JPS6310635Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電熱装置のヒータ断線警報装置に関
し、特に電源から周期的に電力が供給されるヒー
タの断線警報装置に関するものである。

ゴム、プラスチツクの成形加工のためのホツト
プレス成形機、押出成形機及び射出成形機等の成
形機に使用される電熱装置において、該装置の温
度が温度調節器によつて一定値に温度制御される
とともに該温度の分布を均一にするために複数個
のヒータが埋設される場合が多い。したがつて、
一部のヒータが断線した場合には、目視によつて
直接知ることは不可能であり、また、他のヒータ
の出力によつて負荷が分担され見掛け上良好な温
度制御が為されるため、温度分布の不均一が発生
して製品に重大な支障を及ぼすことがある。

このため、従来次のようなヒータ断線検出方式
が考えられている。

(a) ヒータの主回路とは別にヒータの断線検出用
電線を配線し、ヒータに電力が供給されていな
い時にヒータが直列に接続され、該直列回路の
導通の可否によつて一部ヒータの断線を検出す
る方式、 (b) ヒータの負荷電流の存在を表わす通電表示器
又はヒータの負荷電流値を表わす電流計の目盛
の変化を監視する方式、 (c) ヒータの総負荷電流量を１個の変流器によつ
て検出してこれを定常的な電圧値に変換し、予
め設定された基準電圧値との相互のレベルを比
較することによつて、一部のヒータ断線による
該総負荷電流の変化を検知する方式。

しかし、上記(a)の方式は、機械側の配線が複雑
となり、特に同一制御対象に多数のヒータが装着
された場合は極めて大変である。上記(b)の方式
は、全体のヒータ中に断線が存在するか否かの判
断が必要であり、操作者の負担を更に重くするの
で好ましくない。上記(c)の方式は、１個のヒータ
の断線による電流の変化量よりヒータ全体の経時
変化又は温度係数による総負荷電流の変化量が越
える状態になると断線の検出が不可能となるとと
もに、この方式はヒータに供給される電源が交流
電源を前提としており、温度制御に多用されるサ
イリスタによる位相制御波形等のような間欠的な
ものである場合には適用が困難である。しかも、
断線を判断する電圧比較回路はアナログ回路であ
るので温度変化及びノイズに影響され易く信頼性
に欠ける。

本考案は以上の事情を背景として為されたもの
であり、その目的とするところは、加熱装置を構
成するヒータが複雑であり、各々のヒータの容量
が異なるものであるとともに経時変化や温度係数
によつてその負荷電流が変化するものであつて
も、またヒータに供給される電源が間欠的なもの
であつてもヒータの断線を検出し得る、ノイズや
温度変化の影響を受けることがない信頼性の高い
簡便なヒータ断線検出装置を提供することにあ
る。

斯る目的を達成するため、本考案は、電源から
周期的に電力が供給される複数個のヒータを備え
た電熱装置において、 (1) 該ヒータの夫々の負荷電流を検出している間
導通信号を発生し、これ等のすべての導通信号
が同時に発生する時間が存在するように該負荷
電流の検出方向が相互に決定された複数の信号
発生回路と、 (2) 充電コンデンサと充電電流制限素子とを備
え、予め定められた電圧条件に従つて該充電電
流制限素子を通じて充電コンデンサに充電電流
を常時供給する充電回路と、 (3) 前記導通信号のすべてが発生している場合に
前記充電コンデンサを放電させる放電回路と、 (4) 予め定められた基準電圧値と前記充電コンデ
ンサの端子電圧値とを比較し、該端子電圧値の
方が高い場合に断線信号を発生する判別回路と
を含み、 前記ヒータの中の少なくとも１個が断線した時
に、前記充電コンデンサが放電されず該充電コン
デンサの端子電圧が予め定められた基準電圧値を
超えたことをもつて断線信号が出力されるように
したことを特徴とする。

以下、本考案の一実施例を示す図面に基づいて
詳細に説明する。

第１図において、１は温度調節器であり、図示
しない電熱装置の温度を検出するための熱電対２
を備えている。温度調節器１は設定温度と検出温
度との偏差に基づいて電磁開閉器３へON−OFF
信号を出力し、該電磁開閉器３は該信号に基づい
て入力側に接続された三相電源線Ｕ，Ｖ，Ｗから
出力側に接続された出力線Ｘ，Ｙ，Ｚへの電流を
開閉制御し、前記加熱装置の温度を前記設定温度
に維持するものである。

