JP2009109048A

JP2009109048A - 赤外線輻射被膜

Info

Publication number: JP2009109048A
Application number: JP2007279873A
Authority: JP
Inventors: Akio Fukuda; 明雄福田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】輻射加熱型熱源からの主要輻射の波長域となる３〜６μｍにおいて赤外線輻射率を高めて、効率的な輻射加熱を可能にすること。
【解決手段】耐熱性樹脂１と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚保に比較して概略１／１０以下となるような構成とした赤外線輻射被膜。
【選択図】図１

Description

本発明は、輻射加熱型の熱源を有する調理器、暖房機器等に使用されるプレコート方式の赤外線輻射被膜に関するものである。

従来、この種の赤外線輻射被膜では、赤外線輻射率を高める構成と加工性を付与するための構成について、種々の発明がなされてきた（例えば、特許文献１および２参照）。

特許文献１は、図示されていないが、遠赤外線輻射体を鋼板と鋼板上に形成した耐熱樹脂層より構成し、耐熱樹脂層が耐熱性樹脂とＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２から選ばれた１種または２種以上の金属酸化物を主体としたセラミック粒子を含有するとしている。

特許文献２は、従来の加工性を有する塗膜を形成した耐熱鋼板を開示している。基材上に膜厚２〜１５μｍの塗膜が形成され、塗膜には鱗片状粉末を配合した構成となっている。特許文献１および特許文献２から加工性を有する赤外線輻射被膜が可能となる。
特開２０００−１７１０４５号公報特開２００３−２１３２１０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、実用レベルであると思われる膜厚５μｍ程度においける赤外線輻射率の波長依存性を実測してみると、輻射加熱型熱源からの輻射の主要な波長域となる概略３〜６μｍにおいて赤外線輻射率が高くないという課題を有していた。ここでいう主要な波長域とは、輻射型熱源の温度範囲が概ね２５０℃〜７００℃の間にあるとした場合、黒体に対して適用されるウィーンの変位則から算出される輻射エネルギーのピーク波長近傍を指している。例えば、箱型調理器の平面型ヒータにおいては、その表面温度は約４００℃〜５００℃にあるとすれば妥当であることから、輻射の主要な波長領域は、上記範囲にあるとして扱うことができる。

本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、輻射の主要波長域において高い輻射率を有するプレコート方式の赤外線輻射被膜を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とするものである。ここでいう平均粒子径とは、粒度分布において存在比率の高い領域の粒子径をいう。

これによって、被膜内部には微小な金属酸化物粒子がランダムに分散され、粒子表面層での赤外線反射および吸収作用の反復により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。また、被膜膜厚は概略１０μｍを上限とすることで、赤外線輻射率を高めると同時に加工性付与を可能とする。

本発明の赤外線輻射被膜は、輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となるので、熱エネルギーを被加熱体に効率的に与えることができる。

第１の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。

第２の発明は、平均粒子径が被膜膜厚の概略１／１０以下である金属酸化物粒子を、鉄、マンガン、銅の複合酸化物とすることにより、輻射の主要波長域の輻射率を高めると同時に熱安定性のある赤外線輻射被膜とすることが可能となる。

第３の発明は、特に、赤外線波長３〜６μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する構成とすることにより、加熱源のエネルギーを高率で輻射することが可能となる。

第４の発明は、特に、赤外線波長６〜２０μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する構成とすることにより、加熱源のエネルギーを高率で輻射することが可能となる。

第５の発明は、第１〜４の赤外線輻射被膜を調理機器に、第６の発明は、第１〜４の赤外線輻射被膜を暖房機器にそれぞれ用いたものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における赤外線輻射被膜の模式的断面図である。
図１において、耐熱性樹脂１と赤外線輻射材となる金属酸化物粒子２および金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４とが基材５に赤外線輻射被膜６を形成している。

耐熱性樹脂１はシリコーン系樹脂であるが、より詳しくは被膜状態での耐熱性樹脂は、その加熱残渣である。金属酸化物粒子２は、鉄、マンガン、銅の複合酸化物である。金属酸化物粒子３はＺｒＯ_２、金属酸化物粒子４はＡｌ_２Ｏ_３である。金属酸化物粒子３あるいは４としては、他にＳｉＯ_２など複数の酸化物が適しているが、これに限定するものではない。

ここで金属酸化物粒子３および４は、表面に赤外線吸収率が高い物質の層を有している。即ち、ＺｒＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３に比較して短波長域の赤外線吸収率が高い物質である鉄、マンガン、銅の複合酸化物の薄い層が被覆された２重構造となっている。表面層の厚さは粒子径の１０％程度でよいが、これに限定するものではない。

