JP2006310107A

JP2006310107A - ヒータの温度調節回路およびそれを備えた薬剤分包装置

Info

Publication number: JP2006310107A
Application number: JP2005131730A
Authority: JP
Inventors: Tomoichiro Tanida; 智一郎谷田
Original assignee: Takazono Sangyo Co Ltd
Current assignee: Takazono Sangyo Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】より迅速な温度調節が可能なヒータの温度調節回路およびそれを備えた薬剤分包装置を提供する。
【解決手段】ブリッジ回路１における４つの抵抗のうちの１つとしてヒータＨが接続され、ヒータＨの抵抗値変化が検出される。そして、検出されたヒータの抵抗値変化に基づいて、電力供給回路２から電力が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータの温度調節回路に関し、特に、薬剤分包装置に用いる立ち上がりの早いヒータの温度調節のための回路およびそれを備えた薬剤分包装置に関する。

ヒータの温度調節等のために、一般的なサーミスタ等の温度センサを用いた温度調節回路が公知である（例えば、特許文献１）。

一方、分包紙をヒートシールするためのヒータを有する薬剤分包装置において、温度の立ち上がりを早くして迅速に分包処理の開始を可能とするものも要望されている。

このような薬剤分包装置のヒータにおける温度調節制御は、その立ち上がりの早さから、より迅速に行う必要が生じてきた。
特開２００４−１１０７０７号公報

しかし、従来のサーミスタ等の温度センサを用いた温度調節回路では、サーミスタそのものの応答速度に限界があり、ヒータの温度上昇の速度に追いつけず、温度調節制御が有効に行えない場合が生じ得る。これを踏まえて、ヒータの温度上昇の予兆から温度調節制御を見込みで行うことも考えられるが、見込み制御は、現実の状態に基づいたものではないため信頼性に欠ける懸念がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、より迅速な温度調節が可能なヒータの温度調節回路およびそれを備えた薬剤分包装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヒータの温度調節回路および薬剤分包装置は、ヒータと、当該ヒータに接続され、当該ヒータの抵抗値変化を検出するブリッジ回路と、当該ブリッジ回路に接続され、当該検出されたヒータの抵抗値変化に基づいて当該ヒータに電力を供給する電力供給回路とを具備するものである。

上記構成のヒータの温度調節回路によれば、ブリッジ回路の抵抗の１つとしてヒータが接続され、ヒータの抵抗値変化が検出される。そして、検出されたヒータの抵抗値変化に基づいて、電力供給回路からヒータに電力が供給される。

このように、ヒータの温度変化による抵抗値変化を検出することにより、ヒータの温度変化に対する電力供給を迅速に制御することができる。さらに、ヒータをブリッジ回路に組み込むことにより、適正温度時に平衡状態（ブリッジ間に電流が流れない）になるように抵抗値を設定しておくことにより、ヒータ温度（ヒータの抵抗値）の目標値（収束値）からの偏位を容易に検出することができる。したがって、ヒータへの電力供給制御を迅速かつ容易に行うことができる。

好ましくは、前記電力供給回路は、０ではない複数の電圧値を切り替えて供給可能に構成され、前記ブリッジ回路において検出される前記ヒータの抵抗値変化に応じて前記ヒータの温度を所定温度に収束させるべく制御するように構成される。

この場合、ヒータが過高温側に偏位した際は、電力供給回路においてより低電圧な値の電圧値に切り替え、ヒータが過低温側に偏位した際は、電力供給回路においてより高電圧な値に電圧値を切り替える。すなわち、ヒータが過高温側に偏位した場合であっても、ブリッジ回路には電圧を印加した状態が保持される。

したがって、ブリッジ回路におけるヒータの抵抗値変化の検出を続行しながら、供給する電力を調節することができる。

好ましくは、前記電力供給回路は、１つの電源と、当該電源の出力電圧調節ボリュームとを具備し、前記複数の電圧値は、前記出力電圧調節ボリュームを切り替えることにより出力されるように構成される。

この場合、１つの電源から出力電圧調節ボリュームにより、異なる電圧値が出力され、異なる供給電力がヒータに供給される。

したがって、出力電圧調節ボリュームを多段的に構成することにより、容易に複数の電圧値を生成できるため、ヒータへの電圧供給制御をよりきめ細かに行うことができる。

好ましくは、前記ブリッジ回路は、前記ヒータの両端の電圧を測定する電圧測定回路と、前記ヒータの両端の電圧および当該ヒータに直列に接続された抵抗に印加される電圧の和を前記電力供給回路の供給電圧と等しく保持するために、前記ヒータに直列に接続された補助電源回路とを具備するように構成される。

