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技術 定着装置及び画像形成装置

出願人 コニカミノルタ株式会社
発明者 佐々木孝輔玉木賢二渡邉政行小島清仁泉宮賢二小山弘
出願日 2014年3月19日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2014-056240
公開日 2015年10月8日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-179170
状態 特許登録済
技術分野 電子写真における定着 電子写真における制御・管理・保安
主要キーワード ハーフサイクル 分数形式 既約分数 加減算値 端子ノイズ 温度調整制御 突入電流防止 制御区間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年10月8日)のものです。
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図面 (14)

課題

ハーフサイクルデューティ制御においてフリッカ等の規格を満たす制御パターンを使用して、定着ヒータ印加される電圧値によらず、所望の電力投入可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。

解決手段

画像形成装置が備える定着装置50は、熱定着を行う定着ヒータ53と、交流電源ACから供給される交流半波周期を1単位とした制御周期で、定着ヒータ53の点灯消灯が設定された制御パターンに従い定着ヒータ53を制御する制御部70と、定着ヒータ53の温度を検出する温度センサ55と、定着ヒータ53に印加される電圧値を取得する電圧検知部57とを備え、制御部70は、温度センサ55で検出した定着ヒータ53の温度と、電圧検知部57で検出した定着ヒータ53に印加される電圧値に応じて、制御周期の整数倍である各制御区間内に、所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて定着ヒータ53の点灯と消灯を切り換える。

概要

背景

従来より、プリンタ複写機等として電子写真方式画像形成装置が知られている。この画像形成装置では、用紙に画像を転写し、その後、用紙に画像を定着するという一連のプロセスを通じて用紙に画像を形成する。画像形成装置は、定着処理を行う定着装置を備えており、この定着装置は、熱定着を行うための定着ヒータを備えている。

定着処理での温度リップルを削減するために、定着ヒータのオンオフヒステリシスを少なくして温度リップルを少なくする。従来は、位相制御等よりデューティを調整して定着ヒータの電力制御をすることで温度リップルを削減していた。例えば、特許文献1には、定着ヒータに印加される商用AC電圧の変動を検知し、位相制御によりデューティを調整することで、定着ヒータに投入する電力を調整する技術が開示されている。合わせて、フリッカ対策で定着ヒータの点灯時の突入電流防止のため位相制御が用いられるが、フリッカ以外に高調波端子ノイズの各規格に対応する必要もある。

フリッカは、定着ヒータの点灯・消灯の度に生じる急激な電圧変動により、画像形成装置と同じ交流電源に接続されている機器、例えば照明装置がちらつく等の現象をいう。また、温度リップルを小さくするためには、定着ヒータの点灯・消灯の切換頻度が増加することとなるので、このようなフリッカの影響が顕著になる。

画像形成装置の消費電力削減に関して、定着器電力削減による効果が大きいため、定着器の熱容量を削減することが行われる。しかし、定着器の熱容量を削減すると定着器で温度リップルが大きくなり定着性能に大きな影響を与えてしまう。

定着器の温度リップル低減には電力制御が有効であり、電力制御には位相制御またはPWM制御によりデューティを調整する制御が用いられる。しかし、雑音端子電圧高調波歪み規制フリッカ規制等、各種規格クリアする必要がある。そこで、これら規格に有効な電力制御の1つとして、交流半波周期を1単位として、定着ヒータの点灯と消灯が選択される制御であるハーフサイクルデューティ(HCD)制御が提案されている。

概要

ハーフサイクルデューティ制御においてフリッカ等の規格を満たす制御パターンを使用して、定着ヒータに印加される電圧値によらず、所望の電力を投入可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。画像形成装置が備える定着装置50は、熱定着を行う定着ヒータ53と、交流電源ACから供給される交流の半波周期を1単位とした制御周期で、定着ヒータ53の点灯と消灯が設定された制御パターンに従い定着ヒータ53を制御する制御部70と、定着ヒータ53の温度を検出する温度センサ55と、定着ヒータ53に印加される電圧値を取得する電圧検知部57とを備え、制御部70は、温度センサ55で検出した定着ヒータ53の温度と、電圧検知部57で検出した定着ヒータ53に印加される電圧値に応じて、制御周期の整数倍である各制御区間内に、所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて定着ヒータ53の点灯と消灯を切り換える。

