JPS6259428B2 - - Google Patents
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- JPS6259428B2 JPS6259428B2 JP13846984A JP13846984A JPS6259428B2 JP S6259428 B2 JPS6259428 B2 JP S6259428B2 JP 13846984 A JP13846984 A JP 13846984A JP 13846984 A JP13846984 A JP 13846984A JP S6259428 B2 JPS6259428 B2 JP S6259428B2
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Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は面状ヒータ、特に高絶縁ガラスフリツ
トからなるホーロ層を設けたホーロ基板にヒータ
エレメントを固着した面状ヒータに関するもので
あり、暖房器、調理器、乾燥機器などの電気エネ
ルギーを利用した機器の熱源を提供しようとする
ものである。 従来例の構成とその問題点 近年、面状ヒータは機器の薄型化、均一加熱な
どのニーズに合つた発熱体として脚光をあびるよ
うになつてきた。しかしながら、面状ヒータの多
くは雲母などの絶縁基板に電熱線を巻回したもの
を両方から雲母で挾み込んで鳩目で固定したヒー
タを放熱板に接触固定した構造であり、放熱板へ
の熱伝達が悪く、ヒータが封口されていないので
耐湿特性に問題があるとともに、放熱板とヒータ
が点接触であるために、極部加熱の心配があり、
ヒータが断線したり、温度分布が不均一になるな
どの問題があつた。これらの問題を解決するため
に本発明者等は先にホーロ基板にヒータエレメン
トを固着した面状ヒータの特許を種々出願した
が、その後の実験の結果、ホーロ基板のホーロ層
の性質によつて、熱時絶縁抵抗、絶縁耐力などの
電気特性が大きな影響を受けることが判明した。 特にホーロ基板のホーロ層中にNa2O、K2O、
Li2O、などのアルカリ成分が存在するとイオン
マイグレーシヨンによつて熱時絶縁抵抗が大巾に
低下することがあきらかになり、ホーロ基板のホ
ーロ層の組成を限定する必要が生じてきた。 発明の目的 本発明はホーロ基板のホーロ層を少なくとも
KFを１〜15wt％含む高絶縁ガラスフリツトで構
成し、これにヒータエレメントを固着して面状ヒ
ータとすることにより、熱時の絶縁抵抗、絶縁耐
力を大巾に改善するとともに、温度分布の均一
化、熱伝導の向上、耐湿特性の改善など、従来の
問題を解決した面状ヒータを提供しようとするも
のである。 発明の構成 本発明の面状ヒータの基本構成は金属基板に高
絶縁ガラスフリツトからなるホーロ層を形成した
ホーロ基板にヒータエレメントを密着固定した構
造であり、ホーロ基板のホーロ層に特徴がある。 実施例の説明 第１図ａ，ｂは本発明の一実施例を示すもの
で、ａはホーロ用鋼板からなる金属基板１に高絶
縁ガラスフリツトからなる絶縁ホーロ層２を一層
のみ形成したホーロ基板イにカバーコート３を薄
く塗布して未乾燥の状態でヒータエレメント４を
載置し、ヒータエレメント４を一次接着させて、
その上からカバーコート３′を塗布する。次い
で、乾燥後、カバーコートの性質に応じて焼成
し、ヒータエレメント４を全面にわたつて強固に
ホーロ基板イに密着固定させたものである。 ｂは絶縁ホーロ層を２，２′と二層コーテイン
グしてホーロ基板イとした。その他はａと同様で
ある。 以下、本発明の各構成要素の実施例について詳
述する。 ＜ホーロ基板＞ 本発明の面状ヒータを構成する重要な要素はホ
ーロ基板イにある。ホーロ基板イの金属基板１
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、ステンレススチール、鉄−ク
ロム鋼、ニツケル−クロム鋼、などが使用され、
その選択に当つては使用条件、使用温度、経済
性、基板の形状、加工性などより決定されるが、
本発明の実施例ではホーロ用鋼板を用いた。 次にホーロ基板イの加工方法についてのべる。
第２図にホーロ基板の一般的な加工工程を示す。
金属基板１の前処理工程は、金属に輸送中または
貯蔵中のさび止めのため、あるいは成形工程で塗
