JP2020154040A - ヒータ制御装置、画像形成装置、及びヒータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】4半波1周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現する。【解決手段】ヒータ制御装置60は、温度センサ55の検知結果に基づいて、ヒータ52により定着ローラ51aの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを推定する必要電圧推定部62と、推定された電圧パターンをヒータ52に供給する加熱制御部63と、を備える。電圧パターンは、点灯デューティ比が同一の場合に定着ローラ51aへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、第1の電圧パターンE1と第2の電圧パターンE2とを含み、必要電圧推定部62は、高調波電流規制に有利な第1の電圧パターンE1を複数回連続で選択する毎に、フリッカに有利な第2の電圧パターンE2を選択する。【選択図】図4
Description
本発明は、ヒータ制御装置、画像形成装置、及びヒータ制御方法に関する。
電子写真方式の画像形成装置の定着ヒータ点灯制御において、目標温度に対する温度制御の応答性を良くするために、交流電源の4半波を1周期とする複数の点灯パターンを用いて定着ヒータを制御する技術がある。
特許文献1には、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御をする目的で、事前に行った実験結果に基き、各点灯Duty毎にフリッカに有利な点灯パターン、高調波に有利な点灯パターンのどちらを選択するか決めて定着ヒータを制御する構成が開示されている。
今までの4半波1周期の定着ヒータ制御では、1周期中のヒータ点灯Duty毎にフリッカに有利な点灯パターン、高調波電流規制に有利な点灯パターンを用意しておき、事前に行った実験結果に基き、各点灯Duty毎にフリッカに有利な点灯パターン、高調波電流規制に有利な点灯パターンのどちらを選択するか決めてヒータを制御するが、ヒータ点灯Dutyの遷移によっては、フリッカに有利な点灯パターン、または、高調波電流規制に有利な点灯パターンのみ選択される場合があるため、フリッカ、高調波電流規制を満たせない場合があるという問題があった。
本発明は、4半波1周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一観点に係るヒータ制御装置は、交流電源を供給することによって定着ローラを加熱する加熱部と、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知部と、前記交流電源の半周期を1半波領域としたときに、前記交流電源の連続する4半波領域を1周期とする複数の電圧パターンを記憶する記憶部と、前記温度検知部の検知結果に基づいて、前記定着ローラの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを前記記憶部の複数の電圧パターンの中から推定する必要電圧推定部と、前記必要電圧推定部が推定した電圧パターンを前記加熱部に供給することによって、前記定着ローラの表面温度を制御する加熱制御部と、を備え、前記電圧パターンは、点灯デューティ比が同一の場合に前記定着ローラへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、第1の電圧パターンと第2の電圧パターンとを含み、前記第1の電圧パターンは高調波電流規制に有利な波形であり、前記第2の電圧パターンはフリッカに有利な波形であり、前記必要電圧推定部は、前記第1の電圧パターンを複数回連続で選択する毎に、前記第2の電圧パターンを選択する。
4半波1周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現することができる。
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図1は、実施形態に係るヒータ制御装置60を備える画像形成装置100の概略構成を示すブロック図である。画像形成装置100は、図1に示すように、画像を読み取るスキャナ部10と、スキャナ部10で読み取った画像に対して所定の画像処理を施し、処理を施した後の画像に応じたトナー像を転写紙に転写するエンジン部20と、転写紙を格納するための給紙トレイ30と、エンジン部20で転写紙に転写されたトナー像を定着させるための定着装置50とから構成されている。なお、本実施形態に係るヒータ制御装置60は、定着装置50に備えられる。
