JP2021140079A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路部品を追加することなく、半導体素子の誤点弧を低減すること。【解決手段】トライアック１０２は、Ｔ１端子が発熱体１０１の一端に接続され、Ｔ２端子が交流電源１００に接続され、トライアック２０２は、Ｔ２端子が発熱体２０１の一端に接続され、Ｔ１端子が交流電源１００に接続される、又は、トライアック１０２は、Ｔ２端子が発熱体１０１の一端に接続され、Ｔ１端子が交流電源１００に接続され、トライアック２０２は、Ｔ１端子が発熱体２０１の一端に接続され、Ｔ２端子が交流電源１００に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、加熱装置及び画像形成装置に関し、特に、加熱装置の定着ヒータを制御する制御回路に関する。

従来、定着器に複数の発熱体を備え、複数の発熱体を複数の双方向サイリスタを介して並列に接続することで、例えば記録紙の幅に応じた長さの発熱体を選択的に用いて非通紙部昇温を軽減するといった構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、双方向サイリスタをトライアックという。一方、トライアックは、一般的に交流電源の制御を目的とした半導体素子である。トライアックは、ゲート（Ｇ）端子と、Ｔ１端子、Ｔ２端子の３端子を持ち、Ｇ端子にゲート電流が流れＧ端子の電圧が閾値電圧以上となることで、Ｔ１端子とＴ２端子との間に双方向に電流が流れる。更にトライアックはトリガモードＩ及びＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶという４種類のトリガモードを持つことが知られている。ここでトリガモードＩとはＴ１端子に対してＴ２端子が正電位でありＧ端子が正電位である場合を指し、トリガモードＩＩとはＴ１端子に対してＴ２端子が正電位でありＧ端子が負電位である場合を指す。トリガモードＩＩＩとはＴ１端子に対してＴ２端子が負電位でありＧ端子が負電位である場合を指し、トリガモードＩＶとはＴ１端子に対してＴ２端子が負電位でありＧ端子が正電位である場合を指す。このとき、トリガモードＩ及びＩＩよりもトリガモードＩＩＩ及びＩＶの方が、トライアックをオンするために、Ｇ端子に対して大きいゲート電流が必要であることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

一方、トライアックは例えばＥＦＴ／Ｂ試験（電気的ファーストトランジェント／バースト試験）のように交流電源からｄｖ／ｄｔの大きいサージが印加されると、所望ではないタイミングでＧ端子に対してゲート電流が流れてしまうことがある。その結果、トライアックがオン（以下、誤点弧という）し、所望ではないタイミングで発熱体へ電力を供給してしまうおそれがある。誤点弧に対し、トライアックの両端の電圧をモニタすることで、トライアックの誤点弧による発熱体の過昇温を検知する制御装置が考案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−１００５５８号公報 特開昭６０−０２２３７０号公報 特開平０６−２９７８０８号公報

複数の発熱体が複数のトライアックを介して並列に接続されている定着器において、ＥＦＴ／Ｂ試験のように交流電源からｄｖ／ｄｔの大きいサージ電圧が継続的に印加され、複数のトライアックが継続的に誤点弧すると、次のような課題が発生する。すなわち、複数の発熱体が所望ではないタイミングで電力を供給されてしまい、例えば定着器が過昇温となってしまうという課題が発生する。このようなトライアックの誤点弧による定着器の過昇温を防ぐためには、従来のように、トライアックの両端の電圧をモニタする構成などが挙げられるが、回路部品の追加によりコストや基板面積が増加してしまうという課題がある。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、回路部品を追加することなく、半導体素子の誤点弧を低減することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）第１の負荷と、Ｔ１端子とＴ２端子とゲート端子とを有し、交流電源から前記第１の負荷への電力の供給と電力供給の遮断とを切り替える第１のスイッチ素子と、第２の負荷と、Ｔ１端子とＴ２端子とゲート端子とを有し、前記交流電源から前記第２の負荷への電力の供給と電力供給の遮断とを切り替える第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子を制御し、前記第１の負荷と前記第２の負荷とに共に電力が供給されないように制御する制御手段と、を備える加熱装置であって、前記第１のスイッチ素子は、前記Ｔ１端子が前記第１の負荷の一端に接続され、前記Ｔ２端子が前記交流電源に接続され、前記第２のスイッチ素子は、前記Ｔ２端子が前記第２の負荷の一端に接続され、前記Ｔ１端子が前記交流電源に接続される、又は、前記第１のスイッチ素子は、前記Ｔ２端子が前記第１の負荷の一端に接続され、前記Ｔ１端子が前記交流電源に接続され、前記第２のスイッチ素子は、前記Ｔ１端子が前記第２の負荷の一端に接続され、前記Ｔ２端子が前記交流電源に接続されることを特徴とする加熱装置。

（２）静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着しトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、前記第１の負荷である第１の発熱体及び前記第２の負荷である第２の発熱体を有し、前記第１の発熱体又は前記第２の発熱体により前記記録材に転写された未定着のトナー像を加熱して定着させる前記（１）に記載の加熱装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、回路部品を追加することなく、半導体素子の誤点弧を低減することができる。

実施例１、２の画像形成装置の概略を示す断面図 実施例１の第１の閉回路と第２の閉回路とを示す回路ブロック図 実施例１の各閉回路の動作波形を示す図 実施例２の発熱体の駆動回路を示す回路ブロック図 実施例２の発熱体の配置を示す図 実施例２の駆動回路の動作波形を示す図

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。以下の説明で、Ｇ端子、Ｔ１端子及びＴ２端子を有するスイッチ素子の一例として双方向サイリスタについて説明する。また、スイッチ素子のトリガモードＩとはＴ１端子に対してＴ２端子が正電位でありＧ端子が正電位である場合を指し、トリガモードＩＩとはＴ１端子に対してＴ２端子が正電位でありＧ端子が負電位である場合を指す。更にスイッチ素子のトリガモードＩＩＩとはＴ１端子に対してＴ２端子が負電位でありＧ端子が負電位である場合を指し、トリガモードＩＶとはＴ１端子に対してＴ２端子が負電位でありＧ端子が正電位である場合を指す。また、トリガモードＩ、ＩＩよりもトリガモードＩＩＩ、ＩＶの方が、トライアックをオンするために、Ｇ端子に対して大きいゲート電流が必要である。

