JP2859958B2 - 加熱プローブの温度制御 - Google Patents
加熱プローブの温度制御Info
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- A61B18/08—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by means of electrically-heated probes
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- A61C5/50—Implements for filling root canals; Methods or instruments for medication of tooth nerve channels
- A61C5/55—Implements for filling root canals; Methods or instruments for medication of tooth nerve channels with heating means, e.g. for heating gutta percha
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- G—PHYSICS
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1906—Control of temperature characterised by the use of electric means using an analogue comparing device
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- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、小型加熱プローブの温度制御に関し、更に
詳しくは、このプローブのチップの温度を検出し、この
プローブに対する電力を制御して選択された温度を保持
する回路と方法に関する。
詳しくは、このプローブのチップの温度を検出し、この
プローブに対する電力を制御して選択された温度を保持
する回路と方法に関する。
背景技術 多くの異なった環境で、加熱された小型のプローブに
対する正確な温度制御が要求されている。例えば、電子
チップの表面実装技術では、部品または印刷回路板の細
いリード線を損傷することなく非常に細いリード線をこ
れらの回路板にはんだ付けする必要がある。はんだ付け
のチップの温度は選択された温度以上でなければならな
いが、また一定の期間一定の温度範囲を超えてはならな
い。歯科の分野では、暖めて柔らかくなったグッタペル
カ（天然ゴム）またはその他の材料で歯の根の部分を埋
める根管の治療に、加熱したプローブを使用する。加熱
したチップをしばしば使用して血管を麻痺させ、出血を
止める。これらのチップは多くの場合非常に形状が小さ
く、これをあてがう点でこのチップを正確に温度制御す
る必要がある。
対する正確な温度制御が要求されている。例えば、電子
チップの表面実装技術では、部品または印刷回路板の細
いリード線を損傷することなく非常に細いリード線をこ
れらの回路板にはんだ付けする必要がある。はんだ付け
のチップの温度は選択された温度以上でなければならな
いが、また一定の期間一定の温度範囲を超えてはならな
い。歯科の分野では、暖めて柔らかくなったグッタペル
カ（天然ゴム）またはその他の材料で歯の根の部分を埋
める根管の治療に、加熱したプローブを使用する。加熱
したチップをしばしば使用して血管を麻痺させ、出血を
止める。これらのチップは多くの場合非常に形状が小さ
く、これをあてがう点でこのチップを正確に温度制御す
る必要がある。
現在の技術では、小型で、加熱され、温度制御された
適当なプローブを開発することを困難にする大きな制約
が存在する。
適当なプローブを開発することを困難にする大きな制約
が存在する。
この種の加熱された内科及び歯科用のプローブは、本
出願と同じ発明者に対する米国特許第4,527,560号に図
示及び開示され、これはここに参考として含まれてい
る。
出願と同じ発明者に対する米国特許第4,527,560号に図
示及び開示され、これはここに参考として含まれてい
る。
従来、はんだごてには、通常銅である熱伝導性の良好
な材料で作られ、恒温になるように制御された比較的大
きなチップが含まれている。このチップは熱の受容体と
して機能し、この受容体からの熱が小さなんだ付けのポ
イントに伝えられる。しかし、もしこのポイントが小さ
くなり過ぎれば、これは機械的に弱く、また酸化によっ
て容易に破壊される傾向がある。同時に、チップが小さ
くなるに従って、このチップに伝えることのできる熱量
は小さくなる。これら及びその他の理由のため、チップ
の温度を正確に測定し正確な範囲内にこの温度を保持す
ることは、現在の技術では不可能である。
な材料で作られ、恒温になるように制御された比較的大
きなチップが含まれている。このチップは熱の受容体と
して機能し、この受容体からの熱が小さなんだ付けのポ
イントに伝えられる。しかし、もしこのポイントが小さ
くなり過ぎれば、これは機械的に弱く、また酸化によっ
て容易に破壊される傾向がある。同時に、チップが小さ
くなるに従って、このチップに伝えることのできる熱量
は小さくなる。これら及びその他の理由のため、チップ
の温度を正確に測定し正確な範囲内にこの温度を保持す
ることは、現在の技術では不可能である。
米国特許第4,074,719号のコラム５と６及び第３図は
血液の凝固を引き起こす装置を開示している。加熱プロ
ーブ内のサーモカップルによって、温度を判定する電圧
が与えられる。従来技術のプローブは、このプローブを
電源とサーモカップルの電圧センサの間で切り替えるス
イッチを内蔵していない。
血液の凝固を引き起こす装置を開示している。加熱プロ
ーブ内のサーモカップルによって、温度を判定する電圧
が与えられる。従来技術のプローブは、このプローブを
電源とサーモカップルの電圧センサの間で切り替えるス
イッチを内蔵していない。
発明の開示 従って、本発明の目的は、加熱されたマイクロプロー
ブの温度を選択した範囲内に正確に保持する回路を提供
することである。
ブの温度を選択した範囲内に正確に保持する回路を提供
することである。
本発明の他の目的は、カネツプローブに加えた電力を
制御して選択した温度を達成する方法を提供することで
ある。
制御して選択した温度を達成する方法を提供することで
ある。
本発明のこれら及びその他の目的は、ここで明らかに
なるように、第１材料の導電性内部コア部材と第２材料
の抵抗加熱部材を有するチップの構造によって達成され
る。このコア部材と抵抗加熱部材は、チップの先端部で
相互に接続される。コア部材と加熱部材の接合部によっ
て、チップ内にサーモカップルを形成する。このサーモ
カップルの接合部で発生する電圧は、チップの先端部の
温度を示す。
なるように、第１材料の導電性内部コア部材と第２材料
の抵抗加熱部材を有するチップの構造によって達成され
る。このコア部材と抵抗加熱部材は、チップの先端部で
相互に接続される。コア部材と加熱部材の接合部によっ
て、チップ内にサーモカップルを形成する。このサーモ
カップルの接合部で発生する電圧は、チップの先端部の
温度を示す。
検出回路は、内部コアとこの部材との間に形成された
サーモカップルに選択的に接続されサーモカップルの電
圧電位に基づいてチップの温度を検出する。交流電源が
コア部材に選択的に接続されて外部抵抗コア層を流れる
電流によってコアを加熱する。切り替え回路によって、
チップはこのチップを加熱する電源またはこのチップの
温度を検出する検出回路のいずれかに接続される。
サーモカップルに選択的に接続されサーモカップルの電
圧電位に基づいてチップの温度を検出する。交流電源が
コア部材に選択的に接続されて外部抵抗コア層を流れる
電流によってコアを加熱する。切り替え回路によって、
チップはこのチップを加熱する電源またはこのチップの
温度を検出する検出回路のいずれかに接続される。
この切り替え回路は、交流電源の各ゼロクロス点でチ
ップを検出回路に接続し、この回路を加熱電源から切り
離す。選択した時間の間、チップは検出回路に接続され
たままである。プローブが電源から切り離されている各
半サイクル内の時間間隔は、チップの温度とユーザの予
め選択した温度との差に基づいて決定される。チップの
温度が上昇してユーザの選択した温度に接近すると、ゼ
ロクロス点以降のチップが電源に接続されるまでの時間
間隔はより長くなり、選択温度に達するまでチップの加
熱を徐々に遅くする。
ップを検出回路に接続し、この回路を加熱電源から切り
離す。選択した時間の間、チップは検出回路に接続され
たままである。プローブが電源から切り離されている各
半サイクル内の時間間隔は、チップの温度とユーザの予
め選択した温度との差に基づいて決定される。チップの
温度が上昇してユーザの選択した温度に接近すると、ゼ
ロクロス点以降のチップが電源に接続されるまでの時間
間隔はより長くなり、選択温度に達するまでチップの加
熱を徐々に遅くする。
プローブの温度はAC電源の各半サイクルで供給される
電力のパーセントによって制御されるので温度は正確に
制御される。他の利点は、温度が迅速かつ円滑に動作温
度に達し、選択温度から過度にばらつくことなく適正温
度に保持されることである。デューティ・サイクルは、
チップの温度が選択温度に接近するのに従って徐々に変
化し、選択温度からの変動に基礎を置いているのでオー
バーシュートによる加熱が避けられ、また過度の冷却も
避けられる。１つの実施例では、チップはDC電源によっ
て加熱される。チップは、スイッチによって電源または
温度検出及び制御回路のいずれかに選択的に接続され
る。
電力のパーセントによって制御されるので温度は正確に
制御される。他の利点は、温度が迅速かつ円滑に動作温