スキャナ部10では、原稿をスキャン露光することによって、原稿に係る文書情報を画像信号に変換し、当該画像信号をエンジン部20に出力する。
スキャナ部10から画像信号が出力されると、エンジン部20では、スキャナ部10から出力された画像信号に対して、色変換、階調補正などの画像処理を施す。そして、エンジン部20では、画像処理を施した画像に応じて静電潜像を像担持体に作像し、作像した静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する。エンジン部20は、さらに、形成したトナー像を給紙トレイ30から搬送路40を介して搬送された転写紙に転写して、当該転写紙を、搬送路40を介して定着装置50に向けて送り出す。
トナー像が転写された転写紙がエンジン部20から搬送路40を介して定着装置50に送り出されると、定着装置50では、円筒状の定着ローラ51aによる熱と加圧ローラ51bによる圧力により、転写紙に転写されているトナー像を定着させて、排紙トレイに向けて排紙する。
図2は、画像形成装置100が備えるヒータ制御装置60の要部構成を示すブロック図である。ヒータ制御装置60は、図2に示すように、定着装置50に備えられて、定着ローラ51aと、ヒータ52(加熱部)と、交流電源53と、トライアック54と、温度センサ55(温度検知部)と、制御部56と、ゼロクロス検知部57と、電圧検知部58とを有する。
定着ローラ51aは、図1に示す加圧ローラ51bと圧接しながら回転して、転写紙に転写されているトナー像を定着させる。
ヒータ52は、定着ローラ51aに内蔵されて、転写紙に転写されているトナー像を熱で溶かし、転写紙の繊維の中に埋め込み定着させる。なお、ヒータ52には、例えば、ハロゲンランプを点灯した際に発生する放射熱によって加熱を行うハロゲンヒータが用いられる。
交流電源53は、ヒータ52に対して交流電圧を供給する。本実施形態では、時間とともに正弦波状に変化する交流電圧を供給するものとする(図3参照)。
トライアック54は、スイッチング手段であり、交流電源53から供給される交流電圧を、制御部56から指示されたタイミングでスイッチング(オン/オフ)する。そして、トライアック54は、スイッチングされた交流電圧をヒータ52に供給する。なお、トライアック54がオン時には、ヒータ52が通電して発熱する。そして、トライアック54がオフ時には、ヒータ52が非通電となる。
温度センサ55は、定着ローラ51aの表面温度を測定する。温度センサ55は、例えば、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを内蔵しており、当該サーミスタの抵抗値に基づいて定着ローラ51aの表面温度を測定する。温度センサ55は、定着ローラ51aに内蔵してもよいし、また、温度センサ55を定着ローラ51aの表面に対向する位置に設置して、定着ローラ51aの表面温度を非接触で計測してもよい。
ゼロクロス検知部57は、交流電源53から供給される交流電圧が0ボルトをプラス側からマイナス側、またはマイナス側からプラス側に横切るタイミング(以下、ゼロクロスのタイミングと呼ぶ)を検知する。そして、ゼロクロス検知部57は、ゼロクロスのタイミングを検知した場合に、制御部56に対して、ゼロクロス検知信号を出力する。
電圧検知部58は、交流電源53から供給される交流電圧の電圧値eを検知する。そして、電圧検知部58は制御部56に対して、検知した電圧値eを出力する。
制御部56は、温度センサ55が測定した定着ローラ51aの表面温度と、ゼロクロス検知部57が検知した交流電圧のゼロクロスのタイミングと、電圧検知部58が検知した交流電圧の電圧値eとに基づいて、交流電圧をスイッチングするタイミングを決定する。そして、制御部56は、決定したタイミングに基づいてトライアック54を動作させる。
制御部56は、図2に不図示のCPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、入出力インタフェースとがバスを介して接続されたコンピュータとして実装される。CPUは、ROMが記憶しているプログラムを読み出して実行する。読み出されたプログラムは、実行可能な形式でCPU上に展開されて、必要電圧推定部62と加熱制御部63とを構成する。ROMは、記憶手段の一例であり、前記したプログラムと、ヒータ52が備えるハロゲンランプに供給する電圧パターンを登録した供給電圧テーブル64等を記憶する。
供給電圧テーブル64(記憶部)は、交流電源53がヒータ制御装置60に供給する交流電圧の2周期分、すなわち4半波を1周期として、ヒータ52が備えるハロゲンランプに供給する電圧パターンを記憶する。供給電圧テーブル64は、例えば2種類の異なるテーブル(第1系統の電圧パターンE1、第2の電圧パターンE2)を記憶する(図3参照)(記憶ステップ)。
