JP2008061903A - 電気機器の制御方法とそれに用いる安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実異常に繋がる制御の応答不良を基に、実異常に関連する回路を開成して、実異常への移行の早期回避と補修なしでのユーザの再使用防止とが図れるようにする。
【解決手段】電気機器を動作制御する制御手段３４ａが制御を行ったときの応動不良に対し、制御手段３４ａは手動復帰機能型または復帰機能なしの感熱開成要素７５を、それに並設した発熱体７６に通電し発熱させることにより開成させて少なくとも応動不良に関連する給電回路７７を開成することにより、上記の目的を達成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱源を持つなどした電気機器一般の制御方法とそれに用いる安全装置に関するものである。

加熱源を持った電気機器、例えば電気ポットや電気炊飯器などでは、何らかの制御異常や動作異常によって異常過熱となった場合に温度ヒューズが溶断して電源を断ち、焼け焦げや発火などの原因になったりまわりに影響したりしないようにすることがなされている（例えば、特許文献１、２参照。）。

また、別に、温度ヒューズとしての低融点金属および発熱体と、電圧を検知して前記発熱体に通電する検知素子とを持ち、任意の電圧を検知して低融点金属を溶断させられるようにした保護素子も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平８−２１５０４６号公報 特開２０００−１３９７０８号公報 特開平７−１５３３６７号公報

しかし、特許文献１、２に記載のような温度ヒューズは、電気機器が使用不能になるかそれに近いダメージを伴なう異常過熱状態、つまり実異常状態で働かせるもので、使用上の安全は図れても機器の安全を図れず、多くの場合廃品となってしまう。これに温度ヒューズの早期溶断を図って対応し補修ができるようにしても、ダメージが大きい割に対応が早期に過ぎ、補修の大きさに比して利益にはあまりならないなど問題の解決にはあまりならない。また、特許文献３に記載のものは検知素子が発熱体に通電する電圧の検知レベルを種々に設定できるものの、電圧の検知レベルが実異常レベルとなるので、異常と正常との判断基準設定に前記温度ヒューズと同様な問題を持っているといえる。

ところで、本発明者は、制御基板が水に濡れてマイクロコンピュータなどの制御手段が加熱源への通電をオン、オフするリレーをオフできなかったり、このリレーが溶着していてオフできなかったりして、加熱源が異常過熱してしまい特許文献１、２に記載のような温度ヒューズが溶断することのあることを経験し、これへの対応につき種々検討した。

その結果、このような制御手段による制御対象の応動が不良で電気機器がダメージを受ける実異常の原因となることは、非常に稀であるし、対症ごとに予想されることから、制御手段が判別機能を維持している間そのような応動不良を自動判定して、従来の温度ヒューズのように実異常となるまで待たずに給電を停止して、使用継続による実異常への移行と、給電停止後の補修なしでのユーザの再使用と、の阻止が図れる技術を想到するに至った。

本発明の目的は、このような新たな知見および想到に基づき、実異常に繋がる制御の応答不良を基に給電を停止して、実異常への移行の早期回避と補修なしでのユーザの再使用防止とが図れる電気機器の制御方法とそれに用いる安全装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するため、本発明の電気機器の制御方法は、電気機器を動作制御する制御手段が制御を行ったときの応動不良に対し、制御手段は手動復帰機能型または復帰機能なしの感熱開成要素を、それに並設した発熱体に通電し発熱させることにより開成させて少なくとも応動不良に関連する給電回路を開成することを特徴としている。

このような構成では、制御手段が電気機器の動作を制御する際に応動不良があれば、手動復帰機能型または復帰機能なしの感熱開成要素を、それに並設されている発熱体に通電し発熱させることにより開成させて、少なくとも応動不良に関連する給電回路を開成して給電を停止するので、制御に対する応動不良があるのに電気機器が使用し続けられること、および感熱開成要素の手動復帰や取り替えに伴なう応動不良部の取り替えといった補修なしにユーザが再使用するような不具合を防止することができる。しかも、制御に対する応動不良は特定の原因別にて生じるので実異常を加熱手段の昇温につき閾値を下げて一律に見る場合のような補修をしても頻繁に再発する不具合が回避される。また、感熱開成要素は特許文献１、２に記載の温度ヒューズのように電気機器の加熱源の近くに配置する必要はないので、ユーザが補修できるような場所を避けて異常過熱に対応できる利点がある。

