JP2002278351A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータの駆動制御により発生する高調波電
流、電源電圧変動の低減化を動作に合わせてより最適化
させ、ＡＣ−ＤＣコンバータが駆動時に起こす高調波電
流を低減化させるための簡単で安価な手段を備えた画像
形成装置を提供する。 【解決手段】 ヒータ２の温度を制御するためにヒータ
への電源供給を制御する手段を有する画像形成装置であ
って、前記電源供給制御手段は、電源を位相角により通
電制御して行うソフトスタートオン制御、全期間通電制
御、通電停止の順で行う通電制御サイクルを繰り返すこ
とにより、ヒータを目標温度へ制御する。チョークイン
プット型の電源装置を搭載し、かつ、定着ヒータ全点灯
後、オン制御を行うことにより、本装置の高調波電流を
抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ヒータ、ＡＣ−Ｄ
Ｃコンバータを備えた画像形成装置（例えば、複写機、
プリンタ、ファクシミリ等の熱定着部を有する装置）に
関し、より詳細には、ヒータ、ＡＣ−ＤＣコンバータが
駆動時に起こす高調波電流，電源電圧変動を低減化させ
るようにした手段を備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に使用される電気機器に対して、
欧州ＣＥマーク対応の一環である高調波電流規制（ＩＥ
Ｃ１０００−３−２）や電源電圧変動規制（ＩＥＣ１０
００−３−３）を守ることが求められている。高調波電
流規制（ＩＥＣ１０００−３−２）は，「高調波電流の
流出に対する限度値（１相あたりの入力電流が１６Ａ以
下の機器）」に関する国際規格で，従来の高調波電流に
関するＩＥＣ規格５５５−２を改訂したものである。機
器で発生する高調波電流についていうと、昔の電気製品
は白熱電球、電熱器などの抵抗性負荷と、モーターなど
の誘導性負荷が殆どであり、誘導性負荷は電流の位相は
遅れるが、電流波形は正弦波のままなので、いずれの場
合も高調波電流は発生しない。

【０００３】ところが近年、テレビ、パソコン、インバ
ーターエアコンなどの機器の内部で直流を使う電気製品
が増えてきたため、交流から直流に変換する整流回路が
負荷になることが多くなってきており、整流回路の中で
最も簡単な回路として、コンデンサ入力型整流回路と呼
ばれているものがあり、その回路が、高調波電流を発生
させる。図１１はコンデンサ入力型整流回路を、図１２
はこの回路の各部の波形を示す。この回路の動作は、交
流入力電流ＩACが流れる期間は、直流出力端のコンデン
サＣを充電する期間に限られる。即ち、入力電圧ＶACの
瞬時値がコンデンサＣの電圧ＶDCよりも高くなったとき
だけ、電流が流れるのでＩACの波形は、図示のようにパ
ルス状となり、入力電圧波形とは大きく異なった波形と
なる。このような電流波形が高調波電流を多く含むので
ある。

【０００４】電源電圧変動規制（ＩＥＣ１０００−３−
３）は、「１相あたりの入力電流が１６Ａ以下の機器の
電圧変動とフリッカの限度値」に関する国際規格で、従
来の電圧変動に関する規格ＩＥＣ５５５−３を改訂した
ものである。上記のフリッカは「輝度またはスペクトラ
ム分布の時間的変動による光刺激によって引き起こされ
る視感覚の不安定性の印象」と定義されている。つま
り、人間が感じる明るさの変動（ちらつき）の度合いを
定量的に評価できるようにしたものと言える。例えば、
冷蔵庫や掃除機などのモーター機器が動作した瞬間に室
内の明かりが暗くなることがある。これはモーターの起
動時に大きな電流が流れ、配電インピーダンスによって
電圧が低下するためで、冷蔵庫、電気温水器、エアコン
（インバータ式でないもの）などは、常時、ＯＮ／ＯＦ
Ｆを繰り返しているので急激な電圧変化を避けることが
できない。一方、電球の輝度は入力電力に比例するた
め、照明の明るさは電圧変化の２乗で影響を受けること
から、このようなことが起きもので、これがこの規制の
対象となる所以である。

