JPH03205725A - 温度スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ラジアント加熱手段が放射源を含み、少く
とも１つのスイッチング接点と温度センサを備え、温度
センサはロッドとロッドを囲んでいるセンサチューブを
備え、ロッドとセンサチューブは異なる熱膨張係数を有
し、センサチューブは金属のような伝導材料から作られ
、センサチューブは電気絶縁の外側のチューブにより囲
まれているラジアント加熱手段のための温度スイッチに
関する。

［従来の技術］ 西ドイツ特許公告明細書第２５００５８６は、ラジアン
ト加熱手段が放射源を含み、少くとも１つのスイッチン
グ接点と温度センサを備え、温度センサはロッドとロッ
ドを囲んでいるセンサチューブを備え、ロッドとセンサ
チューブは異なる熱膨張係数を有し、センサチューブは
金属のような伝導祠料から作られ、センサチューブは電
気絶縁の外側のチューブにより囲まれているラジアント
加熱手段のための温度スイッチを開示している。

この温度スイッチのセンサは金属のチューブを備える。

金属のチューブは膨張エレメントとしての役目を果たし
、しかも金属チューブの膨張が熱膨張係数の小さい材料
で作られた内部ロッドを介して温度スイッチに伝わる。

このセンサは石英チューブを備え、石英チューブは金属
チューブにそってかみ合っている。このセンサは、加熱
抵抗と加熱形ガラスセラミックプレートの間にある空気
ギャップを電気的に埋めるようにはなっていない。

石英チューブは放射を透過するので、石英チューブは放
射熱の変換をほとんど妨げない。

西ドイツ実用新案公告明細書第７８２６５４９は、ガス
調理器の調整装置を開示している。この装置では、別の
金属チューブがセンサチューブにそってかみ合っていて
両チューブ間にはすき間がある。この金属チューブはガ
スの炎がセンサに直接ふれないようにするためのもので
ある。

ヨーロッパ特許公告明細書第１１６８６１は温度スイッ
チを開示している。この温度スイッチは、ラジアントヒ
ータの絶縁材料のウヱブに配置されていて、ウェブに取
付けられ、部分的に温度スイッチを放射から保護するよ
うになっている。これにより、一時的な応答遅延が生じ
る。このようにすることで、予備加熱または調理中にラ
ジアントヒータをさらに高い温度のレベルにすることが
でき、そしてさらに続く作動ではラジアントヒータの温
度レベルを一定状態まで下げるのである。これにより連
続作動中にガラスセラミックプレートが破損しない。同
様のことは、ヨーロッパ特許公告明細書第１５００８７
からも明らかである。この場合、温度センサに付属して
いる外側のチューブは石英ガラスチューブである。セン
サチューブは赤外線反射材料のコーティングが設けられ
ている。このコーティングにより、チューブ状のエレメ
ントに通る赤外線放射が内側のロッドには達しない。

もっと以前の日付であるが以前には公開されていない西
ドイツ特許山願Ｐ３８２１４９６では温度センサが知ら
れている。温度センサの外側のセンサチューブは、膨張
の基準となっており、放射源からの放射を主に吸収する
材料を備える。たとえば完全に焼成したセラミック材料
であり、好ましくはコージライトである。

温度スイッチはロッド状の異なる膨張部材をセンサとし
て備えている。センサに付属する外側のチューブは溶融
シリカで作られている。外側のチューブは比較的薄くす
ることができ、溶融シリカのすぐれた絶縁特性により、
外側のチューブは加熱抵抗とホットプレート間の破壊強
さの問題を解決するが、比較的破損しやすい。１つの端
部での破損もしくは小さい破損により、スイッチング精
度に直接影響を与え、しかも監視しようとする全手段に
有害である。溶融シリカに対して必要な耐性コーティン
グを付与するのが難しく、しかもセンサ内に“温室効果
”を生み出す。この温室効果は制御動作に対して好まし
くない影響を生じる。

