JP2001510633A - 投込み式加熱要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 投込み式の加熱要素であって、頂上面と底面を形成する第１及び第２の熱伝導性基板からなる。夫々の基板の１面に電気的絶縁層が形成され、前記２枚の熱伝導基板は、夫々の１面に設けた絶縁層が互いに接するように重ね合わされ、電気抵抗による加熱トラックが２枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まれ積層される。この構造では、加熱トラックの上に設けられる厚手の電気的絶縁層が必要でなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】 投込み式加熱要素 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、電気式湯沸し器、油脂料理用深鍋、コーヒーメーカー等のような 液体加熱容器に用いる投込み式加熱要素に関する。特にこの発明は、厚手のフィ ルム状加熱トラックを用いた加熱要素に関する。 〔従来の技術〕 やかんやコーヒーメーカーのような簡易湯沸し器では、厚手のフィルム状加熱 要素を用いることが多くなっている。通常、厚手のフィルム状加熱要素は液体を 温める容器の底部に配置される。加熱要素それ自体は、絶縁層とその上にプリン トされた発熱体のトラックからなる、金属の積層体によって構成される。この加 熱要素が容器内に配置されると、加熱要素の発熱体と反対側の基板面は容器の底 部となり、発熱体を構成する加熱トラックと絶縁層とは容器の外側に位置して、 加熱すべき液体とは接触しない。厚手のフィルム状加熱トラックを使用すると、 通常の板状の投込み式加熱要素に比べて、加熱要素の能力が増大するとともに、 容器内の洗浄がより容易になる等の利点がある。平板の加熱要素は叉、湯沸し容 器の内側の形状をより良いものにする。 厚手のフィルム状の投込み式加熱要素の製法に関して、今までに幾つかの提案 が為されて来た。例えば国際特許ＷＯ９４／１８８０７号明細書には、絶縁層の 間に堆積された厚手の抵抗体加熱トラックがステンレス鋼支持板上に支持されて いる投込み式加熱要素が示されている。加熱トラックは絶縁層で覆われているの で投込み式加熱要素としては、その両面が加熱すべき液に接触している。一番上 の絶縁層は叉、機械的保護層としても機能するので、(例えば容器洗浄中の)不慮 の損傷にも堪えるだけの厚さが必要となる。 〔発明が解決しようとする課題〕 通常の厚手のフィルム状加熱要素が加熱すべき液体の容器の一部分を成すもの は、先ず第１の温度によって金属層の上に絶縁層が焼成され、次に厚手のフィル ム状加熱トラックが絶縁層の上に堆積され、第２の、より低い温度によって焼成 されている。従って加熱トラックの加熱積層ステージでは、下側の絶縁層はより 高い温度に耐えることが出来、それ自体がより高い焼成温度を有するので、加熱 トラックが下側の絶縁層を破壊することは無い。そこで、前述の国際特許ＷＯ９ ４／１８８０７号に示唆されているように、加熱トラックの上に付加的に絶縁層 を設けようとすると、もし同様の絶縁層を選択する場合、例えば加熱要素の抵抗 値を変えることにより、加熱要素の上に第２の絶縁層を焼成することで、加熱要 素それ自体を破壊するという問題が生ずる。 〔課題を解決するための手段〕 この発明によれば、第１及び第２熱伝導基板によって加熱要素の頂上面と底面 とが形成され、電気的絶縁層が各基板の１面に形成され、前記２枚の熱伝導基板 は、夫々の１面に設けた絶縁層が互いに接するように重ね合わされ、電気抵抗に よる加熱トラックが２枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まれ積層された、投込 み式加熱要素が提供される。 この発明の投込み式加熱要素は、夫々が連合した絶縁層として作用する２枚の 基板からなるので、この基板の間にサンドイッチ状に積層する前に、上下両側の 絶縁層を、最適の高温で加熱要素の上に焼成することができる。 絶縁層は好ましくはエナメル層によって形成され、焼成温度は７５０℃以上で あり、典型的には９００℃の領域内にある。加熱トラックは好ましくは銀パラジ ウムのトラックからなり、６００℃から７５０℃の間の温度で焼成される。