JP2005346475A - 電力制御装置及びヒータ制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源の電圧波形が歪んだ国や地域においてもゼロクロス信号の誤動作をなくしかつトライアックの最適オンオフタイミング信号生成をに実現する。
【解決手段】セラミックヒータ７０１への通電制御は、交流電源９０１から正電圧が入力される時、ゼロクロス信号の立ち上がりエッジ（オフからオンに変化するポイント）を基準に、第１の遅延時間（略２ｍｓ）後にトライアックのオンオフ切り替えを行う。一方、交流電源９０１から負電圧が入力される時、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジ（オンからオフに変化するポイント）を基準に、第２の遅延時間（略４ｍｓ）後にトライアックのオンオフ切り替えを行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、たとえばトナー像を転写紙上に定着させるセラミックヒータ等のヒータ制御を行うヒータ制御装置及びこのヒータ制御装置を有して電子写真プロセスを用いた画像形成を行う画像形成装置およびヒータ制御装置に用いられる電力制御装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いたレーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、トナー画像を用紙上に熱定着させる熱定着器を有している。この熱定着器は、電子写真プロセスなどの画像形成手段により転写紙上に形成された未定着画像（トナー像）を転写紙上に定着させるものであり、その種類としてはハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着器やセラミック面発ヒータを熱源とするフィルム加熱式の熱定着器が知られている。

一般的に、上記のような熱定着器のヒータは、トライアック等のスイッチング制御素子を介して商用電源等の交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される。また、熱定着器には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられており、この温度検出素子により熱定着器の温度が検出される。その検出温度情報をもとに、エンジンコントローラがスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータへの電力供給をオン／オフし、熱定着器の温度が目標の一定温度に温度制御される（特許文献１等参照）。ヒータのオン／オフ制御は、単位時間あたりに通電される交流の波数を制御する波数制御または各周期において通電される位相を制御する位相制御に従って行われる。この波数制御又は位相制御は、入力された交流電源の正から負又は負から正に切替わるポイントを含み、電源電圧の大きさがあるしきい値以下になったことを報知する信号（以下、「ゼロクロス信号」という。）を基にして行われる。
特開平１０−１０５２５４号公報

このように、熱定着器の熱源であるヒータを波数制御で駆動、制御する場合、交流電源電圧が、「あるしきい値以下であり、正負が切替わる電圧（ゼロクロス）あるいはゼロクロス近傍の電圧」（以下、総じてゼロクロスと呼ぶ）であることを検知する必要がある。このための回路（ゼロクロス検知回路）として、全波整流した交流電圧を所定のしきい値電圧と比較し、一致した時点でゼロクロス信号を出力する全波整流方式がある。しかしながら、電源事情の悪い国や地域では、電源電圧の波形が図２０や図１６や図１７のような歪んだ波形になる場合がある。このような歪んだ交流電源に対して、全波整流方式のゼロクロス検知回路は、図２０に示すように誤ったゼロクロス信号を生成してしまうことがあった。すなわち、本来のゼロクロス点における電圧の立ち上がりや立ち下がりが急峻な場合など、全波整流した結果、本来電圧が０となるべきところでしきい値電圧以上の電圧となってしまうことがあった。また、正負が切り替わるゼロクロス点付近では、ゼロクロス信号を生成した際、そのエッジ部にチャタリングが生じやすい。そこでチャタリング除去が必要である。チャタリングの除去は、たとえばゼロクロス信号が一定時間一定レベルで安定した時点でそのレベルをチャタリング除去後のゼロクロス信号として出力することなどにより実現される。そのため、チャタリング除去後のゼロクロス信号は電源電圧のゼロクロス点から相当時間遅延した信号となる。波数制御においては、ゼロクロス信号の位相と交流電源の位相とが一定の関係にあるものとして制御が行われるが、電源周波数に変動があると、この位相の関係がくずれ、本来行われるべき制御が行われない場合があり得る。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたものであり、ゼロクロス検知のために半波整流方式を用いるとともに、ゼロクロス信号の立ち上がり立下りエッジそれぞれに対して最適なタイミングでスイッチング素子のオンオフを切り替えることで良好にヒータ制御を行うことが可能な電力制御装置及びヒータ制御装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有する。

交流電源から供給される電源電圧と閾値との大小を比較して、比較結果に応じたレベルの信号をゼロクロス信号として出力するゼロクロス検出回路と、
前記交流電源と負荷との間に配置され、前記電源電圧の正負の切り換わりに同期して、ゲート信号のレベルに応じて交流半波分の電力通電／非通電を制御するゼロクロス同期スイッチング素子と、
前記ゼロクロス信号の立ち上がりエッジから第１の遅延時間遅延したタイミング、または、前記ゼロクロス信号の立ち下がりエッジから第２の遅延時間遅延したタイミングに同期して、前記負荷に与える電力に応じて前記ゲート信号のレベルを切り換えて出力する電力制御手段とを備える。

さらに好ましくは、前記ゼロクロス検出回路は、前記電源電圧が前記閾値より大きいときに高レベル信号を、小さいときに低レベル信号をゼロクロス信号として出力し、前記遅延手段は、前記交流電源の第１の半周期の期間内に前記ゲート信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジが納まり、かつ、前記第１の半周期の直後の半周期に、前記第１の半周期に立ち上がったゲート信号の立ち下がりエッジ、又は前記第１の半周期に立ち下がったゲート信号の立ち上がりエッジが納まるように、前記ゼロクロス信号のエッジを遅延させたゲート信号を出力する。

さらに好ましくは、前記ゼロクロス検出回路は、前記電源電圧が前記閾値より大きいときに高レベル信号を、小さいときに低レベル信号をゼロクロス信号として出力し、前記遅延手段は、前記ゲート信号のレベルの切り換えのタイミングが前記交流電源のゼロクロス点と一致せず、かつ、ゲート信号の位相と交流電源の位相とが時間に関係なく一定であるように前記ゼロクロス信号のエッジを遅延させたゲート信号を出力する。

さらに好ましくは、前記ゼロクロス検出回路は、前記電源電圧が前記閾値より大きいときに高レベル信号を、小さいときに低レベル信号をゼロクロス信号として出力し、前記遅延手段は、第１の遅延時間ａと前記第２の遅延時間ｂとの関係がａ＜４ｍｓかつ２ｍｓ＜ｂ＜７．７ｍｓかつａ＜ｂとなるようにゼロクロス信号のエッジを遅延させたゲート信号を出力する。

