(57)【要約】【課題】転写紙にトナー像を形成して熱で定着させることにより印刷物を作成する電子写真方式のプリント装置で消費する電力の有効利用を実現する。【解決手段】転写紙の表裏から個別の熱源（ハロゲンヒータＨ１、Ｈ２）で加熱して転写紙にトナーを定着するプリント装置に関し、入力電流の検出結果に応じて前記熱源の入力電流を制御する入力電流制御手段（エンジン制御手段ＥＣＮＴ）を設け、熱源への入力電流を抑制する場合に裏面の熱源（ハロゲンヒータＨ１）の入力電流を表面の熱源（ハロゲンヒータＨ２）に優先して抑制するように構成する。【選択図】　　　図１
2004020663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写紙の表裏から個別の熱源で加熱して転写紙にトナーを定着するプリント装置において、入力電流の検出結果に応じて前記熱源の入力電流を制御する入力電流制御手段を備え、入力電流制御手段は、熱源への入力電流を抑制する場合に裏面の熱源の入力電流を表面の熱源に優先して抑制するように構成したことを特徴とするプリント装置。
【請求項２】
駆動用の直流電源の入力電流を検出する直流電源入力電流検出手段と、転写紙の表裏を加熱する表裏個別の熱源の入力電流をそれぞれ検出する熱源入力電流検出手段と、を備え、直流電源と熱源の各々の入力電流にもとづいて入力電流が所定値となるよう熱源の入力電流を制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のプリント装置。
【請求項３】
前記直流電源はアクティブフィルタとその出力が電源として供給される複数のＤＣ／ＤＣコンバータで構成し、前記熱源はプリント装置の入力電源の周波数よりも高い周波数でスイッチングするインバータにより通電する構成を備え、前記直流電源入力電流検出手段はアクティブフィルタの出力電流を検出し且つその結果をもとに直流電源の入力電流のピーク値を演算する構成を備え、前記熱源入力電流検出手段はインバータのスイッチングの比率をもとに熱源の入力電流のピーク値を演算する構成を備え、直流電源入力電流検出手段と熱源入力電流検出手段の検出結果にもとづいてプリント装置の入力電流を制御するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のプリント装置。
【請求項４】
前記熱源を通電するインバータは、ローパスフィルタ部とその出力が供給されるスイッチング部で構成され、スイッチング部は熱源のハロゲンヒータとスイッチング素子で構成され、スイッチング素子は固定の周波数でスイッチングを行うように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式の画像形成装置等のプリント装置の改良に関し、特に記録媒体としての転写紙の表裏から個別の熱源で加熱して転写紙にトナー像を定着する定着装置を備えたプリント装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等のプリント装置に装備される定着装置の温度制御を行うための通電制御方法として、例えば、特公平７−７２８４９号公報には、定着装置の熱源である定着ヒータの通電制御方法として、スイッチング素子としてトライアックを使い、複写機に入力する交流電源（入力電源）の周期（スイッチング周波数）に同期したスイッチングを行う方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術では、熱源の温度制御をプリント装置に入力する交流電源のゼロクロスに同期した通電制御で行っているため、熱源への入力電流の振幅を制御することが困難であり、高調波電流やフリッカの低減も課題となっていた。
本発明は上述の実情に鑑みてなされたものであり、転写紙にトナー像を形成して熱で定着させることにより印刷物を作成する電子写真方式のプリント装置で消費する電力の有効利用を実現することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、転写紙の表裏から個別の熱源で加熱して転写紙にトナーを定着するプリント装置において、入力電流の検出結果に応じて前記熱源の入力電流を制御する入力電流制御手段を設け、熱源への入力電流を抑制する場合に裏面の熱源の入力電流を表面の熱源に優先して抑制するように構成したプリント装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、駆動用の直流電源の入力電流を検出する直流電源入力電流検出手段と、転写紙の表裏を加熱する表裏個別の熱源の入力電流をそれぞれ検出する熱源入力電流検出手段とを備え、直流電源と熱源の各々の入力電流とにもとづいて入力電流が所定値となるよう熱源の入力電流を制御するように構成したプリント装