JP2016012454A - ヒータ制御装置、加熱装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの断線を抑えつつ、フリッカを抑制し、かつ、任意のデューティを設定可能なヒータ制御装置、加熱装置、制御方法およびプログラムを提供する。【解決手段】本発明に係るヒータ制御装置は、複数のヒータの各々の消費電力の合計の目標値を示す目標電力に応じて、前記複数のヒータの各々の通電時間を制御するヒータ制御装置であり、制御部を備える。制御部は、所定の期間にわたって所定の電圧が印加される場合の消費電力が互いに異なる複数のヒータのうち、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御を行うヒータの数を予め定められた所定の本数以下にするとともに、デューティ制御の対象となるヒータの何れも、制御周期内の通電時間の割合が、予め定められた所定の割合以下にならないように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータ制御装置、加熱装置、制御方法およびプログラムに関する。

従来、例えば電子写真方式の画像形成装置が有する定着器（用紙にトナーを熱定着させるための装置）の内部に複数のヒータが設けられる場合、フリッカや高調波対策のためにそれぞれのヒータに対して複数の通電制御を組み合わせる技術が知られている。例えば特許文献１には、高調波低減を目的として、位相制御とＯＮ／ＯＦＦ制御とを組み合わせて、複数のヒータのそれぞれに対する通電を制御する技術が開示されている。

例えば通電制御の一例として、各ヒータにおいて、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御が知られている。このデューティ制御を行う場合、フリッカや高調波が悪化するので、例えば複数のヒータのうちデューティ制御を行うヒータの本数を制限し、その他のヒータに対しては、制御周期単位で通電／非通電を切り替えるＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことが考えられる。しかしながら、設定したいデューティ（制御周期のうち通電時間の占める割合）によっては、デューティ制御の対象となるヒータの通電／非通電が短時間で繰り返される場合もあり、これによって当該ヒータが断線してしまうおそれがあるため、任意のデューティに設定できないという問題がある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のヒータの各々の消費電力の合計の目標値を示す目標電力に応じて、前記複数のヒータの各々の通電時間を制御するヒータ制御装置であって、所定時間にわたって所定の電圧が印加される場合の消費電力が互いに異なる前記複数のヒータのうち、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御を行うヒータの数を予め定められた所定の本数以下にするとともに、前記デューティ制御の対象となるヒータの何れも、前記制御周期内の通電時間の割合が、予め定められた所定の割合以下にならないように制御する制御部を備えるヒータ制御装置である。

本発明によれば、ヒータの断線を抑えつつ、フリッカを抑制し、かつ、任意のデューティを設定できるという有利な効果を奏する。

図１は、第１実施形態のヒータ制御装置の構成の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態のＣＰＵの機能構成の一例を示す図である。 図３は、デューティ制御およびＯＮ／ＯＦＦ制御の概要を示す図である。 図４は、比較例における各ヒータの仕様を示す図である。 図５は、比較例における設定デューティとヒータ合計電力との関係を示す図である。 図６は、比較例における各ヒータの通電制御を示す図である。 図７は、第１実施形態における各ヒータの仕様を示す図である。 図８は、第１実施形態における設定デューティとヒータ合計電力との関係を示す図である。 図９は、第１実施形態における各ヒータの通電制御を示す図である。 図１０は、第２実施形態の定着制御部の構成の一例を示す図である。 図１１は、第２実施形態における各ヒータの仕様を示す図である。 図１２は、第２実施形態における設定デューティとヒータ合計電力との関係を示す図である。 図１３は、第２実施形態における各ヒータの通電制御を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るヒータ制御装置、加熱装置、制御方法およびプログラムの実施の形態を詳細に説明する。以下の説明では、本発明が適用される加熱装置として、電子写真方式の画像形成装置において、用紙にトナーを熱定着させるのに用いられる装置（以下の説明では、「定着制御部」と称する場合がある）を例に挙げて説明するが、これに限られるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の定着制御部１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、定着制御部１００は、定着器１０と、第１の制御基板２０と、第２の制御基板３０とを備える。

定着器１０は、加熱ヒータ１と、加熱ヒータ２と、加熱ヒータ３と、定着サーミスタ４とを有する。加熱ヒータ１、加熱ヒータ２および加熱ヒータ３の各々はハロゲンヒータで構成され、請求項の「ヒータ」に対応している。以下の説明では、加熱ヒータ１、２および３を互いに区別しない場合は、単に「加熱ヒータ」または「ヒータ」と称する場合がある。この例では、加熱ヒータ１、２および３は、不図示の定着加熱ローラを加熱する熱源として機能する。この例では、不図示の定着加熱ローラと定着加圧ローラとの接触部を、トナー画像が重畳された用紙が通過すると、加熱ヒータ１、２および３による熱と不図示のローラによる圧力で、トナー画像が用紙上に定着（熱定着）する。なお、この例では、加熱ヒータの数は３つであるが、加熱ヒータの数は任意に変更可能であり、少なくとも２つ以上であればよい。

