JP4124832B2 - 投込み式加熱要素 - Google Patents

Description

〔発明の属する技術分野〕
この発明は、電気式湯沸し器、油脂料理用深鍋、コーヒーメーカー等のような液体加熱容器に用いる投込み式加熱要素に関する。特にこの発明は、厚手のフィルム状加熱トラックを用いた加熱要素に関する。
〔従来の技術〕
やかんやコーヒーメーカーのような簡易湯沸し器では、厚手のフィルム状加熱要素を用いることが多くなっている。通常、厚手のフィルム状加熱要素は液体を温める容器の底部に配置される。加熱要素それ自体は、絶縁層とその上にプリントされた発熱体のトラックからなる、金属の積層体によって構成される。この加熱要素が容器内に配置されると、加熱要素の発熱体と反対側の基板面は容器の底部となり、発熱体を構成する加熱トラックと絶縁層とは容器の外側に位置して、加熱すべき液体とは接触しない。厚手のフィルム状加熱トラックを使用すると、通常の板状の投込み式加熱要素に比べて、加熱要素の能力が増大するとともに、容器内の洗浄がより容易になる等の利点がある。平板の加熱要素は叉、湯沸し容器の内側の形状をより良いものにする。
厚手のフィルム状の投込み式加熱要素の製法に関して、今までに幾つかの提案が為されて来た。例えば国際特許ＷＯ９４／１８８０７号明細書には、絶縁層の間に堆積された厚手の抵抗体加熱トラックがステンレス鋼支持板上に支持されている投込み式加熱要素が示されている。加熱トラックは絶縁層で覆われているので投込み式加熱要素としては、その両面が加熱すべき液に接触している。一番上の絶縁層は叉、機械的保護層としても機能するので、（例えば容器洗浄中の）不慮の損傷にも堪えるだけの厚さが必要となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
通常の厚手のフィルム状加熱要素が加熱すべき液体の容器の一部分を成すものは、先ず第１の温度によって金属層の上に絶縁層が焼成され、次に厚手のフィルム状加熱トラックが絶縁層の上に堆積され、第２の、より低い温度によって焼成されている。従って加熱トラックの加熱積層ステージでは、下側の絶縁層はより高い温度に耐えることが出来、それ自体がより高い焼成温度を有するので、加熱トラックが下側の絶縁層を破壊することは無い。そこで、前述の国際特許ＷＯ９４／１８８０７号に示唆されているように、加熱トラックの上に付加的に絶縁層を設けようとすると、もし同様の絶縁層を選択する場合、例えば加熱要素の抵抗値を変えることにより、加熱要素の上に第２の絶縁層を焼成することで、加熱要素それ自体を破壊するという問題が生ずる。
〔課題を解決するための手段〕
この発明によれば、第１及び第２熱伝導基板によって加熱要素の頂上面と底面とが形成され、電気的絶縁層が各基板の１面に形成され、前記2枚の熱伝導基板は、夫々の１面に設けた絶縁層が互いに接するように重ね合わされ、電気抵抗による加熱トラックが２枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まれ積層された、投込み式加熱要素が提供される。
この発明の投込み式加熱要素は、夫々が連合した絶縁層として作用する２枚の基板からなるので、この基板の間にサンドイッチ状に積層する前に、上下両側の絶縁層を、最適の高温で加熱要素の上に焼成することができる。
絶縁層は好ましくはエナメル層によって形成され、焼成温度は７５０℃以上であり、典型的には９００℃の領域内にある。加熱トラックは好ましくは銀パラジウムのトラックからなり、６００℃から７５０℃の間の温度で焼成される。ただし材料の配合により焼成温度を８５０℃まで上げることが出来る。
この発明の投込み式加熱要素は、要素の下側から上側に向けて液体の流れを良くするために、要素を貫通する複数の通路が設けられている。これは対流によって液体の加熱を促進すると共に、加熱要素の下側に発生して液体への熱伝導を妨げる原因となる気泡の発生を抑制する効果がある。
この発明はまた、前述の投込み式加熱要素を持つ湯沸し器を提供する。
