JP2001348694A - 遠赤外線放射体 - Google Patents

遠赤外線放射体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 輻射加熱を利用する分野に適した、輻射加熱
能力に優れ、被加熱物の表面に影のできなくく、加熱ム
ラの少ない遠赤外線放射体を提供する。 【解決手段】 Al合金材の表面がRz:5〜100μ
m、平均傾斜角θa15°〜75°の第一次粗面と、第
一次粗面の平均粗さの1/3以下でかつRzが0.5μ
m以上となる凹凸部が第一粗面上に全面に分散形成され
てなる第二次粗面から構成され、その表面に厚さ4μm
以上で表面形状が合金材の面形状と同様な形状を有する
陽極酸化皮膜が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、輻射加熱を利用す
る分野において、赤外線、遠赤外線を有効に利用し得る
遠赤外線放射体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、熱の利用形態の多くは対流
(熱風)、伝導(直火)が主に用いられ、放射は193
0年代から自動車の塗膜塗装乾燥技術に応用されてきた
が、コスト面からの制約から一般化されるには至らなか
った。しかしながら、1978年頃から市場で遠赤外線
ブームが始まると、あらゆる分野で遠赤外線の利用と応
用が試みられ、遠赤外線加熱システムも登場したが、物
理的知識の不足、誤解などもあって広く普及されるには
至っていない。ところが近年、工業製品のファイン化が
進むにつれて、ハロゲンガスを封入した近・中赤外線放
射体の開発等により、再び放射加熱方式が見直されるよ
うになってきた。特に、金属塗装物体の加熱乾燥には、
近・中赤外線と熱風を併用する方法が注目を集めてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミック材料は、機械的に脆い特性を有するために、
複雑な形状のもの、あるいは薄いものを作成することが
困難であり、大重量のものを作ることも困難であるため
に、用途は自ずと限られてしまう問題があった。また、
金属基材の表面にセラミックを溶射した放射体も実用化
されているが、この放射体は製造コストが高くなり、ま
た薄板や複雑形状の放射体を得ることが困難な問題があ
る。
【0004】他方、Alの加工性が良好であること、軽
量であることを活かし、AlまたはAl合金の表面に陽
極酸化処理によりアルマイト皮膜を形成して遠赤外線放
射体として利用しようとする試みがなされている。しか
しながら、従来の方法では、以下に説明する問題があっ
た。 (1)Al製の遠赤外線放射体は、加熱により変形し易
く、変形に伴う応力集中によりアルマイト皮膜にクラッ
クを生じてしまう。 (2)Al製の遠赤外線放射体は、波長3〜7μmの波
長域における分光放射率が低いために、遠赤外線領域に
おけるトータルとしての放射率が低い。これに対して、
アルマイト皮膜を有機染料で着色することにより、特定
の波長領域における放射率を改善することができるが、
この方法ではアルマイト皮膜を200℃以上に加熱する
と、有機染料が分解して退色してしまうという基本的な
欠点があり、耐熱性に劣る問題があった。
【0005】こうした欠点を除いた遠赤外線放射体につ
いて種々検討した結果、本発明者らはMnなどを含む特
殊なAl合金の表面に、陽極酸化処理によるアルマイト
皮膜を形成させてなる遠赤外線放射体を開発し、先に特
許出願(特願平3−15229号、特願平3−3010
18号)した。これらの方法によれば、加熱による変形
や高温でのクラック発生を防止できるとともに、3〜7
μmの波長域での分光放射率をかなり大幅に向上させる
ことができるために、全体としての遠赤外線放射特性に
優れた放射体を得ることができた。
【0006】そして、基材がAl合金であるために熱伝
導性にも優れていることから、これらの特徴を活かした
種々の応用用途が期待される。しかしながら、前記特許
出願の遠赤外線放射体においても材料などの設計条件や
要求特性がより一層厳しい場合には、特性的にまだ不充
分な点があることが分かった。さらにまた、前記の遠赤
外線放射体においては、特殊な合金を用いなければなら
ないという難点があるため、材料選択の自由度に乏しい
という問題があった。
【0007】そこで本発明者らがさらに研究を重ね、特
許出願(特開平5−230692)した方法によれば、
AlまたはAl合金材の表面に微細な凹凸を有する陽極
酸化皮膜を、厚さ4μm以上に形成させることにより、
3〜7μmの波長領域における分光放射率が高く、全体
としての遠赤外線放射特性に優れ、加熱による変形に強
くクラックなどを生じることがなく、目的用途に応じた
材料選択が可能な遠赤外線放射体を得ることができた。
しかしながら、この特許出願の遠赤外線放射体において
も、乾燥時間のより一層の短縮を求められた場合には、
まだ遠赤外線放射特性が不十分である為、輻射加熱の能
力が不足することが分かった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは前記の課
題を解決するために、前記陽極酸化処理を施したAlま
たはAl合金を基材とする遠赤外線放射体について鋭意
研究と実験を重ねた結果、本発明をなすに到った。すな
わち本発明は、図1の断面模式図に示すように、Alま
たはAl合金材の表面に、平均粗さRz:5〜100μ
mかつ平均傾斜角θa 15°〜75°の第一次粗面、
および該粗面を構成する凹凸面上に、第一次粗面がもつ
平均粗さの1/3以下でかつRzが0.5μm以上とな
る凹凸部が、事実上全面に分散形成されてなる第二次粗
