JPS60121279A - 発熱体の製造法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、電気絶縁性ホーロ層中に電気発熱素子を一体
に埋設した発熱体の製造法に関するもので、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熱源を
提供するものである。

従来例の構成とその問題点 最近、金属基板にホーロ層を形成し、そのホーロ層表面
に、さらにホーロ層によって発熱素子を被覆して被着し
た、言わゆる発熱素子をホーロ層でサンドイッチにした
発熱体が提案されている。

この発熱体は、発熱素子を被覆するホーロ層が耐熱性に
優れるので、１００〜４００℃程度の中高温度域で使用
するのに適し、しかも薄型で長寿命が期待できるなどの
特徴を有する。

しかし、この発熱体を実用化するためには、発熱素子と
金属基板との間の電気絶縁特性の課題を解決する必要が
ある。′この種発熱体のように、高温で使用される物品
には、電気絶縁抵抗の観点から、金属基板に形成するホ
ーロ層は一般に使用されているホーロフリットを用いる
ことができない。

その理由は、一般に使用されているホーロフリットは、
フリット中にＮａ２Ｏ＋　Ｋ２Ｏ、Ｌ　１２０などのア
ルカリ金属を２ｏ〜３６重量％含有しており、このため
、２ｏｏ℃以上の高温で使用した場合、前述のアルカリ
成分のイオン移動が起こり、絶縁抵抗が著しく劣化する
からである。その意味から、発熱体を構成するホーロ層
は、アルカリ成分の少ない（１０重量％以下）低アルカ
リフリットもしくは無アルカリフリットで形成する必要
がある。

しかし、前述の低アルカリフリットまたは無アルカリフ
リットは、易溶性成分としてすぐれているアルカリ成分
の含有量が少ないため、ＳＯＯ〜８６０℃の温度でホー
ロ焼成を行っても、ホーロとしての流動性に乏しく、な
んらかの要因で発生するボイドが十分ぬけきらず、どう
しても一般ホーロに比べて、ホーロ層中にボイドが存在
する確率が高くなる。電気的特性、特に絶縁耐圧の観点
から、とのボイドの存在は重要な意味を持っており、と
のボイドの大きさ、量が大であればあるほど、絶縁ホー
ロ層の絶縁破壊を起こしやすくなる。

すなわち、ボイドを少なくできるかどうかが、前述の発
熱体の商品化、量産化が可能かどうかに太いに関係する
。

とのボイドの発生要因について検討した結果を以下に詳
述する。

通常、前述のフリットを金属基材に塗布する方法として
は、フリットを適当な水で粉砕し、混合した泥しよう物
（スリップという）をスプレーあるいはディッピングで
塗着する方法が採られる。

ここで、フリットに水を加えただけでは、水とフリット
は短時間に分離し、フリットは沈澱してしまうので、ス
リソゲ中に粘土を添加している。粘土には、一般に不純
物の少ない蛙目粘土が用いられる。粘土添加の目的は、
フリットを浮遊させるだめの懸濁剤の働きをさせること
と、スリップの乾燥塗膜の強化にある。

このように粘土は、その材料特有の可塑性によって、従
来のスプレー法、ディッピング法ではスリップにはなく
てはならない材料である。この粘土は、１２０℃付近お
よび、５５０−６００℃付近に吸熱ピークを持っている
。前者の吸熱ピークは粘土の吸着水、後者は粘土の結晶
水によるものである。

ホーロ加工の工程において、スリップ塗着後、８０−１
５０℃の乾燥工程、８００−９００℃の焼成工程の順に
ライン構成されており、スリップ中の水分あるいは前述
の粘土吸着水は乾燥工程中に除去されるが、粘土中の結
晶水は乾燥工程を経ても、まだ残存している。この結晶
水は焼成時に急減に膨張し、ホーロ層中にボイド発生さ
せる。

前述したように、使用するガラスフリットが一般ホーロ
用７リノトに比べ、アルカリ成分量が少いだめ、ホーロ
の流動性に乏しく、前述の粘土結晶水に起因するボイド
が十分ぬけきらず、ホーロ層中にボイドを残す結果とな
る。

このように、スリップ中の粘土がボイドの発生に大きく
起因することが判明した。

このボイドの発生をなくすだめ、ンリヵゲルやベントナ
イトのような粘土代替品の使用も考えられるが、スリッ
プの安定性や寿命の観点から、粘土にかわるほどの特性
を示さず、未だ不十分なものであった。

発明の目的 本発明は、上記のように発熱素子をホーロ層に埋め込ん
だ発熱体において、ホーロ層中に存在するボイドの問題
を解決し、電気的特性、特に絶縁耐圧を改善し、信頼性
、量産性に適した発熱体を提供することを目的とする。