また、この発明は次のような工程よりなる投込み式加熱要素の製造方法を提供する。すなはち、
第1及び第２熱伝導基板を製造し、
前記第1及び第２熱伝導基板の１側に夫々絶縁層を形成し、次いで各絶縁層を第１の焼成温度で接着し、
厚手のフィルム状の導電性加熱トラックを、１つの基板の絶縁層の上に堆積させ、先の第１焼成温度より低いかそれと等しい第２焼成温度で焼成させ、
前記第１及び第２基板を、それらの絶縁層が互いに接合するように互いに重ね合わせ成層する。
この発明の製造方法によれば、絶縁層は個々に分かれた基板上に形成され、加熱トラック上に格別熱の影響を受けずに堆積され、焼成され、加熱トラックはそれに続いて基板の一つに配置される。
複数の基板を互いに重ね合わせ成層する工程は、望ましくは基板上の絶縁層の上に接着要素を貼付し、基板を互いに圧接させ、加熱要素を前記第２焼成温度よりも低い第3の焼成温度で焼成させ、接着要素を硬化させる。この接着要素は鉛ガラス化合物よりなり、典型的には焼成温度は約５００℃である。
〔実施例〕
この発明は、添付する図面に示すような実施例によって、さらに詳細に説明される。この中で、図１はこの発明の加熱要素を示し、図２はこの発明による投げ込み式加熱要素を組み込んだ湯沸し器の実施例を示す。
以下の説明において、この発明の加熱要素は電気式湯沸し器との関連で説明される。しかしながらこの発明の加熱要素は、およそ加熱用液体容器として投込み加熱要素が用いられる様々な分野に適用されることを銘記しておくべきである。これらの実施態様において、加熱要素を形成する積層体の厚さが、適用される目的をより明瞭にするために強調されている。
図１はこの発明による加熱要素を示す。第１及び第２のステンレス鋼鈑製基板４、６が加熱要素２の相対向する面に配置される。各々の基板４，６はその１面が夫々絶縁層４０、６０により被覆される。この２層の基板は、夫々の絶縁層とともに、それらの絶縁層４０、６０が対向するように互いに重ね合わせられる。この２枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まるように、１枚の中間層８が設けられ、この中に、図１で点線で示すように、導電性加熱トラック１０を収容している。加熱トラックは２個の電気的接続端子１２の間に拡がった電気抵抗経路からなる。
接続端子１２に電気接続することが出来るようにするために、基板の１つ（図１では基板４）を貫通し、相対向する絶縁層４０に達する開口１３が設けられる。
この発明の加熱要素は夫々独自の絶縁層を有する２枚の互いに分離された基板を有するので、これら絶縁層は加熱トラックの形成とは別に独立して、夫々個別の基板上に堆積形成することが出来る。このようにしてより好ましい絶縁層を形成するための高熱焼成（この点に関しては後で詳述する）によって、加熱トラックの素材を損傷しないようになっている。
図１に示す要素は叉、液体が加熱要素の一側から他側に流れるようにした対流用の通路１４を選択的に設ける。加熱要素は叉、図１の要素に示すボルト孔１６のような取付手段を備える。
図１に示すような加熱要素の製造工程を次に詳述する。
夫々の基板４、６は、ステンレス鋼鈑のような熱伝導性材料で且つ望ましくは耐破損性物質からなる板体によって構成される。この基板は一般的に金属製平板から形成され、適宜好みの形状をしている。夫々の基板４，６は約１ｍｍの厚さで、加熱要素に必要な剛性を持たせると共に、基板を通して加熱される液体への熱伝導が十分に行えるようになっている。２枚の基板のうちの１つには（前述したように）開口１３が設けられ、これら２枚の基板の間にサンドイッチ状にはさまれる加熱要素に対する電気的接続を可能にする。これら開口１３は、基板に対する絶縁層の形成前、叉は後に基板内に形成される。
夫々の基板上に形成される絶縁層４０，６０は、例えばガラスセラミックコーテイング材料よりなる。この層はスクリーンプリントにより粉末状のガラスセラミック材料を基板上に塗布し、加熱結晶化させ、次いで基板を絶縁層の焼成温度まで加熱する。典型的には、絶縁層は厚さが５０〜２５０μｍであり、耐熱性の低い所望のガラスセラミック材料の焼成温度が７５０℃以上となり、典型的には９００℃の大台に達する。
