JPH09106315A

JPH09106315A - 温度制御装置

Info

Publication number: JPH09106315A
Application number: JP26184895A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kataoka; 義男片岡; Toshihiro Takahara; 敏浩高原; Koji Inoue; 宏治井上
Original assignee: Taiyo Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Taiyo Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: JP3696304B2

Abstract

(57)【要約】【課題】こて先温度が設定温度に到達するまでに時間
がかかる。【解決手段】商用電源１の投入と同時にヒータ３の設
定温度を規定する接点ｂの電圧を積分し、該積分による
電圧Ｖcが電圧ＶRより大きい場合には「ロー」パルスを
出力し、この間においてヒータ３を連続通電状態とする
通電補正回路１３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田こて等に用い
て好適な温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度検出センサを用いる必要のないヒー
タの温度制御回路の一例が文献：ＮＥＣデータブック、
『小中電力サイリスタ』（１９９４年８月版の２９７
頁）等に示されている。

【０００３】この温度制御回路は、電源の投入後、まず
最初にマルチバイブレータが出力する一定周期のパルス
に基づいてヒータに通電することによりヒータ温度（ヒ
ータの抵抗値）を検出し、該温度検出値が所定の設定温
度（設定抵抗値）よりも低い場合には、比較回路によっ
て設定温度になるまで連続してヒータに通電してヒータ
温度を上昇させ、該温度が所定の設定温度に達すると上
記マルチバイブレータ出力に同期したタイミングでヒー
タの温度を検出することにより定常的な温度制御を行う
ものである。

【０００４】すなわち、この温度制御回路は、予め求め
られているヒータの抵抗値の温度特性を利用することに
より、マルチバイブレータから出力される一定周期のパ
ルスに同期してヒータ温度をサンプリングし、温度検出
センサを用いることなくヒータの温度制御を実現してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したヒ
ータの温度制御回路を半田こてに応用した場合、電源投
入後におけるヒータの温度並びに該ヒータによって加熱
されるこて先の温度は、図７に示すような特性になる。
すなわち、こて先の温度は、特性Ｌ_Kによって示すよう
にヒーター温度（特性Ｌ_H）に対して時間的に遅れて立
ち上がり、ヒータの温度は、こて先温度が設定温度Ｔ1
に到達する以前の時刻ｔsにおいて設定温度Ｔ2に到達
し、ヒータの間欠通電による定常的な温度制御状態に至
る。

【０００６】したがって、ヒータ温度が設定温度Ｔ2に
到達して以後、こて先の温度の温度上昇特性Ｌ_Kはなだ
らかとなり、設定温度Ｔ1に到達するまでに時間を要す
るという問題があった。また、ヒータ温度を高温に設定
しようとした場合には、低温に設定しようとした場合に
比較して設定温度に到達するまでにさらに多くの時間を
要するという問題があった。

【０００７】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、こて先の温度を設定温度に速やかに到達させ
ることが可能な温度制御装置の提供を目的としている。
また、簡単構成によって上記課題を解決することも本発
明の目的とするところである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上述した目的を達成するために、被加熱手段を加熱する
ヒータと、該ヒータの温度を検出する温度検出手段と、
前記ヒータの温度を所定温度に設定する温度設定手段
と、前記温度検出手段から出力される検出値が前記温度
設定手段の設定値よりも小さい場合、ヒータに通電する
通電手段と、通電によってヒータが前記所定温度に加熱
された後、所定時間だけヒータに通電する通電補正手段
とを具備することを特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、通電補正手段は、温度設定手段の設定値に
よって駆動されることを特徴としている。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、通電補正手段は、温度設定手段の
設定値を時間積分した値に基づいてヒータの通電時間を
設定することを特徴としている。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
いずれかの項記載の発明において、通電補正手段による
ヒータの通電時間は、該ヒータから被加熱手段までの熱
伝導特性に基づいて設定されることを特徴としている。

