JP3685321B2

JP3685321B2 - 温度制御回路

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Publication number: JP3685321B2
Application number: JP2000351465A
Authority: JP
Inventors: 忠史川瀬
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP2002157024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電熱器に冷却器を組合せて、該電熱器の温度制御を行なう温度制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電子写真式印刷機には、用紙に転写されたトナー像を用紙に定着させるために、熱源としての定着器が用いられている。
【０００３】
電熱器としての前記定着器は、外部から印加される電圧に基いて発熱するものであり、その発する温度が制御対象とされるものであり、電子写真式印刷機に用いる定着器は、装置起動時から定着処理を行なうのに必要な目標制御温度に到達する時間を短縮することは電子写真式印刷機の性能を向上する上で重要な要素であり、その目的を達成するように温度制御する必要がある。
【０００４】
このことは、電子写真式印刷機に用いる定着器ばかりでなく、これ以外の熱源としての電熱器についても言えることである。
【０００５】
ところで、電熱器の目標制御温度に到達する時間を短縮することは製品戦略上必須であるが、これを行おうとする場合、必然的に電熱器の容量を上げることとなる。
【０００６】
電熱器の容量を上げると、加熱側へのオーバーシュート量が増加し、そのオーバーシュート量の増加によって電熱器の目標制御温度の精度を著しく悪化させてしまうという問題が考えられる。
【０００７】
この問題を解決するための技術が特開平６−１６１５６９号公報，特開平９−３０６９７８号公報等に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１６１５６９号公報に開示された技術は、温度上昇させる手段に加熱器を、温度降下させる手段に冷却器をそれぞれ使用するものであるため、加熱器による温度上昇の勾配を冷却器で抑制するものではなく、加熱器による過度な温度を冷却器で降下させるものであり、オーバーシュートが起こる手前から加熱器による温度上昇の勾配を緩くして温度上昇率を小さくしてオーバーシュートを小さくするという制御を行なうことが不可能であり、したがって、特開平６−１６１５６９号公報の技術ではオーバーシュートが大きくなってしまうという問題が考えられる。
【０００９】
また特開平９−３０６９７８号公報に開示された技術は、フルパワーで一旦基板支持台の温度を目標達成温度まで一気に上昇させ、その目標達成温度を越えたオーバーシュートから目標達成温度に冷却器を用いて引き戻すものであるため、オーバーシュート量を実質的に制御することは不可能であり、したがって、特開平９−３０６９７８号公報の技術ではオーバーシュートが大きくなってしまうという問題が考えられる。
【００１０】
本発明の目的は、目標制御温度を越えるオーバーシュートを小さくすることができるばかりでなく、目標到達温度に達した後のオーバーシュートも同様に小さくすることができる温度制御回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る温度制御回路は、電熱器に冷却器を組合せて、該電熱器の温度制御を行なう温度制御回路であって、
前記電熱器は、外部からの駆動信号により発熱し、その発熱する温度が制御対象とされるものであり、
