JPS6091584A - 過熱状態を防止する電熱装置およびこれに用いる感温電気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感温電気インピーダンスを有する材料によって
分離された一対の隔離されたプラスチックの可撓性導電
体を有する感温電気センサに関する。このような可撓性
プラスチック電気センサは例えば電気毛布のごとに個人
用生活快適装置、あるいはヒーティングパッドなどの医
療用補助器に適合する。

電気加熱の個人用生活快適装置または医療補助器は典型
的には一対の布帛製カバー間に配置された抵抗加熱線の
ごとく電熱装置を含む。電気エネルギまたは電流が加熱
線に流れる熱が発生して使用者に供給される。過熱を防
止するため、手動の制御装置が組入れられて電熱線に電
気エネルギを供給する回路を開けるようにされている。

しかし、使用者が過熱状態を見付けられない場合に電熱
装置への電流を制御する自動（７） 監視の感温装置を設けることも望ましい。過熱状態は保
温カバーを加熱装置にかけること、毛布にできるひだ、
電気エネルギの供給量の不規則、または電気的または機
械的故障などから生ずる。過熱は使用者のみならず発熱
線に隣接する各材料にも有害である。従って、電気カバ
ーは典型的には過熱状態を感知して電熱装置に送る電流
を減らすか速断するか、さもなくば制御する装置を含ん
でいる。

典型的には、電気毛布、ホットパッド、保温靴下などは
ある程度の曲り、折たたみ、折曲げ、もみくしやなどを
受けるものである。従って、電熱装置や感温センサもま
たこのような曲げを吸収すべく折曲げできるものでなけ
ればガらない。金属線はある程度の曲げまたは折曲げが
できるが、過度におこなわれると疲労がでて折れる結果
、望ましからぬ回路の断切が起る。それでも、大部分の
過熱検出回路は一つまだはそれ以上の金属導体を有する
電気センサを利用してきた。

特開昭ＧＯ−９１５８４（３） 二導線式先行技術の感知線が１９５６年５月１５日発行
の米国特許２７４５９４３号、および１９６５年１２月
７日付の米国特許３２２２４９７号に開示されている。

これら各特許では第１金属導電体のらせんで囲繞された
中心コアが設けられている。感温インピーダンス材料が
この第１金属導電体と中心コアとを同軸方向に被覆し、
第２金属導電体が上記インピーダンス材料の外面に巻着
されている。電気絶縁ジャケットはセンサ線の全体を同
軸方向に被覆している。インピーダンス材料の抵抗性は
所定の関係において温度によって逆に変化し、一般にＮ
ＴＣ（負の温度係数）材料と呼ばれる。従って、過熱は
材料に流れる電流を監視することによシ検出される。

このようなセンサ線は、機能的ではあるが、多重金属導
体を必要とし、高価た原材料と製造装置を必要とする。

さらに、この種の電線は数回の線巻付は作業を含む多工
程で時間のかかる製造方法を必要とし、これがさらに材
料費の上昇を招くものである。サーモスタットを用いな
い（９） 過熱防止回路用の二線式センサの別の型式では感温誘電
体が用いられている。１９７２年８月８日付の一般に譲
渡された米国特許３６８３１５１号には一対の信号線間
に感温誘電体を有するセンサが開示されている。とのセ
ンサに応答する単ゲート制御の半導体スイッチは発熱体
に送られるエネルギを過熱状態に応答して減少する。

１９８２年２月９日付の一般に譲渡された米国特許４３
１５１４１号には感温誘電体によシ常時分離されている
一対の導体を有するセンサが開示されている。一対の固
体スイッチ装置が発熱体回路と直列していて、そのゲー
トはセンサに電気的に接続されている。このスイッチ装
置は過熱状態に応答して不導性になる。これらの回路に
は比較的高価なセンサと制御回路とが利用されていて、
本発明に見られないその動作寿命を低下させる付属の線
が含まれている。

その他の特許、例えば１９６８年１１月１２日付の米国
特許３４１０９８４号には抵抗の正の温度係数（ＰＴＯ
）を有する材料の層で分離さく　１０　） れた一対の抵抗導体で発熱線自体を形成させた電熱ベッ
ドカバーが開示されている。ＰＴＯ材料の温度が上昇す
るにつれて、材料は膨張し、そのインピーダンスを増加
し、分離された導体間の電流量を減少させ出熱を減少さ
せる。別個の電気センサは含まれていない。

