JPH09218720A

JPH09218720A - Ａｃ制御装置

Info

Publication number: JPH09218720A
Application number: JP8046675A
Authority: JP
Inventors: Masahide Nakatani; 正秀中谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】大幅に力率を向上できる信頼性の高いＡＣ制
御装置を提供する。【解決手段】負荷に対しＡＣ電源を電力制御して供給
するためのＡＣ制御装置であって、負荷に対してＡＣ電
源から整流回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介して
非平滑電圧を供給するに際し、上記スイッチ素子をＡＣ
電源の周波数よりも高い周波数でスイッチングし、定着
ローラの温度が所定値になるようにスイッチ素子の導通
比率を制御すると共に、上記負荷を流れる負荷電流を検
出し、負荷電流が所定値以上の時には導通比率を制限す
るようにした構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やプリンタ
などに用いる定着ヒータおよび露光ランプ等の電力制御
を行うためのＡＣ制御装置に関し、特に、大幅に力率を
向上させることができる信頼性の高いＡＣ制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機やプリンタなどに用いる
定着ヒータおよび露光ランプ等の電力制御を行うための
ＡＣ制御装置が知られている。すなわち、複写機やプリ
ンタでは転写紙にトナーを固定するため、ヒータを内蔵
したローラによる熱定着装置が一般に用いられており、
ヒータとしてはタングステンのフラメントを、棒状のガ
ラス管に不活性ガスとともに封入したハロゲンヒータが
使われており、ヒータはトライアックなどのスイッチ素
子を介してＡＣ電源に接続され、ローラの温度が所定値
になるように導通時間が調整されている。これは一般に
位相制御と言われている方式で、トライアックがオフか
らオン状態に移行するトリガ点（位相角）を制御してい
る。この位相制御方式はトライアックの特性を利用し
て、少ない部品で効率よく負荷電力を制御できる利点が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この位
相制御方式は、ＡＣ電源の半周期毎の制御のため電源の
力率が低く、さらに負荷電流のピークが負荷電力に比例
しないため、小容量の負荷でも大きな定格のスイッチ素
子が必要になる欠点があった。図９に、上記位相制御方
式の具体的な波形を示す。負荷電力の大きさは図９の
（ａ）の場合＞図９の（ｂ）の場合＞図９の（ｃ）の場
合という関係であり、トリガの位相角θに対応してい
る。負荷電流のピーク値Ｉｐの大きさは図９の（ａ）の
場合＝図９の（ｂ）の場合＞図９の（ｃ）の場合とな
り、負荷電力が最大から１／２までは負荷電力を下げて
もピーク値は変化しないので、使う負荷の領域によって
は負荷電力に対し、比較的大きな電流容量のスイッチ素
子が必要になる不具合があった。さらに、トライアック
は一度オンすると、その周期が終了するまで負荷電流が
流れ続けるため、その周期内での電源電圧の変動には対
処できない不具合があった。特に、配電系統の切り替え
等により、電源にサージが乗った時などには、過電流の
状態で負荷が駆動されるため負荷が破損する恐れもあっ
た。

【０００４】また、ハロゲンヒータは冷寒時には内部抵
抗が低下する特性があるため、ヒータが冷えているとき
には図１０に示すような大きな起動電流が負荷を流れ
る。このためスイッチ素子やヒータ自体の保護のため
に、起動時に徐々に位相角を広げていくソフトスタート
を行っている。しかし、ソフトスタートは起動時のヒー
タの通電比率が小さいため、ヒータが所定の温度に達す
るまでの時間が長くなる欠点があった。