【００１２】

【作用】ヒータに通電した場合、ヒータによって加熱さ
れる被加熱手段はヒータ本体よりも時間的に遅れて設定
温度に到達する。本発明によれば、ヒータは設定温度に
到達した後、すなわちヒータが間欠通電による定常温度
制御状態に至った後においても、通電補正回路によって
所定時間強制的に通電される。したがって、被加熱手段
は速やかに所定温度に到達する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。図１は、本実施形態の半田
こて用温度制御回路の回路図である。この図において、
符号１は電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚあるいは６０Ｈ
ｚの交流電圧を出力する商用電源であり、この商用電源
１の両端にはブリッジ回路２が接続されている。

【００１４】このブリッジ回路２は、ヒータ３、抵抗
４、半固定抵抗５（抵抗５ａと半固定抵抗５ｂの合成抵
抗）、及び可変抵抗（温度設定手段）６（可変抵抗６ａ
と抵抗６ｂの合成抵抗）から構成されており、ヒータ３
の温度つまり抵抗値によって定まる接点ａの電圧と、ヒ
ータ３の設定温度を規定する可変抵抗６ａの値によって
定まる接点ｂの電圧とを比較対象電圧として出力する。
なお、商用電源１と抵抗４との接続ラインは共通ライン
であり、共通電位例えば接地電位（ＧＮＤ）に接続され
ている。

【００１５】上記ヒータ３は、半田こてのこて先（被加
熱手段）を加熱するためのものであり、例えば抵抗温度
係数が比較的大きなセラミック・ヒータである。また、
ヒータ３は、常温〜５００゜Ｃの温度範囲に亘って抵抗
値が明確になっているものであり、例えば常温における
抵抗値が３５Ωで温度上昇と共に該抵抗値が一定の割合
で増加するものである。可変抵抗６ａは、その設定値に
よって上記ブリッジ回路の平衡状態、すなわちヒータ３
の設定温度を規定するものである。

【００１６】また、ヒータ３と接点ａとの間にはトライ
アック７が介挿されており、このトライアック７は、ゲ
ート端子Ｇに負極性電圧が印加されるとオンして第１電
極Ｔ1と第２電極Ｔ2とを短絡し、ヒータ３と抵抗４とを
接続状態とする。なお、このトライアック７と、以下に
説明するコンパレータ１２及びトリガ回路１６は通電手
段を構成している。

【００１７】半固定抵抗５は、商用電源１とヒータ３と
の接点にダイオード８を介して接続されている。このダ
イオード８は、カソード端子が商用電源１側に接続され
ており、抵抗５側に負極性の半波整流電圧を供給する。
また、この半波整流電圧を受けて抵抗９及びコンデンサ
１０とによって形成される平滑回路により、電源ライン
１１には負極性電圧、例えば−８ボルトが電源として供
給される。

【００１８】符号１２はコンパレータであり、抵抗１２
ａを介してプラス（＋）入力端子に入力される上記接点
ａの電圧と抵抗１２ｂを介してマイナス（−）入力端子
に入力される接点ｂ（半固定抵抗５と可変抵抗６との接
続点）の電圧を比較し、接点ａの電圧が接点ｂの電圧よ
りも大きい場合には「ハイ」電圧（接地電位）を出力
し、接点ａの電圧が接点ｂの電圧以下の場合には「ロ
ー」電圧（マイナス電位）を出力する。

【００１９】次に、符号１３は、こて先の温度の立ち上
がり時間を短くするために設けられた通電補正回路であ
る。この通電補正回路１３は、接点ｂにカソード端子が
接続されるダイオード１３ａと、該ダイオード１３ａの
アノード端子に接続された抵抗１３ｂ、該抵抗１３ｂの
両端とＧＮＤとの間にそれぞれ接続されたコンデンサ１
３ｃ、１３ｄによって形成された積分回路、及び該積分
回路の出力電圧Ｖcが抵抗１３ｅを介してマイナス入力
端子に入力されると共に、抵抗１３ｆと抵抗１３ｇとに
よって分割された基準電圧Ｖ_Rがプラス入力端子に入力
されるコンパレータ１３ｈとによって形成されている。

