JP2013167751A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】所定周期に対してヒータへの通電時間が占める比率であるデューティ比を適宜変化させて、定着部の温度を制御する場合に、デューティ比の変化が大きくなる場合であっても電圧変動の発生を抑制する画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、定着部12の温度及び目標温度に基づき決定されるデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する指令部2と、指令部2から出力された通電指令に対応する通電をヒータ15に行う通電部3とを有する。指令部2は、デューティ比が変更された場合に、出力する通電指令を変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替えると共に、変更前と変更後のデューティ比の差が所定閾値を超える場合のみ、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替える前に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩衝通電指令を所定時間出力する。
【選択図】図3
【解決手段】画像形成装置は、定着部12の温度及び目標温度に基づき決定されるデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する指令部2と、指令部2から出力された通電指令に対応する通電をヒータ15に行う通電部3とを有する。指令部2は、デューティ比が変更された場合に、出力する通電指令を変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替えると共に、変更前と変更後のデューティ比の差が所定閾値を超える場合のみ、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替える前に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩衝通電指令を所定時間出力する。
【選択図】図3
Description
本発明は、記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。
従来から、コピー機やプリンタ等に代表される画像形成装置は、加熱することにより、用紙などの記録媒体に付着したトナーを記録媒体に熱定着させる方法が採用されている。適切な熱定着を実現するためには、定着部の温度が所望の温度になるように定着部を加熱するヒータへの通電を制御する必要がある。
ヒータへの通電制御の一例として例えば特許文献1には、定着部の温度を検出し、検出温度に応じてハロゲンランプ等のヒータへの通電を半波単位でオンオフする半波制御(間引き制御とも呼ばれる)が開示されている。この制御は、所定周期において交流電源からヒータに通電する時間の比率であるデューティ比を検出温度と目標温度とに基づき適宜決定し、所定周期あたりにヒータへ通電する半波の数をデューティ比に応じて増減させることで、ヒータの発熱量を制御する。
ヒータへの通電制御の一例として例えば特許文献2には、定着部の目標温度を処理に応じて異なる温度に変更することが開示されている。
ところで、ハロゲンランプなどのヒータに電源を接続する電源投入時など、通電量が急激に変化する場合には、突入電流が生じて周囲の電気機器の動作に悪影響を与える電圧変動(フリッカ)を招来してしまう場合がある。このフリッカは、電源投入時だけでなく、上記半波制御において例えば目標温度の変更に伴いデューティ比が変更され、その変化が大きい場合に発生するおそれがある。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、その目的は、所定周期に対してヒータへの通電時間が占める比率であるデューティ比を適宜変化させて、定着部の温度を制御する場合に、デューティ比の変化が大きくなる場合であっても電圧変動の発生を抑制する画像形成装置を提供するものである。
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じている。
すなわち、本発明の画像形成装置は、通電により発熱するヒータと、前記ヒータの加熱により記録媒体に画像を熱定着させる定着部と、前記定着部の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した検出温度及び目標温度に基づき決定されるデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する指令部と、前記指令部から出力された通電指令に対応する通電を前記ヒータに行う通電部とを備え、前記指令部は、前記デューティ比が変更された場合に、出力する通電指令を変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替えると共に、変更前と変更後のデューティ比の差が所定閾値を超える場合のみ、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替える前に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩衝通電指令を所定時間出力するように構成されている。