発明の構１次 本発明は、電気発熱素子を埋め込むホーロ層の絶縁ホー
ロ層を、ガラスフリットを電気泳動法で被着し、焼成し
て構成することを特徴とする。

実施例の説明 第１図は本発明の竪熱体の基本構成を示す。１は金属基
板で、その両面もしくは片面に第１の絶縁性ホーロ層２
を形成している。３は薄帯状金属発熱素子であり、これ
、をホーロ層２の表面に設置し、さらに第２のホーロ層
４で被覆することにより発熱素子３をホーロ層２，４で
挾持した構造になっている。

以下、各構成要素について説明する。

０）金属基材 発熱体を構成するホーロ基板の金属基材には、アルミニ
ウム、アルミダイキャスト、鋳鉄、アルミナイズド鋼、
低炭素鋼、ホーロ用鋼板、亜鉛メッキ鋼板あるいはステ
ンレス鋼板が使用される。

金属基材は絶縁ホーロ層の密着性の観点から、必要に応
じて前処理が施される。例えば、金属基１材としてステ
ンレス鋼を用いる場合は、サンドプラスト法、化学エツ
チング法による表面拡大化処理が必要である。アルミナ
イズド鋼の場合は、ホーロ層とアルミメッキ層が相互に
拡散するため、アルカリ脱脂たけで良い。

鋼板を用いる場合、通常のホーロ加工に用いられる酸洗
処理、ニッケル処理のほかに、亜鉛メノキ工程も必要に
応じて行われる。その理由は、後述するように、′電気
泳動法では、被着する金属基材が正極として作用するた
め、鉄イオンが溶出するので、鋼よりもイオン化傾向の
大きな亜鉛を被覆する工程も条件によっては必要である
。

（２）　電気発熱素子 適用できる電気発熱素子は、基本的には縛帯状のもので
ある。発熱素子の表面にホーロ層を完全に被覆する必要
があり、例えばコイル状あるいは厚い帯状の発熱素子を
用いると、それだけホーロ層の膜厚が犬となる。それに
より、ホーロ層の密着性が極ｙｇに低下し、外的なショ
ックで簡単にホーロ層が剥離し、発熱素子が露出してし
まう。発熱素子薄帯の厚みは１０〜２００μｍが適うで
あシ、好ましくは３ｏ〜１００μｍの範囲である。

金属の薄帯化は通常の冷間圧延、熱間圧延による方法の
他に、超急冷法による薄帯化も利用できる。

薄帯化した金属を所望のパターンに形成する方法として
は、エツチング法、プレス加工法が適している。発熱素
子の膜厚、形状は、定格電力２発熱面積、温度分布など
を考慮して設定する。

発熱素子の拐料には各種の亀気発熱材を用いることがで
きるが、発熱素子の形状などを決定する因子となる固有
抵抗や熱膨張係数が適当な値を有し、−シかもホーロ層
との密着性や加工性などに優れたものが選択される。こ
れらの観点から、２０℃における固有抵抗が６０μΩ・
−１１００℃における熱膨張係数が１０４Ｘ１０　ｄｅ
ｇ　のフェライト系ステンレス鋼が最も好ましい。

（３）絶縁ホーロ層のガラスフリット 発熱素子と金属基板の間に介在する絶縁ホーロ層の電気
的性質（絶縁抵抗、絶縁耐圧等）が重要である。絶縁抵
抗を決定する重要な因子としては、ホーロ層の膜厚の他
に、ガラスフリットの体積固有抵抗がある。ホーロ層の
膜厚は、ホーロ密着性の観点から決定され、たかだか１
００〜ＳＯＯμｍ程度である。この点から絶縁ホーロ層
の絶縁抵抗を向上させるためには、体積固有抵抗のすぐ
れたガラスフリットを用いる必要があり、ガラスフリッ
トの選択が重要となってくる。

前述のように、一般ホーロに用いられる高アルカリのホ
ーロフリットは、体積固有抵抗が小さく使用することが
できない。本発明ではアルカリ成分の少ないフリットを
用いる。

（４）絶縁ホーロ層の形成方法 本発明の特徴は、発熱体の絶縁ホーロ層の形成に際して
、ガラスフリットを電気泳動法により塗着することにあ
る。第２図に電気泳動法の原理を示した。眠気泳動法は
、スリノブ５中に対向電極６と被施釉物７をつ９下げ、
前者を負極、後者を正極として、直流電圧電源８により
直流電圧を加えると、フリット粒子は負に帯電している
ので、正極に向かって移動し、被施釉物７に沈積、被着
する方法である。スリップは、ガラスフリット徴求（平
均粒径約１０〜６μｍ）と適当な分散媒（水あるいは、
イングロビルアルコールやブチルアルコールなどのよう
なアルコール類）とで構成されており、フリットの沈降
防止の意味で、スターラー９で攪拌されている。