ただ し材料の配合により焼成温度を８５０℃まで上げることが出来る。 この発明の投込み式加熱要素は、要素の下側から上側に向けて液体の流れを良 くするために、要素を貫通する複数の通路が設けられている。これは対流によっ て液体の加熱を促進すると共に、加熱要素の下側に発生して液体への熱伝導を妨 げる原因となる気泡の発生を抑制する効果がある。 この発明はまた、前述の投込み式加熱要素を持つ湯沸し器を提供する。 また、この発明は次のような工程よりなる投込み式加熱要素の製造方法を提供 する。すなはち、 第１及び第２熱伝導基板を製造し、 前記第１及び第２熱伝導基板の１側に夫々絶縁層を形成し、次いで各絶縁層を 第１の焼成温度で接着し、 厚手のフィルム状の導電性加熱トラックを、１つの基板の絶縁層の上に堆積さ せ、先の第１焼成温度より低いかそれと等しい第２焼成温度で焼成させ、 前記第１及び第２基板を、それらの絶縁層が互いに接合するように互いに重ね 合わせ成層する。 この発明の製造方法によれば、絶縁層は個々に分かれた基板上に形成され、加 熱トラック上に格別熱の影響を受けずに堆積され、焼成され、加熱トラックはそ れに続いて基板の一つに配置される。 複数の基板を互いに重ね合わせ成層する工程は、望ましくは基板上の絶縁層の 上に接着要素を貼付し、基板を互いに圧接させ、加熱要素を前記第２焼成温度よ りも低い第３の焼成温度で焼成させ、接着要素を硬化させる。この接着要素は鉛 ガラス化合物よりなり、典型的には焼成温度は約５００℃である。 〔実施例〕 この発明は、添付する図面に示すような実施例によって、さらに詳細に説明さ れる。この中で、図１はこの発明の加熱要素を示し、図２はこの発明による投げ 込み式加熱要素を組み込んだ湯沸し器の実施例 を示す。 以下の説明において、この発明の加熱要素は電気式湯沸し器との関連で説明さ れる。しかしながらこの発明の加熱要素は、およそ加熱用液体容器として投込み 加熱要素が用いられる様々な分野に適用されることを銘記しておくべきである。 これらの実施態様において、加熱要素を形成する積層体の厚さが、適用される目 的をより明瞭にするために強調されている。 図１はこの発明による加熱要素を示す。第１及び第２のステンレス鋼鈑製基板 ４、６が加熱要素２の相対向する面に配置される。各々の基板４，６はその１面 が夫々絶縁層４０、６０により被覆される。この２層の基板は、夫々の絶縁層と ともに、それらの絶縁層４０、６０が対向するように互いに重ね合わせられる。 この２枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まるように、１枚の中間層８が設けら れ、この中に、図１で点線で示すように、導電性加熱トラック１０を収容してい る。加熱トラックは２個の電気的接続端子１２の間に拡がった電気抵抗経路から なる。 接続端子１２に電気接続することが出来るようにするために、基板の１つ(図 １では基板４)を貫通し、相対向する絶縁層４０に達する開口１３が設けられる 。 この発明の加熱要素は夫々独自の絶縁層を有する２枚の互いに分離された基板 を有するので、これら絶縁層は加熱トラックの形成とは別に独立して、夫々個別 の基板上に堆積形成することが出来る。このようにしてより好ましい絶縁層を形 成するための高熱焼成（この点に関しては後で詳述する）によって、加熱トラッ クの素材を損傷しないようになっている。 図１に示す要素は叉、液体が加熱要素の一側から他側に流れるようにした対流 用の通路１４を選択的に設ける。加熱要素は叉、図１の要素に示すボルト孔１６ のような取付手段を備える。 図１に示すような加熱要素の製造工程を次に詳述する。 夫々の基板４、６は、ステンレス鋼鈑のような熱伝導性材料で且つ望ましくは 耐破損性物質からなる板体によって構成される。この基板は一般的に金属製平板 から形成され、適宜好みの形状をしている。夫々の基板４，６は約１ｍｍの厚さ で、加熱要素に必要な剛性を持たせると共に、基板を通して加熱される液体への 熱伝導が十分に行えるようになっている。２枚の基板のうちの１つには(前述し たように)開口１３が設けられ、これら２枚の基板の間にサンドイッチ状にはさ まれる加熱要素に対する電気的接続を可能にする。