(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体容器を規定するプラスチック製本体に平板状の加熱要素を、この本体に前記加熱要素を収容するために規定された開口部に取り付けるための方法であって、
前記加熱要素の一方の面で前記開口部を覆い、前記加熱要素と前記本体との間にシール材を位置決めする工程と、
前記加熱要素のもう一方の面上に固定リングを位置決めし、このリングを前記本体の一部分と係合させ、前記本体と前記固定リングとの間に誘導加熱部材を配置する工程と、
前記固定リングと前記本体に誘導加熱による溶接部を形成するために誘導加熱を発生させ、その間前記加熱要素を所定の位置にクランプし、かつ前記シール材を圧縮するために、前記固定リングと前記容器本体の相対的な移動を生じさせるための力を加える工程と、
を具える加熱要素の取り付け方法。
【請求項２】
前記本体が、前記開口部周りかつ下部に延在するカラーを規定し、前記固定リングが、前記カラーと嵌合するチャンネルを有し、前記誘導加熱部材を前記カラーの一部分と前記チャンネルの一部分との間に配置した、請求項１記載の加熱要素の取り付け方法。
【請求項３】
前記本体に、前記カラーの外面周りに止め具を設け、前記固定リングが、誘導加熱による溶接の際に、前記固定リングの一部が前記止め具に接触するまで移動させられ、それによって前記シール材の予備的な加圧を規定する、請求項２記載の加熱要素の取り付け方法。
【請求項４】
中間シールド要素を前記加熱要素と前記固定リングとの間に設けた、請求項１〜３のいずれか１項記載の加熱要素の取り付け方法。
【請求項５】
前記加熱要素を前記開口部上に位置決めする前に、前記シール材を前記加熱要素の外周部周りに設ける、請求項１〜４のいずれか１項記載の加熱要素の取り付け方法。
【請求項６】
前記誘導加熱要素が前記チャンネル内に配置した連続的な金属リングを具え、誘導加熱を前記加熱要素近傍に高周波の交番磁場を発生させることにより生じさせる、請求項１記載の加熱要素の取り付け方法。
【請求項７】
前記発生させる磁場の周波数が50KHz未満である、請求項６記載の加熱要素の取り付け方法。
【請求項８】
プラスチック製本体および加熱要素を具え、これらが共に液体加熱容器を規定する加熱器具であって、前記加熱要素を前記本体の一部と固定リングとの間でクランプし、前記本体と前記リングを、誘導加熱による溶接によって固定する加熱器具。
【請求項９】
前記加熱要素を収容する開口部が前記本体に規定され、前記本体が前記開口部周りおよび下部に延在するカラーを具え、前記固定リングが前記カラーと嵌合するチャンネルを有し、前記カラーの一部分と前記チャンネルとの間に誘導加熱による溶接部を形成した、請求項８記載の加熱器具。
【請求項１０】
誘導加熱による溶接部を形成するために、環状の加熱部材を前記カラーの一部分と前記チャンネルの一部分との間に配置した、請求項９記載の加熱器具。
【請求項１１】
前記加熱部材が前記チャンネル中に配置した連続的な金属リングを具える、請求項１０記載の加熱器具。
【請求項１２】
前記加熱要素の周縁部と前記プラスチック製本体との間にシール材を配置した、請求項８〜１１のいずれか１項記載の加熱器具。
【請求項１３】
湯沸かし器を具える、請求項８〜１２のいずれか１項記載の加熱器具。
【発明の詳細な説明】
本発明は、プラスチック製本体および平板状の加熱要素を具える加熱器具および、加熱要素を本体に取り付ける方法に関するものである。本発明は特に、限定はされないが、電気湯沸かし器のような水の加熱器具に関するものである。
平板状の加熱要素を組み込んだ種々の液体加熱用の電気器具が開発され、加熱器具の本体に加熱要素を取り付けるための異なる技術が用いられている。従来より、加熱器具の本体と加熱要素との間にはシール材が設けられており、信頼性の高いシールを提供するために均一な加圧を保証するための加熱要素の取り付け方法が試みられている。
英国特許第2,291,325号は、平板状の加熱要素を容器本体に取り付ける方法を開示しており、この方法では、加熱要素を所定の位置にクランプし、その上シール材を圧縮するために、容器を加熱要素の周りで変形させることを頼りとしている。この方法には、容器本体の変形が本体の加熱および、それに続いて材料に力を加えることによって達成され、これは材料の構造的な弱さを負うこととなる問題がある。プラスチック製の容器本体の場合、継続的なクリープが、シール材を保持する圧縮力を減少させる。さらに、プラスチックを変形させる段階は、シール材圧縮の公知の均一なレベルを提供する十分な精度を制御できない。
