JPH04294087A - 発熱体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、暖房器、調理器などの
電熱器具に用いる高温の発熱体、すなわち電気ヒータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からこの種の発熱体としては、電熱
線をマイカ板に巻回したマイカヒータや、シーズヒータ
、石英管ヒータなどが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしなじから、従来
の発熱体は、発熱線の周囲に管壁や側壁があり、被加熱
物の加熱はこの管壁や側壁を通して行なわれる。そのた
め、発熱線で発生した熱はそのまま輻射エネルギーとし
て放射されず、石英管ヒータのように一部の短波長の赤
外線を通するものもあるが、ほとんどの場合は、前記の
管壁や側壁まで熱伝達された後にその部分からの二次輻
射となる。従って、赤外線輻射エネルギーの大小は基本
的には前記の管壁や側壁の温度によって決められる。従
って、輻射加熱利用の観点から輻射温度を例えば調理器
の輻射加熱に最適の８００℃にしようとすると、発熱体
の温度はそれよりも高い温度例えば１０００℃に設定す
ることが必要になる。そのため発熱線の耐熱要求は過酷
なものとなり、それに耐えられる実用的な発熱線材はな
かった。

【０００４】また、発熱体の熱容量の面からも発熱体に
加えて管壁や側壁の加熱も熱容量として加算されるため
、通電後の温度立ち上がりの面では不利であった。

【０００５】また、発熱体を裸の状態でそのまま使用し
ようとすると、耐食性に課題があったり、輻射面積が小
さいため輻射加熱分布にムラがあったりする課題があっ
た。

【０００６】本発明は前記課題を解決し、加熱立ち上が
り時間が短く、しかも信頼性が高く高温で使用できる赤
外線輻射利用に関して有利な発熱体を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の発熱体は耐熱金属箔をパターン化して平
面状に配して用いる金属発熱体の表面に、ボロシロキサ
ン重合体もしくはチタノカルボシラン重合体およびニッ
ケル−アルミニウム合金を含有する皮膜を形成して用い
る。すなわち、金属発熱体の表面に塗装にて、ボロシロ
キサン重合体もしくはチタノカルボシラン重合体を結合
剤として、ニッケル・アルミニウム合金粉末を含有する
塗料を塗布焼成して塗膜を得る。

【０００８】

【作用】本発明は、金属箔をパターン化した表面上に本
塗膜層が形成されている状態で格別な管壁や側壁なしで
そのまま用いる。そのため熱容量が小さいので、通電後
の温度立ち上がり速度が相対的に早くなる。また、高温
下で過酷な環境条件で使用する場合でも、表面に耐熱性
が高く耐食性に優れた皮膜が形成されていることによっ
て、ヒータ素子として優れた耐食性を持っている。また
各種応用に関してはヒータの空間配置として、従来のシ
ーズヒータなどの棒状ヒータと比較して平面上に広がっ
ていることで、熱輻射面積が大きくとれるため、加熱む
らが改善され均一な輻射加熱が出来る。また金属をその
まま用いる場合と比較して、発熱体の表面からの熱輻射
率は高く高輻射が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の発熱体の一実施例を添付図面
に基づいて説明する。図１は発熱体の断面図であり、発
熱体１はパターン化された耐熱金属箔２の表面上に塗膜
３が形成されている。これは、まず耐熱金属箔シートを
パターン化した後に、ボロシロキサン重合体もしくはチ
タノカルボシラン重合体を結合剤として、ニッケル・ア
ルミニウム合金粉末を含有する塗料を前記発熱体上に塗
布焼成して得られる。

【００１０】耐熱金属箔としては、鉄−クロム−アルミ
ニウム系、ニッケル−クロム系、各種ステンレス系鋼板
などが用いられる。金属箔の厚みとしては３０μｍから
２００μｍが用いられる。通常用いられる発熱金属の固
有抵抗値からして、ＡＣ１００Ｖ電源用ヒータとしての
抵抗特性を考慮すると、金属の厚みが２００μｍを越え
ると幅が狭く長い状態で用いること、即ち巻線タイプの
方式が必要となり熱輻射分布の観点から不利となる。ま
た、３０μｍ以下となると加工が著しく困難となるため
である。ヒータ素子としての回路形成は、必要サイズの
箔からプレスもしくはエチングなどによりパターンを得
るか、まは所定の幅の線材を用いて必要なパターンを形
成しても良い。