これら開口１３は、基板に対 する絶縁層の形成前、叉は後に基板内に形成される。 夫々の基板上に形成される絶縁層４０，６０は、例えばガラスセラミックコー ティング材料よりなる。この層はスクリーンプリントにより粉末状のガラスセラ ミック材料を基板上に塗布し、加熱結晶化させ、次いで基板を絶縁層の焼成温度 まで加熱する。典型的には、絶縁層は厚さが５０〜２５０μｍであり、耐熱性の 低い所望のガラスセラミック材料の焼成温度が７５０℃以上となり、典型的には ９００℃の大台に達する。 当該技術分野において、沢山の種類のガラスセラミック合成材料が知られてお り、絶縁層としてこのガラスセラミック材料を選ぶためには、最も適した誘電率 、破壊電圧、漏れ電流、電気抵抗、熱伝導率、層厚及び熱容量のものを選択する 。 ガラスセラミック材料による誘電絶縁層を用いる代わりに、磁器を被せた基板 を用いることもある。この被覆工程は先ず、浸漬、ふりかけまたはプリントによ り金属製基板上にガラス状うわ薬を塗布し、その後再び塗布された基板を焼成し 、塗布されたエナメル層がガラスコーティング層を形成する。エナメル層の塗布 の前に、金属板の表面をブラスト加工しておけば、エナメル層の金属板への付着 性が改良される。また、ガラスコーティング層を形成するための典型的な焼成温 度は、７５０℃を超えている。 一旦夫々の基板が形成されると、一つの基板上に加熱トラック１０ が、厚手のフイルム形成技術によって形成される。既に述べたように、加熱トラ ックは２枚の端子の間の電気抵抗路からなり、適当なパターンを形成する。図１ では単一経路のみを示したが、この加熱トラックは多数の平行した枝線を描くこ とも出来る。また、温度調節のために、厚手フイルムサーミスタのようなもので 、電気制御を行うことも可能である。この加熱トラック１０は、例えばスクリー ンプリントで絶縁層６の上に貼着させたこのトラック層を、焼成によって付着さ せたものである。電気抵抗トラックのペーストとなる物質には、焼成温度が、そ れが堆積される絶縁層の焼成温度より低いものが選ばれ、それによってトラック 焼成の際、絶縁層を熱損させないようになっている。この厚手の電気抵抗トラッ クの材料としては、要求される数値、例えば抵抗値と対応温度の値によって、適 宜選択される。銀パラジウムまたはニッケルを基材とする（貴金属）トラックが この領域では通常用いられ、この焼成温度は、ガラスセラミック叉は磁器エナメ ルからなる絶縁層の焼成温度より低いか、それと等しい値を取る。銀パラジウム はトラック材料として好ましい数値を示し、焼成温度は約６５０℃である。この 加熱トラックの典型的な厚さは１０μｍである。 以上に述べた基板の絶縁層上に加熱トラックを形成する工程は、当該技術分野 では普通に行われていることである。 この発明では、加熱トラックは２枚の基板の内の１枚の上に形成され、２枚の 基板はその間に加熱トラックをサンドイッチ状に挟み込むように、互いに接合さ れる。このための接着要素は、例えば、他の種類のセラミック叉はエナメル層に よる電気絶縁層を形成する。しかしながら、この焼成温度は加熱トラックの焼成 温度より低く設定されることが必要であり、接着要素の焼成が加熱トラックを損 傷しないようにしている。１つの望ましい接着要素として、焼成温度が約５００ ℃の鉛−ガラス合成物が挙げられる。この発明の方法では、より低温の焼成温度 を持つ絶縁層が２枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まれるので、この低温絶縁 層は格別、機構的に保護する必要は無く、従って 層の厚さはただ適当な接着効果と加熱トラックの通路を塞ぐだけの厚さがあれば 良い。例えば、鉛−ガラス合成物の層の厚さは２０μｍが用いられている。鉛− ガラス・ペーストは２枚の基板上にスクリーンプリントされるか、叉は噴霧蒸着 させられ、その後２枚の基板は重ね合わされ、その間隙の空気の溜りが無くなる まで、強固に圧接される。この工程は空気溜りを無くすために低圧空気の下で行 われる。それに続く低温焼成工程が、間隙からの空気の排出を促す。 加熱要素２には、それを貫通する複数の通路14が設けられる。これら通路は、 加熱要素の上下領域を、液体が自由に流通するのを促進する。これは例えば油脂 用深鍋に用いる油のような粘性の高い液体では特に有効である。