(57)【要約】【課題】追加の温度センサを設けることなく、電熱体の温度を検知できる電熱体温度推定システムを提供する。【解決手段】この発明の電熱体温度推定システムは、電熱体について、基準温度での抵抗値と基準温度よりも高い温度での抵抗値とによる既知の抵抗比を、予め定められた温度範囲にわたって温度特性データとして記憶している記憶部と、電気抵抗ヒータが基準温度にあるとき、電熱体が示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定し、加熱対象物の温度制御中に、刻々、電熱体が示す現在の抵抗値を測定する抵抗算出部４４と、記憶部に記憶されている既知の抵抗比の温度特性データに対して基準温度抵抗値を乗算して温度対抵抗値特性データを取得し、この温度対抵抗値特性データに基づいて、現在の抵抗値に応じて電熱体の現在温度を求める温度推定部４９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御システムのための電熱体温度推定システムであって、
上記温度制御システムは、加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサと、この温度センサの出力に基づいて、上記加熱対象物が予め定められた目標温度になるように電源から上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体への通電電流を制御する温度制御部とを備え、
上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体について、予め定められた基準温度での抵抗値と上記基準温度よりも高い温度での抵抗値とによる既知の抵抗比を、予め定められた温度範囲にわたって温度特性データとして記憶している記憶部と、
上記電気抵抗ヒータが上記基準温度にあるとき、上記電熱体が示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定する第１抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、刻々、上記電熱体が示す現在の抵抗値を測定する第２抵抗測定部と、
上記記憶部に記憶されている既知の抵抗比の温度特性データに対して上記基準温度抵抗値を乗算して温度対抵抗値特性データを取得し、この温度対抵抗値特性データに基づいて、上記現在の抵抗値に応じて上記電熱体の現在温度を求める電熱体温度取得部とを備えた電熱体温度推定システム。
【請求項２】
請求項１の電熱体温度推定システムにおいて、
上記電熱体の基準温度時での抵抗値は、通電動作開始直後の上記電熱体の現在温度が常温にある期間に取得することを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項３】
請求項２の電熱体温度推定システムにおいて、
上記期間は、上記電熱体の現在温度の上昇幅が１０℃以内の期間であることを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項４】
請求項２の電熱体温度推定システムにおいて、
上記期間は、上記電熱体の現在温度が５０℃以内である期間であることを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項５】
請求項２の電熱体温度推定システムにおいて、
上記期間は、上記電源の電圧周期の１０周期分以下である期間であることを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一つに記載の電熱体温度推定システムにおいて、
上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、温度測定可能範囲は０〜５００℃であることを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項７】
請求項１から５までのいずれか一つに記載の電熱体温度推定システムにおいて、
上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯以外の材料からなり、温度測定可能範囲は０〜１０００℃であることを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項８】
請求項１の電熱体温度推定システムにおいて、
上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、上記電熱体の基準温度時での抵抗値は、上記電熱体の現在の抵抗値が極大または極小を示すときに取得することを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一つに記載の電熱体温度推定システムにおいて、
上記電熱体の現在温度が、予め定められた閾値温度以上になった時、上記電熱体の温度に関する警報を発することを特徴とする電熱体温度推定システム。
【請求項１０】
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサと、この温度センサの出力に基づいて、上記加熱対象物が予め定められた目標温度になるように電源から上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体への通電電流を制御する温度制御部とを備えた温度制御システムのための電熱体温度推定方法であって、
上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体について、予め定められた基準温度での抵抗値と上記基準温度よりも高い温度での抵抗値とによる既知の抵抗比を、予め定められた温度範囲にわたって温度特性データとして記憶し、
