(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００〜９００℃で空焼きまたはブラスト処理したガラス表面に、燐酸アルミニウムを結合剤とし、結合剤の固形分１００重量部に対し、平均粒子径５〜５０μｍの溶融石英粉末２００〜５００重量部と、平均粒子径０．１〜５μｍの着色顔料５０〜２００重量部とを含有する塗料を塗布し、焼成して塗布層を形成し、前記塗布層を遠赤外線放射層とし、
前記燐酸アルミニウムがアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物によって、変成燐酸アルミニウムに変成され、前記変成燐酸アルミニウムのＡｌ／Ｐ＝（１．１〜１．５）／３（モル比）に調整されたことを特徴とする遠赤外線ヒータ。
【請求項２】
前記塗料が、前記結合剤１００重量部に対し、さらに平均粒子径１〜３０μｍの酸化アルミニウム２００重量部以下を含むことを特徴とする請求項１記載の遠赤外線ヒータ。
【請求項３】
前記顔料が黄色の酸化チタン、青色の酸化コバルト、ピンク色の鉄ニッケル複合酸化物および白色の酸化チタンから成る群から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の遠赤外線ヒータ。
【請求項４】
前記焼成を３００〜５００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の遠赤外線ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠赤外線放射層を形成したガラス管を用いた遠赤外線ヒータに関し、特に外から見える形態で使用し、着色などの美観的な処理を必要とする電気ストーブ用遠赤外線ヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱効果の向上や加熱時間の短縮による省エネルギー化といった面や、調理や暖房における加熱の質の向上や新しい機能の付加といった面から遠赤外線を利用する遠赤外線ヒータが用いられてきている。
【０００３】
ところで現在、提案されている遠赤外線放射層の形成方法としては
１）溶射法
２）塗布剤コーティング法
などがある。
【０００４】
特開平１−２５９０７３に記述されているように、溶射法では高価であるとともに、遠赤外線放射特性、着色化などに問題がある。
【０００５】
一方、水ガラスなどのアルカリケイ酸塩やリン酸アルミニウムなどの無機塩を結合剤とし、これに遠赤外線放射顔料を添加した遠赤外線塗料組成物をヒータ用保護基材の表面に塗布し、熱処理によって、遠赤外線層を形成する塗布剤コーティング法は、比較的安価な方法である。しかしながら、高温時にヒータ用保護基材と塗布剤との密着性が低下するという基本的な問題がある。
【０００６】
このため結合剤に金属アルコキシドなどを用いる方法が提案されているが、この場合の欠点は有機系であるため熱処理の際に、有機物の熱分解によって変色しやすく、別途残留カーボンを酸化除去するなどの工程が必要となるなどコスト高となる。また、有機溶媒等を使用するため塗布時の安全性、作業環境の対策、塗布後の廃液処理など環境対策の面よりコストアップとなる。
【０００７】
さらに、特公平４−５６７８６にはゾルと酸性リン酸塩とを結合剤とする無機系組成物の硬化皮膜を設けて成る遠赤外線放射体が開示されている。この場合、耐熱衝撃性が向上することが示されているが、問題点としては、電気ストーブ用などに比較的高温（〜８００℃）での長時間の使用に対し、剥離が生じやすく、ゾルと燐酸塩たとえば燐酸アルミニウムと混合した場合には安定性があまり充分でなく、経時的に物性が変化しやすく密着性にバラつきが生じ、量産時の歩留まりが低下する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガラス基材との密着性がよく、耐熱衝撃性が良好で、高温での長時間の使用に耐え、安価で美観に優れた遠赤外線ヒータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、５００〜９００℃で空焼きまたはブラスト処理したガラス表面に、燐酸アルミニウムを結合剤とし、結合剤の固形分１００重量部に対し、平均粒子径５〜５０μｍの溶融石英粉末２００〜５００重量部と、平均粒子径０．