JPS63252380A - 加熱要素 - Google Patents

加熱要素

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JPS63252380A
JPS63252380A JP63040933A JP4093388A JPS63252380A JP S63252380 A JPS63252380 A JP S63252380A JP 63040933 A JP63040933 A JP 63040933A JP 4093388 A JP4093388 A JP 4093388A JP S63252380 A JPS63252380 A JP S63252380A
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JP
Japan
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heating element
glass
substrate
thick film
metal
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Application number
JP63040933A
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English (en)
Inventor
サイモン　バルダーサン
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EMI Group Ltd
Original Assignee
Thorn EMI PLC
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible
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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】 本発明は電気的に絶縁性の基体上に形成されるべき電気
抵抗トランクよりなる加熱要素に関し、かつそのような
トランクを有する温度センサにも関する。
英国特許出願第８７０４４６８号には、このような抵抗
トラックを支持するのに適した基体が記載されているが
、本発明によるトラックは例えば英国特許出願に記載さ
れている種類の基体上に被着するのに適したものである
。
電気調理器ホブを有する現在使用されている加熱装置は
、所定の設定の場合に消費電力が一定である加熱要素を
具備している。従って、この要素の周囲温度から通常の
動作温度までの加熱速度は最大設定時における一定のパ
ワー出力によって制限される。
このような用途に対しては、電力消費が温度とともに変
化する加熱要素を提供する利益がある。
本発明の第１の態様によれば、Ｏ℃〜５５０℃の温度範
囲において０．００６　／℃より大きい抵抗温度係数を
有する厚膜よりなる電気抵抗トラックを具備しており、
前記厚膜は適当な固有抵抗と前記トラックが添着される
べき電気的絶縁性基体の熱膨張係数に整合する熱膨張係
数を与えかつ前記トラックを前記基体に付着させうるよ
うな配分で金とガラスを含有している加熱要素が提供さ
れる。
この加熱要素は非常に大きい抵抗温度係数を有している
ので、周囲温度での上記トラックの抵抗は小さく、従っ
てそのトランクに通電すると、大きい初期電流が流れ、
迅速な初期加熱が得られる。
この加熱によってトランクの抵抗が急激に増大し、この
トラックの通常の動作温度に達すると電流が低下する。
このようにして迅速な加熱と効果的な自己規制が得られ
る。
自己規制はまた、加熱要素が所定の電力を消費するよう
に予め設定されており、そしてその上に冷い水（例えば
）の入ったパンが直接載置された（多分その加熱要素が
下に取付けられたガラスセラミック層よりなるトップ上
に）状況でも得られる。パンが熱流しとして作用し、加
熱要素の温度を低下させ、従ってそれにより大きい電流
が流れるようにし、その加熱要素によって消費される電
力を太き（し、その結果、パンの内容物を迅速に加熱す
る。
本発明の他の態様によれば、電気的絶縁性基体と、加熱
要素と、前記基体に添着された温度センサを具備し、前
記温度センサは、０℃〜５５０℃の温度範囲において０
．００６　／℃より大きい抵抗温度係数を有する厚膜よ
りなる電気抵抗トラ、りを具備しており、前記厚膜は適
当な固有抵抗と前記トラックが添着されるべき電気的絶
縁性基体の熱膨張係数に整合する熱膨張係数を与えかつ
前記トラックを前記基体に付着させうるような配分で金
とガラスを含有している加熱ユニットが提供される。
センサ・トラックの抵抗は温度に対し相当大きく変化す
