JP3587134B2 - 電気湯沸かし器 - Google Patents
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Description
【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。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の電気湯沸かし器の構成は図５及び図６に示すようであった。１は上部を開口した容器でステンレス鋼板を絞り加工または溶接加工で形成され、上端の全周には水平方向にフランジ２が形成されている。３は容器１底面に形成された凸部である。すなわち凸部３は容器１の底面に形成された平面である。４は凸部３の裏面に収納される加熱装置であるヒーターユニットである。ヒーターユニット４は上側から集成マイカで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ワットの消費電力である湯沸かし電熱線６、集成マイカで形成した第２の絶縁物７、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８、集成マイカで形成された第３の絶縁物９で順番に重ねられて構成されている。
【０００３】
容器１の底部側からはアルミ鍍金鋼板などをプレス加工して形成したシーム板１０を抵抗溶接で外周と中央付近とを溶接してヒーターユニット４を凸部３の裏面に収納して下方からヒーターユニット４を凸部３の裏面に圧接している。１１は容器１の底部に溶接して固定された一対の取付金具であり、下端は止めねじ１２でねじ止めされる構造になっている。
【０００４】
１３は前記容器１を収容する筒状のボデーでＰＰ樹脂などの合成樹脂で形成されている。上端下端が開口したボデー１３下部には開口部１５を設けて組立時等に利用する。１６は鋼板をプレス加工して形成してボデー１３下側の開口部１５を塞ぐ底板である。
【０００５】
１７は容器１の下に位置して一端を容器１の底部に連通し、他端を昇水パイプ１８に連通した送水装置である遠心ポンプである。昇水パイプ１８は給湯口１９を介して外方に開放されている。
【０００６】
２０は前記容器１のフランジ２を係止する円形の段部２１を略中央に備えた合成樹脂で形成された上枠である。上枠２０はボデー１３上端の開口部１５に嵌着する。
【０００７】
全体の構成は容器１を上枠２０中央の段部２１に収納して上枠２０をボデー１３上端に嵌着する。容器１下端に固定された取付金具１１はボデー１３の取付部１４に嵌合する。ここで止めねじ１２で底板１６を取付部１４を介して取付金具１１に固定する。取付金具１１と取付部１４とは設計上約３ｍｍの隙間が締め代として設けてある。容器１と底板１６を締め付けると締め代分だけフランジ２を介して上枠２０とボデー１３を締め付けることとなり、止めねじ１２で取付金具１１を介して容器１底部を引っ張る応力を常に加えていることとなる。
【０００８】
２２は給電口である。２３は前記容器１の上部開口を塞ぐ蓋であり、蓋２３の一端には回転軸２４が設けてあり、他端には前記上枠２０の係止部２５に係止して蓋２３をロックするロック爪２６が前後に摺動するように備えてある。回転軸２４は上枠２０の軸受け部２７に回転自在に取り付けられて前記蓋２３の開閉時に回転する。
【０００９】
２８は凸部３中央の裏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、凸部３の面を介して容器１内の湯の温度を検知する。２９はヒーターユニット４への通電を制御する制御部であり、上下に分割できる防水ケース３０内に収納されて容器１の下方に位置している。制御部２９はヒーターユニット４の湯沸かし電熱線６、保温電熱線８と、遠心ポンプ１７と温度検知素子２８とを制御する。
【００１０】
以上の構成において、動作を説明する。まず、水を容器１に所定量入れる。次に給電口２２から給電する。制御部２９が操作に基づいてヒーターユニット４へ通電する。湯沸かし時には湯沸かし電熱線６と保温電熱線８に通電して合計１１００ワットの電力で湯沸かしする。ヒーターユニット４で発生した熱は容器１の凸部３を介して容器１内の水を加熱する。このとき湯沸かし電熱線６の温度は約５００度に達しており、またシーム板１０の温度は約２５０度に達している。温度検知素子２８は容器１内の湯温を検知し、やがて温度検知素子２８が湯の沸騰を検知して制御部２９は湯沸かし電熱線６への通電を停止する。湯沸かし電熱線６への通電を停止させた直後はヒーターユニット４とシーム板１０の温度は１００度以上であるのでその熱容量と１００度以上の温度のために、数十秒間は容器１底面の凸部３の表面から蒸気の気泡が発生し続ける。やがてヒーターユニット４とシーム板１０の温度が１００度以下になると気泡の発生が次第に停止する。以降は制御部２９が保温電熱線８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。このとき制御部２９はまず温度検知素子２８の温度を信号として入力し、保温電熱線８へ通電するが、通電当初はヒーターユニット４全体を加熱して温度上昇させる必要があり、やがてヒーターユニット４全体が加熱されると次に凸部３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１０の温度は約１１０度である。
【００１１】
湯沸かし時も保温時もヒーターユニット４へ通電しているときはシーム板１０下面から輻射熱を放出していることとなる。
【００１２】
湯を所望のときは、操作部（図示せず）から遠心ポンプ１７を駆動して昇水パイプ１８と給湯口１９を介して給湯する。湯が少なくなると蓋２３を回動させて容器１上部を開放する。所望の水を容器１内に注水すると制御部２９が温度検知素子２８で湯温を検知して再度湯を沸かしてから保温する。以降は必要に応じて給湯する。
【００１３】
