赤外線輻射被膜
【課題】輻射加熱型熱源からの主要輻射の波長域となる３〜６μｍにおいて赤外線輻射率を高めて、効率的な輻射加熱を可能にすること。
【解決手段】耐熱性樹脂１と赤外線輻射材となる金属酸化物粒子２および金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４とが基材５に赤外線輻射被膜６を形成することにより、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となる。
【解決手段】耐熱性樹脂１と赤外線輻射材となる金属酸化物粒子２および金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４とが基材５に赤外線輻射被膜６を形成することにより、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射加熱型の熱源を有する調理器、暖房機器等に使用されるプレコート方式の赤外線輻射被膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の赤外線輻射被膜では、赤外線輻射率を高める構成と加工性を付与するための構成について、種々の発明がなされてきた（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１は、図示されていないが、遠赤外線輻射体を鋼板と鋼板上に形成した耐熱樹脂層より構成し、耐熱樹脂層が耐熱性樹脂とＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ２から選ばれた１種または２種以上の金属酸化物を主体としたセラミック粒子を含有するとしている。
【０００４】
特許文献２は、従来の加工性を有する塗膜を形成した耐熱鋼板を開示している。基材上に膜厚２〜１５μｍの塗膜が形成され、塗膜には鱗片状粉末を配合した構成となっている。特許文献１および特許文献２から加工性を有する赤外線輻射被膜が可能となる。
【特許文献１】特開２０００−１７１０４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２１３２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、実用レベルであると思われる膜厚５μｍ程度においける赤外線輻射率の波長依存性を実測してみると、輻射加熱型熱源からの輻射の主要な波長域となる概略３〜６μｍにおいて赤外線輻射率が高くないという課題を有していた。ここでいう主要な波長域とは、輻射型熱源の温度範囲が概ね２５０℃〜７００℃の間にあるとした場合、黒体に対して適用されるウィーンの変位則から算出される輻射エネルギーのピーク波長近傍を指している。例えば、箱型調理器の平面型ヒータにおいては、その表面温度は約４００℃〜５００℃にあるとすれば妥当であることから、輻射の主要な波長領域は、上記範囲にあるとして扱うことができる。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、輻射の主要波長域において高い輻射率を有するプレコート方式の赤外線輻射被膜を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために本発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有する構成としてある。ここで上記被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とするのが好ましい。ここでいう平均粒子径とは、粒度分布において存在比率の高い領域の粒子径をいう。
【０００８】
これによって、被膜内部には微小な金属酸化物粒子がランダムに分散され、粒子表面層での赤外線反射および吸収作用の反復により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【０００９】
また、被膜膜厚は概略１０μｍを上限とすることで、赤外線輻射率を高めると同時に加
工性付与を可能とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の赤外線輻射被膜は、輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となるので、熱エネルギーを被加熱体に効率的に与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有する構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【００１２】
第２の発明は、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とすることにより、赤外線輻射率を高めると同時に加工性付与を可能とする。
【００１３】
第３の発明は、平均粒子径が被膜膜厚の概略１／１０以下である金属酸化物粒子を、鉄、マンガン、銅の複合酸化物とすることにより、輻射の主要波長域の輻射率を高めると同時に熱安定性のある赤外線輻射被膜とすることが可能となる。
【００１４】
第４の発明は、特に、赤外線波長３〜６μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する構成とすることにより、加熱源のエネルギーを高率で輻射することが可能となる。
【００１５】
