JP2002372307A - 温水加熱用ヒータ、それを備えた温水装置、及びそれを備えた人体局部洗浄装置 - Google Patents

温水加熱用ヒータ、それを備えた温水装置、及びそれを備えた人体局部洗浄装置

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JP2002372307A
JP2002372307A JP2001184066A JP2001184066A JP2002372307A JP 2002372307 A JP2002372307 A JP 2002372307A JP 2001184066 A JP2001184066 A JP 2001184066A JP 2001184066 A JP2001184066 A JP 2001184066A JP 2002372307 A JP2002372307 A JP 2002372307A
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Kengo Iwata
賢吾 岩田
Yasuo Hamada
靖夫 濱田
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝達率および生産性に優れた温水加熱用ヒ
ータ、それを備えた温水装置、及びそれを備えた人体局
部洗浄装置を提供する。 【解決手段】 セラミックまたは金属の筒状基材の外表
面に薄膜状の発熱抵抗体を備え、該発熱抵抗体の表面に
絶縁材料からなる保護層を介し金属層を備える、また
は、金属材料からなる筒状基材の外表面に絶縁材料から
なる絶縁層を介し薄膜状の発熱抵抗体を備え、該発熱抵
抗体の表面に絶縁材料からなる保護層を介し金属層を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に水を所定温度
に加熱する温水加熱用ヒータ、それを備えた温水装置、
及びそれを備えた人体局部洗浄装置に関するものであ
る。
【従来の技術】
【0002】近年、温水装置を備えた商品の小型化や軽
量化に伴い、図9に示す円筒状のセラミックヒータ81
の発熱部を、比較的容量の少ない貯湯タンク22c内部
に水没させた瞬間加熱式の温水装置91が使用されてい
る。このセラミックヒータ81は、まずアルミナを主成
分とし、その厚みが0.8mm程度のグリーンシート
(焼結前の平板状のセラミック基材)82a表面に、タ
ングステンとモリブデンの合金材料を用いて薄膜状の発
熱抵抗体83を印刷する。発熱抵抗体83は、その配線
幅を変えることにより電気抵抗を発生させ、発熱部と非
発熱部を区分し任意の箇所を発熱させることができ、発
熱部(貯湯タンク22c内部に収納され水没する部分)
の配線幅は細く、非発熱部(タンク22c外部に露出し
た通電端子85接続部及びフランジ86接続部)の配線
幅は太く形成されている。また、通電端子85接続部は
導通スルーホール構造によりグリーンシート82a両面
の導通を図り、焼結後、セラミック基材82内部に発熱
抵抗体83が埋設されても外部から発熱抵抗体83へ電
圧を供給できる。次に、アルミナを主成分とし押出し成
形及び研削により筒状に成形された焼結前の筒状のセラ
ミック基材82b(厚み:2mm程度)の外表面に、発
熱抵抗体83が形成された面がセラミック基材82b外
表面と密着するようグリーンシート82aを積層し、還
元雰囲気炉にて一体焼結する。そして、非発熱部に相当
する外周面に、水シールとヒータの固定補助を目的とし
たフランジ86を、ガラス材料を用いて接合し、通電端
子85a、85bを半田付けやロウ材を用いて接続す
る。フランジ86は、水シール機能を維持するガラス材
料との密着性を考慮してセラミック材料で形成され、略
中央部にはヒータが挿入可能な開口部が、四隅にはタン
ク22c固定用のネジ締め穴が設けられている。そし
て、フランジ86の開口部にヒータを挿入した後、封水
部84(フランジ86とヒータとの隙間)に高温で溶融
したガラス材料が入り込んで接合される。かかる構成に
より、両通電端子85a、85b間に電源電圧を接続し
通電することにより発熱部が加熱され、ヒータ81の内
外表面に接触した水を加熱して温水とすることができ
る。
【0003】図10は、上記構成からなるセラミックヒ
ータ81の発熱部を、図示しない排出流路に接続された
出湯口24を備えた貯湯タンク22cに収納し、タンク
22c外部に配置されたヒータ81の片端を図示しない
給水流路に接続して入水口23とし、入水口23からタ
ンク22c内部に流入した水を瞬時に加熱し、出湯口2
4から排出する瞬間加熱式の温水装置91である。タン
ク22c側面には、ヒータ81の発熱部を収納するため
の開口部25cが設けられ、ヒータ81を挿入後、フラ
ンジ86とタンク22cが接する面にOリング27cを
配置し、ヒータ81をタンク22cにネジ29a、29
b、図示しないネジ29c、29dの4点にて固定する
ことにより、開口部25cとヒータ81の隙間から漏水
することを防止している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックヒータ81の製造工程(グリーンシートに発熱抵抗
体を印刷する作業、グリーンシートを焼結前の筒状セラ
ミック基材に積層する作業)において、グリーンシート
82aの厚みを薄くしすぎると(例えば、0.1〜0.
