JP3469080B2 - 電力制御装置 - Google Patents

電力制御装置

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JP3469080B2
JP3469080B2 JP09797698A JP9797698A JP3469080B2 JP 3469080 B2 JP3469080 B2 JP 3469080B2 JP 09797698 A JP09797698 A JP 09797698A JP 9797698 A JP9797698 A JP 9797698A JP 3469080 B2 JP3469080 B2 JP 3469080B2
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    • G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B39/00—Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/02—Switching on, e.g. with predetermined rate of increase of lighting current

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機、プ
リンターまたはファクシミリのような画像形成装置等に
備えられた熱定着装置に使用されるヒータ等の負荷に対
して電力の供給を制御する電力制御装置に関し、詳しく
は、負荷に流れる突入電流による一時的な電源電圧の低
下（電圧降下）、あるいは電力供給のために瞬間的に電
源を位相制御することより生じる高調波成分の低下を考
慮した電力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、電子写真方式の複写機、プリン
ターまたはファクシミリ等の画像形成装置においては、
原稿の画像情報の濃度に応じて画像信号を電気信号に変
換し、レーザ光などを用いて感光体上に静電潜像を形成
する。そして、この静電潜像を現像により現像剤像とし
てから用紙に転写し、用紙上の現像剤像を熱定着装置の
ヒータからの熱により加熱溶融し、用紙に定着させてい
る。このような定着装置にあっては、熱定着装置のヒー
タ（以後定着ヒータと呼称する）が負荷として設けられ
ている。定着ヒータとして、ハロゲンランプ等のヒータ
ランプ、発熱抵抗等が熱源として用いられており、これ
らの定着ヒータは定着すべき用紙を狭持搬送する定着ロ
ーラ対に内蔵されている。また、これらの定着ヒータ
は、定着ローラ対の一方または両方に、１つまたは複数
内蔵されており、数百Ｗ程度から千数百Ｗ程度のワット
数のものが使用されている。また、非常に高速で画像形
成を行う高速機においては、さらに大容量のものが使用
されている。さらに、定着ローラの表面に接触して配置
された温度センサの検出結果に応じて、定着ヒータのオ
ン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）信号を生成し、定着ヒータ
に対して供給する電力を制御して、定着ローラ対が所定
の温度に保たれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、電力を供
給する制御対象として大きな負荷を有する場合には、電
力の供給を開始する瞬間に負荷に大きな突入電流が流れ
る。この負荷に大きな電流が流れる様子およびそのとき
の電源の電圧の低下の様子を、定着装置のハロゲンヒー
タを例にとって、図１５を用いて説明する。
【０００４】曲線ａに示すように、ヒータ信号がオン状
態になると、ハロゲンヒータに商用電源から電力が供給
される。ハロゲンヒータの抵抗値は、ハロゲンヒータ自
身の温度によって変化するので、それまで電流が供給さ
れていなかった場合、ハロゲンヒータの抵抗値は極めて
低い状態になっており、一般的には赤熱時の１／１０程
度である。この低抵抗状態にあるハロゲンヒータに対し
て電力が供給されるため、曲線ｃのごとく供給開始時に
突入電流Ｉ1 が流れる。
【０００５】そして、ハロゲンヒータに電流が流れてハ
ロゲンヒータが発熱し、温度が上昇するため、ハロゲン
ヒータの抵抗値が上昇する。この抵抗値の上昇に従っ
て、ハロゲンヒータに流れる電流は定常時電流Ｉ0 に低
下して収束し、定常状態になる。この突入電流Ｉ1 の定
常時電流Ｉ0 に対する比Ｉ1 ／Ｉ0 は、およそ数倍から
約１０倍程度である。同図の場合、電源電圧波形のほぼ
ゼロクロス点で点灯を開始するように制御しているの
で、突入電流はやや小さめに抑えられている。
【０００６】一方、このように突入電流が流れると、画
像形成装置に電力を供給している商用電源のコンセント
周囲あるいは他の屋内配線には、同図の曲線ｂに示すよ
うに自身のインピーダンスにより電圧降下△Ｖ1 が発生
する。同図の曲線ｂは電圧降下が起こった時の電圧波形
の波高値の包絡線を示している。その後、ハロゲンヒー
タに流れる電流が定常状態に収束するにつれて、電圧降
下は小さな値△Ｖ2 に収束する。ハロゲンヒータヘの電
力の供給が絶たれると、電圧が元の電圧レベルＶ0 まで
回復する。
【０００７】特に、上述の突入電流によって生じる電圧
降下は瞬間的に大きなものであるので、周囲の機器や照
明機器に対しても影響を与えることがある。例えば、照
明機器に供給している電圧が低下すると、一般に電圧降
下（Ｆｌｉｃｋｅｒ）と呼ばれる、瞬間的に照度が低下
する現象を発生することがある。昨今にあっては、この
現象（以後電圧降下と呼称する）を低減するために、電
源に対して大きな電力を消費する装置に対して、電圧降
下試験（ＦｌｉｃｋｅｒＴｅｓｔ）による規制がなされ
るようになってきた。この電圧降下試験は、装置中の負
荷により電源側の電圧が所定値以下にならないことを試
験するものである。画像形成装置に関しては、電圧降下
試験は、コピーモード（このモードにおける電圧降下試
験はショート電圧降下と呼称される）と待機モード（こ
のモードにおける電圧降下試験はロング電圧降下と呼称
される）との両方で、それぞれのモードに対応して設け
られた規制値で試験される。
【０００８】また、この電圧降下を少なくするため、特
開平６−２４２６４４号公報に開示されているように、
通電する際の導通角を徐々に大きく変えて位相制御を行
う方法が知られている。この方法はソフトスタートと呼
ばれている。ソフトスタートを行って上述のハロゲンヒ
ータ等の負荷に対して電力を供給する場合、電流波形が
歪み、広い周波数帯にわたってノイズを輻射することに
なる。このために周辺にある電子機器の誤動作や悪影響
等が問題になっており、そのために、一般的に、高調波
ノイズ試験（ＨａｒｍｏｎｉｃｓＴｅｓｔ）と呼称さ
れ、電流波形の高調波成分（以後高調波ノイズと呼称す
る）が所定の規制値内に収まるか否かを検査する試験に
よる規制もなされている。実際には、２次の項から４０
次の項までを検査する。この高調波ノイズ試験は、画像
形成装置に関して、通常の画像形成を行うコピーモード
において所定の規制値内に抑えることが安全規格上要求
されるようになってきている。
【０００９】このような規制をクリアするために、様々
な対策がとられている。例えば、特開平６−２４２６４
４号公報には、双方向サイリスタ（トライアックとも呼
称する）を使用したソフトスタート回路により導通角制
御を徐々に大きくして、突入電流の発生を抑制する技術
が開示されている（通常ソフトスタートと呼ばれる）。
この技術を用いる場合、高調波ノイズを大量に生じるの
で、電源ラインに高価なノイズフィルターを設ける必要
があり、コストが上昇するという問題があった。
【００１０】特開平６−２４２６４４号公報に開示され
た技術は、複数のヒータヘの通電開始時に時間差を設け
ること、さらにソフトスタートを組み合わせて通電を行
うことにより、システム全体が動作したときの電圧降下
を低減させる一つの方法を開示している。しかしなが
ら、ソフトスタートによる高調波の発生については、個
々のヒータランプに対して従来と同様に、最初の半波の
通電から、半波毎に、位相制御通電角度、すなわち、半
波分の期間のうちで遅延時間が過ぎた後に実際に通電す
る期間に相当する角度量（通電位相量）を徐々に増加さ
せていた。このような制御方法では、個々のヒータラン
プに対する電圧降下と高調波ノイズとについては、従来
と同様の位相制御を行っている。このため、高調波の低
減のためには、高価なノイズフィルターが依然として必
要であった。
【００１１】このように、電圧降下は、短時間の間に見
ために大きな電流が必要となる素子（モータ、ランプ
等）のスタートによる突入電流によって生じる。突入電
流を低減するために適用される解決方法として、素子に
