JP7748159B2 - 固体製造装置及び固体の製造方法 - Google Patents

固体製造装置及び固体の製造方法

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Description

本発明のいくつかの態様は、被加工体等の前駆体から金属及びセラミック等の固体を製造する製造装置及び金属及びセラミック等の固体の製造方法に関する。
日用品、家電製品及び工作機械等に用いられる金属部品は、鉱石、製錬等の製錬中間物、金属を含む産業廃棄物、スクラップ、都市ごみの焼却灰の製錬を行うことにより得られた鋳塊や金属鋼片などをさらに加工して製造されている。同様に、日用品、家電製品、及び工作機械等に用いられるセラミック部品は、粉砕した原料の成形及び焼成の後、加工する工程等を経て製造されている。金属部品の製造工程もセラミック部品の製造工程にも少なくとも一部には高温を要する工程を含んでおり、高温にするために多くのエネルギー又は時間がかかることがあるため、製造工程の効率の向上が要求されている。
特開２０１２－１５８７９０号公報 特開２０１７－１４５１５１号公報 特開２００９－０３５７７６号公報 特開２０１３－２１６９４３号公報 特開２０１７－１４５１５１号公報 国際公開第２０２２／１９５９８９号 国際公開第２０２２／１９６６８１号
本発明のいくつかの態様は、効率よく、固体、特に金属やセラミック等の無機物質の固体を製造可能である製造装置及びそれらの製造方法を提供することを目的の一つとする。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、筐体の内部に配置された、筐体の内部に少なくとも突出した状態で、被加工体の少なくとも一部と接触することが可能な第１の基体と、を備える。固体製造装置は、筐体及び第１の基体の少なくとも一つは冷却するための冷却部を備えていてもよい。
上記の固体製造装置における第１の基体は、典型的には、例えば、後述する本発明のいくつかの態様に係る図１に示した固体製造装置における加圧部２０並びに加圧部２０に取り付けられた断熱性部材８０及びマイクロ波吸収性部材９０、あるいは同じく図１に示された固体製造装置におけるステージ５０及び台座１３５の少なくともいずれかであり得るが、これらに限定されない。
上記の固体製造装置における被加工体は、典型的には、例えば、後述する本発明のいくつかの態様に係る図１に示した固体製造装置における被加工体１３０であり得るが、これに限定されない。
上記の固体製造装置における冷却部は、典型的には、例えば、後述する本発明のいくつかの態様に係る図１に示した固体製造装置における冷却部１であり得るが、これに限定されない。
上記の冷却部の具体例としては、例えば、空気又は冷却空気を筐体及び第１の基体の少なくとも一つに空気を送るエアージェットを備える冷却装置、筐体又は第１の基体に接するか、又は筐体又は第１の基体の内部に設けた冷却用の水やアルコール等の液体を通過させる冷却管を有し、冷却した液体を当該冷却管に通過させる液体冷却型の冷却装置、又は筐体又は第１の基体の外部に接触するか、筐体又は第１の基体の内部に配置されたペルチェ冷却素子等を備える電子冷却の機構を挙げることができる。
上記の固体製造装置においては、筐体及び第１の基体の少なくとも一つが冷却部を有するため、例えば、筐体内にマイクロ波又はミリ波が放出され、又は被加工体が高温になる場合等に、例えば、以下のような効果を奏する。
（１）高温による熱変形又は熱膨張により筐体及び第１の基体の寸法が変わることによる筐体内に放出されたマイクロ波又はミリ波の漏洩を抑制することが可能である。
（２）マイクロ波又はミリ波を筐体内に放出する際に、第１の基体を所定の位置から移動させて被加工体の少なくとも一部又は全部に接触して圧力を加えること等に用いる場合において、第１の基体を移動させる際に第１の基体が熱膨張等により他の部材や部品と接触することを防止し、動作不良のリスクを低減する。
（３）被加工体が高いプロセス温度を必要とする場合であっても、筐体又は第１の基体の耐熱温度以上の温度を被加工体に加えられる。
（４）被加工体をマイクロ波又はミリ波により加工して造形物を得る場合において、少なくとも被加工体の少なくとも一部と第１の基体とが接する状態で第１の基体の温度を冷却部により制御することにより、被加工体又は上記造形物の熱膨張等による造形精度の悪化を防止することができる。
上記の固体製造装置は、さらに第２の基体を備え得る。第１の基体と第２の基体は、第１の基体と第２の基体との間の距離が変更できるよう構成されていることが好ましい。
これにより、第１の基体と第２の基体との距離を調整することにより、被加工体に加えられる圧力を適宜調整することができる。
上記のいずれかの固体製造装置において、冷却部は、第１の基体を冷却するように構成されており、第１の基体は、被加工体に圧力に加えるように構成されていることが好ましい。
これにより、例えば、被加工体が、筐体の内部に放出されたマイクロ波又はミリ波により高温になり、被加工体から第１の基体への熱伝導により第１の基体が高温となることを抑制し、上記固体製造装置の使用者の安全を確保することが可能である。
上記のいずれかの固体製造装置は、さらに第３の基体を備え得る。第３の基体は、筐体の内部に電磁波放出デバイスがマイクロ波又はミリ波を筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、被加工体及び第１の基体の少なくとも一方と、電磁波放出デバイスから筐体内へマイクロ波又はミリ波を放出するための放出口と、の間に配置されるように構成されていることが好ましい。
なお、第３基体としては、典型的には、例えば、後述する本発明のいくつかの態様に係る図１に示した固体製造装置における囲い４０であり得るが、これに限定されない。
例えば、第３の基体にマイクロ波又はミリ波の適切な遮蔽機能を付与することにより、被加工体又は第１の基体が所望温度以上にならないように制御することが可能である。
あるいは、第３の基体にマイクロ波又はミリ波の適切な遮蔽機能を付与することにより、被加工体への他の部材からの熱伝導と被加工体に対する直接的な加熱とのバランスを適宜調整することができる。
また、例えば、第３の基体にマイクロ波又はミリ波の適切な吸収機能を付与することにより、被加工体の温度を被加工体の加工に必要な温度に上昇させることができる。
また、例えば、第３の基体と第１の基体又は被加工体との間に適切な空隙又は空間を作ることにより、別の材料（以下「加工補助材料」）を空隙又は空間に配置することができる。
加工補助材料は、被加工体の少なくとも一部を覆うように配置されることが好ましい。
第３の基体と第１の基体又は被加工体との間に適切な空間又は空隙を作ることにより、当該加工補助材料が配置される位置を必要の範囲内の精度で決めることができる。加工補助材料は、例えば、板状、凹形状、凸形状等の成形物であり、当該成形物の形状を第３の基体と第１の基体又は被加工体との間に形成された空間又は空隙に合わせてよい。あるいは、被加工体、第３の基体又は第１の基体の形状を当該成形物の形状に合わせてもよい。
成形物以外の加工補助材料としては、例えば、粒子状、粉末状又は液体等の加工補助材料を用いることができる。
当該加工補助材料としては、当該加工補助材料がマイクロ波又はミリ波を吸収することで温度が上昇し、その上昇した温度を被加工体に伝える材料でることが好ましい。
その中でも、例えば、筐体内にマイクロ波又はミリ波を放出し、被加工体の加工の過程で被加工体が焼結又は溶解に至る過程において、加工補助材料の温度と被加工体の温度が境界の温度で逆転し、当該境界の温度以降は、被加工体の温度が加工補助材料の温度より高くなる性質を有することが好ましい。
あるいは、被加工体の加工の過程における被加工体が焼結又は溶解に至る過程において、加工補助材料の温度と被加工体の温度が境界の温度で逆転するようにマイクロ波又はミリ波を調整してもよい。例えば、被加工体が加工補助剤より導電性が高く、加工補助剤が被加工体より誘電性が高い場合は、被加工体の加工開始時にはマイクロ波の電場成分を利用して加工補助材料を加熱後、マイクロ波の磁場成分を利用した加熱に切り替えることにより、被加工体が焼結又は溶融されるまでの温度変化の間で、加工補助材料の温度と被加工体の温度が逆転するようにすることができる。
逆に被加工体が加工補助剤より誘電性が高く、加工補助剤が被加工体より導電性が高い場合は、被加工体の加工開始時にはマイクロ波の磁場成分を利用し、途中でマイクロ波の電場成分を利用することで、被加工体が加工開始から加工温度に到達する間に当初は加工補助剤の温度が被加工体より高い状態から被加工体の温度を加工補助剤よりも高い状態することができる。
加工補助剤は、例えば、後述するプロモータ４００であり得るが、これに限定されない。加工補助剤は、例えば、後述するプロモータ４００と同様な材料を用いることが可能であるが、これに限定されない。
上記の固体製造装置において、筐体、第１基体及び第２の基体のうち少なくとも一つが冷却部を備えていることが好ましい。
これにより、例えば、被加工体に対して第１の基体と第２の基体とにより圧力を加えるような場合において、被加工体が極度の高温になることを抑制することが可能である。
上記のいずれかの固体製造装置において、少なくともマイクロ波又はミリ波を筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、被加工体の少なくとも一部を囲んで、部材又は複数の粉末若しくは複数の粒子である第３の基体が配置されることが好ましい。
当該部材又は当該複数の粉末若しくは当該複数の粒子は、例えば、上述の加工補助剤であることが好ましい。
上記のいずれかの固体製造装置において第１の基体は、被加工体に圧力を加えるように構成されていることが好ましい。
上記のような固体製造装置の構成により、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出している期間の少なくとも一部において、第１の基体を用いて被加工体に圧力を加えるようにしてもよい。これにより、例えば、被加工体の焼結時又は溶解時に圧力が加えられるので、被加工体からより稠密な構造を有する固体を製造することができる。
筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出していない期間であっても、第の１基体を用いて被加工体に圧力を加えるようにしてもよい。これにより、例えば、被加工体が粉末状又は粒子状物質の集合体の場合は、焼結又は溶解する前に当該集合体が崩れやすく、また、形状が一定しないが、第１の基体により圧力を加えることにより崩れ易さを軽減し、また、形状を一定にとした集合体とすることができる。
被加工体が粉末状又は粒子状物質の集合体である場合に、第１の基体により当該集合体に圧力を加えることにより、当該集合体の崩れ易さ軽減し、あるいは形状を一定に近い状態とすることにより、上述のような加工補助剤を被加工体の少なくとも一部と接触して配置する場合、又は加工補助剤を被加工体の少なくとも一部を覆うように配置する場合等において、被加工体と加工補助剤との位置関係や、接触の程度の再現性を向上させることができるため、被加工体から得られた固体の性質、形状又は性能の再現性が担保し易くなる。
