JP2502329B2

JP2502329B2 - 温度制御回路

Info

Publication number: JP2502329B2
Application number: JP62317010A
Authority: JP
Inventors: 俊幸市川; 裕司江口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH01158514A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はヒータ温度を一定範囲内に制御する温度制御
回路に係わり、特に、ヒータオン・オフ時に生じる電源
の電圧変動を最少限に抑制した温度制御回路に関する。

［従来の技術］例えば乾式電子写真装置において、感光ドラムの外周
面に形成された像は転写器によって用紙に転写され、こ
の用紙に転写された像が熱定着部にて熱定着される。こ
の熱定着部は一対の熱定着ローラで構成されており、各
熱定着ローラにはヒータが組込まれており、ヒータ温度
が一定温度範囲に制御されることが要求されている。

このようなヒータの温度制御回路は例えば第10図のよ
うに構成されている。交流電源１にヒータ２とスイッチ
ング回路としてのトライアック３が直列介挿されてい
る。また、トライアック３に並列にダイオードブリッジ
からなる整流回路４が接続され、整流回路４の出力端子
間に抵抗5a,5bの直列回路が接続され、抵抗5bの両端子
間にトランジスタ６のベース・エミッタが接続されてい
る。しかして、整流回路4,抵抗5a,5bおよびトランジス
タ６はゼロクロク回路７を構成する。

ヒータ２の温度はサーミスタ８で検出され、電圧比較
器９の（−）側端子へ入力される。この電圧比較器９の
（＋）側端子へは分圧抵抗10a,10bで分割された基準電
圧が入力される。電圧比較器９の入出力間には抵抗11が
介挿されている。したがって、ヒータ２の温度が上昇し
て電圧比較器９の出力がＬ（ロー）レベルになる上限温
度と、ヒータ２の温度が低下して電圧比較器９の出力が
Ｈ（ハイ）レベルになる下限温度との間に若干の温度差
が存在する。したがって、サーミスタ8,分圧抵抗10a,10
b,電圧比較器９および抵抗11はヒータ２に対する温度検
出回路12を構成する。

この温度制御回路12の出力信号ａはナンドゲート13の
一方の入力端子へ入力されている。このナンドゲート13
の他方の入力端子には制御部としてのMPU（マイクロプ
ロセッサ）14からドライバ15を介して動作信号ｂが入力
される。

ナンドゲート13の出力信号はフォトダイオード16aと
フォトサイリスタ16bとからなるフォトカプラ16のフォ
トダイオード16aを通電制御する。フォトカプラ16のフ
ォトサイリスタ16bの両端子は前記ゼロクロス回路７の
整流回路４の出力端子に接続されている。また、フォト
サイリスタ16bのゲート端子はゼロクロス回路７のトラ
ンジスタ６のコレクタに接続されている。

なお、前記MPU14は、このヒータ２に対する動作信号
ｂの他に乾式電子写真装置の各種電子構成部材を制御す
る。また、前記交流電源１はヒータ２以外にも、前記乾
式電子写真装置を構成する各種電子部材にも制御電源を
供給する。

このような温度制御回路において、装置の電源が投入
されると、MPU14からＨレベルの動作信号ｂが出力され
る。この状態においては、ヒータ２は通電されていなの
で、ヒータ温度は当然上限温度未満である。よって、温
度検出回路12の出力信号ａはＨレベルとなる。よってナ
ンドゲート13が成立して、フォトカプラ16が動作し、ト
ランジスタ6,各抵抗5a,5bおよび整流回路４からなるゼ
ロクロス回路７が動作して、トライアック３を導通させ
る。よって、ヒータ２は交流電源１により通電開始され
る。

ヒータ２の温度が上昇して上限温度に達すると、温度
検出回路12の出力信号ａがＬレベルに変化し、ナンドゲ
ート13が成立しなくなる。よって、フォトカプラ16がオ
フされ、トライアック３が遮断される。よってヒータ２
も遮断される。

ヒータ２の温度が下限温度まで低下すると温度検出回
路12の出力信号ａが再びＨレベルとなり、ヒータ２は通
電開始される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、第10図のように構成された温度制御回
路においてもまだ次のような問題があった。すなわち、
第11図はヒータ２の通電・遮断とこの通電・遮断に起因
する交流電源１の電源電圧ACVの電圧変動、およびヒー
タ電流I_Hの電流変動を示すタイムチャートである。この
タイムチャートでも明らかなように、ヒータ２は乾式電
子写真装置を構成する他の電子構成部材に比較して消費
電流が大きいために、ヒータ通電開始時に大電流が流
れ、電源電圧ACVが一時的に大幅に低下する。

