JPS648911B2 - - 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
に用いられる面状発熱体に関するもので、特に金
属基板に、面状発熱素子をホーロ層によつて被覆
して結合した面状発熱体に関するものである。 従来例の構成とその問題点 従来、面状発熱体として樹脂フイルムで金属発
熱素子を挾着したものが多用されているが、樹脂
フイルムの耐熱性が低いため、通常50〜120℃程
度で使用され、200℃以上では使用できない。 そこで、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。第１図にお
いて、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２，２′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を一方の
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４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。 しかし、上記のような構成では、以下のような
問題を生じることがわかつた。すなわち、その第
１は、ホーロ層４の電気絶縁性が使用温度域が
200℃以上になると、急激に劣化することである。
すなわち、ホーロ層４のサーミスタＢ定数が大き
いので、これを小さく改善する必要がある。 この対策の１つは、ホーロ材料の組成を変更し
て、ホーロ層自体の体積固有抵抗を改善し、サー
ミスタＢ定数を小さくすることであるが、金属基
板１、発熱素子３、ホーロ材の三者の線膨張係数
が合わなくなり、したがつて熱サイクルや熱衝撃
を受けると、ホーロ層４に亀裂やクラツクを生じ
ることになる。 その他の対策として、ホーロ組成の中に添加物
の形で、例えば高絶縁性のアルミナ、ジルコンの
ようなものを添加することを試みたが、添加量が
多くなるとホーロの性質を欠き、添加量が少なく
なると体積固有抵抗はホーロのそれに近似して添
加物によつては、サーミスタＢ定数を小さく改善
することができなかつた。 発明の目的 本発明は以上のような問題を解消し、量産可能
で、実用的な電気絶縁性と耐久強度を有する面状
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、ホーロ基板に発熱素子をホーロ層に
よつて被覆し、結合する際に、発熱素子の一部あ
るいは全周部に高電気絶縁材料を配する構成を有
することを特徴とする。 ここで、高絶縁材料とは、耐熱性で体積固有抵
抗が大で、サーミスタＢ定数の小なる物質を意味
し、例えばアルミナ、ジルコン、コージライト、
ベリリヤ、マグネシア、フオルステライト、ステ
アタイト、ムライト、ボロンナイトライト、グラ
スセラミツクス、酸化チタン、磁器等がある。 本発明では、このような耐熱性電気絶縁材料を
ホーロ絶縁基板上に形成させ、この絶縁材料から
なる絶縁層上に発熱素子を設置し、その後、外装
ホーロ層を焼付け、ホーロ基板、絶縁層、発熱素
子、外装ホーロ層の四者を一体化させる構成を有
し、このような本発明の構成により、面状発熱体
の中高温域での電気絶縁特性を大巾に改善させる
ことが可能となる。 実施例の説明 第２〜３図に本発明による面状発熱体の実施例
を示す。 第２図は金属基板９の表面に、絶縁ホーロ層
５，５′を形成し、その一方の絶縁ホーロ層５の
上面に表面粗度Raが0.1〜35μｍ程度の表面拡大
化処理を行ない、その上に面状発熱素子７のパタ
ーンより面積比で20〜30％程大きい電気絶縁層６
をマスキング部材を用いて溶射形成し、この電気
絶縁層６の上に、面状発熱素子７を設置して、外
装ホーロ層８を焼付けた例である。 また、第３図は、金属基板９の表面に絶縁ホー
ロ層５，５′を形成させ、次に全周部に電気絶縁
層６′を予め形成した発熱素子７を設置し、外装
ホーロ層８を焼付け、ホーロ基板、面状発熱素
子、外装ホーロ層の三者を一体に結合した例であ
る。 面状発熱素子７の材料はステンレス鋼、ニクロ
ム、Ni−Cr−Alのような電気抵抗を有する金属、
合金が好ましく、その肉厚は10〜130μｍが好ま
しく、作業性を考慮すると40〜80μｍが最も作業
性、量産性に優れている。 電気絶縁層６の形成法は、印刷法と溶射法とが
考えられる。印刷法ではアルミナ、ジルコンのよ
うな高絶縁材料に適量の結合剤としてのガラスフ
リツトを添加して印刷インキを合成し、パターン
印刷する方法で、また、溶射法ではガス溶射、プ
ラズマ溶射、水プラズマ溶射法等の方法が好まし
い。なかでも、ガスプラズマ溶射法が最も本発明
の目的にかない、最もよい電気絶縁特性が得られ
た。 第４図は第２図の電気絶縁層６を拡大して示し
た図で、電気絶縁材料の微粒子が相互に溶着し、
電気絶縁層を形成している。微粒子の大きさは５
〜120μｍ好ましく、特に30〜70μｍ程度の粒子が
最適である。これらの粒子は相互に溶着した構成
で、層をなし、多孔度は５〜30％程が好ましい。
基材金属とホーロ絶縁層の線膨張係数を勘案し、
電気絶縁材料であるアルミナ、ジルコン等は約１
〜２桁線膨張係数が小さくなるので、緻密な溶射
絶縁層を形成すると、熱サイクル、熱衝撃時に亀
裂を生じることになるので、電気絶縁材料の線膨
張係数、粒子の大きさ等を考慮して多孔度を５〜
30％に調整する。 また、この電気絶縁層６の厚みは目的、用途、
要求される電気絶縁程度により決定されるが、通
