(57)【要約】  少なくとも１つの溶射された抵抗加熱層であって、抵抗加熱層は、第１の金属成分であって、導電性であり、かつガスと反応して、その１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成する、第１の金属成分；電気絶縁性である、第１の金属成分の１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体；ならびに抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができる第３の成分を含む抵抗加熱層を有する、加熱体が提供される。一部の実施形態において、第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくし、および／または抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を変えることができる。
2018502217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの溶射された抵抗加熱層を含む加熱体であって、
前記抵抗加熱層は、
導電性であり、かつガスと反応して、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分；
電気絶縁性である、前記金属成分の１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体；ならびに
抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができる第３の成分
を含み、
前記抵抗加熱層は、約０．０００１〜約１．０Ωｃｍの抵抗率を有し；かつ
前記抵抗加熱層への電源からの電流の印加は、前記抵抗加熱層による熱の発生をもたらす、加熱体。
【請求項２】
抵抗加熱層の抵抗率が、加熱中に実質的に増加しないか、または加熱中に１℃当たり約０．００３％以下増加する、請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記第３の成分が、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有する、請求項１または２に記載の加熱体。
【請求項４】
第３の成分が、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくすることができ、第３の成分は、抵抗加熱層中の第１の金属成分の結晶粒界で分散され、加熱中に結晶粒成長を阻止する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項５】
第１の金属成分が、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項６】
第１の金属成分が、アルミニウム（Ａｌ）を含む、請求項５に記載の加熱体。
【請求項７】
前記１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体が、酸化アルミニウムを含む、請求項５または６に記載の加熱体。
【請求項８】
第３の成分が、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種または複数を含む、請求項１から７までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項９】
第３の成分が、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、またはイットリウムの１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体を含む、請求項８に記載の加熱体。
【請求項１０】
第３の成分が、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、酸化イットリウム、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項８または９に記載の加熱体。
【請求項１１】
第３の成分が、アクチニウム（Ａｃ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、テクネチウム（Ｔｃ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体の１種もしくは複数；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項４から７までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項１２】
第３の成分が、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）の１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１１に記載の加熱体。
【請求項１３】
第３の成分が、二ホウ化ハフニウム、酸化ストロンチウム、窒化ストロンチウム、二ホウ化タンタル、窒化チタン、二酸化チタン、酸化チタン（ＩＩ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、二ホウ化チタン、酸化イットリウム、窒化イットリウム、二ホウ化イットリウム、炭化イットリウム、二ホウ化ジルコニウム、もしくはケイ化ジルコニウム；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１１または１２に記載の加熱体。
【請求項１４】
金属成分が、アルミニウム（Ａｌ）を含み；１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体が、酸化アルミニウムを含み；かつ第３の成分が、抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を変えることができる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項１５】
酸化アルミニウム結晶粒が、柱状形状である、請求項１４に記載の加熱体。
【請求項１６】
前記酸化アルミニウム結晶粒の変えられた構造が、抵抗加熱層中の第１の金属成分の酸化抵抗を増加させるか、または酸化を防止する、請求項１４または１５に記載の加熱体。
【請求項１７】
酸化アルミニウムが、Ａｌ2Ｏ3を含む、請求項１４から１６までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項１８】
第１の金属成分が、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物もしくは合金をさらに含む、請求項１４から１７までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項１９】
第３の成分が、アクチニウム（Ａｃ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ウンビウニウム（Ｕｂｕ）、イットリウム（Ｙ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１４から１８までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項２０】
抵抗加熱層が、第３の成分の１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体をさらに含む、請求項１４から１９までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項２１】
第１の金属成分が、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の混合物を含む、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項２２】
第１の金属成分が、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）をさらに含む、請求項２１に記載の加熱体。
【請求項２３】
第１の金属成分が、コバルト系合金または混合物である、請求項２２に記載の加熱体。
【請求項２４】
第１の金属成分が、鉄系合金または混合物である、請求項２２に記載の加熱体。
【請求項２５】
第１の金属成分が、ニッケル系合金または混合物である、請求項２２に記載の加熱体。
【請求項２６】
第１の金属成分が、ＣｒＡｌ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＭｏＡｌ、ＮｉＣｒＢＳｉ、ＣｏＣｒＷＳｉ、ＣｏＣｒＮｉＷＴａＣ、ＣｏＣｒＮｉＷＣ、ＣｏＭｏＣｒＳｉ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅである、請求項２１または２２に記載の加熱体。
【請求項２７】
前記抵抗加熱層が、約０．０００１〜約０．００１Ωｃｍの抵抗率を有する、請求項１から２６までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項２８】
前記抵抗加熱層が、約０．００１〜約０．０１の抵抗率を有する、請求項２７に記載の加熱体。
【請求項２９】
前記抵抗加熱層が、約０．０００５〜約０．００２０の抵抗率を有する、請求項２８に記載の加熱体。
【請求項３０】
前記抵抗加熱層が、約０．００２〜約０．０４０インチ厚さである、請求項１から２９までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３１】
前記抵抗加熱層が、約１０〜約４００μｍの平均結晶粒サイズを有する、請求項１から３０までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３２】
前記抵抗加熱層が、第１の金属成分および第３の成分を含む原料の、酸素、窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含むガスの存在下での溶射によって、前記１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体が、前記原料の前記基板上への前記溶射中に形成されて、前記抵抗加熱層を形成するように、基板上に形成される、請求項１から３１までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３３】
前記抵抗加熱層が、第１の金属成分、および第３の成分の元素形態を含む原料の、酸素、窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含むガスの存在下での溶射によって、前記１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体ならびに前記第３の成分が、前記原料の前記基板上への前記溶射中に形成されて、前記抵抗加熱層を形成するように、基板上に形成される、請求項１から１３および２１から３１までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３４】
前記原料が、第３の成分をさらに含む、請求項３３に記載の加熱体。
【請求項３５】
第３の成分の前記元素形態を含む前記原料が、ＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅＹを含む、請求項３３または３４に記載の加熱体。
【請求項３６】
抵抗加熱層が、第３の成分の元素形態をさらに含む、請求項３３から３５までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３７】
前記抵抗加熱層が、電気アークワイヤ溶射、プラズマ溶射、または高速オキシ燃料溶射（ＨＶＯＦ）される、請求項１から３６までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３８】
原料が、ワイヤの形態である、請求項３２から３７までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項３９】
原料が、粉末の形態である、請求項３２から３７までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４０】
第１の金属成分、第３の成分および／または第３の成分の元素形態が、溶射前に混合物または合金として一緒に組み合わされる、請求項３３から３７までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４１】
前記抵抗加熱層がコーティングされる基板をさらに含む、請求項１から３１までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４２】
前記基板が、コンダクター、金属、セラミック、プラスチック、グラファイト、または炭素繊維要素を含む、請求項３２から４１までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４３】
前記基板が、管、ノズル、インペラー、または無火花点火装置であるか、または急速熱処理装置で用いられる、請求項３２から４２までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４４】
前記抵抗加熱層に結合された電圧源をさらに含む、請求項１から４３までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４５】
前記抵抗加熱層が、複数の溶射された層を含む、請求項１から４４までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４６】
熱バリヤ層をさらに含む、請求項１から４５までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項４７】
熱バリヤ層が、前記基板と前記抵抗加熱層との間に配置される、請求項４６に記載の加熱体。
【請求項４８】
前記抵抗加熱層が、前記熱バリヤ層と前記基板との間に配置される、請求項４６に記載の加熱体。
【請求項４９】
前記基板と前記抵抗加熱層の間の結合層；前記基板と前記抵抗加熱層との間の電気絶縁層；および前記基板と前記抵抗加熱層との間の熱バリヤ層の１つまたは複数をさらに含む、請求項３２から４８までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項５０】
前記抵抗加熱層の上のコーティングであって、熱バリヤ層、電気絶縁層、熱放射層、および熱伝導層の１つまたは複数を含むコーティングをさらに含む、請求項１から４９までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項５１】
前記加熱体が、空気中１４００℃まで動作可能である、請求項１から５０までのいずれか１項に記載の加熱体。
【請求項５２】
基板上の溶射された抵抗加熱層であって、前記抵抗加熱層は、酸素、窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含むガスの存在下での原料の溶射によって形成され、原料は、式Ｉ：
Ｍ1Ｘ      （Ｉ）
（式中；
Ｍ1は、導電性であり、かつガスと反応して、その１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分であり；
前記第１の金属成分は、前記ガスと前記溶射中に反応して、１種または複数のその炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成し；
Ｘは、第３の成分および／またはその元素形態であり、前記第３の成分は、抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができる）
の構造を有する合金または混合物を含む、抵抗加熱層。
【請求項５３】
前記第３の成分が、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくすることができる、請求項５２に記載の抵抗加熱層。
【請求項５４】
Ｘが、前記第３の成分の元素形態を含み、かつ第３の成分それ自体を含まず、前記元素形態が、前記ガスと前記溶射中に反応して、前記第３の成分を形成する、請求項５２または５３に記載の抵抗加熱層。
【請求項５５】
前記元素形態が、前記ガスと部分的にだけ反応し、前記第３の成分とその前記元素形態の両方ともが、抵抗加熱層中に堆積される、請求項５４に記載の抵抗加熱層。
【請求項５６】
Ｘが、第３の成分とその前記元素形態の両方ともを含む、請求項５２に記載の抵抗加熱層。
【請求項５７】
前記第３の成分とその前記元素形態の両方ともが、抵抗加熱層中に堆積される、請求項５６に記載の抵抗加熱層。
【請求項５８】
前記第３の成分が、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有する、請求項５２から５７までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項５９】
前記第３の成分またはその前記元素形態が、抵抗加熱層中の前記第１の金属成分の結晶粒界で分散され、加熱中に結晶粒成長を阻止する、請求項５２から５８までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項６０】
原料が、式Ｉａ：
Ｍ1ＡｌＸ      （Ｉａ）
（式中：
Ｍ1は、導電性であり、かつガスと反応して、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分であり；
前記第１の金属成分は、前記溶射中に前記ガスと反応して、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成し；
Ａｌは、前記ガスと前記溶射中に反応して、１種または複数のその炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成し；
Ｘは、抵抗加熱層中に堆積された１種または複数のＡｌの炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体の結晶粒構造を変えることができる第３の成分である）
の構造を有する合金または混合物を含む、請求項５２または５３に記載の抵抗加熱層。
【請求項６１】
前記ガスが、酸素を含み、かつ前記１種または複数のＡｌの炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体が、酸化アルミニウムを含む、請求項６０に記載の抵抗加熱層。
【請求項６２】
前記酸化アルミニウムが、Ａｌ2Ｏ3を含む、請求項６１に記載の抵抗加熱層。
【請求項６３】
Ｘが、酸化アルミニウムまたはＡｌ2Ｏ3の結晶粒構造を、酸化アルミニウムまたはＡｌ2Ｏ3結晶粒が柱状形状であるように変える、請求項６０から６２までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項６４】
酸化アルミニウムまたはＡｌ2Ｏ3の変えられた結晶粒構造が、Ｍ1の酸化抵抗を増加させるか、または酸化を防止する、請求項６３に記載の抵抗加熱層。
【請求項６５】
Ｍ1が、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項６０から６４までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項６６】
Ｘが、アクチニウム（Ａｃ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ウンビウニウム（Ｕｂｕ）、イットリウム（Ｙ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項６０から６５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項６７】
Ｍ1が、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）を含む、請求項６０から６６までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項６８】
式（Ｉ）の合金または混合物が、ＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅＹを含む、請求項６０から６７までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項６９】
Ｘが、前記ガスと前記溶射中に部分的に反応して、１種または複数のその炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成する、請求項６０から６８までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項７０】