通路１４はどの ような形状のものでも良く、図１では２個の通路を形成したものを示したが、中 央部に１個の開口を設けたものもまた可能である。 加熱要素の形状も、容器の内部系上に従って意のままに作成される。ただし液 体の加熱の際、容器の側壁との間に間隙を保つように、加熱要素の縁部を成形し なければならない。この加熱要素の周縁に間隙を設けても、従来型の加熱要素に 比べて容器の洗浄が容易である(加熱要素は選択的に取外すことが出来、この場 合には取外して皿洗い機で洗浄することが出来る)。叉、容器の壁面を構成する 従来型の厚手の加熱要素に比べて、熱伝導効率ははるかに良くなる。 既に述べたように、開口１３は厚手のフイルム状加熱トラック10のための電気 の接続端子12に電線の接続を可能にしている。このために、バネ接続子、はんだ 付け、導通用接着叉は焼結ＳＭＤ接続などが適用される。これら電気接続端子は 、例えば開口１３が設けられている基板領域が容器の側壁に取付けられるように して、開口がふさがれるような手段を講じる必要がある。この技術は図２に示す 電気湯沸し器で採用されており、以下にその詳細を説明する。 加熱要素２は湯沸し器２０の底部にある段部２２上に取付けられている。段部 ２２は基板４の一面が乗るような面が形成され、接続端子 への電線２４(その内の１本が図２に示される)がこの段部２２内を通っている。 接続端子への電線２４は制御ユニット２６に接続され、オン／オフ・スイッチ２ ７の信号を受ける。制御ユニット２６はまた、蒸気室２８の底部にある蒸気感知 スイッチを備え、湯沸し器の水が沸騰したことを内部で感知し、電源を切るよう になっている。制御ユニット２６はコードレス・コネクタを備え、種々の付加的 な制御機能を持たせることが出来る。しかし、これらの事柄はこの明細書には記 載されていない。加熱要素２は複数のボルト３０をボルト孔１６に挿通すること によって、段部に固着させる。勿論、この加熱要素の容器底部への取付け方法は 他にも種々の方法がある。 加熱要素はこのように容器底部に取付けられるので、湯沸し器の使用者が、よ り効果的に容器内部及び加熱要素を洗浄しようとする時には、同様の手順で加熱 要素を容器から取り出すことが出来る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体を加熱する第１及び第２基板によって加熱要素の頂上面と底面とが形成 され、電気的絶縁層が前記基板の夫々の１側表面に形成され、前記２枚の基板が それらの絶縁層が互いに向き合うように重ね合わされ、電気抵抗からなる加熱ト ラックが前記２枚の電気的絶縁層の間にサンドイッチ状に挟み込まれるように形 成された、投込み式加熱要素 ２．夫々の電気的絶縁層はエナメル層からなる、請求項１に記載の投込み式加熱 要素。 ３．加熱トラックは銀パラジウム・トラックからなる、請求項１叉は２に記載の 投込み式加熱要素。 ４．少なくとも１個の開口が、加熱要素を貫通して設けられている、請求項１乃 至３の内１項に記載の投込み式加熱要素。 ５．請求項１乃至４の内１項に記載の投込み式加熱要素を備える電気的湯沸し器 。 ６．第１及び第２熱伝導基板を製造し、 前記第１及び第２熱伝導基板の１側に夫々絶縁層を形成し、次いで各絶縁層を 第１の焼成温度で接着し、 厚手のフィルム状の導電性加熱トラックを、１つの基板の絶縁層の上に堆積さ せ、先の第１焼成温度より低いかそれと等しい第２焼成温度で焼成させ、 前記第１及び第２基板を、それらの絶縁層が互いに接合するように互いに重ね 合わせ成層する、 これらの工程からなる、投込み式加熱要素の製造方法。 ７．２枚の基板を互いに重ね合わせ成層する工程は、基板上の電気的絶縁層の上 に接着要素を貼付し、基板を互いに圧接させ、加熱要素を前記第２焼成温度より も低い第３焼成温度で焼成させ、接着要素を硬化させるようにした、 請求項６に記載の投込み式加熱要素の製造方法。 ８．接着要素は鉛−ガラスからなる、請求項７に記載の投込み式加熱要素の製造 方法。 ９．電気的絶縁層はエナメル層からなり、第１焼成温度は７５０℃より大きい、 請求項７叉は８に記載の投込み式加熱要素の製造方法。 10．厚手のフイルム状加熱トラックは銀−パラジウム層よりなり、第２焼成温度 は６００℃から７５０℃の間にある、 請求項９に記載の投込み式加熱要素の製造方法。