度に達し、選択温度から過度にばらつくことなく適正温
度に保持されることである。デューティ・サイクルは、
チップの温度が選択温度に接近するのに従って徐々に変
化し、選択温度からの変動に基礎を置いているのでオー
バーシュートによる加熱が避けられ、また過度の冷却も
避けられる。１つの実施例では、チップはDC電源によっ
て加熱される。チップは、スイッチによって電源または
温度検出及び制御回路のいずれかに選択的に接続され
る。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明で使用するプローブのチップの代表
的な縦断面図である。
的な縦断面図である。
第２図は、本発明で使用するプローブの他のチップの
縦断面図である。
縦断面図である。
第３図は、本発明で使用するプローブの他のチップの
縦断面図である。
縦断面図である。
第４図は、本発明によるチップ温度を正確に制御する
回路のブロック図である。
回路のブロック図である。
第5a図〜第5c図は、第３図の回路の構成部品の概略図
である。
である。
第６図は、本発明の回路用のDC電源の概略図である。
第７図は、本発明の回路にAC電力を供給するトランス
のAC電源の概略図である。
のAC電源の概略図である。
第８図は、チップを加熱するためにDC電源を使用した
他の実施例のブロック図である。
他の実施例のブロック図である。
発明を実施するための最良の形態 第１図に示すように、チップ１は、内部コア部材14と
外部抵抗層を有する。内部コア部材14はニッケルめっき
した銅のような第１金属で作られ、外部抵抗層12はステ
ンレスのような第２金属で作られるが、もし希望すれ
ば、いずれの部材にも他の材料を使用することができ
る。内部コア部材14と外部抵抗層12は、チップ10の先端
部16で相互に接触する。絶縁層18がチップに向かって延
伸されてコア部材14を取り囲み、チップの先端部を除い
てコア部材14を外部抵抗層12から電気的に隔離する。サ
ーモカップルの接合部22が内部コア部材14と外部抵抗層
12の間の接点に形成される。
外部抵抗層を有する。内部コア部材14はニッケルめっき
した銅のような第１金属で作られ、外部抵抗層12はステ
ンレスのような第２金属で作られるが、もし希望すれ
ば、いずれの部材にも他の材料を使用することができ
る。内部コア部材14と外部抵抗層12は、チップ10の先端
部16で相互に接触する。絶縁層18がチップに向かって延
伸されてコア部材14を取り囲み、チップの先端部を除い
てコア部材14を外部抵抗層12から電気的に隔離する。サ
ーモカップルの接合部22が内部コア部材14と外部抵抗層
12の間の接点に形成される。
第２図は、第１図のチップ10と同じ一般的な原理で動
作するチップ10の他の実施例である。チップ10は内部導
電部材と外部抵抗層12を有するが、コア部材14の直径は
可変でありチップに向かって細くなっているという点
で、第１図のチップと異なっている。絶縁部材18は、先
端部16を除いて、内部部材14と外部層12の間で延伸され
る。サーモカップルの接合部22は、チップ10の内部コア
部材14と外部抵抗層12の間に形成される。
作するチップ10の他の実施例である。チップ10は内部導
電部材と外部抵抗層12を有するが、コア部材14の直径は
可変でありチップに向かって細くなっているという点
で、第１図のチップと異なっている。絶縁部材18は、先
端部16を除いて、内部部材14と外部層12の間で延伸され
る。サーモカップルの接合部22は、チップ10の内部コア
部材14と外部抵抗層12の間に形成される。
チップ10の温度は、接合部22に於いてチップ自身の先
端部16内の導電性内部コア部材14と外部抵抗層12の間の
熱電電圧電位を検出することによって、測定される。内
部コア14が銅であり外部材料がステンレスである場合こ
の電圧は１゜F当たり1.5マイクロボルトである。接合部
22の温度が変化するに従って、この接合部22で発生する
熱電電圧もまた周知のサーモカップルの動作原理に従っ
て変化する。
端部16内の導電性内部コア部材14と外部抵抗層12の間の
熱電電圧電位を検出することによって、測定される。内
部コア14が銅であり外部材料がステンレスである場合こ
の電圧は１゜F当たり1.5マイクロボルトである。接合部
22の温度が変化するに従って、この接合部22で発生する
熱電電圧もまた周知のサーモカップルの動作原理に従っ
て変化する。
第３図は、加熱チップ10の他の実施例を示す。この加
熱チップ10は、加熱コイル15に接続された電力線14を有
する。熱伝導体の接合部22が電力線14と加熱コイル15の
間に形成され、これらの二本の線は異なった材料ででき
ている。熱伝導体の接合部22は、加熱された部材の温度
に対応する。加熱コイル15は、電気絶縁性のセラミック
を充填した材料によって取り囲まれている。この加熱コ
イル15はアース部材21に接続されている。このアース部
材21は電流用の大きな断面積を有し、大幅に加熱される
ことはない。もし希望すれば、加熱コイル15とアース部
材21は同一の材料でもよく、その結果、サーモカップル
の接合部はこれらの間に形成されない。セラミック材料
17は加熱された部材19によって取り囲まれる。電流は、
溶融されるべき表面と接触している実際の加熱部材には
流れない。加熱部材19は外部のアース部材21と電気的に
接続されてアースされる。他の実施例では、加熱された
部材19は、導電性アース部材21から熱的電気的に絶縁さ
れる。
熱チップ10は、加熱コイル15に接続された電力線14を有
する。熱伝導体の接合部22が電力線14と加熱コイル15の
間に形成され、これらの二本の線は異なった材料ででき
ている。熱伝導体の接合部22は、加熱された部材の温度
に対応する。加熱コイル15は、電気絶縁性のセラミック
を充填した材料によって取り囲まれている。この加熱コ
イル15はアース部材21に接続されている。このアース部
材21は電流用の大きな断面積を有し、大幅に加熱される
ことはない。もし希望すれば、加熱コイル15とアース部
材21は同一の材料でもよく、その結果、サーモカップル
の接合部はこれらの間に形成されない。セラミック材料
17は加熱された部材19によって取り囲まれる。電流は、
溶融されるべき表面と接触している実際の加熱部材には
流れない。加熱部材19は外部のアース部材21と電気的に
接続されてアースされる。他の実施例では、加熱された
部材19は、導電性アース部材21から熱的電気的に絶縁さ
れる。
電流が流れると、加熱コイル15が加熱され、これによ
って周囲のセラミック材料17と加熱部材19が加熱され
る。加熱コイル17は、ステンレス、ニッケル合金、また
は電流が流れた場合に高い温度を達成するものであれ
ば、他のいずれの適当な材料でもよい。
って周囲のセラミック材料17と加熱部材19が加熱され
る。加熱コイル17は、ステンレス、ニッケル合金、また
は電流が流れた場合に高い温度を達成するものであれ
ば、他のいずれの適当な材料でもよい。
第４図に示すように、スイッチ32によって、チップ10
はAC電源30または温度検出回路34に選択的に接続され
る。AC電源がチップ30に接続されると、このチップが加
熱される。温度検出回路34がチップ10に接続されると、
接合部22の電圧電位が検出されてチップの温度が判定さ
れる。チップを加熱する場合、サーモカップルの接合部
22で発生する電圧はこのサーモカップルの接合部22に流
れる加熱電圧と比較して小さいため、加熱電流がチップ
に流れていない場合にサーモカップルの電圧を測定する
のが好ましい。プローブのチップ10をAC電源30に接続す
ると、スイッチ32は自動的に温度検出回路34をチップ10
から切り離す。同様に、チップ10がスイッチ32によって
温度検出回路34に接続されると、AC電源30はチップ10か
ら切り離される。
はAC電源30または温度検出回路34に選択的に接続され
る。AC電源がチップ30に接続されると、このチップが加
熱される。温度検出回路34がチップ10に接続されると、
接合部22の電圧電位が検出されてチップの温度が判定さ
れる。チップを加熱する場合、サーモカップルの接合部
22で発生する電圧はこのサーモカップルの接合部22に流
れる加熱電圧と比較して小さいため、加熱電流がチップ
に流れていない場合にサーモカップルの電圧を測定する
のが好ましい。プローブのチップ10をAC電源30に接続す
ると、スイッチ32は自動的に温度検出回路34をチップ10
から切り離す。同様に、チップ10がスイッチ32によって
温度検出回路34に接続されると、AC電源30はチップ10か
ら切り離される。
スイッチ制御および温度選択回路36は、チップの温度
に基づいてスイッチ32の位置を制御する。AC電源30がチ
ップ10に接続されていない場合、温度検出回路34は、そ
のサイクルの部分の間にサーモカップルの接合部22でチ
ップ10の温度を検出する。手動式オン／オフ・スイッチ
を使用することにより、ユーザは回路34と36に制御させ
てチップ10の加熱を実行し、またはスイッチ32をオフの
位置にしてチップ10の加熱を防止することができる。
に基づいてスイッチ32の位置を制御する。AC電源30がチ
ップ10に接続されていない場合、温度検出回路34は、そ
のサイクルの部分の間にサーモカップルの接合部22でチ
ップ10の温度を検出する。手動式オン／オフ・スイッチ
を使用することにより、ユーザは回路34と36に制御させ
てチップ10の加熱を実行し、またはスイッチ32をオフの
位置にしてチップ10の加熱を防止することができる。
チップ10は、下記のようにして第４図の回路に制御さ
れて加熱される。ユーザは、手動スイッチ38をオンの位
置に載置することにより、チップ10の加熱を実行する。
このユーザは、チップ10を加熱すべき温度を予め設定し
ている。スイッチ32によって、チップ10はこのチップ10
を加熱する各サイクルのかなりの期間AC電源30に接続さ
れる。スイッチ制御回路36は、各サイクルで少なくとも
１回チップ10を電源30から切り離してこれを温度検出回