上記電気抵抗ヒータが上記基準温度にあるとき、上記電熱体が示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定し、
上記加熱対象物の温度制御中に、刻々、上記電熱体が示す現在の抵抗値を測定し、
上記記憶部に記憶されている既知の抵抗比の温度特性データに対して上記基準温度抵抗値を乗算して温度対抵抗値特性データを取得し、この温度対抵抗値特性データに基づいて、上記現在の抵抗値に応じて上記電熱体の現在温度を求める電熱体温度推定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電熱体温度推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電熱体温度推定システム及び電熱体温度推定方法に関し、より詳しくは、加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサの出力に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムのための電熱体温度推定システム及び電熱体温度推定方法に関する。また、この発明は、そのような電熱体温度推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、温度制御システムとしては、例えば特許文献１（特開２００３−０５３４３７号公報）に開示されているように、加熱対象物（プレス加工用の金型）に、電気抵抗ヒータである棒状ヒータ（電熱線を耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品）と、この加熱対象物の温度を測定する温度センサとを搭載し、上記加熱対象物が目標温度になるように、上記温度センサの出力に基づいて上記棒状ヒータへの通電電流を制御するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０５３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１におけるのと同様の電気抵抗ヒータを含む温度制御システムについて本発明者が解析したところ、上記電気抵抗ヒータへの通電開始から上記加熱対象物が目標温度（例えば、２００℃）になるまでの間に、上記電気抵抗ヒータ内部の電熱線の温度が８００℃〜１０００℃に達することが判明した。なお、市販品の電気抵抗ヒータ自体には、通常は温度センサが内蔵されていないが、本発明者は特別に温度センサを内蔵させて解析した。
【０００５】
ここで、例えば代表的な電熱線であるニッケルクロム線１種、ニッケルクロム線２種は、概ね７００℃を超えると劣化が加速されると言われている。その他の材料である例えば鉄クロム線１種、鉄クロム線２種の場合も、それぞれ或る温度を超えると劣化が加速される。このため、追加の温度センサを設けることなく、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱線自体の温度を精度良く検知する技術が望まれる。この事情は、電熱線に限られず、電熱帯についても同様である。「電熱線」と「電熱帯」は、合わせて「電熱体」と称される。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、上述のような温度制御システムのための電熱体温度推定システム及び電熱体温度推定方法であって、追加の温度センサを設けることなく、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度を検知できる電熱体温度推定システムおよび電熱体温度推定方法を提供することにある。また、この発明の課題は、そのような電熱体温度推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この開示の電熱体温度推定システムは、
温度制御システムのための電熱体温度推定システムであって、
上記温度制御システムは、加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサと、この温度センサの出力に基づいて、上記加熱対象物が予め定められた目標温度になるように電源から上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体への通電電流を制御する温度制御部とを備え、
上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体について、予め定められた基準温度での抵抗値と上記基準温度よりも高い温度での抵抗値とによる既知の抵抗比を、予め定められた温度範囲にわたって温度特性データとして記憶している記憶部と、
上記電気抵抗ヒータが上記基準温度にあるとき、上記電熱体が示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定する第１抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、刻々、上記電熱体が示す現在の抵抗値を測定する第２抵抗測定部と、
上記記憶部に記憶されている既知の抵抗比の温度特性データに対して上記基準温度抵抗値を乗算して温度対抵抗値特性データを取得し、この温度対抵抗値特性データに基づいて、上記現在の抵抗値に応じて上記電熱体の現在温度を求める電熱体温度取得部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本明細書で、電熱体についての抵抗値の「測定」および「通電」は、典型的には、上記電熱体をなす電熱線または電熱帯の長手方向に沿って行われる。
【０００９】
