JPH0411996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 電気毛布のようなベツドカバー式電気加熱装置
は、消費者の間で人気があり、商業上重要な発展
分野となつている。従来電気ベツドカバーに適温
制御装置が設けられ、使用者が周囲の温度に応じ
て、ベツドカバーの温度を所望の値に調整できる
ようになつている。さらに安全上の目的で、電気
ベツドカバーには過熱制御手段が設けられ、ベツ
ドカバー中の過熱状態を防護するよう構成されて
いる。

従来の商業製品では、ベツドカバーの快適温度
は、通常、ベツドカバー使用中、発熱体に周期的
に電圧を加えることによつて調整される。通例、
この種の発熱体のオフ−オン・サイクルは、発熱
体と直列に接続した、周囲温度応答式バイメタル
サーモスタツトスイツチによつて制御されてい
た。しかしながら、バイメタルスイツチを使用す
ると周期的で一様でない熱出力が生じ、また作動
時多少騒音があるので望ましくない。これらの欠
点を克服するために、バイメタルサーモスタツト
スイツチの代わりに半導体装置を用いる「固体」
適温制御回路が提案されている。たとえば、半導
体装置を用いて、発熱体に供給する電力を調整す
る回路は、米国特許第3588446号に開示されてい
る。

毛布の過熱状態保護装備は従来より数多く知ら
れており、少なくともいくつかの装備は、商業上
大きな成功を収めている。たとえば、ふつうよく
ある方法では、毛布の加熱部全体に配置したバイ
メタルサーモスタツトスイツチを使用しており、
このバイメタルスイツチで、過熱状態が検出され
たとき、発熱体への電流供給を絶つものである。
しかしながら、バイメタルスイツチは不連続に配
設されており、したがつて保護範囲は限られてい
る。またベツドカバーの加熱部全体に盛上りがで
きて、美観上好ましくない。

毛布の加熱部に、感温インピーダンス特性をも
つセンサワイヤを使用することにより、上記欠点
を克服する電気毛布用過熱保護回路は、米国特許
第4315141号に開示されている。センサワイヤは、
一対のゲート制御双方向半導体スイツチ（「カド
ラクス」としても知られている）に接続し、過熱
状態を感知すると導通から非導通状態に半導体に
励起することにより、発熱体に設けられた電力を
減少または遮断する。米国特許第4315141号に開
示された一対の半導体スイツチに独特の構成とし
て、フエイルセーフ回路によりさらに安全機能が
設けられており、短絡または閉路状態で回路構成
要素のいずれかひとつでも故障した場合は、発熱
体への電流を遮断するものである。認可当局によ
つては、この種のフエイルセーフ特性が認可の条
件となつている。

以上記したように、米国特許第4315141号に開
示した固体半導体過熱保護回路は、従来の過熱回
路に対して、多くのすぐれた特長を有している。
しかしながら、適温制御を実施するにあたつて
は、上記特許に図示し記載された回路はやはり、
従来のバイメタルサーモスタツトスイツに頼つて
おり、したがつて上述のような騒音や周期的変化
は避けられない。米国特許第3588446号の固体適
温制御回路のような適温制御回路を、代わりに用
いてもよいとこの特許に述べてある。しかし、こ
の固体適温制御回路を、米国特許第4315141号の
固体過熱防止回路といつしよに用いるというの
は、実際の商品では採用されていない。これは主
として、これら両方の機能を果たすのには別個の
固体電気部品が必要となり、コストが高くなると
いう理由によるものである。

以上により、本発明の主たる目的は、電気毛布
等の電気加熱装置用改良制御回路であつて、周囲
温度感応式固体適温制御機能および固体過熱防止
機能の両方を果たす回路を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、上記制御回路にお
いて、それら両方の機能が同じ固体装置によつて
行なわれ、したがつて電気部品の価格を大幅に削
減することである。

本発明のさらに他の目的は、電気部品の故障の
際フエイルセーフ特性をもつ、一体型固体適温お
よび過熱制御回路を提供することである。

以上およびその他の本発明の目的および長所
は、以下に詳細に説明する回路であつて、前面が
向き合う姿勢で相互に接続されるとともに、いず
れも適温制御センサと過熱センサに接続された、
一対の双方向ゲート制御半導体スイツチを使用す
る回路により達成される。

