(57)【要約】【課題】  安価な構成で、定着電源をサージ電圧から保護すること。【解決手段】  トナー画像を紙面に定着する定着装置と、前記定着装置に電力を供給する定着電源を有する画像形成装置であって、商用電源に重畳されるサージの電圧値、あるいは電圧値の傾き、あるいは電圧値とその傾きの両方に基づいて、強制的に定着電源をONさせる定着電源の強制駆動手段を有する。【選択図】  図１
2008003229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー画像を紙面に定着する定着装置と、
商用電源に接続され、前記定着装置に電力を供給する定着電源を有する画像形成装置であって、
商用電源に重畳されるサージの電圧値、あるいは電圧値の傾き、あるいは電圧値とその傾きの両方に基づいて、強制的に定着電源をONさせる定着電源の強制駆動手段を有すること特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定着電源は、トライアック、あるいはサイリスタをスイッチングさせ、
前記定着装置に供給される電力を制御する構成であって、
前記トライアック、あるいはサイリスタのゲート端子に接続され、
商用電源に重畳されるサージの電圧値、あるいは電圧値の傾き、あるいは電圧値とその傾きの両方に基づいて、強制的に定着電源をONさせる定着電源の強制駆動手段を有すること特徴とする請求項1の画像形成装置。
【請求項３】
前記定着電源の強制駆動手段は、
商用電源に重畳されるサージの電圧値によりインピーダンスを変化させるバリスタであること特徴とする請求項1の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着電源の強制駆動手段は、
商用電源に重畳されるサージの電圧値によりインピーダンスを変化させるツェナーダイオードであること特徴とする請求項1の画像形成装置。
【請求項５】
前記定着電源の強制駆動手段は、
商用電源に重畳されるサージの電圧値、あるいは電圧値の傾き、あるいは電圧値とその傾きの両方に基づいて、インピーダンスを変化させるフィルタであり、
前記フィルタは、抵抗、コンデンサ、インダクタの少なくとも2つを用いて構成されること特徴とする請求項1の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する、画像形成装置に係わる。
【０００２】
特に、トナー画像を紙面に定着する定着装置、また前記定着装置に電力を供給する電源装置に用いて有用である。
【背景技術】
【０００３】
図10に、レーザビームプリンタを示す。
【０００４】
商用電源1から供給された交流電圧は、低圧電源7によって、直流電圧に変圧される。
【０００５】
この直流電圧には、制御部8用の電源Vsと動部9用の電源Vpの2系統がある。
【０００６】
制御部8には、外部より送出された画像データをレーザの発光パターンに変調する画像処理装置や、レーザを発光駆動するレーザドライバ、後述するアクチュエータを制御する論理演算装置などが含まれる。
【０００７】
駆動部9には、紙搬送や画像形成動作を行うモータなどのアクチュエータ、
レーザによって描かれた潜像をトナー画像に現像し、紙面上に転写する高圧電源などが含まれる。
【０００８】
一方、商用電源1は、定着電源2にも供給される。定着電源2の出力は、定着装置18内のヒータ3に供給される。定着装置18には、対向した2本の定着ローラ4,5が配置される。定着ローラ4内には、抵抗体であるヒータ3、および定着ローラ4の温度を検出する温度センサ6が配置される。温度センサ6の出力信号THSNSは、制御部8に供給される。制御部8から定着電源2へは、駆動信号FSRONが供給されている。制御部8は、THSNSに基づいて、定着ローラ4の温度を一定にすべく、定着電源2の出力をON/OFF駆動する。
【０００９】
紙面上に転写されたトナー画像は、定着ローラ4,5の対向圧力と、ヒータ3の熱によって融解され、紙面上に定着される。
【００１０】
図11を用いて、定着電源2の内部を説明する。
【００１１】
商用電源1のLIVE相は、ヒータ3に直接結線される。ヒータ3の他端は、トライアック10のT2端子に接続される。トライアックのT1端子は、商用電源1のNEWTRAL相に接続される。トライアック10のT2-G端子間には、抵抗13、およびフォトトライアックカプラ11が接続される。フォトトライアックカプラ11のLED側には、抵抗内臓トランジスタ15が接続される。抵抗内臓トランジスタ15ースには、前述の定着電源駆動信号FSRONが接続される。
【００１２】
以上の回路で制御部8がFSRONをHレベルにした場合、抵抗内臓トランジスタ15がONし、フォトトライアックカプラ11のLEDが発光、フォトトライアックカプラ11がONする。
