(57)【要約】【課題】電流リミット機能を持たせることによりランプヒータに突入電流が流れるのを防止すると共に制御を乱すことなく力率の良い交流電力調整器を提供すること。【解決手段】ヒータ８の温度を時分割制御に基づいて制御するとともに、今サイクル終了時の予想ヒータ抵抗値を所定の演算式により算出し、算出された予想ヒータ抵抗から予想電流を算出し、この予想電流と電流リミット値とを比較することによりヒータ８への印加電圧を調整してサイリスタ６へのオン−オフ信号を出力する。【選択図】図３
2012157117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源のゼロクロス点で電力開閉手段をオンオフさせて、電源電圧１サイクル毎に出力をオンまたはオフに制御し、オンとオフの比率を操作量に比例するように制御することによって負荷に加わる電圧を制御する電力調整器であって、
負荷に流れる電流をリミット値以下に制限するためのリミット電流値を予め記憶するリミット電流値記憶手段と、
今サイクルにおいて電力開閉手段をオンまたはオフする際に前サイクルがオンサイクルかオフサイクルかを判断するオンオフ判断手段と、
前サイクルがオンサイクルであった場合に、前サイクルの出力電圧測定値を出力電流測定値で除して前サイクルのヒータ抵抗値を算出するヒータ抵抗値算出手段と、
今サイクル終了時のヒータ抵抗の予想値を所定の演算式により算出する予想ヒータ抵抗値算出手段と、
今サイクルがオンの場合に、算出された今サイクルの予想ヒータ抵抗値で電源電圧を除して今サイクルのヒータに流れる予想電流を算出する予想電流算出手段と、
算出された今サイクルの予想電流とリミット電流値を比較し、今サイクルの予想電流がリミット電流値以下の場合には電源電圧を今サイクルの目標電圧とし、今サイクルの予想電流がリミット電流値を超えている場合にはリミット電流値と前記今サイクルの予想ヒータ抵抗値を乗じて今サイクルの目標電圧とする目標電圧算出手段と、
算出された今サイクルの目標電圧から電力開閉手段をオンするトリガ位相角を算出するトリガ位相角算出手段と、
算出されたトリガ位相角により電力開閉手段をオンするためのトリガ信号を出力するトリガ信号出力手段と、
を有することを特徴とする電力調整器。
【請求項２】
前記負荷はランプヒータ、セラミックヒータあるいは純金属系ヒータなど非線形特性の強いヒータであることを特徴とする請求項１に記載の電力調整器。
【請求項３】
前記オンオフ判断手段によりオフサイクルと判断されたサイクルについて連続するオフサイクルをカウントするオフサイクルカウント手段と、
今サイクルがオンサイクルのとき、前記オフサイクルカウント手段でカウントしたオフサイクルカウント値が予め設定された所定の値を超えていた場合には、前記トリガ位相角を出力可能な最小出力角に設定してトリガ信号を出力する最小出力位相角設定トリガ信号出力手段を有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電力調整器。
【請求項４】
前記予想ヒータ抵抗値算出手段は、今サイクルがオンの場合には十分に長い時間ヒータの定格電力を印可し続けた時のヒータ抵抗値から前サイクルの予想ヒータ抵抗値を減じ、１から所定の係数を減じた値を乗じて、前サイクルの予想ヒータ抵抗値を加えた値を今サイクルの予想ヒータ抵抗値とし、一方、今サイクルがオフの場合には前サイクルの予想ヒータ抵抗値から十分に長い時間ヒータに電力を印可しなかった時の抵抗値を減じ、前記所定の係数を乗じて、前サイクルの予想ヒータ抵抗値を加えた値を今サイクルの予想ヒータ抵抗値とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力調整器。
【請求項５】
前記予想ヒータ抵抗値算出手段は、今サイクルをオンとするかオフとするかの判断がされた後、前記ヒータ抵抗の予想値を算出する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力調整器。
【請求項６】
