JPS5979989A

JPS5979989A - 面状発熱体

Info

Publication number: JPS5979989A
Application number: JP19164982A
Authority: JP
Inventors: 敦西野; 鈴木　忠視; 正樹池田; 善博渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1982-10-29
Publication date: 1984-05-09
Also published as: JPS6259419B2

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】産業上の利用分野本発明は，各種の暖房器，調理器，乾燥機等に用いられ
る面状の電気発熱体Ｋ関するもので、特に速熱性，均等
加熱に優れ、遠赤外輻射加熱のできる薄形の面状発熱体
に関する。

従来例の構成とその問題点従来，電気のジュール熱を利用する発熱体には各種のも
のがあり、代表的なものとしてはシーズ噌ヒータ，石英ヒニタ，一赤外線ランプ，面状発熱体Ａなどがある。これらの発熱体は、それぞれ特徴を有する
が、シーズヒータや石英管ヒータは、棒状であるため被
加熱物を均一に加熱するという兎１問題があυ、また薄
形化には限界がある。赤外線ランプは、エネルギーの利
用効率が悪い上に高価であるので、民生用機器への適用
にはおのずと限界がある。

一方、面状発熱体は近年機器の薄形化，均一加熱などの
ニーズに合った発熱体として、脚光をあびるようになっ
てきた。しかし、従来の面状発熱体の多くは，雲母など
の絶縁基板にヒータを巻回した構造であり、被加熱物へ
の熱伝達が悪く一電気発熱材が封ロされていないので、
耐湿性に問題がある。また、アルミナなどの生シートに
タングステンなどの導体ペーストを用いて導電，Ｓター
ン全形成し，シートをはり合わせて焼結した面状発熱体
があるが、ヒータ基板の焼結温度が高く、人部分の接点
材料が溶融するので電極の取り出しなどに問題がある．
。また，基板が七ラミックなので機械的強度も脆く発熱
体の熱容量が犬き〈、立上り時間が長いなど速熱性に難
点がある。しかも、これらの多くは製造時の作業性と生
産性が悪いものであった。

その他、シリコーン樹脂，ポリイミドなどの有機質フィ
ルムの間に導電パターンを形成し、ラミネートなどの方
法で発熱体を構成したものもあるが、これらの発熱体は
、耐熱温度が２５０’（：，程度までであり．また寿命
特性にも問題がある。

以上のように、従来の面状発熱体には種々の問題があり
、技術的に解決すべき課題が非常に多かった０本発明省らは、以上に鑑み、鋼板などの耐熱性基板と、
金属薄帯からなる発熱体と、発熱体及び基板を被覆する
とともに発熱体を基板と隔離して基板に結合するホーロ
層からなる面状発熱体を提案した。

この面状発熱体は，発熱素子である金属薄帯をホーロ層
によって金属基板に支持させたものであるから，耐湿性
，耐熱性に優れ、薄形でその全面から均一に熱放射がで
きる。また、近年の超急冷技術とロール圧延技術により
厚さ６０μｍ程度以下の金属薄帯を利用することができ
るので、基板の厚さを薄くすることと相俟って面状発熱
体の熱容量を小さくすることが可能でーヒータの速熱性
を改善することができる。

また、この種の発熱体は遠赤外線を放射するものが好ま
しい。特に調理器に利用する場合は、第１図の吸収波長
からも明らかなように、遠赤外波長領域の放射率の高い
ことが好１しい。

一般に物体から放射されるエネルギーＥは、次式のステ
フ１ンボルツマンの法則によって表され物体の温度と放
射率によって定まる。

Ｅ＝εσＴ４（ε；放射率，σ：定数，Ｔ：温度）従来の７−ズヒータや石英管ヒータは、遠赤外線輻射を
得るため、ヒータの熱容量を小さくし、ヒータ自体の温
度を高くするようにしていた。温度を高くすることは、
前記の式から明らかなように、遠赤外線輻射を得る上で
は好都合であるが、ヒータの寿命が短くなる不都合があ
る。

一方、金属薄帯とホーロ層を組み合わせた発熱体は，ホ
ーロ層に遠赤外線放射材を含めることにより遠赤外線輻
射を得られるので、寿命を損なうほど高温にする必要は
ない。

上記のように，金属薄帯をホーロ層によって基板に支持
させた面状発熱体は、従来のものＫ比べて優れた特徴を
有するが、まだ改善すべき問題が残されている。そのな
かで特に重要な点は，基板と金属薄帯とを絶縁するホー
ロ層の絶縁抵抗と、基板に対するホーロ層の密着性であ
る。

