(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱定着部に設けられたヒータに電圧源からスイッチング半導体素子を介して電力を供給する画像形成装置において、
前記ヒータの現在温度を設定温度と比較し、その差に応じた時間長さのＯＮ信号により前記スイッチング半導体素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、前記加熱定着部の温度を定着温度に維持する温度制御装置と、
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記ＯＮ信号の時間長さに、前記スイッチング半導体素子が発熱により破壊されないためのリミット値を付与する手段と、
前記電圧源の電圧が低下するに応じて前記リミット値を下げ、前記スイッチング半導体素子の連続ＯＮ時間を短くする補正手段と、
を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記リミット値は前記ＯＮ信号の時間長さを０．０６秒／Ｖ〜０．２０秒／Ｖの比率で下げた値である、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
加熱定着部に設けられたヒータに電圧源からスイッチング半導体素子を介して電力を供給する画像形成装置において、
前記ヒータの現在温度を設定温度と比較し、その差に応じた時間長さのＯＮ信号により前記スイッチング半導体素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、前記加熱定着部の温度を定着温度に維持する温度制御装置と、
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記ＯＮ信号の時間長さに、前記スイッチング半導体素子が発熱により破壊されないためのリミット値を付与する手段と、
プリント動作時に前記ＯＮ信号の時間長さにリミット値が付与されたことを検知するリミット検知手段と、
前記ヒータの温度が前記定着温度に到達したことを検知する定着温度検知手段と、
前記リミット検知手段によりリミット値が付与されていることが検知された場合は、前記定着温度検知手段により前記定着温度に到達したことが検出されるまで待って、前記熱定着部への給紙の制御を許可する給紙制御手段と、
を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記スイッチング半導体素子が双方向性被制御開閉素子である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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、静電写真式複写機やプリンタなどの画像形成装置、特にその熱定着部のヒータを電力制御するスイッチング半導体素子を熱ストレスから防護する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電源は交流電圧が安定して供給されるようになっているが、まだ安定性が十分ではないのが実情である。使用環境によっては交流電圧が大きく変動して供給されることがある。
【０００３】
画像形成装置においては、熱定着部のヒータへ給電するために、電力制御用の交流出力制御素子、例えば３端子双方向サイリスタであるトライアックを介して電力を供給し、このトライアックをヒータの実際温度を考慮してＯＮ／ＯＦＦ制御することで、熱定着部の温度を一定にしている。
【０００４】
しかし、トライアックは通電部品であるため、定格を超える発熱によりトライアックが破壊されたり、ヒータによる加熱温度が不適切になって画像品質が悪化することが想定される。この交流出力制御素子の発熱量は、商用電源から画像形成装置に入力される交流電圧（入力電圧）の変動によって変化する。
【０００５】
そこで、従来、トライアックをＯＮ／ＯＦＦ制御するに際し、交流入力電圧の変動を考慮して、ヒータの通電時間（ＯＮデューティ）を加減し、これにより熱定着部のヒータ温度を一定にすることが知られている（特許文献１参照）。このヒータ温度制御方法によれば、交流入力電圧すなわち電源電圧の変動による影響を排除し、ヒータ温度の安定化を図ることができる。
【特許文献１】特開平８２５４９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようなヒータ温度制御では、電源電圧が低下した場合、ヒータの温度を維持するため、トライアックの電流のＯＮ時間を長くすることになる。このＯＮ時間すなわち電流の連続通電時間が長くなると、トライアックは素子の温度が上昇する。このため、トライアックの温度が定格の最大許容温度以上に上昇して、素子が破壊されたり、ヒータによる加熱温度が不適切になって画像品質が悪化することが想定される。
【０００７】
この対策として、通常は、トライアックの放熱フインを拡大したり又は定格の大きいトライアックを選択して使用することが行われている。
【０００８】
