JPS62213084A - セラミツクヒ−タ - 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、湯沸し器等に用いられるセラミックヒータ
に関し、特にこの安全性、耐久性を高めるためのヒータ
構造の改良に関する。

〔従来の技術〕

一般にこの種のセラミックヒータは、予め所要の形状に
加工されたアルミナ磁器等の高電気絶縁性磁器の内部に
、タングステン、モリブデン等の高融点金属がヒータ抵
抗導体として所定の形状パターンに印刷埋設された構造
となっている。こうした構造を有するセラミックヒータ
によれば、これまでの各種のヒータに比して次に列記す
るような多くの利点か得られる。

■配線がセラミック内部に埋設され一体焼結化されてい
るので耐久性に優れ、断線や、経時変化がない。

■熱伝導が良好で温度分布が均一であり、耐酸性、耐ア
ルカリ性に優れている。

■高い電気絶縁性ををしているので高電気容量のヒータ
が得られ１０００°Ｃの高温まで使用できる。

■耐磨耗性や耐久性に優れどのような雰囲気でも安全に
長時間使用できる。

■従来のヒータに比べて小形・軽量化でき昇温速度が早
くコスト的メリットが大きい。

■抵抗値はパターン（形状・長さ・幅）を変える事によ
り自由に設計が可能である。

■電源はバッテリー（ＤＣ）やＡｃ１ｏｏＶ。

２００ｖいずれでも通電使用可能である。

■振動による外部損傷や抵抗値変化、性能劣化が殆どな
い。

■冷熱サイクルによるクラック、抵抗値変化、性能劣化
が殆どない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、セラミックヒータは多くの面で優れたヒー
タではあるが、上記のように該ヒータ自身の昇温速度が
極めて早いことから、冷熱サイクルによるクラックが殆
ど生じないとはいえ、その使用条件によっては、すなわ
ち空気中に曝したままの状態で急激に通電を行なったり
、該通電によって高温度に昇温した状態でこれを冷水中
に投入したりしたような場合には、その急激な温度差に
よってやはり割れやクラックが生じることがある。

勿論これでは、安全性、耐久性といった面で実用に際し
ての大きな不安を残すこととなる。

〔問題点を解決するための手段および作用〕この発明で
は、水等の加熱対象液に直接浸されて前記ヒータ抵抗導
体への通電に伴ないこれを加熱する高電気絶縁性磁器の
表面に２つの電極を設け、これら電極が共に上記液内に
浸されるなど電気的に導通されることを条件に上記ヒー
タ抵抗導体への通電がなされるようにする。

これにより、該セラミックヒータが空気中におかれた状
態で不用意に通電されるといったような事態は避けられ
、同ヒータの安全も確保されるようになる。

なお、該セラミックヒータが、その−刃端が適宜に支持
されて他方端から上記水等の加熱対象液に浸される棒状
の高電気絶縁性磁器を有した投込み湯沸し器用のもので
あった場合には、上記２つの電極を、上記液を加熱する
際の上記磁器に対する同波の液位に対応して設け、上記
ヒータ抵抗導体も、これら電極の配設位置から下方すな
わち上記液に浸される側に集中してパターン形成するよ
うにすれば、通電時少なくともその発熱部は空気中への
露出が避けられるようになるとともに、その駆動条件も
加熱対象液の液位によって左右されることとなり、同ヒ
ータ自体の安全は勿論、いわゆる空焚き等に対する安全
も良好に維持されるようになる。

〔発明の効果〕

このように、この発明にかかるセラミックヒータによれ
ば、実用上非常に機能的であるとともに、安全性や耐久
性についてのより一層の向上が図られることとなる。

〔実施例〕

第１図〜第６図にこの発明にかかるセラミックヒータの
一実施例を示す。

この実施例は、同セラミックヒータの一例として投込み
湯沸し器用のセラミックヒータについて示すものであり
、第１図および第２図は該セラミックヒータ自体の正面
図（一部所面図を含む）および平面図をそれぞれ示した
ものである。

