JP2013038005A - コード状発熱線 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁被覆のない温度検知素線および過熱検知素線を高分子感熱層の外周に交互に一定の間隔で螺旋状に巻き、直流と交流電圧が重畳印加されても温度制御信号と過熱保護信号とを分離する回路を設けることにより、各々安定した温度制御信号と過熱防止信号を得ることができる、経済的に優れたコード状発熱線を提供する。
【解決手段】巻芯１に発熱素線２を螺旋状に巻回する。その回りに高分子感熱層３を形成し、その外周に過熱検知素線５と温度検知素線４を交互に一定のピッチ間隔で螺旋状に巻き、さらにその上に絶縁被覆層６を形成する。温度検知素線４からの電気信号から過熱検知素線５の電気信号を差し引くと交流インピーダンスが除去された温度制御信号が算出される。これにより温度検知素線４による温度制御および過熱検知素線５による過熱防止制御を高精度で行うことができる。
【選択図】図１

Description

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に関する。

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７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１０Ａと、巻芯１０Ａの外周に銅或いは銅合金の導体を螺旋状に捻回した発熱素線１０Ｂと、発熱素線１０Ｂの外周に高分子感熱樹脂を押出し成形してなる高分子感熱層１０Ｃと、高分子感熱層１０Ｃ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１０Ｄ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１０Ｆとからなっている。

なお、必要に応じて温度検知素線１０Ｄと絶縁被覆層１０Ｆ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１０Ｆ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１０Ｂと温度検知素線１０Ｄが逆配置のものや、温度検知素線１０Ｄが銅合金等で形成されているものが一部見受けられる。

ここで、高分子感熱層１０Ｃの温度に対する交流インピーダンス特性は、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の形を示し、感度性能を表すＢ定数は概ね８０００Ｋから１１０００Ｋ程度を有する。

また、温度検知素線１０Ｄ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。

このような構成のコード状発熱線１００に於いて、温度変化による抵抗値の変化は温度検知素線１０Ｄの両端から電気信号として取り出され温度制御用として利用される。

また、局部的な保温で高分子感熱層１０Ｃが局部過熱状態になった場合は、高分子感熱層１０Ｃのインピーダンスの急激な減少が、発熱素線１０Ｂと温度検知素線１０Ｄの間から電気信号として取り出され、過熱防止制御用として利用される。

更に、上記の各制御部が破損し制御不能に陥った場合は、発熱素線１０Ｂへの通電が連続となり全体が過熱状態になるので、高分子感熱層１０Ｃが固有の融点で溶融し、発熱素線１０Ｂと温度検知素線１０Ｄが接触し、電源とこの接触点を含むループに挿入されている温度ヒューズ一体型の加熱用抵抗が加熱され所定時間内に温度ヒューズ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。

このように従来のコード状発熱線１００は、個々の機能では温度制御と２つの安全保護機能を兼ね備えた優れた構造になっている。
上記説明と外観構成が類似するものとして特許文献１〜４が挙げられる。

特開昭５２−２７５９４号公報 特開平６−５１７５号公報 特開平７−２１６１７４号公報 特開２００４−２２１４４３号公報 特開平６−１２４７７１号公報

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、単位面積当たりの発熱温度の上昇が増加し、その結果局部的に保温された部分の局部過熱による発煙やコゲが増加し安全上の問題になってきた。上記特許文献１〜４も同様な問題があると考えられる。

この問題を回避するため、図７に示すコード状発熱線１００の高分子感熱層１０Ｃの感度特性は図５の従来例１に示すように十分高いので、局部過熱によるある程度小さな面積でもその交流インピーダンスはかなり急激に減少する。そのインピーダンス変化を発熱素線１０Ｂと温度検知素線１０Ｄの間から電気信号として取り出し過熱保護制御部に入力し、高分子感熱層１０Ｃの溶融温度より低い範囲で予め設定された温度を超えた時点で発熱素線１０Ｂへの通電を遮断して局部的な発煙やコゲを防止するとともに、高分子感熱層１０Ｃの安易な溶断を抑止するよう設計される。