この開示の電熱体温度推定システムでは、上記温度制御部は、加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサと、この温度センサの出力に基づいて、上記加熱対象物が予め定められた目標温度になるように電源から上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体への通電電流を制御する。上記記憶部は、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体について、予め定められた基準温度での抵抗値と上記基準温度よりも高い温度での抵抗値とによる既知の抵抗比を、予め定められた温度範囲にわたって温度特性データとして記憶している。上記第１抵抗測定部は、上記電気抵抗ヒータが上記基準温度にあるとき、上記電熱体が示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定する。上記第２抵抗測定部は、上記加熱対象物の温度制御中に、刻々、上記電熱体が示す現在の抵抗値を測定する。上記電熱体温度取得部は、上記記憶部に記憶されている既知の抵抗比の温度特性データに対して上記基準温度抵抗値を乗算して温度対抵抗値特性データを取得し、この温度対抵抗値特性データに基づいて、上記現在の抵抗値に応じて上記電熱体の現在温度を求める。したがって、追加の温度センサを設けることなく、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度を検知することができる。
【００１０】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体の基準温度時での抵抗値は、通電動作開始直後の上記電熱体の現在温度が常温にある期間に取得することを特徴とする。
【００１１】
本明細書で、「常温」とは、日本工業規格（ＪＩＳＺ８７０３）に規定される２０℃±１５℃（５〜３５℃）を指す。
【００１２】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、通電による電熱体温度の上昇を最小限に抑えることができる。したがって、電熱体温度の検知精度を向上させることができる。
【００１３】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記期間は、上記電熱体の現在温度の上昇幅が１０℃以内の期間であることを特徴とする。
【００１４】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、電熱体温度の検知精度をより向上させることができる。
【００１５】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記期間は、上記電熱体の現在温度が５０℃以内である期間であることを特徴とする。
【００１６】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、電熱体温度の検知精度をより向上させることができる。
【００１７】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記期間は、上記電源の電圧周期の１０周期分以下である期間であることを特徴とする。
【００１８】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、電熱体温度の検知精度をより向上させることができる。
【００１９】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、温度測定可能範囲は０〜５００℃であることを特徴とする。
【００２０】
本明細書で、「温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯」とは、例えば、日本工業規格（ＪＩＳＣ２５２０）に規定された、電熱用ニッケルクロム線１種（略号ＮＣＨＷ１）または電熱用ニッケルクロム帯１種（略号ＮＣＨＲＷ１）を指す。
【００２１】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯の温度対抵抗値特性が１対１対応の範囲を利用している。この結果、電熱体温度の検知精度を向上させることができる。
【００２２】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯以外の材料からなり、温度測定可能範囲は０〜１０００℃であることを特徴とする。
【００２３】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯以外の材料の温度対抵抗値特性が１対１対応の範囲を利用している。この結果、電熱体温度の検知精度を向上させることができる。
【００２４】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、上記電熱体の基準温度時での抵抗値は、上記電熱体の現在の抵抗値が極大または極小を示すときに取得することを特徴とする。
【００２５】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなる。したがって、上記電熱体が極大または極小を示すときの温度は特定されている。この結果、これらの温度を基準温度として採用することにより、電熱体温度の検知精度を向上させることができる。
【００２６】
一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体の現在温度が、予め定められた閾値温度以上になった時、上記電熱体の温度に関する警報を発することを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態の電熱体温度推定システムでは、上記電熱体の現在温度が上記閾値温度以上になった時、ユーザ（使用者）に電熱体の異常を知らせることができる。
【００２８】
別の局面では、この開示の電熱体温度推定方法は、