本発明によれば、液体容器を規定するプラスチック製本体に平板状の加熱要素を、この本体に前記加熱要素を収容するために規定された開口部に取り付けるための方法であって、
前記加熱要素の一方の面で前記開口部を覆い、前記加熱要素と前記本体との間にシール材を位置決めする工程と、
前記加熱要素のもう一方の面上に固定リングを位置決めし、このリングを前記本体の一部分と係合させ、前記本体と前記固定リングとの間に誘導加熱部材を配置する工程と、
前記固定リングと前記本体に誘導加熱による溶接部を形成するために誘導加熱を発生させ、その間前記加熱要素を所定の位置にクランプし、かつ前記シール材を圧縮するために、前記固定リングと前記容器本体の相対的な移動を生じさせるための力を加える工程と、
を具える加熱要素の取り付け方法が提供される。
本発明はまた、プラスチック製本体および加熱要素を具え、これらが共に液体加熱容器を規定する加熱器具であって、前記加熱要素を前記本体の一部と固定リングとの間でクランプし、前記本体と前記リングを、誘導加熱による溶接によって固定する加熱器具を提供するものである。
本発明による方法および器具において、加熱要素はプラスチック製本体と固定リングとの間でクランプされ、プラスチック製本体と固定リングは誘導加熱による溶接で共に保持されている。誘導加熱の使用は、固定リングと本体を、プラスチックが軟化するとき相互に相対移動させることを可能とし、それによってシール材の圧縮を得ることができる。誘導加熱による溶接部を冷却した後も、シール材の圧縮は維持される。誘導加熱による溶接は、プラスチックの据え込み作業よりもクリープに対する影響を受けにくく、また、ねじのような多数の分散型の固定部材を使用する場合よりも、より均一なシールの圧縮を提供する。
好ましくは、本体は開口部の周りかつ下部に延在するカラーを規定し、固定リングは前記カラーと嵌合するチャンネルを有し、誘導加熱部材をカラーの一部分とチャンネルの一部分との間に配置する。こうした配置は、固定リングの位置決めを容易にする。本体には、カラーの外面周りに止め具を設けることが望ましく、このとき固定リングは、誘導加熱による溶接を行う間、この固定リングの一部分が前記止め具と接触するまで移動させられ、それによってシール材の初期状態での圧縮が規定される。こうした配置は、開口部内の要素を効果的にシールするための所望のシール材の圧縮を得るために、正確なプロセス制御が必要となることを避ける。
中間シールド要素を加熱要素と固定リングとの間に設けても良い。誘導加熱による溶接を用いた接続を効果的に行うために、接続する二つの部品の材料を同じ物とすべきである。必然的に、加熱要素で発生する熱から固定リングを防護することが望ましく、この目的のために中間要素が設けられる。
本体と要素との間のシールは、加熱要素を開口部上に位置決めする前に、加熱要素の外周部周りに設けることが望ましい。
誘導加熱要素は、チャンネル内に配置した、連続した金属製リングを具えることが望ましく、誘導加熱は、加熱要素近傍での高周波の交番磁界の発生により生成する。連続したリングの使用は、加熱部材周りの誘導電流の発生を可能とし、これが誘導加熱による溶接工程のための所望の周波数を生じさせ、機器に必要なコストを単純化かつ低減する。周波数は約50KHzである。
ここで本発明を、添付図面に示すような例を参照して、この例によって説明する。
図１は、本発明による方法を用いてプラスチック製本体に加熱要素を組み付けるために必要な部品を分解図で示すものである。
図２は、図１に示す部品を組み立てた状態を示す断面図である。
図３は、本発明による電気湯沸かし器である。
図１は、本発明による方法を用いて、プラスチック製本体に平板状の加熱要素を取り付けるために必要な部品を分解図で示すものである。本質的に、平板状の加熱要素は、容器本体の一部分と固定リングとの間でクランプされ、クランプ力は固定リングと本体の一部分との誘導加熱による溶接によって保持される。