【０００５】上記問題に対応するための従来技術とし
て、特公平６−８７４３２号公報には、ＡＣ電源に負荷
と整流器を介してスイッチ素子を接続し、高周波でスイ
ッチングすることが開示されており、これにより、電源
の力率は向上している。しかし、この方式では電源電圧
をモニターしていないので、電源系統にサージ等が発生
したときには、負荷に過電流が流れる恐れがあった。ま
た、特開平５−２１６３５８号公報には、ＡＣ電源を整
流し、スイッチ手段を設け、定着器ヒータへの通電の出
力電圧が大略一定となるように制御する定着ヒータ駆動
装置が提案されている。そして、この提案により、ＡＣ
電源の変動によらずヒータに一定電力を供給でき、安定
した定着特性を提供することができる。しかし、この方
式では、出力電圧を大略一定にするために、入力交流電
圧に対応した平均電圧を、抵抗とコンデンサの平滑回路
で検出している。このためＡＣ電源にサージ等の急峻な
異常電圧が入力した場合には、平滑回路での遅れのため
ＰＷＭ変調で対応が遅くなり、負荷であるヒータや、ス
イッチ手段に過電流が流れ装置が破損するおそれがあっ
た。本発明は、上述の如き従来の問題点を解決するため
になされたもので、その目的は、大幅に力率を向上でき
ると共に、ＡＣ電源の電圧変動にも十分に対応できるＡ
Ｃ制御装置を提供することである。本発明の他の目的
は、負荷異常時の過電流を防ぐことができるＡＣ制御装
置を提供することである。本発明のさらに他の目的は、
定着装置のヒータが所定温度にまで立ち上がる時間を短
縮できるＡＣ制御装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、負荷に対しＡＣ電源を電
力制御して供給するためのＡＣ制御装置において、負荷
に対してＡＣ電源から整流回路と温度ヒューズとスイッ
チ素子を介して非平滑電圧を供給するに際し、上記スイ
ッチ素子をＡＣ電源の周波数よりも高い周波数でスイッ
チングし、負荷の温度が所定値になるようにスイッチ素
子の導通比率を制御すると共に、上記負荷を流れる負荷
電流を検出し、負荷電流が所定値以上の時には導通比率
を制限するようにしたことを特徴とする。請求項１に記
載のＡＣ制御装置によれば、負荷に、ＡＣ電源から整流
回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介して非平滑電圧
を供給し、スイッチ素子を交流電源の周波数よりも高い
周波数でスイッチングし、定着ローラの温度が所定値に
なるようにスイッチ素子の導通比率を制御すると共に、
ヒータを流れる負荷電流を検出し、負荷電流が所定値以
上の時には導通比率を制限するようにしたので、ＡＣ電
源の全周期に渡って、負荷電流が流れるので電源の力率
が向上する。また、負荷電流のピークが負荷電力に比例
するので、負荷電力に対応した最適な容量のスイッチ素
子を使うことができる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、ＡＣ電源を整流
した電源に負荷とスイッチ素子の直列回路を接続し、上
記負荷が所定の温度となるようにスイッチ素子の導通比
率を制御するＡＣ制御装置において、上記スイッチ素子
をＡＣ電源の半周期よりも短い周期でスイッチングさせ
ると共に、スイッチング時の導通比率の最大値を電源電
圧に応じて設定するようにしたことを特徴とする。請求
項２に記載のＡＣ制御装置によれば、交流電源を整流し
た電源にヒータとスイッチ素子の直列回路を接続し、上
記負荷が所定の温度となるようにスイッチ素子の導通比
率を制御すると共に、スイッチ素子をＡＣ電源の半周期
よりも短い周期でスイッチングさせると共に、スイッチ
ング時の導通比率の最大値を電源電圧に応じて設定する
ようにしたので、サージ等が電源に発生したときでも、
ほぼリアルタイムに対応することができ従来の方式に比
べ信頼性が向上する。