5mm程度)、グリーンシート82aが歪み、その結
果、亀裂や割れが発生しやすくなり、不均一発熱、発熱
抵抗体83の断線による発熱不良、発熱抵抗体83の露
出による漏電不良の原因となる。そのため、グリーンシ
ート82aの歪みによる割れの防止、作業の高効率化を
図るため、ある程度の厚み(例えば、縦100mm、横
100mmの矩形状からなるグリーンシートの場合、
0.5〜1mm程度)が必要となる。このように、発熱
抵抗体を埋設したセラミックヒータ81では発熱抵抗体
から外表面までの距離を短くして熱伝達率を向上させよ
うとすると、生産性や安全性が低下する。
【0005】また、グリーンシート82aをセラミック
基材82bに積層する時、積層開始位置と終了位置とが
重なると、グリーンシート82aの端面に亀裂が入り密
着不良が発生しやすくなる。そのため、予めグリーンシ
ート82aの成形誤差、焼成時の収縮誤差を考慮し、グ
リーンシート82aをセラミック基材82bに積層し焼
結させた時に1mm程度の間隔が発生することを前提と
して、グリーンシート82aの形状が決定されている。
従って、貯湯タンク22cにセラミックヒータ81を収
納して温水装置として使用する時、ヒータ81の表面に
は必ずグリーンシート82aの厚みに応じた凹部が発生
するため、タンク22cの開口部25c外周面とヒータ
81の非発熱部外周面との間に、Oリングやパッキン等
のシール材27を介して水シールすることは困難であ
る。
【0006】そして、セラミック製のフランジ86は、
銅やステンレス等の金属材料や樹脂材料と比較すると、
抗折強度が低いため、貯湯タンク22cにネジ締めにて
固定する際、フランジ86やタンク22c自体の成形時
の歪みやネジ29の締め付けトルクが大きすぎると割れ
て漏水の原因となる。また、フランジ86とセラミック
ヒータ81を接続するガラス材料が封水部84に均一に
溶融、焼結していないとタンク22c内部に水圧がかか
った時、封水部84が破壊され漏水の原因となる。
【0007】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、熱伝達率および生産性に優れた温水加熱用
ヒータ、それを備えた温水装置、及びそれを備えた人体
局部洗浄装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決する為、請求項1記載の発明は、セラミック材
料からなる筒状基材の外表面に薄膜状の発熱抵抗体を備
え、該発熱抵抗体の表面に絶縁材料からなる保護層を介
し金属層を備えたことを特徴とする温水加熱用ヒータで
ある。発熱抵抗体の表面、且つ浸水部となる筒状基材の
表面全体を、所定の絶縁性能を満足する程度の膜厚を有
した保護層、保護層に浸水しない緻密性を満足する程度
の膜厚を有した金属層と、順次、被覆することにより、
発熱抵抗体をセラミック基材にて挟み込んで埋設するよ
り発熱抵抗体から外表面までの距離を短くして熱伝達率
を向上させることができる。また、最外表面を構成する
金属層を耐食性に優れた金属材料で形成することによ
り、保護層には絶縁性に特化した材料を用いることがで
き、長期的に所定の絶縁性能を維持することができる。
このように、基材の外表面に、直接、発熱抵抗体、保護
層、金属層を順次形成することにより、発熱抵抗体から
発生したジュール熱を素早く水に伝熱し、その結果、瞬
時に水を加熱することができる。
【0009】請求項2記載の発明は、金属材料からなる
筒状基材の外表面に絶縁材料からなる絶縁層を介し薄膜
状の発熱抵抗体を備え、該発熱抵抗体の表面に絶縁材料
からなる保護層を介し金属層を備えたことを特徴とする
温水加熱用ヒータである。同じ厚みのセラミック基材と
比較した時、金属材料(例えば、ステンレス)は杭折強
度が高いため、セラミック基材より厚みを薄く(例え
ば、0.3〜0.8mm程度)することができるため、
さらに熱伝達率を向上させることができる。
【0010】請求項3記載の発明は、保護層がガラス材
料にて形成されたことを特徴とする。保護層をガラス材
料にて形成することで耐熱性、絶縁性が向上し、発熱抵
抗体と水との絶縁を図ることができる。従って、人体に
直接、加熱した水が接する温水装置や人体局部洗浄装置
に用いた場合、周辺機器への漏電、人体への感電を防止
し安全性が向上する。また、ガラス材料に人体に有害な
Pb(鉛)成分等の不純物が含まれている場合でも、金
属層により不純物が水中に溶出することを防止できるた
め、人体に有害物質が入ることはなく安全性が向上す
る。
【0011】ガラス材料としては、Si、Mg、Ca、
Baを主成分とする結晶化ガラス(焼結温度:850℃
前後)と、上記主成分にPbを含有した非結晶ガラス
(焼結温度:600〜800℃)がある。非結晶ガラス
で形成された保護層は緻密性が優れているため、結晶化
ガラスより薄い膜厚にて同等の絶縁性能を確保すること
ができる。しかしながら、非結晶ガラス(例えば焼結温
度が700℃)にて形成された保護層は、再度高温状態
に放置されると再溶融する。例えば、焼結温度が700
℃の非結晶ガラスにて形成された保護層の表面に、焼結
温度が800℃の金属材料を用いて金属層を形成しよう
としても、焼成時に下地となる保護層が溶融するため、
その表面に金属層を均一に形成することができない。従
って、非結晶ガラスを使用して保護層を形成する場合
は、金属層に使用する金属材料の焼結温度は、非結晶ガ
ラスの焼結温度より低くする必要がある。保護層の絶縁
材料に、発熱抵抗体より焼結温度が低いガラス材料を用
いることにより、発熱抵抗体4の抵抗値変動を抑制し抵
抗値バラツキを抑えることができる。また、結晶化ガラ
スで形成された保護層は再溶融しないため、焼結温度が
結晶化ガラスと同程度の金属材料を使用しても、均一な
膜厚にて金属層を形成することができる。
【0012】請求項4記載の発明は、金属層が銀材料に
て形成されたことを特徴とする。金属層に熱伝導率の優
れた銀材料を使用することで、ヒータ発熱分布の均一化
を促進できる。また、耐食性に優れているため、薄い膜
厚にて保護層に浸水することを長期的に防止できる。そ
して、貯湯タンクにヒータを収納し温水装置として使用
する時、銀は殺菌効果を有しているため、ヒータ表面の
菌の付着や繁殖を防止するとともに、金属層を片電極と
して貯湯タンク内部に停滞した水を殺菌したり、タンク
