物を配合しない場合には、木質材料を予め炭化した後、無機系材料と混練して再度焼成するよりも工程数を削減することができ、また炭化物を扱う工程が減ることで粉塵等の飛散がなく、作業環境を向上することができる。
【００９０】
また炭化物よりも木質材料の方が無機系材料と混練した場合の成形用組成物の可塑性が優れ、成形性がより向上するものであり、また焼成後の形状加工が容易となる。更に、焼成時に木質材料が水分の脱離や有機成分の分解脱離によって炭化物となる過程において体積収縮が起こり、成形体中の空隙が増加して均質な多孔質状に成形されるものであり、その結果、被覆層だけでなくコア層も更に多孔質状に形成されるものである。
【００９１】
更に、上記の第四の製造例におけるような工程にて発熱体を成形すると、成形体の焼結と木質材料の炭化及び成形体の表層側における炭化物の除去とが同時に行われることから、製造工程を簡略化することができ、発熱体の製造効率を向上することができるものである。
【００９２】
【実施例】
（実施例１）
下記の表１に示す組成を有する一般廃棄物の溶融固化物と、１５０メッシュアンダーの粉炭と、カルボキシメチルセルロースの０．５％水溶液（ＣＭＣ水溶液）とを用い、一般廃棄物の溶融固化物８５重量部、粉炭１５重量部、ＣＭＣ水溶液２０重量部を配合し、混練することにより、成形用組成物を得た。このとき粉炭としては、１５０メッシュアンダーのものを用いた。
【００９３】
この成形用組成物を、平面視１００ｍｍ×１００ｍｍの成形用の空間を有する金型を用いて、圧力２０ＭＰａで一軸圧縮成形して約１００ｇの試料を得た。これを室温内において２４時間放置した後、１０５℃の乾燥機で２４時間乾燥し、更に炉内で焼成した。焼成時には、同一組成の成形用組成物について、焼成温度を７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃と変化させて、各焼成温度にてそれぞれ焼成を行った。
【００９４】
またこの焼成は、炉内を２６．７ｈＰａ（２０ｔｏｒｒ）まで減圧した後、窒素ボンベから窒素ガスを炉内に供給して大気圧とすることにより、炉内を窒素雰囲気とした状態で行い、焼成時には昇温速度５℃／分で炉内を所定の焼成温度まで昇温した後、所定の焼成温度で１時間保持し、次いで室温まで放冷してから、焼成後の試料を炉内から取り出した。
【００９５】
次いで、焼成後の試料を空気雰囲気下、電気炉にて６００℃で５分間加熱することにより表面酸化を施し、焼成温度が異なる４種類の発熱体を得た。
【００９６】
【表１】
2004202141.tif 000002
【００９７】
（実施例２）
成形用組成物を調製する際の各成分の配合量を、一般廃棄物の溶融固化物４０量部、粉炭１５重量部、線膨脹率の低い無機系材料（共立マテリアル製、商品名「ペタライト」）を４５重量部、ＣＭＣ水溶液２０重量部とした。また焼成温度は１０００℃、１０５０℃、１１００℃、１１５０℃、１２００℃と変化させて、各焼成温度にてそれぞれ焼成を行った。それ以外は実施例１と同様にして、焼成温度が異なる発熱体を得た。
【００９８】
（外観評価）
上記の実施例１，２における各条件で得られた発熱体は、いずれも表面は素焼きの焼き物状に形成されて、炭化物は露出されなかった。またダイヤモンド切削機を用いて切断した断面には、炭化物を含まないスラグの焼結体からなる被覆層と、スラグの焼結体に炭化物が分散した黒色のコア層とが形成されており、その二層間は明確には分離しておらず、明確な界面は形成されなかった。
【００９９】
（曲げ強度試験結果）
上記の実施例１，２における各条件で得られた発熱体について、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して曲げ強度を測定した。
【０１００】
この結果を図１に示す。図示の通り、実施例１では焼成温度が７５０℃、実施例２では焼成温度が１０００℃の場合で、曲げ強度が１０ＭＰａ以上の高強度の発熱体が得られ、その強度は焼成温度を上昇させる程向上したものであり、スラグの含有量が高いほど、低温の焼結による発熱体の高強度化が可能であることが確認された。
【０１０１】
（マイクロ波照射試験）
上記の実施例１における８５０℃の焼成条件で得られた発熱体、及び実施例２における１１５０℃の焼成条件で得られた発熱体について、その表面に向けて周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力５００Ｗで照射すると共に、その表面温度の経時変化を測定した。