【０００８】請求項３に記載の発明は、負荷に対しＡＣ
電源を電力制御して供給するためのＡＣ制御装置におい
て、負荷に対してＡＣ電源から整流回路と温度ヒューズ
とスイッチ素子を介して非平滑電圧を供給しスイッチ素
子を交流電源の周波数よりも高い周波数でスイッチング
するためのインバータと、ヒータの温度が所定値となる
ように上記負荷に流れる負荷電流を制御する電力制御手
段と、負荷電流の平均値が電力制御手段が設定した負荷
電流となるようにスイッチ素子の導通比率を制御するヒ
ータ制御手段とを有することを特徴とする。上記請求項
３に記載のＡＣ制御装置によれば、入力電流がＡＣ電源
の全域で流れるので波形が正弦波になり、ヒータの通電
量を可変しても同じ波形が維持される。従って、負荷電
力の大小に入力電流のピークが追従するので、負荷電力
に応じた最適な電流容量のスイッチ素子を選択すること
ができる。さらに、入力電流の正弦波化により電源の力
率が向上する効果もある。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のＡＣ制御装置において、電源電圧に応じて導通比率の
最大値を制限するようにしたことを特徴とする。請求項
４に記載のＡＣ制御装置によれば、電源ラインにサージ
が乗ったときでも、リアルタイムで次のスイッチングか
ら導通比率を制限することができる。このため従来のよ
うに電源のその周期が終わるまで待たなくても、対応で
きるので信頼性が向上する。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
のＡＣ制御装置において、負荷電流の値をヒータの温度
に応じて設定すると共に、負荷電流のピーク値が所定値
を越えたときにスイッチ素子の導通比率を制限するよう
にしたことを特徴とする。請求項５に記載のＡＣ制御装
置によれば、冷寒時の起動でも、負荷電流に過電流が流
れるのを防ぐことができる。また、電源周期の全域に渡
って、負荷電流を流しているので、電源電圧の低い部分
では大きな導通比率で駆動することができる。このため
従来の方式に比べ電源の半周期あたりの通電量が多くな
り、ヒータが所定温度まで立ち上がる時間が短縮できる
効果がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明を実施したＡＣ制
御装置（温度制御部）の構成図であり、このＡＣ制御装
置は、複写機の定着装置における温度制御部として機能
する様になっている。図１において、ＡＣ電源１よりの
電流がノイズフィルタを構成する第４のコンデンサ３と
第２のコイル５、さらに、機械に異常が発生したときに
電源を遮断する安全リレー（ＲＡ）７の接点Ｓ１および
Ｓ２を介して整流器９に入力されている。整流器９には
第２および第３コンデンサ１１、１３と第１のコイル１
５で構成されるノイズフィルタと電流検出器１６が設け
てあり、これらを介して、インバータ回路１７が接続さ
れている。インバータ回路１７にはヒータ１９と温度ヒ
ューズ２１およびスイッチ素子２３が直列に接続してあ
り、さらにヒータ１９には共振用の第１のコンデンサ２
５が並列に接続してある。また、ヒータ１９の外周には
図示していない定着ローラが設置してあり、このローラ
の近傍に温度検出用のサーミスタ２７が配置されてい
る。そして、上記インバータ回路１７にはヒータ制御回
路２９およびドライブ回路３１が接続され、ヒータ制御
回路２９および安全リレー７にはメイン制御回路３３が
接続されている。

【００１２】次に、本発明によるＡＣ制御装置の第１実
施形態の制御動作について説明する。この第１実施形態
は、サーミスタ２７で検出した定着ローラの温度を、直
接インバータ回路１７にフィードバックし、目標値の温
度ＴａｇＨＴとなるように定温度制御しているものであ
り、定着ローラの温度を直接検出してフィードバック制
御しているので、ＡＣ電源１に電圧変動があっても定着
ローラの温度を所定値に保つことができる。すなわち、
複写機全体の動きを制御しているメイン制御回路３３
が、安全リレー７の接点をオンし、ヒータ制御回路２９
にヒータ温度設定信号ＴａｇＨＴを出力するとスイッチ
素子２３がスイッチングを開始し、ヒータ１９が通電さ
れる。スイッチ素子２３はＡＣ電源１の周波数に比べ遥
かに高い周波数（例えば２０ＫＨｚ）でオンとオフを繰
り返すスイッチングを行っている。このため各部の波形
は図２に示すように、交流のＡＣ電源１をダイオードブ
リッジ９で全波整流し、非平滑電圧Ｖｃ３をヒータ１９
に給電し、スイッチング周波数に同期したパルス状の負
荷電流ＩＨＴが流れている。ＡＣ電源１からの入力電流
は、この負荷電流ＩＨＴにほぼ等しい波形となる。この
負荷電流ＩＨＴによりヒータ１９および周囲の定着ロー
ラが加熱される。上記のように制御することにより図２
に示すようにＡＣ電源１の全期間にわたって入力電流が
流れ、波形も正弦波に近い形となるため、従来の位相制
御に比べ大幅に力率を向上することができる。

【００１３】また、これによりヒータ１９および周囲の
定着ローラが加熱されると、ローラの温度はサーミスタ
２７で検出し、ヒータ制御回路２９によりヒータ温度設
定信号ＴａｇＨＴに対応した所定値になるように、スイ
ッチ素子２３の導通比率を制御している。スイッチ素子
２３のスイッチングは図３（ｂ）に示すように、固定の
周期Ｔ１で繰り返しており、オンしている期間Ｔ２との
比が導通比率（Ｔ２／Ｔ１＊１００）である。導通比率
が大きくなるとヒータ１９の通電量が増し、ローラの温
度が上昇する。このようにローラの温度を直接ヒータ制
御回路２９にフィードバックし、ローラ温度が所定値と
なるように定温度制御することにより、ＡＣ電源１の電
圧変動があってもローラの温度を所定値に保つことがで
きる。

