JP2006526517A - 蒸気発生装置用のコーティング - Google Patents

Abstract

蒸気発生装置に適用される2層コーティングについて示した。不透水性の第1の層は加熱表面を断熱し、多孔質な第2の層は接触面積を増大させ、液体を蒸気に効率的に変化させることができる。

Description

本発明は、蒸気発生装置のコーティングに関する。

1992年に発売が開始された洗濯物用アイロンは、2002年に市場に流通しているアイロンに比べて、蒸気速度および出力が約半分であった。その後、蒸発速度は40g／minにまで上昇し、アイロン処理をより早くすることが可能になった。この蒸発速度の高速化の傾向は、スチーム室表面と蒸発液体の間の熱伝達の制御に対する要望を増す要因となっている。蒸気発生効率は、スチーム室の表面温度に依存する。スチーム室の表面温度が著しく高い場合、すなわち約160℃以上の場合、基材と被蒸発水との間に蒸気層が成長する。これは熱伝達を著しく低下させる。液体の投与速度が常に大きい場合、液体水がスチーム室に形成され、いわゆるスチームショット領域において、水漏れが生じたり、スチーム以外の大きな液滴が放出されたりする。

ほとんどのアイロンは、底面およびスチーム室表面の加熱に利用される加熱素子を一つだけ有しており、スチーム室内の温度は、すぐに過昇温状態となる。表面温度が高くなりすぎて熱伝達効率が悪くなる現象は、ライデンフロスト効果と呼ばれており、これは当業者には周知である。このライデンフロスト効果を抑制するため、スチームアイロンの表面には、コーティングが施工される。これらのコーティングは表面温度を低下させ、熱伝達効率を効果的に高めることができる。

水の蒸発速度を決める別の因子は、スチーム室表面の濡れ性である。投与された液滴が表面に速やかに広がる場合、蒸発に広い表面積が用いられることになるため、蒸発時間は短くなる。この効果は、表面に多孔質な層を設置することで促進される。この場合、毛管力によって液体が層内に浸透し、広い表面積が液体の蒸発に利用されることになる。毛細管現象の効果は、ポロシティが高く、濡れ性が良いときのみ速やかに生じる。従って、親水性多孔質コーティングは、利用表面積を増大させる場合と同様、熱伝達効率の向上に効果がある。

蒸発速度に影響を及ぼすさらに別の因子は、添加物の存在である。添加物とは、例えば芳香剤であって、これらはアイロンのウォータタンクに添加され、スチーム室で気化される。これらの添加物は、水とは異なる沸点を有する表面活性剤である場合が多く、それらが利用できる形態には、共溶媒が含まれる。蒸発速度を高めるコーティングは、これらの添加物を含む蒸気が形成されるという問題を軽減する。

効率的なスチーム化を行うため、スチーム室には、有機および無機の両コーティング材料が設置される。まず蒸気発生装置に使用されるコーティングには、高い耐熱性が要求される。従ってスチーム室コーティング内のバインダとして、しばしばポリイミドのような耐熱性有機高分子が使用される。ポリイミド系のコーティングは、断熱コーティングとしては効果があるが、ポリイミドはほぼ疎水性である。そのため、単一の液滴がスチーム室表面と接触する領域は比較的小さくなり、水から蒸気への相変化が遅くなる。

完全な無機コーティングは、温度安定性が良い。これらのコーティングは、スチーム室のコーティングに用いることができ、例えば米国特許第5,060,406号およびGB773,741号に記載されている。これらのコーティングは、一定のポロシティを有するとともに親水性を示すため、適切な温度で使用された場合、表面積を増大させ、蒸発速度を十分に高めることができる。しかしながら、コーティングのポロシティには限度があり、被蒸発液体が金属表面に到達できない場合、十分な量の蒸気を発生させるための温度が高くなってしまう。
米国特許第5,060,406号明細書

本発明の課題は、上記問題が生じない、アイロンのスチーム室のような蒸気発生装置のコーティングを提供することである。

この課題のため、本発明では、導入部で示したような蒸気発生装置用のコーティングであって、第1の層と第2の層を有し、第1の層は、実質的に水に対して不透水性であり、第2の層は、親水性であることを特徴とするコーティングが提供される。