【００１１】耐熱金属上に金属合金皮膜を形成する手段
としては、基材上にニッケルさらにアルミニウムを相次
いでクラッド加工してそれを焼成して合金化する手段あ
るいはプラズマ溶射などの手段があるが、これらはいず
れもコスト的に高価な上、特に前者の場合には、板でク
ラッド加工後切断する際に端面に素地の金属がどうして
も露出してしまうため、耐食性にばらつきが生ずるとい
う欠点があった。また、表面の合金層の厚みも、クラッ
ド加工の加工性の条件から膜厚を厚くできにくいという
課題がある。

【００１２】図２は本発明の発熱体で、この発熱体１は
、セラミックス等で形成される支持体４で支持されて実
用に供せられる。従来のシーズヒータ等の棒状ヒータに
たいして大きな輻射面積を有している。また表面の赤外
線放射特性も優れている。

【００１３】本発明の発熱体が高温下で、優れた耐食性
を示す理由について以下のように推定している。一般的
に、高温下での発熱体の耐食性を支配する腐食挙動は２
つあり、１つは高温酸化による腐食と、もう１つは塩分
等を含む水分による湿式の腐食である。高温酸化は金属
表面に酸化生成物のスケールが形成され、脱離して進行
する腐食形態である。湿式腐食は水溶液中の金属の電気
化学的腐食である。金属は水素イオンの還元反応の同時
反応としてイオン化して溶解する。これは発熱体として
通電されていることで加速される。

【００１４】本発明の塗膜は高温酸化に関して酸素の素
子金属面への拡散の障壁となり、酸化の進行を防止する
。また添加成分のアルミニウム−ニッケル合金は、酸化
雰囲気で安定で異常酸化に強い特性を有する。これによ
り、高温酸化に強くなる。また、塗膜中に含有するニッ
ケル−アルミニウム合金の粉末は、通常の基材の発熱金
属よりは電気化学的に卑で、湿式の電気化学的腐食に関
して、犠牲陽極として作用すると考えられる。したがっ
て、湿式腐食も防止され全体的に高温下で優れた耐食性
を発揮する。

【００１５】本塗膜はピンホールなど含まない完全な膜
にはなっていないが、塗膜は全体的にニッケル・アルミ
ニウム合金粉末の寄与で、犠牲陽極として作用すること
から、このピンホールの存在は、耐食性にはあまり悪影
響を及ぼさないことになる。

【００１６】ここで、発熱体を高温下で使用する意義に
つてい説明する。８００〜９００℃という温度が、輻射
加熱の応用面で有利とされる理由としては、被加熱体と
しての水の赤外線吸収が３μｍにあり、この吸収特性を
生かそうとすれば、プランクの輻射の法則から８００〜
９００℃の輻射体温度が有利になるためである。従来有
利であるにも拘らず用いられなかった理由は、耐食性に
問題があったためである。

【００１７】本発明で用いる塗料はアトライタ（商品名
）などの分散機を用いて、ニッケル・アルミニウム合金
粉末およびボロシロキサン重合体などの結合剤を溶剤と
ともに攪拌して塗料化する。塗料には、基材の金属との
熱膨張を調整するためのガラス、セラミックス、金属な
どの添加剤、塗料の安定化即ち沈降防止などの目的で添
加する界面活性剤などを配合してもよい。

【００１８】ボロシロキサン重合体は、ジフェニルジク
ロロシランと水酸化ホウ素を出発原料として合成される
Ｓｉ−Ｂ−Ｏから成る６員環、８員環、１０員環の環状
物の混合物より成る耐熱ポリマーである。またチタノカ
ルボシランの場合には、ポリカルボシランにチタンアル
コキシドを添加して重合させた耐熱ポリマーである。い
ずれも耐熱塗料の結合剤として、室温では有機物に由来
するポリマーとしての優れた取扱性を有し、数百度を越
えると熱分解して６００℃以上ではきわめて安定な無機
物即ちセラミックス質となる。この間、ポリマー重量の
約１／２が硬化体として残る。