【００２０】すなわち、通電補正回路１３は、接点ｂの
電圧を時間積分して得られる電圧Ｖcが電圧Ｖ_Rよりも大
きい場合に「ロー」電圧を出力し、電圧Ｖcが電圧Ｖ_R以
下の場合には「ハイ」電圧をコンパレータ１３ｈの出力
とする。

【００２１】ここで、積分回路の時定数すなわち抵抗１
３ｂの抵抗値及びコンデンサ１３ｃ、１３ｄの容量値
は、こて先の熱容量、ヒータ３からこて先までの距離等によって決まる熱
損失、及び熱伝達の時間遅れ等の熱伝導特性、電源周波数、等を考慮して最適値に設定されてい
る。

【００２２】例えば、電源周波数については、商用電源
１の周波数が５０Ｈｚの場合、周波数６０Ｈｚの場合と
比較して電圧Ｖcの立ち上がりが遅くなる。すなわち、
周波数５０Ｈｚにおいて周波数６０Ｈｚの場合と同じ時
間で電圧Ｖcが所定電圧に到達させるためには、上記積
分回路の時定数を周波数６０Ｈｚの場合よりも小さくす
る必要がある。

【００２３】このことを考慮し、本実施形態の半田こて
用温度制御回路では、商用電源１の周波数が５０Ｈｚの
場合と６０Ｈｚの場合とで電圧Ｖcが所定電圧に到達す
る時間が大きく変化しないように、周波数５０Ｈｚにお
ける最適時定数と６０Ｈｚにおける最適時定数の中間に
積分回路の時定数を設定している。

【００２４】また、抵抗１３ｅは、コンパレータ１３ｈ
のマイナス入力端子の入力抵抗を増大させるために設け
られたものであり、半田こての電源をＯＦＦとした場合
にコンデンサ１３ｄが放電されて電圧Ｖcが急速に接地
電位となることを防止するものである。なお、抵抗１３
ｅの挿入目的については後述する。

【００２５】符号１４はマルチバイブレータである。該
マルチバイブレータ１４は、コンパレータ１４ａのマイ
ナス入力端子と出力端子との間に接続された抵抗１４ｂ
の抵抗値と、該マイナス入力端子とＧＮＤとの間に接続
されたコンデンサ１４ｃの容量とによって決定される時
定数、並びに、該コンデンサ１４ｃの容量と、コンパレ
ータ１４ａの出力端子カソード端子が接続されたダイオ
ード１４ｄのアノード端子と該コンパレータ１４ａのマ
イナス入力端子との間に接続された抵抗１４ｅとによっ
て決定されるもう１つの時定数とにより、一定周期例え
ば２秒毎にパルス幅２０ｍｓの「ロー」パルスを出力す
る。

【００２６】なお、上記コンパレータ１４ａのプラス入
力端子と出力端子との間には抵抗１４ｆが正帰還用抵抗
として接続されると共に、該プラス入力端子には抵抗１
４ｇと抵抗１４ｈとによって分割された電圧がバイアス
電圧として供給されている。

【００２７】符号１５はダイオード１５ａ、１５ｂ、１
５ｃの各カソード端子が入力端となる３入力ＯＲゲート
回路であり、その出力端は抵抗１５ｄ及び抵抗１５ｅに
よってバイアスされている。このＯＲゲート回路１５は
コンパレータ１２、通電補正回路１３、及びマルチバイ
ブレータ１４の各出力を入力してトリガ回路１６に出力
する。

