(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から供給される所定の入力交流電圧範囲の商用交流電圧の電源電圧値を検出する電源電圧検出部と、
前記商用交流電圧の電源周期を検出する電源周期検出部と、
前記商用交流電圧をスイッチングして、該商用交流電圧を、媒体を加熱する定着器における定格入力電圧値が前記商用交流電源の前記入力交流電圧範囲の下限よりも低いヒータに印加するヒータ用交流電圧に変換する電圧変換部と、
前記電源電圧検出部により検出された前記電源電圧値と、前記電源周期検出部により検出された前記電源周期とに応じて、前記商用交流電圧の実効値から降圧され且つ前記電源周期に同期した前記ヒータ用交流電圧を生成するように前記電圧変換部を制御する制御部と、
前記ヒータに流れるヒータ用交流電流のヒータ用交流電流値を検出する出力電流検出部と
を有し、
前記制御部は、印刷動作を開始する際、前記電圧変換部におけるスイッチングのデューティ比を徐々に大きくすることにより、前記ヒータ用交流電圧の電圧値であるヒータ用交流電圧値を徐々に大きくすると共に、前記ヒータ用交流電流値が所定の電流リミット値を超えた場合、前記電圧変換部における前記デューティ比の増加を待機することにより、前記ヒータの冷却を待機する
画像形成装置。
【請求項２】
前記ヒータ用交流電圧値を検出する出力電圧検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記ヒータ用交流電圧値が、前記ヒータの前記定格入力電圧値に到達するまで、前記デューティ比を徐々に大きくする
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記画像形成装置に供給される電流の電流値である供給電流値を検出する電源電流検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記供給電流値が所定の電流リミット値を超えた場合、前記ヒータに印加する電力を規制する
請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ヒータは複数個配され、
前記制御部は、前記供給電流値が前記電流リミット値を超えた場合、複数個の前記ヒータのうちの所定の前記ヒータへの通電を停止させる
請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記供給電流値が前記電流リミット値以下になった場合、通電を停止させた前記ヒータへの通電を再開させる
請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記供給電流値が前記電流リミット値を超えた場合、前記デューティ比を低下させる
請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記ヒータは、ハロゲンヒータである
請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、例えば、媒体を画像形成用に加熱するヒータが設けられたカラー用電子写真式プリンタに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、商用交流電源にトライアック（双方向サイリスタ）を介して定着器のヒータが接続されている。そして画像形成装置は、商用交流電源から供給される交流電圧をトライアックの位相制御によるオン動作に応じてヒータに印加して、該ヒータの発熱温度を制御していた（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２０１３−２３５１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで商用交流電源としては、電源電圧値の異なる種々のものがある。しかしながら、トライアックのように商用交流電源を直接オンオフする素子を用いた場合、画像形成装置は、電源電圧値に応じて異なる定着器を用意しなければならなかった。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、機能性を向上し得るカラープリンタを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため本発明の画像形成装置においては、商用交流電源から供給される所定の入力交流電圧範囲の商用交流電圧の電源電圧値を検出する電源電圧検出部と、商用交流電圧の電源周期を検出する電源周期検出部と、商用交流電圧をスイッチングして、該商用交流電圧を、媒体を加熱する定着器における定格入力電圧値が商用交流電源の入力交流電圧範囲の下限よりも低いヒータに印加するヒータ用交流電圧に変換する電圧変換部と、電源電圧検出部により検出された電源電圧値と、電源周期検出部により検出された電源周期とに応じて、商用交流電圧の実効値から降圧され且つ電源周期に同期したヒータ用交流電圧を生成するように電圧変換部を制御する制御部と、ヒータに流れるヒータ用交流電流のヒータ用交流電流値を検出する出力電流検出部とを設け、制御部は、印刷動作を開始する際、電圧変換部におけるスイッチングのデューティ比を徐々に大きくすることにより、ヒータ用交流電圧の電圧値であるヒータ用交流電圧値を徐々に大きくすると共に、ヒータ用交流電流値が所定の電流リミット値を超えた場合、電圧変換部におけるデューティ比の増加を待機することにより、ヒータの冷却を待機するようにした。
【０００７】
これにより本発明は、商用交流電源の商用交流電圧によらずに同一の定着器を使用できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、商用交流電源の商用交流電圧によらずに同一の定着器を使用でき、かくして機能性を向上し得るカラープリンタを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】カラープリンタの内部構成を示す側面図である。
【図２】第１の実施の形態によるカラープリンタの回路構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態による電源部の回路構成を示すブロック図である。
【図４】入力交流電圧、ゼロクロス検出信号、入力電圧検出信号及びゲート信号を示すタイミングチャートである。
【図５】初期状態における入力交流電圧及びゲート信号を示すタイミングチャートである。
【図６】印刷動作状態における入力交流電圧及びゲート信号を示すタイミングチャートである。
【図７】デッドタイムを示す波形図である。
【図８】ゲート信号ＳＡ及びゲート信号ＳＢのデューティ比及びオフ時間を示す波形図である。
【図９】入力交流電圧、出力交流電圧、電圧検出手段第１入力電圧及び電圧検出手段第２入力電圧を示すタイミングチャートである。
【図１０】第１の実施の形態によるヒータ駆動処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施の形態によるカラープリンタの回路構成を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施の形態による電源部の回路構成を示すブロック図である。
【図１３】第２の実施の形態によるヒータ駆動処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第３の実施の形態による電源部の回路構成を示すブロック図である。
【図１５】第４の実施の形態によるカラープリンタの回路構成を示すブロック図である。
【図１６】第４の実施の形態による電源部の回路構成を示すブロック図である。
【図１７】第４の実施の形態によるヒータ駆動処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。
【００１１】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．カラープリンタの内部構成］