本発明の目的は連続的構造で経済的で製造できる感温電
気センサを提供することにある。

本発明の別の目的は導電性プラスチックよシ々る一対の
可撓性導体を含む別の熱源の温度を監視する電気セ／す
を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は電熱装置が発生する熱を監視
する改良された電気センサを含む過熱を防止する電熱装
置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は導電性プラスチックよシなる
一対の隔離された可撓性の細長い電気導体を有する感温
電気センサを含む過熱を防止する電熱装置を提供するこ
とにある。

本発明によれば、別個の熱源の温度を監視し、この監視
された温度に応答して電気信号を出す（１１） 電気センサは導電性プラスチックよ多構成された一対の
隔離された可撓性導体よりなる。所定の温度係数のイン
ピーダンス特性を全長に沿って有する可撓性感温電気イ
ンピーダンス材料は可撓性導体と同一の広がシを有し電
気的に接触している。感温材料はその長さに沿った温度
を可撓性導体間の電流を制御することによって監視する
。

叙上の電熱センナは加熱装置用の本質的には熱の全部を
供給する電熱装置と、電熱センサからの信号に応答して
加熱装置に流れる電流を制御する装置とを含む加熱装置
に用いることができる。このほか電気毛布などに用いる
ことができる。

本文に開示のセンサは少なくとも一部は従来の押出成形
技術によって従来の押出し成形装置を以て成形できるこ
とが本発明者の現在の考えである。この製造方法は高価
な線巻性は作業を省くことによって商業的に通用するセ
ンサを従来のセンサ線で現在入手できるよシも低コスト
特開昭ＧＯ−９１５８４（４） で製造することが考えられている。連続または共有押出
し成形技術を用いて一連続作業においてセンサ全体を製
造することができる。

さて、第１図および２図について説明すると、可撓性感
温電気センサ２は中心コア４と、このコア４を囲んでら
せん状に巻着されたリボン状の感温導体部分６と、導体
部分６およびコア４を入れる電気絶縁性ジャケット８と
を含む。

中心コア４は電気センサ２に機械強さおよび引張強さを
与える例えば繊維撚線などの可撓性不導電性材料である
。コア４の物理的特性はコアの可撓性を制限することに
よって導体部分６を折損させたり、あるいは結び目を作
ったシする恐れのあるもつれまたは、折シ曲げを避ける
ように選ばれている。

導体部分６は押出し成形の感温電気インピーダンス材料
１４に分離された一対の隔離された押出し成形導体１０
．１２を有する三部からなる構造である。これらの導体
は低い、または殆ど無視できる電気抵抗を有し、熱可塑
性材料な（１３） ど多数の公知の押出し可能な化合物のいずれを用いて製
造することもできる。この種の熱可塑性材料は通常は絶
縁体であるが、一部の選ばれた材料と組合せて導電性材
料とするとともできる。例えば、エチレンビニルアセテ
ートを適量のカーボンブラックまたは金属化ガラス繊維
または金属化フレークと組合せることができる。

その他の例は米国特許３２４３７５３号および３５９１
５２６号に記載されている。

感温電気インピーダンス材料１４は導電体１０゜１２と
物理的に接触していて、両者に挾持されテ両者ト同一の
広がシを有する。インピーダンス材料はまた分離された
導電体１０．１２と電気接触して両導電体間に電流の流
れを可能にする。材料１４のインピーダンスレベル即ち
抵抗レベルは感温性であるので、温度変化と共に変化す
る。インピーダンス材料１４の特定組成の如何により、
センサは正の温度係数または負の温度係数を持つことが
できる。例えば、負の温度係数の材料用の適当な材料は
イオン化合物を（１４） 添加した熱可塑性材料を含むことができる。このような
材料のインピーダンスはその温度が上昇するにつれ減少
する。適当な熱可塑性樹脂にはナイロン、アクリルニト
ライト、塩化ポリビニル、その他が含まれる。このよう
な熱力学的感応導体は当技術分野において公知で、例え
ば米国特許２８４６５６０号、３２２２４９７号、３２
４３７５３号、３７９３７１６号、３８６１０２９号に
記載されている。従って、インピーダンス材料１４の両
端に二つの分離された導体１ｏ。

１２で電圧ポテンシャルを加えることによって、インピ
ーダンス材料１４の温度に比例した電流の流れが得られ
る。

二つの導体１０．１２とこれに挾持されたインピーダン
ス材料１４とは図示のごとく中心のコア４にらせん状に
巻着されるように可撓性であることが望ましい。このよ
うな可撓性はまた可撓性センサが必要な場合、例えば電
気毛布または加熱パッドなどに、センサ２の使用が可能
になる。