【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にヒーターユニット４の熱容量（ヒートマス）が大きく温度検知素子２８で湯温を検知して制御部２９でヒーターユニット４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い。第２にヒーターユニット４の熱容量（ヒートマス）が大きく沸騰して湯沸かしヒーターユニット４への通電を停止した直後の数十秒間は容器１底部から熱容量による余熱で沸騰状態の蒸気の泡が多量に発生して遠心ポンプ１７内に巻き込むために、遠心ポンプ１７の給湯能力が著しく低下する。第３に湯沸かし中や保温時にヒーターユニット４へ通電するとシーム板１０の温度が湯沸かし時には約２５０度になり、また保温時には約１１０度になり、容器１底部近傍の部品を構成する材料をより耐熱の高い材料で形成するか、ヒーターユニット４から距離をおいて位置させる必要がある。第４にヒーターユニット４へ通電しているときはシーム板１０から下方に熱が輻射により放散している。第５にヒーターユニット４を構成する第１の絶縁物５と、第２の絶縁物７と、第３の絶縁物９と、湯沸かし電熱線６と、保温電熱線８の各部品を別々に加工する必要があるといった課題を有していた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するために、上部にフランジを有する水を収容する容器と、前記容器を収容する筒状のボデーと、前記ボデー上端に嵌着されるとともにその上面に前記容器が釣支される上枠と、前記容器底面に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記凸に形成した底面に形成した第１の電気絶縁層とこの第１の電気絶縁層上に印刷で形成した電気抵抗体層と、さらに前記電気抵抗体層上に形成した第２の電気絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気抵抗体層上に印刷で形成した電気導体層と、前記電気導体層に電気的に接続した金属端子と、前記段部に固定した取付金具とを備え、前記上枠を前記容器のフランジ部と前記ボデーで、前記ボデーの下部を前記取付金具の下端と止めねじで挟んで固定することにより、挟着して固定した構成としたものである。
【００１５】
上記発明によれば、熱容量による温度制御タイミングの遅れを少なくし、ヒーターユニットの下方の温度上昇を抑制し、ヒーターユニット下面からの熱の放散を低減し、さらにヒーターユニットの部品点数を低減し印刷面への応力を低減するとともに加工工程を著しく簡素化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、上部にフランジを有する水を収容する容器と、前記容器を収容する筒状のボデーと、前記ボデー上端に嵌着されるとともにその上面に前記容器が釣支される上枠と、前記容器底面に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記凸に形成した底面に形成した第１の電気絶縁層とこの第１の電気絶縁層上に印刷で形成した電気抵抗体層と、さらに前記電気抵抗体層上に形成した第２の電気絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気抵抗体層上に印刷で形成した電気導体層と、前記電気導体層に電気的に接続した金属端子と、前記段部に固定した取付金具とを備え、前記上枠を前記容器のフランジ部と前記ボデーで、前記ボデーの下部を前記取付金具の下端と止めねじで挟んで固定することにより、挟着して固定したものである。
【００１７】
これにより、熱容量による温度制御タイミングの遅れを改善し、ヒーターユニットの下面温度上昇を抑制し、ヒーターユニット下面からの熱の放散を低減し、ヒーターユニットの部品点数を低減するとともに加工工程も著しく簡素化することができる。
【００１８】
また、これにより、ボデーに取付金具による容器取付時の応力が容器の印刷面に直接加わらない。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
以下に本発明の実施例１について、図１、図２、図３、図４を参照しながら説明する。フランジ２、止めねじ１２、ボデー１３、取付部１４、開口部１５、底板１６、遠心ポンプ１７、昇水パイプ１８、給湯口１９、上枠２０、段部２１、給電口２２、蓋２３、回転軸２４、係止部２５、ロック爪２６、軸受け部２７、温度検知素子２８、制御部２９、防水ケース３０は従来の実施例と同一の形状と機能であり、同一の名称と符号を使用して説明は省略する。
【００２０】
４１は上部を開口し上端全周に水平方向にフランジ２を設けた円筒状の側壁４２と段部４３を備えた水を収容する容器である。外周が略円形の段部４３は側壁４２の内周より約１ｍｍ程度直径が大きく側壁４２と段部４３の溶接加工時は段部４３を側壁４２に下方から圧入して外周を側壁４２に水密に溶接している。この結果段部４３外周は圧入時に約１ｍｍ程度上にへこむこととなる。４４は段部４３から一段下方に凸に形成された底面である。底面４４は相対する２カ所に平行な直線の段部である直線部４５を絞り加工で形成し、他の部分は段部４３の外周からほぼ均等な距離で絞り加工されている。底面４４は全体としては略小判形をしている。底面４４は平面ではなく球面の一部を切り取った形状をしており、容器４１の段部４３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。
【００２１】
４６は底面４４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１７に連通している。流出口４６を段部４３と別部品とすることで流出口４６の取付加工を任意の行程で行うことができる。これは後述する印刷加工が極めて施し易い構成である。
【００２２】