面、および該第一次粗面、および該第二次粗面上に厚さ
4μm以上の陽極酸化皮膜が形成されており、該陽極酸
化皮膜の表面形状が該AlまたはAl合金材の表面形状
と同様な形状を有することを特徴とする遠赤外線放射体
である。
【0009】
【発明の実施の形態】
【0010】すなわち、図1に示すようにAlまたはA
l合金材の表面を大きな凹凸を持つ第一次粗面と微細な
第二次粗面の二重の粗面を組み合わせた形状とし、その
上に陽極酸化被膜を設けることにより、表面積が増大し
て遠赤外線放射量の総量が増大し、その結果加熱能力が
向上する。
【0011】また、被加熱体の表面形状は完全な平面で
はなく、ある程度凹凸があり、場合によってはかなり大
きな凹凸があるが、こうした被加熱体に対して、平坦な
表面から放射される一方向からのみの遠赤外線では、被
加熱体の表面に影が生じたり、ムラが生じたりすること
がある。これに対して本発明では陽極酸化被膜表面の形
状を大小の粗面を組み合わせた表面形状とすることによ
り、被加熱体へ色々な方向から遠赤外線をあてることが
でき、影やムラを少なくすることができるので、輻射加
熱の能力が著しく向上する。なお、ここで単に微細な凹
凸を表面に形成させただけの場合では、表面積の増大に
よる遠赤外線の放射量の増大という効果は得られるもの
の、遠赤外線の放射方向が規定されていないので遠赤外
線は拡散してしまうために、被加熱体が受ける遠赤外線
量はそれほどには増大しないので輻射加熱の能力の向上
は起こらない。
【0012】このように、AlまたはAl合金表面を第
1、第2粗面を組み合わせた粗面とし、該粗面上に陽極
酸化皮膜を特定厚さ以上に形成させ、該陽極酸化皮膜の
表面形状が該AlまたはAl合金材の表面形状と同様な
形状を有する放射体とすることにより、遠赤外線放射特
性を著しく向上させ、輻射加熱の能力を向上させること
ができる。
【0013】第一次粗面の平均粗さRzが5μmより小
さい場合では、この第一次粗面の山が小さすぎてしま
い、第二次粗面を施した場合、二つの粗面を組み合わせ
た形状とならずに、単に微細な凹凸を表面に形成させた
場合と変わりがなくなってしまう。このため上記の効果
を得ることができない。一方、平均粗さRzが100μ
mよりも大きな場合では、本発明では平均傾斜角も同時
に規定してあるために、凹凸の数が少なくなってしまい
有効な表面形状が得られない。なお、Rzの下限とし
て、より好ましくは8μm以上が良く、またRzの上限
としては30μm以下が好ましい。
【0014】また、平均傾斜角が75°よりも大きい場
合では第一粗面が鋭角になりすぎてしまうため、遠赤外
線が板表面に平行方向に広角に放射されることにより拡
散してしまい、被加熱体が受ける遠赤外線量が不足す
る。一方、平均傾斜角が15°よりも小さい場合は、第
一粗面が平坦すぎてしまい表面積の増加および遠赤外線
放射方向の収束が共に不足してしまう。このため被加熱
体が受ける遠赤外線量は増大しない。
【0015】上記の条件を満たす第一粗面の生成方法は
特に限定されないが、微細な研削剤粒子を板表面にブラ
ストする方法などが好ましい。ブラスト処理の際にはA
lまたはAl合金の硬さに応じて研削剤の種類、粒径、
ブラスト圧を適宜選択する。
【0016】次に、第一次粗面上に第二次粗面を施すに
あたり、第二次粗面として第一次粗面がもつ平均粗さの
1/3以下かつ0.5μm以上となる凹部を形成させ
る。ここで、第二次粗面の凹部の深さが第一次粗面がも
つ平均粗さの1/3よりも大きい場合では、第二次粗面
を施した際に第一次粗面で形成させた表面形状が崩れて
しまい、二つの粗面を組み合わせた複雑な形状が得られ
ず、平板状に一つの粗面を形成させた場合と変わらなく
なってしまう。また、第二次粗面の凹部の深さが0.5
μmよりも小さい場合では陽極酸化処理時に表面が粗ら
されてしまい、陽極酸化皮膜を形成させた表面が有効な
粗面とならない。
【0017】この第二粗面の生成方法も特に限定されな
いが、エッチングなどにより行うことが好ましい。
【0018】また、陽極酸化処理により形成される皮膜
厚さとしては、4μm以上必要であり、これより薄い場
合には充分な遠赤外線放射率が得られない。陽極酸化処
理方法としては、通常に良く用いられる方法の多種類の
ものを用いることができる。また、電解浴としては、酸
性浴のみならず、アルカリ浴、あるいはホルムアミド系
とホウ酸系などの非水浴をも用いることができる。なお
形成された陽極酸化皮膜の表面形状は、上述したAlま
たはAl合金材の表面と同様に、平均粗さRz:5〜1
00μmかつ平均傾斜角θa15°〜75°の第一次粗
面と、第一次粗面の平均粗さの1/3以下でかつRzが
0.5μm以上となる凹凸部が第一粗面上に全面に分散
形成されてなる第二次粗面を有するものとする。
【0019】Al合金材として、Mnを0.3〜4.3
mass%を含有し、残部がAlと不可避的不純物から
なり、かつ粒径0.01〜3μmのAl―Mn系金属間
化合物が分散析出しているものとすることにより、放射
効率の高い遠赤外線放射体を得ることができる。またA
l合金材として、Mnを0.3〜4.3mass%およ
びMgを0.05〜6.0mass%を含有し、残部が
Alと不可避的不純物からなり、かつ粒径0.01〜3
μmのAl―Mn系金属間化合物が分散析出しているも
のとすることも好ましい。あるいはAl合金として、S
iを3〜15mass%含有し、残部がAlと不可避的
不純物からなり、かつ0.05μm以上のSi粒子が分
散してものとすることでも放射効率の高い遠赤外線放射
体を得ることができる。さらにAl合金材が、Siを3
〜15mass%含有し、さらにFeを0.05〜2.
