(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材又はセラミックス等の基材の一側に中間層を介して貴金属層をコーティングにより設け、貴金属層により熱線を反射する反射体であって、
前記一側が高温雰囲気に面し、前記中間層がフリットにより構成され、前記貴金属層が箔により構成され、前記中間層の厚さは前記高温雰囲気で前記貴金属層と前記基材との熱膨張の差異を吸収すると共に前記貴金属層を維持しうる厚さであり、前記基材に液状のフリットを塗布し、前記フリットが乾燥する前に箔を密着させ、その後焼き付けを行うことにより製造された反射体。
【請求項２】
前記基材を熱処理することで前記一側に酸化膜を形成した後に液状のフリットを塗布してある請求項１記載の反射体。
【請求項３】
前記貴金属層がＰｔ，Ａｕ又はＰｄである請求項１記載の反射体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の反射体を用いたヒーターユニットであって、前記反射体に熱線を放射する発熱体をさらに備えたヒーターユニット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の反射体を用いた炉であって、前記反射体が炉壁として用いられ、被加熱体に発熱体の熱線を前記反射体の貴金属層で反射させて又は直接に放射することにより加熱を行う炉。
【請求項６】
鋼材又はセラミックス等の基材の一側に中間層を介して貴金属層をコーティングにより設け、貴金属層により熱線を反射する反射体の製造方法であって、
前記一側が高温雰囲気に面し、前記中間層をフリットにより構成し、前記貴金属層を箔により構成し、前記中間層の厚さは前記高温雰囲気で前記貴金属層と前記基材との熱膨張の差異を吸収すると共に前記貴金属層を維持しうる厚さであり、前記基材に液状のフリットを塗布し、前記フリットが乾燥する前に箔を密着させ、その後焼き付けを行う反射体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材又はセラミックス等の基材の一側に中間層を介して貴金属層をコーティングにより設け、貴金属層により熱線を反射する反射体及びその製造方法並びにこれを用いたヒーターユニット及び炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の反射体としては、例えば次の特許文献１〜４に記載のものが知られている。
【特許文献１】
特開平７−１１１１８３号
【特許文献２】
特開平７−１１４９７３号
【特許文献３】
特開２００１−２０１０６２号
【特許文献４】
特開２００４−２１１７０３号
【０００３】
特許文献１，２では、基材であるステンレス鋼の表面に金をコーティングするとステンレス鋼中のＣｒ，Ｎｉが金に拡散して反射性能が損なわれることから、酸化セリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の中間層を設け、その上に金のコーティングを施している。しかし、これらに記載の技術では、中間層が貴金属層と同じ方法で形成されるためコストが嵩み、しかも、耐熱温度も不十分であった。
【０００４】
特許文献３では、金属膜層が石英の保護層で囲まれることで耐熱性が確保されている。しかし、熱線が石英の保護層を介して反射されるため、保護層の波長吸収特性のため反射される熱線が波長の限られたものとなる不都合があった。
【０００５】
特許文献４では、耐熱性は向上するものの、セラミック薄膜層を設けることやその鏡面仕上げによりコストが嵩むという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、高温雰囲気下でも反射性能を維持することができ、反射波長の特性も良好で、安価に製造することの可能な反射体及びその製造方法並びにこれを用いたヒーターユニット及び炉を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
上記目的を達成するため、本発明に係る反射体の特徴は、鋼材又はセラミックス等の基材の一側に中間層を介して貴金属層をコーティングにより設け、貴金属層により熱線を反射する構成において、前記一側が高温雰囲気に面し、前記中間層がフリットにより構成され、前記貴金属層が箔により構成され、前記中間層の厚さは前記高温雰囲気で前記貴金属層と前記基材との熱膨張の差異を吸収すると共に前記貴金属層を維持しうる厚さであり、前記基材に液状のフリットを塗布し、前記フリットが乾燥する前に箔を密着させ、その後焼き付けを行うことにより製造されたことにある。