図１に示すように、カラープリンタ１は、一次転写方式のプリンタであり、箱型のプリンタ筐体２を有している。このカラープリンタ１は、印刷画像の形成に用いられる記録紙やフィルム等の印刷媒体Ｐの表面に該印刷画像を形成するものであり、プリンタ筐体２の上面の前端部に、種々の情報を表示する表示部３が配置される。プリンタ筐体２内には、印刷媒体Ｐの表面に印刷画像を形成するための画像形成部４が中央部に配置されると共に、複数の印刷媒体Ｐが装填される用紙カセット５と、該用紙カセット５から印刷媒体Ｐを１枚ずつ繰り出すホッピングローラ６とが配置されている。画像形成部４は、画像形成ユニット１０（１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ及び１０Ｃ）と、転写ユニット１１と、定着器１２とを有している。画像形成ユニット１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ及び１０Ｃは、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）の４色のトナーを互いに重複しないように１色分用いて、印刷画像の元になるトナー画像を形成する。転写ユニット１１は、ベルト駆動ローラ１４及び従動ローラ１５に無端状の転写ベルト１６が張架され、転写ローラ１７（ブラック転写ローラ１７Ｋ、イエロー転写ローラ１７Ｙ、マゼンタ転写ローラ１７Ｍ及びシアン転写ローラ１７Ｃ）の表面を、転写ベルト１６を介して感光ドラム２２（２２Ｋ、２２Ｙ、２２Ｍ及び２２Ｃ）に押し付けることにより、印刷媒体Ｐの表面に画像形成ユニット１０の表面のトナー画像を転写する。定着器１２は、中空パイプ状の加熱ローラ１８内にハロゲンヒータであるヒータ２０が挿通されると共に、加圧ローラ１９の表面を加熱ローラ１８の表面に押し付けることにより、印刷媒体Ｐの表面にトナー画像を加熱及び加圧して印刷画像として定着させる。
【００１２】
画像形成ユニット１０（１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ及び１０Ｃ）は、感光ドラム２２（２２Ｋ、２２Ｙ、２２Ｍ及び２２Ｃ）の表面に、帯電ローラ２３（２３Ｋ、２３Ｙ、２３Ｍ及び２３Ｃ）を介して帯電させたうえでＬＥＤ（Light Emitting Diode）ヘッド２４（ブラックＬＥＤヘッド２４Ｋ、イエローＬＥＤヘッド２４Ｙ、マゼンタＬＥＤヘッド２４Ｍ及びシアンＬＥＤヘッド２４Ｃ）により露光して静電潜像を形成し、その静電潜像を、現像ローラ及び給電ローラを有する現像部２５（ブラック現像部２５Ｋ、イエロー現像部２５Ｙ、マゼンタ現像部２５Ｍ及びシアン現像部２５Ｃ）により、対応する単色のトナーによって現像してトナー画像を形成する。画像形成ユニット１０（１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ及び１０Ｃ）は、互いに同様に構成されている。
【００１３】
プリンタ筐体２内には、前下端部に、用紙カセット５から繰り出される印刷媒体Ｐを画像形成部４へ搬送するための媒体供給用搬送路を形成する用紙供給用搬送部２７が配置されると共に、後上端部に、定着器１２から繰り出される印刷媒体Ｐを排紙トレイ２９へ搬送するための媒体排出用搬送路を形成する用紙排出用搬送部２８が配置されている。用紙供給用搬送部２７は、媒体供給用搬送路の途中に一対のレジストローラ３０が配置されている。レジストローラ３０は、印刷媒体Ｐの媒体搬送方向に位置する先端をプリンタ左右方向と平行にして搬送姿勢を矯正しつつ、画像形成ユニット１０によるトナー画像の形成開始のタイミングを制御するまたプリンタ筐体２内には、用紙供給用搬送部２７と画像形成部４との間に用紙検出センサ３１が配置されている。用紙検出センサ３１は、用紙供給用搬送部２７から画像形成部４へ搬送される印刷媒体Ｐの通過の有無を、接触又は非接触で検出する。このカラープリンタ１は、入力される交流電圧の実効値である入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の場合は、全体の定格消費電力値が１５００［Ｗ］、定格電流値が１０［Ａ］であり、入力交流電圧実効値が２００［Ｖ］の場合は、全体の定格消費電力値が２０００［Ｗ］、定格電流値が１０［Ａ］となっている。
【００１４】
［１−２．カラープリンタの回路構成］
図２に示すように、カラープリンタ１は、例えば、マイクロプロセッサ構成のプリンタエンジン制御部３２、外部の図示しないホストコンピュータと通信するホストインタフェース部３３、該ホストコンピュータから送信された制御コマンドや印刷データをホストインタフェース部３３を介して取り込んで所定の処理を施すコマンド／画像処理部３４等を有している。
【００１５】
プリンタエンジン制御部３２は、例えば、内部のメモリに予め記憶された基本プログラムや、画像形成処理プログラムのようなアプリケーションプログラム等の各種プログラムに従って、印刷媒体Ｐに対する画像形成用にカラープリンタ１全体を制御すると共に、所定の演算処理等の各種処理や表示部３に種々の情報を表示する表示処理等の各種処理を実行する。これによりプリンタエンジン制御部３２は、ホストコンピュータから例えば、印刷画像の形成を指示する画像形成指示コマンドと、印刷画像を形成すべき印刷媒体Ｐのサイズを指示するサイズ指示コマンドと、ＰＤＬ（Page Description Language）のようなページ記述言語で記述された印刷対象のカラー画像を示す印刷データとが送信されると、これらをホストインタフェース部３３で受信してコマンド／画像処理部３４に取り込む。そしてプリンタエンジン制御部３２は、コマンド／画像処理部３４から印刷指示コマンド及びサイズ指示コマンドが与えられると、これに応じて印刷媒体Ｐの表面に印刷画像を形成するための印刷画像形成処理を実行する。この際、プリンタエンジン制御部３２は、定着器モータ３５を動作させて、定着器１２において加熱ローラ１８を一回転方向へ回転させると共に、その回転に連動させて加圧ローラ１９を他回転方向へ回転させる。またプリンタエンジン制御部３２は、定着器１２のヒータ２０のうち、サイズ指示コマンドが示す印刷媒体Ｐのサイズに対応するヒータ２０を制御対象とする。
【００１６】
そしてプリンタエンジン制御部３２は、定着器１２に設けられたサーミスタ３６により加熱ローラ１８の表面温度を検出し、その検出結果に応じて電源部４５を制御する。電源部４５のＡＣ−ＡＣコンバータ３８は、電源電圧値が１００〜２３０［Ｖ］の入力交流電圧範囲の商用交流電圧を発生する商用交流電源４６の何れも接続可能であり、任意に選定された商用交流電源４６が接続されている。また低圧電源３７は、電源部４５とは別個に構成されており、電源部４５を介して商用交流電源４６から供給される商用交流電圧からＡＣ−ＤＣコンバータにより電圧値が例えば２４［Ｖ］や５［Ｖ］の直流電圧を生成し、動作電圧としてカラープリンタ１内の各部に供給する。これによりプリンタエンジン制御部３２は、制御対象のヒータ２０を発熱させるための交流電圧であるヒータ用交流電圧をＡＣ−ＡＣコンバータ３８により生成すると共に、生成したヒータ用交流電圧を定着器１２における制御対象のヒータ２０に印加する。このようにしてプリンタエンジン制御部３２は、定着器１２において、制御対象のヒータ２０を発熱させて加熱ローラ１８を加熱し、該加熱ローラ１８の表面温度を所望の温度にする。
【００１７】
この状態でプリンタエンジン制御部３２は、ドラムモータ３９を動作させて、画像形成ユニット１０において感光ドラム２２を一回転方向へ回転させると共に、その回転に連動させて現像部２５の現像ローラ及び給電ローラを他回転方向へ回転させる。またプリンタエンジン制御部３２は、ベルトモータ４０を動作させて、転写ユニット１１においてベルト駆動ローラ１４を他回転方向へ回転させると共に、これに応じて従動ローラ１５と共に転写ベルト１６も他回転方向へ回転させる。さらにプリンタエンジン制御部３２は、高電圧発生部４１によりプラスやマイナスの種々の高電圧を発生させて、対応する帯電ローラ２３、現像部２５、転写ローラ１７に印加する。これによりプリンタエンジン制御部３２は、画像形成ユニット１０において帯電ローラ２３により感光ドラム２２の表面を所定電位に帯電させると共に、現像部２５の供給ローラにより現像ローラの表面にトナーを供給して担持させる。そのうえでプリンタエンジン制御部３２は、図示しない搬送モータを動作させて、用紙供給用搬送部２７及び用紙排出用搬送部２８の複数の搬送ローラを一回転方向や他回転方向へ回転させると共に、ホッピングモータ４２を動作させてホッピングローラ６を他回転方向へ回転させることで、そのホッピングローラ６により用紙カセット５から印刷媒体Ｐを１枚ずつ繰り出して媒体供給用搬送路を介して画像形成部４へ搬送する。プリンタエンジン制御部３２は、この際、例えば一対のレジストローラ３０の回転を停止させて印刷媒体Ｐの先端を突き当てることで搬送姿勢を矯正した後、レジストモータ４３を動作させて該一対のレジストローラ３０を互いに逆向きの一回転方向及び他回転方向へ回転させて印刷媒体Ｐを再び画像形成部４へ搬送する。
【００１８】