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサと、この温度センサの出力に基づいて、上記加熱対象物が予め定められた目標温度になるように電源から上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体への通電電流を制御する温度制御部とを備えた温度制御システムのための電熱体温度推定方法であって、
上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体について、予め定められた基準温度での抵抗値と上記基準温度よりも高い温度での抵抗値とによる既知の抵抗比を、予め定められた温度範囲にわたって温度特性データとして記憶し、
上記電気抵抗ヒータが上記基準温度にあるとき、上記電熱体が示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定し、
上記加熱対象物の温度制御中に、刻々、上記電熱体が示す現在の抵抗値を測定し、
上記記憶部に記憶されている既知の抵抗比の温度特性データに対して上記基準温度抵抗値を乗算して温度対抵抗値特性データを取得し、この温度対抵抗値特性データに基づいて、上記現在の抵抗値に応じて上記電熱体の現在温度を求めることを特徴とする。
【００２９】
この一実施形態の電熱体温度推定方法では、追加の温度センサを設けることなく、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度を検知することができる。
【００３０】
さらに別の局面では、この開示のプログラムは、上記電熱体温度推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３１】
この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記電熱体温度推定方法を実施することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上より明らかなように、この開示の電熱体温度推定システム及び電熱体温度推定方法は、追加の温度センサを設けることなく、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度を検知することができる。また、この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記電熱体温度推定方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の一実施形態の電熱線温度推定システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】上記電熱線温度推定システムに含まれた温度コントローラのハードウェア構成を示す図である。
【図３Ａ】上記温度コントローラの演算部が実行する電熱線温度推定処理（電熱線温度推定方法）のメインフローを示す図である。
【図３Ｂ】上記温度コントローラの演算部が実行する電熱線温度推定処理（電熱線温度推定方法）の電熱線の冷却待ちサブルーチンのフローを示す図である。
【図３Ｃ】上記温度コントローラの演算部が実行する電熱線温度推定処理（電熱線温度推定方法）の抵抗値温度特性更新サブルーチンのフローを示す図である。
【図３Ｄ】上記温度コントローラの演算部が実行する電熱線温度推定処理（電熱線温度推定方法）の温度推定サブルーチンのフローを示す図である。
【図４】上記電熱線温度推定システムに含まれた電気抵抗ヒータを構成するニッケルクロム線２種からなる電熱線の温度対（ｖｓ）抵抗比特性を示す図である。
【図５】上記電熱線温度推定システムに含まれた電気抵抗ヒータを構成するニッケルクロム線２種以外の材料からなる電熱線の温度対（ｖｓ）抵抗比特性を示す図である。
【図６】上記電熱線温度推定システムに含まれた電気抵抗ヒータを構成するニッケルクロム線２種からなる電熱線の温度対（ｖｓ）抵抗値特性を示す図である。
【図７】上記電熱線温度推定システムに含まれた電気抵抗ヒータを構成するニッケルクロム線１種からなる電熱線の温度対（ｖｓ）抵抗値特性を示す図である。
【図８】上記電熱線温度推定システムに用いる直線補間処理を示す図である。
【図９】上記電熱線温度推定システムに用いる常温抵抗値測定タイミングを示す図である。
【図１０】上記電熱線温度推定システムに用いる常温抵抗値測定タイミングに関する通電動作開始直後の動作概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１は、この発明の電熱体温度推定システムの一実施形態としての電熱線温度推定システム２００の構成を模式的に示している。この電熱線温度推定システム２００は、加熱対象物９０の筐体（１点鎖線で示す。）に収容または搭載された電気抵抗ヒータ（以下、単に「ヒータ」という。）２０および温度センサ３０と、この温度センサ３０の出力（対象物温度信号ＴＯ）に基づいてヒータ２０への通電電流をオンオフ制御するための温度コントローラ１００とを備えている。
【００３６】
ヒータ２０は、この例では、このヒータの外壁をなす細長い円筒状の鋼管からなるケース２０ａと、ケース２０ａ内部に配置された、通電されて発熱する電熱体の一例としての電熱線２０ｘとを有している。電熱線２０ｘの線種は、この例では、日本工業規格（ＪＩＳＣ２５２０）に規定された電熱用ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）になっている。ヒータ２０は、一対の配線１２１，１２２によって、この例では単相１００ボルトの商用電源１２０に接続されている。一方の配線１２１には、スイッチング素子としてのソリッドステートリレー（ＳＳＲ）１１０が介挿されている。他方の配線１２２には、変流器（ＣＴ）からなる電流計７１が取り付けられている。また、ヒータ２０の両側の配線１２１，１２２にまたがって、計器用変圧器（ＶＴ）からなる電圧計７０が接続されている。