したがって、この交流電源１に接続された他の電子構
成部材に対して悪影響を与える懸念がある。

本発明は、ヒータ通電・遮断動作時に一定時間だけヒ
ータに印加される電圧をチョッピング制御することによ
り、ヒータ通電・遮断動作に起因する交流電源の電圧変
動を抑制でき、電源に接続された他の電子機器に対する
悪影響を極力抑制できる温度制御回路を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の温度制御回路は、交流電源にスイッチング回
路を介して接続されたヒータと、このヒータの温度が上
限温度まで上昇するとヒータオフ信号を出力し、下限温
度まで低下するとヒータオフ信号を出力する温度検出回
路と、この温度検出回路からのヒータオン信号に応動し
てスイッチング回路へ導通信号を送出し、温度検出回路
からのヒータオフ信号に応動してスイッチング回路へ遮
断信号を送出するスイッチング回路制御手段と、スイッ
チング回路への導通信号と遮断信号の信号路に介挿さ
れ、交流電源からの出力に基づいてゼロクロス信号を出
力するゼロクロス回路と、温度検出回路からのヒータオ
ン信号が出力されてから最初にゼロクロス回路から出力
されたゼロクロス信号に基づいて通電開始所定時間をカ
ウントするとともに、温度検出回路からのヒータオフ信
号が出力されてから最初にゼロクロス回路から出力され
たゼロクロス信号に基づいて予め設定された通電終了所
定時間をカウントするカウンタと、温度検出回路からの
ヒータオン信号出力開始時は、カウンタが通電開始所定
時間のカウントを終了するまでは、このカウンタのカウ
ント値に基づいてヒータへの導通時間が徐々に長くなる
ようにチョッピング制御した導通信号および遮断信号を
スイッチング回路へ送出するとともに、温度検出回路か
らのヒータオフ信号出力開始時は、カウンタが通電終了
所定時間のカウントを終了するまでは、このカウンタの
カウント値に基づいてヒータへの導通時間が徐々に短く
なるようにチョッピング制御した導通信号および遮断信
号をスイッチング回路へ送出するチョッピング制御手段
とを備えたものである。

［作用］このように構成された温度制御回路であれば、例えば
ヒータの温度が下限温度まで低下するとすると温度検出
回路からヒータオン信号が送出される。同時にカウンタ
が規定時間のカウントを開始する。そして、ヒータと電
源との間に介挿されたスイッチング回路へ導通信号が印
加され、ヒータが通電開始されるが、この導通信号の送
出時刻からカウンタでカウントされる規定時間が経過す
るまでは、前記導通信号が前記カウンタのカウント値を
用いてチョッピング制御される。よって、ヒータには、
いきなり規定の電流が流れ始めることはなく、規定時間
が経過したのちに規定電流が流れる。しかして、ヒータ
の通電開始時に電源電圧が瞬間的に低下して他の電子機
器に悪影響を与えることはない。

ヒータ温度が上限温度まで上昇して、ヒータが遮断さ
れる場合においても、一度に遮断されるのではなく、規
定時間だけチョッピングを行なったのち、完全に遮断さ
れる。よって、ヒータ遮断に起因する電圧変動等も最少
限に抑制できる。

また、ヒータの通電動作開始時には導通時間が徐々に
長くなるようにチョッピング通電制御を行うとともに、
ヒータの通電動作終了時には導通時間が徐々に短くなる
ようにチョッピング通電制御を行うことによって電源電
圧の変動をさらに減少できる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の温度制御回路を示す回路図である。
第10図と同一部分には同一符号を付して重複する部分の
説明を省略する。

この実施例の温度制御回路においては、サーミスタ8,
分圧抵抗10a,10b,電圧比較器９および抵抗11からなるヒ
ータ２の温度検出回路12の出力信号ａはTTLレベル信号
に変換されてMPU17の入力端子POへ入力される。すなわ
ち、ヒータ２の温度が上限温度に達すると出力信号ａは
Ｌレベルに低下し、温度が下限温度まで低下すると出力
信号ａはＨレベルへ変化する。そして、MPU17は、出力
信号ａがＬレベルへ変化する立下り動作をヒータオン信
号とみなし、出力信号ａがＨレベルへ変化する立上り動
作をヒータオフ信号とみなす。

