JPH054569B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は電気コタツの温度制御装置に関する。

(ロ) 従来の技術 従来より電気コタツの温度制御はヒーターに直
列接続したサーモスタツトにより行つていたが、
この場合、ヒーターへの通電当初においてサーモ
スタツトによる設定温度が「強」、「中」、「弱」の
如何なる位置に設定されていたとしてもコタツ内
温度が設定温度に達するまではヒーターが最大定
格電力で発熱し所謂立上がり特性の優れたもので
ある。この様な特性は例えば特に外気温が低い場
合や使用者が早く暖をとりたい場合には効果的で
あるが、一方温度制御は、コタツ内温度が設定温
度に達した後にサーモスタツトがON−OFFを行
なうことによつてなされるがON−OFFの間隔が
長く所謂デフアレンシヤルが大きくなつてコタツ
内温度が安定せず寒暖差が大きい欠点かあつた。
又、通電初期において、コタツ内温度が設定温度
に達した後であつても該設定温度よりも高くなり
所謂オーバーランを生じてコタツの各部、例えば
保護ガードの温度が高くなり火傷の危険を生ずる
と共に高温の輻射熱により足に痛みを感ずる欠点
があつた。

このため、実公昭51−21994号公報に示される
ようにコタツ内の温度を検出するサーミスタ、コ
タツ内温度を所望温度に設定するボリウム、ヒー
ターに直列接続したトライアツク等よりなる電子
回路を用いて、コタツ内温度が常に設定された所
望温度になるように正確に制御するものが用いら
れた。

しかしながら、この電子回路を用いた温度制御
ではサーモスタツトに見られるような立上がり特
性が得られず、例えば実公昭58−33499号公報で
は該公報の第５図の様にコタツ内の設定温度を
「高」、「中」、「低」に設定した場合において、
夫々の設定時における立上がり特性が異なり、特
に「低」の設定時には通電初期から設定温度に達
するまでに長時間を要する欠点があるため、夫々
の設定温度に応じた立上がり特性の改善を計つ
た。

ところが、前述の実公昭58−33499号公報では
その考案に基づく立上がり特性図を本公報と第２
図に示しているが、この特性図でも明らかなとお
り、各設定温度における立上がりは幾分改善され
ているがコタツ内の設定温度が「高」の場合は早
く、「低」の場合は遅い傾向がある。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記の種々の点を改良し、特にコタツ
内温度を如何なる温度に設定した場合であつても
同一の立上がり特性が得られ、又、コタツ内温度
が設定温度に達するまでに消費電力を低減してオ
ーバーランを防止し、設定温度に達した時に正確
な温度制御を行なう。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、加熱手段と、温度設定手段と、温度
検出手段と、第１モード及び第２モードを有し加
熱手段の通電率を制御する電力制御手段とを備
え、前記温度検出手段により検出した温度が、前
記レベル設定手段の検知レベル温度以下の時に加
熱手段を第１モードによる最大消費電力にて発熱
し、検知レベル温度以上で設定温度領域以下の時
に加熱手段を第１モードの電力よりも低い第２モ
ードによる電力にて発熱し、設定温度領域に達し
た時はその設定温度を保持する構成とする。

(ホ) 作用 通電初期に、温度設定手段により所望温度を設
定して、この設定後温度検出手段により検出した
コタツ本体内の温度と設定温度とを比較し、検出
温度が設定温度よりも低い検知レベル温度以下の
場合には電力制御手段の第１モードにより加熱手
段をその最大消費電力で発熱し、検出温度が検知
レベル温度以上で設定温度以下の時には電力制御
手段の第２モードにより加熱手段を第１モードの
電力よりも低い電力で発熱せしめ、検出温度が設
定温度に達した時は位相制御手段により設定温度
を保持する。

(ヘ) 実施例 本発明の実施例を図面に基づき説明する。１は
複数本の桟２……２を縦横に組合わせて枠体３を
構成し該枠体の角部に複数本の支持脚４……を固
定したコタツ本体で、前記枠体３の中央部に収納
部５を設けると共に該収納部に隣接して空所６を
設けている。

７は前記収納部５に収納固定するヒーターユニ
ツトで、取付枠体８と該枠体に固定した反射板９
と両端を前記取付枠体８の下面に固定した複数本
のランプヒータよりなる加熱手段１０，１０（以
下ヒータとする）と網目状の保混ガード１１と天
板１２とから構成している。１３は前記空所６に
収納した前記ヒータ１０，１０の加熱量を調節す
る電装ユニツトで、前記桟２を挿通したリード線
１４によりヒータ１０，１０に接続している。

