JP2003177629A - 定着ヒータ通電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＣ電源からの入力電流に応じて、装置内の
負荷電流を制御することで、負荷の性能を十分に使える
ようにした定着ヒータ通電装置を提供する。 【解決手段】 画像形成装置にＡＣ電源１から入力する
電流Ｉｉｎを検出する入力電流検出手段（Ｒ１、ＤＢ
１、ＰＣ１）と、ＡＣ電源１との接続を開閉する開閉手
段（主電源スイッチ３）と、開閉手段の負荷側にフィル
タ（Ｃ１、Ｃ２、Ｌ１、Ｌ２）を介して設けられ、定着
ヒータ１３に対して整流手段とスイッチ素子Ｑを直列に
接続した定着ヒータ駆動手段と、スイッチ素子Ｑの両端
の電圧を検出するヒータ電圧検出手段（Ｒ２、ＰＣ２）
とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置の定
着ヒータを通電制御する定着ヒータ通電装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来は画像形成装置などのＡＣ電源によ
り動作する装置では、ＡＣ電源の電圧時の下限の電圧、
および装置にオプション等が接続され装置内の消費電力
が最大となる条件で、装置への入力電流が所定の値とな
るように装置内の各負荷電流を設定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このためＡＣ電源が標
準の電圧時や装置にオプションが接続されていない場合
は、装置への入力電流は所定の値よりも低い状態となっ
ている。所謂マージンを持たせた使い方となっている。
従って負荷を効率よく動作させることができないという
問題があった。

【０００４】そこで、この発明は、ＡＣ電源からの入力
電流に応じて、装置内の負荷電流を制御することで、負
荷の性能を十分に使えるようにした定着ヒータ通電装置
を提供することを目的とする。

【０００５】具体的には、画像形成装置で、定着ヒータ
に供給する負荷電流を装置への入力電流に応じて制御す
ることにより、早い立上り時間を確保し、定着温度の安
定性を向上させることを目的とする。

【０００６】また、このことにより、待機状態からの復
帰時間を早くすることができるので、待機状態での消費
電力を低減して、省エネルギー効率を高めることも目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、画像形成装置にＡＣ電源か
ら入力する電流Ｉｉｎを検出する入力電流検出手段と、
ＡＣ電源との接続を開閉する開閉手段と、開閉手段の負
荷側にフィルタを介して設けられ、定着ヒータに対して
整流手段とスイッチ素子を直列に接続した定着ヒータ駆
動手段と、スイッチ素子の両端の電圧を検出するヒータ
電圧検出手段とを備えた定着ヒータ通電装置を最も主要
な特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の定
着ヒータ通電装置において、スイッチ素子のスイッチン
グ周期を、ＡＣ電圧の周期の１／１２以下に設定し、そ
の周期内でのスイッチ素子の導通比率を定着ヒータの温
度およびＡＣ電源から本画像形成装置への入力電流に応
じて制御するパワー制御手段を備えた定着ヒータ通電装
置を主要な特徴とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の定
着ヒータ通電装置において、スイッチ素子がオフであっ
てヒータ電圧検出手段の検出電圧が所定以上時に、スイ
ッチ素子のスイッチングを開始するようにした定着ヒー
タ通電装置を主要な特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る
定着ヒータ通電装置を含む画像形成装置のブロック図で
ある。ＡＣ電源１、サーキットブレーカＣＢ、ノイズフ
ィルタ２、およびＡＣ電源１から本装置への入力電流の
検出手段（Ｉｉｎ検出抵抗Ｒ１、ダイオードブリッジＤ
Ｂ１、フォトカプラＰＣ１など）を介して、電源が供給
される。

【００１１】この電源の一方が、本装置の主電源スイッ
チ３を介して、負荷４の各部に駆動および制御用の直流
電源を供給する直流電源５に入力している。直流電源５
の負荷４にはプリントエンジン部６、エンジン制御部７
および、定着ヒータ通電装置８とその制御手段であるパ
ワー制御部９などが含まれる。パワー制御部９はコント
ローラ１０とＡ／Ｄ変換器１１およびＰＷＭ信号を生成
するタイマー１２などで構成されている。