上記の固体製造装置において、第３の基体は、マイクロ波又はミリ波の第１の透過率を有する第１の部分と、マイクロ波又はミリ波の第２の透過率を有する第２の部分と、を含み、第１の透過率と第２の透過率とは異なっていることが好ましい。
このような構成により、例えば、加工対象の被加工体に対しては加熱を行い、第１の基体の加熱を抑制することが可能である。
上記のいずれかの第３の基体において、第１の透過率は、第２の透過率より高く、少なくともマイクロ波又はミリ波を筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、第１の部分と被加工体との距離は、第２の部分と被加工体との距離に比べて小となるよう構成されていることが好ましい。
このような構成により、例えば、加工対象の被加工体に対して加熱を行う際に被加工体にマイクロ波又はミリ波を集中することができる。また、例えば、マイクロ波又はミリ波を筐体内に放出する期間の少なくとも一部において、第２の基体又は第１の基体が過度に高温になることを抑制することができる。これにより、例えば、第２の基体又は第１の基体を、機械的機構を用いて筐体内で移動しようとする際に、第２の基体又は第１の基体の熱変形や熱膨張により当該機械的機構の誤動作を抑制することができる。
上記のいずれかの固体製造装置において、第１の基体は、第１の部位と第２の部位と、を有し、第１の部位は第２の部位に比べてマイクロ波又はミリ波を吸収することが好ましい。
これにより、例えば、第１の基体の第１の部位を被加工体に接触させた状態で、筐体内にマイクロ波又はミリ波を放出させることにより、第１の基体が加熱され、その熱により被加工体も加熱されることが可能である。
上記のいずれかの固体製造装置において、第１の部位と第２の部位との間に第３の部位を有し、第３の部位の熱伝導率は、第１の部位及び第２の部分の少なくとも一方の熱伝導率より小であることが好ましい。このような構成では、例えば、筐体内に放出されたマイクロ波又はミリ波により第１の部位が高温になった場合であっても、第１の部位と第２の部位との間に第２の部位の熱伝導率より低い熱伝導率を有する第３の部位を有することで、第１の部位から第２の部位への熱伝導を抑制することができる。
例えば、第１の基体の第２の部位が、機械的制御部により筐体に設けられた孔を移動する場合、第１の部位の熱の第２の部位への伝導を第３の部位が抑制するため、第２の部位の熱変形や熱膨張が抑制され、第２の部位の移動の障害の発生のリスクを低減することができる。
上記のいずれかの固体製造装置において、筐体内に電磁波放出デバイスがマイクロ波又はミリ波を筐体内に放出する期間の少なくとも一部の期間において、第１の基体の第１の部位が被加工体の少なくとも一部に接するように構成されていることが好ましい。
このような構成において、例えば、第１の基体の第１の部位がマイクロ波又はミリ波を吸収することで発生した熱を被加工体に伝えることが可能となり、被加工体の加工の効率が向上させることができる。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体内にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、筐体内に配置された、固体の原料となる被加工体を載置するステージと、固体を筐体の内部から筐体の外に移送されたときに固体を受け取る固体受取部と、を備え、ステージ上で固体が形成されるように構成されている。
このような構成とすることにより、例えば、固体の製造後は固体が高温になっているが、そのように高温になっている固体を安全に筐体の外に取り出すことができる。また、固体受取部に移送された固体は、固体受取部で冷却されるため、安全な装置運用が可能である。
上記の固体製造装置において、ステージが移動することにより、固体受取部に固体を受け渡すことができる構成とすることが好ましい。あるいは、ステージが、固体が筐体の内部から固体が固体受取部に近づく方向に移動することにより固体受取部に固体を受け渡すことができる構成が好ましい。
このような構成とすることにより、容易に当該固体製造装置から得られた固体を筐体外に取り出すことが可能である。
上記の固体製造装置において、固体受取部は、内側に第１の空間を有し、第１の空間を取り囲む枠部材により構成されており、ステージは、枠部材の内部を移動可能に構成されていることが好ましい。
上記の固体製造装置において、枠部材は、筐体の下方に取り付けられていることが好ましい。
上記の固体製造装置において、さらに、筐体は、筐体の内部の第１の面から第１の面と第１の面に対向する第２の面に向かって突出した突出部を有し、突出部の内側には第２の空間を有し、第２の空間をステージが移動可能であるように構成されていることが好ましい。当該突出部は、例えば、後述する、本発明に係るいくつかの態様の固体製造装置の囲い４０であり得るが、これに限定されない。
上記の固体製造装置において、固体受取部は、筐体と直接又は他の部材を介在して接続された状態で、ステージが第１の空間を移動することにより、固体を受け取ることが可能に構成されていることが好ましい。
上記の固体製造装置において、固体受取部と突出部とは、第１の空間と第２の空間とが、直接又は内部に空間のある少なくとも一つの部材を介在して連結することが可能に構成されていることが好ましい。
上記の固体製造装置において、マイクロ波又はミリ波が筐体内に放出されている期間の少なくとも一部である第１の期間において、第１の空間と第２の空間とが、直接又は内部に空間のある少なくとも一つの部材を介在して連結することが可能に構成されていることが好ましい。
上記の固体製造装置において、固体受取部は、第１の面に沿った方向又は第１の面と交差する方向に移動可能に構成されていることが好ましい。
本発明のいくつかの態様に係る固体の製造方法は、被加工体から固体を製造する固体の製造方法であって、第１の工程と、第２の工程と、を含み、第１の工程の少なくとも一部において筐体の内部に被加工体及び第１の部材の配置を行い、第２の工程の少なくとも一部において被加工体の焼結又は溶解を行い、第２の工程を実施する期間は、少なくとも第１の期間及び第２の期間を含み、第１の期間及び第２の期間のいずれにおいても筐体の内部にマイクロ波又はミリ波が放出され、第１の期間において、被加工体の少なくとも一部が第１の部材と接した状態であり、かつ、第１の部材の温度は、被加工体の温度より高く、第２の期間において、第１の部材の温度は、被加工体の温度は低くなる。
上記の固体の製造方法により、例えば、第１の期間における場合に比べて第２の期間において第１の部材から被加工体への熱伝導が相対的に減少し、当該被加工体のマイクロ波又はミリ波の吸収現象が自走的に生起し、被加工体がマイクロ波又はミリ波を吸収する温度に早く達するため、全体として効率よく被加工体の焼結又は溶解を行うことが可能である。
上記の固体の製造方法において、第２の期間の少なくとも一部の期間において、被加工体は、被加工体が焼結する又は溶解する温度に達していることが好ましい。
上記の固体の製造方法において、第１の期間の少なくとも一部の期間において、被加工体の少なくとも一部が第２の部材と接していることが好ましい。なお、上記の固体の製造方法において、被加工体の少なくとも一部に第１の部材が接し、さらに被加工体の少なくとも一部に第２の部材が接している状態で筐体の内部にマイクロ波又はミリ波が放出される態様としては、例えば、後述する図１１に示したようなマイクロ波吸収性部材９０とプロモータ４００が被加工体１３０に接した状態においてマイクロ波又はミリ波が放出される場合が挙げられるが、これに限定されない。
上記のいずれかに記載の固体の製造方法において、第１の部材は、成形物又は粒子の集合体若しくは粉の集合体であることが好ましい。成形物としては、例えば、板状、皿状、ドーナツ形状等が挙げられるが、被加工体の形状に応じて適宜選択することができる。粒子の集合体又は粉の集合体が、集合体として安定な形状を有していない場合は被加工体の形状に応じた形状となることができるので、例えば、第１の部材に被加工体への熱伝導機能を付与した場合等は、効率的に被加工体に熱を伝えることが可能である。
上記の固体の製造方法において、第１の部材は、第１の材料と第２の材料とを含み、第１の材料のマイクロ波吸収効率は、第２のマイクロ波吸収効率より大であることが好ましい。上記の固体の製造方法において、第１の部材が第１の材料のみからなる場合は、例えば、第１の部材のマイクロ波吸収が大きくなってしまい、被加工体がマイクロ波を吸収する自走的な現象が生起し難くなる場合がある。
上記の固体の製造方法において、第２の材料の融点は、第１の材料の融点より高いことが好ましい。これにより、例えば、第１の部材に耐熱性を付与することが可能である。
上記の固体の製造方法において、第２の材料の断熱性は、第１の材料の断熱性より大であることが好ましい。これにより、例えば、第１の部材に断熱性を付与することが好ましい。
上記の固体の製造方法において、被加工体は、粉の集合体又は粉の集合体の成形体であることが好ましい。
上記の固体の製造方法において、第２の部材は、第３の材料と第４の材料とを含み、第３の材料のマイクロ波吸収効率は、第４のマイクロ波吸収効率より大であることが好ましい。なお、第１の部材は、例えば、本発明のいくつかの態様に係る本実施形態におけるマイクロ波吸収性部材９０及びプロモータ４００の少なくともいずれかであり得るが、これに限定されない。
本発明のいくつかの態様に係るマイクロ波又はミリ波等の電磁波を用いたプロセスに用いられる部材（以下「プロセス部材」）は、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収性材料を含んでいることが好ましい。プロセス部材は、第１の部材及び第２の部材を含む。プロセス部材は、プロモータとも呼ばれる。プロセス部材を用いるより、例えば、少なくとも被加工体に対するマイクロ波の加工を開始した初期の段階で被加工体への熱伝導の役割を担うことができる。マイクロ波吸収性材料は、例えば、含炭素材料を含む。含炭素材料の例としては、カーボンブラック、非晶質カーボン、黒鉛、炭化ケイ素、炭素樹脂及び金属炭化物等が挙げられる。また、マイクロ波吸収性材料としては、金属粒子、金属窒化物、金属酸化物、及び金属硼化物等が挙げられる。上記に例示したいずれかの材料の少なくも二つの混合物であってもよい。
プロセス部材は、さらに断熱性材料を含んでいることが好ましい。断熱性材料の例としては、例えば、金属の酸化物、半金属の酸化物が挙げられる。金属及び半金属の酸化物の例としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、及び酸化チタン（ＴｉＯ2）等が挙げられる。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の融点は２０７２℃である。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の融点は１７１０℃である。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の融点は２８５２℃である。断熱性材料は、これらの化合物又は混合物であってもよい。
プロセス部材は、マイクロ波吸収性材料より高い融点を有する高融点材料を含んでいてもよい。高融点材料としては、例えば、炭素、及び炭化ケイ素被加工体を還元する還元材料であってもよい。
プロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、被加工体１３０のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯より低い温度帯の少なくとも一部の範囲でプロセス部材が被加工体よりもマイクロ波を相対的により多く吸収し、被加工体のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯以上の範囲の少なくとも一部において被加工体がプロセス部材よりもマイクロ波を相対的に多く吸収するように選択することが好ましい。
あるいは、プロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、被加工体が焼結又は溶解温度に達するまでの温度範囲の少なくとも一部においてプロセス部材の温度が被加工体の温度より相対的に高くなり、被被加工体の焼結する温度又は溶解する温度に到達して以降の少なくとも一部の温度範囲においては被加工体の温度がプロセス部材より相対的に高くなるように設定することが好ましい。
典型的なプロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、１：１か、断熱性材料の質量割合がマイクロ波吸収性材料の質量割合より大きいことが好ましい。例えば、プロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料の質量割合は、１質量％以上、２質量％以上、あるいは５質量％以上であり、７０質量％以下、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、あるいは１０質量％以下であるが、所望の加工条件に応じて適宜選択するようにしてもよい。
なお、「マイクロ波吸収性材料」における「マイクロ波吸収性」及び「断熱性材料」における「断熱」の意味は、それぞれ、必ずしも絶対的なマイクロ波吸収性及び断熱性を意味しているものではなく、例えば、マイクロ波吸収性材料のマイクロ波吸収性は、断熱性材料のマイクロ波吸収性より高いことも意味として含んでいる。また、断熱性材料の断熱性は、マイクロ波吸収性材料の断熱性より高いことも意味として含んでいる。
本発明のいつくかの態様に係る固体の製造方法は、被加工体から固体を製造する製造方法であって、第１の工程と、第２の工程と、を含み、第１の工程の少なくとも一部において筐体の内部に被加工体及び第１の部材の配置を行い、第２の工程の少なくとも一部において被加工体の焼結又は溶解を行い、第２の工程は、被加工体又は第１の部材の温度が第１の温度以上かつ第２の温度以下の第１の温度範囲と被加工体又は第１の部材の温度が第３の温度以上かつ第４の温度以下の第２の温度範囲で、行われ、第１の温度範囲及び第２の温度範囲において、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波が放出され、第１の温度範囲における第１の部材のマイクロ波の吸収効率は被加工体のマイクロ波の吸収効率よりも大であり、第２の温度範囲における被加工体のマイクロ波の吸収効率は第１の部材のマイクロ波の吸収効率より大である。なお、上記の固体の製造方法において、被加工体又は第１の部材の温度は、経時的に第１の温度範囲又は第２の温度範囲内で変化してもよい。
上記の固体の製造方法において、第２の工程は、第１の副工程と第２の副工程とを含み、第１の副工程は第１の温度範囲で行われ、第２の副工程は第２の温度範囲で行われ、第１の副工程は、第２の副工程を行う前に行われることが好ましい。
上記の固体の製造方法により、例えば、被加工体がマイクロ波又はミリ波を吸収する温度に早く達し、その後、被加工体自体がマイクロ波を吸収することで、全体として効率よく被加工体の焼結又は溶解を行うことが可能である。
上記の固体の製造方法において、第３の温度は、第２の温度よりも高いことが好ましい。
上記の固体の製造方法において、第２の温度範囲には、被加工体が焼結する温度である焼結温度又は被加工体が溶解する温度である溶解温度が含まれることが好ましい。
上記の固体の製造方法において、第１の温度、第２の温度、第３の温度及び第４の温度は、被加工体及び第１の部材の温度であることが好ましい。
本発明のいくつかの態様に係る金属製品の製造方法は、第１の工程と、第２の工程と、を含み、第１の工程の少なくとも一部において筐体の内部に金属製品の原料及び第１の部材の配置を行い、第２の工程の少なくとも一部において原料の焼結又は溶解を行い、第２の工程を実施する期間は、少なくとも第１の期間及び第２の期間を含み、第１の期間及び第２の期間のいずれにおいても筐体の内部にマイクロ波又はミリ波が放出され、第１の期間において、原料の少なくとも一部が第１の部材と接した状態であり、かつ、第１の部材の温度は、原料の温度より高く、第２の期間において、第１の部材の温度は、原料の温度は低くなっており、第２の期間の少なくとも一部において、原料は、被加工体が焼結する又は溶解する温度に達している。金属製品は、例えば、金属固体である。
本発明のいくつかの態様に係る固体の製造方法は、被加工体から固体を製造する製造方法であって、筐体の内部に被加工体及び第１の部材を配置する第１の工程と、被加工体の少なくとも一部と第１の部材とが接した状態で、被加工体が焼結又は溶解する第２の工程と、を含み、第２の工程において、第２の工程を実施する期間は、少なくとも第１の期間及び第２の期間を含み、第１の期間及び第２の期間のいずれにおいても筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出され、第１の期間において、第１の部材の温度は、被加工体の温度より高く、第２の期間において、第１の部材の温度は、被加工体の温度は低くなる。
上記の固体の製造方法により、例えば、第１の期間における場合に比べて第２の期間において第１の部材から被加工体への熱伝導が相対的に減少し、被加工体のマイクロ波又はミリ波の吸収現象が自走的に生起し、被加工体がマイクロ波又はミリ波を吸収する温度に早く達するため、全体として効率よく被加工体の焼結又は溶解を行うことが可能である。
上記の固体の製造方法において、第２の期間の少なくとも一部において、被加工体は、被加工体が焼結する又は溶解する温度に達していることが好ましい。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、筐体の内部に配置された、筐体の内部に少なくとも突出した状態で、被加工体の少なくとも一部と接触することが可能な第１の基体と、を備える。
上記の固体製造装置において、例えば、固体製造装置の複数の箇所、特に筐体の内部の複数の箇所における温度測定を可能している構成が好ましい。例えば、筐体の内壁の複数箇所、第１の基体の複数の箇所で温度を測定するようにしてもよい。さらに、上記の固体製造装置が第２の基体を備える場合において、第２の基体の複数の箇所の温度を測定する構成としてもよい。また、筐体の内部、第１の基体及び第２の基体のうち少なくとも二つの各々に対して温度計を備えるようにしてもよい。例えば、複数の箇所で測定した温度に差があった場合は、その差が所定の範囲になるようにマイクロ波又はミリ波を筐体の内部に放出する時間及びマイクロ波又はミリ波の強度の少なくとも一方を調整するように構成することが好ましい。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、筐体の内部に配置された、筐体の内部に少なくとも突出した状態で、被加工体の少なくとも一部と接触することが可能な第１の基体と、を備え、筐体の少なくとも一部が複数の層から構成される。
上記の固体製造装置において、複数の層のうち少なくとも一つを金属材料で構成することが好ましく、複数の層のうち少なくとも二つを金属材料で構成することがさらに好ましい。複数の層のうち少なくとも一つを断熱材で構成するようにすることが好ましい。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、筐体の内部に配置された、筐体の内部に少なくとも突出した状態で、被加工体の少なくとも一部と接触することが可能な第１の基体と、を備え、マイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスを複数備える。これにより、例えば、マイクロ波又はミリ波の位相の一致が筐体の内部で起こりにくくなり、ホットスポット生成によるスパーク等のリスクを低減することができる。
上記の固体製造装置において、複数の発生器は、放出するマイクロ波又はミリ波の位相が一致しないような構成することが好ましい。具体的には複数の発生器が複数のマイクロ波発生器の場合、複数のマイクロ波発生器のうち一つのマイクロ波発生に対応する導波管の断面形状の異方性を複数のマイクロ発生器のうち他のマイクロ波発生器に対応する導波管の断面形状の異方性とは異ならせるようにしてもよい。また、マイクロ波又はミリ波の周波数を時間的に変化させるようにしてもよい。なお、詳細については本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置の説明の箇所で述べる。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、筐体の内部に配置された、筐体の内部に少なくとも突出した状態で、被加工体の少なくとも一部と接触することが可能な第１の基体と、を備え、さらに被加工体に対して圧力を加えるか又は成形する機能を備えていてもよい。
上記の固体製造装置は、筐体の内部で被加工体に圧力を加えるか又は成形する構成を備えていてもよい。被加工体に圧力を加えるか又は成形するタイミングについてはマイクロ波又はミリ波を筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部であってもよいし、被加工体が焼結又は溶解され固体が得られた後であってもよい。
本発明のいくつかの態様に係る固体製造装置は、被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、筐体と、筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、を備え、さらに被加工体を筐体の内部へ移動させる移動デバイスを備える。移動デバイスは、例えば、筐体外から筐体内への移動経路の少なくとも一部の区間を用いて、被加工体を移動させる。上記の固体製造装置において、被加工体を投入された地点から第１の方向に被加工体を移動させ第１の地点に到達させた後、第１の方向とは交差する方向に被加工体を移動させ第２の地点に到達させるような構成を有していることが好ましい。上記の固体製造装置において、典型的には、第１の方向としては筐体の底部に沿う方向であり、第２の方向は当該底部に交差する方向であることが好ましい。
本発明のいくつかの態様に係る部材は、被加工体の焼結又は溶解に用いる部材であって、部材は、被加工体又は部材が第１の温度以上かつ第２の温度以下の第１の温度範囲では、部材のマイクロ波の吸収効率が被加工体のマイクロ波の吸収効率より高く、被加工体又は部材が第３の温度以上かつ第４の温度以下の第２の温度範囲では、被加工体のマイクロ波の吸収効率が部材のマイクロ波の吸収効率より高く、部材は、被加工体の少なくとも一部が接した状態で被加工体の焼結又は溶解に用いられ、第３の温度は、第２の温度より高い。
