JPH1091036A - プリンタ用加熱定着器の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる商用電源に対して共用可能にするとと
もに、波形制御を用いずにランプの点灯を行い、電源高
調波やフリッカーノイズ等を発生することのないプリン
タ用加熱定着器の温度制御装置を得る。 【解決手段】 第１の電圧および第１の電圧の２倍の第
２の電圧からなる２系統の入力電圧が選択的に供給され
るプリンタ用加熱定着器の温度制御装置において、加熱
定着器を構成するヒートローラ内に配設された３本のラ
ンプ４ａ〜４ｃと、入力電圧を識別して電圧識別信号Ｄ
を出力する供給電圧識別回路１２と、電圧識別信号に応
答して３本のランプを駆動するＣＰＵ１Ａとを設け、Ｃ
ＰＵは、電圧識別信号が第１の電圧を示す場合には、３
本のランプを並列にオン駆動し、電圧識別信号が第２の
電圧を示す場合には、入力電圧のサイクル毎に３本のラ
ンプを順次に１本ずつ点灯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真式プリ
ンタ装置のヒートローラ（加熱定着器）内のハロゲンラ
ンプの出力温度を制御する装置に関し、特にハロゲンラ
ンプに供給される入力電圧の変更によらず安定な出力温
度を維持し、ハロゲンランプの共用化を可能にするとと
もにノイズの発生等を防止したプリンタ用加熱定着器の
温度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機や電子写真式プリンタ装
置においては、記録紙上に転写したトナー像を定着する
ために、たとえば定格１ｋＷ程度のハロゲンランプ（以
下、単にランプともいう）等の加熱源が用いられてい
る。したがって、この種のプリンタ装置には、加熱定着
器（加熱源）の出力温度を所定値に維持する温度制御装
置が設けられている。

【０００３】図５はたとえば特開平２−１６６４９０号
公報に記載された従来のプリンタ用加熱定着器（以下、
単に定着器ともいう）の制御装置を示す回路ブロック図
であり、単一のヒータ（ランプ）を用いて温度制御を行
う場合を示している。また、図６は図５の従来装置の動
作を示すタイミングチャートである。

【０００４】図５において、１は温度制御用の演算処理
を行うＣＰＵ、２はＣＰＵ１からの制御パルスＣを通過
させるゲート回路、３はゲート回路２を介した制御パル
スＣによりオンオフ駆動されるトライアック、４はトラ
イアック３に直列接続されて定着用の加熱源を構成する
ランプ（ハロゲンランプ）、５はトライアック３を介し
てランプ４に給電を行う交流電源である。ランプ４は、
図示されないプリンタ用紙に圧着されるヒートローラ内
に配置されている。

【０００５】７は商用電源電圧を所定電圧に降圧するト
ランス、８はトランス７からの降圧電圧の零クロスを検
出する零クロス検出回路、９はトランス７からの降圧電
圧を検出する電圧検出回路である。各検出回路８および
９の出力信号すなわち零クロスパルスＺおよび電源電圧
ＶはＣＰＵ１に入力される。

【０００６】１０は制御パルスＣの位相を制御する位相
制御回路、１５〜１７はそれぞれＣＰＵ１に接続された
カウンタ、メモリおよびタイマ回路、ＬおよびＭは電子
写真式プリンタ（図示せず）からＣＰＵ１に入力される
ランプ点灯信号および温度検出信号である。

【０００７】次に、図６のタイミングチャートを参照し
ながら、図５に示した従来の定着器の温度制御装置の動
作について説明する。図５のように単一ヒータで温度制
御する場合、ＣＰＵ１は、トランス７を介した入力電圧
に対して、零クロス検出回路８からの零クロスパルスＺ
により周波数を検出し、電圧検出回路９により電源電圧
Ｖを検出する。

【０００８】これにより、ＣＰＵ１は、図６のように、
零クロスパルスＺのタイミングから制御時間Ｔの経過後
に、制御パルスＣを位相制御回路１０に出力する。この
とき、ランプ４の出力熱量は、制御パルスＣの出力タイ
ミング（制御時間Ｔ）を変化させることにより制御され
る。

