(57)【要約】【課題】  各温度検出箇所からの信号を一本の信号線に集約した温度監視回路において、設定温度検出箇所の特定を可能とする。【解決手段】  信号線３１には、抵抗分圧回路部２０、および複数の温度センサ回路からなる温度センサ部１０が設けられている。温度センサ回路は、それぞれ信号線３１に接続されている。抵抗分圧回路部２０を構成する抵抗２１、抵抗２２−ｋ、抵抗２３−ｋの値を適切に設定すると、任意の一温度センサ回路が温度異常を検出したときに、当該センサに応じて一意に決定される電圧が、信号線３１の出力端に現れる。信号線３１の出力端には、Ａ／Ｄコンバータ及びマイコンが設けられており、この出力電圧値を解析して温度異常が発生した箇所が特定される。  【選択図】        図１      
2005083865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて物理的性質が変化する素子、及び前記素子の前記物理的性質の変化を電圧変化に変換する変換手段、及び前記変換手段の出力電圧を２値信号に変換して出力端子から出力する２値化手段、
を備えた温度センサ回路を複数備えると共に、
前記複数の温度センサ回路の出力経路となる一本の信号線と、
前記信号線に接続された電源と、
前記信号線上で任意に決定された出力端と、
前記出力端に接続された判断手段とを備え、
前記複数の温度センサ回路の出力が、各々の温度センサ回路で異なる抵抗値となる抵抗を介して前記判断手段に入力されるように前記信号線に接続された温度監視回路。
【請求項２】
前記抵抗は、前記複数の温度センサ回路のうち、任意の一温度センサ回路が目標値を検出した際に、当該温度センサ回路に応じて一意に定まる電圧を前記信号線の出力端に出力するように決定されている
ことを特徴とする請求項１記載の温度監視装置。
【請求項３】
前記抵抗は、前記複数の温度センサ回路における一温度センサ回路が目標値を検出した際に前記信号線の出力端に出力される電圧が各温度センサ回路間で等しい差分を持つように決定されている
ことを特徴とする請求項１記載の温度監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられ、当該機器を過熱状態から保護するために複数箇所の温度を監視する温度監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
感温素子を利用した温度監視装置が各種の電子機器における異常監視などに用いられている。特許文献１には、この種の温度監視装置として、感温素子に加えて、ラダー回路と比較器とを用いたものが開示されている。この温度監視装置では、時間経過に伴って値が階段状に増加する温度データ信号が発生され、この温度データ信号に対応した波形のアナログ信号がラダー回路によって生成される。そして、このアナログ信号と感温素子の両端の電圧とが比較器により比較され、両者が一致する時点における温度データ信号に基づいて、監視対象たる温度が求められる。
【特許文献１】特開昭６３−１９８８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、電子機器には、正常な機能を維持するために、複数箇所において温度監視を行うことが必要なものがある。そのような例として、自動演奏ピアノが挙げられる。この自動演奏ピアノは、鍵盤に配備された個々の鍵を駆動するための複数のソレノイドを有している。自動演奏時、自動演奏ピアノでは、鍵の駆動を指令する時系列の演奏データが順次再生される。そして、ある鍵の駆動を指令する演奏データが再生されると、その鍵に対応したソレノイドに駆動電流が流され、この駆動電流により磁界が発生し、この磁界によって鍵の駆動が行われる。このような鍵の駆動の繰り返しにより自動演奏が行われる。一方、自動演奏ピアノの個々のソレノイドは、駆動電流が流されることにより発熱する。ここで、あるソレノイドに対する駆動電流の通電が頻繁に行われると、そのソレノイドに熱が蓄積し、過度の発熱状態（以降「過熱状態」）となる。このようなソレノイドを過熱状態のまま使用し続けると、動作異常が起こって、演奏が正しく行われなくなる可能性があるので好ましくない。また、過熱状態のソレノイドを放置することは、当該自動演奏ピアノの故障要因ともなる。従って、自動演奏ピアノにおいては、個々のソレノイドの温度を監視し、個々のソレノイドが加熱状態になるのを未然に防止する手段が求められる。また、自動演奏ピアノ以外にも、複数の熱源を持った電子機器があり、それらの熱源の過剰発熱から機器を保護することが求められる場合がある。
【０００４】