このように構成すれば、変更前後でデューティ比の差が所定閾値を超える大きな変動が発生した場合には、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電が所定時間なされることになるので、デューティ比の変更に起因する急激な電流変動を低減し、電圧変動を抑制することが可能となる。
一周期あたりの電圧変動の最大幅を低減して、フリッカの発生を的確に抑制するためには、前記指令部及び前記通電部は、周期的に変化する交流電源に対し、所定周期あたりに含まれる半波の数をデューティ比に応じて増減させることで、前記ヒータに供給される電力を調整するように構成されており、前記緩衝通電指令は、50%以下のデューティ比に設定されていることが好ましい。
既存の回路構成を利用して製造コストを低減させるためには、前記指令部は、指令値が示すデューティ比での通電を指令する通電指令を生成するゲートアレイと、前記温度検出部が検出した検出温度及び目標温度に基づきデューティ比を決定し、決定したデューティ比を示す指令値を前記ゲートアレイに入力するCPUとを有し、前記CPUは、新たに決定したデューティ比が直近のデューティ比から変更され、且つ変更前後のデューティ比の差が所定閾値を超えた場合のみに、所定時間の間、変更後のデューティ比を示す指令値の代わりに、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比を示す指令値を前記ゲートアレイで用いる指令値とする緩衝通電指令挿入部を有することが望ましい。
CPUの負担を低減させるためには、前記指令部は、前記温度検出部が検出した検出温度及び目標温度に基づきデューティ比を決定するCPUと、前記CPUで決定されたデューティ比での通電を指令する通電指令を生成するゲートアレイとを有し、前記ゲートアレイは、前記CPUで新たに決定されたデューティ比が直近のデューティ比から変更され、且つ変更前後のデューティ比の差が所定閾値を超えた場合のみに、所定時間の間、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する代わりに、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩和通電指令を当該ゲートアレイから出力させる緩衝通電指令挿入回路を有することが好ましい。
本発明は、以上説明した構成であるので、例えば目標温度の変更に伴いデューティ比が変更され、変更前後でデューティ比の差が所定閾値を超える大きな変動が発生した場合に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電が所定時間なされることになるので、デューティ比の変更に起因する急激な電圧変動を抑制することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を、図面を参照して説明する。
画像形成装置10は、図1に概略的に示すように、プリンタ1に組み込まれている。画像形成装置10は、印刷用紙などの記録媒体17にトナーを熱定着させるための定着部12と、定着部12を加熱するためのヒータ15と、定着部12の温度を検出するサーミスタ等の温度検出部16とを備える。なお、この実施の境内では、ヒータとしてハロゲンランプを使用しているが、セラミックヒータや面状発熱体など適宜変更可能である。
定着部12は、ヒータ15により加熱される加熱ローラ13と、加熱ローラ13と共に記録媒体17を厚み方向両側から狭持する加圧ローラ14とを有する。トナーが付着した印刷用紙などの記録媒体17は、加熱ローラ13及び加圧ローラ14で狭持された状態で両ローラの間を通り、加圧及び加熱される。これにより、トナーが記録媒体17に熱定着する。ヒータ15は、電源11から通電されることにより発熱する。
図2は、画像形成装置を模式的に示すブロック図である。画像形成装置は、図2に示すように、通電により発熱するヒータ15と、ヒータ15の加熱により記録媒体に画像を熱定着させる定着部12と、定着部12の温度を検出するサーミスタ等の温度検出部16と、通電指令hcを出力する指令部2と、指令部2から出力された通電指令hcに対応する通電をヒータ15に行う通電部3とを有する。
指令部2は、温度検出部16が検出した検出温度及び目標温度に基づきデューティ比を決定し、決定されたデューティ比での通電を通電部3に指令する通電指令hcを出力する。通電部3は、通電指令hcで指示されたデューティ比でヒータ15に通電する。デューティ比は、図3に示すように、所定周期(例えば三周期)に占めるヒータへの通電時間の割合を示す。デューティ比が大きいほど通電量が大きくなり、ヒータ15の発熱量が増大する。逆に、デューティ比が小さいほど通電量が少なく、ヒータ15の発熱量が少なくなる。図2に示す指令部2は所定の制御周期毎にデューティ比を決定しており、例えば目標温度が変更された場合に、デューティ比が変更される。指令部2は、デューティ比が変更された場合に、出力する通電指令を変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替える。
また、指令部2は、デューティ比の急激な変化によって電圧変動(フリッカ)が招来させることを抑制すべく、例えば図3のt2時点のように、デューティ比が変更され、変更前のデューティ比(0%)と変更後のデューティ比(66%)の差(|66%|)が所定閾値(th1=50%)を超える場合には、変更後のデューティ比(66%)での通電を指令する通電指令に切り替える前に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比(50%)での通電を指令する緩衝通電指令を所定時間(t2〜t3)出力するように構成されている。
上記構成を実現する具体的な構成を以下で説明する。