【００１３】
すると、抵抗12,13によって分圧された電圧がトライアック10のG端子に印加され、トライアック10がONする。これにより、ヒータ3に商用電源電圧が印加される。
【００１４】
逆に制御部8がFSRONをLレベルにした場合、フォトトライアックカプラ11がOFFし、トライアック10のG端子が抵抗12によってT1端子にプルダウンされる。トライアックはサイリスタ素子であるため、一度ONすると、T電流が流れている間はOFFできない（T電流が保持電流値以上ではOFFできない）。商用電源の位相が0°付近となり、T電流がほぼ零（保持電流値以下）となったタイミングでOFFする。これに［特許文献1］に公開されている。
【特許文献１】特開２００４−２１４０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、商用交流電源には、送電線への直接落雷による瞬時過大電圧（いわゆる、雷サージ）や、送電線近隣への落雷によって誘導される瞬時過大電圧（いわゆる、誘導サージやリングウェーブ）など、さまざまな瞬時過大電圧（以下、サージ電圧）が重畳されることがある。
【００１６】
これらサージ電圧は、時間にして数μsecから数msec、電圧値にして数百〜数キロボルトにも及び、商用電源に接続されている電気機器にダメージを与えることもある。
【００１７】
図11で示した定着電源2に、サージ電圧が印加された様子を図12に示す。
【００１８】
図12-aは、商用交流電圧にサージ電圧が重畳された際の電圧波形である。商用交流電圧の正弦波に、瞬時の過大電圧が重畳されている。
【００１９】
図12-bは、サージ電圧が印加されている期間の拡大図である。時刻t0で商用交流電圧Vacにサージ電圧が重畳し始める。
【００２０】
図12-cは、フォトトライアックカプラ11の両端電圧を示す。トライアック10がOFFしていると、時刻t0からフォトトライアックカプラ11の両端電圧も上昇を始める。サージ電圧がさらに上昇すると、フォトトライアックカプラ11の両端電圧は、耐圧定格であるVdrmを超え、ついには、耐圧限界であるVdrmαに達する。
【００２１】
すると、フォトトライアックカプラ11はブレークダウンし、リーク電流を流す。
【００２２】
このリーク電流がトライアック10のG端子に流入し、トライアック10がONする（t1）。
【００２３】
するとトライアック10およびフォトトライアックカプラ11の両端電圧は、直ちに零付近まで低下する。
【００２４】
このとき、フォトトライアックカプラ11はブレークダウンしたことにより、ダメージを受けるか、最悪破壊してしまうことがあるという課題があった。フォトトライアックカプラ11のみならず、トライアック10のブレークダウンについても同様である。
【００２５】
なお、トライアック10がONしている際にサージ電圧が印加された場合には、サージ電圧のほとんどがヒータ3に印加されることとなるから、上記のようなフォトトライアックカプラ11やトライアック10のダメージや破壊は発生しない。
【００２６】
上記のような、フォトトライアックカプラ11やトライアック10のダメージや破壊を防止するため、商用電源1と定着電源2の間に、サージ電圧抑制用のフィルタを構成する方法も考案されている。
【００２７】
この様子を図13に示す。図13では、商用電源1と定着電源2の間に、ノーマルモードチョーク16、アクロスラインコンデンサ17（所謂、Xコンデンサ）、バリスタ19が配置されている。
【００２８】
図９は、以上の回路にサージ電圧が印加された様子である。商用交流電圧にサージ電圧が重畳され、商用電源1の電圧Vinが上昇する。しかし、サージ電圧は上記ノーマルモードチョーク16、アクロスラインコンデンサ17、バリスタ19で構成されるフィルタに吸収される。よって、定着電源2の入力電圧Vin'の上昇は緩やかになり、かつピーク電圧も抑制される。したがってフォトトライアックカプラ11の両端電圧が、耐圧定格Vdrmを超えることはなく、フォトトライアックカプラ11のダメージや破壊は発生しない。トライアック10についても同様である。
【００２９】
しかしながら、上記サージ電圧抑制用のフィルタを構成する方法では、商用電源1と定着電源2間の電流供給ラインにフィルタを構成するため、ノーマルモードチョーク16、アクロスラインコンデンサ17、バリスタ19が大型のものとなり、コストがかかるという課題があった。
【００３０】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、安価な構成で、定着電源をサージ電圧から保護することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
前記の課題を解決するために、
トナー画像を紙面に定着する定着装置と、
