JP2004519831A - 加熱システム - Google Patents
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Abstract
少なくともセラミック基板と抵抗層とを有する加熱システムが開示される。更に、このような加熱システムを製造する方法が開示され、該方法は、セラミック基板を提供するステップと、該基板に抵抗層を塗布するステップと、を少なくとも有する。抵抗層に塗布するステップの前に前記セラミック基板に接着促進剤が塗布される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともセラミック基板と抵抗層とを有する加熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック基板が抵抗層を備えるような厚膜加熱素子はよく知られている。前記厚膜加熱素子は例えば家庭用湯沸し器に用いられる。この素子はスチール基板にガラスフリット溶液を噴霧することにより形成される。次にエナメルが約９００℃の温度で焼成される。次に銀／パラジウムとガラス粒子との混合物をスクリーンプリントすることにより導電トラックが塗布される。再び加熱ステップが実行され、これら物質を焼結させることの結果としてトラックとエナメル基板との間で適切な結合が達成される。
【０００３】
国際特許出願第ＷＯ９６／１７４９６号はセラミック厚膜抵抗加熱素子を製造する方法に関する。絶縁層はエナメルを有し、熱発生層は通常、エナメル基板上に焼成される銀／ガラス混合物又は銀／パラジウム／ガラス混合物である。
【０００４】
銀／パラジウムトラックの塗布の大きな欠点は、これら物質が高価でありまたその価格が変動することである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、セラミック基板と抵抗層とを有する平らな加熱システムであって、より低いコストで製造されることが可能であり、既知の加熱システムと比較して類似した又は更に良い結果を提供するような加熱システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、前文に記載の加熱システムであって、前記抵抗層が導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含むことを特徴とする加熱システムを提供する。
【０００７】
熱的に安定な樹脂と導電物質との混合物を用いて熱発生トラックを提供することにより、高性能の抵抗層が低コストで製造されることができる。
【０００８】
好適には、この熱的に安定な樹脂は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミド及びシリコン樹脂から構成される群から選択される１つ以上の物質を含む。
【０００９】
ある好適な実施例では前記熱的に安定な樹脂はポリイミドを含む。
【００１０】
好適には、前記導電物質は、カーボン、黒鉛、銀、ニッケル及び銀メッキニッケルから構成される群からの１つ以上の物質を含む。
【００１１】
ある好適な実施例では、前記導電物質はカーボンを含む。
【００１２】
特に、前記セラミック基板はガラス基板を含む。
【００１３】
ガラスに抵抗層即ち加熱トラックを塗布することにより、単純な加熱システムが得られる。このようなシステムの可能なアプリケーションは、コーヒーメーカーのガラスジャグ上の加熱トラックである。前記のような加熱システムの大きな利点は、その低い電力密度及びコーヒーの過熱を防止する比較的低い温度である。
【００１４】
他の有利な実施例では、前記セラミック基板は、エナメル層を備えるスチールの基板を含む。
【００１５】
これの例は家庭用湯沸し器のための加熱素子である。
【００１６】
好適には、前記抵抗層が前記セラミック基板に接着され、該基板と該抵抗層との間に接着促進剤が介在される。
【００１７】
前記接着促進剤はポリイミドをセラミック基板に結合させるのを補助するのに用いられる。
【００１８】
有利にはこの接着促進剤は、アミノシラン、好適にはγ−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。
【００１９】
エナメル及びガラス等の物質の表面特性は、大部分がこれら物質中のシリカの量により決定される。前記表面において得ることができる接着の程度を向上させるために、アミノシランが基板と抵抗層との間の中間層として用いられる。前記アミノシランは化学結合の形成を促進する薬品として働く。
【００２０】
本発明は更に、少なくとも本発明による加熱システムを含む電化製品に関する。
【００２１】
本発明による加熱システムは、異なった種類の家電製品に用いられることができるが、湯沸し器、コーヒーメーカー及びティーメーカーにおける平らな加熱素子又は管状加熱素子として特に有用である。
【００２２】
本発明は、本発明による加熱システムを製造する方法にも関し、この方法は、− セラミック基板を設けるステップと、
− 該基板に抵抗層を塗布するステップと、
