JP2008010319A - Heater device and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒータと、AC入力と前記ヒータとの間に設けられて前記AC入力より前記ヒータに電力を供給させる状態と供給を停止させる状態とに切り替わるスイッチング素子とを備えるヒータ装置に関し、また、定着装置として構成されたかかるヒータ装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a heater device comprising a heater and a switching element that is provided between an AC input and the heater and switches between a state in which power is supplied to the heater from the AC input and a state in which supply is stopped. The present invention relates to an image forming apparatus including such a heater device configured as a fixing device.
従来より、印刷装置、複写機、ファックス、複合機等の画像形成装置が用いられている。かかる画像形成装置においては、記録紙の上に形成されたトナー像に定着処理を施す定着装置が設けられ、この定着装置は、トナー像にヒータから熱を与えることにより、定着処理を行う。 2. Description of the Related Art Conventionally, image forming apparatuses such as a printing apparatus, a copier, a fax machine, and a multifunction machine are used. In such an image forming apparatus, a fixing device that performs a fixing process on a toner image formed on a recording sheet is provided, and the fixing apparatus performs a fixing process by applying heat to the toner image from a heater.
かかるヒータの駆動制御には、ヒータへの電力供給を制御するスイッチング素子(たとえばトライアック)が用いられ、このスイッチング素子により、AC入力よりヒータへの電力供給は供給状態と供給停止状態に切り替えられる。これにより、ヒータで発生する熱量を変化させることができる。 For the drive control of the heater, a switching element (for example, triac) for controlling the power supply to the heater is used, and the power supply to the heater from the AC input is switched between a supply state and a supply stop state by the switching element. Thereby, the amount of heat generated by the heater can be changed.
ここで、スイッチング素子による切り替えのときには、スイッチングノイズが生じる。また、スイッチング素子をオン状態へと切り替えて、ヒータに電力を供給開始するときには突入電流が生じる。ここで、突入電流が大きくなると、AC入力側へと戻っていくノイズが大きくなることにより、雑音端子間電圧の規制をクリアするために、より大型でコストが高いチョークコイルが必要となる。 Here, when switching is performed by the switching element, switching noise occurs. Further, an inrush current is generated when the switching element is switched to the on state to start supplying power to the heater. Here, when the inrush current increases, the noise that returns to the AC input side increases, so that a larger and more expensive choke coil is required to clear the regulation of the voltage between the noise terminals.
そこで、特許文献1の技術においては、スイッチングノイズや突入電流をなるべく小さくすることができるように、AC入力よりヒータへの出力が0になるタイミング(ゼロクロスポイント)でスイッチング素子の状態を切り替えるようにしている。
Therefore, in the technique of
そして、そのために、AC入力から交流電圧を受け入れて全波整流を行うダイオードブリッジを設ける。これにより、交流電圧が負電圧をとる期間には電圧が正負反転されて、AC入力の出力電圧の絶対値に応じた常時、正電圧を維持する電圧が得られる。そして、かかる負の部分が反転された電圧を基準電圧と比較するコンパレータを設けることにより、AC入力の出力電圧の絶対値がその基準電圧より小さい期間のみHighレベルとなり、その他の期間にはLowレベルとなる信号(ゼロクロス信号)が生成される。そして、このゼロクロス信号に基づいてスイッチング素子の切り替えを行うことにより、スイッチングノイズや突入電流が生じないようにしたり、雑音端子間電圧の規制を容易にクリアして、チョークコイルの小型化や低コスト化を図ったりすることとしている。
しかしながら、整流回路を経て、コンパレータ等を備えるゼロクロス信号生成回路までの回路においては、個体ごとのバラツキがあり、この結果、たとえば、AC電源の電圧変化に対してゼロクロス信号が応答する応答速度にバラツキが生じることなどにより、ゼロクロス信号が不正確になってしまうということがある。このため、従来の特許文献1記載の技術では、スイッチング素子の切り替えを確実に精度よく行うことはできなかった。
However, in the circuit from the rectifier circuit to the zero cross signal generation circuit including the comparator or the like, there is a variation for each individual, and as a result, for example, the response speed at which the zero cross signal responds to a voltage change of the AC power supply varies. For example, the zero cross signal may become inaccurate due to the occurrence of. For this reason, with the technique of the
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の状態切り替えを確実に精度のよいタイミングで行うことができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to make it possible to reliably switch the state of a switching element at a precise timing.
請求項1記載のヒータ装置は、
AC入力より電力を供給されて発熱するヒータと、
前記AC入力と前記ヒータとの間に設けられ、前記AC入力より前記ヒータに電力を供給させる状態と供給を停止させる状態とに切り替わるスイッチング素子と、
前記AC入力の電圧を取得して、全波整流を行う整流手段と、
前記整流手段により全波整流された電圧に基づいて、前記AC入力のゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
前記ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記ゼロクロス信号生成手段により生成されるゼロクロス信号と、前記電流検出手段に検出される電流の量とに基づいて前記AC入力のゼロクロスポイントのタイミングを特定し、特定されるタイミングにて前記スイッチング素子の状態を切り替える制御手段とを備えるヒータ装置である。
The heater device according to
A heater that generates heat when power is supplied from an AC input;
A switching element that is provided between the AC input and the heater and switches between a state in which power is supplied to the heater from the AC input and a state in which supply is stopped;
Rectifying means for acquiring the voltage of the AC input and performing full-wave rectification;
Zero-cross signal generating means for generating a zero-cross signal of the AC input based on the voltage that has been full-wave rectified by the rectifying means;
Current detecting means for detecting a current flowing through the heater;
The timing of the zero cross point of the AC input is specified based on the zero cross signal generated by the zero cross signal generation means and the amount of current detected by the current detection means, and at the specified timing, the switching element It is a heater apparatus provided with the control means which switches a state.