目的

本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、ハーフサイクルデューティ制御においてフリッカ等の規格を満たす制御パターンを使用して、定着ヒータに印加される電圧値によらず、所望の電力を投入可能な定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流半波周期を1単位とした制御周期で、前記定着ヒータの点灯消灯が設定された制御パターンに従い前記定着ヒータを制御する制御部と、前記定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、前記定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、前記制御部は、前記定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、制御周期の整数倍である各制御区間内に、所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて前記定着ヒータの点灯と消灯を切り換えることを特徴とする定着装置

請求項2

各制御区間内に投入するデューティ分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで、制御周期の数が分母で表され、前記定着ヒータを点灯させる回数が分子で表された、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが生成されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。

請求項3

各制御区間内に投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで生成された、制御周期の数が分母で表され、前記定着ヒータを点灯させる回数が分子で表される制御パターンの組み合わせが格納されたテーブルを参照して、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが選択されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。

請求項4

投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせの中で、デューティが小さい順に制御パターンに応じた前記定着ヒータの点灯と消灯の切り換えを、制御区間内で1回もしくは複数回繰り返すことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の定着装置。

請求項5

前記電圧値取得部は、前記定着ヒータに印加される電圧を検出する電圧検知部を備え、前記電圧検知部で検知された電圧値に応じて、投入するデューティが変更されることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の定着装置。

請求項6

前記電圧値取得部は、前記定着ヒータに印加される電圧が設定される電圧設定部を備え、前記電圧設定部で設定された電圧値に応じて、投入するデューティが変更されることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の定着装置。

請求項7

用紙に画像を転写する画像形成部と、前記画像形成部により転写された画像を用紙に定着させる定着装置とを備え、前記定着装置は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を1単位とした制御周期で、前記定着ヒータの点灯と消灯が設定された制御パターンに従い前記定着ヒータを制御する制御部と、前記定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、前記定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、前記制御部は、前記定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、制御周期の整数倍である各制御区間内に、所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて前記定着ヒータの点灯と消灯を切り換えることを特徴とする画像形成装置

技術分野

0001

本発明は、用紙に形成された画像を熱で定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

背景技術

0002

従来より、プリンタ複写機等として電子写真方式の画像形成装置が知られている。この画像形成装置では、用紙に画像を転写し、その後、用紙に画像を定着するという一連のプロセスを通じて用紙に画像を形成する。画像形成装置は、定着処理を行う定着装置を備えており、この定着装置は、熱定着を行うための定着ヒータを備えている。

0003

定着処理での温度リップルを削減するために、定着ヒータのオンオフヒステリシスを少なくして温度リップルを少なくする。従来は、位相制御等よりデューティを調整して定着ヒータの電力制御をすることで温度リップルを削減していた。例えば、特許文献1には、定着ヒータに印加される商用AC電圧の変動を検知し、位相制御によりデューティを調整することで、定着ヒータに投入する電力を調整する技術が開示されている。合わせて、フリッカ対策で定着ヒータの点灯時の突入電流防止のため位相制御が用いられるが、フリッカ以外に高調波端子ノイズの各規格に対応する必要もある。

0004

フリッカは、定着ヒータの点灯・消灯の度に生じる急激な電圧変動により、画像形成装置と同じ交流電源に接続されている機器、例えば照明装置がちらつく等の現象をいう。また、温度リップルを小さくするためには、定着ヒータの点灯・消灯の切換頻度が増加することとなるので、このようなフリッカの影響が顕著になる。

0005

画像形成装置の消費電力削減に関して、定着器電力削減による効果が大きいため、定着器の熱容量を削減することが行われる。しかし、定着器の熱容量を削減すると定着器で温度リップルが大きくなり定着性能に大きな影響を与えてしまう。

0006

定着器の温度リップル低減には電力制御が有効であり、電力制御には位相制御またはPWM制御によりデューティを調整する制御が用いられる。しかし、雑音端子電圧高調波歪み規制フリッカ規制等、各種規格クリアする必要がある。そこで、これら規格に有効な電力制御の1つとして、交流半波周期を1単位として、定着ヒータの点灯と消灯が選択される制御であるハーフサイクルデューティ(HCD)制御が提案されている。

先行技術

0007

特開2000−347530号公報

発明が解決しようとする課題

0008

ハーフサイクルデューティ制御では、半波周期の整数倍を1制御区間として、定着ヒータを点灯させる区間と定着ヒータを消灯させる区間が設定された制御パターンが使用される。しかし、ハーフサイクルデューティ制御では、フリッカの規格を満たすことができない制御パターンが存在する。

0009

所望の定着温度を得るためには、それに応じた電力を定着ヒータに投入する必要があるため、フリッカの規格を満たす制御パターンのみを使用する場合、投入できる電力が制限されることになる。また、定着ヒータに供給されるAC電圧値が異なれば、同じデューティであっても電力が異なるため、所望の電力は得られない。

