(57)【要約】【課題】ヒータと直列に接続させるノーマルモードチョークコイルを不要とし、ノーマルモードチョークコイルの音鳴りを発生させない。【解決手段】商用交流電源から発熱部材に供給する電力を制御するヒータ電力制御装置において、前記商用交流電源の交流電圧がゼロ電圧近傍になるタイミングを検出し、検出信号を生成する検出回路と、前記検出信号と同期させたゲートドライブ信号を出力する制御手段と、前記ゲートドライブ信号に基づいて前記交流電圧を通電状態または非通電状態に切り替える２つの切替素子を有するスイッチング手段とを備え、前記制御手段は、前記ゲートドライブ信号により前記２つの切替素子をスイッチング動作させ、前記交流電圧がゼロ電圧になるタイミングから所定の位相角近傍まで前記交流電圧を前記発熱部材に印加する。【選択図】        図３
2015162350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から発熱部材に供給する電力を制御するヒータ電力制御装置において、
前記商用交流電源の交流電圧がゼロ電圧近傍になるタイミングを検出し、検出信号を生成する検出回路と、
前記検出信号と同期させたゲートドライブ信号を出力する制御手段と、
前記ゲートドライブ信号に基づいて前記交流電圧を通電状態または非通電状態に切り替える２つの切替素子を有するスイッチング手段とを備え、
前記制御手段は、前記ゲートドライブ信号により前記２つの切替素子をスイッチング動作させ、前記交流電圧がゼロ電圧になるタイミングから所定の位相角近傍まで前記交流電圧を前記発熱部材に印加することを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒータ電力制御装置において、
前記切替素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のヒータ電力制御装置において、
前記スイッチング手段は、第１の極性の前記交流電圧を通電状態または非通電状態に切り替える第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、前記第１の極性とは逆の極性である第２の極性の前記交流電圧を通電状態または非通電状態に切り替える第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとのエミッタ端子同士が接続されている前記２つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを有することを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のヒータ電力制御装置において、
前記スイッチング手段は、前記第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのエミッタ端子からコレクタ端子方向へ電流を流す第１のダイオードと、前記第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのエミッタ端子からコレクタ端子方向へ電流を流す第２のダイオードとを有することを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のヒータ電力制御装置において、
エミッタ端子同士が接続されている前記２つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、前記第１の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ端子が前記発熱部材と、また、前記第２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ端子が前記商用交流電源と接続され、前記発熱部材と前記商用交流電源との間に直列に接続されていることを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のヒータ電力制御装置において、
前記制御手段から入力された前記ゲートドライブ信号を、前記２つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに応じたゲートドライブ信号に変換し、変換した前記ゲートドライブ信号を前記２つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに入力するドライブ回路を備えることを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のヒータ電力制御装置において、
前記交流電圧から生成したフローティング電圧を前記ドライブ回路に供給する第１の電源と、前記交流電圧から生成した直流電圧を前記制御手段に供給する第２電源とを備えることを特徴とするヒータ電力制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のヒータ電力制御装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ電力制御装置、および、そのヒータ電力制御装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、ヒータによる熱とローラによる圧力によって媒体に現像剤像を定着させる定着器を有している。この定着器には、商用交流電源の交流電圧を通電状態（ＯＮ）または非通電状態（ＯＦＦ）に切り替える切替素子であるトライアックを用いた位相制御により、ヒータに交流電圧を印加するタイミング（位相角）を変化させ、ヒータに供給する電力を制御するヒータ電力制御装置が備えられているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のトライアックを用いた位相制御では、交流電圧の振幅が大きいタイミングでトライアックがＯＮになる場合があることから、ヒータに急激に電流が流れてノイズが発生してしまうことを抑制するため、ヒータと直列に接続して電流の流れを緩和させるノーマルモードチョークコイルを実装する必要がある。