JP2013068803A - 加熱定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知する。
【解決手段】交流電源４０１から電力供給されるセラミックヒータ１０９ｃと、交流電源からセラミックヒータへの給電制御を行うエンジンコントローラ１２６と、交流電源の電流値を検知し、電流検知信号を出力するフォトカプラ５１０と、交流電源の電圧のゼロクロスを検知し、ゼロクロス検知信号を出力するフォトカプラ５１８を備え、エンジンコントローラは、電流検知信号に基づいて、ゼロクロス検知信号のエッジの検出を行わないマスキング区間と前記ゼロクロス検知信号のエッジの検出を行う非マスキング区間を有するマスクパターンを生成し、マスクパターンの非マスキング区間におけるゼロクロス検知信号のエッジをゼロクロスタイミングとして、給電制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録紙上に転写された未定着トナー画像を、加熱ローラやセラミックヒータ等で記録紙上に熱定着させる加熱定着装置、及びその加熱定着装置を備える複写機やファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。

複写機やファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置における加熱定着装置は、記録紙上に転写された未定着トナー画像を、加熱ローラやセラミックヒータ等で記録紙上に熱定着させるためのものである。そして、加熱定着装置には、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式のものや、セラミックヒータを熱源とするフィルム加熱式のものが用いられている。

これらの加熱定着装置においては、一般的に、ヒータはトライアック等のスイッチング制御素子を介して商用交流電源に接続されており、この商用交流電源からヒータへ電力が供給されている。そして、このヒータを熱源とする加熱定着装置には温度検知素子、例えばサーミスタが設けられており、この温度検知素子により加熱定着装置の温度が検知される。エンジンコントローラは、この温度検知素子により検知された加熱定着装置の温度情報を基に、スイッチング制御素子を波数制御、又は位相制御により、オン／オフ制御することにより、ヒータへの給電または給電の遮断を行う。これにより、エンジンコントローラは、加熱定着装置の温度が一定の目標温度に保たれるように、温度制御を行う。波数制御とは、ヒータのオン／オフを商用交流電源の半波単位で行う電力制御方式であり、位相制御とは、商用交流電源の１半波内の任意の位相角でヒータをオンすることにより、ヒータに電力を供給する電力制御方式である。

商用交流電源の電圧を監視し、ある閾値以下になったタイミングを、商用電源電圧が０Ｖを通過するタイミング（ゼロクロスポイント）として検知し、このタイミングで信号レベルを変化させて、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検知回路がある。そして、エンジンコントローラは、この出力されるゼロクロス信号を基にして、ヒータに供給される実効電流を検知し、また、このゼロクロス検知信号を基に、ヒータへの電力供給のオン／オフ制御を行う。特に位相制御の場合は、位相角を制御することにより、ヒータに供給する電力を制御するので、ゼロクロスタイミングを正確に検知する必要がある。

しかしながら、商用交流電源の電圧波形は、理想的な正弦波形ばかりとは限らず、使用する地域や施設、使用される条件等により様々に変化する。例えば、同一の商用交流電源に大電力を消費する機器が接続された場合、起動時や停止時に高レベルのノイズを発生する機器が接続された場合や、雷等のサージの混入する場合や瞬断が生じる場合など、商用交流電源の電圧波形を歪ませる様々な要因がある。電源ノイズや電圧波形歪みを含む商用交流電源に接続されると、ゼロクロス検知回路がゼロクロスタイミングを正確に検知できず、ゼロクロスタイミングでないポイントでゼロクロス信号を出力してしまう場合がある。その結果、加熱定着装置は、ヒータに供給される電力を正確に検知することができなくなり、更にはヒータに供給する電力を正しく制御できなくなり、制御不能に陥るといったことが発生してしまう場合があった。

そこで、例えば、特許文献１には、このような事態に対応するために、次のような回路構成を有したゼロクロス検知回路が例示されている。すなわち、ゼロクロス検知回路における時定数を大きくしたり、ゼロクロス検知回路が検知したエッジタイミングから所定の時間はエッジの検知を無視するマスク領域とすることにより、ノイズの影響を抑える回路構成が示されている。

特開２００４−３２８８６９号公報

しかしながら、ゼロクロス検知回路の時定数を大きくした場合には、時定数以下のパルス幅のノイズは除去することが可能であるが、時定数以上のパルス幅のノイズは除去することができない。更に、時定数を設定することにより、ゼロクロス信号が本来のゼロクロス検知ポイントからずれてしまうといった課題もある。予めこの時定数を考慮して、時定数分の時間を差し引くことにより、ゼロクロスタイミングを補正することも考えられるが、電圧波形の歪みや電圧そのものの変化により、適切な補正時間が変化するので、補正するにも限界がある。