電気泳動法は、粘土を用いないでも、被着形成が可能な
ことが特徴である。すなわち、前述したように、ボイド
発生材料である粘土を用いないため、本発明の方法で被
着形成しだホーロ層中にはボイドがほとんどなく、それ
により絶縁ホーロ層の絶縁耐圧が著しく向上する。

電気泳動施釉法の条件については、スリップの濃度は１
０〜４０重量係、スリップ粘度は１〜３ＣＰで、その電
気泳動被着条件はフリットの種類によっても、異なるが
、０．１〜１０Ａ／ｄｍ　の範囲が好ましい。

被施釉物に被着する量は、クーロン量に比例するため、
必要に応じて電流値、時間をコントロールする。

次に具体例を説明する。

フリｙ　ｌ・には、アルカリ成分が６重量類の日本フリ
ット社製低アルカリフリットＸＧ−４を用いた。このフ
リットをらいかい機で５時間乾式粉砕した後、濃度が２
０重量優になるように、フリット粉末に水を加えて、ボ
ールミルで１２時間ミル引きして、サンプルスリップと
した。次に、第２図のような装置を用い、前処理を施し
た大きさ１００×１００ｍｍのホーロ用鋼板を正極、大
きさ１ＱＯ×１００ｍｍのステンレス鋼板を負極として
、前述のスリップ中で電気泳動被着を行った。この時、
電流密度は１Ａ／ｄｍ２で１分間通電し、その後、ホー
ロ用鋼板をスリップから引き上げ、水洗。

乾燥後、８２０℃の温度で５分間焼成して絶縁ホーロ層
としだ。この時の絶縁ホーロ層の厚みは２００μｍであ
る。

寸だ、比較例として、前述と同様なフリットを用いて、
第１表のミル配合組成にして、ボールミルでミル引きを
２時間行い、サンプルスリップとした。このスリップを
前処理した大きさ１００Ｘ　１００ｍｍのホーロ用鋼板
にスプレーガンで約２００μｍの厚さに塗布し、乾燥後
、８２０℃の温度で６分間焼成して絶縁ホーロ層とした
。

第　１　表 フリット　１００重量部 粘土（９号）　５　〃 亜硝酸ソーダ　０．１　〃 次に、上記実施例及び比較例の絶縁ホーロ層上にステン
レス鋼５ＵＳ４３０製発熱素子（厚み＝６０１１ｍ　）
を設置し、その上からさらに第１表のホーロスリップを
スプレーガンで約１６０μｍの厚さに塗布し、乾燥後、
８２０’Ｃで６分間焼成して発熱素子被覆ホーロ層とし
た。

以上のようにして得た実施例Ａおよび比較例Ｂの発熱体
者１０枚の絶縁耐圧を測定した結果を第２表に示す。

測定方法としては、電気用品取締り法に規定し７である
絶縁制圧試験法に準じて、発熱素子と鋼板′ａの間の絶
縁耐圧を測定した。

第　２　表 第２表から明らかなように、比較例の発熱体の絶縁１圧
は１に■以下と低いのに対し、本発明の発熱体は５ＫＶ
以上と高く、著しく絶縁耐圧の向上が図れた。

第３図ａ、ｂは各々上記発熱体Ａ−Ｂの断面を示す模式
図である。第３図から明らかなように、ホーロ層中のボ
イド５の大きさ、数とも、著しく異なり、従来の発熱体
はボイドの数、大きさとも犬であり、高電圧かがかると
ホーロ層が絶縁破壊を起こし、絶縁配圧が悪くなるので
ある。

発明の効果 以上のように、本発明によれは、金属基板と発熱素子と
の間の絶縁耐圧性を著しく改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発熱体の基本構成を示す要部断面図、
第２図は電気泳動法の原理を示す略図、第３図は発熱体
の断面を比較した模式図である。 １・・・・・・金属基板、２・・・・・絶縁ホーロ層、
３・・山・発熱素子、４・・・・・ホーロ層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名手続
補正書 昭和６９　イ１　０　月　ψ口 ２発明の名称 発熱体の製造法 ３袖正をする各 事イ′１との関係　特　許　出　願　人任　所　大阪府
門真市大字門真１００６番地名　称　（５８２）松下電
器産業株式会社代表者　山　下　俊　彦− ４代理人　〒５７１ 住　所　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器産
業株式会社内 〔連絡先小話（東京）４３７−１１２１束冨法親分葦ｊ
６補正の対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の絶縁ホーロ層を形成した金属基板と、前記ホーロ
   層上に第２のホーロ層によって被覆結合した電気発熱素
   子とを有する発熱体の製造法であって、金属基板上に、
   ガラスフリットを電気泳動法で被着した後焼成して前記
   第１の絶縁ホーロ層を形成することを特徴とする発熱体
   の製造法。