るが、このような変化が基体の温度をモニタするために
用いられる。センサ・トラックの印刷されたフォーマッ
トが基体の表面につき直接的温度モニタを可能にすると
ともに、その形状のために必然的に基体の表面から離れ
ていなければならないバイメタル・ストリップのような
公知の温度センサに伴うヒステリシスの問題を回避する
。
トラックのための特に有用な材料はニッケル、鉄および
コバルトである。これらの金属の合金も、それの第二相
がその合金の抵抗温度係数をバルク金属のそれから実質
的に低下させるのに十分でなければ、使用可能であろう
と考えられる。
以下図面を参照して本発明の実施例について説明しよう
。
本発明の第１の態様による好ましい実施例では、加熱要
素のための厚膜は金属粉末８０重量％およびガラス粉末
２０重量％の組成を有している。金属５０重量％／ガラ
ス５０重量％〜金属９５重量％／ガラス５重量％の範囲
の組成を有する厚膜もこの加熱要素のために用いられう
る０本発明の第２の態様による１つの好ましい実施例で
は、加熱ユニットにおける温度センサのための厚膜が金
属粉末８０重量％／およびガラス粉末２０重量％の組成
を有しており、第２の実施例では、この厚膜の組成は金
属粉末５０重量％およびガラス粉末５０重量％である。
センサ・トラックも金属５０重量％／ガラス５０重量％
〜金属９５重量％／ガラス５重量％の範囲の組成を有す
る厚膜で作成されうる。
典型的ではあるがこれに限定されるものではない使用ガ
ラス粉末は下記の百分率組成を有している。
ｓ　ｔ　ｏｘ　　　　　７３．３９ Ａｊ＊Ｏｓ　　　　　　６．４３ ＣａＯ１，２９ に、ｏ　　　　　　　Ｏ，３２ Ｎａｎｏ　　　　　　６．２９ ＢａＯ２，７１ Ｒｈｏｓ　　　　　　　９．５７ 第１図はニッケル８０重量％およびガラス２０重量％の
組成を有するニッケル厚膜トラックの温度にともなう抵
抗の近位変化を示している。使用したガラスは上述の組
成を有する。温度にともなう抵抗の変化が相当に大きい
ことがわかるであろう。
一般的に、厚膜トランクのためのガラスは約８００℃の
融点を有している。これがため、そのトラックを作成す
べきインクは高い温度で焼成することができ、ガラスを
浸出（ｂｌｅｅｄｉｎｇ　ｏｕｔ）させることなしに金
属を効果的に焼結させることができる。このガラスは融
点が高いので、これにより高い温度安定性が得られる。
このガラスの組成は、厚膜の熱膨張係数が、トラックを
添着すべき基体のそれに適合するように選択される。
使用する厚膜における金属とガラスの配分は特に次の特
性に影響を及ぼす。
ａ）厚膜の固有抵抗／導電率、これはこの厚膜で作成さ
れたヒータ・トラックの電力消費および温度センサのた
めに必要とされる電気回路に影響を及ぼす。
ｂ）厚膜の熱膨張係数、これは、その厚膜が添着される
べき基体の熱膨張係数に適合していなければならない。
Ｃ）厚膜が添着される基体に対するこの厚膜の付着状態
、金属の配分が高すぎると、厚膜は基体に付着しない。
基体上に加熱要素または温度センサに適した電気的に抵
抗性の厚膜トラックを作成する方法について次に述べる
。
平均粒径が５μｍのニッケルおよびガラス粉末が、スラ
リか容易にスクリーン印刷できるような粘度を有する濃
い液体スラリを形成するのに十分な量だけ、ＥＳＬ４０
０のようなスクリーン印刷媒体と所定の比率で混合され
る。その混合物が、スクリーン印刷媒体によるニッケル
とガラスの十分な慣れを確保してインクを形成するため
に、トリプル・ロールミルを通される。この結果得られ
たインクが基体上に所望のパターンで印刷され、１５０
℃で乾燥され、そして７５０℃〜１１００℃の範囲内の
温度で焼成される。この焼成工程は金属の酸イｉを防止
するために窒素雰囲気内で実施されろことが好ましい。
上記トラックのための適当なパターンが第２図に示され
ており、この図はホブ・ユニットとして使用するのに適
した基体４上の加熱要素２を示している。加熱要素２は
電気的コネクタ（図示せず）によって電源に接続される
。
特にニッケルに関しては、ガラスセラミック材料で被覆
された金属支持板よりなる基体に被着された場合には、
本発明による厚膜トランクは、一般に電源電圧を印加さ
れるトラックと一般にアースされている金属支持板との
間に電界が発生した結果としであるいは例えば調理器ホ
ブのための強力加熱要素としてトランクが使用された場
合に熱が発生した結果として、基体のガラスセラミック
被覆のトランクに近接した微細孔がつぶれたとしても、
せん孔（バーフォレーシッン）を防止する安定性を有す
る。
上述のように、本発明に従って作成される厚膜トラック
は、英国特許出願第８７０４４６８号に基づき優先権を
主張して出願されたヨーロッパ特許出願に記載されてい
る種類の基体上に有利に被着されうる。そのヨーロッパ