実装したノーマルモードチョークコイルに流れる電流が大きい場合には、コイルが巻かれた鉄心に印加される磁界が大きく変動し、鉄心の磁歪による振動が大きくなるため音鳴りが発生するという問題がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、ヒータと直列に接続させるノーマルモードチョークコイルを不要とし、ノーマルモードチョークコイルの音鳴りを発生させないことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、本発明は、商用交流電源から発熱部材に供給する電力を制御するヒータ電力制御装置において、前記商用交流電源の交流電圧がゼロ電圧近傍になるタイミングを検出し、検出信号を生成する検出回路と、前記検出信号と同期させたゲートドライブ信号を出力する制御手段と、前記ゲートドライブ信号に基づいて前記交流電圧を通電状態または非通電状態に切り替える２つの切替素子を有するスイッチング手段とを備え、前記制御手段は、前記ゲートドライブ信号により前記２つの切替素子をスイッチング動作させ、前記交流電圧がゼロ電圧になるタイミングから所定の位相角近傍まで前記交流電圧を前記発熱部材に印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにした本発明は、ヒータと直列に接続させるノーマルモードチョークコイルを不要とし、ノーマルモードチョークコイルの音鳴りを発生させないことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の構成を示す概略断面図
【図２】第１の実施例における画像形成装置の構成を示すブロック図
【図３】第１の実施例におけるヒータ制御回路の構成を示す回路図
【図４】第１の実施例におけるコールドスタート時の交流電圧、ゼロクロス信号およびゲートドライブ信号の出力を示す説明図
【図５】第１の実施例におけるコールドスタート後の交流電圧、ゼロクロス信号およびゲートドライブ信号の出力を示す説明図
【図６】第２の実施例におけるヒータ制御回路の構成を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明によるヒータ電力制御装置および画像形成装置の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、第１の実施例における画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
図１において、画像形成装置１０１は、通信回線等で接続された図示しないホストコンピュータ等の上位装置が送信した印刷データに基づいてビットマップデータを生成し、電子写真プロセスにより、そのビットマップデータに基づいて現像した各色のトナー像を媒体（用紙１１５）に転写してカラー印刷を行うカラープリンタである。
なお、図中のＫはブラック色、Ｙはイエロー色、Ｍはマゼンタ色、Ｃはシアン色を表し、画像形成装置１０１は、この４色のトナーを用いてカラー印刷を行う。以下、特別に記載しない場合、それぞれの色のトナーを用いてトナー像を現像し、現像したトナー像を転写する構成は４色とも同様の構成であるので、１色分の説明とし、Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃの符号を省略する。
【００１０】
この画像形成装置１０１は、用紙カセット１１３と、ホッピングローラ１１４と、レジストローラ１１６および１１７と、用紙検出センサ１４０と、現像ユニット１２１と、転写ユニット１２２と、定着器１１８と、用紙ガイド１１９と、排紙トレー１２０と、ヒータ制御回路３００とにより構成されている。
用紙カセット１１３は、画像形成装置１０１の下部に配置されており、用紙１１５を積載して収容する。
ホッピングローラ１１４は、用紙カセット１１３から用紙１１５を１枚ずつ繰り出してレジストローラ１１６および１１７に搬送する。
【００１１】
レジストローラ１１６および１１７は、回転が停止した状態で搬送された用紙１１５が突き当てられ、スキューを補正した後に所定のタイミングで駆動され、用紙１１５を転写ベルト１０８に搬送する。
用紙検出センサ１４０は、レジストローラ１１６および１１７から搬送された用紙１１５の有無を接触または非接触で検知する。
現像ユニット１２１は、図中矢印Ｆで示す搬送方向における用紙検出センサ１４０の下流側に配置され、ビットマップデータに基づいて形成した静電潜像をトナー像に現像するものであり、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ヘッド１０３と、現像器１０２と、トナーカートリッジ１０４とにより構成されている。
【００１２】
ＬＥＤヘッド１０３は、後述する感光体ドラム１３２の表面をビットマップデータに基づいて露光し、静電潜像を形成する。
現像器１０２は、ＬＥＤヘッド１０３が形成した静電潜像をトナー像に現像するものであり、帯電ローラ１３６と、感光体ドラム１３２と、供給ローラ１３３と、現像ブレード１３５と、現像ローラ１３４と、クリーニングブレード１３７とにより構成されている。
帯電ローラ１３６は、感光体ドラム１３２と当接するように配置され、感光体ドラム１３２の表面を均一に帯電させる。
【００１３】
感光体ドラム１３２は、帯電ローラ１３６により表面を一様に帯電される。帯電された感光体ドラム１３２の表面には、ＬＥＤヘッド１０３により静電潜像が形成される。
供給ローラ１３３は、現像ローラ１３４と当接するように配置され、トナーカートリッジ１０４から現像ローラ１３４の表面にトナーを供給する。
現像ブレード１３５は、現像ローラ１３４の表面に供給されたトナーに当接し、一様な厚さのトナーの層を形成する。
現像ローラ１３４は、感光体ドラム１３２と当接するように配置され、表面に形成されたトナーの層を用いて、感光体ドラム１３２の表面の静電潜像をトナー像に現像する。
【００１４】
クリーニングブレード１３７は、用紙１１５にトナー像を転写した後の感光体ドラム１３２の表面に残ったトナーを掻き落とす。
