JPS603883A - 面状発熱体 - 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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。