JPS60121280A - 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眠気発熱素子を一体
に埋設した面状発熱体に関するもので、暖房器、調理器
、乾燥機器などの眠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破着し
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４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。、との種、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
ることかできない。

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、ト中にＮａ　２０　、　Ｋ２Ｏ、Ｌ　ｉ　２０な
どのアルカリ金属を２０〜３６重量％含有しており、こ
のため、２００℃以」−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１．トで形成
する心安がある。

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　、トは、易溶性成分としてすぐれているアルカリ成
分の含有歇が少ないため、８００〜８５０’Ｃ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か十分ぬけきらず、
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、量か犬であればあるほど、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か、前述の発熱体の商品化、
量産化が可能かどうかに大いに関係する。

とのボイドの発生要因について検８」シた結果を以下に
説明する。

通常、前述のフリ・トを金属基材に塗布する方法はフリ
ットを適当な水で粉砕し、混合した泥しよう物（スリ、
プという）をスプレーあるいはディ、ピンクで塗着する
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、スリップ中に粘土を添加している。粘土は
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た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
６０℃の乾燥工程、ＳＯＯ〜９００℃の焼成工程の順に
ライン構成されており、スＩＪ　’７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か、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激に膨張し、ホーロ層中にボイド
が発生′Ｊ−る。

寸たは、粘土中に存在する結晶水あるいは乾燥後も残存
する吸着水によって、次式のような反応により、原子状
の水素が発生し、ホーロ層中にボイドか発生する。

Ｆ　ｅ　４−３　Ｈ２０−４Ｆ　ｅ　（ＯＨ）３＋　３
　Ｈ前述したように、使用するガラスフリットが一般ホ
ーロ用フリットに比べ、アルカリ成分量が少いため、ホ
ーロの流動性に乏しく、前述の粘土結晶水あるいは前記
の反応に起因するボイドが十分ぬけきらす、ホーロ層中
にボイドを残す結果となる。

このように、スリ、層中の粘土あるいはスＩＪ　’、７
プ中層中分がボイドの発生に大きく起因することが判明
した。

とのボイドの発生をなくすため、ノリ力ゲルやベントナ
イトのような粘土代替品の使用も考えられるか、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−）だ。

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。

発明の構成 本発明は、′電気発熱素子を埋め込むホーロ層において
、少なくとも絶縁ホーロ層を粉体静電法で塗着形成した
後焼成することを特徴とする。

実施例の説明 第１図は本発明の発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。

（１）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、あるいはステンレス鋼板か使
用される。

（２）　ＥｌＫｌ発気素子 適用できる電気発熱素子は、基本的には薄帯状のもので
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大となる。それに
より、ホーロ層の密着性が極端に低下し、外的なンヨ、
７りで簡単にホーロ層か剥離し、発熱素子が露出してし
まう。発熱素７−薄帯の厚みは１０〜２００μｍが適当
であり、好捷しくけ３０〜１００／４ｆｆｌ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−萬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。

発熱素子の材料には各種の電気発熱拐を用いることがで
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、しかもホーロ層と
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６０μＱ−
α、１００℃における熱膨張係数が１０４Ｘ１０　ｄｅ
ｇ　のフェライト系ステンレズ鋼が最も好ましい。

（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かある。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
００〜５ｏＯμｍ程度である。この点から絶縁ホーロ層
の絶縁抵抗を向−］ニさせるためには、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７トの選択が重要となってくる。

前述のように、−酸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方法とし
て、ガラスフリットを粉体静電法により塗着することに
ある。粉体静電法は、静電塗装ガン先端の尖状電極を正
あるいは負にし、これに対向する被施釉物を前述の尖状
電極と逆の負まだはＩＦにする。ここでは尖状電極を負
に、被施釉物を正にしだ例で説明する。両者の間に高い
静電圧をかけると、尖状電極と被施釉物の間に電界が生
じ、空気分子がイオン化される。このような電場内にフ
リットの微粒子が存在すると、フリット粒子は負のイオ
ンの空気分子と結合して、負の電荷を与えられ、静ｄ力
によって、被施釉物のＩＦ側に誘引され、被着沈積され
る。粉体静電法は、粘土あるいは水を用いないでも、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、ボイド発生要因である粘土、水分を全く用いな
いため、本発明の方法で被着した絶縁ホーロ層中にはボ
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。

