JPH0680484B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱体に供給される電
力量を制御することにより、前記発熱体の温度を制御す
る温度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、最も一般的に使用されている温度
制御装置における温度制御は、予め定められた設定温度
と発熱体の温度とを比較し、発熱体の温度の方が低い場
合には発熱体に電力を供給する一方、発熱体の温度の方
が高い場合には発熱体への電力の供給を停止若しくは少
なくして発熱体の温度の上昇を制御するものであった。
さらに、異常高温又は異常低温に際して発熱体をオフす
る制御もあわせて行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術の温度制御では以下のような問題が生じてい
た。

【０００４】すなわち、所定温度に対して発熱体の温度
を上昇若しくは下降させる制御でしかないので、温度制
御が非常に荒っぽく、発熱体の温度立ち上がり時発熱体
に電力を供給してから、発熱体の温度が設定温度に安定
するまでに、極めて長い時間が必要であった。また、発
熱体の温度が設定温度に一旦安定したとしても、発熱体
の熱量が急速に変化した場合、発熱体の温度を設定温度
において迅速な修正を加え一定に維持することは極めて
困難であった。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するもので、発
熱体の温度制御を行う際、発熱体の温度を設定温度に対
し迅速にかつ確実に安定させ、かつ、発熱体の熱量が急
速に変化した場合であっても、発熱体の温度を迅速に修
正し設定温度において一定に維持させることができる温
度制御装置を実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、電力量が制御されて最適温度に保持される
発熱手段と、この発熱手段の温度に対応した電圧レベル
を出力する温度検出手段と、複数の基準温度に対応した
階段状の電圧レベルを所定周期にて発生させる手段と、
前記発熱手段の温度に対応した電圧レベルと前記複数の
基準温度に対応した階段状の電圧レベルとを前記所定周
期毎に比較する比較手段と、この比較手段による比較結
果に基づき前記発熱手段への電力量を制御する制御手段
とを備え、前記複数の基準温度によって区分される複数
の領域のうち最適温度近傍の領域は他の領域に比べて温
度幅が狭くなっていることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明は上述の構成により、温度制御を行う
際、先ず電力供給後の発熱手段の初期温度を複数の基準
温度と順次比較する。次に複数の基準温度との全比較結
果に基づいて、発熱手段の現在の温度が前記複数の基準
温度によって区分される領域の内、どの領域に存在する
かを検出する。さらにその検出結果から発熱手段への電
力供給量を決定して発熱手段の制御を行う。この場合、
複数の基準温度によって区分される領域は、最適温度近
傍の領域が他の領域に比べて温度幅を狭く設定されてい
ることにより、発熱手段の温度が最適温度から離れた領
域で検出されると前記領域を区分している基準温度間の
温度差が大きいので、発熱手段の温度変化が比較的大き
くても一定の電力を供給し続ける。また、発熱手段の温
度が最適温度に近い領域で検出されると前記領域を区分
している基準温度間の温度差が小さいので、発熱手段の
温度変化が比較的小さくても供給電力量を変化させる制
御を行う。このように、発熱手段の温度を最適温度に近
づく程、細かく供給電力量を変化させる制御を行ってい
るので、発熱手段の温度の立ち上がり時における最適温
度への収束を迅速かつ正確に行うことができる。また、
最適温度近傍において発熱手段の温度が変化した場合、
発熱手段への供給電力量を細かく制御することにより迅
速に修正することができるので、発熱手段の温度を最適
温度において安定して保持することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面とともに説明
する。図１は、本発明の一実施例にかかる温度制御装置
のブロック図である。図において、１はヒータであり、
内部にサーミスタ等の温度検出素子が取り付けられてお
り、該温度制御素子の出力は比較器６の＋入力端子に入
力される。２はヒータ１へ電力を供給する電源、３はヒ
ータ１への供給電力を制御する点灯比制御回路である。
ここで点灯比とは、ヒータ１の点灯対象装置の動作時間
とヒータ１の点灯時間の比を言い、本実施例においては
第２図に示すように５種類の点灯比を用いる。尚、第２
図は電源２からヒータ１に供給される電圧波形を示すも
のであり、斜線部はヒータ１の点灯期間を意味するもの
である。４はクロツクパルスを発生するパルス発生器で
あり、５はパルス発生器４から出力されるクロツクパル
スにより、６個の出力端子のうち１個を順次選択して導
電状態とするデコーダである。なお、該デコーダ５の出
力が６個あるのは、本実施例において６個の基準温度を
設定したためである。抵抗８ａ〜８ｆは、抵抗７との抵
抗値の比により基準温度に対応する電圧レベルを作成す
るものである。すなわち、６個の基準温度のうち任意の
１個は、抵抗７と抵抗８ｆとの抵抗値の比により作成さ
れる。また、他の１個の基準温度は抵抗７と抵抗８ｅと
の抵抗値の比により作成され、以下同様に他の基準温度
も作成される。