前記予想ヒータ抵抗値算出手段は、以前のオンサイクルで算出したヒータ抵抗値を今サイクルの予想ヒータ抵抗値とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力調整器。
【請求項７】
前記電力開閉手段はサイリスタ等の電力制御素子または、ソリッドステートリレー等の電力開閉器であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載の電力調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプヒータなどの負荷に突入電流が流れるのを防止することが可能な交流電力調整器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒータやランプなどの負荷に供給する電力を制御して温度制御を行う電力制御方法として、サイリスタ等の電力制御素子により電流をオンする位相を制御する電力制御方法（以下「位相制御」という）がある。【０００３】
前記位相制御は、サイリスタの点弧時の急峻な電流の立ち上がりにより高周波ノイズが発生し、並列に使用している他の電気機器に悪影響を及ぼすという問題がある。【０００４】
この高周波ノイズの発生の問題を解決するものとして、交流電源の周波数に同期して各サイクルのゼロ電圧の近辺（以下「ゼロクロス点」という）にサイリスタを点弧させ、負荷電力のサイクル毎の開閉により電力を制御する方法（以下「ゼロクロス制御」という）がある。このゼロクロス制御は、ゼロクロス点でスイッチングを行なうので、高周波ノイズが小さいという利点を有している。【０００５】
ゼロクロス制御を用いた電力制御の一般的な例として時間比例オンオフ制御があり、一定周期中のオン時間とオフ時間の割合を変化させて電力を制御するので、ノイズを発生させ難いが、ノイズに弱い制御システムに好適する反面、オン時間とオフ時間の時間的な間隔が長いため、制御に基づく温度リップルが大きくなり易いという難点があった。【０００６】
ゼロクロス制御時の温度リップルを小さくするため、例えば特許文献１または特許文献２に示す方法により電源電圧１サイクル毎に出力をオンまたはオフに制御し、十分に長い時間に於けるオンとオフの比率（以下「負荷率」という）を操作量に比例するようにゼロクロス制御させることにより負荷に加わる電力を制御する手段（以下「時分割制御」という）がある。【０００７】
ところで、この頃、ヒータとしてハロゲンランプ、すなわち、タングステン製フィラメントに通電してそれを高温にし、そこから放射される光を利用するランプを用いるケースが増えている。このハロゲンランプをヒータとして使用する場合には、「ランプヒータ」と一般的には称するが、このランプヒータは、赤外域の光を含めた全電磁波に変換する効率は通常９０％以上となり、非常に効率のよい加熱手段である。さらに、ランプは瞬時に立ち上がることから、不必要なときには電源をオフにしておける等の理由から、非常に熱効率のよい加熱方法として定着している。【０００８】
しかしながら、ランプヒータは消灯時には電気抵抗が点灯時（定格抵抗）の１／１０以下になるなど、ヒータ温度によって電気抵抗が大きく変化するものが多い。よって、ランプヒータに印可する電力（以下「出力電力」という）を時分割制御しようとすると、特に負荷率が低くオフ時間が長くなってランプヒータの温度が下がると、点灯瞬時に電力調整器に許容できない突入電流が流れ、この突入電流により、サイリスタの故障、電源ラインのフリッカの発生、ランプヒータの寿命の短縮化などの問題が生じうる。【０００９】
この問題点を解決するものとして、特許文献３に記載の電力制御方法がある。この電力制御方法は、位相制御と時分割制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズの時分割制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や操作量が小さいときには、位相制御に切り換えてピーク電流を抑制することを可能にしている。具体的には、操作量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させる位相制御パルス発生手段と、時分割制御パルス発生手段と、位相制御または時分割制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは前記時分割制御パルスのいずれかの制御パルスを選択する制御パルス選択手段とを備え、操作量に応じて選択された制御方式で電力開閉手段を制御するようにしている。【００１０】