図2に示すように、指令部2は、主としてメイン基板に実装されたCPU20(Central Processing Unit)及びゲートアレイ21で実現されている。CPU20及びゲートアレイ21は、低圧電源基板に実装された二次側電源32から電力の供給を受けるように構成されている。二次側電源32は、コンセントを介して外部の交流電源11(例えばAC100v)に接続され、交流電源11からの電力を供給に適した形(例えば所定電圧の直流等)に変換するスイッチング回路を主体としている。また、低圧電源基板には、交流電圧のゼロ地点の通過を検出し、ゼロクロス信号zcを出力するゼロクロス検知回路33が設けられている。ゼロクロス信号zcは、ゲートアレイ21に入力される。
指令部2の一部を構成するゲートアレイ21は、CPU20からの指令値(例えばデューティ比を示す値)を記憶するレジスタ22と、レジスタ22に記憶されている指令値とゼロクロス信号zcとに基づき通電指令hcを出力する通電指令出力回路23とを有する。本実施形態では、通電指令hcは、ヒータコントロール信号とも呼ばれるため、上記通電指令出力回路23は、ヒータコントロール信号出力回路とも呼ばれる。また、本実施形態では、ゲートアレイ21は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)を用いて構成されている。
指令部2の一部を構成するCPU20は、メモリに予め記憶された図示しない目標温度設定処理ルーチン、デューティ比決定処理ルーチン及び図4に示す緩衝通電指令挿入処理ルーチン等の所要のプログラムを実行することにより、ハードウェア資源と協働して、目標温度設定部25と、デューティ比決定部26と、変化前後のデューティ比の差値を求める差値算出部27と、緩衝通電指令挿入部28とを実現する。
目標温度設定部25は、予め定められたルールに従い、所定条件の成立により目標温度を設定する。デューティ比決定部26は、温度検出部16での検出温度と目標温度とに基づき予め定められたルールに基づきデューティ比を決定する。決定されたデューティ比は、ゲートアレイ21のレジスタ22に指令値として記憶される。
差値算出部27は、デューティ比決定部26で決定されたデューティ比が、直近に決定されたデューティ比から変更された場合に、変更前のデューティ比(Dy_b)と変更後のデューティ比(Dy_a)との差値(絶対値:| Dy_b − Dy_a |)を算出する。
緩衝通電指令挿入部28は、差値算出部27で算出された差値が所定閾値th1を超えている場合に、予め設定された所定時間の間、変更前と変更後との間の大きさのデューティ比での通電を実行させる緩衝通電指令がゲートアレイ21から出力されるように、ゲートアレイ21のレジスタ22に記録される指令値を変更する。本実施形態では、所定時間を50msに設定している。この所定時間が長ければ電圧変動(フリッカ)を抑制する効果に優れるが、その一方で目標温度への実温度の収束が遅延することになるので、実機に採用するヒータ等の特性に応じて適宜設定すべきである。例えば40〜100msの範囲に留めることが好ましい。緩衝通電指令挿入部28は、所定時間経過後に、変更後のデューティ比での通電を実行させる通電指令がゲートアレイから出力されるように、ゲートアレイ21のレジスタ22に記録される指令値を変更する。一方、緩衝通電指令挿入部28は、差値算出部27で算出された差値が所定閾値th1を超えていない場合には、ゲートアレイ21のレジスタ22の指令値を変更しない。
図2に示すように、通電部3は、低圧電源基板に接続された交流電源11から定着部12のヒータ15に至る通電経路を導通状態又は切断状態のいずれかに切り替えるトライアック等を用いたスイッチング素子30を主体に構成されている。スイッチング素子30と交流電源11との間には、ノイズを除去するためのラインフィルタ31が設けられている。スイッチング素子30(トライアック)は、通電指令hcに応じたタイミングで通電経路をオンオフし、これにより、通電指令hcで指示されたデューティ比での通電を行うように構成されている。
指令部2及び通電部3は、図3に示すように、周期的に電圧が変化する交流電源11に対し、所定周期あたりに含まれる半波の数をデューティ比に応じて増減させることで、ヒータ15に供給される電力を調整するように構成されている。例えば、図3に示すように、デューティ比が50%の場合には、第一及び第三の半波がヒータに供給され、第二及び第四の半波がヒータに供給されない。デューティが66%の場合には、第一、第二、第四及び第五の半波がヒータに供給され、第三及び第六の半波がヒータに供給されない。デューティ比が33%の場合には、第一及び第四の半波がヒータに供給され、第二、第三、第五及び第六の半波がヒータに供給されない。すなわち、図3に例示するように、デューティ比が50%以下の場合には、2つ以上の半波が連続してヒータに入力されない。一方、デューティ比が50%を超える場合には、2つ以上の半波が連続してヒータに入力される。
上記構成の画像形成装置の動作を説明する。図3に示すように、定着部12による定着を開始するため、ヒータ15がオンされ、100%のデューティ比での通電が行われる。温度検出部16で検出される検出温度が第一の目標温度O1に達した場合に、本願でいう半波制御に移行する。ここでは説明の省略のため、目標温度が変更されたことによりデューティ比が変更される場合のみを例に挙げて説明する。