【００２８】トリガ回路１６は、ゼロクロス・スイッチ
１６ａ（例えばμPC1701、日本電気製ＩＣ）及び抵抗１
６ｂ、コンデンサ１６ｃとから構成されている。このゼ
ロボルト・スイッチ１６ａの４番端子には上記ＯＲゲー
ト回路１５の出力が、また８番端子には上記商用電源１
を抵抗１６ｂとコンデンサ１６ｃによって遅延させられ
た信号が入力され、４番端子の電圧が「ロー」電圧の期
間において６番端子（出力端）には８番端子に入力され
た交流電圧のゼロクロス点、すなわちＧＮＤ電圧となる
点において「ロー」パルスを出力する。すなわち、上記
抵抗１６ｂとコンデンサ１６ｃは、商用電源１の交流電
圧のゼロクロス点に対して「ロー」パルスが出力される
タイミングを調節するためのものである。

【００２９】また、ゼロクロス・スイッチ１６ａの出力
端は、発光ダイオード１７及び抵抗１８を介してトライ
アック７のゲート端子Ｇに接続されており、上記「ロ
ー」パルスが出力されるとゲート電流が流れて発光ダイ
オード１７が発光するように構成されている。

【００３０】次に、以上のように構成された半田こて用
温度制御回路の動作について、図２〜図４に示すタイミ
ング図を参照して詳しく説明する。なお、図２は、上記
通電補正回路１３を動作させない場合における電源投入
直後のタイミング図であり、図３はヒータ温度が設定温
度に到達した後におけるタイミング図、さらに、図４は
通電補正回路１３を動作させた場合におけるタイミング
図である。

【００３１】まず、図２において、商用電源１の電源電
圧、すなわち０ボルト（ＧＮＤ電位）を基準に約±１４
１ボルトの波形（Ａ）が該温度制御回路に供給される
と、電源ライン１１の直流電源電圧の立ち上がりに応じ
てマルチバイブレータ１４は、波形（Ｂ）に示すように
時刻ｔ1（電源投入時刻）、ｔ2、……において２秒間隔
で２０ｍｓ幅のパルスＢ1、Ｂ2、……を出力する。

【００３２】そして、まず、パルスＢ1によって、ゼロ
クロス・スイッチ１６ａは、時刻ｔa1、ｔa2において、
すなわち電源電圧（Ａ）が０ボルトとクロスする時刻に
おいてパルス幅の狭いパルスを出力する。この結果、該
トライアック７は電源電圧（Ａ）の一周期だけＯＮ状態
となり、ヒータ３が通電される。

【００３３】ヒーター３が通電されると、接点ａつまり
コンパレータ１２のプラス入力端子の電圧は、電源電圧
（Ａ）がヒータ３の抵抗値と抵抗４の抵抗値によって分
圧された電圧となり、すなわち波形（Ｄ）で示される電
圧パターンとなる。ここで、ヒータ３の抵抗値は、この
ときのヒータ３自らの温度によって定まる抵抗値であ
る。

【００３４】一方、このときの接点ｂつまりコンパレー
タ１２のマイナス入力端子の電圧は、電源電圧（Ａ）の
半波整流電圧が半固定抵抗５の抵抗値と可変抵抗６の抵
抗値によって分圧された電圧、すなわち波形（Ｅ）で示
される電圧パターンとなる。

【００３５】コンパレータ１２は、該ヒータ３の通電時
における接点ａと接点ｂの電圧を比較し、接点ａの電圧
が接点ｂの電圧よりも低い場合、すなわちヒータ３の温
度が設定温度よりも低い場合には、パルスＦ1を出力す
る。この結果、ゼロクロス・スイッチ１６ａは時刻ｔa
3、ｔa4においてパルスを出力し、ヒータ３は次の一周
期においても通電される。

【００３６】ゼロクロス・スイッチ１６ａは、このよう
にコンパレータ１２から出力されるパルスＦ1、Ｆ2、…
…によって連鎖的にパルスを出力し、ヒータ３は設定温
度に達するまで連続的に通電される。そして、ヒータ３
の温度が設定温度に達すると、図３に示すようにコンパ
レータ１２からはパルスが出力されないので、ヒータ３
は、マルチバイブレータ１４の出力パルスのみに基づい
て２秒置きに間欠的に通電される定常的な温度制御状態
となる。