しかし、この特許文献３の電力制御方法を採用した場合、切換え時にランプヒータへ供給する電力を同じにすることが非常に難しいといった新たな問題が生じうる。けだし、前記のようにランプヒータは温度による電気抵抗の変化が大きく、且つ出力パターンの違いから同じ操作量でも出力する電力量が異なるため、切換え時にランプヒータに与える電力を同じにすることが非常に難しいからである。このため、時分割制御から位相制御に切換えた時に温度制御が乱れる現象が発生するおそれがあった。【００１１】
また、電気抵抗が小さい領域で位相制御を行うと力率が悪くなるという問題点もあった。さらに、この特許文献３に記載の電力制御方法においては、操作量がある値以下になった時には時分割制御から位相制御に切換えるとなっているが、操作量がどのような値のときに時分割制御から位相制御に切換えるべきかを使用者が判断する必要があり、それを決定する合理的な根拠を導き出すことが難しいといった問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開６−３０９０４３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６４４３２号公報
【特許文献３】特開２００４−１９４４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電流リミット機能を持たせることによりランプヒータに突入電流が流れるのを防止すると共に制御を乱すことなく力率の良い交流電力調整器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために本発明の交流電力調整器は、交流電源のゼロクロス点で電力開閉手段をオンオフさせて、電源電圧１サイクル毎に出力をオンまたはオフに制御し、オンとオフの比率を操作量に比例するように制御することによって負荷に加わる電圧を制御する電力調整器であって、負荷に流れる電流をリミット値以下に制限するためのリミット電流値を予め記憶するリミット電流値記憶手段と、今サイクルにおいて電力開閉手段をオンまたはオフする際に前サイクルがオンサイクルかオフサイクルかを判断するオンオフ判断手段と、前サイクルの出力電圧測定値を出力電流測定値で除して前サイクルのヒータ抵抗値を算出するヒータ抵抗値算出手段と、今サイクル終了時のヒータ抵抗の予想値を所定の演算式により算出する予想ヒータ抵抗値算出手段と、今サイクルがオンの場合に、算出された今サイクルの予想ヒータ抵抗値で電源電圧を除して今サイクルのヒータに流れる予想電流を算出する予想電流算出手段と、算出された今サイクルの予想電流とリミット電流値を比較し、今サイクルの予想電流がリミット電流値以下の場合には電源電圧を今サイクルの目標電圧とし、今サイクルの予想電流がリミット電流値を超えている場合にはリミット電流値と前記今サイクルの予想ヒータ抵抗値を乗じて今サイクルの目標電圧とする目標電圧算出手段と、算出された今サイクルの目標電圧から電力開閉手段をオンするトリガ位相角を算出するトリガ位相角算出手段と、算出されたトリガ位相角により電力開閉手段をオンするためのトリガ信号を出力するトリガ信号出力手段と、を有することを特徴とする。【００１５】
前記負荷はランプヒータ、セラミックヒータあるいは純金属系ヒータなど非線形特性の強いヒータであってもよい。【００１６】
前記オンオフ判断手段によりオフサイクルと判断されたサイクルについて連続するオフサイクルをカウントするオフサイクルカウント手段と、今サイクルがオンサイクルのとき、前記オフサイクルカウント手段でカウントしたオフサイクルカウント値が予め設定された所定の値を超えていた場合には、前記トリガ位相角を出力可能な最小出力角に設定してトリガ信号を出力する最小出力位相角設定トリガ信号出力手段を有しても良い。【００１７】