（１５） 電気絶縁ジャケット８は導体部分６を同軸方向に包んで
いる。電気絶縁ジャケット８の熱力学的特性は特定の用
途に適応すべく必要に応じて変化する。例えば、センサ
２が電気加熱装置の極く近くに置かれている場合には、
絶縁の熱力学的抵抗は両者の分離距離が大きい場合よシ
も大きくなる。絶縁ジャケットはまた所望によシ摩耗を
防ぐ物理的支えまたは保護をする。

第３図および４図（同じ材料に対しては同じ符号を用い
る）について述べると、感温電気センサ２０は中心コア
２２と、三部からなる感温導体部分２４と、電気絶縁ジ
ャケット２６とを含む。中心コア２２は可撓性の電気的
に不導電性材料で、センサ２０内に中心に軸方向に配置
されている。導電体部分２４は三部からなる構造で、感
温電気インピーダンス材料３２を挾んで分離された一対
の隔離導電体２８．３０を含む。導電体およびインピー
ダンス材料の特性は先きに記載のごとくである。インピ
ーダンス材料は中心コア２２の周シに同軸方向に押出し
成特開昭ＧＯ−９１５８４（５） 形され、好ましくは接着されて縦方向引張強さを達成す
る。電気絶縁ジャケット２６は導体部分２４を同軸方向
に囲繞している。インピーダンス材料３２と導電体２８
．３０との間の接合は平面として示されているが、横断
面切欠きまたは溝状にして両部品を連動させることによ
シ両部品間に電気的および物理的接触を維持するのに役
立てることがで衰る。

第５図および６図については、同軸方向の感温電気セン
サ４０が示されている。可撓性の不導電材料のコア４２
は中心に軸方向に配置されている。外向き半径方向に動
かすと、プラスチック導電体４４の第１層は押出しなど
によって中心のコア４２の外面に同軸方向に配置されて
いる。感温電気インピーダンス材料４６の層は第１導電
体４４の外面に同軸方向に配置されている。導電体４８
の第２層はインピーダンス材料４６の外面に同軸方向に
配置されている。導電体およびインピーダンス材料の特
性は先きに記載のごとくである。二つの導電体４４　、
４８（１７） とインピーダンス材料４６とが一緒になって導電体部分
４９を構成している。電気絶縁層５０は導電体部分４９
の外面に同軸方向に配置されている。

ここに開示したセンサの全ての部分ではないが、大部分
は共有押出し成形されるか、または連続押出し成形され
ることが期待される。この結果、各層または各部分は物
理的に隣接する層または部分のどこにでも物理的に固着
されることになる。この結果、一体構造が生れ、物理的
強度が増進される。押出し成形工程は商業技術において
は公知であって、適当な装置と技術もまたよく知られて
いる。適当な熱可塑性材料のペレットを加熱して押出し
用の粘度にするのが典型的方法である。カーボンなど、
予め決められた材料なダイから押出す以前に加熱された
熱可塑性材料に加えると、導電性化合物または感温イン
ピーダンス化合物が生れる。種々異なる化合物はその押
出し特性および物理的特性の如何によシ、共有押出し成
形するとともでき、あ（１８） るいは連続押出し成形することもでき、またはサブスト
レート乃至コア上に押出し成形することもできる。セン
サの電気的および物理的特性は素材を適当に選択するこ
とによって必要に応じ変えることができる。

第７図および８図について述べると、電熱毛布など電気
加熱装置５４はエンベロープ５６、電気加熱装置５Ｂ、
感温電気センサ６０、および制御装置６２を含む。装置
はＮＴＯ電気センサがどのように用いられているかを示
す。

エンベロープ５６は織物、プラスチックその他電気加熱
装置に使用するに適した材料ならどのような材料でもよ
い。エンベロープは電気加熱装置５８または電気センサ
６０を含み、または配置するため通路またはトンネル（
図示せず）を含むか、または必要または所望によ如二つ
の層を積層または縫着したものから構成することができ
る。加熱装置５８およびセンサ６０の端は制御装置を毛
布に連結する六本線のコネクタＣにおいて終っている。

先きに記載したごとく、（１９） 電気センサは適当な感温電気インピーダンス材料によっ
て分離された二つのプラスチック導電体６０Ａおよび６
０Ｂを含む。

第７図において、制御装置は標準種型アウトレットに差
込むためのプラグ６４を含む。手動式スイッチ６６はプ
ラグと直列していて、親開閉スイッチとして使用者が操
作することができる。温度制御装置６８はスイッチ６６
と直列で、バイメタル・リーフスイッチ７０および補償
ヒータ７２を含む。交番温度制御装置は米国特許３５８
８４４６号に開示されている。加熱装置５８が次に直列
して半導体スイッチ７４　、７６に通じている。