第５の発明は、特に、赤外線波長６〜２０μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する構成とすることにより、加熱源のエネルギーを高率で輻射することが可能となる。
【００１６】
第６の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有する構成とした赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【００１７】
第７の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子と１種以上の熱伝導性粒子とを有する構成とした赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【００１８】
第８の発明は、第１〜７の赤外線輻射被膜を調理機器に、第９の発明は、第１〜７の赤外線輻射被膜を暖房機器にそれぞれ用いたものである。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における赤外線輻射被膜の模式的断面図である。
図１において、耐熱性樹脂１と赤外線輻射材となる金属酸化物粒子２および金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４とが基材５に赤外線輻射被膜６を形成している。
【００２１】
耐熱性樹脂１はシリコーン系樹脂であるが、これに限定するものでなく、より詳しくは
被膜状態での耐熱性樹脂は、その加熱残渣である。
【００２２】
金属酸化物粒子２は、鉄、マンガン、銅の複合酸化物である。金属酸化物粒子３はＺｒＯ２、金属酸化物粒子４はＡｌ２Ｏ３である。金属酸化物粒子３あるいは４としては、他にＳｉＯ２など複数の酸化物が適しているが、これに限定するものではない。
【００２３】
ここで金属酸化物粒子３は表面に屈折率の高い物質の層を有している。即ち、ＺｒＯ２に比較して屈折率の高い物質であるＴｉＯ２の薄い層が被覆された２重構造となっている。ＴｉＯ２層の厚さは粒子径の１０％程度でよいが、これに限定するものではない。
【００２４】
各構成成分の配合量は、耐熱性樹脂の固形分１００重量部に対して金属酸化物粒子の全量が１２０重量部であり、金属酸化物粒子全量のうち、金属酸化物粒子２は８０重量部、金属酸化物粒子３と４は、各２０重量部とした。但し、配合量は、これに限定するものではない。
【００２５】
赤外線輻射被膜６は塗布、加熱硬化の後、平均膜厚は約７μｍであった。金属酸化物粒子２の平均粒子径は０．５μｍ以下、金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４の平均粒子径は１μｍ程度である。
【００２６】
以上のように構成された赤外線輻射被膜について、以下その動作、作用を説明する。
耐熱性樹脂１は、赤外線輻射被膜６と基材５との密着性を維持し、被膜内部にある各金属酸化物粒子を保持固定し、かつ赤外線輻射被膜６の膜構造を形成、維持する。
【００２７】
被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。これらのことは、キルヒホッフの法則に照らすと被膜の赤外線輻射率が高くなることと等価である。
【００２８】
さらに、金属酸化物粒子２は、粒子径が細かいことが好ましい。上記のように粒子表面層による散乱吸収であるため粒子数と赤外線吸収率とが正の相関を持つのであるが、被膜中に添加する金属酸化物粒子２の質量を一定量としたときの粒子数は、粒子径と負の相関を持つからである。
【００２９】
金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４は、輻射の主要波長域よりも長波長域である６〜２０μｍの赤外線輻射率を高める。いずれの粒子も固有の吸収特性があることから吸収率の平準化のために１種ではなく２種の粒子を用いている。
【００３０】
また、金属酸化物粒子３が２重構造であることにより得られる作用は以下のようなことである。本実施例の形態では、金属酸化物粒子３は、ＺｒＯ２に比較して屈折率の高い物質であるＴｉＯ２の薄い層を被覆している。金属酸化物粒子３のＺｒＯ２とＴｉＯ２の比較において、長波長域の赤外線はＴｉＯ２層を透過しＺｒＯ２で吸収される。これに対して短波長域の赤外線はＴｉＯ２層での反射度合いが高まり、金属酸化物粒子２と同様に、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。
【００３１】
また、粒子径が金属酸化物粒子２のそれよりも大きいが、これは被膜内での粒子間距離を近接化することを目的のひとつとしているためである。加工性に対しては緻密化することは好ましく無いが、輻射率向上に関しては粒子数が少なくなることを避けることが必要
である。
【００３２】
被膜への加工性の付与に関しては、一般的には膜厚が薄いほど加工性に対しては有利である。一方、赤外線輻射率を高めるためには膜厚が厚い方が好ましい。従って、両者の特性を並立させるには適正膜厚の選択が必要である。本実施の形態では、被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成としたことによって両者の特性を並立させることが可能となった。
【００３３】
加えて、本実施の形態に従来からの加工性の付与の手段を適用すれば、加工性の程度は更に高いレベルにすることが可能である。その方法は、既述した特許文献２に開示された内容に限定されるものではない。例えば、耐熱性樹脂の選択や被膜中に含有させる粒子の結合性の利用などがある。
