JPS5862437A - 赤外線放射複合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス、電気２石油などの加熱により、赤外線波
長の熱線を放射する赤外線放射複合体で、特に、ガステ
ープルグリル、ガスオープンなどの調理器具の加熱によ
り赤外線を放射する赤外線放射複合体に関するものであ
る。

赤外線は波長が０．３〜０．８μｍの可視光線に比較し
て、被加熱体によく吸収され、被加熱体の分子運動を活
発化させて発熱させる効果が大きいので、暖房や乾燥な
どに広く利用されるようになっている。熱エネルギーの
伝達には伝導、対流、輻射の三種類があることはよく知
られている。

従来、食物を調理する場合、ガス１石油、固形炭などの
燃焼炎の直火であぶる。ホットプレートなどの熱板上で
焼くなどの熱エネルギーを直接的な熱伝導によって加熱
する手段、あるいはオープンなどのように庫内空気をあ
たためて、熱い空気から調理物へ熱エネルギーの伝達、
すなわち主に対流にたよっている加熱手段がある。

食物全構成する成分は水、たん白質、澱粉、脂肪等より
なっており、それぞれの物質は第１図に示すような吸収
特性を示し、赤外線波長、特に３μｍ以上の遠赤外線波
長領域に大きな吸収率を持ち、その吸収率に応じて赤外
線エネルギーを吸収して、熱に変換する性質を持ってい
る。すなわち食物をより効果的に加熱するには、構成成
分の吸収率に相当する波長の赤外線を外部から多量に照
射する必要がある。この遠赤外線の照射により。

被加熱体構成分子は振動して自己発熱するので、３− 従来の伝導および対流の加熱法に比較すると、熱効率お
よびエネルギー効率が良好となり、省エネルギーの効果
がある。

特に調理物全効果的に加熱調理するには、第１図の吸収
特性からもわかるように、赤外加熱が良好であり、調理
物の吸収波長に相当する赤外線波長を放射する加熱源が
必要である。

一般に物体から放射きれるエネルギーＥはステファン会
ボルツマンの法則 Ｅ−εσＴ　４　　　　　　　　　　　　　　　　（’
　）（ただしε：放射率、σ：定数、Ｔ：温劇０埒）で
表される。すられち物体の温度と物質の放射率によって
定捷るもので、赤外域に高い放射率を持つ物質を適轟な
温度に加熱することにより、赤外線放射源を実現するこ
とができる。

１式においてεが大きい材料として、セラミックス材料
がよく知られている。

本発明に、上記の観点から、少なくとも表面が赤外線放
射率の高い物質で構成されていることが基本条件である
が、これだけでは充分な効果を発揮することができない
点を改善するものである。

従来の赤外線放射体は、赤外線の放射形態として、材料
の耐熱許容範囲で材料そのものを直接加熱して温度をで
きるだけ高めて通常８００〜１０００”Ｃの近赤外領域
の赤外線全多量に放射する方式と、放射体の温度を３０
０〜５００″Ｃ程度に設定して遠赤外領域の赤外線金主
に放射する方式の２種類がある。

前者の方式は、基板そのものを８００〜１０００゛Ｃに
直接加熱するので、エネルギーの消費量が多く、エネル
キー〇利用効率が悪い。すなわち、基板の加熱顛要する
エネルギーに対して、対流で放熱逸散するエネルギーの
比率が増大し、エネルギーの損失が太きくなる。また、
近赤外領域の波長を主に放射するので、被加熱物への熱
の浸透が悪く、表面を焦がすだけで内部加熱が不充分で
ある。

また、エネルギー消費量を少なくしようとすれば。

放射面積が小さくなり、均一加熱ができないなどの問題
を有する。

後者の方式は、基板の加熱に必要なエネルギー量が少な
く、エネルギーの利用効率も高く、遠赤外領域の波長を
主に放射するので、被加熱物への熱の浸透性に優れる。

しかし、遠赤外線は食品、人体などによく吸収されるが
、表面を焦がす作用に乏しく、調理機器などの加熱源と
して利用すると、調理物が蒸し焼きの状態になり、表面
に焦げが付きにくい。

