(57)【要約】      （修正有）【課題】撥水性を付与しつつ、熱伝導性を高めることができる被加熱部材、及び被加熱部材を用いた加熱装置の提供。【解決手段】金属基材部２と、金属基材部２の表面に金属基材部２よりも熱伝導率の高い金属材料で設けられた複数の凸部１と、を有し、第１熱接点となる凸部１の周囲には、凸部１とは異なる位置で熱接触する第２熱接点部となる凹部９が凸部１を取り囲むように設けられた被加熱部材１、及び被加熱部材１を用いた加熱装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材部と、
前記金属基材部の表面に前記金属基材部よりも熱伝導率の高い金属材料で設けられた複数の凸部と、を有し、
第１熱接点となる前記凸部の周囲には、前記凸部とは異なる位置で熱接触する第２熱接点部となる凹部が前記凸部を取り囲むように設けられたことを特徴とする被加熱部材。
【請求項２】
複数の前記凸部は、それぞれが表面側に向かって凸となる凸形状であることを特徴とする請求項１に記載の被加熱部材。
【請求項３】
前記金属基材部の表面は平坦面であって、
複数の前記凸部は、前記金属基材部の前記平坦面の面方向において等間隔で配列されたことを特徴とする請求項１または２に記載の被加熱部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の被加熱部材を備えたことを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱源のエネルギーを受けて加熱対象に伝導するための被加熱部材、及びこの被加熱部材を備えた加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱源のエネルギーを受けて加熱対象に伝導するための被加熱部材としては、樹脂に比べて熱伝導率の高い金属材料が用いられる。加熱対象は水分を含む場合が多く、被加熱部材は撥水性が要求され、金属材料に高い撥水性と耐久性を持たせる方法として、フッ素系の樹脂製の撥水層を形成することが知られる。特許文献１には、金属層にレーザーによって凹凸構造を形成した後にフッ素コーティングを行うことが記載されている。また、撥水性を持たせるだけであれば、金属材料の表面に物理的な処理で凹凸構造を設けることが知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７-１３１９３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の金属表面では、加熱対象に対して十分に熱が伝わらない場合がある。
【０００５】
本発明は、撥水性を付与しつつ、熱伝導性を高めることができる被加熱部材、及び被加熱部材を用いた加熱装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる本発明の被加熱部材は、金属基材部と、前記金属基材部の表面に前記金属基材部よりも熱伝導率の高い金属材料で設けられた複数の凸部と、を有し、第１熱接点となる前記凸部の周囲には、前記凸部とは異なる位置で熱接触する第２熱接点部となる凹部が前記凸部を取り囲むように設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の凸部によって、撥水性を得つつ、凸部が金属基材部よりも熱伝導率の高い金属材料を用いているため加熱対象に対して熱の伝わりやすい被加熱部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る被加熱部材の先端拡大図。
【図２】本発明に係る被加熱部材プロセスのフロー図。
【図３】本発明に係る被加熱部材の他のプロセスのフロー図。
【図４】本発明に係る実施形態の断面図。
【図５】本発明に係る実施例１の断面図。