また、マスク領域を設けてエッジの検知を無視する方法では、そもそもどのタイミングのエッジを真のゼロクロスタイミングかを判断することができない。そのため、ノイズのタイミングをゼロクロスタイミングと誤検知したり、真のゼロクロスタイミングをノイズとして無視してしまうといった課題が生じる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）交流電源から電力供給される発熱体と、前記交流電源から前記発熱体への給電制御を行う制御手段と、前記交流電源の電流値を検知し、電流検知信号を出力する電流検知手段と、前記交流電源の電圧のゼロクロスを検知し、ゼロクロス検知信号を出力するゼロクロス検知手段と、を備え、前記制御手段は、前記電流検知信号に基づいて、前記ゼロクロス検知信号のエッジの検知を行わないマスキング区間と、前記ゼロクロス検知信号のエッジの検知を行う非マスキング区間を有するマスクパターンを生成し、前記マスクパターンの非マスキング区間における前記ゼロクロス検知信号のエッジをゼロクロスタイミングとして、前記給電制御を行う加熱定着装置。

（２）交流電源から電力供給される発熱体と、前記交流電源から前記発熱体への給電制御を行う制御手段と、交流電源の電流値を検知し、電流検知信号を出力する電流検知手段と、を備え、前記制御手段は、前記電流検知信号に基づいて、ゼロクロスタイミングを設定しないマスキング区間と、前記ゼロクロスタイミングを設定する非マスキング区間を有するマスクパターンを生成し、前記マスクパターンの非マスキング区間にゼロクロスタイミングを設定し、前記給電制御を行う加熱定着装置。

本発明によれば、商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知することができる。

実施例１の画像形成装置の概略構成を示す図 実施例１のヒータの断面構成と、定着装置の断面構成を示した図 実施例１のヒータ制御回路の回路構成を示した図 実施例１のゼロクロス検知回路及び電源電流検知回路を示した図 実施例１の電源電流検知回路の電圧・電流波形を示した図 実施例１のゼロクロス検知回路の電圧・電流波形を示した図 実施例１の検知回路における電圧・電流波形を示した図 実施例２のヒータ制御回路の回路構成と、ゼロクロス検知回路を示した図 実施例２の検知回路における電圧・電流波形を示した図

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［画像形成装置の概要］
図１は、例えばレーザービームプリンタのような、電子写真プロセスを用いて、記録紙に画像形成を行う画像形成装置の概略構成を示した図である。図１を用いて、画像形成装置の概要について、以下に説明する。レーザービームプリンタ１０１（以下、本体１０１という）は、記録紙Ｓを収納する給紙カセット１０２を有している。給紙カセット１０２には、給紙カセット１０２内に記録紙Ｓがあるかどうかを検知するカセット有無センサ１０３、給紙カセット１０２内の記録紙Ｓのサイズを検知するサイズセンサ１０４が設けられている。給紙カセット１０２内の記録紙Ｓは、給紙ローラ１０５ａによって繰り出され、搬送ローラ対１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄによって、記録紙Ｓを同期搬送するレジストローラ対１０６に搬送される。また、レジストローラ対１０６の下流には、記録紙Ｓの先端と後端を検知し、画像書き込みタイミングをとるための給紙センサ１２４、記録紙Ｓ上にトナー像を形成するプロセスカートリッジ１０８が設けられている。更に、プロセスカートリッジ１０８の下流には、記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着器１０９が設けられている。定着器１０９内の熱定着部下流には、排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ１１０が、定着器の下流には、記録紙Ｓを搬送する搬送ローラ対１１１、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ対１４０、記録の完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。

排紙センサ１１０は、定着器１０９内部に設けられており、記録紙Ｓが熱定着部を通過したタイミングを検知する。記録紙Ｓは、搬送ローラ対１１１を通過した後、排紙ローラ対１４０を介して積載トレイ１１２へ排出される。この排紙部に設けられた満載検知センサ１４２は、積載トレイ１１２上の記録紙Ｓが満載であるかを検知すると共に、排紙部の記録紙Ｓの動きを検知するセンサである。

そして、プロセスカートリッジ１０８は、感光ドラム１１７、一次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写ローラ１２１、感光ドラム上のトナー像を除去するクリーナ１２２等から構成されている。感光ドラム１１７は、図１中、時計回り方向に所定の周速度（プロセススピード）にて回転駆動される。感光ドラム１１７は、一次帯電ローラ１１９により一様に帯電された後、レーザスキャナ部１０７からのレーザ光１１８により静電潜像が形成され、静電潜像は現像器１２０により可視化されてトナー像となり、転写ローラ１２１により記録紙Ｓに転写される。転写後の感光ドラム１１７は、クリーニング装置であるクリーナ１２２により、記録紙Ｓに転写されずに残ったトナー等の付着汚染物の除去処理を受けて清浄され、帯電処理から始まる画像形成プロセス処理に供される。また、レーザスキャナ部１０７は、画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１１３、レーザ光を感光ドラム１１７上に走査するためのスキャナモータ１１４、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等により構成されている。レーザユニット１１３から発したレーザ光１１８は、レーザスキャナ部１０７のスキャナモータ１１４の回転によって、直線状の走査に変換され、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６によって、感光ドラム１１７に照射される。