られた油や金属酸化物の除去、および絶縁ホーロ
層２，２′の密着を確保するために行なうもので
あり、絶縁ホーロ層２，２′の密着強度に大きな
影響を与える。絶縁ホーロ層２，２′は金属基板
１の熱膨張率、融点、変態温度などを勧案して、
金属基板１に適した物理的性質（熱膨張率、軟化
点、作業温度など）を有するホーロフリツトの組
成を選ぶ必要がある。すなわち、金属基板とホー
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、金属基板とホーロフリツトの熱膨
張率を整合させる必要がある。ホーロ用鋼板の熱
膨張率は125×10-7／degで、これと整合するホー
ロフリツトの熱膨張率は80〜110×10-7／degであ
る。本発明に用いる好ましいホーロフリツトにつ
いては後述する。 次にホーロスリツプの調整工程であるが、フリ
ツトの種類が決定されれば、フリツトの他にミル
添加剤、水などを必要に応じて適量を混合し、ボ
ールミルなどを用いて、泥状物（スリツプ）にす
る。調整されたスリツプを金属基板（前処理済）
に塗布する方法は通常スプレー法あるいはデイツ
プ法である。乾燥工程は風乾もしくは50〜150℃
の乾燥炉を用いて塗布面を乾燥する。次いで焼成
を行う。焼成は所定の温度に設定されたバツテ
炉、あるいは連続焼成炉で行う。 次に本発明の面状ヒータの特徴の第一に上げら
れるホーロフリツトについて詳述する。ホーロ基
板の絶縁ホーロ層のホーロフリツトは作業温度、
膨張率は勿論のこと電気特性（熱時絶縁抵抗、絶
縁耐力など）などを満足させるものである。好ま
しいホーロフリツトの代表的な組成範囲と、その
代表的な組成例を第１表に示す。本発明の面状ヒ
ータを構成するホーロ基板のポイントは第１表に
示すようにNa2O、K2O、Li2O、P2O5、などのイ
オン伝導を起こす物質を含まず、KFを添加した
ホーロフリツトを用いることである。KFは
Na2O、K2Oなどと同様に軟化点、および作業温
度を下げる動きをするとともに膨張係数を大きく
する作用もある。またNa2O、K2Oなどと異り、
イオン伝
トからなるホーロ層を設けたホーロ基板にヒータ
エレメントを固着した面状ヒータに関するもので
あり、暖房器、調理器、乾燥機器などの電気エネ
ルギーを利用した機器の熱源を提供しようとする
ものである。 従来例の構成とその問題点 近年、面状ヒータは機器の薄型化、均一加熱な
どのニーズに合つた発熱体として脚光をあびるよ
うになつてきた。しかしながら、面状ヒータの多
くは雲母などの絶縁基板に電熱線を巻回したもの
を両方から雲母で挾み込んで鳩目で固定したヒー
タを放熱板に接触固定した構造であり、放熱板へ
の熱伝達が悪く、ヒータが封口されていないので
耐湿特性に問題があるとともに、放熱板とヒータ
が点接触であるために、極部加熱の心配があり、
ヒータが断線したり、温度分布が不均一になるな
どの問題があつた。これらの問題を解決するため
に本発明者等は先にホーロ基板にヒータエレメン
トを固着した面状ヒータの特許を種々出願した
が、その後の実験の結果、ホーロ基板のホーロ層
の性質によつて、熱時絶縁抵抗、絶縁耐力などの
電気特性が大きな影響を受けることが判明した。 特にホーロ基板のホーロ層中にNa2O、K2O、
Li2O、などのアルカリ成分が存在するとイオン
マイグレーシヨンによつて熱時絶縁抵抗が大巾に
低下することがあきらかになり、ホーロ基板のホ
ーロ層の組成を限定する必要が生じてきた。 発明の目的 本発明はホーロ基板のホーロ層を少なくとも
KFを１〜15wt％含む高絶縁ガラスフリツトで構
成し、これにヒータエレメントを固着して面状ヒ
ータとすることにより、熱時の絶縁抵抗、絶縁耐
力を大巾に改善するとともに、温度分布の均一
化、熱伝導の向上、耐湿特性の改善など、従来の
問題を解決した面状ヒータを提供しようとするも
のである。 発明の構成 本発明の面状ヒータの基本構成は金属基板に高
絶縁ガラスフリツトからなるホーロ層を形成した
ホーロ基板にヒータエレメントを密着固定した構
造であり、ホーロ基板のホーロ層に特徴がある。 実施例の説明 第１図ａ，ｂは本発明の一実施例を示すもの
で、ａはホーロ用鋼板からなる金属基板１に高絶
縁ガラスフリツトからなる絶縁ホーロ層２を一層
のみ形成したホーロ基板イにカバーコート３を薄
く塗布して未乾燥の状態でヒータエレメント４を