この構成であれば、AC入力より電力が供給されてヒータが発熱するとともに、前記AC入力と前記ヒータとの間にスイッチング素子が設けられており、このスイッチング素子の状態が切り替わることにより、前記AC入力より前記ヒータに電力を供給させたり、供給を停止させたりされる。他方、前記AC入力の電圧が整流手段に取得されて全波整流が行われるとともに、前記整流手段により全波整流された電圧に基づいて前記AC入力のゼロクロス信号がゼロクロス信号生成手段により生成され、また、前記ヒータに流れる電流が電流検出手段により検出されて、これにより、前記ゼロクロス信号生成手段により生成されるゼロクロス信号と、前記電流検出手段に検出される電流の量とに基づいて前記AC入力のゼロクロスポイントのタイミングが制御手段により特定されて、そのタイミングにて前記スイッチング素子の状態が切り替えられる。 In this configuration, power is supplied from the AC input and the heater generates heat, and a switching element is provided between the AC input and the heater. By switching the state of the switching element, the AC Electric power is supplied to the heater from the input, or the supply is stopped. On the other hand, the AC input voltage is acquired by the rectifying means and full-wave rectification is performed, and the zero-cross signal of the AC input is generated by the zero-cross signal generating means based on the voltage that is full-wave rectified by the rectifying means, Further, the current flowing through the heater is detected by the current detection means, and thereby the AC input is based on the zero cross signal generated by the zero cross signal generation means and the amount of current detected by the current detection means. The zero cross point timing is specified by the control means, and the state of the switching element is switched at that timing.
したがって、前記ゼロクロス信号生成手段により生成されるゼロクロス信号と、前記電流検出手段に検出される電流の量とに基づいて確実に精度よくゼロクロスポイントのタイミングが特定されて、前記スイッチング素子の状態切り替えを確実に精度のよいタイミングで行うことができる。 Therefore, the timing of the zero cross point is specified accurately and accurately based on the zero cross signal generated by the zero cross signal generating means and the amount of current detected by the current detecting means, and the switching of the state of the switching element is performed. It can be carried out reliably at a precise timing.
そして、このように状態切り替えを精度のよいタイミングでできることにより、スイッチングノイズや突入電流を抑制させたり、雑音端子間電圧の規制を容易にクリアして、チョークコイルを小型化したりコストを低くしたりすることができるようになる。 And by switching the state at a precise timing in this way, switching noise and inrush current can be suppressed, regulation of noise terminal voltage can be easily cleared, choke coil can be downsized and cost can be reduced Will be able to.
請求項2記載のヒータ装置は、
前記制御手段は、前記電流検出手段により前記ヒータに流れる電流が0と検出されるタイミングと前記ゼロクロス信号とに基づいて前記AC入力の前記ゼロクロスポイントのタイミングを特定する請求項1記載のヒータ装置である。
The heater device according to claim 2,
2. The heater device according to
この構成であれば、前記制御手段により、前記電流検出手段により前記ヒータに流れる電流が0と検出されるタイミングと前記ゼロクロス信号とに基づいて前記AC入力の前記ゼロクロスポイントのタイミングが特定される。 With this configuration, the control means specifies the timing of the zero cross point of the AC input based on the timing at which the current flowing through the heater is detected as 0 by the current detection means and the zero cross signal.
こうして、前記電流検出手段により前記ヒータに流れる電流が0と検出されるタイミングと前記ゼロクロス信号とに基づいて前記AC入力の前記ゼロクロスポイントのタイミングを確実に精度よく特定して、確実に精度のよいタイミングで前記スイッチング素子の状態を切り替えさせることができる。 In this way, the timing of the zero cross point of the AC input is reliably and accurately specified based on the timing at which the current flowing through the heater is detected as 0 by the current detection means and the zero cross signal, thereby ensuring high accuracy. The state of the switching element can be switched at the timing.
しかも、何らかの理由によりAC入力の周波数や電圧が変動するときにでも、ゼロクロス信号生成手段が生成するゼロクロス信号はパルス幅が変動するのに対して、前記電流検出手段により前記ヒータに流れる電流が0と検出されるタイミングは不変であることから、前記ゼロクロス信号と、前記電流検出手段により前記ヒータに流れる電流が0と検出されるこのような不変のタイミングとに基づいて確実に精度よく前記タイミングが特定される。 In addition, even when the frequency and voltage of the AC input fluctuate for some reason, the pulse width of the zero cross signal generated by the zero cross signal generating means varies, whereas the current flowing through the heater by the current detecting means is 0. Therefore, the timing is reliably and accurately determined based on the zero-cross signal and the invariable timing at which the current flowing through the heater is detected as 0 by the current detecting means. Identified.