トナーカートリッジ１０４は、現像器１０２に着脱可能に取り付けられ、現像器１０２にトナーを供給する。
転写ユニット１２２は、現像ユニット１２１の下方に配置され、現像ユニット１２１が現像したトナー像を用紙１１５に転写するものであり、転写ベルト１０８と、転写ベルト駆動ローラ１０６および転写ベルト従動ローラ１０７と、転写ローラ１０５と、転写ベルトクリーニングブレード１１１と、転写ベルトクリーナー容器１１２とにより構成されている。
【００１５】
転写ベルト１０８は、用紙１１５を搬送する無端状のベルトであり、転写ベルト駆動ローラ１０６および転写ベルト従動ローラ１０７により張架されて回転する。
転写ローラ１０５は、転写ベルト１０８を挟んで感光体ドラム１３２と対向するように配置されており、高圧発生部２８０によりバイアス電圧を印加され、現像ユニット１２１が現像したトナー像を用紙１１５に転写する。
転写ベルトクリーニングブレード１１１は、転写ベルト１０８の表面に付着したトナーを掻き落とす。
転写ベルトクリーナー容器１１２は、転写ベルトクリーニングブレード１１１が掻き落としたトナーを収容する。
【００１６】
定着器１１８は、転写されたトナー像を熱と圧力によって用紙１１５に定着させるものであり、トナー像を転写された用紙１１５に熱と圧力を加える加熱ローラ１１８ａおよび加圧ローラ１１８ｂを有している。また、加熱ローラ１１８ａには定着器ヒータ２５９が設けられている。
用紙ガイド１１９は、トナー像が定着した用紙１１５を排紙トレー１２０に案内する。
排紙トレー１２０は、用紙ガイド１１９に案内された用紙１１５をフェイスダウンで（印刷面が図中下方に向くように）積載する。
ヒータ制御回路３００は、後述する商用交流電源３４０から定着器ヒータ２５９に供給する電力を制御するものである。なお、このヒータ制御回路３００についての詳細は後述する。
【００１７】
図２は、第１の実施例における画像形成装置の構成を示すブロック図である。
図２において、画像形成装置１０１は、図１で示したＬＥＤヘッド１０３と、現像器１０２と、転写ローラ１０５と、用紙検出センサ１４０と、定着器ヒータ２５９に加えて、ホストインタフェース部２５０と、コマンド／画像処理部２５１と、ＬＥＤヘッドインタフェース部２５２と、プリンタエンジン制御部２５３と、ホッピングモータ２５４と、レジストモータ２５５と、ベルトモータ２５６と、定着器ヒータモータ２５７と、ドラムモータＫ、Ｙ、Ｍ、Ｃ２５８と、高圧発生部２８０と、サーミスタ２６５と、低圧電源２６０とにより構成されている。
ホストインタフェース部２５０は、通信回線等で接続された図示しないホストコンピュータ等の上位装置から受信した印刷データをコマンド／画像処理部２５１へ出力する。
【００１８】
コマンド／画像処理部２５１は、プリンタエンジン制御部２５３により制御され、ホストインタフェース部２５０から受信した印刷データに基づいてビットマップデータを生成し、そのビットマップデータをＬＥＤヘッドインタフェース部２５２へ出力する。
ＬＥＤヘッドインタフェース部２５２は、プリンタエンジン制御部２５３によりヘッド駆動パルス等を制御され、コマンド／画像処理部２５１から出力されたビットマップデータに基づいてＬＥＤヘッド１０３を発光させる。
制御手段としてのプリンタエンジン制御部２５３は、高圧発生部２８０に信号を出力して高電圧を発生させ、発生させた高電圧を現像器１０２、転写ローラ１０５および帯電ローラ１３６に印加する。なお、図１で示した帯電ローラ１３６にも高電圧が印加される。
【００１９】
また、プリンタエンジン制御部２５３は、図１で示したホッピングローラ１１４を回転駆動させるホッピングモータ２５４と、レジストローラ１１６および１１７を回転駆動させるレジストモータ２５５と、転写ベルト駆動ローラ１０６を回転駆動させるベルトモータ２５６と、定着器１１８が有する加熱ローラ１１８ａおよび加圧ローラ１１８ｂを回転駆動させる定着器ヒータモータ２５７と、感光体ドラム１３２を回転駆動させるドラムモータＫ、Ｙ、Ｍ、Ｃ２５８と接続しており、所定のタイミングで駆動させる。
なお、このプリンタエンジン制御部２５３は、メモリ等の記憶部に記憶された制御プログラム（ソフトウェア）に基づいて画像形成装置１０１全体の制御を行う。
【００２０】
用紙検出センサ１４０は、プリンタエンジン制御部２５３により制御され、転写ローラ１０５に印加させるバイアス電圧を高圧発生部２８０が発生するタイミングを調整するために用いられる。
低圧電源２６０は、図１で示したヒータ制御回路３００を有している。このヒータ制御回路３００は、プリンタエンジン制御部２５３により入力される信号に基づいて定着器ヒータ２５９に供給する電力を制御するものである。
発熱部材としての定着器ヒータ２５９は、例えば、ハロゲンヒータなどであり、サーミスタ２６５の検知温度値を入力されたプリンタエンジン制御部２５３により、ヒータ制御回路３００を介して供給される電力を制御され、発熱する温度を調整される。
【００２１】
次に、ヒータ制御回路３００の構成について図３に基づきながら説明する。
図３は、第１の実施例におけるヒータ制御回路の構成を示す回路図であり、ヒータ制御回路３００と、その近傍に配置されているプリンタエンジン制御部２５３および定着器ヒータ２５９を加えて示している。
なお、ヒータ電力制御装置は、プリンタエンジン制御部２５３とヒータ制御回路３００とからなる。
図３において、ヒータ制御回路３００は、商用交流電源３４０と、ＡＣスイッチ３３９と、コモンモードチョークコイル３３８と、ゼロクロス検出回路（ＺＥＲＯＸ）３３７と、直流安定化電源回路３５０と、ＡＣ−ＤＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、交流−直流）コンバータ３０１と、ゲートドライブ回路３２６と、スイッチング回路３２５とにより構成されている。
【００２２】
