JPH036420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱輻射加熱源として、主として、調
理分野に適用するための赤外線輻射体に関するも
のである。また、暖房などにも利用可能である。

従来例の構成とその問題点 一般にグリルなどの輻射加熱調理器では、要求
させる性質は下記の点である。

(1) 食品の内部まで早く熱が通り、早く仕上るこ
と。

(2) 食品の表面がほどよくこげること。

がポイントである。

電気、ガスを熱源として、金属などの基体を加
熱して、輻射体とする場合、その輻射率が小さい
ため、その表面に被覆を形成して、輻射特性を改
善する方法が用いられる。

その際に、熱（即ち赤外線）輻射体として、ど
のような波長特性のものが、前記の火通りと焦げ
の観点から望ましいかという点については、不明
な点が多い。これは、食品の赤外線に対する、反
射・透過・吸収特性がよく分つていないためであ
る。

近年、遠赤外線の輻射熱源としての利用が言わ
れ始めている。たとえば、波長が５〜6μｍ以下
では、放射率が40％以下で、8μｍ以上では70％
以上と大きい遠赤外線放射体などが、熱効率が良
く、被加熱物の色によるむらがなく、物体の内部
まで均一に加熱しうることなどの特徴があること
が主張されている。ほとんどの有機物質は前記の
遠赤外線領域に吸収帯を持つている。光と物質と
の相互作用に関して、吸収係数と、光の浸透する
平均的深さ（即ち、光子の平均自由行路）との関
係は反比例することが知られている。即ち吸収係
数が大きければ、光の浸透深さは浅くなる。可視
光でも、吸収係数の小さな透明物質の場合、光は
よく浸透到達し、吸収係数の大きな不透明物質と
なると浸透深さが浅くなることは、誰もが知つて
いる。先に挙げた遠赤外線の特徴のうち、同じ被
加熱物を対象とした場合、良く吸収し熱効率が良
いことと、物体の内部まで均一に加熱しうる（即
ち、内部まで早く熱が浸透する）こととは、相反
することである。即ち、遠赤外線領域に強い吸収
帯をもつている有機物質については、光が良く吸
収されることと、中まで良く入ることとは、矛盾
していることである。

したがつて、前記遠赤外線輻射体を調理分野に
適用すると、遠赤外線によつて、表面近傍は良く
加熱されるが、余り中には火は通らないことにな
る。これでは、表面が焦げるばかりで、早く調理
することは難しい。そのためには、食品の赤外線
に対する吸収・透過特性を良く評価する必要があ
る。そこで、我々は、食品の主成分である水の吸
収係数を評価した結果、3μｍ以下で吸収係数が
小さくなること、また、10μｍ以上でも吸収係数
がやや小さいことをうまく利用する考えに到つ
た。

そのために、赤外線輻射の波長選択性をうまく
コントロールすることが大切である。この様な考
え方は従来にない。

このための条件として、 (1) 800℃〜950℃の温度に耐え、耐熱性が優れて
いること。

(2) 加熱時の即熱性に優れていること。

(3) 金属などより成る基体と、その上に形成の放
射材との密着が高く、特に冷熱サイクル下の使
用において、剥離や割れ等を生じないこと。

(4) 機械的な衝撃に強いこと。

(5) 製造が容易で安価なこと。

一方、従来の赤外線放射体には、赤外線ランプ
発熱線をセラミツク放射物質に埋込んだいわゆる
埋込ヒータ、および金属から成る熱放射体表面に
セラミツク放射物質を溶射法によりコーテイング
した溶射ヒータなどがある。

しかし、赤外線ランプは、加熱時の即熱性には
優れているが、5μｍ以上の長波長の赤外線、即
ち遠赤外線が放射されないため効率が悪いばかり
でなく、機械的衝撃に弱く、寿命が短い欠点があ
つた。

また埋込ヒータは、500℃以上の温度で使用す
ると放射層にクラツクが発生する他に、速熱性が
劣り機械的衝撃に対して弱くかつ、製造法が複雑
で高価になる欠点があつた。

溶射ヒータは、金属の基板とセラミツク放射材
料との密着は単に機械的結合のため、前処理法や
溶射条件を厳密に管理しないと、セラミツク層が
剥離したり、クラツクを生じたり、冷熱サイクル
に劣るという欠点に加えて、コストが高い難点が
あつた。

発明の目的 本発明は、以上の従来の欠点を除去するために
なされたもので、800〜950℃において、食品のス
ピード加熱に最適の波長特性の赤外線を放射し、
冷熱使用に対しても剥離やクラツクがなく、機械
的衝撃に強く、さらに安価で生産性に優れた赤外
線放射体を提供するものである。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明は、ポリボ
ロシロキサン樹脂の硬化体に対して、重量比に
て、15％以下のCo・Al酸化物および30％以下の
TiO₂、および100％以上のZrO₂もしくはZrSiO₄
を主成分とする化合物を含む硬化体を形成するこ
とにより、赤外線放射率がほぼ3μｍ以下では80
％以上、３〜6μｍ付近で50％以下で、8μｍ以上
では80％以上となる輻射特性を有する赤外線放射
体が得られる。

