JP2011216230A

JP2011216230A - 断線警報システム

Info

Publication number: JP2011216230A
Application number: JP2010081062A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Hara; 幸弘原
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】温度変化の大きい使用条件や温度に対する抵抗値の変化の大きい抵抗発熱体の場合、抵抗値や電流地だけで、発熱体の断線を正確に検知することは困難であった。
【解決手段】本件発明では、対象物を加熱する抵抗発熱部と、抵抗発熱体の温度を測定する温度センサ部と、調節計などからの操作信号を取得する操作信号受信部と、操作信号受信部が取得した操作信号に基づき、抵抗発熱部を制御する発熱体制御部と、温度センサ部から温度情報を取得する温度情報取得部と、抵抗発熱部から抵抗値を取得する抵抗値取得部と、所定温度における前記抵抗発熱部の抵抗値を記憶する抵抗値記憶部と、断線しているか否かを判断する断線判断部と、断線判断部の判断結果を報知する報知部と、からなる断線警報システムを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自身に接続された抵抗発熱体の断線を検知し警報を発するサイリスタに関する。

一般的ニクロム系の抵抗発熱体や、モリブデン化合物などの金属系の抵抗発熱体は、温度に対する抵抗値がほぼ一定であったり、温度に対する抵抗値が一定割合で増加するなど、温度に対する抵抗値が予測しやすい。このため、仮に使用中に発熱体が断線した場合、抵抗値の変化によって断線を検知することが可能である。

例えば、複数のニクロム系の発熱体から構成される発熱部の場合、複数の発熱体のうちの１つが断線すると、抵抗値が上昇する。この抵抗値や電流値の変化を測定することで断線を検知することが可能である。

また、金属系の抵抗発熱体であっても、抵抗値や電流値の変化によって前述と同様に断線を検知することが可能である（特許文献１）

特開平４−０２６０９１号公報

しかし、ニクロム系や金属系の抵抗発熱体については、上記のように抵抗値や電流値により容易に断線を検知することが可能であるが、炭化ケイ素系の発熱体のように、温度に対する抵抗値の変化が一定ではなく、変化の大きい発熱体では、上記のような断線の検知を行うことができない。例えば、一定に温度を保った状態では、抵抗値や電流値の変化により断線を検知することは可能であるが、昇温中など温度が変化する状況では、抵抗値の変化が大きいため抵抗値や電流値だけで断線を検知することが困難である。仮に、抵抗値や電流値のみによって断線を検知した場合、抵抗値や電流値の変化は、発熱体の性質によるものの可能性もあり、正確に断線を検知することができない。

そこで、本件発明では、上記課題に鑑み、以下の断線警報システムを提供する。すなわち第一の発明としては、対象物を加熱する抵抗発熱部と、前記抵抗発熱体の温度を測定する温度センサ部と、調節計などからの操作信号を取得する操作信号受信部と、前記操作信号受信部が取得した操作信号に基づき、前記抵抗発熱部に供給すべき電力を調整し、抵抗発熱部を制御する発熱体制御部と、前記温度センサ部から温度情報を取得する温度情報取得部と、前記抵抗発熱部から抵抗値を取得する抵抗値取得部と、所定温度における前記抵抗発熱部の抵抗値を記憶する抵抗値記憶部と、前記温度情報取得部が取得した温度情報が、前記抵抗値記憶部が記憶した所定温度に一致した際に、前記抵抗値取得部が取得した抵抗値と前記抵抗値記憶部が記憶した抵抗値を比較し、断線しているか否かを判断する断線判断部と、前記断線判断部の判断結果を報知する報知部と、からなる断線警報システムを提供する。

第二の発明としては、前記抵抗発熱部が、抵抗温度計数の大きい抵抗発熱体である第一の発明に記載の断線警報システムを提供する。

本件発明の断線警報システムのように、断線していない状態における所定温度の抵抗値（初期抵抗値）を抵抗値記憶部に記憶させ、ヒータを昇温させ使用する際に所定温度における抵抗値と初期抵抗値を比較することで、ヒータの断線の有無を判断することが可能となる。とくに、温度に対する抵抗値の変化が大きいヒータ、すなわち抵抗温度係数の大きいヒータの場合でも、正確に断線を判断することが可能となる。

実施形態１の断線警報システムを説明するための機能ブロック図実施形態１の断線警報システムを説明するための機能ブロック図実施形態１の断線警報システムを説明するための概念図実施形態１の断線警報システムを説明するためのハードウエア構成図実施形態１の断線警報システムを説明するためのフローチャート図

以下、本件発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本件発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

実施形態１は、主に請求項１、請求項２などに関する。
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１概要＞

本実施形態は、予め所定の温度における発熱部の抵抗値を記憶し、所定の温度における抵抗値を測定し、測定値と記憶された抵抗値とを比較することで断線の有無を判断することを特徴とした断線警報システムである。
＜実施形態１構成＞

