JPS6259424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、各種暖房機器や調理機器などの熱源
に用いられる発熱体、特に金属基板に、面状発熱
素子をホーロ層によつて被覆して結合した発熱体
の製造法に関する。 従来例の構成とその問題点 従来、発熱体としてホーロ用金属基板にホーロ
層によつ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を被覆してある。３は面状の発熱素子であり、
この発熱素子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ツプを塗布し、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によつて被覆され、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、100〜400℃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する。 以上のようにこの発熱体は、優れた利点を数々
有しているが、いくつかの問題点もある。 従来の発熱体の絶縁層、すなわち第１図のホー
ロ層２は、絶縁抵抗が200℃で10Ωとかなり高い
ものであるが、絶縁耐圧は0.5KV（10ｍＡ
Break down）とかなり低いものであつた。 この絶縁ホーロ層を形成するスリツプには、従
来ミル添加物として、粘土、NaNO₂が加えられ
ていた。粘土は、スリツプ中のガラス粒子の分散
性や、スリツプを基板に塗布したときのとまり性
を高める性質をもつている。しかし、粘土中には
多量の水分が含まれており、塗布後、乾燥しても
粘土中の水分を完全に除くことはできない。その
ため焼成時に粘土から水分が発生し、ホーロ層中
に大量の泡をつくる。また、粘土から発生した水
分は金属基板の鉄と次式のように反応し、水素を
発生する。 Fe＋2H₂O→Fe（OH）₂＋H₂↑ このように従来の絶縁層の被覆方法では、粘土
から水が発生するため、絶縁ホーロ層中に泡やピ
ンホールが多くなり、電気絶縁耐圧が低下する原
因となる。 この対策として、粘土の代替品を用いる方法が
考えられるが、現在のところ粘土にかわる適当な
ものはなく、絶縁ホーロ層の電気絶縁耐圧を向上
することはできなかつた。 発明の目的 本発明は、上記のような問題を解消し、実用的
電気絶縁性、耐久強度を有する発熱体を提供する
ことを目的とする。 発明の構成 本発明は、金属基板と発熱素子との間のホーロ
層を、少なくとも有機溶媒とガラスフリツトを混
合してなるスリツプを金属基板上に被覆し焼成す
ることによつて形成することを特徴とする。 実施例の説明 まず、各構成要素について説明する。 (1) 金属基板と前処理工程 金属基板には、アルミニウム、アルミダイキ
ヤスト、鋳鉄、アルミナイズド鋼、低炭素鋼、
ホーロ用鋼板、あるいはステンレス鋼板が使用
され、その選択にあたつては使用条件、使用温
度、基板の形状、加工性より決定され、必要に
応じて前処理が行われる。以後の説明にはホー
ロ用鋼板を中心に述べる。 金属基板は、脱脂・洗浄、酸洗・洗浄、ニツ
ケル処理の工程を経てきたものを用いた。 (2) 電気発熱素子 電気発熱素子は基本的には、薄帯状のもので
ある。電気発熱素子の表面にホーロ層４を完全
に被覆する必要があり、例えばコイル状あるい
は厚い帯状の発熱素子を用いると、それだけホ
ーロ層４の膜厚が大となる。それにより、ホー
ロ層の密着性が極端に低下し、外的なシヨツク
で、簡単にホーロ層が剥離し、電気発熱素子が
露出してしまう。 発熱素子薄帯の厚みは10〜200μｍが適当で
あり、好ましくは30〜100μｍの範囲である。
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利用で
きる。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。発熱素子のパターン、膜厚
は、定格電力、発熱面積、温度分布などを考慮
して決定する。 発熱素子の材料には各種の電気発熱材を用い
ることができるが、発熱素子の形状などを決定
する因子となる固有抵抗や熱膨張係数が適当な
値を有し、しかもホーロ層との密着性や、加工
性などに優れたものが選択される。これらの観
点から、20℃における固有抵抗が60μΩ・cm、
100℃における熱膨張係数が104×10^-7deg^-1の
フエライト系ステンレス鋼が最も好ましい。 (3) 絶縁ホーロ層 ホーロ層の絶縁抵抗を決定する重要な因子と
しては、ホーロ層の膜厚と、ホーロ層を構成す
るガラスの体積固有抵抗があるが、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100〜500μｍ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
積固有抵抗のすぐれたガラスを用いる必要があ
り、ガラスの選択が重要となつてくる。第１表
に好ましいガラスの組成を示す。

【表】 上記のような組成のガラスを用いて、従来の
製造方法で絶縁層を形成すると、200℃で10¹⁰
Ω程度の体積固有抵抗のものが得られた。とこ
ろが、この絶縁層の絶縁耐圧は、室温で0.5KV
（10ｍＡ Break down）と低く、表面状態
（泡、ピンホールなどが多い）が悪かつた。こ
れは、ミル添加物として粘土を加えているた
め、粘土中の結晶水がホーロ焼成時に急激に膨
張し、ホーロ層中に泡やピンホールが多くなる
ためである。 そこで、本発明者らは、粘土や水を用いずに
有機溶媒を用いて種々検討した。 有機溶媒は、エタノール、イソプロピルアル
コール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコ
ール、カルビトール、イソホロンを用い、ガラ
ス100重量部に対して有機溶媒を50c.c.加え、ボ
ールミルでミル引きを２時間行い、サンプルス
リツプとした。この時の被覆工程を第２図に示
す。 これらスリツプを前処理した大きさ100×100
mmのホーロ用鋼板にスプレーガンで約150μｍ
の厚さに塗布し、乾燥後、820℃で７分間焼成
を行い、絶縁ホーロ層とした。 次に、このホーロ層上にステンレス鋼
SUS430製発熱素子（厚み：60μｍ）を設置
し、その上に絶縁ホーロ層に用いたホーロスリ
ツプをスプレーガンで約150μｍの厚さに塗布
し、乾燥後、810℃で７分間焼成して発熱素子
被覆ホーロ層とした。このときのホーロスリツ
プのミル組成を第２表に示す。