上記のような部材（以下「プロセス部材」）は、例えば、被加工体の温度を、効率良くマイクロ波を吸収し易い温度域に到達させることができるので、被加工体の焼結又は溶解が促進させるという効果を発揮することができる。
上記の部材において、部材は、粉体又は成形物であってもよい。
プロセス部材は、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収性材料を含んでいることが好ましい。これにより、例えば、少なくとも被加工体に対するマイクロ波の加工を開始した初期の段階で被加工体への熱伝導の役割を担うことができる。マイクロ波吸収性材料は、例えば、含炭素材料を含む。含炭素材料の例としては、カーボンブラック、非晶質カーボン、黒鉛、炭化ケイ素、炭素樹脂及び金属炭化物等が挙げられる。また、マイクロ波吸収性材料としては、金属粒子、金属窒化物、金属酸化物、及び金属硼化物等が挙げられる。上記に例示したいずれかの材料の少なくも二つの混合物であってもよい。
プロセス部材は、さらに断熱性材料を含んでいることが好ましい。断熱性材料の例としては、例えば、金属の酸化物、半金属の酸化物が挙げられる。金属及び半金属の酸化物の例としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、及び酸化チタン（ＴｉＯ2）等が挙げられる。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の融点は２０７２℃である。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の融点は１７１０℃である。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の融点は２８５２℃である。断熱性材料は、これらの化合物又は混合物であってもよい。
プロセス部材は、マイクロ波吸収性材料より高い融点を有する高融点材料を含んでいてもよい。高融点材料としては、例えば、炭素、及び炭化ケイ素被加工体を還元する還元材料であってもよい。
プロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、被加工体１３０のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯より低い温度帯の少なくとも一部の範囲でプロセス部材が被加工体よりもマイクロ波を相対的により多く吸収し、被加工体のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯以上の範囲の少なくとも一部において被加工体がプロセス部材よりもマイクロ波を相対的に多く吸収するように選択することが好ましい。
あるいは、プロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、被加工体が焼結又は溶解温度に達するまでの温度範囲の少なくとも一部においてプロセス部材の温度が被加工体の温度より相対的に高くなり、被被加工体の焼結する温度又は溶解する温度に到達して以降の少なくとも一部の温度範囲においては被加工体の温度がプロセス部材より相対的に高くなるように設定することが好ましい。
典型的なプロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、１：１か、断熱性材料の質量割合がマイクロ波吸収性材料の質量割合より大きいことが好ましい。例えば、プロセス部材におけるマイクロ波吸収性材料の質量割合は、１質量％以上、２質量％以上、あるいは５質量％以上であり、７０質量％以下、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、あるいは１０質量％以下であるが、所望の加工条件に応じて適宜選択するようにしてもよい。
なお、「マイクロ波吸収性材料」における「マイクロ波吸収性」及び「断熱性材料」における「断熱性」の意味は、それぞれ、必ずしも絶対的なマイクロ波吸収性及び断熱性を意味しているものではなく、例えば、マイクロ波吸収性材料のマイクロ波吸収性は、断熱性材料のマイクロ波吸収性より高いことも意味として含んでいる。また、断熱性材料の断熱性は、マイクロ波吸収性材料の断熱性より高いことも意味として含んでいる。
上述した課題を解決する手段の詳細については、後述する本発明の実施形態でさらに説明する。
本発明のいくつかの態様によれば、例えば、固体を製造可能である製造装置及び固体の製造方法を提供可能である。
図１は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図２は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図３は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図４は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図５は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図６は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図７は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図８は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図９は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１０は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１１は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１２は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１３は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１４は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１５は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１６は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１７は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。 図１８は、本発明のいくつかの態様の実施形態に係る固体製造装置の模式図である。
以下、本発明のいくつかの態様に係る実施形態について図１乃至１８を参照して説明する。ただし、当該図面は模式的なものであり、実際の寸法等は当該態様の主旨に応じて適宜設定することが可能である。
本発明のいくつかの態様に係る実施形態における固体製造装置の典型的な基本構成について説明する。
図１に示すように、実施形態に係る固体製造装置はマイクロ波加熱室を備え、マイクロ波加熱室は、筐体１０と、筐体１０を冷却するための冷却部１と、送風部１５と、位置センサ１６と、温度計１９ａと、温度計１９ｂと、加圧部２０と、複数の種類のガスを供給するガス供給部２１～２３と、筐体１０の内部にマイクロ波を放出するためのマイクロ波発生器３０と、被加工体１３０を載置するステージ５０と、を備える。
実施形態に係る固体製造装置は、さらに、被加工体１３０をステージ５０に移動させる搬送部３００と、被加工体１３０をステージ５０まで搬送させるための搬送台２５０と、被加工体１３０の加工後に得られる固体を受け取る固体受取部１００と、固体受取部１００を支持台５１上で移動させるためのシャフト１２０と、固体受取部１００とシャフト１２０とを接続するシャフト接続部１１０と、シャフト１２０を駆動するシャフト駆動部１２５と、支持台５１に加わる荷重を受ける荷重受け部６０と、ステージ５０と荷重受け部６０とを支える基底部５５等を備える。
固体製造装置は、原料供給ステージ２００を備える。被加工体１３０を筐体１０の外から筐体１０内のステージ５０の方向へ移動させる前に、原料供給ステージ２００上に被加工体１３０が載置される。原料供給ステージ２００の材料としては後述するステージ５０と同様の材料が使用できる。
搬送台２５０は、例えば、搬送部３００により、被加工体１３０を筐体１０外の原料供給ステージ２００から筐体１０内のステージ５０の方向に移動させるために用いることができる。
固体製造装置における搬送台２５０と筐体１０の底部をなす部分との間には、空間が設けられていることが好ましい。これにより、被加工体１３０及び搬送部３００が、空間を通して、ステージ５０の方向へ移動することが可能である。
固体製造装置は、筐体１０の加圧部２０に対向する側の面側の部分である底部から加圧部２０とは逆方向、すなわち、筐体１０の外側に突出しているストッパ１１を備えていてもよい。ストッパ１１は、例えば、搬送部３００が被加工体１３０をステージ５０の上方に移動させる際に、搬送部３００がシャフト１２０の上方にまで到達しないように構成されている。
筐体１０は、典型的には、例えば、図１８に示すように複数の層からなっていることが好ましい。本実施形態に係る固体製造装置では筐体内部の側から層１０ａ、層１０ｂ及び層１０ｃの３層から構成されている。層１０ａ及び層１０ｃの材質としては、種々の合金又は純金属を用いることができる。例えば、スチール、ステンレス及びアルミニウム等を用いることができるが、マイクロ波により誘起される電流が流れやすい金属のほうが被加工体１３０に対してマイクロ波のエネルギーを集中できる可能性が高い。したがって、鉄のような電気伝導率がＩＡＣＳ％（焼鈍標準軟銅の体積抵抗率）で１７．５％以上の金属又は合金が好ましい。さらに、例えば、アルミニウムのようなＩＡＣＳ％で５５％以上の金属又は合金が好ましい。特に、銅のようなＩＡＣＳ％で７５％以上である金属又は合金が好ましい。なお、層１０ａの材質と層１０ｃの材質は異なっていてもよいが、筐体１０の内部側、つまりマイクロ波加熱室の内部に位置する層１０ａの材質は、例えば、製造コスト、寸法精度、強度等の制限がある場合は、外部側の層１０ｃの材質より電気伝導率が高い材料を用いることが好ましい。
層１０ｂの材質としては断熱材を用いることが好ましい。断熱材としては、耐熱温度が４００℃以上、さらに好ましくは耐熱温度が５００℃以上である材料が好ましい。材質としては、ガラス繊維又はセラミック繊維が好ましい。例えば、ミオレックス（登録商標）、ロスナボード（登録商標）、ガラスエポキシ、ベスサーモ、ＢＬＡ－ＧＬＡ（登録商標）及びカルホン、ヘミサル（登録商標）が挙げられる。
被加工体１３０を載置するステージ５０としては、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属製や酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等セラミック製のものが用いることができる。ステージ５０上に台座１３５を設け、被加工体１３０を台座１３５上に配置してもよい。例えば、筐体１０の底面に開口が設けられており、ステージ５０は、筐体１０の開口を通過して、筐体１０の内外に移動することが可能である。
