JPH076861A - ヒータユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】使用開始時は第１の温度感知開閉手段（サーモ
スタット等）が冷えているために、第１の温度感知開閉
手段の開閉サイクルにおける第１回目の最高温度は第２
回目以降の最高温度より高くなる。特に、温度調整を
「強」に設定した場合は危険であるので、早目に第１の
温度感知開閉手段を閉結して第１回目の最高温度が高く
なりすぎないようにする。 【構成】 第２の温度感知開閉手段を加熱抵抗に直列接
続する。これにより、加熱抵抗を加熱させて、早く第１
の温度感知開閉手段を作動させ、ヒータへの通電を遮断
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱抵抗を有するヒー
タユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】所定の温度で加熱するヒータユニットと
して、ＳＣＲやトライアック等のスイッチング素子を用
いたものが知られているが放熱板やプリント基板を必要
とするために大きくなるという欠点があった。また、可
変式サーモスタットであれば放熱板やプリント基板の必
要はないが、温度検知部に温度調節摘み摘みがなければ
ならないという制限があり、特に、電気コタツのおいて
は温度調節摘みがコタツ内部あるために摘みの位置が探
しづらく、操作性が悪いという欠点があった。このた
め、加熱抵抗を有したヒータユニットにより温度調節を
する電気コタツが特公平２−１３７６０９号公報や特公
平３−５０４１８号公報などに開示されており、その原
理を図７に基づいて説明する。ヒータ（１２）とサーモ
スタット（１８）と加熱抵抗（１９）とコントローラ
（４）を有しており、サーモスタット（１８）は直列接
続されたヒータ（１２）の接続を所定の温度により開閉
するもので、加熱抵抗（１９）はサーモスタット（１
８）を加熱するものであり、その発熱量は電気コタツの
外部に露出するコントローラ（４）によって調節され
る。（４０）は電源である。この構成において、サーモ
スタット（１８）にはヒータ（１２）と加熱抵抗（１
９）の発熱が加わり、所定の温度になると、ヒータ（１
２）の接続を開閉する。コントローラ（４）を「強」に
設定した場合は、加熱抵抗（１９）の発熱量が小さくな
り、サーモスタット（１８）への加熱量が少なくなっ
て、解放するまでの時間が長くなる。よって、ヒータ
（１２）の通電時間が長くなる。逆にコントローラ
（４）を「弱」に設定した場合は、加熱抵抗（１９）の
発熱量が多くなり、サーモスタット（１８）への加熱量
が多くなって解放するまでの時間が短くなる。よって、
ヒータ（１２）の通電時間が短くなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】第１の温度感知開閉手
段（サーモスタット等）を有するヒータユニットにおい
ては、ヒータの熱が第１の温度感知開閉手段に伝わる時
間の分だけヒータの通電を停止させるのが遅れる。これ
による問題点を図６の折線Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，・・・で
説明する。図６は上述電気コタツのヒータ等を保護する
保護網中央部の温度変化を示し、横軸が時間で、縦軸が
温度である。第１の温度感知開閉手段の開閉サイクルに
より第１回目の最高温度（Ｂ１）、第２回目の最高温度
（Ｂ３）、・・・とＯＮ−ＯＦＦ制御を繰り返す。使用
開始時は第１の温度感知開閉手段が冷えているために、
ヒータからの熱伝導の遅れによって、第１回目の最高温
度（Ｂ１）は第２回目（Ｂ３）以降の最高温度より高く
なる。ヒータと第１の温度感知開閉手段の距離が離れて
いたり、第１の温度感知開閉手段が露出していなかった
りするとその温度差は大きくなる。また、上述のような
加熱抵抗を使用してコタツふとんの外から温度調節を行
うことができる電気コタツの場合、温度設定が「強」の
ときは加熱抵抗の発熱量が小さくてヒータの熱の影響が
大きくなるために、第１回目の最高温度と第２回目以降
の最高温度との差が大きくなる。