【００３７】
ソリッドステートリレー１１０は、温度コントローラ１００からのオンオフ制御信号Ｃｔｌによってオンオフ制御される。オンオフ制御信号Ｃｔｌは、この例では、１秒間ないし２秒間周期の矩形波になっている。オンオフ制御信号Ｃｔｌのデューティ（すなわち、１周期中のオン期間の割合）は、操作量（これをＭＶとする。）に従って設定される。これにより、ソリッドステートリレー１１０のオン期間の間、商用電源１２０によってヒータ２０が通電（電熱線２０ｘの通電と同義。本明細書を通して同様。）される。
【００３８】
電流計７１は、ヒータ２０への通電電流の電流値Ｉを検出する。電圧計７０は、ヒータ２０への印加電圧の電圧値Ｖを検出する。電流計７１が検出する電流値Ｉと、電圧計７０が検出する電圧値Ｖは、温度コントローラ１００に入力される。
【００３９】
温度コントローラ１００は、図２に示すように、ハードウェアとして、この例では、演算部１１と、表示器１２と、操作部１３と、記憶部１４と、データ入力部１５と、出力部１７と、通信部１６とを備えている。
【００４０】
演算部１１は、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作するＣＰＵ（中央演算処理ユニット）を含み、後述の電熱線温度推定方法に従う処理や、その他の各種処理を実行する。
【００４１】
操作部１３は、この例では、キー入力スイッチ及び設定スイッチからなり、ユーザ（操作者）からの指示及びデータなどを入力または設定するために用いられる。この例では、操作部１３の設定スイッチには、加熱対象物９０を加熱すべき目標温度Ｔtarget＝１００℃が設定されているものとする。
【００４２】
表示器１２は、この例では、ＬＥＤ（発光ダイオード）アレイからなり、演算部１１からの制御信号に従って、数値等の表示を行う。この例では、表示器１２は、表示器１２の第１の表示領域に、電熱線２０ｘの現在の温度Ｔｅｉを表示するために用いられる。表示器１２は、表示器１２の第２の表示領域に、設定された目標温度Ｔtarget、加熱対象物９０の現在温度ＴＯを表示するために用いられる。表示器１２は、表示器１２の第３の表示領域に、警報信号ＡＳを表示するために用いられる。
【００４３】
記憶部１４は、この例では、非一時的にデータを記憶し得るＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ）、および、一時的にデータを記憶し得るＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を含んでいる。この記憶部１４には、演算部１１を制御するためのソフトウェア（コンピュータプログラム）が格納されている。また、この例では、記憶部１４には、図４（Ｂ）に示すように、ヒータを構成している電熱線２０ｘの電熱線種（この例では、ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２））の常温抵抗比温度特性データが表として記憶されている。さらに、記憶部１４には、電熱線２０ｘが示す基準温度（常温）の抵抗値が常温抵抗値Ｒ０として記憶される。また、常温抵抗比温度特性データに対応した抵抗値温度特性データが記憶される。また、加熱対象物９０の温度制御中に、電熱線２０ｘが示す抵抗値が現在の抵抗値Ｒｉとして記憶される。これらの記憶内容については、後に詳述する。
【００４４】
この例では、上述の常温抵抗比温度特性データは、図４（Ｂ）の表に示すように、電熱線種としての「ニッケルクロム線２種」ついて、基準温度（常温）のときの、１００℃〜９００℃の温度範囲にわたる、既知の抵抗比、すなわち、（基準温度よりも高い温度での抵抗値）／（基準温度での抵抗値）の離散的なデータを含んでいる。「ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）」の抵抗比は、図４（Ａ）中のグラフＣｘによって分かるように、温度上昇につれて単調に増加している。なお、このグラフＣｘは、特性の概略を理解し易くするために、図４（Ｂ）の表に示すような離散的なデータに基づいて補間することによって連続した形態で示されている。
【００４５】
さらに、常温抵抗比温度特性データは、「ニッケルクロム線２種」に限られるものでなく、「ニッケルクロム線２種」以外の電熱線種であってもよい。例えば、図５（Ｂ）の表に示すように、電熱線種としての「ニッケルクロム線１種」、「鉄クロム線１種」、「鉄クロム線２種」ついてそれぞれ、基準温度（常温）のときの、１００℃〜９００℃の温度範囲にわたる、既知の抵抗比、すなわち、（基準温度よりも高い温度での抵抗値）／（基準温度での抵抗値）の離散的データを含んでいてもよい。「ニッケルクロム線１種」は、温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線の一例である。つまり、「ニッケルクロム線１種」の抵抗比は、図５（Ａ）中のグラフＣ１によって分かるように、常温２３℃から温度上昇するにつれて増加し、４００℃近傍で極大Ｐ１を示し、さらに温度上昇すると次第に減少して８００℃近傍で極小Ｐ２を示し、さらに温度上昇すると再び上昇している。「鉄クロム線１種」、「鉄クロム線２種」は、上記特定のニッケルクロム線以外の線種の例である。つまり、「鉄クロム線１種」の抵抗比は、図５（Ａ）中のグラフＣ２によって分かるように、そのような極大、極小を示さず、温度上昇につれて単調に増加している。同様に、「鉄クロム線２種」の抵抗比も、図５（Ａ）中のグラフＣ３によって分かるように、そのような極大、極小を示さず、温度上昇につれて単調に増加している。ただし、「鉄クロム線１種」の抵抗比の増加よりも、「鉄クロム線２種」の抵抗比の増加が大きく、それは、特に８００℃〜９００℃のような高温で顕著になっている。これらの抵抗比温度特性の離散的なデータは、後述のように、ヒータ２０の電熱線の抵抗値温度特性データを作成するための資料として用いられる。
