JP2006158077A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置からの放射ノイズと、電源装置内スイッチング素子の昇温を抑制することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 スイッチングレギュレータを用いて構成される電源装置を有する画像形成装置において、前記スイッチングレギュレータ内のスイッチング素子の、
ゲート抵抗を複数有し、前記電源装置の起動時と起動時以外で、前記ゲート抵抗を選択的に可変するゲート抵抗可変手段と、前記ゲート抵抗可変手段にゲート抵抗の抵抗値の変更指示を与える制御手段を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に関する。

図１０は従来のレーザビームプリンタである。

図１０において、１は商用電源、２はメインスイッチ、３はノイズフィルタ、４は定着電源、８は低圧電源である。低圧電源８の出力は２系統（Ｖｓ、Ｖｐ）あり、それぞれプリンタ制御部９とアクチュエータ部１０に供給されている。アクチュエータ部１０には、プリント動作を行うモータ等のアクチエータと、それらに電力を供給するドライバが含まれる。プリンタ制御部９には、上記アクチュエータ部と定着電源４の動作を制御するＣＰＵ，ＡＳＩＣ，ＤＳＰ等の論理演算素子、プリンタ外部から供給される画像情報を変調する画像処理装置、及び変調結果をレーザ光に変換するレーザダイオードとレーザドライバが含まれる。

定着電源４の出力電圧Ｖｏｕｔは、定着器５内に配置されるヒータ６に供給される。定着器５は、紙やＯＨＴ上に転写されたトナーを、熱によって融解し定着する装置である。定着器５内には、ヒータ８と、定着器５内の温度を監視し温度情報ｔｍｐをプリンタ制御部９に供給するサーミスタ７が配置されている。プリンタ制御部９は、サーミスタ７から供給される温度情報ｔｍｐに基づいて定着電源４をＯＮ／ＯＦＦし、定着器５の温度が概略一定となるようにする。

定着電源４の入力部には、整流回路１１と、平滑コンデンサ１２が設けられている。整流回路１１は、商用電源電圧を全波整流する。平滑コンデンサ１２は、整流後の電圧を平滑し、直流電圧Ｖｉｎを出力する。直流電圧Ｖｉｎは、概略一定の電圧であり、ヒータ６、出力電圧平滑用コンデンサＣ、およびフライホイールダイオードＤのカソード端子に供給される。コンデンサＣの他端、およびダイオードＤの他端には、インダクタＬが接続されている。また、インダクタＬには、スイッチングＦＥＴ Ｑのドレイン端子が接続されている。ＦＥＴ Ｑのソース端子には、ゲート保護用抵抗１３が接続されている。ＦＥＴ Ｑのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇが接続されている。ゲート抵抗Ｒｇの他端にはヒータコントロール回路１４が接続されている。ヒータコントロール回路１４には、プリンタ制御部９から定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号が供給されている。ヒータＯＮ／ＯＦＦ信号は、レベル信号であり、Ｈレベルが定着電源ＯＮ指示、Ｌレベルが定着電源ＯＦＦ指示に対応している。

上記の回路構成において、定着器５内の温度が規定値より低くなると、プリンタ制御部９は定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をＨレベルとして、定着電源ＯＮを要求する。これを受けて、ヒータコントロール回路１４は、ゲート抵抗Ｒｇに駆動パルスを供給する。定常動作時の駆動パルスのＯＮ−Ｄｕｙｔ、および周波数はあらかじめ規定されている。駆動パルスはゲート抵抗Ｒｇを介してＦＥＴ Ｑに供給され、ＦＥＴ Ｑがスイッチングする。これにより、ヒータ６に概略一定の電圧Ｖｏｕｔが印加される。Ｖｏｕｔは、定着電源入力電圧Ｖｉｎ、駆動パルスのＯＮ時間Ｔｏｎ、駆動パルスのＯＦＦ時間とすると、概略Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ・Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）となる。ヒータ６に上記電圧が印加されえることで、ヒータ６が発熱し、定着器５内の温度が上昇する。定着器５内の温度が規定値に達すると、プリンタ制御部９は定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をＬレベルとして、定着電源ＯＦＦを要求する。これを受けて、ヒータコントロール回路１４は、駆動パルスを停止し、ＦＥＴのスイッチングを停止させる。以後、上述の動作を繰り返すことで、定着器５内の温度が概略一定に保たれることとなる。