おける電圧を瞬間的にスイッチする位相制御を行うと、
規則的に増加する電圧が素子に印加されるので、突入電
流と電圧降下とを低減できる。しかし、この方法は高調
波ノイズを生じる。長くスイッチすればするほど、電圧
降下はより小さくなる一方、高調波ノイズのレベルはよ
り高くなる。短くスイッチすればするほど、高調波ノイ
ズのレベルはより低くなる一方、電圧降下はより大きく
なる。
【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、交流電圧サイクル内での位相制御
の望ましい通電時間と遅延時間とを選択することによ
り、大きな高調波ノイズを生じることなく効率的に電圧
降下を低減できる電力制御装置を提供することにある。
【００１３】より詳しくは、ソフトスタート回路を使用
した位相制御によって導通角を徐々に大きくしながら電
力を供給して、電圧降下を十分に低減すると共に、位相
制御ゆえにゼロクロス点以外の点で電力供給をオンする
ことで生じる高調波ノイズをも低減する電力制御装置を
提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載の電力制御装置は、温度に対
する抵抗特性が正である負荷とスイッチング手段とを交
流電源に対して直列に接続すると共に、前記スイッチン
グ手段を制御して前記負荷への供給電力を制御する電力
制御装置において、上記スイッチング手段が、前記交流
電源波長の１波長以上の期間の間、第１極性の電力量が
前記第１極性と異なる第２極性の電力量よりも相対的に
大きい電力を前記負荷に供給する第１制御モードと、前
記交流電源波長の１波長以上の期間の間、前記第２極性
の電力量が前記第１極性の電力量よりも相対的に大きい
電力を前記負荷に供給する第２制御モードと、前記第１
極性の電力と前記第２極性の電力とを交互に前記負荷に
供給する第３制御モードとを有し、前記第１制御モー
ド、前記第２制御モード、前記第３制御モードの順に実
行することを特徴としている。
【００１５】上記の構成により、相対的に第１極性成分
が大きい複数の位相制御波形の電流と、相対的に第２極
性成分が大きい複数の位相制御波形の電流とを、熱正特
性負荷に供給することにより、高調波ノイズを低減し、
かつ、突入電流による電圧降下を低減するという両方の
効果を得ることができる。
【００１６】すなわち、１）高価なノイズフィルターを
用いることなく高調波ノイズを低減すること、２）ヒー
タランプに対する突入電流を抑えることにより電圧降下
を低減すること、３）電圧降下と高調波ノイズとに関す
る安全規格の規制目標値を越えない位相制御のパターン
を提供すること、４）特別のハード回路を加えることの
ない制御方法を提供することが可能になる。
【００１７】請求項２記載の電力制御装置は、請求項１
記載の電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記第１制御モードと前記第２制御モードとの間
に、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、前記負
荷への電力供給を停止する中間制御モードを実行するこ
とを特徴としている。
【００１８】上記の構成により、前記第１制御モードと
前記第２制御モードとの間に、前記負荷への電力供給を
停止する中間制御モードを実行する。そのため、第１制
御モードの最後の位相制御波形と第２制御モードの最初
の位相制御波形とが不連続となる。したがって、奇数次
の高調波ノイズを一層低減できる。
【００１９】それゆえ、請求項１の構成に加え、高調波
ノイズの低減と突入電流による電圧降下の低減とを同時
に一層良好に行うことができる。
【００２０】請求項３記載の電力制御装置は、請求項２
記載の電力制御装置において、前記中間制御モードの期
間が、前記交流電源波長の１波長であることを特徴とし
ている。
【００２１】上記の構成により、前記中間制御モードの
期間が、前記交流電源波長の１波長である。したがっ
て、第２制御モードが始まる前に上記負荷を過度に冷却
することが無い。
【００２２】それゆえ、請求項２の構成に加え、第２制
御モード開始時の電圧降下の発生を効果的に抑制するこ
とができる。
【００２３】請求項４記載の電力制御装置は、温度に対
する抵抗特性が正である負荷とスイッチング手段とを交
流電源に対して直列に接続すると共に、前記スイッチン
グ手段を制御して前記負荷への供給電力を制御する電力
制御装置において、上記スイッチング手段が、前記交流
電源波長の１波長以上の期間の間、第１の位相制御電力
すなわち第１のアップアンドダウンの半波サイクルの電
力を連続して前記負荷に供給する第１制御モードと、前
記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第２の位相制
御電力すなわち第２のアップアンドダウンの半波サイク
ルの電力を連続して前記負荷に供給する第２制御モード
と、第１極性の電力と第２極性の電力とを交互に前記負
荷に供給する第３制御モードとを有し、前記第２制御モ
ードにおける最初の半波長期間の前記負荷への通電電流
が、前記第１制御モードにおける最後の半波長期間の前
記負荷への通電電流よりも大きくなるように制御設定す
ると共に、前記第１制御モード、前記第２制御モード、
前記第３制御モードの順に実行することを特徴としてい
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図１ないし図１５を参照し
て、本発明の実施の形態を、本発明を画像形成装置の１
種である複写機に適用した場合を例にとって説明する。
まず、画像形成装置の各部に関して大まかに説明する。
本画像形成装置は、例えばスキャナ部と画像処理部と画
像記録部とからなるデジタル複写機であり、このデジタ
ル複写機の定着装置としてヒータランプを装着したもの
である。図２において、この画像形成装置はデジタル複
写機３０であり、該デジタル複写機３０の本体は、大き
く分けてスキャナ部３１とレーザ記録部３２とから構成
されている。
【００２５】以下に、図１を用いて、本発明に係る電力
制御装置としてのヒータランプ制御回路を説明する。同
図は、画像形成装置における電力制御装置としてのヒー
タランプ制御回路の要部ブロック構成を示している。
【００２６】同図において、１０１は交流電源接続プラ
グ、１０２は電力供給ユニット、１０３は制御基板、１
０４は定着ユニットである。電力供給ユニット１０２に
は、電源トランス１０５、ゼロクロス検出回路１０６、
トライアック１０７が内蔵され、制御基板１０３には、
入出力装置１０８，入出力装置１０９，ＣＰＵ（中央演
算処理部）１１０，ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）１
１１，ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２，Ａ／
Ｄ変換器１１３、増幅器１１４、異常検知サーミスタ
（図示せず）が内蔵され、また定着ユニット１０４に
は、温度ヒューズ１１７、定着ヒータ（ヒータランプ）
１１８、および定着サーミスタ１１９が内蔵されてい
る。上記電力供給ユニット１０２および制御基板１０３
によってスイッチング手段が構成されている。
【００２７】ヒータランプ信号ＨＬのオン・オフの呼び
出しと遅延のカウントダウンとについて説明する。上記
ヒータランプは、ヒータランプ信号ＨＬをオン・オフす
るサブルーチンによって制御されている。このサブルー
チンは、交流電圧の各々のゼロクロス点において生じる
ゼロクロス信号の割り込みにより呼び出される。もし、
ヒータランプ信号ＨＬの要求がオンであれば、サブルー
チンは、遅延の後に、ヒータランプの電圧をオンにす
る。この遅延は、図３に示すように、電圧降下のリスク
がもはや重大でなくなるまで、各々の半波サイクルにお
いて発生する。
【００２８】表１は、本発明における制御基板上のＲＯ
Ｍテーブルの内容を示すものであり、ＲＯＭ１１１に内
蔵されている制御プログラムの一部である。このテーブ
ルに基づいて、画像形成装置の動作状態すなわち、待機
モードかコピーモードかを判別し、ＣＰＵ１１０はシス
テムの電力制御モードを選択して、定着ヒータヘの電力
供給制御を実行する。
【００２９】
【表１】
【００３０】図４は、表１のＲＯＭに記憶された制御パ
ターンによってヒータランプの通電遅延時間を設定する
フローチャートを示している。電源をオンにし（Ｓ１０
１）、ＣＰＵが電子写真複写機のプログラム制御を行っ
ているときに、交流電源波形に対応したゼロクロス信号
が割り込むと、制御モードに応じた制御プログラムがス
タートする（Ｓ１０２）。この制御プログラムはＲＯＭ
に制御モード毎に記憶されている。そして、ゼロクロス
信号がプログラムに割り込むと、この瞬間から電源のゼ
ロクロスタイミング毎にカウントが行われ（Ｓ１０３、