しかし、トライアックの放熱フインを拡大したり、定格の大きいトライアックを使用したりする等の温度対策を行うことなしに、当該トライアックの能力の範囲内で、電源電圧の変動に応じたＯＮ時間の制御ができることが望まれる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、電源電圧が定格値を下回った場合、ヒータ温度制御用のスイッチング半導体素子が定格値を超えて温度上昇することを防止し、スイッチング半導体素子を熱ストレスによる寿命減少や故障から防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１１】
（１）加熱定着部に設けられたヒータに電圧源からスイッチング半導体素子を介して電力を供給する画像形成装置において、前記ヒータの現在温度を設定温度と比較し、その差に応じた時間長さのＯＮ信号により前記スイッチング半導体素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、前記加熱定着部の温度を定着温度に維持する温度制御装置と、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記ＯＮ信号の時間長さに、前記スイッチング半導体素子が発熱により破壊されないためのリミット値を付与する手段と、前記電圧源の電圧が低下するに応じて前記リミット値を下げ、前記スイッチング半導体素子の連続ＯＮ時間を短くする補正手段と、を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
（２）前記リミット値は前記ＯＮ信号の時間長さを０．０６秒／Ｖ〜０．２０秒／Ｖの比率で下げた値である、ことを特徴とする上記（１）に記載の画像形成装置。
【００１３】
（３）加熱定着部に設けられたヒータに電圧源からスイッチング半導体素子を介して電力を供給する画像形成装置において、前記ヒータの現在温度を設定温度と比較し、その差に応じた時間長さのＯＮ信号により前記スイッチング半導体素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、前記加熱定着部の温度を定着温度に維持する温度制御装置と、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記ＯＮ信号の時間長さに、前記スイッチング半導体素子が発熱により破壊されないためのリミット値を付与する手段と、プリント動作時に前記ＯＮ信号の時間長さにリミット値が付与されたことを検知するリミット検知手段と、前記ヒータの温度が前記定着温度に到達したことを検知する定着温度検知手段と、前記リミット検知手段によりリミット値が付与されていることが検知された場合は、前記定着温度検知手段により前記定着温度に到達したことが検出されるまで待って、前記熱定着部への給紙の制御を許可する給紙制御手段と、を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
【００１４】
（４）前記スイッチング半導体素子が双方向性被制御開閉素子である、ことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
従来技術では、スイッチング半導体素子たとえばトライアックに昇温防止対策を施す場合、放熱フインを拡大するか又はトライアックの定格を大きくすることで行わなければならない。しかし、本発明ではトライアックのＯＮ／ＯＦＦ制御におけるＯＮ信号の時間長さ、すなわち連続ＯＮ時間の長さにリミット値を設けていることから、このリミット値を超えてトライアックが連続通電されてしまうことがなく、自動的にトライアックの温度上昇が抑制される。したがって、トライアックの放熱フインを拡大又はトライアックの定格を大きくすることなく、熱ストレスによる寿命減少や故障からトライアックを防護することができる。
【００１８】
さらに本発明では、電源電圧の低下時に、定着温度に達するまで給紙が行われないので定着性能を損ねることが無い。したがって高品質な画像を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
画像形成装置１は、ここでは電子写真方式のカラープリンタであり、図１に示すように作像部（画像形成部）２、紙搬送部３、転写部４、熱定着部５、電源部６、制御部７を備えている。
【００２１】
図１において、８は作像部２の感光体であり、その周囲に配置された帯電器８ａにより表面が一様に帯電された後、露光装置９からの画像光で露光されて潜像が形成され、この潜像が現像装置１０のトナーにより顕像化されることで、トナー像が形成される。
【００２２】
現像装置１０は回転可能な現像ラック１１に４色のカートリッジ１２を装着した構成である。各カートリッジ１２はトナーとトナーを現像する現像部から構成される。現像ラック１１を回転することで順次に各トナーカートリッジ１２を感光体８に向かい合う現像位置に移動して現像する。
【００２３】
１色ずつ順に帯電、露光、現像されて感光体８に形成されたトナー像は、ローラ１３ａ、１３ｂに巻き掛けられた中間転写ベルト１３に、１次転写ローラ１４の作用下で転写される。カラー印字であれば中間転写ベルト１３で４色のトナー像が重ね合わせられる。余った感光体８上のトナーはブレード１５で除去される。