特許出願には、電気部品を支持するための基体であって
、少なくとも１つの表面上に、ガラスセラミック材料の
層を有する板部材よりなり、そのガラスセラミック層の
後述する百分率多孔率が２．５に等しいかあるいはそれ
より小さいようになされた基体が記載されている。
百分率多孔率とは、上記板部材に直交する基体を通る任
意の断面平面における多孔率を、その平面上における微
細孔の横断面積とその平面上におけるガラスセラミック
層の残部の横断面積の比で表わしたものを意味する。
本発明による加熱要素は、特に２以上のユニットがホブ
・トップまたはクツ力に組み込まれているエネルギ管理
システムに関連して用いることができるものであり、２
以上の加熱要素にサージ電流が同時に流れようとする恐
れを回避することができる。このトラックの温度にとも
なう抵抗変化は相当に大きいので、例えば各トラックの
現在の温度をモニタするために、ブリッジ回路の一部分
としてエネルギ管理システムに組み込まれたｌまたは複
数のトラックをそのエネルギ管理システムに関連してま
たは独立に用いることができる。
第３図は加熱要素１２と温度センサ１４を担持した基体
１１よりなる加熱ユニットを示しており（外部接続は示
されていない）、その温度センサは前述のように高い抵
抗温度係数を存する厚膜トラックである。加熱要素が厚
膜トラックよりなる場合（例えば本発明の前記第１の態
様による加熱要素の場合）には、加熱トラックとセンサ
・トラックは同じプロセスで作成されうる。
局部的なホット・スポットを探知するために、センサ・
トランクはそれに関連したヒータ・トランクの通路に親
密に追従って基体の大きい領域牽被うようになされろる
。加熱されるべき領域は１個のパン寸法センサとして作
用する領域における幾つかのセンサによってモニタされ
うる。
温度が５５０℃を越えるとガラスセラミック層に絶縁破
壊が生じうるので、金属支持板を有するガラスセラミッ
ク基体上に温度センサを設けることが特に必要である。
センサ・トラックは、それの抵抗を、抵抗値が所要の温
度のそれに対応するように設定された可変抵抗器の抵抗
と比較するための適当な電気回路を用いて基体とヒータ
・トラックの温度を調節するためにも用いられうる。
センサ・トラックに使用するのに適した電気回路の一例
が第４図に示されており、抵抗２０はセンサ・トランク
１４の抵抗であり、可変抵抗器２２は所定の温度に相当
する抵抗に予め設定されている。演算増幅器２４．２６
の反転入力には同一値の抵抗２８．３０を通じて一定の
電圧が印加され、これらの演算増幅はセンサ・トランク
と可変トラックの抵抗を電圧に変換し、それらの電圧が
、比較器として使用する第３の演算増幅器３２によって
比較される。比較器３２の出力は、センサ・トラックと
可変抵抗器の抵抗が同一であるときに、従ってセンサ・
トラックと基体が所定の温度となったときに極性を切り
換えるので、所定の温度に達したときに電力供給を基体
上の加熱要素に切り換えるために用いられうる。
電気的に抵抗性のトラックが基体に添着された後に、外
部接続が付加される。厚膜トラックに対する接続を行う
ための適当な電気的コネクタは所定の電流容量に適した
横断面積を有し、互いに編組されたそれぞれ好ましくは
３０μｍ〜３００μｍの範囲内の直径を有する複数の導
電性ファイバよりなり、そのコネクタに十分な剛性を与
えるとともに、そのコネクタを厚膜トランクに付着させ
うるようになされている。そのコネクタは種々の金属で
作成されうるが、特定の用途に最も適した金属は、コネ
クタが付着されるべき厚膜トランクの材料に一部依存す
る。適当な金属としては、ステンレススチール、ニッケ
ルおよび銅がある。コネクタはガラス／金属接着剤を用
いてトラックに付着されるが、厚膜トランクを形成する
ために用いたのと同じ導電性インクを用いるのが有利で
ある。
厚膜トラックを保護するとともに高温で安定な動作を確
保するために保護セラミックまたはガラスセラミック上
塗り剤で全体を上塗りされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による加熱要素のためのあるいは加熱ユ
ニットにおける温度センサとしての厚膜トラックの温度
にともなう抵抗の概略変化を示すグラフ、第２図は基体
上における本発明による加熱要素を示す平面図、第３図
は基体に添着されたセンサ・トラックとともに加熱要素
よりなる加熱ユニットを示す平面図、第４図は第３図の
センサ・トラックに使用するのに適した電気回路を示す
図である。 図面において、２は加熱要素、４は基体、１２は加熱要
素、１４は温度センサ、２０は抵抗、２２は可変抵抗器
、２４．２６は演算増幅器、２８．３０は抵抗、３２は