［全体構成］
図１は実施例１の定着装置を搭載した一例の画像形成装置である、インライン方式のカラー画像形成装置を示す構成図である。図１を用いて電子写真方式のカラー画像形成装置の動作を説明する。なお、第１ステーションをイエロー（Ｙ）色のトナー画像形成用のステーション、第２ステーションをマゼンタ（Ｍ）色のトナー画像形成用のステーションとしている。また、第３ステーションをシアン（Ｃ）色のトナー画像形成用のステーション、第４ステーションをブラック（Ｋ）色のトナー画像形成用のステーションとしている。

第１ステーションで、像担持体である感光ドラム１ａは、ＯＰＣ感光ドラムである。感光ドラム１ａは金属円筒上に感光して電荷を生成するキャリア生成層、発生した電荷を輸送する電荷輸送層等からなる機能性有機材料が複数層積層されたものであり、最外層は電気的導電性が低くほぼ絶縁である。帯電手段である帯電ローラ２ａが感光ドラム１ａに当接され、感光ドラム１ａの回転に伴い、従動回転しながら感光ドラム１ａ表面を均一に帯電する。帯電ローラ２ａには直流電圧又は交流電圧を重畳した電圧が印加され、帯電ローラ２ａと感光ドラム１ａ表面とのニップ部から、回転方向の上流側及び下流側の微小な空気ギャップにおいて放電が発生することにより感光ドラム１ａが帯電される。クリーニングユニット３ａは、後述する転写後に感光ドラム１ａ上に残ったトナーをクリーニングするユニットである。現像手段である現像ユニット８ａは、現像ローラ４ａ、非磁性一成分トナー５ａ、現像剤塗布ブレード７ａからなる。感光ドラム１ａ、帯電ローラ２ａ、クリーニングユニット３ａ、現像ユニット８ａは、画像形成装置に対して着脱自在な一体型のプロセスカートリッジ９ａとなっている。

露光手段である露光装置１１ａは、レーザー光を多面鏡によって走査させるスキャナユニット又はＬＥＤ（発光ダイオード）アレイから構成され、画像信号に基づいて変調された走査ビーム１２ａを感光ドラム１ａ上に照射する。また、帯電ローラ２ａは、帯電ローラ２ａへの電圧供給手段である帯電高電圧電源１０２０ａに接続されている。現像ローラ４ａは、現像ローラ４ａへの電圧供給手段である現像高電圧電源１０２１ａに接続されている。転写手段である１次転写ローラ１０１０ａは、１次転写ローラ１０１０ａへの電圧供給手段である１次転写高電圧電源２２ａに接続されている。以上が第１ステーションの構成であり、第２、第３、第４ステーションも同様の構成をしている。他のステーションについて、第１ステーションと同一の機能を有する部品は同一の符号を付し、符号の添え字にステーションごとにｂ、ｃ、ｄを付している。なお、以下の説明において、特定のステーションについて説明する場合を除き、添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄを省略する。

中間転写ベルト１３は、その張架部材として２次転写対向ローラ１５、テンションローラ１４、補助ローラ１９の３本のローラにより支持されている。テンションローラ１４のみバネで中間転写ベルト１３を張る方向の力が加えられており、中間転写ベルト１３に適当なテンション力が維持されるようになっている。２次転写対向ローラ１５はメインモータ（不図示）からの回転駆動を受けて回転し、外周に巻かれた中間転写ベルト１３が回動する。中間転写ベルト１３は感光ドラム１ａ〜１ｄ（例えば、図１では反時計回り方向に回転）に対して順方向（例えば、図１では時計回り方向）に略同速度で移動する。また、中間転写ベルト１３は、矢印方向（時計回り方向）に回転し、１次転写ローラ１０１０は中間転写ベルト１３をはさんで感光ドラム１と反対側に配置されて、中間転写ベルト１３の移動に伴い従動回転する。中間転写ベルト１３をはさんで感光ドラム１と１次転写ローラ１０１０とが当接している位置を１次転写位置という。補助ローラ１９、テンションローラ１４及び２次転写対向ローラ１５は電気的に接地されている。なお、第２〜第４ステーションの１次転写ローラ１０１０ｂ〜１０１０ｄは第１ステーションの１次転写ローラ１０１０ａと同様の構成としているので説明を省略する。

次に実施例１の画像形成装置の画像形成動作を説明する。画像形成装置は待機状態時に印刷指令を受信すると、画像形成動作をスタートする。感光ドラム１や中間転写ベルト１３等はメインモータ（不図示）によって所定のプロセススピードで矢印方向に回転を始める。感光ドラム１ａは、帯電高電圧電源１０２０ａにより電圧が印加された帯電ローラ２ａによって一様に帯電され、続いて露光装置１１ａから照射された走査ビーム１２ａによって画像情報（画像データともいう）に従った静電潜像が形成される。現像ユニット８ａ内のトナー５ａは、現像剤塗布ブレード７ａによって負極性に帯電されて現像ローラ４ａに塗布される。そして、現像ローラ４ａには、現像高電圧電源１０２１ａより所定の現像電圧が供給される。感光ドラム１ａが回転して感光ドラム１ａ上に形成された静電潜像が現像ローラ４ａに到達すると、静電潜像は負極性のトナーが付着することによって可視化され、感光ドラム１ａ上には第１色目（例えば、Ｙ（イエロー））のトナー像が形成される。他の色Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各ステーション（プロセスカートリッジ９ｂ〜９ｄ）も同様に動作する。各色の１次転写位置間の距離に応じて、一定のタイミングでコントローラ（不図示）からの書き出し信号を遅らせながら、露光による静電潜像が各感光ドラム１ａ〜１ｄ上に形成される。それぞれの１次転写ローラ１０１０ａ〜１０１０ｄにはトナーと逆極性の直流高電圧が印加される。以上の工程により、順に中間転写ベルト１３にトナー像が転写されていき（以下、１次転写という）、中間転写ベルト１３上に多重トナー像が形成される。

