JP4036859B2 - 加温装置 - Google Patents

Description

この発明は、発熱源として面状発熱体が用いられた加温装置に関し、特にこの発明は、例えば爬虫類などの小動物を飼育するための水槽やかごなどの飼育容器を加温するための加温装置に関する。

従来、この種の加温装置は、図７に示すように、シート状の面ヒーター１００に合成樹脂製のコネクタ１０３を介してコード線１０２が電気接続されたものである。このコード線１０２の先端には商用電源のコンセントに差し込まれる電源プラグ１０４が装着されている（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第３０８４２９６号

前記面ヒーター１００は、絶縁シート１０１のほぼ全域に面状発熱体１０５が設けられたものである。前記絶縁シート１０１は、上下に重ねられた耐熱性を有する合成樹脂製の絶縁フィルムより成り、この２枚の絶縁フィルム間に前記面状発熱体１０５が介装されている。前記面状発熱体１０５は、一方の絶縁フィルムの表面に導電性のカーボン粒子と可塑性のマトリックス樹脂とを主成分とするインキにより印刷することにより形成されている。前記一方の絶縁フィルムの表面には、矩形状をなす面状発熱体１０５を等分する位置に、導電性インキを用いた印刷により櫛型をなす電極１０６，１０７が交互に形成されている。面状発熱体１０５および電極１０６，１０７の上面には他方の絶縁フィルムが被せられ、２枚の絶縁フィルムが一体化されている。

前記面状発熱体１０５は、正の温度係数をもつもので、温度上昇に応じて電気抵抗が大きくなる性質を有している。
図８には、この面状発熱体１０５の温度特性Ｐと電流特性Ｑとが示してある。同図の横軸は通電後の経過時間（分）、縦軸は面状発熱体１０５の温度と面状発熱体１０５に流れる電流である。同図によれば、当初は時間経過とともに面状発熱体１０５の温度は急激に上昇してゆくが、面状発熱体１０５の電気抵抗が温度上昇に応じて大きくなるため、電流が急激に減少する。その結果、温度上昇が次第に緩やかとなり、最終的には設定温度以上に温度が上昇することはない。

上記した加温装置の使用に際し、図９に示すように、面ヒーター１００上に飼育容器１１０を置き、電源プラグ１０４をコンセント１１１に差し込んで面ヒーター１００へ通電する。これにより面状発熱体１０５が発熱し、飼育容器１１０を底面より加温して飼育容器１１０の内部を適温に温める。

上記した構成の面ヒーター１００では、面状発熱体１０５の発熱温度は、対向する電極間１０６，１０７の距離Ｄ（面状発熱体１０５の長さ）によって決まるが、好ましい発熱温度は飼育する動物により異なるので、動物の種類毎に電極１０６，１０７間の距離Ｄを適宜定めている。このため、多種類の動物向けに電極１０６，１０７間の距離Ｄが異なる複数種の面ヒーター１００を用意する必要があり、面ヒーター１００の製作コストが高くつくばかりでなく、在庫管理などが煩雑となる。

そこで、発明者は、前記面状発熱体１０５の発熱温度を変更可能となすために、面状発熱体１０５の表面に感温センサを接するように設置し、感温センサによる検出温度を温度制御回路に入力して、面状発熱体１０５の通電を制御することを検討したが、面状発熱体１０５の表面に感温センサを設置すると、面状発熱体１０５の表面に感温センサの出っ張りが生じて商品価値が下がり、また、構造も複雑化するという問題がある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、面ヒーターの面状発熱体の電極の形態を変更せずに面状発熱体の発熱温度を変更可能とし、しかも、加温のための面状発熱体の表面に感温センサの設置による出っ張りが生じることのない加温装置を提供することを目的とする。

この発明による加温装置は、シート状の面ヒーターにコネクターを介して電源接続用のコード線が接続されて成るものであって、前記面ヒーターは、電気抵抗値が温度上昇に応じて大きくなる特性をもつ加温のための第１の面状発熱体および第１の面状発熱体を等分する位置に交互に配置される複数対の直線状の電極から成る発熱部と、発熱部の発熱温度を判別するための検温部とが、絶縁シート上に領域を分けて設けられたものである。前記検温部は、前記第１の面状発熱体と同特性を有する検温のための第２の面状発熱体および第２の面状発熱体を挟んで対向しその対向する距離が発熱部における電極間の距離に一致する一対の電極を有し、前記検温部の各電極と前記発熱部の各電極とをそれぞれ導通させてある。前記コネクターは、面ヒーターの検温部の位置に取り付けられたプリント配線基板と、第２の面状発熱体の表面に接するように設けられる感温センサと、プリント配線基板および感温センサを覆う絶縁性を有するケースとを含み、前記プリント配線基板には、感温センサによる検出温度に基づいて第１の面状発熱体の発熱温度が可変抵抗器により設定された設定温度となるように制御する温度制御回路が実装されている。

