JPS6230087Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は温度制御熱板装置に係る。温度制御熱
板装置とは所望の温度を固体表面に現出させる装
置であつて、たとえば、示温塗料や液晶温度計の
ような板ないし薄片状の温度計の開発、製造およ
び検査のための基準温度を発生、維持させる必要
のある場合に使用される。このほかサーモグラフ
イ（体表面全体の温度分布図を作成、これを解析
して疾病を診断する方法）用のシユミレーターと
しても用いることができる。

従来、基準温度の発生、維持の目的には熱慣性
の大きい液体を利用することが普通であつたが、
たとえば薄片状の温度計の検査には可視的あるい
は反射光スペクトル測定の手段による方法の適用
が不可欠であるが、液体中ではこうした方法の適
用が困難であるため固体表面に基準温度を発生さ
せる必要が生じる。

また、これらの方法は薄片状温度計の片面のみ
を所要の設定温度に維持する目的には適合しな
い。

熱容量、熱慣性の小さい比較的小型の熱板に基
準温度を発生させる手段は、種々考えられるが高
精度の制御を可能としたものは現れていない。

本考案者はこの課題の解決に努力した結果、冒
頭の実用新案登録請求の範囲にその要旨を記載し
た通りの温度制御熱板装置を考案した。

ここで、発熱素子としてパワー・トランジスタ
を使用し、その電力損失を制御する方式とした理
由は次のとおりである。なお、本明細書を通じ、
放熱手段を必要とするトランジスタは本考案の意
義において、すべてパワー・トランジスタの範囲
に入るものとする。

パワートランジスタはトランジスタ・チツプ
の放熱部を有し、それを介して外部ヒート・シ
ンクへの熱伝導性を充分考慮して設計されたも
のである。そのため発熱素子と被制御熱板との
伝熱時間遅れが可及的に小さく高制度の制御が
可能である。

トランジスタは自身増巾作用を有しており、
制御回路からの所要信号電流を小さくすること
ができ電力効率がきわめて良い。

また、コレクタ接地用の増巾回路を選択したの
は熱板とコレクタ極を電気的に絶縁する必要がな
く、コレクタ極に直結されたトランジスタの放熱
部を熱板に直接取付けることができ、熱伝導性が
大巾に向上するという理由にもとづく。

感温半導体としては、ダイオードなどの他種の
半導体も当然使用可能であるが、構成部材種の減
少のほか、熱伝導上の構造上の有利性から、発熱
トランジスタと同一のパワー・トランジスタを使
用することが好ましく、これをコレクタ・ベース
両端子を短絡接地しエミツタ極より順方向の一定
電流を流すようにダイオードと同様に構成するこ
とが実用的であると判断した。

差動増巾器としては、感温半導体のエミツタ電
圧とポテンシヨメーター（抵抗器分圧回路）によ
り設定された基準電圧によつて駆動され、発熱ト
ランジスタに制御信号を供給するものであれば良
いわけであるが、好ましくは偏差値が０付近では
直線的な連続制御を、離れたところでは、オン・
オフ制御を行う、いわゆる飽和特性を持つた比例
制御動作の可能な素子としてボルテージ・コンパ
レータ集積回路を使用することが便利である。

以下、図面の実施例回路に従つて本考案を詳細
に説明する。

第１図にその回路を示した実施例において感温
半導体として使用されベース・コレクタ共通接地
されたパワー・トランジスタQ₁、および発熱用
パワー・トランジスタQ₂およびQ₃は、その表面
を基準温度面として使用する良熱伝導性の金属板
（たとえば、銅、アルミなど）の裏面に接合面に
熱伝導剤を塗布した上密着ビス止めされており、
Q₁を中央に、その両側にQ₂およびQ₃を配置し
た。（いずれもテキサス・インスツルメント社製
TIP34Aを使用している。） パワー・トランジスタQ₂およびQ₃はコレクタ
接地型の増巾回路として並列動作するようにして
あり、両トランジスタのエミツタ電流は各エミツ
タと電源E₁（10V）間に個別に接続された抵抗器
R₇およびR₈を介し給電するようになつている。
これはパワー・トランジスタの大きさに比較して
被制御熱板が広い場合、一様な設定温度を維持す
るために必要である。