また、供給電圧テーブル64は、定着ローラ51aの表面温度と、供給する交流電圧の点灯デューティ比Doとの関係を記憶する。この表面温度と点灯デューティ比Doとの関係は、ヒータ52に供給する電圧パターンの初期値を決定するために用いる。例えば、定着ローラ51aの表面温度が低いときは、点灯デューティ比Doを大きく設定して多くの電力を供給し、表面温度を短時間で上昇させる。また、印刷動作を繰り返し行って定着ローラ51aの表面温度が高くなっているときは、点灯デューティ比Doを小さく設定して供給する電力を少なくする。
必要電圧推定部62は、温度センサ55の検知結果(温度検知ステップ)に基づいて、定着ローラ51aの表面を目標温度まで加熱するために供給する交流電圧を推定する。そして、必要電圧推定部62は、推定した交流電圧に近似する交流電圧パターンを、供給電圧テーブル64の中から選択して読み出す。より詳しくは、必要電圧推定部62が推定した点灯デューティ比Doに対応する交流電圧パターンを、供給電圧テーブル64の中から選択して読み出す(推定ステップ)。必要電圧推定部62は、供給する交流電圧パターンを選択する際に、例えばヒータ52の消費電力を参照してもよい。すなわち、消費電力の大きいヒータ52を使用する際には、高調波電流に対して有利な電圧パターンを選択するのが望ましい。
加熱制御部63は、必要電圧推定部62が推定結果に基づいて供給電圧テーブル64から読み出した電圧パターンに対応する交流電圧をヒータ52に供給することによって、定着ローラ51aの表面温度を制御する(加熱制御ステップ)。
図3を参照して、定着ローラ51aの温度制御を行うために本実施形態で用いられる2種類の供給電圧パターン系列について説明する。図3は、本実施形態で用いられる第1の電圧パターンE1、第2の電圧パターンE2の一例を模式的に示す図である。
交流電源53が供給する電圧値eは、波高値e0を有する周期Tの正弦波で記述されるものとする。そして、時間経過順に連続した交流電圧の4半波を構成する4つの半波領域を、図3に示すように、時間経過順に第1半波領域a、第2半波領域b、第3半波領域c、第4半波領域dとする。すなわち、時刻をtとしたとき、第1半波領域aは0≦t<T/2の時間範囲を表す。同様に、第2半波領域bはT/2≦t<Tの時間範囲を表し、第3半波領域cはT≦t<3T/2の時間範囲を表し、第4半波領域dは3T/2≦t<2Tの時間範囲を表す。
本実施形態のヒータ制御装置60は、図3に示す4半波、すなわち2Tを制御周期として、ヒータ52が備えるハロゲンランプに供給する交流電圧を制御する。例えば、交流電源53として50Hzの100V商用交流電源を用いる場合には、制御周期は2T=40msecとなる。
図3に示すように、第1の電圧パターンE1と、第2の電圧パターンE2とは、それぞれ複数の点灯デューティ比に応じた複数の波形パターンを有する系統として構成され、これらの情報が供給電圧テーブル64に記憶されている。
第1の電圧パターンE1は、点灯デューティ比が0〜50%の場合には、4半波中の前半2半波、すなわち第1半波領域a及び第2半波領域bにおいて、供給する電圧を0〜100%の範囲の位相制御で制御する。
また、第1の電圧パターンE1は、点灯デューティ比が51〜100%の場合には、第1半波領域a及び第2半波領域bの全域に亘って電圧を供給するとともに、4半波中の後半2半波、すなわち第3半波領域c及び第4半波領域dにおいて、供給する電圧を0〜100%の範囲の位相制御で制御する。例えば、点灯デューティ比が60%の場合、第1半波領域a100%ON、第2半波領域bは100%ON、第3半波領域cは20%ON、第4半波領域dは20%ONとなる。
第2の電圧パターンE2は、点灯デューティ比が0〜50%の場合には、第1半波領域a〜第4半波領域dの全てにおいて、供給する電圧を0〜50の範囲の位相制御で制御する。点灯デューティ比Doが51〜100%の場合には、第1電圧パターンE1と同様に、第1半波領域a及び第2半波領域bの全域に亘って電圧を供給するとともに、4半波中の後半2半波、すなわち第3半波領域c及び第4半波領域dにおいて、供給する電圧を0〜100%の範囲の位相制御で制御する。
第1の電圧パターンE1と第2の電圧パターンE2は、点灯デューティ比が同一の場合には、定着ヒータ供給電力が等しくなるように各パターンが形成されている。
第1の電圧パターンE1は、図3に示すように、正弦波の4半波中で位相制御(例えばヒータ52をX%だけ点灯させる制御)を行う回数が少ない。すなわち位相制御を実施する半波領域の割合が小さいため、高調波電流規制に対して有利な点灯パターンとなっている。
一方、第2の電圧パターンE2は、半波間で全点灯(100%ON)と全消灯の割合が小さく、ヒータ52を点灯していない期間が短いため、フリッカに対して有利な点灯パターンとなっている。
