(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で定着ヒータの多段階電力制御を可能にすること。【解決手段】入力された画像情報を可視像化する手段を有し、その像を転写部材上に転写、定着して画像を形成する画像形成装置の、交流電源により定着ヒータを駆動する定着装置において、前記定着ヒータに供給する交流電流波形の波の数を制御する波数制御と、前記定着ヒータに供給する交流電流波形の波の振幅を制御する波高値制御を組み合わせてヒータへ電力供給するよう構成したことを特徴とする。【選択図】図１
2006184418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像情報を可視像化する手段を有し、その像を転写部材上に転写、定着して画像を形成する画像形成装置の定着装置において、
前記定着ヒータに供給する交流電流波形の波の数を制御する波数制御と、前記定着ヒータに供給する交流電流波形の波の振幅を制御する波高値制御を組み合わせてヒータへ電力供給することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
最大供給電力のＷ（％）の電力でヒータを制御する際に、交流電源の電源電圧のM半波長分を周期としてN波（1≦N≦M)で波数制御し、W×M／N(%)で波高値制御することによりヒータへの電力供給を制御することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記ヒータは炭素系発熱体であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式で用いられる定着ヒータ、特にカーボンランプヒータを用いた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界中で環境に対する意識が高まりつつあり、複写機の電力においてもスタンバイ時やスリープ時の電力規制、又、そこからの復帰時間の規制等で、益々精度良く多段階に所望のタイミングで電力制御をする必要性が出てきた。
ところで、従来のハロゲンヒータを用いた定着装置では、目標温度を監視し、単純にヒータをＯＮ／ＯＦＦしていたため、電力を多段階制御しようとすると目標温度をその都度変更するしか方法がなく、温度制御としては正確であっても、数秒単位のオン／オフ制御しかできず、欲しいタイミングで所望の電力を得ることはできなかった。又、サーフ定着であれば、波数制御が可能であるため、正確な電力制御が可能であったが、電力制御分解能を細かくするほど制御に時間が掛かり、やはり欲しいタイミングで所望の電力を得ることはできなかった。
【０００３】
これらを解決する方法として、波数制御と位相制御を組み合わせた制御方法があるが、商用電源周波数に応じて基準クロックを切り替えなければならず、又、制御電力に応じて波数制御のみと波数制御＋位相制御を切り替えなければならず、回路が煩雑になるという欠点があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
これに対して、近年炭素系発熱体であるカーボンランプヒータが暖房機器や調理器市場で出回るようになってきた。このヒータは、大電力にも対応可能であるため、複写機の定着装置への応用も可能である。更には、抵抗体であるためハロゲンヒータのようにオン／オフでフリッカが発生することもなく、又、ハロゲンヒータの場合は供給電力を０W近辺にまで落として使用したりするとハロゲンサイクルしなくなり、黒化し、劣化が早くなっていたが、そういった現象もないため、制御手法の選択も広がり将来有望なヒータである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２３９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、簡単な回路構成で定着ヒータの多段階電力制御が可能な定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、入力された画像情報を可視像化する手段を有し、その像を転写部材上に転写、定着して画像を形成する画像形成装置の、交流電源により定着ヒータを駆動する定着装置において、波数制御と波高値制御を組み合わせてヒータへの電力供給を制御することを特徴とするものである。
【０００８】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ヒータへの供給可能な最大電力のＷ（％）の電力でヒータを制御する場合、交流電源の電源電圧のM半波長分を周期としてN波（1≦N≦M)で波数制御し、W×M／N(%)で波高値制御することにより、ヒータへの電力供給を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
又、請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ヒータはカーボンランプヒータのような炭素系発熱体であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、波数制御と波高値制御を組み合わせて炭素系ヒータへの電力供給を制御することで、簡単な回路構成でそれぞれの制御の分解能を粗くしてもヒータの多段階電力制御が高精度に行える定着装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施形態を示す図面である。
