JPH088041A - 耐久性ｉ線式絶縁電熱線応用制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁電熱線の耐用寿命の延長を図れる耐久性
Ｉ線式絶縁電熱線応用制御装置を提供する。 【構成】 発熱のための絶縁電熱線１の内部導体７への
通電を周期的に所定時間比率でON・OFF させるスイッチ
ング手段２と、絶縁電熱線１の設定温度に対応する設定
サーミスタ電流値を記憶する記憶手段３と、記憶手段３
からの設定サーミスタ電流値と高分子半導体８から出力
されたサーミスタ電流値とを比較してサーミスタ電流値
が設定サーミスタ電流値を越えたか否かを判別する判別
手段４と、サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を
越えた判別結果が判別手段４から入力されることにより
スイッチング手段２の通電ON時間を所定比率まで下げる
と共にサーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値以下と
なった判別結果が判別手段４から入力されることにより
スイッチング手段２の通電ON時間を所定比率まで上げる
通電時間変更手段５と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気毛布や電気カーペ
ット等に用いられる耐久性Ｉ線式絶縁電熱線応用制御装
置及び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、主として電気毛布、電気カーペッ
トや電気布団などに配線される絶縁電熱線は、図８と図
９に示すように、ヒータとしての発熱線ａと温度センサ
ーとしての検知線ｂの２本で構成されるいわゆる「II線
式」のものが一般的であり、この２本ａ，ｂの一部を密
着させて、通電により発熱する発熱体ｆの温度を検知線
ｂに熱伝導させている。

【０００３】この検知線ｂでは、電極ｃ，ｄの間に、温
度上昇により電気抵抗が低下しサーミスタ電流が増加す
る高分子半導体ｅを、介在させてあり、このサーミスタ
電流の変化を利用し、従来、次のようにして、絶縁電熱
線が設定温度となるように、その発熱温度の制御を行な
っていた。

【０００４】即ち、発熱体ｆの発熱によるサーミスタ電
流の変化を電極ｃ，ｄを通じて図示省略の制御回路にて
検出し、そのサーミスタ電流値が上記設定温度に対応す
る設定サーミスタ電流値に至れば、リレースイッチをOF
F して通電を停止し、逆にサーミスタ電流値が設定サー
ミスタ電流値以下になれば、リレースイッチをONして通
電を開始し、設定温度に制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような２
本の線ａ，ｂ構成される絶縁電熱線では、発熱体ｆの周
囲の高温溶融絶縁体ｇ，信号体ｈ及び外装絶縁体ｉと、
高分子半導体ｅの周囲の電極ｄ，セパレータｊ，外装絶
縁体ｋを介して、発熱体ｆの温度を高分子半導体ｅに熱
伝導させているため、両者ｆ，ｅの間に大きな熱抵抗が
生じる。しかも、図10に示すように、電気カーペットで
は、２本の発熱線ａに対して１本の検知線ｂを配置する
隔列配線となっている。

【０００６】そのため、高分子半導体ｅで、発熱体ｆの
正確な温度を検出することができず、発熱体ｆの温度が
上昇し過ぎた状態───これを局部保温という───を
つくりだす。また、熱抵抗により、図11に示すように、
55℃の設定温度に制御しようとしても、発熱体ｆの実際
のピーク温度は80℃を越えてしまう。

【０００７】この検知線ｂに内蔵する高分子半導体ｅ
は、耐熱性が施されていないため、80℃を越えた時点で
急速に熱劣化して、サーミスタ電流を不安定にし、セン
サー機能を喪失する。そのため、上述のように発熱体ｆ
の温度が上昇し過ぎると、高分子半導体ｅの劣化を促進
し、検知線ｂとしての寿命を縮める問題がある。例え
ば、２〜３年の使用で温度制御機能が衰える。

