JPH01186781A - ヒータの電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真システムの定着プロセス時に用いら
れる定着装置に関し、特に定着装置に用いられるヒータ
の電力制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電子写真システムの定着プロセス時に用いられる定着装
置は、周知のように、用紙に転写されたトナー像を、ヒ
ータの発熱により定着させるものである。

この定着装置は、上記トナー像を定着させる際、電源電
圧が２００Ｖの場合、あるいは２４０Ｖの場合、またヒ
ータの抵抗値が多少ばらついた場合でも、ウオームアツ
プ時間を一定にするため、あるいは電源電圧２４０ｖで
使用しても過大電流を流さないため、ヒータに供給する
電力を制御する電力制御装置を具えている。

従来、定着装置におけるヒータの電力制御装置では、ヒ
ータに印加された電圧の波高値と、ヒータに流れた電流
の波高値とにもとづいて電力値を算出し、この算出した
電力値と予め設定された電力値とを比較して、常時、予
め設定された電力値になるように、ヒータに供給する電
力を制御している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上記従来のヒータの電力制御装置では、当該電
力制御装置の調整場所の交流波形が正弦波であっても、
当該電力制御装置の使用場所の交流波形が歪んでいる場
合には、電圧・電流それぞれの波高値にもとづいて算出
した電力値に対する制御量の値が、正弦波である場合に
算出した電力値に対する制御量の値からずれてしまう。

すなわち、周知のように、正弦波電圧の波高値をＶ、１
〔Ｖ〕とすると実効値はｖ、１／Ｊ′ＴＣｖ〕であり、
また三角波電圧の波高値をｖ、２〔ｖ〕とする実効値は
ｖ、２／Ｊ３　［Ｖ］である。

ここで、正弦波電圧の実効値と三角波電圧の実効値とが
等しくなるためには、 Ｖ２、／ＪＴ−■、２／Ｊ丁 の関係から Ｖ、２−（Ｊボッｆ丁）×ｖ、１ なる式が導かれる。

そこで、上記電力制御装置の調整場所の交流電圧波形が
波高値ｖＰＩの正弦波電圧であり、当該電力制御装置の
使用場所の交流電圧波形が波高値Ｖ、２（−ＣＪ丁／ｆ
ｆ）ＸＶ、１）　の三角波電圧であるとする。これら各
波形の関係を示したものが第６図である。

、なお、交流電流波形についても、ヒータが純抵抗体で
あれば上述した交流電圧波形の正弦波と三角波との関係
、および波高値と実効値との関係と同様な関係がある。

上述した条件の場合、従来のヒータの電力制御装置では
、上記正弦波電圧および電流のそれぞれの実効値と、上
記三角波電圧および電流のそれぞれの実効値とが、それ
ぞれ等しい、つまり電力値が等しいにもかかわらず、三
角波電圧（電流）の波高値が、正弦波電圧（電流）の波
高値より大きいため、ヒータへ供給する電力を小さくす
る方向に電力制御してしまい、この結果、ウオームアツ
プ時間が異常に長くなってしまう。逆に使用場所の交流
電圧波形が方形波や台形波の場合は、ヒータへ供給する
電力を大きくする方向に電力制御してしまい、この結果
、定格電流をオーバしてしまう。

上述したように、電力制御装置の調整時と、当該電力制
御装置の使用時の交流電源波形が異なると、ヒータへの
正確な電力制御を行うことゐ（できないという欠点があ
った。

本発明は上記欠点を除去し、電力制御装置の調整時およ
び使用時のそれぞれの交流波形が異なる場合でも、ヒー
タへ供給する電力を、予め設定された電力で供給するこ
とができるヒータの電力制御装置を提供することを課題
とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明では、
電源とヒータ間に介在されたスイッチ手段と、予め設定
された電力値に対して、前記スイッチ手段をオンオフさ
せるデユーティ−比を格納した記憶手段と、前記ヒータ
に印加された電圧の波高値および実効値を検出する電圧
検出手段と、前記ヒータに流れた電流の波高値を検出す
る電流検出手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧の
波高値および実効値と前記電流検出手段が検出した電流
の波高値とにもとづき、前記ヒータに流れた電流の実効
値を算出するとともに、該電流の実効値と前記電圧検出
手段が検出した電圧の実効値とにもとづいて電力値を算
出する演算手段と、前記演算手段が算出した電力値に対
応した前記記憶手段に格納されているデユーティ−比に
応じて前記スイッチ手段をオンオフ制御する制御手段と
を具え、制御手段は、演算手段が電圧の実効値と電流の
実効値とにもとづいて算出した電力値と、記憶手段に格
納されている所定の電力値とを比較し、当該一致した電
力値に対応するデユーティ−比に応じてスイッチ手段を
オンオフ制御して、ヒータに供給される電力を一定にな
るように制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係るヒータの電力制御装置の実施例を第
１図乃至第６図の図面にもとづき詳細に説明する。

