(57)【要約】【課題】短絡箇所に影響されず、温度ヒューズが溶断することにより、安全装置の精度と信頼性の高い面状採暖具を提供することを目的とする。【解決手段】交流電源２０と、ヒータ線２２と可溶体２３と温度検知線２４とを一体に設けた発熱体２１と、温度信号電圧Ｖａを出力する温度検出部２５と、電力制御素子２８を駆動する制御部２７と、制御電源を供給する電源回路部３１と、発熱抵抗３５の熱により溶断する温度ヒューズ３６と、発熱抵抗を駆動する能動半導体を備えた発熱抵抗駆動部３９とを備え、発熱抵抗駆動部はヒータ線２２と温度検知線２４が短絡することで流れるショート電流をトリガーとし、発熱抵抗３５に交流電源の電流を印加することにより、ショート電流が微弱である場合でも、ヒータ線２２への通電を短時間かつ確実に遮断することが可能となり、安全性と信頼性を向上することができる。【選択図】図１
2015010795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、
面状採暖具本体に配設し、ヒータ線と可溶体と温度検知線とを一体に設けた発熱体と、
前記温度検知線の抵抗値変化を検出して温度信号電圧に変換する温度検出部と、
前記温度検出部の前記温度信号電圧を処理して前記ヒータ線の通電をＯＮ、ＯＦＦする電力制御素子を駆動する制御部と、
少なくとも前記温度検出部と前記制御部へ制御電源を供給する電源回路部と、
熱的に結合した発熱抵抗の熱により溶断する温度ヒューズと、
前記発熱抵抗を駆動する能動半導体を備えた発熱抵抗駆動部と、を含み、
前記発熱抵抗駆動部は、前記ヒータ線の異常過熱時に前記可溶体の溶融により前記ヒータ線と前記温度検知線が短絡することで流れるショート電流をトリガーとし、前記発熱抵抗に前記交流電源の電流を印加することを特徴とする、
面状採暖具。
【請求項２】
複数の前記発熱体と、
前記発熱体毎に対応する複数の発熱抵抗駆動部を備え、
複数の前記発熱駆動部への前記ショート電流の入力部を電気的に接続する接続経路を備え、前記発熱駆動部を並列駆動させることを特徴とする、
請求項１に記載の面状採暖具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気カーペットや電気毛布などの広範囲を暖房するようにした面状採暖具の安全装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の面状採暖具の発熱体は、ヒータ線と温度検知線の間に可溶体を介在させた紐状の構成となっている。発熱体が異常過熱した場合、可溶体が溶融してヒータ線と温度検知線が短絡することにより、ヒータ線から短絡箇所を介して検知線に流れるショート電流により温度ヒューズに熱結合された発熱抵抗を加熱し、温度ヒューズを溶断させることによりヒータ線への通電を遮断する安全装置が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４〜図５は、特許文献１に記載された従来の面状採暖具を示すものである。図５に示すように、発熱体１は、ヒータ線２の上に、所定の温度で溶融する可溶体３を被覆し、その上に温度検知線４を設け、さらにその上を電気絶縁物５で被っている。この紐状の発熱体１を面状の敷物などに配線設置して暖房する。
【０００４】
図４に示すように、交流電源６のＰ点側が高い電圧となる正サイクル側においては温度信号線駆動部７のトランジスタ８がオフとなって温度検知線４をＧＮＤから切り離し、交流電源６のＮ点側が高い電圧となる負サイクル側において、トランジスタ８がＯＮとなり、温度検知線４はＧＮＤに接続される構成となっている。
【０００５】
通常の使用状態においては、温度検知線４がＧＮＤに接続されると、電源回路部１１から温度検出部１２、温度検知線４、ＧＮＤへと電流が流れ、温度検出部１２の抵抗１３と温度検知線４の抵抗値による分圧で温度信号電圧Ｖａが発生する。温度信号電圧Ｖａは温度検知線４の抵抗値変化によって変化し、温度検知線４の抵抗値はヒータ線２の温度によって変化している。この温度信号電圧Ｖａを制御部１４に入力し、制御部１４は温度信号電圧Ｖａに基づいてヒータ線２が所定の温度になるように電力制御素子１５をコントロールしている。