【０００５】ところで、画像形成装置としての電子写真
複写機（以下、単に「複写機」という）においては、従
来から熱定着に用いるヒータの温度制御或いは制御系に
供給する電源装置に用いるＡＣ−ＤＣコンバータで高調
波電流が発生していた。定着ヒータ制御の場合、ＯＮ／
ＯＦＦ制御にし、入力電流波形を正弦波にすれば高調波
電流を発生させることはない。他方、ＡＣ−ＤＣコンバ
ータの場合であるが、従来、複写機やレーザプリンタ等
のＯＡ機器の電源装置としては、小型軽量、低コスト及
び高変換効率で、かつ、優れた低電圧特性を有する直流
電源装置であって、ＤＣ−ＤＣコンバータを回路構成中
に含むスイッチングレギュレータ（「スイッチング電
源」ともいう。）が知られている。このスイッチングレ
ギュレータにおいては、ＤＣ−ＤＣコンバータへの入力
を得るために交流入力を整流平滑するための整流平滑手
段が必要とされるが、一般的には交流入力を全波整流し
てコンデンサインプット型の平滑回路により平滑化する
手段が採用されてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンデ
ンサインプット型の平滑回路を用いた場合にはＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの入力電流波形がパルス状に歪み、高調波
電流が著しく増加する。この高調波電流は、交流入力で
ある商用電源ラインインピーダンスにより商用電源電圧
歪みに変換され、商用電源に接続される電気機器や配電
設備に異音や焼損等の障害を発生させる。この高調波電
流を低下させるために、整流平滑手段としてアクティブ
フィルタ（「アクティブ平滑フィルタ」ともいう）回路
を用いたものも提案されているが、これは部品点数が多
く高価で、またスイッチング素子を有するためノイズ対
策も必要とされる。定着ヒータ制御により発生する高調
波電流は、ＯＮ／ＯＦＦ制御により回避できる。しかし
ながらＯＮ／ＯＦＦ制御にすると、定着ヒータへの突入
電力が大きくなってしまい、電源電圧変動が大きくなっ
てしまう。このように、定着ヒータ制御の場合、高調波
電流規制と電源電圧変動規制は共に相反する対策を行っ
て行かなければならない。本発明は、上記した従来技術
の問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータの駆動制
御により発生する高調波電流、電源電圧変動の低減化を
動作に合わせてより最適化させる手段及びＡＣ−ＤＣコ
ンバータが駆動時に起こす高調波電流を低減化させるた
めのより簡単で安価な手段を備えた画像形成装置（例え
ば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等）を提供するこ
とをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ヒー
タと、ヒータの温度を制御するためにヒータへの電源供
給を制御する手段を有する画像形成装置であって、前記
電源供給制御手段は、電源を位相角により通電制御して
行うソフトスタートオン制御、全期間通電制御、通電停
止の順で行う通電制御サイクルを繰り返すことにより、
ヒータを目標温度へ制御することを特徴とする画像形成
装置である。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１に記載された
画像形成装置が直流電源装置を有し、該直流電源装置
は、交流電源からチョークインプットされる交流入力を
整流平滑化する回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータからなる
ことを特徴とするものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
された画像形成装置において、前記ソフトスタートオン
制御を、スタート時のヒータの温度に応じて設定した、
位相角の変化幅及び各位相角による通電時間に従い行う
ようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１又は２に記載
された画像形成装置において、前記ソフトスタートオン
制御を、スタート時のヒータの温度に応じて設定した、
位相角の変化幅及び各位相角による通電サイクル数に従
い行うようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を添付する図面とともに示
す以下の実施例に基づき説明する。先ず、本発明を適用
しうる画像形成装置の１つであるデジタル複写機の概略
構成をその画像形成動作とともに説明する。一般にデジ
タル複写機（以下、単に「複写機」という）の画像形成
動作は、原稿台（コンタクトガラス）上に原稿が置か
れ、コピースタートキーが押されることによって開始す
る。原稿を露光ランプにより照射し、その反射光をミラ
ー、レンズを介してＣＣＤ（チャージ・カップルド・デ
バイス）イメージセンサに導くことによって、原稿に記
載されたイメージ情報、文字情報は、電気信号に変換さ
れる。この電気信号に所定の画像処理を加え、画像デー
タを得る。