内部の水の有無等、検出することもできる。
【0013】請求項5記載の発明は、請求項1乃至4い
ずれか1項記載の温水加熱用ヒータを、排出流路に接続
された出湯口を備えた貯湯タンクに収納し、温水加熱用
ヒータの片端を給水流路に接続して入水口とし、該入水
口から前記貯湯タンクに流入した水を瞬時に加熱し、出
湯口から排出することを特徴とする温水装置である。本
発明の温水加熱用ヒータは、熱伝達率が高く、発熱抵抗
体から発生した熱を基材内表面および金属層表面を介し
水へ素早く伝熱させることができるため、温水加熱用ヒ
ータの片端(入水口)から基材内部に流入した水を基材
内表面からの伝熱により加熱し、さらにヒータ他端から
貯湯タンク内に流出した温水を金属層表面からの伝熱に
よりさらに加熱することができる。その結果、瞬時に所
定の温度まで水を加熱し貯湯タンクに設けられた出湯口
から排出することができる。本発明の温水装置は、熱交
換効率が極めて高く、貯湯タンク外部に露出している端
子接続部や入水口付近は、ほとんど温度上昇することが
ないため、その周辺に制御機器等を配置しても温度上昇
による誤動作は発生することなく、スペースを有効に使
用できる。また、本発明の温水加熱用ヒータの非発熱部
は、円周方向に均一な膜厚にて保護層、金属層が形成さ
れているため、非発熱部の周面にて水シールすることが
できる。従って、温水加熱用ヒータを収納するため前記
貯湯タンク側面に設けられた開口部の周面と、前記温水
加熱用ヒータの周面との間に、Oリングやパッキン等の
シール部材を配置することにより、開口部とヒータの隙
間から漏水することを容易に防止することができる。ま
た、耐水性および耐熱性に優れた樹脂、金属製または樹
脂製のフランジを併用して、温水加熱用ヒータが貯湯タ
ンクから抜け出ることを防止できる。
【0014】請求項6記載の発明は、温水加熱用ヒータ
を所定の位置に固定するための支持部を貯湯タンク内部
の壁面に設けたことを特徴とする。貯湯タンク内部の壁
面にヒータを固定するための支持部を設け、ヒータを所
定の位置に固定することにより、ヒータ発熱部とタンク
内壁面の接触を防止し、断水や制御機器の誤動作等によ
るヒータ異常過熱時において、タンクの損傷を防止でき
る。支持部は、貯湯タンク成形時に一体で成形してもい
いし、別体で耐熱性樹脂材料、ステンレス等の金属材料
等で形成しても良い。支持部の形状、材料、設置位置
は、温水加熱用ヒータに使用される基材、発熱位置等に
応じて任意に変更できる。例えば、貯湯タンクの内壁面
に複数の支持部を設けて、各支持部の先端とヒータの非
発熱部の外周面または内周面と接触させても良いし、ヒ
ータ端面およびその近傍全周を被覆する支持部を設け
て、ヒータと接触させても良い。
【0015】請求項7記載の発明は、請求項5乃至6い
ずれか1項記載の温水装置を備えたことを特徴とする人
体局部洗浄装置である。近年、人体局部洗浄装置の省エ
ネ化(使用する時だけ水を加熱する)やコンパクト化
(貯湯タンクの小型化を図り狭いトイレ空間に設置可能
とする)の要望に伴い、セラミック基材の内部に発熱抵
抗体を埋設したセラミックヒータを少容量の貯湯タンク
に収納した瞬間加熱式の温水装置を備えた人体局部洗浄
装置が主流となっている。そして、洗浄開始時に、貯湯
タンクおよび流水経路に停滞した冷水を人体局部へ吐水
しないように別流路を設け排水(捨て水)し、使用者が
設定した水温または使用者に不快感を与えない程度の水
温まで水を加熱してから人体局部へ吐水している。その
ため、使用者が洗浄開始SWを操作してから人体局部に
温水が吐水されるまでには5〜10秒の待ち時間を必要
とするが、本発明の温水装置に備えることにより貯湯タ
ンク内に流入した水をより早く使用者が設定した水温ま
で上昇させることができる。従って、使用者が洗浄開始
SWを操作してから人体局部に温水が吐水されるまでの
待ち時間を短縮することができるとともに、捨て水の量
を少なくでき節水を図ることができる。また、使用者が
吐水される水温を変化させたい時、より早く水温を変化
させることができる。
【0016】請求項8記載の発明は、焼結された筒状の
セラミック基材を用いて、その外表面に発熱抵抗体、保
護層、金属層を順次形成したことを特徴とする温水加熱
用ヒータの製造方法である。焼結前と焼結後のセラミッ
ク基材の強度を比較した場合、焼結後は格段に強度が向
上する。従って、焼結前の筒状のセラミック基材を用い
るより、焼結後の筒状のセラミック基材を用いて、その
外表面に直接、発熱抵抗体を印刷する方が、基材の厚み
を薄く(例えば、0.5〜1mm程度)して熱伝達率を
向上させることができる。その結果、発熱抵抗体から発
生したジュール熱が基材内表面を介し水に伝熱される熱
量が増加し、基材内部に流入した水を、より高温に加熱
することができる。
【0017】請求項9記載の発明は、保護層は高粘度状
の絶縁材料を、金属層は高粘度状の金属材料を用いて、
スクリーン印刷法により筒状基材の円周方向に均一の膜
厚にて塗布した後、焼結させて形成したことを特徴とす
る。例えば、100μm程度の膜厚にて保護層を形成す
る場合、スクリーン印刷によって高粘度状の絶縁材料を
4回に分けて印刷・焼成する。その時、1回当たり印刷
・焼成工程にて形成される膜厚は25μm程度となる
が、印刷開始部分と印刷終了部分が0.2〜0.5mm
程度重なるよう印刷した場合でも、表面張力によってあ
る程度平滑になりその後焼成するため、印刷が重なる部
分の膜厚は50μm以下となり、印刷が重なる部分は重
ならない部分に対して最大25μm突出することにな
る。この突出部を避けるように次の印刷・焼成を行い、
これを繰り返すことにより保護層が100μm形成され
た時、円周方向の膜厚のバラツキは25μm以下となる
が、これは、Oリングやパッキン等でシールする際に
は、ほとんど影響を与えることの無い範囲の均一の膜厚
といえる。従って、発熱抵抗体が形成され、且つ浸水部
となる筒状基材の表面全体に均一な膜厚にて保護層およ
び金属層を形成することができ、ヒータ外周面に凸凹が
発生しないため、非発熱部に相当する外周面にて水シー
ルすることが可能になる。
【0018】請求項10記載の発明は、保護層は高粘度
状の絶縁材料を、金属層は高粘度状の金属材料を用い
て、筒状の基材を回転、且つ移動させながら筒状基材の