例えば図3に示す時点t2において、目標温度がO1からO2に変更され、その結果、デューティ比が変更された場合には(図4の処理S1:YES参照)、CPU20が、変更前のデューティ比(0%)と変更後のデューティ比(66%)の差値(66%)を算出する(図4の処理S2参照)。次にCPU20が、差値(66%)が所定閾値th1を超えるか否かを判定する(図4の処理S3参照)。ここでは、所定閾値th1として50%が設定されている。この例では、デューティ比が0%→66%に変更されたので、差値が所定閾値th1を超え(図4の処理S3:YES参照)、次にCPU20が、デューティ比の変化が上昇方向であるか、すなわち目標温度の変更が温度上昇方向であるか否かを判定する(図4の処理S4参照)。上昇方向である場合(処理S4:YES参照)には、変更後の66%のデューティ比での通電指令に切り替える前に、CPU20がレジスタ22の指令値を50%に変更し、その結果、所定時間[50ms]の間、50%のデューティ比での通電を指令する緩衝通電指令が出力される(図4の処理S5参照)。所定時間が経過した後では、CPU20が、レジスタ22の指令値を66%に変更し、その結果、変更後となる66%のデューティ比での通電指令に切り替わる(図4の処理S6参照)。なお、本実施形態では、変化前と変化後のデューティ比の差値が所定閾値を超え(図4の処理S3:YES)、且つ、デューティ比の変化が上昇である場合のみ(処理S4:YES)に、緩衝通電指令を出力するようにしているが、これは、デューティ比の変化が上昇方向である場合の方がフリッカへの影響が大きく、効果の大きな上昇方向の場合(ランプ電流が大きく負荷が大きくなる方向なので電圧変動への影響は大きい)のみを制御対象にするためである。勿論、デューティ比の変化が下降方向である場合(ランプ電流が小さく負荷が小さくなる方向なので電圧変動への影響は小さい)に緩衝通電指令を出力するようにしてもよい。
例えば図3に示す時点t4において、66%のデューティ比での通電がなされ、検出温度が目標温度O2に達し、所定ルールに基づき目標温度がO1(O1<O2)に変更され、デューティ比が66%→33%に変更されたとする。この場合、図4に示す処理S2において上記同様に差値(33%)が算出され、差値(33%)が所定閾値th1を超えているか否かを判定される(図4の処理S3参照)。この例では、差値が所定閾値を超えていないので(処理S3:NO参照)、変更後の33%のデューティ比での通電指令に切り替わる(処理S6参照)。
また、本実施形態において、緩衝通電指令を50%以下のデューティ比に限定しているのは、一周期あたりの電圧変動を低減して、フリッカの発生を抑制するためである。50%を超えるデューティ比を半波制御で作り出すためには、図3に例示するように、所定周期に必ず二つ以上の半波が連続し全波となる部分が生じてしまうためである。半波の振幅をVaとした場合に、50%以下のデューティ比では、一周期あたりの電圧変動幅が最大でもVaに留まり、フリッカの発生を抑制できる。一方、50%を超えるデューティ比では、一周期あたりの電圧変動幅が最大で2Vaになってしまい、フリッカの発生の観点から好ましいとは言えないためである。
なお、図4に示すフローチャートには記載していないが、定着部12による定着を終了する段階では、ヒータ15への通電がオフになる。
以上のように、本実施形態の画像形成装置10は、通電により発熱するヒータ15と、ヒータ15の加熱により記録媒体17に画像を熱定着させる定着部12と、定着部12の温度を検出する温度検出部16と、温度検出部16が検出した検出温度及び目標温度に基づき決定されるデューティ比での通電を指令する通電指令hcを出力する指令部2と、指令部2から出力された通電指令hcに対応する通電をヒータ15に行う通電部3とを備え、指令部2は、デューティ比が変更された場合に、出力する通電指令hcを変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替え、変更前と変更後のデューティ比の差が所定閾値を超える場合のみ、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替える前に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩衝通電指令を所定時間出力するように構成されている。
このように構成すれば、変更前後でデューティ比の差が所定閾値を超える大きな変動が発生した場合には、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電が所定時間なされることになるので、デューティ比の変更に起因する急激な電流変動を低減し、電圧変動を抑制することが可能となる。
特に、本実施形態では、指令部2及び通電部3は、周期的に変化する交流電源11に対し、所定周期あたりに含まれる半波の数をデューティ比に応じて増減させることで、ヒータ15に供給される電力を調整するように構成されており、緩衝通電指令挿入部28は、50%以下のデューティ比に設定されている。この構成によれば、2つ以上の半波が連続してヒータ15に入力されることを避けているので、一周期あたりの電圧変動の最大幅を低減し、フリッカの発生を的確に抑制することが可能となる。
