JPS6259429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、電気絶縁性ホーロ層中に発熱素子を
一体に埋設した発熱体に関するもので、暖房器、
調理器、乾燥器などに使用される。 従来の技術 最近、金属基板にホーロ層を形成し、そのホー
ロ表面に、さらにホーロ層によつて発熱素子を被
覆して被着した、言わゆる発熱素子をホーロ層で
サンドイツチにした発熱体が提案されている。こ
の発熱体の構成を第１６図に示す。１はホーロ用
の金属基板であり、その両面にホーロ層２，３を
有する。５は発熱素子、５ａは端子で、４は発熱
素子被覆ホーロ層である。 この発熱体は、ホーロ層が耐熱性に優れ、しか
も電気絶縁性にも優れているので、100〜300℃程
度の中高温度域で使用するのに適し、さらに薄型
で長寿命が期待できるなどの特徴を有する。 発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような構成の発熱体を形成し、
発熱素子５に通電してホーロの表面温度を350℃
程度にすると、ホーロ層４が剥離したり、ホーロ
表面にクラツクが生じたりすることがわかつた。
これは、通電したときのホーロの表面温度の分布
が不均一なため、金属基板１の変形が起こりやす
くなり、その変形にホーロが耐えられなくなつた
ためである。この解決策として、金属基板１の段
押しをしたり、板厚を厚くするなどして、金属基
板１の熱に対する変形を防ぐ方法が考えられる。
この方法で発熱体を形成すると、350℃〜400℃で
の耐熱性を向上させることはできるが、表面温度
が400℃のときに水滴を滴下する熱衝撃試験には
耐久性がなかつた。これは、第１６図に示したよ
うにホーロ層２〜４が３層構成になつているた
め、膜厚が厚く、層状剥離がおこりやすいからで
ある。この対策方法として、水滴を滴下するホー
ロ層の膜厚を薄くすることが考えられるが、片側
だけを薄くすると、焼成後より反りが生じ、しか
も剥離が生じた。 問題点を解決するための手段 以上のように、第１６図に示した構成の発熱体
は、焼成後、反りが生じたり、通電時にホーロ層
の剥離が生じたりしやすい。これは金属基板１が
熱時に変形するため生じるものである。そこで本
発明では金属基板１を、発熱素子を埋設した側と
は反対側に突出させたものである。 作 用 上記のような形状の発熱体を形成することによ
り、通常通電時に生じる発熱素子側への盛り上が
るような反りが、金属基板１を反対側へ突出させ
ておくことで、反りを打ち消すような働きをし
て、発熱体の反りやホーロ層の剥離を防ぐことが
可能となる。 実施例 (1) 金属基板の段押し加工及び前処理 第１図の金属基板１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
鋼板が使用される。 この金属基板１は、一方への段押し、曲げ加
工等で突出させた後、脱脂、洗浄、酸洗、洗
浄、ニツケル処理などの前処理がおこなわれ
る。金属基板１にホーロ加工２〜４を施す場合
は、800℃〜850℃で焼成するため、金属が膨張
して、反りや歪がおこりやすくなる。またホー
ロ層４に発熱素子５を埋設した発熱体は、発熱
素子５に通電することから、温度が高くなり金
属が膨張して歪が起こりやすくなり、しかも長
時間通電のON−OFFを繰り返していくとホー
ロ層４の剥離も起こりやすくなる。このことか
ら、ホーロ層２〜４と金属基板１の熱膨張率を
合わせることも必要であるが、金属基板１に段
押しや曲げ加工を施して一方へ突出させ、熱雰
囲気中でもなるべき変形が起こらないようにす
る必要もある。 (2) 発熱素子 発熱素子５は、第１５図のごとく基本的には
薄帯状のものであり、厚みは10〜200μｍが適
当で、好ましくは30〜100μｍの範囲である。
なお５ａが端子である。 発熱素子５の材料には各種の電気発熱材を用
いることができるが、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４との密着性
や、加工性などに優れたものが選択される。こ
れらの観点からフエライト系ステンレス鋼が最
も好ましい。 (3) ホーロ層 第１図に示した２，３，４のホーロ層に用い
