(57)【要約】【課題】１０〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板による発熱用面状体において、当該薄板の構成を維持した状態にて電気抵抗率を増加させるような発熱用面状体及びその製造方法を提供すること。【解決手段】１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板１の片面側又は両面側から厚み方向の少なくとも一部領域に絶縁物の粉末２を含浸させ、当該含浸によって、当該薄板１の面方向に沿った抵抗値が、上記の含浸をさせていない場合に比し、１．５倍以上に増加している発熱用面状体であって、前記薄板１の片面側又は両面側に対し、絶縁物の粉末水溶液２０を接触させ、当該接触部位を１５０℃以上に加熱することによって、上記含浸を実現することによって上記課題を達成している上記発熱用面状体の製造方法。【選択図】図４
2016212970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板の片面側又は両面側から厚み方向の少なくとも一部領域に絶縁物の粉末を含浸させ、当該含浸によって、当該薄板の面方向に沿った抵抗値が、上記含浸をさせていない場合に比し、１．５倍以上に増加している発熱用面状体。
【請求項２】
絶縁物の粉末層が薄板の片面側又は両面側に前記薄板よりも薄い厚みを有する絶縁物の粉末層が付着していることを特徴とする請求項１記載の発熱用面状体。
【請求項３】
鉄の合金としてステンレス鋼又は炭素鋼を採用することを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の発熱用面状体。
【請求項４】
絶縁物として、シリカ、石英ガラス、ソーダガラス、アルミナ、酸化チタンの１個又は複数個を採用していることを特徴とする請求項１、２、３の何れか１項に記載の発熱用面状体。
【請求項５】
面状体が長手方向に電圧を印加することを予定している帯状であることを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか１項に記載の発熱用面状体。
【請求項６】
１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板の片面側又は両面側に対し、絶縁物の粉末水溶液を接触させ、当該接触部位を１５０℃以上に加熱することによって、前記薄板内に含浸させている請求項１記載の発熱用面状体の製造方法。
【請求項７】
絶縁物の粉末水溶液の濃度及び／又は量を調整することによって、絶縁物の粉末が加熱の結果、薄板の表面に一様に付着して分布することを特徴とする請求項６記載の発熱用面状体の製造方法。
【請求項８】
薄板上面側に、絶縁物の粉末水溶液を塗布し、薄板の上側面又は下側面を加熱することを特徴とする請求項６、７の何れか１項に記載の発熱用面状体の製造方法。
【請求項９】
絶縁物の粉末水溶液の上側への放射によって、移動している薄板の下側面に上記水溶液を接触させ、薄板の上側面又は下側面を加熱することを特徴とする請求項６、７の何れか１項に記載の発熱用面状体の製造方法。
【請求項１０】
薄板上面側に、絶縁物の粉末水溶液を塗布し、当該薄板に対する導電によって、当該薄板の温度を１５０℃以上とすることを特徴とする請求項６、７の何れか１項に記載の発熱用面状体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄又は鉄の合金による薄板による発熱用面状体において、面方向に沿った電気抵抗率の増加を可能とする発熱用面状体及びその製造方法を技術分野としている。
【背景技術】
【０００２】
厚み１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又はステンレス等の鉄の合金による薄板は、電圧を印加した場合に、所定の抵抗率の下に速やかな発熱、更には遠赤外線を発生し得ることから、諸物品の製造工程における温度調整、調理、ドライヤー等の様々な分野において採用されている。
【０００３】
鉄又は鉄の合金による薄板が好適に選択されるのは、機械的強度が他の金属よりも高いこと、及び銅、アルミニウムのような導電性の高い金属に比し、電気抵抗率が大きいため、少ない面積にて同程度の加熱が可能であることに由来している。
【０００４】
然るに、鉄又は鉄の合金による薄板において、不純物との組み合わせによって、当該面状体における電気抵抗率を更に高い状態とすることについては、格別の技術上の検討が行われていない。