0mass%、Mgを0.05〜2.0mass%、C
uを0.05〜6.0mass%、Mnを0.05〜
2.0mass%、Niを0.05〜3.0mass
%、Crを0.05〜0.5mass%、Vを0.05
〜0.5mass%、Zrを0.05〜0.5mass
%、Znを1.0mass%を超え7.0mass%以
下のうち1種類または2種類以上を含有し、残部がAl
と不可避的不純物とからなり、0.05μm以上のSi
粒子が分散しているものとすることも好ましい。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0021】(実施例1)JIS規定1050材(純ア
ルミニウム)からなる1mmの板材表面に表1に示す各
ブラスト処理を行い第一粗面を形成させ、次いで10m
ass%塩化第二鉄溶液を用いて表1に示すように各エ
ッチングを行い第二粗面を形成させた。次いで20℃、
20mass%硫酸浴中において、電流密度2A/dm
2 で40分陽極酸化処理を行った。これらの試料を表面
に用いた遠赤外線加熱ヒーターを作成し、これらのヒー
ターによる塗膜乾燥実験を行った。 塗料:アルカリ現像型ソルダーレジスト PSR−40
00 Z100(太陽インキ製造株式会社製)、膜厚2
0μm 塗装板:ガラスエポキシ基板両面銅箔積層板 塗膜乾燥評価:鉛筆引っかき値の手かき法(JIS K
5400:1990「塗料一般試験方法」)により評
価。塗膜の硬さを、鉛筆のしんで引っかいて調べ、鉛筆
の濃度記号で表し、9Hが最も硬く、6Bが最も軟らか
いものとする。遠赤外線放射体としての性能は、乾燥さ
せた塗膜の鉛筆硬度の高いものほど加熱能力が高く密着
性の良い塗膜を形成でき、遠赤外線放射体として優れて
いることを意味する。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示す結果から明らかなように、本発
明の条件を満たすものを用いたヒーターでは、鉛筆硬度
が高く充分な乾燥効果をあげることが判明した。これに
対して、本発明の条件から外れる比較例では充分な乾燥
効果が得られず、このため鉛筆硬度が低い結果となって
いる。
【0024】(実施例2)次に、Al合金として表2に
示すように前述した本発明として好ましい組成範囲のも
のを用い、それぞれ実施例1と同様の試験を行った。
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】表3に示す結果から明らかなように、通常
のAl材である1050材を用いた実施例1−1では3
Hの硬度しか得られないが、本発明に係る合金を用いて
本発明による一次粗面と二次粗面を組み合わせた複合粗
面上に陽極酸化皮膜を形成させたものを用いた実施例で
は5H〜6Hと優れた乾燥効果をあげることができるこ
とが判明した。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に掛かる遠
赤外線放射体は輻射加熱能力に優れ、また大小の凹凸か
らなる粗面としたことにより被加熱物の表面に影ができ
にくく、従って加熱ムラをなくすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のAlまたはAl合金板の表面構成を示
す断面図である。
【符号の説明】
1‥‥‥アルミニウム合金板 2‥‥‥陽極酸化被膜 3‥‥‥第一次粗面の平均粗さ 4‥‥‥第二次粗面の平均粗さ θa‥‥第一次粗面の平均傾斜角

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 AlまたはAl合金材の表面が、平均粗
    さRz:5〜100μmかつ平均傾斜角θa15°〜7
    5°の第一次粗面と、第一次粗面の平均粗さの1/3以
    下でかつRzが0.5μm以上となる凹凸部が第一粗面
    上に全面に分散形成されてなる第二次粗面から構成さ
    れ、該AlまたはAl合金材の表面上に厚さ4μm以上
    で表面形状が該AlまたはAl合金材の表面形状と同様
    な形状を有する陽極酸化皮膜が形成されていることを特
    徴とする遠赤外線放射体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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