JPH09506792A - 電気加熱要素およびその動作に関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気加熱式湯沸器に用いられる平面状加熱要素は、印刷加熱要素がその片面に形成されたステンレス鋼板からなり、印刷された加熱要素は電気絶縁ガラス層間に挟まれる。過熱状態において加熱要素の電源を切断する制御装置は、最外側ガラス絶縁層に形成される窓を介して前記印刷加熱要素と直接的に接触するバイメタルの形をとる主作動器を有し、該バイメタルは、窓のまわりにおいてガラス絶縁体と接触するバイメタル用熱崩壊性支持台の形をとる副作動器内に保持される。このような手段により、主作動器と副作動器とが異なった温度にさらされ、副作動器が不足の動作に影響されない。

Description

【発明の詳細な説明】 電気加熱要素およびその動作に関する改良 発明の分野 本発明は、電気加熱要素およびその制御に関し、より詳細には、限定されるも のではなく、電気やかんおよび魔法瓶等の液体加熱器のための電気加熱要素に関 するとともに、例えば、関連する湯沸器が空になったときに加熱要素が切り換え られて、検出される加熱要素の過熱状況に呼応して、加熱要素への電気エネルギ の供給を切断切換するのに適合する制御装置に関する。本発明は、特に電気やか んと魔法瓶とに適用され、以下ではこうした用途を特に取り上げて説明するが、 本発明はこのような用途に制限されるものではない。 発明の背景 従来の電気加熱要素は、一般に、電気やかん、魔法瓶等として用いられること が多く、管状の金属シース内にて抵抗加熱要素のまわりに無機絶縁材料が充填さ れてなる巻線抵抗加熱要素からなる。被覆されたこの種の加熱要素そのものは、 しばしば浸漬ヒータとして用いられ、加熱要素と、該要素が容器の壁に開口を形 成するために固定されるように適合される要素の頭部とを備える。加熱要素自体 は、一般に、加熱要素の温度が検出可能な加熱要素の頭部の反対（乾燥）の側の 位置を定めるために加熱要素と接触するよう該要素をループ化する、いわゆる熱 循環部分を備える。加熱要素の頭部の乾燥側に固定するよう適合される熱感応式 作動器を備えた加熱要素保護制御装置は周知であり、加熱移動が前記位置と緊密 に関係するバイメタル式加熱要素を備えたものも一般的である。加熱要素が過熱 すると、その結果として例えば関連容器に水がないときに、過熱要素が切り換え られ、制御装置が過熱要素を切断切換えをするために熱信号が過熱要素の頭部を 介して過熱要素保護制御装置に伝達される。 加熱要素保護制御装置の例として、実質的に英国特許第Ａ−１９４０９９号に おいて特に同特許の図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃを参照して説明されているようなOt ter Controls Ltd．製Ｘ１制御装置があげられる。Ｘ１制御装置は、前述したバ イメタル式作動器と協働することによって、過熱要素保護の第一のレベルを提供 し、さらに、保護や効果について第二のまたは代わりのレベルを提供するが、結 局、第一の保護の好ましくない不成功が帰結される。これは、加熱要素の頭部の 温度が通常動作される当初の保護レベルにおける温度を超えて継続する場合に変 形するように設定された合成プラスチック脚部内に、バイメタル式作動器が配設 されることによってである。 平面状電気過熱要素もまた知られている。コーヒー湯沸器は、一般に生成後に コーヒーを暖かく保つために加熱板を含み、このような加熱板は一般に被覆され た加熱要素からなり、アルミニウム鋳造内へ鋳込みまたは把持されて加熱板を形 作ったり、ステンレス鋼製の加熱板として堅固なものとすることができる。平板 状加熱要素の他の形態は、英国特許出願第９３２１６８１．０に記載されており 、主に、電気的に絶縁基板上に形成されるパターン化された抵抗加熱要素からな り、例えば、半導体装置製造の分野において周知の電気絶縁インクを用いた石版 印刷技術または光石版印刷技術、および／または金属のフレーム噴射のようなめ っき技術、プラズマ蒸気めっき等の、それ自体が周知である使用によることがで きる。さらに特別には、平板状加熱要素は、英国特許出願第９３２１６８１．０ に記載されているように、薄いステンレス鋼からなり加熱要素の上面を形成し、 ガラスまたは他の温度抵抗電気絶縁材料からなる薄層が形成された下面を有する シートからなる。