JEMEA Bulletin Vol.3 No.1 (2017.6)

活動紹介「電磁場の”質”に着目したインテリジェントマテリアルプロセッシング」WG の紹介
Intelligent Handing of MW Energy in Material Processing
中部大学 工学部 樫村京一郎〒487-0025 愛知県春日井市松本町 1200,
e-mail: kashimura@isc.Chubu.ac.jp

1. はじめに
マイクロ波加熱の特徴として、 一般に急速（迅速）御利用する方法論の研究は不充分だと思われる。ここ

加熱, 選択加熱の二つが挙げられる.例えば, 電子レ

10 年で、 マイクロ波加熱を用いた特異な化学合成にンジで紅茶を温めた際、我々は速やかに紅茶を温める関する議論は、この加熱により生じる温度分布によりことができる。この急速に物を温められる点は、 マイ説明できるとして決着がついた。しかし、これを上手クロ波の持つ特徴のひとつとして広く知られているに運用するためには、マイクロ波電磁波の精密制御や（急速加熱）。また、 電子レンジで加熱された紅茶はこれの熱エネルギーへの変換過程の理解が必要である。

その器となるカップと異なる温度を示す（私の経験で特に、マイクロ波は優れた操作性を備えたエネルギーは, カップの温度は紅茶よりも低い）。これは紅茶の方供給のためのツールであるにも関わらず、電磁波周波がカップよりマイクロ波のエネルギーを吸収するため数や容器の Q 値（品質のよさ）などの観点から加熱運に生じる現象である。この選択加熱という特徴により、用を論じた研究は少ない。

マイクロ波は被加熱物質内部にm オーダーの微小な今後、マイクロ波化学・材料プロセッシング分野に領域に数十～数百度もの温度差を形成することができおいて、マイクロ波が持つ電界や周波数などの特性をる 1-2)。これまで、 この非平衡温度場は、 プロセス設精密に制御することが重要である。その結果、従来の計におけるデメリットとして認識されてきた。しかし、加熱では困難な化学・材料合成プロセスの熱分布・物

1999 年, この非平衡場を用いた革新的な金属焼結が質移動の精密操作が達成できる。そうなってはじめて、

Roy らのグループより報告された 2)。 この報告におけ対象とするプロセスのエネルギーを効率的に操作するる彼らの主張は焼結体の緻密さであったが、 得られた事ができ、かつ、マイクロ波を利用した新しい材料プ金属組織に選択加熱が認められる他、 緻密な焼結体がロセッシングの可能性が拓けてくると考えた。

得られる機構についての紹介が載っており, この報告
2. 活動状況を皮切りに微小領域での非平衡状態が広く注目されるようになった。現在では, 我が国においても, こうし新しい電磁波エネルギー応用を創出・推進するためたマイクロ波のもつ選択加熱性を, 積極的に材料プロには、多岐に渡る専門性を持つ研究者のプラットフォセスに応用していく流れが形成されつつある。

ームを形成した。著者は、様々な学術分野の研究者同加熱対象へのエネルギー供給をスムーズにすること士の交流から、新しい加熱物理、化学反応理論を創出で材料合成に優れた特性を付与する研究と比べ、マイできると考えている。物理屋・化学屋・電気屋といっ

クロ波エネルギー操作性を材料・化学合成へ変換・制た専門家がそれぞれ自らの分野を分担するのではなく、19

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異なる分野を理解・担当することで、各分野同士の情「電磁波と加熱の基礎理論」及びこのテーマに関して報ダイナミクスを創出し、新しい学術を創出したい。

総合討論が行われた。

連携する学会の理論・人材の交流を促進することによ

異分野間の学術交流を達成するためには、基礎学問り、新しいものづくりに貢献し、分野間の垣根を超えの習得が重要である。本セミナーの目的は、著者と関た有機的な連携ができると考える。