前記冷却器は、前記電熱器を冷却し、前記電熱器の温度上昇を抑制するものであり、前記電熱器の発熱温度を制御するために目標温度として第一の基準制御温度を設定し、前記第一の基準制御温度より低い温度に第二の基準制御温度を設定し、前記第二の基準制御温度までは前記電熱器の単独駆動により発熱温度を制御し、発熱温度が前記第二の基準制御温度に達した後、前記電熱器と前記冷却器とを同時に駆動して前記電熱器の温度上昇を前記冷却器による冷却で抑制しながら前記第二の基準制御温度から前記第一の基準制御温度まで発熱温度を制御することにより前記第一の基準制御温度を越えるオーバーシュート量を抑制し、発熱温度が前記第一の基準制御温度に達した時点で前記電熱器と前記冷却器とを同時に停止し、以後、発熱温度が第一の基準制御温度まで下降したときには前記電熱器と前記冷却器とを同時に駆動し、第一の基準制御温度まで上昇したときには前記電熱器と前記冷却器とを同時に停止させるよう繰り返し制御するものである。
【００１３】
また本発明に係る温度制御回路は、電熱器に冷却器を組合せて、該電熱器の温度制御を行なう温度制御回路において、外部からの駆動信号により発熱し、その発熱する温度が制御対象とされる電熱器と、
前記電熱器を冷却し、前記電熱器の温度上昇を抑制する冷却器と、前記電熱器を駆動する電熱器駆動回路部、及び前記冷却器を駆動する冷却器駆動回路と、
前記電熱器の発熱温度を検出する温度検出回路部と、
前記電熱器の発熱が目標とする第一の基準制御温度に達するまで前記電熱器を発熱駆動する第一の基準電圧を生成する第一の基準電圧発生回路部と、
前記第一の基準制御温度より低く設定された第二の基準制御温度に達するまで前記電熱器を発熱駆動する第二の基準電圧を生成する第二の基準電圧発生回路部と、
前記温度検出回路部の出力信号と前記第一の基準電圧発生回路部の出力信号とを比較し、その比較結果を出力する第一の温度比較回路部と、
前記温度検出回路部の出力信号と前記第二の基準電圧発生回路部の出力信号とを比較し、その比較結果を出力する第二の温度比較回路部と、前記第一の温度比較回路部と前記第二の温度比較回路部との出力によって前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部とに駆動指令をそれぞれ出力する駆動信号発生回路部とを有し、前記駆動信号発生回路部は、発熱温度が前記第二の基準制御温度に達するまでは前記電熱器駆動回路部にのみ駆動指令を発し、前記第二の基準制御温度から前記第一の基準制御温度に達するまでは前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に駆動指令を発し、前記第一の基準制御温度に達した時点では前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に停止指令を発し、以後、発熱温度が第一の基準制御温度まで下降したときには前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に駆動指令を発し、第一の基準制御温度まで上昇したときには前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に停止指令を発するよう繰り返し制御するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図により説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る温度制御回路を示す回路構成図、図２は、本発明に係る温度制御回路の動作を説明する波形図である。
【００１８】
図１に示す本発明に係る温度制御回路は、電熱器１と、電熱器駆動回路部２と、冷却器３と、冷却器駆動回路部４と、温度検出回路部５と、第一の基準電圧発生回路部６と、第二の基準電圧発生回路部７と、第一の温度比較回路部８と、第二の温度比較回路部９と、駆動信号発生回路部１０とを有している。
【００１９】
前記電熱器１は、外部から印加される電圧に基いて発熱するものであり、その発する温度が制御対象とされるものであり、例えば電子写真式印刷機の定着器等が該当する。例えば電熱器１としての定着器では、装置起動時から定着処理を行なうのに必要な目標制御温度に到達する時間を短縮することは電子写真式印刷機の性能を向上する上で重要な要素であり、その目的を達成するように温度制御する必要がある。なお、温度制御対象の電熱器１は、電子写真式印刷機の定着器に限定されるものではなく、これ以外の熱源であってもよいものである。