【０００９】ここで、前記６個の基準温度を図３に示し
たように定めると、前記６個の抵抗８ａ〜８ｆの抵抗値
の大小関係は、８ｆ＜８ｃ＜８ｅ＜８ａ＜８ｄ＜８ｂと
なる。したがって、第３図に示したように比較器６の−
端子には、前記６個の基準温度に対応する６種類の電圧
レベルが時分割的に順次行われることになる。比較器６
は、ヒータ１内に設けられている温度検出素子の出力信
号と、前記６個の基準温度に対応する電圧レベルとをそ
れぞれ時分割的に比較し、ヒータ１の温度の方が高い場
合にはその出力はハイレベルとなり、ヒータ１の温度の
方が低い場合にはローレベルとなる。９ａ〜９ｆは全て
フリツプフロツプ（以下、FFという）であり、図３に示
したようにデコーダ５からの出力により６個のＦＦ９ａ
〜９ｆのうち１個のＦＦが能動状態になる。ここで、Ｆ
Ｆの能動状態とは、ＦＦがその入力信号に応じて自己の
出力信号を変化させ得る状態を言い、非能動状態におい
ても、ＦＦは前回の能動状態における出力信号を出し続
けている。また、ＦＦ９ａ〜９ｆには、比較器６からの
比較結果を知らせる信号が入力されていて、能動状態に
なったＦＦが比較器６からの出力により動作する。した
がって、ＦＦ９ａ〜９ｆは順次能動状態になり、比較器
６から時分割的に得られる比較結果を知らせる信号を記
憶し、出力する。１０，１１，１２はＦＦ９ａおよびＦ
Ｆ９ｆからの出力がハイレベルのときに、パルス発生器
４から出力されているクロツクパルスの数を計数するカ
ウンタである。１９，２０，２１は、それぞれカウンタ
１０，１１，１２の内容を記憶するメモリーである。２
２，２３は判定回路であり、それぞれメモリー１９およ
び２０からの出力内容と判定回路２２，２３が予め記憶
している内容とを比較し、メモリー１９，２０の出力内
容の方が少ないときに出力信号をハイレベルとする。同
様に、２４も判定回路であるが、該判定回路２４は２種
類の内容を予め記憶しており、３種類の判定結果を出力
する。１３ａおよび１３ｂは微分回路１８からの入力信
号の立ち下がりでクリアされ、入力信号がハイレベルで
ある期間パルス発生器４からのクロツクパルスを計数す
るカウンタである。１４はオア回路であり、１５，１６
および１７はインバータであり、また、１８はＦＦ９ａ
の出力を微分する微分回路である以上述べたように構成
された温度制御装置の動作について図面を参照しながら
説明する。なお、本発明の温度制御装置は５種類の温度
制御を実行する。

