JP2004200179A

JP2004200179A - 電気ヒータ制御装置

Info

Publication number: JP2004200179A
Application number: JP2004092974A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ogawa; 和夫小川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】この発明は、電気ヒータオフ時に交流電源に電圧変動を起こさせ電気ヒータ印加電圧波形の位相角制御により高調波電流が流れて交流電源に電圧波形歪みを発生させるという課題を解決しようとするものである。
【解決手段】この発明は、交流電源１３から電気ヒータ１１への通電をオン／オフ制御する電気ヒータ制御装置において、交流電源１３から電気ヒータ１１への通電角を制御する制御手段１６を備え、制御手段１６は、電気ヒータ１１をオフさせるときに前記通電角を制御する時間を３００ミリ秒間から１秒間とし、この時間に前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させて電気ヒータ１１をオフさせるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置の熱定着装置等に用いられ、ハロゲンヒータなどの電気ヒータを制御する電気ヒータ制御装置に関する。

近年、交流電源に接続される装置は、交流電源に対して与える電圧変動と高調波電流の妨害が少ない装置が求められている。
従来より、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真装置等からなる画像形成装置には、熱定着装置の熱源となる電気ヒータとしてハロゲンランプを使用し、このハロゲンランプに交流電源から通電している。このハロゲンランプは、消費電力が１ｋＷ前後と大きく、オン時には１０Ａ前後の大きな電流が流れる。また、ハロゲンランプは、オフ状態からオンした時には定常時の１０倍ぐらいの突入電流が流れる。

特許文献１には、電気ヒータをオンする時にヒータに流れる交流電圧波形の位相角制御を行うことで、ヒータへの突入電流を防止する電子写真プリンタの定着温度制御方法が記載されている。この方法は、具体的には、ヒータをオンする時に、まず、交流電源からヒータへの通電角（交流電源からヒータへの通電を行う位相角）を小さくし、この通電角を徐々に大きくすることにより、突入電流を小さく押えて交流電源の電圧変動を小さくする方法である。

また、特許文献２には、両面ユニットや大量給紙ユニット等のオプションを装着して、システムを構成する画像形成装置において、該画像形成装置本体の制御基板上に、上記オプションの装着状態を記憶しておくＲＯＭテーブルを設け、ＣＰＵは上記ＲＯＭテーブルを参照してその時のオプションの装着状態および動作状態を検知し、それにより該システムの電源負荷容量を管理することを特徴とする画像形成装置が記載されている。

特開平３ー２７０７７号公報特開平６ー２４２６４４号公報

上記画像形成装置では、熱定着装置の熱源となる電気ヒータとして使用しているハロゲンランプは、オン時には１０Ａ前後の大きな電流が流れ、オフ状態からオンした時には定常時の１０倍ぐらいの突入電流が流れるので、この大きな電流を熱定着装置が消費することにより、この熱定着装置が接続されている交流電源に電圧変動を生じさせてしまい、この交流電源に接続されている近くの照明装置の照明にちらつきを発生させてしまう。

この対策としては、電気ヒータをオンする時にヒータに印加される交流電圧波形の位角相制御を行うことで、ヒータへの突入電流を防止する電子写真プリンタの定着温度制御方法が上記特許文献１に記載されている。しかし、この方法では、ヒータをオフするときは、１０Ａ前後流れていたヒータの消費電流が０になって急激に減少するので、交流電源が電圧変動を起こしてしまう。

また、ヒータに印加される交流電圧波形の位相角制御を行うので、高調波電流が流れ、交流電源に電圧波形歪みを発生させてしまう。この電圧波形歪みが大きくなると、ヒータと同じ交流電源に接続されている受電設備の進相コンデンサが発熱し、その時間が長く続くと進相コンデンサの発熱破損につながるので、長い時間、大きな高調波電流を流すことはできない。したがって、位相角制御を行う時間が短いと電圧変動による交流電源妨害が大きくなり、位相角制御を行う時間が長いと高調波電流による交流電源妨害が大きくなる。

本発明は、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができ、かつ、高調波電流発生時間を短くすることができて高調波電流が交流電源に及ぼす影響を小さくすることができる電気ヒータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、交流電源から電気ヒータへの通電をオン／オフ制御する電気ヒータ制御装置において、前記電気ヒータをオフさせるときに、一旦前記交流電源から前記電気ヒータへの通電角を０°より大きく、１８０°より小さく制御してから、前記通電角を０°にする制御手段を備えたものであり、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の電気ヒータ制御装置において、前記制御手段は、前記電気ヒータをオフさせるときに前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させ、その各段階の通電角は前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させたときの消費電流の差が各段階間で略同一になるような値とするものであり、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の電気ヒータ制御装置において、前記制御手段は、前記電気ヒータをオフさせるときに前記通電角を制御する時間を３００ミリ秒間から１秒間とするものであり、高調波電流発生時間を短くすることができて高調波電流が交流電源に及ぼす影響を小さくすることができる。