【０００４】このように一時的ではあるが、高温とな
り、その度合いが「強」に設定した時に大きくなること
は危険である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、ヒータと加熱抵抗と第１の温度感知開閉手
段と第２の温度感知開閉手段を有し、第１の温度感知開
閉手段はヒータに直列接続され、所定の温度によりヒー
タの接続を開閉するものであり、加熱抵抗は第１の温度
感知開閉手段を加熱するものであり、第２の温度感知開
閉手段は前記加熱抵抗に直列接続され、所定の温度によ
り加熱抵抗の接続を開閉することにより、ヒータの熱量
を制御するものである。

【０００６】

【作用】制御温度の立ち上がりにおいて、一時的に高温
となることを緩和することにより、安全性を高めるとと
もに温度の変動を少なくして温度制御性能を高める。

【０００７】

【実施例】本発明を電気コタツユニットに適用した実施
例で図に基づき説明する。図２は電気コタツの概略構成
を示し、（１）は電気コタツ本体で、内部上面にはヒー
タユニット（２）が取り付けられており、温度調節摘み
（３）を有するコントローラ（４）が電気コード（５）
を介して遠隔位置に配置される。

【０００８】図３にヒータユニットを示す。ヒータユニ
ット（２）は、やや長方形で金属板により折曲形成した
平板状の取付板（６）に発熱部（７）と電装部（８）を
配置したものである。発熱部（７）には、取付板（６）
の略中央にモータ支持板（９）を配設し、該モータ支持
板（９）にモータ（１０）を固定し、該モータ（１０）
の軸（図示せず）にファン(１１）を固着する。該ファ
ン（１１）を間にして２つのランプ型のヒータ（１
２）、（１２）を平行に配設し、該ヒータ（１２）、
（１２）の表面をヒータカバー（１３）、（１３）で覆
う。モータ（１０）、ファン（１１）、ヒータ（１
２）、（１２）、ヒータカバー（１３）、（１３）を保
護網（１４）で覆う。電装部（７）は制御器（１５）と
サーマルリードスイッチ（１６）とコントローラ（４）
用のコネクタ（１７）を有する。

【０００９】制御器（１５）の構造を図４に基づいて説
明する。制御器（１５）はサーモスタット（１８）と加
熱抵抗（１９）を有するユニットであり、上カバー（２
０）と下カバー（２１）により覆われている。サーモス
タット（１８）は高温になるとバイメタルの変位により
接点が開くスナップ動作の一般的な固定式サーモスタッ
トであり、これを説明する。バイメタル板（２２）はそ
の遊端側を右側（加熱抵抗（１９）と反対方向）に傾斜
させており、温度上昇に伴って遊端側が左側に変位す
る。バイメタル板（２２）の遊端には可動接点板（２
３）の基端を固着しており、可動接点板（２３）の遊端
に設けた可動接点（２４）が固定接点板（２５）の固定
接点（２６）と対抗するように配置している。バイメタ
ル板（２２）及び可動接点板（２３）には、反転バネ
（２７）を配置するための長孔をその長手方向に沿って
それぞれ形成している。この長孔に配置した反転バネ
（２７）は、その一端を可動接点板（２３）の遊端側に
係止し、その他端を押さえバネ（２８）の遊端側に切り
起こし形成した位置に係止し、この位置を係止点Ａとす
る。押さえバネ（２８）とバイメタル板（２２）と固定
接点板（２５）の夫々の固定端は支柱（２９）と絶縁体
（３０）、（３０）、（３０）により上カバー（２０）
に絶縁螺止される。調節ネジ（３１）は上カバー（２
０）に螺合し、先端に絶縁ブッシング（３２２を設けて
おり、該絶縁ブッシング（３２）は押さえバネ（２８）
の先端に当接する。反転バネ（２７）は係止点Ａを支点
として回動自在であり、図４のように可動接点板（２
３）が係止点Ａより右側に位置している間は可動接点
（２４）を固定接点（２６）に接触するように可動接点
板（２３）を右側に付勢し、一方、可動接点板（２３）
が係止点Ａより左側に位置している間は可動接点（２
４）を固定接点（２６）から所定の長さ離間させるよう
に可動接点板（２３）を左側に付勢する構成としてい
る。調節ネジ（３１）はサーモスタット（１８）の開閉
温度を調節するネジである。