載置し、ヒータエレメント４を一次接着させて、
その上からカバーコート３′を塗布する。次い
で、乾燥後、カバーコートの性質に応じて焼成
し、ヒータエレメント４を全面にわたつて強固に
ホーロ基板イに密着固定させたものである。 ｂは絶縁ホーロ層を２，２′と二層コーテイン
グしてホーロ基板イとした。その他はａと同様で
ある。 以下、本発明の各構成要素の実施例について詳
述する。 ＜ホーロ基板＞ 本発明の面状ヒータを構成する重要な要素はホ
ーロ基板イにある。ホーロ基板イの金属基板１
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、ステンレススチール、鉄−ク
ロム鋼、ニツケル−クロム鋼、などが使用され、
その選択に当つては使用条件、使用温度、経済
性、基板の形状、加工性などより決定されるが、
本発明の実施例ではホーロ用鋼板を用いた。 次にホーロ基板イの加工方法についてのべる。
第２図にホーロ基板の一般的な加工工程を示す。
金属基板１の前処理工程は、金属に輸送中または
貯蔵中のさび止めのため、あるいは成形工程で塗
られた油や金属酸化物の除去、および絶縁ホーロ
層２，２′の密着を確保するために行なうもので
あり、絶縁ホーロ層２，２′の密着強度に大きな
影響を与える。絶縁ホーロ層２，２′は金属基板
１の熱膨張率、融点、変態温度などを勧案して、
金属基板１に適した物理的性質（熱膨張率、軟化
点、作業温度など）を有するホーロフリツトの組
成を選ぶ必要がある。すなわち、金属基板とホー
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、金属基板とホーロフリツトの熱膨
張率を整合させる必要がある。ホーロ用鋼板の熱
膨張率は125×10-7／degで、これと整合するホー
ロフリツトの熱膨張率は80〜110×10-7／degであ
る。本発明に用いる好ましいホーロフリツトにつ
いては後述する。 次にホーロスリツプの調整工程であるが、フリ
ツトの種類が決定されれば、フリツトの他にミル
添加剤、水などを必要に応じて適量を混合し、ボ
ールミルなどを用いて、泥状物（スリツプ）にす
る。調整されたスリツプを金属基板（前処理済）
に塗布する方法は通常スプレー法あるいはデイツ
プ法である。乾燥工程は風乾もしくは50〜150℃
の乾燥炉を用いて塗布面を乾燥する。次いで焼成
を行う。焼成は所定の温度に設定されたバツテ
炉、あるいは連続焼成炉で行う。 次に本発明の面状ヒータの特徴の第一に上げら
れるホーロフリツトについて詳述する。ホーロ基
板の絶縁ホーロ層のホーロフリツトは作業温度、
膨張率は勿論のこと電気特性（熱時絶縁抵抗、絶
縁耐力など）などを満足させるものである。好ま
しいホーロフリツトの代表的な組成範囲と、その
代表的な組成例を第１表に示す。本発明の面状ヒ
ータを構成するホーロ基板のポイントは第１表に
示すようにNa2O、K2O、Li2O、P2O5、などのイ
オン伝導を起こす物質を含まず、KFを添加した
ホーロフリツトを用いることである。KFは
Na2O、K2Oなどと同様に軟化点、および作業温
度を下げる動きをするとともに膨張係数を大きく
する作用もある。またNa2O、K2Oなどと異り、
イオン伝
【表】
導性が少ないので、熱時の絶縁抵抗を大巾に向上
させることができる。KFの添加量を１〜15wt％
に限定した理由は１％以下では添加効果がほとん
ど表われず、15wt％を越えると耐湿特性に問題
を生じるとともに、熱時絶縁抵抗が劣化する。そ
の他の成分の働きを概略述べると、SiO2は、ガ
ラスとしての必須成分であるが、添加量が増加す
ると作業温度が高くなると同時に膨張係数も小さ
くなる。BaOは作業温度を低下させる働きをす
る。CO2O3、MnO2、NiOはホーロ層と金属基板
の密着を高める働きがあるが、フリツトのコスト
を上げるので少ない方が経済的である。 以上のように本発明の面状ヒータはホーロ基板
の絶縁ホーロ層として少なくともKFを１〜15wt
％含むガラスフリツトで構成し、これにヒータエ
レメントを固着したものである。 ＜ヒータエレメント＞ 本発明のヒータエレメントは金属の箔体を所望
の形状に打抜いたものであり、図示はしていない
がヒータ部と電力取り出し端子部とリード線固定
部とから構成されている。金属の箔体はFe−