【００１４】次に、本発明によるＡＣ制御装置の第２実
施形態の制御動作について説明する。この第２実施形態
では、導電比率は上記第１実施形態で述べたローラ温度
の他に、電源電圧とヒータ１９を流れる負荷電流ＩＨＴ
の値に応じて制御している。すなわち、ハロゲンヒータ
（ハロゲンランプも同じ）は低温時に抵抗が低くなる特
性があるため、起動時に大きな負荷電流が流れる（突入
電流）。このためスイッチ素子の保護のため、電流検出
器１６で負荷電流ＩＨＴを検出し、所定値よりも大きい
時にはＰＷＭによるパルス幅を制限し、定電流制御を行
っているものであり、負荷電流の制限機能があり、しか
も交流電源の周波数よりも遥かに高い周波数で、ＰＷＭ
制御しているので、突入電流を少なくすることができ
る。これにより突入電流を考慮した大電流容量のスイッ
チ素子を使わなくても済むようになる。したがって電流
容量の小さい最適で安価なスイッチ素子を用いることが
できるようになり、安価な装置を提供することができ
る。さらに回路の電流を低くすることができるので、イ
ンバータ回路自体の発熱も少なくなり、装置の信頼性を
向上することができる。

【００１５】より詳しく説明すると、まず、電源電圧に
よる制御の特性を、図４のグラフを参照し説明する。図
４は電源電圧と導通比率の最大値との関係であり、電圧
が約１４０Ｖまでは導通比率Ｄｕｔｙの最大値が１００
％であり、１４０Ｖ以上では１９Ｖ毎に約１０％の比率
で導通比率Ｄｕｔｙの最大値が小さくなるようにしてい
る。具体的には図３に示す電圧波形となる。上記の様
に、ヒータ制御の主な制御特性であるローラ温度と並列
に、ヒータ１９に加わるＡＣ電源１の電圧を検出してヒ
ータ制御回路２９にフィードバックし、電圧が所定値よ
りも高い時に導通比率を制限するようにしたので、ＡＣ
電源１にサージ等の異常電圧が発生しても素早く対応す
る事ができる。これにより異常電圧時に負荷に流れる過
電流等によるスイッチ素子の劣化等を防ぐことができ
る。

【００１６】次に、上記第２実施形態における負荷電流
ＩＨＴによる導通比率の制御を説明する。これは前述の
電源電圧による制御と同じく、異常時の保護機能が主な
目的である。ヒータ１９を介して流れる負荷電流ＩＨＴ
を、電流検出器１６で検出し、所定値よりも大きいとき
にスイッチ素子２３の導通比率を制限するようにしてい
る。この様にすれば、負荷であるヒータ１９の劣化や短
絡により、スイッチ素子２３に所定値よりも大きい過電
流が流れたときに、スイッチ素子２３の導通比率を制限
される。これにより負荷異常時の過電流を防ぐことがで
き、安全な装置を提供する事ができる。

【００１７】次に、本発明によるＡＣ制御装置の第３実
施形態の制御動作について説明する。この第３実施形態
では、交流電圧（電源電圧）が所定値よりも高いとき
に、ＰＷＭによるパルス幅を制限している。すなわち、
ＡＣ電源１のサージ等により、異常な電圧が装置に入力
することがあるので、この第３実施形態では電力制御の
主目的であるヒータ温度のフィードバック制御とは別
に、電源電圧を検出しフィードバック制御する回路を設
けている。これによりサージ発生時においても、素早く
ＰＷＭによるパルス幅を制限し、ヒータ１９のスイッチ
ング素子に過電流が流れるの防ぐことができる。

【００１８】次に、この第３実施形態の要部であるヒー
タ制御回路２９について、図５の構成図を参照して詳細
に説明する。ヒータ制御回路２９には四つの信号が入力
し、内部で生成するクロックＶＣＬＫに同期して、これ
らの信号に応じたスイッチ素子２３の駆動信号ＶＢを出
力している。第１のエラーアンプ３５には二つの信号が
入力されており、この第１のエラーアンプ３５では定温
度制御を行っていて、一方の入力端子にヒータ温度設定
信号ＴａｇＨＴが、他方にサーミスタＴＨで検出したロ
ーラ温度が入力されている。ここではローラ温度がヒー
タ温度設定信号ＴａｇＨＴよりも低い時に、スイッチ素
子２３の導通比率が大きくなり、ヒータＨＴの通電量が
増加するように構成されている。第２のエラーアンプ３
７には、負荷電流ＩＨＴの検出信号が入力されており、
この第２のエラーアンプ３７では負荷電流の過電流制限
を行っていて、一方の入力端子に電流検出器１６で検出
した負荷電流ＩＨＴが、他方には抵抗３９、４１で設定
される基準値が入力している。負荷電流ＩＨＴが所定の
値（基準値）よりも大きくなったときに、スイッチ素子
２３の導通比率が小さくなり、ヒータ１９の通電量が減
少するように構成されている。四つ目の入力信号が、デ
ットタイムコンパレータ４３に入力されており、このデ
ットタイムコンパレータ４３では、電源電圧に応じてス
イッチ素子２３の最大導通比率を設定しており、一方の
入力に発振器４４で生成した鋸波のクロックＶＣＬＫが
入力され、他方にダイオードブリッジの出力電圧Ｖｃ３
を分圧した電圧検出信号が入力されている。

