JPS63102134A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、加熱装置の加熱源への給電を制御するＤＣＩ
Ｊレーの駆動回路及びその駆動方法に係わるもので、特
にＤＣリレー接点の保護ならびに高寿命化に関するもの
である。

従来の技術 従来の加熱装置の加熱源を制御する素子としては、信頼
性・コスト等のその優位性から、ＤＣリレーがもっとも
良く使用されている。この場合、Ｄ　ＣＩＪシレー励磁
コイルへの励磁電流のドライブ及びスイッチング手段と
しては、トランジスタが用いられる。一般に、リレー等
のコイルはＬ（インダクタンス）成分を有しており、そ
の為に前記ドライブ用トランジスタのＯＦＦ　時には、
そのコレクタ端子に通常のコイル印加電圧の１０数倍の
逆起電力が発生し、この逆起電力が前記ドライブ用トラ
ンジスタの耐圧をオーバーした場合にはトランジスタ素
子の破壊にいたる。従って、このトランジスタ○ＦＦ　
時に発生する逆起電力を吸収し、トランジスタ等の半導
体素子を保護するために、従来のトランジスタの駆動回
路には第６図のＡに示す様に、励磁コイルの両端にダイ
オードを接続し、このダイオードを介して励磁コイルに
発生した逆起電力のエネルギーを瞬時に吸収する方法が
採用されている。

発明が解決しようとする問題点 こうする事で、逆起電力によるドライブ用トランジスタ
への悪影響は完全に増り除くことができるのだが、この
ダイオードを挿入する事により、リレー接点の開放動作
時間が長くなると言う問題がある。接点電流（すなわち
、負荷）が小さい場合はほとんど問題にはならないが、
負荷が大きくなると、この接点の開放時の動作時間が長
い事が、接点の寿命にマイナス要因となってくるのであ
る。

たとえば、負荷電流が２０Ａの場合、本来ならば接点の
開閉寿命が３万回以上なくてはならないものが、６千回
前後の極めて早い時点に接点の微溶着さらには溶着など
の不良現象が発生する。従って、負荷が大きい場合には
ドライブ用のトランジスタとして高耐圧タイプを使う必
要があり、コストが高くついていた。

このように、従来のリレードライブ回路では、ドライブ
用トランジスタ等の半導体素子の耐圧の限界から、リレ
ー接点の寿命（開閉回数）を犠牲して用いたり、あるい
は、高価な高耐圧トランジスタを用いる等の方法を採用
していた。

これに対して、本願は大容量負荷を断続する場合には通
常タイプの低耐圧トランジスタを用いる事が出来、且つ
接点寿命の飛躍的な向上をはかる事を目的とするもので
ある。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するため、本願のリレードライブ回
路は、ＤＣリレーのコイルと並列に、ダイオードとツェ
ナーダイオードとの直列回路を接続したもので、ダイオ
ードとツェナーダイオードの接続は、互いの同極どうし
くアノードならアノード、カソードならカソード）を接
続し、且つ、逆起電力による電流がダイオードの順電流
となる方向にＤＣリレーのコイルと接続されている。

作　　用 上記構成により本発明のものは以下のように動作する。

ドライブ用トランジスタがＯＦＦ　　した瞬間、そのコ
イル成分により継続して電流を流そうとする起電力がコ
イルの一端に発生する。通常、この電圧は正規の電圧の
士数倍であるが、前記コイルと並列に設けたツェナーダ
イオードのツェナー電圧以上に前記起電力がなった時、
このツェナーダイオードの働きにより、ダイオードとツ
ェナーダイオードの回路に電流が流れ、コイルに発生し
た逆起電力を吸収する。従って、前記ドライブ用トラン
ジスタのコレクタ端子には、ＤＣ１ｓＶ＋（ツェナー電
圧）以上の電圧は発生しない。従って、ツェナー電圧を
ドライブ用トランジスタの耐圧を越えない値に設定する
事で、コイルの一端に発生する逆起電力の大きさをコン
トロールすることができる。一方、コイルの一端に発生
する逆起電力の電圧値が大きい程、よシ短い時間で逆起
電力のコイルエネルギーを消費することができ、その結
果、リレー接点が放れる時間も速くなり、リレー接点の
長寿命化を実現することができる。

以上は、リレーが入り切シする負荷か純抵抗分の場合で
あるが、もし、負荷がコイル等の誘導性負荷の場合は、
負荷のコイル自身の残留磁束により、突入時の突入電流
の値が異常に大きくなり、このＤＣリレー接点の溶着な
どを引き起こすことがある。従って、負荷が誘導性の場
合は、ＤＣリレー接点の開放位相を制御する必要がある
。

この開放位相を制御するために特定のツェナー電圧を有
するツェナーダイオードを前記ＤＣリレードライブ回路
に設ける事で、任意の開放位相（時間）とすることがで
き、その結果、リレー接点の保護ができるのである。ま
た、異なるツェナー電圧のツェナーダイオードを複数個
設置し、それぞれをサイクリックに導通させる事で、そ
れぞれのツェナー電圧で決まる開放位相でサイクリック
に負荷を開放することができ、リレー接点の寿命を確保
する上でより信頼性がアップするのである。