この発明の上記した構成において、「電気抵抗値が温度上昇に応じて大きくなる特性」とは一般に「ＰＴＣ特性」と呼ばれており、「ＰＴＣ特性を持つヒーター」は一般に「ＰＴＣヒーター」と呼ばれている。
「絶縁シート」は矩形状、円形状など、種々の形状に形成することができる。例えば、「絶縁シート」が矩形状であれば、「発熱部」と「検温部」とはその矩形内に領域を分けて設けられるが、矩形外に出っ張り部を形成して、矩形内に「発熱部」を、前記出っ張り部に「検温部」を、それぞれ設けることもできる。

上記した構成の面ヒーターでは、検温部における第２の面状発熱体の表面に接するように感温センサを設置しているので、第１の面状発熱体の発熱温度を判別することが可能である。しかも、検温部は絶縁シート上に発熱部と領域を分けて設けられているので、第１の面状発熱体の表面に感温センサの設置による出っ張りが生じることもない。
また、面状発熱体の発熱温度は面状発熱体の長さ、すなわち、電極間の距離に応じて高くなることから、前記検温部における電極間の距離は発熱部における電極間の距離に一致させてあるので、第１の面状発熱体の発熱温度と第２の面状発熱体の発熱温度とが一致することになり、従って、第２の面状発熱体の発熱温度を検出することで、第１の面状発熱体の発熱温度を知ることができる。

さらに、上記した構成の加温装置では、可変抵抗器の抵抗値を変更すると、発熱部の第１の面状発熱体の発熱温度が変化するので、面ヒーターが同じ構成のものでありかつ発熱温度の異なる複数種の加温装置を容易に製作することができ、動物の種類毎に形態が異なる面ヒーターを製作する必要がない。

さらにまた、前記温度制御回路は、前記面ヒーターの検温部の位置に取り付けられたプリント配線基板上に実装されており、プリント配線基板および前記感温センサが絶縁性を有するケースにより覆われているので、温度制御回路や感温センサがケースにより電気的および機械的に保護される。なお、可変抵抗器を外部に臨ませるようにすれば、ケース外より温度設定操作が可能である。

この発明によれば、発熱部における加温のための第１の面状発熱体の電極の形態を変更せずに発熱温度を変更することが可能であり、多種類の動物向けに電極間の距離が異なる複数種の面ヒーターを製作する必要がない。このため、面ヒーターの製作コストを軽減でき、在庫管理も容易となる。また、検温のための第２の面状発熱体に感温センサを設置するので、加温のための第１の面状発熱体の表面に感温センサの設置による出っ張りが生じることはない。

図１は、この発明の一実施例である加温装置の外観を示している。
なお、この発明の加温装置は、図示例のような動物飼育用に限らず、他の用途（例えば、血液の保温、細胞の培養、植物の育成など）にも用いることができる。
図示例の加温装置は、シート状の面ヒーター１に合成樹脂製のコネクタ３を介してコード線２が電気接続されたものである。このコード線２の先端には商用電源のコンセントに差し込まれる電源プラグ４が装着されている。

前記面ヒーター１は、図２および図３に示すように、全体が正方矩形状をなす絶縁シート５に発熱部６と検温部７とが領域を分けて設けられたものである。発熱部６は絶縁シート５のほぼ全域にわたり、一方、検温部７は絶縁シート５の１辺の中央部に位置させている。前記絶縁シート５は、上下に重ねられた耐熱性を有する合成樹脂製の絶縁フィルム５Ａ，５Ｂにより構成され、フィルム５Ａ，５Ｂ間に加温のための第１の面状発熱体８と検温のための第２の面状発熱体９とが設けられている。第１の面状発熱体８は正方矩形状に形成され、一方、第２の面状発熱体９は帯状に形成されている。

第１、第２の各面状発熱体８，９は、一方の絶縁フィルム５Ａの表面に導電性のカーボン粒子と可塑性のマトリックス樹脂とを主成分とするインキを用いて印刷を施すことにより形成されている。さらに、絶縁フィルム５Ａの表面には、矩形状をなす第１の面状発熱体８を等分する位置に、導電性インキを用いた印刷により直線状の電極１０ａ〜１０ｃ，１１ａ〜１１ｂが一定間隔で形成されるともに、１個置きの電極１０ａ〜１０ｃは第１の面状発熱体８の外側の領域で接続されて櫛形電極１０を構成し、他の１個置きの電極１１ａ〜１１ｂは第１の面状発熱体８の前記と反対の領域で接続されて櫛形電極１１を構成している。これらの櫛形電極１０，１１は第１の面状発熱体８とともに前記発熱部６を構成するものである。

