(57)【要約】【課題】複数の定着用の熱源を持つ電子写真方式のプリント装置で消費電力を抑えると共に、定着のために必要な熱を確保できるようにする。【解決手段】二つの定着用のハロゲンヒータ３２，３４を有するプリント装置において、交流電源１からプリント装置に入力する電流を検出する入力電流検出部２と、ヒータ３２に対して交流電源１の周期に同期した通電を行うトライアック駆動回路１１と、ヒータ３５に対して交流電源１の周期よりも短い周期でスイッチング通電を行うインバータ駆動回路６を備える。また、ヒータ３５への負荷電流を検出する負荷電流検出手段と負荷電流制御手段を設けている。負荷電流制御手段は、入力電流検出部２が検出した入力電流が所定値以下となるように上記負荷電流を抑制すると共に、前記負荷電流が所定値に達した場合には、前記抑制よりも優先して前記負荷電流を制限する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの定着用の熱源を有するプリント装置において、
交流電源からプリント装置に入力する電流を検出する入力電流検出手段と、
一方の熱源に対して前記交流電源の周期に同期した通電を行うトライアック駆動回路と、
他方の熱源に対して前記交流電源の周期よりも短い周期でスイッチング通電を行うインバータ駆動回路と、
前記インバータ駆動回路で通電される熱源への負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記入力電流検出手段及び負荷電流検出手段の検出に基づいて前記負荷電流を制御する電流制御手段とを設けたことを特徴とするプリント装置。
【請求項２】
前記電流制御手段は、前記入力電流検出手段が検出したプリント装置の入力電流が所定値以下となるように前記インバータ駆動回路で通電される負荷電流を抑制すると共に、前記負荷電流検出手段が検出した負荷電流が所定値に達した場合には、前記抑制よりも優先して前記負荷電流を制限することを特徴とする請求項１記載のプリント装置。
【請求項３】
前記入力電流検出手段とインバータ駆動回路との間に負荷電流を整形するフィルタ回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のプリント装置。
【請求項４】
前記インバータ駆動回路のスイッチング周期Ｔｉｎｖと、前記フィルタ回路の時定数ＴｆをＴｉｎｖ＜Ｔｆとしたことを特徴とする請求項３記載のプリント装置。
【請求項５】
前記電流制御手段は、前記入力電流検出手段の検出結果が所定値を越えた場合に、前記熱源の温度に関わらず前記インバータ駆動回路による熱源への通電を抑制することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプリント装置。
【請求項６】
前記熱源はハロゲンヒータであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項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、画像形成装置で用いられる電子写真方式によるプリント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の画像形成に用いられるプリント装置においては、転写紙上にトナー画像を固定するために、加熱したローラやベルトによりトナーを溶着させる熱定着方式が広く採用されている。加熱の熱源としては、棒状のハロゲンヒータを中空のローラに内蔵したものが用いられている。そして、ローラの表面の温度が所定値となるようにヒータの通電制御を行っている。ハロゲンヒータは棒状のガラス管にタングステンのフィラメントを不活性ガスと共に封入したものである。
【０００３】
近年では複数の熱源を有するベルト方式の定着装置が、次のように種々提案されている。
・複数の熱源の通電制御方式に、スイッチング素子としてトライアックを使った位相制御により入力する交流電源のゼロクロスに同期して通電を行う（例えば、特許文献１参照）。
・複数の定着ヒータの、一方の定着ヒータ駆動部にはトライアックを備え、他方の定着ヒータ駆動部にはインバータを備えることにより、高調波電流を低減する（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
・二つの加熱ヒータの一方を位相制御方式（トライアックに相当）で制御し、他方を周波数制御方式（インバータに相当）で制御し、複数のトライアックの通電方法を異なるパターンで行うことで、温度リプルや高調波ノイズを低減する（例えば、特許文献３参照）。
・電源部から流入する電流に応じて定着器に設けられた複数の発熱体への出力電圧を制御し、発熱体への給電制御はトライアックにより行う（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