この際、プリンタエンジン制御部３２は、コマンド／画像処理部３４により印刷データを、印刷対象のカラー画像のブラック、イエロー、マゼンタ及びシアン毎の色成分を表すビットマップデータに変換してＬＥＤヘッドインタフェース部４４に送出する。そしてプリンタエンジン制御部３２は、一対のレジストローラ３０により印刷媒体Ｐを再び搬送し始めたタイミングでＬＥＤヘッドインタフェース部４４からブラックに対応するビットマップデータをブラックＬＥＤヘッド２４Ｋに送出し始めた後、イエロー、マゼンタ、シアンに対応するビットマップデータも順に所定のタイミングでイエローＬＥＤヘッド２４Ｙ、マゼンタＬＥＤヘッド２４Ｍ及びシアンＬＥＤヘッド２４Ｃに送出し始めて、これらビットマップデータに基づいてＬＥＤヘッド２４を感光ドラム２２の表面の露光用にオンオフ制御する。これによりプリンタエンジン制御部３２は、画像形成ユニット１０に対しトナー画像の形成を順次開始させ、上述したように感光ドラム２２の表面にトナー画像を形成する。またプリンタエンジン制御部３２は、媒体供給用搬送路を介して搬送した印刷媒体Ｐを感光ドラム２２と転写ベルト１６との間に挟み込むようにして搬送しながら、これら感光ドラム２２の表面のトナー画像を転写ローラ１７により印刷媒体Ｐの表面に順に重ねるように転写する。さらにプリンタエンジン制御部３２は、引き続き定着器１２において加熱ローラ１８及び加圧ローラ１９により印刷媒体Ｐを挟み込むようにして搬送しながら加熱及び加圧して該印刷媒体Ｐの表面にカラーの印刷画像を形成した後、その印刷媒体Ｐを、媒体排出用搬送路を介して搬送して排紙トレイ２９へ排出する。このようにしてプリンタエンジン制御部３２は、種々のサイズの印刷媒体Ｐの表面にカラーの印刷画像を形成する。
【００１９】
［１−３．電源部の回路構成］
図３に示すように、電源部４５はＡＣ−ＡＣコンバータ３８を有しており、例えばマイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のロジック集積回路である制御手段４８が全体を制御する。制御手段４８は、低圧電源３７（図２）から動作電圧を供給され動作する。
【００２０】
商用交流電源４６は、図４（Ａ）に示すようなＡＣ１００〜２３０［Ｖ］の範囲の電圧をＡＣ−ＡＣコンバータ３８へ入力交流電圧として出力する。ヒータ２０は、定格入力電圧値が８０［Ｖ］である。例えば定格入力電圧値がＡＣ８０［Ｖ］で定格消費電力値が８００［Ｗ］のヒータである場合、ヒータ用交流電圧の値であるヒータ用交流電圧値の実効値であるヒータ用交流電圧実効値が８０［Ｖ］であれば実効値１０［Ａ］の電流が流れヒータ２０が発熱する。電源部４５は、商用交流電源４６から入力される電圧値に関わらず、ヒータ２０の定格入力電圧値である８０［Ｖ］のヒータ用交流電圧実効値のヒータ用交流電圧を出力交流電圧として出力し該ヒータ２０へ印加する。
【００２１】
商用交流電源４６から商用交流電圧が入力交流電圧として印加されると、該入力交流電圧は、ブリッジダイオードであるダイオード４９、５０、５１及び５２により全波整流され、入力電圧検出手段５３に入力される。入力電圧検出手段５３は、全波整流された入力交流電圧を降圧して図４（Ｃ）に示す入力電圧検出信号Ｓ１を生成し制御手段４８のＡＤコンバータへ出力する。制御手段４８は、入力電圧検出信号Ｓ１を所定時間でサンプリングし、リアルタイムの電圧値と、電源周期である交流周期毎の平均値とを演算して、入力交流電圧の電圧実効値である入力交流電圧実効値を取得する。なお、制御手段４８は、入力交流電圧を検出して演算により算出する方法に限らず、回路で抵抗とコンデンサとを用いて入力交流電圧を平滑化し、平滑化した電圧を検出することより、入力交流電圧実効値を取得しても良い。
【００２２】
ゼロクロス検出手段５４は、全波整流された入力交流電圧の電圧波形から、交流のゼロクロスタイミングに同期したパルスである、図４（Ｂ）に示すゼロクロス検出信号Ｓ２を生成し制御手段４８へ出力する。制御手段４８は、ゼロクロス検出信号Ｓ２から入力交流電圧のゼロクロス点を検出する。なおゼロクロス検出手段５４の回路構成によっては遅延等を生じる場合もあるが、制御手段４８内でカウンタ等を用いて適宜タイミングを調整しても良い。
【００２３】
全波整流回路５５は、ブリッジダイオードの一端及び他端並びに制御手段４８と接続されており、ダイオード５６及び５７、ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄ並びに窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄにより構成され、入力交流電圧を全波整流する。ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄは、制御手段４８からそれぞれゲート信号ＳＣ及びＳＤを供給されることにより制御される。
【００２４】
フルブリッジ回路６０は、コンデンサ６１、インダクタ６２、コンデンサ６３及び制御手段４８と接続されており、ゲートドライブ回路５８Ａ及び５８Ｂ、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａ及び５９Ｂ、ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄ並びに窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄにより構成され、入力交流電圧をスイッチングする。このフルブリッジ回路６０は、ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄ並びに窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄを全波整流回路５５と共用している。ゲートドライブ回路５８Ａ及び５８Ｂは、制御手段４８からそれぞれゲート信号ＳＡ及びＳＢを供給されることにより制御される。以下ではゲート信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤをまとめてゲート信号とも呼ぶ。
【００２５】
インダクタ６２及びコンデンサ６３は、ＬＣフィルタを構成している。出力電圧検出手段６４は、ヒータ２０と接続される出力端子と接続されており、ヒータ用交流電圧を検出し、検出結果を制御手段４８へ出力する。
【００２６】
制御手段４８は、入力電圧検出信号Ｓ１が所定閾値（例えば入力交流電圧値が８５［Ｖ］）を超えると、図４のタイミングチャートに示すように、ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄに、ヒータ用交流電圧の周波数の制御用として、図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示すパルス信号であるゲート信号ＳＣ及びＳＤそれぞれを出力する。ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄは、ゲート信号ＳＣ及びＳＤをフォトカプラ等の絶縁された信号伝達回路で伝達し、それぞれ窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄのゲート駆動に必要な電圧振幅のパルスを出力する。これにより全波整流回路５５は、入力交流電圧に従って交互に窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄをスイッチングし、フルブリッジ回路６０における窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａのドレインと窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｂのソースとの間でありコンデンサ６１の両端に、全波整流された電圧を印加する。
【００２７】
また制御手段４８は、ゲート信号ＳＣ及びＳＤの論理レベルの変化により窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄが同時にオンして貫通電流が流れることのないように、これらゲート信号ＳＣ及びＳＤを、一方の波形に対し他方の波形が反転した関係となる一対の反転信号として生成している。
【００２８】
また制御手段４８は、ゲート信号ＳＣ及びＳＤの論理「Ｈ」レベルの期間と論理「Ｌ」レベルの期間とをそれぞれ正確に１／２周期にすると、仮に、これらゲート信号ＳＣ及びＳＤの一方に対し他方が遅延した場合、両方同時に「Ｈ」レベルに変化して窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄが同時にオンする時間が生じるため、図７に、図４において破線で囲った領域の拡大図を示すように、ゲート信号ＳＣ及びＳＤの一方における論理レベルの切換箇所に両方とも「Ｌ」レベルにする期間であるデッドタイムＴｄを設けることにより、これら窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃ及び５９Ｄが同時にオンすることを回避している。図７においては、ゲート信号ＳＣが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに、ゲート信号ＳＤが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに切り換わる状態について図示したが、ゲート信号ＳＣが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに、ゲート信号ＳＤが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに切り換わる状態についても同様である。