を少なくとも有する。
【００２３】
この方法は、前記抵抗層が、導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含むことを特徴とする。
【００２４】
ポリイミド層とセラミック基板との間の接着を促進するため、抵抗層を塗布するステップの前に接着促進剤がセラミック基板上に塗布される。好適にはこの接着促進剤はアミノシランを有し、中でもγ−アミノプロピルトリメトキシシランが特に好ましい。
【００２５】
本発明が以下の例を参照して更に説明される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
湯沸し器のための加熱システムの作製
湯沸し器のための加熱システムは以下の工程により作製される。第１にスチール基板にエナメル絶縁層が設けられる。このエナメル層は比較的大量のシリカを含む。ヒドロキシル基で覆われたシリカ面へのポリイミドの接着は不十分なので、ポリイミドの接着の程度が向上させられなければならない。これは、シリカ面を接着促進剤、特にアミノシランにより修飾することにより行われる。
【００２７】
このような接着促進剤を塗布するためにエナメル層のシリカ面は第１に清浄工程に供される。この例によると、この清浄工程は、
− ９５％イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）（Ｍｅｒｃｋ−２ Ｐｒｏｐａｎｏｌ ｐｒｏ ａｎａｌｙｚｅ； Ｃ３Ｈ８Ｏ； Ｍ＝６０．１ ｇ／ｍｏｌ； ｂ．ｐ． ８２．４０Ｃ）によりシリカ面を洗浄するステップと、
− ８５℃で１０分間空気乾燥させるステップと、
を有した。
【００２８】
次に、接着促進剤であるγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＳ）がＩＰＡにより洗浄されたシリカ層にスピンコーティングされた。この目的のためには、溶媒を水とした２％γ−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液が用いられた。室温で乾燥させた後、γ−アミノプロピルトリメトキシシランの極めて薄い層によりエナメル面は覆われた。
【００２９】
液体のγ−アミノプロピルトリメトキシシランはシリカゲル面のＳｉ−ＯＨ基と反応し、アミノプロピル誘導体を形成する。結果として生じる面は「粘着性」であり、ポリイミド薄膜のシリカゲル面への結合を促進する。この向上された接着性を有するためにはこの物質のほんのわずかな単層が塗布されるだけでよい。
【００３０】
接着促進剤の塗布の後にポリアミック酸／カーボン（ＰＡＡ／Ｃ）がスクリーンプリント技術を用いて塗布された。カーボンは比較的低い導電率（０．１〜０．０１Ωｃｍ）を有するため、短く広いトラックが塗布されることができる。これはトラックの設計を非常に容易にする。８０℃で１０分間乾燥させた後、ポリアミック酸／銀（ＰＡＡ／Ａｇ）の他の接触層がスクリーンプリントされることができる。これらの層は８０℃で１０分間乾燥させられ、次に、３７５℃で３０分間の最後の硬化ステップが続く。この最後の硬化ステップの最中に、ポリアミック酸（ＰＡＡ）はポリイミドに変換される。
【００３１】
上の例では湯沸し器のための加熱システムを製造する方法が説明された。しかし、本発明による加熱システムは、例えば管状ヒーター等の他の種類の加熱素子にも同様に適用されることができる。また、この加熱システムはコーヒーメーカーのガラスジャグにも適用されることができ、ここでは、ポリイミド／カーボン加熱トラックが直接このガラスジャグに塗布される。該抵抗層は導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含む。
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともセラミック基板と抵抗層とを有する加熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック基板が抵抗層を備えるような厚膜加熱素子はよく知られている。前記厚膜加熱素子は例えば家庭用湯沸し器に用いられる。この素子はスチール基板にガラスフリット溶液を噴霧することにより形成される。次にエナメルが約９００℃の温度で焼成される。次に銀／パラジウムとガラス粒子との混合物をスクリーンプリントすることにより導電トラックが塗布される。再び加熱ステップが実行され、これら物質を焼結させることの結果としてトラックとエナメル基板との間で適切な結合が達成される。
【０００３】
国際特許出願第ＷＯ９６／１７４９６号はセラミック厚膜抵抗加熱素子を製造する方法に関する。絶縁層はエナメルを有し、熱発生層は通常、エナメル基板上に焼成される銀／ガラス混合物又は銀／パラジウム／ガラス混合物である。
【０００４】
