JPS6129090A - 面状発熱体を有する物品 - 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を有す
る物品に関するもので、暖房器、調理器。

乾燥機器などに利用することができる。

従来の技術 従来、ジュール熱を利用した発熱体としては、シースヒ
ータ、石英管ヒータ、赤外線ランプ、面状発熱体などが
知られている。

この中で面状発熱体は、近年、機器の薄型化。

均一加熱などのら−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。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
トラ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り出しなどに問題があっ
た。また、発熱体の熱容量が大きく、立上り時間が長い
などの欠点がある。しかも、これらの多くは製造時の作
業性と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°Ｃまでであり、また寿命特性にも
問題がある。

発明が解決しようとする問題点 以上のように、従来の面状発熱体には種々の問題があり
、技術的に解決すべき課題が非常に多かった。

面状発熱体に要求される妾呻に）目耕枦要件としては、
次のようなものが挙げられる。

（１）遠赤外線の放射機能が高く、エネルギーの利用効
率が優れている。

（２）加工の寸法精度が優れている。

（３）熱容量が小さい。

（４）端子の取り出しが容易である。

（５）被加熱物を均一に加熱できる。

（６）耐熱、耐湿性に優れている。

（７）電気的特性（絶縁抵抗、絶縁耐圧）などにすぐれ
ている。

（８）電気発熱材の抵抗値のバラツギが少ない。

従来、食物などを調理する場合、ガス、石油。

固形炭などの燃焼炎を主体にする伝導加熱法、ホットプ
レートなどの熱板−］−で焼くなどの熱エネルギーを直
接的な熱伝導によって加熱する加熱法。

あるいはオーブンなどのように庫内空気を加熱して、そ
の高幅雰囲気中で調理物へ熱エネルギーを伝達する対流
加熱法などが主に用いられてきだ。

しかし、近年に至って赤外線加熱による効果が認識され
て、暖房や乾燥などに広く利用されるようになってきた
。

赤外線は、可視光とマイクロ波の中間にあって、波長領
域は０．７２〜１００Ｑμη２の電磁波であり、被加熱
体によく吸収され、被加熱体の分子運動を活発化させて
、発熱させる効果が犬である。したがって、赤外線の照
射による加熱法は、被加熱体構成分子を振動させ自己発
熱を行うので、従来の伝導、対流による加熱法と比較す
ると、調理時の熱効率お」：びエネルギー利用効率が改
善され、省エネルギーの効果が期待できる。

特に、調理物を効果的に加熱調理するには、第２図の吸
収特性から理解できるよ″１ＶＣ，赤外線加熱が良好で
あり、調理物の吸収波長に相当する赤外線を放射する加
熱源が必要である。

一般に、物体から放射されるエネルギーＥは、次のステ
ファンボルツマンの法則 Ｅ−εσＴ４ （ε：放射率、σ：定数、Ｔ：温度） で表される。すなわち、放射エネルギーは、物体の温度
と放射率によって定寸るものであり、温度が一定である
とすれば、放射源は放射率の高い物質、特に２μｎｒ以
１の赤外線波長領域の１７り射イ′の高い物質で構成す
るとエネルギーの利用効率が、１：くなる。

本発明は、以」二のような赤外線の効用を考慮して、遠
赤外線放射効率、熱容量、電気的特性２寸法精度、均−
加熱などの特性を大巾に改善した面状発熱体を提供する
ことを主な目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は器具本体に箔状の電気発熱体を設けこの発熱体
をホーロで被穆した構成からなる。

作　　用 ホーロ被覆層の作用により、遠赤外放射効率が高く、ま
だ、箔状ヒータとホーロ被覆層の組合せは非常に薄くで
きるので、熱容量も小さい。

実施例 第１図は本発明・に係る面状発熱体の基本的な構成例を
示す。同図において、１は耐熱性の基板であり、器具本
体の基材を構成する。２は電気発熱体、３はホーロ被覆
層である。