本発明のゲート制御の二方向半導体スイッチ７４．７６
は［カドラック（ｑｕａａｒａｃ　）　Ｊという用語に
よシ確認されておシ種々のメーカから入手可能な型式の
スイッチである。「カドラック」は完全なディアツクを
介してトリガされ、電圧をどちらかの方向へ阻止し、電
流をどちらかの方向に導き、ゲート信号を加えることに
よ特開昭ＧＯ−９１５８４（６） って電流をどちらかの方向へ導くためにトリガされる双
安定半導体装置である。基本的なスイッチ構造は典堡的
には上記半導体装置の一側に配置された端子ＭＴ、およ
び隣接のゲート端子Ｇと、他側に配置の端子ＭＴ２とを
含む。端子ＭＴ。

とＭＴ２との間の半導体の部域は一対の平行半導体スイ
ッチの形を取っている。ゲート端子は概略記号のＭＴ１
側から出て、装置のゲート部分のディアクまたはダイオ
ード特性を示す相補的三角記号を装置のエンベロープ内
に含む線で示されている。端子ＭＴ、はゲート端子Ｇお
よび反対端子ＭＴ、における電圧および電流を測定する
だめの基準点である。スイッチのＭＴ１端子側はしばし
ば装置の「前側」と着像され、カドラックのＭＴ２Ｔ２
端子側置の「裏側」と着像されている。理解を容易にす
るため、本発明の説明と特許請求の範囲にはこの言葉を
用いてこの一対のスイッチの相互接続を明確にしている
。

特に、本発明の一対のゲート制御二方向半導体スイッチ
は直列に前側対前側方向に相互に電（２１） 気的に接続されていることに注目されたい。即ち、装置
の両ＭＴＩ端子側は直接に接合され、ＭＴ。

端子側は二方向半導体スイッチ７４．７６を電気抵抗発
熱体５８および温度制御装置６８と直列に接続する役目
をする。

本発明によシ過熱保護を達成する・ために、スイッチ７
４．７６のそれぞれのゲートＧを電気センサ６０を介し
て相互に電気的接続する装置が設けられている。抵抗と
コンデンサ７８とがネットワークを適当にバイアスする
ために必要に応じて含まれる。

通常の動作中は、センサの線導体６０Ａ。

６０Ｂを介しての結合のため、ゲート信号はスイッチ７
４．７６へ進み、交流電流のほぼ全サイクルが電熱装置
５８へ導かれるように交流電流のサイクルと位相関係に
装置をトリガする。

しかし過熱状態がおこると、センサ線６０の感温インピ
ーダンス材料のインピーダンスが低下するので、ゲート
信号はスイッチを導電状態にトリガするに足るだけのレ
ベル以下のレベルに（２２） 低下する。その結果、スイッチ’／４．’７Ｂは不導電
性になシ加熱装置への電流は遮断される。

スイッチ７４．７６のどちらかが故障して開き状態また
は不導電状態になる場合には、回路は発熱体５８へ電流
が流れない状態に入る。一方のスイッチが故障して短絡
状態または導電状態になると、ゲート信号が利用されな
いので他方のスイッチは導電状態にならない。この結果
はゲート回路が「交さ点」接続することからも言える。

即ち、スイッチ７６用のゲートＧはスイッチ７４の「後
側」端子ＭＴ２に接続され、スイッチ７４用のゲートＧ
はスイッチ７６の「後側」端子ＭＴ、に接続される。

本発明は鋲止の各実施例の場合同様に種々の変態凰の可
能なることは明白である。従って、本発明は好ましき一
実施例について記載したもので、この開示は広義に解釈
されるべきで同等な装置や部品配置の使用を包含するこ
とを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