Ｓ１０４）、交流電源の半波毎に、カウント値に応じて
ＲＯＭデータが読み出され（Ｓ１０５）、ＲＯＭデータ
に対応した制御信号Ｓ１が出力される（Ｓ１０６）。こ
のようにして、遅延時間が、ＲＯＭに記憶されたプログ
ラムに応じて任意に決定され、位相制御が実行される。
そして遅延制御パターンが終了すると、ヒータランプの
交流電圧が連続オンに切り替えられる。
【００３１】例えば、制御モードＡは、待機モードにお
ける電力制御手段の位相制御パターンを記憶した部分で
ある。このモードの場合は、第１半波においてはゼロク
ロスタイミングからの遅延時間を８ｍｓに設定している
ので、５０ヘルツの電源周波数の場合には通電位相角度
に相当する時間が２ｍｓとなる。そして第２半波におい
ては半波の期間通電をさせない。次の第３半波において
は、ゼロクロスタイミングからの遅延時間を第１半波の
場合と同様に８ｍｓとしている。このようにして、半波
毎にＲＯＭデータを読み取り電力制御を行っている。
【００３２】本実施の形態においては、制御基板１０３
内に、図示しない異常検知サーミスタを設けておき、シ
ステムの各部の温度（例えば、定着部温度、機内温度
等）からシステムの状態（例えば、コピーモード、予熱
モード、待機モード、コールドスタート等）を検知し
て、システムの電力情報を管理し、かつシステムの突入
電流量およびノイズの発生量を所定値以内になるように
管理する。例えば、定着ヒータの抵抗値は、温度が低い
時には小となり、温度が高いときには大となる。すなわ
ち熱に対して正特性を持つ。このため、低温時にヒータ
のオン制御を行うときには突入電流が大となる。
【００３３】本実施の形態においては、交流電源に直列
に定着ヒータ１１８と電力制御手段であるトライアック
１０７とを設け、制御基板１０３上のＣＰＵ１１０から
の指令信号により定着ヒータ１１８のオン・オフ制御お
よび任意の位相での通電が可能なようにしている。すな
わち、定着ヒータ１１８がオフからオンになると、交流
の電源電圧波形に対してゼロクロス検出回路１０６によ
ってゼロクロス点が検出され、ゼロクロス信号が発生
し、ＣＰＵ１１０からの制御信号Ｓ１がトライアック１
０７に送出されることにより、トライアック１０７の位
相角制御が行われ、信号Ｓ１がオン（負信号）になって
いる期間だけ定着ヒータ１１８への電圧波形をオンにし
て、電流を流す。位相調整期間が終了した後は、ゼロク
ロス制御により全電流を定着ヒータ１１８に流す。
【００３４】位相調整期間には、定着ヒータへの供給電
力を全波波形で供給するよりも少ない通電角位相で制御
を行うことができるので、定着ヒータヘの突入電流を減
少させることができる。交流電源のラインに対して、画
像形成装置の近傍に室内電灯、および他のプリンタやホ
ストコンピュータ等の複数の装置が接続されている場合
は、定着ヒータヘの突入電流により交流電源電圧が低下
するので、室内電灯に供給される電源ラインも同時に低
下し、室内電灯がちらついたり、他の装置への供給電源
電圧が低下し、悪影響が発生することが考えられる。
【００３５】高調波ノイズとは、非正弦波交流を使用し
たデバイスにより生じる電源信号の波形の歪みにより発
生する商用電源周波数に対する高調波であり、各国にお
いて規制の対象となっている高調波ノイズを意味する。
電圧降下とは、電源に接続された負荷に対して通電する
ことにより電源ラインに生じる電源変動である。
【００３６】電圧降下を除去するために最も効果的な解
決方法は、十分長期間をかけて位相制御することであ
る。一方、高調波ノイズはもっと繊細な点があり、除去
はできないが、その分布は変更できる。ある高調波ノイ
ズは増加し、それ以外のものは低減するというように、
高調波ノイズは位相制御の種類に依存する。それゆえ、
上記問題点をソフトスタートを用いて解決する方法を発
展させるために、少なくとも以下の慣例に従った点は観
察すべきである。
【００３７】すなわち、まず、電圧降下と高調波ノイズ
との実測値を得て評価する。つぎに、高調波ノイズパタ
ーンを分析して、高調波ノイズの奇数次の項と偶数次の
項とのランクに関して、安全規格上の数値や目的の規制
レベルに対する余裕度を評価する。第３番目に、中程度
の遅延サイクル（１ｍｓから４ｍｓ程度の通電時間）と
通電サイクル数とを変化させて、最適のソフトスタート
制御法を決定する。この際、高調波ノイズレベルがサイ
クルの位相制御回数（半波サイクルの個数）に従って増
加するパターンを見分ける必要がある。
【００３８】また、あまりにも長い通電時間は高調波ノ
イズを低減するにはそれほど効果的でない。通電時間も
また、電圧１００／１２０／２３０Ｖシリーズに応じて
異なって調整されなければならない。
【００３９】次に、位相制御サイクル数とそれらのサイ
クル中の通電時間とを徐々に調整するために、多くの測
定をする。この目的は、サイクルの位相制御回数と高調
波ノイズ分布との歩み寄り（バランス）を得ることであ
る。
【００４０】高調波ノイズが測定されるモードについて
は、通電時間を増加させて少ない半波サイクルでスイッ
チングさせるようにする。これに対して、電圧降下がよ
り重要であって高調波ノイズの測定されないモードにつ
いては、位相制御回数の多い位相制御を行う。
【００４１】次に、本発明を適用する前の、比較例１、
比較例２におけるデータの測定結果について説明する。
この比較例では、電源電圧２３０Ｖ（５０Ｈｚ）、ヒー
タランプ１０００Ｗを使用して電圧降下と高調波ノイズ
とを測定した。表２に、比較例１・２と本実施の形態と
における、電圧降下すなわちフリッカーと、高調波ノイ
ズすなわちハーモニクスとのテスト結果を示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】測定は、画像形成装置の異なる使用条件す
なわち、半波毎の通電期間を単調に増加する位相制御を
行ったソフトスタートを実施した比較例１と、ソフトス
タートを行わない比較例２とにおいて実施した。
【００４４】高調波ノイズテストと短期間電圧降下テス
トとは、コピーモードにて測定した。長期間電圧降下テ
ストは、待機モードにて測定した。コピーモードとは、
ヒータランプが冷却されているときに画像形成装置に電
源供給を開始し、画像形成を行うモードである。また、
待機モードとは、電源スイッチをオンした後、上記画像
形成を行うことなく、実験装置である画像形成装置を待
機させるモードである。
【００４５】比較例１において、コピーモードでは単調
ソフトスタートを実施したが、規制値を越える量の高調
波ノイズを発生していた。また、電圧降下に対しては規
制値１．０に対して余裕がある。
【００４６】一方、比較例２においては、高調波ノイズ
に関して非常に余裕があり、電圧降下に対して厳しい状
況である。
【００４７】図１５を用いて説明したように、電圧降下
は、主に、ヒータランプの点灯開始によって生じる。大
きな電流ピークが、電源の交流電圧の変動を誘起する。
変圧器からの全波信号を測定した結果、実効電圧で４Ｖ
の電圧降下があり、数サイクル後、ヒータランプが立ち
上がると、元の電圧レベルに戻った。
【００４８】次に、電圧降下を低減するための、既存
の、ソフトスタートを用いた位相制御について説明す
る。
【００４９】図５に示すように、これは、ヒータランプ
が点灯するときにソフトスタートを使用してヒータラン
プのスタートの制御を行う方法である。ヒータランプの
電圧の各サイクルが切り替わるときに、通電開始タイミ
ングを、ゼロクロスタイミングからＴｄ期間遅延させる
位相制御を行うことにより、ヒータランプの点灯開始時
の突入電流を低減する。
【００５０】この方法を用いた場合、電圧降下は低減す
るが、高調波ノイズを生じてしまう。それにもかかわら
ず、遅延を使用したサイクルの切り替えは、図３に示す
ように、電圧降下に対するリスクが消えるまで続けなけ
ればならない。同図中、曲線ａは電圧を示し、曲線ｂ
は、規則的に減少する遅延時間を有する電流を示す。こ
のように、問題の困難さは、同時に電圧降下と高調波ノ
イズとの両方の現象を扱うことにある。
【００５１】このため、遅延を使用したサイクルの切り
替えの適切な期間だけでなく、交流電圧サイクル内での
適切な導通の遅延時間をも最適化することが必要であ
る。それにより、多くの高調波ノイズを生じることなし
に電圧降下を効果的に低減することが本願の目的であ
る。
【００５２】なお、そのような改良によって、電子写真
複写機を作動する電流における新たな変動を誘起しては
ならない。また、そのような改良は、ヒータランプのオ
ン・オフの信号や、制御回路やＣＰＵ等から発信される
コマンドに対して、ノイズ等の悪影響を与えてはならな
い。
【００５３】本願では、この目的のため、規則的に減少
するソフトスタート制御を行ったほぼ１００の半波サイ
クルにおいて、改良ソフトスタート解決法を研究した。