また、交流電源１からヒータ２への通電路に介挿され
たスイッチング回路としてのトライアック３を導通遮断
制御するゼロクロス回路７においては、整流回路４の出
力端子間に直列に抵抗5a1,5a2,5bが接続されている。そ
して、抵抗5bの両端間に、フォトカプラ16のフォトサイ
リスタ16bのゲートにコレクタが接続されたトランジス
タ６のベース・エミッタが接続されている。

さらに、抵抗5a1,5a2の中間点から取出される第２図
に示すトリガ状のゼロクロス信号ｃが電圧比較器18の
（−）側入力端子に印加されている。この電圧比較器18
の（＋）側入力端子には分圧抵抗19a,19bで分圧された
基準電圧Vrが入力されている。電圧比較器18の入出力端
子間に波形安定用の抵抗20が接続されている。そして、
電圧比較器18に入力されたゼロクロス信号ｃは、この電
圧比較器18によってＬ（ロー）アクティブのTTLレベル
信号に波形整形されたゼロクロス信号ｄとして、MPU17
の入力端子P1へ入力される。

前記MPU17は、内部にRAM17a等の記憶部および入出力
端子（ポート）を有し、乾式電子写真装置の各種電子構
成部材を駆動制御するものであり、このMPU17の出力端
子P2からオープンコレクタ型のインバータ21を介してフ
ォトカプラ16のフォトダイオード16aに対して出力信号
ｅを送出する。すなわち、Ｈレベルの出力信号ｅは導通
信号を示し、Ｌレベルの出力信号ｅは遮断信号を示す。

このような回路構成にあって、ゼロクロス回路７と電
圧比較器18の動作を第２図のタイムチャートを用いて説
明する。整流回路４の入力信号は周波数ｆを有する交流
電源１の交流波形である。そして、このダイオードブリ
ッジ回路で構成された整流回路４の出力信号は前記交流
波形の全波整流波形である。したがって、この整流回路
４の出力端子間に接続されたフォトサイリスタ16bがオ
ンすると、抵抗5a1,5a2,5bの直列回路に印加される電圧
が低下するので、抵抗5a1,5a2の接続点の電位で示され
るゼロクロス信号ｃの値も小さい。そして、フォトサイ
リスタ16bがオフしている期間だけ図示するようにトリ
ガ状の信号波形となる。このトリガ状の信号波形の周期
は1/2fである。このゼロクロス信号ｃが電圧比較器18の
（−）側入力端子へ入力される。電圧比較器18の（＋）
側入力端子には基準電圧Vrが入力されているが、この基
準電圧Vrの値をゼロクロス信号ｃのトリガ波形の零レベ
ル近傍に設定すると、電圧比較器18から図示するように
周期1/2fを有したＬアクティブのゼロクロス信号ｄがMP
U17の入力端子P1へ送出される。

また、第３図は実際にヒータ２を通電させた場合にお
ける整流回路４の入力信号波形と、MPU17の出力端子P2
における出力信号ｅの信号波形と、さらにヒータ２に流
れる電流I_Hの波形を示すタイムチャートである。図示す
るように、MPU17の出力信号ｅがＨレベルになるとフォ
トカプラ16のフォトサイリスタ16bが導通し、ゼロクロ
ス回路７が動作して、トライアック３を導通させる。し
たがって、ヒータ２に電流I_Hが流れる。

また、前記MPU17のRAM17a内には、第４図に示すよう
に、現在のヒータ２のチョッピング動作を考慮しない場
合の通電状態を示すヒータオンフラグを記憶するフラグ
メモリR1,ヒータ２を通電開始してからの規定時間T₀を
カウントするヒータ投入カウンタR2、ヒータ２を遮断し
てからの規定時間T₀をカウントするヒータ遮断カウンタ
R3が形成されている。なお、前記規定時間T₀は各カウン
タR2,R3のカウント値A,Bで示すと［26］に相当する。

しかして、装置の電源が投入されると、前記MPU17は
第５図のメインルーチンに従ってヒータ２を通電遮断制
御する。流れ図が開始されると、S1にて入力端子P1へ周
期1/2fのゼロクロス信号ｄが割込入力されるのを待つ。
ゼロクロス信号ｄが入力されると、入力端子P0の値を調
べる。S2にて、１（Ｈレベル）であれば、ヒータ２の温
度はまだ上限温度に達していないか、又は下限温度以下
に低下しているので、S3にてRAM17aのフラグメモリR1の
ヒータオンフラグの値を調べる。０に解除されたままで
あれば、今回始めてヒータ２が通電されたか、又は今回
始めて下限温度まで低下し、温度検出回路12からヒータ
オン信号が入力したと判断して、ヒータオンフラグを１
に設定する。そして、RAM17aのヒータ投入カウンタR2の
カウント値Ａをクリアする。