前記予想ヒータ抵抗値算出手段は、今サイクルがオンの場合には十分に長い時間ヒータの定格電力を印可し続けた時のヒータ抵抗値から前サイクルの予想ヒータ抵抗値を減じ、１から所定の係数を減じた値を乗じて、前サイクルの予想ヒータ抵抗値を加えた値を今サイクルの予想ヒータ抵抗値とし、一方、今サイクルがオフの場合には前サイクルの予想ヒータ抵抗値から十分に長い時間ヒータに電力を印可しなかった時の抵抗値を減じ、前記所定の係数を乗じて、前サイクルの予想ヒータ抵抗値を加えた値を今サイクルの予想ヒータ抵抗値としても良い。【００１８】
前記予想ヒータ抵抗値算出手段は、今サイクルをオンとするかオフとするかの判断がされた後、前記ヒータ抵抗の予想値を算出するようにしても良い。【００１９】
前記予想ヒータ抵抗値算出手段は、以前のオンサイクルで算出したヒータ抵抗値を今サイクルの予想ヒータ抵抗値としても良い。【００２０】
前記電力開閉手段はサイリスタ等の電力制御素子または、ソリッドステートリレー等の電力開閉器であっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、交流電源のゼロクロス点で電力開閉手段をオンオフさせて、電源電圧１サイクル毎に出力をオンまたはオフに制御し、オンとオフの比率を操作量に比例するように制御することによって負荷に加わる電圧を制御する電力調整器であって、負荷に流れる電流をリミット値以下に制限するためのリミット電流値を予め記憶するリミット電流値記憶手段と、今サイクルにおいて電力開閉手段をオンまたはオフする際に前サイクルがオンサイクルかオフサイクルかを判断するオンオフ判断手段と、前サイクルがオンサイクルであった場合に、前サイクルの出力電圧測定値を出力電流測定値で除して前サイクルのヒータ抵抗値を算出するヒータ抵抗値算出手段と、今サイクル終了時のヒータ抵抗の予想値を所定の演算式により算出する予想ヒータ抵抗値算出手段と、今サイクルがオンの場合に、算出された今サイクルの予想ヒータ抵抗値で電源電圧を除して今サイクルのヒータに流れる予想電流を算出する予想電流算出手段と、算出された今サイクルの予想電流とリミット電流値を比較し、今サイクルの予想電流がリミット電流値以下の場合には電源電圧を今サイクルの目標電圧とし、今サイクルの予想電流がリミット電流値を超えている場合にはリミット電流値と前記今サイクルの予想ヒータ抵抗値を乗じて今サイクルの目標電圧とする目標電圧算出手段と、算出された今サイクルの目標電圧から電力開閉手段をオンするトリガ位相角を算出するトリガ位相角算出手段と、算出されたトリガ位相角により電力開閉手段をオンするためのトリガ信号を出力するトリガ信号出力手段とを有するように構成した。これにより、ランプヒータ、セラミックヒータあるいは純金属系ヒータなどに突入電流が流れるのを防止できるとともに、目標平均電力と出力平均電力とを一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る交流電力調整器の実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明に係る交流電力調整器の時分割制御処理を示すフローチャート。
【図３】本発明に係る交流電力調整器の出力電流リミット処理を示すフローチャート。
【図４】本発明に係る交流電力調整器の動作を説明するための電圧波形の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための一実施形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１には、本発明に係る交流電力調整器の一実施形態を示すブロック図が示されている。
【００２５】
図１に示すように、本発明の一実施形態の交流電力調整器１は、ＡＣ電源４（交流電源）のゼロクロス点でサイリスタ６（電力開閉手段）をオンオフさせて、一定周期の中で電源電圧１サイクルのオン周期とオフ周期の比率を制御することにより負荷に加わる電圧を制御する交流電力調整器１である。
【００２６】
