JP4973554B2 - 電気機器の発熱体とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、収容液体を加熱・保温する電気湯沸かし器などの電気機器に使用する発熱体とその製造方法に関するものである。

従来、電気機器としての電気湯沸かし器の発熱体は、電力量の大きい第１の発熱体と電力量の小さな第２の発熱体との２つの発熱体を有している。この第２の発熱体は、第１の発熱体よりも抵抗値の大きい、すなわち、断面積の小さい発熱線を使用することになるため、人間の手作業による巻線作業では、作業中の張力により発熱線を伸ばしてしまい、局部的に断面の小さな部分を発生させ、耐久性が劣るものにしてしまったり、巻線作業の途中で断線させてしまったりしてしまうといった問題があった。

そこで、第２の発熱体の加工性を向上させるとともに、耐久性を良化させるために、第１の発熱体と第２の発熱体に分割して構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これは、図９に示すように、巻芯１０１の両辺を直線とした左右の発熱線巻装部１０３に補助発熱線１０２を機械巻きしたものである。

上記構成により、補助発熱線１０２を発熱線巻装部１０３に機械巻きすることで、作業中の張力を安定化させ、補助発熱線１０２に局部的に断面の小さい部分が発生したり、巻線作業の途中で断線させてしまうという不具合を防止することができる。
特開昭６４−５７０４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の発熱体の構成では、左右対称形状の一方の巻芯１０１に補助発熱線１０２を巻き付けた後に他方に再度巻き付けを行うためには、穴部１０４に補助発熱線１０２を貫通させることが必要となり、人間の手作業が必要であった。この箇所での作業中の張力による補助発熱線１０２への局部的な断面の小さい部分の発生や、図１０に示す補助発熱線１０２を捻って張力がかかることにより発生するキンク部１０５で部分的に発熱が増加し、発熱体の耐久性を劣らせてしまうという課題があった。また、発熱体の製造上では、すでに巻き付けが完了している巻芯１０１が作業をしにくくするものであった。

さらに、補助発熱線１０２を発熱線巻装部１０３に巻く前後には、補助発熱線１０２が発熱線巻装部１０３に巻きつけられた状態を維持するために末端保持穴１０６に補助発熱線１０２を通過させ固定する末端処理が必要であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、発熱線の巻き付け作業性の向上と、発熱線処理の単純化による作業性の向上と、発熱線の加工作業の安定化による耐久性の良化を図った電気機器の発熱体とその製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するため、本発明の電気機器の発熱体は、発熱線と、この発熱線を巻き付けた状態で長手方向の途中において分割して点対称に並設する一対の巻芯とにより発熱盤を構成し、分割して点対称に並設する一対の巻芯間をつなぐ発熱線の長さＬと、一対の巻芯の発熱線巻装部に設けられた末端内溝と一対の巻芯間をつなぐ発熱線の巻き付け方向を一方向で保つためのガイド部の最先端部との長さＬ１と、ガイド部の最先端部と、一対の巻芯を分割後に回転させて合わせる突合せ面との距離Ｌ２とが、Ｌ＝約２×（Ｌ１＋Ｌ２）＋発熱線の直径となるようにしたものである。

これによって、巻芯は発熱線を巻き付けた状態で長手方向の途中において分割して点対称に並設して発熱盤を構成することができ、特に、安定性と耐久性にすぐれた発熱体を得ることができる。また、一対の巻芯をつなぐ発熱線のタワミを防止し、近傍にある発熱線の接触を防止することができる。

本発明の電気機器の発熱体とその製造方法は、発熱線の巻き付け作業性の向上と、巻き付け作業以外の発熱線処理単純化による加工性の向上と、発熱線の加工作業安定化による耐久性の良化させることができる。

第１の発明は、発熱線と、この発熱線を巻き付けた状態で長手方向の途中において分割して点対称に並設する一対の巻芯とにより発熱盤を構成し、この発熱盤を絶縁板で覆うとともに伝熱板に圧接するようにした電気機器の発熱体とすることにより、巻芯は発熱線を巻き付けた状態で長手方向の途中において分割して点対称に並設して発熱盤を構成することができ、特に、安定性と耐久性にすぐれた発熱体を得ることができる。