【００３４】
図２に本実施の形態で得られた赤外線輻射被膜６の概略の分光輻射率を示す。図２から波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であることが分かる。一方、図３は従来実施された金属酸化物粒子２の平均粒子径が３μｍ程度であるときの概略の分光輻射率である。被膜の膜厚は、図２と同様の水準とした。図３から波長域３〜６μｍの輻射率は０．８以下であることが分かる。波長域６〜２０μｍの輻射率は、図２に比較してわずかに低い程度である。輻射の主要波長域とした３〜６μｍの輻射率に関して、明らかに差がある。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。
【００３６】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について説明する。この実施の形態は前記実施の形態１の金属酸化物粒子３および４を以下のものに置き換えたものである。すなわち、金属酸化物粒子３および４は、表面に赤外線吸収率が高い物質の層を有している。即ち、ＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３に比較して短波長域の赤外線吸収率が高い物質である鉄、マンガン、銅の複合酸化物の薄い層が被覆された２重構造となっている。表面層の厚さは粒子径の１０％程度でよいが、これに限定するものではない。
【００３７】
以上のように構成された赤外線輻射被膜については、前記実施の形態１と同様被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。さらに、金属酸化物粒子２は、前記実施の形態１と同様の理由で粒子径が細かいことが好ましい。
【００３８】
一方、この実施の形態２の特徴である金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４は、輻射の主要波長域よりも長波長域である６〜２０μｍの赤外線輻射率を高める。いずれの粒子も固有の吸収特性があることから吸収率の平準化のために１種ではなく２種の粒子を用いている。
【００３９】
この、金属酸化物粒子３および４が２重構造であることにより得られる作用は以下のようなことである。本実施例の形態２では、金属酸化物粒子３および４は、ＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３に比較して短波長域の赤外線吸収率が高い物質である鉄、マンガン、銅の複合酸化物の薄い層を被覆している。長波長域の赤外線は表面層を透過しＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３で吸収される。これに対して短波長域の赤外線は表面層の鉄、マンガン、銅の複合酸化物での吸収度合いが高まり、結果として赤外線吸収率を高めることになる。その結果としては前記実施の形態１とほぼ同様波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であった。
【００４０】
もちろんこの実施の形態２においても、被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成としてある。
【００４１】
以上のように、本実施の形態２では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有した構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。
【００４２】
（実施の形態３）
次に実施の形態３について説明する。この実施の形態は図４に示すように前記実施の形態１の構成に熱伝導性粒子５を加えたものである。この熱伝導性粒子５は、実施の形態１における被膜の固形分換算で１重量部とした。但し、いずれの配合量もこれに限定するものではない。
【００４３】
赤外線輻射被膜６は塗布、加熱硬化の後、平均膜厚は約５μｍであった。金属酸化物粒子２の平均粒子径は０．５μｍ以下、金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４の平均粒子径は１μｍ程度、熱伝導性粒子５の平均粒子径は約0.1μｍである。但し、いずれもこれに限定するものではない。
【００４４】
以上のように構成された赤外線輻射被膜については、前記実施の形態１と同様被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。
【００４５】
図５に本実施の形態３で得られた赤外線輻射被膜７の分光輻射率を熱伝導粒子５の有無の２種について示す。図２から波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であることが分かる。また、熱伝導粒子５の効果は、波長により異なるが輻射率にして概ね２〜５％程度の改善が図られている。
【００４６】
この改善効果は、熱伝導粒子５の配合量によって変化するため、効果の程度は２〜５％に限定されるものではない。
【００４７】
以上のように、本実施の形態では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子と１種以上の熱伝導性粒子とを有する構成の赤外線輻射被膜とすることにより、