実施例の説明 第１図に、本発明の放射体の断面の概念図を示
す。金属などからなる基体１の上に、放射体被膜
２が形成されている。放射体２はバインダーとし
てのポリボロシロキサン樹脂の硬化体３と、少な
くとも３種類の放射材料４，５，６から成る。

ガス燃焼器に組込む場合には、セラミツクから
成るハニカム構造の表面燃燃焼バーナ（いわゆる
「シユバンク」式バーナ）に直接放射体を塗布し
て形成しても良いし、金網、ラス網、パンチング
メタルの表面に放射体を塗布したものを別に設け
られたバーナにより加熱する方法を用いても良
い。

第２図に、電気ヒータの系に適用した実施例を
示す。第２図において、鉄、アルミあるいはステ
ンレスなどのパイプの基体１の中に、両端に電極
ターミナル３を有する線状発熱体４を押通し、
MgOなどの耐熱性充填剤５を充填し、両端を気
密材６でシールした構造を有するヒータにおい
て、基体１の表面に、本発明の放射体層２を形成
している。

第１図、第２図の放射体２は、ポリボロシロキ
サン樹脂の硬化体を結合剤として用い、赤外線放
射体が3μｍ以下では80％以上、３〜6μｍ付近で
50％以下で、8μｍ以上では80％となる輻射特性
を有する。

ポリボロシロキサン樹脂は、例えば のような構造のポリマーを主成分とするものであ
る。このバインダーは、“セミ無機ポリマー”と
しての特性を有し、室温状態では、有機高分子と
同様の性状で、塗料化などの操作性の面で優れて
いる。加熱すると、その有機物は分解して、Si、
Ｂ、Ｏを骨格としてセラミツク化する。完全なセ
ラミツク化は600℃にて行なわれる。

放射層の膜厚は、５〜30μｍと薄いため放射層
の熱抵抗が小さく、速熱性に優れている。

ポリボロシロキサン樹脂をベースとして有機塗
料と同様の通常の塗装法により被覆を形成するた
め、基体表面の前処理は、通常の脱脂のみでよく
複雑な前処理を必要としない。またスプレー法な
どの方法にて容易に被覆形成できるため、生産性
に優れている。

放射層は、５〜30μｍと薄膜であるにも拘ら
ず、赤外線放射率が、ほぼ3μｍ以下では80％以
上、３〜6μｍでは50％以下、8μｍ以上では80％
以上となる輻射特性を示す。

このような輻射特性にする理由は、食品に対す
る赤外線の光学的特性の配慮に基づく。食品は、
でん粉、炭水化物、蛋白質、脂肪などから構成さ
れ複雑であるが、相当量の水分を含み、その赤外
線に対する光学的性質は類似している。

可視光に対しては、食品の色による独自の反射
特性を有する。1μｍ〜3μｍまでの近赤外線に対
しては、短波長側の反射があるものの、優れた透
過性を示す。即ち、この波長の光は、食品の内部
で、良く浸透する。3μｍ〜6μｍの光は、良く食
品に吸収される。但し、この光はエネルギーが強
いため、やや表面が焦げ過ぎる。6μｍ〜10μｍの
光を同様によく食品に吸収されるが、3μｍ〜6μ
ｍと比較するとエネルギーが弱いため、ほど良く
焦げる。

10μｍ以上の光は、比較的食品の内部まで浸透
するが、1μｍ〜3μｍの近赤外線ほど浸透力があ
る訳ではない。この様な食品の性質から、ほぼ
3μｍ以下では80％以上、３〜6μｍでは50％以下、
8μｍ以上では80％以上となる輻射特性の輻射体
を食品の輻射加熱に用いると、内部まで早く熱が
浸透して調理が早くできると共に、表面がほど良
く焦げて良い加熱調理ができる。

本発明の放射体は、膜厚が30μｍを越えると
850℃から水中投入するヒートシヨツクを受けた
とき、放射層が割れる。

本発明の放射体の温度は、少なくとも800℃以
上、950℃程度までに設定することが必要である。

放射層の形成は、ボールミル等にて、放射材料
を溶剤とともにポリボロシロキサン樹脂バインダ
ー中に分散させ塗料化の後、スプレーにて基体上
に塗料を塗布後350℃、30分、750℃、30分の焼成
で得られる。

放射体は、硬度6Hの硬いセラミツク質の被膜
で、約1000℃までの優れた耐熱性と、非常に優秀
な素地との密着性を有している。特に850degの
厳しい冷熱サイクル下でも良好な密着性をもつて
いる。