【００１２】上記のようにして処理された画像データに
基づいてレーザーダイオードの発光を制御し、レーザー
ダイオードからの光ビームを高速に回転するポリゴンミ
ラー、レンズ等を用いて偏向し、感光体表面を走査す
る。回転する感光体の周囲には、帯電装置、現像装置、
転写ベルト、クリーニング装置が設けられており、上記
感光体の表面は、クリーニング装置によってクリーニン
グされた後、帯電装置により所定の高電位にて均一に帯
電される。帯電された感光体表面が上記の光ビームの走
査を受けると、感光体上の表面電位は照射された光強度
に応じて変化し、静電潜像が形成される。この静電潜像
は現像装置によって可視化されたトナー画像となる。一
方、給紙部からは感光体上のトナー画像と重なるように
タイミングをとって、転写紙が給送される。この転写紙
は高電圧が印可された転写ベルトにより搬送され、感光
体との接触部にて感光体上のトナー画像が転写紙に転写
される。トナー画像が転写された転写紙は定着装置に搬
送され定着される。定着の完了した転写紙は画像形成装
置外に排紙され画像形成動作は終了する。

【００１３】複写機は、上記のような工程の画像形成動
作を実行するが、この画像形成動作の実行、各部の状態
検知、制御等において直流電源からの直流電力が必要と
なる。上記複写機内の各部に供給される直流電力を、商
用電力からスイッチングレギュレータにより直流電力へ
と変換する。ここでは、スイッチングレギュレータにチ
ョークインプット型の安価な電源装置を採用することに
より、力率の改善がされ、スイッチングレギュレータが
発生させる高調波電流を押さえることができる。図１
は、本実施例の画像形成装置に係わるチョークインプッ
ト方式の電源装置の回路を示す。本例の電源装置の回路
構成を図１を参照して説明すると、この装置は、交流電
源である商用電源１２の後段にチョークコイルＬ１とノ
イズフィルタＮＦを設置し、その後段に商用電源１２を
全波整流するダイオードブリッジ回路Ｄ１、コンデンサ
Ｃ０とを有する。

【００１４】また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、トラ
ンスＴ１と、トランスＴ１をスイッチング動作させるた
めの電界効果トランジスタＦＥＴ１と、出力電圧検出回
路１３と、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオン／オフ
をＰＷＭ（パルス幅変調）制御するための制御回路１４
と、トランスＴ１の二次巻線からの電流を整流するダイ
オードＤ２、Ｄ３と、平滑チョークコイルＬ２、平滑コ
ンデンサＣ１等からなる。図２は、上記したチョークイ
ンプット型の電源装置の入力電流波形を、入力電圧波形
とともに示す。また、同様に図３に、非チョークインプ
ット型（コンデンサインプット型）の電源装置の入力電
流波形を、入力電圧波形とともに示す。図示のように、
高調波電流が、チョークインプット型の電源装置によれ
ば、非チョークインプット型のスイッチングレギュレー
タに比較して、抑制されるとともに力率も改善される。

