JP2005234093A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発生頻度が断続的な入力電圧異常状態が発生しても、その度に温調エラーを出す事が無く、画像形成装置全体の生産性を低下させないことが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 ゼロクロス信号がある一定時間以上正常に出力されていないと判定したら、交流電圧に異常な波形が入力されたと判断し、位相制御とゼロクロス制御の制御方式から、擬似ゼロクロス制御方式へ変更し、その後ゼロクロス信号が正常に戻ったと判断したら、元の位相制御とゼロクロス制御の制御方式に戻すことを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に装着されるヒータ、特に定着ヒータの制御回路及び、その制御方法に関し、また当該制御回路を備える画像形成装置に関するものである。

トナーを紙に定着させる為に定着ヒータを使用して熱を加える画像形成装置は一般的であり、定着ヒータを商用の交流でドライブする為にオン、オフ制御用にトライアックを使用する方法も一般的な方法として知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

図６に従来の定着制御の一例を説明する為のブロック図を示す。

交流電源１０１からの交流電圧はスイッチ手段１０２（例えばトライアック）を通ってヒータ１０３（例えば、画像形成装置の定着ヒータ）に供給される。ゼロクロス点検出とは、交流電源１０１の電圧がゼロボルトを通過するタイミングを検出する事である。

トライアックを使用した場合、その特性上一旦ゲートにオン信号をいれてやればトライアックのＴ１、Ｔ２端子間の電圧が所定の値以下に落ち込むまでオンし続けるので、トライアックをオンにしたいタイミングでゲートにトリガパルスを印加してもよいし、直流の電圧をかけ続けてもよい。

その際に、いい加減なタイミングでトライアックをオンすると、商用交流電圧の位相角が９０度や２７０度のタイミングでオンした場合、過大な突入電流が流れ、トライアックなどのヒータ駆動回路にダメージを与えてしまう。この為、ゼロクロスに近い点でヒータをオンする方法が一般的である。

更に、定着ヒータ近傍に設けられた温度検知手段により、トナーが定着する為の最適温度となるようトライアックをオン、オフ制御して温度制御を行う。

その他、商用交流の断続的なオン／オフによって生じるフリッカー（室内照明のちらつき現象）が発生してしまうことから、その対策として特にヒータが冷えた状態からの立ち上げ時に流れる大きな突入電流を低減する為に、トライアックのオンタイミングの位相を制御して徐々に立ち上げるなどの工夫も行われている。

また、この位相制御を立ち上げ時だけでなく、通常制御時にも行うことでヒータの温度制御をきめ細かに行う場合もある。

これらのトライアックオン、オフタイミングを制御する為に前述のゼロクロスタイミングの検出が必要である。

図２に一般的な定着ヒータ制御における各部の波形の一例を示す。

（ａ）は商用交流波形、（ｂ）はゼロクロス信号、（ｃ）は温調信号、（ｄ）は位相制御信号、（ｅ）はドライブ信号、（ｆ）はヒータ両端電圧である。

位相制御信号（ｄ）が出力されず、温調信号（ｃ）が出力されている期間では、ゼロクロス信号（ｂ）と同期してトライアックオン信号が出力され、ヒータはオンとなる。

位相制御信号（ｄ）が出力されず、温調信号（ｃ）も出力されていない期間では、トライアックオン信号は出力されず、ヒータは完全にオフとなる。

上記ヒータオンとヒータオフの時間比率を調整する事によって、ヒータの温度制御を行っている。

次に、位相制御信号（ｄ）が出力されている場合を説明する。ゼロクロス信号（ｂ）を元にカウントを行い、規定時間後にトライアックオン信号を出力することで、ヒータへの電力供給を細かく制御できる。特に、電源投入時は、ヒータ自体のインピーダンスが低くなっており、ヒータに突入電流が流れる為、これを１００％点灯のオン、オフで制御しようとすると電流変化量が大きいことからフリッカーが発生してしまう。この現象を抑える為にヒータオンの導通角を徐々に増やしてゆく方法が一般的である。又、ＡＣ波形周期ごとのオン、オフ（端数制御）と比較して、よりきめ細かな電力制御が可能であることから、この制御を通常動作時にも使用している。

