JP2006091549A - ヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ソフトスタート制御中におけるヒータ温度の目標温度超過よる通電停止要求、ソフトストップ制御期間中のヒータ温度の目標温度以下への低下による通電再開要求が発生しても、電流の変化を滑らかにして、突入電流、フリッカを抑制するヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法を提供する。
【解決手段】
ソフトスタート制御中におけるヒータ電流のオフ要求、ソフトストップ制御中におけるヒータ電流のオン要求が発生した場合は、そのときの導通角を基点にして、ソフトスタート用、ソフトストップ用にそれぞれ設定された位相ステップにて導通角を漸増もしくは漸減するように位相制御を行う。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、ヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法に関し、特に、複写機、プリンタなどの熱定着装置として使用されるヒータの温度調節制御を行うヒータ制御装置および位相制御方法に関し、ヒータへの通電開始時に導通角の漸増を行い、ヒータへの通電遮断時に導通角の漸減を行う位相制御によって突入電流・フリッカを抑制するヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法に関する。

従来、熱定着装置における所定温度維持のためのヒータへの通電制御を行う場合、オン時に突入電流が発生し（例えば、図１の１１は、ヒータの温度が低い通電開始時において、大きな突入電流が流れることを示した波形図）、また、通電を遮断した場合は電圧変動が発生するといった問題が生じた。

この問題への対策として、ヒータ電流のオン、オフ制御の際、ヒータ電流の導通角を所定の位相ステップにて漸増もしくはヒータ電流の導通角を所定の位相ステップにて漸減する位相制御を行って、突入電流、フリッカを抑制する従来の技術として、特許文献１記載の「電子写真装置」が公開されている。

一方、図２は、従来における一般的なヒータの温度調節制御と通電開始時の位相制御のための制御構成を示したブロック図である。

図２において、交流電源ｘ１とヒータｘ２との間に、制御演算手段ｘ６からのヒータオン信号によってヒータｘ２への通電をＯＮ／ＯＦＦさせるトライアック等のオンオフ素子ｘ５を接続する。

ヒータｘ２の近傍にはヒータ温度を検出する温度検出素子としてのサーミスタｘ３を配置する。

制御演算手段ｘ６は、前記サーミスタｘ３の検出温度とあらかじめ設定した目標温度を比較し、比較結果が目標温度に達している場合はヒータへの通電要求は無しと判断し、トライアック５へのヒータオン信号をオフさせる。

比較した結果、ヒータ温度が目標温度に達していない場合はヒータへの通電が必要と判断しオンオフ素子ｘ５へのヒータオン信号をオンさせる。

このようにヒータｘ２への通電を制御してヒータ温度を一定に保っている。

図３は、突入電流を抑制する一般的な制御方法として、ヒータ電流の通電開始時に、供給電流の通電時間を徐々に広げる位相制御によるソフトスタート制御の例を示した波形図である。

ここで、通電を開始する際は、入力電圧のゼロクロス点に同期したゼロクロス検出器ｘ４からのゼロクロス信号と、導通角を決定するタイマ値をもとに、ヒータへの導通角が徐々に０°から１８０°へと漸増するように制御演算手段ｘ６からオンオフ素子ｘ５へヒータオン信号を制御する（以後、「ソフトスタート制御」と称す）。

図４は、ヒータへの通電停止時に、ソフトスタート制御時とは逆に導通角を１８０°から０°へと漸減させることで、ヒータへの通電停止時に発生する電圧変動を抑制する制御を行う（以後、「ソフトストップ制御」と称す）例を示した波形図である。
特開平１０−９１０３７号公報。

しかし、上記特許文献１、あるいは、図３に示した従来のソフトスタート制御は、ソフトスタート制御中にヒータ温度が目標温度に達した場合、例えば、図５のように、電流が非常に大きな値の状態から通電が突如遮断されることになる。

このため、定温制御のためのヒータのオン、オフ切り替えが頻繁に発生し、特に、ソフトスタート制御期間中に、通電のオフ要求が発生した場合は、電流、電圧の変化が急激に変化し、また、ソフトストップ制御期間中にヒータ温度が目標温度を下回り、通電のオン要求が発生した場合、図６に示すようなヒータ電流の変化となり、フリッカを発生させる要因となってしまう問題が生じた。

