JP2002012963A

JP2002012963A - 遠赤外線放射材とその製造方法

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Publication number: JP2002012963A
Application number: JP2000197029A
Authority: JP
Inventors: Seiju Maejima; 正受前嶋; Koichi Saruwatari; 光一猿渡; Masanori Hirata; 昌範平田; Noriyasu Baba; 規泰馬場; Keigo Teramoto; 恵吾寺元
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】遠赤外線放射材の耐熱強度および耐熱放射率
を向上させることにある。【解決手段】鋼からなる基材１１上に、厚みが５〜２
００μｍ、ケイ素の含有量が３〜１２重量％のアルミニ
ウム層を被覆した複合材を、５００〜９００℃で加熱
し、基材１１上にアルミニウムと鉄との合金層１２と、
アルミニウム酸化物層１３を形成し、酸化物層１３は、
ケイ素を３〜１２重量％含有するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暖房、調理などの
ように輻射加熱を利用する分野において、遠赤外線を有
効に利用し得る遠赤外線放射材とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、遠赤外線放射材としては、ア
ルミニウム合金材に特殊な陽極酸化処理を行い、表面に
アルマイト皮膜を有する材料が用いられている。これら
のアルマイト皮膜には、自然発色皮膜や、二次電解によ
る電解着色アルマイト皮膜、特殊な電解液による電解発
色アルマイト皮膜、黒色染料で染色したアルマイト皮膜
などがある。

【０００３】図２は、従来の遠赤外線放射材１の一例を
示す断面図である。この遠赤外線放射材１は、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の素地２にアルマイト処理
を施して、アルマイト皮膜３を形成したものであり、広
く利用されている。一般に、遠赤外線放射を行うにあた
っては、遠赤外線放射材１を１００〜数百℃に加熱する
必要がある。アルミニウムまたはアルミニウム合金の素
地２と酸化物であるアルマイト皮膜３の熱膨張率は大き
く異なるため、このような使用環境では、２００℃前後
からアルマイト皮膜３の表面に微小な亀裂が発生する。
そのため、放射率は徐々に低下し、不安定になるという
問題がある。さらに、３５０℃以上では、素地２が熱変
形し、強度が低下するという問題がある。

【０００４】また、図３は、従来の遠赤外線放射材の他
の例を示す断面図である。遠赤外線放射材６は、遠赤外
線放射セラミックス微粒子７を樹脂バインダー８に分散
させ、これを鉄やステンレスからなる基材９に塗布、硬
化して、塗膜１０を形成したものである。この遠赤外線
放射材６にあっては、塗膜１０と基材９との密着性が十
分ではなく、熱衝撃を受けると、基材９から塗膜１０が
剥がれ易くなる。したがって、この例の遠赤外線放射材
６では、放射率が低下したり、不安定になる。また、こ
のような塗膜を形成することは、コストが高くなり、実
用に供し難いという問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、遠赤外線放射材の耐熱強度および耐熱放射率
を向上させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載の遠赤外線放射材は、鋼から
なる基材上に、アルミニウムと鉄との合金層と、アルミ
ニウム酸化物層が設けられているものである。また、本
発明の請求項２記載の遠赤外線放射材は、前記アルミニ
ウム酸化物層が、ケイ素を３〜１２重量％含有するもの
である。また、本発明の請求項３記載の遠赤外線放射材
の製造方法は、基材となる鋼にアルミニウム層を被覆し
た複合材を、５００〜９００℃で加熱し、基材上にアル
ミニウムと鉄との合金層と、アルミニウム酸化物層を形
成するものである。また、本発明の請求項４記載の遠赤
外線放射材の製造方法は、アルミニウム層の厚みが、５
〜２００μｍであるものである。そして、本発明の請求
項５記載の遠赤外線放射材の製造方法は、アルミニウム
層にケイ素が３〜１２重量％含まれているものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の遠赤外線放射材の一例を示す断面図で
ある。この例の遠赤外線放射材は、鋼からなる基材１１
上に、合金層１２と酸化物層１３とからなる被覆層１４
が設けられているものである。基材１１は、通常の炭素
鋼、ステンレス鋼などが用いられ、遠赤外線放射材の耐
熱強度を維持するものである。この基材１１の形状は、
板、棒、線、パイプなどの任意の形状とされる。合金層
１２は、基材１１の構成元素の鉄とアルミニウムとの金
属間化合物からなる。また、酸化物層１３は、合金層１
２上に形成されたアルミニウム酸化物からなるものであ
る。