このような制御方法は、電気機器を制御する制御手段を搭載した制御基板上に、制御手段が制御を行ったときの応動不良に対し制御手段による通電制御を受けて発熱する発熱体の回路と、この発熱体の発熱によって給電回路を開成する感熱開成要素の回路とを設けたことを特徴とする電気機器の安全装置によって実現することができ、特に、制御基板上に制御手段と共に基板の製造時点で同時に搭載されて安価に実現するし、制御基板の設置位置またはおよび制御基板への感熱形成要素の設置向きや位置の違いによってユーザによる不用意な補修や改造が行われなくすることができる。

制御は、電気機器の実異常に関連する制御対象に対するものである、さらなる構成では、
電気機器の実異常となる原因に対して実異常への移行を早期に停止させられる。

制御対象は、電気機器の少なくとも加熱源への給電をオン、オフするスイッチング手段である、さらなる構成では、
加熱源への給電をオン、オフするスイッチング手段の何らかの理由によるオフ制御不良が原因した電気機器での異常過熱の実異常に対し、加熱源とは別の低発熱量の発熱体とそれに応動する低融点の温度ヒューズや低温度応答型のものとで低電流、低電圧にて対応することができる。

発熱体と感熱開成要素とは、直接または熱伝導部材を介し熱結合されている、さらなる構成では、
発熱体の熱を感熱開成要素に確実に作用させて応答させられる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。本発明の各特徴は可能な限りそれ単独で、あるいは種々な組合せで複合して採用することができる。

本発明の制御方法によれば、制御手段が電気機器の動作を制御する際の応動不良時に感熱開成要素をそれに並設の発熱体の通電、発熱にて開成させて、応動不良に関連する給電を停止して、応動不良のまま電気機器が使用し続けられる不具合、および補修なしにユーザが再使用するような不具合を防止し、電気機器およびその使用の安全と、軽度な補修による再使用が図れる。しかも、実異常を加熱手段に原因した昇温につき閾値を下げて一律に見る場合のような補修による再使用時にも異常状態が生じやすくなるようなことがなく、電気機器の信頼性が向上する。また、感熱開成要素はユーザによる不用意な補修を避け易い位置に設けられる利点がある。

以下、本発明に係る電気機器の制御方法とそれに用いる安全装置の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明し本発明の理解に供する。

本実施の形態の電気機器は図１に示すような電気ポットの場合の一例である。しかし、これに限られることはなく、マイクロコンピュータなどの制御装置によって動作制御を行う種々な電気機器一般に本発明は適用して有効である。図１に示す電気ポットは、ステンレス鋼製の内筒４と外筒５により構成される金属製の真空二重容器３を断熱内容器として採用し、内筒４内の内容液を加熱するように真空二重容器３の一重底部３ｃに当てがったヒータ１１を備え、これらを外装ケース２に収容して器体１を構成している。しかし、真空二重容器３の胴部が外部に露出して器体１を構成するようにしたものも提供されている。真空二重容器３の一重底部３ｃには内容液を器体１外に吐出する吐出路２５が接続され、この吐出路２５は真空二重容器３と外装ケース２との間を立ち上がり、器体１の前部に吐出口２５ｄが臨んでいる。吐出路２５の途中には電動ポンプ２６が設けられ、内容液を電動にて吐出できるようにしている。これに併せ、真空二重容器３の口部３ａに通じる器体１の開口１２を開閉できるように覆う蓋１３に手動のベローズポンプ５０が設けられ、押圧板６１による押圧操作で真空二重容器３内に加圧空気を吹き込み内容液を加圧して吐出路２５を通じ押し出し外部に吐出させられるようにしている。

吐出路２５の立ち上がり部２５ａは透明管としてそこでの液量が器体１の図２に示す液量表示窓６２から透視できるようにしている。これに併せ、吐出路２５の立ち上がり部２５ａの上部に吐出流によって回転する羽根１２５ａとこの羽根１２５ａの回転数を検出するフォトカプラ１２５ｂとからなる流量センサ１２５を設け、吐出の開始、終了、吐出流量、吐出量、残量などが自動的に検出できるようにしている。

