(57)【要約】  【課題】  耐熱性及び耐候性に優れた電磁波吸収発熱体を提供する。  【解決手段】  天然に産出する砂状のチタン鉄鉱を主原料とし、水、バインダー或いは一般的な窯業原料である粘土を加え練り土にして加圧或いは鋳込み方法により成形した後、これを焼成した硬化体で、この硬化体に周波数２ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲の何れかの電磁波を照射した時、その電気エネルギーの９７％以上を吸収し、熱エネルギーに変換して発熱することを特徴とする。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然に産出する砂状のチタン鉄鉱を主原料とし、水、バインダー或いは一般的な窯業原料である粘土を加え練り土にして加圧或いは鋳込み方法により成形した後、焼成することにより硬化体とし、この硬化体に周波数２ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲の何れかの電磁波を照射した時、その電気エネルギーの９７％以上を吸収し、熱エネルギーに変換して発熱することを特徴とする耐熱性及び耐候性に優れた電磁波吸収発熱体。
【請求項２】
上記焼成は、温度８００℃未満の場合は大気雰囲気下（酸素焼成）で行い、８００℃以上の場合は窒素又は水素雰囲気下（還元焼成）で行なうことを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収発熱体。
【請求項３】
上記主原料の天然に産出するチタン鉄鉱は粒径が１０μｍ〜５００μｍの大きさの範囲にあり、更にその成分はＴｉＯ２が４５〜６５％、ＦｅＯが１０〜５０％、Ｆｅ2Ｏ3が５〜３０％の範囲内にあり、ＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）では１．１８〜２．４であり、チタン鉄鉱の格子定数が５．５１〜５．５７Åであることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波吸収発熱体に関し、詳しくは電磁波を吸収し、その電気エネルギーを熱に変換することで発熱する加熱用ヒーター、または一般的な電波吸収壁に使用する事ができる電磁波吸収発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、電波吸収体に使われている材料としては、フェライト焼結体やフェライトに樹脂やゴムなど練り混ぜた複合体、さらにカーボンに樹脂またはゴムを練り混ぜた複合体が主流である。
しかしながら、これら材料は製造工程が複雑である上、コストが高いと言った問題がある。
そこで、安価で容易に入手が可能な天然原料であるイルメナイトを用いた電波吸収体が開発されているが、これも樹脂を用いた硬化体である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５１８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように有機材料である樹脂やゴム等を使用した電波吸収体は、電波吸収発熱を目的とした場合、熱に耐える事が出来ず、特に高温下での使用は困難である。また、熱によって樹脂の劣化や耐候性等に問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐熱性に優れ、且つ電波吸収特性に優れた電磁波吸収発熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、安価で且つ容易に入手できる天然に産出する砂状のチタン鉄鉱（例えば、イルメナイト）を主原料とし、水、バインダー或いは一般的な窯業原料である粘土を加え練り土にして加圧又は鋳込み方法により成形した後、焼成することで耐熱性や耐候性に優れた電磁波吸収発熱体に適用できないか検討を行った結果、大気中８００℃未満、叉は窒素雰囲気中８００℃以上で焼成しても、電波吸収特性である磁性損失及び誘電損失が発現し、広帯域においても優れた電波吸収特性さらに電波吸収発熱等の機能を示す事を見出し、本発明に至った。
【０００７】