【００１０】加熱抵抗（１９）はサーモスタット（１
８）を加熱するものであり、サーモスタット（１８）の
押さえバネ（２８）に接している。以上の構成からなる
制御器（１５）は、ヒータ（１２）で加熱された空気が
ファンによって流れる経路上で、且つ、ヒータ（１２）
に近い電装部（８）に配設される。

【００１１】サーマルリードスイッチ（１６）の構造を
図５に基づいて説明する。サーマルリードスイッチ（１
６）は感温フェライト（３３）を間にして２つの永久磁
石（３４）、（３４）で挟んだ円筒形の空洞にリードス
イッチ（３５）を配置し、外郭（３６）でモールディン
グしたものである。感温フェライト（３３）は軟磁性の
強磁性体であり、温度が上昇するに従って飽和磁束密度
が減少し、キュリー温度に達すると常磁性体となる材料
である。永久磁石（３４）は感温フェライト（３３）を
磁化させるためのものである。リードスイッチ（３５）
は先端部に接点表面処理を施した一対の強磁性体からな
るリード片（３７）、（３８）を、対向接触させて、外
部磁界によって吸引閉結させるものである。接点部はガ
ラス管（３９）中に不活性ガスと共に封入されている。
この構成により、低温時は感温フェライトが強磁性体と
なり永久磁石により磁気をもつためにリードスイッチ
（３５）が閉じているが、高温になると感温フェライト
（３３）の飽和磁束密度が減少するためにリードスイッ
チ（３５）が開く。サーマルリードスイッチ（１６）は
この作用により、コタツ内部が所定の温度になるまで
は、加熱抵抗（１９）を接続し通電させるものである。
サーマルリードスイッチ（１６）は保護網（１４）及び
制御器（１５）の近くに配設する。

【００１２】コントローラ（４）は加熱抵抗（１９）の
熱量を調節するものであり、コネクタ（１７）に接続す
る。その温度調節摘み（３）はコタツ外部に露出してお
り、コタツ内部を覗かなくても温度を調節できるように
なっている。

【００１３】次に回路構成を図１に基づき説明する。ヒ
ータユニット（２）とコントローラ（４）からなるのも
のを電源（４０）に接続する回路構成である。ヒータユ
ニット（２）において、２つのヒータ（１２），（１
２）とサーモスタット（１８）が直列接続される。サー
モスタット（１８）に接する加熱抵抗（１９）はサーマ
ルリードスイッチ（１６）と直列接続される。また、安
全のために、ヒューズ（４１）がヒータ（１２）や加熱
抵抗（１９）と直列接続される。直列接続されたコント
ローラ（４）内のサイリスタ（４２）は半導体スイッチ
ング素子であり、加熱抵抗（１９）と直列接続されてお
り、その発熱量を位相制御によって可変する。コントロ
ーラ（４）について詳述すると、ダイオード（４３）に
よって半波整流した電圧をツェナーダイオード（４
４），（４５）によって定電圧にクリップし、ツェナー
ダイオード（４５）でクリップされた電圧Ｖ１はトラン
ジスタ（４６）のエミッタに与えられ、ツェナーダイオ
ード（４４），（４５）によってクリップされた電圧Ｖ
２はコンデンサ（４７）、抵抗（４８）、可変抵抗（４
９）よりなる微分回路（５０）に与えられるように接続
される。そして、微分回路（５０）の出力電圧はトラン
ジスタ（４６）のベースとトランジスタ（４６）の保護
用のダイオード（５１）の接続点に与えられ、またトラ
ンジスタ（４６）のコレクタは抵抗（５２）、（５３）
の分圧回路を介してサイリスタ（４２）のゲートに接続
されている。可変抵抗（４９）の抵抗値はコントローラ
（４）の温度調節摘み（３）によって可変される。（１
１）はモータ、（５４）は電源スイッチで、（５５）は
ノイズ防止用コンデンサである。

