JP3466393B2 - 遠赤外線放射材 - Google Patents

遠赤外線放射材

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体の熱を利用
して遠赤外線を放射する遠赤外線放射材に関し、特に塗
装によるアルミナ皮膜を設け、その付着性及び耐屈曲性
を向上させた遠赤外線放射材に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、遠赤外線を放射して被射体を加熱
する遠赤外線ヒーターの需要が増大している。一般的
に、この種のヒーターにおいては、発熱体の周囲に遠赤
外線放射材を設け、発熱体の熱によりこの遠赤外線放射
材を加熱して遠赤外線を放射させる。この場合に、遠赤
外線放射材の担持体(基材)としては、熱伝導性及び加
工性が優れていることが必要であるため、基材としては
熱伝導性及び加工性が優れたアルミニウムが多用されて
いる。
【0003】この遠赤外線放射による加熱については放
射の理論と深く関わっている。特に重要なものとして、
キルヒホッフの法則(遠赤外線を良く吸収する物体は
遠赤外線の放射性も優れている)プランクの放射法則
(温度が高くなるほど放射エネルギー量は増大する)
ウィーンの変位則(温度が高いと電磁波のエネルギース
ペクトルは短波長側に寄る)等がある。ここで、アルミ
ナ(Al2O3)は無色(又は白色)の粉末で可視領域
の電磁波吸収は無いが、遠赤外領域においては広域的な
吸収がみられるため、上記の法則により艮好な遠赤外
線放射体となる。アルミナ(又はこれに準じた組成)に
対応する遠赤外線放射体を得る方法としては、アルミニ
ウム板上にアルミナ等のセラミックス粉末を溶着焼成す
る方法(特開昭63−78475)及び陽極酸化皮膜を
形成させる方法(特開昭63−145797)等があ
る。しかし、塗布又は吹き付け等により基材上にコーテ
ィングされたAl2O3層は、元来基材との付着性に乏
しく、剥離しやすいという難点を有する。このため、従
来、粘土等の無機バインダー等を添加して付着性を向上
させた遠赤外線放射体が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような粘土等の無機バインダーを添加した塗料をコーテ
ィングして形成させた遠赤外線放射材では、アルミナの
もつ優れた遠赤外線放射特性が阻害されてしまう等の欠
点がある。また、陽極酸化皮膜を形成させる場合には、
遠赤外線放射特性が優れた十分な膜厚を設けるために通
電時間を相当要するため、生産性が損なわれる等の問題
がある。また、いずれの方法においても、遠赤外線放射
材自体に耐屈曲性が乏しいため、アルミニウム板上に遠
赤外線放射材を設けた後に180°折り曲げ等の厳しい
加工を行うと、表層のアルミナ層にクラックが生じ、ク
ラックから塗膜の剥離を起こすという問題がある。
【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、付着性に優れていて簡易的な塗装によって
短時間で遠赤外線放射層を設けることができ、また、遠
赤外線放射層に耐屈曲性を付与することで180°曲げ
等の厳しい加工に際してもクラックが生じることがない
遠赤外線放射材を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の遠赤
外線放射材は、化成処理又は塗布型処理のいずれかの下
地処理を施されたアルミニウム又はアルミニウム合金か
らなる基材上に、アルミナゾルを塗装・焼き付けするこ
とにより形成された厚さが5μm以上のアルミナ皮膜を
有することを特徴とする。
【0007】本発明に係る第2の遠赤外線放射材は、化
成処理又は塗布型処理のいずれかの下地処理を施された
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材上に、
アルミナゾル1重量部に対し水溶性有機高分子を0.0
005乃至0.02重量部添加した塗料を塗装・焼き付
けすることにより形成された厚さが5μm以上のアルミ
ナ・有機複合皮膜を有することを特徴とする。この第2
の発明は耐屈曲性を向上させたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、アルミナとし
ては、液体状であるアルミナゾルを使用しているが、こ
れは粉体のアルミナと以下の点で異なる。それは、高
純度のアルミナ源であること(即ち、優れた遠赤外線放