第１図は本発明に係るヒータの電力制御装置の一実施例
を示す概略構成図である。この電力制御装置１０は、定
着用の発熱源であるヒータ１１ａ。

１１ｂと、スイッチ手段としてのトライアックｉ２ａ、
１２ｂと、上記ヒータｌｌａ、ｌｌｂに印加される電圧
を検出する電圧検出部１３と、上記ヒータｌｌａ、ｌｌ
ｂに流れる電流を検出する電流検出部１４と、上記ヒー
タｌｌａ、ｌｌｂの表面温度を検出する温度検出部１５
と、上記電圧検出部１３、電流検出部１４、温度検出部
１５から人力したそれぞれの検出データ値を適宜な値に
変換する入力回路１６と、予め設定されたプログラムに
もとづいて所定の演算、処理を実行するＣＰＵユニット
１７と、ＣＰＵユニット１７の演算結果のデータ値を適
宜な値に変換する出力回路１８とから構成されている。

なお、ヒータｌｌａおよび１１ｂは、電源１９から電力
が供給される。

電圧検出部１３は、ヒータｌｌａ、ｌｌｂに印加された
電圧の波高値を保持するピークホールド回路１３ａと、
ヒータｌｌａ、ｌｌｂに印加された電圧を実効値に換算
、すなわちヒータに印加された電圧の「瞬時値の２乗の
平均の平方根」の演算処理を行うＲＭＳ−ＤＣＣコンパ
−回路１３ｂと、トライアック１２ａ、１２ｂへのトリ
ガ信号を常にゼロ位相角（α−０）、すなわち、０電圧
付近で与え当該トライアックをオンさせるゼロクロス信
号を所定の周期で送出するゼロクロス回路１３ｃから構
成されている。

電流検出部１４は、ヒータに流れた電流の波高値を保持
するピークホールド回路１４ａ、１４ｂから構成されて
いる。

第２図は、ＣＰＵユニット１７のブロック図を示したも
のである。ＲＯＭ２０は所定のプログラムを格納してお
り、例えば、実施例では第３図に示すような、プログラ
ムを格納している。ＲＡＭ２１は入力回路１６、入力ポ
ート２２を経て入力されたデータ、演算結果等を一時的
に記憶する。

テーブル２３は所定の電力値に対応したデユーティ−比
のデータを登録しており、例えば、実施例では第４図に
示すように、テーブル２３には電圧の実効値と電流の実
効値との積の電力値に対応したデユーティ−比が登録さ
れている。

マイクロプロセッサユニット（以下、ＭＰＵという）２
４は、所定のプログラムにもとづいて、演算、処理等を
行う。

すなわち、ＭＰＵ２４は、予め設定された演算式にもと
づいて電流の実効値を算出するとともに、該算出した電
流の実効値と、上記ＲＭＳ−ＤＣコンバータ回路１３ｂ
が換算した電圧の実効値とにもとづいて電力値を算出す
る。

なお、実施例ではＭＰＵ２４は、次に示す演算式にもと
づいて電流の実効値Ｉ　　を算出していＲＭＳ る。

すなわち、 ■、　：電流の波高値　　　　　　〔Ａ〕■、　：電圧
の波高値　　　　　　［Ｖ］Ｖ　　：電圧の実効値　　
　　　　〔ｖ〕ＭＳ で示される式（１）にもとづいて電流の実効値を算出す
る。