【００１２】ＡＣ電源１の他方は、定着ヒータ通電装置
８に入力している。定着ヒータ通電装置８は、開閉手段
であるパワーリレーＲＡ１とコンデンサＣ１・Ｃ２およ
びコイルＬ１・Ｌ２からなるフィルタと、これに接続さ
れる、定着ヒータ１３と定着ヒータ駆動手段の直列回路
とにより構成している。定着ヒータ駆動手段は、整流手
段のダイオードブリッジＤＢ２を介して、スイッチ素子
Ｑが接続してあり、さらにスイッチ素子Ｑと並列に電流
制限抵抗Ｒ１とアイソレータであるフォトカプラＰＣ２
により構成されるヒータ電圧検出手段が設けてある。ま
た駆動回路１４がある。

【００１３】主電源スイッチ３がオンされると、直流電
源５の出力が各負荷に供給され、エンジン制御部７が始
動し各部の初期設定を行なう。この中で、定着ヒータ１
３に加熱される定着ローラの温度を所定値（ここでは１
８０℃）とするために、開閉手段のパワーリレーＲＡ１
をオンして定着ヒータ通電装置８に電源を供給し、パワ
ー制御部９に定着オン指令を出力している。

【００１４】パワー制御部９では、定着ローラの温度を
所定値に保つために定着ヒータ１３に供給する負荷電流
をスイッチ素子Ｑで制御している。この制御には、ＡＣ
電源１から本画像形成装置への入力電流が、許容されて
いる定格電流以内（例えば１５Ａ（実効値））となるよ
うに、負荷電流（ここでは定着ヒータ１３の負荷電流）
を制御することも含んでいる。

【００１５】この実施形態では、主に定着ヒータ１３の
温度の応答性を向上するために、本装置に許容される入
力電流の範囲で最大の負荷電流を供給するようにしてい
る。この負荷電流は本装置内の他の負荷の状態（例え
ば、プリント中、プリント待機中など）により変動する
ため、本装置への入力電流を検出しその範囲内で前記の
定着ヒータ１３に供給する負荷電流の制御を行ってい
る。また、ＡＣ電源１は一般に正弦波であるが、本装置
への入力電流が電源電圧の波形と近似するように、ヒー
タ電圧検出手段でＡＣ電源１の瞬時値を検出し、その電
圧に対応した電流値となるように定電流制御を行なって
いる。

【００１６】図２はＡＣ電源１の波形と対応させて描い
たパワー制御部９による制御シーケンスである。図で、
電源電圧はＡＣ電源１から本装置への入力電圧波形であ
り、電圧は１００Ｖ（実効値）である。検出電圧は入力
電圧の検出手段での検出電圧の波形である。開閉手段で
あるパワーリレーＲＡ１がオンするとピーク電圧の検出
処理を開始する。さらに、エンジン制御部７から定着オ
ン指令が出ると入力電流の定電流制御を開始する。ピー
ク電圧検出は、前述の電源電圧によらず定格電流に制御
するために検出し、次に実行される定電流制御に反映し
ている。詳細は後述のフローで説明する。

【００１７】まず、ピーク電圧検出：ｎにて、全波整流
された検出電圧から、ＡＣ電源１の一周期内（ここでは
位相０から３６０度）の正負極性のピーク電圧Ｖｐ：１
ｐとＶｐ：１ｍをそれぞれ検出し、その平均値をその周
期のピーク電圧と確定する。これをもとに次の半周期
（ここでは位相３６０度から５４０度）で定電流制御：
ｎを実行し、一つの定電流制御が完了する。

【００１８】次に残りの半周期（ここでは位相５４０度
から７２０度）は、前回検出したピーク電圧の後の方の
データＶｐ：１ｍと、定電流制御：ｎの処理と併行して
検出したピーク電圧Ｖｐ：２Ｐの平均値を、前の一周期
（位相１８０度から５４０度）のピーク電圧として確定
し、定電流制御：ｎ＋１を実行する。以降、この繰り返
しで処理を行なっている。

【００１９】図３は、図２で説明した半周期内の定電流
制御波形を拡大したものである。目標入力電流は定格電
流を絶対値で表わしてある。ＡＣ電源の周波数は５０Ｈ
ｚである。定電流制御は５０μＳ（２０ＫＨｚ）の周期
で繰り返し実行している。この処理の中では、そのとき
の入力電圧に応じた入力電流の目標値を演算し、入力電
流がその目標値となるように、定着ヒータ１３に供給す
る負荷電流を駆動素子ＱでＰＷＭ制御（パルス幅変調制
御）している。尚、目標値は入力電圧もとに演算してる
が、入力電圧は前述のように変動する場合があるため、
前の一周期で検出したピーク電圧Ｖｐをもとに補正を行
ない（入力電圧の正規化）設定している。

