JPS5862438A - 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、石油、電気などの加熱により、赤外線波
長の熱線を放射する赤外線輻射体、特に、ガステープル
グリル、ガスオーブン、電気オーブン、電気トースター
などの調理器具用輻射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、近年、暖房や
乾燥などに広く利用されるようになって来た。

２１：−−− 熱エネルギーの伝播には伝導、対流、輻射の３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、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
焼く等の熱エネルギーを主に直接的な熱伝導によってい
る加熱手段、あるいはオーブン等のように、庫内空気を
あたためて、熱い空気から調理物への熱エネルギー伝播
、すなわち主に対流にたよっている加熱手段がある。

食物を構成する成分は水、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つ。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
分子は振動し自己発熱するので、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。

特に調理物を効果的に加熱調理するには、第１図の吸収
特性から見てもわかるように、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されるエネルギーＥはステファン・
ボルツマンの法則 ΣニεσＴ（１） （ただしε：放射率、σ：定数、Ｔ：温度（’Ｋ））で
表される。すなわち物体の温度と物質の放射率によって
定まるもので、赤外域に高い放射率を持つ物質を適当な
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が大きな材料として、セラミックス
材料がよく知られている。従来、赤外線放射源としては
放射率の大きなセラミックス材料が用いられており、次
の方法で、表面にセラミックスを付着形成したり、セラ
ミックス焼結体を用いたりして、輻射体として用いられ
ていた。

（ａ）　　高温焼成して磁器化したセラミックス焼結体
を用いる方法 （ｂ）　　有機または無機バインダーとセラミックス材
料を組合わせ、塗布、焼成する方法 （Ｃ）　　溶射法 などがある。

（ａ）のセラミックス焼結体を用いる方法は、例えばシ
ュバンクバーナといわれるもので、一般に市販されてお
り、セラミックス焼結体熱板にその表面と直角に多数の
微細の透孔を穿ち、熱板背後で燃焼したガスの炎が透孔
を通って表面に出る間に熱板を加熱して多量の赤外線を
発生させる方式である。このセラミックス焼結体は機械
的な衝撃強度や冷熱ヒートサイクルに劣ること、生産性
が劣ること、セラミックス焼結体の厚さおよびその重量
が大きいので、熱容量が大きくなり、加熱初期の速熱性
に劣ること、およびセラミックス焼結体の断熱性質によ
り、セラミックス焼結体表面の温度が低くなり、（１）
式の放射エネルギーが小さくなる、すなわち焼結体加熱
エネルギーのわりには、放射（ｂ）のセラミックス材料
をガラス等の無機バインダーあるいは耐熱塗料等の有機
バインダーによって塗着する方法は、冷熱ヒートザイク
ルや耐熱性に劣るため、長時間使用を考えだ場合、実用
性に劣る欠点がある。

（Ｃ）の溶射法は金属表面をブラスティングなどにより
、表面を粗面化した後、セラミックス材料をプラズマ溶
射あるいはフレーム溶射により、溶射層を形成して、セ
ラミック輻射体層を形成する方法である。溶射法による
セラミック輻射体の特徴として、膜厚が数十〜数百μｍ
でよく、しかも熱容量が小さいので、そのセラミックス
層の表面温度はセラミック焼結体方式に比べ高くなる。

第２図に溶射式、セラミック焼結体式の同一発熱量にお
ける放射エネルギーと波長の関係を示す。同一発熱量に
おいては、表面温度の大きな溶射式の輻射体の放射エネ
ルギーが（１）式に従って大きくなる。

溶射法による輻射体は、このような優れた特徴を持ちな
がら、未だ調理器用輻射体として実用化なガス用輻射体
について説明すると次のようになる。

すなわち、実使用において、（イ）輻射体が３５０〜８
ｏｏ′Ｃの高温熱サイクルを受け、酸化腐食を受ける。

（ロ）燃料中の硫黄分、食品中の硫黄分による硫化腐食
が促進される。（ハ）燃料の不完全燃焼により、輻射体
表面に炭素質残渣が被覆され、結果として、浸炭腐食が
促進される。に）食品中の水分あるいは燃料の燃焼にと
もなう水の発生により、水蒸気酸化が促進される。（ホ
）食品中の塩分あるいは調味料中の塩分による食塩腐食
が促進される。

係上、本質的には多孔質である。この多孔性のために、
累月は前述した腐食環境の影響を受けやすく、長時間実
使用に供すると、溶射層の剥離という現象を生起し、遂
には輻射体としての効果を失うという欠点を有するので
ある。

また第３図（ｂ）のように、溶射層の多孔部を封孔よう
という試みも行われているが未だ不十分である。

この解決法として特願昭５５−ＩＣＭ６２７号の明細書
に記載されているように、ホウロウ加工基板上に赤外線
放射材料を溶射形成したものがあある。この特徴は、下
地にホウロウ層があるため、溶射層を通過した腐食性物
質、ガスあるいは溶液から素材が完全に保護されており
、腐食による溶射層の剥離は起こらないとされている。