本発明による電気加熱装置は、ベツドカバー
と、交流電流を通すことにより、ベツドカバー内
に熱を生じる電気加熱手段と、上記電気加熱手段
と連携し、周囲温度に対応して、使用者が設定し
たレベルにベツドカバーの温度を調整するととも
に、ベツドカバー内過熱状態を防止するよう作動
しうる制御手段とを有する。該制御手段は、下記
要素よりなる。

(a) 相互に直列かつ前面が向き合う姿勢で電気的
に接続されるとともに、上記電気加熱手段に直
列に接続された一対のゲート制御双方向半導体
スイツチであつて、交流電流の２半周部分の通
過量を制御し、上記半導体スイツチに印加され
た交流電流に関連して位相が変わる低電流ゲー
ト信号に応じて、上記電気加熱手段に加えられ
る電力を調整するようにした、半導体スイツ
チ； (b) 上記一対の半導体スイツチのゲートを相互に
容量結合する手段； (c) 前記半導体スイツチのいずれか一方のゲート
を、他方の半導体スイツチの背後に電気的に接
続する手段； (d) 使用者が適温に設定した所定の温度より以上
または以下に周囲温度が変化するとこれを感知
する、正の抵抗温度係数手段であつて、前記正
の抵抗温度係数手段は、前記手段(c)により、一
方の半導体スイツチのゲートと、他方のスイツ
チの背後に直列に電気的に接続され、正の抵抗
温度係数により感知された周囲温度の変化に対
応して、前記一対の半導体スイツチの位相制御
変調が行なわれるようにした、正の抵抗温度係
数手段；および (e) ベツドカバー内過熱状態発生を感知するベツ
ドカバー内温度感知抵抗手段であつて、一対の
半導体スイツチの少なくとも一方のゲートに電
気的に接続され、過熱状態の発生より生じる、
ベツドカバー内温度感知抵抗手段の抵抗の所定
の変化に応じて、スイツチを非導通状態に励起
し、以て前記電気加熱手段への電流を遮断する
ようにした、温度感知抵抗手段。

本発明の特長および長所の一部はすでに述べた
とおりだが、その他の特徴および長所は、添付図
面に基づき、以下説明を行ないつつ明らかにして
いくものである。

以下添付図面を参照して本発明を記載するが、
説明の開始に当り次の点を確認する。すなわち、
応用技術の当業者は、ここに記載され図示された
特定の構成を修正してなおかつ本発明の所期の結
果を達成しうるものである。したがつて、記載お
よび図面は、該当する技術の当業者に向けた広範
囲の教示的開示と考えられるべきものであり、本
発明の範囲を限定するものではない。

第１図に示すように、本発明電気加熱装置は、
１０で示すベツドカバータイプ、特に毛布形のも
のが望ましい。ベツドサイド制御ユニツト２０が
設けられ、適当な導電ケーブル３０によりベツド
カバー１０内部品に接続されるとともに、電源コ
ード４０を介して電源と接続している。

さらに第２図において、ベツドカバー１０は筒
状毛布織物１１として概略示されている。電気抵
抗発熱体１２は、筒状毛布１１に形成された溝内
に延設されている。公知の如く、電気発熱体１２
は、内部に電流を流すと熱を発生する。さらに、
毛布の加熱部全体に配した過熱検出手段が設けら
れ、発熱体の過熱状態の発生を感知するようにな
つている。第２図に示した実施例において、過熱
検出手段は、センサワイヤ形の温度感知インピー
ダンス手段を有する。センサワイヤ１４は、筒状
毛布織物１１内で電気発熱体１２のすぐ近くに配
され、発熱体の過熱状態発生を感知するようにな
つている。センサワイヤ１４は、たとえばゴード
ンの米国特許第3222497号に開示されたものと同
じものとする。詳しく説明すると、このセンサワ
イヤ１４は、負の抵抗温度係数をもつ温度感知誘
電材料１７によつて、常時は電気的に隔成された
一対の導線１５，１６よりなり、これによつて温
度上昇とともに材料の抵抗率が低下する。

