JPS6014830B2 - 赤外線輻射体 - Google Patents

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韓射体、特に、ガステーブル
グリル、ガスオーブン、電気オーブン、電気トースター
などの調理器具用韓射体に関するものである。 赤外線は波長が０．３〜０．８仏肌の可視光線に比較し
て、被加熱体によく吸収されて、被加熱体の分子運動を
活発化せしめて、発熱させる効果が大であるので、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。 熱エネルギーの伝播には伝導、対流、頚射の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、園型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、あるし、はオ
−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３ムの以上の遠赤外線波
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を行うので、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はステフアン・
ボルッマンの法則Ｅ＝ご 。 ＴＹ

【１１ただ
しｚ：放射率、。：定数、Ｔ：温度（〇Ｋ）で表わされ
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、赤外城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ー式においてど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た。従釆、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、鍵射体として用い
られていた。 ‘ａー 高温焼成して磁器化したセラミックス糠結体を
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）のセラミックス焼縞体を用いる方法、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いる、
これはセラミックス暁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が、このセラミックス暁鯖体は
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、またセラミックス暁結体の厚さおよび
その重量が大きいので、熱容量が大きくなり、加熱初期
の途熱性に劣ること、およびセラミックス嬢縞体の断熱
性質により、セラミックス暁絹体表面の温度が低くなり
、ｍ式の放射エネルギーが小さくなる。 すなわち糠結体加熱エネルギーのわりには、放射エネル
ギーが小さいという欠点があつた。【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サ
イクルや耐熱性に劣るため、長時間使用を考えた場合、
実用に供しない欠点があった。 ‘ｃゆ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
ック鼠射体層を形成する方法である。 溶射法によるセラミック鰭射体の特徴として、膜厚が数
十仏〜数百〆でよく、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縞体方式に比
べ高くなる。第２図に溶射式、セラミック擬結体式の同
一発熱量における放射エネルギーと波長の関係を示す。
すなわち、同一発熱量において、表面温度の大きな溶射
式の鰭射体の放射エネルギーが‘１’式に従って大きく
なる。 溶射法による鰻射体はこのような優れた特徴を持ちなが
ら、未だ調理器用蟻射体として実用化されていない。 特に使用環境の過酷なガス用頚射体について以下に詳述
する。その理由は実使用において、■が３５０〜８００
℃の高温熱サイクルを受け、酸化腐食を受ける。 ＠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。■燃料の不完全燃焼により、鰭射体表面に炭