実施例 以下、図面をもとに本願の一実施例について説明する。

第１図は本願の一実施例としての加熱装置の配線模式図
である。

電源プラグ１により電灯線から電力を受けとり、加熱室
２内に設置された抵抗負荷３でその電力を消費する。こ
の抵抗負荷３への電力の供給を断続するのが、ＤＣリレ
ー４である。このＤＣリレー４は接点６と励磁コイル６
で構成されている。励磁コイルに励磁電流が流れると磁
界が発生し、その磁力により吸引されるアクチュエータ
ーが動き、接点６が閉じる。逆に、励磁電流が流れなく
なるとアクチュエーターは元の位置へ復帰しその結果、
接点６が開くのである。７はドアーＳＷでドアー８の動
きに連動して働き、ドアー８が開いていればドアーＳＷ
７は開、ドアー８が閉っていればドアーＳＷ７は閉じて
いる。

一方、低圧トランス９を介して制御部１ｏがあり、この
制御部１ｏにより加熱調理が制御される。

制御部１０の出力により、ＤＣリレードライブ回路１１
も制御される。

このＤＣリレードライブ回路１１は、ドライブ用トラン
ジスタ１２と、ＤＣリレー４の励磁コイル６と、ダイオ
ード１３およびこれと直列接続したツェナーダイオード
１４とで構成されている。

このＤＣリレードライブ回路１１の動作を説明する。

今、制御部１ｏからの駆動信号が「ノ・イ（ハ）」にな
ると、ドライブトランジスタ１２がスイッチングし、そ
の結果、励磁コイル６にＤＣ１８Ｖが印加され、励磁電
流が流れ、磁力が発生し、接点５が閉じる。次に、制御
部１ｏからの駆動信号が「ロー　（Ｌ）　Ｊになると、
ドライブトランジスタ１２がオフし、今迄流れていた励
磁電流が途絶する。すると、この励磁電流の電流変化（
ｄｉ／ｄｔ）に比例して、ドライブトランジスタ１２の
コレクタ端子側に逆起電力が発生する。この逆起電力の
電圧値がツェナーダイオード１４のツェナー電圧を越え
ると、ダイオード１３を介して、前記励磁コイル６との
間に電流が流れ、その結果、逆起電力を吸収することが
できる。

ところで、第６図に示すように、ＤＣリレードライブ回
路１１の構成によシ、リレー接点開放動作遅れ時間に１
２く２３〈１１の差が生じる。即ち、ダイオードのみが
並列に接続されている時がもっとも動作遅れがあり、ダ
イオード１３もなにも接続されていない時がもっとも速
い。この両者の動作時間ｆｉ１．ｊ！２の間にあって、
ツェナーダイオード１４のツェナー電圧に対応する動作
時間となるのが２３である。第２図に、ツェナーダイオ
ード１４のツェナー電圧に対応する接点開放遅れ時間の
関係について、あるＤＣリレーの実測例をもとに示した
。

この図かられかる様に、ツェナー電圧が６ｖの時は約１
５ｍ５ｅＣ，１ｏＶの時は約１０ゴそして２０Ｖの時が
約５ｍ５ｅＣの関係になっている。従って、ツェナー電
圧を選ぶことで、一義的に接点開放遅れ時間を決定する
ことができるのである。

次に、第３図でリレー接点寿命と接点開放スピードとの
関係を説明する。リレー接点片６ａと６ｂとが接触して
いる状態から離れる時、両方の接点片６ａと６ｂには電
流が流れておシ、この電流の流れる中で接点片５ａと６
ｂとが離れて行く。従って、両接点片間の電界が放電開
始電圧以上になると両接点片間で火花放電が発生する。

また、火花放電が生じなくとも、上記電流が両接点片の
一部分に集中すると、ジュール熱により接点の溶融がお
こり、その溶けた接点材がつらら状に両接点片間につな
がり、そして冷却されることにょシ元の状態に復帰せず
、両接点片間でつながったままで固着するいわゆる溶着
という不良が発生したりする。この様な不良現象は、両
接点片のかい離スピードを遅くする程、発生しやすくな
る。即ち、かい離スピードが速ければ接点の一部で融け
ると言う事は少なく、両接点の平面間でアーク放電が発
生し、接点が均等に摩耗していくと考えられる。

従って、リレーの接点寿命を確保するためには、接点開
放スピード（ΔＩ！、／Δｔ）が速ければ速い程良いの
である。

従って、リレーコイルの両端に発生する逆起電力の電圧
値をツェナーダイオードのツェナー電圧で規定される値
にする事で、リレー接点の寿命を高めることができる。

次に第４図をもとに、負荷が容量性の場合への応用例に
ついて説明する。ツェナー電圧の違うツェナーダイオー
ドが設けられている。即ち、第１のツェナーダイオード
１５のツェナー電圧はｓＶ。

