JPS61179882A - 金属基材の遠赤外線放射体とその製造方法 - Google Patents

金属基材の遠赤外線放射体とその製造方法

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JPS61179882A
JPS61179882A JP2076585A JP2076585A JPS61179882A JP S61179882 A JPS61179882 A JP S61179882A JP 2076585 A JP2076585 A JP 2076585A JP 2076585 A JP2076585 A JP 2076585A JP S61179882 A JPS61179882 A JP S61179882A
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glass
far
infrared radiator
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soda
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照夫 小森
Takao Yokoyama
横山 隆夫
Yoichi Kuwayama
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Ibiden Co Ltd
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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】 〔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(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一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、コージェライト、アル
ミナ、ジルコニアなとの酸化物系セラミック単体の磁製
体又はセラミックス基材の表面にこれら酸化物系セラミ
ッ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ック焼結体は
一般に熱伝導率が低く、例えばコージェライトでは熱伝
導率が0.003 at/cm−冠・℃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ック焼結体の表面に前記磁性
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ッ
ク単体又はセラミック基材であるため耐熱衝撃性に劣り
高価であることに着目し、酸化物系セラミックス基材の
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っ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ック磁性体
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n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
、なと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
は一般にセラミック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凡
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例えば100〜30
0℃の温度に十分耐え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″C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、一方便用温度が50
0’C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1こ、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ックス磁性体粉末は、シリマナイト
、ステアタイト、フォルステタイト、ベリクレーズ、コ
ージェライト、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ックス
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ックス磁性体粉末を30
0℃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
水率を余り損うことなく自己発熱によりてほどよく加工
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n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って
、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、ポタッシュ
ソーダ鉛ガラス、ボタシュ鉛ガラス、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nたものである
ことが必要である。こわ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は焼成温度を色々と変
えることができろ。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、前記低融点で比軟点高膨張係数
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
ることによって比較的低温度すなわち500〜1100
”C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。
また前記低融点ガラスの熱膨張係数(α)は6〜15X
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融点のガラス
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
セラミックス磁性体粉末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ェライト磁性
体なとの酸化物系セラミックス磁性体は波長が5〜15
μmの範囲で高い放射率を得るために必要であり、また
ソーダ鉛ガラスや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
ジェ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
〜1100℃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fi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、低融点で高膨張の
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面膨張ガラスとの組成物に各種
の溶剤や結合剤なと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、ドブ漬含浸法なとの各種の塗布法に
よっ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12X10−6/Cであり%500ffX50ON
×厚さ2M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、aが8 X 10−67’
Cのアルミナ粉末25m!1部と、低融点高膨張ガラス
としてαが12X10−”/”Cのソーダパリウガラス
75重量部と、エチルセルロースとブチルカルピトール
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2 kli/d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11.4X10−’/’O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2500〜300”C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った。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9X10−’/”Cであって、300ffX900
ffX厚さが2.5M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 X 10−
6fCjのコージェライト粉末20!鳳部と低融点高膨
張ガラスとしてαがroxto−’/”cのバリウムガ
ラスso重を部とニトロセルロースとブチルカルピトー
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、aが8.6X 10”/”C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
ギーの効果があった。
実施例3 αが13X 10−’ /”Cであって、600jll
lX 600 X厚さが3Mの軟鋼板を、前処理として
サンドブラスト処理をし、エアーコンプレッサーで清浄
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9.7X 10−’/”Cのジルコニ
ア25重量部とαが3.8 X 10−6/″Cのジル
コンsM量部と低融点高膨張ガラスとしてαが13.6
 X 10−6/’Cのボタフシュソーダ鉛ガラス70
重量部とニトロセルロースとブチルカルピトールアセテ
ートとよりなるビークル20M11部とをボールミルで
混合したスラリーを2 kq/d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12.6X 10−1/’C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″C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
d加熱で使用が可能であるので20〜25%の省エネル
ギー効果があった。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(,1000時間以上の使用
でもハクリやワレを生じなかった。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば加熱と一夕なとの熱より
遠赤外線を吸収し、蓄積し、さらに放射する酸化物系磁
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
によって、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、この業界において梯めて有用なものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属基材の表面に酸化物系セラミックス磁性体粉末
    と低融点の無機化合物との組成物被膜が形成されてなる
    金属基材の遠赤外線放射体。 2、前記酸化物系セラミックス磁性体粉末は、ジルコン
    、コージライト、フォルステライト、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
    れたものである特許請求の範囲第1項記載の遠赤外線放
    射体。 3、前記無機化合物は、低融点高膨張ガラスであって、
    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、ポタッシュソ
    ーダ鉛ガラス、ポタッシュ鉛ガラス、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
    特許請求の範囲第1項記載の遠赤外線放射体。 4、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)酸化物系セラミックス磁性体粉末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)300〜1000℃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。 5、前記酸化物系セラミックス磁性体粉末は、シリマナ
    イト、ステアタイト、フォルステライト、コージェライ
    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種以上である特許請求の範囲
    第4項記載の製造方法。 6、前記無機化合物は、低融点高膨張ガラスである特許
    請求の範囲第4項記載の製造方法。
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