JPS5922966B2 - 温度制御装置とこれを用いた記録ペン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直接通電がなされ、ジュール熱によつて発熱
が行われる発熱体に対し、これに対する通電電流を制御
することによつてこの発熱体の動作温度を常時所定の温
度に設定するようにした温度制御装置とこれを用いた記
録ペンに係わる。

この種発熱体として一般に用いられている金属抵抗体、
あるいは半導体は、温度変化に対しその抵抗値が変化す
る。一般に金属抵抗体は正の温度特性を有し、半導体の
中には負の温度特性を有するものもあることが知られて
いる。一方、発熱体の使用条件、使用態様、外囲条件等
による放熱情態、即ち、熱平衡条件の相違によつて発熱
体に対する電流を一定にしたり、また電力を一定にした
りしても、発熱体の動作温度を設計通り、なιルは、所
望の温度に設定できないことになる。

このような温度の変動が生じないようにする温度制御装
置としては、種々のものが提案されてい・ る。

例えば、発熱体に熱的に結合して温度検出素子、例えば
サーミスタを配し、これによつて発熱体に対する通電量
を制御するとか、発熱体を含んでブリツジ回路を構成し
、発熱体の抵抗の変化によつて生じた不平衡電圧による
出力によつて発熱体の電源を制御するとかの方法をとる
温度制御装置がある。しかしながら発熱体に温度検出素
子を熱的に結合して設けることは、その結合度に感度が
依存することから、結合の仕方に可成り問題があること
や、発熱体が高温のものである場合は、検出素子の耐熱
の問題が生じてくる。更に、発熱体が感熱記録器におけ
る記録ペンに用いる発熱体である場合は、このような検
出素子を発熱体、したがつて記録ペンに附加することは
、記録ペンの機械的負荷が大となつて、記録ペンの記録
紙に対する移行の応答性が低下するという欠点を招来す
る。また、ブリツジ回路構成によるものにおいては、ブ
リツジ回路を構成する各抵抗素子が、発熱体の抵抗値と
ほぼ等しい値に選ばれる必要があることから電力の損失
が大きいという欠点がある。本発明は、このような欠点
のない温度制御装置とこれを用いた記録ペンを提供する
ものである。先ず本発明を詳細に説明するに先立つて、
本発 Ｃ明の理解を容易にするために、本発明のいわば
、原理ともいう基本的思想について説明する。今、第１
図に示すように、電源Ｅに正の温度係数を有する発熱体
１と負性抵抗−Ｒとが直列に接続された回路を考える。
この回路に於て発熱体１ 二の或る温度に於ける抵抗を
ＲＴとし、電源電圧Ｅが一定電圧で、ＩＯを回路電流と
すると、が成り立つ。

そして発熱体１の放熱状態を表わす熱抵抗をβ（℃／Ｗ
）、発熱体１の消費している電力をＰ（ＶＶ）とすると
、＼ＢＶｌｂυノ となり、発熱体１の平衡する温度Ｔは Ｔ＝β・Ｐ ・・・・・・・・・・
・・（３）となる。

今、発熱体１の放熱状態の変化によりβが変化しても発
熱体１の温度Ｔが変化せず一定となる為の条件を考えて
みる。ここで、Ｔ，Ｐ，ＩＯ及びＲＴはβの関数であり
、１０及びＲＴはＴ（７）関数であることから（１），
（２）及び（３）式を以下のように展開し得る。

先ず（３）式から−・方、第１図に於て、負性抵抗−Ｒ
がないときの１路電流をＩＯ′とすると、１Ｖ１ このときの熱抵抗βの変化に対する発熱体１の温ＤＴ度
Ｔの変化を（−ｙとすると、ＡＤ式からＡρ となる。

