【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
産業上の利用分野
本発明は面状ヒータ、特に高絶縁ホーロ層を設
けたホーロ基板にヒータエレメントを固着した面
状ヒータに関するものであり、暖房器、調理器、
乾燥機器などの電気エネルギーを利用した機器の
熱源を提供しようとするものである。
従来例の構成とその問題点
近年、面状ヒータは機器の薄型化、均一加熱な
どのニーズに合つた発熱体として脚光をあびるよ
うになつてきた。しかしながら、面状ヒータの多
くは雲母などの絶縁基板に電熱線を巻回したもの
を両面から雲母で挾み込んで鳩目で固定したヒー
タを放熱板に接触固定した構造であり、放熱板へ
の熱伝達が悪く、またヒータが封口されていない
ので耐湿特性に問題があるとともに、放熱板とヒ
ータが点接触であるために極部加熱の心配があ
り、ヒータが断線したり、温度分布が不均一にな
るなどの問題があつた。これらの問題を解決する
ために本発明者等は先にホーロ基板にヒータエレ
メントを固着した面状ヒータの特許を種々出願し
たがその後の研究の結果、ヒータエレメントの構
成により、設計の柔軟性（同一面積におけるＷ密
度、電流密度、容量値の設定巾など）、表面の温
度分布、端子の取り出し構造、加工性、経済性な
どに大きな影響を受けることが判明し、ヒータエ
レメントの構成を限定する必要が生じてきた。
特にヒータエレメントはホーロ基板に密着固定
する過程で、全面にわたつて密着を確保すること
が重要である。Ｗ密度、電流密度が高い場合、ヒ
ータエレメントが一部でも浮いているとそこだけ
が極部加熱して、断線することがあるので、ヒー
タエレメントの構成は面状ヒータにとつて重要な
要素となる。
発明の目的
本発明は金属の箔体を網目状の平滑な面に仕上
げたヒータエレメントをホーロ基板に密着固定す
ることにより、設計の柔軟性を確保しながら、温
度分布の均一化、熱時の絶縁抵抗、絶縁耐力の向
上、熱伝導の向上、耐湿特性などの改善も合わせ
て解決した面状ヒータを提供しようとするもので
ある。
発明の構成
本発明の面状ヒータの基本構成は金属の箔体を
網目状の平滑な面に仕上げたヒータエレメント
を、金属基板に高絶縁ガラスフリツトからなるホ
ーロ層を形成したホーロ基板にホーロ層からなる
カバーコートで密着固定した構造であり、ヒータ
エレメントに特徴がある。
実施例の説明
第１図は本発明の面状ヒータの一実施例を示す
もので、ホーロ用鋼板からなる金属基板１に高絶
縁ガラスフリツトからなる絶縁ホーロ層２を形成
したホーロ基板イにカバーコート３を薄く塗布し
て未乾燥の状態でヒータエレメント４を載置し、
ヒータエレメント４を一次接着させてその上から
カバーコート３′を塗布する。乾燥後、カバーコ
ート３，３′の性質に応じて焼成し、ヒータエレ
メント４を全面にわたつて強固にホーロ基板イに
密着固定させたものである。以下本発明の面状ヒ
ータの各構成要素について詳述する。
＜ヒータエレメント＞
本発明の面状ヒータを構成する重要な要素は、
ヒータエレメントにある。
第２図は本発明の面状ヒータのヒータエレメン
トの一実施例を示すもので、ａは金属の箔体を網
目状に加工したヒータエレメントの原板である。
第３図にその要部拡大図を示す。網目状の加工
方法は、第３図のようにＡの切込みを交互に入れ
ながら、Ｆ方向へ順次加工して行く。Ｆ方向に引
張り力が加わるのでＥの部分が変形し、平坦度が
なくなる。したがつてこのまゝではホーロ基板へ
の密着が確保できないので、レベリング加工を施
して、ホーロ基板との接触面を平滑な面に仕上げ
る。
網目加工上の留意点は、ヒータとしての特性、
特に抵抗値のバラツキを少なくするために、切込
み巾Ａ、送りピツチＢ、ひきのばし代Ｃ、は精密
に制御する必要がある。加えて、ホーロ基板との
密着を確保するためにレべリング加工にも注意を
要する。網目５の数は設計にもとずいて決定され
るものであり、任意に設定することができる。
第２図ｂは電力取り出し端子６，６′を、ａ，
a′部にスポツト溶接で固定した状態を示し、同図
ｃは所定のパターンに形成したものでＧの部分
（シヤ線部分）を切断したものである。Ｇの部分
を切断することは所定の抵抗値を得ることの他
に、抵抗値の修正を可能にするためである。抵抗
値は網目状の加工に加えて金属箔の板厚のバラツ
キなどにより大きくばらつく。
したがつて、抵抗値のバラツキをある範囲内に
収めようとすれば修正をしなければならない。
本発明によれば、Ｇの切込みを調整することに
より可能となる。つまり、Ｇを切断後に残る網目
７の数を調整することにより対応できる。
金属の箔体はFe−Cr、Fe−Cr−Al、Ni−Cr、
ステンレススチール、など抵抗体となり得るもの
であれば良いが、Fe−Cr、Fe−Cr−Al、などの
電熱用合金は体積抵抗率は高いが延性に乏しく、
200μｍ以下の箔体が困難であり、また網目加工
時に網目が切れる場合があり問題がある。特に面
状ヒータとしてはホーロ基板との密着性などを考
慮すると板厚が、100μｍ内外のものが好ましく、
したがつて、Ni−Cr系の発熱用合金、あるいは
SUS−430系、SUS−304系のステンレススチー
ルなど、伸び率の大きな材料が適している。ま
た、ホーロ基板、カバーコートの整合性を考慮す
るとNi−Cr系、およびSUS−430系のステンレス
が最も適していた。
＜ホーロ基板＞
ホーロ基板イの金属基板１は、アルミニユー
ム、アルミダイキヤスト、鋳鉄、アルミナイズド
鋼、ステンレススチール、鉄−クロム鋼、ニツケ
ル−クロム鋼、などが使用され、その選択に当つ
ては使用条件、使用温度、経済性、基板の形状、
加工性などより決定されるが、本発明の実施例で
はホーロ用鋼板を用いた。
次にホーロ基板イの加工方法についてのべる。
第４図にホーロ基板の一般的な加工工程を示す。
金属基板１の前処理工程は、金属に輸送中または
貯蔵中のさび止めのため、あるいは成形工程で塗
られた油や金属酸化物の除去、および絶縁ホーロ
層２、２′の密着を確保するために行なうもので
あり、絶縁ホーロ層２の密着強度に大きな影響を
与える。
絶縁ホーロ層２は金属基板１の熱膨張率、融
点、変態温度などを勘案して、金属基板１に適し
た物理的性質（熱膨張率、軟化点、作業温度な
ど）を有するホーロフリツトの組成を選ぶ必要が
ある。すなわち、金属基板とホーロ層の熱膨張率
の違いによるホーロ面の剥離を防止するために金
属基板とホーロフリツトの熱膨張率を整合させる
必要がある。ホーロ用鋼板の熱膨張率は125×
10-7／degで、これと整合するホーロフリツトの
熱膨張率は80〜110×10-7／degである。
本発明に用いる好ましいホーロフリツトについ
ては後述する。
次にホーロスリツプの調整工程であるが、フリ
ツトの種類が決定されれば、フリツトの他にミル
添加剤、水などを必要に応じて適量を混合し、ボ
ールミルなどを用いて、泥状物（スリツプ）にす
る。調整されたスリツプを金属基板（前処理済）
に塗布する方法は通常スプレー法あるいはデイツ
プ法である。乾燥工程は風乾もしくは50〜150℃
の乾燥炉を用いて塗布面を乾燥する。次いで焼成
を行う。焼成は所定の温度に設定されたバツチ
炉、あるいは連続焼成炉で行う。
次にホーロフリツトについて詳述する。
ホーロ基板の絶縁ホーロ層のホーロフリツトは
作業温度、膨張率、は勿論のこと電気特性（熱時
絶縁抵抗、絶縁耐力など）などを満足させるもの
である。好ましいホーロフリツトの代表的な組成
範囲と、その代表的な組成例を第一表に示す。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a planar heater, particularly a planar heater in which a heater element is fixed to a hollow substrate provided with a highly insulating hollow layer, and is applicable to heaters, cooking appliances,