【００１９】なお、出力電圧Ｖｃ３の電圧値は、ＡＣ電
源１およびヒータ１９に入力する電圧とほぼ等しい。電
圧検出信号には、バイアス電圧Ｖｏｆでオフセットが加
わっていて、所定電圧異常（約１４０Ｖ）で導通比率が
制限されるように構成してある。図３に各電源電圧で
の、最大導通比率が示されている。以上の各エラーアン
プ３５、３７はダイオードオアを取られ、その出力がパ
ルス幅変調コンパレータ４５の一方の入力端子に入力さ
れている。他方には発振器４４で生成した鋸波のクロッ
クＶＣＬＫが入力されており、パルス幅変調コンパレー
タ４５では両方の入力信号を比較し、エラーアンプ３
５、３７の出力電圧がクロックＶＣＬＫよりも高い期間
に、スイッチ素子２３をオンする信号が出力する構成と
なっている。パルス幅変調コンパレータ４５の出力は、
さらにデットタイムコンパレータ４３の出力とＡＮＤ回
路４７で論理積を取り、ドライブ回路３１を介して出力
している。これによりクロックＶＣＬＫに同期したスイ
ッチ素子２３の駆動信号ＶＢが生成され、スイッチ素子
２３はＡＣ電源１よりも遥かに高い周波数でスイッチン
グを行っている。このようにヒータ制御回路２９では、
クロックＶＣＬＫの周期毎にローラ温度・電源電圧・負
荷電流を検出し、通常はローラ温度が所定値になるよう
にパルス幅制御している。さらに電源のサージ等により
過電圧が入力したときや、負荷電流ＩＨＴが急増した場
合にスイッチ素子２３の導通比率を制限し、過負荷を回
避するようにしている。

【００２０】以上のように、この第３実施形態のＡＣ制
御装置では、交流電源の周波数よりも遥かに高い周期で
スイッチングすることにより、電源電圧に近似した波形
の負荷電流となり、入力電流もほぼ同じ波形となる。ま
た、電源の力率を従来の位相制御方式に比べ、大幅に向
上することができ高調波を減らすことができる。また、
負荷電力（負荷電流ＩＨＴ）を可変したときには図６に
示すように、負荷電力の大きさに対応して、電源周期の
全域で導通比率が変化する。これにより負荷電力の大き
さに追従して、入力電流のピーク値Ｉｐが変化するよう
になる。従って、スイッチ素子を流れる負荷電流ＩＨＴ
も負荷電力に比例するようになるので、負荷の大きさに
応じた最適な電流容量のスイッチ素子２３を選択するこ
とが可能になる。さらに、定着ローラの温度を直接フィ
ードバック制御すると共に、負荷電流ＩＨＴおよび入力
電圧を検出して前述の条件で保護機能を起動するように
構成することにより、ローラの温度を安定に保つと共に
安全な電力制御を行うことのできるＡＣ制御装置を提供
することができる。

【００２１】次に、本発明によるＡＣ制御装置の第４実
施形態の制御動作について説明する。まず、複写機全体
の動きを制御しているメイン制御回路３３が、安全リレ
ー７の接点をオンすると、ダイオードブリッジ９で全波
整流された電圧Ｖｃ３が非平滑のままヒータ１９に給電
される。次に、メイン制御回路３３から、負荷電流設定
信号ＴａｇＩＨがヒータ制御回路２９に出力されると、
スイッチ素子２３がスイッチングを開始しヒータ１９に
通電される。ヒータ制御回路２９では負荷電流ＩＨＴの
平均値が、負荷電流設定信号ＴａｇＩＨと等しくなるよ
うに定電流制御を行っている。スイッチ素子２３のスイ
ッチングは、ＡＣ電源１の周波数に比べ遥かに高い周波
数（例えば２０ＫＨｚ）でオンとオフを繰り返している
ので、ヒータ１９にはパルス状の負荷電流ＩＨＴが流
れ、波形はＡＣ電源１の正弦波に近似した形となる。ヒ
ータ１９の通電でヒータおよび周囲の定着ローラが加熱
される。ローラの温度はサーミスタ２７で検出し、メイ
ン制御回路３１のＡ／Ｄ変換器に入力している。メイン
制御回路３３ではローラの温度が、複写機の定着工程に
必要な温度となるように、ヒータ１９を流れる負荷電流
ＩＨＴの平均値を制御している。この制御はサーミスタ
２７の電圧をＡ／Ｄ変換器で、デジタル値に変換しマイ
クロコンピュータＣＰＵ内でソフトウェアで処理してお
り、図７に示すフローチャートの手順で実行している。