請求項3記載のヒータ装置は、
前記制御手段は、
前記ゼロクロス信号が立ち上がるタイミングと、前記電流検出手段により電流0が検出されるタイミングとの時間差を特定する時間差特定手段を備え、
前記ゼロクロス信号のバラツキ時間を当該時間差に応じて補償することにより、前記ゼロクロスポイントのタイミングを特定する請求項2記載のヒータ装置である。
The heater device according to
The control means includes
A time difference specifying means for specifying a time difference between a timing at which the zero cross signal rises and a timing at which a current 0 is detected by the current detection means;
3. The heater device according to claim 2, wherein the timing of the zero cross point is specified by compensating a variation time of the zero cross signal according to the time difference.
この構成であれば、前記ゼロクロス信号が立ち上がるタイミングと、前記電流検出手段により電流0が検出されるタイミングとの時間差が時間差特定手段により特定される。そして、前記ゼロクロス信号のバラツキ時間が当該時間差に応じて補償されることにより、前記ゼロクロスポイントのタイミングが精度よく特定される。 With this configuration, the time difference between the timing when the zero cross signal rises and the timing when the current 0 is detected by the current detection means is specified by the time difference specifying means. The timing of the zero cross point is accurately identified by compensating for the variation time of the zero cross signal according to the time difference.
請求項4記載の発明は、
定着装置として構成された請求項1〜3のいずれかに記載の前記ヒータ装置を備える画像形成装置である。
The invention according to claim 4
It is an image forming apparatus provided with the said heater apparatus in any one of Claims 1-3 comprised as a fixing device.
この構成であれば、定着装置として構成された請求項1〜3のいずれかに記載の前記ヒータ装置が上記効果を奏する画像形成装置を提供することができる。 If it is this structure, the said heater apparatus in any one of Claims 1-3 comprised as a fixing device can provide the image forming apparatus with the said effect.
なお、ヒータ装置ないし画像形成装置が電源ONにされたときや、省エネルギーモード(パワーセーブモードやスリープモードなど)から復帰されたときなど、上記ヒータが駆動開始される際には、上述の時間差にしばらくの間、ブレが生じて不安定となる。 Note that when the heater starts to be driven, such as when the heater device or image forming apparatus is turned on, or returned from the energy saving mode (power save mode, sleep mode, etc.), the time difference described above is used. For some time, blurring occurs and it becomes unstable.
そこで、上述の制御手段には、過去に前記時間差特定手段により特定された時間差を記憶する記憶手段を設け、上記ヒータが駆動開始される際には、予め前記記憶手段に記憶された時間差を用いて前記ゼロクロスポイントのタイミングを特定するものとしてもよい。 Therefore, the above-mentioned control means is provided with storage means for storing the time difference specified by the time difference specifying means in the past, and the time difference stored in advance in the storage means is used when the heater starts to be driven. The timing of the zero cross point may be specified.
また、前記制御手段は、前記時間差特定手段により特定される時間差の履歴を記憶する時間差履歴記憶手段を備え、記憶された履歴に基づいて前記ゼロクロスポイントのタイミングを特定するものとしてもよい。 The control unit may include a time difference history storage unit that stores a history of the time difference specified by the time difference specifying unit, and may specify the timing of the zero cross point based on the stored history.
かかる時間差履歴記憶手段は、前記時間差特定手段により特定された時間差の平均値を記憶していてもよい。 The time difference history storage means may store an average value of the time differences specified by the time difference specifying means.
本発明によれば、AC入力とヒータとの間に設けられ、AC入力よりヒータに電力を供給させる状態と供給を停止させる状態とに切り替わるスイッチング素子の状態切り替えを確実に精度よくAC入力のゼロクロスポイントのタイミングにて行うことができる。そして、このように状態切り替えを精度のよいタイミングでできるようになることで、スイッチングノイズや突入電流を抑制することができるようになったり、雑音端子間電圧の規制を容易にクリアして、チョークコイルを小型化したりコストを低くしたりすることができるようになる。 According to the present invention, the AC input zero crossing is reliably and accurately switched between the AC input and the heater, and the switching of the switching element between the AC input and the power supply state is stopped. This can be done at the point timing. In addition, since the state can be switched at a precise timing in this way, it becomes possible to suppress switching noise and inrush current, and the regulation of the voltage between the noise terminals can be easily cleared and choke The coil can be downsized and the cost can be reduced.