４７は底面４４下面のほぼ全面にあたる印刷曲面であり、ここに加熱部４８が形成される。印刷曲面４７の曲率については概略次のように設定すると良い。つまり、印刷曲面４７の最長寸法に対してその１００分の１以上の深さにする。理由は概略金属の熱膨張率は高くても１０のマイナス５乗オーダーであり、温度差を１０００度としても１０のマイナス２乗つまり１００分の１膨張することになる。これに対して絞り加工の深さを１００分の１にすることで曲面がどのように熱膨張してもその凹凸が反転することはない。従って印刷曲面の絞り深さを最大寸法の１００分の１以上にすると局部的な熱膨張による段部４３に発生する応力は印刷曲面４７の変形のみで吸収することができる。
【００２３】
加熱部４８は以下のような構造になっている。まず印刷曲面４７全面に無機質であるガラスを主成分とする電気絶縁物を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の電気絶縁層４９を形成する。この第１の電気絶縁層４９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４００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乗と同じ膨張係数の第１の電気絶縁層４９が完成する。
【００２４】
次に図３のよう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５０をシルク印刷で形成する。シルク印刷の版は被印刷面よりも大きい面積を必要とするので容器４１の側壁４２下端の位置に対して印刷曲面４７は側壁４２下端より一段下に位置する底面４４に設けてある。これによりシルク印刷版は容器４１側壁４２下端に当たることなく電気抵抗体層５０を印刷することができる。
【００２５】
印刷のパターンは最内周には幅の広い湯沸かし回路５１の一部を設け、外周部にも湯沸かし回路５１の一部を設け、その間には幅の狭い保温回路５２を形成するパターンとする。電気抵抗体層５０を同心円状とするのはシルク印刷加工法において、シルク版は平面状であるのに印刷曲面４７は球面であり、印刷時にシルク版の押し圧が大きい中央付近ほど充分に印刷される一方で押し圧が小さい外周部ほど薄く印刷される傾向があるから同心円状に同一条件の印刷をするためである。同心円状の印刷条件は比較的管理しやすいので電気抵抗体層５０を同心円状にしてこれにより消費電力のばらつきを約５％以下に押さえることができる。
【００２６】
湯沸かし回路５１の一部が最内周に位置するのは、発熱の多い湯沸かし回路５１の熱でいち早く温度検知素子２８に熱を伝えるためである。湯沸かし回路５１と保温回路５２の両端は共通端子５３に一端を接続して他端はそれぞれ湯沸かし端子５４と保温端子５５として湯沸かし回路５１と保温回路５２のパターンよりも幅を広くして印刷曲面４７の外周近傍に形成されている。この状態で電気炉内で約１０分間約４００度で焼結する。共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５と湯沸かし回路５１と保温回路５２とで電気抵抗体層５０を形成している。
【００２７】
次に、共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５とを銀を主成分とする銀ろう付け加工を表面に施す。また、同心円状の電気抵抗体層５０を中心から放射状方向に銀ろう付け加工する。同心円状の電気抵抗体層５０を中心から放射状方向に銀ろうで接続するのは熱膨張により印刷曲面４７が中心から放射状方向に熱による膨張と収縮が大きいためにこの寸法変化に追従できる銀を主成分とする銀ろうで放射状方向の接続をおこなうためである。前記共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５と放射状方向の接続部の銀ろう加工部で電気導体層５６を形成する。電気導体層５６はシルク印刷で形成した後に電気炉で焼結する。
【００２８】
次に、第１の電気絶縁層４９の範囲から共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５とを除く範囲を無機質であるガラスを主成分とする電気絶縁物を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の電気絶縁層５７を形成する。この第２の電気絶縁層５７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４００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乗と同じ膨張係数の第２の電気絶縁層５７が完成する。第１の電気絶縁層４９と電気抵抗体層５０と第２の電気絶縁層５７とで加熱部４８を形成している。
【００２９】
５８は前記共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５とに銀ろう付けで接続された金属端子であり、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。
【００３０】
５９は容器４１の段部４３で底面４４の直線部４５近傍に溶接して固定された一対の取付金具である。取付金具５９は下端にねじ穴６０が設けてあり、取付金具５９とでボデー１３（取付部１４）を挟んで止めねじ１２で固定することとなる。取付金具５９を段部４３に溶接するのは取付金具５９間に制御部２９を内蔵した防水ケース３０を収納することができるからである。また取付金具５９は容器底部を引っ張る応力を常に加え、上枠２０とボデー１３を締め付けて固定するので締め付けによる応力を段部４３に加えることとなる。４４は段部４３から一段下方に凸に形成された底面である。この構成とするのは、その応力を底面４４を挟んだ印刷曲面４７に伝わりにくくするためである。印刷曲面４７には焼結した加熱部４８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。
【００３１】
６１は容器４１下部に接して備えられた断熱材であり、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ている。
【００３２】
