JP2004117945A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のヒータを適切にサイクル制御できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数のヒータと、各ヒータに、それぞれ、交流電源電圧を、２以上の半波を周期として、半波単位で選択したパターンで印加するサイクルを繰り返すようにするサイクル制御手段とを備える。サイクル制御手段は、周期中に複数のヒータに印加される電圧の総和が、交流電源電圧に対して少なくとも１半波分の欠落があるようにする。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、詳しくは、複写機、プリンタ等に使用される定着器、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機の定着器において、発熱位置が異なる複数のハロゲンヒータを用い、定着ローラの長手方向の温度分布が最適になるように制御したり、ウォームアップ時間を短縮することなどが行われている。このような複数のヒータは、コストやノイズ（端子雑音電圧）を考慮して、一般に、サイクル制御が用いられている。
【０００３】
ところが、サイクル制御では、半波単位のＯＮ／ＯＦＦが瞬間的な電圧降下を引き起こしてしまうため、フリッカを悪化させてしまう。
【０００４】
この対策として、例えば特許文献１には、フリッカ悪化の原因である総和の半波ＯＦＦをなくすために、定着器の２本のヒータを予め決められ固定された組み合わせパターンで点灯制御し、２本の総和の波形が常に全通電となるようにする方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９５６１１号公報（第５頁、図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、総和の波形が常に全通電となるようにする方法では、必要以上に電力を供給してしまい、温度制御により、ヒータの完全ＯＦＦ区間が生じてしまう。これは、定着電力は、ウォームアップや印字中に最も電力が必要な場合を考慮して設定するために、通常の印字中や待機中において、一般に、全通電では電力供給が過剰となるからである。完全ＯＦＦ区間が長いと、ヒータ温度低下により再点灯時に大きな突入電流が流れ、フリッカを悪化させてしまう。
【０００７】
また、２本のヒータを予め決められ固定された組み合わせパターンで点灯制御する場合、定着条件（紙種、紙サイズ、印字スピード、周囲温度など）のさまざまな変化に対して、それぞれの別の加熱ポイントを受け持つヒータに最適な電力配分を行うことが困難である。そのため、温度リップルが大きくなったり、さらにはヒータの完全ＯＦＦ区間が生じ、フリッカ悪化を招く。
【０００８】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、複数のヒータを適切にサイクル制御できる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の画像形成装置を提供する。
【００１０】
画像形成装置は、複数のヒータと、該各ヒータに、それぞれ、交流電源電圧を、２以上の半波を周期として、半波単位で選択したパターンで印加するサイクルを繰り返すようにするサイクル制御手段とを備える。上記サイクル制御手段は、上記周期中に上記複数のヒータに印加される電圧の総和が、上記交流電源電圧に対して少なくとも１半波分の欠落があるようにする。
【００１１】
上記構成によれば、サイクル制御手段は、全通電を行わないので、ヒータへの過剰な電力供給を回避し、適切な温度制御を行うことができる。各ヒータは、周期中に電圧が印加されるので、完全ＯＦＦ区間を生じない。そのため、ヒータの完全ＯＦＦ区間を生じる場合のようなフリッカの悪化を招かない。
【００１２】
したがって、複数のヒータを適切にサイクル制御できる。
【００１３】