【０００６】
一方、ヒータ線２が何らかの故障で異常過熱が発生して可溶体３が溶融し、ヒータ線２と温度検知線４が短絡した場合は、短絡箇所を介してヒータ線２と温度検知線４を流れるショート電流が発熱抵抗９に流れて発熱抵抗９が発熱する。発熱抵抗９と熱的に結合状態にある温度ヒューズ１０は発熱抵抗９の発熱により加熱されて溶断することにより、ヒータ線２への通電が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４７１０５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、発熱抵抗９を発熱させるショート電流の経路としては、例えば、発熱体１の中間点ａ点でヒータ線２と温度検知線４が短絡した場合の経路は、交流電源６のＰ点側が高い電圧となる正サイクル時は、Ｐ点から温度ヒューズ１０、ヒータ線２、短絡個所ａ点、温度検知線４および温度検知線４からダイオード１７、発熱抵抗９、ダイオード１８、交流電源６のＮ点へと流れる経路となる。
【０００９】
短絡箇所である中間点ａ点は特定の箇所に限定されるものではなく、ヒータ線２および温度検知線４の全範囲で発生する可能性があり、短絡箇所によってはショート電流の経路の抵抗値が異なり、発熱抵抗９に印加される電流が異なる。そのため、短絡箇所により発熱抵抗９の発熱量が異なるため、発熱抵抗９の昇温速度および発熱温度に差が生じることとなり、温度ヒューズ１０の溶断時期に差が生じるため、安全装置の精度および信頼性の面で未だ改良の余地があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、短絡箇所に影響されず、一定範囲の時間内に温度ヒューズが溶断することにより、安全装置の精度と信頼性の高い面状採暖具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の面状採暖具は、交流電源と、面状採暖具本体に配設し、ヒータ線と可溶体と温度検知線とを一体に設けた発熱体と、温度検知線の抵抗値変化を検出して温度信号電圧に変換する温度検出部と、温度検出部の温度信号電圧を処理してヒータ線の通電をＯＮ、ＯＦＦする電力制御素子を駆動する制御部と、少なくとも温度検出部と制御部へ制御電源を供給する電源回路部と、熱的に結合した発熱抵抗の熱により溶断する温度ヒューズと、発熱抵抗を駆動する能動半導体を備えた発熱抵抗駆動部とを含み、発熱抵抗駆動部は、ヒータ線の異常過熱時に可溶体の溶融によりヒータ線と温度検知線が短絡することで流れるショート電流をトリガーとし、発熱抵抗に交流電源の電流を印加することを特徴とする面状採暖具である。
【００１２】
これにより、ヒータ線と温度検知線の短絡箇所により変化するショート電流が微弱である場合でも、発熱抵抗駆動回路を構成するサイリスタのスイッチ動作を用いることにより、別電源に接続された発熱抵抗への供給電力を十分に確保し、発熱抵抗で加熱された温度ヒューズを所定の時間内に確実に溶断することにより、ヒータ線への通電を短時間かつ確実に遮断することが可能となり、面状採暖具の安全性と信頼性を向上することができるものである。
【００１３】
また、発熱抵抗を加熱する電源と検知線に流れる電源を別にしたことにより、検知線の抵抗値を小さくする必要が無くなり、温度検出の時間の短縮と電源回路部の電流容量を小さくすることができるので、電源部の低容量化が可能となり、コントローラを小型かつ低コストで形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の面状採暖具は、安全性と信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における面状採暖具の制御系の構成を示す回路図
【図２】本発明の実施の形態１における発熱体の構成を示す模式図
【図３】本発明の実施の形態２における面状採暖具の制御系の構成を示す回路図
【図４】従来の面状採暖具の制御系の構成を示す回路図