【００２２】図７において、はじめに現在複写機で処理
している複写作業に必要な定着装置のローラの温度を、
ローラ温度目標値ＴａｇＴ（以下、温度目標値と称す）
として設定し、次にローラ温度の検出値と温度目標値と
の差を演算している（Ｓ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０
５）。この差に応じた負荷電流を演算し、これにヒータ
からローラまでの熱伝導の遅れ時間と複写処理の残り量
に応じた補正を加えて、負荷電流ＩＨＴの目標値を設定
している（Ｓ１０７）。さらに目標値はレベル変換を行
ってから（Ｓ１０９）、Ｄ／Ａ変換器でアナログ値に変
換し、負荷電流設定信号ＴａｇＩＨとしてヒータ制御回
路２９に出力している（Ｓ１１１）。ヒータ制御回路２
９では負荷電流ＩＨＴを、負荷電流設定信号ＴａｇＩＨ
で設定された値に定電流制御している。図８にヒータ制
御回路の回路図を示す。入力信号としてヒータ印加電圧
Ｖｃ３と、ヒータ温度、および負荷電流ＩＨＴの瞬時値
と平均値、さらに負荷電流設定信号ＴａｇＩＨの５信号
が入力し、出力信号として駆動信号ＶＢを出力してい
る。

【００２３】駆動信号ＶＢは発振器５１の出力である鋸
波のクロックＶＣＬＫに同期したパルスであり、入力信
号に応じてパルス幅変調された信号である。クロックＶ
ＣＬＫは固定周波数であり、この第４実施形態では約２
０ｋＨｚである。駆動信号ＶＢの最大パルス幅は、デッ
トタイムコンパレータ５３に入力するクロックＶＣＬＫ
と、ヒータ印加電圧Ｖｃ３により設定し、最大パルス幅
信号ＶＤＴとして出力している。最大パルス幅は図３に
示すように、ヒータ印加電圧Ｖｃ３に応じて設定してい
て、電圧が高いほど最大パルス幅が狭くなるようにして
いる。パルスの幅Ｔ２と周期Ｔ１の比が、スイッチ素子
２３の導通比率Ｄｕｔｙで、図４に示すようにヒータ印
加電圧Ｖｃ３が１４０Ｖ以上で、約１９Ｖ毎に１０％の
比率で最大導通比率が小さくなるように設定してある。

【００２４】なお、ヒータ印加電圧Ｖｃ３は、ＡＣ交流
電源１とほぼ同じ電圧である。インバータ回路１７の主
な制御ループである負荷電流ＩＨＴの定電流制御は、第
１のエラーアンプ５５で行っている。第１のエラーアン
プ５５の入力端子の一方には、負荷電流設定信号Ｔａｇ
ＩＨが入力し、他方には電流検出器１６で検出した負荷
電流ＩＨＴが抵抗５７とコンデンサ５９で構成されるロ
ーパスフィルタを介して入力している。ローパスフィル
タのカットオフ周波数は、ＡＣ交流電源１の周波数より
も低い値に設定してあるので、第１のエラーアンプ５５
には負荷電流ＩＨＴの平均値ＩＡＶが入力する。第１の
エラーアンプ５５では負荷電流設定信号ＴａｇＩＨを基
準電圧として、負荷電流ＩＨＴの平均値ＩＡＶと差を増
幅しダイオードを介してパルス幅変調器６１に出力して
いる。パルス幅変調器６１では、クロックＶＣＬＫと第
１のエラーアンプ５５の出力を比較して、パルス幅変調
を行い駆動信号ＶＢを生成している。さらに、駆動信号
ＶＢは、最大パルス幅信号ＶＤＴとの論理積をとって、
ドライブ回路３１に出力している。以上のような経路に
より負荷電流ＩＨＴは定電流制御される。

