採暖用温度制御器
【課題】コンデンサ入力形の電源を利用しても線間短絡保護機能を確実に確保でき、温度制御器自身の消費電力も抑制して高い安全性を担保するとともに安価な部品を使用できる経済的に優れた採暖用温度制御器を提供する。
【解決手段】ＡＣ電源のＮ極側が正の半サイクルの時、コンデンサＣｆは充電期間に当たり、整流回路部の入力側はダイオードＤｆの順方向電圧降下分しか電圧印加されないので、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１には殆ど電流は流れず加熱は起きない。しかし、ＡＣ電源から見ると、コンデンサＣｆがＡＣ１００Ｖの半波で充電されるので、それに同期してＡＣ電源のＮ極から発熱素線２，高分子層３，温度検知素線４を通ってＨ極を結ぶ線間短絡保護経路には半波のＡＣ１００Ｖが加わった状態となっており、保護機能は維持される。
【解決手段】ＡＣ電源のＮ極側が正の半サイクルの時、コンデンサＣｆは充電期間に当たり、整流回路部の入力側はダイオードＤｆの順方向電圧降下分しか電圧印加されないので、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１には殆ど電流は流れず加熱は起きない。しかし、ＡＣ電源から見ると、コンデンサＣｆがＡＣ１００Ｖの半波で充電されるので、それに同期してＡＣ電源のＮ極から発熱素線２，高分子層３，温度検知素線４を通ってＨ極を結ぶ線間短絡保護経路には半波のＡＣ１００Ｖが加わった状態となっており、保護機能は維持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線の温度制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線はよく知られており、最も普及している構造を図１に示す。同図に於いて、ポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅または銅合金の導体を螺旋状に捻回した発熱素線２と、発熱素線２の外周に所定の温度で溶融する高分子樹脂を押出し成形してなる高分子層３と、高分子層３の外周にニッケルの導体を螺旋状に捻回した温度検知素線４と、最外周にポリ塩化ビニル樹脂等を押出し成形した絶縁被覆層５とからなっている。
【０００３】
なお、必要に応じて温度検知素線４と絶縁被覆層５の間にポリエステルテープを螺旋状に捻回し、絶縁被覆層５からの可塑剤移行に対するバリア層が設けられる場合がある。また、発熱素線２と温度検知素線４が逆配置のものや、温度検知素線４が銅合金等で形成されているものが一部見受けられる。
【０００４】
又、高分子層３は、温度上昇に伴いインピーダンスが減少する所謂負温度係数サーミスタ特性を有するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭４８−６６４８０号公報
【特許文献２】特開昭５２−２７５９４号公報
【特許文献３】特開平６−５１７５号公報
【特許文献４】特開平７−２１６１７４号公報
【特許文献５】特開２００４−２２１４４３号公報
【０００６】
また、温度検知素線４は一般金属と同様、温度上昇に伴い抵抗値が増加する正温度係数を有する抵抗体であり、その感度性能を表す抵抗の温度係数は、１℃当たり０．４４％程度である。
【０００７】
このような構成のコード状発熱線１Ｈに於いて、温度変化による抵抗値の変化は温度検知素線４の両端から電気信号として取り出され、一般的に図３の従来例に示す回路接続によって温度制御用として利用される。
ここで、Ｆ１は加熱用抵抗器ＲＦ１と一体化された温度ヒューズ、Ｒ１、Ｒ５は減電圧抵抗器、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は耐電圧２００Ｖ以上のダイオード、ＺＤ１はツェナー・ダイオード、Ｃ１、Ｃ２は電解コンデンサ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は抵抗器、Ｕ１は電圧比較器、Ｑ１はＮＰＮトランジスタ、ＲＹ１はリレー、ＲＹａはその接点である。
【０００８】
図３に於いて、商用電源ＡＣ１００Ｖは整流ダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗器Ｒ１、電解コンデンサＣ１と降伏電圧６．２Ｖのツェナー・ダイオードＺＤ１から成る整流回路部（注：以下、上記接続を「整流回路部」と呼称する）によって、トランスレス方式でＤＣ６．２Ｖの直流安定化電源Ｖｃｃ１が生成され、温度制御部へ供給される。発熱素線２の一端はリレーの接点ＲＹａの一端に接続され、前記ＲＹａの他端は温度ヒューズＦ１を介してＡＣ１００ＶのＨ極に接続される。発熱素線２の他端はＡＣ１００ＶのＮ極に接続される。Ｈ極，Ｎ極で表した部分はＡＣ１００Ｖ電源の一端および他端に対応付けしたもので、ＡＣ１００Ｖ電源の一端および他端をＨ極，Ｎ極のいずれとしてもよい。
【０００９】
温度変化による温度検知素線４の抵抗変化は、抵抗器Ｒ２、Ｒ３により分圧され電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力され、予め設定された温度に相当する基準電圧Ｖｒｅｆと比較され電圧比較器Ｕ１より出力される。
【００１０】
電圧比較器Ｕ１の出力により、抵抗器Ｒ４とトランジスタＱ１を介してリレーＲＹ１が駆動される。図３の接続の場合、リレーＲＹ１の駆動コイルに電流が流れている間のみ、ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ５、電解コンデンサＣ２とリレーの内部回路定数により、リレーの駆動コイルに略平滑化された所定の直流電圧が印加されるが、Ｃ２のマイナス極はＱ１のコレクタでなく、Ｑ１のエミッタに接続してもリレー動作は可能である。
【００１１】
温度制御の状態は、温度検知素線４が予め設定された温度より低い場合は、リレーＲＹ１はＯＮとなり前記接点ＲＹａが閉じ発熱素線２に通電され、逆に温度検知素線４の温度が設定温度より高い場合は、リレーＲＹ１はＯＦＦとなり前記接点ＲＹａが開き発熱素線２への通電が遮断される。
【００１２】
次に、温度検知素線４の両端には、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードが各々接続され、ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードは両方とも温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の一端に接続される。温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の他端は温度ヒューズＦ１を介してＡＣ１００ＶのＨ極に接続され線間短絡保護回路とされる。
【００１３】
線間短絡保護回路の動作は、上記の温度制御部が破損し制御不能に陥った場合、発熱素線２への通電が連続となり全体が過熱状態になるので、高分子層３が固有の融点で溶融し、発熱素線２と温度検知素線４の間が短絡し、「ＡＣ１００ＶのＮ極 → 発熱素線２
→ 温度検知素線４ → Ｄ３又はＤ４ → ＲＦ１ → Ｆ１ → Ｈ極」の経路で大きな電流が流れ温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１が加熱され所定時間内に温度ヒューズＦ１が溶断し電源が遮断され、火災の発生を防止する最終的保護回路が構成される。
【００１４】
図３の回路で重要なことは、
第１に、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の他端にリレーの接点ＲＹａの一端が接続され、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の他端が温度ヒューズＦ１を介してＡＣ１００ＶのＨ極側に接続されているが、これ以外の接続ではダイオードＤ３、Ｄ４の接続方向も含め、発熱素線２と温度検知素線４間の線間短絡時に十分大きな電流が流れず、所定時間内に温度ヒューズを溶断できない点である。
【００１５】
又、高分子層３がポリイミド樹脂の場合や、高分子層３に負温度係数を有するサーミスタ特性を持たせた場合、高温域で交流インピーダンスが大きく下がり、高分子層３に交流のリーク電流が流れるが、このような場合でも前記の接続順序によれば、他の接続に比べ影響を受け難くなっている。