The aim is to provide a heat source for equipment that uses electrical energy, such as drying equipment. Conventional configurations and their problems In recent years, planar heaters have come into the spotlight as heating elements that meet the needs of thinning devices and uniform heating. However, most planar heaters have a structure in which a heating wire is wound around an insulating substrate such as mica, which is sandwiched between mica from both sides and fixed with eyelets, and the heater is fixed in contact with a heat sink. Heat transfer is poor, and since the heater is not sealed, there are problems with moisture resistance, and since the heat sink and heater are in point contact, there is a risk of overheating at the extremes, which may cause the heater to break or the temperature distribution to be uneven. There were problems such as uniformity. In order to solve these problems, the present inventors previously applied for various patents for planar heaters in which heater elements were fixed to hollow substrates, but as a result of subsequent research, they found that design flexibility ( It was found that heating elements are greatly influenced by factors such as W density, current density, capacitance value setting width in the same area), surface temperature distribution, terminal extraction structure, workability, economic efficiency, etc., and the configuration of the heater element is limited. The need has arisen. In particular, in the process of closely fixing the heater element to the hollow substrate, it is important to ensure close contact over the entire surface. When the W density and current density are high, if even a part of the heater element is floating, that part will become extremely heated and may break, so the configuration of the heater element is an important factor for planar heaters. Become. Purpose of the Invention The present invention provides a heater element made of a metal foil finished with a mesh-like smooth surface, which is closely fixed to a hollow substrate to ensure design flexibility, uniform temperature distribution, and The present invention aims to provide a planar heater that has improved insulation resistance, dielectric strength, heat conduction, and moisture resistance. Structure of the Invention The basic structure of the planar heater of the present invention is that a heater element made of a metal foil finished with a mesh-like smooth surface is attached to a hollow substrate in which a hollow layer made of highly insulating glass frit is formed on a metal substrate. It has a structure that is closely fixed with a cover coat, and the heater element is unique. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the planar heater of the present invention, in which a hollow substrate 1 is formed with an insulating hollow layer 2 made of high-insulating glass frit on a metal substrate 1 made of a steel plate for hollow holes, and a cover coat is applied to the metal substrate 1 made of a steel plate for hollow holes. Apply a thin layer of 3 and place the heater element 4 in an undried state.
The heater element 4 is primarily adhered, and then a cover coat 3' is applied thereon. After drying, the cover coats 3, 3' are fired in accordance with the properties thereof, and the heater element 4 is firmly and closely fixed to the hollow substrate 1 over the entire surface. Each component of the planar heater of the present invention will be described in detail below. <Heater Element> The important elements constituting the sheet heater of the present invention are:
Located in the heater element. FIG. 2 shows an embodiment of the heater element of the planar heater of the present invention, and a represents the original plate of the heater element made of a metal foil processed into a mesh shape. Figure 3 shows an enlarged view of its main parts. The method for machining the mesh is to sequentially process in the F direction while making cuts A alternately as shown in FIG. Since a tensile force is applied in the F direction, the E portion deforms and loses its flatness. Therefore, as it is, it is not possible to ensure close contact with the hollow substrate, so a leveling process is applied to finish the contact surface with the hollow substrate into a smooth surface. Points to keep in mind when processing the mesh are its properties as a heater,
In particular, in order to reduce variations in resistance values, it is necessary to precisely control the cutting width A, feed pitch B, and rolling distance C. In addition, care must be taken in the leveling process to ensure close contact with the hollow substrate. The number of meshes 5 is determined based on the design and can be set arbitrarily. Figure 2b shows the power output terminals 6, 6', a,
It shows a state where it is fixed by spot welding at part a', and part c in the same figure shows the part formed in a predetermined pattern, with part G (shear line part) cut away. The purpose of cutting the G portion is not only to obtain a predetermined resistance value, but also to enable modification of the resistance value. The resistance value varies widely due to the mesh processing and variations in the thickness of the metal foil. Therefore, if the variation in resistance values is to be kept within a certain range, corrections must be made. According to the present invention, this becomes possible by adjusting the depth of cut of G. In other words, this can be handled by adjusting the number of meshes 7 remaining after cutting G. Metal foil bodies include Fe-Cr, Fe-Cr-Al, Ni-Cr,
Any material that can be used as a resistor, such as stainless steel, is fine, but alloys for electric heating such as Fe-Cr and Fe-Cr-Al have high volume resistivity but poor ductility.
It is difficult to produce a foil body with a diameter of 200 μm or less, and there are also problems in that the mesh may break during mesh processing. In particular, as a planar heater, it is preferable that the plate thickness be around 100 μm, considering the adhesion with the hollow substrate.
Therefore, Ni-Cr based heat generating alloy or
Materials with a high elongation rate, such as SUS-430 series and SUS-304 series stainless steel, are suitable. Furthermore, considering the consistency of the hollow substrate and cover coat, Ni-Cr series and SUS-430 series stainless steel were the most suitable. <Hollow board> The metal board 1 of the hollow board 1 is made of aluminum, die-cast aluminum, cast iron, aluminized steel, stainless steel, iron-chrome steel, nickel-chrome steel, etc. conditions, operating temperature, economic efficiency, board shape,
Although it is determined based on workability, etc., a steel plate for hollow holes was used in the examples of the present invention. Next, we will discuss the processing method for the hollow substrate.