また、本発明の電磁波吸収発熱体の主原料であるチタン鉄鉱（例えば、イルメナイト）は、ＴｉＯ２が４５〜６５％、ＦｅＯが１０〜５０％、Ｆｅ2Ｏ3が５〜３０％の範囲内にあり、ＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）では１．１８〜２．４であり、チタン鉄鉱（例えば、イルメナイト）の格子定数が５．５１〜５．５７Åであることを特徴とするものである。
さらに、電波吸収周波数がＳＨＦ帯の２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲にあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上詳述したように、ＴｉＯ２が４５〜６５％、ＦｅＯが１０〜５０％、Ｆｅ2Ｏ3が５〜３０％の範囲内にある天然鉱物のチタン鉄鉱（例えば、イルメナイト）は、大気中８００℃未満、叉は窒素雰囲気中８００℃以上で焼成しても、電波吸収特性に寄与する磁性損失及び誘電損失の機能が低下することなく、広帯域において優れた電波吸収特性を有する。
また、樹脂などを混合した電波吸収体に比べ、発熱時における耐熱性や様々な環境下での耐候性に優れている等の点から、電波吸収体や電磁波吸収発熱体としてのさらなる利用拡大が望める。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
天然に産出する砂状のチタン鉄鉱（例えば、イルメナイト）は、陸地深成岩侵食の際に風化、細分化、変質し、潮流や河川流によって選鉱され、一定の地域に堆積した鉱物で、その際の変質度合いによって、様々な組成を有する。
特に、電波吸収に最適な組成範囲は、上記で示した通り、ＴｉＯ２が４５〜６５％、ＦｅＯが１０〜５０％、Ｆｅ2Ｏ3が５〜３０％であり、ＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）では１．１８〜２．４である。また、微量成分として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｖ2Ｏ5等が含まれている。
【００１０】
このような組成物は格子定数（斜方面体晶ａrh）が、５．５１Åから５．５７Åの範囲にあり、磁性損失や誘電損失と言った機能を有する。しかし、格子定数が５．５７Å以上になると、磁性損失や誘電損失は急激に低下してしまう。このような磁性損失や誘電損失は、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の固溶が原因で発現するものであり、その際Ｆｅ2Ｏ3の固溶割合が多いほど格子定数は小さくなり、格子定数が５．５１Åの時には約２０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3が固溶している。Ｆｅ2Ｏ3が固溶する事で発現する磁性損失や誘電損失は、電波吸収特性の発現に大きく寄与し、その結果、電波吸収体としての使用が可能となる。
【００１１】
しかしながら、このような材料を樹脂等に混ぜて電波吸収体とする事は容易であるが、発熱体や電波吸収外壁に使用した場合、耐熱性や環境面における耐候性に問題がある。
本発明では天然に産出する砂状のチタン鉄鉱（例えば、イルメナイト）を主原料とし、水、バインダー或いは一般的な窯業原料である粘土を加え練り土にして加圧或いは鋳込み方法により成形した後、焼成することにより硬化体とする。
大気中８００℃未満で焼成（酸化焼成）、叉は窒素或いは水素雰囲気中８００℃以上で焼成（還元焼成）を行っても、組成や物性をあまり変えることなく、耐熱性や耐候性に優れた電波吸収体や電波吸収発熱体を得るものである。
【００１２】
大気中８００℃未満で焼成（酸化焼成）する理由として、８００℃を超える温度では、ＦｅＴｉＯ３の２価鉄（Ｆｅ２＋）がすべて３価鉄（Ｆｅ３＋）に変化し、Ｆｅ２ＴｉＯ５となった結果、磁性損失や誘電損失が急激に減少もしくは消失してしまい、所謂、電波吸収特性である複素比透磁率や複素比誘電率の虚数部（損失項）が認められなくなる。しかしながら、８００℃未満では２価鉄（Ｆｅ２＋）と３価鉄（Ｆｅ３＋）が共存する混合原子価状態をとるため、磁性損失や誘電損失の機能は維持することが可能である。