ところで、一般に画像形成装置で使用されるヒータは、自身の温度によってインピーダンスが変化することが知られている。例えばハロゲンランプなどでは、ハロゲンランプ自身の温度が低いときにはインピーダンスが低く、温度が高くなるに従ってインピーダンスが上昇する。このため、ハロゲンランプをヒータに用いた場合、ハロゲンランプの温度が低いときに定着電源から定格電圧を印加すると、定着電源に定常動作時に比べて非常に大きな電流（突入電流）が流れてしまう。この突入電流は、定着電源を構成する各回路部品（整流回路１１、ダイオードＤ、コンデンサＣ、インダクタＬ、ＦＥＴ Ｑなど）の発熱源となり、熱設計に多大な時間を必要としていた。

また、上記突入電流による問題を解決するため、図１１に示すように定着電源の出力電圧をスローアップさせる方式が考案されている。プリンタ制御部９が定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をＨレベルにすると、ヒータコントロール回路は駆動パルスを出す。このとき、始めはＴｏｎを規定時間よりも短くしておき、徐々に規定時間に近づけていくというものである。これにより、定着電源の出力電圧は徐々に上昇していくことになるから、突入電流が流れることはない。
特開２００１−２３７０４７号公報

しかしながら、前記定着電源の出力電圧をスローアップさせる方式には、スローアップ時、放射ノイズが増大するとうい課題があった。

図１２は、ＦＥＴのスイッチング動作を示している。一般にＦＥＴには、入力容量Ｃｇｄ、Ｃｇｓが存在する。また、実装状態やＦＥＴ自身のパッケージングにより、ゲート端子とゲート抵抗Ｒｇの間に微小なインダクタＬｇが接続された状態と等価になる。よって、駆動パルスには、入力容量Ｃｇｄ、ＣｇｓとインダクタＬｇとの共振により、オーバシュート・アンダシュートが重畳される。すると、ドレイン電流Ｉｄにも、オーバシュート・アンダシュートが重畳されることとなる。このオーバシュート・アンダシュートの周波数は、Ｃｇｄ、Ｃｇｓ、Ｌｇの値が一定であれば、概略一定であり、一般に数ＭＨｚから数百ＭＨｚと高速である。この高速な電流変化が放射ノイズとしてプリンタ外部へ放射されることとなる。特に、定着電源の出力電圧をスローアップさせる方式においては、スローアップ開始時、Ｔｏｎが規定時間よりも短い。すなわち、ＦＥＴの単位時間当りのスイッチング回数が多いから、オーバシュート・アンダシュートの発生回数も多くなり、放射ノイズが増大してしまう。

また、上記課題を解決するため、定着電源の出力電圧をスローアップさせる方式において、ＦＥＴのゲート抵抗Ｒｇに抵抗値の大きいものを使用する方法が考案されている。しかしながら、この方法には、ＦＥＴの素子昇温が上昇してしまうという課題があった。

図１４は、ゲート抵抗Ｒｇに抵抗値の大きいものを使用した場合のＦＥＴのスイッチング動作を、図１２と対比させた図面である。ゲート抵抗Ｒｇの抵抗値を大きくすることで、Ｃｇｄ、Ｃｇｓ、Ｌｇで発生する共振電圧（オーバシュート・アンダシュート）は小さくなる。よって、ドレイン電流Ｉｄのオーバシュート・アンダシュートも小さくなるから放射ノイズは減少する。しかしながら、ＲｇとＣｇｄ、Ｃｇｓ、で構成される積分回路の時定数も大きくなり、ゲート電圧Ｖｇｓの立ち上がり時間・立下り時間が長くなってしまう。これに伴い、ドレイン電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄの立ち上がり時間・立下り時間も長くなり、ドレイン損失Ｐｄ（＝Ｖｄｓ×Ｉｄ）が増大する。したがって、ＦＥＴの素子昇温が上昇してしまう。