しかしながら、コード状発熱線１００の構成に於いて、例えば全長３６ｍのコード状発熱線１００の局部的な１ｍが過熱状態になった場合、実際に得られる過熱検知信号の大きさは図５の特性の１／３６に過ぎず小さいので、これを余り高くない温度、例えば１２０℃程度で検知しようとすれば、温度検知信号と同程度の大きさにしかならない。

ところが、高分子感熱層１０Ｃのインピーダンスを検出する一方の電極が温度検知素線１０Ｄと兼用になっているので、温度検知信号と過熱検知信号の分離が難しく、検知精度が低下し、制御回路の複雑さとコストの面で重要な問題になっていた。

この問題を解決するために図７の発展型として、図８のような構造の発熱線が提案されている（特許文献５）。

図８に於いて、高分子感熱層１０Ｃより内側の構成は図７と同じであるが、高分子感熱層１０Ｃの外周には絶縁被覆された温度検知素線１０Ｄと裸の過熱検知素線１０Ｅが相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされ、その外周が絶縁被覆層１０Ｆで絶縁されコード状発熱線１１０とされている。

図８の構造によれば、絶縁被覆された温度検知素線１０Ｄは他の部分と電気的に独立しており、純粋な温度検知信号のみを検出できるとともに、高分子感熱層の過熱信号は発熱素線１０Ｂと過熱検知素線１０Ｅ間から温度検知信号の混入なく純粋に検出できるよう構成されている。

しかし、この構成が十分有効に働くのは高分子感熱層にかかる電圧が直流モードの場合であり、実際には高分子感熱層を挟んで発熱素線１０Ｂと絶縁被覆された温度検知素線１０Ｄの間には交流電圧が印加されるので、温度検知素線の薄い絶縁皮膜では皮膜の静電容量に応じて交流電流が流れてしまい、温度検知信号に誤差を与える。

この現象は一般に温度の上昇に伴い増加するので、高温域で必要な温度検知信号と過熱検知信号の精度よい分離は不可能に近いと言える。又、温度検知素線にピンホールの極めて少ない絶縁皮膜をコートする工程は難しく高価になり経済的でない。

本発明の目的は、絶縁被覆のない温度検知素線および過熱検知素線を高分子感熱層の外周に交互に一定の間隔で螺旋状に巻き、直流と交流電圧が重畳印加されても温度制御信号と過熱保護信号とを分離する回路を設けることにより、各々安定した温度制御信号と過熱防止信号を得ることができる、経済的に優れたコード状発熱線を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載のコード状発熱線は、巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされた発熱素線、前記発熱素線上に密着配置されインピーダンスが温度特性を有し、所定の温度で溶融する高分子感熱層、前記高分子感熱層の外周に相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされた温度検知素線と過熱検知素線とからなる２条の導体及び前記２条の導体を絶縁する被覆層を具備したコード状発熱線であって、前記温度検知素線の電気信号から前記過熱検知素線からの電気信号を差し引きして高分子感熱層のインピーダンス変化分を除いた温度制御信号を得て、該温度制御信号による温度制御と、前記過熱検知素線による過熱防止制御を行うことを特徴とする。

本発明による請求項２記載のコード状発熱線は、請求項１記載のコード状発熱線に於いて、前記温度検知素線と前記過熱検知素線は各々厚さ或いは直径の１０％以上５０％以下が高分子感熱層に食込んで螺旋巻きされることを特徴とする。

本発明による請求項３記載のコード状発熱線は、請求項１及び２記載のコード状発熱線に於いて、前記高分子感熱層は高分子感熱樹脂からなり、温度上昇に伴いインピーダンスが下がる、負温度係数サーミスタ特性を有する高分子感熱層であることを特徴とする。