さらにＭＰＵ２４は、上記演算結果と、上述したテーブ
ルに登録されているデータとにもとづいてトライアック
１２ａ、１２ｂをオンオフさせる制御信号を出力する。

出力ポート２５は、入力した制御信号を出力回路１８へ
送出する。

次に上記電力制御装置１０のヒータに供給する電力の制
御動作を第３図のプログラムを示シタ。

ローチャートにもとづき説明する。

まず、電力制御装置１０は、第６図に示シえように、ヒ
ータ１１ａおよびｌｌｂに正弦波電圧力。

印加された状態で調整が行われ、この電力制御装置１０
の使用時においては、ヒータｌｌａおよび１１ｂには、
第６図に示したように、ひずみ波電圧、例えば三角波電
圧が印加されているとする。

なお、実施例では、ヒータｌｌａおよびｌｌｂの定格電
力値はそれぞれ１０００　（ＶＡＩにＨａ　定されてお
り、正弦波電圧の波高値はｖ、１〔ｖ〕とし、三角波電
圧の波高値は Ｖ　Ｐ２−　（Ｊ丁／ｆ丁）■、１【ｖ〕としている。

さて、電圧検出部１３、電流検出部１４および温度検出
部１５によって検出されたそれぞれの検出値は、入力回
路１６、人力ポート２２を経てＲＡＭ２１に格納される
（ステップ３０）。

すなわち、ＲＡＭ２１には、ピークホールド回路１３ａ
によって検出されたヒータｌｌａ、１１ｂに印加された
電圧の波高値 Ｖ　Ｐ２−（＜　Ｊゴ／７Ｔ）ＸＶＰｌ）（Ｖ）、ＲＭ
Ｓ−ＤＣＣコンパ−回路１３ｂによって検出されたヒー
タｌｌａ、ｌｌｂに印加された電圧の実効値ｖ、２／ｆ
丁〔ｖ〕、ピークホールド回路１４ａおよび１４ｂによ
って検出されたヒータ１１ａおよびｌｌｂに流れたそれ
ぞれの電流の波高値■　およびＩ　１温度検出部１５に
よって検ＰＩ　　　　　Ｐ２ 出されヒータｌｌａおよび１１ｂそれぞれの表面温度値
、にそれぞれ対応するデータが格納される。

なお、本実施例では、三角波電圧の実効値は、上述した
ようにＶ、２／ＪＴＣｖ〕であり、また、この実効値は
、ｖＰ２−（ＪＴ／ｆ７）×ｖＰ１〔ｖ〕の関係から、 （１／ｆ丁）Ｘ　ＣＪ３／Ｊ丁）×ＶＰ１−ｖ　Ｐ　１
　／（丁〔Ｖ〕 となる。

すなわち、三角波電圧の波高値 Ｖ　Ｐ２　（−＜　Ｖ’丁ンＪＴ）×ｖ、１（ｖ））〔
ｖ〕の実効値はｖ、１／ＪＴＣｖ〕となり、これは正弦
波電圧の波高値ｖ、１〔ｖ〕の実効値と等しいことにな
る。

ＭＰＵ２４は、ＲＡＭ２１に格納された各データのうち
、ピークホールド回路１３ａ、１４ａおよび１４ｂ、Ｒ
ＭＳ−ＤＣＣコンパ−回路１３ｂによって検出された検
出値に対応するデータをＲＡＭ２１から読出して、前述
した演算式（１）にもとづいて、ヒータｌｌａ、ｌｌｂ
に流れた電流の実効値を算出する（ステップ３１）。

すなわち、ヒータｌｌａおよび１１ｂに流れた電流の実
効値Ｉ　　　［Ａ］および１　　〔Ａ〕は、ＲＭＳＬ　
　　　　　　　ＲＭＳ２ ｆ丁 ［Ａ］・・・（２） Ｊ７Σ ［Ａ）　　・・・　（３） となる。

そしてＭＰＵ２４は、上述した式（２）１式（３）にも
とづいて算出した電流の実効値ＩＲＭＳ、［Ａ）および
１　　　　（Ａ）と、ＲＡＭ２１に格納Ｍ９２ されている電圧の実効値Ｖ　Ｐ２／　ｆｆ（Ｖ　］とに
もとづいて、ヒータｌｌａおよび１１ｂに供給されてい
る電力の電力値を算出する（ステップ３２）。