定着器１０９は定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム内部に設けられたセラミックヒータ１０９ｃ、セラミックヒータ１０９ｃの表面温度を検知するサーミスタ１０９ｄから構成されている。メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５ａには給紙ローラクラッチ１２５を介して、搬送ローラ対１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、及びレジストローラ対１０６にはレジストローラクラッチ１２９を介して駆動力を与えている。更に、メインモータ１２３は、感光ドラム１１７を含むプロセスカートリッジ１０８の各構成品、定着器１０９、搬送ローラ対１１１、排紙ローラ対１４０にも駆動力を与えている。

エンジンコントローラ１２６は、レーザスキャナ部１０７、プロセスカートリッジ１０８、定着器１０９による電子写真プロセスの制御、本体１０１内の記録紙Ｓの搬送制御を行っている。ビデオコントローラ１２７は、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と、セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ等の汎用インタフェース１３０で接続されている。そして、ビデオコントローラ１２７は、この汎用インタフェース１３０から送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータを／ＶＤＯ信号として、エンジンコントローラ１２６へ送出する。エンジンコントローラ１２６は、ビデオコントローラ１２７からの／ＶＤＯ信号に応じて、レーザユニット１１３を駆動する。

エンジンコントローラ１２６とビデオコントローラ１２７を結ぶ信号線１２８は、コマンド／ステータス信号線、クロック信号線、／ＶＤＯ信号線、同期信号線などで構成されている。

［セラミックヒータの概要］
本実施例におけるセラミックヒータ１０９ｃ、及びその周辺装置の構成について、図２に示す。図２（ａ）はセラミックヒータ１０９ｃの断面図であり、図２（ｂ）は定着装置の断面を示す模式図である。図２（ａ）に示すように、セラミックヒータ１０９ｃは、セラミックス系の絶縁基板２０１と、絶縁基板２０１面上にペースト印刷等で形成された発熱体２０３と、発熱体２０３を保護するガラス等の保護層２０２から構成されている。そして、不図示であるが、セラミックヒータ１０９ｃの温度を検知するサーミスタ１０９ｄと、過昇温防止装置であるサーモスイッチ３０２が、絶縁基板２０１裏面の、通紙可能な最小の記録紙幅よりも内側の位置に配設されている。

図２（ｂ）に示すように、セラミックヒータ１０９ｃは、フィルムガイド３０１によって支持されている。定着フィルム１０９ａは、耐熱材製の高熱伝導性フィルムであり、セラミックヒータ１０９ｃを下面側に支持させたフィルムガイド３０１に外嵌させてある。そして、セラミックヒータ１０９ｃと、弾性加圧部材としての加圧ローラ１０９ｂを、定着フィルム１０９ａを挟んで、加圧ローラ１０９ｂの所定の加圧力で圧接することにより、加熱部としての所定幅の定着ニップ部が形成される。

［加熱定着装置の概要］
図３は、本実施例のセラミックヒータの駆動及び制御を行う加熱定着装置の回路の模式図である。図３において、商用交流電源４０１から、ＡＣフィルタ４０２、リレー４１３、トライアック４０４、サーモスイッチ３０２を介してセラミックヒータ１０９ｃへ電力が供給されることにより、セラミックヒータ１０９ｃは発熱する。セラミックヒータ１０９ｃへの電力の供給／供給遮断は、トライアック４０４のオン／オフにより行われる。サーモスイッチ３０２は、トライアック４０４とセラミックヒータ１０９ｃの間に配設され、通常時は電力供給を行うようにオン状態となっている。ところが、セラミックヒータ１０９ｃが何らかの異常で高熱に達した場合には、サーモスイッチ３０２はオフ状態となり、セラミックヒータ１０９ｃへの電力供給を遮断し、一旦、オフ状態となると、オン状態に復帰することなく、オフ状態が継続される。エンジンコントローラ１２６は、トランジスタ４２３をオン／オフすることにより、リレー４１３内の２４Ｖ電源の給電、給電遮断を制御し、リレー４１３は、２４Ｖ電源の給電、給電遮断により、セラミックヒータ１０９ｃへ電力の供給／供給遮断を行う。トランジスタ４２３は、エンジンコントローラ１２６により、定着器の給電時にはオンされ、定着器が停止するとオフされる。抵抗４０５、４０６は、トライアック４０４のためのバイアス抵抗である。