また、器体１に収容した操作部や初期設定にて設定された動作モードに従った動作制御を行うのに図１、図３に示すようなマイクロコンピュータ３４ａを搭載した制御基板３４を図１に示すように縦置きするなどして設けているが、これもハード回路を含めた種々な機器を採用した制御手段とすることができるし、どのように設置してもよい。操作部は器体１の上端部前方へ例えば嘴状に突出した突出部３１の上面に設けた操作パネル３２で構成してあり、その内側に設けられる操作基板３３上の各種スイッチ類を、操作パネル３２に一体形成した樹脂ばねや別体に設けられたキー部材による操作手段によって個々に押動してオン操作できるようにしているが、これも、本発明の本質的なものではなく具体的な構成は特に問うものではない。マイクロコンピュータ３４ａは真空二重容器３内の内容液温度を検出する温度センサ２９からの温度情報の基に湯沸しや通常保温、通常保温よりも低い温度での省エネ保温などの制御を行うようにしている。温度センサ２９は真空二重容器３におけるヒータ１１を当てがっている一重底部３ｃの中央に、個別に当てがってヒータ１１からの熱影響なしに内容液温度を検出しやすくしてある。なお、省エネ保温としては加熱を行わないで断熱容器である真空二重容器３の保温力に頼った魔法瓶保温をも選択することができる。

なお、操作パネル３２は特に図示しないが、例えば、中央部に設定保温温度や現在温度、現在動作モード、あるいは危険報知や必要操作の促しなどを画面表示する液晶表示部、そのまわりに貯湯内容液を吐出して給湯を行う吐出キー、吐出キーによる吐出操作をロックまたはロック解除するロック・解除キー、省エネモードを手動設定する省エネキー、通常保温、省エネ保温中に再沸騰を行う再沸騰キー、通常保温モードでの９８度保温や９０度保温の別、タイマ設定時間の別などを選択する選択キー、吐出操作があったときの吐出量を設定する計量カップキー、および設定数値をアップダウンするアップキー、ダウンキーを有している。また、ランプ表示としてはロック解除ランプ、吐出ランプ、省エネランプなどがＬＥＤなどを利用して設けてあり、内側の操作基板３３と協働して機能する。

ところで、このような電気ポットでは何らかの理由でヒータ１１への通電が制御できず通電しっ放しになるなどして異常過熱となり、内部が焼け焦げたり発火してまわりに危険をもたらすことが考えられることから、そのような異常過熱に際して溶断する図１に示すような温度ヒューズ７１が設けられ、その溶断によってヒータ１１への通電を断つようにされている。この温度ヒューズ７１は図１に示すようにヒータ１１の背部に設けた遮熱板７３に板ばね７２で押し付けるなどして取り付けヒータ１１の近傍に位置し、ヒータ１１の異常昇温に対する応答性を確保される。

しかし、このような異常過熱は制御基板３４が水に濡れてマイクロコンピュータ３４ａなどの制御手段が図３に示す加熱源であるヒータ１１への通電をオン、オフするリレー７４をオフできなかったり、このリレー７４が溶着していてオフできなかったりして、ヒータ１１が異常過熱するといった場合に、このようなマイクロコンピュータ３４ａによる制御対象であるリレー７４の応動が不良で電気ポットがダメージを受ける実異常の原因となることが高い確度で予想され、マイクロコンピュータ３４ａが判別機能を維持している間そのような事態を自動判定して、実異常となるまで待たずに給電を停止することにより、使用継続による実異常への移行と、給電停止後の補修なしでのユーザの再使用とを阻止できるようにする。

具体的には、図３に示すように電気ポットを動作制御するマイクロコンピュータ３４ａが制御を行ったときのリレー７４などの応動不良に対し、マイクロコンピュータ３４ａは手動復帰機能型または復帰機能なしの感熱開成要素７５を、それに並設した発熱体７６に通電し発熱させることにより開成させて少なくともリレー７４の応動不良に関連する給電回路７７を開成する。このように、マイクロコンピュータ３４ａが電気ポットの動作を制御する際にリレー７４に応動不良があれば、感熱開成要素７５を、それに並設されている発熱体７６に通電し発熱させることにより開成させて、少なくともリレー７４の応動不良に関連する給電回路７７を開成して給電を停止するので、制御に対するリレー７４の応動不良があるのに電気ポットが使用し続けられること、および感熱開成要素７５の手動復帰や取り替えに併せ、応動不良部であるリレー７４の取り替えといった補修なしにユーザが再使用するような不具合と、を防止することができる。しかも、制御に対するリレー７４の応動不良は非常に稀な特定の原因にて生じるので実異常をヒータ１１の昇温につき閾値を下げて一律に見る場合のような補修をしても頻繁に再発する不具合はない。また、感熱開成要素７５は温度ヒューズ７１のように電気ポットのヒータ１１の近くに配置する必要はないので、ユーザが補修できるような場所を避けて異常過熱に対応できる利点がある。

もっとも、温度ヒューズ７１は有効であり、上記のようなマイクロコンピュータ３４ａにおいて実異常への移行が予想できる応答不良以外で生じてしまう何らかの理由による万一の場合の異常過熱に際して応答することで電気ポットの使用の安全が従来通り最終的に図れる。

