JPS63232285A - 電気的要素を支持するための基体およびその製造方法 - 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】 本発明は例えば厚膜抵抗加熱要素のような電気的部品を
支持するための基体に関し、特に例えば平坦な表面の一
方または両方をガラスセラミック材料で被覆された金属
板部材よりなるこの種の基体に関する。本発明はまたこ
のような基体を製造する方法をも提供する。

このような基体はウエード　ボソタリーズ　ピーエルシ
ー（Ｗａｄｅ　Ｐ　ｏｔｔｅｒｉｅｓ　ｐｌｃ）からｒ
ＫＥＲＡＬＬＯＹＪという商品名で市販されていて公知
であり、例えばスクリーン印刷によって厚膜として形成
された抵抗加熱要素を支持するのに用いるために提案さ
れており、かつ例えばホブ加熱要素として家庭用の用途
に用いられるようにざ図されているものである。

例えば英国特許第９９００２３号（アソシエイテノド　
エレクトリカル　インダストリーズ　リミテッド）には
、金属支持部材と、この支持部材の少なくとも１つの表
面上における例えばセラミックで形成された耐熱性の電
気的絶縁被覆と、適当なδ電率を有する材料よりなる１
つまたは複数の層上に、１つまたは複数の電気ヒータ回
路を形成するパターンとして形成された導電性被覆より
なる印刷された電気ヒータ装置が開示されている。

少なくとも１つの表面上に耐熱性の電気的絶縁被覆を有
する前記金属支持部材は前記導電性被覆に対する基体を
与え−る。

しかしながら、ホブ・ユニットの過酷な動作条件のもと
でこのような基体を実際に使用すると問題が生ずる。特
に、厚膜抵抗し−タに電源電圧が印加された場合に、そ
の厚膜抵抗ヒータと、一般にアース電位に保持されてい
る基体に含まれた金属板部材との間に絶縁破壊が生じう
ろことが認めろれている。さらに、上記厚膜抵抗ヒータ
のトラ、ツクがガラスセラミック部材に付着していない
場合がありうる。

後１ムするガラスセラミック被覆材料の百分率多孔率を
２．５より小さいかあるいはそれに等しくすることによ
って上述した問題は両方とも実質的に軽減されるかある
いは除去されうろことを本発明者は認め、本発明は多孔
率がそのように低いガラスセラミック被覆を有する基体
およびそのような基体を製造する方法を提供するもので
ある。

本発明によれば、少なくとも１つの表面上にガラスセラ
ミック材料の層を存する板部′材を具備し、前記ガラス
セラミック層の百分率多孔率が２．５に等しいかあるい
はそれより小さいことを特徴とする、電気的要素を支持
するための基体が提供される。

百分率多孔率というのは、板部材に垂直な基体を通るラ
ンダムな横断面平面における多孔率を、その平面におけ
る微細孔の横断面積と、その平面上のガラスセラミック
層の残部の横断面積との比として表わしたものである。

以下図面を参照して本発明の実施例について説明しよう
。

第１図を参照すると、剛性を与えるのに適した厚さを有
する例えば金賭またはガラスセラミック材料で形成され
、カルシウム・マグネシウム・アルミナ・シリケートの
ようなガラスセラミック材２．３で両面を被覆された支
持板１を具備した基体が示されている。そのガラスセラ
ミック被覆２．３は粉末状のガラスセラミック材料を支
持板上にスクリーン印刷することによりあるいは電気泳
動法によって被覆される。その被覆が加熱によって結晶
化されうろことがガラスセラミック材料の１つの特徴で
あり、無定形ガラスの粉末被覆を結晶化させて連続した
ガラスセラミック層とするには、そのガラスが迅速に結
晶化する軟化点よりも高い１０００℃以上の温度まで単
一工程法で基体全体を加熱することがこの分野では通常
行われている。