抵抗加熱要素そのものは、例えば、電気絶縁インクを用いる印 刷によってガラス層の表面上に形成され、他のガラスまたは他の温度抵抗電気絶 縁材料が印刷された加熱要素上に提供される薄層としてもよい。 本発明は、特に、限定されるわけではなく、主に英国特許出願第９３２１６８ １．０に記載され概要が上述された種の平面状加熱要素、およびこのような加熱 要素に用いて適合される加熱要素保護制御装置に関する。本発明は、平面状加熱 要素を発展し、かつこのような平面状加熱要素を使用するために適合するよう前 述したＸ１制御装置を変更するといった他の作業から生じる。発明の要約 本発明によれば、その局面の一つとして、熱応答式主作動器と、前記主作動器 の設定動作温度を有意に上回る温度まで前記加熱要素の温度が上昇したことに呼 応して動作する熱応答式副作動器とを有した加熱要素保護制御装置とともに用い られる設計とされるとともに、基板または台板と、前記基盤または台板の片面の 少なくとも一部分上に形成される電気絶縁層と、前記基板または台板から絶縁さ れるように前記電気絶縁層上に形成される導電体であって、電気抵抗加熱要素そ のものを構成しうるような電気抵抗を有する材料により形成される導電体と、前 記導電体の上に形成される別な電気絶縁層とからなり、前記別な電気絶縁層が自 身を貫通する開口を有し、前記電気加熱要素が前記加熱要素保護制御装置ととも に用いられた時に、前記熱応答式主作動器が前記導電体の温度に直接呼応するよ うに前記開口において前記導電体に接触することができ、前記熱応答式副作動器 は前記導電体と直接接触することができずに、前記別な電気絶縁層を介した熱伝 導によって前記導電体の温度に呼応することを特徴とするほぼ平面状電気加熱要 素が提供される。 前記Ｘ１加熱要素保護制御装置の改良型に用いて適する本発明の前記局面にお ける好ましい実施例では、制御装置のバイメタル式熱感応式主作動器が、他の絶 縁層の開口と対応するように配置されることによって加熱要素の温度に直接呼応 するように設けられ、プラスチック材料からなる支持台の脚部が、制御装置の熱 感応副作動器を構成し、前記開口の外側の他の絶縁層と接触するよう設けられた バイメタル式熱感応主作動器のための支持として作用する。以下に詳細を説明す るように、前記実施例は、ステンレス鋼製の基板または台板を備え、二つの電気 絶縁層がガラス材料で形成され、電気抵抗加熱要素が絶縁インクで形成された加 熱線からなる。加熱線は、第二の電気絶縁（例えばガラス）層に形成されたそれ ぞれの開口を介して伝達可能な終端部を備え、加熱保護制御装置は、制御装置が 加熱要素との作用位置関係に作動されるとき、前記終端部と接触させるのに適合 したスプリング金属導体を備える。ステンレス鋼製の基板または台板の使用は、 本体がプラスチックである湯沸器が使用されるる場合の加熱要素のために有利で ある。これは、ステンレス鋼の比較的低い熱伝導性が、抵抗加熱要素からプラス チック湯沸器本体を熱的に絶縁するのに用いられるからである。しかしながら、 ステンレス鋼製の基板を用いることは、単なる例示であって他の材料を用いるこ ともできる。基板または基層もまた、最初に記載の電気絶縁層として一体かつ同 じものとされる方がよく、電気抵抗加熱要素は、直接基板上に形成される方がよ い。 本発明はまた、前記加熱要素と前記加熱要素保護制御装置との組み合わせに及 び、このような組合せを結合した液体加熱湯沸器に及ぶ。さらに他の局面では、 本発明はまた、前記制御装置が、電気絶縁材料により形成される本体部分と、前 記本体部分の片面に設けられて前記ほぼ平面状加熱要素と並列になる熱応答式主 切換作動器と、前記本体部分の前記片面に設けられて前記熱応答式主切換作動器 が前記ほぼ平面状加熱要素と並列になるように取り付けられる位置から離間した １ヶ所以上の位置において前記ほぼ平面状加熱要素と並列になる熱応答式副切換 作動器と、前記本体部分内に設けられ、前記熱応答式主および副切換作動器に呼 応して前記制御装置を介して前記ほぼ平面状加熱要素への電気エネルギーの供給 を決定する切換手段と、前記切換手段と電気的に接続されるとともに前記本体部 分の前記片面上に延在して、前記ほぼ平面状加熱要素の電気端子と電気的に接触 する端子手段とからなることを特徴とするほぼ平面状加熱要素とともに用いられ る加熱要素保護制御装置を提供する。 本発明の前記およびその他の局面と特徴とについては、添付の特許請求の範囲 に特に記載されており、添付図面を参照しながら本発明の実施例に関する以下の 詳細な説明を考慮することにより、本発明の利点も合わせて、最もよく理解され よう。 