【００２４】
４色のトナー像の重ね合わせが行われる間、中間転写ベルトクリーナ１６と２次転写ローラ１７は中間転写ベルト１３から離間している。上記４色のトナー像が重ね合わされた後、トナー像の先端が２次転写部１８に到達するまでに、２次転写ローラ１７が中間転写ベルト１３に圧接され、紙搬送部３の給紙ローラ１９、レジストローラ２０を経て搬送されて来る用紙２１に、トナー像が転写される。
【００２５】
また、４色のトナー像の後端が中間転写ベルトクリーナ１６を通過したところで、中間転写ベルトクリーナ１６のブレードが中間転写ベルト１３に圧接され、残トナーを中間転写ベルト１３から掻き取る。
【００２６】
２次転写部１８でトナー像が転写された用紙２１は、熱定着部５の定着ローラ２２でトナー像が定着された後、排紙ローラ２３からトレイ２４上に排出される。
【００２７】
中間転写ベルト１３上には濃度センサ２５が取り付けられて、中間転写ベルト面にＬＥＤ光を照射し、その反射光を検出して、中間転写ベルト面のトナー隠蔽率を測定して、中間転写ベルト１３上のトナー濃度として検出している。
【００２８】
図２は熱定着部５の詳細図である。
【００２９】
熱定着部５は、一対の定着ローラ２２として加熱ローラ２６とこれに対向する加圧ローラ２７を有する。また、加熱ローラ２６内にヒータランプからなるヒータ２８を内蔵する。さらに、この熱定着部５には、定着ローラ２２の温度を検出可能とするため、サーミスタＴＨからなるヒータ温度検出器２９が、加熱ローラ２６の外周囲に接近して設けられている。このヒータ温度検出器２９により検出されるヒータ温度を、ヒータ温度制御装置３０により制御することで定着ローラ２２の温度が一定に維持される。
【００３０】
図３は、上記ヒータ温度制御装置３０を含む電源部６の回路構成を示したものである。
【００３１】
電源部６は、商用電源からなる交流電源の電圧を所定の直流電圧に変換し、交流電源の電圧と比例関係にある入力電圧として出力する直流電源回路３１と、商用交流電源から、交流出力制御素子としての３端子双方向性サイリスタ（トライアック）３２を介して、上記熱定着部５のヒータ２８に電力を供給する交流電力供給回路３３と、上記交流電力供給回路３３のトライアック３２をＯＮ／ＯＦＦして加熱定着部の温度を所定の定着温度に制御するヒータ温度制御装置３０とを有する。
【００３２】
まず直流電源回路３１の構成について説明する。
【００３３】
商用電源３４の交流電圧は、全波整流回路のダイオードブリッジＤ１〜Ｄ４および平滑コンデンサＣ１からなる第１の順変換回路３５により、直流に変換される。
【００３４】
上記トランスＴ１の入力側には、トランスＴ１の一次側巻線３６およびこれと直列に接続されたスイッチング半導体Ｑ１の直列回路が接続されており、このスイッチング半導体Ｑ１を電源制御回路３７（ＣＮＴ１）からの信号Ｑ１ｃｏｎｔに基づきスイッチングすることで、トランスＴ１への入力をスイッチングする。すなわち、トランスＴ１をスイッチング半導体Ｑ１にてＰＷＭ制御することで、トランスＴ１の２次電圧を得ている。これにより、上記直流が交流に変換される。このトランスＴ１およびスイッチング半導体Ｑ１の回路部分は逆変換回路を構成する。
【００３５】
トランスＴ１の出力側、つまり第１の二次巻線３８には、整流ダイオードＤ５および平滑コンデンサＣ２からなる第２の順変換回路３９が接続されている。この第２の順変換回路３９から出力される直流電圧Ｖｄｃ１は、上記電源制御回路３７への制御電圧として利用される。すなわち、上記直流電圧Ｖｄｃ１を抵抗Ｒ１およびＲ２からなる分圧器で分圧した電圧を、上記電源制御回路３７にフィードバックし、出力の直流電圧Ｖｄｃ１を一定電圧に制御している。
【００３６】
さらにトランスＴ１の第２の二次巻線４０には、整流ダイオードＤ６および平滑コンデンサＣ４からなる第３の順変換回路４１が接続されている。この第３の順変換回路４１から出力される直流電圧Ｖｄｃ２は、冷却用のファン（図示せず）への駆動電圧として利用される。
【００３７】
また、上述した交流電力供給回路３３は、商用電源３４の交流電圧Ｖｉｎに接続したヒータ２８への給電路中に設けたトライアック３２を、ヒータ温度制御装置３０がＯＮ／ＯＦＦ制御して、ヒータ２８を所定の定着温度に制御する構成となっている。
【００３８】
ヒータ温度制御装置３０は、熱定着部５のヒータ温度検出器２９により検出されるヒータ温度と設定温度との偏差に基づき、トライアック３２をＯＮ／ＯＦＦするためのＯＮ信号を作成し、このＯＮ信号が生起している期間だけ、交流電源からヒータ２８へ電力を供給し、定着ローラ２２を所定温度となるように調整する温度制御装置の部分を有する。
【００３９】
具体的には、サーミスタにて検出されるヒータ２８の現在温度を比較部４２にて温度指令（設定温度）Ｔｒｅｆと比較し、その偏差をアンプＰＩ４３にて比例積分して増幅した後、その出力ｔｏｎ（ＯＮ指令）を、３入力のコンパレータ４４のマイナス入力端子の一つに加えている。一方、コンパレータ４４のプラス入力端子には、三角波発振器４５で生成される三角波ＯＳＣがキャリア信号として入力されている。コンパレータ４４は、このアンプＰＩ４３の出力ｔｏｎを三角波発信器の三角波ＯＳＣと比較することにより、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されたＯＮ信号を作成する。このコンパレータ４４から出力されるＯＮ信号は、トライアック３２の制御入力端子に入力される。