制御ハウジング内には、センサワイヤ１４と協
動して、過熱状態が検出されると発熱体への電流
を遮断することにより、過熱防止を行なう回路が
設けられている。制御ハウジング２０内の同じ回
路がまた毛布温度の適温制御の機能も果たす。電
気発熱体１２とセンサワイヤ１４の導線１５，１
６はケーブル３０を介して、制御ハウジング２０
に電気的に接続されている。

制御回路をさらに詳しく説明すると、制御ハウ
ジング２０は、互いに電気的に直列に接続され
て、発熱体１２を通る電流のコンダクタンスを制
御する一対のゲート制御双方向半導体スイツチ２
５，２６を有する。ゲート制御双方向半導体スイ
ツチ２５，２６は「カドラツク」という名称でよ
くよばれる種類のもので、多くのメーカから手に
入れることができる。「カドラツク」は、一体の
ダイアツク（diac）により励起される双安定半導
体装置で、いずれか一方向の電圧を遮断し、いず
れか一方向の電流を導通することができ、ゲート
信号を加えることによりいずれか一方向に電流を
導通するよう励起することができる。基本的なス
イツチ構造は通例、装置の一方の側に配した端子
MT1と、隣接するゲート端子Ｇと、その反対側
に設けた端子MT2とを有する。端子MT1とMT2
間の半導体領域は、対向接続した二つの並列
SCRスイツチの形になつている。このような部
位を表わす略記号は、向きが反対の一対の三角形
記号よりなる。ゲート端子は、略記号のMT1側
より発し、装置のエンベロープ内に、装置のゲー
ト部のダイアツク（diac）特性を示す、向きが反
対の三角形記号を含む線部により示される。端子
MT1は、ゲート端子Ｇおよび対向する端子MT2
における電圧と電流測定のための基準点をなす。
スイツチのMT1端子側は装置の「前面」、カドラ
ツクのMT2端子側は装置の「背後とみなされる
場合が多い。理解を容易にするために、本件の説
明とクレームにおいては、一対のスイツチ２５，
２６の相互接続を明らかにするためにこの用語を
用いることとする。

すなわち、本発明により配設された一対のゲー
ト制御双方向半導体スイツチ２５，２６は、相互
に直列かつ、各前方部が向かい合わせとなるよう
電気的に接続される点に注目すべきである。すな
わち、装置のMT1端子側が直接接続され、MT2
端子側は、スイツチ２５，２６を電気抵抗発熱体
１２と電源コード４０と直列に接続するのに用い
られる。

第２図に示す本発明の第２の実施例に基づいて
過熱防護を行なうために、スイツチ２５，２６の
各ゲートＧを、温度感知抵抗手段あるいはセンサ
ワイヤ１４を介して、相互に電気的に接続する手
段が設けられている。すなわち、第２図に見ると
おり、スイツチ２５のゲートＧは、センサワイヤ
１４の導線１５のうち一方を経て（すなわちこれ
と直列に）、他方のスイツチ２６の背後に接続さ
れる一方、スイツチ２６のゲートはセンサワイヤ
１４のもう一方の導線１６を経て（これと直列
に）、他方のスイツチ２５の後方に接続されてい
る。各スイツチ２５，２６を接続する回路に、固
定抵抗３５ａまたは３５ｂを介挿してもよい。毛
布の温度が正常であれば、導線１５，１６間の
NTC材料１７は、絶縁体となり、したがつてス
イツチはいずれも通常どおり導通状態に励起さ
れ、発熱体１２の交流電流はコンダクタンス状態
となる。ところが毛布に過熱状態が生じると、温
度上昇によりNTC材料が導通状態となり、ゲー
ト信号をスイツチ２５，２６に短絡し、これによ
つて発熱体１２を通る電流のコンダクタンスを遮
断する。

もしスイツチ２５，２６が両方とも開放または
非導通状態になつた場合は、発熱体には全く電流
が送られないことになる。一方のスイツチが短絡
または導通状態になると、両スイツチの前方部対
向接続および、スイツチ２５，２６のゲートを適
当なコンデンサ２８を介して直接結合しているた
め、もう一方のスイツチは、発熱体１２に電流を
通さない状態になる。この結果はまた、ゲート回
路の「クロスオーバ」接続からも生じる。すなわ
ち、片方のスイツチ２６のゲートＧは、他方のス
イツチの「背後」端子MT2に接続されている。