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、直流電源はアクティブフィルターとその出力が電源として供給される複数のＤＣ／ＤＣコンバータで構成し、熱源はプリント装置の入力電源の周波数よりも高い周波数でスイッチングするインバータにより通電し、直流電源入力電流検出手段はアクティブフィルタの出力電流を検出し且つその結果をもとに直流電源の入力電流のピーク値を演算し、熱源入力電流検出手段はインバータのスイッチングの比率をもとに熱源の入力電流のピーク値を演算し、直流電源入力電流検出手段と熱源入力電流検出手段の検出結果にもとづいてプリント装置の入力電流を制御するように構成したプリント装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、熱源を通電するインバータはローパスフィルタ部とその出力が供給されるスイッチング部で構成され、スイッチング部は熱源のハロゲンヒータとスイッチング素子で構成され、スイッチング素子は固定の周波数でスイッチングを行うように構成したプリント装置を主要な特徴とする。
【発明の実施の形態】
【０００５】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のプリント装置を実施する形態の一例を示すもので、定着装置の熱源としてのヒータ１に対する通電制御のための回路構成（入力電流制御手段）を示す図である。プリント装置に入力した交流電源ＡＣ（ここでは１００Ｖ）１０は２系統に分岐し、一方が主電源スイッチＳＷ１（１１）を介して、直流電源ＰＳＵ１２に入力している。
直流電源ＰＳＵ１２の負荷には、プリントを生成する作像エンジン部ＰＲＴ１５や、該作像エンジン部ＰＲＴを制御するエンジン制御手段ＥＣＮＴ１６などが接続されている。
また、直流電源ＰＳＵ１２は、ダイオードブリッジＤＢ１（１２ａ）と、入力電流を正弦波化するアクティブフィルタＡ／Ｆ（１２ｂ）と、該アクティブフィルタＡ／Ｆ（１２ｂ）から電源が供給され、各直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ（１２ｃ）とＤＣ／ＤＣ２（１２ｄ）などで構成される。
交流電源１０の他方の出力は、定着電源ＡＣＤＲ１３に入力し、パワーリレーＲＡ１（１３ａ）、ダイオードブリッジＤＢ２（１３ｂ）を介して、各インバータＩ１（１３ｃ）、Ｉ２（１３ｄ）にそれぞれ供給される。インバータＩ１には転写紙の裏面を加熱する熱源のハロゲンヒータＨ１（１ａ）が接続してあり、インバータＩ２には転写紙の表面を加熱する熱源のハロゲンヒータＨ２（１ｂ）が接続してある。
作像エンジン部ＰＲＴ１５の各ハロゲンヒータＨ１、Ｈ２は、図示していない定着ローラを構成する中空のローラ芯金に内蔵されている。定着ローラの近傍には、定着ローラの温度を検出するサーミスタＴＨが設けてある。定着ローラの外周面には例えば加圧ローラが圧接され、両ローラのニップ部に転写紙を通紙して転写紙上のトナー像を定着させる。
また、直流電源ＰＳＵ１２のアクティブフィルタＡ／Ｆ１２ｂと定着電源ＡＣＤＲの各インバータＩ１、Ｉ２から、それぞれの電源の入力電流を示す入力電流検出信号が、エンジン制御手段ＥＣＮＴ１６へ出力している。さらに、エンジン制御手段ＥＣＮＴから各インバータＩ１、Ｉ２に、ローラ温度の設定信号と、入力電流抑制信号が出力されている。
【０００６】
以下に作用について説明する。主電源スイッチＳＷ１（１１）をオンすると、直流電源ＰＳＵ１２の出力が各負荷１５、１６に供給され、エンジン制御手段ＥＣＮＴ１６が始動し、プリント装置の各部の初期設定を行なう。
定着電源ＡＣＤＲでは、エンジン制御手段ＥＣＮＴ１６からのパワーリレーＲＡ１（１３ａ）のオン信号により交流電源ＡＣ１０から電流が供給され、各インバータＩ１、Ｉ２では、定着装置のサーミスタＴＨで検出した定着ローラの温度が所定値（例えば１８０℃）となるようハロゲンヒータＨ１、Ｈ２の立ち上げ（通電）を行う。サーミスタＴＨは、図示してないが、各表裏のローラにそれぞれ設けてある。ローラの温度が所定値に達すると、エンジン制御手段ＥＣＮＴからプリント開始可能状態が表示される。
エンジン制御手段ＥＣＮＴでは、交流電源ＡＣから本プリント装置への入力電流が、許容されている定格電流以下（例えば１５Ａｒｍｓ）であるか否かの監視を行い、定格電流を越える場合は定着電源の入力電流を抑制するようにしている。
プリント装置全体の入力電流は、直流電源ＰＳＵ１２と定着電源ＡＣＤＲからエンジン制御手段ＥＣＮＴに出力される各入力電流検出信号を演算し、装置全体の入力電流を検出している。各部での具体的な方法は以下に示す通りである。
【０００７】
［直流電源の入力電流検出方法］
