JPS60107285A - 発熱体の製造法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、各種暖房機器や調理機器々どの熱源に用いら
れる発熱体、特に金属基板に、面状発熱素子をホーロ層
によって被覆して結合した発熱体の製造法に関する。

従来例の構成とその問題点 従来、発熱体としてホーロ用金属基板にホーロ層によっ
て被覆して面状発熱体素子を結合した面状発熱体が提案
されている。

このを熱体の構成を筑１図に示す。１けホーロ用金属基
板で、その表面にはあらかじめホーロ層２を被覆しであ
る。３は面状の発熱素子であり、この発熱素子３をホー
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・ツブを塗布し、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によって被覆され、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、ホーロ層が耐熱性に優れ、電気絶縁性に
も比較的硬れているので、１００〜４００°Ｃ程度の中
高温度域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。

以上のようにこの発熱体は、優れた利点を数々有してい
るが、いくつかの問題点もある。

従来の発熱体の絶縁層、すなわち第１図のホーロ層２は
、絶縁抵抗が２００°Ｃで１０Ωとかなり高いものであ
るが、絶縁耐圧は０．５　ＫＶ　（１’ＯｍＡＢｒｅａ
ｋ　ｄｏｗｎ　）とかなり低いものであった。

この絶縁ホーロを形成するスリップには、従来ミル添加
物として、粘土、１（ａＮｏ　２が加えられていだ。粘
土は、スリップ中のガラス粒子の分散性や、スリップを
基板に塗布したときのとまり性を高める性質をもってい
る。しかし、粘土中には多量の水分が含まれており、塗
布後、乾燥しても粘土中の水分を完全に除くことはでき
ない。そのだめ焼成時に粘土から水分が発生し、ホーロ
層中に大量の泡をつくる。また、粘土から発生した水分
は金属基板の鉄と次式のように反応し、水素を発生する
。

Ｆｅ　＋２Ｈ２０−、Ｆｅ　（ｏＨ）２＋Ｈ２↑このよ
うに従来の絶縁層の被覆方法では、粘土から水が発生す
るため、絶縁ホーロ層中に泡やピンホールが多くカリ、
電気絶縁耐圧が低下する原因となる。

この対策として、粘土の代替品を用いる方法が考えられ
るが、現在のところ粘土にかわる適当なものはなく、絶
縁ホーロ層の電気絶縁耐圧を向上することはできなかっ
た。

発明の目的 本発明は、上記のような問題を解消し、実用的電気絶縁
性、耐久強度を有する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、金属基板と発熱素子との間のホーロ層を、少
なくとも溶機溶媒とガラスフリットを混合してなるスリ
ップを金属基板上に被覆し焼成することによって形成す
ることを特徴とする。

実施例の説明 まず、各構成要素について説明する。

（１）金属基板と前処理工程 金属基板には、アルミニウム、アルミダイキャスト、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、そ
の選択にあたっては使用条件、使用温度、基板の形状、
加工性より決定され、必要に応じて前処理が行われる。

以後の説明にけホーロ用鋼板を中心に述べる。

金属基板は、脱脂、洗浄、酸洗、洗浄、ニッケル処理の
工程を経てきたものを用いた。

（２）電気発熱素子 電気発熱素子は基本的には、薄帯状のものである。電気
発熱素子の表面にホーロ層４を完全に被覆する必要があ
り、例えばコイル状あるいけ厚い帯状の発熱素子を用い
ると、それだけホーロ層４の膜厚が犬となる。それによ
り、ホーロ層の密着性が極端に低下し、外的なショック
で、簡単にホーロ層が剥離し、電気発熱素子が露出して
しまう。

発熱素子薄帯の厚みは１ｏ〜２００μｍが適当であり、
好１しくは３０〜ｉｏｏμｍの範囲である。金属の薄帯
化は通常の冷間圧延、熱間圧延による方法の他に、超急
冷法による薄帯化も利用できる。薄帯化した金属を所望
のパターンに形成する方法としては、エツチング法、プ
レス加工法が適している。発熱素子のパターン、膜厚は
、定格電力１発熱面積、温度分布などを考慮して決定す
る。