円周方向に均一の膜厚にて塗布した後、焼結させて形成
したことを特徴とする。筒状基材を回転、かつ筒状基材
の中心軸方向にノズルを移動させながら、ノズル先端に
設けられた吐出孔から高粘度状の絶縁材料、金属材料を
順次、筒状基材の外表面に、均一の膜厚にて隙間無く塗
布する。これを乾燥、焼成することにより、筒状基材の
外表面に均一の膜厚にて保護層、金属層が形成される。
従って、発熱抵抗体が形成され、且つ浸水部となる筒状
基材の表面全体に均一な膜厚にて保護層および金属層を
形成することができ、ヒータ外周面に凸凹が発生しない
ため、非発熱部に相当する外周面にて水シールすること
が可能になる。また、絶縁材料の塗布、乾燥、焼成と各
1回の作業で精度良く保護層を形成できるため生産性が
向上する。
【請求項12】 筒状の金属基材の外表面に絶縁層を介
し発熱抵抗体を形勢し、その発熱抵抗体の外表面に保護
層、金属層を順次形成する温水加熱用ヒータにおいて、
前記絶縁層、前記保護層は高粘度状の絶縁材料を、前記
金属層は高粘度状の金属材料を用いて、筒状の基材を回
転、且つ移動させながら前記筒状基材の円周方向に均一
の膜厚にて塗布した後、焼結させて形成することを特徴
とする温水加熱用ヒータの製造方法。筒状基材を回転、
かつ筒状基材の中心軸方向にノズルを移動させながら、
ノズル先端に設けられた吐出孔から高粘度状の絶縁材料
を筒状基材の外表面に均一の膜厚にて隙間無く塗布す
る。これを乾燥、焼成することにより、基材の外表面に
均一の膜厚にて絶縁層が形成される。従って、絶縁層の
表面には発熱抵抗体を均一に形成することができるた
め、基材を均一に加熱することができるとともに、発熱
抵抗体を効率よく配置でき、ヒータのコンパクト化が図
れる。そして、発熱抵抗体が形成され、且つ浸水部とな
る筒状基材の表面全体に同要領にて保護層および金属層
を順次形成することにより、ヒータ外周面に凸凹が発生
しないため、非発熱部に相当する外周面にて水シールす
ることが可能になる。また、絶縁材料の塗布、乾燥、焼
成と各1回の作業で精度良く絶縁層、保護層を形成でき
るため生産性が向上する。
【0019】
【発明の実施形態】以下、本発明にかかる温水加熱用ヒ
ータの実施の形態を、図面により詳細に説明する。な
お、本実施例に記載した図面においては、各部材の厚み
は実際の厚みとは異なっている。 (第1実施例)図1は本発明にかかる温水加熱用ヒータ
1aを示す図で、(a)は側面図、(b)は(a)のA
−A'断面図、(c)は(a)のB部拡大図である。本
実施例にかかる温水加熱用ヒータ1aは焼結された筒状
のセラミック基材2aの外表面に薄膜状の発熱抵抗体3
を形成した後、高粘度状の絶縁材料11、金属材料12
を用いスクリーン印刷法により発熱抵抗体3表面、且つ
浸水部となる筒状基材2aの表面全体に保護層7、金属
層8を順次形成する。ここでいう高粘度状の絶縁材料1
1とは、絶縁性物質(例えば、結晶化ガラス、非結晶ガ
ラス、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の金属酸
化物)に顔料、溶剤、バインダ等が混合され、その粘度
が50〜300[Pa・s]程度のペースト材料を指
す。なお、より具体的な絶縁材料として、デュポン社製
の絶縁ペースト(型番:3500N)、ESL社製の絶
縁ペースト(型番:4924、D−4916)等が挙げ
られるが、以降の説明においては、デュポン社製の絶縁
ペースト11を用いて説明する。また、高粘度状の金属
材料12とは、耐熱性、耐食性に優れた導電性物質(例
えば、銀、白金、銀パラジウム、銀白金等)に顔料、溶
剤、バインダ等が混合され、その粘度が50〜300
[Pa・s]程度のペースト材料を指す。なお、より具
体的な絶縁材料として、デュポン社製の金属ペースト
(型番:6160)、ESL社製の金属ペースト(型
番:9695)等が挙げられるが、以降の説明において
は、デュポン社製の金属ペースト12を用いて説明す
る。スクリーン印刷法においては、高粘度状の材料を均
一な膜厚で印刷するため一回当たりの印刷膜厚が30〜
50μmとなるように、スクリーンのメッシュ、乳剤厚
みを決定する。そのスクリーン面に対して筒状基材を必
要に応じて一定のクリアランスを保持しながら1周回転
させると同時に、これに同期させスクリーン上に堆積し
た高粘度状の材料をスキージにより基材の回転方向に移
動させることで、30〜50μmの膜厚を有した任意形
状のパータンを筒状基材の外表面に印刷することができ
る。
【0020】温水加熱用ヒータ1aは、まず押し出し成
形にて筒状に成形され焼結されたアルミナを主成分とす
る筒状のセラミック基材2aの外表面に発熱抵抗体3を
形成する。図2(a)に、その展開図を示す。
【0021】セラミック基材2aはアルミナを主成分と
し、その厚みは熱伝達率や軽量化を考慮し0.5〜1m
m程度が好ましい。
【0022】発熱抵抗体3は、通電端子8接続部および
水シール部の発熱を防止するため、発熱を目的とする抵
抗体4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h
と、複数の抵抗体(4a〜4h)を並列、且つ直列に接
続する導体5a、5b、5cおよび、一対の電極6a、
6bとから構成され、各部の膜厚は10〜20μm程度
である。電極6a、6bの抵抗体(4a、4b、4g、
4h)に接していない幅広の端部に通電端子9a、9b
が夫々接続される。
【0023】抵抗体4は100〜200mΩのシート抵
抗値材料にて形成し、導体5および電極6は20mΩ以
下のシート抵抗値材料にて形成する。このように、シー
ト抵抗値が抵抗体4のシート抵抗値より低い導体5を介
して、複数の抵抗体4を並列、且つ直列に接続すること
により、各抵抗体に均一に電流を流し発熱させることが
でき、局部加熱を防止することができる。
【0024】また、図2(b)のようにセラミック基材
2aの外表面に、シート抵抗値が高い(例えば、1〜1
00Ω程度)矩形状の抵抗体4iを形成し、抵抗体4i
の対向する端部(図示の上下端部)にシート抵抗値が低
い(100mΩ以下)複数の電極6c、6dが接続され
るよう形成しても良い。基材2aの厚みおよび、保護層
7、金属層8の膜厚が薄くなるほど、抵抗体形成部と抵
抗体非形成部との発熱時の温度差が大きくなるため、基
材2aの熱応力による歪みを抑制するという観点から、