【００２０】
前記電熱器駆動回路部２は、後述する駆動信号発生回路部１０からの電熱器駆動信号に基いて前記電熱器１を駆動制御する。
【００２１】
具体的には前記電熱器駆動回路部２は、スイッチの機能を果たすものであり、後述する駆動信号発生回路部１０からの電熱器駆動信号に基いて前記電熱器１を電源（例えばＡＣ１００Ｖ）に接続或いは切離す動作を行なう。
【００２２】
前記冷却器３は、外部から入力する駆動信号に基いて前記電熱器１を冷却して前記電熱器１の温度上昇を抑制する。
【００２３】
前記冷却器駆動回路部４は、後述する駆動信号発生回路部１０からの冷却器駆動信号に基いて前記冷却器３を駆動制御する。具体的には前記冷却器駆動回路部４は、スイッチの機能を果たすものであり、後述する駆動信号発生回路部１０からの冷却器駆動信号に基いて前記冷却器３を電源（例えばＤＣ１２Ｖ）に接続或いは切離す動作を行なう。
【００２４】
前記温度検出回路部５は、前記電熱器１の温度をリアルタイムに検出して前記電熱器１の温度検出信号をリアルタイムに出力する。具体的には前記温度検出回路部５は、前記電熱器１の温度を電圧に変換する回路で構成されており、前記電熱器１の温度を電圧に変換してリアルタイムに出力する。
【００２５】
前記第一の基準電圧発生回路部６は、前記電熱器１の発熱温度が第一の基準制御温度（第二の基準電圧）に到達したときに前記温度検出回路部５が検出する電圧値と一致する第一の参照電圧値を生成する。
【００２６】
一方、前記第二の基準電圧発生回路部７は、前記電熱器１の発熱温度が第二の基準制御温度（第二の基準電圧）に到達したときに前記温度検出回路部５が検出する電圧値と一致する第二の参照電圧値を生成する。
【００２７】
前記第一の温度比較回路部８は、前記温度検出回路部５からの出力電圧値と前記第一の基準電圧発生回路部６からの第一の参照電圧値とを比較し、前記温度検出回路部５からの出力電圧値＜前記第一の基準電圧発生回路部６からの第一の参照電圧値のときにＨｉレベルを、前記温度検出回路部５からの出力電圧値＞前記第一の基準電圧発生回路部６からの第一の参照電圧値のときＬｏｗレベルの出力信号を駆動信号発生回路部１０に出力する。
【００２８】
前記第二の温度比較回路部９は、前記温度検出回路部５からの出力電圧値と前記第二の基準電圧発生回路部７からの第二の参照電圧値とを比較し、前記温度検出回路部５からの出力電圧値＜前記第二の基準電圧発生回路部７からの第二の参照電圧値のときにＨｉレベルを、前記温度検出回路部５からの出力電圧値＞前記第二の基準電圧発生回路部７からの第二の参照電圧値のときＬｏｗレベルの出力信号を駆動信号発生回路部１０に出力する。
【００２９】
前記駆動信号発生回路部１０は、前記第一の温度比較回路部８と前記第二の温度比較回路部９とからの出力信号に基いて、電熱器駆動回路部２と冷却器駆動回路部４への駆動信号の出力を制御する。
【００３０】
具体的には前記駆動信号発生回路部１０は、前記第二の温度比較回路部９からの出力信号を監視して前記第二の温度比較回路部９からＬｏｗレベルの出力信号が出力されるまで、すなわち前記電熱器１の温度が第二の基準制御温度に達するまでは電熱器駆動回路部２のみに駆動信号を出力する。この場合、電熱器駆動回路部２は前記電熱器１を駆動する。
【００３１】
さらに前記駆動信号発生回路部１０は、前記第二の温度比較回路部９からの出力信号を監視して前記第二の温度比較回路部９からＬｏｗレベルの出力信号が出力した時点、すなわち前記電熱器１の温度が第二の基準制御温度に達した時点で、電熱器駆動回路部２及び冷却器駆動回路部４の双方に駆動信号を出力する。この場合、電熱器駆動回路部２は引続いて前記電熱器１を駆動し、一方、冷却器駆動回路部４は前記冷却器３の駆動を開始する。
【００３２】