ヒータ４乃至９は前記電熱装置を構成してお
り、ヒータ４，５は夫々出力線ＸとＹとの間に、
ヒータ６，７は夫々出力線ＹとＺとの間に、ヒー
タ８，９は夫々出力線ＺとＸとの間に接続されて
いる。また、出力線ＸとＺとの間には後述の放電
回路１０、充電回路１１及び判別回路１２の電源
を供給するための直流電源ユニツト１３のトラン
ス１４の一次側巻線が接続されている。このトラ
ンス１４の二次側巻線は全波整流素子１５に接続
され、この全波整流素子１５の＋端子はNPNト
ランジスタ１６のコレクタ及びエミツタを介して
直流電源ユニツト１３の出力線である正電源線１
７を形成し、全波整流素子１５の−端子は直流電
源ユニツト１３の出力線である負電源線１８を形
成している。NPNトランジスタ１６のベースは
全波整流素子１５の＋端子と−端子との間に接続
された抵抗体１９及びゼナーダイオード２０から
成る直列回路の中間点に接続されている。これ等
NPNトランジスタ１６、抵抗体１９及びゼナー
ダイオード２０は、電源ユニツト１３に供給され
る電圧の変化にも拘らず出力線１７，１８間の直
流電圧をほぼ一定に保つ回路であり、電力制御素
子として電磁開閉器３がサイリスタ等の位相制御
素子に置き換えられた後述の実施例においても、
該素子に位相制御されて供給される整流電圧が広
範囲に変化しても判定回路１２が正常に作動する
ことを可能とするのである。尚、２１は平滑用コ
ンデンサである。

ヒータ４乃至９の接続線には夫々直列に変流器
２２乃至２７が設けられており、該変流器２２乃
至２７の二次側端子の一方は発光ダイオード２８
乃至３３のアノード及びホトカプラ３４乃至３９
に内蔵された発光ダイオード４０乃至４５のカソ
ードに接続され、該二次側端子の他方は発光ダイ
オード２８乃至３３のカソード及び発光ダイオー
ド４０乃至４５のアノードに接続されている。
尚、発光ダイオード４０乃至４５から発光信号と
して出される夫々の後述の導通信号が同時に発生
する時間が電源周期毎に存在するように、変流器
２２及び２３の二次側端子の接続方向は変流器２
４乃至２７の二次側端子の接続方向に対して逆相
方向に形成されている。尚、発光ダイオード２８
乃至３３はヒータ負荷電流の存在を表示するもの
であり、点灯しないことによつて対応するヒータ
の断線を表示する。

上記変流器２２乃至２７、発光ダイオード２８
乃至３３及び発光ダイオード４０乃至４５が夫々
信号発生回路４６乃至５１を形成している。した
がつて、たとえば信号発生回路４６において、ヒ
ータ４の負荷電流に誘導された電流が変流器２２
の二次側端子に発生し、該電流が発光ダイオード
２８及び４０を夫々逆相のタイミングで発光させ
る。該発光信号はヒータ４の負荷電流の存在を表
わす導通信号であり、ホトカプラ３４内ホトトラ
ンジスタに供給される。

ホトカプラ３４乃至３９には夫々に内蔵された
発光ダイオード４０乃至４５に相対して各々１個
のホトトランジスタ５２乃至５７が内蔵されてお
り、該ホトトランジスタ５２乃至５７は発光ダイ
オード４０乃至４５の発光信号を受光して該トラ
ンジスタ５２乃至５７のエミツタ・コレクタ間の
導通状態を夫々に変化させる一般的なものであ
る。

これ等ホトトランジスタ５２乃至５７は、これ
等すべてが導通状態のときに作動させるために抵
抗体５８と共に正電源線１７とNPNトランジス
タ５９のベースとの間に、夫々のエミツタが該ベ
ースに向う方向に直列に接続され、該トランジス
タ５９のエミツタは負電源線１８に接続されると
ともに該トランジスタのコレクタは抵抗体６０を
介してコンデンサ６２の＋端子に接続されてい
る。これ等ホトトランジスタ５２乃至５７、
NPNトランジスタ５９及び抵抗体５８，６０が
放電回路１０を形成している。したがつて、前記
発光ダイオード４０乃至４５の出力信号である導
通信号がすべて発生している時にはホトトランジ
スタ５２乃至５７がすべて導通状態となり、
NPNトランジスタ５９のベース電流が流されて
該トランジスタ５９のエミツタ・コレクタ間が導
通状態となり充電コンデンサ６２を放電させ得る
のである。