【図５】従来の面状採暖具の発熱体の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、交流電源と、面状採暖具本体に配設し、ヒータ線と可溶体と温度検知線とを一体に設けた発熱体と、前記温度検知線の抵抗値変化を検出して温度信号電圧に変換する温度検出部と、前記温度検出部の前記温度信号電圧を処理して前記ヒータ線の通電をＯＮ、ＯＦＦする電力制御素子を駆動する制御部と、少なくとも前記温度検出部と前記制御部へ制御電源を供給する電源回路部と、熱的に結合した発熱抵抗の熱により溶断する温度ヒューズと、前記発熱抵抗を駆動する能動半導体を備えた発熱抵抗駆動部と、を含み、前記発熱抵抗駆動部は、前記ヒータ線の異常過熱時に前記可溶体の溶融により前記ヒータ線と前記温度検知線が短絡することで流れるショート電流をトリガーとし、前記発熱抵抗に前記交流電源の電流を印加することを特徴とする面状採暖具である。
【００１７】
これにより、ヒータ線と温度検知線の短絡箇所により変化するショート電流が微弱である場合でも、発熱抵抗駆動回路を構成するサイリスタのスイッチ動作を用いることにより、別電源に接続された発熱抵抗への供給電力を十分に確保し、発熱抵抗で加熱された温度ヒューズを所定の時間内に確実に溶断することにより、ヒータ線への通電を短時間かつ確実に遮断することが可能となり、面状採暖具の安全性と信頼性を向上することができるものである。
【００１８】
また、発熱抵抗を加熱する電源と検知線に流れる電源を別にしたことにより、検知線の抵抗値を小さくする必要が無くなり、温度検出の時間の短縮と電源回路部の電流容量を小さくすることができるので、電源部の低容量化が可能となり、コントローラを小型かつ低コストで形成することが可能となる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明において、複数の前記発熱体と、前記発熱体毎に対応する複数の発熱抵抗駆動部を備え、複数の前記発熱駆動部への前記ショート電流の入力部を短絡し、前記発熱駆動部を並列駆動させることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、どの発熱体で異常が発生した場合でも、発熱抵抗駆動部を並列駆動することができ、発熱抵抗駆動部の故障率を低減することができ、より安全性と信頼性をより向上することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における面状採暖具の制御系の構成を示す回路図であり、図２は発熱体の構成を示す模式図であり、
＜１＞面状採暖具の構成
本実施の形態における図示しない面状採暖具は、複数のシートを積層して形成し発熱体を内蔵した平板状の面状採暖具本体と、面状採暖具本体の一端に設置したコントローラと、コントローラに交流電源を供給する電源コードで構成されている。
【００２３】
図１に示す交流電源２０は電源コードにより得ている。面状採暖具本体内には線状の発熱体２１が略全面に亘って蛇行して配設されている。
【００２４】
発熱体２１は図２に示すように、中心のガラス繊維２１ａの周囲にヒータ線２２を螺旋状に巻回し、その外周にナイロン樹脂で絶縁体でもある可溶体２３を形成し、可溶体２３の外周に温度を検知する温度検知線２４を螺旋状に巻回し、その外周にＰＶＣの絶縁層２１ｂが形成されている。
【００２５】
温度検知線２４はヒータ線２２の温度が上がるにつれて温度が上がり温度検知線２４自身の抵抗値が上がる。逆にヒータ線２２の温度が下がると温度検知線２４自身の抵抗値は下がる。この温度検知線２４の抵抗値変化を温度検出部２５で電圧の変化に変換し検出することで発熱体２１の温度を所定の温度に制御する。
【００２６】
温度検知線２４は金属線を使用することから温度によって変化する抵抗の変化量が少ない。一般的には温度係数は正の係数で０．５［％／℃］程度であり、例えば８０℃における抵抗値を９９０Ωに設定すると、温度制御として使用する２０℃〜８０℃でみると７５０Ω〜９９０Ωで、その変化量は２４０Ωである。この僅かな変化量を検出する必要があるので温度検知線２４と直列接続する温度検出部２５の電源とマイコンに供給される制御電源とを同一にし、温度信号電圧Ｖａを入力する制御部２７の入力Ａ／Ｄを１０ビットにしている。