FIG. 4 shows the general processing steps for hollow substrates.
The pretreatment process for the metal substrate 1 is to remove oil and metal oxide applied to the metal during transportation or storage to prevent rust or during the molding process, and to ensure adhesion between the insulating hollow layers 2 and 2'. This is because the bonding strength of the insulating hollow layer 2 is greatly affected. The insulating hollow layer 2 is made of a hollow frit composition that has physical properties (thermal expansion coefficient, softening point, working temperature, etc.) suitable for the metal substrate 1, taking into consideration the thermal expansion coefficient, melting point, transformation temperature, etc. of the metal substrate 1. You need to choose. That is, in order to prevent separation of the hollow surface due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the hollow layer, it is necessary to match the thermal expansion coefficients of the metal substrate and the hollow frit. The coefficient of thermal expansion of steel plate for hollow holes is 125×
10 -7 /deg, and the coefficient of thermal expansion of hollow frits matching this is 80 to 110×10 -7 /deg. Preferable hollow frits used in the present invention will be described later. The next step is to adjust the hollow slip. Once the type of frit is decided, mill additives, water, etc. are mixed in appropriate amounts in addition to the frit, and a slurry (slip) is created using a ball mill or the like. ). Adjusted slip on metal substrate (pretreated)
The method of application is usually the spray method or the dip method. Drying process is air drying or 50-150℃
Dry the coated surface using a drying oven. Next, baking is performed. Firing is performed in a batch furnace or continuous firing furnace set at a predetermined temperature. Next, Holofritt will be explained in detail. The hollow frit of the insulating hollow layer of the hollow substrate satisfies not only the working temperature and expansion coefficient but also the electrical properties (insulation resistance when heated, dielectric strength, etc.). Table 1 shows typical composition ranges and typical composition examples of preferred hollow frits.
【表】
本発明の面状ヒータを構成するホーロ基板のポ
イントは第一表に示すようにNa2O、K2O、
Li2O、P2O5、などのイオン伝導を起こす物質を
含まず、KFを添加したホーロフリツトを用いる
ことである。KFはNa2O、K2Oなどと同様に軟
化点、および作業温度を下げる働きをするととも
に膨張係数を大きくする作用もある。また
Na2O、K2Oなどと異なり、イオン伝導性が少な
いので、熱時の絶縁抵抗を大巾に向上させること
ができる。KFの添加量を１〜15wt％に限定した
理由は１％以下では添加効果はほとんど表われず
15wt％を越えると耐湿特性に問題を生じるとと
もに、熱時絶縁抵抗が劣化する。その他の成分の
働きを概略述べると、SiO2は、ガラスとしての
必須成分であるが添加量が増加すると作業温度が
高くなると同時に膨張係数も小さくなる。BaO
は作業温度を低下させる働きをする。Co2O3、
MnO2、NiOはホーロ層と金属基板の密着を高め
る働きがあるが、フリツトのコストを上げるので
少ない方が経済的である。
＜カバーコート＞
カバーコート３，３′の役割はヒータメレメン
トをホーロ基板イに強固に固着させる手段である
とともに熱時の絶縁性の確保、および耐熱性を付
与することである。またヒータエレメントからホ
ーロ基板への熱伝導をスムーズに行うことも含ま
れる。したがつて本発明で適用できるカバーコー
トは無機質でヒータメレメント、およびホーロ基
板の熱膨張係数に適合できるものである。
本発明では耐熱性接着剤、およびホーロについ
て検討を行なつた。その結果としてホーロ層が熱
膨張係数、耐熱性、電気的特性、などの観点から
優れていた。
発明の効果
以上のような構成からなる本発明の面状ヒータ
は以下のような効果を有する。
(1) 金属の箔体を網目状の平滑な面に仕上げたヒ
ータエレメントを用いることにより、抵抗値
のバラツキを調整できる。抵抗値の設定は板
厚ｔ、送りピツチＢ、切込み巾Ａ、引張り代Ｃ
を任意に設定できるので、自由に選択できる。
ホーロ基板に対してヒータエレメントを全面
にわたつて密着固定できるので温度分布の均一
化が可能となるとともにヒータの断線がないの
で、長寿命の面状ヒータを得ることができる。
(2) 高絶縁ガラスフリツトからなるホーロ層を設
けたホーロ基板と組合わせることにより、熱時
絶縁抵抗、絶縁耐力などの電気特性を向上させ
るとともに面状ヒータの耐熱温度を高めること
ができる。
(3) カバーコートとして熱膨張、耐熱性、電気特
性に優れているホーロ層を用いているため、ヒ
ータエレメントの密着固定をより高め、ホーロ
基板へのヒータエレメント固定を実用上可能と
することができる。
(4) ヒータエレメントの材料は従来の半分以下に
節約できる。
(5) ヒータエレメントとして、網目状加工（エキ
スパンド加工）した後、レベリング加工を施し
て平滑な面に仕上げ、所望のパターンに形成し
たものを採用し、このヒータエレメントをホー
ロ基板に載置し、カバーコートによつて前記ホ
ーロ基板に密着固定しているため、ヒータエレ
メントのホーロ基板との密着性を確保すること
ができるとともに、ヒータエレメントの耐食性
の確保を同時に行なうことができる。[Table] As shown in Table 1, the main points of the hollow substrate constituting the sheet heater of the present invention are Na 2 O, K 2 O,
The method is to use a hollow frit that does not contain substances that cause ion conduction, such as Li 2 O or P 2 O 5 , and is doped with KF. Like Na 2 O, K 2 O, etc., KF has the effect of lowering the softening point and working temperature, and also has the effect of increasing the coefficient of expansion. Also
Unlike Na 2 O, K 2 O, etc., it has low ionic conductivity, so it can greatly improve insulation resistance when heated. The reason why we limited the amount of KF added to 1 to 15 wt% is that below 1%, there is almost no effect of addition.