・非継続入力電圧が高い時にスイッチングを行うインバータ（例えば、特許文献５参照）。
・負荷電流（ヒータ電流）を検出し、インバータの導通比率を制限する（例えば、特許文献６参照）。
・画像形成装置の入力電流が所定値以下となるように定着ヒータの通電を制御する（例えば、特許文献７参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−７２８４９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０４０８５号公報
【特許文献３】
特開２０００−２６８９３９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１４５６７号公報
【特許文献５】
特開平９−１２８０６９号公報
【特許文献６】
特開平９−２１８７２０号公報
【特許文献７】
特開平１０−２７４９０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の従来技術では、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、熱源の入力電流の振幅を制御することが困難であった。
また、熱源の消費電力は熱源以外の部分の電力が最大となる条件（例えば、装置にオプションが装備された状態での起動時など）で、プリント装置全体の消費電力が所定値なるように設定されているため、熱源以外の部分の消費電力の大小に関わらず熱源の消費電力の上限が固定され、プリント装置に割り当てられた消費電力を効率良く使うという点に関し改善が必要であった。
また、ゼロクロスに同期した通電のため、高調波電流やフリッカの低減も課題であった。
【０００８】
特許文献２は、省エネのために画像形成装置全体の電力制御に関しては、画像形成装置で最も消費電力が大きい定着装置の電流を制御する手段が開示されていない。このため、このような構成で電力制御を行ったとしても、装置の電流を実測していないため、推測で制御することになり精度が良くない。
【０００９】
特許文献３は、熱定着装置が搭載される画像形成装置の省エネに関しては開示が無く、この構成で電力制御を行っても精度が良くない。また、通電電流を調整した場合の負荷電流はこの特許文献３の図２又は図４に示す波形となるため、ヒータの温度設定を下げても装置のピーク電流が下がらない欠点がある。
【００１０】
特許文献４の方式では、給電制御をトライアックで行っているため、トライアックの点弧角（ＡＣ半波内でオンする角度）を調整しても、給電が定格の１／２以下まで下げないと入力電流のピークが変わらない欠点がある。
特許文献５、６は定着装置単体の技術でヒータ単体の電流検出が開示されており、特許文献７は特許文献５と６を構成要素とした画像形成装置であり、装置全体の電流検知のみ開示されている。
【００１１】
また、複数の熱源を有するベルト方式の定着装置においては、起動時の各熱源への突入電流等の重なりにより、大きな入力電流が発生することがあるという問題があった。
上記の各従来技術では、個々熱源の電流しか検出していないため、この問題を解決することはできない。
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためのもので、複数の定着用の熱源を持つ電子写真方式のプリント装置で消費電力を抑えると共に、定着のために必要な熱を確保できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明によるプリント装置は、少なくとも二つの定着用の熱源を有するプリント装置において、交流電源からプリント装置に入力する電流を検出する入力電流検出手段と、一方の熱源に対して前記交流電源の周期に同期した通電を行うトライアック駆動回路と、他方の熱源に対して前記交流電源の周期よりも短い周期でスイッチング通電を行うインバータ駆動回路と、インバータ駆動回路で通電される熱源への負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記入力電流検出手段及び負荷電流検出手段の検出に基づいて前記負荷電流を制御する電流制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記電流制御手段により、前記入力電流検出手段が検出したプリント装置の入力電流が所定値以下となるように前記インバータ駆動回路で通電される負荷電流を抑制すると共に、前記負荷電流が所定値に達した場合には、前記抑制よりも優先して前記負荷電流を制限するようにしてよい。
【００１５】
また、前記入力電流検出手段とインバータ駆動回路との間に負荷電流を整形するフィルタ回路を設けてよい。
また、前記インバータ駆動回路のスイッチング周期Ｔｉｎｖと、前記フィルタ回路の時定数ＴｆをＴｉｎｖ＜Ｔｆとしてよい。