前記定着装置に電力を供給する定着電源を有する画像形成装置であって、
商用電源に重畳されるサージの電圧値、あるいは電圧値の傾き、あるいは電圧値とその傾きの両方に基づいて、強制的に定着電源をONさせる定着電源の強制駆動手段を有すること特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、強制的に定着電源をONさせることで、定着電源を構成する部品をサージ電圧から保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施例１）
図1は、本発明第一の実施例を適応した定着電源30の構成を示す図である。
【００３４】
なお、従来例で説明した項目には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
本実施例の特徴は、トライアック10のG端子と、T2端子の間に、バリスタ20、および抵抗21を配置したことである。このバリスタ20と抵抗21により、商用電源1に規定以上のサージ電圧が印加された場合、トライアック10を強制的にONし、フォトトライアック11やトライアック10を過電圧破壊や過電圧ダメージから保護するというものである。
【００３６】
図1で示した定着電源30に、サージ電圧が印加された様子を図2に示す。
【００３７】
図2-aは、商用交流電圧にサージ電圧が重畳された際の電圧波形である。商用交流電圧の正弦波に、瞬時の過大電圧が重畳されている。
【００３８】
図2-bは、サージ電圧が印加されている期間の拡大図である。時刻t0で商用交流電圧Vacにサージ電圧が重畳し始める。
【００３９】
図2-cは、フォトトライアックカプラ11の両端電圧を示す。トライアック10がOFFしていると、時刻t0からフォトトライアックカプラ11の両端電圧も上昇を始める。
【００４０】
ここで、商用電源電圧のピーク値をVin-max、フォトトライアックカプラ11の耐圧定格をVdrm、トライアック10の耐圧定格をVdrm'とすると、バリスタ20のクランプ電圧Vclは、以下のように設定されている。
【００４１】
Vin-max ＜ Vcl ＜ Vdrm  かつ  Vin-max ＜ Vcl ＜ Vdrm'
すなわち、バリスタ20のクランプ電圧Vclは、商用電源電圧より大きく、かつフォトトライアック11およびトライアック10の耐圧定格より小さい値に設定されている。
【００４２】
具体的には、商用電源のピーク値Vin-max = 264V x √2 = 374V程度、画像形成装置の定着電源に一般的に使用されるフォトトライアックカプラやトライアックの耐圧定格 Vdrm（Vdrm'）= 600〜800V程度であることが知れている。よってバリスタのクランプ電圧は、470V〜560V程度であることが望ましい。
【００４３】
サージ電圧が上昇し、サージ電圧と商用電源電圧の和がバリスタ20のクランプ電圧Vclになった時点で、ヒータ30→バリスタ20→抵抗21の順で電流が流れる。この電流がトライアック10のG端子に流入し、トライアック10がONする（t2）。するとトライアック10およびフォトトライアックカプラ11の両端電圧は、直ちに零付近まで低下する。
【００４４】
前述のとおり、バリスタ20のクランプ電圧Vclは、フォトトライアック11およびトライアック10の耐圧定格より小さい値に設定されているから、フォトトライアック11およびトライアック10がブレークダウンすることはなく、ダメージや破壊を免れる。
【００４５】
なお、トライアック10がONしている際にサージ電圧が印加された場合には、サージ電圧のほとんどがヒータ3に印加されることとなるから、フォトトライアックカプラ11およびトライアック10のダメージや破壊は発生しない。
【００４６】
以上で説明した、構成や電圧値は、本発明が適用される画像形成装置の構成に応じて適宜変更が可能である。本発明の範囲を限定するものではない。
【００４７】
（実施例２）
図3は、本発明第二の実施例を適応した定着電源31の構成を示す図である。
【００４８】
なお、従来例および実施例1で説明した項目には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
本実施例の特徴は、トライアック10のG端子と、T2端子の間に、ツェナーダイオード22,23、および抵抗21を配置したことである。このツェナーダイオード22,23と抵抗21により、商用電源1に規定以上のサージ電圧が印加された場合、トライアック10を強制的にONし、フォトトライアック11やトライアック10を過電圧破壊や過電圧ダメージから保護するというものである。
【００５０】
図3で示した定着電源31に、サージ電圧が印加された様子を図4に示す。
【００５１】