0010

更に、同じ仕様の定着ヒータを使用した場合、定着ヒータに供給されるAC電圧値が異なれば、同じデューティであっても電力が異なるため、同じ電力を得るためには、AC電圧値に応じて仕様の異なる定着ヒータを使用する必要があり、コストの上昇につながっていた。

0011

本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、ハーフサイクルデューティ制御においてフリッカ等の規格を満たす制御パターンを使用して、定着ヒータに印加される電圧値によらず、所望の電力を投入可能な定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

上述した課題を解決するために、請求項1に係る発明は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を1単位とした制御周期で、定着ヒータの点灯と消灯が設定された制御パターンに従い定着ヒータを制御する制御部と、定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、制御部は、定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、制御周期の整数倍である各制御区間内に、所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて定着ヒータの点灯と消灯を切り換える定着装置である。

0013

請求項2に係る発明は、各制御区間内に投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで、制御周期の数が分母で表され、定着ヒータを点灯させる回数が分子で表された、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが生成される請求項1に記載の定着装置である。

0014

請求項3に係る発明は、各制御区間内に投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで生成された、制御周期の数が分母で表され、定着ヒータを点灯させる回数が分子で表される制御パターンの組み合わせが格納されたテーブルを参照して、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが選択される請求項1に記載の定着装置である。

0015

請求項4に係る発明は、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせの中で、デューティが小さい順に制御パターンに応じた定着ヒータの点灯と消灯の切り換えを、制御区間内で1回もしくは複数回繰り返す請求項2または請求項3に記載の定着装置である。

0016

請求項5に係る発明は、電圧値取得部は、定着ヒータに印加される電圧を検出する電圧検知部を備え、電圧検知部で検知された電圧値に応じて、投入するデューティが変更される請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の定着装置である。

0017

請求項6に係る発明は、電圧値取得部は、定着ヒータに印加される電圧が設定される電圧設定部を備え、電圧設定部で設定された電圧値に応じて、投入するデューティが変更される請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の定着装置である。

0018

請求項7に係る発明は、用紙に画像を転写する画像形成部と、画像形成部により転写された画像を用紙に定着させる定着装置とを備え、定着装置は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を1単位とした制御周期で、定着ヒータの点灯と消灯が設定された制御パターンに従い定着ヒータを制御する制御部と、定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、制御部は、定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、制御周期の整数倍である各制御区間内に、所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて定着ヒータの点灯と消灯を切り換える画像形成装置である。

発明の効果

0019

本発明によれば、ハーフサイクルデューティ制御において、定着ヒータに印加される電圧値に応じて、フリッカ等の所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて定着ヒータの点灯と消灯を切り換えることで、投入できる電力の制限を解消することができ、所望の電力を定着ヒータに投入して、必要とされる定着温度を得ることができる。

0020

また、定着ヒータに供給されるAC電圧値が異なっても、所望の電力を得ることができるので、AC電圧値に応じて仕様の異なる定着ヒータを使用する必要はなく、定着ヒータを共通化してコストを低減させることができる。

図面の簡単な説明

0021

本実施の形態の画像形成装置を模式的に示す構成図
定着装置の構成を示すブロック図
制御パターンに応じた電圧波形を示す説明図
制御パターンの一例とデューティの関係を示す説明図
投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図
投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図
投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図
デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図
デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図
デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図
デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図
フリッカの規格を満たす制御パターンの一例を示す説明図
定着ヒータの制御の一例を示すフローチャート

実施例

0022

図1は、本実施の形態の画像形成装置を模式的に示す構成図である。この画像形成装置は、例えば複写機といった電子写真方式の画像形成装置であり、複数の感光体を一本の中間転写ベルトに対面させて縦方向に配列することによりフルカラーの画像を形成する、いわゆる、タンデム型カラー画像形成装置である。

0023

画像形成装置は、原稿読取装置SC、画像形成部10Y,10M,10C,10K、定着装置50、制御部70を主体に構成され、これらが一つの筐体内に収められている。

0024

原稿読取装置SCは、走査露光装置光学系により原稿の画像を走査露光し、その反射光ラインイメージセンサにより読み取り、これにより、画像信号を得る。この画像信号は、A/D変換、シェーディング補正圧縮等の処理が施された後、画像データとして制御部70に入力される。なお、制御部70に入力される画像データとしては、原稿読取装置SCで読み取ったものに限らず、例えば、画像形成装置に接続されたパーソナルコンピュータや他の画像形成装置から受信したものや、USBメモリといった可搬性記録媒体に格納されたものであってもよい。