さらに好ましくは、前記負荷はヒータであり、前記電力制御手段は、前記ヒータの温度に応じた電力を通電するよう前記ゼロクロス同期スイッチング素子のゲート信号をオンレベルに制御する。

あるいは、本発明は、上記電力制御装置により、ヒータを前記負荷としてその温度を制御することを特徴とするヒータ制御装置にある。

あるいは、本発明は、画像データに応じた顕像を、色材によって印刷媒体上に形成する画像形成手段と、
前記印刷媒体上の色材を熱定着させるためのヒータと、
前記ヒータを制御するための請求項４または５に記載のヒータ制御装置と
を備える画像形成装置にある。

本発明によれば、交流電源電圧の波形が歪んでいる場合でも良好なヒータの波数制御が可能となる。また、電源周波数の変動が生じても、良好なヒータの波数制御が可能となる。

＜画像形成装置の構成および動作＞
図１は、本発明の電子写真方式でインライン型の中間転写ベルト（中間転写手段）を有するフルカラー画像形成装置（フルカラープリンタ）の一例を示す概略構成図である。

この画像形成装置１０００は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えており、これら４つの画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは一定の間隔において一列に配置される。

各画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋには、それぞれ像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの周囲には、一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写手段としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ配置されており、一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの間の下方には、レーザー露光部７が設置されている。

各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、負帯電のＯＰＣ（有機光導電体）感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、不図示の駆動装置によって図２の時計回り方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。

一次帯電手段としての一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。

各現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーが収納されている。現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、それぞれ各色の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させてトナー像として現像（可視像化）する。

一次転写手段としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各一次転写部３２ａ〜３２ｄにて中間転写ベルト８を介して各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに当接可能に配置されている。

ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、感光ドラム２上で一次転写時の残留した転写残トナーを、該感光ドラム２から除去するためのクリーニングブレード等を有している。

中間転写ベルト８は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。この中間転写ベルト８は、各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面側に配置されて、二次転写対向ローラ１０とテンションローラ１１間に張架されていて、該二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４において、中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。

二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４にて中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。また、無端状の中間転写ベルト８の外側で、テンションローラ１１の近傍には、該中間転写ベルト８の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置（不図示）が設置されている。また、二次転写部３４よりも転写材Ｐの搬送方向の下流側には、定着ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂを有する定着器１６が縦パス構成で設置されている。

露光部７は、与えられる画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応した発光を行う半導体レーザ等のレーザー発光手段と、ポリゴンレンズ、反射ミラー等で構成される。各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを画像信号で変調されたレーザ光で露光することによって、各一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで帯電された各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面に画像情報に応じた各色ごとの静電潜像を形成する。

図２に露光部（レーザースキャナユニット）７の上視図を記す。図２においてＢＤセンサ２１４はレーザドライバ１１７基板上に実装されておりＢｋ用感光ドラム２ｄの走査開始側に取り付けられている。

Ｂｋ用感光ドラム以外へのレーザ露光走査もＢＤセンサ２１４でのビーム検知信号をもとに行われる。図２のようにレーザ光を同じ方向から照射した場合は、Ｙ用、Ｍ用感光体へのレーザ露光走査は、主走査の後端側から露光することになり、Ｃ用、Ｂｋ用感光体への露光とは逆方向となる。この場合はＹ用、Ｍ用ビデオデータの１ライン分をＬＩＦＯ（Ｌａｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリ等に入れ画像の順番を入れ替えるのが普通である。もちろん全ての感光体について主走査ラインの先頭から照射されるのであればＬＩＦＯを用いる必要はない。

さて、本実施形態の画像形成装置は以上のように構成され動作するが、トナー等の色材の熱定着器を備える画像形成装置であればその画像形成機構が本実施形態と相違するものであっても、本発明は適用可能である。

図１の画像形成装置（電子写真式プリンタ）による画像形成は以下のように行われる。画像形成開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される各画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれ一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって一様に負極性に帯電される。そして、露光装置７は、外部から入力されるカラー色分解された画像信号をレーザー発光素子から照射し、ポリゴンレンズ、反射ミラー等を経由し各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に各色の静電潜像を形成する。

そして、まず感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａにより、イエローのトナーを付着させてトナー像として可視像化する。このイエローのトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラ５ａとの間の一次転写部３２ａにて、一次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａにより、駆動されている中間転写ベルト８上に一次転写される。

イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト８は、画像形成部１Ｍ側に移動される。そして、画像形成部１Ｍにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト８上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、一次転写部３２ｂにて転写される。この時、各感光体ドラム２上に残留した転写残トナーは、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに設けられたクリーナブレード等により掻き落とされ、回収される。

以下、同様にして、中間転写ベルト８上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に画像形成部１Ｃ，１Ｂｋの感光ドラム２ｃ，２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各一次転写部３２ａ〜３２ｄにて順次重ね合わせて、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト８上に形成する。

そして、中間転写ベルト８上のフルカラーのトナー像先端が、二次転写対向ローラ１０と二次転写ローラ１２間の二次転写部３４に移動されるタイミングに合わせて、給紙カセット１７又は手差しトレイ２０から選択されて搬送パス１８を通して給紙される転写材（用紙）Ｐが、レジストローラ１９により二次転写部３４に搬送される。二次転写部３４に搬送された転写材Ｐに、二次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された二次転写ローラ１２により、フルカラーのトナー像が一括して二次転写される。

フルカラーのトナー像が形成された転写材Ｐは、定着器１６に搬送されて、定着ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂとの間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて転写材Ｐの表面に熱定着された後に、排紙ローラ２１によって本体上面の排紙トレイ２２上に排出されて、一連の画像形成動作を終了する。

＜コントローラ部の構成＞
図３は従来の画像形成装置１０００におけるコントローラ部150および画像処理部300のブロック図である。画像形成装置１０００は、コンピュータ１０６等のホスト装置から所定形式の印刷命令を受信すると、画像処理部３００においてその命令の解析や、画像形成装置の階調表現能力等に応じたビットマップ画像データの生成等を行う。生成された画像データは、コントローラ１５０からの画像処理部３００に入力されるＢＤ信号や垂直同期信号などを同期信号に応じてコントローラ部１５０に入力される。コントローラ部１５０では、まずＰＷＭ部２１５において、画像信号にパルス幅変調を施してレーザユニット１１７によるレーザのオンオフ信号となるＰＷＭ信号を生成し、レーザユニット１１７に入力する。

