JP2009277353A - 発熱体の製造方法及び加熱装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状の発熱体を効率的に製造する方法を提供する事を目的とする。
【解決手段】基材となる金属板の表面に絶縁層を形成する工程（ステップＳ１）と、絶縁層を形成した後に、絶縁層上に導電発熱特性を有するヒーター材の粉末を粉末圧延により固着する粉末圧延工程（ステップＳ２）と、上記粉末圧延工程の後に、上記ヒーター材を焼成する熱処理工程（ステップＳ４）を有するという構成を採用することによって、ヒーター材が絶縁層を介して金属板の面上に固着することで、帯状の発熱体を製造することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気調理器や電気加熱器等の加熱装置に用いられる発熱体の製造方法及び、当該発熱体を用いた加熱装置の製造方法に関する。

一般に、電気調理器や電気加熱器等に用いられる発熱体は、線状の電熱線であり、熱疲労や外部からの衝撃により断線しやすいという問題があった。

従来、この問題を解決するために、上記発熱体を、波形状を有した帯状に形成することで、線状よりも断面積及び表面積を広くして、断線を抑制しつつ、加熱効率を向上させる発熱体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１５７２４０号公報

しかしながら、上記帯状の発熱体は、製造方法に関して十分に記載されておらず、如何にして上記帯状の発熱体を製造するか不明であるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされた発熱体の製造方法及び加熱装置の製造方法であって、上記帯状の発熱体を効率的に製造する方法を提供する事を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、基材となる金属板の表面に絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層を形成した後に、上記絶縁層上に導電発熱特性を有するヒーター材の粉末を粉末圧延により固着する粉末圧延工程と、上記粉末圧延工程の後に、上記ヒーター材を焼成する熱処理工程とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用することで、本発明では、ヒーター材が絶縁層を介して金属板の面上に固着することで、帯状の発熱体を製造することができる。

また、本発明は、上記絶縁層は、樹脂から形成されるという構成を採用する。
このような構成を採用することで、本発明では、樹脂から形成される絶縁層を介してヒーター材が固着される。

また、本発明は、上記絶縁層を形成した後に、上記絶縁層の表面に上記ヒーター材の固着を補助する樹脂層を形成するという構成を採用する。
このような構成を採用することで、本発明では、ヒーター材が粉末圧延により絶縁層上に固着させやすくすることができる。

また、本発明は、上記絶縁層は、セラミックから形成されるという構成を採用する。
このような構成を採用することで、本発明では、絶縁層がセラミックから形成されて耐熱性を有しているため、発熱体が高温に発熱しても絶縁層の溶融等を抑制することができ、発熱体の発熱許容範囲を拡大させることができる。

また、本発明は、上記粉末圧延工程の後であって、上記熱処理工程の前に、上記金属板を成型加工するという構成を採用する。
このような構成を採用することで、本発明では、上記熱処理工程の焼成前に、金属板を成型することで、発熱体の形状を所望の形状に成型させることができる。

また、本発明は、上記記載の製造方法を有する加熱装置の製造方法を採用する。
このような構成を採用することで、本発明では、帯状の発熱体を有する加熱装置が得られる。

本発明では、基材となる金属板の表面に絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層を形成した後に、上記絶縁層上に導電発熱特性を有するヒーター材の粉末を粉末圧延により固着する粉末圧延工程と、上記粉末圧延工程の後に、上記ヒーター材を焼成する熱処理工程とを有するという構成を採用することによって、ヒーター材が絶縁層を介して金属板の面上に固着することで、帯状の発熱体を製造することができる。
したがって、本発明では、ヒーター材の粉末を金属板上に固着させることで幅広の帯状の発熱体を容易に製造でき、且つ、基材が金属板から形成されていることで所望の形状に成型加工できる発熱体を製造することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一の部材には同一の参照符号が付されている。また、理解を容易にするために、これらの図面は、縮尺を適宜変更している。

始めに、本実施形態において製造される発熱体の構成について説明する。
図１は、本実施形態における発熱体１を示す斜視図である。
発熱体１は、基材となる金属板２１と、金属板２１の両面に形成される絶縁層２２と、各絶縁層２２上に積層される発熱層２３とを有する。