【００１９】実験に用いた塗料は以下の配合で行なった
。結合剤として、宇部興産（株）の「チラノポリマー」
を１００重量部（但し、ポリマー固形分としては、５０
％）および平均粒径が１μｍのＮｉ３　Ａ１粉末を８０
重量部充填剤としてアルミナ２０重量部、硼珪酸ガラス
２０重量部を１００重量部の溶剤キシレンとともに、塗
料分散機「アトライタ」で１０時間攪拌混合して塗料化
した。

【００２０】発熱体サンプルはＦＣＨ−１およびＮＣＨ
−１を基材として５０μｍの厚みで、８ｍｍ幅のテープ
状で長さが２０ｃｍのものを用いて、基材を４００℃で
３０分加熱脱脂した後、前記塗料をスプレーにて噴霧し
て１００℃で１０分乾燥、次に３００℃で１０分、６０
０℃で１０分、最終的に９００℃で１時間焼成して作成
した。両面同様に実施した。

【００２１】塗膜の膜厚は平均３μｍとした。この面の
赤外線放射率を測定した所０．８３であった。

【００２２】発熱体の評価方法は前記の処理を行なった
発熱体に通電し、表面温度を８００℃とした。この状態
で５％の食塩水０．５ｃｃを２分毎に滴下して、発熱体
が破断にいたるまでの滴下回数でその耐食性を評価した
。 滴下回数は下記の通りであった。ＦＣＨ−１（基材のみ
）：１０回、ＮＣＨ−（基材のみ）：１５回、ＦＣＨ−
１（本処理品）：１２０回、ＮＣＨ−１（本処理品）：
１３８回であった。

【００２３】耐食性が改善されたのは、先に推定した理
由によると考えられる。チタノカルボシラン重合体の例
を記載したが、結合材としてボロシロキサン重合体を用
いても同様の効果が得られる。

【００２４】ここでは、膜厚を両面それぞれ３μｍで試
験したが、この膜厚は必要に応じて増減可能である。耐
食性に関して湿式腐食の防止の観点からは、膜厚が厚い
方が良好な耐食性が期待できるが、基材との熱膨張率差
があるためあまり膜厚が厚いと塗膜が剥離する懸念があ
る。膜厚的には２〜１０μｍの範囲が望ましい。

【００２５】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば次の効果が得られる。 （１）金属箔をパターン化した発熱体の表面に、塗膜が
形成されているのみであるため、熱容量が小さく温度の
昇温速度の早いヒータが得られる。 （２）発熱体の表面に高温下での耐食性に優れた塗膜が
形成されているため、従来用いることが出来なかった８
００℃以上の過酷な腐食環境下での適用が可能となった
。 （３）金属箔の発熱体をパターン化して用いるため、輻
射面積が従来の棒状ヒータと比較して、大きく表面の赤
外線放射率が従来の金属の倍以上と見込まれ輻射分布の
有利な加熱ができる。 （４）発熱体の周囲に管壁や側壁がないため、早い温度
立ち上がり時間で高温の輻射加熱ができる。 （５）他の皮膜形成法と比較して、特にターミナル部は
マスキングすることで、後の端子取り付けなどの工程が
簡略化できる。 （６）塗装により塗膜形成するので、発熱体の生産性に
優れ安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における発熱体の断面図

【図
２】同、発熱体の平面図

【符号の説明】

１　　発熱体 ２　　パターン化された耐熱金属箔 ３　　塗膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱金属箔をパターン化して、平面状に配
   して用いる金属発熱体の表面に、ボロシロキサン重合体
   もしくはチタノカルボシラン重合体およびニッケル−ア
   ルミニウム合金を含有する塗膜を形成した発熱体。