Ｘならびにその１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を含む、請求項６９に記載の抵抗加熱層。
【請求項７１】
Ｘ、およびＸの酸化物誘導体を含む、請求項７０に記載の抵抗加熱層。
【請求項７２】
前記第３の成分が、抵抗加熱層の抵抗率が、加熱中に実質的に増加しないか、または加熱中に１℃当たり約０．００３％以下増加するように、抵抗加熱層の抵抗率を安定化させる、請求項５２から７１までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項７３】
Ｍ1が、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から５９まで、および７２のいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項７４】
Ｍ1が、アルミニウム（Ａｌ）を含む、請求項７３に記載の抵抗加熱層。
【請求項７５】
前記１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体が、酸化アルミニウムを含む、請求項７４に記載の抵抗加熱層。
【請求項７６】
Ｘが、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種または複数を含む、請求項５２から５９まで、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項７７】
Ｘが、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、またはイットリウムの１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項７８】
Ｘが、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、酸化イットリウム、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項７９】
第３の成分が、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種または複数を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８０】
第３の成分が、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、またはイットリウムの１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８１】
第３の成分が、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、酸化イットリウム、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８２】
Ｘが、アクチニウム（Ａｃ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、テクネチウム（Ｔｃ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）の１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８３】
Ｘが、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）の１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から５９、および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８４】
Ｘが、二ホウ化ハフニウム、酸化ストロンチウム、窒化ストロンチウム、二ホウ化タンタル、窒化チタン、二酸化チタン、酸化チタン（ＩＩ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、二ホウ化チタン、酸化イットリウム、窒化イットリウム、二ホウ化イットリウム、炭化イットリウム、二ホウ化ジルコニウム、もしくはケイ化ジルコニウム；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項８２または８３に記載の抵抗加熱層。
【請求項８５】
Ｘが、アクチニウム（Ａｃ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、テクネチウム（Ｔｃ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８６】
Ｘが、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項５２から５９および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８７】
第３の成分が、二ホウ化ハフニウム、酸化ストロンチウム、窒化ストロンチウム、二ホウ化タンタル、窒化チタン、二酸化チタン、酸化チタン（ＩＩ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、二ホウ化チタン、酸化イットリウム、窒化イットリウム、二ホウ化イットリウム、炭化イットリウム、二ホウ化ジルコニウム、およびケイ化ジルコニウムの１種または複数を含む、請求項５２から５９および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８８】
Ｍ1が、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の混合物を含む、請求項５２から５９および７２から７５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項８９】
Ｍ1が、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）をさらに含む、請求項８８に記載の抵抗加熱層。
【請求項９０】
Ｍ1が、コバルト系合金または混合物である、請求項８９に記載の抵抗加熱層。
【請求項９１】
Ｍ1が、鉄系合金または混合物である、請求項８９に記載の抵抗加熱層。
【請求項９２】
Ｍ1が、ニッケル系合金または混合物である、請求項８９に記載の抵抗加熱層。
【請求項９３】
Ｍ1が、ＣｒＡｌ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＭｏＡｌ、ＮｉＣｒＢＳｉ、ＣｏＣｒＷＳｉ、ＣｏＣｒＮｉＷＴａＣ、ＣｏＣｒＮｉＷＣ、ＣｏＭｏＣｒＳｉ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅである、請求項８８または８９に記載の抵抗加熱層。
【請求項９４】
式（Ｉ）の合金または混合物が、ＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、またはＮｉＣｒＡＭｏＦｅＹを含む、請求項５２から５９および７２から９３までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層。
【請求項９５】
請求項５２から９４までのいずれか１項に記載の溶射された抵抗加熱層を含む、加熱体。
【請求項９６】
基板および抵抗加熱層を有する抵抗加熱体を製造する方法であって、
ａ）導電性であり、かつガスと反応して、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分を選択する工程であって、前記ガスは、窒素、酸素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含む、工程と；
ｂ）第３の成分および／またはその元素形態を選択する工程であって、前記第３の成分は、抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができる、工程と；
ｃ）第１の金属成分ならびに第３の成分および／またはその元素形態の混合物または合金を基板上に前記ガスの存在下で、前記第１の金属成分の少なくとも一部が前記ガスと反応して、前記１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成し、かつ前記第３の成分の前記元素形態が、存在する場合、前記ガスと少なくとも部分的に反応して、前記第３の成分を形成する条件下で、溶射する工程と
を含み、
抵抗加熱層は、基板上に堆積され、前記抵抗加熱層は、第１の金属成分、前記１種または複数のその炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体、ならびに前記第３の成分を含む、方法。
【請求項９７】
前記第３の成分が、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有する、請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
前記第３の成分が、抵抗加熱層の抵抗率が、加熱中に実質的に増加しないか、または加熱中に１℃当たり約０．００３％以下増加するように、抵抗加熱層の抵抗率を安定化させる、請求項９６または９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記第３の成分が、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくすることができ、前記第３の成分は、抵抗加熱層中の第１の金属成分の結晶粒界で分散され、加熱中に第１の金属成分の結晶粒成長を阻止する、請求項９６から９８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１００】
ｄ）前記抵抗加熱層の所望の抵抗率を決定する工程と；
ｃ）溶射されたときに、前記抵抗加熱層の前記所望の抵抗率が生じるように、前記第１の金属成分と前記ガスとの割合を選択する工程と
をさらに含む、請求項９６から９９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０１】
前記基板と前記抵抗加熱層との間に電気絶縁層を設ける工程をさらに含む、請求項９６から１００までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０２】
前記絶縁層と前記基板との間に接着層を設ける工程をさらに含む、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
前記接着層が、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム合金、またはニッケル−アルミニウム合金を含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記抵抗加熱層と前記基板との間に熱反射層を設ける工程をさらに含む、請求項９６から１０３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０５】
前記熱反射層が、酸化ジルコニウムを含む、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
前記抵抗加熱層の表面にセラミック層を設ける工程をさらに含む、請求項９６から１０５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０７】
前記セラミック層が、酸化アルミニウムを含む、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記抵抗加熱層の表面に金属層を設ける工程をさらに含む、請求項９６から１０７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０９】
前記金属層が、モリブデンまたはタングステンを含む、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記溶射の工程の前に、前記第１の金属成分と前記ガスとの反応がない、請求項９６から１０９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１１】
前記抵抗加熱層に対してパワーを与える工程をさらに含む、請求項９６から１１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１２】
前記第１の金属成分が、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項９６から１１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１３】
前記第１の金属成分が、アルミニウム（Ａｌ）を含む、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１４】
前記１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体が、酸化アルミニウムを含む、請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
前記第３の成分が、抵抗加熱層中に堆積された前記酸化アルミニウム結晶粒の構造を変える、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記抵抗加熱層中に堆積された前記酸化アルミニウム結晶粒が、柱状形状である、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１７】
酸化アルミニウム結晶粒の前記変えられた構造が、前記抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の酸化抵抗を増加させるか、または酸化を防止する、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
酸化アルミニウムが、Ａｌ2Ｏ3を含む、請求項１１５から１１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１９】
前記第３の成分が、アクチニウム（Ａｃ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ウンビウニウム（Ｕｂｕ）、イットリウム（Ｙ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１１５から１１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２０】
抵抗加熱層が、第３の成分の１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体をさらに含む、請求項１１５から１１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２１】
第１の金属成分が、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の混合物を含む、請求項１１５から１２０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２２】
第１の金属成分が、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）をさらに含む、請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
第１の金属成分が、コバルト系合金または混合物である、請求項１１５から１２２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２４】
第１の金属成分が、鉄系合金または混合物である、請求項１１５から１２２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２５】
第１の金属成分が、ニッケル系合金または混合物である、請求項１１５から１２２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２６】
第１の金属成分が、アルミニウム、ならびに炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびそれらの混合物から選択される１種または複数の追加の金属成分を含み、前記アルミニウムおよび前記１種または複数の追加の金属成分が、合金または混合物の形態で一緒に与えられる、請求項１１５から１２５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２７】
合金または混合物が、ＣｒＡｌ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＭｏＡｌ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅである、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
第３の成分が、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種または複数を含む、請求項９６から１１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２９】
第３の成分が、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、またはイットリウムの１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体を含む、請求項９６から１１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３０】
第３の成分が、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、酸化イットリウム、またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項９６から１１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３１】
第３の成分が、アクチニウム（Ａｃ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、テクネチウム（Ｔｃ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）の１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項９６から１１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３２】
第３の成分が、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、もしくはジルコニウム（Ｚｒ）の１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１３１に記載の方法。
【請求項１３３】
第３の成分が、二ホウ化ハフニウム、酸化ストロンチウム、窒化ストロンチウム、二ホウ化タンタル、窒化チタン、二酸化チタン、酸化チタン（ＩＩ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、二ホウ化チタン、酸化イットリウム、窒化イットリウム、二ホウ化イットリウム、炭化イットリウム、二ホウ化ジルコニウム、もしくはケイ化ジルコニウム；またはそれらの混合物もしくは合金を含む、請求項１３１または１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
第１の金属成分が、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の混合物を含む、請求項９６から１１４および１２８から１３３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３５】
第１の金属成分が、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）をさらに含む、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
第１の金属成分が、コバルト系合金または混合物である、請求項１３５に記載の加熱体。
【請求項１３７】
第１の金属成分が、鉄系合金または混合物である、請求項１３５に記載の加熱体。
【請求項１３８】
第１の金属成分が、ニッケル系合金または混合物である、請求項１３５に記載の加熱体。
【請求項１３９】
第１の金属成分が、ＣｒＡｌ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＭｏＡｌ、ＮｉＣｒＢＳｉ、ＣｏＣｒＷＳｉ、ＣｏＣｒＮｉＷＴａＣ、ＣｏＣｒＮｉＷＣ、ＣｏＭｏＣｒＳｉ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅである、請求項９６から１１４および１２８から１３８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４０】
