エンジニアのための熱技術情報誌

熱技術ありがとう！
100 号

NEWSニュース

July
2021
Vol.

100

放射伝熱と赤外線
放射伝熱とは赤外線がほかの物体に吸収され、再度熱に変換されることで温度が伝わる仕組みです。赤外線は可視光（0.4μm 〜 0.78μm）よりも波長が長く、肉眼では見えない電磁波です。0.78μm 〜 1000μm（1mm）までを赤外線と呼び、分野によって違いがありますが、遠赤外線協会では水の分子振動波長である 3μm を起点として、0.78μm 〜 3μm を近赤外線、3μm 〜 1000μm を遠赤外線と呼んでいます。
近赤外線と遠赤外線の間をさらに中赤外線と分ける場合もあります。
熱を持つ物体は必ず赤外線を放射しており、温度が高くなるほど波長は短く（近赤外線に近く）、放射率の高い物体ほど多くの赤外線を放射します。
POINT

赤外線より波長が長くなると、マイクロ波やミリ波と呼ばれる電波の領域となり、電子レンジなどに利用されています。赤外線とマイクロ波はどちらも加熱調理機として利用されますが、赤外線は食材にエネルギーを吸収させ " 焼く " のに対し、マイクロ波は水分子を振動させた摩擦熱を利用するため焼くことはできません。

90 %
放射率

赤外線より長波長の電磁波

小ネタ
エコム赤外線ヒータ

紫外線が UV（ultraviolet）と呼ばれることは、市販の商品にも使われるほど浸透しています。しかし赤外線の略称はあまりなじみがありません。赤外線は英語で IR（infrared）と呼ばれ、赤（red）の下（infra）という意味を表し、紫（violet）の超過（ultra）と対応しています。なぜ赤の上でなく下なのかは定かではありませんが、電磁波のもつエネルギー量では波長が長い方が低くなるので下なのでしょうか。ちなみに虹は赤色が上です。

エコム赤外線ヒータ（EIR ヒータ）は遠赤外線による均一で効率の良い加熱が可能です。コーティング処理をしない独自構造により表面剥離がおきず、長期間安定した性能を維持できます。

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波長とエネルギーについて

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視える化 + 予防保全 + 省エネ。
IoT を活用したメンテナンスている電球を例に説明。赤外線加熱設備も原理は同じ。

赤外線の反射・吸収・透過▲

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い光線のため、可視光線を発し▲

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赤外線は人間の肉眼では見えな調光器を使い 100 W 電球の光量を調節したと仮定します。光量を上げて明るくした時は白っぽい光ですが、暗くした時は赤っぽい色の光に見えることが分かります。この色合いの変化が波長の変化によるものです。また、明るくした時は消費電力が 100 W でも、暗くした時には消費する電力つまりエネルギーが減少しています。
電球そのものの数を増やすことで 40W 時の波長で 100 W 分の エネルギーを実現することは可能です（2.5 個分必要）。低エネルギーで電球数を増やして対応した場合、同じ色合いのままで明るくなります。これは電磁波の振幅の変化にあたります。

物体に照射された赤外線エネルギーの量は、反射・吸収・透過したエネルギーの和に等しい。
物体中に吸収される赤外線放射エネルギーは、物体の表面から深さ方向に沿って指数関数的に減少する。
反射・吸収・透過の模式図 ( 左記 ) から下記式が成り立つ

P=Pρ+Pτ+PαPρ

P

表面 ( 入射面 )内容についてのお問い合わせは

ecom@ecom-jp.co.jp

PαPτ

裏面変換

P+τ₊α＝1 透過率を 0 とすると α＝1-ρ
※反射率と吸収率は相補的関係にある。

P ：照射された全エネルギー量（単位面積当たり）Pρ：表面で反射する分Pτ：透過する分
Pα：物体内部を進行中に徐々に吸収されて行った積算値

注目

近 （ 中 ） 赤 外線と遠赤外線の違いと、有効な被加熱物

赤外線は光・電磁波の一種で、近赤外線は可視光線に近く、遠赤外線は電波に近い波長という特徴があります。
対象によって最適な赤外線の波長と強度を選択することにより、最も効率の良い熱処理を行うことができます。
近（中）赤外線

