JP2004020666A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高調波を発生させることなく規定の最大電流内で可能な限り定着ヒータへ電力を供給できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】回路に、第一定着ヒータ駆動回路１４と第二定着ヒータ駆動回路１５を本体制御部１２からの信号で切換えるためのリレー１６（ＲＡ２）を設け、その切換えを動作モード、システム構成によって切換える。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結して並行動作を行えるコピー、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特願平９−２３２７０７号公報記載の画像形成装置は、定着器に複数のヒータを含ませ、個々のヒータについて電流スイッチング素子を用いて高調波でスイッチングし、ヒータに流す電流をＰＷＭ制御することにより全ヒータの発熱量を制御するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く、個々のヒータを高調波で電流スイッチングして制御すると、スイッチング素子等での電力のロス分が発生するので、従来のようにＡＣの電源を直接ＯＮ／ＯＦＦした方が電力的には効率が良い。
画像形成装置の定着ヒータは、タングステンのフィラメントをガラス管に不活性ガスとともに封入したハロゲンヒータが用いられており、それをトライアックなどの半導体素子でＡＣ電源の通電時間を制御することにより温度制御が行われている。
一般にＡＣ電源のゼロクロスポイントからある時間経過後トライアックをＯＮし、その後トライアックの特性から極性が反転するとＯＦＦとなりそのゼロクロスポイントからＯＮさせるまでの時間（位相角）を制御することにより温度制御を行う位相制御と、ＡＣ電源の半周期をＯＮ／ＯＦＦの最小単位とし半周期の途中ではヒータのＯＮ／ＯＦＦは行わないＯＮ／ＯＦＦ制御の２種類がある。
定着ヒータは低温時には内部抵抗の低下により電源投入時に大きな突入電流が流れることが知られており、上記位相制御方式では位相角を徐々に広げていくソフトスタートが可能となり大きな突入電流を防ぐことが可能であり、また位相角を細かく制御することにより精度の高い温度制御ができる可能性がある。但し、位相制御を行うとＡＣの入力電流が正弦波とはならないために高調波電流を含んだ入力電流波形となってしまう。
ＯＮ／ＯＦＦ制御においては、入力電流が流れる場合には入力電流波形が正弦波となるために高調波電流は少ないことが利点として挙げられる。但し、ＯＮ／ＯＦＦの最小単位がＡＣ電源の半周期のために電源電圧変動が問題となる。
これらの制御の問題を解決するために定着ヒータに接続されているＡＣ電源を高調波でＰＷＭ制御することにより入力電流は半周期の中を平均的に流れ、入力波形も正弦波に近い波形となり、高調波、電圧変動ともに解決できることが知られている。
【０００４】
図６は入力電圧波形と入力電流波形（電流が大きい場合）を表わす線図であり、図７は入力電圧波形と入力電流波形（電流が小さい場合）を表わす線図である。但し、高調波でスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするためにスイッチング素子等での電力のロス分が発生するのが欠点であった。
一方で、画像形成装置の高速化、高機能化が進みＤＣ電源の容量が増大してきている。よって機械の高速化により定着ヒータの必要電力量が増えているにもかかわらず、定着ヒータへの電力供給が不足する傾向にある。
従来、定着ヒータの電力容量は、画像形成装置のフルシステムにおける最大消費電力モードでの定着ヒータがフル点灯時に画像形成装置システム全体としての電力が規格値を超えないように決定されている。