第１の金属成分ならびに第３の成分および／またはその元素形態の前記混合物が、ＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、またはＮｉＣｒＡＭｏＦｅＹを含む、請求項９６から１１４および１２８から１３９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４１】
前記抵抗加熱層が、約０．０００１〜約０．００１Ωｃｍの抵抗率を有する、請求項９６から１４０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４２】
前記抵抗加熱層が、約０．００２〜約０．０４０インチまたは約０．００２〜約０．０２０インチ厚さである、請求項９６から１４１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４３】
前記抵抗加熱層が、約１０〜約４００μｍの平均結晶粒サイズを有する、請求項９６から１４２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４４】
前記混合物が、プレ合金化されていない粉末である、請求項９６から１４３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４５】
前記合金が、ワイヤまたは粉末である、請求項９６から１４３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４６】
請求項１から５１まで、および９５のいずれか１項に記載の加熱体、または請求項５２から９４までのいずれか１項に記載の溶射された抵抗加熱層を含む、電気グリル。
【請求項１４７】
火格子；火格子の下に位置付けられた熱シールド；および熱シールドの表面の上の請求項５２から９５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層を含む、電気グリル。
【請求項１４８】
金属シートであって、シートの上に食物を支持するための、および食物から液体を排出するための構造を設けるように成形されている金属シート；ならびに金属シートの表面上の請求項５２から９５までのいずれか１項に記載の電気抵抗加熱層を含む、電気グリル。
【請求項１４９】
火格子であって、前記火格子の上に食物を支持するための、および前記食物から液体を排出するための構造を含む火格子を有する、電気グリルを製造する方法であって、請求項５２から９５までのいずれか１項に記載の抵抗加熱層を電気絶縁体の上に堆積させて、加熱要素を与える工程であって、加熱要素は、火格子と熱的に連通している、工程を含む方法。
【請求項１５０】
火格子；
前記火格子の下部部分の上に位置する電気絶縁体層；
前記火格子の反対の部分の上で、前記電気絶縁体層の下部部分の上に堆積された請求項５２から９５までのいずれか１項に記載の溶射された抵抗加熱層；ならびに
前記火格子と前記電気絶縁体層との間に位置する加熱体プレートであって、前記加熱体プレートは、加熱層から放射されたエネルギーを受け、受けられたエネルギーを火格子に伝達することができる、加熱体プレート
を含む、電気グリル。
【請求項１５１】
前記抵抗加熱層が、１２０ボルトまたは２２０ボルトで動作する電気抵抗加熱体である、請求項１４６から１４８まで、および１５０のいずれか１項に記載の電気グリル。
【請求項１５２】
前記抵抗加熱層に接続された電源をさらに含む、請求項１４６から１４８、および１５０から１５１までのいずれか１項に記載の電気グリル。
【請求項１５３】
主として放射もしくは対流加熱またはそれらの組合せによって熱くなる、請求項１４６から１４８、および１５０から１５２までのいずれか１項に記載の電気グリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年１１月２６日に出願された米国仮出願第６２／０８５，２２５号；２０１４年１１月２６日に出願された米国仮出願第６２／０８５，２２４号；および２０１４年１１月２６日に出願された、米国仮出願第６２／０８５，２２３号に対する優先権を主張し；これらの全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、溶射された抵抗加熱体の分野、抵抗加熱体を製造する方法、およびその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶射技術は、加熱体として使用するためのコーティングを堆積させるために使用されてきた。抵抗加熱体は、加熱体材料の原子内の電子の励起によって熱を発生する。熱が生成される速度は、パワーであり、これは、電流フローの量、および材料により与えられる電流の流れに対する抵抗に依存する。加熱体の抵抗は、「抵抗率」と呼ばれる材料特性、ならびに電流が通過しなければならない電流経路の長さおよび断面積を記述する幾何学的要因に依存する。
溶射コーティングは、独特の微細構造を有する。堆積プロセスの間に、各粒子は、ガスストリームに入り、溶融し、他の粒子から独立した固体形態に冷却する。コーティングされる基板に溶融粒子が衝突するとき、それらは扁平な円形小板として衝突（「スプラット（ｓｐｌａｔ）」）し、高い冷却速度で凝固する。コーティングは、基板にわたってプラズマガン装置を繰り返して横切らせ、コーティングの所望の厚さが得られるまで層ごとに蓄積することによって、基板上に蓄積される。粒子はスプラットとして固化し、得られた微細構造は、非常に層状であり、その結晶粒は、基板の平面の上にランダムに積層された円形小板に近似する。
【０００３】
抵抗コーティングは、従来は溶射を使用して堆積されてきた。１つのこのような例では、８０％ニッケル−２０％クロムなどの金属合金が堆積され、加熱体として使用される。別の例では、粉末形態の金属合金が、堆積前に酸化アルミニウムなどの電気絶縁体の粉末と混合される。次いで、ブレンドされた材料は、溶射を使用して堆積されて、抵抗材料のコーティングを形成する。しかしながら、ニッケル−クロムが抵抗加熱体として堆積される場合、層のバルク抵抗率は、依然としてむしろ低く、したがって、加熱要素における高い抵抗は、小さい断面積および／または長い経路長さなしでは得ることができない。酸化物金属ブレンドが堆積される場合、基板にわたってのパワー分布の変化をもたらす、抵抗層の組成の大きな非連続性が頻繁に存在する。
【０００４】
別の例では、導電性である（すなわち、低い抵抗率を有する）金属成分ならびに電気絶縁性である（すなわち、高い抵抗率を有する）その金属成分の酸化物、窒化物、炭化物および／またはホウ化物誘導体を含む抵抗加熱体が記載されている（例えば、米国特許第６，９１９，５４３号参照）。抵抗率は、熱溶射法を使用しての金属成分およびその誘導体の堆積中に酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物形成の量を制御することによって、部分的に制御される。このような抵抗加熱体層を使用して材料を加熱するためのシステムおよび方法（例えば、米国特許第６，９２４，４６８号参照）、ならびにそれらの様々な用途（例えば、米国特許第７，８３４，２９６号に記載されたとおりの、抵抗加熱体層を組み込む電気グリル）も記載されている。しかしながら、抵抗加熱層は、加熱中に不安定であり、むらのある加熱、加熱体寿命の減少、および／または最終的な加熱体故障をもたらし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、上述の不具合および不備に対処するための、これまで対処されなかった必要性が産業界に存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電気抵抗加熱体およびその使用を提供する。抵抗加熱体は、少なくとも１つの溶射された抵抗加熱層であって、導電性である（すなわち、低い抵抗率を有する）第１の金属成分；電気絶縁性である（すなわち、高い抵抗率を有する）、第１の金属成分の１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体；ならびに加熱層の抵抗率を安定化させる（例えば、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有する）第３の成分を含む加熱層を含む。抵抗率は、第１の金属成分およびその誘導体の堆積中に酸化物、窒化物、炭化物、および／またはホウ化物形成の量を制御することによって部分的に制御される。第３の成分は、加熱中に加熱体または加熱層の抵抗率を安定化させ、それにより、より大きな安定性および／または寿命を与える。抵抗加熱体は、電気グリル、成形熱可塑性部品、紙、および半導体ウェハの製造などの多くの工業および商業用途を有する。
したがって、本発明の第１の態様において、安定な抵抗率（例えば、抵抗率は、加熱中に実質的に増加しないか、または加熱中に１℃当たり約０．００３％以下増加し得る）を有する溶射された抵抗加熱層を含む電気抵抗加熱体が提供される。抵抗加熱層は、約０．０００１〜約１．０Ω．ｃｍの抵抗率を有する。抵抗加熱層に対する電源からの電流の印加は、熱の発生をもたらす。望ましくは、加熱体は、グリルまたは調理面もしくは調理要素などの基板上に配置される。
【０００７】
特定の実施形態において、２種以上の金属または半金属が、第１の金属成分に含まれる。例えば、このような実施形態において、第１の金属成分は、１種または複数の金属または半金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、およびニッケル（Ｎｉ）を含んでもよい。
特定の実施形態において、第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくする（ｐｉｎｎｉｎｇ）ことができる。第１の金属成分の結晶粒界は、第３の成分により動けなくされ、加熱中の結晶粒成長またはさらなる結晶粒成長を阻止、それにより、抵抗加熱層により大きな安定性および／または寿命を与え得る。したがって、一部の実施形態において、抵抗加熱層中に第１の金属成分（単数または複数）の安定な金属結晶粒を有する溶射された抵抗加熱層を含む電気抵抗加熱体が提供される。
別の実施形態において、第１の金属成分は、アルミニウムを少なくとも含み；第１の金属成分の１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体は、酸化アルミニウムを少なくとも含み；ならびに第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を変えることができる。このような実施形態において、酸化アルミニウム結晶粒構造は、第３の成分によって変えられ、抵抗加熱層中の第１の金属成分の酸化抵抗を増加させ得るか、またはさらなる酸化を防止し得る柱状酸化アルミニウム結晶粒をもたらす。したがって、一部の実施形態において、抵抗加熱層中の第１の金属成分（単数または複数）の酸化抵抗を増加させるか、またはさらなる酸化を防止する柱状酸化アルミニウム結晶粒を有する溶射された抵抗加熱層を含む、電気抵抗加熱体が提供される。このような実施形態において、第１の金属成分は、例えば、アルミニウムおよび１種または複数の追加の金属または半金属、例えば、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、およびニッケル（Ｎｉ）を含んでもよい。
【０００８】
本発明の第２の態様において、基板上の溶射された抵抗加熱層が提供される。溶射された抵抗加熱層は、酸素、窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含むガスの存在下で原料（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ）を溶射することによって形成される。原料は、成分Ｍ1および成分Ｘの混合物、または式Ｉ：
Ｍ1Ｘ      （Ｉ）
の構造を有する合金もしくは混合物を含む。Ｍ1は、導電性であり、かつガスと反応して（例えば、溶射中に）、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分である。Ｘは、第３の成分および／または第３の成分の元素形態（すなわち、溶射中にガスと反応して、第３の成分を形成する材料）であり、堆積された抵抗加熱層（例えば、加熱中の）の抵抗率を安定化させる。例えば、ある実施形態において、第３の成分は、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有し、それにより、抵抗加熱層の抵抗率を安定化させる。ある実施形態において、第３の成分は、抵抗率が加熱中に実質的に増加しないように抵抗率を安定化させる。別の実施形態において、抵抗率は、加熱中に１℃当たり約０．００３％以下増加する。
【０００９】
一部の実施形態において、第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくすることができる。
【００１０】
１つの実施形態において、Ｍ1は、ＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＡｌＳｉを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＣｏＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＦｅＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＦｅＮｉＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＦｅＮｉＡｌＭｏを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＦｅＮｉＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｏＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＣｏＮｉＣｒＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｒＡｌＣｏを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｒＡｌＭｏを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＭｏＡｌを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＮｉＣｒＢＳｉを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＣｏＣｒＷＳｉを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＣｏＣｒＮｉＷＴａＣを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＣｏＣｒＮｉＷＣを含む。別の実施形態において、Ｍ1は、ＣｏＭｏＣｒＳｉを含む。
【００１１】
１つの実施形態において、Ｘは、アルミニウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、バリウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、ビスマスを含む。別の実施形態において、Ｘは、ホウ素を含む。別の実施形態において、Ｘは、炭素を含む。別の実施形態において、Ｘは、ガリウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、ゲルマニウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、ハフニウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、マグネシウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、サマリウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、ケイ素を含む。別の実施形態において、Ｘは、ストロンチウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、テルリウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、イットリウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、リン化ホウ素を含む。別の実施形態において、Ｘは、チタン酸バリウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、炭化ハフニウムを含む。別の実施形態において、Ｘは、炭化ケイ素を含む。別の実施形態において、Ｘは、窒化ホウ素を含む。別の実施形態において、Ｘは、酸化イットリウムを含む。
【００１２】
１つの実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＣｏＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＮｉＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＦｅＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＦｅＮｉＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＮｉＭｏＡｌＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹを含む。別の実施形態において、式Ｉの構造を有する合金または混合物は、ＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅＹを含む。
【００１３】
特定の実施形態において、原料は、成分Ｍ1、成分Ａｌ、および成分Ｘの混合物、または式Ｉａ：
Ｍ1ＡｌＸ      （Ｉａ）
の構造を有する合金もしくは混合物を含み、ここで、Ｍ1は、導電性であり、かつガスと反応して（例えば、溶射中に）、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分である。アルミニウム（Ａｌ）も、溶射中にガスと反応して、その１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成する。このような実施形態において、Ｘは、抵抗加熱層中に堆積された１種または複数のアルミニウム誘導体の結晶粒構造を変えることができる第３の成分であってもよい。特定の実施形態において、ガスは、酸素を含み、Ａｌ2Ｏ3などの酸化アルミニウムは、抵抗加熱層中に堆積され、酸化アルミニウムの結晶粒構造は、望ましくは抵抗加熱層中でＸにより変えられ、例えば、柱状酸化アルミニウム結晶粒をもたらす。このような実施形態において、ガスは、水素、ヘリウム、およびアルゴンの１種または複数をさらに含んでもよい。
【００１４】
さらに、一部の実施形態において、抵抗加熱層は、アルミニウムの窒化物、酸化物、炭化物、および／またはホウ化物誘導体の、ならびに第１の金属成分のものでもよい外側領域、ならびに第１の金属成分の内側領域を有する複数の扁平円板または小板に似ている微細構造を有し、ここで、外側領域中のアルミニウムの窒化物、酸化物、炭化物、および／またはホウ化物誘導体は、形状が柱状である結晶粒で堆積され、したがって、内側領域中の第１の金属成分（単数または複数）の酸化抵抗を増加させるか、または酸化を防止し、第３の成分の非存在下で非晶質酸化アルミニウム構造を有する抵抗加熱層と比較して、よりむらのない加熱および／またはより長い加熱体寿命をもたらすことができる。
簡単のために、原料中の「Ｘ」が第３の成分と称される場合、原料中のＸは、第３の成分および／または第３の成分の元素形態の両方ともを包含することが意図されることが理解されるべきである。例えば、酸化イットリウムが抵抗加熱層の抵抗率を安定化させる第３の成分である場合、原料中の「Ｘ」は、酸化イットリウム、イットリウム（第３の成分の元素形態）、またはそれらの混合物を含んでもよい。言い換えれば、原料は、第３の成分それ自体（この例では、酸化イットリウム）を含有してもよく、および／または原料は、第３の成分の元素形態（この例では、イットリウム）を含有してもよく、次いで、第３の成分（この例では、酸化イットリウム）は、溶射プロセス中にガスとの反応により形成される。
【００１５】
別の例において、窒化チタン（ＴｉＮ）が第３の成分であり、抵抗加熱層中の第１の金属成分の結晶粒界を動けなくする場合、原料中の「Ｘ」は、窒化チタン、チタン（第３の成分の元素形態）、またはそれらの混合物を含んでもよい。言い換えれば、原料は、第３の成分それ自体（この例では、窒化チタン）を含有してもよく、または原料は、第３の成分の元素形態（この例では、チタン）を含有してもよく、第３の成分（この例では、窒化チタン）は、溶射プロセス中にガスとの反応により形成される。
