JP2001237048A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来回路における構成を簡略化し、しかも更
に安価な構成で同様の効果を得ること。 【解決手段】 交流電源を入力し、通電されることで発
熱するヒータ３と、前記ヒータ３を導通／非導通とする
ためのスイッチ手段４と、前記交流電源のゼロクロスを
検知するゼロクロス検知回路９と、前記ヒータ３を位相
制御により導通させるための信号を生成する位相制御用
信号生成回路10とを備え、前記ヒータへの導通開始時に
所定期間(t1)は位相制御により前記ヒータ３を通電し、
所定期間(t1)経過後はゼロクロスにより前記ヒータ３を
通電する装置において、タイマー回路５と、基準電圧手
段11ａと、前記タイマー回路５の出力Vaと前記基準電圧
手段11ａの出力Vrefを比較する比較器６とを備え、前記
ゼロクロス検知回路の出力Vzeroに基づいて、前記基準
電圧手段11ａにおいて基準電圧Vrefを変化させるように
構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱装置及び画像
形成装置に関し、例えば被加熱部材の温度制御のために
熱源への通電タイミングを制御する加熱装置及び定着ロ
ーラの温度制御を行う電子写真方式の画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機やプリンタ等の電子写真方
式を用いた画像形成装置において、感光体ドラム（回転
感光体）上に形成された静電潜像は、現像装置により現
像剤（以下トナー）を付着させることで可視像（以下ト
ナー像）となる。そして、上記トナー像を転写装置によ
り記録用紙に転写し、記録用紙に転写された上記トナー
像を定着装置により記録用紙に固着させることで永久画
像を形成している。

【０００３】この定着装置の定着方式は、ヒータを熱源
として加熱される定着ローラからの熱エネルギーにより
記録媒体上のトナーを溶かし、定着ローラの圧力で記録
用紙の繊維の中に溶け込ませる熱定着が一般的である。

【０００４】そして、上記熱源の制御方式としては、熱
源のON/OFFを交流入力電源のゼロクロスと同期させるON
/OFF制御方式が主流である。いわゆるゼロクロス方式で
あり、ＳＳＲやサイリスタ、トライアック等のON/OFFの
切り換え方法のひとつで、交流電流の零レベルを境にON
/OFFを切り換える方法である。

【０００５】しかしながら、上記従来のON/OFF制御方式
を採用したプリンタや複写機等の画像形成装置では、商
用交流電源の供給が開始する突入時にピーク電流が流れ
るので、商用交流電源を供給する屋内配線等の電源通路
のインピーダンスが十分低くないと、このインピーダン
スにより商用交流電源に瞬間的に大きな電圧降下が発生
する場合がある。このとき、同一の配線を使用して商用
交流電源が供給される他の機器等に悪影響を及ぼしてし
まうことがある。

【０００６】例えば、その一つとして、瞬間的な電圧降
下により照明機器の照度が一瞬だけ低下するフリッカと
呼ばれるちらつき現象がある。

【０００７】そこで、ヒータON時の突入電流の実効値を
制限し、ちらつき現象を防止する制御方式として、ヒー
タへの通電開始時に所定期間は位相制御により電力を制
限した状態でヒータを暖めて、所定期間経過後にゼロク
ロス通電を行うという位相制御＋ON/OFF制御方式が知ら
れている。

【０００８】しかし、位相制御＋ON/OFF制御方式におい
て、位相制御からON/OFF制御（ゼロクロス）への切替時
に、確実にゼロクロスで電流が流れるように制御しなけ
れば、予期せぬピーク電流が流れる危険性があり、従来
は図４に示すような回路方式で、位相制御方式からON/O
FF制御方式への切替時の上記予期せぬピーク電流を防止
していた。

【０００９】図４は熱定着方式の定着装置の熱源として
用いられる定着ヒータの通電制御を行う従来の画像形成
装置の要部回路の構成を示すブロック図である。

【００１０】図４において、１，２は商用交流電源に接
続された入力端子であり、交流電源が入来する。入力端
子１，２間には定着ヒータ３とスイッチ手段４からなる
直列回路が接続されており、商用交流電源から電力が供
給されている。

【００１１】この定着ヒータ３は、図示しない定着ロー
ラの軸方向に延在するように内蔵されており、抵抗値が
正の温度係数を有する数百W〜１kW程度のハロゲンラン
プ等が一般に用いられている。