エンジンコントローラ１２６は、抵抗４１０を介して、ＯＮ／ＯＦＦ（オン／オフ）信号をトランジスタ４０９の制御端子に出力することにより、トランジスタ４０９のオン／オフを行う。フォトトライアックカプラ４０７は、一次側と二次側を電気的に絶縁するためのデバイスである。そして、トランジスタ４０９がオンすると、フォトトライアックカプラ４０７の一次側の発光ダイオードに電流が流れてオンし、その結果、トライアック４０４はオン状態となる。抵抗４０８は、フォトトライアックカプラ４０７の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。

また、サーミスタ１０９ｄは、セラミックヒータ１０９ｃの温度を検知するための温度検知素子であり、検知される温度は、抵抗４１５とサーミスタ１０９ｄとの分電圧として検知され、エンジンコントローラ１２６にＴＨ信号として入力される。セラミックヒータ１０９ｃの温度を示すＴＨ信号を入力したエンジンコントローラ１２６は、ＴＨ信号の電圧からセラミックヒータ１０９ｃの温度を算出し、セラミックヒータ１０９ｃの目標設定温度と比較する。そして、セラミックヒータ１０９ｃに供給すべき電力を算出し、位相制御の場合には、供給すべき電力に対応した位相角に換算し、エンジンコントローラ１２６は、トランジスタ４０９をオン状態にするために、オン信号を送出し、給電制御を行う。

［ゼロクロス検知回路と電源電流検知回路の概要］
図４は、本実施例のゼロクロスポイントの検知を行うゼロクロス検知回路と、電源の電流値の検知を行う電源電流検知回路を示した図である。また、図５、図６は、図４の回路における電圧、電流波形を示した図であり、縦軸は電圧・電流の大きさを、横軸は時間の経過を示す。商用交流電源４０１のＨｏｔ（ホット）、Ｎｅｕｔｒａｌ（ニュートラル）ラインは、全波整流を行う整流ブリッジ５０１、電源電流検知抵抗５０４を介して平滑コンデンサ５０３により平滑化され、コンデンサ入力型電源５０２へ入力される。

電源電流検知回路は、図４中の回路素子５０５〜５１１から構成されている。整流ブリッジ５０１には、図５（ａ）に示す波形の商用交流電圧が入力される。そして、電源電流検知抵抗５０４には、整流ブリッジ５０１により全波整流された後の図５（ｂ）に示す波形の電源電流が流れるため、電源電流検知抵抗５０４の両端には、電源電流と相似な波形の電圧が生じる。そして、その電圧は、コンデンサ入力型電源５０２に流れる電流の大きさにより変化する。電源電流検知抵抗５０４の両端に生じた電圧は、抵抗５０５、５０６により分圧され、コンデンサ５０７によってノイズを除去された後、トランジスタ５０８の制御端子に印加される。図５（ｂ）に示す電源電流閾値より大きな電流が電源電流検知抵抗５０４に流れたときに生じる電圧により、トランジスタ５０８はオン状態となる。その結果、コンデンサ入力型電源５０２で生成された補助巻線電圧Ｖｃｃを電源として、制限抵抗５０９を介して、フォトカプラ５１０の発光ダイオードに電流が流れ、オン状態となる。フォトカプラ５１０の発光ダイオードがオン状態になると、出力側のフォトトランジスタもオン状態となり、図５（ｃ）に示す電源電流検知信号が出力される。図４の電源電流検知回路では、ノイズを除去するために、抵抗５２０とコンデンサ５２１によってフィルタが構成されており、そのため、図５（ｂ）の電源電流波形に比べて、図５（ｃ）に示す電源電流検知信号では、時間遅延が発生している。

ゼロクロス検知回路は、図４中の回路素子５１２〜５１９から構成されている。図６（ａ）に示すＡＣフィルタ４０２からの商用交流電源４０１の電圧信号のうち、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電圧がダイオード５１２を介して抵抗器５１３、５１４にて分圧され、コンデンサ５１５によってノイズを除去し、トランジスタ５１６の制御端子に入力される。商用交流電源の電圧が０Ｖ（ボルト）以上の場合にはトランジスタ５１６はオン状態となり、電圧がマイナス（負電圧）になると、トランジスタ５１６はオフ状態となる。コンデンサ入力型電源５０２で生成された補助巻線電圧Ｖｃｃを電源として、制限抵抗５１７を介して流れる電流は、トランジスタ５１６がオン状態のときにはトランジスタ５１６側に流れ、フォトカプラ５１８の発光ダイオードはオフ状態となる。逆に、トランジスタ５１６がオフ状態のときには、制限抵抗５１７を介して流れる電流は、フォトカプラ５１８に流れ、発光ダイオードはオン状態となる。その結果、トランジスタ５１６がオン状態のときには、フォトカプラ５１８の発光ダイオードはオフ状態、フォトトランジスタもオフ状態となるので、ゼロクロス検知信号はハイレベルとなる。逆に、トランジスタ５１６がオフ状態のときには、フォトカプラ５１８の発光ダイオードはオン状態、フォトトランジスタもオン状態となるので、ゼロクロス検知信号はローレベルとなり、図６（ｂ）に示すゼロクロス検知信号が出力される。