図１においては、プラスチック製本体２の下部が示されている。本体２は外壁を具え、この外壁は加熱する液体を収容するためのチャンバー４を規定する。本体２の基部近傍で開口部６が規定され、開口部６の壁は本体２より内向きに突出するリブ８を具える。本体２はリブ８の下部に延在する環状のカラー10を具え、カラー10の内径は、加熱要素組立体12の外径とほぼ一致する。図１に示す例においては、組立体12は、加熱要素14と、この加熱要素14の外周部の周りに配置した環状のシール材16を具える。したがって、図１に示す実施形態において、環状のシール材16はＣ字型の断面を有し、このシール材が規定するチャンネルは、加熱要素14の外周部を収容する。リブ８の下面には溝18があり、この溝18は、加熱要素組立体12を所定の位置に配置したときにシール材16の上面と接触する。
シール材16は多数の異なる形態を取ることができ、また、開口部６に近接した加熱要素14の面上にのみ設けても良い。
加熱要素14は、本体２のリブ８と、本体２のカラー10と係合する追加の固定リング20との間でクランプされて所定の位置に固定される。この目的のために、固定リング20はカラー10を収容する環状のチャンネル22を有し、それによって固定リング20はカラー10をスライド可能に収容できる。固定リング20は、カラー10とチャンネル22との間に誘導加熱による溶接部を形成することによって本体２に固定される。この目的のために、誘導加熱部材24がカラー10とチャンネル22との間に設けられる。誘導加熱による溶接作業については、後にさらに詳細に説明する。
本体２と固定リング20との誘導加熱による溶接を形成するために、これら二つの部品を同じプラスチック材料、例えばポリプロピレンまたは類似の他のプラスチック材料から製造するべきである。これらの材料は、通常の作動時において加熱要素で発生する温度から保護されなければならない。そのために、この材料と加熱要素との直接的な接触を避けなければならない。シール材16は、プラスチック製本体２のリブ８と加熱要素14との間の熱障壁を、リブ８の内縁部と加熱要素14との間に隙間９を設けることにより提供される。
加熱要素14と固定リング20の直接的な接触を避けるため、追加の中間シールド要素26が固定リング20と加熱要素組立体12との間に、オプションで設けられている。シールド要素26は、加熱要素14と固定リング20との間の障壁を提供するフランジ28を具え、このフランジ28はまた、図１の例においてねじ孔を有する取り付けポストとして配置した位置決め部30を含むことが望ましい。この取り付けポストは、加熱要素の基部32への固定位置を提供する（図２参照）。シールド要素26はナイロンを基材とした材料または他の耐熱性材料から製造することができる。
加熱要素をプラスチック製本体内に組み付ける方法を、ここで図２を参照して説明するが、図２は、図１に示す部品を本発明による方法を用いて組み立てた後の状態を示す。図２には、本発明による方法で形成した液体加熱容器の基部32がさらに示されている。
液体加熱容器を組み立てるために、開口部６は加熱要素組立体12で覆われ、組立体12は、カラー10の内側の位置で開口部上に中心位置決めされる。次いでオプションのシールド要素26が加熱要素14のリブ８の側とは反対側に配置される。その後固定リング20が、そのチャンネル22をカラー10上で位置決めさせることにより容器本体２と係合する。固定リング20は、この固定リングがシール材16を圧縮して加熱要素14をクランプする位置へとカラー10上を滑動することができる。シール材16の予備圧縮、例えば最小レベルの圧縮が、容器内での加熱要素の適切なシールを保証するために必要である。この予備圧縮は、固定リングをカラー10上へ滑り込ませる量を制御することによって得られる。この目的のために、一連の止め具11がカラー10の外面周りに設けられている。固定リング20は、内側および外側リム20a，20bを具え（図１参照）、リム20bの頂部は、固定リング20のカラー10上への滑動を制限するために止め具11と接触する。固定リング20の内側リム20aは拡張部21を有して設けても良く、この拡張部は加熱要素組立体12に圧力を加える、増加した表面を提供する。
本発明による方法において、誘導加熱部材24は、固定リング20をカラー10上に位置決めする前に、固定リング20のチャンネル22内に据え付けられる。固定リング20をカラー10と係合させたとき、この部品の大きさは、固定リング20の外側リム20bが最初は止め具11に達しない程度のものとなる。
