JP2703641B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、温度特性の異なる２種の発熱要素を同時に
冷却する冷却装置を備えた機器に対して、両発熱要素が
所定の温度範囲に保たれるように冷却装置をオンオフ制
御するようにした温度制御装置に関するものである。

【従来の技術】

従来より、温度特性の異なる２種の発熱要素を同時に
冷却する冷却装置を備えた機器としては、たとえば、第
８図に示すような表示ユニット１がある。表示ユニット
１は、画素となる表示素子11を複数個備えており、複数
個の表示ユニット１を配列することにより、多数の表示
素子11が列設された大型ディスプレイ装置を構成できる
ものである。 表示ユニット１は、ユニット本体10aと、ユニット本
体10aの後面に装着される裏面カバー10bと、裏面カバー
10bの後面を閉塞する裏面板10cとからなる筐体10を備え
ている。ユニット本体10aの前面には、けい光ランプよ
りなる表示素子11を複数個列設した表示素子モジュール
12が複数個配列される。ユニット本体10a内には、外部
信号に基づいて表示素子11を点滅させる駆動回路を実装
した回路基板13が納装され、また、裏面板10cには、吸
気口14から筐体10内に強制的に外気を取り入れ表示ユニ
ット１の前面側に送風することによって、表示素子11
や、回路基板13上に実装された発熱部品を空冷する冷却
装置としての送風ファン15が取着されている。送風ファ
ン15により形成された空気流は回路基板13の表面を流
れ、表示素子モジュール12の背面に形成された通気口16
を通して表示素子11の最冷点に導入される。回路基板13
にはサーミスタのような温度センサ17が取着され、回路
基板13の温度を検出することにより、回路基板13上の発
熱部品の温度が検出できるようになっている。また、回
路基板13には、裏面板10cに設けた入力コネクタ18aや出
力コネクタ18bとの間でケーブル（図示せず）を介して
接続されるコネクタ19が配設されている。駆動回路は、
第９図に一点鎖線で示すような構成を有した回路であっ
て、入力コネクタ18aを介してパルス発生器21に入力さ
れる点滅制御信号に呼応して、各表示素子11に直列接続
されたスイッチ素子22をオンオフ制御することにより、
所望の表示素子11を電源Ｅに接続して所望時間だけ点灯
させるようになっている。 一方、送風ファン15は温度センサ17により検出された
温度に基づいて、第10図に示すような温度制御装置によ
ってオンオフ制御される。温度センサ17は、回路基板13
の温度を検出することによって、回路基板13に実装され
たスイッチ素子22などの発熱要素の温度変化を検出する
のであって、温度制御装置では、温度センサ17の出力
を、温度−電圧変換回路23により検出温度に対応した電
圧値に変換する。温度−電圧変換回路23の出力値は比較
回路24に入力され、基準電圧発生回路25で設定された基
準電圧と比較される。この比較回路24の出力によって、
送風ファン15と電源ACとの間に挿入されたリレー等のス
イッチ要素26をオンオフ制御することによって、送風フ
ァン15をオンオフ制御するのである。比較回路24はヒス
テリシスを有し、温度−電圧変換回路23の出力が基準電
圧に達するとスイッチ要素26をオンにして送風ファン15
を作動させ、以後、温度−電圧変換回路23の出力が所定
値だけ低下するまでは送風ファン15を作動させ続ける。
このようにヒステリシスを有する比較回路24を設けたこ
とにより、温度センサ17により検出される温度が設定温
度になると送風ファン15を作動させ、その後、設定温度
から所定温度（たとえば、６℃）下がると送風ファン15
を停止させることができるのである。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、表示素子11はけい光ランプであって、第11
図に示すように、発光輝度が最冷点温度に依存する。す
なわち、最冷点温度が45〜50℃付近で発光輝度が最大に
なるから、表示素子11の最冷点が上記温度付近になるよ
うに制御するのが望ましい。すなわち、表示素子11の動
作温度は、発光輝度が最大になる最冷点温度に規定され
ることになる。 一方、表示素子11は、自己発熱量に対して比熱が大き
いから、熱時定数（たとえば、始動から所定温度だけ上
昇するのに要する時間）が大きいものであり、駆動回路
を構成するスイッチ素子22等の発熱部品は、自己発熱量
に対して比熱が小さいから、表示素子11に比較すると熱