以下、具体例を示す。

ポリボロシロキサン樹脂系バインダーとして、
昭和電線電纜(株)の無機ポリマー「SMP−32」を
用いた。このバインダーは、600℃でセラミツク
化して安定化するが、その間の熱分解により、初
期の2/3の重量が失われ、残渣は1/3となる。

8μｍ以上の輻射率を高める目的で、約7μｍ付
近で吸収係数がふたけた増大する特性を有する
ZrO₂、もしくはZrSiO₄化合物を用いる。これ等
のジルコニア系化合物の添加により、これ等の化
合物は7μｍ以下では、透明で、8μｍ以上では、
不透明な性質を有する。これ等のジルコニア系化
合物を単独で用いる場合には、これ等の化合物の
屈折率が2.2と高いため、15％程度の表面反射が
あり、輻射率は85％が上限となつてしまうのに対
して、ポリボロシロキサン樹脂バインダーに分散
させて用いる場合には、ボロシロキサン樹脂の屈
折率が1.5程度であるため、表面反射は４％程度
となり高輻射体が得られる。8μｍ以上の波長域
では、輻射性質は、鏡面反射により支配され、表
面反射が輻射特性を関係する。

次に3μｍ以下の近赤外線域での輻射率を高く
するため、赤外線波長域で比較的透明で、屈折率
が高い材料を添加する。TiO₂は、屈折率が2.8と
高く、当条件を満足する。当TiO₂の粒径を0.5〜
1μｍの範囲とすれば、3μｍ以下の近赤外域の散
乱が増大する。3μｍ以下の散乱が増えても、吸
収がなければ、輻射は増えない。近赤外域に吸収
をもつ材料の例として、Co・Al酸化物を用いる。
これ等は、スピネル構造の青色化合物で、１〜
2μｍの近赤外線領域に吸収をもつている。これ
等の化合物の粒径は、0.1〜1.5μｍの範囲が望ま
しい。これ等の３者の材料の配合比が波長選択の
点から重要である。

Co・Al酸化物は、ポリボロシロキサン樹脂の
硬化体に対して、15wt％以下で用いるのが望ま
しい。

これ以上となると、３〜6μｍの輻射率が増大
する。TiO₂は、同様に30wt％以下が望ましい。
これ以上となると、３〜6μｍの輻射率が増大す
るに加えて、8μｍ以上の輻射率が低下するため
である。

ZrO₂もしくはZrSiO₄を主成分とする化合物は、
同様に100％以上が望ましい。300％を越えると強
度が弱くなる。

SMP−32を100重量部、ZrO₂を50重量部、
TiO₂を５重量部、CO・Al・Oxを2.5重量部、溶
剤としてトルエンを150重量部にて塗料を調合し、
約15μｍの膜厚にて、ステンレス板〔SUS 430〕
上に塗布して、350℃、30分、750℃、30分焼成し
被膜を得た。

当試料の750℃における分光輻射特性を第３図
に示す。第３図において、７は従来のステンレス
板の場合、８は前記の放射体の場合の特性であ
る。

次に前記塗料を、ステンレスパイプから成るヒ
ータ（100V、600W、長さ480mm、直径12mm）の
表面に15μｍの膜厚にて塗布焼成した、当放射体
を用いて、約10cm角、厚さ２cmのマグロの肉片を
５cmの高さから加熱して、SUSの場合と、肉の
加熱状況を比較した。ヒータの直下部分で、熱の
浸透速度は、ステンレスの場合、10分で５mmであ
るのに対して、同じ時間で11mmと倍以上の浸透性
を示し、表面にもほど良い焦げが得られたことか
ら、短時間の調理性に優れていることが実証され
た。

発明の効果 以上のように本発明の赤外線放射体によれば、 (1) 独特の赤外線輻射選択性を有し、食品の短時
間加熱性に優れている。

(2) ５〜30μｍと薄膜のため、即熱性に優れ、
1000℃までに耐え得る。

(3) 基体との密着性が高く、特に耐冷熱サイクル
性が優れている。

(4) 硬度が6Hと硬く、機械的衝撃に強い。

(5) スプレー法にて塗布できるため、生産性に優
れ、複雑な前処理も必要とせず安価である。

などの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による放射体の断面
図、第２図は本発明の一実施例によるシーズヒー
タのパイプ表面に放射体を形成させた装置の一部
断面図、第３図は本発明の一実施例の放射体の赤
外線分光輻射特性図である。 ２……放射体、３……ポリボロシロキサン樹脂
の硬化体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポリボロシラン樹脂の硬化体に対して、重量
   比にて、15％以下のCo・Al酸化物および30％以
   下のTiO₂、および100％以上のZrO₂もしくは
   ZrSiO₄を主成分とする化合物を含む赤外線放射
   体。