(57)【要約】【課題】誤放電をなくし、均一で安定した放電音の電源同期式点火装置を提供する。【解決手段】交流電源１の半サイクルで充電されたコンデンサ６の電荷を逆側の半サイクルでサイリスタ９をトリガして放電させ昇圧トランス１０で高電圧を得る電源同期式の点火装置において、半波検出回路１４の信号より交流電源１の充電サイクルからトリガサイクルへの変化信号をｎ回分周し、分周信号より位相角π相当時間だけサイリスタ９にトリガ信号を与えるものとし、トリガ回路１１の動作期間を充電サイクル期間と重ならないよう制御することで、点火装置３の諸ばらつきにより生じる誤放電を防止する。【選択図】図１
2006317123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の半サイクル期間に充電されたコンデンサの電荷をサイリスタ等のスイッチ素子で放電させることにより、該放電電流を昇圧トランスの１次巻線に流して前記昇圧トランスの二次巻線側に高電圧を得る点火装置と、交流電源の逆側の半サイクルを整流して前記コンデンサの充電電圧に加算して分圧した電圧により前記点火装置のスイッチ素子を動作させるトリガ回路と、交流電源の極性を検出する半波検出回路と、少なくとも前記半波検出信号を受けて前記トリガ回路に動作タイミングを指示するマイクロコンピュータとを備え、該マイクロコンピュータは前記半波検出信号の充電側サイクルからトリガ側サイクルへの変化信号をｎ分周する分周手段と、この分周手段から出力される分周信号で作動するタイマ手段と、このタイマ手段のカウント中にトリガ信号を出力するトリガ信号出力手段で構成したことを特徴とする燃焼器の点火装置。
【請求項２】
タイマ手段は電源周波数で定まる時間を設定し、分周信号検出後の概半サイクル周期の間にトリガ信号を出力する請求項１記載の燃焼器の点火装置。
【請求項３】
分周手段は３から５分周することを特徴とした請求項１に記載の燃焼器の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油バーナやガスバーナなどの燃焼器に供せられる点火装置で、特に点火放電の間隔が電源周波数に同期するいわゆる電源同期式の点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の点火装置は、電源に交流電源を用いコンデンサに充電しておいた電荷をサイリスタなどのスイッチ素子で昇圧トランスの１次巻線に流して２次側の電極に高電圧火花を得るもので、通常、半波整流回路でコンデンサを充電し逆位相の半波時にサイリスタをトリガして充電電荷を放電するいわゆる電源同期式のものが、構成が単純で安価なため広く利用されている。しかし、火花放電が連続するため放電音を高く感じるという課題があった。その解決手段として、サイリスタのゲート部にＣＲ時定数回路と印加電圧が所定以上になるとオンするダイアックで構成されるトリガ回路を設け約５〜１００ｍ秒間隔に１回サイリスタをオンする電源非同期式のものがある。しかし、電源非同期式のものは回路が複雑で大きくなり高価となるため、マイクロコンピューを用いて電源同期式の点火回路のトリガ制御信号をゼロクロス電源信号に同期して間欠制御することで火花放電回数を減らし放電音の低減を図っているものもある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図４は、前記公報に記載された従来の燃焼器の点火装置の回路構成を示すものである。図４において、点火装置３は交流電源１に接続され、交流電源１のＳ側が正となる半サイクルでダイオード４と抵抗５を経由しコンデンサ６に電荷が充電され、次のＲ側が正となる半サイクルで抵抗７と抵抗８とでの分圧点にゲート端子を接続したサイリスタ９がオンするので、コンデンサ６の電荷が昇圧トランス１０、サイリスタ９と流れ、点火電極２のギャップ間に火花放電が発生する。トリガ回路１１は、ホトカップラのホトトランジスタ１１ａ側端子が前記サイリスタ９のゲート−カソード間に接続され、サイリスタ９のゲート信号を制御する。ゼロクロス検出回路１２は、双方向ＬＥＤとホトトランジスタを配したホトカップラのＬＥＤ側が交流電源１に接続され、ホトトランジスタ側の出力端子１２ａにはゼロクロス電源に同期したパルス信号が出力される。マイクロコンピューター１３は、少なくとも前記ゼロクロス検出回路１２、トリガ回路１１が接続されている。