時定数がかなり小さくなる。また、スイッチ素子22は半
導体であるから、許容動作温度範囲の上限（すなわち、
耐熱温度）は100℃程度であって、この上限を越えると
熱的破壊が生じる。 このような熱的破壊を防止するために、回路基板13に
は温度センサ17が配設されているのであって、温度セン
サ17により検出されるスイッチ素子22の温度が、許容動
作温度範囲の上限付近になると、送風ファン15が作動し
てスイッチ素子22を冷却するのである。 一方、送風ファン15が作動すると、スイッチ素子22と
同時に表示素子11も空冷されるから、次のような問題が
生じることになる。一例として、周囲温度が０℃である
ときに始動した場合の、表示素子11とスイッチ素子22と
の温度変化を第12図に示す。表示素子11は、第12図にａ
で示すように熱時定数が大きいから温度上昇が遅く、ス
イッチ素子22は第12図にｂで示すように熱時定数が小さ
いから温度上昇が速くなる。両者の熱時定数は通常３〜
４倍の違いがある。したがって、スイッチ素子22の温度
が許容動作温度範囲の上限Sb（100℃としている）に達
して送風ファン15が始動された時点では、表示素子11の
最冷点温度が発光輝度を最大にする動作温度Sa（49℃と
している）に達していないことになる（図では、最冷点
温度が25度付近であり、発光輝度は最大値の20％程度で
ある）。また、この時点を過ぎると、送風ファン15が作
動していることによって、表示素子11の最冷点温度の上
昇が一層遅くなるから、表示素子11の発光輝度が最大に
なるまでの立ち上がり時間が非常に長くなるという問題
が生じる。 一方、表示素子11の最冷点温度が上記動作温度に達す
るまでの時間を最も短縮しようとすれば、表示素子11の
最冷点温度が上記動作温度に達するまで送風ファン15を
始動しないことが考えられるが、この場合には、スイッ
チ素子22の温度が許容動作温度範囲の上限を越えること
になり、熱的破壊が生じて実用にならないものである。 上述したように、周囲温度よりも高い温度で動作温度
が規定され自己発熱する表示素子11のような第１の発熱
要素と、第１の発熱要素の動作温度を含む許容動作温度
範囲を有していて自己発熱するとともに第１の発熱要素
に比較して熱時定数が小さいスイッチ素子22のような第
２の発熱要素と、両発熱要素を同時に冷却するように配
置された冷却装置とを備えた機器に対して、従来構成の
温度制御装置では、第２の発熱要素を許容動作温度範囲
に保ち、かつ、第１の発熱要素を短時間で動作温度に至
らせることができないというジレンマがあった。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、
一方の発熱要素の許容動作温度範囲を保つように冷却装
置を作動しつつも、他方の発熱要素の動作温度に達する
までの時間が比較的短くなるようにして、上記ジレンマ
を解決した温度制御装置を提供しようとするものであ
る。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、請求項１の構成では、周
囲温度よりも高い温度で動作温度が規定され自己発熱す
る第１の発熱要素と、第１の発熱要素の動作温度を含む
許容動作温度範囲を有していて自己発熱するとともに第
１の発熱要素に比較して熱時定数が小さい第２の発熱要
素と、第１の発熱要素および第２の発熱要素を同時に冷
却するように配置された冷却装置とを備えた機器に対し
て、第１の発熱要素の温度が動作温度に保たれるととも
に第２の発熱要素の温度が許容動作温度範囲内に保たれ
るように冷却装置をオンオフ制御する温度制御装置にお
いて、第１の発熱要素と第２の発熱要素との少なくとも
一方の温度を検出する温度センサの出力に基づいて、第
１の発熱要素の温度が動作温度付近での設定範囲の上限
に達すると設定範囲の下限に冷却されるまで冷却装置を
作動させる第１の制御部と、上記設定範囲外において冷
却装置を比較的短い一定周期で常時間欠的に作動させる
第２の制御部とを設けているのである。 また、請求項２の構成では、冷却装置を間欠的に作動
させている期間において、温度センサにより検出される
温度に基づいて冷却装置の作動時間を変化させるよう
に、第２の制御部を構成しているのである。

【作用】

請求項１の構成によれば、始動から第１の発熱要素の
温度が動作温度に達するまでの間は冷却装置が比較的短
周期で間欠的に作動するのであり、第１の発熱要素は熱
時定数が第２の発熱要素よりも大きいから、この期間に