金属板２１は、発熱体１の形状の骨格となるものであり、例えば、ステンレスの板等が用いられる。
発熱層２３は、導電発熱特性を有するヒーター材から形成され、通電すると熱を発する構成となっている。
絶縁層２２は、発熱層２３に通電する電流が、金属板２１に漏電することを防止するために金属板２１と発熱層２３との間に形成されるものである。
以下、上記構成の発熱体１の製造方法について説明する。

（第１実施形態）
先ず、絶縁層２２が樹脂から形成される発熱体１の製造方法について図２及び図３を参照して説明する。
図２は、第１実施形態における発熱体１の製造工程を示すフローチャートである。
図３は、導電発熱特性を有するヒーター材の材料粉末２を粉末圧延により金属板２１に固着させる粉末圧延装置Ｄの構成図を示す。
ここで、先に、図３に示す粉末圧延装置Ｄの構成について説明する。

粉末圧延装置Ｄは、導電発熱特性を有するヒーター材の材料粉末２を貯蓄するホッパ３Ａ及びホッパ３Ｂと、ホッパ３Ａに貯蓄された材料粉末２を後述する圧延ローラ４Ａの周面に向けて搬送して供給するベルトフィーダ５Ａと、ホッパ３Ｂに貯蓄された材料粉末２を後述する圧延ローラ４Ｂの周面に向けて搬送して供給するベルトフィーダ５Ｂと、圧延ローラ４Ａの周面及び圧延ローラ４Ｂの周面に供給された材料粉末２及び絶縁層２２が形成された金属板２１を圧延する圧延ローラ４Ａ、４Ｂとを有する構成となっている。

材料粉末２としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）合金から成るヒーター材の粉末が用いられる。

ホッパ３Ａは、材料粉末２を貯蓄し、断面形状が下方に向かうに従って漸次縮径する中空構造を有する構成となっている。なお、ホッパ３Ｂもホッパ３Ａと同様の構成となっており、ホッパ３Ａと所定の距離で離間して対称的に設けられる。

ベルトフィーダ５Ａは、ホッパ３Ａの下方に設けられ、不図示の回転駆動機構と接続されて回転駆動することで、ホッパ３Ａの下部から供給される材料粉末２を搬送する構成となっている。また、ベルトフィーダ５Ａは、搬送先が、圧延ローラ４Ａの上方に位置しており、材料粉末２を圧延ローラ４Ａの周面上に供給する構成となっている。なお、ベルトフィーダ５Ａは、圧延ローラ４Ａの幅と略同一の幅を有しており、圧延ローラ４Ａの幅方向に亘って均一に、材料粉末２を供給可能な構成となっている。
ベルトフィーダ５Ｂも、ベルトフィーダ５Ａと同様の構成となっており、ホッパ３Ｂの下方に設けられ、材料粉末２を圧延ローラ４Ｂの周面上に供給する構成となっている。

圧延ローラ４Ａ、４Ｂは、一対となっており、ベルトフィーダ５Ａ及びベルトフィーダ５Ｂの下方に設けられる。また、圧延ローラ４Ａ、４Ｂは、互いの周面が所定の間隔で平行対峙するように配置される。そして、圧延ローラ４Ａ、４Ｂは、不図示の回転駆動機構により回転駆動することによって、圧延ローラ４Ａ、４Ｂの間に挿入される部材を圧延する構成となっている。

続いて、図２を参照して発熱体１の製造工程について説明する。

始めに、金属板２１の表面に樹脂を塗布し、絶縁層２２を形成させる（ステップＳ１）。
絶縁層２２は、樹脂から構成されており、例えば、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと称する）を金属板２１の表面上に均一の厚さで塗布した後、乾燥して形成される（図３参照）。
なお、絶縁層２２は、上記粉末圧延装置Ｄにより、ＰＰＳを粉末状にしたもの粉末圧延により金属板２１の表面上に形成されても良い。