その後、S4にて第６図に示すヒータ投入チョッピング
処理を実行したのちS1へ戻り、入力端子P1へ次のゼロク
ロス信号ｄが入力するのを待つ。

また、S3にて既にヒータオンフラグが１に設定されて
いれば、ヒータ投入カウンタR2のカウント動作は開始さ
れているので、直ちにS4にてヒータ投入チョッピング処
理を実行する。

第６図のヒータ投入チョッピング処理において、流れ
図が開始されると、S6にてヒータ投入カウンタR2のカウ
ント値Ａが予め設定された規定時間T₀に相当する［26］
に達していないことを確認し、カウント値Ａを１だけ増
加する。増加後のカウント値Ａが7,12,18,25のいずれか
の値であれば、S7にて出力端子P2の出力信号ｅをＨレベ
ルとしてヒータ２を通電開始させる。また、増加後のカ
ウント値Ａが9,15,22であれば、S8にて出力端子P2の出
力信号ｅをＬレベルとしてヒータ２を遮断する。また、
増加後のカウント値Ａが前記いずれかの値にも該当しな
い場合は、そのまま第５図のメインルーチンへ戻る。

また、S6にてカウント値Ａが規定時間T₀に対応する26
に達すると、やはりそのままメインルーチンへ戻る。

第５図のメインルーチンにおいて、S2にて入力端子P0
の値が０（Ｌレベル）であれば、ヒータ２の温度は上限
温度に達しているので、S9にてフラグメモリR1のヒータ
オンフラグの値を調べる。１に設定されたままであれ
ば、ヒータ２の温度は今回始めて上限温度を越え、温度
検出回路12からヒータオフ信号が入力したと判断して、
ヒータオンフラグを０に解除する。そして、RAM17aのヒ
ータ遮断カウンタR3のカウント値Ｂをクリアする。

その後、S10にて第７図に示すヒータ遮断チョッピン
グ処理を実行したのちS1へ戻り、入力端子P1へ次のゼロ
クロス信号ｄが入力するのを待つ。

また、S9にて既にヒータオンフラグが０に解除されて
いれば、ヒータ遮断カウンタR3のカウント動作は開始さ
れているので、直ちにS10にてヒータ遮断チョッピング
処理を実行する。

第７図のヒータ遮断チョッピング処理において、流れ
図が開始されると、S11にてヒータ遮断カウンタR3のカ
ウント値Ｂが予め設定された規定時間T₀に相当する［2
6］に達していないことを確認し、カウント値Ｂを１だ
け増加する。増加後のカウント値Ｂが6,12,18,25のいず
れかの値であれば、S12にて出力端子P2の出力信号ｅを
Ｌレベルとして、ヒータ２を遮断させる。また、増加後
のカウント値Ｂが8,15,23であれば、S13にて出力端子P2
の出力信号ｅをＨレベルとして、ヒータ２を通電開始す
る。また、増加後のカウント値Ｂが前記いずれの値にも
該当しない場合は、そのまま第５図のメインルーチンへ
戻る。

また、S11にてカウント値Ｂが規定時間T₀に対応する2
6に達すると、やはりそのままメインルーチンへ戻る。

このように構成された温度制御回路であれば、第８図
に示すように、電源投入時又はヒータ２の温度が下限値
まで低下して、温度検出回路12からMPU17へＨレベルの
ヒータオン信号が送出されると、そのＨレベルに立上が
った時刻からヒータ投入カウンタR2のカウント値Ａが26
をカウントするまでの時間で示される規定時間T₀内にお
いては、ヒータ２はカウント値Ａに応じてチョッピング
制御される。しかも、各チョッピングパルスの通電（オ
ン）時間が徐々に長くなるようにプロクラム制御され
る。

したがって、ヒータ電流I_Hが徐々に流れ始めるので、
交流電源１の電源電圧ACVが急激に低下することはな
い。その結果、ヒータ通電開動作に起因する交流電源１
の電圧変動を抑制できるので、この交流電源１に接続さ
れた他の電子機器に対する悪影響を最少限に抑制でき
る。

また、ヒータ２の温度が上限値に達して、温度検出回
路12からMPU17へＬレベルのヒータオフ信号が送出され
ると、そのＬレベルに立下がった時刻からヒータ遮断カ
ウンタR3のカウント値Ｂが26をカウントするまでの時間
で示される規定時間T₀内においては、ヒータ２はカウン
ト値Ｂに応じてチョッピング制御される。しかも、各チ
ョッピングパルスの通電（オン）時間が徐々に短くなる
ようにプロクラム制御される。