位置センサ１６は、ステージ５０上に配置された被加工体１３０の位置を検出する。ステージ５０は、例えば、位置センサ１６が被加工体１３０を検出するまで、加圧部２０に向かって移動する。本実施形態に係る固体製造装置に用いる位置センサ１６としては、非接触型の位置センサを用いることが好ましい。このように非接触型の位置センサを用いるのは、例えば、筐体１０の内部の温度が高温になることがあり、あるいは、加圧部２０や後述する囲い４０等のように筐体１０の内部に多くの部品が配置されるためスペースを確保することが困難な場合があるからである。非接触型の位置センサとしては、例えば、電磁誘導又は磁歪方式を用いたリニアトランスデューサ型、位置に応じた電気出力を得るリニアエンコーダ型、レーザー光等の光を用いて測長する光センサ型等が用いることができる。上記のいずれかのタイプの位置センサを用いるかは所望の測長精度や筐体１０の内部のレイアウトに応じて適宜選択できるが、本実施形態に係る固体製造装置においては測長精度を必要としているため非接触型の位置センサの中でも比較的測長精度の高い光センサ型を用いている。
加圧部２０は、ステージ５０上に配置された被加工体１３０に圧力を加える。加圧部２０には、例えば、マイクロ波の吸収性能が加圧部２０より大きく、マイクロ波の吸収により発熱するマイクロ波吸収性部材９０を取り付けることができる。この場合において、加圧部２０とマイクロ波吸収性部材９０との間には、マイクロ波吸収性部材９０より断熱性の高い断熱性部材８０を配置することが好ましい。これにより被加工体１３０又はマイクロ波吸収性部材９０がマイクロ波の吸収によって高温になったとしても加圧部２０への熱伝導が抑制され、例えば、加圧部２０の移動動作の際の誤動作や使用者のリスクの低減が可能である。
加圧部２０は、焼結又は溶解等の加工により得られた固体１４０に対して圧力を加えてもよい。この場合、固体１４０が熱を有し、所定温度まで冷却される前であって、当該所定温度より温度が高い状態で圧力を加えることが好ましい。加えられる圧力は、例えば、１ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、あるいは２００ＭＰａ以上であり、２０００ＭＰａ以下、１９００ＭＰａ以下、あるいは１８００ＭＰａ以下である。圧力を加えることにより、得られた固体１４０をさらに緻密にすることができる。
また、図７に示したように固体１４０の上方に新たな被加工体１３０を配置した状態で加圧部２０により上述のような圧力を加えることで、図８に示す、固体１４０と被加工体１３０から製造された固体結合体１４１の層間の結合強度を高めることが可能である。
加圧部２０に設けられた断熱性部材８０は、例えば、被加工体１３０、マイクロ波吸収性部材９０又は筐体１０の内部が高温になった場合でも、加圧部２０への熱伝導を抑制する機能を有することが好ましい。断熱性部材８０の熱伝導率はマイクロ波吸収性部材９０の熱伝導率より低い材料を用いることが好ましい。
断熱性部材８０の材料としては、例えば、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素を５０％以上含む無機材料が好ましい。ケイ酸カルシウム等のケイ酸塩を含むものであってもよい。
加圧部２０に設けられたマイクロ波吸収性部材９０は、例えば、加圧部２０が被加工体１３０に圧力を加えるときに、被加工体１３０に接触する。マイクロ波吸収性部材９０の材料としては、例えば、被加工体１３０又はマイクロ波吸収性部材９０が第１の温度以上かつ第２の温度以下の第１の温度範囲では、マイクロ波吸収性部材９０のマイクロ波の吸収効率が被加工体１３０のマイクロ波の吸収効率より高く、被加工体１３０又はマイクロ波吸収性部材９０が第３の温度以上かつ第４の温度以下の第２の温度範囲では、被加工体１３０のマイクロ波の吸収効率がマイクロ波吸収性部材９０のマイクロ波の吸収効率より高くなるように選択することが好ましい。なお、前記第２の温度が前記第３の温度よりも低いことが好ましい。
マイクロ波吸収性部材９０の材料としては、例えば、炭化ケイ素等のワイドギャップ半導体、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等の含酸素アニオンの塩、黒鉛、チタン等の導電性粒子又は金属粉末若しくは金属粒子を含む材料が好ましい。上述に例示した材料を当該材料よりマイクロ波の吸収率が低い材料である、例えば、アルミナ、酸化ケイ素等の無機材料あるいはセメント等との混合を行い、当該混合後、適宜焼結又は焼き固めることにより得られたプレート等の成形物を用いることがさらに好ましい。これにより、例えば、マイクロ波吸収性部材９０に対してより高い機械的強度を付与することが可能である。あるいは被加工体１３０の加熱過程におけるマイクロ波吸収性部材９０からの熱伝導と被加工体１３０に対するマイクロ波による直接加熱との比率を調整することが可能である。
なお、マイクロ波吸収性部材９０の原料は、後述するプロモータ４００と同様な材料又は混合物を成形又は加工するようにしてもよい。
なお、「断熱性部材」における「断熱性」及び「マイクロ波吸収性部材」における「マイクロ波吸収性」の意味は、それぞれ、必ずしも絶対的な断熱性及びマイクロ波吸収性を意味しているものではなく、例えば、本実施形態に係る固体製造装置を用いた製造の条件として、断熱性部材８０の断熱性はマイクロ波吸収性部材９０の断熱性よりも相対的に高いことも意味することを含んでいる。また、本実施形態に係る固体製造装置を用いた製造の条件として、マイクロ波吸収性部材９０のマイクロ波吸収効率が、断熱性部材８０のマイクロ波吸収効率より相対的に高いことも意味として含んでいる。
図１に示した固体製造装置は、例えば、マイクロ波吸収性部材９０と断熱性部材８０とを加圧部２０に取り付けるプレート治具９５を備えていてもよい。なお、プレート治具９５は、マイクロ波吸収性部材９０及び断熱性部材８０の少なくともいずれか一方を加圧部２０に取り付けるよう構成されていてもよい。
図１３に示したように被加工体１３０と加圧部２０との間に接着防止板４１０を配置した状態でマイクロ波又はミリ波等の電磁波を用いた被加工体１３０の加工を行うようにしてもよい。これにより、被加工体１３０が加圧部２０に接着することを抑制可能である。特に被加工体１３０の少なくとも一部と接着防止板４１０の少なくとも一部とが接した状態で加工することが好ましい。接着防止板４１０の材質としては、被加工体１３０に応じて適宜選択することができる。被加工体１３０が金属材料の場合は、接着防止板４１０としては、例えば、炭素板が好ましい。
本実施形態に係る固体製造装置が備えるガス供給部２１～２３は、筐体１０内に複数の種類のガスを供給できるように構成されているが、特に、被加工体１３０について焼結又は溶解等の加工が行われている時間の少なくとも一部においてガスが供給されるように構成されていることが好ましい。当該複数の種類のガスとしては、例えば、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガス、窒素（Ｎ2）、乾燥水素（Ｈ2）、及びアンモニア（ＮＨ3）等の中性ガス、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素ガス（ＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10など）等の還元性ガス等が挙げられる。また、酸素、オゾン、亜酸化窒素、一酸化窒素及び二酸化窒素等の酸化性ガスも使用することができる。
マイクロ波発生器３０としては、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン、進行波管などの電子管を利用した発振機、水晶振動子の固有振動を増幅するソリッドステート式発振機、又は窒化ガリウム若しくはヒ化ガリウム等の半導体材料からなる半導体素子を用いることができる。周波数としては、約３００ＭＨｚから約３００ＧＨｚのマイクロ波が用いられるが、好ましくは、周波数が１ＧＨｚから１０ＧＨｚの範囲のマイクロ波が用いられる。さらにマイクロ波の周波数を可変することが好ましい。これにより、筐体１０の内部のマイクロ波の集中によるホットスポットの発生を抑制することができる。
本実施形態に係る、図１に示した固体製造装置のようにマイクロ波発生器３０を一つのマイクロ波加熱室に対して複数個設けるようにしてもよい。これにより、例えば、筐体１０の内部のマイクロ波の局在化の程度を低減することが可能である。図１に示した固体製造装置のように複数のマイクロ波発生器を用いる場合は、導波管３２の断面形状の異方性がある方向が複数の導波管３２の間で一致しないようにすることで、マイクロ波の集中によるホットスポットの発生を抑制することができる。典型的には、複数のマイクロ波発生器３０にそれぞれ対応する導波管３２はその断面形状が長方形であり、一方の導波管３２の断面形状の長方形の長辺の方向が、他方の導波管３２の断面形状の長方形の長辺と交差するように構成することが好ましい。
マイクロ波発生器３０と筐体１０の内部との間には、筐体１０の内部に近いほうから窓３１と導波管３２が配置されている。マイクロ波発生器３０から放出されたマイクロ波は導波管３２を介して筐体１０の内部に窓３１から放出される。窓３１の部材としては、石英ガラスが挙げられる。
送風部１５は、例えばエアーカーテン供給機であり、窓３１の筐体１０の内部側の主面に沿った気流を発生させることで、例えば、筐体１０の内部で発生した被加工体１３０等からの塵、粉や屑が窓３１に付着しないようにすることができる。
固体製造装置は、筐体１０の内部に設けられた電磁波拡散板１２を備えていてもよい。例えば、電磁波拡散板１２は、回転することにより、マイクロ波が筐体１０の内部の一定の場所に集中することを抑制することが可能である。また、例えば、被加工体１３０の場所による温度ムラや筐体１０の内部でのスパーク発生を抑制することが可能である。
本実施形態に係る固体製造装置が備えるマイクロ波センサ３５は、磁界強度、電界強度又は高周波強度のうち少なくとも一つが測定できる。マイクロ波センサ３５は、磁界強度、電界強度又は高周波強度のうち少なくとも二つが同時に測定できることが好ましく、磁界強度、電界強度又は高周波強度の全てが同時に測定できることが特に好ましい。
温度計１９ａ及び温度計１９ｂとしては５００℃又はそれ以上の温度範囲の測定が放射温度計を用いることが好ましい。複数の温度計、すなわち温度計１９ａ及び温度計１９ｂの少なくともいずれか一方には、放射温度計のレンズを冷却する冷却デバイスを備えることが好ましい。冷却デバイスとしては送風式を用いることが好ましい。
温度は筐体１０内の複数の場所で測定されることが好ましい。これにより、例えば、被加工体１３０の位置による温度差が生じないようにすることが可能である。本実施形態に係る固体製造装置では、温度計１９ａ及び温度計１９ｂは加圧部２０の複数の場所、すなわち、一方の温度計が他方の温度計より加圧部２０若しくは筐体１０の中央に近い位置に配置されている。