なお、図３に於いて温度ヒューズＦ１の接続位置は、ＲＦ１とＲＹａとＨ極の接続が維持されれば必ずしもＨ極側でなくＮ極側であっても構わない。
【００１６】
第２に、リレーＲＹ１とその駆動回路部を外してみると、減電圧抵抗器Ｒ１は図３のＧ点に移動しても、温度制御機能や線間短絡保護機能に影響を与えない対称性を有している点である。これは、整流ダイオードＤ１、Ｄ２他から成る整流回路部の入力側のＡＣ電源間のどこにもダイオードが接続されていないためである。
【００１７】
第３に、図示しないが、リレーＲＹ１の接点ＲＹａがＡＣ１００ＶのＨ極側に接続されていると、リレー接点ＲＹａの接点融着保護回路の構成が簡単になる点である。
このように従来の採暖用温度制御器は、機能面では温度制御と安全保護機能を兼ね備えた優れた構成になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
近年、電気毛布や電気カーペットに於いて大面積化とともに視覚や感触の面から生地やカバーが厚手になる一方、コストの面からは単位面積当たりのコード状発熱線の布線密度は少なめにすると云う市場要求が強く、必要な表面温度を維持するために発熱素線の加熱温度は高目になり、この発熱素線が終端接続される温度制御器を収納するケース内の温度上昇が増加し、体感的に違和感が生じたり安全上の不安感が生じたりする点が問題になってきた。
【００１９】
この問題を回避するため、温度制御器自身の発熱を抑制するため、図３に示す採暖用温度制御器に於いては、最大電流を消費するリレーＲＹ１の駆動電圧を上げ、減電圧抵抗器Ｒ５の発熱を抑制しており、その状況は次の通りである。
【００２０】
リレーＲＹ１が安価な汎用普及形のＤＣ１２Ｖ駆動の場合、その駆動電流は１７ｍＡ程度であり、減電圧抵抗器Ｒ５の消費電力は５００ｍＷ以上となり、温度制御器収納ケース内の温度上昇を激増させ実用性は不可能に近い。しかし、リレーＲＹ１がＤＣ１００Ｖ駆動の場合、その駆動可能電流は一般に３．５〜５ｍＡ程度であり、減電圧抵抗器Ｒ５の消費電力は３０ｍＷ程度で実用的である。
【００２１】
ここで、リレーＲＹ１を駆動するための周辺部品について説明する。
リレーＲＹ１がＤＣ１２Ｖ駆動の場合、電解コンデンサＣ２は耐圧３５Ｖ、容量１００μＦ程度の普及形、トランジスタＱ１もＶｃｅｏ＝５０Ｖ、Ｉｃ＝１００ｍＡ程度の汎用普及形で十分である。しかし、リレーＲＹ１がＤＣ１００Ｖ駆動の場合、電解コンデンサＣ２は耐圧２５０Ｖ、容量４．７μＦ、トランジスタＱ１もＶｃｅｏ＝３００Ｖ、Ｉｃ＝５０ｍＡと高耐圧の性能が必要である。
【００２２】
ＤＣ１００Ｖリレーや高耐圧の電解コンデンサ及びトランジスタは、市場に於いて電気カーペット以外の用途は少なく専用部品化しており、高価である上に入手が容易でなく、経済的に極めて不利な状態が継続してきた。
【００２３】
加えて、このようなリレー駆動部の発熱抑制対策が成されても、前記以外に図３の温度制御器を動作させるためには、ツェナー・ダイオードＺＤ１のアイドル電流と温度制御部とを合わせ概ね６ｍＡ程度の電流が必要であり、交流半波が加わる減電圧抵抗器Ｒ１の消費電力は２００ｍＷ近いと見積もられ、温度制御器収納ケース内の温度上昇を増加させる大きな要因となっている。
【００２４】
これらの問題を解決するために図３の発展形として図４に示すコンデンサ入力形電源を用いた回路構成が考えられる。
【００２５】
図３に示した整流回路部の前段に、図４に示す位置と方向でコンデンサＣｆとダイオードＤｆを接続するものである。これは、コンデンサ入力形電源の標準的接続形式であり、Ｃｆをフィルム・コンデンサとし、その容量を１．８μＦ（１２５ＶＡＣ）程度、Ｄｆを降伏電圧６．２Ｖ〜３０Ｖのツェナー・ダイオード、平滑用電解コンデンサＣ２を耐圧３５Ｖ、容量２２０μＦ程度に選択すれば、整流ダイオードＤ１及び減電圧抵抗器Ｒ５を介し平滑電圧Ｖｃｃ２としてＤＣ５Ｖ〜ＤＣ２４Ｖ程度は容易に得られ、特にＤｆを降伏電圧１５Ｖのツェナー・ダイオードにすれば、ＤＣ１２Ｖ駆動リレーＲＹ１を十分駆動することができる。
【００２６】
この動作条件に於いて、減電圧抵抗器Ｒ５を３３Ω程度にすると、その消費電力は１１ｍＷ程度である。又、整流ダイオードＤ１、減電圧抵抗器Ｒ１、及び降伏電圧６．２Ｖのツェナー・ダイオードＺＤ１により直流安定化電圧Ｖｃｃ１＝６．２Ｖが温度制御部に供給されるが、この場合の減電圧抵抗器Ｒ１の消費電力は３６ｍＷ程度である。
【００２７】
上記のように、図４に示すコンデンサ入力形の電源にすれば、汎用普及形で安価なＤＣ１２Ｖ駆動リレーＲＹ１と平滑用電解コンデンサＣ２及びリレー駆動用トランジスタＱ１を利用できるうえに、消費電力は２９０ｍＷ程度に抑制することができ、安価な部品を用いながら温度制御器自身の消費電力を著しく抑制することが可能となる。
【００２８】
しかしながら、図４に於いて、ＡＣ電源のＮ極が正になる半サイクルでは、「Ｎ極→
Ｄｆ → Ｄ１ → Ｒ１ → Ｒ２ → Ｄ３ → ＲＦ１ → Ｆ１ → Ｈ極」の経路で電流が流れてしまい、温度制御を大幅に狂わせるとともに、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１を加熱させ、初めからある程度の線間短絡保護機能が働く。そのため短期間のうちに温度ヒューズＦ１を溶断すると云う重大欠点があり実用性は否定される。
【００２９】
本発明は上記問題を解決するもので、その目的は、コンデンサ入力形の電源を利用しても線間短絡保護機能を確実に確保でき、温度制御器自身の消費電力も抑制して高い安全性を担保するとともに安価な部品を使用できる経済的に優れた採暖用温度制御器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の採暖用温度制御器は、分圧抵抗器と温度検知素線との接続点の電圧により発熱素線の上昇温度を検知し、所定温度に達したときリレー接点により前記発熱素線の電源を遮断することによりユーザが設定する温度に調整する温度制御部を有し、前記発熱素線と前記温度検知素線が熱可塑性樹脂部材により分離されるコード状発熱線の温度制御器において、交流全波の電力制御を担う前記リレー接点の一端に、前記発熱素線の一端が接続され、前記リレー接点の他端と、前記温度検知素線の両端にそれぞれアノードが接続された第１と第２のダイオードのカソードを接続し、該接続点に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続される該温度ヒューズ一体形抵抗器の他端と、第３のダイオードのカソードとの３点を交流電源の一端に接続し、前記発熱素線の他端と、前記第３のダイオードのアノードにコンデンサの一端が接続される該コンデンサの他端との２点を前記交流電源の他端に接続するとともに前記第３のダイオードの両端に整流回路部を含む前記温度制御部を接続してなり、前記交流電源の他端が正の半サイクルになった場合、該正の半サイクル中の前記コンデンサが充電する期間に前記整流回路部の入力端間に前記第３のダイオードの電圧降下分のみを印加し、かつ、前記交流電源の他端，前記発熱素線，前記熱可塑性樹脂部材，前記温度検知素線，前記第１および第２のダイオード，前記温度ヒューズ一体形抵抗器，温度ヒューズおよび前記交流電源の一端で形成される線間短絡保護経路に前記交流電源の半波電圧を印加可能にして前記熱可塑性樹脂部材が略短絡状態になったとき、前記温度ヒューズを溶断させるように構成し、消費電力を抑制しつつ前記温度制御部へ十分な電流を供給することを特徴とする。
【００３１】
本発明による請求項２記載の採暖用温度制御器は、請求項１記載の採暖用温度制御器に於いて、前記発熱素線は巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされ、前記熱可塑性樹脂部材は前記発熱素線上に密着配置され略１３０℃から１９０℃間の温度で溶融する高分子層であり、前記温度検知素線は前記高分子層の外周に一定のピッチで螺旋巻きされ、前記温度検知素線上に該温度検知素線を絶縁する被覆層を具備したことを特徴とする。
【００３２】