発熱素子の材料には各種の電気発熱材を用いることがで
きるが、発熱素子の形状などを決定値を有し、しかもホ
ーロ層との密着性や、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、２０″Ｃにおける固有抵抗が
６０μΩ、礪、のフェライト系ステンレス鋼が最も好ま
しい。

（３）絶縁ホーロ層 ホーロ層の絶縁抵抗を決定する重要な因子としては、ホ
ーロ層の膜厚と、ホーロ層を構成するガラスの体積固有
抵抗があるが、ホーロ層の膜厚は、ホーロ密着性の観点
から決定され、たかだか１００〜６００μｍ程度である
。この点からホーロ層の電気的特性を向上させるために
は、体積固有抵抗のすぐれたガラスを用いる必要があり
、ガラスの選択が重要となってくる。

第１表に好ましいガラスの組成を示す。

第　１　表 上記のような組成のガラスを用いて、従来の製造方法で
絶縁層を形成すると、２００°Ｃで１０　Ω程度の体積
固有抵抗のものが得られた。

ところが、この絶縁層の絶縁耐圧は、室温でｏ、ｓ　Ｋ
　Ｖ　（１ｏ　ｍＡ　Ｂｒｅａｋ　ｄｏｗｎ　）　と低
く、表面状態（泡、ピンホールなどが多い）が悪かった
。これは、ミル添加物として粘土を加えているため、粘
土中の結晶水がホーロ焼成時に急激に膨張し、ホーロ層
中に泡やピンホールが多くなるためである。

そこで、本発明者らは、粘土や水を用いずに有機溶媒を
用いて種々検討した。

有機溶媒は、エタノール、イングロビルアルコール、シ
クロヘキサノール、ベンジルアルコール、カルピトール
、イソホロンを用い、ガラス１００重量部に対して有機
溶媒を６０００加え、ボールミルでミル引きを２時間行
い、サンプルスリップとしだ。この時の被覆工程を第２
図に示す。

これらスリップを前処理した大きさ１ｏ○×ｉｏｏｍｍ
のホーロ用鋼板にスプレーガンで約１５０μｍの厚さに
塗布し、乾燥後、８２０°Ｃで７分間焼成を行い、絶縁
ホーロ層としだ。

次に、このホーロ層上にステンレス鋼５ＵＳ４３０製発
熱素子（厚み１６０μｍ）を設置し、その上に絶縁ホー
ロ層に用いたホーロスリップをスプレーガンで約１６０
μｍの厚さに塗布し、乾燥後、８１０°Ｃで７分間焼成
して発熱素子被覆ホーロ層とした。このときのホーロス
リップのミル組成を第２表に示す。

第２表 上記のようにして得た発熱体と、従来のミル組成で形成
した発熱体の絶縁耐圧を測定した。

絶縁耐圧は、発熱素子と金属基板の間に電圧をかけて徐
々に上げていき、発熱素子と金属基板の間で１ｏｍＡ流
れたときの値とした。その結果を第３表に示す。

第３表 上記のように、従来のミル組成で形成された発熱体と比
較して、本発明の発熱体の絶縁耐圧は、４・ＯＫＶ以上
の値を再現性よくクリアーすることができた。

ガラスフリットと有機溶媒を混合してなるスリップを用
いた場合、従来のミル組成でのスリップと同程度、もし
くはそれ以上の粒子拡散性（ガラスの沈降速度）を有し
ていなければ、被覆時にスリップのガラスが沈降してし
まい、被覆不可能とガってしまう。

そこで、従来の粘土＋　ＮａＮＯ２＋水を用いたスリッ
プと有機溶媒を用いたサンプルスリップの沈降速度を測
定し、比較した。

それぞれのスリップを試験管に一定量（高さ１０６Ｉｒ
Ｌ）入れ、ガラスが試験管の底より高さ１儂以内に沈降
してしまうまでの時間を測定した。

その結果を第４表に示す。なお、沈降時間は、媒体に水
を用いたときを１として表しだ。

第４表 第４表に示したように、沈降時間の大きいものほど粒子
拡散性がよく、まだ沈降時間は溶媒の粘度に比例するも
ので、特にスプレーなどで被覆する場合は、粘度の大き
いものは操作性が悪いなどの欠点が生じる。