本発明による請求項４記載のコード状発熱線は、請求項１、２及び３記載のコード状発熱線に於いて、前記高分子感熱層の溶融温度が、１３０℃以上１９０℃以下であることを特徴とする。

本発明による請求項５記載のコード状発熱線は、請求項１及び２記載のコード状発熱線に於いて、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。

本発明による請求項６記載のコード状発熱線は、請求項１、２及び５記載のコード状発熱線に於いて、前記過熱検知素線は前記温度検知素線の温度係数の略１／１０以下の温度係数を有する金属線であることを特徴とする。

以下、本発明の構成につき詳細に説明する。
本発明の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り、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。

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り、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、或いは多条に引き揃えられて螺旋巻きされるが、所定の寸法で所定の抵抗値を得るために、材質や形状の選択は何ら限定されるものではない。

ここで、発熱素線は、発熱のために電流を流す導体であるが、温度によりインピーダンスが変化する高分子感熱層を流れる電流を検出する一方の電極として働くことも担う。

本発明のコード状発熱線に用いられる高分子感熱層は、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より、高分子感熱層の溶融温度は１３０℃以上１９０℃以下、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・エラストマー或いはそれらの混和物が好適である。

ここで、高分子感熱層の溶融温度が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過熱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。

また、高分子感熱層の負温度係数のサーミスタ特性は、よく知られているように第四級アンモニウム塩、イミダゾリウム塩、リチウム塩やハロゲン化金属塩及びそれらの混合物などの導電付与剤を添加して実現されており、所要のサーミスタ特性を得るためにその選択は限定されるものではない。

本発明のコード状発熱線に用いられる温度検知素線と過熱検知素線は、その表面が絶縁されず裸のまま高分子感熱層の外周に相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされるが、各々の素線の厚さ或いは直径の１０％以上が高分子感熱層に食込んで螺旋巻きされ、コード状発熱線が屈曲ストレスを受けても温度検知素線と過熱検知素線が接触しないようになっている。

また、温度検知素線と過熱検知素線とも制御回路用の直流低電圧安定化電源に接続し温度検知や過熱検知動作をさせることができるので、例え両素線が接触するような場合でも、接触状態を簡単に検出し電源を遮断し安全を確保することができる。

高分子感熱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が、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、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される。

高分子感熱層の外周に螺旋巻きされた過熱検知素線は、その温度係数が温度検知素線の温度係数より十分小さい金属線であり、よく知られているようにＮｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｎｉ系などの合金線が利用できるが、温度検知素線の温度係数の１／１０程度以下であれば実用上のＳ／Ｎ比は確保できるので、その中で体積抵抗率がニッケルとあまり大きく違わないＣｕ−Ｎｉ系合金線が経済的で好適である。

温度検知素線と過熱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なる。

本発明によるコード状発熱線によれば、高分子感熱層の外周に相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされた温度検知素線と過熱検知素線の両素線とも、発熱素線との間で高分子感熱層のインピーダンス変化を電気信号に変え検出することができる。

然るに、温度検知素線は温度による抵抗変化をその両端から電気信号に変えて検出することができるが、過熱検知素線の温度係数は非常に小さいので、温度による抵抗変化をその両端から電気信号に変えても誤差程度しか得られない。

従って、温度検知素線からの電気信号と過熱検知素線からの電気信号を電子回路上で差し引けば、高分子感熱層のインピーダンス変化分をキャンセルすることができ、純粋に近い温度信号のみを検出することができる。

一方、過熱検知素線からの電気信号は、温度信号を殆ど含まず、高分子感熱層のインピーダンス変化分しか含まないので、単独で過熱信号として検出することができる。

このように、本発明によるコード状発熱線によれば、略純粋な温度検知信号による温度制御が可能であると同時に、略純粋な過熱検知信号による過熱防止制御が可能となるので、高分子感熱層が溶融する前に発熱素線への通電を遮断し、局部的な発煙やコゲを防止するとともに、高分子感熱層の安易な溶融を防止することができる。

