(57)【要約】【課題】画像形成装置における入力電圧が下限値を下回った場合、ファンの風量を上昇させることにより、ヒータ制御用の交流出力制御素子を熱ストレスによる寿命減少や故障から防ぐことを可能にする。【解決手段】  交流電源からヒータ１１への電力を交流出力制御素子により制御し、交流電源の電圧と比例関係にある入力電圧によりファン１７を駆動して交流出力制御素子を冷却し、このファン１７の冷却力を前記入力電圧のレベル変動に応じて変化させて、交流出力制御素子の温度を許容温度範囲内に維持する画像形成装置において、交流電源の電圧と比例関係にある入力電圧レベルを検出し、この入力電圧レベルが、交流出力制御素子についての許容温度範囲の下限値として予め定めた最低電圧レベルより下回った場合に、上記ファン１７の風量を向上させる。【選択図】図３
2009180909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置内に設けられたヒータと、交流電源から前記ヒータへ給電する電力を交流出力制御素子により制御してヒータ温度を制御する温度制御手段と、前記交流電源の電圧と比例関係にある入力電圧により駆動され、前記交流出力制御素子の温度の上昇を抑制するファン等の冷却手段と、この冷却手段の冷却力を前記入力電圧のレベル変動に応じて変化させて、前記交流出力制御素子の温度を許容温度範囲内に維持する冷却制御手段とを有する画像形成装置において、
前記冷却制御手段は、
前記入力電圧レベルを検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された入力電圧レベルを、前記交流出力制御素子についての前記許容温度範囲の下限値として予め定めた最低電圧レベルと比較する比較手段と、
前記比較手段により、前記入力電圧レベルが前記最低電圧レベルより下回った場合に、前記冷却手段に印加する電圧を上昇させて前記冷却手段の冷却力を向上させる補正手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記冷却手段がファンであり、前記補正手段は、前記入力電圧レベルが前記最低電圧レベルより下回った場合に、前記ファンに印加する電圧を上昇させて当該ファンの風量を上昇させ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】
前記ヒータが定着部に設けられた熱定着用ヒータであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記温度制御手段は、前記入力電圧レベルが前記最低電圧レベルを下回った場合に、交流電源から前記ヒータへ給電する電力を増大させるように前記交流出力制御素子をオンオフ制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記交流出力制御素子がヒータのオン／オフを制御する双方性被制御開閉素子であり、前記温度制御手段は、前記入力電圧の低下時に、前記双方性被制御開閉素子のオンデューティを上昇させる制御をすることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記双方性被制御開閉素子が３端子双方性サイリスタまたはサイリスタの逆並列接続回路からなることを特徴とする請求項５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、熱定着部を備えた静電写真式複写機やプリンタなどの画像形成装置、特にそのヒータの電力制御用の交流出力制御素子を冷却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を介して電力を供給しているが、通電部品であるため発熱により交流出力制御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。また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。そこで、従来、交流出力制御素子の冷却を目的としてファンを設け、その回転速度を可変制御することが知られている。
【０００４】
たとえば、定着ユニットの周囲温度に関し、定着ユニットの温度特性から入力電圧を推定し、その入力電圧に応じてファンの回転速度（風量）を３段階に制御することにより、定着ユニットの周囲温度を５０℃以内に制御することが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、交流出力制御素子についての許容温度範囲の上限値に関し、入力電圧が上昇した場合には、装置内の適所に配置したファンの回転数（風量）を上げ、低下した場合には回転数を下げるように制御することで、電源電圧の変動にもかかわらず常時安定して良好な冷却機能を維持することが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−７７６８０号公報