内側の参照基準のロッドと、外側の膨張チューブたとえ
ば金属製の膨張チューブとを備えた調整器は、西ドイツ
特許公告明細書第２５００５８６から構造が知られてお
り、この調整器を用いるのが望ましい。しかし、この明
細書において全長にかみ合った溶融シリカ製のチューブ
を備えているので、調整器のスイッチング振幅が相当に
制限される。このため調整器はかなりひんぱんに切換わ
り、放射と干渉のために指定した許容しうる“クリック
率”を越える。さらに最初に加熱する際にスイッチが所
定より早く切れる。このため最初の加熱の際は、ガラス
セラミックプレートに危険がなくガラスセラミックを保
護するために必要な最大連続温度を上まわることができ
る。このため予備加熱時間がさらに短くできる。さらに
溶融シリカのチューブは比較的高価でしかも破損しやす
い。

［発明の課題］ この発明の課題は、従来技術の欠点を解消し、信頼性が
あり操作上安全な構造とすることにより、スイッチング
振幅をより大きくし予備加熱期間を長くすることができ
る温度スイッチあるいは温度制限器を提供することであ
る。

この発明によれば、この課題は特許請求の範囲の請求項
■により解決される。すなわち、課題は、ラジアント加
熱手段１１が放射源１８．２０を含み、少くとも１つの
スイッチング接点４１．　　４２と温度センサ２７を備
え、温度センサ２７はロッド４４とロッド４４を囲んで
いるセンサチューブ４３を備え、ロッド４４とセンサチ
ューブ４３は異なる熱膨張係数を有し、センサチューブ
４３は金属のような伝導材料から作られ、センサチュー
ブ４３は電気絶縁の外側のチューブ４５により囲まれて
いるラジアント加熱手段１ｌのための温度スイッチにお
いて、外側のチューブ４５は、放射源１８．２０からく
る放射を少くとも実質的に吸収および／または反射する
セラミック材料を有していることを特徴とする温度スイ
ッチにより解決される。

［発明の作用効果］ セラミック材料を用いることで、セラミック材料自体に
おいて吸収特性あるいは反射特性、好ましくは両方の特
性を有する。このためセンサは、外側のチューブの２次
放射、あるいは接触伝熱もしくは対流伝熱の形式で２次
熱を受けるだけである。このため自動的に遅延が生じ、
温度スイッチの熱的応答遅延が生じる。したがって調整
器は当初設定スイッチーオフ温度を“行きすぎ”にする
ことができる。連続作動では設定温度は正確に保たれる
。外側のチューブにおける熱的な惰性が増しこれにより
応答遅延を増大させる。この熱的惰性の増大は設定温度
を正確に保つために有効である。

［実施態様］ 外側のチューブは、ケイ酸マグネシウムを含む工業セラ
ミックスを備えるかまたは含み、任意にアルミノケイ酸
塩部分を備える。特に好ましい材料としてはステアタイ
トであり、完全に焼成した状態では有効に反射し吸収す
る性質を有し、すなわちほとんど直接放射を透過しない
性質を有するばかりでなく、落下テストにおいて溶融シ
リカチューブに比べて破損しないのである。さらに、外
側のチューブの伝熱特性が改善されたことにより、調整
動作もしくは制御動作の改善に役立つのである。特に、
相当小型のポットあるいは位置のずれたポットが加熱ポ
イントの上に置かれた場合である。これらの場合、温度
スイッチは溶融シリカチューブよりも早く応答し、ガラ
スセラミック上の部分的な過熱をさけることができる。

このことから、この発明では最初にスイッチング遅延が
得られるだけでなく、“位置のずれたポット”のある臨
界状態においてさらに早くより正確な応答をする。スイ
ッチングヒステリシスが従来の構造のものよりかなり大
きいにもかかわらず、これらの基本的な正反対の要求事
項がおどろくほど達成されるのである。

温度スイッチは特に、ガラスセラミック用の放射加熱系
のためのものである。放射加熱系の放射源は少くともラ
ジアントヒータを含んでいる。ラジアントヒータの加熱
抵抗は１５００Ｋ以上の温度で作動され、たとえばハロ
ゲンランプ状のものである。特に普通の加熱抵抗をかな
り低い発熱温度または白熱温度で追加して使用する場合
に、これらのいわゆる明ラジエータ（ラジアントランプ
ヒータ）は、強力でしかも比較的短い波長の放射である
ので、明ラジエー夕はガラスセラミックプレートの温度
を制限する意味で特に細かく調整されるべきである。