【００１２】図４においては、一本のヒータを図示して
いるが、定着ローラの軸方向に二本のヒータを内蔵し、
スタンバイ中は電力の低いヒータで制御し、コピー、プ
リントアウト中は電力の高いヒータで制御したり、また
あらゆるサイズの記録用紙を使用した場合でも、ローラ
全体を均一温度に制御するために、それぞれ配光の異な
るヒータを二本内蔵したりすることもある。

【００１３】また、スイッチ手段４にはSSR（ソリッド
・ステート・リレー）やフォトトライアックとトライア
ックで構成された絶縁型スイッチ回路等が用いられる。

【００１４】９は上記した直列回路の両端に接続された
ゼロクロス検知回路であり、ヒータ３とスイッチ手段４
の直列回路それぞれに供給される入力端子１，２に接続
された商用交流電源のゼロクロスを検出し、ゼロクロス
信号Vzeroを出力している。

【００１５】10は位相制御用信号生成回路であり、上記
ゼロクロス検知回路９の検知結果に基づき、位相制御に
よりヒータ３を導通／非導通とするためのタイミング信
号Vpを出力している。

【００１６】図示していないが、ヒータ３の極近傍には
インピーダンスが既知の温度係数を有するサーミスタ等
の温度検出手段が配設され、これにより常に定着ローラ
の表面温度を検出し、その検出値を図示していない温調
制御手段に出力している。温調制御手段では温度検出手
段の検出値と機器の状態より、予め記憶されている温調
プログラムに基づき、ヒータを導通／非導通とするため
のON/OFF信号を生成している。

【００１７】タイマー回路５には、上記ON/OFF信号が入
力され、ON/OFF信号がLowからHiに切り替わるタイミン
グ（ここではHi：ヒータ導通、Low：ヒータ非導通とし
て説明する）と同期してタイマー計数が開始される。

【００１８】比較器６においては、タイマー回路の出力
であるVaと基準電圧手段11ｃの出力であるVrefとを比較
しており、VaがVrefを上回ると比較器６の出力であるVd
がHiとなる構成になっている。

【００１９】D-FF（フリップフロップ）12は前記ゼロク
ロス検知回路９の出力であるVzeroをクロック、前記比
較器６の出力であるVdを入力データ、出力をVQとしてお
り、つまりVdの立ち上がり、立ち下がりをVzero、つま
り商用交流電源のゼロクロスと同期させた信号をVQとし
て出力するように動作している。

【００２０】OR回路７は、前記位相制御用信号生成回路
10の出力であるVpと前記D-FF12の出力であるVQのどちら
かがHiの期間はHiとなるように動作し、Vcを出力してい
る。

【００２１】スイッチ手段駆動回路８はOR回路出力であ
るVcとON/OFF信号を入力とし、ON/OFF信号のHi期間にVc
がHiとなった場合にスイッチ手段４を駆動し、ヒータ３
を通電させるように動作している。

【００２２】図４の各部の波形及び動作タイミングを示
した図５を用いて、図４の動作を説明する。

【００２３】図５はON/OFF信号がOFF-ON-OFFと変化する
期間の各部の動作を示している。更に、ここではON/OFF
信号のON(Hi)により、所定期間(t1)は所定位相角の位相
制御でヒータが導通され、所定期間(t1)経過後はゼロク
ロスでヒータが導通される制御を例として示している。

【００２４】図中、(b)はゼロクロス信号Vzeroであり、
交流電源のゼロクロス付近のみHiとなる信号である。
(c)は位相制御信号Vpであり、(b)を基に所定位相角の位
相制御を行うための信号である。

【００２５】(d)はON/OFF信号の例であり、Hiの期間の
みヒータ通電が行われる。

【００２６】(e2)は基準電圧Vrefであり、常に所定電圧
(Vref2)を維持している。

【００２７】(f)はタイマー回路出力Vaであり、(d)がLo
wからHiに切り替わるのと同期して徐々に上昇する。そ
して所定期間(t1)経過後にVref(e2)と同レベルに達し、
比較器出力Vd(g2)がLowからHiに反転する。そして次のV
zero(b)の立ち上がりと同期してD-FF出力VQ(j2)は、Low
からHiに反転する。

【００２８】タイマー回路出力Va(f)は、ON/OFF信号(d)
の立ち下がりに同期して、立ち下がる。同時に比較器出
力Vd(g2)も立ち下がる。D-FF出力VQ(j2)はON/OFF信号
(d)の立ち下がり後にゼロクロス信号Vzero(b)の立ち上
がりと同期して立ち下がる。