【００２９】
次にフルブリッジ回路６０の動作を図５及び図６を用いて説明する。制御手段４８は、ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ｄの駆動開始に同期してゲートドライブ回路５８Ａ及び５８Ｂの駆動を開始する。図５に、カラープリンタ１が印刷動作を開始していない印刷初期状態のタイミングチャートを示すように、初期状態では制御手段４８は、電源周期に同期して、ローサイド対（ゲートドライブ回路５８Ｄ及び５８Ｂ）、ハイサイド対（ゲートドライブ回路５８Ｃ及び５８Ａ）を同時にオン制御する。ここで、制御手段４８は、ゲート信号ＳＡ及びＳＢの論理レベルの変化により窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａ及び５９Ｂが同時にオンして貫通電流が流れることのないように、これらゲート信号ＳＡ及びＳＢを、一方の波形に対し他方の波形が反転した関係となる一対の反転信号として生成している。ゲート信号ＳＡ及びＳＤが共に「Ｈ」レベルであり且つゲート信号ＳＣ及びＳＤが共に「Ｌ」レベルである場合か、ゲート信号ＳＢ及びＳＣが共に「Ｈ」レベルであり且つゲート信号ＳＡ及びＳＤが共に「Ｌ」レベルである場合にのみ、ヒータ２０にはヒータ用交流電圧が印加されるため、図５に示す初期状態においては該ヒータ２０にはヒータ用交流電圧が印加されていない。
【００３０】
その後カラープリンタ１が印刷動作を開始すると、所定のタイミングでプリンタエンジン制御部３２がヒータオン信号を制御手段４８へ供給する。制御手段４８は、ヒータオン信号に従ってヒータ２０へ電圧印加を行う。プリンタエンジン制御部３２は、サーミスタ３６で検出される温度に従って制御手段４８ヘヒータオン信号のオンオフを伝達する。
【００３１】
カラープリンタ１が印刷動作状態へ移行し、ヒータ２０への通電を行う場合、図６に印刷動作状態のタイミングチャートを示すように、制御手段４８は、入力交流電圧が正の半周期においては、ゲート信号ＳＤを「Ｈ」レベルとし、且つ所定のデューティ比でゲート信号ＳＡを「Ｈ」レベルとする。一方制御手段４８は、入力交流電圧が負の半周期においては、ゲート信号ＳＣを「Ｈ」レベルとし、且つ所定のデューティ比でゲート信号ＳＢを「Ｈ」レベルとする。上述したように、ゲート信号ＳＡ及びＳＢは互いに波形が反転し、ゲート信号ＳＣ及びＳＤは互いに波形が反転している。このため入力交流電圧が正の半周期においては、ダイオード５６に電流が流れ、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａがスイッチングされることにより該窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａに電流が流れ、インダクタ６２を介してヒータ２０に電流が流れる。ヒータ２０を通った電流は商用交流電源４６へ戻る。この時、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａがターンオフした時に、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｂがターンオンし、インダクタ６２に流れる還流電流が窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｂを通って商用交流電源４６へ供給される。この環流電流は、半周期の間、オンを保持される窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｄを経由して商用交流電源４６へ供給される。一方入力交流電圧が負の周期においては、ダイオード５７に電流が流れ、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｂがスイッチングされることにより該窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｂに電流が流れ、入力交流電圧が正の周期に対し反転してヒータ２０に電流が流れる。この時、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｂがターンオフした時に、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａがターンオンし、インダクタ６２に流れる還流電流が窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａを通って商用交流電源４６へ供給される。この環流電流は、半周期の間、オンを保持される窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｃを経由して商用交流電源４６へ供給される。
【００３２】
ここで、ゲート信号ＳＡ及びＳＢが「Ｈ」レベルでオンとなるデューティ比は、図６において破線で囲った領域の拡大図を図８に示すように、約８０％に設定されている。これにより電源部４５は、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の時に、出力交流電圧の実効値である出力交流電圧実効値の８０［Ｖ］をヒータ２０へ出力する。また、ゲート信号ＳＡ及びＳＢのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）の周波数は１００〜２００［ｋＨｚ］程度であり、制御手段４８は、図６（Ａ）に実線で示す入力交流電圧の各ゼロクロス点において、図８に示す、ゲート信号ＳＡ及びＳＢを一定時間だけオフに保つ所定のオフ時間を設けることにより、位相のずれを解消する。これにより図６（Ａ）に破線で示す出力交流電圧は、入力交流電圧の各ゼロクロス点の前後において、オフ期間に相当する時間だけ０［Ｖ］となっている。
【００３３】
また、インダクタ６２の還流電流を流すためにゲート信号ＳＡ及びＳＢは互いに反転しており、上述したゲート信号ＳＣ及びＳＤと同様に、貫通電流が流れないように、論理レベルの切換箇所に所定の時間のデッドタイムが設けられている。電源部４５においては窒化ガリウムパワーデバイスを用いたため１００〜２００［ｋＨｚ］のスイッチング周波数としたが、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等を用いる場合には、損失が大きくなるので２０〜４０［ｋＨｚ］程度となる。また窒化ガリウムパワーデバイスはゲートオンでドレインソース間にどちらの向きにも電流が流れるが、ＩＧＢＴは逆方向に電流が流れる様にボディダイオード内蔵タイプか並列にダイオードを実装する。
【００３４】
ここで、ゲート信号ＳＡ及びＳＢにおけるデューティ比は、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］であり且つヒータ２０の定格入力電圧値が８０［Ｖ］（すなわち出力交流電圧実効値が８０［Ｖ］）の場合に８０％程度となる。しかしながら、ハロゲンヒータであるヒータ２０は、初期通電時である冷間時の抵抗値が低いため、８０［Ｖ］の出力交流電圧実効値を印加開始電圧として該ヒータ２０に印加されると、該ヒータ２０に数１０［Ａ］の大きな突入電流が流れてしまう。これに対し制御手段４８は、印刷動作状態へ移行する際、デューティ比を２０％から８０％まで０．５〜１秒の時間を掛けて徐々に増加させ、突入電流を抑える制御であるヒータ駆動処理を行う。
【００３５】