【００１４】斯かる回路構成において、サーマルリード
スイッチ（１６）の働きを理解し易くするために、ま
ず、サーマルリードスイッチ（１６）が接続されていな
い状態の温度制御について説明する。電源スイッチ（５
４）が閉じられると、電源の正位相期間において、トラ
ンジスタ（４６）のエミッタの電圧は定電圧Ｖ１に保た
れ、ベースの電圧はＶ２に上昇後微分回路（５０）が作
用して除々に低下する。そして、オフ状態にあるトラン
ジスタ（４６）はベースの電圧がエミッタの電圧よりも
所定電圧を低下するとオンし、サイリスタ（４２）のゲ
ートに電圧を与え、サイリスタ（４２）をオンさせる。
サイリスタ（４２）は電源の負位相期間はオフする。加
熱抵抗（１９）はサイリスタ（４２）のオン期間中発熱
する。サーモスタット（１８）のバイメタル板（２２）
が加熱抵抗（１９）とヒータ（１２）の熱により可動接
点板（２３）が係止点Ａより左側になると可動接点（２
４）と固定接点（２６）が離間し、ヒータ（１２）の通
電が停止する。このため、ヒータユニット（２）の温度
が低下し、ファン（１１）により制御器（１５）側に流
れる風は温風から冷風に変わるが、制御器（１５）内の
余熱と加熱抵抗（１９）により、サーモスタット（１
８）は暫く解放状態を維持する。やがて、サーモスタッ
ト（１８）のバイメタル板（２２）が低温になって復帰
すると、サーモスタット（１８）が閉成状態となり、再
びヒータ（１２）が加熱される。

【００１５】次にコントローラ（４）による温度調節に
ついて説明する。温度調節摘み（３）を回動して「強」
の方向（可変抵抗（４９）の抵抗値が大きくなる方向）
に移動させると、トランジスタ（４６）のオン時間が短
くなり、サイリスタ（４２）のオン時間も短くなる。従
って、加熱抵抗（１９）の発熱量が少なくなり、サーモ
スタット（１８）への加熱量が少なくなることにより、
サーモスタット（１８）が閉じている時間が長くなる。
よって、ヒータ（１２）の発熱量が多くなり、コタツ内
部の温度が高くなる。温度調節摘み（３）を「強」にし
た場合は加熱抵抗（１９）の発熱が全く無く、「弱」に
した場合は常に加熱抵抗（１９）が発熱するように積分
回路（５０）を設計する。

【００１６】この状態における保護網（１４）中央部の
温度の変化について図６に基づき説明する。横軸が時間
で、縦軸が温度である。温度調節摘み（３）を「強」に
回動した場合の保護網（１４）中央部の温度変化を１点
鎖線（Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，・・・）で示す。電源スイッ
チ（５４）を入れると、サーモスタット（１８）はヒー
タ（１２）と加熱抵抗（１９）により加熱されて除々に
温度が上昇する。サーモスタット（１８）の開閉切替温
度に達するとヒータ（１２）への通電が止まって、保護
網（１４）中央部の温度が下がり始める。この時の保護
網（１４）の中央部の最高温度を第１の最高温度Ｂ１と
する。暫く温度が下がると、サーモスタット（１８）の
復帰により再びヒータ（１２）が加熱される。このサイ
クルを繰り返し、第２の最高温度Ｂ３、第３の最高温度
Ｂ５を得る。最初は冷えていた制御器（１５）が定常の
温度に立ち上がる時間を有するためにサーモスタット
（１８）が解放する時間が遅れて、第１の最高温度Ｂ１
は第２の最高温度Ｂ３より高くなり、それ以降は略同じ
最高温度となる。温度調節摘み（３）を「弱」に回動し
た場合の保護網（１４）中央部の温度変化を破線（Ｃ
０，Ｃ１，Ｃ２，・・・）鎖線で示す。保護網（１４）
中央部の温度の立ち上がりは途中迄「強」の場合と同じ
で、途中より温度が下がり出す。この時も同様に第１の
最高温度Ｃ１のみ他の最高温度と比べて高くなる。この
ように、サーマルリードスイッチ（１６）が接続されて
いない状態では、一時的に高温となる。