充電コンデンサ６２は、抵抗体６０及び抵抗体
６１の接続点と負電源線１８との間に接続されて
おり、該充電コンデンサ６２及び抵抗体６１が充
電回路１１を形成している。したがつて、電源ユ
ニツト１３の出力電圧が充電電圧であり、充電電
流が充電電流制限素子である抵抗体６１を通して
常時供給され充電コンデンサ６２が充電されるの
である。

該充電コンデンサ６２の充電電圧を判別するた
めに判別回路１２が形成されている。すなわち、
充電コンデンサ６２と並列にゼナーダイオード６
３、抵抗体６４及び抵抗体６５からなる直列回路
が接続され、該抵抗体６４と抵抗体６５との接続
点がNPNトランジスタ６６のベースに接続され
るとともに、該トランジスタ６６のエミツタは負
電源線１８へ、コレクタは電磁リレー７２のコイ
ル６７を介して正電源線１７へ接続されている。
また、断線信号を出力する該電磁リレー７２の接
点６８は、ブザー６９及び断線表示ランプ７０か
らなる並列回路と直列に接続され、該直列回路は
他の電源線Ｐ及びＱの間に接続されている。尚７
１はコイル６７に並列に接続された逆起電力吸収
用ダイオードである。したがつて、充電コンデン
サ６２の端子電圧がゼナーダイオード６３のゼナ
ー電圧より低い場合にはNPNトランジスタ６６
のベース電流が流れないために該トランジスタ６
６が作動しないが、逆に該端子電圧が該ゼナー電
圧を越えると、電流がゼナーダイオード６３及び
抵抗体を介してトランジスタ６６のベースに流入
して該トランジスタ６６を作動させる。このため
該トランジスタ６６のコレクタ・エミツタ間が導
通状態となつてコイル６７に電流を流すので電磁
リレー７２が作動して接点６８が閉成され、同時
に断線を表わす表示ランプ７０が点灯するととも
にブザー６９の警報音が発生するものである。

以下、本実施例の作動を説明する。

ヒータ４乃至９が取付けられた図示しない電熱
装置の温度を一定に制御するために、温度調節器
１の出力信号に従つて電磁開閉器３が三相交流電
力を各ヒータ４乃至９に供給したりあるいは遮断
したりするON−OFF制御を行う。

該電磁開閉器３がONの状態にある場合には、
第２図において、Ａに示される三相交流電力がヒ
ータ４乃至９に供給されるが実質上ヒータ４及び
５、ヒータ６及び７、ヒータ８及び９には夫々
120゜位相が異なる３つの単相交流電力Ａ１，Ａ２
及びＡ３が供給されていることになる。

信号発生回路４６及び４７は、ヒータ４及び５
の負荷電流を変流器２２及び２３によつて検出し
変流器２２及び２３に発生する誘導電流が発光ダ
イオード４０及び４１を交流電力Ａ１と逆の位相
に同期して発光させる。該発光信号はヒータ４及
び５の負荷電流の存在を表わす導通信号Ｂ１であ
り、第２図のＢ１に示される状態で発生する。同
様に信号発生回路４８及び４９がヒータ６及び７
の負荷電流の存在を表わし交流電力Ａ２に同期し
た導通信号Ｂ２を第２図に示される状態で発生
し、信号発生回路５０及び５１がヒータ８及び９
の負荷電流の存在を表わし交流電力Ａ３に同期し
た導通信号Ｂ３を第２図に示される状態で発生す
る。

放電回路１０においては、発光ダイオード４０
乃至４５が出力した導通信号を受けてホトトラン
ジスタ５２乃至５７が導通状態にさせられる。す
なわち、導通信号Ｂ１を受けたホトトランジスタ
５２及び５３が第２図のＣ１に、導通信号Ｂ２を
受けたホトトランジスタ５４及び５５が第２図の
Ｃ２に、導通信号Ｂ３を受けたホトトランジスタ
５６及び５７が第２図のＣ３に示される状態で導
通する。NPNトランジスタ５９のベース電流Ｃ
は、第２図のＣに示されるように、ホトトランジ
スタ５２乃至５７のすべてが導通状態にある時期
Ｄのみの区間に流れ、トランジスタ５９を作動さ
せて充電コンデンサ６２を放電させるのである。