本発明による請求項３記載の採暖用温度制御器は請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、前記第３のダイオードは、整流ダイオードまたはツェナー・ダイオードであることを特徴とする。
【００３３】
本発明による請求項４記載の採暖用温度制御器は請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする。
【００３４】
以下、本発明の構成を詳細に説明する。
本発明による温度制御器の回路を図２に示す。
図２が図４に比較し異なっている部分は、コンデンサＣｆの位置をＡＣ電源のＮ極側に移動し、コンデンサ入力形の標準的接続形式とは逆順序の構成としている点である。
【００３５】
これにより、ＡＣ電源のＮ極側が正の半サイクルになったとき、コンデンサＣｆは充電期間に当たり、整流回路部の入力側はダイオードＤｆ（第３のダイオード）の順方向電圧降下分しか電圧印加されない。そのため、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１には殆ど電流は流れず加熱は起きない。
【００３６】
しかし、大もとのＡＣ電源から見ると、コンデンサＣｆが半波のＡＣ１００Ｖで充電されるので、それに同期して「ＡＣ電源のＮ極 → 発熱素線２ → 高分子層３ → 温度検知素線４→ Ｄ３（第１のダイオード）、Ｄ４（第２のダイオード） → ＲＦ１
→ Ｆ１ → Ｈ極」を結ぶ線間短絡保護経路には半波のＡＣ１００Ｖが印加された状態で生きており、保護機能は問題なく維持されている。なお、温度ヒューズＦ１の接続位置は、加熱用抵抗器ＲＦ１と熱的に結合されているのでＮ極側であっても構わない。
【００３７】
ここで重要な点は、線間短絡保護回路を具備しながらコンデンサ入力形の電源にする場合、ダイオードＤｆが整流回路部の入力側に接続されているため、コンデンサＣｆがＡＣ電源のＨ極側に接続される場合と、Ｎ極側に接続される場合とで対称性を有する動作とならないことであり、本発明の核心である。
これは、図３に示した抵抗入力形の電源の場合、減電圧抵抗器Ｒ１がＨ極側に接続される場合とＮ極側に接続される場合とで対称性を保って動作をするのと大きな違いである。
【００３８】
本発明にかかるコード状発熱線に用いられる芯線は、ポリエステル繊維束、ポリイミド繊維束、ガラス繊維束などであるが、耐熱性、柔軟性及びコストの面からポリエステル繊維束が好適である。用途に応じて耐熱性、柔軟性に優れた繊維束であれば特に限定されないし、また多種繊維の混合束であってもよい。
【００３９】
本発明のコード状発熱線に用いられる所定のピッチで螺旋巻きされた発熱素線は、材質として純銅線や銅と錫の合金線、及び銅と銀の合金線などがある。形状は丸線状や薄板状にすることも可能であり、それらは単線のままであったり、撚線にされたり、または多条に引き揃えられて螺旋巻きされたりするが、所定の寸法で所定の抵抗値を得るために条件の選択は何ら限定されるものではない。
【００４０】
本発明にかかるコード状発熱線に用いられる高分子層は、塩化ビニル樹脂やポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂やこれら各樹脂の共重合体などの熱可塑性樹脂からなるが、電気毛布や電気カーペットなどの製品の表面温度やコード状発熱線の耐熱温度に対し、高分子層の溶融温度は１３０℃以上１９０℃以下が良く、好ましくは１５０℃〜１７０℃で比較的急な溶融特性を示すポリアミド樹脂やポリアミド・エラストマーまたはそれらの混和物が好適である。
【００４１】
ここで、高分子層の溶融温度が１３０℃以下では、通常の温度制御に於いて発熱素線のピーク温度が瞬間的に１２０℃付近まで上昇する場合があり、これが繰り返し発生すると短期間で発熱素線と温度検知素線が短絡してしまう可能性が高くなり、１９０℃以上では、発熱素線の過熱が進み発煙やコゲの発生が増加するので適切ではない。
【００４２】
本発明に用いられるダイオードＤｆは、ツェナー・ダイオードが一般的であるが、整流ダイオードも利用できる。しかし、前記Ｄｆが整流ダイオードの場合、リレーＲＹ１がＯＦＦのとき、図２のＶｃｃ２電圧がＡＣ電源近くまで上昇するので、電解コンデンサＣ２やトランジスタＱ１は、図３の従来例で示したような高耐圧形が必要になる。これを避けるためには、リレーＲＹ１に印加される電圧をＤＣ１２Ｖにするツェナー・ダイオードなどの電圧レギュレータの接続が必要になるが、温度制御部に供されるＶｃｃ１電圧との兼ね合いを考慮した合理的な設計ができる場合は効果的である。
【００４３】
高分子層の外周に螺旋巻きされた温度検知素線は、正の温度係数を有する金属線であれば特に限定されない。金属の中では温度係数が比較的高めで、伸線加工や巻線加工などの機械的ストレスを受けても抵抗値や温度係数が安定しているニッケルが利用され、ニッケルは正の温度係数を有し温度対抵抗特性が直線的で再現性に優れ経時変化の少ない温度検知素線として好適である。
【００４４】
温度検知素線の外周に密着して電気絶縁性が高くしなやかで且つ安価な塩化ビニル樹脂などの絶縁被覆層が押出し成形などにより形成されコード状発熱線とされる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明による採暖用温度制御器によれば、電源はコンデンサ入力形であるので、ある程度大きめの電流を取り出しても、電源自身の消費電力は極めて少ないうえに、減電圧抵抗器の消費電力も従来より大幅に削減しながら普及形汎用部品を使用できるため、経済効果は極めて大きいと言える。
【００４６】
また、コンデンサとダイオードの位置関係を、標準的接続形式とは逆位置に接続するコンデンサ入力形の電源を構成することにより、従来の線間短絡保護回路の接続構成をそのまま利用できるので、長年にわたり実証された信頼性の高い線間短絡保護機能を継承できる。
【００４７】
更に、ＡＣ電源の極性とリレーの接点、及び発熱素線の接続関係も従来と同一にできるので、従来から実用化されてきた各種の保護回路や付随回路を若干変更する程度で継承できる。
【００４８】
本発明による採暖用温度制御器によれば、高分子層の溶融温度が１３０℃以上１９０℃以下、好ましくは１５０℃以上１７０℃以下の高分子樹脂から形成されているので、用途に応じて適切な材質を選択することにより、最終的な過熱防止機能を柔軟に確保することができる。
【００４９】
本発明による採暖用温度制御器によれば、コンデンサ入力形の電源を構成するダイオードは、全体の回路構成を見ながらツェナー・ダイオードでも整流ダイオードでも選択できる柔軟性を確保することができる。
【００５０】
本発明によるコード状発熱線によれば、温度検知素線は正の温度係数を有する金属線で温度係数は小さいが、温度対抵抗特性が直線的で経時変化が非常に小さいので、精密で安定で再現性に優れた温度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による採暖用温度制御器に適用されるコード状発熱線の構造を説明するための図である。
【図２】本発明による採暖用温度制御器の実施形態を示す回路図である。
【図３】従来例１及び従来例２にかかる抵抗入力形の電源を用いた温度制御器の一例を示す回路図である。
【図４】当初発明者が構想したコンデンサ入力形の電源を用いた温度制御器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図面などを参照して本発明による採暖用温度制御器の実施の形態を更に詳しく説明する。なお、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の内容に限定されるものではない。特に、回路接続の極性反転については、同義と看做されるものである。
図１は、本発明による採暖用温度制御器に適用されるコード状発熱線の一方端を示すもので、絶縁被膜層，高分子層などを一部省略して示した図である。
【００５３】
このコード状発熱線１Ｈは、ガラス繊維またはポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅または銅合金の平角導体を螺旋状に捻回した発熱素線２と、発熱素線２の外周に高分子樹脂を押出し成形してなる高分子層３と、高分子層３の外周には一定のピッチで螺旋巻きされた温度検知素線４と、最外周にポリ塩化ビニル等を押出し成形した絶縁被覆層５とから構成されている。