ホーロ層の絶縁抵抗は、ホーロ焼成時に泡沫を含有して
多孔質となることＫよって著しく低下する。基板と金属
薄帯との間に介在する部分のホーロ層は、発熱体を薄形
化する点でも、また基板を熱板として働かせる場合の熱
効率の点からも薄い方が好１しいが、泡沫を含有して絶
縁抵抗が低下するのは致命的な欠陥である。

また、ホーロ層の基板との密着性が悪いと、熱サイクル
の繰り返しにより両者が剥離して発熱体としての機能を
発揮できなくなる。

上記のようなホーロ層の泡沫の含有や基板との密着性は
ーホーロフリットの性質にもよるが、基板の材質によっ
て大きく左右され，通常のホーロ用鋼板として用いられ
ている低炭素鋼では不適当であることがわかった。

発明の目的本発明は、前記のように金属基板と発熱素子としての金
属薄帯とをホーロ層によって結合した面状発熱体の前記
基板を適切に選定して、ホーロ層の泡沫含有や基板との
密着性の低下を防止し、薄形で均一加熱に優れ、長寿命
の面状発熱体を提供することを目的とする。

発明の構成本発明は、基板として炭素含量０．００１〜０．１重量
％，銅含量ｏ，ｏｏｓ〜０，０４重量％，リン含量０．
０１〜０．０２重量％の鋼板とその表面；ｏｔｒｑ／勤
ハ β以下の範囲で被覆したニッケル層とを用いることを特
徴とする。

実施例の説明第２図は本発明の面状発熱体の基本構成を示す。

１は基板で、鋼板２とその表面に被覆したニッケル層３
，３とからなる。４は発熱体の金属薄帯であり、ホーロ
層６によって被覆されて基板１に結合されている。ホー
ロ層は、通常金属薄帯４と基板１と．を絶縁する部分６
ａを基板の反対側を被覆するホーロ層ととも忙形成した
後、金属薄帯４の外面を被覆する部分６ｂを形成する。

この面状発熱体は、基板１側を加熱面とし、必要に応じ
て反対側に放射抑制層を設けるが、金属薄帯側を加熱面
とすることもできる。

次に、この面状発熱体の製造工程及び各構成要素につい
て詳しく説明する。

（１）面状発熱体の與造工程まず，鋼板を脱脂，湯洗し、酸洗，湯洗の後ニツケルメ
ッキし、湯洗，乾燥をする。

こうして得た基板の両面にホーロスリップを塗布し、乾
燥後焼成して第一次のホーロ層を形成する。次に、前記
ホーロ層の片面にホーロスリップを塗布し、所定のパタ
ーンの金属博帯を設置し、さらにその上にホーロスリッ
プを塗布し、乾燥後焼成する。こうして、金属薄帯はホ
ーロ層によって被覆され、基板に一体に結合された面状
発熱体が得られる。

（２）基板基板の主体である鋼板には低炭素鋼を用いる。

ホーロ層を構成するフリットに低軟化点のものを用いて
も，ホーロ焼成時には基板の温度は６００℃を超えるの
で、鋼板中の炭素はＣＯまたはＣＯ２として離脱し、ホ
ーロ層に泡沫を形成しーホーロ層の絶縁抵抗を低下させ
る。鋼板中の炭素含量がＯ．ＯＳ重量％を超えるとホー
ロ層の泡沫が多くなり、絶縁抵抗が大きくなる。また、
鋼板中の炭素をなくすることは困難でおシー製造上及び
加工上のコストを考慮すると炭素量を０−００１重量％
以下にするのは実用的でない。

また、鋼板は前処理として酸洗をするが，前記のように
炭素量を極〈少量にすると，酸洗減量値が一定せず、管
理上及び密！性の上でも問題である，この酸玖減量値は
銅及びリンの量に関係し、銅含量ｏ．ｏｏ夕〜０．０４
重量％，リン含量０．０１〜ｏ．０２重量％にすること
Ｋよって酸洗減量値を一定にすることができる。

酸洗の条件は、減量値で１ｏｏ〜５００＋ｙ／ｄｍが適
当である。１００■／ｄ，１１未満では、低融フリット
を用いるホーロの焼成温．度では十分な密着力が期待で
きない。また，６ｏＯ■／ｄ７７２′を超えるほど酸洗
すると、酸洗処理中に鋼板に吸蔵される原子状水素量が
多くなシ、これがホーロ轟に鋼板を離脱してホーロ層に
泡沫を生成させることになる。

