JP5053324B2 - 電気的加熱パッド装置 - Google Patents

Description

本発明は電気的加熱パッド装置に関する。特に、改善された簡素な過熱保護能力を有する電気的加熱パッド装置に関する。

過熱保護能力を有する電気毛布の１つの形式が、欧州特許第０９１０２２７号に記載され、加熱要素がその上に配置された可撓性パッドを備える。この加熱要素は、内側の電気絶縁材（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）と共に中に入った内側要素と、内側の電気絶縁材の周囲に巻かれた外側の要素と、外側の要素と共に内側の要素および内側の電気絶縁材を入れた外側の第２の絶縁体とを備える。内側の電気絶縁材は、外側の絶縁体よりもかなり低い融点を有する。加熱要素の１つの端部で内側の要素と外側の要素は、互いに短絡される。局部的な過熱状態が発生する場合、内側の絶縁材が溶融し、内側の要素および外側の要素が一部分、加熱要素の長手方向に沿って互いに短絡することになる。したがって、過熱要素の電気抵抗は減少し、電流は増加する。
１つの簡素な実施形態では、そのような電流が上昇する場合に、ヒューズが飛ぶように構成され、毛布のスイッチを切るようにすることができる。あるいは、電流を監視し、そのように電流が上昇する場合に毛布のスイッチを切るように電子制御回路を設けることができる。

このタイプの毛布は、過熱保護能力を簡素で信頼性のある形式でもたらすことができる点で有利であるが、内側の要素および外側の要素が互いに短絡される、加熱要素の端部付近に起こる過熱状態および短絡回路は、そのような状態での場合に生じる電流の増加がほんの僅かに過ぎないので感知するのが困難である。過熱状態に対する感度が比較的低い加熱要素の部分が、過熱状態を信頼性をもって感知できる要素の部分の付近に確実に配置することによって、この欠点を克服する試みがなされている。
欧州特許第０９１０２２７号

本発明の１つの目的は、過熱状態に対して感度が向上した電気的加熱パッド装置を提供することである。

本発明によれば、加熱要素がその上に装着された可撓性パッドを備える電気毛布または電気パッドが提供され、加熱要素が、２芯ケーブルによって制御回路に接続され、加熱要素が第１の内側の導体、第２の外側の導体、第１の導体と第２の導体の間に設けられた内側の絶縁材層、および第２の導体を入れた外側の絶縁材層を有し、内側の絶縁材層が外側の絶縁材層よりも低い融点を有する二要素領域（ｄｕａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｒｅｇｉｏｎ）と、加熱要素の二要素領域の１つの端部で第１の導体と第２の導体の間に直列の電気接続をもたらす少なくとも１つの第３の導体を有する接続要素とを備える。

第３の導体に対して適切な抵抗を選択することによって、たとえば二要素領域の端部のまたはその付近の局部的な過熱状態から生じる短絡回路でも、第３の導体の全体の抵抗が短絡するので、かなりの電流が上昇することになる。その結果、加熱要素の二要素領域の全長または実質的にほぼ全長が過熱状態の感知に使用できる。

接続要素は、単一の要素または導体を有する加熱要素の領域を備えることができる。加熱要素の二要素領域は、好ましくは単一要素領域より長い。

そのような構成では、第１、第２、第３の導体の抵抗は、Ｒ_３＝１／２（Ｒ_１＋Ｒ_２）となるように都合よく選ばれる。上式で、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３はそれぞれ第１、第２および第３の導体の単位長さ当りの抵抗である。しかし、単一要素領域の単位長さ当りの電力／加熱の出力が二要素領域の単位長さ当りの電力／加熱の出力より低い、好ましくはかなり低いその他の構成も考えられる。こうした構成は、単一要素領域および二要素領域が相互接続される点の付近で過熱状態になった場合に、単一要素領域が過熱する可能性があるが、その温度が過熱に敏感な二要素領域の温度に達する危険は非常に低いという利点を有する。

第３の導体の単位長さ当りの過熱出力は、好ましくはかなり低いが、可撓性パッド上の加熱要素の割付けは、パッドの加熱区域の全体にわたって均一に近い単位面積当りの加熱出力をもたらすように選ぶことができる。