【００１３】
一方、窒素或いは水素雰囲気下では、不活性状態にあるため組成の変化が少なく、磁性においては磁化の低下を抑制する事ができる一方、誘電率もほとんど変わらない。
従って、電波吸収特性である複素比透磁率や複素比誘電率の虚数部を低下させる事なく、さらに耐熱性や耐候性を備えた電波吸収体及び電波吸収発熱体を得るには、大気中８００℃未満、窒素或いは水素雰囲気中８００℃以上で焼成することが望ましい。
【実施例】
【００１４】
次に、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
組成物のＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）が１．５８で、粒径が１０μｍ〜５００μｍであるチタン鉄鉱（イルメナイト）を５００ｋｇｆ／ｃｍ2で試料厚みを下記に示す厚さに加圧成形し、大気中１０００℃で２時間と、窒素雰囲気中（窒素流量５００ｍｌ／ｍｉｎ）１０００℃で２時間焼成した。さらに焼成体を外径７ｍｍ、内径３mmのリング形状に加工し、電波吸収測定用サンプルとした。
サンプル１：厚み６．０ｍｍ、窒素雰囲気中１０００℃で２時間焼成
サンプル２：厚み２．０ｍｍ、窒素雰囲気中１０００℃で２時間焼成
サンプル３：厚み１．０ｍｍ、窒素雰囲気中１０００℃で２時間焼成
サンプル４：厚み４．０ｍｍ、大気中１０００℃で２時間焼成
サンプル５：厚み４．０ｍｍ、窒素雰囲気中１０００℃で２時間焼成
サンプル６：厚み１．５ｍｍ、窒素雰囲気中１０００℃で２時間焼成
サンプル７：厚み６．０ｍｍ、大気中１０００℃で２時間焼成
サンプル８：厚み２．０ｍｍ、大気中１０００℃で２時間焼成
上記電波吸収測定用サンプル８個の電波吸収特性及び反射減衰量は、ネットワークアナライザーを用い、７Ｄ同軸管法で１００MHｚ〜２０GHｚまで測定した。これらの結果を図１に記載する。
【００１５】
また、組成範囲がＴｉＯ２：４５〜６５％、ＦｅＯ：１０〜５０％、Ｆｅ2Ｏ3：５〜３０％で、ＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）を１．１８〜２．４の間に調整（１．１９、１．４８、１．５８、１．７２、１．８５）した５個の試料を、窒素雰囲気中１０００℃で２時間焼成し、上記条件で反射減衰量を測定した結果を表１に記載する。
さらに、その試料について電子レンジ等のマイクロ波吸収による発熱の有無を予測するため、周波数２．４５ＧＨｚでの電波吸収能についても検討を行った。これは、各試料の電波吸収特性（複素比透磁率、複素比誘電率）の測定結果をもとに、２．４５ＧＨｚで電波吸収がおこる整合厚みと反射減衰量を計算した。その結果を表２に記載する。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
【表２】
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【００１８】
図1の結果から明らかなように、大気中８００℃を超える１０００℃で焼成したサンプル４，７，８は、何れも反射減衰量は１０ｄＢ以下で電波吸収は小さい。一方、窒素雰囲気中１０００℃で焼成したサンプル１，２，３，５，６は、反射減衰量が１５ｄＢ以上で電波吸収が大きい。そして、サンプルの厚さが厚いものは低周波数帯域において電波吸収効果があり、厚さが薄くなるに伴い電波吸収の帯域が高周波帯域側に移動するのが分かる。
また、表１に示したように、ＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）が１．１８〜２．４の間にある場合は、何れも１５ｄB以上の電波吸収が確認できる。
さらに、表２のように電子レンジ等における発熱効果を検討した結果、２．４５GHｚで試料厚みが６ｍｍから９ｍｍ程度で１５ｄＢ（９７％）以上の吸収があることから、充分な発熱が予想できる。
【００１９】
又、本発明における硬化体の焼成温度は大気中８００℃未満とし、大気中８００℃以上では電波吸収特性が認められなくなる（反射減衰率が１５ｄＢ以下）旨述べたが、この点についての実施例を説明する。