すなわちこれら第１図および第２図において、１は筒状
のアルミナ磁器からなる同セラミックヒータ１０の第１
基体、２はシート状のアルミナ磁器からなりその内面に
後述するヒータ抵抗金属が所要のパターンで印刷されて
該第１基体１に巻き付けられ一体焼結された第２基体、
３は同じくアルミナ磁器からなって」１記第１基体１の
底部を塞ぐ蓋、また２１は上記第２基体の表面に例えば
黒色アルミナなどによって描かれた水位線表示マーク、
ＰｌおよびＰ２は該水位線表示マーク２１に対応して設
けられ水分センサとして機能する第１および第２電極、
そしてＴ１およびＴ２は上記第２基体２を貫通して設け
られて後述するヒータ抵抗金属の両端にそれぞれ電気的
に接続されたヒータ抵抗リード端子、Ｔ３およびＴ４は
同じく上記第２基体２を貫通して設けられて後述するリ
ードパターンを通じて上記水分センサを構成する第１お
よび第２電極Ｐ１およびＰ２にそれぞれ電気的に接続さ
れたセンサリード端子をそれぞれ示す。

なお同第１図および第２図において、上記第１基体１底
部の蓋３の筒所に埋設されたＳＭＴは同部分が没される
加熱対象液（水）の温度を感知するためのサーミスタで
あり、Ｌ　　はこのリード線ＭＴ である。

第３図に、上記第２基体２の内面の展開図を示す。

同第３図において、４はタングステンやモリブデン等の
高融点金属からなってはじめシート状である同第２基体
２の内面に図示の如く電気的に高い抵抗値が得られるよ
うにパターン印刷されたヒータ抵抗４１、および４２は
該ヒータ抵抗４と同一金属からなって図示の如く電気的
に比較的低い抵抗値が得られるパターンをもって同ヒー
タ抵抗４の両端と上記ヒータ抵抗リード端子Ｔ１および
Ｔ２とを電気的に接続するようこれらと一体にパターン
印刷されたヒータ抵抗リードパターン、そして５１およ
び５２はこれらヒータ抵抗４やヒータ抵抗リードパター
ン４１および４２と同−金属若しくは該金属より電気的
に低抵抗の金属からなって上記水分センサを構成する第
１および第２電極Ｐ１およびＰ２と上記センサリード端
子Ｔ３およびＴ４とをそれぞれ電気的に接続するようパ
ターン印刷されたセンサリードパターンである。

以上第１図〜第３図から明らかなように、該実施例セラ
ミックヒータは、同ヒータの使用にあたって水等の加熱
対象液の使用可能最低水位を指示する水位線表示マーク
２１をその中程に有するとともに、該表示マーク２１の
位置に対応して前記水分センサとして機能する第１およ
び第２の２つの電極Ｐ１およびＰ２を有し、さらには上
記ヒータ抵抗４がこれら電極Ｐ１およびＰ２の配設位置
から底方向に集中して設けられた構造となっている。す
なわちこのヒータは、上記水位線表示マーク２１の位置
まで水等の加熱対象液に浸された条件で、したがって」
−記２つの電極Ｐ１およびＰ２が同波によって電気的に
導通された条件ではじめて」１気ヒータ抵抗４への通電
がなされ、これによってその発熱部（ヒータ抵抗４の配
線部分）が空気中に曝された状態では発熱することのな
いよう意図して構成されたもので、以下第４図〜第６図
を参照して同ヒータのこうした駆動を制御する駆動回路
並びにその使用態様の一例について詳述する。

第４図は、第１図〜第３図に示したセラミックヒータ１
０の駆動回路についてその具体構成例を示すものである
。

この第４図において、第１図〜第３図に示したヒータ各
部（特にサーミスタや電極、端子類）の等価部分にはこ
れら第１図〜第３図と同一の符号を用いて示している。

すなわち、セラミックヒータ１０（ヒータ抵抗４）の上
記ヒータ抵抗リード端子Ｔ１およびＴ２は、この駆動回
路の交流電源ＡＣにその一方で電磁リレーＲＹのリレー
接点を介して接続され、上記センサリード端子Ｔ３およ
びＴ４（電極Ｐ１およびＰ２）は、この駆動回路の第１
コンパレータＣＭＰ　１についてその一方入力の分圧部
を構成する抵抗回路を中継するかたちで接続され、上記
サーミスタＳＭＴは、この駆動回路の第２コンパレータ
ＣＭＰ　２についてその一方入力の分圧部を構成する分
圧抵抗の１つとして接続される。