［０００８］
前記基材を熱処理することで前記一側に酸化膜を形成した後に液状のフリットを塗布してあることが望ましい。
［０００９］
前記貴金属層が望ましくはＰｔ，Ａｕ又はＰｄである。
［００１０］
また、上記いずれかに記載の反射体を用いたヒーターユニットの特徴は、前記反射体に熱線を放射する発熱体をさらに備えたことにある。
［００１１］
また、上記いずれかに記載の反射体を用いた炉の特徴は、前記反射体が炉壁として用いられ、被加熱体に発熱体の熱線を前記反射体の貴金属層で反射させて又は直接に放射することにより加熱を行うことにある。
［００１２］
一方、本発明に係る反射体の製造方法の特徴は、鋼材又はセラミックス等の基材の一側に中間層を介して貴金属層をコーティングにより設け、貴金属層により熱線を反射する反射体の製造方法において、前記一側が高温雰囲気に面し、前記中間層をフリットにより構成し、前記貴金属層を箔により構成し、前記中間層の厚さは前記高温雰囲気で前記貴金属層と前記基材との熱膨張の差異を吸収すると共に前記貴金属層を維持しうる厚さであり、前記基材に液状のフリットを塗布し、前記フリットが乾燥する前に箔を密着させ、その後焼き付けを行うことにある。
発明の効果
［００１３］
上記本発明に係る反射体及びその製造方法並びにこれを用いたヒーターユニット及び炉の特徴によれば、フリットという安価で取り扱いの容易な材料を用い、フリットの柔軟さを利用して貴金属層と基材との間の熱膨張差を吸収し、高温下でも反射性能を維持しうる非常に耐久性の高い反射面を獲得するに至った。また、フリットの柔軟さを利用して貴金属層を支持するので、貴金属層表面に保護層を設ける必要はなく、反射性能が高く効率のよい反射面を提供することが可能となった。
【００１４】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】反射体を用いた炉の概略図である。
【図２】反射体の縦断面図である。
【図３】反射体を用いたヒーターユニットを組み込んだ炉の概略図である。
【符号の説明】
【００１６】
１：炉、２：炉壁、３：反射体、４：電気発熱体、５：内面、６：内部、７：反射体、８：ヒーターユニット、１００：被加熱体、ＲＡ：直接熱線、ＲＢ：反射熱線
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１に示すように、反射体３を用いた炉１は、炉壁２の一側である内面５が鏡面となっており、その内部６に電気発熱体４が位置している。内部６は電気発熱体４の発熱により８００℃以上の高温雰囲気となっており、被加熱体１００を発熱体４からの直接の熱線ＲＡと内面５で反射された熱線ＲＢとによりさらに加熱する。本発明による反射体３はこの高温雰囲気に耐久して内面５の鏡面状態を維持することが求められる。
【００１８】
反射体３は、図２に示すように、基材３ａの上にフリットにより中間層３ｂを形成し、さらに貴金属層３ｃを形成してなる。基材３ａは、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金、耐熱鋼、セラミックス等により形成されたものが用いられる。
【００１９】
中間層３ｂはフリット粉末の水溶液を塗布・乾燥し、焼き付け温度で溶融させて薄膜を形成したものである。フリット組成としては、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3などが用いられ、その他、ＣａＯ，ＢａＯ，Ｋ2Ｏ，Ｌｉ2Ｏ，ＰｂＯ等を含んでもよい。フリットとしては、熱膨張係数が５×１０-6〜１５×１０-6であり、焼付け温度で液触するものを用いることができる。
【００２０】
前記貴金属層としてはＰｔ，Ａｕ又はＰｄを用いることができる。また、この貴金属層のコーティングは箔貼付、ペースト、レジネート、メッキ、蒸着、スパッタリング及びイオンプレーティングから選ばれた少なくとも一種の方法で行われる。
【００２１】
中間層のフリットは、基材と貴金属層との熱膨張係数の差を吸収する厚みであることが求められる。薄過ぎれば、接着が不十分となって熱膨張の差を吸収できず、又は、基材がステンレスや合金等の鋼材である場合はＦｅやＣｒ等の基材の成分が貴金属層３ｃに拡散して黒化し反射性能を阻害する。また、厚過ぎればフリットの柔軟さがマイナスに作用して貴金属層３ｃが流れたり剥がれたりして支持できなくなるからである。