路34に接続する。１つのサイクル内でチップ10を電源30
に接続する時間は、ユーザの予め選択した温度に対する
チップの温度に基づいて決められる。チップ10がより高
温に加熱されて選択温度に接近すると、スイッチ制御回
路36はそのサイクル内ですばやくスイッチ32の位置を変
更しチップ10により少ない電力を供給する。チップ10が
選択温度に到達すると、スイッチ制御回路36は各サイク
ルの十分な期間の間のみプローブ10をAC電源30に接続し
て温度を選択値に保持する。ユーザが作業を完了する
と、このユーザは手動式のオン／オフ・スイッチを使用
してチップをAC電源30から切り離してこのチップの加熱
を防止する。この手動式のオン／オフ・スイッチ38は、
フット・ペダル106、ハンドル内の触感性スイッチ114
（第5c図と関連して以下で説明する）、または技術上入
手可能なその他のスイッチでよい。サイクルのはじめに
検出された温度はスイッチ制御回路36に入力されてその
同じサイクル内にプローブ10に供給する電力の量を制御
する。従って、迅速かつ正確なチップ10の温度制御が行
われる。
れて加熱される。ユーザは、手動スイッチ38をオンの位
置に載置することにより、チップ10の加熱を実行する。
このユーザは、チップ10を加熱すべき温度を予め設定し
ている。スイッチ32によって、チップ10はこのチップ10
を加熱する各サイクルのかなりの期間AC電源30に接続さ
れる。スイッチ制御回路36は、各サイクルで少なくとも
１回チップ10を電源30から切り離してこれを温度検出回
路34に接続する。１つのサイクル内でチップ10を電源30
に接続する時間は、ユーザの予め選択した温度に対する
チップの温度に基づいて決められる。チップ10がより高
温に加熱されて選択温度に接近すると、スイッチ制御回
路36はそのサイクル内ですばやくスイッチ32の位置を変
更しチップ10により少ない電力を供給する。チップ10が
選択温度に到達すると、スイッチ制御回路36は各サイク
ルの十分な期間の間のみプローブ10をAC電源30に接続し
て温度を選択値に保持する。ユーザが作業を完了する
と、このユーザは手動式のオン／オフ・スイッチを使用
してチップをAC電源30から切り離してこのチップの加熱
を防止する。この手動式のオン／オフ・スイッチ38は、
フット・ペダル106、ハンドル内の触感性スイッチ114
（第5c図と関連して以下で説明する）、または技術上入
手可能なその他のスイッチでよい。サイクルのはじめに
検出された温度はスイッチ制御回路36に入力されてその
同じサイクル内にプローブ10に供給する電力の量を制御
する。従って、迅速かつ正確なチップ10の温度制御が行
われる。
第5a図〜5c図は、第３図のブロック図に示す回路の構
成部品の詳細概略図である。第5b図に示すように、AC電
源30はAC線間電圧に接続されたトランスの２ボルトの巻
線から供給される。AC線間電圧は、115ボルト、230ボル
ト、またはその他のいずれかの値である。第７図に示す
ように、AC線間電圧は、スイッチ40を介してトランスの
１次巻線に入力される。このトランスの２次巻線によっ
て、プローブを加熱するAC電源が供給される。８ボルト
の巻線がDCに接続されて第６図に示す電子制御回路の電
圧を供給する。
成部品の詳細概略図である。第5b図に示すように、AC電
源30はAC線間電圧に接続されたトランスの２ボルトの巻
線から供給される。AC線間電圧は、115ボルト、230ボル
ト、またはその他のいずれかの値である。第７図に示す
ように、AC線間電圧は、スイッチ40を介してトランスの
１次巻線に入力される。このトランスの２次巻線によっ
て、プローブを加熱するAC電源が供給される。８ボルト
の巻線がDCに接続されて第６図に示す電子制御回路の電
圧を供給する。
第5b図に示すように、スイッチ回路32はトライアック
42を有し、このトライアックの入力は２ボルトの巻線に
接続されてチップ10の黒のリード線にAC電力を供給し、
この黒のリード線は内部コア部材14に対応する。トライ
アック42は、CMOSスイッチ46と48の出力に接続されたゲ
ート接点44を介してオンとオフに切り替えられる。スイ
ッチ46と48に対する入力電圧は、AC電源電圧である。ス
イッチ46と48に対して制御ピンの状態がＨであれば、こ
れらのスイッチは閉じられて入力電圧は出力として供給
され、この制御ピンがＬであれば、これらのスイッチは
開となる。スイッチ46と48は、NANDゲート50に対する入
力によって制御される。NANDゲート50に対する入力の１
つは第5c図により詳細に示す手動制御スイッチ38から供
給され、トライアック42を手動で消勢する。NANDゲート
50に対する他方の入力は、第5a図により詳細に示すスイ
ッチ制御および温度選択回路36から供給される。NANDゲ
ート50に対する入力がいずれもＨであれば、NANDゲート
52に対する出力がＨになり、スイッチ46と48がオンにな
ると共にトライアック42もオンになる。いずれかの入力
がＬであると、トライアック42はオフになる。
42を有し、このトライアックの入力は２ボルトの巻線に
接続されてチップ10の黒のリード線にAC電力を供給し、
この黒のリード線は内部コア部材14に対応する。トライ
アック42は、CMOSスイッチ46と48の出力に接続されたゲ
ート接点44を介してオンとオフに切り替えられる。スイ
ッチ46と48に対する入力電圧は、AC電源電圧である。ス
イッチ46と48に対して制御ピンの状態がＨであれば、こ
れらのスイッチは閉じられて入力電圧は出力として供給
され、この制御ピンがＬであれば、これらのスイッチは
開となる。スイッチ46と48は、NANDゲート50に対する入
力によって制御される。NANDゲート50に対する入力の１
つは第5c図により詳細に示す手動制御スイッチ38から供
給され、トライアック42を手動で消勢する。NANDゲート
50に対する他方の入力は、第5a図により詳細に示すスイ
ッチ制御および温度選択回路36から供給される。NANDゲ
ート50に対する入力がいずれもＨであれば、NANDゲート
52に対する出力がＨになり、スイッチ46と48がオンにな
ると共にトライアック42もオンになる。いずれかの入力
がＬであると、トライアック42はオフになる。
ゲート46と48を制御している同じ入力信号によってト
ランジスタ106のベースをＨにすることによって、トラ
イアック42が導通していると、LED104は常にオンに保持
される。ユーザはLED104の出力を視認することが可能で
あり、これによって、プローブ・チップ10に供給されて
いる電力量が目視可能な状態で示される。供給されてい
る電力が減少すると、LED104の光が暗くなる。ツェナ・
ダイオードが電源に接続され、技術上周知のようにスト
ライクを制御する。
ランジスタ106のベースをＨにすることによって、トラ
イアック42が導通していると、LED104は常にオンに保持
される。ユーザはLED104の出力を視認することが可能で
あり、これによって、プローブ・チップ10に供給されて
いる電力量が目視可能な状態で示される。供給されてい
る電力が減少すると、LED104の光が暗くなる。ツェナ・
ダイオードが電源に接続され、技術上周知のようにスト
ライクを制御する。
プローブ内で発生する温度ドリフトは、ダイオード9
4、抵抗96、98、および100、およびコンデンサ102のネ
ットワークによって補正される。温度ドリフトは、別の
温度を有するチップ10内ではなく、プローブ内の熱電接
合部の間接加熱によって発生される。ステンレス材料の
外部抵抗層12は、外部抵抗層12とは別の材料によって作
られたプローブの白色のリード線に一般的に接続される
ことによって、このプローブ内のアースに接続される。
外部抵抗層12を別の材料のアース用の白色のリード線に
接続することによって、第２サーモカップル接合が形成
され、ここで熱電電圧が発生される。外部抵抗層の材料
が接続されているプローブ内のアース線はこのプローブ
内の内部コア線14と同じ材料であることが好ましく、銅
は１つの実施例で使用されている材料である。アース接
続部で発生する熱電電圧は、チップ内の接合部22で発生
した電圧と相殺される傾向がある。実際に検出される電
圧はこれら２つの熱電電圧の差である。ネットワーク9
6、98及び100は、コンデンサ62の電圧をチップに供給さ
れる電力に対応するように変化させることにより、プロ
ーブ内の接合部の温度に対する補償に近似するフィード
バックを行う。コンデンサ102は96、98および100のRC時
定数とNANDゲート52がＨに保持される時間によって決定
される速度で充電される。もしNANDゲート52がオンであ
れば、電力はプローブに供給されている。抵抗とコンデ
ンサの値はプローブに供給される電力に基づく可能性の
ある不適切な読みを補償するように選択される。一般的
に、プローブ内のアースとの接続部は、チップとの温度
に比べて温度が低い。しかし、経験されるドリフト量
は、プローブの機械的及び電気的な設計によって決ま
る。
4、抵抗96、98、および100、およびコンデンサ102のネ
ットワークによって補正される。温度ドリフトは、別の
温度を有するチップ10内ではなく、プローブ内の熱電接
合部の間接加熱によって発生される。ステンレス材料の
外部抵抗層12は、外部抵抗層12とは別の材料によって作
られたプローブの白色のリード線に一般的に接続される
ことによって、このプローブ内のアースに接続される。
外部抵抗層12を別の材料のアース用の白色のリード線に
接続することによって、第２サーモカップル接合が形成
され、ここで熱電電圧が発生される。外部抵抗層の材料
が接続されているプローブ内のアース線はこのプローブ
内の内部コア線14と同じ材料であることが好ましく、銅
は１つの実施例で使用されている材料である。アース接
続部で発生する熱電電圧は、チップ内の接合部22で発生
した電圧と相殺される傾向がある。実際に検出される電
圧はこれら２つの熱電電圧の差である。ネットワーク9