その後、トナー像の作像に合わせて、カセット１６に積載されている記録材である用紙Ｐは、搬送経路Ｙに沿って搬送される。具体的には、用紙Ｐは給紙ソレノイド（不図示）によって回転駆動される給紙ローラ１７により給送（ピックアップ）される。給送された用紙Ｐは搬送ローラによりレジストレーションローラ（以下、レジストローラという）１８に搬送される。そして、用紙Ｐは、搬送方向に直交する方向の長さ（以下、幅という）を検知する紙幅センサ１２２を通過する。レジストローラ１８の下流側にはレジストレーションセンサ（以下、レジセンサという）１２３が配置されている。レジセンサ１２３は、用紙Ｐの先端が到着すると用紙Ｐの「有り」を検知し、用紙Ｐの後端が通過すると用紙Ｐの「無し」を検知する。

用紙Ｐは、中間転写ベルト１３上のトナー像に同期して、レジストローラ１８によって中間転写ベルト１３と２次転写ローラ２５との当接部である転写ニップ部へ搬送される。２次転写ローラ２５には２次転写高電圧電源２６により、トナーと逆極性の電圧が印加され、中間転写ベルト１３上に担持された４色の多重トナー像が一括して用紙Ｐ上（記録材上）に転写される（以下、２次転写という）。用紙Ｐ上に未定着のトナー像が形成されるまでに寄与した部材（例えば、感光ドラム１等）は画像形成手段として機能する。一方、２次転写を終えた後、中間転写ベルト１３上に残留したトナーは、クリーニングユニット２７によって清掃される。２次転写が終了した後の用紙Ｐは、加熱装置である定着装置５０へと搬送され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として排出トレー１０３０へと排出される。定着装置５０は、第１の回転体であるフィルム５１、ニップ形成部材５２、第２の回転体である加圧ローラ５３、ヒータ５４を有する。ヒータ５４は、後述する複数の発熱体を有しており、複数の発熱体は、フィルム５１の内面に接するように設けられている。また、加圧ローラ５３はフィルム５１とともにニップ部を形成しており、ニップ部は、フィルム５１を介して複数の発熱体と加圧ローラ５３とにより形成されている。

［定着装置の回路ブロック図］
（第１の閉回路）
定着装置５０には交流電源からの電力供給によって発熱するヒータ５４として１つ以上の発熱体が搭載されている。この発熱体の制御方法に関する実施例１について、図２、図３を用いて説明する。図２（ａ）は第１の閉回路について説明する回路ブロック図である。第１の閉回路１１０は主に、交流電源１００、第１の負荷である第１の発熱体１０１（以下、発熱体１０１という）、第１のスイッチ素子である双方向サイリスタ（以下、トライアックという）１０２、フォトトライアックカプラ１０３を有している。また、第１の閉回路１１０は、抵抗１０４、抵抗１０５、抵抗１０７、トランジスタ１０６を有している。発熱体１０１はトライアック１０２のオン（導通）／オフ（非導通）により交流電源１００からの電力がオン（供給）／オフ（遮断）され発熱する。

電気的に１次側と２次側との絶縁を確保するフォトトライアックカプラ１０３内部の発光ダイオード１０３ａが発光すると、トライアック１０２にゲート端子電流（以下、Ｇ端子電流という）Ｉ３Ｇが流れる。これによりトライアック１０２は、ゲート端子の電圧（以下、Ｇ端子電圧という）が閾値電圧以上となることでオン（導通）する。また、トライアック１０２は、交流電源１００の交流電圧がゼロクロスするタイミングでオフ（非導通）する。抵抗１０５は発光ダイオード１０３ａの電流制限抵抗である。フォトトライアックカプラ１０３をオン／オフするためのトランジスタ１０６は、抵抗１０７を介して制御手段であるＣＰＵ１０と接続されており、ＣＰＵ１０から出力される第１の制御信号１０ａ（以下、制御信号１０ａという）に従ってオン／オフ動作する。また抵抗１０４はトライアック１０２を駆動するためのバイアス抵抗である。ＣＰＵ１０が制御信号１０ａによりトランジスタ１０６をオンすることで、電源Ｖｃｃから抵抗１０５を介してフォトトライアックカプラ１０３の発光ダイオード１０３ａに電流が流れる。なお、トライアック１０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ３とする。

（第２の閉回路）
図２（ｂ）は第２の閉回路について説明する回路ブロック図である。第２の閉回路２１０は主に、交流電源１００と第２の負荷である第２の発熱体２０１（以下、発熱体２０１という）、第２のスイッチ素子であるトライアック２０２、フォトトライアックカプラ２０３を有している。また、第２の閉回路２１０は、抵抗２０４、抵抗２０５、抵抗２０７、トランジスタ２０６を有している。発熱体２０１はトライアック２０２のオン／オフにより交流電源１００からの電力がオン／オフされ発熱する。なお、用紙Ｐの搬送方向に直交する方向の長さである発熱体１０１及び発熱体２０１の長手方向の長さについては、例えば、発熱体１０１を発熱体２０１よりも長くする。ＣＰＵ１０は、例えば用紙Ｐの搬送方向に直交する方向の長さに応じて、発熱体１０１に電力を供給するタイミングと発熱体２０１に電力を供給するタイミングとを制御する。具体的には、ＣＰＵ１０は、発熱体１０１と発熱体２０１とに排他的に電力が供給されるように制御する。