【００５４】
ここで、高分子層３はポリアミド樹脂の中でも吸水率の小さいナイロン１２が好ましく、これに各種のポリアミド・エラストマーや可塑剤及び耐熱安定剤などを混合し、ニーダーまたは押出機で混練してナイロン１２混和物のペレットが得られる。ペレットは、押出機により発熱素線２の外周に所定の厚さで押出成形され高分子層３が形成される。
【００５５】
また、絶縁被覆層５のポリ塩化ビニル樹脂混和物に含まれる可塑剤が高分子層３へ移行するのを防止するため、温度検知素線４と絶縁被覆層５の間にポリエステルテープを縦添え形成したバリア層を設けてもよい。
【００５６】
つぎに図１に示したコード状発熱線の実施の形態について測定内容およびその測定結果を説明する。
図１に示した実施の形態についての諸データは次の通りである。
巻芯１の材質 ：ポリエステル繊維束
発熱素線２の材質 ：銅錫合金
発熱素線２の寸法 ：断面０．０６×０．４２ｍｍ、ピッチ０．８６ｍｍ
高分子層３の材質 ：ナイロン１２混和物
高分子層３の寸法 ：厚さ０．３３ｍｍ
温度検知素線４の材質 ：ニッケル
温度検知素線４の寸法 ：断面径φ０．０８ｍｍ、ピッチ０．８６ｍｍ
絶縁被覆層５の材質 ：ポリ塩化ビニル樹脂混和物
絶縁被覆層５の寸法 ：厚さ０．４ｍｍ
【００５７】
尚、ポリ塩化ビニル樹脂混和物は、耐熱グレードのポリ塩化ビニル樹脂を用いた電源電線用の市販の混和物である（ＶＭ−１６３、アプコ製）。
ポリアミド樹脂は、市販のナイロン１２（３０２０Ｘ１５、ＵＢＥ製）及びポリアミド１２エラストマー（９０５５Ｘ１、ＵＢＥ製）を使用した。
【００５８】
図２及び図３の回路図に於いて、表１に示すように、コンデンサ入力形の電源による２種類のリレーを使った実施例１および実施例２と、抵抗入力形電源による２種類のリレーを使った従来例１および従来例２について、温度制御動作に好適な回路定数を選んだ。
各実施例、各従来例に共通する回路定数は、Ｒ２＝１．５ＫΩＦ、Ｒ３＝４７０ΩＦ、Ｒ４＝１０ＫΩＪ、ＺＤ１＝６．２Ｖ、Ｃ１＝１００μＦ（１６Ｖ）、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は整流ダイオード１Ｎ４００４、ＲＦ１＝１８０Ω（３Ｗ）、Ｆ１＝１０Ａ（２５０Ｖ）の通りである。
【表１】
【００５９】
また、図１に示す構造のコード状発熱線１Ｈは、電気カーペット用として３６ｍの長さに切断され、その端末は温度制御器の所定の端子に接続される。３６ｍのコード状発熱線１Ｈは、交差しないよう広げられ、上下をフェルトなどの断熱材で覆われ測定に供される。
【００６０】
以下、各項目の測定結果は以下の通りである。
［温度制御の測定］
温度検知素線の平均温度が６５℃で制御されるよう、予め電圧比較器Ｕ１のプラス入力電圧Ｖｒｅｆを設定し、通電により温度制御されたコード状発熱線１Ｈの中央位置の表面に直接温度センサを接触させて温度を測定し、その結果が表２に示されている。
【表２】
【００６１】
［回路部品の消費電力の測定］
回路部品のうち、表１に示す消費電力の大きい部品の電力（実効値）を測定し、その結果が表２に示されている。
【００６２】
［短絡・溶融試験］
図２及び図３の回路図に於いて、温度検知素線４の一端に接続されたダイオードＤ４のアノードと発熱素線２の一端であるＡＣ電源のＮ極を強制的に短絡させ、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１を加熱させ、温度ヒューズが溶断するまでの時間を測定し、その結果が表２に示されている。
【００６３】
このような測定結果からつぎのような評価をすることができる。
［温度制御の評価］
表２の表面温度のバラツキの程度によれば、実施例と従来例間の温度検知素線４の抵抗値や温度係数のバラツキは目につかず、また温度制御器の動作についても入力電源の方式やリレーの種類による違いは見られず安定な結果が得られ、本発明による温度制御は従来に遜色ないことが実証できた。
【００６４】
［回路部品の消費電力の評価］
表２の消費電力の合計によれば、従来例１に比べ、実施例１は大幅な消費電力削減になっており、従来例２で示すように、抵抗入力形電源でＤＣ１２Ｖリレーを使うことは、消費電力の面でまったく不可能であるが、コンデンサ入力形の電源ではそれが可能であることを実証できた。なお、コンデンサＣｆの入手可能な容量ステップは間隔が大きく、リレー駆動電圧に対し好適な値を選択するのは煩雑であるが、合致性がよければ大幅な消費電力削減が可能である。
【００６５】
［短絡・溶融試験の評価］
表２の溶融時間のバラツキによれば、実施例１，２による溶断時間と、従来例１，２による溶断時間の値に大きな差はなく、本発明による線間短絡保護機能は実績のある従来の機能を十分継承していることを実証できた。
【００６６】
以上説明したように本発明によれば、コンデンサ入力形の電源を用いた温度制御器であってコンデンサＣｆをＮ極側のラインに挿入する構成を採用することにより供給電流を増やしても温度制御器自身の消費電力を抑制しつつ、長年にわたり実証された信頼性の高い線間短絡保護機能を確実に確保して高い安全性を継承できるとともに、安価な汎用部品を使用でき経済的に優れた採暖用温度制御器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線の温度制御器である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 巻芯
１Ｈ コード状発熱線
２ 発熱素線
３ 高分子層（熱可塑性樹脂部材）
４ 温度検知素線
５ 絶縁被覆層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線の温度制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線はよく知られており、最も普及している構造を図１に示す。同図に於いて、ポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅または銅合金の導体を螺旋状に捻回した発熱素線２と、発熱素線２の外周に所定の温度で溶融する高分子樹脂を押出し成形してなる高分子層３と、高分子層３の外周にニッケルの導体を螺旋状に捻回した温度検知素線４と、最外周にポリ塩化ビニル樹脂等を押出し成形した絶縁被覆層５とからなっている。
【０００３】
なお、必要に応じて温度検知素線４と絶縁被覆層５の間にポリエステルテープを螺旋状に捻回し、絶縁被覆層５からの可塑剤移行に対するバリア層が設けられる場合がある。また、発熱素線２と温度検知素線４が逆配置のものや、温度検知素線４が銅合金等で形成されているものが一部見受けられる。
【０００４】
又、高分子層３は、温度上昇に伴いインピーダンスが減少する所謂負温度係数サーミスタ特性を有するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭４８−６６４８０号公報
【特許文献２】特開昭５２−２７５９４号公報
【特許文献３】特開平６−５１７５号公報
【特許文献４】特開平７−２１６１７４号公報
【特許文献５】特開２００４−２２１４４３号公報
【０００６】
また、温度検知素線４は一般金属と同様、温度上昇に伴い抵抗値が増加する正温度係数を有する抵抗体であり、その感度性能を表す抵抗の温度係数は、１℃当たり０．４４％程度である。
【０００７】
このような構成のコード状発熱線１Ｈに於いて、温度変化による抵抗値の変化は温度検知素線４の両端から電気信号として取り出され、一般的に図３の従来例に示す回路接続によって温度制御用として利用される。
ここで、Ｆ１は加熱用抵抗器ＲＦ１と一体化された温度ヒューズ、Ｒ１、Ｒ５は減電圧抵抗器、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は耐電圧２００Ｖ以上のダイオード、ＺＤ１はツェナー・ダイオード、Ｃ１、Ｃ２は電解コンデンサ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は抵抗器、Ｕ１は電圧比較器、Ｑ１はＮＰＮトランジスタ、ＲＹ１はリレー、ＲＹａはその接点である。
【０００８】
