JPS6259430B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6259430B2
JPS6259430B2 JP60101847A JP10184785A JPS6259430B2 JP S6259430 B2 JPS6259430 B2 JP S6259430B2 JP 60101847 A JP60101847 A JP 60101847A JP 10184785 A JP10184785 A JP 10184785A JP S6259430 B2 JPS6259430 B2 JP S6259430B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hollow layer
heating element
hollow
adhesion
glass frit
Prior art date
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Expired
Application number
JP60101847A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61259481A (ja
Inventor
Masaki Ikeda
Atsushi Nishino
Yoshihiro Watanabe
Masahiro Hiraga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP60101847A priority Critical patent/JPS61259481A/ja
Publication of JPS61259481A publication Critical patent/JPS61259481A/ja
Publication of JPS6259430B2 publication Critical patent/JPS6259430B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/262Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an insulated metal plate

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は、電気エネルギーを熱源とした各種暖
房機器や調理機器に用いられる面状発熱体に関す
るものである。 従来の技術 従来、面状発熱体として樹脂フイルムで金属発
熱素子を挟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、200℃以上では使
用できない。 そこで、特開昭57−109419号公報に示されるよ
うな、ホーロ用金属基板に、絶縁性ホーロ層を形
成した後、さらにホーロ層中に薄状の電気発熱素
子を一体に埋設した発熱体が提案されている。 この発熱体の構成を第2図イ,ロに示す。1は
金属基板で、その表面に絶縁性ホーロ層6が被覆
してある。4は面状発熱素子であり、この素子4
をホーロ層6の表面におき、その上からホーロ層
5を形成するスリツプを塗布し、焼成してホーロ
層5を形成し、こうしてホーロ層5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。 あるいは第2図ロに示すような、絶縁性ホーロ
層6の上に、金属発熱素子4を被覆するホーロ層
5の膨張率整合性を考慮した中間ホーロ層7を形
成した後、発熱素子4をホーロ層5によつて被覆
し、一体化された発熱体が得られていた。両者と
も、発熱体素子との膨張率整合性のためホーロ層
5および中間ホーロ層7は一般ホーロが用いられ
ている。この発熱体は電気絶縁性に比較的優れて
いるので、150〜400℃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。 発明が解決しようとする問題点 従来の面状発熱体の最大のポイントは絶縁性ホ
ーロ層6を構成するガラスフリツトの選択にあ
る。第3図に示すように、ホーロ層の絶縁抵抗は
使用する温度あるいはガラスフリツト中のアルカ
リ成分(Na2O、K2O、Li2O)量によつて変化す
る。すなわち、使用する温度が高いほど、あるい
はフリツト中のアルカリ成分が多いほど、絶縁抵
抗は劣化する。面状発熱体の絶縁抵抗は電気用品
規格から使用時1MΩ以上と規定されている。 面状発熱体の絶縁抵抗は次式によつて表わされ
る。 R=ρt×d/A ここでRは面状発熱体の絶縁抵抗、ρtはt℃
におけるホーロ層の体積固有抵抗、Aは発熱体素
子の面積、dはホーロ層の膜厚を示す。 ここで、ホーロ層の膜厚はホーロ密着性の観点