好ましくは、上記周期に対して複数の上記パターンを記憶する記憶手段と、上記各ヒータに対応する温度を検出する温度検出手段とを備える。上記制御手段は、上記温度検出手段による温度検出検出結果に基づいて、上記記憶手段に記憶された上記複数のパターンから一つのパターンを選択し、該選択したパターンで上記複数のヒータに上記交流電源電圧が印加されるようにするパターン選択動作を行う。
【００１４】
上記構成によれば、複数のパターンを記憶しておき、選択することにより、種々の状態に適切に対応した温度制御が可能となる。
【００１５】
より好ましくは、上記制御手段は、上記周期ごとに、上記パターン選択動作を行う。
【００１６】
上記構成によれば、１周期ごとに温度を検出してパターンを選択するので、より精密に温度制御を行うことができる。
【００１７】
具体的には、例えば以下のように構成する。
【００１８】
上記複数のヒータは、２本のヒータである。上記制御手段は、上記周期中に上記２本のヒータに印加される電圧の総和が、上記交流電源電圧に対して１／３、１／２又は２／３の割合で半波が欠落するようにする。
【００１９】
上記構成によれば、各ヒータへの給電波形の総和が、全体としてみると、「１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ」、「２半波ｏｎ，１半波ｏｆｆ」又は「１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ」とすることができ、ヒータへの電力供給を全通電時よりも少なくすることができる。上記の割合であれば、電力供給は全通電時の略１／３、１／２、２／３とすることができ、３半波、６半波、９半波など比較的短い周期で、簡単な制御を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として実施例を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、画像形成装置である複写機内に設けられる定着器１０の模式図である。定着器１０は、ヒートローラ１と加圧ローラ２との間に、トナー画像が現像された用紙３を通過させることにより、用紙３上にトナー画像を熱融着させることができる。ヒートローラ１内には、ヒートローラ１の中央部を加熱するメインヒータ４と、ヒートローラ１の両端部を加熱するサブヒータ５とが配置されている。各ヒータ４，５は、ハロゲンランプを用いたハロゲンヒータである。
【００２２】
図２は、各ヒータ４，５のローラ軸方向の熱強度分布を示す。メインヒータ４は、図２（ｂ）に示すように、中央Ｃ付近に熱強度のピークがある。サブヒータ５は、図２（ａ）に示すように、両端部に熱強度のピークがある。
【００２３】
図１に示したように、ヒートローラ１の中央部と端部に沿って、温度検出手段としてサーミスタ１４、１５が配置されている。メインサーミスタ１４は、ヒートローラ１の中央部付近の温度を検出し、サブサーミスタ１５はヒートローラ１の端部付近の温度を検出する。
【００２４】
２つのサーミスタ１４，１５で検出した温度に基づいて、熱強度分布の異なる２本のヒータ４，５に通電することにより、ヒートローラ１の温度分布が均一になるようにすることができる。この温度制御のための電力制御には、サイクル制御を用いる。
【００２５】
図３は、定着器１０においてサイクル制御を用いた温度制御を実現するための電気回路図である。
【００２６】
サイクル制御手段であるＣＰＵ１２には、図示していないが、記憶手段としてメモリ（例えば、ＲＯＭ）が接続されている。ＣＰＵ１２は、２つのアナログポートＡＤ／１，Ａ／Ｄ２と、割り込みポートＩＮＴと、２つの出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２とを有する。
【００２７】
アナログポートＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２には、サーミスタ１４，１５の抵抗Ｒ１、Ｒ２による分圧電位が入力される。ＣＰＵ１２は、アナログポートＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２に入力さた信号を内部でアナログ／デジタル変換することにより、ヒートローラ１の温度（温度分布）を認識することができる。
【００２８】