当該技術分野において、沢山の種類のガラスセラミック合成材料が知られており、絶縁層としてこのガラスセラミック材料を選ぶためには、最も適した誘電率、破壊電圧、漏れ電流、電気抵抗、熱伝導率、層厚及び熱容量のものを選択する。
ガラスセラミック材料による誘電絶縁層を用いる代わりに、磁器を被せた基板を用いることもある。この被覆工程は先ず、浸漬、ふりかけまたはプリントにより金属製基板上にガラス状うわ薬を塗布し、その後再び塗布された基板を焼成し、
塗布されたエナメル層がガラスコーテイング層を形成する。エナメル層の塗布の前に、金属板の表面をブラスト加工しておけば、エナメル層の金属板への付着性が改良される。また、ガラスコーテイング層を形成するための典型的な焼成温度は、７５０℃を超えている。
一旦夫々の基板が形成されると、一つの基板上に加熱トラック１０が、厚手のフイルム形成技術によって形成される。既に述べたように、加熱トラックは2枚の端子の間の電気抵抗路からなり、適当なパターンを形成する。図１では単一経路のみを示したが、この加熱トラックは多数の平行した枝線を描くことも出来る。また、温度調節のために、厚手フイルムサーミスタのようなもので、電気制御を行うことも可能である。この加熱トラック１０は、例えばスクリーンプリントで絶縁層６の上に貼着させたこのトラック層を、焼成によって付着させたものである。電気抵抗トラックのペーストとなる物質には、焼成温度が、それが堆積される絶縁層の焼成温度より低いものが選ばれ、それによってトラック焼成の際、絶縁層を熱損させないようになっている。この厚手の電気抵抗トラックの材料としては、要求される数値、例えば抵抗値と対応温度の値によって、適宜選択される。銀パラジウムまたはニッケルを基材とする（貴金属）トラックがこの領域では通常用いられ、この焼成温度は、ガラスセラミック叉は磁器エナメルからなる絶縁層の焼成温度より低いか、それと等しい値を取る。銀パラジウムはトラック材料として好ましい数値を示し、焼成温度は約６５０℃である。この加熱トラックの典型的な厚さは１０μｍである。
以上に述べた基板の絶縁層上に加熱トラックを形成する工程は、当該技術分野では普通に行われていることである。
この発明では、加熱トラックは2枚の基板の内の1枚の上に形成され、２枚の基板はその間に加熱トラックをサンドイッチ状に挟み込むように、互いに接合される。このための接着要素は、例えば、他の種類のセラミック叉はエナメル層による電気絶縁層を形成する。しかしながら、この焼成温度は加熱トラックの焼成温度より低く設定されることが必要であり、接着要素の焼成が加熱トラックを損傷しないようにしている。１つの望ましい接着要素として、焼成温度が約５００℃の鉛−ガラス合成物が挙げられる。この発明の方法では、より低温の焼成温度を持つ絶縁層が2枚の基板の間にサンドイッチ状に挟まれるので、この低温絶縁層は格別、機構的に保護する必要は無く、従って層の厚さはただ適当な接着効果と加熱トラックの通路を塞ぐだけの厚さがあれば良い。例えば、鉛−ガラス合成物の層の厚さは２０μｍが用いられている。鉛−ガラス・ペーストは2枚の基板上にスクリーンプリントされるか、叉は噴霧蒸着させられ、その後2枚の基板は重ね合わされ、その間隙の空気の溜りが無くなるまで、強固に圧接される。この工程は空気溜りを無くすために低圧空気の下で行われる。それに続く低温焼成工程が、間隙からの空気の排出を促す。
加熱要素2には、それを貫通する複数の通路14が設けられる。これら通路は、加熱要素の上下領域を、液体が自由に流通するのを促進する。これは例えば油脂用深鍋に用いる油のような粘性の高い液体では特に有効である。通路１４はどのような形状のものでも良く、図１では2個の通路を形成したものを示したが、中央部に1個の開口を設けたものもまた可能である。