【０１０２】
この結果を図２に示す。図示の通り、実施例１，２における発熱体は、３分間で５００℃以上まで表面温度が上昇し、マイクロ波の照射を受けて高温に発熱することが確認された。
【０１０３】
（耐熱性試験）
上記の実施例１における８５０℃の焼成条件で得られた発熱体、及び実施例２における１１５０℃の焼成条件で得られた発熱体について、熱膨張率（線膨脹率）を測定した。
【０１０４】
この結果、線膨脹率が実施例１では１×１０−５（Ｋ−１）であったのに対して、実施例２では５×１０−６（Ｋ−１）となって、線膨脹率の低い無機系材料を含有させた実施例２の方が、より高い耐熱性を有するものであった。
【０１０５】
【発明の効果】
上記のように、請求項１に係る発熱体は、無機系材料と炭化物とで構成され、マイクロ波、高周波等の電磁波により発熱するものであるため、電磁波を受けて高効率で発熱するものであり、また炭化物と無機系材料の焼結体にて構成されるため、所望の形状に容易に成形することができて成形性が良く、また高い吸着性能をも付与されるものであり、更には、優れた遠赤外線放射性を有するものである。従って、例えば電子レンジ等のような電磁波加熱調理器や、ＩＨ調理器等の調理器具を作製するために好適に用いることができるものであり、これにより例えば焼き物の調理が可能となるものである。
【０１０６】
また請求項２の発明は、請求項１において、無機系材料中に炭化物が分散しているものであり、これにより炭化物が無機系材料中に安定して保持されて、更に強固な発熱体が得られるものである。
【０１０７】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、無機系材料の焼結体及び炭化物にて構成されるコア層と、炭化物を含まない無機系材料の焼結体で構成され前記コア層を被覆する被覆層とを有するため、被覆層が存在することによって炭化物が表面に露出しないこととなり、発熱体を繰り返し使用して発熱させても、コア層内の炭化物が酸化により消失することを防止することができ、長期に亘って使用することができるものである。また被覆層により、人間が手で触れても手が黒く汚れるようなことがなく、かつ炭化物の微粉末が飛散するようなこともなくなって、取扱性が良好なものである。
【０１０８】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、無機系材料が、一般廃棄物の溶融固化物と金属精錬時に生成されるスラグの少なくとも一方を含むため、比較的低温の焼成にて高強度の発熱体を得ることができ、また不燃廃棄物となるべきスラグを再利用することができて、廃棄物処理問題の解決を図ることができるものである。
【０１０９】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、無機系材料が、線膨脹率の低い無機系材料を含むため、発熱体の熱膨張率を低減させて、発熱時の破損の発生を抑制することが可能となり、発熱体の耐熱性を向上することができるものである。
【０１１０】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、無機系材料と炭化物にて構成される成形体の表層部分における炭化物を除去することにより、成形体の表層部分に被覆層を形成すると共に、被覆層の内奥にコア層を形成するため、発熱体は被覆層が形成される部分とコア層が形成される部分とが完全に一体となった成形体から得られることとなり、コア層から被覆層が剥離しにくくなって、二層に分離した発熱体の強度を向上することができるものである。また、炭化物が除去された部分には細孔が形成されることとなり、被覆層の多孔質性が向上することとなって、優れた吸着性能も付与されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１，２における曲げ強度試験の結果を示すグラフであり、横軸は焼成温度を、縦軸は曲げ強度をそれぞれ示す。
【図２】焼成温度を８５０℃とした場合の実施例１、及び焼成時間を１１５０℃とした場合の実施例２における、マイクロ波照射試験の結果を示すグラフであり、横軸はマイクロ波照射時間を、縦軸は発熱体の表面温度をそれぞれ示す。
【図１】
2004202141.tif 000003
【図２】
2004202141.tif 000004