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。基本的な動作は前述の従来の技術の動作と同じである。容器４１段部４３近傍の動作について述べる。容器４１内に水を入れる。給電口２２から商用電力を供給する。制御部２９が温度検知素子２８からの信号で容器４１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５１と保温回路５２に通電する。湯沸かし回路５１と保温回路５２はジュール熱により発熱して約１５０度の温度になり、第１の電気絶縁層４９と第２の電気絶縁層５７に熱が伝導する。第１の電気絶縁層４９から容器４１段部４３を介して容器４１内の水を加熱する。ここで第１の電気絶縁層４９は段部４３と電気抵抗体層５０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５０に滞留することなく容器４１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。
【００３３】
また、電気抵抗体層５０は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５０が熱膨張する瞬間はまだステンレス鋼板で形成された段部４３はまだ温度上昇していないので電気抵抗体層５０と段部４３の層状構成においてバイメタルのような挙動をする。しかし、印刷曲面４７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。印刷曲面４７の熱膨張による曲率の変化は段部４３の取付金具５９には伝わらないために、ボデー１３の締め付け寸法には影響しない。印刷曲面４７の熱膨張による変化はそれ以外の部品には応力の影響はないこととなる。
【００３４】
やがて容器４１内の水は沸騰する。温度検知素子２８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部２９が湯沸かし回路５１と保温回路５２の通電を停止する。このとき電気抵抗体層５０と第１の電気絶縁層４９および第２の電気絶縁層５７は熱容量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５０と第１の電気絶縁層４９と段部４３はそれぞれ焼結で熱伝導が良いために通電を停止して１秒程度で段部４３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１７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。
【００３５】
以上のように実施例１によれば、第１に印刷曲面４７に加熱部４８を形成することで発熱による熱膨張応力を吸収することができる。第２に加熱部４８の熱容量が小さいので加熱時のレスポンスが良く温度制御しやすい。第３に沸騰直後に余熱による蒸気の泡の発生が瞬時に停止するので遠心ポンプ１７が泡を巻き込んで給湯性能が低下することがなく常に安定した給湯操作が可能となる。第４に加熱部４８は焼結により熱伝導が良いために容器４１下部の温度上昇が小さく従って容器４１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５に第２の絶縁層５７の下面温度が比較的低いので輻射による放熱が少なく効率的な湯沸かしができる。第６に印刷による加熱部４８の形成は各部品の加工行程を著しく簡素化できて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。
【００３６】
なお、加熱部４８の印刷工程を側壁４２と段部４３を溶接して容器４１を形成した後としたが、段部４３のみの状態のときに先に印刷加工を施してから側壁４２と段部４３の溶接加工を施しても良い。
【００３７】
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４１段部４３に固着させればよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明の電気湯沸かし器は、加熱部の熱膨張による変形および応力の発生を略半球面状にさせた底面で吸収することができ、また熱容量の小さい加熱部を形成することで温度制御のレスポンスを良くすることができ、また加熱部下面の温度上昇を比較的小さくすることができるとともに加熱部からの輻射により放熱を小さくすることができ、さらに加熱部を形成する部品の加工を印刷加工のみとして著しく簡素化することができる。
【００３９】
さらに、前記構成に加え、湯沸かし器のボデー上面に釣支する上部にフランジを有する水を収容する容器の底面に下方に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記容器の底面段部に固定した取付金具とを備えた構成とすることで、取付金具に発生する応力が印刷曲面に伝わることなく印刷曲面の加熱部に応力が加わらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の分解斜視図
【図３】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の下面からの加熱部の部分図
【図４】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の加熱部の要部断面図
【図５】従来の実施例を示す電気湯沸かし器の構成を示す断面図
【図６】従来の実施例を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の要部の部分断面図
【符号の説明】
２ フランジ
１３ ボデー
２０ 上枠
４１ 容器
４３ 段部
４４ 底面
４７ 印刷曲面
４８ 加熱部
４９ 第１の電気絶縁層
５０ 電気抵抗体層
５６ 電気導体層
５７ 第２の電気絶縁層
５８ 金属端子
５９ 取付金具
