JP2013218841A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流電源301から電力が供給されると発熱する発熱体H1、H2と、発熱体H1、H2の温度を検知するサーミスタ109dと、発熱体H1、H2を流れる電流値を検知する電流検知回路312と、発熱体H1、H2に供給する電力を制御することによって、発熱体H1、H2の温度を制御するCPU309と、を備え、CPU309は、発熱体H1、H2に供給可能な電流値、電流検知回路312が検知した電流値、サーミスタ109dが検知した温度に基づいて発熱体H1、H2に供給される電力比、を用いて算出される最大供給可能電力比により、交流電源301の入力電圧の低下を検知する(S11〜S13)。
【選択図】図7
Description
図1(a)は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成図であり、画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタの概略構成を示している。画像形成装置本体100(以下、「本体100」という)は、記録紙Sを収納するカセット102を有する。そして、カセット102の記録紙Sの有無を検知するカセット有無センサ103、複数個のマイクロスイッチで構成され、カセット102の記録紙Sのサイズを検知するカセットサイズセンサ104を有する。また、カセット102から記録紙Sを繰り出す給紙ローラ105等が設けられている。また、給紙ローラ105の記録紙Sの搬送方向の下流側には、記録紙Sを同期搬送するレジストローラ対106が設けられている。
図1(b)は、加熱装置である定着器109の断面図である。定着器109は、加熱体としての筒状のフィルム(筒状のベルトでもよい)109aと、フィルム109aを介して、ヒータ109cと共に、定着ニップ部Nを形成する加圧体としての加圧ローラ109bを有する。更に、フィルム109aの内面に接触して、ヒータ109cが設けられている。フィルム109aのベース層の材質としては、ポリイミド等の耐熱樹脂、又は、ステンレス等の金属を用いることができる。加圧ローラ109bは、鉄やアルミニウム等の材質の芯金201と、シリコーンゴム等の材質の弾性層202を有する。ヒータ109cは、耐熱樹脂製の保持部材203に保持されている。保持部材203は、フィルム109aの回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ109bは、不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転し、加圧ローラ109bが回転することによって、フィルム109aも従動して矢印方向に回転する。
図2は、本実施例における定着器109のセラミックヒータ109cの駆動を制御する回路構成を示した図である。図2において、ヒータ駆動制御回路300(破線部)は、セラミックヒータ109cの駆動を制御する回路である。画像形成装置に接続された商用交流電源(AC)301からは、リレー302を介して、セラミックヒータ109cを構成する発熱体H1、H2へ電力が供給され、これにより、発熱体H1、H2は発熱する。発熱体H1、H2への電力供給は、トライアックTR1のオン/オフにより制御される。抵抗303、304は、トライアックTR1のためのバイアス抵抗である。フォトトライアックカプラ305は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ305の発光ダイオードに電流が流れると、トライアックTR1がオンされ、発熱体H1、H2へ電力が供給される。抵抗306は、フォトトライアックカプラ305への電流を制限する抵抗である。トランジスタ307によりフォトトライアックカプラ305をオン/オフする。トランジスタ307は、エンジンコントローラ126(一点鎖線部)内部のCPU309から出力されるTRM信号に従って動作する。トランジスタ307のベース端子に印加されるTRM信号がハイレベルになり、トランジスタ307がオン状態となって、フォトトライアックカプラ305の発光ダイオードに電流が流れると、トライアックTR1がオンされ、発熱体H1、H2へ電力が供給される。トランジスタ307のベース端子に印加されるTRM信号がハイレベルからローレベルになると、トランジスタ307はオフ状態となり、フォトトライアックカプラ305の発光ダイオードには電流が流れなくなる。トライアックTR1は、商用交流電源(AC)301からの電力が供給されている間、即ち電流が流れなくなり、入力電圧が0Vになるまでは、オン状態が継続され、発熱体H1、H2には電力が供給される。
定着器109の加熱制御については、位相制御により行われる場合、波数制御により行われる場合、そして位相制御と波数制御を組み合わせたハイブリッド制御により行われる場合がある。以下では、これら3種類の加熱制御方法について、説明する。
定着器109の加熱制御が位相制御により行われる場合について説明する。位相制御の場合、例えば、ヒータに供給する電力比(デューティD(%))と位相角(α(°))とを対応付けた表1をCPU309内のROMに有しており、表1の内容に基づいて、CPU309は、定着器109の加熱制御を行う。
