JP2005071750A - 電磁誘導加熱方式用発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来と比べ熱伝導効果に優れた電磁誘導加熱方式用発熱体を得ることを課題とする。
【解決手段】電磁誘導加熱器具に用いられる電磁誘導加熱方式用発熱体10において、縦糸11a及び横糸11bからなる織布11と、この織布11の少なくとも片面に設けられたふっ素樹脂層12とを具備し、前記織布11の縦糸11aもしくは横糸11bが、前記電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料からなるか、または前記ふっ素樹脂層12が、前記電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料を含むふっ素樹脂層であることの少なくともいずれかであることを特徴とする電磁誘導加熱方式用発熱体10。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁誘導加熱コイルから発生する交番磁束を利用して発熱体に渦電流によるジュール熱を生じさせて加熱する電磁誘導加熱方式用発熱体に関する。本発明は、具体的には、例えば食品の加熱処理に用いる調理用シート、あるいは食品や樹脂の加熱加工及び離型を必要とするコンベアベルト、あるいは食品や樹脂の貯蔵下での加熱処理を必要とするタンクの内面ライニングに使用されるシート、樹脂製袋時のシール時にシール後の離型を簡単に行うための離型シート、建築物の床暖房材等として使用可能な電磁誘導加熱方式用発熱体に関する。

従来、熱処理、離型等を目的にした様々な加工に、ガラス繊維等の耐熱性繊維にふっ素樹脂を含浸した複合材が使用されている。その場合、加熱方式としては、電気ヒーター、赤外線ヒーター、熱風等により加工物に直接又は上記複合材を介して間接的に加熱的に加熱されていた。

ところで、近年、地球温暖化防止等により省エネ対策やＣＯ_２排出削減等が要求されるようになってきた。そこで、例えば一般家庭の台所では、火災の防止等の理由からガスコンロに変わり、電磁誘導加熱によるクッキングヒーターが使用されるようになった。これは、非常に熱効率がいいことと排気ガスが出ない等の点から採用が広がってきている。

このようなことから、特許文献１の明細書に記載されているように電磁誘導加熱を使用した装置が提案されている。特許文献１に係る布用接着プレス装置は、電磁誘導加熱器とこれによって加熱される加熱板からなる加熱手段を用いて、ベルトにて送られていくるワークを加熱処理する機構となっている。
特開平８−２０９４２６号公報（段落［００１３］〜［００４８］及び図１）

しかし、上述した従来技術では、ベルトが電磁誘導加熱器によって加熱される加熱板による間接的加熱方式の為、伝熱効率が悪く十分な電磁誘導加熱の効果が得られていなかった。また、前記ベルトとして金属ベルトを使用することも考えられるが、熱歪等により金属ベルトに凹凸が発生し、効率が良くない。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、電磁誘導加熱方式により発熱体を直接加熱することによって被加熱体を加熱する方式であるので、従来と比べ熱伝導効果に優れた電磁誘導加熱方式用発熱体を提供することを目的とする。

本発明は、電磁誘導加熱器具に用いられる発熱体において、縦糸及び横糸からなる織物と、この織物の少なくとも片面に設けられたふっ素樹脂層とを具備し、前記織物の縦糸もしくは横糸が、前記電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱発生させる材料からなるか、または前記ふっ素樹脂層が、前記電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱発生させる材料を含むふっ素樹脂層であることの少なくともいずれかであることを特徴とする電磁誘導加熱方式用発熱体である。

以上詳述した如く本発明によれば、電磁誘導加熱方式により発熱体を直接加熱する方式であるので、従来と比べ熱伝導効果に優れた電磁誘導加熱方式用発熱体を提供できる。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明に係る電磁誘導加熱方式用発熱体は、上記のように縦糸及び横糸からなる織物と、この織物の少なくとも片面に設けられたふっ素樹脂層とを具備するが、その形態は下記のタイプに分けられる。
１）前記織物の縦糸が、磁力発生コイルから発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料からなる場合（後述する図２）。
２）前記織物の横糸が、磁力発生コイルから発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じ生じジュール熱を発生させる材料からなる場合（後述する図６）。
３）前記ふっ素樹脂層が、前記磁力発生コイルから発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料を含むふっ素樹脂層である場合（後述する図３、図４）。
４）上記１）〜３）を２つ以上満たす場合（後述する図１）。