【特許文献２】特開平６−２３２５７３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、特許文献１は、定着ユニットの温度特性から入力電圧を推定しており、入力電圧を直接に検出していない。このため、高精度で入力電圧を推定することが難しい。また、特許文献２は、入力電圧が上限値より上昇した場合にファンの風量を上げるように制御するものであり、入力電圧が許容温度範囲の下限値に対応する最低電圧レベルを下回る場合については言及していない。
【０００７】
ところが交流出力制御素子の発熱は、熱の慣性により、入力電圧の変化よりも遅れて現れる。このため、交流出力制御素子を冷却しているファンに給電される電圧が、上記入力電圧の低下に同期して許容温度範囲の下限値に対応する最低電圧レベルを下回った場合、交流出力制御素子を冷却する風量が不足する状態が生じる。
【０００８】
かかる状態に至った場合、上述の特許文献１または２のいずれの方法も、交流出力制御素子の冷却に関して、即座に且つ最適な冷却をなすことができない。
【０００９】
そこで本発明の目的は、画像形成装置における入力電圧が下限値を下回った場合、ファンの風量を上昇させることにより、ヒータ制御用の交流出力制御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）上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の画像形成装置は、
装置内に設けられたヒータと、交流電源から前記ヒータへ給電する電力を交流出力制御素子により制御してヒータ温度を制御する温度制御手段と、前記交流電源の電圧と比例関係にある入力電圧により駆動され、前記交流出力制御素子の温度の上昇を抑制するファン等の冷却手段と、この冷却手段の冷却力を前記入力電圧のレベル変動に応じて変化させて、前記交流出力制御素子の温度を許容温度範囲内に維持する冷却制御手段とを有する画像形成装置において、
前記冷却制御手段は、
前記入力電圧レベルを検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された入力電圧レベルを、前記交流出力制御素子についての前記許容温度範囲の下限値として予め定めた最低電圧レベルと比較する比較手段と、
前記比較手段により、前記入力電圧レベルが前記最低電圧レベルより下回った場合に、前記冷却手段に印加する電圧を上昇させて前記冷却手段の冷却力を向上させる補正手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
（２）前記冷却手段がファンであり、前記補正手段は、前記入力電圧レベルが前記最低電圧レベルより下回った場合に、前記ファンに印加する電圧を上昇させて当該ファンの風量を上昇させることを特徴とする上記（１）に記載の画像形成装置。
【００１３】
（３）前記ヒータが定着部に設けられた熱定着用ヒータであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の画像形成装置。
【００１４】
（４）前記温度制御手段は、前記入力電圧レベルが前記最低電圧レベルを下回った場合に、交流電源から前記ヒータへ給電する電力を増大させるように前記交流出力制御素子をオンオフ制御することを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００１５】
（５）前記交流出力制御素子がヒータのオン／オフを制御する双方性被制御開閉素子であり、前記温度制御手段は、前記入力電圧の低下時に、前記双方性被制御開閉素子のオンデューティを上昇させる制御をすることを特徴とする上記（４）に記載の画像形成装置。
【００１６】
（６）前記双方性被制御開閉素子が３端子双方性サイリスタまたはサイリスタの逆並列接続回路からなることを特徴とする上記（５）に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、画像形成装置における商用電源からの交流入力電圧が許容温度範囲の下限値を下回った場合、その入力電圧の低下を検知して、ファンの風量を即座に且つリニアに上昇させ、定着ヒータ制御用交流出力制御素子を最適な状態で冷却し、交流出力制御素子の温度を許容温度範囲内に維持することができる。
【００１８】