以上をまとめると、ヒータ両端にかかる電圧は、（ｆ）の様になる。
特開平６−１２１５２３号公報 特開平１０−３３３７５５号公報

しかしながら、世界各地における電源事情は優良なものから劣悪なものまで様々であり、例えば大きな工場の敷地内で電源ラインを共有している場合などには、大電力を消費する大型の機械が動作し始めた瞬間や、大量のノイズを出すような機器が動作している場合に商用交流波形が歪んだり、波形にノイズが乗るという現象が発生したりしており、このような波形が画像形成装置に入力された場合には、トライアックが目標とするタイミングにオンできず、定着温度が十分に上昇しない為に装置にエラーが発生するといった問題が生じる。

図７は、従来例にて入力電圧が異常な場合の各波形である。

商用交流波形（ａ）にてゼロクロス付近でスパイク状の異常電圧が重畳している。この為に、ゼロクロス信号（ｂ）やドライブ信号（ｅ）にて、本来発生すべきゼロクロス信号やドライブ信号が生成されない。

画像形成装置本体の制御からこの状態を見てみると、定着ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御手段は温度を上げようとしてトライアックにオン信号を送るべき筈のところが、実際にはトライアックはオンできず、ヒータ温度が上がって来ない事から装置は異常が起こっているとみなして、場合によってはエラーを出して動作を停止させてしまう。具体的には、ヒータ両端電圧（ｆ）が不足する状態となり、結果的に温度が所望の値を維持できない温調エラーとなる。

例えばスパイク状の異常電圧重畳のような異常な入力電圧が、図７（ａ）の様に断続的ではなく、ずっと連続して入力される場合は、画像形成装置本体は温調エラーを出すべきであるが、その異常状態の発生頻度が図７（ａ）の様に断続的である場合は、その度に温調エラーとして画像形成装置が停止してしまうと、画像形成装置全体の生産性が低下してしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、発生頻度が断続的な入力電圧異常状態が発生しても、その度に温調エラーを出す事が無く、画像形成装置全体の生産性を低下させない事が可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明は、下記の技術的構成により前記目的を達成できたものである。

（１）交流電源とヒータに直列に接続され、オン／オフによって該ヒータの温度制御を行うスイッチ手段と、該交流電源の波形のゼロクロス点を検出しゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成部と、該ヒータの温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段にて検知された情報に基づいてヒータの温度制御を行う為の温調信号発生部と、該ヒータ制御において位相制御を行う為の位相制御信号発生部と、該ゼロクロス信号生成部と該位相制御信号発生部と該温調信号発生部との情報に基づいて該スイッチ手段をドライブする信号を発生するドライブ信号発生部と、該ゼロクロス信号生成部で発生した信号がある一定時間の間正常に出力されているかいないかを判定し、いない場合は切り替え信号を生成する、ゼロクロス信号判定部兼切り替え信号生成部と、該交流電源の波形から擬似ゼロクロス信号を生成する擬似ゼロクロス信号生成部と、該切り替え信号に従って、該スイッチ手段に入力する信号を該ドライブ信号から該擬似ゼロクロス信号へ切り替えるスイッチを有する、擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替え回路とを有することを特徴とする画像形成装置。

（２）該スイッチ手段はトライアックであることを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（３）該ヒータは定着ヒータであることを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（４）該擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替えを、ユーザが外部から選択出来ることを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

（５）該擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替えを、温調エラーが発生する頻度、時間帯、設置場所等のその画像形成装置固有の情報に応じて切り替えることを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

本発明によれば、ゼロクロス信号がある一定時間以上正常に出力されていないと判定したら、交流電圧に異常な波形が入力されたと判断し、位相制御とゼロクロス制御の制御方式から、擬似ゼロクロス制御方式へ変更し、その後ゼロクロス信号が正常に戻ったと判断したら、元の位相制御とゼロクロス制御の制御方式に戻す制御方法によって、発生頻度が断続的な入力電圧異常状態が発生しても、その度に温調エラーを出す事が無く、画像形成装置全体の生産性を低下させない事が可能な画像形成装置を提供することができる。

以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明第一実施例の形態について、図１から３を用いて説明する。

図１は、本発明第一実施例の形態に係る画像形成装置の定着ヒータ制御部を示すブロック図、図２は入力電圧が正常時の定着ヒータ制御各部波形、図３は入力電圧が異常時の定着ヒータ制御各部波形である。本実施例ではトライアックのオンタイミングをゼロクロスタイミングからの時間で制御する位相制御と、単純にゼロクロスタイミングと同期してトライアックにオン信号を出す単純オン、オフ制御の両方の制御を使用している。