また、各々の素線は厚さ或いは直径の１０％以上５０％以下、好ましくは２０％以上４０％以下が高分子感熱層に食込んで螺旋巻きされ、コード状発熱線が屈曲ストレスを受けても温度検知素線と過熱検知素線が接触しないようになっている。
ここで、食込み量が１０％以下では温度検知素線と過熱検知素線が滑って接触し易く、５０％以上では食込み量を制御するのが難しく、高分子感熱層のインピーダンスのばらつきが増加するので好ましくない。

本発明によるコード状発熱線によれば、高分子感熱層の溶融温度が１３０℃以上１９０℃以下、好ましくは１５０℃以上１７０℃以下の高分子感熱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。

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あるため温度係数は小さいが、温度対抵抗特性が直線的で高分子感熱層に比べ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。

本発明の実施形態にかかるコード状発熱線を示す構造図である。 本発明の実施形態にかかるコード状発熱線を用いて温度検知信号と過熱検知信号を分離して取り出す回路の一例を示す回路図である。 本発明の実施形態にかかるコード状発熱線の温度に対する温度検知信号の変化を示すグラフである。 高分子感熱層の温度変化による交流インピーダンスの変化を発熱素線と過熱検知素線の間から電気的に取り出し測定するための電気的接続図である。 本発明の実施形態にかかるコード状発熱線の温度に対するインピーダンスの変化を示すグラフである。 本発明の実施形態にかかるコード状発熱線の温度に対する過熱検知信号の変化を示すグラフである。 従来例１のコード状発熱線の構造図である。 従来例２のコード状発熱線の構造図である。

以下、図面などを参照して本発明によるコード状発熱線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。
図１は、本発明の実施形態にかかるコード状発熱線１Ｈの一方端を示す横断面図である。

このコード状発熱線１Ｈは、ガラス繊維或いはポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅或い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の外周に高分子感熱樹脂を押出し成形してなる高分子感熱層３と、高分子感熱層３の外周には相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされた温度検知素線４と過熱検知素線５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６とから構成されている。

ここで、高分子感熱層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、これにアンモニウム塩或いはイミダゾリウム塩、リチウム塩やハロゲン化金属塩等の導電付与剤をニーダー或いは押出機で混練して得られる。

また、アンモニウム塩或いはイミダゾリウム塩、リチウム塩やハロゲン化金属塩等の導電付与剤をポリアミド樹脂に含有させる場合には、親和性を考慮して導電付与剤と各種のポリアミド・エラストマーやポリエチレングリコールとを予めニーダー或いは押出機を用いて混練した後、この混和物とポリアミド樹脂を、再度ニーダー或いは押出機で混練することにより、高分子感熱層３を得てもよい。

又、高分子感熱層３の外周には、温度検知素線４と過熱検知素線５とからなる２条の導体が、各々厚さ或いは直径の１０％以上５０％以下が高分子感熱層３に食込む状態で相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされるが、この食込みの大きさは巻線機のテンション管理により実現される。

また、絶縁被覆層６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感熱層３へ移行するのを防止するため、温度検知素線４及び過熱検知素線５と絶縁被覆層６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。

図１に示した実施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（平角導体）、ピッチ０．８６ｍｍ
高分子感熱層３の材質 ：表１
高分子感熱層３の寸法 ：厚さ０．３３ｍｍ
高分子感熱層３の導電剤：表１
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（丸線状の導体）、ピッチ０．８６ｍｍ
過熱検知素線５の材質 ：Ｃｕ−Ｎｉ系合金（ＣＮ１５）
過熱検知素線５の寸法 ：断面径φ０．０８ｍｍ（丸線状の導体）、ピッチ０．８６ｍｍ
絶縁被覆層６の材質 ：ポリ塩化ビニル樹脂混和物
絶縁被覆層６の寸法 ：厚さ０．４ｍｍ