しかしながら、このような温度監視を上述した従来の温度監視装置を用いて行うとなると、この温度監視装置を測定箇所の数だけ用意する必要があり不経済であった。ここで、温度検出の対象となる箇所全てにサーミスタを近接配置して、その検知信号を一本の信号線に集約し、信号線の電圧に基づいて加熱状態の熱源の有無を判定する、といった温度監視装置も考えられる。かかる温度監視装置によれば、小規模の回路構成により、温度異常の発生を検出することができる。しかし、そのような温度異常が発生している箇所を特定することはできない。
【０００５】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、小規模の回路構成により複数箇所の温度を監視することができ、かつ、いずれかの箇所において温度異常が発生した場合にはその箇所を特定することができる温度監視装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明は、温度に応じて物理的性質が変化する素子、及び前記素子の前記物理的性質の変化を電圧変化に変換する変換手段、及び前記変換手段の出力電圧を２値信号に変換して出力端子から出力する２値化手段を備えた温度センサ回路を複数備えると共に、前記複数の温度センサ回路の出力経路となる一本の信号線と、前記信号線に接続された電源と、前記信号線上で任意に決定された出力端と、前記出力端に接続された判断手段とを備え、前記複数の温度センサ回路の出力が、各々の温度センサ回路で異なる抵抗値となる抵抗を介して前記判断手段に入力されるように前記信号線に接続された温度監視回路を提供する。
かかる温度監視回路によれば、１本の信号線を介して、各温度センサ回路が発生する２値信号を反映した電圧が判断手段に出力されるので、判断手段は、目標値を検出した温度センサ回路を特定することができる。
好ましい態様において、前記抵抗は、前記複数の温度センサ回路のうち、任意の一温度センサ回路が目標値を検出した際に、当該温度センサ回路に応じて一意に定まる電圧を前記信号線の出力端に出力するように決定されている。
また、他の好ましい態様において、前記抵抗は、前記複数の温度センサ回路における一温度センサ回路が目標値を検出した際に前記信号線の出力端に出力される電圧が各温度センサ回路間で等しい差分を持つように決定されている。
この態様によれば、いずれの温度センサ回路が目標値を検出したかについて、判断手段の誤認を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る温度監視装置の構成を示す回路図である。この温度監視装置は、大別して、温度センサ部１０と、抵抗分圧回路部２０と、電源３０と、Ａ／Ｄコンバータ３２と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３３とにより構成されている。
【０００８】
温度センサ部１０は、図示しない複数の被監視体（この例では４個）に配置された温度センサ回路Ｓｋ（ｋ：センサ回路番号、ｋ＝１〜４）からなる。各温度センサ回路Ｓｋは、抵抗１２およびＰＴＣ（正温度特性）サーミスタ１３は、電源１１および接地間に直列に接続されており、電源１１の出力電圧Ｖ２を分圧する抵抗分圧回路を構成している。ここで、ＰＴＣサーミスタ１３は、目標温度Ｔにおいて電気抵抗値が急激に増加する特性をもち、被監視体に接触した状態で、あるいは被監視体の近傍に固定されている。なお、目標温度Ｔは、被監視対象毎に変えてもよい。インバータ１４は、例えば出力部がＮチャネルＭＯＳトランジスタにより構成されたオープンドレインタイプのインバータである。このインバータ１４の入力端には、抵抗１２およびＰＴＣサーミスタ１３の接続点の電圧、すなわち、抵抗分圧回路の出力電圧が与えられる。
【０００９】
ここで、被監視体の温度が目標温度Ｔより低い場合、ＰＴＣサーミスタ１３の抵抗値は低いため、抵抗分圧回路の出力電圧は、インバータ１４の閾値電圧よりも低くなる。このため、インバータ１４の出力部は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタがオフ状態であり、出力部の出力端が浮いている状態となる。以下では、説明の便宜のため、この状態のことを温度センサ回路ＳｋがＯＦＦであるという。一方、被監視体の温度が目標温度Ｔ以上である場合、ＰＴＣサーミスタ１３の抵抗値は高く、抵抗分圧回路の出力電圧は、インバータ１４の閾値電圧よりも高くなる。このため、インバータ１４の出力部は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタがオン状態であり、出力端と接地間がこのＮチャネルＭＯＳトランジスタを介して短絡されている状態となる。以下では、説明の便宜のため、この状態のことを温度センサ回路ＳｋがＯＮであるという。図２には、発明の理解を容易にするため、各温度センサ回路Ｓｋを、ＯＮ／ＯＦＦの２状態を有するスイッチにより表したものが示されている。
【００１０】