【０００９】ＣＰＵ１は、プリンタ本体からランプ点灯
信号Ｌが入力されると制御パルスＣを位相制御回路１０
に出力する。これにより、ゲート回路２は、制御パルス
Ｃの出力タイミングから零クロスパルスＺの出力タイミ
ングまで、トライアック３をオンさせてランプ４を点灯
させる。また、ＣＰＵ１は、定着器からフィードバック
される温度検出信号Ｍをモニタしながらランプ４の点灯
時間を変更し、定着器を所定温度に制御する。

【００１０】以上のように、ＣＰＵ１は、電源電圧Ｖに
同期して制御パルスＣのタイミング（制御時間Ｔ）を制
御し、ランプ４の点灯波形を調整することにより、異な
る電源電圧Ｖに対しても同一の供給電力Ｗを出力し、ラ
ンプ４の共用化を実現している。

【００１１】しかしながら、図６のように、供給電力Ｗ
が歪波形となって高調波電流が発生するので、交流電源
５を含む電力供給回路に高調波電流が流れ込み、他の電
気機器に障害を与えるおそれがある。

【００１２】そこで、複数のヒータを切り換えて使用す
ることにより、供給電力を一定に制御する装置も提案さ
れている。図７はたとえば特開平７−１２１０５５号公
報に記載された従来の定着器の温度制御装置の他の例の
要部を示す構成図であり、加熱源４Ａとして２本のヒー
タを切り換えて使用する場合を示している。

【００１３】図７において、４Ａはランプ４に対応した
加熱源であり、３および５は前述と同様のものである。
１１ａおよび１１ｂは並列配置された２本のフィラメン
トすなわちヒータである。なお、各ヒータ１１ａおよび
１１ｂは、小形化を目的として、同一の加熱源４Ａ内に
設けられている。

【００１４】次に、図７に示した従来の定着器の温度制
御装置の動作について説明する。この場合、たとえば、
定格１００Ｖのヒータ１１ａと、定格２００Ｖのヒータ
１１ｂとを２本用意し、入力電圧（１００Ｖまたは２０
０Ｖ）に応じて、ヒータ１１ａおよび１１ｂのうちの適
切な一方を選択的に使用する（図７内の矢印参照）。こ
れにより、前述と同様に、供給電力をほぼ一定にするこ
とができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の定着器の温度制
御装置は以上のように、図５のように単一のヒータ（ラ
ンプ４）を用いた場合には、供給電力Ｗの波形（図６参
照）が歪波形となって高調波電流が発生し、他の電気機
器に障害を与えるので、高調波電流の規制が必要になる
という問題点があった。

【００１６】また、位相制御回路１０を用いずに、サイ
クル単位で電力供給時間を制御しようとすると、電流波
形は正弦波となるものの、オンオフ時間の間隔が広がる
ので、電源電圧Ｖの変動を招き、照明光源に対するフリ
ッカーノイズが発生するという問題点があった。

【００１７】さらに、図７のように２本のヒータ１１ａ
および１１ｂを切り換える構成とした場合には、定格電
圧の大きく異なる２本のヒータ（フィラメント）１１ａ
および１１ｂを同一の加熱源４Ａ内に封入する必要があ
ることから、封入ガスの選択が難しく高価なものになる
うえ、定着器の大形化を招くという問題があった。

【００１８】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、異なる商用電源（たとえば、１
００Ｖおよび２００Ｖの２系統）に対して共用可能にす
るとともに、電源高調波やフリッカーノイズ等を発生す
ることのないプリンタ用加熱定着器の温度制御装置を得
ることを目的とする。また、この発明は、小形化を実現
したプリンタ用加熱定着器の温度制御装置を得ることを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るプリンタ用加熱定着器の温度制御装置は、第１の電圧
および第１の電圧の２倍の第２の電圧からなる２系統の
入力電圧のうちの一方が選択的に供給されるプリンタ用
加熱定着器の温度制御装置において、加熱定着器を構成
するヒートローラ内に配設された３本のランプと、第１
および第２の電圧のいずれかを識別して電圧識別信号を
出力する供給電圧識別回路と、電圧識別信号に応答して
３本のランプを駆動するＣＰＵとを設け、ＣＰＵは、電
圧識別信号が第１の電圧を示す場合には、３本のランプ
を並列にオン駆動し、電圧識別信号が第２の電圧を示す
場合には、入力電圧のサイクル毎に３本のランプを順次
に１本ずつ点灯するものである。