この発明の好ましい発展したものの、これらの特徴と他
の特徴は、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図
面により明らかにする。個々の特徴はこの発明の実施例
や他の分野において単独もしくはサブコンビネーション
の形で実現でき、表現された有効な個々に独立した保護
可能な構造が特許請求の範囲に示されている。この発明
の実施例を図面を参照して以下に述べる。

［図示例の概要］ 第２図を参照する。

温度スイッチ２８は、明ラジエー夕と暗ラジエータ１８
．２０からの放射に対するガラスセラミックプレート１
２の温度を制限するためのものである。温度スイッチ２
８はセンサ２７を有する。

センサ２７は金属製のセンサチューブ４３と内側のセラ
ミックのロッド４４を備えている。センサ２７に沿って
ステアタイトのチューブ４５が設けられている。チュー
ブ４５の一方端では、ヒータとガラスセラミックプレー
ト間の電気絶縁がなされ、他端では反射、吸収および熱
媒体による放射を遮へいしている。センサ２７には一時
的な応答遅延と大きいスイッチングヒステリシスが与え
られる。

［図示例］ 第１図はラジアントヒータ１１を示している。

ラジアントヒータ１１は、第２図に示すガラスセラミッ
クプレート１２の下に配置されている。ラジアントヒー
タ１１は、加熱ポイントまたは調理ポイントをガラスセ
ラミックプレート上に画成している。絶縁サポート１５
のエッジ１４は、平坦な金属薄板のサポートトレイｌ６
内に配置され、加熱ポイントの外側の境界を形成してい
る。

ラジアントヒータ１１の加熱系は、明ラジェータ１８と
暗ラジエータ２０から形成されている。

明ラジエータ１８は、石英ガラスチューブ２４の中に高
耐熱性の加熱抵抗２１を有している。加熱抵抗２１はた
とえばタングステン製である。石英ガラスチューブ２４
は多角形状または実質的に円形状に曲げられている。石
英ガラスチューブ２４の両端は接近して並んで平行にな
ってエッジ２４を通りラジアントヒータ１１から出てい
て、配線の端部を備えている。正確な発熱温度は１５０
０Ｋ以上で、好ましくは２３００Ｋである。

暗ラジエータ２０の発熱温度はこれらの値よりはかなり
低い。暗ラジエータ２０は通常らせん状に曲げられた開
放形のワイヤであり、このワイヤは抵抗材料で作られて
いる。暗ラジエータ２０の発熱温度が低いことから、明
ラジエータ１８の場合のような不活性ガスを必要としな
い。暗ラジエータ２０は２重リング状に案内されている
。暗ラジエータ２０の端子２５は、内側と外側の巻の２
重に曲げられた部分の同じ側に及んでいる。そして内側
と外側の２つの巻の他の側は、互いに曲げ部または弓形
部２６により接続されている。暗ラジエータ２０の端子
用の接続ピース３８はサポートトレイｌ６のエッジ１４
に挿入されている。

温度スイッチ２８のロッド状の温度センサ２７は、円形
状のラジアントヒータの直径方向に延びている。温度セ
ンサ２７の両側はエッジ１４に案内されている。温度ス
イッチ２８のヘッド４０は残部のラジアントヒータ１１
の境界部より外側にある。ヘッド４０は第１図を参照す
ると２つのスイッチング接点４１．４２を含んでいる。

その１つのスイッチング接点は温度制限用に使われ、他
のスイッチング接点は加熱ポイントの加熱状態を示すた
めの信号接点である。ガラスセラミックプレート１２と
明ラジエータ１８の下側から一定間隔はなれたところに
おいて、温度センサ２７がラジアントヒータの皿形状の
内部を通っている。２つのラジエータ１８．２０は放射
源を形成している。２つのラジエータ１８．２０は２つ
の実質的に同心状のリングを形成している。そのうちの
明ラジエータ１８は内側のリングである。