本発明では、まず、比較的緻密で断熱性を有する実質的に不透水性の層が、熱伝導性基材に成膜され、この層の上部には親水性の多孔質層が設置される。緻密層は、基材温度をレイデンフロスト点以下の温度に下げ、また第2の層は多孔質かつ親水性であり、液体が有効に広がる。2層の各々はサブレイヤを有し、さらに第1および第2の層の間には、密着性改良材を設置しても良い。

第2の層の組成は、第1の層の組成とは異なっていても、同じであっても良い。同じ組成のものを使用する場合、層のポロシティは、成膜技術を変更することで変化させることができる。例えばスプレーコーティング法が利用される場合、スプレーガンと被コーティング基材間の距離を小さくすることにより、比較的緻密な層が形成される。成膜直後の層は湿っているが、乾燥後には緻密な膜が形成される。より多孔質な層は、スプレーガンと基材間の距離を大きくして、スプレーされた液滴が表面に達する前により多くの溶媒を液滴から気化させることで得ることができる。

不透水性の第1の層から多孔質な第2の層までのポロシティの変化は、開始材料の組成を同等に選定し、充填材に対するバインダの比率を変化させることでも、得ることができる。充填材の形状および粒度分布に応じて、成膜層中の最大粒子体積比は変化し、市販の多分散系粉末の場合、一般には約40乃至55％である。バインダの量が残留体積を十分に占める程多くはない場合、多孔質層が形成される。バインダが十分に存在する場合は、適当な成膜技術を選定することにより、緻密な層が形成される。組成が同等で、高い粒子／バインダ比を選択した場合、多孔質トップコートが得られる。粒子径は、多孔質層のポアサイズを決めるが、緻密な層の場合、粒子径は、層の厚さを超えることはない。

緻密で断熱性のある層および多孔質層に選定される材料は、異なっても良い。この場合、疎水性材料からの選択肢が広がり、良好な断熱性を有するポリイミドのような材料を第1の層とし、上部を疎水性材料の薄い層とすることができる。

断熱層に適した多くの材料があり、十分な熱安定性を有し、十分な厚さにすることができる材料が提供される。無機粒子が充填されたポリイミド系のバインダを使用しても良く、エナメルまたはリン酸塩ガラスを用いても良い。粒子充填ゾルゲル材料を用いて、スチーム室の表面に第1の層を成膜することは有意である；特に、4未満の加水分解基を含むハイブリッドゾルゲル前駆体を用いても良い。ハイブリッドゾルゲル前駆体の中では、メチルトリエトキシシラン（メチルトリメトキシシラン）およびフェニルトリエトキシシラン（フェニルトリメトキシシラン）からなる層が、最も熱安定性が良い。断熱層の厚さは、通常約30μmであるが、80μmまでの厚い層、およびそれ以上の層も利用できる。好適な成膜方法は、スプレーコーティング法である。硬化処理プロファイルおよび適用技術によって、約0.5乃至3％の水分を含む、実質的に不透水性であるとみなされるポリアミドイミドおよびメチルトリメトキシシランの比較的緻密な層が得られる。

この第1の緻密な層の上には、疎水性の多孔質層が設置される。これらの多孔質層は、親水性材料で構成されても良い。第2の層として特に好適な材料を挙げると、例えば粘土粒子、SiO₂粒子またはAl₂O₃粒子のような無機粒子で充填された単一リン酸アルミニウムバインダがある。あるいは、ゾルゲル前駆体をバインダとして選択しても良い。コロイド状シリカの一種のような、バインダを含まない系も利用できる。多孔質層の通常の厚さは、約15μmである。第1の層との密着性が良好であれば、ある程度クラックがあっても、スチーム室のコーティング機能に悪影響を及ぼすことはない。この層を設置する好適な方法は、スプレーコーティング法である。

2つの層に対して、独立の硬化処理を行っても良いが、2つの層を一緒に硬化処理させることは有意である。この場合、硬化サイクルが簡略化されるとともに、より重要な効果として、2層間の密着性を向上させることができる。