これらのスリップを前処理したホーロ用鋼板に被覆した
。被覆方法としては、スプレー法。

スクリーン印刷法、バーコード法、ディップ法などが適
用されるが、スプレー法を用いた。イソプロピルアルコ
ール、イソホロンは、とまり性、操作性も良く、他の添
加剤（エチルセルロース々ど）を加えなくても、ガラス
と溶媒だけで、従来の粘土、ＮａＮＯ２＋を用いたスリ
ップと同程度に被覆することができた。

シクロヘキサノール、ベンジルアルコール。

カルピトールの粒子拡散性は良かっだが、スプレーした
後の金属基板上でのスリップのと捷り性が悪く、これら
の溶媒とガラスだけでは、ホーロ層を形成することがで
きなかった。そこで、添加剤としてエチルセルロースを
添加したところ、とまり性も良くなり、被膜強度も強め
ることができた。

エタノールは、第４表に示しであるように沈降時間も水
と同程度で、粒子拡散性も悪く、エチルセルロースなど
の添加剤を加えてもホーロ層を被覆することができなか
った。寸だ、エタノールは、沸点が低く、揮発性である
ため、塗布中にスリップが乾燥しやすく非常に操作性が
悪いものであった。逆に沸点が２９０　’Ｃの溶媒を用
いたところ、なかなか被覆層が乾燥せず、これもまた作
業性の悪いものであった。

第５表に各有機溶媒の沸点２作業性などを１とめた。

第　５　表 操 し 乾 上記のようにスリップの塗布のしやすさ、塗塗布後の乾
燥などを考えると、有機溶媒は、沸点８０〜２２０°Ｃ
程度のものが望ましい。　４イソプロピルアルコール、
イソホロンは、吉まり性７作業性も良かったが、シクロ
ヘキサノール、ベンジルアルコール、カルピトールは、
金属基板上でのスリップのとまり性が悪かった。

そこで、増粘性物質のメチルセルロース、エチルセルロ
ース、ニトロセルロース、モンモリロナイトな′どをミ
ル添加剤としてガラスフリット１００重量部に対して３
重量部はど添加したところ、とまり性も良好になった。

まだ、イソプロピルアルコール、イソホロンを用いた場
合にも添加してみたところ、塗布、乾燥後のホーに層の
被膜強度が強くなった。

このように、ミル添加剤として増粘性物質を加えること
により、スリップのさまり性を改良することができる。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、金属基板と発鴇素子と
の間の電気絶縁耐圧を大巾に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発熱体の構成を示す断面図、第２図け絶縁ホー
ロ層の形成工程を示す図である。 １・・・・・・金属基板、２・・・・・・絶縁ホーロ層
、３・・・・・・発熱素子、４・・・・・・発熱素子被
覆ホーロ層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名手続
補正書 １事件の表示 昭和５８年特許願第２１４３５５号 ２発明の名称 発熱体の製造法 ３補正をする者 事件との関係　特　許　出　願　人 住　所　大阪府門真市大字門真１００６番地名　称　（
５８２）松下電器産業株式会社代表者　山　下　俊　彦 ４代理人　〒５７１ 住　所　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器産
業株式会社内 ６、補正の内容 （１）明細書第１頁第１８行の「面状発熱体素子」を「
面状発熱素子」と訂正し捷す。 （２）同第２頁第１９行の１絶縁ホーロ」を「絶縁ホー
ロ層」と訂正し捷す。 （３）同第４頁第５行の「溶機溶媒」を「有機溶媒」と
訂正し１す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも有機溶媒とガラスフリットを混合してなるス
   リップを金属基板上に塗布し、焼成して絶縁ホーロ層を
   形成する工程と、前記ホーロ層の表面に、ホーロ層によ
   って被覆して発熱素子を結合する工程とを有する発熱体
   の製造法。