JP3165912U - 加熱素子 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導面積を増加し、カーボン材薄膜層の脱落を防止する、高効率の加熱素子を提供すること。【解決手段】基材７１と、基材７１の表面に塗布されたカーボン材薄膜層７３と、カーボン材薄膜層７３の表面両側に設けた電極７４ａ，７４ｂとを備え、カーボン材薄膜層７３を塗布した部分において、基材７１の表面に粗面７２を設ける。【選択図】図７

Description

本考案は、ガラス等より成る基材の表面に粗面を形成し、熱伝導面積を増加すると共に、カーボン材薄膜層の脱落を防止する、高効率の加熱素子に関する。

現在市販されている電熱製品は、抵抗フィラメントまたは電熱管が発生する熱エネルギーを利用して物品を加熱するのが一般的である。
しかし、このような電熱製品は、抵抗フィラメントと電熱管が比較的大きい均一な面での発熱を生み出すことができないため、電熱効率が低く、エネルギーの消耗を招くという欠点がある。

上述の欠点を解決するため、従来、図１に示す管状金属薄膜加熱素子、及び、図２に示す板状金属薄膜加熱素子のように、ガラス管、ガラス板または石英管上に真空スパッタリングで金属を蒸着して導電性薄膜を形成した加熱素子を開発している。
図１及び図２に示す加熱素子１０、２０は、基材１１、２１を備え、基材１１、２１の一面に真空スパッタリング法で金属薄膜層１２、２２をメッキすると共に、薄膜層１２、２２上に２つの電極１３ａ、１３ｂ及び２３ａ、２３ｂを設置してあり、電源が２つの電極１３ａ、１３ｂまたは２３ａ、２３ｂに導通されると、金属薄膜層１２、２２が発熱して加熱効果を発揮することができる。

しかしながら、このような構造の加熱素子１０、２０は、大面積の金属薄膜層１２、２２の加工コストが高いため、図３に示す管状カーボン材薄膜加熱素子、及び、図４に示す板状カーボン材薄膜加熱素子のように、カーボン材を導電性薄膜層とした加熱素子が開発されている。
加熱素子３０、４０は、カーボン材を直接ガラス管及びガラス板より成る基材３１、４１上に塗布してカーボン材薄膜層３２、４２とし、さらにカーボン材薄膜層３２、４２上に絶縁層３３、４３を設置して、カーボン材薄膜層３２、４２の脱落を防止している。このような構造としたのは、ガラス管またはガラス板の表面が滑らかで艶のある面であることから、カーボン材薄膜層３２、４２が脱落しやすいためである。

また、カーボン材薄膜が脱落する問題を克服するため、図５に示す管状カーボン材薄膜加熱素子のような構造、及び、図６に示す板状カーボン材薄膜加熱素子のような構造がある。
図５及び図６に示す加熱素子５０、６０は、ガラス管及びガラス板より成る基材５１、６１の表面とカーボン材薄膜層の間に粘着層５３、６３を設け、カーボン材薄膜層５２、６２と基材５１、６１間の付着力を高めて脱落現象を克服している。しかしながら、このような構造は熱伝導の損耗を生じるため、低熱伝導部材上にしか使用できない。

本考案が解決しようとする課題は、上述の従来品の欠点を解決し、熱伝導面積を増加し、カーボン材薄膜層の脱落を防止する、高効率の加熱素子を提供することにある。

本考案の加熱素子は、基材と、前記基材の表面に塗布されたカーボン材薄膜層と、前記カーボン材薄膜層の表面両側に設けた電極とを備え、前記カーボン材薄膜層を塗布した部分において、前記基材の表面に粗面を設けてある。
前記基材は管状、板状、筒形容器状のいずれかとすることができる。
前記粗面は規則的または不規則な凹凸面としても良い。
前記粗面の算術平均粗さを０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとするのが望ましい。
前記粗面を前記筒形容器状の基材の外側表面の下部または底面に設けることができる。

本考案によれば、基材の表面に粗面を設けたので、基材とカーボン材薄膜層との間の熱伝導接触面積及び付着力が増加し、この結果、カーボン材薄膜層への熱伝導効率を高め、同時にカーボン材薄膜層の脱落を防止できる。

従来の管状金属薄膜加熱素子の断面図である。 従来の板状金属薄膜加熱素子の断面図である。 従来の管状カーボン材薄膜加熱素子の断面図である。 従来の板状カーボン材薄膜加熱素子の断面図である。 従来の他の管状カーボン材薄膜加熱素子の断面図である。 従来の他の板状カーボン材薄膜加熱素子の断面図である。 本考案の実施例１を示す管状加熱素子の断面図である。 本考案の実施例２を示す板状加熱素子の断面図である。 本考案の実施例３を示す容器状加熱素子の断面図である。