素質残笹が被覆され、結果として、浸炭腐食が促進され
る。宮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。＠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
。第３図ａに示す如く、溶射層は素材面１に高温の粒子
２を積層して、被膜を形成している関係上、本質的には
多孔質である。 この多孔性のために、素材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、遂には頚射体としての効果を失うと
いう欠点を有していた。また第３図ｂの如く、溶射層の
多孔部を封孔剤３で自づめして、前述した腐食環境から
保護しようという試みも行われているが未だ不十分であ
る。 すなわち本発明は以上の種々の問題点を解決し、耐熱性
、耐食性に優れ、寿命の長い、高性能な赤外線鍵射体を
提供することにある。 以下に本発明の詳細を説明する。 凶 本発明の構成 本発明の頚射体の構成を第３図ｃに示す。 すなわち金属素材表面１に凹凸を有したホゥロウ層３を
形成した後、赤外線放射材料を溶射形成する。前述した
ように溶射層は多孔質であるために、第３図ａのような
構成では、炭素のような浸炭腐食怪物質、またはＳ０２
のような腐食性ガス、あるいはＮａＣＩのような腐食性
液が、溶射層の気孔を通過し、素材金属を腐食させ、そ
の結果漆射層の剥離が現われる。 本発明（図３ｃ）の構成では溶射層の下地にホーロー層
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
射層の剥離は起らない。また第３図ｂのように、溶射層
を形成した後、封孔部にホウロウスリップを含浸させ、
競き付ける方法も考えられ、耐食性には効果的であるが
、赤外放射の観点から問題がある。 その理由はガラス形成陽イオンと酸素イオンの結合の相
互振動エネルギーの遷移にもとづく赤外波長の吸収がお
こる。たとえば石英ガラスでは、９、１３、２１仏に吸
収があり、Ｎａを含むときはこれ以外に１１仏に吸収が
生ずる。ホウ酸ガラスでは６．５一、１３ｒに吸収があ
り、アルカリが添加されると７〆付近の吸収が大きくな
る。またリン酸塩ガラスでは７．８、９、１０、１１．
５、１３、２０山に吸収がある。すなわち第３図ｂのよ
うな構成では、赤外線材料より放射した赤外線を６〜２
０仏の波長城をフィルター効果によりカットし、第１図
に示したような調理物に有効な赤外波長城が得られず、
エネルギーロス、あるいは調理性能に影響を及ぼし、効
果的ではない。 本発明の鏡射体においては赤外線放射材料は表面に露出
しており、赤外線放射材料より放出される赤外線は調理
物に有効に利用される。 ‘Ｂ｝ 縞射体を構成する基材本発明の鐘射体を構成す
る基材はアルミニウム、アルミニウムダィキャスト、鋳
物、アルミナィズド鋼、低炭素鋼、ホウロウ用鋼板、ニ
ッケルークロム鋼、ニッケルクロムーアルミ鋼あるいは
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。‘Ｃ’素材の形状 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、パンチングメ
タル状およびコイル状も使用可能である。 ‘功 素材のホウロウ加工 第４図に本発明の代表的なホゥロウ加工工程図を示す。 ■ 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。第４図から明らかなように素材に通した
前処理をする必要がある。＠ホウロウフリツト 素材の種類が決定されれば、素材の熱側髪眼率、融点、
変態温度等を堪案し、素材に適した物理的性質（熱膨は
眼率、軟化温度等）およびホウロウ焼成温度を有するフ
リツト組成を選ぶ必要がある。 第１表に本発明の代表的な素材およびそのフリツトの熱
風彰脹率を示す。 第１表 すなわち素材とホウロゥ層の熱膨脹率の違いによる、ホ
ーロ一面の剥離を防止するために、素材に通した熱膨脹
率を有するフリットを選択する必要がある。 Ｑ ホウロウスリップの調整工程 フリツトの種類が決定されれば、フリツトのほかにミル
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、ポールミル等を用いて、泥状物（スリ