次に第２図に示す概略電気回路図について説明
する。１５は交流電源、１６は交流波形の略０度
付近でパルスを発生するゼロクロスパルス発生手
段、１７は該パルス発生手段のパルスを若干遅ら
せて交流波形の略０度付近で出力するデイレイ手
段である。

１８はヒーターユニツト７の適所に取付けた負
特性のサーミスタよりなる温度検出手段（以下サ
ーミスタとする）で、前記コタツ本体１内の温度
を検出する。１９は前記ヒータ１０，１０の加熱
量を調節しコタツ本体１を所望温度に設定するボ
リウムよりなる温度設定手段（以下ボリウムとす
る）である。２０は該ボリウムとこのボリウムに
直列接続したコンデンサ２１を一辺とする回路と
前記サーミスタ１８とこのサーミスタに直列接続
した抵抗２２とからなるブリツジ回路、２３はコ
ンパレータよりなる比較手段で（以下第１コンパ
レータとする）、反転入力端子を前記サーミスタ
１８と抵抗２２の接続部に接続し非反転入力端子
を前記ボリウム１９とコンデンサ２１の接続部に
接続している。この第１コンパレータ２３はサー
ミスタ１８により検出した温度による電位（比較
電位）と前記ボリウム１９により設定された温度
に基づくコンデンサ２１の充電電位（基準電位）
を比較しコタツ本体１の温度が設定温度よりも低
い時、即ち、比較電位が基準電位よりも低い時に
出力する。

２４は前記デイレイ手段１７のパルス信号によ
り前記コンデンサ２１の充電電荷の放電を行う電
位降下手段（以下スイツチングトランジスタとす
る）で、コンデンサ２１の両端にエミツタとコレ
クターを接続している。

２５はコンパレータよりなる比較器（以下第２
コンパレータとする）で、反転入力端子を前記ボ
リウム１９とコンデンサ２１の接続部に接続し、
非反転入力端子を抵抗２６と抵抗２７間に接続し
ている。

２８は前記第２コンパレータ２５の出力信号の
立下がり時の信号を入力としてパルス信号を一定
時間（0.95ｍｓ）出力する第１タイマー手段、２
９は該第１タイマー手段と同様に前記第２コンパ
レータ２５の出力信号の立下がり時の信号を入力
として前記第１タイマー手段２８のパルス信号よ
りも長いパルス信号を一定時間（2.45ｍｓ）出力
する第２タイマー手段である。この第１及び第２
タイマー手段２８，２９は、デイレイ手段１７の
パルス信号によりスイツチングトランジスタ２４
がONした時点で第２コンパレータ２５の出力が
「Ｈ」となり、この信号の立下がり時に一定時間
出力する。

３０は前記第１コンパレータ２３の出力をＪ端
子に接続し前記第１タイマー手段２８の出力を
CLK端子に接続した第１フリツプフロツプ（第
1FFとする）、３１は前記第１コンパレータ２５
の出力をＪ端子に接続し前記第２タイマー手段２
９を出力をCLK端子に接続した第２フリツプフ
ロツプ（第2FFとする）、３２は前記ゼロクロス
パルス発生手段１６のパルス信号の立下がり時に
出力する第１ワンシヨツトマルチバイブレータ
（以下第1MV）、３３は前記第１タイマー手段２
８の出力信号の立下がり時に出力する第２ワンシ
ヨツトマルチバイブレータ（以下第2MV）、３４
は前記第１コンパレータ２３の出力によりパルス
信号を出力する第３マルチバイブレータ（第
3MV）、３５は前記第1FF３０のＱ端子と前記第
2FF３１のＱ端子を入力側に接続した第1ANDゲ
ート、３６は前記第1FF３０の端子と前記第
2FF３１のＱ端子を入力側に接続した第2ANDゲ
ート、３７は前記第1FF３０の端子と前記第
2FF３１の端子を入力側に接続した第3ANDゲ
ート、３８は前記第1ANDゲート３５の出力と前
記第1MV３２の出力を入力側に接続した第
4ANDゲート、３９は前記第2ANDゲート３６の
出力と前記第2MV３３の出力を入力側に接続し
た第5ANDゲート、４０は前記第3ANDゲート３
７の出力と前記第3MV３４の出力を入力側に接
続した第6ANDゲート、４１は前記第４、第５、
第6ANDゲート３８，３９，４０の出力の少なく
とも１つが「Ｈ」の時に出力するORゲートであ
る。