別の構成では、接続要素は、２つの導体をその中に有するある長さの加熱要素材を備えることができる。たとえば、接続要素は内側の絶縁材内に入った内側の導体、内側の絶縁材の周囲に巻かれた外側の導体、および内側の導体および外側の導体を入れた外側の絶縁層を有するある長さの材料を備えることができる。内側の導体および外側の導体は、都合よく接続要素の一方の端部で共に短絡され、内側の導体および外側の導体は、接続要素の他方の端部で第１の導体および第２の導体に接続される。

接続要素の単位長さ当りの加熱出力は、都合よく二要素領域の単位長さ当りの加熱出力より低い。そのような構成では、毛布またはパッドの加熱される部分の単位面積当りのほぼ均一の加熱出力を達成するため、接続要素の隣接する「ラン（ｒｕｎｓ）」の間隔またはピッチは、都合よく二要素領域の隣接するランの間隔またはピッチより狭い。

接続要素の内側の絶縁材は、好ましくは二要素領域の融点より高い融点を有するので、激しく誤用した場合に二要素領域内で短絡回路が最も生じやすく、それによって制御回路に電源供給を遮断させるのに十分な程度に電流が増加することになる。たとえば、接続要素が約１８０℃から約２００℃の温度まで動作するように設計できる一方で、二要素領域は温度が約１００℃から約１６０℃に達する場合に制御回路によって電源が遮断されるように設計できる。

可撓性パッドは、たとえば敷き毛布または掛け毛布の一部分を形成することができる。
しかし、本発明はこうした用途に限定されない。

本発明はさらに、添付の図面を参照して、例によってのみ説明される。

図１は、本発明の１つの実施形態による電気毛布をいくらか概略的に示す。図１の電気毛布はパッド１０を備え、縫付けまたは他の方法でパッド１０に形成されたチャネルに、加熱要素１２が突き通されることによってその上に装着される。パッド１０上にダイオードまたはその他の電子部品は全く備えられていない。加熱要素１２の１つの端部はコネクタ１４で終端し、加熱要素１２は２芯ケーブル（ｔｗｏ ｃｏｒｅ ｃａｂｌｅ）１６に接続され、２芯ケーブル１６は制御ユニット１８に接続されている。図示はされないが、制御ユニット１８と加熱要素１２の間で開放可能な電気接続を確立するために、適切な従来の２ピン型のプラグソケット接続器が２芯ケーブル１６に設けられまたは組み込まれることができる。あるいは、所望であれば、この機能はコネクタ１４に組み込むことができる。コネクタ１４は、所望であれば、パッド１０上に装着し、またはそこから分離することができる。

加熱要素１２は、太線によって図１に示された二要素領域２０と、図１により薄い線によって示された単一要素領域２２の形をとる接続要素とを備える。

加熱要素１２の二要素領域２０は図２により詳細に示され、たとえばポリエステル糸の支持部２４を備える。支持部２４の周囲に、第１の内側の導体２６が巻かれている。電気絶縁材の内側の層２８は内側の導体２６を入れ、第２の外側の導体３０は電気絶縁材の層２８の周囲に巻かれている。たとえば、ＰＶＣなどの電気絶縁材の外側の層３２は、電気絶縁材の層２８、第１の導体２６、および支持部２４と共に第２の導体３０を入れている。加熱要素１２の二要素領域２０に使用されている材料は、局部的に過熱状態になった場合に電気絶縁材の内側の層２８が溶融し、絶縁材の外側の層３２の溶融が生じる前に第１の導体２６と第２の導体３０の間で短絡回路が形成されるように、絶縁材の層２８の融点が、絶縁材の外側の層３２の融点よりも低くなるように選ばれる。

加熱要素１２の単一要素領域２２は、図３により詳細に示され、たとえばポリエステル糸の支持部３４を備え、支持部３４の周りに第３の要素３６が巻かれる。たとえばＰＶＣなどの電気絶縁材の外側の層３８は、第３の導体３６および支持部３４を入れている。