加熱要素の形状も、容器の内部系上に従って意のままに作成される。ただし液体の加熱の際、容器の側壁との間に間隙を保つように、加熱要素の縁部を成形しなければならない。この加熱要素の周縁に間隙を設けても、従来型の加熱要素に比べて容器の洗浄が容易である（加熱要素は選択的に取外すことが出来、この場合には取外して皿洗い機で洗浄することが出来る）。叉、容器の壁面を構成する従来型の厚手の加熱要素に比べて、熱伝導効率ははるかに良くなる。
既に述べたように、開口１３は厚手のフイルム状加熱トラック10のための電気の接続端子12に電線の接続を可能にしている。このために、バネ接続子、はんだ付け、導通用接着叉は燒結ＳＭＤ接続などが適用される。これら電気接続端子は、例えば開口１３が設けられている基板領域が容器の側壁に取付けられるようにして、開口がふさがれるような手段を講じる必要がある。この技術は図２に示す電気湯沸し器で採用されており、以下にその詳細を説明する。
加熱要素2は湯沸し器２０の底部にある段部２２上に取付けられている。段部２２は基板４の一面が乗るような面が形成され、接続端子への電線２４（その内の1本が図2に示される）がこの段部２２内を通っている。接続端子への電線２４は制御ユニット２６に接続され、オン／オフ・スイッチ２７の信号を受ける。制御ユニット２６はまた、蒸気室２８の底部にある蒸気感知スイッチを備え、湯沸し器の水が沸騰したことを内部で感知し、電源を切るようになっている。制御ユニット２６はコードレス・コネクタを備え、種々の付加的な制御機能を持たせることが出来る。しかし、これらの事柄はこの明細書には記載されていない。加熱要素２は複数のボルト３０をボルト孔１６に挿通することによって、段部に固着させる。勿論、この加熱要素の容器底部への取付け方法は他にも種々の方法がある。
加熱要素はこのように容器底部に取付けられるので、湯沸し器の使用者が、より効果的に容器内部及び加熱要素を洗浄しようとする時には、同様の手順で加熱要素を容器から取り出すことが出来る。

Claims (9)

1. 液体を加熱する第１及び第２基板によって加熱要素の頂上面と底面とが形成され、電気的絶縁層が前記基板の夫々の１側表面に形成され、前記２枚の基板は、電気的絶縁層が互いに向き合い、電気抵抗からなる加熱トラックが前記２枚の電気的絶縁層の間にサンドイッチ状に挟み込まれる態様で、接着要素を用いて重ね合わされ、前記接着要素が、前記加熱トラックの焼成温度よりも低い焼成温度を有し、前記加熱トラックの焼成温度が、前記電気的絶縁層の焼成温度より低いかそれと等しい焼成温度を有する、投込み式加熱要素。
2. 夫々の電気的絶縁層はエナメル層からなる、請求項１に記載の投込み式加熱要素。
3. 加熱トラックは銀パラジウム・トラックからなる、請求項１叉は２に記載の投込み式加熱要素。
4. 少なくとも１個の開口が、加熱要素を貫通して設けられている、請求項１乃至３の内１項に記載の投込み式加熱要素。
5. 請求項１乃至４の内１項に記載の投込み式加熱要素を備える電気的湯沸し器。
6. 第１及び第２熱伝導基板を製造し、前記第１及び第２熱伝導基板の１側に夫々絶縁層を形成し、次いで各絶縁層を第１の焼成温度で接着し、厚手のフィルム状の導電性加熱トラックを、１つの基板の絶縁層の上に堆積させ、先の第１焼成温度より低いかそれと等しい第２焼成温度で焼成させ、基板上の電気的絶縁層の上に接着要素を貼付し、基板を互いに圧接させ、加熱要素を前記第２焼成温度よりも低い第３焼成温度で焼成させ、接着要素を硬化させる、これらの工程からなる、投込み式加熱要素の製造方法。
7. 接着要素は鉛−ガラスからなる、請求項６に記載の投込み式加熱要素の製造方法。
8. 電気的絶縁層はエナメル層からなり、第１焼成温度は７５０℃より大きい、請求項６叉は７に記載の投込み式加熱要素の製造方法。
9. 厚手のフイルム状加熱トラックは銀−パラジウム層よりなり、第２焼成温度は６００℃から７５０℃の間にある、請求項８に記載の投込み式加熱要素の製造方法。

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