前記渦電流とは、「時間的に変化する磁束が、導体（本発明の発熱体に相当）を通過すると、ファラデーの法則により起電力が生じ、磁束に垂直面内に局部的な電流が流れること」を意味する。本発明の発熱体の加熱は、この原理を利用したもので、時間的に変化する磁束を磁心（例えば鉄心）とコイルにより作り出し、得られた磁束を外部に置かれた有磁性ステンレス鋼に導いて渦電流を生じさせることによってジュール熱を発生させることである。図９は、前記発熱体の加熱の原理図を示す。図中の符番1はプレート状の発熱体であり、図示しない鉄心等の磁心とコイルからなる電磁誘導加熱コイルを備えた電磁誘導加熱器具により線Ｘのように交番磁束を作り出し、線Ｙのように渦電流が発生するようになっている。通常、発熱体１上に載置あるいは移動する被加熱体が発熱体１により加熱される。

また、ふっ素樹脂層は、図１、図２、図３、図４、図５に示すように織物としての織布の両面に形成されていてもよいし、図６、図７に示すように織布の片面に形成されていてもよい。ここで、図１は織布の縦糸及び横糸に前記材料が用いられている場合、図２は縦糸のみに前記材料が用いられている場合、図３及び図５はふっ素樹脂層に前記材料が用いられている場合、図４は織布の片面（下面）のみのふっ素樹脂層に前記材料が用いられている場合を示す。また、図６はふっ素樹脂層が織布の片面（上面）のみに形成されて横糸に前記材料が用いられている場合、図７は、ふっ素樹脂層が織布の片面（上面）のみに形成されて縦糸に前記材料が用いられている場合を示す。

更に、前記織物の縦糸又は横糸として前記材料による繊維例えば有磁性繊維を用いる場合、耐熱性繊維例えばガラス繊維と混織してもよい。

本発明において、前記織物の縦糸もしくは横糸が、前記電磁気誘導加熱器具から発生する磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料からなる場合、前記横糸若しくは縦糸の材質としては鉄あるいは鉄系合金の導電体が挙げられる。ここで鉄系合金としては、有磁性ステンレス鋼や無磁性ステンレス鋼が挙げられる。

有磁性ステンレス鋼としては、クロム系ステンレス鋼である、例えばフェライト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３０ＬＸ，ＳＵＳ４３４，ＳＵＳ４４４，ＳＵＳ４１０Ｌ，ＳＵＳ４０５等）、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４０３，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４１０Ｓ，ＳＵＳ４２０Ｊ１，ＳＵＳ４２０Ｊ２等）が使用可能である。また、無磁性ステンレス鋼としては、クロム・ニッケル系ステンレス鋼であるオーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０１Ｌ，ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ，ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ，ＳＵＳ３１７，ＳＵＳ３１７Ｌ，ＳＵＳ３２１，ＳＵＳ３４７等）がいわゆる曲げ加工、深絞り加工等の加圧加工や焼入れ等の熱処理によってオーステナイト相の一部がマルテンサイト相に変態したものは磁性を持つため使用可能である。また、渦電流を生じジュール熱を発生させる材料としては、上記鉄及び鉄系合金以外に、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が挙げられる。

前記材料は、繊維あるいは素線を構成単位として織物例えば織布が構成される。ここで、繊維とした場合は、径が５μｍ〜５０μｍのフィラメントを集束させて繊維とする。一方、素線とした場合、その径は２０μｍ〜２ｍｍである。これらの径は被加熱物の処理の形態によって決定される。