さてこの駆動回路において、スイッチＭＳは例えばカー
ボンゴム接点等からなるワンショット型のマスタースイ
ッチであり、上記ヒータ１０の水位線表示マーク２１ま
では少なくとも水等加熱対象液の液中にあって上記セン
サリード端子Ｔ３およびＴ４（電極Ｐ１およびＲ２）が
電気的に導通された状態にあるとしてこのスイッチＭＳ
がオンされると、上記第１コンパレータＣＭＰ　１を通
じて同回路中のトランジスタＴＲがオンとなり、またこ
れによって上記電磁リレーＲＹが作動してその接点がオ
ンとなり、上記ヒータ１０　（ヒータ抵抗４）への給電
が開始される。給電中は発光ダイオードＯＤが点灯して
この旨知らしめる。なお、こうして一旦電磁リレーＲＹ
が作動すれば、その後該スイッチＭＳがオフとなっても
、同リレーＲＹの作動条件すなわち上記トランジスタＴ
Ｒのオン条件が保持される限り、こうしたヒータ１０（
ヒータ抵抗４）への給電は維持される。ここでこの駆動
回路の場合、こうしたトランジスタＴＲのオン条件とは
、 １）、上記第１コンパレータＣＭＰ　１の一方入力にお
ける分圧回路が成立して（端子Ｔ３と端子Ｔ４とが導通
されて）、該一方入力側の電位が他方入力側の電位より
も低いこと。

２）、上記第２コンパレータＣＭＰ　２の抵抗Ｒ７およ
びサーミスタＳＭＴによって分圧される一方入力の電位
が、他方の抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９によって分圧される
他方入力の電位よりも高いこと。すなわち」１記サーミ
スタＳＭＴが負特性サーミスタ（ＮＴＣ）であるとして
、この感知温度が所定の温度より低いこと。

の２つの条件が同時に満足されることである。例えば上
記２）、の条件でいう所定の温度を９９°Ｃに設定する
場合、同第４図中の各定数はそれぞれ下記の如く設定さ
れる。ただし上記交流電源ＡＣの電圧は商用電圧の１０
０Ｖであるとする。

Ｒ１−３，３にΩ、Ｒ２＝２．７にΩ。

Ｒ３＝１０にΩ、Ｒ４＝３．３ＭΩ。

Ｒ５＝３．３ＭΩ、Ｒａ＝３．３ＭΩ。

Ｒ７＝１００にΩ、Ｒ８＝１００にΩ。

Ｒ９＝３．３にΩ、Ｒ１ｏ＝３３にΩ。

Ｃ１＝３３μＦ　（５０Ｖ）。

Ｃ２＝１００　　μＦ　　（２５Ｖ）。

Ｄｌ　・・・ＲＤ３０ＥＬＳ、　　Ｄ２　　・・・ＲＤ
２０ＥＬＳ。

こうした設定によれば、上記ヒータ１０（ヒータ抵抗４
）への通電の後、上記サーミスタＳＭＴによって９９℃
が感知された時点で上記トランジスタＴＲがオフとなり
、同通電は自動的に解除される。発光ダイオードＯＤも
消灯する。勿論、この途中で上記端子Ｔ３と端子Ｔ４と
の導通を絶てば、すなわち同ヒータ１０を液中から引き
抜くなどして前記電極Ｐ１およびＲ２の少なくとも一方
を空気中に曝してしまえば、その時点で上記１）、の条
件が不成立となり、この場合も同通電は自動的に解除さ
れる。

第５図は、こうしたセラミックヒータおよびその駆動回
路のハウジングへの実装態様の一例を示すものであり、
また第６図は、こうして実装したヒータ（投込み湯沸し
器）の使用態様の一例を示すものである。これら第５図
および第６図においても、先の第１図〜第４図に示した
各部位と同一の部位には同一の符号を付して示している
。

これら第５図および第６図において、ＢＤは第１図〜第
３図に示したセラミックヒータ１０を図示の如く支持す
るとともに第４図に示した駆動回路がその適宜のプリン
ト配線を通じて実装されたプリント基板、ＬＡＣは前記
交流電源ＡＣのリード線である電源コード、ＨＧはこう
してヒータ１０やその駆動回路が実装されたプリント基
板ＢＤを安全に収納するハウジング、ＰＢは該ハウジン
グＨＧに図示の如く設けられた突起板、ＰＴは水等加熱
対象液の容器であるポット、Ｈしは該ポットＰＴに図示
の如く固着されかつ上記突起板ＰＢが着脱自在に嵌合さ
れる溝穴を有して同湯沸し器の使用時に上記ハウジング
ＨＧを図示の如く支持するポットハンドル、そして図中
破線斜線で示すＷＴは上記ポットＰＴに加熱対象液とし
て入れられた水をそれぞれ示す。これによれば、上述し
たセラミックヒータ１０およびその駆動回路を効率良く
ハウジングＨＧに搭載できるとともに、ポットＰＴに対
するハウジングＨＧ並びにセラミックヒータ１０の好適
な配置等も自動的に定まるようになる。