【００５４】この解決法については、従来、位相制御の
通電位相角度と通電期間とを様々に組み合わせてテスト
されてきたが、これら全てはコピーモードにおいてあま
りにも多くの高調波ノイズを発生してきた。
【００５５】我々もまた、実験機の画像形成装置に関し
て測定された高調波ノイズを比較し、検討した。その結
果、偶数次の高調波ノイズに関して十分余裕のあるマー
ジンがあり、奇数次の高調波ノイズに関して狭いマージ
ンを持つ、または規制値を越えていることに気づいた。
この観察により、規制値内に収まった奇数次および偶数
次の高調波ノイズを生じるようなソフトスタート法を研
究した。
【００５６】次に、上記の考察により、制御パターンと
高調波ノイズとの関係について研究した結果について説
明する。表３に、３タイプの制御パターンについての高
調波ノイズの特徴に関する情報を示した。表中、ハーモ
ニクスは高調波ノイズを表す。
【００５７】
【表３】
【００５８】表３中の制御パターンＡは、実験機に用い
られたソフトスタートに使用された信号と同様であり、
多くの奇数次の項で高調波ノイズを生じているが、電圧
降下の低減には非常に効果的である。
【００５９】表３中の制御パターンＢは、偶数次の項の
高調波ノイズを生じるが、我々の問題に対する理想的な
信号になるはずであった。しかし、この解決法をテスト
した結果、測定された偶数次の項の高調波ノイズは非常
に大きくて、要求される規制値を越えていた。
【００６０】表３中の制御パターンＣは、我々のソフト
スタートに対して適用された解決法である。それは、両
方のタイプ（偶数次の項と奇数次の項）の高調波ノイズ
を生じるが、それらの高調波ノイズのレベルは、正確な
サイクル数と正確な位相制御の遅延（位相角）とを選ぶ
ことによって調節できる。
【００６１】制御パターンＣの電流波形は、反対の符号
を持つ２つの偶関数的波形の組み合わせである。なお、
この偶関数的波形は、実際には、ほんの少し奇関数的な
部分も有している。この制御パターンＣは、高調波ノイ
ズと電圧降下との双方を低減するための折衷案である。
【００６２】次に、電圧降下対策について研究した結果
について説明する。規制値が全く異なるので、コピーモ
ードと待機モードとは、異なった条件にて測定される。
コピーモード中に測定された高調波ノイズの結果を表４
および表５に記す。なお、表中、「○」は、テストに適
合したことを示す。
【００６３】
【表４】
【００６４】
【表５】
【００６５】表４および表５を参照すると、いくつかの
高調波ノイズに関してはマージンが狭い。それゆえ、あ
まり大きい高調波ノイズの増加を誘起しないように、切
り替わるサイクル数を最大限に利用して、できるだけ少
ないサイクル数で位相制御を行う必要がある。
【００６６】これに反して、待機モードにおいては、高
調波ノイズは安全規格においては測定されない。このた
め、電圧降下が規制値より下回るレベルを確保できる範
囲にて位相制御を行った。
【００６７】前述の表２は、本実施の形態におけるモー
ド別の電圧降下と高調波ノイズとのテスト結果を示すと
共に、電圧降下に関する安全規格上の一つの目標値（規
制値）を示している。
【００６８】この待機モードにおいては、コピーモード
の１に対して０．６５というように規制値が低い値であ
るが、測定値が規制値を満足しているので、位相制御を
するサイクル数を多く設定している。
【００６９】通電開始タイミングの遅延もまた、非常に
重要である。我々が確保しなければならない目標値（安
全規格上の特定の規制値）を考慮した最良の結果は、５
ｍｓかそれより短い通電時間で得られた。もちろん、こ
れは、位相制御サイクル数と高調波ノイズレベルとを増
加させてしまう。しかし、だからといって、あまりにも
長い通電時間をとると、電圧降下を低減するのにそれほ
ど効果的ではなくなってしまう。
【００７０】次に、図６、表６を用いて、表３の制御パ
ターンＣを基本とした、本発明の特徴的な位相制御につ
いて説明する。表６は、本実施の形態の位相制御パター
ンである。
【００７１】
【表６】
【００７２】・第１・第２ステップ 上記第１ステップは、２アップの位相制御半波サイクル
であり、第２ステップは、６アップの位相制御半波サイ
クルである。この第１・第２ステップは、前述の表４・
表５に記載された高調波ノイズを改良することができ
る。
【００７３】本発明では、電圧降下を低減することに加
えて、安全規格での規制値に対してあまり大きい高調波
ノイズを生じない範囲で、ソフトスタートを実行可能と
することも目的としている。これが、上記半波サイクル
を２ｍｓの通電時間で開始する理由である。
【００７４】上記第２ステップにおいては、さらに加熱
するために、通電時間を、上記第１ステップと比べて１
ｍｓだけ増加させている。なお、これは、本実施の形態
で用いたタイマーの性能に由来する、測定しうる最小量
であった。すなわち、この６アップ半波サイクルの段階
で、通電時間を２ｍｓだけ増加させると、つまり、通電
時間を２ｍｓから４ｍｓにまで増加させると、この場合
プロセスがまだ安定していないので、電圧降下に負の衝
撃を与えることになる。このため、もし、通電位相角度
に相当する時間を２ｍｓ増加させた場合は、プロセスを
安定させるため、および、電圧降下のリスクがもはや重
大でないことを保証するために、５半波サイクル以上上
乗せした位相制御、つまり、１０半波サイクル以上の位
相制御を要する。しかし、このようにすると、位相制御
半波サイクル数を増加することになるがゆえに、我々の
目標に逆行して、高調波ノイズのレベルを増加させるこ
とになってしまう。このため、上記のように、通電時間
は、上記２アップ半波サイクルと比べて１ｍｓだけ増加
させている。
【００７５】・第３ステップ これは、２半波サイクル分の、非通電期間としての空白
期間（以下、ブランクと呼称する）である。これら２半
波サイクル分のブランクは、奇数次の項の高調波ノイズ
を低減するのに非常に重要である。これらを除くこと
は、図６の２＋６アップと５＋３ダウンとの２つの位相
制御パターンを繋げることになる。そうすると、第２ス
テップ（７ｍｓ遅延、３ｍｓ通電のパターンを有する）
の最後（６番目）のサイクルの第１極性の半波サイクル
と、第１極性とは反対の極性の位相制御波形を供給する
次（第４ステップ）の第１番目の半波サイクルとの間の
接合部に、図７に示すように、１つの連続した位相制御
波形を生じる。図７は、上側（第１極性）半波長の位相
制御を行った直後の下側（第２極性）半波期間で位相制
御を実施した場合の電力供給を説明する図である。この
場合は、奇数次の項の高調波が多く発生することが確認
された。
【００７６】この接合部でさらに２半波サイクル分のブ
ランクを設けることは必要ではない。なぜならば、非常
に長い期間に亘ってヒータランプを冷却することにな
り、第２極性の半波を連続して位相制御して電力を供給
する制御モード（図６の５＋３ダウン）に切り替えを開
始する時に、大きな電圧降下を生じるからである。これ
らの状況から、半波長の２倍の長さのブランクが最適値
であることが確認された。
【００７７】図８は、上側（第１極性）半波長の位相制
御を行った直後に半波長の２倍の長さのブランクを設
け、その後に下側（第２極性）半波期間で位相制御を実
施した場合の電力供給を説明する図である。この場合
は、奇数次の項の高調波が大幅に抑えられることが確認
された。この位相制御パターンは、表３に挙げた制御パ
ターンＡに関して記述した考察に直接的に関連してい
る。
【００７８】・第４ステップ このステップは、５ダウンの半波サイクルである。この
５つの半波サイクルは、３ｍｓの通電時間を持ってい
る。この時間は、第１極性の６つの半波サイクル（第２
ステップ）の１つと同一の通電時間である。これは、２
半波長分の空白期間（第３ステップ）の後でこの時間を
増加すると、非常に大きな電圧降下を生じるからであ
る。
【００７９】・第５ステップ 次に、この、第２極性の３ダウン半波サイクルに関し
て、上記第４ステップと比べて、１ｍｓだけ通電時間を
増加した。この増加により生じる電圧降下は、非常に小
さい。遅延の無い全半波サイクルの通電を行えるよう
に、ここで通電時間を上記のように１ｍｓだけ増加させ
て加熱を継続した。この段階で、通電時間を２ｍｓだけ
増加すると、つまり、通電時間を３ｍｓから５ｍｓにま
で増加すると、非常に大きな電圧降下を生じさせる。こ
れは、第１極に最初に通電したときと同様に、突入電流
の増加により電圧降下の増加が発生しやすいからであ
る。
【００８０】・第６ステップ これは、３半波サイクルのアップアンドダウンの位相制
御である。これらの目的は、２＋６アップ、２半波サイ
クル分のブランク、および５＋３ダウンの位相制御を行
った後に、電圧に残っている電圧降下を低減することで
ある。この３つの半波サイクルがないと、小さな電圧降
下が残った。そして、電圧降下が消えるまで、半波サイ