誘導加熱による溶接作業を行うためには高周波発振器が必要であり、この高周波発振器は、誘導加熱要素24に近接して設けるように配置した発振コイルに振動する電磁場を供給するものである。この初段コイルは、金属部品の近傍に渦電流を誘起する高周波電磁場を発生する。この渦電流は、これら金属部品に、抵抗による熱の散逸を発生させる。この熱の散逸は加熱要素24の温度を増加させ、それによって部材24に隣接するプラスチックを軟化させることとなる。誘導加熱による溶接作業の間、固定リング20に、これをカラー10へとさらに滑動させる力が加わり、それによってシール材16が圧縮される。固定リング20は、その外側リム20bが止め具11と接触するまでカラー10上に押しつけられる。この点において、プラスチック製本体２内での加熱要素14の効果的なシールのために望まれる、シール16への予備的な、または最小の圧縮が生じる。この圧縮を維持するために必要な力が、誘導加熱による溶接作業が完了した後、加熱要素24に近いプラスチック製部品が冷却かつ互いに融合するまで保持される。
誘導加熱部材24は、連続した電線のループを具えることが望ましい。この電線は、例えばステンレス鋼またはニッケルの電線を具えても良い。連続した金属製の電線は、ループ中に渦電流の流れを誘起することを可能とする。電線周りの均一な熱の散逸は、誘起された渦電流が、相対的に周波数の低い高周波発振器の比較的低電力での使用を可能とする結果をもたらす。例えば、発振器を40KHzで動作させることができ、必要な消費電力を2.5KWとすることができる。誘導加熱による溶接のサイクルは、通常、約３秒で十分である。
連続した金属製の電線に代わるものに、強磁性体粉末を混合したプラスチックバインダーがある。この場合、初段コイル中の交流電流は、強磁性体粉末粒子内に交番誘導磁場を生じさせる。振動する場より生じるヒステリシス損失が熱の散逸を生じさせる。プラスチック製の担体に埋め込んだ強磁性体粒子の使用には、高い周波数の高周波発振器（例えば4,000KHz）の使用が必要となり、また、より大きい電力（例えば5KW）での動作が必要となる。
図２はまた、基部32および、この基部をシールド要素26の取り付けポストのねじ孔30を用いて固定した状態を示すものである。図示のように、基部32は接続ラグ33を有し、この接続ラグは基部32の横方向の移動を防ぐために、本体２の溝34内に収容される。基部32は、ねじ孔30と螺合するねじ36を用いて垂直に固定される。基部32と本体２との接続部分は、スタイリングライン38を設けるように設計しても良い。
図３は、図１および図２を参照して述べた方法を用いて組み立てた加熱要素14を含む電気湯沸かし器40を示すものである。
湯沸かし器14は本体２および基部32を含み、これらはラグ33とスタイリングライン38を設けた溝34との係合によって互いに結合している。基部32には電気のための基部コネクタ４２と接続する、コードレス式のコネクタが設けられている。図３において、内部を露出させた部分は、本発明に係る方法による加熱要素および基部の本体への固定を示すために設けたものである。図３に示すように、湯沸かし器の前面部での基部32のシールド要素26への結合のためにねじ結合が設けられ、一方、湯沸かし器の後部には、別の形式の接続（例えば、湯沸かし器40のハンドル下部のねじ結合部）を設けても良い。
加熱要素自体についての可能性のある設計については、ここでは述べていない。なぜならば、本発明によって必要とされる方法によってクランプすることのできる、ほぼ平板状のリム部分を有する既存のあらゆる加熱要素が、本発明による方法を用いた容器に取り付けることができるからである。同様に、図３に示す湯沸かし器の使用において多くの異なる制御回路を認識することができるが、ここでは述べていない。なぜならば、これらは当業者には明白だからである。さらに、取り付け方法を、特に湯沸かし器を参照して述べているが、本取り付け方法は、膨大な数の他の液体加熱容器、例えば炊飯器、揚げ物用の深鍋、卵茹で器およびこれらの類似物についても使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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