JPH1173230A - 再生装置の負荷、特に固定ユニットへの電源制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、主電源から電気的負荷、特に複写
機の固定ユニットへ電力を正確にかつ即時に供給する電
源回路及びこの回路を備える再生装置に関し、主電源の
電圧変動及び放射される高調波を大幅に抑制することを
目的とする。 【解決手段】 供給される電力は、位相遮断により作動
する固体リレーにより制御される。スイッチング信号の
位相角は、供給される電源に対応する位相角の周りで変
化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギー源から
負荷へ電力を供給する主電気回路と、制御電極を備える
と共に前記主電気回路に配設され、スイッチング信号が
該制御電極に付与されるとその状態を変化させるスイッ
チング手段と、前記主電気回路に存在する周期Ｐの実質
的に正弦波の信号のゼロクロスを検出するとゼロクロス
検出信号を生成するゼロクロス検出器と、前記スイッチ
ング手段の前記制御電極に接続され、前記スイッチング
信号を前記制御電極に付与すると共に、前記ゼロクロス
検出器に接続されて前記ゼロクロス検出信号を受け、か
つ、負荷へ供給されるべき電力を示す電力制御信号を受
ける手段が設けられた制御ユニットとを備える再生装置
の負荷、特に固定ユニットへの電源供給を制御する装
置、及び、かかる電源供給制御装置を備える再生装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】再生装置のエネルギー消費低減への要求
は増大している。トナー像を熱により担体材料に固定す
る形式の再生装置において、供給された電力のかなりの
部分は固定ユニットにより消費される。固定ユニット
は、熱又は熱と圧力との組み合わせによりトナー像が担
体材料へしっかりと付着することを保証する。固定ユニ
ットのエネルギー消費は、熱が実際に必要とされる場
合、すなわち、トナーが実際に受けシートに固定されな
ければならない場合にのみ熱を発生することにより低減
することができる。この場合、固定装置は高い応答性を
有することが要求される。かかる目的には、小さな熱容
量を有する高応答固定ユニットが適している。かかる固
定装置についての記載は米国特許第４，３５５，２２５
号に見られる。しかし、良好な結果を得るには、固定の
間、固定ユニットを特定の温度に正確に保持することが
できなければならない。このため、正確な電力制御が必
要となる。かかる正確な制御は、サイリスタ、トライア
ック、あるいは固体リレー等の電子スイッチング素子に
より可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる回路の使用に伴
う問題は、スイッチング時の急激な電圧変化に起因して
高調波が発生し、その結果、主電源を汚染することであ
る。かかる高調波は、電圧がゼロ軸と交差する際にスイ
ッチングを行うことにより排除することができる。この
場合、電源は、適当な方法で半周期を通過又は遮断する
ことにより制御され得る。かかる電源制御を実現する請
求項前段に係る回路は、米国特許第４，３７７，７３９
に詳細に記載されている。しかし、主電源から脈動的に
取られる大きな電力、及び、これに対応する大きな脈動
電流によって、主電源に電圧変動が生ずる。かかる主電
源の電圧変動はフリッカーを生じさせる。フリッカー
は、国際規格CEI/IEC 1000-3-3において「輝度又はスペ
クトル分布が時間と共に変動する光刺激により生ずる視
覚上の不安定な印象」として定義されている。フリッカ
ーはユーザを不快にし、再生装置と同じ主電源の相に接
続されたランプがフリッカーを開始することで明白とな
る。上記規格には、フリッカーを特徴付ける２つの量に
ついて記載されている。すなわち、「短期間フリッカー
指標」Ｐst、及び、 「長期間フリッカー指標」Ｐltで
ある。前者は、短期間（数分）にわたって評価されるフ
リッカーの強度（激しさ）に関連し、後者は、長期間
（数時間）にわたって評価されるフリッカーの強度（激
しさ）に関連する。フリッカーは、ゼロクロス時にＳＳ
Ｒをスイッチングするのではなく、位相角制御、すなわ
ち、位相遮断を適用することにより低減される。しかし
ながら、上記したように、これは好ましくない放射を生
じさせる。以上の問題は、例えば、紙予熱ユニット等
の、主電源から大きな電力を取り入れる再生装置の他の
負荷にもあてはまる。

【０００４】本発明の目的は、即時にスイッチングを行
うことができると共に、フリッカーを生じさせる主電源
の電圧変動及び高調波に起因する主電源の汚染を共に大
幅に低減することが可能な、再生装置の負荷への電源供
給制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的のため、請求
項前段に係る電源供給制御装置は、制御ユニットが主回
路に存在する実質的正弦波信号のゼロクロスに対して時
間的に変化する位相角でスイッチング信号を発生する手
段を備え、時間的に変化する位相角は、電力制御信号に
より決定された位相角設定点の周りを変化することを特
徴とする。