鋼板に対して、前記のように酸洗しても、直接ホーロ層
を形成すると、基板，ホーロ層及び金属薄帯の熱膨張の
相違により、面状発熱体の繰り返し使用如よる熱サイク
ルによって鋼板とホーロ層が剥離しやすくなる。

本発明では、鋼板とホーロ層との密着カをよくするため
、酸洗後の鋼板にニッケル被覆層を形成する。ニッケル
層はメッキによるものがよく一付着量は２０ｍ？／ｄｄ
以下が適当で、１０〜２ｏｍＶ′ｄｎｉが好ましい。ニ
ッケル付着量が少ないと、ホーロ層の基板との結合力が
弱く、熱サイクルの繰り返しによりホーロ層に亀裂を発
生し、絶縁抵抗が低下する。また、付着量が多すぎると
、ホーロ焼成時の水素ガス発生が多くなる不都合がある
。

（３）ホーロフリット絶縁層及び外装被覆層を形成するホーロ層に用いるフリ
ットは、ホーロ焼成時に基板や金属薄帯からの炭酸ガス
や水素の発生を抑制し、しかも基板に０．３〜０．６ｍ
ｍのような薄板を用いても熱変形がなく、寸法精度をよ
くするためにも低軟化点のものがよい。好ましいフリッ
トの軟化点４７０〜Δ ６６０℃であシ．ホーロ焼成温度を６７０〜７４０℃に
することができる。

代表的な低軟化点フリットの組成を第１表に，その具体
例を第２表に示す。第１表のフリットの軟化点は６１０
〜５９０℃の範囲にある０（４）ホーロ釉薬ホーロ釉薬の代表的組成例を第３表に示す。ａは通常の
艶有りホーロ仕上げで光沢度８０以上を示す配合例であ
り、顔料は好みの色と色調によシ添加量を変化させるこ
とができる。ｂは電気絶縁性を改善させる目的で、Ａｌ
２０３を加えた例で、絶縁改良物質としては、他にＴｉ
０２，Ｚｒ０２，ＭｇＯ，Ｂｅｏ，ＭｇＡＪ２０４，Ｓ
ｉ０２，雲母，ガラス繊維，シリカ繊維，アルミナ繊維
等を用いることができる。

この絶縁改良物質の添加量は物質，形状により異なるが
、フリット１ｏＯ重量部に対して６〜６０重量部が好ま
しい。６０重量部以上では密着性が低下し、５重量部以
下では絶縁耐圧の改善効果は期待できない。

以下余白Ｃは遠赤外線放射特性を向上させる目的で、遠赤外線放
射材料ＮｉＯを添加した例である。この他に、遠赤外線
放射材料として、ＭｎＯｘ，．Ｃｏ３０４，Ｃｕ２０，
Ｃｒ２０５，Ｆｅ２０３なども有効テアル。コノ逢４赤外線放射材料の添加量は，フリット１００重量部に
対して６０重量部以下が好ましい。また、絶縁改良物質
と併用した場合は、それらの総量が６０重量部以下であ
る。その理由は前述の通りホ一口層の剥離が起こるため
である。なお、ホーロ層の熱膨脹係数は、発熱体の熱膨
脹係数を１としたとき、０．８〜１．６の範囲が好まし
い。

（６）発熱体発熱体の薄帯は、特にＮｉ−Ｃｒ合金，ステンレスｑ＠
ＳＵ３４３０が適するが、Ｆｅ−Ｏｒ合金，Ｆｅ−Ｏｒ
−Ａｌ合金，スｆ７レス＠１３ＵＳ３０４等も用いられ
る。これらの素材を冷間圧延，熱間圧延，超急冷法等に
より薄帯化させ、ホシ口層との密着性を向上させるため
必要Ｋ応じて表面拡大化処理をし、脱脂，洗浄の後、プ
レスによる打抜加工またはエッチングにより所定のパタ
ーンにする。

薄帯の厚さは１２０μｍ以下が適当である。これ以上厚
くなると，熱膨脹率の整合性が悪くなり、また、発熱体
自体の熱容量が大きくなったり、温度分布が不均一とな
ったシする。

第４表に発熱体に用いる素材の熱膨脹率と，これに適合
するホーロフリットの熱膨脹率を示す。

なお、基板Ｋ用いる鋼板の熱膨脹率は１２５×１ｏ−’
ｄｅｇ−”テアル。

次に各種条件について検討した結果を説明する。

基板には、炭素，銅及びリンの含量の異なる厚さ０．４
ｍｍ，大きさ５０Ｘ９０ｍｍの鋼板の両面に一前記の製
造工程に従って各種の厚さのニッケルメッキ層を形成し
たものを用いた。また、金属薄帯は、厚さ６０μｍのス
テンレス鋼ＳＵＳ４３０ｉ第３図のようなパターンに打
抜いた５０Ｗ相当のものを用いた。