If it exceeds 15 wt%, problems will arise in moisture resistance and insulation resistance will deteriorate when heated. To briefly describe the functions of other components, SiO 2 is an essential component for glass, but as the amount added increases, the working temperature increases and at the same time the coefficient of expansion decreases. BaO
acts to lower the working temperature. Co2O3 ,
MnO 2 and NiO have the function of increasing the adhesion between the hollow layer and the metal substrate, but since they increase the cost of the frit, it is more economical to have less. <Cover Coat> The role of the cover coats 3 and 3' is to serve as a means for firmly fixing the heater membrane to the hollow substrate 1, as well as to ensure insulation during heat and provide heat resistance. It also includes smooth heat conduction from the heater element to the hollow substrate. Therefore, the cover coat that can be applied in the present invention is inorganic and can be adapted to the coefficient of thermal expansion of the heater membrane and the hollow substrate. In the present invention, studies were conducted on heat-resistant adhesives and hollow holes. As a result, the hollow layer was excellent in terms of thermal expansion coefficient, heat resistance, electrical properties, etc. Effects of the Invention The planar heater of the present invention having the above configuration has the following effects. (1) Variations in resistance can be adjusted by using a heater element made of metal foil with a smooth mesh surface. The resistance value is set by plate thickness t, feed pitch B, cutting width A, and tension allowance C.
can be set arbitrarily, so it can be selected freely.
Since the heater element can be tightly fixed over the entire surface of the hollow substrate, it is possible to make the temperature distribution uniform, and since there is no disconnection of the heater, a long-life planar heater can be obtained. (2) By combining it with a hollow substrate provided with a hollow layer made of highly insulating glass frit, it is possible to improve electrical properties such as insulation resistance and dielectric strength when hot, and to increase the heat resistance temperature of the planar heater. (3) Since a hollow layer with excellent thermal expansion, heat resistance, and electrical properties is used as the cover coat, the tight fixation of the heater element is further improved, making it practically possible to fix the heater element to the hollow substrate. can. (4) Materials for heater elements can be reduced to less than half of conventional materials. (5) As the heater element, after mesh processing (expanding processing), leveling processing is applied to finish the surface to a smooth surface, and the heater element is formed into the desired pattern, and this heater element is placed on a hollow substrate. Since the heater element is closely fixed to the hollow substrate by the cover coat, it is possible to ensure the adhesion of the heater element to the hollow substrate, and at the same time, it is possible to ensure the corrosion resistance of the heater element.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は本発明の面状ヒータの基本構成を示す
断面図、第２図ａ〜ｃはヒータエレメントの実施
例の平面図、第３図はヒータエレメントの要部拡
大図、第４図はホーロ基板の一般的な加工工程を
示すブロツク図である。
イ……ホーロ基板、１……金属基板、２……絶
縁ホーロ層、３……カバーコート、４……ヒータ
エレメント。
Fig. 1 is a sectional view showing the basic structure of the planar heater of the present invention, Figs. 2 a to c are plan views of embodiments of the heater element, Fig. 3 is an enlarged view of the main parts of the heater element, and Fig. 4 is FIG. 3 is a block diagram showing a general processing process for a hollow substrate. A... Hollow board, 1... Metal substrate, 2... Insulating hollow layer, 3... Cover coat, 4... Heater element.