【０００６】電力は徐々に供給されるので、電圧変動は
最小化される。位相角制御は、一定の電力要求に伴って
変化するので、高調波は固定位相角の場合と比較して大
幅に減少する。本方法は、位相遮断が半周期ごとに正確
に同じ位相角で生ずることを防止し、これにより、高調
波の高周波数スペクトラムにおける鋭いピークが排除さ
れる。

【０００７】位相角が、２つの極限値の間を時間的に周
期的に変化し、一方の極限値に達した際に、その時点で
存在するステップ値が次に生成される位相角に対するオ
フセットとして用いられることにより、更なる改良が得
られる。その効果は、各位相遮断信号の位相角が、数周
期が経過した後に同じ値を持たないことである。これに
より、高調波スペクトラムは更に平坦化される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明について詳細に説明する。図１は、電子写真式再生装
置１を示す。この装置は、ドラムである光導電体２を備
えている。光導電体２は、帯電装置３、ＬＥＤアレイ
４、現像ステーション５、転写ステーション６、及びク
リーナ７により囲まれている。更に、紙マガジン８が設
けられている。シートは、紙経路９を経て、転写ステー
ション６に沿って供給され、固定ユニット１０を通って
複写トレイ１１に堆積される。中央制御ユニット１２
は、上記した各機能が適正な時間に作動することを保証
すると共に、ユーザにより操作パネル１３上でなされた
調整が実行され、また、接続されたスキャナー及びネッ
トワークとの通信により印刷要求が処理されることを保
証する。電源回路１４は、主電源から固定ユニット１０
へ電力を供給する。印刷動作の間、光導電体２は矢印で
示す方向に回転し、光導電体２の帯電装置３の近傍領域
は高い負電圧まで帯電される。次に、この領域はＬＥＤ
アレイ４を通る。電子型式で使用可能な印刷用の原画像
がＬＥＤアレイに供給され、このＬＥＤアレイは画像
（黒色書き込み）をライン毎に光導電体へ投影する。光
導電体が露光される場所では、局所的に導電化して電荷
が流出する。こうして、原画像に応じた帯電像が光導電
体上に形成される。現像ステーション５に沿った移動の
間、トナーが露光領域に付与される。転写ステーション
６において、トナー像は、紙マガジン８から紙経路９を
経て長手方向に供給された複写材料シートに静電気的に
転写される。クリーナ７は、光導電体から全てのトナー
が除去されることを保証する。トナー像が形成された複
写材料シートは、固定ユニット１０を通して送られる。
ここで、トナーは、軟化して複写材料に付着するような
温度にされる。次に、シートは複写トレイ１１に送出さ
れ堆積される。

【０００９】図２は、パワーを即時に送出するよう適合
された型式の固定ユニットを示す。固定装置は、水平底
部壁３、水平頂部壁４、及び４つの鉛直側壁を備える保
護フード２を構成する外壁よりなる管状ハウジング１を
備えている。幅が例えば６ｍｍ、長さが例えば９００ｍ
ｍのスロットである開口７及び８は、それぞれ、保護フ
ードの対向する側壁５及び６に設けられ、対応する側壁
の高さ方向中央においてそのほぼ全幅にわたって水平に
延びている。搬送ローラはハウジング１の外側のスロッ
ト８の近傍に配設され、トナー像を備える複写材料シー
トをハウジング内の搬送経路を経由して搬送する。ハウ
ジング１内の搬送経路は、側壁５及び６の間を、ハウジ
ング１を通るシート搬送方向と鋭角をなす方向に、それ
ぞれ搬送経路の上下に張られたシートガイドワイヤ１３
及び１４により構成されている。シートがハウジング１
に入るスロット７におけるワイヤ１３及び１４の距離
は、シートがハウジングから出るスロット８における距
離よりも大きい。シートガイドワイヤ１３及び１４は厚
さ０．４ｍｍのステンレス鋼より構成されている。

【００１０】シート搬送経路の底部を構成するシートガ
イドワイヤ１３の下方には、放射器を構成する複数の小
割板１５が配設されている。小割板１５は、シート搬送
方向に対して横断方向に延在している。各小割板１５
は、厚さ０．０５ｍｍ、幅９．６ｍｍのステンレス鋼の
ストリップより構成されている。小割板１５の紙経路に
対向する側は、耐熱性黒色ペイントによりスプレー被覆
されている。電圧２２０ボルトが接続されると、放射器
は２０００Ｗのパワーを送出する。