は、第１の発熱要素はほとんど冷却されずに第２の発熱
要素が主として冷却されることになる。すなわち、第１
の発熱要素が動作温度に達するまでの時間を遅延させる
ことなく、第２の発熱要素の温度上昇を抑制することが
できるのであって、第２の発熱要素の許容動作温度範囲
の上限に達するまでに、第１の発熱要素を動作温度まで
上昇させることが可能になるのである。その結果、従来
構成の課題であった、第２の発熱要素を許容動作温度範
囲に保ち、かつ、第１の発熱要素を短時間で動作温度に
至らせることが可能になる。また、第１の発熱要素が動
作温度付近の設定温度の上限に達すると設定温度の下限
になるまで冷却装置が作動するから、第１の発熱要素が
動作温度付近のほぼ一定温度に保たれることになる。 請求項２の構成では、温度センサにより検出される温
度によって間欠動作時の冷却装置の作動時間を変化させ
ているから、表示素子の温度が高いほど冷却装置の作動
時間が長くなるように制御すれば、第２の発熱要素の温
度上昇を抑制する効果が高くなり、第２の発熱要素の許
容動作温度範囲の上限と指導時の周囲温度との差が小さ
い場合でも、第２の発熱要素を許容動作温度範囲の上限
よりも低い温度に保つことが可能になる。

【実施例１】 本実施例および実施例２では、温度特性の異なる２種
の発熱要素と冷却装置とを備えた機器が、従来の技術と
して説明した表示ユニットであるものとし、冷却装置と
しての冷却ファンを制御する温度制御装置を例示する
が、本発明の技術思想は表示ユニット以外の機器にも適
用可能である。 第１図に示すように、温度センサ17の出力は、従来構
成と同様に、温度−電圧変換回路23に入力され、温度−
電圧変換回路23の出力値はヒステリシスを有した比較回
路24において基準電圧発生回路25より出力される基準電
圧と比較される。ここに、温度センサ17は、従来構成で
は、回路基板13の温度が検出できる位置に配置されてい
たが、本実施例では、表示素子11に熱的に結合すること
により表示素子11の最冷点温度が検出できるように配置
してある。また、比較回路24は、表示素子11の最冷点温
度が設定範囲の上限（たとえば、49℃）に達すると出力
レベルを“H"にし、その後、設定範囲の下限（たとえ
ば、43℃）に至るまで出力レベルを“H"に保つように、
ヒステリシスを持たせてある。したがって、出力レベル
が短時間で“H"と“L"とを繰り返すようなチャタリング
が防止される。比較回路24の出力はオア回路27に入力さ
れる。以上の構成によって、比較回路24からは、第２図
（ｂ）のような出力が得られることになる。温度−電圧
変換回路23、比較回路24、基準電圧発生回路25により、
温度センサ17の出力に呼応してオン期間を設定する第１
の制御部が構成される。 オア回路27には、第２図（ａ）のように、一定の周期
Ｔ（たとえば75秒）で一定の時間tc（たとえば15秒）だ
け“H"になるパルスが第２の制御部から入力される。第
２の制御部では、クロック信号をカウンタ28で分周する
ことにより周期Ｔが決定され、カウンタ28の出力の立ち
上がり（または立ち下がり）でトリガされる単安定マル
チバイブレータ29の出力によって時間tcが決定される。 オア回路27の出力は、温度センサ17の出力に呼応して
“H"と“L"とが決定される信号と、一定の周期Ｔで一定
の時間tcだけ“H"になる信号との論理和であるから、第
２図（ｃ）のような信号が得られる。この信号が“H"で
ある期間に、冷却ファン15と電源ACとの間に挿入された
スイッチ要素26がオンになるのである。 以下に、第３図に基づいて動作を説明する。ここで
は、始動時の周囲温度が０℃であるものとする。表示素
子11の最冷点温度が設定範囲Ｒの上限（49℃としてい
る）に達するまでは比較回路24の出力レベルは“H"にな
らないから、冷却ファン15は上記一定の周期Ｔで一定の
時間tcだけオンになり間欠的に作動することになる。し
たがって、第３図にｂで示すように、回路基板13に実装
されたスイッチ素子22の温度は、冷却ファン15がオフの
期間には上昇し、冷却ファン15がオンの期間（＝tc）に
は下降することになる。スイッチ素子22の熱時定数は小
さいから、冷却ファン15がオンである期間には急速に温
度が下降する。したがって、冷却ファン15が常時オフで
ある状態（第３図のｂ′）に比較して温度の上昇速度が
相当に抑制されることになる。一方、表示素子11は、熱
時定数がスイッチ素子22よりもかなり大きいから、第３
図にａで示すように、冷却ファン15が短時間動作しただ