以下、本発明の一実施形態に係る複写機1について図面を参照して説明する。
Hereinafter, a copying
図1は、本発明の一実施形態に係る複写機1を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a copying
複写機1は、複写を行う原稿の画像を読み取る画像読取部100と、記録紙Pを備える給紙部200と、給紙部200から延びる記録紙Pの搬送経路200tと、搬送経路200t上に設けられて、搬送される記録紙Pに対して上述の画像読取部100により読み取られた画像を形成する画像形成部300と、画像形成部300よりも搬送経路200tにおける下流側に設けられて、記録紙Pに対して形成された画像の定着処理を行う定着装置400と、定着装置400により画像が定着された記録紙Pが排出される排出部200dとを備える。
The copying
定着装置400は、記録紙Pに形成された画像に加熱処理を施して、記録紙Pに画像を定着させる。この加熱のために、定着装置400には、AC電源の供給を受けて発熱するヒータ401(図2)が備えられている。
The fixing
図2は、複写機1に構成されるヒータ装置600を示す図である。ヒータ401は、定着装置400(図1)に設けられたヒータであり、定着処理に用いられる熱を発生させる。このヒータ401およびヒータ401を備える定着装置400と、トランス603と、整流回路604と、ゼロクロス信号発生回路605と、ヒータ駆動回路601と、ヒータ電流検知回路602と、制御部606とにより、複写機1には、ヒータ401により発熱を行うヒータ装置600が構成される。
FIG. 2 is a diagram showing a
なお、かかるヒータ装置600は、特許請求の範囲記載の「ヒータ装置」の一例を示したに過ぎず、図示する構成と異なった構成により特許請求の範囲記載の「ヒータ装置」を構成することもできることは言うまでもない。また、特許請求の範囲記載の「定着装置」は、この実施形態において、ヒータ401や定着ローラなどを有する定着装置400(図1)と、図2に示すヒータ装置600との全体に相当する。
The
ヒータ駆動回路601は、ヒータ401とAC入力500との間に設けられ、ヒータ401を駆動する。このヒータ駆動回路601には、少なくとも、スイッチング素子が含まれている。制御部606からヒータ駆動回路601へと入力される制御信号に基づいて、このスイッチング素子がスイッチングされて、状態が切り替わることにより、AC入力500からヒータ401への電力供給が供給状態と供給停止状態との間で切り替わる。このスイッチング素子には、サイリスタを用いることができ、特に好ましくは、双方向サイリスタ(トライアック)を用いることができる。
The
なお、AC入力500は、商用電源よりコンセント等を介して複写機1へと電力を入力する入力部を示している。
An
AC入力500とヒータ401との間には、図示するように、ヒータ電流検知回路602も設けられている。このヒータ電流検知回路602は、ヒータ401に流れる瞬時電流、すなわち、AC入力500よりヒータ401に流される50Hzまたは60Hzの交流電流の平均電流値等ではなく、電流の瞬時値を検出する。
A heater
このヒータ電流検知回路602により検知された電流値は制御部606に入力される。
The current value detected by the heater
他方、このようにしてヒータ401へと電力を供給するAC入力500の出力電圧のゼロクロス信号が、トランス603と整流回路604とゼロクロス信号発生回路605とにより生成される。制御部606は、このゼロクロス信号と、前述したヒータ電流検知回路602により検知された電流量とに基づいて、ヒータ駆動回路601のスイッチング素子の状態を切り替えさせる。
On the other hand, a zero-cross signal of the output voltage of the
トランス603は、AC入力500が出力する電圧(100V)を取得して、100Vよりも低い適当な電圧(たとえば5V)へと降圧する。
The
整流回路604は、トランス603により降圧された電圧を受け入れて、全波整流を行う。
The
図3は、ヒータ装置600各部の電流および電圧の変化を示す図である。図3の最上段には、AC入力500の電圧を示している。二段目には、整流回路604により整流された電圧を示している。三段目には、この整流回路604の出力電圧よりゼロクロス信号発生回路605(後で詳しく説明)が生成するゼロクロス信号を示している。そして、最下段の四段目には、AC入力500から電力供給を受けたヒータ401に流れて、ヒータ電流検知回路602に検知される電流を示している。
FIG. 3 is a diagram showing changes in current and voltage of each part of the
図3の一段目および二段目のグラフに示しているように、AC入力500の電圧に対して、その電圧が負となるときの電圧が、整流回路604の出力電圧においては反転されて、正電圧とされる。整流回路604は、かかる電圧変換を行うために、たとえば、整流用のダイオードを4個組み合わせて構成したダイオードブリッジなどが設けられる。
As shown in the first and second graphs of FIG. 3, the voltage when the voltage becomes negative with respect to the voltage of the
ゼロクロス信号発生回路605は、このような図3の二段目のグラフに示したような常時、正電圧とされた整流回路604の出力電圧を取得して、これに基づいて、図3の三段目に示したようなゼロクロス信号を生成する。このために、ゼロクロス信号発生回路605は、基準電圧Th(図3参照)と、整流回路604の出力電圧(図3の二段目のグラフの電圧)とを比較するコンパレータが設けてあり、このコンパレータによる比較結果に基づいて、基準電圧Thよりも整流回路604の出力が小さくなっている期間だけHigh状態となり、その他の期間はLow状態となっている信号(図3の三段目のグラフ:ゼロクロス信号)を出力する。
The zero-cross
