JPS6048841B2 - 電熱線埋込用の絶縁材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコンロ、ホットプレート、コーヒー沸し器等
の熱盤に用いられる絶縁材料に関し、特に、絶縁粉末の
欠落およびクラックの発生を防止するとともに絶縁性能
を向上させようとするものてある。

一般に、この種の埋込型ヒータは金属製熱盤に溝を形
成し、この溝の中央に電熱線を位置させるように絶縁材
料で埋設してなるものである。

従来、上記埋込型ヒータに用いられる絶縁材料にはシリ
か タルク、マグネシア、アルミナ等の絶縁粉末を単品
、又は数種の粉末を混合したものに、リン酸アルミニウ
ム又はシリコーンワニス等を添加したものが用いられて
いた。しかし、絶縁材料が無機物で熱盤がアルミニウム
又は鋳鉄製であり両者の熱膨張率の差により、絶縁材料
にクラックが発生する。そこて粒度配合することにより
粒子間の空隙を小さくし、高温時における空隙の熱膨張
を少なくすることにより、ある程度改良できるが、通電
テストにより、空隙が膨張、収縮を繰返しているうちに
絶縁粉末にクラックが発生してくる。又、シリコーンワ
ニスの使用量が多いと、焼成時にシリコーン樹脂特有の
焼しまりによる収縮が大きく、熱盤の熱膨張率との差が
大となり、絶縁粉末にクラックが生じる。このクラック
発生部分の電熱線が大気と接触するので電熱線の酸化が
急速に進み、断線、絶縁抵抗の低下の原因となつていた
。又、絶縁材料はクラックが入ることにより細切れとな
り熱盤から剥離しやすくなる欠点もあつた。 本発明は
、上記従来の埋込型ヒータ等における電熱線埋込用の絶
縁材料の欠点を解消するもので、以下に本発明の実施例
について添付図面を参照して説明する。

第１図において、１はアルミニウムダイキャスト製、又
は鋳鉄製の熱盤であり、一側表面には断面略Ｕ字状の溝
２が形成されていＪる。３は絶縁材料であり、溝２の中
央位置に電熱線４が埋設されている。

なお、絶縁材料３は充填後、例えばｌ００に９／ｃｌｔ
の圧力でプレス成形され、さらに３８０℃、５時間の焼
成が行なわれている。次に発明者らは絶縁材料３につい
て検討した。ます材料を鱗片状結晶構造を持つタルク（
３Ｍｇ０・４Ｓｉ０。

・Ｈ。Ｏ）と金属酸化物（Ａｌ，Ｏ，またはＭｇＯ）と
雲母（Ｋ。Ｏ−３Ａ１’。０。

・６Ｓｉ０。・哄Ｏ）とシリコーンワニスに限定し、配
合割合を種々変化させて実験を行なつた。タルクとアル
ミナの混合粉末に対し雲母が６重量％となるように混合
した絶縁粉末に対しシリコーンワニスの量を変化させた
。この結果、シリコーンワニスの樹脂分が上記絶縁粉末
に対し３重量％未満になるとＪシリコーンワニスの量が
少ないので全絶縁粉末粒子間に浸透せず、結合剤として
作用しない。そのため成形はてきるが通電テストを行う
と絶縁材料が欠落したり、熱伝導が悪くなり電熱線が断
線したりして使用に供し得なかつた。また、シリコーン
ワニスの樹脂分が絶縁粉末に対し１５重量％を越えると
後工程の焼成により、シリコーン樹脂特有の焼きしまり
による収縮が大きくなり、熱盤の熱膨張率との差が大と
なるので絶縁材料にクラックが生じてしまつた。上記実
験の結果より、シリコーンワニスの樹脂分が絶縁粉末に
対し３〜１５重量％の範囲が適当であることが判明し、
９重量％が最適てあつた。なお絶縁粉末をタルク単体又
はタルクとアルミナの配合割合を変化させても又、後で
説明するタルク・アルミナの混合粉末と雲母粉末の配合
割合を変化させてもシリコーンワニスの添加量を変える
必要はなかつた。次に発明者らはタルクとアルミナの混
合粉末に対し、雲母の配合割合を種々検討した。この混
合した絶縁粉末に対し９重量％の樹脂分となるようにシ
リコーンワニースを添加した。この結果を第１表に示す
。この第１表に示す結果より明らかなようにタルクとア
ルミナの混合粉末に対して雲母の添加量は１〜１腫量％
であることが必要であり、望ましくは６重量％であつた
。