なお、」−述した例においては、水分センサとして機能
する電極Ｐ１およびＰ２を、第１図および第３図、ある
いは第５図および第６図に示したように、それぞれその
加熱対象液の液位（水位）に対する距離が異なるよう配
設したが、これは上記駆動回路の特に水分検知にかかる
動作（第１コンパレータＣＭＰ　１の動作）を安定なら
しめるための配慮であり、基本的にはこれら電極Ｐ１お
よびＰ２を同一レベル（液位に対して）に配設するよう
にしてもよい。

また、ヒータ１０を駆動するための電源としても、上述
した交流電源に限らず、バッテリー等の直流電源を用い
ることもできる。

さらに同実施例では、投込み湯沸し器に用いられるセラ
ミックヒータについて例示したが、他に家庭用や工場用
として据え付けられるいわゆる瞬間湯沸し器等にもこの
発明にかかるセラミックヒータが適用できることは勿論
である。すなわちこの場合、基体となるアルミナ磁器の
形状並びにヒータ抵抗金属の印刷パターン形状を適用対
象湯沸し器の形状に応じて適宜に変えればよく、この場
合であっても同セラミックヒータとしての基本的な構造
は第１図〜第３図に示したものと変わらない。

また、上記ヒータ抵抗金属としても、前述したタングス
テンやモリブデン等に限られるものではない。要は高融
点で電気的に高抵抗となる金属（金合金）であればよい
。そのパターン形状や印刷の際の膜厚等も任意である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるセラミックヒータの一実施例
についてその外観並びに一部所面構成を示す正面図、第
２図は第１図に示した実施例ヒータの平面図、第３図は
同実施例ヒータにおける第２基体の内面構造を示す展開
図、第４図は同実施例ヒータの駆動回路の一例を示す回
路図、第５図は同実施例ヒータおよび駆動回路の実装例
を示す略図、第６図は同実施例ヒータの使用例を示す側
面図である。 １．２・・・アルミナ磁器基体、３・・・蓋、４・・・
ヒータ抵抗、１０・・・セラミックヒータ本体、２１・
・・水位線表示マーク、４１．４２・・・ヒータ抵抗リ
ードパターン、５１．５２・・・センサリードパターン
、ＰＩ、Ｐ２・・・電極、ＴＩ、Ｔ２・・・ヒータ抵抗
リード端子、Ｔ３．Ｔ４・・・センサリード端子、ＳＭ
Ｔ・・・サーミスタ。 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミナ磁器等の高電気絶縁性磁器の内部にヒー
   タ抵抗としてタングステン、モリブデン等の高融点金属
   が所要のパターンで埋設され、該埋設されたヒータ抵抗
   金属への通電によって同パターンの形成部が発熱するセ
   ラミックヒータにおいて、 前記高電気絶縁性磁器の表面適宜位置に２つの電極を設
   け、これら電極が加熱対象液を介して電気的に導通され
   ることを条件に前記ヒータ抵抗金属への通電がなされる
   ようにしたことを特徴とするセラミックヒータ。
2. （２）前記セラミックヒータは、前記高電気絶縁性磁器
   が棒状に形成されてその一方の端が適宜に支持され、他
   方の第２の端から水等の加熱対象液に浸される投込み湯
   沸し器用のセラミックヒータであり、 前記２つの電極は、前記加熱対象液を加熱する際の前記
   高電気絶縁性磁器に対する同液の液位に対応して設けら
   れ、 前記ヒータ抵抗金属のパターンは、これら電極の配設位
   置から前記第２の端側へ集中して形成される特許請求の
   範囲第（１）項記載のセラミックヒータ。
3. （３）前記２つの電極は、前記加熱対象液の液位に対す
   る距離が互いに異なる特許請求の範囲第（２）項記載の
   セラミックヒータ。