クルを交互に、遅延を持たせながら位相制御した。連続
性を保証するために、第２番目の偶関数的波形（第４・
第５ステップ）の最後の半波サイクルと同様に、４ｍｓ
の通電時間を保った。
【００８１】・第７ステップ これは、３半波サイクル（１．５全波サイクル）のアッ
プアンドダウンの位相制御であり、正規のヒータランプ
の加熱パターンの開始である。
【００８２】・第８ステップ これは、１半波サイクル分のブランクである。このブラ
ンクの目的は、電圧の最後の電圧降下を除去するためで
ある。
【００８３】以上各ステップの信号は、ヒータランプや
制御デバイス、電圧の振幅、周波数などの多くのパラメ
ータと相関がある。２半波サイクル分のブランクを間に
おいて、Ｎ1 個の、第１極性が大きい位相制御電力供給
（表６の２＋６アップ）と、Ｎ2 個の、第２極性が大き
い位相制御電力供給（表６の５＋３ダウン）との半波の
位相制御という原理は、いかなる場合にも適用できる。
上記Ｎ1 個とＮ2 個との半波サイクルの数は、電圧降下
の深さと高調波ノイズのレベルとに依存して増減すれば
よい。
【００８４】残りの３アップアンドダウンの半波サイク
ル（第６ステップ）と１．５全波サイクル（第７ステッ
プ）とブランク（第８ステップ）とは、実験機の電圧降
下と高調波ノイズとの低減のために追加された制御であ
る。それらは、制御中のデバイスにおける電圧信号を分
析することによって必要に応じて増減して調節すればよ
い。正確な通電時間を選択することは、位相制御のいか
なる瞬間においても非常に重要である。もし、通電時間
が非常に大きければ、加熱は継続されるが、電圧降下は
残る。実験機の場合、５ｍｓの通電時間の場合に電圧降
下が上限となった。この値は、もちろん、ソフトスター
トを行わない場合より小さな値である。しかし、それで
も、通電時間の設定次第でこの値は大きくなる。もし、
通電時間があまりにも短ければ、電圧降下は除かれるで
あろうが、加熱に時間を要する。これは、ほんのわずか
なエネルギーしかヒータランプや制御デバイスに供給さ
れないからである。また、高調波ノイズも増加する。な
お、前述のように、これらの通電時間は、制御デバイス
の種類、電圧の振幅、周波数に依存する。
【００８５】次に、待機モードでの位相制御パターンに
ついて説明する。表７は、待機モードにおいて本発明を
実施したときの位相制御パターンを示している。
【００８６】
【表７】
【００８７】また、表７の制御パターンにてヒータラン
プを制御したときに測定した位相制御波形を、図９に示
している。このモードにおいて、以下のように信号の分
析を行う。
【００８８】このモードにおいては、通常のソフトスタ
ートを行ったときでも、安全規格上の規制値に対してマ
ージンがある。このため、複雑な波形制御を切り替えな
がら組み合わせることなく、規制値より低い電圧降下に
することができる。すなわち、表３における制御パター
ンＡのタイプの制御で十分である。楽に電圧降下を低減
するうえでの唯一の注意点は、通電時間を正確に調節す
ることである。以下、表７を用いて制御の手順を説明す
る。
【００８９】第１・第２ステップ ここでは、１４アップアンドダウンを行い、その後に、
５３アップアンドダウンの半波サイクルを位相制御す
る。電圧降下を低減するために、１４半波サイクルの間
は、２ｍｓという短い通電時間で加熱する。その安定後
に、通電時間を４ｍｓに増加する。１４半波サイクル通
電の後にはヒータランプの抵抗が増加しているので、も
はや電圧降下が発生しないレベルとなっている。
【００９０】待機モードにおいては、ヒータの抵抗値が
上昇しているので、位相制御のために時間を十分に費や
しても電圧降下は発生しない。一方、コピーモードにお
いては、高調波ノイズは、位相制御サイクル数と共に増
加するので、できるだけ少ない半波サイクル数で位相制
御を行わなければならない。したがって、通電時間の増
加は、待機モード中よりも短く設定する必要がある。
【００９１】第３ステップ これは、１半波サイクル分のブランクである。
【００９２】第４ステップ これは、３アップアンドダウン半波サイクルである。こ
れらの半波サイクルの設定は、電子写真複写機のヒータ
ランプ制御に有効である。この半波サイクルの設定は、
対象となる制御装置にて発生する電圧信号の解析によっ
て必要となる値を調整もしくは設定すればよい。
【００９３】コピーモード信号のように、この待機信号
は、ランプや制御デバイスの種類、電圧振幅、周波数と
いった多くのパラメータと相関がある。よって、電圧降
下の深さと高調波ノイズのレベルとによって、位相制御
する半波サイクル数を増減設定する。
【００９４】前述の表２は、制御目標値と同時に、実験
機で測定されたソフトスタート制御を適用したときのコ
ピーモード時の電圧降下とコピーモード時の高調波ノイ
ズとの結果を示している。
【００９５】表８および表９は、コピーモードにおい
て、本発明を適用したソフトスタートを行ったときの高
調波ノイズを測定したデータである。なお、表中、
「○」は、テストに適合したことを示す。
【００９６】
【表８】
【００９７】
【表９】
【００９８】これらの実験および測定データを考察した
結果、電圧降下と高調波ノイズとは、一般に、実験機の
タイプに依存することが判明した。
【００９９】このように、多数の組み合わせにおいて、
本発明を適用することにより、より効果的に高調波ノイ
ズと電圧降下とを低減することができる。
【０１００】以上説明した本発明は、ヒータランプを有
する、２３０Ｖ，５０Ｈｚの電子写真複写機の実験機に
対して適用された。また、本発明は、電圧降下と高調波
ノイズの生成とに直接的に関連する複写機の構成要素で
ある、ヒータランプやコピーランプだけでなく、位相制
御回路等にも適用できる。このように、多数の構成要素
を有する電子写真複写機の１つの構成要素が変更になる
場合は、本発明の構成を、ソフトスタートのコンピュー
タプログラムに盛り込んで設定することにより、新しい
効率的な、電圧降下低減と高調波ノイズ抑制とを行えば
よい。
【０１０１】このように、多くの異なる通電時間で位相
制御を行うことは、高調波ノイズの数を増加させること
になるが、本発明では、通電位相角度（通電位相量）す
なわち半波期間のうちの遅延時間以降の実際に通電する
期間（通電時間）に相当する位相角度の量の、種類を少
なく設定することにより、高調波ノイズの数を減少させ
ることができた。
【０１０２】また、わずかな数の半波サイクルで連続し
て位相制御する時には、通電時間を、ゆっくりと、１段
階ずつ増加させることにより、大きい電圧降下を生じさ
せなくすることができた。この傾向は、コピーモードに
おいて典型的に現れた。
【０１０３】位相角度が９０度以上の場合は、高調波ノ
イズが増加する傾向がある。高調波ノイズが多くなれ
ば、高価なノイズフィルターが必要となったり、複雑な
制御方法となったりし、高調波ノイズを低減することが
困難になる。しかしながら、本発明では、電源電圧の通
電位相角度で９０度以下（５０Ｈｚでは通電時間が５ｍ
ｓ以下）の位相制御を行ったので、高調波ノイズレベル
を低減することができた。
【０１０４】次に、図１０に、コピーモードにおける位
相制御の電流波形の別の例を示す。このタイプの位相制
御は、短期間テストにおける規格での規制値１．０に対
して、前述の表２に示したように、電圧降下を０．８６
まで低減でき、高調波ノイズもまた規制値内に保持する
ことができた。同図では、２＋６アップ半波サイクル
と、それに続く２半波サイクル分のブランクと、８ダウ
ン半波サイクルと、３つのアップアンドダウン半波サイ
クルと、１つの全波サイクルと、１半波サイクル分のブ
ランクとで成っている。その後、通常のヒータランプの
オン信号である、商用電源のゼロクロス（ＺＣ）での位
相制御（遅延時間０で通電する制御）がなされる。
【０１０５】この位相制御のステップに対するそれぞれ
の目的を以下に示す。 ８アップ：規制値内に収まるように高調波ノイズを低減
する。 ２ブランク：位相の反転のための分離期間。これにより
高調波ノイズを低減する。 ８ダウン：規制値内に収まるように高調波ノイズを低減
する。 ３アップアンドダウン：高調波ノイズ低減サイクル後の
電圧降下の低減。 全波サイクル：パワーの後押し（追加加熱）。 ブランク：ＺＣ位相制御以前に、小さな電圧降下を低減
する。 ＺＣ位相制御。
【０１０６】また、この位相制御パターンの変形例を表
１０に示す。
【０１０７】
【表１０】
【０１０８】それぞれ、測定された電圧降下は、０．９
３，０．８８，０．９２であり、規制値１．０よりも小
さく、良好な結果が得られた。また、図１１にも別の変
形例を示す。
【０１０９】また、別の例を図１２に示す。ここでは、
モード１ないしモード６で示される位相制御が連続して
行われる。モード１ではアップ半波がダウン半波より大