充電回路１１においては、充電コンデンサ６２
に常時充電電流を供給するので、該コンデンサ６
２の端子電圧が上昇するが放電回路１０によつて
放電させられる間には急激に該端子電圧が低下す
る。この作動が電源周期毎に行なわれるので、該
端子電圧Ｅは第２図に示されるように鋸歯波形を
示す。尚、前記ベース電流が流れる区間Ｄは充電
コンデンサの放電区間であり、その他の区間Ｆは
充電区間である。

判別回路１２においては、ゼナーダイオード６
３のゼナー電圧が電圧条件、電源周期、抵抗体６
１の抵抗値及び充電コンデンサ６２の容量で決定
される該コンデンサ６２の充電電圧Ｅのピーク値
（第２図のＧ）よりも高い電圧に設定されている
ので、NPNトランジスタ６６のベース電流が流
れず該トランジスタ６６及び電磁リレー７２が作
動しないのである。

しかし、少なくとも１個のヒータ、たとえばヒ
ータ４が断線すると信号発生回路４６から導通信
号が発生しないためホトトランジスタ５２が導通
状態とならない。したがつて、トランジスタ５９
を作動させるためのベース電流が流されないの
で、充電コンデンサ６２が放電されず、該コンデ
ンサ６２の端子電圧が上昇してゼナーダイオード
６３のゼナー電圧を超え電源ユニツト１３の出力
電圧に達する。この結果、ゼナーダイオード６３
及び抵抗体６４を介してNPNトランジスタ６６
のベースに電流が流入し該トランジスタ６６を作
動させる。該トランジスタ６６が作動してコイル
６７に電流を流すと電磁リレー７２が作動して接
点６８を閉成し、同時に断線表示ランプ７０を点
灯させブザー６９に警報音を発生させるのであ
る。

このように、ヒータ個々の負荷電流を検出して
それに対応する導通信号を発生させ、該導通信号
の存否を判別し得るものであるのでヒータの数、
容量及び経時変化や温度係数による負荷電流の変
動に拘らず確実に断線を検出し得るのである。更
に、判別回路１２は基準電圧を用いて充電コンデ
ンサ６２の端子電圧の大小を比較判別するもので
あるが、その判別の対称電圧はヒータが非断線時
には最大値が前記ピーク値（第２図のＧ）であ
り、ヒータ断線時には電源ユニツト１３の出力電
圧であるので、大幅に異なるこれ等の２値の中間
に前記ゼナー電圧を設定すればノイズや温度変化
による影響が極めて少ない信頼性の高いヒータの
断線判別が為されるのである。

次に、本考案の他の実施例を説明する。

第３図において、７４は熱電対７５を備えた温
度調節器であり、設定温度と検出温度との偏差に
基づいて、該偏差が零となるように位相制御素子
７６へ出力信号を供給する。該位相制御素子７６
は該出力信号に基づいて入力側に接続された単相
電源線Ｐ，Ｑから出力側に接続された出力線Ｒ，
Ｓへの電流を位相制御し、ヒータの発熱量を調節
するものである。このような制御素子７６にはサ
イリスタ、トライアツク及び可飽和リアクトル等
が知られている。

ヒータ７７乃至７９は前記加熱装置を構成する
ものであり、出力線Ｒ，Ｓの間に並列に接続され
ている。また、前述の実施例と同様の電源ユニツ
ト１３もこれ等ヒータに並列に接続されている。

ヒータ７７乃至７９に対応して、変流器８０乃
至８２、発光ダイオード８３乃至８５及びホトカ
プラ８６乃至８８に内蔵された発光ダイオード８
９乃至９１から成る信号発生回路９２乃至９４が
前述の実施例と同様の構成で設けられている。

ホトカプラ８６乃至８８には夫々に内蔵された
発光ダイオード８９乃至９１に相対して夫々１個
のホトトランジスタ９５乃至９７が内蔵されてお
り、これ等ホトトランジスタ９５乃至９７は、抵
抗体９８と共に正電源線１７とNPNトランジス
タ９９のベースとの間に、夫々のエミツタが該ベ
ースに向う方向に直列に接続され、NPNトラン
ジスタ９９のエミツタが負電源線１８に接続され
るとともに該トランジスタ９９のコレクタが抵抗
体１００を介して充電コンデンサ６２の＋側端子
に接続されている。これ等ホトトランジスタ９５
乃至９７、抵抗体９８，１００及びNPNトラン
ジスタ９９が放電回路１０１を形成している。