基板１は、（ａ）においてはセラミック、ガラスなどの
電気絶縁性材料Ｊ：りなる。（ｂ）　、　（ｏ）におい
ては、ホーロ用基板１ａの両面又は片面にホーロ層１ｂ
を形成したものである。

第３図は他の構成例を示すもので、ｆａ）は、基板１上
に第１層目のホーロ被覆層３ａを形成し、その表面に第
２層目のホーロ被覆層３ｂによって電気発熱体２を固定
したものである。

（ｂ）は、基板１．ホーロ被覆層３ａ、電気発熱体２゜
ホーロ被覆層３ｂ、基板１を積層した例である。

この場合は、加熱面となる少なくとも一方の面の基板は
熱伝導性に優れるものを用いる必要がある。

また、（ａ）は基板に電気発熱体を密着させた例を示す
。

以下に本発明の各構成要素について詳しく説明する。

（Ａ）基板 基板としては、セラミック、ガラス等を用いることがで
きるがホーロ用鋼板が最も適している。

これは、機械的強度が優れているだけでなく鋼板中の炭
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０ その選択に当たっては使用条件、使用温度、経済性、基
材の形状、加工性より決定される。

（１）ホーロ層の構成 ホーロ層の構成は、器几本体に用いる基材の耐食性、熱
酸化性を考慮に入れて決定される。

例えば、鋼板、鋳鋼を用いる場合、第２図（ｂ）に示す
ように、金属基材の両面にホーロ加工しなければならな
い。片面ホーロを行うと、ホーロ加工していない而に著
しく酸化スケールの発生があり、耐食性に劣る。しかし
、ステンレス鋼。

アルミナイズド鋼などについては、（ｂｌのような両面
ホーロ加工をしてもよいが、これらは、耐熱酸化性、耐
食性に優れているだめ、特に（ｃ）の構成が適用できる
。

（２）基材のホーロ加工 第４図に一般的な基材のホーロ加工工程図を示す。

■　基材の前処理工程 金属に輸送中捷たけ貯藪中のさび止めのため、また成形
工程で塗られた油や金属の酸化物はホーロ加工前に除い
ておく必要がある。

この基材の前処理工程はホーロ層の密着強度に大きな影
響を与える。図のように基材に適した前処理をする必要
がある。

＠　ホーロフリット 基材の種類が決定されれば、基材の熱膨張率、融点、変
態温度等を勘案し、基材に適した物理的性質（熱膨張率
、軟化温度およびホーロ焼成温度）を有するフリット組
成を選ぶ必要がある。

第１表に代表的な基材およびそのフリットの熱膨張率を
示す。

第１表 基材とホーロ層の熱膨張率の違いによるホーロ面の剥離
を防止するために、基材に滴しだ熱膨張率を有するフリ
ットを選択する必要がある。本発明に用いる好ましいホ
ーロフリントは後述する。

θ　ホーロスリップの調整工程 フリットの種類が決定されれば、フリットの他にミル添
加剤、マット形成物、絶縁性物質、界面活性剤、水など
を必要に応じ適量を混合し、ボＴルミル等を用いて、泥
状物（スリップ）にする。

Ｏ塗布、乾燥、焼成工程 調製されたスリップを基材に塗布する方法は、通常スプ
レー法あるいはディップ法であるが、刷毛塗り法、バー
コード法でも可能である。

乾燥工程は風乾もしくは６０〜１５０’Ｃの乾燥炉を用
いて、塗布面を乾燥させる。

次いで焼成を行う。焼成は所定の温度に設定されたバッ
チ炉、あるいは連続炉で行う。

（３）　　フリット 本発明に用いるフリットとしては、作業温度。

膨張率は勿論のこと、面状発熱体の好ましい要件、例え
ば面状発熱体の熱容量が小さいこと、寸法精度にすぐれ
ること、熱酸化を受けにくく、発熱体端子の取り出しが
容易であること、などから判断して、好ましい低軟化点
フリットの代表的な組成を第２表に示し、その代表的組
成例を第３表に示す。