銀／パラジウムトラックの塗布の大きな欠点は、これら物質が高価でありまたその価格が変動することである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、セラミック基板と抵抗層とを有する平らな加熱システムであって、より低いコストで製造されることが可能であり、既知の加熱システムと比較して類似した又は更に良い結果を提供するような加熱システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、前文に記載の加熱システムであって、前記抵抗層が導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含むことを特徴とする加熱システムを提供する。
【０００７】
熱的に安定な樹脂と導電物質との混合物を用いて熱発生トラックを提供することにより、高性能の抵抗層が低コストで製造されることができる。
【０００８】
好適には、この熱的に安定な樹脂は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミド及びシリコン樹脂から構成される群から選択される１つ以上の物質を含む。
【０００９】
ある好適な実施例では前記熱的に安定な樹脂はポリイミドを含む。
【００１０】
好適には、前記導電物質は、カーボン、黒鉛、銀、ニッケル及び銀メッキニッケルから構成される群からの１つ以上の物質を含む。
【００１１】
ある好適な実施例では、前記導電物質はカーボンを含む。
【００１２】
特に、前記セラミック基板はガラス基板を含む。
【００１３】
ガラスに抵抗層即ち加熱トラックを塗布することにより、単純な加熱システムが得られる。このようなシステムの可能なアプリケーションは、コーヒーメーカーのガラスジャグ上の加熱トラックである。前記のような加熱システムの大きな利点は、その低い電力密度及びコーヒーの過熱を防止する比較的低い温度である。
【００１４】
他の有利な実施例では、前記セラミック基板は、エナメル層を備えるスチールの基板を含む。
【００１５】
これの例は家庭用湯沸し器のための加熱素子である。
【００１６】
好適には、前記抵抗層が前記セラミック基板に接着され、該基板と該抵抗層との間に接着促進剤が介在される。
【００１７】
前記接着促進剤はポリイミドをセラミック基板に結合させるのを補助するのに用いられる。
【００１８】
有利にはこの接着促進剤は、アミノシラン、好適にはγ−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。
【００１９】
エナメル及びガラス等の物質の表面特性は、大部分がこれら物質中のシリカの量により決定される。前記表面において得ることができる接着の程度を向上させるために、アミノシランが基板と抵抗層との間の中間層として用いられる。前記アミノシランは化学結合の形成を促進する薬品として働く。
【００２０】
本発明は更に、少なくとも本発明による加熱システムを含む電化製品に関する。
【００２１】
本発明による加熱システムは、異なった種類の家電製品に用いられることができるが、湯沸し器、コーヒーメーカー及びティーメーカーにおける平らな加熱素子又は管状加熱素子として特に有用である。
【００２２】
本発明は、本発明による加熱システムを製造する方法にも関し、この方法は、− セラミック基板を設けるステップと、
− 該基板に抵抗層を塗布するステップと、
を少なくとも有する。
【００２３】
この方法は、前記抵抗層が、導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含むことを特徴とする。
【００２４】
ポリイミド層とセラミック基板との間の接着を促進するため、抵抗層を塗布するステップの前に接着促進剤がセラミック基板上に塗布される。好適にはこの接着促進剤はアミノシランを有し、中でもγ−アミノプロピルトリメトキシシランが特に好ましい。
【００２５】
本発明が以下の例を参照して更に説明される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
湯沸し器のための加熱システムの作製
湯沸し器のための加熱システムは以下の工程により作製される。第１にスチール基板にエナメル絶縁層が設けられる。このエナメル層は比較的大量のシリカを含む。ヒドロキシル基で覆われたシリカ面へのポリイミドの接着は不十分なので、ポリイミドの接着の程度が向上させられなければならない。これは、シリカ面を接着促進剤、特にアミノシランにより修飾することにより行われる。
【００２７】
このような接着促進剤を塗布するためにエナメル層のシリカ面は第１に清浄工程に供される。この例によると、この清浄工程は、
− ９５％イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）（Ｍｅｒｃｋ−２ Ｐｒｏｐａｎｏｌ ｐｒｏ ａｎａｌｙｚｅ； Ｃ３Ｈ８Ｏ； Ｍ＝６０．１ ｇ／ｍｏｌ； ｂ．ｐ． ８２．４０Ｃ）によりシリカ面を洗浄するステップと、
− ８５℃で１０分間空気乾燥させるステップと、
を有した。
【００２８】
