JPH0247555B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種の金属を基材とし、その基材表面
に遠赤外線放射体と低融点高膨張ガラスとを主成
分とする塗料組成物の被膜が形成されている遠赤
外線放射体とその製造方法に関し、特に本発明は
金属基材と表面被膜である遠赤外線放射体の被膜
との密着性が優れ、基材の耐熱衝撃性や機械的強
度などが優れた金属基材の遠赤外線放射体とその
製造方法に関する。

一般に遠赤外線放射体は表面温度がきわめて低
く、反面放射面積が広くて被照射体の遠赤外線吸
収率が良好であるため加熱炉壁、サウナの加熱
板、家畜の保温成長促進床、食品用乾燥機、乾燥
米飯製造機などに広く利用されており、特に近年
の省エネルギー対策の課題より遠赤外線を効率よ
く放射するヒーターとして注目されている。

〔従来の技術〕 従来、遠赤外線放射体としては、コージエライ
ト、アルミナ、ジルコニアなどの酸化物系セラミ
ツク単体の磁製体又はセラミツクス基材の表面に
これら酸化物系セラミツクス磁性体粉末を主成分
とする塗料組成物の被膜が形成されたものが知ら
れている。

しかしながら、前記従来の酸化物系セラミツク
スは一般に熱伝導率が低く、例えばコージエライ
トでは熱伝導率が0.003cal／cm・sec・℃であり、
加熱して使用する際に温度分布の不均衡が生じ、
熱衝撃性が悪く亀裂破かいを生起し易い欠点があ
る。

また、前記酸化物系セラミツクス基材の表面に
前記酸化物系セラミツクス磁性体粉末を主成分と
する塗料組成物の被膜が形成されたものは、基材
と被膜との熱膨張率が異なるため密着性が悪く亀
裂破かいを生起し易い欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前記従来技術における遠赤外線放射
体の欠点を除去し改善することを目的とし、特に
耐熱衝撃性および展性に優れかつ加工性の良好な
各種の金属を基材とし、その表面に金属と密着性
がよく比較的低温で遠赤外線放射体の被膜が焼結
形成され易い低融点ガラス物質等を介在させて耐
熱衝撃性および機械的強度等が優れた安価な遠赤
外線放射体を提供するものである。

すなわち、発明者らは従来の遠赤外線放射体は
セラミツクス単体の磁性体又は基材がセラミツク
スであるため耐熱衝撃性に劣り高価であることに
着目し、酸化物系セラミツクス磁性体の単体製品
に代えて耐熱衝撃性や加工性の優れた金属を基材
とし、更に金属表面に形成する遠赤外線放射体被
膜中に比較的低融点で高膨張率のガラス質物質を
混入して融点を低下させた遠赤外線放射体組成物
で低温焼結して被膜を形成することによつて特に
耐熱衝撃性と機械的強度が優れた金属基材の遠赤
外線放射体を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段およびその作用〕

本発明によれば、金属基材の表面に酸化物系セ
ラミツクス磁性体粉末を主成分とする遠赤外線放
射体と低融点の無機化合物との組成物被膜が形成
されていることが必要である。

前記金属としては、ステンレス、鋼、鉄、アル
ミニウム、などの各種の金属を使用することがで
きる。このように本発明において各種の金属を基
材とする理由は、金属は一般にセラミツクス基材
に比べて価格が安く熱衝撃性に優れ、また加工性
などに優れていることから、遠赤外線放射体の前
記組成の塗料の基材として適した性質を有するか
らである。なお、前記例示の金属は比較的安価で
汎用されているものであり、各種の用途すなわち
遠赤外線放射体により加熱しようとする温度が例
えば100〜300℃の温度であれば、それに十分耐え
うる耐熱性を有するものであれば特にその材質を
問わない。但し、焼成温度が500℃以上の場合は、
鋼又は鉄のように耐熱温度が800℃位のもの又は
ステンレスのように耐熱温度が約1000℃以上のも
のを選ぶことが有利であり、一方焼成温度が500
℃以下の場合はアルミニウム基材とすることが有
利である。