電気的に１次側と２次側との絶縁を確保するフォトトライアックカプラ２０３内部の発光ダイオード２０３ａが発光すると、トライアック２０２にＧ端子電流Ｉ４Ｇが流れる。これによりトライアック２０２は、Ｇ端子電圧が閾値電圧以上となることでオンする。また、トライアック２０２は、交流電源１００の交流電圧がゼロクロスするタイミングでオフする。抵抗２０５は発光ダイオード２０３ａの電流制限抵抗である。フォトトライアックカプラ２０３をオン／オフするためのトランジスタ２０６は、抵抗２０７を介してＣＰＵ１０と接続されており、ＣＰＵ１０から出力される第２の制御信号１０ｂ（以下、制御信号１０ｂという）に従ってオン／オフ動作する。また抵抗２０４はトライアック２０２を駆動するためのバイアス抵抗である。ＣＰＵ１０が制御信号１０ｂによりトランジスタ２０６をオンすることで、電源Ｖｃｃから抵抗２０５を介してフォトトライアックカプラ２０３の発光ダイオード２０３ａに電流が流れる。なお、トライアック２０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ４とする。

このとき図２（ａ）に示すように、第１の閉回路１１０において、トライアック１０２は、Ｔ１端子が発熱体１０１の一端に接続され、発熱体１０１を介して交流電源１００に接続される。トライアック１０２は、Ｔ２端子が交流電源１００に接続される。一方、図２（ｂ）に示すように、第２の閉回路２１０において、トライアック２０２は、Ｔ２端子が発熱体２０１の一端に接続され、発熱体２０１を介して交流電源１００に接続される。トライアック２０２は、Ｔ１端子が交流電源１００に接続される。この様に接続することで、トライアック１０２とトライアック２０２とを必ず逆の極性、具体的にはトリガモードＩ及びトリガモードＩＩＩで互い違いに動作させることができる。なお、トライアック１０２と発熱体１０１との接続と、トライアック２０２と発熱体２０１との接続とが、逆の極性となるように接続すればよいため、次のように接続してもよい。トライアック１０２は、Ｔ２端子が発熱体１０１の一端に接続され、Ｔ１端子が交流電源１００に接続されるようにし、一方、トライアック２０２は、Ｔ１端子が発熱体２０１の一端に接続され、Ｔ２端子が交流電源１００に接続されるようにしてもよい。

［サージが印加された場合の動作］
図３は、（ｉ）に交流電源１００が出力する交流電圧の波形を示す。（ｉｉ）にＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ａの波形を示し、（ｉｉｉ）にトライアック１０２のＧ端子電流Ｉ３Ｇの波形を示し、（ｉｖ）にトライアック１０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ３を示す。（ｖ）にＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ｂの波形を示し、（ｖｉ）にトライアック２０２のＧ端子電流Ｉ４Ｇの波形を示し、（ｖｉｉ）にトライアック２０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ４の波形を示す。ここで、（ｉｉｉ）のトライアック１０２のＧ端子電流Ｉ３Ｇは、図２（ａ）のＧ端子電流Ｉ３Ｇの矢印の向きを正としており、Ｉ３Ｇが正の場合ゲート端子に印加されるトリガ信号としては負である（トリガモードとしてはＩＩかＩＩＩになる）。また、（ｉｖ）の電流Ｉ３は、図２（ａ）の電流Ｉ３の矢印の向きを正としており、Ｉ３が正の場合トライアック１０２のＴ１端子に対してＴ２端子が負電位となっている（トリガモードとしてはＩＩＩかＩＶになる）。一方、（ｖｉ）のトライアック２０２のＧ端子電流Ｉ４Ｇは、図２（ｂ）のＧ端子電流Ｉ４Ｇの矢印の向きとは反対の向きを正としており、Ｉ４Ｇが正の場合ゲート端子に印加されるトリガ信号としては負である（トリガモードとしてはＩＩかＩＩＩになる）。また、（ｖｉｉ）の電流Ｉ４は、図２（ｂ）の電流Ｉ４の矢印の向きとは反対の向きを正としており、Ｉ４が正の場合トライアック２０２のＴ１端子に対してＴ２端子が負電位となっている（トリガモードとしてはＩＩＩかＩＶになる）。また、ＣＰＵ１０は、交流電圧の正の半波の期間でハイレベルの制御信号１０ａを出力し、交流電圧の負の半波の期間でハイレベルの制御信号１０ｂを出力する。なお、ＣＰＵ１０は、交流電圧の負の半波の期間でハイレベルの制御信号１０ａを出力し、交流電圧の正の半波の期間でハイレベルの制御信号１０ｂを出力してもよい。

（正常動作）
図２に示す回路が正常に動作している場合、図３に示す通り、Ｂ点において制御信号１０ａがトランジスタ１０６にオン動作を指示する。これにより、トライアック１０２は、Ｔ１端子に対してＴ２端子が負電位となりＧ端子が負電位となるため、トリガモードＩＩＩとしての動作を開始する。トライアック１０２のＧ端子に電流Ｉ３Ｇが流れ、Ｇ端子電圧が閾値以上となることでトライアック１０２がオン動作し、図３のＢ点からＣ点までの期間、電流Ｉ３が発熱体１０１に供給される。このときＣ点は交流電源１００が正電位から負電位に切り替わるゼロクロスのタイミングである。

また、Ｄ点において制御信号１０ｂがトランジスタ２０６にオン動作を指示する。これにより、トライアック２０２は、Ｔ１端子に対してＴ２端子が負電位となりＧ端子が負電位となるため、トリガモードＩＩＩとしての動作を開始する。トライアック２０２のＧ端子に電流Ｉ４Ｇが流れ、Ｇ端子電圧が閾値以上となることでトライアック２０２がオン動作し、図３のＤ点からＥ点までの期間、電流Ｉ４が発熱体２０１に供給される。このときＥ点は交流電源が負電位から正電位に切り替わるゼロクロスのタイミングである。このように図３のＡ点からＥ点までの動作を繰り返すことで、発熱体１０１及び発熱体２０１を正常な温度で駆動している。