本発明において、前記ふっ素樹脂層が、前記磁力発生コイルから発生する磁束によって発熱体に渦電流を生じさせる材料を含むふっ素樹脂層である場合、前記ふっ素樹脂層は、ふっ素樹脂１０〜３０重量部に対して９０〜７０重量部の有磁性粉末材料を含有した層である場合が挙げられる。ここで、有磁性材料が７０重量部未満の場合は発熱温度が低く、９０重量％を越えた場合は発熱温度は高いがふっ素樹脂層が脆くなり強度が低下する。前記有磁性材料の形状としては、粉末あるいはシート状が挙げられる。ここで、有磁性材料が粉末である場合は例えば水性系樹脂ディスパージョンを含浸し、乾燥、焼成して織物に被覆する方法が挙げられ、有磁性材料がシート状の場合は例えば熱溶融ふっ素樹脂フィルムとしてテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を介して織物に熱溶着して被覆する方法が挙げられる。

前記ふっ素樹脂層に使用される前記材料は、織物の材料と同一の導電体材料である。即ち、鉄及び鉄系合金の材質としては鉄、ステンレス鋼が使用でき、その他の金属としては例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が使用でき、特にステンレス鋼が好ましい。上記材料の形状としては、球状、フレーク状（板状、燐片状）、繊維状（針状、棒状、円柱状）の粉体が使用できる。また、前記材料をシート状として使用する場合の材料の厚みは５μｍ〜５０μｍである。ここで、厚みを限定したのは、５μｍ未満では十分な強度が無く、５０μｍを越えると柔軟性が低下するからである。

前記ふっ素樹脂層に使用されるふっ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が挙げられる。

以下、本発明の実施例１〜７及び比較例１，２について説明する。但し、本発明の権利範囲はこれらによって限定されるものではない。
（実施例１）
図１を参照する。図中の符番1０は、電磁誘導加熱方式用発熱体を示す。この発熱体１０は、織布１１と、この織布１１の両面に設けられたふっ素樹脂層１２とから構成されている。前記織布１１は、導電体材料としてのフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４４製の長繊維（外径０．１５ｍｍ）からなる縦糸１１ａと、フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４４製の長繊維（外径０．１５ｍｍ）からなる横糸１１ｂを、２５ｍｍの中に縦糸４２本及び横糸３２本を織り込んだ織布である。織布１１の厚みは０.１８ｍｍである。前記ふっ素樹脂層１２は、前記織布１１の両面に四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）の割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョンを含浸し、乾燥、焼成して得られる。このようにして得られた発熱体１０の厚みは０．２５ｍｍである。

（実施例２）
図２を参照する。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。図２の発熱体２０は、織物としての織布２１と、この織布１１の両面に設けられたふっ素樹脂層１２とから構成されている。ここで、織布２１は、上記縦糸１１ａと、該縦糸１１ａの長繊維と同径のガラス繊維からなる横糸２１ｂを、２５ｍｍの中に縦糸４２本及び横糸３２本を織り込んだ織布である。前記織布２１の厚みは０．１８ｍｍ、発熱体の厚みは０．２５ｍｍである。ふっ素樹脂層１２は実施例１と同様にして形成した。

（実施例３）
図３を参照する。図中の符番３０は、電磁誘導加熱方式用発熱体を示す。この発熱体３０は、織布３１と、この織布３１の両面に設けられたふっ素樹脂層３２とから構成されている。前記織布３１は、外径０．０８ｍｍのガラス繊維からなる縦糸３１ａと、外径０．０８ｍｍのガラス繊維からなる横糸３１ｂを、２５ｍｍの中に縦糸６０本及び横糸５８本を織り込んだ織布である。織布３１の厚みは０.１ｍｍである。前記ふっ素樹脂層３２は、前記織布３１の両面にＰＴＦＥの割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョン１００ｇにフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０粉末を５４０ｇ混合したものを含浸し、乾燥、焼成して得られる。また、その上にＰＴＦＥの割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョンをクリアー層として含浸塗布焼成した。このようにして得られた発熱体３０の厚みは０．２０ｍｍである。

