JPH11514792A - 加熱要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 加熱要素（２）は熱伝導基板（４）の上に電気絶縁層（６）を形成し、絶縁層（６）の上に加熱トラック（８）が具えられる。加熱要素（２）は要素（２）の一方の側に凹面（１２）を有する皿状に形成されている。絶縁層（６）と加熱トラック（８）が基板の凹面（１２）上に形成される。この加熱要素は、電気湯沸器を含む液体の加熱器に用いるのに適している。

Description

【発明の詳細な説明】 加熱要素 この発明は、例えば湯沸器、炊飯器、コーヒーメーカー等の液体を加熱する加 熱要素に関する。 上述した液体の加熱器として、種々のタイプのものが既に知られている。最近 まで、最も普及している加熱要素は、金属線コイルに電流を通して加熱する投入 型電熱器である。 近年、平板形の加熱要素を生産する傾向が出てきている。例えば、湯沸しポッ トであれば、湯沸器の内部を洗浄するのが容易という利点があり、また、平板状 の加熱要素を覆うのにより少量の水で足りるから、この少量の水を沸騰させるこ とが出来る。平板状の加熱要素はまた、湯沸器の内側の様相を改善するのに役立 っている。 平板状の加熱要素を製造する一方法は、単純に一枚の金属平滑基板の下側に通 常型の加熱コイルを張りつけることである。しかしながら最近は、この種の湯沸 器には複数の厚いフイルム状の加熱要素を用いるものが開発されて来ている。こ の発明は、これら厚いフイルム状の加熱要素をもつものに関する。 通常、厚いフィルムからなる加熱要素は、平らな金属基板の上に不電導絶縁層 を置き、その不電導絶縁層の上に厚いフイルム状の加熱要素のトラックが形成さ れている。この厚いフイルム状の加熱要素の問題点の一つは、加熱要素のために 充分に高い破壊電圧をとることが出来ないということである。加熱要素は従って 適切な工業規格に準拠したものとなる必要がある。例えば、加熱要素は、沸騰− 乾燥試験や乾燥−沸騰試験のような熱試験の前後に、高電圧の「フラッシュ試験 」を行うことが規定されている。この加熱要素の作動期間中は、通常の作動状態 はもとより前記試験期間中にも、熱によるストレスによって、絶縁層内に微小な クラックが生じる。これらクラックは絶縁層の不電導性を破壊し、固有の破壊電 圧を引き下げることになる。今までこの絶縁層の材質を改良することによって、 破壊電圧を引き上げる努力がなされてきた。 この発明によれば、湯沸器の加熱要素は、熱伝導基板と、該基板上に設けられ た電気絶縁層と、該絶縁層の上に堆積された加熱トラックとからなるものにおい て、加熱要素は、その一面の堆積層を載せる面が凹んだ湾曲面を持つ皿状体とな っており、前記絶縁層と加熱トラックはこの加熱要素の凹んだ湾曲面上に配置さ れることを特徴とする。 絶縁層と加熱トラックとを凹んだ湾曲面に配置した、皿状の加熱要素を用いる ことは、この絶縁層が常に圧縮力を受ける状態にあり、このことは、微細なクラ ックの発生を防ぐ抵抗力が内部に発生していることを示している。 望ましくは、加熱要素全面に亘って、基板と絶縁層とは基本的に均一の深さを 有している。このことは、基板が熱伝導材料の平滑な板体より成形され、ついで 所望の形状に変形されることを可能にしている。 凹んだ湾曲面は、表面の曲面全体に亘って実質的に均一の曲率半径を有するの が望ましい。基板が円板である時には、前記曲面の曲率半径は基板の直径の５倍 より大きい値となる。湯沸器として適当な寸法である、直径１２０ｍｍの基板の 場合は、この曲率によって基板の周縁部は平滑面から約３ｍｍ偏ったものとなっ ている。この程度の大きさの偏向が、絶縁層の性質を改善するのに充分であるこ とが判明している。 実際には、前記曲率半径は、基板の直径の１０倍より大きいことが望ましい。 望ましくは、基板はスチール板製であり、絶縁層はほうろう引きの層からなる 。この発明は、セラミック又はほうろう引き層が絶縁層として使用されているの で、絶縁層の破壊特性が改良されている。 この発明はまた、次のような段階を含む加熱要素の製造方法に関する。 （ｉ）平滑な熱伝導基板を用意する。 （ii）前記基板の一面に凹んだ湾曲面を作るように、基板を変形させる。 （iii）前記基板の凹面の全面に亘って、絶縁層を成形する。 （iv）前記絶縁層の上に加熱トラックを成形する。 この発明は、次に示す添付図面を参照しながら、そこに示された実施例により 詳述される。 図１は通常の加熱要素を示す。 図２はこの発明による加熱要素を示し、 図３は、図２に示したこの発明の加熱要素を具える湯沸器を示している。 図１は通常の平滑な加熱要素を示している。加熱要素２は基板４の上に絶縁層 ６を形成し、絶縁層６の上に加熱トラック８が具えられている。 基板４はスチールもしくはステンレススチールのような熱伝導材料よりなる板 によって形成される。