定着サーミスタ４は、接触式の温度検知素子であり、定着部の温度を検知する。この例では、定着サーミスタ４は、不図示の定着加熱ローラに接触して設置されている。定着サーミスタ４は、検知した温度を、第１の制御基板２０上のＣＰＵ２１へ通知する。

第１の制御基板２０はＣＰＵ２１を備える。ＣＰＵ２１は、定着サーミスタ４により検知された温度に応じて、加熱ヒータ１、２および３の通電を制御する。より具体的には、ＣＰＵ２１は、第２の制御基板３０上のトライアック３１、３２および３３を介して、加熱ヒータ１、２および３の通電を制御する。トライアック３１は、ＣＰＵ２１の制御の下、不図示の電源（ＡＣ電源）から入力される電力を加熱ヒータ１へ供給するか否かを切り替えるためのスイッチング素子である。トライアック３２は、ＣＰＵ２１の制御の下、電源から入力される電力を加熱ヒータ２へ供給するか否かを切り替えるためのスイッチング素子である。トライアック３３は、ＣＰＵ２１の制御の下、電源から入力される電力を加熱ヒータ３へ供給するか否かを切り替えるためのスイッチング素子である。

図２は、ＣＰＵ２１（第１の制御基板２０）の機能構成の一例を示す図である。説明の便宜上、図２では、本発明に係る機能のみを例示しているが、ＣＰＵ２１が有する機能は、これらに限られるものではない。図２に示すように、ＣＰＵ２１は、設定部２２と、制御部２３とを有する。本実施形態では、ＣＰＵ２１は、不図示のＲＯＭ等に格納されたプログラムを実行することにより、設定部２２および制御部２３の各々の機能を実現することができる。

設定部２２は、定着サーミスタ４により検出された温度に応じて、加熱ヒータ１、２および３の各々の消費電力の合計目標値を示す目標電力を設定する。この例では、設定部２２は、定着サーミスタ４により検出された温度に応じて、目標電力に対応する設定デューティを設定する。ここでは、加熱ヒータ１、２および３を１本のヒータとして扱っていると考えることもでき、加熱ヒータごとの、制御周期のうち通電時間（電力が供給される時間）の占める割合を示すデューティ比（制御周期全体にわたって通電が行われる場合は１００％、全く通電が行われない場合は０％と表記する）の和を「設定デューティ」と称する。この例では、設定デューティの設定範囲は「０〜３００％」になる。

制御部２３は、加熱ヒータ１、２および３の各々の消費電力の合計の目標値を示す目標電力に応じて、加熱ヒータ１、２および３の各々の通電時間を制御する。この例では、制御部２３は、設定部２２により設定された設定デューティに応じて、加熱ヒータ１、２および３の各々の通電時間を制御する。具体的な内容は後述するが、本実施形態では、加熱ヒータ１、２および３の各々の定格電力は互いに異なる値に設定される。ここでは、「定格電力」とは、所定時間にわたって所定の電圧が印加される場合の消費電力を指す。本実施形態では、制御部２３は、上記定格電力が互いに異なる複数の加熱ヒータのうち、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御を行うヒータの数を予め定められた所定の本数以下にするとともに、デューティ制御の対象となるヒータの何れも、制御周期内の通電時間の割合が、予め定められた所定の割合（以下の説明では、「最小デューティ」と称する場合がある）以下にならないように制御する。

本実施形態では、制御部２３は、設定デューティが２００％以上のときなど、複数の加熱ヒータを通電する場合は、高調波／フリッカ対策のため、デューティ制御を行う加熱ヒータ（デューティ制御の対象となる加熱ヒータ）を最大１本とし、その他の加熱ヒータは、制御周期単位で通電／非通電を切り替えるＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。本実施形態では、上記所定の本数を１本としているが、これに限られるものではなく、上記所定の本数は、高調波／フリッカを抑制可能な最小限の本数であればよい。

また、本実施形態では、制御部２３は、通電／非通電が短時間で繰り返されることによる断線を防止するために、デューティ制御の対象となるヒータの何れも、制御周期内の通電時間の割合が最小デューティ以下にならないように制御する。この例では、最小デューティは１０％に設定されるが、これに限られるものではなく、最小デューティは、ヒータの断線を防止可能な最小限の値であればよい。

図３は、デューティ制御およびＯＮ／ＯＦＦ制御の概要を示す図である。図３に示すように、デューティ制御は、制御周期内の通電時間を可変とする制御であり、ＯＮ／ＯＦＦ制御は、制御周期単位で通電／非通電を切り替える制御である。