前記絶縁フィルム５Ａの表面には、第２の面状発熱体９を挟んで対向する一対の電極１２，１３が導電性インキを用いた印刷により形成されている。これらの電極１２，１３は第２の面状発熱体９とともに前記検温部７を構成するものである。第２の面状発熱体９は第１の面状発熱体８と同特性を有しており、電極１２，１３間の距離ｄ１を発熱部６における櫛形電極１０，１１における各電極間の距離ｄ２に一致させることにより、第２の面状発熱体９の発熱温度を第１の面状発熱体８の発熱温度に一致させている。検温部７の一方の電極１２は発熱部６の一方の櫛形電極１０に、検温部７の他方の電極１３は発熱部６の他方の櫛形電極１１に、導電性インキを用いた印刷により形成された導通部１４，１５を介してそれぞれ導通させてある。
第１の面状発熱体８とその櫛形電極１０，１１、第２の面状発熱体８とその電極１２，１３、および導通部１４，１５の上面には他方の絶縁フィルム５Ｂが被せられて前記絶縁フィルム５Ａと一体化されている。

この実施例では、絶縁シート５の矩形内に発熱部６と検温部７とを領域を分けて形成しているが、図３において一点鎖線で示すように、絶縁シート５の１辺に矩形外へ突き出る突片５′を絶縁シート５と一体に形成し、その突片５′に検温部７を形成してもよい。

第１、第２の各面状発熱体８，９は、正の温度係数を持ち、温度上昇に応じて電気抵抗が大きくなる性質を有するもので、第１、第２の各面状発熱体８，９の温度特性Ｐおよび電流特性Ｑは図８に示したとおりのものである。

前記コネクタ３は、面ヒーター１とコード線２との間に介装されるもので、図４および図５に示すように、面ヒーター１の検温部７の位置に取り付けられるプリント配線基板２０と、プリント配線基板２０の全体を覆う絶縁性を有するケース３０とで構成されている。前記プリント配線基板２０には図６に示す電源供給回路５０および温度制御回路６０の回路パターンが印刷されるとともに、各回路５０，６０を構成する回路部品が実装されている。

前記電源供給回路５０は電極１２，１３に１００Ｖの交流電圧を供給するためのものである。温度制御回路６０は電源供給回路５０の通電をオン、オフ制御するためのものであり、検温部７における第２の面状発熱体９の発熱温度を検出するサーミスタより成る感温センサ４０と、発熱部６の発熱温度を可変設定するための可変抵抗器ＶＲとを含んでいる。前記感温センサ４０は検温部７の第２の面状発熱体９の表面に接するように設置されており、ケース３０内に収容されかつ保持壁３５により保持されている。なお、図４において、２２は面ヒーター１とプリント配線基板２０とを接続しかつ面ヒーター１の電極１２，１３と電源供給回路５０とを接続するための接続端子である。

前記ケース３０は、不透明の合成樹脂材により形成されており、プリント配線基板２０の下面に被せられる下ケース３１と、上面に被せられる上ケース３２とで構成されている。上下のケース３１，３２はプリント配線基板２０を上下から挟むように装着してねじ２３で止め固定されている。上ケース３２には前記可変抵抗器ＶＲの位置に開口部３３が、後述する発光ダイオード６７の位置に透光性の窓部３４が、それぞれ形成されている。前記開口部３３には、可変抵抗器ＶＲのボリュームつまみに接続される操作ダイヤル２２が外部操作が可能に配備されている。この操作ダイヤル２２は可変抵抗器ＶＲの抵抗値を可変設定するためのものである。

図６は、前記した電源供給回路５０および温度制御回路６０の具体的な構成を示す電気回路図である。
前記電源供給回路５０には、前記コード線２が接続される接続端子５１，５２と面ヒーター１の電極１２，１３に接続される接続端子５３，５４とが設けられ、回路中にはフォトトライアックより成る半導体スイッチ５５、過電流ヒューズ５６などが介装されている。前記半導体スイッチ５５は温度制御回路６０の制御出力６５に応じてオン、オフ動作して電源供給回路５０を開路または閉路する。

前記温度制御回路６０は、１００Ｖの交流電圧を入力して半波整流する整流回路６１と、整流回路６１の整流出力を平滑化する平滑回路６２と、平滑回路６２で得られた直流電圧Ｖ入力して前記制御出力６５を生成する比較回路６３とを含んでいる。なお、前記整流回路６１は抵抗Ｒ１とダイオードＤ１とで構成され、平滑回路６２はツェナーダイオードＤ２とコンデンサＣとで構成されている。

