JP2003052539A - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気湯沸かし器において、加熱レスポンス性
能と温度制御性能の向上をはかるとともに、熱伝導率を
高めることが課題である。 【解決手段】 貯湯用の容器２０の底部２３下面に印刷
で加熱部３０を形成するとともに、容器２０の底部２３
には加熱部３０を中央部とその外周部に区分する位置に
凹部２６を設けた電気湯沸かし器とすることで、加熱レ
スポンス性能と温度制御性能の向上をはかり、同時に加
熱部の熱容量を小さくし熱伝導の良い安定した性能を加
工上も問題なく得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として一般家庭ま
たは事務所等で使用される電気湯沸かし器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電気湯沸かし器を図４及
び図５に基づいて説明する。図において１は上部を開口
した貯湯用の容器であり、ステンレス鋼板等を絞り加工
または溶接加工等で形成されている。２は容器１の底部
下面に内方に向かって形成された凹部である。３は凹部
２の内側に収納される加熱装置である。加熱装置３は、
容器１側つまり上側から集成マイカを打ち抜いて形成さ
れた第１の絶縁物５、ステンレス鋼板を打ち抜いて形成
して約１０００ワットの消費電力がある湯沸かし電熱線
５、集成マイカで形成した第２の絶縁物６、ステンレス
鋼板を打ち抜いて形成した約１００ワットの消費電力が
ある保温電熱線７、集成マイカで形成された第３の絶縁
物８で構成されている。９はアルミ鍍金鋼板等をプレス
加工して形成したシーム板で、容器１の底部側から抵抗
溶接で外周と中央付近とを溶接して、加熱装置３を凹部
２に収納して下方から凹部２に圧接している。

【０００３】１０は加熱装置３への通電を制御する制御
回路であり、上下に分割できる防水ケースに収納されて
容器１の下方に位置している。１１は容器１の下に位置
して一端を容器１の底部に連通し、他端を給湯口１２に
連通した送水装置である遠心ポンプである。１３は凹部
２の中央下面に備えられたサーミスタで形成された温度
検知素子であり、凹部２を介して容器１内の温度を検知
する。１４は上記各部をカバーした外装体である。１５
は湯沸かし器の蓋である。

【０００４】以上の構成において、水を容器１に所定量
入れ、加熱装置３に通電すると、制御回路１０の制御に
より、湯沸かし時には湯沸かし電熱線５と保温電熱線７
に通電して合計１１００ワットの電力で湯沸かしする。
加熱装置３で発生した熱は容器１の凹部２を通って容器
１内の水を加熱する。このとき湯沸かし電熱線５の温度
は約５００度に達しており、またシーム板９の温度は約
２５０度に達している。温度検知素子１３は容器１内の
湯温を検知し、やがて温度検知素子１３が沸騰を検知し
て制御回路１０は湯沸かし電熱線５への通電を停止す
る。湯沸かし電熱線５への通電を断電した直後は、加熱
装置３とシーム板９の温度が１００度以上であるので、
数十秒間は容器１底面の凹部２の各部から蒸気の気泡が
発生し続ける。やがて加熱装置３とシーム板９の温度が
１００度以下になると、蒸気の気泡の発生が停止する。
以降は制御回路１０が保温電熱線７への通電を制御して
容器１内の湯温を約９５度に維持する。このとき制御回
路１０はまず温度検知素子１３の温度を信号として入力
し、保温電熱線７へ通電するが、通電当初は加熱装置３
全体を加熱して温度上昇させる必要があり、やがて加熱
装置３全体が加熱されると、次に凹部２を通して容器１
内の湯を加熱することとなる。このときシーム板９の温
度は約１１０度である。