従って、本発明は、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御にてヒータ電流の変化を緩やかに制御するヒータ制御装置において、ソフトスタート制御期間中におけるヒータ温度の目標温度超過よる通電の停止要求、ソフトストップ制御期間中のヒータ温度の目標温度以下への低下による通電の再開要求が発生しても、電流の変化を滑らかにして、突入電流、フリッカを抑制することができるヒータ制御装置および位相制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、画像形成装置の定着器に内蔵されるヒータへの通電電流を位相制御により制御するヒータ制御装置において、ヒータの温度を監視するヒータ温度監視手段と、ヒータ温度監視手段により監視されるヒータの温度が予め設定した温度以下で、ヒータへの通電要求があると、位相制御の導通角を予め設定した初期値から第１の位相ステップで順次漸増させ、ヒータへの通電要求がなくなるとその時点の導通角から導通角を第２の位相ステップで順次漸減させる導通角制御手段とを具備することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、導通角制御手段は、第１の位相ステップと第２の位相ステップとを略同一に設定することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、導通角制御手段は、第１の位相ステップを第２の位相ステップより長く設定することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１の発明において、導通角制御手段は、第１の位相ステップを第２の位相ステップより短く設定することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、画像形成装置の定着器に内蔵されるヒータへの通電電流を位相制御により制御するヒータ制御装置の制御方法において、ヒータの温度をヒータ温度監視手段により監視し、ヒータ温度監視手段により監視されるヒータの温度が予め設定した温度以下で、ヒータへの通電要求があると、位相制御の導通角を導通角制御手段により予め設定した初期値から第１の位相ステップで順次漸増させ、ヒータへの通電要求がなくなるとその時点の導通角から導通角を導通角制御手段により第２の位相ステップで順次漸減させることを特徴とするヒータ制御装置の制御方法。

本発明のヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法によれば、ヒータへの通電開始、停止時において、ヒータ電流の導通角を漸増あるいは漸減する位相制御を行ってヒータ電流の変化を滑らかにし、さらには、ソフトスタート制御中、ソフトストップ制御中において、通電の停止要求、もしくは、通電の再開要求が発生した場合でも、ヒータ電流の変化を滑らかに制御することができる。

これにより、ヒータ電流のオン、オフが頻繁に生じるヒータ制御装置において、突入電流、フリッカの発生を抑制することができる。

また、導通角を漸増、漸減するとき位相ステップを、ソフトスタート、ソフトストップに対して個別に設定することができるので、位相制御期間をヒータ制御装置が組み込まれる機器の特定に応じて個別に調節することができる。

本発明のヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法の実施例について、添付図面を参照しながら説明する。

本発明のヒータ制御装置がヒータ電流に対するソフトスタート制御期間中にソフトストップ制御への切り替えを行った場合の動作を、図７の回路図、図８の表、図９の波形図を参照しながら説明する。

図７は、ヒータ制御装置の回路図である。

図８は、位相制御において、導通角に相当する、ヒータオン信号の提供期間をタイマ値として算出するための、「位相タイマ初期値」、「位相タイマ終了値」、「位相ステップ」をあらかじめ設定して記憶手段に記録した時の値の例を示した表である。

図９は、本実施例における、「ヒータ電流波形」、「ゼロクロス信号」、「ヒータオン信号」、「ヒータ通電要求」との関連、および、位相制御期間中におけるタイマ値の変化を示した波形図である。

図７において、ヒータ制御装置５は、交流電源４、温度検出器３、ゼロクロス検出器３、ＯＮ／ＯＦＦ素子６、制御部（ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ））５１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、タイマ５３を有して構成される。

制御部５１は、サーミスタ等の温度検出器３にて検出されるヒータの温度とあらかじめ設定された目標温度とを比較し、検出温度が目標温度に満たない場合は、ヒータへの通電要求有りと判断する。

また、制御部５１は、ヒータへ１の通電が必要と判断すると、ゼロクロス検出器３からのゼロクス信号の読み込みを開始する。

ＲＯＭ５２には、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御によって位相制御を行うためにあらかじめ設定された、位相タイマ初期値、位相タイマ終了値、位相ステップが例えば図８に示すような値でそれぞれ格納されている。

図８において、ソフトスタート制御を行う場合は、位相タイマ初期値から位相タイマ終了値まで、タイマ値を位相ステップで漸減し、ソフトストップ制御を行う場合は、位相タイマ終了値から位相タイマ初期値までタイマ値を位相ステップで漸増する。

制御部５１は、ヒータ１への通電要求が必要であると判断した後、最初に検出した電源電圧のゼロクロスをトリガとして、ＲＯＭ５２から読み出した位相タイマ初期値（図９の Ｔ９−１）をタイマ値としてタイマ５３にセットする（図９の９１）。