本発明は、上記２つの課題を解決するためになされたものであり、画像形成装置からの放射ノイズと、電源装置内スイッチング素子の昇温を抑制することが目的である。

スイッチングレギュレータを用いて構成される電源装置を有する画像形成装置において、前記スイッチングレギュレータ内のスイッチング素子の、ゲート抵抗を複数有し、前記電源装置の起動時と起動時以外で前記ゲート抵抗を選択的に可変するゲート抵抗可変手段と、前記ゲート抵抗可変手段にゲート抵抗の抵抗値の変更指示を与える制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置からの放射ノイズと、電源装置内スイッチング素子の昇温を抑制することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図１は、本発明実施例１を適用したレーザビームプリンタである。

本実施例の特徴は、ゲート抵抗の抵抗値を切り替えるスイッチ装置１５と、プリンタ制御部９の出力する定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、スイッチ装置１５にゲート抵抗の切り替え指示を与えるゲート抵抗制御回路１６を備えることである。スイッチ装置１５とゲート抵抗制御回路１６以外の動作は、前述の従来例と同様であるから説明を省略する。

ゲート抵抗制御回路１６には、プリンタ制御部９から定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号が供給されている。ゲート抵抗制御回路１６は、定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号がＬレベルからＨレベルになる際の立ち上がりエッジをトリガとし、規定時間Ｔｇをカウントするタイマ回路である。ゲート抵抗制御回路１６は、規定時間Ｔｇをカウントすると、ゲート抵抗制御信号をＨレベルとする。また、ゲート抵抗制御回路１６は、定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号がＬレベルからＨレベルになる際の立ち上がりエッジを検出し、ゲート抵抗制御信号をＬレベルにリセットする。このとき、規定時間Ｔｇは、定着電源出力電圧のスローアップ時間（ｔ１−ｔ０）と同じか、若干長くしておくことが望ましい。

スイッチ装置１５には、ゲート抵抗Ｒｇ１およびＲｇ２が接続されている。また、スイッチ装置１５にはゲート抵抗制御回路１６からゲート抵抗制御信号が供給されている。スイッチ装置１５は、ゲート抵抗制御信号がＨレベルの場合、Ｒｇ２の両端をショートする。したがって、このときＦＥＴ Ｑのゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１となる。一方、ゲート抵抗制御信号がＬレベルの場合、Ｒｇ２の両端をショートしない。したがって、このときＦＥＴ Ｑのゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１＋Ｒｇ２となる。

上記に回路構成における定着電源ＯＮ時の動作を図２に示す。プリンタ制御回路が定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をＨレベルにすると、ヒータコントロール回路は駆動パルスを出す。このとき、始めはＴｏｎが規定時間よりも短く、徐々に規定時間に近づいていく。これにより、定着電源の出力電圧は徐々に上昇していく。このスローアップ期間中（ｔ０からｔ１）は、上記ゲート抵抗制御回路１６とスイッチ装置１５の働きにより、ゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１＋Ｒｇ２と比較的大きい値になる。よって、ゲート電圧Ｖｇｓに発生するオーバシュート・アンダシュートが抑制されるから、従来放射ノイズが増大していたスローアップ期間にあっても、放射ノイズは抑制されることとなる。

一方、定着電源の出力電圧が定電圧となると、上記ゲート抵抗制御回路１６とスイッチ装置１５の働きによりＲｇ２の両端がショートされ、ゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１と比較的小さい値になる。よって、ゲート電圧Ｖｇｓの立ち上がり時間・立下り時間が短くなるから、ドレイン損失Ｐｄが減少した、ＦＥＴの素子昇温が抑制されることとなる。