【０００５】なお、湯沸かし時も保温時も加熱装置３へ
通電しているときは、シーム板９下面から輻射熱を放出
していることとなる。

【０００６】湯を所望のときは、操作部（図示せず）か
ら遠心ポンプ１１を駆動して昇水し給湯口１２を介して
給湯するものである。湯が少なくなると蓋１５を開き、
所望の水を容器１内に注水すると、制御回路１０が温度
検知素子１３で湯温を検知して前述のようにして湯を沸
かしてから保温するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成では、第１に、加熱装置３の熱容量
（ヒートマス）が大きく加熱レスポンスが遅く、また、
温度検知素子１３で湯温を検知して制御回路１０で加熱
装置３へ通電して湯温を制御するときの通電と、湯温上
昇の時間のずれが大きく制御しにくい。第２に、湯沸か
し中や保温時に加熱装置３へ通電すると、シーム板９の
温度が湯沸かし時には約２５０度になり、保温時には１
００度以上になり、容器１の底部近傍に配置した部品を
より耐熱の高い材料で形成するか、加熱装置３から距離
をおいて配置させる必要がある。第３に、加熱装置３へ
通電しているときは、シーム板９から下方に熱が輻射に
より放散して熱効率が悪い。第４に、加熱装置３を構成
する第１の絶縁物４と、第２の絶縁物６と、第３の絶縁
物８と、湯沸かし電熱線５と、保温電熱線７の各部品を
別々に加工する必要がある。

【０００８】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、加熱時のレスポンス性能と温度制御性能を向上させ
るとともに、熱伝導率を高めることにより加熱装置周辺
の温度上昇を抑え、かつ加工上の問題もなくした電気湯
沸かし器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電気湯沸かし器は、貯湯用の容器の底部下面
の加熱部を、印刷で形成した第１の絶縁層と、第１の絶
縁層上に印刷で形成した電気抵抗体層と、前記第１の絶
縁層と電気抵抗体層上に印刷で形成した第２の絶縁層と
により構成し、容器の底部には加熱部を中央部とその外
周部に区分する位置に凹部を設けたものである。

【００１０】これによって、加熱部の熱容量が小さく加
熱時のレスポンス性能と温度制御性能を向上させるとと
もに、熱伝導率を高めて加熱部の温度上昇を抑え周辺に
配置する部品の温度を低下させ、また、加熱部を構成す
る部品点数を低下させて加工上もすぐれたものとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の本発明は、貯湯
用の容器と、この容器の底部下面に印刷で形成した第１
の絶縁層と第１の絶縁層上に印刷で形成した電気抵抗体
層と前記第１の絶縁層と電気抵抗体層上に印刷で形成し
た第２の絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気抵抗体層
に電気的に接続した端子とを備え、前記容器の底部には
加熱部を中央部とその外周部に区分する位置に凹部を設
けた電気湯沸かし器とすることにより、加熱部の熱容量
が小さく加熱時のレスポンス性能と温度制御性能を向上
させるとともに、熱伝導率を高めて加熱部の温度上昇を
抑え周辺に配置する部品の温度を低下させ、また、加熱
部を構成する部品点数を少なくし加工上もすぐれたもの
となる。

【００１２】請求項２記載の発明は、容器の底部は略球
面状に湾曲させた電気湯沸かし器とすることにより、容
器の底部は必ず凸方向となるため、底部の印刷面の寸法
が安定化し、熱変形が一方向となり熱による底部のそり
などの寸法変化を小さくでき、容器底部の肉厚も薄くで
き熱効率を向上させることもできる。

【００１３】請求項３記載の発明は、容器の底部に設け
た凹部は環状に形成し、少なくとも１カ所は加熱部の中
央部と外周部とを同一面で結ぶようにした電気湯沸かし
器とすることにより、中央部と外周部の加熱部が電気的
に連続接続となり、端子などの接続を少なくできて、電
気的に安定させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１、図
２、図３を参照しながら説明する。図において、２０は
貯湯用の容器で、上部を開口し上端全周に水平方向にフ
ランジ２１を設けた円筒状の側壁２２と底部２３から構
成されている。底部２３は、実際には、側壁２２下端に
下方から圧入して外周を側壁２２と水密的に溶接してい
るものである。２４は底部２３から一段下方に凸になる
ように絞り加工で形成された段部である。段部２４は相
対する２カ所に平行な直線の段部である直線部２５を絞
り加工で形成し、他の部分は底部２３の外周からほぼ均
等な距離で絞り加工されている。段部２４は全体として
は平面形状が小判形をしている。本実施例では、段部２
４は平面ではなく、略球面状に湾曲させた形状をしてい
る。すなわち、容器２０の底部２３の中央部が一番深い
絞り加工になるように下方に凸な形状をしているが、平
面形状であってもよい。また、段部２４の面には、凹部
２６が段部２４を内側と外側に区分けする位置に環状に
配置してあり、凹部２６は少なくとも１カ所が切れてい
て、前記段部２４の内側と外側とを結ぶ面を形成してあ
る。