本発明は上記の点に着目し、近赤外領域の波長と遠赤外
領域の波長を適度に調和させて、調理物に適した赤外線
を放射する赤外線放射複合体を提供しようとするもので
ある。すなわち、熱源により加熱される基板に凸部を設
けて、凸部の温度を高くして近赤外領域の波長を放射さ
せ、平面部は温度を低く押えて遠赤外領域の波長を放射
するように構成した赤外線放射複合体を提供するもので
ある。

以下、本発明の詳細について説明する。

本発明の赤外線放射複合体は、他の熱源により加熱され
て赤外線を放射する基板に凸部を設けることが基本的な
形態であり、シーパンクツく−ナのようにそれ自体が燃
焼器として用いられるものとけ本質的に異なる。っ捷り
本発明の赤外線放射複合体は、バーナなどの燃焼器とは
分離して設けられるものであり、複合体全加熱する他の
熱源が必ず必要である。したがって本発明の赤外線放射
複合体は加熱手段が具備されて始めてその効力を発揮す
るものである。

第２〜４図に本発明の赤外線放射複合体の基本的な形態
を示す。第２図は一実施例を示す全体の概略図、第３図
は第２図ｍ−ｍ’線断面図である。

この例は金属基板を用いたもので、金属平板１に凸部２
をプレスにて形成したものである。この基板にホウロウ
等の耐熱、耐食性の高い表面処理全施し、その表面に赤
外線放射材料を担持させて赤外線放射複合体が構成され
る。第４図は赤外線放射材料をプレス成形にて凸部２（
！−一体に設け、焼結等の手段により所定の形状に製作
したものである。凸部の形状は図に示すような半球状の
他に、ピラミッド状、台形状、円錐状、円柱状や五角錐
、などの多角形の形状などの種々の変形が可能である。

次に本発明の赤外線放射複合体の製造法について説明す
る。

（Ａ）　　金属基板を用いる場合 （イ）基材 赤外線放射複合体を構成する基材は、アルミニウムダイ
キャスト、鋳物、アルミナイズド鋼。

低炭素鋼、ホウロウ用鋼板、ニッケルクロム鋼。

鉄クロム、ニッケルークロム−アルミ鋼、、ｓるいはス
テンレス鋼などが使用され、その選択にあたっては使用
条件、使用温度、経済性、基材の形状、加工性より決定
される。

（ロ）素材加工 使用条件を勘案して凸部の形状、放射面の面積全決定し
、プレス成形、ダイキャスト等で所望の形状に形成する
。

（ハ）ホウロウ加工 第６図に代表的なホウロウ加工工程図を示す。

（ａ）　　素材の前処理条件 金属に輸送中または貯蔵中のさび止めのため、捷た成形
工程で塗られた油や金属の酸化物はホウロウの前に除い
ておく必要がある。

この素材の前処理工程はホウロウ層の密着強度に大きな
影響を与える。累拐に適した前処理をする必要がある。

（ｂ）ホウロウフリット 素材の種類が決定されれば、素材の熱膨張率、軟化点、
変態温度等を勘案腰素材に適した物理的性質（熱膨張率
、軟化温度等）およびホウロウ焼成温度を有するフリッ
ト組成を選ぶ必要がある。

第１表に代表的な素材およびそのフリットの熱膨張率を
示す。

Ｃ以下　余　白） 素材とホウロウ層の熱膨張率の違いによる、ホウロウ面
の熱衝撃による剥離を防止するために、素材に適した熱
膨張率を有するフリットを選択する必要がある。