即ちこの（自）式の意味するところは第１図に於て、負
性抵抗−Ｒがあるときの回路電流１０を負性抵抗−Ｒが
ないときの回路電流１０′６こなるように負性抵抗−Ｒ
があるときの電源電圧Ｅを減少して等しい回路電流１に
設定すれば、この設定された電流１に於て、−Ｒがある
ときも−Ｒがないときも同一発熱体で且つ同一β条件で
あるものに関するβに対する温度変化の両者の比を示す
ものＲＴ＋Ｒであつて、負性抵抗−Ｒがある回路の方が
？ＲＴ−Ｒの比に基づきβに対する温度変化が小さくな
ることを示している。

次に（自）式に於て、両者の等しい回路電流が有限値で
ある制限のもとで、ＲをＲＴに近づけるときの極限状態
を考えると、この場合第１図に於けるＥは（自）式の条
件を守りながらＥをＯに近づけねばＤＲＴならないが、
他のβ，一及びＲＴは有限値であ゛ ＤＴｄＴ
ｄＴ るので一／（一）′はＯに近づくことが理解されｄβ
ｄβよう。

即ち負性抵抗−Ｒがあるときの発熱体１の熱抵抗βに対
する温度Ｔの変化は負性抵抗−Ｒがないときのそれに比
べて０に近づくことが判る。なお以上は発熱体１の抵抗
値ＲＴをＲＴ＝ＲＯ（１＋αＴ）で表わした時の温度係
数αが正の有ノ限値である場合にいえることである。

この温度係数αが今葭りに０であると、Ａ５）式の幇Ｙ
はＯとなＤＴｄＴ′り一―／（−）は１となり、負性抵
抗−Ｒの作用ｄβ ｄβがあつても発熱体１のβに対
する温度変化を小さくすることはできない。

換言すればこの温度係数αの正の値は大きければ大きい
程、効果も大きくなることが０５）式から判る。以上述
べてきた結論をまとめると、第１図に於て、負性抵抗−
Ｒの抵抗値Ｒを正の温度係数αを有する発熱体１の抵抗
ＲＴに近い値に設定するときは、発熱体１の放熱状態β
のいかにかかわらず発熱体１の温度をほぼ一定の所望の
温度Ｔに設定できるということがいえる。

本発明においては、このような基本的思想に基いてなさ
れたものであり、次に本発明の構成を説明する。

本発明においては、例えば、第２図にそのプロツク図を
示すように、発熱体、即ち、本発明の１の発明において
は、感熱記録紙に対接される記録ペン２に組込まれる発
熱体１を所定の放熱条件において所望の動作温度に設定
する動作温度設定電気信号を得る動作温度設定電気信号
供給手段３と、この手段よりの動作温度設定電気信号に
よつて出力電流が制御されこの出力電流を上記発熱体１
に供給する電流供給手段４と、発熱体１の温度係数に依
存して所定の放熱条件からの放熱条件の変動に伴う発熱
体１の通電電流に基づく信号の変動を検出し放熱条件依
存電気信号を出力する故熱条件依存電気信号検出手段５
と、この検出手段５より得られる信号を所定の大きさに
規制し発熱体１に対する通電電流方向に対して正帰還の
方向に帰するように電流供給手段４に印加して発熱体側
から見た回路中に形成される負性抵抗成分の値を発熱体
の抵抗値に近接させた動作点を有せしめる正帰還手段と
を有する。

この正帰還手段は電流供給手段４と規制回路６と合成回
路７とから成つている。第２図に示された例は、発熱体
１が正の温度係数を有する場合である。発熱体１が組込
まれた記録ペンは、図示しないが、感温記録紙上を記録
信号に応じて走査するようになされ、記録ペン２による
局部的加熱によつて記録紙上にペン２の走査パターンに
応じたパターンの例えば可視像を形成してその記録を行
うようになされている。動作温度設定電気信号供給手段
３は、前述したように、発熱体１を、所定の放熱条件に
おいて所望の動作温度に設定する信号電圧Ｅを得る例え
ば直流電源Ｅより構成される。