【００３７】しかし、図７に示したように、ヒータ３の
温度制御が該定常的な温度制御状態になった時点におい
て、ヒータ３の温度に対して時間的に遅れて立ち上がる
こて先温度は設定温度Ｔ1に到達しておらず、しかも、
ヒータ３が間欠的に通電されるために温度上昇特性Ｌ_k
が緩やかとなり、速やかに設定温度に到達することがで
きない。

【００３８】これに対して、通電補正回路１３を動作さ
せた場合には、図４に示すような動作となる。すなわ
ち、通電補正回路１３は、電源の投入後、接点ｂの半波
整流電圧を上記積分回路によって積分する。したがっ
て、コンパレータ１３ｈのマイナス入力端子に印加され
る電圧Ｖcは、図５に示すように時間の経過と共に０ボ
ルトから徐々に負電圧側に降下する。この結果、通電補
正回路１３の出力（Ｇ）は、電圧Ｖcがコンパレータ１
３ｈのプラス入力端子の電圧ＶRよりも大きい状態、す
なわち電源投入後から時刻ｔbまでは「ロー」電圧とな
り、電圧Ｖcが電圧Ｖ_R以下となると「ハイ」電圧とな
る。

【００３９】ここで、上記積分回路の時定数（主に抵抗
１３ｂ及びコンデンサ１３ｄの値によって定まる）ある
いは電圧Ｖ_Rは、ヒータ３の温度が設定温度に到達する
時刻ｔsよりも時刻ｔbが十分に大きくなるように設定さ
れている。したがって、ゼロクロス・スイッチ１６ａ
は、時刻ｔsから時刻ｔbまでの間もパルス（波形
（Ｃ）’参照）を出力し、この結果ヒーター３は時刻ｔ
c（波形（Ｄ）’参照）まで連続的に通電される。

【００４０】したがって、このような本実施形態の半田
こて用温度制御回路によれば、以下のような効果を奏す
ることができる。（１）ヒータ３の温度が設定温度に到達してもヒータ３
は一定期間連続的に通電されるので、図６に示すように
従来と比較してこて先の温度が設定温度Ｔ1に到達する
までの時間が短くなる。

【００４１】（２）上記通電補正回路１３は、接点ｂの
電圧すなわち温度設定用の可変抵抗６ａによって規定さ
れる電圧を積分することによって動作するので、該可変
抵抗６ａの設定値に応じてその出力が「ロー」電圧から
「ハイ」電圧に変化する時刻が異なる。つまり、可変抵
抗６ａの値を小さくして設定温度を高くした場合、図５
において電圧Ｖcが電圧ＶRに到達するまでの時間は長く
なり、逆に可変抵抗６ａの値を大きくして設定温度を低
くした場合、電圧Ｖcが電圧ＶRに到達するまでの時間は
短くなる。

【００４２】したがって、設定温度を高くした場合には
ヒータ３に連続通電される時間が長くなり、また設定温
度を低くした場合にはヒータ３に連続通電される時間が
短くなるので、設定温度に応じて該ヒータ３の温度上昇
をコントロールすることができる。

【００４３】（３）抵抗１３ｅを設けているので、電源
をＯＦＦとした直後に再度電源をＯＮとした場合、すな
わちこて先が余熱で暖まっている状態で再度電源をＯＮ
とした場合等に、電圧Ｖcは電源をＯＦＦとした時点に
おける値から大きく変化しない。したがって、このよう
な場合、既に暖まっているこて先を設定温度を越えて異
常に加熱することがない。