（実施例４）
本実施例４は、実施例３と比べ、ＰＴＦＥの割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョン１００ｇに対してＳＵＳ４３０粉末を４８０ｇ混合した以外は、実施例３と同様にして発熱体を構成した。

（実施例５）
本実施例５は、実施例３と比べ、ＰＴＦＥの割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョン１００ｇに対してＳＵＳ４３０粉末を４２０ｇ混合した以外は、実施例３と同様にして発熱体を構成した。

（実施例６）
本実施例６の発熱体は、図示しないが、全体の構成は図１に類似したタイプとなる。具体的には、この発熱体は、織布と、この織布の両面に設けられたふっ素樹脂層とから構成されている。前記織布は、フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４４製の鉄鋼線（外径０．４ｍｍ）からなる縦素線と、フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４４製の鉄鋼線（外径０．４ｍｍ）からなる横素線を、２５ｍｍの中に縦素線２０本及び横素線２０本織った織物である。織物の厚みは０.８ｍｍである。前記ふっ素樹脂層は、前記織布の両面に厚み０．１ｍｍのＰＴＦＥ切削フィルムを配置し、熱溶着して得られる。このようにして得られた発熱体の厚みは０．８８ｍｍである。

（実施例７）
本実施例７の発熱体は、図示しないが、全体の構成は図１に類似したタイプとなる。具体的には、この発熱体は、織布と、この織布の両面に設けられたふっ素樹脂層とから構成されている。前記織布は、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４Ｌ製の鉄鋼線（外径０．１ｍｍ）からなる縦素線と、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４Ｌ製の鉄鋼線（外径０．１ｍｍ）からなる横素線を、２５ｍｍの中に縦素線１００本，横素線１００本，織った織布である。織布の厚みは０.２ｍｍである。前記ふっ素樹脂層は、前記織布の両面にＰＴＦＥの割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョンを含浸し、乾燥、焼成して得られる。このようにして得られた発熱体１０の厚みは０．２４ｍｍである。

（比較例１）
図８を参照する。図中の符番８０は、比較例１に係るふっ素樹脂複合体シートを示す。このシート８０は、織布８１と、この織布８１の両面に設けられたふっ素樹脂層８２とから構成されている。前記織布８１は、外径０．０８ｍｍのガラス繊維からなる縦糸８１ａと、外径０．０８ｍｍのガラス繊維からなる横糸８１ｂを、２５ｍｍの中に縦糸６０本及び横糸５８本を織り込んだ織布である。織布８１の厚みは０.１ｍｍである。前記ふっ素樹脂層８２は、前記織布８１の両面にＰＴＦＥの割合が６０重量％のＰＴＦＥディスパージョンを含浸し、乾燥、焼成して得られる。このようにして得られたシート８０の厚みは０．１２５ｍｍである。

（比較例２）
比較例２の発熱体は、図示しないが、厚み０．１ｍｍのＳＵＳ４３０板を使用した。

上記実施例１〜７及び比較例２に係る発熱体及び比較例１に係るふっ素樹脂複合体シートを２５０ｍｍ×２５０ｍｍの大きさの試験片として、電磁誘導加熱装置のプレート上に置き、消費電力１４００Ｗで加熱して、３０秒後に前記試験片の表面の温度を測定した。また、発熱後の試験片の凹凸のうち凸部の高さを測定し、その値を表面平滑性とした。その結果は、下記表１に示す通りである。

上記表１より、比較例１の場合は表面平滑性は優れているものの表面温度が上昇せず、比較例２の場合は逆に表面温度は高いが表面平滑性に劣ることが明らかである。一方、本発明の場合は、表面温度が高くかつ表面平滑性にも優れていることが確認できた。