ここで、比較例として、各加熱ヒータの定格電力が同じ値に設定される場合を想定する。図４は、比較例における加熱ヒータ１、２および３の各々の仕様を示す図であり、図５は、比較例における設定デューティとヒータ合計電力（目標電力）との関係を示す図である。また、図６は、図５に示す領域Ｉ〜VIにおける各加熱ヒータの通電制御を示す図である。

図５および図６に示すように、「領域Ｉ」「領域III」「領域Ｖ」において、「ヒータ合計電力」が固定値となる。例えば領域IIIでは、「設定デューティ１０５％（＝ヒータ合計電力１０５０Ｗ）」に設定したくても、各加熱ヒータの最小デューティ１０％を満足させるため、「加熱ヒータ１：ＯＮ／ＯＦＦ制御（フル点灯）」、「加熱ヒータ２：ＯＦＦ」とする制御を行わざるを得ない。その結果、ヒータ合計電力は１０００Ｗとなり、電力が不足することになる。なお、図６において、「ＯＮ／ＯＦＦ制御（フル点灯）」とは、制御周期全体にわたってヒータの通電を行う制御を表し、「ＯＦＦ」とは制御周期全体にわたってヒータの通電を行わない（非通電とする）制御を表す。

次に、本実施形態の場合を説明する。図７は、本実施形態における加熱ヒータ１、２および３の各々の仕様を示す図である。図７に示すように、各加熱ヒータは異なる定格電力となるように選定されている。図８は、本実施形態における設定デューティとヒータ合計電力（目標電力）との関係を示す図である。また、図９は、図８に示す領域Ｉ〜VIIにおける各加熱ヒータの通電制御を示す図である。

図８および図９に示すように、本実施形態では、領域Ｉ〜VIIにおいて、任意の設定デューティを設定し、所望の消費電力とすることができる。例えば、「設定デューティ１０５％（＝ヒータ合計電力１０５０Ｗ）」に設定する場合、「加熱ヒータ１（１００Ｗ）：デューティ比５０％」、「加熱ヒータ２（１０００Ｗ）：ＯＮ／ＯＦＦ制御（フル点灯）」とする制御を行うことにより設定可能となる。この場合、加熱ヒータの最小デューティ１０％も満足できる。

ここで、図７に示す加熱ヒータ１、２および３の選定方法の一例を説明する。前提条件は以下のとおりとする。
・条件（１）制御可能な最小電力：１０Ｗ
・条件（２）各ヒータの最小デューティ：１０％
・条件（３）ヒータ合計電力（最大値）：３０００Ｗ

まず、条件（１）および（２）より、「デューティ比１０％のときに１０Ｗ以下となるヒータ」すなわち「定格電力１００Ｗ以下のヒータ」が必要となる。ここで、加熱ヒータ１を１００Ｗとする。

次に、消費電力１００Ｗ以上の範囲において条件（１）を満足させるために、「デューティ比１０％のときに１００Ｗ以下となるヒータ」、すなわち、「定格電力１０００Ｗ以下のヒータ」が必要となる。ここで、加熱ヒータ２を１０００Ｗとする。

次に、消費電力が１１００Ｗ以上の範囲において条件（１）を満足させるために、「デューティ比１０％のときに１１００Ｗ以下となるヒータ」、すなわち、「定格電力１１０００Ｗ以下のヒータ」が必要となる。条件（３）よりヒータ合計電力は３０００Ｗであるため、加熱ヒータ３を１９００Ｗとする。以上のようにして、図７に示す仕様の「加熱ヒータ１」、「加熱ヒータ２」および「加熱ヒータ３」を選定できる。

以上に説明したように、本実施形態では、定格電力が互いに異なる複数の加熱ヒータのうち、デューティ制御を行うヒータの数を予め定められた所定の本数以下にするとともに、デューティ制御の対象となるヒータの何れも、制御周期内の通電時間の割合が最小デューティ以下にならないように制御することにより、ヒータの断線を抑えつつ、フリッカを抑制し、かつ、任意のデューティを設定できるという有利な効果を奏する。

なお、本実施形態では、ＣＰＵ２１が設けられた第１の制御基板２０は、請求項の「加熱制御装置」に対応していると考えることができる。また、ＣＰＵ２１が、請求項の「加熱制御装置」に対応していると考えることもできる。また、上述の定着制御部１００は、請求項の「加熱装置」に対応していると考えることができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。上述の第１実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。図１０は、第２実施形態の定着制御部１００の構成の一例を示す図である。図１０の例では、第２の制御基板３０は、検知部３４をさらに備える。検知部３４は、電源（ＡＣ電源）から入力される電力の電圧値を示す電源入力電圧を検知し、検知した結果をＣＰＵ２１へ通知する。本実施形態のＣＰＵ２１（制御部２３）は、検知部３４により検知された電源入力電圧に応じて、複数のヒータごとの、制御周期のうち通電時間の占める割合の総和の最大値（つまり、上述の設定デューティの上限値）を可変に設定する。