さらに前記駆動信号発生回路部１０は、前記第一の温度比較回路部８からの出力信号を監視して前記第一の温度比較回路部８からＬｏｗレベルの出力信号が出力された時点、すなわち前記電熱器１の温度が第一の基準制御温度に達した時点で電熱器駆動回路部２及び冷却器駆動回路部４の双方へ駆動停止信号を出力する。この場合、電熱器駆動回路部２及び冷却器駆動回路部４は、前記電熱器１，前記冷却器３をそれぞれ停止させる。その後も前記駆動信号発生回路部１０は、前記第一の温度比較回路部８からの出力信号を監視して、前記第一の温度比較回路部８から再びＨｉレベルの出力信号が出力された時点、すなわち前記電熱器１の温度が第一の基準制御温度を越えてオーバーシュートした後に再び第一の基準制御温度付近まで降下した時点で電熱器駆動回路部２及び冷却器駆動回路部４の双方へ駆動信号を出力する。この場合、電熱器駆動回路部２及び冷却器駆動回路部４は、前記電熱器１，前記冷却器３を再びそれぞれ駆動させる。
【００３３】
次に、本発明に係る温度制御回路の動作について図１及び図２を用いて説明する。
【００３４】
図２に示す区間Ａでは電熱器１の加熱を開始し、その電熱器１の温度を第二の基準制御温度まで急上昇させる。
【００３５】
区間Ａで電熱器１の加熱を開始した時点では、電熱器１の温度は第二の基準制御温度に達していないために、第一の温度比較回路部８の出力信号である第一の温度比較回路部出力と第二の温度比較回路部９の出力信号である第二の温度比較回路部出力との信号レベルはＨｉレベルであるため、駆動信号発生回路部１０は、電熱器駆動回路部２に電熱器１をＯＮする信号を、冷却器駆動回路部４には冷却器３をＯＦＦする信号を出力する。
【００３６】
電熱器駆動回路部２は、駆動信号発生回路部１０からの電熱器駆動信号に基いて電熱器１を図示しない電源に接続する。電熱器１は、図示しない電源から電圧の供給を受けて発熱する。一方、冷却器駆動回路部４は、駆動信号発生回路部１０から冷却器駆動信号が入力しないため、冷却器３を停止状態にする。
【００３７】
区間Ａでは、冷却器３は停止状態にあるため、電熱器１は冷却器３による冷却の影響を受けることがなく、電熱器１の温度は急上昇する。
【００３８】
次に図２の区間Ｂに移行すると、この区間Ｂの時点では、電熱器１の温度は第二の基準制御温度に達する。
【００３９】
この場合、温度検出回路部５からの出力信号と第二の基準電圧発生回路部７からの出力信号が入力すると、第二の温度比較回路部９は、温度検出回路部５の出力電圧値と第二の基準電圧発生回路部７の第二の参照電圧値とを比較し、温度検出回路部５からの出力電圧値＞第二の基準電圧発生回路部７からの第二の参照電圧値を検出してＬｏｗレベルの出力信号を出力する。一方、第一の温度比較回路部８は、温度検出回路部５からの出力電圧値と、第一の基準電圧発生回路部６の第一の参照電圧値とを比較するが、前記温度検出回路部５からの出力電圧値＜前記第一の基準電圧発生回路部６からの第一の参照電圧値であるために、第一の温度比較回路部８からはＨｉレベルの出力信号が駆動信号発生回路部１０に入力する。
【００４０】
駆動信号発生回路部１０は前記第二の温度比較回路部９からの出力信号を監視して前記第二の温度比較回路部９からＬｏｗレベルの出力信号が出力した時点、すなわち前記電熱器１の温度が第二の基準制御温度に達した時点で、電熱器駆動回路部２に電熱器１を区間Ａに継続してＯＮする信号を、冷却器駆動回路部４には冷却器３をＯＮする信号を出力する。この場合、電熱器駆動回路部２は引続いて前記電熱器１を駆動し、一方、冷却器駆動回路部４は前記冷却器３の駆動を開始する。
【００４１】
この場合、電熱器駆動回路部２は引続いて前記電熱器１を駆動し、一方、冷却器駆動回路部４は前記冷却器３の駆動を開始する。
【００４２】
図２に示す区間Ｂでは、電熱器１と冷却器３が併用されてＯＮするため、電熱器１の温度上昇に冷却器３による冷却が影響することとなり、電熱器１の温度上昇は冷却器３による冷却により抑制され、電熱器１の温度上昇の速さは区間Ａに比べて遅くなる、すなわち電熱器１の温度上昇勾配が緩くなる。
【００４３】