例えば、複数の位置で測定した温度の差が無くなるまでの期間の少なくとも一部の期間、又は複数の位置で測定した温度の差が所定の値になるまでの期間の少なくとも一部の期間において、筐体１０内へのマイクロ波の放出を停止するようにしてもよい。あるいは、被加工体１３０を加工する際にマイクロ波の出力である第１の出力に対して、複数の位置で測定した温度の差が無くなるまでの期間の少なくとも一部の期間、又は複数の位置で測定した温度の差が所定の値になるまでの期間の少なくとも一部の期間において、マイクロ波の出力を第１の出力より低い第２の出力にするようにしてもよい。このような温度計による測定値に基づく、マイクロ波の出力等の被加工体１３０の加工条件の設定又は実行の少なくとも一部をプログラム化してコンピュータ等制御装置を用いて自動化するようにしてもよい。
本実施形態に係る図１に示した固体製造装置では冷却部１は筐体１０に取り付けているが、例えば、図１０又は図１３に示したように、加圧部２０に冷却部１に取り付けることもできる。また、図１３又は図１４に示したようにステージ５０側に冷却部１を取り付けることができる。筐体１０、加圧部２０及びステージ５０のうち少なくとも二つに冷却部１を取り付けてもよい。冷却部１としては、典型的には、例えば、ペルチェ素子が挙げられるが、例えば、筐体１０、加圧部２０又はステージ５０の外部又は内部に配管を設け、当該配管内に水や冷媒、若しくは空気等を循環させる冷却部が特に大型のマイクロ波加熱室に対しては有効である。
本実施形態に係る固体製造装置が備える囲い４０は、筐体１０内に配置され、ステージ５０上に配置された被加工体１３０の側面を取り囲む。囲い４０は、例えば、図３に示したように、加圧部２０により断熱性部材８０及びマイクロ波吸収性部材９０を介して被加工体１３０に圧力を加えることにより被加工体１３０が変形しても、被加工体１３０の変形を最大でも囲い４０の範囲内で収めて、被加工体１３０の変形を抑制することが可能である。
囲い４０は、図１に示したようなステージ５０が被加工体１３０を受け取った第１の位置から、図３に示したように加圧部２０が断熱性部材８０及びマイクロ波吸収性部材９０を介して被加工体１３０に圧力を加えた状態で筐体１０の内部にマイクロ波を放出することにより被加工体１３０を加工する際の位置である第２の位置に移動した際に、被加工体１３０から加圧部２０への第１の方向と交差する第２の方向に位置する。典型的には、囲い４０は、図３に示したような被加工体１３０に対して加圧部２０が断熱性部材８０及びマイクロ波吸収性部材９０を介して圧力を加えた状態においては、被加工体１３０の周囲に位置する状態となる。
これにより、筐体１０の内部で反射したマイクロ波の少なくとも一部又は窓３１から放出され、直接被加工体１３０又はステージ５０の方向に進行するマイクロ波の少なくとも一部が、囲い４０により減衰させる構成とするようにしてもよい。
囲い４０の材質としては、純金属、合金又は非金属の無機材料を用いることができる。純金属としては、アルミニウム、銅、鉄等の純金属が挙げられる。合金としては、ステンレス鋼材、ニッケルクロム鋼鋼材、クロムモリブデン鋼鋼材、マンガン鋼鋼材、マンガンクロム鋼鋼材、クロム鋼鋼材、炭素鋼鍛鋼品、炭素銅鍛鋼品、ねずみ鋳鉄品、球状黒鉛鋳鉄品及び黒心可鍛鋳鉄品等が挙げられる。非金属の無機材料としては、例えば、酸化アルミニウム、アルミナ磁器、焼結酸化ベリリウム、焼結酸化ジルコニウム、焼結ムライト、ホットプレス窒化ケイ素、反応焼結窒化ケイ素、熔融石英、ホットプレス炭化チタン、黒鉛等非金属材料等が挙げられる。
なお、図１に示したような単一の材質からなる囲い４０の代わりに、図１０に示すような複数の材質からなる囲い４１、４２を用いてもよい。例えば、囲い４２は、囲い４１の加圧部２０と対向する側に配置される。例えば、図１０に示した固体製造装置において、囲い４１の材料は非金属の無機材料であってもよく、囲い４２の材料は、上述したような金属、合金又は黒鉛等のマイクロ波の吸収性の高い部材であってもよい。このように、囲いを複数の材質を用いて形成することにより、例えば、被加工体１３０へのマイクロ波の透過率を確保すると同時に、加圧部２０による加圧の荷重に耐えるようにすることができる。あるいは、例えば、被加工体１３０を熱伝導により加熱する機能を囲い４１に担わせたり、耐荷重機能を囲い４２に担わせたりすることもできる。
図１１に示したように、被加工体１３０にプロモータ４００の少なくとも一部を接触させた状態で、被加工体１３０にマイクロ波を照射してもよい。
プロモータ４００は、被加工体１３０のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯より低い温度帯でマイクロ波を相対的により多く吸収するように調製することが好ましい。これにより、プロモータ４００が、被加工体１３０より早く発熱し、被加工体１３０のマイクロ波吸収効率がプロモータ４００のマイクロ波吸収効率より相対的に高くなる温度帯に達する時間が短縮され、被加工体１３０の加工に必要とする時間を短縮することが可能である。さらに、加工時間のうち被加工体１３０が焼結又溶解する温度に達して以降の温度域にある期間の少なくとも一部の期間において、被加工体１３０の温度がプロモータ４００の温度より高くなるように、プロモータ４００と被加工体１３０との組み合わせを選択することが好ましい。
プロモータ４００としては、例えば、被加工体１３０又はプロモータ４００が第１の温度以上かつ第２の温度以下の第１の温度範囲では、プロモータ４００のマイクロ波の吸収効率が被加工体１３０のマイクロ波の吸収効率より高く、被加工体１３０又はプロモータ４００が第３の温度以上かつ第４の温度以下の第２の温度範囲では、被加工体１３０のマイクロ波の吸収効率がプロモータ４００のマイクロ波の吸収効率より高くなるように選択することが好ましい。なお、前記第２の温度が前記第３の温度よりも低いことが好ましい。
プロモータ４００は、例えば、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収性材料を含んでいることが好ましい。これにより、例えば、少なくとも被加工体１３０に対するマイクロ波の加工を開始した初期の段階で、被加工体１３０への熱伝導の役割をプロモータ４００が担うことができる。
マイクロ波吸収性材料は、例えば、含炭素材料を含む。含炭素材料の例としては、カーボンブラック、非晶質カーボン、黒鉛、炭化ケイ素、炭素樹脂及び金属炭化物等が挙げられる。また、マイクロ波吸収性材料の他の例としては、金属粒子、金属窒化物、金属酸化物、及び金属硼化物等が挙げられる。マイクロ波吸収性材料は、上記に例示したいずれかの材料の少なくも二つの混合物であってもよい。
プロモータ４００は、さらに断熱性材料を含んでいることが好ましい。断熱性材料の例としては、例えば、金属の酸化物、半金属の酸化物が挙げられる。金属及び半金属の酸化物の例としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、及び酸化チタン（ＴｉＯ2）等が挙げられる。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の融点は２０７２℃である。酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の融点は１７１０℃である。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の融点は２８５２℃である。断熱性材料は、これらの化合物又は混合物であってもよい。
プロモータ４００は、マイクロ波吸収性材料より高い融点を有する高融点材料を含んでいてもよい。高融点材料は、例えば、炭素、及び炭化ケイ素被加工体１３０を還元する還元材料であってもよい。
プロモータ４００におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、被加工体１３０のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯より低い温度帯の少なくとも一部の範囲でプロモータ４００が被加工体１３０よりもマイクロ波を相対的により多く吸収し、被加工体１３０のマイクロ波吸収効率が上昇する温度帯以上の範囲の少なくとも一部において被加工体１３０がプロモータ４００よりもマイクロ波を相対的に多く吸収するように選択することが好ましい。あるいは、プロモータ４００におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、被加工体１３０が焼結又は溶解温度に達するまでの温度範囲の少なくとも一部においてプロモータ４００の温度が被加工体１３０の温度より相対的に高くなり、被被加工体１３０の焼結する温度又は溶解する温度に到達して以降の少なくとも一部の温度範囲においては被加工体１３０の温度がプロモータ４００より相対的に高くなるように設定することが好ましい。
典型的なプロモータ４００におけるマイクロ波吸収性材料と断熱性材料との質量割合は、１：１か、断熱性材料の質量割合がマイクロ波吸収性材料の質量割合より大きいことが好ましい。例えば、プロモータ４００におけるマイクロ波吸収性材料の質量割合は、１質量％以上、２質量％以上、あるいは５質量％以上であり、７０質量％以下、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、あるいは１０質量％以下であるが、所望の加工条件に応じて適宜選択するようにしてもよい。
なお、「マイクロ波吸収性材料」における「マイクロ波吸収性」及び「断熱性材料」における「断熱性」の意味は、それぞれ、必ずしも絶対的なマイクロ波吸収性及び断熱性を意味しているものではなく、例えば、マイクロ波吸収性材料のマイクロ波吸収性は、断熱性材料のマイクロ波吸収性より高いことも意味として含んでいる。また、断熱性材料の断熱性は、マイクロ波吸収性材料の断熱性より高いことも意味として含んでいる。
プロモータ４００が被加工体１３０と囲い４１との間に配置された状態で筐体１０内にマイクロ波を放射することにより、より効率的に被加工体１３０の加工を実施することが可能である。また、被加工体１３０から囲い４１への方向と交差する方向、すなわち、本実施形態では加圧部２０と被加工体１３０のとの間にプロモータ４００を配置するようにしてもよい。被加工体１３０の周囲及び被加工体１３０を載置するステージ５０とは被加工体１３０に対して反対の位置のいずれか少なくとも一方にプロモータ４００を配置して、被加工体１３０の加工を実施するようにしてもよいが、図１２に示したようにプロモータ４００を被加工体１３０と囲い４１又は囲い４２の間にのみ配置した状態で加工を行うようにしてもよい。
図１１又は図１２に示したように被加工体１３０の少なくとも一部がプロモータ４００と接触した状態でマイクロ波等の電磁波による焼結又は溶解等の加工を行うことにより、例えば、プロモータ４００が接しない状態で加工を行う場合に比べ、マイクロ波吸収性部材９０の吸収効率をより低くするようにすることもできる。
本実施形態に係る、図１に示した固体製造装置に用いる荷重受け部６０は、例えば、軸と軸受とを含んで構成されている。荷重受け部６０にステージ５０の加圧部２０に対する距離の調整機能を担わせるようにしてもよい。
