JP3983304B2 - 加熱素子 - Google Patents

Description

本発明は液体を加熱する容器、例えば湯沸器、炊飯器、コーヒーメーカ等に使用するための電気加熱素子に関するものである。
このような用途に対しては各種形態の加熱素子が知られている。今日まで最も一般的な形態の加熱素子は、電流を導通させることにより加熱させる金属コイルを基本的に含む浸漬型素子である。
最近では、加熱素子は平坦型素子に移行している。電気湯沸器の場合、例えば、平坦型加熱素子では湯沸器の内部洗浄がより簡単に行える利点があり、少量の水を沸騰させることができる。その理由は、少量の水でも加熱素子を覆うことができるからである。平坦型の加熱素子を製造する方法の一つに、従来型のコイルを平坦な金属基板の下側に単に接着するだけのものがある。しかしながら、液体加熱用途に対して厚膜加熱素子を使用することも検討されている。本発明はそのような厚膜加熱素子に関するものである。
この形態の加熱素子上に熱センサを、厚膜加熱トラックに近接させて設けることは既知である。また、厚膜熱センサを使用する場合には、単一の製造プロセスで加熱トラックおよび熱センサを形成することも可能である。ヨーロッパ特許第０５８５０１５号明細書は、電気抵抗トラックとして形成された少なくとも１個の温度センサを具える厚膜加熱素子を開示している。この温度センサは加熱素子の過熱を表示する信号を送信し、この信号により加熱素子への電力供給を遮断するものである。
温度センサを加熱素子トラックに近接させて配置することの問題点は、温度センサが、その反対側で加熱素子基板に接触する被加熱材料の温度に正確に追従せず、加熱トラックの発生した熱の影響を受けることである。それゆえ、加熱すべき材料の熱変化に対する温度センサの応答性は制約されている。
本発明は、ほぼ平坦な基板を具え、この基板の一側に加熱トラックと温度感応性センサとを有する加熱素子において、温度感応性センサを基板の局部的な薄肉部分によってこの加熱トラックから離間させたことを特徴とする。
基板の局部的な薄肉部分は、センサと加熱トラックとの間の熱抵抗を増加させる。その結果、温度センサは加熱すべき材料の温度に対してより正確に反応する。好適には、この局部的な薄肉部分は、加熱トラックと温度センサとを設けた基板表面に形成した凹部によって限定する。温度センサは基板の局部的な薄肉部分上に形成し、又はこの薄肉部分によって全体的にまたは部分的に包囲することができる。温度感応性センサトラックは所定の抵抗温度係数を有する電気抵抗トラックで構成し、又は互いに離散させて配置した複数のセンサで構成することができる。本発明は、このような加熱素子を具える電気湯沸器を提供するものでもある。
本発明を、添付図面により、添付図面に示したような実施例によって記載する。
図１は、本発明による第１実施例の加熱素子の断面を示したものである。
図２は、加熱トラックと抵抗性トラックの形態からなる熱センサとの配置例を示したものである。
図３は、本発明による第２実施例の加熱素子の断面を示したものである。
図４は、加熱素子と複数のセンサから成る熱センサとの配置例を示したものである。
図５は、本発明の加熱素子を組み込んだ電気湯沸器を示したものである。
本発明の第１実施例による加熱素子を図１に示す。この加熱素子２は基板４上に絶縁性の誘電層６を、誘電層６上には電気抵抗加熱トラック８をそれぞれ設けた構成とする。また、誘電層６上に抵抗トラック１０の形態とした熱センサを設ける。図１に示したように、熱センサを形成するトラック１０は、基板４の局部的な薄肉部分１２上に配置する。
基板４は、例えば熱伝導性材料のスチールまたはステンレススチールのプレートを具える。温水機器に対して耐食性が有益であることから、ステンレススチールが好適である。基板４を通常は平坦な金属シートとして形成し、適宜形状とすることもできる。湯沸器の底部に特に好適な円形素子を図２に示す。基板の厚さは加熱素子の用途にも依存するが、典型的には基板厚さを約１〜３ｍｍとすることにより、加熱素子に十分な剛性が得られると共に、加熱素子を介して十分な熱伝導が達成される。尚、加熱すべき材料は、基板４における加熱トラック８とは反対表面と接触する。
薄肉領域を基板４に設けることにより、前述した局部的な薄肉部分１２を基板４に形成する。図１に示した実施例においては、この局部的な薄肉部分１２を、加熱トラック８および温度センサトラック１０が形成されている基板４の表面の少なくとも１個の凹みにより限定する。この凹みは、基板の形成前、形成中または形成後において、適宜の加工技術によって形成することができる。例えば、この凹みは、スタンピング、ミリング、ターニング、深絞り若しくはエンボシング技術、又はシート材料を成形するためのその他の適宜加工技術によっても形成することができる。代案として、基板４はシート材料から切削する代わりに、その最終形状で鋳造することもできる。
基板４の凹みが設けられた表面上に形成された絶縁層６は、例えばガラスセラミックあるいは磁器エナメル材料からなる。絶縁層６を基板４に対してへ被着するため、選択したコーティングに応じて、印刷、スプレイまたは浸漬工程を施すことができる。絶縁層６を形成するために、各種組成のセラミックおよびエナメルを選択でき、種々の適宜技術を利用できることは、言うまでもない。
加熱トラック８および熱センサトラック１０は、薄膜技術を用いて絶縁層６上に同時に形成するのが好適である。加熱トラック８は、２個の接続端子１４間に接続された抵抗パスを具え、適宜の形状とすることができる。図２には、その全長を増加させるために蛇行形状としたトラックを示す。加熱トラック８は多数の平行な分岐部分を具える構成とすることができる。また、熱センサトラック１０は２個の接続端子１６間に接続した抵抗パスを具える。熱センサトラック１０は、既知の（正または負の）抵抗温度係数を有する抵抗材料から形成する。この場合には、適切な制御回路によりセンサトラックの抵抗値をモニタして熱センサトラック１０の温度を判定する。