きい。モード３ではダウン半波がアップ半波より大き
い。モード２では、モード１のアップ半波より小さいア
ップ半波と、モード３のダウン半波より小さいダウン半
波とが連続している。モード４、６は全波サイクルであ
り、モード５はブランクである。なお、モード２の期間
は１波長以上とし、ちょうど１波長分でもよい。また、
モード２をなくす例も考えられる。また、モード４の前
に、半波のアップアンドダウンのステップを挿入する例
も考えられる。
【０１１０】また、別の例を表１１に示す。
【０１１１】
【表１１】
【０１１２】表１１の１段目および図１３はそれぞれ、
長期間テストを行ったときに電圧降下を低減する位相制
御パターンおよびその電流波形である。このタイプの位
相制御は、前述の表２に示したように、安全規格での規
制値０．６５に対し、ロング電圧降下を０．５３まで低
減できる。位相制御は、短い一定の遅延を持った１４の
半波サイクルと、その後に続くもっと長い一定の遅延を
持った５３の半波サイクルと、最後に、コピーモード中
と同じ３つの半波サイクルとで成り立っている。最初の
１４の半波サイクルの目的は、２つの弱い加熱と中程度
の加熱との期間を確定することによって、ロング電圧降
下を安全規格の規制値以下にすることである。また、表
１１の２段目の波形を図１４に示す。
【０１１３】なお、上記それぞれの例における位相制御
パターンでの負荷への通電制御は、アップ側半波で制御
が開始されているが、ダウン側からスタートしてもよ
い。
【０１１４】また、多くの変形例が可能である。上記の
種々の通電位相角制御の例では、通電期間が例えばアッ
プであり、そのときの通電時間が２ｍｓとなるように制
御しているが、アップ側の半波への通電量がダウン側半
波への通電量よりも相対的に大きい値に設定すればよ
い。必ずしもダウン側への通電を完全に禁止しなくて
も、結果として、アップ側の半波への通電量がダウン側
半波への通電量よりも相対的に大きい値となるように設
定すれば、効果は得られる。
【０１１５】さらには、上記例では負荷へ通電を０とし
ているときがあるが、このときに、必ずしも完全に通電
が０にならなくてもよい。例えば、負荷に微弱な電流が
通電されていても、負荷のヒータランプに対する電力供
給量が、実質的に０に近い値であればよい。また、位相
制御をトライアックとゲート回路とによって実現してい
るが、これらの変形例として、ゼロクロスポイントで通
電を開始し、所定のゲート回路を制御することにより負
荷への通電をオフするタイプの電力制御素子に置き換え
ても良い。
【０１１６】また、表１０にあるように、アップ側およ
びダウン側の半波の数は、奇数個でも偶数個でもよい。
【０１１７】以上のように、本発明に係る第１の電力制
御装置は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイ
ッチング手段とを交流電源に対して直列に接続すると共
に、前記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給
電力を制御する電力制御装置において、上記スイッチン
グ手段が、複数個の第１極性の半波位相制御波形より成
る電力を連続して前記負荷に供給する第１制御モード
と、前記第１極性とは異なる複数個の２極性の半波位相
制御波形より成る電力を連続して前記負荷に供給する第
２制御モードと、前記第１極性の半波の電力と前記第２
極性の半波の電力とを交互に前記負荷に供給する第３制
御モードとを有し、前記第１制御モード、前記第２制御
モード、前記第３制御モードの順に実行することを特徴
としている。
【０１１８】また、本発明に係る第２の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、複数個の第１極性の半波位相制御波形より成る電力
を連続して前記負荷に供給する第１制御モードと、前記
交流電源波長の１波長以上の期間連続して前記負荷への
電力供給を禁止する第２制御モードと、前記第１極性と
は異なる複数個の第２極性の半波位相制御波形より成る
電力を連続して前記負荷に供給する第３制御モードと、
前記第１極性の半波の電力と前記第２極性の半波の電力
とを交互に前記負荷に供給する第４制御モードとを有
し、前記第１制御モード、前記第２制御モード、前記第
３制御モード、前記第４制御モードの順に実行すること
を特徴としている。
【０１１９】また、本発明に係る第３の電力制御装置
は、第２の構成において、前記第２制御モードにおける
電力供給の禁止期間が、前記交流電源波長の１波長であ
ることを特徴としている。
【０１２０】また、本発明に係る第４の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極
性の電力量が前記第１極性と異なる第２極性の電力量よ
りも相対的に大きい電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、
前記第２極性の電力量が前記第１極性の電力量よりも相
対的に大きい電力を前記負荷に供給する第２制御モード
と、前記第１極性の半波の電力と前記第２極性の半波の
電力とを交互に前記負荷に供給する第３制御モードとを
有し、前記第１制御モードと前記第２制御モードを実行
した後に、前記第３制御モードを実行することを特徴と
している。
【０１２１】また、本発明に係る第５の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極
性の電力量が前記第１極性と異なる第２極性の電力量よ
りも相対的に大きい電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、
前記第２極性の電力量が前記第１極性の電力量よりも相
対的に大きい電力を前記負荷に供給する第３制御モード
と、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極
性の電力量が第１制御モードでの電力量よりも相対的に
小さいと共に第２極性の電力量が第３制御モードでの電
力量よりも相対的に小さい電力を前記負荷に供給する第
２制御モードと、前記第１極性の半波の電力と前記第２
極性の半波の電力とを交互に前記負荷に供給する第４制
御モードとを有し、前記第１制御モード、前記第２制御
モード、前記第３モードを実行した後に、前記第４制御
モードを実行することを特徴としている。
【０１２２】また、本発明に係る第６の電力制御装置
は、第５の構成において、前記第２制御モードにおける
電力量が、ほぼゼロであることを特徴としている。
【０１２３】また、本発明に係る第７の電力制御装置
は、第５または第６の構成において、前記第２制御モー
ドの期間が、前記交流電源波長の１波長であることを特
徴としている。
【０１２４】また、本発明に係る第８の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極
性の電力量が前記第１極性と異なる第２極性の電力量よ
りも相対的に大きい電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、
前記第２極性の電力量が前記第１極性の電力量よりも相
対的に大きい電力を前記負荷に供給する第２制御モード
と、第２極性の位相制御電力、第１極性の位相制御電
力、第２極性の位相制御電力を、この順に連続して前記
負荷に対して供給する第３制御モードと、第１極性の電
力と第２極性の電力とを交互に前記負荷に供給する第４
制御モードとを有し、前記第１制御モード、前記第２制
御モード、前記第３モード、前記第４制御モードの順に
制御モードを実行することを特徴としている。
【０１２５】また、本発明に係る第９の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極
性の電力量が前記第１極性と異なる第２極性の電力量よ
りも相対的に大きい電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、
前記第２極性の電力量が前記第１極性の電力量よりも相
対的に大きい電力を前記負荷に供給する第２制御モード
と、第２極性の位相制御電力、第１極性の位相制御電
力、第２極性の位相制御電力を、この順に連続して前記
負荷に対して供給する第３制御モードと、前記第３制御
モードにおける前記負荷に供給する電力量よりも大きい
電力量であって、第１極性の電力、第２極性の電力、第
１極性の電力を、この順に連続して前記負荷に対して供
給する第４制御モードと、第１極性の電力と第２極性の
電力とを交互に前記負荷に供給する第５制御モードとを
有し、前記第１制御モード、前記第２制御モード、前記
第３モード、前記第４モード、前記第５制御モードの順
に制御モードを実行することを特徴としている。
