JPH04355091A - 発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、暖房器、調理器などの
電熱器具に用いる高温の発熱体、すなわち電気ヒータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からこの種の発熱体としては、電熱
線をマイカ板に巻回したマイカヒータや、シーズヒータ
、石英管ヒータなどが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発熱体は、発熱線の周囲に管壁や側壁があり、被加熱物
の加熱はこの管壁や側壁を通して行なわれる。そのため
、発熱線で発生した熱はそのまま輻射エネルギーとして
放射されず、石英管ヒータのように一部の短波長の赤外
線を通すものもあるが、ほとんどの場合は、前記の管壁
や側壁まで熱伝達された後にその部分からの二次輻射と
なる。従って、赤外線輻射エネルギーの大小は基本的に
は前記の管壁や側壁の温度によって決められる。従って
、輻射加熱利用の観点から輻射温度を例えば調理器の輻
射加熱に最適の８００℃にしようとすると、発熱体の温
度はそれよりも高い温度例えば１０００℃に設定するこ
とが必要になる。そのため発熱線の耐熱要求は過酷なも
のとなり、それに耐えられる実用的な発熱線材はなかっ
た。

【０００４】また、発熱体の熱容量の面からも発熱体に
加えて、管壁や側壁の加熱も熱容量として加算されるた
め、通電後の温度立ち上がりの面では不利であった。

【０００５】また、発熱体を裸の状態でそのまま使用し
ようとすると、耐食性に課題があったり、輻射面積が小
さいため輻射加熱分布にムラがあったりする課題があっ
た。

【０００６】本発明は前記課題を解決し、加熱立ち上が
り時間が短く、しかも信頼性が高く高温で使用できる赤
外線輻射利用に関して有利な発熱体を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、耐熱金属箔をパターン化して、平面状に配して用
いる金属発熱体の表面に、アーク溶射によりアルミニウ
ム皮膜層を形成し、その上にボロシロキサン重合体もし
くはチタノカルボシラン重合体をおよびガラスを含む塗
膜層を形成する。

【０００８】

【作用】本発明は、金属箔をパターン化した表面上に塗
膜層が形成されている状態で格別な管壁や側壁なしでそ
のまま用いる。そのため熱容量が小さいので、通電後の
温度立ち上がり速度が相対的に早くなる。また、高温下
で過酷な環境条件で使用する場合でも、表面に耐熱性が
高く耐食性に優れた皮膜が形成されていることによって
、ヒータ素子として優れた耐食性を持っている。また各
種応用に関してはヒータの空間配置として、従来のシー
ズヒータなどの棒状ヒータと比較して平面上に広がって
いることで、熱輻射面積が大きくとれるため、加熱むら
が改善され均一な輻射加熱が出来る。また金属をそのま
ま用いる場合と比較して、発熱体の表面からの熱輻射率
は高く高輻射が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の発熱体の一実施例を添付図面
に基づいて説明する。図１は発熱体の断面図であり、発
熱体１はパターン化された耐熱金属箔２の表面上にアー
ク溶射にて形成したアルミニウム皮膜層３が形成されて
いる。更に、このアルミニウム皮膜の上にはボロシロキ
サン重合体もしくはチタノカルボシラン重合体およびガ
ラスを含有する塗膜層４が形成されている。これは、ま
ず耐熱金属箔シートをパターン化した後に、アルミニウ
ムをアーク溶射し、次にボロシロキサン重合体もしくは
チタノカルボシラン重合体を結合剤として、ガラス粉末
を含有する塗料を前記発熱体上に塗布焼成して得られる
。

【００１０】耐熱金属箔としては、鉄−クロム−アルミ
ニウム系、ニッケル−クロム系、各種ステンレス系鋼板
などが用いられる。金属箔の厚みとしては、３０μｍか
ら２００μｍが用いられる。通常用いられる発熱金属の
固有抵抗値からして、ＡＣ１００Ｖ電源用ヒータとして
の抵抗特性を考慮すると、金属の厚みが２００μｍを越
えると、幅が狭く、長い状態で用いること、即ち巻線タ
イプの方式が必要となり、熱輻射分布の観点から不利と
なる。また、３０μｍ以下となると加工が著しく困難と
なるためである。ヒータ素子としての回路形成は、必要
サイズの箔から、プレスもしくはエッチングなどにより
パターンを得るか、または所定の幅の線材を用いて、必
要なパターンを形成しても良い。