図4-aは、商用交流電圧にサージ電圧が重畳された際の電圧波形である。商用交流電圧の正弦波に、瞬時の過大電圧が重畳されている。
【００５２】
図4-bは、サージ電圧が印加されている期間の拡大図である。時刻t0で商用交流電圧Vacにサージ電圧が重畳し始める。
【００５３】
図4-cは、フォトトライアックカプラ11の両端電圧を示す。トライアック10がOFFしていると、時刻t0からフォトトライアックカプラ11の両端電圧も上昇を始める。
【００５４】
ここで、商用電源電圧のピーク値をVin-max、フォトトライアックカプラ11の耐圧定格をVdrm、トライアック10の耐圧定格をVdrm'とすると、ツェナーダイオード22,23のクランプ電圧Vz22,Vz23は、以下のように設定されている。
【００５５】
Vin-max ＜ Vz22,Vz23 ＜ Vdrm  かつ  Vin-max ＜ Vz22,Vz23 ＜ Vdrm'
すなわち、ツェナーダイオード22,23のクランプ電圧Vz22,Vz23は、商用電源電圧より大きく、かつフォトトライアック11およびトライアック10の耐圧定格より小さい値に設定されている。
【００５６】
具体的には、商用電源のピーク値Vin-max = 264V x √2 = 374V程度、画像形成装置の定着電源に一般的に使用されるフォトトライアックカプラやトライアックの耐圧定格 Vdrm（Vdrm'）= 600〜800V程度であることが知れている。よってツェナーダイオード22,23のクランプ電圧は、470V〜560V程度であることが望ましい。
【００５７】
サージ電圧が上昇し、サージ電圧と商用電源電圧の和がツェナーダイオード22のクランプ電圧Vz22になった時点で、ヒータ30→ツェナーダイオード23→ツェナーダイオード22→抵抗21の順で電流が流れる。（このとき、ツェナーダイオード23は順方向にバイアスされるから、その両端電圧は、ほぼ零である。）この電流がトライアック10のG端子に流入し、トライアック10がONする（t3）。するとトライアック10およびフォトトライアックカプラ11の両端電圧は、直ちに零付近まで低下する。
【００５８】
前述のとおり、ツェナーダイオード22のクランプ電圧Vz22は、フォトトライアック11およびトライアック10の耐圧定格より小さい値に設定されているから、フォトトライアック11およびトライアック10がブレークダウンすることはなく、ダメージや破壊を免れる。
【００５９】
一方、サージ電圧の極性が、前述とは逆になった場合を図5に示す。
【００６０】
この場合、トライアック10がOFFしていると、サージ電圧と商用電源電圧の和がツェナーダイオード23のクランプ電圧Vz23になった時点で、商用電源1のNEWTRAL相→トライアック10のT1端子→トライアック10のG端子→抵抗21→ツェナーダイオード22→ツェナーダイオード23→ヒータ30の順で電流が流れる。
【００６１】
（このとき、ツェナーダイオード22は順方向にバイアスされるから、その両端電圧は、ほぼ零である。）よって、トライアック10がONする（t4）。
【００６２】
前述のとおり、ツェナーダイオード23のクランプ電圧Vz23は、フォトトライアック11およびトライアック10の耐圧定格より小さい値に設定されているから、フォトトライアック11およびトライアック10がブレークダウンすることはなく、ダメージや破壊を免れる。
【００６３】
なお、トライアック10がONしている際にサージ電圧が印加された場合には、サージ電圧のほとんどがヒータ3に印加されることとなるから、フォトトライアックカプラ11およびトライアック10のダメージや破壊は発生しない。
【００６４】
以上で説明した、構成や電圧値は、本発明が適用される画像形成装置の構成に応じて適宜変更が可能である。本発明の範囲を限定するものではない。
【００６５】
（実施例３）
図6は、本発明第三の実施例を適応した定着電源32の構成を示す図である。
【００６６】
なお、従来例、実施例1、実施例2で説明した項目には、同様の符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
本実施例の特徴は、トライアック10のG端子とT2端子の間に、抵抗24とコンデンサ25からなるRCフィルタを配置したことである。商用電源1に重畳した異常電圧の傾き、および電圧値が、規定以上であった場合、このRCフィルタを介してトライアック10にゲートトリガ電流を供給し、トライアック10を強制的にONするというものである。
【００６８】
実施例1、実施例2で説明ような、バリスタやツェナーダイオードなどのクランプ素子が不要であり、より安価であるというメリットがある。
【００６９】