割り込みポートＩＮＴには、破線で囲んだブロックＡからゼロクロスパルスが入力される。ブロックＡは、フォトカプラＰＣ１及び比較器ＣＯＭにより、図１０に示すように交流電源電圧のゼロクロス点に対応するゼロクロスパルスを生成する。ゼロクロスパルスは、ヒートローラ１の温度確認や、サイクル制御波形決定のタイミング信号となる。
【００２９】
ＣＰＵ１２は、ゼロクロスパルスの立ち下がりに応じて、内部の割り込みルーチン（後述）が起動される。このゼロクロス信号立ち下がり直後に、所定のタイミングで、それぞれメインヒータ４，サブヒータ５を点灯させるリモート信号を出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力する。これにより、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、ホトトライアックＰＴ１，ＰＴ２、トライアックＴ１，Ｔ２を介して、交流電源の半波単位のＯＮ／ＯＦＦによる電力制御であるサイクル制御を行う。
【００３０】
すなわち、出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２からＨｉレベルの信号が出力されるときには、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２がＯＦＦとなり、ホトトライアックＰＴ１，ＰＴ２の発光側は消灯し、受光側ホトトライアックはＯＦＦとなる。そのため、トライアックＴ１，Ｔ２にはゲート電流が流れず、トライアックＴ１，Ｔ２はＯＦＦ状態となり、ヒータ４，５は消灯となる。
【００３１】
逆に、出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２からＬｏレベルの信号が出力されるときには、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２はＯＮ、ホトトライアックＰＴ１，ＰＴ２の発光ダイオードは点灯し、受光側ホトトライアックはＯＮとなる。これにより、トライアックＴ１，Ｔ２は、ゲート電流が供給されて導通状態となり、ヒータ４，５は点灯する。
【００３２】
なお、ノイズ等によるトライアックＴ１，Ｔ２の誤動作を防止するため、トライアックＴ１，Ｔ２と並列に抵抗Ｒ６，Ｒ７及びコンデンサＣ１，Ｃ２が接続されている。
【００３３】
各ヒータ４，５は、それぞれ、トライアックＴ１，Ｔ２を介して、電源の両端子ａ，ｂに並列に接続されている。ヒータ４，５の通電により、端子ａにコモン電流が流れる。
【００３４】
次に、フリッカを低減し、かつ、ローラ温度分布を均一化するサイクル制御の一例について、図４〜図９を参照しながら説明する。
【００３５】
図４は、サーミスタ１４，１５による検出温度と制御温度との関係によるローラ温度制御状態の区分を示す。横軸は時間、縦軸は温度、符号Ｔｍはメインサーミスタ１４の検出温度、符号Ｔｓはサブサーミスタ１５の検出温度、符号Ｔｃは制御温度を、それぞれ示す。
【００３６】
区分▲１▼は、メインサーミスタ１４による検出温度Ｔｍ、サブサーミスタ１５による検出温度Ｔｓの両方が、制御温度Ｔｃを下回っている状態である。
【００３７】
区分▲２▼は、メインサーミスタ１４による検出温度Ｔｍが制御温度Ｔｃを下回り、サブサーミスタ１５による検出温度Ｔｓが制御温度Ｔｃを上回っている状態である。
【００３８】
区分▲３▼は、メインサーミスタ１４による検出温度Ｔｍと、サブサーミスタ１５による検出温度Ｔｓの両方が、制御温度Ｔｃを上回っている状態である。
【００３９】
区分▲４▼は、メインサーミスタ１４による検出温度Ｔｍが制御温度Ｔｃを上回り、サブサーミスタ１５による検出温度Ｔｓが制御温度Ｔｃを下回っている状態である。
【００４０】
各区分▲１▼〜▲４▼に対応して、次の表１に示したように、ヒータ４，５のサイクル制御を行う。
【表１】

【００４１】
具体的には、図５〜図８に示すように、電源電圧の半波を配分する。
【００４２】
区分▲１▼のとき、検出温度Ｔｍ，Ｔｓは、ヒートローラ１の中央部、端部とも制御温度Ｔｃを下回る状態なので、両ヒータ４，５とも電力を大きくしたい。そこで、図５に示すように、コモンの波形を「２半波ｏｎ，１半波ｏｆｆ」、デューティ比２／３とし、メインヒータ４には「１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ」、デューティ比１／３を、サブヒータ５には「１半波ｏｎ、２半波ｏｆｆ」、デューティ比１／３を、それぞれ配分する。