また、このときタイマ５３にセットしたタイマ値を、一時記憶領域（図示せず）に記憶する。

タイマ５３からタイムアップの割り込み信号を受信すると、制御部５１は、ＯＮ／ＯＦＦ素子６に対してヒータＯＮ信号を送出してヒータに通電させる。

これによって、タイマ５２からのタイムアップを検出してから次のゼロクロス信号の受信までの時間を導通角とするヒータへの通電制御を行うことができる。

以後、制御部５１は、ゼロクロス検出器からのゼロクロス信号を受信する毎に、前回タイマに設定したタイマ値に、位相ステップの値を引いた値をタイマ値として算出してタイマ５３にセットし、一時記憶領域のタイマ値を更新する（図９のＴ９−２、Ｔ９−３、Ｔ９−４、・・・）。

制御部５１は、通電要求が発生している間で、かつ、タイマ値がＲＯＭ５２に設定されたタイマ終了値に到達するまでの間、ゼロクロス信号の受信をトリガとする上記タイマ監視動作を繰り返して実行し、タイマ値がタイマ終了値以下となった場合、制御部５１は、ゼロクロス検出信号の受信と同時にヒータオン信号をＯＮ／ＯＦＦ素子６に送出してヒータ電流が全波通電の状態となるように維持する。

また、制御部５１は、ソフトスタート制御が終了した場合は、一時記憶領域（図示せず）にセットする。

一方、図９に示したように、温度検出器２によって監視するヒータ１の温度が目標温度よりも上昇した場合、制御部５１がヒータ１への通電を遮断する必要があると判断し、タイマ５３にセットしたタイマ値を一時記憶領域（図示せず）から読み出し、読み出したタイマ値（図９の場合は、Ｔ９−６）に位相ステップの値を足した値をタイマ値として算出し（Ｔ９−７）、タイマ５３にセットしてタイムアップを監視すると同時に、ＯＮ／ＯＦＦ素子に対してヒータオン信号を送出する。

また、このとき、制御部５１は、一時記憶領域（図示せず）に記憶したタイマ値を更新する。

以降、ゼロクロス信号の受信毎に上記動作を繰り返して実行し（図９の、Ｔ９−８、・・・Ｔ９−１０）、タイマ値がタイマ初期値以上になった時点（図９のＴ９−１１）でヒータ１への通電を遮断して、ゼロクロス検出信号の読み込みを終了し、温度検出器２によるヒータ１の温度を引き続き監視する。

以上の制御を行うことによって、ソフトスタート制御中に、ヒータ温度が目標温度に到達し、ヒータ１の通電を途中でオフに切り替えてソフトストップ制御を開始した場合でも、図９のＴ９−７、Ｔ９−８、Ｔ９−９に示すように、導通角を決定するタイマ値が、ソフトスタート、ソフトストップ制御の切り替えの前後において緩やかな変化となる電流波形となりフリッカを抑制することができる。

上記実施例１にて説明したソフトスタート制御およびソフトストップ制御以外の例として、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御それぞれに対して異なる位相ステップを設定した場合の例について説明する。

ソフトストップ制御を行う場合、フリッカの抑制よりも、通電の早期停止を優先したい場合、もしくは、通電の早期停止よりも、フリッカの抑制に重点を置きたい場合等、ソフトストップ制御に対する要求は、ヒータ制御装置を有した機器に求められる特性によって変化する。

これらの要求に対処するための方法として、ソフトスタート制御と、ソフトストップ制御とに対して個別の位相ステップを設定した値の例を図１０、図１１の表にそれぞれに示す。

図１０は、実施例１の説明にて示した図８の表に対し、ソフトストップ制御の位相制御に使用する位相ステップをソフトスタート制御で使用する位相ステップよりも大きな値を設定した時の例を示した表である。

これに対して、図１１は、ソフトストップ制御の位相制御で使用する位相ステップをソフトスタート制御の位相ステップよりも小さな値を設定した時の動作例を示した表である。

図８のように、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御にて同じ位相ステップの値を設定したときの動作と、図１０、図１１のように、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御に個別の位相ステップを設定した場合の動作の例を図１２に示す。