直流電源ＰＳＵのアクティブフィルタＡ／Ｆ１２ｂの出力電流の検出結果から入力電流を推定している（直流電源入力電流検出手段）。これはアクティブフィルタＡ／Ｆの出力電流が入力電流に比例することを利用している。この検出結果をエンジン制御手段ＥＣＮＴで入力電流の値に変換している。尚、これは入力電流が検出されれば良く、検出方法は上記方法に限定されない（例えば、電流トランスなどで直流電源の入力電流を検出してもよい）。
この実施例でのアクティブフィルタＡ／Ｆ１２ｂは、図２に示すような昇圧コンバータ方式を採用している。
［定着電源の入力電流検出方法］
インバータＩ１、Ｉ２のスイッチングの導通比率から、各インバータＩ１、Ｉ２の入力電流を推定している（熱源入力電流検出手段）。これは負荷のハロゲンヒータへ流れる負荷電流が、導通比率に比例することを利用している。
インバータＩ１（１３ｃ）、Ｉ２（１３ｄ）の構成を図３に示す。コイルＬ１（２０）とコンデンサＣ１（２１）によるローパスフィルタ部と、スイッチング素子Ｑ２２とインバータ制御部ＩＮＶＣ２３によるハロゲンヒータ駆動部で構成され、インバータ制御部ＩＮＶＣでは定着装置のハロゲンヒータＨ１、Ｈ２が内蔵されたローラの温度が所定値となるように、スイッチング素子Ｑ２２の導通比率を制御している。
このスイッチング素子Ｑ２２は一定の周波数（例えば、２０ＫＨｚで周期が５０ｍｓ）で行っており、導通比率と入力電流は図４に示すようにほぼ比例する。この導通比率と同期して検出信号をエンジン制御手段ＥＣＮＴ１６に出力している。
入力電流の検出は、直流電源ＰＳＵと同じくインバータＩ１、Ｉ２の入力電流を直接検出しても、同様に入力電流の検出結果が得られる（例えば、インバータＩ１、Ｉ２の入力電流を電流センサで検出しても達成できるが、本願ではより簡単な構成で行える導通比率で検出している）。
【０００８】
［プリント制御手段での入力電流検出信号の処理］
直流電源ＰＳＵからの信号は、アクティブフィルタＡ／Ｆの出力電流が直流レベルなので、そのままＡ／Ｄコンバータで読み込み、入力電流に変換している。定着電源ＡＣＤＲからの信号は、２０ＫＨｚのパルスであるため積分回路で直流に変換し、その電圧値をＡ／Ｄコンバータで読み込み、入力電流に変換している。
各電源での検出値から入力電流への変換は、交流電源から入力する電流のピーク値で表すようにしており、これら各電源での検出結果を加算（装置全体の入力電流＝直流電源電流＋インバータＩ１電流（裏面）＋インバータＩ２電流（表面））して装置全体の入力電流を検出している。
［定着電源の出力の抑制］
各インバータＩ１、Ｉ２ではデフォルトで、ローラが基準の温度（この実施例では１８０℃）となるようにインバータ制御部ＩＮＶＣでフィードバック制御している。エンジン制御手段ＥＣＮＴからインバータＩ１、Ｉ２にローラ温度の設定信号が入力する場合はその指令の温度となるように制御している。
エンジン制御手段ＥＣＮＴでは入力電流の演算結果が所定値を越える場合には、次の優先順位で熱源の電流を抑制するようにしている。初めに転写紙の裏面を加熱する熱源（インバータＩ１）を抑制し、更に抑制が必要な場合は転写紙の表面（転写紙にトナー像が形成された面）を加熱する熱源（インバータＩ２）を抑制する。
これは転写紙へのトナー像の定着に影響の少ない裏面から電力を制限し、さらに抑制が必要な場合は表面の電力を制限するように優先順位を付することで、定着のローラ温度への影響が少なくなるようにしている。通常の動作では定着電源ＡＣＤＲの出力の抑制が連続して続くことは無いが、抑制が続き定着ができない温度までローラ温度が低下した場合は、プリント動作を一旦停止して抑制を解除し、ローラ温度の復帰後にプリント処理を継続するようにしている。
抑制の方法は、前述の各インバータＩ１、Ｉ２でのスイッチング素子Ｑの導通比率の上限を設定する入力電流抑制信号をエンジン制御手段ＥＣＮＴから各インバータＩ１、Ｉ２に出力する方法である。インバータＩ１、Ｉ２ではこの導通比率を上限としてローラの温度を制御することになる。
尚、インバータＩ１、Ｉ２では、スイッチング素子Ｑ２２の前段に設けたローパスフィルタ２０、２１の遮断周波数を、スイッチング周波数（２０ＫＨｚ）に対し低く設定することにより、正弦波に近い入力電流波形となるようにしている。
以上のような方法で、プリント装置に入力する電流を検出し制御することができる。
【０００９】
これにより従来では行えなかった熱源である定着装置以外での消費電力（直流電源の入力電流とほぼ等しいい）に応じて、定着装置での消費電力を制御することができる。これは前述のようにハロゲンヒータＨ１、Ｈ２を駆動するインバータＩ１、Ｉ２の入力電流が正弦波となり、導通比率を変えることにより任意の消費電力に制御することができるためである（従来は装置全体の定格の消費電力から、直流電源での最大消費電力を引いた残りを熱源の消費電力に割り当てていた）。