【００１５】なお、段部２４は実施例では底部２３から
下方に凸になるように形成されているが、逆向きに凸と
して略球面状に湾曲させた形状に形成してもよい。また
凹部２６は、実施例では段部２４の下面から容器２０内
側に向かって凸となるように形成されているが、これも
逆向きに形成しても構わない。そしてまた、段部２４と
凹部２６の向きは適宜の組み合わせが考えられるもので
ある。

【００１６】２７は段部２４の外周近傍に穴を開けてス
テンレスパイプを咬めて水密的に形成した流出口であ
り、遠心ポンプ２８に連通し、昇水パイプ２８ａを通し
て容器２０内の湯を抽出するようになっている。流出口
２７は底部２３と別部品とすることで、流出口２７の取
付加工を任意の行程で行うことができるようにしてい
る。

【００１７】２９は底部２３下面、すなわち段部２４下
面の凹部２６を除くほぼ全面にあたる印刷面であり、こ
こに加熱部３０が印刷形成される。

【００１８】加熱部３０は以下のような構造になってい
る。まず印刷面２９全面に無機質であるガラスを主成分
とする絶縁物を３層のシルク印刷で約５０マイクロメー
トルから約２００マイクロメートルに積層して第１の絶
縁層３１を形成する。この第１の絶縁層３１の厚みは定
格電圧や必要とする絶縁耐力によって印刷回数や印刷時
のインクの濃度を調節して所望の厚さにする。印刷状態
のまま電気炉で約１０分間約８００度で焼結する。する
とステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４４４相当）の
線膨張係数１０．５〜１１．９×１０のマイナス６乗と
ほぼ同じ膨張係数の第１の絶縁層３１が完成する。この
時、約８００℃まで加熱するため、段部２４の印刷面２
９の熱ひずみを少なくすることが重要となってくる。し
かし、凹部２６が、段部２４全体が膨張する熱応力の吸
収方向に配置してあり、熱ひずみを少なくして安定した
加工ができる。

【００１９】次に図３に示しているように、第１の絶縁
層３１上に、金属酸化物を主成分とする適度な電気抵抗
を持った抵抗体を含んだインクで電気抵抗体層３２をシ
ルク印刷で形成する。電気抵抗体層３２は、肉厚により
抵抗値がバラツキ、入力（Ｗ）も比例してバラツキ、製
品上の大きな課題となるため、シルク印刷の印刷肉厚バ
ラツキを少なくする。その大きな要因となる、段部２４
の印刷面２９の寸法安定性が重要となるが、凹部２６の
プレス加工による寸法決め押しにより、寸法バラツキの
少ない安定した印刷面２９としている。電気抵抗体層３
２の印刷パターンは、底部２３の中央部と外周部にそれ
ぞれ幅広の湯沸かし回路３２ａと、湯沸かし回路３２ｂ
を設け、その間には幅の狭い保温回路３２ｃを同心円状
に形成している。

【００２０】また湯沸かし回路３２ａ、３２ｂと保温回
路３２ｃは、共通端子３３に一端を接続して他端はそれ
ぞれ湯沸かし端子３４と保温端子３５と接続している。
そして、湯沸かし回路３２ａ、３２ｂ、保温回路３２
ｃ、共通端子３３、湯沸かし端子３４及び保温端子３５
は、電気炉内で約１０分間約８００℃で焼成することに
より、これらにより電気抵抗体層３２を形成している。
なお、凹部２６は、加熱部３０を中央部とその外周部
に、すなわち湯沸かし回路３２ａ及び保温回路３２ｃ
と、湯沸かし回路３２ｂに区分けする位置に設けてあ
り、湯沸かしの高加熱による熱応力を分散させている。
また、凹部２６は、環状の少なくとも１カ所が切れてい
て、加熱部３０の中央部と外周部とを同一面で結ぶ面を
形成してあるため、加熱部３０が電気的に連続接続とな
っている。