図１２は、「位相タイマ初期値」、「位相タイマ終了値」、「位相ステップ」の設定の違いによるソフトストップ制御に要する時間と、電流実効値の変化を示した波形図である。

図１２において、図１２（Ａ）は、電流遮断時において、ソフトストップ制御を実施しないときの電流実効値の変化を示した図である。

図１２（Ｃ）は、位相制御のステップをソフトスタート、ソフトストップ制御にて同じ値を使用したとき（図８）の電流実行値の変化を示した図である。

図１２（Ｂ）は、ソフトストップ制御の位相ステップを、ソフトスタート制御の位相ステップよりも大きく設定した時（図１０）の実効電流の変化である。

図１２（Ｂ）の場合、図１２（Ｃ）に示したソフトストップの制御に要する時間（Ｔ１２−３）よりも、短い時間（Ｔ１２−２）でソフトストップ制御が完了していることを示す。

図１２（Ｄ）は、ソフトストップ制御の位相ステップを、ソフトスタート制御の位相ステップよりも小さな値を設定した時（図１１）の実効電流の変化である。

図１２（Ｄ）の場合、図１２（Ｃ）に示したソフトストップ制御に要する時間（Ｔ１２−３）よりも、長い時間（Ｔ１２−４）でソフトストップ制御が完了していることを示す。

このように、位相ステップの値を調節することによって、通電停止までの所要時間を調節することができる。

次に、ソフトストップ制御中に、ヒータ温度が目標温度よりも低下してヒータオン要求が発生した時の動作例について、図１３の波形図、実施例１の図７に示した回路図を参照しながら説明する。

なお、実施例３における動作は、図８に示したように、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御において、同じ位相ステップの値を使用するものとして説明する。

制御部５１は、温度検出器２から通知されるヒータ１の検出温度が目標温度よりも低くなることを検出すると、ゼロクロス検出器３からのゼロクロス信号の読み込みを開始する。

制御部５１は、ゼロクロス検出器３からゼロクロス信号を受信すると、ソフトストップ制御を開始するための位相タイマ終了値をタイマ値としてＲＯＭ５２から読み出してタイマ５３にセットし（図１３のＴ１３−１）、タイマ値を一時記憶領域（図示せず）に記録する。

制御部５１は、タイマ５３からのタイムアップを受信すると、ＯＮ／ＯＦＦ素子６に対してヒータオン信号を送出する。

以降、制御部５１は、ゼロクロス信号を受信する毎に、前回セットしたタイマ値を一時記憶領域（図示せず）から読み出し、読み出した前回のタイマ値に位相制御ステップを足した値をタイマ値としてあらたに算出してタイマにセットし、タイムアップ受信の都度ＯＮ／ＯＦＦ素子６に対してヒータオン信号を送出するととともに、一時記憶領域（図示せず）のタイマ値を更新する。

制御部５２は、ソフトストップ制御が中断される場合以外は、タイマ値がタイマ初期値以上となるまで繰り返して実行する。

制御部５２は、上記のソフトストップ制御期間中において、温度検出器２にて検出される検出温度が、目標温度を下回った場合、ヒータ電流の通電開始が必要であると判断し、最初のゼロクロス信号を検出すると、ソフトストップ制御中に設定した最後のタイマ値（Ｔ１３−６）を一時記憶領域（図示せず）から読み出し、読み出したタイマ値に位相ステップの値を引いた値（Ｔ１３−７）をタイマ５２にセットしてタイムアップを監視し、一時記憶領域（図示せず）のタイマ値を更新して、ソフトスタート制御を開始する。

制御部５２は、タイムアップが通知されると、ＯＮ／ＯＦＦ素子６に対してヒータオン信号を送信する。

以後、制御部５２は、ゼロクロス検出器からのゼロクロス信号を受信する毎に、一時記憶領域（図示せず）から前回セットしたタイマ値を読み出し、読み出したタイマ値から位相ステップの値を引いた値をタイマ５２にセットしてタイムアップを監視する。

タイムアップの通知をタイマ５２が受信すると、制御部５２は、ＯＮ／ＯＦＦ素子６に対してヒータオン信号を送信する。

以後、制御部５２は、タイマ値が、タイマ終了値以下、もしくは、目標温度の超過によって、ヒータ電流の遮断が必要と判断するまでの間、上記に示したゼロクロス毎のタイマ監視動作を繰り返して実行する。