【００１０】第１の温度制御は、ヒータ１の温度の立ち
上がり時における温度変化度を検出し、オーバーシュー
トおよび初期温度不足を防止するものである。まず、点
灯比制御回路３によりヒータ１には点灯比１／１で電圧
が供給され、ヒータ1 の温度は上昇する。ヒータ１の温
度が図４に示した基準温度ｆに達すると、ＦＦ９ｆが反
転し、カウンタ１２に信号を出力する。カウンタ１２
は、この時点でクリアされ、その後パルス発生器から出
力されているクロツクパルスを計数し、その計数結果を
常時メモリー２１に出力する。メモリー２１は、カウン
タ１２から常時出力されてくる計数結果を記憶し、ＦＦ
９ｃから信号が入力された時点でカウンタ１２からの計
数結果の記憶を停止する。したがって、メモリー２１の
記憶内容は、ヒータ１の温度が第４図の基準温度ｆから
ｃに達するまでにカウンタ１２に入力されたクロツクパ
ルス数になる。メモリー２１は、この内容を判定回路２
４に出力し、該判定回路２４によりヒータ１の温度変化
速度が高速であるか、中速であるか低速であるかを判定
する。すなわち、前にも述べたがこの判定回路２４は予
め２種類の内容を記憶しており、第１の記憶内容よりも
メモリー２１からの出力内容の方が大きい場合には低
速、第１の記憶内容に比べ数の少ない第２の記憶内容よ
りもメモリー２１からの出力内容の方が小さい場合には
高速と判定する。また、メモリー２１からの出力内容が
第１と第２の記憶内容の間にあれば中速と判定する。判
定回路２４における判定結果は、点灯比制御回路３に入
力される。点灯比制御回路３は、判定回路２４からの判
定結果が高速の場合には点灯比を１／１から１／３に変
更し、ヒータ１の温度上昇を制御するように制御する。
また、判定結果が中速の場合には点灯比を１／１から１
／２に変更して、ヒータ１の温度上昇を少し緩やかに
し、判定結果が低速の場合には点灯比は１／１のまま変
更しない。以上述べたように、ヒータ１の立上り時点に
おける温度変化速度に応じて点灯比を変えることによ
り、初期の温度不足やオーバーシュートの発生を防止す
ることができる。

【００１１】つぎに、第２の温度制御は図４に示す基準
温度ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを使用し、図４に示したように
６個の領域〔イ，ロ，ハ，ニ，ホ，ヘ〕を設け、ヒータ
１の温度がどの領域に存在するかを検出し、存在してい
る領域に応じて点灯比を制御するものである。ここで、
６個の領域〔イ，ロ，ハ，ニ，ホ，ヘ〕は、基準温度ａ
に近づくに従い狭くなるように設定されている。すなわ
ち、基準温度ａ近傍の領域〔ハ，ニ〕が他の領域に比べ
て最も密になっている。

【００１２】表１は、領域〔イ，ロ，ハ，ニ，ホ，ヘ〕
とＦＦ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅとの関係を示すも
のである。

【００１３】

【表１】

【００１４】点灯比制御回路３は、ＦＦ９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄ，９ｅからの出力によりヒータ１の温度がどの
領域に存在するかを検出する。

【００１５】つまり、デコーダ５はパルス発生器４に同
期して循環的に６種の出力をするが、その出力によりＦ
Ｆ９ａ〜９ｆは順次セットされヒータ１からの入力信号
と抵抗８ａ〜８ｆとの比較結果を順次出力する。ＦＦ９
ａ〜９ｆの出力は第３図に示すように、順次時分割的に
点灯比制御回路３に入力するが、点灯比制御回路３はそ
の入力−循環毎にヒータ１の温度がイ〜ヘのいずれの領
域に存在するのかを表１に示すテーブルに従って判断す
る。従って、例えばＦＦ９ｂ，９ｄ，９ａの出力がＬ
（ローレベル）であって、ＦＦ９ｅ，９ｃの出力がＨ
（ハイレベル）の場合には、領域ニにヒータ１の温度が
存在していることを検出する。点灯制御回路３は、ヒー
タ１の温度がどの領域に存在しているのかを検出する
と、表１に示したようにそれぞれの領域に応じて点灯比
を制御する。すなわち、領域ハにヒータ１の温度が存在
している場合には点灯比は１／５となる。また、ＦＦ９
ａ〜９ｅの出力全てがＨ（ハイレベル）であればヒータ
１の温度は基準温度ｂを越えた領域イに存在することと
なり異常高温として、ＦＦ９ａ〜９ｅの出力全てがＬ
（ローレベル）であればヒータ１の温度は基準温度Ｃ以
下の領域ヘに存在することとなり異常低温として、双方
ともヒータ１への電力の供給を完全に停止する。