【０００８】しかも、発熱体ｆを設定温度に制御するた
めに必要な温度の変動幅が、熱抵抗のために大きなもの
となる。その結果、リレースイッチのON・OFF の繰り返
しが粗くなり、このような絶縁電熱線を用いた電気カー
ペット等の表面では、発熱線ａの真上の高温部と、そう
でないところの差が大きくなる問題がある。

【０００９】なお、温度制御システムが故障し、発熱線
ｆに通電し続けて異常高温が生じた場合には、高温溶融
絶縁体ｇが溶融し、発熱体ｆと外部導体ｈが短絡して、
温度ヒューズが溶断して電源が切れるようになっている
が、この場合には、電気カーペットは再使用できない。

【００１０】また、制御装置（コントローラー）と絶縁
電熱線の接続箇所も多くなり───例えば、２畳用の電
気カーペット等の場合、発熱線４箇所、検知線２箇所の
合計６箇所───、図10の如く発熱線ａと検知線ｂを均
一に密着させて正確に配線しなければならず、手間が掛
かる問題がある。

【００１１】そこで、本発明は、上記問題点を解決する
耐久性Ｉ線式絶縁電熱線応用制御装置及び制御方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、通電により発熱する内部導体と、該内部
導体を被覆すると共に温度上昇にともなってサーミスタ
電流が増加する高分子半導体と、該高分子半導体へ巻回
される外部導体と、を備えた絶縁電熱線の発熱温度を制
御する装置であって、上記内部導体への通電を周期的に
所定時間比率でON・OFF させるスイッチング手段と、絶
縁電熱線の予め設定された発熱温度に対応する設定サー
ミスタ電流値を記憶する記憶手段と、該記憶手段からの
設定サーミスタ電流値と通電OFF 時に上記内部導体と外
部導体を通じて高分子半導体から出力されたサーミスタ
電流値とを比較して該サーミスタ電流値が設定サーミス
タ電流値を越えたか否かを判別する判別手段と、サーミ
スタ電流値が設定サーミスタ電流値を越えた判別結果が
該判別手段から入力されることにより上記スイッチング
手段の通電ON時間を所定比率まで下げると共に該サーミ
スタ電流値が設定サーミスタ電流値以下となった判別結
果が該判別手段から入力されることにより該スイッチン
グ手段の通電ON時間を所定比率まで上げる通電時間変更
手段と、を備えたものである。

【００１３】また、発熱とその温度検出に兼用される一
本の絶縁電熱線における発熱温度を制御する方法であっ
て、発熱のための該絶縁電熱線への通電を周期的に所定
時間比率でON・OFF させ、該絶縁電熱線の検出温度が設
定温度を越えると、通電ON時間を所定比率まで下げると
共に、該検出温度が設定温度以下になると、通電ON時間
を所定比率まで上げるものである。

【００１４】

【作用】絶縁電熱線の発熱温度を設定温度に制御するに
は、スイッチング手段にて、内部導体への通電を所定周
期でON・OFF させて、絶縁電熱線を発熱させると共に、
判別手段にて、通電OFF 時に高分子半導体のサーミスタ
電流値を設定サーミスタ電流値と比較して、発熱温度が
設定温度を越えているか否かを判別する。このとき、サ
ーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越えていれ
ば、内部導体への通電ON時間を通電時間変更手段にて所
定比率まで下げて、発熱温度が設定温度まで迅速に下が
るように制御する。また、サーミスタ電流値が設定サー
ミスタ電流値以下となっていれば、通電ON時間を所定比
率まで上げて、発熱温度を設定温度まで迅速に上げるよ
うに制御する。

【００１５】この絶縁電熱線では、発熱体として使用さ
れる内部導体と、温度センサーとして使用される高分子
半導体とを、その間に熱抵抗を生じさせるものを介さ
ず、直接接触させた構造としているので、内部導体の発
熱温度を正確に検出でき、内部導体を設定温度に制御す
るために必要なピーク温度が低く抑えられて、局部保温
と高分子半導体の劣化を防止し得る。