上記の基板に第３表のａに示すスリップを塗布し、乾燥
，焼成して表裏面にそれぞれ約１２０μｍの厚さのホー
ロ層を形成する。次に，その片面に同じスリップを塗布
し、未乾燥の状態で上記金属薄帯を設置し、さらにその
上にスリップを塗布し，乾燥，焼成して発熱体を構成し
た。基板と金属薄帯との間隔は約１４０〜１６０μｍ、
金属薄帯の外面を被覆するホーロ層の厚さは約２６０〜
３００μｍである。

上記のようにして得た面状発熱体のホーロ層には，基板
から発生する水素，炭酸ガス，スリップ中の分解性物質
である亜硝酸ソーダの分解生成ガス等により気泡を含有
することになる。前記の分解性物質からのガス発生は焼
成の初期段階であり、高温になるに従って外部へ逸散す
るのであ１り問題とならないが、高温で基板から発生す
るガスはホーロ層中に残存しやすい。

これらの気泡について，基板と発熱体との間のホーロ層
を断面にし，気泡の占める面積が４０％を超える場合を
大、２ｏ〜４０％を中、２０％未満を小で表した。

ホーロ層の密着性は、ＰＨＩ法として知られているもの
で、ホーロ面に所定の圧力で凹面変形を与えてホーロ層
を破壊した後、密着度計の針束を試験面に当て，電流を
通じて素地金属の露出率を測定することにより、金属の
非露出部の割合を求める方法によった。

捷た、ホーロ層の絶縁抵抗は、基板と発熱体との間に５
００Ｖの電圧を印加して測定した。

これらの結果を第６表に示す。

次に，基板として有効表面積１０００，，ＩＮ，肉厚Ｑ
，６ｍｍ，金属薄帯として肉厚６０μｍのステンレス鋼
からなる第４図のような１．２ＫＷ相当のパターンのも
のを用い、その他の条件は第６表の限３２と同一にして
面状発熱体を作成した。この発熱体の基板側の表面に弗
素樹脂ディスパージョンを塗布し、１２０℃で乾燥後，
３８０℃で２０分間焼成して厚さ約２５〜３０μｍの弗
素樹脂被覆層を形成し、この被覆層側を加熱面とするホ
ットプレートＡを構成した。これと、アルミダイキャス
トにシーズヒータを埋め込んだ有効表面積約１００ｏｒ
Ｊの市販のホットプレートＢとの特性の比較を第６表に
示す。

本発明によるホットプレートは、比較例に比べ、立ち上
り特性に優れ、また均一加熱性に優れていることがわか
る。

さらに−このホットプレートを用いて、ホットケーキの
実調理実験をした結果、ホットプレートの場所による焼
きむら，こげむら等もなく、連続１ｏｏＯ回の調理実験
後の弗素樹脂表面のヒータ部を中心に発生するこびりつ
きや変色もなく、均一に、長時間調理できることがわか
った。また、予熱期間が短く、ホットプレートの熱容量
が小さなことから、実調理に必要なエネルギーも少なく
て済み、極めて経済的である。

発明の効果本発明の面状発熱体−は、ホーロ層の絶縁性に優れ、薄
形に構成できるので、速熱性を有し、均等加熱が可能で
あり、また遠赤外加熱が可能で経済的な加熱源となるも
のである。従って各種暖房器・乾燥機，調理器等の他、
特Ｋ赤外線加熱を強く要請される赤外線健康コタツ，パ
ネルヒータ等にも飛用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は調理物を構成する成分の各種波長の吸収特性を
示す図、第２図は本発明の面状発熱体の基本構成を示す
断面図、第３図及び第４図は発熱体のパターンを示す平
面図である。１・・・・・・基板，２・・・・・・鋼板、３・・・・
・・ニッケル被覆層，４・・・・・・発熱体、５・・・
・・・ホーロ層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素含量０．００１〜０。１重量％，銅含量０．
ｏｏ６〜０．０４重量％，リン含量ｏ．０１〜０．０２
重量％の索板及び鋼板の表面を被覆する２０■／ｄイ以
下のニッケル層からなる基板と、金属の薄帯からなる発
熱体と，前記発熱体及び基板を被覆するとともに発熱体
を前記基板と隔離して基板に．結合したホーロ層とを有
する面状発熱体。
（２）前記ホーロ層を構成するガラスフリットの軟化点
が４７０〜６６０℃である特許請求の範囲第１項記載の
面状発熱体。