【００４０】
一方、上述したヒータ温度制御装置３０は、上記ＯＮ信号のＯＮデューティの最大値に、トライアック３２が発熱により破壊されないためのリミット値を付与する手段の部分を有する。また、電圧源の電圧が低下するに応じてリミット値を下げ、トライアック３２の連続ＯＮ時間を短くする補正手段の部分をさらに有する。
【００４１】
詳述するに、ヒータ温度制御装置３０は、商用電源３４の電圧レベルを間接的に検出する電圧検出回路４６を有する。すなわち、トランスＴ１の補助巻線４７に、ダイオードＤ７およびコンデンサＣ３からなるピークホールド回路４８が接続され、このピークホールド回路４８により、商用電源３４の交流電圧に比例した直流電圧ｖｉつまり入力電圧レベルが検出される。
【００４２】
本実施形態の場合、この直流電圧ｖｉを、補正回路４９を介して前述のコンパレータ４４の他のマイナス入力端子に入力する。補正回路４９は、入力された直流電圧ｖｉが増加するにつれて、あらかじめ定めた傾斜率で直線的に値が増加する直流電圧ｄ１を出力する特性を有している。したがって正確には、この補正回路４９から出力される直流電圧ｄ１が、コンパレータ４４の他のマイナス入力端子に入力される。
【００４３】
このように補正回路４９から出力される直流電圧ｄ１をコンパレータ４４に入力すると、トライアック３２をＯＮ／ＯＦＦ制御するＯＮ信号に関し、そのＯＮデユーティの最大値が、直流電圧ｄ１のレベルに応じたリミット値に制限される。このリミット値は、ＯＮ信号が時間軸上で連続的にトライアック３２に付与されて、トライアック３２が連続的にＯＮしても、トライアック３２が異常な発熱状態とならない最大許容時間（連続ＯＮ区間）である。
【００４４】
この結果、トライアック３２の制御端子に入力されるＯＮ信号の時間長さ、つまりコンパレータ４４の出力信号のＯＮデユーティが、リミット値を越えて長くなろうとしても、ＯＮ信号のＯＮデユーティは上記リミット値に制限され、それ以上長くならない。
【００４５】
よって、本実施形態の回路では、トライアック３２のＯＮデユーティ（ＯＮ時間）の最大値が電源電圧の電圧レベルに応じて制限され、トライアック３２の温度上昇が抑えられる。これによりトライアック３２の放熱フインを拡大又はトライアック３２の定格を大きくすることなく、トライアック３２の温度上昇防止対策を実現することができる。
【００４６】
さらに本実施形態において、上記リミット値は、コンパレータ４４に入力される直流電圧ｄ１の大きさ、つまり商用電源３４から供給される入力電圧の大きさに応じて増減する。
【００４７】
【表１】
0005125649.tif 000002
【００４８】
表１は、入力電圧が定格値の１００Ｖから５Ｖづつ順次に低下した場合に、それらの各電圧値に対するトライアック３２のＯＮ時間のリミット値を順次小さくする制御を例示したものである。この表１の例では、入力電圧が１００Ｖ、９５Ｖ、９０Ｖ、８５Ｖと順次に変化した場合に、許容できるＯＮデユーティの最大値のリミット値を、２．６秒、２．３秒、１．９秒、１．６秒と順次小さくする。その理由は、入力電圧Ｖｉが低下するに伴い、トライアック３２のＯＮ／ＯＦＦ周期に占めるＯＮ時間の割合が大きくなるため、入力電圧Ｖｉが低い方が温度上昇しやすい傾向にあるためである。
【００４９】
但し、これは一例を示したものであり、表１に記載のリミット値以外の値をとることもできる。この場合は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路を構成するトライアック３２が破損しない範囲で、入力電圧Ｖｉの低下に伴って０．０６ｓ／Ｖ〜０．２０ｓ／Ｖの任意の比率でリミット値を設ければ良い。
【００５０】
上記のようにヒータ２８のＯＮ／ＯＦＦ制御において、そのＯＮ時間の最大値を制限するリミット値を、入力電圧が低下するに伴い短く設定することにより、入力電圧の低下時においても、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路を構成するスイッチング素子の異常な温度上昇を抑えることができる。
【００５１】
図４はプリント時における制御部７の動作を示すフローチャートである。制御部７は、図示してないが、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａＩ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成されており、上記作像部２、紙搬送部３、転写部４、熱定着部５、電源部６を含む画像形成装置１の全体を制御する機能を有する。
【００５２】
制御部７のＣＰＵは、プリント動作時において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路のトライアック３２のＯＮ時間に対しリミットが掛けられたか否か、すなわちリミット値が付与されているか否かを判断する（ステップＳ１）。したがってステップＳ１はリミット検知手段として働く。リミットが掛かっていなかった場合（ステップＳ１：ＮＯ）、再度、リミットが掛かっているか否かを判断する。