0025

画像形成部10Y,10M,10C,10Kは、イエロー(Y)の画像を形成する画像形成部10Y、マゼンダ(M)の画像を形成する画像形成部10M、シアン(C)の画像を形成する画像形成部10C、ブラック(K)の画像を形成する画像形成部10Kに対応している。

0026

画像形成部10Yは、感光体ドラム1Y及びその周辺に配置された帯電部2Y、光書込部3Y、現像装置4Y及びドラムクリーナ5Yで構成されている。同様に、画像形成部10M,10C,10Kは、感光体ドラム1M,1C,1K及びその周辺に配置された帯電部2M,2C,2K、光書込部3M,3C,3K、現像装置4M,4C,4K及びドラムクリーナ5M,5C,5Kで構成されている。

0027

感光体ドラム1Y,1M,1C、1Kは、帯電部2Y,2M,2C,2Kによりその表面が一様に帯電させられており、光書込部3Y,3M,3C,3Kによる走査露光により、感光体ドラム1Y,1M,1C、1Kには潜像が形成される。さらに、現像装置4Y,4M,4C、4Kは、トナー現像することによって感光体ドラム1Y,1M,1C、1K上の潜像を顕像化する。これにより、感光体ドラム1Y,1M,1C、1K上には、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックのいずれかに対応する所定色の画像(トナー画像)が形成される。感光体ドラム1Y,1M,1C、1K上に形成された画像は、1次転写ローラ7Y,7M,7C,7Kにより、ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト6上の所定位置へと逐次転写される。

0028

中間転写ベルト6上に転写された各色よりなる画像は、後述する用紙搬送部20により所定のタイミングで搬送される用紙Pに対して、2次転写ローラ9によって転写される。この2次転写ローラ9は、中間転写ベルト6と圧接して配置されることによりニップ(転写ニップ)を形成し、用紙Pを搬送しながら当該用紙Pに画像を転写する。

0029

用紙搬送部20は、搬送経路に従って用紙Pを搬送する。用紙Pは給紙トレイ21に収容されており、当該給紙トレイ21に収容された用紙Pは、給紙部22により取り込まれ、搬送経路へと送り出される。搬送経路において、転写ニップ部よりも上流側には、用紙Pを搬送する複数の搬送手段が設けられている。個々の搬送手段は、互いに圧接された一対のローラによって構成されており、駆動手段である電動モータを通じて少なくとも一方のローラが回転駆動する。そして、搬送手段は、用紙Pを挟持して回転することにより、用紙Pを搬送する。なお、搬送手段は、一対のローラで構成する以外にも、ベルト同士の組み合わせや、ベルト及びローラの組み合わせといったように、一対の回転部材からなる構成を広く採用することができる。

0030

定着装置50は、画像が転写された用紙Pに対して、画像を定着させる定着処理を施す装置である。定着装置50は、互いに圧接して配置されることによりニップ(定着ニップ)を形成する一対の定着部材と、当該定着部材を加熱する加熱手段と備えている。一対の定着部材としては、例えば定着ローラ51,52を用いることができる。個々の定着ローラ51,52は、回転可能に構成されており、駆動手段である駆動モータ(図示せず)を通じて、少なくとも一方のローラ、例えば定着ローラ52が回転駆動する。加熱手段としては、定着ヒータ53を用いることができ、当該定着ヒータ53は、通電によって点灯するものであり、例えばハロゲンランプを用いることができる。定着装置50は、用紙Pを搬送するとともに、一対の定着ローラ51,52による圧力定着、定着ヒータ53による熱定着を行うことで、画像を用紙Pに定着させる。

0031

定着装置50により定着処理が施された用紙Pは、排紙ローラ28により排出される。また、用紙Pの裏面にも画像形成を行う場合、用紙表面に対する画像形成を終えた用紙Pは、切換ゲート30により、下方にある反転ローラ31へと搬送される。反転ローラ31は、搬送された用紙Pの後端を挟持した後、逆送することによって用紙Pを反転させて、再給紙搬送経路に送り出す。この再給紙搬送経路へと送り出された用紙Pは、再給紙用の複数の搬送手段によって搬送され、転写位置へと用紙Pを回帰させる。

0032

制御部70は、画像形成装置を統合的に制御する機能を担っており、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部70は、画像形成部10Y,10M,10C,10Kや定着装置50などを制御することにより、用紙Pに画像を形成する。