【００２７】
温度検出部２５は抵抗２６と温度検知線２４とで制御電源の電圧を分圧して得られる電圧を温度信号電圧Ｖａとして出力する。温度信号電圧Ｖａは温度検知線２４の抵抗値が大きくなるのに従って高くなるように変化を示す。この温度信号電圧Ｖａを制御部２７に入力する。
【００２８】
制御部２７は温度信号電圧Ｖａ値を認識して、発熱体２１の温度が設定した所定の温度に達していないと判断している時は電力制御素子２８のリレーコイル部２９を駆動してリレー接点部３０をＯＮにする。リレー接点部３０のＯＮによりヒータ線２２に交流電源２０が供給される。
【００２９】
発熱体２１の温度が設定した所定の温度、すなわち温度信号電圧Ｖａが設定した所定の電圧に達したと判断した時は、制御部２７は電力制御素子２８のリレーコイル部２９の駆動を止めリレー接点部３０をＯＦＦにする。
【００３０】
温度信号電圧Ｖａを得るための制御電源は電源回路部３１で発生する。電源回路部３１は温度検出部２５と制御部２７へ同じ制御電源の電圧を供給する。同じ制御電源の電圧としているのは、マイコン等を含む制御部２７へは許容動作電圧である制御電源の電圧（例えば５Ｖ）を供給するためであり、温度検出部２５へは温度検知線２４の小さな抵抗値変化であっても、電源電圧のずれや温度による微妙な電圧変化の影響がマイコンの読取に影響が出ないようにするためである。もし仮に両者が別電源であった場合、電源電圧が相互にずれれば、検出Ａ／Ｄもずれてしまう。
【００３１】
温度検出部２５の電源とマイコンに供給される制御電源とを同一にしているので、温度検知線２４の変化を最大限に電圧の変化にするため、温度検出部２５の抵抗２６は、検出したい温度の時の温度検知線２４と同じ抵抗値に設定する必要がある。そのため抵抗２６の抵抗値は１０００Ωにしている。
【００３２】
電源が５Ｖであるため、温度検知線２４が８０℃で９９０Ωのとき、温度検出部２５へと流れる電流は、５÷（１０００＋９９０）の計算で２．５ｍＡとなる。
【００３３】
また、電源回路部３１には制御電源の電圧の平滑や瞬時電流を供給するためにコンデンサ３２、３３を内蔵する。
【００３４】
本実施の形態の面状採暖具は発熱体２１の異常状態でヒータ線２２への通電を遮断する安全装置を備えている。安全装置の構成および作用を以下に記載する。
【００３５】
安全装置は、図１に示すように、ヒータ線２２への通電を遮断する温度ヒューズ３６と、温度ヒューズ３６を加熱する発熱抵抗３５を駆動する発熱抵抗駆動部３９とを主な構成部材としたものである。発熱抵抗駆動部３９は発熱抵抗３５に交流電源２０を供給するスイッチング機能を形成する能動半導体のサイリスタ３７とダイオードブリッジ４４で構成されている。
【００３６】
温度検知線２４の両端にはダイオード３４を並列接続し、ダイオード３４のカソードと接続している一端を温度検出部２５へ接続し、さらに同じ一端はダイオード４３と抵抗３８を介して発熱抵抗駆動部３９に接続されている。
【００３７】
発熱抵抗３５は温度ヒューズ３６と熱的に結合状態にありヒータ線２２の異常過熱時にサイリスタ３７がＯＮすることによりダイオードブリッジ４４により交流電源２０が供給され、発熱して温度ヒューズ３６を溶断する。
【００３８】
発熱抵抗３５は温度ヒューズ３６に対して絶縁性と熱的結合が必要なので絶縁物を充填した一体構成としており、発熱抵抗３５の抵抗値は２７０Ω前後であり５Ｗ程の消費電力がかかれば温度ヒューズ３６を溶断することが可能な発熱量を発生するようになっている。８５Ｖの時、全位相の１／４の通電の時、６．６Ｗであるので溶断可能な発熱量である。
【００３９】
例えば、電力制御素子２８のリレー接点部３０が溶着故障を起こしヒータ線２２が連続通電状態になると、発熱体２１の温度が異常に高くなる。特に座布団などで保温された部分があるといち早く温度が上昇する。そうして発熱体２１の温度が約１７０℃前後に達すると可溶体２３は溶融して、ヒータ線２２と温度検知線２４が短絡してショート電流が流れる。このショート電流をトリガーとしてサイリスタ３７のスイッチング動作を実施する。
【００４０】