この場合、ヒータの両端に印加される電圧を電圧測定回路により測定し、当該測定された電圧とヒータに直列接続された抵抗に印加される電圧とを加えた値が電力供給回路より供給される供給電圧と等しくなるように、ヒータに直列に接続された補助電源回路から電力を供給する。すなわち、ヒータの抵抗値検出について四端子法に依拠してブリッジ回路を構成する。これにより、当該抵抗値検出のための接触抵抗および配線抵抗による誤差を排除することができ、正確な抵抗値検出を行うことができる。特に、温度の立ち上がりの早い薬剤分包装置のヒータにおいては、温度変化による抵抗値変化は微小であり、測定誤差は極力低減させる必要があるため、より効果的である。

好ましくは、前記ブリッジ回路は、可変抵抗を含み、当該可変抵抗は、デジタルボリュームにより構成される。

この場合、ブリッジ回路の抵抗の１つは抵抗値が可変する可変抵抗となっており、しかも、当該可変抵抗は、デジタルボリュームにより構成される。

したがって、可変抵抗の抵抗値を可変させることにより、ヒータの温度設定（平衡状態の温度）の変更を行うことが可能である。しかも、デジタルボリュームにより構成されるため、よりきめ細かな温度設定が可能となる。

本発明に係るヒータの温度調節回路および薬剤分包装置によれば、ヒータの温度変化による抵抗値変化を検出することにより、ヒータの温度変化に対する電力供給を迅速に制御することができる。さらに、ヒータをブリッジ回路に組み込むことにより、適正温度時に平衡状態（ブリッジ間に電流が流れない）になるように抵抗値を設定しておくことにより、ヒータ温度（ヒータの抵抗値）の目標値（収束値）からの偏位を容易に検出することができる。したがって、ヒータへの電力供給制御を迅速かつ容易に行うことができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るヒータの温度調節回路を示す概略図である。

本実施形態におけるヒータの温度調節回路は、ヒータＨと、当該ヒータＨに接続され、当該ヒータＨの抵抗値変化（抵抗値Ｒ１）を検出するブリッジ回路１と、当該ブリッジ回路１に接続され、当該検出されたヒータＨの抵抗値変化に基づいて当該ヒータＨに電力（供給電圧Ｖｃｃ）を供給する電力供給回路２とを具備するものである。

このような構成のヒータＨの温度調節回路によれば、ブリッジ回路１における４つの抵抗のうちの１つとしてヒータＨが接続され、ヒータＨの抵抗値変化が検出される。そして、検出されたヒータの抵抗値変化に基づいて、電力供給回路２からヒータＨに電力が供給される。

より具体的な構成について説明する。前記ブリッジ回路１は、ヒータＨに直列に接続された抵抗Ｒ２と、ヒータＨに並列に接続された抵抗Ｒ３と、当該抵抗Ｒ３に直列に接続された可変抵抗ＤＢ（抵抗値Ｒ４）とを含む。さらに、ヒータＨ側の節点Ｘと可変抵抗Ｒ４側の節点Ｙとの間に抵抗値検出器１１を備えている。抵抗値検出器１１は、例えば、ブリッジ間の電流の有無および／またはその偏位を検出する検流回路やブリッジ間の電位差を検出する電圧比較回路等により実現できる。

ブリッジ回路１において、４つの抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４の関係がＲ１／Ｒ２＝Ｒ３／Ｒ４となるとき、ブリッジ回路は平衡状態となり、ブリッジ間（節点Ｘ−Ｙ間）で電流が流れなくなる。つまり、目標温度となるときのヒータＨの抵抗値Ｒ１において上記平衡状態になるように、各抵抗値Ｒ２〜Ｒ４を設定しておけば、節点Ｘ−Ｙ間の電流の流れ（有無、方向）を抵抗値検出器１１により検出することにより、ヒータＨの抵抗値変化すなわち温度変化を検出することができる。

ここで、本実施形態におけるヒータＨの抵抗測定の構成についてより詳しく説明する。本実施形態においては、図１に示すように、前記ヒータＨの両端の電圧Ｖ_R1を測定する電圧測定回路としての差動アンプ１２と、前記ヒータＨの両端の電圧Ｖ_R1および当該ヒータＨに直列に接続された抵抗Ｒ２に印加される電圧Ｖ_R2の和Ｖ_R1+R2を前記電力供給回路２の供給電圧Ｖｃｃと等しく保持するために、前記ヒータＨに直列に接続された補助電源回路１５とを具備するように構成される。より具体的には、差動アンプ１２の出力電圧（Ｖ_R1）と抵抗Ｒ２に印加される電圧Ｖ_R2（節点Ｘにおける電位）を加算する電圧加算回路１３を具備し、当該電圧Ｖ_R1+R2と供給電圧Ｖｃｃとを電圧比較回路１４により比較して補助電源回路１５に入力する構成としている。

