JPS61128487A - 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゛用した発熱体に関する
もので、さらに詳しくは、発熱素子をホーロ層によって
被覆して金属基板上に固定した発熱体の製造法に関する
。

従来の技術 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。面状発熱体については、各種のものがあるが、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例えば特開昭５８−２２５５
９２号に記載されている。

この発熱体の構成を第５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シ。

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
も比較的優れているので、１ｏＯ〜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。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような製造法で発熱体を形成するには、
大きな困難が伴うことがわかった。すなわち、実際に発
熱体を形成する場合、ホーロ層２の表面に面状の発熱素
子を置いただけでは、ホーロ層２と発熱素子が固定され
ていないため、ホーロ層４を形成するためのスリップを
スプレー等によシ塗布したとき、発熱素子がホーロ層２
の表面から動きやすく１発熱素子をホーロ層４の中に埋
設することは、非常に困難であった。

また、上記の方法で発熱体を形成してもホーロ層２と発
熱素子が十分に密着していないため、ホーロ層４のスリ
ップを塗布したときに、発熱素子下部に空気層ができ、
そのため絶縁耐力の劣化を招いていた。

本発明は、ホーロを用いた発熱体の前記のような不都合
を解消し、電気絶縁耐力に優れた発熱体を容易に形成す
る製造法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、金属基板上に下地ホーロ層を形成した後５発
熱素子を被覆するホーロ層を形成するスリップを塗布し
、この塗布層が乾燥する前に塗布層上へ発熱素子を設置
し、さらにその上に前記と同様のスリップを塗布し、乾
燥、焼成することを特徴とする。

作用 本発明では、発熱素子を被覆するホーロ層を形成するス
リップを下地ホーロ層上に塗布し、この塗布層の未乾燥
状態において、塗布層上へ発熱素子を設置するので１発
熱素子が塗布層によってホーロ層へ密着され、さらに発
熱素子上へスリップを塗布する際発熱素子が動くことは
なくなる。その結果１発熱素子の下部に空気層ができた
シして絶縁耐力が劣化することがなくなる。

実施例 第１図は本発明の実施例によシ得た発熱体の構成を示す
。

１は金属基板であり、その表面に第１のホーロ層２＆、
第２のホーロ層２ｂよシなる下地ホーロ層２を形成し、
その表面に発熱素子３を被覆するホーロ層４（以下筒３
のホーロ層という）を形成するスリップを塗布し、この
塗布層上にその未乾燥状態で発熱素子３を設置し、さら
にその上に同じスリップを塗布し、乾燥、焼成して製造
したものである。この例では、基板１の裏面側にもホー
ロ層２，４を形成している。

ここで、ホーロ層について詳しく説明する。

このホーロ層に用いるガラスフリットの電気的特性（絶
縁抵抗、絶縁耐力）はきわめて重要である。

ホーロ層の電気的特性１例えば絶縁抵抗を決定する重要
な因子には、ホーロ層の膜厚の他に、ガラスの体積固有
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１ｏ。

〜ＳＯＯμｍ程度である。この点からホーロ層の電気的
特性を向上させるためには、体積固有抵抗の優れたガラ
スフリットでホーロ層を形成する必要がある。

ガラスフリットの体積固有抵抗は、フリット綴成分中の
１価のアルカリ成分（Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ。

Ｋ２Ｏ）の量によって決まり、アルカリ成分の量が少な
いものほど、体積固有抵抗が高くなる。一方、２価の７
ｙ力リ成分（Ｂａｄ、　（ａｏ、　ＭｇＯ，ＳｒＯ）を
加えていくと、ガラスの電気絶縁性は向上する。

これは、２価のアルカリ成分のイオン半径が大きいため
、ガラスの網目構造の中に取りこまれ、１価のアルカリ
イオンの移動を防ぐからである。この点から、２価のア
ルカリ成分は多いほうが望ましい。しかし、ホーロは金
属基板とガラスの結合であるため、それらの膨張率をで
きるだけ近づけた方が良いとされている。

従ってＮａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等の１価のアルカリ成分と、
　Ｃａｂ、　ＭｇＯ、ＢａＯ等の２価のアルカリ成分の
含有量の比が重要となってくる。

前記第１のホーロ層を形成するガラスフリットとして、
１価のアルカリ成分の含有量Ｒ４と２価のアルカリ成分
の含有量Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２が０．５以下のガラスフ
リットを用いるのがよい。

これによシ、電気絶縁性を改善でき、ホーロとしての機
械的強度も維持することができる。第１のホーロ層に用
いられる代表的なガラスフリットの組成を第１表に示す
。

（以　下金　白） 第１表 下穴ホーロ層として、上記第１のホーロ層は絶縁抵抗を
向させるのに有効であるが、絶縁耐力を向上させること
はできない。そこで、これを高めるために第２のホーロ
層を形成するのがよい。

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Ｃ単位二重量％） 第２表のガラスフリットは第」表のものよシも１価のア
ルカリ成分の含有量が多く、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ＴｉＯ□をガラス中に溶融させておき、７
００〜８５０℃でホーロ層を形成するときに微細なＴｉ
Ｏ２の結晶を析出させるガラスフリットである。このＴ
ｉＯ２の結晶析出によシ絶縁性を高め、しかも第１表の
ものよりも、１価のアルカリ成分が多いことから、第１
のホーロ層の焼成温度８２０〜８７０″Ｃよシも低い温
度？’９０〜８３０°Ｃで焼成することができる。

そのため、第１のホーロ層を焼成するときにできた泡が
、第２のホーロ層を焼成するときに大きく生長すること
がなく、第２のホーロ層は泡の少ない構造となシ、絶縁
耐力が向上する。

第３のホーロ層は、電気発熱素子を被覆固定するもので
、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第３のホーロ層は、第１のホーロ層
よりも焼成温度が低く、第２のホーロ層と同じ焼成温度
か、またはこれよシ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が
ある。第２のホーロ層上に発熱素子を設置して第３のホ
ーロ層で被覆する場合、第２のホーロ層と発熱素子間に
介入する空気あるいは第２のホーロ層を形成した際第２
のホーロ層に発生した泡等が、第３のホーロ層を焼成し
たときに、ホーロ層の外部に出す第１．第２のホーロ層
に、金属基板まで達するピンホー〜や金属基板までは達
しないまでもそれに近い大きなピンホールが生じ、金属
基板と発熱素子間の電気絶縁性が破壊されやすくなる。

そこで、第３のホーロ層にＭ（Ｏを１成分とする化合物
を分散させることが好ましい。すなわち、第３のホーロ
層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ット状の
第３のホーロ層を形成する。この第３のホーロ層の焼成
の段階で、第１゜８２のホーロ層と発熱素子間に介入し
た空気や第１、第２のホーロ層の泡等は第３のホーロ層
を通じて外部へ出ていってしまい、第１．第２のホーロ
層に与える影響が少ないので、金属基板と発熱素子間の
電気絶縁性が向上されると考えられる。

本発明に用いられるＭｇＯを１成分とする化合物は、　
５ｉｎ２．　Ｃａｂ、ム１２０５　　の少なくとも１種
とＭｇＯとを含む化合物が、第３のホーロ層のマットの
状態と、第３のホーロ層と発熱素子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、タルク、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１重量比でガラスフリット１００に対して、１
〜２ｏが好ましい。含有量が多すぎると１発熱素子が剥
離しゃすくなシ、またスリップの安定性が悪くなシ作業
が困難となる。含有量が少なすぎると電気絶縁性が改善
されない。

次に、発熱体の製造法について説明する。

第２図は発熱体の製造工程を示す。金属基板は。

通常のホーロ加工で行われている条件で前処理したもの
を用いる。第３表にホーロ層のミル組成を示す。

（以　下　余　白） 栗１　第１表の組成のガラスを使用 秦２　第２表の組成のガラスを使用 発熱素子は、第３図に示したパターンのもので、厚みが
６０μｍのステンレス鋼５ＵＳ４３０（７）４帯を用い
た。