本実施の形態で使用したサイリスタ３７は、ゲート電圧が０．２Ｖ以下で確実にＯＦＦし、０．８Ｖ以上で確実にＯＮする。またゲートの電圧には加えてはいけない最大定格も存在する。通常の動作ではサイリスタがＯＦＦし、異常が発生しヒータ線２２と温度検知線２４が発熱体２１のどのポイントで短絡しても少なくとも交流電源２０の正負どちらの位相でもＯＮする様に抵抗３８と抵抗５８の抵抗値を設定する。
【００４１】
短絡箇所ＳがＧＮＤから遠い場合であれば、交流電源２０のＰ点側の電圧が高くなる正の期間でサイリスタにトリガーを掛けられる。また、短絡箇所ＳがＧＮＤに近い場合は、交流電源２０のＮ点側の電圧が高くなる負の期間でサイリスタにトリガーを掛けられる。
【００４２】
短絡箇所Ｓに流れるショート電流は、交流電源２０のＮ点側の電圧が高くなる負サイクル期間においては、その経路は、Ｎ点からヒータ線２２、短絡箇所Ｓ、温度検知線２４および温度検知線２４からダイオード３４、ダイオード４３、抵抗３８、サイリスタ３７のゲートからカソードへ抜け、ダイオードブリッジ４４、温度ヒューズ３６、交流電源２０のＰ点へと流れる経路となる。
【００４３】
この電流により、サイリスタ３７がＯＦＦからＯＮに転じ、交流電源２０のＮ点からダイオードブリッジ４４、発熱抵抗３５からサイリスタ３７のアノードからカソードへ抜け、再びダイオードブリッジ４４を通って温度ヒューズ３６、交流電源２０のＰ点へと電流が流れる電流によって発熱抵抗３５は発熱して温度ヒューズ３６を十分に加熱でき、温度ヒューズ３６を溶断させヒータ線２２の通電を停止する。
【００４４】
また、交流電源２０のＰ点側の電圧が高くなる正サイクル期間においては、その経路は、Ｐ点から温度ヒューズ３６、電力制御素子２８のリレー接点部３０、ヒータ線２２、短絡箇所Ｓ、温度検知線２４、ダイオード４３、抵抗３８、サイリスタ３７のゲートからカソードへ抜け、ダイオードブリッジ４４、交流電源２０のＮ点へと流れる経路となる。
【００４５】
この電流により、サイリスタ３７がＯＦＦからＯＮに転じ、交流電源２０のＰ点から温度ヒューズ３６、ダイオードブリッジ４４、発熱抵抗３５からサイリスタ３７のアノードからカソードへ抜け、再びダイオードブリッジ４４を通って交流電源２０のＮ点へと電流が流れる電流によって発熱抵抗３５が発熱して温度ヒューズ３６を加熱し、温度ヒューズ３６を溶断させヒータ線２２の通電を停止する。
【００４６】
サイリスタ３７は、一度ＯＦＦからＯＮに転じると、アノードとカソード間の電圧がゼロになるゼロクロス点までＯＮ状態を維持し続ける。例えば電源電圧が低く、短絡箇所Ｓが発熱体２１に対しＧＮＤ側の端かその反対側の端の時、交流電源の電圧が最大となる９０度点でトリガーが掛かった場合、次のゼロクロス点までの９０度の間、サイリスタはＯＮし続ける。この交流電源の１／４の９０度の間の電力で、尚且つ最低動作電圧で、発熱抵抗３５の熱で温度ヒューズ３６が溶断するように、発熱抵抗３５の抵抗値の最大値が求められる。
【００４７】
また、本実施の形態の面状採暖具の特徴的な構成として、異常状態で制御回路を保護する電源保護回路５６を備えている。電源保護回路５６は、ヒータ線２２と温度検知線２４が短絡状態となる異常状態において、制御部２７や温度検出部２５や電源回路部３１に高圧の交流電源２０が印加されること防止し、制御回路を保護するものである。
【００４８】
通常動作しているときは、電源保護回路５６のトランジスタ４６は、ダイオード５４と抵抗５２とダイオード５５と抵抗５３で構成するベースバイアス回路によりＯＮしている。これによりＧＮＤの電圧とダイオード４８のアノードまでは同電位の状態となっている。
【００４９】
一方、発熱体２１の可溶体２３が溶融して、ヒータ線２２と温度検知線２４が短絡してショート電流が流れる異常状態においては、交流電源２０のＰ点側の電圧が高くなる正の期間では、交流電源２０のＰ点から電力制御素子２８のリレー接点部３０、ヒータ線２２から短絡箇所Ｓを介して温度検知線２４に入り、制御部２７や電源回路部３１を通ってＧＮＤに電流が流れ、トランジスタ４６を通りダイオード４８を通って交流電源２０のＮ点に流れる。
【００５０】
発熱体２１の短絡が電力制御素子２８のリレー接点部３０側に近い位置で発生した時は、制御部２７の入力や、温度検出部２５を通って電源回路部３１の５Ｖ電源の出力に、交流電源２０の高電圧が印加される。