その後で、ガラスセラミンク材料は冷却される。

しかしながら、この方法で作成された基体は必要以上に
高い多孔率を呈示する傾向がある。この場合、百分率多
孔率値は、例えば第２図に示されているように、支持板
の平面に直交するランダムな横断面を基体から切り取っ
て決定される。その切り取り部分の４で示されているよ
うなすべての微細孔の面積とその切り取り部分の平面内
におけるガラスセラミック層の残部の面積との比が多孔
率と呼ばれ、パーセント（Ｐ）で表わされる。このＰの
値が２．５に等しいかあるいはそれより小さいことが本
発明の１つの特徴である。これは従来の処理法に実現し
うる４、０以上のＰのイ直に匹敵する。

本発明において必要とされる望ましい程度に小さいＰの
値は、粉末ガラスセラミック被覆が２段階加熱処理によ
って連続した層に変換されうろことを観察することによ
って実現可能であることを本発明者は確認した。なお、
その２段階加熱処理の最初の段階では、結晶化が迅速に
生ずる上述した１０００℃以上の温度ではなくて、ガラ
スセラミック材料の軟化温度よりも高く、迅速な結晶化
が発生する温度よりも低い雇度、例えば前述したカルシ
ウム・マグネシウム・アルミナ・シリケートの場合には
それが相当に軟化するがゆっくりとしか結晶化しない８
００℃〜９８０℃の範囲、好ましくは８００℃〜８７５
℃の範囲温度で、その温度に依存して決まるが、５〜３
０分のオーダの時間のあいだ、基体が加熱される。その
時間は材料の結晶速度と軟化した状態での粘度に依存す
る。

この温度範囲の下端部では被覆材料の粘度は高いが、結
晶化は遅く、従って微細孔が閉塞するのには長い時間が
必要とされうる。前記温度範囲の上端部では、被覆の粘
度は著しく低下し、結晶化は比較的迅速であるが、微細
孔の大部分は相当に結晶性の層が形成される前に閉塞す
ることが認められる。前述したカルシウム・マグネシウ
ム・アルミナ・シリケートの場合には、上記加熱処理の
最初の段階において、その材料が８７５°Ｃの温度にお
いて７分間加熱されることが好ましい。微細孔閉塞の機
構は主として表面張力のそれであると考えられる。

前記加熱処理の第２の段階は、従来用いられているのと
同様に熱処理によってガラスセラミックの状態を永久の
ものにする工程であって、前述のように迅速な結晶化が
発生するが、結晶が再度溶解する値より低い値（例えば
前述のカルシウム・マグネシウム・アルミナ・シリケー
トの場合には１０００℃を超えた温度）まで被覆温度を
上昇させることを行う。この場合、迅速な結晶化がガラ
スセラミック層を生ずる。最終的な結果として、ガラス
セラミック層が２．５以下の百分率多孔率を存する基体
が作成される。これにより絶縁破壊によるヒータ・ユニ
ットの故障発生率が相当に低下し、かつガラスセラミッ
ク材料に対する厚膜抵抗ヒータ・トラックの接着性が改
善される。

他の方法では、それぞれ２段階加熱処理によって形成さ
れる複数のガラスセラミック層を支持板に被着すること
によって基体が作成される。基体の絶縁破壊特性は、た
とえその基体の全体の１７味が同じであっても、用いら
れているガラスセラミック層の数に大きく依存しかつそ
の数によって改善されることを本発明者は確認した。そ
の理由は、２段階加熱処理の最初の段階のあいだには大
きすぎて完全には閉塞されないピンホール層の形成時に
生じ、一連の層内のピンホールが電気要濃から金属支持
板までの完全な通路を与えるように合ｆケする機会は非
常に小さいことによるものと思われ・る。

それぞれ次の層が添着される前に加熱処理の最初の段階
を用いて処理される複数のガラスセラミック層を添着す
ることによっても基体を作成することができる。このよ
うにして作成された複合層は２段階加熱処理の二番目の
段階を用いて永久化されうる。この方法を用いて作成さ
れた基体は電気的特性にある種の改良がみられる。