本発明を、さらに以下の実施例および添付図面を用いて詳しく説明する。
(実施例1)
マイカおよびアルミナフレークを含むポリアミド／イミド樹脂を用いて、2層コーティング材を調製した。全体積に対する層内の充填材の割合は、48％であった。両層は、アルミニウム基材へのスプレーコーティングにより成膜した。コーティングは280℃で10分間硬化処理し、その後、3％の脱イオン水で希釈された市販のシリカゾル（ルドックス（Ludox）AM）を含むコーティング材で、第2の層をスプレー塗布した。その後、特に熱処理は行わなかった。ポリアミド／イミド層の厚さは、約40μmであり、ルドックス層の厚さは、約10μmであった。基材温度の関数として、0.5gの水滴の蒸発時間の逆数を図1に示す。比較のため同図には、ポリアミド／イミドコーティングの単一コーティング層上での液滴の蒸発時間の逆数も示されている。2層システムの蒸発速度は、全温度域にわたって十部に大きくなっている。
(実施例2)
50gのエタノールに100gのメチルトリメトキシシラン（MTMS）を入れ、1.4gのマレリン酸と77gの脱イオン水を加えて、加水分解させた。加水分解後に、23gのAlフレークと47gのマイカフレークを加えた。このラッカーをアルミニウム基材にスプレー塗布し、緻密な第1の層を形成した。この層を約100℃で乾燥させた後、水溶性シルカゾルをコーティング上に塗布した。シリカ層の乾燥の後、これらの層を300℃で共硬化処理した。得られた第1のMTMSコーティングの厚さは、100μmであり、シリカ層の厚さは25μmであった。図2には、0.5gの水滴の蒸発速度を示す。測定の結果、第2の層が設置されない場合、蒸発速度は極めて小さくなった。
(実施例3)
50gのエタノールに100gのメチルトリメトキシシラン（MTMS）を入れ、1.4gのマレリン酸と77gの脱イオン水を加えて、加水分解させた。加水分解後に、23gのAlフレークと47gのマイカフレークを加えた。このラッカーをアルミニウム基材にスプレー塗布した。この層を約100℃で乾燥させた後、この層の上部に、加水分解アルミニウムsec−ブトキシドから調製した、アルミナ粒子が充填された1Mのアルミナゾルをスプレー塗布した。これらの層を300℃で硬化処理した。第1の緻密な層の厚さは、54μmであり、トップコート厚さは14μmであった。実施例2と同様の、0.5gの水滴の蒸発速度を図2に示す。測定の結果、第2の層が設置されない場合、蒸発速度は極めて小さくなった。

実施例1に示すシリカ（ルドックス）トップコートの有無による、ポリアミド／イミドコーティング上の0.5gの水滴の蒸発時間の逆数と温度の関係を示す図である。 実施例2、3に示すMTMS系ベースコートおよびシリカ（ルドックス）またはアルミナトップコート上の0.5gの水滴の蒸発時間の逆数と温度の関係を示す図である。

Claims (10)

1. 蒸気発生装置用のコーティングであって、第1の層と第2の層を有し、前記第1の層は、実質的に水に対して不透水性であり、前記第2の層は、親水性であることを特徴とするコーティング。
2. 前記第2の層は、多孔質層であることを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
3. 前記第1の層は、ポリイミド、ポリアミドイミド、エナメル、リン酸塩ガラス、ゾルゲル派生物、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
4. 前記層は、さらに無機粒子を有することを特徴とする請求項3に記載のコーティング。
5. 前記第2の層は、リン酸塩ガラスまたはゾルゲル派生物を有することを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
6. 前記第2の層は、無機粒子を有することを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
7. 前記第2の層は、シリカ粒子を有することを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
8. 前記第2の層は、平均径が1μmよりも小さな粒子を有することを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
9. 前記第1の層の厚さは10μmから100μmの間にあり、前記第2の層の厚さは1μmから15μmの間にあることを特徴とする請求項1に記載のコーティング。
10. 前記蒸気発生装置は、スチームアイロン、システムアイロン、加湿器、衣服クリーナ、加熱アイロン台または洗顔スチーマのような家庭用電気製品の一部であることを特徴とする請求項9に記載のコーティング。

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