射特性を有すること)、比較的低温の乾燥(200℃
〜500℃)で良好な皮膜を形成すること(造膜性)、
微粒子であり、高い表面活性を有するため、基材との
付着性が良好となること、繊維状構造であるため、乾
燥物は無機質としては比較的柔軟な性質を示し、耐屈曲
性を有すること等の各点でアルミナゾルはアルミナより
優れている。
【0009】アルミナゾルは、これらの特徴を有するこ
とで、従来のセラミックス粉未溶着等及び陽極酸化処理
による方法と比べて簡便な塗装が可能となり、かつ優れ
た遠赤外線放射特性及び塗膜の付着性・耐屈曲性を有す
る等の利点が得られる。なお、アルミナゾルを塗装する
方法としては、成形加工後の材料に塗装する場合には、
アルミナゾルの浴に成形体を浸漬するか、又は基材表面
にアルミナゾルをはけ塗りする等の手段があり、板状の
コイルに塗装する場合には、コーターロールによる塗装
又はアルミナゾルの浴に浸漬する等の手段がある。
【0010】本発明においては、アルミナゾル塗装前に
下地処理を行う。アルミナゾルはそれ自体が反応活性で
あることにより、アルミニウム基材との優れた付着性を
有する。しかし、無処理のアルミニウム板表面では反応
活性部位が乏しく、アルミナゾルが乾燥焼成後に剥離し
やすくなる。このため、本発明においては、アルミナゾ
ルの塗布前に、基材に下地処理を行う。
【0011】本発明における下地処理としては、りん酸
クロメート処理及びクロム酸クロメート処理等の化成処
理並びに塗布型クロメート処理がある。これらの下地処
理を行うと、比表面積が増え且つ反応活性な部位(クロ
ム酸化物等)が顕れるので、アルミナゾルとの反応が起
こりやすく、これがアルミナゾルとの付着性を向上させ
る。なお、これらの下地処理を実施する際には、予め脱
脂等の予備処理を実施する必要がある。
【0012】アルミナゾル自体にも耐屈曲性があること
は上述のとおりであるが、アルミナゾルの塗装焼き付け
後のアルミニウム板に180°曲げ等の厳しい加工を行
うと、場合によってはクラックが生成することがある。
そこで、塗装・焼き付けを実施した後に、厳しい加工が
施される板材の場合においては、水溶性有機高分子をア
ルミナゾルに添加したものをアルミニウム板表面に塗装
する方が好ましい。これにより形成された塗膜は耐屈曲
性が更に一層向上するが、これは皮膜中の樹脂が有する
可撓性による。
【0013】水溶性有機高分子としては、PVA(ポリ
ビニルアルコール)・PEO(ポリエチレンオキサイ
ド)・CMC(カルボキシメチルセルロース)・ポリア
クリル酸及びポリアクリル酸塩等がある。なお、添加す
る水溶性有機高分子の割合は、アルミナゾル1重量部に
対し、水溶性有機高分子を0.0005〜0.02重量
部含有するものである必要がある。水溶性有機高分子の
添加比率が0.0005重量部未満であると、十分な耐
屈曲性が得られないため、180°曲げ等の厳しい加工
でクラックが生じる虞がある。また、水溶性有機高分子
の比率が0.02重量部を超えると、塗料粘度が上昇し
すぎて塗料がゲル化を起こし、塗装しにくくなる等の不
具合がある。更に、水溶性有機高分子を添加しすぎる
と、アルミナに対する不純物の比率が増大するため、遠
赤外線放射特性が劣化する虞もある。なお、水溶性有機
高分子を含有するアルミナゾルの塗装方法は、アルミナ
ゾル単体の場合と同様である。
【0014】以上のような方法でアルミナゾル又はアル
ミナゾルと水溶性有機樹脂との混合体をアルミニウム上
に形成させるが、アルミナ層の膜厚としては5μm以上
であることが必要である。これは、膜厚が5μmより薄
くなると、遠赤外線放射特性が劣化するからである。な
お実質的には塗装できる限界としては20μm程度であ
り、この程度の膜厚においても特に水溶性有機樹脂を混
合した皮膜においては付着性及び耐屈曲性に問題は無
い。但し、膜厚がこの20μmを超えると付着性及び耐
屈曲性に悪影響を及ほす虞があるので、膜厚の上限とし
ては20μm程度が好ましい。更に、焼き付け条件とし
ては、塗装板温度が200℃以上500℃以下となるこ
とが望ましい。これは、アルミナゾルの脱水反応が20
0℃以下では起こりにくいため、皮膜が脆くなりやすい
からで、また500℃以上では基材のアルミニウム板が
焼きなまされて軟化しすぎてしまい、遠赤外線放射部材
を保持するのに十分な強度が得られない虞があるからで
ある。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について比較例と比較