【０００８】基材１１の厚さは０．５ｍｍ以上が好まし
く、これ未満では遠赤外線放射体としての機械的強度が
不足する。

【０００９】合金層１２の厚さは、３０〜１５０μｍが
好ましい。厚さが３０μｍ未満では、アルミニウムの熱
伝導性の特徴を示さず、放射率が向上する効果は発現し
ない。厚さが１５０μｍを超えると、体積抵抗が大きく
なり、放射率が低下する。また、酸化物層１３の厚さ
は、１０〜５０μｍが好ましい。厚さが１０μｍ未満で
は、皮膜強度が低く、表面に亀裂が生じ易くなる。厚さ
が５０μｍを超えると、放射率が向上する効果を損な
う。

【００１０】また、酸化物層１３中のケイ素の含有量
は、３〜１２重量％が好ましい。３重量％未満では、放
射特性の向上や亀裂の発生を防止する効果を示さない。
１２重量％を超えると、酸化物層１３の強度や耐食性が
低下してしまう。

【００１１】本発明の遠赤外線放射材の製造方法は、以
下のような方法で行われる。まず、基材１１となる鋼材
の表面に、浸漬法、電気めっき法、クラッド法などで、
厚さ５〜２００μｍのアルミニウムまたはアルミニウム
合金を被覆して、アルミニウム層を有する複合材とす
る。このアルミニウム層の厚みが５μｍ未満では、十分
な厚みの被覆層１４が得られず、２００μｍを超える
と、過剰となって無駄である。このアルミニウム層に
は、ケイ素が３〜１２重量％含まれていてもよく、これ
により、放射率の高いアルミニウム酸化物層１３が得ら
れる。また、基材１１としてステンレス鋼が使用される
場合は、前処理され、炭素鋼などと同様に、アルミニウ
ム層、合金層１２、酸化物層１３が形成される。また、
あらかじめ基材１１の表面にアルミニウム被覆を施して
ある、アルミニウム被覆鋼材を使用してもよい。

【００１２】ついで、基材１１の表面にアルミニウムを
被覆した複合材を、５００〜９００℃で一定時間加熱す
る。すると、基材１１の鉄とアルミニウムとの金属間化
合物が生成するとともに、アルミニウムの表面が酸化さ
れて、鉄とアルミニウムとの合金層１２およびアルミニ
ウム酸化物層１３が形成する。このときに、ケイ素の酸
化なども生じ、被覆層１４は灰色ないし茶黒色に変色
し、遠赤外線放射特性は、格段に向上する。

【００１３】上記複合材を加熱する温度が、５００℃未
満では、酸化物層１３の生成が行われず、また、合金層
１２の基材１１に対する密着性が不十分であり、酸化物
層１３の放射特性の向上や亀裂の発生を防止する効果が
十分でない。また、加熱する温度が９００℃を超える
と、合金層１２の酸化が進み、酸化物層１３が過剰に存
在し、アルミニウムの熱伝導性を示さなくなり、放射率
が低下する。

【００１４】このようにして作製された遠赤外線放射材
は、酸化物層１３の存在により、遠赤外線放射率が高め
られ、基材１１の存在により強度および耐熱性を示し、
合金層１２の存在により基材１１と被覆層１４の密着性
が高まり、合金層１２の存在により熱衝撃を受けても酸
化物層１３に亀裂が生じ難くなる。また、この例の遠赤
外線放射材の使用温度領域が、５００〜９００℃であれ
ば、アルマイトの放射率に近い、安定した初期放射特性
を維持する。

