面状発熱体
【課題】簡易な構成で、熱効率、信頼性及び保守性に優れた面状発熱体を提供する。
【解決手段】発熱体１と、コーティング層３を介して該発熱体１を挟み込む加熱板２とを有する面状発熱体１０において、前記コーティング層３は、前記加熱板の厚み方向のうち前記発熱体に対向する該加熱板のそれぞれの面に、窒化珪素又はアルミナを含むセラミックス材料で形成され、かつ、該コーティング層３に、線状又は箔状の該発熱体１を収容するための溝部４が形成されることを特徴とする。
【解決手段】発熱体１と、コーティング層３を介して該発熱体１を挟み込む加熱板２とを有する面状発熱体１０において、前記コーティング層３は、前記加熱板の厚み方向のうち前記発熱体に対向する該加熱板のそれぞれの面に、窒化珪素又はアルミナを含むセラミックス材料で形成され、かつ、該コーティング層３に、線状又は箔状の該発熱体１を収容するための溝部４が形成されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層を有する加熱板で発熱体を挟み込んだ面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用製品の加工等に用いられる面状発熱体は、所謂マイカヒーターに代表されるように、線や箔状に成形された金属の発熱体をマイカ（雲母）板で挟み込み、加圧や接着等の加工工程を経て絶縁処理を施し、さらに、加熱板である金属板等を挟みこんで作製されている。マイカ板の代わりにシリコンゴムやフッ素樹脂シートを使用したものもある。この平面ヒーターは、主として加熱板である金属板等に挟まれ、面状発熱体として広く使用されている。
【０００３】
図３は、従来の面状発熱体の側断面図である。図４は、従来の面状発熱体の構成を示す側断面図である。従来の面状発熱体２０は、金属等の発熱体２１をマイカ板２２で挟み込んだ平面ヒーター２３と、この平面ヒーター２３の両面を挟み込む加熱板２４とから構成される。
【０００４】
特許文献１では、金属発熱体素子に窒化アルミ等のセラミックスに無機接着剤を添加した結合剤を塗布して熱拡散層を形成し、これをマイカ等の無機絶縁体の間に重層し、加熱加圧して一体化した平面発熱体が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８３２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、面状発熱体を連続使用する条件下において、発熱体を挟み込む絶縁体のうち、耐熱は樹脂やゴムでは１５０℃程度、マイカ板でも３００℃程度が限度であるため、より高温での連続使用という要求に対応できなかった。また、上記従来技術のような構成では、発熱体が断線したときに交換等の修理のために、図２に示すような平面ヒーターを予備として常に用意する必要があった。また、特許文献１の技術では、無機接着剤にシリコンを使用しているため、シロキ酸が発生して接点不良等を起こすことがあった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、簡易な構成で、熱効率、信頼性及び保守性に優れた面状発熱体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下のことを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、発熱体と、絶縁層を介して該発熱体を介して挟み込む加熱板とを有する面状発熱体において、前記絶縁層が前記加熱板の厚み方向のうち前記発熱体に対向する該加熱板のそれぞれの面に形成され、かつ、該絶縁層に前記発熱体を収容するための溝部が形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記面状発熱体において、前記絶縁層が窒化珪素又はアルミナを含有するセラミックス材料を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記面状発熱体において、前記絶縁層が耐熱樹脂を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加熱板にセラミックス等の絶縁性を有するコーティング層を形成し、このコーティング層と発熱体とを分離した構成にすることにより、簡易な構成で、熱効率及び信頼性に優れた面状発熱体を提供する。
【００１２】
さらに、発熱体が断線等で故障した場合は、従来のように絶縁層及び発熱体を交換することなく、発熱体のみを交換することができるので、保守が容易で保守コストを低くすることができる。