また、前記例示された以外の金属でも使用でき
るが、なるべく熱膨張率が小さいものを選ぶこと
が有利である。表面に形成する前記塗料被膜の熱
膨張率は一般的に金属よりも小さいため、これら
両者間にミスマツチを生じさせないためである。

前記酸化物系セラミツクス磁性体粉末は、シリ
マナイト、ステアタイト、フオルステタイト、ペ
リクレーズ、コージエライト、ムライト、アルミ
ナ、ジルコニア、チタニア、ジルコンのいずれか
１種又は２種以上であることが必要である。その
理由は、前記酸化物系セラミツクス磁性体は波長
が５〜15μm位の遠赤外線を吸収したり、加熱に
より遠赤外線を放射する特性を有するものであ
り、例えば前記酸化物系セラミツクス磁性体粉末
を300℃前後の温度で加熱すると波長が７〜12μm
の遠赤外線を放射し、あられ原料であるもち米を
表面をこがすことなく内部まで均一にα化し消化
される状態にし、含水率を余り損なうことなく自
己発熱によつてほどよく加工することができる。
また、従来の直火で加熱加工する方法に比し25〜
30％位の省エネルギーになることが知られている
からである。

また、前記無機化合物は、低融点高膨張ガラス
であつて、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラ
ス、ソーダバリウムガラス、ソーダ鉛ガラス、高
鉛ガラス、ポタツシユソーダ鉛ガラス、ポタシユ
鉛ガラス、ホウケイ酸鉛ガラスのいずれか１種又
は２種以上から選ばれたものであることが必要で
ある。これらの低融点ガラスは、軟化温度が400
〜1000℃の範囲にあり、これを遠赤外線放射体と
の組成比を各種の配合とすることにより、遠赤外
線黒体塗料全体の融点並びに焼付け焼成温度を
色々と変えることができる。それゆえ、各種の金
属基材の耐熱温度が凡そ1200℃以下であることを
考慮して前記ガラスの種類及び配合量を適宜選択
して使用することが重要であり、第１表に例示す
るように金属基材の種類に応じて前記塗料中のガ
ラスの配合量を決定することになる。つまり本発
明によれば、前記低融点で比較的高膨張係数の各
種のガラスの適正量を黒体塗料中に混入して使用
することによつて比較的低温度すなわち500〜
1000℃の加熱焼成温度により金属表面に遠赤外線
放射体被膜を容易にしかも強固に形成することが
できる。

また前記酸化物系セラミツクス磁性体粉末の熱
膨張係数αは６〜15×10^-6と比較的低い膨張係数
を有しているので金属基材の熱膨張率αと比べて
小さいため高熱膨張係数を混入し全体の熱膨張係
数を金属のそれと同等にすることにより、両者間
にミスマツチが生起し難い状態にし金属表面に密
着力の強固な遠赤外線黒体被膜を形成できる。

このように本発明によれば、耐熱衝撃性や加工
性に優れた各種の金属を使用目的に応じて基材と
して使用し、さらに遠赤外線波長領域において放
射効率の高い遷移元素の酸化物と、低融点で金属
の熱膨張係数αに近似のαを有する各種のガラス
とを主成分とする遠赤外線放射体塗料の被膜を比
較的低温の焼成温度で前記金属基材表面に形成す
ることにより、従来の遠赤外線放射体の欠点を除
去・改善することができる。

次に本発明の遠赤外線放射体の製造方法につい
て説明する。

本発明によれば、下記の(イ)〜(ハ)のシーケンスか
らなる金属基材の遠赤外線放射体。

(イ) 金属基材の表面を処理する工程； (ロ) 酸化物系セラミツクス磁性体粉末10〜90重量
部と低融点の無機化合物90〜10重量部との組成
物にビークル等の粘稠物を混合した塗料を金属
基材表面に被覆する工程； (ハ) 500〜1000℃の加熱温度で焼成し金属基材表
面に遠赤外線放射体と低融点の無機化合物との
組成被膜を形成する工程。