【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。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の電気湯沸かし器の構成は図５及び図６に示すようであった。１は上部を開口した容器でステンレス鋼板を絞り加工または溶接加工で形成され、上端の全周には水平方向にフランジ２が形成されている。３は容器１底面に形成された凸部である。すなわち凸部３は容器１の底面に形成された平面である。４は凸部３の裏面に収納される加熱装置であるヒーターユニットである。ヒーターユニット４は上側から集成マイカで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ワットの消費電力である湯沸かし電熱線６、集成マイカで形成した第２の絶縁物７、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８、集成マイカで形成された第３の絶縁物９で順番に重ねられて構成されている。
【０００３】
容器１の底部側からはアルミ鍍金鋼板などをプレス加工して形成したシーム板１０を抵抗溶接で外周と中央付近とを溶接してヒーターユニット４を凸部３の裏面に収納して下方からヒーターユニット４を凸部３の裏面に圧接している。１１は容器１の底部に溶接して固定された一対の取付金具であり、下端は止めねじ１２でねじ止めされる構造になっている。
【０００４】
１３は前記容器１を収容する筒状のボデーでＰＰ樹脂などの合成樹脂で形成されている。上端下端が開口したボデー１３下部には開口部１５を設けて組立時等に利用する。１６は鋼板をプレス加工して形成してボデー１３下側の開口部１５を塞ぐ底板である。
【０００５】
１７は容器１の下に位置して一端を容器１の底部に連通し、他端を昇水パイプ１８に連通した送水装置である遠心ポンプである。昇水パイプ１８は給湯口１９を介して外方に開放されている。
【０００６】
２０は前記容器１のフランジ２を係止する円形の段部２１を略中央に備えた合成樹脂で形成された上枠である。上枠２０はボデー１３上端の開口部１５に嵌着する。
【０００７】
全体の構成は容器１を上枠２０中央の段部２１に収納して上枠２０をボデー１３上端に嵌着する。容器１下端に固定された取付金具１１はボデー１３の取付部１４に嵌合する。ここで止めねじ１２で底板１６を取付部１４を介して取付金具１１に固定する。取付金具１１と取付部１４とは設計上約３ｍｍの隙間が締め代として設けてある。容器１と底板１６を締め付けると締め代分だけフランジ２を介して上枠２０とボデー１３を締め付けることとなり、止めねじ１２で取付金具１１を介して容器１底部を引っ張る応力を常に加えていることとなる。
【０００８】
２２は給電口である。２３は前記容器１の上部開口を塞ぐ蓋であり、蓋２３の一端には回転軸２４が設けてあり、他端には前記上枠２０の係止部２５に係止して蓋２３をロックするロック爪２６が前後に摺動するように備えてある。回転軸２４は上枠２０の軸受け部２７に回転自在に取り付けられて前記蓋２３の開閉時に回転する。
【０００９】
２８は凸部３中央の裏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、凸部３の面を介して容器１内の湯の温度を検知する。２９はヒーターユニット４への通電を制御する制御部であり、上下に分割できる防水ケース３０内に収納されて容器１の下方に位置している。制御部２９はヒーターユニット４の湯沸かし電熱線６、保温電熱線８と、遠心ポンプ１７と温度検知素子２８とを制御する。
【００１０】
以上の構成において、動作を説明する。まず、水を容器１に所定量入れる。次に給電口２２から給電する。制御部２９が操作に基づいてヒーターユニット４へ通電する。湯沸かし時には湯沸かし電熱線６と保温電熱線８に通電して合計１１００ワットの電力で湯沸かしする。ヒーターユニット４で発生した熱は容器１の凸部３を介して容器１内の水を加熱する。このとき湯沸かし電熱線６の温度は約５００度に達しており、またシーム板１０の温度は約２５０度に達している。温度検知素子２８は容器１内の湯温を検知し、やがて温度検知素子２８が湯の沸騰を検知して制御部２９は湯沸かし電熱線６への通電を停止する。湯沸かし電熱線６への通電を停止させた直後はヒーターユニット４とシーム板１０の温度は１００度以上であるのでその熱容量と１００度以上の温度のために、数十秒間は容器１底面の凸部３の表面から蒸気の気泡が発生し続ける。やがてヒーターユニット４とシーム板１０の温度が１００度以下になると気泡の発生が次第に停止する。以降は制御部２９が保温電熱線８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。このとき制御部２９はまず温度検知素子２８の温度を信号として入力し、保温電熱線８へ通電するが、通電当初はヒーターユニット４全体を加熱して温度上昇させる必要があり、やがてヒーターユニット４全体が加熱されると次に凸部３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１０の温度は約１１０度である。
【００１１】
湯沸かし時も保温時もヒーターユニット４へ通電しているときはシーム板１０下面から輻射熱を放出していることとなる。
【００１２】
湯を所望のときは、操作部（図示せず）から遠心ポンプ１７を駆動して昇水パイプ１８と給湯口１９を介して給湯する。湯が少なくなると蓋２３を回動させて容器１上部を開放する。所望の水を容器１内に注水すると制御部２９が温度検知素子２８で湯温を検知して再度湯を沸かしてから保温する。以降は必要に応じて給湯する。
【００１３】