Cr、Fe−Cr−Al、Ni−Cr、ステンレスなど抵抗
体となり得るものであれば良いが、Fe−Cr−Fe
−Cr−Alなどの電熱用合金は体積抵抗率は高い
が、延性にとぼしく、200μｍ以下の箔体化が困
難である。特に面状ヒータとしては加圧性などを
考慮すると板厚が100μｍ内外のものが好まし
く、したがつてNi−Cr系の電熱用合金、あるい
はSuS−430系、SuS−304系、のステンレススチ
ールなど伸び率の大きな材料が適している。ま
た、ホーロ基板、カバーコートとの整合性を考慮
するとNi−Cr系、およびSuS430系のステンレス
が最も適していた。 ＜カバーコート＞ カバーコートの役割はヒータエレメントをホー
ロ基板に強固に固着させるとともに、熱時の絶縁
性の確保、および耐熱性を付与することである。
したがつて本発明に適用できるカバーコートは、
無機質でヒータエレメントの熱膨張係数に適合で
きるものである。 本発明では耐熱接着剤、およびホーロについて
検討を行なつた。その結果としてホーロ層が熱膨
張係数、耐熱性、電気的特性、などの観点から優
れていた。 第３図は第１表の代表的な組成例にもとづいて
ホーロ層を形成したホーロ基板にヒータエレメン
トを固着した本発明の面状ヒータとホーロ基板の
ホーロ層をチタン乳白フリツトを用いて作成した
もの（従来例）を体積抵抗率と温度の関係
（TCR特性と呼ぶ）において比較したものであ
る。第３図から明らかなように本発明の面状ヒー
タは熱時の体積抵抗率（ホーロ層の膜厚とヒータ
エレメントの面積と体積抵抗率を加算すると絶縁
抵抗になる）が従来のものに比較して３ケタ向上
している。 絶縁耐力については第１図ａに示した絶縁ホー
ロ層が一層のものより同図ｂに示した二層コーテ
イングのものの方が優れていた（二層コーテイン
グの方がピンホールが少ない）が、二層コーテイ
ングしたもので従来例と本発明品を比較すると従
来例のものが500V1分程度であつたものが本発明
の面状ヒータは1500V1分に耐えることも明らか
になつた。（定格100V、400W、サンプル数ｎ＝
10で比較） 発明の効果 以上のように本発明の面状ヒータは電気特性を
従来に比して大巾に向上させることができるもの
である。
させることができる。KFの添加量を１〜15wt％
に限定した理由は１％以下では添加効果がほとん
ど表われず、15wt％を越えると耐湿特性に問題
を生じるとともに、熱時絶縁抵抗が劣化する。そ
の他の成分の働きを概略述べると、SiO2は、ガ
ラスとしての必須成分であるが、添加量が増加す
ると作業温度が高くなると同時に膨張係数も小さ
くなる。BaOは作業温度を低下させる働きをす
る。CO2O3、MnO2、NiOはホーロ層と金属基板
の密着を高める働きがあるが、フリツトのコスト
を上げるので少ない方が経済的である。 以上のように本発明の面状ヒータはホーロ基板
の絶縁ホーロ層として少なくともKFを１〜15wt
％含むガラスフリツトで構成し、これにヒータエ
レメントを固着したものである。 ＜ヒータエレメント＞ 本発明のヒータエレメントは金属の箔体を所望
の形状に打抜いたものであり、図示はしていない
がヒータ部と電力取り出し端子部とリード線固定
部とから構成されている。金属の箔体はFe−
Cr、Fe−Cr−Al、Ni−Cr、ステンレスなど抵抗
体となり得るものであれば良いが、Fe−Cr−Fe
−Cr−Alなどの電熱用合金は体積抵抗率は高い
が、延性にとぼしく、200μｍ以下の箔体化が困
難である。特に面状ヒータとしては加圧性などを
考慮すると板厚が100μｍ内外のものが好まし
く、したがつてNi−Cr系の電熱用合金、あるい
はSuS−430系、SuS−304系、のステンレススチ
ールなど伸び率の大きな材料が適している。ま
た、ホーロ基板、カバーコートとの整合性を考慮
するとNi−Cr系、およびSuS430系のステンレス
が最も適していた。 ＜カバーコート＞ カバーコートの役割はヒータエレメントをホー
ロ基板に強固に固着させるとともに、熱時の絶縁
性の確保、および耐熱性を付与することである。
したがつて本発明に適用できるカバーコートは、
無機質でヒータエレメントの熱膨張係数に適合で
きるものである。 本発明では耐熱接着剤、およびホーロについて
検討を行なつた。その結果としてホーロ層が熱膨
張係数、耐熱性、電気的特性、などの観点から優
れていた。 第３図は第１表の代表的な組成例にもとづいて