交流電力調整器１は、時分割制御出力演算部２、出力電流リミット処理部３、ＡＣ電源４、ゼロ点検出部５、サイリスタ６、電流検出器７１、出力電流測定部７２、出力電圧測定部７３、出力電力演算部７４、ヒータ８及び目標電力換算部９からなる。なお、ここに示した交流電力調整器１の構成は一例であり、例えば、ＡＣ電源４、ヒータ８及び電流検出器７１などは本発明の交流電力調整器１の構成の外部に位置してもよい。また、場合によってはサイリスタ６も本発明の交流電力調整器１の外部に位置していてもよく、本発明の交流電力調整器の構成はここに掲げるものに限定されるものではない。
【００２７】
時分割制御出力演算部２は、積算演算部２１、比較部２２及びオンオフ制御部２３からなる。
【００２８】
積算演算部２１は、図１に記載されない温度調節計などから操作量として入力される入力信号を目標電力換算部９で今サイクルの出力電力目標値に変換した電力値（以下「目標電力という」）と、出力電力演算部７４からの帰還信号である前サイクルの出力電力とに基づいて図２に示す処理Ｓ１０４を行い、比較部２２に出力するように機能する。
【００２９】
比較部２２は、予め設定した閾値と積算演算部２１からの積算値とを比較する処理、具体的には図２に示す処理Ｓ１０７を行い、その結果をオンオフ制御部２３に出力するように機能する。
【００３０】
オンオフ制御部２３は、比較部２２からの出力オンオフ信号とゼロ点検出部５からの検出信号と出力電流リミット処理部３のトリガ位相角演算部３５からの出力信号とに基づいてサイリスタ６をオンオフする信号を出力する。
【００３１】
出力電流リミット処理部３は、ヒータ抵抗演算部３１、予想ヒータ抵抗演算部３２、目標電圧演算部３３、オフサイクルカウント部３４及びトリガ位相角演算部３５からなり、図２のＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１２及び図３に示す処理を行なうように構成されている。ヒータ８（負荷）に流れる電流を任意の上限値以下に制限するためのリミット電流値を予め記憶する図示しないリミット電流値記憶手段を備えている。ここで言う電流の上限値とは例えばサイリスタの定格電流値等のことをいう。
【００３２】
ヒータ抵抗演算部３１は、前サイクルがオンであった時に動作する処理で、前サイクルにおいてヒータに印加された電圧（以下「出力電圧」という）を出力電圧測定部７３で測定した電圧値と、同じく前サイクルにおいてヒータに印可された電流（以下「出力電流」という）を出力電流測定部７２で測定した電流値から、前サイクルのヒータ抵抗値を算出するヒータ抵抗値算出手段として機能する。
【００３３】
予想ヒータ抵抗演算部３２は、今サイクルにおいてサイリスタ６をオンまたはオフした結果、今サイクルが終了した時のヒータ抵抗の予想値を算出するヒータ抵抗値算出手段として機能する。本実施例ではヒータ抵抗値の時間的変化を一次遅れで近似する方法により、ヒータ抵抗の予想値を算出している。具体的には、サイリスタをオンしてヒータの定格電力を印可する場合はヒータ抵抗の予想式は下記の式（１）となる。  
［式］
2012157117.tif 000003
また、サイリスタをオフしてヒータに電力を印可しない場合はヒータ抵抗の予想式は下記の式（２）となる。  
［式］
2012157117.tif 000004
【００３４】
目標電力演算部３３は、予想ヒータ抵抗演算部３２により算出された今サイクル終了時のヒータ抵抗の予想値と電源電圧から今サイクルの予想電流値を算出する予想電流値算出手段と、算出された予想電流値とリミット電流値の比較手段により、予想電流値がリミット電流値以下の場合には出力電圧を電源電圧とし、予想電流値がリミット電流値を超えている場合にはリミット電流値と前記予想ヒータ抵抗演算部３２で算出された予想ヒータ抵抗値からヒータ８に印加する目標電圧を算出する目標電圧算出手段として機能する。
【００３５】
オフサイクルカウント部３４は、オンオフ制御部２３の電力開閉手段のオンオフ信号からオフ信号を受信したときオフサイクルカウンタをインクリメントし、オン信号を受信したときはオフサイクルカウンタをクリアする機能を持つ。
