JPS6053886B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気毛布、電気敷布、電気フロアヒータ等
に用いる温度制御装置に関し、本発明の意図する点を次
に別記する。

（１）就寝前の蓄熱、使用前の予熱などを簡便に行 な
えるよう、通常の温度設定つまみとは別に速 熱用の強
温度設定つまみを設け、このつまみを操作することで定
められた期間、通常の温度設定つまみによる設定温度と
は無関係に強温度に保持され、その後、通常の設定温度
に復帰する 強保持回路と、その強解除回路を設けるこ
とで ある。

（２）強保持回路と、その強解除回路が故障すると、強
温度が持続して危険であると共に、エネルギーロスも大
きいので、強保持回路と、その強解除回路が正常に作動
するか否かを、強温度設定のたびに動作チェックし、正
常に動くときのみ強保持ができる起動チェック回路を設
けることである。

（３）強保持の手動解除用つまみを設けることで、適宜
、強の停止ができて便利性を向上させることである。

（４）強保持されると発光ダイオード等により表示する
ことで、その動作状態が判断でき、使い勝手，安全上，
好ましい結果となる。

（５）強温度を任意選択できるよう構成することで、い
ろんなニーズに対応でき得る。

以下、本発明の実施例につき、図面に基づき説明を加え
る。

第１図は本発明の一実施例としての電気毛布の外観図で
ある。

図において、１は電気プラグ、２はコントローラボック
ス、３は被加熱体、４は接続コード、５はコネクタ、６
はヒータ、７は被加熱体の温度を検出する温度センサ、
８は電源スイッチ、９は温度設定つまみ、１０は電源ラ
ンプ、１１は強温度設定つまみである。このつまみ１１
のセット操作で第６図の如く、通常の温度設定つまみ９
による温度Ｔ，とは別に、強保持期間ＴＨの間、強温度
ＴＨを保ち、充分な蓄熱、予熱を行なう。１２は強温度
設定がなされ強保持すると表示する発光ダイオード等の
表示素子、１３は強保持を手動で解除するための手動解
除用つまみ、１４はヒステリシス制御と比例制御の選択
つまみで、このスイッチを操作して閉じると、第７図に
示すごとく被加熱体３の温度が比例制御モードから所定
の温度スイングΔＴＯ（ヒステリシス）で波打ちするヒ
ステリシス制御モードに切替わる。

次に第２図により構成と制御動作の説明を行なう。第２
図において、１は電源プラグ、８は電源スイッチ、１５
は電源遮断器としての温度ヒューズ、１６は抵抗、１７
はサージアブゾーバ、１８はコンデンサであり、これら
により電源部１９を・構成する。２０は温度設定回路で
、抵抗２１と温度設定つまみ９と連動する可変抵抗体２
２て構成される。

２３は温度検出回路で、温度センサ７、ネオンランプ２
４、抵抗２５、コンデンサ２６、１次巻線２７と２次巻
線２８を有するパルストランス２９からなる。

センサ７は１次巻線３０、２次巻線３１の間に感温材（
プラスチックサーミスタ）３２を有する構成であり、１
次巻線３０と２次巻線３１の層間インピーダンス為は第
３図に示すとおりである。また構造は第４図に示す通り
、芯線３３の上に順次巻かれて、表皮３４でカバーされ
る細状センサである。温度設定部２０と温度検出回路２
３の動作は、可変抵抗体２２で設定さｌれる抵抗Ｒ２２
と直列抵抗２１のＲ２ｌの合成抵抗（設定抵抗）ＲＸ＝
Ｒ２２＋Ｒ２ｌと、センサ７の層間インピーダンス４と
で電源電圧を分圧し、その層間インピーダンス側の分割
電圧■２７（Ｚ７の端子電圧）をネオンランプ２４の放
電開始電圧ＶＢＯで検知す・るもので、温度センサ７の
温度が低いときＶ２７〉■ＢＯとなり、ネオンランプ２
４は放電して、パルストランス２９の２次巻線２８に出
力を発する。３５は制御電源回路であり、トランス３６
、全波ダイオードブリッジ３７、平滑コンデンサ３８で
”構成される。