被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用や熱伝導性粒子の加熱源から被膜への熱伝導作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、赤外線輻射率が高い被膜を提供するよって、調理機器や暖房機器など輻射型熱源を利用する機器や、輻射による放熱作用あるいは赤外線吸収作用を必要とする機器等の広範な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１，２における赤外線輻射被膜の模式的断面図
【図２】同赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図
【図３】従来の赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態３における赤外線輻射被膜の模式的断面図
【図５】同赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図
【符号の説明】
【００５０】
１ 耐熱性樹脂
２ 金属酸化物粒子
３ 金属酸化物粒子
４ 金属酸化物粒子
５ 基材
６ 赤外線輻射被膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射加熱型の熱源を有する調理器、暖房機器等に使用されるプレコート方式の赤外線輻射被膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の赤外線輻射被膜では、赤外線輻射率を高める構成と加工性を付与するための構成について、種々の発明がなされてきた（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１は、図示されていないが、遠赤外線輻射体を鋼板と鋼板上に形成した耐熱樹脂層より構成し、耐熱樹脂層が耐熱性樹脂とＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ２から選ばれた１種または２種以上の金属酸化物を主体としたセラミック粒子を含有するとしている。
【０００４】
特許文献２は、従来の加工性を有する塗膜を形成した耐熱鋼板を開示している。基材上に膜厚２〜１５μｍの塗膜が形成され、塗膜には鱗片状粉末を配合した構成となっている。特許文献１および特許文献２から加工性を有する赤外線輻射被膜が可能となる。
【特許文献１】特開２０００−１７１０４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２１３２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、実用レベルであると思われる膜厚５μｍ程度においける赤外線輻射率の波長依存性を実測してみると、輻射加熱型熱源からの輻射の主要な波長域となる概略３〜６μｍにおいて赤外線輻射率が高くないという課題を有していた。ここでいう主要な波長域とは、輻射型熱源の温度範囲が概ね２５０℃〜７００℃の間にあるとした場合、黒体に対して適用されるウィーンの変位則から算出される輻射エネルギーのピーク波長近傍を指している。例えば、箱型調理器の平面型ヒータにおいては、その表面温度は約４００℃〜５００℃にあるとすれば妥当であることから、輻射の主要な波長領域は、上記範囲にあるとして扱うことができる。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、輻射の主要波長域において高い輻射率を有するプレコート方式の赤外線輻射被膜を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために本発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有する構成としてある。ここで上記被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とするのが好ましい。ここでいう平均粒子径とは、粒度分布において存在比率の高い領域の粒子径をいう。
【０００８】
これによって、被膜内部には微小な金属酸化物粒子がランダムに分散され、粒子表面層での赤外線反射および吸収作用の反復により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【０００９】
また、被膜膜厚は概略１０μｍを上限とすることで、赤外線輻射率を高めると同時に加
工性付与を可能とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の赤外線輻射被膜は、輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となるので、熱エネルギーを被加熱体に効率的に与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有する構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【００１２】
第２の発明は、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とすることにより、赤外線輻射率を高めると同時に加工性付与を可能とする。
【００１３】
第３の発明は、平均粒子径が被膜膜厚の概略１／１０以下である金属酸化物粒子を、鉄、マンガン、銅の複合酸化物とすることにより、輻射の主要波長域の輻射率を高めると同時に熱安定性のある赤外線輻射被膜とすることが可能となる。
【００１４】