図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に、出力電圧検出手段６４の第１電圧検出入力端子６４Ａ及び第２電圧検出入力端子６４Ｂそれぞれに入力される電圧検出手段第１入力電圧及び電圧検出手段第２入力電圧の電圧波形を示す。出力電圧検出手段６４は、２系統の入力から入力される電圧の差の絶対値を演算する回路であり、所定の比率に降圧した差電圧を制御手段４８へ出力する。制御手段４８は、出力電圧検出手段６４から供給された電圧をＡＤ変換することにより、ヒータ２０に印加されるヒータ用交流電圧（図８（Ｂ））を検出する。ここで、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の入力交流電圧（図８（Ａ））を８０％のデューティ比でスイッチングすることにより、理論上は出力交流電圧実効値の８０［Ｖ］が出力交流電圧として出力されることになるが、ヒータ２０に流れる電流によってフルブリッジ回路６０の損失が変化する。このため制御手段４８は、検出したヒータ用交流電圧値に基づきデューティ比を増減させるようフィードバック制御を行う、具体的に制御手段４８は、ヒータ用交流電圧が、目標である８０［Ｖ］より高い場合はデューティ比を減少させる一方、８０［Ｖ］より低い場合はデューティ比を増加させることにより、安定的に８０［Ｖ］の出力交流電圧をヒータ２０に印加する。また、入力交流電圧の入力交流電圧実効値が２３０［Ｖ］である場合は、デューティ比は３５％程度となる。その場合制御手段４８は、入力交流電圧が１００［Ｖ］の際には２０％から８０％に向かって上昇させたデューティ比の変化率を、３５／８０に減じることにより、８．７５％から約３５％へ上昇させる。
【００３６】
［１−４．ヒータ駆動処理］
カラープリンタ１による電源部４５におけるヒータ駆動処理の具体的な処理手順について、図１０のフローチャートを用いて説明する。制御手段４８は、メモリからヒータ駆動処理プログラムを読み出して実行することによりヒータ駆動処理手順ＲＴ１を開始し、ステップＳＰ１へ移る。
【００３７】
ステップＳＰ１において制御手段４８は、入力電圧検出手段５３を介し入力交流電圧実効値を取得することにより、商用交流電源４６が１００Ｖ系か２００Ｖ系かを判別し、ステップＳＰ２へ移る。ステップＳＰ２において制御手段４８は、デューティ比を初期デューティ比である２０％（１００Ｖ系）又は８．７５％（２００Ｖ系）に設定することにより、初期の出力交流電圧を入力交流電圧の２０％とし、ステップＳＰ３へ移る。これにより、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の場合は出力交流電圧実効値が２０［Ｖ］となり、入力交流電圧実効値が２３０［Ｖ］の場合は出力交流電圧実効値が２０［Ｖ］となる。ステップＳＰ３において制御手段４８は、図６に示したゲート信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤを出力することにより、入力交流電圧のゼロクロスタイミングに合わせて出力交流電圧の出力を開始し、ステップＳＰ４へ移る。
【００３８】
ステップＳＰ４において制御手段４８は、増加デューティ比を現在のデューティ比に加算することにより、出力交流電圧実効値を現在の値よりも増加させ、ステップＳＰ５へ移る。この増加デューティ比は、０．０１×定格入力電圧値／入力交流電圧実効値により求められる。例えば入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］、ヒータ２０の定格入力電圧値が８０［Ｖ］である場合、増加デューティ比は０．８％となり、入力交流電圧実効値が２３０［Ｖ］、ヒータ２０の定格入力電圧値が８０［Ｖ］である場合、増加デューティ比は約０．３５％となる。
【００３９】
ステップＳＰ５において制御手段４８は、現在の出力交流電圧実効値が定格入力電圧値（８０［Ｖ］）未満であるか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは、徐々に増加させている出力交流電圧実効値が定格入力電圧値に未だ到達していないことを表し、このとき制御手段４８は、ステップＳＰ４へ戻り、増加デューティ比を現在のデューティ比にさらに加算していく。このように制御手段４８は、デューティ比を、初期デューティ比である２０％から、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の場合は増加デューティ比の分だけ０．８％ずつ、入力交流電圧実効値が２３０［Ｖ］の場合は増加デューティ比の分だけ０．３５％ずつ、徐々に増加させることにより、出力交流電圧実効値を徐々に上昇させる電圧可変制御を行う。
【００４０】
やがて出力交流電圧実効値が定格入力電圧値に到達すると、ステップＳＰ５において制御手段４８は否定結果を得て、ステップＳＰ６へ移る。このとき、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の場合はデューティ比が目標デューティ比である８０％となり、入力交流電圧実効値が２３０［Ｖ］の場合はデューティ比が目標デューティ比である約３５％となる。その後制御手段４８は、出力交流電圧実効値に基づきデューティ比を増減させるようフィードバック制御を行うことにより、出力交流電圧実効値が定格入力電圧値であるよう保つ。このとき制御手段４８は、入力交流電圧値が一時的に低下してしまい、デューティ比を目標デューティ比よりも上昇させる場合であっても、デューティ比を１００％までは上昇させないようにすることにより、ＡＣ−ＡＣコンバータ３８を保護する。
【００４１】
ステップＳＰ６において制御手段４８は、ヒータオフ信号をプリンタエンジン制御部３２から受信するまで待ち受け、該ヒータオフ信号を受信すると、ステップＳＰ７へ移る。ステップＳＰ７において制御手段４８は、図５に示したゲート信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤを出力することにより、出力交流電圧の出力を停止し、ステップＳＰ８へ移り、ヒータ駆動処理を終了する。
【００４２】
［１−５．効果等］
以上の構成においてカラープリンタ１は、商用交流電源４６の商用交流電圧をＡＣ−ＡＣコンバータ３８で降圧してヒータ用交流電圧を生成し、定着器１２のヒータ２０へ供給するようにした。このためカラープリンタ１は、商用交流電源４６の電圧によらずに同一のヒータを使用することができる。またヒータ２０として特にハロゲンヒータを用いる場合、該ハロゲンヒータは、定格入力電圧値に対して低い電圧を印加し続けるとハロゲンサイクルが成立せずに寿命が短くなると共に、定格入力電圧値に対して高い電圧を印加し続けても寿命が短くなってしまった。これに対しカラープリンタ１は、商用交流電圧をＡＣ−ＡＣコンバータ３８で降圧してヒータ用交流電圧を生成するようにしたため、商用交流電圧が変動しても安定したヒータ用交流電圧でヒータ２０を駆動でき、ヒータ用交流電圧の変動によるヒータ２０の寿命の低下を防ぐことができる。
【００４３】
また従来、幅の狭い例えば用紙幅Ａ５サイズ以下のプリンタにハロゲンヒータを利用しようとした場合、抵抗値を高めるために短い長さでフィラメントを多く巻く必要があり、狭い幅で２３０［Ｖ］等の高い電圧の商用交流電圧に対応させるヒータを作成することが困難であった。これに対しカラープリンタ１は、ＡＣ−ＡＣコンバータ３８により商用交流電圧を降圧したヒータ用交流電圧をヒータ２０に印加するため、ハロゲンヒータであるヒータ２０の定格入力電圧値を下げることができる。このためカラープリンタ１は、幅の狭いハロゲンヒータを作成可能にできる。
【００４４】
またカラープリンタ１は、ゲート信号ＳＡ及びＳＢのデューティ比を制御し、印刷動作状態に移行すると、デューティ比を徐々に増加させることにより、ヒータ用交流電圧を徐々に上昇させるようにした。これによりカラープリンタ１は、ヒータ２０への突入電流を抑えることができる。ここで、ハロゲンヒータであるヒータ２０は、ヒータ用交流電圧の印加が中止されると該ヒータ２０が速やかに冷却し、抵抗値が低下していく。このため、その後ヒータ２０にヒータ用交流電圧が再度印加されると、突入電流が流れやすい。このようにハロゲンヒータは、カラープリンタ１の使用時に印刷動作が行われる際に突入電流が流れやすい傾向にある。このため、ヒータ２０としてハロゲンヒータを用いたカラープリンタ１の場合、デューティ比の制御により突入電流を防止する効果を顕著に奏する。
【００４５】
また従来のカラープリンタのように、トライアックで商用交流電圧を位相制御する場合、商用交流電圧の波形とヒータ用交流電圧の波形とは相似ではなくなるため、力率が低下する傾向にある。これに対しカラープリンタ１は、商用交流電圧を位相制御せず、デューティ比を制御して該商用交流電圧のゼロクロスタイミングに同期させてヒータ用交流電圧を生成するようにした。このためカラープリンタ１は、商用交流電圧の波形とヒータ用交流電圧の波形とを相似にできるため、力率を改善できる。
【００４６】
またカラープリンタ１は、初期デューティ比を０％ではなく２０％とした。これによりカラープリンタ１は、突入電流が実用上問題とならない範囲において、速やかにヒータ２０を加熱させることができる。
【００４７】
またカラープリンタ１は、電源周期に同期して商用交流電圧の整流を行う全波整流回路５５の一部と、商用交流電圧をスイッチングし降圧するフルブリッジ回路６０の一部とを共用するようにした。これによりカラープリンタ１は、部材点数を削減できる。