３９は強保持回路であり、次の部品から構成される。

強温度設定つまみ１１と連動するスイッチ４０と４１、
強保持の手動解除用つまみ１３と連動するスイッチ４２
、強温度設定時に動作して自己保持するリレーを有し、
そのリレーはコイル４３の励磁により２つの接点４４，
４５を閉じる。接点４４は可変抵抗体２２を短絡して強
温度の設定を行ない、接点４５はコイル４３の自己保持
に使われる。さらに抵抗４６，４７，４８，４９，５０
とダイオード５１，５２，５３、リレーコイル４３に起
動電流を流す起動コンデンサ５牡抵抗５５、コンデンサ
５６を有している。５７は強保持動作の強解除回路であ
つて、強解除時にオンするトランジスタ５８、ダイオー
ド５９、抵抗６０で構成され、トランジスタ５８のオン
によりリレーコイル４３の両端を短絡してリレーの自己
保持を解除するものである。

６０は温度制御回路の主体である制御回路で集積回路（
以下、単にＩＣとする）からなるものである。

６１はＩＣの電源プラス端子、６２はマイナス端子、６
３は強温度保持の解除出力端子である。

６４は温度検知出力、すなわち温度センサ７からの出力
を受ける端子、６５は■Ｃの動作を交流波形と同期して
作動させるためのＡＣ同期の入力端子、６６は温度検知
出力が有するとき抵抗６７を介してコンデンサ６８に充
電する充電端子、６９はコンデンサ６８に蓄積された電
荷を交流電源のゼロクロス点で端子７０より放電させる
ための放電端子で、端子７０より放電される電流はサイ
リスタ８０をゼロクロストリガする。

７１はサイリスタ８０の動作状態を検知する電圧検知端
子で、例えば、被加熱体３の温度が設定温度より高くな
つたときは温度検知出力が無い、すなわち端子６４に電
圧が加わらないのに、サイリスタ８０がオンするときは
異常状態（過熱が起こりうる）なので、端子７１により
これを検知して端子７２より異常信号を出す。

７３，７４は抵抗、７５はゼナーダイオードである。

端子７６は温度のヒステリシス制御の入力端子であり、
ヒステリシス制御の選択時はスイッチ１４が閉じて抵抗
７７とコンデンサ７８により入力される。端子７９は強
保持の入力端子であり、強保持がセットされたとき有効
な入力が端子７９に入る。８０は電力制御素子、図では
ゲートに抵抗８１を有したサイリスタであつて、端子７
０からのトリガ出力によりヒータ６の通電を制御する。

ヒータ６の構成は、ヒータ巻線８２と安全巻線８３と熱
溶融材（約８０℃位で溶ける）８４を主な構成要素とし
、第５図の構造となつている。なお、第５図において、
８５は芯線、８６はヒータの表皮である。以下に述べる
部品は、温度制御装置の保安用のものである。

８７は抵抗、８８はダイオード、８９は加熱抵抗であり
、電力制御素子であるサイリスタ８０がショート故障し
たときダイオード８８に半波で通電されて加熱し、温度
ヒューズ１５を溶断する。

９０は加熱抵抗であり、ヒータ６が局部的に異常加熱（
熱放散が阻げられる）したときは危険であるから、この
とき、熱溶融材８４が溶けて、ヒータ巻線８２と安全線
８３がタッチし、そこを流れる大電流によつて加熱抵抗
９０が発熱して温度ヒューズ１５が溶断される。

９１はＩＣ６Ｏの異常出力端子７２で作動するサイリス
タで、前述の如く被加熱体３の温度が設定値に達してＩ
Ｃ６Ｏの入力端子６４に入力が無いのに、電力制御素子
であるサイリスタ８０がオンする、いわゆる自己トリガ
発生すると、ヒータ６により異常加熱されて危険である
から、このとき、サイリスタ９１がオンして加熱抵抗９
２を発熱させて温度ヒューズ１５を溶断させる。