加熱トラックの電力要件およびセンサトラックに必要な温度応答特性を満足する材料であれば、加熱トラック８および熱センサトラック１０を同一材料から形成することが可能である。もちろん、これらトラックは異なる材料から形成することもできる。これらトラックは、例えば焼成により絶縁層６に接合し得るスクリーン印刷ペーストで構成することができる。銀パラジウムまたはニッケル系の加熱トラックは、当業界において慣用的なものである。
熱センサを抵抗パスの形態で使用することは既知である。しかしながら、厚膜熱センサを有する先行技術の厚膜加熱素子においては、熱センサの温度が基板４と反対側に位置する被加熱材料の温度に正確に追従しないという問題がある。
センサ１０によって測定される温度の測定誤差を生じさせる最も重要な要因が、トラック８とセンサ１０との間の側方熱伝導であることが判明した。
図１の加熱素子においては、センサトラックは基板の局部的な薄肉部分によって加熱トラックから分離されているので、センサと加熱トラックとの間の熱抵抗が増加する。このようにして、センサの温度は被加熱材料の温度により正確に追従する。基板の局部的な薄肉部分の作用は、センサトラック１０と加熱トラック８との間の距離を効果的に増大させることである。もちろん、加熱トラックとセンサトラックとの間を物理的により離間させることは可能であるが、小型の加熱素子を必要とする用途や加熱トラックパスを密に分布させることが必要な用途においては、センサに近接させて広い離間領域を設けることはできない。
また、基板の局部的な薄肉部分１２上にセンサトラック１０を設けることにより、センサ１０と被加熱材料との間の距離が短縮されるので、熱抵抗が減少する。これにより、被加熱材料の温度に対するセンサの応答性がさらに改善される。
図２に示した実施例においては、センサトラック１０の一部を井戸Ｗ内で加熱素子２の周囲に延在させ、井戸Ｗによって基板４の薄肉部分１２を限定する。センサトラック１０が加熱素子２の周囲に延在する場合には、加熱装置が過熱状態に達し、又は装置が傾斜面に置かれた場合に生じることのある局部的なホットスポットを検出することが可能である。もちろん、加熱トラック８およびセンサトラック１０について、他の多くの態様も考えられる。
図１および図２の実施例において、センサトラック１０は基板の局部的な薄肉部分上に配置されている。また、基板の局部的な薄肉部分１２をセンサトラック１０に対していずれの側に設けることもでき、この場合にセンサトラック１０は基板４の肉厚を減少させていない領域上に設けることができる。その利点は、センサトラック１０をより簡単に印刷できることである。その実施例を図３に示す。この実施例はセンサトラック１０と加熱トラック８との間の熱抵抗を更に増加し得る利点を達成し得るものである。
これまで温度センサは一本のセンサトラック１０として記載してきたが、複数の温度センサ１００を基板上に互いに離散させて配置して設けることも可能である。これらの熱センサ１００は、図１に示すように基板の局部的な薄肉部分上に形成することができ、又は、図３に示すように局部的な薄肉部分によって少なくとも部分的に包囲することができる。例えば、図４は、基板の局部的な薄肉部分１２で限定された井戸Ｗによって各々が包囲された２個の温度センサ１００を有する基板を示す。温度センサ１００は所定の抵抗温度係数、例えば負の抵抗温度係数を有する素子で構成することができる。
基板４は上述した各図面では平面形状のものとして示してあるが、基板４を僅かにドーム形状とし、絶縁層６と抵抗トラック８、１０を基板上４の凹面上に形成することが好適な場合もある。
図５は、本発明の加熱素子を使用した湯沸器の略図である。慣用技術に従い、加熱素子２は、加熱トラック８とセンサ１０とを下向きとした状態で湯沸器２０の底部内に懸架する。湯沸器の動作の間、熱は加熱トラック８から絶縁層６および基板４を介して湯沸器２０の本体２２に伝導される。湯沸器２０はコードレスコネクタまたは従来型コネクタを具える制御ユニット２４を含み、この制御ユニットは加熱トラック８の接続端子１４とセンサ１０の接続端子とに接続する。
湯沸器２０に使用することができる熱制御の形式は、本発明に影響を及ぼすものではなく、詳細な記載を省略する。もちろん、本発明の加熱素子２を適用することのできる加熱用途は数多く存在する。本発明は、温度検知が必要とされる厚膜加熱素子のいかなる既存の用途にも適用することができる。

Claims (7)

1. ほぼ平坦な基板を具え、該基板の一側に加熱トラックと温度感応性センサとを有する加熱素子において、前記温度感応性センサを前記基板の局部的な薄肉部分によって前記加熱トラックから離間させたことを特徴とする加熱素子。
2. 前記局部的な薄肉部分を、前記基板の一側で少なくとも１つの凹部によって限定したことを特徴とする請求項１に記載の加熱素子。
3. 前記温度感応性センサを、所定の抵抗温度係数を有する電気抵抗トラックで構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱素子。
4. 前記温度感応性センサを、互いに離散させて配置した複数の温度センサで構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱素子。
5. 前記温度感応性センサを、前記基板の局部的な薄肉部分上に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の加熱素子。
6. 前記温度感応性センサを、前記局部的な薄肉部分によって少なくとも部分的に包囲したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の加熱素子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の加熱素子を含む電気湯沸器。

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