図面の説明 図１は、本発明の一局面を示す実施例である加熱要素保護制御装置の分解斜視 図である。 図２Ａ，２Ｂおよび２Ｃは、図１にかかる加熱要素保護装置の平面図、側面図 、底面図である。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明の他の局面を示す平面状加熱要素、および同図に 示されるような平面状加熱要素とともに用いられるような図１および２の制御装 置の断面略図および平面図である。 実施例の詳細な説明 本実施例の詳細な説明に先立って、図１および図２の加熱要素保護制御装置が 英国特許第Ａ−２１９４０９９号において特に同特許の図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃ を参照して説明されている前記Ｘ１制御装置の改良型であることが理解されるべ きである。主題の制御装置については、以下では簡単にしか説明しないので、そ の全ての局面と利点とを完全に理解するために、英国特許第Ａ−２１９４０９９ 号を参照されたい。 図１において、同図に示される加熱要素保護制御装置は、互いにはめ合わされ るとともに自身間に第１および第２の端子と弾性金属導電体５、６および７とを 捕獲するようにしてある第１および第２の成形プラスチック本体部分１および２ からなる。本体部分２の反対側には、本体部分２の前面（図では見えない）に対 して所定の態様で配置されるようにしてあるプラスチック材料の支持台９に、英 国特許第Ａ−２１９４０９９号に記載のＸ１制御装置と同様の態様で取り付けら れるようになっているバイメタル主切換作動器１８が設けられる。 バイメタル主切換作動器８は、英国特許第Ａ−２１９４０９９号に記載の態様 と実質的に同一の態様で構成されて、弾性金属導電体５および６の部分１０およ び１１によって形成される切換装置の状態を決定するものであり、押し棒１２は 、そのために設けられている。部分１０および１１は、通常は互いに電気的に接 触しており、使用時にバイメタル主切換作動器８が加熱要素の過熱に呼応した時 に、押し棒１２によって接触解除される。主切換作動器が何らかの理由で部分１ ０と１１との接触を解除することができなくなると、加熱要素が付勢され続けて 、その温度が、プラスチック材料の支持台９によって構成される熱応答式副作動 器が作動するレベルまで上昇するようになる。支持台９は、制御装置が平面状加 熱要素に動作可能に結合され、支持台９が本体部分２の方へと後方に付勢された 時に、突出部１３および１４により弾性金属部分１５および１６が付勢されて端 子３および４とそれぞれ接触するように、本体部分２を貫通して延在して弾性金 属導電体５および７の部分１５および１６と接触する設計の後方突出部１３およ び１４を有する。支持台９は、関連の加熱要素の裏面上に載置される足１８を備 えた４本の脚部１７を有しており、加熱要素の温度が、脚部１７が溶解しはじめ るよう なレベルまで上昇すると、導電体部分１５および１６の弾性作用により、支持台 ９が加熱要素の方へと前方に崩壊して、最終的に導電体部分１５および１６が制 御装置の端子３および４と接触しない位置に移動するようになる。 図１の加熱要素保護制御装置は略平面状の加熱要素とともに用いられるように なっており、弾性金属導電体６および７が、制御装置の本体部分２の前方に突出 するとともに平面状加熱要素の端子部と電気的に接触して制御装置を介して前記 端子部に電力を供給するようにしてある前方延在部分１９、２０を有することが わかる。 次に図３Ａおよび３Ｂにそれぞれ、本発明の一つの局面に従った平面状加熱要 素の形態例の断面図と平面略図とを示す。平面状加熱要素は、第１の電気絶縁ガ ラス層２１が中央部分上に形成されるとともに第２の電気絶縁ガラス層２３が加 熱線２２と第１のガラス層２０との上に形成されるステンレス鋼基板または台板 ２０からなる。第２のガラス層２３には、開口または窓２４が設けられて、開口 の下の加熱線２２が露出するようになっており、開口は、図３Ｂに示すように、 図１の制御装置のバイメタル主作動器１８を加熱線２２の温度に直接呼応させる ことができ、しかも支持台１９の足２８をガラス面上に開口の外側周囲に配置す ることができる大きさとされる。追加の開口２５および２６が、第２のガラス層 ２３において加熱線２２の終端部２７および２８に対応する位置に設けられると ともに、制御装置が加熱要素と動作可能な関係に取り付けられた時に制御装置の 弾性導電体１６および１７の前方突出部２９および３０と接触する構成とされる 。