図３に於いて、商用電源ＡＣ１００Ｖは整流ダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗器Ｒ１、電解コンデンサＣ１と降伏電圧６．２Ｖのツェナー・ダイオードＺＤ１から成る整流回路部（注：以下、上記接続を「整流回路部」と呼称する）によって、トランスレス方式でＤＣ６．２Ｖの直流安定化電源Ｖｃｃ１が生成され、温度制御部へ供給される。発熱素線２の一端はリレーの接点ＲＹａの一端に接続され、前記ＲＹａの他端は温度ヒューズＦ１を介してＡＣ１００ＶのＨ極に接続される。発熱素線２の他端はＡＣ１００ＶのＮ極に接続される。Ｈ極，Ｎ極で表した部分はＡＣ１００Ｖ電源の一端および他端に対応付けしたもので、ＡＣ１００Ｖ電源の一端および他端をＨ極，Ｎ極のいずれとしてもよい。
【０００９】
温度変化による温度検知素線４の抵抗変化は、抵抗器Ｒ２、Ｒ３により分圧され電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力され、予め設定された温度に相当する基準電圧Ｖｒｅｆと比較され電圧比較器Ｕ１より出力される。
【００１０】
電圧比較器Ｕ１の出力により、抵抗器Ｒ４とトランジスタＱ１を介してリレーＲＹ１が駆動される。図３の接続の場合、リレーＲＹ１の駆動コイルに電流が流れている間のみ、ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ５、電解コンデンサＣ２とリレーの内部回路定数により、リレーの駆動コイルに略平滑化された所定の直流電圧が印加されるが、Ｃ２のマイナス極はＱ１のコレクタでなく、Ｑ１のエミッタに接続してもリレー動作は可能である。
【００１１】
温度制御の状態は、温度検知素線４が予め設定された温度より低い場合は、リレーＲＹ１はＯＮとなり前記接点ＲＹａが閉じ発熱素線２に通電され、逆に温度検知素線４の温度が設定温度より高い場合は、リレーＲＹ１はＯＦＦとなり前記接点ＲＹａが開き発熱素線２への通電が遮断される。
【００１２】
次に、温度検知素線４の両端には、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードが各々接続され、ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードは両方とも温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の一端に接続される。温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の他端は温度ヒューズＦ１を介してＡＣ１００ＶのＨ極に接続され線間短絡保護回路とされる。
【００１３】
線間短絡保護回路の動作は、上記の温度制御部が破損し制御不能に陥った場合、発熱素線２への通電が連続となり全体が過熱状態になるので、高分子層３が固有の融点で溶融し、発熱素線２と温度検知素線４の間が短絡し、「ＡＣ１００ＶのＮ極 → 発熱素線２
→ 温度検知素線４ → Ｄ３又はＤ４ → ＲＦ１ → Ｆ１ → Ｈ極」の経路で大きな電流が流れ温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１が加熱され所定時間内に温度ヒューズＦ１が溶断し電源が遮断され、火災の発生を防止する最終的保護回路が構成される。
【００１４】
図３の回路で重要なことは、
第１に、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の他端にリレーの接点ＲＹａの一端が接続され、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１の他端が温度ヒューズＦ１を介してＡＣ１００ＶのＨ極側に接続されているが、これ以外の接続ではダイオードＤ３、Ｄ４の接続方向も含め、発熱素線２と温度検知素線４間の線間短絡時に十分大きな電流が流れず、所定時間内に温度ヒューズを溶断できない点である。
【００１５】
又、高分子層３がポリイミド樹脂の場合や、高分子層３に負温度係数を有するサーミスタ特性を持たせた場合、高温域で交流インピーダンスが大きく下がり、高分子層３に交流のリーク電流が流れるが、このような場合でも前記の接続順序によれば、他の接続に比べ影響を受け難くなっている。
なお、図３に於いて温度ヒューズＦ１の接続位置は、ＲＦ１とＲＹａとＨ極の接続が維持されれば必ずしもＨ極側でなくＮ極側であっても構わない。
【００１６】
第２に、リレーＲＹ１とその駆動回路部を外してみると、減電圧抵抗器Ｒ１は図３のＧ点に移動しても、温度制御機能や線間短絡保護機能に影響を与えない対称性を有している点である。これは、整流ダイオードＤ１、Ｄ２他から成る整流回路部の入力側のＡＣ電源間のどこにもダイオードが接続されていないためである。
【００１７】
第３に、図示しないが、リレーＲＹ１の接点ＲＹａがＡＣ１００ＶのＨ極側に接続されていると、リレー接点ＲＹａの接点融着保護回路の構成が簡単になる点である。
このように従来の採暖用温度制御器は、機能面では温度制御と安全保護機能を兼ね備えた優れた構成になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
近年、電気毛布や電気カーペットに於いて大面積化とともに視覚や感触の面から生地やカバーが厚手になる一方、コストの面からは単位面積当たりのコード状発熱線の布線密度は少なめにすると云う市場要求が強く、必要な表面温度を維持するために発熱素線の加熱温度は高目になり、この発熱素線が終端接続される温度制御器を収納するケース内の温度上昇が増加し、体感的に違和感が生じたり安全上の不安感が生じたりする点が問題になってきた。
【００１９】
この問題を回避するため、温度制御器自身の発熱を抑制するため、図３に示す採暖用温度制御器に於いては、最大電流を消費するリレーＲＹ１の駆動電圧を上げ、減電圧抵抗器Ｒ５の発熱を抑制しており、その状況は次の通りである。
【００２０】
リレーＲＹ１が安価な汎用普及形のＤＣ１２Ｖ駆動の場合、その駆動電流は１７ｍＡ程度であり、減電圧抵抗器Ｒ５の消費電力は５００ｍＷ以上となり、温度制御器収納ケース内の温度上昇を激増させ実用性は不可能に近い。しかし、リレーＲＹ１がＤＣ１００Ｖ駆動の場合、その駆動可能電流は一般に３．５〜５ｍＡ程度であり、減電圧抵抗器Ｒ５の消費電力は３０ｍＷ程度で実用的である。
【００２１】
ここで、リレーＲＹ１を駆動するための周辺部品について説明する。
リレーＲＹ１がＤＣ１２Ｖ駆動の場合、電解コンデンサＣ２は耐圧３５Ｖ、容量１００μＦ程度の普及形、トランジスタＱ１もＶｃｅｏ＝５０Ｖ、Ｉｃ＝１００ｍＡ程度の汎用普及形で十分である。しかし、リレーＲＹ１がＤＣ１００Ｖ駆動の場合、電解コンデンサＣ２は耐圧２５０Ｖ、容量４．７μＦ、トランジスタＱ１もＶｃｅｏ＝３００Ｖ、Ｉｃ＝５０ｍＡと高耐圧の性能が必要である。
【００２２】
ＤＣ１００Ｖリレーや高耐圧の電解コンデンサ及びトランジスタは、市場に於いて電気カーペット以外の用途は少なく専用部品化しており、高価である上に入手が容易でなく、経済的に極めて不利な状態が継続してきた。
【００２３】
加えて、このようなリレー駆動部の発熱抑制対策が成されても、前記以外に図３の温度制御器を動作させるためには、ツェナー・ダイオードＺＤ１のアイドル電流と温度制御部とを合わせ概ね６ｍＡ程度の電流が必要であり、交流半波が加わる減電圧抵抗器Ｒ１の消費電力は２００ｍＷ近いと見積もられ、温度制御器収納ケース内の温度上昇を増加させる大きな要因となっている。
【００２４】
これらの問題を解決するために図３の発展形として図４に示すコンデンサ入力形電源を用いた回路構成が考えられる。
【００２５】
図３に示した整流回路部の前段に、図４に示す位置と方向でコンデンサＣｆとダイオードＤｆを接続するものである。これは、コンデンサ入力形電源の標準的接続形式であり、Ｃｆをフィルム・コンデンサとし、その容量を１．８μＦ（１２５ＶＡＣ）程度、Ｄｆを降伏電圧６．２Ｖ〜３０Ｖのツェナー・ダイオード、平滑用電解コンデンサＣ２を耐圧３５Ｖ、容量２２０μＦ程度に選択すれば、整流ダイオードＤ１及び減電圧抵抗器Ｒ５を介し平滑電圧Ｖｃｃ２としてＤＣ５Ｖ〜ＤＣ２４Ｖ程度は容易に得られ、特にＤｆを降伏電圧１５Ｖのツェナー・ダイオードにすれば、ＤＣ１２Ｖ駆動リレーＲＹ１を十分駆動することができる。
【００２６】