前記(イ)の工程は、金属基材の表面の汚物除去或
いは脱脂処理として必要なものであり、また金属
基材表面に密着性のよい遠赤外線黒体被膜を形成
するために金属表面を化学的に活性化し金属酸化
被膜を形成し酸化物系磁性体との親和性を向上す
るために必要なものである。

前記(ロ)の工程は、前述のようにコージエライト
磁性体などの酸化物系セラミツクス磁性体は波長
が５〜15μmの範囲で高い放射率を得るために必
要であり、またソーダ鉛ガラスが高鉛ガラスのよ
うに低融点でかつ高膨張率のガラスを前記遠赤外
線放射体塗料に混入することにより比較的低温、
例えば500〜1000℃の焼成温度で強固な密着力を
有する遠赤外線放射体被膜を形成することがで
き、金属基材の熱膨張係数とその表面に形成する
遠赤外線放射体被膜の熱膨張係数をマツチさせる
ことが必要である。その理由は、従来のアルミナ
又はコージエライト磁器単体からなる遠赤外線放
射体では金属基材表面に放射体の被膜を形成する
ことができないからである。すなわち、金属の表
面処理をして化学的に活性化された基材表面に、
金属と同程度の熱膨張係数を有する遠赤外線放射
体塗料被膜を金属の耐熱温度以下の500〜1000℃
という比較的低温度で加熱焼成することにより、
耐熱衡性や密着性の優れた金属基材の遠赤外線放
射体を製造することができるからである。

前記(ハ)の工程は、前述のように金属基材の耐熱
温度よりも低い焼成温度により遠赤外線放射体塗
料の被膜を強固に形成するために必要な工程であ
り、低融点が高膨張のガラス組成物を使用する理
由はここにある。つまり、低融点の前記例示のガ
ラスは遠赤外線放射体塗料全体の融点を低下させ
る役割を果すものである。

なお、前記(ロ)の工程において、金属基材表面に
遠赤外線放射体塗料の被膜を形成する方法として
は、前記遷移元素の酸化物と低融点高膨張ガラス
との組成物に各種の溶剤や結合剤などの混合物で
あるビークル等を混入し均一でかつ適正な粘度に
した粘稠物をスプレー、ハケ刷、スクリーン印
刷、ドブ漬含浸法などの各種の塗布法によつて被
膜を均一に形成する方法を採用することができ
る。

次に本発明の遠赤外線放射体の最も代表的な実
施例について説明する。

〔実施例〕

実施例 １ 熱膨張係数（以下αと略称し、RT→300℃以
下同じ）が12×10^-6／℃であり、500mm×500mm×
厚さ２mmの軟鋼板を、まずサンドブラストで表面
研摩し、次にトリクレンで超音波脱脂し、100℃
で１時間の条件で乾燥した後、空気中で500℃１
時間加熱して酸化被膜を形成した。次に、αが８
×10^-6／℃のアルミナ粉末25重量部と、低融点高
膨張ガラスとしてαが12×10^-6／℃のソーダバリ
ウガラス75重量部と、エチルセルロースとブチル
カルビトールアセテートよりなるビークル20重量
部とをボールミルで混合したスラリーを２Kg／cm²
の圧力で前記のスプレーで塗布し、乾燥した後、
空気中で700℃１時間焼成し、αが11.4×10^-6／
℃の遠赤外線放射体を得た。この放射体を乾燥米
飯製造の加熱板としてバーナーで250゜〜300℃に
加熱したところ、従来の直火よりも25〜30％の省
エネルギーとなつた。また、消化し易いおいしい
お米ができた。これは遠赤外線が米の内部に吸収
されて自己発熱し、米を効率よくα化し、かつ結
合水がそのまま保持できたものと考えられる。

実施例 ２ αが９×10^-6／℃であつて、300mm×900mm×厚
さが2.5mmのステンレス板を、実施例１と同様の
方法で前処理した。次に、αが2.8×10^-6／℃の
コージエライト粉末20重量部と低融点高膨張ガラ
スとしてαが10×10^-6／℃のバリウムガラス80重
量部とニトロセルロースとブチルカルビトールア
セテートとからなるビークル10重量部とをボール
ミルで混合してペースト状にして、ハケ塗りで均
一な遠赤外線塗料被膜を形成し、空気中で850℃
で30分焼成し、αが8.6×10^-6／℃の遠赤外線放
射体を得た。この放射体をパン製造のコンベア炉
の内壁に使用したところ、パンの内部まで均一
に、かつ短時間で焼けた。このように、本発明に
よれば従来のステンレス板単体を用いた場合と比
較して、約15〜20％の省エネルギーの効果があつ
た。

