JP4613816B2

JP4613816B2 - 面状採暖具

Info

Publication number: JP4613816B2
Application number: JP2005374432A
Authority: JP
Inventors: 雅徳西川; 真珠美戸田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007178020A

Description

本発明は、電気カーペットや電気毛布、床暖房等の面状採暖具に関するものである。

従来、この種の面状採暖具は、発熱体とサーミスタ等の温度検知線とを一本のヒータ線とした一線式構成の発熱体を使用されることが多い。一線式構成にすると発熱体と温度検知線とを別々に配線する必要がなく、一本化したヒータ線を配線するだけで容易に温度制御が可能となる。

温度検知線はサーミスタで構成されており、一般的にニッケルサーミスタ等の正特性サーミスタを用い、これを温度検知線から取り出して温度制御を行うことが一般的な制御方式となっている。（例えば、特許文献１参照）
そこで、従来の面状採暖具は、図６に示すように、面状採暖具（図示せず）に配設された発熱体１１と、発熱体１１と共に配設されたサーミスタ１２と、発熱体１１及びサーミスタ１２とに接続されたコントローラ１３と、コントローラ１３は、サーミスタ１２により発熱体１１の温度を検知する温度検知手段１４と、面状採暖具の制御温度を設定するボリューム等の温度設定手段１５と、温度検出手段１４で検出された検出値（発熱体１１の温度）と温度設定手段１５にて設定された設定温度とから発熱体１１への通電制御を行う温度制御手段１６とから構成されている。

ここで、サーミスタ１２として正特性サーミスタを考えると、サーミスタ１２の温度上昇に伴い、抵抗も上昇するという特性を有している。この抵抗変化を検知するために、温度検出手段１４では、図１１に示すような直列抵抗による抵抗分圧の回路を構成し、サーミスタ１２の抵抗変化を電圧変化に換算することが一般的に実施されている。

この場合の、温度検出手段１４の検出値と発熱体１１の温度との関係を図３に示す。発熱体１１へ通電を行っている状態のときには、発熱体１１の温度上昇に伴いサーミスタ１２の抵抗値が上昇することから、温度検出手段１４の検出値（電圧値）も上昇するということになる。

さらに、使用者は設定したい温度をボリューム等の温度設定手段１５により可変し、温度検出手段１４の検出値が温度設定手段１５において設定した設定温度に相当する信号レベル（Ｖ１）まで上昇したときに、温度制御手段１６において、発熱体１１への通電を非通電とするような温度制御を行っていた。

一方、ニッケルサーミスタは、抵抗特性にばらつきがあり、温度変化に対する抵抗の変化率は同等だが、所定の温度の際の抵抗値に差があるため、図４に示すように、いくつかのランクに分割することでばらつきを抑えることが一般的である。

また、図２のような抵抗分圧による検出を行っているため、前述のサーミスタ１２抵抗値のばらつきはもちろん、直列に接続している抵抗値のばらつきも最終的には制御する温度に影響することとなる。

そのため、温度検出手段１４に半固定抵抗を設け、接続されるサーミスタ１２の特性ランクと回路基板の回路定数に応じて半固定抵抗の抵抗値を可変させることで、常に同じ温度で制御できるように調整することが一般的であった。
特開平８−１４５３８８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、半固定抵抗を使用することから、長期の使用による半固定抵抗の抵抗値変化による温度変化や、さらに調整時の作業ミスにより温度が狂ってしまうという課題を有していた。

前記従来の課題を解決するために、本発明の面状採暖具は、ニッケルサーミスタの特性及びコントローラのばらつきを調整する調整値算出手段を備え、調整値によって制御する温度パラメータを可変させるものである。

これによって、より確実にニッケルサーミスタ及びコントローラのばらつきを補正することができることから、正確な温度制御が可能となり、さらに長期使用時にも快適な暖感覚を与えることができるものである。