【図６】本発明に係る被加熱部材と加熱対象との模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面に示す。具体的な実施例に基いて説明するが、その代表例を示したにすぎず、その要旨を越えない限り、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の実施例に係る被加熱部材である金属材料の表面拡大図である。凸部（凸型ドット形状、第１熱接点）１は、金属基材（金属基材部）２である電解めっき膜４上に設けられており、複数の凸部１の間には、凸部１よりも高さが低くなっている凹部９（第２熱接点）が形成されている。凸部１のＡ−Ａ断面で見ると凸部１の上面部の形状は、中心部に向けて盛り上がっている。凸部１の上面部の形状は、中心部に向けて盛り上がっている半球形状（表面側に向かって凸となる凸形状である）であるため、高熱を部分的に効率的に伝達しやすい。加熱対象を移動させて広範囲に熱処理を行う場合には、好ましい形状となっている。ここで、金属基材（金属基材部）２の表面は平坦面となっている。
【００１１】
加熱対象と熱接触する熱接点位置は、凸部１先端の半球形状部、第２の熱接点部は、それ以外の凸部１側面を含む凹部９となっている。加熱する相手部材の形状によって、凸部１の最先端の一点だけでなく、電解めっき膜４で凸となっている部分の広範囲が熱接点位置となる。凹部９は、金属基材２の表面の面方向において連通して設けられ、複数の凸部１の合間を縫うように形成されている。凸部１のそれぞれの凸部の配置について、凸部１ａ、凸部１ｂ、凸部１ｃを用いて説明する。ここでいう「面方向」に連通するとは、長手方向にも幅方向にも連通している。そして、凸部１ａに対して隣り合う凸部１ｂ、１ｃにおいて、凸部１ａと凸部１ｂの間の各連通路は、凸部１ｂと凸部１ｃとの間で合流し、所定の間隔で凸部を設けた場合に撥水性を得やすい構成になっている。凸部１の頂点が第１の熱接点、凹部９が第２の熱接点となっている。
【００１２】
図２は、本発明の被加熱部材の製造方法のフローを示す図である。左側を初期状態として、右側に向かって各プロセスを経て表面状態が遷移していくことを示している。図２において、（ａ）は金属基材（金属基材部）２の表面に電解めっきを施し、（ｂ）では、電解めっき膜４が形成された面にレジストを用いてドット形状をしたレジストマスキング層３を設ける。次に（ｄ）では、電解めっき膜面に電解めっきを施し、凸形状の電解めっきを形成する。次に、（ｃ）でレジストマスキング層３を剥離し、金属基材（金属基材部）と電解めっき面全体に無電解めっき部６を形成する。
【００１３】
図３は、本発明の被加熱部材の他の製造方法のフローを示す図である。左側を初期状態として、右側に向かって各プロセスを経て表面状態が遷移していくことを示している。図３において、（ａ）は金属基材（金属基材部）２にレジストを用いてドット形状をしたレジストマスキング層３を設け、金属材料面に電解めっきを施し、電解めっきを形成する。次に、（ｂ）でレジストマスキング層を剥離する。
【００１４】
本発明の実施例においては、電解めっきにニッケルや銅を用いたが、クロム、その他の金属めっき、各種合金めっき等を用いることができる。凸部１がニッケルめっき層、銅めっき層、クロム層となっていると、ＳＵＳ材よりも熱伝導性が高く、被加熱部材の熱伝導性を高めるができる。なお、本実施例においては、凸部１を形成する金属材料の相手部材とのコンタクト部分に電解めっき膜４としてニッケルを用いたが、導電性、薄さを満足するものであれば、圧延材や蒸着材等各種の材料を用いることができる。主要な金属材料の熱伝導率は下記のようになっている。
【００１５】
熱伝導率(単位: Ｗ・ｍ-１・Ｋ-１)
銀（Ａｇ）４２０
銅（Ｃｕ）３９８
金（Ａｕ）３２０
アルミニウム（Ａｌ）２３６
ニッケル  ９０.９
鉄（Ｆｅ）  ８４
ステンレス鋼  １６.７ - ２０.９
【００１６】