られるガラスフリツトは、電気的特性（絶縁抵
抗、絶縁耐力）が重要である。電気的特性、例
えば絶縁抵抗を決定する重要な因子としては、
ホーロ層２〜４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、ホーロの密
着性の観点から決定されるもので、たかだか
100〜500μｍ程度である。この点からホーロ層
２〜４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ツトでホーロ層
２〜４を形成する必要がある。 ガラスフリツトの体積固有抵抗は、フリツト
組成中の１価のアルカリ成分（Li₂O、Na₂O、
K₂O）の量によつて決まつてくるものであり、
アルカリ成分の量が少ないものほど、体積固有
抵抗が高くなつてくる。このことから、本実施
例では、１価のアルカリ成分の量が少ないガラ
スフリツトを用いた。第１表にその組成を示
す。

【表】

【表】 (4) 発熱体５の製造法 金属基板１はホーロ用鋼板を用いた。このホ
ーロ用鋼板を300×300mmの大きさに、しかも基
板の形状を第１図Ｂのように発熱体５を埋設し
た側とは反対側に突出させ、前処理を施した。 第１のホーロ層２は第１表の絶縁フリツトを
用い、第２、第３のホーロ層３，４は第１表の
乳白フリツトを用いた。これらのホーロ層２〜
４のミル組成は第２表のように調製し、ボール
ミルで２時間ミル引きし、ホーロスリツプとし
た。

【表】 第２表のスリツプ(2)を金属基板１の両面に
150μｍ塗布して焼成し、さらにその上に第２
表のスリツプ(3)を150μｍ塗布、焼成した。ま
たさらにこのホーロ基板の上に第２表のスリツ
プ(4)を薄く塗布した後、表面が濡れているうち
に発熱素子５を設置し、その上からさらにスリ
ツプ(4)を塗布して焼成した。このときカバーコ
ートスリツプ(4)は、発熱素子５を設定しない面
には塗布しなかつた。このときの構成図を第１
図Ａに示す。 このように、発熱素子５を埋設していない側
のホーロ層の膜厚を薄くして発熱体を形成す
る。 第１６図の従来の発熱体は、両面ともほぼ同
じ膜厚で、400〜450μｍである。この発熱体は
焼成後、発熱素子５側へ中心部が盛り上がるよ
うに反りが生じ、しかも通電してホーロ表面の
温度を400℃にすると、突起部やホーロ面に剥
離やクラツクが生じた。剥離やクラツクが生じ
るのは熱によつて基板が変形しやすくなり、し
かもホーロ層の膜厚が厚いためである。ホーロ
層の膜厚を薄くすると、耐熱性、熱衝撃性が向
上し、しかも機械的衝激性も向上するなどの利
点がある。このようにホーロ層の膜厚を薄くす
ると数々の利点があらわれるが、発熱素子５を
埋設しているホーロ層４を薄くすると電気絶縁
性が悪くなるという問題点が生じてくる。この
ことから、発熱素子５側のホーロ層の膜厚は、
従来どおり400〜450μｍ程度にし、反対側のホ
ーロ層の膜厚を薄くして発熱体を形成したもの
は、電気絶縁性にも、耐熱性にも優れていると
考えられる。しかし、上記のような構成で第１
６図の金属基板１を用いたものは、焼成後、発
熱素子５の側へ盛り上がるような反りが生じや
すいので、その分、第１図のように下に凸な金
属基板１を用いて、焼成後の反りを少なくする
ことができると考えられる。 これらの考えに基づいて具体的実施例のような
実験をおこなつた。 具体的実施例 １ 第２図Ｂ、第３図〜第５図に示したように、金
属基板１を下方へ台形状、または凸状に加工し、
ホーロ層を金属基板１の両面とも３層構成にした
ときの耐熱性について検討をおこなつた。この耐
熱性の評価方法は、発熱素子５を埋設していない
側のホーロ表面の温度が400℃になるように発熱
素子５に通電し、15分ほど保持した後、発熱素子
５を埋設していないホーロ面に５c.c.ほど水を滴下
しておこなつた。この模式図を第１４図に示す。
これを１サイクルとして、ホーロ面が剥離した
り、クラツクが入るまでおこなつた。２回目以
後、水を滴下する場合は、表面温度が400℃にな
つてからとする。その結果を第３表に示す。

【表】 第３表のNo.第２図Ｂは、金属基板１の形状を第
２図Ｂのように加工し、さらに金属基板１の内面
の第一のホーロ層２、第二のホーロ層３、カバー
コート層４を被覆したものである。そのときの構