常15〜200μｍ程度で、特に25〜60μｍ程度が実用
耐久性、実用電気絶縁度の観点から好ましい。 次に第３図の面状発熱素子７の表面に電気絶縁
被覆層６を形成する方法を説明する。面状発熱素
子の表面を前述のように表面拡大化処理を施し、
その後、目的とする電気絶縁材料をプラズマ溶射
法を用いて発熱体７の両面に厚さ25〜60μｍの電
気絶縁被覆層を形成する。この電気被覆層６は、
ホツトプレス法によつても良好な絶縁被覆層を形
成することが可能である。 第５図は皿状の金属基板１０を用いた例であ
る。基板１０は、例えば肉厚は0.5mmで底面部の
大きさは170×170mm、立上り部１１の高さは10mm
で、その中央部に面状発熱素子７の発熱リード端
子１２を設置するためのリード端子口を形成する
孔１３を設けている。 この基板１０にホーロ層５を形成した後、第２
図に示したように、ホーロ層５の表面をサンドブ
ラストにより、表面拡大化処理を施し、その後、
面状発熱素子７のパターンよりやや大きいマスク
部材を用いて、電気絶縁材料としてのアルミナ又
はジルコンの30〜60μｍの粒径を有する粉粒体を
ガスプラズマ溶射法によつて溶射して40〜60μｍ
の電気絶縁層６を形成し、その電気絶縁パターン
上に発熱素子７を設置し、外装用ホーロ層８を形
成する。 発熱素子としては、例えば肉厚60μｍのステン
レス鋼（SUS430）を第６図のようなパターンに
したものを用いる。またホーロ層を形成するフリ
ツトは、例えば次表のような組成のもので、軟化
点約540℃のものを用いる。

【表】 第５図の例では、基板１０の立上り部に相当す
る部分は発熱体の外枠を兼ねている。 次に、各種電気絶縁層を用いた面状発熱体につ
いて、それぞれの体積固有抵抗と使用温度の絶対
温度Ｔの逆数との相関をプロツトして第７図に示
す。 第７図において、ａはアルミナ絶縁基板、ｂは
ジルコン絶縁基板についての特性を比較のために
示したものである。同図でＳは第１図の構成を有
する従来例の面状発熱体の特性で、用いたガラス
フリツトは上記表のものである。Ａは電気絶縁材
料としてアルミナを用い、前記第２図の構成を有
するもの、A′はアルミナを用い第３図の構成の
もの、Ｂは電気絶縁材料にジルコンを用い、第２
図の構成を有するもの、B′はジルコンを用い第
３図の構成を有するものの特性を示す。 体積固有抵抗の算出は次式に従つた。 ρv＝Ａ／ｄＲ ρv：体積抵抗率 ｄ：電気絶縁層の膜厚 Ａ：発熱体の面積 Rv：発熱素子と金属基板との間の絶縁抵抗 なお、絶縁抵抗は発熱素子と金属基板との間に
DC5000Vを印加して測定した。 第７図から、従来の面状発熱体Ｓに比較して、
本発明のＡ，A′およびＢ，B′はそれぞれ従来例
よりは１〜３桁程度体積固有抵抗が改善されるこ
とが認められる。 なお、第７図に示した例では、電気絶縁層の膜
厚を40〜60μｍにしたが、この膜厚を厚くすれば
さらに体積抵抗率は改善される。また、実施例に
用いた上記表のガラスフリツトをさらに高絶縁率
のガラスフリツトに代えれば、300〜400℃の中高
温度域での体積固有抵抗をさらに２〜４桁程度改
善し、サーミスタＢ定数を小さく改善することも
可能である。 第５図の構成の本発明の面状発熱体をやぐらこ
たつの赤外線ランプに代えれば、ヒータ部の大巾
な薄型化が可能となるばかりでなく、ホーロ層よ
り良質の遠赤外線を放射して健康暖房が可能とな
る。またホツトウオーマに用いると輻射伝熱を行
うので、底部の断熱材を少なく構成でき、軽量化
とコストダウンが可能となる。 発明の効果 以上のように、本発明は、面状発熱素子の一部
または外周部全域を耐熱性で、電気絶縁性を有す
る材料で被覆し、このような絶縁層を介して、ホ
ーロ基板と発熱素子との外装用ホーロ層で、一体
化しているので、従来よりもホーロ被覆面状発熱
体の電気絶縁性を改良することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホーロ被覆面状発熱体の縦断面
図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例に
おける面状発熱体の縦断面図、第４図は第２図の
一部分の拡大断面図、第５図は本発明の他の実施
例における面状発熱体の断面図、第６図は第５図
の面状発熱体に用いた面状発熱素子の平面図、第
７図は各種発熱体の体積固有抵抗の比較を示す。 ５，５′……基板用ホーロ層、６，６′……電気
絶縁層、７……発熱素子、８……外装用ホーロ
層、９，１０……金属基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属基板上に絶縁ホーロ層を形成し、この絶
   縁ホーロ層上に耐熱性電気絶縁材料を介して面状
   発熱素子を設け、この耐熱性電気絶縁材料と面状
   発熱素子をホーロ層によつて被覆した面状発熱
   体。 ２ 面状発熱素子全体を耐熱性電気絶縁材料で覆
   うようにした特許請求の範囲第１項記載の面状発
   熱体。 ３ 耐熱性電気絶縁材料が微粒子を相互に溶着し
   たもので構成されている特許請求の範囲第１項記
   載の面状発熱体。 ４ 耐熱性電気絶縁材料が、アルミナ、ジルコ
   ン、コージライト、ベリリア、マグネシア、フオ
   ルステライト、ステアタイト、ムライト、ボロン
   ナイトライドまたはグラスセラミツクスである特
   許請求の範囲第１項または第３項記載の面状発熱
   体。 ５ 耐熱性電気絶縁層が溶射形成された被覆層で
   ある特許請求の範囲第１項または第３項記載の面
   状発熱体。