6、98及び100は、コンデンサ62の電圧をチップに供給さ
れる電力に対応するように変化させることにより、プロ
ーブ内の接合部の温度に対する補償に近似するフィード
バックを行う。コンデンサ102は96、98および100のRC時
定数とNANDゲート52がＨに保持される時間によって決定
される速度で充電される。もしNANDゲート52がオンであ
れば、電力はプローブに供給されている。抵抗とコンデ
ンサの値はプローブに供給される電力に基づく可能性の
ある不適切な読みを補償するように選択される。一般的
に、プローブ内のアースとの接続部は、チップとの温度
に比べて温度が低い。しかし、経験されるドリフト量
は、プローブの機械的及び電気的な設計によって決ま
る。
スイッチ56の入力ピンは、またプローブ10の内部コア
部材14に接続される。制御線54がＬであると、スイッチ
56はオフされて回路の動作に影響を与えず、熱電電圧は
増幅器60、第5a図のノードＡに対する入力として供給さ
れる。制御線54がＨであると、スイッチ56はNANDゲート
50と同時に、またはこれの直前にオンされ、トライアッ
ク42をオンする。制御線54がＨであると、スイッチは閉
じられ、増幅器60に対する正の入力をアースに接続し、
トライアック42が導通している場合に増幅器62に供給さ
れる電圧を制限する。従って、トライアック42がオンで
あると、抵抗58からの出力は常にアースされ、温度検出
回路34を保護する。トライアック42がオフであると、ス
イッチ56は常にオフされ、熱電電圧は増幅器60の温度検
出回路34によって検出される。
部材14に接続される。制御線54がＬであると、スイッチ
56はオフされて回路の動作に影響を与えず、熱電電圧は
増幅器60、第5a図のノードＡに対する入力として供給さ
れる。制御線54がＨであると、スイッチ56はNANDゲート
50と同時に、またはこれの直前にオンされ、トライアッ
ク42をオンする。制御線54がＨであると、スイッチは閉
じられ、増幅器60に対する正の入力をアースに接続し、
トライアック42が導通している場合に増幅器62に供給さ
れる電圧を制限する。従って、トライアック42がオンで
あると、抵抗58からの出力は常にアースされ、温度検出
回路34を保護する。トライアック42がオフであると、ス
イッチ56は常にオフされ、熱電電圧は増幅器60の温度検
出回路34によって検出される。
第5a図に示すように、温度検出回路34は演算増幅器60
を有し、この演算増幅器60の正の入力は第5b図のノード
Ａを介してチップ10の内部コア部材14に接続される。増
幅器60の出力はコンデンサ62に接続されてサーモカップ
の接合部22の検出された熱電電圧を保持する。検出増幅
器60は抵抗58を介して常にチップ10に接続されている
が、スイッチ64の制御ピン66がＨであると、出力はコン
デンサ62に接続されるだけである。スイッチ64の制御ピ
ン66がＬであると、コンデンサ62に保持されている電圧
は一定の状態にあり、リークは殆ど存在しないかまたは
全く存在しない。入力ピン66がＨであると、スイッチ64
は閉になり、増幅器60の出力はスイッチ64を介してコン
デンサ62に接続され、検出された熱電電圧を増幅器60に
よって増幅されたものとして保持する。スイッチ64は２
方向スイッチであり、これによって電流がコンデンサ62
に流入することとこれから流出することが可能になる。
１つの実施例では、増幅器60の利得は約1,000であり、
抵抗68は51KΩの値を有し、抵抗70は51Ωの値を有する
が、もし希望すれば、これら以外の利得の値と抵抗値を
有することも可能である。
を有し、この演算増幅器60の正の入力は第5b図のノード
Ａを介してチップ10の内部コア部材14に接続される。増
幅器60の出力はコンデンサ62に接続されてサーモカップ
の接合部22の検出された熱電電圧を保持する。検出増幅
器60は抵抗58を介して常にチップ10に接続されている
が、スイッチ64の制御ピン66がＨであると、出力はコン
デンサ62に接続されるだけである。スイッチ64の制御ピ
ン66がＬであると、コンデンサ62に保持されている電圧
は一定の状態にあり、リークは殆ど存在しないかまたは
全く存在しない。入力ピン66がＨであると、スイッチ64
は閉になり、増幅器60の出力はスイッチ64を介してコン
デンサ62に接続され、検出された熱電電圧を増幅器60に
よって増幅されたものとして保持する。スイッチ64は２
方向スイッチであり、これによって電流がコンデンサ62
に流入することとこれから流出することが可能になる。
１つの実施例では、増幅器60の利得は約1,000であり、
抵抗68は51KΩの値を有し、抵抗70は51Ωの値を有する
が、もし希望すれば、これら以外の利得の値と抵抗値を
有することも可能である。
第5a図に示すように、増幅器72はコンデンサ62の電圧
とポテンショメータ74の電圧の差を反転させて増幅す
る。ポテンショメータ74の値は、所望の動作温度を選択
するようにユーザによって設定される。従って、ポテン
ショメータ74の抵抗を変化させると、動作温度が変化し
て選択したチップ温度全てを達成することができる。コ
ンデンサ62の電圧が抵抗74の電圧に接近すると、増幅器
72の出力は低下し、チップ10に供給される電力を低下さ
せる。第5a図に詳細に示すスイッチ制御回路36は、以下
のようにしてチップ10に供給される電力のパーセントを
制御する。再トリガ可能単安定マルチバイブレータ（on
e shot）82と84は、増幅器86から入力を受け取る。増
幅器86の出力は、ほぼ電源30の８ボルトの巻線からの方
形波である。再トリガ可能単安定マルチバイブレータ82
の１つはトリガされてその入力ピンにおける負から正へ
の遷移によってＬになり、他方の単安定マルチバイブレ
ータ84はトリガされてその入力ピンにおける正から負へ
の遷移によってＬになる。従って、電源30の各ゼロクロ
ス点において、単安定マルチバイブレータ82または84の
１つがＬになる。
とポテンショメータ74の電圧の差を反転させて増幅す
る。ポテンショメータ74の値は、所望の動作温度を選択
するようにユーザによって設定される。従って、ポテン
ショメータ74の抵抗を変化させると、動作温度が変化し
て選択したチップ温度全てを達成することができる。コ
ンデンサ62の電圧が抵抗74の電圧に接近すると、増幅器
72の出力は低下し、チップ10に供給される電力を低下さ
せる。第5a図に詳細に示すスイッチ制御回路36は、以下
のようにしてチップ10に供給される電力のパーセントを
制御する。再トリガ可能単安定マルチバイブレータ（on
e shot）82と84は、増幅器86から入力を受け取る。増
幅器86の出力は、ほぼ電源30の８ボルトの巻線からの方
形波である。再トリガ可能単安定マルチバイブレータ82
の１つはトリガされてその入力ピンにおける負から正へ
の遷移によってＬになり、他方の単安定マルチバイブレ
ータ84はトリガされてその入力ピンにおける正から負へ
の遷移によってＬになる。従って、電源30の各ゼロクロ
ス点において、単安定マルチバイブレータ82または84の
１つがＬになる。
単安定マルチバイブレータ82または84のいずれかがＬ
になると、NANDゲート88からの出力がＨになり、上述し
たように、スイッチ64の入力ピン66をＨにして検出コン
デンサ62を増幅器60に接続する。また、NANDゲート88の
出力がＨであると、NANDゲートの出力はＬに保持され、
NANDゲート50に対する第5b図のノードＣの入力ピン50を
Ｌに保持し、従ってトライアック42をオフに保持する。
従って、サーモカップルの温度は、オフに保持されてい
るトライアック42によって検出される。単安定マルチバ
イブレータの出力は、ゼロクロス点の以降サーモカップ
ルの電圧がコンデンサ62で保持されている選択された時
間Ｔの間Ｌの状態のままである。正から負に対してであ
ろうと負から正に対してであろうと、各ゼロクロス点の
直後に、チップ10は今述べた動作によって温度検出回路
34に接続される。各サイクルは、１つは正から負へのゼ
ロクロス点と他方は負から正へのゼロクロス点の２つの
ゼロクロス点を有しているので、温度は各サイクルで２
回検出される。
になると、NANDゲート88からの出力がＨになり、上述し
たように、スイッチ64の入力ピン66をＨにして検出コン
デンサ62を増幅器60に接続する。また、NANDゲート88の
出力がＨであると、NANDゲートの出力はＬに保持され、
NANDゲート50に対する第5b図のノードＣの入力ピン50を
Ｌに保持し、従ってトライアック42をオフに保持する。
従って、サーモカップルの温度は、オフに保持されてい
るトライアック42によって検出される。単安定マルチバ
イブレータの出力は、ゼロクロス点の以降サーモカップ
ルの電圧がコンデンサ62で保持されている選択された時
間Ｔの間Ｌの状態のままである。正から負に対してであ
ろうと負から正に対してであろうと、各ゼロクロス点の
直後に、チップ10は今述べた動作によって温度検出回路
34に接続される。各サイクルは、１つは正から負へのゼ
ロクロス点と他方は負から正へのゼロクロス点の２つの
ゼロクロス点を有しているので、温度は各サイクルで２
回検出される。
チップがオフの状態にあり温度が検出されている時間
Ｔは、以下のようにして今検出したチップの温度と選択
した温度との差によって以下のようにして制御される。
前に論じたように、増幅器72の出力は、コンデンサ62の
電圧と選択した動作温度に対応するポテンショメータ74
の電圧との差に比例する。増幅器72の出力は、抵抗78と
80を介してそれぞれコンデンサ75と76に接続される。ゼ
ロクロス点後の再トリガ可能単安定マルチバイブレータ
82と84のタイミングの遅れ及び従って持続時間Ｔは、そ
れぞれコンデンサ75と抵抗78とコンデンサ76と抵抗80の
RC時間定数ならびに線36の電圧によって制御される。線
36の電圧は変化する唯一の要素である。もし線36が高い
電圧を有していれば、コンデンサはより早く充電され、