電流供給手段４は、例えば増幅度Ａを有する増幅器より
構成される。

検出手段５は、例えば、発熱体１の抵抗値より十分低い
抵抗値を有する抵抗器ＲＤより構成し得る。

図示の例では手段３、即ち電源Ｅの両端間に合成回路７
と増幅器４と抵抗器５と発熱体１との直列回路が接続さ
れた構成となされている。正帰還手段〔４，６，７〕は
、例えば抵抗５の両端と合成回路７との間に夫々ｋ１お
よびＫ２の増幅率を有する出力電圧正帰還用増幅器６ａ
と、発熱体１に供給されている電圧を負帰還するための
増幅器６ｂとより構成し得る。

この構成において、今、増幅器４の出力電圧をＥＯ、負
荷に流れている電流１０とすると、（Ｅ＋ｋ１・ＥＯ−
Ｋ２・ＲＴ−１０）Ａ＝ＥＯ・・・・・・（イ）となる
。

この（有）式の関係の等価回路は第３図に示す回路にほ
かならない。即ち、Ｋ２〉ｋ１の条件を満足するように
、ｋ１およびＫ２の値を設定すれば、第２図の回路構成
のもので、発熱体１に対して、基準電圧（Ｅ／（Ｋ２−
ｋ１））、負性抵抗（｛−ｋ１／（Ｋ２−ｋ１）｝・Ｒ
Ｄ）をもつ電源が接続された関係が得られることになる
。したがつて、第１図に対応させることによつて明らか
なように、発熱体１の放熱条件が変動しても、発熱体１
の動作温度が変動することがないようにするには、ｒン
７・ＲＤを発熱体の抵抗値ＲＴに近づけ（例えばｋ１を
一定にした状態でＫ２を変以させてＫｌ７壬、７・ＲＤ
をＲＴに近づけ）た後、Ｅを変化させてＩＯを説定すべ
き電流即ち、所定の放熱条件において所望の動作温度を
得る電流に近づければ、発熱体１の動作温度を一定に設
定できることになる。

尚、上述した場合のように、増幅率Ａは、Ａ→１とする
場合に限られるものではなく有限な値をとることも何ら
支障がない。また、１式において、ｋ１＝Ｋ２＝ｋとお
くと、となる。

この場合は、第４図に示すプロツク図となり、この場合
、ＲＤは電流検出抵抗として働く。（２５）式において
、増幅率Ａ、およびｋは有限な値とする。ここに、とな
り、この（２６）氏の等価回路は、第５図に示す回路と
なる。

則ち、（Ａｋ−１）〉０なる条件を満すように、増幅率
Ａおよびｋに選ぶと、（ＡＥ）なる一定電圧で出力抵抗
が−ＲＯ（Ａｋ−１）の負性抵抗をもつ電源が発熱体Ｒ
Ｔに接続されたものと等価となる。したがつて、この回
路を第１図に対応させることによつて明らかなように、
Ａは任意の値に選べるので例えばＡ＝１にとると、ｋを
？′．′：[モ囗MＩ：：；：体１の動作温度を一定に設
定できることになる。

第６図は、本発明装置の具体的回路例を示すものであり
、発熱体１が正の温度係数を有する場合で第２図と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。今
、２つの正温度係数の発熱体ＡおよびＢに、第６図の回
路構成による本発明の温度制御装置を付設して、発熱体
１の周囲条件を夫々０℃の氷水中と、２７℃の空気中と
して各周囲条件における発熱体抵抗値を測定し、これら
をグラフに表わしてみると、第７図中実線１４Ａおよび
１４Ｂとなつた。

次に同様の２つの発熱体ＡおよびＢを定電甲加熱とした
場合の同様の測定を行つて、これらをグラフに表わして
みると第７図中破線１５Ａおよび１５Ｂとなつて外囲条
件で大きく変動している。尚、試料としての発熱体Ａ，
Ｂの温度係数は約＋０，０５％／℃であり、発熱体の抵
抗値の測？は、これの供給電圧と供給電流から換算して
求めた。この結果からも明らかなように本発明によれば
、発熱体が外囲条件、即ち放熱条件の影響を受けて変動
することが効果的に回避されている。