けでは温度はあまり変化せず、冷却ファン15を常時オフ
にしている状態（第３図のａ′）とほぼ同じ程度の時間
で動作温度の設定範囲Ｒの上限に達することになる。こ
のようにして、スイッチ素子22の許容動作温度範囲の上
限（100℃としている）に達しないようにスイッチ素子2
2の温度を抑制している間に、表示素子11を動作温度の
設定範囲Ｒの上限まで温度を上昇させることができるの
である。その後、表示素子11の最冷点温度が動作温度の
設定範囲Ｒの下限（43℃としている）になるまで冷却フ
ァン15は連続して作動するから、スイッチ素子22も十分
に冷却される。また、この時点で冷却ファン15は間欠動
作に戻り、表示素子11の最冷点温度が再び上昇する。以
後、この動作を繰り返して表示素子11の最冷点温度を設
定範囲Ｒに保つようにし、表示素子11の発光輝度をほぼ
最大に保つのである。

【実施例２】 実施例１では、始動時の周囲温度が高いときには、冷
却ファン15の間欠動作時にスイッチ素子22の温度上昇を
十分に抑制できない場合がある。温度センサ17は表示素
子11の最冷点温度を検出しているから、スイッチ素子22
の温度上昇が抑制できないと、第７図に示すように、表
示素子11の最冷点温度が設定範囲の上限Saに達するまで
に、スイッチ素子22の温度が許容動作温度範囲の上限Sb
を越え、スイッチ素子22が熱的に破壊されることにな
る。 本実施例では、第４図に示す回路構成とすることによ
り、上記問題を回避するようになっている。すなわち、
実施例１と同様にクラック信号をカウンタ28で分周して
周期Ｔの信号を発生させ、鋸歯状波発生回路30により周
期Ｔの鋸歯状波に変換した後、レベル調節回路31を通し
て鋸歯状波のピークレベルを所定レベルに調節する。こ
のようにして得られた鋸歯状波を比較回路32に入力し
て、温度−電圧変換回路23の出力と比較すれば、第５図
に示すように、温度センサ17により検出される温度が高
いほど“H"となる期間が長くなるような一定の周期Ｔの
パルスが得られることになる。ここに、第５図の左半分
は低温時、第５図の右半分は高温時を示し、第５図
（ａ）はレベル調節回路31の出力、第５図（ｂ）は比較
回路32の出力を示す。また、第５図（ａ）においてｌは
比較回路32での比較レベルである。 以上の構成によれば、第６図に示すように、冷却ファ
ン15の間欠動作時に、表示素子11の温度上昇とともに冷
却ファン15が作動する時間が増加し、スイッチ素子22の
温度上昇を抑制することになる（第６図のｂを参照）。
冷却ファン15の作動時間が増加することによって、表示
素子11の温度上昇速度も若干遅くなるが（第６図のａを
参照）、スイッチ素子22の温度上昇はそれ以上に抑制さ
れることになる。第６図のａ′,b′はそれぞれ実施例１
の場合の、表示素子11の温度上昇とスイッチ素子22の温
度上昇とを示している。以上のように周囲温度にかかわ
らず、スイッチ素子22が許容動作温度範囲の上限に達し
ないように温度上昇が抑制されるのである。 上記各実施例において、温度センサ17を表示素子11に
熱的に結合しているが、スイッチ素子22の熱的破壊を防
止するために、スイッチ素子22の温度も測定するように
し、許容動作温度範囲の上限に達したときに、表示素子
11の最冷点温度が設定範囲Ｒの上限に達していない場合
でも、冷却ファン15が作動するようにしてもよい。この
場合でも、従来構成に比較すれば、表示素子11の立ち上
がり時間を速めることができる。

【発明の効果】

上述のように、請求項１の構成では、周囲温度よりも
高い温度で動作温度が規定され自己発熱する第１の発熱
要素と、第１の発熱要素の動作温度を含む許容動作温度
範囲を有していて自己発熱するとともに第１の発熱要素
に比較して熱時定数が小さい第２の発熱要素と、第１の
発熱要素および第２の発熱要素を同時に冷却するように
配置された冷却装置とを備えた機器に対して、第１の発
熱要素の温度が動作温度に保たれるとともに第２の発熱
要素の温度が許容動作温度範囲内に保たれるように冷却
装置をオンオフ制御する温度制御装置において、第１の
発熱要素と第２の発熱要素との少なくとも一方の温度を
検出する温度センサの出力に基づいて、第１の発熱要素
の温度が動作温度付近での設定範囲の上限に達すると設
定範囲の下限に冷却されるまで冷却装置を作動させる第
１の制御部と、上記設定範囲外において冷却装置を比較
的短い一定周期で常時間欠的に作動させる第２の制御部
とを設けているものであり、始動から第１の発熱要素の