【００１３】
さらに、絶縁層に溝部を設けることにより、製造工程における発熱体の位置決めが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態になる面状発熱体を示す側断面図である。図２は、面状発熱体の構成を示す側断面図である。面状発熱体１０は、発熱体１と、発熱体１を両面から挟み込む加熱板２と、加熱板の厚み方向のうち発熱体１に対向する加熱板のそれぞれの面に成膜されたコーティング層３とを有する。
【００１６】
発熱体１は、ニッケルクロム、鉄クロム等の抵抗率の高い耐熱性の金属発熱体を用い、所望の抵抗値を有する線状又は箔状の形状に形成される。
【００１７】
加熱板２は、発熱体１で発せられた熱を被加熱物へと伝達できるものであれば特に制限されるものではないが、耐熱性があり、表面が平面形状であることが好ましい。
【００１８】
具体的には、加熱板２は、アルミ板、ステンレス板、銅板等の金属板を用いる。低膨張ガラス板、結晶化ガラス板、アルミナ板、窒化珪素板等のセラミック板を用いてもよいが、セラミック板は、一般に、絶縁物であるので、絶縁材料を配置する必要はないという長所はあるが、伝熱性が金属板より劣り熱効率が劣る。
【００１９】
金属板は、伝熱性が良好ではあるが導電性があるので、使用にあたっては、発熱体１と加熱板２との間に、図２に示すコーティング層３なる絶縁層を形成する必要がある。従来は、図４に示す発熱体１１とマイカ板２２等の絶縁体を一体にした平面ヒーター２３を用いていた。しかしながら、上述したように、マイカ板２２等の絶縁体は熱効率や保守性が劣っていた。そこで、本発明では、加熱板２にコーティング層３を形成して、加熱板２と発熱体１との間の絶縁性を確保した。
【００２０】
コーティング層３は、加熱板２である金属板の厚み方向のうち発熱体１に対向する面に、セラミック材料を溶射して形成される。本実施の形態では、２枚の加熱板２が発熱体１を挟み込んでいる。従って、２枚の加熱板２の発熱体１に対向するそれぞれの面にコーティング層３が形成される。コーティング層３の溶射には、プラズマ溶射又はガス溶射が好適に用いられる。セラミック材料は、絶縁性を有し、高温で過酷な条件で使用される高温構造材料として、窒化珪素、アルミナ等が好適に用いられる。セラミックス材料の代わりに、耐熱樹脂を用いてもよい。耐熱樹脂でコーティング層３を形成する場合は、樹脂を加熱板２に吹き付けて焼成する。例えば、耐熱樹脂としてはテフロン（登録商標）がある。但し、耐熱樹脂は、コスト的にはセラミックス材料よりは優位にあるが、耐熱性においてセラミックス材料よりも劣るので、面状発熱体１０の使用形態に応じて用いるようにする。即ち、面状発熱体１０が高温仕様ならばセラミックス材料を用い、低温仕様なら耐熱樹脂を用いるようにすればよい。
【００２１】
溶射以外には、他にＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)及びゾル−ゲル法等を用いてもよい。
【００２２】
コーティング層３の厚さは、例えばセラミックス材料を用いた場合は、交流２００ボルトという条件下おいて２００μｍ程度あればよく、発熱体１と加熱板２との間の電気的な絶縁性が確保できればよい。耐熱樹脂を用いた場合は、セラミックス材料を用いた場合に比べ、コーティング層３を緻密にできるためより薄くできる。
【００２３】
次に、コーティング層３を有する加熱板２で発熱体１を挟み込むときに、発熱体１に応力や拘束力がかからないように発熱体１の形状に合わせて、コーティング層３に溝等の加工を施す必要がある。線状又は箔状のいずれにしても発熱体１は厚みを有するため、この厚みをコーティング層３内で収容するためである。
【００２４】
具体的には、以下のように処理を行って溝部４を形成する。
まず、加熱板２を機械加工時にエンドミル等の工具で発熱体形状に合わせた溝を形成する。加熱板２に形成する溝の寸法は、後にコーティング層３を形成することを考慮して、幅及び深さ共に大きめの寸法とする。この後、溝の形状を有する加熱板２に、上述の溶射等でセラミックス材料又は耐熱樹脂でコーティング層３を形成すると溝部４を有するコーティング層３が形成される。溝部４を有するコーティング層３は、２枚の加熱板２のうちいずれか一方の加熱板２に形成しても良いし、双方の加熱板２に形成しても良い。図２では一方の加熱板２のコーティング層３に溝部４を形成している。
【００２５】