ここでは、電源から入力される電力がトライアックを介して各加熱ヒータに供給されたとき、各加熱ヒータには、上述の電源入力電圧が印加されることになる。加熱ヒータの消費電力は、加熱ヒータに印加される電圧に比例して大きくなるので、ＣＰＵ２１は、検知部３４により検知された電源入力電圧に基づいて、設定デューティの上限値を変えることにより、定着器１０全体の消費電力を所定の上限値以下にすることができる。

いま、例えば定着器１０全体の消費電力の上限値が「３０００Ｗ」、検知部３４により検知された電源入力電圧が「２２０Ｖ」である場合を想定する。図１１は、この場合における加熱ヒータ１、２および３の各々の仕様を示す図である。図１１の例では、加熱ヒータ１、２および３ごとに、定格電力と、電源入力電圧が２２０Ｖであった場合の消費電力とが記載されている。また、図１２は、この場合における設定デューティとヒータ合計電力（目標電力）との関係を示す図である。また、図１３は、図１２に示す領域Ｉ〜VIIにおける各加熱ヒータの通電制御を示す図である。

図１２および図１３に示すように、上述の第１実施形態と同様、領域Ｉ〜VIIにおいて、任意の設定デューティを設定し、所望の消費電力とすることができる。さらに、設定デューティの上限値を２５９％以下に制限することにより、定着器１０全体の消費電力を「３０００Ｗ」以下に抑えることができる。例えば電源入力電圧と設定デューティの上限値との対応関係を示す対応情報（例えばテーブル形式の情報）を予め不図示のメモリに保持しておき、ＣＰＵ２１（制御部２３）は、検知部３４により検知された電源入力電圧に対応する設定デューティの上限値を対応情報から読み出して設定することもできる。本実施形態によれば、ＡＣ入力電圧が変わっても、定着器１０全体の消費電力を所定値以下に制限することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。また、上述の異なる実施形態に示される全構成要素から幾つかを任意に組み合わせることもできる。

なお、上述の各実施形態におけるＣＰＵ２１が実行するプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、上述の各実施形態におけるＣＰＵ２１が実行するプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の各実施形態におけるＣＰＵ２１が実行するプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

１ 加熱ヒータ
２ 加熱ヒータ
３ 加熱ヒータ
４ 定着サーミスタ
１０ 定着器
２０ 第１の制御基板
２１ ＣＰＵ
２２ 設定部
２３ 制御部
３０ 第２の制御基板
３１ トライアック
３２ トライアック
３３ トライアック
３４ 検知部
１００ 定着制御部

特開平０９−２５８５９９号公報

Claims (6)

1. 複数のヒータの各々の消費電力の合計の目標値を示す目標電力に応じて、前記複数のヒータの各々の通電時間を制御するヒータ制御装置であって、
   所定時間にわたって所定の電圧が印加される場合の消費電力が互いに異なる前記複数のヒータのうち、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御を行うヒータの数を予め定められた所定の本数以下にするとともに、
   前記デューティ制御の対象となるヒータの何れも、前記制御周期内の通電時間の割合が、予め定められた所定の割合以下にならないように制御する制御部を備える、
   ヒータ制御装置。
2. 前記所定の本数は１本である、
   請求項１に記載のヒータ制御装置。
3. 前記制御部は、電源から入力される電力の電圧値を示す電源入力電圧に応じて、前記複数のヒータごとの、前記制御周期のうち通電時間の占める割合の総和の最大値を可変に設定する、
   請求項１または２に記載のヒータ制御装置。
4. 請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載のヒータ制御装置と、前記複数のヒータとを備える、
   加熱装置。
5. 複数のヒータの各々の消費電力の合計目標値を示す目標電力に応じて、前記複数のヒータの各々の通電時間を制御する制御方法であって、
   所定時間にわたって所定の電圧が印加される場合の消費電力が互いに異なる前記複数のヒータのうち、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御を行うヒータの数を、予め定められた所定の本数以下にするとともに、
   前記デューティ制御の対象となるヒータの何れも、前記制御周期内の通電時間の割合が、予め定められた所定の割合以下にならないように制御する制御ステップを含む、
   制御方法。
6. 複数のヒータの各々の消費電力の合計目標値を示す目標電力に応じて、前記複数のヒータの各々の通電時間を制御するヒータ制御装置に、
   所定時間にわたって所定の電圧が印加される場合の消費電力が互いに異なる前記複数のヒータのうち、制御周期内の通電時間を可変に制御するデューティ制御を行うヒータの数を、予め定められた所定の本数以下にするとともに、
   前記デューティ制御の対象となるヒータの何れも、前記制御周期内の通電時間の割合が、予め定められた所定の割合以下にならないように制御する制御ステップを実行させるためのプログラム。

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