成断面拡大図を第２図のＡに示す。なお第３表の
No.第３図〜第５図も第１図と同じホーロ層の構成
からなるものとする。 第３表に示した第２図ＢのＦ＝２mmのものは、
発熱素子５に通電して、表面温度が400℃になつ
たときクラツクが生じた。 第３図のＦ＝５mmのものは、通電して表面温度
を400℃にしても異常はみられなかつたが、水滴
滴下試験を１サイクルおこなつたところ剥離が生
じた。 第４図のＦ＝２、Ｈ＝５のものは、水滴滴下試
験３サイクルで剥離が生じた。 第５図のＦ＝５、Ｈ＝５のものは、水滴滴下試
験４サイクルで剥離が生じた。 以上のように、金属基板を台形もしくは凸状に
プレス加工して、３層構成からなる発熱体を形成
したところ、従来のものより耐熱性の優れたもの
を得ることができた。従来のものは、焼成後の反
りは大きかつたが、第２図〜第５図のものは非常
に少なかつた。これは、金属基板１の形状を台
形、凸状の突出形状にすることにより通電時の発
熱素子５側への反りを防ぐことができたためで、
この形状は熱変形に対して強いと思われる。 しかし、どの形状も水滴滴下の熱衝撃試験には
優れた耐久性を示さなかつた。そこで、次に発熱
素子５を埋設していない側のホーロ層の膜厚を薄
くして（具体的実施例１）と同様な試験をおこな
つた。 具体的実施例 ２ 金属基板１の形状は、第５図のものを用い、発
熱素子５側のホーロ層を３層構成または２層構成
にし、発熱素子５を埋設していない側を２層また
は１層構成にした。その構成を第６図に、その結
果を第４表に示す。 Ｇ_Aは発熱素子５を埋設している側のホーロ層
の膜厚、Ｇ_Bは発熱素子５を埋設していない側の
ホーロ層の膜厚である。

【表】 上表において特許請求の範囲２〜４の実施態様
を補足している。 第４表のNo.４は、第５図に示したもので、発熱
素子５側と発熱素子５を埋設していない側のホー
ロ層の膜厚が同じものである。この発熱体は水滴
滴下試験４サイクルでホーロ層に剥離が生じた。
第４表No.５の構成断面図を第６図に示す。発熱素
子５側の構成は第２表のスリツプ組成に基づいて
第１のホーロ層２は150μｍ、第２のホーロ層３
は150μｍ、カバーコート層４は150μｍからなつ
ている。また発熱素子５を埋設していない側の構
成は、第１のホーロ層２は150μｍ、第２のホー
ロ層３は150μｍでありＧ_B／Ｇ_A比は２／３であ
る。この発熱体は、表面温度が400℃になるよう
に通電したとき異常はみられなかつたが、水滴滴
下試験をおこなつたところ６サイクルで剥離が生
じた。 第４表No.６の構成を第７図に示す。発熱素子５
側の構成はNo.５と同様である。発熱素子５を埋設
していない側の構成は、第１のホーロ層２は150
μｍであり、Ｇ_B／Ｇ_A比は１／３である。この発
熱体は水滴滴下試験８サイクルでクラツクが生じ
た。 第４表No.７の構成を第８図に示す。発熱素子側
の構成はNo.５と同様である。発熱素子を埋設して
いない側の構成は、第１のホーロ層２は90μｍで
あり、Ｇ_B／Ｇ_A比が１／５である。この発熱体は
水滴滴下試験を10サイクルおこなつても異常がみ
られなかつた。 第４表No.８の構成を第９図に示す。発熱素子側
の構成は、第１のホーロ層２は300μｍ、カバー
コート層３は150μｍからなる。発熱素子５を埋
設していない側の構成は第１のホーロ層２は300
μｍからなり、Ｇ_B／Ｇ_Aの比が２／３である。こ
の発熱体は水滴滴下試験８サイクルでクラツクが
生じた。 第４表のNo.９、No.10をそれぞれ第１０図、第１
１図に示す。No.９、No.10の発熱素子５側の構成は
No.８と同様である。No.９、No.10の発熱素子５を埋
設していない側の構成は、それぞれ第１のホーロ
層３は150μｍ、第１のホーロ層２は90μｍから
なり、Ｇ_B／Ｇ_A比がそれぞれ１／３、１／５であ
る。これらの発熱体は水滴滴下試験を10サイクル
おこなつても異常はみられなかつた。 G₂／G₁比が１／５以下、すなわち発熱素子５
を埋設していない側のホーロ層の膜厚が80μｍ以
下のものは、金属基板１が露出しやすくなり、し
かもさびが生じやすくなるので発熱体として用い
るには不向きである。 第４表より、No.５の発熱体のＧ_Bの膜厚は、No.