また、一対の巻芯をつなぐ発熱線のタワミを防止し、近傍にある発熱線の接触を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図は、本発明の第１の実施の形態における電気機器として電気湯沸かし器の発熱体とその製造方法を例示している。

図１〜図３において、伝熱板１は、図２、図３に示す金属製の液体収納用の容器３を構成しているものであり、中央部を上方へ略小判型形状に突出させて周側部縁１Ｂを形成した台形部２の下端に環状鍔部１Ａを設けている。台形部２の下端と環状鍔部１Ａとは液密に溶接などの手段で固着されていて容器３の底部を形成している。伝熱板１の下面には発熱体部４を設けている。この発熱体部４は、上下が絶縁体１２、１３で挟持された第１の発熱盤８と、絶縁体１６、１７で挟持された第２の発熱盤９と、伝熱板１の下面と絶縁体１２との中間に配置した、平板状の良熱伝導性の（例えばアルミとか表面処理鋼板などによる）第１の熱拡散板５と、絶縁体１３と絶縁体１６の中間に配置した、同じく良熱伝導性の材料（アルミまたは表面処理鋼板など）よりなる逆凹形で容器３底面の台形部２の内壁と密着させる側壁面部７を有する略小判型形状の第２の熱拡散板６と、背面部材１８を有する。

第１の発熱盤８は、第１の巻芯１０に主発熱線１１を巻装しており、第２の発熱盤９は第２の巻芯１４に、主発熱線１１より電力量の小さい補助発熱線１５を巻装している。主発熱線１１はリボン状の高電力発熱線であり、湯沸かし用に用いられる。補助発熱線１５はフィラメント状で断面が円形状の低電力発熱線であり、保温用に用いられる。補助発熱線１５はその断面形状を円形状としている理由は、補助発熱線１５の捻れ、折れ、キンク部の発生などの加工時における不備の発生を防止するためである。そして、発熱体部４を構成する各部材には中央に相互に連接する透孔を形成している。

背面部材１８は、表面処理鋼板などの良熱伝導性の材料よりなり逆凹形に突起する略小判型形の台形部１８Ａと、その下部の環状鍔部１８Ｂから構成している。台形部１８Ａは側壁面部１８Ｃを有し、台形部１８Ａの中央部には、第１の熱拡散板５、第１の発熱盤８、第２の熱拡散板６および第２の発熱盤９などの各部材に形成した透孔に挿入され、伝熱板１の台形部２の天井部裏面に達する中央に透孔を設けた押さえ凸部１８Ｄを一体に構成している。

そして、伝熱板１、第１の発熱盤８、第２の発熱盤９および背面部材１８などの組み立ては、図１に示すように、伝熱板１の下部に第１の熱拡散板５から背面部材１８までを順次積層して組み込むものである。これにより、第２の熱拡散板６の側壁面部７を伝導板１の周側部縁１Ｂの内面部に接触させ、台形部１８Ａの押さえ凸部１８Ｄの上面部を伝熱板１の裏面に圧着し、かつ伝熱板１の環状鍔部１Ａと背面部材１８の側壁面部１８Ｃを圧着し、点溶接などで全体を固定し発熱体を構成する。

図４、図５は、上記構成の第２の発熱盤９を示している。

図４に示すように、第２の発熱盤９は第２の熱拡散板６内部の側壁面部７内に収容されているが、図５に示すように、補助発熱線１５を第２の巻芯１４に巻き付ける際には、第２の巻芯１４は、第１、第２の発熱線巻装部１９、１９’と、この第１、第２の発熱線巻装部１９、１９’間に形成した分割部分３１とを有する板状の一体構成となっている。すなわち、第２の巻芯１４は、補助発熱線１５を巻き付けた状態で長手方向の途中の分割部分３１において分割して、図４に示すように、一対を点対称に並設しているものである。２３は、補助発熱線１５を巻き始める巻き起点部で形状を略Ｔ字形とし、補助発熱線１５を１回以上巻き付けることでその形状の作用で外れることなく容易に補助発熱線１５を固定できるようにしている。