【０００５】
例えば特許文献１においては、所定の導電性を有している熱電対に比し、絶縁物であるコロイダルシリカを焼成しない状態にてコーティングした構成が開示されているが、当該構成の対象物はあくまで熱電対であって、面状発熱体ではなく、況してや当該面状発熱体における抵抗率の増加が実現している訳ではない。
【０００６】
特許文献２は、薄型面状発熱体の構成を開示しているが、耐熱性繊維と導電性材料とを、有機又は無機バインダーによって結合させることによって、固有抵抗値を低く抑えることを基本構成としており、所定の導電性を有する鉄又は鉄の合金による薄板における面方向に沿った抵抗値を増加させるような構成を開示している訳ではない。
【０００７】
特許文献３は、高抵抗率の面状発熱体の実現を目的としているが、炭素粒子のバインダーを基本的な素材としており、鉄又は鉄の合金のような導電性金属による薄板を基本構成としている訳ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１９６８８号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４３６５号公報
【特許文献３】特開２００１−６０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、１０〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板による発熱用面状体において、当該薄板の構成を維持した状態にて電気抵抗率を増加させるような発熱用面状体の構成を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板の片面側又は両面側から厚み方向の少なくとも一部領域に絶縁物の粉末を含浸させ、当該含浸によって、当該薄板の面方向に沿った抵抗値が、上記含浸をさせていない場合に比し、１．５倍以上に増加している発熱用面状体、
（２）１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金の薄板の片面側又は両面側に対し、絶縁物の粉末水溶液を接触させ、当該接触部位を１５０℃以上に加熱することによって、前記薄板内に含浸させている前記基本構成（１）記載の発熱用面状体の製造方法、
からなる。
【発明の効果】
【００１１】
前記基本構成（１）、（２）に立脚している本発明においては、極めて簡単な構成によって１０μｍ〜２００μｍの厚みを有する鉄又は鉄の合金による薄板の面方向に沿った抵抗値を増加することができ、その結果、発熱用面状体の導電方向に沿った面積を縮小可能とすることによる経済的な効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の発熱用面状体の製造方法を示す側断面図である。
【図２】実施例２の発熱用面状体の製造方法を示す側断面図である。
【図３】実施例３の発熱用面状体の製造方法を示す側断面図である。
【図４】本発明の基本原理を示す断面図であって、（ａ）は、絶縁物の粉末が含浸していない層と含浸している層との２層構成の薄板に対し、絶縁物の粉末層が付着していない場合を示しており、（ｂ）は、上記２層構成の薄板に対し、絶縁物の粉末層が付着している３層構成の場合を示す。
【図５】絶縁物の粉末による含浸領域の厚み方向に沿った厚みの比率に関するパラメータｔに対する発熱用面状体の合成抵抗Ｒの変化の状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
基本構成（１）においては、絶縁物の粉末２が鉄又は鉄の合金による薄板１の一部領域に対し両面側又は片面側から含浸していることを要件としているが、上記含浸によって発熱用面状体の電気抵抗率が高くなる基本原理を図４（ａ）、（ｂ）に即して下記の符号を使用して以下の通り明らかにする。
【００１４】
ρ０：鉄又は鉄の合金の電気抵抗率
ρ：絶縁物の粉末２の電気抵抗率
Ｓ：発熱用面状体の平均断面積
Ｌ：発熱用面状体の平均長さ
ｔ：図４（ａ）に示すように、発熱用面状体の全体の厚みに対する絶縁物の粉末２が片面側から含浸している領域１２の厚みとの比率を１：ｔと設定することによって設定されたパラメータ
ｗ：発熱用面状体の平均厚み
ｘ：片面側から含浸した場合の含浸距離
ｆ（ｘ）：上記含浸距離ｘに対応する含浸した領域における絶縁物の粉末２の存在確率