抵抗分圧回路部２０は、信号線３１を有している。この信号線３１は、電源３０からＡ／Ｄコンバータ３２のアナログ入力端にかけて、抵抗値３Ｒ（Ｒは任意の値）の抵抗２１と抵抗値Ｒを有するｎ個（ｎは被監視体の数）の抵抗２２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を順次直列に接続したものである。
【００１１】
この信号線３１上において、隣り合った２つの抵抗間の接続点である各ノードＮｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、抵抗２３−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を各々介して、温度センサ回路Ｓｋ（ｋ＝１〜ｎ）のインバータ１４の出力端に各々接続されている。ここで、抵抗２３−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の抵抗値は、次のようになっている。まず、電源３０に最も近い抵抗２１と抵抗２２−１との接続点であるノードＮ１には、抵抗値（ｎ−１）Ｒ（図示の例では３Ｒ）の抵抗２３−１が接続されている。次に抵抗２２−１と抵抗２２−２の接続点であるノードＮ２には、抵抗値（ｎ−２）Ｒ（図示の例では２Ｒ）の抵抗２３−２が接続されている。以下同様であり、抵抗２２−（ｋ−１）と抵抗２２−ｋとの接続点であるノードＮｋには、抵抗値（ｎ−ｋ）Ｒの抵抗２３−ｋが接続されている。図１には、ｎ＝４の場合が示されており、抵抗２３−ｋ（ｋ＝１〜４）の抵抗値は、各々、３Ｒ、２Ｒ、Ｒ、０となっている。
【００１２】
Ａ／Ｄコンバータ３２は、信号線３１を介して供給されるアナログ電圧をデジタルデータに変換する。マイコン３３は、このデジタルデータに基づいて、目標温度以上の被監視体があるか否か、あるとしたらどの被監視体かを判断する。
【００１３】
次に、本実施形態の動作について説明する。
図２において、いずれの被監視体の温度も目標温度Ｔ未満である場合、全ての温度センサ回路Ｓｋ（ｋ＝１〜ｎ）がＯＦＦとなる。このため、Ａ／Ｄコンバータ３２の入力電圧Ｖｉｎは、電源３０の出力電圧Ｖ１となる。
【００１４】
一方、任意の１つのノードＮｋに接続された温度センサ回路がＯＮになると、抵抗分圧回路５０のうち、電源３０からノードＮｋに至る区間の抵抗と抵抗２３−ｋとにより電圧Ｖ１が分圧され、この電圧が抵抗２２−ｋ〜２２−ｎを介し、入力電圧ＶｉｎとしてＡ／Ｄコンバータ３２に入力される。この入力電圧Ｖｉｎは、いずれのノードＮｋが分圧された電圧の出力端となるか、すなわち、いずれの温度センサ回路ＳｋがＯＮであるかに依存する。具体的には、電源３０からノードＮｋに至る区間の抵抗の抵抗値は３Ｒ＋（ｋ−１）Ｒとなり、抵抗２３−ｋの抵抗値は（ｎ−ｋ）Ｒであるから、入力電圧Ｖｉｎは次式（１）により与えられる。
Ｖｉｎ
＝Ｖ１・（ｎ−ｋ）Ｒ／｛３Ｒ＋（ｋ−１）Ｒ＋（ｎ−ｋ）Ｒ｝
＝Ｖ１・（ｎ−ｋ）Ｒ／（２Ｒ＋ｎＲ）                          ・・・（１）
ただし、上記式において、ｋはＯＮになっている温度センサ回路Ｓｋのインデックスである。Ａ／Ｄコンバータ３２は、この入力電圧Ｖｉｎをデジタルデータに変換し、マイコン３３は、このデジタルデータに基づき、ＯＮになった温度センサ回路Ｓｋを特定する。かかる動作によって、目標温度に達した（「温度異常」とする）被監視体が特定される。
【００１５】
図３は、各温度センサ回路Ｓｋの状態とＡ／Ｄコンバータ３２の入力電圧Ｖｉｎとの関係を示している。本実施形態によれば、温度センサ回路Ｓ１がＯＮであるとき（すなわち、上記式（１）においてｋ＝１であるとき）、抵抗分圧回路部２０の分圧比は最も高くなるが、その場合でも、分圧比は、（ｎ−１）Ｒ／（２Ｒ＋ｎＲ）、ｎ＝４の場合の分圧比は３／６となり、温度異常が全く発生していないときの分圧比である１よりもかなり低い。従って、本実施形態によれば、温度異常が発生しているか否かを容易に判別することができる。
【００１６】
また、式（１）にも示されているように、抵抗分圧回路部２０の分圧比は、ＯＮになっている温度センサ回路Ｓｋのインデックスｋに対してリニアに変化する。そして、Ｖ１・（ｎ−１）Ｒ／（２Ｒ＋ｎＲ）〜０の範囲において、Ｖ１・Ｒ／（２Ｒ＋ｎＲ）間隔で並んだｎ種類の電圧のうち、ＯＮになっている温度センサ回路Ｓｋに対応したものが入力電圧ＶｉｎとしてＡ／Ｄコンバータ３２に入力される。この場合、隣り合った温度センサ回路ＳｋおよびＳｋ＋１間において、各温度センサ回路ＳｋがＯＮであるときの各入力電圧Ｖｉｎ間には、Ｖ１・Ｒ／（２Ｒ＋ｎＲ）の差がある。従って、マイコン３３は、Ａ／Ｄコンバータ３２の分解能が低い場合でも、誤認することなく、ＯＮとなっている温度センサ回路Ｓｋを求めることができる。
【００１７】