また、第２の巻芯１４の第１の発熱線巻装部１９には、等間隔に設定した送りで、底面に平面部を持ったＶ字の外溝２０と内溝２１を配置し、さらにこの外溝２０と対向する内溝２１は送りの間隔を外溝２１の１／２ずらした設定とすることで、第１の発熱線巻装部１９に、同一ピッチで裏表に補助発熱線１５が巻き付けらことになり、巻き付け性が向上する。

特に自動巻きをする場合は、統一ピッチで送りが設定できるため加工性が向上させることができる。また、外溝２０と対向する内溝２１が略Ｖ字となっているため、各溝の底部の平面部に補助発熱線１５を巻き付け時に誘導することができる。そして、第２の巻芯１４の末端内溝２２は送りが変化している部分を経て点対称に設けられる反対側の第２の発熱線巻装部１９’の末端内溝２２’に連続して巻き付けられる。

点対称の反対側の第２の発熱線巻装部１９’においても、補助発熱線１５は巻き付け開始より一方向で保たれ、外溝２０’と内溝２１’に巻き付けられ、形状が略Ｔ字状の巻終点部２４に至る。巻終点部２４では補助発熱線１５を１回巻き付けて固定できるようにしており、第２の巻芯１４に巻き付けた補助発熱線１５がほどけないようにしている。図５は、第２の巻芯１４に補助発熱線１５の巻き付けが完了した状態を示している。前記末端内溝２２と末端内溝２２’を結ぶ補助発熱線１５の下部の第２の巻芯１４（分割部分３１）には、１つの切断逃げ穴２５と、切断逃げ穴２５と分割線が一部重なり分割時に排除される排除部２７を挟んで対称位置に一対配置された排除部除去用穴２６とを設けている。

前記切断逃げ穴２５と排除部除去用穴２６と第２の巻芯１４の外周間、および切断逃げ穴２５と排除部除去用穴２６間を同時に切断（破線で示す）することで、第２の発熱盤９を、第２の熱拡散板６内部の側壁面部７内に収容するための安定した寸法で排除部２７を除去するように切断することができる。このとき補助発熱線１５下部付近には、切断逃げ穴２５が予め設けられているため補助発熱線１５を誤って分断することや、傷つけることを防止することができる。

図６は、第２の巻芯１４を分割したときの状態を示す。

排除部２７を除去した状態の第２の巻芯１４には、切断逃げ穴２５と一体で設置されていたガイド部２８、２８’が残る。このガイド部２８、２８’は突合せ面２９、２９’に設けた溝部３０、３０’に補助発熱線１５を導くような位置に設定されている。また、このガイド部２８、２８’は第２の巻芯１４を分割前には切断逃げ穴２５と一体で設置されているため、第２の巻芯１４における中央部強度の低下を防止し、補助発熱線１５の巻き付け作業時における第２の巻芯１４の折れ、割れを防止することができる。

図７は、第２の巻芯１４を分割後、破線状態から実線状態に第１の発熱線巻装部１９を１８０°回転させ突合せ面２９、２９’を合わせて点対称に一対の巻芯を並設した状態を示す。

本実施の形態では、分割して点対称に並設する一対の巻芯間をつなぐ補助発熱線１５の長さが、補助発熱線１５の巻付け時のピッチで設定されている。末端内溝２２と末端内溝２２’を結ぶ補助発熱線１５の長さＬと、末端内溝２２とガイド部２８の最先端部の長さＬ１と、ガイド部２８の最先端部と突合せ面２９の距離Ｌ２との関係を
Ｌ＝約２×（Ｌ１＋Ｌ２）＋補助発熱線１５の直径
とすることで、分割された第２の巻芯１４をつなぐ補助発熱線１５のタワミを防止し、近傍にある補助発熱線１５への接触を防止することができる。またこの長さＬは、第２の巻芯１４に補助発熱線１５を巻き付ける際、末端内溝２２と末端内溝２２’間の送り量により設定することができる。外形上の制約などでこの送り量を設定しやすくするために排除部２７が設けられている。またこの排除部２７は切断逃げ穴２５、ガイド部２８、２８’の設定の自由度を多くすることができる。