【０１２６】また、本発明に係る第１０の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極
性の電力量が前記第１極性と異なる第２極性の電力量よ
りも相対的に大きい電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、
第２極性の電力量が第１極性の電力量よりも相対的に大
きい電力を前記負荷に供給する第２制御モードと、第２
極性の位相制御電力、第１極性の位相制御電力、第２極
性の位相制御電力を連続して前記負荷に対して供給する
第３制御モードと、前記第３制御モードにおいて前記負
荷に供給する電力量よりも大きい電力量であって、第１
極性の半波長電力、第２極性の半波長電力、第１極性の
半波長電力を連続して前記負荷に対して供給する第４制
御モードと、交流電源の半波長の期間、第４制御モード
での半波長電力供給量よりも小さい電力量を前記負荷に
供給する第５制御モードと、第１極性の電力と第２極性
の電力とを交互に前記負荷に供給する第６制御モードと
を有し、前記第１制御モード、前記第２制御モード、前
記第３制御モード、前記第４制御モード、前記第５制御
モードを実行した後に、前記第６制御モードを実行する
ことを特徴としている。
【０１２７】また、本発明に係る第１１の電力制御装置
は、第１０の構成において、前記第５制御モードにおい
て、前記負荷への供給電力が０であることを特徴として
いる。
【０１２８】また、本発明に係る第１２の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、第１極性の通電量が第２極性の通電量よりも相対的
に大きい電力量を電源半波長の２倍以上の期間前記負荷
に供給する第１制御モードと、第２極性の通電量が第１
極性の通電量よりも相対的に大きい電力量を電源半波長
の２倍以上の期間前記負荷に供給する第２制御モード
と、第１極性の半波長電力、第２極性の半波長電力、第
１極性の半波長電力を連続して前記負荷に対して供給す
る第３制御モードと、交流電源の半波長の期間、前記第
３制御モードでの半波長電力供給量よりも小さい電力量
を前記負荷に供給する第４制御モードと、第１極性の電
力と第２極性の電力とを交互に前記負荷に供給する第５
制御モードとを有し、前記第１制御モード、前記第２制
御モード、前記第３制御モード、前記第４制御モード、
を実行した後に、前記第５制御モードを実行することを
特徴としている。
【０１２９】また、本発明に係る第１３の電力制御装置
は、第１２の構成において、前記第４制御モードにおい
て、前記負荷への供給電力が０であることを特徴として
いる。
【０１３０】また、本発明に係る第１４の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１の
位相制御電力を連続して前記負荷に供給する第１制御モ
ードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第
２の位相制御電力を連続して前記負荷に供給する第２制
御モードと、第１極性の電力と第２極性の電力とを交互
に前記負荷に供給する第３制御モードとを有し、前記第
２制御モードの最初の半波長期間の前記負荷への通電電
流が、前記第１制御モードの最後の半波長期間の前記負
荷への通電電流よりも大きくなる位相に制御設定すると
共に、前記第１制御モード、前記第２制御モード、前記
第３制御モードの順に制御モードを実行することを特徴
としている。
【０１３１】例えば、図１３では、はじめの１４アップ
アンドダウンの半波サイクルが第１制御モードであり、
次の５３アップアンドダウンの半波サイクルが第２制御
モードである。
【０１３２】また、本発明に係る第１５の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間連続し
て、第１の位相制御電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の半波長以上の期間の間連
続して、第２の位相制御電力を前記負荷に供給する第２
制御モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の
間連続して、第３の位相制御電力を前記負荷に供給する
第３制御モードと、第１極性の電力と第２極性の電力と
を交互に前記負荷に供給する第４制御モードとを有し、
前記第２制御モードの各半波長期間における前記負荷へ
の通電電流が、前記第１制御モードの最後の半波長期間
の前記負荷への通電電流よりも小さく、かつ、前記第３
制御モードの最初の半波長期間の前記負荷への通電電流
よりも小さくなる位相に前記各制御モードの位相を制御
設定すると共に、前記第１制御モード、前記第２制御モ
ード、前記第３制御モード、前記第４制御モードの順に
制御モードを実行することを特徴としている。
【０１３３】また、本発明に係る第１６の電力制御装置
は、第１５の構成において、前記第２制御モードにおけ
る前記負荷に供給する位相制御電力量をゼロとしたこと
を特徴としている。
【０１３４】例えば、図１３では、はじめの１４＋５３
アップアンドダウンの半波サイクルが第１制御モードで
あり、次の半波サイクル分のブランクが第２制御モード
であり、次の３アップアンドダウンの半波サイクルが第
３制御モードである。
【０１３５】また、本発明に係る第１７の電力制御装置
は、第１５または第１６の構成において、前記第２制御
モードの期間を前記交流電源波長の半波長期間としたこ
とを特徴としている。
【０１３６】また、本発明に係る第１８の電力制御装置
は、第１５ないし第１７のいずれかの構成において、前
記第３制御モードの最初の半波長期間の位相制御電力量
を、前記第１制御モードにおける最後の半波長期間の電
力量よりも小さく設定したことを特徴としている。
【０１３７】また、本発明に係る第１９の電力制御装置
は、温度に対する抵抗特性が正である負荷とスイッチン
グ手段とを交流電源に対して直列に接続すると共に、前
記スイッチング手段を制御して前記負荷への供給電力を
制御する電力制御装置において、上記スイッチング手段
が、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間連続し
て、第１の位相制御電力を前記負荷に供給する第１制御
モードと、前記交流電源波長の１波長以上の期間の間連
続して、第２の位相制御電力を前記負荷に供給する第２
制御モードと、第１極性の電力と第２極性の電力とを交
互に前記負荷に供給する第３制御モードとを有し、前記
第２制御モードにおける前記負荷への通電位相量が、前
記第１制御モードにおける前記負荷への通電位相量より
も大きくなる位相に、第１制御モードと第２制御モード
との位相を制御設定すると共に、前記第１制御モード、
前記第２制御モード、前記第３制御モードの順に制御モ
ードを実行することを特徴としている。
【０１３８】上記の構成により、相対的に第１極性成分
が大きい複数の位相制御波形の電流と、相対的に第２極
性成分が大きい複数の位相制御波形の電流とを、熱正特
性負荷に供給することにより、奇数次の高調波ノイズを
低減し、かつ突入電流による電圧効果を低減するという
両方の効果を得ることができる。
【０１３９】すなわち、１）高価なノイズフィルターを
用いることなく高調波ノイズを低減すること、２）ヒー
タランプに対する突入電流を抑えることにより電圧降下
を低減すること、３）電圧降下と高調波ノイズとに関す
る安全規格の規制目標値を越えない位相制御のパターン
を提供すること、４）特別のハード回路を加えることの
ない制御方法を提供することが可能になる。
【０１４０】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
電力制御装置は、温度に対する抵抗特性が正である負荷
とスイッチング手段とを交流電源に対して直列に接続す
ると共に、前記スイッチング手段を制御して前記負荷へ
の供給電力を制御する電力制御装置において、上記スイ
ッチング手段が、複数個の第１極性の半波位相制御波形
より成る電力を連続して前記負荷に供給する第１制御モ
ードと、前記第１極性とは異なる複数個の２極性の半波
位相制御波形より成る電力を連続して前記負荷に供給す
る第２制御モードと、前記第１極性の半波の電力と前記
第２極性の半波の電力とを交互に前記負荷に供給する第
３制御モードとを有し、前記第１制御モード、前記第２
制御モード、前記第３制御モードの順に実行する構成で
ある。
【０１４１】それゆえ、高調波ノイズを低減し、かつ、
突入電流による電圧降下を低減するという両方の効果を
得ることができるという効果を奏する。すなわち、１）
高価なノイズフィルターを用いることなく高調波ノイズ
を低減すること、２）ヒータランプに対する突入電流を
抑えることにより電圧降下を低減すること、３）電圧降
下と高調波ノイズとに関する安全規格の規制目標値を越