（サージ発生）
ここで図３のＦ点において、交流電源１００から出力される交流電圧の波形にＥＦＴ／Ｂ試験に代表されるようなサージ電圧が印加された場合について説明する。トライアック１０２のＧ端子にはＧ端子電流Ｉ３Ｇ（トリガ信号としては負）が流れ、トライアック２０２のＧ端子にはＧ端子電流Ｉ４Ｇ（トリガ信号としては正）が流れてしまう。図３のＦ点のように交流電源１００が正電位である場合、トライアック１０２は、Ｔ１端子に対してＴ２端子が負電位となり、Ｇ端子が負電位となるため、上述した状態と同じトリガモードＩＩＩである。一方、トライアック２０２は、Ｔ１端子に対してＴ２端子が正電位となり、Ｇ端子が正電位となるため、トリガモードＩの状態となる。

トライアックは、トリガモードＩ、ＩＩよりもトリガモードＩＩＩ、ＩＶの方が、トライアックをオンするために、大きいＧ端子電流を必要とする。すなわち、トリガモードＩＩＩよりもトリガモードＩの方が、低いＧ端子電流でオンしてしまう。このため、トリガモードＩの状態であるトライアック２０２は、サージによるＧ端子電流Ｉ４ＧによってＧ端子電圧が閾値以上となってしまいオン動作、すなわち誤点弧し、図３のＦ点からＨ点の期間、電流Ｉ４が発熱体２０１に供給されてしまう。ここで、Ｆ点からＨ点の期間内で誤点弧した区間を誤点弧区間という。一方、トライアック１０２は、サージによるＧ端子電流Ｉ３Ｇが流れても、トリガモードＩＩＩの状態であるためＧ端子電圧の閾値が高く、オン動作、すなわち誤点弧しない（「誤点弧せず」）。そのため、トライアック１０２はＧ点でＣＰＵ１０からの制御信号１０ａの指示に従って正常に動作する。このように、少なくともトライアック１０２は誤点弧しないため発熱体１０１は発熱せず、サージが発生しても、発熱体１０１と発熱体２０１とが同時に発熱する時間を短くすることができる。

なお、交流電圧の負の半波の区間でサージが発生した場合についても同様である。例えば、図３のＨ点以降においてサージが発生した場合、トライアック１０２はトリガモードＩの状態となり誤点弧してしまい、発熱体１０１が発熱してしまう。一方、トライアック２０２はトリガモードＩＩＩの状態となり誤点弧しない。このため、交流電圧の負の半波の期間でサージが発生した場合でも、発熱体１０１と発熱体２０１とが同時に発熱する時間を短くすることができる。

以上のように、交流電源１００に対してトライアック１０２とトライアック２０２とを逆の極性で接続することにより、発熱体１０１と発熱体２０１とが同時に所望ではない異常状態で継続して発熱することを防ぐことが可能となる。これにより、例えばトライアックの誤点弧を検知する回路や定着装置５０の過昇温を検知する回路などを追加して搭載することなく、定着装置５０の過昇温を防ぐことが可能となる。

なお、実施例１では、２つのトライアックが並列に接続されている構成について記載したがこの限りではない。上述の通り、並列に接続されるトライアックの内、少なくとも１つのトライアックが逆の極性で接続されれば、並列に接続されるトライアックは３つ以上でもよい。以上、実施例１によれば、回路部品を追加することなく、半導体素子の誤点弧を低減することができる。

［定着装置の回路ブロック図］
（第１の閉回路）
実施例２に関して、図４から図６を用いて説明する。初めに図４を用いて第１の閉回路について説明する。第１の閉回路は主に、交流電源１００と発熱体３０１、トライアック３０２、フォトカプラ３０３、抵抗３０４、抵抗３０５、抵抗３０７、抵抗３０９、トランジスタ３０６、アルミ電解コンデンサ３０８、ダイオード３１０により構成されている。

発熱体３０１はトライアック３０２のオン／オフにより交流電源１００からの電力供給がオン／オフされ発熱する。トライアック３０２は、電気的に１次側と２次側との絶縁を確保するフォトカプラ３０３内部の発光ダイオード３０３ａが発光することでトランジスタ３０６がオン動作する。トランジスタ３０６がオンすると、トライアック３０２にアルミ電解コンデンサ３０８からＧ端子電流Ｉ５Ｇが流れ、Ｇ端子電圧が閾値電圧以上となることで、トライアック３０２はオンする。また、トライアック３０２は交流電源１００の交流電圧がゼロクロスするタイミングでオフする。発光ダイオード３０３ａはＣＰＵ１０と接続されており、ＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ａに従って導通／非導通となる。

このとき交流電源１００から出力される交流電圧は検出手段であるゼロクロス検出回路３０に入力されており、ゼロクロス検出回路３０では交流電圧がある閾値以下の電圧になっていることをＣＰＵ１０にパルス信号であるゼロクロス信号３０ａとして報知する。ＣＰＵ１０はゼロクロス検出回路３０の検出結果に基づいてトライアック３０２及び後述するトライアック４０２の制御を行う。具体的には、ＣＰＵ１０は、ゼロクロス検出回路３０から入力されたゼロクロス信号３０ａの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検知し、制御信号１０ａをハイレベルとして出力するかローレベルとして出力するかを決定する。

抵抗３０４はフォトカプラ３０３のコレクタ電流を制限するための抵抗であり、抵抗３０５はトランジスタ３０６のコレクタ電流を制限するための抵抗である。抵抗３０７はトランジスタ３０６のベース電圧を安定させるための抵抗である。アルミ電解コンデンサ３０８は、トライアック３０２にＧ端子電流Ｉ５Ｇを供給するためのものであり、抵抗３０９はアルミ電解コンデンサ３０８の電流制限抵抗である。ダイオード３１０は交流電源１００から供給される電流を遮断するためのものである。なお、トライアック３０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ５とする。