このようにして構成される第２の発熱盤９は、分割されて構成される第２の巻芯１４をつなぐ補助発熱線１５はガイド部２８、２８’により溝部３０、３０’へ誘導させる。

図８は、溝部３０、３０’間の補助発熱線１５の状態を示す。

補助発熱線１５は溝部３０、３０’間で第２の巻芯１４の巻き付け位置を移動させることになるため、補助発熱線１５の分割された第２の巻芯１４をつなぐ線処理を単純化することができ、補助発熱線１５に応力をかけて局部的な断面の小さい部分の発生させてしまうことを防止することができる。

また、背面部材１８と、発熱体部４を形成する第１、第２の熱拡散板５、６と、第１の発熱盤８はそれぞれ中央に透孔を有しており、第２の発熱盤９も中央部に形成される透孔を有する構成となっているため、この中央部に発熱体部４を制御するセンサーを取り付けることができるばかりではなく、中央部を点溶接して発熱体部４を強く固着することができるので、耐久性の確保ができるものである。

なお、本実施の形態では、電気機器として電気湯沸かし器を例示したため、発熱体として補助発熱線１５を有する第２の発熱盤９の構成について説明したが、必要に応じて第１の発熱盤８においても同様な構成とすることができる。また、他の機器における発熱体であれば、発熱線としては必ずしも補助発熱線である必要はない。

以上のように、本発明にかかる電気機器の発熱体とその製造方法は、発熱線の巻き付け作業性の向上、巻き付け作業以外の発熱線処理単純化による加工性の向上と、発熱線の加工作業安定化により耐久性を良化させることができるので、電気湯沸かし器はもちろんのこと、温度を一定に保つ保温用途の哺乳瓶、湯飲みなど容器をお湯の中に入れて暖める機器、コーヒーウォーマーなどの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電気機器の発熱体を示す分解斜視図 同電気機器の発熱体を装着した部分の断面図 同電気機器の発熱体を装着した部分の拡大断面図 同電気機器の発熱体を装着した部分の平面図 同電気機器の発熱体を構成する巻芯と発熱線との関係を示す平面図 同電気機器の発熱体を構成する巻芯を分割したときの構成を示す平面図 同電気機器の発熱体を構成する巻芯の分割後に加工を施したときの平面図 同電気機器の発熱体を構成する巻芯の分割後に巻芯間をつなぐ発熱線の状態を示した拡大断面図 従来の電気機器の発熱体の平面図 同電気機器の発熱体を構成する発熱線のキンク状態を示す斜視図

１ 伝熱板
４ 発熱体部
９ 発熱盤（第２の発熱盤）
１４ 巻芯（第２の巻芯）
１５ 発熱線（補助発熱線）
１６、１７ 絶縁体
１９、１９’ 発熱線巻装部
２５ 切断逃げ穴
２６ 排除部除去用孔
２７ 排除部
２８、２８’ ガイド部
３０、３０’ 溝部
３１ 分割部分

Claims (1)

1. 発熱線と、この発熱線を巻き付けた状態で長手方向の途中において分割して点対称に並設する一対の巻芯とにより発熱盤を構成し、
   分割して点対称に並設する一対の巻芯間をつなぐ発熱線の長さＬと、
   前記一対の巻芯の発熱線巻装部に設けられた末端内溝と、前記一対の巻芯間をつなぐ発熱線の巻き付け方向を一方向で保つためのガイド部の最先端部との長さＬ１と、
   前記ガイド部の最先端部と、前記一対の巻芯を分割後に回転させて合わせる突合せ面との距離Ｌ２とが、
   Ｌ＝約２×（Ｌ１＋Ｌ２）＋発熱線の直径
   となるようにした電気機器の発熱体。

Images