【００１１】互いに隣接する２つのストリップ部は、シ
ート搬送方向に部分的に重なり合っている。放射器スト
リップには、２つの歯車の間でストリップを引っ張るこ
とにより切り欠きが設けられている。こうして、温度上
昇による膨張が生じた際に、ストリップが撓まないよう
に機械的な予圧が得られている。小割板１５は直列に接
続され、２４オームの電気抵抗を生成している。保護フ
ード２の内側は、熱絶縁材料１６により覆われている。
放射器の下方には、厚さ１ｍｍの反射アルミニウムより
なる熱反射プレート１７が配設されている。放射器への
エネルギー供給を制御するため、ＮＴＣである温度セン
サ１８がハウジング１中央の小割板に固定されている。
やはりＮＴＣとして構成された第２の温度センサ１９
は、固定ユニットの底部に配設され、環境温度を示す。
第２の温度センサにより生成される信号は、設定点の補
正値として用いられる。

【００１２】重量７５ｇ／ｍ² の受け材料の場合、通過
速度毎分５メートルにおいて、シート温度がトナー像を
固定するのに必要な１００℃に達するためには、放射器
温度は約３２０℃で十分である。図３は、本発明に係る
電源回路のブロック図である。電源回路は、接続点１を
介して、必要な電力を供給する主電源に接続される。こ
の電力は、主回路２を介して接続点３に供給される。図
面に参照番号４で示す固定ユニットの放射器小割板は上
記接続点３に接続されている。主回路２は、固体リレー
５（ＳＳＲ）を含んでいる。このＳＳＲは、制御電極６
にスイッチング信号が付与されると、導通状態となる。
主回路のスイッチング用ＡＣ電圧がゼロを通過すると、
ＳＳＲは開状態に戻る。従って、負荷へ供給されるべき
電力は、電源回路のスイッチング信号の半周期の特定の
期間、ＳＳＲを導通状態とすることにより制御される。
スイッチング信号が制御電極６に付与される位相角は、
通過する電力を示す。スイッチング信号が、主回路の電
圧の位相に関して常に同じ時点でスイッチングすること
ができるように、ＡＣ電圧との同期が必要とされる。か
かる目的のため、主回路のＡＣ電圧がゼロ軸を横切った
ことを検出するゼロクロス検出器７が設けられている。
図６（Ｂ）に示すスイッチング信号は、本発明に従って
構成された制御ユニット８により生成される。本発明に
よれば、各半周期に対して再決定されるべき位相角であ
る時間ｔcut は、位相角ｔ0 から得られる。位相角ｔ0
は、後述する如く、その周りで本発明に係る位相遮断が
変化される設定点を構成している。負荷に供給されるべ
き特定の電力に対応し、デューティサイクルとして、す
なわち、吸収されるべき電力の最大電力に対するパーセ
ントとして表されるこの設定点ｔ0 は、制御ユニット８
Ａにより決定される。制御ユニット８Ａは、ＮＴＣ１８
の測定値に基づく放射器小割板の温度、ＮＴＣ１９が検
出する環境温度、装置の動作状態、及び選択された担体
材料に基づいて、負荷に供給されるべき電力を決定す
る。装置の動作状態、及び選択された担体材料に関する
情報は、中央制御ユニットから供給される。供給される
べき電力は、制御ユニット８Ａにより２００ミリ秒毎に
再決定される。従って、ｔ0 の値は２００ミリ秒毎に更
新される。

【００１３】制御ユニット８はマイクロコントローラと
して構成されている。このマイクロコントローラに格納
されたｔ0 からｔcut を求めるプログラムのフローチャ
ートを図4 及び図５に示す。先ず、図６を参照して、関
連する変数について説明する。図６（Ａ）において、信
号１は、主回路２の主電源接続点１に現れる正弦波電圧
である。制御回路８Ａは、上記した所定の環境条件に基
づいて、各時点で固定ユニットへ供給されるべき電力を
計算する。この電力は、時刻ｔ0 における位相遮断に対
応している。本発明によれば、位相遮断は、時刻t0では
行われず、時刻ｔcut に変化されている。ｔcut のｔ0
の周りでの変化は、スイング窓により決定された範囲内
で行われる。スイング窓は、ｔ0 のｔ3 の値に対する最
大許容偏差により決定され、半周期の限度を超えた場合
にクリップされる。ｔcut は、スイング窓内をインデッ
クスｎと共にステップ状に横断する。インデックスｎ
は、スイング窓の極限値に対応する負の極限値と正の極
限値との間で変化する。１つのステップは、各半周期で
インデックスｎが１だけ増加され、又は、１だけ減少さ
れるように、各半周期について設定される。各ステップ
において、ｔcut は、ｔd だけ増加又は減少される。ｔ
cut のｔ0 に対する位置は、各時点において、ｔcut の
t0からの距離であるｔd へのステップ数を示すインデッ
クスｎにより決定される。図６（Ｂ）は、時刻ｔcut に
おいて制御電極に付与されるスイッチング信号２を示
す。