【００１６】
特定の実施形態において、ガスは酸素を含み、Ｍ1は、遊離金属成分（単数または複数）および第３の成分とともに、Ａｌ2Ｏ3などの酸化アルミニウムが抵抗加熱層に堆積されるようにアルミニウムを含む。
一部の実施形態において、ガスは、水素、ヘリウム、およびアルゴンの１種または複数をさらに含む。
特定の実施形態において、第３の成分は、１種または複数のセラミックもしくは半導体材料または希土類元素を含んでもよい。例えば、第３の成分は、限定することなく、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種または複数；またはそれらのホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、もしくは炭窒化物誘導体；あるいはそれらの混合物または合金を含んでもよい。一部の実施形態において、第３の成分は、限定することなく、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、または酸化イットリウムを含んでもよい。
【００１７】
金属を含むほとんどの材料の場合、温度の上昇とともに、電気抵抗率は増加し、材料の導電率を低下させることは周知である。対照的に、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有する材料の場合、温度の上昇とともに、電気抵抗率は低下する（および導電率は増加する）。本発明は、抵抗加熱層の加熱中の抵抗率におけるむらのある増加が、加熱層を弱め、例えば、むらのある加熱および／または加熱体故障をもたらし得るという本発明者らの所見に、少なくとも部分的に基づく。理論により限定されることを望まないが、溶射コーティングの不均一微細構造（上に記載され、かつ図１に描写されたとおりの）に少なくとも部分的によって、加熱中の抵抗率におけるむらのある変化が、局部高温スポットをもたらし得；このような高温スポットはまた、より高い酸化速度を受け、加熱層の一体性をさらに劣化させ、より高温のスポット、続いて、より多くの酸化、などの悪循環を潜在的にもたらすと考えられる。本発明者らは、抵抗率を安定化させ、抵抗加熱層の抵抗率温度係数（ＴＣＲ）を有効に平坦化し、したがって、抵抗加熱層の望ましい機械的、電気的、および／または熱的特性に対して悪影響である抵抗率の有害で、むらのある増加を最小限にする第３の成分の存在によって、これらの作用を緩和することができることを見出した。さらに、本発明者らは、あるＮＴＣを有する材料の存在が、抵抗加熱体または加熱層の抵抗率を望ましく安定化させるように作用し得ることを見出した。
【００１８】
１つの実施形態において、抵抗加熱層は、第１の金属成分（単数または複数）の窒化物、酸化物、炭化物、および／またはホウ化物誘導体（単数または複数）の外側領域、ならびに第１の金属成分（単数または複数）の内側領域を、抵抗加熱層に分散された第３の成分とともに有する、複数の扁平円板または小板に似ている微細構造を有する。第３の成分を欠き、および加熱中に抵抗率が増加する傾向がある抵抗加熱層と比較して、第３の成分（単数または複数）は、よりむらのない加熱、加熱体故障の減少、および／またはより長い加熱体寿命をもたらす。
【００１９】
多結晶材料が、結晶粒および結晶粒界から構成されることは周知である。占有結晶粒界の全体積は、結晶粒サイズに依存する。結晶粒サイズが増加する場合、結晶粒界の体積分率は減少する。このような材料の種々の特性（例えば、機械的、電気的、光学的、磁気的）は、それらの結晶粒のサイズによって、およびそれらの結晶粒界の原子的構造によって影響される。一部の実施形態において、本発明は、抵抗加熱層の加熱中の結晶粒成長が、加熱層を弱める（例えば、むらのある加熱および／または加熱体故障をもたらす）こと、ならびに結晶粒界を動けなくし、かつ抵抗加熱層の機械的、電気的、および／または熱的特性に悪影響である有害な結晶粒成長を最小限にするように作用する第３の成分の存在によって、この作用を緩和することができるという本発明者らの所見に、少なくとも部分的に基づく。このような実施形態において、第３の成分は、１種または複数の金属、半金属、セラミック、または希土類元素を含んでもよい。例えば、第３の成分は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）の１種もしくは複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、および炭窒化物誘導体、またはそれらの混合物もしくは合金を含んでもよい。さらに、このような実施形態において、抵抗加熱層は、第１の金属成分（単数または複数）の窒化物、酸化物、炭化物、および／またはホウ化物誘導体（単数または複数）の外側領域、ならびに第１の金属成分（単数または複数）の内側領域を、第１の金属成分の結晶粒界で分散された第３の成分とともに有する、複数の扁平円板または小板に似ている微細構造を有してもよい。理論により限定されることを望まないが、第３の成分を欠き、かつ加熱中に結晶粒が成長し、またはずれる傾向がある抵抗加熱層と比較して、結晶粒界で分散された第３の成分は、よりむらのない加熱、加熱体故障の減少、および／またはより長い加熱体寿命をもたらし得ると考えられる。
【００２０】
第３の関連態様において、本発明は、基板、および安定な抵抗率（例えば、抵抗率が、加熱中に実質的に増加しないか、または加熱中に１℃当たり約０．００３％以下増加し得る）を有する抵抗加熱層を有する、抵抗加熱体を製造する方法を特徴とする。この方法は、導電性であり、かつガスと反応して１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分を選択する工程と；抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができる第３の成分を選択する工程と；抵抗加熱層が基板上に堆積されるように、第１の金属成分および第３の成分（またはその元素形態）の混合物をガスの存在下で基板上に溶射する工程とを含む。溶射は、第１の金属成分の少なくとも一部がガスと反応して、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成し；存在する場合、第３の成分の元素形態が、ガスと少なくとも部分的に反応して、第３の成分を形成し；および第３の成分が、抵抗加熱層に分散されている条件下で行われる。堆積された抵抗加熱層は、第１の金属成分、その１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体、ならびに第３の成分を含む。
【００２１】
一部の実施形態において、この方法は、第１の金属成分の結晶粒界を抵抗加熱層中に動けなくすることができる第３の成分を選択する工程を含む。このような実施形態において、溶射は、第３の成分が抵抗加熱層中の第１の金属成分の結晶粒界で分散されている条件下で行われる。さらに、このような実施形態において、第３の成分は、１種または複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、またはアクチニウム（Ａｃ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、テクネチウム（Ｔｃ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、もしくはそれらの混合物の同様の誘導体を含んでもよい。一部のこのような実施形態において、第３の成分は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物の、ホウ化物、酸化物、炭化物、または窒化物誘導体を含む。このような実施形態における例示的な第３の成分は、限定することなく、二ホウ化ハフニウム、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、窒化ストロンチウム（Ｓｒ3Ｎ2）、二ホウ化タンタル、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化チタン（ＩＩ）（ＴｉＯ）、酸化チタン（ＩＩＩ）（Ｔｉ2Ｏ3）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ2）、イットリア（酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）としても知られる）、窒化イットリウム（ＹＮ）、二ホウ化イットリウム（ＹＢ2）、炭化イットリウム（ＹＣ2）、二ホウ化ジルコニウム、およびそれらの混合物を含む。一部のこのような実施形態において、第３の成分は、ケイ化ジルコニウム（Ｚｒ3Ｓｉ）を含む。
【００２２】
一部の実施形態において、第１の金属成分は、アルミニウム（Ａｌ）を含み；ガスは、酸素を含み、ならびに窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含んでもよく；抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を変えることができる第３の成分が選択され；ここで、第１の金属成分と第３の成分との混合物は、ガスの存在下で基板上に溶射されて、抵抗加熱層は基板上に堆積される。このような実施形態において、アルミニウムを含む第１の金属成分の少なくとも一部が酸素と反応して、酸化アルミニウムが形成され；存在する場合、追加の金属成分（単数または複数）の少なくとも一部がガスと反応して、１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成し；第３の成分の一部以下のガスと反応し（言い換えれば、第３の成分は、ガスと部分的にだけ反応し）；ならびに第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を変え、例えば、柱状酸化アルミニウム結晶粒を生じさせる条件下で、溶射は行われてもよい。このような実施形態において、堆積抵抗加熱層は、第１の金属成分、酸化アルミニウムを含めてその１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体、ならびに第３の成分を含む。一部のこのような実施形態において、第３の成分は、アクチニウム（Ａｃ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ウンビウニウム（Ｕｂｕ）、イットリウム（Ｙ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含んでもよい。１つのこのような実施形態において、第３の成分は、希土類元素である。特定の実施形態において、第１の金属成分およびアルミニウムは、混合物または合金の形態で一緒に提供される。例えば、それらは、限定することなく、ＣｒＡｌ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＭｏＡｌ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅとして提供されてもよい。他のこのような実施形態において、第１の金属成分、アルミニウム、および第３の成分は、混合物または合金、例えば、限定することなく、ＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、またはＮｉＣｒＡＭｏＦｅＹの形態で一緒に提供される。混合物または合金は、限定することなく、ワイヤ、粉末、およびインゴットを含めて、様々な物理的形態で提供されてもよい。粉末の場合、混合物は、プレ合金化される必要はないことが留意される。
【００２３】
様々な実施形態において、溶射には、アーク溶射、プラズマ溶射、フレーム溶射、溶射のためのＲｏｃｋｉｄｅシステムの使用、アークワイヤ溶射、および／または高速オキシ燃料（ＨＶＯＦ）溶射、ならびに溶射およびコールドスプレーの他の形態が含まれてもよい。
【００２４】
一部の実施形態において、第１の金属成分は、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはそれらの混合物もしくは合金を含む。
【００２５】
一部の実施形態において、第３の成分は、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種もしくは複数；それらの１種もしくは複数のホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、もしくは炭窒化物誘導体；ならびに／またはそれらの混合物もしくは合金を含む。一部の実施形態において、第３の成分は、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、および／または酸化イットリウムを含む。
【００２６】
特定の実施形態において、第１の金属成分は、混合物または合金の形態で一緒に提供されてもよい２種以上の金属または半金属成分を含む。例えば、第１の金属成分は、合金または混合物、例えば、限定することなく、ＣｒＡｌ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｒＢＳｉ、ＣｏＣｒＷＳｉ、ＣｏＣｒＮｉＷＴａＣ、ＣｏＣｒＮｉＷＣ、ＣｏＭｏＣｒＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＭｏＡｌ、またはＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅとして提供される２種以上の金属または半金属成分を含んでもよい。
他の実施形態において、原料中の第１の金属成分（単数または複数）および第３の成分（またはその元素形態）は、混合物または合金、例えば、限定することなく、ＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹまたはＮｉＣｒＡＭｏＦｅＹの形態で一緒に提供される。
【００２７】
原料中の混合物または合金は、限定することなく、ワイヤ、粉末、およびインゴットを含めて様々な物理的形態で提供されてもよい。粉末の場合、混合物はプレ合金化される必要はないことが留意される。
第４の関連態様において、本発明は、材料を加熱するためのシステムおよび方法を提供する。簡単に説明されると、アーキテクチャにおいて、とりわけ、システムの１つの実施形態は以下のとおりに実施され得る：システムは、材料を加熱するために材料がその上に置かれてもよい第１の層を含み、ここで、第１の層は、熱が第１の層を通して伝わることを可能にする十分な導電性を有する。システムはまた、第１の層の上に設けられた加熱体層を含み、これは、材料を加熱するために第１の層に熱を与えることができる。加えて、システムは、加熱体層を汚染物質から保護するための絶縁体層を有する。一部の実施形態において、本発明の加熱体層または抵抗加熱層は、第１の層の上に溶射され、ここで、第１の層は、加熱される材料を支持することができ；および絶縁体層は、加熱体層（または抵抗加熱層）の上に製作され、ここで、絶縁体層は、加熱体層（または抵抗加熱層）を汚染物質から保護する。
【００２８】
第５の関連態様において、本発明は、本発明の加熱体または抵抗加熱層を含む電気グリルを特徴とする。１つの実施形態において、電気グリルは、火格子、火格子の下部部分に位置する電気絶縁体層、火格子の反対部分の上の、電気絶縁体層の下部部分に堆積された溶射抵抗加熱層、ならびに火格子と電気絶縁体層との間に位置する加熱体プレートを有し、ここで、加熱体プレートは、加熱層から放射されたエネルギーを受け、受けたエネルギーを火格子に移すことができる。
別の実施形態において、電気グリルは、火格子、火格子の上に位置する第１の電気絶縁体層、第１の電気絶縁体層の上部表面上に堆積された加熱体層、および加熱体層を保護するために加熱体層にわたって位置する上部層を有する。
【００２９】
抵抗加熱層はまた、例えば、熱シールドの上、セラミックブリケットなどのための支持トレーの上、またはグリルのフードから吊るされた加熱体パネルの上に設けることもできる。一部の実施形態において、電気グリルは、例えば、複数の隆起部を有するグリルを与えるために、スタンプ圧縮により形成することができるよりも、むしろ成形金属シートを備える。
他の態様において、抵抗加熱層を含む電気グリルを製造するための方法は、例えば、溶射、例えば、アーク溶射、プラズマ溶射、フレーム溶射、アークワイヤ溶射、および／もしくは高速オキシ燃料（ＨＶＯＦ）溶射、または溶射もしくはコールドスプレーのいずれかの他の形態を使用して抵抗加熱層を堆積させることによって、提供されてもよい。
【００３０】
さらなる態様において、本発明の加熱体および抵抗加熱層の他の用途が提供される。例えば、一部の実施形態において、基板は、射出型、ローラー、または半導体ウェハ処理のためのプラテンである。ある態様において、（ｉ）型キャビティ表面および（ｉｉ）本発明の抵抗加熱体を含み、次に、本明細書で記載されるとおりの抵抗加熱層を含むコーティングであって、表面の少なくとも一部の上に存在するコーティングを含む射出型が提供される。一部の実施形態において、型は、ランナーを含み、コーティングは、ランナーの表面の少なくとも一部の上に配置される。
別の態様において、外側表面、中空コアを取り囲む内側表面、および電源に結合された本発明の抵抗加熱層を含む抵抗加熱体を含む円筒ローラーが提供される。なお別の態様において、製造中に紙を乾燥させる方法が提供される。この方法は、約５％超の水含有量を含む紙および上に記載されたとおりの１つまたは複数の円筒ローラーを準備する工程と；ローラーを本発明の抵抗加熱体で加熱する工程と；紙をローラーと、紙を約５％未満の水含有量に乾燥させるのに適した時間接触させる工程とを含む。
【００３１】
さらに別の態様において、本発明は、反応チャンバーを規定する囲い；反応チャンバー内に取り付けられた支持構造であって、処理される半導体ウェハをチャンバー内に取り付ける支持構造；および電源に結合された本発明の抵抗加熱層を含む抵抗加熱体を含む、半導体ウェハ処理システムを特徴とする。１つの実施形態において、加熱体は、反応チャンバーの上部に置かれて、ウェハの片面（典型的には、研磨された）が加熱体に隣接して、または加熱体と接触して置かれ得るようにする。別の実施形態において、加熱体は、チャンバーの下部に置かれて、ウェハの片面（研磨された、または研磨されていない）が加熱体に隣接して、または加熱体と接触して置かれ得るようにする。さらに別の実施形態において、加熱体、チャンバーの上部および下部の上に置かれる。
【００３２】
前述の態様のいずれかの様々な実施形態において、抵抗加熱層は、約０．０００１〜約１．０Ω．ｃｍ（例えば、約０．０００１〜約０．００１Ω．ｃｍ、約０．００１〜０．０１Ω．ｃｍ、約０．０１〜約０．１Ω．ｃｍ、約０．１〜約１．０Ω．ｃｍ、または約０．０００５〜約０．００２０Ω．ｃｍ）の抵抗率を有する。一部の実施形態において、抵抗加熱層は、約０．００２〜約０．０４０インチ厚さである。一部の実施形態において、抵抗加熱層中の第１の金属成分の平均結晶粒サイズは、約１０〜約４００μｍである。
抵抗加熱層に対する電源からの電流の印加は、抵抗加熱層による熱の発生をもたらす。様々な実施形態において、抵抗加熱層は、約２００°Ｆ超、約３５０°Ｆ超、約４００°Ｆ超、約５００°Ｆ超、約６００°Ｆ超、約９００°Ｆ超、約１２００°Ｆ超、約１４００°Ｆ超、または約２２００°Ｆ超の持続温度を生じさせることができる。特定の実施形態において、加熱体および／または抵抗加熱層は、１２０ボルトで動作する。別の実施形態において、加熱体および／または抵抗加熱層は、２２０ボルトで動作する。
【００３３】
様々な他の実施形態において、抵抗加熱体は、基板と抵抗加熱層との間の電気絶縁層（例えば、酸化アルミニウムまたは二酸化ケイ素を含む層）；絶縁層と基板との間の接着層（例えば、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム合金、またはニッケル−アルミニウム合金を含むもの）；抵抗加熱層と基板との間の熱反射層（例えば、酸化ジルコニウムを含む層）；抵抗加熱層の表面のセラミック層（例えば、酸化アルミニウムを含むもの）；および／または抵抗加熱層の表面の金属層（例えば、モリブデンまたはタングステンを含むもの）を含む。特定の実施形態において、絶縁層は、加熱体の上または下に位置付けられて、抵抗加熱層を隣接する導電性成分から電気的に絶縁する。加熱体から熱を選択パターンで熱を反射または放出するために、追加の層が加えられてもよい。１つまたは複数の層も、構成要素間の改善された熱整合性を与えて、異なる熱膨張係数を有する異なる層の曲げまたは破壊を防止するために含ませることができる。層と基板との間の接着を改善する層も使用されてもよい。
【００３４】
一部の実施形態において、抵抗加熱層は、電源に結合されている。