次いで、粉末圧延装置Ｄを用いて、金属板２１に形成された絶縁層２２上に材料粉末２を粉末圧延により固着させる（粉末圧延工程：ステップＳ２）。
粉末圧延装置Ｄは、図３に示すように、ホッパ３Ａ内に貯蓄された材料粉末２をベルトフィーダ５Ａの駆動によって、ホッパ３Ａ下部から搬出させ、圧延ローラ４Ａに向けて搬送する。そして、ベルトフィーダ５Ａは、圧延ローラ４Ａの周面に、圧延ローラ４Ａの幅方向に亘り連続的に材料粉末２を供給する。また、それと同時に、粉末圧延装置Ｄは、ホッパ３Ｂ内に貯蓄された材料粉末２をベルトフィーダ５Ｂの駆動によって、圧延ローラ４Ｂに向けて搬送し、圧延ローラ４Ｂの周面に供給する。

圧延ローラ４Ａ、４Ｂは、所定の距離で回転駆動することによって、圧延ローラ４Ａ，４Ｂ間に供給された材料粉末２と、圧延ローラ４Ａ、４Ｂの間に上方から下方へ挿通されて搬送される絶縁層２２が形成された金属板２１とを圧延する。当該圧延によって、材料粉末２は、粉体層となって金属板２１に形成された絶縁層２２上に固着されることとなる。

そして、粉末圧延工程により一体となった、金属板２１、絶縁層２２及び材料粉末２を所望の形状に成型加工する（ステップＳ３）。
一体となった金属板２１、絶縁層２２及び材料粉末２は、例えば、図６に示すような、波形状の発熱体１を製造するために、波形状のプレス金型等を用いて成型加工されることとなる。

最後に、所望の形状に成型された金属板２１、絶縁層２２及び材料粉末２を加熱炉内に載置して加熱し、材料粉末２を焼成する（熱処理工程：ステップＳ４）。
材料粉末２は、材料粉末２の融点以下の温度で加熱して焼結させることで、絶縁層２２上に材料粉末２が強固に固着して、発熱層２３となる（図１及び図６参照）。
なおここで、樹脂から成る絶縁層２２が、熱硬化性を有するものであれば熱硬化して金属板２１上に強固に固着する。

上記熱処理工程によって、所望の形状を有した帯状の発熱体１が製造されることとなる。

したがって、上述した本発明の第１実施形態によれば、基材となる金属板２１の表面に絶縁層２２を形成する工程と、絶縁層２２を形成した後に、絶縁層２２上に導電発熱特性を有するヒーター材の材料粉末２を粉末圧延により固着する粉末圧延工程と、上記粉末圧延工程の後に、上記ヒーター材を焼成する熱処理工程をと有するという構成を採用することによって、ヒーター材が絶縁層２２を介して金属板２１の面上に固着することで、帯状の発熱体１を製造することができる。
つまり、第１実施形態では、ヒーター材の材料粉末２を金属板２１上に固着させることで幅広の帯状の発熱体１を容易に製造でき、且つ、基材が金属板２１から形成されていることで所望の形状に成型加工できる発熱体１を製造することができる。

また、第１実施形態において、絶縁層２２は、樹脂から形成されるという構成を採用することで、樹脂から形成される絶縁層２２を介してヒーター材が固着され、発熱時において金属板２１に発熱層２３を流れる電流が漏電することを防止することができる。

また、第１実施形態において、上記粉末圧延工程の後であって、上記熱処理工程の前に、金属板２１を成型加工するという構成を採用することで、上記熱処理工程の焼成前に、金属板２１を成型することで、発熱体１の形状を所望の形状に成型させることができる。

（第２実施形態）
続いて、絶縁層２２がセラミックから形成される発熱体１の製造方法について図４及び図５を参照して説明する。
図４は、第２実施形態における発熱体１の製造工程を示すフローチャートである。
図５は、第２実施形態における発熱体１の製造工程を説明する図である。
なお、以下の説明において、第１実施形態と構成を同じくする部分の説明は割愛する。