請求項１に係る発明によれば、交流電源から電気ヒータへの通電をオン／オフ制御する電気ヒータ制御装置において、前記電気ヒータをオフさせるときに、一旦前記交流電源から前記電気ヒータへの通電角を０°より大きく、１８０°より小さく制御してから、前記通電角を０°にする制御手段を備えたので、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の電気ヒータ制御装置において、前記制御手段は、前記電気ヒータをオフさせるときに前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させ、その各段階の通電角は前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させたときの消費電流の差が各段階間で略同一になるような値とするので、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができる。

請求項３に係る発明によれば、請求項１記載の電気ヒータ制御装置において、前記制御手段は、前記電気ヒータをオフさせるときに前記通電角を制御する時間を３００ミリ秒間から１秒間とするので、高調波電流発生時間を短くすることができて高調波電流が交流電源に及ぼす影響を小さくすることができる。

図１は請求項１〜３に係る発明の一実施形態を示し、図２はその各部の出力波形を示す。
この実施形態は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置の熱定着装置に用いられ、ハロゲンヒータ等の電気ヒータを制御する電気ヒータ制御装置の一実施形態である。

１０００Ｗのハロゲンランプからなる電気ヒータ（以下ハロゲンヒータと呼ぶ）１１は、スイッチング素子であるトライアック１２を介して１００Ｖ、５０Ｈｚの交流電源１３の両端間に接続される。ハロゲンヒータ１１を熱源として用いた熱定着装置は、温度センサであるサーミスタ１４が取り付けられ、このサーミスタ１４により定着温度が検知される。また、ゼロクロス検知回路１５は交流電源１３からの交流電圧波形が０Ｖをクロスするゼロクロス点を検知してゼロクロス信号を出力する。

熱定着装置を制御する制御手段としてのマイコン（マイクロコンピュータ）１６は、サーミスタ１４からの温度信号により熱定着装置の定着温度を検知して設定温度と比較し、定着温度が設定温度より低い時にはゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の半周期に１回づつ、トリガ信号をトランジスタ１７、絶縁のためのフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を所定の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させてハロゲンヒータ１１を発熱させる。

また、マイコン１６は、定着温度が設定温度より高くなければ、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により所定の通電角のトリガ信号を発生してそのトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送った後にトリガ信号の発生を停止することにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電を止める。

図３は本実施形態の電気ヒータオフ動作開始後時間と交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角との関係を示し、図４は本実施形態の電気ヒータオフ動作開始後時間とハロゲンヒータ１１に流れる電流との関係を示す。マイコン１６は、ハロゲンヒータ１１をオフさせる時には、まず、１００ミリ秒間、すなわち、交流電源１３の交流電圧の５周期の間は交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角１２０°で通電させる。つまり、マイコン１６は、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が１２０°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を１２０°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させる。

マイコン１６は、次の１００ミリ秒間には、交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角９０°で通電させ、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が９０°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を９０°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させる。

マイコン１６は、次の１００ミリ秒間には、交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角６０°で通電させ、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が６０°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を６０°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させる。

そして、マイコン１６は、ハロゲンヒータオフ動作開始後３００ミリ秒が過ぎると、交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角を０°にし、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準とするトリガ信号の発生を停止してトライアック１２をオフさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１への印加電圧を０にする。なお、図１において、１９〜２１は抵抗である。

このように、ハロゲンヒータ１１をオフさせる時に交流電源１３からハロゲンヒータ１１への印加電圧の位相角制御を行うことにより、ハロゲンヒータ１１の消費電流の減少を緩やかにすることができる。交流電源１３の電圧変動は、ハロゲンヒータ１１の消費電流の減少を緩やかにすることにより、小さくすることができる。

このとき、交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角は、通電角を１２０°という大きい値から段階を踏んで９０°、６０°、０°というように減少させたときの消費電流の差が各段階間で略同一になるような値に選択することにより、更にハロゲンヒータ１１の消費電流の減少が緩やかになり、交流電源１３の電圧変動を小さくすることができる。

また、高調波電流が発生する、交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角が１８０°未満である状態を３００ミリ秒という短い時間にすることにより、高調波電流が交流電源１３に及ぼす影響を小さくすることができる。