図１に本実施形態の断線警報システムの機能ブロック図を示した。本実施形態の断線警報システム（０１００）は、対象物を加熱する抵抗発熱部（０１０１）と、前記抵抗発熱体の温度を測定する温度センサ部（０１０２）と、調節計などからの操作信号を取得する操作信号受信部（０１０３）と、前記操作信号受信部が取得した操作信号に基づき、前記抵抗発熱部に供給すべき電力を調整し、抵抗発熱部を制御する発熱体制御部（０１０４）と、前記温度センサ部から温度情報を取得する温度情報取得部（０１０５）と、前記抵抗発熱部から抵抗値を取得する抵抗値取得部（０１０６）と、所定温度における前記抵抗発熱部の抵抗値を記憶する抵抗値記憶部（０１０７）と、前記温度情報取得部が取得した温度情報が、前記抵抗値記憶部が記憶した所定温度に一致した際に、前記抵抗値取得部が取得した抵抗値と前記抵抗値記憶部が記憶した抵抗値を比較し、断線しているか否かを判断する断線判断部（０１０８）と、前記断線判断部の判断結果を報知する報知部（０１０９）と、からなる。

「抵抗発熱部」は、複数または単数の発熱体から構成されている。これらの抵抗発熱部を構成する発熱体は、複数の発熱体が並列に接続されている。抵抗発熱部を構成する発熱体は、発熱体に電流を流すことで発熱する発熱体である。発熱体としては、金属系、ニクロム系、炭化ケイ素などの非金属系の発熱体などであって、抵抗発熱体であればどのような発熱体であっても対応することが可能である。とくに本件発明では、昇温時や降温時などの温度変化が伴う状態においても、正確に断線を検知し判断することが可能である。

また特に、炭化ケイ素など発熱体のように、温度に対する抵抗値の変化、つまり抵抗温度係数が大きい発熱体の断線検知には極めて有効である。

「温度センサ部」は、抵抗発熱部の温度を測定する。温度センサ部は具体的には、熱電対や測温抵抗体、熱画像センサなど抵抗体発熱部の温度を測定する温度センサである。温度センサ部が測定した温度情報は、後述する温度情報取得部が取得する。

「操作信号受信部」は、調節計など抵抗発熱部の発熱量などを操作する信号を取得し後述する発熱体制御部に伝える。具体的には、例えば昇温速度などがプログラムされている場合など、プログラムが設定されている調節計などがから、プログラムに基づいた操作信号を受信する。本実施形態の断線警報システムでは、調節計などから受信した操作信号に従って抵抗発熱部を制御する。

「温度情報取得部」は、温度センサ部が測定した抵抗発熱部の温度情報を取得し後述する断線判断部に伝える。温度情報取得部は、具体的にはサイリスタ内部に設けてもよいし、調節計に温度情報取得部を設け、取得した温度情報を後述する断線判断部に伝えるように構成してもよい。

「抵抗値取得部」は、後述する断線判断部が断線か否かを判断するための一つの情報である抵抗発熱部の抵抗値を取得する。取得した抵抗値は、断線判断部に送られる。抵抗値取得部が取得する抵抗値は、発熱体個々の抵抗値ではなく、複数の発熱体から構成される抵抗発熱部全体の抵抗値でよい。

「抵抗値記憶部」は、所定の温度における抵抗発熱部の抵抗値を記憶している。この抵抗値記憶部が記憶する抵抗値は、抵抗発熱部の発熱体が断線していない状態での抵抗値である。抵抗値記憶部が記憶する抵抗値は、１点の温度における抵抗値であってもよいし、複数の温度における抵抗値であってもよい。記憶する抵抗値の数が多い多いほど断線の検知を行うことが可能な点が増えるため、迅速な断線検知が可能となる。

抵抗値記憶部が記憶する所定の温度における抵抗値は、抵抗発熱部を発熱させる前に予めユーザーが所定の温度における抵抗値を入力することで記憶させる。この他に、ユーザーが入力せずに、抵抗値記憶部が自動的に所定温度における抵抗値を取得し記憶するように構成してもよい。例えば、発熱体が断線していないことが明らかな、新品の抵抗発熱部を使用する場合などは、初回使用時に抵抗値記憶部が自動的に所定温度における抵抗値を記憶するようにしてもよい。この際抵抗値記憶部は、任意の温度間隔や時間間隔で温度と抵抗値を記憶する。