Ｒ０：絶縁物の粉末２が含浸していない段階における鉄又は鉄の合金による薄板１の面方向の抵抗値
Ｒ１：上記含浸が行われた段階における鉄又は鉄の合金のみが存在する領域の抵抗値
Ｒ２：含浸した絶縁物の粉末２及び鉄又は鉄の合金とが混在する領域の抵抗値
【００１５】
以上による符号に立脚した場合には、
【００１６】
【数１】
2016212970.tif 000003
【００１７】
【数２】
2016212970.tif 000004
【００１８】
【数３】
2016212970.tif 000005
が成立する。
【００１９】
尚、上記Ｒ２の近似式は、
【００２０】
【数４】
2016212970.tif 000006
が成立することに立脚している（この点は、Ω・ｍを単位とする電気抵抗率が、鉄又は鉄の合金の場合には精々１０２のオーダーであるのに対し、絶縁物の場合には少なくとも１０７のオーダーであることによっても明らかである《因みに、絶縁物のうち最も電気抵抗率の低い大理石であっても１０７〜１０９のオーダーを示し、最も高い電気抵抗率を示す石英ガラスの場合には１０１６のオーダーである》。）。
【００２１】
更には、含浸によって上記断面積Ｓが増加する割合は極めて小さいことから、当該増加については省略することができる。
【００２２】
上記含浸に基づく抵抗値Ｒは、上記Ｒ１及びＲ２との並列回路の合成抵抗と見做し得ることから、
【００２３】
【数５】
2016212970.tif 000007
が成立する。
【００２４】
前記（ａ）式において、ｔが近似的に１に等しくない領域では、ρ０／ρ≒０であることから、Ｒ≒Ｒ０／（１−ｔ）が成立し、図５に示すように、比率のパラメータであるｔが大きくなるにしたがって、Ｒは増大する。
【００２５】
ｔ＝１の段階では、Ｒ＝ρＬ／（ｗＳ）であって、ｔ＝１の場合のＲ２に該当している。
【００２６】
絶縁物の粉末２が薄板１の両面側から含浸した場合については、全体の厚みに対し両面からの含浸した厚みをそれぞれ１：ｔ１：ｔ２とし、ｔ＝ｔ１＋ｔ２の場合には、
【００２７】
【数６】
2016212970.tif 000008
が成立し、前記（ａ）式に代えて、
【００２８】
【数７】
2016212970.tif 000009
が成立し、ｔが近似的に１に等しくない場合には、（ａ）式の場合と同様に、
Ｒ≒Ｒ０／（１−ｔ）が成立し、かつｔ＝１の場合には、ｔ＝１のＲ２に等しいという結果を得ることができる。
【００２９】
基本構成（２）のように、絶縁物の粉末水溶液２０を薄板１に接触させたうえで、当該接触部位を加熱した場合には、通常、図４（ｂ）に示すように、絶縁物の粉末層３が薄板１よりも薄い厚みを有した状態にて当該薄板１の片側又は両側の表面に付着していることに帰する。
【００３０】
このような場合、絶縁物の粉末水溶液２０の濃度及び／又は量を調整することによって、絶縁物の粉末２が加熱の結果、薄板１の表面に一様に付着して分布した状態にある前記絶縁物の粉末層３の平均断面積をＳ´とし、当該粉末層３の抵抗値をＲ3とした場合には、
【００３１】
【数８】
2016212970.tif 000010
【００３２】
したがって、前記合成抵抗値Ｒと、粉末層３の抵抗値Ｒ３との更なる合成抵抗値をＲ´とし、計算の便宜上、前記（ａ）式について、
【００３３】
【数９】
2016212970.tif 000011
とし、
【００３４】
【数１０】
2016212970.tif 000012
とした場合には、
【００３５】
【数１１】
2016212970.tif 000013
が成立する。
【００３６】
尚、上記Ｒ´の近似式もまた、Ｒ２の近似式の場合と同様にρ０／ρ≒０に立脚している。
【００３７】
上記（ｃ）からも明らかなように、絶縁物の粉末層３の付着は、合成抵抗値Ｒの近似値を左右しない。
【００３８】
したがって、絶縁物の粉末層３の付着有無に拘らず、ｔが近似的に１に等しくない場合には、合成抵抗Ｒ≒Ｒ０／（１−ｔ）が成立し、Ｒ≧１．５Ｒ０であることから、ｔ≧１／３、即ち絶縁物の粉末２が発熱用面状体の全厚みのうちの１／３の領域にて含浸していることを必要不可欠とするという要件を導出することができる。
【００３９】
基本構成（１）の鉄の合金としては、ステンレス鋼又は炭素鋼が通常採用されている。
【００４０】
特にステンレス鋼は、機械的強度が高いため、発熱体としての寿命が長く、好適に採用されている。
【００４１】
基本構成（１）の絶縁物としては、シリカ、石英ガラス、ソーダガラス、アルミナ、酸化チタンの１個又は複数個が通常典型例として採用することができる。