このようにしてゼロクロス信号発生回路605が生成したゼロクロス信号は、制御部606へと入力される(図2参照)。制御部606は、このゼロクロス信号に基づいて、AC入力500のゼロクロスポイント(AC入力500の出力が瞬時的に0となるポイント)を大まかに特定することができる。
The zero cross signal generated by the zero cross
制御部606は、ゼロクロス信号発生回路605から入力されるゼロクロス信号と、ヒータ電流検知回路602から入力される検知結果の信号とに基づいてヒータ駆動回路601に設けられたスイッチング素子の状態切り替えを行うべきタイミングを精度よくAC入力500のゼロクロスポイントへと特定する。
The
図3の最下段に示すヒータ401に流れる電流のグラフにおいて、タイミングT1〜T2の間は、最上段に示したAC入力500の電圧が大きくなってゆくにも拘らず、スイッチング素子がオフ状態とされているためヒータ401に流れる電流は0を維持する。
In the graph of the current flowing through the
一方、タイミングT2は、スイッチング素子のゲートへと制御部606よりトリガー信号が入力されて、スイッチング素子がオン状態へと切り替わったタイミングを示しており、このときから、図3の最下段のグラフに示しているようにAC入力500よりこのスイッチング素子を通って、ヒータ401へと電流が流れ始める。そして、この後、ヒータ401に流れる電流は、AC入力500の電圧変化に応じて変化する。ただし、タイミングT3で、AC入力500の電圧は0となり、このため、ヒータ401に流れる電流も0となるため(図3最下段のグラフ参照)、その後にヒータ401の電流がタイミングT4で再び正となろうとするときには、スイッチング素子の働きにより電流が流れることが抑止される。そして、図3最下段のグラフにおいては、このタイミングT4の後に、タイミングT5において再びスイッチング素子がオン状態へと切り替えられており、このときからヒータ401に電流が、AC入力500の電圧変化に応じて流れている。
On the other hand, the timing T2 shows the timing when the trigger signal is input from the
スイッチング素子の状態切り替えにより、このようにしてヒータ401の電流が変化する。そして、タイミングT2〜T3のようにヒータ401に電流が流される期間と、タイミングT4〜T5のように電流が流れることが抑止される期間とが単位時間内に含まれる割合に応じて、ヒータ401に流れる単位時間あたりの総電流量が決まる。制御部606は、ヒータ駆動回路601のスイッチング素子の状態切り替えによって、かかる電流が流される時間の割合を変化させることによって、ヒータ401に単位時間あたりに流れる電流総量を変化させて、ヒータ401の発熱量を変化させることができる。制御部606は、このようにして、単位時間当たりのヒータ401の発熱量を変化させることにより、定着装置400に設けられた定着ローラの温度を適温に保たたせる。
The current of the
図3では、タイミングT2でスイッチング素子をオン状態としてヒータ401の通電を開始させていたが、この切り替えを行わなければ、その後もヒータ401の電流は継続して0であり、これにより、タイミングT1以降、AC入力500の1/2周期(ゼロクロス信号がHigh状態となる周期)が経過するタイミングT3までの期間の電力分だけ、ヒータ401への電力供給を抑制したことになる。同様に、タイミングT4からの1/2周期についても、タイミングT5にてスイッチング素子をオン状態としなかった場合には同様に完全に抑制される。
In FIG. 3, the switching element is turned on at timing T2 to start energization of the
制御部606は、このようにスイッチング素子をオン状態とせずに1/2周期の期間の電力供給を完全に抑制したり、あるいは、図3のタイミングT1〜T2のように、期間開始直後(タイミングT2)にスイッチング素子をオン状態にして、短い期間だけ抑制をしたり、あるいは、タイミングT5のように、終了直前に切り替えを行うことにより長い期間、抑制をしたりすることを切り替えて実行することにより単位時間あたりにヒータ401に流れる電流総量を変化させ、ひいては、単位時間当たりのヒータ401の発熱量を変化させる。
In this way, the
このように、AC入力500の1/2周期ごとにスイッチング制御を行うものとすることにより、ヒータ401の発熱量は変化される。
Thus, by performing switching control every 1/2 cycle of the
そして、この複写機1においては、制御部606は、図3の三段目のグラフに示すゼロクロス信号のみに基づいてスイッチング素子の状態を切り替えるタイミングを決定するのではなく、このゼロクロス信号と、ヒータ401に流れる電流が検知されたヒータ電流検知回路602による電流検知結果とに基づいて決定することにより、スイッチング素子の状態切り替えを確実に精度のよいタイミングにて行うことができる。
In this copying
図4は、制御部606によるスイッチング素子の状態切り替え処理を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state switching process of the switching element by the
図4においては、図3の三段目のゼロクロス信号のグラフ、および、四段目のヒータ401の電流のグラフを取り上げて、タイミングT1〜T2およびその直前の一定期間について拡大して詳細に示している。
In FIG. 4, the graph of the third-stage zero-cross signal in FIG. 3 and the graph of the current of the fourth-
また、図5は、図4で説明するスイッチング素子の状態切り替え処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the switching process of the switching elements described in FIG.