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（株）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（９０４８Ｘ１、ＵＢＥ製）を使用した。
導電剤の第四級アンモニウム塩は市販のトリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボーレート（ＴＥＭＡ−ＢＦ４，東洋合成工業製）を、又ハロゲン化金属塩は市販のヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２、純正化学製）を使用した。

表１に示す３種類の実施例と１種類の従来例の各材料をニーダー或いは２軸押出機で混練し、図１に示す構造のコード状発熱線１Ｈとし、これを３６ｍの長さに切断し、次のような測定を行った。

［温度信号の測定］
全長３６ｍのコード状発熱線１Ｈの構成要素である、発熱素線２、温度検知素線４、過熱検知素線５を電気的に図２の回路図に示すように接続した。
なお、３は高分子感熱層、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は固定抵抗であり、Ｒ１＝１．５ＫΩＦ、Ｒ２＝２．９４ＫΩＦ、Ｒ３＝Ｒ４＝１０ＫΩ、Ｃ１、Ｃ２は電解コンデンサであり、Ｃ１＝Ｃ２＝１０μＦ、１６Ｖ、Ｄ１は整流ダイオード１Ｎ４００４、Ｕ１−Ａ、Ｕ１−Ｂは電圧比較器、ＳＴＢはＡＣ１００Ｖから直流Ｖｃｃ＝５Ｖを生成する安定化回路部であり、ＳＷは電源を入切するスイッチである。

図２の回路の動作はつぎの通りである。
発熱素線２はＳＷのオンによりＡＣ１００Ｖが印加され発熱する。温度検知素線４の抵抗と固定抵抗Ｒ１により安定化回路部のＶｃｃ電圧は分圧され、抵抗Ｒ３を介して電圧比較器Ｕ１−Ａの−入力端子に入力する。一方、過熱検知素線５の抵抗と固定抵抗Ｒ２により安定化回路部のＶｃｃ電圧は分圧され、抵抗Ｒ４を介して電圧比較器Ｕ１−Ａの＋入力端子に入力する。また、この分圧電圧は、電圧比較器Ｕ１−Ｂの−入力端子にも入力する。電圧比較器Ｕ１−Ｂの＋入力端子には過熱温度を検知するための基準となる参照電圧Ｖｒｅｆが設定されている。

発熱素線２に電流が流れて発熱すると、高分子感熱層の交流インピーダンスは小さくなり、温度検知素線４および過熱検知素線５に流れ込む交流成分は温度とともに増加する。 温度検知素線４は正の温度係数を有する金属線であり、過熱検知素線５は正の温度係数が温度検知素線４より非常に小さい金属線であり、温度上昇に伴いそれぞれ抵抗値は上昇しＡ点およびＢ点の電圧値は上昇する。しかしながら、温度上昇に伴う、出力端子に温度制御信号を出す電圧比較器Ｕ１−Ａの−入力端子および＋入力端子のＡ点およびＢ点間に印加される温度上昇による電圧値は、略温度検知素線４の抵抗値の上昇によるものである。一方、高分子感熱層３の温度上昇による交流インピーダンス減少で増加する交流成分は、温度検知素線４および過熱検知素線５を通りそれぞれＡ点およびＢ点に加わるため、この交流成分は電圧比較器Ｕ１−Ａでキャンセルされる。したがって電圧比較器Ｕ１−Ａの出力端子からは、温度検知素線４が検知した温度上昇のみによる温度制御信号が出力される。
一方、電圧比較器Ｕ１−Ｂの−入力端子に入力する過熱検知素線５からの信号は、温度信号を殆ど含まず、高分子感熱層のインピーダンス変化分しか含まないので、単独で過熱信号として検出することができる。