【００３６】
トリガ位相角演算部３５は、オフサイクルカウント部３４のオフサイクルカウンタのカウント値が所定の値以下であれば、目標電力演算部３３により算出された目標電圧からサイリスタ６をオンにするためのトリガ位相角を算出してトリガ信号を出力し、オフサイクルカウンタのカウント値が所定の値を超えていれば、ヒータ抵抗を測定するための出力可能な最小出力角を出力するトリガ信号出力手段として機能する。
【００３７】
ゼロ点検出部５は、ＡＣ電源４の電源電圧のゼロクロス点を検出したとき、時分割制御出力演算部２へ検出信号を出力するように機能する。
【００３８】
電流検出器７１は、ヒータ８の電流を検出し出力電流測定部７２に検出信号を出力するように機能する。
【００３９】
出力電流測定部７２は、電流検出器７１の検出信号に基づいて測定された電流値を出力電力演算部７４とヒータ抵抗演算部３１に出力するように機能する。
【００４０】
出力電圧測定部７３は、ヒータ８の電圧を測定し、測定された電圧値を出力電力演算部７４とヒータ抵抗演算部３１に出力するように機能する。
【００４１】
出力電力演算部７４は、出力電流測定部７２及び出力電圧測定部７３の測定値に基づいて電力を算出し積算演算部２１に帰還信号として出力するように機能する。
【００４２】
ヒータ８は、ハロゲンランプからなるランプヒータである。なお、本発明に適用するヒータはこれに限定されるものではなく、例えば、セラミックヒータあるいは純金属系ヒータなど非線形特性の強いヒータであってもよいし、その他比較的直線性の良いヒータに適用しても良い。
【００４３】
目標電力換算部９は、ヒータ８に配置した図示しない温度センサからの測定値と予め設定した温度の目標値とからＰＩＤ演算して算出された値またはマニュアル設定した値を出力する図示しない温度調節計等の出力値を入力として、温度調節計の出力値を交流電力調整器１の目標電力値に換算し、積算演算部２１に出力するように機能する。
【００４４】
次いで、上記のように構成された交流電力調整器１の動作説明を図２〜４を参照して行なう。図２は、本発明に係る交流電力調整器１の時分割制御処理を示すフローチャート、図２のＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１２及び図３は、本発明に係る交流電力調整器１の出力電流リミット処理を示すフローチャート、図４は、本発明に係る交流電力調整器１の動作を説明するための電圧波形の模式図である。
【００４５】
まず、図２を参照して時分割制御処理を含む本発明のメインフロー処理について説明する。
【００４６】
図２に示すメインフロー処理が起動すると、まず、前述した閾値、電流リミット値などの値を設定する初期設定処理（Ｓ１００）がなされ、周期起動処理（Ｓ１０１）が開始される。周期起動処理とは、Ｓ１０２〜Ｓ１１４のサブルーチンの実行を指示する処理である。
【００４７】
次いで、出力電力演算部７４において、前回サイクルにおける出力電力Ｑn-1を前回サイクルの測定電圧Ｅn-1及び測定電流Ｉn-1に基づいて次式（３）にて算出する（Ｓ１０２）。  
［式］
Ｑn-1＝Ｅn-1×Ｉn-1・・・（３）
【００４８】
続いて、目標電力換算部９において、今回の目標電力Ｑ^ｎを、外部の温度調節計などで行ったＰＩＤ演算などから得られた操作量ｎにヒータ定格電力を乗算することにより次式（４）にて算出する（Ｓ１０３）。  
Ｑ^n＝入力値ｎ×ヒータ定格電力・・・（４）
【００４９】
次に、前サイクルで算出された「目標電力−出力電力」の積算値から前記出力電力演算部７４にて算出された前サイクルの出力電力を差し引いて今サイクルの目標電力を加算して次式（５）により、「目標電力−出力電力」の積算値（以下単に「積算値」という）を算出する（Ｓ１０４）。  
［式］
Σｎ＝（Σn-1）−Ｑn-1＋Ｑ^n・・・（５）
【００５０】
次に、出力電流を抑制する処理の一部として、前サイクルの出力がオンであったかを判断し（Ｓ１０５）、前サイクルの出力がオンであった場合は前サイクルの測定電圧n-1と測定電流n-1から前サイクルのヒータ抵抗値n-1を算出する（Ｓ１０６）。