９３はゲート抵抗である。

次に第２図により強温度設定を行なわない通常の温度制
御と、強温度設定による温度制御と、ヒステリシス制御
モードに３つに分けて動作説明を行なう。

通常の温度制御（比例制御）は、第６図のＡ波形のよう
になる。

まず、電源スイッチ８を閉じると、温度制御装置全てに
電圧が加わる。温度設定つまみ９と連動される可変抵抗
体２２により決定される設定抵抗ＲＸｌセンサ７の層間
インピーダンス４によつて電源電圧を分圧する。温度が
低いとネオンランプ２４がトリガして、パルストランス
２９の２次巻線２８に温度検知の出力が出る。一方、制
御電源回路３５よりＩＣ６Ｏに共電されるので、前記温
度検知の出力を端子６４より取り込み、充電端子６７よ
りコンデンサ６８に充電する。そして、交流電流がゼロ
電圧をよぎるゼロクロス点を、抵抗７３よりＩＣ６Ｏの
ＡＣ同期入力端子６５より取り込み、この時点で、コン
デンサ６８の残留電荷を放電端子６９，７０より所定の
パルス幅て放電して、電力制御素子であるサイリスタ８
０をオンしてヒータ６に通電する。その後、ヒータ６に
より被加熱体３が加熱され、温度が上昇して行く。被加
熱体３が設定温度Ｔｓに達すると、センサ７の層間イン
ピーダンス４が下り、センサ７の層間電圧Ｖ２７がネオ
ンランプ２４の放電電圧ＶＢＯ〈ＶＢＯとなる。従つて
ネオンランプ２４がオフするので、パルストランス２９
の２次巻線２８には出力されず、ＩＣ６Ｏの入力端子６
４にも入力されない。これにより、充電端子６６もオフ
してコンデンサ６８に充電されないので、放電端子６９
，７０からは有効なトリガ電流が電力制御素子てあるサ
イリスタ８０に流れず、オフしてヒータ６へは通電され
ない。センサ７の温度が下つてくると、再び前述の動作
をくり返して、被加熱体３の温度を一定に保つものであ
る。次に強温度設定による温度制御について述べる。

動作波形は第６図、Ｂ波形に示す如くになる。電源スイ
ッチ８を閉じ、その後、第１図の強・温度設定つまみ１
１をセット操作すると、第２図のスイッチ４０が閉じ、
スイッチ４１が開く。スイッチ４０の閉路により抵抗４
９を通じてトランジスタ５８がオンし、抵抗４７、ダイ
オード５９を介して起動コンデンサ５４に充電される。
そして、強温度設定つまみ１１のセット操作を解除する
、すなわち前記つまみを離すと、スイッチ４０，４１が
元に復帰し、スイッチ４０は開路し、トランジスタ５８
はオフすると共に、スイッチ４１は閉路に復帰する。こ
の閉路復帰により、起動コンデンサ５４の残留電荷はス
イッチ４１、抵抗４６、リレーコイル４３、ダイオード
５３を介して放電し、リレーコイル４３の励磁により、
その接点４４と４５が閉路する。尚、図中で接点の●印
は常閉接点、Ｏ印は常開接点を示す。従つて、接点４５
の動作によりリレーコイル４３の電流は発光ダイオード
等の表示素子１２、常閉形の手動解除スイッチ４２、抵
抗４６を通つて流れ、リレーは自己保持する。よつて接
点４４の閉路により可変抵抗２２の両端を短絡して、温
度設定つまみ９による温度設定とは関係なく最高の強温
度に設定される。また接点４５により発光ダイオード等
の表示素子１２で強温度の保持がなされたことを表示す
る。なお、抵抗４７の値は次の制限を満たすよう大きな
値に決定される。すなわち、強温度設定つまみ１１をセ
ットしない通常の温度制御状態では、スイッチ４０は開
路で、トランジスタ５８はオフ、スイッチ４１は閉路で
あるから、リレーコイル４３には抵抗４７，４６を介し
て電圧が印加されている。この電圧でリレーがオンしな
いよう抵抗４７の値を大きく設定する必要がある。従つ
てリレーがオンするのは、強温度設定つまみをセット操
作して、起動コンデンサ５４に制御電源回路３５の電圧
までフル充電し、その後、この残留電荷のみでリレーコ
イル４３が励磁して自己．保持するものである。リレー
の自己保持により、その接点４５が作動するので、抵抗
５０による接点（●印）のバイアスがなくなり、ＩＣ６
Ｏの強入力端子７９がＲＨョ→ＲＬョに落ち込んでＩＣ
６Ｏが強入力状態にセットされる。これら一連の！強温
度設定動作は、実際には一瞬にして行なわれる。次に温
度制御動作は、前述した通常の比例制御で述べた動作を
行ない、被加熱体３の温度が最高温度、すなわち強温度
ＴＨに達すると、前述の動作と同様にパルストランス２
９の出力が消滅す・る。このトランス２９の出力が消滅
すると、すなわち設定の強温度ＴＨに達すると、ＩＣ６
Ｏに内蔵するタイマが作動する。タイマによる所定の１
強ョ保持時間ＴＨが経過すると、ＩＣ６Ｏの出力端子６
３から強解除出力が送り出される。この出力でトランジ
スタ５８が再びオンして、リレーコイル４３の両端を短
絡するので、励磁が解かれ、接点４４，４５が元に復帰
する。リレーのオフにより強解除がなされ、通常の温度
制御に復帰する。ここでトランジスタ５８はリレーをオ
フさせる強解除用のトランジスタであるが、強温度の設
定時にもトランジスタ５８をオンさせ、これがオンしな
い限り、リレーの保持がなされないものでノある。換言
すると、強保持回路３９と強解除回路５７があり、強温
度設定ができる条件は強設定時に強解除回路５７が正常
に動作すること（トランジスタ５８がオンして起動コン
デンサに充電すること）が前提となつており、このよう
な起動チェック方式であるため、部品故障時は条件が揃
わず、強温度の設定ができないフエールセーフシステム
となつている。また、第６図に示すように通常の運転中
に、時間ちで強温度設定つまみ１１を操作しても、前述
の動作と全く同じ動作がなされるのは当然である。

