(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田こてのこて先を加熱するヒータ（３）と、
該ヒータの温度を検出する温度検出手段（２）と、
前記ヒータの温度を所定温度に設定する温度設定手段（６ａ）と、
前記温度検出手段から出力される検出値が前記温度設定手段の設定値よりも小さい場合、ヒータに通電する通電手段（７，１２，１６）と、
通電によってヒータが前記所定温度に加熱された後、前記温度設定手段の設定値を時間積分した値に基づいて設定された所定時間だけヒータに通電する通電補正手段（１３）と、
を具備することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
通電補正手段（１３）によるヒータ（３）の通電時間は、該ヒータからこて先までの熱伝導特性に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田こて等に用いて好適な温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度検出センサを用いる必要のないヒータの温度制御回路の一例が文献：ＮＥＣデータブック、『小中電力サイリスタ』（１９９４年８月版の２９７頁）等に示されている。
【０００３】
この温度制御回路は、電源の投入後、まず最初にマルチバイブレータが出力する一定周期のパルスに基づいてヒータに通電することによりヒータ温度（ヒータの抵抗値）を検出し、該温度検出値が所定の設定温度（設定抵抗値）よりも低い場合には、比較回路によって設定温度になるまで連続してヒータに通電してヒータ温度を上昇させ、該温度が所定の設定温度に達すると上記マルチバイブレータ出力に同期したタイミングでヒータの温度を検出することにより定常的な温度制御を行うものである。
【０００４】
すなわち、この温度制御回路は、予め求められているヒータの抵抗値の温度特性を利用することにより、マルチバイブレータから出力される一定周期のパルスに同期してヒータ温度をサンプリングし、温度検出センサを用いることなくヒータの温度制御を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したヒータの温度制御回路を半田こてに応用した場合、電源投入後におけるヒータの温度並びに該ヒータによって加熱されるこて先の温度は、図７に示すような特性になる。すなわち、こて先の温度は、特性ＬKによって示すようにヒーター温度（特性ＬH）に対して時間的に遅れて立ち上がり、ヒータの温度は、こて先温度が設定温度Ｔ1に到達する以前の時刻ｔsにおいて設定温度Ｔ2に到達し、ヒータの間欠通電による定常的な温度制御状態に至る。
【０００６】
したがって、ヒータ温度が設定温度Ｔ2に到達して以後、こて先の温度の温度上昇特性ＬKはなだらかとなり、設定温度Ｔ1に到達するまでに時間を要するという問題があった。また、ヒータ温度を高温に設定しようとした場合には、低温に設定しようとした場合に比較して設定温度に到達するまでにさらに多くの時間を要するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、こて先の温度を設定温度に速やかに到達させることが可能な温度制御装置の提供を目的としている。また、簡単構成によって上記課題を解決することも本発明の目的とするところである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上述した目的を達成するために、被加熱手段を加熱するヒータと、該ヒータの温度を検出する温度検出手段と、前記ヒータの温度を所定温度に設定する温度設定手段と、前記温度検出手段から出力される検出値が前記温度設定手段の設定値よりも小さい場合、ヒータに通電する通電手段と、通電によってヒータが前記所定温度に加熱された後、所定時間だけヒータに通電する通電補正手段とを具備することを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、通電補正手段は、温度設定手段の設定値によって駆動されることを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、通電補正手段は、温度設定手段の設定値を時間積分した値に基づいてヒータの通電時間を設置することを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、通電補正手段によるヒータの通電時間は、該ヒータからこて先までの熱伝導特性に基づいて設定されることを特徴としている。