【００５３】
リミットが掛かっていた場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ヒータ温度が定着温度に到達しているか否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２は定着温度検知手段として働く。ヒータ温度が定着温度に到達していなかった場合（ステップＳ２：ＮＯ）、熱定着部５への給紙を禁止する（ステップＳ３）。このとき、画像形成装置１内で搬送中の紙については、図１で説明したプリント動作を行い排出する。ヒータ温度が定着温度に到達している場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、熱定着部５への給紙を許可し（ステップＳ４）、そのまま給紙を行ってプリント動作を行う。
【００５４】
上記ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４は、リミット検知手段からリミット値が付与されたことを検知した旨のリミット検知情報が出力されている場合において、ヒータ温度検知手段からヒータ２８の現在温度が定着温度に到達した旨の定着温度検知情報が出力されたとき、熱定着部５への給紙の制御を許可する給紙制御手段として働く。この給紙制御手段には、ヒータ温度が定着温度に到達していない場合に、熱定着部５への給紙を禁止するステップＳ３も含まれる。
【００５５】
ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路のトライアック３２のＯＮ時間に対しリミット値を付けた場合、ヒータ温度が定着温度まで到達するのに必要以上に時間を要する可能性があり、このためヒータ温度が定着温度に到達していない状態で、プリント動作が行われる可能性がある。かかる場合には、トナー像が完全に定着されず、画像が悪化する。しかし、図４のように給紙系を制御することにより、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路のＯＮ時間に対してリミットが掛けられていた場合でも、ヒータ２８が定着温度に到達するのを待ってから、プリント動作を行うことができる。したがって、定着温度に達する前にプリント動作が行われてしまうことによる画像の悪化を防止することができる。
【００５６】
上記実施形態では、画像形成装置１として４サイクル方式のカラープリンタを例に挙げたが、本発明はこの方式に限らず、他の方式の画像形成装置１にも適用することができる。
【００５７】
上記実施形態では、交流出力制御素子としてトライアック３２を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のスイッチング半導体素子を用いることができる。例えば他の双方向性被制御開閉素子として、サイリスタを逆並列接続した回路を使用することができる他、一方向性の被制御開閉素子としてサイリスタを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の熱定着部の構成を示す図である。
【図３】図１に示した画像形成装置の電源部の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の排紙制御系の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１  画像形成装置、
２  作像部（画像形成部）、
３  紙搬送部、
４  転写部、
５  熱定着部、
６  電源部、
７  制御部、
８  感光体、
９  露光装置、
１０  現像装置、
１１  現像ラック、
１２  カートリッジ、
１３  中間転写ベルト、
１４  １次転写ローラ、
１５  ブレード、
１６  中間転写ベルトクリーナ、
１７  ２次転写ローラ、
１８  ２次転写部、
１９  給紙ローラ、
２０  レジストローラ、
２１  用紙、
２２  定着ローラ、
２３  排紙ローラ、
２４  トレイ、
２５  濃度センサ、
２６  加熱ローラ、
２７  加圧ローラ、
２８  ヒータ、
２９  ヒータ温度検出器、
３０  ヒータ温度制御装置、
３１  直流電源回路、
３２  ３端子双方向性サイリスタ（トライアック）、
３３  交流電力供給回路、
３４  商用電源、
３５  第１の順変換回路、
３６  一次側巻線、
３７  電源制御回路、
３８  第１の二次巻線、
３９  第２の順変換回路、
４０  第２の二次巻線、
４１  第３の順変換回路、
４２  比較部、
４３  アンプＰＩ、
４４  コンパレータ、
４５  三角波発振器、
４６  電圧検出回路、
４７  補助巻線、
４８  ピークホールド回路、
４９  補正回路。
【図１】
0005125649.tif 000003
【図２】
0005125649.tif 000004
【図３】
0005125649.tif 000005
【図４】
0005125649.tif 000006