【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にヒーターユニット４の熱容量（ヒートマス）が大きく温度検知素子２８で湯温を検知して制御部２９でヒーターユニット４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い。第２にヒーターユニット４の熱容量（ヒートマス）が大きく沸騰して湯沸かしヒーターユニット４への通電を停止した直後の数十秒間は容器１底部から熱容量による余熱で沸騰状態の蒸気の泡が多量に発生して遠心ポンプ１７内に巻き込むために、遠心ポンプ１７の給湯能力が著しく低下する。第３に湯沸かし中や保温時にヒーターユニット４へ通電するとシーム板１０の温度が湯沸かし時には約２５０度になり、また保温時には約１１０度になり、容器１底部近傍の部品を構成する材料をより耐熱の高い材料で形成するか、ヒーターユニット４から距離をおいて位置させる必要がある。第４にヒーターユニット４へ通電しているときはシーム板１０から下方に熱が輻射により放散している。第５にヒーターユニット４を構成する第１の絶縁物５と、第２の絶縁物７と、第３の絶縁物９と、湯沸かし電熱線６と、保温電熱線８の各部品を別々に加工する必要があるといった課題を有していた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するために、上部にフランジを有する水を収容する容器と、前記容器を収容する筒状のボデーと、前記ボデー上端に嵌着されるとともにその上面に前記容器が釣支される上枠と、前記容器底面に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記凸に形成した底面に形成した第１の電気絶縁層とこの第１の電気絶縁層上に印刷で形成した電気抵抗体層と、さらに前記電気抵抗体層上に形成した第２の電気絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気抵抗体層上に印刷で形成した電気導体層と、前記電気導体層に電気的に接続した金属端子と、前記段部に固定した取付金具とを備え、前記上枠を前記容器のフランジ部と前記ボデーで、前記ボデーの下部を前記取付金具の下端と止めねじで挟んで固定することにより、挟着して固定した構成としたものである。
【００１５】
上記発明によれば、熱容量による温度制御タイミングの遅れを少なくし、ヒーターユニットの下方の温度上昇を抑制し、ヒーターユニット下面からの熱の放散を低減し、さらにヒーターユニットの部品点数を低減し印刷面への応力を低減するとともに加工工程を著しく簡素化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、上部にフランジを有する水を収容する容器と、前記容器を収容する筒状のボデーと、前記ボデー上端に嵌着されるとともにその上面に前記容器が釣支される上枠と、前記容器底面に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記凸に形成した底面に形成した第１の電気絶縁層とこの第１の電気絶縁層上に印刷で形成した電気抵抗体層と、さらに前記電気抵抗体層上に形成した第２の電気絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気抵抗体層上に印刷で形成した電気導体層と、前記電気導体層に電気的に接続した金属端子と、前記段部に固定した取付金具とを備え、前記上枠を前記容器のフランジ部と前記ボデーで、前記ボデーの下部を前記取付金具の下端と止めねじで挟んで固定することにより、挟着して固定したものである。
【００１７】
これにより、熱容量による温度制御タイミングの遅れを改善し、ヒーターユニットの下面温度上昇を抑制し、ヒーターユニット下面からの熱の放散を低減し、ヒーターユニットの部品点数を低減するとともに加工工程も著しく簡素化することができる。
【００１８】
また、これにより、ボデーに取付金具による容器取付時の応力が容器の印刷面に直接加わらない。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
以下に本発明の実施例１について、図１、図２、図３、図４を参照しながら説明する。フランジ２、止めねじ１２、ボデー１３、取付部１４、開口部１５、底板１６、遠心ポンプ１７、昇水パイプ１８、給湯口１９、上枠２０、段部２１、給電口２２、蓋２３、回転軸２４、係止部２５、ロック爪２６、軸受け部２７、温度検知素子２８、制御部２９、防水ケース３０は従来の実施例と同一の形状と機能であり、同一の名称と符号を使用して説明は省略する。
【００２０】
４１は上部を開口し上端全周に水平方向にフランジ２を設けた円筒状の側壁４２と段部４３を備えた水を収容する容器である。外周が略円形の段部４３は側壁４２の内周より約１ｍｍ程度直径が大きく側壁４２と段部４３の溶接加工時は段部４３を側壁４２に下方から圧入して外周を側壁４２に水密に溶接している。この結果段部４３外周は圧入時に約１ｍｍ程度上にへこむこととなる。４４は段部４３から一段下方に凸に形成された底面である。底面４４は相対する２カ所に平行な直線の段部である直線部４５を絞り加工で形成し、他の部分は段部４３の外周からほぼ均等な距離で絞り加工されている。底面４４は全体としては略小判形をしている。底面４４は平面ではなく球面の一部を切り取った形状をしており、容器４１の段部４３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。
【００２１】
４６は底面４４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１７に連通している。流出口４６を段部４３と別部品とすることで流出口４６の取付加工を任意の行程で行うことができる。これは後述する印刷加工が極めて施し易い構成である。
【００２２】
４７は底面４４下面のほぼ全面にあたる印刷曲面であり、ここに加熱部４８が形成される。印刷曲面４７の曲率については概略次のように設定すると良い。つまり、印刷曲面４７の最長寸法に対してその１００分の１以上の深さにする。理由は概略金属の熱膨張率は高くても１０のマイナス５乗オーダーであり、温度差を１０００度としても１０のマイナス２乗つまり１００分の１膨張することになる。これに対して絞り加工の深さを１００分の１にすることで曲面がどのように熱膨張してもその凹凸が反転することはない。従って印刷曲面の絞り深さを最大寸法の１００分の１以上にすると局部的な熱膨張による段部４３に発生する応力は印刷曲面４７の変形のみで吸収することができる。
【００２３】