【００１２】
【作用】
ヒータに通電した場合、ヒータによって加熱される被加熱手段はヒータ本体よりも時間的に遅れて設定温度に到達する。本発明によれば、ヒータは設定温度に到達した後、すなわちヒータが間欠通電による定常温度制御状態に至った後においても、通電補正回路によって所定時間強制的に通電される。したがって、被加熱手段は速やかに所定温度に到達する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の半田こて用温度制御回路の回路図である。この図において、符号１は電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの交流電圧を出力する商用電源であり、この商用電源１の両端にはブリッジ回路２が接続されている。
【００１４】
このブリッジ回路２は、ヒータ３、抵抗４、半固定抵抗５（抵抗５ａと半固定抵抗５ｂの合成抵抗）、及び可変抵抗（温度設定手段）６（可変抵抗６ａと抵抗６ｂの合成抵抗）から構成されており、ヒータ３の温度つまり抵抗値によって定まる接点ａの電圧と、ヒータ３の設定温度を規定する可変抵抗６ａの値によって定まる接点ｂの電圧とを比較対象電圧として出力する。なお、商用電源１と抵抗４との接続ラインは共通ラインであり、共通電位例えば接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。
【００１５】
上記ヒータ３は、半田こてのこて先（被加熱手段）を加熱するためのものであり、例えば抵抗温度係数が比較的大きなセラミック・ヒータである。また、ヒータ３は、常温〜５００゜Ｃの温度範囲に亘って抵抗値が明確になっているものであり、例えば常温における抵抗値が３５Ωで温度上昇と共に該抵抗値が一定の割合で増加するものである。可変抵抗６ａは、その設定値によって上記ブリッジ回路の平衡状態、すなわちヒータ３の設定温度を規定するものである。
【００１６】
また、ヒータ３と接点ａとの間にはトライアック７が介挿されており、このトライアック７は、ゲート端子Ｇに負極性電圧が印加されるとオンして第１電極Ｔ1と第２電極Ｔ2とを短絡し、ヒータ３と抵抗４とを接続状態とする。なお、このトライアック７と、以下に説明するコンパレータ１２及びトリガ回路１６は通電手段を構成している。
【００１７】
半固定抵抗５は、商用電源１とヒータ３との接点にダイオード８を介して接続されている。このダイオード８は、カソード端子が商用電源１側に接続されており、抵抗５側に負極性の半波整流電圧を供給する。また、この半波整流電圧を受けて抵抗９及びコンデンサ１０とによって形成される平滑回路により、電源ライン１１には負極性電圧、例えば−８ボルトが電源として供給される。
【００１８】
符号１２はコンパレータであり、抵抗１２ａを介してプラス（＋）入力端子に入力される上記接点ａの電圧と抵抗１２ｂを介してマイナス（−）入力端子に入力される接点ｂ（半固定抵抗５と可変抵抗６との接続点）の電圧を比較し、接点ａの電圧が接点ｂの電圧よりも大きい場合には「ハイ」電圧（接地電位）を出力し、接点ａの電圧が接点ｂの電圧以下の場合には「ロー」電圧（マイナス電位）を出力する。
【００１９】
次に、符号１３は、こて先の温度の立ち上がり時間を短くするために設けられた通電補正回路である。この通電補正回路１３は、接点ｂにカソード端子が接続されるダイオード１３ａと、該ダイオード１３ａのアノード端子に接続された抵抗１３ｂ、該抵抗１３ｂの両端とＧＮＤとの間にそれぞれ接続されたコンデンサ１３ｃ、１３ｄによって形成された積分回路、及び該積分回路の出力電圧Ｖcが抵抗１３ｅを介してマイナス入力端子に入力されると共に、抵抗１３ｆと抵抗１３ｇとによって分割された基準電圧ＶRがプラス入力端子に入力されるコンパレータ１３ｈとによって形成されている。
【００２０】
すなわち、通電補正回路１３は、接点ｂの電圧を時間積分して得られる電圧Ｖcが電圧ＶRよりも大きい場合に「ロー」電圧を出力し、電圧Ｖcが電圧ＶR以下の場合には「ハイ」電圧をコンパレータ１３ｈの出力とする。
【００２１】