【００４８】
以上の構成によればカラープリンタ１は、商用交流電源４６から供給される所定の入力交流電圧範囲の商用交流電圧の電源電圧値を検出する入力電圧検出手段５３と、商用交流電圧の電源周期を検出するゼロクロス検出手段５４と、商用交流電圧をスイッチングして、該商用交流電圧を、印刷媒体Ｐを加熱する定着器１２における定格入力電圧値が商用交流電源４６の入力交流電圧範囲の下限よりも低いヒータ２０に印加するヒータ用交流電圧に変換するＡＣ−ＡＣコンバータ３８と、入力電圧検出手段５３により検出された電源電圧値と、ゼロクロス検出手段５４により検出された電源周期とに応じて、商用交流電圧の実効値から降圧され且つ電源周期に同期したヒータ用交流電圧を生成するようにＡＣ−ＡＣコンバータ３８を制御する制御手段４８とを設けるようにした。これによりカラープリンタ１は、商用交流電源４６の商用交流電圧によらずに同一のヒータを使用できるため、商用交流電源４６が変更されても、カラープリンタを改めて導入させることなく、変更された商用交流電源４６に接続させて使用させ続けることができる。
【００４９】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．カラープリンタの内部構成］
図１と、図２と対応する部材に同一符号を付した図１１とに示すように、第２の実施の形態によるカラープリンタ１０１は、第１の実施の形態によるカラープリンタ１と比べて、電源部１４５が電源部４５と異なっているものの、それ以外は同様に構成されている。電源部１４５には、低圧電源１３７が内蔵されている。
【００５０】
［２−２．電源部の回路構成］
図３と対応する部材に同一符号を付した図１２に示すように、電源部１４５は、電源部４５と比べて、ＡＣ−ＡＣコンバータ１３８がＡＣ−ＡＣコンバータ３８と異なっていると共に、低圧電源１３７が追加されている。ＡＣ−ＡＣコンバータ１３８は、ＡＣ−ＡＣコンバータ３８と比べて、全波整流回路１５５が全波整流回路５５と異なっていると共に、昇圧回路２７５が追加されている。また電源部１４５は、電源部４５におけるスイッチングデバイスである窒化ガリウムパワーデバイス５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ及び５９Ｄに代えて、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ及び６８Ｄが設けられている。このＦＥＴには、還流ボディダイオードが内蔵されている。
【００５１】
商用交流電圧が入力交流電圧として印加されると、ダイオード５６及び５７とＦＥＴ６８Ｃ及び６８Ｄとの内蔵ダイオードにより、コンデンサ６１の両端に全波整流された電圧が発生する。続いてインダクタ６９を介してダイオード７０に流れる電流が電解コンデンサ７２にチャージされ、該電解コンデンサ７２の両端に整流された電圧が発生する。ＤＣ−ＤＣコンバータ７３は、制御手段４８に供給する電圧を生成する。
【００５２】
次に制御手段４８は、ゼロクロス検出手段５４のゼロクロス検出信号Ｓ２に同期してゼロクロスタイミングから所定のスイッチング周波数でゲートドライブ回路５８Ｇを駆動する。具体的に制御手段４８は、抵抗等により構成された電流検出手段７１で検出される電流値と、電圧検出手段７４で検出される電圧値とに応じて、ゲートドライブ回路５８Ｇを駆動するゲート信号のデューティ比を制御し、電圧検出手段７４で検出される電圧が所定の電圧、例えばＤＣ３９０［Ｖ］になるようにゲートドライブ回路５８Ｇの駆動を調整する。このような制御手段４８、電圧検出手段７４及び昇圧回路２７５によりＰＦＣ（Power Factor Correction）回路である力率改善昇圧回路が構成されており、該力率改善昇圧回路は、連続モードで動作する。ＤＣ−ＤＣコンバータ７３は、トランス等を用いたスイッチング電源により構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７３は、入力される電圧が初期状態のコンデンサインプット整流電圧から昇圧されたＤＣ３９０［Ｖ］に変化すると、カラープリンタ１の動作に必要な高い電圧である２４Ｖ出力の回路も動作させる。
【００５３】
電流検出手段６６及び６７は、カレントトランスで構成されており、ダイオード５６に流れる電流及びダイオード５７に流れる電流と等しい電流をトランスの一次側に流され、トランスの二次側の抵抗にターン数比で減じられた電流を流すことにより、電流を電圧に変換する。この電流検出手段６６及び６７におけるトランスの巻数比は、一次：二次が１：２００程度である。これにより電流検出手段６６及び６７は、ヒータ２０に流すヒータ用交流電流としての出力交流電流を検出し、検出結果をヒータ用交流電流値として制御手段４８に供給する。出力交流電流は、電流検出手段６６及び６７に半周期毎に流れるため、制御手段４８は電流検出手段６６及び６７双方の検出値を加算した結果を用いる。また出力電流値は、ヒータ２０に供給する電流に限らず、昇圧回路２７５等に流れる電流も含むものとなるため、制御手段４８は、電流検出手段６６及び６７により、カラープリンタ１０１のトータルの消費電流を検出できる。
【００５４】
上述したようにカラープリンタ１においてはＡＣ−ＡＣコンバータ３８のデューティ比を入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の場合時には２０〜８０％、入力交流電圧実効値が２３０［Ｖ］の場合には８．７５〜３５％と０．５〜１秒で増加させるヒータ駆動処理を行ったが、カラープリンタ１０１においては、電流検出手段６６及び６７で検出される電流値に応じてデューティ比を変化させるヒータ駆動処理を行う。例えば定格入力電圧値が８０［Ｖ］で定格消費電力値が１２００［Ｗ］のヒータ２０を用いる場合、８０［Ｖ］が印加された際に１５［Ａ］の電流が該ヒータ２０に流れることとなる。また、ハロゲンヒータの初期通電時にはヒータ２０の抵抗値が低く、突入電流が流れてしまうため、カラープリンタ１０１は、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］時には１５［Ａ］の出力交流電流実効値を上限である電流リミット値として、ヒータ用交流電圧を上昇させる。
【００５５】
［２−３．ヒータ駆動処理］
カラープリンタ１０１による電源部１４５におけるヒータ駆動処理の具体的な処理手順について、図１０と対応するステップに同一符号を付した図１３のフローチャートを用いて説明する。制御手段４８は、メモリからヒータ駆動処理プログラムを読み出して実行することによりヒータ駆動処理手順ＲＴ１０１を開始し、ステップＳＰ１へ移る。ヒータ駆動処理手順ＲＴ１０１は、ヒータ駆動処理手順ＲＴ１（図１０）と比べて、ステップＳＰ１０１及びＳＰ１０２が追加されている。
【００５６】
ステップＳＰ１及びＳＰ２を経てステップＳＰ１０１において制御手段４８は、電流リミット値を１５×１００／入力交流電圧実効値に設定し、ステップＳＰ３へ移る。これにより、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］の場合は電流リミット値が１５［Ａ］となり、入力交流電圧実効値が２００［Ｖ］の場合は電流リミット値が７．５［Ａ］となる。ここでは消費電力値を１５００［Ｗ］に制限した場合の電流値を算出している。
【００５７】
ステップＳＰ３を経てステップＳＰ１０２において制御手段４８は、出力交流電流実効値が電流リミット値以下であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことはヒータ２０に大きな突入電流が流れるため出力交流電圧を現在の値より増加させない方が良いことを表し、このとき制御手段４８は、ステップＳＰ１０２において、出力交流電流実効値が電流リミット値以下になるまで待機する。一方ステップＳＰ１０２において肯定結果が得られると、このことはヒータ２０に大きな突入電流が流れるおそれがないため出力交流電圧を現在の値より増加させても良いことを表し、このとき制御手段４８は、ステップＳＰ４へ移り、以降はヒータ駆動処理手順ＲＴ１と同様の処理を行う。
【００５８】
このようにカラープリンタ１０１は、出力交流電流実効値を検出し、該出力交流電流実効値が電流リミット値を超えている場合は出力交流電圧実効値を現在の値より増加させないにする一方、該出力交流電流実効値が電流リミット値以下の場合は出力交流電圧実効値を徐々に増加させるようにした。このためカラープリンタ１０１は、カラープリンタ１と比べて、ヒータ２０に流れてしまう突入電流をより一層確実に防止できる。その他カラープリンタ１０１は、カラープリンタ１と同様の作用効果を奏する。
【００５９】
［３．第３の実施の形態］