上記第１実施形態では、絶縁層２２が樹脂から形成されているため、発熱体１が、例えば、約２５０度以上の温度に発熱してしまうと、絶縁層２２に用いられる樹脂の種類によっては、溶融、熱変形、破壊等してしまう可能性があるため、発熱体１の発熱許容範囲は、およそ２５０度以下であることが好ましいものであった。したがって、第２実施形態では、第１実施形態よりも発熱体１の発熱許容範囲を拡大させるため、絶縁層２２に耐熱性を有するセラミックを採用することとした。
なお、第２実施形態では、材料粉末２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）が１０〜３０ｗｔ％、クロム（Ｃｒ）が３０ｗｔ％で、残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる合金であるヒーター材の粉末が用いられる。

以下、図４及び図５を参照して、第２実施形態における発熱体１の製造工程に従って説明する。

始めに、金属板２１の表面にセラミックからなる絶縁層２２を形成させる（ステップＳ５）。
絶縁層２２は、未焼成のセラミックから構成されており、例えば、シリカやアルミナ等を溶媒に溶かして金属板２１の表面上に均一の厚さで塗布した後、乾燥して形成される（図５（ａ）参照）。
なお、選択されるセラミックの種類は、材料粉末２の焼成温度近傍の温度で焼成できるものを選択するのが好ましい。

次いで、金属板２１に形成された絶縁層２２上に樹脂を塗布する（ステップＳ１）。
当該樹脂を塗布する意図は、絶縁層２２がセラミックから形成されているため延性が乏しく、直接粉末圧延によって絶縁層２２上に材料粉末２が固着することが難くなるため、セラミックより延性が高い樹脂から形成される層を絶縁層２２上に設けることで、材料粉末２を絶縁層２２に固着し易くさせるためである。樹脂を塗布した後、乾燥させることで、樹脂層２４が絶縁層２２上に形成される（図５（ｂ）参照）。

そして、粉末圧延装置Ｄ（図３参照）を用いて、金属板２１に形成された絶縁層２２上に樹脂層２４を介して材料粉末２を粉末圧延により固着させる（粉末圧延工程：ステップＳ２）。
粉末圧延工程によって、材料粉末２は、図５（ｃ）に示すように、絶縁層２２上に樹脂層２４を介して固着されることとなる。

そして、粉末圧延工程により一体となった、金属板２１、絶縁層２２、樹脂層２４及び材料粉末２を所望の形状に成型加工する（ステップＳ３）。

次いで、成型された、金属板２１、絶縁層２２、樹脂層２４及び材料粉末２を加熱炉にいれて脱樹脂処理を行う（ステップＳ６）。
ここで、材料粉末２の絶縁層２２上への固着を補助するという役目を終えた樹脂層２４を約４００度程度で加熱することで樹脂を揮発させ脱樹脂処理を行うこととなる。当該脱樹脂処理を行うことで、製品の仕上がり等の質を向上させることができる。

最後に、脱樹脂処理を経た金属板２１、絶縁層２２及び材料粉末２を加熱炉内に載置して加熱し、材料粉末２及び未焼成のセラミックから成る絶縁層２２を焼成する（熱処理工程：ステップＳ４）。
材料粉末２は、材料粉末２の融点以下の温度で加熱されて焼結し、絶縁層２２上に材料粉末２が強固に固着して発熱層２３となる。また、絶縁層２２は、焼成されて硬化することで形状が固定される。

上記熱処理工程によって、材料粉末２が焼結して発熱層２３となり、また、セラミックから成る絶縁層２２が焼結して、所望の形状の発熱体１が製造される（図６参照）。

したがって、上述した第２実施形態によれば、絶縁層２２を形成した後に、絶縁層２２の表面に上記ヒーター材の材料粉末２の固着を補助する樹脂層２４を形成するという構成を採用することで、材料粉末２が粉末圧延により絶縁層２２上に固着させやすくすることができる。

また、第２実施形態において、絶縁層２２は、セラミックから形成されるという構成を採用することで、絶縁層２２がセラミックから形成されて耐熱性を有しているため、発熱体が高温に発熱しても絶縁層２２の溶融等を抑制することができ、発熱体１の発熱許容範囲を拡大させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、上記第１及び第２実施形態において製造された発熱体１を用いた加熱装置５０の製造方法について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、発熱体１を用いた加熱部３０の側面図を示す。
図７は、加熱部３０が複数設けられた加熱装置５０の平面図を示す。