ここで、積分回路の時定数すなわち抵抗１３ｂの抵抗値及びコンデンサ１３ｃ、１３ｄの容量値は、
▲１▼ こて先の熱容量、
▲２▼ ヒータ３からこて先までの距離等によって決まる熱損失、及び熱伝達の時間遅れ等の熱伝導特性、
▲３▼ 電源周波数、
等を考慮して最適値に設定されている。
【００２２】
例えば、電源周波数については、商用電源１の周波数が５０Ｈｚの場合、周波数６０Ｈｚの場合と比較して電圧Ｖcの立ち上がりが遅くなる。すなわち、周波数５０Ｈｚにおいて周波数６０Ｈｚの場合と同じ時間で電圧Ｖcが所定電圧に到達させるためには、上記積分回路の時定数を周波数６０Ｈｚの場合よりも小さくする必要がある。
【００２３】
このことを考慮し、本実施形態の半田こて用温度制御回路では、商用電源１の周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合とで電圧Ｖcが所定電圧に到達する時間が大きく変化しないように、周波数５０Ｈｚにおける最適時定数と６０Ｈｚにおける最適時定数の中間に積分回路の時定数を設定している。
【００２４】
また、抵抗１３ｅは、コンパレータ１３ｈのマイナス入力端子の入力抵抗を増大させるために設けられたものであり、半田こての電源をＯＦＦとした場合にコンデンサ１３ｄが放電されて電圧Ｖcが急速に接地電位となることを防止するものである。なお、抵抗１３ｅの挿入目的については後述する。
【００２５】
符号１４はマルチバイブレータである。該マルチバイブレータ１４は、コンパレータ１４ａのマイナス入力端子と出力端子との間に接続された抵抗１４ｂの抵抗値と、該マイナス入力端子とＧＮＤとの間に接続されたコンデンサ１４ｃの容量とによって決定される時定数、並びに、該コンデンサ１４ｃの容量と、コンパレータ１４ａの出力端子カソード端子が接続されたダイオード１４ｄのアノード端子と該コンパレータ１４ａのマイナス入力端子との間に接続された抵抗１４ｅとによって決定されるもう１つの時定数とにより、一定周期例えば２秒毎にパルス幅２０ｍｓの「ロー」パルスを出力する。
【００２６】
なお、上記コンパレータ１４ａのプラス入力端子と出力端子との間には抵抗１４ｆが正帰還用抵抗として接続されると共に、該プラス入力端子には抵抗１４ｇと抵抗１４ｈとによって分割された電圧がバイアス電圧として供給されている。
【００２７】
符号１５はダイオード１５ａ、１５ｂ、１５ｃの各カソード端子が入力端となる３入力ＯＲゲート回路であり、その出力端は抵抗１５ｄ及び抵抗１５ｅによってバイアスされている。このＯＲゲート回路１５はコンパレータ１２、通電補正回路１３、及びマルチバイブレータ１４の各出力を入力してトリガ回路１６に出力する。
【００２８】
トリガ回路１６は、ゼロクロス・スイッチ１６ａ（例えばμPC1701、日本電気製ＩＣ）及び抵抗１６ｂ、コンデンサ１６ｃとから構成されている。このゼロボルト・スイッチ１６ａの４番端子には上記ＯＲゲート回路１５の出力が、また８番端子には上記商用電源１を抵抗１６ｂとコンデンサ１６ｃによって遅延させられた信号が入力され、４番端子の電圧が「ロー」電圧の期間において６番端子（出力端）には８番端子に入力された交流電圧のゼロクロス点、すなわちＧＮＤ電圧となる点において「ロー」パルスを出力する。すなわち、上記抵抗１６ｂとコンデンサ１６ｃは、商用電源１の交流電圧のゼロクロス点に対して「ロー」パルスが出力されるタイミングを調節するためのものである。
【００２９】
また、ゼロクロス・スイッチ１６ａの出力端は、発光ダイオード１７及び抵抗１８を介してトライアック７のゲート端子Ｇに接続されており、上記「ロー」パルスが出力されるとゲート電流が流れて発光ダイオード１７が発光するように構成されている。
【００３０】
次に、以上のように構成された半田こて用温度制御回路の動作について、図２〜図４に示すタイミング図を参照して詳しく説明する。
なお、図２は、上記通電補正回路１３を動作させない場合における電源投入直後のタイミング図であり、図３はヒータ温度が設定温度に到達した後におけるタイミング図、さらに、図４は通電補正回路１３を動作させた場合におけるタイミング図である。
【００３１】
まず、図２において、商用電源１の電源電圧、すなわち０ボルト（ＧＮＤ電位）を基準に約±１４１ボルトの波形（Ａ）が該温度制御回路に供給されると、電源ライン１１の直流電源電圧の立ち上がりに応じてマルチバイブレータ１４は、波形（Ｂ）に示すように時刻ｔ1（電源投入時刻）、ｔ2、……において２秒間隔で２０ｍｓ幅のパルスＢ1、Ｂ2、……を出力する。