この動作条件に於いて、減電圧抵抗器Ｒ５を３３Ω程度にすると、その消費電力は１１ｍＷ程度である。又、整流ダイオードＤ１、減電圧抵抗器Ｒ１、及び降伏電圧６．２Ｖのツェナー・ダイオードＺＤ１により直流安定化電圧Ｖｃｃ１＝６．２Ｖが温度制御部に供給されるが、この場合の減電圧抵抗器Ｒ１の消費電力は３６ｍＷ程度である。
【００２７】
上記のように、図４に示すコンデンサ入力形の電源にすれば、汎用普及形で安価なＤＣ１２Ｖ駆動リレーＲＹ１と平滑用電解コンデンサＣ２及びリレー駆動用トランジスタＱ１を利用できるうえに、消費電力は２９０ｍＷ程度に抑制することができ、安価な部品を用いながら温度制御器自身の消費電力を著しく抑制することが可能となる。
【００２８】
しかしながら、図４に於いて、ＡＣ電源のＮ極が正になる半サイクルでは、「Ｎ極→
Ｄｆ → Ｄ１ → Ｒ１ → Ｒ２ → Ｄ３ → ＲＦ１ → Ｆ１ → Ｈ極」の経路で電流が流れてしまい、温度制御を大幅に狂わせるとともに、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１を加熱させ、初めからある程度の線間短絡保護機能が働く。そのため短期間のうちに温度ヒューズＦ１を溶断すると云う重大欠点があり実用性は否定される。
【００２９】
本発明は上記問題を解決するもので、その目的は、コンデンサ入力形の電源を利用しても線間短絡保護機能を確実に確保でき、温度制御器自身の消費電力も抑制して高い安全性を担保するとともに安価な部品を使用できる経済的に優れた採暖用温度制御器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の採暖用温度制御器は、分圧抵抗器と温度検知素線との接続点の電圧により発熱素線の上昇温度を検知し、所定温度に達したときリレー接点により前記発熱素線の電源を遮断することによりユーザが設定する温度に調整する温度制御部を有し、前記発熱素線と前記温度検知素線が熱可塑性樹脂部材により分離されるコード状発熱線の温度制御器において、交流全波の電力制御を担う前記リレー接点の一端に、前記発熱素線の一端が接続され、前記リレー接点の他端と、前記温度検知素線の両端にそれぞれアノードが接続された第１と第２のダイオードのカソードを接続し、該接続点に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続される該温度ヒューズ一体形抵抗器の他端と、第３のダイオードのカソードとの３点を交流電源の一端に接続し、前記発熱素線の他端と、前記第３のダイオードのアノードにコンデンサの一端が接続される該コンデンサの他端との２点を前記交流電源の他端に接続するとともに前記第３のダイオードの両端に整流回路部を含む前記温度制御部を接続してなり、前記交流電源の他端が正の半サイクルになった場合、該正の半サイクル中の前記コンデンサが充電する期間に前記整流回路部の入力端間に前記第３のダイオードの電圧降下分のみを印加し、かつ、前記交流電源の他端，前記発熱素線，前記熱可塑性樹脂部材，前記温度検知素線，前記第１および第２のダイオード，前記温度ヒューズ一体形抵抗器，温度ヒューズおよび前記交流電源の一端で形成される線間短絡保護経路に前記交流電源の半波電圧を印加可能にして前記熱可塑性樹脂部材が略短絡状態になったとき、前記温度ヒューズを溶断させるように構成し、消費電力を抑制しつつ前記温度制御部へ十分な電流を供給することを特徴とする。
【００３１】
本発明による請求項２記載の採暖用温度制御器は、請求項１記載の採暖用温度制御器に於いて、前記発熱素線は巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされ、前記熱可塑性樹脂部材は前記発熱素線上に密着配置され略１３０℃から１９０℃間の温度で溶融する高分子層であり、前記温度検知素線は前記高分子層の外周に一定のピッチで螺旋巻きされ、前記温度検知素線上に該温度検知素線を絶縁する被覆層を具備したことを特徴とする。
【００３２】
本発明による請求項３記載の採暖用温度制御器は請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、前記第３のダイオードは、整流ダイオードまたはツェナー・ダイオードであることを特徴とする。
【００３３】
本発明による請求項４記載の採暖用温度制御器は請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする。
【００３４】
以下、本発明の構成を詳細に説明する。
本発明による温度制御器の回路を図２に示す。
図２が図４に比較し異なっている部分は、コンデンサＣｆの位置をＡＣ電源のＮ極側に移動し、コンデンサ入力形の標準的接続形式とは逆順序の構成としている点である。
【００３５】
これにより、ＡＣ電源のＮ極側が正の半サイクルになったとき、コンデンサＣｆは充電期間に当たり、整流回路部の入力側はダイオードＤｆ（第３のダイオード）の順方向電圧降下分しか電圧印加されない。そのため、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１には殆ど電流は流れず加熱は起きない。
【００３６】
しかし、大もとのＡＣ電源から見ると、コンデンサＣｆが半波のＡＣ１００Ｖで充電されるので、それに同期して「ＡＣ電源のＮ極 → 発熱素線２ → 高分子層３ → 温度検知素線４→ Ｄ３（第１のダイオード）、Ｄ４（第２のダイオード） → ＲＦ１
→ Ｆ１ → Ｈ極」を結ぶ線間短絡保護経路には半波のＡＣ１００Ｖが印加された状態で生きており、保護機能は問題なく維持されている。なお、温度ヒューズＦ１の接続位置は、加熱用抵抗器ＲＦ１と熱的に結合されているのでＮ極側であっても構わない。
【００３７】
ここで重要な点は、線間短絡保護回路を具備しながらコンデンサ入力形の電源にする場合、ダイオードＤｆが整流回路部の入力側に接続されているため、コンデンサＣｆがＡＣ電源のＨ極側に接続される場合と、Ｎ極側に接続される場合とで対称性を有する動作とならないことであり、本発明の核心である。
これは、図３に示した抵抗入力形の電源の場合、減電圧抵抗器Ｒ１がＨ極側に接続される場合とＮ極側に接続される場合とで対称性を保って動作をするのと大きな違いである。
【００３８】
本発明にかかるコード状発熱線に用いられる芯線は、ポリエステル繊維束、ポリイミド繊維束、ガラス繊維束などであるが、耐熱性、柔軟性及びコストの面からポリエステル繊維束が好適である。用途に応じて耐熱性、柔軟性に優れた繊維束であれば特に限定されないし、また多種繊維の混合束であってもよい。
【００３９】
本発明のコード状発熱線に用いられる所定のピッチで螺旋巻きされた発熱素線は、材質として純銅線や銅と錫の合金線、及び銅と銀の合金線などがある。形状は丸線状や薄板状にすることも可能であり、それらは単線のままであったり、撚線にされたり、または多条に引き揃えられて螺旋巻きされたりするが、所定の寸法で所定の抵抗値を得るために条件の選択は何ら限定されるものではない。
【００４０】
本発明にかかるコード状発熱線に用いられる高分子層は、塩化ビニル樹脂やポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂やこれら各樹脂の共重合体などの熱可塑性樹脂からなるが、電気毛布や電気カーペットなどの製品の表面温度やコード状発熱線の耐熱温度に対し、高分子層の溶融温度は１３０℃以上１９０℃以下が良く、好ましくは１５０℃〜１７０℃で比較的急な溶融特性を示すポリアミド樹脂やポリアミド・エラストマーまたはそれらの混和物が好適である。
【００４１】
ここで、高分子層の溶融温度が１３０℃以下では、通常の温度制御に於いて発熱素線のピーク温度が瞬間的に１２０℃付近まで上昇する場合があり、これが繰り返し発生すると短期間で発熱素線と温度検知素線が短絡してしまう可能性が高くなり、１９０℃以上では、発熱素線の過熱が進み発煙やコゲの発生が増加するので適切ではない。
【００４２】
本発明に用いられるダイオードＤｆは、ツェナー・ダイオードが一般的であるが、整流ダイオードも利用できる。しかし、前記Ｄｆが整流ダイオードの場合、リレーＲＹ１がＯＦＦのとき、図２のＶｃｃ２電圧がＡＣ電源近くまで上昇するので、電解コンデンサＣ２やトランジスタＱ１は、図３の従来例で示したような高耐圧形が必要になる。これを避けるためには、リレーＲＹ１に印加される電圧をＤＣ１２Ｖにするツェナー・ダイオードなどの電圧レギュレータの接続が必要になるが、温度制御部に供されるＶｃｃ１電圧との兼ね合いを考慮した合理的な設計ができる場合は効果的である。