１〜５μｍの着色顔料５０〜２００重量部とを含有する塗料を塗布し、焼成して塗布層を形成し、前記塗布層を遠赤外線放射層とし、前記燐酸アルミニウムがアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物によって、変成燐酸アルミニウムに変成され、前記変成燐酸アルミニウムのＡｌ／Ｐ＝（１．１〜１．５）／３（モル比）に調整されたことを特徴とする遠赤外線ヒータである。
【００１０】
本発明に従えば、基材となるガラス表面は、５００〜９００℃で空焼きまたはブラスト処理される。電気ストーブなどに用いる基材は、使用中６００〜９００℃に上昇されるため、赤外線放射塗布膜は徐々に焼結が進んで収縮する。基材表面に汚れがあると、この収縮が接着力を越え剥離の原因となる。このためガラス基材の表面の汚れを除去する必要があり、通常の洗浄ではこの汚れを完全に除去できないので、５００〜９００℃で空焼きまたはブラスト処理、より好ましくはブラスト処理される。また両者を併用してもよい。基材として用いられるガラスとしては、石英ガラス、結晶化ガラス、バイコールガラスなどの低膨張性のものが好適に使用される。
【００１１】
結合剤は、前記欠点のない燐酸アルミニウムが用いられる。一般に結合剤としては、この他に水ガラス、シリカゾルなどがあるが、水ガラスはアルカリ成分を含有するため、ガラス基材が腐食されるおそれがあり、またシリカゾルは接着強度が燐酸アルミニウムより弱く、いずれも適さない。
【００１２】
遠赤外線放射物質として、平均粒径５〜５０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍの溶融石英粉末が用いられる。溶融石英粉末の粒子径は、基材ガラスの表面処理と相俟って、高温での長時間使用における剥離の有無を決める重要な因子である。粒径が５μｍ未満では剥離が生じやすく、粒径が５０μｍを超えると着色剤が均等に混ざらず美観を損なう。
【００１３】
石英粉末の配合量は、結合剤固形分の２〜５倍（重量比）である。２倍未満では、遠赤外線の放射率が少なくまた耐熱衝撃性が劣る。また５倍以上では相対的に結合剤の比率が低下し密着性が劣る。
【００１４】
着色顔料は、遠赤外線ヒータを着色し、美観を向上するために用いる。その平均粒径は０．１〜５μｍ、好ましくは０．２〜１μｍである。粒径が０．１μｍ未満では、塗膜の収縮によって剥離の原因となり、５μｍを超えると均一な色彩が得られ難い。着色顔料の配合量は、着色性の面から決めればよいが、結合剤の１／２〜５倍（重量）とされる。
燐酸アルミニウムはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物によって、変成燐酸アルミニウムに変成され、変成燐酸アルミニウムのＡｌ／Ｐ＝（１．１〜１．５）／３、好ましくは（１．１〜１．３）／３に調整される。焼成温度は、低い方が好ましく、特に比較的低温の３００〜５００℃で焼成して塗布層を形成する場合は、燐酸アルミニウムの縮合による反応が充分でなく、塗布層の耐水性が劣るため、通常アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物によって変成燐酸アルミニウムとすることが好ましい。変成燐酸アルミニウムのＡｌ／Ｐ（モル比）が１．１／３未満では、３００〜５００℃という比較的低温で焼成した場合、耐熱性が充分でなく、８００℃で５００時間以上使用すると剥離が生じる。またＡｌ／Ｐ（モル比）が１．５／３を超えると著しく強度が低下する。モル比調整はアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物によって行うが、調整後は金属酸化物は完全に溶解し溶液状となる。