【００５１】
前記積算処理（Ｓ１０４）により算出された積算値と予め設定された閾値との対比が比較部２２により実行され（Ｓ１０７）、積算値が閾値よりも大きい場合（Ｓ１０７のＹ）には、出力電流を抑制する処理の一部として今サイクル（オンにする場合）の予想ヒータ抵抗値を次式（６）により算出する。  
［式］
Ｒn＝Ｒn-1＋（Ｒmax−Ｒn-1）×（１−係数）・・・（６）
次に、出力電流を抑制する処理として図３に示す出力電流リミット処理が開始され（Ｓ１０９）、その後、出力オフカウンタをクリアし（Ｓ１１０）、サイリスタ６をオンするための信号を出力する出力オン処理がなされる（Ｓ１１１）。一方、閾値よりも小さかった場合（Ｓ１０７のＮ）には、出力電流を抑制する処理の一部として今サイクル（オフにする場合）の予想ヒータ抵抗値を次式（７）により算出する。  
［式］
Ｒn＝Ｒn-1−（Ｒn-1−Ｒmin）×係数・・・（７）
次に、出力オフカウンタをインクリメントし（Ｓ１１３）、サイリスタ６をオフするための信号を出力する出力オフ処理がなされる（Ｓ１１４）。これら処理が終了すると、周期起動処理（Ｓ１０１）が再び開始され、これら一連の処理が繰り返される。
【００５２】
次いで、図３を参照して、出力電流リミット処理（Ｓ１０９）について説明する。
【００５３】
上述のようにして、出力電流リミット処理が起動すると、出力オフカウンタが所定の値以下か否かが判断される（Ｓ２００）。この処理は、前サイクルがオフであった場合に、その連続的にオフであったサイクル数が所定のサイクル数を超えているか否かを判断する処理である。この所定の値は、使用するヒータ８の特性や過去の経験則などから適宜使用者が設定すればよい。
【００５４】
出力オフカウンタが所定の値以下であった場合には（Ｓ２００のＹ）、出力電圧ｎを電源電圧とした時にヒータ抵抗に流れる電流の予想値を次式（８）により算出する（Ｓ２０１）。  
［式］
予想電流n＝電源電圧n÷Ｒn・・・（８）
【００５５】
上記の式（８）で算出した予想電流ｎが電力調整器の許容できる電流値（以下「電流リミット値」という）以下か否かが判断される（Ｓ２０２）。電流リミット値以下であれば目標電圧ｎを電源電圧とする（Ｓ２０３）。
【００５６】
上記の式（８）で算出した予想電流nが電流リミット値を超える値である時は、ヒータ電流を電流リミット値にするための目標電圧nを電流リミット値に予想ヒータ抵抗nを乗じて次式（９）により算出する。
［式］
目標電圧ｎ＝電流リミット値×Ｒｎ・・・（９）
【００５７】
次に上記式（９）でされた目標電圧nからトリガ位相角ｎを算出して（Ｓ２０４）、出力電流リミット処理を終了する。
【００５８】
一方、出力オフカウンタが所定の値より大きかった場合には（Ｓ２００のＮ）、トリガ位相角ｎを出力可能な最小出力角に設定し（Ｓ２０６）、出力電流リミット処理を終了する。
【００５９】
本発明では、時分割制御を基本としているため、目標電力値が小さくなるとサイクルの出力が連続的にオフとなる状態が発生する。この様な場合には算出する予想ヒータ抵抗値の誤差が大きくなるため、連続する出力オフサイクルを出力オフカンウタでカウントし、出力オフカウンタが所定の値を超えていたら、出力オンに転じたときの目標電圧を出力可能な最小出力トリガ角に設定する。この最小出力により、次のサイクルでは、出力をオンする前に直前のオンサイクルの出力電圧測定値と出力電流測定値に基づき前サイクルのヒータ抵抗値を算出し、さらに今サイクルの予想ヒータ抵抗値を算出するため、算出する予想ヒータ抵抗値の誤差が小さくなり、電流リミット機能を精度良く動作させることが可能となる。
【００６０】