さらに、前記電流制御手段により、前記入力電流検出手段の検出結果が所定値を越えた場合に、前記熱源の温度に関わらず前記インバータ駆動回路による熱源への通電を抑制するようにしてよい。
また、前記熱源がハロゲンヒータであってよい。
【００１６】
＜作用＞
請求項１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等において、装置全体の消費電力を所定値以下に制御すると共に、定着のために必要な熱を確保することができる。また、複数ヒータの場合にも、突入電流など影響を受けずに精度良く、プリント装置の入力電流制御を行うことができる。
【００１７】
請求項２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することができる。また、複数ヒータの場合にも、プリント装置の許容する入力電流の最大までインバータで駆動するヒータに通電でき、また、突入電流は任意の値に制御することができるので、定着ローラの温度立上がりを早くすることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、熱源の突入電流を供給し早く熱源が温まり、立上がり時間を短縮することができる。また、複数のヒータの場合も、プリント装置の入力電流を正弦波化することができ、高調波電流を低減することができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、プリント装置に入力する電流の高調波を抑制することができる。また、熱源の起動時の突入電流を流すことができ、ヒータの加熱を早めることができる。その結果、突入電流が流れる時間を短縮でき、交流電源の電圧変動を低減することがすることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、熱源への給電をプリント装置で使える上限まで行うことができ、定着ローラ温度の立上がりを早めることができる。また、複数ヒータの場合にも、プリント装置の許容する入力電流の最大までインバータで駆動するヒータに通電でき、また、突入電流は任意の値に制御することができるので、定着ローラの温度立上がりを早くすることができる。
請求項６の発明によれば、ハロゲンヒータの特性に合わせた制御を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
ヒータを通電する方法として、インバータ方式と従来からのトライアック方式があるが、インバータ方式はトライアック方式に比べコストが高価である。このため、本実施の形態では、画像形成装置の入力電流を所定値以下（例えば、日本での大部分の１００Ｖコンセントの定格電流である１５Ａ以下）に制御するために最低限必要な電力相当分の負荷（ヒータ）のみインバータ化したものである。
【００２２】
図６は本発明の実施の形態によるプリント装置の定着装置の構成図である。
図６において、３１は定着ベルト、３２は転写紙の表面の定着ローラとハロゲンヒータ（以下、ヒータ３２という）、３３は転写紙の搬送経路、３４はトナー画像が転写された転写紙、３５は転写紙の裏面の定着ローラとハロゲンヒータ（以下、ヒータ３５という）、３６は定着装置の上流側の画像形成部である。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態によるプリント装置を示す構成図である。
図１において、交流電源１からプリント装置に入力された電流は入力電流検出部２で検出された後、分岐され、一方が主電源スイッチＳＷ１を介して直流電源部（ＰＳＵ）３に入力され、他方は定着電源部（ＡＣＤＲ）４に入力される。
入力電流検出部２の検出信号は、エンジン制御部（ＥＣＯＮ）５とインバータ駆動回路６に入力される。
【００２４】
直流電源部３に入力した交流電流は、ダイオードブリッジＤＢ１で整流されて入力電流を正弦波化するアクティブフィルタ（Ａ／Ｆ）７に供給される。アクティブフィルタ７は、直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ１）８とＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ２）９に電源を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８の負荷にはエンジン制御部５が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の負荷にはプリント画像を生成する作像エンジン部（ＰＲＴ）１０が接続されている。
【００２５】