８と同じ膜厚であるにもかかわらず、耐熱性が悪
いのは、膨張率の異なるガラスを２層構成にして
いるためであり、層状剥離がおこりやすい。 以上のことから、発熱素子５側と発熱素子５を
埋設していない側の膜厚の比Ｇ_B／Ｇ_Aを２／３〜
１／５にすることによつて耐熱性が向上する。ま
た、発熱素子５を埋設していない側のホーロ層を
１層だけにするとさらに耐熱性が向上することが
わかつた。 第４表のNo.11を第１２図に示す。発熱素子５側
の構成は第１のホーロ層２は450μｍであり、そ
の反対面は第１のホーロ層２は90μｍである。ま
たNo.12を第１３図に示す。発熱素子５側の構成は
ホーロ層３は450μｍであり、その反対面はホー
ロ層３は90μｍである。これらの発熱体の絶縁耐
力はそれぞれ0.6KV、0.8KVであり、極めて悪い
値を示した。No.11は発熱素子５とホーロ層２との
膨張率が合わないため、発熱素子５をホーロ層２
で被覆することができず、大部分の発熱素子５が
露出した状態になつており、そのため絶縁耐力が
劣化したものと思われる。またNo.12は発熱素子５
とホーロ層３との膨張率が合つているので、発熱
素子５との整合性は極めて優れている。しかしこ
のホーロ層３は体層固有抵抗の低いガラスである
ため、このガラスだけでは、絶縁性に優れた発熱
体を形成することは困難である。 一般的にガラスは、電気絶縁性が高くなればな
るほど、膨張率が低くなる傾向を示すので、ホー
ロ層１層だけで電気絶縁性に優れ、かつ発熱素子
５との整合性に優れた発熱体を形成することは困
難である。 以上のことから少なくとも発熱素子５を埋設す
る側のホーロ層は、２層構成以上にする必要があ
る。 発明の効果 本発明の発熱体の構成によれば、大巾に耐熱性
を向上させることが可能となり、また、反りや変
形の少ない寸法精度の優れた発熱体を形成するこ
とが可能となる。本発明は、調理器用発熱体とし
て、電子レンジオーブン、オーブントースターな
どにも応用展開が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明一実施例の発熱体の構成断面
図（第１図ＢのＡ部の拡大図）、第１図Ｂは同発
熱体の断面図、第２図Ａ，Ｂと第３図〜第５図は
金属基板の形状を示す断面図、第６図〜第１３図
は発熱体の構成を示す断面図、第１４図は熱衝撃
試験の模式図、第１５図は発熱素子のパターンを
示す平面図、第１６図Ａは従来の発熱体の構成を
示す断面図、第１６図Ｂは従来の発熱体の断面図
である。 １……金属基板、２……ホーロ層、３……ホー
ロ層、４……カバーコート（ホーロ層）、５……
発熱素子、５ａ……端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属基板の一面にホーロ層によつて被覆して
   発熱素子を設け、前記金属基板は、前記発熱素子
   を埋設した側とは反対側に突出させた発熱体。 ２ 金属基板上の両面にホーロ層を形成し、発熱
   素子を埋設した側の第１のホーロ層の膜厚をＧ
   _A、反対面に形成された第２のホーロ層の膜厚を
   Ｇ_Bとしたとき、Ｇ_BをＧ_Aより薄くした特許請求
   の範囲第１項記載の発熱体。 ３ 膜厚の比Ｇ_B／Ｇ_Aが１／５〜２／３とした特
   許請求の範囲第２項記載の発熱体。 ４ 第１のホーロ層は２層構成以上からなる特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の発熱体。