JP2005056597A - ヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置において、電源事情の悪い地域においてゼロクロスがリンギングを起こしても位相制御の有無に関わりなくヒータの点灯を可能とすることを目的とする。
【解決手段】ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータ６を有する装置において、ＡＣ電源ラインのゼロクロスを検出する手段１と、ヒータ６を点灯するタイミング信号を出力する手段２と、ヒータ点灯タイミング信号に応じて出力されるヒータ点灯信号をゼロクロスに対して位相制御のオンオフを可能とする位相制御手段３と、ヒータ点灯信号によってヒータを駆動する手段４を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置におけるヒータ制御装置に関する。
【０００２】
より具体的には、例えば、加熱定着装置を備える複写機・プリンタ等の画像形成装置において、加熱定着装置の定着ヒータのオンオフ制御に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、オフィスなどに設置されている複写装置等に対して、定着ヒータのようにワッテイジ負荷の大きいものを駆動する際に、定着ヒータの点灯タイミングに応じて電力変動が発生し、それに起因して同じ電源ラインであるオフィスの蛍光灯などのチラツキ（人間が不快と感じる周波数での電力変動をフリッカという）が問題となっていた。
【０００４】
特に複写装置のスタンバイ時においては定着ヒータを点灯する間隔があくため定着ヒータが冷えやすく、定着ヒータを再点灯する際に突入電流（電力）が大きくなり、結果としてフリッカに悪影響を与えていた。
【０００５】
この問題に対しては、定着ヒータの突入電流を抑えるべく、図１５に示すようにＡＣラインのゼロクロスを検知し、ゼロクロスに合わせて定着ヒータの点灯タイミングを制御（位相制御）することで、定着ヒータ再点灯時に定着ヒータを少ない電力で予熱し、点灯における突入電流を抑えていた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】
特開２００３−０６８４２６号公報
【特許文献２】
特開２００３−１１１３８３号公報
【特許文献３】
特開２００３−２０９９６７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には電源事情が悪い地域においては、ゼロクロス付近でＡＣ波形がリンギングを起こすと、図１６に示すように位相制御をオフした状態では、本来定着ヒータを点灯したいＡＣ波形の領域でヒータ点灯信号がなく、結果として定着ヒータを点灯できなくなる問題が発生している。
【０００７】
本発明は上記に鑑みて提案されたもので、商用ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置において、電源事情の悪い地域においてゼロクロスがリンギングを起こしても位相制御の有無に関わりなくヒータの点灯を可能とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上のような課題を解決するための手段の一つとして、商用ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置において、ＡＣ電源ラインのゼロクロスを検出する手段と、ヒータを点灯するタイミング信号を出力する手段と、ヒータ点灯タイミング信号とゼロクロス信号により生成されるヒータ点灯信号と、ヒータ点灯信号をゼロクロスに対して位相制御のオンオフを可能とする位相制御手段と、ヒータ点灯信号によってヒータを駆動する手段を備え、あるいはゼロクロスを検出する手段と、ヒータ点灯パルス信号をゼロクロスに対して位相制御のオンオフを可能とする位相制御手段と、位相制御手段の導通角に応じてヒータ点灯パルス信号のパルス幅を変更する手段と、ヒータ点灯パルス信号によってヒータを駆動する手段を備え、且つヒータ点灯信号またはヒータ点灯パルス信号をゼロクロス信号によりオフする信号とすることで、電源事情の悪い地域においてゼロクロスがリンギングを起こしても位相制御の有無に関わりなくヒータの点灯を可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（１）画像形成装置例
図１は本実施の形態における画像形成装置例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。
【００１０】
１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００１１】
１０２は帯電手段としての帯電ローラであり、回転する感光ドラム１０１の外周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する。
【００１２】
１０３はレーザースキャナであり、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザ光を出力して、回転する感光ドラム１０１の一様帯電処理面を走査露光Ｌする。これにより感光ドラム面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００１３】
１０４は現像装置であり、感光ドラム面の静電潜像をトナー画像として反転現像または正規現像する。
【００１４】