【００２１】次に、共通端子３３と湯沸かし端子３４と
保温端子３５を銀を主成分とする銀ろう付け加工を表面
に施す。同心円状の電気抵抗体層３２を中心から放射状
方向に接続するのは、共通端子３３と湯沸かし端子３４
と保温端子３５と同じ銀を主成分とする銀ろう材３６で
ある。これも銀ろう材３６をシルク印刷してから電気炉
で焼結して形成する。

【００２２】次に、第１の絶縁層３１の範囲から共通端
子３３と湯沸かし端子３４と保温端子３５を除く範囲を
無機質であるガラスを主成分とする絶縁物を１層にシル
ク印刷で約２０マイクロメートルの厚さに積層して第２
の絶縁層３７を形成する。この第２の絶縁層３７の厚み
は定格電圧や必要とする絶縁耐力によって印刷回数や印
刷時のインクの濃度を調節して所望の厚さにする。印刷
状態のまま電気炉で約１０分約８００℃で焼結する。す
るとステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４４４相当）
の線膨張係数１０．５〜１１．９×１０のマイナス６乗
とほぼ同じ膨張係数の第２の絶縁層３７が完成する。

【００２３】以上の第１の絶縁層３１と電気抵抗体層３
２と第２の絶縁層３７とで加熱部３０が形成されてい
る。

【００２４】３８は共通端子３３と湯沸かし端子３４と
保温端子３５とに銀ろう付けで接続された金属製の端子
であり、黄銅にスズ鍍金を施した材料または鉄にニッケ
ル鍍金を施した材料をプレス加工で打ち抜いて形成して
いる。

【００２５】３９は容器２０の底部２３で段部２４の直
線部２５近傍に溶接して固定された一対の取付具であ
る。取付具３９は下端にねじ穴４０が設けてあり、止め
ねじ４２で湯沸かし器の外装体４１下部を固定してい
る。外装体４１の上部は実質的に容器２０のフランジ２
１の下面に押し当てられている。ここで、取付具３９を
底部２３に溶接するのは、外装体４１の底板４２と容器
２０の底部２３間に形成される空間に、制御回路４３を
内蔵した防水ケース４４を収納するからである。また取
付具３９は外装体４１を締め付けて固定するので、締め
付けによる応力を底部２３に加えることとなるが、その
応力を印刷面２９に伝わりにくくするためである。印刷
面２９には焼結した加熱部３０が固着しているので、こ
れに応力が加わらないようにすることが重要である。

【００２６】４５は底部２３の中央下面に備えられたサ
ーミスタで形成された温度検知素子であり、底部２３下
面を介して容器２０内の温度を検知する。４６は加熱部
３０の外側に位置して設けた断熱材であり、ガラス繊
維、発泡シリコンゴム、熱変形温度が２００度以上の熱
可塑性樹脂の発泡材、無機質材料の積層材等で形成さ
れ、遮熱機能を兼ね備えた保持板４７にて保持されてい
る。４８は湯沸かし器の蓋である。

【００２７】以上のように構成された電気湯沸かし器に
ついてその動作を説明する。湯沸かし制御、ポンプによ
る給湯等、基本的な動作は従来の技術の動作と同じであ
るので、詳細は省略する。