このヒータ制御回路３００は、急激に定着器ヒータ２５９に電流が流れないようにするため、プリンタエンジン制御部２５３により出力されたゲートドライブ信号に基づいてスイッチング回路３２５の後述する２つのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｒａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）３２１、３２３をスイッチング動作させ、商用交流電源３４０の交流電圧が０Ｖになる位相角から所定の位相角まで交流電圧を定着器ヒータ２５９に印加し、定着器ヒータ２５９に供給する電力を制御するものである。
商用交流電源３４０は、ＡＣスイッチ３３９およびコモンモードチョークコイル３３８を介して、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１と、ゼロクロス検出回路３３７と、直流安定化電源３５０と、直列に接続されたスイッチング回路３２５および定着器ヒータ２５９に交流電圧（ＡＣ１００Ｖの５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を供給する。
【００２３】
ＡＣスイッチ３３９は、商用交流電源３４０とＡＣスイッチ３３９より後段の回路との接続を通電状態（ＯＮ）または非通電状態（ＯＦＦ）にするものである。
コモンモードチョークコイル３３８は、商用交流電源３４０の交流電圧の導電路に乗るコモンモードノイズを抑制するものである。
検出回路としてのゼロクロス検出回路３３７は、商用交流電源３４０の交流電圧が０Ｖ（ゼロ電圧）となるゼロクロス点のタイミング（位相角）を検出し、ゼロ電圧検出信号としてのゼロクロス信号を生成してプリンタエンジン制御部２５３に出力する。
【００２４】
直流安定化電源回路３５０は、ＡＣスイッチ３３９およびコモンモードチョークコイル３３８を介して商用交流電源３４０と接続されており、商用交流電源３４０の交流電圧から生成したＤＣ２４ＶおよびＤＣ５Ｖの電圧をプリンタエンジン制御部２５３に供給するものである。
この直流安定化電源回路３５０は、ＤＣ２４Ｖ出力部３２９と、ＤＣ５Ｖ出力部３３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３１と、整流回路３３２と、トランス３３３と、スイッチング部（ＳＷ）３３４と、コンデンサ３３５と、ブリッジダイオード３３６とにより構成されている。
【００２５】
ブリッジダイオード３３６は、ＡＣスイッチ３３９およびコモンモードチョークコイル３３８を介して商用交流電源３４０と接続されており、商用交流電源３４０の交流電圧を全波整流する。
コンデンサ３３５は、ブリッジダイオード３３６により全波整流された電圧を平滑化し、ＤＣ１４０Ｖの電圧にする。
スイッチング部３３４は、コンデンサ３３５により平滑化されたＤＣ１４０Ｖをパルス信号に変換し、トランス３３３に出力する。
トランス３３３は、スイッチング部３３４によりパルス信号に変換されたＤＣ１４０ＶをＤＣ２４Ｖに降圧し、整流回路３３２に出力する。
【００２６】
整流回路３３２は、トランス３３３により降圧されたＤＣ２４Ｖを整流し、ＤＣ２４Ｖ出力部３２９およびＤＣ−ＤＣコンバータ３３１に出力する。
ＤＣ２４Ｖ出力部３２９は、整流回路３３２の後段に配置されており、プリンタエンジン制御部２５３にＤＣ２４Ｖの電圧を供給する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３３１は、整流回路３３２から入力されたＤＣ２４ＶをＤＣ５Ｖに変換し、ＤＣ５Ｖ出力部３３０に出力する。
ＤＣ５Ｖ出力部３３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３１の後段に配置されており、プリンタエンジン制御部２５３にＤＣ５Ｖの電圧を供給する。
【００２７】
ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、ＡＣスイッチ３３９およびコモンモードチョークコイル３３８を介して商用交流電源３４０と接続されており、商用交流電源３４０の交流電圧を直流電圧に変換してＤＣ２４Ｖのフローティング（非接地配線）電圧を生成し、ゲートドライブ回路３２６に供給するものである。
このＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、トランス３０２と、ダイオード３０３と、コンデンサ３０４と、ダイオード３０５とにより構成されている。
トランス３０２は、商用交流電源３４０の交流電圧を変圧する。
ダイオード３０３、３０５は、トランス３０２により変圧された交流電圧を整流する。
【００２８】
コンデンサ３０４は、ダイオード３０３、３０５により整流された電圧を平滑化する。
ゲートドライブ回路３２６は、プリンタエンジン制御部２５３から入力されたゲートドライブ信号を、スイッチング回路３２５に応じたゲートドライブ信号に変換し、変換したゲートドライブ信号をスイッチング回路３２５に入力するものである。
このゲートドライブ回路３２６は、スイッチング回路３２５のＩＧＢＴ３２１、３２３に応じたゲートドライブ信号に変換するため、正負いずれの極性の電圧も扱えるようにＡＣ−ＤＣコンバータ３０１からフローティング電圧が供給されている。
【００２９】
また、ゲートドライブ回路３２６は、フォトカプラ３０６と、抵抗３０７、３０８、３１２、３１３、３１５、３１８と、ＮＰＮトランジスタ３０９、３１０と、ＰＮＰトランジスタ３１１と、ツェナーダイオード３１４、３１６、３１７、３１９、３２０とにより構成されている。
フォトカプラ３０６は、プリンタエンジン制御部２５３により入力されたゲートドライブ信号をＮＰＮトランジスタ３０９に出力する。なお、抵抗３０７は、フォトカプラ３０６に構成されているトランジスタの負荷として配置されている。
【００３０】
ＮＰＮトランジスタ３０９は、フォトカプラ３０６に構成されているトランジスタにより反転したゲートドライブ信号を再度反転させ、フォトカプラ３０６に入力されたゲートドライブ信号と同位相としたゲートドライブ信号を生成する。なお、抵抗３０８は、ＮＰＮトランジスタ３０９の負荷として配置されている。