ガラスセラミック被覆を添着して基体を作成するために
スクリーン印刷を用いることは、本発明による方法に特
に適用しうる。適当な厚さの、例えば１００／７ｍの厚
さのガラスセラミック層を作成するためには、支持板に
４つのガラスセラミック材料被覆がプリントされ、そし
て次に２段階加熱処理を用いて全体が焼成される。ある
いは、２つの被覆がプリントされた後に第１のガラスセ
ラミック層を形成するために２段階加熱焼成が用いられ
、そしてその後で、次の２つの被覆がプリントされ、２
段階加熱処理よって焼成される。この方法で作成された
ガラスセラミック層は前述の方法によって作成されたも
のと同−嘆味であるが、絶縁破壊特性は大幅に改良され
た。

スクリーン印刷を用いる他の方法では、２つの被覆がプ
リントされ、そして次に２段階加熱処理を用いて焼成さ
れる。より厚味の大きい、例えば１５０μｍの厚さのガ
ラスセラミック層を作成するために、それがさらに２回
反復して行われる。

この方法によって作成されたガラスセラミック層の絶縁
破壊特性の他の大きな改良は、焼成を多数回行うことと
ガラスセラミック層の厚味をさらに大きくすることを組
合せることによって得られるものと考えられる。

スクリーン印刷を用いて基体を作成する場合に、その基
体上の複合ガラスセラミック層が適当な厚さを有してい
れば、プリントすべき被覆の数は２つが最適であり、こ
れら２つの被覆が２段階加熱処理を用いて同時に焼成さ
れる。この方法の利点は、次の層が添着される前に、ピ
ンホールの位置を含むそれの状態が永久的になされた十
分なｊγさのガラスセラミック層が形成されることであ
る。

２段階加熱処理を用いて添着されかつ焼成された個々の
ガラスセラミンクが十分な１７さを有していなければ、
多数回の焼成を用いる利益は軽減される。

第３ａ図および第３ｂ図は、第１図に示された種類の基
体の被覆された表面２に公知の態様でプリントされた典
型的な厚膜抵抗加軌トラックｌＯおよび２０を示してい
る。これらのトラックは貴金属または技術的に公知の他
の任意適当な材料で形成されうるちのであり、かつ第３
ａ図および第３ｂ図に示された全体のユニ、トはガラス
セラミック材料でオーバグレーズ（ｏｖｅｒＩＸｌａｚ
ｅｄ）されることが好ましい。

使用時には、第３ａ図または第３ｂ図に示されているよ
うなユニットまたは例えば４つの個々に１Ｊ１．−１％
可能な加州トラックを含んだより大きい基体が、家庭用
ホブまたは調理器のと一タ・ユニットを惇えるために従
来のガラスセラミック・ホブト、・プの下方にあるいは
ホブ・ユニットそれ自体としＹ配設されうる。そのよう
に配設されたヒータ・ユニットは熱質量が小さく、従っ
て熱的レスポンスが従来の調理器要素よりも相当に速く
、熱源としてハロゲンランプを用いる最近開発された技
術の場合の熱的レスポンスに接近しうる。

本発明の用途はホブや調理器に限定されるものでないこ
とは明らかであろう。本発明は多くの家庭用および工業
用の加熱用途に適用しうるちのである。例えば、ケトル
・ジャグ、電気アイロン、スペースヒータ、タンブル・
ドライヤ、オーブン等に適用しうるちのであるが、それ
に限定されない。

ヒータ・ユニットは平坦な板状のものとして形成される
必要はなく、円筒体または円錐体のような他の形状の基
体も必要に応じである種の用途に用いられうろことが理
解されるであろう。ヒータ・ユニ、・ト１体の近傍以外
の場所に軌風を分配するために必要に応じて適当な形状
のヒータ・ユニット上におよび／またはその中に空気を
強制的に送り込むことＪ）できる。