（第２の閉回路）
次に図４を用いて第２の閉回路について説明する。第２の閉回路は、交流電源１００と第３の負荷である第３の発熱体４０１（以下、発熱体４０１という）、トライアック４０２、フォトカプラ４０３を有している。また、第２の閉回路は、抵抗４０４、抵抗４０５、抵抗４０７、抵抗４０９、トランジスタ４０６、アルミ電解コンデンサ４０８、ダイオード４１０も有している。第２の閉回路は更に、切替手段であるリレー２０、トランジスタ２１も有している。

発熱体４０１はトライアック４０２のオン／オフにより交流電源１００からの電力供給がオン／オフされ発熱する。トライアック４０２は、電気的に１次側と２次側との絶縁を確保するフォトカプラ４０３内部の発光ダイオード４０３ａが発光することでトランジスタ４０６がオン動作する。トランジスタ４０６がオンすると、トライアック４０２にアルミ電解コンデンサ４０８からＧ端子電圧Ｉ６Ｇが流れ、Ｇ端子電圧が閾値電圧以上となることで、トライアック４０２はオンする。また、トライアック４０２は交流電源１００の交流電圧がゼロクロスするタイミングでオフする。発光ダイオード４０３ａはＣＰＵ１０と接続されており、ＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ｂに従って導通／非導通となる。このとき制御信号１０ｂは制御信号１０ａと同様に、ＣＰＵ１０は、ゼロクロス信号３０ａの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検知することで、制御信号１０ｂをハイレベルとして出力するかローレベルとして出力するかを決定する。

抵抗４０４はフォトカプラ４０３のコレクタ電流を制限するための抵抗であり、抵抗４０５はトランジスタ４０６のコレクタ電流を制限するための抵抗である。抵抗４０７はトランジスタ４０６のベース電圧を安定させるための抵抗である。アルミ電解コンデンサ４０８は、トライアック４０２にＧ端子電流Ｉ６Ｇを供給するためのものであり、抵抗４０９はアルミ電解コンデンサ４０８の電流制限抵抗である。ダイオード４１０は交流電源１００から供給される電流を遮断するためのものである。なお、トライアック４０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ６とする。

リレー２０は、実施例２では例えば二極型の切り替えリレーを用いることにより、発熱体４０１と第４の負荷である第４の発熱体５０１（以下、発熱体５０１という）との切り替えが可能な構成となっている。リレー２０はＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ｃに従って動作するトランジスタ２１により制御される。リレー２０は接点２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有しており、ＣＰＵ１０から出力された制御信号１０ｃにより、接点２０ａと接点２０ｂとが接続された状態と、接点２０ａと接点２０ｃとが接続された状態を切り替える。これにより、交流電源１００から発熱体４０１に電力を供給する電力供給路と交流電源１００から発熱体５０１に電力を供給する電力供給路とが切り替えられる。リレー２０のリレー接点２０ｂ側とリレー接点２０ｃ側との切り替え制御により発熱体４０１と発熱体５０１との電力供給の切り替えがなされる。実施例２の第２の閉回路では、発熱体４０１を用いる構成であるため、リレー２０はリレー接点２０ａとリレー接点２０ｃとが接続されるようにＣＰＵ１０及びトランジスタ２１によって制御されているものとする。

（第３の閉回路）
次に図４を用いて第３の閉回路について説明する。実施例２における第３の閉回路は、上述した第２の閉回路に対して発熱体４０１の代わりに発熱体５０１を用いる構成とする。すなわち、リレー２０はリレー接点２０ａとリレー接点２０ｂとが接続されるようにＣＰＵ１０及びトランジスタ２１によって制御されているものとする。なお、用紙Ｐの搬送方向に直交する方向の長さである発熱体３０１、発熱体４０１及び発熱体５０１の長手方向の長さについては、例えば、発熱体３０１を発熱体４０１よりも長くし、発熱体４０１を発熱体５０１よりも長くする。ＣＰＵ１０は、例えば用紙Ｐの搬送方向に直交する方向の長さに応じて、発熱体３０１に電力を供給するタイミングと発熱体４０１又は発熱体５０１に電力を供給するタイミングとを制御する。

上述したような３つの閉回路において、図４に示すように、第１の閉回路では、トライアック３０２のＴ１端子が発熱体３０１の一端に接続され、発熱体３０１を介して交流電源１００に接続される。トライアック３０２のＴ２端子は交流電源１００に接続される。第２の閉回路では、トライアック４０２のＴ２端子が発熱体４０１の一端に接続され、発熱体４０１を介して交流電源１００に接続される。トライアック４０２のＴ１端子は交流電源１００に接続される。第３の閉回路では、トライアック４０２のＴ２端子が発熱体５０１の一端に接続され、発熱体５０１を介して交流電源１００に接続される。そして、発熱体３０１と発熱体４０１、又は発熱体３０１と発熱体５０１、という組み合わせで交流電源１００より電力供給が行われることとする。このように接続することで、トライアック３０２とトライアック４０２とを必ず逆の極性、具体的にはトリガモードＩＩ及びトリガモードＩＩＩで互い違いに動作させることができる。

［発熱体の基板上の配置］
図５（ａ）はヒータ５４の模式図、図５（ｂ）はヒータ５４の断面模式図である。また、図５（ｂ）は、発熱体３０１、４０１、５０１の長手方向の中心線であり、定着装置５０に搬送される用紙Ｐの長手方向の中心線（図５（ａ）中一点鎖線ａ）におけるヒータ５４の断面を示す図である。以下、線ａを基準線ａという。

ヒータ５４について、図５（ａ）を用いて詳しく説明する。ヒータ５４は、基板５４ａ、２本の発熱体３０１、発熱体４０１、発熱体５０１、接点５４ｄ１〜５４ｄ４、保護ガラス層５４ｅからなる。基板５４ａ上に、発熱体３０１、４０１、５０１、接点５４ｄ１〜５４ｄ４が形成されている。そして、その上に発熱体３０１、４０１、５０１とフィルム５１との絶縁を確保するために保護ガラス層５４ｅが形成されている。