［３−１．カラープリンタの内部構成］
図１に示すように、第３の実施の形態によるカラープリンタ２０１は、第１の実施の形態によるカラープリンタ１と比べて、電源部２４５が電源部４５と異なっているものの、それ以外は同様に構成されている。
【００６０】
［３−２．電源部の回路構成］
図３と対応する部材に同一符号を付した図１４に示すように、電源部２４５は、電源部４５と比べて、ＡＣ−ＡＣコンバータ２３８がＡＣ−ＡＣコンバータ３８と異なっている。ＡＣ−ＡＣコンバータ２３８は、ＡＣ−ＡＣコンバータ３８と比べて、全波整流回路２５５が全波整流回路５５と異なっているものの、それ以外は同様に構成されている。全波整流回路２５５は、全波整流回路５５におけるダイオード５６に代えてゲートドライブ回路５８Ｅ及び窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｅが、ダイオード５７に代えてゲートドライブ回路５８Ｆ及び窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｆがそれぞれ設けられている。
【００６１】
この電源部２４５は、窒化ガリウムパワーデバイス５９Ｅ及び５９Ｆのドレインソース間のオン電圧が、電源部４５におけるダイオード５６及び５７の順方向電圧に対して十分小さくなる。これにより電源部２４５は、電源部４５と比べて、ダイオード５６及び５７の順方向電圧が小さくなるため、効率が改善する。その他カラープリンタ２０１は、カラープリンタ１と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
［４．第４の実施の形態］
［４−１．カラープリンタの内部構成］
図１と、図１１及び図１２と対応する部材に同一符号を付した図１５及び図１６とに示すように、第４の実施の形態によるカラープリンタ３０１は、第２の実施の形態によるカラープリンタ１と比べて、電源部３４５が電源部１４５と異なっていると共に、定着器３１２が定着器１２と異なっているものの、それ以外は同様に構成されている。定着器３１２は、定着器１２と比べて、ヒータ３２０がヒータ２０の１本からヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃの３本に増加している。
【００６３】
［４−２．電源部の回路構成］
図１６に示すように、電源部３４５は、電源部１４５と比べて、低圧電源３３７が低圧電源１３７（図１２）と異なっているものの、それ以外は同様に構成されている。低圧電源３３７は、低圧電源１３７と比べて、昇圧回路３７５が昇圧回路２７５と異なっている。昇圧回路３７５は、昇圧回路２７５と比べて、インダクタ６９に代えて補助巻線を有するインダクタ８０が設けられていると共に、抵抗８１が追加されている。制御手段４８、電圧検出手段７４及び昇圧回路３７５によりＰＦＣ回路である力率改善昇圧回路が構成されており、該力率改善昇圧回路は、臨界モードで動作する。昇圧回路３７５の出力は、抵抗８１を介して制御手段４８へ入力される。それにより、インダクタ電流がゼロになるタイミング、すなわちＦＥＴ６８Ｇがターンオフしてダイオード７６に電流が流れ、その電流がゼロとなるタイミングで、インダクタ８０の補助巻線の電圧が変化するため、制御手段４８は、コンパレータ等によりそのエッジを検出し、次のＦＥＴ６８Ｇのオンタイミングを決定する。
【００６４】
トライアック８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃは、それぞれヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃに接続されている。これらヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃは、用紙サイズ毎に対応した輻方向の長さが異なる物が実装されており、３本のうち１本は名刺サイズ等非常に輻の狭い用紙に対応した、発光長が１０ｃｍ以下となっている。このヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃは、用紙サイズによって通電が切り替えられる。またヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃは、互いに定格消費電力値が異なる組み合わせを設定可能となっている。プリンタエンジン制御部３２は、画像形成条件に応じてトライアック８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃを制御することにより、ヒータ用交流電圧を印加するか否かをヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃ毎に制御する。
【００６５】
プリンタエンジン制御部３２は、制御手段４８にＡＣ−ＡＣコンバータ１３８からの出力交流電圧の出力を指示すると同時に、各トライアック８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃのオンオフを選択する。制御手段４８は、ＡＣ−ＡＣコンバータ１３８により、出力交流電圧実効値を定格入力電圧値の８０［Ｖ］まで上昇させた後、供給電流値としての出力交流電流実効値が電流リミット値を超えた場合、プリンタエンジン制御部３２に出力電流値リミットオーバー信号のＬ／Ｈで通知する。プリンタエンジン制御部３２は、出力交流電流実効値が電流リミット値を超えた場合は、一時的にトライアック８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃのうちの一部をオフすることにより、ヒータ３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃに流れる電流を抑制するヒータ駆動処理を行う。
【００６６】
［４−３．ヒータ駆動処理］
カラープリンタ３０１による電源部３４５におけるヒータ駆動処理の具体的な処理手順について、図１３と対応するステップに同一符号を付した図１７のフローチャートを用いて説明する。制御手段４８は、メモリからヒータ駆動処理プログラムを読み出して実行することによりヒータ駆動処理手順ＲＴ３０１を開始し、ステップＳＰ１へ移る。ヒータ駆動処理手順ＲＴ３０１は、ヒータ駆動処理手順ＲＴ１０１（図１３）と比べて、ステップＳＰ３０１、ＳＰ３０２及びＳＰ３０３が追加されている。
【００６７】
ステップＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ１０１、ＳＰ３、ＳＰ１０２、ＳＰ４及びＳＰ５を経てステップＳＰ３０１において制御手段４８は、出力交流電流実効値が電流リミット値以下であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことはカラープリンタ３０１の現在の消費電力値が定格消費電力値以下に収まっていることを表し、このとき制御手段４８は、ステップＳＰ３０２に移る。ステップＳＰ３０２において制御手段４８は、プリンタエンジン制御部３２にＬレベルの出力電流値リミットオーバー信号を出力してステップＳＰ６へ移り、以降はヒータ駆動処理手順ＲＴ１０１と同様の処理を行う。プリンタエンジン制御部３２は、Ｌレベルの出力電流値リミットオーバー信号を取得すると、現在通電させているヒータ３２０を引き続き通電させる。
【００６８】
一方ステップＳＰ３０１において肯定結果が得られると、このことはカラープリンタ３０１の現在の消費電力値が定格消費電力値を超えたことを表し、このとき制御手段４８は、ステップＳＰ３０３に移る。ステップＳＰ３０３において制御手段４８は、プリンタエンジン制御部３２にＨレベルの出力電流値リミットオーバー信号を出力してステップＳＰ６へ移り、以降はヒータ駆動処理手順ＲＴ１０１と同様の処理を行う。プリンタエンジン制御部３２は、Ｈレベルの出力電流値リミットオーバー信号を取得すると、現在通電させているヒータ３２０のうち所定のヒータ３２０への通電を停止させる。
【００６９】
その後プリンタエンジン制御部３２は、Ｌレベルの出力電流値リミットオーバー信号を再度取得すると、先ほど通電を停止させたヒータ３２０への通電を再開させる。
【００７０】
このようにカラープリンタ３０１は、出力交流電圧実効値が定格入力電圧値に到達した後も出力交流電流実効値を検出し続け、該出力交流電流実効値が電流リミット値を超えている場合は、現在通電させているヒータ３２０のうち所定のヒータ３２０への通電を停止させるようにした。これによりカラープリンタ３０１は、消費電力値が定格消費電力値を長時間超えてしまうことを抑え、供給可能な電力内で該カラープリンタ３０１を動作させることができる。
【００７１】