【００１７】次に本発明の主たる特徴であるサーマルリ
ードスイッチ（１６）の動作について説明する。サーマ
ルリードスイッチ（１６）は加熱抵抗（１９）と直列接
続されている。サーマルリードスイッチ（１６）はサー
モスタット（１８）より早く解放（動作）するように、
また、サーモスタット（１８）より遅く閉結（復帰）す
るように設定されている。温度調節摘み（３）を「強」
に回動した場合の保護網（１４）中央部の温度変化を図
６の実線（Ａ０，Ａ１，Ａ３，・・・）で示す。電源ス
イッチ（５４）を入れると、サーマルリードスイッチ
（１６）が閉結しているためにサーモスタット（１８）
には加熱抵抗（１９）とヒータ（１２）の熱が加わる。
やがて、サーマルリードスイッチ（１６）が解放するの
で、サーモスタット（１８）はヒータ（１２）のみの温
度で上昇する。そして、サーモスタット（１８）の動作
温度まで上昇すると解放してヒータ（１２）の通電が停
止する（Ａ１）。サーマルリードスイッチ（１６）とサ
ーモスタット（１８）の温度が下がるが、先にサーモス
タット（１８）が閉結するために、電源スイッチ（４
０）を切るまでは、サーマルリードスイッチ（１６）は
解放したままである。従って、第１の最高温度（Ａ１）
以降の最高温度は、サーマルリードスイッチ（１６）が
ない場合と略同様の値を示す。このようにサーマルリー
ドスイッチ（１６）を接続した場合は、加熱抵抗（１
９）にて加熱した分だけ早くサーモスタット（１８）が
解放することとなり、一時的に保護網（１４）が高温に
なることを防止できる。

【００１８】実施例は電気コタツであるために第１の温
度感知開閉手段として許容電流が大きいサーモスタット
を使用し、第２の温度感知開閉手段として小型なサーマ
ルリードスイッチを使用したが、電流等の条件を満足す
ればサーモスタットの代わりにサーマルリードスイッチ
を使用してもよく、逆にサーマルリードスイッチの代わ
りにサーモスタットを使用してもよい。

【００１９】実施例は電気コタツについて記載したが、
加熱抵抗で温度感知開閉手段を加熱するヒータユニット
であれば電気コタツに限らず適応することができる。

【００２０】実施例は強弱の温度調節用の加熱抵抗と、
温度感知開閉手段の開閉サイクルにおける第１回目の最
高温度を下げるための加熱抵抗を共用しているために、
温度設定が「弱」の時は第１回目の最高温度を下げるこ
とはできなかった。しかし、この加熱抵抗を夫々個別に
持つことにより、温度設定が「弱」の時も第１回目の最
高温度を下げることができる。

【００２１】

【発明の効果】使用開始時は温度感知開閉手段（サーモ
スタット等）が冷えているために、温度感知開閉手段の
開閉サイクルにおける第１回目の最高温度は第２回目以
降の最高温度より高くなる。特に、温度調整を「強」に
設定した場合は危険であるので、サーモスタットを加熱
抵抗で加熱することにより、早目に温度感知開閉手段を
閉結して第１回目の最高温度が高くなりすぎないように
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を電気コタツユニットに適応した回路図
である。

【図２】実施例の概略構成を示す図である。

【図３】実施例のヒータユニットを示す図である。

【図４】実施例の制御器を示す図である。

【図５】実施例のサーマルリードスイッチを示す図であ
る。

【図６】実施例の保護網の温度変化を示す図である。

【図７】従来例を電気コタツユニットに適応した回路図
である。

【符号の説明】

２ ヒータユニット ３ 温度調整摘み ４ コントローラ １２ ヒータ １６ サーマルリードスイッチ（第２の温度感知開閉
手段） １８ サーモスタット（第１の温度感知開閉手段） １９ 加熱抵抗 ４０ 電源 ４２ サイリスタ ４９ 可変抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森脇 尚 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 (72)発明者 山根 安正 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータと加熱抵抗と第１の温度感知開閉
   手段と第２の温度感知開閉手段を有し、第１の温度感知
   開閉手段はヒータに直列接続され、所定の温度によりヒ
   ータの接続を開閉するものであり、加熱抵抗は第１の温
   度感知開閉手段を加熱するものであり、第２の温度感知
   開閉手段は前記加熱抵抗に直列接続され、所定の温度に
   より加熱抵抗の接続を開閉することにより、ヒータの熱
   量を制御することを特徴としたヒータユニット。