第２図の配置例において、１は基準熱板、２は
筐体を示す。

なお、図示は省略したがエミツタと電源との間
に電流計を挿入しておくことが好ましい。こうし
てエミツタ電流を監視可能とすることにより、パ
ワー・トランジスタが比例制御されているかある
いはオン・オフ制御の状態にあるかを知ることが
でき、したがつて被制御熱板が所要設定温度に到
達して安定状態にあることを確認できるからであ
る。

感温素子であるパワー・トランジスタQ₁には
別の電源E₂（5V）より抵抗器R₁を介して順方向
の一定電流が供給されており、そのエミツタ電位
は温度に対して直線関係にあるようにされてい
る。

この電位は、別に電源E₂に接続されたポテン
シヨメーターR₂，R₃およびR₄によつて分圧され
て得られる基準電位（その設定はR₃を調節する
ことによつて行なう）とともに差動増巾器IC
（ボルテージ・コンパレーター・3302（テレダイ
ン・セミコンダクタ社製））に供給され、その出
力は抵抗器R₆で電圧に変換されパワー・トラン
ジスタQ₂およびQ₃の制御信号となる。

上記のように構成することによつて、感温トラ
ンジスタQ₁のエミツタ電位と設定基準電位とを
比較し、エミツタ電位が基準電位より低い（目標
温度値より高い）場合には抵抗器R₆を通じて発
熱用トランジスタQ₂およびQ₃へ送る電流が減少
し、被制御熱板の自然冷却による温度低下を待
ち、逆の場合は増加して温度を上げる。また抵抗
器R₅は差動増巾器ICのネガテイブ・フイードバ
ツクのためのものであり、その比例制御範囲を拡
大する機能を有する。このように制御ループ全体
がネガテイブ・フイードバツク系としてあるため
安定な動作が期待でき、実験の結果、温度30〜40
℃の範囲で0.05℃程度の精度での恒温特性が得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の制御回路の一例、第２図
はその一例の半導体素子の基準熱板における配置
状態を示すもので、そのうち、Ａは側断面図、Ｂ
はＡのｂ−ｂ線に沿う断面と裏から見た図面であ
る。 １：基準熱板、２：筐体、Q₁，Q₂およびQ₃：
パワー・トランジスタTIP34A（テキサス・イン
スツルメント社製）、IC：ボルテージ・コンパレ
ータ3302（テレダイン・セミコンダクタ社製）、
R₁〜R₈：抵抗器（内R₃は可変）、C₁，C₂：コンデ
ンサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ その表面を基準温度面として使用する良熱伝
   導性の金属板を基準熱板としたもので次の事項
   を特徴とする温度制御熱板装置： ａ 複数個のパワー・トランジスタが、それぞ
   れの放熱部（コレクタ）が該基準熱板の裏面
   に、伝熱的に密着するように取付けられてい
   ること、 ｂ 該複数個のパワー・トランジスタのうち、
   中心部に配置された１個を、順方向に定電流
   を流した場合、端子間電圧が温度依存性を示
   すベース・コレクタ共通接地の感温半導体と
   すること、 ｃ 該感温半導体を取囲むように配置された他
   の複数個のパワー・トランジスタを制御信号
   に対して並列的に接続されて駆動されるコレ
   クタ接地の発熱用パワー・トランジスタとす
   ること、 ｄ 該制御信号が、該感温半導体の端子間電圧
   と、ポテンシヨメータにより設定される基準
   電圧とにより駆動される差動増幅器より得ら
   れるものであること、および ｅ これらの素子およびそれらに対する電源を
   含む回路と該基準熱板とで制御ループを形成
   すること。 ２ 差動増幅器にネガチイブ・フイードバツクを
   ほどこしたボルテージ・コンパレータを用いた
   実用新案登録請求の範囲１）記載の装置。 ３ 発熱用パワー・トランジスタのエミツタと電
   源間に電流計を挿入した実用新案登録請求の範
   囲１）記載の装置。