発熱体１の形状に応じた溝部４を形成したコーティング層３を有する加熱板２で発熱体１を両面より挟み込み、ねじ等で止めることにより、本願発明の一実施形態になる面状発熱体１０が作製される。
【００２６】
以上により、従来のマイカを用いた断熱材の積層を省略することができるため、発熱体１の熱を効率よく加熱板２に伝えることができる。このため、発熱体１の温度を従来のものより低く設定できるので発熱体１の寿命を長くすることができる。
【００２７】
さらに、発熱体１が断線等により破損した場合は、発熱体１のみを交換すればよいため保守が容易になる。
【００２８】
さらに、絶縁層に溝部４を設けることにより、製造工程における発熱体の位置決めが容易になる。
【００２９】
さらに、セラミックス材料は１５００℃程度の耐熱性を有するので、コーティング層３にセラミックス材料を用いた場合は、発熱体１が金属からなるときは絶縁破壊に対する耐性が従来のマイカに比べて増加する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態になる面状発熱体の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態になる面状発熱体の側断面図である。
【図３】従来の面状発熱体の構成を示す側断面図である。
【図４】従来の面状発熱体の側断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 発熱体
２ 加熱板
３ コーティング層
４ 溝部
１０ 面状発熱体
２１ 発熱体
２２ マイカ
２３ 平面ヒーター
２４ 加熱板
２０ 面状発熱体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層を有する加熱板で発熱体を挟み込んだ面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用製品の加工等に用いられる面状発熱体は、所謂マイカヒーターに代表されるように、線や箔状に成形された金属の発熱体をマイカ（雲母）板で挟み込み、加圧や接着等の加工工程を経て絶縁処理を施し、さらに、加熱板である金属板等を挟みこんで作製されている。マイカ板の代わりにシリコンゴムやフッ素樹脂シートを使用したものもある。この平面ヒーターは、主として加熱板である金属板等に挟まれ、面状発熱体として広く使用されている。
【０００３】
図３は、従来の面状発熱体の側断面図である。図４は、従来の面状発熱体の構成を示す側断面図である。従来の面状発熱体２０は、金属等の発熱体２１をマイカ板２２で挟み込んだ平面ヒーター２３と、この平面ヒーター２３の両面を挟み込む加熱板２４とから構成される。
【０００４】
特許文献１では、金属発熱体素子に窒化アルミ等のセラミックスに無機接着剤を添加した結合剤を塗布して熱拡散層を形成し、これをマイカ等の無機絶縁体の間に重層し、加熱加圧して一体化した平面発熱体が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８３２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、面状発熱体を連続使用する条件下において、発熱体を挟み込む絶縁体のうち、耐熱は樹脂やゴムでは１５０℃程度、マイカ板でも３００℃程度が限度であるため、より高温での連続使用という要求に対応できなかった。また、上記従来技術のような構成では、発熱体が断線したときに交換等の修理のために、図２に示すような平面ヒーターを予備として常に用意する必要があった。また、特許文献１の技術では、無機接着剤にシリコンを使用しているため、シロキ酸が発生して接点不良等を起こすことがあった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、簡易な構成で、熱効率、信頼性及び保守性に優れた面状発熱体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下のことを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、発熱体と、絶縁層を介して該発熱体を介して挟み込む加熱板とを有する面状発熱体において、前記絶縁層が前記加熱板の厚み方向のうち前記発熱体に対向する該加熱板のそれぞれの面に形成され、かつ、該絶縁層に前記発熱体を収容するための溝部が形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記面状発熱体において、前記絶縁層が窒化珪素又はアルミナを含有するセラミックス材料を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記面状発熱体において、前記絶縁層が耐熱樹脂を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加熱板にセラミックス等の絶縁性を有するコーティング層を形成し、このコーティング層と発熱体とを分離した構成にすることにより、簡易な構成で、熱効率及び信頼性に優れた面状発熱体を提供する。