して説明する。アルミニウム板材(JIS 1100H
26材、10cm×20cm、板厚0.12mm)に対
し、予備処理として、日本パーカー(株)製FC437
7KN−2%(40℃)水溶液に30秒浸漬することに
より脱脂した後、純水で15秒間水洗し、80℃で熱風
乾燥した。下地処理は、化成処理としてはりん酸クロ
メート処理(日本ペイント(株)製アルサーフ401/
45)でCr量を10〜20mg/m2としたもの、塗
布型処理としては塗布型クロメート処理(日本ペイン
ト(株)製サーフアルコート425)でCr量を10〜
20mg/m2としたものを用いた。また、アルミナゾ
ルは日産化学エ業(株)のアルミナゾル−100を用い
た。更に、水溶性有機高分子としては、CMC(第一工
業製薬製セロゲンPR)・PEO(住友精化製PEO−
1)を用いた。なお、塗装にはバーコ−ターを用い、焼
き付けは炉温設定300℃で、30秒間かけて焼き付け
た。
【0016】遠赤外線放射特性は、キルヒホッフの法則
により、放射特性の代わりに、遠赤外線吸収特性を測定
することにより求めた。即ち、ここではFT−IR(反
射法)で3600〜400cm−1の波数の透過率が全
て5%以下となるようなものを十分な遠赤外線放射特性
を有するものとした(2段階評価:○−遠赤外線放射特
性が十分、×−遠赤外線放射特性が不十分)。また、耐
屈曲性の指標としては、JIS K5400に規定され
る180°曲げを行ったときの塗膜の割れ・剥離状況を
調査し、5段階評価(○〜○△〜△〜△×〜×)を行っ
た。また、付着性の評価は、JIS K5400に規定
される碁盤目テープ法で10点満点で評価した。なお、
参考として、予備処理・下地処理・焼き付けに要した時
間の合計についても示した。
【0017】これらの実施例の測定結果を下記表1及び
2に示し、比較例の測定結果を下記表3に示す。なお、
膜厚は皮膜中のアルミナ量をアルミナの密度で除したも
ので表した。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】表1及び2に示すように、実施例No.1
乃至No.9はいずれも優れた遠赤外線放射特性、耐屈
曲性及び付着性を示し、かつ処理時間がいずれも3分以
内と短い。但し、実施例No.1乃至3では耐屈曲性が
やや劣るため、状況に応じて実施例No.4乃至9に示
したような水溶性有機高分子を添加した系を適用するこ
とが好ましい。
【0022】これに対し、表3に示すように、比較例N
o.1は下地処理を有しないものであり、塗装・焼き付
け直後においても、極めて脆い皮膜となってしまってい
る。比較例No.2は下地処理をしているが、アルミナ
膜厚が不十分な例であり、遠赤外線放射特性が劣化して
いる。比較例No.3は水溶性有機高分子の添加量が過
多である例で、この場合塗料がゲル化して塗装不可能と
なる。比較例No.4は陽極酸化処理皮膜を形成したも
のである。この比較例No.4は24.3%の硫酸水溶
液中で純アルミ(A1050)を陽極酸化した。この陽
極酸化処理皮膜は優れた遠赤外線放射特性を示すが、他
方耐屈曲性がやや劣ること及び膜厚5μmを設けるため
の処理時間が20分と長いこと等の不具合がある。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易的な塗装によって付着性及び耐屈曲性が優れた遠赤
外線放射材が得られるという優れた効果を奏する。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化成処理又は塗布型処理のいずれかの下
    地処理を施されたアルミニウム又はアルミニウム合金か
    らなる基材上に、アルミナゾルを塗装・焼き付けするこ
    とにより形成された厚さが5μm以上のアルミナ皮膜を
    有することを特徴とする遠赤外線放射材。
  2. 【請求項2】 化成処理又は塗布型処理のいずれかの下
    地処理を施されたアルミニウム又はアルミニウム合金か
    らなる基材上に、アルミナゾル1重量部に対し水溶性有
    機高分子を0.0005乃至0.02重量部添加した塗
    料を塗装・焼き付けすることにより形成された厚さが5
    μm以上のアルミナ・有機複合皮膜を有することを特徴
    とする遠赤外線放射材。
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