まず図１を説明する。

定着ヒータ１０３近傍に取り付けられた温度検知手段１０４からの温度情報を基に、温調信号発生部１１１は定着ヒータをオンさせるべきなのかオフさせるべきなのかという判断を行い、ドライブ信号発生部１０８に出力する。位相制御信号発生部１１０は、温調信号発生部１１１の立ち上がりと同期して立ち上がり、温調信号が出力されている期間の内、始めの所定時間のみ位相制御を行うための信号をドライブ信号発生部１０８に出力する。

一方、交流電源１０１の両端電圧が入力されるゼロクロス信号生成部１０５からは、ゼロクロスのタイミングがドライブ信号発生部１０８に入力される。

ドライブ信号発生部１０８は、上記の入力信号を基に、ドライブ信号２０２を生成する。ドライブ信号２０２は、擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替え回路１０７に入力される。通常入力電圧が正常時には、そのドライブ信号がそのままスイッチ手段１０２に入力され、それに従ってヒータ１０３がオン／オフ制御される。

ドライブ信号発生部１０８の内部には、位相制御時に、ゼロクロスからヒータオンまでの時間を決定するタイマー回路や、位相制御とゼロクロス制御とを切り替える切り替え回路などを有する。ここではその詳細は省略する。

１０９はゼロクロス信号判定部兼切り替え信号生成部で、ゼロクロス信号生成部１０５からの信号が一定期間以上欠落した場合は異常と判断し、切り替え信号２０１を経由して、擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替え回路１０７内部のＳＷをＡからＢへ切り替える。

１０６は擬似ゼロクロス信号生成部で、例えば単純な抵抗分割回路で形成される。この擬似ゼロクロス信号生成部１０６で生成される信号によって、入力電圧が異常時に、ゼロクロス制御に近い擬似的な制御を行う。

例えば、ゼロクロス付近にスパイク状の異常電圧が重畳された場合、ゼロクロス制御の様にゼロクロスポイントでオンさせることは出来ないものの、それに近いタイミングでオンさせることは可能である。

ゼロクロス信号生成部１０５で生成される信号は、一旦二次側に伝達されるので、入力電圧に異常が発生すると、ゼロクロス信号に例えば欠落などの異常が発生しやすい。

それに対して、擬似ゼロクロス信号生成部１０６は一次側に配置され、同じく一次側に配置されるスイッチ手段１０２をドライブするので、入力電圧異常時のゼロクロス信号異常が発生しにくい。

図中に一次と二次の境界線を示した。

次に図２を説明する。

（ａ）から（ｆ）は従来例で説明した信号と同じ名称である。

（ａ）は商用交流波形、（ｂ）はゼロクロス信号、（ｃ）は温調信号、（ｄ）は位相制御信号、（ｅ）はドライブ信号、（ｆ）はヒータ両端電圧である。

図中一番下の期間２３、２１、２２の順番に従って波形と共に説明する。

期間２３（温調信号ＯＦＦ）
この期間では定着ヒータを暖める必要が無い為に温調信号発生部１１１の出力がＯＦＦしている。従って、トライアックのゲートトリガ信号はその他の信号の状態に関わらず出力されず、ヒータは点灯しない。

期間２１（温調信号ＯＮ、位相制御ＯＮ）
この期間では定着ヒータを暖める為に温調信号発生部１１１の出力がＯＮしており、且つ位相制御信号発生部１１０からの出力信号もＯＮされている。

温調信号発生部１１１がＯＮ信号を出力した時点でトライアックゲートトリガ信号は出力できる状態となるが、前述した通り、やみくもなタイミングでのトライアックＯＮは素子や回路のダメージを与える可能性があるので、ここでは温調信号発生部１１１がＯＮ信号を出力した後、次に入力されるゼロクロス信号（ｂ）を受けて出力タイミングを決定している。この期間では位相制御信号発生部１１０の出力がＯＮ状態なので、ゼロクロスから所定の時間をカウントしてターゲットの位相角でトリガ信号を出力する。

期間２２（温調信号ＯＮ、位相制御ＯＦＦ）
この期間では温調信号発生部１１１の出力がＯＮであるが位相制御信号発生部１１０の出力はＯＦＦされている。最初に検出されるゼロクロス信号に同期してトリガ信号が出力される。

次に図３を説明する。

（ｇ）は擬似ゼロクロス信号である。図中一番下の期間３３、３１、３２の順番に従って波形と共に説明する。

期間３３（温調信号ＯＦＦ）
この期間では定着ヒータを暖める必要が無い為に温調信号発生部１１１の出力がＯＦＦしている。従って、トライアックのゲートトリガ信号はその他の信号の状態に関わらず出力されず、ヒータは点灯しない。