本発明は、斯かる実情に鑑み、高調波を発生させることなく規定の最大電流内で可能な限り定着ヒータへ電力を供給できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、ＡＣ入力を整流しＡＣ入力周波数よりも高い周波数でスイッチングして定着ヒータへ給電するＡＣ供給手段と、ＡＣ入力を整流した電圧を直接ＯＮ／ＯＦＦすることにより定着ヒータへ給電するＤＣ供給手段と、前記ＡＣ供給手段及びＤＣ供給手段とを切換える切替え手段と、ＡＣ入力電流を検出する入力電流検出手段と、を備え、画像形成モード若しくは定着温度に基づいて前記切替え手段により前記ＡＣ供給手段若しくはＤＣ供給手段の何れか一方に切替えて前記定着ヒータを制御することを特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置の定着ヒータ電力容量は、非画像形成動作状態に装置の定格電力を超えない最大値である画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、定着リロード時にはＡＣ入力を直接ＯＮ／ＯＦＦすることにより定着ヒータへ給電する手段に切換える画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【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は本発明を実施する形態の一例における定着装置の構成を示す概要図であって、図中、１は定着装置であり、該定着装置１には主構成部品として定着ローラ２と加圧ローラ３があり、定着ローラ２内部に前述した定着ヒータ４（ＨＴ）が内蔵されており、定着温度検出用の温度検出用サーミスタ５（ＴＨ１）が定着ローラ２表面近傍に設けられている。
図２は本発明を実施する形態の一例における回路構成図であって、ＡＣ電源６はノイズフィルタ７（ＮＦ）、バリスタ８（ＢＡ）、アレスタ９（ＡＲ）などのフィルタ、保護部品を介して入力される。まず本体で使用される直流電源はダイオードブリッジ１０（ＤＢ１）後段の電源制御回路１１によって出力され、定着の温度制御を含む本体制御部１２、図示しない他の制御部、センサ、アクチュエータなどに供給される。
前記回路には、装置の異常時にヒータへの電源の供給を遮断するためのリレー１３（ＲＡ１）が設けられている。
【０００７】
第一定着ヒータ駆動回路１４は従来の定着ヒータ４の駆動回路であり、本体制御部１２はフォトカプラＰＣを介してトライアックＴＲをＯＮする。ＯＦＦについてはトライアックＴＲの特性により電圧の極性が反転したときにＯＦＦされる。第一定着ヒータ駆動回路１４は、図３に示すような回路構成となっている。
本体制御部１２は、定着ローラ２表面に設けられた温度検出用サーミスタ５（ＴＨ１）により温度を監視し、現在の定着ローラ２表面の温度が予め設定されている目標温度より低い場合には定着トリガ信号をアクティブにし、目標温度より高い場合には定着トリガ信号をノンアクティブとする。
電源制御回路１１には装置全体の電流を検出する電流検出回路により現在の電流値が入力され、本体制御部１２から電源制御回路１１への定着トリガ信号がアクティブとなっている場合のみ電源制御回路１１は第二定着ヒータ駆動回路１５へのスイッチング制御信号を駆動し、定着ヒータ４の電力を装置全体で定格電力以下になるように制御する。第二定着ヒータ駆動回路１５は、図４に示すような回路構成となっている。
前記回路には、第一定着ヒータ駆動回路１４と第二定着ヒータ駆動回路１５を本体制御部１２からの信号で切換えるためのリレー１６（ＲＡ２）を設け、その切換えを動作モード、システム構成によって切換えることにより定格電力内で常に最大限の電力を定着ヒータ４へ供給することが可能となる。
ここで、従来、定着ヒータ４の電力容量は画像形成装置のフルシステムで最大消費電力モードにおいて定着ヒータ４がフル点灯した場合にも画像形成装置システム全体としての電力が規格値を超えないように決定されている。一方で、定着リロード時間を短縮するために定着リロード専用のためのサブ定着ヒータを設け、定着リロード時のみ従来のメイン定着ヒータとサブヒータをＯＮさせて定着リロード時間を短縮させている場合がある。
画像形成時には電流計の値を元に規定の最大電流を超えないように定着ヒータ４への給電を制御するが、定着リロード時には画像形成時に比べてＤＣ出力による消費電力が少ない。定着ヒータ４に最大電力供給可能なのがこの状態である。これ以上定着ヒータ４の最大定格電力を大きくすると定着リロード時にもＯＮ／ＯＦＦ制御あるいはスイッチング制御を行う必要がある。その場合には前述した入力高調波電流、入力電圧変動が問題となる。
よって、本発明においては、メイン定着ヒータとサブ定着ヒータを加えた電力容量の定着ヒータ４、すなわち非画像形成動作状態に装置の定格電力を超えない最大容量の定着ヒータ４を有することにより、定着ヒータ４の最大電力時にはスイッチング不要な定着ヒータ駆動が可能となる。
【０００８】