【００１２】
さらに、発熱体が断線等で故障した場合は、従来のように絶縁層及び発熱体を交換することなく、発熱体のみを交換することができるので、保守が容易で保守コストを低くすることができる。
【００１３】
さらに、絶縁層に溝部を設けることにより、製造工程における発熱体の位置決めが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態になる面状発熱体を示す側断面図である。図２は、面状発熱体の構成を示す側断面図である。面状発熱体１０は、発熱体１と、発熱体１を両面から挟み込む加熱板２と、加熱板の厚み方向のうち発熱体１に対向する加熱板のそれぞれの面に成膜されたコーティング層３とを有する。
【００１６】
発熱体１は、ニッケルクロム、鉄クロム等の抵抗率の高い耐熱性の金属発熱体を用い、所望の抵抗値を有する線状又は箔状の形状に形成される。
【００１７】
加熱板２は、発熱体１で発せられた熱を被加熱物へと伝達できるものであれば特に制限されるものではないが、耐熱性があり、表面が平面形状であることが好ましい。
【００１８】
具体的には、加熱板２は、アルミ板、ステンレス板、銅板等の金属板を用いる。低膨張ガラス板、結晶化ガラス板、アルミナ板、窒化珪素板等のセラミック板を用いてもよいが、セラミック板は、一般に、絶縁物であるので、絶縁材料を配置する必要はないという長所はあるが、伝熱性が金属板より劣り熱効率が劣る。
【００１９】
金属板は、伝熱性が良好ではあるが導電性があるので、使用にあたっては、発熱体１と加熱板２との間に、図２に示すコーティング層３なる絶縁層を形成する必要がある。従来は、図４に示す発熱体１１とマイカ板２２等の絶縁体を一体にした平面ヒーター２３を用いていた。しかしながら、上述したように、マイカ板２２等の絶縁体は熱効率や保守性が劣っていた。そこで、本発明では、加熱板２にコーティング層３を形成して、加熱板２と発熱体１との間の絶縁性を確保した。
【００２０】
コーティング層３は、加熱板２である金属板の厚み方向のうち発熱体１に対向する面に、セラミック材料を溶射して形成される。本実施の形態では、２枚の加熱板２が発熱体１を挟み込んでいる。従って、２枚の加熱板２の発熱体１に対向するそれぞれの面にコーティング層３が形成される。コーティング層３の溶射には、プラズマ溶射又はガス溶射が好適に用いられる。セラミック材料は、絶縁性を有し、高温で過酷な条件で使用される高温構造材料として、窒化珪素、アルミナ等が好適に用いられる。セラミックス材料の代わりに、耐熱樹脂を用いてもよい。耐熱樹脂でコーティング層３を形成する場合は、樹脂を加熱板２に吹き付けて焼成する。例えば、耐熱樹脂としてはテフロン（登録商標）がある。但し、耐熱樹脂は、コスト的にはセラミックス材料よりは優位にあるが、耐熱性においてセラミックス材料よりも劣るので、面状発熱体１０の使用形態に応じて用いるようにする。即ち、面状発熱体１０が高温仕様ならばセラミックス材料を用い、低温仕様なら耐熱樹脂を用いるようにすればよい。
【００２１】
溶射以外には、他にＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)及びゾル−ゲル法等を用いてもよい。
【００２２】
コーティング層３の厚さは、例えばセラミックス材料を用いた場合は、交流２００ボルトという条件下おいて２００μｍ程度あればよく、発熱体１と加熱板２との間の電気的な絶縁性が確保できればよい。耐熱樹脂を用いた場合は、セラミックス材料を用いた場合に比べ、コーティング層３を緻密にできるためより薄くできる。
【００２３】
次に、コーティング層３を有する加熱板２で発熱体１を挟み込むときに、発熱体１に応力や拘束力がかからないように発熱体１の形状に合わせて、コーティング層３に溝等の加工を施す必要がある。線状又は箔状のいずれにしても発熱体１は厚みを有するため、この厚みをコーティング層３内で収容するためである。
【００２４】
具体的には、以下のように処理を行って溝部４を形成する。
