JPS6057662B2 - 発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数個の電気抵抗発熱体を有する発熱体の改
良に関するものであり、特に小型、高密度化をはかると
同時に各電気抵抗発熱体をそれぞれ切換え作動せしめる
ように構成した発熱体を提供しようとするものである。

従来、電気オープン、オープンレンジ等の調理器に使
用されている発熱体はシーズヒータ、あるいはミラクロ
ンヒータ等である。これらの発熱体は調理物に合わせて
温度コントロールが必要である。この温度コントロール
としては電子式のもの、あるいはバイメタル式のものが
あるが、いずれのものも温度コントロールに要するコス
トの比率が非常に高い。その理由は電気抵抗発熱体の本
数が２本〜３本であり、電気抵抗発熱体の切り換え作動
だけでは調理物に合わせた温度設定が困難である。この
場合、電気抵抗発熱体のワット数を減らして本数を増加
すれば、電気抵抗発熱体の切り換え作動だけで調理物に
合わせた温度設定が可能になるが、現在使用されている
シーズヒータがミラクロンヒータでは経済的に割高とな
り、実質的に困難である。 本発明者等は上記の点に着
目し、一本で数種類の電気容量が得られる発熱体の開発
に成功したもので、以下、本発明をその実施例を示す図
面にもとづいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、すなわち電
気伝導体１の表面に電気絶縁層２を被覆形成した棒状絶
縁体３の外周に、電気抵抗体４、４’をコイル状に巻回
した電気抵抗発熱体５、５’を２個設けた場合を示した
のである。そして電気抵抗発熱体５、５’はそれぞれの
一端６、６’を棒状絶縁体３を構成する電気伝導体１と
接続し、かつ他端の電源端子７、７’とし、さらに棒状
絶縁体３の一端に電源端子８を設けて発熱体とした。
なお、電気抵抗発熱体５、５’は電気抵抗体４、４’間
の絶縁距離が充分にとれる場合は、表面に電気絶縁層９
、９’を被覆形成する必要はないが、第１図のように各
電気抵抗体４、４’間が密着巻の場合は電気絶縁層９、
９’は必ず設けなければならない。

また電気抵抗発熱体５、５’の電気抵抗体４、４’の内
径と棒状絶縁体３との空隙は電気抵抗体４、４’の線径
以内が好ましい。さらに電気抵抗発熱体５、５’と棒状
絶縁体３の接続部は第１図のＡで示すように、その部分
だけ電気絶縁層２を除いて溶接あるいはロウ付等の方法
で接続している。この場合、２個の電気抵抗発熱体５，
５″の接続端子６，６″は一体で構成する方が好ましい
。なぜなら、コイル状に巻回した電気抵抗発熱体５，５
″の中間部の電気抵抗体４，４″をのばして接続端子６
，６゛とすることにより、２個の電気抵抗発熱体５，５
゛が構成できる。したがつて２個の電気抵抗発熱体５，
５″の電気容量は必要に応じて設定できる。第２図は発
熱体をコの字型に構成した場合の実施例であり、また第
３図は円型に構成した場合の実施例であり、第３図中１
０は発熱体の保持具である。

次に本発明の発熱体の回路構成の一実施例について第４
図にもとづいて説明する。

この第４図において、一方の電気抵抗発熱体５の電源端
子７は切換えスイッチ１１と接続し、かつ他方の電気抵
抗発熱体５″の電源端子７″は切換えスイッチ１２と接
続する。そして電気伝導体１の一端に設けた電源端子８
を電源スイッチ１３の一端と接続し、かつ電源スイッチ
１３の他端および切換えスイッチ１１，１２の他端を電
源１４と結線している。上記回路構成において、その操
作はまず電源スイッチ１３を閉じ、一方の電気抵抗発熱
体５に通電したい場合は切換えスイッチ１１を閉じる。
この場合、切換えスイッチ１２は開いておく。また他方
の電気抵抗発熱体５″に通電したい場合は切換えスイッ
チ１２は閉じる。この場合、前記切換えスイッチ１１は
開いておく。また両方の電気抵抗発熱体５，５″に通電
したい場合は、切換えスイッチ１１，１２の両方とも閉
じる。このように本発明は一本の発熱体で３種類の電気
容量が容易に得られる。