から決定されるもので、たかだか100〜300μm程
度である。この点から面状発熱体の絶縁抵抗を向
上させるためには体積固有抵抗のすぐれたガラス
フリツトで絶縁ホーロ層を構成する必要があり、
ガラスフリツトの選択が重要となつてくる。前述
の電気用品規格1MΩ以上をクリアするために、
面状発熱体が使用される温度、発熱素子の面積に
よつても異なるが、絶縁ホーロ層に用いられるガ
ラスフリツトは通常アルカリ成分量が5%以下の
ものである。(一般ホーロフリツトは15〜30%)
前述のような低アルカリガラスフリツトからなる
絶縁性ホーロ層を金属基材に直接形成する従来の
面状発熱体の構成では、機械的密着性、熱衝撃
性、耐熱性に問題があつた。 機械的密着性、熱的密着性の向上させる要因の
一つとして、ガラスフリツトの金属基材への濡れ
性がある。すなわちホーロはガラスと金属の異種
物質の接合であるので、ガラスが流動して、その
濡れ角が小さくなれば、それだけ金属との接触面
積も大きくなり、密着性が向上する。しかしなが
ら、従来用いられている高絶縁性ガラスフリツト
は前述のように、アルカリ成分が少なく、それだ
けガラスの流動性も悪く、金属基材との濡れ角も
大きくなり、従来のような構成では、機械的密着
性、あるいは熱的密着性も悪く、用途、使用され
る環境、温度に限界があつた。 問題点を解決するための手段 金属基板に形成した第1のホーロ層上に、少な
くとも第1のホーロ層よりも絶縁性にすぐれた第
2のホーロ層を形成し、さらに薄状の電気発熱素
子を第3のホーロ層によつて被覆した。 作 用 前記、構成により、密着性、熱衝撃性、耐熱性
が向上し、用途、使用温度域等が拡大する。 実施例 第1図は本発明の面状発熱体の基本構成の代表
例を示す。1は金属基板で、その両面もしくは片
面に第1のホーロ層2を形成している。3は絶縁
ホーロ層である第2のホーロ層であり、第1のホ
ーロ層2上の少なくとも発熱素子4側に形成して
ある。発熱素子4は第2のホーロ層3の表面に設
置し、さらに第3のホーロ層5で被覆することに
より、発熱素子4をホーロ層で挟持した構造にな
つている。以下各構成要素について説明する。 (1) 金属基板1 金属基板1を構成する金属基材にはアルミニ
ウム、アルミダイキヤスト、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、その選択にあつては使
用条件、使用温度、基材の形状、加工性により
決定され、必要に応じて前処理が行われる。以
後の説明にはホーロ用鋼板を中心に述べる。 (2) 発熱素子4 本発明に適用できる電気発熱素子は基本的に
は、箔状として薄帯状あるいはラス網状のもの
であり、その厚みは10〜100μmが適当であ
り、好ましくは30〜100μmである。 金属の薄帯化は通常の冷間圧延、熱間圧延に
よる方法のほかに、超急冷法による薄帯化す
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、ラス網加工法が適している。第4図にパタ
ーン形成した発熱素子4の一例を示す。 発熱素子4の材料としては、Ni−Cr、Ni−
Cr−Al、Fe−Ni、Fe−Ni−Cr、ステンレス鋼
などの各種電気発熱材を用いることができる。 (3) ホーロ層 本発明の面状発熱体の第1のホーロ層2の目
的は主として、電気的特性と密着性にある。し
かしながら両者は相反する関係にある。電気的
特性は第3図に示した通り、ホーロ層を構成す
るガラスフリツト中のアルカリ成分(Na2O、
K2O、Li2O)が少ないほど、すぐれている。 しかしながら、密着性は第1表に示すように
アルカリ成分が多いほど、好結果を示す。ここ
で密着試験はPEI密着試験法で行つた結果であ
る。
【表】 すなわち、第2図に示すような従来の構成で
は、高絶縁性のガラスフリツトを用いれば用い
るほど密着性が悪くなる。密着性が悪いと、高
温で使用する場合、当然熱サイクルを受け、そ
の時剥離する。そこで本発明者らは、第1図に
示すような構成例、すなわち、高絶縁性のホー
ロ層を第2のホーロ層3に、金属基板1と接合
する第1のホーロ層に用いるガラスフリツトの
アルカリ成分量を第2のホーロ層に用いるガラ
スフリツトのそれよりも多くすることにより、
密着性を向上させることに成功した。 次に具体的な実施例について述べる。 第1図に示した構成の本発明品と比較のため、
第2図に示した従来例のサンプルを試作した。 金属基板は200mm×200mm×0.8mmのホーロ用鋼
板を用いて、酸洗、Ni処理を行つた後、第1ホ
ーロ層、第2ホーロ層の形成を行つた。 第1ホーロ層および第2ホーロ層に用いられる
ガラスフリツトは第2表に示すようなホウケイ酸
系フリツトをベースとして、フリツト中のアルカ
リ成分(Na2O、K2O、Li2O)をアルカリ土類金
属(CaO、BaO、MgO)に置換することによ