【００４３】
区分▲２▼のとき、ヒートローラ１の中央部の検出温度Ｔｍが制御温度Ｔｃを下回り、端部の検出温度Ｔｓが制御温度Ｔｃを上回る状態なので、電力配分は、メインヒータ４に多く、サブヒータ５には少なくしたい。そこで、図６に示すように、コモンの波形を「１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ」、デューティ比１／３とし、メインヒータ４は「（１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ）×２＋３半波ｏｆｆ」、デューティ比２／９、サブヒータ５は「１半波ｏｎ，８半波ｏｆｆ」、デューティ比１／９を配分する。
【００４４】
区分▲３▼のとき、検出温度Ｔｍ，Ｔｓは、ヒートローラ１の中央部、端部とも制御温度Ｔｃを上回る状態なので、両ヒータ４，５とも電力を小さくしたい。そこで、図７に示すように、コモンの波形を「１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ」、デューティ比１／３とし、メインヒータ４とサブヒータ５に、それぞれ、「１半波ｏｎ，５半波ｏｆｆ」、デューティ比１／６を配分する。
【００４５】
区分▲４▼のとき、ヒートローラ１の中央部の検出温度Ｔｍは制御温度Ｔｃを上回り、端部の検出温度Ｔｓは制御温度Ｔｃを下回る状態なので、メインヒータ４に少なく、サブヒータ５に多く電力を配分したい。そこで、図８に示すように、コモンの波形を「１半波ｏｎ、２半波ｏｆｆ」、デューティ比１／３とし、メインヒータ４は「１半波ｏｎ，８半波ｏｆｆ」、デューティ比１／９、サブヒータ５は「（１半波ｏｎ，２半波ｏｆｆ）×３＋３半波ｏｆｆ」、デューティ比２／９を配分する。
【００４６】
検出温度Ｔｍ，Ｔｓが制御温度Ｔｃを上回っても、ヒータ４，５を完全にＯＦＦにせずに、小さいデューティ比で電力を供給し続けるのは、ヒータ４，５を完全にＯＦＦにすると再点灯時の突入電流でフリッカ悪化を招くからである。また、コモンのデューティ比が１／３、２／３であり、全電通（デューティ比が１）でないのは、全通電にすると、温度リップが大きくなったり、完全ＯＦＦ区間が生じてフリッカが悪化するからである。
【００４７】
なお、図示していないが、コモンの波形を「１半波ｏｎ，１半波ｏｆｆ」、デューティ比１／２となるようにしてもよい。また、配分の仕方は、上記に限るものではなく、例えば、メインヒータ４のデューティ比を１／１２、サブヒータ５のデューティ比を３／１２として、コモンを「１半波ｏｎ、２半波ｏｆｆ」とするなど、多数ある。
【００４８】
また、図示例の制御温度Ｔｃ以外にも温度しきい値を設けて、温度による区分を多段階にすることもできる。さらに、温度の上昇スピードを、区分に付け加えてもよい。例えば、コモンのデューティ比１／３、２／３を、温度上昇スピードに応じて選択するようにしてもよい。
【００４９】
また、サイクル制御波形の決定には、ヒートローラ１の温度状態以外に、印字スピード、用紙搬送速度、用紙サイズ、紙質、印字範囲、定着器周辺の温度などを考慮してもよい。
【００５０】
図９は、ヒートローラ１の温度を認識してサイクル制御を行う割り込みルーチンのフローチャートを示す。
【００５１】
まず、ＣＰＵ１２は、ゼロクロス信号（図１０（ｂ）において矢印で示したゼロクロスパルスの立下りエッジ）が入力されたか否かを判断する（＃１０）。ゼロクロス信号が入力されないときには（＃１０でＮＯ）、図示していないメインフローにリターンする。
【００５２】
ゼロクロス信号が入力されると（＃１０でＹＥＳ）、ゼロクロスカウンタＺｃが９であるか否かを判断する（＃１２）。ゼロクロスカウンタＺｃが９でなければ（＃１２でＮＯ）、ゼロクロスカウンタＺｃに１を加算し（＃２２）、ステップ＃２０に進む。ゼロクロスカウンタＺｃは、電源電圧の９半波を１周期として、ヒートローラ１の温度検出タイミングとサイクル制御波形のタイミングを管理するために用いている。