各構成成分の配合量は、耐熱性樹脂の固形分１００重量部に対して金属酸化物粒子の全量が１２０重量部であり、金属酸化物粒子全量のうち、金属酸化物粒子２は８０重量部、金属酸化物粒子３と４は、各２０重量部とした。但し、配合量は、これに限定するものではない。

赤外線輻射被膜６は塗布、加熱硬化の後、平均膜厚は約７μｍであった。金属酸化物粒子２の平均粒子径は０．５μｍ以下、金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４の平均粒
子径は１μｍ程度である。

以上のように構成された赤外線輻射被膜について、以下その動作、作用を説明する。
耐熱性樹脂１は、赤外線輻射被膜６と基材５との密着性を維持し、被膜内部にある各金属酸化物粒子を保持固定し、かつ赤外線輻射被膜６の膜構造を形成、維持する。

被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。これらのことは、キルヒホッフの法則に照らすと被膜の赤外線輻射率が高くなることと等価である。

さらに、金属酸化物粒子２は、粒子径が細かいことが好ましい。上記のように粒子表面層による散乱吸収であるため粒子数と赤外線吸収率とが正の相関を持つのであるが、被膜中に添加する金属酸化物粒子２の質量を一定量としたときの粒子数は、粒子径と負の相関を持つからである。

金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４は、輻射の主要波長域よりも長波長域である６〜２０μｍの赤外線輻射率を高める。いずれの粒子も固有の吸収特性があることから吸収率の平準化のために１種ではなく2種の粒子を用いている。

また、金属酸化物粒子３および４が２重構造であることにより得られる作用は以下のようなことである。本実施例の形態では、金属酸化物粒子３および４は、ＺｒＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３に比較して短波長域の赤外線吸収率が高い物質である鉄、マンガン、銅の複合酸化物の薄い層を被覆している。長波長域の赤外線は表面層を透過しＺｒＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３で吸収される。これに対して短波長域の赤外線は表面層の鉄、マンガン、銅の複合酸化物での吸収度合いが高まり、結果として赤外線吸収率を高めることになる。

また、粒子径が金属酸化物粒子２のそれよりも大きいが、これは被膜内での粒子間距離を近接化することを目的のひとつとしているためである。加工性に対しては緻密化することは好ましく無いが、輻射率向上に関しては粒子数が少なくなることを避けることが必要である。

被膜への加工性の付与に関しては、一般的には膜厚が薄いほど加工性に対しては有利である。一方、赤外線輻射率を高めるためには膜厚が厚い方が好ましい。従って、両者の特性を並立させるには適正膜厚の選択が必要である。本実施の形態では、被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成としたことによって両者の特性を並立させることが可能となった。

加えて、本実施の形態に従来からの加工性の付与の手段を適用すれば、加工性の程度は更に高いレベルにすることが可能である。その方法は、既述した特許文献２に開示された内容に限定されるものではない。例えば、耐熱性樹脂の選択や被膜中に含有させる粒子の結合性の利用などがある。

図２に本実施の形態で得られた赤外線輻射被膜６の概略の分光輻射率を示す。図２から波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であることが分かる。一方、図３は従来実施された金属酸化物粒子２の平均粒子径が３μｍ程度であるときの概略の分光輻射率である。被膜の膜厚は、図
２と同様の水準とした。図３から波長域３〜６μｍの輻射率は０．８以下であることが分かる。波長域６〜２０μｍの輻射率は、図２に比較してわずかに低い程度である。輻射の主要波長域とした３〜６μｍの輻射率に関して、明らかに差がある。

以上のように、本実施の形態では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。

以上のように、赤外線輻射率が高い被膜を提供するよって、調理機器や暖房機器など輻射型熱源を利用する機器や、輻射による放熱作用あるいは赤外線吸収作用を必要とする機器等の広範な用途に適用できる。

本発明の第１の実施の形態における赤外線輻射被膜の模式的断面図同赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図従来の赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図

符号の説明

１耐熱性樹脂
２金属酸化物粒子
３金属酸化物粒子
４金属酸化物粒子
５基材
６赤外線輻射被膜

Claims

耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成とした赤外線輻射被膜。
平均粒子径が被膜膜厚の概略１／１０以下である金属酸化物粒子が、鉄、マンガン、銅の複合酸化物である請求項１に記載の赤外線輻射被膜。
赤外線波長３〜６μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する請求項１または２に記載の赤外線輻射被膜。
赤外線波長６〜２０μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線輻射被膜。
請求項１〜４いずれか１項記載の赤外線輻射被膜を赤外線発生用に用いた調理機器。
請求項１〜４いずれか１項記載の赤外線輻射被膜を赤外線発生用に用いた暖房機器。