【００１４】以下、フローチャートを参照して、本発明
に係る電源回路の動作について説明する。図４の開始位
置１から開始し、ステップ２において、各変数に初期値
が代入される。これは、通常は、再生装置がオンされた
際に実行される。これらの初期設定には、スイング窓の
スイングｔ3 ；各位相遮断の際の各時点での位相遮断の
実際のシフト量であるステップｔd ；設定点ｔ0 ；ｔ0
の前回値であり、ｔ0に初期化されるｔprev；位相遮断
のシフトが上昇しているか下降しているかを示し、値Ｕ
Ｐに初期化される信号ＦＬＡＧ；及び、値０に初期化さ
れるインデックスｎが含まれる。ステップ３では、ｔ0
の値が読み込まれる。ステップ４では、現在の半周期内
で行われなければならない位相遮断の時刻が計算され
る。ステップ５では、ゼロクロス点が検出された時点で
タイマーＴ1 が開始される。このタイマーは、ステップ
６において時間ｔcut が経過するまで（肯定判別される
まで）作動する。その時点で、ステップ７において位相
遮断信号が制御電極に付与される。そして、ステップ３
において、ｔ0 が再び読み込まれる。このサイクルが、
電源電圧の各半周期に対して実行される。

【００１５】図５を参照して、ｔcut の計算について詳
細に説明する。開始位置１から開始して、ステップ２に
おいて、ｔ0 が変化しないで維持されているか否かが判
別される。その結果、変化しているならば（Ｎ）、スイ
ング窓もまた変化していることになる。この場合、ｔcu
t は新たなスイング窓へステップ状に接近する。この目
的のため、ステップ３では、現在のｔcut に関連する
が、新たなｔ0 から決定される新たなインデックスｎが
計算される。新たな位置が、現在の半周期の終了部のス
イング窓の右側、すなわち、位相遷移の右側にあり、ク
リッピングが必要ならば（ステップ４のＹ）、ステップ
５において変数ＦＬＡＧに値ＤＯＷＮが代入される。そ
うでなければ（ステップ４のＮ）、ステップ６におい
て、新たな位置が、現在の半周期の開始部のスイング窓
の左側、すなわち、位相遷移の左側にあるか否かが判別
される。その結果、肯定判別されたならば、ステップ７
において、変数ＦＬＡＧに値ＵＰが代入される。一方、
否定判別されたならば、変数ＦＬＡＧの修正が必要であ
り、ｎの新たな値のみが新たな状況のために決定され
る。次に、ステップ８へ進む。また、ステップ２におい
てｔ0 が変化していない場合も直接ステップ８へ進む。

【００１６】ステップ８では、変数ＦＬＡＧの値が検査
される。加算が必要であれば（Ｙ）、ステップ９におい
てインデックスｎは１だけ増加される。ステップ１０で
は、ｔcut がスイング窓の右側、すなわち、現在の半周
期の右外側にあるか否かが判別される。その結果、肯定
判別されたならば（Ｙ）、ステップ１１において変数Ｆ
ＬＡＧに値ＤＯＷＮが代入される。次に、ステップ１２
へ進む。

【００１７】一方、ステップ８において、変数ＦＬＡＧ
の値がＤＯＷＮであれば（Ｎ）、ステップ１５において
インデックスｎが１だけ減少される。ステップ１６で
は、ｔcut がスイング窓の左外側、すなわち、現在の半
周期の左側にあるか否かが判別される。その結果、肯定
判別されれば、変数ＦＬＡＧに値ＵＰが代入される。次
に、ステップ１２において、ｔcut が決定される。最後
に、ステップ１３において、変数ｔprevに値ｔ0 が代入
され、図４のステップ５に戻る。

【００１８】ｔ3 及びｔd を、ｔ3 がｔd の倍数となら
ないように選択することで、高調波を抑制することがで
きる。ｔcut がスイング窓を通過する毎に、オフセット
が決定される。これは、ｎ＊ｔd −ｔ3 である。ただ
し、ｎは、限界値ｔ3 を通過する際のインデックスの値
である。極限値を通過する際に変化されるこのオフセッ
トは、常にｔcut に加えられる。この効果は、別の周期
の間の、スイング窓による位相遮断もまた異なる時間グ
リッドで生ずることである。