次に電気抵抗発熱体５，５″の電気絶縁層９，９″の形
成方法について述べる。

この形成方法は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ１系の電気抵抗体４，
４″を溶融ア．ルカリ浴中に浸漬して該電気抵抗体４，
４゛の表面に、水酸化鉄を主体とする皮膜を形成させ、
次いで強酸化性雰囲気中で加熱して水酸化鉄を主体とす
る皮膜を酸化アルミニウムを主体とする皮膜に変化させ
るという方法である。この方法で得ら−れた電気絶縁層
９，９″は皮膜の厚さが薄すぎて電気抵抗体４，４″間
の絶縁は充分とはいえないが実用上は問題はない。また
この他に従来から電気抵抗体４，４″を酸化性雰囲気で
高温に加熱し、かつ表面でアルミニウムを選択的に酸化
させて酸化アルミニウムを主体とする絶縁皮膜を形成さ
せる方法もよく知られており、さらには耐熱ホーロー、
耐熱塗料をコーティングして電気絶縁層を形成する方法
等もあるが、これらの方法も本発明に含まれるものであ
る。

なお、本発明の実施例ではプラズマ溶射により金属酸化
物を絶縁被覆する方法を用いた。

すなわ″ち電気抵抗体４，４″として鉄−クロムーアル
ミ系の電熱線（ＴＩＳ，ＦＣＨ−１）を用いて、棒状絶
縁体３の外周にコイル状に密着巻きし、そして表面を洗
浄した後、弾性限界内において電気抵抗体４，４″をの
ばすとともに、各電気抵抗体４，４″間に空隙を設けて
保持し、さらにその電気抵抗体４，４″を回転させなが
ら、ＳｉＣ＃１００を用いて圧力５ｋ９／ＣＦｌｌでブ
ラスチングにて表面を粗面化する。上記ブラスチングの
方法としては、電気抵抗体４，４″に対してブラストノ
イズを直角方向、あるいは左右４５ての方向にそれぞれ
対向させ、かつ電気抵抗体４，４″平行にブラストノズ
ルを移動させながらブラスチングする。

上記の方法でブラスチングをすると電気抵抗体４，４″
の内外面ともに均一に粗面化することができる。またブ
ラスチングが終了した後は、プラズマ溶射によりイツト
リア安定化によるジルコニア粉末を溶射被覆させた。

前記プラス７溶射の方法はブラスチングと同様に行なつ
たため、電気抵抗体４，４″の内外面ともに均一な溶射
被覆層が形成された。なお、プラズマ溶射の条件は、プ
ラズマダイン社の８０ＫＷ（７）ＳＧ−１００タイプを
使用し、電流：９００Ａ１電圧：４１Ｖ１アークガスに
アルゴン、補助ガスとしてヘリウムを用いた。またこの
プラズマ溶射が終了した後は、電気抵抗体４，４″の回
転を停止して各電気抵抗体４，４″間に空隙を設けて保
持していた状態を解くと、元の密着巻の電気抵抗体４，
４″の状態にもどる。

その理由としては電気抵抗体４，４″の弾性限界内で保
持することと、プラズマ溶射の特徴として高融点の粉末
を半溶融状態にはするが、基材（この場合電気抵抗体）
を熱変形する温度以下にして溶射被覆層を形成すること
ができるようにしているためである。なお、前記ブラス
チングが終了した後、電気抵抗体４，４″の表面を洗浄
すると、溶射被覆層の密着強度はさらに強くなることも
確認できたが、この場合は用途により使い分けが必要で
ある。

次に棒状絶縁体３の実施例としては第５図に示すような
形状について検討した。すなわち、第５図において、ａ
は円柱形状、ｂは管形状、Ｃは二個の穴を有する円柱形
状、ｄは三角形状、ｅは板形状、ｆは四角形状である。
その他、多角形のものでも可能であり、特殊な形状とし
てはｇのようなものでも充分使用に耐える。また棒状絶
縁体３の材質は、電気伝導体であればよく、例えば、鉄
およびその合金、アルミニウムおよびその合金、銅およ
びその合金、ニッケルおよびその合金、チタンおよびそ
の合金、亜鉛およびその合金等の鉄鋼および非鉄金属材
料が用いられる。なお、その他、電気伝導体を有するガ
ラス質のもの、あるいは有機材料であつても良い。これ
らの材料の中から、発熱体の使用目的、使用温度、使用
状態等によつて選択する必要があるが、本発明の実施例
では耐熱性の点からＦｅ−Ｃｒ−Ａ１系の材料を使用し
た。また棒状絶縁体３の電気絶縁層２の形成方法は電気
抵抗体４，４″への電気絶縁層９，９″被覆と同様プラ
ズマ溶射を用いたが、電気絶縁性を有する塗料、耐熱ホ
ーローでも充分な電気絶縁性が得られた。

１０００℃以上の高温使用においてはプラズマ溶射皮膜
が熱衝撃に対しても良く耐えた。

また耐熱塗料は１０００゜Ｃ以下の使用には充分耐える
。そしてまた耐熱ホーローは６００℃以下の使用には適
している。以上のように電気絶縁層の被覆形成は使用条
件によつて使い分けが必要である。