り、アルカリ成分を0.1〜27wt%に種々変化させ
たガラスフリツトを合成した。 このガラスフリツトをまず100メツシユアンダ
ーに乾式粉砕し、第3表のミル組成配合し、ボ
【表】
【表】
【表】 ールミルで1hr湿式粉砕混合して、所望のスリツ
プを得た。このスリツプを前述の基材上に約150
μmになるようにスプレー塗布を行い、乾燥800
〜900℃焼成を行つて第1ホーロ層を形成した。
(フリツト組成によつて、焼成温度は異なる。)さ
らに、この第1ホーロ層上に、同じような工程で
調整したスリツプを塗布し、乾燥、焼成を行つて
第2ホーロ層を形成した。さらに、このホーロ層
上に第4図に示したパターンのSUS430発熱素子
(厚さ60μm)を設置し、その上から、チタン乳
濁フリツトのスリツプをスプレー塗布して、乾
燥、焼成を行つてサンプルとした。 これらのサンプルの各種試験結果を第4表に示
した。 第4表イ欄の初期特性は絶縁抵抗計で絶縁抵抗
値を記したもので、冷時は20℃の時の値であり、
熱時は上記サンプルを15分間100V印加後、スイ
ツチを切つた直後の値である。(この時表面温度
は約400℃である。) 第4表ロ欄はサンプルの中央部に約200gの鋼
球を所定の高さより落下させ、その時の外観状態
ならびに、冷時絶縁抵抗を示したものである。
【表】
【表】 第4表ハ欄は、100V印加したサンプルの中央
部に、10c.c.の水を10回くり返し、かけて、その時
の外観状態と冷時絶縁抵抗の値を測定した結果で
ある。 第4表ニ欄は、15分通電−15分オフを1サイク
ルとして、1000サイクル後の外観状態と冷時絶縁
抵抗の値を測定した結果を示したものである。 第4表の結果から明らかなように、 (1) 本発明の構成では、理由は定かでないが、熱
時の絶縁抵抗は従来例よりも向上する。 (2) 本発明品は密着性にすぐれているため、機械
的衝撃に強く、従来問題であつた、衝撃後の電
気特性の劣化も見られない。 (3) 本発明品は、熱衝撃性に強く、従来のような
電気特性の劣化が見られない。 (4) 本発明品は、耐熱性にすぐれ、熱サイクルを
受けても、発熱体の露出あるいは、電気特性の
劣化が、全く見られない。 さらに、本発明者らの検討では、第2ホーロ層
3を全面に形成する必要はなく、第1図ロに示し
たように、電気発熱素子の投影部分よりも、少な
くとも大きくしてやれば、電気特性が得られるこ
とが判明した。 この第2ホーロ層3の形成方法としては、通常
のスプレー法、デイツプ法、粉末静電法、スクリ
ーン印刷法、転写紙法が適用できる。 発明の効果 以上のように、本発明によれば、電気的特性に
すぐれた層を第2ホーロ層にすることにより、電
気的特性、機械的衝撃性、熱衝撃性、耐熱性が向
上し、実使用温度域、用途拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図イ〜ハは本発明一実施例の構成を示す断
面図、第2図イ,ロは従来の構成を示す断面図、
第3図はホーロフリツト中のアルカリ成分量と体
積固有抵抗の関係を示す図、第4図は本発明に用
いられる電気発熱体の代表的パターンを示す上面
図である。 1……金属基板、2……第1のホーロ層、3…
…第2のホーロ層、4……発熱素子、5……第3
のホーロ層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1のホーロ層を形成した金属基板と、前記
    第1のホーロ層上に設けられるとともに、前記第
    1ホーロ層よりも絶縁性にすぐれた第2のホーロ
    層と、この第2のホーロ層上に設けられるととも
    に、箔状の電気発熱素子を被覆した第3のホーロ
    層とからなる面状発熱体。 2 第2のホーロ層が電気発熱素子の投影部分よ
    りも大である特許請求の範囲第1項記載の面状発
    熱体。
JP60101847A 1985-05-14 1985-05-14 面状発熱体 Granted JPS61259481A (ja)

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JP60101847A JPS61259481A (ja) 1985-05-14 1985-05-14 面状発熱体

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JP60101847A JPS61259481A (ja) 1985-05-14 1985-05-14 面状発熱体

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JPS61259481A JPS61259481A (ja) 1986-11-17
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