ここでのモル比はモル比調整する金属の価数により以下のように定義する。
Ｍ（ＯＨ）ｚ＋Ｚ・Ｈ２ＰＯ４−  →  Ｍ（Ｈ２ＰＯ４）ｚ＋Ｚ・ＯＨ−
（ここにＭは価数Ｚの金属原子である）
ＸモルのＭ水酸化物を反応させたとすると、燐酸アルミニウム中のＡｌがＸ×Ｚ／３モル増加したことになる。したがって、Ａｌ（Ｈ２ＰＯ４）３中のＡｌは１÷Ｘ×Ｚ／３モルになるのでＡｌ／Ｐのモル比は（１＋Ｘ×Ｚ／３）／３となる。この式に従ってＡｌ／Ｐが前記の値になるようにＭ水酸化物を加える。
【００１５】
また本発明は、前記塗料が、前記結合剤１００重量部に対し、さらに平均粒子径１〜３０μｍの酸化アルミニウム２００重量部以下を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、遠赤外線放射材として前記溶融石英粉末の他に酸化アルミニウムが用いられる。一般に遠赤外線放射材としては、酸化ジルコニウム、酸化硅素（溶融石英粉末）、酸化アルミニウム、ムライトなどが公知であるが、結合剤として用いる燐酸アルミニウムとの接着性を向上させるために、溶融石英粉末にさらに酸化アルミニウムを加えることが好ましい。酸化アルミニウムの平均粒径は、溶融石英粉末より小さくすることが、着色性の点から好適である。またその配合量は、結合剤固型分の２倍（重量比）以下とされる。
【００１７】
また本発明は、前記顔料が黄色の酸化チタン、青色の酸化コバルト、ピンク色の鉄ニッケル複合酸化物および白色の酸化チタンから成る群から選ばれた１種以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、黄色の顔料としては酸化チタン、ピンク色の顔料としては酸化鉄・ニッケル、青色の顔料としては酸化コバルト、白色の顔料としては酸化チタンが好ましく使用される。
【００２１】
また本発明は、前記焼成を３００〜５００℃の温度で行うことを特徴とする。
本発明に従えば、比較的低温の３００〜５００℃で前記塗料を焼成することによって、充分に耐熱性のある塗布層が形成されるので好ましい。
【００２３】
塗料の調合は、前記配合割合の結合剤、溶融石英粉末、顔料などを撹拌器、ボールミルなどで充分に混合する。塗布は表面処理された基材ガラス管表面にスプレー等により吹き付け塗布して焼成する。塗布膜の厚さは、１０〜１００μ、好ましくは２０〜８０μである。
【００２４】
このようにして塗布、焼成された遠赤外線塗布層を有するガラス管の内部に電熱線などのヒータ部材を取付け遠赤外線ヒータとする。このヒータをたとえばストーブに組み込むことによって、着色性塗布層を有する遠赤外線ストーブとすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
参考例１
第１燐酸アルミニウム２５０部（固形分４０％）と、平均粒子径１５μの溶融石英粉末３５０部と、黄色顔料としてチタンイエローを８０部とに適当量の水を加えボールミルで１時間混合した。このようにして得られた塗料の粘度は１０００ｃｐｓであった。次に、８００℃で２０分熱処理した石英ガラス管に該塗料をスプレーガンで塗布し、次いで８００℃で２０分間焼成した。乾燥時の膜厚は４５μであった。得られた塗膜の物性を表１に示す。
【００２７】
実施例１