図5のステップS1では、制御部606が、まず、スイッチング素子のオン状態への切り替えを行わずに、1/2周期の期間、電力供給を完全に抑制するか否かを判断する。制御部606は、単位時間あたりに電力供給を完全に抑制する期間の割合を予め定めておいて、定められたその期間に応じてこの選択を行う。
In step S1 of FIG. 5, the
スイッチング素子をオン状態にしてヒータ401への通電を行わせる場合(ステップS1:YES)、制御部606は、ステップS2以下の処理を実行してスイッチング素子を一定のタイミングにてオン状態へと切り替えて、このスイッチング素子を介してAC入力500よりヒータ401に電流が流れるようにさせる。
When the switching element is turned on and the
ステップS2では、制御部606は、ゼロクロス信号がLow状態からHigh状態へと切り替わるタイミングTa(図4)を検知する。
In step S2, the
制御部606は、ゼロクロス信号がLow状態からHigh状態へと切り替わって立ち上がるタイミングTaを検知すれば(ステップS2:YES)、そのタイミングTaから、これから説明を行う図4のタイミングTbまで、時間を計測する。ステップS3では、制御部606は、この時間計測を開始する。
If the
ここで、図4のタイミングTa近傍において図4の下段に示すヒータ401の電流は負となっている。タイミングTbは、このような負の電流が、0まで上昇したタイミングである。制御部606は、タイミングTaでゼロクロス信号がLow状態からHigh状態へと切り替わった後に、かかるタイミングTbでヒータ401の電流が0となることがヒータ電流検知回路602に検知されるまでの時間を測定する。
Here, in the vicinity of the timing Ta in FIG. 4, the current of the
ステップS4では、制御部606は、ヒータ401の電流が0となったことがヒータ電流検知回路602に検知されたか否かを判定する。
In step S4, the
そして、ヒータ401の電流が0となったことがヒータ電流検知回路602に検知されれば(ステップS4:YES)、ステップS5で、制御部606は、そのときのタイミングを図4におけるタイミングTbのタイミングと特定して、このタイミングTbおよび先にステップS2で検知されたタイミングTaとの間の時間差を特定する。
If the heater
そして、ステップS6では、制御部606は、図3の説明において、タイミングT1〜T2について述べたように短時間だけ電力供給を抑制するか、あるいは、タイミングT4〜T5の場合のように比較的、長時間、電力供給を抑制するかを選択する。制御部606は、予め、電力供給を短時間だけ抑制する期間と、長時間抑制する期間との割合を、単位時間あたりにヒータ401へ供給しようとする熱量に応じて定めており、この割合に応じてステップS6でのこの選択を行う。
In step S6, the
そして、短い時間だけ抑制を行うこととする場合(ステップS6:NO)、制御部606は次のようにしてスイッチング素子をオン状態へと切り替える処理を実行する。
When the suppression is performed only for a short time (step S6: NO), the
制御部606は、計算された時間差に0.3を乗じた時間が経過するまでの時間を計時する(ステップS8a)。すなわち、ステップS4でタイミングTbの到来が検知されてからこの計算された時間差に0.3を乗じた時間が経過する図4のタイミングTcが到来するまでの時間が経過するのを待つ。そして、経過した場合(ステップS8a:YES、タイミングTc)、制御部606は、ステップS9で、スイッチング素子の状態をこのタイミングTcで切り替えさせることにより、図4下段のヒータ401の電流のグラフにおけるタイミングTcにて示しているようにヒータ401に電流を流させ始める。
The
こうして、ヒータ401に対して、図4下段のグラフにおける太い実線で示しているような電流が流されて、ヒータ401への通電が開始される。
In this way, a current as shown by a thick solid line in the lower graph of FIG. 4 flows to the
ここで、このようにして、制御部606がゼロクロス信号と、ヒータ電流検知回路602の検知結果との両者を参照するのではなく(ステップS2〜S5参照)、ゼロクロス信号のみを参照して、スイッチング素子の状態を切り替える場合について、対比のために説明する。
Here, in this way, the
この場合、たとえば、制御部606は、図4のゼロクロス信号の立ち下がりのタイミングTdにおいてスイッチング素子をオン状態へと切り替えることにより、ヒータ401へと流させる電流を図4下段のグラフにおける太線の一点鎖線の電流とする。
In this case, for example, the
このように、図4のゼロクロス信号の立ち下がりのタイミングTdにおいてスイッチング素子の状態を切り替える場合には、ゼロクロス信号のバラツキが直接、切り替えタイミングに影響する。 As described above, when switching the state of the switching element at the falling timing Td of the zero cross signal in FIG. 4, the variation in the zero cross signal directly affects the switching timing.
これに対して、上記で説明した複写機1の場合には、ゼロクロス信号が立ち上がるタイミングTaを起点として時間計測して特定されたタイミングTcにて状態切り替えがされているのに変わりはないことから、バラツキによる影響が0となるわけではないものの、ヒータ401の電流が0となるタイミングTbに応じてこのタイミングTcは変化するものであり、ヒータ電流検知回路602の検知結果に基づくかかるタイミングTcの変化により、ゼロクロス信号のバラツキによる影響が補償され、これにより、正確なAC入力500の出力レベルのゼロクロスポイントへとタイミングTcは近づく。
On the other hand, in the case of the copying
こうして、精度のよいタイミングでスイッチング素子の状態切り替えが確実に行われることにより、スイッチングノイズや突入電流を抑制させたり、容易に雑音端子間電圧の規制をクリアして、チョークコイルを小型化したりコストを低くしたりすることができるようになる。 In this way, the switching of the switching element state is reliably performed at a precise timing, so that switching noise and inrush current can be suppressed, the regulation of the voltage between the noise terminals can be easily cleared, the choke coil can be downsized, and the cost can be reduced. Can be lowered.