本発明の実施例においては、無電解めっきに銅めっきを用いたが、錫、銀、その他の金属めっき、各種合金めっき等を用いることができる。最表面が錫めっき層、銀めっき層又は金めっき層となっていると、優れた耐摩耗性、電導性、摺動性及び低摩擦性を発現することができる。本発明の実施例に対して、金属基材を電解めっき、凸部の相手部材の接点を無電解めっきで形成したが、電解めっき、無電解めっきを逆にしても、電解めっきのみとしても、めっき以外の各種方法で選択的に、凸部と凸部との隙間を形成してしてもよい。なお、めっき以外では、スパッタ等の蒸着法、ペースト状の金属の印刷等を用いることができる。
【００１７】
例えば、電解めっき法にてステンレス金属基材（金属基材部）の全面に、ニッケル合金めっきを膜厚２０μｍ成膜した後、レジストマスキング層を形成する。本実施例においては、レジストマスキング層の基本形状は円柱形状で外径９０μｍとし、凸間隔は４０μｍとする。次に、レジストマスキング層以外の面にニッケル合金めっきを３０μｍとして成膜した後、炭酸ナトリウムなどの強アルカリ溶液中に浸漬して、レジストマスキング層を完全に溶解させる。このプロセスの後に、もう一層Ｃｕめっきを無電解めっきにより成膜することにより作成できる。
【００１８】
めっき方法は、１つ目の方法として、図２に示すように、金属基材（金属基材部）表面に電解めっきを施す。電解めっき膜４が形成された面へドット形状をしたレジストマスキング層を設け、電解めっき膜面に電解めっきを施し、電解めっき膜５を形成する。次に、前記レジストマスキング層を剥離し、金属基材（金属基材部）と電解めっき面全体に電解めっきに用いた金属材料よりも熱伝導性の高い金属材料の無電解めっき部６を形成する工程を含み構成されている。図４に示すような断面構造を得る。
【００１９】
このように、凸部１となる電解めっき膜５を連続した無電解めっき膜６で覆うことで、めっき膜の表面に微細な凹凸が生じることになり、凹凸の厚さの分だけ無電解めっき膜の剛性を強めることができる。好ましくは、無電解めっき膜６の膜厚は、電解めっき膜５の厚さよりも薄く形成する。電解めっき膜よりも高価で熱伝導性の高い無電解めっき膜を用いる場合では、無電解めっき膜６の厚さを凸部１の電解めっき膜５の厚さの半分よりも薄く形成すると熱伝導性を確保しつつコストを抑えることができる。一方で、無電解めっき膜６は、熱伝導性を確保するために少なくとも０．５μｍ以上の膜厚にすると良い。
【００２０】
２つ目の方法として、図３に示すように、金属基材（金属基材部）にドット形状をしたレジストマスキング層３を設け、金属板面に電解めっきを施し、電解めっき膜１４を形成する。次に、前記レジストマスキング層を剥離し、図５に示すような断面構造を得る。
【００２１】
金属基材（金属基材部）は、例えば銅やステンレス板（ＳＵＳ）のような通電特性を有するものであれば何でもよく、金属基材（金属基材部）上に電解めっきされるめっき部の組織を制限するものでもない。金属基材（金属基材部）の寸法形状などはいずれも適宜設計変更可能な事項であり、例えば櫛刃形状や波形等のような適宜形状（任意形状）で構わない。
【００２２】
レジストマスキング層は液状レジストやフィルムレジストや電着レジストなどにて金属板上に形成されるものであり、金属板の表裏に連続して形成されていてもよく、金属板の表裏のいずれか一方のみに形成されていてもよい。レジストマスキング層の巾寸法や長さ、スポットの大きさ、形成位置などもまた適宜設計変更可能な事項である。形成する凸の形状は、例えば、円柱形状であれば、外径６０〜１２０μｍが好ましく、８０〜１００μｍが特に好ましい。また、隣り合う凸同士の間隔は、２０〜８０μｍが好ましく、３０〜５０μｍが特に好ましい。また、凸の高さは、１０〜１００μｍが好ましく、２０〜７０μｍが特に好ましい。
【００２３】
（実施例１）  
電解めっき法にてステンレス金属基材（金属基材部）の全面に、レジストマスキング層を形成する。本実施例においては、レジストマスキング層の基本形状は円柱形状で外径９０μｍとし、凸間隔は４０μｍとした。次に、レジストマスキング層以外の面にニッケル合金めっきを膜厚１５μｍ・３０μｍ・６０μｍで振りそれぞれを成膜した後、炭酸ナトリウムなどの強アルカリ溶液中に浸漬して、レジストマスキング層を完全に溶解させた。レジストマスキング層が剥離されると、ニッケル合金めっき部が凸形状となる金属材料が製造できる。
