JP4094960B2 - 加熱システム - Google Patents

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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。

Claims (13)

  1. 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み、前記セラミック基板はシリカ含有表面層を持ち、前記熱的に安定な樹脂は、前記基板と前記抵抗層との間に介在されたアミノシランによって前記基板の前記シリカ含有表面層に接着される、加熱システム。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 前記アミノシランはγ-アミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする請求項１に記載の加熱システム。
  8. コーヒーメーカー又はティーメーカーのための、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加熱システムを有するガラスジャグにおいて、該ガラスジャグは、前記加熱システムの前記基板を形成する、ガラスジャグ。
  9. エナメル絶縁層を備えたスチール基板を有し、更に請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加熱システムを有する家庭用湯沸し器において、前記スチール基板は、前記エナメル絶縁層とともに、前記加熱システムのための前記基板を形成する、家庭用湯沸し器。
  10. 前記ポリイミドを含む熱的に安定な樹脂はＡｇを含むポリイミドの接触層を備えることを特徴とする請求項３に記載の加熱システム。
  11. 請求項３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、
    - カーボンを含むＰＡＡ層を前記基板に塗布するステップと、
    - 前記ＰＡＡ層を乾燥及び硬化させて、カーボンで満たされたポリイミドを含む抵抗層を形成するステップと、
    を有する方法において、前記ＰＡＡ層を塗布するステップの前に前記セラミック基板にアミノシランを含む接着促進剤が塗布される、方法
  12. 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１１に記載の方法。
  13. 前記ＰＡＡ層は、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 つ以上の物質を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
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