【００１５】また前記複写機の定着装置は加熱ローラー
定着方式を採用しており、該定着方式は商用電力を直流
電力に変換せず、商用電力を点灯制御回路に用いて直接
定着装置へ電力供給を行うものである。図４は、本実施
例の画像形成装置に係わる定着制御装置のブロック図を
示す。本例の定着制御装置の構成を図４を参照して説明
すると、この装置は、ヒータ電源１として通常商用交流
電源を使用し、スイッチ７を通してヒータ２に電源を供
給する。スイッチ７は、半導体のスイッチング素子（ト
ランジスタ）やＳＣＲ等の高速スイッチングが可能なも
のである。ヒータ２の温度は、温度センサー３及び温度
検出回路４で検出される。演算回路５はヒータ２の温度
からヒータの抵抗を算出し、ヒータ電源１からヒータ２
へ流れる電流があらかじめ設定した値を越えないよう
に、ヒータ２への制御電圧を決定する。制御回路６はそ
のヒータへの制御電圧から、ヒータ２への供給電圧のス
イッチング信号を発生し、ヒータ２への供給電圧が制御
電圧を越えないように制御する。

【００１６】ここで、本定着制御装置により行う定着制
御の実施例を、下記の第１〜３の制御例により説明す
る。 「第１の制御例」第１の制御例は、ヒータへ電源を供給
する際、ヒータの温度が低い場合、ヒータへの通電を指
定位相角にて一定時間保持させ、次に前記指定位相角よ
りも少し大きい位相角にて一定時間保持、これを数回繰
り返し、その後全点灯（全期間通電）させるソフトスタ
ートオン制御を行う。また、ヒータの温度が高い場合、
ヒータへの通電の指定位相角をヒータの温度が低い場合
よりも前記指定位相角の変化回数を少なくし、保持時間
も短かくした後全点灯させるソフトスタートオン制御を
行い、電源投入時の突入電流抑制、高調波電流抑制、電
源電圧変動抑制とを図るものである。

【００１７】図５，図６に示す制御時の入力電流波形を
参照して、動作をより詳細に説明すると、ヒータ２（図
４参照）への電力オン時、突入電流を低減するため、電
源投入時ヒータ２の温度が低い場合（０〜１５０℃程
度）は、ヒータへの突入電流が大きいので図５（縦軸：
入力電流、横軸：時間を示す）に示す入力電流波形例の
ように位相角を略０゜に近い指定位相角にて立ち上げ、
その指定位相角にて一定時間（指定通電時間Ｔ：Ｔ＝１
０〜５００ｍｓ程度）保持後、前記指定位相角よりもあ
まり大きくない位相角にて立ち上げ再び前記指定位相角
にて一定時間保持させる。これを数回（２〜２０回程
度）繰り返し、全点灯（位相角１８０゜）まで徐々に位
相角を増やして行くソフトスタートオン制御を行う。

【００１８】また、、電源供給時ヒータ２の温度が高い
場合（１５０〜２００℃程度）は、図６に示す入力電流
波形例のように位相角を略０゜に近い指定位相角（ヒー
タ２の温度が低い場合よりも大きく）にて立ち上げ、そ
の指定位相角にて一定時間（指定通電時間Ｔ’：Ｔに比
べ０〜４００ｍｓ程度短く）保持後、前記指定位相角よ
りもあまり大きくない位相角にて立ち上げ再び前記指定
位相角にて一定時間保持させる。これを数回（１〜１０
回程度）繰り返し、その後全点灯（位相角１８０゜）ま
で徐々に位相角を増やして行くソフトスタートオン制御
を行い、全点灯後はオン制御を継続する。温度センサー
３及び温度検出回路４にて検出された温度が指定温度ま
で上昇した後、ヒータの供給電力を停止する。上記のよ
うに、ソフトスタートオン制御を掛けることにより本装
置への突入電流を抑え、電源電圧変動を抑えることがで
きる。また、前記チョークインプット型の電源装置を搭
載し、かつ、定着ヒータ全点灯後、オン制御を行うこと
により、本装置の高調波電流の発生を抑えることができ
る。