【００４４】（４）積分回路とコンパレータによる簡単
な回路によって、こて先の温度が規定温度に到達するま
での時間を短縮できる。

【００４５】（５）こて先の交換等により熱容量が大き
くなった場合において、交換前と同一温度にこて先温度
を設定しようとするとき、ヒータ３の温度を高く設定す
る必要がある。このような場合にも可変抵抗６ａの値が
小さな値に設定されるので、こて先の温度上昇を高速化
することが可能である。

【００４６】（６）商用電源１の周波数が５０Ｈｚの場
合と６０Ｈｚの場合とで電圧Ｖcが所定電圧に到達する
時間が大きく変化しないように、周波数５０Ｈｚにおけ
る最適時定数と６０Ｈｚにおける最適時定数の中間に積
分回路の時定数を設定している。したがって、商用電源
１の周波数が５０Ｈｚの地域においても、あるいは６０
Ｈｚの地域においても通電補正回路１３が良好に作用す
るので、両地域の使用において、こて先の温度を高速に
設定温度に上昇させることができる。

【００４７】なお、上述した半田こて用温度制御回路
は、ヒータの温度を検出する温度センサを用いることな
くマルチバイブレータの出力に同期して端子ａの電圧を
検出して温度制御を行うものであるが、ヒータの温度を
検出する温度センサを別途設け、該温度センサの出力と
上記正回路の出力とに基づいてゼロクロス・スイッチを
駆動するように構成しても良い。

【００４８】また、上記実施形態では、コンパレータ１
２、通電補正回路１３、及びマルチバイブレータ１４等
の制御系回路を負電圧の片電源にて駆動するように構成
されているが、正電圧の片電源あるいは正／負の両電源
にて駆動するように構成してもよい。さらに、こて先を
加熱するヒータとして、異なる温度特性を有するヒータ
を用いてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下のよ
うな効果を奏する。（１）電源投入後においてヒータは通電補正手段によっ
て所定時間だけ通電されるので、被加熱手段の温度が規
定温度に設定されるまでの時間を短縮することが可能で
ある。（２）通電補正手段が温度設定手段の設定値によって駆
動されるので、該設定値に応じて所定温度に加熱された
後におけるヒータの通電時間を設定することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示す回路図であ
る。

【図２】本発明において通電補正回路を動作させない場
合における動作を示すタイミング図である。

【図３】本発明において定常的な温度制御状態における
タイミング図である。

【図４】本発明の一実施形態の動作を示すタイミング図
である。

【図５】本発明における補正回路の動作を説明する図で
ある。

【図６】本発明におけるヒータの温度変化特性を示す図
である。

【図７】従来の温度制御装置の問題点を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１商用電源２ブリッジ回路３ヒータ４、９抵抗５半固定抵抗６可変抵抗（温度設定手段）７トライアック（通電手段）８ダイオード１０コンデンサ１１電源ライン１２コンパレータ（通電手段）１３通電補正回路１４マルチバイブレータ１５ＯＲゲート回路１６トリガ回路（通電手段）１６ａゼロクロス・スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱手段を加熱するヒータ（３）と、該ヒータの温度を検出する温度検出手段（２）と、前記ヒータの温度を所定温度に設定する温度設定手段
（６ａ）と、前記温度検出手段から出力される検出値が前記温度設定
手段の設定値よりも小さい場合、ヒータに通電する通電
手段（７，１２，１６）と、通電によってヒータが前記所定温度に加熱された後、所
定時間だけヒータに通電する通電補正手段（１３）と、を具備することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】通電補正手段（１３）は、温度設定手段
（６ａ）の設定値によって駆動されることを特徴とする
請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】通電補正手段（１３）は、温度設定手段
（６ａ）の設定値を時間積分した値に基づいてヒータ
（３）の通電時間を設定することを特徴とする請求項２
記載の温度制御装置。
【請求項４】通電補正手段（１３）によるヒータ
（３）の通電時間は、該ヒータから被加熱手段までの熱
伝導特性に基づいて設定されることを特徴とする請求項
１ないし３いずれかの項記載の温度制御装置。