定着電源部４に入力した交流電流は、パワーリレーＲＡ１を介して分岐され、一方がダイオードブリッジＤＢ２で整流されてインバータ駆動回路６に供給され、他方はトライアック駆動回路１１に供給される。インバータ駆動回路６には、転写紙の裏面を加熱する熱源としての前記ハロゲンヒータであるヒータ３５が接続されている。トライアック駆動回路１１には、転写紙の表面を加熱する熱源のハロゲンヒータであるヒータ３２が接続されている。定着電源部４の出力は各ヒータ３２，３５に供給される。
【００２６】
各ハロゲンヒータは、図５のように中空の定着ローラに内蔵され、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１２が各々設けてあり、温度検出信号をエンジン制御部５とインバータ駆動回路６の両方に出力している。
エンジン制御部５からは、定着ローラの温度設定信号がインバータ駆動回路６に出力されている。尚、転写紙の表面をインバータ駆動回路、裏面をトライアック駆動回路としても良い。
【００２７】
次に、動作について説明する。
主電源スイッチＳＷ１をオンすると、直流電源部３が起動し直流電圧が各負荷に供給される。これによりエンジン制御部５が起動し、プリント装置の各部の初期設定が行われる。また、定着電源部４では、エンジン制御部５からのパワーリレーＲＡ１のオン信号により交流電源１が供給され、インバータ駆動回路６とトライアック駆動回路１１が起動し、定着装置のヒータ３２，３５への通電を開始する。
【００２８】
定着ローラの温度が所定値に達すると、エンジン制御部５からプリント開始可能の表示が出力される。エンジン制御部５は、作像エンジン部１０で必要な定着ローラ温度（通常は約１８０℃）の温度設定信号をインバータ駆動回路６に出力している。インバータ駆動回路６では、サーミスタ１２が直接検出した定着ローラの温度と上記温度設定信号とを比較し、検出温度が温度設定信号で設定された温度よりも低い場合は、ヒータ通電量を増やし、高い場合は通電量を制限するようにしている。
【００２９】
また、エンジン制御部５からはトライアック駆動回路１１のオンオフ信号が出力されており、この信号に応じてトライアック駆動回路１１に接続されたヒータ３２の通電をオン／オフ制御している。
【００３０】
上記の温度制御により流れた電流は、プリント装置の消費電流として入力電流検出部２で検出される。この検出値が許容されている所定値以下（例えば１５Ａｒｍｓ）であるかの監視を行い、所定値を越える場合は、定着電源部４のインバータ駆動回路６の入力電流を抑制するようにしている。
【００３１】
図２はインバータ駆動回路６の実施の形態を示す回路構成図である。
尚、図２のスイッチング素子Ｑとしては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴや通常のトランジスタ等、入力電圧に関わり無くスイッチング素子Ｑをオンオフできる素子であれば良い。
図２において、コイルＬ１とコンデンサＣ１により構成されるローパスフィルタが設けられ、このローパスフィルタを介してヒータ３５に電流が供給される。このローパスフィルタの時定数Ｔｆは、スイッチング素子Ｑのスイッチングの周期Ｔｉｎｖ（５０μＳ⇒２０ＫＨｚ）に対して低く設定してあり、「Ｔｉｎｖ＜Ｔｆ」の関係がある。ヒータ３５は、駆動回路１３によりＯＮ／ＯＦＦされるスイッチング素子Ｑに接続され、スイッチング素子Ｑは、インバータ制御部（ＩＮＶＣ）１４によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３２】
これによりヒータ３５にはパルス状の電流が流れる。このパルス状電流の各パルスのピークを繋いだ包絡線は正弦波状となる。このような入力電流波形が入力電流検出部２を介してインバータ駆動回路６に流入する。従って、入力電流検出部２では、定着電源部４と直流電源部３への各入力電流が正弦波として検出される。
【００３３】
また、時定数を「Ｔｉｎｖ＜Ｔｆ」とすることにより、ヒータ３５の急激な負荷変動を検出すると共に、負荷電流の抑制を行っている。このために、熱源であるハロゲンヒータへ流れているパルス状電流を、電流センサ（ＩＬ）１５で検出している。この検出信号はインバータ制御部１４内の負荷電流検出部に入力される。
【００３４】
図３はスイッチング素子Ｑの入力電流検出特性を示す。
スイッチング素子Ｑは、一定の周波数（例えば２０ＫＨｚ、周期５０ｍｓ）でＯＮ／ＯＦＦ動作を行っており、その導電比率と入力電流は図３に示すように略比例する。この導電比率と同期して検出信号をエンジン制御部５に送っている。
【００３５】
インバータの負荷となるハロゲンヒータは、一般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。このため装置全体の入力電流とは別に、そのピーク値を電流センサ１５で検出し、所定値（例えば６０Ａｐｅａｋ）を越える場合は、インバータ制御部１４は、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。
