JPS6097586A - 面状発熱体の製造法 - 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、電気エネルギーを利用した面状発熱体の製造
法に関する。

従来例の構成とその問題点 面状発熱体は、近年、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、脚光をあびるようになって
きた０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、電気発熱材が封口されていないので、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、シ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
より電極の取シ出しなどに問題があった。まだ、発熱体
の熱容量が大きく、立上り時間が長いなどの欠点があっ
た。

さらには、ホーロ用金属基板にホーロ層によって被覆し
て面状発熱素子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は面状の発熱素子であり、この素子３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によって被覆され、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、電気絶縁性に
も比較的硬れているので１００〜４００’Ｃ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している。

しかし、上記のような構成では以下のような問題を生じ
ることがわかった。

その第１は、使用温度域が２００’Ｃ程度以上になると
ホーロ層の絶縁抵抗が急激に劣化することである。これ
はホーロ層のサーミタＢ定数が大きいためと考えられる
。

第２は、金属基板と発熱素子間の絶縁耐力が低いことで
ある。これは次のような理由によるものと考えられる。

すなわち、金属基板のホーロ層自体が泡構造を有してい
ること、このホーロ層の表面に発熱素子を設置したとき
に空気が介入すること、発熱素子設置後に外層のホーロ
層を形成する際、金属基板と密着したホーロ層を再焼成
することなどから、第２図に示したように、金属基板と
発熱素子間に空洞ができ、ａのようにホーロ層のない部
分やす、ｃのように一部しかない部分ができ、絶縁破壊
されやすくなっているためと考えられる。

このように、ホーロ用金属基板にホーロ層によって被覆
１−で面状発熱素子を結合した面状発熱体は、耐熱性に
は優れてはいるものの、高温度での絶縁抵抗や絶縁耐力
などの電気絶縁性が低下し、実用化する際の問題になっ
ている。

発明の目的 本発明は、ホーロを用いた面状発熱体の前記のような不
都合を解消し、特に高温度での絶縁抵抗や絶縁耐力など
の電気絶縁性に優れた面状発熱体を提供することを目的
とする。

発明の構成 本発明の面状発熱体は、金属基板に結合したホーロ下引
層、これと結合したホーロ下引層を設け、その表面に電
気発熱妾を介して絶縁層を被覆した構成を有し、ホーロ
下引層の焼成温度をＴ１、ポーｏ上引層の焼成温度をＴ
２、絶縁層の焼成温度をＴ３としたとき、弐Ｔ１〉Ｔ２
≧Ｔ３を満足する条件で焼成することを特徴とするもの
である。

実施例の説明 第３図は本発明による面状発熱体の構成例を示す。１は
金属基板、２ａはホーロ下引層、２ｂはホーロ上引層、
３は電気発熱素子、４はホーロまたは無機質塗料を焼成
した絶縁層である。

以下にこれらの各構成要素について詳しく説明する。

Ａ）金属基板 金属基板は、ホーロ用鋼板が最も適している。

これは、鋼板中の炭素の含有量が少なく、ホーロ焼成中
の泡発生が少ないことから、電気絶縁性の優れたものが
得られる。その他に、アルミナイズド鋼板、ステンレス
鋼、アルミニウム板等も用いることができる。

（Ｂ）　ホーロ下引層・ホーロ上引層及び絶縁層ホーロ
下引層及びホーロ上引層は、金属基板との密着性や電気
発熱素子との間の絶縁性に対して重要である。また絶縁
層は、電気発熱素子の固定、外部との絶縁性に対して重
要である。

特に、金属基板と電気発熱素子間の絶縁性は、ホーロ下
引層、ホーロ上引層及び絶縁層を形成する勃焼成温度が
大きく影響する。

すなわち、金属基板にホーロ下引層を形成し、次にホー
ロ上引層をホーロ下引層の焼成温度と同程度の焼成温度
で焼成し形成した場合は、ホーロ下引層は再焼成された
ことになり、ホーロ下引層の泡がさらに大きくなり絶縁
破壊が起こりやすくなる。さらに、絶縁層もホーロ下引
層の焼成温度と同程度で焼成すると、ホーロ下引層及び
ホーロ上引層の泡は大きくなり、絶縁破壊されやすくな
る。