【００２５】次に、負荷に異常検出のために、定着ロー
ラの温度と負荷電流ＩＨＴの瞬時値を読み込んでいる。
第２のエラーアンプ６３では前者の温度監視を行ってお
り、サーミスタ２７の電圧と抵抗６５および６７で設定
された基準電圧が入力している。サーミスタ２７の電圧
は前述のようにメイン制御回路３３でもソフトウェアで
処理しているが、ここではハードウェアで信号処理を行
うことで、制御系を二重化している。動作はサーミスタ
２７での検出温度が、上限温度を越えたら駆動信号ＶＢ
のパルス幅を狭め、スイッチ素子２３の導通比率を小さ
くしている。第３のエラーアンプ６９では後者の過電流
の監視を行っており、電流検出器１６の電圧と抵抗６９
および７１で設定された基準電圧を比較している。電流
検出器１６から入力する信号はフィルタを通していたい
ので、図２に示すようなパルス状の負荷電流ＩＨＴを読
み込んでいる。このため負荷異常で過電流が流れ、検出
電圧が基準電圧よりも大きくなると、次のクロックＶＣ
ＬＫのスイッチングからパルス幅が狭まり、負荷電流Ｉ
ＨＴが制限される。エラーアンプ５５、６３、６９の出
力は、ダイオードＯＲで接続されているので、最も高い
電圧（パルス幅を狭める）を出力しているエラーアンプ
の出力が、駆動信号ＶＢに対しアクティブとなる構成と
なっている。以上のように、この第４実施形態では、交
流電源の周波数よりも遥かに高い周期でスイッチングす
ることにより、電源電圧に近似した波形の負荷電流とな
り入力電流もほぼ同じ波形となる。従って、負荷電力を
可変したときには図６に示すように、負荷電力の対応し
て導通比率が電源周期の全域で変化するので、負荷電力
の大きさに追従して入力電流のピーク値Ｉｐも変化する
ようになる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、定着ローラに内蔵する
ヒータに、交流電源から整流回路と温度ヒューズとスイ
ッチ素子を介して非平滑電圧を供給し、スイッチ素子を
交流電源の周波数よりも高い周波数でスイッチングし、
定着ローラの温度が所定値になるようにスイッチ素子の
導通比率を制御すると共に、ヒータを流れる負荷電流を
検出し、負荷電流が所定値以上の時には導通比率を制限
するようにしたので、交流電源の全周期に渡って、負荷
電流が流れるので電源の力率が向上する。また、負荷電
流のピークが負荷電力に比例するので、負荷電力に対応
した最適な容量のスイッチ素子を使うことができる。

【００２７】また、交流電源を整流した電源にヒータと
スイッチ素子の直列回路を接続し、ヒータまたは周辺の
部材が所定の温度となるようにスイッチ素子の導通比率
を制御すると共に、スイッチ素子を交流電源の半周期よ
りも短い周期でスイッチングさせると共に、スイッチン
グ時の導通比率の最大値を電源電圧に応じて設定するよ
うにしたので、サージ等が電源に発生したときでも、ほ
ぼリアルタイムに対応することができ従来の方式に比べ
信頼性が向上する。

【００２８】また、定着ローラに内蔵するヒータに、交
流電源から整流回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介
して非平滑電圧を供給し、スイッチ素子を交流電源の周
波数よりも高い周波数でスイッチングするインバータ
と、ヒータまたはヒータ周辺の温度が所定値となるよう
に定着ヒータに流れる負荷電流を制御する電力制御手段
と、負荷電流の平均値が電力制御手段が設定した負荷電
流となるようにスイッチング素子の導通比率を制御する
ヒータ制御手段とを設けたので、入力電流が交流電源の
全域で流れるので波形が正弦波になり、ヒータの通電量
を可変しても同じ波形が維持される。従って、負荷電力
の大小に入力電流のピークが追従するので、負荷電力に
応じた最適な電流容量のスイッチ素子を選択することが
できる。さらに、入力電流の正弦波化により電源の力率
が向上する効果もある。

【００２９】また、定着ローラに内蔵するヒータに、交
流電源から整流回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介
して非平滑電圧を供給し、スイッチ素子を交流電源の周
波数よりも高い周波数でスイッチングし、定着ヒータに
流れる負荷電流の平均値が所定値となるようにスイッチ
素子の導通比率を制御すると共に、電源電圧に応じて導
通比率の最大値を制限するようにしたので、電源ライン
にサージが乗ったときでも、リアルタイムで次のスイッ
チングから導通比率を制限することができる。このため
従来のように電源のその周期が終わるまで待たなくて
も、対応できるので信頼性が向上する。