これにより、周波数帯域の異なる装置全体の入力電流（５０／６０Ｈｚ）とヒータ３５の負荷電流（２０ＫＨｚ）の各々を所定値に制御することができる。
【００３６】
インバータ駆動回路６には、前述のように複数の検出信号が入力している。具体的には、プリント装置の入力電流検出部２の入力電流検出信号、インバータ駆動回路内部の電流検出センサ１３の負荷電流検出信号、定着装置の定着ローラ温度検出信号がある。インバータ駆動回路６では、これら検出信号のうち、ヒータ３５への通電を抑制する信号を優先的に受け付けて制御に反映している。即ち、図２の回路でスイッチング素子Ｑの導通比率を小さくする制御が優先される。
これは、ヒータ温度が設定温度以下であっても、プリント装置の入力電流が所定値以下に制御するものであるが、従来のトライアック駆動回路だけの場合に比べて、定着ローラの温度応答が早くなる利点がある。
【００３７】
本実施の形態によれば、従来のトライアック駆動回路では困難であった入力電流の力率を低下させずに、熱源であるハロゲンヒータの通電電流を無段階に可変することが可能となるため、任意の消費電力に制御することができる。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引いた残りの電力を熱源の消費電力に割り当てていた。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、熱源での消費電力を直流電源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り、これによってプリント処理の待機モードや省エネルギーモード時等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。
【００３９】
これに付随して、装置の立上がり時間（主に定着装置の温度が所定値（約１８０℃）へ立ち上がる時間）を短縮することができる。これは待機時の定着装置の温度を低く設定し、待機時の消費電力を低減することである。即ち、従来の予熱を行わなくても、有効に電力を使うことで、プリント装置を待たず使えるので、その分、待機時の温度を低く設定することができる。
【００４０】
以上のような方法で、プリント装置に入力する電流と、定着装置のインバータ駆動回路に入力する電流の両方を検出して制御することにより、従来では行えなかった熱源がある定着装置以外での消費電力に応じて、簡単な構成で安価に、定着装置の温度及び消費電力を制御することができる。
【００４１】
図４はトライアック駆動回路１１の実施の形態を示す。
図４において、ヒータ３２に通電するためのトライアック１６は、トライアック制御回路（ＴＲＣＣ）１７により、駆動回路１８を介してスイッチングされる。一般にトライアック１６は、交流電源１の半周期毎にトリガのタイミングを制御することで通電時間を制御する位相制御方式が用いられている。
【００４２】
図５はアクティブフィルタ７の実施の形態を示す回路構成図である。
このアクティブフィルタ７は、昇圧コンバータ方式に構成され、図示のようにＦＥＴ、制御部１９、チョークコイルＣＨ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、電流検出回路２０，２１、電圧検出回路２２により構成されている。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の定着用の熱源を持つ電子写真方式のプリント装置の消費電力を抑えると共に、定着のために必要な熱を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるプリント装置の構成図である。
【図２】インバータ駆動回路の実施の形態を示す回路構成図である。
【図３】スイッチング素子の入力電流特性図である。
【図４】トライアック駆動回路の実施の形態を示す回路構成図である。
【図５】アクティブフィルタの実施の形態を示す回路構成図である。
【図６】プリント装置における定着装置の構成図である。
【符号の説明】
１  交流電源
２  入力電流検出部
３  直流電源部
４  定着電源部
５  エンジン制御部
６  インバータ駆動回路
７  アクティブフィルタ
８、９  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０  作像エンジン部
１１  トライアック駆動回路
１２  温度センサ
１４  インバータ制御回路
１５  サーミスタ
Ｑ  スイッチング素子
３２、３５  ヒータ
【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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