まず第１に、金属基材に第１のホーロスリップを１５０
μｍ程度の厚さに塗布し、乾燥後８５０℃で１０分間焼
成して第１のホーロ層を形成する。

同様の方法で第２のホーロ層もスリップを塗布。

乾燥して８１０’Ｃで１０分間焼成し形成する。従来の
製造法では、ここで第２のホーロ層の表面に発熱素子を
設置して第３のホーロスリップを塗布。

乾燥、焼成して発熱体を形成するが、実際この方法で発
熱体を形成することは非常に困難で、作業性も悪く、し
かも絶縁耐力の低いものしか形成できない。特にスプレ
ー法でスリップを塗布する場合、従来の方法では発熱素
子をホーロ表面に置いているだけなので、第３のホーロ
スリップを塗布したとき発熱素子が動いたシ、ホーロ表
面から飛んだりするため、第３のホーロ層を形成するこ
とは困難なもので、第２のホーロ表面と発熱素子が十分
に密着していないため、発熱素子の下側に空気層を噛ん
でしまい、絶縁耐力の悪いものとなる。

そこで本発明では１発熱素子をホーロ基板と十分に密着
させるため、第２のホーロ層を形成後。

第３のホーロスリップを薄く、表面が濡れた程度に塗布
してから発熱素子を設置した。こうすることによって第
２のホーロ層と発熱素子との密着が得られ、その上から
スリップを塗布しても発熱素子が動いたシ、飛んだシす
ることがなくなシ、しかも発熱素子下側に空気層を噛む
こともなくなった。

このようにして第３のホーロ層中に発熱素子を埋設し、
乾燥し、８ｏＯ°Ｃで１０分間焼成して第１図の発熱体
を形成する。

実施例１ 第４表に示したガラスフリットの組成のものを第３表に
示した第１のホーロ層のミル組成比で配合したのち、ボ
ールミルで混合し、スリップを調製した。また、第２．
第３層も第２表に示したガラスフリットを用い、第３表
のそれぞれのミル配合比でスリップを調製した。

Ｃ以下金　白） 第４表 （単位：重量％） 次に、大きさ１５０Ｘ１５０闘、厚さ０．８寵のホーロ
用鋼板に、通常のホーロ掛けの前処理を行い、それに第
１層のスリップを膜厚約１５０μｍになるように塗布し
、乾燥後８５０℃で１０分間焼成した。次にその上に第
２層のスリップを膜厚約１６０μｍに塗布し、乾燥し、
８１０℃で１０分間焼成した。さらにその上に第３層の
スリップを塗布し、表面が漏れているうちに発熱素子を
設置して、その上から第３層のスリップを塗布し、乾燥
し、８００℃で１０分間焼成した。

また、比較例として第３層にケイ酸マグネシウムを温潤
しないスリップを用いて発熱体を形成した。

これらの試料について、金属基板と発熱素子間の電気絶
縁性を室温および３００’Ｃで測定した。

その結果を第５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、絶縁耐力は国洋電機■製
耐圧絶縁自動試験器を用い、しゃ断電流を１０ｍ人に設
定し１分間通電し、ショートしたときの電圧で示した。

（以　下金　白） 上記の結果から、ム−１からム−５までの絶縁抵抗はＲ
，／Ｒ２の値が少なくなるにしたがって大きくなってい
くが、実際に製品として使用される場合は、ＪＩＳ規格
、電気用品取締法等から規制され、ムー１．ム−２の絶
縁抵抗値では使用できない。従って、Ｒ，／Ｒ２の値が
Ｏ，Ｓ以下のム−３からム−６が最も適している。また
、絶縁耐力もＲ１／Ｒ２の値が少なくなるにしたがって
高い値を示すが、ケイ酸マグネシウムを添加したものは
、添加しないものよシも高い値を示していることがわか
る。