【００２０】図４は、図３のＰＷＭ制御をさらに拡大し
たものである。ＰＷＭ制御は周期を固定してオン時間を
制御していて、オン時間の比率であるデューティーを０
から１００％まで可変するようにしている。図で、ＰＷ
Ｍ信号の波形が駆動回路１４介して、駆動素子Q に供給
される信号でそのオン時間に対応した時間幅の負荷電流
が、ヒータ電流IHとして流れている。また、それに対応
して本装置への入力電流Ｉｉｎが入力する。

【００２１】次に、一連の動作を図５から図７のフロー
に示す。これらはエンジン制御部７の内部でソフトウェ
アーにて処理されている。図５は本装置の入力電流制御
に関わる部分のメイン制御フローである。パワー制御部
９が起動すると、ピーク電圧検出の処理をスタートする
（Ｓ１）。次にエンジン制御部７で設定されるパワーリ
レーＲＡ１のオン信号が出ているか判断し（Ｓ２）、出
ていない場合は定着ヒータ駆動手段に供給している定着
ＰＷＭ信号をオフしている（Ｓ３）。

【００２２】パワーリレーＲＡ１のオンが設定されてい
る場合は、同じくエンジン制御部７で設定される定着ヒ
ータ１３のオン指令が出ているか判断し（Ｓ４）、オン
の場合はＡＣ電源１から本装置への入力電流の定電流制
御および定着ヒータ１３の温度制御をスタートする（Ｓ
５）。ピーク電圧検出およびその中で実行される定電流
制御の処理は、タイマー割込みで実行している（ここで
は５０μＳ毎に実行）。メイン制御では以上をループ処
理している。

【００２３】図６はピーク電圧検出の処理である。初め
に入力電圧検出手段での検出電圧を、パワー制御部９の
Ａ／Ｄ変換器１１で読込み、内部メモリに（今回）とし
て保存する（Ｓ１１）。次に、ＡＣ電源１から本装置へ
の入力電流の定電流制御および定着ヒータ１３の温度制
御を行う。定電流制御オンが設定されている場合は（Ｓ
１２でＹ）、定電流制御の処理を実行する（Ｓ１３）。

【００２４】次に前回の処理（ここでは５０μＳ前）で
検出され内部メモリに保存されている入力電圧である
（前回）との比較を行ない（Ｓ１４）、前回よりも大き
い場合は、（今回）をピーク電圧として内部メモリに
（ピーク）として保存する（Ｓ１５）。次にピーク電圧
として検出した（ピーク）が真のピーク電圧かどうか判
断するために、前回の検出値からの増加分の累積を演算
し（増加）として保存している（Ｓ１６）。その後、今
回検出した値（今回）を前回の値（前回）に保存し（Ｓ
１７）、この制御周期での処理を終了する。

【００２５】一方、今回検出した入力電圧が前回の周期
での検出値よりも小さい場合は、その差分である減少分
の累積を演算し、（減少）として保存している（Ｓ１
８）。その後、今回検出した値（今回）を前回の値（前
回）に保存する（Ｓ１９）。このあと、ピーク電圧の検
出値として保存されている（ピーク）が真のピークであ
るか判定するために、入力電圧が５０Ｖ以上増加および
１００Ｖ以上減少した期間内で検出されたものであるか
判断し（Ｓ２０、Ｓ２１）、これに適合しない場合は
（ピーク）は真のピーク電圧ではないと判断し、検出処
理を終了する。

【００２６】また、これに適合する場合は、真のピーク
電圧と確定し、ＡＣ電源１の半周期内でのピーク電圧を
検出している。次にＡＣ電源１の前の半周期で検出した
ピーク電圧である（Ｖｐ今回）を前回の半周期のデータ
として（Ｖｐ前回）に移動し（Ｓ２２）、今回検出した
ピーク電圧値（ピーク）を（Ｖｐ今回）に保存する（Ｓ
２３）。

【００２７】次にＡＣ電源１の一周期である正負極性の
ピーク電圧の平均値Ｖｐを演算する（Ｓ２４）。次に、
この平均値Ｖｐと、予め設定してある基準のピーク電圧
Ｖｐｓ（これはＡＣ電源の定格電圧時の値で、ここでは
１００Ｖｒｍｓなので１４１Ｖ＝１００Ｖｒｍｓ＊√
２）に対する比率Ｋを演算する（Ｓ２５）。これは各入
力電圧時に入力電流を定電流制御するための目標値を生
成するのに使用する。次に（増加）と（減少）をリセッ
トする（Ｓ２６、Ｓ２７）。