［ゼロクロスタイミングの検知方法］
次に、ゼロクロス検知方法について、図７を用いて説明する。図７は、図４の回路における電圧、電流波形を示した図であり、縦軸は電圧・電流の大きさを、横軸は時間の経過を示す。図７（ａ）は、商用交流電圧波形に外部からのノイズ（正弦波中の垂直波形を指す）が重畳した場合の波形を示している。このような波形が入力されたゼロクロス検知回路は、図７（ｂ）のゼロクロス検知信号に示すように、図７（ａ）中のノイズと同じ位置に、ノイズ波形がそのままエッジとして現れている。また、図７（ｃ）に示す電源電流波形にもこれらノイズの影響により、図７（ａ）中のノイズと同じ位置に、ノイズ波形が現れている。しかし、電源電流検知回路では、コンデンサ５０７、及び抵抗５２０とコンデンサ５２１の組合せによるフィルタによってノイズが除去されるので、図７（ｄ）のように、ノイズのない電源電流検知信号の波形が得られる。そして、図７（ｂ）、（ｄ）に示す、ノイズの重畳したゼロクロス検知信号とノイズの除去された電源電流検知信号は、ゼロクロス検知を行うために、エンジンコントローラ１２６へ入力される。ここでは、ノイズ除去のために、一般的な抵抗、コンデンサでフィルタを構成した例を示しているが、インダクタを用いたり、デジタルフィルタ、プログラムを介在させた多数決回路等を設けて、ノイズ除去を行っても差し支えない。

エンジンコントローラ１２６は、まず、入力された電源電流検知信号において、信号レベルが“Ｌｏｗ（ロー）”レベルになる周期を検知し、その周期が動作可能な周波数範囲か判定する。例えば、検知した周期が、商用交流電源周波数に近い４５〜６５Ｈｚ（ヘルツ）の周波数範囲に収まっていれば、検知した周期は正常であると判断する。そして、次に、エンジンコントローラ１２６は、図７（ｅ）に示す、ゼロクロス検知信号のエッジ検知を行わないマスキング区間（ハッチングされた区間）と、エッジ検知を行う非マスキング区間（ハッチングされていない区間）を有するマスクパターンを生成する。電源電流は、図７（ｃ）に示すように、商用交流電源の電圧が最も高くなる位相９０度付近を中心に、平滑コンデンサ５０３への充電電流が流れる。そのため、商用交流電源のゼロクロスポイントは、図７（ｄ）に示す電源電流検知信号の、電源電流の電流値が閾値以下のときに出力される“Ｈｉｇｈ（ハイ）”レベルの中心付近となる。そこで、エンジンコントローラ１２６は、この電源電流検知信号の“Ｈｉｇｈ”レベルの中心近傍の前後に設けた所定時間の区間、例えば２ｍｓｅｃ（ミリ秒）間を、ゼロクロスのエッジ検知を行わないマスキング区間から除外する。そして、エンジンコントローラ１２６は、この除外された区間内、すなわち非マスキング区間で、図７（ｂ）に示すゼロクロス検知信号のエッジを検知した場合には、そのエッジを正しいゼロクロスタイミングとみなすことができる。更に、エンジンコントローラ１２６は、フィルタの時定数に応じて、マスキング区間をずらす等の補正を行ったり、マスキング区間を少し狭くすることを行ったりすることにより、最適なマスキング区間を設けることが可能である。

また、電源電流検知信号にフィルタで除去できないノイズが重畳する場合は、例えば１００μｓｅｃ（マイクロ秒）周期で電源電流検知信号のレベルをサンプリングする。そして、所定時間、すなわち電源電流が流れる時間以内、例えば２ｍｓｅｃ（ミリ秒）以内で、電源電流検知信号のレベルが、多数決で“Ｌｏｗ（ロー）”レベルになるタイミングの有無を監視する。その結果、“Ｌｏｗ”レベルと判断できる場合には、そのタイミングは電源電流が検知されたタイミングとして、上記制御を行えば良い。ゼロクロス検知信号のマスキング区間を設けることにより、マスキングがされているタイミングでゼロクロス検知信号のエッジが検知されても無視されるので、図７（ｆ）に示すように、正しいゼロクロス検知結果が得られる。そして、エンジンコントローラ１２６は、このゼロクロスタイミングに応じて正しいタイミングで定着器の制御を行うことができる。