必要電圧推定部62は、ヒータ52の温度に基づいて点灯デューティ比を推定し、図3に示す対応関係に基づき、この推定した点灯デューティ比に対応する電圧パターンを選択する(推定ステップ)。なお、図3に示すように同一のデューティ比にはヒータ52への供給電圧量が同一の第1、第2の電圧パターンE1、E2があるが、最終的なパターンの選択は所定の規則に基づき行う。この選択規則の一例を図4、図5に示す。
図4は、第1の電圧パターンE1と第2の電圧パターンE2の切り替え処理の第一の例のフローチャートである。図4のフローチャートの処理は必要電圧推定部62により実施される。
定着ヒータ点灯制御が開始されると、まずパラメータnが0にセットされ(ステップS01)、定着ヒータ点灯要求があるまで待機する(ステップS02のNo)。
定着ヒータ点灯要求があると(ステップS02のYes)、パラメータnが所定値N以下か否かが判定される(ステップS03)。パラメータnがN以下の場合(ステップS03のYes)には、第1の電圧パターンE1を用いてのヒータ制御がまだ連続N回に達していないので、第1の電圧パターンE1を用いてヒータ52に電圧供給が行われ(ステップS04)、パラメータnが1増加され(ステップS05)、ステップS02に戻る。
一方、パラメータnがNより大きい場合(ステップS03のNo)には、第1の電圧パターンE1を用いてのヒータ制御が連続N回に達したので、第2の電圧パターンE2を用いてヒータ52に電圧供給が行われ(ステップS06)、パラメータnが0にリセットされ(ステップS07)、ステップS02に戻る。
このように、図4のフローチャートでは、第1の電圧パターンE1で連続N回定着ヒータ制御を行う度に、第2の電圧パターンE2で1回だけ定着ヒータ制御を実施する。これにより、点灯デューティ比がどのように遷移しても、高調波電流規制に有利な第1の電圧パターンE1と、フリッカに有利な第2の電圧パターンE2とを組み合わせて利用でき、フリッカ、高調波電流規制を共に満たすことができる。
図5は、第1の電圧パターンE1と第2の電圧パターンE2の切り替え処理の第二の例のフローチャートである。図5のフローチャートの処理も必要電圧推定部62により実施される。
定着ヒータ点灯制御が開始されると、まず2つのパラメータn、mが0にセットされ(ステップS11)、定着ヒータ点灯要求があるまで待機する(ステップS12のNo)。
定着ヒータ点灯要求があると(ステップS12のYes)、パラメータnが所定値N以下か否かが判定される(ステップS13)。パラメータnがN以下の場合(ステップS13のYes)には、第1の電圧パターンE1を用いてのヒータ制御がまだ連続N回に達していないので、第1の電圧パターンE1を用いてヒータ52に電圧供給が行われ(ステップS14)、パラメータnが1増加され(ステップS15)、ステップS12に戻る。
一方、パラメータnがNより大きい場合(ステップS13のNo)には、第1の電圧パターンE1を用いてのヒータ制御が連続N回に達したので、第2の電圧パターンE2を用いてヒータ52に電圧供給が行われ(ステップS16)、パラメータmが1増加される(ステップS17)。
次に、パラメータmが所定値M以下か否かが判定される(ステップS18)。パラメータmがM以下の場合(ステップS18のYes)には、第2の電圧パターンE2を用いてのヒータ制御がまだ連続M回に達していないので、そのままステップS12に戻る。一方、パラメータmがMより大きい場合(ステップS18のNo)には、第2の電圧パターンE2を用いてのヒータ制御が連続M回に達したので、2つのパラメータn、mが両方共0にリセットされ(ステップS19)、ステップS12に戻る。
このように、図5のフローチャートでは、第1の電圧パターンE1で連続N回定着ヒータ制御を行う度に、第2の電圧パターンE2で連続M回定着ヒータ制御を実施する。これにより、点灯デューティ比がどのように遷移しても、高調波電流規制に有利な第1の電圧パターンE1と、フリッカに有利な第2の電圧パターンE2とを組み合わせて利用でき、フリッカ、高調波電流規制を共に満たすことができる。
このように、本実施形態によれば、点灯デューティ比の遷移によらず、フリッカに有利な点灯パターン、または、高調波電流規制に有利な点灯パターンどちらか一方の点灯パターンのみで定着ヒータ制御を行うことがないので、4半波1周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現することができる。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