第１燐酸アルミニウム１００部（固形分４０％）と、水酸化マグネシウム４部とを溶解し変成燐酸アルミニウム（Ａ剤）を製造した。モル比はＡｌ／Ｐの換算で１．３／３であった。Ａ剤２５０部を平均粒子径２０μの溶融石英粉２００部、チタンイエロー８０部、平均粒子径５μ酸化アルミニウム６０部と適当量の水を加えて、ボールミルで１時間混合した。得られた塗料の粘度は８００ｃｐｓであった。次に、石英ガラス管表面を１５０メッシュの砥粒を用いてブラスト処理を行い、該塗料をスプレーガンで塗布して焼成炉中で４００℃の温度で２０分間焼成した。乾燥時塗膜厚さは５０μであった。得られた塗膜の物性を表１に示す。
【００２８】
参考例２
第１燐酸アルミニウム２５０部（固形分４０％）と平均粒子径５μの溶融石英粉末２５０部とピンク色顔料として鉄・ニッケル複合酸化物を１００部に適当量の水を加えボールミルで１時間混合した。このようにして得られた塗料の粘度は５００ｃｐｓであった。次に、石英ガラス管を６００℃で３０分間熱処理した以外は参考例１と同様の方法で塗膜を得た。乾燥時の膜厚は２０μであった。得られた塗膜の物性を表１に示す。
【００２９】
参考例３
第１燐酸アルミニウム２５０部（固形分４０％）と平均粒子径３０μの溶融石英粉末４００部と平均粒子径１μのコバルトブルー５０部を使用して参考例１と同様な方法で塗膜を得た。乾燥時の膜厚は６０μであった。得られた塗膜の物性を表１に示す。
【００３０】
比較例１
第１燐酸アルミニウム１００部（固形分４０％）とシリカ濃度３０％のシリカ水性ゾル２５０部と平均粒子径１０μの溶融石英粉末２００部とチタンイエロー５０部に適当量の水を加えてボールミルで１時間混合した。このときの粘度は８００ｃｐｓであった。
次に石英ガラス管表面を１５０メッシュの砥粒を用いてブラスト処理を行い、上記塗料をスプレーガンで塗布し、焼成炉中で４００℃の温度で２０分間焼成を行った。
乾燥時の塗膜厚は７０μであった。得られた塗膜の物性を表１に示すが、耐熱性、耐久性に問題があった。
【００３１】
比較例２
参考例１の塗料を使用して、前処理を行っていない石英ガラス管にスプレーガンで該塗料を塗布し、焼成炉中で８００℃の温度で２０分間焼成を行った。乾燥時の膜厚は６０μであった。得られた塗膜の物性を表１に示すが密着性に問題があった。
【００３２】
比較例３
参考例１の塗料を使用して、石英管表面を１５０メッシュの砥粒でブラストを行いスプレーガンにて塗布し、焼成炉で４００℃で２０分間焼成した。乾燥時の膜厚は４５μであった。得られた塗膜の物性を表１に示すが耐熱耐久性に問題があった。
【００３３】
比較例４
第１燐酸アルミニウム２５０部（固形分４０％）と平均粒子径１μの溶融石英粉末３００部と黄色顔料としてチタンイエローを５０部に適当量の水を加えボールミルで１時間混合した。
このようにして得られた塗料の粘度は１０００ｃｐｓであった。
次に、８００℃で２０分熱処理した石英ガラス管に該塗料をスプレーガンで塗布し、次いで焼成炉中で８００℃で２０分間焼成した。
乾燥時の膜厚は６０μであった。得られた塗膜の物性を表１に示すが、耐久性において不充分であった。
【００３４】
【表１】
0003839559.tif 000002
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基材となるガラス表面は空焼きまたはブラスト処理で完全に汚れが除去され、その上に燐酸アルミニウムを結合剤とし、平均粒径が５〜５０μｍの溶融石英粉末および必要に応じて加えられる平均粒径１〜３０μｍの酸化アルミニウムと平均粒径０．１〜５μｍの着色顔料を含有する塗料を塗布し、焼成して塗布層を形成させる。これによってガラス基材との密着性がよく、長時間の使用に耐え、安価で美観に優れた遠赤外線ヒータが得られる。さらに、前記燐酸アルミニウムは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物によって変成された変成燐酸アルミニウムであり、前記変成燐酸アルミニウムのＡｌ／Ｐ＝（１．１〜１．５）／３（モル比）に調整される。これによって、比較的低温の３００〜５００℃で前記塗料を焼結することによって、充分に耐熱性のある塗布膜が形成される。