セラミック基材2aの略全表面に抵抗体を配設し単位面
積当りの温度上昇を抑制し、均一に発熱させることが好
ましい。図2(b)のように、セラミック基材2aの略
全周に抵抗体4iを配置することにより、基材2a全体
を均一に加熱するとともに、ヒータのコンパクト化を図
ることができる。
【0025】次に、発熱抵抗体3の表面にスクリーン印
刷法を用いて、絶縁ペースト11を印刷する。それを、
150℃前後で乾燥し溶剤成分を揮発させた後、850
℃前後の高温にて大気焼成しバインダ成分を脱脂するこ
とで、発熱抵抗体3の表面に耐熱性に優れた結晶化ガラ
スからなる保護層7が形成される。ここで、人体に直接
触れる水を加熱する温水加熱用ヒータにおいては、安全
性の問題より発熱抵抗体に投入する電圧に応じて、水と
発熱抵抗体との間に一定の絶縁耐圧、絶縁抵抗を確保す
る必要がある。例えば、溶剤、バインダ成分の揮発、脱
脂による収縮率が50%程度有する高粘度状の絶縁材料
を使用し、スクリーン印刷法により筒状基材の外表面に
75μm程度の膜厚を有した層を形成しようとした場
合、印刷、乾燥、焼成の順に各工程を3〜5回繰り返す
必要がある。一度に基材の外表面に印刷しようとする
と、印刷開始部分と印刷終了部分が接する繋ぎ目部分に
膜厚のバラツキが発生し、そこへ金属層をスクリーン印
刷で形成しようとすると繋ぎ目部分に発生した凸凹によ
り均一な膜厚にて金属層を形成することができなくな
る。従って、1回当たりの印刷膜厚を減らし印刷回数を
増やすことで、繋ぎ目部分の膜厚のバラツキを軽減させ
ることが好ましい。
【0026】次に、保護層7の表面にスクリーン印刷法
を用いて、金属ペースト12を印刷する。そして、保護
層7の形成と同様に乾燥後、大気焼成することで、保護
層7の表面に銀からなる金属層8が形成される。金属層
8に、耐熱性、耐食性にすぐれた銀材料を用いること
で、保護層7を形成するガラス材料が水中へ溶融するこ
とを防止できるとともに、ヒータ発熱分布の均一化を促
進できる。金属層8の膜厚は、スクリーン印刷時の膜厚
のばらつきによる空孔の発生を防止するとともに長期的
な封水効果を維持するため焼成後の膜厚が最小箇所でも
10μm以上となるよう形成することが好ましい。ま
た、貯湯タンクにヒータを収納し温水装置として使用す
る時、銀は殺菌効果を有しているため、ヒータ表面の菌
の付着や繁殖を防止する。さらに、金属層8を片電極と
して貯湯タンク内部に停滞した水を殺菌したり、タンク
内部の水の有無等、検出することができるが、この時の
金属層8の膜厚は、その効果や手段が維持でき、且つ熱
伝達率に影響しない範囲(100〜500μm程度)の
膜厚で形成することが好ましい。
【0027】このように、筒状のセラミック基材の厚み
を薄く(例えば、0.5〜1mm程度)するとともに、
発熱抵抗体の表面、且つ浸水部となる筒状基材の表面全
体を、所定の絶縁性能を満足する程度の膜厚を有した保
護層、保護層に浸水しない緻密性を満足する程度の膜厚
を有した金属層と、順次、被覆することにより、発熱抵
抗体をセラミック基材にて挟み込んで埋設するより発熱
抵抗体から外表面までの距離を短くして熱伝達率を向上
させることができる。
【0028】そして、高粘度状の絶縁材料、金属材料を
用いて、発熱抵抗体が形成され、且つ浸水部となる筒状
基材の表面全体に均一な膜厚にて保護層および金属層を
形成することにより、ヒータ外周面に凸凹が発生しない
ため、非発熱部に相当する外周面にて水シールすること
が可能になる。
【0029】(第2実施例)図3は本発明にかかる温水
加熱用ヒータ1bを示す図で、(a)は側面図、(b)
は(a)のC−C'断面図、(c)は(a)のD部拡大
図である。なお、前記した第一実施例と同様の構成部材
については、同一符号を付して詳細説明は省略する。後
述する他の実施例も同様である。筒状のステンレス基材
2b(例えば、耐食性に優れたSUS304、SUS4
44等)の外表面に結晶化ガラスを主成分とした絶縁層
10(膜厚:100μm)を介し発熱抵抗体3(抵抗体
4、導体5、電極6)を形成した後、高粘度状の絶縁材
料11、金属材料12を用い発熱抵抗体3表面および浸
水部となる基材2bの表面全体に保護層7(膜厚:10
0μm)、金属層8(膜厚:40μm)を順次形成す
る。ステンレス材のような鉄成分を含んだ材料を基材と
して用いる場合、高温焼成が繰り返され過ぎると絶縁層
が形成されないステンレス材内表面の酸化クロム膜が破
壊され耐食性が低下するため、高温焼成終了後に機械研
磨や電解研磨等を実施し酸化クロム膜を再生する必要が
あり、製造工程が複雑化する。よって、この点において
は、焼成回数が少ないほど好ましい。ここでは、スクリ
ーン印刷に代わり、基材2bを高速で回転、かつ基材2
bの中心軸方向にノズル41を移動させながら、ノズル
41先端に設けられた吐出孔から絶縁ペースト11、金
属ペースト12を基材2bの外表面に塗布することによ
り膜厚の平滑化を促進させて、これを乾燥、焼成するこ
とにより円周方向に凹凸がなく、かつ任意の膜厚を有す
る絶縁層10、保護層7、金属層8を、基材2bの外表
面に均一に形成する。従って、絶縁ペースト11の塗
布、乾燥、焼成と各1回の作業で精度良く絶縁層9およ
び保護層7を形成できるため生産性が向上するととも
に、任意の絶縁性能を容易に確保することができる。そ
して、基材2bの円周方向に凹凸がないため、非発熱部
に相当するヒータ周面にて水シールすることが可能にな
る。
【0030】ここで使用する絶縁ペースト11は、筒状
ステンレス基材2bと熱膨張率が同程度の結晶化ガラス
に、粘度が100Pa・s程度になるよう溶剤、バイン
ダ等が混合され、150℃の予備乾燥後、850℃で大
気焼成することにより50%程度収縮し焼結する材料で
あるため、100μmの膜厚を有した絶縁層10、保護
層7を形成しようとした場合、塗布する絶縁ペースト1
1の膜厚は200μm必要となる。また、金属ペースト
12は、銀に、粘度が150Pa・s程度になるよう溶
剤、バインダ等が混合され、150℃の予備乾燥後、8
50℃で大気焼成することにより60%程度収縮し焼結
する材料であるため、40μmの膜厚を有した金属層8
を形成しようとした場合、塗布する金属ペースト12の
膜厚は100μm必要となる。
【0031】図5に、ステンレス基材2b(厚み:0.