【００１２】
図１において、破線部１００は波高値制御部であり、破線部１０１は波数制御部である。ＴＲ１はスイッチング素子のＭＯＳ−ＦＥＴであり、Ｌ１は負荷であるヒーターＨ１に流す電流の平滑を行うインダクタンスであり、Ｄ５はＬ１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。
【００１３】
Ｈ１は、加熱対象である定着ローラを加熱する炭素系発熱体であり、ＴＨ１の温度検出素子とは図２のような構造により熱的に結合しており、その出力はＩＣ２の温度検出比較回路に入力される。
【００１４】
ＩＣ２は、不図示のＣＰＵからの温度調節入力信号と温度検出素子の出力を比較し、その差分を制御信号としてＩＣ４の電力設定部へ出力する。電力設定部は入力された制御信号を基に、ＩＣ１によるパルス幅変調（以後はＰＷＭと呼ぶ）発振回路へＰＷＭデューティを示す波高値制御信号を出力すると共に、波数を示す波数制御信号をＩＣ３による波数制御回路へ出力する。
【００１５】
ＩＣ１は、後述する波数イネーブル信号とＩＣ４の電力設定部からの波高値制御信号を入力して、波数イネーブル区間中の波高値制御信号値に見合った高周波ＰＷＭパルスを発生させ、ＴＲ１のＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに出力しＴＲ１をスイッチング駆動する。波数イネーブル信号がディスイネーブル中は高周波ＰＷＭパルスをオフさせ、ＴＲ１もオフさせる。
【００１６】
Ｄ１からＤ４は、交流の入力電力整流用ダイオードであり、電力制御回路部に図４−2のような脈流を供給する。
【００１７】
ＮＦ１とＣ１は、ノイズフィルターを形成しており、ＴＲ１のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し、且つ、電源周波数に対しては減衰無く通過するような定数に設定する。
【００１８】
ＩＣ３はゼロクロス信号発生回路からのゼロクロス信号を入力し、前述したＩＣ４の電力設定部からの波数制御信号に応じて必要波数だけイネーブルする波数イネーブル信号をゼロクロス信号をカウントすることにより生成し、ＩＣ１のＰＷＭ発振回路へ出力する。
【００１９】
次に詳細動作について説明する。
【００２０】
入力端子に図３（ａ）の交流入力電圧が印加されるとＤ１からＤ４の整流素子により整流された脈流となり、その電圧はＮＦ１を通りＣ１の両端に印加される。そのＣ１の両端電圧は、図３（ｂ）中のＶC１の波形になる。温度調節入力信号Ｖｃが温度検出比較回路であるＩＣ２に入力されるとＩＣ２はＴＨ１の温度検出素子の出力と入力信号Ｖｃの温度設定値を比較する。
【００２１】
その比較された出力がＩＣ４の電力設定部へ入力される。電力設定部では比較された信号と現在の設定電力を元に不図示のＣＰＵで必要電力が演算され、波数制御信号と波高値制御信号が生成される。
【００２２】
波数制御信号は、電源周波数の半波長Ｍ個分を周期として、そのうち半波長Ｎ個分オンであることを示す信号である。従って、例えば電源周波数の４半波長を周期とする場合、１半波長〜４半波長の４通りを示す２ビットの信号となる。波高値制御信号は前述したＩＣ１のＰＷＭ発振回路のデューティを決定する信号であり、図１のＩＣ１ＰＷＭ発振回路のノコギリ波の振幅０％〜１００％の間で制御されるアナログ信号である。従って、波高値制御信号が０％であれば、ＰＷＭ出力はＬｏｗ固定となり、ＴＲ１はオフされ続け、波高値制御信号が１００％であれば、ＰＷＭ出力はＨｉ固定となり、ＴＲ１はオンされ続け、３０％であれば、ＰＷＭ出力は３０％Ｈｉ、７０％Ｌｏｗの信号となり、ＴＲ１はデューティ３０％でオンされる。ここでは、波高値制御信号はアナログ信号としたが、デジタル信号としてＩＣ１のＰＷＭ発振回路に入力し、デジタルコンパレータを用いてＰＷＭ信号を生成しても同様の信号が得られる。
次に、数ビットの波数制御信号を入力した波数制御回路は、例えば図５のような回路であり、ＣＮＴはゼロクロス信号をカウントするカウンタであり、ＣＭＰ１はＣＮＴ出力Qと波数制御信号Nを比較し、Ｑ≦Ｎ−１の時Ｈｉ、それ以外でＬｏｗを出力するコンパレータである。ＣＭＰ２は半波長周期ＭとＣＮＴ出力Ｑを比較し、Ｑ＝Ｍ−１の時Ｈｉ、それ以外でＬｏｗを出力するコンパレータである。簡単なタイムチャート図６に示すように、ゼロクロスをＭ個カウント（Ｑ＝Ｍ−１）する度にＣＮＴはクリアされ、Ｎ個カウントするまで（Ｑ≦Ｎ−１）波数イネーブル信号ＥＮＢはＨｉ、それ以上はＬｏｗとなる。
【００２３】