【００５１】
このとき、仮に電源保護回路５６のトランジスタ４６がＯＮのままで維持された場合、制御部２７の入力や、温度検出部２５や、電源回路部３１に高電圧が印加される。発熱抵抗駆動部３９が駆動され温度ヒューズ３６を溶断する動作が開始された場合、温度ヒューズが発熱で溶断するまでの数秒〜数十秒までの間はこの高電圧が印加される可能性があり、その間に部品破壊などのダメージを与える事になる。
【００５２】
電源保護回路５６を備えた本実施の形態の面状採暖具においては、５Ｖ電源がこの高電圧により、規定以上の電圧上昇があった場合（例えば５．５Ｖ以上に上昇）。ツェナーダイオード４０と抵抗４１と抵抗４２とで構成する電圧変換でトランジスタ４５をＯＮにし、その結果、トランジスタ４６のベース電圧がエミッタと同電位になりトランジスタ４６がＯＦＦとになる。
【００５３】
トランジスタ４６がＯＦＦとなると、電源の共通線であるＧＮＤの電圧は、電源回路部３１の５Ｖ電圧とＧＮＤ電圧との差がほぼ０Ｖになる。
【００５４】
これらの一連の動作は、非常に高速に動作するため、電源回路部３１の５Ｖ電圧が高圧になる前の、ほとんど同時にトランジスタ４６が動作し、保護動作が行われる。
【００５５】
また、これらの動作が発熱抵抗駆動部３９のサイリスタ３７のゲート電圧が、ＧＮＤ電圧の上昇に伴い上昇し、サイリスタ３７のＯＮ状態を補助する動きとなる。
【００５６】
次に、交流電源２０のＮ点側の電圧が高くなる負の期間では、交流電源２０のＮ点からヒータ線２２へ流れ、短絡箇所Ｓを通過して温度検知線２４に入り、制御部２７や電源回路部３１を通ってＧＮＤに電流が流れ、トランジスタ４６を通り、抵抗５０、ダイオード５１、温度ヒューズ３６を通り交流電源２０のＰ点へ流れる。
【００５７】
発熱体２１の短絡が、ＧＮＤ側に近い位置で発生した時は、ダイオード３４を通過し、制御部２７の入力や、温度検出部２５を通って電源回路部３１の５Ｖ電源の出力に、交流電源２０の高電圧が印加される。
【００５８】
このとき、この発熱体２１の短絡箇所Ｓを流れる電流の電圧は、電流が流れる抵抗５０で電圧降下を引き起こす、その結果、トランジスタ４７のベース電圧が上がり、トランジスタ４７をＯＮさせ、トランジスタ４６のベース電圧がエミッタと同電位になりトランジスタ４６がＯＦＦとなる。
【００５９】
トランジスタ４６がＯＦＦとなると、ＧＮＤの電圧は電源回路部３１の５Ｖ電圧とＧＮＤ電圧との差がほぼ５Ｖになったところで抵抗５０を流れる電流が減少し、トランジスタ４６のコレクタとエミッタが一定の抵抗を持ったのと同等の状態になり回路がバランスする。
【００６０】
これらの一連の動作は、非常に高速に動作するため、電源回路部３１の５Ｖ電圧が高圧になる前の、ほとんど同時にトランジスタ４６が動作し、保護動作が行われる。
【００６１】
尚また、これらの動作が発熱抵抗駆動部３９のサイリスタ３７のゲート電圧が、ＧＮＤ電圧の上昇に伴い上昇し、サイリスタ３７のＯＮ状態を維持する動きとなる。
【００６２】
抵抗５０の抵抗値は、通常動作で流れ得る電流が流れたとき、電圧降下で発生する電圧が、トランジスタ４７がＯＮ動作を始める前の０．６Ｖを越えないよう設定する。
【００６３】
＜２＞面状採暖具の作用、効果
以上のように構成された面状採暖具は通常の使用状態においては、面状採暖具に通電が開始されると、発熱体２１のヒータ線２２に交流電流が印加され、ヒータ線２２が昇温するとともに、温度検知線２４および面状採暖具の本体が昇温される。
【００６４】
温度検知線２４は温度が上がるにつれて温度検知線２４自身の抵抗値が上がる。逆にヒータ線２２の温度が下がると温度検知線２４自身の抵抗値は下がる。温度検出部２５は抵抗２６と温度検知線２４とで制御電源の電圧を分圧して得られる電圧を温度信号電圧Ｖａとして出力する。温度信号電圧Ｖａは温度検知線２４の抵抗値が大きくなるのに従って高くなるように変化を示す。この温度信号電圧Ｖａを制御部２７に入力する。
【００６５】
制御部２７は温度信号電圧Ｖａ値を認識して、発熱体２１の温度が設定した所定の温度に達していないと判断している時は電力制御素子２８のリレーコイル部２９を駆動してリレー接点部３０をＯＮにする。リレー接点部３０のＯＮによりヒータ線２２に交流電源２０が供給される。