本発明は、例えば基体に被着された抵抗要素が。

予め定められた抵抗イ直にレーザ・トリムされる必要が
あるような低電力用途にも用いられうる。

本発明による基体上のガラスセラミックの多孔率が低い
ことは、加熱要素の近傍の微細孔をレーザビームがつぶ
すときに生じうるそのレーザビームによりトリムされて
いるその加熱要素の制御されない態様での破壊の発注率
を軽減するので有益である。このような破壊は通常加熱
要素の抵抗値を許容範囲から逸脱させ、ユニットをスク
ラップにするかあるいは少なくとも処理しなおすことを
必要とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による基体の一例を示す斜視図、第２図
は第１図に示された基体を拡大して示しかつガラスセラ
ミンク層の多孔率の程度がどのようにして特定されるか
を示す断面図、第３ａ図および第３ｂ図はホブ・ユニッ
トに使用するのに適した抵抗加熱トランクを存する第１
図に示された種類の・基体を示す平面図である。 図面において、■は支持板、２．３はガラスセラミック
材料の被覆、４は微細孔、１０．２０は厚膜抵抗加熱ト
ラックをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの表面上にガラスセラミック材料の
   層を有する板部材を具備し、前記ガラスセラミック層の
   百分率多孔率が２．５に等しいかあるいはそれより小さ
   いことを特徴とする、電気的要素を支持するための基体
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の基体と、この基体上に
   プリントされた厚膜ヒータトラックを具備するヒータ・
   ユニット。 ３、電気的要素を支持するための基体を製造する方法で
   あって、 （ａ）板部材を準備し、 （ｂ）この板部材の１つの表面にガラスセラミック材料
   の被覆を添着し、 （ｃ）２段階加熱処理によって前記被覆を加熱する工程
   よりなり、 前記２段階加熱処理は、 （ｉ）前記ガラスセラミック材料の軟化温度より高い第
   １の温度に前記被覆を加熱しかつ前記被覆の微細孔を実
   質的に閉塞させるのに十分な予め定められた時間のあい
   だ前記被覆を前記第１の温度に保持する第１の段階と、 （ｉｉ）前記被覆層を結晶化させるために前記第１の温
   度より高い第２の温度に前記被覆を加熱する第２の段階
   よりなり、 形成された前記層が２．５に等しいかそれより小さい百
   分率多孔率を有するようにする電気的要素を支持するた
   めの基体を製造する方法。 ４、特許請求の範囲第５項記載の方法において、ガラス
   セラミック材料の連続的に添着された複数の層に前記２
   段階加熱処理が適用される前記方法。 ５、特許請求の範囲第３項記載の方法において、前記ガ
   ラスセラミック材料よりなる連続的に添着された層の複
   数のグループのそれぞれに前記２段階加熱処理が適用さ
   れる前記方法。 ６、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記ガ
   ラスセラミック材料の連続的に添着された層の２つのグ
   ループであってそれぞれ２つの層よりなる前記２つのグ
   ループのそれぞれに前記２段階加熱処理が適用される前
   記方法。 ７、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記ガ
   ラスセラミック材料の連続的に添着された層の３つのグ
   ループであってそれぞれ２つの層よりなる前記３つのグ
   ループのそれぞれに前記２段階加熱処理が通用される前
   記方法。 ８、特許請求の範囲第３項記載の方法において、複合層
   を形成するために前記ガラスセラミック材料の連続的に
   添着された層の複数のグループのそれぞれに前記２段階
   加熱処理の第１の段階が適用され、次に前記複合層に前
   記２段階加熱処理の前記第２の段階が適用される前記方
   法。 ９、特許請求の範囲第３〜６項記載の方法において、前
   記ガラスセラミック材料がカルシウム・マグネシウム・
   アルミナ・シリケートであり、かつ前記第１の温度が８
   ００℃〜８７５℃の範囲内である前記方法。 １０、特許請求の範囲第９項記載の方法において、前記
   第２の温度が１０００℃より高い前記方法。