第４の発明は、特に、赤外線波長３〜６μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する構成とすることにより、加熱源のエネルギーを高率で輻射することが可能となる。
【００１５】
第５の発明は、特に、赤外線波長６〜２０μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する構成とすることにより、加熱源のエネルギーを高率で輻射することが可能となる。
【００１６】
第６の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有する構成とした赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【００１７】
第７の発明は、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子と１種以上の熱伝導性粒子とを有する構成とした赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。
【００１８】
第８の発明は、第１〜７の赤外線輻射被膜を調理機器に、第９の発明は、第１〜７の赤外線輻射被膜を暖房機器にそれぞれ用いたものである。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における赤外線輻射被膜の模式的断面図である。
図１において、耐熱性樹脂１と赤外線輻射材となる金属酸化物粒子２および金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４とが基材５に赤外線輻射被膜６を形成している。
【００２１】
耐熱性樹脂１はシリコーン系樹脂であるが、これに限定するものでなく、より詳しくは
被膜状態での耐熱性樹脂は、その加熱残渣である。
【００２２】
金属酸化物粒子２は、鉄、マンガン、銅の複合酸化物である。金属酸化物粒子３はＺｒＯ２、金属酸化物粒子４はＡｌ２Ｏ３である。金属酸化物粒子３あるいは４としては、他にＳｉＯ２など複数の酸化物が適しているが、これに限定するものではない。
【００２３】
ここで金属酸化物粒子３は表面に屈折率の高い物質の層を有している。即ち、ＺｒＯ２に比較して屈折率の高い物質であるＴｉＯ２の薄い層が被覆された２重構造となっている。ＴｉＯ２層の厚さは粒子径の１０％程度でよいが、これに限定するものではない。
【００２４】
各構成成分の配合量は、耐熱性樹脂の固形分１００重量部に対して金属酸化物粒子の全量が１２０重量部であり、金属酸化物粒子全量のうち、金属酸化物粒子２は８０重量部、金属酸化物粒子３と４は、各２０重量部とした。但し、配合量は、これに限定するものではない。
【００２５】
赤外線輻射被膜６は塗布、加熱硬化の後、平均膜厚は約７μｍであった。金属酸化物粒子２の平均粒子径は０．５μｍ以下、金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４の平均粒子径は１μｍ程度である。
【００２６】
以上のように構成された赤外線輻射被膜について、以下その動作、作用を説明する。
耐熱性樹脂１は、赤外線輻射被膜６と基材５との密着性を維持し、被膜内部にある各金属酸化物粒子を保持固定し、かつ赤外線輻射被膜６の膜構造を形成、維持する。
【００２７】
被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。これらのことは、キルヒホッフの法則に照らすと被膜の赤外線輻射率が高くなることと等価である。
【００２８】
さらに、金属酸化物粒子２は、粒子径が細かいことが好ましい。上記のように粒子表面層による散乱吸収であるため粒子数と赤外線吸収率とが正の相関を持つのであるが、被膜中に添加する金属酸化物粒子２の質量を一定量としたときの粒子数は、粒子径と負の相関を持つからである。
【００２９】
金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４は、輻射の主要波長域よりも長波長域である６〜２０μｍの赤外線輻射率を高める。いずれの粒子も固有の吸収特性があることから吸収率の平準化のために１種ではなく２種の粒子を用いている。
【００３０】
また、金属酸化物粒子３が２重構造であることにより得られる作用は以下のようなことである。本実施例の形態では、金属酸化物粒子３は、ＺｒＯ２に比較して屈折率の高い物質であるＴｉＯ２の薄い層を被覆している。金属酸化物粒子３のＺｒＯ２とＴｉＯ２の比較において、長波長域の赤外線はＴｉＯ２層を透過しＺｒＯ２で吸収される。これに対して短波長域の赤外線はＴｉＯ２層での反射度合いが高まり、金属酸化物粒子２と同様に、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。
【００３１】
また、粒子径が金属酸化物粒子２のそれよりも大きいが、これは被膜内での粒子間距離を近接化することを目的のひとつとしているためである。加工性に対しては緻密化することは好ましく無いが、輻射率向上に関しては粒子数が少なくなることを避けることが必要
である。
【００３２】
被膜への加工性の付与に関しては、一般的には膜厚が薄いほど加工性に対しては有利である。一方、赤外線輻射率を高めるためには膜厚が厚い方が好ましい。従って、両者の特性を並立させるには適正膜厚の選択が必要である。本実施の形態では、被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成としたことによって両者の特性を並立させることが可能となった。