実施例２ 第４図ｚ、ｂ、ｃに示す構成の発熱体比較例１゜２．３
を作り、本発明によるものとの特性を比較した。

比較例１は、基板１の表面にホーロ層２ａを形成し、そ
の表面に発熱素子３を設置し、その上にスリップを塗布
し、焼成して第１層と同じホーロ層２ｈ　＋を形成した
ものである。比較例２は、基板１の表面に第１のホーロ
層２４．第２のホーロ層２ｂを形成した後、その上に発
熱素子３を設置し、その上にスリップを塗布し、焼成し
て第３のホーロ層として第２層と同じホーロ層２ｂ’を
形成したものである。比較例３は、基板１の表面に第１
のホーロ２＆、第２のホーロ層２ｂを形成し、その上に
発熱素子３を設置し、さらにスリップを塗布し、焼成し
て第３のホーロ層４を形成したものである。

なお、ホーロ層２１Ｌには第４表のム−５、ホーロ層２
ｂ及び４には第２表の組成のガラスフリットをそれぞれ
用い、これらのガラスフリットを第３表のミル組成でス
リップとしてホーロ層を形成した。本発明の発熱体には
第５表の煮５を用いた。

これらの試料について実施例１と同様にして絶縁抵抗と
絶縁耐力を測定した。その結果を第７表に示す。

Ｃ以　下金　白） 第７表 上記の結果から、第２．第３のホーロ層にチタン乳白フ
リット用いることによシ絶縁耐力が向上し、さらに第３
層にＭｇＯを１成分とする化合物を分散させることによ
って、よシ絶縁耐力が向上することがわかる。その上、
本発明による製造法で形成したものは、より以上に向上
した。

実施例３ 実施例１の第６表の＆５による発熱体の第１゜第２．第
３層の焼成温度を第８表の、ように設定して各種の試料
を作成した。

第８表 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５ｏｏｖ印加のときの
抵抗を測定し、絶縁耐圧はしゃ断電流１０ｍ人に設定し
て１分間通電し、ショートしたときの電圧を測定した。

その結果を第９表に示す。

第９表 上記の結果よシ、第１．第２．第３のホーロ層の焼成温
度を変えることによシ、絶縁抵抗の値に大きな差はない
が、絶縁耐力に差があることがわかる。すなわち、４１
４，１６，１了のように第２、第３層が第１層の焼成温
度より低く、しかも第３層の焼成温度がＳＯＯ°Ｃ〜８
１０℃程度のものが絶縁耐力に優れている。

発明の効果 以上のように、本発明によれば発熱体の製造を容易にし
、しかも金属基板と発熱素子間の電気絶縁性にすぐれた
発熱体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による発熱体の構成例を示す縦断面図、
第２図はその製造工程図、第３図は発熱素子の平面図、
第４図は比較例の発熱体の縦断面図、第５図は従来の発
熱体の縦断面図である。 １・・・・・・金属基板、２・・・・・・下地ホーロ層
、３・・・・・・発熱素子、４・・・・・・ホーロ層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　　　　　　　　！・・・基板 ？、４・・ホー０４ 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基板上に下地ホーロ層を形成した後、発熱素
   子を被覆するホーロ層を形成するためのスリップを塗布
   し、この塗布層の未乾燥状態において、塗布層上へ発熱
   素子を設置し、さらにその上へ前記と同様のスリップを
   塗布し、乾燥、焼成することを特徴とする発熱体の製造
   法。
2. （２）下地ホーロ層が第１のホーロ層と第２のホーロ層
   からなり、第１のホーロ層を形成するガラスフリットに
   おける１価のアルカリ成分の含有量Ｒ＿１と２価のアル
   カリ成分の含有量Ｒ＿２の比Ｒ＿１／Ｒ＿２が０．５以
   下であり、第２のホーロ層及び発熱素子を被覆するホー
   ロ層を形成するガラスフリットがチタン乳白フリットで
   ある特許請求の範囲第１項記載の発熱体の製造法。
3. （３）発熱素子を被覆するホーロ層を形成するスリップ
   が、ＭｇＯを１成分とする化合物を含む特許請求の範囲
   第２項記載の発熱体の製造法。