【表】 上記のようにして得た発熱体と、従来のミル
組成で形成した発熱体の絶縁耐圧を測定した。
絶縁耐圧は、発熱素子と金属基板の間に電圧を
かけて徐々に上げていき、発熱素子と金属基板
の間で10ｍＡ流れたときの値とした。その結果
を第３表に示す。

【表】 上記のように、従来のミル組成で形成された
発熱体と比較して、本発明の発熱体の絶縁耐圧
は、4.0KV以上の値を再現性よくクリアーする
ことができた。 ガラスフリツトと有機溶媒を混合してなるス
リツプを用いた場合、従来のミル組成でのスリ
ツプと同程度、もしくはそれ以上の粒子拡散性
（ガラスの沈降速度）を有していなければ、被
覆時にスリツプのガラスが沈降してしまい、被
覆不可能となつてしまう。 そこで、従来の粘土、NaNO₂、水を用いた
スリツプと有機溶媒を用いたサンプルスリツプ
の沈降速度を測定し、比較した。 それぞれのスリツプを試験管に一定量（高さ
10cm）入れ、ガラスが試験管の底より高さ１cm
以内に沈降してしまうまでの時間を測定した。
その結果を第４表に示す。なお、沈降時間は、
媒体に水を用いたときを１として表した。

【表】 第４表に示したように、沈降時間の大きいも
のほど粒子拡散性がよく、また沈降時間は溶媒
の粘度に比例するもので、特にスプレーなどで
被覆する場合は、粘度に大きいものは操作性が
悪いなどの欠点が生じる。 これらのスリツプを前処理したホーロ用鋼板
に被覆した。被覆方法としては、スプレー法、
スクリーン印刷法、バーコート法、デイツプ法
などが適用されるが、スプレー法を用いた。イ
ソプロピルアルコール、イソホロンは、とまり
性、操作性も良く、他の添加剤（エチルセルロ
ースなど）を加えなくても、ガラスと溶媒だけ
で、従来の粘土、NaOH₂、を用いたスリツプ
と同程度に被覆することができた。 シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、
カルビトールの粒子拡散性は良かつたが、スプ
レーした後の金属基板上でのスリツプのとまり
性が悪く、これらの溶媒とガラスだけでは、ホ
ーロ層を形成することができなかつた。そこ
で、添加剤としてエチルセルロースを添加した
ところ、とまり性も良くなり、被膜強度も強め
ることができた。 エタノールは、第４表に示してあるように沈
降時間も水と同程度で、粒子拡散性も悪く、エ
チルセルロースなどの添加剤を加えてもホーロ
層を被覆することができなかつた。また、エタ
ノールは、沸点が低く、揮発性であるため、塗
布中にスリツプが乾燥しやすく非常に操作性が
悪いものであつた。逆に沸点が290℃の溶媒を
用いたところ、なかなか被覆層が乾燥せず、こ
れもまた作業性の悪いものであつた。 第５表に各有機溶媒の沸点、作業性などをま
とめた。

【表】 上記のようにスリツプの塗布のしやすさ、塗
塗布後の乾燥などを考えると、有機溶媒は、沸
点80〜220℃程度のものが望ましい。 イソプロピルアルコール、イソホロンは、と
まり性、作業性も良かつたが、シクロヘキサノ
ール、ベンジルアルコール、カルビトールは、
金属基板上でのスリツプのとまり性が悪かつ
た。 そこで、増粘性物質のメチルセルロース、エ
チルセルロース、ニトロセルロース、モンモリ
ロナイトなどをミル添加剤としてガラスフリツ
ト100重量部に対して３重量部ほど添加したと
ころ、とまり性も良好になつた。また、イソプ
ロピルアルコール、イソホロンを用いた場合に
も添加してみたところ、塗布、乾燥後のホーロ
層の被膜強度が強くなつた。 このように、ミル添加剤として増粘性物質を
加えることにより、スリツプのとまり性を改良
することができる。 発明の効果 以上のように、本発明によれば、金属基板と発
熱素子との間の電気絶縁耐圧を大巾に改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発熱体の構成を示す断面図、第２図は
絶縁ホーロ層の形成工程を示す図である。 １……金属基板、２……絶縁ホーロ層、３……
発熱素子、４……発熱素子被覆ホーロ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも有機溶媒とガラスフリツトを混合
   してなるスリツプを金属基板上に塗布し、焼成し
   て絶縁ホーロ層を形成する工程と、前記ホーロ層
   の表面に、ホーロ層によつて被覆して発熱素子を
   結合する工程とを有する発熱体の製造法。