サイクル内で単安定マルチバイブレータ82と84の出力を
より速やかにＨにする。充電速度は線26の電圧によって
制御され、この電圧は選択温度と現在の温度との差に比
例する。選択した電荷がコンデンサ75に蓄えられると、
単安定マルチバイブレータ82は、入力ピンのゼロクロス
点でＬに設定された後、Ｈに戻される。単安定マルチバ
イブレータ84の出力がＨである場合に単安定マルチバイ
ブレータ82をまたＨにすると、NANDゲート88の出力はＬ
になり、これによって同時にスイッチ64をオフにして温
度検出を停止し、NANDゲート50の入力をＨにしてトライ
アック42をオンにし、プローブに電力を供給する。トラ
イアック42は、オンの状態で次のゼロクロス点迄この半
サイクルの残りの間プローブに加熱電力を供給する。NA
NDゲート88の出力がＨであると、トライアック42はオフ
に切り替わり、上述したように、チップ10の温度が検出
され、電力は供給されない。
Ｔは、以下のようにして今検出したチップの温度と選択
した温度との差によって以下のようにして制御される。
前に論じたように、増幅器72の出力は、コンデンサ62の
電圧と選択した動作温度に対応するポテンショメータ74
の電圧との差に比例する。増幅器72の出力は、抵抗78と
80を介してそれぞれコンデンサ75と76に接続される。ゼ
ロクロス点後の再トリガ可能単安定マルチバイブレータ
82と84のタイミングの遅れ及び従って持続時間Ｔは、そ
れぞれコンデンサ75と抵抗78とコンデンサ76と抵抗80の
RC時間定数ならびに線36の電圧によって制御される。線
36の電圧は変化する唯一の要素である。もし線36が高い
電圧を有していれば、コンデンサはより早く充電され、
サイクル内で単安定マルチバイブレータ82と84の出力を
より速やかにＨにする。充電速度は線26の電圧によって
制御され、この電圧は選択温度と現在の温度との差に比
例する。選択した電荷がコンデンサ75に蓄えられると、
単安定マルチバイブレータ82は、入力ピンのゼロクロス
点でＬに設定された後、Ｈに戻される。単安定マルチバ
イブレータ84の出力がＨである場合に単安定マルチバイ
ブレータ82をまたＨにすると、NANDゲート88の出力はＬ
になり、これによって同時にスイッチ64をオフにして温
度検出を停止し、NANDゲート50の入力をＨにしてトライ
アック42をオンにし、プローブに電力を供給する。トラ
イアック42は、オンの状態で次のゼロクロス点迄この半
サイクルの残りの間プローブに加熱電力を供給する。NA
NDゲート88の出力がＨであると、トライアック42はオフ
に切り替わり、上述したように、チップ10の温度が検出
され、電力は供給されない。
チップ10の温度が上昇すると、選択温度と実際の温度
の差が減少し、その結果、コンデンサ62の電圧とポテン
ショメータ74の電圧の差が減少する。従って、増幅器72
の出力が減少し、コンデンサ75と76の充電速度をより遅
くする。これらのコンデンサの電荷は、このサイクル内
で遅れて選択電荷に達し、従って持続時間Ｔ、即ち半サ
イクル内のトライアック42のオフ時間を増加させる。チ
ップ10を加熱するためにこの半サイクル内にトライアッ
ク42を介して供給される電力量は、従って減少する。増
幅器72の出力が減少するに従って、ゼロクロス点から単
安定マルチバイブレータ82または84がＨになるまでの持
続時間は増加する。
の差が減少し、その結果、コンデンサ62の電圧とポテン
ショメータ74の電圧の差が減少する。従って、増幅器72
の出力が減少し、コンデンサ75と76の充電速度をより遅
くする。これらのコンデンサの電荷は、このサイクル内
で遅れて選択電荷に達し、従って持続時間Ｔ、即ち半サ
イクル内のトライアック42のオフ時間を増加させる。チ
ップ10を加熱するためにこの半サイクル内にトライアッ
ク42を介して供給される電力量は、従って減少する。増
幅器72の出力が減少するに従って、ゼロクロス点から単
安定マルチバイブレータ82または84がＨになるまでの持
続時間は増加する。
チップの温度が選択温度とほぼ等しくなると、増幅器
72の出力は比較的低くなり、ゼロクロス点後の各半サイ
クルの終端に向かう極く一部の期間のみトライアック42
をオンに切り替え、このゼロクロス点後の各半サイクル
の大部分の期間チップ10を電源30から切り離す。チップ
10の温度は選択温度に保持され、各半サイクルで供給さ
れている電力の量は選択温度を保持するのに必要な量で
ある。はんだ付けを行うため、またはその意図した医療
目的のためにチップを対象物の表面にあてがった場合に
発生するように、もしチップから熱が奪われれば、この
温度の減少は接合部22の熱電電圧の低下として直ちに検
出される。コンデンサ62の電圧はこれに従って減少す
る。選択電圧に対応するポテンショメータ74の電圧とコ
ンデンサ62の電圧の差は、このサイクルの検出部分で増
幅器72によって増幅される。ゼロクロス点に続く同じ半
サイクルでコンデンサ75と76はより早く充電され、単安
定マルチバイブレータはより早くＨになり、この半サイ
クルでトライアック42により多くの電力をチップ10に供
給させる。従って、例え熱がチップ10から奪われても、
温度は選択温度に保持される。
72の出力は比較的低くなり、ゼロクロス点後の各半サイ
クルの終端に向かう極く一部の期間のみトライアック42
をオンに切り替え、このゼロクロス点後の各半サイクル
の大部分の期間チップ10を電源30から切り離す。チップ
10の温度は選択温度に保持され、各半サイクルで供給さ
れている電力の量は選択温度を保持するのに必要な量で
ある。はんだ付けを行うため、またはその意図した医療
目的のためにチップを対象物の表面にあてがった場合に
発生するように、もしチップから熱が奪われれば、この
温度の減少は接合部22の熱電電圧の低下として直ちに検
出される。コンデンサ62の電圧はこれに従って減少す
る。選択電圧に対応するポテンショメータ74の電圧とコ
ンデンサ62の電圧の差は、このサイクルの検出部分で増
幅器72によって増幅される。ゼロクロス点に続く同じ半
サイクルでコンデンサ75と76はより早く充電され、単安
定マルチバイブレータはより早くＨになり、この半サイ
クルでトライアック42により多くの電力をチップ10に供
給させる。従って、例え熱がチップ10から奪われても、
温度は選択温度に保持される。
AC電源の各半サイクルで供給される電力は、温度が検
出されている同じ半サイクル内で変化する。同じ半サイ
クル内で温度を検出して制御することにより、正確な温
度制御が行われる。更に、チップ10がサイクルの時間全
体にわたってRMS電力によって加熱されるので、温度制
御が円滑に行われる。RMS加熱電力は温度の変化によっ
て制御されるが、この理由は、トライアックが検出温度
に基づいて同じサイクル内で遅れてトリガされるからで
ある。各半サイクルのオフ時間の間に、サーモカップル
の温度が検出され、コンデンサ62に保持される。
出されている同じ半サイクル内で変化する。同じ半サイ
クル内で温度を検出して制御することにより、正確な温
度制御が行われる。更に、チップ10がサイクルの時間全
体にわたってRMS電力によって加熱されるので、温度制
御が円滑に行われる。RMS加熱電力は温度の変化によっ
て制御されるが、この理由は、トライアックが検出温度
に基づいて同じサイクル内で遅れてトリガされるからで
ある。各半サイクルのオフ時間の間に、サーモカップル
の温度が検出され、コンデンサ62に保持される。
この回路の１つの特徴は、温度検出スイッチ64がオフ
すると、単安定マルチバイブレータ82がＨなった後、最
初の段階でそのサイクルの部分に対する検出を完了する
ことである。NANDゲート90がＨになりスイッチ56がオン
になった後、その後の段階まで増幅器の入力はアースさ
れず、トライアック42がオンになるまでその後の多くの
段階で電力はチップ10に供給されず、従って検出電圧は
切り替えによって発生する遷移の影響を受けないことが
保証される。この特定の回路構成によって、ビルトイン
遅延が設けられ、コンデンサ62の検出電圧はサーモカッ
プルの電圧によってのみ影響され、切り替えまたは遷移
電圧によって影響されないことが保証される。
すると、単安定マルチバイブレータ82がＨなった後、最
初の段階でそのサイクルの部分に対する検出を完了する
ことである。NANDゲート90がＨになりスイッチ56がオン
になった後、その後の段階まで増幅器の入力はアースさ
れず、トライアック42がオンになるまでその後の多くの
段階で電力はチップ10に供給されず、従って検出電圧は
切り替えによって発生する遷移の影響を受けないことが
保証される。この特定の回路構成によって、ビルトイン
遅延が設けられ、コンデンサ62の検出電圧はサーモカッ
プルの電圧によってのみ影響され、切り替えまたは遷移
電圧によって影響されないことが保証される。
第６図は、第5a図〜第5c図の回路要素に電力を供給す
るように調整された電源である。この調整電源は標準設
計のものであり、その動作は第５図の回路に概略的に示
されて当業者は容易に理解することができるものであ
る。回路要素LM78L05ACZとLM79205ACZは、市販の電源回
路91と93である。
るように調整された電源である。この調整電源は標準設
計のものであり、その動作は第５図の回路に概略的に示
されて当業者は容易に理解することができるものであ
る。回路要素LM78L05ACZとLM79205ACZは、市販の電源回
路91と93である。
第5c図は、手動式オン／オフ・スイッチ38の詳細回路
である。
である。
スイッチ108を「連続」位置で押すと、チップ10はオ
ンしてここで説明するようにスイッチ制御回路36に制御
された状態で加熱される。スイッチ108を押すと、ピン1
22と124の間でオープン回路が形成され、線55を抵抗110
を介して最高約7.5ボルトに引き上げ、トライアック42
をオンさせる。スイッチ108を高い位置にある「タッ
チ」位置に入れると、ピン122と124は短絡して線55をＬ