具体的な例を図２に示した。具体的には図１に示した断線警報システムと同様の抵抗発熱部（０２０１）と、温度センサ部（０２０２）と、操作信号受信部（０２０３）と、発熱体制御部（０２０４）と、温度情報取得部（０２０５）と、抵抗値取得部（０２０６）と、抵抗値記憶部（０２０７）と、断線判断部（０２０８）と、報知部（０２０９）に、さらに抵抗値自動取得部（０２１０）を設けた構成となる。抵抗値自動取得部を設け発熱体制御部を制御することで、抵抗発熱部の温度を変化させ、その際の温度情報および抵抗値を温度情報取得部および抵抗値取得部から取得し、これらの情報を抵抗値記憶部に記憶させる。このようにすることで、ユーザーが所定の温度における抵抗値を入力する必要が無くなり、入力ミスなどを防ぐことが可能である。なお、図２や前述の例では、抵抗値を自動で取得するために、抵抗値自動取得部が発熱体制御部に対して操作信号を送信し、温度を任意に変化させる例を示したが、抵抗発熱部を制御せずに、通常の使用状態、つまり抵抗発熱部を使用目的で発熱させている状態で抵抗値自動取得部が抵抗値および温度情報を取得するように構成してもよい。

「断線判断部」は、抵抗値取得部が取得した抵抗値と、抵抗値記憶部が記憶した抵抗値を比較し、比較結果に応じて断線か否かを判断し、断線と判断された場合には後述する報知部へ判断結果を出力する。

ここで断線判断部が断線か否かを判断する方法について説明する。図３に抵抗温度計数の大きい抵抗発熱体の温度と抵抗値の関係を示した。ここでは一例として図３に示した抵抗温度係数の大きな抵抗発熱体を例に説明する。まず、図３の（１）では、複数の発熱体すべてが断線していない正常な状態である。この状態で仮に１本または複数の発熱体が断線すると、（２）のように抵抗発熱体の抵抗値が上昇する。この抵抗値の変化をもとに本実施形態の断線警報システムは断線の判断を行うが、図３に示した抵抗温度係数の大きな発熱体では、抵抗値の温度変化が大きいため、単に抵抗値が変化しただけでは、抵抗値の変化の原因が断線によるものなのか否かを判断するのは困難である。そこで、前述した抵抗値記憶部に（１）の状態、つまり断線していない状態における所定の温度における抵抗値（図中では温度Tにおける抵抗値R）を記憶しておき、測定された所定温度における抵抗値と抵抗値記憶部に記憶された抵抗値を比較することで断線しているか否かを判断する。例えば、図３の（１）の状態（断線していない状態）での温度Tにおける抵抗値Rを抵抗値記憶部が記憶する。抵抗発熱体の使用する際には、温度Tになると、断線判断部は抵抗値記憶部に記憶されている抵抗値と、測定された抵抗値Rを比較し、同じであれば断線していないと判断する。温度Tにおける測定された抵抗値Rが大幅に上昇している場合には、断線していると判断し、報知部に断線しているとの情報を出力する。

なお、本実施形態の断線警報システムは、一例として抵抗温度係数の大きい抵抗発熱体を上げたが、抵抗温度係数が小さい発熱体など、抵抗温度係数が大きい発熱体以外の発熱体にも適用することが可能である。また、図示した例では所定温度を温度Tの１点のみ例示したが、複数の温度における抵抗値を記憶し、複数の温度において抵抗値を測定して断線判断を行うように構成してもよい。

「報知部」は、前述した断線判断部の判断結果を放置する。例えば、断線判断部が断線していると判断した場合にユーザーに対して断線している旨を報知する。報知は断線判断部が断線していると判断した場合のみ報知させてもよいが、断線判断部が断線していないと判断した場合にも報知するように構成してもよい。

具体的な報知方法としては、ＬＥＤや液晶などの視覚に対する報知や、音声やブザー音などの聴覚に対する報知の他、振動などによる報知であってもよい。
＜実施形態１ハードウエア構成＞

図４に上記構成要件をハードウエアとして実現した際の本実施形態の断線警報システムのハードウエア構成の一例を示した。この図を利用して断線警報システムのそれぞれのハードウエアの動きについて説明する。

本実施形態の断線警報システムは、図４に示したように、各種演算処理を行うＣＰＵ（０４０１）や主メモリ（０４０２）、また各種処理や判断を行うためのプログラムや、測定結果、所定温度における抵抗値を記憶保持するハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶装置（０４０３）や、ユーザーに対して断線の有無の他さまざまな情報を報知するためのスピーカ（０４０４）やＬＥＤランプ（０４０５）やディスプレイ（０４０６）などや、抵抗発熱部（０４０７）や温度センサ部（０４０８）、外部の調節計などと接続するためのインターフェイス（０４０９）や、ユーザー（０４１０）からの直接の操作を受け付けるための操作キー（０４１１）などを備えている。そしてそれらがシステムバスやデータ通信経路（０４１２）によって相互に接続され、情報の送受信や処理を行う。また、主メモリは、各種処理を行うプログラムをＣＰＵに実行させるために読み込ますと同時にそのプログラムの作業領域でもあるワーク領域を提供する。また、この主メモリや記憶装置にはそれぞれ複数のメモリアドレスが割り当てられており、ＣＰＵで実行されるプログラムは、そのメモリアドレスを特定しアクセスすることで相互にデータのやりとり行い、処理を行うことが可能となっている。