［画像形成装置の立ち上げ動作］
次に、画像形成装置を電源オンしたときの立ち上げ動作について説明する。まず、本体１０１のメインスイッチ（不図示）がオンされると、コンデンサ入力型電源５０２が起動される。これにより、エンジンコントローラ１２６、ビデオコントローラ１２７へ供給される、例えば、３．３Ｖや５Ｖ等といった比較的低圧な電圧と、リレーやモータ等の主に駆動系を動作させるための、例えば２４Ｖ等といった比較的高い電圧の供給が開始される。そして、エンジンコントローラ１２６が起動され、本体１０１のウォームアップのための前多回転動作を開始する。まず、エンジンコントローラ１２６は、トランジスタ４２３をオンして、電圧２４Ｖをリレー４１３の駆動コイルへ供給する。これにより、リレー４１３がオンされ、セラミックヒータ１０９ｃへの電力供給が開始される。エンジンコントローラ１２６は、前述した方法により、正しいゼロクロスタイミングを検知した後、ゼロクロスタイミングを基に、トランジスタ４０９をオン／オフするタイミングを決定する。そして、エンジンコントローラ１２６は、トランジスタ４０９のオン／オフによりトライアック４０４を制御して、セラミックヒータ１０９ｃへ電力供給し、所定の予熱制御を行う。セラミックヒータ１０９ｃが予熱された後、エンジンコントローラ１２６は、メインモータ１２３の駆動を開始し、感光ドラム１１７を含むプロセスカートリッジ１０８の各構成品、定着器１０９、搬送ローラ対１１１、排紙ローラ対１４０が回転駆動される。更に、エンジンコントローラ１２６により、トライアック４０４が制御され、定着器１０９内のセラミックヒータ１０９ｃの駆動制御も行われ、所定のプロセス機器の準備動作が実行される。エンジンコントローラ１２６は、その後、セラミックヒータ１０９ｃを所定の温度まで昇温させた後、各プロセス機器の準備動作を終え、スタンバイ状態に入る。このとき、エンジンコントローラ１２６は、トランジスタ４０９をオフすることによって、トライアック４０４の駆動を停止し、セラミックヒータ１０９ｃへの電力供給を停止する。

［画像形成装置の画像形成動作］
次に、画像形成装置における画像形成動作について説明する。エンジンコントローラ１２６は、ビデオコントローラ１２７からプリント動作開始命令を受けると、画像形成動作を開始する。エンジンコントローラ１２６は、リレー４１３をオンした後、前述した方法によりゼロクロスタイミングを検知し、そのゼロクロスタイミングを基にトランジスタ４０９を制御し、セラミックヒータ１０９ｃへ電力を供給して、所定の予熱制御を行う。セラミックヒータ１０９ｃが予熱された後、エンジンコントローラ１２６は、メインモータ１２３を駆動し、トランジスタ４０９を制御してセラミックヒータ１０９ｃの立ち上げ、スキャナモータ１１４の駆動を開始する。メインモータ１２３の駆動によって、感光ドラム１１７、及び転写ローラ１２１、定着器１０９の定着フィルム１０９ａ、及び加圧ローラ１０９ｂ、搬送ローラ対１１１、排紙ローラ対１４０は、各々、回転を開始する。この後、エンジンコントローラ１２６は、レーザユニット１１３の光量制御を開始すると共に、一次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写ローラ１２１の高圧駆動を順次行う。エンジンコントローラ１２６は、レーザ光検知センサより送られる／ＢＤ信号のパルス間隔から、スキャナモータ１１４の回転が定常状態になったことを検知すると、給紙ローラクラッチ１２５をオンして給紙ローラ１０５ａを駆動する。これにより、給紙カセット１０２内の記録紙Ｓが一枚ずつ繰り出され、前述した記録紙Ｓへの画像形成動作が開始される。

そして、画像形成動作を終えると、エンジンコントローラ１２６は、トランジスタ４２３をオフして、セラミックヒータ１０９ｃへの電力供給を止めると共に、メインモータ、及びレーザスキャナを止め、一連の画像形成プロセス処理を停止させる。

以上説明したように、本実施例によれば、商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知することができる。すなわち、簡素な低コストの回路構成で、マスキング区間を構成するマスクパターンを用いて、ゼロクロス検知信号をマスクすることにより、商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知することができる。本実施例では、商用交流電源の電圧波形からゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知回路を設けた例について説明したが、このゼロクロス検知回路を設けず、電源電流検知信号のみからゼロクロスタイミングを設定するように構成してもよい。その場合には、ゼロクロスタイミングは、前述した電源電流検知信号の“Ｈｉｇｈ（ハイ）”レベルの中心付近とすればよく、この方法は、ゼロクロスタイミングに精度が不要な波数制御などに有効である。