【００１１】耐熱金属上に金属合金皮膜を形成する手段
としては、基材上にニッケルさらにアルミニウムを相次
いでクラッド加工してそれを焼成して合金化する手段が
あるが、これはコスト的に高価な上クラッド加工後切断
する際に端面に素地の金属がどうしても露出してしまう
ため、耐食性にばらつきが生ずるという欠点があった。 また、表面の合金層の厚みも、クラッド加工の加工性の
条件から膜厚を厚くできにくいという課題がある。

【００１２】図２に、本発明の発熱体を示し、この発熱
体１は、セラミックス等で形成される支持体５で支持さ
れて実用に供せられる。従来のシーズヒータ等の棒状ヒ
ータに対して大きな輻射面積を有している。また表面の
赤外線放射特性も優れている。

【００１３】本発明の発熱体が高温下で、優れた耐食性
を示す理由は以下のように推定される。一般的に、高温
下での発熱体の耐食性を支配する腐食挙動は、２つあり
、１つは高温酸化による腐食と、もう１つは塩分等を含
む水分による湿式の腐食である。高温酸化は金属表面に
酸化生成物のスケールが形成され、脱離して進行する腐
食形態である。湿式腐食は水溶液中の金属の電気化学的
腐食である。

【００１４】金属は水素イオンの還元反応の同時反応と
して、イオン化して溶解する。これは発熱体として通電
されていることで加速される。

【００１５】本発明のアルミニウム皮膜および塗膜は高
温酸化に関して酸素の素子金属面への拡散の障壁となり
、酸化の進行を防止する。特にアルミニウムは、酸化雰
囲気で安定で異常酸化に強い特性を有する。これにより
、高温酸化に強くなる。また、アルミニウムは通常の基
材の発熱金属よりは電気化学的に卑で湿式の電気化学的
腐食に関して犠牲陽極として作用すると考えられる。 したがって湿式腐食も防止され全体的に高温下で優れた
耐食性を発揮する。

【００１６】本塗膜は含有されるガラスの寄与で非常に
ピンホールが少ない状態になっていると推定される。し
たがって高温酸化においても湿式腐食においても塗膜は
優れた耐食性をもつ。

【００１７】ここで、発熱体を高温下で使用する意義に
ついて説明する。８００〜９００℃という温度が、輻射
加熱の応用面で有利とされる理由としては、被加熱体と
しての水の赤外線吸収が３μｍにあり、この吸収特性を
生かそうとすればプランクの輻射の法則から８００〜９
００℃の輻射体温度が有利になるためである。従来有利
であるにも拘らず用いられなかった理由は耐食性に問題
があったためである。

【００１８】本発明で用いる塗料はアトライタ（商品名
）などの分散機を用いて、ガラス粉末および耐熱性充填
剤などをボロシロキサン重合体などの結合剤を溶剤とと
もに攪拌分散して塗料化する。塗料には、基材の金属と
の熱膨張を調整するためのガラス、セラミックス、金属
などの添加剤、塗料の安定化即ち沈降防止などの目的で
添加する界面活性剤などを配合してもよい。

【００１９】ボロシロキサン重合体は、ジフェニルジク
ロロシランと水酸化ホウ素を出発原料として合成される
Ｓｉ−Ｂ−Ｏから成る６員環、８員環、１０員環の環状
物の混合物より成る耐熱ポリマーである。またチタノカ
ルボシランの場合には、ポリカルボシランにチタンアル
コキシドを添加して重合させた耐熱ポリマーである。い
ずれも、耐熱塗料の結合剤として、室温では有機物に由
来するポリマーとしての優れた取扱性を有し、数百度を
越えると熱分解して６００℃以上ではきわめて安定な無
機物即ちセラミック質となる。この間、ポリマー重量の
約１／２が硬化体として残る。

【００２０】実験に用いた塗料は以下の配合で行なった
。結合剤として、宇部興産（株）の「チラノポリマー」
を１００重量部（但し、ポリマー固形分としては、５０
％）および平均粒径が１μｍのホウケイ酸ガラス６０重
量部を鉄−マンガン−銅酸化物系黒色顔料１００重量部
を溶剤キシレンとともに、塗料分散機「アトライタ」で
１０時間攪拌混合して塗料化した。