本発明者らの実験によれば、例えばホーロ下引層を８０
０°Ｃで焼成した場合は、ホーロ上引層を８００’Ｃよ
りも１０°Ｃ以上低い温度、すなわち了９０’Ｃ以下の
温度で焼成したものは絶縁破壊が起こりにくくなり、１
０°Ｃ以内であれば絶縁破壊が起こりやすい。また、絶
縁層の焼成温度もホーロ下引層よシも１０°Ｃ以上低い
７９０′Ｃ以下で焼成したものが絶縁破壊が起こりにく
い。

従って、ホーロ下引層の焼成温度をＴ１、ホー口上側層
の焼成温度をＴ２、絶縁層の焼成温度をＴ　としたとき
、弐Ｔ１〉Ｔ２≧Ｔ３を満足するものであるとき絶縁性
に優れており、Ｔ２、Ｔ３はＴ１よりも１０°Ｃ以上低
ければ最も好ましい。

次に、ホーロ下引層、ホーロ上引層、絶縁層の組成につ
いて説明する。

ホーロ下引層は、鋼板との密着性や電気発熱素子との絶
縁性から、ガラスフリット組成は第１表のものが好まし
い。

以下余白 第　１　表 第１表の組成は、通常一般的に用いられるホーロのガラ
スフリット組成よシも、ＣａＯ１ＢａＯの含有量が多く
、Ｎ　ａ　２０を少なくし、ホーロ層の絶縁性を高メテ
イる。。また、Ｎｉ０％　Ｃｏｏ、ＭｎＯ２は鋼板との
密着性を良くする目的で含有しである。

ホーロ下引層だけでは完全に絶縁性を高めることはでき
ず、特に絶縁耐力が低いので、これを高めるためにホー
ロ上引層を形成する。この目的に適うホーロのガラスフ
リットを、第２表に示す。

第　２　表 第２表の組成は、第１表の組成よりも、Ｎ　ａ　２０、
Ｋ２Ｏの含有量が多く、軟化点も低い。また、このガラ
スフリットは、チタン乳白フリットといわれるもので、
あらかじめＴ　ｉＯ２をガラス中に溶融させておき、７
００〜８６０°Ｃでホーロ層を形成するときに微細なＴ
ｌＯ２の結晶を析出させる。ガラスフリットである。こ
のＴ　ｉＯ２の結晶析出により絶縁性を高めている。

絶縁層は、電気発熱素子を被覆固定するもので、かつ絶
縁性の高いものでなければならない。

本発明に用いられる絶縁層は、ホーロ下引層よりも焼成
温度が低く、ホーロ上引層と同じ焼成温度か、またはこ
れより低い焼成温度でなければならない。

この目的に適うものとして、第２表のガラスフリットの
ほかに無機質塗料がある。無機質塗料としては、エチル
シリケートやリン酸塩を結合剤とするものが好ましい。

（ｑ　電気発熱素子 本発明に適用できる電気発熱素子は金属の薄帯である。

薄帯でなければ面状発熱体としての熱容量が大きくなり
、本発明の目的に反する。電気発熱素子の材質は薄帯に
できる金属２合金はどれでも適用できるが、特にＦｅ、
Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｎｉ　−Ｃｒ系、Ｆｅ−０ｒ−Ｎｉ系が
優れている。鉄系のものは炭素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
他に超急冷法による薄帯化も可能である〇薄帯の膜厚は
１０〜１５０μｍが適用できるが、好丑しい範囲は２０
〜１００μｍ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４図にパターン形成した電気発熱素子の例を示す。素
子の形状は定格電力２発熱面積、温度分布などを考慮し
て設定する。