１０５は転写手段としての転写ローラであり、感光ドラム１０１に対して所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｔを形成している。この転写ニップ部Ｔに不図示の給紙機構部から記録材Ｐが所定の制御タイミングにて給送されて転写ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。また転写ローラ１０５には所定の制御タイミングで所定の転写バイアスが印加される。これにより、転写ニップ部Ｔを挟持搬送される記録材Ｐの面に感光ドラム１０１面側のトナー画像が順次に静電転写される。
【００１５】
転写ニップ部Ｔを出た記録材Ｐは感光ドラム１０１面から分離されて画像加熱定着装置１００に導入される。画像加熱定着装置１００は導入された記録材Ｐ上の未定着トナー画像を永久固着画像として加熱定着し、該記録材Ｐを排出搬送する。
【００１６】
１０６は感光ドラムクリーニング器であり、記録材分離後の感光ドラム上の転写残トナーを除去する。転写残トナーが除去されて清浄面化された感光ドラム面は繰り返して作像に供される。
【００１７】
（２）定着装置１００
図２は定着装置１００の拡大模型図である。本例の定着装置１００は熱ローラ方式の加熱装置である。
【００１８】
６は熱ローラとしての定着ローラ、１２は弾性加圧ローラであり、該両ローラ６・１２を上下並行に配列して弾性加圧ローラ１２の弾性に抗して所定の押圧力で互いに圧接させて所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００１９】
定着ローラ６は、例えば、アルミニウム・鉄等の中空金属ローラを基体とし、その外周面に離形性層、あるいは弾性層と離形性層を設けたものである。定着ローラ６の中空金属ローラ内にはハロゲンランプ等の定着ヒータ（熱源）５を内蔵させてある。
【００２０】
加圧ローラ１２は、金属芯金に弾性層、或いは弾性層と離形性層を設けたものである。
【００２１】
定着ローラ６と加圧ローラ１２は矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。定着ローラ６は定着ヒータ５に対する通電による該定着ヒータ５の発熱で内部加熱されて昇温する。この定着ヒータ５の表面温度がサーミスタ等の温度センサ７によって検知され、その検知温度情報がヒータ制御装置に入力する。ヒータ制御装置は温度センサ７で検知される定着ローラ表面温度が所定の一定温度（定着温度）に維持されるように定着ヒータ５に対する通電をオンオフ制御して定着ローラ６の表面温度を温調制御する。
【００２２】
定着ローラ６と弾性加圧ローラ１２が回転駆動され、また定着ヒータ５に対する通電により定着ローラ６が加熱されて昇温し、その表面温度が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部Ｎに被加熱材としての、未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく過程において未定着トナー画像ｔが定着ローラ６の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力で記録材Ｐ面に永久固着画像として加熱加圧定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは定着ローラ６の面から分離されて排出搬送される。
【００２３】
（３）ヒータ制御装置
図３はヒータ制御装置のブロック回路図である。
【００２４】
定着ヒータ５を含む定着ローラ６の表面温度を温度センサ７で検知する。この検知結果に応じてＣＰＵ２はヒータ点灯タイミング信号を位相制御回路３に出力する。
【００２５】
ここで、本例においては、温度センサ７は定着ローラ６の表面を傷つけないように非接触式としている（定着ローラ６の汚れ防止や寿命がながくなるメリットがある）。非接触式で温度を検知する上で、安全性を高めるためには温度センサ７の出力信号から温度を検知しているＣＰＵ２が正常に動作していることを保証する必要がある。そこでＣＰＵ２が正常に動作していることを監視するために、ＣＰＵ監視回路８を設けている。
【００２６】
具体的には、ヒータ点灯信号を出力するために、特定のアドレスに特定のキーワードを一定期間内に２回書き込むことでＣＰＵ２が正常であることを監視している（図７〜図１１）。
【００２７】
さらにヒータ点灯タイミング信号はＤＣレベル点灯ではなく、ＣＰＵ２が一定期間内に正しくＯＮ／ＯＦＦ制御をしていることを表すためにパルス信号として出力する。
【００２８】
また位相制御回路３は、ＡＣが入力されているゼロクロス検知回路１からゼロクロス信号も受信する。ゼロクロス検知回路１にはＡＣがゼロクロス付近でリンギングを起こしてもゼロクロスを出力できるようにフィルタ回路を含んでいる（図１２）。位相制御回路３はゼロクロス信号とヒータ点灯タイミング信号を基に、導通角情報αが記憶されている導通角設定９に従って位相制御を行ない、出力信号に応じてヒータ点灯信号のパルス幅を可変し、ヒータ駆動回路４へ出力する。ヒータ駆動回路４はヒータ点灯信号に応じてＡＣを定着ヒータ５へ印加することによって定着ローラ６を暖めている。
【００２９】
次に位相制御回路３の動作を説明する。図４は位相制御をオン、図５は位相制御をオフしたときのチャートである。位相制御をオンしている場合は、図４に示す通り導通角α分をゼロクロスから遅らせて定着ヒータ５を点灯するように制御している。これによりスタンバイ中の定着ヒータ５を再点灯する際の突入電流を抑えている。位相制御をオフしている場合は、図５に示す通りゼロクロスに同期して定着ヒータ５を点灯するように制御している。
【００３０】
また図４及び図５からもわかるようにヒータ点灯信号は、ヒータ点灯タイミング信号の立ちあがりエッジでＯＮとなり、次のゼロクロス信号の立ちあがりエッジでＯＦＦとなるように生成することで、位相制御のオンオフでヒータ点灯信号のパルス幅を可変している。また導通角αを変更しても、それに応じてヒータ点灯タイミング信号とゼロクロス信号間（幅）が変わるためヒータ点灯信号のパルス幅を可変している。