【００２９】OR回路出力信号Vc(h2)は常にVpとVQのOR結
果を出力しており、どちらかがHiの期間はHiとなるよう
に動作しているため、VQがLowの期間はVc＝Vp、VQがHi
の期間はVc＝VQとなっている。

【００３０】スイッチ手段駆動回路出力Vsw(j2)はON/OF
F信号がHiの期間のみVcと同期してスイッチ手段４を駆
動し、ヒータ３を導通させるよう動作するために、ON/O
FF信号(d)がHiの期間のみVsw＝Vcとなっている。

【００３１】そして、スイッチ手段駆動回路出力Vsw(j
2)の立ち上がりと同期してスイッチ手段４がＯＮし、ヒ
ータ３への導通が開始され、結果としてヒータ電流IH
(a)のようにON/OFF信号がHiになると所定の期間(t1)は
位相制御によりヒータを導通させ、所定期間(t1)経過後
にはゼロクロスでヒータを導通されることになる。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、従来は位相制御方式からON/OFF制御方式への
切替時の上記予期せぬピーク電流を防止するために、図
４に示すような複雑な回路方式が必要であった。

【００３３】そこで、本発明は、従来回路における構成
を簡略化し、しかも更に安価な構成で同様の効果を得る
ことを目的とする。

【００３４】更に、簡単で安価な構成により、画像形成
装置及び加熱装置の状態に合わせて最適な位相制御期間
の設定を可能とすることを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の代表的な構成は、交流電源を入力し、通電さ
れることで発熱する熱源と、前記熱源を導通／非導通と
するためのスイッチ手段と、前記交流電源のゼロクロス
を検知するゼロクロス検知手段と、前記熱源を位相制御
により導通させるための信号を生成する位相制御信号生
成手段とを備え、前記熱源への導通開始時に所定期間は
位相制御により前記熱源を通電し、所定期間経過後はゼ
ロクロスにより前記熱源を通電する加熱装置において、
タイマー手段と、基準電圧手段と、前記タイマー手段の
出力と前記基準電圧手段の出力を比較する比較手段とを
備え、前記ゼロクロス検知手段の出力に基づいて、前記
基準電圧手段において基準電圧を変化させるように構成
したことを特徴とする。

【００３６】上記構成によれば、交流電源のゼロクロス
と同期して基準電圧を変化させることで、位相制御から
ON/OFF制御への切り替わり時に、確実にゼロクロスでヒ
ータ電流が流れ出す回路構成となる。

【００３７】更に、外部からの信号により上記基準電圧
を変化させることで、画像形成装置及び加熱装置の状態
に合わせて最適な位相制御期間の設定が可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を適用した加熱装置及び画像形成装置の実施の形態を詳
細に説明する。尚、以下の実施形態では、定着装置を備
えた電子写真方式の画像形成装置を例示している。

【００３９】〔第１実施形態〕図１は本発明の第１実施
形態に係る画像形成装置及び加熱装置の要部回路を示す
ブロック図である。図１を用いて、本発明の第１実施形
態に係る画像形成装置及び加熱装置の構成を説明する。

【００４０】尚、図１において、前述した従来例の形態
を示す図４と同一の符号で示されたものは同一なもので
あり、同一の機能を持つものとし、ここでは説明を省略
する。

【００４１】図１において、図４の従来例の形態と異な
るのは、D-FF12が省かれ、基準電圧手段11ａがゼロクロ
ス信号Vzeroと同期して基準電圧Vrefを変化させるよう
構成を点である。

【００４２】本実施形態では、ゼロクロス信号VzeroがH
iとなっている期間と同期して基準電圧手段11ａ内のス
イッチを導通させることで、基準電圧は、抵抗Raと抵抗
Rb//Rcで計算される分圧値となり、ゼロクロス信号Vzer
oがLowの期間と比較して、Hiの期間のみ、基準電圧Vref
が低下するような回路構成を示している。

【００４３】図１の各部の波形及びタイミングを示した
図２を参照して、図１の動作を説明する。

【００４４】図２において、ヒータ電流IH(a)、ゼロク
ロス信号Vzero(b)、位相制御信号Vp(c)、ON/OFF信号
(d)、タイマー回路出力Va(f)のそれぞれは、従来例の形
態の図５に示す波形と同じである。ここでは、図５と異
なる波形を示すもののみ説明する。

【００４５】基準電圧Vref(e1)は、上記のように、ゼロ
クロス信号Vzero(b)がHiの期間のみ低下する信号であ
る。よって、ON/OFF信号(d)がHiとなり、タイマー回路
出力Va(f)が上昇しても比較器出力Vd(g1)が反転するの
は基準電圧Vref(e1)が低下している期間（交流電源のゼ
ロクロス付近）のみであり、比較器出力Vd(g1)は図２に
示す(g1)のようになる。

