JPS603883A

JPS603883A - 面状発熱体

Info

Publication number: JPS603883A
Application number: JP58113092A
Authority: JP
Inventors: 善博渡辺; 敦西野; 正樹池田; 将浩平賀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1985-01-10

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、電気エネルギーを利用した面状発熱体に関す
るもので、暖房器、調理器、乾燥機器などに利用される
熱源を提供するものである。

従来側力構成とその問題点面状発熱体は、近年１機器の薄型化、均一加熱などのニ
ーズに合った発熱体として１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
絶縁基板にヒータ線を巻回した構造であり、被加熱物へ
の熱伝達が悪く、また電気発熱拐が封［」さｎていない
ので、耐湿性に問題があった。また、近年、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
て導電パターンを形成し、ソートをはり合わせて焼結し
た面状発熱体があるが、焼結温度が高く、接点材料の溶
融などにより電極の取り出しなどに問題があった。また
、発熱体の熱容量が太きく、ヴ上り時間が長いなどの欠
点がある。しかも、これらの多くは生産性の悪いもので
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　℃程囲寸てであり、１ｆｃ寿命特
性にも問題がある。

一方、ホーロ用金属基板にホーロ層によって被覆して面
状発熱導電体を結合した面状発熱体が提案されている。

この発熱体の構成を第１図に示す。１はホーロ用金属基
板で、その表面にはあらかじめホーロ層２を被覆しであ
る。３は面状の発熱導電体であり、これをホーロ層２の
表面におき、その上からホーロ層を形成するスリップを
塗布し、焼成してホーロ層４を形成し、このようにして
ホーロ層４によって被覆さｔｔ１基板と一体に結合され
た発熱体が得られる。

この発熱体は、ホーロ層が耐熱性に優れ、しかも薄型に
できることから、面状ヒータの長寿命が期待されている
。

しかし、上記のような構成では、電気絶縁性の観点から
、使用温度域が２００℃程度以下ならば電気絶縁性が良
いが、２００℃黛上になるとホーロ層の電気絶縁性が急
激に劣化し、絶縁性が破壊されてし貰う。従って、この
発熱体はホーロを用いているにもかかわらず使用温度が
２００’Ｃ程度までで、有機質系を用いた発熱体と同じ
使用温度になってしまう欠点があり、ホーロを用いた特
徴をいかしきｎず、実用化にいたっていない。

発明の目的本発明は、ホーロを用いた面状発熱体の」−記のような
不都合を除去するもので、高温度での電気絶縁性に優ｔ
ｚた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、金属基板に結合した第１のホーロ層と、その
表面に第２のホーロ層によって被覆して固定した発熱導
電体とを有する面状発熱体においで、第２のホーロ層が
、　ＭｇＯを１成分とする化合物を分散していることを
特徴とする。

本発明によれば、金属基板と発熱導電体間の電気絶”性
”゛著Ｌ３向１ル・２００″″Ｊ″、、ｔ　ｉ　（７）
　Ｗ、度１１も使用することができる。

実施例の説明本発明の発熱体の基本的構成は第１図のものと変わらな
い。まず、金属基板１としてホーロ用鋼板を用い、これ
を通常のホーロを施すときに行う前処理と同じ様に前処
理し、第１のホーロ層（Ａ）２を形成するためのスリッ
プを塗布、乾燥し、焼成後′または焼成前に発熱導電体
としての金属薄帯３を設置し、第２のホーロ層（Ｂ）４
を形成するためのスリップを塗布し、乾燥後焼成するこ
とによって面状発熱体を形成する。

以下、本発明の各要素について詳しく説明する。

１）ホーロ層（Ｂ）本発明においては、第２のホーロ層（Ｂ）がＭｇＯを１
成分とする化合物を分散していることが最大の特徴であ
る。ここで、ＭｇＯを１成分とする化合物は、５ｉ０２
　、　ＣａＯ及びＡｌ２Ｏ５よりなる群から選んだ少な
くとも１種とＭｇＯとを含む化合物からなるものが好ま
しい。

第１図のように、第１のホーロ層（Ａ）上に発熱導電体
を設け、これを第２のホーロ層（Ｂ）で被覆した面状発
熱体においては、発熱導電体が金属の薄帯である場合、
ホーロ層（Ａ）に発熱導電体を設置したとき、ホーロ層
（Ａ）と発熱導電体間に介入する空気、あるいは、ホー
ロ層（Ａ）を形成した際、ホーロ層（Ａ）に発生した泡
等が、ホーロ層（Ｂ）を焼成したときに、ホーロ層の外
部に出ずホーロ層（Ａ）に、金属基板１で達するピンホ
ールや金属基板寸では達しない寸でもそ几に近い太き化
ピンホールが生じ、金属基板と発熱導電体間の電気絶縁
性が破壊されやすくなる。特に従来のような方法でホー
ロ層（Ｂ）を形成すると、上記のような状態になり問題
がある。