【００１９】「第２の制御例」第２の制御例は、ヒータ
へ電源を供給する際、該ヒータの温度が高い場合、ヒー
タへの通電位相角を１Ｈｚごと徐々に大きくして行き、
全点灯（全期間通電）させるソフトスタートオン制御を
行う。また、ヒータの温度が低い場合、ヒータへの通電
位相角をヒータの温度が高い場合よりも長い間隔で大き
くして行き、全点灯させるソフトスタートオン制御を行
い、電源投入時の突入電流抑制、高調波電流抑制、電源
電圧変動抑制とを図るものである。

【００２０】図７，図８に示す制御時の入力電流波形を
参照して、動作をより詳細に説明すると、ヒータ２（図
４参照）への電力オン時、突入電流を低減するため、電
源投入時にヒータ２の温度が高い場合（１５０〜２００
℃程度）は、図７に示す入力電流波形例のように（略０
°に近い）指定位相角ａにて立ち上げ、全点灯（位相角
１８０゜）まで１Ｈｚごとに徐々に位相角（１〜３０゜
程度）を増やして行くソフトスタートオン制御を行う。
また、電源供給時にヒータ２の温度が低い場合（０〜１
５０℃程度）は、ヒータへの突入電流が大きいので、図
８に示す入力電流波形例のように（略０°に近い）指定
位相角ａにて立ち上げ、全点灯（位相角１８０゜）まで
ヒータ２の温度が高い場合よりも（１〜１０Ｈｚ程度）
長い周波数ごとに徐々に位相角（１〜３０゜程度）を増
やして行くソフトスタートオン制御を行い、全点灯後は
オン制御を継続する。温度センサー３及び温度検出回路
４にて検出された温度が指定温度まで上昇した後、ヒー
タの供給電力を停止する。上記のように、ソフトスター
トオン制御を掛けることにより、本装置の突入電流を抑
え、電源電圧変動を抑えることができる。また、前記チ
ョークインプット型の電源装置を搭載し、かつ、定着ヒ
ータ全点灯後、オン制御を行うことにより、本装置の高
調波電流を抑えることができる。

【００２１】「第３の制御例」第３の制御例は、ヒータ
へ電源を供給する際、ヒータの温度が低い場合、ヒータ
への通電を指定位相角にて一定時間保持後全点灯させる
ソフトスタートオン制御を行う。また、ヒータの温度が
高い場合、ヒータへの通電を指定位相角にてヒータの温
度が低い場合よりも短い一定時間保持後全点灯させるソ
フトスタートオン制御を行い、電源投入時の突入電流抑
制、高調波電流抑制、電源電圧変動抑制とを図るもので
ある。

【００２２】図９，図１０に示す制御時の入力電流波形
を参照して、動作をより詳細に説明すると、ヒータ２
（図４参照）への電力オン時突入電流を低減するため、
電源投入時にヒータ２の温度が低い場合（０〜１５０℃
程度）は、ヒータへの突入電流が大きい図９に示す入力
電流波形例のように指定した位相角（通電時間を全体の
α％とする位相角：αは２０〜７０％程度）にて立ち上
げ、その指定位相角（指定通電時間Ｔ）にて一定時間
（Ｔ＝５００〜１０００ｍｓ程度）保持後、全点灯（通
電時間１００％）とするソフトスタートオン制御を行
う。また、電源供給時にヒータ２の温度が高い場合（１
５０〜２００℃程度）は、図１０に示す入力電流波形例
のように指定した位相角（通電時間を全体のα％とする
位相角：αは２０〜７０％程度）にて立ち上げ、その指
定位相角（指定通電時間Ｔ’）にて一定時間（Ｔに比べ
１００〜４００ｍｓ程度短く）保持後、全点灯（通電時
間１００％）とするソフトスタートオン制御を行い、全
点灯後はオン制御を継続する。温度センサー３及び温度
検出回路４にて検出された温度が指定温度まで上昇した
後、ヒータの供給電力を停止する。上記のように、ソフ
トスタートオン制御を掛けることにより本装置の突入電
流を抑え、電源電圧変動を抑えることができる。また、
前記チョークインプット型の電源装置を搭載し、かつ、
定着ヒータ全点灯後、オン制御を行うことにより、本装
置の高調波電流を抑えることができる。