【００３３】
加えて、本実施の形態に従来からの加工性の付与の手段を適用すれば、加工性の程度は更に高いレベルにすることが可能である。その方法は、既述した特許文献２に開示された内容に限定されるものではない。例えば、耐熱性樹脂の選択や被膜中に含有させる粒子の結合性の利用などがある。
【００３４】
図２に本実施の形態で得られた赤外線輻射被膜６の概略の分光輻射率を示す。図２から波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であることが分かる。一方、図３は従来実施された金属酸化物粒子２の平均粒子径が３μｍ程度であるときの概略の分光輻射率である。被膜の膜厚は、図２と同様の水準とした。図３から波長域３〜６μｍの輻射率は０．８以下であることが分かる。波長域６〜２０μｍの輻射率は、図２に比較してわずかに低い程度である。輻射の主要波長域とした３〜６μｍの輻射率に関して、明らかに差がある。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有し、被膜膜厚が概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。
【００３６】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について説明する。この実施の形態は前記実施の形態１の金属酸化物粒子３および４を以下のものに置き換えたものである。すなわち、金属酸化物粒子３および４は、表面に赤外線吸収率が高い物質の層を有している。即ち、ＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３に比較して短波長域の赤外線吸収率が高い物質である鉄、マンガン、銅の複合酸化物の薄い層が被覆された２重構造となっている。表面層の厚さは粒子径の１０％程度でよいが、これに限定するものではない。
【００３７】
以上のように構成された赤外線輻射被膜については、前記実施の形態１と同様被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。さらに、金属酸化物粒子２は、前記実施の形態１と同様の理由で粒子径が細かいことが好ましい。
【００３８】
一方、この実施の形態２の特徴である金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４は、輻射の主要波長域よりも長波長域である６〜２０μｍの赤外線輻射率を高める。いずれの粒子も固有の吸収特性があることから吸収率の平準化のために１種ではなく２種の粒子を用いている。
【００３９】
この、金属酸化物粒子３および４が２重構造であることにより得られる作用は以下のようなことである。本実施例の形態２では、金属酸化物粒子３および４は、ＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３に比較して短波長域の赤外線吸収率が高い物質である鉄、マンガン、銅の複合酸化物の薄い層を被覆している。長波長域の赤外線は表面層を透過しＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３で吸収される。これに対して短波長域の赤外線は表面層の鉄、マンガン、銅の複合酸化物での吸収度合いが高まり、結果として赤外線吸収率を高めることになる。その結果としては前記実施の形態１とほぼ同様波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であった。
【００４０】
もちろんこの実施の形態２においても、被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成としてある。
【００４１】
以上のように、本実施の形態２では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有した構成の赤外線輻射被膜とすることにより、被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。
【００４２】
（実施の形態３）
次に実施の形態３について説明する。この実施の形態は図４に示すように前記実施の形態１の構成に熱伝導性粒子５を加えたものである。この熱伝導性粒子５は、実施の形態１における被膜の固形分換算で１重量部とした。但し、いずれの配合量もこれに限定するものではない。
【００４３】
赤外線輻射被膜６は塗布、加熱硬化の後、平均膜厚は約５μｍであった。金属酸化物粒子２の平均粒子径は０．５μｍ以下、金属酸化物粒子３および金属酸化物粒子４の平均粒子径は１μｍ程度、熱伝導性粒子５の平均粒子径は約0.1μｍである。但し、いずれもこれに限定するものではない。
【００４４】
以上のように構成された赤外線輻射被膜については、前記実施の形態１と同様被膜内部に分散された金属酸化物粒子２は、可視光および近赤外領域での吸収率が大であり、このことは輻射の主要波長域である３〜６μｍにおける輻射率が高くなることに対して有効に作用する。さらに、金属酸化物粒子２は、その表面層で赤外線の散乱吸収を起こすが、被膜中に多数存在するため、結果として赤外線吸収率を高めることになる。
【００４５】
図５に本実施の形態３で得られた赤外線輻射被膜７の分光輻射率を熱伝導粒子５の有無の２種について示す。図２から波長域３〜６μｍの輻射率が概ね０．８以上であり、また波長域６〜２０μｍにおいても輻射率が概ね０．８以上であることが分かる。また、熱伝導粒子５の効果は、波長により異なるが輻射率にして概ね２〜５％程度の改善が図られている。