このような電流リミット処理を行うことにより、ヒータ８の負荷率が低下し電力調整器が許容できない突入電流が流れるおそれがある状態を未然に回避することができる。このような状態を模式的に図示したものが図４である。負荷率と電圧波形の関係が模式的に図示されており、図４（ａ）は位相制御の電圧波形であり、（ｂ）引用文献３の時分割制御と位相制御を切り替える方式の電圧波形であり、（ｃ）は本発明により電流リミット処理を行った場合の電圧波形である。図４（ｂ）は、負荷率が低下し２５％よりも小さくなると、位相制御に切り替わることを示している。図４（ｃ）は、負荷率が低下し２５％よりも小さくなると、位相制御が加わることを示している。図４（ｃ）からは判別できないが、負荷率が小さくなると、ヒータ抵抗値が小さくなり、ヒータ電流は増加する。１サイクル当たりのヒータ電流が時分割制御だけでは電流リミット値を超えるようになると、位相制御が加わり、１サイクル当たりのヒータ電流が電流リミット値を超えないように動作し、１５％以下では出力オフサイクルが連続して出力オフカウンタが所定の値を超えたときは、出力オンに転じたときのサイクルで最小出力する様子を示している。図４（ｂ）の２５％から２０％の出力パターンの変化と比較して、図４（ｃ）の２５％から２０％の出力パターンの変化は連続的であることが解る。これは時分割制御と位相制御を切り替える方式の制御の切り替え点で温度制御が乱れる可能性があるのに対し、本発明はそのような温度制御の乱れは発生しないことを示している。また、図４（ｂ）の２０％と図４（ｃ）の２０％を比較すると、図４（ｂ）２０％の方が毎サイクルにおけるオン領域の割合が低く、図４（ｃ）２０％の方がオンサイクルにおいてオン領域の割合が高いことが解る。
【００６１】
すなわち、時分割制御と位相制御を切り替える方式では、例えば操作量（負荷率）が２５％以下になったと位相制御に切り替わるとすると、図４（ｂ）の２５％の２０％の状態へと出力パターンが変化する。温度によって抵抗値が大きく変化するヒータが制御対象の場合、その出力パターンの違いから同じ操作量であってもヒータ温度の変化パターンが異なり、それによって出力電力量が異なる。従って、制御の切り替わり目で温度制御が乱れるという問題が生じる。
【００６２】
一方、本発明では、例えば図４（ｃ）の２５％の状態から徐々に２０％の状態に連続的に変化するので、時分割制御と位相制御を切り替える方式のような制御の乱れは発生しない。
【００６３】
時分割制御と位相制御を切り替える方式と本発明において例えば図４（ｂ）（ｃ）の操作量（負荷率）が２０％の状態で比較すると、位相制御は毎サイクルにおいてオン領域の割合が低いが、本発明ではオンサイクルにおいてオン領域の割合が高くなるので力率が良い。
これは時分割制御と位相制御を切換えるセル切換え方式よりも本発明は力率が良いことを示している。
【００６４】
図４（ｃ）の操作量（負荷率）が１５％の状態は、操作量が小さくなるとサイクルの出力が連続的オフとなる状態を示している。この様な場合には計算で求める予想ヒータ抵抗値の誤差が大きくなるため、適切な電流リミット処理ができなくなる可能性がある。そこで所定の回数以上に出力オフが続いたら、出力オンに転じたときのサイクルで最小出力とし、その最小出力のオンサイクルでヒータの出力電圧、出力電流を測定し、次のサイクルでその測定値に基づきヒータ抵抗値及び予想ヒータ抵抗値を算出して電流リミット処理に反映させることで、電流リミット機能を精度良く動作させることを可能にしている。
【００６５】
このように本発明により、従来問題であった電力調整器が許容できない突入電流の発生の問題、制御方式の切換え点の制御の乱れの問題、および力率が悪くなるなどの問題を解消することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    交流電力調整器
２    時分割制御出力演算部
２１  積算演算部
２２  比較部
２３  オンオフ制御部
３    出力電流リミット処理部
３１  ヒータ抵抗演算部
３２  予想ヒータ抵抗演算部
３３  目標電圧演算部
３４  オフサイクルカウント部
３５  トリガ位相角演算部
４    ＡＣ電源
５    ゼロ点検出部
６    サイリスタ
７１  電流検出器
７２  出力電流測定部
７３  出力電圧測定部
７４  出力電力演算部
８    ヒータ
９    目標電力換算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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