本発明は、ホーロ層（Ｂ）にＭｇＯを１成分とずろ化合
物を分散させることにより上記のような問題を解決する
ものである。

すなわち、ホーロ層（Ｂ）を形成するためのスリップ組
成にＭｇＯを１成分とする化合物を含有させ、これを塗
布し焼成して、マント状のホーロ層（Ｂ）を形成する。

このホーロ層（Ｂ）の焼成の段階で、ホーロ層（Ａ）と
発熱導電体間に介入した空気やホーロ層（Ａ）の泡等は
ホーロ層（Ｂ）を通じて外部へ出ていってしまい、ホー
ロ層（Ａ）に与える影響が少ないので、金属基板と発熱
導電体間の電気絶縁１′１−が向−１ニされろと考えら
れる。

本発明に用いられるＭｇＯを１成分とする化合物は、　
５ｉ０２　、　Ｃａｂ、　Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１種
とＭｇＯとを含む化合物が、ホーロ層（Ｂ）のマットの
状態と、ホーロ層（Ｂ）と発熱導電体の熱膨張率の関係
から最も好ましい。この種の化合物としては、例えば、
ケイ酸マグネシウム、メルク、蛇紋石等がある。

これらの化合物の含有量は、その化合物の種類によって
異なるが、重量比でガラスフリット１００に対して、１
〜２ｏが好ましい。含有量が多ずぎると、発熱導電体が
剥離しやすくなり、′！ｆ、り、スリップの安定性が悪
くなり作業が困難となる。含有量が少なすぎろと電気絶
縁性が改善されない。

ホーロ層（Ｂ）のガラスフリットは、体積固有抵抗が室
温で１ｄ〜１０１３Ω／Ｃ１〃のものが好１しく。

その代表的な組成を第１表に示す。

第　１　表１し　ホーロ層（Ａ）ホーロ層（Ａ）は、チタン乳白ガラスフリットを用いて
構成したものが好寸しい。

一般に、ホーロを金属基材に形成するには、金属基材と
ガラスフリットの熱膨張率の関係から、ガラスフリ７）
中にＮａ２Ｏ１Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏなどのアルカリ金属が
含葦れている。このようなガラスフリットで構成したホ
ーロ層は、使用温度が高くなるにつれ、アルカリ成分の
イオン移動度が徐々に増加し、高温はど電気絶縁性の劣
化が著しい。アルカリ金属の含有量を少なくすることに
よって電気絶縁性は改善されるが、金属基材との熱膨張
率の差が極端に大きくなり、電着性が低下する。

ホーロ層（Ａ）にチタン乳白フリットを用いることによ
り、アルカリ金属のイオン移動を抑制し電気絶縁性を向
上することができる。

チタン乳白フリットは、再結晶析出型フリットとも呼ば
ｎ、あらかじめＴｉＯ２をガラス中に溶融させておき、
８００〜８５ｏ℃の温度でホーロ層を形成するとき、微
細なＴｌＯ２の結晶が析出するガラスフリットである。

従って、ガラス中に析出しｙ（Ｔｉ０２がアルカリイオ
ンの移動を抑制し、電気絶縁性の擾れたものが得られる
と考えられる。

チタン乳白フリットの組成例を第２表に示す。

第２表ＩＩ）　発熱導電体本発明に適用する発熱導電体は金属の薄帯が好寸しい。

金属の薄帯は、ホーロ層への封入がしやすく、電気容量
のバラツキの問題もない。

また面状発熱体として要求される熱容量の小さいものと
して適している。

発熱導電体の月質は薄帯にできる金属２合金に１、どね
でも適用できるが、なかでも、Ｆｅ、Ｆｅ−０ｒ系、Ｎ
ｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−０ｒ−Ｎｉ系が優れている。

鉄系のものはカーボンの含量が少ない低炭素鋼が適して
いる。

金属の薄帯化は通常の冷間圧延、熱間圧延による方法の
他に超急冷法によろ薄帯化も可能である。薄帯の膜厚は
１０〜１６ｏ７ｚｍが適用できるが、好ましい範囲は２
０〜１１００７ｚである。