ここで温度信号測定のためＳＷを入れ発熱素線２を加熱し、絶縁被覆層６の微小部分を除去して温度検知素線４に測定用温度センサを当接し、温度検知素線４の表面温度が２０℃から１００℃に上昇するのに対してＡ点とＢ点間の電圧を測定し、その差分を計算した結果を図３に示す。測定器は、データーロガーＤａｔｕｍ−Ｙ ＸＬ１１２（横河Ｍ＆Ｉ製）を使用した。
温度上昇に伴いＡ点とＢ点との差分は略直線的に増加することが認められる。

［過熱信号の測定］
コード状発熱線１Ｈに於いて、高分子感熱層３の温度変化に対する交流インピーダンスの変化をみるため、発熱素線２と過熱検知素線５の間から電気信号として取り出し測定するための電気的接続状態を図４に示す。ここで、発熱素線２の両端と過熱検知素線５の両端は各々短絡し、これらの端末の一端はＡＣ１００Ｖに、他端は５１０ＫΩの制限抵抗８を介してＡＣ１００Ｖの他端に接続した。

コード状発熱線１Ｈは、恒温槽に投入し３０℃から１２０℃まで昇温し、発熱素線２と過熱検知素線５間の電圧と制限抵抗８の両端電圧を測定し、計算により高分子感熱層３の交流インピーダンスを得た。その結果を図５に示す。

次に、図５のインピーダンスを示すコード状発熱線１Ｈの構成要素である、発熱素線２、温度検知素線４、過熱検知素線５を電気的に図２の回路に接続し、発熱素線２の通電により３０℃から１２０℃まで温度上昇させた。それに対するＢ点電圧を測定した結果を図６に示す。
過熱防止信号としてＢ点の出力電圧が、１００℃付近から急激に増加するのが認められる。出力電圧が急激に増加する任意の温度に対し過熱信号として取り出し、発熱素線２への通電を切断する信号として用いられる。

［溶融・短絡試験］
コード状発熱線１Ｈの過熱による高分子感熱層３の溶融・短絡試験は次のように実施した。長さ０．５ｍに切断したコード状発熱線１Ｈの中央部を弛ませた状態で両端を固定し、恒温槽に入れ１℃／１分のレートで昇温する。尚、発熱素線２と過熱検知素線５には延長線を接続し、恒温槽外で抵抗計に接続した。昇温過程で前記抵抗計がゼロオームとなり短絡を検知した時の恒温槽温度を読み取って溶融温度とした。実施例１、２、３と従来例１について溶融温度を表２に示す。

溶融温度は実施例１、２、３と従来例１とも１６０〜１７０℃前後の値を示していることが分かる。

［素線の食込み量の測定］
実施例１、２、３に於いて、高分子感熱層３への温度検知素線４と過熱検知素線５の食込み量について、その断面を投影機で測定し素線径に対する平均的食込み量の百分率を表２に示す。また、１８０度屈曲試験１万回での両素線の接触の有無を表２に同時に示す。 実施例１、２、３についての食込み量は２１％〜２８％の範囲であり、耐屈曲接触はいずれも無しである。

つぎに各測定値について評価はつぎの通りである。
［温度信号の評価］
図３の発熱素線２の温度変化に対するＡ点とＢ点間の差分出力を見ると、実施例１、２、３とも傾きがニッケルの温度係数に近い約０．００４２の直線的な特性が得られており、温度検知素線４と過熱検知素線５の両方で検知してしまう高分子感熱層３のインピーダンス変化分をキャンセルし、略純粋に温度検知素線からの温度信号のみを検出することが可能であると実証できた。

また図２に於いて、Ａ点とＢ点の電圧を電圧比較器Ｕ１−Ａに入力すれば、容易に温度制御器を構成することが出来るのは明らかである。ここで、抵抗器Ｒ１を可変抵抗器にすれば、任意の温度の制御が可能となるのも明らかである。