比較器をそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、０℃〜５５０℃の温度範囲において０．００６／℃
    より大きい抵抗温度係数を有する厚膜よりなる電気抵抗
    トラックを具備しており、前記厚膜は適当な固有抵抗と
    前記トラックが添着されるべき電気的絶縁性基体の熱膨
    張係数に整合する熱膨張係数を与えかつ前記トラックを
    前記基体に付着させうるような配分で金とガラスを含有
    している加熱要素。 ２、特許請求の範囲第１項記載の加熱要素において、前
    記トラックが電気的絶縁性基体に被着され、前記基体は
    少なくとも１つの表面上にガラスセラミック材料の層を
    有する板部材よりなり、前記ガラスセラミック材料の層
    は２．５に等しいかそれより小さい百分率多孔率を有し
    ている前記加熱要素。 ３、電気的絶縁性基体と、加熱要素と、前記基体に添着
    された温度センサを具備し、前記温度センサは、０℃〜
    ５５０℃の温度範囲において０．００６／℃より大きい
    抵抗温度係数を有する厚膜よりなる電気抵抗トラックを
    具備しており、前記厚膜は適当な固有抵抗と前記トラッ
    クが添着されるべき電気的絶縁性基体の熱膨張係数に整
    合する熱膨張係数を与えかつ前記トラックを前記基体に
    付着させうるような配分で金とガラスを含有している加
    熱ユニット。 ４、特許請求の範囲第３項記載の加熱ユニットにおいて
    、特許請求の範囲第１項または第２項記載の加熱要素を
    具備している前記加熱ユニット。 ５、特許請求の範囲第３項または第４項記載の加熱ユニ
    ットにおいて、前記基体は少なくとも１つの表面上にガ
    ラスセラミック材料の層を有する板部材よりなり、前記
    ガラスセラミック材料の層は２．５に等しいかそれより
    小さい百分率多孔率を有している前記加熱ユニット。 ６、特許請求の範囲第１項または第２項あるいは第３〜
    ５項のうちの１つに記載された加熱要素において、前記
    厚膜における金属とガラスの配分が金属５０重量％／ガ
    ラス５０重量％〜金属９５重量％／ガラス５重量％の範
    囲である前記加熱要素。 ７、特許請求の範囲第１、２または６項あるいは第３〜
    ６項のうちの１つに記載された加熱要素において、前記
    金属が遷移金属または遷移金属を基礎とした合金よりな
    る前記加熱要素。 ８、特許請求の範囲第７項記載の加熱要素または加熱ユ
    ニットにおいて、前記金属がニッケルである前記加熱要
    素または加熱ユニット。 ９、特許請求の範囲第７項記載の加熱要素または加熱ユ
    ニットにおいて、前記金属がコバルトまたは鉄である前
    記加熱要素または加熱ユニット。 １０、特許請求の範囲第１項記載による加熱要素よりな
    る加熱ユニットにおいて、前記加熱要素のトラックが電
    気的絶縁性基体に被着されている前記加熱ユニット。
JP63040933A 1987-02-25 1988-02-25 加熱要素 Pending JPS63252380A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8704467 1987-02-25
GB878704467A GB8704467D0 (en) 1987-02-25 1987-02-25 Electrically resistive tracks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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ID=10612950

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Country Status (15)

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US (1) US4859835A (ja)
EP (1) EP0286215B1 (ja)
JP (1) JPS63252380A (ja)
AT (1) ATE72374T1 (ja)
AU (1) AU600341B2 (ja)
CA (1) CA1291198C (ja)
DE (1) DE3868111D1 (ja)
DK (1) DK99688A (ja)
ES (1) ES2029008T3 (ja)
FI (1) FI87964C (ja)
GB (1) GB8704467D0 (ja)
GR (1) GR3003779T3 (ja)
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