【００３０】また、定着ローラに内蔵するヒータに、交
流電源から整流回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介
して非平滑電圧を供給し、スイッチ素子を交流電源の周
波数よりも高い周波数でスイッチングし、定着ヒータに
流れる負荷電流の平均値が定電流となるようにスイッチ
素子の導通比率を制御し、負荷電流の値をヒータの温度
に応じて設定すると共に、負荷電流のピーク値が所定値
を越えたときにスイッチ素子の導通比率を制限するよう
にしたので、冷寒時の起動でも、負荷電流ＩＨＴに過電
流が流れるのを防ぐことができる。また、電源周期の全
域に渡って、負荷電流ＩＨＴを流しているので、電源電
圧の低い部分では大きな導通比率で駆動することができ
る。このため従来の方式に比べ電源の半周期あたりの通
電量が多くなり、ヒータが所定温度まで立ち上がる時間
が短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施したＡＣ制御装置（温度制御部）
の構成図である。

【図２】本発明によるＡＣ制御装置の実施形態の制御結
果を示す説明図である。

【図３】（ａ）乃至（ｄ）は本発明によるＡＣ制御装置
の実施形態におけるスイッチングの結果を示す説明図で
ある。

【図４】本発明によるＡＣ制御装置の第２実施形態にお
ける制御特性を示す図である。

【図５】本発明によるＡＣ制御装置の第３実施形態にお
けるヒータ制御回路の構成図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明によるＡＣ制御装置
の第３実施形態におけるスイッチングの結果を示す説明
図である。

【図７】本発明によるＡＣ制御装置の第４実施形態にお
けるヒータ制御フローチャートである。

【図８】本発明によるＡＣ制御装置の第４実施形態にお
けるヒータ制御回路の構成図である。

【図９】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は一般の位相制御方式
の波形説明図である。

【図１０】ヒータが冷えている場合の起電流の状態図で
ある。

【符号の説明】

１…ＡＣ電源、３…第４の
コンデンサ、５…第２のコイル、
７…安全リレー９…整流器、１１、１３…第２および第３コンデンサ、
１５…第１のコイル、１６…電流検出器、
１７…インバータ回路、１９…ヒータ、
２１…温度ヒューズ、２３…
スイッチ素子、２５…第１のコン
デンサ、２７…サーミスタ、２
９…ヒータ制御回路、３１…ドライブ回路、
３３…メイン制御回路、３５、３７…エラー
アンプ、３９、４１…抵抗、４３…デッ
トタイムコンパレータ、４４…発振器、４５…
パルス幅変調コンパレータ、４７…ＡＮＤ回
路、Ｓ１０１〜Ｓ１１１…各ステップ、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に対しＡＣ電源を電力制御して供給
するためのＡＣ制御装置であって、負荷に対してＡＣ電
源から整流回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介して
非平滑電圧を供給するに際し、上記スイッチ素子をＡＣ
電源の周波数よりも高い周波数でスイッチングし、負荷
の温度が所定値になるようにスイッチ素子の導通比率を
制御すると共に、上記負荷を流れる負荷電流を検出し、
負荷電流が所定値以上の時には導通比率を制限するよう
にしたことを特徴とするＡＣ制御装置。
【請求項２】ＡＣ電源を整流した電源に負荷とスイッ
チ素子の直列回路を接続し、上記負荷が所定の温度とな
るようにスイッチ素子の導通比率を制御するＡＣ制御装
置であって、上記スイッチ素子をＡＣ電源の半周期より
も短い周期でスイッチングさせると共に、スイッチング
時の導通比率の最大値を電源電圧に応じて設定するよう
にしたことを特徴とするＡＣ制御装置。
【請求項３】負荷に対しＡＣ電源を電力制御して供給
するためのＡＣ制御装置であって、負荷に対してＡＣ電
源から整流回路と温度ヒューズとスイッチ素子を介して
非平滑電圧を供給しスイッチ素子をＡＣ電源の周波数よ
りも高い周波数でスイッチングするためのインバータ
と、ヒータの温度が所定値となるように上記負荷に流れ
る負荷電流を制御する電力制御手段と、負荷電流の平均
値が電力制御手段が設定した負荷電流となるようにスイ
ッチ素子の導通比率を制御するヒータ制御手段とを有す
ることを特徴とするＡＣ制御装置。
【請求項４】電源電圧に応じて導通比率の最大値を制
限するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のＡ
Ｃ制御装置。
【請求項５】負荷電流の値をヒータの温度に応じて設
定すると共に、負荷電流のピーク値が所定値を越えたと
きにスイッチ素子の導通比率を制限するようにしたこと
を特徴とする請求項３に記載のＡＣ制御装置。