さらに、本実施形態では、指令部2は、指令値が示すデューティ比での通電を指令する通電指令hcを生成するゲートアレイ21と、温度検出部16が検出した検出温度及び目標温度に基づきデューティ比を決定し、決定したデューティ比を示す指令値をゲートアレイ21に入力するCPU20とを有し、CPU20は、新たに決定したデューティ比が直近のデューティ比から変更され、且つ変更前後のデューティ比の差が所定閾値th1を超えた場合のみに、所定時間の間、変更後のデューティ比を示す指令値の代わりに、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比を示す指令値をゲートアレイ21で用いる指令値とする緩衝通電指令挿入部28を有する。この構成によれば、CPU20で実行するプログラムを変更するだけ、既存の回路構成(ゲートアレイ21)を利用して本発明を実現することができ、製造コストを低減することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、本実施形態では、緩衝通電指令は、50%のデューティ比に設定してあるが、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比であれば、50%に限定されない。フリッカの抑制を追求する観点でいえば、緩衝通電指令は、50%以下のデューティ比であることが好ましく、50%に限定されるものでない。また、本実施形態では、変更後のデューティ比に切り替えるまでの間に単一のデューティ比を用いているが、複数のデューティ比を用いた多段階切り替え構成にしてもよい。
さらに、CPU20で実現していた図2に示す緩衝通電指令挿入部28を、図5に示すように、緩衝通電指令挿入回路124としてゲートアレイ21上に実装してもよい。この緩衝通電指令挿入回路24は、CPU20で新たに決定されたデューティ比が直近のデューティ比から変更され、且つ変更前後のデューティ比の差が所定閾値を超えた場合のみに、所定時間の間、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する代わりに、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩和通電指令をゲートアレイ21から出力させる。このように構成すれば、CPU20の負担を低減することが可能となる。
また、以上の実施形態では、本発明がプリンタに適用された場合について説明したが、このような構成に限らず、本発明は、複合機又はファクシミリなどの他の画像形成装置にも適用可能である。
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
12…定着部
15…ヒータ
16…温度検出部(サーミスタ)
17…記録媒体
2…指令部
20…CPU
21…ゲートアレイ
28…緩衝通電指令挿入部
3…通電部
124…緩衝通電指令挿入回路
15…ヒータ
16…温度検出部(サーミスタ)
17…記録媒体
2…指令部
20…CPU
21…ゲートアレイ
28…緩衝通電指令挿入部
3…通電部
124…緩衝通電指令挿入回路
Claims (4)
- 通電により発熱するヒータと、前記ヒータの加熱により記録媒体に画像を熱定着させる定着部と、前記定着部の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した検出温度及び目標温度に基づき決定されるデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する指令部と、前記指令部から出力された通電指令に対応する通電を前記ヒータに行う通電部とを備え、
前記指令部は、前記デューティ比が変更された場合に、出力する通電指令を変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替えると共に、変更前と変更後のデューティ比の差が所定閾値を超える場合のみ、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令に切り替える前に、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩衝通電指令を所定時間出力するように構成されている画像形成装置。 - 前記指令部及び前記通電部は、周期的に変化する交流電源に対し、所定周期あたりに含まれる半波の数をデューティ比に応じて増減させることで、前記ヒータに供給される電力を調整するように構成されており、
前記緩衝通電指令は、50%以下のデューティ比に設定されている請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記指令部は、指令値が示すデューティ比での通電を指令する通電指令を生成するゲートアレイと、前記温度検出部が検出した検出温度及び目標温度に基づきデューティ比を決定し、決定したデューティ比を示す指令値を前記ゲートアレイに入力するCPUとを有し、
前記CPUは、新たに決定したデューティ比が直近のデューティ比から変更され、且つ変更前後のデューティ比の差が所定閾値を超えた場合のみに、所定時間の間、変更後のデューティ比を示す指令値の代わりに、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比を示す指令値を前記ゲートアレイで用いる指令値とする緩衝通電指令挿入部を有する請求項1又は2に記載の画像形成装置。 - 前記指令部は、前記温度検出部が検出した検出温度及び目標温度に基づきデューティ比を決定するCPUと、前記CPUで決定されたデューティ比での通電を指令する通電指令を生成するゲートアレイとを有し、
前記ゲートアレイは、前記CPUで新たに決定されたデューティ比が直近のデューティ比から変更され、且つ変更前後のデューティ比の差が所定閾値を超えた場合のみに、所定時間の間、変更後のデューティ比での通電を指令する通電指令を出力する代わりに、変更前と変更後の間の大きさのデューティ比での通電を指令する緩和通電指令を当該ゲートアレイから出力させる緩衝通電指令挿入回路を有する請求項1又は2に記載の画像形成装置。
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