本発明の面状発熱体を構成するホーロ層としては、低軟
化点フリットを用いたものが適当である。

その理由を基材として鋼板を用いた場合を例にして説明
する。

従来のホーロ加工は８００〜９００　’Ｃの高幅で行わ
れており、この温度は鋼のＡ１変態点（７２３°Ｃ）以
上である。鋼はＡ１変態点以−にになると、その組織は
ａ鉄からγ鉄に変態し、体積減少を伴う。この温度以上
でホーロ加工を行うと、鋼板の焼成歪みが大きく、歪み
や変形が発生する。乙のため、従来のホーロ加工でに１
基材の板厚の選定が重要な因子となってきており、０．
６ｍｍ以上の板厚の基材しか用いることかできなかった
。これに対し、第３表に示した本発明の好寸しいフリッ
ト組成例からもわかるように、焼成作業温度が前求のＡ
１変態点以下である。すなわち、低軟化点フリットを用
いることにより、鋼の変態による焼成歪みが少なく、０
．６〜０．３ｍｍの板厚の薄い基材鋼板を使用すること
が可能であり１、面状発熱体の熱容量を低下させること
ができる。したがって、発熱体の立ち上り特性が著しく
良好となる。寸だ、前述のＡ１変態点以下の焼成ができ
る／こめ、加工歩留りが向上するとともに、寸法精度に
すぐれ、後加工が容易である。

第２表 第３表 （４）ホーロ層の電気的性質 本発明の面状発熱体の電気的性質を決定するファクター
として、第２図に示すように、発熱体と金属基材の間に
介在するホーロ層の電気的性質（絶縁抵抗、絶縁耐圧等
）が重要なポイントの１つとなる。

本発明者らは、種々検討した結果、電気的性質を決定す
る重要な因子としては、ホーロ層の膜厚の他に、ホーロ
層の表面光沢があることがわかった。

まず、ホーロ層の膜厚について説明する。ホーロ層の膜
厚は、前述の電気的特性に関係するほかに、ホーロ層の
密着性にも関係する。

ホーロ層として、前述の乳白フリットを用いて、種々膜
厚を変化させ、その時の密着性、電気的性質を比較した
結果を第４表に示す。

密着性は、ＰＥＩ密着強度試験機を用いて、９０％以上
を○、８０〜９０％をΔ、８０係以下を×で示した。

また、電気的性質は、電気用品取締り法に規定しである
絶縁抵抗試ｉ法および絶縁耐圧試験法に準じて測定した
。Ｐ線抵抗試験では６００Ｖ絶縁抵抗計全用い、絶縁抵
抗が１ＭＱ　り上のものケ○、それ以下のものを×で示
した。−また絶縁耐圧試験において、絶縁耐圧が１，５
ＫＶ以上のものを○、それ以下のものを×とした。

第４表 この表から明らかなように、ホーロ膜厚として６０〜５
００μｍが好ましく、加工性、そのイ＋ｉｊｗ考慮する
と、１００〜４ｏｏｌ１ｍがより好捷しい。

このほかに電気的性質を向上させる手段としては、Ａ　
（！　２０３１Ｔ　ｉＯ２、Ｚ　ｒ　Ｏ２９Ｍｇ　Ｏｉ
ｒ　／’、：”、）　電気絶縁性物質をホーロ層中に充
填する）’）’、’ｉかある。しかし、前記電気絶縁性
物質を過＃に入れすぎると、ホーロ層に微小のピンホー
ルが発生し、かえって電気的特性全劣化させる傾向があ
る。本発明者らはこの点ケ検討した結果、この現象はホ
ーロ層の表面光沢性に大いに関係すること召見出した。