【００４６】
図２中に示すデータ入力部１５は、この例では、ＡＤ（アナログ・ツー・デジタル）変換器を含んでいる。データ入力部１５は、電流計７１からの電流値Ｉと、電圧計７０からの電圧値Ｖとを表す信号を受けて、ＡＤ変換を行って、演算部１１に入力する。
【００４７】
出力部１７は、演算部１１からの制御信号に従って、ソリッドステートリレー１１０をオンオフ制御する信号（オンオフ制御信号Ｃｔｌ）を出力する。ソリッドステートリレー１１０は、オンオフ制御信号Ｃｔｌに応じて、商用電源１２０につながる配線１２１を導通または遮断する。
【００４８】
通信部１６は、演算部１１によって制御されて所定の情報を外部の装置に送信したり、また、外部の装置からの情報を受信して演算部１１に受け渡したりする。この例では、通信部１６は、外部の装置からの指示（コマンド信号ＣＭ）を受信する。また、通信部１６は、図示しない上位装置へ警報信号ＡＳを送信する。
【００４９】
図１中に示すように、この例では、プログラムされた演算部１１によって、ＰＩＤ制御部４１と、出力信号作成部４８と、抵抗算出部４４と、温度推定部４９と、表示処理部５０とが構成されている。ＰＩＤ制御部４１、および出力信号作成部４８は、温度制御部４０を構成している。温度センサ３０、電気抵抗ヒータ２０、温度制御部４０、およびソリッドステートリレー１１０は、温度制御システムを構成している。また、電流計７１、電圧計７０、および抵抗算出部４４は、電熱線２０ｘが示す抵抗値を基準温度抵抗値として測定する第１抵抗測定部および電熱線２０ｘが示す現在の抵抗値を測定する第２抵抗測定部を構成している。温度推定部４９は電熱線温度取得部を構成している。これらの各部の動作については、次に述べる図３Ａ〜図３Ｃの電熱線温度推定処理のフローの中で説明する。
【００５０】
図３Ａ〜図３Ｄは、温度コントローラ１００の演算部１１が実行する電熱線温度推定処理（電熱体温度推定方法の一例としての電熱線温度推定方法）のフローを示している。ユーザ（操作者）による、図２中に示した操作部１３を介した開始指示、または、通信部１６を介した開始指示（コマンド指示ＣＭ）を受けると、演算部１１は、この電熱線温度推定処理のフローを開始する。
【００５１】
まず、図３ＡのステップＳ１に示すように、演算部１１は電熱線２０ｘの冷却待ちを実行する。すなわち、図３Ｂに示す電熱線の冷却待ちサブルーチンを実行する。詳しくは、演算部１１は、温度センサ３０から対象物温度信号ＴＯを入力して、ステップＳ１１で加熱対象物の温度が３０℃以下であるか否か判断する（ステップＳ１１）。対象物温度が３０℃を超える場合（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。加熱対象物の温度が３０℃以下である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。
【００５２】
次に、演算部は、図１中に示した電流計７１によって測定された電流値Ｉを入力して、電熱線２０ｘが通電状態であるか否か判断する。電熱線２０ｘが通電状態である場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１１に戻る。電熱線２０ｘが通電状態でない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１３に進む。演算部１１は、無通電状態が１時間経過したか否か判断する（ステップＳ１３）。無通電状態が１時間経過しない場合（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。無通電状態が１時間経過した場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）メインフローに戻って、次の抵抗値温度特性更新サブルーチンに進む。この例では、電熱線温度推定システム２００が、無通電状態を１時間以上経過するには、夜間などが利用され得る。
【００５３】
次に、図３ＡのステップＳ２に示すように、演算部１１は抵抗値温度特性更新を実行する。すなわち、図３Ｃに示す抵抗値温度特性更新サブルーチンを実行する。詳しくは、演算部１１は、図１中に示した電流計７１によって測定された電流値Ｉを入力して、電熱線２０ｘが通電開始しているか否か判断する（ステップＳ１４）。電熱線２０ｘが通電開始していない場合（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１４の処理を繰り返す。電熱線２０ｘが通電開始している場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５に進む。
【００５４】
通電中には、演算部１１は温度制御部４０として働いて、温度センサ３０の出力に基づいて、加熱対象物９０が予め定められた目標温度Ｔtargetになるように電源１２０から電気抵抗ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘへの通電電流を制御する。
【００５５】
次に、図３ＣのステップＳ１５に示すように、演算部１１は１周期経過したか否か判断する。通電開始してから１周期経過していない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１６に進み、演算部１１は、図１中に示した電流計７１によって測定された電流値Ｉ，電圧計７０によって測定された電圧値Ｖを、それぞれ図２中に示したデータ入力部１５を介して入力する（ステップＳ１６）。通電開始してから１周期経過した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１７に進む。この例では、１周期経過を判断したが、これに限られない。この通電開始の周期については後述する。
【００５６】