特に朝方の寒い時に、この操作を行なえば適当な暖感覚
もある。また第８図に示すように、接点４４と直列に任
意選択可能な第２の可変抵抗体９４を挿入すると、より
適応性，使い勝手，効果も大きくなる。また、手動解除
用のつまみ１３を操作すると、第２図の接点４２が開路
し、リレーコイル４３の自己保持の励磁が解かれるので
、リレーはオフし、その接点４４，４５が元に復帰して
途中での強温度解除ができる。

ヒステリシス制御の選択つまみ１４を操作して温度制御
する場合、すなわちヒステリシス制御について説明する
。

その動作は第７図の如くになる。第７図の時間Ｔ２でス
イッチ１４をオンすると、ＩＣ６Ｏの入力端子７６がＲ
Ｈ．．→ＲＬＪに落ち込み、比例制御モードからヒステ
リシス制御モードに切り替わり、温度スイング幅ＴＯと
なるようＩＣ６Ｏが作動して、電力制御素子であるサイ
リスタ８０をコントロールする。次に他の実施例を第８
図に示す。

第８図において、第２図からの主な変更点は、リレーの
接点４５を切替接点から常開形の１接点したことによる
変更点と、接点４４と直列に強温度の任意選択可能な第
２の可変抵抗体９４を挿入したことてある。第８図の変
更点による動作の説明を加える。強温度設定つまみ１１
をセット操作すると、接点４０が閉じてトランジスタ５
８がオンし、また接点４１が●印から○印に切替わり、
抵抗４６を介して起動コンデンサ５４に充電する。その
後、強温度設定つまみ１１のセット操作を解除すると、
すなわち、つまみ１１を離すと、接点４０，４１が元に
戻り、トランジスタ５８はオフ、起動コンデンサ５４の
残留電荷は接点４１の●印（常閉）を通り、リレーコイ
ル４３、ダイオード５３を介して放電するので、コイル
４３は励磁されて、その接点４５，４４が閉じ、リレー
は自己保持する。また、リレーコイル４３の端子電圧に
より抵抗５０，９６を介してトランジスタ９５がオンし
、ＩＣ６Ｏの端子７９はＲＨＪ−＋ＲＬョに変化して、
強保持の入力を与える。その他は、第２図と全く同一で
ある。前述の構成にもとづき本発明には次のような作用
効果がある。

（１）通常の温度設定とは別に、強温度設定回路を設け
、所定時間、すなわち被加熱体が設定温度に達してから
の一定期間、もしくは強温度設定してからの一定期間、
強温度で運転するので、充分な蓄熱、予熱、速熱が短期
間に安全に行ない得る。

（２）強温度設定つまみによる強保持回路と、これの強
解除回路を設け、強温度設定時には強解除回路が正常に
作動すること（トランジスタ等がオンして起動コンデン
サに充電すること）を起動条件として、強保持ができる
起動チェックシステムとなつている。