供給電力比D=P制御値+I制御値 (1)
供給電力比Dは、電流波形の半周期である1半波を80に分割し、1.25%刻みで制御される。式(1)におけるP制御値は、比例制御の制御値であり、本実施例では、式(2)によって求めることができる。
P制御値=Kp×ΔT (2)
式(2)において、Kpは比例ゲインであり、温度オーバーシュートや温度安定性を考慮し、適切な値が設定される。また、ΔTは、ヒータ109cの目標温度とサーミスタ109dによる検知温度との差分であり、目標温度から現在の検知温度を減算することにより算出される。
Dmax=(Ilimit/Irms)2×D (3)
なお、式(3)において、最大供給可能電流値Ilimitは、本体100に接続された商用交流電源の定格電流値から、電源回路部132に供給される最大電流値を差し引いた、ヒータ109cに供給可能な許容電流値を指す。例えば、商用交流電源が100V系の場合には、最大供給可能電流値Ilimitは、商用交流電源の定格電流値15A(アンペア)から、電源回路部132へ供給される最大電流値5Aを差し引いた10Aとなる。
定着器109の加熱制御が波数制御により行われる場合について説明する。波数制御では、交流電源の半波単位で給電制御が行われる。図4は、波数制御におけるヒータ109cへの電力供給パターンを示した図で、縦軸は制御レベル(LV1〜LV13)を、横軸は電力供給パターンを示し、実線で描かれた半波部分はヒータ109cに電力が供給される期間を示す。波数制御の場合、例えば図4に示すような半波単位でヒータ109cへの電力供給のオン・オフを行う制御パターンデータを、CPU309内のROMに有しており、CPU309は、図4の制御パターンに基づいて、定着器109の加熱制御を行う。図4の例では、波数制御の1制御周期は15半波であり、図4では、半波を1〜15で表示している。そのため、定着器109のヒータ109cに供給される電力量は、到達させるべき目標温度とサーミスタ109dにより検知された温度に基づいて、1制御周期である15半波周期毎に算出される。波数制御では、位相制御の場合と同様に、PI制御によりヒータ109cに電力供給するデューティD(供給電力比D)を決定する。そして、決定されたデューティDに応じて、エンジンコントローラ126のCPU309がトライアックTR1を波数制御によりオン・オフすることにより、より精細な温度調整が行われる。
定着器109の加熱制御がハイブリッド制御により行われる場合について説明する。ハイブリッド制御とは、前述した位相制御と波数制御を組み合わせた制御のことであり、本実施例におけるハイブリッド制御では、2半波を1組にして、1組の半波においては同一位相角で給電制御が行われる。表2は、ハイブリッド制御での制御レベル、ヒータ109cに供給する電力比(単位:%)、及び1制御周期中の各半波における電力比を対応付けた表の一例である。CPU309は、表2をROMに有しており、表2の内容に基づいて、定着器109の加熱制御を行う。表2に示すように、ヒータ109cに供給する電力比に対応する制御LV(制御レベル)はLV0〜LV40の41段階あり、CPU309は、供給する電力比に応じて制御LVを決定する。表2の例では、ハイブリッド制御の1制御周期を4全波(=8半波)とし、表2では、8半波をcount1〜count8で表示している。そのため、定着器109のヒータ109cに供給される電力量は、到達させるべき目標温度とサーミスタ109dにより検知された温度に基づいて、1制御周期である4全波(=8半波)周期毎に算出される。表2に示すように、ハイブリッド制御では、各々の半波(count1〜count8)毎に、ヒータ109cに対し、細かな電力供給が可能である。
図6(a)、(b)は、商用交流電源の入力電圧低下の検知方法を説明する図である。図6(a)、(b)において、横軸は商用交流電源の入力電圧、左側の縦軸は最大供給可能電力比Dmax、右側の縦軸は電流検知回路312で検知されたヒータ電流の電流値Irmsを示している。本実施例での商用交流電源の入力電圧低下は、電源回路部132が有している低入力電圧保護回路が低電圧を検知する前に検知されなければならない。そのため、商用交流電源の入力電圧低下の検知は、低入力電圧保護回路が低電圧を検知する電圧よりも高い電圧で行われる。そこで、電源回路部132の低入力電圧保護回路が低電圧として検知する商用交流電源の入力電圧を60Vとする。また、図6(a)、(b)において、ヒータ109cの温度を一定に保つために必要な電力Wfuは一定であるとする。図6(a)は、必要な電力Wfuが大きい場合、図6(b)は必要な電力Wfuが小さい場合における、商用交流電源の入力電圧、最大供給可能電力比Dmax、電流検知回路312の電流値Irmsの関係を示している。
本実施例における商用交流電源の入力電圧の低下を検知する制御シーケンスについて、以下に説明する。図7は、商用交流電源の入力電圧の低下を検知する制御シーケンスを示すフローチャートである。図7に示す処理は、エンジンコントローラ126のCPU309のROMに格納された制御プログラムに基づいて、CPU309により実行される。なお、以下の図7のフローチャートの説明においては、ヒータ109cの給電制御は、位相制御に基づくものとする。