6mm)の外表面に絶縁ペースト11を塗布する様子を
示すが、その製造装置に関し概略を説明する。まず、移
動制御手段により精度良く移動速度が増減可能、かつ、
ノズル41が基材2bの中心軸方向と平行に移動するよ
うに設置されたノズル移動手段44上をスライドする移
動機構を備えたノズル固定治具43に、ノズル44を固
定する。この時、ノズル44の先端に設けられた吐出孔
を基材2bの外表面近傍に設置することで、ペースト供
給手段からノズル44ヘ供給された絶縁ペースト11
が、吐出孔から基材2bの外表面に塗布することができ
る。また、ペースト供給手段はノズルへのペースト供給
量を制御し吐出孔から塗布されるペースト吐出量を調整
する機構を有しているが、さらにペーストを攪拌し材料
の混合比を均一にする攪拌手段、ペーストの粘度を検出
し溶剤を添加するなどして粘度を均一にする粘度調整手
段を備えることにより、常に一定の状態を保持したペー
ストをノズルへ供給することが可能となり、基材2bに
塗布、焼結された膜厚のバラツキを抑制することもでき
る。次に、回転制御手段により精度良く回転速度が増減
可能、かつ、回転機構を備えた基材固定治具42に、基
材2bの片端を差込み固定する。
【0032】吐出孔の開口形状とノズル送りピッチによ
り塗布される膜厚や形状が決定するが、基材2bの略全
表面に均一の膜厚にて絶縁ペースト11を塗布する場
合、吐出孔の開口形状とノズル送りピッチを同程度にす
ることが好ましいため、吐出孔の開口形状をφ0.2m
m、ノズル送りピッチを0.2mm/回転とする。基材
2bの回転速度は、ペーストの粘度や吐出量から均一な
膜厚を形成するための最適値が決定されるが、ペースト
塗布後のダレや飛散の発生防止を考慮して、絶縁ペース
ト11の吐出速度を1rpmとし、回転速度を400〜
600rpmとする。
【0033】上記製造装置を用いて、ステンレス基材2
bを回転、かつ基材2bの中心軸方向にノズル41を移
動させながら、ペースト供給手段からノズル41へ供給
された絶縁ペースト11を吐出孔から基材2bの外表面
に塗布することで、基材2bの外表面に200μmの膜
厚にて隙間無く絶縁ペースト11を塗布することができ
る。これを乾燥、焼成することにより、基材2b外表面
に膜厚が100μm程度の絶縁層10が均一に形成され
るため、絶縁ペ−スト11の塗布、乾燥、焼成と各1回
の作業で精度良く絶縁層9を形成でき、生産性が向上す
る。また、ノズルの先端形状を扁平形状とし、絶縁ペー
スト11の塗布幅に応じてノズル送りピッチを増やすこ
とで、塗布時間の短縮が図れ、さらに生産性を向上させ
ることもできる。そして、絶縁層10の表面には発熱抵
抗体3を均一に形成することができるため、基材2bを
均一に加熱することができるとともに、発熱抵抗体3を
効率よく配置でき、ヒータのコンパクト化が図れる。
【0034】絶縁層10の表面に、スクリーン印刷法に
より発熱抵抗体3を形成した後、同要領にて保護層7、
金属層8を形成する。
【0035】かかる構成により、同じ厚みのセラミック
基材と比較した時、金属材料(例えば、ステンレス)は
杭折強度が高いため、セラミック基材より厚みを薄く
(例えば、0.3〜0.8mm程度)することができ、
生産性、熱伝達率に優れた温水加熱用ヒータを提供する
ことができる。
【0036】本実施例においては、筒状の金属基材とし
てステンレス材を用いて説明したが、熱伝達率や軽量化
を考慮し銅材やアルミニウム材を用いても良い。また、
セラミック材料を基材として用い、その外表面に発熱抵
抗体を形成した後、保護層、金属層を同要領にて形成す
ることにより、絶縁ペ−スト11の塗布、乾燥、焼成と
各1回の作業で精度良く保護層7を形成でき、生産性が
向上するとともに、筒状基材の表面全体に均一な膜厚に
て保護層および金属層を形成でき、ヒータ外周面に凸凹
が発生しないため、非発熱部に相当する外周面にて水シ
ールすることが可能になる。
【0037】次に本発明にかかる温水装置の実施の形態
を、図面により詳細に説明する。 (第1実施例)図6は本発明にかかる温水装置11aを
示す図で、(a)は断面図、(b)は(a)のE−E'
断面図である。温水装置11aは、図1に示した温水加
熱用ヒータ1aを、図示しない排出流路に接続された出
湯口24を備えた貯湯タンク22aに収納し、ヒータ1
aの片端(図示左側)を図示しない給水流路に接続して
入水口23とし、入水口23からタンク22aに流入し
た水を瞬時に加熱し、出湯口24から排出する。本発明
のヒータ1aは、熱伝達率が高く、発熱抵抗体3から発
生した熱を基材内表面および金属層表面を介し水へ素早
く伝熱させることができるため、入水口23からヒータ
1aの内部流路に流入した水を基材内表面からの伝熱に
より加熱し、さらにヒータ1aの他端からタンク22a
内に流出した温水を金属層表面からの伝熱によりさらに
加熱することができる。その結果、瞬時に所定の温度ま
で水を加熱し出湯口24から排出することができる。本
発明の温水装置11aは、ヒータ1aの発熱部がタンク
22aに収納され水没する構造のため、熱交換効率が極
めて高く、タンク22a外部に露出している通電端子9
接続部や入水口23付近の温度は、ほとんど上昇するこ
とがないため、その周辺に制御機器等を配置しても高温
状態による誤動作は発生することなく、スペースを有効
に活用できる。
【0038】また、温水加熱用ヒータ1aを収納するた
め貯湯タンク22a側面に設けられた開口部25aの周
面と、ヒータ1aの周面との間に、筒状のパッキン27
aを配置することで、開口部25aとヒータ1aの隙間
から漏水することを容易に防止することができる。そし