【００２３】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明に対応する効果 ヒータへの電源を位相角により通電制御してソフトスタ
ートオン制御、全期間通電制御、通電停止の順で行う通
電制御サイクルを繰り返すことにより、ヒータを目標温
度へ制御することにより、突入電流が抑制され、電源電
圧変動の低減化を図ることを可能にし、電源電圧変動規
制（ＩＥＣ１０００−３−３）を守ることに寄与する。 （２） 請求項２の発明に対応する効果 上記（１）の効果に加え、交流電源からチョークインプ
ットされる交流入力を整流平滑化する回路と、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ（スイッチングレギュレータ）からなる直
流電源装置を備えるようにしたことにより、スイッチン
グレギュレータの力率改善を行い、簡単な手段により高
調波電流を抑制することを可能にし、高調波電流規制
（ＩＥＣ１０００−３−２）を守ることに寄与する。

【００２４】（３） 請求項３、４の発明に対応する効
果 上記（１）、（２）の効果に加え、ソフトスタートオン
制御を、スタート時のヒータの温度に応じて設定した、
位相角の変化幅及び各位相角による通電時間、或いは位
相角の変化幅及び各位相角による通電サイクル数に従っ
て、行うようにしたことにより、動作に合わせて高調波
電流、電源電圧変動の低減化を最適化させることを可能
にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の画像形成装置に適用するチョーク
インプット方式の電源装置の回路を示す。

【図２】 チョークインプット型の電源装置の入力電流
波形を入力電圧波形とともに示す。

【図３】 非チョークインプット型（コンデンサインプ
ット型）の電源装置の入力電流波形を入力電圧波形とと
もに示す。

【図４】 本発明の実施例に係わる定着制御装置のブロ
ック図を示す。

【図５】 ヒータへの電源供給制御（スタート時低温）
時の入力電流波形を示す。

【図６】 ヒータへの電源供給制御（スタート時高温）
時の入力電流波形を示す。

【図７】 ヒータへの電源供給制御（スタート時低温）
時の入力電流波形を示す。

【図８】 ヒータへの電源供給制御（スタート時高温）
時の入力電流波形を示す。

【図９】 ヒータへの電源供給制御（スタート時低温）
時の入力電流波形を示す。

【図１０】 ヒータへの電源供給制御（スタート時高
温）時の入力電流波形を示す。

【図１１】 コンデンサ入力型整流回路の構成を示す。

【図１２】 図１１に示す回路の各部の電圧、電流波形
を示す。

【符号の説明】

１…商用交流電源、 ２…ヒータ、３…
温度センサー、 ４…温度検出回路、５
…演算回路、 ６…制御回路、７…
スイッチ、 １２…商用交流電源、１
３…出力電圧検出回路、 １４…ＰＷＭ（パル
ス幅変調）制御回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータと、ヒータの温度を制御するため
   にヒータへの電源供給を制御する手段を有する画像形成
   装置であって、前記電源供給制御手段は、電源を位相角
   により通電制御して行うソフトスタートオン制御、全期
   間通電制御、通電停止の順で行う通電制御サイクルを繰
   り返すことにより、ヒータを目標温度へ制御することを
   特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された画像形成装置が直
   流電源装置を有し、該直流電源装置は、交流電源からチ
   ョークインプットされる交流入力を整流平滑化する回路
   と、ＤＣ−ＤＣコンバータからなることを特徴とする画
   像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載された画像形成装
   置において、前記ソフトスタートオン制御を、スタート
   時のヒータの温度に応じて設定した、位相角の変化幅及
   び各位相角による通電時間に従い行うようにしたことを
   特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載された画像形成装
   置において、前記ソフトスタートオン制御を、スタート
   時のヒータの温度に応じて設定した、位相角の変化幅及
   び各位相角による通電サイクル数に従い行うようにした
   ことを特徴とする画像形成装置。