次に、図３ＣのステップＳ１７に示すように、演算部１１は第１抵抗測定部をなす抵抗算出部４４として働いて、電熱線２０ｘが示す抵抗値を常温抵抗値Ｒ０＝電圧値Ｖ／電流値Ｉとして算出して求める。この例では、常温抵抗値は、Ｒ０＝１０Ωであった。この常温抵抗値の測定タイミングについては後述する。
【００５７】
次に、演算部１１は、記憶部１４に記憶されている抵抗比温度特性データに、常温抵抗値Ｒ０を乗じて抵抗値温度特性データを作成する（ステップＳ１８）。この例では、図４（Ｂ）に示したニッケルクロム線２種の離散的な抵抗比温度特性データを用い、これに対応した、離散的な抵抗値温度特性データを作成して、記憶部１４に記憶する。なお、特性の概略を理解し易くするために、後述する補間処理をすることによって連続的に作成されたグラフＣｚを図６に示す。その後に、メインルーチンに戻る。
【００５８】
次に、図３ＡのステップＳ３に示すように、演算部１１は温度推定を実行する。すなわち、図３Ｄに示す温度推定サブルーチンを実行する。詳しくは、演算部１１は、図１中に示した電流計７１によって測定された電流値Ｉｉ，電圧計７０によって測定された電圧値Ｖｉを、それぞれ図２中に示したデータ入力部１５を介して入力する（ステップＳ１９）。次に、演算部１１は第２抵抗測定部をなす抵抗算出部４４として働いて、電熱線２０ｘが示す現在の抵抗値Ｒｉ＝電圧値Ｖｉ／電流値Ｉｉとして算出して求める。次に、演算部１１は、現在の抵抗値Ｒｉが上述の離散的な抵抗値温度特性データに存在するか否か判断する（ステップＳ２１）。現在の抵抗値Ｒｉが抵抗値温度特性データに存在する場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２に進み、演算部１１は温度推定部４９として働いて、記憶部１４に記憶されている抵抗値温度特性データの抵抗値Ｒｉに基づいて対応する温度Ｔｅｉを読み込む（ステップＳ２２）。一方、現在の抵抗値Ｒｉが抵抗値温度特性データに存在しない場合（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ２３に進み、後述する直線補間によって温度Ｔｅｉを算出して求める（ステップＳ２３）。
【００５９】
図８は、演算部１１が温度推定部４９として働いて、直線補間によって温度Ｔｅｉを算出して求める処理の概略を示している。図８に示すように、抵抗値温度特性での離散的な抵抗値（図４（Ｂ）の表に掲げられた値に相当）をｙ０，ｙ１、現在の抵抗値をｙとし、また、離散的な温度をｘ０，ｘ１とした場合、現在の温度ｘは、次の直線補間式によって表される。
【００６０】
【数１】
2020034293.tif 000003
【００６１】
この例では、電流値Ｉｉ＝９．２０Ａ、電圧値Ｖｉ＝１００Ｖが測定され、現在の抵抗値Ｒｉ＝１００／９．２０＝１０．８７Ωであった。ここで、ニッケルクロム線２種の抵抗値温度特性データは、抵抗値温度特性更新サブルーチン（図３Ｃ）によって算出され、記憶部１４に記憶されている（次の表１の通りである。）。これにより、ｘ０＝７００、ｘ１＝８００、ｙ＝１０．８７、ｙ０＝１０．８５、ｙ１＝１０．９０を、それぞれ、上記直線補間式に代入することによって、電熱線温度Ｔｅｉ＝７４０℃が算出により求められる。
（表１）
2020034293.tif 000004
【００６２】
このように、演算部１１は、記憶部１４に記憶されている抵抗値温度特性データの抵抗値Ｒｉに基づいて対応する温度Ｔｅｉを直接読み込む（ステップＳ２２）か、または、直線補間によって温度Ｔｅｉを算出すること（ステップＳ２３）によって、現在の温度Ｔｅｉを求める。その後、メインルーチンに戻る。
【００６３】
次に、図３ＡのステップＳ４に示すように、演算部１１は表示処理部５０として働いて、図２中に示した表示器１２の第１の表示領域に、電熱線２０ｘの現在の温度Ｔｅｉを表示する。これに併せて、表示器１２の第２の表示領域に、温度センサ３０により測定した加熱対象物９０の対象物温度ＴＯを表示する。次の表２に表示例を示す。
（表２）
2020034293.tif 000005
【００６４】
図３ＡのステップＳ５に示すように、演算部１１は、加熱動作が終了したか否かを判断する。加熱動作が終了していない場合（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ３に戻って温度推定サブルーチンを続ける。加熱動作が終了している場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、演算部１１は電熱線温度推定処理を終了する。
【００６５】
なお、ユーザによる、図２中に示した操作部１３を介した終了指示、または、通信部１６を介した終了指示（コマンド指示ＣＭ）を受けると、演算部１１は、この電熱線温度推定処理のフローを終了する。
【００６６】
図９は、電熱線温度推定方法における常温抵抗値測定タイミングを示している。電熱線温度推定処理は、常温抵抗値測定タイミングを、電熱線２０ｘが通電開始された直後に設定することができる。その後、２４時間間隔、すなわち、図９中Δ印で示す（常温抵抗）タイミングに設定することができる。
【００６７】
図１０（Ａ）は、電熱線温度推定方法における常温抵抗値測定タイミングを通電動作開始直後の電源電圧の１周期（Ｔｉｎｔ）とする場合の概略を示している。図１０（Ａ）中グラフＣｔは、電熱線２０ｘの時間経過に伴う温度変化を示す。図１０（Ａ）によって分かるように、通電動作開始直後の数周期以内では電熱線２０ｘの温度上昇は低く抑えられている。この例では、電源周波数５０Ｈｚを用い、１周期Ｔｉｎｔ＝２０ｍｓであった。電熱線２０ｘの常温抵抗測定は、通電動作開始直後、すなわち、最初の１周期以内とすることにより、この電熱線温度推定システム２００は、電熱線２０ｘの通電による温度上昇の影響を受けずに常温付近での抵抗値が測定できる。これにより、電熱線温度の検知精度を向上させることができる。図１０（Ｂ）に示すように、温度制御部４０は、電流制御方式として、サイクル制御または位相制御（操作量ＭＶ＝７５％）などを採用することができる。この例では、通電動作開始直後の期間は、電熱線２０ｘの温度上昇幅が１０℃以内の期間にすることができる。また、電熱線２０ｘの温度が５０℃以内である期間とすることができる。また、通電動作開始直後の期間は、電源電圧周期の１０周期間分以下である期間とすることができる。これらの例では、同様に、この電熱線温度推定システム２００は、電熱線２０ｘの通電による温度上昇の影響を受けずに常温付近での抵抗値が測定できる。これにより、電熱線温度の検知精度を向上させることができる。