本考案の実施例を図７〜図９に基づいて詳細に説明する。
図７は、管状の加熱素子に係る実施例１を示す。
実施例１の加熱素子７０は、ガラス、石英ガラスまたはセラミック材質より成る管状基材７１を備える。
管状基材７１の外側表面に粗面７２が設けられ、粗面７２の外面にカーボン材薄膜層７３が塗布され、且つカーボン材薄膜層７３の外面両側にそれぞれ電極７４ａ、７４ｂが塗布して設けられ、これら電極７４ａ、７４ｂが電源ワイヤの接続に用いられる。
また、カーボン材薄膜層７３と２つの電極７４ａ、７４ｂの外面に絶縁層７５が設けられ、電気的絶縁作用が提供される。

図８は、板状の加熱素子に係る実施例２を示す。
実施例２の加熱素子８０は、ガラス、石英ガラスまたはセラミック材質より成る板状基材８１を備える。
板状基材８１の表面上に粗面８２が設けられ、粗面８２上にカーボン材薄膜層８３が塗布され、且つカーボン材薄膜層８３の上面両側にそれぞれ電極８４ａ、８４ｂが塗布して設けられ、これら電極８４ａ、８４ｂが電源ワイヤの接続に用いられる。
また、カーボン材薄膜層８３と２つの電極８４ａ、８４ｂの上面に絶縁層８５が設けられる。

図９は、容器状の加熱素子に係る実施例３を示す。
実施例３の加熱素子９０は、ガラス、石英ガラスまたはセラミック材質より成る筒形容器状の基材９１を備える。
基材９１の外側表面の下部に、外周囲を取り巻くよう環状の粗面９２が設けられ、粗面９２の外面にカーボン材薄膜層９３が塗布される。また、カーボン材薄膜層９３の外面上下部にそれぞれ電極９４ａ、９４ｂが塗布して設けられ、これらの電極９４ａ、９４ｂが電源ワイヤの接続に用いられる。

さらに、カーボン材薄膜層９３と２つの電極９４ａ、９４ｂの外面に絶縁層９５が設けられると共に、絶縁層９５の外側に底カバー９６が被着され、絶縁と断熱作用が提供される。
基材９１は各種の液体を入れる容器とすることができ、例えば湯飲み、急須、コーヒーサーバー、保温カップ、保温ポット、鍋等の容器とすることができる。また、粗面９２は基材９１の底面に設けることもできる。

なお、本考案において、カーボン材薄膜層は、炭素薄膜層、グラファイト薄膜層等とすることができる。
熱伝導効率を高め、薄膜層の付着力を増すために基材の表面に設けた粗面は、サンドブラスト等により形成してある。サンドブラストは８０メッシュ約０．１５ｍｍを使用して加工を行い、粗面は規則的または不規則な凹凸面とすることができる。粗面の最良の粗さ（算術平均粗さ；Ｒａ）は約０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとし、基材と導電薄膜の熱伝導接触面積を増加して、熱伝導効率向上の目的を達することができる。

１０、２０、３０、４０、５０、６０ 加熱素子
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 基材
１２、２２ 金属薄膜層
３２、４２、５２、６２ カーボン材薄膜層
５３、６３ 粘着層
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ 電極
７０、８０、９０ 加熱素子
７１、８１、９１ 基材
７２、８２、９２ 粗面
７３、８３、９３ カーボン材薄膜層
７４ａ、７４ｂ、８４ａ、８４ｂ、９４ａ、９４ｂ 電極
９６ 底カバー
７５、８５、９５ 絶縁層

Claims (5)

1. 基材と、前記基材の表面に塗布されたカーボン材薄膜層と、前記カーボン材薄膜層の表面両側に設けた電極とを備え、前記カーボン材薄膜層を塗布した部分において、前記基材の表面に粗面を設けたことを特徴とする、加熱素子。
2. 前記基材が管状、板状、筒形容器状のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の加熱素子。
3. 前記粗面が規則的または不規則な凹凸面であることを特徴とする、請求項１に記載の加熱素子。
4. 前記粗面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の加熱素子。
5. 前記粗面を前記筒形容器状の基材の外側表面の下部または底面に設けたことを特徴とする、請求項２に記載の加熱素子。

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