次に、接着促進剤であるγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＳ）がＩＰＡにより洗浄されたシリカ層にスピンコーティングされた。この目的のためには、溶媒を水とした２％γ−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液が用いられた。室温で乾燥させた後、γ−アミノプロピルトリメトキシシランの極めて薄い層によりエナメル面は覆われた。
【００２９】
液体のγ−アミノプロピルトリメトキシシランはシリカゲル面のＳｉ−ＯＨ基と反応し、アミノプロピル誘導体を形成する。結果として生じる面は「粘着性」であり、ポリイミド薄膜のシリカゲル面への結合を促進する。この向上された接着性を有するためにはこの物質のほんのわずかな単層が塗布されるだけでよい。
【００３０】
接着促進剤の塗布の後にポリアミック酸／カーボン（ＰＡＡ／Ｃ）がスクリーンプリント技術を用いて塗布された。カーボンは比較的低い導電率（０．１〜０．０１Ωｃｍ）を有するため、短く広いトラックが塗布されることができる。これはトラックの設計を非常に容易にする。８０℃で１０分間乾燥させた後、ポリアミック酸／銀（ＰＡＡ／Ａｇ）の他の接触層がスクリーンプリントされることができる。これらの層は８０℃で１０分間乾燥させられ、次に、３７５℃で３０分間の最後の硬化ステップが続く。この最後の硬化ステップの最中に、ポリアミック酸（ＰＡＡ）はポリイミドに変換される。
【００３１】
上の例では湯沸し器のための加熱システムを製造する方法が説明された。しかし、本発明による加熱システムは、例えば管状ヒーター等の他の種類の加熱素子にも同様に適用されることができる。また、この加熱システムはコーヒーメーカーのガラスジャグにも適用されることができ、ここでは、ポリイミド／カーボン加熱トラックが直接このガラスジャグに塗布される。該抵抗層は導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含む。
Claims (15)
- 少なくともセラミック基板と抵抗層とを有する加熱システムにおいて、前記抵抗層は、導電物質で満たされた熱的に安定な樹脂を含むことを特徴とする加熱システム。
- 前記熱的に安定な樹脂は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミド及びシリコン樹脂から構成される群から選択される１つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱システム。
- 前記熱的に安定な樹脂はポリイミドを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱システム。
- 前記導電物質は、カーボン、黒鉛、銀、ニッケル及び銀メッキニッケルから構成される群から選択される１つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱システム。
- 前記セラミック基板はガラス基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱システム。
- 前記セラミック基板はエナメル層を備えるスチールの基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱システム。
- 前記抵抗層は前記基板に接着され、前記基板と前記抵抗層との間に接着促進剤が介在されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱システム。
- 前記接着促進剤はアミノシランを含むことを特徴とする請求項７に記載の加熱システム。
- 前記接着促進剤はγ−アミノプロピルトリメトキシシランを含むことを特徴とする請求項７に記載の加熱システム。
- 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の加熱システムを少なくとも含む電化製品。
- 請求項１０に記載の電化製品において、該電化製品はコーヒーメーカー又は湯沸し器を含むことを特徴とする電化製品。
- 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の加熱システムを製造する方法であって、
− セラミック基板を設けるステップと、
− 該基板に抵抗層を塗布するステップと、
を少なくとも有する方法において、前記抵抗層は少なくともカーボンを含む導電物質で満たされたポリイミドを含むことを特徴とする方法。 - 抵抗層に塗布する前記ステップの前に前記セラミック基板に接着促進剤が塗布されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記接着促進剤はアミノシランを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記接着促進剤はγ−アミノプロピルトリメトキシシランを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
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