［過熱信号の評価］
図５の高分子感熱層３の温度対インピーダンス特性を見ると、実施例１、２、３及び従来例１の間では特性に開きはあるが、材料の種類と配合によっては従来例１と同じ程度の特性を得ることも可能である。

これらを図２の回路に接続しＢ点出力を測定した図６の特性を見ると、何れも１００℃以上では大きな出力が得られ、過熱検知素線５の役割としては十分であることが判明した。

但し、図５及び図６の特性は、３６ｍ／１本の全長にわたり等温度上昇があった場合であり、実際の過熱は、例えば３６ｍ中任意の局部１ｍが過熱になる状態から始まるので、１／３６のＢ点出力電圧で過熱防止制御を設定する必要がある。

従って、図２に於いてＢ点電圧を電圧比較器Ｕ１−Ｂに入力し、適切な基準電圧Ｖｒｅｆを与えれば、局部過熱の長さ（或いは大きさ）と過熱防止温度とを自由度高く任意に設定することが可能となり、高分子感熱層３が溶融する前に発熱素線２への通電が遮断できるので、局部的な発煙やコゲを防止するとともに、高分子感熱層３の安易な溶融を防止することができる。

［溶融・短絡試験の評価］
表２の高分子感熱層３の溶融温度を見ると、実施例１〜実施例３は、従来例１と同程度の安全上望ましい範囲で溶融しており、従来例の安全性と信頼性の実績に富んだ設計基準と互換性を保てると言える。

以上説明したように本発明によれば、高分子感熱層に対し温度検知素線と過熱検知素線を設けるが、どちらの素線も絶縁被覆せず、且つ直流電圧と交流電圧が重畳印加された状態に於いても、温度制御信号と過熱防止信号とを分離し、各々安定した温度制御信号と過熱保護信号とを得ることができ、従来品の構成を継承し高い信頼性を保てる部分も多く、品質を確保しながら経済的に優れたコード状発熱線を提供することが出来る。

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である。

１ 巻芯
１Ｈ コード状発熱線
２ 発熱素線
３ 高分子感熱層
４ 温度検知素線
５ 過熱検知素線
６ 絶縁被覆層

Claims (6)

1. 巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされた発熱素線、前記発熱素線上に密着配置されインピーダンスが温度特性を有し、所定の温度で溶融する高分子感熱層、前記高分子感熱層の外周に相互の間隔を設けて一定のピッチで螺旋巻きされた温度検知素線と過熱検知素線とからなる２条の導体及び前記２条の導体を絶縁する被覆層を具備したコード状発熱線であって、
   前記温度検知素線の電気信号から前記過熱検知素線からの電気信号を差し引きして高分子感熱層のインピーダンス変化分を除いた温度制御信号を得て、該温度制御信号による温度制御と、前記過熱検知素線による過熱防止制御を行うことを特徴とするコード状発熱線。
2. 請求項１記載のコード状発熱線に於いて、
   前記温度検知素線と前記過熱検知素線は各々厚さ或いは直径の１０％以上５０％以下が高分子感熱層に食込んで螺旋巻きされることを特徴とするコード状発熱線。
3. 請求項１及び２記載のコード状発熱線に於いて、
   前記高分子感熱層は高分子感熱樹脂からなり、温度上昇に伴いインピーダンスが下がる、負温度係数サーミスタ特性を有する高分子感熱層であることを特徴とするコード状発熱線。
4. 請求項１、２及び３記載のコード状発熱線に於いて、
   前記高分子感熱層の溶融温度が、１３０℃以上１９０℃以下であることを特徴とするコード状発熱線。
5. 請求項１及び２記載のコード状発熱線に於いて、
   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コード状発熱線。
6. 請求項１、２及び５記載のコード状発熱線に於いて、
   前記過熱検知素線は前記温度検知素線の温度係数の略１／１０以下の温度係数を有する金属線であることを特徴とするコード状発熱線。

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