【００４３】
高分子層の外周に螺旋巻きされた温度検知素線は、正の温度係数を有する金属線であれば特に限定されない。金属の中では温度係数が比較的高めで、伸線加工や巻線加工などの機械的ストレスを受けても抵抗値や温度係数が安定しているニッケルが利用され、ニッケルは正の温度係数を有し温度対抵抗特性が直線的で再現性に優れ経時変化の少ない温度検知素線として好適である。
【００４４】
温度検知素線の外周に密着して電気絶縁性が高くしなやかで且つ安価な塩化ビニル樹脂などの絶縁被覆層が押出し成形などにより形成されコード状発熱線とされる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明による採暖用温度制御器によれば、電源はコンデンサ入力形であるので、ある程度大きめの電流を取り出しても、電源自身の消費電力は極めて少ないうえに、減電圧抵抗器の消費電力も従来より大幅に削減しながら普及形汎用部品を使用できるため、経済効果は極めて大きいと言える。
【００４６】
また、コンデンサとダイオードの位置関係を、標準的接続形式とは逆位置に接続するコンデンサ入力形の電源を構成することにより、従来の線間短絡保護回路の接続構成をそのまま利用できるので、長年にわたり実証された信頼性の高い線間短絡保護機能を継承できる。
【００４７】
更に、ＡＣ電源の極性とリレーの接点、及び発熱素線の接続関係も従来と同一にできるので、従来から実用化されてきた各種の保護回路や付随回路を若干変更する程度で継承できる。
【００４８】
本発明による採暖用温度制御器によれば、高分子層の溶融温度が１３０℃以上１９０℃以下、好ましくは１５０℃以上１７０℃以下の高分子樹脂から形成されているので、用途に応じて適切な材質を選択することにより、最終的な過熱防止機能を柔軟に確保することができる。
【００４９】
本発明による採暖用温度制御器によれば、コンデンサ入力形の電源を構成するダイオードは、全体の回路構成を見ながらツェナー・ダイオードでも整流ダイオードでも選択できる柔軟性を確保することができる。
【００５０】
本発明によるコード状発熱線によれば、温度検知素線は正の温度係数を有する金属線で温度係数は小さいが、温度対抵抗特性が直線的で経時変化が非常に小さいので、精密で安定で再現性に優れた温度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による採暖用温度制御器に適用されるコード状発熱線の構造を説明するための図である。
【図２】本発明による採暖用温度制御器の実施形態を示す回路図である。
【図３】従来例１及び従来例２にかかる抵抗入力形の電源を用いた温度制御器の一例を示す回路図である。
【図４】当初発明者が構想したコンデンサ入力形の電源を用いた温度制御器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図面などを参照して本発明による採暖用温度制御器の実施の形態を更に詳しく説明する。なお、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の内容に限定されるものではない。特に、回路接続の極性反転については、同義と看做されるものである。
図１は、本発明による採暖用温度制御器に適用されるコード状発熱線の一方端を示すもので、絶縁被膜層，高分子層などを一部省略して示した図である。
【００５３】
このコード状発熱線１Ｈは、ガラス繊維またはポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅または銅合金の平角導体を螺旋状に捻回した発熱素線２と、発熱素線２の外周に高分子樹脂を押出し成形してなる高分子層３と、高分子層３の外周には一定のピッチで螺旋巻きされた温度検知素線４と、最外周にポリ塩化ビニル等を押出し成形した絶縁被覆層５とから構成されている。
【００５４】
ここで、高分子層３はポリアミド樹脂の中でも吸水率の小さいナイロン１２が好ましく、これに各種のポリアミド・エラストマーや可塑剤及び耐熱安定剤などを混合し、ニーダーまたは押出機で混練してナイロン１２混和物のペレットが得られる。ペレットは、押出機により発熱素線２の外周に所定の厚さで押出成形され高分子層３が形成される。
【００５５】
また、絶縁被覆層５のポリ塩化ビニル樹脂混和物に含まれる可塑剤が高分子層３へ移行するのを防止するため、温度検知素線４と絶縁被覆層５の間にポリエステルテープを縦添え形成したバリア層を設けてもよい。
【００５６】
つぎに図１に示したコード状発熱線の実施の形態について測定内容およびその測定結果を説明する。
図１に示した実施の形態についての諸データは次の通りである。
巻芯１の材質 ：ポリエステル繊維束
発熱素線２の材質 ：銅錫合金
発熱素線２の寸法 ：断面０．０６×０．４２ｍｍ、ピッチ０．８６ｍｍ
高分子層３の材質 ：ナイロン１２混和物
高分子層３の寸法 ：厚さ０．３３ｍｍ
温度検知素線４の材質 ：ニッケル
温度検知素線４の寸法 ：断面径φ０．０８ｍｍ、ピッチ０．８６ｍｍ
絶縁被覆層５の材質 ：ポリ塩化ビニル樹脂混和物
絶縁被覆層５の寸法 ：厚さ０．４ｍｍ
【００５７】
尚、ポリ塩化ビニル樹脂混和物は、耐熱グレードのポリ塩化ビニル樹脂を用いた電源電線用の市販の混和物である（ＶＭ−１６３、アプコ製）。
ポリアミド樹脂は、市販のナイロン１２（３０２０Ｘ１５、ＵＢＥ製）及びポリアミド１２エラストマー（９０５５Ｘ１、ＵＢＥ製）を使用した。
【００５８】
図２及び図３の回路図に於いて、表１に示すように、コンデンサ入力形の電源による２種類のリレーを使った実施例１および実施例２と、抵抗入力形電源による２種類のリレーを使った従来例１および従来例２について、温度制御動作に好適な回路定数を選んだ。
各実施例、各従来例に共通する回路定数は、Ｒ２＝１．５ＫΩＦ、Ｒ３＝４７０ΩＦ、Ｒ４＝１０ＫΩＪ、ＺＤ１＝６．２Ｖ、Ｃ１＝１００μＦ（１６Ｖ）、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は整流ダイオード１Ｎ４００４、ＲＦ１＝１８０Ω（３Ｗ）、Ｆ１＝１０Ａ（２５０Ｖ）の通りである。
【表１】
【００５９】
また、図１に示す構造のコード状発熱線１Ｈは、電気カーペット用として３６ｍの長さに切断され、その端末は温度制御器の所定の端子に接続される。３６ｍのコード状発熱線１Ｈは、交差しないよう広げられ、上下をフェルトなどの断熱材で覆われ測定に供される。
【００６０】
以下、各項目の測定結果は以下の通りである。
［温度制御の測定］
温度検知素線の平均温度が６５℃で制御されるよう、予め電圧比較器Ｕ１のプラス入力電圧Ｖｒｅｆを設定し、通電により温度制御されたコード状発熱線１Ｈの中央位置の表面に直接温度センサを接触させて温度を測定し、その結果が表２に示されている。
【表２】
【００６１】
［回路部品の消費電力の測定］
回路部品のうち、表１に示す消費電力の大きい部品の電力（実効値）を測定し、その結果が表２に示されている。
【００６２】
［短絡・溶融試験］
図２及び図３の回路図に於いて、温度検知素線４の一端に接続されたダイオードＤ４のアノードと発熱素線２の一端であるＡＣ電源のＮ極を強制的に短絡させ、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器ＲＦ１を加熱させ、温度ヒューズが溶断するまでの時間を測定し、その結果が表２に示されている。
【００６３】
このような測定結果からつぎのような評価をすることができる。
［温度制御の評価］
表２の表面温度のバラツキの程度によれば、実施例と従来例間の温度検知素線４の抵抗値や温度係数のバラツキは目につかず、また温度制御器の動作についても入力電源の方式やリレーの種類による違いは見られず安定な結果が得られ、本発明による温度制御は従来に遜色ないことが実証できた。
【００６４】
［回路部品の消費電力の評価］