図8は、本実施例における商用交流電源の入力電圧低下の検知方法を説明する図である。図8において、横軸は商用交流電源の入力電圧、左側の縦軸は最大供給可能電力比Dmax、右側の縦軸はサーミスタ109dによるヒータ109cの検知温度Tfuを示している。本実施例においても、実施例1の図6(a)、(b)と同様に、ヒータ109cの温度を一定に保つために必要な電力Wfuは一定であるとする。図8において、Tmは、ヒータ109cの目標温度を指し、CPU309は、サーミスタ109dの検知温度Tfuが目標温度Tmを保つように、位相角を算出する。本実施例では、目標温度Tmを200℃とする。なお、電流検知回路312の電流値Irmsは、図6(a)、(b)に示した出力値と同様になるので、図8では電流値Irmsの表示を省略する。
本実施例における商用交流電源の入力電圧の低下を検知する制御シーケンスについて、以下に説明する。図9は、商用交流電源の入力電圧の低下を検知する制御シーケンスを示すフローチャートである。図9に示す処理は、実施例1の図7と同様に、エンジンコントローラ126のCPU309のROMに格納された制御プログラムに基づいて、CPU309により実行される。なお、以下の図9のフローチャートの説明においては、ヒータ109cの給電制御は、位相制御に基づくものとする。
301 商用交流電源
309 CPU
312 電流検知回路
H1、H2 発熱体
Claims (11)
- 交流電源から電力が供給されると発熱する発熱体と、
前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、
前記発熱体を流れる電流値を検知する電流検知手段と、
前記発熱体に供給する電力を制御することによって、前記発熱体の温度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発熱体に供給可能な電流値、前記電流検知手段が検知した電流値、前記温度検知手段が検知した温度に基づいて前記発熱体に供給される電力比、を用いて算出される最大供給可能電力比により、前記交流電源の入力電圧の低下を検知することを特徴とする加熱装置。 - 前記制御手段は、前記最大供給可能電力比が第1の閾値以上の場合に、前記交流電源の入力電圧が低下したと判断することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
- 前記制御手段は、前記最大供給可能電力比が第1の閾値以上であり、かつ前記温度検知手段が検知した温度が第2の閾値以下の場合に、前記交流電源の入力電圧が低下したと判断することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
- 前記制御手段は、前記最大供給可能電力比が第1の閾値以上であり、かつ前記温度検知手段が検知した温度と前記発熱体の目標温度との差分が第3の閾値以上の場合に、前記交流電源の入力電圧が低下したと判断することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
- 前記制御手段は、前記交流電源の1半波のうち所定の位相角で給電制御を行う位相制御に基づいて、前記発熱体に供給する電力を制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の加熱装置。
- 前記制御手段は、前記交流電源の半波単位で給電制御を行う波数制御に基づいて、前記発熱体に供給する電力を制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の加熱装置。
- 前記制御手段は、前記交流電源の1半波のうち所定の位相角で給電制御を行う位相制御と、交流電源の半波単位で給電制御を行う波数制御の組み合わせにより、前記発熱体に供給する電力を制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の加熱装置。
- 記録紙に画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段により画像形成を行った記録紙を加熱定着する定着手段と、を備え、
前記定着手段は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記交流電源から供給される電力に基づいて負荷に電力を供給するための電源回路部を備え、
前記電源回路部は、前記交流電源の入力電圧の低下を検知する低入力電圧保護回路を有し、
前記低入力電圧保護回路が前記交流電源の入力電圧の低下を検知する電圧は、前記制御手段が前記交流電源の入力電圧の低下を検知する電圧よりも低い電圧であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - データを記憶する記憶部と、前記記憶部を制御する制御部を有し、
前記制御手段は、前記交流電源の入力電圧の低下を検知すると、前記制御部に通知することを特徴とする請求項8又は9に記載の画像形成装置。 - 前記記憶部は、ハードディスク装置であることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
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