またカラープリンタ３０１は、ヒータ３２０への通電を一旦停止させた後も出力交流電流実効値を検出し続け、該出力交流電流実効値が再び電流リミット値以下になった場合は、先ほど通電を停止させたヒータ３２０への通電を再開させるようにした。これによりカラープリンタ３０１は、消費電力値が定格消費電力値に収まる範囲内で、印刷動作に必要なヒータ３２０全てを加熱させることができる。その他カラープリンタ３０１は、カラープリンタ１０１と同様の作用効果を奏する。
【００７２】
［５．他の実施の形態］
なお上述した第１の実施の形態においては、定着器１２の定格入力電圧値が８０「Ｖ」であるカラープリンタ１に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、定格入力電圧値が７０「Ｖ」や９０「Ｖ」等、種々の電圧のカラープリンタに本発明を適用しても良い。カラープリンタ１においては、入力電圧実効値の１００［Ｖ］に対して±１０％の変動とＡＣ−ＡＣコンバータ３８の効率とを加味して、定着器１２の定格入力電圧値を８０［Ｖ］としたが、定着器の定格入力電圧値を９０［Ｖ］として、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］以上の場合には入力交流電圧を降圧して出力交流電圧実効値が９０［Ｖ］となる出力交流電圧を出力し、入力交流電圧実効値が９０〜１００［Ｖ］の場合には入力交流電圧を降圧して出力交流電圧実効値が８１〜９０［Ｖ］となる出力交流電圧を出力するようにしても良い。例えばプリンタにおいては、商用交流電圧が１００［Ｖ］の場合、定格電流値が１５［Ａ］で定格消費電力値が１５００［Ｗ］という電源仕様がよく使用されるが、定着器の定格入力電圧値が９０［Ｖ］として、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］以上の場合には入力交流電圧を降圧して出力交流電圧実効値が９０［Ｖ］となる出力交流電圧を出力し、入力交流電圧実効値が９０［Ｖ］の場合には出力を１０％落とすように制御すれば、定格消費電力値が１５００［Ｗ］のプリンタの場合、入力交流電圧実効値が９０［Ｖ］まで低下してもヒータへの電力供給も１０％低下するため、定格電流値を１５［Ａ］以下に収めることができる。第２乃至第４の実施の形態においても同様である。
【００７３】
さらに上述した第４の実施の形態においては、出力交流電圧実効値が８０［Ｖ］の状態において、ヒータ３２０の通電のオンオフを切り替えることにより、消費電力値を定格消費電力値内に収める場合について述べた。本発明はこれに限らず、ハロゲンヒータは定格入力電圧値に対して±１０％程度の印加電圧幅を持たせることが可能であるため、出力交流電流実効値が電流リミット値を超えた場合に、ＡＣ−ＡＣコンバータ１３８のデューティ比を例えば１０％減じて出力交流電圧実効値を７２［Ｖ］にすることにより、消費電力値を定格消費電力値内に収めても良い。要は、消費電力値が定格消費電力値に収まっているか否かを、出力交流電流実効値が電流リミット値を超えたか否かを監視することにより判定し、消費電力値が定格消費電力値を超えた場合、消費電力値を抑えるようにすれば良い。
【００７４】
さらに上述した第４の実施の形態においては、３本のヒータ３２０のうち１本を、名刺サイズ等非常に輻の狭い用紙に対応した、発光長が１０ｃｍ以下とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばＡ３用紙サイズに対応したカラープリンタの場合、Ａ４サイズに対応した１本のヒータを幅方向の中央部に設けると共に、該ヒータに対する幅方向の両側に１本ずつヒータを設ける等、種々長さ及び配置のヒータで良い。
【００７５】
さらに、第４の実施の形態におけるヒータ駆動処理手順ＲＴ３０１のステップＳＰ３０１における電流リミット値を、入力交流電圧実効値に応じて可変にしても良い。例えば入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］のときの電流リミット値を１５［Ａ］に、入力交流電圧実効値が２００［Ｖ］のときの電流リミット値を１０［Ａ］に設定すれば、入力交流電圧実効値が１００［Ｖ］のときは消費電力値が定格消費電力値の１５００［Ｗ］を超えないように、入力交流電圧実効値が２００［Ｖ］のときは消費電力値が定格消費電力値の２０００［Ｗ］を超えないように制御できる。
【００７６】
さらに上述した実施の形態においては、４色カラープリンタであるカラープリンタ１に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、特色を含む５色のカラープリンタや、モノクロのプリンタ等、種々のプリンタに本発明を適用しても良い。
【００７７】
さらに上述した第１の実施の形態においては、電源電圧検出部としての入力電圧検出手段５３と、電源周期検出部としてのゼロクロス検出手段５４と、電圧変換部としてのＡＣ−ＡＣコンバータ３８と、制御部としての制御手段４８とによって、画像形成装置としてのカラープリンタ１を構成する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる電源電圧検出部と、電源周期検出部と、電圧変換部と、出力電圧検出部と、制御部とによって、画像形成装置を構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、媒体を画像形成用に加熱するヒータが設けられたプリンタ等でも利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１、１０１、２０１、３０１……カラープリンタ、２……プリンタ筐体、３……表示部、４……画像形成部、５……用紙カセット、６……ホッピングローラ、１０……画像形成ユニット、１１……転写ユニット、１２、３１２……定着器、１４……ベルト駆動ローラ、１５……従動ローラ、１６……転写ベルト、１７Ｋ……ブラック転写ローラ、１７Ｙ……イエロー転写ローラ、１７Ｍ……マゼンタ転写ローラ、１７Ｃ……シアン転写ローラ、１８……加熱ローラ、１９……加圧ローラ、２０、３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ……ヒータ、２２……感光ドラム、２３……帯電ローラ、２４Ｋ……ブラックＬＥＤヘッド、２４Ｙ……イエローＬＥＤヘッド、２４Ｍ……マゼンタＬＥＤヘッド、２４Ｃ……シアンＬＥＤヘッド、２５Ｋ……ブラック現像部、２５Ｙ……イエロー現像部、２５Ｍ……マゼンタ現像部、２５Ｃ……シアン現像部、２７……用紙供給用搬送部、２８……用紙排出用搬送部、２９……排紙トレイ、３０……レジストローラ、３１……用紙検出センサ、３２……プリンタエンジン制御部、３３……ホストインタフェース部、３４……コマンド／画像処理部、３５……定着器モータ、３６……サーミスタ、３７、１３７、３３７……低圧電源、３８、１３８、２３８……ＡＣ−ＡＣコンバータ、３９……ドラムモータ、４０……ベルトモータ、４１……高電圧発生部、４２……ホッピングモータ、４３……レジストモータ、４４……ＬＥＤヘッドインタフェース部、４５、１４５、２４５……電源部、４６……商用交流電源、Ｓ１……入力電圧検出信号、Ｓ２……ゼロクロス検出信号、ＳＡ……ゲート信号、ＳＢ……ゲート信号、ＳＣ……ゲート信号、ＳＤ……ゲート信号、４８……制御手段、４９、５０、５１、５２……ダイオード、５３……入力電圧検出手段、５４……ゼロクロス検出手段、５５、１５５、２５５……全波整流回路、５６、５７……ダイオード、５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、５８Ｄ、５８Ｅ、５８Ｆ、５８Ｇ……ゲートドライブ回路、５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ、５９Ｄ、５９Ｅ、５９Ｆ……窒化ガリウムパワーデバイス、６０……フルブリッジ回路、６１……コンデンサ、６２……インダクタ、６３……コンデンサ、６４……出力電圧検出手段、６６、６７……電流検出手段、６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ、６８Ｇ……ＦＥＴ、６９……インダクタ、７０……ダイオード、７１……電流検出手段、７２……電解コンデンサ、７３……ＤＣ−ＤＣコンバータ、７４……電圧検出手段、２７５、３７５……昇圧回路、８０……インダクタ、８１……抵抗、８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ……トライアック、Ｐ……印刷媒体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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