0033

図2は、定着装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態との関係において、制御部70は、定着装置50を制御する機能も担っている。具体的には、制御部70は、予め設定された目標定着温度と、検出あるいは設定された電源電圧に基づいて、定着ヒータ53の点灯及び消灯に関する制御を行う。

0034

交流電源ACは、オフィス等といった画像形成装置1の使用環境に配設されており、定着ヒータ53は、電力線56を介して交流電源ACと接続されている。電力線56には、当該電力線56を遮断して定着ヒータ53を消灯させるオフ状態と、電力線56を接続して定着ヒータ53を点灯させるオン状態とを切換可能な切換部54が設けられている。この切換部54のオン及びオフ状態は、制御部70により切換制御される。

0035

切換部54としては、トライアック双方向サイリスタ)などを用いることができる。ただし、後述するように、ゼロクロスを起点に交流電源ACの半波周期を単位として切換制御を実現し得る限り、切換部54には、トランジスタ、IGBTといったスイッチング素子等を利用することもできる。

0036

制御部70には、定着ヒータ53の温度を検出する温度センサ55から、温度情報を示す検出信号が入力される。また、制御部70には、交流電源ACの電圧を検出する電圧検知部57から、電圧情報を示す検出信号が入力される。制御部70は、温度センサ55によって検出される定着ヒータ53の温度と、電圧検知部57によって検出される交流電源ACの電圧に基づいて、投入したい電力となる所望のデューティとなるように、定着ヒータ53の点灯及び消灯を判断する。

0037

具体的には、制御部70は、目標温度から、温度センサ55によって検出される温度を減算した温度差演算し、当該温度差に基づいて定着ヒータ53を点灯するのかそれとも消灯するのかを判断する。また、制御部70は、電圧検知部57によって検出される電圧に基づいて、定着ヒータ53を点灯するのかそれとも消灯するのかを判断する。

0038

制御部70は、定着ヒータ53を点灯する場合には、温度センサ55で検出された目標温度に対する温度差と、電圧検知部57によって検出される交流電源ACの電圧に基づき、投入したい電力となる所望のデューティとなるように、切換部54のオンオフ状態を切換制御する。なお、画像形成装置の操作部58を電圧設定部として、交流電源ACの電圧値を操作部58等で入力可能とし、入力された電圧値を記憶部71に格納して、手動入力された電圧値に基づき、投入したい電力となる所望のデューティとなるように、切換部54のオンオフ状態を切換制御しても良い。

0039

この切換制御は、交流電源ACの半波周期を1単位として行われる。交流電源ACが50Hzであれば半波周期は10msecとなり、制御部70は、10msec毎にオン信号又はオフ信号を切換部54に出力する。前述のように切換部54としてトライアックを用いた場合、交流電源ACのゼロクロスのタイミングにおいて制御部70からオン信号が入力されていれば、切換部54はオン状態となり、一方、当該タイミングにおいて制御部70からオフ信号が入力されていれば、切換部54はオフ状態となる。

0040

記憶部71には、定着ヒータ53の点灯と消灯を制御する制御パターンが格納されており、制御部70は、制御パターンに従い定着ヒータ53の点灯と消灯を切り換えるオン信号またはオフ信号を切換部54に出力し、切換部54の切換制御を実行する。

0041

交流の半波周期を1単位とした制御周期で、定着ヒータ53の点灯と消灯が選択される制御であるハーフサイクルデューティ(HCD)制御では、切換部54をオンの状態として定着ヒータ53を点灯させる区間と、切換部54をオフの状態として定着ヒータ53を消灯させる区間が、制御周期毎に設定される。制御パターンは、制御周期の整数倍を1制御区間として、オン信号を出力する区間とオフ信号を出力する区間が制御周期の長さに合わせて設定される。

0042

1制御区間の長さは制御周期の数で表され、1制御区間内で信号が出力される回数、すなわち、定着ヒータ53を点灯させる回数によってデューティが決められるので、記憶部71には、デューティに応じた複数の制御パターンが格納される。

0043

以下、制御パターンの詳細について説明する。図3は、制御パターンに応じた電圧波形を示す説明図である。図3において、オン期間は実線で、オフ期間は破線で示す。交流電源ACが50Hzであれば制御周期fは10msecとなり、60Hzであれば制御周期は8.33・・・msecとなる。

0044

図3に示す例では、制御周期数が「3」、定着ヒータ53の点灯数が「2」である制御パターンを示す。この例では、定着ヒータ53は、1周期半の中で2/3が点灯し、1/3が消灯する。よって、デューティは2/3=66.66・・・%となる。