ＣＰＵは、記憶装置に記憶されている断線判断用のプログラムを主メモリ上に展開する。ＣＰＵは展開されたプログラムに基づき、インターフェイスに接続された抵抗発熱部から抵抗値、温度センサ部から温度情報を取得する。取得された抵抗値や温度情報は、一時的に主メモリ上に保存される。この際取得した抵抗値や温度情報は逐次記憶装置に記憶するように構成してもよい。抵抗値や温度情報が取得されるＣＰＵは、記憶装置に予め記憶されていた所定温度における抵抗値と、取得した抵抗値を比較し、プログラムに基づいて断線か否かを判断し、判断結果に応じてＣＰＵはスピーカやＬＥＤランプやディスプレイなどに判断結果を出力する。
＜実施形態１処理の流れ＞

図５に本実施形態の断線警報システムの処理の流れを説明するためのフローチャートを示した。まず本実施形態の断線警報システムでは、通常のヒータの使用（すでに所定温度における抵抗値が記憶されている状態）か、またはヒータが断線していない状態（新品の状態など）での所定温度における抵抗値（初期抵抗値）の測定かを選択（Ｓ０５０１）する。初期抵抗値の測定を行う場合には、所定温度までヒータを昇温（Ｓ０５０２）し、所定温度まで昇温された段階（Ｓ０５０３）で、抵抗値を取得（Ｓ０５０４）し、記憶装置に抵抗値を記憶（Ｓ０５０５）する。初期抵抗値の測定だけの場合は以上で終了となる（Ｓ０５０６）。

初期抵抗値が抵抗値記憶部に記憶されている場合には、ヒータを目的に応じて昇温するなどして使用を開始する（Ｓ０５０７）。このとき断線警報システムは、ヒータの温度が所定の温度となったか否かを判断（Ｓ０５０８）し、温度が所定温度と一致した場合には、その時の抵抗値を取得（Ｓ０５０９）する。そして、抵抗値記憶部に記憶されている初期抵抗値を読み込み（Ｓ０５１０）、取得した抵抗値と初期抵抗値を比較（Ｓ０５１１）し、断線しているか否かを判断（Ｓ０５１２）する。断線している場合には報知（Ｓ０５１３）を行う。
＜実施形態１効果＞

本実施形態の断線警報システムのように、断線していない状態における所定温度の抵抗値（初期抵抗値）を抵抗値記憶部に記憶させ、ヒータを昇温させ使用する際に所定温度における抵抗値と初期抵抗値を比較することで、ヒータの断線の有無を判断することが可能となる。とくに、温度に対する抵抗値の変化が大きいヒータ、すなわち抵抗温度係数の大きいヒータの場合でも、正確に断線を判断することが可能となる。

０１００断線警報システム
０１０１、０２０１抵抗発熱部
０１０２、０２０２温度センサ部
０１０３、０２０３操作信号受信部
０１０４、０２０４発熱体制御部
０１０５、０２０５温度情報取得部
０１０６、０２０６抵抗値取得部
０１０７、０２０７抵抗値記憶部
０１０８、０２０８断線判断部
０１０９、０２０９報知部
０２１０抵抗値自動取得部
０４０１ＣＰＵ
０４０２主メモリ
０４０３記憶装置
０４０４スピーカ
０４０５ＬＥＤランプ
０４０６ディスプレイ
０４０７抵抗発熱部
０４０８温度センサ部
０４０９インターフェイス
０４１０ユーザー
０４１１操作キー
０４１２システムバスやデータ通信経路

Claims

対象物を加熱する抵抗発熱部と、
前記抵抗発熱体の温度を測定する温度センサ部と、
調節計などからの操作信号を取得する操作信号受信部と、
前記操作信号受信部が取得した操作信号に基づき、前記抵抗発熱部に供給すべき電力を調整し、抵抗発熱部を制御する発熱体制御部と、
前記温度センサ部から温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記抵抗発熱部から抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
所定温度における前記抵抗発熱部の抵抗値を記憶する抵抗値記憶部と、
前記温度情報取得部が取得した温度情報が、前記抵抗値記憶部が記憶した所定温度に一致した際に、前記抵抗値取得部が取得した抵抗値と前記抵抗値記憶部が記憶した抵抗値を比較し、断線しているか否かを判断する断線判断部と、
前記断線判断部の判断結果を報知する報知部と、
からなる断線警報システム。
前記抵抗発熱部は、抵抗温度計数の大きい抵抗発熱体である請求項１に記載の断線警報システム。