まず、加熱板２を機械加工時にエンドミル等の工具で発熱体形状に合わせた溝を形成する。加熱板２に形成する溝の寸法は、後にコーティング層３を形成することを考慮して、幅及び深さ共に大きめの寸法とする。この後、溝の形状を有する加熱板２に、上述の溶射等でセラミックス材料又は耐熱樹脂でコーティング層３を形成すると溝部４を有するコーティング層３が形成される。溝部４を有するコーティング層３は、２枚の加熱板２のうちいずれか一方の加熱板２に形成しても良いし、双方の加熱板２に形成しても良い。図２では一方の加熱板２のコーティング層３に溝部４を形成している。
【００２５】
発熱体１の形状に応じた溝部４を形成したコーティング層３を有する加熱板２で発熱体１を両面より挟み込み、ねじ等で止めることにより、本願発明の一実施形態になる面状発熱体１０が作製される。
【００２６】
以上により、従来のマイカを用いた断熱材の積層を省略することができるため、発熱体１の熱を効率よく加熱板２に伝えることができる。このため、発熱体１の温度を従来のものより低く設定できるので発熱体１の寿命を長くすることができる。
【００２７】
さらに、発熱体１が断線等により破損した場合は、発熱体１のみを交換すればよいため保守が容易になる。
【００２８】
さらに、絶縁層に溝部４を設けることにより、製造工程における発熱体の位置決めが容易になる。
【００２９】
さらに、セラミックス材料は１５００℃程度の耐熱性を有するので、コーティング層３にセラミックス材料を用いた場合は、発熱体１が金属からなるときは絶縁破壊に対する耐性が従来のマイカに比べて増加する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態になる面状発熱体の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態になる面状発熱体の側断面図である。
【図３】従来の面状発熱体の構成を示す側断面図である。
【図４】従来の面状発熱体の側断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 発熱体
２ 加熱板
３ コーティング層
４ 溝部
１０ 面状発熱体
２１ 発熱体
２２ マイカ
２３ 平面ヒーター
２４ 加熱板
２０ 面状発熱体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、絶縁層を介して該発熱体を挟み込む加熱板とを有する面状発熱体において、
前記絶縁層は、前記加熱板の厚み方向のうち前記発熱体に対向する該加熱板のそれぞれの面に形成され、かつ、
該絶縁層に該発熱体を収容するための溝部が形成される
ことを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
請求項１に記載の面状発熱体において、
前記絶縁層は、窒化珪素又はアルミナを含有するセラミックス材料を含む
ことを特徴とする面状発熱体。
【請求項３】
請求項１に記載の面状発熱体において、
前記絶縁層は、耐熱樹脂を含む
ことを特徴とする面状発熱体。
【請求項１】
発熱体と、絶縁層を介して該発熱体を挟み込む加熱板とを有する面状発熱体において、
前記絶縁層は、前記加熱板の厚み方向のうち前記発熱体に対向する該加熱板のそれぞれの面に形成され、かつ、
該絶縁層に該発熱体を収容するための溝部が形成される
ことを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
請求項１に記載の面状発熱体において、
前記絶縁層は、窒化珪素又はアルミナを含有するセラミックス材料を含む
ことを特徴とする面状発熱体。
【請求項３】
請求項１に記載の面状発熱体において、
前記絶縁層は、耐熱樹脂を含む
ことを特徴とする面状発熱体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−６２０８０（Ｐ２０１０−６２０８０Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２８５０７（Ｐ２００８−２２８５０７）
【出願日】平成２０年９月５日（２００８．９．５）
【出願人】（５０８２６９０７５）株式会社ジェイ・エス・エス (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月５日（２００８．９．５）
【出願人】（５０８２６９０７５）株式会社ジェイ・エス・エス (2)
【Ｆターム（参考）】
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