にし、抵抗110と112は同じ値を有する。従って、チップ
10はオフされる。
ンしてここで説明するようにスイッチ制御回路36に制御
された状態で加熱される。スイッチ108を押すと、ピン1
22と124の間でオープン回路が形成され、線55を抵抗110
を介して最高約7.5ボルトに引き上げ、トライアック42
をオンさせる。スイッチ108を高い位置にある「タッ
チ」位置に入れると、ピン122と124は短絡して線55をＬ
にし、抵抗110と112は同じ値を有する。従って、チップ
10はオフされる。
プローブの赤いリード線114はチップ10を制御し、ス
イッチ110が「タッチ」位置にあると、このチップ10を
オン／オフする。このプローブの赤いリード線114は、
プローブのハンドル内の圧力作動スイッチに接続され
る。ユーザがプローブのハンドル内の圧力スイッチを把
持すると、リード線114はアースされる。赤いリード線1
14をアースすると、トランジスタ116がオンし、電流を
このトランジスタのエミッタからトランジスタ118のベ
ースに流し、従ってトランジスタ118はオンする。トラ
ンジスタ118がオンすると、7.5ボルトがノード126にか
かり、線55をＨに引き上げてチップをオンし、これを回
路36によって制御された状態で加熱する。ユーザがプロ
ーブを把持した手を離すと、リード線114は開になり、
トランジスタ116と118はオフされて線55をＬにし、チッ
プをオフ状態に保持する。従って、チップは、ユーザが
プローブを把持しまたはこれを離すことによって、オン
／オフされる。もしユーザがフット・スイッチを使用し
てチップをオン／オフすることを希望すれば、外部フッ
ト・スイッチ106をノード128に接続することができる。
フット・スイッチ106をノード128に接続すると、プロー
ブの赤いリード線114に接続された把持スイッチは動作
不能になる。プローブの赤いリード線114が動作不能に
なるのはフット・スイッチ106の抵抗137が常にノード12
8をアースし、トランジスタ120をオンに保持するからで
ある。トランジスタ120をオンすると、トランジスタ116
によってトランジスタ118をオンすることはできない。
抵抗137と抵抗136、134、140及び142の相対値は、トラ
ンジスタ120はオンされるが、トランジスタ118はオフの
状態に保持されることを保証するように選択される。従
って、トランジスタ118の状態はプローブの赤いリード
線114によって影響されない。トランジスタ118の状態
は、フット・スイッチ106によって制御される。フット
・スイッチ106が動作されないと、トランジスタ118はオ
フのままである。フット・スイッチが動作されると、前
に説明したように、抵抗142を介して電流が取り出さ
れ、トランジスタ118をオンしスイッチ制御回路36に制
御された状態でトライアック42がオンすることが可能に
なる。手動式オン／オフ・スイッチ38用の特定の回路を
開示目的のために示したが、技術上入手可能な多くの手
動式オン／オフ・スイッチのいずれを使用してもよい。
イッチ110が「タッチ」位置にあると、このチップ10を
オン／オフする。このプローブの赤いリード線114は、
プローブのハンドル内の圧力作動スイッチに接続され
る。ユーザがプローブのハンドル内の圧力スイッチを把
持すると、リード線114はアースされる。赤いリード線1
14をアースすると、トランジスタ116がオンし、電流を
このトランジスタのエミッタからトランジスタ118のベ
ースに流し、従ってトランジスタ118はオンする。トラ
ンジスタ118がオンすると、7.5ボルトがノード126にか
かり、線55をＨに引き上げてチップをオンし、これを回
路36によって制御された状態で加熱する。ユーザがプロ
ーブを把持した手を離すと、リード線114は開になり、
トランジスタ116と118はオフされて線55をＬにし、チッ
プをオフ状態に保持する。従って、チップは、ユーザが
プローブを把持しまたはこれを離すことによって、オン
／オフされる。もしユーザがフット・スイッチを使用し
てチップをオン／オフすることを希望すれば、外部フッ
ト・スイッチ106をノード128に接続することができる。
フット・スイッチ106をノード128に接続すると、プロー
ブの赤いリード線114に接続された把持スイッチは動作
不能になる。プローブの赤いリード線114が動作不能に
なるのはフット・スイッチ106の抵抗137が常にノード12
8をアースし、トランジスタ120をオンに保持するからで
ある。トランジスタ120をオンすると、トランジスタ116
によってトランジスタ118をオンすることはできない。
抵抗137と抵抗136、134、140及び142の相対値は、トラ
ンジスタ120はオンされるが、トランジスタ118はオフの
状態に保持されることを保証するように選択される。従
って、トランジスタ118の状態はプローブの赤いリード
線114によって影響されない。トランジスタ118の状態
は、フット・スイッチ106によって制御される。フット
・スイッチ106が動作されないと、トランジスタ118はオ
フのままである。フット・スイッチが動作されると、前
に説明したように、抵抗142を介して電流が取り出さ
れ、トランジスタ118をオンしスイッチ制御回路36に制
御された状態でトライアック42がオンすることが可能に
なる。手動式オン／オフ・スイッチ38用の特定の回路を
開示目的のために示したが、技術上入手可能な多くの手
動式オン／オフ・スイッチのいずれを使用してもよい。
第5a図〜第5c図に示す回路図では、下記の回路の構成
要素が適当である。トライアック42はTIC263Dである。
制御スイッチ46、48、56、及び64は4016または4066であ
る。単安定マルチバイブレータ82と84は、それぞれ4528
である。増幅器60、72、及び86は、それぞれLM358であ
る。もし希望すれば、増幅器60にLM308Aをまた使用して
もよい。コンデンサ62は10μｆである。コンデンサ102
は1000μｆである。抵抗58は1KΩである。抵抗78と80は
68KΩである。抵抗100、85及び87は20KΩである。抵抗7
3は200KΩであり、抵抗77は240KΩであり、抵抗75、137
及び134はそれぞれ1MΩである。ポテンショメータ74は1
00KΩで可変であり、ポテンショメータ79は1MΩで可変
である。抵抗105は375Ω、抵抗107、130及び136はそれ
ぞれ10KΩ、抵抗58は1KΩ、抵抗57は5.1KΩ、抵抗96は5
1KΩ、抵抗98は510KΩである。抵抗132は2MΩであり、
抵抗112、140、142及び138は100KΩである。適当なトラ
ンジスタは、2N3904または2N3906である。特定の構成部
品を提示したが、本発明の回路には、同じ機能を提供す
るものであればいずれの適当な構成部品を使用すること
もできる。
要素が適当である。トライアック42はTIC263Dである。
制御スイッチ46、48、56、及び64は4016または4066であ
る。単安定マルチバイブレータ82と84は、それぞれ4528
である。増幅器60、72、及び86は、それぞれLM358であ
る。もし希望すれば、増幅器60にLM308Aをまた使用して
もよい。コンデンサ62は10μｆである。コンデンサ102
は1000μｆである。抵抗58は1KΩである。抵抗78と80は
68KΩである。抵抗100、85及び87は20KΩである。抵抗7
3は200KΩであり、抵抗77は240KΩであり、抵抗75、137
及び134はそれぞれ1MΩである。ポテンショメータ74は1
00KΩで可変であり、ポテンショメータ79は1MΩで可変
である。抵抗105は375Ω、抵抗107、130及び136はそれ
ぞれ10KΩ、抵抗58は1KΩ、抵抗57は5.1KΩ、抵抗96は5
1KΩ、抵抗98は510KΩである。抵抗132は2MΩであり、
抵抗112、140、142及び138は100KΩである。適当なトラ
ンジスタは、2N3904または2N3906である。特定の構成部
品を提示したが、本発明の回路には、同じ機能を提供す
るものであればいずれの適当な構成部品を使用すること
もできる。
第８図は、チップ10を加熱するDC電源150を有する他
の実施例を示す。DC電源150は、チップ10を加熱するた
めにトランジスタのパワー・スイッチ152を介して選択
的に接続される。チップ110は、スイッチ156を介して温
度及び検出制御回路154に接続される。スイッチ152と15
6の状態は、それぞれ単安定マルチバイブレータ158と16
0を介して制御される。単安定マルチバイブレータの回
路158と160のタイミング制御は、温度検出及び制御回路
154によって制御される。単安定マルチバイブレータの
回路158は、チップの温度によって、可変時間の間オン
している。もし温度が低ければ、単安定マルチバイブレ
ータ158はより長い時間の間オンの状態にあり、加熱の
ために更に電力をチップに供給する。温度検出及び制御
回路154内のタイミング回路は、オンして選択されたサ
イクルの一定時間の間単安定マルチバイブレータ160を
検出する。電力時間回路158はオフ状態になり、選択し
た間隔での温度検出を可能にする。サンプリング間隔で
温度を検出した後、電力単安定マルチバイブレータ回路
158は、スイッチ152を作動させ、チップの温度とユーザ
が予め選択して設定した温度の間の差に基づく持続時間
を有する時間間隔の間DC電源150を再び接続する。温度
検出及び制御回路154は、次に予め選択した温度とチッ
プとの差に基づいてチップを加熱するために供給する電
力の供給時間のパーセントを制御する。
の実施例を示す。DC電源150は、チップ10を加熱するた
めにトランジスタのパワー・スイッチ152を介して選択
的に接続される。チップ110は、スイッチ156を介して温
度及び検出制御回路154に接続される。スイッチ152と15
6の状態は、それぞれ単安定マルチバイブレータ158と16
0を介して制御される。単安定マルチバイブレータの回