コントローラ部１５０においては、ＣＰＵ201は、Ｉ／Ｏインターフェース２０６に接続されたデバイスにより構成されるエンジン部を含めてコントローラ１５０全体の制御を行う。ＣＰＵ２０１は、画像形成装置１０００の制御手順（制御プログラム）を記憶した読み取り専用メモリ203（ＲＯＭ）からプログラムを順次読み取り、実行する。ＣＰＵ201のアドレスバスおよびデータバスは202のバスドライバー回路、アドレスデコーダ回路をへて各負荷に接続されている。また、ＲＡＭ204は、入力データの記憶や作業用記憶領域等として用いる主記憶装置を構成するランダムアクセスメモリである。

Ｉ／Ｏインターフェース206は各種入出力デバイスに接続されている。入出力デバイスには、操作者が操作を行うためのタッチパネルやスイッチおよび装置の状態等を表示する液晶やＬＥＤを含む操作パネル151や、給紙系、搬送系、光学系の駆動を行うモーター類207、搬送系等におけるクラッチ類208、ソレノイド類209、また、搬送される用紙を検知するための紙検知センサ類210等の画像形成装置の各負荷が含まれる。そのほか、現像器118に配置された、現像器内のトナー量を検知するトナー残検センサ２１１や、各負荷のホームポジション、ドアの開閉状態等を検知するためのスイッチ類212、高圧ユニット２１３、ビーム検知（ＢＤ）センサ２１４もＩ／Ｏポート206に接続される。高圧ユニット213は、ＣＰＵ２０１の指示に従って、１次帯電器113、現像器118、転写前帯電器121、転写帯電器133、分離帯電器134へ高圧を出力する。また、熱定着器１６のヒータ温度を測定するための温度センサ２１８の入力信号もＩＯインターフェース２０６に入力される。

ＣＰＵ２０１には、ヒータ駆動回路２１６およびゼロクロス検出回路２１７が接続されている。ヒータ駆動回路２１６にはさらにオンデマンドヒータ７０１が接続されている。本実施形態では、ヒータ駆動回路２１６およびゼロクロス検出回路２１７はＣＰＵ２０１に直接接続されているが、ＩＯインターフェース２０６を介して接続しても良い。ＣＰＵ２０１は、ゼロクロス検出回路２１７に対して、チャタリング除去のためのレジスタ設定値を入力する。ゼロクロス検出回路２１７は、電源電圧のゼロクロス点を検出して、レジスタ設定に従ってチャタリングを除去し、ゼロクロス信号ＺＥＲＯ＿ＯＵＴとしてＣＰＵ２０１に入力する。ＣＰＵ２０１からヒータ駆動回路２１６に対しては、ヒータ７０１に対する通電／切断を制御するためのヒータ制御信号が入力される。ＣＰＵ２０１は、入力されたゼロクロス信号ＺＥＲＯ＿ＯＵＴに基づいてヒータ制御信号を生成する。ヒータ駆動回路２１６は、ヒータ駆動信号のオンのときにヒータ７０１へと交流電源９０１からの電源電圧を供給する。

また、ホスト装置１０６がコンピュータではなく、画像スキャナなどである場合には、そのＣＣＤユニット等のイメージセンサから出力された画像信号が画像処理部３００に入力される。画像処理部３００では所定の画像処理を行い、ＰＷＭ部２１５に入力する。ＰＷＭ部２１５は、入力された画像データに従ってレーザーユニット117の制御信号を出力する。レーザーユニット117から出力されるレーザー光は感光ドラム110を照射し、露光するとともに非画像領域において受光センサであるところの214のビーム検知センサによって発光状態が検知され、その出力信号がＩ／Ｏポート206に入力される。前述の通りその信号が画像処理部３００に入力される同期信号の基準信号となる。

＜画像形成動作＞
次に画像形成装置の動作の説明を行う。画像形成動作開始信号が発せられると、選択された用紙サイズ等により選択された給紙段から給紙動作を開始する。たとえば上段の給紙段から給紙された場合について説明すると、まず給紙ローラにより、カセットから転写材Ｐが一枚ずつ送り出される。そして転写材Ｐが給紙ガイド18の間を案内されてレジストローラ19まで搬送される。その時レジストローラは停止されており、紙先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成部が画像の形成を開始するタイミング信号に基づいてレジストローラは回転を始める。この回転時期は、転写材Ｐと画像形成部より中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域においてちょうど一致するようにそのタイミングが設定されている。

一方画像形成部では、画像形成動作開始信号が発せられると、既述の動作によって各色のドラム上に静電潜像が形成される。すなわち、副走査方向の形成タイミングは中間転写ベルト８の回転方向において一番上流にある感光ドラム（本実施形態の場合はＹ）から順に各画像形成部間の距離に応じて決定され、制御される。また各ドラムの主走査方向の書き出しタイミングについては図示しない回路動作により１つのＢＤセンサ信号（本実施形態ではＢｋに配置されている）を用いて、擬似ＢＤセンサ信号を生成し制御する。形成された静電潜像は、前述したプロセスにより現像される。そして前記一番上流にある感光ドラム２ａ上に形成されたトナー画像が、高電圧が印加された一次転写用帯電器５ａによって一次転写領域において中間転写ベルト８に一次転写される。一次転写されたトナー像は次の一次転写領域まで搬送される。そこでは前記したタイミング信号により、各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて次のトナー像が転写される事になる。以下も同様の工程が繰り返され、結局４色のトナー像が中間転写ベルト８上において一次転写される。

その後記録材Pが二次転写領域に進入して、中間転写ベルト８に接触すると、記録材Pの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ12に、高電圧を印加させる。そして前述したプロセスにより中間転写ベルト上に形成された4色のトナー画像が記録材Pの表面に転写される。その後記録材Pは搬送ガイド34によって定着ローラニップ部まで正確に案内される。そしてローラ対１６ａ，１６ｂの熱及びニップの圧力によってトナー画像が紙表面に定着される。その後、内外排紙ローラ21により搬送され、紙は機外に排出される。