【００５３】
ゼロクロスカウンタＺｃが９であれば（＃１２でＹＥＳ）、サーミスタ１４，１５によりヒートローラ１の中央部と端部の温度を検出し、その検出温度Ｔｍ，Ｔｓと制御温度Ｔｃとの大小を比較して、区分▲１▼〜▲４▼のいずれであるかを判断する（＃１４）。そして、メインヒータ４とサブヒータ５について、ステップ＃１４で判断した区分▲１▼〜▲４▼に対応するサイクル制御波形（表１参照）を決定し（＃１６）、ゼロクロスカウンタＺｃをリセットして（＃１８）、ステップ＃２０に進む。
【００５４】
ステップ＃２０において、ステップ＃１６で決定されたサイクル制御波形を実現するように、図５〜図８に示すように、ＣＰＵ１２の出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２のＨｉ／Ｌｏ出力を切り替え（＃２０）、図示していないメインフローにリターンする。
【００５５】
以上説明したように、電力を比較的必要としない場合や待機中でも、最適な電力で定着器１０のヒータ４，５の温度制御を行うことができる。ハロゲンヒータの完全ＯＦＦ区間をなくすことで、再点灯時の突入電流が流れることはなく、フリッカの悪化を防ぐことができる。
【００５６】
また、定着条件（紙種、紙サイズ、印字スピード、周囲温度など）のさまざまな変化に対応して、ヒートローラ１のそれぞれ別の加熱ポイントを受け持つ複数本のヒータ４，５の電力配分を最適に調整して、最適電力で加熱することができ、ヒートローラ１の温度リップルが大きくなったり、温度分布が乱れることを防ぐことができる。
【００５７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００５８】
例えば、ヒータは、３本以上であってもよい。同じ半波を、複数本のヒータに同時に印加するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の定着器の模式図である。
【図２】図１のヒータの熱強度分布図である。
【図３】図１の定着器の電気回路図である。
【図４】区分の説明図である。
【図５】区分▲１▼のサイクル制御の説明図である。
【図６】区分▲２▼のサイクル制御の説明図である。
【図７】区分▲３▼のサイクル制御の説明図である。
【図８】区分▲４▼のサイクル制御の説明図である。
【図９】サイクル制御のフローチャートである。
【図１０】ゼロクロスパルスの説明図である。
【符号の説明】
４，５　ヒータ
１０　定着器
１２　ＣＰＵ（サイクル制御手段）
１４，１５　サーミスタ（温度検出手段）

Claims (4)

1. 複数のヒータと、
   該各ヒータに、それぞれ、交流電源電圧を、２以上の半波を周期として、半波単位で選択したパターンで印加するサイクルを繰り返すようにするサイクル制御手段とを備え、
   上記サイクル制御手段は、上記周期中に上記複数のヒータに印加される電圧の総和が、上記交流電源電圧に対して少なくとも１半波分の欠落があるようにすることを特徴とする、画像形成装置。
2. 上記周期に対して複数の上記パターンを記憶する記憶手段と、
   上記各ヒータに対応する温度を検出する温度検出手段とを備え、
   上記制御手段は、上記温度検出手段による温度検出検出結果に基づいて、上記記憶手段に記憶された上記複数のパターンから一つのパターンを選択し、該選択したパターンで上記複数のヒータに上記交流電源電圧が印加されるようにするパターン選択動作を行うことを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
3. 上記制御手段は、上記周期ごとに、上記パターン選択動作を行うことを特徴とする、請求項２記載の画像形成装置。
4. 上記複数のヒータは、２本のヒータであり、
   上記制御手段は、上記周期中に上記２本のヒータに印加される電圧の総和が、上記交流電源電圧に対して１／３、１／２又は２／３の割合で半波が欠落するようにすることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の画像形成装置。

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