さらに入力電圧の低下時には、ヒータのデューティを上昇することで、定着ヒータへの電力供給を減少させない。そのため、入力電圧が低下した場合であっても定着性能を損ねることが無く、高品質な画像を提供することができる。
【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】
図１は、本発明の画像形成装置の構成例を示す。画像形成装置は、ここでは電子写真方式のカラープリンタであり、図１に示すように電源部１、定着部２、制御部３、紙搬送部４、画像形成部５、転写部６を備えている。
【００２１】
このプリンタの画像形成プロセスの概要は次の通りである。
【００２２】
まず、感光体ドラム７の表面に形成された静電潜像に、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーが付着して形成されたトナー像が、次々と中間転写ベルト８に重ねて１次転写される。一方、給紙カセット９から給紙された記録紙がレジストローラ１０から繰り出され、当該記録紙に中間転写ベルト８のトナー像が二次転写される。次いで、このトナー像が転写された記録紙が、定着部２を経て排紙トレイに排出される。なお紙搬送部４はローラにより構成されており、モータを駆動源として紙を搬送する。
【００２３】
上記の定着部２は、内部にヒータ１１を備えた一対の定着ローラ１２を有しており、この定着ローラ１２により加熱および加圧して、記録紙にトナー像を定着する。
【００２４】
図２は上記画像形成装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
電源部１は、商用電源の交流を、交流出力制御素子としての３端子双方性サイリスタ１３（トライアック１３）（図３参照）を介して、上記ヒータ１１に電力を供給する交流電力供給回路１４と、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１５とを有する。
【００２６】
定着部２は、上記ヒータ１１により昇温される定着ローラ１２の温度を検出する温度検出機構１６を有している。制御部３は、この温度検出機構１６により検出される定着ローラ１２の温度に基づき、トライアック１３のオン／オフを位相制御することにより、交流電源からヒータ１１へ給電する電力を制御し、ヒータ１１を所定の定着温度となるように調整する。したがって、制御部３は、交流電源からヒータ１１へ給電する電力をトライアック１３により制御して、定着ローラ１２のヒータ温度を制御する温度制御手段として働く。
【００２７】
制御部３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａＩ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成されており、上記温度検出機構１６から取得した検出温度データから、ヒータ１１へ供給する電力をオンオフ制御するオンデューティを可変する信号（交流出力制御信号）を作成し、これをトライアック１３に対して送る。また、電源部１に対して基準電圧信号（基準電圧レベル）を送る。
【００２８】
さらにまた、上述した電源部１は、交流電源の電圧と比例関係にある入力電圧により駆動され、交流出力制御素子の温度の上昇を抑制するため、装置内の適所、ここでは交流出力制御素子の近傍もしくは電源部１の近傍に設けられた冷却手段としてのファン１７と、このファン１７の冷却力（冷却強度）を上記入力電圧のレベル変動に応じて変化させて、交流出力制御素子の温度を許容温度範囲内に維持する冷却制御手段１８とを有する。
【００２９】
図３は上記電源部１の構成を示す回路例である。
【００３０】
上述した電源部１の直流電源回路１５は、商用電源３０の交流電圧から直流電圧に変換する第１の順変換回路１９と、この変換された直流電圧を交流電圧に変換する逆変換回路２０と、この交流電圧を直流電圧に変換する第２の順変換回路２１とを有しており、第２の順変換回路２１で変換した直流電圧にてプリンタ内部の電気部品を動作させる。
【００３１】
商用電源３０の交流電圧は、全波整流回路のダイオードブリッジＤ１および平滑コンデンサＣ１からなる第１の順変換回路１９により、直流に変換される。
【００３２】
上記トランスＴ１の入力側には、トランスＴ１の一次側巻線２２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によりトランスＴ１への入力をスイッチングすることで、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の回路部分が上記逆変換回路２０を構成する。
【００３３】