充電回路１１及び判別回路１２は前述の実施例
と全く同様に形成されている。

したがつて、位相制御素子７６からヒータ７７
乃至７９へ第４図のＨに示される波形の電流が供
給されると、前述の実施例の信号発生回路におけ
る作動と同様に、信号発生回路９２乃至９４から
第４図のＪに示される状態の導通信号が夫々ホト
トランジスタ９５乃至９７に出力される。該導通
信号は夫々同一のタイミングで夫々ホトトランジ
スタ９５乃至９７を導通させるので、NPNトラ
ンジスタ９９のベース電流が第４図のＫ区間に示
される間流されて該トランジスタ９９が作動させ
られ、充電コンデンサ６２が放電させられる。こ
の結果、充電コンデンサの端子電圧の波形は、前
述の実施例の充電回路と同様の作動によつて、第
４図のＭに示されるように、充電区間Ｌ、放電区
間Ｋ及びピーク値Ｎを有する鋸歯形の連続波形と
なる。

以後、前述の実施例と同様の作動に従つて判別
回路１２がヒータ断線信号を出力する。

このように、ヒータに供給される電源がサイリ
スタ等による位相制御されたものであつても、前
記断線信号が電源サイクル中の一定時期に同時に
発生するものであればヒータの断線が検出され得
るのである。

尚、上述したのはあくまでも本考案の一実施例
であり、本考案は決してこれに限定して解釈され
るべきでないことは言うまでもない。

たとえば、ヒータに供給される電源は、前記導
通信号が電源サイクル中の一定時期に同時に発生
させ得るもので足りるから、交流波形又は位相制
御された交流波形の電源のみならず、周期的にチ
ヨツピングされた矩形波の電源や半波整流された
交流電源であつても差支えない。

また、断線信号である電磁リレーの接点は断線
表示や警報音の発生のみならず、機械の自動停止
等の信号として利用し得るものである。

以上詳記したように、本考案は、電熱装置を構
成するヒータ個々の負荷電流の存在を表わす夫々
の導通信号がすべて発生しているか否かによつて
断線を検出するものであるから、ヒータの数、そ
の容量及び経時変化や温度係数による負荷電流の
変動に拘らず確実に検出し得、しかも電源サイク
ル中の一定時期のみに前記導通信号が揃えばよい
からヒータに供給される電流が間欠的であつても
ヒータ断線を検出し得るものであり、更に判別対
象となる充電コンデンサの電圧値は断線時と非断
線時との間で大幅な電圧差を有する２値であるの
でノイズや温度変化による影響の極めて少ない信
頼性の高いヒータ断線検出装置を提供し得る効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す回路図であ
る。第２図は第１図の実施例の作動説明図であ
る。第３図は本考案の他の実施例を示す回路図で
ある。第４図は第３図の実施例の作動説明図であ
る。 ４乃至９、７７乃至７９；ヒータ、１１：充電
回路、１２：判別回路、４６乃至５１、９２乃至
９４：信号発生回路、６１：充電電流制限素子
（抵抗体）、６２：充電コンデンサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電源から周期的に電力が供給される複数個のヒ
   ータを備えた電熱装置において、 該ヒータの夫々の負荷電流を検出している間導
   通信号を発生し、これ等のすべての導通信号が同
   時に発生する時間が存在するように該負荷電流の
   検出方向が相互に決定された複数の信号発生回路
   と、 充電コンデンサと充電電流制限素子とを備え、
   予め定められた電圧条件に従つて該充電電流制限
   素子を通じて該充電コンデンサに充電電流を常時
   供給する充電回路と、 前記導通信号のすべてが発生している場合に前
   記充電コンデンサを放電させる放電回路と、 予め定められた基準電圧値と前記充電コンデン
   サの端子電圧値とを比較し、該端子電圧値の方が
   高い場合に断線信号を発生する判別回路とを含
   み、 前記ヒータの中の少なくとも１個が断線した時
   に、前記充電コンデンサが放電されず該充電コン
   デンサの端子電圧が予め定められた前記基準電圧
   値を超えたことをもつて断線信号が出力されるよ
   うにしたことを特徴とする電熱装置におけるヒー
   タ断線検出装置。