【００２８】湯沸かし時には、制御回路４３が温度検知
素子４５からの信号で容器２０内の水温を検知して湯沸
かしモードに入り、湯沸かし回路３２ａ、３２ｂと保温
回路３２ｃに通電する。湯沸かし回路３２ａ、３２ｂと
保温回路３２ｃはジュール熱により発熱して約１５０度
の温度になり、第１の絶縁層３１と第２の絶縁層３７に
熱が伝導する。したがって、第１の絶縁層３１から容器
２０の底部２３を介して容器２０内の水を加熱する。こ
こで、第１の絶縁層３１は底部２３と電気抵抗体層３２
とにそれぞれ焼結で密着しているので熱伝導が非常にす
ぐれており、発熱した熱が電気抵抗体層３２に滞留する
ことなく容器２０内の水を加熱することとなる。この状
態で湯沸かしが進行する。

【００２９】また、電気抵抗体層３２が通電とともに急
激に温度上昇するので熱膨張係数に見合う膨張が発生す
る。温度上昇は急激で局部的な発生であり、電気抵抗体
層３２が熱膨張する瞬間はまだステンレス鋼板で形成さ
れた底部２３は温度上昇していないので、電気抵抗体層
３２と底部２３の層状構成においてバイメタルのような
挙動をする。その熱応力を湯沸かし回路３２ａ、３２ｂ
を区分けした位置に凹部２６を配置したため、凹部２６
の内側の加熱と外側の加熱の熱応力を分散させる働きを
行っている。また、印刷面２９は熱膨張による応力をそ
の曲率がわずかに変化することで吸収してしまう。印刷
面２９の熱膨張による曲率の変化は底部２３の取付具３
９には伝わらないために、外装体４１の締め付け寸法に
は影響しない。印刷面２９の熱膨張による変化はそれ以
外の部品へ応力の影響を与えないこととなる。

【００３０】やがて容器２０内の水は沸騰する。温度検
知素子４５が約１００度の沸騰温度または温度上昇が停
止して一定温度になったことを検知して制御回路４３が
湯沸かし回路３２ａ、３２ｂと保温回路３２ｃの通電を
停止する。このとき電気抵抗体層３２と第１の絶縁層３
１および第２の絶縁層３７は熱容量（ヒートマス）が小
さく温度上昇も比較的少ない上に、前述のように電気抵
抗体層３２と第１の絶縁層３１と底部２３はそれぞれ焼
結で熱伝導が良いため、通電を停止して１秒程度で底部
２３からの沸騰時の蒸気の泡は発生しなくなる。これに
より沸騰直後に遠心ポンプ２８を作動させても泡を巻き
込んで給湯能力が低下することはない。

【００３１】以上のように実施例によれば、第１に、電
気抵抗体層３２と絶縁層３１と第２の絶縁層３７のトー
タルの熱容量が非常に小さいので、加熱時のレスポンス
が良く温度制御しやすく、熱効率も高くなる。第２に、
電気抵抗体層３２は薄くて熱伝導度が高いガラス材質の
絶縁層３１を介して段部２４に密着しているため熱伝導
が良く、加熱部３０の温度上昇が低く、容器２０下部の
温度上昇が小さくなり（断熱材４５、保持板４７の存在
により、より一層温度上昇は抑えられる）、容器２０下
部近傍に配置する部品の耐熱温度を低く設定することが
できる。第３に、印刷による電気抵抗体層３２と絶縁層
３１と第２の絶縁層３７の形成は各部品の加工行程を著
しく簡素化でき、しかも印刷加工では余分な廃材がない
ために地球環境にも優しい加工が行える。第４に、凹部
２６のプレス加工による寸法決め押しにより、寸法バラ
ツキの少ない安定した印刷面２９として、シルク印刷の
印刷肉厚バラツキを少なくすることができて、電気抵抗
体層３２の肉厚による抵抗値のバラツキが小さくなり、
入力（Ｗ）バラツキの小さな安定した製品となる。第５
に、凹部２６が段部２４全体が膨張する熱応力の吸収方
向に配置してあり、電気抵抗体層３２と絶縁層３１と第
２の絶縁層３７を形成するために約８００℃まで加熱し
ても、段部２４の印刷面２９の熱ひずみを少なくするこ
とができ安定化させる。第６に、略球面状に湾曲させた
印刷面２９に凹部２６を形成することで、熱変形が一方
向となり印刷面２９の寸法が安定化するとともに、段部
２４のソリなどの寸法変化を小さくでき、段部２４の肉
厚が薄くても発熱による熱膨張の応力を吸収することが
でき、また強度も高くなり、さらに段部２４の熱容量が
小さくなる分、熱効率と熱応答性が向上する。第７に、
加熱部３０を区分けした位置に凹部２６を配置したた
め、凹部２６の中央部と外周部（内側と外側）の加熱の
熱応力を分散させる働きを行い、加熱部３０のＯＮ・Ｏ
ＦＦによるヒートサイクルに対応できる熱構造となる。
第８に、絶縁層３１はガラス材質で形成されているため
に物の落下による局部的な衝撃強度を受けるとひび割れ
をおこして絶縁不良となる恐れがあるが、凹部２６によ
り物の落下による局部的な衝撃を受け止めて力を凹部２
６全体で分散させるため、絶縁層３１を衝撃強度から守
る構造としている。第９に、凹部２６は少なくとも１カ
所が切れていて、段部２４の中央部と外周部（内側と外
側）を結ぶ面を形成してあるため、電気抵抗体層３２が
電気的に連続接続となり、加熱部３０に接続する湯沸か
し端子３４などの接続を少なくできて、電気的により安
定に安価にできる。