このような制御方法を実現するのに、本実施の形態の電気ポットでは図１、図３に示すように、電気ポットを制御するマイクロコンピュータ３４ａを搭載した制御基板３４上に、マイクロコンピュータ３４ａが制御を行ったときのリレー７４の応動不良に対しマイクロコンピュータ３４ａによる通電制御を受けて発熱する発熱体７６の回路７９と、この発熱体７６の発熱によって給電回路７７を開成する感熱開成要素７５の回路７７ａとを設けた安全装置８１を構成し採用している。このようにすると、安全装置８１は制御基板３４上にマイクロコンピュータ３４ａと共に制御基板３４の製造時点で同時に搭載されて安価に実現するし、制御基板３４の図１に示すような設置位置や、制御基板３４が器体１の底部側の回路ボックス内に設けられて底蓋８２などを取り外すと露出してしまうような配置であっても、その制御基板３４の上面側に安全装置８１を搭載しておくなどして、ユーザによるバイパス接続など不用意な補修や改造が行われなくすることができる。つまり、メーカ側での適切な補修のもとにしか再使用されなくすることができ使用および電気ポットの安全が確保できる。

特に、ヒータ１１への給電をオン、オフするスイッチング手段としてのリレー７４の何らかの理由によるオフ制御不良が原因した電気ポットでの異常過熱の実異常に直接応動させる温度ヒューズ７１の場合に比し、ヒータ１１とは別の低発熱量の発熱体７６とそれに応動する低融点の温度ヒューズや低温度応答型の感熱開成要素７５とで低電流、低電圧にて対応することができる。また、従来から採用している温度ヒューズ７１はヒータ１１の近くに設置するものの、取り付け位置や取り付け状態によって異常過熱への応答性にバラツキが生じやすく、取り付け条件決定のために何回も確認検査する必要があったが、制御基板３４上に並設する発熱体７６と感熱開成要素７５との関係がばらつきにくく安定した動作が得られるので信頼性の高いものとなる。しかも、発熱体７６は専用のあるいは既設の抵抗を利用することができるが、感熱開成要素７５を発熱体７６と熱結合させるのに図４に示すように金属板などの熱伝導板８３によりそれらを熱結合した、あるいは図５に示すように互いに接触させて仮想線で示すような被覆材８４にて被覆して熱結合させるなどして一体化した部品とすることで、それらの間の熱特性はさらに安定したものとなる。図５に示すように被覆材８４により熱結合させるにはシュリンク包装手法を採用すればまわりとの絶縁性をも満足して簡易に実現する。また、発熱体７６と感熱開成要素７５を絶縁材料を介して熱結合させる場合、その絶縁材料をシリコンなどの熱伝導性の高いものを採用すれば有利である。また、図４に示す抵抗７６ａと復帰機能なしの温度ヒューズ７５ａとの組み合わせである発熱体７６と感熱開成要素７５との間に絶縁が必要なときは温度ヒューズ７５ａの側にシリコンなどの絶縁チューブを被せて抵抗の側と接触させればよい。さらに、発熱体７６と感熱開成要素７５とが制御基板３４に搭載しにくいか、搭載が不利や問題を招くような場合は、独立の基板に搭載して結線することもできる。なお、図５に示す場合は抵抗７６ａである発熱体７６と手動復帰型サーミスタ７５ｂである手動復帰機能型の感熱開成要素７５とを組み合わせたものとしてある。手動復帰型サーミスタ７５ｂである感熱開成要素７５は手動復帰のための図に示すような操作部７５ｃを持ち、感熱により開成した後その操作部７５ｃを操作することで復帰させられる。しかし、これら復帰や取替えに伴い必ずその原因となったリレー７４などの取り替えといった補修を併せ行うことを必須となるので、このような補修が行われないか、行われても適正でないことが見込まれるユーザ側での補修は避けなければ成らず、その設置個所や設置状態を既述したように工夫する必要がある。

ところで、このように応答不良に対応する制御は、電気ポットを含む各種電気機器での実異常の原因となり、実異常への移行に関連する制御対象の応動不良一般に適用して有効であり、同一電気機器での複数の原因に対応することもできる。

そこで、図３に示すようなバックアップ電源８５にてバックアップした記憶手段８６を利用してマイクロコンピュータ３４ａが応答不良として発熱体７６を通電し発熱させるときの応答不良である制御対象や、それに対する制御内容などを記憶手段８６に記憶しておいてメーカ側で補修する際にそれを読み出せば、安全装置８１が働いたことによる補修箇所候補が複数ある場合でも、その時々の安全装置８１の復帰に併せ必須となる補修箇所、補修内容が明確になるので、補修に便利である。