使用者が毛布により得られる暖さの度合を自由
に調整するとともに、周囲温度の変化をも相殺す
る手段を得るために、PTC抵抗３２のような正
の温度抵抗係数変化手段を、一方のスイツチのゲ
ートと他方のスイツチの後方に直列に接続する。
これに加えて、回路の動作に付随するパデイング
抵抗３１を、PTC抵抗３２と並列に接続する。
抵抗３３はPTC抵抗３２に熱的に結合して、
PTC抵抗にバイアスをかけ、使用者が希望する
熱出力を発生するよう働き、これによつて、温度
抵抗係数装置が周囲温度の変化に感応し、さらに
使用者により選ばれた設定点の変更にも応答する
ようになつている。さらに使用者によつて調整可
能な可変抵抗器３４を、バイアス抵抗器３３に直
列に接続し、バイアス抵抗器３３の熱出力、所望
の適温レベルを手動で調整できるようになつてい
る。使用者が可変抵抗器３４を適宜設定すること
により、PTC抵抗器３２がバイアスされた後は、
PTC抵抗器３２の抵抗は、室温の変化に応じて
上昇または減少する。

PTC抵抗器３２とコンデンサ２８は、半導体
スイツチ２５，２６へのゲーテイング信号を生ず
る抵抗−キヤパシタンス時限回路（Ｒ−Ｃ回路）
の一部をなす。基礎的な交流回路設計で知られて
いるように、Ｒ−Ｃ回路のコンデンサは、これに
加えられた交流線路電流の各半周の間充電され、
コンデンサの端子間に生じる電圧の立上り時間
は、印加された交流線路電流の立上り時間より
も、Ｒ−Ｃ回路内の特定の抵抗−キヤパシタンス
値によつて定められる度合または位相角度だけ遅
れる。コンデンサの端子間の電圧の所定の立上り
時間は、これらの値の一方または他方を変化する
ことによつて制御することができ、しかして半導
体スイツチに加えられるゲーテイング信号の位相
関係を変え、その結果発熱体に与えられる平均出
力を変えることができる。したがつて、PTC抵
抗器３２の抵抗の変化は、半導体スイツチ２５，
２６の導通状態をより高くまたはより低くなるよ
う変調し、これによつて周囲温度の変化または可
変抵抗器３４の使用者設定レベルの変化に応じ
て、毛布の適温レベルを維持することができる。

ある種の条件では半導体スイツチ２５，２６
は、高周波干渉をきたす電圧過渡状態を生ずるこ
とがある。このような干渉が本発明の出力制御を
使用することから起こるという可能性が認められ
るので、電気加熱ベツドカバーの使用場所付近に
あるラジオ受信装置との不当な干渉を防止するの
に必要な、抵抗−キヤパシタンスまたは誘導部品
を回路に設けることが望ましい。この目的のため
に、直列に接続したチヨークまたはインダクタン
スL1と、特に符合をつけない適当な抵抗器とコ
ンデンサを図示する。制御回路にはさらに、オン
−オフスイツチS1と、毛布がオンであることを
示すネオン表示灯を設けてもよい。

次に第３図に示した本発明の他の実施例を説明
する。ここでは、本発明による一体型固体適温制
御および過熱防止回路は、正の温度抵抗係数特性
をもつセンサワイヤを用いた毛布にも使用しうる
ことを示す。制御回路と毛布の配線は、ほとんど
の点で第２図に関して前に説明したものと同じな
ので、くり返しを避けるため、この実施例の構成
要素のうち前述の要素に対応するものは、対応す
る参照符合に（′）の表示を加えて示す。

以下第３図についてより詳しく説明する。図示
のようにセンサワイヤ１４′は単独の導線よりな
り、一方のスイツチ２５′のゲートおよび他方の
スイツチ２６′の後方に直列に接続されている。
適温制御PTC抵抗器３２′も同様に、スイツチ２
５′のゲートおよび他方のスイツチ２６′の後方に
直列に接続されている。他方のスイツチ２６′の
ゲートは、固定抵抗３５′を介してスイツチ２
５′の後方に接続されている。