【００３１】
図６では実際に本発明が解決を目的とする電源事情が悪い（ＡＣ波形がリンギングしている）場合について説明する。まずゼロクロス検知回路１において、図１２に示す通りＡＣ波形がゼロクロス付近でリンギングを発生すると、実際には高い周波数でのゼロクロス（短時間での連続パルス）はフィルタされて、位相制御回路３には１パルスとして入力されるようにフィルタ回路を組んでいる。またヒータ点灯信号は、ヒータ点灯タイミング信号の立ちあがりエッジでＯＮとなり、次のゼロクロス信号の立ちあがりエッジでＯＦＦとすることで、実際に点灯したいＡＣ領域でも点灯信号が発生し（β部）、ヒータ駆動回路４は定着ヒータ５を点灯することが可能となる。
【００３２】
また本実施例では温度センサ７に非接触式を採用することで、ＣＰＵ監視回路８を用いているが、これが従来のように接触式センサで且つＣＰＵ監視回路を設けなくても、位相制御のオンオフに応じてヒータ点灯信号のパルス幅を可変し、且つヒータ点灯信号をゼロクロス信号によりＯＦＦされる信号とすることで、同様の効果が得られることを付け加えておく。
【００３３】
さらに本実施例ではヒータ点灯信号をヒータ点灯タイミング信号とゼロクロス信号により生成される信号としているが、図１３及び図１４に示すように、位相制御の導通角αに応じてオンされ、且つゼロクロス信号でオフされるヒータ点灯パルス信号を用いても同じ効果を得られることを付け加えておく。
【００３４】
（４）その他
１）上記の実施の形態例では熱ローラ方式の画像加熱定着装置を、ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置として例示したが、本発明のヒータ制御装置は例示の熱ローラ方式の画像加熱定着装置に限られるものははないことはもちろんである。例えば、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙当の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置などにおけるヒータ制御装置として有効である。
【００３５】
２）熱源としてのヒータはハロゲンランプに限られず、ニクロム線ヒータ、セラミックスヒータ等であってもよい。
【００３６】
以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、商用ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置において、電源事情の悪い地域においてＡＣ波形がゼロクロス付近でリンギングを起こしても、位相制御の有無に関わりなくヒータの点灯を可能とし、ヒータが点灯できないことによるエラーを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における画像形成装置例の概略図
【図２】画像加熱定着装置の概略図
【図３】ヒータ制御装置のブロック回路図
【図４】位相制御回路の動作フローチャート（位相制御をオンしたとき）
【図５】位相制御回路の動作フローチャート（位相制御をオフしたとき）
【図６】本発明の課題の解決を表す図
【図７】ＣＰＵ監視回路を表す図（その１）
【図８】ＣＰＵ監視回路を表す図（その２）
【図９】ＣＰＵ監視回路を表す図（その３）
【図１０】ＣＰＵ監視回路を表す図（その４）
【図１１】ＣＰＵ監視によるヒータ制御を表す図
【図１２】ゼロクロス信号を表す図
【図１３】ヒータ制御装置の他の構成を表す図（その１）
【図１４】ヒータ制御装置の他の構成を表す図（その２）
【図１５】従来のヒータ制御を表す図
【図１６】従来のヒータ制御による課題を表す図
【符号の説明】
１：ゼロクロス検知回路、２：ＣＰＵ（ヒータ点灯及び温度検知を含む）、３：位相制御回路、４：ヒータ駆動回路、５：定着ヒータ、６：定着ローラ、７：温度センサ、８：ＣＰＵ監視回路、９：導通角設定、１０：ＣＰＵ部（ＡＳＩＣ等）
１１：ヒータ駆動部

Claims (6)

1. ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置において、ＡＣ電源ラインのゼロクロスを検出する手段と、ヒータを点灯するタイミング信号を出力する手段と、ヒータ点灯タイミング信号に応じて出力されるヒータ点灯信号をゼロクロスに対して位相制御のオンオフを可能とする位相制御手段と、ヒータ点灯信号によってヒータを駆動する手段を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
2. 請求項１において、ヒータ点灯信号はヒータ点灯タイミング信号とゼロクロス信号により生成される信号とすることを特徴とするヒータ制御装置。
3. 請求項１において、ヒータ点灯信号はゼロクロス信号によりオフされる信号とすることを特徴とするヒータ制御装置。
4. 請求項１において、位相制御手段の導通角に応じてヒータ点灯信号のパルス幅を変更することを特徴とするヒータ制御装置。
5. ＡＣ電源ラインから給電して点灯させるヒータを有する装置において、ＡＣ電源ラインのゼロクロスを検出する手段と、ヒータ点灯パルス信号をゼロクロスに対して位相制御のオンオフを可能とする位相制御手段と、位相制御手段の導通角に応じてヒータ点灯パルス信号のパルス幅を変更する手段と、ヒータ点灯パルス信号によってヒータを駆動する手段を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
6. 請求項５において、ヒータ点灯パルス信号はゼロクロス信号によりオフされる信号とすることを特徴とするヒータ制御装置。

Images