【００１６】

【実施例】以下実施例を示す図面に基づいて本発明を詳
説する。

【００１７】図１は、電気毛布や電気カーペット等に配
線される絶縁電熱線１の温度制御に用いられる本発明の
耐久性Ｉ線式絶縁電熱線応用制御装置の一実施例であ
り、この制御装置は、スイッチング手段２と、記憶手段
３と、判別手段４と、通電時間変更手段５と、を備えて
いる。

【００１８】しかして、図１と図２に示すように、絶縁
電熱線１は、強靱で耐熱性に優れた合成樹脂繊維等から
なる芯体６と、芯体６の周囲へスパイラルに巻回される
と共に通電により発熱する内部導体７と、内部導体７を
被覆して導通すると共に温度変化に応じてサーミスタ電
流を発生させる高分子半導体８と、高分子半導体８の周
囲へスパイラルに巻回されて導通する外部導体９と、外
部導体９を被覆するセパレータ10と、セパレータ10の周
囲を被覆する外装絶縁体11と、からなる。

【００１９】内部導体７は、耐酸化性を有する電気硬銅
線の丸線又は箔線に錫めっきしたもの等からなり、高分
子半導体８のサーミスタ電極として機能すると共に、電
源12との通電により発熱体（ヒータ）として機能する。

【００２０】高分子半導体８は、温度上昇にともなって
電気抵抗（インピーダンス）が小さくなって、サーミス
タ電流が増加する特性を有しており、内部導体７の発熱
温度を検知する温度センサーとして機能する。

【００２１】この高分子半導体８には、ポリビニルクロ
ライドをベースとした化合物等の経年耐久性に優れた素
材を用いる。このような素材を用いれば、従来よりも高
分子半導体８の寿命が延び、例えば、100 ℃・100 Ｖの
雰囲気で12000 時間───12年の使用期間に相当する─
──劣化しない。

【００２２】外部導体９は、内部導体７と同様の素材か
らなる高分子半導体８のサーミスタ電極で、高分子半導
体８のサーミスタ電流を判別手段４に送る信号体として
機能する。

【００２３】セパレータ10は、ポリエチレンテレフタレ
ート等の合成樹脂等からなり、外装絶縁体11が及ぼす化
学的・物理的影響から高分子半導体８を守るための分離
層として機能する。

【００２４】外装絶縁体11は、ポリビニルクロライドを
ベースとした耐熱性配合の高分子化合物等からなり、外
部導体９を絶縁すると共に、絶縁電熱線１の全体を保護
する機能をもつ。

【００２５】このように、本発明で温度制御される絶縁
電熱線１では、発熱体として使用される内部導体７と、
温度センサーとして使用される高分子半導体８は、その
間に熱抵抗を生じさせるものを介さず直接接触している
ので、内部導体７の発熱温度を正確に検出でき、感度が
良い。

【００２６】図３は、電気カーペット等への絶縁電熱線
１の配線の一例を示しており、図10に示す従来の絶縁電
熱線と比べて明らかなように、本発明では、２本の線を
均一に密着させて正確に配線するような作業が不要とな
り、配線作業に手間がかからず、制御装置（コントロー
ラー）と絶縁電熱線１の接続箇所も、例えば２畳用の電
気カーペットの場合で４箇所となり、少なくて済む。

【００２７】また、図１，図４及び図５に示すように、
スイッチング手段２は、内部導体７への通電を周期的に
所定時間比率でON・OFF させる。この通電ON・OFF の周
期Ｔを短くし、通電ON時には内部導体７を発熱体として
使用し、通電OFF 時には内部導体７を高分子半導体８の
電極として内部導体７の発熱温度の検出に使用する。こ
の通電ON・OFF の周期Ｔは、20秒以下好ましくは10秒以
下とする。