毛布温度が正常なときは、PTC抵抗センサワ
イヤ１４は導通となり、半導体スイツチへのゲー
ト電流は正常に流れる。これに対して過熱温度に
なると、PTCセンサワイヤ１４′の抵抗が増加し
て絶縁状態となり、ゲート電流の流れを遮断して
半導体スイツチ２５，２６を非導通とする。

以上図面および説明において本発明の所望実施
例を述べた中で、特別な用語が使用されている
が、これは総称的な意味で説明的に用いられてい
るもので、限定を目的としたものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はベツドカバー、特に毛布式の本発明に
よる電気加熱装置の斜視図；第２図は、第１図の
毛布に使用する適当な一体型適温制御および過熱
保護回路の一実施例を示す概略図；第３図は、本
発明による適当な一体型適温制御および過熱保護
回路の第２の実施例を示す概略図。 ２０…ベツドサイド制御ユニツト、３０…導電
ケーブル、１０…ベツドカバー、１４…センサワ
イヤ、１２…電気発熱体、２５，２６…ゲート制
御双方向半導体スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ベツドカバーと、交流電流を通すことによ
   り、ベツドカバー内に熱を生じる電気加熱手段
   と、上記電気加熱手段と連携し、(1)周囲温度に対
   応しかつ使用者が設定したレベルにベツドカバー
   の温度を調整するとともに、(2)ベツドカバー内過
   熱状態を防止するよう作動しうる制御手段とを有
   する電気加熱装置において、上記制御手段は、(a)
   相互に直列かつ前面が向かい合う姿勢で電気的に
   接続されるとともに、上記電気加熱手段に直列に
   接続された一対のゲート制御双方向半導体スイツ
   チであつて、交流電流の２半周部分の通過量を制
   御し、上記一対の半導体スイツチに印加された交
   流電流に関連して位相が変わる低電流ゲート信号
   に応じて、上記電気加熱手段に加えられる電気出
   力を調整するようにした半導体スイツチと、(b)上
   記一対の半導体スイツチのゲートを相互に容量結
   合する手段と、(c)前記半導体スイツチのいずれか
   一方のゲートを、他方の半導体スイツチの背後に
   電気的に接続する手段と、(d)使用者が適温に設定
   したバイアス抵抗器の所定の温度より以上または
   以下に周囲温度が変化するとこれを感知する、正
   の抵抗温度係数手段であつて、前記手段(c)によ
   り、一方の半導体スイツチのゲートと、他方のス
   イツチの背後に直列に電気的に接続され、正の抵
   抗温度係数手段により感知された周囲温度の変化
   に対応して、前記一対の半導体スイツチの位相制
   御が行なわれるようにした、正の抵抗温度係数手
   段と、(e)ベツドカバー内過熱状態発生を感知する
   ベツドカバー内温度感知抵抗手段であつて、一対
   の半導体スイツチの少なくとも一方のゲートに電
   気的に接続され、過熱状態の発生より生じる、ベ
   ツドカバー内温度感知抵抗手段の抵抗の所定の変
   化に応じて、スイツチを非導通状態に励起し、以
   て前記電気加熱手段の電流を遮断するようにした
   温度感知抵抗手段、とを特徴とする電気加熱装
   置。 ２ 前記温度感知抵抗手段は、前記ベツドカバー
   内の負の抵抗温度係数センサワイヤよりなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記温度感知抵抗手段は、前記ベツドカバー
   内の正の抵抗温度係数センサワイヤよりなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ ベツドカバーと、交流電流を通すことによ
   り、ベツドカバー内に熱を生じる電気加熱手段
   と、上記電気加熱手段と連携し、(1)周囲温度に対
   応しかつ使用者が設定したレベルにベツドカバー
   の温度を調整するとともに、(2)ベツドカバー内過
   熱状態を防止するよう作動しうる制御手段とを有