温度スイッチ２８の温度センサ２７は、金属製のセンサ
チューブ４３とこのチューブ４３の中に配置されたロッ
ド４４を備えている。ロッド４４は、センサチューブ４
３より小さい熱膨張係数の材料で作られていて、たとえ
ばセラミック製のロッドである。センサチューブ４３は
スイッチのヘッド４０のケーシング内に固定され、ロッ
ド４４は１つのスイッチング接点または両スイッチング
接点４１．４２に直接または間接的に作用する。

センサチューブ４３の開放端では、ロッド４４が図示し
ない調整ねじに支持されている。この調整ねじはセンサ
チューブ４３に挿入され、センサチューブ４３のねじ筋
により調整可能である。

センサチューブ４３は外側のチューブ４５により囲まれ
ている。チューブ４５の内径はセンサチューブ４３の外
径よりもいくらか大きい。このためギャップ５０が両チ
ューブ間に形成されている。

外側のチューブ４５はセンサチューブ４３に重力により
載っており、このためギャップ５０は下の領域が部分的
に形威されている。もしセンサ２７を位置決めしかつ案
内するためにエッジ１４に通すのに設けた穴４６が、外
側のチューブ４５の外径より小さければ、外側のチュー
ブ４５はエツジ１４の中で軸方向にガイドできる。外側
のチューブ４５はこの場合ラジアントヒータの直径に沿
った一片形のもので、たとえば暗ラジエー夕ともいうヒ
ータコイル２０のような開放形の放射源がある領域にお
いてはこの外側のチューブ４５はすき間がないようにす
べきである。そして、開放形の放射源がある領域を介し
て導電ブリッジがガラスセラミックプレートに対して形
成されることになる。さらに高温度では、ガラスセラミ
ックプレートは導電性を有し、したがって破壊強さは高
温度に合うに大きくしなければならない。この実施例で
は、ヒータコイル２０はエッジ１４のすぐ近くまで達し
、外側のチューブ４５の開放端の付近がエッジ１４の皿
状の穴４８に案内されている。これにより、外側のチュ
ーブ４５はいくらかエッジ１４内に延びておりしかもす
き間がない。スイッチヘッドの側では、外側のチューブ
４５は拡大端部穴４９へ突き出ている。同じやり方で穴
４６，４８はエッジ１４の−Ｌ部に向けて開放したＵ字
形のくぼみにすることができる。スイッチヘッドの付近
では、耐熱チューブ状の弾性のエレメント５１、たとえ
ばシリコンファイバガラスの絶縁チューブが、センサチ
ューブ４３にそって引出して設けられている。外側のチ
ューブ４５は、エレメント５１に次のようにして支持さ
れかつ弾性的に位置決めされている。つまり、外側のチ
ューブ４５は穴４６．４８の間の肩部分に対して押圧さ
れているのである。このため外側のチューブ４５は弾性
的にガイドされている。これにより、外側のチューブ４
５では、自由に動けるようにした場合よりも破損するこ
とがかなりすくなくなる。

外側のチューブ４５はステアタイトから作られている。

ＤＩＮ４０６８５　（電気工学用のセラミック絶縁材料
）によるグループＫＥＲ２００のこの材料が特に有効で
あることがわかっている。ステアタイトは、ケイ酸マグ
ネシウムを含む製品である。ステアタイトは強くしかも
焼成するのに先立って鋳込み、旋削、押出し、モールデ
ィング、などにより容易に加工できる。そのため長く比
較的薄肉厚のチューブを製造できる。実施例の場合、外
側のチューブ４５はほぼ０．８ｍｍの壁厚で７　ｍｍの
外径を有している。焼成後、材料は機械的に非常に強く
、非常に大きい電気的破壊強さを有し、特に溶融シリカ
に比べてかなり大きい曲げ強さを有する。ちなみに、特
に有効な特性としては、比較的大きい見掛け容積である
ので大きい比熱を有していることである。そのため、外
側のチューブの熱貯蔵能力により、外側のチューブによ
り大きな熱的遅延が得られる。特に重要なのは、外側の
チューブが透明でなくしかも外側のチューブは通常は明
るい色であるので、放射の大部分を反射し、放射の他部
分は吸収されそれからセンサチューブ４３に対して２次
放射、伝熱あるいは熱対流により熱が供給されるだけで
あることである。外側のチューブは一定の遅延を生じる
のである。熱伝導度も溶融シリカの熱伝導度より大きい
。そのため外側のチューブ４５はセンサの長さにそって
熱を配分するのに役立つのである。したがってチューブ
４５は、“位置のずれたポット”の上述の状況において
、さらに早い応答をするのに寄与するのである。