同明細書には、金属とホウロウフリットの熱膨張率と、
ホウロウ加工表面に表面拡大化処理をして赤外線放射材
料を溶射形成すると記載されているが、この方法では、
機械的にホウロウと溶射層が密着しているだけである。

本発明者らの実験によれば、ホウロウフリットと赤外線
放射材料の熱膨張率の差が大きいと、冷熱ヒートザイク
ルで剥離が生じやすくなる。これは、加熱した場合、ホ
ウロウフリットと赤外線放射材料の膨張・収縮の差が大
きいためと思われる。

本発明は、ホウロウフリットの熱膨張率人と赤外線放射
材料の熱膨張率Ｂの比Ａ／Ｂを０．５〜１，５の範囲に
規制したことを特徴とするもので、腐食あるいは加熱の
長時間使用に対して剥離することがなく、しかも調理性
能に優れた赤外線放射複合体を提供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

（Ａ）　　輻射体を構成する金属基材 本発明の輻射体を構成する基材はアルミニウム。

アルミニウムダイキャスｌ−、鋳物、アルミナイズド鋼
、低炭素鋼、ホウロウ用鋼板、ニッケルークロム鋼、ニ
ッケルクロム−アルミ鋼あるいはステンレス鋼等が使用
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。

（Ｂ）　　基材の形状 素材の材質を勘案し、並板状、並板に凹凸をつけた形状
、ラス金網状、ラス金網を圧延した形状、９　、・−− パンチングメタル状およびコイル状も使用可能である０ （Ｃ）　　金属素材のホウロウ加工 第４図に本発明の代表的な素材のホウロウ加工工程図を
示す。

イ）素材の前処理工程 金属に輸送中または貯蔵中のさび止めのため、また成形
工程で塗られた油や金属の酸化物はホウロウ加工の前に
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。素材に適した前
処理をする必要がある。

口）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。

融点、変態温度等を勘案し、素材に適した物理的性質（
熱膨張率、軽化温度等）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。

１０、ニー・ 第　　　　１　　　　　表 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
剥離を防止するためには、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。

ハ）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１１　　
　− にミル添加剤、マント形成物、界面活性剤、水などを必
要に応じ適量を混合し、ボールミル等を用いて、泥状物
（スリップ）にする。

二）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〜
１５０°Ｃの乾燥炉を用いて、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。

ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＭｆＯ、ＣａＯ、Ｇｒ
２０ｓ　、　Ｎｉｐ、Ｃｏ。

などの群から選ばれる金属酸化物および人１２０５・Ｔ
ｉＯ２゜２人１２０ｓ　−３ＳｉＯｚ　、　ＺｒＯ２−
ＣａＯｆｚどの混合酸化物あるいはＭｇ人１２０ｓ　、
　ＭｇＺｒＯ３，ＣａＺｒＯｓなどの複合酸化物または
ＳｉＣ，Ｔｉｅ、　Ｃｒ５Ｃ２，ＺｒＯなどの炭化物お
よびＢＮ　、ＴｉＮ　、　ＳｉＮ　、　ＣｒＮ　などの
窒化物および黒鉛、ニッケルコーテッド黒鉛が有効であ
る。

本発明は、ホウロウフリットと赤外線放射材料の熱膨張
率の比を０．５〜１．６の範囲にするものであるから、
アルミホウロウであれば、（９４〜３４０）ｘ１ｏｄ＃
　の熱膨張率を有する赤外線放射′８刺を用いる。また
、アルミナイズ鋼板のポウロウでは（４６，７〜２４０
）Ｘ１０　　ａｌｆ　　、鋼板ノホウロウでは（４６，
７〜２１０）Ｘ１０　　ａｎ　　Ｉス７ンレス鋼のホウ
ロウでは（４６，７〜２００）Ｘ１０’Ｃ１１ｆｌ　　
の赤外線放射材料を用いなければならない。

これらの範囲以外の赤外線放射材料を用いた場合は、加
熱の長時間使用に耐えることができず剥離の問題が生じ
る。第２表に代表的な赤外線放射材料の熱膨張率を示す
。

〈以　下　余　白〉 第　　　　、　　　　表　　　１３・、−“ために２種
類以上を用いることもできる。

（Ｅ）　　赤外線放射材料の形成方法 赤外線放射材料はホウロウ焼成時およびポウロウ焼成後
に担持させることができる。前者は、（イ）ホウロウス
リップ塗布直後に赤外線放射材料を塗布し、その後乾燥
、焼成して担持する方法、（ロ）ポウロウスリップ塗布
、乾燥後、赤外線放射材料を塗布し焼成する方法、（ハ
）ホウロウ層のみをいったん焼成した直後に赤外線放射
材料を塗布あるいはふりかける方法等がある。後者の代
表的なものとしてプラズマ溶射法が上げられる。