この雲母の添加量については以下のように推定される。
すなわち、第３図に示すように鱗片状結晶構造を有する
タルクが添加された混合粉末をブレス成形することによ
り絶縁粉末３は幾重もの層状に成形される。電熱線４の
近くは温度が高いのて絶縁材料３と熱盤１の熱膨張率の
差によりクラックが発生する。更に第２図に示すように
粒子５間の空隙６の熱膨張により電熱線４付近の絶縁粉
末３ａにはクラックが発生する。しかし、幾重にもなつ
ている絶縁層のズレによつて熱膨張率の差が緩和され、
電熱線付近のクラックが絶縁材料表面３ｂまで達しない
。しカル鱗片状結晶構造を持つタルクは非常に軟かく強
度がない為、通電テストを続けていけば約１０時間位で
絶縁材料表面３ｂにもクラックが発生してくる。そこて
強度のある層状構造を持つ雲母粉末を添加することによ
り、幾重からもなる絶縁材料層の強度が向上する。この
主な理由としては、層状構造を持つ雲母は粉末にするこ
とにより扁平な形状となり、この雲母粉末を絶縁粉末３
中に混合してブレス成形を行うことにより、この雲母粉
末も層状に位置することになり、その結果、この雲母粉
末の周囲に複数の絶縁粉末粒子５が接した状態でシリコ
ーンワニスにより雲母粉末と粒子間及び各々粒子５間が
結合されるためである。なお、上記状態において絶縁粉
末に対して熱膨張による引張り荷重が加わり、粒子５間
を分離しようとする力が働くが、この粒子５間には層状
に雲母粉末が介在しており、この雲母粉末を破断させる
に要する力はシリコーンワニスで結合された粒子５間を
分離する力よりはるかに大であるため、雲母粉末が補強
材としての働きを行つて随所に存在するため、絶縁粉末
３へのクラックが発生しなくなる。しかし、添加量を１
１重量％以上にすると雲母のカサ比重が小さいため必然
的に絶縁粉末３の量が多くなり、全粉末粒子間にシリコ
ーンワニスが浸透せす結合剤として作用しない。そのた
め、成形はできるが、通電テストを行うと絶縁材料が欠
落したり、熱伝導率が悪くなり電熱線が断線したりして
使用に供し得なかつた。又、シリコーンワニスの添加量
を多くしても改良はできず、添加量を１５重量％以上に
すると焼しまりによる熱盤との熱膨張率の差によるクラ
ックが発生する。なお、タルク単体、又はタルクとアル
ミナの配合割合を変化させても性能に影響がないことを
確認した。又、アルミナに代えてマグネシアを用いたり
、鱗片状結晶構造を持つタルクに代え、同一結晶構造を
持つ蝋石、カオリナイト、ナクライト、デフカイト、ハ
ロイサイト等の材料を用いても同様な結果が得られた。
第４図は従来のシリカ、タルク、マグネシア等を混合し
た絶縁材料Ｂと本実施例の絶縁材料Ａをそれぞれ用いた
埋込型ヒータを通電テスト後、温度４０゜Ｃ、湿度９０
％中において、絶縁性１能を比較したものである。本実
施例の絶縁材料を用いた埋込型ヒータは、クラックが発
生しない為、高温高湿中においてもほとんど絶縁劣化の
ないものとなる。

なお、第５図は鱗片状結晶構造を持つタルクと金属酸化
物アルミナの混合粉末に対し６重量％の雲母を混合した
絶縁粉末に９重量％の樹脂分となるように添加されたシ
リコーンワニスとを有し、溝２に充填後、１００ｋ９／
ｃ透の圧力てブレスし３８０゜Ｃ）５時間の焼成を行な
つた絶縁材料の断面電子顕微鏡写真で フある。以上の
説明から明らかなように本発明によれば、鱗片状結晶構
造を有する材料を含む絶縁粉末に対し、１〜川重量％の
強度のある層状構造を持つ雲母粉末を混合し、これに対
し３〜１５重量％のシリコーン樹脂を含有させるように
したもので、層状構造を持つ雲母が粉末にすることによ
り扁平な形状となるため、この雲母粉末を絶縁粉末中に
混合してブレス成形を行うと、雲母粉末が層状に位置し
て、その周囲が複数の絶縁粉末粒子と接した状態でシリ
コーン樹脂により結合されることになり、その結果、絶
縁粉末に対して熱膨張による引張り荷重が加わり、絶縁
粉末粒子間を分離しようとする力が働いても、この粒子
間には層状に雲母粉末が介在しており、この雲母粉末を
破断させるに要する力はシリコーン樹脂で結合された粒
子間を分離する力よりはるかに大であり、この雲母粉末
が補強材としての働きを行い、随所に存在するため、絶
縁粉末へのクラックや欠落の発生がなく、さらに通電テ
ストを行つても絶縁粉末へのクラックが発生しないため
、断線の発生もなく、絶縁性能も向上した電熱線埋込用
の絶縁材料を提供することができるものである。なお、
本発明の絶縁材料をシーズヒータに用いてもクラック発
生を防止てきるなど同等の効果を奏することは言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す埋込型ヒータの断面図
、第２図は同埋込型ヒータの絶縁材料の模式図、第３図
は同埋込型ヒータ要部断面拡大模式図、第４図は同埋込
型ヒータおよび従来の埋込型ヒータの絶縁抵抗の時間特
性図、第５図は本発明の一実施例を示す埋込型ヒータの
絶縁材料の電子顕微鏡写真てある。 ３・・・・・・絶縁材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鱗片状結晶構造を有する材料を含む絶縁粉末に対し
   、１〜１０重量％の強度のある層状構造を持つ雲母粉末
   を混合し、これに対し３〜１５重量％のシリコーン樹脂
   を含有させてなる電熱線埋込用の絶縁材料。