実施例 ３ αが13×10^-6／℃であつて、600mm×600×厚さ
が３mmの軟鋼板を、前処理としてサンドブラスト
処理をし、エアーコンプレツサーで清浄化し、空
気中で300℃１時間加熱して酸化被膜を形成した。
次に、αが9.7×10^-6／℃のジルコニア25重量部
とαが3.8×10^-6／℃のジルコン５重量部と低融
点高膨張ガラスとしてαが13.6×10^-6／℃のポタ
ツシユソーダ鉛ガラス70重量部とニトロセルロー
スとブチルカルビトールアセテートとよりなるビ
ークル20重量部とをボールミルで混合したスラリ
ーを２Kg／cm²の圧力で前記軟鋼板をスプレーで塗
布し、乾燥した後、空気中で500℃１時間焼成し、
αが12.6×10^-6／℃の遠赤外線放射体を得た。こ
の放射体を蒸気又はヒータで100℃〜200℃に加熱
し、サウナ用の加熱板として使用したところ、従
来に比べて人体の内部まで暖まり、また低温加熱
で使用が可能であるので20〜25％の省エネルギー
効果があつた。また、遠赤外線放射体の塗膜は前
記軟鋼板と極めて密着性がよく、1000時間以上の
使用でもハクリやワレを生じなかつた。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば加熱ヒーターな
どの熱より遠赤外線を吸収し、蓄積し、さらに放
射する酸化物磁性体塗料が金属基材表面に密着性
よく被覆された放射体によつて、100から300℃位
の比較的低温加熱に適しており、デンプン質の米
やパンの食品加工、また健康増進用ヒータ、さら
には工業用ヒータの壁面などに使用すれば、被加
熱体の内部まで均一な加熱処理ができる利点があ
り、この業界において極めて有用なものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属基材の表面にジルコン、コージエライ
   ト、フオルステライト、ペリクレーズ、ムライ
   ト、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリマナ
   イト、ステアタイトのいずれか１種又は２種以上
   から選ばれた酸化物系セラミツクス磁性体粉末10
   〜90重量部とアルミナ珪酸ガラス、ポタツシユ鉛
   ガラス、ソーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソ
   ーダバリウムガラス、バリウムガラス、高鉛ガラ
   ス、ポタツシユソーダ鉛ガラスのいずれか１種又
   は２種以上から選ばれた高膨張ガラスである低融
   点の無機化合物90〜10重量部との組成物皮膜が形
   成されてなる金属基材の遠赤外線放射体。 ２ 下記の(イ)〜(ハ)のシーケンスからなる金属基材
   の遠赤外線放射体の製造方法。 (イ) 金属基材の表面を処理する工程； (ロ) ジルコン、コージエライト、フオルステライ
   ト、ペリクレーズ、ムライト、アルミナ、ジル
   コニア、チタニア、シリマナイト、ステアタイ
   トのいずれか１種又は２種以上から選ばれた酸
   化物系セラミツクス磁性体粉末10〜90重量部と
   アルミナ珪酸ガラス、ポタツシユ鉛ガラス、ソ
   ーダ鉛ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリ
   ウムガラス、バリウムガラス、高鉛ガラス、ポ
   タツシユソーダ鉛ガラスのいずれか１種又は２
   種以上から選ばれた低融点の高膨張ガラスであ
   る低融点の無機化合物90〜10重量部との組成物
   にビークル等の粘稠物を混合した塗料を金属基
   材表面に被覆する工程； (ハ) 500〜1000℃の加熱温度で焼成し金属基材表
   面に遠赤外線放射体と低融点の無機化合物との
   組成物皮膜を形成する工程；