【００１９】ゼロ点検出器及びタイマの不正確さの影響
は、ｔ0 又はｔcut がその領域内にあればスイッチング
信号２が抑制されるような、必ずしも対称的でない領域
をゼロクロス点の周りに定義することにより例えば４０
０マイクロ秒まで低減される。本発明に係る回路での測
定により、３３００マイクロ秒のスイング窓（２＊ｔ3
）及び１６０マイクロ秒のステップ値を用いてフリッ
カー及び高調波が相当に低減されることがわかった。こ
の場合、電源電圧は２３０Ｖ、５０Ｈｚである。

【００２０】以上説明した回路は再生装置の固定ユニッ
ト用に限定されるものではなく、例えば、紙予熱ユニッ
ト等の、電力が位相遮断により制御され、主電源に誘起
されるフリッカー及び干渉放射が制限されるべき複写機
の任意の場所に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】印刷装置を模式的に示す図である。

【図２】即時にパワーを送出するよう適合された型式の
固定ユニットである。

【図３】本発明に係る電源回路のブロック図である。

【図４】本発明に係るＳＳＲ制御の第１のフローチャー
トである。

【図５】本発明に係るＳＳＲ制御の第２のフローチャー
トである。

【図６】（Ａ）は、主回路内の交流電圧を示すタイムチ
ャートである。（Ｂ）は、スイッチング信号のタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

２ 主回路 ５ 固体リレー（ＳＳＲ） ６ 制御電極 ８ 制御ユニット １０ 固定ユニット １８ 温度センサ １９ 第２の温度センサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エネルギー源から負荷へ電力を供給する
   主電気回路と、 制御電極を備えると共に前記主電気回路に配設され、ス
   イッチング信号が前記制御電極に付与されるとその状態
   を変化させるスイッチング手段と、 前記主電気回路に存在する周期Ｐの実質的に正弦波の信
   号のゼロクロスを検出するとゼロクロス検出信号を生成
   するゼロクロス検出器と、 前記スイッチング手段の前記制御電極に接続され、前記
   スイッチング信号を前記制御電極に付与すると共に、前
   記ゼロクロス検出器に接続されて前記ゼロクロス検出信
   号を受け、かつ、負荷へ供給されるべき電力を示す電力
   制御信号を受ける手段が設けられた制御ユニットと、を
   備える再生装置の負荷、特に固定ユニットへの電源制御
   装置であって、 前記制御ユニットは、前記主回路に存在する前記実質的
   に正弦波の信号のゼロクロスに対して時間的に変化する
   位相角でスイッチング信号を発生する手段を備え、該時
   間的に変化する位相角は、前記電力制御信号により決定
   された位相角設定点の周りを変化することを特徴とする
   電源制御装置。
2. 【請求項２】 前記位相角は時間的に周期的に変化する
   ことを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
3. 【請求項３】 前記位相角は、半周期が経過する毎に一
   定のステップでステップ状に変化することを特徴とする
   請求項２記載の電源制御装置
4. 【請求項４】 時間的に周期的に変化する前記位相角は
   ２つの極限値の間を変化し、一方の極限値に達すると、
   その時点で存在するステップ値が、次に生成される位相
   角に対するオフセットとして用いられることを特徴とす
   る請求項３記載の電源制御装置。
5. 【請求項５】 前記位相角設定点が第１の値から第２の
   値に変化すると、前記位相角は、半周期が経過する毎
   に、位相角が前記第２の値に対応する極限値の範囲に入
   るまで一定のステップでステップ状に適合されることを
   特徴とする請求項３記載の電源制御装置。
6. 【請求項６】 前記負荷は、担体材料にトナー像を固定
   する固定ユニットであり、 前記装置は、前記固定ユニットの温度を示す温度信号を
   生成する温度センサを備え、 前記電力制御信号は前記固定ユニットの温度に応じて決
   定されることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか
   １項記載の装置。
7. 【請求項７】 前記装置は、環境温度を示す信号を生成
   する第２の温度センサを備え、 前記制御ユニットは、前記第２の温度センサに接続され
   て環境温度信号を受けると共に、該環境温度信号に基づ
   いて前記位相角設定点を補正する手段を備えることを特
   徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 固定ユニットと、請求項６又は７記載の
   固定ユニットへの電源制御装置とを備える再生装置。