わりの深い高温プロセス改善を目的としたマイクロ波

平成 28 年度では同 WG メンバーにより日本鉄鋼協会法の道筋を示すこととともに、これまで報告されてきに積極的に働きかけ、鉄鋼協会でマイクロ波セッショたマイクロ波効果のメカニズムを既存の学術ベースにンを立ち上げ、情報の共有を行った。高温プロセスに沿って説明することが行われた。なお、本セミナーのおける電磁波応用を促進するとともに、高温プロセス趣旨を鑑み、講師として望月大氏（信州大）を招聘し分野の優れた研究者と情報を共有した。同会では、東た。この試みは非常に有意義なもので、化学・物理・工大・藤井智氏による連成場（熱場・電磁場）の数値電気などの異分野についての基礎学術の理解を深める解析による報告がなされた。この報告では、通常の連こと、セミナーでは活発な議論が展開すること、マイ成場に攪拌用のスターラーの動作を取り込み、擬似的クロ波効果とされる様々な特異な事例を、伝熱工学やな三つの場を数値計算により明らかにし、マイクロ波電磁気学の観点から説明することなど、いくつかの目加熱炉の温度挙動の解明を試みている点において新し的を達成することができた。また、「マイクロ波効果とい。また、豊田中研・福島英沖氏による自動車応用にはなにか」や「電磁波エネルギーの産業応用へ向けたおけるマイクロ波加熱応用に関する報告は、マイクロ道筋」及び「電磁プロセスの既存プロセスに対する優波加熱の様々な産業分野への適用可能性を吟味したも位性の確保」について忌憚のない意見交換が行われた。

ので、産業界に深く造形を有する福島氏ならではの講さらに、電磁波の質に注目したプロセス研究開発に演であった。本講演では、マイクロ波加熱の特徴が的ついて、議論を深めている。マイクロ波の様に位相が確に説明され、マイクロ波の学術や技術が進むべき道揃ったコヒーレントな電磁波を物質に照射すると、そ筋が示された。材料側からは、東北大学・吉川昇氏のの原子・分子のもつ電子またはイオンが電磁波と同期発表が興味深い。この講演では、粉体における粒子そして集団的に振動し、特に粉体に効率良く吸収されてれぞれが形成する複雑なマイクロ波加熱挙動を、パー発熱する。化学反応での素原料の加熱・反応エネルギ

コレーション理論を基礎とした明快な説明で表現し、ー制御をマイクロ波で行うと、高速で目標物が生成す新しい電磁界設計へのヒントとなり得るものであった。

る。こういったマイクロ波加熱場下での反応速度が従いずれの講演も、基礎学問を理解していれば容易に理来加熱と比べて向上するという報告は、枚挙に暇がな解できる内容で丁寧に説明されており、異分野の研究い。これを学術的に整備するためには、非平衡熱力学者であっても理解することが十分に可能な内容であっの観点から整備することが正しい学術の積み上げであたので、本 WG の重要な趣旨である「多岐に渡る専門性る。この観点においては、非平衝な温度分布において、を持つ研究者のプラットフォームの形成」に大きく寄

化学反応速度は熱力学的力と熱力学的流れにより表現与できるものであった。平成 29 年度では、これによりされるので、強電磁界では熱力学的力＝電位勾配と解得られた研究交流の場を電磁波エネルギー応用学会へ釈する理論構築が正しいと考えられる。しかし、マイ移行しつつ、更なる交流機会の拡大を探索する予定でクロ波効果を考慮する上ではその駆動力となる電気的ある。

ポテンシャルの見積は極めて困難である。この理解にまた、平成 28 年度末に東北大においてセミナーを開は、マイクロ波工学の知恵を拝借する必要があるが、催し、基礎学問の普及・異分野連携力の基礎を強化し加熱容器の Q 値をはじめとした電気工学的な観点が不た。このセミナーは、東北大・福島潤氏、中部大・樫充分であるように感じている。これに関して、先に述村京一郎主催で開催し、「マイクロ波プロセッシングのべたような知識の共有化を行っている。電磁波の質を応用」、「無容器プロセッシングによる機能性材料合成」、考慮した化学反応制御理論を構築できれば、従来の火20

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力とは異なる電磁波加熱特性を得ることができる。これは、エネルギー源を火力・高温ガスから電力・電磁波に転換することにつながり、パラダイム変革をもたらすことが期待できる。
今後はさらに交流の場を促進し、WG 会員を増加することで強化を計りたい。
3. 平成２８年度の活動概略
2017/2/24 電磁波エネルギー応用学会・日本鉄鋼協会
合同セミナー （東北大学）
2017/3/15-17 日本鉄鋼協会・春季講演大会において「電磁波を用いた高温プロセス設計 －電磁波照射の応用と問題点―」マイクロ波予告セッション立ち上げ
参考文献
1) Nils Sabelstrom et al.: Steel Research Int., 83(2013).
2) R. Roy, D. Agrawal, J. Cheng, and S.
Gedevanshvili, Nature 399, 668 (1999).

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