【００４６】OR回路出力信号Vc(h1)は、位相制御信号Vp
(c)と比較器出力Vd(g1)のどちらかがHiの期間のみHiと
なるため、図２に示す(h1)のようになる。

【００４７】スイッチ手段駆動回路出力Vsw(j1)は、ON/
OFF信号(d)がHiの期間のみOR回路出力信号Vc(h1)と同期
してスイッチ手段４を駆動し、ヒータ３を導通させるよ
う動作するために、ON/OFF信号(d)がHiの期間のみVsw＝
Vcとなっている。

【００４８】そして、スイッチ手段駆動回路出力Vsw(j
1)の立ち上がりと同期してスイッチ手段４がONし、ヒー
タ３への導通が開始され、結果としてヒータ電流IH(a)
のようにON/OFF信号(d)がHiになると、所定期間(t1)は
位相制御によりヒータ３を導通させ、所定期間(t1)経過
後にはゼロクロスでヒータ３を導通させることになる。

【００４９】尚、図１に示した基準電圧手段11ａの構成
は一例であり、外部信号により基準電圧値Vref(e1)を変
化させられる構成であれば同様な効果が得られる。

【００５０】上述したように、本実施形態によれば、交
流電源のゼロクロスと同期して基準電圧値Vref(e1)を変
化させるという、簡単で安価な構成により、位相制御か
らON/OFF制御への切り替わり時に、確実にゼロクロスで
ヒータ電流が流れ出す制御回路を得ることができる。

【００５１】また、外部からの信号により上記基準電圧
値Vref(e1)を変化させることで、簡単で安価な構成によ
り、画像形成装置及び加熱装置の状態に併せて最適な位
相制御期間を設定することが可能となる。

【００５２】〔第２実施形態〕図３は本発明の第２実施
形態に係る画像形成装置及び加熱装置の要部回路を示す
ブロック図である。図３を用いて、本発明の第２実施形
態に係る画像形成装置及び加熱装置の構成を説明する。

【００５３】尚、図３において、第１実施形態を示す図
１、従来例の形態を示す図４と同一の符号で示されたも
のは同一なものであり、同一の機能を持つものとし、こ
こでは説明を省略する。

【００５４】図３において、図１の第１実施形態と異な
るのは、状態検知手段13が追加された点である。

【００５５】状態検知手段13は、画像形成装置の状態
が、スタンバイ状態か、若しくはコピー中かプリントア
ウト中か、コピー中かプリントアウト中なら記録用紙の
サイズは何か、を検知して、状態信号を基準電圧手段11
ｂに出力している。

【００５６】基準電圧手段11ｂは状態信号に基づき図中
の抵抗Rdを変化させることで、ゼロクロス信号VzeroがH
iとなった時の、抵抗Raと抵抗Rc//Rdの分圧値（すなわ
ち基準電圧値）を変化させている。よって、画像形成装
置の状態により、図２中のVref2の値を変化させること
が可能であり、つまりは図２のt1で示した位相制御期間
を画像形成装置の状態に併せた最適な期間とすることが
可能となる。

【００５７】例えば、コピー、プリントアウト中は定着
ローラの温度を高温に維持したり、記録用紙が通過する
ことで定着ローラの熱が奪われるために、短い周期での
ヒータON/OFFが繰り返され、ヒータ自体もある程度の温
度を維持するため、ヒータON時の突入電流も定常時の電
流と比較してさほど大きくならないためにフリッカへの
影響も少なく、上記位相制御期間(t1)を短く設定する。

【００５８】しかし、スタンバイ時は定着ローラの自然
放熱によりヒータのON/OFF周期が決定されるため、かな
り長い時間ヒータOFF期間が存在し、次にヒータがONし
た時には定常電流と比較して数倍のピーク電流が流れて
しまいフリッカへの影響が大きいため、上記位相制御期
間(t1)を長めに設定するということも可能となる。

【００５９】尚、図３に示した基準電圧手段11ｂの構成
は一例であり、外部信号により基準電圧値Vrefを変化さ
せられる構成であれば同様な効果が得られる。

【００６０】上述したように、本実施形態によっても、
前述した実施形態と同様に、交流電源のゼロクロスと同
期して基準電圧値Vref(e1)を変化させるという、簡単で
安価な構成により、位相制御からON/OFF制御への切り替
わり時に、確実にゼロクロスでヒータ電流が流れ出す制
御回路を得ることができる。