【００４２】
特に、水溶性のシリカは、含浸を助長し得る点において好ましい。
【００４３】
基本構成（１）の発熱用面状体としては、面状体が長手方向に電圧を印加することを予定している帯状であることを特徴とする実施形態を採用する場合が多い。
【００４４】
その根拠は、帯状体の場合には、電流が導通する断面積を小さくし、かつ印加電圧をＶに対する消費電力Ｖ2／Ｒに対応する発熱量の調整を行い易いことに由来している。
【００４５】
基本構成（２）は、基本構成（１）の発熱用面状体を製造するために、絶縁物の粉末水溶液２０を薄板１の片面又は両面に接触させ、かつ１５０℃以上に接触している溶液を加熱することを要件としている。
【００４６】
上記要件の根拠は、上記接触及び加熱を所定時間継続することによって、絶縁物の粉末２が熱振動を原因として１０μｍ〜２００μｍを有する鉄又は鉄の合金の薄板１内に含浸し、その結果、面方向の抵抗値が１．５倍以上とすることが可能であることに基づいている。
【００４７】
現に、３２μｍの厚みを有するステンレス鋼に対し、シリカを４０％含有した水溶液をステンレス鋼の片側表面にて約３秒間３００℃加熱することによって、面方向に沿った抵抗値が少なくとも約４倍に増加することが確認されている。
【００４８】
絶縁物の粉末水溶液２０の量及び濃度、更には接触及び加熱の継続時間は特に限定される訳ではなく、結局、１５０℃以上の加熱を伴う接触状態を原因とする含浸によって、面方向の抵抗率が１．５倍となるように選択すればよい。
【００４９】
但し、含浸の効率を良くするためには、絶縁物の粉末水溶液２０の濃度及び／又は量を調整することによって、絶縁物の粉末２が加熱の結果、薄板１の表面に一様に付着して分布することを特徴とする実施形態が好ましい。
【００５０】
しかも、そのような前面における接触付着を実現する場合には、通常、作業効率を考慮し５％以上の濃度による絶縁物の粉末水溶液２０を採用する場合が多い。
【００５１】
以下、基本構成（２）につき、実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００５２】
実施例１は、図１に示すように、薄板１上に、絶縁物の粉末水溶液２０を塗布し、薄板１の上側面又は下側面を加熱することを特徴としている。
【００５３】
上記特徴に立脚している実施例１の製造方法の場合には、絶縁物の粉末水溶液２０を薄板１の上側に長時間接触させることによって、十分な含浸を実現することができる。
【実施例２】
【００５４】
実施例２は、図２に示すように、絶縁物の粉末水溶液２０の上側への放射によって、移動している薄板１の下側面に上記水溶液を接触させ、薄板１の上側面又は下側面を加熱することを特徴としている。
【００５５】
上記特徴に立脚している実施例２の場合には、薄板１を順次移動させながら下方から絶縁物の粉末水溶液２０の放射によって付着させるという効率的な流れ作業を実現することができる。
【００５６】
尚、絶縁物の粉末水溶液２０の薄板１の下側面に対する接触時間は、薄板１の移動速度を選択することによって調整ができる。
【実施例３】
【００５７】
実施例３は、図３に示すように、薄板１上面側に絶縁物の粉末水溶液２０を塗布し、当該薄板１に対する導電によって、当該薄板１の温度を１５０℃以上とすることを特徴としている。
【００５８】
上記特徴に立脚している実施例３の場合には、実施例１及び同２の場合のような格別の加熱装置を備えずとも、発熱作用の場合と同様の電圧の印加によって、絶縁物の粉末２の含浸を実現する点において、効率的に基本構成（２）を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
このように、本発明は、広範囲の加熱装置に利用できる面状発熱体の面方向に沿った抵抗値の増加をシンプルな構成によって実現している点において、画期的な技術的価値を有している。
【符号の説明】
【００６０】
１  鉄又は鉄の合金による薄板
１１  絶縁物の粉末が含浸していない領域
１２  絶縁物の粉末が含浸している領域
２  絶縁物の粉末
２０  絶縁物の粉末水溶液
３  絶縁物の粉末層
４  電圧電源
５  放射器
６  水溶液貯留枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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