【００２０】また、この発明の請求項２に係るプリンタ
用加熱定着器の温度制御装置は、請求項１において、３
本のランプは、それぞれの軸方向の長さがプリンタ用紙
の幅の１／３に設定されるとともに、ヒートローラ内に
直列に配置されたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す回
路ブロック図であり、１ＡはＣＰＵ１に対応しており、
Ｌ、Ｍおよび５は前述と同様のものである。また、２ａ
〜２ｃはゲート回路２に対応し、３ａ〜３ｃはトライア
ック３に対応し、４ａ〜４ｃはランプ４に対応してお
り、それぞれ、並列配置されている。さらに、Ｇ１〜Ｇ
３は制御パルスＣに対応した３系統のゲート信号であ
る。

【００２２】１２は交流電源５の両端間に接続された供
給電圧識別回路であり、電源電圧が１００Ｖ〜１２０Ｖ
の範囲か、２００Ｖ〜２４０Ｖの範囲かを識別し、電源
電圧に対応した電圧識別信号Ｄを出力する。この場合、
定着用加熱源を構成する３本の並設ランプ４ａ〜４ｃ
は、それぞれ、定格電圧が１２０Ｖのハロゲンランプに
より構成されている。

【００２３】次に、図２および図３を参照しながら、図
１に示したこの発明の実施の形態１の動作について説明
する。図２および図３はこの発明の実施の形態１の制御
動作を示すタイミングチャートであり、図２は電源電圧
が１００Ｖの場合、図３は電源電圧が２００Ｖの場合を
それぞれ示す。

【００２４】まず、商用電源の入力電圧に応じた消費電
力の違いについて説明する。一般に、電気機器等の作動
電源として用いられる商用電源は、その配電系統が単相
３線式の給電方式が多くなってきている。したがって、
１００Ｖ〜１２０Ｖの範囲か、その倍の２００Ｖ〜２４
０Ｖの範囲かのいずれかの給電電圧が選択的に使用され
ている。

【００２５】また、白熱電灯の一種であるハロゲンラン
プの入力電圧Ｖ１と消費電力Ｗ１との電圧特性は、以下
の式（１）のように、定格電力Ｗ０および定格電圧Ｖ０
を用いた指数関数特性で表わされることが知られてい
る。

【００２６】 Ｗ１／Ｗ０＝（Ｖ１／Ｖ０）^1.52 …（１）

【００２７】式（１）において、たとえば、定格電圧１
２０Ｖのハロゲンランプに２４０Ｖの入力電圧を印加し
た場合、定格電力Ｗ０に対する消費電力Ｗ１は、Ｖ０＝
１２０［Ｖ］、Ｖ１＝２４０［Ｖ］をそれぞれ代入し
て、以下の式（２）のように表わされる。

【００２８】 Ｗ１／Ｗ０＝（２４０／１２０）^1.52＝２．８７ …（２）

【００２９】式（２）から明らかなように、入力電圧Ｖ
１が２４０Ｖの場合は、１２０Ｖの場合（Ｗ１／Ｗ０＝
１）と比べて約３倍の消費電力となることが分かる。し
たがって、入力電圧が２４０Ｖの場合には、ゲート信号
Ｇ１〜Ｇ３を、１２０Ｖの場合の１／３の使用デューテ
ィに設定すれば、ほぼ同じ電力が得られることが証明さ
れる。