次に図２に示す区間Ｃの時点では、電熱器１の温度は第一の基準制御温度（目標達成温度）に達することとなる。
【００４４】
このため、第二の温度比較回路部９に入力する温度検出回路部５の出力信号の電圧値が、第二の基準電圧発生回路部７の第二の参照電圧値を越えているため、第二の温度比較回路部９からはＬｏｗレベルの出力信号が駆動信号発生回路部１０に入力する。
【００４５】
一方、第一の温度比較回路部８に入力する温度検出回路部５の出力信号の電圧値が第一の基準電圧発生回路部６の第一の参照電圧値を越えているため、第一の温度比較回路部８からはＬｏｗレベルの出力信号が駆動信号発生回路部１０に入力する。
【００４６】
したがって駆動信号発生回路部１０は、電熱器駆動回路部２に電熱器１をＯＦＦする信号を、冷却器駆動回路部４には冷却器３をＯＦＦする信号をそれぞれ出力する。これらの信号に基いて、電熱器駆動回路部２は電熱器１を停止させ、冷却器駆動回路部４は冷却器３を停止させる。
【００４７】
ここで、区間Ｃにおける電熱器１の温度は、電熱器１の熱容量等により第一の基準制御温度を越えるが、電熱器１には電圧が印加されていないため、その上昇度は鈍り、しかも電熱器１の温度勾配は下降する。その温度特性は中高の山形形状を示す。
【００４８】
図２に示す区間Ｄの時点では、電熱器１の温度は第一の基準制御温度（目標到達温度）付近に下降するため、温度検出回路部５からの出力電圧値も低下する。
【００４９】
このため、第一の温度比較回路部８に入力する温度検出回路部５からの電圧値は、第一の基準電圧発生回路部６の第一の参照電圧値より再び小さくなり、第一の温度比較回路部８からはＨｉレベルの出力信号が駆動信号発生回路部１０に入力する。
【００５０】
一方、第二の温度比較回路部９に入力する温度検出回路部５からの電圧値は第二の基準電圧発生回路部７の第二の参照電圧値を継続して越えているため、第二の温度比較回路部９からはＬｏｗレベルの出力信号が駆動信号発生回路部１０に入力する。
【００５１】
したがって駆動信号発生回路部１０は、電熱器駆動回路部２には電熱器１をＯＮする信号を、冷却器駆動回路部４には冷却器３をＯＮする信号をそれぞれ出力する。これらの信号に基いて、電熱器駆動回路部２は電熱器１を再び駆動し、冷却器駆動回路部４は冷却器３を再び駆動する。
【００５２】
したがって区間Ｄでは、電熱器１の温度は第一の基準制御温度（目標到達温度）を越えて下降するが、電熱器１と冷却器３とが再び駆動を開始した時点から電熱器１の温度は上昇に転じ、第一の基準制御温度（目標到達温度）に達することとなる。したがって駆動信号発生回路部１０は、電熱器駆動回路部２に電熱器１をＯＦＦする信号を、冷却器駆動回路部４には冷却器３をＯＦＦする信号をそれぞれ出力する。これらの信号に基いて、電熱器駆動回路部２は電熱器１を停止させ、冷却器駆動回路部４は冷却器３を停止させる。図２の区間Ｄでの電熱器１の温度特性は中央部分が谷となる山形形状を示す。
【００５３】
図２に示す区間Ｅ以降の区間では、区間Ｆ，Ｈ，Ｊ・・・では区間Ｄでの制御と同様な制御がそれぞれ行われ、区間Ｅ，Ｇ，Ｉ・・・では区間Ｃでの制御と同様な制御がそれぞれ行われ、区間Ｅ以降の区間では、区間Ｃと区間Ｄとの制御が繰り返して行われ、第一の基準制御温度を境界としてオーバーシュートの小さい制御が行なわれる。
【００５４】
したがって本発明の実施形態によれば、電熱器１の発熱が第一の基準制御温度より低く設定された第二の基準制御温度に達した時点で、電熱器１の発熱に冷却器３による冷却の影響を加えて電熱器１の温度上昇を予め緩くするため、電熱器１の発熱が目標制御温度を超えるオーバーシュートは小さくすることができる。
【００５５】
また目標到達温度に達した後も、電熱器１の発熱に冷却器３による冷却の影響を加えて電熱器１の温度上昇を遅くするため、オーバーシュートも同様に小さくすることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電熱器の容量を大きくすることなく、目標制御温度に到達する時間を短縮することができる。
【００５７】