【０００４】
各部の波形を図５に示す。図５（ａ）の（１）は交流電源１の波形。（２）はサイリスタ９カソードＫを基準とした交流電源１のＲ側の電圧の波形（放電がない状態の波形を記載、放電サイクルではコンデンサ６の充電電圧分低下する）で、抵抗７と抵抗８とで分圧されサイリスタ９のゲートトリガ電圧としてサイリスタ９をオンする。サイリスタ９のトリガタイミングが、交流電源１がＳ側からＲ側に切換わり（ア）からＲ側が最大（イ）となるまでの間（ウ）となるように抵抗７と抵抗８とを選択する。（３−ａ）はゼロクロス信号の波形。（４−ａ）はマイクロコンピューター１３がゼロクロス信号に基づき制御する出力信号の波形であり、マイクロコンピューター１３はゼロクロス信号の６個を１周期として計数し、１〜２個目のゼロクロス信号で出力信号をＨとし、３〜６個目のゼロクロス信号で出力信号をＬとする。（５−ａ）はサイリスタ９のカソード−ゲート電圧の波形であり、出力信号がＨの時、トリガ回路１１のＬＥＤ１１ｂの電流が遮断されホトトランジスタ１１ａがオフすることで（２）Ｒ〜Ｋ電圧が（５−ａ）Ｇ−Ｋ電圧としてサイリスタ９のゲートに伝達される。出力信号が間欠してＨとなりサイリスタ９をオンするので、点火装置の火花放電（６−ａ）は電源周期を３分周したタイミングで発生する。図５（ａ）は交流電源１のＳ側が正となる時のゼロクロス信号（添え数字１）を基点に計数した場合の波形である。また図５（ｂ）は交流電源１のＲ側が正となる時のゼロクロス信号（添え数字１）を基点に計数した場合の波形であり、同様に火花放電は交流電源１の周期を３分周したものとなっている。このように点火装置を間欠動作させることで火花放電回数を減らし火花放電音を軽減させている。
【特許文献１】特公平６−５４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、サイリスタ９のゲート電圧となる図５の（２）Ｒ〜Ｋ電圧は、交流電源１のＳ側が正の時にコンデンサ６に充電した電圧を基準にＲ側を整流して加算されていくため、交流電源１すなわちゼロクロス信号と位相のずれが生じ、出力信号を電源周波数１サイクルの間Ｈとすると、（５−ａまたはｂ）Ｇ〜Ｋ電圧は２つの立ち上がり（ａ）波形と（ｂ）波形、または（ｃ）波形と（ｄ）波形を持つようになる。抵抗７と抵抗８は（２）Ｒ〜Ｋ電圧の（ウ）の時期に放電するように設計してあるので、通常は（５−ａまたはｂ）Ｇ〜Ｋ電圧の（ｂ）波形または（ｃ）波形でサイリスタ９は動作する。しかし、サイリスタ９のゲートトリガ電圧の素子間のばらつき、ゲートトリガ電圧の温度特性、交流電源１の電圧変動、抵抗７や抵抗８のばらつきなどの変動要因により、交流電源１のＳ＞Ｒ領域すなわち（５−ａまたはｂ）Ｇ〜Ｋ電圧の（ａ）波形または（ｄ）波形でサイリスタ９が動作する可能性がある。Ｓ側の（Ａ）波形でコンデンサ６を充電した電荷を（ａ）波形により誤放電すると、更にその後のＳ側の（Ｂ）波形で充電した電荷を（ｂ）波形により連続放電することとなる。図５（ｂ）における交流電源１のＣ波形とＧ−Ｋ電圧の（ｃ）波形、交流電源１のＤ波形とＧ−Ｋ電圧の（ｄ）波形の関係についても同様である。このように、点火装置３の各種変動要因によって連続放電による誤放電が生じる可能性があり、火花放電音が不規則に聞こえ使用者に不安感を与えてしまう欠点がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、単純な構造で安価の電源同期式の点火装置を用いて間欠放電して放電音を軽減するとともに、誤放電のない安定した放電で放電音を均一化することで安心感のある燃焼器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼器の点火装置は、交流電源の半サイクル期間に充電されたコンデンサの電荷をスイッチ素子で放電させる構成の点火装置と、交流電源の逆の半サイクルに同期した半波ゼロクロス信号をｎ回分周し、分周信号から交流電源の位相角の概π相当時間スイッチ素子のトリガ信号を出力するようにしたものである。