【００３０】上記事実に鑑み、この発明においては、図
１に示すように、定格電圧が１２０Ｖの３本のランプ４
ａ〜４ｃを用いて定着用加熱源を構成し、これを３個の
ゲート回路２ａ〜２ｃおよび３個のトライアック３ａ〜
３ｃにより制御している。

【００３１】すなわち、消費電力Ｗ１が入力電圧Ｖ１の
約１．５乗に比例（式（１）参照）し、入力電圧Ｖ１が
２倍になれば消費電力Ｗ１が約３倍（式（２）参照）に
なるので、ＣＰＵ１Ａは、入力電圧Ｖ１が１００Ｖ（第
１の電圧）系の場合には各ランプ４ａ〜４ｃを全て並列
にオン駆動し、２００Ｖ（第２の電圧）系の場合には入
力電圧Ｖ１のサイクル毎に各ランプ４ａ〜４ｃを１本ず
つ順次点灯させる。これにより、いずれの入力電圧の場
合においても、定着器での消費電力をほぼ同一にするこ
とができる。

【００３２】以下、この発明の実施の形態１による各ラ
ンプ４ａ〜４ｃの切り換え駆動制御動作について具体的
に説明する。まず、ＣＰＵ１Ａは、供給電圧識別回路１
２からの電圧識別信号Ｄにより、電源電圧が１００Ｖ系
（図２参照）か２００Ｖ系（図３参照）かの識別を行
い、識別結果に応じて、以下のようにランプ４ａ〜４ｃ
を駆動する。

【００３３】すなわち、図２のように１００Ｖ系の電源
電圧が入力されたときには、ランプ点灯信号Ｌが入力さ
れた時点でゲート信号Ｇ１〜Ｇ３を同時に切り換え、ゲ
ート回路２ａ〜２ｃを介してトライアック３ａ〜３ｃを
オンし、３本のランプ４ａ〜４ｃを同時に点灯させる。

【００３４】また、図３のように２００Ｖ系の電源電圧
が入力されたときには、ランプ点灯信号Ｌが入力された
時点で、入力電圧の１サイクル毎に、ゲート信号Ｇ１〜
Ｇ３を順次切り換え、３本のランプ４ａ〜４ｃを時系列
的に１本ずつ点灯させる。

【００３５】これにより、各ゲート信号Ｇ１〜Ｇ３の使
用デューティが、１００Ｖ系の場合の１／３になるの
で、各ランプ４ａ〜４ｃの消費電力Ｗａ〜Ｗｃは、１０
０Ｖ系の場合とほぼ等しくなる。

【００３６】また、入力電流ｉは、各ランプ４ａ〜４ｃ
の消費電力Ｗａ〜Ｗｃの合成波形に対応しており、１０
０Ｖ系（図２）および２００Ｖ系（図３）のいずれの場
合も、連続した正弦波形となる。

【００３７】以上のように、ランプ４ａ〜４ｃの駆動制
御を、交流電源５の電圧に応じて切り換えることによ
り、商用電源の違いによらず同一電力で駆動することが
でき、各ランプ４ａ〜４ｃを１００Ｖ系および２００Ｖ
系に対して共用することができる。

【００３８】また、波形制御を用いずに、交流電源５の
入力電圧波形に同期した矩形パルスからなるゲート信号
Ｇ１〜Ｇ３により、トライアック３ａ〜３ｃをオンオフ
駆動するので、図２および図３のように、入力電流ｉが
連続した正弦波形となり、高調波電流の発生や、電源電
圧の変動によるフリッカーノイズの発生等を防止するこ
とができる。

【００３９】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、各ランプ４ａ〜４ｃのサイズおよび配置について特
に言及しなかったが、各ランプ４ａ〜４ｃを必要サイズ
の１／３に構成して直列に配置し、小形化を実現しても
よい。

【００４０】図４は各ランプ４ａ〜４ｃを直列配置した
この発明の実施の形態２の要部を示す構成図であり、図
４において、２、３、４ａ〜４ｃおよび５は前述と同様
のものである。６は定着器のヒートローラであり、その
内部の軸方向に沿って直列に３本のランプ４ａ〜４ｃが
配置されている。Ｐはヒートローラ６により熱圧着され
るプリンタ用紙、Ａはプリンタ用紙Ｐの搬送方向であ
る。