路158と160のタイミング制御は、温度検出及び制御回路
154によって制御される。単安定マルチバイブレータの
回路158は、チップの温度によって、可変時間の間オン
している。もし温度が低ければ、単安定マルチバイブレ
ータ158はより長い時間の間オンの状態にあり、加熱の
ために更に電力をチップに供給する。温度検出及び制御
回路154内のタイミング回路は、オンして選択されたサ
イクルの一定時間の間単安定マルチバイブレータ160を
検出する。電力時間回路158はオフ状態になり、選択し
た間隔での温度検出を可能にする。サンプリング間隔で
温度を検出した後、電力単安定マルチバイブレータ回路
158は、スイッチ152を作動させ、チップの温度とユーザ
が予め選択して設定した温度の間の差に基づく持続時間
を有する時間間隔の間DC電源150を再び接続する。温度
検出及び制御回路154は、次に予め選択した温度とチッ
プとの差に基づいてチップを加熱するために供給する電
力の供給時間のパーセントを制御する。
スイッチ152が作動状態にある時間間隔は、選択され
た再発生サンプリング間隔で温度の検出が可能になる最
大値に限定される。温度が予め選択した温度に向かって
上昇するに従って、可変時間単安定マルチバイブレータ
158はより短い時間間隔の間電力スイッチ152を作動させ
る。もし希望すれば、温度の検出間隔をより頻繁にまた
はより長くすることが可能であるが、これは必要ではな
い。従ってチップの温度が予め選択した温度に接近する
のに従って、温度はより正確に制御される。
た再発生サンプリング間隔で温度の検出が可能になる最
大値に限定される。温度が予め選択した温度に向かって
上昇するに従って、可変時間単安定マルチバイブレータ
158はより短い時間間隔の間電力スイッチ152を作動させ
る。もし希望すれば、温度の検出間隔をより頻繁にまた
はより長くすることが可能であるが、これは必要ではな
い。従ってチップの温度が予め選択した温度に接近する
のに従って、温度はより正確に制御される。
１つの実施例では、単安定マルチバイブレータ158と1
60は、トリガ入力の正から負への遷移で各々トリガさ
れ、図８に示すように、これらの単安定マルチバイブレ
ータの１つがオンの状態になると、他方の単安定マルチ
バイブレータは、それぞれ出力線162と164を介するフィ
ードバックによって自動的にオフされることが保証され
る。第４図と第5a図〜第5c図の詳細な回路図の動作原理
を使用して、第８図の特定の回路を構築することができ
る。幾くつかの回路の構成部品の場合、同一の回路要素
を使用してもよい。例えば、温度検出回路34とスイッチ
制御及び温度選択回路36を使用して、第８図の温度検出
及び制御回路154を設けることができる。同様に、増幅
器に接続されたRCネットワークを使用して電力単安定マ
ルチバイブレータ158のオン時間の可変持続時間を制御
することができる。マルチバイブレータ、発振器または
その他の切り替え素子を含み、これによって検出単安定
マルチバイブレータ160がオンされ、ここで説明し開示
した回路で当業者に周知の回路要素と原理を使用して予
め選択した時間間隔でスイッチ156を作動させることを
保証してもよい。
60は、トリガ入力の正から負への遷移で各々トリガさ
れ、図８に示すように、これらの単安定マルチバイブレ
ータの１つがオンの状態になると、他方の単安定マルチ
バイブレータは、それぞれ出力線162と164を介するフィ
ードバックによって自動的にオフされることが保証され
る。第４図と第5a図〜第5c図の詳細な回路図の動作原理
を使用して、第８図の特定の回路を構築することができ
る。幾くつかの回路の構成部品の場合、同一の回路要素
を使用してもよい。例えば、温度検出回路34とスイッチ
制御及び温度選択回路36を使用して、第８図の温度検出
及び制御回路154を設けることができる。同様に、増幅
器に接続されたRCネットワークを使用して電力単安定マ
ルチバイブレータ158のオン時間の可変持続時間を制御
することができる。マルチバイブレータ、発振器または
その他の切り替え素子を含み、これによって検出単安定
マルチバイブレータ160がオンされ、ここで説明し開示
した回路で当業者に周知の回路要素と原理を使用して予
め選択した時間間隔でスイッチ156を作動させることを
保証してもよい。
本発明の構造によって提供される利点は、電源の１つ
のサイクル内で加熱と温度検出を同時に行う能力であ
る。特に、２つの異なった材料を使用することによっ
て、すなわち、導電性の低い加熱用の機械的強度の高い
材料によって取り囲んだ導電性が高くて絶縁されたコア
を使用することによって、熱電電圧電位が高くなり、こ
れを増幅して温度を制御することができる。ここで図示
して説明した特定の回路は所望の電圧制御を行うのに適
していることが分かっているが、同様の機能を果たす他
の回路をまた使用することもできる。
のサイクル内で加熱と温度検出を同時に行う能力であ
る。特に、２つの異なった材料を使用することによっ
て、すなわち、導電性の低い加熱用の機械的強度の高い
材料によって取り囲んだ導電性が高くて絶縁されたコア
を使用することによって、熱電電圧電位が高くなり、こ
れを増幅して温度を制御することができる。ここで図示
して説明した特定の回路は所望の電圧制御を行うのに適
していることが分かっているが、同様の機能を果たす他
の回路をまた使用することもできる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−207142（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−69556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−6902（ＪＰ，Ａ) 実公 昭50−30538（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許4527560（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 23/00 - 23/32
Claims (16)
- 【請求項１】加熱されたプローブのチップの温度を制御
する装置において、 第１材料の導電性内部コア部材と第２材料の抵抗性加熱
部材を有するチップであって、上記のコア部材と上記の
抵抗加熱部材はチップの先端部で相互に接続されてチッ
プにサーモカップルを形成するようになっているチッ
プ、 チップに選択的に接続されてチップを介して電流を流す
電源手段と、 チップの上記サーモカップルに選択的に接続され、上記
のコア部材と上記の抵抗加熱部材の間の電圧電位を検出
し、サーモカップルの電圧電位に基づいてチップの温度
測定を行う検出回路手段、および チップを加熱する上記の電源手段又はチップの温度を検
出する上記の検出回路手段にチップを選択的に接続し、
チップを予め選択した温度に保持し、それにより、検出
回路手段がサーモカップルの電圧を使用して電源手段が
チップに電流を流さないときにのみチップの温度の表示
を与えるようにするスイッチ手段、を有し、 上記の電源手段は、交流を供給してチップを加熱し、上
記のスイッチ手段は、上記の予め選択した温度と上記の
チップの温度の差に基づいてチップに電力が印加される
各サイクルの時間の割合を制御するよう構成され、 更に、スイッチ手段を制御して電源手段の電圧の各ゼロ
クロス点でサーモカップルを検出回路手段に接続すると
ともに電源手段をチップから切り離し、ゼロクロス点以
降の第１の時刻にチップを電源手段に接続する制御回路
手段を有し、 上記のゼロクロス点と上記の第１の時刻の間の時刻の差
は上記のチップの温度と上記の予め選択した温度の差に
基づくものであり、チップは第１時刻から電源手段の次
のゼロクロス点迄電源手段に接続されるよう構成されて
いる、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項２】上記のスイッチ手段は、上記の予め選択し
た温度を設定するためのユーザが制御可能なポテンショ
メータであって、該ポテンショメータの両端の電圧は上
記の予め選択した温度に比例するものであるポテンショ
メータと、上記のポテンショメータの両端の電圧を上記
のサーモカップルの電圧と比較する電圧比較手段とを有
し、該電圧比較手段からの出力を使用して上記のプロー
ブに印加する加熱電力を決定することを特徴とする請求
の範囲第１項記載の装置。 - 【請求項３】上記の制御回路手段は、ゼロクロス点でＬ
になり上記の選択した温度と上記のチップの温度の差に
基づいて選択した時間の間Ｌである、上記の電源に接続
された単安定マルチバイブレータを有し、上記の選択し
た時間は、上記のチップの温度が上記の予め選択した温
度に接近するのに従って、増加することを特徴とする請
求の範囲第１項記載の装置。 - 【請求項４】上記のチップに接続された電源は交流電源
であり、上記の温度は各サイクル毎に少なくとも１回検
出されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の装
置。 - 【請求項５】上記のチップを加熱するために印加される
１サイクルの電力のパーセントは、同じサイクルで検出
された温度に基づいて決定されることを特徴とする請求
の範囲第４項記載の装置。 - 【請求項６】上記の検出回路に接続され、上記のプロー
ブ内の上記の外部抵抗層とアース線の間のアース接合部
に形成された上記のサーモカップルの温度を補償する温
度補償回路を更に有することを特徴とする請求の範囲第
１項記載の装置。 - 【請求項７】上記の抵抗加熱部材は、加熱すべき表面と
接触する外部層であることを特徴とする請求の範囲第１
項記載の装置。 - 【請求項８】上記の抵抗加熱部材は、上記のチップと接
触している上記の外部層から電気絶縁部材によって隔離
されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の装