本発明の面状採暖具は、ニッケルサーミスタ及びコントローラのばらつきをより確実に補正し、快適な暖感覚を与えることができるものである。

第１の発明は、面状採暖具本体に配設された発熱体と、発熱体と共に面状採暖具本体に配設されたサーミスタと、発熱体とサーミスタに接続されるコントローラと、コントローラは、サーミスタにより発熱体の温度を検出する温度検出手段と、基準のコントローラ及び基準のサーミスタによる制御する温度に応じた面状採暖具の表面温度と前記温度検出手段で検出される検出値であるデジタル値との関係であるパラメータを保持するパラメータ保持手段と、前記パラメータを補正するため前記基準のコントローラに基準の前記サーミスタ抵抗を接続した際の温度検出手段の検出値と、前記コントローラに接続される前記サーミスタの特性に応じた所定の前記サーミスタ抵抗を接続した際の前記温度検出手段の検出値との差である調整値を算出する調整値算出手段と、前記調整値を記憶する記憶手段と、前記パラメータ保持手段のパラメータに対し前記記憶手段の調整値を一律に加減算し、温度制御するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記温度検出手段の検出値と前記パラメータ算出手段の算出値とから発熱体への通電を制御する温度制御手段と、を備えたことにより、コントローラ及びサーミスタのばらつきを補正し、正確な温度制御が可能となり、快適な暖感覚を与えることができる。

特に、パラメータ保持手段は、基準のコントローラ及び基準のサーミスタを使用したときのパラメータを保持していることにより、基準との特性の差から調整値を算出することで、基準のコントローラ及びサーミスタとは異なる特性のコントローラ及びサーミスタでも正確な温度制御が可能となり、快適な暖感覚を与えることができる。

さらに、調整値算出手段は、基準のコントローラに基準のサーミスタ抵抗を接続した際の温度検出手段の検出値と、コントローラに接続されるサーミスタの特性に応じた所定のサーミスタ抵抗を接続した際の温度検出手段の検出値との差を調整値として算出することにより、基準のコントローラ及びサーミスタとは異なる特性のコントローラ及びサーミスタでも正確な温度制御が可能となり、快適な暖感覚を与えることができる。

またさらに、パラメータ保持手段のパラメータに記憶手段に記憶している調整値を一律に加減算することで温度制御するパラメータを算出することにより、複雑な演算式等も必要とせず、容易に温度制御するパラメータを算出することができる。

第２の発明は、第１の発明において、調整値算出手段を、所定の条件を満たしたときのみ調整値を算出することを特徴としたことにより、必要なときのみ調整値を算出することができると共に、市場等で不用意に調整値が変化してしまうことによる制御温度の変化や不快感を防ぐことができる。

第３の発明は、第１の発明において、調整値算出手段を、算出した調整値が所定の範囲外のときには、発熱体への通電を行わないことを特徴としたことにより、調整値が異常な際に、低温あるいは高温の制御を行うことによる不快感を防ぐことできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、本実施例の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における面状採暖具のブロック図である。

図１において、発熱体１はヒータ線で構成してあり、サーミスタ２は、発熱体１と共に配設され一線式構成となっている。また発熱体１とサーミスタ２にコントローラ３が接続されている。

コントローラ３には、サーミスタ２の抵抗値変化から発熱体１の温度を検出する温度検出手段４と、制御する温度に応じたパラメータを保持するパラメータ保持手段７と、パラメータを補正するための調整値を算出する調整値算出手段８と、調整値を記憶する記憶手段９と、パラメータ保持手段７のパラメータと記憶手段９に記憶している調整値とから、温度制御するパラメータを算出するパラメータ算出手段１０と、温度検出手段４の検出値とパラメータ算出手段１０の算出値とから発熱体１への通電を制御する温度制御手段６とを備えている。

以上のように構成された面状採暖具について、以下その動作、作用を説明する。

面状採暖具は、使用者がボリューム等により任意に設定温度を可変できるような構成となっており、設定した温度に応じて発熱体１への温度制御を行うものである。

一方、温度検出手段４の検出値は、図２でも記載したように、サーミスタ２と直列に接続した抵抗との分圧による電圧値で入力するのが一般的であり、さらに、この電圧値を例えばマイクロコンピュ−タのＡ／Ｄ変換機能を利用し、デジタル変換した値を温度制御に用いる。

使用者が意図した設定温度と温度検出手段４の検出値、すなわちデジタル値は図３に示したような関係にあり、設定温度毎に制御するデジタル値を可変させることで、温度制御を行う。

例えば、４０℃で制御したいときには、４０℃に相当する温度検出手段４の検出値（デジタル値）にて通電制御すればよい。

このデジタル値を制御する温度に応じてパラメータ化し、パラメータ保持手段７、例えばマイクロコンピュータのＲＯＭや、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶することが多い。

また、図４に示したように、ニッケルサーミスタは、抵抗特性にばらつきがあり、温度変化に対する抵抗の変化率は同等だが、所定の温度の際の抵抗値に差があるため、いくつ
かのランクに分割することでばらつきを抑えることが一般的である。

そのため、パラメータを決定した際に使用した基準のコントローラ３及びサーミスタ２との組み合わせではない構成の場合には、前述の通り温度特性が異なることから、決定したパラメータでは、正しい温度で制御できないこととなる。

そこで、調整値算出手段８を備え、基準ではないコントローラ及びサーミスタが接続されたときに、その特性に応じた調整値を算出し、パラメータ算出手段１０にて、その調整値を盛り込んだ新しい温度制御パラメータを算出することで、基準とは異なるコントローラもしくはサーミスタが接続されたときでも、正確な温度制御が可能となる。

ここで、調整値の算出方法については、図５を用いて説明する。

発熱体１の温度（ヒータ温度）Ｔとサーミスタ２の抵抗値Ｒとの関係は、基準となるサーミスタをＳ、ＡランクのサーミスタをＡ、ＢランクのサーミスタをＢ、ＣランクのサーミスタをＣとすると、右上のグラフより、基準サーミスタの抵抗値Ｒｓは、
Ｒｓ＝ａ×Ｔ＋ｂｓ（ａは傾き、ｂｓは切片）・・・（１）
Ｂランクのサーミスタの抵抗値Ｒｂは、
Ｒｂ＝ａ×Ｔ＋ｂｂ（ａは傾き、ｂｂは切片）・・・（２）
という関係式で表される。

一方、デジタル値Ｄと抵抗値Ｒとの関係を
Ｒ＝ａ’×Ｄ＋ｂ’
とし、所定のヒータ温度のとき、例えば６０℃での基準のサーミスタでのデジタル値をＤｓ、Ｂランクのサーミスタでのデジタル値をＤｂとすると、
Ｒｓ＝ａ’×Ｄｓ＋ｂ’
Ｒｂ＝ａ’×Ｄｂ＋ｂ’
と表せる。ここで、（１）式と（２）式より、
Ｒｓ＝ａ’×Ｄｓ＋ｂ’＝ａ×Ｔ＋ｂｓ
Ｒｂ＝ａ’×Ｄｂ＋ｂ’＝ａ×Ｔ＋ｂｂ
となり、
（Ｄｓ−Ｄｂ）＝（ｂｓ−ｂｂ）／ａ’
となる。

このことから、基準のサーミスタと特性の異なるランクのサーミスタとのデジタル値の差（Ｄｓ−Ｄｂ）は温度に関係なく一定であることが分かる。

一方、サーミスタ２が検出する温度は発熱体１の温度（ヒータ温度）であり、使用者が触れる部分である面状採暖具の表面温度ではないため、面状採暖具の表面温度と発熱体１の温度（ヒータ温度）との関係（図５の右下のグラフ）、及び表面温度とデジタル値の関係（図５の左下のグラフ）を、基準のコントローラ及びサーミスタで各種試験・評価を実施し、決定するのが一般的である。

このように決定した表面温度とデジタル値との関係（温度パラメータ）を、例えばマイクロコンピュータのＲＯＭや不揮発性メモリ等のパラメータ格納手段７に格納しておく。

但し、前述の通り、ここで決定した温度パラメータは、あくまで各種試験・評価を実施した基準のコントローラ及びサーミスタを用いたときの特性であり、基準とは異なるコントローラもしくはサーミスタを使用すると特性が異なるものである。

しかしながら、基準のサーミスタと特性の異なるランクのサーミスタでのデジタル値の差は温度に関係なく一定である、すなわち、ある温度でのデジタル値の差がパラメータでの差となることから、その差（Ｄｓ−Ｄｂ）が分かれば、基準のパラメータに対して、差分を加減算し新しいパラメータを算出することで、基準ではないコントローラ及びサーミスタを用いた場合でも正確な温度制御が可能となる。

すなわち、まずは基準のコントローラにおいて、基準のサーミスタでの、所定の温度、例えば６０℃に相当する抵抗値の抵抗を仮接続し、そのときの温度検出手段４の検出値（デジタル値）を基準値とする。