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。

第２図にパターン形成した発熱導電体の実施例を示す。

定格電力２発熱面積、温度分布などを考慮して、膜厚、
パターン形状を設定する。

ＩＶ　）　＜＋＞、属基板金属基板は、ホーロ用鋼板が最も好ましいが。

その他に、アルミニウム、アルミナイズド鋼板。

低炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等が使用できる。

その選択に当たっては使用条件、使用温度、経済性、基
板の形状、加工性より決定さｔｚる。

次に、面状発熱体の製造法の例を説明する。

ホーロ用鋼板を通常ホーロ掛けに用いられている前処理
と同様に前処理を行う。これにホーロ層（Ａ）を形成す
る。ホーロ層（Ａ）の形成は％寸ず第２表のガラスフリ
ットとミル添加物、水をボールミル等で混合しスリップ
にする。これを前処理を行ったホーロ用鋼板にスプレー
ガン等で塗布し、８０〜１２０”Ｃで乾燥を行う。この
表面に、任意のパターン形状に作製した約６ｏ〜１０Ｑ
／１ｍの厚みの金属の薄帯を置き、その上から、ホーロ
層（Ｂ）を形成する。ホーロ層（Ｂ）の形成は、第１表
のいずれかのガラスフリットと、　ＭｇＯを必須成分と
する化合物、さらにミル添加物、水等をボールミル等で
混合しスリップにしたものを％金属の薄帯を置い四層（
Ａ）を焼成してもよい。

次に、具体的実施例によって本発明の詳細な説明する。

ホーロ層（Ａ）およびホーロ層（Ｂ）の原料にそ扛ぞれ
第３表および第４表のものを用い、これらをそれぞれボ
ールミルで混合し、スリップを調製した。

第３表（単位　重量部）第４表（単位　重量部）次に、ホーロ層（Ａ）とホーロ層（Ｂ）の組合せを第５
表のようにした。

第５表と几らの組合せのものを作成するために、まず、大きさ
１５０Ｘ１５（ＩＪ厚さ０．７ｍｍのホーロ用鋼板に、
通常のホーロ川けの前処理を行い、それにホーロ層（Ａ
）のスリップを膜厚約１５Ｑμｍに塗布１７％８０’Ｃ
で乾燥した。次にその上に、厚さＩＱＱ／１ｍのＦｅ−
Ｃｒ合金の薄帯で第２図に示しｆｔｃハターン形状のも
のを置き、その上からホーロ層（Ｂ）のスリップを塗布
し％８０℃で乾燥後、８ｏＯ“０で焼成した。

とれらの試料について、金属基板と発熱導電体間の電気
絶縁性を室温および３００℃で測定した。

その結果を第６表に示す。なお、絶縁抵抗は電圧５ｏｏ
ｖ印加のときの抵抗を測定し、絶縁剛力は国洋電機（剛
製耐圧絶縁自動試験器を用い、しゃ断電流を１０ｍＡに
設定し１分間通電し、ショートしたときの電圧を測定し
た。

上記の結果から、ホーロ層（Ｂ）にＭｇＯを含むものは
、絶縁剛力が大幅に向」ニすることがわかる。寸た、ホ
ーロ層（Ａ）でガラスフリットの違うものでは、チタン
釉白フリットを用いたものが絶縁抵抗が高い。

発明の効果以上のように本発明の面状発熱体は、従来のホーロを用
いた面状発熱体よりも、金属基板と発熱導電体との電気
絶縁性（絶縁抵抗、絶縁耐力）に優れ５面状発熱体の実
使用温度が２５０〜３５０℃の温度で使用できる。さら
に、熱容量が小さいので温度の立」ニリが早く、形状も
自由にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は面状発熱体の基本構成を示す縦断面図、第２図
は実施例に用いた発熱導電体のパターンを示す。１・・・・・・金属基板、２・・・・・・第１のホーロ
層、３・・・・・・発熱導電体、４・−・・・・第２の
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

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属基板に結合した第１のホーロ層と、その表面
に第２のホーロ層によって被覆して固定した発熱導電体
とを有し、第２のホーロ層がＭｇＯを１成分とする化合
物を分散していることを特徴とする面状発熱体。
（２）　ＭｇＯを１成分と化合物が５ｉ０２　、　Ｃａ
Ｏ及びＡｌ２Ｏ３よりなる群から選んだ少なくとも１種
とＭｇＯとを含む化合物である特許請求の範囲第１項記
載の面状発熱体。
（３）第１のホーロ層のガラスフリットが、チタン乳白
フリットからなる特許請求の範囲第１項またけ第２項記
載の面状発熱体。