同様の特性を有する他の材料も適用できる。たとえばア
ルミニウムーマグネシウムーシリケーツ（ａｌｕｍｉｎ
ｉｕｍ−ｍａｇｎｅｓｉｕｍ−ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）　
　（Ｄ　Ｉ　Ｎ　４　０６８５によるグループＫＥＲ４
００）である。コージライトは適切な材料である。コー
ジライトはすぐれた特性、すなわち熱膨張性が低いので
あるが、ほとんど要求されない。しかし熱衝撃安定性が
大きいので、特殊な場合には重要となる。

明ラジエー夕と暗ラジエー夕ともいう放射源１８．２０
のスイッチを入れたあと、これらの放射源１８．２０、
特に明ラジエータ１８がすぐに加熱する。そしてガラス
セラミックプレート１２に向けて放射される。ガラスセ
ラミックプレート１２は、放射の一部を伝えるが、放射
の大部分を変換する。ガラスセラミックプレート１２は
相当加熱し、ガラスセラミックプレート１２の下側では
ほぼ９００〜ＩＯＯＯＫの臨界温度に比較的早く達する
ことになる。もし、ガラスセラミックプレート１２がこ
の温度で長期間作動された場合には、ガラスセラミック
は永久損傷を受けることになる。したがって温度制限器
が設けられている。

温度制限器は次のように設定されている。加熱表示器を
操作することは別として、温度制限器はほぼ３００Ｋの
温度で応答し、温度制限器は、温度がガラスセラミック
プレートの臨界温度に近すいた時に、ラジアントヒータ
のスイッチを切るかあるいはラジアントヒータの出力を
減らすのである。

放射は、外側のチューブ４５により遮へいされ、しかも
一部が吸収され、一部が反射される。センサチューブ４
３と外側のチューブ４５の間において、放射が与えられ
る下側に主に形成されるギャップ５０がたとえは０．５
〜０．８ｍｍであると有効である。このために絶縁ギャ
ップが下側に形成される。このため、熱はギャップ５０
へは２次放射または伝熱により伝わるだけである。一方
、接触による伝熱は外側のチューブがセンサチューブに
載っているところの上部に生じるだけである。

しかし熱は外側のチューブの周囲の丸い半分に伝わらな
くてはならない。このことから、連続制限値よりいくら
か大きくガラスセラミックの下側における温度がオーバ
シュートするように相当な応答遅延を行う。この応答を
遅延することは許容されうろことがわかっていて、そし
て予備゛加熱時間がかなり短くなる。片側のギャップを
形成することにより、片側ギャップは加熱エレメントが
加熱プレートの下に位置している時に重力により生じる
。しかし他の配置の仕方においては、他の手段により行
うことができる。また、加熱プレートからさらに上手に
伝熱をするために、加熱プレートの裏側の放射をさらに
大きくすることもできる。

一定の状態下で、たとえば遮へい、熱媒体などのすべて
のファクタにより生じた遅延により、スイッチング振幅
をほぼ１０の１乗倍上げる効果があり、したがってスイ
ッチング間隔を許容量まで減らすことができる。このた
めスイッチング振幅は、石英チューブでの＋／−１．５
Ｋからステアタイト製の外側のチューブでの＋／−１１
Ｋまで上げることができる。

もちろん、外側のチューブ４５は所望の効果を有する。

この所望の効果とは、高温で熱を伝えるガラスセラミッ
クと、ラジアントヒータ特に開放形ラジアントヒータと
、の間において必要な空気のギャップが埋まることがな
いということである。