加熱線２２の終端部２７および２８は、好ましくは銀または同様に良好な電気 接点材料により形成されることとする。 加熱要素の台板２０上には、加熱要素保護制御装置の取付けを可能にする取付 支柱２９および３０が設けられる。こうした取付支柱は、ねじ部を有するもので あってもよく、または何らかの適切な形の摩擦固定手段と係合する設計のもので あってもよい。 前記加熱要素保護制御装置を用いて前記平面状加熱要素を動作させた場合、制 御装置のバイメタル主作動器が加熱要素の加熱線と直接熱伝達可能な関係にある ために、加熱要素の過熱に対する制御装置の迅速な呼応が約束される。同時に、 副保護手段、すなわち崩壊可能な支持台１９を加熱線２２から絶縁することによ り、通常は制御装置の１次動作を伴う加熱、すなわち通常は主保護装置の作動後 に起こる加熱要素の急激な温度上昇によって副保護装置が作動してしまうという ことが起こらなくなる。さらに、バイメタル主作動器と加熱線との緊密な熱的接 触により、主保護装置の呼応時間を向上させることができ、したがって過熱レベ ルがさらに低くなる。これらの要素により、支持台１９のための適切な材料の選 択が容易になる。 加熱要素保護制御装置の相対的に「平ら」な形状は、美的利点をも有しており 、制御装置を内蔵して美的に好ましい機器設計を実現しやすくなる。 このように、前記では、制御装置のバイメタル部が加熱線と直接的な熱的接触 を持ち、後備保護装置の構成に実用的な熱可塑性材料を用いることができるよう に、変形可能な後備保護装置が、該保護装置に対する過熱温度を制限する外側ガ ラス層によって加熱線から熱絶縁される、変形可能な後備保護装置を備えたバイ メタル制御装置が印刷された加熱要素に取り付けられる構成について説明した。 また、この構成において、加熱線との電気接続が、制御装置と一体構成とされる 弾性体と加熱線に電気接続される印刷接点との間の直接的な接触によってもたら される構造が説明されている。 このように実施例を参照しながら本発明について説明したが、前記実施例は本 発明の実例および具体例であって、本発明は前記実施例に制限されるものではな いことと、当業者には添付の特許請求の範囲に示す本発明の範囲を逸脱すること なく改良および改変が可能であることとが明白に理解される。たとえば、外囲体 が、平面状加熱要素の反対（湿潤）側の面における、バイメタル主切換作動器８ が加熱要素の温度を検出する開口２４の位置と対応する位置に設けられ、外囲体 は、湯沸器の注水時に外囲体内へ水を流入させるための穴が形成された壁を有し 、その大きさおよび位置を水が湯沸器内で沸騰して外囲体内で発生した蒸気が外 囲体から水を排斥するものとする。このような外囲体が設けられているため、単 一の制御装置が、過熱した場合であっても、加熱要素を切断切換する動作を行な い、また、湯沸器内で水が沸騰したとき自動的に過熱要素を切断切換する加熱要 素の過熱制御装置として作用し、湯沸器内における水の沸騰と、外囲体からの水 の排 斥は、加熱要素を過熱状態とし、外囲体内で作用のための制御を引き起こす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱応答式主作動器と、前記主作動器の設定動作温度を有意に上回る温度まで 前記加熱要素の温度が上昇したことに呼応して動作する熱応答式副作動器とを有 した加熱要素保護制御装置とともに用いられる設計とされるとともに、 基板または台板と、前記基盤または台板の片面の少なくとも一部分上に形成さ れる電気絶縁層と、前記基板または台板から絶縁されるように前記電気絶縁層上 に形成される導電体であって、電気抵抗加熱要素そのものを構成しうるような電 気抵抗を有する材料により形成される導電体と、前記導電体の上に形成される別 な電気絶縁層とからなり、 前記別な電気絶縁層が自身を貫通する開口を有し、前記電気加熱要素が前記加 熱要素保護制御装置とともに用いられた時に、前記熱応答式主作動器が前記導電 体の温度に直接呼応するように前記開口において前記導電体に接触することがで き、前記熱応答式副作動器は前記導電体と直接接触することができずに、前記別 な電気絶縁層を介した熱伝導によって前記導電体の温度に呼応することを特徴と するほぼ平面状電気加熱要素。 ２．前記基板または台板が、金属材料により形成されることを特徴とする請求項 １に記載の加熱要素。 ３．前記金属材料が、ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項２に記載の 加熱要素。 ４．