次に図４以下を用いて本発明のオンデマンドヒータの波数制御について説明する。図４は図１のオンデマンドヒータ１６の構成図である。オンデマンドヒータ１６は、セラミックヒータ701、定着フィルム702、加圧ローラ703、コの字板金711、サーミスタ712、ホルダ713、セルフバイアス回路714を備えている。セラミックヒータ701は、セラミックに発熱パターンを印刷したヒータであり、１秒間で５０℃ほど温度上昇する極めて応答性の高いヒータである。定着フィルム702は金属を基材とし、その上に300μｍほどのゴム層を設け、さらにフッ素表面処理を施したフィルムで、熱容量が極めて小さく、ニップ部（接触部位）のみヒーターの熱を伝える。加圧ローラ703は硬度60度程度のローラで、定着フィルム702を摩擦駆動している。コの字板金711は定着フィルム702を内側から加圧ローラ703に加圧しており、その加圧力は180N程度である。サーミスタ712はヒータ７０１の温度を検知する。ヒーター中央に配置されたメインサーミスタは定着温度制御のための温度を検知している。ヒーター端部に配置されるサブサーミスタは、小サイズ紙などを通紙した際の非通紙部の温度上昇を検知している。サーミスタ７１２は温度センサ２１８を構成しており、サーミスタ７１２の出力はたとえばＡＤ変換器によりディジタル信号に変換された温度信号として温度センサ２１８から出力される。図５は図４のヒータ701の平面図である。図中、発熱体704は、電極705の両端に電圧を印加することで発熱する。

＜ヒータ駆動回路＞
次に、定着器１６におけるセラミックヒータ７０１の駆動、制御を行うヒータ駆動回路２１６について説明する。図６は、本発明にかかるセラミックヒータ７０１の駆動、制御を行うヒータ駆動回路の回路図である。図６に示したように、ヒータ駆動回路２１６は、ＡＣフィルタ９０２と、交流電源９０１にＡＣフィルタ９０２を介して接続されたセラミックヒータ７０１、ＡＣフィルタ９０２及びセラミックヒータ７０１間に接続されたトライアック９０４，抵抗９０５，９０６、この抵抗９０５，９０６間に直列接続されたフォトトライアックカプラ９０７、このフォトトライアックカプラ９０７に一端が接続された抵抗９０８、フォトトライアックカプラ９０７にコレクタ端子を接続したトランジスタ９０９、このトランジスタ９０９のベース端子に接続された抵抗９１０を有する。抵抗９１０の一端にはCPU２０１が接続される。

商用電源等の交流電源９０１は、ＡＣフィルタ９０２を介してセラミックヒータ７０１へ電力を供給することによりセラミックヒータ７０１を発熱させる。このセラミックヒータ７０１への供給電力は、トライアック９０４により通電、遮断が行われる。抵抗９０５，９０６は、トライアック９０４のためのバイアス抵抗であり、また、フォトトライアックカプラ９０７は、１次、２次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ７はトライアック９０４のゲート信号のスイッチを構成しており、その発光ダイオードに通電することにより受光素子が導通状態となってトライアック９０４のゲート信号がオン（導通状態）となり、トライアック９０４自体がオンされる。

抵抗９０８は、フォトトライアックカプラ９０７の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ９０９によりオン（導通状態）／オフ（非道通状態）される。トランジスタ９０９は、抵抗９１０を介してCPU２０１からのヒータ制御信号にしたがって動作し、ヒータ制御信号がオンであればオンとなり、フォトトライアックカプラ７の発光ダイオードに通電され、ひいてはトライアック９０４がオンされる。ヒータ制御信号がオフであればトランジスタ９０９もオフとなってトライアック９０４もオフされる。

図４の構成図で説明したようにヒータの熱応答は極めて速い。したがってオンデマンドヒータではAC波形の波数を制御する波数制御やオン位相を制御する位相制御を行って温調することが一般的である。位相制御は高調波や端子雑音が厳しくコスト的にも高い。そのため本実施形態では、コストやノイズ面で有利な波数制御を用いている。しかしながらゼロクロスに対する考え方は位相制御においても同じである。

ヒータの波数制御について図７を用いて説明する。図６で用いているトライアック９０４はゼロクロス同期タイプのもので、AC入力波形のゼロクロス点より前からオン信号が入っていれば、すなわちゼロクロス点においてゲート信号がオンであれば、そのゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半波分の電流を導通する。

図７に示すようにタイミングｔ１でヒータ制御信号がオンとなり、そのレベルをゼロクロス点ｚ１まで保持すると、トライアック９０４はゼロクロス点ｚ１から次のゼロクロス点ｚ２までの半波波形W1を導通（オン）する。ゼロクロス点ｚ２でヒータ制御信号がオンのままだと半波波形W2も通電する。タイミングｔ２でヒータ制御信号をオフすると、トライアック９０４はゼロクロス点ｚ３で非導通（オフ）となる。次にゼロクロス点ｚ３とｚ４との間のタイミングｔ３でヒータ制御信号をオンすると、その次のゼロクロス点ｚ４から半波波形W3が通電される。このようにトライアック９０４によって交流の半波を通電する際は、そのゼロクロス点よりも前のタイミングでヒータ制御信号をオンに切り替えて少なくともゼロクロス点においてそのレベルを保持している必要がある。逆にトライアック９０４を非道通とする際は、非道通とするタイミングであるゼロクロス点よりも前のタイミングでヒータ制御信号をオフに切り替えて少なくともゼロクロス点においてそのレベルを保持している必要がある。

次に図８を用いて波数制御のレベルについて説明する。オンデマンドヒーターに印加する交流波形は、本実施形態では１５半波を１ブロックとし、１ブロック内の半波をどれだけオンさせるかによって１５レベルの値を持っている。レベル１は１５半波のうち１半波だけをオンし、レベル２は２半波をオンする。以下同様にオンする半波の数に応じて、１５レベルの値を持つ。前述したメインサーミスタによる温度検知結果に応じて、図８の温調レベルを使い分ける。なお、本実施形態のセラミックヒータは印加電圧に対する応答性が極めて高いために、１ブロック中においてできるだけ一様な間隔でオンするのが望ましい。電源が５０Ｈｚであれば１半波に相当する時間は１０ミリ秒であり、６０Ｈｚであれば８．３ミリ秒である。したがって、電源が５０Ｈｚの場合には１５０ミリ秒、６０Ｈｚの場合には１２５ミリ秒を１周期として、図８に示した各温調レベルに応じた波形の電流がヒータ７０１に導通される。なお、このほかレベル０として無通電状態が含まれる。