また電気絶縁被覆層の厚みは５μ以上あれば電気絶縁性
は保持できるが、被覆層の厚みが厚すぎると熱衝撃に対
して被覆層に亀裂が発生しやすくなるため好ましくは５
〜５００μ以内にすべきである。

前記棒状絶縁体３と電気抵抗発熱体５，５″との接続は
溶接、ネジ止め、ロウ付、カシメ等の方法を検討した結
果、いずれの方法でも可能であつたが、用途により使い
分ける必要がある。

また電気絶縁被覆層の最も大きな特徴はその多孔質層に
ある。

すなわち、基材と酸化物層を密着し、かつ高温で過酷な
熱サイクルに耐え得るようにするために、酸化物層を多
孔質体とすることによつて熱膨張係数の極端な相違の緩
衝作用をさせている所にある。したがつて過酷な熱サイ
クル試験においても剥離することなく電気絶縁層として
の効果を発揮することができる。また酸化物層の下地処
理用としての合金層の形成も効果的である。

すなわち前述したように基材と酸化物層の極端な熱膨張
係数の差のために密着強度に問題がある時には〔これは
使用温度、使用状態等によつて各々決定される〕、基材
と熱膨張係数が比較的類似した合金粉末を酸化物層の下
地に溶射被覆してその上に酸化物層を溶射させるもので
、そのようにすると基材と下地処理用の合金層の熱膨張
係数が類似するために密着強度が強くなり、かつ金属層
の表面積が拡大するため、金属層と酸化物層との密着強
度は増大し、かつ熱サイクル強度も増大する。この場合
、金属層の表面積が拡大するため、若干酸化増量（度合
）が増加する傾向にあり、用途により使い分けが必要で
ある。ところがこの場合においても、金属外部層には必
ず酸化物層で電気絶縁層を設けなければ本発明の効果は
発揮し得ないものである。

この場合に用いる粉体としては基材に近い粉体が好まし
く、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ，Ｎｉ−Ｃ樗の合金が良好な結果
が得られた。なお、本発明の実施例て適用される電気絶
縁性を有する酸化物層としては、高温で安定し、かつ・
溶射に使用される粉体であれば電気絶縁層として効果が
あることも確認した。

また高温で導電性を有する酸化物も一部にはあるが、金
属発熱体の導電率から比較して少なく無視できる値であ
り、実際には問題なく効果を発揮した。すなわち本発明
・の実施例で実施したイツトリア安定化によるジルコニ
アも高温で導電性を生ずる酸化物であるが、何ら問題は
なかつた。電気絶縁性を有する酸化物層として適用でき
る酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＳｌＯ２，
、Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，）八０３
Ｌ１２０，Ｃｒ２０３，Ｚｒ０２，Ｍｇ０，Ｂｅ０，Ｎ
ｉ０，′１１１０２，Ｈｆ０２Ｌａ２０３，Ｃｅ０２等
の金属酸化物もしくはスピネル型構造を有する複酸化物
よりなる材料、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４，ＦｅＡｌ２Ｏ４
，ＣＯＡｌ２Ｏ４，ＺｎＡ］２０４，ＭｇＣｒ２０４等
の群から一部もしくはそれ以上選択したものを含有した
材料が良かつた。以上のように本発明によれば、次のよ
うな種々のすぐれた特長を有する。（１）１本の発熱体
で数種類の電気容量が得られる。

（２）発熱体の電源端子を一方向に集中できる。

（３）小型、高容量にできる。（４）同一電気容量で発
熱体の発熱温度を従来の発熱体に比べて高くできる。

（５）電気抵抗体の径が限定されない。

（６）断線不良、耐電圧不良、絶縁抵抗不良も大巾に改
善できる。

（７）製造コストが安い。

（８）応用製品の小型化、高温化、ならびに発熱体の温
度制御の簡素化等製品の付加価値を大巾に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明の発熱体の各実施例を
示す断面図、第４図は本発明の発熱体の回路構成図、第
５図Ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇは棒状絶縁体の各種形
状を示す断面図である。 １・・・・・・電気伝導体、２・・・・・・電気絶縁層
、３・・・・棒状絶縁体、４，４″・・・・・電気抵抗
体、５，５″・・・・・電気抵抗発熱体、９，９Ｚ・・
・・電気絶縁層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気伝導体の表面に電気絶縁層を被覆形成した絶縁
   体と、この絶縁体に電気抵抗体を巻回し、かつ表面に電
   気絶縁層を被覆形成した複数個の電気抵抗発熱体とを有
   し、前記電気抵抗発熱体のそれぞれの一端を電気伝導体
   の一部分と電気的に接続して各電気抵抗発熱体をそれぞ
   れ切換え作動せしめるように構成したことを特徴とする
   発熱体。