本実施形態において、複数の温度センサ回路がＯＮとなった場合、いずれの温度センサ回路がＯＮになっているかを特定することは困難である。しかしながら、いずれの温度センサ回路がＯＮになったとしても、抵抗分圧回路部２０の分圧比は、温度センサ回路が全てＯＦＦである場合に比べて十分に低いので、少なくとも温度異常の有無については誤認することはない。さらに一箇所でも温度異常が検知された場合には、温度監視装置は監視対象機器の動作を直ちに停止させるのが一般的であるから、複数の温度センサ回路がＯＮとなるような事態は生じにくい。なお、図１および図２には、４箇所の被監視体の温度監視を行う場合の構成例を示したが、被監視体の個数はこれに限定されるものではない。例えば、自動演奏ピアノのように「８８」ある鍵盤の全てにサーミスタを近接配置し、温度を監視することも勿論可能である。
【００１８】
＜Ｂ：第２実施形態＞
図４は、本実施形態に係る温度監視装置の回路図である。尚、図２と重複する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。上記第１実施形態においては、温度センサ回路Ｓｋの出力端に抵抗２３−ｋが接続されていた。これに対し、本実施形態は、この抵抗２３−ｋに相当するものをなくし、温度監視装置の回路構成を単純化したものである。本実施形態において、Ａ／Ｄコンバータ３２の入力端は、抵抗値Ｒｕｐを有する抵抗４１により電源３０にプルアップされている。抵抗分圧回路部４０は、温度センサ部１０における温度センサ回路Ｓｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）のＯＮ／ＯＦＦ状態を反映した電圧ＶｉｎをＡ／Ｄコンバータ３２の入力端に伝える信号線４３を有している。この信号線４３は、抵抗値Ｒｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）を有する抵抗４２−ｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）を直列接続してなるものであり、抵抗値Ｒ０を有する抵抗４２−０の一端が、Ａ／Ｄコンバータ３２の入力端に接続されている。ここで、抵抗４２−ｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）を各々間に挟んだ信号線４３上の各ノードのうちＡ／Ｄコンバータ３２の入力端を除くものを、Ａ／Ｄコンバータ３２から近い順にＮｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）とすると、各ノードＮｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）は、温度センサ回路Ｓｋ（ｋ＝１〜ｎ）に接続されている。
【００１９】
本実施形態においては、次の条件を満たすように、抵抗値ＲｕｐおよびＲｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）が決定されている。
ａ．温度センサ回路Ｓｎ−１のみがＯＮであるとき、Ａ／Ｄコンバータ３２に対する入力電圧Ｖｉｎが、電源３０の出力電圧のほぼ１／２になること。
ｂ．温度センサ回路Ｓｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）の１つがＯＮとなる場合において、Ａ／Ｄコンバータ３２に対する入力電圧Ｖｉｎが、ＯＮとなる温度センサＳｋのインデックスｋに対してリニアに変化すること。
【００２０】
以下、この条件を満たす抵抗値ＲｕｐおよびＲｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）の算出方法を説明する。まず、図４において、電源３０の出力電圧Ｖ１とすると、Ａ／Ｄコンバータ３２に対する入力電圧Ｖｉｎは、次式（２）のようになる。
Ｖｉｎ＝Ｖ１×ΣＲｉ／（Ｒｕｐ＋ΣＲｉ）                      ・・・（２）
ただし、上記式（２）においてΣＲｉは、Ａ／Ｄコンバータ３２の入力端から、ＯＮである温度センサ回路Ｓｋの出力端までの間の各抵抗の抵抗値の総和Ｒｉ（ｉ＝０〜ｋ）である。
【００２１】
この式（２）の右辺と左辺をＶ１によって除算すると、次式に示す抵抗分圧回路部４０の分圧比が得られる。
Ｖｉｎ／Ｖ１＝ΣＲｉ／（Ｒｕｐ＋ΣＲｉ）                      ・・・（３）
上記条件ａおよびｂを満たすためには、この分圧比が例えば次式を満足すればよい。
Ｖｉｎ／Ｖ１
＝ΣＲｉ／（Ｒｕｐ＋ΣＲｉ）
＝ｋ／｛２（ｎ−１）｝                                        ・・・（４）
【００２２】
ここで、簡単のため、Ｒｕｐ＝１とおくと、上記式（４）は更に簡略化され、次式（５）となる。
ΣＲｉ／（１＋ΣＲｉ）＝ｋ／｛２（ｎ−１）｝                  ・・・（５）
この式（５）式をΣＲｉについて解くと、下記（６）式となる。