て、パッキン27aの片端を金属製のフランジ28を用
いてタンク22a側面に固定することで、ヒータ1aが
タンク22aから抜け出ることを防止できる。
【0039】ヒータ1aを固定するため、タンク22a
内部壁面にステンレスなどの金属材料で形成された支持
部26a、26b、26c、26dを複数配置して、各
支持部(26a〜26d)の先端はヒータ1a端面およ
びその近傍に接触している。タンク22aの内部壁面に
支持部26を設けることにより、ヒータ1aを所定の位
置に容易に固定することができ、ヒータ1aとタンク2
2a内部壁面の接触を防止し、製造時の取付け不良、断
水や制御機器の誤動作等によるヒータ異常過熱時におい
て、タンク22aの損傷を防止できる。かかる構成によ
り、温水加熱用ヒータを用いて、生産性、熱伝達率に優
れた温水装置を提供することができる。
【0040】(第2実施例)図7は本発明にかかる温水
装置11bを示す図で、(a)は断面図、(b)は
(a)のE−E'断面図である。温水装置11bは、図
3に示した温水加熱用ヒータ1bを、図示しない排出流
路に接続された出湯口24を備えた貯湯タンク22bに
収納し、温水加熱用ヒータ1bの片端(図示左側)を図
示しない給水流路に接続して入水口23とし、入水口2
3から貯湯タンク22bに流入した水を瞬時に加熱し、
出湯口24から排出する。また、温水加熱用ヒータ1b
を収納するため貯湯タンク22b側面に設けられた開口
部25bの周面と、ヒータ1bの周面との間に、Oリン
グ27bを配置することで、開口部25bとヒータ1b
の隙間から漏水することを容易に防止することができ
る。そして、ヒータ1bの非発熱部と開口部25bの周
辺をシリコンやエポキシ等の耐水性樹脂30にて被覆す
ることで、 ネジやフランジを使用しないため製造コス
トを低減できるとともに、ヒータ1bがタンク22bか
ら抜け出ることを防止できる。
【0041】ヒータ1bを固定するため、タンク22b
内部壁面に耐熱性樹脂材料で形成されたの支持部26e
を配置して、支持部26eの先端はヒータ1b端面およ
びその近傍全周を被覆している。タンク22aの内部壁
面に支持部26を設けることにより、ヒータ1bを所定
の位置に容易に固定することができ、ヒータ1bとタン
ク22b内部壁面の接触を防止し、製造時の取付け不
良、断水や制御機器の誤動作等によるヒータ異常過熱時
において、タンク22bの損傷を防止できる。また、ス
テンレス材と金属層に使用される銀材料は熱膨張率が異
なるため、ステンレス材と金属層の密着性が悪く、保護
層端面まで被覆することができないが、支持部26にて
ヒータ端面およびその近傍全周を被覆し水の流動性を低
下させることにより、保護層から水にガラス材料が溶出
することを抑制できる。かかる構成により、本発明の温
水加熱用ヒータを用いて、生産性、熱伝達率に優れた温
水装置を提供することができる。
【0042】図8は本発明にかかる人体局部洗浄装置6
1aの概略構成を示すブロック図である。人体局部洗浄
装置61aは、洗浄水供給手段62(電磁弁)と、加熱
手段63(瞬間加熱式温水装置)と、水温検出手段64
(出水サーミスタ)と、流量切換手段65(流量調整バ
ルブ)と、吐水手段66(洗浄ノズル)から構成され、
洗浄水供給手段62から入水した洗浄水を吐水手段66
まで送水する通水経路中に、加熱手段63、水温検出手
段64、流量切換手段65の順にて配置している。そし
て、流量切換手段65にて洗浄水供給手段62から入水
し吐水手段66から吐水する洗浄水の流量を、加熱手段
63にて加熱する洗浄水の温度をそれぞれ可変し、図示
しない便座に着座した使用者の人体局部へ、使用者が設
定した吐水流量、水温の洗浄水を吐水することができ
る。近年、人体局部洗浄装置の省エネ化(使用する時だ
け水を加熱する)やコンパクト化(貯湯タンクの小型化
を図り狭いトイレ空間に設置可能とする)の要望に伴
い、セラミック基材の内部に発熱抵抗体を埋設したセラ
ミックヒータを少容量の貯湯タンクに収納した瞬間加熱
式の温水装置を備えた人体局部洗浄装置が主流となって
いる。そして、洗浄開始時に、貯湯タンクおよび流水経
路に停滞した冷水を人体局部へ吐水しないように別流路
を設け排水(捨て水)し、使用者が設定した水温または
使用者に不快感を与えない程度の水温まで水を加熱して
から人体局部へ吐水している。そのため、使用者が洗浄
開始SWを操作してから人体局部に温水が吐水されるま
でには5〜10秒の待ち時間を必要とするが、本発明の
温水装置に備えることにより貯湯タンク内に流入した水
をより早く使用者が設定した水温まで上昇させることが
できる。従って、使用者が洗浄開始SWを操作してから
人体局部に温水が吐水されるまでの待ち時間を短縮する
ことができるとともに、捨て水の量を少なくでき節水を
図ることができる。また、使用者が吐水される水温を変
化させたい時、より早く水温の変化させることができ
る。
【0043】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱伝達率および生産性に優れた温水加熱用ヒータ、それ
を備えた温水装置、及びそれを備えた人体局部洗浄装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる温水加熱用ヒータの第一実施
例を示し、(a)は側面図、(b)は(a)のA−A'
断面図、(c)はB部拡大図である。
【図2】 同、展開図である。
【図3】 同、第二実施例を示し、(a)は側面図、
(b)は(a)のC−C'断面図、(c)はD部拡大図
である。
【図4】 同、展開図である。
【図5】 本発明に使用した製造装置の概略を示す構成