【００６８】
図７は、電熱線２０ｘが「ニッケルクロム線１種」からなる場合の温度対抵抗値特性を示す。「ニッケルクロム線１種」の温度対抵抗値特性は、図７中のグラフＣ１ｒによって分かるように、常温２３℃から温度上昇するにつれて増加し、４００℃近傍で極大Ｐ１ｒを示し、さらに温度上昇すると次第に減少して８００℃近傍で極小Ｐ２ｒを示し、さらに温度上昇すると再び上昇している。つまり、「ニッケルクロム線１種」が極大または極小を示すときの温度は特定されている。したがって、これらの温度を基準温度として採用することにより、電熱体温度の検知精度を向上させることができる。
【００６９】
さらに、図１ＡのステップＳ３の温度推定サブルーチンで求めた電熱線２０ｘの現在の温度Ｔｅｉが、予め定められた閾値温度Ｔｔｈ以上に達した時、演算部１１は警報信号ＡＳを表示器１２の第３の表示領域に表示することができる。これに併せて、演算部１１は通信部１６を介して警報信号ＡＳを上位装置へ出力することができる。これにより、電熱線２０ｘの現在の温度Ｔｅｉが、閾値温度Ｔｔｈ以上に達した時、ユーザ（使用者）に電熱線の異常を知らせることができる。この例では、赤色ＬＥＤが点滅する。次の表３に表示例を示す。
（表３）
2020034293.tif 000006
【００７０】
なお、電熱線の線種が、ニッケルクロム線１種であった場合、図５（Ａ）に示すように温度特性のグラフＣ１は、極大Ｐ１極小Ｐ２を示す範囲を除き抵抗と温度とは１対１対応を示す。したがって、温度測定可能範囲として、０〜５００℃の範囲を利用することができる。また、ニッケルクロム線１種以外の線種であった場合、図５（Ａ）に示す温度特性のグラフＣ２，Ｃ３は、１対１対応を示す。したがって、温度測定可能範囲として、０〜９００℃の範囲を利用することができる。
【００７１】
上述のように、この電熱線温度推定システム及び電熱線温度推定方法は、追加の温度センサを設けることなく、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱線の温度を検知することができる。
【００７２】
上の例では、警報は、赤色ＬＥＤの点滅としたが、これに限られるものではない。警報は、ブザー音、電子音、音声合成音または警告メッセージ表示など任意の種類の視覚的または聴覚的警報であってもよい。
【００７３】
また、上述の電熱線温度推定方法を、ソフトウェア（コンピュータプログラム）として、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル万能ディスク）、フラッシュメモリなどの非一時的（non-transitory）にデータを記憶可能な記録媒体に記録してもよい。このような記録媒体に記録されたソフトウェアを、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンツ）、スマートフォン、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）などの実質的なコンピュータ装置にインストールすることによって、それらのコンピュータ装置に、上述の電熱線温度推定方法を実行させることができる。
【００７４】
また、上述の実施形態では、温度コントローラ１００に上述の電熱線温度推定方法に係るソフトフェアを組み込み、温度コントローラ１００の動作モードの一つとして、上述の電熱線温度推定方法を行う例について説明した。しかしながら、これに限られるものではない。温度コントローラ１００とは別に設けられた、コンピュータ装置が温度コントローラ１００を温度制御部４０として用いて、電熱線温度推定方法を実行させてもよい。
【００７５】
上述の実施形態では、ヒータ２０を構成する電熱体は電熱線２０ｘであるとしたが、これに限られるものではない。ヒータ２０を構成する電熱体は、電熱線および／または電熱帯であってもよい。これにより、電熱線温度推定システム、電熱線温度推定方法の概念は、それぞれ電熱体温度推定システム、電熱体温度推定方法に拡張され得る。
【００７６】
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１１演算部
１２表示器
１４記憶部
１６通信部
２０ヒータ
７０電圧計
７１電流計
１００温度コントローラ
２００電熱線温度推定システム
【図１】
2020034293.tif 000007
【図２】
2020034293.tif 000008
【図３Ａ】
2020034293.tif 000009
【図３Ｂ】
2020034293.tif 000010
【図３Ｃ】
2020034293.tif 000011
【図３Ｄ】
2020034293.tif 000012
【図４】
2020034293.tif 000013
【図５】
2020034293.tif 000014
【図６】
2020034293.tif 000015
【図７】
2020034293.tif 000016
【図８】
2020034293.tif 000017
【図９】
2020034293.tif 000018
【図１０】
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