【０００８】
これによって、電源同期式の点火装置を用い、半波ゼロクロス信号のｎ回分周の周期でトリガ信号を出力して間欠放電し、サイリスタのトリガ信号を充電サイクルと逆の半サイクルの間で出力するので、充電サイクルに対するトリガ信号出力期間の位相のずれが解消され、充電サイクル期間中でのトリガ信号の発生がなくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃焼器の点火装置は、構成が簡素で安価な電源同期式の点火装置を利用し、間欠放電動作で火花放電音を軽減するとともに、構成部品の特性や電源等の諸ばらつきによる放電時の連続的な誤放電を防ぎ放電音を均一に安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、交流電源の半サイクル期間に充電されたコンデンサの電荷をサイリスタ等のスイッチ素子で放電させることにより、該放電電流を昇圧トランスの１次巻線に流して前記昇圧トランスの二次巻線側に高電圧を得る点火装置と、交流電源の逆側の半サイクルを整流して前記コンデンサの充電電圧に加算して分圧した電圧により前記点火装置のスイッチ素子を動作させるトリガ回路と、交流電源の極性を検出する半波検出回路と、少なくとも前記半波検出信号を受けて前記トリガ回路に動作タイミングを指示するマイクロコンピュータとを備え、該マイクロコンピュータは前記半波検出信号の充電側サイクルからトリガ側サイクルへの変化信号をｎ分周する分周手段と、この分周手段から出力される分周信号で作動するタイマ手段と、このタイマ手段のカウント中にトリガ信号を出力するトリガ信号出力手段で構成したものである。
【００１１】
第２の発明は、タイマ手段は電源周波数で定まる時間を設定し、分周信号検出後の概半サイクル周期の間にトリガ信号を出力するようにしたものである。
【００１２】
これにより、電源同期式の点火装置を用いて、マイクロコンピュータで半波ゼロクロス信号のｎ回分周の周期でサイリスタのトリガ信号を出力し間欠放電することができるので、簡単な構成で安価に火花放電音を軽減することができる。また、サイリスタのトリガ信号をタイマ手段で規制したトリガサイクル（充電サイクルの逆サイクル）の期間に制限して出力するので、充電サイクルに対するトリガ信号出力期間の位相のずれが解消され、充電サイクル期間中でのトリガ信号の発生がなくなることで、誤トリガによる誤放電がなくなり、安定した均一の火花放電音を実現し、使用者に不安感を与えないようにすることができる。
【００１３】
第３の発明は、特に請求項１に記載の分周手段は半波検出信号の充電側サイクルからトリガ側サイクルへの変化信号を３から５分周するものである。
【００１４】
これにより、火花放電回数が電源周期式の１／３〜１／５となり火花放電音を軽減させると共に、供給される燃料に点火するために必要な放電機会が確保され、安定した点火動作を行うことができる。
【００１５】
（実施の形態）