ここで、図３に示すマイクロコンピュータ３４ａによる制御例について説明すると、図６に主な制御のメインルーチンを示しているように、電源オンによって初期設定が行われた後、各種センサや操作による入出力の処理が行われる。次いで、入出力およびそれに伴う動作制御に関した表示処理が行われる。続いて、初期沸騰や再沸騰を図る沸騰処理、９８度や９０度での通常保温や、それよりも低く、加熱停止をも含む手動設定および設定での省エネ保温を行う保温処理が行われる。さらに、導出操作による導出処理、マイクロコンピュータ３４ａによる制御に対する実異常の原因になったり、実異常への移行が予想される応答不良に対し安全装置８１を事前動作させる応答不良処理、その他の処理が行われる。そこで、何らかの異常による異常信号がなく、電源がオフされない限り、それ以降、入出力処理以下の処理が繰り返される。

図６の応答不良処理のサブルーチンの具体例は図７にリレー７４を制御対象とした場合を代表して示してあり、まず、２秒ごとに温度センサ３０の検出温度をモニタし、前回温度よりも高くなっているときだけ、ヒータ１１のオフ指令中、従ってリレー７４のオフ指令中かどうかを判定する。ここでオフ指令中であるとリレー７４が応答不良であると判定する。判定が応答不良であるとその時の制御対象がリレー７４であることを記憶しておき、使用不可、実異常を予測しての事前処理中であることの操作パネル３２への表示やブザーなどによる警告を行うのに併せ、安全装置８１の発熱体７６に通電し、感熱開成要素７５が感熱開成する設計時間に対して安全を見込んだ所定時間か、あるいは温度センサ３０の検出温度が前回温度に対し順次に降温しているかの判定などによって処理の終了を確認するまで、表示、警告、発熱体７６への通電を続け、処理の終了が確認されると発熱体７６への通電を停止して、事前処理終了、メーカ側出の補修必要を表示、警告するようにしている。表示、警告にユーザが気付き電源への接続を解除した時点で制御は停止する。

本発明は各種電気機器のダメージとなる実異常の原因になったり、実異常に移行したりする制御の応答不良の段階で、事前に対処できる。

本発明の実施の形態に係る電気ポットの１つの例を示す前後方向での断面図である。 図１の電気ポットの半部を断面して見た正面図である。 図１の電気ポットの制御回路の主なブロック図である。 発熱体および感熱開成要素の１つの組み合わせ例を示す斜視図である。 発熱体および感熱開成要素の別の組み合わせ例を示す斜視図である。 図３の制御回路による主な動作制御の例を示すメインルーチンのフローチャートである。 図６のメインルーチンにおける応答不良処理サブルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ 器体
２ 外装ケース
３ 真空二重容器
１１ ヒータ
２９ 温度センサ
３２ 操作パネル
３３ 操作基板
３４ 制御基板
３４ａ マイクロコンピュータ
７１ 温度ヒューズ
７４ リレー
７５ 感熱開成要素
７５ａ 温度ヒューズ
７５ｂ 手動復帰型サーミスタ
７５ｃ 操作部
７６ 発熱体
７６ａ 抵抗
７７、７７ａ、７９ 回路
８１ 安全装置
８２ 底蓋
８３ 熱伝導板

Claims (5)

1. 電気機器を動作制御する制御手段が制御を行ったときの応動不良に対し、制御手段は手動復帰機能型または復帰機能なしの感熱開成要素を、それに並設した発熱体に通電し発熱させることにより開成させて少なくとも応動不良に関連する給電回路を開成することを特徴とする電気機器の制御方法。
2. 制御は、電気機器の実異常に関連する制御対象に対するものである請求項１に記載の電気機器の制御方法。
3. 制御対象は、電気機器の少なくとも加熱源への給電をオン、オフするスイッチング手段である請求項２に記載の電気機器の制御方法。
4. 電気機器を制御する制御手段を搭載した制御基板上に、制御手段が制御を行ったときの応動不良に対し制御手段による通電制御を受けて発熱する発熱体の回路と、この発熱体の発熱によって給電回路を開成する感熱開成要素の回路とを設けたことを特徴とする電気機器の安全装置。
5. 発熱体と感熱開成要素とは、直接または熱伝導部材を介し熱結合されている請求項４に記載の電気機器の安全装置。

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