ＮＰＮトランジスタ３１０とＰＮＰトランジスタ３１１とが相補的に接続されているトランジスタ対は、ＮＰＮトランジスタ３０９から出力されたゲートドライブ信号をベース端子に入力され、振幅を２４Ｖに変換したゲートドライブ信号をエミッタ端子から出力する。
【００３１】
抵抗３１２、３１３およびツェナーダイオード３１４は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１から入力されたＤＣ２４Ｖのフローティング電圧を分圧し、ＤＣ１２Ｖのフローティング電圧を生成する。生成されたＤＣ１２Ｖのフローティング電圧は、ＩＧＢＴ３２１のエミッタ端子およびＩＧＢＴ３２３のエミッタ端子に印加される。
アノード（陽極）同士を直列に接続されているツェナーダイオード３１６、３１７は、どちらも同一のもので、ＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子とエミッタ端子との間に配置されており、トランジスタ対から出力されたゲートドライブ信号を、抵抗３１５を介して所定の電圧にクランプ（抑制）する。
【００３２】
ここで、例えば、ＩＧＢＴ３２１のゲート端子−エミッタ端子間電圧の最大定格が±２０Ｖであれば、ツェナーダイオード３１６、３１７のツェナー電圧が１２〜１５Ｖ程度のものを選択するようにする。なお、本実施例ではツェナーダイオード３１６、３１７のツェナー電圧は１２Ｖとしている。これにより、ＩＧＢＴ３２１のゲート端子には、振幅が±１２Ｖのゲートドライブ信号が入力される。
【００３３】
アノード（陽極）同士を直列に接続されているツェナーダイオード３１９、３２０は、ツェナーダイオード３１６、３１７と同一のものであり、ＩＧＢＴ３２３のコレクタ端子とエミッタ端子との間に配置され、トランジスタ対から出力されたゲートドライブ信号を、抵抗３１８を介して所定の電圧にクランプする。また、本実施例ではツェナーダイオード３１９、３２０のツェナー電圧は、ツェナーダイオード３１６、３１７と同様に１２Ｖとしている。これにより、ＩＧＢＴ３２３のゲート端子には、ＩＧＢＴ３２１のゲート端子に入力されるゲートドライブ信号と同一のゲートドライブ信号が入力される。
【００３４】
このように、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１により生成されたフローティング電圧をゲートドライブ回路３２６に供給することにより、ゲートドライブ回路３２６が正負の電圧に振幅する信号を生成できるようになるため、振幅が±１２Ｖのゲートドライブ信号をＩＧＢＴ３２１、３２３に入力し、ＩＧＢＴ３２１、３２３を駆動させることができる。
スイッチング手段としてのスイッチング回路３２５は、ゲートドライブ回路３２６から入力されたゲートドライブ信号に基づいて、例えば、後述する図４に示すように、商用交流電源３４０の交流電圧が０Ｖになる位相角から所定の位相角まで定着器ヒータ２５９に交流電圧を印加するスイッチング動作を行うものである。
このスイッチング回路３２５は、ＩＧＢＴ３２１、３２３と、ダイオード３２２、３２４とにより構成されている。
【００３５】
切替素子としてのＩＧＢＴ３２１、３２３は、どちらも同一のもので、ゲートドライブ信号に基づいて交流電圧をＯＮまたはＯＦＦに切り替えるものである。また、この２つのＩＧＢＴ３２１、３２３は、エミッタ端子同士を接続されている。
ＩＧＢＴ３２１、３２３には、ゲートドライブ回路３２６から出力された同一のゲートドライブ信号がそれぞれのゲート端子に入力される。ＩＧＢＴ３２１、３２３は、このゲートドライブ信号に基づいて定着器ヒータ２５９に交流電圧をＯＮまたはＯＦＦに切り替えるスイッチング動作を行う。
【００３６】
この２つのＩＧＢＴ３２１、３２３は、商用交流電源３４０と定着器ヒータ２５９との間に直列に接続されている。ＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子は、定着器ヒータ２５９と接続されている。また、ＩＧＢＴ３２３のコレクタ端子は、商用交流電源３４０と、ＡＣスイッチ３３９およびコモンモードチョークコイル３３８を介して接続されている。つまり、直列に接続された定着器ヒータ２５９とこの２つのＩＧＢＴには、商用交流電源３４０の交流電圧が印加される。
第１のＩＧＢＴとしてのＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、第１のダイオードとしてのダイオード３２２が接続されている。ＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子にはダイオード３２２のカソード端子が接続され、ＩＧＢＴ３２１のエミッタ端子にはダイオード３２２のアノード端子が接続されている。
【００３７】
第２のＩＧＢＴとしてのＩＧＢＴ３２３のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、ＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子とエミッタ端子との間と同様に、第２のダイオードとしてのダイオード３２４が接続されている。ＩＧＢＴ３２３のコレクタ端子にはダイオード３２４のカソード端子が接続され、ＩＧＢＴ３２３のエミッタ端子にはダイオード３２４のアノード端子が接続されている。
なお、本実施例では、ダイオード３２２、３２４を個別の部品として説明するが、それに限られることなく、ダイオード３２２、３２４をＩＧＢＴ３２１、３２３に内蔵された還流ダイオードに置き換えてもよい。
【００３８】
このようにダイオード３２２、３２４がＩＧＢＴ３２１、３２３のコレクタ端子とエミッタ端子との間にそれぞれ接続されることにより、商用交流電源３４０の交流電圧がスイッチング回路３２５と定着器ヒータ２５９に印加された場合、ＩＧＢＴ３２３のコレクタ端子のほうがＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子より電位が高いとき（第１の極性の交流電圧が印加されたとき）には、電流がダイオード３２２に流れてＩＧＢＴ３２１が機能しないため、ゲートドライブ信号に基づいたＩＧＢＴ３２３のＯＮまたはＯＦＦに切り替えるスイッチング動作により、交流電圧が０Ｖになる位相角から交流電圧が定着器ヒータ２５９に印加される。