以上、ソフトストップ制御期間中にソフトスタート制御への切り替え制御を行うことによって、ヒータ電流の変化を滑らかに変化するように制御することができる。

本発明のヒータ制御装置およびヒータ制御装置の制御方法は、ソフトスタート制御、ソフトストップ制御を行うヒータ制御装置において、目標温度を維持するための温度調節制御として、ヒータ電流のオン、オフの切り替えが頻繁に発生する熱定着装置を備えたプリンタ等の画像形成装置に利用可能である。

ヒータの温度が低い通電開始時に大きな突入電流が流れることを示した波形図。 従来における一般的なヒータの温度調節制御と位相制御のための制御構成を示したブロック図。 従来における突入電流を抑制する制御方法として、ヒータ電流の通電開始時に、通電導通角を漸増する位相制御によるソフトスタート制御の例を示した波形図。 ヒータへの通電停止時に、ソフトスタート制御時とは逆に導通角を漸減させる従来のソフトストップ制御を示した波形図。 ソフトスタート制御中にヒータ電流が遮断された時の従来の動作を示したヒータ電流の波形図。 ソフトストップ制御中に、通電を再開した時の従来のソフトスタート制御の動作を示すヒータ電流の波形図。 本発明における、ヒータ制御装置の回路図。 位相制御において、ゼロクロス検出からヒータオン信号を出力するまでの期間をタイマ値として算出するための、「位相タイマ初期値」、「位相ステップ」と、位相制御の終了条件を決定する「位相タイマ終了値」の設定値の例を示した表。 実施例１の動作例として、「ヒータ電流波形」、「交流電圧信号」、「ゼロクロス信号」、「ヒータオン信号」、「ヒータ通電要求」との関連、および、位相制御中におけるタイマ値の変化を示した波形図。 実施例１に対して、ソフトストップ制御の位相制御において、位相ステップをソフトスタート制御の位相ステップよりも大きく設定した時の例を示した表。 実施例１に対して、ソフトストップ制御の位相制御において、位相ステップをソフトスタート制御の位相ステップよりも小さく設定した時の例を示した表。 「位相タイマ初期値」、「位相タイマ終了値」、「位相ステップ」の設定の違いによるソフトストップ制御に要する時間と、電流実効値の変化を示した波形図。 実施例３の動作例として、「ヒータ電流波形」、「交流電圧信号」、「ゼロクロス信号」、「ヒータオン信号」、「ヒータ通電要求」との関連、および、位相制御中におけるタイマ値の変化を示した波形図。

符号の説明

１ ヒータ
２ 温度検出器
３ ゼロクロス検出器
４ 交流電源
５ ヒータ制御装置
５１ 制御部（ＣＰＵ）
５２ ＲＯＭ
５３ タイマ
６ ＯＮ／ＯＦＦ素子
ｘ１ 交流電源
ｘ２ ヒータ
ｘ３ サーミスタ
ｘ４ ゼロクロス検出器
ｘ５ オンオフ素子
ｘ６ 制御演算手段

Claims (5)

1. 画像形成装置の定着器に内蔵されるヒータへの通電電流を位相制御により制御するヒータ制御装置において、
   前記ヒータの温度を監視するヒータ温度監視手段と、
   前記ヒータ温度監視手段により監視される前記ヒータの温度が予め設定した温度以下で、前記ヒータへの通電要求があると、前記位相制御の導通角を予め設定した初期値から第１の位相ステップで順次漸増させ、前記ヒータへの通電要求がなくなるとその時点の導通角から導通角を第２の位相ステップで順次漸減させる導通角制御手段と
   を具備することを特徴とするヒータ制御装置。
2. 前記導通角制御手段は、
   前記第１の位相ステップと前記第２の位相ステップとを略同一に設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒータ制御装置。
3. 前記導通角制御手段は、
   前記第１の位相ステップを前記第２の位相ステップより長く設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒータ制御装置。
4. 前記導通角制御手段は、
   前記第１の位相ステップを前記第２の位相ステップより短く設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒータ制御装置。
5. 画像形成装置の定着器に内蔵されるヒータへの通電電流を位相制御により制御するヒータ制御装置の制御方法において、
   前記ヒータの温度をヒータ温度監視手段により監視し、
   前記ヒータ温度監視手段により監視される前記ヒータの温度が予め設定した温度で、前記ヒータへの通電要求があると、前記位相制御の導通角を導通角制御手段により予め設定した初期値から第１の位相ステップで順次漸増させ、
   前記ヒータへの通電要求がなくなるとその時点の導通角から導通角を前記導通角制御手段により第２の位相ステップで順次漸減させる
   ことを特徴とするヒータ制御装置の制御方法。

Images