【００２８】記憶手段３は、絶縁電熱線１の予め設定さ
れた発熱温度に対応する設定サーミスタ電流値を記憶す
る。判別手段４は、記憶手段３からの設定サーミスタ電
流値と通電OFF 時に内部導体７と外部導体９を通じて高
分子半導体８から出力されたサーミスタ電流値とを比較
してサーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越えた
か否かを判別する。

【００２９】通電時間変更手段５は、サーミスタ電流値
が設定サーミスタ電流値を越えた判別結果が判別手段４
から入力されることによりスイッチング手段２の通電ON
時間を所定比率まで下げると共にサーミスタ電流値が設
定サーミスタ電流値以下となった判別結果が判別手段４
から入力されることによりスイッチング手段２の通電ON
時間を所定比率まで上げる。

【００３０】これらの手段２，３，４，５は、トランジ
スタ，サイリスタ，ダイオード等の電子素子、及びマイ
クロプロセッサ，メモリ，インターフェイス等からなる
マイクロコンピュータ等にて構成される。その一例を図
７に示す。同図におけるマイクロコンピュータ13は、所
定のプログラムに基づいて動作し、絶縁電熱線１の設定
温度に対応する設定サーミスタ電流値をメモリに記憶し
たり、通電OFF 時に高分子半導体８から出力されたサー
ミスタ電流値を読み込んだりする。

【００３１】なお、マイクロコンピュータ13を使用する
ことで、温度設定、変更、面切り替え（左右ヒータ切り
替え）、通電ON・OFF 等はタクトスイッチで行えるの
で、単価が高く接触不良になりやすい接点開閉容量の大
きな電源用切り替えスイッチ、面切り替えスイッチ、ボ
リューム等を主回路から省くことができる。

【００３２】しかして、上述の如く構成された制御装置
にて、発熱とその温度検出に兼用される一本の絶縁電熱
線１における発熱温度を制御するには、図１と、図４〜
図６に示すように、発熱のための絶縁電熱線１への通電
を周期的に所定時間比率でON・OFF させ、絶縁電熱線１
の検出温度が設定温度を越えると、通電ON時間を所定比
率まで下げると共に、検出温度が設定温度以下になる
と、通電ON時間を所定比率まで上げて、絶縁電熱線１の
発熱温度を設定温度に制御する。

【００３３】具体的には、内部導体７への通電をスイッ
チング手段２にて所定周期ＴでON・OFF させると共に、
通電OFF 時に（図４の符号Ｔs で示すタイミングでもっ
て）、内部導体７の発熱温度に対応する高分子半導体８
のサーミスタ電流値を、判別手段４に入力する。

【００３４】このサーミスタ電流値が、動作開始初期に
おいて、設定サーミスタ電流値に至るまでは、即ち、冷
えていた絶縁電熱線１が内部導体７の発熱により設定温
度になるまでは、内部導体７への通電を所定時間比率で
ON・OFF し、サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値
を越えると、即ち、検出温度が設定温度を越えると、、
内部導体７への通電ON時間を通電時間変更手段５にて所
定比率まで下げて、発熱温度が設定温度まで迅速に下が
るように制御する。この場合の時間比率の一例をあげる
と、（ON：OFF ）＝（5.5 秒：4.5 秒）である。

【００３５】また、サーミスタ電流値が設定サーミスタ
電流値以下となると、即ち、検出温度が設定温度以下に
なると、通電ON時間を所定比率まで上げて、発熱温度を
設定温度まで迅速に上げるように制御する。

【００３６】上述の制御により、絶縁電熱線１を設定温
度に維持するために必要な内部導体７の温度の変動幅が
小さくなってピーク温度を低く抑えることができる。例
えば、本発明の制御によれば、設定温度が55℃の場合
に、ピーク温度が57℃で済み、従来（図11参照）と比べ
て大幅にピーク温度を下げることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成されているの
で、次に記載するような著大な効果を奏する。