このように、本発明による発熱体によれば、発熱体を直接加熱することができるので、発熱体の表面温度が高くなることが明らかである。また、発熱体が織布及びふっ素樹脂層から構成されているので、従来の発熱体と比べ柔軟性に優れ、形状を自由に変形させることができ、例えばタンクやホッパー等の曲面に貼り付けて使用することができる。更に、織布の片面又は両面にふっ素樹脂層を設けても、縦糸と横糸の交点がずれることによって、電磁誘導加熱装置で発熱させた場合、温度が上がっても熱歪を起こすことが少なく、表面平滑な状態で発熱体を加熱することができ、安定した加熱処理及び離型が可能となる。

なお、上記実施例では、図１〜図３のタイプの電磁誘導加熱方式用発熱体について述べたが、これに限らず、図４〜図７に示す電磁誘導加熱方式用発熱体でもよい。図４の発熱体４０は、例えば夫々ガラス繊維等の耐熱性繊維からなる縦糸４１ａと及び横糸４１ｂとからなる織布４１の片面（下面）に有磁性粉末を含有したふっ素樹脂層４２を配置し、織布の上面に通常のふっ素樹脂層４３を配置したものである。図５の発熱体５０は、縦糸４１ａ及び横糸４１ｂからなる織布４１の両面に例えば鉄系合金の金属箔５１を積層したふっ素樹脂層５２を配置したものである。図６の発熱体６０は、例えばガラス繊維等の耐熱性繊維からなる縦糸６１ａと有磁性繊維からなる横糸６１ｂとからなる織布６１の片面（上面）にふっ素樹脂層４３を配置したものである。図７の発熱体７０は、有磁性繊維からなる縦糸７１ａと例えばガラス繊維等の耐熱性繊維からなる横糸７１ｂとからなる織布７１の上面にふっ素樹脂層４３を配置したものである。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の電磁誘導加熱方式用発熱体は、食品の加熱処理に用いる調理用シート、あるいは食品や樹脂の加熱加工及び離型を必要とするコンベアベルト、あるいは食品や樹脂の貯蔵下での加熱処理を必要とするタンクの内面ライニングに使用されるシート、樹脂製袋時のシール時にシール後の離型を簡単に行うための離型シート、建築物の床暖房材等に利用可能である。

本発明の実施例１に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 本発明の実施例２に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 本発明の実施例３に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 本発明の他の実施例に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 本発明の他の実施例に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 本発明の他の実施例に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 本発明の他の実施例に係る電磁誘導加熱方式用発熱体の断面図。 従来のふっ素樹脂複合体シートの断面図。 電磁誘導加熱法による発熱体の加熱原理を説明するための図。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０…電磁誘導加熱方式用発熱体、
１１，２１，３１，４１，６１，７１…織布、
１１a，３１ｂ，４１a，６１a，７１a…縦糸、
１１ｂ，２１ｂ，４１ｂ，６１ｂ，７１ｂ…横糸、
１２，３２，４２，４３，５２…ふっ素樹脂層、 ５１…金属箔。

Claims (4)

1. 電磁誘導加熱器具に用いられる発熱体において、縦糸及び横糸からなる織物と、この織物の少なくとも片面に設けられたふっ素樹脂層とを具備し、前記織物の縦糸もしくは横糸が、前記電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料からなるか、または前記ふっ素樹脂層が、前記電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料を含むふっ素樹脂層であることの少なくともいずれかであることを特徴とする電磁誘導加熱方式用発熱体。
2. 前記ふっ素樹脂層は、前記織物の両面に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電磁誘導加熱方式用発熱体。
3. 前記ふっ素樹脂層は、ふっ素樹脂１０〜３０重量部に対して９０〜７０重量部の導電体材料を含有した層であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の電磁誘導加熱方式用発熱体。
4. 電磁誘導加熱器具から発生する交番磁束によって発熱体に渦電流を生じジュール熱を発生させる材料は、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼のいずれかの有磁性ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の電磁誘導加熱方式用発熱体。

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