期間３１（温調信号ＯＮ、位相制御ＯＮ）
この期間では定着ヒータを暖める為に温調信号発生部１１１の出力がＯＮしており、且つ位相制御信号発生部１１０からの出力信号も始めはＯＮされている。

しかし（ａ）に示したような異常電圧、例えばゼロクロス付近にスパイク状の異常電圧が重畳された場合、（ｂ）に示したように、ゼロクロス信号が欠落する。ある一定期間以上欠落した場合は、図１でも説明したように、異常と判断し、位相制御は中止する。

期間３２（温調信号ＯＮ、位相制御ＯＦＦ）
そして擬似ゼロクロス信号（ｇ）での制御に切り替える。

擬似ゼロクロス信号での制御では、ゼロクロスポイントでオンさせることは出来ないものの、それに近いタイミングでオンさせることは可能である。

又、ゼロクロス信号（ｂ）が正常に復帰したら、本来の制御に戻る。

次に、本発明第二実施例の形態について、図４を用いて説明する。

本発明第一実施例との差のみ説明する。

ここでは、位相制御とゼロクロス制御の制御方式と、擬似ゼロクロス制御方式との切り替えを、例えばユーザやサービスマンがユーザ指定部３０１を介して行う。

例えば、電源事情が良くない時間帯、画像形成装置設置場所等に応じて、予め制御方式を指定する事が出来る。

これによって、画像形成装置全体の生産性の低下を更に抑える事が可能である。

次に、本発明第三実施例の形態について、図５を用いて説明する。

本発明第一実施例との差のみ説明する。

ここでは、位相制御とゼロクロス制御との制御方式と、擬似ゼロクロス制御方式との切り替えを、例えば画像形成装置のコントローラに含まれる温調エラー判断部４０１を介して行う。

温調エラー判断部４０１は、温調エラーが発生する時間帯、画像形成装置設置場所等を記憶し、その情報に基づいて電源事情が良くない時間帯、画像形成装置設置場所等を推定し、それに従って予め制御方式を指定する事が出来る。

これによって、画像形成装置全体の生産性の低下を更に抑える事が可能である。

本発明の第一実施例を示したブロック図 本発明及び従来例の入力電圧正常時の各波形を示した図 本発明の入力電圧異常時の各波形を示した図 本発明の第二実施例を示したブロック図 本発明の第三実施例を示したブロック図 従来例を示したブロック図 従来例の入力電圧異常時の各波形を示した図

符号の説明

１０１ 交流電源
１０２ スイッチ手段
１０３ 定着ヒータ
１０４ 温度検知手段
１０５ ゼロクロス信号生成部
１０６ 擬似ゼロクロス信号生成部
１０７ 擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替え回路
１０８ ドライブ信号発生部
１０９ ゼロクロス信号判定部兼切り替え信号生成部
１１０ 位相制御信号発生部
１１１ 温調信号発生部
２０１ 切り替え信号
２０２ ドライブ信号

Claims (5)

1. 交流電源とヒータに直列に接続され、オン／オフによって該ヒータの温度制御を行うスイッチ手段と、
   該交流電源の波形のゼロクロス点を検出しゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成部と、
   該ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
   該温度検知手段にて検知された情報に基づいてヒータの温度制御を行う為の温調信号発生部と、
   該ヒータ制御において位相制御を行う為の位相制御信号発生部と、
   該ゼロクロス信号生成部と該位相制御信号発生部と該温調信号発生部との情報に基づいて該スイッチ手段をドライブする信号を発生するドライブ信号発生部と、
   該ゼロクロス信号生成部で発生した信号がある一定時間の間正常に出力されているかいないかを判定し、いない場合は切り替え信号を生成する、ゼロクロス信号判定部兼切り替え信号生成部と、
   該交流電源の波形から擬似ゼロクロス信号を生成する擬似ゼロクロス信号生成部と、
   該切り替え信号に従って、該スイッチ手段に入力する信号を該ドライブ信号から該擬似ゼロクロス信号へ切り替えるスイッチを有する、擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替え回路とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 該スイッチ手段はトライアックであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 該ヒータは定着ヒータであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 該擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替えを、ユーザが外部から選択出来ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 該擬似ゼロクロス制御／位相制御ゼロクロス制御切り替えを、温調エラーが発生する頻度、時間帯、設置場所等のその画像形成装置固有の情報に応じて切り替えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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