他方、図5のフローチャートにおけるステップS6において、長時間、電力供給を抑制することが制御部606に選択された場合には(ステップS6:YES)、図3のタイミングT4(図4のタイミングTbに相当)において時間差が特定された後に(ステップS4,S5)、次にゼロクロス信号が立ち上がる図4のタイミングT5が到来するまで制御部606は待機し(ステップS7a:NO)、タイミングT5が到来すれば(ステップS7a:YES)、このタイミングT5からさらに上述の時間差を0.7倍した時間が経過したときに(ステップS8b:YES)、スイッチング素子の状態切替を制御部606は実行する(ステップS9)。
On the other hand, in step S6 in the flowchart of FIG. 5, when the
このときにも上述の場合と同様に、ヒータ401の電流が0となるタイミングに応じて状態切り替えのタイミングが変化されることにより、ゼロクロス信号のバラツキによる影響が補償され、確実に精度のよいタイミングでスイッチング素子の状態切り替えが行われることにより、スイッチングノイズや突入電流を抑制させたり、容易に雑音端子間電圧の規制をクリアして、チョークコイルを小型化したりコストを低くしたりすることができるようになっている。
At this time, as in the case described above, the state switching timing is changed in accordance with the timing when the current of the
なお、ステップS8b〜S9においては、時間差に0.7倍した時間が経過したタイミングで状態切り替えを実行するが、時間差の1倍に対して、時間差に0.3を乗じた時間だけ届かないタイミングで状態が切り替えられるように意図したものであり、ヒータ401の電流が0とヒータ電流検知回路602に検知されるタイミングから、時間差に0.3を乗じた時間だけ離れたタイミングにて状態が切り替えられるように狙ったものとして上述の場合と同様である。
In steps S8b to S9, the state switching is executed at the timing when 0.7 times the time difference has elapsed, but the timing that does not reach the time difference multiplied by 0.3 for one time difference. The state is switched at a timing away from the timing at which the
上記の説明では、AC入力500が正電圧を出力し、したがってヒータ401に正の電流が流れる期間において、スイッチング素子の状態切り替えにより、その電流の制御が行われる場合を例にとって説明したが、AC入力500が負電圧を出力し、したがってヒータ401に負の電流が流れる期間についても同様である。
In the above description, the case where the
次に変形例を説明する。 Next, a modified example will be described.
(A)上記した実施形態の説明においては、画像形成装置として複写機を例にとって説明したが、ファックスやファクシミリ、複合機などの他の形態の画像形成装置でも同様である。 (A) In the above description of the embodiment, a copying machine has been described as an example of an image forming apparatus. However, the same applies to image forming apparatuses of other forms such as a fax machine, a facsimile machine, and a multifunction machine.
また、画像形成装置に設けられるヒータ装置600を例にとり説明したが、かかる場合に限定されることもなく、画像形成装置でない装置においてヒータ装置600と同様のヒータ装置を設ける場合等についても、本発明は適用可能である。
Further, the
また、ヒータ装置600のヒータ401は、定着装置400に設けられるヒータであるものとして説明を行ったが、かかる場合に限定されることもない。
Further, although the
(B)上記した実施形態の説明においては、ゼロクロス信号の立ち上がりタイミング(図4のタイミングTa)と、ヒータ電流検知回路602によりヒータ401の電流が0と検知されるタイミング(図4のタイミングTb)との時間差に基づいてスイッチング素子の状態が切り替えられるものとして説明を行ったが、かかる場合に限定されることはなく、ゼロクロス信号と、ヒータ電流検知回路602によりヒータ401の電流が0と検知されるタイミングとに基づいて特定される他の適切なタイミングにおいてスイッチング素子の状態は切り替えられるものとしてもよい。さらには、電流が0と検知されるタイミングに基づいて切り替えタイミングが特定される必要はなく、たとえば電流量が極大や極小となるタイミングなどに基づいて特定される切り替えタイミングにて、スイッチング素子の状態は切り替えられるものとしてもよい。
(B) In the description of the embodiment described above, the rising timing of the zero cross signal (timing Ta in FIG. 4) and the timing at which the heater
(C)ヒータ電流検知回路602は、ゼロクロス信号に応じて、ゼロクロス信号がHigh状態の期間のみ稼動され、Low状態の間は停止しているものとしてもよい。あるいは、制御部606は、ゼロクロス信号がHigh状態の期間のみヒータ電流検知回路602を動作させるものとしてもよい。
(C) The heater
(D)複写機1が電源ONとなるときや、省エネルギーモード(スリープモードやパワーセーブモードなど)から復帰されるときなどの、ヒータ401を発熱開始させるときには、上述した時間差にはしばらくの間変動ないしブレがある。そこで、制御部606は、過去に図5のステップS5で特定された時間差を記憶しているものとして、ヒータ401を発熱開始させるときには、過去に特定されて記憶してあるその時間差を再利用するものとしてもよい。この場合、ステップS3〜S5における時間差を計測する処理は行わないものとし、ステップS8aやステップS8bに相当する処理においては予め記憶されていた時間差を用いるものとすることができる。
(D) When the
ここで、制御部606に記憶する時間差は、数回にわたる計測結果の平均値であるものとしてもよい。
Here, the time difference stored in the
(E)ヒータ電流検知回路602は、次のようなものであってもよい。すなわち、一の方向へと電流が流れているか、逆の方向へと流れているかに応じて、0Vおよび5Vをそれぞれ制御部606ヘと出力する。かかるヒータ電流検知回路602を用いて、制御部606は、ヒータ401に流れている電流が正か負かを特定し、ひいては、ヒータ401の電流が正から負に変わり、あるいは負から正に変わることにより、電流値が0を過ぎるタイミングを検出する。
(E) The heater
また、ヒータ電流検知回路602は、ゼロクロス信号発生回路605と同様のものであってもよく、ヒータ401に流れる電流のゼロクロス信号を生成するものであってもよい。この場合、上述した基準電圧Th(図3参照)に相当する基準電流は、なるべく小さな電流値であることが好ましい。
The heater
(F)上述の説明においては、AC入力500の周期の1/2の期間ごとにヒータ401への供給電力量を切り替えて、ヒータ401の発熱量を制御しており、この切り替えは、完全に供給電力を0とする場合と(図5のステップS1:NO)、小電力を供給する場合と(ステップS6:YES)、大電力を供給する場合と(ステップS6:NO)の3パターンの間での切り替えとされている。
(F) In the above description, the amount of power supplied to the
このように切り替えが3パターンで行われる必要はなく、たとえば、上述の3パターンのうちで2パターンの間で切り替えられて供給電力が制御されるものとしてもよい。 Thus, switching does not need to be performed in three patterns. For example, the supply power may be controlled by switching between two patterns among the three patterns described above.