【００３９】
また、ＩＧＢＴ３２３のコレクタ端子のほうがＩＧＢＴ３２１のコレクタ端子より電位が低いとき（第２の極性の交流電圧が印加されたとき）には、電流がダイオード３２４に流れてＩＧＢＴ３２３が機能しないため、ゲートドライブ信号に基づいたＩＧＢＴ３２１のＯＮまたはＯＦＦに切り替えるスイッチング動作により、交流電圧が０Ｖになる位相角から交流電圧が定着器ヒータ２５９に印加される。
【００４０】
つまり、ＩＧＢＴ３２１、３２３のスイッチング動作は、定着器ヒータ２５９に印加する交流電圧の正負により、いずれか一方のＩＧＢＴがＯＮとなり、他方のＩＧＢＴがＯＦＦとなる。
このように、交流電圧が０Ｖになる位相角から定着器ヒータ２５９に交流電圧を印加するようにヒータ制御回路３００を制御することにより、定着器ヒータ２５９に急激に電流が流れることがなくなるため、定着器ヒータ２５９と直列に接続させるノーマルモードチョークコイルを不要とし、ノーマルモードチョークコイルの音鳴りを発生させないことができる。
【００４１】
前述した構成の作用について説明する。
まず、画像形成装置１０１が行う印刷処理の動作について、図１および図２に基づきながら説明する。
ホストインタフェース部２５０は、通信回線等で接続された図示しないホストコンピュータ等の上位装置から受信したＰＤＬ（Ｐａｇｅ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）等で記述された印刷データをコマンド／画像処理部２５１へ出力する。
【００４２】
コマンド／画像処理部２５１は、受信した印刷データに基づいてビットマップデータを生成する。
また、プリンタエンジン制御部２５３は、サーミスタ２６５の検知温度値に応じて定着器ヒータ２５９に供給する電力を制御し、定着器ヒータ２５９を所定の温度にする。なお、定着器ヒータ２５９に供給する電力の制御については後述する。
さらに、プリンタエンジン制御部２５３は、高圧発生部２８０で高電圧を発生させ、帯電ローラ１３６、現像ローラ１３４、転写ローラ１０５にそれぞれ印加する。
【００４３】
ホッピングローラ１１４は、プリンタエンジン制御部２５３の指示により、給紙カセット１１３にセットされた用紙１１５をレジストローラ１１６および１１７に給紙する。給紙された用紙１１５は、所定のタイミングでレジストローラ１１６および１１７により転写ベルト１０８上に搬送される。
ＬＥＤヘッド１０３は、ビットマップデータに応じて点灯し、感光体ドラム１３２の表面に静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、現像器１０２によりトナー像に現像される。現像されたトナー像は、転写ローラ１０５に印加されたバイアス電圧により、転写ベルト１０８で搬送される用紙１１５に転写される。
定着器１１８は、転写されたトナー像を用紙１１５に定着させて排紙トレー１２０に排紙する。
【００４４】
次に、プリンタエンジン制御部２５３が制御を行うヒータ制御回路３００の各部の動作について説明する。
まずは、直流安定化電源回路３５０がプリンタエンジン制御部２５３にＤＣ２４ＶおよびＤＣ５Ｖを供給するまでの動作について、図３に基づきながら説明する。
商用交流電源３４０の交流電圧は、ＡＣスイッチ３３９がＯＮになるとコモンモードチョークコイル３３８を経て、直流安定化電源回路３５０に印加される。
【００４５】
直流安定化電源回路３５０に印加された交流電圧は、ダイオードブリッジ３３６により全波整流され、さらにコンデンサ３３５により平滑化されてＤＣ１４０Ｖに変換される。
コンデンサ３３５の後段に配置されたスイッチング部３３４は、平滑化されたＤＣ１４０Ｖを所定のパルス信号に変換し、トランス３３３に出力する。
トランス３３３は、パルス信号に変換されたＤＣ１４０ＶをＤＣ２４Ｖに降圧し、整流回路３３２に出力する。
整流回路３３２は、降圧されたＤＣ２４Ｖを整流し、ＤＣ２４Ｖ出力部３２９およびＤＣ−ＤＣコンバータ３３１に出力する。
【００４６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３３１は、入力されたＤＣ２４ＶをＤＣ５Ｖに変換し、ＤＣ５Ｖ出力部３３０に出力する。
ＤＣ２４Ｖ出力部３２９およびＤＣ５Ｖ出力部３３０は、プリンタエンジン制御部２５３にＤＣ２４ＶおよびＤＣ５Ｖの電圧を供給し、プリンタエンジン制御部２５３を駆動させる。
次に、プリンタエンジン制御部２５３がゼロクロス信号に基づいてゲートドライブ信号をゲートドライブ回路３２６に出力し、駆動させるまでの動作について、図３に基づきながら説明する。
【００４７】
ゼロクロス検出回路３３７は、商用交流電源３４０の交流電圧のゼロクロス点のタイミングを検出し、ゼロクロス信号をプリンタエンジン制御部２５３に出力する。
ゼロクロス信号を入力されたプリンタエンジン制御部２５３は、ゼロクロス信号と同期させたゲートドライブ信号をゲートドライブ回路３２６のフォトカプラ３０６に出力する。
フォトカプラ３０６のトランジスタにより反転したゲートドライブ信号は、トランジスタ３０９により再度反転し、フォトカプラ３０６に入力されたゲートドライブ信号と同位相としたゲートドライブ信号として生成される。
【００４８】
ＮＰＮトランジスタ３１０とＰＮＰトランジスタ３１１とが相補的に接続されているトランジスタ対は、ＮＰＮトランジスタ３０９から出力されたゲートドライブ信号をベース端子に入力され、振幅を２４Ｖとしたゲートドライブ信号をエミッタ端子から出力する。
トランジスタ対のエミッタ端子から出力されたゲートドライブ信号は、ツェナー電圧が１２Ｖであるツェナーダイオード３１６、３１７、３１９、３２０によりクランプされ、振幅が±１２Ｖのパルス信号に変換される。
すると、ＩＧＢＴ３２１およびＩＧＢＴ３２３のゲート端子には、振幅が±１２Ｖに変換されたゲートドライブ信号が入力される。
【００４９】