前述の乳白フリットを用い、ホーロ層中に各種の割合で
八ｅ２０３を添加して表面光沢の異なる試料を作製し、
絶縁抵抗、絶縁耐圧を調べた結果ケ第６表に示した。な
お、ホーロ層の膜厚は約１５０μｍである。

丑だ、ホーロ層の表面光沢はクロスメーター（日本定色
製ＶＧ−１０７）を用いて測定した。

第６表 この結果から明らかな、１：うに、面状発′ＰＡ什４構
成するホーロ層の表面光沢は０．６以上必要であること
が判定した。

ｆＢｌ　　ホーロ被覆層 本−口被覆層はガラスフリットを主成分としてホーロ層
と薄帯状発熱体との接合を行うと同時に、電気絶縁性お
よび赤外線放射性を付与する層である。

（１）ホーロ被覆層に用いるガラスフリットホーロ被覆
層は、低軟化点フリソｉｆ用いるのが好ましい。これは
前述のように、製品の寸法精度、加工歩留まｌ向上する
と同時に、従来ホーロ加工技術に比べて、焼成温度が１
５０〜３００　′Ｃ低くすることができるだめ、発熱体
の取り出し端子の受ける熱酸化が少なく、加工性、寿命
、コスト的にも有利である。

特に従来のホーロは、８００〜８６０℃の温度で焼成し
ていへために、Ｎ’１−Ｃｒ、　　ステンレス鋼などの
電気発熱材が熱酸化全骨け、抵抗値のバラツキが大きか
ったり、局部酸化（でより寿１８　、 命！１１゛性が著しく劣化するなどの問題があった。

丑だ、電極の取り出し端子の酸化および、電熱材と端子
との接続部の酸化などがあり、面状発熱体として構成す
ることができなかった。これらの問題は低軟化点７リソ
ト全用いることにより解決することができる。

基板の熱膨張率、軟化温度等全考慶に入れて、低軟化点
ガラスフリットの選択を行う。

（２１ホーロ被覆層全形成する釉薬組成ホーロ被覆層を
形成する釉薬の代表的な配合組成例（重量比）を以下に
示す。

第６表 ａは通常の艶有りホーロ（光沢で８０以上）の配合組成
例である。ｂはホーロ被覆層にさらに電気的特性を向上
する目的で、絶縁性物質であるＡｌ２Ｏ３を添加したも
のである。この他絶縁性物質としで、ＴｉＯ２、Ｚ　ｒ
○２．ＭｇＯ，Ｂ　ｅｏ。

ＭｑＡＩＶ２０４，５ＩＯ２なども有効である。

この絶縁性物質の添加）看−はフリット１００重量部に
対して、５０重量部以下が好ましい。その理由は５０重
嶺部以上になると密着性が極端に低下し、実使用中に、
ホーロ被覆層が剥離するためである。

Ｃはホーロ被＠層にさらに赤外線放射特性を向」ニさせ
る目的で、赤外線放射材料ＮｉＯを添加したものである
。この他に、赤外線放射材料として、Ｍ　ｎ　Ｏ２＋　
Ｃｏ　３０４＋カーボ／　、　Ｃｕ　２０　。

Ｃｒ　２０３．　Ｆ　ｅ　２０３なども有効である。こ
の赤外線放射材料の添加量は、フリット１００重量部に
対して６０車帽部以下が軽重しい。寸だ、絶縁性物質と
併用し／こ場合Ｖ１、それＣつの総ｊｉ４がホーロ被控
層の熱膨張係数は、発熱体の熱膨張係数を１としたとき
、０．８〜１．６の範囲が軽重しい。