   する電気加熱装置において、上記制御手段は、(a)
   相互に直列かつ前面が向かい合う姿勢で電気的に
   接続されるとともに、上記電気加熱手段に直列に
   接続された一対のゲート制御双方向半導体スイツ
   チであつて、交流電流の２半周部分の通過量を制
   御し、上記一対の半導体スイツチに印加された交
   流電流に関連して位相が変わる低電流ゲート信号
   に応じて、上記電気加熱手段に加えられる電気出
   力を調整するようにした半導体スイツチと、(b)上
   記一対の半導体スイツチのゲートを相互に容量結
   合する手段と、(c)前記半導体スイツチのいずれか
   一方のゲートを、他方の半導体スイツチの背後に
   電気的に接続する手段と、(d)使用者が適温に設定
   したバイアス抵抗器の所定の温度より以上または
   以下に周囲温度が変化するとこれを感知する、正
   の抵抗温度係数手段であつて、前記手段(c)によ
   り、一方の半導体スイツチのゲートと、他方のス
   イツチの背後に直列に電気的に接続され、正の抵
   抗温度係数手段により感知された周囲温度の変化
   に対応して、前記一対の半導体スイツチの位相制
   御が行なわれるようにした、正の抵抗温度係数手
   段と、(e)ベツドカバー内過熱状態発生を感知する
   ベツドカバー内の負の抵抗温度係数センサワイヤ
   であつて、負の温度係数温度感知誘電材料により
   相互に電気的に隔成された一対の導線を有し、前
   記一対の導線は各々、前記手段(c)により、前記
   各々の半導体スイツチのゲートと直列に電気的に
   接続され、過熱状態の発生により前記ベツドカバ
   ー内の前記負の温度係数誘電材料の抵抗が所定量
   低下すると、前記半導体スイツチへのゲート信号
   を短絡し、これによつて前記加熱手段への交流電
   流を遮断する負の抵抗温度係数センサワイヤ、と
   を特徴とする電気加熱装置。 ５ ベツドカバーと、交流電流を通すことによ
   り、ベツドカバー内に熱を生じる電気加熱手段
   と、上記電気加熱手段と連携し、(1)周囲温度に対
   応しかつ使用者が設定したレベルにベツドカバー
   の温度を調整するとともに、(2)ベツドカバー内過
   熱状態を防止するよう作動しうる制御手段とを有
   する電気加熱装置において、上記制御手段は、(a)
   相互に直列かつ前面が向かい合う姿勢で電気的に
   接続されるとともに、上記電気加熱手段に直列に
   接続された一対のゲート制御双方向半導体スイツ
   チであつて、交流電流の２半周部分の通過量を制
   御し、上記一対の半導体スイツチに印加された交
   流電流に関連して位相が変わる低電流ゲート信号
   に応じて、上記電気加熱手段に加えられる電気出
   力を調整するようにした半導体スイツチと、(b)上
   記一対の半導体スイツチのゲートを相互に容量結
   合する手段と、(c)前記半導体スイツチのいずれか
   一方のゲートを、他方の半導体スイツチの背後に
   電気的に接続する手段と、(d)使用者が適温に設定
   したバイアス抵抗器の所定の温度より以上または
   以下に周囲温度が変化するとこれを感知する、正
   の抵抗温度係数手段であつて、前記手段(c)によ
   り、一方の半導体スイツチのゲートと、他方のス
   イツチの背後に直列に電気的に接続され、正の抵
   抗温度係数手段により感知された周囲温度の変化
   に対応して、前記一対の半導体スイツチの位相制
   御が行なわれるようにした、正の抵抗温度係数手
   段と、(e)ベツドカバー内過熱状態発生を感知する
   ベツドカバー内の正の抵抗温度係数センサワイヤ
   であつて、前記手段(c)により、前記各々の半導体
   スイツチのゲートと直列に電気的に接続され、過
   熱状態の発生により前記ベツドカバー内のセンサ
   ワイヤの抵抗が所定量増加すると、前記半導体ス
   イツチへのゲート信号を遮断し、これによつて前
   記加熱手段への交流電流を遮断する正の抵抗温度
   係数センサワイヤ、とを特徴とする電気加熱装
   置。