次に粉体静電法について詳細に説明する。

その装置は、オーバースプレー粉体を回収するだめのダ
クトを底部にもつブース、スプレーガン。

静電高圧発生器、レシプロケータ−９粉体供給のだめの
ホソハー、ザイクロン、バグハウスで構成される。スプ
レーガンと被施釉物の間を６〜３０ぼの距離にして、２
〜１ｏ万Ｖの高′亀圧を印加する。この高電圧により発
生した電場内に、圧搾空気により、ガラスフリット粉末
が送供される。

ここで、特に重要なのはガラスフリット粉末の性質（粉
体′電気抵抗、流動性）であり、付着性。

作業性零に影響を及ぼす。すなわち、ガラスフリット粉
末の電気抵抗が１０　Ω・α以下である場合、被施釉物
表面へ荷電された粒子が付着すると、電導性があるため
その電荷を失い、粒子は誘電現象によって反対電荷を帯
びて表面から滑り落ちて、全く付着しないという現象に
なる。また、流動性の悪い粉体では、施釉時の粉体吐出
状態が不均一となり、粉体粒子への荷電状態が不均一に
なり、施釉面にへこみやピンホールの欠点を生じさせる
。

このような理由により、フリット粒子に電気抵抗か高く
、かつ流動性に優れた物質でカブセリングする必要があ
る。このカブセリング材料としてはポリエチレン、エポ
キシ、インシアネート、アルキル７ラン、クロロシラン
、ポリシロキサンなどが適している。

１だ粉体の粒度は、作業性、付着性９回収性の観点から
、１〜９０μｍが適している。

次に、具体例について説明する。

フリットには、アルカリ成分が５重量％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
トをらいかい機で乾式粉砕し、このフリット粉末１００
０ｇとポリエチレン１ｏｇをボールミルで３時間混練し
、平均粒径３０μｍのサンプル用粉体を得た。

次に、この粉体をゲマ社製のホーロ粉体施釉装置を用い
て、前処理（酸洗処理、二、ケル処理）を施した大きさ
１００　Ｘ　１００　ｍｒｎのホーロ用鋼板を正に、施
釉ガンを負にして粉体静電施釉を施しだ。

この時、ガンとホーロ用鋼板の距離を１ｏＣｍとし、６
万■の高圧を印加して施釉した。その後、８２０℃の温
度で５分間焼成して絶縁ホーロ層とした。この絶縁ホー
ロ層の厚みは２００μｍにした。

また、比較として、前述と同様のフリットを用いて、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１００Ｘ１００順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、８２
Ｑ℃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）５ｆ 亜硝酸ソーダ　ｏ、１〃 水　５０　〃 次に、上記２種のホーロ層上にステンレス鋼５ＵＳ４３
０製発熱素子（厚み：６０μｍ）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
ＩＥｉＯμｍ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だ実施例Ａおよび比較例Ｂの発熱体
釜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である絶縁
耐試験法に準じて、９賠素子と鋼板との間の絶縁耐圧を
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；禄耐
圧は１Ｋｖ以下と低いのに対し、本発明による発熱体Ａ
は５ＫＶ以上と高く、著しく絶縁耐圧の向上が図れた。

第２図ａ、ｂは各々発熱体Ａ、Ｂの断面を示す模式図で
ある。第２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
ドの大きさ、数からすると、高電圧が印加されると、ホ
ーロ層が絶縁破壊を起こし、絶縁耐圧が悪いことが容易
に推定できる。

これに対し、本発明の発熱体は従来例に比べて絶縁耐圧
にすぐれているととが明らかである。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、金属基板と発熱素子間
に介在する絶縁ホーロ層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　・
−・発熱素子、４−一−・ホーロ層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 （α）（ｂン 手続補正書 昭和５９年６　月　４？ｕ 特許庁長官殿 ｌ事件の表示 昭和６８年特許願第２２７３５１、 発明の名称 発熱体の製造法 ３補正をする者 事件との関係　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１名　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 ５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
   ラスフリットを粉体静電法で改善した後、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。