（３）ホーロ被覆層の電気的性質 本発明の面状発熱体の電気的性質を決定するファクター
として、ホーロ被覆層の電気的性質が重要である。

ホーロ被段層の電気的性質は前述の器具本体の基材に被
覆されたホーロ層の電気的性質の項で述べた結果と同様
な結果が得られた。即ち、ホーロ被覆層の膜厚は５０〜
５００μｍが好ましく、捷たホーロ被覆層の表面光沢は
０．５以上にする必要がある。その理由は前述の通りで
ある。ここで注意しなければならないのは、ホーロ層と
ホーロ被覆層の総膜厚を５００μｍ以下にする必甥があ
る。これは、密着強度の関係から規制される。

（ｑ　電気発熱材 本発明に適用できる電気発熱材は金属の薄帯である。ホ
ーロ被覆層に封入する場合、薄体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。

（１）電気発熱利の材質 電気発熱材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Ｆ　ｅ　、　ＡＩ　、　Ｆｅ−Ｃｒ
　。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｅ、Ｎｉ−Ｃｒ、　ステンレス鋼が適し
ている。中でも、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ｃｒ系。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系が優れている。金属アルミニウム、
鉄−クロム−アルミニウム系はホーロ被覆層の焼成時に
蒸発してホーロ被覆層にピンホールを発生しやすい。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。

利質の選択にあたっては、耐熱性、ホーロ被覆層との整
合性を考慮する必要がある。

（２）金属の薄帯化 金属の薄帯化は通常の冷間圧延、熱間用延による方法の
他に超急冷法にＪ−る薄布化も可能である。薄帯の膜厚
、は１０〜１６０１１ｍが適用でき　　に、作業性が悪
い。また、１５Ｃ）７１η２以上では、ヒートザイクル
を加えるとホーロ被覆層に亀裂が入ったり、面状発熱体
にそりが発生したりするなどの問題がある。

（３）電気発熱材の加工法 薄帯化した金属を所望の、Ｓターンに形成する方法とし
ては、エツチング法、プレス加工法が滴している。生産
数量が少ない場合は工・ｙチング法、大量生産ではプレ
ス加工法が適用できる。

第５図にパターン形成した電気発熱材の実施例を示す。

電気発熱材の形状は定格電力２発熱面積、温度分布など
を考慮して、膜厚、ツクターン形状を任竜に設定するこ
とができる。

（Ｄ）面状発熱体の製造法 第６図に面状発熱体の代表的な製造工程を示も器具本体
の片面もｊ〜くけ両面にあらかじめ調合されたホーロス
リップを塗布しく口）、設計に基づいて製作された電気
発熱材を塗布面に配置する（ハ）０電気発熱材を配置す
る時には塗布面が未乾燥の状態前よい。こねは電気発熱
利か塗布面に一次的に密着するので、電気発熱材の位置
決めが容易となるからである。

次に、外側のホーロ被覆層を形成するために、ホーロス
リップを塗布しくニ）、続いて風乾もしくけ５０〜１５
０°Ｃで乾燥して水分を除く（ホ）。乾燥終了後、５５
０〜８５０’Ｃで１０分程度焼成する（へ）。

焼成温度はスリップの組成により異なる。以上の工程で
本発明の面状発熱体は完成する。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第７表に示す配合組成の釉薬を２時間ミル引きしてスリ
ップを調整し、これを片面の面積１００ｏＣｄのアルミ
ダイキャスト製ホットプレート基材表面に約１５０μ？
＋１の厚さに塗布し、約１２０’Ｃの乾燥機中で約１０
分間乾燥後、５５０°Ｃで約１０分間焼成した。

第７表 フリッｉ・（第３表の／１６３）　　１００重量部粘　
　　＋　　　　　　　　　　　　　　　２　　〃Ａｌ２
Ｏ３２ｏ　〃 水ガラス　　　　　　　　１２　〃 水　　　　　　　　　　　　　　４０　〃こうしてホー
ロ層を杉皮した基板の表面に、膜厚５０μｍのＮ　ｉ　
−Ｃｒ合金からなる第５図のような薄帯状発熱体（１，
２ＫＷ）を配置し、前記と同じスリップをスプレーガン
で約２５０μｍの厚さに塗布し、乾燥、焼成して発熱体
被欄層を形成した。