【００２２】
発明者らの実験によれば、中間層３ｂの厚みは計算値で０．０５μｍ以上２００μｍ以下が適切と考えられる。なお、この厚みは、例えば液状のフリット約８％固形分を用いた場合の塗布量と塗布面積等から計算により求められる。
【００２３】
基材、中間層、貴金属層の熱膨張係数は一例を挙げると次の表１の通りである。
【００２４】
【表１】
0004681051.tif 000002
【００２５】
中間層３ｂとしては、その他熱膨張差を吸収できるような基材と貴金属層との中間的な熱膨張係数のものを用いることができる。特に、フリットのように中間層３ｂが特に高温で溶融状態となり熱膨張係数の差を吸収できるものが望ましい。また、基材と貴金属層は熱膨張係数の近い組み合わせが望ましい。例えば、ステンレス、合金等の鋼材にはＡｕ層、セラミックスにはＰｔ層を設けると中間層の負担は小さくなる。
【００２６】
製造に際しては、基材３ａの表面にフリット水溶液をはけ塗りし、乾燥させる。その後フリットを焼き付け溶融させて中間層３ｂを形成し、その上に貴金属膜を上述のメッキ等の方法により形成する。なお、基材３ａに熱処理を施し基材３ａの表面に酸化膜を形成させた後に、その表面にフリット水溶液をはけ塗りすることが望ましい。酸化膜の形成により基材とフリットとの接着性を向上させることができるからである。また、箔貼付の場合には、フリットが乾燥する前に箔を密着させ、その後焼き付けを行ってもよい。
【００２７】
液状フリットの塗布は、はけ塗りの他、スプレーや浸漬により行ってもよい。また、フリットの溶媒は、水の他、様々な有機溶媒を用いることができる。但し、箔貼付の場合、フリットが乾燥する前に箔を密着させる必要があるため、溶媒として水を用いるとよい。従って、箔貼付の場合、水と同程度の乾燥速度を有するのであれば、有機溶媒を用いてもよい。
【００２８】
次に、図３を参照しつつ反射体を用いたヒーターユニットについて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。ここで、ヒーターユニット８は、電気発熱体４と反射体７とよりなり、炉１内に組み込まれている。反射体７は電気発熱体４側の内面５が鏡面となっており、上記の実施形態と同様に、被加熱体１００を発熱体４からの直接の熱線ＲＡと内面５で反射された熱線ＲＢとによりさらに加熱する。
【実施例】
【００２９】
実施例１として、１００ｍｍ角のステンレス製基材３ａを作成し、９００℃にて焼付けてフリット層３ｂを形成、Ｐｔ薄膜３ｃを蒸着で形成し、８５０℃中で５００ｈｒｓ耐熱試験を行った。また、実施例２，３として、１００ｍｍ角のステンレス製基材３ａを作成し、フリット水溶液を塗布後、Ｐｔ箔を貼り付け乾燥させ、９００℃にて焼付けを行い、８５０℃中で５００ｈｒｓ耐熱試験を行った。結果は次の表２の通りである。
【００３０】
【表２】
0004681051.tif 000003
【００３１】
一方、第１の比較例では、上記第１の実施例と同一の材料を表３に示す厚さに形成した以外は第１の実施例と同様である。また、第２、３の比較例では、上記第２、３の実施例と同一の材料を表３に示す厚さに形成した以外は上記の第２、３の実施例と同様である。結果は表３の通りである。
【００３２】
【表３】
0004681051.tif 000004
【００３３】
表２，３に示すように、上記各実施例においては、貴金属層となるＰｔは良好な状態で形成され、十分な反射性能を確認した。しかし、第１、３の比較例においては、フリット層が薄すぎるため貴金属層となるＰｔが黒化した。また、第二の比較例では、フリット層が厚すぎるため貴金属層となるＰｔが切れ切れになり、いずれの比較例においても、十分な反射性能を得ることができなかった。
【００３４】
以上より、フリットによる適切な厚みの中間層を用いれば耐熱性に優れた反射面を獲得することができる点が明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、炉壁材料の他、熱線を高温雰囲気化で反射させることの可能な耐久性の高い反射体として利用することができる。
【図１】
0004681051.tif 000005
【図２】
0004681051.tif 000006
【図３】
0004681051.tif 000007