以上説明したように、本発明を用いることで、画像形成装置からの放射ノイズと、定着電源装置内スイッチング素子の昇温を抑制することができる。

図３は、本発明実施例２を適用したレーザビームプリンタである。

本実施例の特徴は、ゲート抵抗の抵抗値を切り替えるスイッチ装置１５と、ＦＥＴ Ｑの駆動パルスの周波数に基づいて、スイッチ装置１５にゲート抵抗の切り替え指示を与えるゲート抵抗制御回路１６を備えることである。スイッチ装置１５とゲート抵抗制御回路１６以外の動作は、前述の従来例と同様であるから説明を省略する。

ゲート抵抗制御回路１６には、ＦＥＴ Ｑの駆動パルスが供給されている。ゲート抵抗制御回路１６は、駆動パルスの周波数ｆｐに基づいてＨ／Ｌレベルを出力するｆ／Ｖ変換回路である。ゲート抵抗制御回路１６は、駆動パルスの周波数ｆｐがあらかじめ規定の値ｆｐ−ｒｅｆ以上になると、ゲート抵抗制御信号をＬレベルとする。また、駆動パルスの周波数ｆｐがｆｐ−ｒｅｆより小さくなると、ゲート抵抗制御信号をＨレベルにする。このとき、規定周波数ｆｐ−ｒｅｆは、定着電源出力電圧が定電圧の際のＦＥＴ Ｑの駆動周波数と同じか、若干大きくしておくことが望ましい。

スイッチ装置１５には、ゲート抵抗Ｒｇ１およびＲｇ２が接続されている。また、スイッチ装置１５にはゲート抵抗制御回路１６からゲート抵抗制御信号が供給されている。スイッチ装置１５は、ゲート抵抗制御信号がＨレベルの場合、Ｒｇ２の両端をショートする。したがって、このときＦＥＴ Ｑのゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１となる。一方、ゲート抵抗制御信号がＬレベルの場合、Ｒｇ２の両端をショートしない。したがって、このときＦＥＴ Ｑのゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１＋Ｒｇ２となる。

上記に回路構成における定着電源ＯＮ時の動作を図４に示す。プリンタ制御回路が定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をＨレベルにすると、ヒータコントロール回路は駆動パルスを出す。このとき、始めはＴｏｎが規定時間よりも短く、徐々に規定時間に近づいていく。これにより、定着電源の出力電圧は徐々に上昇していく。このスローアップ期間中（ｔ０からｔ１）は、上記ゲート抵抗制御回路１６とスイッチ装置１５の働きにより、ゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１＋Ｒｇ２と比較的大きい値になる。よって、ゲート電圧Ｖｇｓに発生するオーバシュート・アンダシュートが抑制されるから、従来放射ノイズが増大していたスローアップ期間にあっても、放射ノイズは抑制されることとなる。

一方、定着電源の出力電圧が定電圧となると、上記ゲート抵抗制御回路１６とスイッチ装置１５の働きによりＲｇ２の両端がショートされ、ゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１と比較的小さい値になる。よって、ゲート電圧Ｖｇｓの立ち上がり時間・立下り時間が短くなるから、ドレイン損失Ｐｄが減少した、ＦＥＴの素子昇温が抑制されることとなる。

以上説明したように、本発明を用いることで、画像形成装置からの放射ノイズと、定着電源装置内スイッチング素子の昇温を抑制することができる。

図５は、本発明実施例３を適用したレーザビームプリンタである。

本実施例の特徴は、ゲート抵抗の抵抗値を切り替えるスイッチ装置１５と、定着電源の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、スイッチ装置１５にゲート抵抗の切り替え指示を与えるゲート抵抗制御回路１６を備えることである。スイッチ装置１５とゲート抵抗制御回路１６以外の動作は、前述の従来例と同様であるから説明を省略する。

ゲート抵抗制御回路１６には、定着電源の出力電圧Ｖｏｕｔが供給されている。ゲート抵抗制御回路１６は、定着電源の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいてＨ／Ｌレベルを出力するコンパレータである。ゲート抵抗制御回路１６は、定着電源の出力電圧Ｖｏｕｔがあらかじめ規定の値Ｖ−ｒｅｆより大きくなると、ゲート抵抗制御信号をＨレベルとする。また、定着電源の出力電圧ＶｏｕｔがＶ−ｒｅｆ以下になると、ゲート抵抗制御信号をＬレベルにする。このとき、規定電圧Ｖ−ｒｅｆは、定着電源の定出力電圧と同じか、若干小さくしておくことが望ましい。