本発明の他のシステム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明の調査後に当業者に明らかであるか、または明らかとなる。このような追加のシステム、方法、特徴、および利点のすべては、本明細書内に含まれ、本発明の範囲内であり、かつ添付の特許請求の範囲により保護されることが意図される。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面と合わせられて、以下の本発明の詳細な説明から明らかである。図面中の構成要素は、必ずしも縮尺通りとは限らず、その代わりに本発明の原理を明らかに例証することが強調される。さらに、図面において、同じ符号は、いくつかの図面の全体を通して対応する部分を指定する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の抵抗加熱層の１つの実施形態の堆積微細構造の例証を示す。
【図２】図２は、原料として金属ワイヤ４および原料を溶融するための燃料ガス６の燃焼を使用するＨＶＯＦワイヤシステム２の例証を示す。反応性ガス８は、溶融原料と反応し、溶融液滴を基板１０に移送して、層１２を生じさせる。
【図３】図３は、原料として金属粉末１１０を使用し、粉末を溶融するためにアルゴン１２０／水素１３０プラズマを発生させるプラズマ溶射システム１００の例証を示す。別の反応ガス１４０は、ノズル１５０を通って溶融液滴に供給される。溶融液滴は、基板１７０上で層１６０として堆積される。
【図４】図４は、本発明の１つの例示的な実施形態によって、電気グリルの例を例証する概略図である。
【図５】図５は、本発明の１つの例示的な実施形態によって、電気グリルの例を例証する概略図である。
【図６】図６は、図５の電気グリル内に位置する火格子をさらに例証する概略図である。
【図７】図７は、図４の電気グリルの変形を例証する概略図である。
【図８】図８は、本発明の１つの例示的な実施形態によって、電気グリルを例証する概略図である。
【図９】図９は、本発明の１つの例示的な実施形態によって、電気グリルを例証する概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の１つの例示的な実施形態によって、電気グリルを例証する概略図である。
【図１１】図１１は、空間により隔てられた複数の突起部を例証する、図１０の電気グリルの断面図である。
【図１２】図１２は、図１０の電気グリルの下側を例証する概略図である。
【図１３】図１３は、電気グリルを準備する方法の略図である。
【図１４】図１４は、本発明の１つの実施形態による電気グリルを例証する概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の１つの実施形態による電気グリルを例証する概略図である。
【図１６】図１６は、本発明の１つの実施形態による臭気除去装置を備えた電気グリルを例証する概略図である。
【図１７】図１７は、本発明の１つの実施形態による熱交換器と組み合わされた臭気除去装置を備えた電気グリルを例証する概略図である。
【図１８】図１８は、本発明の１つの実施形態による熱交換器および再循環器と組み合わされた臭気除去装置を備えた電気グリルを例証する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本明細書で、少なくとも１つの溶射された抵抗加熱層であって、第１の金属成分であって、導電性であり、かつガスと反応して、その１種または複数の炭化物、酸化物、窒化物、およびホウ化物誘導体を形成することができる第１の金属成分；電気絶縁性である金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、および／またはホウ化物誘導体；ならびに抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができる第３の成分を含む抵抗加熱層を含む、加熱体（およびそれを製造する方法、ならびにその用途）が提供される。抵抗加熱層は、例えば、その内容がそれらの全体で参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，９１９，５４３号に記載されたとおりに、電源に結合される場合、加熱体として機能する。
一部の実施形態において、第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分の結晶粒界を動けなくすることができる。
【００３７】
一部の実施形態において、第１の金属成分は、アルミニウム（Ａｌ）を含み；金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、および／もしくはホウ化物誘導体は、酸化アルミニウムを含み；ならびに第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を変える（例えば、柱状酸化アルミニウム結晶粒を生じさせる）ことができる。
簡単には、電圧が印加される場合に熱を発生する加熱層を堆積させるために、層は、所望のパワーレベルにより決定される抵抗を有しなければならない。抵抗Ｒは、印加電圧Ｖ、および所望のパワーレベルＰから、Ｒ＝Ｖ2／Ｐから計算される。抵抗は、等式Ｒ＝ρＬ／Ａcsによって、加熱体コーティングの幾何形状（電流経路長さＬおよび電流がそれを通過する断面積Ａ）および材料の抵抗率（ρ）に関係する。したがって、所与のパワーレベル、および所与の電圧で動作する所与の幾何形状について加熱層を設計するために、ρ＝ＲＡcs／Ｌ＝Ｖ2Ａcs／ＰＬによって、材料の抵抗率を決定しなければならないだけである。
【００３８】
本明細書で提供される抵抗加熱層において、抵抗率は、溶射中の酸化物、窒化物、炭化物、および／またはホウ化物形成の量、ならびに第１の金属成分およびその誘導体の堆積を制御することによって部分的に制御される。抵抗率が制御される可変要素であることは、それが加熱体設計者に対して追加的な自由度に相当するので重要である。しかしながら、第３の成分の非存在下では、加熱体または加熱層の抵抗率は、加熱される場合にむらを有して増加し、抵抗加熱層の弱化、むらのある加熱および／または最終的な加熱体故障をもたらし、加熱体寿命を潜在的に短くし得る。
一部の実施形態において、第１の金属成分がアルミニウムだけを含む場合、抵抗率は、溶射中の酸化アルミニウム形成の量、ならびに第１の金属成分の堆積およびその堆積を制御することによって部分的に制御される。
【００３９】
一部の実施形態において、第３の成分の非存在下では、第１の金属成分の結晶粒は、加熱される場合にサイズが成長し、結晶粒ずれ、および抵抗加熱層の弱化を潜在的にもたらし得る。一部の実施形態において、第３の成分の非存在下では、酸化アルミニウムは、典型的には基板の平面の上にランダムに積層された円形小板に近似する、非晶質粒を形成する。このような抵抗加熱層はまた、むらのある加熱および／または最終的な加熱体故障の傾向があり、加熱体寿命を潜在的に短くする。
本発明は、抵抗率が安定化されず、かつ加熱中にむらを有して増加し得る抵抗加熱層と比較して、抵抗加熱層の抵抗率の安定化が、よりむらのない加熱および／またはより長い加熱体寿命の利点ととともに、より安定な抵抗加熱層または加熱体を与えるという本発明者らの所見に、少なくとも部分的に基づく。一部の実施形態において、本発明は、結晶粒界が動けなくされない抵抗加熱層と比較して、第１の金属成分の結晶粒界を動けなくすることが、よりむらのない加熱および／またはより長い加熱体寿命の利点とともに、より安定な抵抗加熱層を与えるという本発明者らの所見に、少なくとも部分的に基づく。
【００４０】
非晶質粒構造を有して堆積された酸化アルミニウムは、抵抗加熱層中の第１の金属成分の酸化に対してほとんど、またはまったく保護を与えないことが言及される。この場合、第１の金属成分は、加熱中に酸化またはさらなる酸化を受けやすいままである。したがって、一部の実施形態において、本発明は、第３の成分の存在下で、酸化アルミニウム結晶粒の構造が変えられるという本発明者らの所見に、少なくとも部分的に基づく。具体的には、酸化アルミニウムは、形状でまったく一様であり、かつ一緒に密に詰まることができる柱状結晶粒として形成する。理論に限定されることを望まないが、最密の柱状酸化アルミニウム結晶粒は、抵抗加熱層中の下にある第１の金属成分の酸化抵抗を増加させ、および／または酸化を防止することが考えられる。この効果は、非晶質酸化アルミニウム結晶粒を有する加熱層と比較して、よりむらのない加熱、抵抗加熱層のより大きい安定性、および／またはより長い加熱体寿命を与えることができる。
第３の成分の存在下で形成された本発明の抵抗加熱層の構造の概略図が、図１に示される。図１において、基板５０上に形成された本発明の抵抗加熱層の１つの例証的な実施形態が示され、すなわち、酸化アルミニウム結晶粒６５；その酸化物、窒化物、炭化物またはホウ化物誘導体６０（点描された材料）とともに層中に堆積された第１の金属成分５５（陰影のない材料）；および抵抗加熱層中に分散された第３の成分７０を描写する。１つの例証的な実施形態において、第３の成分７０は、第１の金属成分５５の結晶粒界で分散される。図１はまた、１つの例示的な実施形態において、第３の成分の存在下で形成された酸化アルミニウム結晶粒構造の概略図を示し、ここで、柱状で、最密の酸化アルミニウム結晶粒６５は、その酸化物、窒化物、炭化物またはホウ化物誘導体６０（点描された材料）とともに層中に堆積された第１の金属成分５５（陰影のない材料）の酸化またはさらなる酸化を阻止する。
【００４１】
本発明者らはこれから、抵抗加熱体層、コーティングの構成要素としてのその塗布、および抵抗加熱体としてのその使用について説明する。
第１の金属成分ならびにその酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物
本発明の第１の金属成分としての使用のための金属成分は、ガスと反応して、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、またはそれらの組合せを形成することができるいずれかの金属または半金属を含む。例示的な第１の金属成分は、限定することなく、遷移金属、例えば、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、および遷移金属合金；高反応性金属、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびアルミニウム（Ａｌ）；耐熱金属、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびタンタル（Ｔａ）；金属複合物、例えば、アルミニウム／酸化アルミニウムおよびコバルト／炭化タングステン；ならびに半金属、例えば、ケイ素（Ｓｉ）を含む。金属成分は、炭素（Ｃ）などの追加の元素をさらに含んでもよい。
【００４２】
第１の金属成分はまた、これらの金属または半金属の２種以上の混合物であってもよい。例示的な混合物は、限定することなく、鉄およびアルミニウム、ニッケルおよびアルミニウム、コバルトおよびアルミニウム、クロムおよびアルミニウム、ならびにケイ素およびアルミニウムの混合物を含む。さらなる例示的な混合物は、限定することなく、鉄、クロム、およびアルミニウム；ニッケル、クロム、およびアルミニウム；ならびにコバルト、クロム、およびアルミニウムの混合物を含む。２種以上の金属または半金属が、溶射中に一緒に混合されても、または溶射前に原料中でプレ混合されてもよい。
【００４３】
一部の実施形態において、２種以上の金属の混合物は、合金の形態である。第１の金属成分としての使用のための合金の非限定的な例は、ＣｒＡｌ、ＮｉＡｌ、ＣｏＣｒ、ＡｌＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＣｏＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌ、ＦｅＮｉＣｒＡｌ、ＦｅＮｉＡｌＭｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌ、ＣｏＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＣｏ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＨｆＳｉ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＴａ、ＮｉＣｒＡｌＭｏ、ＮｉＣｒＢＳｉ、ＮｉＭｏＡｌ、およびＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅを含む。他の合金は、当業者によって公知である。合金は、様々な形態、例えば、粉末、ワイヤ、固体棒、インゴットなどで与えられてもよい。２種以上の金属の混合物がプレ合金化されることは必要とされないことが理解されるべきであり、一部の実施形態において、２種以上の金属の混合物は、プレ合金化されない。
【００４４】
第１の金属成分は、典型的には１〜１００×１０-8Ω．ｃｍの範囲の抵抗率を有する。コーティングプロセス（例えば、溶射）中に、金属成分の原料（例えば、粉末、ワイヤ、または固体棒）は溶融されて、例えば、液滴を生成し、酸素、窒素、炭素、および／またはホウ素を含有するガスに曝露される。この曝露は、溶融された第１の金属成分をガスと反応させて、液滴の表面の少なくとも一部の上に、その酸化物、窒化物、炭化物、もしくはホウ化物誘導体、またはそれらの組合せを生成する。
２種以上の金属が第１の金属成分に含まれる場合、金属の１種または複数は、溶射プロセス中に誘導体を形成してもよいことが理解されるべきである。例えば、酸素の存在下で、アルミニウムは、典型的には酸化されて、Ａｌ2Ｏ3などの酸化アルミニウムを形成し；さらなる金属成分も酸化されてよい。反応された金属成分の性質は、堆積中に使用されたガスの量および性質に依存する。例えば、純酸素の使用は、金属成分の酸化物をもたらす一方で、酸素、窒素、および二酸化炭素の混合物は、酸化物、窒化物、および炭化物の混合物をもたらす。それぞれの正確な割合は、金属成分の固有の特性、ならびにガス中の酸素、窒素、および炭素の割合に依存する。本明細書での方法によって生成された層の抵抗率は、変わり、例えば、約５００〜約５０，０００×１０-8Ω・ｍ、または約０．０００１〜約１．０Ω・ｃｍの範囲であり得る。
【００４５】
酸化物の例示的な種には、限定することなく、ＴｉＯ2、ＴｉＯ、ＺｒＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ3、Ｖ2Ｏ4、ＣｏＯ、Ｃｏ2Ｏ3、ＣｏＯ2、Ｃｏ3Ｏ4、ＮｉＯ、ＭｇＯ、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ、ＡｌＯ、ＷＯ3、ＷＯ2、ＭｏＯ3、ＭｏＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴａＯ2、およびＳｉＯ2が含まれる。窒化物の非限定的な例には、ＴｉＮ、ＶＮ、Ｎｉ3Ｎ、Ｍｇ3Ｎ2、ＺｒＮ、ＡｌＮ、およびＳｉ3Ｎ4が含まれる。望ましい炭化物には、例えば、ＴｉＣ、ＶＣ、ＭｇＣ2、Ｍｇ2Ｃ3、ＨｆＣ、Ａｌ4Ｃ3、ＷＣ、Ｍｏ2Ｃ、ＴａＣ、およびＳｉＣが含まれる。例示的なホウ化物には、ＴｉＢ、ＴｉＢ2、ＶＢ2、Ｎｉ2Ｂ、Ｎｉ3Ｂ、ＡｌＢ2、ＴａＢ、ＴａＢ2、ＳｉＢ、およびＺｒＢ2が含まれる。他の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物は、当業者によって公知である。
【００４６】
ガス
金属成分の酸化物、窒化物、炭化物、またはホウ化物を得るために、その成分と反応させるガスは、酸素、窒素、炭素、および／またはホウ素を含有しなければならない。例示的なガスには、酸素、窒素、二酸化炭素、空気、三塩化ホウ素、アンモニア、メタン、およびジボランが含まれる。他のガスは、当業者によって公知である。
一部の実施形態において、ガスは、水素、ヘリウム、およびアルゴンの１種または複数をさらに含んでもよい。
【００４７】
第３の成分
本発明の第３の成分は、抵抗加熱層の抵抗率を安定化させることができるいずれかの材料を含む。典型的には、第３の成分は、セラミック、半導体、または希土類元素であるが、他の材料が使用されてもよい。一般に、負の抵抗率温度係数（ＮＴＣ）を有するいずれの材料も、加熱中に抵抗率を安定化させるように作用する。例示的な第３の成分は、限定することなく、アルミニウム、バリウム、ビスマス、ホウ素、炭素、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、マグネシウム、サマリウム、ケイ素、ストロンチウム、テルリウム、およびイットリウムの１種または複数；またはそれらのホウ化物、酸化物、炭化物、窒化物、もしくは炭窒化物誘導体；あるいはそれらの混合物または合金を含む。一部の実施形態において、第３の成分は、限定することなく、リン化ホウ素、チタン酸バリウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、および酸化イットリウムの１種または複数を含んでもよい。
【００４８】
第３の成分は、それらの元素形態から溶射プロセス中に形成されてもよい。例えば、第３の成分の元素形態は、溶射されてもよく、元素形態は、溶射中にガスと反応して、それらのホウ化物、酸化物、窒化物、炭化物、または炭窒化物誘導体を形成し（したがって、第３の成分を形成し）；このように、第３の成分の元素形態は、本質的に第３の成分の前駆体として作用する。第３の成分の元素形態が溶射される場合、堆積された加熱層は、一部の実施形態において、第３の成分とその元素形態の両方ともを含んでもよいことが理解されるべきである。
元素形態の第３の成分も、２種以上の材料の混合物であってもよい。例示的な混合物は、限定することなく、ホウ素およびストロンチウム、ケイ素およびホウ素、チタンおよびホウ素、ならびにホウ素およびイットリウムの混合物を含む。第３の成分またはその元素形態は、例えば、粉末を一緒に混合して溶射のための原料を形成することによって、コーティングプロセスにおける使用前に、またはコーティングプロセス中に第１の金属成分と混合されてもよい。代わりに、第１および第３の成分（またはそれらの元素形態）は、追加の金属または半金属の存在下であってもよく、合金中で一緒に存在してもよく、合金は原料として使用される。本発明の抵抗加熱層を溶射するための原料としての使用のための第１の成分および第３の成分（またはそれらの元素形態）を含む合金または混合物の非限定的な例には、ＣｒＡｌＹ、ＮｉＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、およびＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅＹが含まれる。他の合金および混合物は、当業者によって公知である。
【００４９】
コーティングプロセス（例えば、酸素、窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含有するガスへの曝露とともの溶射）中に、第３の成分の溶融元素形態は、ガスと反応して、その１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、および炭窒化物誘導体を生成してもよいことが理解されるべきである。反応された第３の成分の性質は、堆積中に使用されるガスの量および性質に依存する。例えば、純酸素の使用は、第３の成分の酸化物をもたらす。さらに、酸素、窒素、および二酸化炭素の混合物は、酸化物、窒化物、および炭化物の混合物をもたらす。それぞれの正確な割合は、第３の成分の固有の特性およびガス中の酸素、窒素、および炭素の割合に依存する。反応の程度も、溶射条件に依存する。溶射条件は、第３の成分の元素形態の少なくとも一部が、抵抗加熱層の抵抗率を望ましくは安定化させるために（または一部の実施形態において、堆積された抵抗加熱層中の第１の金属成分の結晶粒界を望ましくは動けなくするために）十分な量で、反応させられるように当業者によって選択される。
【００５０】
抵抗加熱層の抵抗率を安定化させるために（または第１の金属成分の結晶粒界を望ましくは動けなくするために）必要とされる第３の成分の量は、当業者に公知であるように、多くの要因、例えば、抵抗加熱層のために選択される材料および層またはコーティングがそれによって堆積される方法に依存して変わる。特定の実施形態において、溶射のための材料または原料は、約０．４％以上の第３の成分またはその元素形態を含む。一部の実施形態において、溶射される材料または原料は、約０．４％〜約２％の第３の成分（またはその元素形態）、約０．４％〜約１％の第３の成分（またはその元素形態）、または約０．５％の第３の成分（またはその元素形態）を含む。より多くのまたはより少ない第３の成分（またはその元素形態）が、加熱体または抵抗加熱層の所望の性能パラメーターに悪影響を与えない限り、溶射される材料または原料中に含まれてもよい。
【００５１】
同様に、特定の実施形態において、抵抗加熱層は、約０．４％以上の第３の成分；約０．４％〜約２％の第３の成分；約０．４％〜約１％の第３の成分；約０．２％〜約０．５％の第３の成分；約０．１％以上の第３の成分、または約０．５％の第３の成分を含む。得られた抵抗加熱層中の第３の成分の量は、第３の成分が、溶射中にガスと反応する量（または第３の成分の元素形態は反応する量）、および他のプロセス条件ならびに出発材料または原料に依存することが理解される。
【００５２】