【００１６】なお、それぞれの領域に対する点灯比は、
表１に示した数値に限定されるものではなく、任意に定
めればよい。以上述べたような第２の温度制御を行なう
ことにより、ヒータ１の温度が基準温度ａに近づくほ
ど、ヒータ１への電力供給量を細く変更するので、ヒー
タ１の温度を基準温度ａに保持することができ、温度リ
ップル（基準温度ａとヒータ１の温度との差）を少なく
することができる。

【００１７】上記第２の温度制御はヒータ１の温度が急
激に変化しない場合に有効であるが、本実施例において
はヒータ１の温度が急激に変化した場合、第３及び第４
の温度制御を行う。

【００１８】第３の温度制御は、ヒータ１の温度が急に
上昇した場合の制御である。まず、ヒータ１の温度が基
準温度ａに達すると、ＦＦ９ａは反転し、カウンタ１０
に信号を出力する。カウンタ１０は、この時点で一旦ク
リアされ、その後パルス発生器４から出力されているク
ロツクパルスを計数し、その計数結果を常時メモリー１
９に出力する。メモリー１９は、カウンタ１０から常時
出力されてくる計数結果を記憶し、ＦＦ９ｄから信号が
入力された時点でカウンタ１０からの計数結果の記憶を
停止する。したがって、メモリー１９の記憶内容は、ヒ
ータ１の温度が基準温度ａからｄに達するまでにカウン
タ１０に入力されたクロツクパルス数になる。メモリー
１９は、この内容を判定回路２２に出力し、該判定回路
２２によりヒータ１の温度変化速度が高速であるか、否
かを判定する。すなわち、判定回路２２が予め記憶して
いる内容とメモリー１９からの出力内容とを比較し、メ
モリー１９からの出力内容の方が小さい場合には高速と
判定し、大きい場合には高速でないと判定する。判定回
路２２における判定結果は、点灯比制御回路３に入力さ
れる。点灯比制御回路３は、判定回路２２からの判定結
果が高速の場合には、ヒータ１への電力の供給ヒータ１
の温度が基準温度ｄ以下になるまで一旦停止する。ま
た、高速でない場合には、前に述べた第２の温度制御を
行なう。

【００１９】次に、第４の温度制御は、ヒータ１の温度
が急に下降した場合の制御である。まず、ヒータ１の温
度が基準温度ａよりも下がるとＦＦ９ａが反転し、イン
バータ１５を介しカウンタ１１にハイレベル信号が入力
する。カウンタ１１は、この時点で一旦クリアされその
後、パルス発生器４から出力されているクロツクパルス
を計数し、その計数結果を常時メモリー２０に出力す
る。メモリー２０は、カウンタ１１から常時出力されて
くる計数結果を記憶し、ＦＦ９ｅからインバータ１６を
介してハイレベル信号が入力された時点でカウンタ１１
からの計数結果の記憶を停止する。したがって、メモリ
ー２０の記憶内容はヒータ１の温度が基準温度ａからｅ
に達するまでにカウンタ１１に入力されたクロツクパル
ス数になる。メモリー２０は、この内容を判定回路２３
に出力し、該判定回路２３によりヒータ１の温度変化速
度が高速であるか、否かを判定する。すなわち、判定回
路２３が予め記憶している内容と、メモリー２０からの
出力内容と比較し、メモリー２０からの出力内容の方が
小さい場合には高速を判定し、大きい場合には高速でな
いと判定する。判定回路２３における判定結果は点灯比
制御回路３に入力される。点灯比制御回路３は判定回路
２３からの判定結果が高速の場合には、点灯比１／１で
ヒータ１に電力を供給する。また、高速でない場合に
は、前に述べた第２の温度制御を行なう。