また、ハロゲンヒータ１１の消費電力が１０００Ｗよりもっと大きい場合などでハロゲンヒータ１１の消費電流が大きい場合には、マイコン１６はハロゲンヒータ１１をオフさせる時に交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角を１４０°、１２０°、１００°、９０°、８０°、６０°、４０°というようにもっと細かい間隔で減少させるとよい。この場合は、交流電源１３の電圧変動を小さくすることができる。但し、マイコン１６がハロゲンヒータ１１をオフさせる時に交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角を制御する時間は、合計で３００ミリ秒から１秒までが良く、それ以上では高調波電流が発生する時間が長くなるので、適切でない。

また、マイコン１６は、ハロゲンヒータ１１をオンさせる時には、まず、１００ミリ秒間、交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角６０°で通電させ、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が６０°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を６０°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させる。

マイコン１６は、次の１００ミリ秒間には、交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角８０°で通電させ、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が８０°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を８０°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させる。

マイコン１６は、次の１００ミリ秒間には、交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角１００°で通電させ、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が１００°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を１００°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３からハロゲンヒータ１１に通電させる。

そして、マイコン１６は、ハロゲンヒータオン動作開始後３００ミリ秒が過ぎると、交流電源１３からトライアック１２を介してハロゲンヒータ１１を通電角１８０°で通電させ、つまり、ゼロクロス検知回路１５からのゼロクロス信号により交流電源１３の交流電圧の５周期の間、交流電源１３の交流電圧のゼロクロス点を基準としてハロゲンヒータ１１の通電角が１８０°となるトリガ信号をトランジスタ１７及びフォトトライアック１８を介してトライアック１２に送ってトライアック１２を１８０°の通電角でオンさせることにより、交流電源１３の電圧を１００％ハロゲンヒータ１１に通電させる。

このように、ハロゲンヒータ１１をオンさせる時に交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角を６０°という小さい値から段階を踏んで３００ミリ秒間かけて大きくすることにより、突入電流を小さくすることができ、交流電源１３の電圧変動を小さくすることができる。また、ハロゲンヒータ１１をオンさせる時には、交流電源１３からハロゲンヒータ１１への通電角の小さい値の段階を多くして突入電流を小さく押えた方が、ハロゲンヒータ１１の消費電流の増加が緩やかになり、交流電源１３の電圧変動を小さくすることができる。

以上のように、この実施形態は、請求項１に係る発明の実施形態であって、交流電源１３から電気ヒータ１１への通電をオン／オフ制御する電気ヒータ制御装置において、前記電気ヒータ１１をオフさせるときに、一旦前記交流電源１３から前記電気ヒータ１１への通電角を０°より大きく、１８０°より小さく制御してから、前記通電角を０°にするマイコンからなる制御手段１６を備えたので、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができる。

また、この実施形態は、請求項２に係る発明の実施形態であって、請求項１記載の電気ヒータ制御装置において、前記制御手段１６は、前記電気ヒータ１１をオフさせるときに前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させ、その各段階の通電角は前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させたときの消費電流の差が各段階間で略同一になるような値とするので、電気ヒータオフ時の電流変化を緩やかにして交流電源の電源電圧変動を小さくすることができる。

また、この実施形態は、請求項３に係る発明の実施形態であって、請求項１記載の電気ヒータ制御装置において、前記制御手段１６は、前記電気ヒータ１１をオフさせるときに前記通電角を制御する時間を３００ミリ秒間から１秒間とするので、高調波電流発生時間を短くすることができ、高調波電流が交流電源に及ぼす影響を小さくすることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えばハロゲンヒータ以外の電気ヒータを制御する電気ヒータ制御装置に適用することができる。

請求項１に係る発明の一実施形態を示す結線図である。同実施形態の各部の出力波形を示す波形図である。同実施形態の電気ヒータオフ動作開始後時間と電気ヒータ通電角との関係を示す特性図である。同実施形態の電気ヒータオン動作開始後時間と電流との関係を示す特性図である。

符号の説明

１１電気ヒータ
１２トライアック
１３交流電源
１４サーミスタ
１５ゼロクロス検知回路
１６マイコン

Claims

交流電源から電気ヒータへの通電をオン／オフ制御する電気ヒータ制御装置において、前記交流電源から前記電気ヒータへの通電角を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記電気ヒータをオフさせるときに前記通電角を制御する時間を３００ミリ秒間から１秒間とし、この時間に前記通電角を大きい値から段階を踏んで減少させて前記電気ヒータをオフさせることを特徴とする電気ヒータ制御装置。
交流電源から電気ヒータへの通電をオン／オフ制御する電気ヒータ制御装置において、前記交流電源から前記電気ヒータへの通電角を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記電気ヒータをオンさせるときに前記通電角を制御する時間を３００ミリ秒間から１秒間とし、この時間に前記通電角を小さい値から段階を踏んで増加させて前記電気ヒータをオンさせることを特徴とする電気ヒータ制御装置。