（Ｃ）　　ホウロウスリップの調整工程フリットの種類
が決定されれば、フリットの他にミル添加剤、マット形
成物、界面活性剤、水などを必要に応じ適量を混合し、
ボールミル等金用いて、泥状物（スリップ）Ｋす１゜ ｌ′− （ｄ）　　塗布、乾燥、焼成工程 調製されたスリップを素材に塗布する方法は、通常スプ
レー法あるいはディップ法であるが、刷毛塗り法、バー
コード法でも可能である。

乾燥工程は風乾もしくは６０〜１ｅｓｏ’ｃの乾燥炉を
用いて実施し、塗布面を乾燥させる。

次いで焼成する。焼成は所定の温度に設定されたバッチ
炉あるいは連続炉で行う。

（ｅ）　　ホウロウ面の表面粗さ 通常、金属素材にセラミックを溶射する場合、素材と被
膜の密着強度は機械的な投錨効果が主であるため、プラ
スチングなどの表面拡大化処理により、金属素材面の粗
面化を行う必要がある。

通常金属素材にセラミック全溶射する場合、密着強度を
考慮して、素材面の粗さはクリサーフ表面粗さ計での表
面中心線平均粗さＲａで４〜１６μｍの範囲が適し、で
いる。

それに対し、本発明のホウロウ面にセラミツクを溶射す
る場合、ホウロウ面の粗さは中心線平均粗さＲａで１〜
１５μｍの範囲が適用できる。その理由は、投錨効果の
他に、高温のセラミック溶融粒子がぶつかることにより
、局部的にホウロウ面が加熱され、局部的にガラス半溶
融状態となり、セラミック粒子とガラス質が化学的に結
合し、密着強度の強いものが得られるからである。従っ
てＲａが１μｍでも可能となる。しかし、１５μｍを越
えるとホウロウ層のひずみが大きくなり、“つまとび″
などの現象が発生して強度的に問題がある。

第２表１ｃ各種表面粗度の金属及びホウロウ面にセラミ
ック溶射したときの密着強度の比較を示す。密着強度の
評価はガムテープ剥離試験で行い、○印は溶射層の剥離
がまったく見られない状態、Δ印は一部剥離が見られる
状態、Ｘ印は完全に剥離した状態を示す。

Ｃ以　下　余　白） 第２表 第２表からホウロウ面の表面粗度Ｒａは１．０〜１５μ
ｍが有効であることがわかる。

（ｆ）　　ホウロウ面の表面粗度の具現化ホウロウ面を
所望の表面粗度にする方法としては次のようなものがあ
る。

１　機械的方法（サンドブラスティング、サンドペーパ
ー等でこする方法等） ２　化学的方法（エツチング処理等） ３　スリップによる調製（スリップ粒度、ミル添加剤、
マット形成剤の添加量および粒度、焼成湯度および時間
等のコントロールフ 以上の方法はいづれの場合も、本発明に有効である。

１３　　。

に）赤外線放射層の形成 赤外線放射層の形成方法としては、ホウロウ層だけでも
赤外線放射層として用いることができるが、放射効率と
耐熱性とを向上させようとすれば、表面を粗面化する方
法、あるいはホウロウフリットの中に赤外線放射材料を
添加する方法などが効果的である。その他、赤外線放射
材料を溶射により担持する方法がある。溶射方法として
はアーク溶射、炎溶射、などがあるが。

本発明の目的にはプラズマ溶射が好ましい。プラズマ溶
射によれば、ホウロウ素材と溶射粉末とは冶金結合的に
密着し、強い結合層が得られ、熱サイクルや厳しい使用
環境条件に耐えるが、プラズマ溶射以外では結合力が弱
い。プラズマ溶射条件は、アルゴンガス、アルゴン−水
素またはアルゴン−ヘリウムガス系が好ましく、特い。

この条件以下では熱サイクル使用の調理環境条件下で溶
射層の寿命が短くなる。また溶射（Ｂ）　　赤外線放射
材料を主に用いる場合第６図ａは、赤外線放射材料と水
硬性無機結合材を乾式混合し、適量の水を加えて混練し
た後、成形、養生硬化、乾燥の工程を経て赤外線放射複
合体を製造する工程を示す。水硬性無機結合材としては
石こう、プラスター、ボルトランドセノント、アルミナ
セメン１１どを用いる。