基板５４ａには、発熱体３０１、発熱体４０１、発熱体５０１が配置される。一方の発熱体３０１は、基板５４ａの短手方向の一方の端部に配置され、他方の発熱体３０１は、基板５４ａの短手方向の他方の端部に配置される。短手方向において、一方の発熱体３０１、発熱体４０１、発熱体５０１、他方の発熱体３０１の順に配置されている。第１の接点である接点５４ｄ１には、一方の発熱体３０１及び他方の発熱体３０１の一方の端部が電気的に接続されている。第２の接点である接点５４ｄ２には、一方の発熱体３０１、他方の発熱体３０１及び発熱体４０１の他方の端部が電気的に接続されている。第３の接点である接点５４ｄ３には、発熱体４０１及び発熱体５０１の一方の端部が電気的に接続されている。第４の接点である接点５４ｄ４には、発熱体５０１の他方の端部が電気的に接続されている。

［サージが印加された場合の動作］
図６は、（ｉ）に交流電源１００が出力する交流電圧の波形を示す。（ｉｉ）にゼロクロス検出回路３０から出力されるゼロクロス信号３０ａの波形を示す。（ｉｉｉ）にＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ａの波形を示し、（ｉｖ）にトライアック３０２のＧ端子電流Ｉ５Ｇの波形を示し、（ｖ）にトライアック３０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ５を示す。図６（ｖｉ）にＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ｃの波形を示す。（ｖｉｉ）にＣＰＵ１０から出力される制御信号１０ｂの波形を示し、（ｖｉｉｉ）にトライアック４０２のＧ端子電流Ｉ６Ｇの波形を示し、（ｉｘ）にトライアック４０２のＴ２端子とＴ１端子間に流れる電流Ｉ６の波形を示す。（ｖｉｉｉ）のトライアック４０２のＧ端子電流Ｉ６Ｇは、図４のＧ端子電流Ｉ６Ｇの矢印の向きを正としており、Ｉ６Ｇが正の場合ゲート端子に印加されるトリガ信号としては負である（トリガモードとしてはＩＩかＩＩＩになる）。その他の波形の正負は実施例１と同様とする。

（正常動作）
図６のＡ点で、ＣＰＵ１０はハイレベルの制御信号１０ｃを出力しており、リレー２０のリレー接点２０ａとリレー接点２０ｃとが接続され、発熱体４０１が選択されているものとする。図４に示す回路が正常に動作している場合、図６におけるＡ点にてゼロクロス信号３０ａが立ち下がった後、Ｂ点において制御信号１０ａがハイレベルとなり、トランジスタ３０６にオン動作を指示する。これにより、トライアック３０２はＴ１端子に対してＴ２端子が負電位となりＧ端子が負電位となり、トリガモードＩＩＩとしての動作を開始する。トライアック３０２のＧ端子に電流Ｉ５Ｇが流れ、Ｇ端子電圧が閾値電圧以上となることでトライアック３０２がオン動作し、図６のＢ点からＣ点までの期間、電流Ｉ５が発熱体３０１に供給される。このときＣ点は交流電源１００が正電位から負電位に切り替わるゼロクロスのタイミングであり、ゼロクロス信号３０ａが立ち上がっている。

Ｃ点にてゼロクロス信号３０ａが立ち上がった後、Ｄ点において制御信号１０ｂがトランジスタ４０６にオン動作を指示する。これにより、トライアック４０２はＴ１端子に対してＴ２端子が負電位となりＧ端子が負電位となり、トリガモードＩＩＩとしての動作を開始する。トライアック４０２のＧ端子に電流Ｉ６Ｇが流れ、Ｇ端子電圧が閾値電圧以上となることでトライアック４０２がオン動作し、図６のＤ点からＥ点までの期間、電流Ｉ６が発熱体４０１に供給される。このときＥ点は交流電源１００が負電位から正電位に切り替わるゼロクロスのタイミングであり、ゼロクロス信号３０ａが立ち下がっている。このように図６のＡ点からＥ点までの動作を繰り返すことで、発熱体３０１及び発熱体４０１を正常な温度で駆動している。

（サージ発生）
ここで図６のＦ点において、交流電源１００から出力される交流電圧の波形にＥＦＴ／Ｂ試験に代表されるようなサージ電圧が印加された場合について説明する。トライアック３０２のＧ端子にはＧ端子電流Ｉ５Ｇが流れ、トライアック４０２のＧ端子にはＧ端子電流Ｉ６Ｇが流れてしまう。図６のＦ点のように交流電源１００が正電位である場合、トライアック３０２は、Ｔ１端子に対してＴ２端子が負電位となり、Ｇ端子が負電位となるため、上述した状態と同じトリガモードＩＩＩである。一方、トライアック４０２はＴ１端子に対してＴ２端子が正電位となり、Ｇ端子が負電位となるためトリガモードＩＩの状態となる。

トライアックは、トリガモードＩ、ＩＩよりもトリガモードＩＩＩ、ＩＶの方が、トライアックをオンするために、大きいＧ端子電流を必要とする。すなわち、トリガモードＩＩＩよりもトリガモードＩＩの方が、低いＧ端子電流でオンしてしまう。このため、トリガモードＩＩの状態であるトライアック４０２は、サージによるＧ端子電流Ｉ６ＧによりＧ端子電圧が閾値以上となってしまいオン動作し、図６のＦ点からＨ点の期間中の誤点弧区間で、電流Ｉ６が発熱体４０１に供給されてしまう。一方、トライアック３０２は、サージによるＧ端子電流Ｉ５Ｇが流れても、トリガモードＩＩＩの状態であるためＧ端子電圧の閾値が高く、オン動作しない。そのためＧ点でＣＰＵ１０からの制御信号１０ａの指示に従って正常に動作する。このように、少なくとも発熱体３０１は誤点弧しないため、サージが発生しても、発熱体３０１と発熱体４０１とが同時に発熱する時間を短くすることができる。