前記比較回路６３は、前記直流電圧Ｖを前記した可変抵抗器ＶＲ、複数の分圧抵抗Ｒ２〜Ｒ４、および感温センサ４０により分圧して得られる入力電圧Ｖｉと、直流電圧Ｖを基準抵抗Ｒ６，Ｒ７により分圧して得られる基準電圧Ｅとをコンパレータ６４で比較するものである。前記感温センサ４０として用いられるサーミスタは、第２の面状発熱体９の温度が上昇すると電気抵抗が減少するので、前記入力電圧Ｖｉが低下する。一方、第２の面状発熱体９の温度が低下すると電気抵抗が増すので、前記入力電圧Ｖｉが上昇する。

いま、第２の面状発熱体９の温度が前記可変抵抗器ＶＲにより設定された設定温度を越えると、コンパレータ６４の入力電圧Ｖｉの低下によりコンパレータ６４の制御出力６５がオフし、半導体スイッチ５５はオフ動作する。これにより面ヒーター１への電源供給が絶たれ、発熱部６の発熱温度が低下する。一方、第２の面状発熱体９の温度が前記可変抵抗器ＶＲにより設定された設定温度を下回ると、コンパレータ６４の入力電圧Ｖｉの上昇によりコンパレータ６４の制御出力６５がオンし、半導体スイッチ５５はオン動作する。これにより面ヒーター１へ電源が供給され、発熱部６の発熱温度が上昇する。上記した半導体スイッチ５５のオン、オフ動作により発熱部６の発熱温度が設定温度に維持される。
なお、図中、６７はコンパレータ６４の制御出力６５がオンのときに発光動作する発光ダイオードである。また、コンパレータ６４に入力回路に接続された複数のコンデンサはノイズ除去のためのものである。

上記した構成の加温装置を動物の飼育に使用するに際し、面ヒーター１上に飼育容器を置き、電源プラグ４をコンセントに差し込んで面ヒーター１に給電すると、電源供給回路５０が通電して第１、第２の各面状発熱体８，９が発熱する。この場合、検温部７の検温に基づいて温度制御回路６０は発熱部６の発熱温度が可変抵抗器ＶＲにより設定された設定温度を維持するように半導体スイッチ５５の動作を制御する。

前記可変抵抗器ＶＲの抵抗値を変更すると、発熱部６の発熱温度が変化するので、面ヒーター１の発熱部６の構成、すなわち、電極間の距離が同じでありかつ発熱温度の異なる複数種の加温装置を容易に製作することができる。
また、面ヒーター１において、発熱部６と検温部７とを領域を分けて設け、検温部７における第２の面状発熱体９の表面に接するように感温センサ４０を設置するので、第１の面状発熱体８の表面に感温センサの設置による出っ張りが生じることもない。

この発明の一実施例である加温装置の外観を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 面ヒーターの構成を示す平面図である。 コネクタの構成を示す分解斜視図である。 コネクタの構成を示す断面図である。 加温装置の電気的構成の具体例を示す電気回路図である。 従来の加温装置の外観を示す平面図である。 面状発熱体の特性を示す説明図である。 加温装置の使用状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 面ヒーター
５ 絶縁シート
６ 発熱部
７ 検温部
８ 第１の面状発熱体
９ 第２の面状発熱体
１０，１１ 櫛形電極
１０ａ〜１０ｃ，１１ａ〜１１ｂ 電極
１２，１３ 電極
２０ プリント配線基板
３０ ケース
４０ 感温センサ
６０ 温度制御回路
ＶＲ 可変抵抗器

Claims (1)

1. シート状の面ヒーターにコネクターを介して電源接続用のコード線が接続されて成る加温装置であって、
   前記面ヒーターは、電気抵抗値が温度上昇に応じて大きくなる特性をもつ加温のための第１の面状発熱体および第１の面状発熱体を等分する位置に交互に配置される複数対の直線状の電極から成る発熱部と、発熱部の発熱温度を判別するための検温部とが、絶縁シート上に領域を分けて設けられ、前記検温部は、前記第１の面状発熱体と同特性を有する検温のための第２の面状発熱体および第２の面状発熱体を挟んで対向しその対向する距離が発熱部における電極間の距離に一致する一対の電極を有し、前記検温部の各電極と前記発熱部の各電極とをそれぞれ導通させており、
   前記コネクターは、面ヒーターの検温部の位置に取り付けられたプリント配線基板と、第２の面状発熱体の表面に接するように設けられる感温センサと、プリント配線基板および感温センサを覆う絶縁性を有するケースとを含み、前記プリント配線基板には、感温センサによる検出温度に基づいて第１の面状発熱体の発熱温度が可変抵抗器により設定された設定温度となるように制御する温度制御回路が実装されて成る加温装置。

Images