一部の実施形態において、抵抗加熱層の抵抗率は、約２５℃〜約４００℃の加熱中に約０．０５％〜約１．５％以下増加するように第３の成分によって安定化される。例えば、抵抗加熱層（または抵抗加熱体）の抵抗率は、約２５℃〜約４００℃の加熱中に約０．０５％、約０．１％、約０．２％、約０．５％、約１％、約１．２５％、または約１．５％以下増加してもよい。ある実施形態において、抵抗加熱層（または抵抗加熱体）の抵抗率は、約２５℃〜約４００℃の加熱中に約０．０５％〜約１．２５％以下、約０．０８％〜約０．１２％以下、または約０．１％以下増加する。別の実施形態において、抵抗加熱層（または抵抗加熱体）の抵抗率は、約２５℃〜約４００℃の加熱中に約０．０５％以下、約０．１％以下、約０．２％以下、約０．５％以下、約１％以下、約１．２５％以下、または約１．５％以下増加する。１つの例証的な例として、抵抗率は、２５℃で出発し、４００℃に加熱して、８オームを超えて０．１オーム以下増加してもよい。これは、公知の加熱要素、および典型的にはその範囲にわたって加熱中に抵抗率の１０〜２０％の増加を示す、第３の成分を欠く抵抗加熱層と対照的である。一部の実施形態において、「抵抗率が安定化される」は、抵抗率が、加熱中に実質的に増加しない、例えば、約２５℃〜約４００℃の加熱中に約１．２５％〜約１．５％以下増加しないことを意味する。代わりに、抵抗率の変化は、加熱の度当たりの変化％によって表されてもよく；したがって、一部の実施形態において、抵抗加熱層の抵抗率は、加熱中に１℃当たり約０．００３％を超えて増加しないか、または１℃当たり約０．００３％以下増加する。一部の実施形態において、抵抗加熱層の抵抗率は、加熱中に１℃当たり約０．００４％以下、１℃当たり０．００２７％以下、１℃当たり０．００１３％以下、または１℃当たり０．０００２７％以下など増加してもよい。ある実施形態において、抵抗加熱層の抵抗率は、加熱中に１℃当たり約０．００００４％〜約０．００００６％、または１℃当たり約０．００００５％増加する。
【００５３】
特定の実施形態において、本発明の第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された第１の金属成分（単数または複数）の結晶粒界を動けなくすることができるいずれかの材料を含んでもよい。典型的には、このような実施形態において、第３の成分は、金属、半金属、セラミック、または希土類元素であるが、他の材料が使用されてもよい。一般に、
堆積された結晶粒マトリックス中に硬い小さな節（ｎｏｄｕｌｅ）、例えば、不溶性粒子または沈殿物を形成するいずれの材料でも、加熱中に結晶粒界を動けなくし、結晶粒成長を防止するように作用することができる。例示的なこのような第３の成分は、限定することなく、アクチニウム（Ａｃ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔａ）、テクネチウム（Ｔｃ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、またはジルコニウム（Ｚｒ）のホウ化物、酸化物、窒化物、炭化物、または炭窒化物誘導体、ならびにそれらの混合物および合金を含む。さらなる例示的な第３の成分は、限定することなく、二ホウ化ハフニウム、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ストロンチウム、窒化ストロンチウム、酸化スカンジウム、二ホウ化タンタル、窒化チタン、二酸化チタン、酸化チタン（ＩＩ）、酸化チタン（ＩＩＩ）、二ホウ化チタン、酸化イットリウム、窒化イットリウム、二ホウ化イットリウム、炭化イットリウム、二ホウ化ジルコニウム、およびケイ化ジルコニウム、ならびにそれらの混合物および合金を含む。
【００５４】
特定の実施形態において、本発明の第３の成分は、抵抗加熱層中に堆積された酸化アルミニウム結晶粒の構造を望ましくは変えることができるいずれかの材料を含んでもよい。典型的には、このような実施形態において、第３の成分は、金属、半金属、セラミック、または希土類元素であるが、他の材料が使用されてもよい。例示的なこのような第３の成分は、限定することなく、アクチニウム（Ａｃ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ウンビウニウム（Ｕｂｕ）、およびイットリウム（Ｙ）、ならびにそれらの混合物および合金を含む。さらに、このような第３の成分は、これらの材料の２種以上の混合物であってもよい。例示的な混合物は、限定することなく、スカンジウムおよびイットリウム、ランタンおよびスカンジウム、ならびにランタンおよびセリウムの混合物を含む。第３の成分は、例えば、粉末を一緒に混合して、溶射のための原料を形成することによって、コーティングプロセスにおける使用前に第１の金属成分と混合されてもよい。代わりに、第１および第３の成分は、追加の金属または半金属の存在下であってもよく、合金中に一緒に存在してもよく、合金は原料として使用される。このような実施形態における抵抗加熱層を溶射するための原料としての使用のための第１および第３の成分を含む、合金および混合物の非限定的な例には、ＣｒＡｌＹ、ＮｉＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＣｏＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＦｅＮｉＡｌＹ、ＦｅＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＭｏＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＭｏＹ、およびＮｉＣｒＡｌＭｏＦｅＹが含まれる。他の合金および混合物は、当業者によって公知である。このような実施形態において、コーティングプロセス（例えば、酸素、窒素、炭素、およびホウ素の１種または複数を含有するガスへの曝露とともの溶射）中に、溶融された第３の成分も、ガスと部分的に反応して、その１種または複数の酸化物、窒化物、炭化物、およびホウ化物誘導体を生成してもよいことが理解されるべきである。例えば、酸化スカンジウム（ＩＩＩ）、酸化イットリウム（ＩＩＩ）、酸化ランタン（ＩＩＩ）、または酸化ルテチウム（ＩＩＩ）が、第３の成分が酸素に曝露される場合にコーティングプロセス中で形成されてもよい。さらに、溶射条件は、第３の成分の少なくとも一部が、抵抗加熱層中の酸化アルミニウム結晶粒構造を望ましくは変えるために十分な量で、未反応のままであるように、当業者によって選択される。酸化アルミニウム結晶粒構造を望ましくは変えるために必要とされる第３の成分の量は、当業者によって公知であるように、多くの要因、例えば、抵抗加熱層のために選択される材料、および層またはコーティングがそれによって堆積される方法に依存して変わる。
【００５５】
本発明の抵抗加熱層における使用のための第１の金属成分および第３の成分は、加熱体層の所望の抵抗率および使用されるコーティングプロセスなどの、当技術分野で一般に公知の考慮事項に基づいて、当業者によって選択される。
【００５６】
溶射
本発明の抵抗加熱層およびコーティングの他の層は、望ましくは溶射装置を使用して堆積される。例示的な溶射装置には、限定することなく、アーク、プラズマ、フレーム溶射、Ｒｏｃｋｉｄｅシステム、アークワイヤ、および高速オキシ燃料（ＨＶＯＦ）システムが含まれる。典型的なＨＶＯＦワイヤシステムは、３つの分離したガスが一緒になるガンまたはスプレーヘッドからなる（図２参照）。プロパンガスおよび酸素が一般的に燃料ガスとして使用され、反応性ガスとして選択されるガスは、溶融液滴を加速させ、ガン中のスプレーノズルを冷却するために使用される。通常、この最後の機能は、空気の使用によって行われる。ガスは、それぞれのガスについて制御されて、独立したフローであるように、フローメーターおよび圧力調節器を通って、またはマスフロー制御器を通ってスプレーヘッドに供給される。減少した量の反応性ガスを送達することが望まれる場合、それは、非反応性ガス、例えば、アルゴンと混合することができ、その結果、体積およびフローは、適切な速度でガンを動作させるために十分である。混合は、フローメーターおよび圧力調節器、マスフロー制御器によって、または予備混合されたボンベの使用によって行われてもよく、これらのそれぞれは、一般に当業者に公知である。図２に示される実施形態においてワイヤである、原料は、材料がガンに送達される速度を制御するワイヤフィーダーによってガンヘッドに供給される。ガンそれ自体は、モーションコントロールシステム、例えば、線形中継器または多軸ロボットに取り付けられてもよい。
【００５７】
一部の実施形態において、ツインワイヤアークシステム、例えば、ＳｍａｒｔＡｒｃ（商標）ツインワイヤアークシステム（Ｏｅｒｌｉｋｏｎ  Ｍｅｔｃｏ、Ｗｉｎｔｅｒｈｕｒ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）が使用される。一部の実施形態において、プラズマ溶射システムが使用される。
【００５８】
溶射装置は、望ましくは反応ガスがスプレーの溶融フラックスストリーム中に射出されてもよいように構成される。燃焼システムおよびアークワイヤシステムの場合、この射出は、ガスをアクセラレーターとして使用することによって行われてもよい。プラズマシステムの場合、プラズマガスが反応ガスとしてやはり役立たない場合、ガスは追加のノズルを使用して射出されてもよい（図３参照）。反応ガスの射出のための追加のノズルの組込みは、他のシステムにも適用可能である。代わりに、溶射プロセスは、反応性ガスに富んだ、または全体的にそれを含む雰囲気で行うことができる。
【００５９】
堆積層の組成は、使用される溶射装置の種類によって影響され得る。例えば、液滴は、他の技術と比較してＨＶＯＦシステムから非常に急速に放出され、これらの液滴は、結果として反応物質により短い時間曝露され、したがって、ガスとより少ない程度に反応する。さらに、ＨＶＯＦによって堆積される層は、他のシステムによって堆積される層よりも高い接着強度を有する。
【００６０】
抵抗層は、基板上に規定されたパターンで堆積されてもよい。パターンは、例えば、除去可能なマスクによって規定されてもよい。パターン化された適用は、１つまたは複数の基板上の２つ以上に空間的に隔てられた抵抗加熱層の製作を可能にする。パターン化層はまた、基板の局部領域における制御された加熱を可能にする。可変、例えば、連続勾配、または基板上の位置の関数としての階段関数である抵抗率を有するコーティングも、作製されてもよい。例えば、加熱層の抵抗率は、１、１０、または１００ｃｍの距離にわたって５０、１００、２００、５００または１０００％増加または低下してもよい。使用される装置は、溶射ガンおよびガス供給源を含んでもよく、ガス供給源は、いかなる任意の組合せでも混合され得る２種以上のガスを含む。溶射ガンで使用されるガスの組成を制御することによって、コーティングの組成、したがって、抵抗率が制御される。例えば、ガス（例えば、酸素）中の反応物質の漸進的増加は、コーティングの抵抗率の漸進的増加をもたらす。この漸進的増加は、基板上で抵抗率の勾配を有するコーティングを作製するために使用され得る。同様に、抵抗率の他のパターン、例えば、階段関数は、ガスの混合物の適切な制御によって形成されてもよい。ガスの混合物は、２種以上の反応性種（例えば、窒素および酸素）または反応性および不活性種（例えば、酸素およびアルゴン）を含んでもよい。ガスの混合を制御するために、コンピューターがまた使用されてもよい。
【００６１】
本明細書で使用される場合、「基板」は、抵抗加熱層がその上で堆積される任意の物体を指す。基板は、例えば、ベアセラミックであってもよいか、またはそれは、その表面上に１つまたは複数の層、例えば、電気絶縁層を有してもよい。
溶射プロセスは、コーティングの特徴的な層状微細構造をもたらす。溶射プロセスにおいて、溶融液滴のフラックスは、原料から作出され、これは、加速され、基板に向けられる。典型的には１秒当たり数百メートルの速度で移動する液滴は、基板に衝突し、１秒当たり百万度に近い速度で急速に冷却する。この冷却速度は、非常に急速な固化を引き起こす。それにもかかわらず、衝突中に、液滴は、小板様形状に変形し、スプレーヘッドがコーティングを蓄積させるために基板をわたって前後に横切るにつれて、互いにの上に積み重なる。したがって、微細構造は、層状化された構成を仮定し、扁平粒子はすべて、基板に平行および堆積のラインに垂直に整列される。
【００６２】
堆積される材料がフラックスストリーム中に存在するガスとの反応を受けない場合、コーティングの組成は、原料のものと同一である。しかしながら、溶融液滴が堆積プロセス中に周囲ガスと反応する場合、コーティングの組成は、原料のものと異なる。液滴は、反応生成物の表面コーティングを取得してもよく、これは、例えば、反応速度、遭遇される温度、およびガスの濃度に依存して厚さが変わる。一部の場合、液滴は完全に反応し；他の場合、液滴は、それらの中心部で大きな体積分率の遊離金属を有する。得られたコーティングの微細構造は、層状構造であり、複合組成の個別粒子からなる。コーティングは、減少した体積分率の遊離金属を有し、残余は、それぞれの小板様粒子に含まれる遊離金属を取り囲む材料として概して分布された反応生成物からなる。
第３の成分の存在下で、遊離金属は、抵抗加熱層中の第３の成分とともに散在され、第３の成分は、抵抗加熱層に分散され、加熱層の抵抗率を安定化させる。一部の実施形態において、第３の成分の存在下で、遊離金属は、抵抗加熱層中の第３の成分とともに散在され、第３の成分は、結晶粒界で分散され、下にある金属成分の結晶粒界を動けなくし、したがって、加熱層を安定化させる。一部の実施形態において、第３の成分の存在下で、酸化アルミニウム結晶粒は、柱状形状で堆積され、一緒に密に詰まり、酸化されていない「遊離の」第１の金属成分／アルミニウムの上に横たわり、下にある金属成分の酸化またはさらなる酸化に対して保護バリヤを与える。
【００６３】
フラックスストリームに添加されるガスが、はるかにより高い電気抵抗率を有する反応生成物を形成するように選択される場合、得られたコーティングは、遊離金属成分よりも高いバルク抵抗率を示す。さらに、ガスの濃度が制御され、それにより、反応生成物の濃度を制御する場合、コーティングの抵抗率は、比例的に制御される。例えば、純酸素中にスプレーされたアルミニウムの抵抗率は、空気中にスプレーされたものよりも高く、その理由は、層中に比較的に高い濃度の酸化アルミニウムがあり、酸化アルミニウムは非常に高い抵抗率を有するからである。さらに、本発明の第３の成分が原料中に含まれる一部の実施形態において、酸化アルミニウムは、かなり一様な柱状形状および一緒に密に詰まるサイズを有する結晶粒で堆積されてもよく、得られたコーティング中の残存する遊離金属成分を酸化またはさらなる酸化から保護する。
【００６４】
用途
コーティング。基板上のコーティングは、本発明の抵抗加熱層を含むことができる。さらに、他の層が、コーティング中に存在して、追加の特性を与えてもよい。追加のコーティングの例には、限定することなく、接着層（例えば、ニッケル−アルミニウム合金）、電気絶縁層（例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、または酸化マグネシウム）、電気接触層（例えば、銅）、熱絶縁層（例えば、二酸化ジルコニウム）、熱放射コーティング（例えば、酸化クロム）、異なる熱膨張係数を有する層間の改善された熱整合のための層（例えば、酸化アルミニウムとアルミニウムの間のニッケル）、熱伝導層（例えば、モリブデン）、および熱反射層（例えば、スズ）が含まれる。これらの層は、抵抗加熱層と基板の間に（例えば、接着層）、または基板に遠位の抵抗加熱層の側の上に位置してもよい。抵抗加熱層はまた、電気絶縁層なしで非導電性表面上に堆積されてもよい。
【００６５】
加熱体。抵抗加熱層は、層に電源を結合することによって抵抗加熱体に作られてもよい。次いで、抵抗層を通しての電流の印加は、抵抗によって熱を発生させる。電源と抵抗加熱層の間の接続は、例えば、ろう付けコネクター、はんだワイヤによって、または様々な機械的コネクターを使用しての物理的接触によってなされる。これらの抵抗加熱体は、局部加熱が望まれる用途で有利である。
【００６６】
例えば、本発明の抵抗加熱体または加熱層の用途の１つは、射出成形にある。射出型は、熱可塑性材料の溶融物がその中に強制されるキャビティを有する。一旦材料が冷め、硬化すると、それは、型から取り出すことができ、そのプロセスを繰り返すことができる。本発明の射出型は、キャビティの表面の少なくとも一部の上に抵抗加熱層を含むコーティングを有することである。抵抗加熱層は、金属層（例えば、モリブデンまたはタングステン）で覆われてもよい。型のキャビティに、およびそのキャビティへの導管に抵抗加熱層を配置する目的は、固化プロセスをより良く制御し、サイクル時間を低減することである。溶融物に極めて接近しての加熱体は、それがより少ない圧力でより良く流れるように、溶融物を高温に保ち、制御された仕方で固化局面の間に溶融物を冷却するために使用することができる。
本発明の抵抗加熱体または抵抗加熱層の別の用途は、加熱ローラーにある。加熱ローラーは、製紙、印刷、積層、ならびに紙、フィルム、および箔変換産業を含めて、多くの産業で使用される。本発明の抵抗加熱体または加熱層の用途の１つは、紙製造における乾燥機にある。紙は、フォーミング、圧搾（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）、および乾燥を含めて、いくつかの段階で製造される。乾燥段階は、典型的には圧搾段階から残存する水を除去し（典型的には約３０％）、水含有量を典型的には約５％に低下させる。乾燥プロセスは、典型的には紙の両側を加熱円筒ローラーと接触させることを伴う。したがって、抵抗加熱層を有する紙乾燥機のためのローラーは、本発明の方法によって製造されてもよい。抵抗加熱層を含むコーティングは、このようなローラーの内側または外側に堆積される。抗腐食コーティングなどの他のコーティングも適用することができる。加熱体は、堆積工程においてマスクを通して規定パターンで適用されてもよい。例えば、ローラーの端部に熱を集中させるゾーンのパターンは、端部がローラーの中心部よりもより急速に冷えるので、紙により一様な熱を与える。加熱ゾーンを含むローラーの例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５，４２０，３９５号に示されている。
【００６７】
堆積抵抗加熱体または加熱層は、パルプから水を除去するために製紙プロセスで使用されるドライヤ缶（またはローラー）に適用されてもよい。一例では、加熱体は、スチールローラーまたは缶の内部表面に塗布される。最初に、酸化アルミニウムの絶縁体層が溶射によって塗布され、ナノフェーズ酸化アルミニウムまたは他の適当な高温誘電体シーラントにより封止される。次いで、抵抗加熱層は、高速オキシ燃料ワイヤ溶射システム、チタンワイヤ、および窒素ガスを使用して堆積される。端子は、溶接またはねじ込みスタッドによって缶の内側に固定され、電力が堆積抵抗加熱層に印加され得るように絶縁される。最後に、抵抗加熱層全体が高温シリコーンまたは溶射される酸化アルミニウムの別の層でコーティングされ、それは前のように封止される。
【００６８】
代わりに、抵抗加熱層および絶縁体層は、ドライヤ缶の外部表面に塗布され、溶射される金属層、例えば、ニッケルでコーティングされてもよい。次いで、ニッケルは所望の寸法まで研磨される。より小さい加熱ローラー用途の場合、その加熱体が塗布されたローラー上に金属ケーシングが固定または焼きばめされてもよい。
本発明の抵抗加熱体または加熱層の別の用途は、半導体ウェハ処理にある。本発明の半導体ウェハ処理システムは、チャンバー、１つまたは複数の抵抗加熱体、および半導体ウェハを取り付けおよび操作するための手段を含む。このシステムは、アニーリング、焼結、ケイ化、ガラスリフロー、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、熱酸化、およびプラズマエッチングなどのウェハ処理用途で使用されてもよい。このような加熱体を含むシステムは、ウェハと反応性ガスの間の反応、例えば、酸化および窒化を促進するためにも有用である。さらに、このシステムは、エピタキシャル反応に使用されてもよく、ここで、ケイ素などの物質が非結晶性の形態で加熱表面に堆積する。最後に、このシステムは、加熱基板上で非晶質形態での気相反応の生成物の化学蒸着を可能にする。
【００６９】
本発明の加熱体の多くの追加の用途が可能である。例えば、追加の用途には、頂部上の金属接触層および接触部上の酸化アルミニウム絶縁体を備えたパイプ上のブランケット加熱体；キッチンストーブ、オーブン、水加熱器または加熱システムでの天然ガス点火器用のヒーターチップ；着脱可能なマンドレル上に溶射形成によって製作された自立マッフルチューブ；ならびに浴室脱臭剤用の低電圧加熱器コーティングが含まれる。
【００７０】