ホーロ層を形成したホーロ基板にヒータエレメン
トを固着した本発明の面状ヒータとホーロ基板の
ホーロ層をチタン乳白フリツトを用いて作成した
もの（従来例）を体積抵抗率と温度の関係
（TCR特性と呼ぶ）において比較したものであ
る。第３図から明らかなように本発明の面状ヒー
タは熱時の体積抵抗率（ホーロ層の膜厚とヒータ
エレメントの面積と体積抵抗率を加算すると絶縁
抵抗になる）が従来のものに比較して３ケタ向上
している。 絶縁耐力については第１図ａに示した絶縁ホー
ロ層が一層のものより同図ｂに示した二層コーテ
イングのものの方が優れていた（二層コーテイン
グの方がピンホールが少ない）が、二層コーテイ
ングしたもので従来例と本発明品を比較すると従
来例のものが500V1分程度であつたものが本発明
の面状ヒータは1500V1分に耐えることも明らか
になつた。（定格100V、400W、サンプル数ｎ＝
10で比較） 発明の効果 以上のように本発明の面状ヒータは電気特性を
従来に比して大巾に向上させることができるもの
である。
第１図ａ，ｂは本発明の一実施例を示す断面
図、第２図はホーロ基板の一般的な加工工程を示
すブロツク図、第３図は実施例の効果を示す
TCR特性の比較データを示すグラフである。 イ……ホーロ基板、１……金属基板、２，２′
……絶縁ホーロ層、３，３′……カバーコート、
４……ヒータエレメント。
図、第２図はホーロ基板の一般的な加工工程を示
すブロツク図、第３図は実施例の効果を示す
TCR特性の比較データを示すグラフである。 イ……ホーロ基板、１……金属基板、２，２′
……絶縁ホーロ層、３，３′……カバーコート、
４……ヒータエレメント。
Claims (1)
- １ 少なくとも、KFを１〜15wt％含む高絶縁ガ
ラスフリツトからなるホーロ層を設けたホーロ基
板にヒータエレメントを固着してなる面状ヒー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13846984A JPS6119086A (ja) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | 面状ヒ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13846984A JPS6119086A (ja) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | 面状ヒ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6119086A JPS6119086A (ja) | 1986-01-27 |
| JPS6259428B2 true JPS6259428B2 (ja) | 1987-12-10 |
Family
ID=15222773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13846984A Granted JPS6119086A (ja) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | 面状ヒ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6119086A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0374818U (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-26 |
-
1984
- 1984-07-04 JP JP13846984A patent/JPS6119086A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0374818U (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-26 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6119086A (ja) | 1986-01-27 |
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