４２はヒータ１０，１０に直列接続したスイツ
チング素子（TAIACとする）、４３はベースを
前記ORゲート４１の出力に接続しコレクタを抵
抗４４を介して前記TAIAC４２のゲートに接続
しエミツタを接地した駆動トランジスタである。

前記抵抗２６，２７と第２コンパレータ２５と
第１、第２タイマー手段２８，２９と第１及び第
2FF３０，３１は前記ボリウム１９により所望温
度を設定したときにこの設定温度よりも低い検知
レベル温度を設定するレベル設定手段を構成す
る。

前記第４第5ANDゲート３８，３９と第１及び
第2MV３２，３３は電力制御手段を構成する。
そして、この電力制御手段はヒータ１０，１０を
その最大消費電力で発熱する第4ANDゲート３８
と第1MV３２とからなる第１モード（第４，５，
６図参照）と該第１モードの電力よりも低い電力
で発熱する第5ANDゲート３９と第2MV３３と
からなる第２モード（第４，５，６図参照）とを
備えている。

前記第6ANDゲート４０と前記第１コンパレー
タ２３の出力を直接入力として使用する第3MV
３４は位相制御手段を構成する。

次に第３図ａ乃至ｄに示す特性図について説明
する。ａはヒータ１０，１０の定格消費電力を
500Wとしブリツジ回路２０内の各部品の抵抗値
及びコンデンサ２１の値を実験的に求めた時のコ
タツ本体１内の温度イとサーミスタ温度ロを示す
もので、理想的にはある一定消費電力の時にサー
ミスタ温度ロとコタツ本体１内温度イは同一の線
形を示すのが望ましいが、図に示す様に実際には
サーミスタ１８はヒータユニツト７側の温度をも
検出するためコタツ本体１内の温度イよりは若干
高くなつている。従つて、通電当初にその定格消
費電力の全500Wでヒータ１０，１０を発熱する
とコタツ本体１内の温度イとサーミスタ温度ロの
温度差は一層大きくなる。

ｂはゼロクロスパルス発生手段１６からのパル
ス信号の時間によつて算式に基づき描かれる曲線
で、消費電力はパルス信号の時間が短かければ大
きく、長ければ小さくなる。

ｃコンデンサ２１の充電比率（Vc）とゼロクロ
スパルス発生手段１６からのパルス信号 の時間
によつて定まる曲線で、ボリウム１９の位置
（「高」、「中」、「低」）によつて変化する。すなわ
ち、「低」位置であればコンデンサ２１への充電
時間が長く、「高」位置であれば短かい。

ｄはサーミスタ１８の変化率（VTh）と温度
との関係を示したもので、前述のボリウム１９が
「低」の時に変化率（VTh）が0.44であつて、こ
の時のコタツ本体１内の温度イが一般に「低」温
度設定レベルとされている約34℃になり、「高」
の時に変化率（VTh）が0.76であつて、この時の
コタツ本体１内の温度イが一般に「高」温度レベ
ルとされている約67℃になる。

この様に第３図ａ乃至ｄは夫々が相関関係があ
り、ａの特性図を基準にしてｂ，ｃ，ｄを描き、
特にｃの曲線ではボリウム１９が「高」設定の場
合にはａに示すコタツ本体内の温度が「高」の安
定レベル（約67℃）になる点を定め、「低」設定
の場合にはａに示すコタツ本体内の温度が「低」
の安定レベル（約34℃）になる点を定めている。

次に動作について述べる。今コタツ本体１内を
「高」温度に設定したい場合には交流電源１５を
供給してボリウム１９を「高」位置に設定して抵
抗値を最少にする。前述のボリウム１９による温
度設定に伴ないコンデンサ２１の充電時間が決定
され充電により第３図のｃのVR1＝minの曲線を
描くことになり自動的に前述の設定温度よりも低
い検知レベル（第４図のＩ）が設定される。すな
わち、この検知レベルＩの設定は第２コンパレー
タ２５の反転入力時のレベルを変えることにな
り、この結果第１及び第２タイマー手段２８，２
９の動作タイミングがずれる。この時の検知レベ
ル温度は、設定温度安定領域に達する点を示し、
具体的には保護ガード１１が高温となり触れた時
に不快感を感じない温度（例えば約54℃）であ
り、オーバーランを生じない程度の温度である。