0045

図4は、制御パターンの一例とデューティの関係を示す説明図である。HCD制御では、フリッカや高調波の規格に従い除外される制御パターンが存在する。図4に示す制御パターンの中で、制御周期数が「2」、定着ヒータ53の点灯数が「1」である制御パターンはデューティが50%となるが、この制御パターンは規格を満たさない。

0046

このように、規格を満たす制御パターンで所望のデューティが得られない場合、従来は、規格に対応する制御パターンの中で、投入したい電力となるデューティに近い制御パターンを選択していた。

0047

図5図7は、投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図で、図5は、ヒータに印加する電圧毎のデューティの理想的な値を示す。図6は、投入したい電力に対して従来の制御で選択される制御パターンP10と、各制御パターンP10でのデューティD10を、定着ヒータに印加される電圧毎に示す。また、図7は、投入したい電力に対して本実施の形態の制御で選択される制御パターンP1と、各制御パターンP1でのデューティD1を、定着ヒータに印加される電圧毎に示す。

0048

図6に示す制御パターンP10は、規格を満たし、かつ、投入したい電力となる周期数P10aと点灯数10bの組み合わせを分数形式で示す。デューティD10の単位は%である。また、図7に示す制御パターンP1は、規格を満たす制御パターンの組み合わせにより投入したい電力となる周期数P1aと点灯数P1bの組み合わせを分数形式で示す。デューティD1の単位は%である。

0049

図5に示すように、投入したい電力が100Wの場合、定着ヒータの印加電圧が160Vであれば、理想的なデューティの値は10.00%である。投入したい電力が100Wでヒータの印加電圧が160Vの場合、図5に示すように、従来の制御で選択される制御パターンP10では、デューティD10は9.09%である。

0050

一方、投入したい電力が100Wの場合、定着ヒータの印加電圧が240Vであれば、理想的なデューティの値は4.44%である。しかし、投入したい電力が100Wで定着ヒータの印加電圧が240Vの場合に、従来の制御で選択される制御パターンP10では、デューティは9.09%であり、理想とする値に対して4%以上の差がある。

0051

このように、従来の制御では、投入したい電力とは大きく異なるデューティを選択しなければいけない場合があり、デューティの精度が印加電圧や投入電力によって大きく異なっていた。

0052

そこで、本実施の形態では、規格に対応する制御パターンを複数組み合わせることで、投入したい電力となるデューティにより近い制御パターンを選択できるようにする。例えば、図4に示す例では、規格に対応する制御パターンの中で、制御周期数が「3」、定着ヒータの点灯数が「1」の制御パターンと、制御周期数が「3」、定着ヒータの点灯数が「2」の制御パターンを組み合わせる。これにより、制御周期数が「3+3=6」、定着ヒータの点灯数が「1+2=3」となり、デューティが50%となり、かつ、規格に対応する制御パターンが得られる。

0053

交流電源の電圧の差を考慮すると、投入したい電力が100Wで定着ヒータの印加電圧が160Vの場合、図7に示すように、本実施の形態の制御で選択される制御パターンP1では、デューティD1は10.00%である。また、投入したい電力が100Wで定着ヒータの印加電圧が240Vの場合、本実施の形態の制御で選択される制御パターンP1では、デューティは4.00%である。

0054

このように、本実施の形態の制御では、規格に対応した上で、投入したい電力とほぼ同等となるデューティを選択でき、デューティの精度は、印加電圧や投入電力に関わらずほぼ一定で、理想とする値に対する誤差は0.5%以下である。

0055

以下に、本実施の形態において制御パターンの生成するアルゴリズムについて説明する。図8図11は、デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図で、以下に説明するアルゴリズムで設定されるデューティ毎の制御パターンの組み合わせを示す。

0056

ここで、1制御区間はA秒とする。1制御区間は、交流電源ACが50Hzであれば整数、60Hzであれば6/5×整数であり、本例では1秒とする。デューティの範囲は1〜99%で、分解能は1%である。デューティが0%の場合は以下のアルゴリズムを用いず、制御区間内で定着ヒータを全消灯とする。また、デューティが100%の場合は以下のアルゴリズムを用いず、制御区間内で定着ヒータを全点灯とする。デューティが0%及び100%の場合も、1制御区間は他と同じA秒、本例では1秒である。なお、本実施の形態では、1制御区間を1秒とした場合を説明するが、あくまで一例である。これは、定着器の熱容量や定着ヒータの発熱量等により、定着ニップ部温度を一定に保つ際の適切な周期はさまざまであるためである。