図である。
【図6】 本発明にかかる温水装置の第一実施例を示
し、(a)は断面図、(b)は(a)のE−E'断面図
である。
【図7】 同、第二実施例を示し、(a)は側面図、
(b)は(a)のF−F'断面図である。
【図8】 人体局部洗浄装置の概略構成を示すブロック
図である。
【図9】 従来のセラミックヒータを示し、(a)は要
部断面図、(b)は(a)のG−G'断面図である。
【図10】 従来の温水装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1(1a、1b):温水加熱用ヒータ 2(2a、2b):基材 3:発熱抵抗体 4(4a〜4i):抵抗体 5(5a〜5c):導体 6(6a〜6d):電極 7:保護層 8:金属層 9(9a、9b):通電端子 10:絶縁層 11:絶縁材料(絶縁ペースト) 12:金属材料(金属ペースト) 21(11a、11b):温水装置 22(22a〜22c):貯湯タンク 23:入水口 24:出湯口 25(25a〜25c):開口部 26(26a〜26e):支持部 27(27a〜27c):シール材 28:フランジ 29(29a、29b):ネジ 30:樹脂 41:ノズル 42:基材固定治具 43:ノズル固定治具 44:ノズル移動手段 61:人体局部洗浄装置 62:洗浄水供給手段 63:加熱手段 64:水温検出手段 65:流量切換手段 66:吐水手段 81:セラミックヒータ 82(82a、82b):セラミック基材 83:発熱抵抗体 84:封水部 85(85a、85b):通電端子 86:フランジ 91:温水装置
フロントページの続き Fターム(参考) 2D038 JB04 JF00 3K092 PP13 PP20 QA02 QB25 QB74 RA06 RD03 RD09 RD16 RD33 RD34 RD47 SS17 SS18 SS26 SS29 SS31 TT30 TT37 VV03 VV40 3L025 AB24 AD08 4C094 AA08 AA09 BC12 DD14 EE20 GG07 GG13

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック材料からなる筒状基材の外表
    面に薄膜状の発熱抵抗体を備え、該発熱抵抗体の表面に
    絶縁材料からなる保護層を介し金属層を備えたことを特
    徴とする温水加熱用ヒータ。
  2. 【請求項2】 金属材料からなる筒状基材の外表面に絶
    縁材料からなる絶縁層を介し薄膜状の発熱抵抗体を備
    え、該発熱抵抗体の表面に絶縁材料からなる保護層を介
    し金属層を備えたことを特徴とする温水加熱用ヒータ。
  3. 【請求項3】 前記保護層はガラス材料にて形成された
    ことを特徴とする請求項1乃至2いずれか1項記載の温
    水加熱用ヒータ。
  4. 【請求項4】 前記金属層は銀材料にて形成されたこと
    を特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の温水加
    熱用ヒータ。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4いずれか1項記載の温水
    加熱用ヒータを、排出流路に接続された出湯口を備えた
    貯湯タンクに収納し、前記温水加熱用ヒータの片端を給
    水流路に接続して入水口とし、該入水口から前記貯湯タ
    ンクに流入した水を瞬時に加熱し、前記出湯口から排出
    することを特徴とする温水装置。
  6. 【請求項6】 前記温水加熱用ヒータを所定の位置に固
    定するための支持部を前記貯湯タンク内部の壁面に設け
    たことを特徴とする請求項5記載の温水装置。
  7. 【請求項7】 請求項5乃至6いずれか1項記載の温水
    装置を備えたことを特徴とする人体局部洗浄装置。
  8. 【請求項8】 セラミック材料を焼結した筒状基材の外
    表面に発熱抵抗体を形勢し、その発熱抵抗体の外表面に
    保護層、金属層を順次形成することを特徴とする温水加
    熱用ヒータの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記保護層は高粘度状の絶縁材料を、前
    記金属層は高粘度状の金属材料を用いて、スクリーン印
    刷法により前記筒状基材の円周方向に均一の膜厚にて塗
    布した後、焼結させて形成することを特徴とする請求項
    8記載の温水加熱用ヒータの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記保護層は高粘度状の絶縁材料を、
    前記金属層は高粘度状の金属材料を用いて、筒状の基材
    を回転、且つ移動させながら前記筒状基材の円周方向に
    均一の膜厚にて塗布した後、焼結させて形成することを
    特徴とする請求項8記載の温水加熱用ヒータの製造方
    法。
  11. 【請求項11】 筒状の金属基材の外表面に絶縁層を介
    し発熱抵抗体を形勢し、その発熱抵抗体の外表面に保護
    層、金属層を順次形成する温水加熱用ヒータにおいて、
    前記絶縁層、前記保護層は高粘度状の絶縁材料を、前記
    金属層は高粘度状の金属材料を用いて、筒状の基材を回
    転、且つ移動させながら前記筒状基材の円周方向に均一
    の膜厚にて塗布した後、焼結させて形成することを特徴
    とする温水加熱用ヒータの製造方法。
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