温度が動作温度に達するまでの間は冷却装置が比較的短
周期で間欠的に作動するのであり、第１の発熱要素は熱
時定数が第２の発熱要素よりも大きいから、この期間に
は、第１の発熱要素はほとんど冷却されずに第２の発熱
要素が主として冷却されることになる。すなわち、第１
の発熱要素が動作温度に達するまでの時間を遅延させる
ことなく、第２の発熱要素の温度上昇を抑制することが
できるのであって、第２の発熱要素の許容動作温度範囲
の上限に達するまでに、第１の発熱要素を動作温度まで
上昇させることが可能になるのである。その結果、従来
構成の課題であった、第２の発熱要素を許容動作温度範
囲に保ち、かつ、第１の発熱要素を短時間で動作温度に
至らせることが可能になるという効果を奏する。また、
第１の発熱要素が動作温度付近の設定温度の上限に達す
ると設定温度の下限になるまで冷却装置が作動するか
ら、第１の発熱要素が動作温度付近のほぼ一定温度に保
たれるという効果がある。 請求項２の構成では、冷却装置を間欠的に作動させて
いる期間において、温度センサにより検出される温度に
基づいて冷却装置の作動時間を変化させるように、第２
の制御部を構成しているものであり、温度センサにより
検出される温度によって間欠動作時の冷却装置の作動時
間を変化させているから、表示素子の温度が高いほど冷
却装置の作動時間が長くなるように制御すれば、第２の
発熱要素の温度上昇を抑制する効果が高くなり、第２の
発熱要素の許容動作温度範囲の上限と始動時の周囲温度
との差が小さい場合でも、第２の発熱要素を許容動作温
度範囲の上限よりも低い温度に保つことが可能になると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示すブロック図、第２図お
よび第３図は同上の動作説明図、第４図は本発明の実施
例２を示すブロック図、第５図および第６図は同上の動
作説明図、第７図は実施例１での改善点を示す動作説明
図、第８図は表示ユニットの一例を示す分解斜視図、第
９図は同上の要部回路図、第10図は従来例を示すブロッ
ク図、第11図は表示ユニットに用いる素子の特性の一例
を示す動作説明図、第12図は従来例の動作説明図であ
る。 １……表示ユニット、11……表示素子、15……冷却ファ
ン、17……温度センサ、22……スイッチ素子、23……温
度−電圧変換回路、24……比較回路、25……基準電圧発
生回路、26……スイッチ要素、27……オア回路、28……
カウンタ、29……単安定マルチバイブレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松島 寛 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−226011（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−88720（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−5719（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲温度よりも高い温度で動作温度が規定
   され自己発熱する第１の発熱要素と、第１の発熱要素の
   動作温度を含む許容動作温度範囲を有していて自己発熱
   するとともに第１の発熱要素に比較して熱時定数が小さ
   い第２の発熱要素と、第１の発熱要素および第２の発熱
   要素を同時に冷却するように配置された冷却装置とを備
   えた機器に対して、第１の発熱要素の温度が動作温度に
   保たれるとともに第２の発熱要素の温度が許容動作温度
   範囲内に保たれるように冷却装置をオンオフ制御する温
   度制御装置において、第１の発熱要素と第２の発熱要素
   との少なくとも一方の温度を検出する温度センサの出力
   に基づいて、第１の発熱要素の温度が動作温度付近での
   設定範囲の上限に達すると設定範囲の下限に冷却される
   まで冷却装置を作動させる第１の制御部と、上記設定範
   囲外において冷却装置を比較的短い一定周期で常時間欠
   的に作動させる第２の制御部とを具備して成ることを特
   徴とする温度制御装置。
2. 【請求項２】上記第２の制御部は、冷却装置を間欠的に
   作動させている期間において、温度センサにより検出さ
   れる温度に基づいて冷却装置の作動時間を変化させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。