ップ）にする。 ＠ 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
レー法あるいはデイップ法であるが、ハケ塗り法、バー
コ−ト法でも可能である。 乾燥工程は風乾もしくは５０〜１５０℃の乾燥炉を用い
て、塗布面を乾燥させる。 次いで焼成を行う。 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
な投錨効果が王であるため、ブラスティング等の表面拡
大化処理により、金属素材面の粕面化を行う必要がある
。 通常金属素材にセラミックを溶射する場合「密着強度を
考慮して、素材面の粗さはタリサ−フ表面粗さ計での表
面中心線平均組さＲａで４払の以上必要である。 それに対し「本発明のホウロウ面にセラミツク溶射する
場合、ホウロウ面の粗さは中心線平均粗さＲａで１ム以
上あればよい。 その理由は、投錨効果のほかに、高温のセラミック熔融
粒子がぶつかることにより、局部的にホゥロウ面が加熱
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。以上の結果を第２表に示す。 密着強度の評価はガムテープ剥離試験で行った。ここで
○印は溶射層の剥離がまったく見られない状態、△印は
一部剥離が見られる状態、×印は完全に剥離した状態を
示す。第 ２ 表 したがって本発明のホウロウ面の表面粗度は１．０Ａ以
上が有効である。 価 ホウロゥ面の表面組度の具現化 ホウロゥ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。 ■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）■化学的方法（エッチング処理等） ■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、焼成温度および時間等
のコントロール）以上の方法はいずれの場合も、本本発
明に有効である。 に）溶射方法熔射方法としてはアーク溶射、炎溶射等が
あるが、本発明の目的を果すためにはプラズマ溶射が好
ましく、その理由はホウロウ素材と溶射粉末との結合は
化学結合的に密着し、強い結合層でなければ、熱サイク
ル使用の条件、使用環境条件が厳しいので、プラズマ溶
射以外では結合力が弱い。 またプラズマ溶射時のプラズマ条件はアルゴンガス、ア
ルゴン一水素またはアルゴン−ヘリウムガス系が好まし
く、特にアルゴンーヘリゥムガス系が良好な結果が得ら
れ、また溶射条件は二次側出力条件が直流３０Ｖ以上、
電流６００Ａ以上の条件が好ましい。この条件は特に寿
命の観点から判断し、 ３０Ｖ、６００Ａ以下でもプラズマ溶射は可能であるが
、この条件下では熱サイクル使用調理環境条件の下で、
溶射層の寿命が短かくなる。 畑）赤外線放射材料 本発明に用いられる赤外線放射性を有する熔射材料とし
ては、例えば幻２０３、Ｔｉ０２、Ｓｉ０２、Ｚｒ０２
、Ｍｇ○、Ｃａ○、Ｃｒ２０３、Ｎｉ○、Ｃｏｏなどの
群から選ばれる金属酸化物およびＮ２０３、Ｔｉ０２、
２Ｎ２０３、＄ｉ０２、Ｚの２、Ｃａ０などの混合酸化
物あるいはＭｇＡ１２０４、Ｍ解の３、ＣａＺｒ０３な
どの複合酸化物、またはＳＩＣ「ＴＩＣ、Ｃｒ３Ｃ２、
ＺｒＣなどの炭化物およびＢＮ、ＴＩＮ、ＳＩＮ、Ｃ州
などの窒化物および黒鉛およびニッケルコーテッド黒鉛
が本発明に有効である。 次に実施例を挙げて説明する。 〔具体的な実施例〕 ６０×１８仇舷の平板素材上に代表的なホゥロウ層を施
工し、耐熱性、および大きな放射率を有する溶射被覆を
行ない、セラミック被覆頚射体を作製し、種々の観点か
ら評価を行ない、その結果を第３表に示した。 第 ３ 表（１） 第 ３ 表■ Ａ欄は素材の材質およびホー。 一層の種類を、Ｂ欄は素材表面の表面中心線平均粗さＲ
ａおよび、表面拡大化処理の種類を、Ｃ欄は溶射層を構
成する粉末材料を、Ｄ欄は構成法を、Ｅ欄はガステープ
ルグリルの実用試験における溶射層の剥離性を、Ｆ欄は
ガステーブルグリルでのサバ２匹の暁上り時間を示した
。具体例Ｎｏ．２およびＮＯ．４〜Ｎｏ．１０は第４図
に示す如く、素材種類に通した前処理を行った後、素材
に適した市販のホウロウスリップを用い、スプレーガン
で塗布後、乾燥、焼成を行った。（競成温度はステンレ
スホウロウ＝９８０℃、鉄ホウロウ＝８２０〜８６０午