(G)スイッチング素子として、さまざまなものを用いることができ、たとえば、いわゆるGTO(Gate Turn Off)サイリスタを用いるものとすると共に、上述のように単にオフ状態からオン状態への切り替えのみを制御するのではなく、オフ状態からオン状態への切り替えタイミングも併せて制御するものとしてもよい。この場合にも、切り替えタイミングを、精度よくAC入力500のゼロクロスポイントへと近づけてやることにより、オフ状態からオン状態への切り替え時におけるスイッチングノイズを回避させることができるようになる。
(G) A variety of switching elements can be used. For example, a so-called GTO (Gate Turn Off) thyristor is used, and only switching from the off state to the on state is controlled as described above. Instead of this, the switching timing from the off state to the on state may also be controlled. Also in this case, switching noise can be avoided when switching from the off state to the on state by accurately bringing the switching timing close to the zero cross point of the
P 記録紙
1 複写機
100 画像読取部
200 給紙部
200d 排出部
200t 搬送経路
300 画像形成部
400 定着装置
401 ヒータ
500 AC入力
600 ヒータ装置
601 ヒータ駆動回路
602 ヒータ電流検知回路
603 トランス
604 整流回路
605 ゼロクロス信号発生回路
606 制御部
Claims (4)
前記AC入力と前記ヒータとの間に設けられ、前記AC入力より前記ヒータに電力を供給させる状態と供給を停止させる状態とに切り替わるスイッチング素子と、
前記AC入力の電圧を取得して、全波整流を行う整流手段と、
前記整流手段により全波整流された電圧に基づいて、前記AC入力のゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
前記ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記ゼロクロス信号生成手段により生成されるゼロクロス信号と、前記電流検出手段に検出される電流の量とに基づいて前記AC入力のゼロクロスポイントのタイミングを特定し、特定されるタイミングにて前記スイッチング素子の状態を切り替える制御手段とを備えるヒータ装置。 A heater that generates heat when power is supplied from an AC input;
A switching element that is provided between the AC input and the heater and switches between a state in which power is supplied to the heater from the AC input and a state in which supply is stopped;
Rectifying means for acquiring the voltage of the AC input and performing full-wave rectification;
Zero-cross signal generating means for generating a zero-cross signal of the AC input based on the voltage that has been full-wave rectified by the rectifying means;
Current detecting means for detecting a current flowing through the heater;
The timing of the zero cross point of the AC input is specified based on the zero cross signal generated by the zero cross signal generation means and the amount of current detected by the current detection means, and at the specified timing, the switching element A heater device comprising control means for switching states.
前記ゼロクロス信号が立ち上がるタイミングと、前記電流検出手段により電流0が検出されるタイミングとの時間差を特定する時間差特定手段を備え、
前記ゼロクロス信号のバラツキ時間を当該時間差に応じて補償することにより、前記ゼロクロスポイントのタイミングを特定する請求項2記載のヒータ装置。 The control means includes
A time difference specifying means for specifying a time difference between a timing at which the zero cross signal rises and a timing at which a current 0 is detected by the current detection means;
The heater device according to claim 2, wherein the timing of the zero cross point is specified by compensating a variation time of the zero cross signal according to the time difference.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006180191A JP2008010319A (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Heater device and image forming device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8452202B2 (en) | 2008-02-26 | 2013-05-28 | Kyocera Mita Corporation | Heating device and image forming apparatus with fixing device switched on/off in response to a zero-cross point of an AC voltage output from an AC power source |
JP2016090700A (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | 株式会社沖データ | Power control device and image forming apparatus |
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2006
- 2006-06-29 JP JP2006180191A patent/JP2008010319A/en active Pending
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