抵抗24とコンデンサ25で構成されるRCフィルタのカットオフ周波数は、商用電源周波数以上、サージ電圧の周波数以下に設定される必要がある。こうすることで、上記RCフィルタは商用交流周波数に対して高いインピーダンスを持ち、サージ電圧の周波数に対しては、インピーダンスが抵抗24の抵抗値とほぼ同等となる。
【００７０】
つぎに抵抗24の定数について述べる。トライアック10には、最小ゲートトリガ電流Igtが規定されている。RCフィルタに印加される電圧がトライアック10あるいはフォトトライアック11の耐圧定格に達する前に、最小ゲートトリガ電流Igtを流す必要がある。フォトトライアックカプラ11の耐圧定格をVdrm、トライアック10の耐圧定格をVdrm'とすると、抵抗24の抵抗値Rは、以下のように設定される必要がある。
【００７１】
R＜ Vdrm / Igt   かつ  R＜ Vdrm' / Igt 
具体的には、商用交流電源に重畳するサージ電圧波形として、国際電気規格IEC61000-4-5に電圧サージ(コンビネーションウェーブ)波形が規定されている。これは、送電線への直接落雷によって発生する一般的なサージ電圧波形を示したものである。この波形を図7に示す。このサージ電圧の立ち上がり時間は、1.2μsec±30%と規定されている。周波数に換算すると、400KHz程度に相当する（周期 = 1.2μsec x 2として換算）。よって、抵抗24とコンデンサ25で構成されるRCフィルタのカットオフ周波数は、商用電源周波数60Hz以上、サージ電圧の周波数400KHz以下の、10KHz〜100KHz程度に設定されることが望ましい。
【００７２】
次に、画像形成装置の定着電源に一般的に使用されるフォトトライアックカプラやトライアックの耐圧定格 Vdrm（Vdrm'）= 600〜800V程度、トライアックの最小ゲートトリガ電流Igtは、数ミリAから数十ミリAであることが知れている。
【００７３】
以上より、抵抗24の抵抗値は10KΩ程度（= 500V / 50mA）。コンデンサ25の静電容量は270pF程度 [カットオフ周波数 f0 = 1/ ( 2πRC) = 60KHz ]であることが望ましい。
【００７４】
図6で示した定着電源32に、サージ電圧が印加された様子を図8に示す。
【００７５】
図8-aは、商用交流電圧にサージ電圧が重畳された際の電圧波形である。商用交流電圧の正弦波に、瞬時の過大電圧が重畳されている。
【００７６】
図8-bは、サージ電圧が印加されている期間の拡大図である。時刻t0で商用交流電圧Vacにサージ電圧が重畳し始める。
【００７７】
図8-cは、抵抗24とコンデンサ25で構成されるRCフィルタに流れる電流を示す。トライアック10がOFFしていると、時刻t0からRCフィルタに流れる電流も上昇を始める。
【００７８】
ここで、サージ電圧が上昇し、RCフィルタに流れる電流が最小ゲートトリガ電流Igtに達した時点で、トライアック10がONする（t5）。するとトライアック10およびフォトトライアックカプラ11の両端電圧は、直ちに零付近まで低下する。
【００７９】
前述のとおり、RCフィルタの両端電圧が、フォトトライアック11およびトライアック10の耐圧定格より小さい値で、最小ゲートトリガ電流Igtが流れるよう、抵抗24とコンデンサ25の定数を設定している。よってフォトトライアック11およびトライアック10がブレークダウンすることはなく、ダメージや破壊を免れる。
【００８０】
なお、トライアック10がONしている際にサージ電圧が印加された場合には、サージ電圧のほとんどがヒータ3に印加されることとなるから、フォトトライアックカプラ11およびトライアック10のダメージや破壊は発生しない。
【００８１】
以上で説明した、構成や電圧値は、本発明が適用される画像形成装置の構成に応じて適宜変更が可能である。本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例1に係わる図
【図２】実施例1に係わる図
【図３】実施例2に係わる図
【図４】実施例2に係わる図
【図５】実施例2に係わる図
【図６】実施例3に係わる図
【図７】実施例3に係わる図
【図８】実施例3に係わる図
【図９】従来例に係わる図
【図１０】従来例に係わる図
【図１１】従来例に係わる図
【図１２】従来例に係わる図
【図１３】従来例に係わる図
【図１】
2008003229.tif 000003
【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】
2008003229.tif 000011
【図１０】
2008003229.tif 000012
【図１１】
2008003229.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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