ＣＰＵ２０１は、この１５レベルのいずれかでヒータを駆動するために、ヒータ制御信号のオンオフを切り換える。ヒータ制御信号の位相と電源電圧の位相とは、本発明に依れば一定の時間的関係となり、それについては、図１１、図１２、図１４、図１５などを参照して後で説明する。この位相の関係を別とすれば、ヒータに通電する波数とヒータ制御信号のオンレベルとは対応関係があり、ヒータの温度制御はヒータ制御信号のオン／オフの切替を制御することで行われる。すなわち、ＣＰＵ２０１は、図８の各レベルに対応したパターンでヒータ制御信号を出力する。本実施形態では、ヒーターの温度を温度センサ２１８により検出して、ＣＰＵ２０１によりヒータ７０１が目標温度になるようにＰＩＤ制御を行い温調レベル（図８に示した。）を使い分けている。目標温度より低い場合は温調レベルを上げ、ヒータに通電させる波数を増やし、目標温度より高い場合は温調レベルを下げ、ヒータに通電させる波数を減らすのがＰ制御である。すなわち、一定時間あたりのヒータ温度の変動に比例した制御出力（波数）を負荷に与えることで、フィードバック制御を行う。目標温度に対する温度差の累積値によって温調に使う温調レベルの中心レベルをきめるのがＩ制御である。これにより定常偏差を解決することができる。急激な温度変化があった場合に中心レベルを変えるのがＤ制御である。これにより大きな偏差が実際に発生する前にそれを予測制御することができる。

ＣＰＵ２０１によるヒータ制御はたとえば次のような制御となる。ＣＰＵ２０１は、温度センサ２１８から入力される温度（温度データ）に基づいて、セラミックヒータを所定の設定温度に維持すべく、図８のレベル０〜レベル１５のいずれかとなるよう制御信号の出力パターンを決定し、その出力パターンに応じてヒータ制御信号のオンオフを切り換える。たとえば、印刷開始時にヒータをオンとし昇温させるために、まずＣＰＵ２０１は、所定レベルたとえば最高レベルであるレベル１５に対応するパターンでヒータ制御信号を出力する。レベル１５では、１５半波に相当する時間（以下、この１５半波を１サイクル、１５半波に相当する時間を１サイクル時間と呼ぶことにする。）、ヒータ制御信号をオンレベルに維持する。これを温度データを所定サンプリングレートで監視しつつ予め定めたサイクル数、繰り返す。ヒータ７０１が５０度／秒程度で昇温するとし、例えば目標温度が１５０度であり室温が２５度であれば、レベル１５を２５０サイクル繰り返せばヒータは１２５度程度昇温して目標温度となる。その時点で定常状態に移行し、ＣＰＵ２０１は予め定めた中心レベル（たとえばそのときの室温に対応して決定しておく。）の駆動パターンにしたがってヒータ制御信号を出力する。そして、ＣＰＵ２０１は所定時間おきにヒータ温度を監視し、ヒータ温度が低下したなら低下した温度に応じたレベルに対応するパターンでヒータ駆動信号を出力する。また、過熱したなら超過した温度に応じたレベルに対応するパターンでヒータ駆動信号を出力する。この変化した温度と温調レベルとの対応関係がＰＩＤ制御により決定される。

なお、本実施形態では各レベルに対応するパターンでヒータ駆動信号を出力するとしたが、特にパターンは定めず、波数を各パターンに対応させて駆動してもよい。

＜ゼロクロス検出回路＞
次に、ゼロクロス検出回路の詳細な回路構成を説明する。まず本願発明との対比のために、図１８に、従来のゼロクロス検出回路の回路図を示す。図１８に示したように、ゼロクロス検出回路は、ＡＣフィルタ９０２を介して交流電源９０１が入力されるダイオードブリッジ９３１、このダイオードブリッジ９３１の出力端子に接続される保護抵抗９３２、この保護抵抗９３２とダイオードブリッジ３１のマイナス端子間に接続され交流電源９０１に対してループ形成する抵抗９３３，コンデンサ９３５及び抵抗９３６、これらループを形成する回路素子に並列接続されたトランジスタ９３７、抵抗９３８、このトランジスタ９３７によって抵抗９３８を介して駆動されるフォトカプラ９４２、このフォトカプラ９４２で構成される。ダイオードブリッジ９３１には、ＡＣフィルタ９０２を介して交流電源９０１が入力される。このダイオードブリッジ９３１により全波整流された交流信号は保護抵抗９３２を介して、抵抗９３３，コンデンサ９３５，抵抗９３６を通り、ダイオードブリッジ９３１のマイナス端子に入力され、交流電源９０１に対して電流ループが形成される。

トランジスタ９３７には、交流電源９０１の電圧と、抵抗９３２，９３３，コンデンサ９３５，抵抗９３６によって決定される電圧が入力される。ここで、交流電源９０１の電圧が、抵抗９３２，９３３，コンデンサ９３５，抵抗９３６，トランジスタ９３７によって決定されるスライス電圧Vth以下であれば、トランジスタ９３７はオフとなり、上記スライス電圧Vth以上であればオンとなる。トランジスタ９３７の出力は、フォトカプラ９４２を駆動する。フォトカプラ９４２は、１次，２次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。

上記のようなゼロクロス検出回路において、交流電源９０１がスライス電圧Vth以下であるとき、トランジスタ９３７はオフし、フォトカプラ９４２はオンとなり、ゼロクロス検出回路の出力ＺＥＲＯＸＡはＬｏｗとなる。すなわち、ゼロクロス信号ＺＥＲＯＸＡは、「交流電源９０１の電圧がゼロボルトを中心として上下にスライス電圧Vth以内」であること、すなわちゼロクロス付近の電圧値であることを示す信号である。ここで、トランジスタ９３７のスイッチングスピードは、抵抗９３３，９３６及びコンデンサ９３５により制御される。

図１８の回路での波形の様子を図１９に示す。図１８の全波整流回路を用いたゼロクロス検出回路は、AC波形のゼロクロス近傍点のみにパルスが現れるようなゼロクロス信号を生成し、図１９ＺＥＲＯＸＡ信号に示すようなアクティブローのゼロクロス信号が生成される。図２０のような歪んだＡＣ入力正弦波の場合に全波整流回路によるゼロクロス信号生成を行うと、整流後の波形が図２０ａ点波形のようになり、トランジスタの閾値レベルに達しない部分が出来てしまう場合がある。その結果、生成されるゼロクロス信号は図２０ＺＥＲＯＸＡのようにり、本来ほしい点線部分のパルスが出力されない。このようなゼロクロス信号を用いて図８の波数制御を行った場合、ＰＩＤ制御を用いても思うように目標温度に収束させられない場合が出たり、リプルが大きく出たりすることがある。