［定着電流検知回路の概要］
次に、図８、図９を用いて、本実施例について説明する。図８において、実施例１の図３、図４と同一の回路素子については、同一符号を付し、回路動作等についての説明は省略する。本実施例では、実施例１の電源電流検知信号の代わりに、定着電流検知信号を用いる。図８（ａ）は、本実施例のセラミックヒータの駆動及び制御を行う加熱定着装置の回路の模式図である。図８（ａ）が実施例１の図３と異なるのは、リレー４１３とセラミックヒータ１０９ｃ間の電力供給経路に、抵抗１００２、ダイオード１００３、１００４から構成される定着電流検知回路を設けている点である。図８（ａ）において、定着電流検知トランス１００１は、セラミックヒータ１０９ｃに流れる定着電流を検知する。不図示であるが、定着電流検知トランス１００１の二次側は、抵抗１００２、及びダイオード１００３、１００４を介して、エンジンコントローラ１２６に接続されている。定着電流検知トランス１００１の二次側両端には、セラミックヒータ１０９ｃに流れる定着電流に応じた電圧が抵抗１００２により生じ、抵抗１００２を流れる電流はダイオード１００３、１００４により整流される。そのため、本実施例での定着電流検知は、一方向の正電流のみにより生じる正電圧を検知することで行われ、生成された定着電流検知信号は、エンジンコントローラ１２６に入力される。エンジンコントローラ１２６は、入力された定着電流検知信号を積分し、セラミックヒータ１０９ｃに流れる定着電流の実効値を算出し、適宜、定着制御に使用する。また、実施例１の図４は、電源電流検知回路とゼロクロス検知回路を設けていたが、本実施例の場合には、電源電流検知信号として定着電流検知信号を使用するので、図８（ｂ）に示すようにゼロクロス検知信号を出力するゼロクロス検知回路のみで良い。

［ゼロクロスタイミングの検知方法］
図９は、図８の回路における電圧、電流波形を示した図であり、縦軸は電圧・電流の大きさを、横軸は時間の経過を示す。図９に示す波形は、図９（ｃ）に示すように、位相制御を行った場合の波形を示している。位相制御を行う場合は、所望の導通角にのみ電力が供給されるため、実際にセラミックヒータ１０９ｃには、図９（ｃ）に示すような電圧波形のヒータ印加電圧が印加され、その電圧に応じた定着電流が流れる。定着電流検知トランス１００１では、定着電流が電圧に変換され、ダイオード１００３、及びダイオード１００４により整流されることによって、図９（ｄ）のような正の電流値の電流波形を示す定着電流検知信号が出力される。

定着制御を行う際は、まず、図８（ｂ）のゼロクロス検知回路によってゼロクロスタイミングの検知が行われ、図９（ｂ）に示すようなゼロクロス検知信号がエンジンコントローラ１２６に入力される。この場合のゼロクロスタイミングは、ノイズにより、真のゼロクロスタイミングからずれている場合もある。次に、ゼロクロス検知信号のゼロクロスタイミングに基づいて、エンジンコントローラ１２６は、位相制御により定着制御を開始する。すると、定着電流検知回路から定着電流検知信号が出力され、エンジンコントローラ１２６に入力される。エンジンコントローラ１２６は、定着電流検知信号において、検知信号が立ち下がり、ゼロとなるタイミングを真のゼロクロスタイミングとし、ゼロクロスタイミングの時間間隔から、ゼロクロスタイミングの周期を算出する。エンジンコントローラ１２６は、算出されたゼロクロスタイミングの周期から、入力の商用交流電源の周波数を算出することができる。そして、次に、エンジンコントローラ１２６は、図９（ｅ）に示す、ゼロクロス検知信号のエッジ検知を行わないマスキング区間（ハッチングされた区間）と、エッジ検知を行う非マスキング区間（ハッチングされていない区間）を有するマスクパターンを生成する。エンジンコントローラ１２６は、ゼロクロスタイミング付近の所定時間、例えば２ｍｓｅｃ（ミリ秒）間の区間を非マスキング区間とし、それ以外の区間をゼロクロス検知信号のエッジを検知しないマスキング区間としている。そして、エンジンコントローラ１２６は、このマスクパターンによって、ゼロクロス検知信号の非マスキング区間におけるエッジをゼロクロスタイミングとし、このゼロクロスタイミングを基に定着制御を行う。