0057

(1)各制御区間内に投入するデューティを分数で表す。
デューティの分数表記は、分母を100、分子をデューティとすれば良いが、約分が可能であれば既約分数とする。例えば、投入するデューティが1%であれば、1/100とする。2%は2/100=1/50とし、4%は4/100=1/25とし、5%は5/100=1/20とし、10%は10/100=1/10とし、20%は20/100=1/5とし、25%は25/100=1/4とし、50%は50/100=1/2とする。

0058

(2)投入したいデューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表す。
本例では、分母を「11」以下の奇数の和で項数が最少となるように表す。例えば、分母が「100」の場合は、100=11×8+9+3である。分母が「50」の場合は、50=11×4+3+3である。分母が「25」の場合は、25=11×2+3である。分母が「20」の場合は、20=11+9である。分母が「10」の場合は、10=7+3である。分母が「5」の場合は、5=5である。

0059

ここで、投入したいデューティを表す上述した分数の分母が「4」あるいは「2」の場合、分母を奇数の和で表すことができないので、分母が「4」の場合は「8」、「2」の場合は「6」に置き換えて、上述した(1)と(2)のアルゴリズムを再度行う。例えば、投入するデューティが25%であれば、25/100=1/4=2/8とし、50%であれば50/100=1/2=3/6とする。分母が「8」の場合は、8=5+3である。分母が「6」の場合は、6=3+3である。

0060

(3)上述した(2)で求めた奇数を、制御パターンの分母とする。制御パターンの分母は制御周期の数である。
1制御区間に投入するデューティが1%や3%等、デューティを分数表記した場合の分数が「100」である場合、各制御パターンの分母は、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「9」、「3」である。1制御区間に投入するデューティが2%や6%等、デューティを分数表記した場合の分数が「50」である場合、各制御パターンの分母は、「11」、「11」、「11」、「11」、「3」、「3」である。

0061

1制御区間に投入するデューティが4%や8%等、デューティを分数表記した場合の分数が「25」である場合、各制御パターンの分母は、「11」、「11」、「3」である。1制御区間に投入するデューティが5%や15%等、デューティを分数表記した場合の分数が「20」である場合、各制御パターンの分母は、「11」、「9」である。1制御区間に投入するデューティが10%や30%等、デューティを分数表記した場合の分数が「10」である場合、各制御パターンの分母は、「7」、「3」である。1制御区間に投入するデューティが20%や40%等、デューティを分数表記した場合の分数が「5」である場合、各制御パターンの分母は、「5」である。

0062

1制御区間に投入するデューティが25%等、デューティを分数表記した場合の分数が「8」である場合、各制御パターンの分母は、「5」、「3」である。1制御区間に投入するデューティが50%等、デューティを分数表記した場合の分数が「6」である場合、各制御パターンの分母は、「3」、「3」である。

0063

(4)制御パターンの分子を選択する。制御パターンの分子は、定着ヒータの点灯数である。
図12は、フリッカの規格を満たす制御パターンの一例を示す説明図である。図12では、フリッカ評価値であるPST の値が、PST≦0.9である組み合わせは、使用すべきでないものとして除外する。制御パターンの分母が「9」の場合、分子が「5」の組み合わせと「8」の組み合わせは、フリッカの規格を満たさない。また、分母が偶数の場合は、同じ通電パターン繰り返しで通電が一方向に集中してしまうため、使用すべきでないものとして除外する。

0064

まず、フリッカの規格を満たす分母と分子の組み合わせを、図12を参照して選択する。例えば、分母が「11」であれば、分子は「0」〜「11」まで選択可能である。分母が「9」であれば、分子は「1」、「2」、「3」、「4」、「6」、「7」、「9」が選択可能である。分母が「7」であれば、分子は「0」〜「7」まで選択可能である。分母が「5」であれば、分子は「0」〜「5」まで選択可能である。分母が「3」であれば、分子は「0」〜「3」まで選択可能である。分母が「1」であれば、分子は「0」〜「1」まで選択可能である。

0065

次に、分子として選択可能な値の和で、投入したいデューティを表す分数の分子となり、かつ、制御パターン内デューティの最大値が最も小さくなるように、制御パターンの分子を選択する。これは、急激なデューティ増による突入電流を防ぐためである。

0066

例えば、制御区間に投入するデューティが3%なら、制御パターンは、分母が「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「11」、「9」、「3」である10個の制御パターンの組み合わせである。

0067

そして、10個の制御パターンの中で、分母が「11」である制御パターンの中の3組の分子を「1」とし、他の制御パターンの分子は「0」とする。本例では、分母が「11」であるパターン1〜パターン3の分子を「1」とし、パターン4〜パターン10の分子は「0」とする。