湯沸器にとっては、錆による腐食防止のために、当然ステ ンレススチールの方が望ましい。この基板４は一般的に平滑な金属板に成形され 、必要に応じてどのような形状にもなり得る。図１には円板形状（湯沸器にはこ の形状が最適である）のものが示される。基板は約１ｍｍの厚さをもち、加熱要 素として充分な剛性を具えるとともに、要素を通して充分な熱伝達を行わせるも のである。（液体は加熱トラック８の設けられた面と反対の面に接している。） 絶縁層６は、例えばガラスセラミックの被覆材料からなる。この層は、ガラス セラミックの粉末を基板上にスクリーン印刷によって付着させ、熱処理によって これら付着物質を結晶化させることによって成形する。基板全体を加熱すること によって、粉末状のコーテング材料を結晶化して、所望により基板の片面又は両 面に、連続したガラスセラミック層を形成することが出来る。典型的には、絶縁 層は５０から２５０マイクロメータの厚さを具えている。 沢山のガラス・セラミック合成物が当該技術分野で知られており、例えば絶縁 定数、破壊電圧、漏洩電流、電気抵抗等について、絶縁層として望ましい特性に 従って、この絶縁層の形成に用いるセラミック材料が選択される。 ガラスセラミックからなる絶縁層の代わりに、ほうろう引きした基板を用いる こともある。このほうろう層は金属製基板上に、ガラス質のうわぐすりを滴下し 、噴霧し又はプリントし、このようにしてほうろう質を被覆させた基板を炉内で 熱処理することによって、このほうろう質がガラスコーテング層を形成する。ほ うろう質の金属への粘着性を良くするために、成層の前に基板にグリットブラス トにより粗い面を形成しておく。熟練した技術者が、絶縁層の形成のために、種 々のエナメルとその塗布技術を駆使することが望まれる。 加熱トラック８は絶縁層の上に、厚手のフィルムを製造する技術を用いて形成 される。この加熱トラック８は、２個の端子１０の間を、適宜好みの形を描いて 連結される抵抗体の軌跡からなる。図１に示したものは、はざまを設けて軌跡を 長くするようにした抵抗体である。この加熱トラックは多数の平行する枝部分に なるように形成することも出来、また温度調節用の厚手のフィルム状サーミスタ ーのように、電気制御装置を基板状に設けることも出来る。加熱トラック８は、 例えば絶縁層上にスクリーン印刷されたペーストを熱処理して、絶縁層６上にト ラックを固着させたものからなる。当業者にとって明らかなように、ここに用い られる材料の固有抵抗、抵抗／温度係数は、採用されるべき厚手フィルムトラッ クの材料を決定する、主たる要素になる。この分野では、銀パラジウム又はニッ ケルを基盤とするトラックが通常よく用いられる。加熱トラック８の厚さは、典 型的には１０マイクロメーターである。 以上に述べた諸要素は、当該技術分野では普通のことであり、基板４、絶縁層 ６及びトラック８の材料の好適な組合せについては、図２を参照しながら以下に 述べる。 図２に示すように、要素２は凹面１２と凸面１４とを有する皿状に形成されて いる。絶縁層６と加熱トラック８は、基板４の凹面１２上に形成され、またこの ことにより、絶縁層６の破壊電圧が平板の場合に比べて引き上げられたことが判 明した。換言すると、絶縁層６がトラック８と基板４との間の電気抵抗を減少さ せるような欠点を発達させる前に、より高い電圧を加熱トラック８に加えること が出来る。 加熱要素２の破壊電圧特性が改良されることについては、絶縁層６を基板の凹 面内側に形成することにより、定常的な圧縮力が絶縁層６に掛かることに起因す ると思われる。この湾曲面は、この要素の使用中に、基板の加熱による変形（こ れは通常周縁部よりも中心部の方がより大きい）によって付勢される。これは絶 縁層６を圧縮状態に保つ作用をする。 加熱要素２の湾曲は、より明瞭に識別出来るように、図２においては誇張され て描かれている。事実、要素２の湾曲度は、例えば要素２を平滑面上に載せた場 合（その際要素２の中心部は平滑面に接している）、周縁部の平滑面からの隔た りは、要素２の直径の１％より小さい値である。従って、直径１２０ｍｍの要素 では、周縁部の平滑面からの隔たりは１ｍｍより小さい値になる。この加熱要素 は以前平滑な要素が用いられていた箇所に代わりに取り付けられることになるの で、曲率半径は出来るだけ、大きいものが望ましい。またもし湾曲面の曲率が大 きいと、絶縁層及び／又は加熱トラックのスクリーン印刷が出来なくなる。もし 加熱要素が鋭い湾曲面を持っていると、絶縁層及び／又は加熱トラックが平均的 に積層されないで、高熱部分や局部的に弱い箇所が出来て、この発明の利点が失 われてしまう。 製作上の容易さのために、要素２はその表面全体に亘って均一な曲率半径を有 することが望ましい。この曲率半径は要素の直径の５倍より大きいことが望まし く、実際は要素の直径の約１０倍より大きい値になっている。