【００４１】この場合、各ランプ４ａ〜４ｃの軸方向の
長さは、定着に必要なプリンタ用紙Ｐの幅の１／３に設
定されている。これにより、電圧共用の定着器を構成す
るヒートローラ６の長さを、１本のランプを使用した場
合と同等のサイズに小形化することができる。なお、各
ランプ４に対する点灯制御動作については、前述と同様
なので、ここでは説明しない。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、第１の電圧および第１の電圧の２倍の第２の電圧か
らなる２系統の入力電圧が選択的に供給されるプリンタ
用加熱定着器の温度制御装置において、加熱定着器を構
成するヒートローラ内に配設された３本のランプと、第
１および第２の電圧のいずれかを識別して電圧識別信号
を出力する供給電圧識別回路と、電圧識別信号に応答し
て３本のランプを駆動するＣＰＵとを設け、ＣＰＵは、
電圧識別信号が第１の電圧を示す場合には、３本のラン
プを並列にオン駆動し、電圧識別信号が第２の電圧を示
す場合には、入力電圧のサイクル毎に３本のランプを順
次に１本ずつ点灯するようにしたので、異なる商用電源
に対して共用可能にするとともに、電源高調波やフリッ
カーノイズ等を発生することのないプリンタ用加熱定着
器の温度制御装置が得られる効果がある。

【００４３】また、この発明はの請求項２によれば、請
求項１において、３本のランプの軸方向の長さをプリン
タ用紙の幅の１／３に設定するとともに、３本のランプ
をヒートローラ内に直列に配置したので、小形化を実現
したプリンタ用加熱定着器の温度制御装置が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す回路ブロック
図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の１００Ｖ系におけ
る制御動作を示すタイミングチャートである。

【図３】 この発明の実施の形態１の２００Ｖ系におけ
る制御動作を示すタイミングチャートである。

【図４】 この発明の実施の形態２の要部を示す構成図
である。

【図５】 従来のプリンタ用加熱定着器の温度制御装置
の一例を示す回路ブロック図である。

【図６】 従来のプリンタ用加熱定着器の温度制御装置
の動作を示すタイミングチャートである。

【図７】 従来のプリンタ用加熱定着器の温度制御装置
の他の例の要部を示す構成図である。

【符号の説明】

１Ａ ＣＰＵ、２、２ａ〜２ｃ ゲート回路、３、３ａ
〜３ｃ トライアック、４ａ〜４ｃ ランプ、５ 交流
電源、６ ヒートローラ、１２ 供給電圧識別回路、Ｄ
電圧識別信号、Ｇ１〜Ｇ３ ゲート信号、Ｐ プリン
タ用紙。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電圧および前記第１の電圧の２倍
   の第２の電圧からなる２系統の入力電圧のうちの一方が
   選択的に供給されるプリンタ用加熱定着器の温度制御装
   置において、 加熱定着器を構成するヒートローラ内に配設された３本
   のランプと、 前記第１および第２の電圧のいずれかを識別して電圧識
   別信号を出力する供給電圧識別回路と、 前記電圧識別信号に応答して前記３本のランプを駆動す
   るＣＰＵとを備え、 前記ＣＰＵは、 前記電圧識別信号が前記第１の電圧を示す場合には、前
   記３本のランプを並列にオン駆動し、 前記電圧識別信号が前記第２の電圧を示す場合には、前
   記入力電圧のサイクル毎に前記３本のランプを順次に１
   本ずつ点灯することを特徴とするプリンタ用加熱定着器
   の温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記３本のランプは、それぞれの軸方向
   の長さがプリンタ用紙の幅の１／３に設定されるととも
   に、前記ヒートローラ内に直列に配置されたことを特徴
   とする請求項１に記載のプリンタ用加熱定着器の温度制
   御装置。