0068

以上説明したアルゴリズムで生成される図8図11に示す制御パターンは、何れもフリッカの規格を満たす制御パターンの組み合わせであり、分解能を1%とした1〜99%の各デューティに対応した制御パターンは、何れもフリッカの規格を満たす。

0069

図2に示す制御部70は、上述したアルゴリズムを実行して図8図11に示すような制御パターンを生成して、定着ヒータ53を制御する。また、上述したアルゴリズムを実行して生成された図8図11に示すような制御パターンのテーブルを記憶部71に格納しておき、制御部70は、このテーブルを参照して定着ヒータ53を制御する。

0070

図13は、定着ヒータの制御の一例を示すフローチャートであり、以下に、各図を参照して、本実施の形態における定着ヒータ53の温度調整制御について説明する。

0071

図13のステップSA1で、制御部70は、温度センサ55で定着ヒータ53の温度を検出する。図13のステップSA2で、制御部70は、定着ヒータ53の温度が目標温度より高いか否かを判断する。

0072

制御部70は、定着ヒータ53の温度が目標温度より低いと判断すると、図13のステップSA3で、投入電力を上げる。温度センサ55で検出された定着ヒータ53の温度と、目標温度の差に応じて、投入電力Wの加減算値α(w)が設定され、定着ヒータ53の温度が目標温度より低い場合、投入電力WがG(W)であると、新たな投入電力WをG+α(w)に設定する。なお、投入電力G(w)及び加減算値α(W)は、定着ヒータ53の熱容量や、画像形成装置の動作モード等に応じた所定の値に設定される。例として、G=500W、α=100Wとする。

0073

制御部70は、定着ヒータ53の温度が目標温度より高いと判断すると、図13のステップSA4で、投入電力を下げる。定着ヒータ53の温度が目標温度より高い場合、新たな投入電力WをG−α(w)に設定する。

0074

図13のステップSA5で、制御部70は、交流電源ACで定着ヒータ53に印加される電圧値を取得する。本例では、交流電源ACで定着ヒータ53の両端に印加される電圧値を電圧検知部57で検出する。あるいは、サービスマン等が手動入力で設定した交流電源ACの電圧値を参照する。

0075

図13のステップSA6で、制御部70は、上述したステップSA3あるいはステップSA4で取得した投入電力Wと、ステップSA5で取得した定着ヒータ53への印加電圧Vから、投入すべきデューティX(%)を決定する。

0076

図13のステップSA7で、制御部70は、上述したアルゴリズムを実行する、あるいは、上述したアルゴリズムで作成されたテーブルを参照することで、ステップSA6で決定したデューティに対応する制御パターンを、規格に対応する制御パターンの組み合わせで生成する。そして、投入すべきデューティに対応した制御パターンで、所定の制御区間の間、切換部54のオンオフ状態を切換制御する。

0077

図8図11に示す制御パターンに従い切換部54のオンオフ状態を切換制御する場合、複数の制御パターンの中でデューティの小さい順に投入する。例えば、投入するデューティが4パーセントの場合、図8に示すように、パターン1の制御パターンは「1/11」、パターン2の制御パターンは「0/11」、パターン3の制御パターンは「0/3」である。この場合、パターン2、パターン3、パターン1の順とする。あるいは、パターン3、パターン1、パターン1の順とする。これは、急激なデューティ増による突入電流を防ぐためである。

0078

また、投入したいデューティを表す分数の分母が50以下の場合、1制御区間内で複数回繰り返して投入する。例えば、投入するデューティが4パーセントの場合、制御区間が1秒であれば、パターン2、パターン3、パターン1の順の組み合わせ、あるいは、パターン3、パターン1、パターン1の順の組み合わせを4回繰り返す。

0079

図13のステップSA8で、制御部70は、定着ヒータ53の温度調整制御を終了する指示があると処理を終了し、温度調整制御を終了する指示がない場合は、SA1からの処理を続行する。

0080

以上、本発明の実施の形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。本実施の形態では、画像形成装置の制御部が定着装置を制御する制御部を兼任するものであるが、定着装置が独自の制御部を備え、当該定着装置の制御部が画像形成装置の制御部とは別個に上記の温度調整制御を行ってもよい。また、定着装置それ自体も本発明の一部として機能する。

0081

50・・・定着装置、51・・・定着ローラ、52・・・定着ローラ、53・・・定着ヒータ、54・・・切換部、55・・・温度センサ、56・・・電力線、57・・・電圧検知部、70・・・制御部、71・・・記憶部

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