波長（利用域）0.78μm 〜 3μm（2.5μm 〜 3μm）

温度域

3μm 〜 1000μm（3μm 〜 30μm）

3000℃〜 700℃

主なヒータ

700℃〜 100℃

ハロゲンヒータ、ランプヒータ

立ち上がり

セラミックヒータ、パネルヒータ

数秒程度

寿命

放射体温度が高いため比較的寿命は短い
数千時間程度（ヒータ種により差異有り）

有効な被加熱物

透過性の高いもの、金属など

近赤外線

ガラスや樹脂フィルム等の透過性のあるワークで接着剤を乾燥させる場合など。加熱側表面（入射面）と裏面で大きな温度差になりにくい
事例

遠赤外線

数分程度

ヒータ表面温度は低く寿命は長い
数万時間程度（ヒータ種により差異有り）
樹脂、水分、塗料など

遠赤外線異なる吸収波長領域を同時に加熱する場合など。塗料の乾燥などで黒や紺など濃いめの色と白系の薄い色でも大きな温度差になりにくい

ハ イ ブ リ ッド加熱の事例

赤外線加熱は輻射加熱によりワークが持っている固有の吸収スペクトルに直接遠赤外線が共鳴することで熱エネルギーが発生し、高速での昇温が可能になります。その反面、急激に昇温する影響で狙った温度以上になってしまうオーバーシュートやヒータからの距離によって温度分布のばらつきが発生しやすくなります。複雑な形状のワークの場合は特に温度差が生じる為、温度精度を求める製品は条件を出すのが非常に難しくなります。
そこで上記の問題を解決する方法としては熱風循環システムとの組み合わせを採用しています。
遠赤加熱の昇温時間短縮という強みを生かしながら、苦手としている均熱面は熱風方式と組み合わせることにより温度精度を上げることが可能になります。

加熱テスト

省エネ診断

エコムテクニカルセンター
ECOM Technical Center

ただし、ワークにより吸収スペクトルが異なる為、適した条件を選定するためにテスト装置にて事前に検証が必要です。エコムテクニカルセンター、通称 ETC では、お客様が持ち込んだワークを経験豊富なスタッフと共に加熱テストを行うことができ、最適な熱処理条件を導き出すことができます。既存の熱処理と比較して 50％の省エネ、時間短縮に成功した事例もあります。設備導入前の条件出しにぜひご利用ください。

事例

ヒ ー タ と 温風炉の比較

1. 加熱速度が速い為、加熱・乾燥時間が大幅に短縮される。
2. 生産ラインのスピードが速められるので、量産が可能。
また、連続生産による省力化が図れる。

経済性

被加熱物の温度

生産 性の 向 上

被加熱物の温度

エコム赤外線ヒータ（EIR ヒータ）は遠赤外線による均一で効率の良い加熱が可能です。コーティング処理をしない独自構造により表面剥離がおきず、長期間安定した性能を維持できます。
EIR ヒータ
熱風式

加熱時間

加熱時間

1. 設備機器の小型化・簡易化が容易で設置面積の縮小が図れる。
2. 加熱させるエネルギー効率が高いので、温風ヒータと比べて電気容量自体は大きいが運転コスト（タクトタイム）の短縮が図れ、トータル的には設備容量（kW）の縮小が図れる。
（総生産量 ÷ 総設備エネルギー量で考えると、ランニングコストを含めお得な設備投資に）
3. EIR ヒータは長時間にわたって性能が安定しており、耐久性に優れている。

加熱時間短縮 現状生産数
による効果例 時間（1 日）

エコム提案

費用対効果例 時間当たりマシンチャージ 3,500 円
一日あたりの加熱時間の差 50h（年間）3,500 円 × 50h × 20 日 ＝ 3,500 千円 / 月

エコム装置

→

5,000 個（5 ライン）
66 秒 / 個 × 5,000 ＝ 91.6h
1 ラインあたり 18.32h 稼働

時間（1 日）10h 短縮最大生産能力（18 時間）10,800 個→ 1 ラインあたり 8.32h 稼働

1 ラインあたり

1 ラインあたり 3,500 千円 ÷5 ＝ 700 千円 / 月

30 秒 / 個 × 5,000 ＝ 41.6h

2.16

10,000 千円

10,000 千円 ÷ 700 千円 ≒ 14.3

現状の生産量で 14.3 ヵ月にて償却可能！

本社・テクニカルセンター

熱技術ニュース〒431-2103 静岡県浜松市北区新都田 4-5-6
TEL : 053-484-1122
FAX : 053-484-1124

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