【００２１】発熱体サンプルはＦＣＨ−１およびＮＣＨ
−１を基材として５０μｍの厚みで、８ｍｍ幅のテープ
状で長さが２０ｃｍのものを用いて、基材を４００℃で
３０分加熱脱脂した後、パンメタルエンジニアリング株
式会社製アークメタルスプレーマシンを用いて約５μｍ
の膜厚で両面で皮膜形成した。

【００２２】この上に前記塗料をスプレーにて噴霧して
、１００℃で１０分乾燥、次に３００℃で１０分、６０
０℃で１０分、最終的に９００℃で１時間焼成して作成
した。両面同様に実施した。

【００２３】塗膜の膜厚は平均３μｍとした。この面の
赤外線放射率を測定した所、０．８０であった。

【００２４】発熱体の評価方法は前記の処理を行なった
発熱体に通電し、表面温度を８００℃とした。この状態
で５％の食塩水０．５ｃｃを２分毎に滴下して、発熱体
が破断にいたるまでの滴下回数でその耐食性を評価した
。滴下回数は、下記の通りであった。ＦＣＨ−１（基材
のみ）：１０回、ＮＣＨ−１（基材のみ）：１５回、Ｆ
ＣＨ−１（本処理品）：１０８回、ＮＣＨ−１（本処理
品）：２２２回であった。

【００２５】耐食性が改善されたのは、先に推定した理
由によると考えられる。ただし、ＮＣＨに関して非常に
有効であった理由は、基材のニッケルとアルミニウムが
合金化して耐食性に優れたＮｉ−Ａｌ合金が形成された
ためと推定される。

【００２６】第一のアルミニウム皮膜については耐食性
の面では膜厚が厚い方が有利であるが、抵抗値変化の影
響を極力押さえるためには１０μｍ以下の膜厚が望まし
い。

【００２７】ここでは、第二の塗膜の膜厚を両面それぞ
れ、３μｍで試験したが、この膜厚は必要に応じて増減
可能である。耐食性に関して、湿式腐食の防止の観点か
らは、膜厚が厚い方が良好な耐食性が期待できるが、基
材との熱膨張率差があるためあまり膜厚が厚いと塗膜を
剥離する懸念がある。膜厚的には、２〜１０μｍの範囲
が望ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明かなように本
発明によれば次の効果が得られる。 （１）金属箔をパターン化した発熱体の表面に、アルミ
ニウム皮膜および塗膜が形成されているのみであるため
、熱容量が小さく温度の昇温速度の早いヒータが得られ
る。 （２）発熱体の表面に高温下での耐食性に優れた塗膜が
形成されているため、従来用いることが出来なかった８
００℃以上の過酷な腐食環境下での適用が可能となる。 （３）金属箔の発熱体をパターン化して用いるため、輻
射面積が従来の棒状ヒータと比較して、大きく表面の赤
外線放射率が従来の金属の倍以上と見込まれ輻射分布の
有利な加熱ができる。 （４）発熱体の周囲に管壁や側壁がないため、早い温度
立ち上がり時間で、高温の輻射加熱ができる。 （５）アーク溶射および塗装により皮膜を形成するので
、耐食環境のレベルに応じて膜厚を調整することで、使
い方にあった耐食水準をもたせられる。 （６）他の皮膜形成法と比較して、特にターミナル部は
マスキングすることで、後の端子取り付けなどの工程が
簡略化できる。 （７）皮膜形成手段はいずれも発熱体の生産性に優れ、
安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例における発熱体の断面図

【図
２】本発明の発熱体の斜視図

【符号の説明】

１　　発熱体 ２　　パターン化された耐熱金属箔 ３　　アルミニウム皮膜層 ４　　ガラスを含む塗膜層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱金属箔をパターン化して、平面状に配
   しなる金属発熱体の表面に、アーク溶射によりアルミニ
   ウム皮膜層を形成し、その上にボロシロキサン重合体も
   しくはチタノカルボシラン重合体をおよびガラスを含む
   塗膜層を形成した発熱体。