さらに、前記ブリッジ回路１は、可変抵抗ＤＢ（抵抗値Ｒ４）を含み、当該可変抵抗ＤＢは、デジタルボリュームにより構成される。これにより、可変抵抗ＤＢの抵抗値Ｒ４を可変させることができ、ヒータＨの温度設定（平衡状態の温度）の変更を行うことが可能である。しかも、デジタルボリュームにより構成されるため、よりきめ細かな温度設定（例えば、１℃刻み）が可能となる。

本実施形態において用いられるヒータＨは、温度による抵抗値変化が微小であるものが想定される。例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４、比抵抗７２μΩ／ｃｍ）の板状のヒータＨであって、２０℃（電源オフ時、常温）において抵抗値Ｒ１＝０．４Ωに対し、１２０℃（使用時）において抵抗値Ｒ１＝０．５ΩとなるようなヒータＨを採用する。このようなヒータＨを採用することにより、ヒータＨの電源オンから平衡状態（目標温度１２０℃）までの立ち上がり時間を短縮することとしているものである。このようなヒータＨを採用する場合、抵抗値変化は０．１Ω程度と微小であるため、このような抵抗値変化を検出する場合には、接触抵抗や配線抵抗による誤差の影響が比較的大きく作用する可能性が高い。図２は図１において作用し得る接触抵抗および配線抵抗を可視化した図である。

図２に示す可視化した抵抗のうち、ｒａ，ｒｂ，ｒｅ，ｒｆは接触抵抗であり、ｒｃ，ｒｄ，ｒｇ，ｒｈは配線抵抗である。図２に示すようなヒータＨの両端と差動アンプ１２とを接続することによる接触抵抗ｒａ，ｒｂおよび配線抵抗ｒｃ，ｒｄがヒータＨの抵抗値Ｒ１に比べて十分小さければ問題はないが、ヒータＨの抵抗値変化が小さいことから二端子法による抵抗値の計測は誤差が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態においては、上記のように四端子法に依拠して、ヒータＨの電圧測定のループとヒータＨに直列接続された補助電源回路１５のループとを別に構成し、測定されたヒータＨの両端の電圧Ｖ_R1に基づいて補助電源回路１５を制御して当該ヒータＨに印加される電圧を一定に保持することにより、接触抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｅ，ｒｆおよび配線抵抗ｒｃ，ｒｄ，ｒｇ，ｒｈの影響を排除することとしている。

以上のように、ヒータＨの温度変化による抵抗値変化を検出することにより、ヒータＨの温度変化に対する電力供給を迅速に制御することができる。さらに、ヒータＨの抵抗値検出について四端子法に依拠してブリッジ回路１を構成することにより、当該抵抗値検出のための接触抵抗ｒａ，ｒｂおよび配線抵抗ｒｃ，ｒｄによる誤差を排除することができ、正確な抵抗値検出を行うことができる。特に、温度の立ち上がりの早い薬剤分包装置のヒータＨにおいては、温度変化による抵抗値変化は微小であり、測定誤差は極力低減させる必要があるため、より効果的である。さらに、配線抵抗ｒｃ，ｒｄ，ｒｇ，ｒｈの影響を排除することができるため、抵抗値測定精度を落とすことなくヒータＨを温度調節回路の他の構成から離して配置することができる。したがって、薬剤分包装置に組み込む際の設計自由度を高くすることができる。

また、ヒータＨをブリッジ回路１に組み込む際、適正温度時に平衡状態（ブリッジ間に電流が流れない）になるように他の抵抗値を設定しておくことにより、ヒータ温度（ヒータの抵抗値）の目標値（収束値）からの偏位を容易に検出することができる。したがって、ヒータＨへの電力供給制御を迅速かつ容易に行うことができる。前記例においては、ヒータＨの抵抗値Ｒ１が０．５Ωの際に平衡状態となる、すなわち、Ｒ１＝０．５Ω＝Ｒ２・Ｒ３／Ｒ４となるように抵抗Ｒ２〜Ｒ４を設定する。

ここで、本実施形態における電力供給回路について説明する。図３は本実施形態における電力供給回路の概念図である。

本実施形態における電力供給回路２は、図３に示すように、１つの電源２１と、当該電源２１の出力電圧調節ボリュームＳＷとを具備し、前記ブリッジ回路において検出される前記ヒータの抵抗値変化に応じて０ではない複数の電圧値Ｖ１，Ｖ２，…を切り替えて供給可能とすべく複数の抵抗Ｒ_V1，Ｒ_V2，…への接続を出力電圧調節ボリュームＳＷを制御することにより切り替えて、前記ヒータの温度を所定温度に収束させるべく制御するように構成される。