加熱部４８は以下のような構造になっている。まず印刷曲面４７全面に無機質であるガラスを主成分とする電気絶縁物を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の電気絶縁層４９を形成する。この第１の電気絶縁層４９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４００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乗と同じ膨張係数の第１の電気絶縁層４９が完成する。
【００２４】
次に図３のよう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５０をシルク印刷で形成する。シルク印刷の版は被印刷面よりも大きい面積を必要とするので容器４１の側壁４２下端の位置に対して印刷曲面４７は側壁４２下端より一段下に位置する底面４４に設けてある。これによりシルク印刷版は容器４１側壁４２下端に当たることなく電気抵抗体層５０を印刷することができる。
【００２５】
印刷のパターンは最内周には幅の広い湯沸かし回路５１の一部を設け、外周部にも湯沸かし回路５１の一部を設け、その間には幅の狭い保温回路５２を形成するパターンとする。電気抵抗体層５０を同心円状とするのはシルク印刷加工法において、シルク版は平面状であるのに印刷曲面４７は球面であり、印刷時にシルク版の押し圧が大きい中央付近ほど充分に印刷される一方で押し圧が小さい外周部ほど薄く印刷される傾向があるから同心円状に同一条件の印刷をするためである。同心円状の印刷条件は比較的管理しやすいので電気抵抗体層５０を同心円状にしてこれにより消費電力のばらつきを約５％以下に押さえることができる。
【００２６】
湯沸かし回路５１の一部が最内周に位置するのは、発熱の多い湯沸かし回路５１の熱でいち早く温度検知素子２８に熱を伝えるためである。湯沸かし回路５１と保温回路５２の両端は共通端子５３に一端を接続して他端はそれぞれ湯沸かし端子５４と保温端子５５として湯沸かし回路５１と保温回路５２のパターンよりも幅を広くして印刷曲面４７の外周近傍に形成されている。この状態で電気炉内で約１０分間約４００度で焼結する。共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５と湯沸かし回路５１と保温回路５２とで電気抵抗体層５０を形成している。
【００２７】
次に、共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５とを銀を主成分とする銀ろう付け加工を表面に施す。また、同心円状の電気抵抗体層５０を中心から放射状方向に銀ろう付け加工する。同心円状の電気抵抗体層５０を中心から放射状方向に銀ろうで接続するのは熱膨張により印刷曲面４７が中心から放射状方向に熱による膨張と収縮が大きいためにこの寸法変化に追従できる銀を主成分とする銀ろうで放射状方向の接続をおこなうためである。前記共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５と放射状方向の接続部の銀ろう加工部で電気導体層５６を形成する。電気導体層５６はシルク印刷で形成した後に電気炉で焼結する。
【００２８】
次に、第１の電気絶縁層４９の範囲から共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５とを除く範囲を無機質であるガラスを主成分とする電気絶縁物を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の電気絶縁層５７を形成する。この第２の電気絶縁層５７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４００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乗と同じ膨張係数の第２の電気絶縁層５７が完成する。第１の電気絶縁層４９と電気抵抗体層５０と第２の電気絶縁層５７とで加熱部４８を形成している。
【００２９】
５８は前記共通端子５３と湯沸かし端子５４と保温端子５５とに銀ろう付けで接続された金属端子であり、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。
【００３０】
５９は容器４１の段部４３で底面４４の直線部４５近傍に溶接して固定された一対の取付金具である。取付金具５９は下端にねじ穴６０が設けてあり、取付金具５９とでボデー１３（取付部１４）を挟んで止めねじ１２で固定することとなる。取付金具５９を段部４３に溶接するのは取付金具５９間に制御部２９を内蔵した防水ケース３０を収納することができるからである。また取付金具５９は容器底部を引っ張る応力を常に加え、上枠２０とボデー１３を締め付けて固定するので締め付けによる応力を段部４３に加えることとなる。４４は段部４３から一段下方に凸に形成された底面である。この構成とするのは、その応力を底面４４を挟んだ印刷曲面４７に伝わりにくくするためである。印刷曲面４７には焼結した加熱部４８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。
【００３１】
６１は容器４１下部に接して備えられた断熱材であり、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ている。
【００３２】
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。基本的な動作は前述の従来の技術の動作と同じである。容器４１段部４３近傍の動作について述べる。容器４１内に水を入れる。給電口２２から商用電力を供給する。制御部２９が温度検知素子２８からの信号で容器４１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５１と保温回路５２に通電する。湯沸かし回路５１と保温回路５２はジュール熱により発熱して約１５０度の温度になり、第１の電気絶縁層４９と第２の電気絶縁層５７に熱が伝導する。第１の電気絶縁層４９から容器４１段部４３を介して容器４１内の水を加熱する。ここで第１の電気絶縁層４９は段部４３と電気抵抗体層５０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５０に滞留することなく容器４１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。