以上説明したように、本実施例によれば、商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知することができる。すなわち、簡素な低コストの回路構成で、マスキング区間を構成するマスクパターンを用いて、ゼロクロス検知信号をマスクすることにより、商用交流電源に重畳するノイズや電圧波形歪みの影響を受けず、正確にゼロクロスタイミングを検知することができる。本実施例では、図８（ｂ）のようなゼロクロス検知回路を設けた例について説明しているが、このゼロクロス検知回路を設けず、定着電流検知信号のみからゼロクロスタイミングを検知するように構成してもよい。その場合、例えば、商用交流電源の周波数が５０Ｈｚ（ヘルツ）であれば、１周期分に相当する２０ｍｓｅｃ（ミリ秒）間、定着ヒータをオンし続ける。定着器が回転していても、定着ヒータのオン状態がごく短時間であれば、過昇温等の状態にはならない。そして、定着ヒータをオンすることにより、定着電流検知信号には、半波の正弦波が現れ、その正弦波の両端のゼロクロスをゼロクロスタイミングとすることにより、正確なゼロクロス検知を行うことができる。それ以降は、前述したように、定着電流検知信号の立ち下がりタイミングを基準に、位相制御等を行うこともできる。また、本実施例では、位相制御時の定着電流を用いて説明を行ったが、波数制御の場合、又は位相制御において半波・全波の定着電流を流す場合は、定着電流検知信号のゼロからの立ち上がりタイミングもゼロクロスタイミングとして使用することができる。そして、前述した方法により、ゼロクロスタイミングの周期を算出する。算出されたゼロクロスタイミングの周期は、入力の交流電源の２分の１の周期なので、２倍の周期となる周波数を算出することにより、入力の商用交流電源の周波数を算出することができる。そして、算出された周波数に基づいて、ゼロクロス検知信号のエッジを検知しないマスキング区間を有するマスクパターンを生成できる。このマスクパターンによって、ゼロクロス検知信号の非マスキング区間におけるエッジをゼロクロスタイミングとし、このゼロクロスタイミングを基に定着制御を行うことができる。また、位相制御の場合と同様に、波数制御においても、ゼロクロス検知回路を設けず、定着電流検知信号のみからゼロクロスタイミングを設定して、定着制御を行うことができる。

１０９ｃ セラミックヒータ
１２６ エンジンコントローラ
４０１ 商用交流電源
５１０、５１８ フォトカプラ

Claims (8)

1. 交流電源から電力供給される発熱体と、
   前記交流電源から前記発熱体への給電制御を行う制御手段と、
   前記交流電源の電流値を検知し、電流検知信号を出力する電流検知手段と、
   前記交流電源の電圧のゼロクロスを検知し、ゼロクロス検知信号を出力するゼロクロス検知手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記電流検知信号に基づいて、前記ゼロクロス検知信号のエッジの検知を行わないマスキング区間と、前記ゼロクロス検知信号のエッジの検知を行う非マスキング区間を有するマスクパターンを生成し、前記マスクパターンの非マスキング区間における前記ゼロクロス検知信号のエッジをゼロクロスタイミングとして、前記給電制御を行うことを特徴とする加熱定着装置。
2. 交流電源から電力供給される発熱体と、
   前記交流電源から前記発熱体への給電制御を行う制御手段と、
   交流電源の電流値を検知し、電流検知信号を出力する電流検知手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記電流検知信号に基づいて、ゼロクロスタイミングを設定しないマスキング区間と、前記ゼロクロスタイミングを設定する非マスキング区間を有するマスクパターンを生成し、前記マスクパターンの非マスキング区間にゼロクロスタイミングを設定し、前記給電制御を行うことを特徴とする加熱定着装置。
3. 前記電流検知手段は、前記交流電源を全波整流した電流値を検知し、前記電流値が閾値以下の場合には、前記電流検知信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
4. 前記マスクパターンは、前記電流検知信号が出力されている区間の中心近傍の前後の所定時間を前記非マスキング区間とすることを特徴とする請求項３に記載の加熱定着装置。
5. 前記電流検知手段は、前記交流電源から前記発熱体に供給される正電圧に応じた電流値を検知して、前記電流検知信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
6. 前記制御手段が位相制御による前記給電制御を行う場合には、
   前記マスクパターンは、前記電流検知信号の立ち下がりをゼロクロスタイミングとし、前記ゼロクロスタイミングの周期を有する前記交流電源の電圧がゼロクロスするときを中心に、前後の所定の時間を前記非マスキング区間とすることを特徴とする請求項５に記載の加熱定着装置。
7. 前記制御手段が波数制御による前記給電制御を行う場合には、
   前記マスクパターンは、前記電流検知信号の立ち上がり及び立ち下がりをゼロクロスタイミングとし、前記ゼロクロスタイミングの２倍の周期を有する前記交流電源の電圧がゼロクロスするときを中心に、前後の所定の時間を前記非マスキング区間とすることを特徴とする請求項５に記載の加熱定着装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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