組成物のＴｉＯ２／Ｔ−Ｆｅ（全鉄換算）が１．５８で、粒径が７５μｍ〜１５０μｍであるチタン鉄鉱（イルメナイト）を８０wt％含有する練り土で試料厚みを下記に示す厚さに加圧成形し、大気中７００℃で２時間と、大気中８００℃で２時間焼成した。さらに焼成体を外径７ｍｍ、内径３mmのリング形状に加工し、電波吸収測定用サンプルとした。
サンプル１：大気中７００℃で２時間焼成、厚み４．５ｍｍ
サンプル２：大気中７００℃で２時間焼成、厚み２．５ｍｍ
サンプル３：大気中７００℃で２時間焼成、厚み１．５ｍｍ
サンプル４：大気中８００℃で２時間焼成、厚み４．５ｍｍ
サンプル５：大気中８００℃で２時間焼成、厚み２．５ｍｍ
上記電波吸収測定用サンプル８個の電波吸収特性及び反射減衰量は、ネットワークアナライザーを用い、７Ｄ同軸管法で１００MHｚ〜２０GHｚまで測定した。これらの結果を図２に記載する。
図２から明らかなように、大気中７００℃で焼成したサンプル１，２，３は何れも反射減衰量が１５ｄＢ以上あるのに対し、大気中８００℃で焼成したサンプル４，５は何れも反射減衰量が１５ｄＢ以下である。
【００２０】
上記の実施例のサンプル１〜５はチタン鉄鉱（イルメナイト）を８０wt％含有し、残り２０wt％が粘土等であるが、チタン鉄鉱（イルメナイト）と粘土の割合が、電波吸収性能にどのように影響するかを測定した。その測定用サンプルは以下の通りとした。尚、測定用サンプルのチタン鉄鉱の粒径は７５〜１５０μm、焼成温度は大気中７００℃とした。
サンプル１：チタン鉄鉱（イルメナイト）９０wt％、粘土１０wt％、厚み４．５ｍｍ
サンプル２：チタン鉄鉱（イルメナイト）９０wt％、粘土１０wt％、厚み１．０ｍｍ
サンプル３：チタン鉄鉱（イルメナイト）９０wt％、粘土１０wt％、厚み２．５ｍｍ
サンプル４：チタン鉄鉱（イルメナイト）８０wt％、粘土２０wt％、厚み４．５ｍｍ
サンプル５：チタン鉄鉱（イルメナイト）８０wt％、粘土２０wt％、厚み２．５ｍｍ
サンプル６：チタン鉄鉱（イルメナイト）８０wt％、粘土２０wt％、厚み１．５ｍｍ
サンプル７：チタン鉄鉱（イルメナイト）７０wt％、粘土３０wt％、厚み４．５ｍｍ
サンプル８：チタン鉄鉱（イルメナイト）７０wt％、粘土３０wt％、厚み２．５ｍｍ
上記電波吸収測定用サンプル８個の電波吸収特性及び反射減衰量は、ネットワークアナライザーを用い、７Ｄ同軸管法で１００MHｚ〜２０GHｚまで測定した。これらの結果を図３に記載する。
その結果は、図３から明らかなように、粘土の添加量が３０wt％であるサンプル７，８は反射減衰量が１５ｄB未満であり、それ以外のサンプルは全て反射減衰量が１５ｄＢ以上の値を示し、目的の電波吸収性能が発揮されていることが理解できる。そして、サンプルの厚みは前記したように、厚い場合は低周波帯域（３．５〜６．０ＧHｚ）において電波吸収特性を発揮し、その厚さが薄くなるに伴い電波吸収特性の周波数帯域も高周波帯域に移動する。尚、粘土の添加量は１０００℃以上では不要（０wt％）で、１０００℃未満では３０wt％以下が適当と判断する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電磁波吸収発熱体は、周波数２ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲の何れかの電磁波を照射した時、その電気エネルギーの９７％以上を吸収し、熱エネルギーに変換して発熱するため、発熱体を屋根に敷き詰め、屋根裏より上記範囲の周波数を照射して屋根の融雪に利用したり、床に敷き詰めて床暖房、或いは路面に埋設して凍結防止等に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例における電波吸収特性を示すグラフ。
【図２】焼成温度が７００℃と８００℃の場合の電波吸収特性を示すグラフ。
【図３】チタン鉄鉱と粘土の添加量変化による電波吸収特性を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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