次に実施例を挙げて説明する。

第３表は各種赤外線放射複合体の構成材を示し、第４表
はその特性を示している。

く以　下　余　白〉 １６７、 の平板上に、各種ホウロウフリットを用いた通常のホウ
ロウスリップをスプレーガンで塗布後、乾燥、焼成して
ホウロウ層を形成した。焼成温度は鉄ホウロウが８００
〜８６０’ｃ、アルミホウロウが４８０〜５４００Ｃ，
ステンレスホウロウが９８０°Ｃ，アルミナイズド鋼ホ
ウロウが５５０〜６５０″Ｃである。

さらに、馬１〜漸７の鉄ホウロウについては、ホウロウ
フリットとの熱膨張率の比の異なる赤外線放射材料をプ
ラズマ溶射した。溶射条件は、粉末の種類によって異な
るが、電圧は２０〜１００ｖ。

電流は４００〜１ｏｏｏ人とし、アルゴン−ヘリウムガ
スからなるプラズマ条件で溶射被覆層が４ｏ〜６ｏμｍ
になるように溶射した。廂８〜＆１ｏについては、ホウ
ロウスリップを塗布、乾燥後、赤外線放射材料を有機バ
インダー等で調整したものを塗布、乾燥し、その後焼成
した。高１１〜Ａ１４については、ホウロウスリップを
塗布した後、赤外線放射材料を有機バインダー等で調整
〜１９については、赤外線放射材料の形成法としてふり
かけ方法を用いた。これは、ホウロウ焼成の前あるいは
焼成直後に赤外線放射材料をふりかけたものである。

前述の各試料をガステープルに取り付け、各種の実用試
験による赤外線放射層の剥離性を観察した。

ここで、ヒートサイクル性試験は２０分間燃焼、１６分
間消火を１サイクルとし、これを１０００回繰り返し、
その後の溶射層の剥離状態を観察した。

食塩腐食試験は２Ｑ分間燃焼させ、消火後に輻射体を３
係の食塩水に浸漬し、さらに燃焼させる操作を１サイク
ルとし、６ｏサイクル繰り返した後の溶射層の剥離状態
を観察した。

浸炭腐食試験は赤火燃焼のような不完全燃焼を３０分、
定常燃焼を３０分繰り返し、その操作を１サイクルとし
て合計６００サイクル後の溶射層の剥離状態を観察した
。

１９、・−゛ 硫化腐食試験は、都市ガス中にＳＯ２を約０．１％混合
し、２００時間連続燃焼した後の溶射層の剥離状態を観
察した。

また、調理性能は、４００〜５００ｇ／匹の塩サバを２
匹焼いた時の焼き上がり時間で表した。

焼き上がりの度合は魚肉表面のこげの状態および火通り
性等の観点から判断した。総合評価は良好なものから順
に人、Ｂ、Ｃの３段階で表した。

第４表かられかるように、塵１，２は、金属基材とホウ
ロウの熱膨張率の差が大きく、またホウロウと赤外線放
射材料の熱膨張率の比が０．６以下であることから、ヒ
ートサイクル試験において、ホウロウ層、赤外線放射層
の両方から剥離が生じ、食塩腐食においても腐食が生じ
た。扁６，７は、ホウロウと赤外線放射材料の熱膨張率
の比が１．５以上で、ヒートサイクル試験で赤外線放射
層が剥離した。羨８〜悪１４は金属基材としてアルミニ
ウム、およびステンレス鋼を用いたものであるが、／［
，１’０．１１　、１４のようにホウロウフリットと赤
外線放射材料の熱膨張率の比が０．５以下あるいは１，
６以上であると、赤外線放射層が剥離する。

また、赤外線放射材料の形成法を変えたものについては
、ホウロウフリットと赤外線放射材料の熱膨張率の比が
○、５〜１．６であれば問題はない。届１６〜１９は鉄
ホウロウを用いて赤外線放射材料の種類を変えたもので
、ホウロウフリットと赤外線放射材料の熱膨張率の比が
０．５〜１．５であれば問題はないが、それ以外であれ
ばヒートサイクル試験で剥離が生じている。

調理性能については、赤外線放射材料の形成法によって
調理時間が異なる。第４表からもわかるようにプラズマ
溶射法が最も好ましい。これは、赤外線放射層とホウロ
ウ層が完全に分離しているためで、プラズマ溶射性以外
の形成法では、赤外線放射層にホウロウが一部介入して
いるものと思われる。

る。

【図面の簡単な説明】

を示す図、第２図はセラミック焼結方式および溶射方式
輻射体の波長−相対エネルギー強度の関係を示す図、第
３図（ＩＬ）　、　（ｋｌ）　、　（Ｃ）は各種赤外線
放射複合体の構成を模式図、第４図はホウロウ加工工程
を示す図である。 １・・・・・・基材、２・・・・・・赤外線放射材、４
・・・・・ホウロウ層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 液　（〔）物 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属基材表面に形成したホウロウ層と、このホウロウ層
   表面に露出した状態で担持された赤外線放射材からなり
   、ホウロウフリットの熱膨張率と赤外線放射材料の熱膨
   張率との比が０．５〜１．６であることを特徴とする赤
   外線放射複合体。