【００３２】
そして、まず、パルスＢ1によって、ゼロクロス・スイッチ１６ａは、時刻ｔa1、ｔa2において、すなわち電源電圧（Ａ）が０ボルトとクロスする時刻においてパルス幅の狭いパルスを出力する。この結果、該トライアック７は電源電圧（Ａ）の一周期だけＯＮ状態となり、ヒータ３が通電される。
【００３３】
ヒーター３が通電されると、接点ａつまりコンパレータ１２のプラス入力端子の電圧は、電源電圧（Ａ）がヒータ３の抵抗値と抵抗４の抵抗値によって分圧された電圧となり、すなわち波形（Ｄ）で示される電圧パターンとなる。ここで、ヒータ３の抵抗値は、このときのヒータ３自らの温度によって定まる抵抗値である。
【００３４】
一方、このときの接点ｂつまりコンパレータ１２のマイナス入力端子の電圧は、電源電圧（Ａ）の半波整流電圧が半固定抵抗５の抵抗値と可変抵抗６の抵抗値によって分圧された電圧、すなわち波形（Ｅ）で示される電圧パターンとなる。
【００３５】
コンパレータ１２は、該ヒータ３の通電時における接点ａと接点ｂの電圧を比較し、接点ａの電圧が接点ｂの電圧よりも低い場合、すなわちヒータ３の温度が設定温度よりも低い場合には、パルスＦ1を出力する。この結果、ゼロクロス・スイッチ１６ａは時刻ｔa3、ｔa4においてパルスを出力し、ヒータ３は次の一周期においても通電される。
【００３６】
ゼロクロス・スイッチ１６ａは、このようにコンパレータ１２から出力されるパルスＦ1、Ｆ2、……によって連鎖的にパルスを出力し、ヒータ３は設定温度に達するまで連続的に通電される。そして、ヒータ３の温度が設定温度に達すると、図３に示すようにコンパレータ１２からはパルスが出力されないので、ヒータ３は、マルチバイブレータ１４の出力パルスのみに基づいて２秒置きに間欠的に通電される定常的な温度制御状態となる。
【００３７】
しかし、図７に示したように、ヒータ３の温度制御が該定常的な温度制御状態になった時点において、ヒータ３の温度に対して時間的に遅れて立ち上がるこて先温度は設定温度Ｔ1に到達しておらず、しかも、ヒータ３が間欠的に通電されるために温度上昇特性Ｌkが緩やかとなり、速やかに設定温度に到達することができない。
【００３８】
これに対して、通電補正回路１３を動作させた場合には、図４に示すような動作となる。すなわち、通電補正回路１３は、電源の投入後、接点ｂの半波整流電圧を上記積分回路によって積分する。したがって、コンパレータ１３ｈのマイナス入力端子に印加される電圧Ｖcは、図５に示すように時間の経過と共に０ボルトから徐々に負電圧側に降下する。この結果、通電補正回路１３の出力（Ｇ）は、電圧Ｖcがコンパレータ１３ｈのプラス入力端子の電圧ＶRよりも大きい状態、すなわち電源投入後から時刻ｔbまでは「ロー」電圧となり、電圧Ｖcが電圧ＶR以下となると「ハイ」電圧となる。
【００３９】
ここで、上記積分回路の時定数（主に抵抗１３ｂ及びコンデンサ１３ｄの値によって定まる）あるいは電圧ＶRは、ヒータ３の温度が設定温度に到達する時刻ｔsよりも時刻ｔbが十分に大きくなるように設定されている。したがって、ゼロクロス・スイッチ１６ａは、時刻ｔsから時刻ｔbまでの間もパルス（波形（Ｃ）’参照）を出力し、この結果ヒーター３は時刻ｔc（波形（Ｄ）’参照）まで連続的に通電される。
【００４０】
したがって、このような本実施形態の半田こて用温度制御回路によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）ヒータ３の温度が設定温度に到達してもヒータ３は一定期間連続的に通電されるので、図６に示すように従来と比較してこて先の温度が設定温度Ｔ1に到達するまでの時間が短くなる。
【００４１】
（２）上記通電補正回路１３は、接点ｂの電圧すなわち温度設定用の可変抵抗６ａによって規定される電圧を積分することによって動作するので、該可変抵抗６ａの設定値に応じてその出力が「ロー」電圧から「ハイ」電圧に変化する時刻が異なる。つまり、可変抵抗６ａの値を小さくして設定温度を高くした場合、図５において電圧Ｖcが電圧ＶRに到達するまでの時間は長くなり、逆に可変抵抗６ａの値を大きくして設定温度を低くした場合、電圧Ｖcが電圧ＶRに到達するまでの時間は短くなる。
【００４２】