トランスＴ１の出力側、つまり二次巻線２３には、整流ダイオードＤ２および二次側平滑コンデンサＣ２からなる第２の順変換回路２１が接続されている。この第２の順変換回路２１から出力される直流電圧が、冷却用のファン１７へ供給される。
【００３４】
また、上述した交流電力供給回路１４は、商用電源３０に接続したヒータ１１への給電路中に交流出力制御素子としてトライアック１３を備えており、その交流のオンオフを温度制御手段が位相制御して、ヒータ１１を所定温度に制御する。
【００３５】
一方、上述した電源部１は、冷却制御手段１８の構成要素として、商用電源３０の電圧レベルを間接的に検出する電圧検出回路３１を有している。すなわち、トランスＴ１には補助巻線２４（Ｔ１Ａ）が設けられており、このトランスＴ１の補助巻線２４に、ダイオードＤ３およびコンデンサＣ３からなるピークホールド回路２５が接続されている。このピークホールド回路２５により、商用電源３０の交流電圧に比例した直流電圧つまり入力電圧レベルが検出される。
【００３６】
この検出電圧は、冷却制御手段１８の一構成要素である比較手段としての第１の電圧比較部２６に入力される。この第１の電圧比較部２６は、この検出電圧つまり入力電圧レベルを、予め定められた第１電圧レベルＶｒｅｆ１（上記基準電圧信号）と比較するコンパレータＣＰ１を含んでいる。この第１電圧レベルＶｒｅｆ１は入力電圧レベルの最低値として許容できる最低電圧値である。この第１の電圧比較部２６にて得た比較結果を元に、電圧補正用アンプＰおよび第２の電圧比較部２７で構成される補正手段により電圧補正を行う。
【００３７】
すなわち、上記の第１の電圧比較部２６にて得た比較結果は、電圧補正用アンプＰを経て第２の電圧比較部２７に入力される。この第２の電圧比較部２７は、第２の順変換回路２１の出力電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２にて分圧した電圧と、第２基準電圧レベルＶｒｅｆ２が入力され、両者を常時比較している。
【００３８】
この第２の電圧比較部２７で得られる比較結果が、比例積分回路ＰＩを通して第３の電圧比較部２８に入力され、スイッチング半導体Ｑ１のスイッチング周波数を変更する構成となっている。比例積分回路ＰＩを通すことで、比較結果のオフセットの値が許容限界内に抑えられる。そしてこの第２の電圧比較部２７および第３の電圧比較部２８は、通常、二次側の出力電圧が一定になるようにスイッチング半導体Ｑ１のスイッチング周波数を変更する。
【００３９】
このように作用している第２の電圧比較部２７に、追加的に上記の電圧補正用アンプＰの出力が補正信号として入力される。第３の電圧比較部２８は、上記比例積分回路ＰＩを通して得られる第２の電圧比較部２７の比較結果を、三角波発生源２９からの三角波ＰＷＭと比較するコンパレータＣＰ２を含んでおり、このコンパレータＣＰ２にて比較した結果に応じて、スイッチング半導体Ｑ１のスイッチング周波数を変更する。すなわち、入力電圧レベル（検出電圧）が低下した場合、第２の電圧比較部２７からの出力を補正して、スイッチング半導体Ｑ１のスイッチング周波数を通常よりも高めるように作用する。これにより入力電圧の低下比率分だけ瞬時にファン１７の風量が上昇する。
【００４０】
このように、第１の電圧比較部２６は、電圧検出回路３１で検出された入力電圧レベルを、トライアック１３についての許容温度範囲の下限値として予め定めた最低電圧レベルと比較する比較手段として作用する。また、第２の電圧比較部２７は、この第１の電圧比較部２６での比較結果として、入力電圧レベルが最低電圧レベルより下回った場合に、ファン１７に印加する電圧を上昇させてファン１７の冷却力を向上させる補正手段、すなわち入力電圧の低下比率分だけファン１７の風量を瞬時に上昇させ、トライアック１３の温度を許容温度範囲に戻す補正手段として作用する。
【００４１】
同時に制御部３の温度制御手段は、上記のように実際の入力電圧レベルが予め設定された入力電圧レベルを下回った場合、交流出力制御素子のオンデューティを上昇させ、定着ローラ１２のヒータ温度を適正な定着温度範囲に維持するように制御する。
【００４２】
したがって、本実施形態では、温度制御手段においてヒータ１１のオンデューティを上昇させる制御と、冷却制御手段１８において前記ファン１７の風量を上昇させる制御とが同時に行われる。
【００４３】
図４は上記した電源部１内部のハード回路にて行われる上記作用を示した流れ図である。
【００４４】