マイクロ波照射により被加工体１３０から固体又は固体結合体１４１が得られた後、ステージ５０は、図８に示すように、固体又は固体結合体１４１を、固体受取部１００に移動させる。固体受取部１００は、例えば、加圧部２０に対向する位置にある筐体１０の底部において、加圧部２０とは反対側の外側に位置している。図８に示したように、固体受取部１００は、例えば、筐体１０の内部において被加工体１３０の加工を通して得られた物体である固体結合体１４１を受け取る機能を有する。固体受取部１００は例えば枠を備え、枠内部に空間を有する。ステージ５０は、固体受取部１００の枠内部の空間を移動可能である。固体受取部１００は、例えば、固体結合体１４１がステージ５０と共に筐体１０の内部から外側に離れる方向へ移動し、その移動を停止させるように構成されている。この停止した状態において、固体結合体１４１と支持台５１との間に配置された台座１３５の少なくとも一部と支持台５１の少なくとも一部が接している。例えば、支持台５１には、ステージ５０が貫通する開口が設けられており、台座１３５は、当該開口を通過できない大きさを有している。
固体結合体１４１が停止した状態からシャフト接続部１１０介して接続されたシャフト１２０がシャフト駆動部１２５により駆動され、シャフト１２０が固体受取部１００を押すことにより、図９に示すように、固体受取部１００が、ステージ５０が筐体１０の内部と支持台５１との間で移動する方向とは交差する方向に移動し、その後の動作によって、当該固体製造装置から固体結合体１４１が取り出される。
典型的な例としては、図９に示したように少なくとも一時的には筐体１０及び搬送台２５０の下方に固体受取部１００及び固体結合体１４１が位置するような構成としてもよい。
なお、図１乃至１７本実施形態に係る固体製造装置においては、搬送部３００が被加工体１３０をステージ５０の方向に移動させる方向である原料搬送方向が、固体受取部１００がシャフト１２０を介してシャフト駆動部が移動させることができる方向である製品搬送方向に沿うような構成となっているが、例えば、当該原料搬送方向と当該製品搬送方向とが交差する方向、例えば、典型的の場合として実質的に直交するような構成であってもよい。そのような構成とすることにより、例えば、原料の筐体１０の内部までの搬送距離又は製品の筐体１０からの取り出しまでに必要となる搬送距離を短くすることが可能である。
被加工体１３０としては、例えば、金属材料若しくはセラミック材料、あるいはこれらの混合物又はこれらの材料に対して添加物を添加した組成物が挙げられる。当該金属材料又は当該セラミック材料は、１種類であってもよいし、２種類以上を含んでいてもよく、目的物である図４に示した、被加工体１３０の焼結又は溶解等の加工によって得られる固体１４０に応じて適宜選択することができる。
金属材料としては、例えば、金属単体を含んでいてもよいし、これらの合金等の金属化合物を含んでいてもよい。金属元素の例としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、スズ（Ｓｎ）、セリウム（Ｃｅ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、ビスマス（Ｂｉ）、及びガリウム（Ｇａ）が挙げられる。鉄（Ｆｅ）の焼結温度は例えば１２００℃である。鉄（Ｆｅ）の融点は１５３８℃である。ニッケル（Ｎｉ）の焼結温度は例えば１２００℃である。ニッケル（Ｎｉ）の融点は１４９５℃である。銅（Ｃｕ）の焼結温度は例えば８００℃である。銅（Ｃｕ）の融点は１０８５℃である。金（Ａｕ）の焼結温度は例えば８００℃である。金（Ａｕ）の融点は１０６４℃である。銀（Ａｇ）の焼結温度は例えば７５０℃である。銀（Ａｇ）の融点は９６２℃である。アルミニウム（Ａｌ）の焼結温度は例えば５００℃である。アルミニウム（Ａｌ）の融点は６６０℃である。コバルト（Ｃｏ）の焼結温度は例えば１１００℃である。コバルト（Ｃｏ）の融点は１４５５℃である。
複数の金属元素からなる合金、金属元素と非金属元素からなる合金、金属の酸化物、金属の水酸化物、金属の塩化物、金属の炭化物、金属のホウ化物、及び金属の硫化物が挙げられるが、所望の固体１４０に応じて適宜選択することができる。合金を構成する元素としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、金（Ａｕ）、カリウム（Ｋ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び硫黄（Ｓ）等を含んでいてもよい。
セラミック材料としては、例えば、酸化物系セラミックまたは非酸化物系セラミック等が使用できる。具体的なセラミック材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ2）、酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）等を使用することができる。また、これらの材料は、１種類単独で、または２種以上を組み合わせて使用してもよい。
被加工体１３０は粒子であってもよい。被加工体１３０が粒子である場合、被加工体１３０の粒子径は、所望の固体１４０に応じて適宜選択することができる。被加工体１３０としては、例えば、上記の材料の圧粉体等の成形物又はそれの類似物を用いることができる。これにより、例えば、加工を行う際の変形の程度を低減することができる。
被加工体１３０として圧粉体を得る場合には、例えば、材料の粒子又は粉末の集合体に１ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、あるいは２００ＭＰａ以上、２０００ＭＰａ以下、１９００ＭＰａ以下、あるいは１８００ＭＰａ以下の圧力を加えてもよい。圧力を加えることにより、製造される得られる固体１４０が緻密になる傾向にある。加圧方法としては、例えば、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。もちろん、被加工体１３０としては、所望の固体１４０に応じて、シート状や板状等種々形状のものを適宜選択することができる。
被加工体１３０のマイクロ波の吸収効率が、少なくとも一部の温度領域でマイクロ波吸収性部材９０のマイクロ波吸収効率より相対的に高くなるように被加工体１３０及びマイクロ波吸収部材を組み合わせることが好ましい。
本実施形態に係る、図１に示した固体製造装置に用いられる制御部１０００は、例えば、冷却部１、電磁波拡散板１２、送風部１５、位置センサ１６、温度計１９ａ及び１９ｂ、加圧部２０、ガス供給器２１～２３、マイクロ波発生器３０、ステージ５０、荷重受け部６０、シャフト駆動部１２５、原料供給ステージ２００及び搬送部３００の少なくとも一つを制御するように構成されていてもよい。また、例えば、上述の各デバイスの少なくとも二つのデバイスが連動して動作できるように制御部１０００を構成するようにしてもよい。
このように二つのデバイスが連動する場合の例を挙げるとすると、制御部１０００は、温度計１９ａ及び温度計１９ｂ等の複数の温度測定箇所における温度の差が所定の範囲になった場合にマイクロ波発生器３０からマイクロ波を筐体１０の内部に放出するような制御するようにしてもよい。
制御部１０００は、図１に示したような加圧部２０とステージ５０とが、被加工体１３０が加圧部２０に取り付けられたマイクロ波吸収性部材９０とは接触しない距離にある状態から図３に示したように加圧部２０とステージ５０のうち少なくともいずれか一方を加圧部２０とステージ５０とが接近するように移動させ、被加工体１３０とマイクロ波吸収性部材９０とが接触するような動作の制御をすることもできる。
制御部１０００は、被加工体１３０とマイクロ波吸収性部材９０とが接触した状態における被加工体１３０に加わる圧力値をステージ５０及び加圧部２０の少なくともいずれか一方を制御して所定値又は所定の範囲となるような制御を行うようにしてもよい。
制御部１０００は、図３に示したような筐体１０の内部でのマイクロ波照射による焼結又は溶解により固体１４０が得られた後に、図４に示したように加圧部２０とステージ５０との距離を離した状態とし、図５に示したように搬送台２５０の上を次にマイクロ波焼結を行う被加工体１３０を移動させ、図６に示したように既にマイクロ波焼結により得られた固体１４０の上方に次の被加工体１３０を載置するような一連の動作の少なくとも一部を制御するようにしてもよい。
制御部１０００は、図７に示したように、被加工体１３０をマイクロ波により加工して既に得られている固体１４０の上に新たな被加工体１３０を載置した状態で、マイクロ波を筐体１０の内部に放出して被加工体１３０を溶解又は焼結等の加工を行う際にも、加圧部２０及びステージ５０の少なくともいずれか一方を制御して、被加工体１３０に加わる圧力又は加圧部２０とステージ５０との間の距離を制御するように構成してもよい。
制御部１０００は、マイクロ波照射による被加工体１３０の焼結又は溶解等の加工により得られた固体１４０を結合させた固体結合体１４１を本実施形態に係る固体製造装置から取り出す際には、図８に示したように固体結合体１４１の少なくとも一部が固体受取部１００の内部に収まるようにステージ５０を加圧部２０とは反対方向に移動させ、さらに図９に示したようにシャフト１２０を介してシャフト駆動部１２５により固体受取部１００をステージ５０から加圧部２０を見た方向とは交差する方向に移動させる動作の少なくとも一部を制御するようにしてもよい。
以上例示した制御部１０００としては、コンピュータを用いることができ、制御部１０００による制御の少なくとも一部をプログラムとして制御部１０００に格納し、実施することが好ましい。
また、図１４に示したように被加工体１３０として圧力を加えていない、又は成形していない被加工体８００を用いることができる。被加工体８００としては、例えば、粉末の集合体で当該集合体の形が保てないものであり得る。この場合は、図１４に示したように搬送部３０１は、被加工体８００を載置できる構造になっていることが好ましい。
図１５に示したように搬送部３０１を、被加工体８００が加圧部２０及びステージ５０が対向する位置に移動させた後、図１６に示したように搬送部３０１の被加工体８００を載置していた箇所から被加工体８００を滑らせて被加工体８００をステージ５０の上方に配置するようにするようにしてもよい。
なお、図１７に示したように、被加工体８００を加圧部２０とステージ５０との間に配置して被加工体８００に圧力を加え、成形を行うか、圧粉体を形成してもよい。この場合、被加工体８００に対して圧力を加える期間は、筐体１０の内部にマイクロ波又はミリ波を放出する期間の少なくとも一部でもよいし、マイクロ波又はミリ波を筐体１０の内部に放出する期間の前であってもよい。
さらに図１７に示した固体製造装置の構成では、被加工体８００の加工が完了し、固体が得られた後に当該固体に対して加圧部２０等を用いて圧力を加えることができる。
図１４乃至１７に示した固体製造装置の動作は、圧力を加えていない、又は成形していない被加工体８００を用いた場合について述べているが、被加工体８００の代わりに形を保てない粉末の集合体を金属製又はセラミック製等の枠に入れたものを使用してもよい。この場合についても、上述の図１４乃至１７に示した固体製造装置の操作と同様な操作により上記枠の形状に応じた固体が得られる。
上記のように本発明のいくつかの態様に係る実施形態を開示したが、この開示の一部をなす記述及び図面は本発明の技術的思想を限定するものであると理解するべきではなく、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