【００３８】（請求項１の制御装置では、）発熱体とし
て使用される内部導体７と、温度センサーとして使用さ
れる高分子半導体８との間に熱抵抗がないので、内部導
体７の発熱温度を正確に検出でき、かつ、絶縁電熱線１
の全長にわたって温度センサーである高分子半導体８が
存在するので、内部導体７のピーク温度を低く抑えるこ
とができると共に、局部保温の場合でも異常温度を確実
に検出して、絶縁電熱線１の熱劣化を防止でき、耐用寿
命の大幅な延長を図り得る。

【００３９】さらに、内部導体７への通電のON・OFF を
短い周期で繰り返すことにより、平均化された電力を供
給し、電気カーペット等の表面温度のバラツキを小さく
抑えることができる。また、絶縁電熱線１は、１本で、
発熱機能と、温度検知機能の両機能を具備する「Ｉ線
式」であるので、絶縁電熱線１全体の材料コスト及び加
工工数を削減できる。

【００４０】（請求項２の制御方法では、）通電ON時間
の比率を変更するという簡単な方法で絶縁電熱線１の温
度制御を容易に行える。しかも、絶縁電熱線１の発熱温
度は、通電ON時間の比率の変化に追従して確実に上下す
るので、絶縁電熱線１の発熱温度を、応答性良く高精度
に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】絶縁電熱線の断面図である。

【図３】絶縁電熱線を配線した状態の平面図である。

【図４】通電と温度検知の関係等を示すタイムチャート
図である。

【図５】本発明の制御による絶縁電熱線の温度変化を示
すグラフ図である。

【図６】温度制御の動作を示すフローチャート図であ
る。

【図７】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図８】従来の絶縁電熱線を示す要部側面図である。

【図９】従来の絶縁電熱線の断面図である。

【図10】従来の絶縁電熱線の配線図である。

【図11】従来の制御による絶縁電熱線の温度変化を示す
グラフ図である。

【符号の説明】

１ 絶縁電熱線 ２ スイッチング手段 ３ 記憶手段 ４ 判別手段 ５ 通電時間変更手段 ７ 内部導体 ８ 高分子半導体 ９ 外部導体

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電により発熱する内部導体７と、該内
   部導体７を被覆すると共に温度上昇にともなってサーミ
   スタ電流が増加する高分子半導体８と、該高分子半導体
   ８へ巻回される外部導体９と、を備えた絶縁電熱線１の
   発熱温度を制御する装置であって、上記内部導体７への
   通電を周期的に所定時間比率でON・OFFさせるスイッチ
   ング手段２と、絶縁電熱線１の予め設定された発熱温度
   に対応する設定サーミスタ電流値を記憶する記憶手段３
   と、該記憶手段３からの設定サーミスタ電流値と通電OF
   F 時に上記内部導体７と外部導体９を通じて高分子半導
   体８から出力されたサーミスタ電流値とを比較して該サ
   ーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越えたか否か
   を判別する判別手段４と、サーミスタ電流値が設定サー
   ミスタ電流値を越えた判別結果が該判別手段４から入力
   されることにより上記スイッチング手段２の通電ON時間
   を所定比率まで下げると共に該サーミスタ電流値が設定
   サーミスタ電流値以下となった判別結果が該判別手段４
   から入力されることにより該スイッチング手段２の通電
   ON時間を所定比率まで上げる通電時間変更手段５と、を
   備えたことを特徴とする耐久性Ｉ線式絶縁電熱線応用制
   御装置。
2. 【請求項２】 発熱とその温度検出に兼用される一本の
   絶縁電熱線１における発熱温度を制御する方法であっ
   て、発熱のための該絶縁電熱線１への通電を周期的に所
   定時間比率でON・OFF させ、該絶縁電熱線１の検出温度
   が設定温度を越えると、通電ON時間を所定比率まで下げ
   ると共に、該検出温度が設定温度以下になると、通電ON
   時間を所定比率まで上げることを特徴とする耐久性Ｉ線
   式絶縁電熱線応用制御方法。