具体的には、熱源での消費電力を直流電源ＰＳＵでの最小消費電力を除いた値に設定でき、装置の定格消費電力の範囲で効率良く熱源に電力を投入することができる。これにより定着装置のローラ温度の立上り時間を短縮することができるようになるので、プリント処理の待機時や省エネルギーモードなどにおけるローラ温度を従来よりも低く設定することができ、待機時消費電力を削減することができる（待機時や省エネルギーモードから復帰時間を従来と同じとした場合）。
【００１０】
図５は定着装置の構成図を示し、図中３１は定着ベルト、３２は表面の定着ローラとハロゲンヒータ、３３は転写紙の搬送経路、３４はトナーが塗布された転写紙、３５は裏面の定着ローラとハロゲンヒータを示している。符号３６は、定着装置の上流側に配置した画像形成部である。
［インバータ内部での入力電流抑制機能］
各インバータＩ１、Ｉ２では上記のエンジン制御手段ＥＣＮＴ１６によるスイッチング素子Ｑ２２の導通比率の上限を設定する入力電流抑制信号で入力電流が抑制されるが、他に、インバータＩ１、Ｉ２内部での個別に行っている入力電流を制限する機能がある。これはインバータＩ１、Ｉ２の負荷となるハロゲンヒータＨ１、Ｈ２が一般に知られているように、低温時は低インピーダンスであるため、起動時（点灯時）に突入電流が流れる特性がある。このため個別に内部で入力電流を所定値以下に制御するリミット制御を行っている。具体的には、図３に示す電流センサＩＬでインバータＩ１、Ｉ２の入力電流を検出し、スイッチング素子Ｑの導通比率を制限するようにし、起動時に過大な突入電流が流れるのを防止している。
尚、本発明のプリント装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１１】
【発明の効果】
上記した本発明のプリント装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、プリント装置全体の消費電力が大きくなる起動時などに、全体の消費電力を所定値以下に制御するとともに、定着のための熱を確保することができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、プリント装置の消費電力を精度良く制御できる。
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、熱源の入力電流をほぼ正弦波とすることができ、装置で消費する電力を簡単に検出することが可能な検出手段を提供することができると共に、交流電源よりも高い周波数でスイッチングすることにより高調波電流やフリッカを低減することができる。
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、熱源の入力電流をほぼ正弦波にすることができて、簡単に熱源の入力電流を検出でき、また、これにより、スイッチングの導通比率を変えることが可能となるので、待機時消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図である。
【図２】図１のアクティブフィルタの詳細を示すブロック図である。
【図３】図１のインバータの詳細を示すブロック図である。
【図４】入力電流の検出特性を示す図である。
【図５】定着装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ／Ｆ　　　　　　　　アクティブフィルタ
ＡＣ　　　　　　　　　　交流電源
ＡＣＤＲ　　　　　　定着電源
Ｃ１　　　　　　　　　　コンデンサ（ローパスフィルタ部）
ＤＢ１　　　　　　　　ダイオードブリッジ
ＤＢ２　　　　　　　　ダイオードブリッジ
ＤＣ／ＤＣ１　　ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＤＣ／ＤＣ２　　ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＥＣＮＴ　　　　　　エンジン制御手段（入力電流制御手段）
Ｈ１　　　　　　　　　　ハロゲンヒータ（熱源：スイッチング部）
Ｈ２　　　　　　　　　　ハロゲンヒータ（熱源：スイッチング部）
Ｉ１　　　　　　　　　　インバータ
Ｉ２　　　　　　　　　　インバータ
ＩＬ　　　　　　　　　　電流センサ
ＩＮＶＣ　　　　　　インバータ制御部
Ｌ１　　　　　　　　　　コイル（ローパスフィルタ部）
ＰＲＴ　　　　　　　　作像エンジン部
ＰＳＵ　　　　　　　　直流電源
Ｑ　　　　　　　　　　　　スイッチング素子（スイッチング部）
ＲＡ１　　　　　　　　パワーリレー
ＳＷ１　　　　　　　　主電源スイッチ
ＴＨ　　　　　　　　　　サーミスタ
【図１】
2004020663.tif 000003
【図２】
2004020663.tif 000004
【図３】
2004020663.tif 000005
【図４】
2004020663.tif 000006
【図５】
2004020663.tif 000007