＜本発明に係るゼロクロス検出回路＞
図９は、本実施形態にかかる半波整流によるゼロクロス検知を行うゼロクロス検知回路の回路図である。この回路は、図２０のようにＡＣ入力正弦波が歪んでいる場合の誤動作を防ぐことができる。図９に示した回路において、ダイオード９６１には、ＡＣフィルタ９０２（不図示）を介して、HOT端子側のＡＣ信号が入力され半波整流される。この半波整流された信号は、抵抗９６５，コンデンサ９６３，抵抗９６８を介して、ダイオードブリッジ９６０のマイナス端子に入力され、交流電源９０１に対してループを形成する。なおブリッジ９６０の出力は、平滑回路や降圧回路を介して直流電源として画像形成装置の各部に供給される。

フォトカプラ９６６は、１次、２次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトカプラ９６６からの信号に応じて抵抗９６２，９６４で決まる閾値レベルに応じてトランジスタ９６７がオン／オフされて図１０のZEROXの波形が得られる。

図１０は、この回路により送出されるZEROX信号を説明する図である。図１０に示すように、抵抗９６２，９６４で決められた閾値レベルと半波整流した電圧とが比較され、半波ごとにHレベルとLレベルが切り換わるゼロクロス信号が生成される。図１８の回路ではＡＣ入力正弦波のゼロクロス点でアクティブローのパルス状のゼロクロス信号を発生していたが、図９の回路ではＡＣの略半波分のデューティーでゼロクロス信号が切り換わるため、ゼロクロス点はＺＥＲＯＸ信号の立ち上がり、立下り部分になる。

図９の半波整流回路を用いたゼロクロス検知回路は、図２１に示すように、ゼロクロス点での立ち上がり、立下りが確保されたゼロクロス信号を出力する。したがって歪み波形に対しては、半波整流によるゼロクロス信号生成のほうが有利である。

本実施形態では、歪み波形として図２０を用いて説明したが図１６、図１７に示すように他の歪み波形についても同様の効果が得られる。すなわち、電源波形が歪んでいても、確実にゼロクロス点を検出して、ゼロクロス信号の立ち上がりあるいは立ち下がりエッジとして出力することができる。

しかし、図１１に示すように、ｂ点波形の閾値部分ではチャタリングが発生することがある。また、整流波形からトランジスタの閾値レベルでゼロクロス信号を生成しているため、ゼロクロス信号の立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジは厳密に言うと図１３に拡大したようにＡＣ正弦波のゼロクロスポイント（○印の点）と少しずれている。本実施形態では、ゼロクロス点からゼロクロス信号立ち下がりまでの遅延時間Ｔｚｓ、ゼロクロス信号立ち上がりからゼロクロス点までの遅延時間Tzeは、約５００μｓから1ｍｓになるよう閾値レベルを決めている。従来のゼロクロス回路（図１８）でのゼロクロス信号ZEROXAのパルス幅は500μｓから１ｍｓ程度とされている。それ以上短いと、パルスがうまく出なかったりチャタリングの影響が出たりし、また長すぎるとひずみ波の高調波成分の影響を受けたりするため、パルス幅は略500μｓ〜１ｍｓとされている。本実施形態では、スレッシュレベル（閾値）付近のゼロクロス信号に生じるチャタリングを防止するため、Tzs、Tzeをそれぞれ500μｓ〜１ｍｓとした。したがって電源周波数が６０Hzの場合、ZEROXのH区間は７．３３３ｍｓ〜６．３３３ｍｓということになる。一般化すると、Tzs、Tzeをｄ秒とするための閾値Ｖｔｈは、電源電圧が理想的な正弦波の実効値がＶ、周波数がｆであれば、Ｖｔｈ＝√２・Ｖ・ｓｉｎ（２πｆｄ）となる。すなわち、Tzs、Tzeをそれぞれ500μｓ〜１ｍｓとするための閾値Ｖｔｈは、実行電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚの交流電源の場合には、Ｖｔｈは２２．５Ｖ〜４４．５Ｖ程度となる。

本実施形態ではヒーターに給電するためのトライアックとして、ゲート信号がオンであるゼロクロス点からゲート信号がオフであるゼロクロス点までを導通するゼロクロス同期のものを用いているため、トライアックをオンオフするゲート信号の切替のタイミングはトライアックによるゼロクロス検知ポイントより早いタイミングである必要がある。そこで本実施形態では図１１のＸ，Ｙの値を最適に設定することでゼロクロス点の問題を解決している。本実施形態では、チャタリング除去はゼロクロス検出回路により行っている。もちろん、いずれもゼロクロス信号の位相の遅延を伴うものであり、ゼロクロス検出回路のみにより実現することも、ＣＰＵのみにより実現することもできる。

本実施形態の方式では、ゼロクロス検出回路２１７に、図９の回路に加えてチャタリング除去回路を備える。すなわち、図１２に示すように、図９のＺＥＲＯＸ信号をＡＳＩＣ１２０１に入力してチャタリングを除去し、その信号を出力ゼロクロス信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴとして出力する。このように図９の回路と図１２の回路とが一体となってゼロクロス検出回路２１７を構成する。このＡＳＩＣ１２０１は、ＣＰＵから設定可能なレジスタを備えており、たとえば次のような構成を有する。すなわち、レジスタに設定された値をｒとして、入力されるＺＥＲＯＸ信号を一定周期でサンプリングし、サンプリングした値がｒ回連続して同一のレベルであったなら、そのレベルを出力ゼロクロス信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴとして出力する。このようにして、図１２のようにＡＳＩＣ１２０１で半波整流回路からのゼロクロス信号を受信し、ＣＰＵによって設定されるレジスタ値のサンプリング数だけ同一レベルが連続した場合にそのレベルを示すＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴという信号が出力される。したがって、チャタリングが収束してからサンプリング数に応じた時間、出力される信号の位相は遅延する。