第６図すは、赤外線放射材料と一部バインダーを混練し
た後、成形、乾燥、焼結により赤外線放射複合体を製造
する工程を示す。−次バインダーとしては一般的に用い
られているものでよく、カルボキシメチルセルロース、
ゼラチン、アラビアゴム、フノリなどがある。

以上、赤外線放射複合体の製造法の実施例についてのべ
たが、この他にも無機バインダーに赤外線放射材料を混
合して金属基材に塗布する方法なども適用できる。

次に本発明で用いられる赤外線放射材料についてのべる
。

１５ 赤外線放射材料としてはＡｌ、　Ｔｉ、　Ｓｔ、　Ｚｒ
、Ｍｇ。

Ｃａ、　Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｃｏなどの群から選
ばれる金属の酸化物、それらの混合酸化物、または複合
酸化物、および炭化物または窒化物の一種以上で構成さ
れる。これらは少なくとも赤外線放射複合体の放射面に
露出して担持される。具体的な材料としては、Ａ１２０
３１Ｔｉｏ２，５ｉ０２．ＺｒＣ２，ＭｃｒＯ。

Ｃａｂ、　Ｃｒ２Ｏ３，Ｎｉ○、　Ｃｏｏなどの金属酸
化物、Ａｌ２Ｏ３・Ｔｉ○２１２Ａ１２０３・３Ｓｉｏ
２．ＺｒＣ２・ＣａＯ。

ＳｉＣ，Ｔｉｃ、　Ｃｒ３Ｃ２，ＺｒＣなどの炭化物、
およびＢＮ、　ＴｉＮ、　ＳｉＮ、　ＣｒＮ　などの窒
化物が有効である。

次に本発明の具体的な実施例についてのべる。

第７図は本発明を適用したグリル付ガステープルの外観
図である。３は煮たき等を行うコンロ部、４はグリル部
、５はノ（−すの点火、消火を行うつまみである。

第８図は赤外線放射複合体を有するグＩ））し内部の断
面図である。調理庫６の底部には水７を入れる容器８を
設けている。９は調理物１０をのせる焼網で、線材を並
べて構成されている。調理庫６の上部には、ガスバーナ
１１で加熱され、調理物１ｏに適した赤外線を放射する
ように構成された赤外線放射複合体１２が配設されてい
る。１３は排ガスのエネルギーを回収する蓄熱体で、多
数の透孔を有する。１４は蓄熱体１３の保護板で、燃焼
排ガスの通気口１６を有する。１６は外装である。

次に各構成要件についてのべる。

実施例では、第８図に示しているように、熱源にガスバ
ーナ１１を用いて実験した。ガスバーナの構造は第９図
に示すように、ブンゼン方式のバーナで、パイプ状の管
体１７に炎口１８を一列に多数設けている。ガスと一次
空気を矢印１９の方向から導入し、炎口１８の外側で二
次空気が供給され、矢印２０の方向にブンゼン炎が形成
される。

炎口１８の大きさはブンゼン炎が帯状に均一に形成され
るように調整されている。

１７　１、 ブンゼンバーナの特徴は、燃焼量の調節範囲がシュバン
クバーナに比して非常に広いこと、及び構造が簡単で安
価であり、火炎長を長くできることである。

ガスバーナ１１と赤外線放射複合体の位置関係は、少な
くとも赤外線放射複合体の凸部側にガスバーナの火炎が
対向している構成で、赤外線放射複合体の放射面に熱を
均一に供給するようにガヌＪｌ欠 バーナが配設されている。本実施例では直線上のガスバ
ーナについてのべたが、赤外線放射複合体の放射面に熱
を均一に供給するものであれば、ガス、電気９石油に関
係なく、どのような形式、形状の熱源であっても熱源と
して使用可能である。