次に、調整したいコントローラ３に対して、接続されるサーミスタ２の特性に従って、例えばＢランクのサーミスタならば、Ｂランクのサーミスタの６０℃に相当する抵抗値の抵抗を仮接続したときの温度検出手段４の検出値（デジタル値）と、先ほど検出した基準値との差を算出し、その値を調整値として、不揮発性メモリ等の記憶手段９に記憶する。

その後、温度制御を行う際には、パラメータ保持手段７に保持している基準のパラメータに対して、記憶手段９に記憶している調整値を一律に加減算（調整値が正の場合は加算、負の場合は減算）し、新しい温度パラメータを算出することで、調整したいコントローラ３とサーミスタ２との組み合わせにおいて正確な温度制御が可能となる。

また、調整値算出手段８は、例えば所定の回路にパルスが入力される等の決まった条件のときのみ、調整値の算出を行うようにすることで、製品出荷前の作業工程でのみ調整の処理を実施し、市場へ出荷後には不用意に調整が行われることのないようにすることができる。

また、調整値算出手段８にて算出した調整値が所定の範囲外のとき、すなわち、理論的にありえない値のときには、異常な低温あるいは高温で制御されるおそれもあることから、通電を行わないようにすることで、温度異常なまま制御することによる不安全や不快感を防止することができる。

さらに、作業工程内での調整であれば、即座に調整値の異常を判定することができる。

以上のように、本実施の形態においては、サーミスタ２の特性及びコントローラ３のばらつきを調整する調整値算出手段８を備え、調整値によって制御する温度パラメータを可変させることにより、より確実にサーミスタ２及びコントローラ３のばらつきを補正することができることから、正確な温度制御が可能となり、さらに長期使用時にも快適な暖感覚を与えることができる。

なお、調整値算出手段８にて調整する際の所定温度については、商品性や使い勝手等を考慮した上で決定するものであり、ここに記載した数値に限ったものではない。

なお、調整値算出手段８にて算出した調整値が所定の範囲外のときには通電を停止させると記載したが、例えば表示の点滅や異常情報のデータ通信等の手段を用いても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる面状採暖具は、サーミスタの特性及びコントローラのばらつきに応じて制御温度を調整することができるため、サーミスタ方式の発熱体を用いている機器に適用できる。

本発明の実施の形態１における面状採暖具のブロック図温度検出手段の構成回路の例を示す図発熱体の温度と温度検出手段の検出値との相関図サーミスタの温度と抵抗値との関係を表した図ヒータ温度と表面温度、抵抗値、デジタル値との相関図従来の面状採暖具のブロック図

１発熱体
２サーミスタ
３コントローラ
４温度検出手段
５温度設定手段
６温度制御手段
７パラメータ保持手段
８調整値算出手段
９記憶手段
１０パラメータ算出手段

Claims

面状採暖具本体に配設された発熱体と、
前記発熱体と共に面状採暖具本体に配設されたサーミスタと、
前記発熱体と前記サーミスタに接続されるコントローラと、
前記コントローラは、前記サーミスタにより発熱体の温度を検出する温度検出手段と、
基準のコントローラ及び基準のサーミスタによる制御する温度に応じた面状採暖具の表面温度と前記温度検出手段で検出される検出値であるデジタル値との関係であるパラメータを保持するパラメータ保持手段と、
前記パラメータを補正するため前記基準のコントローラに基準の前記サーミスタ抵抗を接続した際の温度検出手段の検出値と、前記コントローラに接続される前記サーミスタの特性に応じた所定の前記サーミスタ抵抗を接続した際の前記温度検出手段の検出値との差である調整値を算出する調整値算出手段と、
前記調整値を記憶する記憶手段と、
前記パラメータ保持手段のパラメータに対し前記記憶手段の調整値を一律に加減算し、温度制御するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記温度検出手段の検出値と前記パラメータ算出手段の算出値とから発熱体への通電を制御する温度制御手段と、
を備えた面状採暖具。
前記調整値算出手段は、所定の条件を満たしたときのみ調整値を算出することを特徴とした請求項１に記載の面状採暖具。
前記調整値算出手段は、算出した調整値が所定の範囲外のときには、前記発熱体への通電を行わないことを特徴とした請求項１に記載の面状採暖具。