０、アルミナイズド鋼ホウロウ＝６００〜６８０ｑｏ）
また、ＮＯ．３はプラズマ溶射にて、セラミックスを被
覆した後、セラミック溶射層の封孔部にホウロウスリツ
プを含浸させＮｏ．２と同一の条件で乾燥、焼成を行っ
た。 （第３図ｂの構成）Ｎｏ．４〜Ｎｏ．ふＮｏ．７〜Ｎｏ
．１０はプラズマ溶射の下地処理として、ホウロウ面を
充分アセトンにて脱脂洗浄を施した後、６０メッシュの
アルミナに研削材で表面のサンドブラスト処理を行ない
、充分表面の拡大化処理を行った。 またＮＯ．６は市販のホゥロウスリップにケィ石粉を１
岐部添加して、焼成後、ホウロウ面に凹凸をもうけた。
その時のホウロウ面の表面中心線平均粗さＲａをタリサ
ーフ粗度計を用いて測定した。その後溶射を行った。溶
射条件は出力８雌Ｗのプラズマ溶射装置を用い、粉末の
種類によって異なるが、電圧として２０〜１００Ｖ印加
し、電流として４００〜１００船を流して、アルゴンー
ヘリウムガスからなるプラズマ条件で溶射被覆処理を行
った。綾射届の厚みは５０〜１００叫こなるよう溶射を
行った。すなわち具体例１は従来の金属素材に溶射層を
形成した試料、具体例２は金属素材にホウロウ層のみを
形成した試料、具体例３は溶射層の封孔処理として、ホ
ゥロウ層を形成した試料、具体例４はホウロウ層を形成
した後、凹凸の少ないホーロー面上に溶射した試料、具
体例５〜１０は本発明の表面粗度の大なるホウロウ層の
上に溶射層を形成した試料を示す。 前述の各試料の鰭射体をガステーブルグリルに取り付け
、Ｅ欄に示す、実用試験における溶射層の剥離性評価を
行った。 ここで、ヒートサイクル性試験は２仇舷間燃焼、１５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２仇ｈｉｎ間燃焼、消火後、鰭射体を３
％ＮａＣＩ溶液中に浸潰し、さらに燃焼させる作業を１
サイクルとし、５０サイクル繰り返した後の溶射層の剥
離状態真を観察した。浸炭腐食試験は赤火燃焼のような
不完全燃焼を３の片、定常燃焼を３０分繰り返し、その
作業を１サイクルとし、合計５００サイクル後の溶射層
の剥離状態を観察した。 硫化腐食試験は都市ガス中にＳ０２を約０．１％混合し
、２０皿て連続燃焼した後の溶射層の剥離状態を観察し
たｏＦ欄は４００〜５００夕／匹の塩サバを２匹焼いた
時の焼き上がり時間の測定を行った。 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。すなわち第３表から明らかな
ように、実施例１の従来の金属素材に溶射形成した頬射
体は溶射層の空孔部を腐食液が容易に通過し、素材を腐
食させ、溶射層の剥離が発生することを示す。 実施例２〜３のホウロゥ層のみおよび溶射形成後ホウロ
ウ層を形成した鏡射体は、耐食性は優れているが、前述
したフィルター効果により、調理性能が著しく劣化する
ことを示す。 実施例４は凹凸の少ないホウロウ層に溶射層を形成した
額射体はヒートサイクル性に問題があることを示す。 すなわち実施例５〜１０に示すように、表面粗さがＲａ
でＩＡ以上を有するホウロウ基板上に赤外線放射セラミ
ックスを溶射形成した本発明韓射体はヒートサイクル性
、および耐食性に優れ、なおかつ調理性能も劣化するこ
とがないことが判明した。 ここではガステープルグリルについて述べてきたが、電
気オーブン等の電気で加熱する鯛射体についても応用可
能である。 以上詳述の如く、本発明の鍵射体は赤外線放射効率、腐
食寿命、安定性等の観点から著しい改善が認められるす
ぐれた発明である。

【図面の簡単な説明】 第１図は調理物構成成分の波長−吸収率の関係を示す図
、第２図はセラミック院結体方式および溶射方式頚射体
の波長−相対エネルギー強度の関係を示す図、第３図ａ
，ｂ，ｃは溶射層の断面図、第４図は本発明の一実施例
における赤外線韓射体のホウロゥ加工工程図である。 １・・・・・・表板面、２・・・・・・粒子、３・・・
・・・封孔剤。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホウロウ加工基板上に赤外線放射線材料の溶射層を
   形成したことを特徴とする赤外線輻射体。 ２ 前記基板の前記溶射層形成面が凹凸を有する特許請
   求の範囲第１項記載の赤外線輻射体。 ３ 前記凹凸面の表面粗度が表面中心線平均粗さＲａで
   １μ以上である特許請求の範囲第２項記載の赤外線輻射
   体。