加熱部３０は、波形状に成型された発熱体１と、発熱体１を厚さ方向から挟持する一対の支持板３０Ａ及び支持板３０Ｂから構成される。

支持板３０Ａは、金属板２１Ａ及び絶縁層２２Ａから構成されており、発熱体１が有する発熱層２３に対して絶縁層２２Ａが対峙するように固着される。このような構成によって、発熱層２３に流れる電流が金属板２１Ａが設けられる側に漏電することを防止することができる。
支持板３０Ｂは、支持板３０Ａが設けられた側に対して逆側に設けられて、支持板３０Ａと同様に、金属板２１Ｂ及び絶縁層２２Ｂから構成され、発熱体１が有する発熱層２３に対して絶縁層２２Ｂが対峙するように固着される。
このような支持板３０Ａ及び支持板３０Ｂによって、波形状の発熱体１を厚さ方向から挟持すると、支持板３０Ａと発熱体１との間で複数の中空空間４０Ａが、また、支持板３０Ｂと発熱体１との間で複数の中空空間４０Ｂが形成されることとなる。

続いて、加熱部３０を用いた加熱装置５０の構成を図７を参照して説明する。
加熱装置５０は、複数の加熱部３０と、加熱部３０に電流を流し発熱させる電極５１Ａ（陽極）及び電極５１Ｂ（陰極）とを有する構成となっている。
加熱部３０は、所定の曲率で湾曲した円弧形状のものが同心で径方向に所定間隔で配置されており、発熱体１の発熱層２３の一端が電極５１Ａと接合され、他端が電極５１Ｂと接合される。
なお、当該接合には、ロウ材を用いても良い。

このような構成の加熱装置５０は、電極５１Ａ及び電極５１Ｂによって、発熱体１を通電すると発熱層２３が発熱し、例えば、図７において紙面垂直方向に流れる気体に中空空間４０Ａ及び中空空間４０Ｂ（図６参照）を通過する過程で熱を加えることによって熱風とさせることができる。
したがって、第３実施形態では、加熱装置５０は、発熱体１を波形状を有した帯状に形成することで、線状よりも断面積が広くなり断線を抑制できるため製品寿命が延び、また、空気と触れる表面積が広くなるため加熱効率を向上させることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の第３実施形態では、加熱部３０において、発熱体１を挟持する支持板３０Ａ、３０Ｂを用いると説明した。しかしながら、支持板３０Ａ、３０Ｂの代わりに、直線形状の発熱体１を２つ用いて挟持する構成であっても良い。さらに、加熱部３０は、発熱体１を組み合わせてハニカム構造に形成されても良い。

本発明の実施の形態における発熱体を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における発熱体の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における粉末圧延装置の構成図である。 本発明の第２実施形態における発熱体の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における発熱体の製造工程を説明する図である。 本発明の第３実施形態における加熱部の側面図である。 本発明の第３実施形態における加熱装置の平面図である。

符号の説明

１…発熱体、２…材料粉末（粉末）、２１…金属板、２２…絶縁層、２４…樹脂層、５０…加熱装置

Claims (6)

1. 基材となる金属板の表面に絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層を形成した後に、前記絶縁層上に導電発熱特性を有するヒーター材の粉末を粉末圧延により固着する粉末圧延工程と、
   前記粉末圧延工程の後に、前記ヒーター材を焼成する熱処理工程とを有することを特徴とする発熱体の製造方法。
2. 前記絶縁層は、樹脂から形成されることを特徴とする請求項１に記載の発熱体の製造方法。
3. 前記絶縁層を形成した後に、前記絶縁層の表面に前記ヒーター材の固着を補助する樹脂層を形成することを特徴とする請求項１に記載の発熱体の製造方法。
4. 前記絶縁層は、セラミックから形成されることを特徴とする請求項３に記載の発熱体の製造方法。
5. 前記粉末圧延工程の後であって、前記熱処理工程の前に、前記金属板を成型加工することを特徴とする請求項１〜４に記載の発熱体の製造方法。
6. 請求項１〜５に記載の製造方法を有する加熱装置の製造方法。

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