前述した本発明の実施の形態における画像形成装置で、画像形成時は第二定着ヒータ駆動回路１５を、定着リロード時には第一定着ヒータ駆動回路１４に切換える。画像形成時には、本体制御部１２はリレー１６（ＲＡ２）で第二定着ヒータ駆動回路１５に切換え、電源制御回路１１に対して定着トリガ信号をアクティブにする。電源制御回路１１は、定着トリガ信号がアクティブになると電流検出をして装置全体の電流が定格電流を超えないように定着ヒータ４への供給電圧を制御する。
非画像形成時には、電源制御回路１１に対して定着トリガ信号をノンアクティブにする。電源制御回路１１は、定着ヒータ制御を停止する。本体制御部１２はリレー１６（ＲＡ２）で第一定着ヒータ駆動回路１４に切換える。第一定着ヒータ駆動回路１４はスイッチングロスなしに定着ヒータ４へ電力を供給できるために最大の高率を得ることが可能となる。
定着温度が目標に達した場合には本体制御部１２がリレー１６（ＲＡ２）を第二定着ヒータ駆動回路１５に切換え、電源制御回路１１に対して定着トリガ信号をアクティブにする。電源制御回路１１は、定着トリガ信号がアクティブになると電流検出をして装置全体の電流が定格電流を超えないように定着ヒータ４への供給電圧を制御する。
本発明により１本の定着ヒータ４で画像形成時には入力電流高調波、入力電圧変動を低減しながら可能な限り定着ヒータ４へ電力を供給できるとともに、定着リロード時には高効率で定着ヒータ４に電力を供給でき定着リロード時間を短縮可能となる。
上述した本発明を実施する形態の一例の制御フローチャートは、図５のステップＳ１〜Ｓ１１に示すようになる。
尚、本発明の画像形成装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０００９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の画像形成装置によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。請求項１記載の発明では、高調波を発生させることなく規定の最大電流内で可能な限り定着ヒータへ電力を供給できる効果がある。
請求項２記載の発明では、メイン定着ヒータとサブ定着ヒータを加えた電力容量の定着ヒータ、すなわち非画像形成動作状態に装置の定格電力を超えない最大容量の定着ヒータを有することにより、定着ヒータの最大電力時にはスイッチング制御不要な定着ヒータ駆動が可能となる効果がある。
請求項３記載の発明では、定着リロード時にはスイッチング回路から従来のトライアックによるＯＮ／ＯＦＦする回路に切換えることにより定着リロード時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例における定着装置の構成を示す概要図。
【図２】本発明を実施する形態の一例における回路構成図。
【図３】本発明を実施する形態の一例における第一定着ヒータ駆動回路の回路構成図。
【図４】本発明を実施する形態の一例における第二定着ヒータ駆動回路の回路構成図。
【図５】本発明を実施する形態の一例の制御フローチャート。
【図６】入力電圧波形と入力電流波形（電流が大きい場合）を表わす線図。
【図７】入力電圧波形と入力電流波形（電流が小さい場合）を表わす線図。
【符号の説明】
１　定着装置、２　定着ローラ、３　加圧ローラ、４　定着ヒータ、５　温度検出用サーミスタ、６　電源、７　ノイズフィルタ、８　バリスタ、９　アレスタ、１０　ダイオードブリッジ、１１　電源制御回路、１２　本体制御部、１３リレー、１４　第一定着ヒータ駆動回路、１５　第二定着ヒータ駆動回路、１６　リレー

Claims (3)

1. ＡＣ入力を整流しＡＣ入力周波数よりも高い周波数でスイッチングして定着ヒータへ給電するＡＣ供給手段と、ＡＣ入力を整流した電圧を直接ＯＮ／ＯＦＦすることにより定着ヒータへ給電するＤＣ供給手段と、前記ＡＣ供給手段及びＤＣ供給手段とを切換える切替え手段と、ＡＣ入力電流を検出する入力電流検出手段と、を備え、
   画像形成モード若しくは定着温度に基づいて前記切替え手段により前記ＡＣ供給手段若しくはＤＣ供給手段の何れか一方に切替えて前記定着ヒータを制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置の定着ヒータ電力容量は、非画像形成動作状態に装置の定格電力を超えない最大値であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、定着リロード時にはＡＣ入力を直接ＯＮ／ＯＦＦすることにより定着ヒータへ給電する手段に切換えることを特徴とする画像形成装置。

Images