こうして、波数制御回路はゼロクロス信号をカウントして波数制御信号に応じた図４（ａ）のような波数イネーブル信号をＩＣ１のＰＷＭ発振回路に出力する。この場合は、４半波長周期中３半波長オンの波数制御信号を受け、３半波長分Ｈｉの波数イネーブル信号を出力している。又、波高値制御信号はＩＣ１のＰＷＭ発振回路に入力され、ＩＣ１は、波数イネーブル信号がイネーブル中の波高値制御信号値に見合ったパルス幅のＰＷＭ信号を発生し、その出力は図４（ｃ）のような波形となり、ＴＲ１のゲート−ソース間に印加されＴＲ１は、ＩＣ１の出力パルスによりスイッチングして図４（ｂ）に示すドレイン電流ＩDが流れ、Ｈ１のヒーター及びＬ１のインダクタンスに通電する。このときのＴＲ１のドレイン−ソース間電圧波形は、図３（ｂ）のＶC１両端電圧を図４（ｃ）のゲートのパルス幅で切断した形の図４（ｄ）のようになる。又、Ｌ１はＴＲ１がオンすることで流れた電流を蓄えているため、ＴＲ１がオフした時に逆起電圧を発生しＤ５に順電流を流し、蓄積電流を負荷であるヒーターＨ１に放出する。その後、再びＴＲ１がオンすると、Ｌ１及びＨ１に電流が流れ、Ｌ１に電流を蓄積することを繰返すので、負荷のヒーターＨ１とインダクタンスＬ１には、図４（ｅ）のような電流が流れる。
【００２４】
高周波ＰＷＭ信号のデューティを上げれば、ＴＲ１がオンする時間が増え、オフする時間が減ることにより、ヒータＨ１に流れる電流振幅が大きくなり、逆に高周波ＰＷＭ信号のデューティを下げれば、ＴＲ１がオンする時間が減り、オフする時間が増すことにより、ヒータＨ１に流れる電流振幅が小さくなり、図４（ｆ）のような電流波形になる。
【００２５】
こうして、ＰＷＭ発振回路が出力するＰＷＭのデューティを変え、カーボンランプヒータに供給する交流電流波形の波の振幅を制御する波高値制御をすることで、ヒータＨ１に流す電流の振幅を制御し、カーボンランプヒータに供給する交流電流波形の波の数を制御する波数制御をすることで、ヒータＨ１のオン／オフデューティを変え、合わせてヒータの電力制御を行う。
【００２６】
これら２つの制御信号の掛け算でヒータは制御されるので、例えば、波数制御を４半波長周期中４半波長オン且つ波高値制御を１００％で制御すれば、ヒータの最大電力１００％が得られる。同様にして、波数制御を４半波長周期中３半波長オン、且つ、波高値制御を８０％で制御すれば、全体的に３／４のデューティになった電流波形の振幅を８０％にダウンさせるので、電力としては、３／４×８０％＝６０％に制御されることになる。
【００２７】
このことは、所望の電力をＷ（％）として、Ｍ半波長周期中Ｎ半波長オンの波数制御を行うとすると、波高値制御目標電力はヒータの定格電力のＷ×Ｍ／Ｎ（％）で制御すればよいことを表している。
【００２８】
こういった制御は波数制御をせずに波高値制御だけでも同様の結果が得られるが、例えば１％刻みの電力制御をしたい場合に波高値制御だけでは、０％〜１００％の範囲で１％の分解能の波高値制御信号が必要になり、アナログ信号の波高値制御信号でＰＷＭ信号を生成する場合には高精度な回路が必要になり、デジタル信号で高周波ＰＷＭ信号を生成する場合には高速クロックが要求され、共にコストアップになってしまう。
【００２９】
又、波数制御のみで同様の結果を得るには、１００半波長周期の制御になり、数百ｍｓ〜数秒単位の制御しかできず、今後、定着装置以外の負荷、例えばソータやリーダの駆動に応じて定着装置の電力量を制御をするような場合、応答性に問題が出てしまう。
ところが、本発明のようにして、例えば１０半波長周期の波数制御と組み合わせた波高値制御を行えば、波数制御は１０半波長周期であるため、１００ｍｓ以内の制御が可能であり、波高値制御に要求される分解能も１０％以下にまで広がり、安価なＩＣでも構成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の最も特徴的な回路図である。
【図２】定着装置に定着ヒータと定着ローラ、温度検出器を組込んだ一例の図である。
【図３】（ａ）はＡＣ入力の電圧及び電流波形の図、（ｂ）は整流後の電圧電流波形の図である。
【図４】（ａ）は波数イネーブル信号波形の図、（ｂ）はドレイン電流波形及び平均電流値の波形を示す図、（ｃ）はゲート駆動ＰＷＭ波形の図、（ｄ）はドレイン−ソース間電圧波形の図、（ｅ）はヒータ及びＬ１電流波形の図、（ｆ）は波高値制御信号とヒータの電流波形の関係を示す図である。
【図５】波数制御回路の一例を示す図である。
【図６】波数制御回路のタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｃ１        高周波平滑コンデンサ
Ｈ１        加熱用ヒーター
Ｄ１〜D４  電源整流ダイオード
Ｄ５        フライホイールダイオード
Ｌ１        電流平滑インダクター
ＩＣ１      ＰＷＭ発振回路
ＩＣ２      検出比較回路
ＩＣ３      波数制御回路
ＩＣ４      電力設定部
ＮＦ１      ノイズフィルター用コイル
TR１      電力制御素子(ＭＯＳ−ＦＥＴ，トランジスタ)
TH１      表面温度検出素子
１００      波高値制御部
１０１      波数制御部
ＣＮＴ      カウンタ
ＣＭＰ１    コンパレータ
ＣＭＰ２    コンパレータ
【図１】
2006184418.tif 000003
【図２】
2006184418.tif 000004
【図３】
2006184418.tif 000005
【図４】
2006184418.tif 000006
【図５】
2006184418.tif 000007
【図６】
2006184418.tif 000008