以下、本発明をガスファンヒーターに適応した実施例について図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の燃焼器の点火装置の回路構成を示すものである。図１において、ガス導管２０、ガスの供給と遮断を行う電磁弁２１、ガス量調節を行う電磁比例弁２２、バーナー１９によりガス経路が形成され、ガスの燃焼炎２４を検出する熱電対からなる炎センサー２３がバーナー１９の近傍に配置されている。バーナー１９への点火は、電磁弁２１と電磁比例弁２２を開放しガス導管２０よりバーナー１９にガスを供給した状態で点火電極２で火花放電するよう点火装置３を動作させ、炎センサー２３が燃焼炎２４を検出した時点で点火装置を停止する。マイクロコンピュータ１５は少なくとも交流電源１の極性を検出する半波検出回路１４が端子Ｉに、点火装置３のサイリスタ９へトリガ電圧を与えるトリガ回路１１が端子Ｏに接続されている。半波検出回路１４は、ホトトランジスタ１４ａとＬＥＤ１４ｂを配したホトカップラであり、ＬＥＤ１４ｂアノードを交流電源１のＲ側にカソードをＳ側に接続し、ホトトランジスタ１４ａの出力（コレクタ）端子が前記端子Ｉに接続されている。前記半波検出信号の同一方向のエッジ信号をｎ回分周し分周信号を出力する分周手段１６、前記分周信号により起動しＴ時間をカウントするタイマ手段１７、タイマ手段がカウント中に前記トリガ回路をオンしサイリスタ９にトリガゲート電圧を与えるトリガ信号制御手段１８は、マイクロコンピューター１５の内部処理にて構成される。トリガ信号制御手段１８がＨ（例えば５Ｖ）を出力した時、トリガ回路１１のＬＥＤ１１ｂは電流が遮断され、ホトトランジスタ１１ａがオフしてサイリスタ９のゲート〜カソード間にＲ〜Ｋ電圧を抵抗７と抵抗８とで分圧した電圧が印加されサイリスタ９がオンし、コンデンサ６の充電電荷が昇圧トランス１０の一次巻線に流れ２次側に高電圧（１４〜１８ｋＶ）を誘起し、点火電極２で火花放電を行う。また、Ｌ（例えば０Ｖ）を出力した時、ＬＥＤ１１ｂに電流が流れホトトランジスタ１１ａがオンしてサイリスタ９のゲート〜カソード間がショートされ、サイリスタ９は遮断しコンデンサ６の放電経路が絶たれる。
【００１７】
図２にマイクロコンピュータ１５の内部処理を示すフローチャートを示す。図２（ａ）は電源周波数判定の処理で、最初の半波検出信号のエッジを検出（Ｓ１）したら、次の同一方向のエッジを検出（Ｓ３）するまで内部タイマをカウント（Ｓ２）し、内部タイマ値が概２０ｍ秒（Ｓ４）ならば電源周波数を５０Ｈｚ（Ｓ５）とし、内部タイマ値が概１６．６ｍ秒（Ｓ６）ならば電源周波数を６０Ｈｚ（Ｓ７）とする。図２（ｂ）は分周手段１６を実現する半波検出信号の分周判定の処理で、交流電源１の極性がＳからＲに切替わる変化すなわち充電サイクルからトリガサイクルへの切替わりを検出し、変化信号をｎ分周する処理である。マイクロコンピューター１５の端子Ｉは、交流電源１が極性ＳではＬＥＤ１４ｂは非導通でホトトランジスタ１４ａがオフし、５Ｖ（Ｈ状態）となり、極性ＲではＬＥＤ１４ｂが導通しホトトランジスタ１４ａがオンし、０Ｖ（Ｌ状態）となる。充電サイクルからトリガサイクルへの切替わりは半波検出信号のＨからＬへの切替わりすなわち信号の立下りで検出できる。分周判定は、まず分周カウンタに初期値ｎを設定（Ｓ８）し、半波検出信号の立下りエッジを検出（Ｓ９）したら分周カウンタに１を加算（Ｓ１０）する。加算後、分周カウンタ値と分周値ｎとを比較（Ｓ１１）し、カウンタ値がｎ以下ならば次の半波検出信号の立下りエッジを検出（Ｓ９）を、ｎより大きければ分周カウンタに１を設定（Ｓ１２）し、分周信号を出力（Ｓ１３）し、次の半波検出信号の立下りエッジの検出（Ｓ９）をする。立下りのエッジの検出は、マイクロコンピューター１５に備わった外部割込み機能にて容易に実現可能である。図２（ｃ）はタイマ手段１７を実現するタイマ処理である。前記分周信号を検出（Ｓ１４）したら、前記電源周波数判定で確定した電源周波数（Ｓ１５）に従いタイマを設定する。タイマＴは交流電源１の位相角で概π（１８０°）に相当する時間であり、５０ＨｚならばＴ＝約１０ｍ秒（Ｓ１６）、６０ＨｚならばＴ＝８．３ｍ秒（Ｓ１７）とし、タイマのカウントを開始（Ｓ１８）する。その後、タイマのカウントアップを判定（Ｓ１９）したらタイマを停止（Ｓ２０）し、分周信号の検出（Ｓ１４）にもどる。図２（ｄ）はトリガ信号制御手段１８を実現するトリガ信号制御の処理である。点火指示から炎センサー２３が燃焼炎２４を検出するまでの点火回路動作時（Ｓ２１）であり、且つ前記タイマ処理におけるタイマカウント中（Ｓ２２）は、トリガ信号をＨ（Ｓ２９）とし、それ以外はＬ（Ｓ３０）とする。