このことは、ガラスセラミックが破損したりおよび／ま
たは明ラジエータ１８のようなカプセル封じを行った放
射源の場合に、導電ブリッジが形成されず、その代わり
に追加的に接触に対する保護が得られるので重要である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の温度スイッチを備えたラジアント加
熱手段の平面図である。第２図は温度スイッチのセンサ
部分の詳細を示す長手方向の断面図である。第３図は温
度センサの横断面図である。 １１・・・・・・・・・ラジアントヒータ１２・・・・
・・・・・ガラスセラミックプレート１４・・・・・・
・・・エッジ １５・・・・・・・・・絶縁サポート ６・・・・・・・・・サポートトレイ ８・・・・・・・・・明ラジエータ ０・・・・・・・・・暗ラジエータ １・・・・・・・・・高耐熱性加熱ヒータ４・・・・・
・・・・石英ガラスチューブ５・・・・・・・・・端　
子 ６・・・・・・・・・弓形部 ７・・・・・・・・・温度センサ ８・・・・・・・・・接続ピース ０・・・・・・・・・ヘッド １・・・・・・・・・スイッチ接点 ２・・・・・・・・・スイッチ接点 ３・・・・・・・・・センサチューブ ４・・・・・・・・・ロッド ５・・・・・・・・・外側のチューブ ６・・・・・・・・・穴 ８・・・・・・・・・穴 ９・・・・・・・・・穴 ０・・・・・・・・・ギャップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ラジアント加熱手段（１１）が放射源 （１８、２０）を含み、少くとも１つのスイッチング接
   点（４１、４２）と温度センサ（２７）を備え、温度セ
   ンサ（２７）はロッド（４４）とロッド（４４）を囲ん
   でいるセンサチューブ（４３）を備え、ロッド（４４）
   とセンサチューブ（４３）は異なる熱膨張係数を有し、
   センサチューブ（４３）は金属のような伝導材料から作
   られ、センサチューブ（４３）は電気絶縁の外側のチュ
   ーブ（４５）により囲まれているラジアント加熱手段（
   １１）のための温度スイッチにおいて、外側のチューブ
   （４５）は、放射源（１８、２０）からくる放射を少く
   とも実質的に吸収および／または反射するセラミック材
   料を有していることを特徴とする温度スイッチ。 ２、外側のチューブ（４５）は、ケイ酸マグネシウムを
   含む工業セラミックを含み、任意にアルミノケイ酸塩部
   分を備え、好ましくは外側のチューブ（４５）はこの工
   業セラミックで作られていることを特徴とする請求項１
   に記載の温度スイッチ。 ３、外側のチューブ（４５）は、温度スイッチ（２８）
   を熱的に応答遅延するための手段を有し、外側のチュー
   ブ（４５）は対応の熱的不活性を増しおよび／または熱
   伝導度を増し、外側のチューブ（４５）は好ましくはス
   テアタイトから作られていることを特徴とする請求項１
   または２に記載の温度スイッチ。 ４、ギャップ（５０）が外側のチューブ（４５）とセン
   サチューブ（４３）の間に設けられ、好ましくは外側の
   チューブ（４５）は放射源（１８、２０）側へずれて配
   置されており、たとえば外側のチューブ（４５）はセン
   サチューブ（４３）に重力により載っていることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の温度スイッ
   チ。 ５、外側のチューブ（４５）はラジアント加熱手段（１
   １）の絶縁エッジ（１４）により軸方向に、任意的にさ
   ら形の穴（４８）に案内され、および／または少くとも
   １つのスイッチング接点（４１、４２）を含んでいるス
   イッチヘッド（４０）に対して弾性エレメント（５１）
   により軸方向にそって弾性的に案内され、弾性エレメン
   ト（５１）は耐熱絶縁チューブのようなものであってセ
   ンサチューブ（４３）を囲んでいることを特徴とする請
   求項１〜４のいずれか１つに記載の温度スイッチ。 ６、ロッド（４４）はセラミック材料で作られ、センサ
   チューブ（４３）はロッドの材料より大きい熱膨張係数
   を有する金属で作られ、特にラジアント加熱手段（１１
   ）はガラスセラミックプレート（１２）を加熱するため
   に構成され、放射源は少くとも１つのラジアントヒータ
   （１８）を含んでいて、ラジアントヒータ（１８）の加
   熱抵抗は１５００Ｋ以上の温度で作動されしかも好まし
   くはハロゲンランプまたはそれに類するものであること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の温度
   スイッチ。