【００４６】
この改善効果は、熱伝導粒子５の配合量によって変化するため、効果の程度は２〜５％に限定されるものではない。
【００４７】
以上のように、本実施の形態では、耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子と１種以上の熱伝導性粒子とを有する構成の赤外線輻射被膜とすることにより、
被膜内部での金属酸化物粒子の赤外線反射および吸収作用や熱伝導性粒子の加熱源から被膜への熱伝導作用により輻射の主要波長域の輻射率を高めることが可能となる。これによって、輻射による被加熱物への高効率の熱伝達が可能となり、調理機器や暖房機器などの熱源に応用することで優れた実用上の効果を奏するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、赤外線輻射率が高い被膜を提供するよって、調理機器や暖房機器など輻射型熱源を利用する機器や、輻射による放熱作用あるいは赤外線吸収作用を必要とする機器等の広範な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１，２における赤外線輻射被膜の模式的断面図
【図２】同赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図
【図３】従来の赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態３における赤外線輻射被膜の模式的断面図
【図５】同赤外線輻射被膜の分光輻射率を示す説明図
【符号の説明】
【００５０】
１ 耐熱性樹脂
２ 金属酸化物粒子
３ 金属酸化物粒子
４ 金属酸化物粒子
５ 基材
６ 赤外線輻射被膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有する赤外線輻射皮膜。
【請求項２】
被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成とした請求項１記載の赤外線輻射被膜。
【請求項３】
平均粒子径が被膜膜厚の概略１／１０以下である金属酸化物粒子が、鉄、マンガン、銅の複合酸化物である請求項１または２に記載の赤外線輻射被膜。
【請求項４】
赤外線波長３〜６μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の赤外線輻射被膜。
【請求項５】
赤外線波長６〜２０μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する請求項１〜４のいずれか１項記載の赤外線輻射被膜。
【請求項６】
耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有する構成とした赤外線輻射被膜。
【請求項７】
耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子と１種以上の熱伝導性粒子とを有する構成とした赤外線輻射被膜。
【請求項８】
請求項１〜５いずれか１項記載の赤外線輻射被膜を赤外線発生用に用いた調理機器。
【請求項９】
請求項１〜５いずれか１項記載の赤外線輻射被膜を赤外線発生用に用いた暖房機器。
【請求項１】
耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して屈折率の高い物質で形成された表面層を有する赤外線輻射皮膜。
【請求項２】
被膜膜厚は概略１０μｍを上限として、少なくとも１種の金属酸化物粒子の平均粒子径が被膜膜厚に比較して概略１／１０以下となるような構成とした請求項１記載の赤外線輻射被膜。
【請求項３】
平均粒子径が被膜膜厚の概略１／１０以下である金属酸化物粒子が、鉄、マンガン、銅の複合酸化物である請求項１または２に記載の赤外線輻射被膜。
【請求項４】
赤外線波長３〜６μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の赤外線輻射被膜。
【請求項５】
赤外線波長６〜２０μｍにおいて輻射率が０．８以上を有する請求項１〜４のいずれか１項記載の赤外線輻射被膜。
【請求項６】
耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子とを有する被膜で、１種もしくはそれ以上の金属酸化物粒子が粒子を形成する金属酸化物に比較して赤外線吸収率が高い物質で形成された表面層を有する構成とした赤外線輻射被膜。
【請求項７】
耐熱性樹脂と赤外線輻射材となる２種以上の金属酸化物粒子と１種以上の熱伝導性粒子とを有する構成とした赤外線輻射被膜。
【請求項８】
請求項１〜５いずれか１項記載の赤外線輻射被膜を赤外線発生用に用いた調理機器。
【請求項９】
請求項１〜５いずれか１項記載の赤外線輻射被膜を赤外線発生用に用いた暖房機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１０４９７３（Ｐ２００９−１０４９７３Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７３１４（Ｐ２００７−２７７３１４）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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