【００６１】また、外部からの信号により上記基準電圧
値Vref(e1)を変化させることで、簡単で安価な構成によ
り、画像形成装置及び加熱装置の状態に併せて最適な位
相制御期間を設定することが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交流電源のゼロクロスと同期して基準電圧値を変化させ
るという、簡単で安価な構成により、位相制御からON/O
FF制御への切り替わり時に、確実にゼロクロスでヒータ
電流が流れ出す制御回路を得ることができる。

【００６３】また、外部からの信号により上記基準電圧
値を変化させることで、簡単で安価な構成により、画像
形成装置及び加熱装置の状態に併せて最適な位相制御期
間を設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置及び
加熱装置の要部回路を示すブロック図

【図２】図１に示すブロック図の各部の波形を示す波形
図

【図３】本発明の第２実施形態に係る画像形成装置及び
加熱装置の要部回路を示すブロック図

【図４】従来の画像形成装置及び加熱装置の要部回路を
示すブロック図

【図５】図４に示すブロック図の各部の波形を示す波形
図

【符号の説明】

１，２ …入力端子 ３ …定着ヒータ ４ …スイッチ手段 ５ …タイマー回路 ６ …比較器 ７ …OR回路 ８ …スイッチ手段駆動回路 ９ …ゼロクロス検知回路 10 …位相制御用信号生成回路 11ａ …基準電圧手段 11ｂ …基準電圧手段 13 …状態検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 1/08 ３２１ Ｈ０２Ｍ 1/08 ３２１Ａ Ｆターム(参考） 2H033 AA03 BA25 BA30 BB01 BB18 BB22 CA07 CA23 CA28 CA30 CA45 CA46 3K058 AA27 BA18 CA03 CA07 CA12 CA16 CA24 CB04 CB06 CB27 CB32 CB34 CD00 DA01 DA11 5H323 AA36 BB17 BB20 CA08 CB02 DA01 DB03 FF01 HH02 JJ03 KK05 LL13 LL20 MM02 MM12 5H740 BA03 BA04 BB01 BB08 BC04 BC07 BC10 GG02 GG04 JA03 JA16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を入力し、通電されることで発
   熱する熱源と、 前記熱源を導通／非導通とするためのスイッチ手段と、 前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手
   段と、 前記熱源を位相制御により導通させるための信号を生成
   する位相制御信号生成手段と、を備え、 前記熱源への導通開始時に所定期間は位相制御により前
   記熱源を通電し、所定期間経過後はゼロクロスにより前
   記熱源を通電する加熱装置において、 タイマー手段と、基準電圧手段と、前記タイマー手段の
   出力と前記基準電圧手段の出力を比較する比較手段と、
   を備え、 前記ゼロクロス検知手段の出力に基づいて、前記基準電
   圧手段において基準電圧を変化させるように構成したこ
   とを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 前記基準電圧手段は、前記ゼロクロス検
   知手段の出力であるゼロクロス信号に同期して基準電圧
   を変化させることを特徴とする請求項１に記載の加熱装
   置。
3. 【請求項３】 交流電源を入力し、通電されることで発
   熱する熱源と、 前記熱源を内蔵し前記熱源によって加熱されトナー像を
   記録媒体に定着させる定着ローラと、 前記熱源を導通／非導通とするためのスイッチ手段と、 前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手
   段と、 前記熱源を位相制御により導通させるための信号を生成
   する位相制御信号生成手段と、を備え、 前記熱源への導通開始時に所定期間は位相制御により前
   記熱源を通電し、所定期間経過後はゼロクロスにより前
   記熱源を通電し、熱源の加熱／非加熱制御により前記定
   着ローラの表面若しくはその近傍の温度を所定温度内に
   制御する画像形成装置において、 タイマー手段と、基準電圧手段と、前記タイマー手段の
   出力と前記基準電圧手段の出力を比較する比較手段と、
   を備え、 前記ゼロクロス検知手段の出力に基づいて、前記基準電
   圧手段において基準電圧を変化させるように構成したこ
   とを特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記基準電圧手段は、前記ゼロクロス検
   知手段の出力であるゼロクロス信号に同期して基準電圧
   を変化させることを特徴とする請求項３に記載の画像形
   成装置。
5. 【請求項５】 前記画像形成装置の状態を検知する状態
   検知手段を有し、前記状態検知手段での検知結果に基づ
   き、前記基準電圧を決定させることを特徴とする請求項
   ３又は請求項４に記載の画像形成装置。