尚、本発明による温度制御装置の具体的回路例は上述し
た例に限らず種々の構成を採り得るものである。

例えば、第８図に示すようにパルス変換器８を設けて発
熱体１をパルス電流で動作するようにすることもできる
。尚、第８図においては、信号規制回路６として積分回
路６ａおよび６ｂを用いた場合である。上述したように
、本発明による温度制御装置によれば、発熱体の外囲条
件による放熱条件に変動が生じても確実に所定の動作温
度に保持でき、しかも、従来のように感熱素子等の温度
検出素子を設けるものではないので冒頭に述べたような
熱的結合の問題がない。

またブリツジ回路を構成する場合における電力の損失の
問題も生じないという利点がある。また、本発明による
温度制御装置を用いた本発明による記録ペンによれば、
この記録ペン自体に温度検出素子を付設することがない
ので、これによる機械的負荷の増大を招来することがな
くその走査の応答速度を早めることができる。

しかも温度制御装置の付設によつて、外囲条件の変動に
よつても一定の温度での記録ができ、むらのない記録が
可能となる。また、動作の開始において、従来の温度制
御装置を付設しない記録ペンのように、この記録ペンが
記録可能な温度に加熱するまでの立ち上り時間が長くな
ることがなく、温度制御装置の動作によつてその立ち上
り時間が短縮化され、直ちに明瞭な記録を開始できると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的思想の説明に供する等価回路、
第２図、第４図は夫々本発明の例のプロツク図、第３図
、第５図は夫々その等価回路図、第６図は本発明の具体
的回路例を示す回路図、第７図は本発明の例と従来例と
の外囲条件の変化による抵抗値変化を示す測定図、第８
図は本発明の他の例のプロツク図である。 １は発熱体、２は記録ペン、３は動作温度設定電気信号
供給手段、４は発熱体への電流供給手段、５は放熱条件
依存電気信号検出手段、６は信号規制回路、７は合成回
路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発熱体自体に直接通電する電流を制御して上記発熱
   体を所望の動作温度に制御するようにした温度制御装置
   において、上記発熱体を所定の放熱条件において所望の
   動作温度に設定する動作温度設定電気信号を得る動作温
   度設定電気信号供給手段と、該手段よりの動作温度設定
   電気信号によつて出力電流が制御され該出力電流を上記
   発熱体に供給する電流供給手段と、上記発熱体の温度係
   数に依存して上記所定の放熱条件からの放熱条件の変動
   に伴う上記発熱体の通電電流に基づく信号の変動を検出
   し放熱条件依存電気信号を出力する放熱条件依存電気信
   号検出手段と、該検出手段より得られる信号を所定の大
   きさに規制し上記発熱体の通電電流方向に対して正帰還
   の方向に帰するように上記電流供給手段に印加して上記
   発熱体側から見た回路中に形成される負性抵抗成分の値
   を上記発熱体の抵抗値に近接させた動作点を有せしめる
   正帰還手段とを具備することを特徴とする温度制御装置
   。 ２ 感熱記録紙に対し相対的に移動するようになされた
   記録ペンに発熱体が組み込まれて成り、上記発熱体を所
   定の放熱条件において所望の動作温度に設定する動作温
   度設定電気信号を得る動作温度設定電気信号供給手段と
   、該手段よりの動作温度設定電気信号によつて出力電流
   が制御され該出力電流を上記発熱体に供給する電流供給
   手段と、上記発熱体の温度係数に依存して上記所定の放
   熱条件からの放熱条件の変動に伴う上記発熱体の通電電
   流に基ずく信号の変動を検出し放熱条件依存電気信号を
   出力する放熱条件依存電気信号検出手段と、該検出手段
   より得られる信号を所定の大きさに規制し上記発熱体の
   通電電流方向に対して正帰還の方向に帰するように上記
   電流供給手段に印加して上記発熱体側から見た回路中に
   形成される負性抵抗成分の値を上記発熱体の抵抗値に近
   接させた動作点を有せしめる正帰還手段とを具備する温
   度制御装置が連結された記録ペン。