ΣＲｉ＝ｋ／｛２（ｎ−１）−ｋ｝                              ・・・（６）
この式（６）式は、今着目している温度センサ回路Ｓｋだけでなく、ｋ−１番目の温度センサ回路Ｓｋ−１がＯＮとなる場合についても適用可能である。従って、ｉ＝０〜ｋ−１までのＲｉの総和をΣＲｉ’とすると、次式が成立するはずである。
ΣＲｉ’＝（ｋ−１）／｛２（ｎ−１）−（ｋ−１）｝            ・・・（７）
【００２３】
ここで、上記式（６）および（７）の右辺同士の差分、左辺同士の差分をとると、次式のようにＲｋが得られる。
ΣＲｉ−ΣＲｉ’
＝Ｒｋ
＝ｋ／｛２（ｎ−１）−ｋ｝−（ｋ−１）／｛２（ｎ−１）−（ｋ−１）｝
＝２（ｎ−１）／｛ｋ２−（４ｎ−３）ｋ＋２（２ｎ−１）（ｎ−１）｝
・・・（８）
【００２４】
図５は、被監視体の数ｎを「１」〜「８」とした各場合について、式（８）によって得られた抵抗４２−ｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）の抵抗値Ｒｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）を示したものである。式（８）により得られるのは、Ｒｕｐを「１」とした場合のＲｋ、すなわち、抵抗比率Ｒｋ／Ｒｕｐであるから、実際に回路に組み入れる抵抗４２−ｋの抵抗値ＲｋはＲｕｐ倍する必要がある。図５では、通分して整数化された抵抗値がカッコ内に示されている。
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００２５】
＜Ｃ：変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまでも例示であり、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。
【００２６】
例えば、上記第２実施形態において、抵抗値Ｒｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）を固定値Ｒとし、抵抗値Ｒｕｐを例えば（ｎ−１）Ｒとしてもよい。この場合、ＯＮとなる温度センサ回路ＳｋのインデックスｋとＶｉｎとはリニアな関係にならない。しかし、抵抗４１の値が抵抗４２−ｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）より十分に大きいので、正常（温度異常が発生していない）時と異常（温度異常が発生している）時のＶｉｎの値に大きな差をもたせることができる。また、いずれか一箇所で温度異常が発生したときには、Ｖｉｎの値が一意に決定されるから、本発明の本質的な特徴は阻害されない。更には、抵抗４２−ｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）の抵抗値を全て同一とすることによって、温度監視装置を構成する部品の種類数が減り、上記第２実施形態よりもコストダウンを図ることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態および変形例において、温度検知体としてＰＴＣサーミスタを使用しているが、温度に応じて電気抵抗値が変化するものであれば、代替可能である。例えば、ＮＴＣ（負温度特性）サーミスタを用いた場合は、抵抗値の温度特性線の傾きが反転するので、低温検出用の温度センサ回路に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る温度監視装置の構成を示す回路図である。
【図２】同温度監視装置の温度センサ回路をスイッチで表現した等価回路図である。
【図３】同実施形態におけるＡ／Ｄコンバータの入力電圧Ｖｉｎと温度センサ回路の状態との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る温度監視装置の構成を示す回路図である。
【図５】同実施形態における信号線上の抵抗とプルアップ抵抗の比率を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０・・・温度センサ部、１１・・・電源、１２・・・抵抗、１３・・・ＰＴＣサーミスタ、１４・・・インバータ、２０・・・抵抗分圧回路部、２１・・・抵抗、２２−ｋ・・・抵抗、２３−ｋ・・・抵抗、３０・・・電源、３１・・・信号線、３２・・・Ａ／Ｄコンバータ、３３・・・マイコン、４０・・・抵抗分圧回路部、４１・・・抵抗、４２−ｋ・・・抵抗。
【図１】
2005083865.tif 000003
【図２】
2005083865.tif 000004
【図３】
2005083865.tif 000005
【図４】
2005083865.tif 000006
【図５】
2005083865.tif 000007