【００２８】図７は定電流制御の処理である。定着温度
が所定値以下（ここでは１８０℃）であるか判断し（Ｓ
３１）、越えている場合は定着ヒータ駆動手段に供給し
ている定着ＰＷＭ信号をオフしている（Ｓ３２）。所定
値以下の場合は本装置の定格電流の範囲で定着ヒータ１
３に通電する。そのために、検出した入力電圧を同じ位
相での定格電圧に変換し、その電圧における入力電流の
目標値であるＩｉｎ目標を演算している（ここでは定格
電圧１００Ｖ、定格電流１５Ａなので、その時の負荷抵
抗６．７Ωで演算）（Ｓ３３、Ｓ３４）。次に、入力電
流をＡ／Ｄ変換器１１から読込み、入力電流を保存し
（Ｓ３５）、定電流化のための定着ＰＷＭ信号の比例演
算を行ない（Ｓ３６）、演算結果を反映し（Ｓ３７）、
この処理を終了する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、画像形成装置にＡＣ電源から入力する電流
Ｉｉｎを検出する入力電流検出手段と、ＡＣ電源との接
続を開閉する開閉手段と、開閉手段の負荷側にフィルタ
を介して設けられ、定着ヒータに対して整流手段とスイ
ッチ素子を直列に接続した定着ヒータ駆動手段と、スイ
ッチ素子の両端の電圧を検出するヒータ電圧検出手段と
を備えたので、ＡＣ電源からの入力電流に応じて、画像
形成装置内の負荷電流を制御することができ、負荷を効
率よく動作させることが可能な定着ヒータ通電装置を提
供することができる。

【００３０】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の定着ヒータ通電装置において、スイッチ素子のスイ
ッチング周期を、ＡＣ電圧の周期の１／１２以下に設定
し、その周期内でのスイッチ素子の導通比率を定着ヒー
タの温度およびＡＣ電源から本画像形成装置への入力電
流に応じて制御するパワー制御手段を備えたので、ＡＣ
電源の一周期に渡って均一に電流を流すことができ、画
像形成装置に供給される電源を効率よく使うことが可能
な定着ヒータ通電装置を提供することができる。

【００３１】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の定着ヒータ通電装置において、スイッチ素子がオフ
であってヒータ電圧検出手段の検出電圧が所定以上時
に、スイッチ素子のスイッチングを開始するようにした
ので、検出電圧により定着ヒータの接続有無の検出およ
びＡＣ電源の電圧の検出ができ、さらにスイッチ素子の
動作状態の監視が行なえるので、安全で信頼性の高い定
着ヒータ通電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る定着ヒータ通電装置を
含む画像形成装置のブロック図である。

【図２】ＡＣ電源の波形と対応させたパワー制御部によ
る制御シーケンスを示す図である。

【図３】負荷電流ＰＷＭ制御タイミングを示す図であ
る。

【図４】スイッチングタイミングを示す図である。

【図５】メインフローチャートである。

【図６】ピーク電圧検出フローチャートである。

【図７】定電流制御フローチャートである。

【符号の説明】

１ ＡＣ電源 ３ 主電源スッチ（開閉手段） １３ 定着ヒータ Ｒ１ Ｉｉｎ検出抵抗 ＲＡ１ パワーリレー Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ Ｌ１、Ｌ２ コイル ＤＢ１、ＤＢ２ ダイオードブリッジ Ｑ スイッチ素子 Ｒ２ 電流制限抵抗 ＰＣ１、ＰＣ２ フォトカプラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像形成装置にＡＣ電源から入力する電
   流Ｉｉｎを検出する入力電流検出手段と、 ＡＣ電源との接続を開閉する開閉手段と、 開閉手段の負荷側にフィルタを介して設けられ、定着ヒ
   ータに対して整流手段とスイッチ素子を直列に接続した
   定着ヒータ駆動手段と、 スイッチ素子の両端の電圧を検出するヒータ電圧検出手
   段と、 を備えたことを特徴とする定着ヒータ通電装置。
2. 【請求項２】 前記スイッチ素子のスイッチング周期
   を、ＡＣ電圧の周期の１／１２以下に設定し、その周期
   内でのスイッチ素子の導通比率を定着ヒータの温度およ
   びＡＣ電源から本画像形成装置への入力電流に応じて制
   御するパワー制御手段を備えたことを特徴とする請求項
   １記載の定着ヒータ通電装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチ素子がオフであってヒータ
   電圧検出手段の検出電圧が所定以上時に、スイッチ素子
   のスイッチングを開始するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の定着ヒータ通電装置。