さらに、この表面に弗素樹脂のディスパージョンを約３
０μｍの厚さに塗布し、１２０℃で乾燥後、３８０　’
Ｃで２０分間焼成して、本発明の発熱体をＪｌｌい／こ
ホットプレートとした。寸だ、比較例としては、アルミ
ダイキャストにシーズヒータを埋め込んだ方式の小瓶の
ホットプレ＝１・を用いた。

これらのホソｉ・プレートについては、表面温度分径の
ホットプレート表面の最高温度と最低温度の差を比較し
た結果を第８表に示す。

第８表 本発明によるホットプレートは、比較例に比べ立ち土が
り特性にすぐれ、捷だ、均一に熱放散することがわかる
。

さらにこのホットプレートを用いて、ホットケーキの実
調理を行った結果、ホットプレートのどの場所で調理し
ても、焼きムラ、コゲ付き等がなく、均一に調理するこ
とができた。この」：うに本発明の発熱体は、伝導伝熱
を利用する調理器、電気器具例えば電気ポット、炊飯器
等の構成に有効である。

実施例２ 第６表すに示す配合組成の釉薬を２時間ミル引きしてス
リップを調製し、これを大きさ１５０ｘ　１００ｍｍ　
。

厚さｏ、４ｍｍのＳＰＰ鋼板の両面にスプレーガンで約
１５０μｍの厚さに塗布し、約１２０″Ｃの乾燥機で約
１ｏ分間乾燥した後、６９０°Ｃで約１０分間焼成し／
ね。

次に、その片面に、Ｎｉ−０ｒ合金からなる厚さ５０１
１　ｍの薄帯状発熱体（ｅｏｏＷ）を配置し、これを覆
うように第６表のＣに示す配合組成の釉薬をミル引きし
たスリップをスプレーガンで約２６０μ７ｎの厚さに塗
布し、乾燥した後焼成した。

この面状発熱体を用いた電気オーブンと、石英管ヒータ
を用いた電気オーブンを比較した。

第７図はトリのモモ肉３００７を調理した場合の肉中心
部の温度の経時変化を比較したものである。

また、厚さ約２ｃｍの厚切り食パン２枚、前記のモモ肉
３００２を調理するのに要した時間、および厚さ１ｍの
牛肉を調理した場合の１０分後の熱第９表 こ１１らから明らかなように、本発明の面状発熱体を用
いれば、従来品に比り佼して、調理時間が早く、調理物
への熱の浸透も非常にすぐれている。

さらに、実調理物の焼は置台を見ると、本発明の面状発
熱体で調理したものは、焼きムラ等がなくこんがりと焼
けていた。

発明の効果 本発明の面状発熱体は、均一に調理することが可能で、
しかも遠赤外線放射機能が高く、エイ、ルギーの利用効
率にすぐ７１１ている。

このように幅ｑｔ伝熱を利用−トる調理器、例えばトー
スターあるいＣ１暖房器機例えばパネルヒータ、−１電
気ストーブ等にも有効である。

第１図及び第３図は本発明の面状発熱体を有する物品の
実施例における要部の構成例を示す断面図、第２図は調
理物を構成する成分の赤外吸収特性を示す図、第４図は
ホーロ被覆層の製造工程図、第５図は↑１電気熱材の実
施例の平面図、第６図は本発明の代表的な面状発熱体の
製造工程図、第７図は電気オープンを用いた実調理での
調理物の温度変化を示す図である。

１・・・・・・基板、２・・・・・・電気発熱体、３・
・・・・・発熱体被覆層。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名歌　
　　　　　　　　　（％ン電゛ンぐ１１細篤　３　口 （ａ） （′ｂ） ！ ４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 器具本体に箔状の電気発熱体を設け、この発熱体をホー
   ロで被覆してなる面状発熱体を有する物品。