上記実施形態では、制御部56の必要電圧推定部62が、高調波電流規制に有利な第1の電圧パターンと、フリッカに有利な第2の電圧パターンの2つの点灯パターンを有する構成を例示したが、電圧パターンは2系統より多くの系統を備えてもよい。この場合、必要電圧推定部62は、各系統の電圧パターンを連続複数回選択する毎に、別系統の電圧パターンを選択して、ヒータ52に電力供給を行う。
51a 定着ローラ
52 ヒータ(加熱部)
53 交流電源
55 温度センサ(温度検知部)
60 ヒータ制御装置
62 必要電圧推定部
63 加熱制御部
64 供給電圧テーブル(記憶部)
100 画像形成装置
E1 第1の電圧パターン
E2 第2の電圧パターン
52 ヒータ(加熱部)
53 交流電源
55 温度センサ(温度検知部)
60 ヒータ制御装置
62 必要電圧推定部
63 加熱制御部
64 供給電圧テーブル(記憶部)
100 画像形成装置
E1 第1の電圧パターン
E2 第2の電圧パターン
Claims (7)
- 交流電源を供給することによって定着ローラを加熱する加熱部と、
前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知部と、
前記交流電源の半周期を1半波領域としたときに、前記交流電源の連続する4半波領域を1周期とする複数の電圧パターンを記憶する記憶部と、
前記温度検知部の検知結果に基づいて、前記定着ローラの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを前記記憶部の複数の電圧パターンの中から推定する必要電圧推定部と、
前記必要電圧推定部が推定した電圧パターンを前記加熱部に供給することによって、前記定着ローラの表面温度を制御する加熱制御部と、
を備え、
前記電圧パターンは、点灯デューティ比が同一の場合に前記定着ローラへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、第1の電圧パターンと第2の電圧パターンとを含み、前記第1の電圧パターンは高調波電流規制に有利な波形であり、前記第2の電圧パターンはフリッカに有利な波形であり、
前記必要電圧推定部は、前記第1の電圧パターンを複数回連続で選択する毎に、前記第2の電圧パターンを選択する、
ヒータ制御装置。 - 前記第1の電圧パターンと前記第2の電圧パターンとは、交流電源4半波中の電力供給に使用する半波が異なる電圧パターンとなる、
請求項1に記載のヒータ制御装置。 - 前記第1の電圧パターンは、4半波中の第1半波と第2半波のみを位相制御に使用した電圧パターン系統であり、
前記第2の電圧パターンは、4半波中の全半波を位相制御に使用した電圧パターン系統である、
請求項1または2に記載のヒータ制御装置。 - 前記必要電圧推定部は、
前記第1の電圧パターンを連続N回選択する毎に、前記第2の電圧パターンを連続M回選択して、前記加熱部に電力供給を行う、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のヒータ制御装置。 - 前記電圧パターンは、2系統より多くの系統を備えて、
前記必要電圧推定部は、各系統の電圧パターンを連続複数回選択する毎に、別系統の電圧パターンを選択して、前記加熱部に電力供給を行う、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒータ制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のヒータ制御装置を備える、画像形成装置。
- 交流電源の半周期を1半波領域としたときに、前記交流電源の連続する4半波領域を1周期とする複数の電圧パターンであって、点灯デューティ比が同一の場合に定着ローラへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、高調波電流規制に有利な第1の電圧パターンと、フリッカに有利な第2の電圧パターンとを含む、複数の電圧パターンを記憶部に記憶する記憶ステップと、
前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知ステップと、
前記温度検知ステップの検知結果に基づいて、前記定着ローラの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを前記記憶部の複数の電圧パターンの中から推定する推定ステップと、
推定ステップにて推定された電圧パターンを、前記定着ローラを加熱する加熱部に供給することによって、前記定着ローラの表面温度を制御する加熱制御ステップと、
を含み、
前記推定ステップでは、前記第1の電圧パターンを複数回連続で選択する毎に、前記第2の電圧パターンを選択する、
ヒータ制御方法。
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