【００２０】つぎに、第５の温度制御は、以上述べてき
た４種類の温度制御が全て動かない場合の歯止め的制御
である。例えば(i) ヒータ１の熱量が徐々に奪われ第４
の温度制御が働かない場合。逆に、(ii)ヒータ１の熱量
が徐々に増加し第３の温度制御が働かない場合。また(i
ii) ヒータ１に内挿されている温度検出素子が異常とな
った場合等は、ヒータ１の温度を基準温度ａに保持する
ことはできない。第５の温度制御はこのような欠点を解
消するためのものである。まず、微分回路１８およびカ
ウンタ１３ａ，１３ｂを用いて、ＦＦ９ａからの出力に
よりヒータ１の温度が基準温度ａを横切るたびに、それ
ぞれ計数容量の異なるカウンタ１３ａ及び１３ｂをクリ
アする。クリアされたカウンタ１３ａおよび１３ｂは、
その時点からパルス発生器４から出力されているクロツ
クパルスの計数を開始する。その後、計数容量の小さい
カウンタ１３ａの容量が一杯になるまでに、再びヒータ
１の温度が基準温度ａを横切らなければ、記録紙の搬送
速度が徐々にあるいは段階的に早くなったかもしくは遅
くなったと考えられる。そのため、カウンタ１３ａは容
量が一杯になった時に点灯比制御回路３に信号を出力す
る。点灯比制御回路３は、この時、ＦＦ９ａの出力がハ
イレベル信号の場合には、該信号がローレベル信号にな
るまでヒータ１への電力の供給を一時停止する。また、
ＦＦ９ａの出力がローレベル信号の場合には、該信号が
ハイレベル信号になるまでヒータ１に点灯比１／１で電
力を供給する。さらに、上記の温度制御を行なってもヒ
ータ１の温度が容量の大きいカウンタ１３ｂの容量が一
杯になるまでに、再び基準温度を横切らない場合は異常
と考えられる。カウンタ１３ｂは、容量が一杯になった
ときに点灯比制御回路３に信号を出力し、点灯比制御回
路３はヒータ１への電力の供給を完全に停止する。な
お、本発明では、発熱手段の温度を検出するとしている
が、被加熱物が移動しなければその温度を検出しても良
い。その後、本発明の精神に反することなく、簡単な追
加や変更を行うことは当業者にとっては容易である。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、発熱手段の温度を立ち上げる際、若しくは、発熱手
段の温度を最適温度において保持させる制御を行う際、
複数の基準温度を設け、前記複数の基準温度により区分
される領域のうち最適温度近傍の領域の温度幅を他の領
域の温度幅に比して狭く設定することにより、発熱手段
の温度と複数の基準温度とを比較した結果、発熱手段の
現在の温度が最適温度から離れた領域に存在する場合、
発熱手段の温度変化が比較的大きな温度変化があっても
同一電力量を供給し続け、また、発熱手段の現在の温度
が最適温度に近い領域に存在する場合、発熱手段の温度
変化が比較的小さな温度変化があっても供給電力量を細
かく変更する制御を行う。

【００２２】これにより、発熱手段の立ち上がりにおけ
る最適温度への収束を迅速かつ正確に行うことができ
る。また、最適温度近傍における発熱手段の温度変化が
あった場合、供給電力量の細かい制御により発熱手段の
温度を最適温度において安定して保持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における温度制御装置を示す
ブロック図

【図２】本発明における点灯比を示す波形図

【図３】本発明の比較器−端子にかかる基準電圧と時間
の関係を示す図

【図４】本発明のヒータの温度特性図を示す図

【符号の説明】

１ ヒータ ２ 熱源 ３ 点灯比制御回路 ４ パルス発生器 ５ デューダ ６ 比較器 ９ フリープフロルプ １０ カウンタ １１ メモリ ２２ 判定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力量が制御されて最適温度に保持され
   る発熱手段と、この発熱手段の温度に対応した電圧レベ
   ルを出力する温度検出手段と、複数の基準温度に対応し
   た階段状の電圧レベルを所定周期にて発生させる手段
   と、前記発熱手段の温度に対応した電圧レベルと前記複
   数の基準温度に対応した階段状の電圧レベルとを前記所
   定周期毎に比較する比較手段と、この比較手段による比
   較結果に基づき前記発熱手段への電力量を制御する制御
   手段とを備え、前記複数の基準温度によって区分される
   複数の領域のうち最適温度近傍の領域は他の領域に比べ
   て温度幅が狭くなっていることを特徴とする温度制御装
   置。