表２の消費電力の合計によれば、従来例１に比べ、実施例１は大幅な消費電力削減になっており、従来例２で示すように、抵抗入力形電源でＤＣ１２Ｖリレーを使うことは、消費電力の面でまったく不可能であるが、コンデンサ入力形の電源ではそれが可能であることを実証できた。なお、コンデンサＣｆの入手可能な容量ステップは間隔が大きく、リレー駆動電圧に対し好適な値を選択するのは煩雑であるが、合致性がよければ大幅な消費電力削減が可能である。
【００６５】
［短絡・溶融試験の評価］
表２の溶融時間のバラツキによれば、実施例１，２による溶断時間と、従来例１，２による溶断時間の値に大きな差はなく、本発明による線間短絡保護機能は実績のある従来の機能を十分継承していることを実証できた。
【００６６】
以上説明したように本発明によれば、コンデンサ入力形の電源を用いた温度制御器であってコンデンサＣｆをＮ極側のラインに挿入する構成を採用することにより供給電流を増やしても温度制御器自身の消費電力を抑制しつつ、長年にわたり実証された信頼性の高い線間短絡保護機能を確実に確保して高い安全性を継承できるとともに、安価な汎用部品を使用でき経済的に優れた採暖用温度制御器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線の温度制御器である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 巻芯
１Ｈ コード状発熱線
２ 発熱素線
３ 高分子層（熱可塑性樹脂部材）
４ 温度検知素線
５ 絶縁被覆層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分圧抵抗器と温度検知素線との接続点の電圧により発熱素線の上昇温度を検知し、所定温度に達したときリレー接点により前記発熱素線の電源を遮断することによりユーザが設定する温度に調整する温度制御部を有し、前記発熱素線と前記温度検知素線が熱可塑性樹脂部材により分離されるコード状発熱線の温度制御器において、
交流全波の電力制御を担う前記リレー接点の一端に、前記発熱素線の一端が接続され、
前記リレー接点の他端と、
前記温度検知素線の両端にそれぞれアノードが接続された第１と第２のダイオードのカソードを接続し、該接続点に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続される該温度ヒューズ一体形抵抗器の他端と、
第３のダイオードのカソードと、
の３点を交流電源の一端に接続し、
前記発熱素線の他端と、
前記第３のダイオードのアノードにコンデンサの一端が接続される該コンデンサの他端と、
の２点を前記交流電源の他端に接続するとともに前記第３のダイオードの両端に整流回路部を含む前記温度制御部を接続してなり、
前記交流電源の他端が正の半サイクルになった場合、該正の半サイクル中の前記コンデンサが充電する期間に前記整流回路部の入力端間に前記第３のダイオードの電圧降下分のみを印加し、かつ、前記交流電源の他端，前記発熱素線，前記熱可塑性樹脂部材，前記温度検知素線，前記第１および第２のダイオード，前記温度ヒューズ一体形抵抗器，温度ヒューズおよび前記交流電源の一端で形成される線間短絡保護経路に前記交流電源の半波電圧を印加可能にして前記熱可塑性樹脂部材が略短絡状態になったとき、前記温度ヒューズを溶断させるように構成し、
消費電力を抑制しつつ前記温度制御部へ十分な電流を供給することを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項２】
請求項１記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記発熱素線は巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされ、
前記熱可塑性樹脂部材は前記発熱素線上に密着配置され略１３０℃から１９０℃間の温度で溶融する高分子層であり、
前記温度検知素線は前記高分子層の外周に一定のピッチで螺旋巻きされ、
前記温度検知素線上に該温度検知素線を絶縁する被覆層を具備したことを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項３】
請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記第３のダイオードは、整流ダイオードまたはツェナー・ダイオードであることを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項４】
請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項１】
分圧抵抗器と温度検知素線との接続点の電圧により発熱素線の上昇温度を検知し、所定温度に達したときリレー接点により前記発熱素線の電源を遮断することによりユーザが設定する温度に調整する温度制御部を有し、前記発熱素線と前記温度検知素線が熱可塑性樹脂部材により分離されるコード状発熱線の温度制御器において、
交流全波の電力制御を担う前記リレー接点の一端に、前記発熱素線の一端が接続され、
前記リレー接点の他端と、
前記温度検知素線の両端にそれぞれアノードが接続された第１と第２のダイオードのカソードを接続し、該接続点に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続される該温度ヒューズ一体形抵抗器の他端と、
第３のダイオードのカソードと、
の３点を交流電源の一端に接続し、
前記発熱素線の他端と、
前記第３のダイオードのアノードにコンデンサの一端が接続される該コンデンサの他端と、
の２点を前記交流電源の他端に接続するとともに前記第３のダイオードの両端に整流回路部を含む前記温度制御部を接続してなり、
前記交流電源の他端が正の半サイクルになった場合、該正の半サイクル中の前記コンデンサが充電する期間に前記整流回路部の入力端間に前記第３のダイオードの電圧降下分のみを印加し、かつ、前記交流電源の他端，前記発熱素線，前記熱可塑性樹脂部材，前記温度検知素線，前記第１および第２のダイオード，前記温度ヒューズ一体形抵抗器，温度ヒューズおよび前記交流電源の一端で形成される線間短絡保護経路に前記交流電源の半波電圧を印加可能にして前記熱可塑性樹脂部材が略短絡状態になったとき、前記温度ヒューズを溶断させるように構成し、
消費電力を抑制しつつ前記温度制御部へ十分な電流を供給することを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項２】
請求項１記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記発熱素線は巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされ、
前記熱可塑性樹脂部材は前記発熱素線上に密着配置され略１３０℃から１９０℃間の温度で溶融する高分子層であり、
前記温度検知素線は前記高分子層の外周に一定のピッチで螺旋巻きされ、
前記温度検知素線上に該温度検知素線を絶縁する被覆層を具備したことを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項３】
請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記第３のダイオードは、整流ダイオードまたはツェナー・ダイオードであることを特徴とする採暖用温度制御器。
【請求項４】
請求項１または２記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする採暖用温度制御器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７３７５８（Ｐ２０１３−７３７５８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１４２６（Ｐ２０１１−２１１４２６）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５０７０８９５２８）香港塔祈巴那電器有限公司 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５０７０８９５２８）香港塔祈巴那電器有限公司 (5)
【Ｆターム（参考）】
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