次に、具体的実施例を説明する。

金属基材として、大きさ１０Ｘ１０（７７１、厚さｏ、
１３ｍｍのホーロ用鋼板を用い、これに通常のホーロ加
工で用いられている前処理条件で前処理したものを用い
た。また、ホーロ下引層、ホーロ上引層、絶縁層の組成
を第３表に示す。

※１．第１表の最適値の組成のガラスを使用※２．第２
表の最適値の組成のガラスを使用電気発熱素子は、第４
図に示したパターンのもので、厚みが６０μｍのステン
レス鋼の薄帯を用いた。

試料の作成方法は、前処理をした金属基材に、ホーロ下
引層を施し、次にホーロ上引層を施し、その表面にステ
ンレス鋼薄帯を設置してから絶縁層を施した。このとき
のホーロ下引層、ホーロ上引層、絶縁層の焼成温度を第
４表のようにして各種の試料を作成した。

第　４　表　（単位　’Ｃ） これらの試料について、金属基板と発熱素子間の絶縁抵
抗と絶縁耐圧を測定し、その後、発熱素子の密着性につ
いて測定した。なお、絶縁抵抗は６００■印加のときの
抵抗を測定し、絶縁耐圧はしゃ断電流１ｏｍＡに設定し
て１分間通電し、ショートしたときの電圧を測定した。

また、発熱素子の密着は、発熱部の端部をバネばかりで
引張り、発熱部がホーロ層から剥離するときの重さを測
定した。

第６表 とれより、ホーロ下引層、ホーロ上引層、絶縁層の焼成
温度を変えることにより、絶縁抵抗の値に大きな差はな
いが、絶縁耐圧、密着性に差があることがわかる。すな
わち、ホーロ上引層の焼成温度がホーロ下引層の焼成温
度よりも低いもの（４４、５、，６）、あるいは絶縁層
の焼成温度がホーロ上引層の焼成温度よりも同じかまだ
は低いもの（４９，１ｏ、１１．１２　）は、絶縁耐圧
が高く、密着性も優れていた。

なお、絶縁耐圧の値であるが、値が高いものほど製品と
して優れたものであるが、電気用品取締法の規格から、
絶縁耐圧の値は２−５ｈｖ以上のものが好ましい。また
、密着性は、引張強さは１に！以上あれば実用上問題が
ないと考えられる。

従って、ホーロ上引層の焼成温度をホーロ下引層よりも
１０’Ｃ低い温度で焼成し、さらに絶縁層の焼成温度を
ホーロ上引層と同じかまたはそれよりも低い温度が好ま
しい。

以上の例では、ホーロ下引層の焼成温度を８００°Ｃと
したが、これ以外の条件で焼成した場合には、その焼成
温度よりも低い温度でホーロ上引層を焼成し、ホーロ上
引層の焼成温度と同じかそれよりも低い温度で絶縁層を
焼成すればよい。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、金属基板と電気発熱素
子間の電気絶縁性にすぐれた実用的な面状発熱体を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の面状発熱体の断面図、第２図はホーロ層
の泡の欠陥をあられす断面模式図、第３図は本発明によ
る面状発熱体の要部断面図、第４図は電気発熱素子の例
を示す平面図である。 １・・−金属基板、２ａ・−・・ホーロ下引層、２ｂ・
−・・ホーロ上引層、３・・・・・電気発熱素子、４・
−・・・絶縁層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 色）　（ｂ）　（Ｃ） 第３図 、３ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属基板上にホーロ下引層とホーロ上引層を設け、その
   表面に絶縁層で被覆して電気発熱素子を固定する面状発
   熱体の製造法であって、前記ホーロ下引層の焼成温度を
   Ｔ１、ホーロ上引層の焼成温度をＴ２、絶縁層の焼成温
   度をＴ３としたとき、弐Ｔ１〉Ｔ２≧Ｔ３を満足する条
   件で焼成することを特徴とする面状発熱体の製造法。