【００３３】
また、電気抵抗体層５０は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５０が熱膨張する瞬間はまだステンレス鋼板で形成された段部４３はまだ温度上昇していないので電気抵抗体層５０と段部４３の層状構成においてバイメタルのような挙動をする。しかし、印刷曲面４７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。印刷曲面４７の熱膨張による曲率の変化は段部４３の取付金具５９には伝わらないために、ボデー１３の締め付け寸法には影響しない。印刷曲面４７の熱膨張による変化はそれ以外の部品には応力の影響はないこととなる。
【００３４】
やがて容器４１内の水は沸騰する。温度検知素子２８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部２９が湯沸かし回路５１と保温回路５２の通電を停止する。このとき電気抵抗体層５０と第１の電気絶縁層４９および第２の電気絶縁層５７は熱容量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５０と第１の電気絶縁層４９と段部４３はそれぞれ焼結で熱伝導が良いために通電を停止して１秒程度で段部４３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１７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。
【００３５】
以上のように実施例１によれば、第１に印刷曲面４７に加熱部４８を形成することで発熱による熱膨張応力を吸収することができる。第２に加熱部４８の熱容量が小さいので加熱時のレスポンスが良く温度制御しやすい。第３に沸騰直後に余熱による蒸気の泡の発生が瞬時に停止するので遠心ポンプ１７が泡を巻き込んで給湯性能が低下することがなく常に安定した給湯操作が可能となる。第４に加熱部４８は焼結により熱伝導が良いために容器４１下部の温度上昇が小さく従って容器４１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５に第２の絶縁層５７の下面温度が比較的低いので輻射による放熱が少なく効率的な湯沸かしができる。第６に印刷による加熱部４８の形成は各部品の加工行程を著しく簡素化できて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。
【００３６】
なお、加熱部４８の印刷工程を側壁４２と段部４３を溶接して容器４１を形成した後としたが、段部４３のみの状態のときに先に印刷加工を施してから側壁４２と段部４３の溶接加工を施しても良い。
【００３７】
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４１段部４３に固着させればよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明の電気湯沸かし器は、加熱部の熱膨張による変形および応力の発生を略半球面状にさせた底面で吸収することができ、また熱容量の小さい加熱部を形成することで温度制御のレスポンスを良くすることができ、また加熱部下面の温度上昇を比較的小さくすることができるとともに加熱部からの輻射により放熱を小さくすることができ、さらに加熱部を形成する部品の加工を印刷加工のみとして著しく簡素化することができる。
【００３９】
さらに、前記構成に加え、湯沸かし器のボデー上面に釣支する上部にフランジを有する水を収容する容器の底面に下方に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記容器の底面段部に固定した取付金具とを備えた構成とすることで、取付金具に発生する応力が印刷曲面に伝わることなく印刷曲面の加熱部に応力が加わらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の分解斜視図
【図３】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の下面からの加熱部の部分図
【図４】本発明の実施例１を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の加熱部の要部断面図
【図５】従来の実施例を示す電気湯沸かし器の構成を示す断面図
【図６】従来の実施例を示す電気湯沸かし器の加熱用容器の要部の部分断面図
【符号の説明】
２ フランジ
１３ ボデー
２０ 上枠
４１ 容器
４３ 段部
４４ 底面
４７ 印刷曲面
４８ 加熱部
４９ 第１の電気絶縁層
５０ 電気抵抗体層
５６ 電気導体層
５７ 第２の電気絶縁層
５８ 金属端子
５９ 取付金具
Claims (1)
- 上部にフランジを有する水を収容する容器と、前記容器を収容する筒状のボデーと、前記ボデー上端に嵌着されるとともにその上面に前記容器が釣支される上枠と、前記容器底面に形成した段部と、さらに前記段部の内側に一段下方に凸に形成し球面の一部を切り取った形状をした底面と、前記凸に形成した底面に形成した第１の電気絶縁層とこの第１の電気絶縁層上に印刷で形成した電気抵抗体層と、さらに前記電気抵抗体層上に形成した第２の電気絶縁層とを備えた加熱部と、前記電気抵抗体層上に印刷で形成した電気導体層と、前記電気導体層に電気的に接続した金属端子と、前記段部に固定した取付金具とを備え、前記上枠を前記容器のフランジ部と前記ボデーで、前記ボデーの下部を前記取付金具の下端と止めねじで挟んで固定することにより、挟着して固定した電気湯沸かし器。
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