なお、交流電圧の負の半波の区間でサージが発生した場合についても同様である。例えば、図６のＨ点以降においてサージが発生した場合、トライアック３０２はトリガモードＩＩの状態となり誤点弧してしまい、発熱体３０１が発熱してしまう。一方、トライアック４０２はトリガモードＩＩＩの状態となり誤点弧しない。このため、交流電圧の負の半波の期間でサージが発生した場合でも、発熱体３０１と発熱体４０１とが同時に発熱する時間を短くすることができる。

以上のように、交流電源１００に対してトライアック３０２とトライアック４０２とを逆の極性で接続することにより、発熱体３０１と発熱体４０１とが同時に所望ではない異常状態で継続して電力供給されることを防ぐことが可能となる。そして、例えばトライアックの誤点弧を検知する回路や定着装置５０の過昇温を検知する回路などを搭載することなく、定着装置５０の過昇温を防ぐことが可能となる。

なお、実施例２では、２つのトライアックが並列に接続されている構成について記載したがこの限りではない。並列に接続されるトライアックの内、少なくとも１つのトライアックが逆の極性であれば、並列に接続されるトライアックは３つ以上でもよい。また、発熱体４０１と発熱体５０１とをリレー２０によって切り替える構成を、実施例１の発熱体２０１に変えて適用してもよい。以上、実施例２によれば、回路部品を追加することなく、半導体素子の誤点弧を低減することができる。

１０ ＣＰＵ
１００ 交流電源
１０１、２０１ 発熱体
１０２、２０２ 双方向サイリスタ

Claims (11)

1. 第１の負荷と、
   Ｔ１端子とＴ２端子とゲート端子とを有し、交流電源から前記第１の負荷への電力の供給と電力供給の遮断とを切り替える第１のスイッチ素子と、
   第２の負荷と、
   Ｔ１端子とＴ２端子とゲート端子とを有し、前記交流電源から前記第２の負荷への電力の供給と電力供給の遮断とを切り替える第２のスイッチ素子と、
   前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子を制御し、前記第１の負荷と前記第２の負荷とに共に電力が供給されないように制御する制御手段と、
   を備える加熱装置であって、
   前記第１のスイッチ素子は、前記Ｔ１端子が前記第１の負荷の一端に接続され、前記Ｔ２端子が前記交流電源に接続され、
   前記第２のスイッチ素子は、前記Ｔ２端子が前記第２の負荷の一端に接続され、前記Ｔ１端子が前記交流電源に接続される、
   又は、
   前記第１のスイッチ素子は、前記Ｔ２端子が前記第１の負荷の一端に接続され、前記Ｔ１端子が前記交流電源に接続され、
   前記第２のスイッチ素子は、前記Ｔ１端子が前記第２の負荷の一端に接続され、前記Ｔ２端子が前記交流電源に接続されることを特徴とする加熱装置。
2. 前記制御手段は、前記第１のスイッチ素子を導通させるための第１の制御信号を前記第１のスイッチ素子のゲート端子に出力し、前記第２のスイッチ素子を導通させるための第２の制御信号を前記第２のスイッチ素子のゲート端子に出力することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記交流電源の交流電圧がゼロクロスするタイミングを検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、
   前記交流電圧の正の半波の期間で前記第１の制御信号を出力し、前記交流電圧の負の半波の期間で前記第２の制御信号を出力する、
   又は、
   前記交流電圧の負の半波の期間で前記第１の制御信号を出力し、前記交流電圧の正の半波の期間で前記第２の制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
4. 複数の前記負荷により加熱される第１の回転体と、
   前記第１の回転体とともにニップ部を形成する第２の回転体と、
   を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加熱装置。
5. 前記第１の回転体は、フィルムであることを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記複数の負荷は、前記フィルムの内面に接するように設けられており、
   前記ニップ部は、前記フィルムを介して前記複数の負荷と前記第２の回転体とにより形成されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
7. 前記第２の負荷は、第３の負荷と第４の負荷とを有し、
   前記交流電源から前記第３の負荷又は前記交流電源から前記第４の負荷への電力供給路をいずれか一方に切り替える切替手段を備え、
   前記制御手段は、前記第３の負荷と前記第４の負荷のいずれか一方に電力が供給されるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の加熱装置。
8. 前記第１の負荷、前記第３の負荷、及び前記第４の負荷が配置される基板と、
   ２つの前記第１の負荷と、
   を備え、
   一方の前記第１の負荷は、前記基板の短手方向の一方の端部に配置され、他方の前記第１の負荷は、前記短手方向の他方の端部に配置され、
   前記短手方向において、前記一方の第１の負荷、前記第３の負荷、前記第４の負荷、前記他方の第１の負荷の順に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
9. 前記一方の第１の負荷及び前記他方の第１の負荷の一方の端部が電気的に接続された第１の接点と、
   前記一方の第１の負荷、前記他方の第１の負荷及び前記第３の負荷の他方の端部が電気的に接続された第２の接点と、
   前記第３の負荷及び前記第４の負荷の一方の端部が電気的に接続された第３の接点と、
   前記第４の負荷の他方の端部が電気的に接続された第４の接点と、
   を備えることを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
10. 静電潜像が形成される像担持体と、
    前記像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着しトナー像を形成する現像手段と、
    前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、
    前記第１の負荷である第１の発熱体及び前記第２の負荷である第２の発熱体を有し、前記第１の発熱体又は前記第２の発熱体により前記記録材に転写された未定着のトナー像を加熱して定着させる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の加熱装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
11. 静電潜像が形成される像担持体と、
    前記像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着しトナー像を形成する現像手段と、
    前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、
    前記第１の負荷である第１の発熱体、前記第３の負荷である第３の発熱体及び前記第４の負荷である第４の発熱体を有し、前記第１の発熱体、前記第３の発熱体又は前記第４の発熱体により前記記録材に転写された未定着のトナー像を加熱して定着させる請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の加熱装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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