このため、部品故障時は強温度設定ができず、強温度が
継続して低温ヤケドが発生したりする不安全事故が皆無
であり、また強温度が継続することによるエネルギロス
も防止できる。（３）強保持の手動解除用つまみを設け
て、これを操作することで、任意の時に強温度設定の解
除が出来るので、便宜性が向上する。

（４）強保持回路の中に発光ダイオード等の表示装置を
挿入し、強温度設定時に光る構成てあるから、動作状態
が判断でき、使い勝手安全上、好ましい結果となる。

（５）強温度を任意選択できるよう構成することで、い
ろんなニーズに対応でき得る。

特に朝方の寒い時間などに、強温度設定つまみで強温度
設定にすると、希望の暖かい温度でコントロールでき得
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例としての電気毛布の外観図、
第２図はそれに使用される電気回路の全体を示す回路図
、第３図は温度センサの温度インピーダンス特性図、第
４図は温度センサの構成図、第５図はヒータの構成図、
第６図は強温度保持モードを示す特性図、第７図は比例
制御モードとヒステリシス制御モードとを示す特性図、
第８図は電気回路の他の実施例を示す回路図である。 ２・・・・・・コントローラボックス、３・・・・・・
被加熱体、６・・・・・・ヒータ、７・・・・・・温度
センサ、８・・・・・・電源スイッチ、９・・・・・・
温度設定つまみ、１１・・・・・・強温度設定つまみ、
１２・・・・・・表示素子、１４・・・・・・選択つま
み、２２・・・・・・可変抵抗体、２３・・・・・・温
度検出回路、２４・・・・・・ネオンランプ、２９・・
・・・パルストランス、３２・・・・・・感温材、３９
・・・・強保持回路、４０，４１・ ・・スイッチ、４
２・・・・スイッチ、４３・・・・・リレーコイル、４
４，４５・・・・・リレー接点、５４・・・・・・起動
コンデンサ、５７・・・・・・強解除回路、５８・・・
・・・トランジスタ、６０・・・・・・制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒータ等の負荷と、この負荷への給電を直接または
   間接的に制御する電力制御素子と、設定温度を調節する
   可変手段を有する温度設定部と負荷に対して熱的結合関
   係にある温度センサを含み温度センサに検出される温度
   が設定温度より低いとオン信号を出し設定温度に達する
   とオフ信号を出す温度検出回路と、この温度検出回路の
   オン・オフ信号を受け前記電力制御素子へのオン・オフ
   信号を出す制御回路と、使用者が強温度設定の操作を行
   なうと前記温度設定部と並列な強温度設定部を閉路とし
   、その後に動作するタイマの動作中は前記閉路を自己保
   持する強保持回路と、前記タイマのタイムアップ出力に
   よつて強保持回路の自己保持を解除して強温度設定部を
   開路にする強解除回路とを備え、強温度設定時には強解
   除回路が正常に動作することを起動条件として強保持回
   路が作動する起動チェックシステム回路を設けるととも
   に、この起動チェックシステム回路は、使用者が強温度
   設定にするための外力を加えるとセットされ外力がなく
   なるとリセットする自動復帰形の強温度設定操作手段を
   設け、強保持回路の自己保持用リレーコイルと並列に起
   動コンデンサとトランジスタの直列回路を設け、前記操
   作手段のセット時にトランジスタをオンさせて起動コン
   デンサに充電し、その後のリセット時にトランジスタが
   オフすると起動コンデンサの充電電荷を自己保持用リレ
   ーコイルへ放電させて自己保持を開始させ、タイマのタ
   イムアップ出力で再度上記トランジスタをオンにして自
   己保持用リレーコイルによる自己保持を解除する構成と
   した温度制御装置。 ２ 強温度設定した後に温度検知回路の信号がオン信号
   からオフ信号になると、タイマがスタートする特許請求
   の範囲第１項記載の温度制御装置。 ３ 強保持回路の自己保持リレーコイルと直列に発光ダ
   イオード等の表示素子を設けた特許請求の範囲第１項記
   載の温度制御装置。 ４ 強保持回路の自己保持時に使用者が自己保持を解除
   する手動解除手段を設けた特許請求の範囲第１項〜第３
   項のいずれかに記載の温度制御装置。 ５ 強温度設定部に、動作温度を調節する可変手段を設
   けた特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の
   温度制御装置。