【００３２】なお、加熱部３０の印刷工程を側壁２２と
底部２３を溶接して容器２０を形成した後としたが、底
部２３のみの状態のときに先に印刷加工を施してから側
壁２２と底部２３の溶接加工を施しても良い。

【００３３】また、印刷加工をシルク印刷加工法とした
が、転写等の異なる印刷方法でも良い。要は液体状の材
料を容器２０の底部２３に固着させればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明の電気湯沸かし器
は、貯湯用の容器と、この容器の底部下面に印刷で形成
した第１の絶縁層と第１の絶縁層上に印刷で形成した電
気抵抗体層と前記第１の絶縁層と電気抵抗体層上に印刷
で形成した第２の絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気
抵抗体層に電気的に接続した端子とを備え、前記容器の
底部には加熱部を中央部とその外周部に区分する位置に
凹部を設けた電気湯沸かし器とすることにより、加熱部
の熱容量が小さく加熱時のレスポンス性能と温度制御性
能を向上させるとともに、熱伝導率を高めて加熱部の温
度上昇を抑え周辺に配置する部品の温度を低下させ、ま
た、加熱部を構成する部品点数を少なくし加工上もすぐ
れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電気湯沸かし器を一部切
り欠いて示した断面図

【図２】同電気湯沸かし器の加熱部の平面図

【図３】同電気湯沸かし器の加熱部の部分断面図

【図４】従来の電気湯沸かし器を一部切り欠いて示した
断面図

【図５】従来の電気湯沸かし器の加熱部を示す部分断面
図

【符号の説明】

２０ 容器 ２３ 底部 ２６ 凹部 ３０ 加熱部 ３１ 第１の絶縁層 ３２ 電気抵抗体層 ３７ 第２の絶縁層 ３８ 端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA10 AA12 AA21 AA37 BB05 BC04 BC16 CA03 DA05 FA14 4B055 AA34 BA22 CA02 CB03 DA02 DB02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯湯用の容器と、この容器の底部下面に
   印刷で形成した第１の絶縁層と第１の絶縁層上に印刷で
   形成した電気抵抗体層と前記第１の絶縁層と電気抵抗体
   層上に印刷で形成した第２の絶縁層とを備えた加熱部
   と、前記電気抵抗体層に電気的に接続した端子とを備
   え、前記容器の底部には加熱部を中央部とその外周部に
   区分する位置に凹部を設けた電気湯沸かし器。
2. 【請求項２】 容器の底部は下方に略球面状に湾曲させ
   た請求項１記載の電気湯沸かし器。
3. 【請求項３】 容器の底部に設けた凹部は環状に形成
   し、少なくとも１カ所は加熱部の中央部と外周部とを同
   一面で結ぶようにした請求項１または２記載の電気湯沸
   かし器。