前述のボリウム１８による所望温度の設定に伴
ない、（VC）＞（VC）＞（VTh）の関係から第
１コンパレータ２３の比較電位は基準電位よ
りも低くなつているため、このコンパレータが出
力し第１及び第2FF３０，３１のＪ端子に入力
する。一方、交流電源波形に基づくゼロクロス
パルスは第1MV３２に入力されると共にデイ
レイ手段１７により若干遅れたパルスとなつて
スイツチングトランジスタ２４をONせしめコン
デンサ２１を放電する。この時、第２コンパレー
タ２５の出力が「Ｈ」となり、この出力は再びコ
ンデンサ２１が充電開始して第１コンパレータ２
３の基準電位と第２コンパレータ２５の基準電
位のレベルが反転した時にその出力が「Ｌ」と
なり第１、第２タイマー手段２８，２９が計時動
作を開始して、始めに第１タイマー手段２８の出
力が「Ｈ」から「Ｌ」に反転してその立下がり
時に第1FF３０のＱ端子を「Ｈ」とする。一
方、第２タイマー手段２９の出力は「Ｈ」から
「Ｌ」に反転して第2FF３１のＱ端子を「Ｈ」
とし、第1ANDゲート３５を動作せしめて、その
出力と第1MV３２の出力により第4ANDゲ
ート３８を動作せしめてORゲート４１を介しそ
の出力により駆動トランジスタ４３をONにし
てTRIAC４２をONしヒータ１０，１０を定格
電力にて発熱せしめる。この時、TRIAC４２は
交流電源波形の0°に近い付近にてONするため、
ヒータ１０，１０がその定格消費電力（概ね
500W）で発熱する（第６図第１モード）。

やがて、コタツ本体１内の温度が上昇し、この
温度上昇を検出したサーミスタ１８はその抵抗値
を徐々に低下せしめ第１コンパレータ２３の比較
電位が上昇し（VC）＞（VTh）＞（VC）と
なると、第１タイマー手段２８の出力の立下が
り時に第1FF３０のＱ、端子が反転し出力が
「Ｈ」となると共に第2ANDゲート３６の出力
が「Ｈ」となる。そして、検知レベル温度を設定
した第２タイマー手段２９の出力の立下がり時
と第１コンパレータ２３の比較電位と基準電位
が反転した時に出力が「Ｈ」になると共に交
流電源の次の半周期で出力する第１タイマー手段
２８により第2MV３３の出力を「Ｈ」として
第5ANDゲート３９を動作しORゲート４１を動
作してヒータ１０，１０の消費電力を定格消費電
力より低い約400Wとする。（第６図第２モード） そして、さらにコタツ本体１内の温度が上昇
し、やがて設定温度に近い領域（第４図、第６図
参照）に達すると、（VC）＜（VC）＜（VTh）
となり第１コンパレータ２３の基準電位と比較
電位のレベルが反転する位置が大きく変化しコ
ンデンサ２１の放電タイミングに近くなる。この
時には前述の電位の反転により第１コンパレータ
２３の出力が「Ｈ」であつたとしても、既に第
２タイマー手段２９の出力の立下がり時に第１
及び第2FF３０，３１の出力が反転しており、第
１及び第2ANDゲート３５，３６は動作せず、第
3ANDゲート３７が出力して第6ANDゲート４
０を出力し駆動トランジスタ４３をONにして
TRIAC４２を導通しヒータ１０，１０を位相制
御する。即ち、第3MV３４の出力は第１コン
パレータ２３の出力の変化のみに委ねられるた
め、第７図に示す第１コンパレータ２３の比較電
位と基準電位のレベルが反転する時点の出力
の変化によりヒータ１０，１０を約260W〜
165Wの範囲で制御する。

又、第６図の破線はコタツ本体１内を「低」温
度に設定した場合を示すもので、第２モードは約
260Wで発熱し、設定温度領域ではヒータ１０，
１０を約110W〜50Wの範囲で制御する。

第８図はボリウム１９による設定温度が「高」
の場合及び「中」の場合及び「低」の場合におけ
る第２モード時のタイムチヤートを示すもので、
夫々の設定温度に応じて電力が低減されることを
表わしている。これを、第３図ｃに基づいて述べ
ると、第２コンパレータ２５の出力が「Ｈ」か
ら「Ｌ」への立下がり時の信号により第１及び第
２タイマー手段２８，２９の動作時がVC＝0.2と
なり、この点X₀，Y₀，Z₀を基準にして第１タイ
マー手段２８の出力が反転した時、すなわち、
0.95ｍｓ後は「高」設定の場合には（Ｘ）とな
り、「中」の設定の場合には（Ｙ）となり、
「低」の設定の場合には（Ｚ）となる。さらに
第２タイマー手段２９の出力が反転した時、す
なわち、2.45ｍｓ後は「高」設定の場合は（Ｘ
）となり、「中」設定の場合は（Ｙ）となり、
「低」設定の場合は（Ｚ）となる。この第３図
ｃの図でも明らかな通り、「高」設定の場合は検
出レベル温度（Ｘ）をその曲線の設定温度より
もかなり早い時点に定めてオーバーランを防ぎ、
「低」設定の場合は検出レベル温度（Ｚ）をそ
の曲線の設定温度に比較的近い点に定めてできる
だけ設定温度に近い時点でヒータの消費電力を低
減しオーバーランをしない限度一杯に設定温度に
近づけている。