１・・・冷却部、１０・・・筐体、１１・・・ストッパ、１２・・・電磁波拡散板、１５・・・送風部、１６・・・位置センサ、１９ａ・・・温度計、１９ｂ・・・温度計、２０・・・加圧部、２１・・・ガス供給部、２２・・・ガス供給部、２３・・・ガス供給部、３０・・・マイクロ波発生器、３１・・・窓、３２・・・導波管、３５・・・マイクロ波センサ、４０・・・囲い、４１・・・マイクロ波透過性囲い、４２・・・マイクロ波吸収性囲い、５０・・・ステージ、５１・・・支持台、６０・・・荷重受け部、８０・・・断熱性部材、９０・・・マイクロ波吸収性部材、９５・・・プレート治具、１００・・・固体受取部、１１０・・・シャフト接続部、１２０・・・シャフト、１２５・・・シャフト駆動部、１３０・・・被加工体、１３５・・・台座、１４０・・・固体（加工物）、１４１・・・固体結合体、２００・・・原料供給ステージ、２５０・・・搬送台、３００・・・搬送部、４００・・・プロモータ、４１０・・・接着防止板、８００・・・被加工体、１０００・・・制御部

Claims (23)

  1. 被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、
    筐体と、
    前記筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、
    前記筐体の内部に配置された、前記筐体の内部に少なくとも突出した状態で、前記被加工体の少なくとも一部と接触することが可能な第１の基体と、
    を備え、
    前記第１の基体は、マイクロ波吸収性部材を含み、
    前記マイクロ波吸収性部材は、第１の材料と前記第１の材料よりマイクロ波吸収率の低い第２の材料との混合物である、
    固体製造装置。
  2. 前記筐体及び前記第１の基体の少なくとも一つを冷却するための冷却部をさらに備える、請求項１に記載の固体製造装置。
  3. さらに第２の基体を備え、
    前記第１の基体と前記第２の基体との間の距離を変更できるように前記第１の基体と前記第２の基体が構成されている、
    請求項１に記載の固体製造装置。
  4. 前記冷却部は、前記第１の基体を冷却するように構成されており、
    前記第１の基体は、前記被加工体に圧力に加えるように構成されている、
    請求項２に記載の固体製造装置。
  5. さらに第３の基体を備え、
    前記第３の基体は、前記筐体の内部に前記電磁波放出デバイスが前記マイクロ波又は前記ミリ波を前記筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、前記被加工体及び前記第１の基体の少なくとも一方と、前記電磁波放出デバイスの前記筐体内への前記マイクロ波又は前記ミリ波を放出するための放出口と、の間に配置されるように構成されている、
    請求項１に記載の固体製造装置。
  6. 前記筐体、前記第１の基体及び前記第２の基体のうち少なくとも一つに冷却部が設けられている、
    請求項３に記載の固体製造装置。
  7. 前記第３の基体は、前記筐体の内部に前記電磁波放出デバイスが少なくとも前記マイクロ波又は前記ミリ波を前記筐体内に放出する期間の少なくとも一部の期間において、前記被加工体及び前記第１の基体の少なくとも一方と、前記筐体の内面と、の間に配置されるように構成されている、
    請求項５に記載の固体製造装置。
  8. 少なくとも前記マイクロ波又は前記ミリ波を前記筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、前記第３の基体は、前記被加工体の少なくとも一部を囲む部材、粉末、又は粒子を保持する、請求項５に記載の固体製造装置。
  9. 前記筐体と前記電磁波放出デバイスの間に窓が設けられており、
    前記窓の前記筐体の内部側の主面に沿った気流を発生させるよう構成された送風部をさらに備える、
    請求項１に記載の固体製造装置。
  10. 前記第３の基体は、前記マイクロ波又は前記ミリ波の第１の透過率を有する第１の部分と、前記マイクロ波又は前記ミリ波の第２の透過率を有する第２の部分と、を含み、
    前記第１の透過率と前記第２の透過率とは異なっている、
    請求項５に記載の固体製造装置。
  11. 前記第１の透過率は、前記第２の透過率より高く、
    少なくとも前記マイクロ波又は前記ミリ波を前記筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、前記第１の部分と前記被加工体との距離は、前記第２の部分と前記被加工体との距離に比べて小となるよう構成されている、
    請求項１０に記載の固体製造装置。
  12. 前記第１の基体は、第１の部位と第２の部位と、を有し、
    前記第１の部位は前記第２の部位に比べて前記マイクロ波又は前記ミリ波の吸収の効率が高い、
    請求項１に記載の固体製造装置。
  13. 前記第１の部位と前記第２の部位との間に第３の部位を有し、
    前記第３の部位の熱伝導率は、前記第１の部位及び前記第２の部位の少なくともいずれか一方の熱伝導率より低い、
    請求項１２に記載の固体製造装置。
  14. 前記筐体の内部に前記電磁波放出デバイスが前記マイクロ波又は前記ミリ波を前記筐体の内部に放出する期間の少なくとも一部の期間において、前記第１の部位が前記被加工体の少なくとも一部に接するように構成されている、
    請求項１２に記載の固体製造装置。
  15. 前記マイクロ波吸収性部材は、前記混合物の成形物である、請求項１に記載の固体製造装置。
  16. 被加工体から固体を製造する固体製造装置であって、
    筐体と、
    前記筐体の内部にマイクロ波又はミリ波を放出するための電磁波放出デバイスと、
    前記固体の原料となる被加工体を載置するステージと、
    を備え、
    前記被加工体を、前記筐体の内部に配置された前記ステージの方向に搬送する原料搬送方向に沿って移動させ、前記被加工体は前記筐体の内部の前記マイクロ波又はミリ波が照射される位置に配置され、
    前記マイクロ波又はミリ波が照射されることにより前記被加工体から前記固体が製造された後、前記固体を移動させる製品搬送方向は、前記原料搬送方向に沿っている、
    固体製造装置であって、
    前記ステージが移動することにより、前記固体が前記筐体の内部から前記筐体の外に移送されたときに前記固体を受け取る固体受取部に前記固体を受け渡す、
    固体製造装置。
  17. 前記固体受取部は、第１の空間を取り囲む枠部材を備え、
    前記ステージは、前記第１の空間の内部を移動可能に構成されている、
    請求項１６に記載の固体製造装置。
  18. 前記枠部材は、前記筐体の下方に取り付けられている、
    請求項１７に記載の固体製造装置。
  19. 前記筐体は、前記筐体の内部の第１の面から前記第１の面と前記第１の面に対向する第２の面に向かって突出した突出部を有し、
    前記突出部の内側の第２の空間を前記ステージが移動可能であるように構成されている、
    請求項１６に記載の固体製造装置。
  20. 前記固体受取部は、前記ステージが、前記固体を前記筐体の内部から前記固体受取部に近づく方向に移動させることにより、前記固体を受け取ることが可能に構成されている、請求項１６に記載の固体製造装置。
  21. 前記固体受取部は、第１の空間を取り囲む枠部材を備え、前記固体受取部と前記突出部とは、前記第１の空間と前記第２の空間とが、直接又は内部に空間のある少なくとも一つの部材を介在して連結することが可能に構成されている、
    請求項１９に記載の固体製造装置。
  22. 前記マイクロ波又は前記ミリ波が前記筐体の内部に放出されている期間の少なくとも一部である第１の期間において、前記第１の空間と前記第２の空間とが、直接又は内部に空間のある少なくとも一つの部材を介在して連結することが可能に構成されている、
    請求項２１に記載の固体製造装置。
  23. 前記固体受取部は、前記第１の面に沿った方向又は前記第１の面と交差する方向に移動可能に構成されている、
    請求項１９に記載の固体製造装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002173375A (ja) 2000-12-04 2002-06-21 R & D Inst Of Metals & Composites For Future Industries マイクロ波及びホットプレスを利用して焼結された圧電セラミックス、その製造方法及びそれを用いた圧電アクチュエータ
JP2007112699A (ja) 2005-09-20 2007-05-10 Sintokogio Ltd マイクロ波加圧焼結法およびその加圧焼結装置
JP2008129203A (ja) 2006-11-17 2008-06-05 Seiko Epson Corp 定着装置および画像形成装置
US20180001553A1 (en) 2016-06-29 2018-01-04 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing and three-dimensional printers
WO2022195989A1 (ja) 2021-03-15 2022-09-22 株式会社Sun Metalon 結合固体の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0813510B2 (ja) * 1989-01-06 1996-02-14 富士重工業株式会社 導電性を有する繊維強化プラスチックのマイクロ波による加熱硬化方法
JPH03252081A (ja) * 1990-03-01 1991-11-11 Kobe Steel Ltd 高圧雰囲気マイクロ波加熱炉

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002173375A (ja) 2000-12-04 2002-06-21 R & D Inst Of Metals & Composites For Future Industries マイクロ波及びホットプレスを利用して焼結された圧電セラミックス、その製造方法及びそれを用いた圧電アクチュエータ
JP2007112699A (ja) 2005-09-20 2007-05-10 Sintokogio Ltd マイクロ波加圧焼結法およびその加圧焼結装置
JP2008129203A (ja) 2006-11-17 2008-06-05 Seiko Epson Corp 定着装置および画像形成装置
US20180001553A1 (en) 2016-06-29 2018-01-04 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing and three-dimensional printers
WO2022195989A1 (ja) 2021-03-15 2022-09-22 株式会社Sun Metalon 結合固体の製造方法

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