実験室用途、例えば、抵抗により加熱されたコーテッドガラスおよびプラスチック実験室容器；作業トレー；解剖トレー；細胞培養容器；管類；配管；熱交換器；マニホルド；表面殺菌実験室フード；自己殺菌作業面；滅菌容器；加熱可能なフィルター；フリット；充填床；オートクレーブ；自己殺菌医用細菌および組織培養ツール（例えば、ループおよびスプレッダー）；インキュベーター；ベンチトップヒーター；フレームレストーチ；実験室オーブン；燃焼炉；真空オーブン；ウォーターバス；ドライバス；ヒートプラテン；Ｘ線撮影ペン；反応容器；反応チャンバー；燃焼チャンバー；加熱可能ミキサーおよびインペラー；電気泳動装置；アノードおよびカソード電極；加熱電極；電気分解およびガス発生システム；脱塩システム；消イオンシステム；分光および質量分光装置；クロマトグラフィー装置；ＨＰＬＣ；ＩＲセンサー；高温プローブ；熱可塑性バッグ；キャップおよびチューブシーラー；サーマルサイクラー；温水器；蒸気発生システム；加熱ノズル；熱活性化インラインバルブ；形状記憶合金／伝導性セラミックシステム；凍結乾燥機；サーマルインクペンおよび印刷システムも可能である。
【００７１】
医用および歯科用途、例えば、自己殺菌および自己焼灼外科手術用ツール（例えば、スカルペルブレード、鉗子）；インキュベーター；加温ベッド；加温トレー；血液加温システム；熱制御流体システム；アマルガムヒーター；透析システム；伝達システム（ｐｈｏｒｅｓｉｓ  ｓｙｓｔｅｍ）；スチーマーモップ；超高温焼却システム；自己殺菌テーブルおよび表面；薬物送達システム（例えば、薬用蒸気吸入器；熱活性化経皮パッチ）；皮膚科ツール；加熱可能なタイル；洗面台；シャワー室床；タオルラック；ミニオートクレーブ；フィールドヒーターコット；および身体加温システムも可能である。
【００７２】
産業用途、例えば、無火花点火システム；無火花燃焼システム；バーヒーター；ストリップヒーター；燃焼チャンバー；反応チャンバー；化学処理ライン；ノズルおよびパイプ；静的および能動ミキサー；触媒加熱プラットフォーム（例えば、スクラバー）；化学処理装置および機械；環境改善システム；紙パルプ処理および製造システム；ガラスおよびセラミック処理システム；ホットエア／エアナイフ用途；ルームヒーター；無火花溶接装置；不活性ガス溶接装置；導電性研磨剤；ヒーター水溶射または液体溶射カッティングシステム；加熱インペラーおよび混合タンク；融合および抵抗ロック；新しい不活性ガスを使用する過加熱蛍光灯電球；加熱可能なバルブ、あらゆる種類の加熱可能な結線およびインターフェース；加熱可能なセラミックタイル；自己加熱回路板（例えば、自己はんだ付け板；自己積層板）；消火栓加熱器；食品加工装置（例えば、オーブン、バット、蒸気システム、シアリングシステム（ｓｅａｒｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）、収縮ラッピングシステム、圧力釜、ボイラー、フライヤー、熱封止システム）；インライン食品処理装置；熱を２Ｄまたは３Ｄ構造に選択的にかけるためのプログラム可能温度グリッドおよびプラテン（例えば、熱可塑性溶接および封止システム）；ポイントパルスヒーター；バッテリー作動式ヒーター；インスクライバーおよびマーキングシステム；静的ミキサー；蒸気クリーナー；ＩＣチップ加熱器；ＬＣＤパネル加熱器；コンデンサー；被加熱航空機部品（例えば、翼、プロペラ、フラップ、補助翼、垂直尾翼、ローター）；導電性セラミックペンおよびプローブ；自己硬化釉薬；自己焼成陶器；ウォークインオーブン；自己溶接ガスケット；およびヒートポンプも可能である。
【００７３】
家庭およびオフィス用途、例えば、あらゆる種類の加熱可能な電気製品；自浄式オーブン；点火装置；グリル；グリドル；電子レンジ用サセプターベース加熱可能セラミックシアリングシステム；被加熱ミキサー；インペラー；撹拌機；スチーマー；圧力鍋；圧力調理器；電気レンジ天板；冷蔵庫霜取り機構；被加熱アイスクリームスクープおよび給仕レードル；手持ち型加熱器および加温器；温水器およびスイッチ；コーヒーヒーターシステム；加熱可能なフードプロセッサー；加熱可能なトイレ便座；加熱可能なタオルラック；衣服加温器；身体加温器；猫用ベッド；瞬間加熱アイロン；ウォーターベッド加熱器；洗濯機；乾燥機；水道蛇口；被加熱バスタブおよび洗面台；除湿器；被加熱洗浄または蒸気クリーニングのためのホースノズル；熱加湿ワイプのプラテン；トイレのティッシュヒーター；タオルヒーター；被加熱ソープディスペンサー；被加熱ヘッド剃刀；蒸発冷却システム；自己加熱キー；虫誘引殺虫システム用の戸外ＣＯ2および熱発生システム；水槽ヒーター；浴室ミラー；椅子ウォーマー；加熱可能なブレードシーリングファン；および床暖房器も可能である。
さらなる加熱器用途には、全面幾何学形状ヒーター；直接接触ヒーター；純セラミック加熱システム；コーテッド金属加熱システム；故障自己検出システム；プラズマ溶射熱電対およびセンサー；プラズマ球状化ベッド反応システム（例えば、半導体産業用のホウ素ガス発生システム；加熱可能な導電性クロマトグラフィーベッドおよびビーズシステム）；あまり費用がかからず、またはより効率的な加熱方法の前に表面を加温するための予備加熱器；ならびにセンサー（例えば、集積回路チップパッケージの一部としての加熱器）が含まれる。
【００７４】
マイクロ波および電磁用途、例えば、磁性サセプターコーティング；コーテッド調理器；磁気誘導オーブンおよびレンジの天板も可能である。
熱可塑性プラスチック製造用途、例えば、抵抗によって加熱される大型作業面および大型加熱器；被加熱射出型；ツール；型；ゲート；ノズル；ランナー；供給ライン；バット；化学反応型；スクリュー；駆動装置；圧縮システム；押出しダイ；熱形成装置；オーブン；アニーリング装置；溶接装置；熱接着装置；湿分硬化オーブン；真空および圧力形成システム；熱封止装置；フィルム；ラミネート；蓋；ホットスタンピング装置；および収縮ラッピング装置も可能である。
【００７５】
自動車用途、例えば、ウォッシャー液加熱器；インラインヒーターおよびノズルヒーター；ウィンドシールドワイパーヒーター；エンジンブロックヒーター；オイルパンヒーター；ハンドルヒーター；抵抗ベースロックシステム；マイクロ触媒コンバーター；排ガススクラバー；シートヒーター；空気加熱器；被加熱ミラー；被加熱キーロック；被加熱外部ライト；塗装下または塗装に代えてのインテグラルヒーター；入口および出口エッジ；無火花「スパークプラグ」；エンジンバルブ、ピストン、およびベアリング；ならびにミニ排ガス触媒パイプも可能である。
海洋用途、例えば、汚れ止コーティング；防氷コーティング（例えば、手すり、通路）；電気分解システム；脱塩システム；船上シーフード処理システム；缶詰装置；乾燥装置；アイスドリルおよびコア採取器；救命スーツ；ダイビングスーツヒーター；ならびに乾燥および除湿システムも可能である。
【００７６】
防衛用途、例えば、高温サーマルターゲットおよびデコイ；サーマルロケーターシステム；サーマルビーコン；レモラヒーター；ＭＲＥ加熱システム；武器予熱器；携帯ヒーター；調理装置；バッテリー電源式加熱可能ナイフ；非燃焼式ガス膨張銃；翼上のジェット防氷コーティング；熱融合自己破壊システム；焼却器；フラッシュ加熱システム；非常用加熱システム；非常用蒸留器；ならびに脱塩および殺菌システムも可能である。
信号用途、例えば、被加熱道路標識；熱応答色変化標識；および磁界内で蛍光を発する不活性ガス（例えば、ネオン）含浸マイクロバルーンも可能である。
印刷および写真用途、例えば、複写機；プリンター；プリンターヘッド；ワックスヒーター；熱硬化インクシステム；熱転写システム；静電写真および印刷ヒーター；放射線写真（ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ）および写真用（ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ）フィルム処理ヒーター；ならびにセラミック印刷機も可能である。
【００７７】
建築用途、例えば、被加熱通路マット；火格子；ドレン；樋；竪樋（ｄｏｗｎｓｐｏｕｔ）；および屋根先も可能である。
スポーツ用途、例えば、被加熱ゴルフクラブヘッド；バット；ステッキ；ハンドグリップ；被加熱アイススケートエッジ；スキーおよびスノーボードエッジ；リンクを除氷し、再氷結するためのシステム；被加熱ゴーグル；被加熱眼鏡；被加熱観客席；キャンプ用ストーブ；電気グリル；ならびに加熱可能な食品貯蔵容器も可能である。
射出成形。１つの実施形態において、本発明の加熱体は、射出成形システムで使用されて、型キャビティ空間全体の溶融材料のフローの管理および制御をしてもよい。加熱体は、型キャビティ領域の表面上にコーティングの一部として直接堆積されて、移動中の溶融材料の温度プロファイルを正確に管理してもよい。一部の用途の場合、加熱体は、型キャビティ領域の表面にわたって可変の抵抗率を有して、溶融材料温度勾配に対する微調整を可能にし、したがって、正確な熱フロー制御ならびにメルトフローの一定の（または正確に管理された）粘度および速度を与えてもよい。型熱管理およびフロー制御は、具体的な用途および使用される材料のタイプに依存する。加熱体は、温度センサー（例えば、サーミスターまたは熱電対）および／または圧力センサーとともに使用されてもよい。加熱体を含むコーティングの型キャビティ領域上への直接堆積は、加熱体と被加熱面との間のエアギャップを減らし、またはなくし、加熱体と被加熱表面との間の改善された温度伝達のための緊密で直接の接触を与えることができる。
【００７８】
電気グリル。一部の実施形態において、本発明の加熱体は、電気グリル、またはバーベキューで使用されてもよい。電気グリルは、熱源としてコーティングの形態で本発明の抵抗加熱層を使用してもよい。電気グリルは、直火および燃焼性ガスに対する必要性を緩和するために従来使用されてきたが、ワイヤタイプ管状要素を使用する電気グリルは、妥当な大きさの調理領域の上で肉を焼くための適切な温度を与えるために１２０ボルトまたは２２０ボルトの一般家庭電圧では非効率過ぎる。さらに、このような電気グリルの非効率は、電気グリルが肉を焼くことなどの調理機能を果たすために必要な高温を得ること、および食品がグリリング表面の上に分布された後で調理温度に戻すことを妨げる。
【００７９】
抵抗加熱体または加熱層を組み込んでいる電気グリルの例は、米国特許第７，８３４，２９６号および米国特許出願公開第２０１１／０１８０５２７号に記載されており、これらのそれぞれの全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。原則として、グリルは、主として熱伝導によって、または主として熱放射によって（またはこれら２つの組合せによって）熱くなる。本明細書で提供されるグリルにおいて、熱は、電流を本発明の抵抗加熱体または抵抗加熱層に通すことによって発生する。
熱伝導が熱伝達の主たる様式である場合、抵抗加熱層は、グリリング表面の上部の上またはグリリング表面の下側の上のいずれにグリルの表面にわたって配置することができる。熱は、電流を抵抗加熱層に通すことによって発生し、するとすぐ、熱は、食物にその要素がグリルの上部表面上にある場合は直接に、またはその要素がグリルの下部表面上にある場合は金属グリリング表面を通って、次いで食物に伝導される。
【００８０】
熱放射が、熱伝達の主たる様式である場合、フィルム要素は、グリリング表面の下またはグリリング表面の上に位置付けされた表面の上に配置することができる。ここで、電流は、フィルム加熱要素を通過し、その結果、要素がその上に堆積される基板は、食物を所望の調理温度に加熱するために十分な強さで放出される熱放射にとって十分に高い温度に熱くなる。
簡単には、電気グリルは、典型的には食物をその上に保持するための支持構造、すなわち、火格子、電気グリル上で食物調理から出てくる脂またはいずれかの他の液体を流し出すための手段、および加熱体を含む。本発明によって、加熱体は、例えば、限定されないが、本発明の抵抗加熱層を含むコーティングとして与えられてもよい。電気グリルの１つの実施形態において、とりわけ、電気グリルは、火格子、火格子の上に位置する第１の電気絶縁体層、第１の電気絶縁体層の上部表面上に堆積された抵抗加熱層、および加熱層を保護するために抵抗加熱層の上に位置する上部層を有する。
【００８１】
一部の実施形態において、抵抗加熱層（本明細書で加熱体層とも称される）は、例えば、熱シールド上、セラミックブリケットなどのための支持トレー上、またはグリルのフードから吊るされた加熱体パネル上に設けられる。１つの実施形態において、電気グリルは、例えば、複数の隆起部を有するグリルを与えるために、スタンプ圧縮によって形成され得る形状化金属シートを含む。複数の加熱体層は、隆起部上に設け、一対の導電性トレースによって平行に接続することができる。さらに別の実施形態において、グリルは、加熱体層を有する臭気低減装置を含む。上で述べられた加熱体層または抵抗加熱層は、好ましくはコーティングとして与えられ、多くの種々のコーティング技術を使用して作製することができるが、当業者によって公知であるとおりの、他の方法が、加熱体層を与えるために使用されてもよい。コーティング技術の例には、限定されないが、その多くのタイプが当技術分野で公知である溶射が含まれる。コーティングの性能は、多くの要因、例えば、抵抗加熱層のために選択される材料、加熱要素の寸法、およびコーティングがそれによって堆積される方法に依存する。
【００８２】
図４は、本発明の１つの例示的な実施形態によって、電気グリル４００の例を例証する概略図である。図４に示されるように、電気グリル４００は、調理される食物がその上に置かれる固体キャスティング火格子４１０を含む。固体キャスティング火格子４１０のために使用されてもよい材料の例は、アルミニウムである。当然に、他の公知の導電性材料、例えば、鋳鉄、炭素鋼またはステンレス鋼が同様に使用されてもよい。電気絶縁体層４２０（例えば、電気絶縁体コーティング）は、固体鋳物火格子４１０の下部部分の上に位置する。さらに、加熱体層４３０（例えば、抵抗加熱層を含む加熱体コーティング）は、固体鋳物火格子４１０の反対の部分上で、電気絶縁体層４２０の下部部分の上に堆積される。本発明のこの例示的な実施形態によれば、熱は、加熱体層４３０のから、電気絶縁体層４２０を通って、固体鋳物火格子４１０まで実質的に妨げられないで流れる。当然に、固体鋳物火格子４１０は、固体でないか、または単に異なって形状化されている鋳物火格子で置き換えられてもよい。
図５は、本発明の別の例示的な実施形態によって電気グリル５００の別の例を例証する概略図である。図５に示されるように、電気グリル５００は、固体鋳物火格子５１０を含む。図６は、本明細書でさらに説明されるとおりの、その上に堆積された層を有することがない火格子５１０をさらに例証する概略図である。
【００８３】
図６に戻ると、火格子５１０は、一連の突起部５５０を含み、これは、火格子５１０の隆起部であることがわかる。火格子５１０の他の部分は、形状で凹面である。第１の電気絶縁体層５２０（例えば、電気絶縁体コーティング）は、火格子５１０と加熱体層５３０（例えば、加熱体コーティング）との間に位置し、ここで、加熱体層５３０は、第１の電気絶縁体層５２０の上部表面の上に堆積される。具体的には、第１の電気絶縁層５２０は、火格子５１０の上部表面の上に位置する。さらにフィルム加熱体層５３０は、第１の電気絶縁層５２０の上部表面の上に位置する。
【００８４】
上部層５４０は、加熱体層５３０の上部表面の上に設けられ、コーティングとして、またはそうでなければ加熱体層５３０の上に設けられてもよい。上部層５４０は、加熱体層５３０を脂、他の物質、および酷使から保護するように役立つ。上部層５４０は、第２の電気絶縁体層５４２（例えば、セラミック絶縁体）、または第２の電気絶縁体層５４２（例えば、セラミック絶縁体）および第２の電気絶縁体層５４２の上部に位置する金属層５４４、のいずれかを含んでもよいことが留意されるべきである。上部層５４０は、電気グリル５００の使用者が、電気的危険に曝されることを防止することが留意されるべきである。
【００８５】
図６の例示的な電気グリル５００は、第１の電気絶縁体層５２０、加熱体層５３０、および上部層５４０が、電気グリル５００の各突起部５５０内に位置することを示す。したがって、上述の構成要素のいくつかの群があり、ここで、各群は、突起部５５０の下に位置する。代わりに、固体鋳物火格子５１０全体が、１つの第１の電気絶縁体層５２０、１つの加熱体層５３０、および１つの上部層５４０（図示せず）で覆われていてもよい。
図７は、図４の電気グリル４００の変形を例証する概略図である。具体的には、電気グリル４００はまた、電気絶縁体層４２０（例えば、電気絶縁体コーティング）と固体鋳物火格子４１０の下部部分との間に位置する加熱体プレート４５０を含む。加熱体プレート４５０は、加熱体層４３０から熱を伝導し（すなわち、エネルギーを受け）、その熱を固体鋳物火格子４１０に伝達することができる。加熱体プレート４５０は、固体鋳物火格子４１０および／または電気絶縁体層４２０に取り外し可能に接続されてもよいことが留意されるべきである。代わりに、固体火格子４１０を単に加熱体プレート４５０の上に置くこともできる。本発明の別の代わりの実施形態によれば、加熱体プレート４５０は、その中に加熱体層４３０を含んでもよい。
【００８６】
図８は、本発明の別の例示的な実施形態による電気グリル８００を例証する概略図である。図８により示されるように、電気グリル８００は、図４の火格子４１０と異なる設計を有する火格子８１０を有する。具体的には、火格子８１０は、形状化ロッド８２０を接続する接続バー８３０を有する一連の形状化ロッド８２０を含む。１つの形状化ロッド８２０Ａを説明すると、それぞれの形状化ロッド８２０Ａは、形状化ロッド８２０Ａの下部表面上に位置する電気絶縁体層８４０および電気絶縁体層８４０の下に位置する加熱体層８５０を有する。セラミックタイル８６０が、電気グリル８００上で調理される食物からの脂および他の分泌物を蒸発されるために火格子８１０の下に位置付けられてもよいことが留意されるべきである。さらに、図８は、形状で三角形である各形状化ロッド８２０を例証する一方で、当業者は、形状化ロッド８２０が異なって形状化されてもよいことを理解する。
【００８７】
図９は、本発明の第４の例示的な実施形態による、電気グリル９００を例証する概略図である。図９に示されるように、電気グリル９００は、図４の火格子４１０とは異なる設計を有する火格子９１０を有する。具体的には、火格子９１０は、形状化ロッド９２０を接続する接続バー９３０を有する一連の形状化ロッド９２０を含む。加熱プレート９５０は、火格子９１０上に位置付けられた食物までエネルギーを放射する（すなわち、熱を与える）ために火格子９１０の下に位置付けられてもよい。加熱プレート９５０は、熱を放射するための多くの異なる仕方で形状化およびサイズ化されてもよい。電気絶縁体層９６０は、加熱プレート９５０の下に位置し、加熱体層９７０は、電気絶縁体層９６０の下に位置する。
加熱プレート９５０は、熱シールドの形態であることができる。熱シールドは、一般的にガスグリルで使用され、ガスバーナーと調理用火格子との間に位置する。熱シールドは、バーナーを腐食性液だれから保護し、熱をグリルの表面にわたってよりむらなく分散させるために役立ち、液だれを蒸発させて、食物に追加の風味を浸出させることができる。従来のガスグリルは、例えば、図９に示されるように、従来のガスグリルは、熱シールド上に本発明の層状化加熱要素を設けることによって、電気グリルに容易に改造することができる。
【００８８】
代わりに、加熱プレート９５０、電気絶縁体層９６０、および加熱体層９７０は、火格子９１０から隔てられて位置していてもよい。一例として、加熱プレート９５０、電気絶縁体層９６０、および加熱体層９７０は、火格子９１０の上に、例えば、バーベキューグリルのフードの上に、またはそれらを火格子９１０上に載っている食物の上に位置付けることができる構造のような棚の上に位置していてもよい。このような配置において、エネルギーは食物まで放射する。このような構成は、火格子９１０の上に載っている食物をブロイルするために理想的である。
【００８９】
図１０は、本発明の別の実施形態による電気グリル１０００を例証する概略図である。この実施形態において、グリル１０００は、一枚の材料、例えば、金属シートから形成され、これは、火格子構造を作製するように機械加工されている。１つの実施形態において、シートは、鋼シート、例えば、４００シリーズステンレス鋼シートであり、これは、火格子構造を与えるようにシートをスタンピングすることによって機械加工されている。図１０は、グリル１０００の上面図であり、これは、概してグリルの端部の周りに延在する平坦部分１０１０およびグリル１０００の中心領域を通って延在する一連の平行な隆起部１０２０を含む。グリル１０００は、グリル１０００上で食物製品から脂肪および脂がグリル１０００の下に落ちることを可能にする、突起部１０２０間の空間１０３０を含むことができる。
【００９０】
図１１は、空間１０３０により隔てられた複数の突起部１０２０の断面図である。この実施形態において、突起部は、比較的に密の間隔である（例えば、１インチの約３／１６離れている）が、突起部は、任意の適当な間隔を有し得ることが理解される。この実施形態における突起部１０２０は、反転した「Ｕ」または「Ｖ」形状を有する。各突起部１０２０の下側に、突起部１０２０の下側に位置する第１の絶縁層１０２１、突起部１０２０の反対の第１の絶縁層１０２１の上の加熱体層１０２２、および突起部１０２０の反対の加熱体層１０２１の上の第２の絶縁層１０２３を含む層状化加熱要素がある。熱は、加熱体層１０２２から第１の絶縁層１０２１および突起部１０２０を通って流れて、グリル１０００上の食物品目を加熱する。この実施形態によるグリル１０００は、比較的に薄い金属シートから作ることができる。機械加工されたシートは、任意の適当な厚さを有することができ、例えば、１／２インチ以下、１／４インチ以下、１／８インチ以下、１／１６インチ以下、または１／３２インチ以下の厚さを有することができる。１つの実施形態において、機械加工されたシートは、約０．００５〜０．１００インチの厚さを有し、例えば、約０．０２８インチ厚さであることができる。