画像形成装置は、商用電源電圧に比例した入力電圧レベルを上記電圧検出回路３１にて検出することで常時監視しており（Ｓ３００）、この電圧検出回路３１で検出された実際の入力電圧を、予め設定された入力電圧つまり上記の第１電圧レベルＶｒｅｆ１と比較する（Ｓ３０１）。入力電圧が設定された電圧レベルを下回った際には、第２の電圧比較部２７が入力電圧と設定された電圧との差を算出し（Ｓ３０２）、第３の電圧比較部２８の制御の下で、その電圧の減少に比例してファン１７の風量を上昇する（Ｓ３０３）。
【００４５】
通常、トライアック１３から発生する熱量と、このトライアック１３を冷却しているファン１７の風量とは、トライアック１３の温度を適正な許容温度範囲内に保持できるようにバランスしている。入力電圧レベルが許容下限電圧レベルよりも低下すると、ファン１７への給電電圧が低下し、ファン１７の風量が不足した状態になる。つまり冷却力が通常よりも低下し、トライアック１３の温度が上昇する。
【００４６】
しかし、本実施形態では、上記第２の電圧比較部２７に上記補正信号を追加的に入力することで、入力電圧レベル（検出電圧）が低下した場合には、第２の電圧比較部２７からの出力を補正して、スイッチング半導体Ｑ１のスイッチング周波数を通常よりも高める。このためファン１７へ給電しているトランスＴ１の二次側電圧が通常よりも上昇して、トライアック１３への風量が通常より増加する。これによって、トライアック１３の温度が、適正な許容温度範囲内に保持される。
【００４７】
上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、商用電源３０の電圧に対応した入力電圧を検出することで監視し、その入力電圧の低下時にはファン１７の風量を上昇させることができ、これによりヒータ制御用の交流出力制御素子を、熱ストレスによる寿命減少や故障から防ぐことができる。
【００４８】
上記構成によれば、画像形成装置における入力電圧が許容温度範囲の下限値を下回った場合、その入力電圧の低下を検知して、ファン１７の風量を即座に且つリニアに上昇させ、定着ヒータ制御用交流出力制御素子を最適な状態で冷却することが可能となる。
【００４９】
また上記温度制御手段は、上記入力電圧の低下時にヒータ１１のオンデューティを上昇する制御を行う。このため上記入力電圧の低下時においても、定着部２のヒータ１１への電力供給が減少しなくなる。そのため、画像形成装置における入力電圧が低下した場合であっても定着性能を損ねることが無くなり、高品質な画像を提供することができる。
【００５０】
しかし、このような温度制御は本発明において本質的なものではなく、入力電圧レベルが最低電圧レベルより下回った場合に、ファン１７に印加する電圧を上昇させてファン１７の風量を向上させる補正のみを行わせることもできる。
【００５１】
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１３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、交流出力制御素子として他の双方性被制御開閉素子、例えばサイリスタを逆並列接続した回路を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【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電気的な構成を示すブロック図である。
【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動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１    電源部、
２    定着部、
３    制御部、
４    紙搬送部、
５    画像形成部、
６    転写部、
７    感光体ドラム、
８    中間転写ベルト、
９    給紙カセット、
１０    レジストローラ、
１１    ヒータ、
１２    定着ローラ、
１３    ３端子双方性サイリスタ（トライアック）、
１４    交流電力供給回路、
１５    直流電源回路、
１６    温度検出機構、
１７    ファン、
１８    冷却制御手段、
１９    第１の順変換回路、
２０    逆変換回路、
２１    第２の順変換回路、
２２    一次側巻線、
２３    二次側巻線、
２４    補助巻線、
２５    ピークホールド回路、
２６    第１の電圧比較部、
２７    第２の電圧比較部、
２８    第３の電圧比較部、
２９    三角波発生源、
３０    商用電源
３１    電圧検出回路。
【図１】
2009180909.tif 000003
【図２】
2009180909.tif 000004
【図３】
2009180909.tif 000005
【図４】
2009180909.tif 000006