【００６６】
発熱体２１の温度が設定した所定の温度、すなわち温度信号電圧Ｖａが設定した所定の電圧に達したと判断した時は、制御部２７は電力制御素子２８のリレーコイル部２９の駆動を止めリレー接点部３０をＯＦＦにすることにより、ヒータ線２２への通電は停止する。
【００６７】
ヒータ線２２への通電が停止することにより発熱体２１の温度が低下し、温度信号電圧Ｖａが変化し、制御部２７が所定の温度以下と判断すると、ヒータ線２２への通電を再開する。このように、制御部２７がヒータ線２２への通電をＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことにより面状採暖具の温度を設定された温度に保つ。
【００６８】
一方、電力制御素子２８のリレー接点部３０が溶着故障を起こしヒータ線２２が連続通電状態となる異常状態となった場合、発熱体２１の温度が異常に高くなる。発熱体２１の温度が約１７０℃前後に達すると可溶体２３は溶融して、ヒータ線２２と温度検知線２４が短絡してショート電流が流れる。
【００６９】
短絡箇所ＳがＧＮＤから遠い場合であれば、交流電源２０のＰ点側の電圧が高くなる正の期間でサイリスタにトリガーを掛けられる。また、短絡箇所ＳがＧＮＤに近い場合は、交流電源２０のＮ点側の電圧が高くなる負の期間でサイリスタにトリガーを掛けられる。
【００７０】
短絡箇所Ｓに流れるショート電流は、交流電源２０のＮ点側の電圧が高くなる負サイクル期間においては、その経路は、Ｎ点からヒータ線２２、短絡箇所Ｓ、温度検知線２４および温度検知線２４からダイオード３４、ダイオード４３、抵抗３８、サイリスタ３７のゲートからカソードへ抜け、ダイオードブリッジ４４、温度ヒューズ３６、交流電源２０のＰ点へと流れる経路となる。
【００７１】
この電流により、サイリスタ３７がＯＦＦからＯＮに転じ、交流電源２０のＮ点からダイオードブリッジ４４、発熱抵抗３５からサイリスタ３７のアノードからカソードへ抜け、再びダイオードブリッジ４４を通って温度ヒューズ３６、交流電源２０のＰ点へと電流が流れる電流によって発熱抵抗３５は発熱して温度ヒューズ３６を十分に加熱でき、温度ヒューズ３６を溶断させヒータ線２２の通電を停止する。
【００７２】
また、交流電源２０のＰ点側の電圧が高くなる正サイクル期間においては、その経路は、Ｐ点から温度ヒューズ３６、電力制御素子２８のリレー接点部３０、ヒータ線２２、短絡箇所Ｓ、温度検知線２４、ダイオード４３、抵抗３８、サイリスタ３７のゲートからカソードへ抜け、ダイオードブリッジ４４、交流電源２０のＮ点へと流れる経路となる。
【００７３】
この電流により、サイリスタ３７がＯＦＦからＯＮに転じ、交流電源２０のＰ点から温度ヒューズ３６、ダイオードブリッジ４４、発熱抵抗３５からサイリスタ３７のアノードからカソードへ抜け、再びダイオードブリッジ４４を通って交流電源２０のＮ点へと電流が流れる電流によって発熱抵抗３５が発熱して温度ヒューズ３６を加熱し、温度ヒューズ３６を溶断させヒータ線２２の通電を停止する。
【００７４】
また、上記のように発熱抵抗３５に通電される異常状態が発生した場合、電源回路部３１の５Ｖ電圧が高圧になる前に、電源保護回路５６のトランジスタ４６が動作し、制御部２７や温度検出部２５や電源回路部３１を保護する保護動作が実施される。
【００７５】
以上のように、本実施の形態における面状採暖具は、ヒータ線の異常過熱時に可溶体が溶融し、ヒータ線と温度検知線が短絡する異常状態において、ヒータ線と温度検知線の短絡箇所により変化するショート電流が微弱である場合でも、発熱抵抗駆動回路を構成するサイリスタのスイッチ動作を用いることにより、別電源に接続された発熱抵抗への供給電力を十分に確保し、発熱抵抗で加熱された温度ヒューズを所定の時間内に確実に溶断することにより、ヒータ線への通電を短時間かつ確実に遮断することが可能となり、面状採暖具の安全性と信頼性を向上することができるものである。
【００７６】