前記基板または台板が、非金属の電気絶縁材料により形成されることを特徴 とする請求項１に記載の加熱要素。 ５．前記基板または台板が、最初に記載の電気絶縁層がその上に形成されるよう に同じ材料で形成されることを特徴とする請求項４に記載の加熱要素。 ６．前記基板または台板と、その上に形成される最初に記載の前記電気絶縁層と が、一体で同じ材料であることを特徴とする請求項５のいずれかに記載の加熱要 素。 ７．最初に記載の前記電気絶縁層および／または前記別な電気絶縁層が、ガラス 材料により形成されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の加熱要素 。 ８．前記導電体が、前記最初に記載の電気絶縁層上に蒸着される電気抵抗加熱線 からなることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の電気加熱式湯沸器。 ９．前記加熱線は、前記最初に記載の電気絶縁層上に印刷される電気絶縁インク からなることを特徴とする請求項８に記載の加熱要素。 １０．前記加熱線が、前記別な電気絶縁層に設けられるそれぞれの孔部の下に位 置する終端部を含み、前記孔部が前記終端部との接触を可能にして前記加熱線へ の電力供給が行なわれることを特徴とする請求項８または９に記載の加熱要素。 １１．添付図面の図３Ａおよび３Ｂを参照して実質的に述べられた加熱要素。 １２．前述の加熱要素保護制御装置と組み合わされた前記請求項のいずれかに記 載の加熱要素。 １３．前記熱応答式主作動器がバイメタル部材からなり、前記熱応答式副作動器 が、所定のレベルを超える温度において弾性体の圧力により変形しうる、選択さ れた材料によって形成される部材からなることを特徴とする請求項１２に記載の 組合せ。 １４．前記熱応答式副作動器が、熱可塑性材料により形成される部材からなるこ とを特徴とする請求項１３に記載の組合せ。 １５．前記熱応答式副作動器が、前記バイメタル部材用支持台からなる請求項１ ３または１４に記載の組合せ。 １６．前記加熱要素保護制御装置が、電気絶縁材料により形成される本体部分か らなり、前記熱応答式主切換作動器が、前記本体部分の片面に設けられて前記加 熱要素の前記開口と並列となり、前記熱応答式副作動器が、前記本体部分の前記 片面に設けられて前記開口から離間した１ヵ所以上の位置において前記加熱要素 と並列になり、前記熱応答式主および副作動器に呼応して前記制御装置を介して 前記加熱要素への電気エネルギーの供給を決定する切換手段が前記本体部分内に 設けられ、前記切換手段と電気的に接続されるとともに前記本体部分の前記片面 上に延在して、前記加熱要素の電気端子と電気的に接触する端子手段が設けられ ることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の組合せ。 １７．前記加熱要素保護制御装置が、添付図面の図１を参照して実質的に述べら れた請求項１２〜１６のいずれかに記載の組合せ。 １８．前記制御装置が、電気絶縁材料により形成される本体部分と、前記本体部 分の片面に設けられて前記ほぼ平面状加熱要素と並列になる熱応答式主切換作動 器と、前記本体部分の前記片面に設けられて前記熱応答式主切換作動器が前記ほ ぼ平面状加熱要素と並列になるように取り付けられる位置から離間した１ヶ所以 上の位置において前記ほぼ平面状加熱要素と並列になる熱応答式副切換作動器と 、前記本体部分内に設けられ、前記熱応答式主および副切換作動器に呼応して前 記制御装置を介して前記ほぼ平面状加熱要素への電気エネルギーの供給を決定す る切換手段と、前記切換手段と電気的に接続されるとともに前記本体部分の前記 片面上に延在して、前記ほぼ平面状加熱要素の電気端子と電気的に接触する端子 手段とからなることを特徴とするほぼ平面状加熱要素とともに用いられる加熱要 素保護制御装置。 １９．添付図面の図１を参照して実質的に述べられた前記加熱要素保護制御装置 。 ２０．基板または台板上に形成され、加熱線に対する伝達を可能にしてその温度 を直接監視するため、前記加熱線の一部が露出する開口を内部に有する電気絶縁 層上に設けられた加熱線からなることを特徴とする平面状加熱要素。 ２１．前記制御装置が、前記開口を介して伝達可能な加熱線の該部分の温度に直 接呼応するように取り付けられた熱応答式主作動器と、前記開口の外側の一つ以 上の位置にて加熱温度に呼応するように取り付けられた熱応答式副作動器とを含 むことを特徴とする請求項２０に記載の平面状加熱要素に用いられる加熱要素保 護制御装置。