さらに、ＭＰＵ２４は、ステップ３２で算出した電力値
と、第４図に示したテーブルに登録されている電力値（
Ｖ　　と■　　との積）とが一致ＲＭＳ　　　ＲＭＳ するか否かを比較し、比較した結果、一致した電力値に
対応するデユーティ−比のデータを読出す（ステップ３
３）。

なお、実施例では、テーブルに登録されている電力値は
、所定の許容範囲を有して設定され、この電力値に対応
してデユーティ−比が、当該テーブルに登録されている
。

例えば、第４図に示すように、テーブルに登録されてい
る電力値ＰＲＭＳＩ’　　ＲＭＳ２”　ＲＭＳ４は、Ｐ
　　　　　−１０００〜１０５０　　　　［ＶＡ］ＭＳ
Ｉ Ｐ　　　　　−１０５１〜１１００　　　　（ＶＡＩＭ
Ｓ２ Ｐ　　　　　−１１５１〜１２００　　　　（ＶＡ）Ｍ
Ｓ４ に設定されており、これら電力値ＰＲＭＳＩ”　ＲＭＳ
□。

Ｐ　　にそれぞれ対応してデユーティ−比ＤＩ。

ＭＳ４ Ｄ２およびＤ４が上記テーブルに登録されている。

ところで、ＭＰＵ２４は、上述したテーブルから読出し
たデユーティ−比と、ゼロクロス回路１３ｃから送出さ
れているゼロクロス信号にもとづいて、トライアック１
２ａ、１２ｂをオンオフさせるべく制御信号を出力する
（ステップ３４）。

この制御信号は、出力ポート２５、出力回路１８を経て
トライアック１２ａ、１２ｂのゲートへ送出される。そ
して、トライアック１２ａおよび１２ｂはそれぞれゲー
トに加えられた制御信号にもとづいてオンオフする。

そして、ヒータｌｌａおよびｌｌｂには、それぞれ上記
トライアック１２ａおよび１２ｂがオンしている期間の
み、電源１９の電圧が印加されることとなる。

ここで、ステップ３４において、ＭＰＵ２４がテーブル
からＰ　　　（１０５１〜１１００　［ＶＡ］ＭＳ２ ）に対応するデユーティ−比Ｄ２を読出した場合は、ヒ
ータ１１ａおよび１１ｂには、第５図（ａ）に示すよう
なデユーティ−比 Ｔ　　　＋Ｔ ＯＮ２　　０ＰＦ２ で電源１９の電圧が印加されることになる。

また、ＭＰＵ２４がテーブルからＰＲＭｓｌ（９００〜
９５０〔ｖＡ〕）に対応するデユーティ−比Ｄ１を読出
した場合は、ヒータｌｌａおよび１１ｂに供給されてい
る電力は定格電力が供給されていることになり、ヒータ
ｌｌａおよび１１ｂには、第５図（ｂ）に示すように、
デユーティ−比Ｄ１−１００％で、電源１９の電圧が印
加されることになる。

さらに、ＭＰＵ２４がテーブルからＰＲＭＳ４（１１５
１〜１２００　（ＶＡＩ　）に対応するデユーティ−比
Ｄ４を読出した場合は、ヒータｌｌａおよびｌｌｂには
、第５図（Ｃ）に示すように、デユーティ−比 Ｔ　　　＋Ｔ ＯＮ４　　０ＦＦ４ で電源１９の電圧が印加されることになる。

ところで、ヒータｌｌａ、ｌｌｂに印加されている電圧
が、第６図に示したように、三角波電圧であり、この三
角波電圧の波高値および実効値が上述したようにそれぞ
れ Ｖ、Ｖ／（丁＜　＝　ｖ　ｐ　ｔ　７１丁）Ｐ２　　　
Ｐ２ である場合、従来の電力制御装置においては、電圧、電
流それぞれの波高値にもとづいて電力値を算出するため
、三角波電圧の実効値と正弦波電圧の実効値とが等しい
場合、すなわちヒータ１１ａ。

１１ｂに供給されている電力が等しい場合、例えば定格
電力が供給されている場合でも、ヒータ１１ａ、ｌｌｂ
には定格電力より多い電力が供給されていると判断する
。

この結果、従来の電力制御装置では、ヒータ１１ａ、ｌ
ｌｂへ供給する電力を少なくするように制御してしまう
。このためヒータｌｌａ、１１ｂには定格電力より少な
い電力が供給されてしまうことになる。