【００１５】以下、具体例を示す。実施例１から実施例
５では、遠赤外線放射材の基材として、溶融アルミニウ
ムめっき鋼板（商品名アルスター、日新製鋼（株）製）
の深絞り用（０．８ｍｍ板厚、めっき付着量４０ｇ／ｍ
²）材を使用した。この基材を、電気炉または無酸化炉
中で、８００℃で２時間加熱して、合金層および酸化物
層を形成した遠赤外線放射材を加熱、空冷した後、２０
０℃における遠赤外線積分放射率を測定した。また、実
施例６では、実施例１から実施例５で使用する基材を加
熱、空冷した後、２００℃における遠赤外線積分放射率
を測定した。結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】また、実施例７および実施例８では、遠赤
外線放射材の基材として、ＳＳ４１鋼材（１０ｍｍ板
厚）を用いて、この表面に、浸漬法により、ケイ素を５
重量％含有するアルミニウムめっき層を、厚さ１００μ
ｍに形成した。さらに、実施例８では、この基材を電気
炉中で、８００℃で３時間加熱し、合金層および酸化物
層を形成した。このようにして作製された遠赤外線放射
材を加熱、空冷した後、２００℃における遠赤外線積分
放射率を測定した。また、実施例９では、上記ＳＳ４１
鋼材を加熱、空冷した後、２００℃における遠赤外線積
分放射率を測定した。結果を表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】表１、表２の結果から、基材を５００℃以
上の温度で、電気炉または無酸化炉で数時間加熱し、表
面に合金層および酸化物層を形成した遠赤外線放射材
は、遠赤外線積分放射率が６０％以上となることが確認
された。

【００２０】このように、この例の製造方法により製造
された遠赤外線放射材においては、以下のような効果が
得られる。鋼からなる基材１１を用いることで、強度お
よび耐熱性に優れたものが得られる。また、合金層１２
は基材１１との密着性に優れており、酸化物層１３の存
在は被覆層１４の膜強度を高めているから、耐熱強度に
優れた遠赤外線放射材となる。また、被覆層１４中の残
余のアルミニウムとの相乗効果により、アルミニウムの
熱伝導性の特徴を示し、遠赤外線積分放射率が６０％以
上となる。さらに、熱衝撃により、被覆層１４に亀裂が
発生しにくいため、放射率は安定する。また、この例の
遠赤外線放射材に用いられる素材の購入や作製は容易で
あり、処理が簡易でクリーンである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の遠赤外線
放射材は、鋼からなる基材上に、アルミニウムと鉄との
合金層と、アルミニウム酸化物層が設けられているもの
であるから、耐熱強度および放射率が向上する。

【００２２】また、アルミニウム酸化物層が、ケイ素を
３〜１２重量％含有するものでは、遠赤外線放射特性が
向上する。

【００２３】また、本発明の遠赤外線放射材の製造方法
は、基材となる鋼にアルミニウム層を被覆した複合材
を、５００〜９００℃で加熱し、基材上にアルミニウム
と鉄との合金層と、アルミニウム酸化物層を形成するも
のであるから、耐熱性に優れる高い放射率を示す遠赤外
線放射材を容易に製造することができる。

【００２４】また、アルミニウム層の厚みを、５〜２０
０μｍとするものでは、放射率の高いアルミニウム酸化
物層を形成することができる。

【００２５】さらに、アルミニウム層にケイ素が３〜１
２重量％含まれているものでは、熱衝撃により亀裂が生
じ難く、放射率の高いアルミニウム酸化物層を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の遠赤外線放射材を示す断面図であ
る。

【図２】従来の遠赤外線放射材の一例を示す断面図で
ある。

【図３】従来の遠赤外線放射材の他の例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１１・・・基材、１２・・・合金層、１３・・・酸化物層、１４・
・・被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平田昌範東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者馬場規泰東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者寺元恵吾東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内Ｆターム(参考） 3K092 PP03 QA05 RF03 RF09 SS34 SS40 SS42 SS45 VV35 4K027 AA22 AB01 AB28 AB48 AC73 AC82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼からなる基材上に、アルミニウムと鉄
との合金層と、アルミニウム酸化物層が設けられている
ことを特徴とする遠赤外線放射材。
【請求項２】前記アルミニウム酸化物層は、ケイ素を
３〜１２重量％含有することを特徴とする請求項１記載
の遠赤外線放射材。
【請求項３】基材となる鋼にアルミニウム層を被覆し
た複合材を、５００〜９００℃で加熱し、基材上にアル
ミニウムと鉄との合金層と、アルミニウム酸化物層を形
成することを特徴とする遠赤外線放射材の製造方法。
【請求項４】アルミニウム層の厚みが、５〜２００μ
ｍであることを特徴とする請求項３記載の遠赤外線放射
材の製造方法。
【請求項５】アルミニウム層にケイ素が３〜１２重量
％含まれていることを特徴とする請求項３または４記載
の遠赤外線放射材の製造方法。