スイッチ装置１５には、ゲート抵抗Ｒｇ１およびＲｇ２が接続されている。また、スイッチ装置１５にはゲート抵抗制御回路１６からゲート抵抗制御信号が供給されている。スイッチ装置１５は、ゲート抵抗制御信号がＨレベルの場合、Ｒｇ２の両端をショートする。したがって、このときＦＥＴ Ｑのゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１となる。一方、ゲート抵抗制御信号がＬレベルの場合、Ｒｇ２の両端をショートしない。したがって、このときＦＥＴ Ｑのゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１＋Ｒｇ２となる。

上記に回路構成における定着電源ＯＮ時の動作を図６に示す。プリンタ制御回路が定着電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をＨレベルにすると、ヒータコントロール回路は駆動パルスを出す。このとき、始めはＴｏｎが規定時間よりも短く、徐々に規定時間に近づいていく。これにより、定着電源の出力電圧は徐々に上昇していく。このスローアップ期間中（ｔ０からｔ１）は、上記ゲート抵抗制御回路１６とスイッチ装置１５の働きにより、ゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１＋Ｒｇ２と比較的大きい値になる。よって、ゲート電圧Ｖｇｓに発生するオーバシュート・アンダシュートが抑制されるから、従来放射ノイズが増大していたスローアップ期間にあっても、放射ノイズは抑制されることとなる。

一方、定着電源の出力電圧が定電圧となると、上記ゲート抵抗制御回路１６とスイッチ装置１５の働きによりＲｇ２の両端がショートされ、ゲート抵抗の抵抗値はＲｇ１と比較的小さい値になる。よって、ゲート電圧Ｖｇｓの立ち上がり時間・立下り時間が短くなるから、ドレイン損失Ｐｄが減少した、ＦＥＴの素子昇温が抑制されることとなる。

以上説明したように、本発明を用いることで、画像形成装置からの放射ノイズと、定着電源装置内スイッチング素子の昇温を抑制することができる。

実施例１のレーザビームプリンタの構成を示す回路図 実施例１のレーザビームプリンタの動作を示すグラフ 実施例２のレーザビームプリンタの構成を示す回路図 実施例２のレーザビームプリンタの動作を示すグラフ 実施例３のレーザビームプリンタの構成を示す回路図 実施例３のレーザビームプリンタの動作を示すグラフ 従来のレーザビームプリンタの構成を示す回路図 従来のレーザビームプリンタの動作を示すグラフ 従来のレーザビームプリンタの動作を示すグラフ 従来のレーザビームプリンタの動作を示すグラフ

符号の説明

Ｒｇ１ ゲート抵抗
Ｒｇ２ ゲート抵抗
１５ スイッチ装置
１６ ゲート抵抗制御回路

Claims (4)

1. スイッチングレギュレータを用いて構成される電源装置を有する画像形成装置において、
   前記スイッチングレギュレータ内のスイッチング素子の、
   ゲート抵抗を複数有し、
   前記電源装置の起動時と起動時以外で、
   前記ゲート抵抗を選択的に可変するゲート抵抗可変手段と、
   前記ゲート抵抗可変手段にゲート抵抗の抵抗値の変更指示を与える制御手段
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記電源装置の駆動信号をトリガとして規定時間をカウント後に、前記ゲート抵抗可変手段にゲート抵抗の抵抗値の変更を指示するタイマ回路であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記電源装置のスイッチング周波数に基づいて、前記ゲート抵抗可変手段にゲート抵抗の抵抗値の変更を指示する周波数／電圧変換回路であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記電源装置の出力電圧に基づいて、前記ゲート抵抗可変手段にゲート抵抗の抵抗値の変更を指示するコンパレータ回路であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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