こうして、この加 熱要素は従来平板状の加熱要素が用いられていた全ての機器類の同じ箇所に取り 付けることができ、要素を加熱機器類にシールする方法に特別な設計変更を必要 としない。 図３は図２に示す加熱要素を取り付けた湯沸器を、より単純化して示したもの である。 通常の場合と同様、加熱要素２は湯沸器の底部に、加熱トラック８を下面に付 着させて吊下げられる。湯沸器の作動中、加熱トラック８からの熱は絶縁層６と 基板４を通して、湯沸器２０の本体２２に伝えられる。湯沸器２０には、コード レス又は通常の電線をもった制御ユニット２４が具えられ、加熱トラック８の端 子１０に接続されている。 湯沸器２０に用いられる制御方法はこの発明の課題ではなく、従って詳述され ることもない。さらに、要素２は既知の技術を用いて湯沸器２０の底部にシール される。シール部材２６は図３に示す通りてある。繰り返して言うと、加熱要素 ２の曲率半径は、より鮮明に示すために、図３では強調して描かれている。 基板４の湾曲面は、絶縁層６と加熱トラック８を成形する前に成形される。例 えば、（前述したように）スチール板のグリットブラストにより平板がます形成 され、次いでこの平板が、たとえばダイス・プレスによって湾曲成形される。グ リットブラスト後にプレス作業を行うことは、グリットブラストによるスチール 板表面の極端な凹凸を除去することになるので、絶縁層の付着を良くする作用を する。絶縁層を付着させる前に基板を変形させることによって、通常の基板４の 後変形に伴う絶縁層や加熱トラックにおこる損傷は、あきらかに除去される。基 板４はプレスに代えて、モールド成形によっても出来、その厚さを変えることも 可能である。このことは特に、基板において絶縁層６が求められている反対側の 面を、特殊な形状にする場合に望ましいことである。例えば図３を参照すると、 もし望むなら、加熱要素２の上面は完全に平滑にすることも出来るし、また図示 のように凸面にすることも出来る。 この発明の加熱要素２に取り付けることが出来る発熱体は、言うまでもなく沢 山ある。事実、この発明は加熱要素の特性を改良するために、厚いフイルムから なる既知の発熱体を用いている。 以上の記述を一読すれば、当業者であれば他の様々な変更例を造ることは容易 であろう。このような変更例は、設計上既に知られている他の事項、及びこれら に包含される電気、電子回路を、本項に既に記載した事項に加えて、又はこれら に代えて使用することを含んでいる。この出願において、請求項はこれらの事項 の特定の組合せによって表現されているが、この出願の明細書に開示されている 領域は、たとえそれがこの出願のいかなる請求項に記載されているものと同じ発 明であると無いとを問わず、またはこの出願の発明と同じ技術的課題の一つ又は 全部を軽減するものであると無いとを問わず、この明細書中に明示的、又は暗示 的に示されている新規事項、又は新規な組合せ、又は当業者にとって自明な、こ れらの事項の１つ又は多数のものを一般化したものを含むものと解釈すべきであ る。本件出願の出願人はこれによって、本件出願の実施又はこの出願から派生す るいかなる出願においても、前記事項および／又はこれらの組合せによって、新 規な請求項が構成しうることに、注意を喚起するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体の湯沸器のための加熱要素であって、熱伝導基板と、該基板上に設けら れた電気絶縁層と、該絶縁層の上に堆積された加熱トラックとからなるものにお いて、加熱要素は、その一面の堆積層を載せる面が凹んだ湾曲面を持つ皿状体と なっており、前記絶縁層と加熱トラックがこの加熱要素の凹んだ湾曲面上に配置 されることを特徴とする、加熱要素。 ２．基板と絶縁層とは、加熱要素全面に亘って、基本的に均一の深さを有してい ることを特徴とする、請求項１に記載の加熱要素。 ３．加熱要素の凹んだ湾曲面は、表面の曲面全体に亘って実質的に均一の曲率半 径を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の加熱要素。 ４．加熱要素の基板は実質的に円板であり、前記湾曲面の曲率半径は基板の直径 の５倍より大きい値となることを特徴とする、請求項３に記載の加熱要素。 ５．前記湾曲面の曲率半径は基板の直径の１０倍より大きい値となることを特徴 とする、請求項４に記載の加熱要素。 ６．基板はスチール板製であり、絶縁層はほうろう質層からなることを特徴とす る請求項１乃至５の内１項に記載の加熱要素。 ７．次のような段階を含む加熱要素の製造方法。 （ｉ）平滑な熱伝導基板を用意する、 （ii）前記基板の一面に凹んだ湾曲面を作るように、基板を変形させる、 （iii）前記基板の凹面の全面に亘って、絶縁層を成形する、 （iv）前記絶縁層の上に加熱トラックを成形する。 ８．請求項１乃至６の内１項に記載の加熱要素を含む湯沸器。