【００１８】
図３に本発明の実施例における点火装置の各部波形図を示す。図３の（１）は交流電源１の波形。（２）はサイリスタ９のカソードを基準にしたＲ〜Ｋ電圧の波形（放電がない状態の波形で、放電サイクルではコンデンサ６の充電電圧分低下する）で、抵抗７と抵抗８とで分圧されサイリスタ９のゲートトリガ電圧としてサイリスタ９をオンする。（３）は半波検出信号の波形。（４）は分周手段１６が出力する半波検出信号波形の立下りエッジ（↓印）の３分周信号の波形。（５）はトリガ信号制御手段１８の出力信号の波形で、３分周信号からＴ時間Ｈを出力し、トリガ回路１１であるホトトランジスタ１１ａをオフし、（２）Ｒ〜Ｋ電圧（斜線部分）をサイリスタ９のゲートに伝達する。（６）に示すトリガ電圧（Ｇ〜Ｋ電圧）がサイリスタ９のゲートに印加され、コンデンサ６の充電電荷が放電し、（７）のように分周信号に同期したタイミングで火花放電が発生する。出力信号がＨ出力の期間においては、（１）交流電源１はゼロ付近からＲ側の最大値へ変化し、（２）Ｒ〜Ｋ電圧は最大値に向かって変化する。（１）交流電源１のＳ側の（Ａ）波形が充電したコンデンサ６の電荷は、（６）Ｇ〜Ｋ電圧が（ａ）の電位（（２）Ｒ〜Ｋ電圧の（ウ））に達した時にサイリスタ９がトリガされ、放電する。（６）Ｇ〜Ｋ電圧波形はコンデンサ６の電荷が放電直後コンデンサの充電電圧分低下し、交流電源１のＲ側が最大となるまで増加（（ａ）の電位以下）するが、Ｒ側の減少に伴い減少する。（５）出力信号は、（１）交流電源１のＳ側の次の（Ｂ）波形がコンデンサ６の充電を開始するタイミングでＬとなり、コンデンサ６の次の充電前にトリガ信号が無くなる。そのため、出力信号がＨ出力中には１度の放電機会しか与えられない構成となり、誤トリガによる連続放電が生じるような誤放電の可能性をなくすことができる。
【００１９】
このようにトリガ回路１１の動作期間を充電サイクル期間と重ならないよう制御することで、従来例であった部品の特性ばらつきや温度特性や電源電圧変動などによる誤放電がなくなり、均一で安定したな放電を繰り返すことができる。また部品特性や定数の選定も容易になる。
【００２０】
本実施例では分周値ｎを３として実現しており、電源周波数の１／３の放電回数としてある。分周値の決定は、間欠放電による放電音の低減に配慮する一方、バーナーへのガス供給当初のガス濃度が不安定な状況においても確実に安定した点火をするため、放電機会を確保する必要がある。実験的には、３から５分周して電源周波数の１／３から１／５の点火回数とすることで、放電音の低減と点火安定性の確保を両立することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の燃焼器の点火装置は、電源同期式の点火装置を設定した間欠周期で確実に放電させることができるため、ガス、石油を用いた全ての燃焼器の点火装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における点火装置の回路構成図
【図２】同点火装置のマイクロコンピュータの内部処理のフローチャート
【図３】同点火装置の各部波形図
【図４】従来の点火装置の回路構成図
【図５】従来の点火装置の各部波形図
【符号の説明】
【００２３】
１  交流電源
３  点火装置
４  ダイオード（整流素子）
６  コンデンサ
７  抵抗器
８  抵抗器
９  サイリスタ（スイッチ素子）
１０  昇圧トランス
１１  トリガ回路
１４  半波検出回路
１５  マイクロコンピュータ
１６  分周手段
１７  タイマ手段
１８  トリガ信号制御手段
【図１】
2006317123.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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