図１に示すように、加熱要素１２の単一要素領域２２は、コネクタ１４から離れた加熱要素１２の端部１２ａに配置され、加熱要素１２の単一要素領域２２は、第３の導体３６が単一要素領域２２の一方の端部で二要素領域２０の第１の導体２６に接続され、第３の導体３６の反対側の端部が第２の導体３０に電気的に接続され、加熱要素１２の二要素領域２０と単一要素領域２２との間の両方の接続が二要素領域２０の同じ端部（ＥＮＤ１２ａ）で行われるように構成される。

制御ユニット１８は、過熱状態が感知された場合に、電気供給を遮断するように構成される。制御ユニット１８の１つの形式は、図４に示す回路図によって示されるような回路を含む。

図４に示すように、制御ユニット１８は、加熱要素１２への電気供給のスイッチを入れ、また切るように動作可能なスイッチ４０を含む。スイッチ４０は、さらに電気毛布の加熱出力を制御できるようにする手段を備えることができる。制御ユニット１８はさらに、たとえば、あらかじめ定められた水準を越えて電流が上昇する場合に加熱要素１２への電気供給を停止するように構成されている簡単なヒューズリンクなどのヒューズデバイス４２を備える。

使用の際には、たとえば毛布に折り目がつくようになったことにより過熱状態が発生する場合、局部的な過熱状態の領域内の、加熱要素１２の二要素領域２０の一部分の内側の絶縁材層２８は溶融し、短絡回路が過熱状態の領域内の第１の導体２６と第２の導体３０との間に形成されることになる。第１の導体２６と第２の導体３０との間に短絡回路が形成されることにより、加熱要素１２の全体の電気抵抗がかなり低下し、その結果、加熱要素１２の中を流れる電流が上昇する。ヒューズ４２によって許容される最大値を超えて電流が上昇する場合、ヒューズ４２が飛び、それによって、加熱要素１２への電気供給が停止し、毛布が安全になる。

コネクタ１４から離れた二要素領域２０の端部１２ａで第１の導体２６および第２の導体３０を相互接続する第３の導体３６を設けることにより、二要素領域２０のこの端部でまたはその付近で過熱状態が生じても、加熱要素１２を流れる電流がかなり上昇するようにし、それによって二要素領域２０の全長またはほぼ全長が過熱状態の感知に使用できるようにする。

二要素領域２０のほぼ全長が過熱状態の感知に使用できるようにするために、単一要素領域２２が比較的高い抵抗のものであることが望ましい。第３の導体３６の単位長さ当りの電気抵抗は、第１の導体２６および第２の導体３０の単位長さ当りの抵抗の合計の半分にほぼ等しくなると考えられる。しかし、本発明はこの特定の構成に限定されず、単一要素領域の単位長さ当りの電力出力が二要素領域の単位長さ当りの電力出力より低い、好ましくはかなり低いその他の構成も可能であることが理解されるであろう。そのような構成では、二要素領域が単一要素領域に接続される点の近くで過熱状態になる場合に、要素１２の単一要素領域２２がなお過熱する可能性があるが、その温度が過熱保護された二要素領域２０の温度に達する危険は非常に低い。

図示のように、加熱要素の二要素領域２０の長さは、好ましくは単一要素領域２２よりかなり長い。二要素領域２０によって形成される加熱要素１２の全長の比率は、加熱要素１２の中を流れる電流の上昇を感知するために用いられる技術の性質に依存する可能性がある。たとえば、電気回路を監視するための電気的な技術が用いられる場合、二要素領域２０は、加熱要素１２の全長のおよそ９５％までを形成してもよい。しかし、ヒューズ４２が使用される場合、二要素領域２０は加熱要素の全長のおよそ７５％までをなすことが考えられる。

加熱要素１２の単一要素領域２２の加熱出力は二要素領域２０の加熱出力と比較して低いが、可撓性パッド１０上の加熱要素１２の割付けの適切な選択により、加熱されることが意図される電気加熱毛布の単位面積当りの全体の加熱出力、または毛布の単位面積当りの加熱出力の少なくとも一部分は、ほぼ均一にすることができる。したがって明らかに、向上した過熱保護構成を提供することで、電気毛布に低温の点を生じさせる結果にする必要はない。