この場合、ヒータＨが過高温側に偏位した際（抵抗値検出器１１において抵抗値Ｒ１が目標値を超えたと判断されたとき）は、出力電圧調節ボリュームＳＷを切り替えて接続される抵抗Ｒ_V1，Ｒ_V2，…を切り替えることにより、電力供給回路２においてより低電圧な値に電圧値Ｖｃｃを切り替え（例えば、Ｖｃｃ：Ｖ１→Ｖ２）、ヒータＨが過低温側に偏位した際（抵抗値検出器１１において抵抗値Ｒ１が目標値を下回ったと判断されたとき）は、電力供給回路２においてより高電圧な値に電圧値Ｖｃｃを切り替える（例えば、Ｖｃｃ：Ｖ２→Ｖ１）。すなわち、ヒータＨが過高温側に偏位した場合であっても、ブリッジ回路１には電圧を印加した状態が保持される。

したがって、ブリッジ回路１におけるヒータＨの抵抗値変化の検出を続行しながら、供給する電力を調節することができる。

なお、上記例のように、２段階で変化させる場合には、低電圧時の電圧Ｖ２は、高電圧時の電圧Ｖ１に比べて十分に小さく設定することが好ましい。例えば、Ｖ１＝１０［Ｖ］に対し、Ｖ２＝１［Ｖ］とすれば、供給される電力は、１００分の１オーダで小さくなるため、サーミスタ等による一般的な温度制御と略同様の態様で制御可能である。

また、図３のように、出力電圧調節ボリュームＳＷおよび抵抗Ｒ_V1，Ｒ_V2，…を多段的に変化させることも可能である。この場合、ヒータＨが過高温側に偏位した場合であっても、その偏位量の大小に応じて供給電圧Ｖｃｃの下げ幅を変化させる。つまり、その偏位量が大きければ大きいほど小さな電圧が出力されるように抵抗を切り替え、偏位量が小さければ小さいほど電圧の下げ幅を小さくする（あまり変化させない）。ヒータＨが過低温側に偏位した場合も同様である。このように、出力電圧調節ボリュームＳＷおよび抵抗Ｒ_V1，Ｒ_V2，…を多段的に変化させることにより、ヒータＨへの電圧供給制御をよりきめ細かに行うことができる。また、出力電圧調節ボリュームＳＷをデジタルボリュームにより実現することにより、より容易に複数の電圧値を生成することができる。

より好ましくは、複数の電圧値をさらに増やすことにより、ヒータＨの抵抗値変化に対してリニアに連続可変可能とすることができる。これにより、より迅速にヒータＨの温度を目標値に収束させることができる。

なお、本実施形態においては、１つの電源２１を抵抗Ｒ_V1，Ｒ_V2，…を用い、出力電圧調節ボリュームＳＷにより切り替えて複数の電圧値を出力することとしたが、互いに異なる電圧を出力する複数の電源を用い、当該複数の電源のうち使用する電源を切り替えることとしてもよい。また、複数の電源（出力電圧が同じものでも構わない）のうち、１または複数（全部でもよい）の電源を使用し、当該使用する電源の組み合わせを切り替えることにより、異なる電力を供給することとしてもよい。

本発明の一実施形態に係るヒータの温度調節回路示す概略図である。図１において作用し得る接触抵抗および配線抵抗を可視化した図である。本実施形態における電力供給回路の概念図である。

符号の説明

１…ブリッジ回路
１３…電圧加算回路
１５…補助電源回路
２…電力供給回路
２１…電源
Ｈ…ヒータ
ＤＢ…可変抵抗（デジタルボリューム）
ＳＷ…出力電圧調節ボリューム

Claims

ヒータと、
当該ヒータに接続され、当該ヒータの抵抗値変化を検出するブリッジ回路と、
当該ブリッジ回路に接続され、当該検出されたヒータの抵抗値変化に基づいて当該ヒータに電力を供給する電力供給回路とを具備することを特徴とするヒータの温度調節回路。
前記電力供給回路は、０ではない複数の電圧値を切り替えて供給可能に構成され、前記ブリッジ回路において検出される前記ヒータの抵抗値変化に応じて前記ヒータの温度を所定温度に収束させるべく制御することを特徴とする請求項１記載のヒータの温度調節回路。
前記電力供給回路は、１つの電源と、当該電源の出力電圧調節ボリュームとを具備し、前記複数の電圧値は、前記出力電圧調節ボリュームを切り替えることにより出力されることを特徴とする請求項２記載のヒータの温度調節回路。
前記ブリッジ回路は、前記ヒータの両端の電圧を測定する電圧測定回路と、前記ヒータの両端の電圧および当該ヒータに直列に接続された抵抗に印加される電圧の和を前記電力供給回路の供給電圧と等しく保持するために、前記ヒータに直列に接続された補助電源回路とを具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒータの温度調節回路。
前記ブリッジ回路は、可変抵抗を含み、当該可変抵抗は、デジタルボリュームにより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒータの温度調節回路。
請求項１〜５のいずれかに記載のヒータの温度調節回路を備えたことを特徴とする薬剤分包装置。