赤外線放射複合体は前述したように、゛基板に凸部を設
けて放射面を形成することが基本的な条件である。熱源
により加熱される放射面に凸部を設けることは、第２図
に示したように放射面に平面部と凸部２があることを意
味する。したがってこの放射面に熱を均一に供給しても
凸部と平面部との間に温度差が生じる。つまり凸部の温
度が高く、赤外領域の波長を多く放射し、平面部からは
遠赤外領域の波長を多く放射することを意味する。本発
明者の実験によれば、赤外線放射複合体の放射面に凸部
を点在させることにより、エネルギーの利用効率、焼け
むら、熱の浸透性などの調理特性、調理時間、油煙の除
去などを大目］に改善することができた。

本発明者はさらに、放射面に点在する凸部の総面積と放
射面積の比率を種々変化させて、適正な分布状態を検討
した結果、凸部の投影面積が放射面積の２０〜８０チの
範囲が調理特性の改善に効果があることを見出した。凸
部の面積が放射面積の２０％未満では近赤外領域の波長
の放射が少なく、８ｏ％を越えると遠赤外領域の波長の
放射が少なく、いずれの場合も調理特性を満足させるこ
とができなかった。なお、凸部の温度は６００〜が１０
０〜３００　’Ｃの範囲になるように構成した１９７− 場合に、調理特性の改善、省エネルギー、調理時間の短
縮などの効果が顕著に表れた。

次に凸部に透孔を設けた赤外線放射複合体についてのべ
る。

第１０〜１２図に凸部に透孔金膜けた赤外線放射複合体
の実施例を示す。第１０〜１１図は金属基板の場合、第
１２図は赤外線放射材料を主に使用した場合で、いずれ
も凸部２ｖｃ透孔２１を設けたものである。このような
形態にすると、ガスノく−すなどで加熱した場合、凸部
の透孔を熱気流が通過するので、凸部の温度を高めるこ
とができる。

したがって、凸部の温度と平面部の温度差を大きくでき
るので、凸部の数を減らすことができ、投入エネルギー
が減少できる。しかし、透孔の１個当りの面積が０．７
８５〜３．１４０−の範囲でないと効果はない。

以上のように、本発明の赤外線放射複合体は、基板に凸
部を設けて放射面を形成し、この放射面を熱源により加
熱することにより、調理特性、調理時間を大１〕に改善
することができるとともに、省エネルギーも達成できる
。さらに凸部に透孔を設けると、エネルギーの使用を減
少させることができる。捷た従来のように、近赤外領域
の波長全放射する放射源と遠赤外領域の放射＃ｉを別々
に設けることなく、１枚の放射面で両方の領域の波長を
調和させて放射できるので、被加熱物を均一に加熱する
ことができる。したがって本発明の赤外線放射複合体は
、特に調理器などの加熱源として用いると非常に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種物質の赤外線吸収特性を示す図、第２図は
本発明の赤外線放射複合体の基本的な形態を示す外観図
、第３図は第２図ｍ−ｍ’線断面図、第４図は他の例を
示す断面図、第６図及び第６図は本発明の赤外線放射複
合体の製造工程の例を示す図、第７図は本発明の赤外線
放射複合体を用いたグリル付ガステープルの外観図、第
８図は−ＸＩ’断面図、第１２図は他の例の断面図であ
る。 ２・・・・・・凸部、２１・・・・・・透孔。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 う爽　ｌｔ、　（ｐｒｎ＋ 第３図　　　第４図 第６図 （α） （ｂ） 第７図 第１０図 第１１図　　　　　第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線放射材料を有する放射面に多数の凸部を設
   けたことを特徴とする赤外線放射複合体。
2. （２）前記凸部に透孔を設けた特許請求の範囲第１項記
   載の赤外線放射複合体。
3. （３）前記凸部の投影面積が、放射面積の２０〜８０チ
   である特許請求の範囲第１項または第２項記載の赤外線
   放射複合体。