図１に示す構成は、電気敷き毛布に使用することが意図される。しかし、所望であれば、同じ技術が電気加熱の掛け毛布またはその他のデバイスに適用されることが理解されるであろう。

ヒューズデバイス４２は、制御ユニット１８内に配置されて示されているが、あるいは所望であれば、ヒューズデバイスは、たとえばコネクタ１４または完全に分離したハウジング内などそのほかの場所に配置できることが理解されるであろう。

図４に概略的に示すように制御ユニット１８は、過熱状態が生じることから発生する過電流になった場合に飛ぶヒューズデバイスを利用する非常に簡素な形式のものである。所望であれば、その他のより複雑な制御装置が提供される。たとえば、図５は、毛布の動作を制御するために電子マイクロプロセッサ４４を使用する制御ユニット１８を示す。制御ユニット１８は、電気毛布の加熱要素１２の中を流れる電流の監視を可能にするように動作可能な構成要素を備え、マイクロプロセッサ４４は、感知された電流があらかじめ定められた閾値を超える場合に加熱要素１２への電気供給のスイッチを切るように構成される。先に本明細書中に述べたように、そのような回路を使用することにより、所望であれば二要素領域２０によって形成される加熱要素１２の比率を約９５％まで上昇させることができる可能性がある。

図６および７は、本発明の別の実施形態を概略的に示す。図６および７の構成は、接続要素が単一要素領域の形でなく、ある長さの二導体の（ｄｕａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）加熱要素５０の形をとる点で図１の構成と異なる。

二導体の加熱要素５０は、図２に示すような二要素領域２０と同様な構成のものである。特に、加熱要素５０は、電気絶縁材５４内に入った内側の導体５２を備え、電気絶縁材５４の周囲に巻かれた外側の導体５６、および外側の電気絶縁ケーシング５８を備える。
内側の導体５２および／または外側の導体５６は、先に本明細書中に述べた第３の導体を形成すると見なすことができる。

一方の端部、要素５０の端部６０で、内側の導体５２および外側の導体５６は、二要素領域２０の第１の導体２６および第２の導体３０のうちのそれぞれの１つに電気的に接続されている。他方の端部、端部６２で、内側の導体５２および外側の導体５６は短絡されまたは互いに直接接続される。

内側の導体５２および外側の導体５６の電気抵抗は、二導体の加熱要素５０の単位長さ当りの出力または加熱出力が二要素領域２０の単位長さ当りの出力または加熱出力よりも低くなるように、第１の導体２６および第２の導体３０の抵抗に関連して好ましく選ばれる。毛布の加熱される部分の単位面積当りのほぼ均一な加熱出力を維持するため、二導体の加熱要素５０の隣接するランまたは経路のピッチまたは間隔は、好ましくは、二要素領域２０の隣接するランまたは経路のピッチまたは間隔よりも狭い。

その他の構成も可能であるが、１つの構成では内側の導体５２および外側の導体５６の抵抗の合計が、第１の導体２６および第２の導体３０の抵抗の合計の半分にほぼ等しいことが考えられる。

内側の絶縁材５４は、二要素領域２０の層２８の融点よりも高い融点を有することができる。その結果、激しく誤用した場合、過熱して短絡回路を生じるのに十分な温度になる要素１２の部分は二要素領域２０であり、制御回路は二要素領域２０の短絡回路が生じることに対して敏感なように設計されている。一例としては、二要素領域２０の層２８は、約１００℃から１６０℃の温度で溶融し、短絡回路の形成が可能になるように構成され、一方で二導体の加熱要素５０の材料５４は、約１８０℃から２００℃までの温度で通常の動作が可能になるように選ぶことができる。これを達成するため、材料５４に適切なゴムまたはＰＶＣ材を使用することが考えられる。

所望であれば、毛布を押しつぶし、引き伸ばし、またはその他の物理的に誤用することが、接続要素よりも二要素領域２０に対する損傷になり易く、その損傷が短絡回路を生じる損傷になる場合に検出できるように、接続要素は、二要素領域２０よりも物理的に強くなるように構築することができる。