次に、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１がフローティング電圧を生成し、ゲートドライブ回路３２６に印加されたときの動作について、図３に基づきながら説明する。
商用交流電源３４０の交流電圧は、ＡＣスイッチ３３９がＯＮになるとコモンモードチョークコイル３３８を経て、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１に印加される。
ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、印加された交流電圧をトランス３０２により変圧し、ダイオード３０３、３０５により整流し、さらにコンデンサ３０４により平滑化して、ＤＣ２４Ｖのフローティング電圧を生成する。
ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、生成したＤＣ２４Ｖのフローティング電圧をゲートドライブ回路３２６に供給する。
【００５０】
ゲートドライブ回路３２６の抵抗３１２、３１３およびツェナー電圧が１２Ｖのツェナーダイオード３１４は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１から入力されたＤＣ２４Ｖのフローティング電圧を分圧し、ＤＣ１２Ｖのフローティング電圧を生成する。生成されたＤＣ１２Ｖのフローティング電圧は、ＩＧＢＴ３２１のエミッタ端子およびＩＧＢＴ３２３のエミッタ端子に印加される。
なお、ＩＧＢＴ３２３のエミッタ電位は、交流電圧の基準電位（０Ｖ）から約−１００Ｖ〜０Ｖの範囲で変動する。よって、ＤＣ２４Ｖのフローティング電圧は、交流電圧の基準電位から−１５３Ｖ〜１２Ｖの範囲で変動する。
【００５１】
次に、ゲートドライブ回路３２６がゲートドライブ信号を変換する動作について、図３に基づきながら説明する。
フォトカプラ３０６は、プリンタエンジン制御部２５３により入力されたゲートドライブ信号をＮＰＮトランジスタ３０９に出力する。
ＮＰＮトランジスタ３０９は、フォトカプラ３０６のトランジスタにより反転したゲートドライブ信号を再度反転させ、フォトカプラ３０６に入力されたゲートドライブ信号と同位相としたゲートドライブ信号を生成する。
【００５２】
ＮＰＮトランジスタ３１０とＰＮＰトランジスタ３１１とが相補的に接続されているトランジスタ対は、ＮＰＮトランジスタ３０９から出力されたゲートドライブ信号をベース端子に入力され、振幅を２４Ｖに変換したゲートドライブ信号をエミッタ端子から出力する。
よって、トランジスタ対から出力されたゲートドライブ信号は、ツェナーダイオード３１６、３１７、３１９、３２０により電圧をクランプされるとともに、ＩＧＢＴ３２１のエミッタ端子およびＩＧＢＴ３２３のエミッタ端子にＤＣ１２Ｖのフローティング電圧が印加されていることから、振幅が±１２Ｖのゲートドライブ信号に変換され、ＩＧＢＴ３２１、３２３のゲート端子に入力される。
【００５３】
次に、スイッチング回路３２５がゲートドライブ信号に基づいて定着器ヒータ２５９に印加する交流電圧をＯＮまたはＯＦＦに切り替えるスイッチング動作について、図３に基づいて図４および図５を参照しながら説明する。
スイッチング回路３２５は、ゲートドライブ回路３２６から入力されたゲートドライブ信号に基づいて、エミッタ端子同士で接続させたＩＧＢＴ３２１、３２３のスイッチング動作を行い、商用交流電源３４０の正負の交流電圧を定着器ヒータ２５９に印加する。
【００５４】
なお、ＩＧＢＴ３２１、３２３は、交流電圧の正負により、いずれか一方のＩＧＢＴがＯＮになり、他方のＩＧＢＴがＯＦＦになる。
また、定着器ヒータ２５９は、コールドスタート時（冷始動時）では抵抗値が低く、電流が流れやすい。そのため、プリンタエンジン制御部２５３は、図４に示すようなゲートドライブ信号をヒータ制御回路３００に入力し、定着器ヒータ２５９に商用交流電源３４０の交流電圧を印加する。
【００５５】
図４は、第１の実施例におけるコールドスタート時の交流電圧、ゼロクロス信号およびゲートドライブ信号の出力を示す説明図である。
図４において、前述の通り、ゼロクロス信号は、図３で示したゼロクロス検出回路３３７により生成され、プリンタエンジン制御部２５３に入力される。また、ゲートドライブ信号は、プリンタエンジン制御部２５３によりゼロクロス信号に同期して生成され、ゲートドライブ回路３２６に入力される。
商用交流電源３４０の交流電圧は、ゲートドライブ信号に基づいて駆動するスイッチング回路３２５により、ゼロクロス点である交流電圧が０Ｖになる位相角から所定の位相角まで定着器ヒータ２５９に印加される。
【００５６】
なお、プリンタエンジン制御部２５３は、交流電圧が０Ｖになる位相角から所定の位相角までスイッチング回路３２５をＯＮにする制御を行うため、例えば、商用交流電源３４０の周波数が５０Ｈｚである場合、コールドスタート時のゲートドライブ信号として１００ＨｚのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号をゲートドライブ回路３２６に入力する。
所定時間、ＰＷＭ信号のパルス幅に応じた所定の位相角の間隔でスイッチング回路３２５をＯＮにする制御を行った後、定着器ヒータ２５９の温度を上昇させて所定の温度に制御するため、プリンタエンジン制御部２５３は、サーミスタ２６５の検知温度値に応じて、図５に示すようなゲートドライブ信号をゲートドライブ回路３２６に入力し、全波（１周期）単位で所定の波数の交流電圧をＯＮにする制御を行う。
【００５７】
なお、プリンタエンジン制御部２５３は、定着器ヒータ２５９の温度を下降させるとき、０Ｖから全波単位で所定の波数までの交流電圧を定着器ヒータ２５９に印加しないＯＦＦにする制御を行う。
以上説明したように、第１の実施例では、交流電圧が０Ｖになる位相角から交流電圧を定着器ヒータに印加するようにしたことにより、定着器ヒータに急激に電流が流れることがなくなるため、ヒータと直列に接続させるノーマルモードチョークコイルを不要とし、ノーマルモードチョークコイルの音鳴りを発生させないことができるという効果が得られる。
【実施例２】
【００５８】
図６は、第２の実施例におけるヒータ制御回路の構成を示す回路図である。