しかしながら実際はゼロクロス検知回路内の容量成分などにより、チャタリングが発生することはほとんどなく、ＣＰＵによるサンプリング数ｒは大きな値にする必要はない。またＣＰＵのサンプリング周波数はゼロクロス信号の周波数に対して充分早いため、このチャタリング除去に要する時間はわずかで、ヒーターオンオフ信号生成のための遅延時間Ｘ，Ｙに影響を及ぼすほどの長さではない。このサンプリング数ｒは出荷時に設定されている固定値である。

信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴはＣＰＵ２０１に入力され、さらに一定時間遅延されてヒータ制御信号となる。ＣＰＵによる遅延は、内蔵あるいは外付けのタイマによって所望時間測定し、測定した時間だけ遅延させて出力するという方法によって行う。なお、信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴは、商用電源の交流周波数と同じ程度（５０〜６０Ｈｚ）の周波数を持ち、ＣＰＵの同期信号の周波数（数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度）と比較すると相当低周波である。したがって、信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴの変動により割り込みを発生させるまでもなく、ＣＰＵ２０１が一定周期でレベルの変化を監視すれば実用的には十分であろう。もちろん号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴの変動による割込み駆動にしてもよい。

さて、信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴが入力されたＣＰＵ２０１は、その立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジをそれぞれ設定値Ｘ，Ｙずつ遅延させてヒータ制御信号を生成する（図１１参照）。Ｘ、Ｙの値は、図１４、図１５の双方の波形を満たすような遅延量に設定される。図１４は４５Ｈｚ，図１５は６５Ｈｚの波形である。日本における商用電源の周波数は通常５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであるため、電源周波数として４５Ｈｚから６５Ｈｚまでを想定して、その範囲で正常動作することを保証しておけば実用的には十分である。

図１４においては、半波の長さが１１．１ミリ秒である。ゼロクロス信号にはチャタリング除去分の遅延（図１４には表れていない）が生じている。さらに、閾値レベルによるエッジのずれ（立ち上がり立ち下がりで合わせて１ミリ秒〜２ミリ秒の長さ半波の長さより短い）のため、図１４のオンレベルの長さは９．１ミリ秒〜１０．１ミリ秒程度となり、信号のデューティ比は０．５より小さくなっている。そのために、このままでは、ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴ信号の遅延量によってはオンレベルが電源電圧の互いに隣接するゼロクロス点の間にすべて収まることもあり得る。その場合、ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴ信号の立ち上がりや立ち下がりエッジに同期してヒータ制御信号をオン／オフしても、オンオフしたそのレベルが電源電圧のゼロクロス点では保持されておらず、通電されないということも生じ得る。そこで、ゼロクロス点におけるヒータのオン／オフを確実に行うべく、ヒータ制御信号をＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴ信号のエッジに同期してオン／オフさせず、しかもヒータ制御信号の位相と電源電圧の位相とが時間に関係なく一定となるようにヒータ制御信号の位相をずらす。そのために、ヒータ制御信号の立ち上げ／立ち下げタイミングをＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴ信号のエッジから一定時間Ｘ，Ｙずつ遅延させることで、ゼロクロス点においてはヒータ制御信号が確実に所望のレベルにあらしめる。これは図１５についても同様である。具体的には以下の通りとする。なお、以下の例では、ゼロクロス信号の閾値Ｖｔｈの値は、ゼロクロス信号と実際のゼロクロス点とのずれが、０．８ミリ秒〜１．８ミリ秒程度になるように決定されている。これはゼロクロス点の検出精度を上げるためである。

図１４，図１５を満たすためには高い周波数側で考えればよい。ａ点はＡＣ半波上昇のゼロクロス点より遅いタイミングであり、ｂ点はＡＣ半波下降ゼロクロス点より早いタイミングである。そのため、Ｙ＞Ｘの関係が望ましい。なお、このＸ、Ｙには、ＡＳＩＣ１２０１によるチャタリング除去に要した時間も含まれている。そのため必ずしもＹ＞Ｘの関係になっている必要はないが、Ｙ＜Ｘとなった場合、設定時間によっては立ち下がりエッジのチャタリング除去時間のマージンが充分に取れない（時間ＹがＡＳＩＣ１２０１によるチャタリング除去時間以下になる）タイミングが出てくる可能性がある。

また図１５ではゼロクロス信号のＨ部分が７．７ｍｓのうちの４〜６ｍｓ程度、逆にＬの部分が７．７ｍｓに対し１１．４〜９．４ｍｓ程度といった関係になるように閾値Ｖｔｈが与えられている。遅延量Ｘが次のトライアックオンのためのゼロクロスより遅れてはいけないのでＸ＜４ｍｓとなる。つまり時間Ｘは、図１３の半波周期からＴｚｓ、Ｔｚｅ時間を引いた数値の最小値（この場合ゼロクロス信号のＨ部分を４〜６ｍｓ程度と想定しているので最低値である４ｍｓ）以上の値になってはいけない。もし４ｍｓ以上の時間を取った場合、次の半波のためのオフ信号（ヒータ制御信号がオフになること）が出る前に、ヒータ制御信号がオンのままトライアックがゼロクロスを検知して通電してしまう。

逆に時間Ｙは一番短くてもトライアックのゼロクロス点を過ぎる時間（Ｙ＞Ｔｚｅすなわち２ｍｓ程度）が必要で、かつ次のトライアックオンまでの時間７．７ｍｓより短い時間（Ｙ＜７．７ｍｓ）が必要である。この場合も７．７ｍｓ以上の値を設定してしまうと次のトライアックのゼロクロス検知よりも遅れてしまい、通電できない可能性が出てきてしまう。

以上の関係からＸ，Ｙの設定値を決定すればよい。本実施形態の場合、Ｘ＝２ｍｓ、Ｙ＝４ｍｓ程度の時間にしておけばチャタリングも除去する時間的余裕も持つことができるとともに、トライアックオンのためのゼロクロス点に対する時間も充分確保される。なお、本実施形態では、Ｘ＝２ｍｓ、Ｙ＝４ｍｓからＡＳＩＣ１２０１によるチャタリング除去のための遅延時間を差し引いた時間、ＣＰＵ２０１は、ゼロクロス信号ＺＥＲＯＸ＿ＯＵＴの立ち上がり、立ち下がり各エッジをそれぞれ遅延させる。チャタリング除去のための遅延時間としては、たとえば実験的に決定した固定値を与えておく。そして、ＣＰＵ２０１は、そのタイミングに合わせて、図８のように決定された調温レベルに応じたパターンでヒータ制御信号のオンレベルとオフレベルとを切り換える。たとえば、レベル８であれば、オフ，オン，オフ，オン，オフ，オン，オフ，オン，オン，オフ，オン，オフ，オン，オフ，オンというパターンでヒータ制御信号のオンレベルとオフレベルとを切り換える。そして切替のタイミングは、図１４、図１５に示したヒータ制御信号のタイミングである。