えない位相制御のパターンを提供すること、４）特別の
ハード回路を加えることのない制御方法を提供すること
が可能になるという効果を奏する。
【０１４２】請求項２記載の電力制御装置は、請求項１
の構成に加えて、上記スイッチング手段が、前記第１制
御モードと前記第２制御モードとの間に、前記交流電源
波長の１波長以上の期間の間、前記負荷への電力供給を
停止する中間制御モードを実行する構成である。
【０１４３】それゆえ、請求項１の構成に加え、高調波
ノイズの低減と突入電流による電圧降下の低減とを同時
に一層良好に行うことができるという効果を奏する。
【０１４４】請求項３記載の電力制御装置は、請求項２
の構成に加えて、前記中間制御モードの期間が、前記交
流電源波長の１波長である構成である。
【０１４５】それゆえ、請求項２の構成による効果に加
えて、第２制御モード開始時の電圧降下の発生を効果的
に抑制することができるという効果を奏する。
【０１４６】請求項４記載の電力制御装置は、温度に対
する抵抗特性が正である負荷とスイッチング手段とを交
流電源に対して直列に接続すると共に、前記スイッチン
グ手段を制御して前記負荷への供給電力を制御する電力
制御装置において、上記スイッチング手段が、前記交流
電源波長の１波長以上の期間の間、第１の位相制御電力
すなわち第１のアップアンドダウンの半波サイクルの電
力を連続して前記負荷に供給する第１制御モードと、前
記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第２の位相制
御電力すなわち第２のアップアンドダウンの半波サイク
ルの電力を連続して前記負荷に供給する第２制御モード
と、第１極性の電力と第２極性の電力とを交互に前記負
荷に供給する第３制御モードとを有し、前記第２制御モ
ードにおける最初の半波長期間の前記負荷への通電電流
が、前記第１制御モードにおける最後の半波長期間の前
記負荷への通電電流よりも大きくなるように制御設定す
ると共に、前記第１制御モード、前記第２制御モード、
前記第３制御モードの順に実行する構成である。
【０１４７】それゆえ、高調波ノイズを低減し、かつ、
突入電流による電圧降下を低減するという両方の効果を
得ることができるという効果を奏する。すなわち、１）
高価なノイズフィルターを用いることなく高調波ノイズ
を低減すること、２）ヒータランプに対する突入電流を
抑えることにより電圧降下を低減すること、３）電圧降
下と高調波ノイズとに関する安全規格の規制目標値を越
えない位相制御のパターンを提供すること、４）特別の
ハード回路を加えることのない制御方法を提供すること
が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるヒータランプ制
御回路の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】画像形成装置の各部を示す説明図である。
【図３】ソフトスタートを行った場合の電圧降下の様子
と電流波形とを示す説明図である。
【図４】図１のＲＯＭに記憶された制御パターンによっ
てヒータランプの遅延時間および通電時間を設定するフ
ローチャートである。
【図５】電圧降下現象と突入電流波形とを示す説明図で
ある。
【図６】位相制御を行ったときの電流波形を示すグラフ
である。
【図７】位相制御された電流波形の概略を示す説明図で
ある。
【図８】位相制御された電流波形の概略を示す説明図で
ある。
【図９】位相制御を行ったときの電流波形を示すグラフ
である。
【図１０】コピーモードにおいて位相制御を行ったとき
の電流波形を示すグラフである。
【図１１】コピーモードにおいて位相制御を行ったとき
の電流波形を示すグラフである。
【図１２】相対的に第１極性の通電量が大きい期間の位
相制御パターンと、相対的に第２極性の通電量が大きい
期間の位相制御パターンとを示す説明図である。
【図１３】長期間テストを行ったときに電圧降下を低減
する位相制御を行ったときの電流波形を示すグラフであ
る。
【図１４】位相制御を行ったときの電流波形を示すグラ
フである。
【図１５】位相制御波形における用語の定義を示す説明
図である。
【符号の説明】
３０ デジタル複写機 ３１ スキャナ部 ３２ レーザ記録部 １０１ 交流電源接続プラグ １０２ 電力供給ユニット １０３ 制御基板 １０４ 定着ユニット １０５ 電源トランス １０６ ゼロクロス検出回路 １０７ トライアック １０８，１０９ 入出力装置 １１０ ＣＰＵ １１１ ＲＯＭ １１２ ＲＡＭ １１３ Ａ／Ｄ変換器 １１４ 増幅器 １１７ 温度ヒューズ １１８ 定着ヒータ １１９ 定着サーミスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 晴雄 フランス国，エフ−68360 スルツ，ル トゥ ドゥ ボルウィエ（番地なし） シャープ マニュファクチュアリング フランス ソシエテ アノニム内 (72)発明者 山本 平長 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−80961（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−366008（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−221983（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−242644（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 1/00 - 1/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】温度に対する抵抗特性が正である負荷とス
    イッチング手段とを交流電源に対して直列に接続すると
    共に、前記スイッチング手段を制御して前記負荷への供
    給電力を制御する電力制御装置において、 上記スイッチング手段が、 前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１極性の
    電力量が前記第１極性と異なる第２極性の電力量よりも
    相対的に大きい電力を前記負荷に供給する第１制御モー
    ドと、 前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、前記第２極
    性の電力量が前記第１極性の電力量よりも相対的に大き
    い電力を前記負荷に供給する第２制御モードと、 前記第１極性の電力と前記第２極性の電力とを交互に前
    記負荷に供給する第３制御モードとを有し、 前記第１制御モード、前記第２制御モード、前記第３制
    御モードの順に実行することを特徴とする電力制御装
    置。
  2. 【請求項２】上記スイッチング手段が、 前記第１制御モードと前記第２制御モードとの間に、 前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、前記負荷へ
    の電力供給を停止する中間制御モードを実行することを
    特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
  3. 【請求項３】前記中間制御モードの期間が、前記交流電
    源波長の１波長であることを特徴とする請求項２に記載
    の電力制御装置。
  4. 【請求項４】温度に対する抵抗特性が正である負荷とス
    イッチング手段とを交流電源に対して直列に接続すると
    共に、前記スイッチング手段を制御して前記負荷への供
    給電力を制御する電力制御装置において、 上記スイッチング手段が、 前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第１のアッ
    プアンドダウンの半波サイクルの電力を連続して前記負
    荷に供給する第１制御モードと、 前記交流電源波長の１波長以上の期間の間、第２のアッ
    プアンドダウンの半波サイクルの電力を連続して前記負
    荷に供給する第２制御モードと、 第１極性の電力と第２極性の電力とを交互に前記負荷に
    供給する第３制御モードとを有し、 前記第２制御モードにおける最初の半波長期間の前記負
    荷への通電電流が、前記第１制御モードにおける最後の
    半波長期間の前記負荷への通電電流よりも大きくなるよ
    うに制御設定すると共に、 前記第１制御モード、前記第２制御モード、前記第３制
    御モードの順に実行することを特徴とする電力制御装
    置。
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