【００９１】
図１２は、図１０および図１１のグリル１０００の下側を例証する平面図である。加熱体層１０２２は、平行な突起部１０２０の下側に位置する。導電性トレース１０３１、１０３２であり得る、１対の電気導電体は、グリル１０００の対抗する端部に沿って延在し、平行な回路構成で加熱体層１０２２のそれぞれを接続する。この平行な回路構成は、１つの加熱要素の故障が、グリル全体を故障させない点で有利である。図１２の実施形態において、導電性トレース１０３１、１０３２のそれぞれは、それぞれの電気コネクター１０３３、１０３４で終結する。コネクター１０３３、１０３４は、例えば、図１２に示されるとおりに、互いに隣接して位置して、グリル１０００を電源に容易に接続させることができる。導電性トレース１０３１、１０３２は、いずれかの適当なコンダクター、例えば、ワイヤまたはリボンを含むことができるか、または適当な方法によって、例えば、スプレーまたはスクリーン印刷によってグリル１０００の上に堆積させ得る導電性材料のコーティングを含むことができる。
【００９２】
層状化された加熱要素は、保護層に封入して、加熱要素を環境的損傷から保護し、電気絶縁を与えることができる。保護層は、防水シールを与えることができ、グリル１０００は、食器洗い器に安全であることができる。第２の絶縁層１０２３は、保護層として役立つことができるか、または１種もしくは複数の追加の層は、第２の絶縁層１０２３の上に設けて、保護層を与えることができる。１つの実施形態において、保護層は、シリコーン材料であり得る。シリコーンは、層状化加熱体に対して望ましい工学特性を与える材料のクラスである。シリコーンは、極高低温、水分、腐食、電気放電および風化に抵抗することができる。シリコーン材料はまた、コーティング用途に対してさらなる利点を与える。例えば、それらは、吹付け塗装、ディッピングおよびブラッシングなどの安価な方法を使用して塗布することができ、それらは、低温で動作するベルトオーブンを使用して硬化させることができる。１つの実施形態において、保護層としても役立つ、第１の絶縁層１０２１と第２の絶縁層１０２３の両方ともは、シリコーン材料を含む。
【００９３】
比較的に小さい熱質量を有するにもかかわらず、この薄いシートの実施形態における加熱要素は、食物をグリルするための必須のパワーを与えることができることが見出された。加熱体層のための適切な加熱体幾何形状および抵抗率を選択することによって、グリル１０００は、慣用の家庭電力（例えば、１００〜２４０Ｖ）を使用して華氏９００度程度に高い調理温度に容易に熱し、その温度を持続させることができる。
図１０〜図１２の実施形態の代替として、第１の絶縁層１０２１、加熱体層１０２２および第３の絶縁層１０２３は、図５および図６の実施形態と同様に、突起部１０２０の上部側の上に位置することができる。
【００９４】
図１３は、本発明のある実施形態による電気グリル１０００を製造するためのシステム１３００および方法を例証する。４００シリーズのステンレス鋼シートであり得る、金属シート１３１０は、必要に応じて、適切なサイズに切断され、次いで、金属シート１３１０を１つまたは複数の段階でグリル１０００の形状に変形および／または切断するように構成されるスタンピングプレス１３２０に供給される。次いで、シート１３１０は処理ステーション１３３０に送られ、金属シート１３１０の下側に様々なコーティングを与えて、電気グリル１０００を製造する。例えば、図１１および図１２に示されるように、加熱要素１０２２および導電性トレース１０３１、１０３２は、金属シート１３１０の下側の上に所望のパターンで設けることができる。処理ステーション１３３０は、様々なコーティングをシート１３１０に適切な配列およびパターンで与えて、グリル１０００を製造するための適切な設備を有する１つまたは複数の作業領域を含むことができる。
【００９５】
１つの実施形態において、抵抗加熱層１０２２（図１１）は、溶射によって堆積され、処理ステーション１３３０は、１つまたは複数の溶射装置１３４０（溶射「銃」としても知られる）を含む。ある特定の実施形態において、第１の絶縁層１０２１および第２の絶縁層１０２３（図１１）も、溶射によって形成することができる。他の実施形態において、絶縁層１０２１、１０２３の両方の一方は、異なる技術、例えば、シリコーン材料を金属シート１３１０の上に吹付け塗装し、ディッピングし、またはブラッシングすることによって形成される。
【００９６】
溶射装置１３４０は、アークワイヤ溶射システムであることができ、これは、２本のワイヤ（例えば、亜鉛、銅、アルミニウム、または他の金属）のチップを溶融させ、得られた溶融液滴をキャリヤガス（例えば、圧縮空気）によってコーティングされる表面に移送することによって動作する。ワイヤ原料は、２本のワイヤ間の電位差により発生した電気アークによって溶融される。溶射銃は、基板１３１０の上に配置される。ワイヤ原料は、原料材料が銃に供給される速度を制御するフィーダー機構によって溶射銃に供給することができる。キャリヤガスは、溶射銃でノズルを通して強制され、溶融液滴を基板１３１０に高速で移送して、加熱層１０２２を生じさせる。キャリヤガスは、１つまたは複数の加圧ガス源により供給され得る。好ましい実施形態において、キャリヤガスは、溶融液滴と反応して、堆積された層の抵抗率を制御する少なくとも１種の反応性ガスを含む。反応性ガスは、例えば、溶融液滴中の金属材料（例えば、第１の金属成分、例えば、一部の実施形態におけるアルミニウム）と反応して、原料材料の抵抗率と比べて、堆積層の抵抗率を増加させ得る反応生成物を与える酸素、窒素、炭素、またはホウ素含有ガスであることができる。一部の実施形態において、ガスは、水素、ヘリウム、およびアルゴンの１種または複数をさらに含んでもよい。溶射銃は、複数のパスにわたってコーティング層を蓄積させるために、基板１３１０に対して中継することができる。銃１３４０は、モーション制御システム、例えば、線形中継器または多軸ロボットに取り付けることができる。制御システム、好ましくは、コンピューター化制御システムは、溶射銃１３４０の動作を制御することができる。
【００９７】
アークプラズマ溶射システム、フレーム溶射システム、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）システム、および動的、または「コールド」スプレーシステムを含めて、他の公知のスプレー技術を本発明で使用して加熱体層を堆積させることができる。
導電性トレース１０３１、１０３２（図１２）も、導電性材料をシート１３１０の上に適切なパターンでスプレーすることによって形成することができる。代わりに、導電性トレース１０３１、１０３２は、別の技術を使用して、例えば、スクリーン印刷によって導電性材料を堆積させることによって形成することができる。加熱層（単数または複数）１０２２および導電性トレース１０３１、１０３２をシート１３１０に塗布した後、絶縁材料、例えば、シリコーンの保護層をグリル１０００の電子構成要素を絶縁および保護するために塗布することができる。
【００９８】
図１４は、本発明の別の実施形態による電気グリル１４００を例証する。この実施形態において、グリル１４００は、いずれの慣用のグリル調理表面であることもできる、調理火格子１４１０、および火格子１４１０の下に位置し、複数のセラミックタイルまたはビリケット１４３０を保持する支持トレー１４２０を含む。図４〜図１３と関連して上に記載されたような、第１の絶縁層１４２１、抵抗加熱層１４２２、および第２の絶縁オーバーコート１４２３を含むことができる、層状化加熱要素１４２４は、支持トレー１４２０の少なくとも１つの表面上に設けられている。図１４の実施形態において、層状化加熱要素１４２４は、トレー１４２０の下部表面に設けられているが、加熱要素は、トレー１４２０のいずれの表面（単数または複数）の上に設けることができることが理解される。加熱要素１４２４が電気的にエネルギー化されると、加熱層１４２２からの熱はブリケット１４３０に伝導され、次に、これは、火格子１４１０上に位置付けられた食物に対して熱を上方に放射する。ブリケット１４３０は、食物から滴り落ちる脂および他の分泌物を蒸発させることもできる。セラミックブリケットに加えて、熱を放射するための他の適当な材料、例えば、溶岩を支持トレー１４２０の上に位置付けることもできることが理解される。支持トレー１４２０は、しばしば慣用のガスグリルで見られるように、セラミックブリケットまたは溶岩を保持するための岩石火格子であることができる。
【００９９】
図１５は、本発明の別の実施形態によるグリル１５００の断面の例証である。この実施形態において、グリル１５００は、調理火格子１５１０を含み、これは、いずれの慣用のグリル調理表面であることもできる。火格子１５１０は、下部グリル筐体１５２０の上に位置付けられ、かつそれにより支持されている。グリルフード１５３０は、下部グリル筐体１５２０の上に位置付けられて、閉鎖グリルキャビティを与えることができる。加熱体パネル１５４０は、グリルフード１５３０に取り付けられ、グリルキャビティの内側に吊るされている。抵抗加熱層１５４１は、加熱体パネル１５４０の上に設けられている。別個の加熱体パネルの使用は、製造の容易さ、容量性漏洩電流を最小限にすること、ならびに維持管理および置き換えの容易さのために有利であり得る。
【０１００】
加熱体パネル１５４０は、絶縁性材料から構成されることができ、抵抗加熱層１５４１は、パネル１５４０の上に直接、コーティングとして堆積させることができる。抵抗フィルム加熱層は、図４〜図１４に関連して上に記載された方法のいずれかを使用して堆積させることができる。パネル１５４０は、マイカを含むことができ、これは良好な誘電特性を有し、比較的に低いコストである。絶縁保護層を抵抗加熱層１５４１の上に設けることができてもよい。１つの実施形態において、パネル１５４０は、一対の絶縁性基板、例えば、マイカ基板を含むことができ、これは、基板の１つの上に堆積された抵抗加熱層１５４１をサンドイッチ状に挟む。
【０１０１】
パネル１５４０が、導電性材料、例えば、金属から作られている場合、絶縁層をパネル表面の上に設けることができ、抵抗加熱層１５４１を絶縁層の上に設けることができる。
懸架パネル１５４０は、火格子１５１０の上に位置付けられている食物に強い放射熱を送達することができる。懸架パネル１５４０は、ブロイリングに特に有利であり得る。パネル１５４０は、１つまたは複数のスペーサー、例えば、柱１５５０によってフード１５３０の内壁から間隔を空けることができる。１つまたは複数のパネル１５４０を、フード１５３０または下部グリル筐体１５２０のいずれかの内壁に取り付け、適当なスペーサーを使用して壁から間隔を置くことができる。
加熱体パネル１５４０は、グリル１５００のための主要な熱源であることができる。他の実施形態において、グリル１５００は、加熱体パネル１５４０に加えて他の熱源、例えば、図４〜図１４に関連して記載されたとおりの電気的熱源だけでなく、慣用のガスまたは木炭熱源を含むことができる。
【０１０２】
図１６は、本発明の別の実施形態によるグリル１６００の断面の例証である。この実施形態におけるグリル１６００は、図１５のグリル１５００と同様の、調理火格子１６１０、下部グリル筐体１６２０、およびグリルフード１６３０を含む。グリルフード１６３０は、典型的にはグリル１６００からの煙および煙霧をベントするための１つまたは複数のベントホールである煙排気システム１６４０、および排気システム１６４０と協調的に関連している臭気除去装置１６５０を含む。臭気除去装置１６５０は、グリル１６００により発生した煙の大部分またはすべてが、汚染物質の除去のための臭気除去装置１６５０を通過し、その後、処理された煙が排気システム１６４０を通って環境に排気されるように、位置付けられる。
【０１０３】
悪臭を放ち、潜在的に危険である、蒸発脂滴などの望ましくない汚染物質を含めて、バーベキューグリルが、望ましくない煙放出物を発生させ、室内または他の閉鎖空間でのバーベキューグリルの広範な使用を非常に抑制してきたことは周知である。したがって、グリリングプロセスからの煙放出物を、例えば、触媒変換によって処理して、複合有機汚染物質をより単純な分子に分解し、それにより、グリル１６００からの悪臭の放出を最小限にするために、臭気除去装置１６５０は設けられる。
１つの実施形態において、臭気除去装置１６５０は、触媒材料１６５２、および触媒材料１６５２と熱的に連通している層状化加熱体１６５１を含む。触媒材料１６５２は調理放出物に作用して、複雑な有機分子を分解し、臭気を低減させる。層状化加熱体１６５１は、触媒反応を支持するために十分な温度に触媒材料１６５２を加熱する。
【０１０４】
１つの実施形態において、触媒材料１６５２は、触媒活性要素が含浸されている高表面積酸化アルミニウムコーティングでコーティングされた層状化金属基板である。基板は、グリルからの煙がそれを通って流れることができる、基板を通る複数のチャネルを設けるように処理される。触媒活性要素は、白金族金属シリーズからの１種または複数の元素であり得る。触媒活性要素は、調理プロセスからの放出物に作用して、それらをより単純な形態に分解する。層状化金属基板に加えて、触媒活性要素を支持するための他の基板材料、例えば、ハニカム構造、ワイヤメッシュ、膨張金属、金属フォームまたはセラミックが使用され得ることが理解される。また、白金族金属シリーズからの元素以外の他の材料、例えば、周期律表のＩＶＡ族〜ＩＩＢ族からの元素が触媒活性要素として使用され得る。本発明における使用に適した触媒材料１６５２の例示的な実施形態は、Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｊｒ．の米国特許出願公開第２００９／００５０１２９号に記載されており、この全教示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１０５】
図１７は、本発明の別の実施形態によるグリル１７００の断面の例証である。この実施形態におけるグリル１７００は、図１５のグリル１５００および図１６のグリル１６００と同様の、調理火格子１７１０、下部グリル筐体１７２０、およびグリルフード１７３０を含む。グリルフード１７３０は、典型的にはグリル１７００からの煙および煙霧をベントするための１つまたは複数のベントホールである、図１５の煙排気システム１５４０と同様の煙排気システム１７４０、および排気システム１７４０と協調的に関連している臭気除去装置１７５０を含む。図１５の臭気除去装置１５５０と同様の、臭気除去装置１７５０は、グリル１７００により発生した煙の大部分またはすべてが、汚染物質の除去のための臭気除去装置１７５０を通過し、その後、清浄化された煙が、ブロワー１７６５に結合されている第２の管１７６０に排気されるように位置付けられる。ブロワー１７６５のアウトプットは、下部、後部または側部の上のグリル筐体１７２０によって結合されている第２の管１７８０に結合されている。第２の管１７８０は、グリル１７００で再循環される処理され、加熱された煙を運んで、ディフューザーホール１７８５を有するプレナム１７９０を介して対流熱を与える。
ブロワーは、抵抗加熱体表面で覆われて、グリル１７００中に再循環された処理煙の熱を制御することができてもよい。
【０１０６】
図１８は、本発明の別の実施形態によるグリル１８００の断面の例証である。この実施形態におけるグリル１８００は、図１５のグリル１５００および図１６のグリル１６００と同様の、調理火格子１８１０、下部グリル筐体１８２０、およびグリルフード１８３０を含む。グリルフード１８３０は、図１５の煙排気システム１５４０と同様の煙排気システム１８４０を含み、これは、典型的にはグリル１８００からの煙および煙霧を再循環管１８６０中にベントするための１つまたは複数のベントホールである。パイプ１８６０は、ブロワー１８６５に結合され、次に、これは、図１５の臭気除去装置１５５０と同様の、臭気除去装置１８５０に結合される。臭気除去装置は、ブロワー１８６５により再循環される煙の大部分またはすべてが、汚染物質の除去のために臭気除去装置１８５０を通過し、その後、処理された煙が、下部、後部または側部の上でグリル筐体１８２０によって結合されている第２の管１８８０を通ってグリル１８００中に戻されるように、位置付けられる。第２の管１８８０は、グリル１８００でブロワー１８６５により再循環される清浄で、加熱された空気を運んで、ディフィーザーホール１８８５を有するプレナム１８９０を介して対流熱を与える。ブロワーは、抵抗加熱体表面で覆われて、グリル１８００中に再循環される処理煙の熱を制御することができてもよい。
【０１０７】
層状化加熱体１６５１は、コーティングとして形成され、例えば、図９に関連して上で検討された技術を使用して堆積抵抗加熱層を含むことができる。層状化加熱体１６５１は、触媒材料１６５２に近接して設け、伝導性、放射性もしくは対流性の熱伝達プロセスによって、またはこれらのプロセスの組合せによって、熱を触媒材料１６５２に伝達することができる。例えば、層状化加熱体１６５１は、触媒材料１６５２上に直接、または触媒材料１６５２が最大の伝導性熱伝達のためにその上に支持されるトレーもしくは他の支持体の上に堆積させることができる。触媒材料１６５２と対面し、放射熱を触媒材料１６５２に与える別個のパネル上などで、層状化加熱体１６５１は、触媒材料１６５２から間隔を置くことができる。加熱体層１６５１は、触媒材料１６５２の上流に、ダクトまたは他のガス導管内に位置付けることができ、触媒材料１６５２での触媒反応を支持するために十分な温度に、グリルから発散する煙を加熱することができる。一部の実施形態において、加熱体層１６５１は、高価で貴重な金属触媒材料の使用なしで煙中の炭素汚染物質を酸化するために十分な温度に煙を加熱することができる。
【０１０８】
臭気除去装置１６５０は、図４〜図１５と関連して記載されたとおりの電気グリル実施形態のいずれかだけでなく、いずれかの慣用のガスまたは木炭グリルで有利に用いることができることが理解される。
【０１０９】
一般に、本発明の実施形態のいずれかにおける加熱体層は、望まれる印加電圧およびパワーの知識を用いて設計することができる。これらの量から、必要な抵抗が計算される。抵抗および材料抵抗率を知って、次いで、加熱体層、または加熱体層を含む要素の寸法を決定することができる。堆積技術に依存して、材料抵抗率は、設計を最適化するように調整することができる。加熱体層または加熱体層を含む要素は、多くの異なる仕方で形状化されて、必要とされる加熱パターンによって加熱を与えてもよいことが留意されるべきである。
限定されないが、加熱体コーティングは、ほとんど空間を占めず、かつほとんど質量を有せず、それにより、コンパクトな設計を可能にし、かつ加熱体コーティングはヒートアップするのにエネルギーを必要としないので熱効率を増加させること；加熱体コーティングは、典型的には、それがその上に堆積される部分、または基板に十分に結合され、それにより、熱のその部分への流れに対する非常に少ないインピーダンスを維持すること（すなわち、熱効率の増加）；熱コーティングはそれが覆う領域に対してパワーを分布させること；加熱体コーティングは、端部損失を補償するためにその表面にわたって非一様にパワーを分布させ、それにより、グリリング表面にわたって一様な温度分布を与える能力を有すること；ならびに／または、加熱体コーティングは、コストおよびボリュームが重要である一般の製造方法を受け入れやすいことを含めて、本発明によるコーティングとして提供される抵抗加熱層の使用に対して多くの利点がある。
【０１１０】
本発明の加熱体および抵抗加熱層のための様々な用途、ならびに加熱要素の製作のための方法は、共通に所有される米国特許第６，９１９，５４３号、同第６，９２４，４６８号、同第７，１２３，８２５号、同第７，１７６，４２０号、同第７，８３４，２９６号、同第７，９１９，７３０号、同第７，４８２，５５６号、同第８，３０６，４０８号、同第８，４２８，４４５号、ならびに共通に所有される米国特許出願公開第２０１１／０１８０５２７号、同第２０１１／０１８８８３８号、および同第２０１２／００７４１２７号に記載されている。上に言及された特許および特許出願の教示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
本発明の上記実施形態は、本発明の原理の明らかな理解のために単に示された、単に実施の可能な例であることが強調されるべきである。多くの変形および変更が、本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の上記実施形態に対してなされてもよい。このような変更および変形のすべては、本開示および本発明の範囲内に本明細書に含まれ、かつ以下の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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