第２のツェナーダイオード１６のツェナー電圧は１０■
、そして第３のツェナーダイオード１７のツェナー電圧
は１６ｖに選定している。また、第１のツェナーダイオ
ード１５と第２のツェナーダイオード１６と、ダイオー
ド１３との間には、スイッチ素子１８及び１９が設けら
れ、制御部１゜によりスイッチングされ、Ｒ２ポート及
びＲ３ポートから”ロー山）”の信号が出ればスイッチ
素子１８及び１９が導通状態になり、ダイオード１３か
らツェナーダイオード１６あるいは１６へ電流が流れる
事になる。

では、制御部１０の各出力ポートの制御タイミングにつ
いて第６図で説明する。図中１のステージでは、リレー
をＯＦＦ　させるために、Ｒ１ポート力”ハイ”レベル
カラ”ロー”レベルになる約１６ｍ５ｅｃ前に、Ｒ２及
びＲ３ポートが”ハイ”レベルになっており、コイルに
発生した逆起電力は第３のツェナーダイオード１７を介
して吸収される。次にリレーをＯＦＦ　させる時には、
ステージ２に示す如く、Ｒ２ポートが”ロー”、Ｒ３ポ
ートが”ハイ”レベルとなり、従って、第１のツェナー
ダイオードを介して逆起電力が吸収される。

そして、次にリレーをＯＦＦ　させる時にはステージ３
に示す如く、Ｒ２ポートは”ノ・イ”、Ｒ３ポートが６
０−”レベルとなりスイッチ素子１８がＯＦＦ　　Ｌ、
スイッチ素子１９がＯＮすることで、逆起電力は第２の
ツェナーダイオード１６を介して吸収される。ここで、
各ツェナーダイオードのツェナー電圧は前述の如く、ｓ
Ｖ　、　１　ｏｖ　、１５Ｖに設定されているため、第
２図に示したツェナー電圧と接点開放遅れ時間の関係か
ら、それぞれの遅れ時間は１５ｍ５ｅｃ　、　１０ｍ５
ｅＣ、６，５ｍ５ｅＣとなり、その結果接点がＯＦＦ　
する時の電圧波形の位相も、この遅れ時間の差に相当す
る分だけ変化する事になり、ＯＦＦ　位相を３点で制御
する事はなり、ＯＮ時の突入電流を抑制する上で非常に
有効な制御方法となる。

発明の効果 以上、説明した様に、本願のＤＣリレードライブ回路構
成によれば次のような効果を得ることができる。

（１）　　ツェナーダイオードを付加すると言う非常に
簡単な対策で、ドライブ用トランジスタの耐圧を上げる
事なく、リレー接点の開閉寿命回数を飛躍的に向上する
事ができ、安価で高品質の加熱装置を提供することが出
来るものである。

＠）ツェナー電圧の値を選ぶ事により、リレー接点のＯ
ＦＦ　動作時間を任意にコントロールする事が出来、電
源位相に対するＯＦＦ　位相を制御する事で、誘導性負
荷に於けるＯＮ時の突入電流の抑制に対する有効な制御
方法を実現することが出来、リレー接点の寿命アンプ、
品質向上をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の一実施例としての加熱装置の構成図、第
２図は同装置におけるツェナー電圧対リレー接点動作遅
れ時間の関係を示すグラフ、第３図は同装置の接点開放
スピードの接点寿命に及ぼす影響の説明図、第４図は別
の実施例としての加熱装置のリレードライブ回路図、第
６図は第４図に示した回路における各ポートの制御シー
ケンスを示す波形図、第６図はリレードライブ回路構成
と接点開放動作遅れの関係を示す説明図である。 ２・・・・・・加熱室、３・・・・・・負荷、４・・・
・・・Ｄ　Ｃリレー、５・・・・・・リレー接点、ｅ・
・・・・・リレー励磁コイル、１０・・・・・・制御部
、１１・・・・・・リレードライブ回路、１２・・・・
・・ドライブ用トランジスタ、１３・・・・ダイオード
、１４・・・・・・ツェナーダイオード。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第　３　図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）食品を加熱する加熱室と、この加熱室への加熱エ
   ネルギーを供給する加熱源と、前記加熱源への給電を断
   続するＤＣリレーと、このＤＣリレーの励磁コイルへの
   通電を制御する制御部と、励磁電流をドライブする駆動
   部とを備え、この駆動部は前記励磁コイルと直列接続し
   た駆動用トランジスタと、前記コイル両端に並列に挿入
   したダイオードとツェナーダイオードとの直列回路より
   構成される事を特徴とする加熱装置。
2. （２）ダイオードと直列に接続すべきツェナーダイオー
   ドを複数個備え、且つ、それらツェナーダイオードのツ
   ェナー電圧を異なる値に設定するとともに、前記ツェナ
   ーダイオードの前記ダイオードへの接続を特定のツェナ
   ーダイオードに切換える切換接続手段を備え、前記駆動
   トランジスタのオフ毎に前記ツェナーダイオードへの接
   続を順次サイクリックに切換える構成とした事を特徴と
   する請求の範囲第１項に記載の加熱装置。