この様な構成により、本実施形態の画像形成装置は、半波整流波を用いてゼロクロス信号を生成することで、交流電源電圧の波形が歪んでいる場合でも良好なヒータの波数制御が可能となる。

また、ヒータ制御信号の交流電源波形に対する遅延時間を一定の範囲に収めることで、電源周波数の変動があってそれに対する動的な制御を行うことなく、正常な温度制御が可能となる。

なお、本実施形態では、Ｙの値はヒータ制御信号のデューティ比がほぼ０．５となるように与えられている。これにより、ヒータ制御信号の一方のエッジ（たとえば立ち上がりエッジ）を、電源の相隣接するゼロクロス点間のタイミングとなるようにＸの値を決定すれば、他方のエッジ（たとえば立ち下がりエッジ）も相隣接するゼロクロス点間のタイミングとなる。

＜変形例＞
本発明は電子写真方式の画像形成装置における熱定着器のみならず、交流電源を用いたヒータの温度制御一般に適用することができる。たとえばインクジェット方式において、インク吐出時にあるいは吐出直後に用紙を加熱することでインクの浸透性を制御する技術において、その場合の用紙加熱用のヒータに本発明を適用して温度制御することができる。

本発明によるカラー画像形成装置の模式断面図 本発明のレーザスキャナ上視図 本発明の制御を司る電装系の構成図 本発明のオンデマンドヒーターユニットの構成図 本発明のセラミックヒーターの上視図 ヒーターオンオフ制御回路を示す図 ゼロクロス同期のトライアックを用いたときのヒーター通電波形を示す図 ヒーター温調に用いる波数制御テーブルを示す図 半波整流のゼロクロス検知回路を示す図 半波整流のゼロクロス検知回路によるゼロクロス信号生成の波形の様子を示す図 半波整流回路でのゼロクロスのチャタリングの様子を示した図 本発明のゼロクロス信号を遅延させてヒーターオンオフ信号を生成する場合の構成図 半波整流波形からゼロクロス信号を作った場合のゼロクロスポイントのずれを説明した図 ４５Ｈｚでのゼロクロス信号とトライアックオンオフ信号の関係を示した図 ６５Ｈｚでのゼロクロス信号とトライアックオンオフ信号の関係を示した図 交流電圧波形の別の歪み波を示した図 交流電圧波形の別の歪み波を示した図 全波整流のゼロクロス検知回路を示す図 全波整流のゼロクロス検知回路によるゼロクロス信号生成の波形の様子を示す図 全波整流回路での歪み波の場合のゼロクロス誤動作を示した図 半波整流回路での歪み波の場合の正しいゼロクロス信号生成を示した図

符号の説明

１５０ ＤＣコントローラ部
２０１ ＣＰＵ
２１５ ＰＷＭ部
３００ 画像処理部
１０６ ホストコンピュータ
７０１ セラミックヒータ
７０２ 定着フィルム
７０３ 加圧ローラ
９０１ 交流電源
９０２ ノイズフィルタ
９０４ トライアック
９０４ フォトトライアックカプラ
９３１ ダイオードブリッジ

Claims (7)

1. 交流電源から供給される電源電圧と閾値との大小を比較して、比較結果に応じたレベルの信号をゼロクロス信号として出力するゼロクロス検出回路と、
   前記交流電源と負荷との間に配置され、前記電源電圧の正負の切り換わりに同期して、ゲート信号のレベルに応じて交流半波分の電力通電／非通電を制御するゼロクロス同期スイッチング素子と、
   前記ゼロクロス信号の立ち上がりエッジから第１の遅延時間遅延したタイミング、または、前記ゼロクロス信号の立ち下がりエッジから第２の遅延時間遅延したタイミングに同期して、前記負荷に与える電力に応じて前記ゲート信号のレベルを切り換えて出力する電力制御手段と
   を備えることを特徴とする電力制御装置。
2. 前記ゼロクロス検出回路は、前記電源電圧が前記閾値より大きいときに高レベル信号を、小さいときに低レベル信号をゼロクロス信号として出力し、前記遅延手段は、前記交流電源の第１の半周期の期間内に前記ゲート信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジが納まり、かつ、前記第１の半周期の直後の半周期に、前記第１の半周期に立ち上がったゲート信号の立ち下がりエッジ、又は前記第１の半周期に立ち下がったゲート信号の立ち上がりエッジが納まるように、前記ゼロクロス信号のエッジを遅延させたゲート信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記ゼロクロス検出回路は、前記電源電圧が前記閾値より大きいときに高レベル信号を、小さいときに低レベル信号をゼロクロス信号として出力し、前記遅延手段は、前記ゲート信号のレベルの切り換えのタイミングが前記交流電源のゼロクロス点と一致せず、かつ、ゲート信号の位相と交流電源の位相とが時間に関係なく一定であるように前記ゼロクロス信号のエッジを遅延させたゲート信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
4. 前記ゼロクロス検出回路は、前記電源電圧が前記閾値より大きいときに高レベル信号を、小さいときに低レベル信号をゼロクロス信号として出力し、前記遅延手段は、第１の遅延時間ａと前記第２の遅延時間ｂとの関係がａ＜４ｍｓかつ２ｍｓ＜ｂ＜７．７ｍｓかつａ＜ｂとなるようにゼロクロス信号のエッジを遅延させたゲート信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
5. 前記負荷はヒータであり、前記電力制御手段は、前記ヒータの温度に応じた電力を通電するよう前記ゼロクロス同期スイッチング素子のゲート信号をオンレベルに制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力制御装置により、ヒータを前記負荷としてその温度を制御することを特徴とするヒータ制御装置。
7. 画像データに応じた顕像を、色材によって印刷媒体上に形成する画像形成手段と、
   前記印刷媒体上の色材を熱定着させるためのヒータと、
   前記ヒータを制御するための請求項５または６に記載のヒータ制御装置と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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