置。 - 【請求項９】上記の抵抗加熱要素は外部層によって取り
囲まれたコイルであり、上記のコイルから上記のチップ
の表面領域に熱が伝導されていることを特徴とする請求
の範囲第１項記載の装置。 - 【請求項１０】加熱されたプローブのチップの温度を制
御する装置において、 第１材料の導電性内部コア部材と第２材料の抵抗性加熱
部材を有するチップであって、上記のコア部材と上記の
抵抗加熱部材はチップの先端部で相互に接続されてチッ
プにサーモカップルを形成するようになっているチッ
プ、 チップに選択的に接続されてチップを介して電流を流す
電源手段、 チップの上記のサーモカップルに選択的に接続され、上
記のコア部材と上記の抵抗加熱部材の間の電圧電位を検
出し、サーモカップルの電圧電位に基づいてチップの温
度測定を行う検出回路手段、および チップを加熱する上記の電源手段又はチップの温度を検
出する上記の検出回路手段にチップを選択的に接続し、
チップを予め選択した温度に保持し、それにより、検出
回路手段がサーモカップルの電圧を使用して電源手段が
チップに電流を流さないときにのみチップの温度の表示
を与えるようにするスイッチ手段、を有し、 更に、スイッチ手段を制御し、検出回路手段によって温
度が検出されている循環サンプリング間隔でサーモカッ
プルを検出回路手段に接続するとともに電源をチップか
ら切り離し、上記のチップの温度と上記の予め選択した
温度の差に基づく持続時間を有する時間間隔の間、電源
をチップに再接続する制御回路手段を有し、 上記の電源は直流を供給してチップを加熱し、上記のス
イッチ手段はチップを検出回路手段に選択的に接続して
上記の温度を検出し、直前に検出された上記のチップの
温度に基づく可変時間の間、チップを電源に接続する、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項１１】加熱されたチップの温度を制御する方法
であって、上記のチップは第１材料の導電性内部コア部
材と該内部コア部材を取り囲む第２材料の抵抗加熱部材
を有し、上記のコア部材と上記の抵抗加熱部材はチップ
の先端部で相互に接続されてチップにサーモカップルを
形成する方法において、 チップに加熱電流を流してチップを予め選択した温度に
加熱するステップ、 加熱電流がチップに流れないときにチップ内のサーモカ
ップルの接合部の電圧を検出するステップであって、上
記の電圧は、サーモカップルの接合部の温度に対応する
と共に、加熱電流がチップを流れるときのチップからの
電圧に対して小さいステップ、 上記の検出した電圧をチップに設定した予め選択した温
度に対応する電圧と比較し、加熱電流が何時サーモカッ
プルの接合部に流れなくなったかを知るステップ、およ
び 上記の比較ステップに基づいてチップを流れる加熱電流
の持続時間を変化させ、それにより、サーモカップルに
おける電圧を検出して加熱電流がチップを流れないとき
にのみチップの温度の表示を与えるようにするステッ
プ、 によって構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項１２】上記の加熱電流は交流であり、上記の検
出ステップは各サイクルで少なくとも１回実行され、加
熱電流の持続時間を変更する上記のステップは、上記の
検出ステップと同じサイクル内に発生することを特徴と
する請求の範囲第11項記載の方法。 - 【請求項１３】上記の加熱電流は直流であり、上記の検
出ステップは所定の時間サイクルで発生することを特徴
とする請求の範囲第11項記載の方法。 - 【請求項１４】プローブを加熱しプローブが加熱される
温度を制御する装置において、 導電性の第２部材と直列に接合された導電性の第１部材
を有する加熱要素であって、上記の第１及び第２の部材
は異なった材料であり、その結果、第１部材と第２部材
の間の接合部に電圧が発生し、上記の接合部はサーモカ
ップル接合部であり、その結果、発生する電圧の水準は
接合部の温度に比例し、上記の加熱要素は十分な抵抗性
を有しているので第１部材及び第２部材を流れる電流に
よって熱が発生されるものである加熱要素、 加熱要素に電力を供給する電源、 加熱要素に接続されて、サーモカップルの接合部で発生
した、電源が加熱要素に与える電圧に対して小さい、電
圧を検出する電圧検出回路、および 電力が加熱要素に印加されると、電圧検出回路をサーモ
カップルの接合部に接続し、電圧検出回路が加熱要素に
接続されると、電源を加熱要素から自動的に切り離し、
それにより、電圧検出回路がサーモカップルの接合部で
発生した電圧を使用して、電源が加熱要素に電力を与え
ないときにのみチップ温度の表示を与えるようにするス
イッチ回路、 上記の電源は、交流を供給してチップを加熱し、上記の
スイッチ回路は、上記の予め選択した温度と上記のチッ
プの温度の差に基づいてチップに電力が印加される各サ
イクルの時間の割合を制御するよう構成され、 更に、スイッチ回路を制御して電源電圧の各ゼロクロス
点でサーモカップルを検出回路に接続するとともに電源
を加熱要素から切り離し、ゼロクロス点以降の第１の時
刻に加熱要素を電源に接続する制御回路を有し、 上記のゼロクロス点と上記の第１の時刻の間の時刻の差
は上記の加熱要素の温度と上記の予め選択した温度の差
に基づくものであり、加熱要素は第１時刻から電源の次
のゼロクロス点迄電源に接続されるよう構成されてい
る、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項１５】上記の電圧検出回路が上記の加熱要素に
接続されると、上記のスイッチ回路によって、上記の電
源が上記の加熱要素から自動的に切り離されることを特
徴とする請求の範囲第14項記載の装置。 - 【請求項１６】上記の第１及び第２の異なった材料はそ
れぞれ銅と鉄を含み、上記の加熱要素は歯科用のプロー
ブのチップ部分であり、上記の熱は上記の鉄の材料抵抗
加熱によって発生されることを特徴とする請求の範囲第
14項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US415,171 | 1989-09-29 | ||
| US07/415,171 US5043560A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Temperature control of a heated probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05501022A JPH05501022A (ja) | 1993-02-25 |
| JP2859958B2 true JP2859958B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=23644645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2514525A Expired - Fee Related JP2859958B2 (ja) | 1989-09-29 | 1990-09-27 | 加熱プローブの温度制御 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5043560A (ja) |
| EP (1) | EP0494259B1 (ja) |
| JP (1) | JP2859958B2 (ja) |
| AT (1) | ATE109906T1 (ja) |
| CA (1) | CA2066592C (ja) |
| DE (1) | DE69011523T2 (ja) |
| WO (1) | WO1991005300A1 (ja) |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5466913A (en) * | 1991-11-15 | 1995-11-14 | Funai Electric Co., Ltd. | Bread making apparatus and its temperature control method |
| US5349161A (en) * | 1992-09-30 | 1994-09-20 | Master Appliance Corporation | Heat gun with improved temperature regulator |
| US5406053A (en) * | 1993-07-29 | 1995-04-11 | Masreliez; C. Johan | Heating probe having a heated tip forming a thermocouple |
| US5528485A (en) * | 1994-03-14 | 1996-06-18 | Devilbiss; Roger S. | Power control circuit for improved power application and control |
| US5371665A (en) * | 1994-03-14 | 1994-12-06 | Quisenberry; Tony M. | Power control circuit for improved power application and temperature control of thermoelectric coolers and method for controlling thereof |
| US5682748A (en) * | 1995-07-14 | 1997-11-04 | Thermotek, Inc. | Power control circuit for improved power application and temperature control of low voltage thermoelectric devices |
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