さらに目標制御温度を越えるオーバーシュートを小さくすることができるばかりでなく、目標到達温度に達した後のオーバーシュートも同様に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度制御回路を示す回路構成図である。
【図２】本発明に係る温度制御回路の動作を説明する波形図である。
【符号の説明】
１電熱器
２電熱器駆動回路部
３冷却器
４冷却器駆動回路部
５温度検出回路部
６第一の基準電圧発生回路部
７第二の基準電圧発生回路部
８第一の温度比較回路部
９第二の温度比較回路部
１０駆動信号発生回路部

Claims

電熱器に冷却器を組合せて、該電熱器の温度制御を行なう温度制御回路であって、
前記電熱器は、外部からの駆動信号により発熱し、その発熱する温度が制御対象とされるものであり、
前記冷却器は、前記電熱器を冷却し、前記電熱器の温度上昇を抑制するものであり、
前記電熱器の発熱温度を制御するために目標温度として第一の基準制御温度を設定し、前記第一の基準制御温度より低い温度に第二の基準制御温度を設定し、前記第二の基準制御温度までは前記電熱器の単独駆動により発熱温度を制御し、発熱温度が前記第二の基準制御温度に達した後、前記電熱器と前記冷却器とを同時に駆動して前記電熱器の温度上昇を前記冷却器による冷却で抑制しながら前記第二の基準制御温度から前記第一の基準制御温度まで発熱温度を制御することにより前記第一の基準制御温度を越えるオーバーシュート量を抑制し、発熱温度が前記第一の基準制御温度に達した時点で前記電熱器と前記冷却器とを同時に停止し、以後、発熱温度が第一の基準制御温度まで下降したときには前記電熱器と前記冷却器とを同時に駆動し、第一の基準制御温度まで上昇したときには前記電熱器と前記冷却器とを同時に停止させるよう繰り返し制御することを特徴とする温度制御回路。
電熱器に冷却器を組合せて、該電熱器の温度制御を行なう温度制御回路において、
外部からの駆動信号により発熱し、その発熱する温度が制御対象とされる電熱器と、
前記電熱器を冷却し、前記電熱器の温度上昇を抑制する冷却器と、
前記電熱器を駆動する電熱器駆動回路部、及び前記冷却器を駆動する冷却器駆動回路と、
前記電熱器の発熱温度を検出する温度検出回路部と、
前記電熱器の発熱が目標とする第一の基準制御温度に達するまで前記電熱器を発熱駆動する第一の基準電圧を生成する第一の基準電圧発生回路部と、
前記第一の基準制御温度より低く設定された第二の基準制御温度に達するまで前記電熱器を発熱駆動する第二の基準電圧を生成する第二の基準電圧発生回路部と、
前記温度検出回路部の出力信号と前記第一の基準電圧発生回路部の出力信号とを比較し、その比較結果を出力する第一の温度比較回路部と、
前記温度検出回路部の出力信号と前記第二の基準電圧発生回路部の出力信号とを比較し、その比較結果を出力する第二の温度比較回路部と、
前記第一の温度比較回路部と前記第二の温度比較回路部との出力によって前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部とに駆動指令をそれぞれ出力する駆動信号発生回路部とを有し、
前記駆動信号発生回路部は、発熱温度が前記第二の基準制御温度に達するまでは前記電熱器駆動回路部にのみ駆動指令を発し、前記第二の基準制御温度から前記第一の基準制御温度に達するまでは前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に駆動指令を発し、前記第一の基準制御温度に達した時点では前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に停止指令を発し、以後、発熱温度が第一の基準制御温度まで下降したときには前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に駆動指令を発し、第一の基準制御温度まで上昇したときには前記電熱器駆動回路部と前記冷却器駆動回路部に同時に停止指令を発するよう繰り返し制御することを特徴とする温度制御回路。