したがって、設定温度を高くした場合にはヒータ３に連続通電される時間が長くなり、また設定温度を低くした場合にはヒータ３に連続通電される時間が短くなるので、設定温度に応じて該ヒータ３の温度上昇をコントロールすることができる。
【００４３】
（３）抵抗１３ｅを設けているので、電源をＯＦＦとした直後に再度電源をＯＮとした場合、すなわちこて先が余熱で暖まっている状態で再度電源をＯＮとした場合等に、電圧Ｖcは電源をＯＦＦとした時点における値から大きく変化しない。したがって、このような場合、既に暖まっているこて先を設定温度を越えて異常に加熱することがない。
【００４４】
（４）積分回路とコンパレータによる簡単な回路によって、こて先の温度が規定温度に到達するまでの時間を短縮できる。
【００４５】
（５）こて先の交換等により熱容量が大きくなった場合において、交換前と同一温度にこて先温度を設定しようとするとき、ヒータ３の温度を高く設定する必要がある。このような場合にも可変抵抗６ａの値が小さな値に設定されるので、こて先の温度上昇を高速化することが可能である。
【００４６】
（６）商用電源１の周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合とで電圧Ｖcが所定電圧に到達する時間が大きく変化しないように、周波数５０Ｈｚにおける最適時定数と６０Ｈｚにおける最適時定数の中間に積分回路の時定数を設定している。したがって、商用電源１の周波数が５０Ｈｚの地域においても、あるいは６０Ｈｚの地域においても通電補正回路１３が良好に作用するので、両地域の使用において、こて先の温度を高速に設定温度に上昇させることができる。
【００４７】
なお、上述した半田こて用温度制御回路は、ヒータの温度を検出する温度センサを用いることなくマルチバイブレータの出力に同期して端子ａの電圧を検出して温度制御を行うものであるが、ヒータの温度を検出する温度センサを別途設け、該温度センサの出力と上記正回路の出力とに基づいてゼロクロス・スイッチを駆動するように構成しても良い。
【００４８】
また、上記実施形態では、コンパレータ１２、通電補正回路１３、及びマルチバイブレータ１４等の制御系回路を負電圧の片電源にて駆動するように構成されているが、正電圧の片電源あるいは正／負の両電源にて駆動するように構成してもよい。さらに、こて先を加熱するヒータとして、異なる温度特性を有するヒータを用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下のような効果を奏する。
（１）電源投入後においてヒータは通電補正手段によって所定時間だけ通電されるので、被加熱手段の温度が規定温度に設定されるまでの時間を短縮することが可能である。
（２）通電補正手段が温度設定手段の設定値によって駆動されるので、該設定値に応じて所定温度に加熱された後におけるヒータの通電時間を設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明において通電補正回路を動作させない場合における動作を示すタイミング図である。
【図３】本発明において定常的な温度制御状態におけるタイミング図である。
【図４】本発明の一実施形態の動作を示すタイミング図である。
【図５】本発明における補正回路の動作を説明する図である。
【図６】本発明におけるヒータの温度変化特性を示す図である。
【図７】従来の温度制御装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１  商用電源
２  ブリッジ回路
３  ヒータ
４、９  抵抗
５  半固定抵抗
６  可変抵抗（温度設定手段）
７  トライアック（通電手段）
８  ダイオード
１０  コンデンサ
１１  電源ライン
１２  コンパレータ（通電手段）
１３  通電補正回路
１４  マルチバイブレータ
１５  ＯＲゲート回路
１６  トリガ回路（通電手段）
１６ａ  ゼロクロス・スイッチ
【図１】
0003696304.tif 000002
【図２】
0003696304.tif 000003
【図３】
0003696304.tif 000004
【図４】
0003696304.tif 000005
【図５】
0003696304.tif 000006
【図６】
0003696304.tif 000007
【図７】
0003696304.tif 000008