尚、「中」設定の場合の第２モードの消費電力
は約320Wであり、第２モード後は133W〜100W
で位相制御される。

(ト) 発明の効果 以上の様に本発明は、温度検出手段により検出
した温度が、レベル設定手段の検知レベル温度以
下の時に加熱手段を第１モードによる最大消費電
力にて発熱し、検知レベル温度以上で設定温度領
域以下の時に加熱手段を第１モードの電力よりも
低い第２モードによる電力にて発熱し、設定温度
領域に達した時には設定温度を保持するものであ
るから、コタツ本体内温度を如何なる温度に設定
した場合であつても同一の立上がり特性が得ら
れ、短時間でコタツ本体内を設定温度に到達せし
めることができる。又、通電当初の立上がり時に
おいて、設定温度領域に達するまでに消費電力を
低減するため、オーバーランを防止しコタツ本体
各部の異常高温及び痛みのある輻射熱を防止する
ことができる。さらに、コタツ本体内温度が安定
領域に達した時点では、雑音に影響のない周期で
位相制御ができランプヒータを用いたものにあつ
てはチラツキがなくなると共に正確な温度制御を
行なうことができる。又、温度設定手段により所
望温度を設定した時は、この設定温度に応じて電
力制御手段の第２モードの電力を低減するため、
夫々の設定状態での特性を最大限に生かすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度制御装置を実装した電気
コタツの断面図、第２図は同じく等価回路図、第
３図は温度の特性図で、ａ部分はコタツ本体内温
度とサーミスタ温度の関係図、ｂ部分は同じくゼ
ロクロス時間と消費電力との関係図、ｃ部分は同
じくボリウムによる設定値とコンデンサの充電比
率との関係図、ｄ部分は同じく温度とサーミスタ
の変化率との関係図、第４図はボリウムによりコ
タツ本体内温度を「高」に設定した場合のゼロク
ロス時間と電力及びコンデンサの充電比率との関
係図、第５図はコタツ本体内温度を「低」に設定
した場合の第４図と同様の関係図、第６図はコタ
ツ本体内温度と電力との対応図、第７図は第２図
に示す各部のタイムチヤート図であり、各点〜
の対応する部分の波形を示すタイムチヤート
図、第８図はボリウムによる設定温度が「高」、
「中」、「低」の場合の第２モード時のタイムチヤ
ート図を示すものである。 １……コタツ本体、１０，１０……加熱手段
（ヒータ）、１６……ゼロクロスパルス発生手段、
１８……温度検出手段（サーミスタ）、１９……
温度設定手段（ボリウム）、２０……ブリツジ回
路、２１……コンデンサ、２３……比較手段、２
５……比較器、２５，２８，２９，３０，３１…
…レベル設定手段を構成する第２コンパレータ、
第１及び第２タイマー手段、第１及び第2FF、３
２，３３，３８，３９……電力制御手段を構成す
る第１及び第２マルチバイブレータ、第４及び第
5ANDゲート、３４，４０……位相制御手段を構
成する第３マルチバイブレータ、第6ANDゲー
ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コタツ本体を加熱する加熱手段と、前記コタ
   ツ本体を所望温度に設定する温度設定手段と、前
   記コタツ本体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度設定手段により所望温度を設定したとき
   にこの設定温度よりも低い検知レベル温度を設定
   するレベル設定手段と、前記加熱手段をその最大
   消費電力で発熱する第１モードとこの第１モード
   の電力よりも低い電力で発熱する第２モードを有
   した加熱手段の通電率を制御する電力制御手段と
   を備え、前記温度検出手段により検出した温度
   が、前記レベル設定手段の検知レベル温度以下の
   時に加熱手段を第１モードによる電力にて発熱
   し、検知レベル温度以上で設定温度以下の時に加
   熱手段を第２モードによる電力にて発熱し、設定
   温度領域に達した時はその設定温度を保持する電
   気コタツの温度制御装置。 ２ 前記温度設定手段により所望温度を設定した
   時は、この設定温度に応じて電力制御手段の第２
   モードの電力を設定することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の電気コタツの温度制御装
   置。