ところが、本実施例の電力制御装置では、ヒータｌｌａ
および、１１ｂに印加された電圧の実効値、ヒータｌｌ
ａおよび１１ｂに流れた電流の実効値にもとづいて電力
値を算出するため、三角波電圧の実効値と正弦波電圧の
実効値とが等しい場合には、正弦波電圧の波高値より三
角波７ｉ圧の波高値が大きい場合でも、ヒータｌｌａお
よび１１ｂには定格電力が供給されていると判断する。

この結果、ヒータｌｌａ、ｌｌｂには、定格電力が供給
されていることになる。

上述した実施例によると、ヒータに印加された電圧の実
効値とヒータに流れた電流の実効値との積で算出した電
力値と、予め設定された電力値とを比較して、当該ヒー
タへ供給する電力を制御するため、交流波形が歪んでい
る場合でもヒータへ供給する電力を正確に制御すること
ができる。

また、本実施例によると、ヒータｌｌａ、１１ｂの抵抗
値にバラツキがある場合、あるいは商用電圧が異なる場
合、例えばＡＣ２００Ｖ、ＡＣ２４０■を商用電圧とし
ている地域（国）の場合、さらに、電力系統が悪く正弦
波交流波形が歪んでいる場合でも、ヒータの消費電力を
一定に維持することができる。

なお、上記実施例では、ヒータが２つ並列接続された場
合の電力制御であるが、本発明はこれに限定されること
なく、ヒータが３つ以上並列接続された場合の電力制御
にも適用できる。

この場合には、ヒータの数に対応して、電流検出部のピ
ークホールド回路を設けることによって実現できる。

また、本実施例では、ひずみ波電圧を三角波電圧とした
が、本発明はこれに限定されることなく、全てのひずみ
波交流が適用される。

〔発明の効果〕

本発明では、制御手段は、演算手段が電圧の実効値と電
流の実効値とにもとづいて算出した電力値と、記憶手段
に格納されている所定の電力値とを比較し、当該一致し
た電力値に対応するデユーティ−比に応じてスイッチ手
段をオンオフ制御するので、正弦波交流波形が歪んでい
る場合、あるいは電源電圧が異なる場合でも、ヒータへ
供給する電力を一定にすることができるヒータの電力制
御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒータの電力制御装置の一実施例
を示した概略構成図、第２図は第１図の電力制御装置に
使用したＣＰＵユニットの一例を示したブロック図、第
３図は第１図の電力制御装置がヒータの電力制御を行う
動作を示したフローチャート、第４図は電力値に対応し
てデユーティ−比が登録されている一例のテーブルを示
した図、第５図はヒータに印加された電圧の電圧波形を
示した図、第６図は電力制御装置の動作を説明するため
の説明図である。 １１ａ、１１ｂ・・・ヒータ、 １２ａ、１２ｂ・・・トライアック、 １３・・・電圧検出部、１４・・・電流検出部、１５・
・・温度検出部、１６・・・入力回路、１７・・・ＣＰ
Ｕユニット、１８・・・出力回路、１９・・・電源、２
０・・・ＲＯＭ、２１・・・ＲＡＭ。 ２２・・・入力ボート、２３・・・テーブル、２４・・
・ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）、２５・・・
出力ボート。 第２図 第３図　　　　　　　　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電源とヒータ間に介在されたスイッチ手段により、前記
   電源からヒータへ供給する電力を制御するヒータの電力
   制御装置において、 予め設定された電力値になるように、前記スイッチ手段
   をオンオフさせるデューティー比を格納した記憶手段と
   、 前記ヒータに印加された電圧の波高値および実効値を検
   出する電圧検出手段と、 前記ヒータに流れた電流の波高値を検出する電流検出手
   段と、 前記電圧検出手段が検出した電圧の波高値および実効値
   と前記電流検出手段が検出した電流の波高値とにもとづ
   き、前記ヒータに流れた電流の実効値を算出するととも
   に、該電流の実効値と前記電圧検出手段が検出した電圧
   の実効値とにもとづいて電力値を算出する演算手段と、 前記演算手段が算出した電力値に対応する前記記憶手段
   に格納されているデューティー比に応じて前記スイッチ
   手段をオンオフ制御する制御手段と を具えたことを特徴とするヒータの電力制御装置。