接続要素として二導体の加熱要素を使用することで、毛布の製造、特に自動的な製造が単純化できる。それはさらに、電磁放射線の放出を減少させる際に、反対方向に流れる電流のフィールドキャンセリング効果（ｆｉｅｌｄ ｃａｎｃｅｌｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）の使用を可能にする。

図６および７に示す構成は、先に本明細書中で説明した制御回路のいずれかの形式の場合に使用することができ、毛布の動作は、図１から４を参照して先に本明細書中に説明したものと実質的に同じである。

説明と図面は、本発明の特定の例を示すが、本発明の範囲内で、ある程度の変更または改造をそれに対してなすことができ、本出願は、例示され説明された特定の構成に限定されると解釈されるべきではないことが理解されるであろう。たとえば、所望であれば、コネクタ１４は、省略することができ、加熱要素と制御ユニットの間で固定した接続をすることができる。

本発明の１つの実施形態による電気毛布を例示する図である。 図１の毛布の１つの構成要素の一部分を示す斜視図である。 別の構成要素の図２と同様の図である。 制御回路の１つの簡素な形式を示す回路図である。 別のより複雑な制御ユニットを示すブロック図である。 別の実施形態を示す図である。 別の実施形態を示す図である。

１０ パッド
１２ 加熱要素
１２ａ 端部
１４ コネクタ
１６ ２芯ケーブル
１８ 制御ユニット
２０ 二要素領域
２２ 単一要素領域
２４ 支持部
２６ 第１の（内側の）導体
２８ 内側の層（電気絶縁材の層）
３０ 第２の（外側の）導体
３２ 外側の層（電気絶縁材の層）
３４ 支持部
３６ 第３の導体
３８ 外側の層
４０ スイッチ
４２ ヒューズ
４４ 電子マイクロプロセッサ
５０ 加熱要素
５２ 内側の導体
５４ 電気絶縁材
５６ 外側の導体
５８ 電気絶縁ケーシング
６０ 端部
６２ 端部

Claims (4)

1. 加熱要素（１２）がその上に装着された可撓性パッド（１０）を備える電気的加熱パッド装置であって、前記加熱要素（１２）が２芯ケーブル（１６）によって制御回路（１８）に接続され、前記加熱要素（１２）が、第１の内側の導体（２６）、第２の外側の導体（３０）、前記第１及び第２の導体（２６、３０）の間に設けられた内側の絶縁材層（２８）、および前記第２の導体（３０）を中に入れた外側の絶縁材層（３２）を有する第１の二加熱要素領域（２０）を備え、前記内側の絶縁材層（２８）が前記外側の絶縁材層（３２）よりも低い融点を有し、
   接続加熱要素（２２）が、二つの導体を内部に有する第２の二加熱要素領域を備え、前記導体は、前記加熱要素（１２）の、一端が前記制御回路に接続された前記第１の二加熱要素領域（２０）の他端において前記第１及び第２の導体（２６、３０）の間の直列の電気的接続を提供し、
   前記第２の二加熱要素領域の前記導体が、前記第１の二加熱要素領域から離れた端部において相互に短絡されており、
   前記接続加熱要素（２２）の単位長さ当りの加熱出力が前記第１の二加熱要素領域の単位長さ当りの加熱出力よりも低いことを特徴とする電気的加熱パッド装置。
2. 前記加熱要素（１２）の前記第１の二加熱要素領域（２０）が前記接続加熱要素（２２）よりも長くなっている、請求項１記載の装置。
3. 前記可撓性パッド（１０）上の前記加熱要素（１２）の割付けが、前記可撓性パッド（１０）の前記加熱区域の全体にわたって均一に近い単位面積当りの加熱出力をもたらすように選ばれる、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記接続加熱要素（２２）が、内側の絶縁材内に入った内側の導体、前記内側の絶縁材の周囲に巻かれた外側の導体、ならびに前記内側の導体および前記外側の導体を入れた外側の絶縁層を有するある長さの材料を備える、請求項１乃至３のいずれか一に記載の装置。

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