第２の実施例における画像形成装置１０１の構成は、ヒータ制御回路の小型化を目的として、図３に示す第１の実施例におけるヒータ制御回路３００のＡＣ−ＤＣコンバータ３０１に替えてＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１を備えたものとしている。
以下に、第２の実施例の構成を説明する。なお、前述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図６において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１は、第１の実施例におけるＡＣ−ＤＣコンバータ３０１と同様に、ゲートドライブ回路３２６にＤＣのフローティング電圧を印加するものであり、トランスを用いたスイッチング電源等により構成されている。
【００５９】
また、第１の実施例におけるＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、ＡＣスイッチ３３９およびコモンモードチョークコイル３３８を介して商用交流電源３４０と接続されていたが、このＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１は、直流安定化電源３５０の整流回路３３２の後段に接続されており、整流回路３３２が出力するＤＣ２４ＶからＤＣ２４Ｖのフローティング電圧を生成する。
ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１の寸法は、搭載するトランスの寸法、特にトランスに構成されている鉄心の寸法に依存するところが大きい。
【００６０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１においては、スイッチング周波数を高くすることにより鉄心の磁束密度が飽和しにくくなり、その鉄心の寸法を小さくすることができる。
よって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１を、例えば、ｋＨｚ帯の高いスイッチング周波数で駆動させることにより、商用交流電源３４０の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚを扱うＡＣ−ＤＣコンバータ３０１が有する鉄心の寸法より、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１が有する鉄心の寸法を小さくすることが可能であるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１を小型化することができる。
【００６１】
前述した構成の作用について説明する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１以外の動作については、第１の実施例における画像形成装置１０１の動作と同様であるため、その説明を省略する。
ここでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１がフローティング電圧を生成し、ゲートドライブ回路３２６に印加されたときの動作について、図６に基づきながら説明する。
直流安定化電源３５０の整流回路３３２が生成したＤＣ２４Ｖは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１に印加される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１は、印加されたＤＣ２４Ｖをスイッチング動作によりＡＣ電圧に変換し、変換したＡＣ電圧をトランスにより変圧し、変圧したＡＣ電圧を全波整流および平滑化し、ＤＣ２４Ｖのフローティング電圧を生成する。
【００６２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１は、生成したＤＣ２４Ｖのフローティング電圧をゲートドライブ回路３２６に供給する。
ゲートドライブ回路３２６の抵抗３１２、３１３およびツェナー電圧が１２Ｖのツェナーダイオード３１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１から入力されたＤＣ２４Ｖのフローティング電圧を分圧し、ＤＣ１２Ｖのフローティング電圧を生成する。生成されたＤＣ１２Ｖのフローティング電圧は、ＩＧＢＴ３２１のエミッタ端子およびＩＧＢＴ３２３のエミッタ端子に印加される。
【００６３】
以上説明したように、第２の実施例では、第１の実施例の効果に加えて、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１をスイッチング周波数が高いＤＣ−ＤＣコンバータ１３０１に置き換えることにより、トランスに構成されている鉄心の寸法を小さくすることができるため、ヒータ制御回路３００を小型化することができるという効果が得られる。
なお、第１の実施例および第２の実施例では、カラープリンタを例として説明したが、それに限られることなく、モノクロプリンタに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０１    画像形成装置
１１８    定着器
２５３    プリンタエンジン制御部
２５９    定着器ヒータ
２６０    低圧電源
２６５    サーミスタ
３００    ヒータ制御回路
３０１    ＡＣ−ＤＣコンバータ
３２６    ゲートドライブ回路
３２５    スイッチング回路
３５０    直流安定化電源回路
３３７    ゼロクロス検出回路
３４０    商用交流電源
【図１】
2015162350.tif 000003
【図２】
2015162350.tif 000004
【図３】
2015162350.tif 000005
【図４】
2015162350.tif 000006
【図５】
2015162350.tif 000007
【図６】
2015162350.tif 000008