【００２４】
評価基準のＲｅｆ．として、凸形状がないニッケル膜の接触角は７５°であった。評価基準は、Ｒｅｆ．に対して接触角が大きくなったものは○とし、さらに、接触角が良好な形状になったものとして◎とした。すなわち、○は接触角７６〜１１０°の範囲とし、◎は接触角１１０〜１３０°の範囲とした。接触角が大きいと加熱対象との間の水分を押しのける効果が強くなり、加熱対象に対して、熱源のエネルギーを効率的に伝達することができる。但し、撥水性が高すぎても水滴内で気泡が発生し加熱対象に対して気相を挟み易くなるため、◎の上限は１３０°とした。１６０°以上の接触角では被加熱部材として適さない場合もある。また、適度な撥水性があると被加熱部材の洗浄が行い易い。
【００２５】
次に、凸形状が異なるそれぞれのパターン１〜４について、接触角を測定し評価した。測定には、ＣＯＮＴＡＣＴ−ＡＮＧＬＥ  ＭＥＴＥＲ（協和界面科学社製）を用いた。
凸形状が異なるそれぞれのパターン１〜３では、凸外径９０μｍ、凸間隔４０μｍは固定し、高さを１５μｍから６０μｍで振ったサンプルにて、接触角を測定したところ、パターン１の高さ１５μｍではＲｅｆ．よりも多少接触角が大きくなった。パターン２・パターン３の高さ３０μｍ以上の形状では接触角が１２０度と良好な結果となった。パターン４では、凸外形を７０μｍとした。パターン４は、パターン２・パターン３には劣るものの良好な結果となった。
【００２６】
比較例と各実施例のパターンの凸のパラメータと水滴の接触角について、表１にまとめる。
【００２７】
（表１）
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【００２８】
（他の実施例）
図６に記載するように、加熱対象１０１を実施例１、２で得られた被加熱部材１００を加熱源１０２の抵抗加熱を金属で形成された熱伝導部材１０３で加熱した。加熱装置としては、電磁誘導加熱、抵抗加熱、燃焼加熱等を直接または熱伝導部材を介すことにより熱を被加熱部材である金属材料に伝導させればよい。凸部によって撥水性を得つつ、被加熱部材に熱を伝導させて加熱対象を加熱すると加熱対象により近い部分に金属基材よりも熱伝導性が高い金属材料が配置されているので、熱源のエネルギーを加熱対象に対して効率良く伝えることができる。加熱対象は、水分を多量に含む有機物だけでなく、水分を少量しか含まない樹脂、繊維等にも用いることができ、それらを加熱する際の被加熱部材として押型等にも用いることができる。
【００２９】
すなわち、金属基材部と、金属基材部の表面に金属基材部よりも熱伝導率の高い金属材料で設けられた複数の凸部と、を有し、第１熱接点となる前記凸部の周囲には、凸部とは異なる位置で熱接触する第２熱接点部となる凹部が前記凸部を取り囲むように設けられているため、複数の凸部によって、撥水性を得つつ、凸部が金属基材部よりも熱伝導率の高い金属材料を用いているため熱源のエネルギーを加熱対象に対して効率良く伝えることができる。
【００３０】
以上、本発明に係る被加熱部材によると、特につぎの作用効果が得られる。
金属基材部分よりも熱伝導性の高い金属材料で凸形状を形成するため、撥水性を得つつ、加熱対象に対して熱の伝わりやすい被加熱部材を提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１：凸部（第１熱接点）
２：金属基材（金属基材部）３：レジストマスキング層
４、５、１４：電解めっき膜
６：無電解めっき膜
９：凹部（第２熱接点）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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