したがって、ヒータ２の遮断時においても、ヒータ２
の通電電流I_Hは徐々に低減される。よって、ヒータ遮断
時においても、電源電圧ACVの変動を最少限に抑制で
き、前述した効果をさらに向上できる。

また、ヒータの通電動作開始から規定時間経過後はチ
ョッピング通電は行わずに連続通電を行うため、ヒータ
に加える電力量を多くすることができ、従って加熱効率
を高くすることができるため、設定温度まで素早く温度
を上昇できる。

なお、第９図は、ヒータ２の温度変化と温度検出回路
12からMPU17の入力端子P0へ入力されるヒータオン・オ
フ信号と、MPU17の出力端子P2の出力信号ｅとの関係を
示す図である。この図からも明らかなように、温度変化
に対応して緩やかにヒータ２が通電されかつ遮断される
ことが理解できる。

なお、実施例の温度制御回路は乾式電子写真装置に組
込まれた熱定着部に応用した場合を示したが、ヒータを
用いた他の装置にも適用できる。

また、チョッピング制御時におけるオン・オフの周期
およびパルス幅もプログラム操作で任意に変更できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の温度制御回路によれば、
ヒータ通電・遮断動作時に一定時間だけヒータに印加さ
れる電圧をチョッピング制御している。よって、ヒータ
通電・遮断動作に起因する交流電源の電圧変動を抑制で
き、電源に接続された他の電子機器の対する悪影響を極
力抑制できる。

また、ヒータの通電動作開始時には導通時間が徐々に
長くなるようにチョッピング通電制御を行うとともに、
ヒータの通電動作終了時には導通時間が徐々に短くなる
ようにチョッピング通電制御を行うことによって電源電
圧の変動をさらに減少でき、前述の効果をさらに向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は本発明の一実施例に係わる温度制御
回路を示すものであり、第１図は全体を示す回路図、第
２図，第３図，第８図および第９図は動作を示すタイム
チャート、第４図は記憶部の主なメモリを示す図、第５
図乃至第７図は動作を示す流れ図であり、第10図は従来
の温度制御回路を示す回路図、第11図は同従来回路の動
作を示すタイムチャートである。１……電流電源、２……ヒータ、３……トライアック、
４……整流回路、６……トランジスタ、７……ゼロクロ
ス回路、８……サーミスタ、9,18……電圧比較器、12…
…温度検出回路、16……フォトカプラ、17……MPU、R2
……ヒータ投入カウンタ、R3……ヒータ遮断カウンタ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源にスイッチング回路を介して接続
されたヒータと、このヒータの温度が上限温度まで上昇
するとヒータオフ信号を出力し、下限温度まで低下する
とヒータオフ信号を出力する温度検出回路と、この温度
検出回路からのヒータオン信号に応動して前記スイッチ
ング回路へ導通信号を送出し、前記温度検出回路からの
ヒータオフ信号に応動して前記スイッチング回路へ遮断
信号を送出するスイッチング回路制御手段と、前記スイ
ッチング回路への導通信号と遮断信号の信号路に介挿さ
れ、前記交流電源からの出力に基づいてゼロクロス信号
を出力するゼロクロス回路と、前記温度検出回路からの
ヒータオン信号が出力されてから最初に前記ゼロクロス
回路から出力されたゼロクロス信号に基づいて通電開始
所定時間をカウントするとともに、前記温度検出回路か
らのヒータオフ信号が出力されてから最初に前記ゼロク
ロス回路から出力されたゼロクロス信号に基づいて予め
設定された通電終了所定時間をカウントするカウンタ
と、前記温度検出回路からのヒータオン信号出力開始時
は、前記カウンタが通電開始所定時間のカウントを終了
するまでは、このカウンタのカウント値に基づいて前記
ヒータへの導通時間が徐々に長くなるようにチョッピン
グ制御した導通信号および遮断信号を前記スイッチング
回路へ送出するとともに、前記温度検出回路からのヒー
タオフ信号出力開始時は、前記カウンタが通電終了所定
時間のカウントを終了するまでは、このカウンタのカウ
ント値に基づいて前記ヒータへの導通時間が徐々に短く
なるようにチョッピング制御した導通信号および遮断信
号を前記スイッチング回路へ送出するチョッピング制御
手段とを備えたことを特徴とする温度制御回路。