（２３） 第１図、第３図および第５図は本発明の感温電気センサ
の種々異なる実施例の切欠平面図、第２図、第４図およ
び第６図はそれぞれ第１図の２−２線、第３図の４−４
線、および第５図の６−６線に沿った本発明の感温電気
センサの端面図、第７図は本発明の感温電気セ／すに使
用する制御装置の略配線図、第８図は本発明の感温電気
センサを含む電気毛布の略配線図である。 なお図において、符号２．２０．４０は感温電気センサ
、８，２６．５０は絶縁ジャケット、！０，１２．２Ｂ
、３０，４４．４８は可撓性細長い導体、１４，３２．
４６は感温インピーダンス材料、５８は発熱体、６０は
電気セ／す、６２．６８は制御装置、７４，７６は半導
体スイッチ、Ｇは各半導体スイッチのゲートである。 （ｉ、ｉ’４を 特開昭ＧＯ−９１５８４（ハ 手続補正書 ３、補正をする者 事件との関係　’＜”Ｔ　’＝’１　ｋｚｉ々φ７Ｋ。 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、過熱状態を防止し電流量に比例して熱を発生する電
   熱装置と、該電熱装置により発生された熱を監視し且つ
   過熱状態に応答して信号を出すため該電熱装置と熱的に
   応答する関係にある電気センサと、該電熱装置と該電熱
   装量を流れる電流を骸電気センサからの所定の信号に応
   答して制御するだめの該電気センサとに関連した制御装
   置とを有する電気毛布などの電熱装置にオイて、上記電
   気センサが一対の隔離された可撓性の細長い各々が導電
   性プラスチックよシ成形された導体と、全長に沿って所
   定の温度係数のインピーダンス特性を有する可撓性の細
   長い感温電気インピーダンス材料とよりなり、該インピ
   ーダンス材料は上記可撓性プラスチック導体間の電流を
   制御することによって該インピー（２） ダンス材料の長さに治ったどの部位における温度をも監
   視するため上記可撓性プラスチック導体と同一の広がシ
   を持ち且つ電気的接触をしていることを特徴とする電熱
   装置。 ２、前記感温電気インピーダンス材料が負の温度係数の
   抵抗特性を有し、前記制御装置が相互に直列に接続され
   た一対のゲート制御の二方向性半導体スイッチと、該半
   導体スイッチのどちらか一方によシ前記加熱装置を貫流
   する電流を制御するため前記電熱装置に該一対の半導体
   スイッチを直列に接続する装置と、過熱状態の感知に応
   答して半導体スイッチをトリガするため前記電気センサ
   を介して該半導体スイッチのいずれかの端子に各半導体
   スイッチのゲートを電気接続する装置とよシなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、前記一対の半導体スイッチが前側対前側（ＭＴ１対
   ＭＴＩ）の関係に接続されたことを特徴とする特許請求
   の□範囲第２項に記載の装置。 ４、前記電熱装置および前記電気センサが実質（３） 的に同一の広がシを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 ５、前記可撓性導体が相互に平行していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ６、前記可撓性導体が導電材料を添加させた熱可塑性化
   合物よりることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。 ７、前記可撓性導体および前記感温材料が共に一体的撚
   線な構成することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の装置。 ８、前記感温材料が負の温度インピーダンス特性を有す
   ることによシ温度が上昇するとインピーダンスが低下す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 ９、前記可撓性導体が同軸方向に配置されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 １０、前記感温材料が前記可撓性導体の長さに沿って該
   導体間に物理的に密接していることな特特開昭ＧＯ−９
   １５８４（２） 徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 １１、前記電気センサが前記可撓性導電体と前記感温材
   料とを取囲んで一体的撚線を形成するジャケットよシな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 １２、別個の熱源の温度を監視し、監視された温度に応
   答して電気信号を出す電気センサにおいて、導電性プラ
   スチックよシ成形された一対の隔離された可撓性の細長
   い導体と、所定の温度係数のインピーダンス特性を全長
   に沿って有する可撓性の細長い感温電気インピーダンス
   材料とを特徴とし、該感温電気インピーダンスが上記可
   撓性導体間の電流を制御することによって上記感温材料
   の長さに沿って如何なる部位における温度をも監視する
   ため上記可撓性導体長さに沿って該導体と同一の広がシ
   を持ち且つ電気接触している電気センサ。 １３、前記可撓性導体および感温材料が共に一体的撚線
   を構成することを特徴とする特許請求の範囲第１２項に
   記載の電気センサ。 （５） １４、前記可撓性導体が相互に平行していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１２項に記載の電気センサ。 １５、前記可撓性導体が導電性材料を添加させた熱可塑
   性化合物よシなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ２項に記載の電気センサ。 １６、前記可撓性導体が゛同軸方向に配置されたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の電気センサ
   。 １７、前記感温材料が前記可撓性導体の長さに沿って該
   可撓性導体間に物理的に密接していることを特徴とする
   電気センサ。 １８、前記感温材料が負の温度インピーダンス特性を有
   することによって温度が上昇するとインピーダンスが低
   下することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の電
   気センサ。 １９、前記感温材料が熱可塑性化合物よシなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の電気センサ。 ２０、前記電気センサが前記可撓性導体と前記感（６） 温材料とを取囲んで一体的撚線を形成するジャケットよ
   り−ａることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記
   載の電気センサ。