また、発熱抵抗を加熱する電源と温度検知線に流れる電源を別にしたことにより、温度検知線の抵抗値を小さくする必要が無くなり、温度検出の時間の短縮と電源回路部の電流容量を小さくすることができるので、電源部の低容量化が可能となり、コントローラを小型かつ低コストで形成することが可能となる。
【００７７】
また、電源回路部の電圧および電流を監視し、電源の共通線の電位を調整する電源保護回路を備えたことにより、ヒータ線の異常過熱時に可溶体の溶融によりヒータ線と温度検知線がショートにより発生した電源回路の異常を検出し、電源の共通線であるＧＮＤの電位を変化させることにより、温度検出部と、制御部と、電源回路部に交流電源の過電圧が印加されないようにして回路を構成する素子の破壊を防止し、回路基板の修理再生が可能にすることができる。
【００７８】
また、温度検出部と、制御部と、電源回路部の機能を維持することにより、半導体で構成された発熱抵抗駆動部の動作を正常に維持することが可能となり、温度ヒューズを確実に溶断することにより高い安全性を確保することができ、メンテナンス性と安全性の高い面状採暖具を提供することができる。
【００７９】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２における面状採暖具の制御系の回路図を示すものである。
【００８０】
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、実施の形態１においては、面状採暖具は１個の発熱体２１のみを備えた構成としたが、本実施の形態における面状採暖具は２面の発熱面を備え、それぞれの発熱面に発熱体を備えたものである。一般的な電気カーペット等の面状採暖具は、このように２面以上の複数の発熱面毎に複数の発熱体を備えたものも多く採用されている。
【００８１】
図３に示すように、２個の発熱体２１Ａ、２１Ｂは実施の形態１と同様の構成であり、それぞれヒータ線２２Ａ、２１Ｂと、可溶体２３Ａ、２３Ｂと、温度検知線２４Ａ、２４Ｂを備えている。また、それぞれの発熱体２１Ａ、２１Ｂには個別の発熱抵抗駆動部３９Ａ、３９Ｂが設置されている。発熱抵抗駆動部３９Ａ、３９Ｂのショート電流の入力部であるダイオード４３Ａ、４３Ｂのカソードと抵抗３８Ａ、３８Ｂとの間で、２個の回路を電気的に接続する接続経路５７が設置されている。
【００８２】
上記構成においては、どちらの面でヒータ線の異常過熱が発生し、ヒータ線と温度検知線が短絡した場合、ショート電流は接続経路５７を介して両方の発熱抵抗駆動部３９Ａ、３９Ｂを並列駆動することができる。この場合、半導体で構成したこれら発熱抵抗駆動部３９Ａ、３９Ｂの各部品の故障率の二乗の故障率となり、両方の発熱抵抗駆動部３９が故障してしまう率を大きく低減することができ、安全性と信頼性をより向上することができる。
【００８３】
なお、図３においては発熱体および発熱抵抗駆動部を、それぞれ２個設置した構成としたが、これに限るものではなく３個以上の発熱体および発熱抵抗駆動部を設置した構成でも同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明にかかる面状採暖具は、電源回路部の電流容量の削減により部品の小型化が可能となるので、ヒータを使用した他の加熱機器等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００８５】
２０  交流電源
２１  発熱体
２１Ａ  発熱体
２１Ｂ  発熱体
２２  ヒータ線
２２Ａ  ヒータ線
２２Ｂ  ヒータ線
２３  可溶体
２３Ａ  可溶体
２３Ｂ  可溶体
２４  温度検知線
２４Ａ  温度検知線
２４Ｂ  温度検知線
２５  温度検出部
２７  制御部
２８  電力制御素子
３１  電源回路部
３５  発熱抵抗
３６  温度ヒューズ
３７  サイリスタ（能動半導体）
３９  発熱抵抗駆動部
３９Ａ  発熱抵抗駆動部
３９Ｂ  発熱抵抗駆動部
５７  接続経路
Ｖａ  温度信号電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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